JP2007514556A - 密封されたマイクロキャビティを備えるマイクロ部品及びそのようなマイクロ部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

マイクロキャビティ（６）は、少なくとも１つのホール（５）が形成される第１の層（４）を構成するカバーによって輪郭が描かれている。第２の層がマイクロキャビティを密封する。第１の層（４）と第２の層との間には第３の層（９）が配置されている。第１の層（４）と第３の層（９）との間には、ホール（５）に連通する更なるマイクロキャビティ（１１）が配置されている。更なるマイクロキャビティ（１１）に隣接するとともに第３の層（９）に形成され且つホール（５）に対してオフセットする少なくとも１つの更なるホールは、更なるホールを通じて犠牲層が除去された後に、第２の層によって密閉される。マイクロ部品は、第１の層（４）の上側に配置され且つ機械的に引張応力が加えられた少なくとも１つの層を備えている。

Description

本発明は、少なくとも１つのホールが形成された第１の層を具備するカバーによって輪郭が現れるように（delineated）密封されたマイクロキャビティと、マイクロキャビティを密封する第２の層とを備えるマイクロ部品であって、第１の層と第２の層との間に配置される第３の層と、ホールに連通し且つ第１の層と第３の層との間に配置された更なるマイクロキャビティと、更なるマイクロキャビティに隣接するとともに第３の層に形成され且つホールに対してオフセットするとともに第２の層によって密封された少なくとも１つの更なるホールとを備えるマイクロ部品に関する。

電気機械マイクロシステムの密封封止化は幾つかの理由により必要である。特に、塵埃や湿気は可動部品の動作を乱してしまう可能性があり、また、外気の酸素によって電気的接触が悪化する可能性がある。

従来、電気機械マイクロシステムは、カバーによって輪郭が現れるように密封されたマイクロキャビティ内に封入されている。密封カバーの製造のための既知の方法が図１および図２に示されている。電気機械マイクロシステム１は一般的に基板２上に配置される。図１に示されるように、カバーは、基板２上および基板２上に形成された犠牲層３上に第１の層４によって形成されており、第１の層４には１つのホール５または幾つかのホール５が形成される。その後、ホール５を通じて犠牲層３が除去され、それにより、図２に示されるようにマイクロキャビティ６が得られる。そして、第１の層４上に第２の層７すなわちシール層が堆積されることにより、マイクロキャビティ６が密封される。

犠牲層３による製造は問題を引き起こし、そのうちの２つの主要な問題は、特に大きなカバーの場合に、シールの緊密度が不十分になるということと、犠牲層３の除去ステップに要する時間が長くなるということである。

カバーの密封を得るために、ホール５は、実際には一般的に小さく、図１に示されるように厚みの薄い犠牲層３の領域、したがって、厚みの薄いマイクロキャビティ６の領域に局所的に位置される。一般的に、マイクロキャビティ６の周辺領域におけるホール５の位置での犠牲層３の厚さは約０．５マクロメータであり、一方、電気機械マイクロシステム１をカバーする犠牲層３の厚さは約１０マクロメータである。その結果、犠牲層３のエッチングステップが長く困難となる。この欠点は、ホール５の位置における犠牲層３の厚さが小さければ小さいほど益々顕著になるが、その厚さは、最良の密閉を得るために、時として０．２マクロメータ未満の厚さとなる。

文献ＤＥ１０００５５５５は、カバーによって輪郭が現れた密封キャビティを備えるマイクロ部品について記載している。カバーは、カバーの上端部に配置され且つ互いに対してオフセットしたホールを有する下層および上層をそれぞれ備えている。マイクロ部品製造プロセス中に、下層および上層は第１および第２の犠牲層上に堆積される。犠牲層の除去は上層のホールを通じて行なわれる。第１の犠牲層は更に下層のホールを通じて除去される。上層は、下層のホールの上側で延び且つ上層の２つのホール同士の間に配置されるブリッジを形成する。上層および下層のホールはそれぞれ、下層と上層との間に配置された更なるキャビティによって互いに連通している。製造プロセス中、更なるキャビティは第２の犠牲層によって得られる。プロセスの最後に、上層のホールは、上層上に堆積され且つホール内の密閉を形成する閉塞層によって密閉される。下層は、内在する機械的な引張応力下で得ることができる。

