JP2000309000A - Semiconductor device, and semiconductor micro-actuator, semiconductor micro-valve and semiconductor micro- relay which all use same device, and manufacture of semiconductor device and manufacture of semiconductor micro-actuator - Google Patents

Semiconductor device, and semiconductor micro-actuator, semiconductor micro-valve and semiconductor micro- relay which all use same device, and manufacture of semiconductor device and manufacture of semiconductor micro-actuator

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JP2000309000A
JP2000309000A JP2000034077A JP2000034077A JP2000309000A JP 2000309000 A JP2000309000 A JP 2000309000A JP 2000034077 A JP2000034077 A JP 2000034077A JP 2000034077 A JP2000034077 A JP 2000034077A JP 2000309000 A JP2000309000 A JP 2000309000A
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semiconductor substrate
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仁 吉田
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Shuichi Nagao
修一 長尾
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將有 鎌倉
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公昭 齊藤
Kazuhiro Nobutoki
和弘 信時
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00Thermally-actuated switches
    • H01H2037/008Micromechanical switches operated thermally

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  • Thermally Actuated Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Temperature-Responsive Valves (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is low in electric power consumption and simple in manufacture, a semiconductor micro-actuator, semiconductor micro-valve and semiconductor micro-relay that use the above device, and a manufacturing method of semiconductor devices and a manufacturing method of semiconductor micro- actuators. SOLUTION: Flexible regions 2 are each connected at one end to a semiconductor board 3 as a frame via a heat insulating region 7, and at the other to a movable element 5. Each heat insulating region 7 consists of a heat insulating material of such a resin as a polyimide and a fluorine-contained resin. Each flexible region 2 is constituted of a thin portion 2S and a thin film 2M differing in the coefficient of thermal expansion. When a diffused resistor 6 formed on the obverse side of each thin portion 2S is heated up, the differential thermal expansion between the thin portion 2S and the thin film 2M displaces the flexible region 2 with the result that the movable element 5 is displaced relative to the semiconductor board 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板と、半
導体基板から切り離され温度変化により変位する可撓領
域と、両者の間に設けられた熱絶縁領域から構成される
半導体装置及びこれを用いた半導体マイクロアクチュエ
ータ及び半導体マイクロバルブ及び半導体マイクロリレ
ー及び半導体マイクロアクチュエータの製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device comprising a semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a change in temperature, and a heat insulating region provided between the semiconductor device and the semiconductor device. The present invention relates to a semiconductor microactuator, a semiconductor microvalve, a semiconductor microrelay, and a method for manufacturing a semiconductor microactuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板と、半導体基板から切り離さ
れ温度変化により変位する可撓領域と、両者の間に設け
られた熱絶縁領域から構成される半導体装置を用いたも
のとして、異なった熱膨張係数を有する少なくとも2つ
の材料を組み合わせ(バイメタル構造)、その部分を加
熱し熱膨張係数の差を利用して変位を得る半導体マイク
ロアクチュエータがある。この半導体マイクロアクチュ
エータについては、特表平4−506392号「半導体
マイクロアクチュエータ」に開示されている。
2. Description of the Related Art A semiconductor device comprising a semiconductor substrate, a flexible region which is separated from the semiconductor substrate and is displaced by a change in temperature, and a semiconductor device comprising a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate has different thermal expansions. There is a semiconductor microactuator that combines at least two materials having a coefficient (bimetal structure), heats that portion, and obtains displacement using a difference in thermal expansion coefficient. This semiconductor microactuator is disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-506392, "Semiconductor Microactuator".

【0003】特表平4−506392号に記載されてい
る半導体マイクロアクチュエータは、図53の上面図、
図54の断面図に示すとおりであり、シリコンのダイア
フラム300の一部にアルミニウム薄膜304が形成さ
れたバイメタル構造になっている可撓領域を有してい
る。シリコンからなるダイアフラム300中に形成され
たヒータ301に電流を流すと発熱し、ダイアフラム3
00の温度が上昇する。ここで、シリコンとアルミニウ
ムは熱膨張係数が大きく異なるため、熱応力が発生しダ
イアフラム300を撓ませ、ダイアフラム300に連設
された可動部305の変位を生じる機構となっている。
また、効率的な変位を得るために、ダイアフラム300
の周辺と半導体基板であるシリコン枠302の間に二酸
化ケイ素薄膜のヒンジ303を設け、ダイアフラム30
0で発生した熱がシリコン枠302に逃げることを防ぐ
構造となっている。
A semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392 is a top view of FIG.
As shown in the cross-sectional view of FIG. 54, a flexible region having a bimetal structure in which an aluminum thin film 304 is formed on a part of a silicon diaphragm 300 is provided. When an electric current is applied to the heater 301 formed in the diaphragm 300 made of silicon, heat is generated, and the diaphragm 3 is heated.
00 temperature rises. Here, since silicon and aluminum have significantly different coefficients of thermal expansion, a thermal stress is generated to deflect the diaphragm 300, thereby displacing the movable portion 305 connected to the diaphragm 300.
In order to obtain an efficient displacement, the diaphragm 300
A hinge 303 of a silicon dioxide thin film is provided between the periphery of the
This structure prevents the heat generated at 0 to escape to the silicon frame 302.

【0004】しかし、このような構造をもつ半導体マイ
クロアクチュエータにおいては以下のような問題点があ
る。まず、二酸化ケイ素薄膜のヒンジ構造の熱絶縁効果
について考察する。一般に、高温部分から低温部分へ逃
げる熱量Qは Q(W)=−λ((t2−t1)/δ)A (式X) となる。
[0004] However, the semiconductor microactuator having such a structure has the following problems. First, the thermal insulation effect of the hinge structure of the silicon dioxide thin film will be considered. Generally, the amount of heat Q escaping from the high-temperature portion to the low-temperature portion is as follows: Q (W) = − λ ((t 2 −t 1 ) / δ) A (Formula X)

【0005】ここで、Q;熱量(熱移動の速さ) t2−t1;温度差(℃) δ;熱源からの距離(cm) A;熱流の向きに垂直な断面(cm2) λ;熱伝導率(J/cm・s・℃) で与えられる。Here, Q; heat quantity (speed of heat transfer) t 2 −t 1 ; temperature difference (° C.) δ; distance from heat source (cm) A: cross section perpendicular to the direction of heat flow (cm 2 ) λ Thermal conductivity (J / cm · s · ° C.).

【0006】そこで、この関係式を用いてダイアフラム
300からシリコン枠302へ逃げる熱量を計算する。
ダイアフラム300とシリコン枠302の温度差を15
0℃、ヒンジ303の横幅を30μm、ダイアフラム3
00の直径を2.5mm、ヒンジ303の厚みを2μm
(「Electrically‐Activated,Micromachined Diaphr
am Valves」 Technical Digest IEEE Solid−Stat
e Sensor and Actuator Workshop,pp65−69,June
1990より推定)とすると、熱流の向きに垂直な断面A1
は、 A1=2.5mm×π×2μm=0.25cm×π×2
×10-4cm=1.57×10-4cm2 となり、二酸化ケイ素の熱伝導率λ=0.084(W/
cm・℃)であるから、逃げる熱量Q1は、 Q1=0.084(W/cm・℃)×150℃/(30
×10-4cm)×1.57×10-4cm2=0.66W
=660mW となる。次に二酸化ケイ素のヒンジ構造を設けなかった
場合を計算する。シリコンのダイアフラム300の厚み
を10μmとし、熱流の向きに垂直な断面A2を計算す
ると、 A2=2.5mm×π×10μm=0.25cm×π×
10×10-4cm=7.85×10-4cm2 となり、シリコンの熱伝導率λ=1.48(W/cm・
℃)であるから、逃げる熱量Q2は、 Q2=1.48(W/cm・℃)×150℃/(30×
10-4cm)×7.85×10-4cm2=58W となる。そこで、二酸化ケイ素薄膜のヒンジ303を設
けることにより約90倍の熱絶縁効果が得られたことに
なる。このように特表平4−506392号に記載され
ている半導体マイクロアクチュエータは、従来の構造の
ものよりも熱効率の良い構造となっている。しかし、現
状の使用用途を考えた場合には熱損失の更なる低減が望
まれている。具体的には、この熱の逃げ(熱損失)はダ
イアフラム300を所定の温度(例えば150℃)に維
持するために常時供給される電力(消費電力)と考えら
れる。
Therefore, the amount of heat escaping from the diaphragm 300 to the silicon frame 302 is calculated using this relational expression.
The temperature difference between the diaphragm 300 and the silicon frame 302 is reduced by 15
0 ° C., width of hinge 303 is 30 μm, diaphragm 3
00 has a diameter of 2.5 mm, and the thickness of the hinge 303 is 2 μm.
("Electrically-Activated, Micromachined Diaphr
am Valves '' Technical Digest IEEE Solid-Stat
e Sensor and Actuator Workshop, pp65-69, June
Estimated from 1990), the section A1 perpendicular to the direction of heat flow
A1 = 2.5 mm × π × 2 μm = 0.25 cm × π × 2
× 10 −4 cm = 1.57 × 10 −4 cm 2 , and the thermal conductivity of silicon dioxide λ = 0.084 (W /
cm · ° C.), the amount of heat Q1 that escapes is: Q1 = 0.084 (W / cm · ° C.) × 150 ° C./(30
× 10 −4 cm) × 1.57 × 10 −4 cm 2 = 0.66 W
= 660 mW. Next, the case where the hinge structure of silicon dioxide is not provided is calculated. When the thickness of the silicon diaphragm 300 is 10 μm and the cross section A2 perpendicular to the direction of the heat flow is calculated, A2 = 2.5 mm × π × 10 μm = 0.25 cm × π ×
10 × 10 −4 cm = 7.85 × 10 −4 cm 2 , and the thermal conductivity of silicon λ = 1.48 (W / cm ·
° C), the amount of heat Q2 that escapes is: Q2 = 1.48 (W / cm · ° C) x 150 ° C / (30 x
10 −4 cm) × 7.85 × 10 −4 cm 2 = 58 W Thus, by providing the silicon dioxide thin film hinge 303, a thermal insulation effect of about 90 times was obtained. As described above, the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392 has a structure with higher thermal efficiency than that of the conventional structure. However, in consideration of the current use, further reduction of heat loss is desired. Specifically, this heat release (heat loss) is considered to be power (power consumption) constantly supplied to maintain the diaphragm 300 at a predetermined temperature (for example, 150 ° C.).

【0007】そこで、特表平4−506392号に記載
されている半導体マイクロアクチュエータの消費電力は
数百mW(計算では660mW)と推定できるわけであ
るが、小型で携帯できる電池駆動用途の場合を考えた場
合には百mW以下であることが望ましい。
The power consumption of the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392 can be estimated to be several hundred mW (660 mW in calculation). In consideration of this, it is desirable that the power is not more than 100 mW.

【0008】また、特表平4−506392号記載の半
導体マイクロアクチュエータは、二酸化ケイ素薄膜がヒ
ンジ303の部分は、厚さ2μmと厚くなっている。こ
のヒンジ303の二酸化ケイ素薄膜の厚みを決める要因
については、明細書中に明確に記載されていない。しか
し、特表平4−506392号記載の半導体マイクロア
クチュエータがマイクロバルブ等に使用された場合に
は、可動エレメントに加えられた圧力がこのヒンジ30
3に集中することが予想され、この圧力に対し破壊しな
い程度の膜厚が必要となる。ところが、ヒンジ303の
膜厚を増すと上記熱の逃げの計算式(式X)に示される
ように熱絶縁効果が低下する。そこで、ある程度の強度
をもち、かつ熱絶縁効果を有する二酸化ケイ素薄膜の膜
厚として2μmが決定されたものと推定できる。
Further, in the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Publication No. 4-506392, the portion of the silicon dioxide thin film at the hinge 303 is as thick as 2 μm. The factor that determines the thickness of the silicon dioxide thin film of the hinge 303 is not clearly described in the specification. However, when the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392 is used for a microvalve or the like, the pressure applied to the movable element causes the hinge 30 to move.
It is expected that the film thickness will be concentrated to 3, and a film thickness that does not break down under this pressure is required. However, when the thickness of the hinge 303 is increased, the thermal insulation effect is reduced as indicated by the above-mentioned heat release calculation formula (formula X). Therefore, it can be estimated that 2 μm is determined as the thickness of the silicon dioxide thin film having a certain strength and a thermal insulation effect.

【0009】ところで、特表平4−506392号記載
の半導体マイクロアクチュエータは、明細書にも記載の
ごとくシリコンからなるダイアフラム300とアルミニ
ウム薄膜304により構成されたバイメタルにより可動
する構造となっているが、ダイアフラム300とアルミ
ニウム薄膜304の間には電気的絶縁を得るために二酸
化ケイ素薄膜306が挿入されている。
As described in the specification, the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392 has a structure movable by a bimetal formed by a diaphragm 300 made of silicon and an aluminum thin film 304. A silicon dioxide thin film 306 is inserted between the diaphragm 300 and the aluminum thin film 304 to obtain electrical insulation.

【0010】半導体製造プロセスでは、この二酸化ケイ
素薄膜306とヒンジ303の二酸化ケイ素薄膜は同時
に形成され、これらの膜厚は同じであることが望まし
い。しかし、ダイアフラム300とアルミニウム薄膜3
04の間に挿入された二酸化ケイ素薄膜306の膜厚が
2μmと厚くなった場合には、駆動源となるバイメタル
特性を劣化させることが予想できる。文献(「Electric
ally‐Activated,Micromachined Diaphram Valves」
Technical Digest IEEE Solid−State Sensor a
nd Actuator Workshop,pp65−69,June1990)に記載
されている例においてはアルミニウム薄膜304の膜厚
5〜6μmとなっており、膜厚2μmの二酸化ケイ素薄
膜306がダイアフラム300とアルミニウム薄膜30
4の間に挿入されれば、加熱時のダイアフラム300の
撓みを阻害する要因となることは容易に推定できる。
In the semiconductor manufacturing process, the silicon dioxide thin film 306 and the silicon dioxide thin film of the hinge 303 are formed at the same time, and it is desirable that these films have the same thickness. However, the diaphragm 300 and the aluminum thin film 3
When the thickness of the silicon dioxide thin film 306 inserted between the layers 04 becomes as large as 2 μm, it can be expected that the bimetal characteristic as a driving source will be deteriorated. Literature ("Electric
ally-Activated, Micromachined Diaphram Valves "
Technical Digest IEEE Solid-State Sensor a
nd Actuator Workshop, pp. 65-69, June 1990), the aluminum thin film 304 has a thickness of 5 to 6 μm, and the silicon dioxide thin film 306 having a thickness of 2 μm includes the diaphragm 300 and the aluminum thin film 30.
It can be easily presumed that if inserted between the holes 4, it will be a factor that hinders the deflection of the diaphragm 300 during heating.

【0011】また半導体製造プロセスでは、二酸化ケイ
素の薄膜は通常1000℃程度の高温で形成されるた
め、シリコンと二酸化ケイ素の熱膨張係数を考慮すると
シリコンのダイアフラム300−二酸化ケイ素薄膜30
6間でかなりの内部応力が発生するものと考えられる。
この内部応力は二酸化ケイ素薄膜306の厚みが増すに
つれ大きくなり、バイメタル特性を低下させる要因とな
るのである。以上のような点から考えて、ダイアフラム
300−アルミニウム薄膜304間の二酸化ケイ素薄膜
306はできるだけ薄く(2×10-8m(200
Å))、またヒンジ303の二酸化ケイ素の膜はある程
度厚く(2μm)しなければならない。しかし、このよ
うな二酸化ケイ素の薄膜構造を形成するためには、非常
に複雑な半導体製造プロセスが必要となる。この製造プ
ロセスについては、特表平4−506392号の明細書
では言及されていない。
In the semiconductor manufacturing process, a silicon dioxide thin film is usually formed at a high temperature of about 1000 ° C. Therefore, considering the thermal expansion coefficient of silicon and silicon dioxide, the silicon diaphragm 300 and the silicon dioxide thin film 30
It is considered that a considerable internal stress is generated between 6.
This internal stress increases as the thickness of the silicon dioxide thin film 306 increases, which causes a reduction in bimetal characteristics. Considering the above points, the silicon dioxide thin film 306 between the diaphragm 300 and the aluminum thin film 304 is as thin as possible (2 × 10 −8 m (200 × 10 −8 m).
Å)), and the silicon dioxide film of the hinge 303 must be somewhat thick (2 μm). However, forming such a thin film of silicon dioxide requires a very complicated semiconductor manufacturing process. This manufacturing process is not mentioned in the specification of Japanese Patent Publication No. 4-506392.

【0012】またこの改善策として米国特許No.5,27
1,597に他のヒンジ構造が開示されている。これは上記
のような二酸化ケイ素の薄膜構造ではなく、ヒンジ部分
の二酸化ケイ素とダイアフラム−アルミニウム薄膜間の
二酸化ケイ素薄膜は同一膜厚となっている。この方法は
ヒンジ部分の二酸化ケイ素薄膜を薄くし、それにより生
じるヒンジ部の強度低下を補うために、ヒンジ以外にダ
イアフラムとシリコン枠の結合をダイアフラムの一部の
シリコンを用いているので熱絶縁効果が低下し、半導体
マイクロアクチュエータの消費電力を小さくする構造に
なっていない。このように半導体マイクロアクチュエー
タにおける熱絶縁構造においては、まだ多くの問題点が
残されている。
As an improvement, US Pat. 5,27
1,597 discloses another hinge structure. This is not the silicon dioxide thin film structure as described above, but the silicon dioxide thin film between the hinge portion and the diaphragm-aluminum thin film has the same thickness. In this method, the thin silicon dioxide thin film at the hinge part is thinned, and in order to compensate for the decrease in the strength of the hinge part caused by the thinning, the part of the diaphragm and the silicon frame is used in addition to the hinge, so a part of the diaphragm silicon is used, so the thermal insulation effect And the power consumption of the semiconductor microactuator is not reduced. As described above, many problems still remain in the heat insulating structure of the semiconductor microactuator.

【0013】また、半導体マイクロバルブの従来例とし
て、特開平5−187574号に記載されている超小型
バルブがある。この超小型バルブにおいても異なった熱
膨張係数を有する少なくとも2つの材料を組み合わせ、
その部分を加熱し熱膨張係数の差を利用して変位を得る
半導体マイクロアクチュエータが使用されている。この
マイクロアクチュエータの熱絶縁構造はトーション・バ
ー式サスペンションを設けることにより行われている。
この構造は、熱流に垂直な断面の減少と熱流が通過する
経路長の増加の双方により、シリコン枠への熱損失を最
小化するものとなっている。しかし、このトーション・
バー式サスペンション構造がシリコンにより形成されて
いるため、熱の逃げの計算において考察したように、熱
絶縁効果が十分に得られないと考えられる。
As a conventional example of a semiconductor microvalve, there is a microminiature valve described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-187574. Also in this microminiature valve, at least two materials having different coefficients of thermal expansion are combined,
A semiconductor microactuator that heats the portion and obtains a displacement using a difference in thermal expansion coefficient is used. The thermal insulation structure of this microactuator is performed by providing a torsion bar type suspension.
This structure minimizes heat loss to the silicon frame by both reducing the cross section perpendicular to the heat flow and increasing the path length through which the heat flow passes. However, this torsion
Since the bar-type suspension structure is formed of silicon, it is considered that a sufficient thermal insulation effect cannot be obtained as considered in the calculation of heat escape.

【0014】これは、文献「SILICON MICROVALVES FOR
GAS FLOW CONTROL」The 8th International Conference
on Solid-State Sensor and Actuators,Stockholm,Swe
den,1995,p276-279に記載されているマイクロバルブ性
能比較表より推定できる。この文献には、特表平4−5
06392号に開示の「半導体マイクロアクチュエー
タ」に係わるマイクロバルブと、特開平5−18757
4号に開示の「超小型バルブ」に係わるバイクロバルブ
の比較がなされており、後者は前者に比べて耐圧が6
倍、流量範囲が10倍であるが、消費電力は約2倍、熱
抵抗で約1/3となっている。
This is described in the document "SILICON MICROVALVES FOR
GAS FLOW CONTROL '' The 8th International Conference
on Solid-State Sensor and Actuators, Stockholm, Swe
Den, 1995, pp. 276-279, can be estimated from the microvalve performance comparison table. In this document, Japanese Translation of PCT Publication No. 4-5
Microvalve relating to "semiconductor microactuator" disclosed in JP-A-063922
No. 4 discloses a comparison of the bicro valve related to the “ultra-small valve”, and the latter has a pressure resistance of 6 times as compared with the former.
The power consumption is about twice and the thermal resistance is about 1/3, although the flow rate range is 10 times.

【0015】このように特開平5−187574号に記
載されている超小型バルブは、シリコンにより形成され
たトーション・バー式サスペンション構造により大きな
力を発生できる構造となっているが、消費電力が大きく
なってしまう。
As described above, the microminiature valve described in JP-A-5-187574 has a structure capable of generating a large force by a torsion bar type suspension structure made of silicon, but consumes a large amount of power. turn into.

【0016】さらに、半導体マイクロリレーの従来例と
して、特開平6−338244号や特開平7−1448
3号に開示されたものがある。これらに示された半導体
マイクロリレーを図面を参照して説明する。
Further, as conventional examples of semiconductor microrelays, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-338244 and Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 3 discloses this. The semiconductor microrelay shown in these will be described with reference to the drawings.

【0017】図55は従来の半導体マイクロリレーの構
成を示した断面図である。図55に示すように、第1の
熱膨張係数を有し、一方端が移動可能なように他端が支
持されたシリコン単結晶基板312からなるカンチレバ
ー梁313を有している。このカンチレバー梁313の
裏面側には導電層315を介して、第1の熱膨張係数よ
りも大きい第2の熱膨張係数を有する金属層316を有
している。このカンチレバー梁313の主表面には、一
方端側に酸化膜314を介して接点回路317が設けら
れている。また、カンチレバー梁313の主表面の略全
面には、酸化膜314を介してヒータ回路318が設け
られている。
FIG. 55 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor microrelay. As shown in FIG. 55, a cantilever beam 313 made of a silicon single crystal substrate 312 having a first coefficient of thermal expansion and having one end supported to be movable is provided. A metal layer 316 having a second coefficient of thermal expansion larger than the first coefficient of thermal expansion is provided on the back side of the cantilever beam 313 via a conductive layer 315. On the main surface of the cantilever beam 313, a contact circuit 317 is provided on one end side via an oxide film 314. A heater circuit 318 is provided on substantially the entire main surface of the cantilever beam 313 via an oxide film 314.

【0018】一方、接点回路317の上方には、所定の
空間を介在して対面する位置に導電層319を対向表面
に有する対向接点部320が設けられている。ヒータ回
路318に電流を流すことによりヒータ回路318を加
熱する。これにより、カンチレバー梁313と金属層3
16からなる可撓領域とが加熱される。このとき、金属
層316の方の熱膨張率が大きくなるように設定してい
ることにより、カンチレバー梁313と金属層316は
上方に変位する。従って、カンチレバー梁313の一方
端に設けられた接点回路317が対向接点部320に押
し付けられ導通状態となる。このようなバイメタル駆動
のリレーは従来の静電駆動型リレーに比べ、接点間隔を
大きくすることができ、且つ接点荷重を大きくすること
ができる。このため、接触抵抗が小さく、溶着などの少
ない信頼性のよいリレーを実現できる。
On the other hand, above the contact circuit 317, an opposing contact portion 320 having a conductive layer 319 on the opposing surface is provided at a position facing the intermediary of a predetermined space. The heater circuit 318 is heated by passing a current through the heater circuit 318. Thereby, the cantilever beam 313 and the metal layer 3
The flexible region consisting of 16 is heated. At this time, since the coefficient of thermal expansion of the metal layer 316 is set to be larger, the cantilever beam 313 and the metal layer 316 are displaced upward. Therefore, the contact circuit 317 provided at one end of the cantilever beam 313 is pressed against the opposing contact portion 320 to be in a conductive state. Such a bimetal-driven relay can increase a contact interval and a contact load as compared with a conventional electrostatic drive relay. Therefore, a highly reliable relay with low contact resistance and little welding can be realized.

【0019】しかし、従来の半導体マイクロリレーにお
いても、次のような問題点がある。リレーの駆動には、
カンチレバー梁313の主表面に設けられたヒータ回路
318に電流を流しカンチレバー梁313と金属層31
6とを加熱することが必要である。ところが、カンチレ
バー梁313を構成するシリコン単結晶は熱伝導が非常
によい材料であり、またカンチレバー梁313の他方端
はシリコン単結晶基板312と繋がっており、カンチレ
バー梁313からシリコン単結晶基板312への熱の逃
げが大きく、少ない消費電力でカンチレバー梁313の
温度を上昇させることが非常に困難となる。
However, the conventional semiconductor micro relay has the following problems. To drive a relay,
An electric current is applied to a heater circuit 318 provided on the main surface of the cantilever beam 313 to cause the cantilever beam 313 and the metal layer 31 to pass through.
6 need to be heated. However, the silicon single crystal forming the cantilever beam 313 is a material having a very good thermal conductivity, and the other end of the cantilever beam 313 is connected to the silicon single crystal substrate 312. Is large, and it becomes very difficult to raise the temperature of the cantilever beam 313 with low power consumption.

【0020】ここで、図56に熱伝導のモデルを示す。
破線はカンチレバー梁313の断面と仮定する。このモ
デルを用いてシリコン単結晶基板312への熱の逃げ
(矢印方向)を概算すると以下のようになる。まず、カ
ンチレバー梁313のサイズを1.5mm×1.5m
m、厚さを10μmとすると、熱流の向きに垂直な断面
A3は、 A3=10μm(厚さ)×1500μm(幅)=1.5
0×10-4cm2 となる。シリコンの熱伝導率λはλ=1.48W/cm
・℃であり、例えば加熱時のカンチレバー梁313の温
度を250℃とすると、シリコン単結晶基板312に逃
げる熱量Q3は、上記式Xを用いて、 Q3=1.48(W/cm・℃)×(250(℃)/2
80×10-4(cm))×1.50×10-4(cm2
=1.98(W) となる。つまり、従来の半導体マイクロリレーでは導通
状態を維持するために、概算で2W程度の電力を常時供
給しなければならない。これは、数十mWで駆動できる
メカ式リレーと比べると非常に大きな値であり、実用化
においては低消費電力化が大きな課題となっている。
FIG. 56 shows a model of heat conduction.
The broken line is assumed to be a cross section of the cantilever beam 313. Using this model, heat release (in the direction of the arrow) to the silicon single crystal substrate 312 is roughly calculated as follows. First, the size of the cantilever beam 313 is 1.5 mm × 1.5 m.
m, and the thickness is 10 μm, the cross section A3 perpendicular to the direction of the heat flow is: A3 = 10 μm (thickness) × 1500 μm (width) = 1.5
It becomes 0 × 10 −4 cm 2 . The thermal conductivity λ of silicon is λ = 1.48 W / cm
If the temperature of the cantilever beam 313 at the time of heating is 250 ° C., the amount of heat Q3 escaping to the silicon single crystal substrate 312 can be calculated by using the above-mentioned formula X, Q3 = 1.48 (W / cm · ° C.) × (250 (° C) / 2
80 × 10 −4 (cm)) × 1.50 × 10 −4 (cm 2 )
= 1.98 (W). That is, in the conventional semiconductor microrelay, approximately 2 W of power must be constantly supplied in order to maintain the conductive state. This is a very large value compared to a mechanical relay that can be driven at several tens of mW, and low power consumption is a major issue in practical use.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体装置を用いた半導体マイクロアクチュエータ、
半導体マイクロバルブ、半導体マイクロリレーは、大き
な消費電力を必要とするものであるため、電池で駆動す
ることが困難となり、それらの小型化や携帯しての使用
ができなくなってしまう。
As described above, a semiconductor microactuator using a conventional semiconductor device,
Since the semiconductor microvalve and the semiconductor microrelay require large power consumption, it is difficult to be driven by a battery, and they cannot be miniaturized or used in a portable state.

【0022】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は消費電力が小さく、かつ製造プロセス
が簡単な半導体装置及びこれを用いた半導体マイクロア
クチュエータ及び半導体マイクロバルブ及び半導体マイ
クロリレー及び半導体マイクロアクチュエータの製造方
法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a purpose thereof is to provide a semiconductor device which consumes low power and has a simple manufacturing process, and a semiconductor microactuator, a semiconductor microvalve, and a semiconductor microrelay using the same. And a method of manufacturing a semiconductor microactuator.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、半導体基板と、温度変化により
前記半導体基板に対して変位する可撓領域と、前記半導
体基板と前記可撓領域との間に設けられ前記半導体基板
と前記可撓領域を連結する樹脂製の熱絶縁領域とから構
成されることを特徴としており、樹脂製の熱絶縁領域を
半導体基板と可撓領域の間に設けることで、可撓領域を
温度変化させるときの熱の逃げを防ぐため、消費電力を
抑えることができ、さらにその製造工程も簡単である。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 includes a semiconductor substrate, a flexible region displaced with respect to the semiconductor substrate due to a temperature change, the semiconductor substrate and the flexible substrate. And a resin heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. The resin heat insulating region connects the semiconductor substrate and the flexible region. By providing the space between the flexible regions, heat can be prevented from escaping when the temperature of the flexible region is changed, so that power consumption can be suppressed and the manufacturing process thereof is simple.

