JP3537631B2 - 微小機械装置およびその製造方法 - Google Patents
微小機械装置およびその製造方法Info
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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- Pressure Sensors (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に気
密封止して形成された微小機械装置およびその製造方法
に関するものである。
密封止して形成された微小機械装置およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＣプロセス技術を活用すること
により、半導体基板上に微細な梁構造を作製すること
で、半導体センサやアクチュエーター等の可動部を有す
る微小機械素子（マイクロマシン）を作製した例が多数
報告されている。この手法により形成された微小機械素
子は、基本的にはＬＳＩ製造と同じ技術によって形成さ
れるため、微小機械素子の駆動回路または検出回路の集
積が容易である。したがって、大量生産が可能となり、
微細構造を安価な製造コストで容易に形成できる等の利
点を有する。
により、半導体基板上に微細な梁構造を作製すること
で、半導体センサやアクチュエーター等の可動部を有す
る微小機械素子（マイクロマシン）を作製した例が多数
報告されている。この手法により形成された微小機械素
子は、基本的にはＬＳＩ製造と同じ技術によって形成さ
れるため、微小機械素子の駆動回路または検出回路の集
積が容易である。したがって、大量生産が可能となり、
微細構造を安価な製造コストで容易に形成できる等の利
点を有する。
【０００３】ところで、これらの微小機械素子は、環境
からのゴミや湿気等の侵入を防ぐために気密封止される
必要がある。また、微小機械装置として作製される圧力
センサーや流量制御装置等は、その機能を実現するため
には半導体基板上に中空構造を形成する必要がある。例
えば、図７に示すように半導体基板６１に凹部６３を形
成し、その表面に絶縁膜６４を形成してから凹部６３内
に微小機械素子（図示せず）を設置し、薄膜６２によっ
て気密封止することが要求される。
からのゴミや湿気等の侵入を防ぐために気密封止される
必要がある。また、微小機械装置として作製される圧力
センサーや流量制御装置等は、その機能を実現するため
には半導体基板上に中空構造を形成する必要がある。例
えば、図７に示すように半導体基板６１に凹部６３を形
成し、その表面に絶縁膜６４を形成してから凹部６３内
に微小機械素子（図示せず）を設置し、薄膜６２によっ
て気密封止することが要求される。
【０００４】しかし、通常のＩＣプロセスで用いられる
スパッタ法などの膜形成法では、基板表面にのみ膜が形
成されるため、微小機械素子の可動部分に接触させずに
気密封止することは不可能である。現在、微小機械素子
を形成したシリコン基板の気密封止には、気密封止用の
ガラス基板を陽極接合技術によってシリコン基板に接合
する方法が広く用いられている。
スパッタ法などの膜形成法では、基板表面にのみ膜が形
成されるため、微小機械素子の可動部分に接触させずに
気密封止することは不可能である。現在、微小機械素子
を形成したシリコン基板の気密封止には、気密封止用の
ガラス基板を陽極接合技術によってシリコン基板に接合
する方法が広く用いられている。
【０００５】ここで、従来におけるガラス基板を用いて
微小機械素子を気密封止する例を図８に示す。図８は気
密封止にガラス基板を用いた従来例を示す断面図であ
る。図８（ａ）において、シリコン基板５１上には絶縁
膜５２が形成され、絶縁膜５２には凹部５３が形成され
ている。絶縁膜５２の上にはポリシリコンによって形成
された微小機械素子５４と、微小機械素子５４の形状に
合わせて加工の施されたガラス基板５５とが配置されて
いる。
微小機械素子を気密封止する例を図８に示す。図８は気
密封止にガラス基板を用いた従来例を示す断面図であ
る。図８（ａ）において、シリコン基板５１上には絶縁
膜５２が形成され、絶縁膜５２には凹部５３が形成され
ている。絶縁膜５２の上にはポリシリコンによって形成
された微小機械素子５４と、微小機械素子５４の形状に
合わせて加工の施されたガラス基板５５とが配置されて
いる。
【０００６】このガラス基板５５には、微小機械素子５
４の可動部分を確保するための空間５７の他に、微小機
械素子５４と導通を取るためのスルーホール５６も形成
されている。シリコン基板５１とガラス基板５５とを図
８（ｂ）の様に位置合わせを行った後、陽極接合によっ
て接合する。その後、図８（ｃ）に示すように、スルー
ホール５６内に導電性ペースト５８を埋め込んだ後、こ
の導電性ぺ一スト５８に取り出し電極５９を接続する。