Ｍ． Ｂａｒｔｅｋらによる論文「金属蒸着を使用するマイクロキャビティの真空密閉」（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ６１（１９９７）３５４−３５８）は、マイクロ部品を製造するための方法について記載している。犠牲層は、基板のキャビティ内に堆積されるとともに、犠牲層に対して開口するホールを残すためにシリコンナイトライドから成る層によって部分的に覆われている。シリコンナイトライド層は弱い機械的応力に晒される。その後、ホール内およびホールの周辺に第２の犠牲層が堆積される。それから、第２の犠牲層がポリシリコン層によって部分的に覆われる。犠牲層が除去されるとともに、得られたキャビティがアルミニウムまたはポリシリコンから成るシール層の堆積によって閉塞される。カバーによって覆われた密封されたマイクロキャビティを備えるマイクロ部品が得られる。カバーは、シリコンナイトライド層、ポリシリコン層およびシール層によって連続的に形成されている。シリコンナイトライド層とポリシリコン層との間には小さな更なるマイクロキャビティが配置されており、プロセス中にこのマイクロキャビティを通じて犠牲層が除去される。

文献ＥＰ０４５１９９２は、２つの素子間に懸架されたカバーと基板との間に配置されるキャビティを備えるマイクロ部品について記載している。キャビティの内部には懸架ビームが配置されている。キャビティは、酸化物層によって密閉されるチャンネルにより外部と連通している。製造方法は、必要な引張・変形レベルのビームを得るためのアニーリングステップを含んでいる。

本発明の目的は、これらの欠点を改善すること、特に、マイクロキャビティを製造するために必要な時間を短縮しつつマイクロキャビティの密封を実現することである。

本発明において、この目的は、添付の請求項によって達成され、特に、第１の層の上側に配置され且つ機械的に応力が加えられた少なくとも１つの層をマイクロ部品が備えているという事実によって達成される。

本発明の更なる目的は、本発明に係るマイクロ部品の密封されたマイクロキャビティの製造方法であって、
−基板上に犠牲層を堆積し、
−前記基板および前記犠牲層の上に、カバーを形成する第１の層を堆積し、
−前記犠牲層に対して開口する少なくとも１つのホールを前記第１の層にエッチングし、
−前記ホールを通じて前記犠牲層を除去することにより、マイクロキャビティを形成し、
−第２の層を堆積することにより、前記マイクロキャビティを密封する、
ことを連続的に含み、
前記ホールのエッチング後、前記犠牲層を除去する前に、
−前記ホールの周囲にわたって、前記ホールおよび前記第１の層の一部を覆う更なる犠牲層を堆積し、
−前記第１の層および前記更なる犠牲層の上に第３の層を堆積し、
−前記ホールに対してオフセットし且つ前記更なる犠牲層に対して開口する少なくとも１つの更なるホールを前記第３の層にエッチングし、
前記更なるホールを通じて前記犠牲層および前記更なる犠牲層を除去することにより前記マイクロキャビティを形成し、前記第３の層上に前記第２の層を堆積することにより前記更なるホールを密閉し、前記第１の層の堆積後に、機械的に引張応力が加えられた少なくとも１つの層を堆積することを具備したこと特徴とする方法を提供することである。

他の利点および特徴は、非限定的な例として与えられ且つ添付図面に示された本発明の特定の実施形態の以下の説明から更に明確に理解できるであろう。

図３および図４に示されるように、第１の層４中でエッチングされ且つ犠牲層３に対して開口するホール５（図では２つのホール）は、マイクロキャビティ（微小空洞部）の最も高い部分、すなわち、犠牲層３が例えば約８〜１０マクロメータの最大の厚さを有する場所に位置されていることが好ましい。このようにすると、ホール５を通じて犠牲層３を除去するその後のステップの持続時間が従来技術と比べてかなり短縮される。

図５および図６では、更なるマイクロキャビティ１１の輪郭が現れるように設計された更なる犠牲層８がホール５のそれぞれに関連付けられている。更なる犠牲層８は、ホール５のエッチング後で且つ犠牲層３の除去前に、ホール５の周囲にわたってホール５および第１の層４の一部を覆うように堆積される。更なる犠牲層８の厚さは例えば０．３マクロメータである。その後、図７および図８に示されるように、第１の層４上および更なる犠牲層８上に第３の層９が堆積される。それから、各ホール５に対してオフセットされ且つ対応する更なる犠牲層８に対して開口する少なくとも１つの更なるホール１０（図７および図８では２つ）が第３の層９内にエッチングされる。その後、図９に示されるように、犠牲層３および更なる犠牲層８の除去が更なるホール１０を通じて行なわれ、これにより、マイクロキャビティ６が形成されるとともに、対応するホール５および対応する更なるホール１０に連通し且つ第１の層４と第３の層９との間に配置される更なるマイクロキャビティ１１が形成される。

その後、図１０に示されるように、更なるホール１０を密閉してマイクロキャビティ６を密封するために、第３の層９上に第２の層７すなわちシール層が堆積される。したがって、第３の層９は、第１の層４と第３の層９との間に更なるマイクロキャビティ１１を有した状態で、第１の層４と第２の層７との間に配置される。更なるホール１０は、ホール５に対してオフセットされるとともに、厚さが小さい更なるマイクロキャビティ１１内に開口しているため、第２の層７による更なるホール１０の密閉が簡略化され、それにより、マイクロキャビティ６の高い密封性を得ることができる。