【0024】また、請求項2の発明は、請求項1記載の
発明において、前記熱絶縁領域を構成する材料の熱伝導
率が略0.4W/(m・℃)以下の特性を有することを
特徴としており、可撓領域と半導体基板の熱絶縁性がよ
くなる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the material constituting the heat insulating region has a thermal conductivity of about 0.4 W / (m · ° C.) or less. As a feature, the thermal insulation between the flexible region and the semiconductor substrate is improved.

【0025】また、請求項3の発明は、請求項2記載の
発明において、前記熱絶縁領域を構成する材料がポリイ
ミドであることを特徴としており、可撓領域と半導体基
板の熱絶縁性が良くなるとともに、製造が容易となる。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the material constituting the heat insulating region is polyimide, and the flexible region and the semiconductor substrate have good heat insulating properties. At the same time, manufacturing becomes easier.

【0026】また、請求項4の発明は、請求項2記載の
発明において、前記熱絶縁領域を構成する材料がフッ素
化樹脂であることを特徴としており、可撓領域と半導体
基板の熱絶縁性が良くなるとともに、製造が容易とな
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, the material forming the heat insulating region is a fluorinated resin, and the heat insulating property between the flexible region and the semiconductor substrate is reduced. And the manufacture becomes easier.

【0027】また、請求項5の発明は、請求項1から請
求項4のいずれかに記載の発明において、前記熱絶縁領
域に前記熱絶縁領域を構成する材料よりも硬い材料から
なる補強層が設けられていることを特徴としており、半
導体基板と可撓領域の連結強度を上げることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, the reinforcing layer made of a material harder than the material forming the heat insulating region is provided in the heat insulating region. It is characterized by being provided, so that the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0028】また、請求項6の発明は、請求項5記載の
発明において、前記補強層のヤング率が、9.8×10
9N/m2以上であることを特徴としており、半導体基板
と可撓領域の連結強度を上げることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the reinforcing layer has a Young's modulus of 9.8 × 10
It is characterized by being 9 N / m 2 or more, and can increase the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0029】また、請求項7の発明は、請求項6に記載
の発明において、前記補強層が二酸化ケイ素薄膜である
ことを特徴としており、半導体基板と可撓領域の連結強
度を上げることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the reinforcing layer is a silicon dioxide thin film, and the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased. .

【0030】また、請求項8の発明は、請求項1から請
求項7のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板および前記可撓領域の前記熱絶縁領域に接する部分が
互いに櫛刃状になっていることを特徴としており、半導
体基板と可撓領域の連結強度を上げることができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to seventh aspects, the portions of the semiconductor substrate and the flexible region which are in contact with the heat insulating region have a comb-like shape. Thus, the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0031】また、請求項9の発明は、請求項1から請
求項8のいずれかに記載の半導体装置と、前記可撓領域
に連設された可動エレメントとを備え、前記可撓領域の
温度が変化したときに、前記可動エレメントが前記半導
体基板に対して変位することを特徴としており、低消費
電力で駆動可能であることに加えて、請求項1から請求
項8の発明と同様の効果を有する半導体マイクロアクチ
ュエータが得られる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to any one of the first to eighth aspects, and a movable element connected to the flexible region, wherein a temperature of the flexible region is increased. Wherein the movable element is displaced with respect to the semiconductor substrate when is changed. In addition to being drivable with low power consumption, the same effect as in the inventions of claims 1 to 8 is obtained. Is obtained.

【0032】また、請求項10の発明は、請求項9記載
の発明において、前記可撓領域は片持ち梁構造を有して
いることを特徴としており、可動エレメントの変位の大
きな半導体マイクロアクチュエータが得られる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the flexible region has a cantilever structure, and the semiconductor microactuator having a large displacement of the movable element is provided. can get.

【0033】また、請求項11の発明は、請求項9記載
の発明において、前記可動エレメントは複数の可撓領域
により支持されていることを特徴としており、可動エレ
メントを安定して支持できる。
The eleventh aspect of the present invention is characterized in that, in the ninth aspect, the movable element is supported by a plurality of flexible regions, and the movable element can be stably supported.

【0034】また、請求項12の発明は、請求項11記
載の発明において、前記可撓領域は前記可動エレメント
を挟んで十字形状であることを特徴としており、可動エ
レメントの変位の精度が良いものとなる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the flexible region has a cross shape with the movable element interposed therebetween, and the movable element has a good displacement accuracy. Becomes

【0035】また、請求項13の発明は、請求項11記
載の発明において、前記可動エレメントの変位は、前記
半導体基板の基板面に対して水平方向に回転する変位を
含むことを特徴としており、可動エレメントの変位が大
きなものとなる。
According to a thirteenth aspect, in the eleventh aspect, the displacement of the movable element includes a displacement that rotates in a horizontal direction with respect to a substrate surface of the semiconductor substrate. The displacement of the movable element becomes large.

【0036】また、請求項14の発明は、請求項11又
は請求項13記載の発明において、前記可撓領域は、そ
れぞれがL字形状をしている4つ可撓領域が前記可動エ
レメントを中心として四方向に等間隔で設けられている
ことを特徴としており、可撓領域の長さを大きくするこ
とができ、そのため可動エレメントの変位を大きくする
ことができる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the eleventh or thirteenth aspect, the flexible region has four L-shaped flexible regions centered on the movable element. It is characterized by being provided at equal intervals in four directions, so that the length of the flexible region can be increased, and therefore, the displacement of the movable element can be increased.

【0037】また、請求項15の発明は、請求項9から
請求項14のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域は異なる熱膨張係数を有する少なくとも2つの領域
からなり熱膨張係数差に応じて変位をすることを特徴と
しており、可撓領域の温度変化により可撓領域の変位を
得ることができる。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the ninth to fourteenth aspects, the flexible region comprises at least two regions having different coefficients of thermal expansion. The displacement of the flexible region can be obtained by changing the temperature of the flexible region.

【0038】また、請求項16の発明は、請求項15記
載の発明において、前記可撓領域はシリコンにより構成
される領域と、アルミニウムにより構成される領域とを
備えていることを特徴としており、可撓領域の温度変化
により、アルミニウムとシリコンの熱膨張差による可撓
領域の変位を得ることができる。
According to a sixteenth aspect, in the fifteenth aspect, the flexible region includes a region made of silicon and a region made of aluminum. Due to the temperature change of the flexible region, displacement of the flexible region due to a difference in thermal expansion between aluminum and silicon can be obtained.

【0039】また、請求項17の発明は、請求項15記
載の発明において、前記可撓領域はシリコンにより構成
される領域と、ニッケルにより構成される領域とを備え
ていることを特徴としており、可撓領域の温度変化によ
り、ニッケルとシリコンの熱膨張差による可撓領域の変
位を得ることができる。
According to a seventeenth aspect, in the fifteenth aspect, the flexible region includes a region made of silicon and a region made of nickel. Due to the temperature change of the flexible region, displacement of the flexible region due to a difference in thermal expansion between nickel and silicon can be obtained.

【0040】また、請求項18の発明は、請求項15記
載の発明において、前記可撓領域を構成する領域の少な
くとも1つの領域は前記熱絶縁領域と同一材料により構
成されていることを特徴としており、可撓領域と熱絶縁
領域を同時に形成することができるので、製造工程が簡
単になりコストを抑えることができる。
The invention of claim 18 is characterized in that, in the invention of claim 15, at least one of the regions constituting the flexible region is made of the same material as the heat insulating region. Since the flexible region and the heat insulating region can be formed at the same time, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

【0041】請求項19の発明は、請求項18記載の発
明において、前記可撓領域はシリコンにより構成される
領域を備えるとともに、前記熱絶縁領域と同一材料によ
り構成されている領域としてポリイミドにより構成され
る領域を備えていることを特徴としており、請求項18
と同様の効果に加えて、可撓領域の温度変化によりシリ
コンとポリイミドの熱膨張差による可撓領域の変位を得
ることができ、またポリイミドにより可撓領域の熱絶縁
性も良くなる。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the invention according to the eighteenth aspect, the flexible region has a region made of silicon, and the polyimide is used as a region made of the same material as the heat insulating region. 19. An area to be provided,
In addition to the same effects as described above, the displacement of the flexible region due to the difference in thermal expansion between silicon and polyimide can be obtained by the temperature change of the flexible region, and the thermal insulation of the flexible region is also improved by polyimide.

【0042】また、請求項20の発明は、請求項18記
載の発明において、前記可撓領域はシリコンにより構成
される領域を備えるとともに、前記熱絶縁領域と同一材
料により構成されている領域としてフッ素化樹脂により
構成される領域を備えていることを特徴としており、請
求項18と同様の効果に加えて、可撓領域の温度変化に
よりシリコンとフッ素化樹脂の熱膨張差による可撓領域
の変位を得ることができ、またフッ素化樹脂により可撓
領域の熱絶縁性も良くなる。
According to a twentieth aspect of the present invention, in accordance with the eighteenth aspect of the present invention, the flexible region has a region made of silicon, and the flexible region is made of fluorine as a region made of the same material as the heat insulating region. And a displacement of the flexible region due to a difference in thermal expansion between the silicon and the fluorinated resin due to a temperature change of the flexible region, in addition to the same effects as those of claim 18. And the fluorinated resin improves the thermal insulation of the flexible region.

【0043】また、請求項21の発明は、請求項9から
請求項14のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域は形状記憶合金により構成されることを特徴として
おり、可撓領域の温度変化により可撓領域の変位を得る
ことができる。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in any one of the ninth to fourteenth aspects, the flexible region is made of a shape memory alloy. The displacement of the flexible region can be obtained by the temperature change.

【0044】また、請求項22の発明は、請求項9から
請求項21のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域と前記可動エレメントの間に、前記可撓領域と前記
可動エレメントを連結する樹脂からなる熱絶縁領域が設
けられていることを特徴としており、可撓領域と可動エ
レメントの熱絶縁性を確保することができ、可撓領域を
温度変化させるときの消費電力をより抑えることができ
る。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-first aspects, the flexible region and the movable element are connected between the flexible region and the movable element. Characterized in that a heat insulating region made of a resin is formed, and the heat insulation of the flexible region and the movable element can be ensured, and power consumption when the temperature of the flexible region is changed can be further suppressed. Can be.

【0045】また、請求項23の発明は、請求項22記
載の発明において、前記半導体基板と前記可撓領域の間
に設けられた熱絶縁領域の剛性と、前記可撓領域と前記
可動エレメントの間に設けられた熱絶縁領域の剛性とを
異なるようにすることを特徴としており、各熱絶縁領域
の剛性の違いにより可動エレメントの変位の方向を決め
ることができる。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the twenty-second aspect, the rigidity of a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region, and the rigidity of the flexible region and the movable element It is characterized in that the rigidity of the heat insulating region provided therebetween is made different, and the direction of displacement of the movable element can be determined by the difference in rigidity of each heat insulating region.

【0046】また、請求項24の発明は、請求項9から
請求項23のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域を加熱するための加熱手段を備えたことを特徴とし
ており、加熱手段により可撓領域を温度変化させること
ができる。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-third aspects, a heating means for heating the flexible region is provided. Thus, the temperature of the flexible region can be changed.

【0047】また、請求項25の発明は、請求項9から
請求項24のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域を加熱するための加熱手段に電力を供給する配線が
前記熱絶縁領域を介さずに形成されていることを特徴と
しており、上記配線の熱絶縁距離を大きくすることがで
き、可撓領域の熱絶縁性を良くすることができる。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the ninth to twenty-fourth aspects, a wiring for supplying electric power to a heating means for heating the flexible region is provided in the heat insulating region. This is characterized in that it is formed without interposing, and the thermal insulation distance of the wiring can be increased, and the thermal insulation of the flexible region can be improved.

【0048】また、請求項26の発明は、請求項9から
請求項25のいずれかに記載の発明において、前記可動
エレメントには凹部が形成されていることを特徴として
おり、可動エレメントの熱容量が小さくなることで、可
撓領域の温度変化を早くすることができる。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-fifth aspects, the movable element has a concave portion, and the heat capacity of the movable element is reduced. By reducing the size, the temperature change of the flexible region can be accelerated.

【0049】また、請求項27の発明は、請求項9から
請求項26のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域と前記可動エレメントの連結部分または前記可撓領
域と前記半導体基板の連結部分の近傍には応力を緩和す
る丸みが設けられていることを特徴としており、可撓領
域が変位したときにその連結部分近傍に加わる応力を丸
みにより分散することで、その部分が破壊することを防
止できる。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-sixth aspects, a connecting portion between the flexible region and the movable element or a connecting portion between the flexible region and the semiconductor substrate. In the vicinity of the part, it is characterized by being provided with roundness to relieve stress, and when the flexible region is displaced, the stress applied near the connection part is dispersed by the roundness, so that the part is broken. Can be prevented.

【0050】また、請求項28の発明は、請求項27記
載の発明において、前記半導体基板には前記可撓領域と
の連結部分に向かって突出する突出部が形成されてお
り、前記丸みは前記突出部の基端部両端に前記半導体基
板における基板面での形状がR形状となるように形成さ
れていることを特徴としており、可撓領域が変位したと
きに突出部の基端部両端に加わる応力を丸みにより分散
することで、その部分が破壊することを防止できる。
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the twenty-seventh aspect, the semiconductor substrate is provided with a protruding portion protruding toward a connection portion with the flexible region. The semiconductor substrate is formed at both ends of the base end of the protrusion so that the shape of the semiconductor substrate on the substrate surface becomes an R shape, and when the flexible region is displaced, both ends of the base end of the protrusion are formed. By dispersing the applied stress by rounding, it is possible to prevent that portion from being broken.

【0051】また、請求項29の発明は、請求項27に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板を基板面よりエッチングし凹部を設けて
その底面部を前記可撓領域として形成し、前記凹部の前
記底面部と側面部の境界に犠牲層を形成しエッチングに
より前記犠牲層を除去してR形状とすることで前記丸み
を形成することを特徴としており、犠牲層を拡散すると
きの等方性を利用して丸みを形成することができ、さら
に可撓領域が変位したときに上記凹部の底面部と側面部
の境界に加わる応力を丸みにより分散することで、その
部分が破壊することを防止できる。
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microactuator according to the twenty-seventh aspect, the semiconductor substrate is etched from the substrate surface to form a concave portion, and the bottom portion is formed as the flexible region, Forming a sacrifice layer at the boundary between the bottom surface and the side surface of the concave portion and removing the sacrifice layer by etching to form an R shape, thereby forming the roundness. The roundness can be formed by utilizing the isotropic property. Further, when the flexible region is displaced, the stress applied to the boundary between the bottom surface and the side surface of the concave portion is dispersed by the roundness, so that the portion is broken. Can be prevented.

【0052】また、請求項30の発明は、請求項9から
請求項29のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュ
エータと、前記半導体マイクロアクチュエータに接合さ
れ、前記可動エレメントの変位に応じて流れる流体量が
変化する流路を有する流体エレメントとを備えたことを
特徴としており、低消費電力で駆動可能であることに加
えて、請求項9から請求項29の発明と同様の効果を有
する半導体マイクロバルブが得られる。
According to a thirtieth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor microactuator according to any one of the ninth to twenty-ninth aspects, wherein the semiconductor microactuator is connected to the semiconductor microactuator, and the fluid amount flowing according to the displacement of the movable element is And a fluid element having a variable flow path. The semiconductor microvalve has the same effects as those of the ninth to twenty-ninth aspects in addition to being drivable with low power consumption. can get.

【0053】また、請求項31の発明は、請求項30記
載の発明において、前記半導体マイクロアクチュエータ
と前記流体エレメントとが陽極接合により接合されてい
ることを特徴としており、両者の接合が可能となる。
Further, the invention of claim 31 is characterized in that, in the invention of claim 30, the semiconductor microactuator and the fluid element are joined by anodic bonding, so that both can be joined. .

【0054】また、請求項32の発明は、請求項30記
載の発明において、前記半導体マイクロアクチュエータ
と前記流体エレメントとが共晶接合により接合されてい
ることを特徴としており、両者の接合が可能となる。
A thirty-second aspect of the present invention is characterized in that, in the thirty-third aspect, the semiconductor microactuator and the fluid element are joined by eutectic joining. Become.

【0055】また、請求項33の発明は、請求項30記
載の発明において、前記半導体マイクロアクチュエータ
と前記流体エレメントとがスペーサ層を介して接合され
ていることを特徴としており、半導体マイクロアクチュ
エータと流体エレメントを接合するときの両者の熱膨張
差をスペーサ層にて吸収して、可撓領域に加わるストレ
スを抑えることができる。
A thirty-third aspect of the present invention is the liquid crystal display device according to the thirty-third aspect, wherein the semiconductor microactuator and the fluid element are joined via a spacer layer. The difference in thermal expansion between the two when the elements are joined can be absorbed by the spacer layer, and the stress applied to the flexible region can be suppressed.

【0056】また、請求項34の発明は、請求項33記
載の発明において、前記スペーサ層はポリイミドからな
ることを特徴としており、半導体マイクロアクチュエー
タと流体エレメントを接合するときの両者の熱膨張差を
ポリイミドの弾性により吸収して、可撓領域に加わるス
トレスを抑えることができる。
According to a thirty-fourth aspect of the present invention, in the thirty-third aspect of the present invention, the spacer layer is made of polyimide, and a difference in thermal expansion between the semiconductor microactuator and the fluid element when the two are joined. The stress applied to the flexible region can be suppressed by absorbing the elasticity of the polyimide.

【0057】また、請求項35の発明は、請求項9から
請求項29のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュ
エータと、前記可動エレメントに可動接点が設けられ、
その対応する位置に前記可動接点と接触可能な固定接点
を有し前記半導体マイクロアクチュエータに接合される
固定エレメントとを備えたことを特徴としており、低消
費電力で駆動可能であることに加えて、請求項9から請
求項29の発明と同様の効果を有する半導体マイクロリ
レーが得られる。
According to a thirty-fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor micro-actuator according to any one of the ninth to twenty-ninth aspects, wherein the movable element is provided with a movable contact,
It has a fixed element that has a fixed contact capable of contacting the movable contact at the corresponding position and is fixed to the semiconductor microactuator, in addition to being drivable with low power consumption, A semiconductor micro relay having the same effects as the inventions of claims 9 to 29 can be obtained.

【0058】また、請求項36の発明は、請求項35記
載の発明において、前記固定接点は前記可動接点と接触
することで前記可動接点を介して互いに導通する離間し
た接点であることを特徴としており、離間した固定接点
の導通が可能な半導体マイクロリレーが得られる。
According to a thirty-sixth aspect of the present invention, in the thirty-fifth aspect of the present invention, the fixed contact is a separated contact which is in contact with the movable contact to conduct with each other via the movable contact. As a result, a semiconductor micro relay capable of conducting the fixed contacts separated from each other can be obtained.

【0059】また、請求項37の発明は、請求項35又
は請求項36記載の発明において、前記可動接点と前記
固定接点は金コバルトであることを特徴としており、可
動接点と固定接点の導通が可能である。
According to a thirty-seventh aspect, in the thirty-fifth or thirty-sixth aspect, the movable contact and the fixed contact are made of gold cobalt, and conduction between the movable contact and the fixed contact is established. It is possible.

【0060】また、請求項38の発明は、請求項35か
ら請求項37のいずれかに記載の発明において、前記半
導体マイクロアクチュエータと前記固定エレメントは陽
極接合により接合されていることを特徴としており、両
者の接合が可能となる。
According to a thirty-eighth aspect of the present invention, in any one of the thirty-fifth to thirty-seventh aspects, the semiconductor microactuator and the fixed element are joined by anodic joining. Both can be joined.

【0061】また、請求項39の発明は、請求項35か
ら請求項37のいずれかに記載の発明において、前記半
導体マイクロアクチュエータと前記固定エレメントは共
晶接合により接合されていることを特徴としており、両
者の接合が可能となる。
According to a thirty-ninth aspect of the present invention, in any one of the thirty-fifth to thirty-seventh aspects, the semiconductor microactuator and the fixing element are joined by eutectic joining. Thus, both can be joined.

【0062】また、請求項40の発明は、請求項35か
ら請求項37のいずれかに記載の発明において、前記半
導体マイクロアクチュエータと前記固定エレメントはス
ペーサ層を介して接合されていることを特徴としてお
り、半導体マイクロアクチュエータと流体エレメントを
接合するときの両者の熱膨張差をスペーサ層にて吸収し
て、可撓領域に加わるストレスを抑えることができる。
According to a forty-third aspect of the present invention, in any one of the thirty-fifth to thirty-seventh aspects, the semiconductor microactuator and the fixing element are joined via a spacer layer. In addition, the difference in thermal expansion between the semiconductor microactuator and the fluid element when the fluid element is joined can be absorbed by the spacer layer, and the stress applied to the flexible region can be suppressed.

【0063】また、請求項41の発明は、請求項40記
載の発明において、前記スペーサ層はポリイミドである
ことを特徴としており、半導体マイクロアクチュエータ
と流体エレメントを接合するときの両者の熱膨張差をポ
リイミドの弾性により吸収して、可撓領域に加わるスト
レスを抑えることができる。
According to a forty-first aspect of the present invention, in the forty-ninth aspect, the spacer layer is made of polyimide, and a difference in thermal expansion between the semiconductor microactuator and the fluid element when the two are joined. The stress applied to the flexible region can be suppressed by absorbing the elasticity of the polyimide.

【0064】また、請求項42の発明は、請求項18に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板の一方の面をエッチング除去してその底
面部を前記可撓領域を構成する1つの領域として形成す
ると同時に、前記半導体基板の他方の面をエッチング除
去して前記可動エレメントの凹部を形成する工程と、前
記半導体基板の前記他方の面をエッチング除去して、少
なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程と、熱絶縁
材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込み前記熱絶縁
領域を形成すると同時に前記熱絶縁材料を前記半導体基
板の前記他方の面に塗布して前記可撓領域を構成する1
つの領域を形成する工程を有することを特徴としてお
り、熱絶縁領域と可撓領域を構成する1つの領域を同一
材料にて同時に形成することで、製造工程を簡単にし、
コストを低下することができる。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microactuator according to the eighteenth aspect, one surface of the semiconductor substrate is removed by etching so that the bottom surface is formed of one of the flexible regions. A step of forming the concave portion of the movable element by etching and removing the other surface of the semiconductor substrate at the same time as forming the region, and removing the other surface of the semiconductor substrate by etching to form at least the semiconductor substrate and the flexible substrate. Forming a portion to be the heat insulating region provided between the bending regions; and embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region to form the heat insulating region and simultaneously applying the heat insulating material to the semiconductor substrate. 1 to form the flexible region by applying to the other surface of
It is characterized by having a step of forming one region, and by simultaneously forming the heat insulating region and one region constituting the flexible region with the same material, the manufacturing process is simplified,
Cost can be reduced.

【0065】また、請求項43の発明は、請求項16に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板の一方の面をエッチング除去してその底
面部を前記可撓領域を構成する1つの領域として形成す
ると同時に、前記半導体基板の他方の面をエッチング除
去して前記可動エレメントの凹部を形成する工程と、前
記半導体基板の前記他方の面をエッチング除去して、少
なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程と、前記半
導体基板の前記他方の面にアルミ薄膜を形成して前記可
撓領域のアルミニウムにより構成される領域と、前記加
熱手段に電力を供給する配線とを形成する工程と、熱絶
縁材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込み前記熱絶
縁領域を形成する工程とを有することを特徴としてお
り、可撓領域のアルミニウムにより構成される領域と、
加熱手段に電力を供給する配線を同時に形成すること
で、製造工程を簡単にしコストを下げることができる。
According to a forty-third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microactuator according to the sixteenth aspect, one surface of the semiconductor substrate is removed by etching so that the bottom surface is formed of one of the flexible regions. A step of forming the concave portion of the movable element by etching and removing the other surface of the semiconductor substrate at the same time as forming the region, and removing the other surface of the semiconductor substrate by etching to form at least the semiconductor substrate and the flexible substrate. Forming a portion to be the heat insulating region provided between the flexible regions, forming an aluminum thin film on the other surface of the semiconductor substrate, a region formed of aluminum in the flexible region, Forming a wiring for supplying power to the heating means, and embedding a heat insulating material in a portion to be the heat insulating region to form the heat insulating region It is characterized by having a degree, and a region composed of aluminum of the flexible region,
By simultaneously forming wiring for supplying electric power to the heating means, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

【0066】また、請求項44の発明は、請求項17に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板の一方の面をエッチング除去してその底
面部を前記可撓領域を構成する1つの領域として形成す
ると同時に、前記半導体基板の他方の面をエッチング除
去して前記可動エレメントの凹部を形成する工程と、前
記半導体基板の前記他方の面をエッチング除去して、少
なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程と、前記加
熱手段に電力を供給する配線を形成する工程と、熱絶縁
材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込み前記熱絶縁
領域を形成する工程と、前記半導体基板の前記他方の面
に前記可撓領域のニッケルにより構成される領域として
ニッケル薄膜を形成する工程とを有することを特徴とし
ており、可撓領域のニッケルにより構成される領域を設
けることができる。
According to a forty-fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microactuator according to the seventeenth aspect, one surface of the semiconductor substrate is removed by etching so that the bottom surface is formed of one of the flexible regions. A step of forming the concave portion of the movable element by etching and removing the other surface of the semiconductor substrate at the same time as forming the region, and removing the other surface of the semiconductor substrate by etching to form at least the semiconductor substrate and the flexible substrate. Forming a portion serving as the heat insulating region provided between the bending regions; forming a wiring for supplying power to the heating means; and embedding a heat insulating material in the portion serving as the heat insulating region. Forming a heat insulating region, and forming a nickel thin film on the other surface of the semiconductor substrate as a region composed of nickel of the flexible region. And characterized by a step of, it can provide a region composed of nickel flexible area.

【0067】また、請求項45の発明は、請求項1記載
の半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板と
前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる部
分を形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域とな
る部分に埋め込む工程と、半導体基板の他方の面をエッ
チング除去して前記熱絶縁領域を形成する工程を有する
ことを特徴としており、半導体基板と可撓領域の間に熱
絶縁領域を形成することができる。
According to a forty-fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, at least one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion to be the heat insulating region, embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region, and forming the heat insulating region by etching away the other surface of the semiconductor substrate. And a heat insulating region can be formed between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0068】また、請求項46の発明は、請求項5記載
の半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板と
前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる部
分を形成する工程と、前記熱絶縁領域に補強層となる層
を形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域となる
部分に埋め込む工程と、半導体基板の他方の面をエッチ
ング除去して前記熱絶縁領域を形成する工程を有するこ
とを特徴としており、半導体基板と可撓領域の間に熱絶
縁領域を形成するとともに、その熱絶縁領域に補強層を
形成することができる。
According to a forty-sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, at least one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion to be the heat insulating region, forming a layer to be a reinforcing layer in the heat insulating region, embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region, and the other of a semiconductor substrate Forming a heat insulating region by etching away the surface of the semiconductor substrate, forming a heat insulating region between the semiconductor substrate and the flexible region, and forming a reinforcing layer in the heat insulating region. be able to.

【0069】この発明は、ポリイミドまたはフッ素化樹
脂等の樹脂材料が高い熱絶縁性(二酸化ケイ素の約80
倍)を有し、さらに液状で加工し易くスピンコートなど
の半導体製造工程により所望の厚さ(数μm〜数十μ
m)の薄膜を容易に得ることができるという特徴に着目
しなされたものである。
According to the present invention, a resin material such as polyimide or fluorinated resin has a high thermal insulation property (about 80% of silicon dioxide).
Times), and is easily processed in a liquid state and has a desired thickness (several μm to several tens μm) by a semiconductor manufacturing process such as spin coating.
The focus is on the feature that the thin film of m) can be easily obtained.

【0070】[0070]

【発明の実施の形態】(実施形態1)本発明の実施形態
1を説明する。図1は本発明に係わる半導体装置を用い
た半導体マイクロアクチュエータの構造を示す一部破断
の斜視図、図2(a)は断面図、図2(b)は上面図で
ある。
(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator using a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 (a) is a sectional view, and FIG. 2 (b) is a top view.

【0071】図示したように、半導体マイクロアクチュ
エータ1は、中空で略四角形状の枠体となる半導体基板
3と、半導体基板3より切り離され半導体基板3の各辺
の略中央より内方向に熱絶縁領域7を介して一端が連結
される略四角片状の4つの薄肉部2Sと、上面が四角形
状に開口し下方に向かうにつれて幅が狭くなる中空の四
角錐台形状に形成され、上記各薄肉部2Sの他端に上面
の開口部周縁が連設される可動エレメント5と、上記各
薄肉部2Sの上面に設けられ、薄肉部2Sとともに可撓
領域2を構成するアルミニウム薄膜またはニッケル薄膜
などの薄膜2Mにより構成されている。
As shown in the figure, a semiconductor microactuator 1 is composed of a semiconductor substrate 3 which is a hollow and substantially rectangular frame, and is thermally insulated inward from a substantially center of each side of the semiconductor substrate 3 separated from the semiconductor substrate 3. Four thin-walled portions 2S each having a substantially square piece shape, one end of which is connected via the region 7; and a hollow truncated pyramid shape whose upper surface is opened in a square shape and whose width becomes narrower downward. A movable element 5 having an upper peripheral edge connected to the other end of the portion 2S; and an aluminum thin film or a nickel thin film provided on the upper surface of each of the thin portions 2S and forming the flexible region 2 together with the thin portion 2S. It is composed of a thin film 2M.