４の可動部分を確保するための空間５７の他に、微小機
械素子５４と導通を取るためのスルーホール５６も形成
されている。シリコン基板５１とガラス基板５５とを図
８（ｂ）の様に位置合わせを行った後、陽極接合によっ
て接合する。その後、図８（ｃ）に示すように、スルー
ホール５６内に導電性ペースト５８を埋め込んだ後、こ
の導電性ぺ一スト５８に取り出し電極５９を接続する。
【０００７】ここで、陽極接合の原理について図９を用
いて説明する。図９はガラスとシリコンとの陽極接合の
原理を示す説明図である。ガラス７１とシリコン７２と
の接合は、両者を重ね合わせた後に３００〜５００℃に
加熱するとともに１０００Ｖ程度の電圧を印加すること
によって行われる。この結果、ガラス７１の内部のイオ
ンが移動する。そして、ガラス７１内部のシリコン７２
側の負電荷とシリコン７２の正電荷による静電力で表面
同士が引き合って接触し共有結合を形成してガラス７１
とシリコン７２とは接合される。
いて説明する。図９はガラスとシリコンとの陽極接合の
原理を示す説明図である。ガラス７１とシリコン７２と
の接合は、両者を重ね合わせた後に３００〜５００℃に
加熱するとともに１０００Ｖ程度の電圧を印加すること
によって行われる。この結果、ガラス７１の内部のイオ
ンが移動する。そして、ガラス７１内部のシリコン７２
側の負電荷とシリコン７２の正電荷による静電力で表面
同士が引き合って接触し共有結合を形成してガラス７１
とシリコン７２とは接合される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は図
８（ｃ）に示すように、１枚の半導体基板上に１層の微
小機械素子を作製していた。そのため、複数の微小機械
素子を作製する際、同一平面上に形成することができな
い微小機械素子については新たに別の基板上に作製しな
ければならず、微小機械装置の集積および小型化にとっ
て大きな支障となっていた。本発明は、このような課題
を解決するためのものであり、同一半導体基板内に高密
度に集積した微小機械装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
８（ｃ）に示すように、１枚の半導体基板上に１層の微
小機械素子を作製していた。そのため、複数の微小機械
素子を作製する際、同一平面上に形成することができな
い微小機械素子については新たに別の基板上に作製しな
ければならず、微小機械装置の集積および小型化にとっ
て大きな支障となっていた。本発明は、このような課題
を解決するためのものであり、同一半導体基板内に高密
度に集積した微小機械装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る微小機械装置は、半導体基板上
に順次積層された第１および第２の絶縁膜と、可動領域
として中空構造が確保された状態で第１の絶縁膜内に気
密封止された第１の微小機械素子と、可動領域として中
空構造が確保された状態で第２の絶縁膜内に気密封止さ
れた第２の微小機械素子とを備えたものである。このよ
うに構成することにより本発明に係る微小機械装置は、
従来よりも高密度に微小機械素子を集積することができ
る。また、本発明に係る微小機械装置の製造方法は、凹
部の開口面よりも広い面積のフィルム上に薄膜を形成す
る工程と、上記フィルムに形成された上記薄膜と上記凹
部とを互いに向かい合わせ、上記凹部の開口面を覆うよ
うにして上記薄膜を上記フィルムとともに上記凹部上に
載置する工程と、上記フィルムに所定の圧力を付加する
ことによって上記薄膜を上記凹部上に転写する工程と、
この転写された薄膜から上記フィルムを剥離する工程と
を有するものである。したがって、凹部内に形成された
微小機械装置を、ガラス基板よりも薄い薄膜によって気
密封止することができ、積層構造の微小機械素子を容易
に作製することができる。
るために、本発明に係る微小機械装置は、半導体基板上
に順次積層された第１および第２の絶縁膜と、可動領域
として中空構造が確保された状態で第１の絶縁膜内に気
密封止された第１の微小機械素子と、可動領域として中
空構造が確保された状態で第２の絶縁膜内に気密封止さ
れた第２の微小機械素子とを備えたものである。このよ
うに構成することにより本発明に係る微小機械装置は、
従来よりも高密度に微小機械素子を集積することができ
る。また、本発明に係る微小機械装置の製造方法は、凹
部の開口面よりも広い面積のフィルム上に薄膜を形成す
る工程と、上記フィルムに形成された上記薄膜と上記凹
部とを互いに向かい合わせ、上記凹部の開口面を覆うよ
うにして上記薄膜を上記フィルムとともに上記凹部上に
載置する工程と、上記フィルムに所定の圧力を付加する
ことによって上記薄膜を上記凹部上に転写する工程と、
この転写された薄膜から上記フィルムを剥離する工程と
を有するものである。したがって、凹部内に形成された