図７〜図１０においては、各ホール５に対して２つの更なるホール１０が関連付けられ、それにより、第３の層９に形成され且つ２つの更なるホール１０によって輪郭が現れるように懸架ブリッジ１２がホール５を覆っている。ホール５と更なるホール１０のそれぞれとの間のオフセットは、更なるホール１０がホール５を一部でさえも覆わないように構成されている。このようにすれば、ホール１０を密閉する第２の層７の部分は、第１の層４によって支持され、したがってマイクロキャビティ６の内側に堆積することが防止される。

犠牲層３および８の材料は、例えばドライエッチング等の高速エッチングが可能な高分子、例えばポリイミドまたはフォトレジストであっても良い。また、例えばリンシリケートガラス（ＰＳＧ）やタングステン層またはニッケル層等の金属層を得るために、陰極スパッタリングによって犠牲層３および８を得ることもできる。第１の層４、第２の層７および第３の層９は、シリコンオキサイド（ＳｉＯ_２）、シリコンナイトライド（Ｓｉ_３Ｎ_４）または金属によって形成することができる。第１の層４は、例えば１．５マクロメータの厚さを有するシリコンオキサイドの堆積によって得ることができる。第３の層９は、例えば１．５マクロメータの厚さを有するシリコンナイトライドの堆積によって得られることが好ましい。第２の層７は、例えばシリコンナイトライドによって形成されるとともに、２マクロメータの厚さを有している。

図１１に示されるように、第３の層９は、最初に更なる犠牲層８上および第１の層４上に堆積される少なくとも２つの重ね合わされた副層を備えた多層構造によって形成することができる。この場合、機械的な引張応力下で得られる第１の副層９ａは、機械的な圧縮応力下で得られる第２の副層９ｂによって覆われる。第１の副層９ａおよび第２の副層９ｂの応力が反対方向であるため、犠牲層３，８が除去された後においては第１の副層９ａおよび第２の副層９ｂのいずれもがその形状を維持する。しかしながら、図１２に示されるように、第２の副層９ｂが除去されると、対応する更なる犠牲層８の除去によって解放される、すなわち、対応する更なるマイクロキャビティ１１を覆う第３の層９の一部が、第１の層４の方向に自動的に屈曲する。したがって、犠牲層３および８を除去できるようにするためにホール５と更なるホール１０との間に存在する通路が狭くなり或いは全体的に閉じられてしまうことさえあり、そのため、密閉されるべき空間が減少し、密閉ステップが簡略化される。この場合、得られるマイクロ部品において、更なるマイクロキャビティ１１に隣接する更なるホール１０は、もはやこの対応する更なるマイクロキャビティ１１と連通しない。

また、第３の層９は、犠牲層３および８の除去前に、機械的な引張応力を有する単一の層によって得ることもできる。対応する更なる犠牲層８の除去中、そのようにして解放される第３の層９の部分が第１の層４の方向に自動的に屈曲し、これにより、犠牲層３のエッチングステップが長引くが、前述したように、２つの副層９ａ，９ｂの堆積を必要とすることなく、密閉されるべき小さい空間の密封を簡略化できるという利点がある。

図１３に示される他の実施形態において、第３の層９は、応力が加えられていない或いは僅かに圧縮応力が加えられた堆積物によって得られ、後者の場合には、更なるホール１０とホール５との間の通路を広げることにより犠牲層３および８のより迅速な除去に役立つ。その後、犠牲層３および８が除去された後、機械的な引張応力をもって第３の層９上に第４の層１３が形成される。第４の層１３は、ホール１０内に入り込んでホール１０を密閉する。このとき、第３の層９および第４の層１３は、層１３が堆積される際に第１の層４の方向に屈曲し、これにより、更なるホール１０の密閉が簡略化される。

本発明は前述した特定の実施形態に限定されない。特に、ホール５は任意の数をとることができ、また、これは、各ホール５に関連付けられ且つ対応する更なる犠牲層８に対して開口する更なるホール１０についても同様である。必要に応じて、１つの更なる犠牲層８を幾つかのホール５に関連付けることもできる。

