(57)【要約】【課題】微小電気機械式装置が有する微小構造体と電気回路とを同一の絶縁表面上に同一工程を経て作製する。【解決手段】微小電気機械式装置は、絶縁表面を有する基板上にトランジスタを有する電気回路と、微小構造体を有する。微小構造体とトランジスタとは、絶縁層と半導体層の積層体を有する。すなわち、構造層は、ゲート絶縁層と同じ絶縁膜から形成された層を含み、かつトランジスタの半導体層と同じ半導体膜から形成された層を含む。さらに、微小構造体は、トランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極に用いられる導電層を犠牲層に用いることで作製される。【選択図】図１
2008044096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層を有し、
前記第１構造層および前記第２構造層は、絶縁層と、前記絶縁層と接する第２半導体層とを有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層、および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層、前記第１構造層の第２半導体層および前記第２構造層の前記第２半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１構造層および前記第２構造層の半導体層は、結晶性半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１構造層および前記第２構造層の第２半導体層は、金属元素を用いて結晶化された結晶性半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項４】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層を有し、
前記第１構造層および前記第２構造層は、絶縁層と、前記絶縁層と接する導電層とを有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層、および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層、前記第１構造層の導電層および前記第２構造層の導電層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第１構造層および前記第２構造層の導電層は半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項５】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第２半導体層とを有し、
前記第１構造層および前記第２構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第３半導体層と、前記第３半導体層に接する第４半導体層を有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層と前記第３半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第２半導体層と前記第４半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項６】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記絶縁表面に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁膜と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第２半導体層とを有し、
前記第１構造層および前記第２構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第３半導体層と、前記第３半導体層に接する第４半導体層を有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層と前記第３半導体層はそれぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、かつ前記第１半導体層と前記第３半導体層は結晶構造が異なり、
前記第２半導体層と前記第４半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項７】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第２半導体層とを有し、
前記第１構造層および前記第２構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第３半導体層と、前記第３半導体層に接し、導電性を示す第４半導体層を有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層と前記第３半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第２半導体層と前記第４半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、かつ前記第２半導体層と前記第４半導体層は結晶構造が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項において、
前記第３半導体層と前記第４半導体層は結晶構造が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項９】
請求項５乃至７のいずれか１項において、
前記第３半導体層は非晶質半導体層または微結晶半導体層であり、前記第４半導体層は多結晶半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１０】
請求項５乃至７のいずれか１項において、
前記第３半導体層は非晶質半導体層または微結晶半導体層であり、前記第４半導体層は金属を用いて結晶化された結晶性半導体層であることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１１】
請求項５乃至７のいずれか１項において、
前記第３半導体層および前記第４半導体層は結晶性半導体層であり、
前記第３半導体層と前記第４半導体層とは結晶成長方向が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１２】
請求項５乃至７のいずれか１項において、
前記第３半導体層および前記第４半導体層は金属元素を用いて結晶化された結晶性半導体層であり、
前記第３半導体層と前記第４半導体層とは結晶成長方向が異なることを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１３】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第２半導体層とを有し、
前記構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第３半導体層と、前記第３半導体層に接する導電層を有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層と前記第３半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第１構造層の導電層と前記第２構造層の導電層、および前記第２半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、かつ半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第３半導体層は、半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１５】
絶縁表面を有する基板上に形成され、前記基板に対して移動可能な第１構造層と、一部が前記基板に固定されている第２構造層とを有し、前記基板上に形成された微小構造体と、
トランジスタを有し、前記微小構造体に電気的に接続され、前記基板上に形成された電気回路と、
を有し、
前記トランジスタは、ゲート絶縁層と、チャネル形成領域が設けられている第１半導体層と、高濃度不純物領域が設けられている第２半導体層とを有し、
前記第１構造層および前記第２構造層は、絶縁層と、前記絶縁層に接する第３半導体層と、前記第３半導体層に接する導電層を有し、
前記第１構造層の絶縁層、前記第２構造層の絶縁層、および前記ゲート絶縁層は、それぞれ、前記基板上の同じ絶縁膜をパターニングすることを用いて形成された絶縁層であり、
前記第１半導体層と前記第３半導体層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり、
前記第２半導体層、前記第１構造層の導電層、および前記第２構造層の導電層は、それぞれ、前記基板上の同じ半導体膜をパターニングすることを用いて形成された半導体層であり
前記第３半導体層は、半導体と金属元素との化合物を含むことを特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１６】
絶縁表面を有する基板上に形成された微小構造体と、前記基板上に形成され、かつ前記微小構造体に電気的に接続された電気回路を含む微小電気機械式装置を作製する方法であり、
前記微小構造体は、前記基板の第１の領域に形成され、記基板に対して移動可能な第１構造層、および一部が前記基板に固定されている第２構造層を有する微小構造体を有し、
前記電気回路はトランジスタを有し、
前記基板上に導電層を形成し、
前記導電層を所定の形状に加工することで、前記第１の領域に第１の犠牲層を形成し、前記第２の領域に前記トランジスタのゲート電極となる第１の導電層を形成し、
前記基板および前記第１の導電層上に、絶縁膜と半導体膜とを形成し、