微小機械装置を、ガラス基板よりも薄い薄膜によって気
密封止することができ、積層構造の微小機械素子を容易
に作製することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。まず、微小機械素子の気
密封止の方法について説明する。本発明においては、従
来のガラス基板を用いた場合の問題点を克服するため、
以下のような手法を新たに提案する。図１は微小機械素
子の気密封止に使用されるフィルムおよび薄膜を示す断
面図である。図１において、フィルム１の上にはシリコ
ン酸化物前駆体２が形成されている。
について図を用いて説明する。まず、微小機械素子の気
密封止の方法について説明する。本発明においては、従
来のガラス基板を用いた場合の問題点を克服するため、
以下のような手法を新たに提案する。図１は微小機械素
子の気密封止に使用されるフィルムおよび薄膜を示す断
面図である。図１において、フィルム１の上にはシリコ
ン酸化物前駆体２が形成されている。
【００１１】なお、本実施の形態では、フィルム１とし
てポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムを
使用し、シリコン酸化物前駆体２はＳＯＧ材料のシリカ
系絶縁膜形成用塗布液を用いた。フィルム１の厚さは１
００〜２００μｍとしフィルム１の一面には、シリコン
酸化物前駆体２が塗布され、その後乾燥させることによ
り３〜１０μｍの薄膜が形成されている。シリコン酸化
物前駆体２の乾燥は、温度１２０℃の下で時間６〜１０
分に亘って行われる。
てポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムを
使用し、シリコン酸化物前駆体２はＳＯＧ材料のシリカ
系絶縁膜形成用塗布液を用いた。フィルム１の厚さは１
００〜２００μｍとしフィルム１の一面には、シリコン
酸化物前駆体２が塗布され、その後乾燥させることによ
り３〜１０μｍの薄膜が形成されている。シリコン酸化
物前駆体２の乾燥は、温度１２０℃の下で時間６〜１０
分に亘って行われる。
【００１２】また、フィルム１の材料としてＰＴＦＥフ
ィルムを例に挙げたが、これに限られるものではない。
フィルム１上にシリコン酸化物前駆体２が形成可能であ
れぱ、他の材料のフィルムを用いてもよいことは言うま
でもない。また、シリコン酸化物前駆体２の材料も上記
のものに限られるものではない。必要とする粘度および
硬度を有するとともに４００℃以下の熱処理でシリコン
酸化膜に変質が可能なものであれば、他の材料によるシ
リコン酸化物前駆体を用いても構わない。
ィルムを例に挙げたが、これに限られるものではない。
フィルム１上にシリコン酸化物前駆体２が形成可能であ
れぱ、他の材料のフィルムを用いてもよいことは言うま
でもない。また、シリコン酸化物前駆体２の材料も上記
のものに限られるものではない。必要とする粘度および
硬度を有するとともに４００℃以下の熱処理でシリコン
酸化膜に変質が可能なものであれば、他の材料によるシ
リコン酸化物前駆体を用いても構わない。
【００１３】また、シリコン酸化物前駆体２はゲル状の
物質であり、フィルム上での乾燥温度および乾燥時間を
変化させれば、このシリコン酸化物前駆体２の硬度は自
由に調整可能である。すなわち、硬度を調整することに
より、半導体基板の巨大な凹部中に入り込むことなくシ
リコン酸化物前駆体２によって凹部の開口部を気密封止
することが可能である。また、シリコン酸化物前駆体２
は、熱処理によって通常のシリコン酸化物と同等の膜質
および硬度を有するシリコン酸化物に変化するため、気
密封止後も洗浄や熱処理等のＩＣプロセスで行われる処
理の実施も可能となる。
物質であり、フィルム上での乾燥温度および乾燥時間を
変化させれば、このシリコン酸化物前駆体２の硬度は自
由に調整可能である。すなわち、硬度を調整することに
より、半導体基板の巨大な凹部中に入り込むことなくシ
リコン酸化物前駆体２によって凹部の開口部を気密封止
することが可能である。また、シリコン酸化物前駆体２
は、熱処理によって通常のシリコン酸化物と同等の膜質
および硬度を有するシリコン酸化物に変化するため、気
密封止後も洗浄や熱処理等のＩＣプロセスで行われる処
理の実施も可能となる。
【００１４】次に、微小機械装置の気密封止の工程につ
いて図２，３を用いて説明する。図２，３は本発明に係
る気密封止の工程の一つの実施の形態を示す断面図であ
る。これらは図１で作成された薄膜を用いて、半導体基
板上に形成した微小機械素子を気密封止する工程を示す
ものである。
いて図２，３を用いて説明する。図２，３は本発明に係
る気密封止の工程の一つの実施の形態を示す断面図であ
る。これらは図１で作成された薄膜を用いて、半導体基
板上に形成した微小機械素子を気密封止する工程を示す
ものである。
【００１５】図２（ａ）において、半導体基板であるシ
