JP2000317897A - Heat insulating structure, semiconductor microactuator using the same, semiconductor microvalve, and semiconductor microrelay - Google Patents

Heat insulating structure, semiconductor microactuator using the same, semiconductor microvalve, and semiconductor microrelay

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JP2000317897A
JP2000317897A JP11304729A JP30472999A JP2000317897A JP 2000317897 A JP2000317897 A JP 2000317897A JP 11304729 A JP11304729 A JP 11304729A JP 30472999 A JP30472999 A JP 30472999A JP 2000317897 A JP2000317897 A JP 2000317897A
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flexible region
semiconductor substrate
heat insulating
region
semiconductor
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JP11304729A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Hiroshi Kawada
裕志 河田
Masaari Kamakura
將有 鎌倉
Kazuji Yoshida
和司 吉田
Hironori Katayama
弘典 片山
Kimiaki Saito
公昭 齊藤
Keiko Fujii
圭子 藤井
Kenji Toyoda
憲治 豊田
Kazuhiro Nobutoki
和弘 信時
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat insulating structure having a high heat insulating efficiency and manufactured through simple processes, a semiconductor microactuator using the same, a semiconductor microvalve, and a semiconductor microrelay. SOLUTION: Four outwardly extending flexible areas 2 joined to a central moving element 5 are joined to a semiconductor substrate 3 via heat insulating areas 7 made from a heat insulating material such as polyimide or fluororesin, the semiconductor substrate 3 serving as a frame. The heat insulating areas 7 are provided within the thickness of the flexible area 2 between the semiconductor substrate 3 and the flexible area 2 in such a way as to be about as thick as the flexible area 2. When the flexible areas 2 are heated by heating means 6 consisting of impurity diffusion resistances or the like provided on the surfaces of the flexible areas 2, the flexible areas 2 flex because of a difference in thermal expansion from thin films 4 of aluminum or nickel provided on the flexible areas 2, and the movable element 5 is displaced.

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
熱絶縁構造体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
レーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat insulating structure comprising a semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a temperature change, and a heat insulating region provided therebetween. The present invention relates to a semiconductor microactuator, a semiconductor microvalve, and a semiconductor microrelay using the same.

【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熱絶縁構造体を用いた
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」、特開平5−187574
号「超小型バルブ」等がある。
2. Description of the Related Art A semiconductor substrate, a flexible region which is separated from the semiconductor substrate and is displaced by a change in temperature, and a heat insulating structure composed of a heat insulating region provided therebetween are different from each other. At least 2 having a coefficient of thermal expansion
There is a semiconductor microactuator that combines two materials (bimetal structure), heats that portion, and obtains displacement using the difference in thermal expansion coefficient. This semiconductor microactuator is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392, "Semiconductor microactuator", and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-187574.
No. "Very small valve".

【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25の上面図、
図26の断面図に示すとおりであり、シリコンのダイア
フラム100の一部にアルミニウム薄膜104が形成さ
れたバイメタル構造になっている。シリコンからなるダ
イアフラム100中に形成されたヒータ101に電流を
流すと発熱し、ダイアフラム100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100を撓ま
せ、可動部105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100の
周辺とシリコン枠102の間に二酸化ケイ素薄膜のヒン
ジ103を設け、ダイアフラム100で発生した熱がシ
リコン枠102に逃げることを防ぐ構造となっている。
The semiconductor microactuator described in Japanese Patent Publication No. 4-506392 is a top view of FIG.
As shown in the sectional view of FIG. 26, a bimetal structure in which an aluminum thin film 104 is formed on a part of a silicon diaphragm 100 is shown. When a current is applied to the heater 101 formed in the diaphragm 100 made of silicon, heat is generated and the temperature of the diaphragm 100 rises.
Here, since silicon and aluminum have significantly different coefficients of thermal expansion, thermal stress is generated to deflect the diaphragm 100 and cause the movable portion 105 to be displaced. Further, in order to obtain an efficient displacement, a hinge 103 made of a silicon dioxide thin film is provided between the periphery of the diaphragm 100 and the silicon frame 102 to prevent the heat generated in the diaphragm 100 from escaping to the silicon frame 102. I have.

【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, heat Q escaping from a high temperature portion to the low temperature portion Q (W) = - a λ (t 2 -t 1) / δ · A ( Formula X).

【0005】ここで、Q;熱流(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 flow (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
100からシリコン枠102へ逃げる熱量を計算する。
ダイアフラム100とシリコン枠102の温度差を15
0℃、ヒンジ103の横幅を30μm、ダイアフラム1
00の直径を2.5mm、ヒンジ103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100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103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100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 100 to the silicon frame 102 is calculated using this relational expression.
The temperature difference between the diaphragm 100 and the silicon frame 102 is set to 15
0 ° C., width of hinge 103 is 30 μm, diaphragm 1
00 has a diameter of 2.5 mm, and the thickness of the hinge 103 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 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 100 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 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 hinge 103 made of a silicon dioxide thin film, 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 100 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・携帯等の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。
Therefore, the power consumption of the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Publication No. 4-506392 can be estimated to be several hundred mW (660 mW in calculation). In consideration of the above, 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103の部分は、厚さ2μmと厚くなっている。こ
のヒンジ103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10
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103の
膜厚を増すと上記熱の逃げの計算式より熱絶縁効果が低
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。
In the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-506392, the hinge 103 of the silicon dioxide thin film is as thick as 2 μm. The factor that determines the thickness of the silicon dioxide thin film of the hinge 103 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 10 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 103 is increased, the thermal insulation effect is reduced according to the above-described heat release calculation formula. 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】次に、ヒンジ103の二酸化ケイ素薄膜を
厚くする必要性について考察する。特表平4−5063
92号公報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1
00とアルミニウム薄膜104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
100とアルミニウム薄膜104の間には電気的絶縁を
得るために二酸化ケイ素薄膜106が挿入されている。
Next, the necessity of increasing the thickness of the silicon dioxide thin film of the hinge 103 will be considered. Tokuhyo Hei 4-5063
No. 92, a semiconductor microactuator is disclosed in Japanese Patent Application Publication No.
Although it is structured to be movable by a bimetal composed of a metal film 00 and an aluminum thin film 104, a silicon dioxide thin film 106 is inserted between the diaphragm 100 and the aluminum thin film 104 in order 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106とヒンジ103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100とアルミニウム薄膜1
04の間に挿入された二酸化ケイ素薄膜106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104の膜厚
5〜6μmとなっている。そこで膜厚2μmの二酸化ケ
イ素薄膜106がダイアフラム100とアルミニウム薄
膜104の間に挿入されれば、加熱時のダイアフラム1
00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 106 and the silicon dioxide thin film of the hinge 103 are formed at the same time, and it is desirable that these film thicknesses are the same. However, the diaphragm 100 and the aluminum thin film 1
When the thickness of the silicon dioxide thin film 106 inserted between the layers 04 becomes as large as 2 μm, it can be expected that the bimetal characteristic as a driving source is deteriorated. Literature ("Electric
ally-Activated, Micromachined Diaphram Valves "
Technical Digest IEEE Solid-State Sensor a
nd Actuator Workshop, pp. 65-69, June 1990), the thickness of the aluminum thin film 104 is 5 to 6 μm. Then, if a silicon dioxide thin film 106 having a thickness of 2 μm is inserted between the diaphragm 100 and the aluminum thin film 104, the diaphragm 1 at the time of heating can be obtained.
It can be easily presumed that it becomes a factor that hinders the deflection of 00.

【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100−二酸化ケイ素薄膜10
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106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
100−アルミニウム薄膜104間の二酸化ケイ素薄膜
106はできるだけ薄く(2×10-8m(200
Å))、またヒンジ103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り、特表平4−
506392号の明細書においては製造方法については
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, in consideration of the thermal expansion coefficient of silicon and silicon dioxide, the silicon diaphragm 100-silicon dioxide thin film 10
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 106 increases, which causes a reduction in bimetal characteristics. Considering the above points, the silicon dioxide thin film 106 between the diaphragm 100 and the aluminum thin film 104 is as thin as possible (2 × 10 −8 m (200
Å)), and the silicon dioxide film of the hinge 103 must be somewhat thick (2 μm). However, forming such a thin film of silicon dioxide requires a very complicated semiconductor manufacturing process.
The specification of 506392 does not mention the production method.

【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、このために生
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
シリコンを用いており、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。
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, in order to make the silicon dioxide thin film in the hinge part thinner and to compensate for the decrease in strength of the hinge part caused by this, a part of the diaphragm and the silicon frame is used in addition to the hinge, and a part of the silicon of the diaphragm is used. It is not designed to reduce the power consumption of the actuator.

【0013】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 described above, many problems still remain in the thermal insulation structure of the semiconductor microactuator.

【0014】また、特開平5−187574号に記載さ
れている超小型バルブ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。
Also, the microminiature valve described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-187574 combines at least two materials having different coefficients of thermal expansion, heats the portion, and uses the difference in the coefficients of thermal expansion to change the displacement. The resulting semiconductor microactuator has been 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, since this torsion 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.

【0015】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.

【0016】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
力を発生できるマイクロアクチュエータとなっている
が、消費電力については、小型・携帯用のニーズに応え
るものではない。
As described above, the microminiature valve described in JP-A-5-187574 is a microactuator capable of generating a large force by a torsion bar type suspension structure formed of silicon. Does not meet the needs of small and portable devices.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事由に鑑
みて為されたものであり、その目的は熱絶縁効率が高
く、かつ製造プロセスが簡単な熱絶縁構造体及びこれを
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を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a heat insulating structure having a high heat insulating efficiency and a simple manufacturing process, and a semiconductor microstructure using the same. An actuator, a semiconductor microvalve, and a semiconductor microrelay are provided.

【0018】[0018]

【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、前記半導体基板
から切り離され温度変化により変位する可撓領域と、前
記半導体基板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁
領域とから構成されており、前記熱絶縁領域が前記可撓
領域の厚み内に設けられることを特徴とする。請求項1
の発明によれば、可撓領域から半導体基板への熱の逃げ
を防ぎ、かつ簡単な製造プロセスで半導体基板と可撓領
域の接合を行うとともに両者の熱絶縁を行うことができ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a change in temperature, and the semiconductor substrate and the flexible substrate. And a heat insulating region provided between the flexible region and the flexible region, wherein the heat insulating region is provided within the thickness of the flexible region. Claim 1
According to the invention, heat can be prevented from escaping from the flexible region to the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the flexible region can be joined by a simple manufacturing process and the both can be thermally insulated.

【0019】また、請求項2の発明は、半導体基板と、
前記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、前記可撓領域から切り離され可撓領域の変
位により変位する可動エレメントと、前記半導体基板と
前記可撓領域との間及び前記可撓領域と前記可動エレメ
ントとの間に設けられた熱絶縁領域とから構成されるこ
とを特徴とする。請求項2の発明によれば、可撓領域か
ら半導体基板への熱の逃げを防ぐとともに、可撓領域か
ら可動エレメントへの熱の逃げを防ぐことができ、温度
変化による可撓領域の変位が効率よく行われる利点があ
る。
Further, the invention according to claim 2 includes a semiconductor substrate,
A flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a change in temperature; a movable element separated from the flexible region and displaced by displacement of the flexible region; It is characterized by comprising a heat insulating region provided between the region and the movable element. According to the invention of claim 2, it is possible to prevent heat from escaping from the flexible region to the semiconductor substrate and to prevent heat from escaping from the flexible region to the movable element. There is an advantage that it is performed efficiently.

【0020】また、請求項3の発明は、請求項1又は請
求項2に記載の発明において、前記半導体基板と前記可
撓領域との間に設けられた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3の発明によれば、二酸化ケイ素
薄膜以上の熱絶縁効果を得ることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, heat conduction of a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is provided. It has the characteristic that the rate is about 0.4 W / m · ° C. or less. According to the third aspect of the present invention, it is possible to obtain a thermal insulating effect higher than that of the silicon dioxide thin film.

【0021】また、請求項4の発明は、請求項1から請
求項3のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域を構成
する材料がポリイミドであることを特徴とする。請求項
4の発明によれば、熱絶縁性がよく、製造し易い熱絶縁
構造体が得られる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is provided. Is a polyimide. According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to obtain a heat insulating structure which has good thermal insulation and is easy to manufacture.

【0022】また、請求項5の発明は、請求項1から請
求項3のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域を構成
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5の発明によれば、熱絶縁性がよく、製造し易い熱絶
縁構造体が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is provided. Is a fluorinated resin. According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to obtain a heat insulating structure having good heat insulating properties and easy to manufacture.