【0072】上記半導体基板3、薄肉部2S、および可
動エレメント5は、例えばシリコン基板などの半導体基
板を加工して形成される。また、薄肉部2Sの表面には
加熱手段である不純物拡散抵抗6(以下、拡散抵抗6と
いう)が形成されており、この拡散抵抗6は半導体基板
3の4隅に設けられた電極パッド4と接続された配線4
aにより電力が供給されて温度が上昇し、薄肉部2Sと
薄膜2Mにより構成される可撓領域2を加熱する。薄膜
2Mは上述したようにアルミニウムまたはニッケルなど
により構成され、また薄肉部2Sはシリコンなどにより
構成され、両者は異なる熱膨張係数を有している。
The semiconductor substrate 3, the thin portion 2S, and the movable element 5 are formed by processing a semiconductor substrate such as a silicon substrate. On the surface of the thin portion 2S, an impurity diffusion resistor 6 (hereinafter referred to as a diffusion resistor 6) as a heating means is formed. The diffusion resistor 6 is connected to the electrode pads 4 provided at the four corners of the semiconductor substrate 3. Connected wiring 4
The power is supplied by a and the temperature rises to heat the flexible region 2 composed of the thin portion 2S and the thin film 2M. As described above, the thin film 2M is made of aluminum or nickel, and the thin portion 2S is made of silicon or the like, and both have different thermal expansion coefficients.

【0073】半導体基板3と可撓領域2を連結する熱絶
縁領域7は、薄肉部2Sと略同じ厚さであり、フッ素化
樹脂、ポリイミド等の熱絶縁材料により構成されてお
り、半導体基板3と可撓領域2を熱絶縁している。な
お、半導体基板3の4隅に設けられた電極パッド4は図
2(b)における右上の電極パッド4と左下の電極パッ
ド4が外部電源に接続され、電源に対して2つの拡散抵
抗6の直列回路が並列に接続されている。
The heat insulating region 7 connecting the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 has substantially the same thickness as the thin portion 2S and is made of a heat insulating material such as a fluorinated resin or polyimide. And the flexible region 2 are thermally insulated. The electrode pads 4 provided at the four corners of the semiconductor substrate 3 are such that the upper right electrode pad 4 and the lower left electrode pad 4 in FIG. A series circuit is connected in parallel.

【0074】また、上記4つの可撓領域2が中央の可動
エレメント5を挟んで十字形状となっており、可動エレ
メント5はその周囲を複数の可撓領域2により支持され
る構造となっている。ここで、半導体基板3と可撓領域
2とその間の熱絶縁領域7とで半導体装置8が構成され
る。
The four flexible regions 2 have a cross shape with the central movable element 5 interposed therebetween, and the movable element 5 is structured so that its periphery is supported by the plurality of flexible regions 2. . Here, the semiconductor device 8 is composed of the semiconductor substrate 3, the flexible region 2, and the heat insulating region 7 between them.

【0075】上記半導体マイクロアクチュエータ1は、
拡散抵抗6に電力が加えられると温度上昇し可撓領域2
が加熱され、可撓領域2を構成する薄膜2Mと薄肉部2
Sの熱膨張係数の違いによる熱応力が発生する。例え
ば、薄膜2Mとしてアルミニウム、ニッケル等の金属薄
膜が形成させている場合には、薄肉部2Sを構成するシ
リコンよりも熱膨張係数が大きいため、可撓領域2は図
中下方向へ曲げられる。すなわち、可撓領域2は半導体
基板3に対して下方向に変位する。そして、可撓領域2
に連設された可動エレメント5は、可撓領域2の熱応力
を受けて、半導体基板3に対して下方向に変位する。
The semiconductor microactuator 1 is
When power is applied to the diffusion resistor 6, the temperature rises and the flexible region 2
Is heated, and the thin film 2M and the thin portion 2 forming the flexible region 2 are formed.
Thermal stress occurs due to the difference in the thermal expansion coefficient of S. For example, when a metal thin film of aluminum, nickel, or the like is formed as the thin film 2M, the flexible region 2 is bent downward in the drawing because the thin film portion 2S has a larger thermal expansion coefficient than silicon. That is, the flexible region 2 is displaced downward with respect to the semiconductor substrate 3. And the flexible region 2
The movable element 5 is continuously displaced downward with respect to the semiconductor substrate 3 due to the thermal stress of the flexible region 2.

【0076】上述したように、半導体マイクロアクチュ
エータ1は、4つの可撓領域が中央の可動エレメント5
を挟んで十字形状となっており、可動エレメント5の変
位は半導体基板3に対して非回転的な変位となり、変位
の制御精度が良く大きな力を発生することができる。ま
た、上述したように可撓領域2はその表面に可撓領域2
を加熱するための拡散抵抗6が設けられているので、す
なわち可撓領域2に拡散抵抗6が含まれているため、半
導体マイクロアクチュエータ1を小型化できる。
As described above, the semiconductor microactuator 1 has the movable element 5 having four flexible regions at the center.
, The displacement of the movable element 5 is a non-rotational displacement with respect to the semiconductor substrate 3, and a large force can be generated with good displacement control accuracy. Further, as described above, the flexible region 2 has a flexible region 2 on its surface.
Is provided, that is, since the flexible region 2 includes the diffusion resistor 6, the semiconductor microactuator 1 can be downsized.

【0077】なお、本実施形態の半導体マイクロアクチ
ュエータ1は、可撓領域2として異なる熱膨張係数を有
する2つの領域である薄肉部2Sと薄膜2Mにより構成
されるものとしたがこれに限定されず、例えば可撓領域
2がニッケルチタンなどの形状記憶合金により構成さ
れ、温度変化により形状記憶合金からなる可撓領域2を
変位させるようにしてもよい。
Although the semiconductor microactuator 1 of the present embodiment is constituted by the thin portion 2S and the thin film 2M which are two regions having different thermal expansion coefficients as the flexible region 2, the present invention is not limited to this. For example, the flexible region 2 may be made of a shape memory alloy such as nickel titanium, and the flexible region 2 made of the shape memory alloy may be displaced by a temperature change.

【0078】また、本発明は半導体マイクロアクチュエ
ータに限定されるものではなく、温度変化による可撓領
域の変位をレーザ変位計等により測定し、その変位に応
じて温度を検出する温度センサなど、可撓領域2と半導
体基板3の間に熱絶縁領域7が設けられていることで、
可撓領域を加熱するときの熱が半導体基板3へ逃げるの
を防止できる効果が利用される半導体装置であればよ
い。
The present invention is not limited to a semiconductor microactuator, but may be a temperature sensor that measures displacement of a flexible region due to a temperature change using a laser displacement meter or the like and detects a temperature according to the displacement. Since the heat insulating region 7 is provided between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3,
Any semiconductor device may be used as long as it has an effect of preventing heat generated when heating the flexible region from escaping to the semiconductor substrate 3.

【0079】ここで本発明の半導体マイクロアクチュエ
ータ1に用いられる半導体装置8の作用を説明するため
に、具体的例として図3の断面図に示すように熱絶縁領
域7における半導体基板3と可撓領域2の連結方向の長
さを30μm、厚さを20μmとし、その構成材料とし
てポリイミド(商品名「フォトニース」、以下ポリイミ
ドという)を使用した場合について考察する。また図1
に示した可撓領域2の上記連結方向の長さを800μ
m、可撓領域2の幅(上記連結方向と直交する方向の長
さ)を600μmとする。
Here, in order to explain the operation of the semiconductor device 8 used in the semiconductor microactuator 1 of the present invention, as shown in the sectional view of FIG. Consider the case where the length of the region 2 in the connection direction is 30 μm, the thickness is 20 μm, and polyimide (trade name “Photo Nice”, hereinafter referred to as polyimide) is used as a constituent material. FIG.
The length of the flexible region 2 shown in FIG.
m, and the width of the flexible region 2 (the length in the direction orthogonal to the connection direction) is 600 μm.

【0080】可撓領域2から熱絶縁領域7を通して半導
体基板3へ逃げる熱量Q3を計算すると、従来例で示し
た式Xに従う。ここで、逃げる熱の熱流の向きに垂直な
断面A10は A10=(ポリイミドの厚み)×(可撓領域の幅)=2
0μm×600μm=1.2×10-4cm となる。また、ポリイミドの熱伝導率は1.17×10
-3(W/cm℃)であり、熱源から距離δ、すなわち可
撓領域2と半導体基板3の距離は30μmであるから、
150℃に加熱された可撓領域2から半導体基板3へ逃
げる熱量Q3は Q3=1.17×10-3(W/cm・℃)×(150℃
/(30×10-4cm))×1.2×10-4(cm2
=4.2×10-3(W)=4.2(mW) となる。上記したように半導体装置8は4つの可撓領域
2を有しているため、全体として16.8mWの熱量と
なる。これは、拡散抵抗6に入力電力16.8mWを投
入することにより可撓領域2の温度を150℃に維持で
きることを示しており、従来例の660mWに比べて、
消費電力を1/40に低減できる。
When the amount of heat Q3 escaping from the flexible region 2 to the semiconductor substrate 3 through the heat insulating region 7 is calculated, it follows the formula X shown in the conventional example. Here, the cross section A10 perpendicular to the direction of the heat flow of the escaped heat is: A10 = (thickness of polyimide) × (width of flexible region) = 2
0 μm × 600 μm = 1.2 × 10 −4 cm The thermal conductivity of polyimide is 1.17 × 10
−3 (W / cm ° C.) and the distance δ from the heat source, that is, the distance between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 is 30 μm.
The amount of heat Q3 escaping from the flexible region 2 heated to 150 ° C. to the semiconductor substrate 3 is Q3 = 1.17 × 10 −3 (W / cm · ° C.) × (150 ° C.)
/ (30 × 10 −4 cm)) × 1.2 × 10 −4 (cm 2 )
= 4.2 × 10 −3 (W) = 4.2 (mW). As described above, since the semiconductor device 8 has the four flexible regions 2, the total amount of heat is 16.8 mW. This indicates that the temperature of the flexible region 2 can be maintained at 150 ° C. by supplying the input power of 16.8 mW to the diffusion resistor 6, which is smaller than the conventional example of 660 mW.
Power consumption can be reduced to 1/40.

【0081】次に、ポリイミドで構成された熱絶縁領域
7の強度について考察する。図4(a)に示す両端固定
の両持ち梁構造のモデルを考える。図4(a)に示すよ
うに梁21(可撓領域2と対応する)の中心に荷重Wが
下から加えられた場合には、梁21のせん断力、モーメ
ント力はそれぞれ図4(b)(c)に示すようになる。
熱絶縁領域7は、図4(a)においては、両端の固定端
22a,22bと梁21の間のいずれか一方に位置す
る。そこで、例えば荷重Wが1g、梁21の中央に加わ
った場合(マイクロバルブの場合にオリフィス500μ
mに46.7kPaの圧力がかかった場合に相当する)
における梁21にかかる力を求める。
Next, the strength of the heat insulating region 7 made of polyimide will be considered. A model of a doubly supported beam structure fixed at both ends shown in FIG. When a load W is applied to the center of the beam 21 (corresponding to the flexible region 2) from below as shown in FIG. 4A, the shear force and the moment force of the beam 21 are respectively shown in FIG. The result is as shown in FIG.
In FIG. 4A, the heat insulating region 7 is located at any one of between the fixed ends 22 a and 22 b at both ends and the beam 21. Thus, for example, when a load W of 1 g is applied to the center of the beam 21 (in the case of a micro valve, the orifice 500 μm is used).
m corresponds to a pressure of 46.7 kPa)
The force applied to the beam 21 at is calculated.

【0082】梁にかかるせん断力F1はF1=W/2=
1.0×10-3(kgf)/2=0.5×10-3(kg
f)=4.9×10-3(N)となり、梁にかかる最大せ
ん断応力Fmaxは、 Fmax=F1/S1(S1は梁の断面積) となる。ここで、梁21の幅b1=600μm、梁21
の厚みh1=20μmとすると断面積S1は S1=(b1)(h1)=600×10-4×20×10
-4=1.2×10-4cm2 となる。よって、梁21にかかる最大せん断応力Fma
xは、 Fmax=0.50×10-3(kgf)/1.2×10
-4(cm2)=4.16(kgf/cm2)=4.16×
0.098(MPa)=0.41(MPa) となる。次に、梁21にかかる最大応力σmaxを求め
る。最大応力σmaxは、σmax=Mmax/Z1で
表される。このとき、Mmaxは最大モーメントであ
り、Z1は断面係数である。最大モーメントMmaxは
図4(c)に示したとおり、Mmax=WL/8(Lは
梁の長さ800μm)であり、よって、最大モーメント
Mmaxは、Mmax=WL/8=1.0×10-3(k
gf)×800×10-4(cm)/8=1.0×10-5
(kgf・cm)=9.8×10-5(N・cm)とな
る。また、断面係数Z1は Z1=(b1)(h1)2/6=1/6×600×10
-4×(20×10-42=4.0×10-8(cm3) となる。そこで、モーメントによる最大応力σmaxは σmax=Mmax/Z=1.0×10-5(kgf・c
m)/4.0×10-8(cm3)=250(kgf/c
2)=24.5(MPa) となる。ここで、梁21の寸法を上述したように、幅6
00μm、長さ800μmとして求めた。
The shear force F1 applied to the beam is F1 = W / 2 =
1.0 × 10 −3 (kgf) /2=0.5×10 −3 (kg
f) = 4.9 × 10 −3 (N), and the maximum shear stress Fmax applied to the beam is as follows: Fmax = F1 / S1 (S1 is the cross-sectional area of the beam). Here, the width b1 of the beam 21 = 600 μm,
If the thickness h1 is 20 μm, the sectional area S1 is: S1 = (b1) (h1) = 600 × 10 −4 × 20 × 10
-4 = 1.2 × 10 -4 cm 2 . Therefore, the maximum shear stress Fma applied to the beam 21
x is: Fmax = 0.50 × 10 −3 (kgf) /1.2×10
-4 (cm 2 ) = 4.16 (kgf / cm 2 ) = 4.16 ×
0.098 (MPa) = 0.41 (MPa). Next, the maximum stress σmax applied to the beam 21 is determined. The maximum stress σmax is represented by σmax = Mmax / Z1. At this time, Mmax is the maximum moment, and Z1 is the section modulus. As shown in FIG. 4C, the maximum moment Mmax is Mmax = WL / 8 (L is the length of the beam is 800 μm). Therefore, the maximum moment Mmax is Mmax = WL / 8 = 1.0 × 10 −. 3 (k
gf) × 800 × 10 −4 (cm) /8=1.0×10 −5
(Kgf · cm) = 9.8 × 10 −5 (N · cm). Moreover, the section modulus Z1 is Z1 = (b1) (h1) 2/6 = 1/6 × 600 × 10
−4 × (20 × 10 −4 ) 2 = 4.0 × 10 −8 (cm 3 ). Then, the maximum stress σmax due to the moment is σmax = Mmax / Z = 1.0 × 10 −5 (kgf · c
m) /4.0×10 −8 (cm 3 ) = 250 (kgf / c)
m 2 ) = 24.5 (MPa). Here, as described above, the size of the beam 21 is
It was determined as 00 μm and 800 μm in length.

【0083】ポリイミドの破壊強度は30MPa程度で
あるため、上記した熱絶縁領域7で1g程度の荷重に耐
えうる半導体マイクロアクチュエータを実現できる。ま
たこの熱絶縁領域7の強度については、他の例に示すよ
うに強度を上げることが可能である。また、ここで記載
していないが、フッ素化樹脂においても同様の効果が期
待できる。
Since the breaking strength of polyimide is about 30 MPa, a semiconductor microactuator capable of withstanding a load of about 1 g in the above-mentioned heat insulating region 7 can be realized. The strength of the heat insulating region 7 can be increased as shown in another example. Although not described here, the same effect can be expected with a fluorinated resin.

【0084】ここで、熱絶縁領域7の形成方法例を図5
を用いて説明する。まず、図5(a)に示すように半導
体基板17の表面の熱絶縁領域に対応する部分をKOH
などによりエッチングして溝15を形成する。その後、
図5(b)に示すように、ポリイミド薄膜16をコータ
等により回転塗布し、溝15を埋め尽くすように形成す
る。次に、図5(c)に示すように半導体のフォトリソ
工程などにより溝15を埋め尽くした部分のポリイミド
薄膜16を残し、その他の部分を除去するようにパター
ニングし、400℃程度に加熱してポリイミド中に含ま
れる有機溶剤などを蒸発させ固化させる。次に、図5
(d)に示すように半導体基板17の裏面よりKOHな
どによりエッチングを行う。このとき、19は枠体とな
る半導体基板、20は可撓領域を示している。このよう
な工程を経て熱絶縁領域7が形成される。
Here, an example of a method of forming the heat insulating region 7 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a portion corresponding to a heat insulating region on the surface of the semiconductor substrate 17 is KOH
The groove 15 is formed by etching using, for example, this method. afterwards,
As shown in FIG. 5B, a polyimide thin film 16 is spin-coated with a coater or the like to form the groove 15 completely. Next, as shown in FIG. 5C, patterning is performed so that the polyimide thin film 16 is completely removed from the portion where the groove 15 is completely filled by a photolithography process of a semiconductor, and the other portions are removed. The organic solvent or the like contained in the polyimide is evaporated and solidified. Next, FIG.
As shown in (d), etching is performed from the back surface of the semiconductor substrate 17 using KOH or the like. At this time, reference numeral 19 denotes a semiconductor substrate serving as a frame, and reference numeral 20 denotes a flexible region. Through these steps, the heat insulating region 7 is formed.

【0085】以上のように、熱絶縁領域7は、ポリイミ
ド、フッ素化樹脂等の樹脂材料が高い熱絶縁性(熱伝導
率:0.4W/(m・℃)以下、二酸化ケイ素の約80
倍)を有し、さらに液状で加工し易くスピンコートなど
の半導体製造工程により所望の厚さ(数μm〜数十μ
m)の薄膜を容易に得ることができるという性質をうま
く利用して、可撓領域2と半導体基板3の間に形成され
るので、従来例に比べて熱絶縁効果が優れかつ強度をも
つ半導体装置を、半導体製造工程を用い容易に実現でき
る。また、上記したように熱絶縁領域7を可撓領域2の
薄肉部2Sとほぼ同じ厚さにすることで、半導体基板3
と可撓領域2の連結を確実にし、その連結部分の強度を
強くできる。
As described above, the heat insulating region 7 is made of a resin material such as polyimide, fluorinated resin or the like having a high heat insulating property (heat conductivity: 0.4 W / (m · ° C.) or less;
Times), and is easily processed in a liquid state and has a desired thickness (several μm to several tens μm) by a semiconductor manufacturing process such as spin coating.
m) is formed between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 by making good use of the property that the thin film of m) can be easily obtained. The device can be easily realized using a semiconductor manufacturing process. Further, as described above, by making the heat insulating region 7 approximately the same thickness as the thin portion 2S of the flexible region 2, the semiconductor substrate 3
And the flexible region 2 can be reliably connected, and the strength of the connection portion can be increased.

【0086】このような効果を備えた半導体装置8を用
いた半導体マイクロアクチュエータ1は、製造プロセス
が簡単であり、また熱絶縁性が高いため拡散抵抗6によ
り発生した熱の逃げを防いで低消費電力で駆動可能とな
り、電池で駆動できるので小型化が可能となる。
The semiconductor microactuator 1 using the semiconductor device 8 having such an effect has a simple manufacturing process, and has a high thermal insulating property, so that heat generated by the diffusion resistor 6 is prevented from escaping, thereby reducing power consumption. Since it can be driven by electric power and can be driven by a battery, miniaturization is possible.

【0087】次に、上記半導体装置8の他の構成例を説
明する。本構成例の半導体装置8は図6(a)、図6
(b)に示すように、半導体基板3と可撓領域2との間
に、フッ素化樹脂あるいはポリイミドなどの熱絶縁材料
からなる熱絶縁領域7が形成される点は図3と同じであ
るが、この熱絶縁領域7の下面(厚み方向と直交する
面)に例えば二酸化ケイ素薄膜(ヤング率:9.8×1
9N/m2以上)のような熱絶縁領域7を構成する材料
よりも硬い材料からなる補強層12が設けられている点
が異なる。尚、図6(a)は断面図、図6(b)は上面
図であり、図7は図6(b)のY−Y’断面図である。
Next, another configuration example of the semiconductor device 8 will be described. The semiconductor device 8 of this configuration example is shown in FIGS.
As shown in (b), the point that a heat insulating region 7 made of a heat insulating material such as a fluorinated resin or polyimide is formed between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 is the same as FIG. For example, a silicon dioxide thin film (Young's modulus: 9.8 × 1) is formed on the lower surface (the surface orthogonal to the thickness direction) of the heat insulating region 7.
( 9 N / m 2 or more) in that a reinforcing layer 12 made of a material harder than the material constituting the heat insulating region 7 is provided. 6 (a) is a sectional view, FIG. 6 (b) is a top view, and FIG. 7 is a sectional view taken along line YY 'of FIG. 6 (b).

【0088】図7に示したように具体的な寸法は、熱絶
縁領域7が19μmの厚さであり、、補強層12は1μ
mの厚さである。そして、図6(a)に示すように熱絶
縁領域7における半導体基板3と可撓領域2の連結方向
の長さが30μm、そしてY−Y’方向、すなわち奥行
き方向の長さが600μmである。ここで、熱絶縁材料
領域7を構成する材料としてポリイミドを用い、補強層
12を構成する材料として二酸化ケイ素を使用した場合
の熱絶縁領域7の強度を上述した図3における熱絶縁領
域7の強度計算と同様な条件で行う。
As shown in FIG. 7, the specific dimensions are as follows: the heat insulating region 7 has a thickness of 19 μm, and the reinforcing layer 12 has a thickness of 1 μm.
m thickness. As shown in FIG. 6A, the length of the heat insulating region 7 in the connecting direction between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 is 30 μm, and the length in the YY ′ direction, that is, the depth direction is 600 μm. . Here, when polyimide is used as the material forming the heat insulating material region 7 and silicon dioxide is used as the material forming the reinforcing layer 12, the strength of the heat insulating region 7 in FIG. It is performed under the same conditions as the calculation.

【0089】熱絶縁領域7、補強層12の各構成材料の
ヤング率をEi、各領域の図7で示した断面の断面積を
iとすると、底面から中立軸までの距離をηaは次式
で与えられる。
When the Young's modulus of each constituent material of the heat insulating region 7 and the reinforcing layer 12 is E i , and the cross-sectional area of the cross section shown in FIG. 7 of each region is A i , the distance from the bottom surface to the neutral axis is ηa. It is given by the following equation.

【0090】[0090]

【式1】 (Equation 1)

【0091】補強層12を構成する二酸化ケイ素につい
て各値を求めると次のようになる。
The values obtained for the silicon dioxide constituting the reinforcing layer 12 are as follows.

【0092】[0092]

【式2】 (Equation 2)

【0093】また、熱絶縁材料7を構成するポリイミド
について各値を求めると次のようになる。
Further, the respective values of the polyimide constituting the heat insulating material 7 are obtained as follows.

【0094】[0094]

【式3】 (Equation 3)

【0095】ここで、上記値を用いて中立軸までの距離
ηaを求めると次のようになる。
Here, when the distance ηa to the neutral axis is obtained using the above values, the following is obtained.

【0096】[0096]

【式4】 (Equation 4)

【0097】次に、二酸化ケイ素、ポリイミドの中立軸
に関する2次モーメントIs、Ifを求めると次のように
なる。
Next, the second moments I s and If about the neutral axis of silicon dioxide and polyimide are obtained as follows.

【0098】[0098]

【式5】 (Equation 5)

【0099】ここで、ηi=η−ηa、すなわちηiは
中立軸からの距離を示している。図4で説明したように
両端が固定された梁の中央に1gの荷重が加えられた場
合、梁にかかる最大モーメントMmaxは、 Mmax=1.00×10-5(kgf・cm)=9.8
×1.00×10-5×10-2(N・m)=9.8×10
-7(N・m) となる。二酸化ケイ素の最大曲げ応力σsmaxを計算
すると、
Here, ηi = η−ηa, that is, ηi indicates the distance from the neutral axis. As described in FIG. 4, when a load of 1 g is applied to the center of the beam having both ends fixed, the maximum moment Mmax applied to the beam is as follows: Mmax = 1.00 × 10 −5 (kgf · cm) = 9. 8
× 1.00 × 10 -5 × 10 -2 (N · m) = 9.8 × 10
-7 (N · m). Calculating the maximum bending stress σsmax of silicon dioxide,

【0100】[0100]

【式6】 (Equation 6)

【0101】ここで、Iiは上記各2次モーメントIs
fを示している。また、ポリイミドの最大曲げ応力σ
fmaxを計算すると次のようになる。
Here, I i is the above second moment I s ,
If is shown. Also, the maximum bending stress σ of polyimide
Calculation of fmax is as follows.

【0102】[0102]

【式7】 Equation 7

【0103】よって、ポリイミドにより構成された熱絶
縁領域7にかかる応力は図3で示した例に比べ約1/2
となる。これは見かけ上、強度が2倍になったことと等
価である。なお図6では、補強層12を熱絶縁領域7の
下面に設けているが、厚さ方向と直交する方向であれば
上面であっても同等の効果が得られる。また、上下両面
に設けた場合は下面、上面それぞれに設けた場合の2倍
の効果が得られる。
Therefore, the stress applied to the heat insulating region 7 made of polyimide is about one-half that of the example shown in FIG.
Becomes This is apparently equivalent to doubling the intensity. In FIG. 6, the reinforcing layer 12 is provided on the lower surface of the heat insulating region 7, but the same effect can be obtained even on the upper surface as long as the direction is perpendicular to the thickness direction. In addition, when provided on both the upper and lower surfaces, an effect twice as high as when provided on the lower surface and the upper surface can be obtained.

【0104】このように、図6で示した熱絶縁領域7の
形成方法例を、図8を用いて説明する。まず、図8
(a)に示すように半導体基板17aの表面の熱絶縁領
域に対応する部分をKOHなどによりエッチングし、溝
15aを形成する。その後、図8(b)に示すように熱
酸化などにより半導体基板17aの表面に二酸化ケイ素
薄膜18を形成する。二酸化ケイ素薄膜18はエッチン
グなどにより溝15aの表面部分以外は除去される。
An example of the method of forming the heat insulating region 7 shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in (a), a portion corresponding to the heat insulating region on the surface of the semiconductor substrate 17a is etched by KOH or the like to form a groove 15a. Thereafter, as shown in FIG. 8B, a silicon dioxide thin film 18 is formed on the surface of the semiconductor substrate 17a by thermal oxidation or the like. The silicon dioxide thin film 18 is removed by etching or the like except for the surface portion of the groove 15a.

【0105】次に、図8(c)に示すように、ポリイミ
ド薄膜16aをコータなどにより回転塗布し、溝15a
を埋め尽くすように形成する。さらに、図8(d)に示
すように、半導体のフォトリソ工程などにより溝15a
を埋め尽くした部分のポリイミド薄膜16aを残し、そ
の他の部分を除去するようにパターニングし、400℃
程度に加熱してポリイミド中に含まれる有機溶剤などを
蒸発させ固化させる。次に、図8(e)に示すように、
半導体基板17aに裏面よりKOHなどによりエッチン
グを行い、熱絶縁領域7が形成される。このとき、19
aは枠体となる半導体基板、20aは可撓領域である。
Next, as shown in FIG. 8C, a polyimide thin film 16a is spin-coated with a coater or the like to form a groove 15a.
Is formed so as to fill the space. Further, as shown in FIG. 8D, the groove 15a is formed by a photolithography process of a semiconductor.
Is patterned so as to leave the portion of the polyimide thin film 16a which has filled up all the portions and remove the other portions.
By heating to a certain degree, the organic solvent and the like contained in the polyimide are evaporated and solidified. Next, as shown in FIG.
The semiconductor substrate 17a is etched from the back surface with KOH or the like to form the heat insulating region 7. At this time, 19
a is a semiconductor substrate serving as a frame, and 20a is a flexible region.

【0106】次に、本発明の半導体装置におけるさらに
他の構成例を説明する。図9(b)の上面図に示される
とおり、半導体基板3と可撓領域2の間に熱絶縁領域1
0が設けられ、半導体基板3および可撓領域2の熱絶縁
領域10と接する部分が、半導体基板3と可撓領域2の
連結方向(B−B’と直交方向)に櫛刃を形成する互い
に櫛刃状となっている。図9(b)のB−B’断面図で
ある図10に示されるように、B−B’方向に可撓領域
2、半導体基板3、熱絶縁領域10が混在した構成とな
る。ここで、熱絶縁領域10はフッ素化樹脂、ポリイミ
ドなどにより構成される。
Next, still another configuration example of the semiconductor device of the present invention will be described. As shown in the top view of FIG. 9B, the heat insulating region 1 is provided between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2.
0 is provided, and the portions of the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 that are in contact with the heat insulating region 10 form comb blades in the connecting direction of the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 (the direction orthogonal to BB ′). It has a comb blade shape. As shown in FIG. 10 which is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 9B, the flexible region 2, the semiconductor substrate 3, and the heat insulating region 10 coexist in the direction BB ′. Here, the heat insulating region 10 is made of a fluorinated resin, polyimide, or the like.

