(57)【要約】【課題】半導体プロセスを用いて密閉構造を容易に形成できるようにした微小構造体、微小電気機械素子を提供する。【解決手段】  基板４２上に微小電気機械素子本体４６を囲うように外囲壁部４８が形成され、外囲壁部４８の上面に膜特性により下げられた上部膜４９が密着され、微小電気機械素子本体４６が密閉されて成る。【選択図】      図１
2006043847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に微小空間を仕切る側壁部が形成され、
隣合う前記側壁部間に差し渡るように、前記側壁部の上面に膜特性により下げられた上部膜が密着され、
前記微小空間が封止されて成る
ことを特徴とする微小構造体。
【請求項２】
基板上に微小空間を仕切る側壁部を形成する工程と、
隣合う前記側壁部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上面を含み前記基板表面に至る上部膜を形成する工程と、
前記犠牲層を除去し、膜特性により前記上部膜を下げて前記隣合う側壁部間に差し渡るように、前記側壁部の上面に密着させ前記微小空間を封止する工程を有する
ことを特徴とする微小構造体の封止方法。
【請求項３】
前記上部膜に引張り応力を有する膜を用いる
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項４】
前記上部膜に１軸方向の引張り応力を有する膜を用いる
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項５】
前記上部膜に２軸方向の引張り応力を有する膜を用いる
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項６】
前記犠牲層をエッチング特性を異にした複数の犠牲層で形成し、
前記複数の犠牲層をそれぞれ段階的に除去する
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項７】
前記犠牲層を除去したとき時に前記上部膜が下がらず、
前記犠牲層の除去した後に所要の熱環境下で前記上部膜の膜特性を変化させ、前記上部膜を前記外囲壁部上に下げる
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項８】
前記上部膜を圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の２層膜で形成し、
前記犠牲層を除去した後に前記圧縮応力を有する膜を除去して前記引張り応力を有する膜のみの上部膜の応力を解放し、
前記上部膜を前記外囲壁部上に下げる
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項９】
前記犠牲層の形成前に、前記外囲壁部の上面にリフロー材料層を形成する工程、
前記犠牲層を除去し、前記上部膜を前記外囲壁部の上面のリフロー材料層に下げた後、前記リフロー材料層をリフロー処理する工程を有する
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造の封止方法。
【請求項１０】
前記上部膜を下げて前記外囲壁部の上面に密着させる工程の後、前記上部膜と前記外囲壁部の上面を覆う被覆膜を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の封止方法。
【請求項１１】
基板上に微小電気機械素子本体を囲うように外囲壁部が形成され、
前記外囲壁部の上面に膜特性により下げられた上部膜が密着され、
前記微小電気機械素子本体が密閉されて成る
ことを特徴とする微小電気機械素子。
【請求項１２】
前記上部膜が引張り応力を有する膜で形成され、
犠牲層の除去で前記上部膜が前記外囲壁部の上面に下がり密着して成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１３】
前記上部膜が１軸方向に引張り応力を有する膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１４】
前記上部膜が２軸方向に引張り応力を有する膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１５】
前記上部膜が引張り応力を有する膜で形成され、
エッチング特性を異にした複数の犠牲層をそれぞれ段階的に除去することで、前記上部膜が前記外囲壁部の上面に下がり密着して成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１６】
犠牲層を除去した後の処理で、前記上部膜の特性が変化して前記上部膜が前記外囲壁部の上面に下がり密着して成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１７】
前記上部膜が圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の２層膜で形成され、
犠牲層の除去後に前記圧縮応力の膜が除去されて前記引張り応力を有する膜のみの上部膜が、前記外囲壁部の上面に下がり密着して成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１８】
前記上部膜と前記外囲壁部の上面との間にリフロー材料層が介在して成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項１９】
密着された前記上部膜と前記外囲壁部の上面を覆って被覆膜が形成されて成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小電気機械素子。
【請求項２０】
基板上に微小電気機械素子本体を囲う外囲壁部を形成する工程と、
前記外囲壁部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上面を含み前記基板表面に至る上部膜を形成する工程と、
前記犠牲層を除去し、膜特性により前記上部膜を下げて前記外囲壁部の上面に密着させる工程を有する
ことを特徴とする微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２１】
前記上部膜に引張り応力を有する膜を用いる
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２２】
前記上部膜に１軸方向の引張り応力を有する膜を用いる
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２３】
前記上部膜に２軸方向の引張り応力を有する膜を用いる
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２４】
前記犠牲層をエッチング特性を異にした複数の犠牲層で形成し、
前記複数の犠牲層をそれぞれ段階的に除去する
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲層を除去したとき時に前記上部膜が下がらず、
前記犠牲層の除去した後に所要の熱環境下で前記上部膜の膜特性を変化させ、前記上部膜を前記外囲壁部上に下げる
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２６】
前記上部膜を圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の２層膜で形成し、
前記犠牲層を除去した後に前記圧縮応力を有する膜を除去して前記引張り応力を有する膜のみの上部膜の応力を解放し、
前記上部膜を前記外囲壁部の上面に降下させる
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２７】
前記犠牲層の形成前に、前記外囲壁部の上面にリフロー材料層を形成する工程、
前記犠牲層を除去し、前記上部膜を前記外囲壁部の上面のリフロー材料層に下げた後、前記リフロー材料層をリフロー処理する工程を有する
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２８】
前記上部膜を下げて前記外囲壁部の上面に密着させる工程の後、前記上部膜と前記外囲壁部の上面を覆う被覆膜を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項２０記載の微小電気機械素子の製造方法。
