JP2001156350A - Semiconductor micro actuator - Google Patents

Semiconductor micro actuator

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Publication number
JP2001156350A
JP2001156350A JP33506299A JP33506299A JP2001156350A JP 2001156350 A JP2001156350 A JP 2001156350A JP 33506299 A JP33506299 A JP 33506299A JP 33506299 A JP33506299 A JP 33506299A JP 2001156350 A JP2001156350 A JP 2001156350A
Authority
JP
Japan
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heat insulating
thin film
region
flexible region
semiconductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP33506299A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiko Fujii
圭子 藤井
Hironori Katayama
弘典 片山
Kimiaki Saito
公昭 齊藤
Kenji Toyoda
憲治 豊田
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Hiroshi Kawada
裕志 河田
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
Masaari Kamakura
將有 鎌倉
Kazuji Yoshida
和司 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enlarge the displacement of a movable part (movable element) with a simple structure. SOLUTION: A semiconductor micro actuator 1A is provided with a movable part 8 comprising four flexible regions 2 which displace according to temperature change and thin films 4A formed on the upper surfaces of the flexible regions 2, and frame-like semiconductor substrate 3 supporting the flexible regions 2 sides of the movable part 8. Here, a heat insulating region 7 is provided between the flexible region 2 and the semiconductor substrate 3, while the thin film 4A on the heat insulating region 7 side is substantially thick. In short, the thin film 4A is provided at a part of the upper surface of flexible region 2 positioned on the heat insulating region 7 side.

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、温度変化に応じて
変位する少なくとも1つの可撓領域およびこの可撓領域
の一の面上に形成された薄膜を有して成る可動部位と、
この可動部位の可撓領域側を支持する半導体基板とを備
えて成る半導体マイクロアクチュエータに関するもので
ある。
The present invention relates to a movable portion having at least one flexible region which is displaced in response to a temperature change and a thin film formed on one surface of the flexible region.
The present invention relates to a semiconductor microactuator comprising: a semiconductor substrate that supports the flexible region side of the movable portion.

【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号公報に
記載の「半導体マイクロアクチュエータ」、特開平5−
187574号公報に記載の「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 Unexamined Patent Publication No. Hei 4-506392, "Semiconductor microactuator" and Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-506392.
187574 describes "ultra-small valve".

【0003】特表平4−506392号公報に記載の半
導体マイクロアクチュエータは、図8の上面図、図9の
断面図に示すとおりであり、シリコンのダイアフラム1
00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 as shown in a top view of FIG. 8 and a sectional view of FIG.
00 has a bimetal structure in which an aluminum thin film 104 is formed in part. 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. 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.
Is provided to prevent heat generated in the diaphragm 100 from escaping to the silicon frame 102.

【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は熱流(熱移動の速さ)、t2
−t1は温度差(℃)、δは熱源からの距離(cm)、
Aは熱流の向きに垂直な断面(cm2)、およびλは熱
伝導率(J/cm・s・℃)である。
Here, Q is a heat flow (speed of heat transfer), t 2
−t 1 is the temperature difference (° C.), δ is the distance from the heat source (cm),
A is a cross section perpendicular to the direction of heat flow (cm 2 ), and λ is 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号公報に記載
の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 = 0.66W = 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 Publication 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号公報に
記載の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 this, it is desirable that the power is not more than 100 mW.

【0008】また、特表平4−506392号公報に記
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、同上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103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 portion of 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 is used for a microvalve or the like, the pressure applied to the movable element is expected to concentrate on the hinge 103, and a film thickness that does not break the pressure is required. Become. 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号公報に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
100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, the semiconductor microactuator
As described in the specification, the structure is movable by a bimetal composed of a diaphragm 100 made of silicon and an aluminum thin film 104. However, in order to obtain electrical insulation between the diaphragm 100 and the aluminum thin film 104, silicon dioxide is used. A thin film 106 has been inserted.

【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号公報に記
載の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。
The microminiature valve described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-187574 also combines at least two materials having different coefficients of thermal expansion, heats the portion, and obtains a displacement by utilizing the difference between the coefficients of thermal expansion. Semiconductor microactuators are 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号公報に記載の「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5−1875
74号公報に記載の「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
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-18775
No. 74 discloses a bicycle valve relating to an “ultra-small valve”, and the latter has a pressure resistance of 6 times and a flow rate range of 10 times that of the former, but consumes about 2 times.
The thermal resistance is about 1/3.

【0016】このように特開平5−187574号公報
に記載の超小型バルブは、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 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-187574 is a microactuator that can generate a large force by a torsion bar type suspension structure made of silicon. It 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】このような事由を考慮
し、熱絶縁効率が高く、かつ製造プロセスが簡単な半導
体マイクロアクチュエータが本出願人により別途提案さ
れている(特願平11−304729号参照)。この半
導体マイクロアクチュエータは、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μm)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。以下、この半導体マイクロ
アクチュエータについて説明する。
In consideration of the above circumstances, a semiconductor microactuator having a high thermal insulation efficiency and a simple manufacturing process has been separately proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 11-304729). reference). This semiconductor microactuator is made of a resin material such as polyimide or fluorinated resin, which has high thermal insulation (about 80 times that of silicon dioxide), is easily processed in a liquid state, and has a desired thickness by a semiconductor manufacturing process such as spin coating. The present invention focuses on the feature that a thin film (several μm to several tens μm) can be easily obtained. Hereinafter, the semiconductor microactuator will be described.

【0018】図10は上記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11(a)は断面
図、図11(b)は上面図である。
FIG. 10 is a partially broken perspective view showing the structure of the semiconductor microactuator, FIG. 11 (a) is a sectional view, and FIG. 11 (b) is a top view.

【0019】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 and substantially rectangular frame, at four points inside the semiconductor substrate 3 via a heat insulating region 7. 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.

【0020】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.

【0021】ここでこの半導体マイクロアクチュエータ
の作用を説明するために、具体的例として図12の断面
図に示すように熱絶縁領域7の横方向の長さを30μ
m、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10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600μmとする。
Here, in order to explain the operation of this semiconductor microactuator, as a specific example, as shown in the sectional view of FIG.
m, the thickness is 20 μm, and its constituent material is polyimide (trade name “Photo Nice”, hereinafter referred to as polyimide)
Let us consider the case where is used. Further, the length of the flexible region 2 shown in FIG.
The length of the flexible region 2 is 800 μm, and the width of the flexible region 2 (in the direction parallel to the heat insulating region 7) is 600 μm.

【0022】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) =20μm×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 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.