【0107】この熱絶縁領域10の強度を計算するため
に、具体例として図9(a)(b)に示すように熱絶縁
領域10の厚さを20μm、B−B’方向と垂直方向の
幅を30μmとする。また図10に示すように、上記可
撓領域2と半導体基板3からなる各櫛刃のB−B’方向
の幅を180μm、熱絶縁領域10のB−B’方向の幅
を30μmとする。また、熱絶縁領域10の材料をポリ
イミドとし、半導体基板3、可撓領域2がシリコンによ
り構成されるものとする。尚、比較のため図3の強度計
算と同様の条件で熱絶縁領域10の強度を計算する。
In order to calculate the strength of the heat insulating region 10, as a specific example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the thickness of the heat insulating region 10 is 20 μm, and the thickness in the direction perpendicular to the BB ′ direction is set. The width is 30 μm. As shown in FIG. 10, the width of each comb blade composed of the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 in the BB ′ direction is 180 μm, and the width of the heat insulating region 10 in the BB ′ direction is 30 μm. The material of the heat insulating region 10 is polyimide, and the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 are made of silicon. For comparison, the strength of the heat insulating region 10 is calculated under the same conditions as the strength calculation of FIG.

【0108】図10のようなシリコンとポリイミドから
なる組み合わせ構造の場合、シリコンのヤング率を
si、ポリイミドのヤング率をEPh、シリコン部の断面
2次モーメントをISi、ポリイミド部の断面2次モーメ
ントをIPh、シリコン部にかかるモーメントMSi、ポリ
イミド部にかかるモーメントをMPhとすると、以下の関
係式に従う。
In the case of a combination structure of silicon and polyimide as shown in FIG. 10, the Young's modulus of the silicon is E si , the Young's modulus of the polyimide is E Ph , the second moment of area of the silicon part is I Si , and the cross section of the polyimide part is I Si . Assuming that the next moment is I Ph , the moment M Si applied to the silicon portion and the moment applied to the polyimide portion are M Ph , the following relational expression is obtained.

【0109】[0109]

【式8】 (Equation 8)

【0110】[0110]

【式9】 [Equation 9]

【0111】ここで、シリコン部、ポリイミド部に関す
る各値を計算する。シリコンのヤング率ESi=0.19
×1012(N/m2)=1.9×1012(dyne/c
2)であり、
Here, respective values relating to the silicon portion and the polyimide portion are calculated. Young's modulus of silicon E Si = 0.19
× 10 12 (N / m 2 ) = 1.9 × 10 12 (dyne / c
m 2 )

【0112】[0112]

【式10】 (Equation 10)

【0113】よって、ESi・ISi=1.93×106
(kgf/cm2)×3.6×10-11(cm4)=6.
94×10-5(kgf・cm2)=6.8×10-4N・
cm2である。ポリイミドのヤング率EPhは500MP
aであり、
Therefore, E Si · I Si = 1.93 × 106
(Kgf / cm 2 ) × 3.6 × 10 −11 (cm 4) = 6.
94 × 10 −5 (kgf · cm 2 ) = 6.8 × 10 −4 N ·
cm 2 . The Young's modulus E Ph of polyimide is 500MP
a

【0114】[0114]

【式11】 [Equation 11]

【0115】よって、EPh・IPh=5.10×10
3(kgf/cm2)×4×10-12(cm4)=2.04
×10-8(kgf・cm2)=2.00×10-7(N・
cm2)である。
Therefore, E Ph · I Ph = 5.10 × 10
3 (kgf / cm 2 ) × 4 × 10 −12 (cm 4 ) = 2.04
× 10 −8 (kgf · cm 2 ) = 2.00 × 10 −7 (N ·
cm 2 ).

【0116】ここで、ポリイミド部にかかるモーメント
Phは次のようになる。
Here, the moment M Ph applied to the polyimide portion is as follows.

【0117】[0117]

【式12】 (Equation 12)

【0118】ここで、MPh=2.93×10-9(kgf
・cm)=2.87×10-8(N・cm)である。
Here, M Ph = 2.93 × 10 −9 (kgf
Cm) = 2.87 × 10 −8 (N · cm).

【0119】同様にしてシリコン部にかかるモーメント
Siは次のようになる。
Similarly, the moment M Si applied to the silicon portion is as follows.

【0120】[0120]

【式13】 (Equation 13)

【0121】ここで、MSi=9.99×10-6(kgf
・cm)=9.79×10-5(N・cm)である。
Here, M Si = 9.99 × 10 −6 (kgf
Cm) = 9.79 × 10 −5 (N · cm).

【0122】そこで、ポリイミド部にかかる最大応力σ
Phは次のようになる。
Therefore, the maximum stress σ applied to the polyimide part
Ph is as follows.

【0123】[0123]

【式14】 (Equation 14)

【0124】ここで、Zaは断面係数である。また、シ
リコン部にかかる最大応力σSiを求めると次のようにな
る。
Here, Za is a section modulus. Further, the maximum stress σ Si applied to the silicon portion is obtained as follows.

【0125】[0125]

【式15】 (Equation 15)

【0126】ここで、Zbは断面係数である。Here, Zb is a section modulus.

【0127】よって、ポリイミドで構成された熱絶縁領
域にかかる応力は図3で示した例に比べて約1/300
となる。これは見かけ上、強度が300倍になったこと
と等価である。図9においては、半導体基板3と可撓領
域2により櫛刃の数は図9で示したものにこれに限定さ
れるものではなく、少なくとも2本以上の櫛刃状の構造
にすることにより同様の効果が得られる。 (実施形態2)次に本発明の第2の実施形態を説明す
る。図11は本実施形態における半導体マイクロアクチ
ュエータの斜視図であり、図12(a)は断面図、図1
2(b)は上面図を示している。
Therefore, the stress applied to the heat insulating region made of polyimide is about 1/300 as compared with the example shown in FIG.
Becomes This is apparently equivalent to a 300-fold increase in strength. In FIG. 9, the number of comb blades due to the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 is not limited to that shown in FIG. The effect of is obtained. (Embodiment 2) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a perspective view of a semiconductor microactuator according to the present embodiment, and FIG.
2 (b) shows a top view.

【0128】本実施形態の半導体マイクロアクチュエー
タ1aにおいて、図1、図2に示す実施形態と異なる点
は、本実施形態では可撓領域2と可動エレメント5の間
に新たに熱絶縁領域7Aを設け、可撓領域2と可動エレ
メント5は熱絶縁領域7Aにより連結されている点であ
る。
The semiconductor microactuator 1a of this embodiment is different from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that a heat insulating region 7A is newly provided between the flexible region 2 and the movable element 5 in this embodiment. The flexible region 2 and the movable element 5 are connected by a heat insulating region 7A.

【0129】このように、熱絶縁領域7Aを設けること
で、可撓領域2と可動エレメント5の間の熱絶縁性が高
まり、拡散抵抗6より発生する熱が可動エレメント5に
逃げるのを防いで可撓領域2の加熱を効果的に行い消費
電力の低減が図れる。
As described above, by providing the heat insulating region 7A, the heat insulation between the flexible region 2 and the movable element 5 is enhanced, and the heat generated from the diffusion resistor 6 is prevented from escaping to the movable element 5. The heating of the flexible region 2 is effectively performed, and the power consumption can be reduced.

【0130】また、半導体基板3と可撓領域2の間に設
けられた熱絶縁領域7と、可撓領域2と可動エレメント
5の間に設けられた熱絶縁領域7Aの剛性を異なるよう
にして、可動エレメント5の変位の方向を決めている。
例えば、熱絶縁領域7の剛性を高くし、熱絶縁領域7A
の剛性を低くすることで、可動エレメント5を半導体基
板3の厚み方向下側(図11中下側)に変位させること
ができ、逆にすることで可動エレメント5を逆側に変位
させることができる。
Also, the rigidity of the heat insulating region 7 provided between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 and the rigidity of the heat insulating region 7A provided between the flexible region 2 and the movable element 5 are made different. , The direction of displacement of the movable element 5 is determined.
For example, the rigidity of the heat insulating region 7 is increased, and the heat insulating region 7A
By lowering the rigidity of the semiconductor substrate 3, the movable element 5 can be displaced downward in the thickness direction of the semiconductor substrate 3 (downward in FIG. 11). it can.

【0131】また、本実施形態では、可撓領域2と半導
体基板3の連結部分、又は可撓領域2と可動エレメント
5との連結部分近傍に可撓領域2が変位したときに加わ
る応力を緩和する丸みが設けられている。
Further, in the present embodiment, the stress applied when the flexible region 2 is displaced near the connecting portion between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 or near the connecting portion between the flexible region 2 and the movable element 5 is reduced. Rounding is provided.

【0132】すなわち、図12(b)に示すように、枠
体となる半導体基板3の各辺略中央より内方向に向かっ
て突出形成している突出部25と可撓領域2が熱絶縁領
域7により連結されており、この突出部25の基端部両
端に半導体基板3での基板面での形状がR形状となるよ
うに丸み25aが形成されているのである。この丸み2
5aはマスクを形成してウェットエッチングなどして形
成される。
That is, as shown in FIG. 12 (b), the protruding portion 25 and the flexible region 2 which protrude inward from substantially the center of each side of the semiconductor substrate 3 serving as a frame are formed by a heat insulating region. 7, rounded portions 25a are formed at both ends of the base end of the protruding portion 25 so that the shape of the semiconductor substrate 3 on the substrate surface becomes an R shape. This roundness 2
5a is formed by forming a mask and performing wet etching or the like.

【0133】また、図12(a)に示すように、可撓領
域2を構成する薄肉部2Sは半導体基板3の図中下面側
より凹部27を設けてその凹部27の底面部に形成さ
れ、凹部27の底面部27aと側面部27bの境界にR
形状となるように丸み28が形成されているのである。
この凹部27は半導体基板の基板面よりエッチングによ
り設けられ、例えばこの凹部27の上記境界に犠牲層を
形成しエッチングにより犠牲層を除去することにより、
犠牲層を拡散するときの等方性を利用して丸み28が形
成される。
As shown in FIG. 12A, the thin portion 2S constituting the flexible region 2 is formed on the bottom surface of the recess 27 by forming a recess 27 from the lower surface side of the semiconductor substrate 3 in the figure. The boundary between the bottom surface 27a and the side surface 27b of the recess 27
The roundness 28 is formed to have a shape.
The concave portion 27 is provided by etching from the substrate surface of the semiconductor substrate. For example, by forming a sacrificial layer on the boundary of the concave portion 27 and removing the sacrificial layer by etching,
The roundness 28 is formed by utilizing the isotropic property when the sacrificial layer is diffused.

【0134】このように、丸み25a、28を形成する
ことで、可撓領域2が変位したときの応力が丸み25
a、28により分散されて緩和され、半導体基板3が破
壊されるのを防止している。つまり、半導体基板3より
内方向に突出する突出部25の基端部両端が角(エッ
ジ)のある形状である場合は、可撓領域2の応力がその
角に集中して半導体基板3が割れる可能性がある。ま
た、可撓領域2を形成するために設けた凹部27の底面
部27aと側面部27bの境界についても同様、角のあ
る形状であると可撓領域2の応力がその角に集中して半
導体基板3が割れる可能性がある。
By forming the rounded portions 25a and 28 in this manner, the stress generated when the flexible region 2 is displaced is reduced.
The semiconductor substrate 3 is prevented from being destroyed by being dispersed and relaxed by the a and 28. That is, when both ends of the base end of the protruding portion 25 projecting inward from the semiconductor substrate 3 have a shape with a corner (edge), the stress of the flexible region 2 is concentrated on the corner and the semiconductor substrate 3 is cracked. there is a possibility. Similarly, if the boundary between the bottom surface portion 27a and the side surface portion 27b of the concave portion 27 provided for forming the flexible region 2 has a corner shape, the stress of the flexible region 2 is concentrated on the corner and the semiconductor is concentrated. The substrate 3 may crack.

【0135】ここで、図11、図12に示したように、
可撓領域と半導体基板の間、および可撓領域と可動エレ
メントの間に熱絶縁領域が設けられている半導体マイク
ロアクチュエータにおける他の構成例を図13に示し、
その作成方法を説明する。
Here, as shown in FIGS. 11 and 12,
FIG. 13 shows another configuration example of a semiconductor microactuator in which a heat insulating region is provided between a flexible region and a semiconductor substrate and between a flexible region and a movable element.
A method for making the same will be described.

【0136】図示したように、半導体基板3aと可撓領
域2aとは熱絶縁領域7aを介して連結しており、可撓
領域2aと可動エレメント5aは熱絶縁領域7bを介し
て連結している。また、可撓領域2aは互いに熱膨張係
数の異なる薄膜2mと薄肉部2sにより構成され、薄肉
部2sの表面には拡散抵抗6aが設けられている。ま
た、拡散抵抗6aに電力を供給するための配線13a
が、半導体基板3a上の電極パッド(図示せず)より熱
絶縁領域7aの下面を通って拡散抵抗6aに接続されて
いる。また、9a,9bは保護薄膜である。
As shown, the semiconductor substrate 3a and the flexible region 2a are connected via a heat insulating region 7a, and the flexible region 2a and the movable element 5a are connected via a heat insulating region 7b. . The flexible region 2a includes a thin film 2m and a thin portion 2s having different thermal expansion coefficients, and a diffusion resistor 6a is provided on the surface of the thin portion 2s. Also, a wiring 13a for supplying power to the diffusion resistor 6a
Is connected to a diffusion resistor 6a from an electrode pad (not shown) on the semiconductor substrate 3a through the lower surface of the heat insulating region 7a. 9a and 9b are protective thin films.

【0137】この半導体マイクロアクチュエータの作成
方法を図14を用いて説明する。まず、単結晶シリコン
基板80の両面に熱酸化等によりシリコン酸化膜80a
を形成し、所定形状にパターニングされたフォトレジス
トをマスクとして、単結晶シリコン基板80の裏面に設
けられたシリコン酸化膜80aのエッチングを行うこと
により開口部80bを形成し、プラズマアッシング等に
よりそのフォトレジストを除去する。形成された開口部
80bを水酸化カリウム水溶液(以後、KOH水溶液と
呼ぶ)等によりエッチングすることでギャップ80cを
形成する(図14(a))。このとき、KOH水溶液の
他にTMAH(テトラメチル水酸化アンモニウム溶
液)、ヒトラジン水溶液などを用いてもよい。以降に述
べるKOH水溶液についても同様である。
A method for manufacturing the semiconductor microactuator will be described with reference to FIG. First, a silicon oxide film 80a is formed on both surfaces of a single crystal silicon substrate 80 by thermal oxidation or the like.
The opening 80b is formed by etching the silicon oxide film 80a provided on the back surface of the single crystal silicon substrate 80 using a photoresist patterned in a predetermined shape as a mask, and forming the opening by plasma ashing or the like. The resist is removed. A gap 80c is formed by etching the formed opening 80b with an aqueous solution of potassium hydroxide (hereinafter referred to as an aqueous solution of KOH) or the like (FIG. 14A). At this time, in addition to the KOH aqueous solution, TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide solution), humanrazine aqueous solution, or the like may be used. The same applies to the KOH aqueous solution described below.

【0138】次に、上記シリコン酸化膜80aを全面除
去した後、ボロン等をデポジション、熱拡散を行い、単
結晶シリコン基板80の表面にヒータとなる拡散抵抗6
aを形成する。続いて、この単結晶シリコン基板80の
両面上に熱酸化等によりシリコン酸化膜81bを形成
し、各シリコン酸化膜81bの上部に減圧CVDにより
シリコン窒化膜81aを形成する(図14(b))。
Next, after removing the entire surface of the silicon oxide film 80a, boron or the like is deposited and thermally diffused to form a diffusion resistor 6 serving as a heater on the surface of the single crystal silicon substrate 80.
a is formed. Subsequently, a silicon oxide film 81b is formed on both surfaces of the single crystal silicon substrate 80 by thermal oxidation or the like, and a silicon nitride film 81a is formed on each silicon oxide film 81b by low-pressure CVD (FIG. 14B). .

【0139】そして、所定形状にパターニングされたフ
ォトレジストをマスクとして、シリコン酸化膜81b及
びシリコン窒化膜81aのエッチングを行うことにより
開口部82を形成し、プラズマアッシング等によりフォ
トレジストを除去する(図14(c))。
Using the photoresist patterned in a predetermined shape as a mask, the silicon oxide film 81b and the silicon nitride film 81a are etched to form an opening 82, and the photoresist is removed by plasma ashing or the like (see FIG. 14 (c)).

【0140】次に、単結晶シリコン基板80の開口部8
2をKOH水溶液等によりエッチングすることで可動エ
レメント5aと薄肉部2sを形成する。このとき、所望
の可動エレメント5aの厚さ、及び薄肉部2sの厚さを
得るために、単結晶シリコン基板80の各面からのエッ
チング開始に時間差を設けてもよい。その後、単結晶シ
リコン基板80のエッチングにより、熱絶縁領域7a,
7bを形成するための溝83a,83bを形成する。こ
の溝83a,83bは、後工程でポリイミド等の有機材
料を埋め込むための溝であり、その底厚が10μm程度
の厚みとなるようにエッチングを行う(図14
(d))。
Next, the opening 8 of the single crystal silicon substrate 80
The movable element 5a and the thin portion 2s are formed by etching 2 with a KOH aqueous solution or the like. At this time, in order to obtain a desired thickness of the movable element 5a and a desired thickness of the thin portion 2s, a time difference may be provided between the start of etching from each surface of the single crystal silicon substrate 80. Thereafter, by etching the single crystal silicon substrate 80, the heat insulating regions 7a,
Grooves 83a and 83b for forming 7b are formed. These grooves 83a and 83b are grooves for embedding an organic material such as polyimide in a later step, and are etched so that the bottom thickness thereof is about 10 μm (FIG. 14).
(D)).

【0141】続いて、可動エレメント5a、薄肉部2s
を形成するためにエッチングされた基板表面を酸化し
て、基板にメッキするときの保護膜84を形成する(図
14(e))。
Subsequently, the movable element 5a, the thin portion 2s
The surface of the substrate etched to form the substrate is oxidized to form a protective film 84 when plating the substrate (FIG. 14E).

【0142】そして、単結晶シリコン基板80の上面に
アルミニウムをスパッタリング又はEB蒸着により形成
して、拡散抵抗6aに接続される配線13a(アルミ配
線)を形成する(図15(a))。
Then, aluminum is formed on the upper surface of the single crystal silicon substrate 80 by sputtering or EB evaporation to form a wiring 13a (aluminum wiring) connected to the diffusion resistor 6a (FIG. 15A).

【0143】次に、上記溝83a,83bにポリイミド
等の有機物85を埋め込む(図15(b))。このよう
にして有機物85の下部面に配線13aが形成された構
造となる。またここで、ポリイミド等の有機物85は半
導体リソグラフィ工程を用いて所定の部分のみに形成す
る。
Next, an organic substance 85 such as polyimide is buried in the grooves 83a and 83b (FIG. 15B). Thus, a structure in which the wiring 13a is formed on the lower surface of the organic substance 85 is obtained. Here, the organic substance 85 such as polyimide is formed only in a predetermined portion using a semiconductor lithography process.

【0144】そして次に、所定形状の金属パターンをメ
ッキなどで薄肉部2s上部のシリコン窒化膜81a(図
13の保護薄膜9a)上に形成して薄膜2mとし(図1
5(c))、薄肉部2sと薄膜2mで半導体マイクロア
クチュエータの駆動源であるバイメタル構造となる。
Next, a metal pattern of a predetermined shape is formed on the silicon nitride film 81a (the protective thin film 9a in FIG. 13) on the thin portion 2s by plating or the like to form a thin film 2m (FIG. 1).
5 (c)), the thin portion 2s and the thin film 2m form a bimetal structure which is a driving source of the semiconductor microactuator.

【0145】次に、薄肉部2sの裏面からRIE等でエ
ッチングして、薄肉部2sを単結晶シリコン基板80の
周辺部(図13での半導体基板3a)及び可動エレメン
ト5aと分離させる(図15(d))。これにより、可
動エレメント5a、可撓領域2a、半導体基板3aは各
々が熱絶縁され、各々の間に熱絶縁領域7a,7bが設
けられる構成となっている。
Next, the thin portion 2s is etched from the back surface of the thin portion 2s by RIE or the like to separate the thin portion 2s from the peripheral portion of the single crystal silicon substrate 80 (semiconductor substrate 3a in FIG. 13) and the movable element 5a (FIG. 15). (D)). Thereby, the movable element 5a, the flexible region 2a, and the semiconductor substrate 3a are thermally insulated from each other, and the thermal insulation regions 7a and 7b are provided between them.

【0146】ところで、図13に示す構成例では、配線
13aが熱絶縁領域7aの下部面に設けられているが、
図16に示すように配線(アルミ配線)13bが熱絶縁
領域7aの上面と下面の略中間、すなわち熱絶縁領域7
aの内部に設けられるようにしてもよい。
By the way, in the configuration example shown in FIG. 13, the wiring 13a is provided on the lower surface of the heat insulating region 7a.
As shown in FIG. 16, the wiring (aluminum wiring) 13b is substantially at the middle between the upper surface and the lower surface of the heat insulating region 7a, that is,
a.

【0147】このように配線13bを形成するには、図
14(e)に示す保護膜84の形成工程の後、図14
(d)の工程で形成された溝83aに、図15(b)に
示すポリイミド等の有機物85を埋め込む工程により略
中央部までポリイミドを埋め込み、図15(a)に示す
配線の形成工程を行い、再度図15(b)に示す埋め込
み工程により溝83aを埋めるようにすればよい。
In order to form the wiring 13b in this manner, after forming the protective film 84 shown in FIG.
In the step of embedding the organic substance 85 such as polyimide shown in FIG. 15B into the groove 83a formed in the step (d), the polyimide is buried almost to the center, and the wiring forming step shown in FIG. 15A is performed. The groove 83a may be filled again by the filling step shown in FIG.

【0148】このように配線13bが熱絶縁領域7aの
内部に形成されているため、後工程のエッチング工程等
でのアルミの保護効果があり、信頼性の高い配線構造が
実現できる。
Since the wiring 13b is formed inside the heat insulating region 7a as described above, there is an effect of protecting aluminum in a later etching step and the like, and a highly reliable wiring structure can be realized.

【0149】また、上記配線構造において、配線が熱絶
縁領域の上面に設けられる(図12(a))ようにして
もよく、配線を可撓領域、熱絶縁領域、半導体基板が面
一である側の面上に形成することで、配線が熱絶縁領域
7aの内部あるいは下面部に設けられる場合に比べて配
線の段差が小さくなり断線防止効果がある。
In the above-mentioned wiring structure, the wiring may be provided on the upper surface of the heat insulating region (FIG. 12A), and the wiring is made flush with the flexible region, the heat insulating region and the semiconductor substrate. By forming the wiring on the side surface, the level difference of the wiring is reduced as compared with the case where the wiring is provided inside or under the heat insulating region 7a, and there is an effect of preventing disconnection.

【0150】このように熱絶縁領域の上面に配線を形成
するには、図14(e)に示す保護膜84の形成工程の
後、図14(d)の工程で形成された溝83aに、図1
5(b)に示すポリイミド等の有機物85を埋め込む工
程によりポリイミドを埋め込み、その後図15(a)に
示す配線の形成工程にてポリイミドの上面に配線を形成
すればよい。
In order to form the wiring on the upper surface of the heat insulating region as described above, after the step of forming the protective film 84 shown in FIG. 14E, the groove 83a formed in the step of FIG. FIG.
The polyimide may be embedded in the step of embedding the organic substance 85 such as polyimide shown in FIG. 5B, and then the wiring may be formed on the upper surface of the polyimide in the wiring forming step shown in FIG.

【0151】(実施形態3)次に、第3の実施形態を説
明する。図17は本実施形態における半導体マイクロア
クチュエータの構造を示す斜視図であり、図18はその
上面図である。本実施形態において、実施形態2と異な
る点は、実施形態2では拡散抵抗6に電力を供給する配
線4aが熱絶縁領域7の上部を通って拡散抵抗6に接続
されているのに対して、本実施形態では半導体基板3と
可撓領域2の薄肉部2Sに跨る部位(いわゆる入り隅の
部位)に例えば有機材料からなる隅肉部29を形成し、
この隅肉部29の上部を通って配線4aが形成されてい
る点である。すなわち、本実施形態では、配線4aが熱
絶縁領域7を介さずに形成されている。
(Embodiment 3) Next, a third embodiment will be described. FIG. 17 is a perspective view showing the structure of the semiconductor microactuator according to the present embodiment, and FIG. 18 is a top view thereof. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that in the second embodiment, the wiring 4a for supplying power to the diffusion resistor 6 is connected to the diffusion resistor 6 through the upper part of the heat insulating region 7. In the present embodiment, a fillet portion 29 made of, for example, an organic material is formed at a portion (so-called entry corner portion) extending over the semiconductor substrate 3 and the thin portion 2S of the flexible region 2,
The point is that the wiring 4a is formed through the upper portion of the fillet portion 29. That is, in the present embodiment, the wiring 4 a is formed without interposing the heat insulating region 7.

【0152】この構造は、例えば異方性エッチングによ
って半導体基板の上面(可撓領域2の形成されている
面)側から溝部を形成し、この溝部に有機材料の樹脂
(例えばポリイミドなど)を流し込んで高温硬化し、半
導体基板の裏面から隅肉部29が現れるまでエッチング
除去した後、隅肉部29の上面にアルミニウムのスパッ
タリングなどにより配線4aを形成するという方法で製
造可能である。
In this structure, a groove is formed from the upper surface (the surface on which the flexible region 2 is formed) of the semiconductor substrate by, for example, anisotropic etching, and an organic resin (such as polyimide) is poured into the groove. , And after removing by etching until the fillet 29 appears from the back surface of the semiconductor substrate, the wiring 4a can be formed on the upper surface of the fillet 29 by sputtering of aluminum or the like.

【0153】この配線4aはアルミニウムなどの非常に
熱伝導性のよい材料であるため、断面積が小さいにも関
わらず、樹脂からなる熱絶縁領域7の数分の1の熱抵抗
となる場合があり、この配線4aが熱絶縁領域7に形成
されていると、配線4aの熱絶縁距離が確保できず、結
果として熱絶縁領域7の熱絶縁性能が得られないという
問題がある。本実施形態では、熱絶縁領域7を介さずに
配線4aが形成されていることで、配線4aの熱絶縁距
離を大きくとることができ熱抵抗の低下を抑えて熱絶縁
効果を向上させることができる。また、隅肉部29によ
って熱絶縁領域7の機械的強度が補強される。
Since the wiring 4a is made of a material having very high thermal conductivity such as aluminum, the thermal resistance may be a fraction of that of the heat insulating region 7 made of resin despite its small cross-sectional area. If the wiring 4a is formed in the heat insulating region 7, there is a problem that the heat insulating distance of the wiring 4a cannot be secured, and as a result, the heat insulating performance of the heat insulating region 7 cannot be obtained. In the present embodiment, since the wiring 4a is formed without interposing the heat insulating region 7, the heat insulating distance of the wiring 4a can be increased, the reduction in thermal resistance can be suppressed, and the heat insulating effect can be improved. it can. In addition, the mechanical strength of the heat insulating region 7 is reinforced by the fillet portion 29.

【0154】このように、本実施形態における半導体マ
イクロアクチュエータでは、実施形態2に比べて熱絶縁
効果が向上し、さらに低消費電力化が図れる。
As described above, in the semiconductor microactuator according to the present embodiment, the heat insulation effect is improved and power consumption can be further reduced as compared with the second embodiment.

【0155】(実施形態4)次に、第4の実施形態を説
明する。図19は、本実施形態における半導体マイクロ
アクチュエータの構造を示す斜視図であり、図20はそ
の上面図である。本実施形態において実施形態1と異な
る点は、実施形態1では、可撓領域2の略四角片状の4
つの薄肉部2Sが可動エレメント5を挟んで略十字形状
であるのに対して、本実施形態の半導体マイクロアクチ
ュエータ31は、可撓領域32の4つの薄肉部32Sが
略L字形状をしており、各薄肉部32Sの一端が可動エ
レメント35の四角形状に開口した上面周縁の各辺略中
央に連なり、各可撓領域32が中央の可動エレメント3
5を挟んでいわゆる卍字形状をしている点である。すな
わち、可撓領域32の各薄肉部32Sが可動エレメント
35を中心として四方向に等間隔で設けられている。さ
らに、各薄肉部32Sの他端は、四角形状の枠体である
半導体基板33の各辺の端部に熱絶縁領域37を介して
連結されている。
(Embodiment 4) Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 19 is a perspective view showing the structure of the semiconductor microactuator according to the present embodiment, and FIG. 20 is a top view thereof. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, a substantially square piece 4 of the flexible region 2 is formed.
While the two thin portions 2S have a substantially cross shape with the movable element 5 interposed therebetween, the semiconductor microactuator 31 of the present embodiment has the four thin portions 32S of the flexible region 32 having a substantially L-shape. One end of each thin portion 32S is connected to substantially the center of each side of the upper peripheral edge of the movable element 35 which is opened in a rectangular shape, and each flexible region 32 is located at the center of the movable element 3.
The point is that it has a so-called swastika shape with 5 in between. That is, the thin portions 32S of the flexible region 32 are provided at equal intervals in four directions around the movable element 35. Further, the other end of each thin portion 32S is connected to an end of each side of the semiconductor substrate 33, which is a rectangular frame, via a heat insulating region 37.

