(57)【要約】【課題】温度変化に応じた梁部の湾曲の度合いの変動を抑制する。【解決手段】薄膜構造体は、２層１０，１１の薄膜からなる梁部４であって、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって湾曲する梁部４を、備える。２層１０，１１の各層は、互いに同一の線熱膨張係数を有する材料からなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層以上の薄膜からなる梁部であって、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって湾曲する梁部を、備えた薄膜構造体であって、
前記２層以上の薄膜の各層は、互いに同一の線熱膨張係数を有する材料からなることを特徴とする薄膜構造体。
【請求項２】
前記２層以上の薄膜の各層は、互いに同一の組成を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜構造体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の薄膜構造体を備えたことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜からなる梁部を備えた薄膜構造体、及び、これを用いたデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のマイクロマシニング技術の進展に伴い、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって湾曲する薄膜からなる梁部を有する薄膜構造体を備えた種々のデバイスが提案されている。
【０００３】
この種のデバイスの１つとして、下記特許文献１の図１に開示されたインダクタを挙げることができる。このインダクタは、導電性ループ及び２個の導電性サポートで構成されている。前記２個の導電性サポートは、基板上に並列して配置されている。各導電性サポートは、その一端が基板に対して固定されて、片持ち梁部を構成している。一方の導電性サポートの他端は導電性ループの一端に接続され、他方の導電性サポートの他端は導電性ループの他端に接続されている。２個の導電性サポートは、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって上方に湾曲している。これにより、導電性ループは、２個の導電性サポートによって、基板から浮いた状態に支持されている。
【０００４】
そして、特許文献１の図１に開示されたインダクタでは、導電性サポートに前記応力を付与するために、導電性サポートは、ポリシリコン等からなる構造層とその上に積層された金属からなる応力層とからなる膜で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５０２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の図１に開示されたインダクタでは、導電性サポートが、ポリシリコン等からなる構造層とその上に積層された金属からなる応力層とからなる膜で構成され、したがって、互いに線熱膨張係数の異なる材料からなる２つの層で構成されている。このため、外部環境温度が変化すると、バイメタルの原理に従い、その温度変化に応じて、導電性サポートの湾曲の度合いが変化してしまう。その結果、温度変化に応じて、導電性ループと基板との間の距離が変化して導電性ループと基板間の寄生容量等が変化してしまい、当該インダクタのＱ値が変動してしまう。
【０００７】
このようなインダクタのみならず、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって湾曲する薄膜からなる梁部を有する薄膜構造体を備えた他の種々のデバイスにおいても、温度変化に応じて梁部の湾曲の度合いが変化してしまうことによって、そのデバイスの種類に応じた弊害が生ずる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、温度変化に応じた梁部の湾曲の度合いの変動を抑制することができる薄膜構造体及びこれを用いたデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による薄膜構造体は、２層の薄膜からなる梁部であって、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって湾曲する梁部を、備えた薄膜構造体であるものである。そして、この第１の態様では、前記２層の各層は、互いに同一の線熱膨張係数を有する材料からなる。
【００１０】
第２の態様によるデバイスは、前記第１の態様による薄膜構造体を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、温度変化に応じた梁部の湾曲の度合いの変動を抑制することができる薄膜構造体及びこれを用いたデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態によるインダクタを模式的に示す概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’矢視図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図４】図１中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。
【図５】図１に示すインダクタの製造方法の一工程を模式的に示す概略断面図である。