【0023】また、請求項6の発明は、請求項1から請
求項5のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域の可撓
領域における厚み方向の少なくとも一面に前記熱絶縁領
域を構成する材料よりも硬い薄膜が設けられていること
を特徴とする。請求項6の発明によれば、半導体基板と
可撓領域の接合強度を上げることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, a flexible region of a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. Is characterized in that a thin film harder than the material constituting the heat insulating region is provided on at least one surface in the thickness direction of. According to the invention of claim 6, the bonding strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0024】また、請求項7の発明は、請求項6に記載
の発明において、前記硬い薄膜のヤング率が、略9.8
×109N/m2以上であることを特徴とする。請求項7
の発明によれば、半導体基板と可撓領域の接合領域を上
げることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the hard thin film has a Young's modulus of about 9.8.
× 10 9 N / m 2 or more. Claim 7
According to the invention, the joining region between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0025】また、請求項8の発明は、請求項6又は請
求項7に記載の発明において、前記硬い薄膜が二酸化ケ
イ素薄膜であることを特徴とする。請求項8の発明によ
れば、半導体基板と可撓領域の接合強度を上げることが
できる。
The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of claim 6 or claim 7, the hard thin film is a silicon dioxide thin film. According to the invention of claim 8, the bonding strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0026】また、請求項9の発明は、請求項1から請
求項5のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と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9の発明に
よれば、半導体基板と可撓領域の熱絶縁効果を保ちつ
つ、半導体基板と可撓領域の接合強度を上げることがで
きる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the portions of the semiconductor substrate and the flexible region which are in contact with the heat insulating region are comb-shaped. It is characterized by having. According to the ninth aspect, it is possible to increase the bonding strength between the semiconductor substrate and the flexible region while maintaining the thermal insulation effect between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0027】また、請求項10の発明は、請求項1から
請求項9のいずれかに記載の発明において、前記半導体
基板と、前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た熱絶縁領域と、前記可撓領域とにわたって可撓領域の
厚み方向の一端面に配線が形成されていることを特徴と
する。請求項10の発明によれば、半導体基板と可撓領
域の間に配線を形成することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the semiconductor substrate and a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. And a wiring is formed on one end surface in the thickness direction of the flexible region over the flexible region. According to the tenth aspect, a wiring can be formed between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0028】また、請求項11の発明は、請求項1から
請求項9のいずれかに記載の発明において、前記半導体
基板と、前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た熱絶縁領域と、前記可撓領域とにわたって配線が形成
されており、前記配線の一部が前記熱絶縁領域の内部に
設けられたことを特徴とする。請求項11の発明によれ
ば、配線を保護することができ、信頼性の高い熱絶縁構
造体が得られる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the semiconductor substrate and a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. And a wiring is formed over the flexible region, and a part of the wiring is provided inside the heat insulating region. According to the eleventh aspect, the wiring can be protected, and a highly reliable heat insulating structure can be obtained.

【0029】また、請求項12の発明は、請求項1から
請求項9のいずれかに記載の発明において、前記配線が
形成されている一端面は面一となっていることを特徴と
する。請求項12の発明によれば、配線の段差が小さく
なり配線の断線を防止することが可能となる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the one end face on which the wiring is formed is flush. According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to reduce the level difference of the wiring and prevent disconnection of the wiring.

【0030】また、請求項13の発明は、半導体基板
と、前記半導体基板から切り離され、その領域を含む少
なくとも2つの領域の熱膨張係数差に応じた変位をする
可撓領域と、前記半導体基板と可撓領域の間に設けられ
た請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱絶縁領
域と、前記可撓領域に連接された可動エレメントから構
成され、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。請求項13の発明によれば、請求項1から請
求項12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 thirteenth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor substrate, the flexible region separated from the semiconductor substrate, and displaced according to a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate; And a movable element connected to the flexible region, wherein the temperature of the flexible region varies. The movable element is displaced with respect to the semiconductor substrate when the operation is performed. According to the thirteenth aspect, a semiconductor microactuator having the same effects as the first to twelfth aspects is obtained.

【0031】また、請求項14の発明は、請求項13に
記載の発明において、前記可動エレメントの前記半導体
基板に対する変位が非回転変位であることを特徴とす
る。請求項14の発明によれば、可動エレメントの変位
の制御精度が良くなる。
According to a fourteenth aspect, in the thirteenth aspect, the displacement of the movable element with respect to the semiconductor substrate is a non-rotational displacement. According to the fourteenth aspect, the control accuracy of the displacement of the movable element is improved.

【0032】また、請求項15の発明は、請求項13に
記載の発明において、前記可動エレメントの前記半導体
基板に対する変位が回転変位であることを特徴とする。
請求項15の発明によれば、可動エレメントの変位が大
きなものとなる。
According to a fifteenth aspect, in the thirteenth aspect, a displacement of the movable element with respect to the semiconductor substrate is a rotational displacement.
According to the fifteenth aspect, the displacement of the movable element becomes large.

【0033】また、請求項16の発明は、請求項13か
ら請求項15のいずれかに記載の発明において、前記可
撓領域は可撓領域を加熱するための加熱手段を含むこと
を特徴とする。請求項16の発明によれば、半導体マイ
クロアクチュエータを小型化できる。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the thirteenth to fifteenth aspects, the flexible region includes a heating unit for heating the flexible region. . According to the sixteenth aspect, the semiconductor microactuator can be downsized.

【0034】また、請求項17の発明は、請求項14又
は請求項16に記載の発明において、前記可撓領域が十
字形状の梁の一部を構成することを特徴とする。請求項
17の発明によれば、可動エレメントの変位の制御精度
が良くなる。
The invention of claim 17 is characterized in that, in the invention of claim 14 or claim 16, the flexible region forms a part of a cross-shaped beam. According to the seventeenth aspect, the control accuracy of the displacement of the movable element is improved.

【0035】また、請求項18の発明は、請求項15又
は請求項16に記載の発明において、前記可撓領域が卍
字形状の梁の一部を構成することを特徴とする。請求項
18の発明によれば、可動エレメントの変位が大きなも
のとなる。
The invention of claim 18 is characterized in that, in the invention of claim 15 or claim 16, the flexible region forms a part of a swastika-shaped beam. According to the eighteenth aspect, the displacement of the movable element becomes large.

【0036】また、請求項19の発明は、請求項15又
は請求項16に記載の発明において、前記可撓領域が前
記半導体基板の一部を固定端とする片持梁の一部である
ことを特徴とする。請求項19の発明によれば、大きな
変位と大きな力が得られる半導体マイクロアクチュエー
タを提供できる。
According to a nineteenth aspect of the present invention, the flexible region is a part of a cantilever having a fixed end at a part of the semiconductor substrate. It is characterized by. According to the nineteenth aspect, it is possible to provide a semiconductor microactuator capable of obtaining a large displacement and a large force.

【0037】また、請求項20の発明は、半導体基板
と、前記半導体基板から切り離され、その領域を含む少
なくとも2つの領域の熱膨張係数差に応じた変位をする
可撓領域と、前記半導体基板と前記可撓領域の間に設け
られた請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱絶
縁領域と、前記可撓領域に連接された可動エレメント
と、前記可動エレメントの変位に応じてそこに流れる流
体の制御が成される流路を有する流体制御エレメントと
からなり、前記可撓領域の温度が変化したときの前記可
動エレメントの変位により前記流路を流れる流体の制御
がなされることを特徴とする。請求項20の発明によれ
ば、請求項1から請求項12と同様の効果を有する半導
体マイクロバルブを提供できる。
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced in accordance with a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate; 13. The heat insulating region according to claim 1, which is provided between the movable region and the flexible region, a movable element connected to the flexible region, and the movable element in accordance with a displacement of the movable element. And a fluid control element having a flow path in which the flow of the fluid is controlled, wherein the fluid flowing through the flow path is controlled by the displacement of the movable element when the temperature of the flexible region changes. Features. According to the twentieth aspect, a semiconductor microvalve having the same effects as the first to twelfth aspects can be provided.

【0038】また、請求項21の発明は、請求項20に
記載の発明において、前記可撓領域は、前記可撓領域を
加熱するための加熱手段を含むことを特徴とする。請求
項21の発明によれば、小型のマイクロバルブが得られ
る。
According to a twenty-first aspect, in the twentieth aspect, the flexible region includes a heating unit for heating the flexible region. According to the twenty-first aspect, a small-sized microvalve can be obtained.

【0039】また、請求項22の発明は、請求項20又
は請求項21に記載の発明において、前記可撓領域は十
字形状の梁の一部を構成することを特徴とする。請求項
22の発明によれば、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。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the twentieth or twenty-first aspect, the flexible region forms a part of a cross-shaped beam. According to the twenty-second aspect, a semiconductor microvalve with high fluid control accuracy can be obtained.

【0040】また、請求項23の発明は、請求項20又
は請求項21に記載の発明において、前記可撓領域は卍
字形状の梁の一部を構成することを特徴とする。請求項
23の発明によれば、流体の流量制御範囲の広いマイク
ロバルブが得られる。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the twentieth or twenty-first aspect, the flexible region forms part of a swastika-shaped beam. According to the twenty-third aspect, a microvalve having a wide fluid flow control range can be obtained.

【0041】また、請求項24の発明は、半導体基板
と、前記半導体基板から切り離され、その領域を含む少
なくとも2つの領域の熱膨張係数差に応じた変位をする
可撓領域と、前記半導体基板と前記可撓領域との間に設
けられた請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱
絶縁領域と、前記可撓領域に連接され接点を有する可動
エレメントと、前記可動エレメントに設けられた接点と
対応する部分に、前記接点と接触可能なそれぞれ離間し
た接点を有する固定エレメントとにより構成され、前記
可撓領域の温度が変化したときの前記可動エレメントの
変位により前記離間した接点を開閉することを特徴とす
る。請求項24の発明によれば、請求項1から請求項1
2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。
Further, the invention according to claim 24, wherein the semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced according to a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the region, and the semiconductor substrate 13. The heat insulating region according to claim 1, which is provided between the movable region and the flexible region; a movable element that is connected to the flexible region and has a contact; A fixed element having a contact that is separated from the contact, the contact being capable of contacting the contact, and the separated contact is opened and closed by displacement of the movable element when the temperature of the flexible region changes. It is characterized by doing. According to the invention of claim 24, claim 1 to claim 1
A semiconductor micro relay having the same effect as that of the second embodiment is obtained.

【0042】また、請求項25の発明は、請求項24に
記載の発明において、前記可撓領域は、可撓領域を加熱
するための加熱手段を含むことを特徴とする。請求項2
5の発明によれば、小型の半導体マイクロリレーが得ら
れる。
According to a twenty-fifth aspect, in the twenty-fourth aspect, the flexible region includes a heating means for heating the flexible region. Claim 2
According to the fifth aspect, a small-sized semiconductor microrelay can be obtained.

【0043】また、請求項26の発明は、請求項24又
は請求項25に記載の発明において、前記可撓領域が前
記半導体基板を固定端とする片持梁の一部であることを
特徴とする。請求項26の発明によれば、接点圧力の大
きい半導体マイクロリレーが得られる。
According to a twenty-sixth aspect, in the twenty-fourth or twenty-fifth aspect, the flexible region is a part of a cantilever having the semiconductor substrate as a fixed end. I do. According to the twenty-sixth aspect, a semiconductor micro relay having a large contact pressure can be obtained.

【0044】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.

【0045】詳細には、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を発生する可撓領域と、
半導体基板と可撓領域の間に設けられた熱絶縁領域から
構成されている。この可撓性領域と半導体基板との間に
設けられた熱絶縁領域は、可撓領域の厚み内にポリイミ
ドまたはフッ素化樹脂等の熱絶縁材料が充填された構造
となっている。可撓領域と半導体基板とを切り離すこと
により、可撓領域から半導体基板への熱の逃げを防ぎ、
可撓領域の厚み内に熱絶縁領域を設けることにより、簡
単な製造プロセスで熱絶縁構造体が製造できる。
More specifically, a semiconductor substrate, a flexible region which is separated from the semiconductor substrate and generates displacement due to a change in temperature,
It comprises a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. The heat insulating region provided between the flexible region and the semiconductor substrate has a structure in which a heat insulating material such as polyimide or fluorinated resin is filled in the thickness of the flexible region. By separating the flexible region and the semiconductor substrate, the escape of heat from the flexible region to the semiconductor substrate is prevented,
By providing the heat insulating region within the thickness of the flexible region, the heat insulating structure can be manufactured by a simple manufacturing process.

【0046】また、熱絶縁領域の上部または下部、もし
くは上部および下部に二酸化ケイ素薄膜などの硬度な薄
膜を設けることにより、可撓領域と半導体基板の接合部
分の強度を上げることができる。
Further, by providing a hard thin film such as a silicon dioxide thin film on the upper or lower portion, or on the upper and lower portions of the heat insulating region, the strength of the joint between the flexible region and the semiconductor substrate can be increased.

【0047】さらに、半導体基板と可撓領域とを櫛刃状
に加工し、その間に熱絶縁材料を充填させる構造によ
り、熱絶縁効果を保ちつつ接合部分の強度を上げること
ができる。また、このような熱絶縁構造体を用いて熱的
に応答する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を構成することによ
り、熱効率のよい小型・低消費電力駆動の半導体マイク
ロアクチュエータ、半導体マイクロバルブ、半導体マイ
クロリレーを実現できる。
Further, the structure in which the semiconductor substrate and the flexible region are processed into a comb-tooth shape and a heat insulating material is filled between them can increase the strength of the bonding portion while maintaining the heat insulating effect. In addition, a semiconductor microactuator, a semiconductor microvalve, and a semiconductor microrelay that respond thermally using such a heat insulating structure can be used to achieve a small and low power consumption semiconductor microactuator with high thermal efficiency. Valves and semiconductor micro relays can be realized.

【0048】[0048]

【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は本発明に係わる熱絶縁構造体を用
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 heat insulating structure according to the present invention, FIG. 2 (a) is a sectional view, and FIG. 2 (b) is a top view.

【0049】図示したように、半導体マイクロアクチュ
エータ1は、シリコン等からなる中空で略四角形状の枠
体となる半導体基板3と、その内方にそれぞれ熱絶縁領
域7を介して4点で接合される半導体基板3より切り離
された可動部位8により構成される。この可動部位8
は、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た中央の可動エ
レメント5をその上面の開口部4辺のそれぞれより外方
に延びる四角片状の可撓領域2で支える構造となってお
り、可撓領域2は可動エレメント5を挟んで略十字形状
となっている。
As shown in the figure, the semiconductor microactuator 1 is joined to a semiconductor substrate 3 made of silicon or the like, which is a hollow, substantially rectangular frame, at four points inside the semiconductor substrate 3 via heat insulating regions 7 respectively. And a movable portion 8 separated from the semiconductor substrate 3. This movable part 8
Is a rectangular piece that extends outwardly from each of the four sides of the opening on the upper surface of the central movable element 5 formed in a hollow truncated pyramid shape in which the upper surface is opened in a square shape and the width decreases downward. The flexible region 2 has a substantially cross shape with the movable element 5 interposed therebetween.