【0023】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13(a)に示す両端固
定の両持梁構造のモデルを考える。図13(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13(b)
(c)に示すようになる。熱絶縁領域7は、図13
(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 from below to the center of the beam as shown in FIG.
The shear force and moment force of the beam are shown in FIG.
The result is as shown in FIG. The heat insulating region 7 is shown in FIG.
In FIG. 7A, it is located between the fixed ends 25, 26 at both ends and the beam 27. 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.

【0024】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 =1.2×10-4cm2 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
13(c)に示したとおり、Mmax=WL/8(Lは
梁の長さ800μm)であり、よって、最大モーメント
Mmaxは、 Mmax=WL/8=1.0×10-3(kgf)×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×(20×10-42 =4.0×10-8(cm3) となる。そこで、モーメントによる最大応力σmaxは σmax=Mmax/Z =1.0×10-5(kgf・cm)/4.0×10-8(cm3) =250(kgf/cm2) =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 as follows: 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 =
If it is 20 μm, the sectional area S is S = bh = 600 × 10 −4 × 20 × 10 −4 = 1.2 × 10 −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. As shown in FIG. 13C, the maximum moment Mmax is Mmax = WL / 8 (L is the length of the beam is 800 μm). Therefore, the maximum moment Mmax is as follows: Mmax = WL / 8 = 1.0 × 10 − 3 (kgf) × 800 × 10 −4 (cm) /8=1.0×10 −5 (kgf · cm) = 9.8 × 10 −5 (N · cm) Moreover, the section modulus Z becomes Z = bh 2/6 = 1 /6 × 600 × 10 -4 × (20 × 10 -4) 2 = 4.0 × 10 -8 (cm 3). Therefore, the maximum stress σmax due to the moment is σmax = Mmax / Z = 1.0 × 10 −5 (kgf · cm) /4.0×10 −8 (cm 3 ) = 250 (kgf / cm 2 ) = 24.5 (MPa). Here, the dimensions of the beam are set to 600
μm and a length of 800 μm.

【0025】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、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 that can withstand a load of about 1 g in the above-mentioned heat insulating region 7 can be realized. Further, the strength of the heat insulating region 7 can be increased. Although not described here, the same effect can be expected with a fluorinated resin.

【0026】ここで、図12で示した熱絶縁領域7の形
成方法例を図14を用いて説明する。まず、図14
(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1
5を形成する。その後、図14(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14(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14(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12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. 12 will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in FIG. 3A, a portion corresponding to the heat insulating region on the surface of the semiconductor substrate 17 is etched with KOH or the like to form a groove 1.
5 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 14B, a polyimide thin film 16 is spin-coated with a coater or the like to form a groove 15.
Is formed so as to fill the space. Next, as shown in FIG. 14 (c), 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 semiconductor photolithography process or the like, and the other portion is removed. The organic solvent or the like contained in the polyimide is evaporated and solidified. Next, as shown in FIG. 14D, the back surface of the semiconductor substrate 17 is etched by KOH or the like. At this time, 28 is a semiconductor substrate to be a frame portion, and 29 is a flexible region. Through these steps, the heat insulating region 7 shown in FIG. 12 is formed.

【0027】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 easily 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.

【0028】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.

【0029】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, the central movable element 5 and the four flexible regions 2 around the central movable element 5 form a cross-shaped beam, and the displacement of the movable element 5 is not relative to the semiconductor substrate 3. Rotational displacement results, and a large force can be generated with good displacement control accuracy. 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.

【0030】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15(a)、図
15(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12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1
1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15(a)は断面図、図15
(b)は上面図であり、図16は図15(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. As shown in FIGS. 15A and 15B, the heat insulating structure of the present example includes a semiconductor substrate 3 and a flexible region 2.
The point in which a heat insulating region 10 having a thickness substantially equal to the thickness of the flexible region 2 is formed within the thickness between them is the same as that of FIG. 12, but this heat insulating region 10 has a fluorinated resin or Thermal insulating material region 1 made of a thermal insulating material such as polyimide
1 and a reinforcing region 12 made of a thin film harder than the material forming the heat insulating region 11 such as silicon dioxide below. FIG. 15A is a sectional view, and FIG.
FIG. 16B is a top view, and FIG.
It is Y 'sectional drawing.

【0031】熱絶縁領域10の具体的な寸法としては図
16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15(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12
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. 16, 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. 15A, the length in the horizontal 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, the strength of the heat insulating region 10 when polyimide is used as the material forming the heat insulating material region 11 and silicon dioxide is used as the material forming the reinforcing region 12 is shown in FIG.
The calculation is performed under the same conditions as in the calculation of the strength of the heat insulating region 7 in.

【0032】熱絶縁領域10の各構成材料のヤング率を
Ei、各領域の図16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 Ei and the sectional area of the cross section shown in FIG. 16 of each region is Ai, the distance from the bottom surface to the neutral axis is given by the following equation.

【0033】[0033]

【数1】 (Equation 1)

【0034】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.

【0035】[0035]

【数2】 (Equation 2)

【0036】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。
The values of the polyimide constituting the heat insulating material region 11 are obtained as follows.

【0037】[0037]

【数3】 (Equation 3)

【0038】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.

【0039】[0039]

【数4】 (Equation 4)

【0040】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 Is and If about the neutral axis of silicon dioxide and polyimide are obtained as follows.

【0041】[0041]

【数5】 (Equation 5)

【0042】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13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、次のようになる。
Here, ηi = η−ηa, that is, ηi indicates the distance from the neutral axis. As described with reference to FIG. 13, 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) Calculation of the maximum bending stress σsmax of silicon dioxide is as follows.

【0043】[0043]

【数6】 (Equation 6)

【0044】ここで、Iiは上記各2次モーメントIs,
If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, Ii is each of the above second moments Is,
If is shown. Also, the maximum bending stress σ of polyimide
Calculation of fmax is as follows.

【0045】[0045]

【数7】 (Equation 7)

【0046】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12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15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 as compared with the example shown in FIG. This is apparently equivalent to doubling the intensity. In FIG. 15, 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. Further, when provided on both the upper and lower sides, an effect twice as high as when provided on each of the lower part and the upper part can be obtained.

【0047】このように、図15で示した熱絶縁領域1
0の形成方法例を図17を用いて説明する。まず、図1
7(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
19を形成する。その後、図17(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21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 1 shown in FIG.
An example of a method of forming 0 will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in FIG. 7A, 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 19. Thereafter, as shown in FIG. 17B, a silicon dioxide thin film 21 is formed on the surface of the semiconductor substrate 18 by thermal oxidation or the like. Except for the surface portion of the groove 19, the silicon dioxide thin film 21 is removed by etching or the like.