【請求項２９】
基板上に微小空間を仕切る側壁部が形成され、
隣合う前記側壁部間に差し渡るように該側壁部の上面に膜特性により下げられた上部膜が密着され、
前記微小空間が封止されてなる微小構造体を、
備えて成る
ことを特徴とする電子機器。
【請求項３０】
基板上に微小電気機械素子本体を囲うように外囲壁部が形成され、
前記外囲壁部の上面に膜特性により降下した上部膜が密着され、
前記微小電気機械素子本体が密閉されてなる微小電気機械素子を、
備えて成る
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小構造体、微小構造体の封止方法、微小電気機械素子とその製造方法、及び微小電気機械素子を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小構造体、さらに静電駆動を利用した微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子が開発されている。図２０Ａ，Ｂは、一般的な微小電気機械素子の代表的な一例である。この微小電気機械素子１は、基板２上に形成した基板側電極（以下、下部電極という）３と、この下部電極３に対向して平行配置したビーム５と、このビーム５の一端を支持する支持部６とを有して構成される。ビーム５と下部電極３とは、その間の空間４によって電気的に絶縁されている。ビーム５は、その一端がこれと一体の支持部６を介して基板２に支持された片持ち梁式構造に形成される。
【０００３】
基板２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。ビーム３は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁膜（図示ぜず）と、その上面に形成された膜厚１００ｎｍ程度の例えばＡｌ膜からなる駆動側電極（以下、上部電極という）８とから構成される。
【０００４】
この微小電気機械素子１は、下部電極３と上部電極８に与える電位に応じて、ビーム５が下部電極３との間に生じる静電力により変位し、例えば図２０Ｂで示すように、下部電極３に対して平行状態（実線）と傾斜状態（破線）に変位する。
【０００５】
図２１Ａ，Ｂは、一般的な微小電気機械素子の代表的な他の例である。この微小電気機械素子１１は、基板２上に形成した下部電極３と、この下部電極３をブリッジ状に跨ぐように配置したビーム１２とを有して構成される。ビーム１２と下部電極３とは、その間の空間１４によって電気的に絶縁されている。ビーム１２は、その両端がこれと一体の支持部１３〔１３Ａ，１３Ｂ〕を介して基板２に支持された両持ち梁式構造に形成される。ビーム１２は、前述と同様に絶縁膜（図示せず）と上部電極１５の２層膜で形成される。
この微小電気機械素子１１では、下部電極３と上部電極１５に与える電位に応じて、ビーム１２と下部電極３との間に生じる静電力により変位し、例えば図２１Ｂの実線と破線で示すように、下部電極３に対してビーム１２が平行状態と凹み状態に変位する。
【０００６】
一方、上述のような微小電気機械素子は、温度や気圧、微小パーティクルなどの外部環境の影響を受けやすい。このため、可動構造部分であるビームについては空間的に密閉することが望ましい場合が多い。また、流体の流路などのように、密閉構造や分割構造を必要とする微小構造体も数多く存在する。
【０００７】
現在、微小電気機械素子において密閉構造を得る方法は、幾つか提案されている。図１８は１つの方法を示す。この方法は、接合などにより微小電気機械素子に対して直接蓋をする方法である。すなわち、図１８に示すように、先に基板２２上に半導体プロセスを用いて下部電極２３及び上部電極を有するビーム２４を形成して微小電気機械素子２５を形成する。ここでは、犠牲層を除去してビーム２４の中空構造を形成する。犠牲層除去のプロセスまで終了した後、ガラス等によるカップ状の蓋体２６を微小電気機械素子２５の全体を蓋するように基板２２上に配置し、蓋体２６と基板２２とを接合して密閉構造を得る。接合としては、Ｓｉの基板２２と他の材料の蓋体２６との直接接合の他、例えば金属層２７のリフローによる接着などが行われる。
【０００８】
また、半導体プロセスを用いて密閉構造を得る方法として、図１９に示す方法が考えられる。先ず、図１９Ａに示すように、基板２２上の下部電極２３を形成し、犠牲層２８を介してビーム２４を形成し、さらに微小電気機械素子２５の全体を覆う犠牲層２９を形成する。次いで、犠牲層２９を覆うように、密閉層３１を堆積し、この密閉層３１の上面の一部に犠牲層用の抜き孔３０を形成する。抜き孔３０を通じて選択エッチングにより犠牲層２９及び２８を除去する。この犠牲層２９及び２８の除去で密閉層３１に下側に空間３２が形成される。次に、図１９Ｂに示すように、抜き孔３０に何らかの方法により封止物質３３で封止する（鎖線図示）。このようにして微小電気機械素子２５を密閉した密閉構造を得る。抜き孔３０の封止方法はいくつかの技術が提案されており、例えば漏れ性の悪い有機ポリマー樹脂を用いる方法が特許文献１（微細構造体の製造方法）に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３６５１５３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、微小電気機械素子を密閉する方法として、上述した図１８の蓋体２６と基板２２を直接接合する密閉方法では、接合可能な材料の組み合わせが限られており、また接合後に応力の違いなどによる変形・破壊などの懸念が存在する。またより微細な空間を密閉するためには，必ずしも適当な方法とはいえない。
【００１１】
より微細な空間を密閉する方法としては、図１９の密閉方法が適している。しかし、この方法の架台は犠牲層を除去した後の抜き孔３０の封止である。例えばスパッタ法やＣＶＤ（化学気相成長）法などを用いて封止する場合、通常の手法では図１９Ｂに示すように、封止物質３３が抜き孔３０を通過して内部空間内に堆積される。従って、抜き孔３０が大きいと封止は極めて困難となる。抜き孔３０が小さい場合でも密閉度が問題となるケースが多い。さらに、抜き孔３０の下部にビーム２４や回路などが存在する場合には、この方法は適用し難い。
【００１２】
また、密閉すべき内部空間３２の容積が大きい場合には、犠牲層の抜き孔３０が小さいと犠牲層２９、２８が十分に除去できないという懸念も存在する。これを解決するためには、小さい抜き孔３０を多数形成することが考えられるが、抜き孔３０が多数存在する場合には、これらが全て封止されていなければならず、歩留りの問題が生じる。
【００１３】
以上のことから、微小構造体、さらには静電駆動型の微小電気機械素子などにおいて、半導体プロセスを用いて密閉空間を容易に形成できる新規な技術が望まれる。
【００１４】
本発明は、上述の点に鑑み、半導体プロセスを用いて密閉構造を容易に形成できるようにした微小構造体とその微小構造体の封止方法、微小電気機械素子とその製造方法、及び微小電気機械素子を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る微小構造体は、基板上に微小空間を仕切る側壁部が形成され、隣合う側壁部間に差し渡るように側壁部の上面に膜特性により下げられた上部膜が密着され、微小空間が封止されて成ることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る微小構造体の封止方法は、基板上に微小空間を仕切る側壁部を形成する工程と、隣合う側壁部を覆うように犠牲層を形成する工程と、犠牲層の上面を含み基板表面に至る上部膜を形成する工程と、犠牲層を除去し、膜特性により上部膜を下げて隣合う側壁部間に差し渡るように、側壁部の上面に密着させ前記微小空間を封止する工程を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、上部膜に引張り応力を有する膜を用いることができる。
本発明では、上部膜に１軸方向の引張り応力を有する膜を用いることができる。
本発明では、上部膜に２軸方向の引張り応力を有する膜を用いることができる。
【００１８】
本発明では、犠牲層をエッチング特性を異にした複数の犠牲層で形成し、複数の犠牲層をそれぞれ段階的に除去することができる。
本発明では、犠牲層を除去したとき時に上部膜が下がらず、犠牲層の除去した後に所要の熱環境下で上部膜の膜特性を変化させ、上部膜を側壁部上面に下げるようにすることができる。