【0050】半導体基板3と可撓領域2との間の熱絶縁
領域7には、可撓領域2とほぼ同じ厚さでフッ素化樹
脂、ポリイミド等の熱絶縁材料が充填されている。ま
た、可撓領域2上の表面には不純物拡散抵抗等よりなる
可撓領域2を加熱するための加熱手段6が設けられてお
り、この可撓領域2はその上にアルミニウム薄膜または
ニッケル薄膜などの、可撓領域2を構成するシリコンと
熱膨張係数の異なる薄膜4が設けられている。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
熱絶縁構造体が構成される。
The heat insulating region 7 between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 is filled with a heat insulating material such as a fluorinated resin or polyimide at substantially the same thickness as the flexible region 2. A heating means 6 for heating the flexible region 2 made of impurity diffusion resistance or the like is provided on the surface of the flexible region 2, and the flexible region 2 is provided thereon with an aluminum thin film or a nickel thin film. A thin film 4 having a different coefficient of thermal expansion from that of the silicon constituting the flexible region 2 is provided. here,
The semiconductor substrate 3, the flexible region 2, and the heat insulating region 7 therebetween form a heat insulating structure.

【0051】ここでこの発明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
の横方向の長さを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の長さ(半導体基板3
から可動エレメント5への方向の長さ)を800μm、
可撓領域2の幅(熱絶縁領域7と平行方向)を600μ
mとする。
Here, in order to explain the operation of the present invention,
As a specific example, as shown in the sectional view of FIG.
Has a lateral length of 30 μm and a thickness of 20 μm, and is made of polyimide (trade name “Photo Nice”,
Hereinafter, the case where polyimide is used) will be considered. Further, the length of the flexible region 2 shown in FIG.
Is 800 μm,
The width of the flexible region 2 (in the direction parallel to the heat insulating region 7) is set to 600 μm.
m.

【0052】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Q3の熱流の向きに垂直
な断面A3は A3=(ポリイミドの厚み)×(可撓領域の幅)=20
μm×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。上記したように可動部位8は4つの可撓領域を
有しているため、全体として16.8mWの熱量とな
る。これは、加熱手段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 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 A3 perpendicular to the direction of the heat flow of the escaped heat Q3 is: A3 = (thickness of polyimide) × (width of flexible region) = 20
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 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 movable portion 8 has four flexible regions, 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 inputting the input power of 16.8 mW to the heating means 6, and the power consumption is reduced to 1/40 of that of the conventional example of 660 mW. it can.

【0053】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
の両持梁構造のモデルを考える。図4(a)に示すよう
に梁の中心に荷重Wが下から加えられた場合には、梁の
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25,26と梁27の間に位置する。
そこで、例えば荷重Wが1g、梁27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500μmに
46.7kPaの圧力がかかった場合に相当する)にお
ける梁27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 from below as shown in FIG. 4A, the shear force and moment force of the beam become as shown in FIGS. 4B and 4C, respectively. The heat insulation region 7 is located between the fixed ends 25 and 26 at both ends and the beam 27 in FIG.
Therefore, for example, a force applied to the beam 27 when a load W of 1 g is applied to the center of the beam 27 (corresponding to a case where a pressure of 46.7 kPa is applied to the orifice 500 μm in the case of a microvalve) is obtained.

【0054】梁にかかるせん断力FはF=W/2=1.
0×10-3(kgf)/2=0.5×10-3(kgf)
=4.9×10-3(N)となり、梁にかかる最大せん断
応力Fmaxは、 Fmax=F/S(Sは梁の断面積) となる。ここで、梁の幅b=600μm、梁の厚みh=
20μmとすると断面積Sは S=bh=600×10-4×20×10-4=1.2×1
-4cm2 となる。よって、梁27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、梁にかかる最大応力σmaxを求める。
最大応力σmaxは、 σmax=Mmax/Z で表される。このとき、Mmaxは最大モーメントであ
り、Z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M
maxは、Mmax=WL/8=1.0×10-3(kg
f)×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Zは Z=bh2/6=1/6×600×10-4×(20×1
-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、梁の寸法を上述したように、幅600
μm、長さ800μmとして求めた。
The shear force F applied to the beam is F = W / 2 = 1.
0 × 10 −3 (kgf) /2=0.5×10 −3 (kgf)
= 4.9 × 10 −3 (N), and the maximum shear stress Fmax applied to the beam is as follows: Fmax = F / S (S is the cross-sectional area of the beam). Here, beam width b = 600 μm, beam thickness h =
Assuming 20 μm, the sectional area S is as follows: S = bh = 600 × 10 −4 × 20 × 10 −4 = 1.2 × 1
0 -4 cm 2 . Therefore, the maximum shear stress Fma applied to the beam 27
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 is determined.
The maximum stress σmax is represented by σmax = Mmax / Z. At this time, Mmax is the maximum moment, and Z is the section modulus. The maximum moment Mmax is, as shown in FIG. 4C, Mmax = WL / 8 (L is the length of the beam 800 μm).
max is Mmax = WL / 8 = 1.0 × 10 −3 (kg
f) × 800 × 10 −4 (cm) /8=1.0×10
−5 (kgf · cm) = 9.8 × 10 −5 (N · cm) Further, section modulus Z is Z = bh 2/6 = 1 /6 × 600 × 10 -4 × (20 × 1
0 −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, the dimensions of the beam are set to 600
μm and a length of 800 μm.

【0055】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.

【0056】ここで、図3で示した熱絶縁領域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、28
は枠部となる半導体基板、29は可撓領域を示してい
る。このような工程を経て図3に示す熱絶縁領域7が形
成される。
Here, an example of a method of forming the heat insulating region 7 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a groove 15 is formed by etching a portion corresponding to a heat insulating region on the surface of the semiconductor substrate 17 with KOH or the like. Thereafter, 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, as shown in FIG. 5D, etching is performed from the back surface of the semiconductor substrate 17 with KOH or the like. At this time, 28
Denotes a semiconductor substrate serving as a frame portion, and 29 denotes a flexible region. Through these steps, the heat insulating region 7 shown in FIG. 3 is formed.

【0057】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(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μm)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
間の熱絶縁領域7の可撓領域2の厚み内に形成されるの
で、従来例に比べて熱絶縁効果が優れ、かつ強度をもつ
熱絶縁構造体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
との接合を確実にし、その接合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 or fluorinated resin, which has a high heat insulating property (about 80 times that of silicon dioxide). By making good use of the property that a thin film having a desired thickness (several μm to several tens μm) can be easily obtained by a semiconductor manufacturing process, the heat insulating region 7 between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 can be formed. Since the heat insulating structure is formed within the thickness of the flexible region 2, a heat insulating structure having a higher heat insulating effect and a higher strength than the conventional example can be easily realized by using a semiconductor manufacturing process. Further, as described above, by making the heat insulating region 7 substantially the same thickness as the flexible region 2, the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 are formed.
And the strength of the joint can be increased.

【0058】ここで、半導体マイクロアクチュエータ1
の動作を説明する。加熱手段6に電力が加えられると可
撓領域2の温度が上昇する。可撓領域2の上部には可撓
領域2と異なる熱膨張係数を持つ薄膜4が形成されてい
るため、両者の熱膨張差による熱応力が発生する。例え
ば、薄膜4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、可撓領域2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。可動エレメント5は可撓領域2に
連接されているため、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。
Here, the semiconductor microactuator 1
Will be described. When electric power is applied to the heating means 6, the temperature of the flexible region 2 rises. Since the thin film 4 having a thermal expansion coefficient different from that of the flexible region 2 is formed on the upper portion of the flexible region 2, thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion between the two. For example, when a metal thin film of aluminum, nickel, or the like is formed as the thin film 4, the flexible region 2 is bent downward in the figure because the thermal expansion coefficient is larger than that of the silicon constituting the flexible region 2. . Since the movable element 5 is connected to the flexible region 2, the movable element 5 receives the thermal stress of the flexible region 2 and is displaced downward with respect to the semiconductor substrate 3.

【0059】本実施形態の半導体マイクロアクチュエー
タ1においては、中央の可動エレメント5とその周囲の
4つの可撓領域2とで十字形状の梁を構成しており、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、上記の構成により製造プロセス
が簡単であり、また熱絶縁性が高く小型・低消費電力で
駆動可能である。また、可撓領域2には可撓領域2を加
熱するための拡散抵抗等からなる加熱手段6が設けられ
ているので半導体マイクロアクチュエータ1を小型化で
きる。
In the semiconductor microactuator 1 according to the present embodiment, the central movable element 5 and the four flexible regions 2 surrounding the central movable element 5 form a cross-shaped beam. , The displacement is non-rotational, and the displacement control accuracy is good and a large force can be generated. Further, the manufacturing process is simple with the above-described configuration, and the device can be driven with high thermal insulation and small size and low power consumption. In addition, since the flexible region 2 is provided with the heating means 6 made of a diffusion resistance or the like for heating the flexible region 2, the semiconductor microactuator 1 can be downsized.

【0060】次に、上記した半導体基板3と可撓領域2
と熱絶縁領域7とにより構成される熱絶縁構造体の他の
例を説明する。本例の熱絶縁構造体は図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
間の厚み内に、可撓領域2の厚さとほぼ同じ厚さの熱絶
縁領域10が形成される点は図3と同じであるが、この
熱絶縁領域10は上部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材料領域11と、下
部に二酸化ケイ素などの熱絶縁領域11を構成する材料
よりも硬い薄膜で構成された補強領域12より構成され
ている。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, the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2
Another example of the heat insulating structure constituted by the heat insulating region 7 will be described. The heat insulating structure of this example is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3B, a heat insulating region 10 having a thickness substantially equal to the thickness of the flexible region 2 is formed in the thickness between the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 as shown in FIG. In the same manner, this heat insulating region 10 has a heat insulating material region 11 made of a heat insulating material such as fluorinated resin or polyimide on the upper portion, and a thin film harder than the material forming the heat insulating region 11 such as silicon dioxide on the lower portion. The reinforcement region 12 is composed of: 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).

【0061】熱絶縁領域10の具体的な寸法としては図
7に示したように、全体の厚さが20μmであり、熱絶
縁材料領域11は19μm、補強領域12は1μmの厚
さである。そして、図6(a)に示すように熱絶縁領域
10の横方向、すなわち半導体基板3から可撓領域2の
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11を構成する材料としてポリイミドを用い、
補強領域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10の強度を上記した図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 thickness of the heat insulating region 10 is 20 μm as a whole, the heat insulating material region 11 is 19 μm, and the reinforcing region 12 is 1 μm. Then, as shown in FIG. 6A, the length in the lateral direction of the heat insulating region 10, ie, the direction from the semiconductor substrate 3 to the flexible region 2, is 30 μm, and the length in the YY ′ direction, ie, the depth direction is It is 600 μm. Here, polyimide is used as a material constituting the heat insulating material region 11,
The strength of the heat insulating region 10 when silicon dioxide is used as the material forming the reinforcing region 12 is determined under the same conditions as the above-described calculation of the strength of the heat insulating region 7 in FIG.

【0062】熱絶縁領域10の各構成材料のヤング率を
i、各領域の図7で示した断面の断面積をAi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。
Assuming that the Young's modulus of each constituent material of the heat insulating region 10 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 given by ηa by the following equation. Can be

【0063】[0063]

【式1】 (Equation 1)

【0064】補強領域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 region 12 are as follows.

【0065】[0065]

【式2】 (Equation 2)

【0066】また、熱絶縁材料領域11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 region 11 are obtained as follows.

【0067】[0067]

【式3】 (Equation 3)

【0068】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.

【0069】[0069]

【式4】 (Equation 4)

【0070】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 with respect to the neutral axis of silicon dioxide and polyimide are obtained as follows.

【0071】[0071]

【式5】 (Equation 5)

【0072】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) 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). Calculating the maximum bending stress σsmax of silicon dioxide,

【0073】[0073]

【式6】 (Equation 6)

【0074】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.

【0075】[0075]

【式7】 Equation 7

【0076】よって、ポリイミドにより構成された熱絶
縁材料領域11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。図6では、補強領域12を熱絶縁材料
領域11の下部に設けているが、上部であっても同等の
効果が得られる。また、上下両側に設けた場合は下部、
上部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 material region 11 made of polyimide is about 比 べ of that in the example shown in FIG. This is apparently equivalent to doubling the intensity. In FIG. 6, the reinforcing region 12 is provided below the heat insulating material region 11, but the same effect can be obtained even in the upper region. Also, if it is provided on both upper and lower sides, the lower part,
An effect twice as large as that provided in each of the upper portions can be obtained.

【0077】このように、図6で示した熱絶縁領域10
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18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1
9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18の表面に二酸化ケイ素薄膜2
1を形成する。二酸化ケイ素薄膜21はエッチングなど
により溝19の表面部分以外は除去される。
As described above, the heat insulating region 10 shown in FIG.
An example of a forming method will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in FIG. 3A, a portion of the surface of the semiconductor substrate 18 corresponding to the heat insulating region is etched with KOH or the like to form a groove 1.
9 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 8B, the silicon dioxide thin film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 18 by thermal oxidation or the like.
Form one. Except for the surface portion of the groove 19, the silicon dioxide thin film 21 is removed by etching or the like.