【図６】図５に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図８】図７に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図９】図８に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１０】図９に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１１】図１０に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による薄膜構造体及びこれを用いたデバイスについて、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態によるデバイスとしてのインダクタ１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’矢視図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。図４は、図１中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。理解を容易にするため、図１及び図２において、断面ではないアルミニウム膜１２（コイル部５及び配線部７ａ，７ｂ）にもハッチングを付している。
【００１５】
本実施の形態によるインダクタ１は、例えば、無線周波数（ＲＦ）などの高周波の回路に用いられる。このインダクタ１は、基体としてのシリコン基板やガラス基板等の基板２と、脚部３と、梁部４と、コイル部５と、基板２上に形成された配線パターン６ａ，６ｂと、コイル部５の一端と配線パターン６ａとの間を接続する配線部７ａと、コイル部の他端と配線パターン６ｂとの間を接続する配線部７ｂとを備えている。
【００１６】
基板２上に、酸化珪素膜等の絶縁膜８が形成されている。配線パターン６ａ，６ｂは、絶縁膜８上に形成され、配線部７ａ，７ｂとのコンタクト部分等を除いて窒化珪素膜等の保護膜９で覆われている。
【００１７】
脚部３は、基板２上に、絶縁膜８及び保護膜９を介して立ち上がっている。脚部３の上部の周囲には、補強用段差をなす立ち上がり部３ａが形成されている。本実施の形態では、脚部３は、梁部４を構成する後述の窒化珪素膜１０，１１がそのまま連続して延びることによって構成されている。
【００１８】
梁部４は、帯板状に形成されている。梁部４の一端が脚部３に機械的に接続され、固定端となっている。梁部４は、２つの層１０，１１の薄膜からなり、力を受けていない状態で自身の保有する応力によって、図３に示すように脚部３側の端部からその反対側の端部に向かうに従って基板２側から反り上がるように湾曲している。梁部４を構成する各層１０，１１は、互いに同一の線熱膨張係数を有する材料で構成されている。本実施の形態では、層１０，１１は両方とも窒化珪素で構成されている。もっとも、各層１０，１１の材料は、これに限られない。各層１０，１１は、窒化珪素以外の互いに同一の材料で構成してもよいし、互いに同一の線熱膨張係数を有する異なる材料で構成してもよい。
【００１９】
コイル部５は、アルミニウム膜１２で構成され、梁部４の先端側に配置され、梁部４の先端部により支持されている。これにより、コイル部５は、基板２側から離れた位置に保持されている。なお、コイル部５は、他の金属やその他の導電材料で構成してもよい。また、本実施の形態では、コイル部５は、図２に示すように蛇行状に形成されている。もっとも、コイル部の形状はこれに限られない。
【００２０】
配線部７ａ，７ｂは、コイル部５のアルミニウム膜１２がそのまま連続して延びることによって構成されている。図４に示すように、配線部７ａ，７ｂのコイル部５とは反対側の端部付近の部分が、保護膜９の開口を介して配線パターン６ａ，６ｂに電気的にも機械的にも接続されている。梁部４が前述したように湾曲することでコイル部５（ひいては、配線部７ａ，７ｂのコイル部５側）が持ち上げられることによって、配線部７ａ，７ｂも湾曲している。
【００２１】
本実施の形態では、脚部３、梁部４、コイル部５及び配線部７ａ，７ｂによって薄膜構造体が構成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態によるインダクタ１の製造方法の一例について、図５乃至図１１を参照して説明する。図５乃至図１１は、各製造工程を示す概略断面図である。図５乃至図１１の（ａ）は図３に対応する断面を示し、図５乃至図１１の（ｂ）は図４に対応する断面を示している。
【００２３】
まず、シリコン基板２の上に、熱酸化等により酸化珪素膜８を形成する。次いで、酸化珪素膜８上に蒸着又はスパッタ法等によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム膜を配線パターン６ａ，６ｂの形状にパターニングする（図５）。
【００２４】
次に、窒化珪素膜９をプラズマＣＶＤ法などによりデポジションした後、その窒化珪素膜９に、フォトリソエッチング法により、配線パターン６ａ，６ｂと配線部７ａ，７ｂとの接続を行うための開口９ａを形成する（図６）。
【００２５】
引き続いて、フォトレジスト等の犠牲層２０を塗布し、フォトリソグラフィにより、その犠牲層２０において、脚部３を形成すべき位置に開口２０ａを形成するとともに、配線部７ａ，７ｂが基板２側へコンタクトすべき位置に開口２０ｂを形成する（図７）。
【００２６】
その後、フォトレジスト等の犠牲層２１を塗布し、その犠牲層２１を、フォトリソグラフィにより、脚部３の上部の立ち上がり部３ａを形成するための形状にパターニングする（図８）。
【００２７】
次に、窒化珪素膜１０を成膜した後、その窒化珪素膜１０を、フォトリソグラフィにより、梁部４及び脚部３の形状にパターニングする（図９）。さらに、窒化珪素膜１１を成膜した後、その窒化珪素膜１１を、フォトリソグラフィにより、梁部４及び脚部３の形状にパターニングする（図１０）。
【００２８】
次いで、蒸着又はスパッタ法等によりアルミニウム膜を形成し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム膜をコイル部５及び配線部７ａ，７ｂの形状にパターニングする（図１１）。