従来技術に係るマイクロ部品の製造方法のステップを示している。 従来技術に係るマイクロ部品の製造方法のステップを示している。 本発明に係るマイクロ部品の製造方法の特定の実施形態のステップを平面図で示している。 図３に示されるステップをＡ−Ａ線に沿う断面図で示している。 本発明に係るマイクロ部品の製造方法の特定の実施形態の図３に続くステップを平面図で示している。 図５に示されるステップをＢ−Ｂ線に沿う断面図で示している。 本発明に係るマイクロ部品の製造方法の特定の実施形態の図５に続くステップを平面図で示している。 図７に示されるステップをＣ−Ｃ線に沿う断面図で示している。 図３〜図８に係る方法のその後のステップを示している。 図９に続くステップを示している。 本発明に係る製造方法の他の特定の実施形態におけるシール層の堆積前のステップを示している。 本発明に係る製造方法の他の特定の実施形態におけるシール層の堆積前のステップを示している。 本発明に係るマイクロ部品の製造方法の他の特定の実施形態におけるシール層の堆積前のステップを示している。

Claims (9)

1. 少なくとも１つのホール（５）が形成される第１の層（４）を具備するカバーによって輪郭が現れるように密封されたマイクロキャビティ（６）と、前記マイクロキャビティ（６）を密封する第２の層（７）とを備えるマイクロ部品であって、
   前記第１の層（４）と前記第２の層（７）との間に配置された第３の層（９）と、前記ホール（５）に連通し且つ前記第１の層（４）と前記第３の層（９）との間に配置された更なるマイクロキャビティ（１１）と、前記更なるマイクロキャビティ（１１）に隣接するとともに前記第３の層（９）に形成され且つ前記ホール（５）に対してオフセットするとともに前記第２の層（７）によって密閉される少なくとも１つの更なるホール（１０）とを備え、
   前記第１の層（４）の上方に配置され且つ機械的に引張応力が加えられた少なくとも１つの層を備えていることを特徴とする、マイクロ部品。
2. 前記更なるマイクロキャビティ（１１）は前記更なるホール（１０）に連通していることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ部品。
3. 前記ホール（５）は前記マイクロキャビティ（６）の最も高い部分に配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のマイクロ部品。
4. 前記ホール（５）と前記更なるホール（１０）との間のオフセットは、前記更なるホール（１０）が前記ホール（５）を一部でさえも覆わないように構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマイクロ部品。
5. 前記各ホール（５）に対して２つの前記更なるホール（１０）が関連付けられ、それにより、前記第３の層（９）に形成され且つ前記２つの更なるホール（１０）によって輪郭が現れる懸架ブリッジ（１２）が、前記ホール（５）を覆うことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマイクロ部品。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマイクロ部品の密封されたマイクロキャビティ（６）の製造方法であって、
   −基板（２）上に犠牲層（３）を堆積し、
   −前記基板（２）および前記犠牲層（３）の上に、カバーを形成する第１の層（４）を堆積し、
   −前記犠牲層（３）に対して開口する少なくとも１つのホール（５）を前記第１の層（４）にエッチングし、
   −前記ホール（５）を通じて前記犠牲層（３）を除去することにより、マイクロキャビティ（６）を形成し、
   −第２の層（７）を堆積することにより、前記マイクロキャビティ（６）を密封する、
   ことを連続的に含み、
   前記ホール（５）のエッチング後、前記犠牲層（３）を除去する前に、
   −前記ホール（５）の周囲にわたって、前記ホール（５）および前記第１の層（４）の一部を覆う更なる犠牲層（８）を堆積し、
   −前記第１の層（４）および前記更なる犠牲層（８）の上に第３の層（９）を堆積し、
   −前記ホール（５）に対してオフセットし且つ前記更なる犠牲層（８）に対して開口する少なくとも１つの更なるホール（１０）を前記第３の層（９）にエッチングし、
   前記更なるホール（１０）を通じて前記犠牲層（３）および前記更なる犠牲層（８）を除去することにより前記マイクロキャビティ（６）を形成し、前記第３の層（９）上に前記第２の層（７）を堆積することにより前記更なるホール（１０）を密閉し、
   前記第１の層（４）の堆積後に、機械的に引張応力が加えられた少なくとも１つの層を堆積することを具備することを特徴とする、方法。
7. 前記第３の層（９）に機械的な引張応力が加えられることにより、前記更なる犠牲層（８）の除去によって解放される前記第３の層（９）の部分が前記第１の層（４）の方向に屈曲することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記第３の層（９）は、機械的に圧縮応力が加えられた第２の副層（９ｂ）によって覆われる機械的に引張応力が加えられた第１の副層（９ａ）により形成され、前記第２の副層（９ｂ）は、前記犠牲層（３，８）が除去された後に除去されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記犠牲層（３，８）が除去された後に、機械的に引張応力が加えられた第４の層（１３）が前記第３の層（９）上に堆積され、それにより、前記第３の層（９）および前記第４の層（１３）が前記第１の層（４）の方向に屈曲することを特徴とする、請求項６に記載の方法。

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