【0078】次に、図8(c)に示すように、ポリイミ
ド薄膜22をコータなどにより回転塗布し、溝19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19を埋め
尽くした部分のポリイミド薄膜22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18に裏面よりKOHなどによりエッチングを行う。
このとき、23は半導体基板、24は可撓領域である。
このような工程を経て、図6に示す熱絶縁領域10が形
成される。
Next, as shown in FIG. 8C, a polyimide thin film 22 is spin-coated with a coater or the like, and is formed so as to fill the groove 19. Further, as shown in FIG. 8D, patterning is performed so that the polyimide thin film 22 in a portion that fills the groove 19 by a photolithography process of a semiconductor is left, and the other portion is removed, and is heated to about 400 ° C. The organic solvent or the like contained in the polyimide is evaporated and solidified. Next, as shown in FIG. 8E, the semiconductor substrate 18 is etched from the back surface with KOH or the like.
At this time, 23 is a semiconductor substrate, and 24 is a flexible region.
Through these steps, the heat insulating region 10 shown in FIG. 6 is formed.

【0079】次に、本発明の熱絶縁構造体の更に他の例
を説明する。本例は図9(a)、図9(b)に示すよう
に、半導体基板3から切り離された可撓領域2と半導体
基板3との間の厚み内に可撓領域2とほぼ同じ厚さの熱
絶縁領域20が形成されている。本実施例では図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のそれぞれが、可撓領域2のB−B’方向の外側
では可撓領域2が突出し、内側では半導体基板3が突出
するように3本の櫛刃を有する櫛刃状に形成され、それ
ぞれの間に熱絶縁領域20が設けられている。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20が混在した構成となる。ここで、熱絶縁領域2
0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 example of the heat insulating structure of the present invention will be described. In this example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the thickness between the flexible region 2 separated from the semiconductor substrate 3 and the semiconductor substrate 3 is substantially the same as that of the flexible region 2. Is formed. In this embodiment, FIG.
As shown in the top view of (b), each of the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 has the flexible region 2 projecting outside the flexible region 2 in the BB ′ direction, and the semiconductor substrate 3 projecting inside the flexible region 2. In the form of a comb blade having three comb blades, and a heat insulating region 20 is provided between each of them. FIG.
As shown in FIG. 10 which is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 10B, the flexible region 2, the semiconductor substrate 3, and the heat insulating region 20 are mixed in the direction BB ′. Here, the heat insulation area 2
0 is made of a fluorinated resin, polyimide or the like.

【0080】この熱絶縁領域20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20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、上記し
た可撓領域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20のB−B’方向
の幅を30μmとする。また、熱絶縁領域20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20の強度を計算す
る。
In order to calculate the strength of the heat insulating region 20, as a specific example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the thickness of the heat insulating region 20 is set to 20 μm and the thickness in the direction perpendicular to the BB ′ direction. The width is 30 μm. As shown in FIG. 10, BB ′ of each of the comb blades including the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3 described above.
The width in the direction is 180 μm, and the width in the BB ′ direction of the heat insulating region 20 is 30 μm. The material of the heat insulating region 20 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 20 is calculated under the same conditions as the strength calculation of FIG.

【0081】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 two. 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.

【0082】[0082]

【式8】 (Equation 8)

【0083】[0083]

【式9】 [Equation 9]

【0084】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/
2)=1.9×1012(dyne/cm2)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 / cm 2 ),

【0085】[0085]

【式10】 (Equation 10)

【0086】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

【0087】[0087]

【式11】 [Equation 11]

【0088】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 ).

【0089】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.

【0090】[0090]

【式12】 (Equation 12)

【0091】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).

【0092】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.

【0093】[0093]

【式13】 (Equation 13)

【0094】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).

【0095】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.

【0096】[0096]

【式14】 (Equation 14)

【0097】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.

【0098】[0098]

【式15】 (Equation 15)

【0099】ここで、Zbは断面係数である。Here, Zb is a section modulus.

【0100】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3本の櫛刃状である場合について記載してい
るが、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。
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. FIG. 9 illustrates a case where the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 form three comb blades, but the present invention is not limited to this, and at least two or more comb blade structures are used. By doing so, a similar effect can be obtained.

【0101】尚、図1〜図3に示した半導体マイクロア
クチュエータでは、可撓領域2と可動エレメント5が一
体化されて可動エレメント5が可撓領域2に連接するよ
う構成されているが、図11に示すように、可動エレメ
ント5aが可撓領域2aから切り離されており、可動エ
レメント5aと可撓領域2aとの間にポリイミド等の樹
脂が充填された熱絶縁領域7bが形成される構成であっ
てもよい。半導体基板3aと可撓領域2aとの間に熱絶
縁領域7aが形成されている点は図1〜図3と同じであ
る。
In the semiconductor microactuator shown in FIGS. 1 to 3, the flexible region 2 and the movable element 5 are integrated so that the movable element 5 is connected to the flexible region 2. As shown in FIG. 11, the movable element 5a is separated from the flexible region 2a, and a heat insulating region 7b filled with a resin such as polyimide is formed between the movable element 5a and the flexible region 2a. There may be. The point that the heat insulating region 7a is formed between the semiconductor substrate 3a and the flexible region 2a is the same as in FIGS.

【0102】半導体基板3aのほうが可動エレメント5
aより熱容量が大きく、可撓領域2aを半導体基板3a
より切り離して、その間に熱絶縁領域7aを設ける構造
であっても、拡散抵抗6aからの熱の逃げを抑制する効
果があるが、可撓領域2aより可動エレメント5aを切
り離して熱絶縁領域7bを設ける構造とすることで更に
熱絶縁性が高まり、加熱手段なる拡散抵抗6aにより効
果的に可撓領域2aと薄膜4aを加熱することができ
る。よって、消費電力の低減が図れる。
The movable element 5 is provided on the semiconductor substrate 3a.
a, the flexible region 2a has a larger heat capacity than the semiconductor substrate 3a.
Even in the structure in which the heat insulating region 7a is provided between the flexible region 2a and the heat insulating region 7a, the movable element 5a is separated from the flexible region 2a to reduce the heat insulating region 7b. With this structure, the thermal insulation is further enhanced, and the flexible region 2a and the thin film 4a can be effectively heated by the diffusion resistor 6a serving as a heating unit. Therefore, power consumption can be reduced.

【0103】図11を説明する。半導体基板3a、可撓
領域2a、可動エレメント5aの各上面には保護薄膜9
bが設けられており、その一部の上面に保護薄膜9aが
設けられている。可撓領域2aの表面には可撓領域2a
を加熱するための加熱手段(ヒータ)なる拡散抵抗6a
が設けられており、この拡散抵抗6aに一端が接続さ
れ、可撓領域2a上部の保護薄膜9a上、熱絶縁領域7
aの下部面を介して、半導体基板3a上部の保護薄膜9
a上に設けられた例えば電極パッド(図示せず)に接続
されるアルミ配線13aが形成されている。
Referring to FIG. A protective thin film 9 is provided on each upper surface of the semiconductor substrate 3a, the flexible region 2a, and the movable element 5a.
b, and a protective thin film 9a is provided on a part of the upper surface thereof. The flexible region 2a is provided on the surface of the flexible region 2a.
Resistance 6a as heating means (heater) for heating
One end is connected to the diffusion resistor 6a, and the heat insulating region 7 is formed on the protective thin film 9a on the flexible region 2a.
a through the lower surface of the protective thin film 9 on the upper part of the semiconductor substrate 3a.
An aluminum wiring 13a connected to, for example, an electrode pad (not shown) provided on a is formed.

【0104】また、可撓領域2a上部の保護薄膜9aの
上面に可撓領域2aを構成するシリコンとは熱膨張係数
の異なる薄膜4aが設けられており、アルミ配線13a
を介して拡散抵抗6aに電力が加えられると、拡散抵抗
6aの温度が上昇し、可撓領域2のシリコンと薄膜4a
の熱膨張差により熱応力が発生して可撓領域2aが変位
し、可動エレメント5aが変位する。
Further, a thin film 4a having a different coefficient of thermal expansion from the silicon constituting the flexible region 2a is provided on the upper surface of the protective thin film 9a on the flexible region 2a.
When electric power is applied to the diffusion resistor 6a through the gate, the temperature of the diffusion resistor 6a rises, and the silicon of the flexible region 2 and the thin film 4a
A thermal stress is generated due to the difference in thermal expansion of the movable element 5a, and the flexible region 2a is displaced, and the movable element 5a is displaced.

【0105】図12はアルミ配線13aの形成状態を模
式的に示したものであり、可撓領域2aの上部から熱絶
縁領域7aの側部、可撓領域2aの厚み方向の一端面で
ある下面部7P、側部を介して半導体基板3aの上部に
わたって形成されている。尚、図12では保護薄膜の図
示は省略している。
FIG. 12 schematically shows the state of formation of the aluminum wiring 13a. The upper surface of the flexible region 2a, the side of the heat insulating region 7a, and the lower surface which is one end surface of the flexible region 2a in the thickness direction. The portion 7P is formed over the upper portion of the semiconductor substrate 3a via the side portion. In FIG. 12, illustration of the protective thin film is omitted.

【0106】図11のように構成される半導体マイクロ
アクチュエータの製造工程を図13、図14を用いて説
明する。
A manufacturing process of the semiconductor microactuator configured as shown in FIG. 11 will be described with reference to FIGS.

【0107】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13
(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。
First, a silicon oxide film 80a is formed on both surfaces of a single crystal silicon substrate 80 by thermal oxidation or the like, and a photoresist patterned in a predetermined shape is used as a mask.
The opening 80b is formed by etching the silicon oxide film 80a provided on the back surface of the single crystal silicon substrate 80.
Is formed, and the photoresist is removed by plasma ashing or the like. The 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. 13).
(A)). 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.

【0108】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13(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. 13B). .

【0109】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13(c))。
Then, using the photoresist patterned in a predetermined shape as a mask, an opening 82 is formed by etching the silicon oxide film 81b and the silicon nitride film 81a, and the photoresist is removed by plasma ashing or the like (see FIG. 13 (c)).

【0110】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と可撓領域2aを形成する。このとき、所
望の可動エレメント5aの厚さ、及び可撓領域2a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7
a,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10μ
m程度の厚みとなるようにエッチングを行う(図13
(d))。
Next, the opening 8 of the single crystal silicon substrate 80 is formed.
The movable element 5a and the flexible region 2a are formed by etching 2 with a KOH aqueous solution or the like. At this time, in order to obtain the desired thickness of the movable element 5a and the thickness of the flexible region 2a, a time difference may be provided between the start of etching from each surface of the single crystal silicon substrate 80. Thereafter, the single crystal silicon substrate 80 is etched to form the heat insulating region 7.
A groove 83a, 83b for forming a, 7b is formed. The grooves 83a and 83b are for embedding an organic material such as polyimide in a later step, and have a bottom thickness of 10 μm.
Etching is performed to a thickness of about m (FIG. 13)
(D)).

【0111】続いて、可動エレメント5a、可撓領域2
a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
13(e))。
Subsequently, the movable element 5a, the flexible region 2
The surface of the substrate etched to form a is oxidized to form a protective film 84 when plating the substrate (FIG. 13E).

【0112】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に接続される電気配線なるアルミ配
線13aを形成する(図14(a))。
Then, aluminum is formed on the upper surface of the single crystal silicon substrate 80 by sputtering or EB vapor deposition to form an aluminum wiring 13a serving as an electric wiring connected to the diffusion resistor 6a (FIG. 14A).

【0113】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14(b))。このよう
にして有機物85の下部面にアルミ配線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8
5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. 14B). In this manner, a structure in which the aluminum wiring 13a is formed on the lower surface of the organic substance 85 is obtained. Here, an organic material such as polyimide 8
5 is formed only in a predetermined portion using a semiconductor lithography process.

【0114】そして次に、所定形状の金属パターンをメ
ッキなどで可撓領域2a上部のシリコン窒化膜81a
(図11の保護薄膜9a)上に形成して薄膜4aとする
(図14(c))。これにより可撓領域2aと薄膜4a
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。
Then, a metal pattern of a predetermined shape is formed by plating or the like on the silicon nitride film 81a over the flexible region 2a.
(Protective thin film 9a in FIG. 11) to form thin film 4a (FIG. 14C). Thereby, the flexible region 2a and the thin film 4a
Thus, a bimetal structure as a driving source of the semiconductor microactuator is obtained.

【0115】次に、可撓領域2aの裏面からRIE等で
エッチングして、可撓領域2aを単結晶シリコン基板8
0の周辺部(図11での半導体基板3)及び可動エレメ
ント5aと分離させる(図14(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 flexible region 2a is etched from the back surface of the flexible region 2a by RIE or the like, so that the flexible region 2a is
0 (semiconductor substrate 3 in FIG. 11) and movable element 5a (FIG. 14D). This allows
The movable element 5a, the flexible region 2a, and the semiconductor substrate 3a are thermally insulated from each other, and have thermal insulation regions 7a and 7b provided therebetween.

【0116】このように半導体マイクロアクチュエータ
87が製造され、この半導体マイクロアクチュエータ8
7と所定の型に形成されたガラス基板88とを陽極接合
等により接合して図15に示すような半導体マイクロア
クチュエータを用いた半導体マイクロバルブが製造され
る。これは、その後可撓領域2a以外のダイヤフラム部
がRIE等によりエッチングされる。(図示せず)図1
1におけるアルミ配線13aは、図12に示すように熱
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7aの内部に設けられ
るようにしてもよい。
Thus, the semiconductor microactuator 87 is manufactured.
7 and a glass substrate 88 formed in a predetermined mold are bonded by anodic bonding or the like, thereby manufacturing a semiconductor microvalve using a semiconductor microactuator as shown in FIG. After that, the diaphragm portion other than the flexible region 2a is etched by RIE or the like. (Not shown) FIG.
The aluminum wiring 13a in FIG. 1 is provided on the lower surface of the heat insulating region 7a as shown in FIG. 12, but the aluminum wiring 13b is substantially intermediate between the upper surface and the lower surface of the heat insulating region 7a as shown in FIG. It may be provided inside the heat insulating region 7a.