リコン基板１３上には、第一の絶縁膜１４と犠牲膜１５
と第二の絶縁膜１６とが順次堆積されて形成されてい
る。図２（ｂ）において、絶縁膜１６に対してリソグラ
フィー工程とエッチング工程を施すことにより、犠牲膜
１５が露出するように凹部１７を形成する。図２（ｃ）
において、この凹部１７を含む基板全面にＡｌを１００
０ｎｍ堆積した後、リソグラフィー工程とエッチング工
程とによって微小機械素子１８を形成する。
リコン基板１３上には、第一の絶縁膜１４と犠牲膜１５
と第二の絶縁膜１６とが順次堆積されて形成されてい
る。図２（ｂ）において、絶縁膜１６に対してリソグラ
フィー工程とエッチング工程を施すことにより、犠牲膜
１５が露出するように凹部１７を形成する。図２（ｃ）
において、この凹部１７を含む基板全面にＡｌを１００
０ｎｍ堆積した後、リソグラフィー工程とエッチング工
程とによって微小機械素子１８を形成する。
【００１６】図２（ｄ）において、等方性エッチングに
よって微小機械素子１８の下周辺の犠牲膜１５を除去し
て空間１９を形成する。ここで、図４は微小機械素子の
詳細な構成を示す断面図および平面図である。図４に示
すように本実施の形態では、微小機械素子１８としてシ
リコン基板１３に対して水平方向の加速度を測定するた
めの静電容量型一次元加速度センサーをＡｌによって作
製した。また、図４から明らかなように微小機械素子１
８の構造は梁構造になっている。なお、凹部１９の開口
部は、１００μｍ角の正方形としている。
よって微小機械素子１８の下周辺の犠牲膜１５を除去し
て空間１９を形成する。ここで、図４は微小機械素子の
詳細な構成を示す断面図および平面図である。図４に示
すように本実施の形態では、微小機械素子１８としてシ
リコン基板１３に対して水平方向の加速度を測定するた
めの静電容量型一次元加速度センサーをＡｌによって作
製した。また、図４から明らかなように微小機械素子１
８の構造は梁構造になっている。なお、凹部１９の開口
部は、１００μｍ角の正方形としている。
【００１７】また、犠牲膜１５の除去にはＣＦ4＋Ｏ2雰
囲気下でのプラズマエッチングを使用した。また、絶縁
膜１４，１６はＣＶＤ法によってＳｉＨ4＋Ｏ2雰囲気下
でＳｉＯ2を２０００ｎｍ堆積し、犠牲膜１５は膜厚が
５００ｎｍのＳｉＮを使用した。
囲気下でのプラズマエッチングを使用した。また、絶縁
膜１４，１６はＣＶＤ法によってＳｉＨ4＋Ｏ2雰囲気下
でＳｉＯ2を２０００ｎｍ堆積し、犠牲膜１５は膜厚が
５００ｎｍのＳｉＮを使用した。
【００１８】図３（ｅ）において、図１の手法で形成し
たフィルム１１上の膜厚３〜１０μｍのシリコン酸化物
前駆体１２を、凹部１７等を含む基板上に載置し、その
後加熱しながら所定の圧力で押圧することによって薄膜
１８を基板上に転写する。ここで転写方法としては薄膜
が形成可能な転写方法であればいかなる手法でも良い。
たフィルム１１上の膜厚３〜１０μｍのシリコン酸化物
前駆体１２を、凹部１７等を含む基板上に載置し、その
後加熱しながら所定の圧力で押圧することによって薄膜
１８を基板上に転写する。ここで転写方法としては薄膜
が形成可能な転写方法であればいかなる手法でも良い。
【００１９】なお、図３（ｅ）の工程は真空中で実施さ
れる。また、図１で既に説明したようにシリコン酸化物
前駆体１２は、フィルム１１上の乾燥によって必要とす
る硬度に調整されている。そのため、凹部１７の中に入
り込まずに凹部１７の開口部を塞ぐことができる。
れる。また、図１で既に説明したようにシリコン酸化物
前駆体１２は、フィルム１１上の乾燥によって必要とす
る硬度に調整されている。そのため、凹部１７の中に入
り込まずに凹部１７の開口部を塞ぐことができる。
【００２０】図３（ｆ）において、フィルム１１を剥離
することによって基板上にシリコン酸化物前駆体１２が
形成される。その結果、微小機械素子１８の周辺には空
間１７ａが確保される。なお、図３（ｆ）の工程は大気
中で実施される。
することによって基板上にシリコン酸化物前駆体１２が
形成される。その結果、微小機械素子１８の周辺には空
間１７ａが確保される。なお、図３（ｆ）の工程は大気
中で実施される。
【００２１】図３（ｇ）において、シリコン酸化物前駆
体１２に対して熱処理を施すことにより、基板上のシリ
コン酸化物前駆体１２はシリコン酸化膜２０に変化す
る。本実施の形態では、酸素雰囲気下で４００℃の熱処
理を行った。この熱処理により、転写されたシリコン酸
化物前駆体１２は通常のシリコン酸化物と同等の膜質お
よび硬度を有するシリコン酸化物２０となる。その結
果、微小機械素子に対して可動空間を確保しながら気密
封止することができ、また気密封止を行った後も洗浄や
リソグラフィーなどのＩＣプロセスで用いられる処理を
行うことが可能である。なお、図３（ｇ）の工程は、酸
素または水蒸気の雰囲気中で実施される。
体１２に対して熱処理を施すことにより、基板上のシリ