【0156】また、可撓領域32は上記薄肉部32Sと
アルミニウムやニッケルなどからなる薄膜32Mとで構
成される点は実施形態1と同様であり、加熱手段である
拡散抵抗36が薄肉部32Sの表面に形成されている点
も実施形態1と同様である。この拡散抵抗36は半導体
基板33の4隅に設けられた電極パッド34および配線
34aを介して外部から電力が供給される。なお、半導
体基板33、可撓領域32、熱絶縁領域37により半導
体装置38が構成される。
The flexible region 32 is the same as the first embodiment in that the flexible region 32 is composed of the thin portion 32S and a thin film 32M made of aluminum, nickel, or the like. The point formed on the surface is the same as in the first embodiment. Electric power is supplied to the diffusion resistor 36 from outside via the electrode pads 34 and the wirings 34 a provided at the four corners of the semiconductor substrate 33. Note that a semiconductor device 38 is configured by the semiconductor substrate 33, the flexible region 32, and the heat insulating region 37.

【0157】上記半導体マイクロアクチュエータ31
は、実施形態1と同様に、拡散抵抗36の温度上昇によ
り可撓領域32が加熱され、薄肉部32Sと薄膜32M
の熱膨張差により可撓領域32が下方向に変位する(薄
膜32Mが薄肉部32Sより熱膨張係数が大きい場
合)。可撓領域32が下方向に変位することで、可撓領
域32に連設された可動エレメント35が可撓領域32
の熱応力を受けて半導体基板33に対して下方向に変位
する。
The semiconductor microactuator 31
In the same manner as in the first embodiment, the flexible region 32 is heated by the temperature rise of the diffusion resistor 36, and the thin portion 32S and the thin film 32M
The flexible region 32 is displaced downward due to the thermal expansion difference (when the thin film 32M has a larger thermal expansion coefficient than the thin portion 32S). When the flexible region 32 is displaced downward, the movable element 35 connected to the flexible region 32
Is displaced downward with respect to the semiconductor substrate 33 due to the thermal stress.

【0158】本実施形態では、上述したように、各可撓
領域32は中央の可動エレメント35を挟んでいわゆる
卍字形状であるため、可動エレメント35の変位は半導
体基板33に対して水平方向の回転を含んでいる。ま
た、可撓領域32はL字形状であるため、単なる四角片
状である場合に比べてその長さを長くすることができ、
可撓領域32の変位が大きくなるので、可動エレメント
35の変位を大きくすることができる。ここで、半導体
装置38は前述した図3、図6、図9に示したいずれの
構成としてもよく、上述したものと同様の効果を有する
半導体マイクロアクチュエータが得られる。
In this embodiment, as described above, since each flexible region 32 has a so-called swastika shape with the central movable element 35 interposed therebetween, the displacement of the movable element 35 is horizontal with respect to the semiconductor substrate 33. Includes rotation. Further, since the flexible region 32 is L-shaped, its length can be made longer than in the case of a simple square piece,
Since the displacement of the flexible region 32 increases, the displacement of the movable element 35 can be increased. Here, the semiconductor device 38 may have any of the configurations shown in FIGS. 3, 6, and 9 described above, and a semiconductor microactuator having the same effects as those described above can be obtained.

【0159】(実施形態5)次に、第5の実施形態を説
明する。図21は本実施形態の半導体マイクロアクチュ
エータの構造を示す斜視図、図22はその上面図であ
る。本実施形態の半導体マイクロアクチュエータ31a
は、上述した可撓領域32が可動エレメント35を挟ん
でいわゆる卍字形状をした構成であるものにおいて、可
動エレメント35と可撓領域32を連結する熱膨張領域
37aがそれらの間に設けられているものである。
(Embodiment 5) Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 21 is a perspective view showing the structure of the semiconductor microactuator of the present embodiment, and FIG. 22 is a top view thereof. Semiconductor microactuator 31a of the present embodiment
Is a configuration in which the above-described flexible region 32 has a so-called swastika shape with the movable element 35 interposed therebetween, and a thermal expansion region 37a connecting the movable element 35 and the flexible region 32 is provided therebetween. Is what it is.

【0160】このように、熱絶縁領域37aを設けるこ
とで、可撓領域32と可動エレメント35の間の熱絶縁
性が高まり、拡散抵抗36より発生する熱が可動エレメ
ント35に逃げるのを防ぐことができる。よって、実施
形態4に比べて可撓領域32の加熱を効果的に行い消費
電力の低減が図れる。
As described above, by providing the heat insulating region 37a, the heat insulation between the flexible region 32 and the movable element 35 is enhanced, and the heat generated by the diffusion resistor 36 is prevented from escaping to the movable element 35. Can be. Therefore, compared to the fourth embodiment, the flexible region 32 can be heated more effectively, and the power consumption can be reduced.

【0161】また、本実施形態では、可撓領域32と半
導体基板33の連結部分、又は可撓領域32と可動エレ
メント35との連結部分近傍に可撓領域32が変位した
ときに加わる応力を緩和する丸みが設けられている点
は、図11、図12の実施形態と同様である。例えば、
図22(a)に示すように、半導体基板33の各辺端部
より内方向に突出する突出部39の基端部両端にR形状
の丸み39aが形成されている。
Further, in the present embodiment, the stress applied when the flexible region 32 is displaced near the connecting portion between the flexible region 32 and the semiconductor substrate 33 or near the connecting portion between the flexible region 32 and the movable element 35 is reduced. This embodiment is similar to the embodiment shown in FIGS. For example,
As shown in FIG. 22A, R-shaped roundings 39a are formed at both ends of a base end of a protruding portion 39 which protrudes inward from each side end of the semiconductor substrate 33.

【0162】(実施形態6)次に、本発明の第6の実施
形態を説明する。図23は本実施形態の半導体マイクロ
アクチュエータの構造を示す斜視図である。本実施形態
の半導体マイクロアクチュエータ41は、中空で略四角
形状の枠体となる半導体基板43と、半導体基板43よ
り切り離され半導体基板43の一辺より熱絶縁領域47
を介して一端が連結される略四角片状の薄肉部42S
と、上面が四角形状に開口し下方に向かうにつれて幅が
狭くなる中空の四角錐台形状に形成され、上記薄肉部4
2Sの他端に上面の開口部周縁が連設される可動エレメ
ント45と、上記薄肉部42Sの上面に設けられ、薄肉
部42Sとともに可撓領域42を構成するアルミニウム
薄膜またはニッケル薄膜などの薄膜42Mにより構成さ
れている。
(Embodiment 6) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 23 is a perspective view showing the structure of the semiconductor microactuator of the present embodiment. The semiconductor microactuator 41 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 43 which is a hollow and substantially rectangular frame, and a heat insulating region 47 separated from one side of the semiconductor substrate 43 by the semiconductor substrate 43.
Substantially square piece-shaped thin portion 42S whose one end is connected via
The thin portion 4 is formed in a hollow truncated pyramid shape in which the upper surface is opened in a square shape and the width decreases downward.
A movable element 45 having an upper peripheral edge connected to the other end of 2S; and a thin film 42M such as an aluminum thin film or a nickel thin film provided on the upper surface of the thin portion 42S and constituting the flexible region 42 together with the thin portion 42S. It consists of.

【0163】上記半導体基板43、薄肉部42S、およ
び可動エレメント45は、例えばシリコン基板などの半
導体基板を加工して形成される。また、薄肉部42Sの
表面には加熱手段である不純物拡散抵抗46(以下、拡
散抵抗46という)が形成されており、この拡散抵抗4
6は半導体基板43上に設けられ外部電源に接続された
電極パッド44と接続された配線44aにより電力が供
給されて温度が上昇し可撓領域42を加熱する。薄膜4
2Mは上述したようにアルミニウムまたはニッケルなど
により構成され、また薄肉部42Sはシリコンなどによ
り構成され、両者は異なる熱膨張係数を有している。
The semiconductor substrate 43, the thin portion 42S, and the movable element 45 are formed by processing a semiconductor substrate such as a silicon substrate. On the surface of the thin portion 42S, an impurity diffusion resistor 46 (hereinafter referred to as a diffusion resistor 46) as a heating means is formed.
6 is supplied with power by a wiring 44a connected to an electrode pad 44 provided on a semiconductor substrate 43 and connected to an external power supply, the temperature rises, and the flexible region 42 is heated. Thin film 4
2M is made of aluminum or nickel as described above, and the thin portion 42S is made of silicon or the like, and both have different thermal expansion coefficients.

【0164】半導体基板43と可撓領域42を連結する
熱絶縁領域47は、薄肉部42Sと略同じ厚さであり、
フッ素化樹脂、ポリイミド等の熱絶縁材料により構成さ
れており、半導体基板43と可撓領域42を熱絶縁して
いる。ここで、半導体基板43と可撓領域42とその間
の熱絶縁領域47とで半導体装置48が構成される。ま
た上記半導体マイクロアクチュエータ41は、可撓領域
42が半導体基板43に一端で支持される片持ち梁構造
を有している。
The heat insulating region 47 connecting the semiconductor substrate 43 and the flexible region 42 has substantially the same thickness as the thin portion 42S.
The semiconductor substrate 43 and the flexible region 42 are thermally insulated from a heat insulating material such as a fluorinated resin or polyimide. Here, the semiconductor device 48 is composed of the semiconductor substrate 43, the flexible region 42, and the heat insulating region 47 therebetween. The semiconductor microactuator 41 has a cantilever structure in which a flexible region 42 is supported at one end by a semiconductor substrate 43.

【0165】半導体マイクロアクチュエータ41は、拡
散抵抗46に電力が加えられると温度上昇し可撓領域4
2が加熱され、可撓領域42を構成する薄膜42Mと薄
肉部42Sの熱膨張係数の違いによる熱応力が発生す
る。例えば薄膜42Mとしてアルミニウム、ニッケル等
の金属薄膜が形成させている場合には、薄肉部42Sを
構成するシリコンよりも熱膨張係数が大きいため、可撓
領域42は図中下方向へ曲げられる。そして、可撓領域
42に連設された可動エレメント45は、可撓領域42
の熱応力を受けて、半導体基板43に対して下方向に変
位する。
The temperature of the semiconductor microactuator 41 rises when electric power is applied to the diffusion resistor 46, and the flexible region 4
2 is heated, and a thermal stress is generated due to a difference in the thermal expansion coefficient between the thin film 42M and the thin portion 42S constituting the flexible region 42. For example, when a metal thin film of aluminum, nickel, or the like is formed as the thin film 42M, the flexible region 42 is bent downward in the figure because the coefficient of thermal expansion is larger than that of silicon constituting the thin portion 42S. The movable element 45 connected to the flexible region 42 is
, And is displaced downward with respect to the semiconductor substrate 43.

【0166】本実施形態では、可撓領域42を片持ち梁
構造としているため、可撓領域42の自由度を大きくと
れ、加熱時の可撓領域42の変位が大きくなる。そのた
め、可動エレメント45の変位が大きくなり、大きな力
が得られる。ここで、半導体装置48は実施形態1で説
明した図3、図6、図9のいずれの構成としてもよく、
同様の効果を有する半導体マイクロアクチュエータが得
られる。
In this embodiment, since the flexible region has a cantilever structure, the flexibility of the flexible region can be increased, and the displacement of the flexible region during heating increases. Therefore, the displacement of the movable element 45 increases, and a large force is obtained. Here, the semiconductor device 48 may have any of the configurations of FIGS. 3, 6, and 9 described in the first embodiment.
A semiconductor microactuator having the same effect can be obtained.

【0167】(実施形態7)次に、第7の実施形態を説
明する。図24は本実施形態の半導体マイクロアクチュ
エータ41aの構造を示す斜視図であり、本実施形態に
おいて、実施形態6と異なる点は、可撓領域42と可動
エレメント45がその間に設けられたポリイミド又はフ
ッ素化樹脂などの樹脂からなる熱絶縁領域47aにより
連結されている点である。
(Embodiment 7) Next, a seventh embodiment will be described. FIG. 24 is a perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator 41a of the present embodiment. The present embodiment differs from Embodiment 6 in that polyimide or fluorine in which a flexible region 42 and a movable element 45 are provided therebetween. The point is that they are connected by a heat insulating region 47a made of a resin such as a modified resin.

【0168】このように新たに熱絶縁領域47aを設け
ることで、可撓領域42と可動エレメント45の間の熱
絶縁性が高まり、拡散抵抗46より発生する熱が可動エ
レメント45に逃げるのを防ぐことができ、実施形態6
に比べてより可撓領域42の加熱を効果的に行い消費電
力の低減が図れる。
By newly providing the heat insulating region 47a in this manner, the heat insulation between the flexible region 42 and the movable element 45 is enhanced, and the heat generated from the diffusion resistor 46 is prevented from escaping to the movable element 45. Embodiment 6
Heating of the flexible region 42 can be more effectively performed as compared with the above, and the power consumption can be reduced.

【0169】(実施形態8)次に、本発明の第8の実施
形態を説明する。図25は本実施形態の半導体マイクロ
アクチュエータ41bの構造を示す斜視図であり、本実
施形態において実施形態7と異なる点は、可撓領域42
の薄肉部47Mと、熱絶縁領域47とが同一材料である
熱絶縁性を有する樹脂(例えばポリイミド、フッ素化樹
脂)により構成されている点である。これにより、熱絶
縁領域47と薄膜47Mを同時に形成することが可能と
なり、製造工程を簡単にすることができる。
(Embodiment 8) Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 25 is a perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator 41b according to the present embodiment.
Is that the thin portion 47M and the heat insulating region 47 are made of the same material having heat insulating properties (for example, polyimide, fluorinated resin). This makes it possible to simultaneously form the heat insulating region 47 and the thin film 47M, thereby simplifying the manufacturing process.

【0170】また、この半導体マイクロアクチュエータ
41bの可動エレメント45には、上面から掘り込みを
設けて凹部45Hが形成されており、可動エレメントに
凹部が形成されていない場合(図26に示す半導体マイ
クロアクチュエータ41cの可動エレメント45a)に
比べて、可動エレメント45の熱容量が小さくなるた
め、可撓領域42の温度上昇が急速に行えることにな
る。また、凹部45Hを形成することで可動エレメント
の重量(体積)が小さくなるので、外部からの衝撃に対
して誤動作しないという利点もある。
The movable element 45 of the semiconductor microactuator 41b has a recess 45H formed by dug-down from the upper surface, and the movable element 45 has no recess formed therein (see the semiconductor microactuator shown in FIG. 26). Since the heat capacity of the movable element 45 is smaller than that of the movable element 45a) 41c, the temperature of the flexible region 42 can be rapidly increased. Further, since the weight (volume) of the movable element is reduced by forming the concave portion 45H, there is an advantage that a malfunction does not occur in response to an external impact.

【0171】(実施形態9)次に、本発明の実施形態9
を説明する。図27は本実施形態における半導体マイク
ロバルブの構造を示す一部破断の斜視図である。この半
導体マイクロバルブは、基板を加工して形成される流体
エレメントである台座50と、その上部に陽極接合、共
晶接合などにより接合されているアクチュエータ部とに
より構成されており、このアクチュエータ部として、図
1、図2で示した可撓領域2が可動エレメント5を挟ん
で十字形状をしている半導体マイクロアクチュエータ1
を用いている。
(Embodiment 9) Next, Embodiment 9 of the present invention will be described.
Will be described. FIG. 27 is a partially broken perspective view showing the structure of the semiconductor microvalve in the present embodiment. This semiconductor microvalve is composed of a pedestal 50, which is a fluid element formed by processing a substrate, and an actuator portion joined to the upper portion by anodic bonding, eutectic bonding, or the like. , The flexible region 2 shown in FIGS. 1 and 2 has a cross shape with the movable element 5 interposed therebetween.
Is used.

【0172】台座50はその表面上の半導体マイクロア
クチュエータ1の可動エレメント5と対応する位置に流
体の流路に相当する貫通孔51(いわゆるオリフィス)
が設けられており、その貫通孔51の上面開口部の周囲
部には、周りより高く突出し上面が略平面状の台部52
が形成されている。ここで、可動エレメント5はいわゆ
る弁体に相当する。
The pedestal 50 has a through hole 51 (so-called orifice) corresponding to a fluid flow path at a position corresponding to the movable element 5 of the semiconductor microactuator 1 on its surface.
Is provided around the upper surface opening of the through-hole 51, and the base 52 protrudes higher than the periphery and has a substantially planar upper surface.
Are formed. Here, the movable element 5 corresponds to a so-called valve body.

【0173】このように構成された半導体マイクロバル
ブ55は、拡散抵抗6に電力が供給されて可撓領域2が
加熱されると薄肉部2Sと薄膜2Mの熱膨張差により変
位し、可撓領域2に連設された可動エレメント5が変位
する。この可動エレメント5の変位によりその下面部と
台座50の台部52の間隔が変化し、貫通孔51を流れ
る流体量が制御される。
When the power is supplied to the diffusion resistor 6 and the flexible region 2 is heated, the semiconductor microvalve 55 thus configured is displaced due to the difference in thermal expansion between the thin portion 2S and the thin film 2M, and is displaced. The movable element 5 connected to 2 is displaced. Due to the displacement of the movable element 5, the distance between the lower surface of the movable element 5 and the base 52 of the base 50 changes, and the amount of fluid flowing through the through hole 51 is controlled.

【0174】本実施形態の半導体マイクロバルブにおい
ても、半導体基板3と可撓領域2との間にポリイミドな
どの樹脂からなる熱絶縁領域7が設けられているため、
可撓領域2を加熱する際の熱が半導体基板3へ逃げるの
を防止することができる。そのため、その駆動における
消費電力を抑えることが可能となる。
Also in the semiconductor microvalve of this embodiment, since the heat insulating region 7 made of a resin such as polyimide is provided between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2,
It is possible to prevent heat at the time of heating the flexible region 2 from escaping to the semiconductor substrate 3. Therefore, it is possible to suppress power consumption in the driving.

【0175】また、4つの可撓領域2が中央の可動エレ
メント5を挟んで十字形状となっているため可動エレメ
ント5の制御精度がよく、流体の制御精度のよい半導体
マイクロバルブが得られる。
Further, since the four flexible regions 2 have a cross shape with the central movable element 5 interposed therebetween, the precision of control of the movable element 5 is good, and a semiconductor microvalve with good fluid control precision can be obtained.

【0176】ここで、図27における半導体マイクロバ
ルブのアクチュエータ部を図11、図12で示した半導
体マイクロアクチュエータ1aで構成した例を図28に
示す。本構成例の半導体マイクロバルブは、台座50と
半導体マイクロアクチュエータ1aがポリイミドからな
るスペーサ層53を介して接合されている。
FIG. 28 shows an example in which the actuator portion of the semiconductor microvalve in FIG. 27 is constituted by the semiconductor microactuator 1a shown in FIGS. In the semiconductor microvalve of this configuration example, the pedestal 50 and the semiconductor microactuator 1a are joined via a spacer layer 53 made of polyimide.

【0177】また、可撓領域2と可動エレメント5の間
にも熱絶縁領域7Aが設けられており、図27で示した
半導体マイクロバルブに比べて可撓領域2より逃げる熱
をさらに少なくすることが可能となり、その駆動におけ
る消費電力を抑えることができる。
Also, a heat insulating region 7A is provided between the flexible region 2 and the movable element 5, so that the heat escaping from the flexible region 2 can be further reduced as compared with the semiconductor microvalve shown in FIG. And power consumption in the driving can be suppressed.

【0178】また、可撓領域2と半導体基板3の連結部
分、又は可撓領域2と可動エレメント5との連結部分近
傍に可撓領域2が変位したときに加わる応力を緩和する
丸みが設けられていることによる効果は、図11、図1
2で説明したものと同様である。
Further, a rounded portion is provided near the connecting portion between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 or near the connecting portion between the flexible region 2 and the movable element 5 to reduce the stress applied when the flexible region 2 is displaced. 11 and FIG.
This is the same as that described in 2.

【0179】さらに、台座50と半導体マイクロアクチ
ュエータ1aの間にスペーサ層53が形成されているこ
とで、次のような効果がある。通常、半導体マイクロア
クチュエータ1aはシリコン基板からなり、台座50は
ガラス基板からなる。この両者は高温下で接合される
(400℃で陽極接合される)ため、常温では両者の熱
膨張差に起因する収縮度合いの違いにより両者間にスト
レスが発生する。このストレスは半導体マイクロアクチ
ュエータ1aの可撓領域2に集中するため、可撓領域2
の十分な変位が得られず、半導体マイクロバルブの駆動
性が悪くなってしまう。そこで、両者間にスペーサ層5
3を設けることで、上述したように両者間に発生するス
トレスを吸収して緩和させることができる。
Further, since the spacer layer 53 is formed between the base 50 and the semiconductor microactuator 1a, the following effects can be obtained. Usually, the semiconductor microactuator 1a is made of a silicon substrate, and the pedestal 50 is made of a glass substrate. Since the two are bonded at a high temperature (anodic bonding at 400 ° C.), stress is generated between the two at room temperature due to a difference in the degree of shrinkage caused by a difference in thermal expansion between the two. Since this stress concentrates on the flexible region 2 of the semiconductor microactuator 1a, the flexible region 2
Cannot be obtained, and the drivability of the semiconductor microvalve deteriorates. Therefore, a spacer layer 5 is provided between them.
By providing 3, the stress generated between them can be absorbed and reduced as described above.

【0180】なお、本構成例の半導体マイクロバルブの
動作は図27の場合と同様であるのでその説明を省略す
る。
The operation of the semiconductor microvalve of this configuration example is the same as that of the case of FIG. 27, and a description thereof will be omitted.

【0181】またここで、図27における半導体マイク
ロバルブのアクチュエータ部を図17で示した半導体マ
イクロアクチュエータ1bで構成した例を図29に示
す。本構成例の半導体マイクロバルブは、可撓領域2を
加熱する拡散抵抗6に電力を供給する配線4aが熱絶縁
領域7を介さずに形成されている点が図28に示した構
成例と異なり、熱伝導率のよい配線4aの熱絶縁距離を
長くとることが可能となるため、さらに熱絶縁効果の高
い半導体マイクロバルブが得られ、それを駆動するため
の消費電力を抑えることができる。
FIG. 29 shows an example in which the actuator portion of the semiconductor microvalve in FIG. 27 is constituted by the semiconductor microactuator 1b shown in FIG. The semiconductor microvalve of this configuration example is different from the configuration example shown in FIG. 28 in that the wiring 4a for supplying power to the diffusion resistor 6 for heating the flexible region 2 is formed without passing through the heat insulating region 7. Since the heat insulation distance of the wiring 4a having good thermal conductivity can be increased, a semiconductor microvalve having a higher heat insulation effect can be obtained, and power consumption for driving the semiconductor microvalve can be suppressed.

【0182】なお、本構成例の半導体マイクロバルブの
動作も図27の場合と同様のため、その説明を省略す
る。
Note that the operation of the semiconductor microvalve of this configuration example is the same as that of FIG. 27, and a description thereof will be omitted.

【0183】(実施形態10)次に、本発明の第10の
実施形態を説明する。図30は本実施形態の半導体マイ
クロバルブの構造を示す一部破断の斜視図である。図3
0に示す半導体マイクロバルブは、基板を加工して形成
される流体エレメントである台座56と、その上部に陽
極接合、共晶接合などにより接合されているアクチュエ
ータ部とにより構成されており、このアクチュエータ部
として、図19、図20で示した可撓領域32が可動エ
レメント35を挟んでいわゆる卍字形状をした半導体マ
イクロアクチュエータ31を用いている。
(Embodiment 10) Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 30 is a partially broken perspective view showing the structure of the semiconductor microvalve of the present embodiment. FIG.
The semiconductor microvalve shown in FIG. 0 includes a pedestal 56, which is a fluid element formed by processing a substrate, and an actuator portion joined to the upper portion by anodic bonding, eutectic bonding, or the like. As a part, a semiconductor microactuator 31 in which the flexible region 32 shown in FIGS. 19 and 20 has a so-called swastika shape with the movable element 35 interposed therebetween is used.

【0184】台座56はその表面上の半導体マイクロア
クチュエータ31の可動エレメント35と対応する位置
に流体の流路に相当する貫通孔57(いわゆるオリフィ
ス)が設けられており、その貫通孔57の上面開口部の
周囲部には、周りより高く突出し上面が略平面状の台部
58が形成されている。ここで、可動エレメント35は
弁体に相当する。
The pedestal 56 is provided with a through hole 57 (so-called orifice) corresponding to a fluid flow path at a position corresponding to the movable element 35 of the semiconductor microactuator 31 on the surface thereof. A base 58 projecting higher than the periphery and having a substantially planar upper surface is formed around the part. Here, the movable element 35 corresponds to a valve body.

【0185】このように構成された半導体マイクロバル
ブは、拡散抵抗36に電力が供給されて可撓領域32が
加熱されると薄肉部32Sと薄膜32Mの熱膨張差によ
り変位し、可撓領域32に連設された可動エレメント3
5が変位する。この可動エレメント35の変位によりそ
の下面部と台座56の台部58の間隔が変化し、貫通孔
57を流れる流体量が制御される。
When the power is supplied to the diffusion resistor 36 and the flexible region 32 is heated, the semiconductor microvalve configured as described above is displaced by the difference in thermal expansion between the thin portion 32S and the thin film 32M, and is displaced. Movable element 3 connected to
5 is displaced. The displacement of the movable element 35 changes the distance between the lower surface of the movable element 35 and the base 58 of the pedestal 56, and controls the amount of fluid flowing through the through-hole 57.

【0186】本実施形態の半導体マイクロバルブにおい
ても、半導体基板33と可撓領域32との間にポリイミ
ドなどの樹脂からなる熱絶縁領域37が設けられている
ため、可撓領域32を加熱する際の熱が半導体基板33
へ逃げるのを防止することができる。そのため、その駆
動における消費電力を抑えることが可能となる。
Also in the semiconductor microvalve of the present embodiment, since the heat insulating region 37 made of a resin such as polyimide is provided between the semiconductor substrate 33 and the flexible region 32, when the flexible region 32 is heated. Heat of the semiconductor substrate 33
Can be prevented from escaping. Therefore, it is possible to suppress power consumption in the driving.

【0187】また、本実施形態の半導体マイクロバルブ
は、可撓領域32がL字形状であるためその長さが長く
なっており、そのため可撓領域32の変位が大きくなる
ので、可動エレメント35の変位を大きくすることがで
きる。よって、流体の流量制御範囲の広い半導体マイク
ロバルブとなる。
In the semiconductor microvalve of this embodiment, the length of the flexible region 32 is long because the flexible region 32 is L-shaped, and the displacement of the flexible region 32 is large. The displacement can be increased. Therefore, the semiconductor microvalve has a wide range of fluid flow control.

【0188】ここで、図30におけるアクチュエータ部
を図21、図22で示した半導体マイクロアクチュエー
タ31aで構成した例を図31に示す。本構成例の半導
体マイクロバルブは、可撓領域32と可動エレメント3
5の間にも熱絶縁領域37aが設けられており、図30
で示した半導体マイクロバルブに比べて可撓領域32よ
り逃げる熱をさらに少なくすることが可能となり、その
駆動における消費電力を抑えることができる。
Here, FIG. 31 shows an example in which the actuator section in FIG. 30 is constituted by the semiconductor microactuator 31a shown in FIG. 21 and FIG. The semiconductor microvalve of this configuration example includes a flexible region 32 and a movable element 3.
5 are also provided with a heat insulating region 37a.
The heat escaping from the flexible region 32 can be further reduced as compared with the semiconductor microvalve indicated by, and the power consumption in driving the semiconductor microvalve can be suppressed.

【0189】また、可撓領域32と半導体基板33の連
結部分、又は可撓領域32と可動エレメント35との連
結部分近傍に可撓領域32が変位したときに加わる応力
を緩和する丸みが設けられていることによる効果は、図
21、図22で説明したものと同様である。
A rounded portion is provided near the connecting portion between the flexible region 32 and the semiconductor substrate 33 or near the connecting portion between the flexible region 32 and the movable element 35 to reduce the stress applied when the flexible region 32 is displaced. The effect of this is the same as that described with reference to FIGS. 21 and 22.