本発明では、上部膜を圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の２層膜で形成し、犠牲層を除去した後に圧縮応力を有する膜を除去して引張り応力を有する膜のみの上部膜の応力を解放し、上部膜を側壁部上面に下げるようにすることができる。
【００１９】
本発明では、犠牲層の形成前に、側壁部の上面にリフロー材料層を形成する工程、犠牲層を除去し、上部膜を側壁部の上面のリフロー材料層に下げた後、リフロー材料層をリフロー処理する工程を有するようにすることができる。
本発明では、上部膜を下げて側壁部の上面に密着させる工程の後、上部膜と側壁部の上面を覆う被覆膜を形成する工程を有するようにすることができる。
【００２０】
本発明に係る微小電気機械素子は、基板上に微小電気機械素子本体を囲うように外囲壁部が形成され、外囲壁部の上面に膜特性により下げられた上部膜が密着され、微小電気機械素子本体が密閉されて成ることを特徴とする。
【００２１】
本発明では、上部膜を引張り応力を有する膜で形成し、犠牲層の除去で上部膜を外囲壁部の上面に降下して密着させて構成することができる。
上部膜としては、１軸方向に引張り応力を有する膜で形成することができる。
上部膜としては、２軸方向に引張り応力を有する膜で形成することができる。
【００２２】
本発明では、上部膜を引張り応力を有する膜で形成し、エッチング特性を異にした複数の犠牲層をそれぞれ段階的に除去することで、上部膜を外囲壁部の上面に降下して密着させて構成することができる。
本発明では、犠牲層を除去した後の処理で、上部膜の特性を変化させて上部膜を外囲壁部の上面に降下して密着させて構成することができる。
本発明では、上部膜を圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の２層膜で形成し、犠牲層の除去後に圧縮応力の膜が除去されて引張り応力を有する膜のみの上部膜を、外囲壁部の上面に降下して密着させて構成することができる。
【００２３】
本発明では、上部膜と外囲壁部の上面との間にリフロー材料層を介在させて構成することができる。
本発明では、密着された上部膜と外囲壁部の上面を覆って被覆膜を形成した構成とすることができる。
【００２４】
本発明に係る微小電気機械素子の製造方法は、基板上に微小電気機械素子本体を囲う外囲壁部を形成する工程と、外囲壁部を覆うように犠牲層を形成する工程と、犠牲層の上面を含み基板表面に至る上部膜を形成する工程と、犠牲層を除去し、膜特性により上部膜を下げて前記外囲壁部の上面に密着させる工程を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明では、上部膜に引張り応力を有する膜を用いることができる。
本発明では、上部膜に１軸方向の引張り応力を有する膜を用いることができる。
本発明では、上部膜に２軸方向の引張り応力を有する膜を用いることができる。
【００２６】
本発明では、犠牲層をエッチング特性を異にした複数の犠牲層で形成し、複数の犠牲層をそれぞれ段階的に除去することができる。
本発明では、犠牲層を除去したとき時に上部膜が下がらず、犠牲層の除去した後に所要の熱環境下で上部膜の膜特性を変化させて、上部膜を外囲壁部の上面に下げるようにすることができる。
本発明では、上部膜を圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の２層膜で形成し、犠牲層を除去した後に圧縮応力を有する膜を除去して引張り応力を有する膜のみの上部膜の応力を解放し、上部膜を外囲壁部の上面に下げるようにすることができる。
【００２７】
本発明では、犠牲層の形成前に、外囲壁部の上面にリフロー材料層を形成する工程と犠牲層を除去し、上部膜を外囲壁部の上面のリフロー材料層に降下させた後、リフロー材料層をリフロー処理する工程を有するようにすることができる。
本発明では、上部膜を下げて外囲壁部の上面に密着させる工程の後、上部膜と外囲壁部の上面を覆う被覆膜を形成する工程を有するようにすることができる。
【００２８】
本発明に係る電子機器は、上述の基板上に微小空間を仕切る側壁部が形成され、隣合う側壁部間に差し渡るように側壁部の上面に膜特性により下げられた上部膜が密着され、微小空間が封止されてなる微小構造体を、備えて成ることを特徴とする。
本発明に係る電子機器は、上述の基板上に微小電気機械素子本体を囲うように外囲壁部が形成され、外囲壁部の上面に膜特性により降下した上部膜が密着され、微小電気機械素子本体が密閉されてなる微小電気機械素子を、備えて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る微小構造体によれば、上部膜の自らの膜特性、例えば引張り応力を利用することにより、上部膜は自動的に下げられて微小空間を仕切る側壁部の上面に密着する。この上部膜の側壁部上面への密着によって微小空間が封止され、密閉空間が形成される。すなわち、密閉空間を有する微小構造体を半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。同時に複数の密閉空間を形成することができ、複数密閉空間を有する微小構造体を容易に実現できる。この微小構造体では、密閉空間内に可動構造を有する、あるいは可動構造を有しない、のいずれの場合にも適用できる。
【００３０】
本発明に係る微小構造体の封止方法によれば、微小空間を仕切る隣合う側壁部を覆うように犠牲層を形成し、犠牲層上及び基板に至る上部膜を形成した後、犠牲層を除去することにより、犠牲層の除去に上部膜は自らの膜特性で自動的に下げられて側壁部の上面に密着する。この上部膜の側壁部上面への密着により微小空間が封止され、密閉空間を有する微小構造体を製造することができる。本発明では半導体プロセスを用いて容易にかかる微小構造体を製造することができる。
【００３１】
上部膜に引張り応力を有する膜を用いることにより、犠牲層を除去した後、上部膜は引張り応力によって自動的に下がり側壁部の上面に密着する。
上部膜に１軸方向の引張り応力を有する膜を用いることにより、犠牲層を除去した後、上部膜は１軸方向に引っ張られ、自動的に下がり側壁部の上面に密着する。
上部膜に２軸方向の引張り応力を有する膜を用いることにより、犠牲層を除去した後、上部膜は２軸方向に引っ張られ、自動的に下がり側壁部の上面に密着する。この場合上部膜は２軸方向に引っ張られて下げられるので、密閉度を高めることができる。
【００３２】
犠牲層としてエッチング特性を異にする複数の犠牲層を形成し、複数の犠牲層を段階的に除去することにより、微小空間内部の犠牲層残りが回避され、犠牲層残りに起因する不都合が低減し製造歩留りを向上することができる。
熱環境下で膜特性が変化する上部膜を用い、犠牲層を除去したときには上部膜が下がらず、その後の熱環境下で膜特性、例えば引張り応力を生じさせて、上部膜を側壁部の上面に下げ密着させることにより、微小空間内部の犠牲層を確実に除去することができ、犠牲層残りに起因する不都合が低減し製造歩留りを向上することができる。
【００３３】
圧縮応力を有する膜と上部膜となる引張り応力を有する膜の２層膜を用いることにより、犠牲層を除去しても２層膜は応力が釣り合っているので下がらない。その後、圧縮応力を有する膜を除去することにより、引張り応力を有する上部膜の応力が解放され、自動的に上部膜は下げられて側壁部の上面に密着する。この場合も、微小空間内部の犠牲層を確実に除去することができ、犠牲層残りに起因する不都合が低減し製造歩留りを向上することができる。
【００３４】
犠牲層を形成前に側壁部の上面にリフロー材料層を形成し、上部膜を側壁部上に接触させた後、リフロー処理して上部膜を側壁部の上面に密着させることにより、より密閉度を向上することができる。
犠牲層を除去し上部膜を側壁部の上面に密着させた後、さらに上部膜及び側壁部の表面に被覆膜を形成することにより、より密閉度を向上することができる。
【００３５】
本発明に係る微小電気機械素子によれば、上部膜の自らの膜特性、例えば引張り応力を利用することにより、上部膜は自動的に下げられて微小電気機械素子本体を囲う外囲壁部の上面に密着する。この上部膜の外囲壁部上面への密着によって微小電気機械素子本体が密閉される。すなわち、密閉された微小電気機械素子本体を有する微小電気機械素子を半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
【００３６】