コン酸化物前駆体１２はシリコン酸化膜２０に変化す
る。本実施の形態では、酸素雰囲気下で４００℃の熱処
理を行った。この熱処理により、転写されたシリコン酸
化物前駆体１２は通常のシリコン酸化物と同等の膜質お
よび硬度を有するシリコン酸化物２０となる。その結
果、微小機械素子に対して可動空間を確保しながら気密
封止することができ、また気密封止を行った後も洗浄や
リソグラフィーなどのＩＣプロセスで用いられる処理を
行うことが可能である。なお、図３（ｇ）の工程は、酸
素または水蒸気の雰囲気中で実施される。
【００２２】次に、本発明に係る積層構造を有する微小
機械素子の製造工程について説明する。図５，６は本発
明に係る微小機械装置の製造工程の一つの実施の形態を
示す断面図である。ここでは、絶縁膜にコンタクトホー
ルを形成して上部から電極を取り出すとともに複数の微
小機械素子を積層して形成した例を示す。
機械素子の製造工程について説明する。図５，６は本発
明に係る微小機械装置の製造工程の一つの実施の形態を
示す断面図である。ここでは、絶縁膜にコンタクトホー
ルを形成して上部から電極を取り出すとともに複数の微
小機械素子を積層して形成した例を示す。
【００２３】図５（ａ）において、シリコン基板２３上
には図２（ｃ）と同様の構造が形成され、形成法は以下
のとおりである。すなわち、シリコン基板２３上に第一
の絶縁膜２４を形成した後に、Ａｌ膜を堆積し、次にリ
ソグラフィー工程とエッチング工程とによって電極２５
を形成する。さらに、犠牲膜２６を堆積した後、リソグ
ラフィー工程とエッチング工程とによって加工する。こ
の後、第二の絶縁膜２７を堆積し、リソグラフィー工程
とエッチング工程とによって犠牲膜２６の表面が露出す
るように凹部を形成する。
には図２（ｃ）と同様の構造が形成され、形成法は以下
のとおりである。すなわち、シリコン基板２３上に第一
の絶縁膜２４を形成した後に、Ａｌ膜を堆積し、次にリ
ソグラフィー工程とエッチング工程とによって電極２５
を形成する。さらに、犠牲膜２６を堆積した後、リソグ
ラフィー工程とエッチング工程とによって加工する。こ
の後、第二の絶縁膜２７を堆積し、リソグラフィー工程
とエッチング工程とによって犠牲膜２６の表面が露出す
るように凹部を形成する。
【００２４】その後、Ａｌ膜を堆積しリソグラフィー工
程とエッチング工程とにより、微小機械素子２９を形成
する。さらに、等方性エッチングにより、犠牲膜２６を
除去し、空間３０を形成する。図２と同様に微小機械素
子２９としては、基板に対し水平方向の加速度を測定す
る静電容量型加速度センサーを作製した。または、垂直
方向のセンサーを作製してもよい。
程とエッチング工程とにより、微小機械素子２９を形成
する。さらに、等方性エッチングにより、犠牲膜２６を
除去し、空間３０を形成する。図２と同様に微小機械素
子２９としては、基板に対し水平方向の加速度を測定す
る静電容量型加速度センサーを作製した。または、垂直
方向のセンサーを作製してもよい。
【００２５】図５（ｃ）において、フィルム２１上に形
成したシリコン酸化物前駆体２２を基板上に載置し、加
熱しながらフィルム２１とともにこのシリコン酸化物前
駆体２２を基板に対して押しつけることによって絶縁膜
２７および微小機械素子２９上に転写する。図５（ｄ）
において、フィルム２１を剥離する。図６（ｅ）におい
て、シリコン酸化物前駆体２２を熱処理することによ
り、シリコン酸化膜３１を形成する。この結果、凹部２
８内の微小機械素子２９および電極２５は気密封止され
る。
成したシリコン酸化物前駆体２２を基板上に載置し、加
熱しながらフィルム２１とともにこのシリコン酸化物前
駆体２２を基板に対して押しつけることによって絶縁膜
２７および微小機械素子２９上に転写する。図５（ｄ）
において、フィルム２１を剥離する。図６（ｅ）におい
て、シリコン酸化物前駆体２２を熱処理することによ
り、シリコン酸化膜３１を形成する。この結果、凹部２
８内の微小機械素子２９および電極２５は気密封止され
る。
【００２６】図６（ｆ）において、シリコン酸化膜３１
に、リソグラフィー工程とエッチング工程とにより微小
機械素子２９の一部を露出するためのコンタクトホール
を形成した後、引き出し電極３２を形成する。この結
果、半導体基板の上面から電極を引き出すことができ
る。さらに、シリコン酸化物３１および絶縁膜２７にコ
ンタクトホールを開口した後、引き出し電極３３を形成
する。
に、リソグラフィー工程とエッチング工程とにより微小
機械素子２９の一部を露出するためのコンタクトホール
を形成した後、引き出し電極３２を形成する。この結
果、半導体基板の上面から電極を引き出すことができ
る。さらに、シリコン酸化物３１および絶縁膜２７にコ
ンタクトホールを開口した後、引き出し電極３３を形成
する。
【００２７】図６（ｇ）において、上記工程を繰り返す