【0048】次に、図17(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17(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17(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15に示す熱絶縁領域
10が形成される。
Next, as shown in FIG. 17C, a polyimide thin film 22 is spin-coated with a coater or the like to form the groove 19 completely. Further, as shown in FIG. 17D, patterning is performed so that the polyimide thin film 22 in a portion that completely fills the groove 19 by a photolithography process of a semiconductor is left, and other portions are removed, and heated to about 400 ° C. The organic solvent or the like contained in the polyimide is evaporated and solidified. Next, as shown in FIG. 17E, 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. 15 is formed.

【0049】次に、熱絶縁構造体の更に他の例を説明す
る。本例は図18(a)、図18(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。本例では図18(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18(b)のB−
B’断面図である図19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20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 will be described. In this example, as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b),
Within the thickness between the flexible region 2 separated from the semiconductor substrate 3 and the semiconductor substrate 3, a heat insulating region 20 having substantially the same thickness as the flexible region 2 is formed. In this example, as shown in the top view of FIG. 18B, each of the semiconductor substrate 3 and the flexible region 2 protrudes outside the flexible region 2 in the BB ′ direction and inside the flexible region 2, The semiconductor substrate 3 is formed in a comb blade shape having three comb blades so as to protrude, and a heat insulating region 20 is provided therebetween. B- in FIG.
As shown in FIG. 19, which is a cross-sectional view taken along the line B ′, the flexible region 2, the semiconductor substrate 3, and the heat insulating region 20 are mixed in the direction BB ′. Here, the heat insulating region 20 is made of a fluorinated resin, polyimide, or the like.

【0050】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18(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19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1
2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. 18A and 18B, 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. Further, as shown in FIG. 19, the B-
The width in the B ′ direction is 180 μm, and the BB ′ of the heat insulating region 20 is
The width in the direction 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, FIG.
The strength of the heat insulating region 20 is calculated under the same conditions as in the strength calculation of 2.

【0051】図19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. 19, 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.

【0052】[0052]

【数8】 (Equation 8)

【0053】そこで、シリコン部のモーメントMSiとポ
リイミド部のモーメントをMPhは、
Therefore, the moment M Si of the silicon part and the moment M Ph of the polyimide part are represented by:

【0054】[0054]

【数9】 (Equation 9)

【0055】で表される。そこで、熱絶縁構造体にかか
るモーメントMmaxは、
Is represented by Therefore, the moment M max applied to the heat insulating structure is

【0056】[0056]

【数10】 (Equation 10)

【0057】となる。Is as follows.

【0058】また、ポリイミド部のモーメントMPhは、The moment M Ph of the polyimide part is

【0059】[0059]

【数11】 [Equation 11]

【0060】となる。同様にしてシリコン部のモーメン
トMSiは次のようになる。
Is as follows. Similarly, the moment M Si of the silicon portion is as follows.

【0061】[0061]

【数12】 (Equation 12)

【0062】ここで、シリコン部、ポリイミド部に関す
る各値を計算する。シリコンのヤング率ESi=0.19
×1012(N/m2)=1.9×1012(dyne/c
2)であり、
Here, respective values relating to the silicon portion and the polyimide portion are calculated. Young's modulus of silicon E Si = 0.19
× 10 12 (N / m 2 ) = 1.9 × 10 12 (dyne / c
m 2 )

【0063】[0063]

【数13】 (Equation 13)

【0064】よって、ESi・ISi=1.93×10
6(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 × 10
6 (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

【0065】[0065]

【数14】 [Equation 14]

【0066】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 ).

【0067】ここで、ポリイミド部にかかるモーメント
MPhは次のようになる。
Here, the moment MPh applied to the polyimide portion is as follows.

【0068】[0068]

【数15】 (Equation 15)

【0069】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).

【0070】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.

【0071】[0071]

【数16】 (Equation 16)

【0072】ここで、MSi=9.99×10-6(kgf
・cm)=9.79×10-5(N・cm)である。
Here, M Si = 9.999 × 10 −6 (kgf
Cm) = 9.79 × 10 −5 (N · cm).

【0073】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.

【0074】[0074]

【数17】 [Equation 17]

【0075】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 σSi applied to the silicon portion is obtained as follows.

【0076】[0076]

【数18】 (Equation 18)

【0077】ここで、Zbは断面係数である。Here, Zb is a section modulus.

【0078】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12で示した例に比べて約1/30
0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18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 1/30 as compared with the example shown in FIG.
It becomes 0. This is apparently equivalent to a 300-fold increase in strength. FIG. 18 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. At least two or more comb blade structures are used. By doing so, a similar effect can be obtained.

【0079】尚、図10〜図12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20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10〜図12と
同じである。
In the semiconductor microactuator shown in FIGS. 10 to 12, the flexible region 2 and the movable element 5
Are integrated so that the movable element 5 is connected to the flexible region 2. However, as shown in FIG. 20, the movable element 5a is separated from the flexible region 2a, and the movable element 5a is A configuration may be adopted in which a heat insulating region 7b filled with a resin such as polyimide is formed between the region 2a and the region 2a. 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.

【0080】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 semiconductor substrate 3a has the movable element 5
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.

【0081】図20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.

【0082】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。
A thin film 4a having a different coefficient of thermal expansion from that of 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.

【0083】図21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21では保護薄膜の図
示は省略している。
FIG. 21 schematically shows the state of formation of the aluminum wiring 13a, from the upper part of the flexible region 2a to 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. 21, illustration of the protective thin film is omitted.

【0084】図20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22、図23を用いて説
明する。
A manufacturing process of the semiconductor microactuator configured as shown in FIG. 20 will be described with reference to FIGS.

【0085】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22
(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 into 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. A gap 80c is formed by etching the formed opening 80b with a potassium hydroxide aqueous solution (hereinafter, referred to as a KOH aqueous solution) or the like (FIG. 22).
(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.

【0086】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22(b))。
Next, after the entire surface of the silicon oxide film 80a is removed, boron or the like is deposited and thermally diffused, and a diffusion resistor 6 serving as a heater is formed 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. 22B). .

【0087】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22(c))。
Using the photoresist patterned in a predetermined shape as a mask, the silicon oxide film 81b and the silicon nitride film 81a are etched to form an opening 82, and the photoresist is removed by plasma ashing or the like (FIG. 22 (c)).

【0088】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22
(d))。
Next, the opening 8 of the single crystal silicon substrate 80
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. 22).
(D)).

【0089】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
22(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 for plating the substrate (FIG. 22E).

【0090】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23(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. 23A).

【0091】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23(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. 23B). 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.