本発明に係る微小電気機械素子の製造方法によれば、微小電気機械素子本体を覆うように犠牲層を形成し、犠牲層上及び基板に至る上部膜を形成した後、犠牲層を除去することにより、犠牲層の除去に上部膜は自らの膜特性で自動的に下げられて外囲壁部の上面に密着する。この上部膜の外囲壁部上面への密着により微小電気機械素子本体が密閉され、密閉構造の微小構造体を製造することができる。本発明では半導体プロセスを用いて容易にかかる微小構造体を製造することができる。
【００３７】
さらに、本発明の微小電気機械素子及びその製造方法によれば、上部膜に引張り応力を有する膜を用いることにより、犠牲層を除去した後、上部膜は引張り応力によって自動的に下がり外囲壁部の上面に密着する。
上部膜に１軸方向の引張り応力を有する膜を用いることにより、犠牲層を除去した後、上部膜は１軸方向に引っ張られ、自動的に下がり外囲壁部の上面に密着する。
上部膜に２軸方向の引張り応力を有する膜を用いることにより、犠牲層を除去した後、上部膜は２軸方向に引っ張られ、自動的に下がり外囲壁部の上面に密着する。この場合上部膜は２軸方向に引っ張られて下げられるので、密閉度を高めることができる。
【００３８】
犠牲層としてエッチング特性を異にする複数の犠牲層を形成し、複数の犠牲層を段階的に除去することにより、密閉構造内部の犠牲層残りが回避され、犠牲層残りに起因する微小電気機械素子本体の動作不良を低減し、歩留りを向上することができる。
熱環境下で膜特性が変化する上部膜を用い、犠牲層を除去したときには上部膜が下がらず、その後の熱環境下で膜特性、例えば引張り応力を生じさせて、上部膜を外囲壁部の上面に下げ密着させることにより、密閉構造内の犠牲層を確実に除去することができ、犠牲層残りに起因する微小電気機械素子本体の動作不良を低減し、歩留りを向上することができる。
【００３９】
圧縮応力を有する膜と上部膜となる引張り応力を有する膜の２層膜を用いることにより、犠牲層を除去しても２層膜は応力が釣り合っているので下がらない。その後、圧縮応力を有する膜を除去することにより、引張り応力を有する上部膜の応力が解放され、自動的に上部膜は下げられて側壁部の上面に密着する。この場合も、密閉構造内の犠牲層を確実に除去することができ、犠牲層残りに起因する微小電気機械素子本体の動作不良を低減し、歩留りを向上することができる。
【００４０】
犠牲層を形成前に外囲壁部の上面にリフロー材料層を形成し、上部膜を外囲壁部上に接触させた後、リフロー処理して上部膜を外囲壁部の上面に密着させることにより、より密閉度向上することができる。
犠牲層を除去し上部膜を外囲壁部の上面に密着させた後、さらに上部膜及び外囲壁部の表面に被覆膜を形成することにより、より密閉度向上することができる。
【００４１】
本発明に係る電子機器によれば、上述の密閉度のよい微小構造体、あるいは微小電気機械素子本体が密閉された微小電気機械素子を備えることにより、この種の電子機器の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４３】
本発明は、微小構造体、特に微小空間の分割・封止を要する微小構造体、あるいは微小構造体の下位概念であって密閉が必要な微小電気機械素子（いわゆるＭＥＭＳ素子）において、強い引張り応力を有する膜を用いて、自動的に密閉構造を形成するものである。
【００４４】
図１は、本発明に係る微小電気機械素子（いわゆるＭＥＭＳ素子）の実施の形態を示す。本実施の形態に係る微小電気機械素子４１は、基板４２上に下部電極４３とこの下部電極４３に対して空間４４を挟んで対向するビーム４５とからなる微小電気機械素子本体４６が形成され、この微小電気機械素子本体４６を囲うように外囲壁部４８が形成され、この外囲壁部４８の上面に膜特性、すなわち引張り応力により降下した上部膜４９が密着され、微小電気機械素子本体４６が外囲壁部４８と上部膜４９とによって密閉されて成る。上部膜４９は、中央領域が外囲壁部４８で囲まれた領域を蓋するように形成されると共に、両端が固定点となる支持部４９Ａ，４９Ｂとして基板４２に固着される。この微小電気機械素子本体４６は、外囲壁部４８と上部膜４９とによって形成される密閉空間内に配置される。
【００４５】
外囲壁部４８及び上部膜４９は、半導体プロセスで使用可能な材料で形成される。前述と同様に、基板４２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極４３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。ビーム４５は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）、その他の絶縁膜（図示ぜず）と、その上面に形成された上部電極（図示せず）とから構成される。
【００４６】
本実施の形態に係る微小電気機械素子４１によれば、上部膜自身が有する引張り応力により、自動的に降下して外囲壁部の上面に密着して構成されるので、微小電気機械素子本体は外囲壁部と上部膜により密閉空間内に封じ込められる。これにより、半導体プロセスを用いて容易に微小電気機械素子本体の密閉を実現することができ、前述した従来の密閉構造における懸念を解決することができる。
【００４７】
次に、本発明に係る微小電気機械素子の各実施の形態について、その製法と共に説明する。
【００４８】
図２〜図３は、第１実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、強い引張り応力を有する上部膜を犠牲層上に形成し、犠牲層を除去することによって自動的に密閉構造となした微小電気機械素子を得るようにしたものである。
先ず、図２Ａに示すように、基板４２上の微小電気機械素子本体の形成領域に下部電極４３を形成し、またこの形成領域の外側に該形成領域を囲うように所要の高さＨ1 、すなわち後で形成するビームの高さ位置より高い外囲壁部４８を形成する。さらに、下部電極４３を覆うように選択的に第１の犠牲層５１を形成し、犠牲層５１の上面から一部基板４２の面に延長するビーム４５を形成する。ビーム４５は絶縁膜とその上の上部電極で形成される。犠牲層５１は、同時に外囲壁部４８内と外囲壁部４８外に選択的に形成され、外囲壁部４８外では外囲壁部４８を挟んで一対の開口５３Ａ，５３Ｂを有する犠牲層５１が形成される。第１の犠牲層５１の膜厚Ｈ2 は外囲壁部４８の高さＨ1 より低い膜厚に設定される。
【００４９】
次に、図２Ｂに示すように、外囲壁部４８の上面よりも高くなるように第２の犠牲層５４を形成する。すなわち第２の犠牲層５４の上面から基板４２の面までの高さＨ3 は外囲壁部４８の高さＨ1 より高くなる。この第２の犠牲層５４を選択エッチングによりパターニングする。この第２の犠牲層５４は、外囲壁部４８内、外囲壁部４８及び外囲壁部４８外の一部を含む領域に形成される。ここで、第２の犠牲層５４のエッチングの深さは、外囲壁部４８の外側において外囲壁部４８の高さＨ1 より低くなる深さであればよく、エッチング深さに対して特に精度良くエッチングする必要はない。第１及び第２の犠牲層５１及び５４は同物質であるか、もしくは同一プロセスによって除去可能な物質で形成する。第２の犠牲層５４の上面は、例えばＣＭＰ（化学機械研磨）等の工程により平坦な面に形成する。
【００５０】
次に、図２Ｃに示すように、第１及び第２の犠牲層５１及び５４上、開口５３Ａ，５３Ｂ内を含んで引張り応力の強い上部膜４９を堆積し、この上部膜４９を外囲壁部４８を被覆する幅でパターニングする。上部膜４９の開口５３Ａ，５３Ｂに対応する部分が基板４２に固着された支持部４９Ａ，４９Ｂとなる。引張り応力の強い上部膜４９としては、例えば減圧ＣＶＤ法により形成されるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とすることができる。
【００５１】
次に、図３Ｄに示すように、第１及び第２の犠牲層５１及び５４を除去する。例えば、犠牲層５１及び５４をポリシリコン膜で形成するときは、ＸｅＦ２のエッチングガスを用いてエッチング除去する。これにより下部電極４３と空間４４を挟んで対向するビーム４５とによる微小電気機械素子本体４６が形成される。また、犠牲層５１及び５４が完全に除去されると、強い引張り応力を有する上部膜４９も同時に解放される。このとき上部膜４９は、応力Ｆ1 により両端方向へ引っ張られる。
【００５２】