ことによって積層構造に配置した微小機械素子を形成す
ることができる。すなわち、電極３３の上には空間３６
を確保したまま絶縁膜３４が堆積され、空間３６の上に
は微小機械素子３７が形成されている。微小機械素子３
７の上には空間３８を確保したままシリコン酸化物３５
によって気密封止され、このシリコン酸化物３５に開口
されたコンタクトホールを介して電極３９は微小機械素
子３７に接続されている。
ことによって積層構造に配置した微小機械素子を形成す
ることができる。すなわち、電極３３の上には空間３６
を確保したまま絶縁膜３４が堆積され、空間３６の上に
は微小機械素子３７が形成されている。微小機械素子３
７の上には空間３８を確保したままシリコン酸化物３５
によって気密封止され、このシリコン酸化物３５に開口
されたコンタクトホールを介して電極３９は微小機械素
子３７に接続されている。
【００２８】なお、以上の実施の形態においては、フィ
ルム上に形成する薄膜に、シリコン酸化物前駆体を用い
た。しかし、フィルム上への形成、半導体基板上への転
写および剥離により、凹部の中空空間を維持しながら開
口部を塞ぐことが可能であれば、他の材料の薄膜であっ
ても構わない。
ルム上に形成する薄膜に、シリコン酸化物前駆体を用い
た。しかし、フィルム上への形成、半導体基板上への転
写および剥離により、凹部の中空空間を維持しながら開
口部を塞ぐことが可能であれば、他の材料の薄膜であっ
ても構わない。
【００２９】また、微小機械素子をＡｌ、犠牲膜をＳｉ
Ｎで形成した。さらに、犠牲膜の除去には、ＣＦ4＋Ｏ2
雰囲気下でのプラズマエッチングを使用した。しかし、
半導体基板上に凹部を形成し、その中に可動部を有する
微小機械素子の形成が可能であれば、微小機械素子や犠
牲膜の材料および犠牲膜の除去法は、他の手法でも構わ
ない。
Ｎで形成した。さらに、犠牲膜の除去には、ＣＦ4＋Ｏ2
雰囲気下でのプラズマエッチングを使用した。しかし、
半導体基板上に凹部を形成し、その中に可動部を有する
微小機械素子の形成が可能であれば、微小機械素子や犠
牲膜の材料および犠牲膜の除去法は、他の手法でも構わ
ない。
【００３０】また、１層または２層の電極から構成され
る微小機械装置を形成したが、半導体基板上に凹部を形
成し、その中に微小機械素子を形成可能であれば、他の
構造を有する微小機械装置であっても構わない。例え
ば、一個の絶縁膜内に高さを違えて設けた複数の空間に
それぞれ微小機械素子を配置した構造をとっても良い
し、複数堆積された絶縁膜に高さを違えて設けられた空
間に微小機械素子を配置する構成をとっても良い。
る微小機械装置を形成したが、半導体基板上に凹部を形
成し、その中に微小機械素子を形成可能であれば、他の
構造を有する微小機械装置であっても構わない。例え
ば、一個の絶縁膜内に高さを違えて設けた複数の空間に
それぞれ微小機械素子を配置した構造をとっても良い
し、複数堆積された絶縁膜に高さを違えて設けられた空
間に微小機械素子を配置する構成をとっても良い。
【００３１】また、半導体基板上に堆積した絶縁膜に凹
部を開口してその中に微小機械素子を設置するのではな
く、図７に示すように半導体基板に凹部を開口してその
表面に絶縁膜を形成してから微小機械素子を設置しても
良い。
部を開口してその中に微小機械素子を設置するのではな
く、図７に示すように半導体基板に凹部を開口してその
表面に絶縁膜を形成してから微小機械素子を設置しても
良い。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る微小
機械装置は、積層して微小機械素子を形成することによ
り、従来と比べ半導体基板上に高密度に集積させること
ができる。また、本発明に係る微小機械装置の製造方法
は、以下に示す効果がある。 （１）フィルム上に形成した薄膜を半導体基板上に転写
するという非常に簡便な工程で微小機械素子の気密封止
を実現することができる。 （２）気密封止用のガラス基板を必要としないため、製
造コストの削減が可能である。 （３）気密封止用のガラス基板を陽極接合するようなガ
ラス基板の加工および接合時の位置合わせを必要としな
いため、工程を簡略化できる。 （４）本手法で形成される薄膜の膜厚は数μｍ程度の膜
厚にすることができ、通常のＩＣプロセスの手法で基板
上面から電極を引き出すことが可能である。また、層間
接続が容易となるため、半導体基板上に積層構造に微小
機械素子を配置することができ、半導体基板上に高密度
に微小機械素子を搭載することが実現できる。 （５）薄膜としてＳＯＧ塗布液を用いたシリコン酸化物
を利用した場合、転写後の熱処理によって通常のシリコ
ン酸化物と同等の硬度および膜質を有するようになるた
め、気密封止後も洗浄や熱処理など通常のＩＣプロセス
を行うことが可能となる。
機械装置は、積層して微小機械素子を形成することによ
り、従来と比べ半導体基板上に高密度に集積させること