【0092】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20の保護薄膜9a)上に形成して薄膜4aとする
(図23(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. 20) to form thin film 4a (FIG. 23 (c)). Thereby, the flexible region 2a and the thin film 4a
Thus, a bimetal structure as a driving source of the semiconductor microactuator is obtained.

【0093】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20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23(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. 20) and movable element 5a (FIG. 23D). 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.

【0094】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24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2
0におけるアルミ配線13aは、図21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25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, and the semiconductor microactuator 8 is manufactured.
The semiconductor microvalve using the semiconductor microactuator as shown in FIG. 24 is manufactured by bonding the glass substrate 7 and a glass substrate 88 formed in a predetermined mold by anodic bonding or the like. 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 at 0 is provided on the lower surface of the heat insulating region 7a as shown in FIG. 21. However, as shown in FIG. It may be provided inside the heat insulating region 7a.

【0095】このようにアルミ配線13bを形成するに
は、図22(e)に示す保護膜84の形成工程の後、図
22(d)の工程で形成された上記溝83aに、図23
(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23
(a)に示すアルミ配線の形成工程を行い、再度図23
(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22、図23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 manner, after the step of forming the protective film 84 shown in FIG. 22E, the groove 83a formed in the step of FIG.
In the step of embedding the 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 FIGS. 22 and 23, and thus the description thereof is omitted.

【0096】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.

【0097】また、上記配線構造において、図26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.

【0098】このようにアルミ配線13cを形成するに
は、図22(e)に示す保護膜84の形成工程の後、図
22(d)の工程で形成された上記溝83aに、図23
(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23(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22、図23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 as described above, after the step of forming the protective film 84 shown in FIG. 22E, the groove 83a formed in the step of FIG.
The polyimide may be buried in the step of burying the organic substance 85 such as polyimide shown in FIG. 23B, and then the aluminum wiring may be formed on the upper surface of the polyimide in the step of forming the aluminum wiring shown in FIG. The other steps are as shown in FIGS. 22 and 23, and thus the description thereof is omitted.

【0099】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。
As described above, since the aluminum wiring 13c is formed on the upper surface of the heat insulating region 7a, that is, 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.

【0100】次に、図27の斜視図を用いて他の半導体
マイクロアクチュエータについて説明する。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43と、その内方に熱絶縁領域47
を介して接合される半導体基板43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45
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。
Next, another semiconductor microactuator will be described with reference to the perspective view of FIG. The semiconductor microactuator 41 includes a semiconductor substrate 43 serving as a frame made of silicon or the like, and a heat insulating region 47 inside the semiconductor substrate 43.
And a movable part 48 separated from the semiconductor substrate 43 joined through the substrate. The movable portion 48 is provided with a hollow movable element 45 protruding downward at one end.
And a square-shaped flexible region 42 formed in connection with the movable element 45.

【0101】半導体基板43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43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43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43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 that of the flexible region 42 is provided within the thickness between the semiconductor substrate 43 and the end of the flexible region 42 where the movable element 45 is not provided. . The flexible region 42 has a cantilever structure with the semiconductor substrate 43 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. In addition, an electrode pad 49 of the heating means 46 is provided on the surface of the semiconductor substrate 43. Here, the semiconductor substrate 43, the flexible region 42, and the heat insulating region 47 form a heat insulating structure.

【0102】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.

【0103】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43に対し下方向に変位する。この場合の変位は半導
体基板43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1
2、図15、図18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 43. The displacement in this case includes rotation in the vertical direction with respect to the semiconductor substrate 43. 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, the heat insulating structure is shown in FIG.
2, any of those shown in FIGS. 15 and 18 may be used, and a semiconductor microactuator having the same effect as that of the above-described heat insulating structure can be obtained.

【0104】本発明は、このようにして得られる高い熱
絶縁効率および簡易な製造プロセスに加えて、可動部位
(の可動エレメント)の変位を大きくし得る半導体マイ
クロアクチュエータを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor microactuator capable of increasing the displacement of a movable part (a movable element thereof) in addition to the high thermal insulation efficiency and a simple manufacturing process obtained in this way. .

【0105】[0105]

【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記載の発明の半導体マイクロアクチュエー
タは、温度変化に応じて変位する少なくとも1つの可撓
領域およびこの可撓領域の一の面上に形成された薄膜を
有して成る可動部位と、この可動部位の可撓領域側を支
持する半導体基板とを備え、前記可撓領域と前記半導体
基板との間に熱絶縁領域が設けられ、この熱絶縁領域側
の前記薄膜の厚みを厚くして成るのである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor microactuator having at least one flexible region which is displaced in response to a temperature change and one of the flexible regions. A movable portion having a thin film formed on a surface thereof; and a semiconductor substrate supporting a flexible region side of the movable portion, wherein a heat insulating region is provided between the flexible region and the semiconductor substrate. The thickness of the thin film on the side of the heat insulating region is increased.

【0106】この構成では、可撓領域における熱絶縁領
域側とこの反対側とで、熱膨張による変位量に差が生
じ、薄膜が接する箇所のみが上に凸に変位することがな
くなり、可動部位(の可動エレメント)の変位を大きく
することが可能になる。
In this configuration, there is a difference in the amount of displacement due to thermal expansion between the heat insulating region side and the opposite side in the flexible region. (The movable element thereof) can be increased in displacement.

【0107】なお、請求項1記載の半導体マイクロアク
チュエータにおいて、前記薄膜は前記熱絶縁領域側のみ
に設けられる構造でもよい(請求項2)。この構造で
も、可動部位の変位を大きくすることが可能になる。
In the semiconductor microactuator according to the first aspect, the thin film may be provided only on the side of the heat insulating region. Even with this structure, it is possible to increase the displacement of the movable part.

【0108】また、請求項1記載の半導体マイクロアク
チュエータにおいて、前記薄膜は前記熱絶縁領域側が厚
くなるように階段状に形成されている構造でもよい(請
求項3)。この構造でも、可動部位の変位を大きくする
ことが可能になる。
Further, in the semiconductor microactuator according to the first aspect, the thin film may have a structure in which the thin film is formed in a step shape so as to be thicker on the side of the heat insulating region. Even with this structure, it is possible to increase the displacement of the movable part.

【0109】さらに、請求項1記載の半導体マイクロア
クチュエータにおいて、前記薄膜は前記熱絶縁領域側に
近づくにつれて徐々に厚くなる形状に形成されている構
造でもよい(請求項4)。この構造でも、可動部位の変
位を大きくすることが可能になる。
Further, in the semiconductor microactuator according to the present invention, the thin film may be formed so as to gradually increase in thickness as approaching the heat insulating region side. Even with this structure, it is possible to increase the displacement of the movable part.