前記絶縁膜および前記半導体膜を所定の形状に加工することで、前記第１の領域に前記絶縁層と前記半導体層とが積層された前記第１構造層および前記第２構造層を形成し、前記第２の領域に前記半導体膜から前記トランジスタのゲート絶縁層を形成し、かつ前記半導体膜からチャネル形成領域が形成される半導体層を形成し、
少なくとも前記第２の領域の半導体層にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を選択的に添加し、
前記基板、前記第１の絶縁層、および前記半導体層上に他の導電層を形成し、
前記他の導電層を所定の形状に加工することで、前記第１の領域に第２の犠牲層を形成し、前記第２の領域に前記微小構造体と前記電気回路とを電気的に接続する電極となる第２の導電層を形成し、
前記第１の領域及び前記第２の領域上に他の絶縁層を形成し、
前記他の絶縁層の第１の領域に存在する部分の一部を少なくとも除去することで第２の絶縁層を形成し、
前記第１の犠牲層および前記第２の犠牲層を除去し、前記第１の領域に前記第１構造層および前記第２構造層を有する前記微小構造体を形成することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記第２導電層は金属元素を含み、
前記第２導電層と前記第１の領域の半導体層とを反応させて、半導体と金属元素の化合物を形成することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１５において、前記微小構造体は、前記第１構造体でなる回転子を有すること特徴とする微小電気機械式装置。
【請求項１９】
請求項１６又は１７において、前記微小構造体は、前記第１構造体でなる回転子を有すること特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板上に形成された微小電気機械式装置（微小電子機械式システム）およびその作製方法に関する。特に、微小電気機械式装置の微小機械構造体およびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳと呼ばれる微小機械システムの研究が盛んに進められている。ＭＥＭＳは、Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍの略称であり、微小電気機械式装置、微小電気機械システム等と訳される。また、日本ではマイクロマシンと呼ばれることもあり、欧州等ではＭＳＴ（Ｍｉｃｒｏ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）と呼ばれることがある。本明細書では、ＭＥＭＳのことをマイクロマシン、または微小電気機械式装置とも記載する。ＭＥＭＳとは、「立体構造を有し可動する微小構造体」でなる微細な機械部と機械部を制御する「半導体素子を有する電気回路」とを組み合わせた電子デバイスを指す。また、ＭＥＭＳは、単にマイクロマシンと呼ばれることもある。
【０００３】
ＭＥＭＳは、電気回路によって自らの微小構造体を制御することができるため、従来のコンピュータを用いた従来の装置のように中央処理制御型ではなく、自律分散型のシステムを構築することができると期待されている。例えば、センサによって得た情報を電気回路によって処理して、処理情報に応じてアクチュエータ等を駆動することがＭＥＭＳで実現できる。
【０００４】
マイクロマシンについては数多くの研究がなされている。例えば、特許文献１では、製造プロセスはウェハー製造やプラスチックアセンブリの施設と両立できなかったことを課題として、改良式ＭＥＭＳウェハーレベルパッケージが提案されている。特許文献２には、レーザ照射を制御することで構造体を構成する層が望ましい機械的特性を生じさせることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されるように、マイクロマシンを構成する微小構造体は、シリコンウエハを用いた半導体素子作製のプロセスにより作製されている。特に、微小構造体を作製するのに十分な厚さや強度を有する材料を得るために、実用化されているマイクロマシンは、シリコンウエハを用いて作製されるものが主流である。また特許文献２には、微小構造体であるカンチレバーが記載されているのみであり、微小構造体と電気回路を集積化することについては、何ら記載がない。
【特許文献１】特開２００１−１４４１１７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は微小構造体と微小構造体を制御する電気回路を同じ基板に集積した微小電気機械式装置、およびその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る微小電気機械式装置は、絶縁表面上に、微小構造体と微小構造体を制御するための電気回路を有する。電気回路は微小構造体に電気的に接続され、トランジスタを有する。微小構造体は少なくとも基板に固定されていない構造層、および一部が基板に固定されている構造層を有する。構造層の一部が基板に固定されているとは、一部に基板に固定されていない部分を有することである。別言すると、構造層の一部が基板に固定されていることで、基板と構造層の他の一部の間に空間が形成されている。基板に対して移動可能な構造層である。微小構造体を構成する構造層の少なくとも１つは基板から完全に離れており、基板に対して移動可能に形成されている。また、この構造層は基板に固定されている他の構造層によって、可動範囲を制限されている。例えば、基板から完全に分離されている構造層を回転子とし、この回転子の回転軸となる構造層を基板に固定して形成する。このような構造により、回転軸となる構造層などによって、回転子となる構造層は、可動範囲を制限される。
【０００８】
本発明の微小電気機械式装置の１つは、トランジスタのゲート絶縁層と半導体層との積層構造と同じ積層構造の層を、微小構造体が第１および第２構造層として含むことを特徴とする。換言すると、微小構造体は、ゲート絶縁層と同じ絶縁膜から形成された層、およびトランジスタの半導体層と同じ半導体膜から形成された層を含む構造層を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の微小電気機械式装置の１つは、微小構造体に含まれる半導体層を多層構造とし、層の結晶構造を異ならせることを特徴とする。このようにすることにより、互いの層の欠点が補われるため、微小構造体の破壊を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の微小電気機械式装置の１つは、微小構造体の構造層にシリサイドのような半導体と金属の化合物を含ませることを特徴とする。このことにより、構造層の強度を多結晶シリコンよりも高めることができ、また導電性を高めることもできる。
【００１１】
また、本発明の微小電気機械式装置の作製方法の１つは、構造体に可動する部分を設けるため犠牲層となる層にゲート電極と同じ膜から形成された層を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の微小電気機械式装置は、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路とが同一絶縁表面上に一体形成されているため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。
また、本発明の微小電気機械式装置の作製方法によって、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路とを同一絶縁表面上に、同一工程を経て一体形成した微小電気機械式装置を提供することができる。換言すると、電気回路を作製した後に微小構造体を作製する、または微小構造体を作製した後に電気回路を作製するといった工程の分離がない。よって、製造方法が簡素化され、その結果、微小機械式装置の低コスト化につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得る。したがって、本発明は以下に示す実施の形態および実施例に限定して解釈されるものではない。
【００１４】
なお、異なる実施の形態で、同じ符号を付している要素は同じ構成要素を示し、繰り返しになる説明は省略している。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路を同じ基板上に同時に作製する方法を説明する。図１は、本実施形態のＭＥＭＳの構造を示す図であり、図１（Ａ）はＭＥＭＳの断面図であり、図１（Ｂ）は微小構造体の上面図である。図１（Ｂ）の鎖線Ｏ−Ｐで切った断面図が図１（Ａ）の微小構造体１１の断面図に対応する。なお、図１（Ａ）において、左側は微小構造体が形成されている第１の領域の断面図であり、右側が電気回路が形成されている第２の領域の断面図である。この点は、図２〜図３に示す断面図も同様である。また、図１（Ａ）において、第２の領域の電気回路１０の断面構成はトランジスタを代表的に示しており、この点は他の実施形態も同様である。
【００１６】
電気回路１０と微小構造体１１は同一の絶縁表面を有する基板１００に設けられている。電気回路１０のトランジスタは薄膜トランジスタであり、その構造はボトムゲート型である。トランジスタは、第１導電層１０１、第１導電層１０１上の第１絶縁層１０２、第１絶縁層１０２上の半導体層１０３と、半導体層１０３上の第２導電層１０４を有する。
【００１７】
第１導電層１０１はトランジスタのゲート電極またはゲート配線を構成する。第１絶縁層１０２はゲート絶縁層を構成する。半導体層１０３には、チャネル形成領域と、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域とが少なくとも形成される。第２導電層１０４は半導体層１０３の高濃度不純物領域に接続され、ソース電極またはドレイン電極として機能する。
【００１８】
トランジスタを覆って第２絶縁層１０５が形成されている。第２絶縁層１０５上には第３導電層１０６が形成されている。第３導電層１０６は第２絶縁層１０５に形成されたコンタクトホールを介して、第２導電層１０４に接続されている。