ができる。また、本発明に係る微小機械装置の製造方法
は、以下に示す効果がある。 （１）フィルム上に形成した薄膜を半導体基板上に転写
するという非常に簡便な工程で微小機械素子の気密封止
を実現することができる。 （２）気密封止用のガラス基板を必要としないため、製
造コストの削減が可能である。 （３）気密封止用のガラス基板を陽極接合するようなガ
ラス基板の加工および接合時の位置合わせを必要としな
いため、工程を簡略化できる。 （４）本手法で形成される薄膜の膜厚は数μｍ程度の膜
厚にすることができ、通常のＩＣプロセスの手法で基板
上面から電極を引き出すことが可能である。また、層間
接続が容易となるため、半導体基板上に積層構造に微小
機械素子を配置することができ、半導体基板上に高密度
に微小機械素子を搭載することが実現できる。 （５）薄膜としてＳＯＧ塗布液を用いたシリコン酸化物
を利用した場合、転写後の熱処理によって通常のシリコ
ン酸化物と同等の硬度および膜質を有するようになるた
め、気密封止後も洗浄や熱処理など通常のＩＣプロセス
を行うことが可能となる。
【図１】 本発明に係るフィルム上に形成された薄膜を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】 本発明に係る気密封止の工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】 本発明に係る気密封止の工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】 微小機械素子を示す断面図および平面図であ
る。
る。
【図５】 本発明に係る微小機械装置の製造工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図６】 本発明に係る微小機械装置の製造工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図７】 半導体基板に作製された気密封止構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図８】 従来例を示す断面図である。
【図９】 陽極接合法を示す説明図である。
３１，３５…シリコン酸化物、３２，３３，３９…電
極、３４…絶縁膜、３６，３８…空間、３７…微小機械
素子。
極、３４…絶縁膜、３６，３８…空間、３７…微小機械
素子。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｇ
29/84 29/84 Ａ
Ｚ
(56)参考文献 特開 平７−335909（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 49/00
H01L 29/84
G01L 9/12
G01P 15/09
G01P 15/125
B81B 3/00
B81C 1/00
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板上に順次積層された第１およ
び第２の絶縁膜と、 可動領域として中空構造が確保された状態で第１の絶縁
膜内に気密封止された第１の微小機械素子と、 可動領域として中空構造が確保された状態で第２の絶縁
膜内に気密封止された第２の微小機械素子とを備えたこ
とを特徴とする微小機械装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記第１および第２の微小機械素子は、第１および第２
の絶縁膜に開口されたスルーホール中の電極を介して電
気的に接続されていることを特徴とする微小機械装置。 - 【請求項３】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、この絶縁膜に凹部を形成する工程と、この凹部内に
可動領域を確保した状態で微小機械素子を形成する工程
とを有する微小機械装置の製造方法において、 前記凹部の開口面よりも広い面積のフィルム上に薄膜を
形成する工程と、 前記フィルムに形成された前記薄膜と前記凹部とを互い
に向かい合わせ、前記凹部の開口面を覆うようにして前
記薄膜を前記フィルムとともに前記凹部上に載置する工
程と、 前記フィルムに所定の圧力を付加することによって前記
薄膜を前記凹部上に転写する工程と、 この転写された薄膜から前記フィルムを剥離する工程と
を有することを特徴とする微小機械装置の製造方法。 - 【請求項４】 半導体基板の主表面に凹部を形成する工
程と、この凹部の表面に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜の形成された凹部内に可動領域を確保した状態で
微小機械素子を形成する工程とを有する微小機械装置の
製造方法において、 前記凹部の開口面よりも広い面積のフィルム上に薄膜を
形成する工程と、 前記フィルムに形成された前記薄膜と前記凹部とを互い