そして、図３Ｅに示すように、この上部膜４９自身が持つ引張り応力Ｆ1 により、上部膜４９は下側へシフトして（下がり）、自動的に外囲壁部４８の上面に密着し、外囲壁部４８と上部膜４９で密閉空間５５を形成する。すなわち、微小電気機械素子本体４６がこの密閉空間５５内に密閉された目的の微小電気機械素子４１１が得られる。
【００５３】
図４Ａ，Ｂは、この上部膜４９が解放された前後の形状をシミュレーションにより解析した結果を示している。図４Ａに示す犠牲層を除去する前（解放前）は、上部膜４９の形状が犠牲層に沿った形状であり、例えば各段差の高さｄ1 ＝５００ｎｍ、高さｄ2 ＝３００ｎｍである。そして、図４Ｂに示すように、犠牲層を除去した後（解放後）は、上部膜４９の全体に引張り応力が働き、自ら上部膜４９が下がって、例えば上面が高さｄ3 ＝３００ｎｍになっていることが分かる。
【００５４】
第１実施の形態によれば、犠牲層５１、５４を除去した後、上部膜４９が自らの引張り応力Ｆ1 により、微小電気機械素子本体４６を囲う外囲壁部４８に蓋する形になり、中空構造の微小電気機械素子本体４６を内部に含む密閉構造の微小電気機械素子を実現することがでる。密閉度に高いパッケージングが必要となる微小電気機械素子、もしくは望ましい微小電気機械素子を、半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
【００５５】
図５は、第１実施の形態の上部膜４９として１軸方向に引張り応力Ｆ1 を有する膜を用いたときの、外囲壁部４８と上部膜４９の構成を模式的に示している。
【００５６】
図６は、第２実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、強い引張り応力を有する上部膜を、２軸方向に応力を作用させて密閉性を増大させた微小電気機械素子を得るようにしたものである。
第２実施の形態に係る微小電気機械素子４１２は、その基本構造を第１実施の形態の構造と同じであるも、特に、図６の模式図で示すように、上部膜４９が外囲壁部４８に囲まれた領域を蓋する中央領域４９Ｅと、２軸方向に固定点となる支持部４９Ａ，４９Ｂ，及び４９Ｃ，４９Ｄを有して、引張り応力Ｆ2 ，Ｆ3 が２軸方向に作用するような膜構造に形成されて構成される。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので重複説明を省略する。
【００５７】
第２実施の形態によれば、２軸方向に引張り応力を有する上部膜４９を有することにより、外囲壁部４８と上部膜４９との密着性がさらに良好となり、内部の密閉度をより向上することができる。そして、本実施の形態の微小電気機械素子４１２は、中空構造の微小電気機械素子４６を内部に含む密閉構造について、より密閉度を高めることができる。ただし、この構造自体のフットプリント（いわゆる占有面積）は増大するため、用途及び要求に合わせて第１実施の形態と併用することが望ましい。
【００５８】
図７及び図８は、第３実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、複数段階の犠牲層の除去工程により、内部の犠牲層残りを生じさせない密閉構造となした微小電気機械素子を得るようにしたものである。この第３実施の形態に係る基本構造は、第１実施の形態、もしくは第２実施の形態の構造と同一である。
【００５９】
先ず、図７Ａに示すように、前述と同様に基板４２上に下部電極４３、外囲壁部４８、第１の犠牲層５１、微小電気機械素子４５を形成した後、エッチング特性を異にする複数の犠牲層を形成する。本例では、第１の犠牲層５１除去工程と同じ工程で除去可能な第３の犠牲層５７と第３の犠牲層５７の除去工程では除去されない第４の犠牲層５８の２つの犠牲層を外囲壁部４８の上面よりも高くなるように形成する。第３の犠牲層５７は外囲壁部４８内から外囲壁部４８の外側の一部にわたって形成し、第４の犠牲層５８は第３の犠牲層５７の外側に形成し、パターニングして、前述の第１実施の形態の第２の犠牲層５４と略同様の形状に形成する。外囲壁部４８の外側に位置する犠牲層には、外囲壁部４８を挟んで基板４２が臨む一対の開口５３Ａ，５３Ｂを形成する。第３及び第４の犠牲層５７及び５８は、前述の第１実施の形態の第２の犠牲層５４と同じ条件で形成する。
この例では、第４の犠牲層５８は外囲壁部４８外に形成し、第３の犠では４７は残りの全ての部分に形成する。また、第１の犠牲層５１と第３の犠牲層５７は同材質、あるいは同じエッチングで除去可能な材料で形成する。
次いで、第３及び第４の犠牲層５７及び５８上、開口５３Ａ，５３Ｂ内を含んで引張り応力の強い上部膜４９を堆積し、この上部膜４９を外囲壁部４８が被覆されるパターンでパターニングする。
【００６０】
次に、図７Ｂに示すように、第１及び第３の犠牲層５１及び５７を同じ除去工程で除去する。この除去工程では、第４の犠牲層５８は除去されずに残る。この第４の犠牲層５８の存在により、上部膜４８による密閉は行われず、第１及び第３の犠牲層５１及び５７は確実に除去される。この犠牲層５１及び５７の除去で、下部電極４３と空間４４を挟んで対向するビーム４５とによる微小電気機械素子本体４６が形成される。
【００６１】
次に、図８Ｃに示すように、第４の犠牲層５８を所要のエッチングガスを用いて除去する。第４の犠牲層５８が除去されると、強い引張り応力を有する上部膜４９も同時に解放され、例えば１軸方向の応力を有する場合には、上部膜４９が応力Ｆ1 により両端方向へ引っ張られる。
【００６２】
そして、図８Ｄに示すように、この上部膜４９自身が持つ引張り応力Ｆ1 により、上部膜４９は下側へシフトして（下がる）、自動的に外囲壁部４８の上面に密着し、外囲壁部４８と上部膜４９で密閉空間５５を形成する。すなわち、微小電気機械素子本体４６がこの密閉空間５５内に密閉された目的の微小電気機械素子４１３が得られる。
【００６３】
第３実施の形態によれば、犠牲層５１、５７、５８を除去した後、上部膜４９が自らの引張り応力Ｆ1 により、微小電気機械素子本体４６を囲う外囲壁部４８に蓋する形になり、中空構造の微小電気機械素子本体４６を内部に含む密閉構造の微小電気機械素子４１３を実現することがでる。密閉度に高いパッケージングが必要となる微小電気機械素子、もしくは望ましい微小電気機械素子を、半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
さらに、犠牲層としてエッチング特性の異なる第３及び第４の犠牲層５７及び５８を形成して、第３及び第４の犠牲層５７及び５８を段階的に除去することにより、第１、第２実施の形態と比較してより確実に密閉構造内の犠牲層を除去することができる。従って、犠牲層のエッチング残りに起因する微小電気機械素子本体４６の動作不良を低減し、歩留りを向上することができる。
【００６４】
図９及び図１０は、第４実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、犠牲層を除去したときに上部膜が下がらず、その後に上部膜の膜特性を変化させて密閉構造となした微小電気機械素子を得るようにしたものである。本実施の形態の基本構造は、第１実施の形態、もしくは第２実施の形態の構造と同一である。
【００６５】
先ず、図９Ａに示すように、例えば前述の図２Ａと同様に、基板４２上に下部電極４３、外囲壁部４８、第１の犠牲層５１、開口５３Ａ，５３Ｂ、ビーム４５を形成し、さらに第２の犠牲層５４を形成する。次いで、成膜状態では引張り応力を有さず、熱環境（つまり温度雰囲気）を変化させることにより引張り応力が発生する上部膜６１を、第２の犠牲層５４、第１の犠牲層５１及び開口５３Ａ，５３Ｂ内を含んで堆積し、この上部膜６１を外囲壁部４８が被覆されるようなパターンでパターニングする。上部膜６１としては、例えば、高温（例えば７００℃）の成膜では応力を有さず、成膜後に低温（例えば３００〜４００℃）あるいは室温としたときに引張り応力を有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などを用いることができる。本例では高温時に引張り応力を有さず、室温で引張り応力を有する物質を上部膜６１として用いる。
【００６６】
次に、図９Ｂに示すように、第１及び第２の犠牲層５１及び５４を高温雰囲気下でエッチング除去する。このとき、上部膜６１は引張り応力を有していないので、犠牲層５１及び５４が完全に除去されても上部膜４９が応力で下がることはない。この犠牲層５１及び５７の除去で、下部電極４３と空間４４を挟んで対向するビーム４５とによる微小電気機械素子本体４６が形成される。
【００６７】