【００１９】
電気回路１０の電極、配線、端子は、第１導電層１０１、第２導電層１０４および第３導電層１０６を用いて形成される。これら第１導電層１０１、第２導電層１０４および第３導電層１０６で形成された電極、配線によって、微小構造体１１と電気回路１０が電気的に接続されている。また、電気回路１０には、トランジスタ以外の素子も形成される。例えば、半導体層１０３を用いることで、ＭＩＳ型容量素子やダイオードを形成することができる。
【００２０】
図１（Ａ）に示すように、微小構造体１１は、第２絶縁層１０５に形成された開口部１０７に形成される。微小構造体１１は、可動電極１２１（第１構造層）と、基板１００に固定された１２個の固定電極１２２（第２構造層）と、固定電極１２２に接続された配線１２３とを有する。可動電極１２１はいわゆるローター（回転子）であり、固定電極１２２はいわゆるステータ（固定子）である。配線１２３は電気回路１０に接続される。配線１２３は固定電極１２２と一体に形成されている。言い換えると、配線１２３の一部が固定電極１２２を構成する。よって固定電極１２２と配線１２３とを含めて第２構造層とみなすこともできる。
【００２１】
可動電極１２１の形状は、円盤状であり、４つの開口部１２１ａが形成されており、また基板１００から分離されている。
【００２２】
１２個の固定電極１２２は、可動電極１２１を囲んで円弧状に配置されている。固定電極１２２は基板１００に固定されているが、先端（可動電極１２１に近接している端部）は基板１００から分離されており、基板から離れたところで可動電極１２１に静電力を作用できるようになっている。
【００２３】
可動電極１２１、固定電極１２２および配線１２３は多層構造であり、下層は絶縁層、上層は導電層でなる。下層の絶縁層はトランジスタの第１絶縁層１０２と同じ層にあり、第１絶縁層１０２と同じ絶縁膜から形成されている。上層の導電層はトランジスタの半導体層１０３と同じ層にあり、半導体層１０３と同じ半導体膜から形成されている。
【００２４】
配線１２３により、１２個の固定電極１２２を３個ごとに並列に接続することで、微小構造体１１を３相４極のモータとして機能させることができる。３相の固定電極１２２に順次に電圧を印加することにより、可動電極１２１と固定電極１２２間に静電力（静電引力）が生ずる。この静電力により、可動電極１２１が回転する。可動電極１２１の回転方向は、固定電極１２２に印加する電圧で制御できる。
【００２５】
以下、図２〜図５を用いて、図１に示すＭＥＭＳの作製方法を説明する。ここでは、第１の領域に微小構造体１１を第２の領域に電子回路を１０を形成する。まず、基板１００として絶縁表面を有する基板を用意する。基板１００上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工し、図２（Ａ）に示すように、第１導電層１０１、１３１を形成する。つまり、基板１００上に形成されたおなじ導電膜をパターニングして第１の導電層１０１、１３１を形成している。フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により膜を所定の形状に加工するための処理はパターニングとも呼ばれる。第１導電層１０１、１３１上に第１絶縁層１３２を形成する。
【００２６】
絶縁表面を有する基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等の絶縁性基板や、表面に絶縁膜を形成した絶縁性基板を用いることができる。また、表面に絶縁膜を形成したシリコンウエハ、金属、ステンレスなどの導電性基板も用いることができる。
【００２７】
基板表面に形成する絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＞ｙ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＜ｙ）等から選ばれた材料の単層膜、多層膜で形成することができる。これらの膜はＣＶＤ法やスパッタ法で形成することができる。また、シリコンウエハや金属基板の場合、その表面を窒化処理や酸化処理して、窒化物、酸化物を形成することもできる。
【００２８】
第１導電層１０１、１３１の材料には、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素、これら金属元素を主成分とする金属化合物（例えば、チタン窒化物、タングステン窒化物）、これら金属を主成分とする合金（例えば、アルミニウムとチタンの合金、クロムとモリブデンの合金）などが選択できる。これらの材料は蒸着法やスパッタリング法で形成でき、これらの材料の単層膜又は多層膜で第１導電層１０１、１３１を形成する。
【００２９】
第１導電層１３１は犠牲層となる層であり、第１導電層１３１の形状で微小構造体１１の構造層（可動電極１２１、固定電極１２２、配線１２３）の形状が規定される。第１導電層１３１は図４に示すように、円盤状に形成される。電気回路１０にはゲート電極（ゲート配線）の他に、第１導電層１０１により電気回路１０を構成する電極、配線、端子などを形成することができる。
【００３０】
第１絶縁層１３２はトランジスタのゲート絶縁膜を構成するため、ゲート絶縁膜に適した材料が選択される。例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＞ｙ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＜ｙ）等から選ばれた材料の単層膜、多層膜で形成することができる。
【００３１】
次に、第１絶縁層１３２上に半導体層１３３を形成する。半導体層１３３は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンとゲルマニウムの化合物（シリコンゲルマニウム）で形成することができる。また、本実施形態では、半導体層１３３を結晶性半導体で形成する。ＣＶＤ法やスパッタ法で非晶質の半導体を成膜し、非晶質半導体膜に光エネルギーや熱エネルギーを与えて結晶化させることで、結晶性半導体膜を形成することができる。また、微結晶や多結晶の半導体をＣＶＤ法やスパッタ法で成膜することもできる。後者の場合、成膜した後、光エネルギーや熱エネルギーを与えて結晶化させること（または、結晶性を向上させること）もできる。
【００３２】
例えば、非晶質シリコンを形成するには、シラン（ＳｉＨ４）ガスを水素で希釈した原料ガスを用いてＣＶＤ法で成膜すればよい。またシリコンでなるターゲットを用いてスパッタリング法で形成することもできる。非晶質ゲルマニウムを形成するには、ゲルマン（ＧｅＨ４）ガスを水素で希釈した原料ガスを用いてＣＶＤ法で成膜することができるし、ゲルマニウムでなるターゲットを用いてスパッタリング法で成膜することもできる。非晶質シリコンゲルマニウムを形成するには、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスとゲルマン（ＧｅＨ４）ガスを所定の比で混合し水素で希釈した原料ガスを用いてＣＶＤ法で成膜することができるし、また、シリコンとゲルマニウムの２種類のターゲットを用いてスパッタリング法で成膜することもできる。
【００３３】
ＣＶＤ法による成膜には、原料ガスに、水素ガスの他、ヘリウムガス、フッ素ガス、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅ等の希ガスを添加することもできる。また、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスの代わりに、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることが可能である。また、上記の原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、微結晶や多結晶半導体を絶縁層１３２上に直接形成することもできる。また、スパッタ法による成膜では、基板温度などを制御することで微結晶や多結晶半導体を形成することができる。
【００３４】
非晶質半導体膜を結晶化させる方法としては、レーザ光を照射する方法、赤外線等を照射する方法、電気炉による加熱による方法、半導体の結晶化を助長させる金属元素を半導体膜に導入して結晶化させる方法などが挙げられる。
【００３５】
結晶化に用いられるレーザには、連続発振型のレーザ（ＣＷレーザ）やパルス発振型のレーザ（パルスレーザ）双方とも用いることができる。結晶化に好適な気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどがある。また固体レーザであれば、ドーパント（例えば、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａ）を含んだＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）などの結晶を媒質に用いたレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、およびＴｉ：サファイアレーザなどが挙げられる。
【００３６】
半導体を結晶化するには、これらのレーザから発振されるビームの基本波だけでなく、基本波の第２高調波から第４高調波のビームを照射することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。レーザのエネルギー密度は０．０１ＭＷ／ｃｍ２以上１００ＭＷ／ｃｍ２以下の範囲が必要であり、好ましくは０．１ＭＷ／ｃｍ２以上１０ＭＷ／ｃｍ２以下の範囲とする。走査速度を１０ｃｍ／ｓｅｃ以上２００ｃｍ／ｓｅｃ以下の範囲とすればよい。
【００３７】
ＹＡＧなどの上記結晶を媒質とする固体レーザ、Ａｒイオンレーザ、およびＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射できる。そのため、レーザビームを走査することにより、レーザビームを照射することで生じた固液界面を連続的に移動させることができるため、半導体膜の結晶粒を走査方向に向かって長く成長させることができる。