【0117】このようにアルミ配線13bを形成するに
は、図13(e)に示す保護膜84の形成工程の後、図
13(d)の工程で形成された上記溝83aに、図14
(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14
(a)に示すアルミ配線の形成工程を行い、再度図14
(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。他の工程は図13、図14で示した通り
のためその説明を省略する。
In order to form the aluminum wiring 13b in this way, after the step of forming the protective film 84 shown in FIG. 13E, the groove 83a formed in the step of FIG.
In the step of embedding an organic substance 85 such as polyimide shown in FIG.
The step of forming the aluminum wiring shown in FIG.
The groove 83a may be filled by the filling step shown in FIG. The other steps are as shown in FIG. 13 and FIG.

【0118】このようにアルミ配線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 aluminum wiring 13b is formed inside the heat insulating region 7a as described above, the aluminum wiring 13b has an effect of protecting aluminum in a later etching step and the like, and a highly reliable wiring structure can be realized.

【0119】また、上記配線構造において、図17に示
すようにアルミ配線13cが熱絶縁領域7aの上面に設
けられるようにしてもよい。
In the above wiring structure, an aluminum wiring 13c may be provided on the upper surface of heat insulating region 7a as shown in FIG.

【0120】このようにアルミ配線13cを形成するに
は、図13(e)に示す保護膜84の形成工程の後、図
13(d)の工程で形成された上記溝83aに、図14
(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14(a)に示
すアルミ配線の形成工程にてポリイミドの上面にアルミ
配線を形成すればよい。他の工程は図13、図14で示
した通りのためその説明を省略する。
In order to form the aluminum wiring 13c in this manner, after the step of forming the protective film 84 shown in FIG. 13E, the groove 83a formed in the step of FIG.
Polyimide is buried in the step of burying an organic substance 85 such as polyimide shown in FIG. 14B, and then aluminum wiring is formed on the upper surface of the polyimide in the step of forming aluminum wiring shown in FIG. The other steps are as shown in FIG. 13 and FIG.

【0121】このようにアルミ配線13cが熱絶縁領域
7aの上面部に形成されているため、すなわち可撓領域
2a、熱絶縁領域7a、半導体基板3aが面一である側
の面上に形成されているので、アルミ配線が熱絶縁領域
7aの内部あるいは下面部に設けられる場合に比べて、
アルミ配線の段差が小さくなり、アルミ配線の断線防止
効果がある。
Since the aluminum wiring 13c is formed on the upper surface of the heat insulating region 7a, the flexible region 2a, the heat insulating region 7a, and the semiconductor substrate 3a are formed on the same surface. As compared with the case where the aluminum wiring is provided inside or on the lower surface of the heat insulating region 7a,
The step of the aluminum wiring is reduced, and there is an effect of preventing disconnection of the aluminum wiring.

【0122】(実施形態2)次に、図18の斜視図、図
19の上面図を用いて、本発明に係わる熱絶縁構造体を
用いた半導体マイクロアクチュエータの他の実施形態を
説明する。図示したように、半導体マイクロアクチュエ
ータ31は、シリコン等からなる中空で略四角形状の枠
体となる半導体基板30と、その内方にそれぞれ熱絶縁
領域37を介して4点で接合される半導体基板30より
切り離された可動部位38により構成される。この可動
部位38は、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た中央
の可動エレメント35をその上面の開口部4辺のそれぞ
れより外方に延びる略L字の片状の可撓領域32で支え
る構造となっており、可撓領域32のそれぞれが中央の
可動エレメント35を挟んで略卍字形状の梁となってい
る。
(Embodiment 2) Next, another embodiment of a semiconductor microactuator using a heat insulating structure according to the present invention will be described with reference to a perspective view of FIG. 18 and a top view of FIG. As shown, the semiconductor microactuator 31 is composed of a semiconductor substrate 30 made of silicon or the like, which is a hollow and substantially rectangular frame, and a semiconductor substrate joined to the inside thereof at four points via a heat insulating region 37. The movable portion 38 is separated from the movable portion 38. The movable portion 38 is formed by placing a central movable element 35 formed in a hollow truncated pyramid shape whose upper surface opens in a square shape and narrows downward as it goes downward, outward of each of the four sides of the opening portion on the upper surface. Each of the flexible regions 32 has a substantially swastika-shaped beam with the central movable element 35 interposed therebetween.

【0123】このとき、半導体基板30と可撓領域32
の間の可撓領域32の厚み内に、可撓領域32とほぼ同
じ厚さのフッ素化樹脂、ポリイミド等の熱絶縁材料から
なる熱絶縁領域37が設けられており、半導体基板30
と可撓領域32と熱絶縁領域37とで熱絶縁構造体が構
成される。また、各可撓領域32の表面には図示せぬ不
純物拡散抵抗等よりなる加熱手段が設けられており、こ
の可撓領域32はその上部に、アルミニウム薄膜または
ニッケル薄膜などの可撓領域32を構成するシリコンと
熱膨張係数の異なる薄膜34が設けられている。
At this time, the semiconductor substrate 30 and the flexible region 32
A heat insulating region 37 made of a heat insulating material such as fluorinated resin or polyimide and having substantially the same thickness as the flexible region 32 is provided within the thickness of the flexible region 32 between the semiconductor substrate 30 and the semiconductor substrate 30.
The flexible region 32 and the heat insulating region 37 constitute a heat insulating structure. A heating means such as an impurity diffusion resistance (not shown) is provided on the surface of each flexible region 32. The flexible region 32 has a flexible region 32 such as an aluminum thin film or a nickel thin film formed thereon. A thin film 34 having a different thermal expansion coefficient from that of the constituent silicon is provided.

【0124】このように構成された半導体マイクロアク
チュエータ31の動作を説明する。加熱手段に電力が加
えられると、可撓領域32の温度が上昇する。可撓領域
32はその上部に可撓領域32と異なる熱膨張係数をも
つ薄膜34が形成されているため、それぞれの熱膨張の
差により可撓領域32に熱応力が発生する。例えば、薄
膜34としてアルミニウム、ニッケル等の金属薄膜が形
成されている場合は、可撓領域32よりも熱膨張係数が
大きいため、図中下方向へ曲げられる。可撓領域32に
支えられる可動エレメント35は可撓領域32の熱応力
を受けて、半導体基板30に対して下方向に変位する。
The operation of the semiconductor microactuator 31 configured as described above will be described. When power is applied to the heating means, the temperature of the flexible region 32 rises. Since the thin film 34 having a different thermal expansion coefficient from that of the flexible region 32 is formed on the flexible region 32, a thermal stress is generated in the flexible region 32 due to a difference in thermal expansion between the thin films 34. For example, when a metal thin film of aluminum, nickel, or the like is formed as the thin film 34, the thin film 34 is bent downward in FIG. The movable element 35 supported by the flexible region 32 receives the thermal stress of the flexible region 32 and is displaced downward with respect to the semiconductor substrate 30.

【0125】本実施形態では、中央の可動エレメント3
5と可撓領域32とで卍字形状の梁を構成しており、可
動エレメント35の変位は半導体基板30に対して水平
方向の回転を含んでいる。また、卍形状であるため梁の
長さを長くすることができ、可撓領域32の撓みが大き
くなり、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、半導体基板3と可撓領域32と熱絶縁
領域37からなる熱絶縁構造体は前述した図3、図6、
図9に示したいずれのものを用いてもよく、上述した熱
絶縁構造体の効果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, the central movable element 3
5 and the flexible region 32 form a swastika-shaped beam, and the displacement of the movable element 35 includes horizontal rotation with respect to the semiconductor substrate 30. In addition, because of the swastika shape, the length of the beam can be increased, the bending of the flexible region 32 increases, and the displacement of the movable element 35 can be increased. Here, the heat insulating structure composed of the semiconductor substrate 3, the flexible region 32, and the heat insulating region 37 is described above with reference to FIGS.
Any of those shown in FIG. 9 may be used, and a semiconductor microactuator having the same effect as that of the above-described heat insulating structure can be obtained.

【0126】(実施形態3)次に、図20の斜視図を用
いて本発明に係わる熱絶縁構造体を用いた半導体マイク
ロアクチュエータの更に他の実施形態を示す。この半導
体マイクロアクチュエータ41は、シリコン等からなる
枠体となる半導体基板40と、その内方に熱絶縁領域4
7を介して接合される半導体基板40より切り離された
可動部位48により構成される。この可動部位48は、
一端に下方に突出形成される中空状の可動エレメント4
5と、この可動エレメント45に連接して形成される四
角片状の可撓領域42とにより構成されている。
(Embodiment 3) Next, still another embodiment of a semiconductor microactuator using a heat insulating structure according to the present invention will be described with reference to the perspective view of FIG. The semiconductor microactuator 41 includes a semiconductor substrate 40 serving as a frame made of silicon or the like, and a heat insulating region 4 inside the semiconductor substrate 40.
The movable part 48 is separated from the semiconductor substrate 40 joined through the movable part 7. This movable part 48
A hollow movable element 4 protruding downward at one end.
5 and a square-shaped flexible region 42 formed in connection with the movable element 45.

【0127】半導体基板40と、可動エレメント45の
ない側の可撓領域42の端部との間の厚み内に、可撓領
域42の厚みと同じ厚さの熱絶縁領域47が設けられて
いる。可撓領域42は、半導体基板40を固定端とする
片持梁構造となっている。この熱絶縁領域47はフッ素
化樹脂、ポリイミド等により構成されている。また、可
撓領域42の表面には不純物拡散抵抗等によりなる加熱
手段46が設けられ、可撓領域42の上部にはアルミニ
ウム薄膜またはニッケル薄膜などのシリコンと熱膨張係
数の異なる薄膜44が形成されている。また、半導体基
板40の表面には加熱手段46の電極パッド49があ
る。ここで、半導体基板40と可撓領域42と熱絶縁領
域47により熱絶縁構造体が構成されている。
A heat insulating region 47 having the same thickness as the flexible region 42 is provided within the thickness between the semiconductor substrate 40 and the end of the flexible region 42 on the side where the movable element 45 is not provided. . The flexible region 42 has a cantilever structure having the semiconductor substrate 40 as a fixed end. This heat insulating region 47 is made of a fluorinated resin, polyimide or the like. A heating means 46 made of impurity diffusion resistance or the like is provided on the surface of the flexible region 42, and a thin film 44 having a thermal expansion coefficient different from that of silicon, such as an aluminum thin film or a nickel thin film, is formed above the flexible region 42. ing. Further, an electrode pad 49 of the heating means 46 is provided on the surface of the semiconductor substrate 40. Here, the semiconductor substrate 40, the flexible region 42, and the heat insulating region 47 constitute a heat insulating structure.

【0128】このように構成された半導体マイクロアク
チュエータ41の動作を説明する。加熱手段46に電力
が加えられると、可撓領域42の温度が上昇する。可撓
領域42の上部には可撓領域42と異なる熱膨張係数を
もつ薄膜44が形成されているためその熱膨張係数差に
より、可撓領域42に熱応力が発生する。例えば、薄膜
44がアルミニウム、ニッケル等の金属薄膜である場合
は、可撓領域42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は図中下方向に曲げられる。
The operation of the semiconductor microactuator 41 thus configured will be described. When power is applied to the heating means 46, the temperature of the flexible region 42 increases. Since a thin film 44 having a different thermal expansion coefficient from that of the flexible region 42 is formed above the flexible region 42, thermal stress is generated in the flexible region 42 due to the difference in the thermal expansion coefficient. For example, when the thin film 44 is a metal thin film of aluminum, nickel, or the like, the flexible region 42 is bent downward in FIG.

【0129】そこで、可撓領域42と連接した可動エレ
メント45は、可撓領域42の熱応力を受け、半導体基
板40に対し下方向に変位する。この場合の変位は半導
体基板40に対し、垂直方向の回転を含む。このように
可撓領域42を片持梁構造にすることにより、可撓領域
42の自由度を大きくとれ、加熱時の可撓領域42の撓
みが大きくなり、可動エレメント45の変位を大きく
し、大きな力が得られる。ここで、熱絶縁構造体は図
3、図6、図9で示したものいずれを用いてもよく、上
記した熱絶縁構造体の効果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。
Therefore, the movable element 45 connected to the flexible region 42 receives the thermal stress of the flexible region 42 and is displaced downward with respect to the semiconductor substrate 40. The displacement in this case includes rotation in the vertical direction with respect to the semiconductor substrate 40. By forming the flexible region 42 in a cantilever structure in this manner, the flexibility of the flexible region 42 can be increased, the bending of the flexible region 42 during heating increases, and the displacement of the movable element 45 increases. Great power is obtained. Here, any of the thermal insulating structures shown in FIGS. 3, 6, and 9 may be used, and a semiconductor microactuator having the same effect as the above-described thermal insulating structure can be obtained.