【0190】(実施形態11)次に、本発明の第11の
実施形態を説明する。図32は本実施形態における半導
体マイクロリレーの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。図32における半導体マイクロリレーは、表面に固
定接点67,68が設けられた固定エレメントである固
定片65と、その上部に陽極接合、共晶接合などにより
接合されたアクチュエータ部とにより構成されており、
このアクチュエータ部は、図23で示した半導体マイク
ロアクチュエータ41で構成される。
(Embodiment 11) Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 32 is a partially broken perspective view showing the structure of the semiconductor microrelay in the present embodiment. The semiconductor microrelay shown in FIG. 32 is composed of a fixed piece 65 which is a fixed element having fixed contacts 67 and 68 provided on the surface thereof, and an actuator portion joined to the upper portion thereof by anodic bonding, eutectic bonding or the like. ,
This actuator section is constituted by the semiconductor microactuator 41 shown in FIG.

【0191】半導体マイクロアクチュエータ41の可動
エレメント45の下面には、可動接点66が設けられて
おり、固定片65上の固定接点67,68は可動接点6
6と対応する位置に可動接点66と接触可能に離間して
設けられている。
A movable contact 66 is provided on the lower surface of the movable element 45 of the semiconductor microactuator 41. The fixed contacts 67 and 68 on the fixed piece 65 are
6 is provided at a position corresponding to the movable contact 66 so as to be able to contact the movable contact 66.

【0192】ここで、拡散抵抗46に電流が流れ可撓領
域42が加熱されると、薄肉部42Sと薄膜42Mの熱
膨張差により可撓領域42が変位し、可動エレメント4
5が変位する。この変位により可動エレメント45の下
面に設けられた可動接点66と固定接点67,68が接
触し、固定接点67,68が可動接点66を介して導通
してリレーがオンする。
Here, when a current flows through the diffusion resistor 46 and the flexible region 42 is heated, the flexible region 42 is displaced due to a difference in thermal expansion between the thin portion 42S and the thin film 42M, and the movable element 4
5 is displaced. Due to this displacement, the movable contact 66 provided on the lower surface of the movable element 45 comes into contact with the fixed contacts 67 and 68, and the fixed contacts 67 and 68 conduct through the movable contact 66 to turn on the relay.

【0193】本実施形態の半導体マイクロリレーのアク
チュエータ部は半導体マイクロアクチュエータ41で構
成されており、実施形態6で説明したように可撓領域4
2と半導体基板43の熱絶縁効果が高く、消費電力の少
ない半導体マイクロリレーが得られる。また、半導体マ
イクロアクチュエータ41は半導体基板43を固定端と
する片持ち梁構造をしており、接点圧力の大きい半導体
マイクロリレーが得られる。
The actuator section of the semiconductor microrelay of this embodiment is constituted by a semiconductor microactuator 41, and as described in the sixth embodiment, the flexible region 4
2 and the semiconductor substrate 43 have a high thermal insulation effect, and a semiconductor microrelay with low power consumption can be obtained. Further, the semiconductor microactuator 41 has a cantilever structure having the semiconductor substrate 43 as a fixed end, so that a semiconductor microrelay having a large contact pressure can be obtained.

【0194】(実施形態12)次に、第12の実施形態
を説明する。図33は本実施形態における半導体マイク
ロリレーの構造を示す斜視図であり、図32で示したア
クチュエータ部を図25で示した半導体マイクロアクチ
ュエータ41bで構成したものである。
(Twelfth Embodiment) Next, a twelfth embodiment will be described. FIG. 33 is a perspective view showing the structure of the semiconductor microrelay in the present embodiment, in which the actuator section shown in FIG. 32 is constituted by the semiconductor microactuator 41b shown in FIG.

【0195】すなわち、本実施形態の半導体マイクロリ
レーは、可撓領域42の薄膜47Mと、可撓領域42と
半導体基板43を連結する熱絶縁領域47が例えばポリ
イミドなどの同一材料により構成されている。
That is, in the semiconductor microrelay of this embodiment, the thin film 47M of the flexible region 42 and the heat insulating region 47 connecting the flexible region 42 and the semiconductor substrate 43 are made of the same material such as polyimide. .

【0196】また、図33に示す半導体マイクロリレー
は、可動エレメント45に凹部45Hが設けられてお
り、凹部が設けられていないもの(図37参照)に比べ
て、熱容量が小さく、可撓領域42の温度上昇が急速に
行える点、可動エレメントの重量(体積)が小さくなる
ので、外部からの衝撃に対して誤動作しない点は、図2
5で説明した通りである。
The semiconductor micro-relay shown in FIG. 33 has a concave portion 45H in the movable element 45, has a smaller heat capacity than the non-recessed portion (see FIG. 37), and has a flexible region 42. FIG. 2 shows that the temperature of the movable element can be rapidly increased and that the weight (volume) of the movable element is small, so that it does not malfunction due to an external impact.
5 as described above.

【0197】次に、本実施形態における半導体マイクロ
リレーの製造方法を示す。例えばシリコン基板などの半
導体基板43(図34(a)参照)をシリコン窒化膜な
どをマスクとしてKOHなどにより下面からエッチング
除去して、ギャップ40を形成する(図34(b)参
照)。このギャップ40は、半導体マイクロリレーにお
ける可動接点と固定接点間の接点ギャップとなる。ここ
で、シリコン基板である半導体基板43はp型、n型の
どちらでもよく、結晶方位は<100>が望ましい。
Next, a method of manufacturing the semiconductor micro relay of the present embodiment will be described. For example, a semiconductor substrate 43 such as a silicon substrate (see FIG. 34A) is etched away from the lower surface with KOH or the like using a silicon nitride film or the like as a mask to form a gap 40 (see FIG. 34B). The gap 40 is a contact gap between the movable contact and the fixed contact in the semiconductor micro relay. Here, the semiconductor substrate 43, which is a silicon substrate, may be either p-type or n-type, and the crystal orientation is preferably <100>.

【0198】次に、イオン注入または不純物拡散などに
より拡散抵抗46を半導体基板43の上面に形成する
(図34(c)参照)。ここで、不純物はp型、n型の
どちらであってもよい。
Next, a diffusion resistor 46 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 43 by ion implantation or impurity diffusion (see FIG. 34C). Here, the impurity may be either p-type or n-type.

【0199】さらに、半導体基板43の両面にシリコン
窒化膜などを形成しパターニングする。その後、半導体
基板43の上面からKOHなどによりエッチング除去し
て(異方性エッチング)、可動エレメント45の上部に
凹部45Hを形成し中空形状とすると同時に、半導体基
板43の下面からKOHなどによりエッチング(異方性
エッチング)除去して凹部を設けてその底面部を可撓領
域を構成する薄肉部42Sとして形成する(図34
(d)参照)。
Further, a silicon nitride film or the like is formed on both surfaces of the semiconductor substrate 43 and patterned. Thereafter, the upper surface of the semiconductor substrate 43 is removed by etching with KOH or the like (anisotropic etching), and a concave portion 45H is formed on the upper part of the movable element 45 to form a hollow shape. A recess is provided by anisotropic etching), and the bottom is formed as a thin portion 42S constituting a flexible region (FIG. 34).
(D)).

【0200】次に、半導体基板43の上面よりシリコン
窒化膜などをマスクにして、エッチング除去して後に熱
絶縁領域47,47aとなる部分に孔部47B,47C
を形成する(図35(a)参照)。このときエッチング
される深さは、熱絶縁領域47,47aの厚みに対応す
る。
Next, holes 47B, 47C are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 43 by etching using a silicon nitride film or the like as a mask, and forming portions to become the heat insulating regions 47, 47a.
Is formed (see FIG. 35A). The depth etched at this time corresponds to the thickness of the heat insulating regions 47 and 47a.

【0201】そして次の工程では、スパッタリングなど
によりアルミニウム薄膜を形成しパターニングすること
で、拡散抵抗46に電力を供給する配線49Aなどが形
成される(図35(b)参照)。
Then, in the next step, an aluminum thin film is formed by sputtering or the like and is patterned to form a wiring 49A for supplying power to the diffusion resistor 46 and the like (see FIG. 35B).

【0202】次に、ポリイミドなどの熱絶縁材料を半導
体基板43の全面にコートし、孔部47B,47Cを埋
める。その後、その埋め込まれた部分と薄肉部42S上
部の熱絶縁材料以外の熱絶縁材料をエッチングなどによ
り除去して、熱絶縁領域47,47aと薄膜47Mをポ
リイミドなどの同一材料により形成する(図35(c)
参照)。そして、熱絶縁領域47,47aの下面側をエ
ッチング除去し(図35(d)参照)、可動エレメント
45の下面側に金コバルトなどからなる後述する可動接
点66をメッキなどにより形成する(図35(e)参
照)。
Next, a heat insulating material such as polyimide is coated on the entire surface of the semiconductor substrate 43 to fill the holes 47B and 47C. Thereafter, the heat insulating material other than the heat insulating material above the embedded portion and the thin portion 42S is removed by etching or the like, and the heat insulating regions 47 and 47a and the thin film 47M are formed of the same material such as polyimide (FIG. 35). (C)
reference). Then, the lower surfaces of the heat insulating regions 47 and 47a are removed by etching (see FIG. 35D), and the below-described movable contact 66 made of gold cobalt or the like is formed on the lower surface of the movable element 45 by plating or the like (FIG. 35). (E)).

【0203】その後、このように加工された半導体基板
43と、メッキなどにより金コバルトなどの固定接点6
7が形成された固定片65を陽極接合などにより接合し
(図36(a))、最後にRIEなどにより可動エレメ
ント45及び可撓領域42を枠体となる半導体基板43
から切り離し、半導体マイクロリレーが製造される(図
36(b))。すなわち、半導体マイクロアクチュエー
タ41bが製造されることになる。
Thereafter, the semiconductor substrate 43 thus processed is fixed to a fixed contact 6 made of gold cobalt or the like by plating or the like.
The fixed piece 65 on which is formed 7 is bonded by anodic bonding or the like (FIG. 36A). Finally, the movable element 45 and the flexible region 42 are formed by RIE or the like into a semiconductor substrate 43 serving as a frame.
And a semiconductor microrelay is manufactured (FIG. 36B). That is, the semiconductor microactuator 41b is manufactured.

【0204】このように、可撓領域42の薄膜47Mと
熱絶縁領域47とを同一材料で同時に形成するため、製
造工程が簡単になりコストを低減できる。
As described above, since the thin film 47M of the flexible region 42 and the heat insulating region 47 are simultaneously formed of the same material, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

【0205】ここで、本実施形態の半導体マイクロリレ
ーにおける可撓領域42の薄肉部42Sと薄膜47Mか
らなるいわゆるバイメタルの構成を図38に示す。図示
したように、10μm厚のシリコンからなる薄肉部42
Sの上部に、薄膜47Mとして20μm厚のポリイミド
(商品名:フォトニース)が形成されている。この可撓
領域42の平面サイズは1000μm×1000μmと
する。このとき、可撓領域42の曲りは以下に示すチモ
チェンコの式によって表される。
Here, the so-called bimetal structure composed of the thin portion 42S of the flexible region 42 and the thin film 47M in the semiconductor microrelay of the present embodiment is shown in FIG. As shown, a thin portion 42 made of silicon having a thickness of 10 μm is formed.
On top of S, a 20 μm thick polyimide (trade name: Photo Nice) is formed as a thin film 47M. The plane size of the flexible region 42 is 1000 μm × 1000 μm. At this time, the bending of the flexible region 42 is expressed by the following Timochenko equation.

【0206】[0206]

【式16】 (Equation 16)

【0207】ここでΔTは温度変化を示している。Here, ΔT indicates a temperature change.

【0208】上記式に具体的な数値を導入し計算した結
果を図39に示す。図39に示すように、可撓領域42
の温度が高くなればその変位(曲り)が大きくなる。こ
の曲りが半導体マイクロリレーの可動接点66と固定接
点67,68の接点ギャップよりも大きくなると、可動
接点66と固定接点67,68が接触しリレーがオンす
る。
FIG. 39 shows the result of calculation by introducing specific numerical values into the above equation. As shown in FIG.
The higher the temperature of the device, the greater the displacement (bending). When this bend becomes larger than the contact gap between the movable contact 66 and the fixed contacts 67 and 68 of the semiconductor microrelay, the movable contact 66 and the fixed contacts 67 and 68 come into contact and the relay is turned on.

【0209】ここで、接点ギャップが20μmであり、
バイメタルを200℃とした場合のバイメタルの動作を
考察する。図39に示すように、200℃におけるバイ
メタルの変位は約65μmである。
Here, the contact gap is 20 μm,
Consider the operation of the bimetal when the bimetal is set at 200 ° C. As shown in FIG. 39, the displacement of the bimetal at 200 ° C. is about 65 μm.

【0210】半導体マイクロリレーは片持ち梁構造であ
り、可撓領域42に対応する梁は図40に示すように変
位する。その先端部の変位Xaは、Xa=(Fa・τa
3)/(3Ea・Ia)で表される。Faは梁の先端部
に加えられる力、taは梁の厚み、τaは梁の長さ、E
aは梁のヤング率を示している。ここで、Iaは梁の断
面2次モーメントを示しており、その断面が長方形の場
合は、Ia=ba・ta3/12(baは梁の奥行き
幅)で表されるため、先端の撓みXaは、Xa=4・F
a・τa3/(ba・ta3・Ea)となる。この式より
梁の先端部に加えられた力Faは、Fa=(Xa・ba
・ta3・Ea)/(4・τa3)で表される。ここで、
接点ギャップ20μmとすると接点圧faは、fa=
((Xa−20μm)・ba・ta3・Ea)/(4・
τa3)となる。先端部の撓みXaは、Xa=65μm
であるから、接点圧faはfa=0.87gf=8.5
×10-3Nとなり、ほぼ1gf(9.8×10-3N)に
近い接点圧が得られる。
The semiconductor micro relay has a cantilever structure, and the beam corresponding to the flexible region 42 is displaced as shown in FIG. The displacement Xa of the tip is Xa = (Fa · τa
3 ) / (3Ea · Ia). Fa is the force applied to the tip of the beam, ta is the thickness of the beam, τa is the length of the beam, E
a shows the Young's modulus of the beam. Here, Ia denotes the second moment of the beam, if its cross section is rectangular, Ia = ba · ta 3/ 12 (ba is the depth width of the beam) for expressed by deflection of the tip Xa Is Xa = 4 · F
a · τa 3 / a (ba · ta 3 · Ea) . From this equation, the force Fa applied to the tip of the beam is Fa = (Xa · ba
· Ta 3 · Ea) / (4 · τa 3 ). here,
Assuming that the contact gap is 20 μm, the contact pressure fa becomes fa =
((Xa-20 μm) · ba · ta 3 · Ea) / (4 ·
τa 3 ). The deflection Xa at the tip is Xa = 65 μm
Therefore, the contact pressure fa is: fa = 0.87 gf = 8.5
× 10 −3 N, and a contact pressure close to 1 gf (9.8 × 10 −3 N) can be obtained.

【0211】(実施形態13)次に、本発明の第13の
実施形態を説明する。図41は本実施形態の半導体マイ
クロリレーの構造を示す斜視図である。図41に示す半
導体マイクロリレーは、図33で示した半導体マイクロ
リレーのアクチュエータ部を図23で示した半導体マイ
クロアクチュエータ41で構成したものであり、図33
と異なる点は、可撓領域42の薄膜42Mがアルミニウ
ム薄膜あるいはニッケル薄膜などの金属薄膜により構成
されている点である。
(Embodiment 13) Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 41 is a perspective view showing the structure of the semiconductor micro relay of the present embodiment. The semiconductor microrelay shown in FIG. 41 is obtained by configuring the actuator section of the semiconductor microrelay shown in FIG. 33 with the semiconductor microactuator 41 shown in FIG.
The difference is that the thin film 42M of the flexible region 42 is formed of a metal thin film such as an aluminum thin film or a nickel thin film.

【0212】本実施形態の半導体マイクロリレーにおい
ても、可動エレメント45に凹部45Hが形成されてお
り、図48に示す半導体マイクロリレーのように凹部が
形成されていない場合に比べて、可撓領域42の温度上
昇を急速に行える点、可動エレメントの重量(体積)が
小さくなるので、外部からの衝撃に対して誤動作を防止
できる点は実施形態12と同様である。
In the semiconductor micro relay of the present embodiment, the concave portion 45H is formed in the movable element 45, as compared with the case where no concave portion is formed as in the semiconductor micro relay shown in FIG. This embodiment is similar to the twelfth embodiment in that the temperature of the movable element can be rapidly increased and the weight (volume) of the movable element can be reduced, so that a malfunction can be prevented by an external impact.

【0213】次に、図41で示した半導体マイクロリレ
ーの製造方法を示す。まず、可撓領域42を構成する薄
膜42Mをアルミニウム薄膜で構成した場合についての
製造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor microrelay shown in FIG. 41 will be described. First, a manufacturing method when the thin film 42M forming the flexible region 42 is formed of an aluminum thin film will be described.

【0214】例えばシリコン基板などの半導体基板43
(図42(a)参照)をシリコン窒化膜などをマスクと
してKOHなどにより下面からエッチング除去して、ギ
ャップ40を形成する(図42(b)参照)。このギャ
ップ40は、半導体マイクロリレーにおける可動接点と
固定接点間の接点ギャップとなる。ここで、半導体基板
43(シリコン基板)はp型、n型のどちらでもよく、
結晶方位は<100>が望ましい。
For example, a semiconductor substrate 43 such as a silicon substrate
The gap 40 is formed by etching the lower surface (see FIG. 42A) from the lower surface using KOH or the like with a silicon nitride film or the like as a mask (see FIG. 42B). The gap 40 is a contact gap between the movable contact and the fixed contact in the semiconductor micro relay. Here, the semiconductor substrate 43 (silicon substrate) may be either p-type or n-type,
Desirable crystal orientation is <100>.

【0215】次に、イオン注入または不純物拡散などに
より拡散抵抗46を半導体基板43の上面に形成する
(図42(c)参照)。ここで、不純物はp型、n型の
どちらであってもよい。
Next, a diffusion resistor 46 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 43 by ion implantation or impurity diffusion (see FIG. 42C). Here, the impurity may be either p-type or n-type.

【0216】さらに、半導体基板43の両面にシリコン
窒化膜などを形成しパターニングする。その後、半導体
基板43の上面からKOHなどによりエッチング除去し
て(異方性エッチング)、可動エレメント45の上部に
凹部45Hを形成し中空形状とすると同時に、半導体基
板43の下面からKOHなどによりエッチング(異方性
エッチング)除去して凹部を設けてその底面部を可撓領
域を構成する薄肉部42Sとして形成する(図42
(d)参照)。
Further, a silicon nitride film or the like is formed on both surfaces of the semiconductor substrate 43 and patterned. Thereafter, the upper surface of the semiconductor substrate 43 is removed by etching with KOH or the like (anisotropic etching), and a concave portion 45H is formed on the upper part of the movable element 45 to form a hollow shape. Anisotropic etching) is removed to form a concave portion, and the bottom surface is formed as a thin portion 42S constituting a flexible region (FIG. 42).
(D)).

【0217】次に、半導体基板43の上面よりシリコン
窒化膜などをマスクにして、エッチング除去して後に熱
絶縁領域47,47aとなる部分に孔部47B,47C
を形成する(図43(a)参照)。このときエッチング
される深さは、熱絶縁領域47,47aの厚みに対応す
る。
Next, holes 47B and 47C are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 43 by etching using a silicon nitride film or the like as a mask and forming portions to become heat insulating regions 47 and 47a.
Is formed (see FIG. 43A). The depth etched at this time corresponds to the thickness of the heat insulating regions 47 and 47a.

【0218】そして次の工程では、図43(b)に示す
ように、スパッタリングなどによりアルミニウム薄膜を
形成しパターニングして、可撓領域を構成する薄膜42
Mと、拡散抵抗46に電力を供給する配線49Aが形成
される。そして、ポリイミドなどの熱絶縁材料を半導体
基板43の全面にコートし、半導体基板43の上面に設
けられた孔部47B,47Cを埋め、埋め込んだ部分以
外の熱絶縁材料をエッチングなどにより除去して熱絶縁
領域47,47aを形成する(図43(c)参照)。
In the next step, as shown in FIG. 43B, an aluminum thin film is formed by sputtering or the like and patterned to form a thin film 42 constituting a flexible region.
M and a wiring 49A for supplying power to the diffusion resistor 46 are formed. Then, a heat insulating material such as polyimide is coated on the entire surface of the semiconductor substrate 43, the holes 47B and 47C provided on the upper surface of the semiconductor substrate 43 are filled, and the heat insulating material other than the embedded portions is removed by etching or the like. The heat insulating regions 47 and 47a are formed (see FIG. 43 (c)).

【0219】その後、熱絶縁領域47,47aの下面側
をエッチング除去して熱絶縁材料のみで構成される熱絶
縁領域47,47aを形成する(図43(d)参照)。
そして次に、可動エレメント45の下面側に金コバルト
などからなる可動接点66をメッキなどにより形成す
る。
Thereafter, the lower surfaces of the heat insulating regions 47 and 47a are removed by etching to form the heat insulating regions 47 and 47a composed of only a heat insulating material (see FIG. 43 (d)).
Next, a movable contact 66 made of gold cobalt or the like is formed on the lower surface side of the movable element 45 by plating or the like.

【0220】次に、このように加工された半導体基板4
3とメッキなどにより金コバルトなどの固定接点67が
形成された固定片65を陽極接合などにより接合し(図
44(a)参照)、最後にRIEなどにより可動エレメ
ント45及び可撓領域42を枠体となる半導体基板43
から切り離し、半導体マイクロリレーが製造される。す
なわち、半導体マイクロアクチュエータ41aが製造さ
れることになる(図44(b)参照)。
Next, the semiconductor substrate 4 thus processed
3 and a fixed piece 65 on which a fixed contact 67 made of gold cobalt or the like is formed by plating or the like (see FIG. 44A), and finally, the movable element 45 and the flexible region 42 are framed by RIE or the like. Body semiconductor substrate 43
And a semiconductor micro relay is manufactured. That is, the semiconductor microactuator 41a is manufactured (see FIG. 44B).

【0221】次に、図41で示した半導体マイクロリレ
ーの薄膜42Mをニッケルで構成した場合の製造方法を
説明する。図45(a)〜(e)の工程で示されるよう
に、半導体基板43の下面にギャップ40を形成する工
程、半導体基板43の上面に拡散抵抗46を形成する工
程、可動エレメント45の上部に凹部45Hを形成する
工程、可撓領域42の薄肉部42Sを形成する工程、後
に熱膨張領域となる部分である孔部47B,47Cを形
成する工程は、図42(a)〜(d)、図43(a)で
説明した工程と同様であるためその説明を省略する。
Next, a description will be given of a manufacturing method when the thin film 42M of the semiconductor microrelay shown in FIG. 41 is made of nickel. As shown in the steps of FIGS. 45A to 45E, a step of forming a gap 40 on the lower surface of the semiconductor substrate 43, a step of forming a diffusion resistor 46 on the upper surface of the semiconductor substrate 43, The steps of forming the concave portion 45H, forming the thin portion 42S of the flexible region 42, and forming the holes 47B and 47C, which are portions to be the thermal expansion regions later, are shown in FIGS. This is the same as the process described with reference to FIG.

【0222】その次の工程では、図46(a)に示すよ
うに、スパッタリングなどによりアルミニウム薄膜を形
成しパターニングすることで、拡散抵抗46に電力を供
給する配線49Aなどが形成される。次に、図46
(b)に示すように、ポリイミドなどの熱絶縁材料を半
導体基板43の全面にコートし、半導体基板43の上面
に設けられた孔部47B,47Cを埋め、埋め込んだ部
分以外の熱絶縁材料をエッチングなどにより除去して熱
絶縁領域47,47aを形成する。
In the next step, as shown in FIG. 46A, an aluminum thin film is formed by sputtering or the like and patterned to form a wiring 49A for supplying power to the diffusion resistor 46 and the like. Next, FIG.
As shown in (b), a heat insulating material such as polyimide is coated on the entire surface of the semiconductor substrate 43, and the holes 47B and 47C provided on the upper surface of the semiconductor substrate 43 are filled. The heat insulating regions 47 and 47a are formed by removal by etching or the like.

【0223】その後、熱絶縁領域47,47aの下面側
をエッチング除去し(図46(c)参照)、薄肉部42
Sの上面に薄膜42Mとしてメッキなどによりニッケル
薄膜を形成し(図46(d)参照)、可動エレメント4
5の下面側に金コバルトなどからなる可動接点66をメ
ッキなどにより形成する(図46(e)参照)。
Thereafter, the lower surfaces of the heat insulating regions 47 and 47a are removed by etching (see FIG. 46 (c)).
A nickel thin film is formed on the upper surface of S as a thin film 42M by plating or the like (see FIG. 46 (d)), and the movable element 4
A movable contact 66 made of gold-cobalt or the like is formed on the lower surface side of 5 by plating or the like (see FIG. 46E).

【0224】そして次に、このように加工された半導体
基板43と、メッキなどにより金コバルトなどの固定接
点67が形成された固定片65を陽極接合などにより接
合し(図47(a)参照)、最後にRIEなどにより可
動エレメント45及び可撓領域42を枠体となる半導体
基板43から切り離し、半導体マイクロリレーが製造さ
れる(図47(b)参照)。すなわち、半導体マイクロ
アクチュエータ41aが製造される。
Next, the semiconductor substrate 43 thus processed is fixed to the fixed piece 65 on which the fixed contact 67 made of gold cobalt or the like is formed by plating or the like (see FIG. 47A). Finally, the movable element 45 and the flexible region 42 are separated from the semiconductor substrate 43 serving as a frame by RIE or the like, and a semiconductor microrelay is manufactured (see FIG. 47B). That is, the semiconductor microactuator 41a is manufactured.

【0225】ここで、図41で示した半導体マイクロバ
ルブにおける可撓領域42の薄肉部42Sと薄膜42M
からなるいわゆるバイメタルの構成を図49に示す。図
示したように、15μm厚のシリコンからなる薄肉部4
2Sの上部に、薄膜42Mとして5μm厚のアルミニウ
ム薄膜が形成されている。可撓領域42の平面サイズは
1000μm×1000μmとする。
Here, the thin portion 42S and the thin film 42M of the flexible region 42 in the semiconductor microvalve shown in FIG.
FIG. 49 shows the structure of a so-called bimetal made of. As shown, a thin portion 4 made of 15 μm thick silicon
On the 2S, an aluminum thin film having a thickness of 5 μm is formed as a thin film 42M. The plane size of the flexible region 42 is 1000 μm × 1000 μm.

【0226】このとき、可撓領域42の変位(曲り)は
以下に示すチモチェンコの式によって表される。
At this time, the displacement (bending) of the flexible region 42 is represented by the following Timochenko equation.

【0227】[0227]

【式17】 (Equation 17)

【0228】ここで、ΔTは温度変化を示している。Here, ΔT indicates a temperature change.

【0229】上記式に具体的な数値を導入し計算した結
果を図50に示す。図50に示すように、可撓領域42
の温度が高くなれば変位(曲り)が大きくなる。この変
位が半導体マイクロリレーの可動接点66と固定接点6
7,68の接点ギャップよりも大きくなると、可動接点
66と固定接点67,68が接触しリレーがオンする。
FIG. 50 shows the result of calculation by introducing specific numerical values into the above equation. As shown in FIG.
The displacement (bending) increases as the temperature increases. This displacement is caused by the movable contact 66 and the fixed contact 6 of the semiconductor micro relay.
When the contact gap becomes larger than the contact gap of 7, 68, the movable contact 66 and the fixed contacts 67, 68 come into contact, and the relay is turned on.

【0230】ここで、接点ギャップが20μmであり、
可撓領域42を200℃とした場合の動作を考察する。
図50に示すように、200℃における可撓領域42の
変位は約70μmである 上述したように、接点圧faはfa=((Xa−20μ
m)・ba・ta3・Ea)/(4・τa3)で表される
ため、接点圧faを求めるとfa=0.82gf=8.
0×10-3Nとなり、ほぼ1gf(9.8×10-3N)
に近い接点圧が得られる。
Here, the contact gap is 20 μm,
The operation when the flexible region 42 is set to 200 ° C. will be considered.
As shown in FIG. 50, the displacement of the flexible region 42 at 200 ° C. is about 70 μm. As described above, the contact pressure fa becomes fa = ((Xa−20 μm).
m) · ba · ta 3 · Ea) / (4 · τa 3 ). Therefore, when the contact pressure fa is obtained, fa = 0.82 gf = 8.
0 × 10 −3 N, almost 1 gf (9.8 × 10 −3 N)
Is obtained.

【0231】一方、薄膜42Mとしてニッケル薄膜を用
いると、ニッケルはアルミニウムに比べて熱膨張係数が
小さいため、温度変化に対する可撓領域42の変位(曲
り)が小さい。ところが、ニッケルはアルミニウムに比
べてヤング率が大きいため、大きな熱応力を発生するこ
とができる。
On the other hand, when a nickel thin film is used as the thin film 42M, the displacement (bending) of the flexible region 42 with respect to a temperature change is small because nickel has a smaller coefficient of thermal expansion than aluminum. However, since nickel has a higher Young's modulus than aluminum, a large thermal stress can be generated.