【００３８】
また、レーザビームの代わりに、ランプを光源とする赤外光、可視光、または紫外光を照射することにより半導体膜を結晶化することもできる。ランプとして、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプが用いられる。ランプによる光の照射を１回以上１０回以内、好ましくは２回以上６回以下繰り返す。１回の照射では、ランプの点灯時間を１秒以上６０秒以内、好ましくは３０秒以上６０秒以下の範囲とし、半導体膜が６００℃以上１０００℃以内の温度で瞬間的に加熱されるようにする。
【００３９】
加熱処理に電気炉を用いる場合には、半導体が原料ガスにシランを用いた非晶質シリコンである場合は、最初に４００℃程度の加熱工程を行い、シリコン中の水素を放出させ、しかる後、非晶質シリコンが結晶化する温度まで上昇させることが好ましい。このような加熱処理により、結晶化の際の膜荒れを低減することができる。
【００４０】
また、結晶性半導体の形成方法には、結晶化を助長させる金属元素を用いて結晶化させる方法もある。この方法は、特に、非晶質シリコン膜を結晶化させるのに好適である。非晶質シリコン膜の結晶化を助長させる金属元素を半導体に導入し、レーザビームの照射または５００℃〜６００℃で電気炉による加熱処理を行うことで、粒界での結晶粒の連続性が高い結晶性半導体を得ることができる。シリコンの結晶化を助長する金属元素としては鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）および金（Ａｕ）から選ばれた一種または複数種類の金属元素を用いることができる。また、金属元素を用いた結晶化は非晶質シリコンだけでなく、ゲルマニウムを０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度に有する非晶質シリコンゲルマニウムの結晶化にも適用できる。
【００４１】
これらの金属元素を半導体に導入する手段は、半導体の表面またはその内部に金属元素を存在させることができる手法であれば、特に制限はない。例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマ処理法（プラズマＣＶＤ法も含む）、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用することができる。このうち、溶液を用いる方法は簡便であり、半導体に導入される金属元素の濃度調整が容易である。溶液を塗布するには、半導体の表面全体に溶液を行き渡らせるため、半導体の表面の濡れ性を改善することが好ましい。濡れ性を改善するには非晶半導体の表面に極薄い、１０ｎｍ以下の酸化膜を形成することが望ましい。このように極薄い酸化膜を形成するには、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射処理、熱酸化処理、過酸化水素による処理、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水による処理等により行うことができる。
【００４２】
金属元素を用いて結晶された結晶性シリコンは、単結晶シリコンと同様、結晶粒界でのシリコンの元素の結合が切れることなく連続している特徴がある。このような結晶構造の特徴により金属元素を用いない結晶化によって作製される多結晶シリコンに比べて靭性が高くなる。これは、結晶粒界が欠陥となって起こる応力集中が起こらず、結果として金属元素を用いずに結晶化された多結晶シリコンに比べて破壊応力が高くなるからである。さらに、結晶粒界で原子の結合が連続していることによって、電子の移動度が大きいため、静電力（静電引力）で制御する微小構造体の構造層の材料として適している。もちろん、電磁力により制御される微小構造体にこのような結晶性シリコンを適用できる。
【００４３】
また、結晶化に用いたニッケル等の金属元素は、シリコンと結合してシリサイドを形成する。ニッケルシリサイドのような金属化合物はシリコンよりも強度が高いことが知られている。そのため、構造層中にシリサイドが形成されるように、金属元素を導入してもよい。
【００４４】
一方で、結晶化に用いた金属元素は電気回路１０の素子の特性を劣化させるため、結晶化した後は、少なくとも電気回路１０が形成される領域（第２の領域）において、導入した金属元素を半導体層１３３から除去することが望ましい。その方法を以下に説明する。
【００４５】
まず、オゾン含有水溶液（代表的にはオゾン水）で結晶性シリコンの表面を処理することにより、結晶性半導体膜の表面に酸化膜（ケミカルオキサイドと呼ばれる）からなるバリア層を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さで形成する。バリア層は、後の工程でゲッタリング層のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。
【００４６】
次いで、バリア層上に希ガス元素を含むゲッタリング層をゲッタリングサイトとして形成する。ここでは、ＣＶＤ法またはスパッタリング法により希ガス元素を含む半導体膜をゲッタリング層として形成する。ゲッタリング層を形成するときには、希ガス元素がゲッタリング層に添加されるようにスパッタリング条件を適宜調節する。希ガス元素としては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いることができる。なお、ゲッタリングの際、金属元素は酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲッタリング層に含まれる酸素濃度は、例えば５×１０１８ｃｍ−３以上とすることが望ましい。
【００４７】
次に、結晶性シリコン膜、バリア層およびゲッタリング層に加熱処理（例えば、電気炉による加熱処理や、レーザビームの照射処理）を行うことで、結晶性シリコンから金属元素が除去され、結晶性シリコン膜中での金属元素の濃度を低下させることができる。
【００４８】
次に、図２（Ｃ）に示すように、半導体層１３３および第１絶縁層１３２に対してフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行い、それぞれを所定の形状に加工する。半導体層１３３から、トランジスタの半導体層１０３と、第１構造層の一部となる半導体層１３４と、第２構造層の一部となる半導体層１３５が形成される。また、第１絶縁層１３２は、半導体層１０３、１３４、１３５と同じ形状に加工され、第２の領域にはトランジスタのゲート絶縁膜となる第１絶縁層１０２、第１の領域には第１構造層の一部となる絶縁層１２６と、第２構造層の一部となる絶縁層１２７が形成される。図５は図２（Ｃ）の微小構造体１１の上面図である。図５の鎖線Ｏ−Ｐに沿った断面が図２（Ｃ）に図示されている。
【００４９】
この工程により、微小構造体１１の第１、第２構造層の形状が確定する。円形に形成された絶縁層１２７と半導体層１３５の積層体が可動電極１２１を構成し、絶縁層１２６と半導体層１３４の積層体が固定電極１２２および配線１２３を構成する。なお、可動電極１２１は基板１００に固定されない第１構造層であり、最終的に基板１００から分離される。そのため、絶縁層１２６と半導体層１３４でなる積層体全体は、犠牲層となる第１導電層１３１の上面に配置される。また、円形に形成された第１構造層は、図５に示すように、開口部１３４ａを有していてもよい。固定電極１２２は先端に基板１００から分離された部分を有し、かつ基板１００に固定された部分を有する第２構造層である。そのような固定電極１２２を形成するため、絶縁層１２７と半導体層１３５でなる積層体の先端は、第１導電層１３１の上面と側面にかかるように形成され、他の部分は基板１００の表面（絶縁表面）に接して形成される。
【００５０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、ｎ型またはｐ型の高濃度不純物領域を形成するため、ドーピング法またはイオン注入法により、半導体層１０３に導電性を付与する不純物を選択的に添加する。ｎ型を付与する不純物元素としてリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が用いられ、ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）が用いられる。ゲート電極となる第１導電層１０１上を除く部分に不純物を添加するには、フォトリソグラフィ法を用いて不純物を添加しない領域をレジストマスクで覆い、不純物の添加を行えばよい。この工程により、半導体層１０３には高濃度不純物領域１０３ｂが形成され、第１導電層１０１上の不純物が添加されなかった領域がチャネル形成領域１０３ａとして確定する。
【００５１】
また、第１の領域において、第１構造層を構成する半導体層１３４、第２構造層を構成する半導体層１３５にも同様に不純物を添加することで、導電性を付与し、導電層１２８、１２９を形成する。これにより、第１構造層を可動電極１２１として機能させ、第２構造層を固定電極１２２および配線１２３として機能させることができる。
【００５２】
次に、スパッタリング法などにより導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工し、図２（Ｅ）に示すように、第２の領域に第２導電層１０４を形成し、微小構造体１１に第２導電層１３７を形成する。第２の領域には、高濃度不純物領域１０３ｂに接続される電極（配線）の他に、第２導電層１０４により電気回路１０を構成する電極、配線、端子などが形成される。
【００５３】