【0110】[0110]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施形態に係
る半導体マイクロアクチュエータの断面図である。ただ
し、図1は図10に対応する断面を示す。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor microactuator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross section corresponding to FIG.

【0111】図1に示す半導体マイクロアクチュエータ
1Aは、温度変化に応じて変位する4つの可撓領域2お
よびこれら可撓領域2の各上面上に形成された薄膜4A
を有して成る可動部位8と、この可動部位8の各可撓領
域2側を支持する枠状の半導体基板3とを備え、各可撓
領域2と半導体基板3との間に熱絶縁領域7が設けら
れ、各熱絶縁領域7側の薄膜4Aの厚みを厚くして成
る。ただし、その他の具体構造については、上述した特
願平11−304729号に記載の半導体マイクロアク
チュエータと同様の構造が各種使用形態に応じて採用さ
れるのは言うまでもない。
The semiconductor microactuator 1A shown in FIG. 1 has four flexible regions 2 which are displaced in response to a change in temperature and a thin film 4A formed on each upper surface of these flexible regions 2.
And a frame-shaped semiconductor substrate 3 supporting each flexible region 2 side of the movable region 8. A heat insulating region is provided between each flexible region 2 and the semiconductor substrate 3. 7 are provided, and the thickness of the thin film 4A on each heat insulating region 7 side is increased. However, as for other specific structures, it goes without saying that the same structure as that of the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application No. 11-304729 described above is employed according to various usage forms.

【0112】ここで、薄膜4Aは、熱絶縁領域7側に位
置する可撓領域2上面の一部に設けられ、図10に示す
可撓領域2上面のほぼ全面に設けられる薄膜4と相違す
る。このように、実質的に各熱絶縁領域7側の薄膜4A
の厚みを厚くすると、熱絶縁領域7側とこの反対側と
で、熱膨張による変位量に差が生じ、薄膜4Aが接する
箇所のみが上に凸に変位することがなくなり、可動エレ
メント5の上下変位を大きくすることができる。
Here, the thin film 4A is provided on a part of the upper surface of the flexible region 2 located on the side of the heat insulating region 7, and is different from the thin film 4 provided on almost the entire upper surface of the flexible region 2 shown in FIG. . In this manner, the thin film 4A substantially on each heat insulating region 7 side
When the thickness of the thin film 4A is increased, a difference occurs in a displacement amount due to thermal expansion between the heat insulating region 7 side and the opposite side, so that only the portion where the thin film 4A is in contact does not protrude upward. The displacement can be increased.

【0113】図2は薄膜4Aと4とを同体積にした場合
に半導体マイクロアクチュエータ1Aと1との間に生じ
る可動エレメント5の変位の差を示す図である。ただ
し、図2は有限要素法を用いたシミュレーション結果で
ある。図2から、薄膜4Aと4とが同体積である場合、
熱絶縁領域7側に位置する可撓領域2上面の一部に設け
られた薄膜4Aを有する半導体マイクロアクチュエータ
1Aの方が可動エレメント5の変位量が大きくなるのが
分かる。
FIG. 2 is a diagram showing a difference in displacement of the movable element 5 generated between the semiconductor microactuators 1A and 1 when the thin films 4A and 4 have the same volume. However, FIG. 2 shows a simulation result using the finite element method. From FIG. 2, when the thin films 4A and 4 have the same volume,
It can be seen that the displacement amount of the movable element 5 is larger in the semiconductor microactuator 1A having the thin film 4A provided on a part of the upper surface of the flexible region 2 located on the heat insulating region 7 side.

【0114】以上により、可動エレメント5の変位およ
び可動エレメント5から受ける力の幅が広がるので、可
動エレメント5のより大きな変位または可動エレメント
5からのより大きな力を必要とする様々な要求に応える
ことができるようになる。
As described above, since the range of the displacement of the movable element 5 and the force received from the movable element 5 is widened, it is possible to meet various requests that require a larger displacement of the movable element 5 or a larger force from the movable element 5. Will be able to

【0115】なお、第1実施形態では、図10に示した
半導体マイクロアクチュエータ1に対して、熱絶縁領域
側に位置する可撓領域上面の一部に設けられる薄膜を適
用したが、これに限らず、図27に示した半導体マイク
ロアクチュエータ41に対して、熱絶縁領域側に位置す
る可撓領域上面の一部に設けられる薄膜を適用してもよ
い。この構成例を図3に示す。この図の半導体マイクロ
アクチュエータ41Aは、温度変化に応じて変位する可
撓領域42およびこの可撓領域42の上面上に形成され
た薄膜44Aを有して成る可動部位48と、この可動部
位48の可撓領域42側を支持する枠状の半導体基板4
3とを備え、可撓領域42と半導体基板43との間に熱
絶縁領域47が設けられ、熱絶縁領域47側の薄膜44
Aの厚みを厚くして成る。つまり、図3に示すように、
熱絶縁領域47側に位置する可撓領域42上面の一部に
薄膜44Aを設ければ、上記同様、可動エレメント45
の上下変位を大きくすることができる。なお、薄膜44
Aに応じて、加熱手段46の左右方向の長さを可撓領域
42と薄膜44Aとの接合面の長さ以下に変更してもよ
い。
In the first embodiment, the thin film provided on a part of the upper surface of the flexible region located on the side of the heat insulating region is applied to the semiconductor microactuator 1 shown in FIG. 10, but is not limited to this. Instead, a thin film provided on a part of the upper surface of the flexible region located on the heat insulating region side may be applied to the semiconductor microactuator 41 shown in FIG. FIG. 3 shows an example of this configuration. The semiconductor microactuator 41A shown in the figure includes a movable region 48 having a flexible region 42 displaced in accordance with a temperature change and a thin film 44A formed on the upper surface of the flexible region 42; Frame-shaped semiconductor substrate 4 supporting flexible region 42 side
3, a heat insulating region 47 is provided between the flexible region 42 and the semiconductor substrate 43, and the thin film 44 on the heat insulating region 47 side is provided.
A is made thicker. That is, as shown in FIG.
By providing the thin film 44A on a part of the upper surface of the flexible region 42 located on the side of the heat insulating region 47, the movable element 45
Can be increased vertically. The thin film 44
According to A, the length of the heating means 46 in the left-right direction may be changed to be equal to or less than the length of the joint surface between the flexible region 42 and the thin film 44A.

【0116】図4は本発明の第2実施形態に係る半導体
マイクロアクチュエータの断面図である。ただし、図4
は図10に対応する断面を示す。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor microactuator according to a second embodiment of the present invention. However, FIG.
Shows a cross section corresponding to FIG.