【0130】(実施形態4)次に、図21の斜視図を用
いて、本発明に係る熱絶縁構造体を用いたマイクロバル
ブを説明する。この半導体マイクロバルブ52は、流体
制御エレメントである弁座50とその上部に陽極接合、
金共晶接合などにより接合されている弁体51とにより
構成されている。この弁体51は図1、図2で示した半
導体マイクロアクチュエータ1と同じ構成をしており、
同じ符号を付しその説明を省略する。弁座50はその表
面上に、弁体51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孔部であるオリフィス55が設け
られており、そのオリフィス55を取り囲むように、そ
の周囲部より突出し上面が略平面状の台部56が形成さ
れる。
(Embodiment 4) Next, a microvalve using the heat insulating structure according to the present invention will be described with reference to the perspective view of FIG. The semiconductor microvalve 52 has a valve seat 50 as a fluid control element and anodic bonding on the valve seat 50,
And a valve element 51 joined by gold eutectic joining or the like. This valve element 51 has the same configuration as the semiconductor microactuator 1 shown in FIGS.
The same reference numerals are given and the description is omitted. On the surface of the valve seat 50, an orifice 55, which is a hole corresponding to a fluid flow path, is provided at a position corresponding to the movable element 5 of the valve body 51, and the orifice 55 is surrounded by the orifice 55 so as to surround the orifice 55. A base portion 56 projecting from the portion and having a substantially planar upper surface is formed.

【0131】このとき可撓領域2に設けられた加熱手段
6に電流が流れ、可撓領域2が加熱されると薄膜4との
熱膨張係数の差により可撓領域2が撓み、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
の下面部と弁座50の台部56との隙間の間隔が変化
し、オリフィス55を流れる流体の流量が制御される。
At this time, a current flows through the heating means 6 provided in the flexible region 2, and when the flexible region 2 is heated, the flexible region 2 bends due to a difference in thermal expansion coefficient between the flexible region 2 and the movable element 5. Is displaced. Due to the displacement of the movable element 5, the gap between the lower surface and the base 56 of the valve seat 50 changes, and the flow rate of the fluid flowing through the orifice 55 is controlled.

【0132】本実施形態の半導体マイクロバルブ52の
弁体51には、上述した熱絶縁構造体が備えられてお
り、上記した効果と同様の効果が得られる。また、半導
体マイクロバルブ52の可撓領域2は図1、図2で説明
したのと同様、十字形状の梁の一部を構成するので、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。
The valve element 51 of the semiconductor microvalve 52 of this embodiment is provided with the above-mentioned heat insulating structure, and the same effects as those described above can be obtained. Further, since the flexible region 2 of the semiconductor microvalve 52 forms a part of a cross-shaped beam as described with reference to FIGS. 1 and 2, the control accuracy of the movable element 5 is good, and the control accuracy of the fluid is high. Good semiconductor microvalves are obtained.

【0133】(実施形態5)次に、図22の斜視図を用
いて本発明に係る熱絶縁構造体を用いた他の半導体マイ
クロバルブの実施形態を説明する。半導体マイクロバル
ブ62は、流体制御エレメントである弁座60とその上
部に陽極接合、金共晶接合などにより接合されている弁
体61とにより構成されている。この弁体61は図1
8、図19で示した半導体マイクロアクチュエータ31
と同じ構成をしており、同じ符号を付しその説明を省略
する。弁座60はその表面上に、弁体61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孔部で
あるオリフィス65が設けられており、そのオリフィス
65を取り囲むように、その周囲部より突出し上面が略
平面状の台部66が形成される。
(Embodiment 5) Next, another embodiment of a semiconductor microvalve using a heat insulating structure according to the present invention will be described with reference to the perspective view of FIG. The semiconductor microvalve 62 includes a valve seat 60 which is a fluid control element, and a valve body 61 joined to the upper portion thereof by anodic bonding, gold eutectic bonding, or the like. This valve element 61 is shown in FIG.
8, the semiconductor microactuator 31 shown in FIG.
, And the same reference numerals are given and the description is omitted. On the surface of the valve seat 60, an orifice 65, which is a hole corresponding to a fluid flow path, is provided at a position corresponding to the movable element 35 of the valve body 61. The orifice 65 surrounds the orifice 65 so as to surround the orifice 65. A base 66 protruding from the base and having a substantially flat upper surface is formed.

【0134】ここで、可撓領域32に形成された図示せ
ぬ加熱手段に電流が流れ、可撓領域32が加熱される
と、薄膜34との熱膨張の差により可撓領域32が撓
み、可動エレメント35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弁座60の台部66と
の隙間の間隔が変化し、オリフィス65を流れる流体の
流量が制御される。
Here, when a current flows through heating means (not shown) formed in the flexible region 32 and the flexible region 32 is heated, the flexible region 32 bends due to a difference in thermal expansion with the thin film 34, The movable element 35 is displaced. The displacement of the movable element 35 changes the gap between the lower surface of the movable element 35 and the base 66 of the valve seat 60, and controls the flow rate of the fluid flowing through the orifice 65.

【0135】本実施形態の半導体マイクロバルブ62の
弁体61には、上述した熱絶縁構造体が備えられてお
り、上記した効果と同様の効果が得られる。また、半導
体マイクロバルブ62の可撓領域32は図18、図19
で説明したのと同様、卍字形状の梁の一部を構成するの
で、可動エレメント35の変位が大きくなり、流体の流
量制御範囲の広い半導体マイクロバルブが得られる。
The valve body 61 of the semiconductor microvalve 62 of the present embodiment is provided with the above-described heat insulating structure, and the same effects as those described above can be obtained. The flexible region 32 of the semiconductor microvalve 62 is shown in FIGS.
As described above, since a part of the swastika-shaped beam is formed, the displacement of the movable element 35 is increased, and a semiconductor microvalve with a wide fluid flow control range can be obtained.

【0136】(実施形態6)次に、図23の斜視図を用
いて、本発明に係る熱絶縁構造体を用いた半導体マイク
ロリレーの実施形態を説明する。半導体マイクロリレー
70は、表面に固定接点76,77が設けられた固定エ
レメントである固定片72と、その上部に陽極接合、金
共晶接合などにより接合された可動片71とにより構成
される。この可動片71は図20で示した半導体マイク
ロアクチュエータ41と同様の構成をしており、同じも
のには同じ符号を付しその説明を省略する。可動片71
の下面には可動接点75が設けられており、固定片72
上の固定接点76,77は可動接点75と対応する位置
に可動接点75と接触可能に分離されて設けられてい
る。
(Embodiment 6) Next, an embodiment of a semiconductor micro relay using a heat insulating structure according to the present invention will be described with reference to the perspective view of FIG. The semiconductor microrelay 70 includes a fixed piece 72 which is a fixed element having fixed contacts 76 and 77 provided on the surface thereof, and a movable piece 71 joined to the upper portion thereof by anodic bonding, gold eutectic bonding or the like. The movable piece 71 has the same configuration as the semiconductor microactuator 41 shown in FIG. 20, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Movable piece 71
A movable contact 75 is provided on the lower surface of the
The upper fixed contacts 76 and 77 are provided at positions corresponding to the movable contact 75 so as to be separated from the movable contact 75 so as to come into contact therewith.

【0137】ここで、加熱手段46に電流が流れ可撓領
域42が加熱されると、可撓領域42と薄膜44との熱
膨張の差により可撓領域42が撓み、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75と固定接点76,77が接
触し、固定接点76,77が閉じるように半導体マイク
ロリレー70が動作する。
Here, when an electric current flows through the heating means 46 and the flexible region 42 is heated, the flexible region 42 bends due to a difference in thermal expansion between the flexible region 42 and the thin film 44, and the movable element 4
5 is displaced. Due to this displacement, the movable contact 75 provided on the lower surface of the movable element 45 comes into contact with the fixed contacts 76 and 77, and the semiconductor micro relay 70 operates so that the fixed contacts 76 and 77 close.

【0138】本実施形態の半導体マイクロリレー70の
可動片71には、上述した熱絶縁構造体が備えられてお
り、上記した効果と同様の効果が得られる。また、半導
体マイクロリレー70の可撓領域42は図20で説明し
たのと同様、半導体基板40を固定端とする片持梁の一
部であるため、接点圧力の大きい半導体マイクロリレー
が得られる。
The movable piece 71 of the semiconductor micro relay 70 of the present embodiment is provided with the above-described heat insulating structure, and the same effects as those described above can be obtained. Also, the flexible region 42 of the semiconductor microrelay 70 is a part of a cantilever having the semiconductor substrate 40 as a fixed end, as described with reference to FIG. 20, so that a semiconductor microrelay having a large contact pressure can be obtained.

【0139】また、図23に示した半導体マイクロリレ
ーでは、可撓領域42と可動エレメント45が一体化さ
れて可動エレメント45が可撓領域42に連接している
よう構成されているが、図24に示すように、可動エレ
メント45aが可撓領域42aから切り離されており、
可動エレメント45aと可撓領域42aとの間にポリイ
ミド等の樹脂が充填された熱絶縁領域47bが形成され
る構成であってもよい。半導体基板40aと可撓領域4
2aとの間に熱絶縁領域47aが形成されている。
In the semiconductor microrelay shown in FIG. 23, the flexible region 42 and the movable element 45 are integrated and the movable element 45 is connected to the flexible region 42. As shown in the figure, the movable element 45a is separated from the flexible region 42a,
A configuration may be such that a heat insulating region 47b filled with a resin such as polyimide is formed between the movable element 45a and the flexible region 42a. Semiconductor substrate 40a and flexible region 4
2a is formed with a heat insulating region 47a.

【0140】図24において、半導体マイクロリレーは
表面に固定接点77aが設けられた固定エレメントであ
る固定片72aと、その上部に陽極接合、金共晶接合な
どにより接合された可動片71aにより構成される。可
撓領域42aの表面に設けられた拡散抵抗46aは、ア
ルミ配線48を介して拡散抵抗46aに電力を供給する
ために電極パッド(図示せず)と接続されており、この
アルミ配線48の一部は熱絶縁領域47aの下部面に設
けられる構成である。
In FIG. 24, the semiconductor microrelay is composed of a fixed piece 72a which is a fixed element having a fixed contact 77a provided on the surface, and a movable piece 71a which is joined to the upper portion thereof by anodic bonding, gold eutectic bonding or the like. You. The diffusion resistor 46a provided on the surface of the flexible region 42a is connected to an electrode pad (not shown) for supplying power to the diffusion resistor 46a via the aluminum wiring 48. The portion is provided on the lower surface of the heat insulating region 47a.

【0141】上記拡散抵抗46aに電流が流れ可撓領域
42aが加熱されると、可撓領域42a上部の保護薄膜
43b,43aの上面に設けられた薄膜44aと可撓領
域42aのシリコンとの熱膨張差により、可撓領域42
aが撓み可動エレメント45aが変位する。この変位に
より可動エレメント45aの下面に設けられた可動接点
75aが、固定片72a上の固定接点77a及び図示せ
ぬ固定接点に接触し、固定接点同士が接触して半導体マ
イクロリレーが動作する。
When a current flows through the diffusion resistor 46a and the flexible region 42a is heated, the heat is generated between the thin film 44a provided on the upper surfaces of the protective thin films 43b and 43a on the flexible region 42a and the silicon of the flexible region 42a. Due to the difference in expansion, the flexible region 42
a bends and the movable element 45a is displaced. Due to this displacement, the movable contact 75a provided on the lower surface of the movable element 45a contacts the fixed contact 77a on the fixed piece 72a and the fixed contact (not shown), and the fixed contacts come into contact with each other to operate the semiconductor micro relay.

【0142】半導体基板40aのほうが可動エレメント
45aより熱容量が大きく、可撓領域42aを半導体基
板40aより切り離して、その間に熱絶縁領域47aを
設ける構造であっても、加熱手段なる拡散抵抗46aか
らの熱の逃げを抑制する効果があるが、可撓領域42a
より可動エレメント45aを切り離して熱絶縁領域47
bを設ける構造とすることで更に熱絶縁性が高まり、拡
散抵抗46aにより効果的に可撓領域42aと薄膜44
aを加熱することができる。よって、消費電力の低減が
図れる。
The semiconductor substrate 40a has a larger heat capacity than the movable element 45a, and even if the flexible region 42a is separated from the semiconductor substrate 40a and the heat insulating region 47a is provided between the flexible region 42a and the diffusion resistor 46a as the heating means, the semiconductor substrate 40a has a larger heat capacity. Although there is an effect of suppressing the escape of heat, the flexible region 42a
The movable element 45a is further separated from the heat insulating area 47.
b, the thermal insulation is further enhanced, and the flexible region 42a and the thin film 44 are effectively formed by the diffusion resistor 46a.
a can be heated. Therefore, power consumption can be reduced.

【0143】また、図24において、アルミ配線48の
一部を熱絶縁領域47aの下部面に設けるように構成し
たが、図16、図17に示すように熱絶縁領域の内部や
上部面に設けるようにしてもよい。
In FIG. 24, a part of the aluminum wiring 48 is provided on the lower surface of the heat insulating region 47a. However, as shown in FIGS. 16 and 17, the aluminum wiring 48 is provided inside or on the upper surface of the heat insulating region. You may do so.

【0144】[0144]

【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、前記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、前記半導体基板と前記可撓領
域との間に設けられた熱絶縁領域とから構成されてお
り、前記熱絶縁領域が前記可撓領域の厚み内に設けられ
るため、可撓領域から半導体基板への熱の逃げを防ぎ、
かつ簡単な製造プロセスで半導体基板と可撓領域の接合
を行うとともに両者の熱絶縁を行うことができる。
As described above, the first aspect of the present invention provides a semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a change in temperature, and provided between the semiconductor substrate and the flexible region. Since the heat insulating region is provided within the thickness of the flexible region, preventing heat from escaping from the flexible region to the semiconductor substrate,
In addition, the semiconductor substrate and the flexible region can be joined by a simple manufacturing process, and the both can be thermally insulated.