第２導電層１３７は、後述する第２絶縁層１０５に開口部１０７を形成するときに、エッチングで除去されないように、第１構造層、および第２構造層を保護するために、第１の領域に形成される。また、第２導電層１３７は最終的に除去されるため、犠牲層（第２犠牲層）でもある。第２導電層１３７は、構造層（１２６〜１２９）の、開口部１０７が形成される部分を少なくとも覆うような形状とされる。もちろん、構造層（１２６〜１２９）のうち第２絶縁層１０５を残す領域に存在する部分を覆っている部分が、第２導電層１３７にあってもよい。この場合は、微小構造体１１の配線１２３は、絶縁層１２７、導電層１２９、第２導電層１３７の積層構造を部分的に有することとなる。
【００５４】
また、第２導電層１０４、１３７の材料には、第１導電層１０１、１３１と同じ材料から選択でき、第２導電層１０４、１３７はこれらの材料の単層膜、多層膜で形成される。なお、半導体でなる導電層１２８、１２９を覆って第２導電層１３７が形成されることから、第２導電層１３７に、シリコンやゲルマニウムと反応して金属化合物を形成できる金属元素を含む材料を用いるとよい。このような金属元素には、タングステン、チタン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、コバルト、ニッケル等が挙げられる。
【００５５】
この場合、第２導電層１３７を形成した後加熱処理することにより、第２導電層１３７を金属元素と反応させて、導電層１２８、１２９を金属化合物でなる層とすることができる。導電層１２８、１２９がシリコンであれば、シリサイド層とすることができる。導電層１２８、１２９をシリサイドのような金属化合物とすることで、導電性と強度を共に向上させることができる。また、導電層１２８、１２９の一部を金属化合物とすることもできる。金属化合物を形成するための加熱処理には、電気炉による加熱処理、レーザビームやランプ光の照射処理を用いることができる。
【００５６】
導電層１２８、１２９をシリサイドのような金属化合物とすることで、必要な電気伝導度とすることができる場合は、図２（Ｄ）の工程において、半導体層１３４、１３５にｎ型またはｐ型の不純物を添加しなくともよい。
【００５７】
次に、図３（Ａ）に示すように、第２絶縁層１０５を形成する。第２の領域において、第２の絶縁層１０５にコンタクトホールを形成した後、第２導電層１０４上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により、この導電膜を所定の形状に加工し、電気回路１０に第３導電層１０６を形成する。電気回路１０には、第３導電層１０６により、トランジスタに接続される配線以外の、配線なども形成されている。
【００５８】
第２絶縁層１０５は、第３導電層１０６と第２導電層１０４を層間で分離する層間絶縁膜であり、また電気回路１０を封止する封止層としても機能させることができる。第２絶縁層１０５には、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ  ｘ＞ｙ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ  ｘ＜ｙ）等の無機絶縁膜を用いることができる。また、ポリイミド、アクリルなどの有機樹脂膜、シロキサンを含む膜を用いてもよい。有機樹脂は感光性、非感光性のいずれでもよい。第２絶縁層１０５は、これらの絶縁材料からなる単層構造の層、または多層構造の層とすることができる。例えば、１層目を窒化シリコンでなる無機絶縁膜とし、２層目をポリイミドなど有機樹脂膜とすることができる。なお、シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される材料であり、置換基として、有機基（例えばアルキル基、アリール基）を含む。また、置換基としてフルオロ基を含んでいてもよい。
【００５９】
第３導電層１０６は、第１導電層１０１、１３１又は第２導電層１０４、１３７と同様に形成することができる。ただし、第１導電層１３１および第２導電層１３７はエッチングで除去するため、第１導電層１３１および第２導電層１３７を除去するエッチング剤では除去できない材料を、第３導電層１０６に選択する必要がある。
【００６０】
第３導電層１０６を形成した後、図３（Ｂ）に示すように、エッチングにより第２絶縁層１０５の微小構造体１１が形成される領域に開口部１０７を形成し、第２導電層１３７を露出させる。このとき、第２導電層１３７で微小構造体１１は保護されているため、微小構造体１１に第２絶縁層１０５とのエッチング選択比が低い材料を用いて形成された層があってもよい。例えば、第１絶縁層１２６、１２７に第２絶縁層１０５と同じ材料が使用されていてもよい。
また、犠牲層エッチングが行われると、可動電極１２１である第１構造層は、基板１００のどこにも固定されない状態となる。このような状態で犠牲層エッチングを行うと、第１構造層が消失してしまうおそれがある。それを防ぐために、開口部１０７は第１の領域全体に設けるのではなく、第１の領域の一部に設けることが望ましい。例えば開口部１０７は、図５に示した第１構造層となる半導体層１３４に設けられた開口部１３４ａと同じ場所に形成することができる。また開口部１０７は、開口部１３４ａが形成される場所に、開口部１３４ａよりも若干広く形成することができる。
【００６１】
次に、第２導電層１３７（第２犠牲層）、第１導電層１３１（第１犠牲層）をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。犠牲層エッチングが完了することにより、図１に示す微小構造体１１が完成する。可動電極１２１に形成した開口部１２１ａは、犠牲層エッチングのときにエッチング剤が第１犠牲層１３１に行き渡るようにするために設けている。第２導電層１３７、第１導電層１３１のエッチング方法は、ウエットエッチング法、ドライエッチング法のいずれも用いることができ、エッチング剤は層を構成する材料によって適したものを選択する。
【００６２】
例えば、第１導電層１３１、第２導電層１３７（犠牲層）がタングステン（Ｗ）である場合、エッチング剤に２８％のアンモニアと３１％の過酸化水素水を１：２で混合した溶液を用いることができる。これらの犠牲層がアルミニウムの場合、硝酸と燐酸の混酸をエッチング剤に用いることができる。
【００６３】
また、犠牲層の材料によっては、犠牲層のエッチングは、大気圧など高圧の条件において、Ｆ２やＸｅＦ２のガスを用いたドライエッチングでも行うことができる。
【００６４】
なお、ウエットエッチング後の乾燥に際して、毛管現象による微小構造体の座屈を防ぐため、粘性の低い有機溶媒（例えばシクロヘキサン）を用いてリンスを行う、または低温低圧の条件で乾燥させる、またはこの双方を組み合わせた処理を行うとよい。
【００６５】
このように、本発明は、絶縁表面を有する基板上に、回転子を有する微小構造体と電気回路を一体に形成することができる。そのため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。また微小構造体と電気回路を後で集積化する工程がなく、製造コストを低減できる。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、微小構造体と、微小構造体を制御する電気回路を同じ基板上に同時に作製する方法を説明する。図６は、本実施形態のＭＥＭＳの構造を示す図であり、図６（Ａ）はＭＥＭＳの断面図であり、図６（Ｂ）は微小構造体の上面図である。なお、図６（Ａ）において、左側は微小構造体が形成されている第１の領域の断面図であり、右側が電気回路が形成されている第２の領域の断面図である。この点は、図７および図８に示す断面図も同様である。
【００６７】
本実施の形態のＭＥＭＳも、電気回路２０と微小構造体２１は同一の基板１００に設けられている。電気回路２０のトランジスタがボトムゲート型の薄膜トランジスタである点は、実施の形態１と共通であるが、半導体層２０３の構造が異なる。また、微小構造体２１がローター（回転子）とステーター（固定子）を有する点は、実施の形態１と共通であるが、回転軸（第３構造層）を有する点が異なる。図６を用いて、本実施の形態のＭＥＭＳの構造を具体的に説明する。
【００６８】
電気回路２０と微小構造体２１は同一の基板１００上（同じ絶縁表面上）に設けられている。電気回路２０の薄膜トランジスタは、トランジスタのゲート電極またはゲート配線を構成する第１導電層１０１、第１導電層１０１上にあり、ゲート絶縁層を構成する第１絶縁層１０２、第１絶縁層１０２上の半導体層２０３、および半導体層２０３上の第２導電層１０４を有する。
【００６９】
半導体層２０３は２層構造であり、チャネル形成領域が形成される半導体層と、この半導体層上に積層され、ソース領域またはドレイン領域（高濃度不純物領域）として機能するｎ型又はｐ型の導電性を示す半導体層（導電層）とを有する。以下、前者を第１半導体層、後者を第２半導体層として説明する。半導体層２０３の第２半導体層上には、第２導電層１０４が形成され、第２半導体層に接続され、ソース電極またはドレイン電極として機能する。
【００７０】
電気回路２０には、さらに第２導電層１０４、半導体層２０３、第１絶縁層１０２、および第１導電層１０１を覆って、第２絶縁層１０５が形成されている。第２絶縁層１０５上には第３導電層１０６が形成されている。第３導電層１０６は第２絶縁層１０５に形成されたコンタクトホールを介して、第２導電層１０４に接続されている。
【００７１】
電気回路２０の電極、配線、端子は、第１導電層１０１、第２導電層１０４および第３導電層１０６を用いて形成される。また、電気回路２０には、トランジスタ以外の素子も形成される。例えば、容量素子は半導体層２０３のｎ型半導体層、第１絶縁層１０２、第１導電層１０１を用いて構成することができる。
【００７２】
図６（Ｂ）に示すように、微小構造体２１は、可動電極２２１（第１構造層）と、基板１００に固定された１２個の固定電極２２２（第２構造層）と、固定電極２２２に接続された配線２２３と、可動電極２２１の中心に嵌合された回転軸２２５（第３構造層）を有する。可動電極２２１はいわゆるローター（回転子）であり、固定電極２２２はいわゆるステーター（固定子）である。３相の固定電極２２２に順次に電圧を印加することにより、可動電極２２１と固定電極２２２間に生じた静電引力により、回転軸２２５の回りを可動電極２２１が回転する。可動電極２２１の回転方向は、固定電極２２２に印加する電圧により制御できる。