【0117】図4に示す半導体マイクロアクチュエータ
1Bは、温度変化に応じて変位する4つの可撓領域2お
よびこれら可撓領域2の各上面上に形成された薄膜4B
を有して成る可動部位8と、この可動部位8の各可撓領
域2側を支持する枠状の半導体基板3とを備え、各可撓
領域2と半導体基板3との間に熱絶縁領域7が設けら
れ、各熱絶縁領域7側の薄膜4Bの厚みを厚くして成
る。
The semiconductor microactuator 1B shown in FIG. 4 has four flexible regions 2 which are displaced in response to a change in temperature and a thin film 4B formed on each upper surface of these flexible regions 2.
And a frame-shaped semiconductor substrate 3 supporting each flexible region 2 side of the movable region 8. A heat insulating region is provided between each flexible region 2 and the semiconductor substrate 3. 7 are provided, and the thickness of the thin film 4B on the side of each heat insulating region 7 is increased.

【0118】ここで、薄膜4Bは、熱絶縁領域7側が厚
くなるように3層の階段状に形成され、図10に示す可
撓領域2上面のほぼ全面に均一な厚みで設けられる薄膜
4と相違する。このように、各熱絶縁領域7側の薄膜4
Bの厚みを厚くすると、熱絶縁領域7側とこの反対側と
で、熱膨張による変位量に差が生じ、薄膜4Bが接する
箇所のみが上に凸に変位することがなくなり、可動エレ
メント5の上下変位を大きくすることができる。
Here, the thin film 4B is formed in a three-layered step shape so that the heat insulating region 7 becomes thicker, and the thin film 4B is provided with a uniform thickness over substantially the entire upper surface of the flexible region 2 shown in FIG. Different. Thus, the thin film 4 on each heat insulating region 7 side
When the thickness of B is increased, the amount of displacement due to thermal expansion is different between the heat insulating region 7 side and the opposite side, so that only the portion where the thin film 4B is in contact is not displaced upwardly. The vertical displacement can be increased.

【0119】これにより、可動エレメント5の変位およ
び可動エレメント5から受ける力の幅が広がるので、可
動エレメント5のより大きな変位または可動エレメント
5からのより大きな力を必要とする様々な要求に応える
ことができるようになる。また、厚みを厚くするための
加工が容易である。
As a result, the range of the displacement of the movable element 5 and the force received from the movable element 5 is widened, so that various requests that require a larger displacement of the movable element 5 or a larger force from the movable element 5 can be satisfied. Will be able to Further, processing for increasing the thickness is easy.

【0120】なお、第2実施形態では、図10に示した
半導体マイクロアクチュエータ1に対して、熱絶縁領域
側が厚くなるように3層の階段状に形成される薄膜を適
用したが、これに限らず、図27に示した半導体マイク
ロアクチュエータ41に対して、熱絶縁領域側が厚くな
るように3層の階段状に形成される薄膜を適用してもよ
い。この構成例を図5に示す。この図の半導体マイクロ
アクチュエータ41Bは、温度変化に応じて変位する可
撓領域42およびこの可撓領域42の上面上に形成され
た薄膜44Bを有して成る可動部位48と、この可動部
位48の可撓領域42側を支持する枠状の半導体基板4
3とを備え、可撓領域42と半導体基板43との間に熱
絶縁領域47が設けられ、熱絶縁領域47側の薄膜44
Bの厚みを厚くして成る。つまり、図5に示すように、
熱絶縁領域47側が厚くなるように3層の階段状に形成
された薄膜44Bを可撓領域42上面に設ければ、上記
同様、可動エレメント45の上下変位を大きくすること
ができる。
In the second embodiment, the semiconductor microactuator 1 shown in FIG. 10 employs a three-layered stepwise thin film so that the heat insulating region side becomes thicker. However, the present invention is not limited to this. Instead of the semiconductor microactuator 41 shown in FIG. 27, a three-layered thin film formed in a stepwise manner so that the heat insulating region side is thicker may be applied. FIG. 5 shows an example of this configuration. The semiconductor micro-actuator 41B shown in this figure has a movable region 48 having a flexible region 42 displaced in accordance with a temperature change and a thin film 44B formed on the upper surface of the flexible region 42; Frame-shaped semiconductor substrate 4 supporting flexible region 42 side
3, a heat insulating region 47 is provided between the flexible region 42 and the semiconductor substrate 43, and the thin film 44 on the heat insulating region 47 side is provided.
B is made thicker. That is, as shown in FIG.
If the three-layered thin film 44B is formed on the upper surface of the flexible region 42 so that the thickness of the heat insulating region 47 is increased, the vertical displacement of the movable element 45 can be increased as described above.

【0121】図6は本発明の第3実施形態に係る半導体
マイクロアクチュエータの断面図である。ただし、図6
は図10に対応する断面を示す。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor microactuator according to the third embodiment of the present invention. However, FIG.
Shows a cross section corresponding to FIG.

【0122】図6に示す半導体マイクロアクチュエータ
1Cは、温度変化に応じて変位する4つの可撓領域2お
よびこれら可撓領域2の各上面上に形成された薄膜4C
を有して成る可動部位8と、この可動部位8の各可撓領
域2側を支持する枠状の半導体基板3とを備え、各可撓
領域2と半導体基板3との間に熱絶縁領域7が設けら
れ、各熱絶縁領域7側の薄膜4Cの厚みを厚くして成
る。
The semiconductor microactuator 1C shown in FIG. 6 has four flexible regions 2 which are displaced in response to a change in temperature and a thin film 4C formed on each upper surface of these flexible regions 2.
And a frame-shaped semiconductor substrate 3 supporting each flexible region 2 side of the movable region 8. A heat insulating region is provided between each flexible region 2 and the semiconductor substrate 3. 7 are provided, and the thickness of the thin film 4C on each side of the heat insulating region 7 is increased.

【0123】ここで、薄膜4Cは、熱絶縁領域7側に近
づくにつれて徐々に厚くなる形状に形成され、図10に
示す可撓領域2上面のほぼ全面に均一な厚みで設けられ
る薄膜4と相違する。このように、各熱絶縁領域7側の
薄膜4Cの厚みを厚くすると、熱絶縁領域7側とこの反
対側とで、熱膨張による変位量に差が生じ、薄膜4Cが
接する箇所のみが上に凸に変位することがなくなり、可
動エレメント5の上下変位を大きくすることができる。
Here, the thin film 4C is formed so as to gradually increase in thickness as approaching the heat insulating region 7, and is different from the thin film 4 provided with a uniform thickness on almost the entire upper surface of the flexible region 2 shown in FIG. I do. As described above, when the thickness of the thin film 4C on the side of each heat insulating region 7 is increased, a difference occurs in the amount of displacement due to thermal expansion between the side of the heat insulating region 7 and the opposite side. It is no longer displaced convexly, and the vertical displacement of the movable element 5 can be increased.