【００２９】
最後に、プラズマアッシング等により、犠牲層２１，２２を除去する。これにより、梁部４が図３に示すように上方に湾曲し、これに従って配線部７ａ，７ｂが図４に示すように上方に湾曲し、本実施の形態によるインダクタ１が完成する。
【００３０】
ところで、梁部４をなす窒化珪素膜１０，１１の成膜は、犠牲層２１，２２を除去した後に、成膜時のストレスによって図４に示すように上方に湾曲するような条件で行う。例えば、窒化珪素膜１０が圧縮（Compressive）の残留応力を持つような条件で窒化珪素膜１０を成膜する一方、窒化珪素膜１１が引張（Tensile）の残留応力を持つような条件で窒化珪素膜１１を成膜すればよい。また、窒化珪素膜１０が圧縮の残留応力を持ち、窒化珪素膜１１が残留応力を持たないような条件で成膜しても良く、窒化珪素膜１０が残留応力を持たず、窒化珪素膜１１が引張の残留応力を持つように成膜しても良い。窒化珪素膜１０，１１の成膜は、プラズマＣＶＤ法などの残留応力の調整が容易な成膜方法で行うことが好ましい。窒化珪素膜を成膜する場合、プラズマ下において、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｈｅ、Ｎ２等のプロセスガスを導入すれば、デポジションが可能であるが、これらのガスの流量比を調整することにより、任意に膜の残留応力を制御することが可能である。なお、梁部４を、窒化珪素膜１０，１１に代えて２層の酸化珪素膜で構成してもよい。酸化珪素膜を成膜する場合、プラズマ下において、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｎ２等のプロセスガスを導入すれば、デポジションが可能であるが、これらのガスの流量比又はＲＦパワーなどを調整すれば、任意に膜の残留応力を制御することが可能である。
【００３１】
本実施の形態によるインダクタ１では、前記特許文献１に開示されているインダクタと同様に、コイル部５が梁部４によって基板２から浮いた状態に支持されているので、基板２としてシリコン基板などの導電性基板を用いた場合であっても、コイル部５と基板２との間の寄生容量が低減される。
【００３２】
また、本実施の形態によるインダクタ１では、梁部４が、互いに線熱膨張係数が同一である材料からなる２つの層１０，１１の薄膜で構成されているので、温度変化が生じても梁部４の湾曲の度合いが変動しない。したがって、本実施の形態によれば、前記特許文献１に開示されているインダクタと異なり、温度変化が生じても、当該インダクタ１のＱ値が変動しない。
【００３３】
なお、本発明者は、温度変化に応じた梁部４の変動が抑制されることを実験的に確認するため、試料として、本実施の形態によるインダクタ１において採用されている脚部３及び梁部４を基板２上に形成したものを、作製した。この試料では、梁部４の長さは４０μｍ、５０μｍ、および６０μｍの３水準とし、窒化珪素膜１０の厚さは１００ｎｍで残留応力を持たず、窒化珪素膜１１の厚さは５０ｎｍで引張の残留応力を持つように成膜した。そして、この試料の環境温度を変化させ、各温度における梁部４の先端高さを、測長顕微鏡にて、計測した。その結果を表１に示す。梁部４の先端高さの変動は１μｍ以下であり、この結果から、梁部４は、温度変動に対してほぼ熱応答しないことが確認された。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３６】
例えば、前記実施の形態では、前述したように、梁部４が、互いに線熱膨張係数が同一である材料からなる２つの層１０，１１の薄膜で構成されている。しかし、本発明では、梁部４は、互いに線熱膨張係数が同一である材料（例えば、互いに同一の組成を有する材料）からなる３つ以上の層の薄膜で構成してもよい。この場合にも、前記実施の形態と同様に、温度変化が生じても梁部４の湾曲の度合いが変動しない。
【００３７】
また、前記実施の形態では、配線部７ａ，７ｂは梁部４から側方に間隔をあけて配置されているが、そのような間隔をあけることなく、配線部７ａ，７ｂを梁部４の側部に接合することも可能である。
【００３８】
さらに、本発明による薄膜構造体は、インダクタ以外の種々のデバイスにおいて採用することができる。例えば、国際公開第０３／０６０５９２号パンフレットの図１乃至図４に開示されている光スイッチにおいて、反射部を支持する支持部としての梁部を、前述した梁部４と同様の構造を有する梁部で置き換えたものも、本発明によるデバイスの一つである。この場合には、温度変動に応じて反射部（ミラー）の角度が変動してしまうのを防止することができる。
【００３９】
また、例えば、国際公開第２００８／０４７５６３号パンフレットの図１乃至図４に開示されている可変キャパシタにおいて、接続部を介して可動板と接続される４個の板ばね部を、前述した梁部４と同様の構造を有する梁部でそれぞれ置き換えたものも、本発明によるデバイスの一つである。このとき、梁部自体は可動側駆動電極や配線の機能を持たなくなるため、例えば、梁部の側方に可動側駆動電極や配線の機能をなすアルミニウム膜からなる部分を並設し、そのアルミニウム膜部分を梁部の側部に接合すればよい。このように本発明を適用した可変キャパシタでは、駆動電極間の間隔が温度変動に応じて変動しなくなるため、温度変動に応じて駆動電圧が変動してしまうのを防止することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  インダクタ
２  基板
３  脚部
４  梁部
５  コイル部
１０，１１  窒化珪素膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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