【００７３】
固定電極２２２、配線２２３の構造は、電極、配線を構成する構造層の積層構造が異なる他は、実施の形態１の固定電極１２２、配線１２３と同じであり、固定電極２２２と配線２２３は一体に形成されている。固定電極２２２と配線２２３とを含めて第２構造層とみなすこともできる。
【００７４】
可動電極２２１の形状は、円盤の周囲に４つのＴ字型（先端の幅が広くなっている形状）の層が対称的に設けられた形状である。また、上面からみると、可動電極２２１は十字型の外観を示し、かつ、可動電極２２１の外周は円弧をなしている。
【００７５】
可動電極２２１、固定電極２２２および配線２２３は多層構造であり、下層は絶縁層、上層は半導体層でなる。下層の絶縁層はトランジスタの第１絶縁層１０２と同じ層にあり、第１絶縁層１０２と同じ絶縁膜から形成されている。上層の半導体層はトランジスタの半導体層２０３と同じ層にあり、半導体層２０３と同じ第１半導体層と第２半導体層（導電層）の２層構造であり、半導体層２０３と同じ半導体膜から形成される。
【００７６】
回転軸２２５は、可動電極２２１の中心部に形成された開口部に通って、基板１００に固定されている。また、回転軸２２５の先端は、可動電極２２１の開口部よりも大きく、可動電極２２１が抜けないようになっている。なお、回転軸２２５を設ける位置は可動電極２２１の中心である必要はない。微小構造体２１をローターとして使用したい場合は、回転軸２２５を設ける位置を中心からはずすこともできる。
【００７７】
以下、図７〜図９を用いて、図６に示すＭＥＭＳの作製方法を説明する。なお、実施の形態１と重複する説明は省略し、実施の形態１の説明を援用する。
【００７８】
まず、実施の形態１と同様、基板１００として絶縁表面を有する基板を用意する。基板１００上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工し、図７（Ａ）に示すように、第１導電層１０１、１３１を形成する。第１導電層１０１、１３１上に第１絶縁層１３２を形成する。
【００７９】
電気回路２０には、トランジスタのゲート配線の他、他の電極、配線、端子が第１導電層１０１により形成される。微小構造体２１に形成された第１導電層１３１は犠牲層として機能し、実施の形態１と同様、図４に示すように円盤状に加工される。
【００８０】
次に、第１の領域に可動電極２２１、固定電極２２２および配線２２３を構成する半導体層、ならびに第２の領域にトランジスタの半導体層２０３を構成する半導体を形成する。まず、図７（Ｂ）に示すように、第１半導体層を構成する半導体膜２３３Ａを形成する。半導体膜２３３Ａは、トランジスタのチャネル形成領域を構成するため、真性半導体（ｉ型半導体）となるように、導電性を付与する不純物を意図的に添加しないで形成される。半導体膜２３３Ａは、非晶質半導体、又は微結晶半導体、多結晶半導体のような結晶性半導体のどちらでもよい。半導体膜２３３Ａを形成する方法は、実施の形態１で説明した方法を用いることができる。
【００８１】
次に、図７（Ｃ）に示すように第２半導体層を構成する半導体膜２３３Ｂを形成する。半導体膜２３３Ｂは、トランジスタのソース領域およびドレイン領域を構成するため、ｎ型又はｐ型の導電性を付与する不純物を含んだ半導体層であり、導電層としても機能する。また、半導体膜２３３Ｂも、非晶質半導体、又は微結晶半導体、多結晶半導体のような結晶性半導体のどちらでもよい。半導体膜２３３Ｂ、２３３Ｂを形成する方法は、実施の形態１で説明した方法を用いることができる。
【００８２】
本実施の形態では、半導体膜２３３Ａと半導体膜２３３Ｂとでなる２層構造の半導体層を構造層として用いるため、構造層を結晶構造の異なる２層の半導体層で形成することができる。結晶構造によって、強度等の性質が異なるため、結晶構造の異なる半導体の多層膜で構造層を形成することで、互いの層の結晶構造の欠点を補うことができる。
【００８３】
例えば、半導体膜２３３Ａを非晶質半導体、半導体膜２３３Ｂを多結晶半導体とすることができる。また、半導体膜２３３Ａを微結晶半導体とし、半導体膜２３３Ｂを多結晶半導体とすることができる。
【００８４】
もちろん、半導体膜２３３Ａと半導体膜２３３Ｂの結晶構造が同じであってもよい。半導体層を多層とすることで、構造層を厚く形成することが容易になる。例えば、非晶質半導体膜の形成と、熱エネルギーや光エネルギーによる加熱処理による結晶化を繰り返すことによって、結晶性半導体膜を積層した積層膜を形成することができる。このように結晶性半導体の積層膜を形成することができ、上層の結晶化工程の加熱処理によって、下層の内部応力を緩和できるため、膜の剥がれや基板の変形を防ぐことができる。
【００８５】
また、半導体膜２３３Ａ及び半導体膜２３３Ｂに結晶性半導体を用いる場合は、半導体膜２３３Ａと半導体膜２３３Ｂの結晶成長方向が異なるように積層させることができる。例えば、金属元素を用いて半導体膜を結晶化させる場合、結晶化させたい領域全面に金属元素を添加すると、半導体の結晶成長が基板に対して垂直方向に進む。一方、金属元素を選択的に添加しレーザ照射や加熱処理を行った場合、結晶成長は基板に対して平行方向に進む。
【００８６】
結晶成長方向の異なる層を積層することで、靭性に優れた構造層を形成することができる。結晶成長方向が異なる膜が積層しているため、互いの層の欠点を補うことができる。つまり、一つの層の結晶粒界で亀裂が起きても、結晶成長方向の違う層には亀裂が伝播しにくいので、構造層の破壊を抑制することができる。
【００８７】
また、結晶化させる領域を選んで、半導体膜２３３Ａ、２３３Ｂ結晶化させることができる。つまり、電気回路２０を形成する領域（第２の領域）だけ、または微小構造体２１を形成する領域（第１の領域）だけを選んで結晶化することができる。例えば、半導体膜２３３Ａを非晶質半導体で形成し、微小構造体２１となる領域だけ結晶化する。半導体膜２３３Ｂを微結晶半導体とし、部分的な結晶化を行わない。この場合は、微小構造体２１の第１半導体層とトランジスタの第１半導体層は同じ層にあっても結晶構造が異なり、第２半導体層は微小構造体２１とトランジスタとで結晶構造が同じになる。
【００８８】
なお、選択的な結晶化は、レーザビームを選択的に半導体に照射することで実現する。また、金属元素を用いて結晶化する場合には、金属元素を添加する領域を部分的にする。
【００８９】
半導体膜２３３Ａ、２３３Ｂを形成した後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により、図７（Ｄ）に示すように、半導体膜２３３Ａ、２３３Ｂ、第１絶縁層１３２を所定の形状に加工する。
【００９０】
半導体膜２３３Ａから、第１半導体層２３４Ａ、２２８Ａ、２２９Ａが形成される。半導体膜２３３Ｂから半導体層２３４Ｂ、２２８Ｂ、２２９Ｂが形成される。また、第１絶縁層１３２は、半導体層２３４Ａ、２３４Ｂ、２２８Ａ、２２８Ｂ、２２９Ａ、２２９Ｂと重なる部分以外はエッチング工程により除去され、第２の領域には第１絶縁層１０２が形成され、第１の領域には第１絶縁層２２６、２２７が形成される。
【００９１】
この工程により、微小構造体２１の可動電極２２１、固定電極２２２および配線２２３の形状が確定する。図９は図７（Ｄ）の微小構造体２１の上面図である。図９の鎖線Ｏ−Ｐに沿った断面が図７（Ｄ）に図示されている。
【００９２】
第１絶縁層２２６、第１半導体層２２８Ａ、第２半導体層２２８Ｂでなる積層体は可動電極２２１を構成する構造層（第１構造層）であり、中心に回転軸２２５を設けるための開口部２３０形成される。第１絶縁層２２７、第１半導体層２２９Ａ、第２半導体層２２９Ｂでなる積層体は固定電極２２２および配線２２３を構成する構造層（第２構造層）である。
【００９３】
第２の領域には、ゲート絶縁膜となる第１絶縁層１０２、半導体層２０３を構成する半導体層２３４が形成される。半導体層２３４は第１半導体層２３４Ａ、第２半導体層２３４Ｂの積層膜でなる。
【００９４】
次に、スパッタリング法などにより導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工し、図７（Ｅ）に示すように、第２の領域に第２導電層１０４を形成し、微小構造体２１に第２導電層２３７を形成する。第２の領域には、トランジスタの電極（配線）の他に、第２導電層１０４により電気回路２０を構成する電極、配線、端子などを形成する。また、第２導電層１０４、２３７を構成する導電膜は、実施の形態１と同様に作製することができる。
【００９５】
第２導電層２３７は、後述する第２絶縁層１０５に開口部１０７を形成するときに構造層がエッチングで除去されないように、保護するために形成される。また、第２導電層２３７は最終的に除去されるため、犠牲層（第２犠牲層）でもある。第２導電層２３７は少なくとも開口部１０７が形成される領域にある、構造層（第１半導体層２２８Ａ、２２９Ａ、第２半導体層２２８Ｂ、２２９Ｂおよび絶縁層２２６、２２７）の表面を覆うような形状とされる。もちろん、第２絶縁層１０５を残す部分にある構造層（第１半導体層２２９Ａ、第２半導体層２２９Ｂおよび絶縁層２２７）を覆っている部分があってもよい。この場合は、微小構造体２１の配線２２３の一部は、絶縁層２２７、第１半導体層２２９Ａ、第２半導体層２２９Ｂおよび第２導電層２３７の積層構造を部分的に有することとなる。
【００９６】
第２の領域には、第２の導電層１０４をマスクにしてエッチングにより半導体層２３４の一部を除去し、半導体層２０３を形成する。このエッチングにより、第２半導体層２３４Ｂは分割され、一対の第２半導体層２０３Ｂが形成される。一対の第２半導体層２０３Ｂはソース領域、ドレイン領域として機能する。第１半導体層２３４Ａは表層が一部除去され、チャネル形成領域が形成される第１半導体層２０３Ａが形成される。
【００９７】