【0232】図51には、シリコンにより構成される薄
肉部42Sの厚さを変化させた場合の薄膜42Mがアル
ミニウムである場合とニッケルである場合のそれぞれに
おける可撓領域42の変位特性を示している。アルミニ
ウムとニッケルはそれぞれ5μm厚で可撓領域42の温
度は200℃で計算している。図より明らかなように薄
肉部42Sの厚さが20μmでアルミニウムとニッケル
の特性が逆転しており、厚さが20μm以上となると、
薄膜42Mがニッケルで構成されている場合に可撓領域
42の変位特性が大きくなっている。このように、薄肉
部42Sの厚さが厚い場合は薄膜42Mとしてニッケル
を用いた方が良い特性が得られる。
FIG. 51 shows displacement characteristics of the flexible region 42 when the thin film 42M is made of aluminum and nickel when the thickness of the thin portion 42S made of silicon is changed. I have. Aluminum and nickel are each 5 μm thick, and the temperature of the flexible region 42 is calculated at 200 ° C. As is clear from the figure, when the thickness of the thin portion 42S is 20 μm, the characteristics of aluminum and nickel are reversed, and when the thickness becomes 20 μm or more,
When the thin film 42M is made of nickel, the displacement characteristics of the flexible region 42 are large. Thus, when the thickness of the thin portion 42S is large, better characteristics can be obtained by using nickel as the thin film 42M.

【0233】ここで、本実施形態における半導体マイク
ロリレーの他の構成例を図52に示す。図52の半導体
マイクロリレーにおいて図41に示したものとの違い
は、図52では固定片65と半導体マイクロアクチュエ
ータ41aとがポリイミドからなるスペーサ層63を介
して接合(例えば陽極接合)されている点であり、固定
片65と半導体マイクロアクチュエータ41aの両者間
に発生するストレスを吸収して緩和させることができる
点は図28に対応する実施形態と同様である。
Here, another configuration example of the semiconductor microrelay in this embodiment is shown in FIG. The semiconductor microrelay of FIG. 52 differs from that shown in FIG. 41 in that the fixing piece 65 and the semiconductor microactuator 41a are joined (for example, anodic bonding) via a spacer layer 63 made of polyimide in FIG. This is similar to the embodiment corresponding to FIG. 28 in that the stress generated between both the fixing piece 65 and the semiconductor microactuator 41a can be absorbed and reduced.

【0234】[0234]

【発明の効果】上記したように、請求項1の発明は、半
導体基板と、温度変化により前記半導体基板に対して変
位する可撓領域と、前記半導体基板と前記可撓領域との
間に設けられ前記半導体基板と前記可撓領域を連結する
樹脂製の熱絶縁領域とから構成されており、樹脂製の熱
絶縁領域を半導体基板と可撓領域の間に設けることで、
可撓領域を温度変化させるときの熱の逃げを防ぐため、
消費電力を抑えることができ、さらにその製造工程も簡
単である。
As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a flexible region displaced with respect to the semiconductor substrate due to a change in temperature, and a flexible region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. The semiconductor substrate and the flexible region are connected to each other, and the flexible region is constituted by a resin thermal insulating region. By providing the resin thermal insulating region between the semiconductor substrate and the flexible region,
To prevent the escape of heat when changing the temperature of the flexible region,
Power consumption can be reduced, and the manufacturing process is simple.

【0235】また、請求項2の発明は、請求項1記載の
発明において、前記熱絶縁領域を構成する材料の熱伝導
率が略0.4W/(m・℃)以下の特性を有するため、
可撓領域と半導体基板の熱絶縁性がよくなる。
Further, according to the second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the material constituting the heat insulating region has a thermal conductivity of about 0.4 W / (m · ° C.) or less.
The thermal insulation between the flexible region and the semiconductor substrate is improved.

【0236】また、請求項3の発明は、請求項2記載の
発明において、前記熱絶縁領域を構成する材料がポリイ
ミドであるため、可撓領域と半導体基板の熱絶縁性が良
くなるとともに、製造が容易となる。
Further, according to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, since the material constituting the heat insulating region is polyimide, the heat insulating property between the flexible region and the semiconductor substrate is improved, and the manufacturing cost is improved. Becomes easier.

【0237】また、請求項4の発明は、請求項2記載の
発明において、前記熱絶縁領域を構成する材料がフッ素
化樹脂であるため、可撓領域と半導体基板の熱絶縁性が
良くなるとともに、製造が容易となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, since the material forming the heat insulating region is a fluorinated resin, the thermal insulation between the flexible region and the semiconductor substrate is improved. , Making it easier to manufacture.

【0238】また、請求項5の発明は、請求項1から請
求項4のいずれかに記載の発明において、前記熱絶縁領
域に前記熱絶縁領域を構成する材料よりも硬い材料から
なる補強層が設けられているため、半導体基板と可撓領
域の連結強度を上げることができる。
[0238] According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the reinforcing layer made of a material harder than the material forming the heat insulating region is provided in the heat insulating region. Since it is provided, the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0239】また、請求項6の発明は、請求項5記載の
発明において、前記補強層のヤング率が、9.8×10
9N/m2以上であるため、半導体基板と可撓領域の連結
強度を上げることができる。
[0239] According to the invention of claim 6, in the invention of claim 5, the Young's modulus of the reinforcing layer is 9.8 × 10
Since it is 9 N / m 2 or more, the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0240】また、請求項7の発明は、請求項6に記載
の発明において、前記補強層が二酸化ケイ素薄膜である
ため、半導体基板と可撓領域の連結強度を上げることが
できる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, since the reinforcing layer is a silicon dioxide thin film, the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0241】また、請求項8の発明は、請求項1から請
求項7のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板および前記可撓領域の前記熱絶縁領域に接する部分が
互いに櫛刃状になっているため、半導体基板と可撓領域
の連結強度を上げることができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to seventh aspects, portions of the semiconductor substrate and the flexible region which are in contact with the heat insulating region have a comb-like shape. Therefore, the connection strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0242】また、請求項9の発明は、請求項1から請
求項8のいずれかに記載の半導体装置と、前記可撓領域
に連設された可動エレメントとを備え、前記可撓領域の
温度が変化したときに、前記可動エレメントが前記半導
体基板に対して変位するため、低消費電力で駆動可能で
あることに加えて、請求項1から請求項8の発明と同様
の効果を有する半導体マイクロアクチュエータが得られ
る。
A ninth aspect of the present invention includes the semiconductor device according to any one of the first to eighth aspects, and a movable element connected to the flexible region, wherein a temperature of the flexible region is increased. Since the movable element is displaced with respect to the semiconductor substrate when is changed, the semiconductor element can be driven with low power consumption and has the same effect as the invention of claim 1 to claim 8. An actuator is obtained.

【0243】また、請求項10の発明は、請求項9記載
の発明において、前記可撓領域は片持ち梁構造を有して
いるため、可動エレメントの変位の大きな半導体マイク
ロアクチュエータが得られる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the flexible region has a cantilever structure, so that a semiconductor microactuator having a large displacement of the movable element can be obtained.

【0244】また、請求項11の発明は、請求項9記載
の発明において、前記可動エレメントは複数の可撓領域
により支持されているため、可動エレメントを安定して
支持できる。
According to the eleventh aspect, in the ninth aspect, since the movable element is supported by a plurality of flexible regions, the movable element can be stably supported.

【0245】また、請求項12の発明は、請求項11記
載の発明において、前記可撓領域は前記可動エレメント
を挟んで十字形状であるため、可動エレメントの変位の
精度が良いものとなる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention of the eleventh aspect, since the flexible region has a cross shape with the movable element interposed therebetween, the displacement accuracy of the movable element is improved.

【0246】また、請求項13の発明は、請求項11記
載の発明において、前記可動エレメントの変位は、前記
半導体基板の基板面に対して水平方向に回転する変位を
含むため、可動エレメントの変位が大きなものとなる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the displacement of the movable element includes a displacement that rotates in a horizontal direction with respect to a substrate surface of the semiconductor substrate. Becomes big.

【0247】また、請求項14の発明は、請求項11又
は請求項13記載の発明において、前記可撓領域は、そ
れぞれがL字形状をしている4つ可撓領域が前記可動エ
レメントを中心として四方向に等間隔で設けられている
ため、可撓領域の長さを大きくすることができ、そのた
め可動エレメントの変位を大きくすることができる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the eleventh or thirteenth aspect, each of the flexible regions has four L-shaped flexible regions centered on the movable element. Are provided at equal intervals in four directions, so that the length of the flexible region can be increased, and therefore, the displacement of the movable element can be increased.

【0248】また、請求項15の発明は、請求項9から
請求項14のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域は異なる熱膨張係数を有する少なくとも2つの領域
からなり熱膨張係数差に応じて変位をするため、可撓領
域の温度変化により可撓領域の変位を得ることができ
る。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to fourteenth aspects, the flexible region comprises at least two regions having different coefficients of thermal expansion, and the difference in the coefficient of thermal expansion is reduced. Since the displacement is made accordingly, the displacement of the flexible region can be obtained by the temperature change of the flexible region.

【0249】また、請求項16の発明は、請求項15記
載の発明において、前記可撓領域はシリコンにより構成
される領域と、アルミニウムにより構成される領域とを
備えているため、可撓領域の温度変化により、アルミニ
ウムとシリコンの熱膨張差による可撓領域の変位を得る
ことができる。
According to a sixteenth aspect, in the fifteenth aspect, the flexible region has a region made of silicon and a region made of aluminum. Due to the temperature change, displacement of the flexible region due to the difference in thermal expansion between aluminum and silicon can be obtained.

【0250】また、請求項17の発明は、請求項15記
載の発明において、前記可撓領域はシリコンにより構成
される領域と、ニッケルにより構成される領域とを備え
ているため、可撓領域の温度変化により、ニッケルとシ
リコンの熱膨張差による可撓領域の変位を得ることがで
きる。
According to a seventeenth aspect, in the fifteenth aspect, the flexible region includes a region made of silicon and a region made of nickel. Due to the temperature change, displacement of the flexible region due to a difference in thermal expansion between nickel and silicon can be obtained.

【0251】また、請求項18の発明は、請求項15記
載の発明において、前記可撓領域を構成する領域の少な
くとも1つの領域は前記熱絶縁領域と同一材料により構
成されており、可撓領域と熱絶縁領域を同時に形成する
ことができるので、製造工程が簡単になりコストを抑え
ることができる。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the fifteenth aspect, at least one of the regions constituting the flexible region is formed of the same material as the heat insulating region. And the heat insulating region can be formed simultaneously, so that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

【0252】請求項19の発明は、請求項18記載の発
明において、前記可撓領域はシリコンにより構成される
領域を備えるとともに、前記熱絶縁領域と同一材料によ
り構成されている領域としてポリイミドにより構成され
る領域を備えているため、請求項18と同様の効果に加
えて、可撓領域の温度変化によりシリコンとポリイミド
の熱膨張差による可撓領域の変位を得ることができ、ま
たポリイミドにより可撓領域の熱絶縁性も良くなる。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the invention according to the eighteenth aspect, the flexible region has a region made of silicon, and the polyimide is used as a region made of the same material as the heat insulating region. In addition to the effects similar to those of the eighteenth aspect, the flexible region can be displaced due to a difference in thermal expansion between silicon and polyimide due to a temperature change in the flexible region. The thermal insulation of the flexible region is also improved.

【0253】また、請求項20の発明は、請求項18記
載の発明において、前記可撓領域はシリコンにより構成
される領域を備えるとともに、前記熱絶縁領域と同一材
料により構成されている領域としてフッ素化樹脂により
構成される領域を備えているため、請求項18と同様の
効果に加えて、可撓領域の温度変化によりシリコンとフ
ッ素化樹脂の熱膨張差による可撓領域の変位を得ること
ができ、またフッ素化樹脂により可撓領域の熱絶縁性も
良くなる。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the invention according to the eighteenth aspect, the flexible region includes a region made of silicon, and the flexible region is made of fluorine as a region made of the same material as the heat insulating region. In addition to the effects similar to those of the eighteenth aspect, in addition to the effects similar to those of the eighteenth aspect, it is possible to obtain a displacement of the flexible region due to a difference in thermal expansion between silicon and the fluorinated resin due to a temperature change in the flexible region. In addition, the fluorinated resin improves the thermal insulation of the flexible region.

【0254】また、請求項21の発明は、請求項9から
請求項14のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域は形状記憶合金により構成されており、可撓領域の
温度変化により可撓領域の変位を得ることができる。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the invention according to any one of the ninth to fourteenth aspects, the flexible region is made of a shape memory alloy, and the flexible region is formed by a temperature change of the flexible region. The displacement of the flexure region can be obtained.

【0255】また、請求項22の発明は、請求項9から
請求項21のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域と前記可動エレメントの間に、前記可撓領域と前記
可動エレメントを連結する樹脂からなる熱絶縁領域が設
けられているため、可撓領域と可動エレメントの熱絶縁
性を確保することができ、可撓領域を温度変化させると
きの消費電力をより抑えることができる。
[0255] According to a twenty-second aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-first aspects, the flexible region and the movable element are connected between the flexible region and the movable element. Since the heat insulating region made of a flexible resin is provided, thermal insulation between the flexible region and the movable element can be ensured, and power consumption when the temperature of the flexible region is changed can be further suppressed.

【0256】また、請求項23の発明は、請求項22記
載の発明において、前記半導体基板と前記可撓領域の間
に設けられた熱絶縁領域の剛性と、前記可撓領域と前記
可動エレメントの間に設けられた熱絶縁領域の剛性とを
異なるようにするため、各熱絶縁領域の剛性の違いによ
り可動エレメントの変位の方向を決めることができる。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the twenty-second aspect, the rigidity of the heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region and the rigidity of the flexible region and the movable element are different. In order to make the rigidity of the heat insulating region provided between the heat insulating regions different, the direction of displacement of the movable element can be determined based on the difference in rigidity of each heat insulating region.

【0257】また、請求項24の発明は、請求項9から
請求項23のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域を加熱するための加熱手段を備えたため、加熱手段
により可撓領域を温度変化させることができる。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-third aspects, a heating means for heating the flexible region is provided. Temperature can be changed.

【0258】また、請求項25の発明は、請求項9から
請求項24のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域を加熱するための加熱手段に電力を供給する配線が
前記熱絶縁領域を介さずに形成されているため、上記配
線の熱絶縁距離を大きくすることができ、可撓領域の熱
絶縁性を良くすることができる。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the ninth to twenty-fourth aspects, a wiring for supplying electric power to a heating means for heating the flexible region is provided in the heat insulating region. Since the wirings are not formed, the thermal insulation distance of the wiring can be increased, and the thermal insulation of the flexible region can be improved.

【0259】また、請求項26の発明は、請求項9から
請求項25のいずれかに記載の発明において、前記可動
エレメントには凹部が形成されているため、可動エレメ
ントの熱容量が小さくなることで、可撓領域の温度変化
を早くすることができる。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the ninth to twenty-fifth aspects, since the movable element has a recess, the heat capacity of the movable element is reduced. In addition, the temperature change of the flexible region can be quickened.

【0260】また、請求項27の発明は、請求項9から
請求項26のいずれかに記載の発明において、前記可撓
領域と前記可動エレメントの連結部分または前記可撓領
域と前記半導体基板の連結部分の近傍には応力を緩和す
る丸みが設けられているため、可撓領域が変位したとき
にその連結部分近傍に加わる応力を丸みにより分散する
ことで、その部分が破壊することを防止できる。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in any one of the ninth to twenty-sixth aspects, a connecting portion between the flexible region and the movable element or a connecting portion between the flexible region and the semiconductor substrate. Since the roundness for relaxing the stress is provided in the vicinity of the portion, the stress applied to the vicinity of the connecting portion when the flexible region is displaced is dispersed by the roundness, so that the portion can be prevented from being broken.

【0261】また、請求項28の発明は、請求項27記
載の発明において、前記半導体基板には前記可撓領域と
の連結部分に向かって突出する突出部が形成されてお
り、前記丸みは前記突出部の基端部両端に前記半導体基
板における基板面での形状がR形状となるように形成さ
れているため、可撓領域が変位したときに突出部の基端
部両端に加わる応力を丸みにより分散することで、その
部分が破壊することを防止できる。
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the twenty-seventh aspect, the semiconductor substrate is provided with a protruding portion protruding toward a connection portion with the flexible region. Since the shape of the semiconductor substrate on the substrate surface is formed in an R shape at both ends of the base end of the protrusion, the stress applied to both ends of the base of the protrusion when the flexible region is displaced is rounded. By dispersing, the portion can be prevented from being broken.

【0262】また、請求項29の発明は、請求項27に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板を基板面よりエッチングし凹部を設けて
その底面部を前記可撓領域として形成し、前記凹部の前
記底面部と側面部の境界に犠牲層を形成しエッチングに
より前記犠牲層を除去してR形状とすることで前記丸み
を形成するため、犠牲層を拡散するときの等方性を利用
して丸みを形成することができ、さらに可撓領域が変位
したときに上記凹部の底面部と側面部の境界に加わる応
力を丸みにより分散することで、その部分が破壊するこ
とを防止できる。
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microactuator according to the twenty-seventh aspect, the semiconductor substrate is etched from the substrate surface to form a concave portion, and the bottom portion is formed as the flexible region. A sacrificial layer is formed at the boundary between the bottom surface and the side surface of the concave portion, and the sacrificial layer is removed by etching to form an R shape, thereby forming the roundness. It can be used to form a rounded shape, and furthermore, when the flexible region is displaced, the stress applied to the boundary between the bottom surface and the side surface of the concave portion is dispersed by the rounded shape, thereby preventing that portion from being broken. .

【0263】また、請求項30の発明は、請求項9から
請求項29のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュ
エータと、前記半導体マイクロアクチュエータに接合さ
れ、前記可動エレメントの変位に応じて流れる流体量が
変化する流路を有する流体エレメントとを備えたため、
低消費電力で駆動可能であることに加えて、請求項9か
ら請求項29の発明と同様の効果を有する半導体マイク
ロバルブが得られる。
According to a thirtieth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor microactuator according to any one of the ninth to the twenty-ninth aspects, wherein the semiconductor microactuator is connected to the semiconductor microactuator, and the fluid amount flowing according to the displacement of the movable element is reduced. With a fluid element having a changing flow path,
In addition to being able to be driven with low power consumption, a semiconductor microvalve having the same effects as the inventions of claims 9 to 29 is obtained.

【0264】また、請求項31の発明は、請求項30記
載の発明において、前記半導体マイクロアクチュエータ
と前記流体エレメントとが陽極接合により接合されてい
るため、両者の接合が可能となる。
According to a thirty-first aspect of the present invention, in the thirty-third aspect, since the semiconductor microactuator and the fluid element are joined by anodic joining, both can be joined.

【0265】また、請求項32の発明は、請求項30記
載の発明において、前記半導体マイクロアクチュエータ
と前記流体エレメントとが共晶接合により接合されてい
るため、両者の接合が可能となる。
According to a thirty-second aspect of the present invention, in the thirty-third aspect, the semiconductor microactuator and the fluid element are joined by eutectic joining, so that both can be joined.

【0266】また、請求項33の発明は、請求項30記
載の発明において、前記半導体マイクロアクチュエータ
と前記流体エレメントとがスペーサ層を介して接合され
ているため、半導体マイクロアクチュエータと流体エレ
メントを接合するときの両者の熱膨張差をスペーサ層に
て吸収して、可撓領域に加わるストレスを抑えることが
できる。
According to a thirty-third aspect of the present invention, in the thirty-third aspect, the semiconductor microactuator and the fluid element are joined via a spacer layer, so that the semiconductor microactuator and the fluid element are joined. The difference in thermal expansion between the two can be absorbed by the spacer layer, and the stress applied to the flexible region can be suppressed.

【0267】また、請求項34の発明は、請求項33記
載の発明において、前記スペーサ層はポリイミドからな
るため、半導体マイクロアクチュエータと流体エレメン
トを接合するときの両者の熱膨張差をポリイミドの弾性
により吸収して、可撓領域に加わるストレスを抑えるこ
とができる。
According to a thirty-fourth aspect, in the thirty-third aspect, since the spacer layer is made of polyimide, a difference in thermal expansion between the semiconductor microactuator and the fluid element can be reduced by the elasticity of the polyimide when the semiconductor microactuator and the fluid element are joined. The stress applied to the flexible region can be suppressed by absorption.

【0268】また、請求項35の発明は、請求項9から
請求項29のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュ
エータと、前記可動エレメントに可動接点が設けられ、
その対応する位置に前記可動接点と接触可能な固定接点
を有し前記半導体マイクロアクチュエータに接合される
固定エレメントとを備えたため、低消費電力で駆動可能
であることに加えて、請求項9から請求項29の発明と
同様の効果を有する半導体マイクロリレーが得られる。
According to a thirty-fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor micro-actuator according to any one of the ninth to twenty-ninth aspects, wherein the movable element is provided with a movable contact,
Since a fixed element which has a fixed contact capable of contacting the movable contact at the corresponding position and which is joined to the semiconductor microactuator is provided, in addition to being drivable with low power consumption, claim 9 to claim 9 A semiconductor microrelay having the same effects as the invention of Item 29 is obtained.

【0269】また、請求項36の発明は、請求項35記
載の発明において、前記固定接点は前記可動接点と接触
することで前記可動接点を介して互いに導通する離間し
た接点であるため、離間した固定接点の導通が可能な半
導体マイクロリレーが得られる。
According to a thirty-sixth aspect of the present invention, in the thirty-fifth aspect of the present invention, the fixed contacts are spaced apart from each other by being in contact with the movable contact and conducting with each other via the movable contact. A semiconductor micro relay capable of conducting a fixed contact can be obtained.

【0270】また、請求項37の発明は、請求項35又
は請求項36記載の発明において、前記可動接点と前記
固定接点は金コバルトであるため、可動接点と固定接点
の導通が可能である。
According to a thirty-seventh aspect, in the thirty-fifth or thirty-sixth aspect, since the movable contact and the fixed contact are made of gold cobalt, conduction between the movable contact and the fixed contact is possible.

【0271】また、請求項38の発明は、請求項35か
ら請求項37のいずれかに記載の発明において、前記半
導体マイクロアクチュエータと前記固定エレメントは陽
極接合により接合されているため、両者の接合が可能と
なる。
According to a thirty-eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the thirty-fifth to thirty-seventh aspects, the semiconductor microactuator and the fixing element are joined by anodic joining. It becomes possible.

【0272】また、請求項39の発明は、請求項35か
ら請求項37のいずれかに記載の発明において、前記半
導体マイクロアクチュエータと前記固定エレメントは共
晶接合により接合されているため、両者の接合が可能と
なる。
According to a thirty-ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the thirty-fifth to thirty-seventh aspects, the semiconductor microactuator and the fixing element are joined by eutectic joining. Becomes possible.

【0273】また、請求項40の発明は、請求項35か
ら請求項37のいずれかに記載の発明において、前記半
導体マイクロアクチュエータと前記固定エレメントはス
ペーサ層を介して接合されているため、半導体マイクロ
アクチュエータと流体エレメントを接合するときの両者
の熱膨張差をスペーサ層にて吸収して、可撓領域に加わ
るストレスを抑えることができる。
According to a forty-ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the thirty-fifth to thirty-seventh aspects, the semiconductor micro-actuator and the fixing element are joined via a spacer layer. The difference in thermal expansion between the actuator and the fluid element when they are joined can be absorbed by the spacer layer, and the stress applied to the flexible region can be suppressed.

【0274】また、請求項41の発明は、請求項40記
載の発明において、前記スペーサ層はポリイミドである
ため、半導体マイクロアクチュエータと流体エレメント
を接合するときの両者の熱膨張差をポリイミドの弾性に
より吸収して、可撓領域に加わるストレスを抑えること
ができる。
According to a forty-first aspect of the present invention, in the forty-ninth aspect, since the spacer layer is made of polyimide, a difference in thermal expansion between the semiconductor microactuator and the fluid element when the semiconductor microactuator and the fluid element are joined can be reduced by the elasticity of the polyimide. The stress applied to the flexible region can be suppressed by absorption.

【0275】また、請求項42の発明は、請求項18に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板の一方の面をエッチング除去してその底
面部を前記可撓領域を構成する1つの領域として形成す
ると同時に、前記半導体基板の他方の面をエッチング除
去して前記可動エレメントの凹部を形成する工程と、前
記半導体基板の前記他方の面をエッチング除去して、少
なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程と、熱絶縁
材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込み前記熱絶縁
領域を形成すると同時に前記熱絶縁材料を前記半導体基
板の前記他方の面に塗布して前記可撓領域を構成する1
つの領域を形成する工程を有するため、熱絶縁領域と可
撓領域を構成する1つの領域を同一材料にて同時に形成
することで、製造工程を簡単にし、コストを低下するこ
とができる。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microactuator according to the eighteenth aspect, one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to make the bottom surface one of the flexible regions constituting the flexible region. A step of forming the concave portion of the movable element by etching and removing the other surface of the semiconductor substrate at the same time as forming the region, and removing the other surface of the semiconductor substrate by etching to form at least the semiconductor substrate and the flexible substrate. Forming a portion to be the heat insulating region provided between the bending regions; and embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region to form the heat insulating region and simultaneously applying the heat insulating material to the semiconductor substrate. 1 to form the flexible region by applying to the other surface of
Since there is a step of forming one region, by simultaneously forming the heat insulating region and one region constituting the flexible region with the same material, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

【0276】また、請求項43の発明は、請求項16に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板の一方の面をエッチング除去してその底
面部を前記可撓領域を構成する1つの領域として形成す
ると同時に、前記半導体基板の他方の面をエッチング除
去して前記可動エレメントの凹部を形成する工程と、前
記半導体基板の前記他方の面をエッチング除去して、少
なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程と、前記半
導体基板の前記他方の面にアルミ薄膜を形成して前記可
撓領域のアルミニウムにより構成される領域と、前記加
熱手段に電力を供給する配線とを形成する工程と、熱絶
縁材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込み前記熱絶
縁領域を形成する工程とを有するため、可撓領域のアル
ミニウムにより構成される領域と、加熱手段に電力を供
給する配線を同時に形成することで、製造工程を簡単に
しコストを下げることができる。
According to a forty-third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor micro-actuator according to the sixteenth aspect, one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to form a bottom surface of one of the flexible regions. A step of forming the concave portion of the movable element by etching and removing the other surface of the semiconductor substrate at the same time as forming the region, and removing the other surface of the semiconductor substrate by etching to form at least the semiconductor substrate and the flexible substrate. Forming a portion to be the heat insulating region provided between the flexible regions, forming an aluminum thin film on the other surface of the semiconductor substrate, a region formed of aluminum in the flexible region, Forming a wiring for supplying power to the heating means, and embedding a heat insulating material in a portion to be the heat insulating region to form the heat insulating region Because having a degree, and the region formed by the aluminum of the flexible region, by simultaneously forming the wiring for supplying power to the heating means, it is possible to reduce the cost and simplify the manufacturing process.

【0277】また、請求項44の発明は、請求項17に
記載の半導体マイクロアクチュエータの製造方法におい
て、半導体基板の一方の面をエッチング除去してその底
面部を前記可撓領域を構成する1つの領域として形成す
ると同時に、前記半導体基板の他方の面をエッチング除
去して前記可動エレメントの凹部を形成する工程と、前
記半導体基板の前記他方の面をエッチング除去して、少
なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程と、前記加
熱手段に電力を供給する配線を形成する工程と、熱絶縁
材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込み前記熱絶縁
領域を形成する工程と、前記半導体基板の前記他方の面
に前記可撓領域のニッケルにより構成される領域として
ニッケル薄膜を形成する工程とを有するため、可撓領域
のニッケルにより構成される領域を設けることができ
る。
According to a forty-fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor microactuator according to the seventeenth aspect, one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to form a bottom surface of one of the flexible regions. A step of forming the concave portion of the movable element by etching and removing the other surface of the semiconductor substrate at the same time as forming the region, and removing the other surface of the semiconductor substrate by etching to remove at least the semiconductor substrate Forming a portion serving as the heat insulating region provided between the bending regions; forming a wiring for supplying power to the heating means; and embedding a heat insulating material in the portion serving as the heat insulating region. Forming a heat insulating region, and forming a nickel thin film on the other surface of the semiconductor substrate as a region composed of nickel of the flexible region. Since a step of, it can provide a region composed of nickel flexible area.

【0278】また、請求項45の発明は、請求項1記載
の半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板と
前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる部
分を形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域とな
る部分に埋め込む工程と、半導体基板の他方の面をエッ
チング除去して前記熱絶縁領域を形成する工程を有する
ため、半導体基板と可撓領域の間に熱絶縁領域を形成す
ることができる。
According to a forty-fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, at least one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion to be the heat insulating region, embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region, and forming the heat insulating region by etching away the other surface of the semiconductor substrate. Accordingly, a heat insulating region can be formed between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0279】また、請求項46の発明は、請求項5記載
の半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板と
前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる部
分を形成する工程と、前記熱絶縁領域に補強層となる層
を形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域となる
部分に埋め込む工程と、半導体基板の他方の面をエッチ
ング除去して前記熱絶縁領域を形成する工程を有するた
め、半導体基板と可撓領域の間に熱絶縁領域を形成する
とともに、その熱絶縁領域に補強層を形成することがで
きる。
According to a forty-sixth aspect, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, at least one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion to be the heat insulating region, forming a layer to be a reinforcing layer in the heat insulating region, embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region, and the other of a semiconductor substrate The step of forming the heat insulating region by etching away the surface can form a heat insulating region between the semiconductor substrate and the flexible region, and can form a reinforcing layer in the heat insulating region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態1に対応する半導体装置を用
いた半導体マイクロアクチュエータの構造を示す一部破
断の斜視図である。
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator using a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同上の構造を示す図であって、(a)は断面
図、(b)は上面図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a structure of the above, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG.