次に、図１０Ｃに示すように、犠牲除去後に熱環境を変える。すなわち、雰囲気を室温に戻す。室温に戻すことにより上部膜６１に引張り応力、例えば１軸方向の引張り応力Ｆ1 が発生する。
【００６８】
そして、図１０Ｄに示すように、上部膜６１に発生した引張り応力Ｆ1 により、上部膜６１は下側へシフトして（下がり）、自動的に外囲壁部４８の上面に密着し、外囲壁部４８と上部膜６１で密閉空間５５を形成する。すなわち、微小電気機械素子本体４６がこの密閉空間５５内に密閉された目的の微小電気機械素子４１４が得られる。
【００６９】
第４実施の形態によれば、犠牲層５１、５４を除去した後、熱環境を変えて上部膜４９に発生する引張り応力Ｆ1 により、微小電気機械素子本体４６を囲う外囲壁部４８に上部膜６１が蓋する形になり、中空構造の微小電気機械素子本体４６を内部に含む密閉構造の微小電気機械素子４１４を実現することがでる。密閉度に高いパッケージングが必要となる微小電気機械素子、もしくは望ましい微小電気機械素子を、半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
さらに、上部膜として、犠牲層５１、５４が除去されたときには引張り応力を有さず、犠牲層除去後の室温雰囲気で引張り応力を有する上部膜６１を用いることにより、第１、第２実施の形態と比較して確実に密閉構造内の犠牲層を除去することができる。従って、犠牲層のエッチング残りに起因する微小電気機械素子本体４６の動作不良を低減し、歩留りを向上することができる。
【００７０】
図１１は、第５実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、上部膜として引張り応力を有する膜と圧縮応力を有する膜の２層膜で形成し、最終的に圧縮応力を有する膜を除去して密閉構造とした微小電気機械素子を得るようにしたものである。この第５実施の形態に係る基本構造は、第１実施の形態、もしくは第２実施の形態の構造と同じである。
【００７１】
先ず、図１１Ａに示すように、例えば前述の図２Ａと同様に、基板４２上に下部電極４３、外囲壁部４８、第１の犠牲層５１、開口５３Ａ，５３Ｂ、ビーム４５を形成し、さらに第２の犠牲層５４を形成する。次いで、強い引張り応力を有する膜６２とその上の強い圧縮応力を有する膜６３とを積層した２層膜６４を、第２の犠牲層５４、第１の犠牲層５１及び開口５３Ａ，５３Ｂ内を含んで堆積し、この２層膜６４を外囲壁部４８が被覆されるようなパターンでパターニングする。引張り応力を有する膜６２は、最終的に密閉に供する上部膜となる。引張り応力を有する膜６２としては、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることができる。圧縮応力を有する膜６３としては、例えばチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を用いることができる。この場合、両膜６２及び６３は、それぞれ互いに応力が相殺されるような強さの引張り応力及び圧縮応力を有する。
【００７２】
次に、図１１に示すように、第１及び第２の犠牲層５１及び５４をエッチング除去する。このとき、引張り応力を有する膜６２は、圧縮応力を有する膜６３の応力により、引張り方向の応力が相殺されているため、２層膜６４は下がらない。犠牲層５１及び５４が除去されることにより、外囲壁部４８内に下部電極４３と空間４４を挟んで対向するビーム４５とによる微小電気機械素子本体４６が形成される。
【００７３】
次に、図１１Ｃに示すように、２層膜６４の上側に形成されている圧縮応力を有する膜６３のみを除去する。この工程後、引張り応力を有する膜、すなわち上部膜６２は、応力が解放されて下側へシフトし（下がり）、自動的に外囲壁部４８の上面に密着し、外囲壁部４８と上部膜６２で密閉空間５５を形成する。すなわち、微小電気機械素子本体４６がこの密閉空間５５内に密閉された目的の微小電気機械素子４１５が得られる。
【００７４】
第５実施の形態によれば、犠牲層５１、５４を除去した後に、上層の圧縮応力を有する膜６３が除去され、上部膜となる引張り応力を有する膜６２の応力が解放されることにより、微小電気機械素子本体４６を囲う外囲壁部４８に上部膜６１が蓋する形になり、中空構造の微小電気機械素子本体４６を内部に含む密閉構造の微小電気機械素子４１４を実現することがでる。密閉度に高いパッケージングが必要となる微小電気機械素子、もしくは望ましい微小電気機械素子を、半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
さらに、第１、第２実施の形態と比較して確実に密閉構造内の犠牲層を除去することができる。従って、犠牲層のエッチング残りに起因する微小電気機械素子本体４６の動作不良を低減し、歩留りを向上することができる。
【００７５】
図１２は、第６実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、最終的に上部膜と密着する箇所にリフロー可能な材料層を形成してリフローさせ、密閉度に高い密閉構造とした微小電気機械素子を得るようにしたものである。この第６実施の形態に係る基本構造は、第１実施の形態、第２実施の形態の構造と同じである。
【００７６】
先ず、図１２Ａに示すように、例えば前述の図２Ａと同様に、基板４２上に下部電極４３、外囲壁部４８、第１の犠牲層５１、開口５３Ａ，５３Ｂ、ビーム４５を形成し、さらに第２の犠牲層５４、上部膜４９を形成する。そして、本例では特に、外囲壁部４８の上面にリフロー可能なリフロー材料層６６を形成する。このリフロー材料層６６としては、例えばクロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）などによる金属膜を用いることができる。リフロー材料層６６は、例えば第２の犠牲層４５を形成する前の工程で形成することができる。
【００７７】
次に、図１２Ｂに示すように、犠牲層５１及び５４をエッチング除去する。この犠牲層の除去で上部膜４８の応力は解放され、上部膜４８自身が有する引張り応力Ｆ1 により上部膜４９が自動的に下側にシフトし（下がり）、外囲壁部４８の上面に形成されているリフロー材料層６６上に接触する。
【００７８】
次に、図１２に示すように、リフロー処理を行い、外囲壁部４８上のリフロー材料層６６をリフローする。このリフロー処理により、外囲壁部４８と上部膜４９との間の密着性が向上する。このようにして、外囲壁部４８と上部膜４９で形成された密閉空間５５内に微小電気機械素子本体４６が密閉された目的の微小電気機械素子４１６が得られる。
【００７９】
第６実施の形態によれば、前述の実施の形態と同様に、犠牲層５１、５４を除去した後に、上部膜４９の応力が解放されることにより、微小電気機械素子本体４６を囲う外囲壁部４８に上部膜６１が蓋する形になり、中空構造の微小電気機械素子本体４６を内部に含む密閉構造の微小電気機械素子４１６を実現することがでる。密閉度に高いパッケージングが必要となる微小電気機械素子、もしくは望ましい微小電気機械素子を、半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
さらに、本実施の形態では、上部膜４９と外囲壁部４８間にリフロー材料層６６を形成したことにより、第１、第２実施の形態と比較して密閉構造内の機密性を向上することができる。従って、密閉性が十分でないことによる不良が低減し、歩留りを向上することができる。
【００８０】
図１３は、第７実施の形態に係る微小電気機械素子を示す。本実施の形態は、上部膜の応力解放後に、別の膜を新たに形成して密閉度の高い密閉構造とした微小電気機械素子を得るようにしたものである。本実施の形態の基本構造は、第１実施の形態の構造と同じである。
【００８１】
先ず、図１３Ａに示すように、前述の図３Ｄの犠牲層５１、５４を除去する工程までを行う。上部膜４９の応力が解放され、上部膜４９が自身の引張り応力により下がり、上部膜４９が外囲壁部４８の上面に密着される。
【００８２】
次に、図１３Ｂ及びＣに示すように、上部膜４９の上面から上部膜４９の側面、さらに段差６８から外囲壁部４８の側面にわたるように所要の被覆膜６７を形成する。この被覆膜６７は、段差６８に十分形成される膜が望ましく、例えばＣＶＤ法によるＳｉＮ膜、ＳｉＯ２ 膜等で形成することができる。この被覆膜６７により、密着部分は完全に密閉される。このようにして、外囲壁部４８と上部膜４９で形成された密閉空間５５内に微小電気機械素子本体４６が密閉された目的の微小電気機械素子４１７が得られる。