他方、第１の領域には、シリコンやゲルマニウムと反応して金属化合物を形成できる金属で第２導電層２３７を形成することで、実施の形態１と同様に、加熱処理により、第１半導体層２２８Ａ、２２９Ａ、第２半導体層２２８Ｂ、２２９Ｂを第２の導電層２３７と反応させて、金属化合物（代表的には金属とシリコンの化合物であるシリサイド）を形成することもできる。この場合、加熱処理等による金属化合物の形成は半導体層２３４のエッチングの後に行う。
【００９８】
この場合、第２半導体層２２８Ｂ、２２９Ｂ全体を金属化合物とすることができる。また、表層を部分的に金属化合物とすることもできる。第２半導体層２２８Ｂ、２２９Ｂはｎ型又はｐ型の導電性を示す導電層であり、金属化合物化することで、その電気伝導率を向上させることができると共に、強度も向上させることができる。
【００９９】
また、第１半導体層２２８Ａ、２２９Ａは、第２半導体層２２８Ｂ、２２９Ｂの厚さによって、全体を金属化合物にすることもできる。少なくとも、第２導電層２３７と接している側面のある程度の厚さを金属化合物化することができる。つまり、可動電極２２１と固定電極２２２の側面や、後に回転軸２２５が設けられる開口部２３０の内部を金属化合物とすることができる。衝撃を受けやすいこのような部分を金属化合物とすることは、微小構造体の強度を向上させることで非常に有効である。
【０１００】
また、トランジスタのチャネル形成領域を形成する都合、第１半導体層２２９Ａ、２２９Ｂは特段に導電性を付与されていないため、金属化合物を形成することで、可動電極２２１、固定電極２２２、配線２２３の抵抗を下げることができる。特に、固定電極２２２と可動電極２２１とが対向する面に金属化合物が形成されるため、静電力を発生できる部分の面積を広げることができる。
【０１０１】
なお、第１半導体層２２８Ａ、２２９Ａの電気伝導度を高め、導電層とすることができる。例えば、第２半導体膜２３３Ｂを形成する前に（図７（Ｂ）参照）、第１半導体膜２３３Ａの第１の領域に存在する部分に選択的にｎ型又はｐ型の導電性を付与する不純物を添加し、ｎ型又はｐ型の不純物領域を形成すればよい。また、このような領域を選択的に、金属化合物（シリサイドや、ゲルマニウムと金属の化合物）とすることで、導電層とすることもできる。また、不純物の添加と、金属化合物の形成の両方を行うこともできる。
【０１０２】
次に、図８（Ａ）に示すように、第２絶縁層１０５を形成する。第２の絶縁層１０５にコンタクトホールを形成した後、第２導電層１０４上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により導電膜を所定の形状に加工し、電気回路２０に第３導電層１０６を形成する。第３導電層１０６を形成した後、図８（Ｂ）に示すように、エッチングにより第２絶縁層１０５の微小構造体２１が形成される領域に開口部１０７を形成し、第２導電層２３７を露出する。
【０１０３】
次に、図８（Ｂ）に示すように、回転軸２２５を形成する部分に、第２導電層２３７と第１導電層１３１を貫通する開口部２３８を形成する。開口部２３８の形成はドライエッチングを用いることができ、第２導電層２３７、第１導電層１３１を異方性エッチングする。
【０１０４】
開口部２３８は可動電極２２１の開口部２３０の内部に形成される。回転軸２２５と可動電極２２１を分離するために、開口部２３８は、図７（Ｄ）で示した可動電極２２１に設けられた開口部２３０よりも小さく形成し、開口部２３０に第２導電層２３７が残るようにする。
【０１０５】
第２導電層２３７上に、多結晶半導体や、金属、金属化合物、合金などの膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により所定の形状に加工し、図８（Ｃ）に示すように回転軸２２５を形成する。回転軸２２５の材料には、第１導電層１３１、第２導電層２３７を除去する犠牲層エッチングに用いるエッチング剤では除去できない材料を用いる。
【０１０６】
回転軸２２５の先端（第２導電層２３７上にある部分）が開口部２３０よりも広くなるように、加工され、回転軸の底部は基板１００に密着して形成される。
【０１０７】
次に、第２導電層２３７（第２犠牲層）、第１導電層１３１（第１犠牲層）をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。犠牲層エッチングが完了することにより、図６に示す微小構造体２１が完成する。
【０１０８】
このように、本発明は、絶縁表面を有する基板上に、回転子を有する微小構造体と電気回路を一体に形成することができる。そのため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。また微小構造体と電気回路を後で集積化する工程がなく、製造コストを低減できる。
【０１０９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１のＭＥＭＳにおいて、微小構造体を変形した例を説明する。本実の施形態では、微小構造体は、櫛歯型を有して細長い可動層（スライダー）と、その両側に固定層とを有し、基板水平方向に運動する。このような微小構造体は、ある機械的な運動を別の運動に変える、例えば、回転運動を直線運動に変える。具体的には、図１４に示すように可動層４２２（スライダー）の櫛歯と歯車４２１の歯が噛み合わさって、回転する歯車４２１が可動層４２２を動かす。可動層４２２は、その長軸方向に直線的に運動する。また、固定層４２５は可動層４２２の両端にあって、可動層が長軸方向以外に動くのを制限する。
図１０は本実施形態のＭＥＭＳの構造を示す図であり、図１０（Ａ）はＭＥＭＳの断面図であり、図１０（Ｂ）は微小構造体の上面図である。なお、図１０（Ａ）において、左側は微小構造体が形成されている第１の領域の断面図であり、右側が電気回路が形成されている第２の領域の断面図である。この点は、図１１〜図１２に示す断面図も同様である。また。図１０（Ｂ）の鎖線Ｏ−Ｐで切った断面図が図１０（Ａ）の微小構造体３１の断面図に対応する。なお、微小構造体３１は長軸方向に細長いため、上下を省略し一部分のみを示している。
【０１１０】
本実施の形態も、電気回路１０および微小構造体３１が同じ基板１００上（同じ絶縁表面上）に形成される。図１０（Ｂ）に示すように、微小構造体３１は、櫛歯型の可動層３２１（第１構造層）と、矩形状の一対の第１固定層３２２（第２構造層）と、第１固定層３２２に接続された配線３２３及び第２固定層３２５とを有する。配線３２３は第１固定層３２２と一体に形成され、電気回路１０に電気的に接続される。また、可動層３２１（第１構造層）が基板と垂直方向に動かないために第２固定層３２５を有しても良い。
【０１１１】
可動層３２１は、櫛歯型の電極であり、基板１００分離されて形成される。一対の第１固定層３２２は矩形状の電極であり、可動層３２１を挟むように配置されている。第１固定層３２２は基板１００に固定されて形成されるが、可動層３２１と対向する先端は、基板１００から分離されている。第２固定層３２５は第１固定層３２２に密着して形成される。また、第２固定層３２５の先端は第１固定層３２２から分離され、可動層３２１に重なっている。
【０１１２】
微小構造体３１において、一対の第１固定層３２２は可動層３２１が移動する方向（ここでは可動層の長軸方向）と異なる方向に移動しないためにその動きを制限する層である。
【０１１３】
本実施形態では、電気回路１０の構造が実施形態１と同じであるため、可動層３２１、第１固定層３２２および配線３２３の積層構造は、実施形態１の第１構造層（可動電極１２１）と第２構造層（固定電極１２２、配線１２３）と同じである。
【０１１４】
以下、図１１〜図１３を用いて、本実施の形態のＭＥＭＳの作製方法を説明する。なお、実施の形態１と重複する説明は省略し、実施の形態１の説明を援用する。
【０１１５】
実施の形態１と同様、基板１００として絶縁表面を有する基板を用意する。基板１００上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工し、図１１（Ａ）に示すように、第２の領域に第１導電層１０１を形成し、第１の領域に第１導電層３３１を形成する。第１導電層１０１、３３１上に第１絶縁層１３２を形成する。第１導電層３３１は犠牲層（第１犠牲層）として機能し、図１３に示すように矩形状に加工される。なお、図１３は図１１（Ｃ）の微小構造体３１の上面図であり、図１３の鎖線Ｏ−Ｐに沿った断面が図１１（Ｃ）に図示されている。
【０１１６】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、第１の領域に可動層３２１および第１固定層３２２を構成する層を形成し、ならびに第２の領域にトランジスタの半導体層１０３を構成する半導体層３３３を形成する。
【０１１７】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、半導体層３３３および第１絶縁層１３２を、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により所定の形状に加工する。半導体層３３３から、第２の領域にはトランジスタの半導体層１０３が形成される。また、第１の領域には、第１構造層の一部となる半導体層３３４および第２構造層の一部となる半導体層３３５が形成される。また、第１絶縁層１３２は、半導体層１０３、３３４、３３５と同じ形状に加工され、第２の領域にはトランジスタのゲート絶縁膜となる第１絶縁層１０２が形成され、第１の領域には絶縁層３２６、３２７が形成される。
【０１１８】
この工程により、微小構造体３１の第１、第２構造層の形状が確定する。絶縁層３２６と半導体層３３４の積層体が可動層３２１（第１構造層）を構成し、絶縁層３２７と半導体層３３５の積層体が第１固定層３２２、配線３２３（第２構造層）を構成する。図１３に示すように、半導体層３３４は櫛歯状の部分を有する矩形状に形成され、一対の半導体層３３５は、第１固定層３２２となる矩形の部分と、配線３２３となる線状の部分とが一体に形成され、半導体層３３４を挟むように配置されている。
【０１１９】