に向かい合わせ、前記凹部の開口面を覆うようにして前
記薄膜を前記フィルムとともに前記凹部上に載置する工
程と、 前記フィルムに所定の圧力を付加することによって前記
薄膜を前記凹部上に転写する工程と、 この転写された薄膜から前記フィルムを剥離する工程と
を有することを特徴とする微小機械装置の製造方法。 - 【請求項５】 請求項３または４において、 前記微小機械素子の上にさらに絶縁膜を形成する工程
と、 この絶縁膜に凹部を形成してこの凹部内に微小機械素子
を形成する工程と、 前記凹部の開口面よりも広い面積のフィルム上に薄膜を
形成する工程と、 前記フィルムに形成された前記薄膜と前記凹部とを互い
に向かい合わせ、前記凹部の開口面を覆うようにして前
記薄膜を前記フィルムとともに前記凹部上に載置する工
程と、 前記フィルムに所定の圧力を付加することによって前記
薄膜を前記凹部上に転写する工程と、 この転写された薄膜から前記フィルムを剥離する工程と
を有し、微小機械素子の積層構造を形成することを特徴
とする微小機械装置の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５において、 前記微小機械素子が気密封止されている絶縁膜にコンタ
クトホールを開口する工程と、 このコンタクトホール中に電極を形成する工程とを有
し、 この電極を介して微小機械素子同士を電気的に接続する
ことを特徴とする微小機械装置の製造方法。 - 【請求項７】 請求項３または４において、 前記薄膜は、前記フィルムの一面に塗布されたＳＯＧ材
料のシリカ系絶縁膜形成用塗布液を乾燥させることによ
り形成された薄膜であることを特徴とする微小機械装置
の製造方法。 - 【請求項８】 請求項３または４において、 前記フィルムは、ポリテトラフルオロエチレンによって
形成されたフィルムであることを特徴とする微小機械装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11957297A JP3537631B2 (ja) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | 微小機械装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11957297A JP3537631B2 (ja) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | 微小機械装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10313139A JPH10313139A (ja) | 1998-11-24 |
| JP3537631B2 true JP3537631B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=14764674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11957297A Expired - Fee Related JP3537631B2 (ja) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | 微小機械装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537631B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000065659A1 (fr) * | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Tokimec Inc. | Procede de fabrication d'une micro-machine |
| JP4800851B2 (ja) * | 2006-06-07 | 2011-10-26 | 日本電信電話株式会社 | 薄膜形成方法及び装置 |
| JP5172400B2 (ja) * | 2008-03-11 | 2013-03-27 | 日本電信電話株式会社 | 微細構造体の製造方法 |
| JP5617280B2 (ja) * | 2010-03-04 | 2014-11-05 | 株式会社リコー | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-05-09 JP JP11957297A patent/JP3537631B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10313139A (ja) | 1998-11-24 |
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