【００８３】
第７実施の形態によれば、前述の実施の形態と同様に、犠牲層５１、５４を除去した後に、上部膜４９の応力が解放されることにより、微小電気機械素子本体４６を囲う外囲壁部４８に上部膜６１が蓋する形になり、中空構造の微小電気機械素子本体４６を内部に含む密閉構造の微小電気機械素子４１７を実現することがでる。密閉度に高いパッケージングが必要となる微小電気機械素子、もしくは望ましい微小電気機械素子を、半導体プロセスを用いて容易に実現することができる。
さらに、本実施の形態では、上部膜４９の上面から外囲壁部４８の側面にわたり被覆膜６７を形成することにより、第１、第２実施の形態と比較して密閉構造内の機密性を向上することができる。従って、密閉性が十分でないことによる不良が低減し、歩留りを向上することができる。
【００８４】
図１４は、本発明の第８実施の形態に係る微小構造体を示す。本実施の形態は、複数の密閉空間を有する微小構造体である。本実施の形態の密閉構造の基本構造は、第１、第２実施の形態の構造と同一である。
本実施の形態においては、図１４Ａに示すように、基板７２上に微小空間を仕切る複数の側壁部７３と最外側壁部７９を形成する。この基板７２上に側壁部７３の高さＨ1 より低い高さＨ2 の第１の犠牲層５１を形成し、さらに基板７２の面からの高さＨ3 が側壁部７３より高い第２の犠牲層７５を複数の側壁部７３及び最外側壁部７９を覆うように形成する。第１の犠牲層７４の外側には、基板７２の面が臨む例えば一対の開口７６Ａ，７６Ｂが形成される。次いで、第２の犠牲層７５上面から開口７６Ａ，７６Ｂ内に至るように強い引張り応力を有する上部膜７７を形成する。
【００８５】
次に、図１４Ｂに示すように、第１及び第２の犠牲層７４及び７５をエッチング除去する。犠牲層７４、７５が除去されることにより、上部膜７７の応力が解放され、自身の持つ引張り応力により、上部膜７７が下がり各隣合う側壁部７３及び最外側壁部７９の上面に密着し、各微小空間７８が封止される。すなわち、独立した複数の密閉空間７８が形成される。このようにして、側壁部７３及び最外側壁部７９の相互間の空間が上部膜７７で封止され、各独立に分割された複数の密閉空間７８を有する微小構造体７１が得られる。
【００８６】
最外側壁部７９を、図５に示す外囲壁部４８と同じ周囲を囲む構造に形成しても良く、あるいは一方向に延びる構造に形成することができる。
最外側壁部７９を周囲を囲む構造としたときには、上部膜７７で上部が封止された各微小空間７８は、完全密閉空間となる。この場合、各微小空間７８内に鎖線で示すように前述の微小電気機械素子本体４６を内蔵させることにより、この微小構造体７１は、微小電気機械素子として構成される。
最外側壁部７９を一方に延びる構造としたときには、一方向が解放された密閉空間となる。この場合、例えば流路のように、内部に可動構造を有しない密閉空間を有した微小構造体として構成することができる。
【００８７】
この微小構造体７１においては、微小空間７８を、微小空間７８内に可動構造を持たない空間として用いる場合、図１２のように犠牲層を第１、第２の犠牲層７４、７５に分けて形成する必要はなく、一層の犠牲層でも良い。すなわち、側壁部７３、最外側壁部７９の形成、次いで犠牲層の形成、次いで犠牲層の上面の平坦化、次いで上部膜７の形成、次いで犠牲層の除去、という工程で密閉構造を有する微小構造体を製造することができる。
【００８８】
第８実施の形態によれば、複数の密閉空間７８を同時に形成することが可能になる。また、上部膜７７と側壁部７３、最外側壁部７９との密着部が増えるため、確実な密閉空間７８を得るためには、図１２に示す第６実施の形態を併用することが望ましい。
【００８９】
図１４では、複数の密閉空間７８を有した微小構造体を構成したが、１つの密閉空間７８を有する微小構造体として構成することもできる。
【００９０】
各実施の形態では、微小電気機械素子本体４６として、ビームを片持ち梁式構造としたもの（図  参照）を適用したが、ビームを両持ち梁式構造としたもの（図  参照）を適用することできる。
【００９１】
上述したように、本発明の実施の形態態によれば、強い引張り応力を有する上部膜を犠牲層の上面に形成し、犠牲層除去後に自らの引張り応力で自動的に密閉空間を形成した微小構造体、微小電気機械素子を実現することができる。これによって密閉度の高いパッケージングが必要な、もしくは望ましい微小構造体、微小電気機械素子において、これを半導体プロセスを用いて容易に製造することができる。
従来の密閉構造で懸念されていた密閉度の問題も、特に第３〜第７実施の形態を用いることにより、解決することができる。
同時に多数の密閉空間を形成することが必要である場合には、第８実施の形態を用いることにより、容易に実現することができる。
【００９２】
本発明の微小構造体、微小電気機械素子は、例えば高周波フィルタ、中間周波フィルタ、音響共鳴による周波数フィルタ等のフィルタや、プリンタに備えるインクジェットプリンタヘッドや、ジャイロセンサ、赤外線センサ、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ等の各種センサに適用することができる。また、微小電気機械素子のビームを光反射膜に兼用して、光の反射方向を利用した光スイッチや回折光を利用したＧＬＶ（登録商標）素子等の光学微小電気機械素子に適用することも可能である。このときには上部膜は光透過性を有する膜で形成される。
【００９３】
本発明は、上述した各デバイスに適用される微小構造体、微小電気機械素子を備えた各種の電子機器を構成することができる。
【００９４】
インクジェットプリンタヘッドは、微小電気機械素子をアクチュエータ（駆動源）として用い、その上にノズルを有するインク室が配置され、このインク室に通じるインクの流路、インク供給部を有して成る。このようなインクジェットプリンタヘッドでは、少なくともインク流路の形成に本発明を適用することができる。
【００９５】
図１５及び図１６は夫々、高周波フィルタあるいは中間周波フィルタ等のフィルタに適用した実施の形態である。各図は概略図である。
図１５のフィルタ８１は、基板８２上に下部電極で構成した入力電極８３及び出力電極８４が形成され、この入出力電極８３、８４に空間８５を挟んで所要の共振周波数を有するビーム（振動電極）８６が形成されフィルタ本体８７が構成される。さらに、基板８２上にフィルタ本体８７を密閉するように前述したと同様の構成を採る外囲壁部８８とこの外囲壁部８８の上面に密着する上部膜８９が形成されて構成される。
【００９６】
このフィルタ８１は、入力電極８３に信号が入力され、ビーム８９に直流バイアス電圧が印加される。入力電極８３に目的周波数の信号が入力されると、ビーム８９と入力電極８３間に生じる静電力で、ビーム８９が共振し、出力電極８４から目的周波数の信号が出力される。他の周波数の信号が入力されたときは、ビーム８９が共振せず、出力電極８４から信号が出力されない。
【００９７】
図１６のフィルタ９１は、基板８２上に下部電極となる出力電極９２と配線層９３が形成され、出力電極９２に空間９４を挟んで所要の共振周波数を有する振動電極となるビーム９５が形成されたフィルタ本体９６が構成される。さらに、基板８２上にフィルタ本体９６を密閉するように前述したと同様の構成を採る外囲壁部８８とこの外囲壁部８８の上面に密着する上部膜８９が形成されて構成される。
【００９８】
このフィルタ９１は、ビーム９５と接地間に直流バイアス電圧が印加された状態で、ビーム９５に目的周波数の信号が入力されると、ビーム９５と出力電極９２間に生じる静電力で、ビーム９５が共振し、出力電極９２から目的周波数の信号が出力される。他の周波数の信号が入力されたときは、ビーム９５が共振せず、出力電極９２から信号が出力されない。
【００９９】
本発明は、上述した実施の形態のフィルタ８１又は９１を備えた通信装置、例えば携帯電話、無線ＬＡＮ、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の、電磁波を利用して通信する通信装置を提供するこができる。
【０１００】
次に、上述した本発明の実施の形態のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図１７を参照して説明する。
まず送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。
【０１０１】