【0145】また、請求項2の発明は、半導体基板と、
前記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、前記可撓領域から切り離され可撓領域の変
位により変位する可動エレメントと、前記半導体基板と
前記可撓領域との間及び前記可撓領域と前記可動エレメ
ントとの間に設けられた熱絶縁領域とから構成されるた
め、可撓領域から半導体基板への熱の逃げを防ぐととも
に、可撓領域から可動エレメントへの熱の逃げを防ぐこ
とができ、温度変化による可撓領域の変位が効率よく行
われる利点がある。
Further, according to the invention of claim 2, a semiconductor substrate,
A flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a change in temperature; a movable element separated from the flexible region and displaced by displacement of the flexible region; Since it is composed of the region and the heat insulating region provided between the movable element, it prevents heat from escaping from the flexible region to the semiconductor substrate and prevents heat from escaping from the flexible region to the movable element. Therefore, there is an advantage that the displacement of the flexible region due to a temperature change is efficiently performed.

【0146】また、請求項3の発明は、請求項1又は請
求項2に記載の発明において、前記半導体基板と前記可
撓領域との間に設けられた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、二酸化ケイ素薄膜以上の熱絶縁効果を得ることがで
きる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or the second aspect of the present invention, heat conduction of a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is performed. Since the rate is about 0.4 W / m · ° C. or less, a thermal insulation effect higher than that of a silicon dioxide thin film can be obtained.

【0147】また、請求項4の発明は、請求項1から請
求項3のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域を構成
する材料がポリイミドであるため、熱絶縁性がよく、製
造し易い熱絶縁構造体が得られる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is provided. Is a polyimide, so that a heat insulating structure having good heat insulating properties and easy to manufacture can be obtained.

【0148】また、請求項5の発明は、請求項1から請
求項3のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域を構成
する材料がフッ素化樹脂であるため、熱絶縁性がよく、
製造し易い熱絶縁構造体が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is provided. Is a fluorinated resin, so it has good thermal insulation,
A thermally insulating structure that is easy to manufacture is obtained.

【0149】また、請求項6の発明は、請求項1から請
求項5のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域の可撓
領域における厚み方向の少なくとも一面に前記熱絶縁領
域を構成する材料よりも硬い薄膜が設けられているた
め、半導体基板と可撓領域の接合強度を上げることがで
きる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect, the flexible region of the heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. Since a thin film harder than the material forming the heat insulating region is provided on at least one surface in the thickness direction of the above, the bonding strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0150】また、請求項7の発明は、請求項6に記載
の発明において、前記硬い薄膜のヤング率が、略9.8
×109N/m2以上であるため、半導体基板と可撓領域
の接合領域を上げることができる。
The invention of claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the hard thin film has a Young's modulus of about 9.8.
Since it is at least 10 9 N / m 2 , the joining region between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased.

【0151】また、請求項8の発明は、請求項6又は請
求項7に記載の発明において、前記硬い薄膜が二酸化ケ
イ素薄膜であるため、半導体基板と可撓領域の接合強度
を上げることができる。
According to the invention of claim 8, in the invention of claim 6 or 7, since the hard thin film is a silicon dioxide thin film, the bonding strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased. .

【0152】また、請求項9の発明は、請求項1から請
求項5のいずれかに記載の発明において、前記半導体基
板と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熱絶縁
効果を保ちつつ、半導体基板と可撓領域の接合強度を上
げることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the portions of the semiconductor substrate and the flexible region which are in contact with the heat insulating region are comb-shaped. Therefore, the bonding strength between the semiconductor substrate and the flexible region can be increased while maintaining the thermal insulation effect between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0153】また、請求項10の発明は、請求項1から
請求項9のいずれかに記載の発明において、前記半導体
基板と、前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た熱絶縁領域と、前記可撓領域とにわたって可撓領域の
厚み方向の一端面に配線が形成されているため、半導体
基板と可撓領域の間に配線を形成することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to ninth aspects, the semiconductor substrate and a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. In addition, since the wiring is formed on one end surface in the thickness direction of the flexible region over the flexible region, the wiring can be formed between the semiconductor substrate and the flexible region.

【0154】また、請求項11の発明は、請求項1から
請求項9のいずれかに記載の発明において、前記半導体
基板と、前記半導体基板と前記可撓領域の間に設けられ
た熱絶縁領域と、前記可撓領域とにわたって配線が形成
されており、前記配線の一部が前記熱絶縁領域の内部に
設けられたため、配線を保護することができ、信頼性の
高い熱絶縁構造体が得られる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to ninth aspects, the semiconductor substrate and a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. And a wiring is formed over the flexible region, and a part of the wiring is provided inside the heat insulating region, so that the wiring can be protected and a highly reliable heat insulating structure can be obtained. Can be

【0155】また、請求項12の発明は、請求項1から
請求項9のいずれかに記載の発明において、前記配線が
形成されている一端面は面一となっているため、配線の
段差が小さくなり配線の断線を防止することが可能とな
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, since the one end face on which the wiring is formed is flush, the step of the wiring is reduced. This makes it possible to prevent the disconnection of the wiring.

【0156】また、請求項13の発明は、半導体基板
と、前記半導体基板から切り離され、その領域を含む少
なくとも2つの領域の熱膨張係数差に応じた変位をする
可撓領域と、前記半導体基板と可撓領域の間に設けられ
た請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱絶縁領
域と、前記可撓領域に連接された可動エレメントから構
成され、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、請
求項1から請求項12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。
Further, according to the invention of claim 13, there is provided a semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced according to a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the region, and the semiconductor substrate. And a movable element connected to the flexible region, wherein the temperature of the flexible region varies. Then, the movable element is displaced with respect to the semiconductor substrate, so that a semiconductor microactuator having the same effects as in the first to twelfth aspects is obtained.

【0157】また、請求項14の発明は、請求項13に
記載の発明において、前記可動エレメントの前記半導体
基板に対する変位が非回転変位であるため、可動エレメ
ントの変位の制御精度が良くなる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the thirteenth aspect, the displacement of the movable element with respect to the semiconductor substrate is a non-rotational displacement, so that the accuracy of controlling the displacement of the movable element is improved.

【0158】また、請求項15の発明は、請求項13に
記載の発明において、前記可動エレメントの前記半導体
基板に対する変位が回転変位であるため、可動エレメン
トの変位が大きなものとなる。
According to a fifteenth aspect, in the thirteenth aspect, the displacement of the movable element with respect to the semiconductor substrate is a rotational displacement, so that the displacement of the movable element is large.

【0159】また、請求項16の発明は、請求項13か
ら請求項15のいずれかに記載の発明において、前記可
撓領域は可撓領域を加熱するための加熱手段を含むた
め、半導体マイクロアクチュエータを小型化できる。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, the flexible region includes a heating means for heating the flexible region. Can be reduced in size.

【0160】また、請求項17の発明は、請求項14又
は請求項16に記載の発明において、前記可撓領域が十
字形状の梁の一部を構成するため、可動エレメントの変
位の制御精度が良くなる。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the invention of the fourteenth or sixteenth aspect, since the flexible region forms a part of a cross-shaped beam, the displacement control accuracy of the movable element is reduced. Get better.

【0161】また、請求項18の発明は、請求項15又
は請求項16に記載の発明において、前記可撓領域が卍
字形状の梁の一部を構成するため、可動エレメントの変
位が大きなものとなる。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the invention according to the fifteenth or sixteenth aspect, since the flexible region forms a part of a swastika-shaped beam, the displacement of the movable element is large. Becomes

【0162】また、請求項19の発明は、請求項15又
は請求項16に記載の発明において、前記可撓領域が前
記半導体基板の一部を固定端とする片持梁の一部である
ため、大きな変位と大きな力が得られる半導体マイクロ
アクチュエータを提供できる。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in accordance with the fifteenth or sixteenth aspect, the flexible region is a part of a cantilever having a part of the semiconductor substrate as a fixed end. Thus, a semiconductor microactuator capable of obtaining a large displacement and a large force can be provided.

【0163】また、請求項20の発明は、半導体基板
と、前記半導体基板から切り離され、その領域を含む少
なくとも2つの領域の熱膨張係数差に応じた変位をする
可撓領域と、前記半導体基板と前記可撓領域の間に設け
られた請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱絶
縁領域と、前記可撓領域に連接された可動エレメント
と、前記可動エレメントの変位に応じてそこに流れる流
体の制御が成される流路を有する流体制御エレメントと
からなり、前記可撓領域の温度が変化したときの前記可
動エレメントの変位により前記流路を流れる流体の制御
がなされるため、請求項1から請求項12と同様の効果
を有する半導体マイクロバルブを提供できる。
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor substrate, the flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced in accordance with a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate; 13. The heat insulating region according to claim 1, which is provided between the movable region and the flexible region, a movable element connected to the flexible region, and the movable element in accordance with a displacement of the movable element. A fluid control element having a flow path in which control of the fluid flowing through the fluid control element is performed, and the fluid flowing through the flow path is controlled by the displacement of the movable element when the temperature of the flexible region changes, A semiconductor microvalve having the same effects as the first to twelfth aspects can be provided.

【0164】また、請求項21の発明は、請求項20に
記載の発明において、前記可撓領域は、前記可撓領域を
加熱するための加熱手段を含むため、小型のマイクロバ
ルブが得られる。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the twentieth aspect, the flexible region includes a heating means for heating the flexible region, so that a small-sized microvalve can be obtained.

【0165】また、請求項22の発明は、請求項20又
は請求項21に記載の発明において、前記可撓領域は十
字形状の梁の一部を構成するため、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。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the twentieth or twenty-first aspect, the flexible region forms a part of a cross-shaped beam, so that the semiconductor microcontroller with good fluid control accuracy can be provided. A valve is obtained.

【0166】また、請求項23の発明は、請求項20又
は請求項21に記載の発明において、前記可撓領域は卍
字形状の梁の一部を構成するため、流体の流量制御範囲
の広いマイクロバルブが得られる。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the twentieth or twenty-first aspect, the flexible region forms a part of a swastika-shaped beam, so that the fluid flow control range is wide. A microvalve is obtained.

【0167】また、請求項24の発明は、半導体基板
と、前記半導体基板から切り離され、その領域を含む少
なくとも2つの領域の熱膨張係数差に応じた変位をする
可撓領域と、前記半導体基板と前記可撓領域との間に設
けられた請求項1から請求項12のいずれかに記載の熱
絶縁領域と、前記可撓領域に連接され接点を有する可動
エレメントと、前記可動エレメントに設けられた接点と
対応する部分に、前記接点と接触可能なそれぞれ離間し
た接点を有する固定エレメントとにより構成され、前記
可撓領域の温度が変化したときの前記可動エレメントの
変位により前記離間した接点を開閉するため、請求項1
から請求項12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。
Further, the invention according to claim 24, wherein the semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced according to a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate; 13. The heat insulating region according to claim 1, which is provided between the movable region and the flexible region; a movable element that is connected to the flexible region and has a contact; A fixed element having a contact that is separated from the contact, the contact being capable of contacting the contact, and the separated contact is opened and closed by displacement of the movable element when the temperature of the flexible region changes. Claim 1
Accordingly, a semiconductor microrelay having the same effect as the twelfth aspect is obtained.

【0168】また、請求項25の発明は、請求項24に
記載の発明において、前記可撓領域は、可撓領域を加熱
するための加熱手段を含むため、小型の半導体マイクロ
リレーが得られる。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the invention according to the twenty-fourth aspect, the flexible region includes a heating means for heating the flexible region, so that a small-sized semiconductor microrelay can be obtained.

【0169】また、請求項26の発明は、請求項24又
は請求項25に記載の発明において、前記可撓領域が前
記半導体基板を固定端とする片持梁の一部であるため、
接点圧力の大きい半導体マイクロリレーが得られる。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the twenty-fourth or twenty-fifth aspect, the flexible region is a part of a cantilever having the semiconductor substrate as a fixed end.
A semiconductor micro relay having a large contact pressure can be obtained.

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

【図1】本発明の実施形態1に対応する熱絶縁構造体を
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 heat insulating structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1に対応する熱絶縁構造体を
用いた半導体マイクロアクチュエータの一実施例の構造
を示すものであって、(a)は断面図、(b)は上面図
である。
FIGS. 2A and 2B show a structure of an example of a semiconductor microactuator using a heat insulating structure corresponding to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. is there.

【図3】図1、図2に示す熱絶縁構造体の構造を示す断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the heat insulating structure shown in FIGS. 1 and 2;

【図4】図1、図2に示した熱絶縁構造体の強度を求め
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)はせん断力の分布図、(c)はモーメ
ントの分布図である。
FIG. 4 shows a structural model used to determine the strength of the heat insulating structure shown in FIGS. 1 and 2, wherein (a)
Is a schematic diagram, (b) is a distribution diagram of shear force, and (c) is a distribution diagram of moment.

【図5】(a)から(d)はいずれも図1、図2に示し
た熱絶縁構造体の製造工程を示す断面図である。
5 (a) to 5 (d) are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the heat insulating structure shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図6】本発明に係る他の熱絶縁構造体の構造を示す
(a)は断面図、(b)は上面図である。
6A is a cross-sectional view and FIG. 6B is a top view showing the structure of another heat insulating structure according to the present invention.

【図7】図6(b)に示す熱絶縁構造体のY−Y’で切
断した断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the heat insulating structure shown in FIG.

【図8】(a)から(e)はいずれも図6に示した熱絶
縁構造体の製造工程を示す断面図である。
8 (a) to 8 (e) are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the heat insulating structure shown in FIG. 6.

【図9】本発明に係るさらに他の熱絶縁構造体の構造を
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 heat insulating structure according to the present invention, wherein FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. 9B is a top view.