【0124】これにより、可動エレメント5の変位およ
び可動エレメント5から受ける力の幅が広がるので、可
動エレメント5のより大きな変位または可動エレメント
5からのより大きな力を必要とする様々な要求に応える
ことができるようになる。また、可動エレメント5の動
きが大きい場合に薄膜4Cが可動エレメント5側からは
がれる可能性が減少する。
As a result, the range of the displacement of the movable element 5 and the force received from the movable element 5 is widened, so that various requests that require a larger displacement of the movable element 5 or a larger force from the movable element 5 can be satisfied. Will be able to In addition, when the movement of the movable element 5 is large, the possibility that the thin film 4C peels off from the movable element 5 side is reduced.

【0125】なお、第3実施形態では、図10に示した
半導体マイクロアクチュエータ1に対して、熱絶縁領域
側に近づくにつれて徐々に厚くなる形状に形成される薄
膜を適用したが、これに限らず、図27に示した半導体
マイクロアクチュエータ41に対して、熱絶縁領域側に
近づくにつれて徐々に厚くなる形状に形成される薄膜を
適用してもよい。この構成例を図7に示す。この図の半
導体マイクロアクチュエータ41Cは、温度変化に応じ
て変位する可撓領域42およびこの可撓領域42の上面
上に形成された薄膜44Cを有して成る可動部位48
と、この可動部位48の可撓領域42側を支持する枠状
の半導体基板43とを備え、可撓領域42と半導体基板
43との間に熱絶縁領域47が設けられ、熱絶縁領域4
7側の薄膜44Cの厚みを厚くして成る。つまり、図7
に示すように、熱絶縁領域47側に近づくにつれて徐々
に厚くなる形状に形成された薄膜44Cを可撓領域42
上面に設ければ、上記同様、可動エレメント45の上下
変位を大きくすることができる。
In the third embodiment, the semiconductor microactuator 1 shown in FIG. 10 is applied with a thin film which is formed so as to gradually increase in thickness as approaching the heat insulating region. However, the present invention is not limited to this. 27 may be applied to the semiconductor micro-actuator 41 shown in FIG. FIG. 7 shows an example of this configuration. The semiconductor microactuator 41C shown in this figure has a movable region 48 having a flexible region 42 displaced in accordance with a temperature change and a thin film 44C formed on the upper surface of the flexible region 42.
And a frame-shaped semiconductor substrate 43 supporting the movable region 48 on the flexible region 42 side. A heat insulating region 47 is provided between the flexible region 42 and the semiconductor substrate 43, and the heat insulating region 4
The thickness of the thin film 44C on the seventh side is increased. That is, FIG.
As shown in FIG. 7, a thin film 44C formed in a shape that gradually becomes thicker as approaching the heat insulating region 47 side is
If provided on the upper surface, the vertical displacement of the movable element 45 can be increased as described above.

【0126】[0126]

【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
1記載の発明によれば、温度変化に応じて変位する少な
くとも1つの可撓領域およびこの可撓領域の一の面上に
形成された薄膜を有して成る可動部位と、この可動部位
の可撓領域側を支持する半導体基板とを備え、前記可撓
領域と前記半導体基板との間に熱絶縁領域が設けられ、
この熱絶縁領域側の前記薄膜の厚みを厚くして成るの
で、可動部位(の可動エレメント)の変位を大きくする
ことが可能になる。
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, at least one flexible region which is displaced in accordance with a temperature change and is formed on one surface of the flexible region. A movable portion having a thin film, and a semiconductor substrate supporting the flexible region side of the movable portion, a heat insulating region is provided between the flexible region and the semiconductor substrate,
Since the thickness of the thin film on the side of the heat insulating region is increased, the displacement of (the movable element of) the movable portion can be increased.

【0127】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の半導体マイクロアクチュエータにおいて、前記薄膜
は前記熱絶縁領域側のみに設けられるのであり、この構
造でも、可動部位の変位を大きくすることが可能にな
る。
According to the second aspect of the present invention, in the semiconductor microactuator according to the first aspect, the thin film is provided only on the side of the heat insulating region. Even in this structure, the displacement of the movable portion is increased. Becomes possible.

【0128】請求項3記載の発明によれば、請求項1記
載の半導体マイクロアクチュエータにおいて、前記薄膜
は前記熱絶縁領域側が厚くなるように階段状に形成され
ているのであり、この構造でも、可動部位の変位を大き
くすることが可能になる。
According to the third aspect of the present invention, in the semiconductor microactuator according to the first aspect, the thin film is formed in a step-like shape so that the thickness of the heat insulating region is increased. The displacement of the part can be increased.

【0129】請求項4記載の発明によれば、請求項1記
載の半導体マイクロアクチュエータにおいて、前記薄膜
は前記熱絶縁領域側に近づくにつれて徐々に厚くなる形
状に形成されているのであり、この構造でも、可動部位
の変位を大きくすることが可能になる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the semiconductor microactuator according to the first aspect, the thin film is formed in a shape that gradually becomes thicker as approaching the heat insulating region side. Thus, the displacement of the movable part can be increased.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体マイクロア
クチュエータの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor microactuator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】可動エレメントの変位の差を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a difference in displacement of a movable element.

【図3】図1の薄膜を適用した別の半導体マイクロアク
チュエータの断面図である。
3 is a sectional view of another semiconductor microactuator to which the thin film of FIG. 1 is applied.

【図4】本発明の第2実施形態に係る半導体マイクロア
クチュエータの断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor microactuator according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4の薄膜を適用した別の半導体マイクロアク
チュエータの断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of another semiconductor microactuator to which the thin film of FIG. 4 is applied.

【図6】本発明の第3実施形態に係る半導体マイクロア
クチュエータの断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor microactuator according to a third embodiment of the present invention.

【図7】図5の薄膜を適用した別の半導体マイクロアク
チュエータの断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of another semiconductor microactuator to which the thin film of FIG. 5 is applied.

【図8】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. 8 is a top view showing the structure of a conventional semiconductor microactuator.

【図9】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. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor microactuator.

【図10】特願平11−304729号に記載の半導体
マイクロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図
である。
FIG. 10 is a partially broken perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application No. 11-304729.