【図3】同上の半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a structure of the semiconductor device according to the first embodiment;

【図4】同上の半導体装置の強度を求めるために用いる
構造モデルを示すものであって、(a)は模式図、
(b)は分布図、(c)は分布図である。
FIG. 4 shows a structural model used for determining the strength of the semiconductor device, in which (a) is a schematic diagram,
(B) is a distribution diagram, and (c) is a distribution diagram.

【図5】同上の半導体装置の製造工程を示す図であっ
て、(a)から(d)はいずれも断面図である。
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the above semiconductor device.

【図6】同上の他の半導体装置の構造を示す図であっ
て、(a)は断面図、(b)は上面図である。
6A and 6B are diagrams showing a structure of another semiconductor device of the above, wherein FIG. 6A is a sectional view and FIG. 6B is a top view.

【図7】同上の構造を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the above.

【図8】同上の製造工程を示す図であって、(a)から
(e)はいずれも断面図である。
FIGS. 8A to 8E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process according to the embodiment; FIGS.

【図9】同上のさらに他の半導体装置の構造を示すもの
であって、(a)は断面図、(b)は上面図である。
9A and 9B show a structure of still another semiconductor device of the above, wherein FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. 9B is a top view.

【図10】同上の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing the structure of the above.

【図11】本発明の実施形態2に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 11 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 2 of the present invention.

【図12】同上の構造を示す図であって、(a)は断面
図、(b)は上面図である。
12A and 12B are diagrams showing the structure of the above, wherein FIG. 12A is a cross-sectional view and FIG. 12B is a top view.

【図13】同上の他の半導体マイクロアクチュエータの
構造を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of another semiconductor microactuator according to the embodiment.

【図14】同上の製造工程を示す図であって、(a)か
ら(e)はいずれも断面図である。
FIGS. 14A to 14E are cross-sectional views showing a manufacturing process of the embodiment.

【図15】同上の製造工程を示す図であって、(a)か
ら(d)はいずれも断面図である。
FIGS. 15A to 15D are views showing the same manufacturing process, and FIGS. 15A to 15D are cross-sectional views.

【図16】同上の半導体マイクロアクチュエータの他の
配線構造を示す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing another wiring structure of the semiconductor microactuator according to the above.

【図17】本発明の実施形態3に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 17 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 3 of the present invention.

【図18】同上の構造を示す上面図である。FIG. 18 is a top view showing the structure of the above.

【図19】本発明の実施形態4に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 19 is a partially broken perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 4 of the present invention.

【図20】同上の構造を示す上面図である。FIG. 20 is a top view showing the structure of the above.

【図21】本発明の実施形態5に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 21 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 5 of the present invention.

【図22】同上の構造を示す上面図である。FIG. 22 is a top view showing the structure of the above.

【図23】本発明の実施形態6に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 23 is a partially broken perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 6 of the present invention.

【図24】本発明の実施形態7に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 24 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 7 of the present invention.

【図25】本発明の実施形態8に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図であ
る。
FIG. 25 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 8 of the present invention.

【図26】同上の他の半導体マイクロアクチュエータの
構造を示す一部破断の斜視図である。
FIG. 26 is a partially broken perspective view showing the structure of another semiconductor microactuator according to the above.

【図27】本発明の実施形態9に対応する半導体マイク
ロバルブの構造を示す一部破断の斜視図である。
FIG. 27 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microvalve corresponding to Embodiment 9 of the present invention.

【図28】同上の他の半導体マイクロバルブの構造を示
す一部破断の斜視図である。
FIG. 28 is a partially broken perspective view showing the structure of another semiconductor microvalve according to the third embodiment.

【図29】同上のさらに他の半導体マイクロバルブの構
造を示す一部破断の斜視図である。
FIG. 29 is a partially broken perspective view showing the structure of still another semiconductor microvalve according to the third embodiment.

【図30】本発明の実施形態10に対応する半導体マイ
クロバルブの構造を示す一部破断の斜視図である。
FIG. 30 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microvalve corresponding to Embodiment 10 of the present invention.

【図31】同上の他の半導体マイクロバルブの構造を示
す一部破断の斜視図である。
FIG. 31 is a partially cutaway perspective view showing the structure of another semiconductor microvalve of the above.

【図32】本発明の実施形態11に対応する半導体マイ
クロリレーの構造を示す一部破断の斜視図である。
FIG. 32 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microrelay corresponding to Embodiment 11 of the present invention.

【図33】本発明の実施形態12に対応する半導体マイ
クロリレーの構造を示す一部破断の斜視図である。
FIG. 33 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microrelay corresponding to Embodiment 12 of the present invention.

【図34】同上の製造工程を示す図であって、(a)か
ら(d)はいずれも断面図である。
FIG. 34 is a view showing a manufacturing process of the above, and (a) to (d) are cross-sectional views.

【図35】同上の製造工程を示す図であって、(a)か
ら(e)はいずれも断面図である。
FIG. 35 is a view showing a manufacturing process of the above, and (a) to (e) are cross-sectional views.

【図36】同上の製造工程を示す図であって、(a)、
(b)はいずれも断面図である。
FIG. 36 is a diagram showing a manufacturing process according to the above, wherein (a)
(B) is a sectional view.

【図37】同上の他の半導体マイクロリレーの構造を示
す一部破断の斜視図である。
FIG. 37 is a partially broken perspective view showing the structure of another semiconductor micro relay of the above.

【図38】同上の半導体マイクロリレーの作用説明に用
いる斜視図である。
FIG. 38 is a perspective view used for describing the operation of the semiconductor microrelay.

【図39】同上の半導体マイクロリレーの作用説明に用
いる関係図である。
FIG. 39 is a relationship diagram used for describing the operation of the semiconductor micro relay.

【図40】同上の半導体マイクロリレーの作用説明に用
いる側面図である。
FIG. 40 is a side view used for describing the operation of the semiconductor microrelay.

【図41】本発明の実施形態13に対応する半導体マイ
クロリレーの構造を示す一部破断の斜視図である
FIG. 41 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor micro relay according to Embodiment 13 of the present invention;

【図42】同上の製造工程を示す図であって、(a)か
ら(d)はいずれも断面図である。
42 (a) to 42 (d) are cross-sectional views showing the same manufacturing process.

【図43】同上の製造工程を示す図であって、(a)か
ら(e)はいずれも断面図である。
FIG. 43 is a view showing a manufacturing step of the above, and (a) to (e) are cross-sectional views.

【図44】同上の製造工程を示す図であって、(a)、
(b)はいずれも断面図である。
FIG. 44 is a diagram showing a manufacturing process according to the above, wherein (a)
(B) is a sectional view.

【図45】同上の他の製造工程を示す図であって、
(a)から(e)はいずれも断面図である。
FIG. 45 is a view showing another manufacturing step of the above,
(A) to (e) are all sectional views.

【図46】同上の他の製造工程を示す図であって、
(a)から(e)はいずれも断面図である。
FIG. 46 is a view showing another manufacturing step of the above,
(A) to (e) are all sectional views.

【図47】同上の他の製造工程を示す図であって、
(a)、(b)はいずれも断面図である。
FIG. 47 is a view showing another manufacturing step of the above,
(A) and (b) are cross-sectional views.

【図48】同上の他の半導体マイクロリレーの構造を示
す一部破断の斜視図である
FIG. 48 is a partially broken perspective view showing the structure of another semiconductor micro relay of the above.

【図49】同上の半導体マイクロリレーの作用説明に用
いる斜視図である。
FIG. 49 is a perspective view used for describing the operation of the above semiconductor micro relay.

【図50】同上の半導体マイクロリレーの作用説明に用
いる関係図である。
FIG. 50 is a relation diagram used for describing the operation of the semiconductor micro relay of the above.

【図51】同上の半導体マイクロリレーの作用説明に用
いる関係図である。
FIG. 51 is a relationship diagram used for describing the operation of the semiconductor microrelay.

【図52】同上の他の半導体マイクロリレーの構造を示
す図である。
FIG. 52 is a view showing a structure of another semiconductor micro relay of the above.

【図53】従来の半導体マイクロアクチュエータの構造
を示す上面図である。
FIG. 53 is a top view showing the structure of a conventional semiconductor microactuator.

【図54】同上の構造を示す断面図である。FIG. 54 is a cross-sectional view showing the structure of the above.

【図55】従来の半導体マイクロリレーの構造を示す断
面図である。
FIG. 55 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor micro relay.

【図56】同上の作用説明のために用いる模式図であ
る。
FIG. 56 is a schematic view used for describing the same operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体マイクロアクチュエータ 2 可撓領域 2S 薄肉部 2M 薄膜 3 半導体基板 4a 配線 5 可動エレメント 6 拡散抵抗 7 熱絶縁領域 8 半導体装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor microactuator 2 Flexible area 2S Thin part 2M thin film 3 Semiconductor substrate 4a Wiring 5 Movable element 6 Diffusion resistance 7 Thermal insulation area 8 Semiconductor device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16K 31/70 F16K 31/70 A H01H 37/14 H01H 37/14 37/52 37/52 (72)発明者 吉田 仁 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 荻原 淳 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 長尾 修一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 鎌倉 將有 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 齊藤 公昭 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 信時 和弘 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F16K 31/70 F16K 31/70 A H01H 37/14 H01H 37/14 37/52 37/52 (72) Invention Person Hitoshi Yoshida 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture, Japan (72) Inventor Jun Atsushi Ogiwara 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Shuichi Nagao, Kazuyoshi Nagao, Osaka Prefecture 1048 Kadoma Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Masayu Kamakura 1048 Kadoma, Kazuma, Osaka Pref.Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Kimiaki Saito 1048 Kadoma, Kadoma, Osaka Pref. In-house (72) Inventor Kazuhiro Shintoki 1048 Odakadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works, Ltd.

Claims (46)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、温度変化により前記半導
体基板に対して変位する可撓領域と、前記半導体基板と
前記可撓領域との間に設けられ前記半導体基板と前記可
撓領域を連結する樹脂製の熱絶縁領域とから構成される
ことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate, a flexible region displaced with respect to the semiconductor substrate due to a temperature change, and provided between the semiconductor substrate and the flexible region to connect the semiconductor substrate and the flexible region. A semiconductor device comprising: a resin heat insulating region.
【請求項2】 前記熱絶縁領域を構成する材料の熱伝導
率が略0.4W/(m・℃)以下の特性を有することを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a material constituting the heat insulating region has a thermal conductivity of about 0.4 W / (m · ° C.) or less.
【請求項3】 前記熱絶縁領域を構成する材料がポリイ
ミドであることを特徴とする請求項2に記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the material forming the heat insulating region is polyimide.
【請求項4】 前記熱絶縁領域を構成する材料がフッ素
化樹脂であることを特徴とする請求項2に記載の半導体
装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the material forming the heat insulating region is a fluorinated resin.
【請求項5】 前記熱絶縁領域に前記熱絶縁領域を構成
する材料よりも硬い材料からなる補強層が設けられてい
ることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに
記載の半導体装置。
5. The semiconductor according to claim 1, wherein a reinforcing layer made of a material harder than a material forming the heat insulating region is provided in the heat insulating region. apparatus.
【請求項6】 前記補強層のヤング率が、9.8×10
9N/m2以上であることを特徴とする請求項5に記載の
半導体装置。
6. The reinforcing layer has a Young's modulus of 9.8 × 10
The semiconductor device according to claim 5, characterized in that at 9 N / m 2 or more.
【請求項7】 前記補強層が二酸化ケイ素薄膜であるこ
とを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein said reinforcing layer is a silicon dioxide thin film.
【請求項8】 前記半導体基板および前記可撓領域の前
記熱絶縁領域に接する部分が互いに櫛刃状になっている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記
載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein portions of the semiconductor substrate and the flexible region that are in contact with the heat insulating region are comb-shaped. .
【請求項9】 請求項1から請求項8のいずれかに記載
の半導体装置と、前記可撓領域に連設された可動エレメ
ントとを備え、前記可撓領域の温度が変化したときに、
前記可動エレメントが前記半導体基板に対して変位する
ことを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ。
9. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a movable element connected to the flexible region, wherein a temperature of the flexible region changes.
A semiconductor microactuator, wherein the movable element is displaced with respect to the semiconductor substrate.
【請求項10】 前記可撓領域は片持ち梁構造を有して
いることを特徴とする請求項9記載の半導体マイクロア
クチュエータ。
10. The semiconductor microactuator according to claim 9, wherein the flexible region has a cantilever structure.
【請求項11】 前記可動エレメントは、複数の可撓領
域により支持されていることを特徴とする請求項9記載
の半導体マイクロアクチュエータ。
11. The semiconductor microactuator according to claim 9, wherein said movable element is supported by a plurality of flexible regions.
【請求項12】 前記可撓領域は前記可動エレメントを
挟んで十字形状であることを特徴とする請求項11記載
の半導体マイクロアクチュエータ。
12. The semiconductor microactuator according to claim 11, wherein the flexible region has a cross shape across the movable element.
【請求項13】 前記可動エレメントの変位は、前記半
導体基板の基板面に対して水平方向に回転する変位を含
むことを特徴とする請求項11記載の半導体マイクロア
クチュエータ。
13. The semiconductor microactuator according to claim 11, wherein the displacement of the movable element includes a displacement that rotates in a horizontal direction with respect to a substrate surface of the semiconductor substrate.
【請求項14】 前記可撓領域は、それぞれがL字形状
をしている4つ可撓領域が前記可動エレメントを中心と
して四方向に等間隔で設けられていることを特徴とする
請求項11又は請求項13記載の半導体マイクロアクチ
ュエータ。
14. The flexible region according to claim 11, wherein four flexible regions each having an L-shape are provided at equal intervals in four directions around the movable element. Or a semiconductor microactuator according to claim 13.
【請求項15】 前記可撓領域は、異なる熱膨張係数を
有する少なくとも2つの領域からなり熱膨張係数差に応
じて変位をすることを特徴とする請求項9から請求項1
4のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
15. The flexible region according to claim 9, wherein the flexible region comprises at least two regions having different coefficients of thermal expansion, and is displaced in accordance with a difference in coefficient of thermal expansion.
5. The semiconductor microactuator according to any one of 4.
【請求項16】 前記可撓領域はシリコンにより構成さ
れる領域と、アルミニウムにより構成される領域とを備
えていることを特徴とする請求項15記載の半導体マイ
クロアクチュエータ。
16. The semiconductor microactuator according to claim 15, wherein said flexible region includes a region made of silicon and a region made of aluminum.
【請求項17】 前記可撓領域はシリコンにより構成さ
れる領域と、ニッケルにより構成される領域とを備えて
いることを特徴とする請求項15記載の半導体マイクロ
アクチュエータ。
17. The semiconductor microactuator according to claim 15, wherein the flexible region includes a region made of silicon and a region made of nickel.
【請求項18】 前記可撓領域を構成する領域の少なく
とも1つの領域は前記熱絶縁領域と同一材料により構成
されていることを特徴とする請求項15記載の半導体マ
イクロアクチュエータ。
18. The semiconductor microactuator according to claim 15, wherein at least one of the regions constituting the flexible region is made of the same material as the heat insulating region.
【請求項19】 前記可撓領域はシリコンにより構成さ
れる領域を備えるとともに、前記熱絶縁領域と同一材料
により構成されている領域としてポリイミドにより構成
される領域を備えていることを特徴とする請求項18記
載の半導体マイクロアクチュエータ。
19. The flexible region includes a region made of silicon, and a region made of polyimide as a region made of the same material as the heat insulating region. Item 19. A semiconductor microactuator according to Item 18.
【請求項20】 前記可撓領域はシリコンにより構成さ
れる領域を備えるとともに、前記熱絶縁領域と同一材料
により構成されている領域としてフッ素化樹脂により構
成される領域を備えていることを特徴とする請求項18
記載の半導体マイクロアクチュエータ。
20. The flexible region includes a region made of silicon, and a region made of a fluorinated resin as a region made of the same material as the heat insulating region. Claim 18
The semiconductor microactuator according to claim 1.
【請求項21】 前記可撓領域は形状記憶合金により構
成されることを特徴とする請求項9から請求項14のい
ずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
21. The semiconductor microactuator according to claim 9, wherein the flexible region is made of a shape memory alloy.
【請求項22】 前記可撓領域と前記可動エレメントの
間に、前記可撓領域と前記可動エレメントを連結する樹
脂からなる熱絶縁領域が設けられていることを特徴とす
る請求項9から請求項21のいずれかに記載の半導体マ
イクロアクチュエータ。
22. A heat insulating region made of a resin connecting the flexible region and the movable element is provided between the flexible region and the movable element. 22. The semiconductor microactuator according to any one of 21.
【請求項23】 前記半導体基板と前記可撓領域の間に
設けられた熱絶縁領域の剛性と、前記可撓領域と前記可
動エレメントの間に設けられた熱絶縁領域の剛性とを異
なるようにすることを特徴とする請求項22記載の半導
体マイクロアクチュエータ。
23. The rigidity of a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is different from the rigidity of a heat insulating region provided between the flexible region and the movable element. 23. The semiconductor microactuator according to claim 22, wherein:
【請求項24】 前記可撓領域を加熱するための加熱手
段を備えたことを特徴とする請求項9から請求項23の
いずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
24. The semiconductor microactuator according to claim 9, further comprising heating means for heating the flexible region.
【請求項25】 前記可撓領域を加熱するための加熱手
段に電力を供給する配線が前記熱絶縁領域を介さずに形
成されていることを特徴とする請求項9から請求項24
のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
25. The wiring according to claim 9, wherein wiring for supplying electric power to a heating means for heating the flexible region is formed without passing through the heat insulating region.
The semiconductor microactuator according to any one of the above.
【請求項26】 前記可動エレメントには凹部が形成さ
れていることを特徴とする請求項9から請求項25のい
ずれかに記載の半導体マイクロアクチュエータ。
26. The semiconductor microactuator according to claim 9, wherein a recess is formed in the movable element.
【請求項27】 前記可撓領域と前記可動エレメントの
連結部分または前記可撓領域と前記半導体基板の連結部
分の近傍には応力を緩和する丸みが設けられていること
を特徴とする請求項9から請求項26のいずれかに記載
の半導体マイクロアクチュエータ。
27. The semiconductor device according to claim 9, wherein a rounded portion for reducing stress is provided near a connecting portion between the flexible region and the movable element or near a connecting portion between the flexible region and the semiconductor substrate. 27. The semiconductor microactuator according to claim 26.
【請求項28】 前記半導体基板には前記可撓領域との
連結部分に向かって突出する突出部が形成されており、
前記丸みは前記突出部の基端部両端に前記半導体基板に
おける基板面での形状がR形状となるように形成されて
いることを特徴とする請求項27記載の半導体マイクロ
アクチュエータ。
28. A protruding portion that protrudes toward a connection portion with the flexible region on the semiconductor substrate,
28. The semiconductor microactuator according to claim 27, wherein the roundness is formed at both ends of a base end of the protruding portion so that a shape of the semiconductor substrate on the substrate surface becomes an R shape.
【請求項29】 請求項27に記載の半導体マイクロア
クチュエータの製造方法において、半導体基板を基板面
よりエッチングし凹部を設けてその底面部を前記可撓領
域として形成し、前記凹部の前記底面部と側面部の境界
に犠牲層を形成しエッチングにより前記犠牲層を除去し
てR形状とすることで前記丸みを形成することを特徴と
する半導体マイクロアクチュエータの製造方法。
29. The method of manufacturing a semiconductor microactuator according to claim 27, wherein the semiconductor substrate is etched from the substrate surface to form a concave portion, and a bottom portion thereof is formed as the flexible region. A method of manufacturing a semiconductor microactuator, comprising: forming a sacrificial layer at a boundary of a side surface portion; removing the sacrificial layer by etching to form an R shape;
【請求項30】 請求項9から請求項29のいずれかに
記載の半導体マイクロアクチュエータと、前記半導体マ
イクロアクチュエータに接合され、前記可動エレメント
の変位に応じて流れる流体量が変化する流路を有する流
体エレメントとを備えたことを特徴とする半導体マイク
ロバルブ。
30. A fluid having a semiconductor microactuator according to claim 9 and a flow path joined to the semiconductor microactuator and having a fluid amount that changes according to displacement of the movable element. A semiconductor microvalve comprising an element.
【請求項31】 前記半導体マイクロアクチュエータと
前記流体エレメントとが陽極接合により接合されている
ことを特徴とする請求項30記載の半導体マイクロバル
ブ。
31. The semiconductor microvalve according to claim 30, wherein the semiconductor microactuator and the fluid element are joined by anodic joining.
【請求項32】 前記半導体マイクロアクチュエータと
前記流体エレメントとが共晶接合により接合されている
ことを特徴とする請求項30記載の半導体マイクロバル
ブ。
32. The semiconductor microvalve according to claim 30, wherein the semiconductor microactuator and the fluid element are joined by eutectic joining.
【請求項33】 前記半導体マイクロアクチュエータと
前記流体エレメントとがスペーサ層を介して接合されて
いることを特徴とする請求項30記載の半導体マイクロ
バルブ。
33. The semiconductor microvalve according to claim 30, wherein the semiconductor microactuator and the fluid element are joined via a spacer layer.
【請求項34】 前記スペーサ層はポリイミドからなる
ことを特徴とする請求項33記載の半導体マイクロバル
ブ。
34. The semiconductor microvalve according to claim 33, wherein said spacer layer is made of polyimide.
【請求項35】 請求項9から請求項29のいずれかに
記載の半導体マイクロアクチュエータと、前記可動エレ
メントに可動接点が設けられ、その対応する位置に前記
可動接点と接触可能な固定接点を有し前記半導体マイク
ロアクチュエータに接合される固定エレメントとを備え
たことを特徴とする半導体マイクロリレー。
35. The semiconductor microactuator according to claim 9, wherein a movable contact is provided on the movable element, and a fixed contact that can contact the movable contact is provided at a position corresponding to the movable contact. A semiconductor micro-relay, comprising: a fixing element joined to the semiconductor micro-actuator.
【請求項36】 前記固定接点は前記可動接点と接触す
ることで前記可動接点を介して互いに導通する離間した
接点であることを特徴とする請求項35記載の半導体マ
イクロリレー。
36. The semiconductor microrelay according to claim 35, wherein the fixed contact is a separated contact that comes into contact with the movable contact through the movable contact to make contact with each other.
【請求項37】 前記可動接点と前記固定接点は金コバ
ルトであることを特徴とする請求項35又は請求項36
記載の半導体マイクロリレー。
37. The movable contact and the fixed contact are made of gold-cobalt.
Semiconductor microrelay as described.
【請求項38】 前記半導体マイクロアクチュエータと
前記固定エレメントは陽極接合により接合されているこ
とを特徴とする請求項35から請求項37のいずれかに
記載の半導体マイクロリレー。
38. The semiconductor microrelay according to claim 35, wherein the semiconductor microactuator and the fixed element are joined by anodic bonding.
【請求項39】 前記半導体マイクロアクチュエータと
前記固定エレメントは共晶接合により接合されているこ
とを特徴とする請求項35から請求項37のいずれかに
記載の半導体マイクロリレー。
39. The semiconductor microrelay according to claim 35, wherein the semiconductor microactuator and the fixed element are joined by eutectic joining.
【請求項40】 前記半導体マイクロアクチュエータと
前記固定エレメントはスペーサ層を介して接合されてい
ることを特徴とする請求項35から請求項37のいずれ
かに記載の半導体マイクロリレー。
40. The semiconductor microrelay according to claim 35, wherein said semiconductor microactuator and said fixed element are joined via a spacer layer.
【請求項41】 前記スペーサ層はポリイミドであるこ
とを特徴とする請求項40記載の半導体マイクロリレ
ー。
41. The semiconductor micro relay according to claim 40, wherein the spacer layer is made of polyimide.
【請求項42】 請求項18に記載の半導体マイクロア
クチュエータの製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去してその底面部を前記可撓領域を構
成する1つの領域として形成すると同時に、前記半導体
基板の他方の面をエッチング除去して前記可動エレメン
トの凹部を形成する工程と、前記半導体基板の前記他方
の面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板
と前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる
部分を形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域と
なる部分に埋め込み前記熱絶縁領域を形成すると同時に
前記熱絶縁材料を前記半導体基板の前記他方の面に塗布
して前記可撓領域を構成する1つの領域を形成する工程
を有することを特徴とする半導体マイクロアクチュエー
タの製造方法。
42. The method of manufacturing a semiconductor microactuator according to claim 18, wherein one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to form a bottom surface as one region constituting the flexible region, and Etching the other surface of the semiconductor substrate to form a concave portion of the movable element; and etching and removing the other surface of the semiconductor substrate so as to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion to be the heat insulating region, and embedding a heat insulating material in the portion to be the heat insulating region, and simultaneously applying the heat insulating material to the other surface of the semiconductor substrate. Forming a single region constituting the flexible region.
【請求項43】 請求項16に記載の半導体マイクロア
クチュエータの製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去してその底面部を前記可撓領域を構
成する1つの領域として形成すると同時に、前記半導体
基板の他方の面をエッチング除去して前記可動エレメン
トの凹部を形成する工程と、前記半導体基板の前記他方
の面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板
と前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる
部分を形成する工程と、前記半導体基板の前記他方の面
にアルミ薄膜を形成して前記可撓領域のアルミニウムに
より構成される領域と、前記加熱手段に電力を供給する
配線とを形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域
となる部分に埋め込み前記熱絶縁領域を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体マイクロアクチュエー
タの製造方法。
43. The method of manufacturing a semiconductor microactuator according to claim 16, wherein one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to form a bottom portion as one region constituting the flexible region. Etching the other surface of the semiconductor substrate to form a concave portion of the movable element; and etching and removing the other surface of the semiconductor substrate so as to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion to be the heat insulating region, forming an aluminum thin film on the other surface of the semiconductor substrate, and supplying power to the heating unit with the flexible region formed of aluminum. Forming a wiring, and embedding a heat insulating material in a portion to be the heat insulating region to form the heat insulating region. Of manufacturing a semiconductor microactuator.
【請求項44】 請求項17に記載の半導体マイクロア
クチュエータの製造方法において、半導体基板の一方の
面をエッチング除去してその底面部を前記可撓領域を構
成する1つの領域として形成すると同時に、前記半導体
基板の他方の面をエッチング除去して前記可動エレメン
トの凹部を形成する工程と、前記半導体基板の前記他方
の面をエッチング除去して、少なくとも前記半導体基板
と前記可撓領域の間に設けられた前記熱絶縁領域となる
部分を形成する工程と、前記加熱手段に電力を供給する
配線を形成する工程と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域と
なる部分に埋め込み前記熱絶縁領域を形成する工程と、
前記半導体基板の前記他方の面に前記可撓領域のニッケ
ルにより構成される領域としてニッケル薄膜を形成する
工程とを有することを特徴とする半導体マイクロアクチ
ュエータの製造方法。
44. The method of manufacturing a semiconductor microactuator according to claim 17, wherein one surface of the semiconductor substrate is removed by etching to form a bottom surface as one region constituting the flexible region. Etching the other surface of the semiconductor substrate to form a concave portion of the movable element; and etching and removing the other surface of the semiconductor substrate so as to be provided at least between the semiconductor substrate and the flexible region. Forming a portion serving as the heat insulating region, forming a wiring for supplying power to the heating means, and embedding a heat insulating material in the portion serving as the heat insulating region to form the heat insulating region. When,
Forming a nickel thin film on the other surface of the semiconductor substrate as a region composed of nickel of the flexible region.
【請求項45】 半導体基板の一方の面をエッチング除
去して、少なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間
に設けられた前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程
と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込む
工程と、半導体基板の他方の面をエッチング除去して前
記熱絶縁領域を形成する工程を有することを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
45. A step of etching and removing one surface of a semiconductor substrate to form at least a portion serving as the heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region; 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising the steps of: embedding in a portion to be a heat insulating region; and etching and removing the other surface of the semiconductor substrate to form the heat insulating region.
【請求項46】 半導体基板の一方の面をエッチング除
去して、少なくとも前記半導体基板と前記可撓領域の間
に設けられた前記熱絶縁領域となる部分を形成する工程
と、前記熱絶縁領域に補強層となる層を形成する工程
と、熱絶縁材料を前記熱絶縁領域となる部分に埋め込む
工程と、半導体基板の他方の面をエッチング除去して前
記熱絶縁領域を形成する工程を有することを特徴とする
請求項5記載の半導体装置の製造方法。
46. A step of etching and removing one surface of a semiconductor substrate to form at least a portion serving as the heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region; Forming a layer serving as a reinforcing layer, embedding a heat insulating material in a portion serving as the heat insulating region, and forming the heat insulating region by etching away the other surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein:
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