【図10】図9(b)に示す熱絶縁構造体のB−B’で
切断した断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the heat insulating structure shown in FIG.

【図11】本発明の実施形態1に対応する半導体マイク
ロアクチュエータの他の構造を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing another structure of the semiconductor microactuator corresponding to the first embodiment of the present invention.

【図12】同上の半導体マイクロアクチュエータにおけ
るアルミ配線の構造を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing a structure of an aluminum wiring in the semiconductor microactuator according to the embodiment.

【図13】同上の半導体マイクロアクチュエータの製造
方法を示す図であって、(a)から(e)はいずれも断
面図である。
13 (a) to 13 (e) are views showing a method for manufacturing the semiconductor microactuator according to the embodiment, and FIGS. 13 (a) to 13 (e) are cross-sectional views.

【図14】同上の半導体マイクロアクチュエータの製造
方法を示す図であって、(a)から(d)はいずれも断
面図である。
FIGS. 14A to 14D are views showing a method for manufacturing the semiconductor microactuator according to the embodiment, and FIGS. 14A to 14D are cross-sectional views.

【図15】同上の半導体マイクロアクチュエータを用い
た半導体マイクロバルブの構造を示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing a structure of a semiconductor microvalve using the semiconductor microactuator according to the first embodiment.

【図16】本発明の実施形態1に対応する半導体マイク
ロアクチュエータにおけるアルミ配線の他の構造を示す
断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing another structure of the aluminum wiring in the semiconductor microactuator corresponding to the first embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施形態1に対応する半導体マイク
ロアクチュエータにおけるアルミ配線の更に他の構造を
示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing still another structure of the aluminum wiring in the semiconductor microactuator corresponding to the first embodiment of the present invention.

【図18】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. 18 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 2 of the present invention.

【図19】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上面図である。
FIG. 19 is a top view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 2 of the present invention.

【図20】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. 20 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microactuator corresponding to Embodiment 3 of the present invention.

【図21】本発明の実施形態4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. 21 is a partially broken perspective view showing the structure of a semiconductor microvalve corresponding to Embodiment 4 of the present invention.

【図22】本発明の実施形態5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. 22 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor microvalve corresponding to Embodiment 5 of the present invention.

【図23】本発明の実施形態6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. 23 is a partially broken perspective view showing a structure of a semiconductor micro relay corresponding to Embodiment 6 of the present invention.

【図24】本発明の実施形態6に対応する半導体マイク
ロリレーの他の構造を示す断面図である。
FIG. 24 is a sectional view showing another structure of the semiconductor micro relay corresponding to the sixth embodiment of the present invention.

【図25】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. 25 is a top view showing the structure of a conventional semiconductor microactuator.

【図26】従来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. 26 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor microactuator.

【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 3 半導体基板 4 薄膜 5 可動エレメント 6 加熱手段 7 熱絶縁構造体 8 可動部位 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor microactuator 2 Flexible area 3 Semiconductor substrate 4 Thin film 5 Movable element 6 Heating means 7 Thermal insulation structure 8 Movable part

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 49/00 H01L 49/00 // H01H 61/01 H01H 61/01 C (72)発明者 河田 裕志 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 吉田 和司 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 片山 弘典 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 藤井 圭子 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 豊田 憲治 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) H01L 49/00 H01L 49/00 // H01H 61/01 H01H 61/01 C (72) Inventor Hiroshi Kawata Osaka No. 1048, Kadoma, Kadoma, Kadoma, Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Inventor Masaharu Kamakura 1048, Kadoma, Kadoma, Kadoma, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Hironori Katayama 1048 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture 72) Inventor Keiko Fujii 1048 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Inventor Kenji Toyoda 1048 Kadoma Kadoma Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Shares in the company (72) inventor signal when Kazuhiro Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1048 address Matsushita Electric Works Co., the company

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、前記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、前記半導体
基板と前記可撓領域との間に設けられた熱絶縁領域とか
ら構成されており、前記熱絶縁領域が前記可撓領域の厚
み内に設けられることを特徴とする熱絶縁構造体。
1. 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 substrate and the flexible region. A heat insulating structure, wherein the heat insulating region is provided within a thickness of the flexible region.
【請求項2】 半導体基板と、前記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、前記可撓領
域から切り離され可撓領域の変位により変位する可動エ
レメントと、前記半導体基板と前記可撓領域との間及び
前記可撓領域と前記可動エレメントとの間に設けられた
熱絶縁領域とから構成されることを特徴とする熱絶縁構
造体。
2. A semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced by a change in temperature, a movable element separated from the flexible region and displaced by displacement of the flexible region, the semiconductor substrate and the flexible substrate. A heat insulating structure comprising a heat insulating region provided between a flexible region and between the flexible region and the movable element.
【請求項3】 前記半導体基板と前記可撓領域との間に
設けられた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又は請求項2に記載の熱絶縁構造体。
3. A heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region has a thermal conductivity of about 0.4 W / (m · ° C.) or less. The heat insulating structure according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記半導体基板と前記可撓領域との間に
設けられた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1から請求項3のいずれかに
記載の熱絶縁構造体。
4. The thermal device according to claim 1, wherein a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is polyimide. Insulating structure.
【請求項5】 前記半導体基板と前記可撓領域との間に
設けられた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1から請求項3のいずれか
に記載の熱絶縁構造体。
5. The material according to claim 1, wherein a material constituting a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region is a fluorinated resin. Thermal insulation structure.
【請求項6】 前記半導体基板と前記可撓領域との間に
設けられた熱絶縁領域の可撓領域における厚み方向の少
なくとも一面に前記熱絶縁領域を構成する材料よりも硬
い薄膜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5のいずれかに記載の熱絶縁構造体。
6. A thin film harder than a material forming the heat insulating region is provided on at least one surface in a thickness direction of the flexible region of the heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region. The heat insulating structure according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 前記硬い薄膜のヤング率が、略9.8×
109N/m2以上であることを特徴とする請求項6に記
載の熱絶縁構造体。
7. The hard thin film has a Young's modulus of about 9.8 ×.
The thermal insulation structure according to claim 6, wherein the thermal insulation structure is at least 10 9 N / m 2 .
【請求項8】 前記硬い薄膜が二酸化ケイ素薄膜である
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の熱絶縁
構造体。
8. The heat insulating structure according to claim 6, wherein the hard thin film is a silicon dioxide thin film.
【請求項9】 前記半導体基板と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5のいずれかに記載の熱絶
縁構造体。
9. The heat insulating structure according to claim 1, wherein portions of the semiconductor substrate and the flexible region which are in contact with the heat insulating region are comb-shaped. body.
【請求項10】 前記半導体基板と、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と、前記可撓
領域とにわたって可撓領域の厚み方向の一端面に配線が
形成されていることを特徴とする請求項1から請求項9
のいずれかに記載の熱絶縁構造体。
10. A wiring is formed on one end surface in the thickness direction of the flexible region over the semiconductor substrate, a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region, and the flexible region. 10. The method according to claim 1, wherein:
A heat insulating structure according to any one of the above.
【請求項11】 前記半導体基板と、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と、前記可撓
領域とにわたって配線が形成されており、前記配線の一
部が前記熱絶縁領域の内部に設けられたことを特徴とす
る請求項1から請求項9のいずれかに記載の熱絶縁構造
体。
11. A wiring is formed over the semiconductor substrate, a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the flexible region, and the flexible region, and a part of the wiring is formed by the heat. The heat insulating structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the heat insulating structure is provided inside the insulating region.
【請求項12】 前記配線が形成されている一端面は面
一となっていることを特徴とする請求項10記載の熱絶
縁構造体。
12. The heat insulating structure according to claim 10, wherein one end face on which the wiring is formed is flush.
【請求項13】 半導体基板と、前記半導体基板から切
り離され、その領域を含む少なくとも2つの領域の熱膨
張係数差に応じた変位をする可撓領域と、前記半導体基
板と可撓領域の間に設けられた請求項1から請求項12
のいずれかに記載の熱絶縁領域と、前記可撓領域に連接
された可動エレメントから構成され、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。
13. A semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced in accordance with a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate, and between the semiconductor substrate and the flexible region. Claims 1 to 12 provided.
And a movable element connected to the flexible region, wherein the movable element is displaced with respect to the semiconductor substrate when the temperature of the flexible region changes. Characteristic semiconductor microactuator.
【請求項14】 前記可動エレメントの前記半導体基板
に対する変位が非回転変位であることを特徴とする請求
項13に記載の半導体マイクロアクチュエータ。
14. The semiconductor microactuator according to claim 13, wherein the displacement of the movable element with respect to the semiconductor substrate is a non-rotational displacement.
【請求項15】 前記可動エレメントの前記半導体基板
に対する変位が回転変位であることを特徴とする請求項
13に記載の半導体マイクロアクチュエータ。
15. The semiconductor microactuator according to claim 13, wherein the displacement of the movable element with respect to the semiconductor substrate is a rotational displacement.
【請求項16】 前記可撓領域は可撓領域を加熱するた
めの加熱手段を含むことを特徴とする請求項13から請
求項15のいずれかに記載の半導体マイクロアクチュエ
ータ。
16. The semiconductor microactuator according to claim 13, wherein said flexible region includes a heating means for heating said flexible region.
【請求項17】 前記可撓領域が十字形状の梁の一部を
構成することを特徴とする請求項14又は請求項16に
記載の半導体マイクロアクチュエータ。
17. The semiconductor microactuator according to claim 14, wherein the flexible region forms a part of a cross-shaped beam.
【請求項18】 前記可撓領域が卍字形状の梁の一部を
構成することを特徴とする請求項15又は請求項16に
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 the flexible region forms a part of a swastika-shaped beam.
【請求項19】 前記可撓領域が前記半導体基板の一部
を固定端とする片持梁の一部であることを特徴とする請
求項15又は請求項16に記載の半導体マイクロアクチ
ュエータ。
19. The semiconductor microactuator according to claim 15, wherein the flexible region is a part of a cantilever having a part of the semiconductor substrate as a fixed end.
【請求項20】 半導体基板と、前記半導体基板から切
り離され、その領域を含む少なくとも2つの領域の熱膨
張係数差に応じた変位をする可撓領域と、前記半導体基
板と前記可撓領域の間に設けられた請求項1から請求項
12のいずれかに記載の熱絶縁領域と、前記可撓領域に
連接された可動エレメントと、前記可動エレメントの変
位に応じてそこに流れる流体の制御が成される流路を有
する流体制御エレメントとからなり、前記可撓領域の温
度が変化したときの前記可動エレメントの変位により前
記流路を流れる流体の制御がなされることを特徴とする
半導体マイクロバルブ。
20. A semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced in accordance with a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate, and between the semiconductor substrate and the flexible region. 13. The heat insulating region according to claim 1, wherein the movable element is connected to the flexible region, and the fluid flowing therethrough is controlled in accordance with the displacement of the movable element. A fluid control element having a flow path formed therein, wherein the fluid flowing through the flow path is controlled by displacement of the movable element when the temperature of the flexible region changes.
【請求項21】 前記可撓領域は、前記可撓領域を加熱
するための加熱手段を含むことを特徴とする請求項20
に記載の半導体マイクロバルブ。
21. The flexible region according to claim 20, further comprising heating means for heating the flexible region.
4. The semiconductor microvalve according to claim 1.
【請求項22】 前記可撓領域は十字形状の梁の一部を
構成することを特徴とする請求項20又は請求項21に
記載の半導体マイクロバルブ。
22. The semiconductor microvalve according to claim 20, wherein the flexible region forms a part of a cross-shaped beam.
【請求項23】 前記可撓領域は卍字形状の梁の一部を
構成することを特徴とする請求項20又は請求項21に
記載の半導体マイクロバルブ。
23. The semiconductor microvalve according to claim 20, wherein the flexible region forms a part of a swastika-shaped beam.
【請求項24】 半導体基板と、前記半導体基板から切
り離され、その領域を含む少なくとも2つの領域の熱膨
張係数差に応じた変位をする可撓領域と、前記半導体基
板と前記可撓領域との間に設けられた請求項1から請求
項12のいずれかに記載の熱絶縁領域と、前記可撓領域
に連接され接点を有する可動エレメントと、前記可動エ
レメントに設けられた接点と対応する部分に、前記接点
と接触可能なそれぞれ離間した接点を有する固定エレメ
ントとにより構成され、前記可撓領域の温度が変化した
ときの前記可動エレメントの変位により前記離間した接
点を開閉することを特徴とする半導体マイクロリレー。
24. A semiconductor substrate, a flexible region separated from the semiconductor substrate and displaced according to a difference in thermal expansion coefficient between at least two regions including the semiconductor substrate, and a flexible region between the semiconductor substrate and the flexible region. The heat insulating region according to any one of claims 1 to 12, which is provided therebetween, a movable element connected to the flexible region and having a contact, and a portion corresponding to the contact provided on the movable element. A fixed element having contacts separated from each other and capable of contacting the contacts, wherein the separated contacts are opened and closed by displacement of the movable element when the temperature of the flexible region changes. Micro relay.
【請求項25】 前記可撓領域は、可撓領域を加熱する
ための加熱手段を含むことを特徴とする請求項24記載
の半導体マイクロリレー。
25. The semiconductor microrelay according to claim 24, wherein the flexible region includes a heating unit for heating the flexible region.
【請求項26】 前記可撓領域が前記半導体基板を固定
端とする片持梁の一部であることを特徴とする請求項2
4又は請求項25記載の半導体マイクロリレー。
26. The semiconductor device according to claim 2, wherein the flexible region is a part of a cantilever having the semiconductor substrate as a fixed end.
The semiconductor microrelay according to claim 4 or claim 25.
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