【図11】(a)および(b)はそれぞれ図10の半導
体マイクロアクチュエータの断面図および上面図であ
る。
FIGS. 11A and 11B are a cross-sectional view and a top view, respectively, of the semiconductor microactuator of FIG.

【図12】図10、図11に示す熱絶縁構造体の構造を
示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing the structure of the heat insulating structure shown in FIGS. 10 and 11;

【図13】図10、図12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. 13 shows a structural model used to determine the strength of the heat insulating structure shown in FIGS. 10 and 12,
(A) is a schematic diagram, (b) is a distribution diagram of a shearing force, and (c) is a distribution diagram of a moment.

【図14】(a)から(d)はいずれも図10、図11
に示した熱絶縁構造体の製造工程を示す断面図である。
14 (a) to (d) are all FIGS. 10 and 11
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the heat insulating structure shown in FIG.

【図15】特願平11−304729号に記載の他の熱
絶縁構造体の構造を示し、(a)は断面図、(b)は上
面図である。
15A and 15B show the structure of another heat insulating structure described in Japanese Patent Application No. 11-304729, wherein FIG. 15A is a cross-sectional view and FIG. 15B is a top view.

【図16】図15(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. 16 is a cross-sectional view of the heat insulating structure shown in FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by.

【図17】(a)から(e)はいずれも図15に示した
熱絶縁構造体の製造工程を示す断面図である。
17 (a) to 17 (e) are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the heat insulating structure shown in FIG.

【図18】特願平11−304729号に記載のさらに
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。
18 shows the structure of still another heat insulating structure described in Japanese Patent Application No. 11-304729, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a top view.

【図19】図18(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. 19 is a cross-sectional view of the heat insulating structure shown in FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by.

【図20】特願平11−304729号に記載の半導体
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. 20 is a sectional view showing another structure of the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application No. 11-304729.

【図21】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. 21 is a sectional view showing a structure of an aluminum wiring in the semiconductor microactuator according to the embodiment.

【図22】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。
FIGS. 22A to 22E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor microactuator according to the first embodiment. FIGS.

【図23】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. 23A to 23D are views showing a method for manufacturing the semiconductor microactuator according to the embodiment, and FIGS. 23A to 23D are cross-sectional views.

【図24】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. 24 is a sectional view showing a structure of a semiconductor microvalve using the semiconductor microactuator according to the embodiment.

【図25】特願平11−304729号に記載の半導体
マイクロアクチュエータにおけるアルミ配線の他の構造
を示す断面図である。
FIG. 25 is a sectional view showing another structure of the aluminum wiring in the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application No. 11-304729.

【図26】特願平11−304729号に記載の半導体
マイクロアクチュエータにおけるアルミ配線の更に他の
構造を示す断面図である。
FIG. 26 is a sectional view showing still another structure of the aluminum wiring in the semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application No. 11-304729.

【図27】特願平11−304729号に記載の半導体
マイクロアクチュエータの構造を示す一部破断の斜視図
である。
FIG. 27 is a partially broken perspective view showing the structure of a semiconductor microactuator described in Japanese Patent Application No. 11-304729.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B,1C 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 4A,4B,4C 薄膜 7 熱絶縁領域 8 可動部位 41A,41B,41C 半導体マイクロアクチュエー
タ 42 可撓領域 43 半導体基板 44a,44B,44C 薄膜 47 熱絶縁領域 48 可動部位
Reference Signs List 1A, 1B, 1C semiconductor microactuator 2 flexible region 3 semiconductor substrate 4A, 4B, 4C thin film 7 heat insulating region 8 movable portion 41A, 41B, 41C semiconductor microactuator 42 flexible region 43 semiconductor substrate 44a, 44B, 44C thin film 47 Thermal insulation area 48 Moving parts

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年1月11日(2000.1.1
1)
[Submission Date] January 11, 2000 (2000.1.1)
1)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】符号の説明[Correction target item name] Explanation of sign

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【符号の説明】 1A,1B,1C 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 4A,4B,4C 薄膜 7 熱絶縁領域 8 可動部位 41A,41B,41C 半導体マイクロアクチュエー
タ 42 可撓領域 43 半導体基板 44,44B,44C 薄膜 47 熱絶縁領域 48 可動部位
[Description of symbols] 1A, 1B, 1C semiconductor microactuator 2 flexible area 3 semiconductor substrate 4A, 4B, 4C thin film 7 heat insulating region 8 movable portion 41A, 41B, 41C semiconductor microactuator 42 flexible area 43 a semiconductor substrate 44 A , 44B, 44C Thin film 47 Thermal insulation area 48 Movable part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 友成 恵昭 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 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 吉田 仁 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kimiaki Saito 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Pref.Matsushita Electric Works, Ltd. 72) Inventor Yoshiaki Tomonari 1048 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works Co., Ltd. No. 1048, Kadoma, Kadoma, Kadoma, Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Masayu Kamakura 1048, Kadoma, Kadoma, Kadoma, Osaka Pref. No. Matsushita Electric Works Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 温度変化に応じて変位する少なくとも1
つの可撓領域およびこの可撓領域の一の面上に形成され
た薄膜を有して成る可動部位と、この可動部位の可撓領
域側を支持する半導体基板とを備え、前記可撓領域と前
記半導体基板との間に熱絶縁領域が設けられ、この熱絶
縁領域側の前記薄膜の厚みを厚くして成る半導体マイク
ロアクチュエータ。
At least one member that is displaced in response to a temperature change
A movable portion having two flexible regions and a thin film formed on one surface of the flexible region; and a semiconductor substrate supporting the flexible region side of the movable portion. A semiconductor microactuator comprising: a heat insulating region provided between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate;
【請求項2】 前記薄膜は前記熱絶縁領域側のみに設け
られる請求項1記載の半導体マイクロアクチュエータ。
2. The semiconductor microactuator according to claim 1, wherein the thin film is provided only on the heat insulating region side.
【請求項3】 前記薄膜は前記熱絶縁領域側が厚くなる
ように階段状に形成されている請求項1記載の半導体マ
イクロアクチュエータ。
3. The semiconductor microactuator according to claim 1, wherein the thin film is formed in a step shape so that the thickness of the heat insulating region is increased.
【請求項4】 前記薄膜は前記熱絶縁領域側に近づくに
つれて徐々に厚くなる形状に形成されている請求項1記
載の半導体マイクロアクチュエータ。
4. The semiconductor microactuator according to claim 1, wherein the thin film is formed to have a thickness that gradually increases as approaching the heat insulating region side.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005528010A (en) * 2002-02-13 2005-09-15 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Tunable MEMS film bulk acoustic wave microresonator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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