変調器２１０では、各チャンネルごとにバッファアンプ２１１Ｉ及び２１１Ｑを介してミキサ２１２Ｉ及び２１２Ｑに供給して、送信用のＰＬＬ（phase-locked loop）回路２０３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調し、両混合信号を加算器２１４で加算して１系統の送信信号とする。この場合、ミキサ２１２Ｉに供給する周波数信号は、移相器２１３で信号位相を９０°シフトさせてあり、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが直交変調されるようにしてある。
【０１０２】
加算器２１４の出力は、バッファアンプ２１５を介して電力増幅器２０４に供給し、所定の送信電力となるように増幅する。電力増幅器２０４で増幅された信号は、送受信切換器２０５と高周波フィルタ２０６を介してアンテナ２０７に供給し、アンテナ２０７から無線送信させる。高周波フィルタ２０６は、この通信装置で送信及び受信する周波数帯域以外の信号成分を除去するバンド・パス・フィルタである。
【０１０３】
受信系の構成としては、アンテナ２０７で受信した信号を、高周波フィルタ２０６及び送受信切換器２０５を介して高周波部２２０に供給する。高周波部２２０では、受信信号を低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２２１で増幅した後、バンド・パス・フィルタ２２２に供給して、受信周波数帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号をバッファアンプ２２３を介してミキサ２２４に供給する。そして、チャンネル選択用ＰＬＬ回路２５１から供給される周波数信号を混合して、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とし、その中間周波信号をバッファアンプ２２５を介して中間周波回路２３０に供給する。
【０１０４】
中間周波回路２３０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２２５を介してバンド・パス・フィルタ２３２に供給して、中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号を自動ゲイン調整回路（ＡＧＣ回路）２３３に供給して、ほぼ一定のゲインの信号とする。自動ゲイン調整回路２３３でゲイン調整された中間周波信号は、バッファアンプ２３４を介して復調器２４０に供給する。
【０１０５】
復調器２４０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２４１を介してミキサ２４２Ｉ及び２４２Ｑに供給して、中間周波用ＰＬＬ回路２５２から供給される周波数信号を混合して、受信したＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。この場合、Ｉ信号用のミキサ２４２Ｉには、移相器２４３で信号位相を９０°シフトさせた周波数信号を供給するようにしてあり、直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。
【０１０６】
復調されたＩチャンネルとＱチャンネルの信号は、それぞれバッファアンプ２４４Ｉ及び２４４Ｑを介してバンド・パス・フィルタ２５３Ｉ及び２５３Ｑに供給して、Ｉチャンネル及びＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去し、除去された信号をアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２５４Ｉ及び２５４Ｑに供給してサンプリングしてデジタルデータ化し、Ｉチャンネルの受信データ及びＱチャンネルの受信データを得る。
【０１０７】
ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ，２０２Ｑ，２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ，２５３Ｑの一部又は全てとして、本例の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。図１７の例では、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成して、それらのフィルタに本例の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１７の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、さらに送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、上述した実施の形態の構成のフィルタを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係る微小電気機械素子の実施の形態を示す構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃ  第１実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図（その１）である。
【図３】Ｄ〜Ｅ  第１実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図（その２）である。
【図４】Ａ，Ｂ  本発明の説明に供する上部膜の斜視図である。
【図５】第１実施の形態に係る微小電気機械素子の模式図である。
【図６】第２実施の形態に係る微小電気機械素子の模式図である。
【図７】Ａ〜Ｂ  第３実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図（その１）である。
【図８】Ｃ〜Ｄ  第３実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図（その２）である。
【図９】Ａ〜Ｂ  第４実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図（その１）である。
【図１０】Ｃ〜Ｄ  第４実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図（その２）である。
【図１１】Ａ〜Ｃ  第５実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図である。
【図１２】Ａ〜Ｃ  第６実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図である。
【図１３】Ａ〜Ｂ  第７実施の形態に係る微小電気機械素子の製造工程図である。            Ｃ  図１３ＢのＡーＡ線上の断面図である。
【図１４】Ａ〜Ｂ  第８実施の形態に係る微小構造体の製造工程図である。
【図１５】本発明に係るフィルタの一実施の形態を示す構成図である。
【図１６】本発明に係るフィルタの他の実施の形態を示す構成図である。
【図１７】本発明に係る通信装置の実施の形態を示す回路図である。
【図１８】従来の密閉構造の微小電気機械素子の一例を示す構成図である。
【図１９】Ａ〜Ｂ  従来の密閉構造の微小電気機械素子の他の例を示す製造工程図である。
【図２０】Ａ  静電駆動型の微小電気機械素子の代表的な一例を示す斜視図である。            Ｂ  その断面図である。
【図２１】Ａ  静電駆動型の微小電気機械素子の代表的な他の例を示す斜視図である。            Ｂ  その断面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
４１〔４１１〜４１７〕・・微小電気機械素子、４２・・基板、４３・・下部電極、４４・・空間、４５・・ビーム、４６・・微小電気機械素子本体、４８・・外囲壁部、４９・・上部膜、４９〔４９Ａ〜４９Ｄ〕・・上部膜の支持部、４９Ｅ・・上部膜の中央領域、５１、５４、５７、５８・・犠牲層、５５・・密閉空間、６６・・リフロー材料層、７１・・微小構造体、７２・・基板、７３・・側壁部、７４、７５・・犠牲層、７７・・上部膜、７８・・微小空間、７９・・最外側壁部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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