なお、可動層３２１は最終的に基板１００から分離されるため、絶縁層３２６と半導体層３３４でなる積層体全体は、第１導電層３３１の上面に配置される。また、第１固定層３２２の先端に基板１００から分離された部分を形成し、かつ第１固定層３２２を基板１００に固定するため、絶縁層３２７と半導体層３３５でなる積層体の先端は、第１導電層３３１の上面と側面にかかるように形成され、他の部分は基板１００の表面（絶縁表面）に接して形成される。
【０１２０】
ドーピング法またはイオン注入法により、半導体層１０３、３３４、３３５に導電性を付与するｎ型またはｐ型の不純物を選択的に添加する。不純物を、ゲート電極となる第１導電層１０１上を除く部分に選択的に添加するためには、フォトリソグラフィ法を用いて不純物を添加しない部分上にレジストマスクを形成し、このマスクを用いて不純物の添加を行う。この工程により、図１１（Ｄ）に示すように、半導体層１０３には高濃度不純物領域１０３ｂが形成され、半導体層１０３の不純物が添加されなかった領域がチャネル形成領域１０３ａとして確定する。高濃度不純物領域１０３ｂはソース領域またはドレイン領域として機能する。また、構造層上にレジストマスクを形成しなかった場合には構造層を構成する半導体層３３４、３３５には、不純物の添加により導電性が付与され、導電層３２８、３２９が形成される。本実施の形態の場合は、構造層は導電性を有している必要がないため、構造層上にレジストマスクを形成し、構造層に不純物が添加されないようにすることができる。
【０１２１】
次に、スパッタリング法などにより導電膜を形成し、この導電膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工し、図１１（Ｅ）に示すように、第２の領域に第２導電層１０４を形成し、第１の領域に第２導電層３３７（第２犠牲層）を形成する。第２導電層１０４はソース電極またはドレイン電極として機能する。
【０１２２】
第２導電層３３７は、第２絶縁層１０５に開口部１０７を形成するときに第１、第２構造層がエッチングで除去されないように、保護するために形成される。したがって、第２導電層３３７は構造層（３２８、３２９）全てを覆う必要はなく、開口部１０７が形成される領域に存在する部分を少なくとも覆うような形状とすればよい。また、第２導電層３３７は、第１固定層３２２と第２固定層３２５の間に隙間をつくるための犠牲層としても機能する。
【０１２３】
また、構造層が導電性を有する必要がある場合、実施形態１で述べたようにシリコンやゲルマニウムと反応して金属化合物を形成できる金属元素を含む材料で第２導電層３３７を形成することで、導電層３２８、３２９を金属化合物（代表的にはシリサイド）とすることができる。
【０１２４】
次に、図１２（Ａ）に示すように、第２絶縁層１０５を形成する。第２の絶縁層１０５にコンタクトホールを形成した後、第２導電層１０４上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により導電膜を所定の形状に加工し、第２の領域に第３導電層１０６を形成する。第３導電層１０６を形成した後、図１２（Ｂ）に示すように、第１の領域に、エッチングにより第２絶縁層１０５に開口部１０７を形成する。そして、第２導電層３３７（第２犠牲層）、第１導電層３３１（第１犠牲層）をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。実施の形態１における微小構造体の可動電極と同様、可動層３２１は犠牲層（３３７、３３１）が取り除かれると基板１００に固定されなくなる。したがって、実施の形態１と同様、第２の絶縁層１０５が可動層３２１上部に残るように開口部１０７を形成することもできる。また、可動層３２１上に第２固定層を形成することも可能である。ここでは第２固定層を形成する例を示す。
【０１２５】
次に、第１固定層３２２と第２固定層３２５とを接続するため、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により第２導電層３３７を部分的に除去する（図１２（Ｂ）参照）。
【０１２６】
第２導電層２３７上に導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程により所定の形状に加工し、図１２（Ｃ）に示すように第２固定層３２５（第３構造層）を形成する。第２固定層３２５の一部は第１固定層３２２に密着して形成され、第１固定層３２２に接続される。また第２固定層３２５の先端は、第２導電層３３７の上面および側面にかかるように形成される。この結果、第２固定層３２５の先端は第１固定層３２２から分離され、可動層３２１と重なるように設けられる。
【０１２７】
第２固定層３２５の材料は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、これら金属元素を主成分とする金属化合物（例えば、チタン窒化物、タングステン窒化物）、これら金属元素を主成分とする合金（例えば、アルミニウムとチタンの合金、クロムとモリブデンの合金）などが選択できる。またタングステン、チタン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属や、コバルト、ニッケル等のシリサイドや、ｎ型またはｐ型の導電性を有する結晶性シリコンなども用いることもできる。第２固定層３２５は、これらの導電性材料から選ばれた導電膜の単層膜または多層膜でなる。また、第２固定層３２５に導電性が必要でない場合は、第２固定層３２５は絶縁性を有する材料を用いて単層膜または多層膜で形成する。なお、第２固定層３２５の材料には、第１導電層３３１、第２導電層３３７を除去する犠牲層エッチングで使用するエッチング剤では除去されない材料を用いる。
【０１２８】
第２導電層３３７（第２犠牲層）、第１導電層３３１（第１犠牲層）をエッチングにより除去する、いわゆる犠牲層エッチングを行う。犠牲層エッチングが完了することにより、図１０に示す微小構造体３１が完成する。
【０１２９】
このように、本発明は、絶縁表面を有する基板上に、回転子を有する微小構造体と電気回路を一体に形成することができる。そのため、電気回路と微小構造体との接続部分の機械的な強度が高く、接続不良が起こりにくい。また微小構造体と電気回路を後で集積化する工程がないため、ＭＥＭＳの構造が簡素化され、製造コストが低減できる。
【０１３０】
本実施の形態では、可動層３２１（第１構造層）を櫛歯型としたが、ローターや歯車として機能する形状、またはスライダーとして機能する形状に加工することもできる。第１構造層は、可動することができるように形状を加工すればよく、本実施の形態の形状に限定されるものではない。
【０１３１】
また、本実施の形態では、電気回路の構成を実施の形態１の電気回路１０としたが、実施の形態２の電気回路２０とすることもできる。この場合、可動層３２１、第１固定層３２２（第１、第２構造層）の積層構造は、実施の形態２の第１、第２構造層（可動電極２２１、固定電極２２２）と同様になる。
【０１３２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、微小構造体の構成例を説明する。図１４は本実施の形態の微小構造体の外観斜視図である。図１４には、微小構造体のみ図示しているが、絶縁表面を有する基板上に、電気回路と微小構造体が集積化されている。
【０１３３】
微小構造体は、歯車形状を有する第１可動層４２１（第１構造層）、第１可動層４２１と噛み合う歯を有する第２可動層４２２（第２構造層）と、第２可動層４２２に静電力などを作用させるための固定層４２５（第３構造層）とを有する。固定層４２５は図示されていない電気回路と電気的に接続されている。
【０１３４】
第１可動層４２１は歯車であり、他の実施の形態の第１構造層と同様、基板（絶縁表面）および他の構造層から分離されている。第２可動層４２２はスライダーであり、第１可動層４２１と噛み合う歯を有する。第２可動層４２２も、第１構造層と同様、基板および他の構造層から分離されている。このように、第１構造層４２１と第２構造層４２２とを噛み合わせることによって、第１構造層４２１の直線運動を第２構造層４２２の回転運動に変えることができる。逆に、第２構造層４２２の回転運動を第１構造層４２１の直線運動に変えることもできる。
【０１３５】
例えば、固定層４２５を利用して第２構造層４２２を直線運動させることができる。固定層４２５と第２構造層４２２との間に電圧を印加することによって静電力が第２可動層４２２に作用すると、静電リニアモータのように、第２可動層４２２が水平運動し、第１可動層４２１が回転する。なお、静電力ではなく、電磁力により第２可動層４２２を運動させることもできる。このような微小構造体は、小さな細胞を扱うマニピュレータとして用いることができる。また、上記実施の形態１または実施の形態２で示したように、第１可動層４２１を回転させ、第１可動層４２１の回転運動を第２可動層４２２の水平運動に変換するような微小構造体とすることもできる。
【０１３６】
図１４に示す微小構造体は、実施の形態３のＭＥＭＳの作製方法を援用して形成した例を示している。基板１００上に電気回路１０と同時に、微小構造体の第１〜第３構造層（４２１、４２２、４２５）が形成される。実施の形態３において、第１〜第３構造層（可動層３２１、第１固定層３２２、第２固定層３２５）の形状、および第１、第２犠牲層（第１導電層３３１、第２導電層３３７）の形状を変えることで、本実施の形態の微小構造体を作製することができる。そのため、微小構造体の各構造層の積層構造は微小構造体３１と同様であり、絶縁層と半導体層との積層である。
【０１３７】
また、電気回路の構造を実施の形態２の電気回路２０とすることもできる。この場合、第１〜３構造層（４２１、４２２、４２５）の積層構造は、それぞれ、実施の形態２の第１〜第３構造層（２２１、２２２、２２５）と同様になる。
【０１３８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、微小構造体の可動部がスムーズに運動できるようにするための技術について説明する。
【０１３９】
実施の形態１の微小構造体１１を例に説明する。微小構造体の構成の理解を容易にするため、図１（Ａ）では可動電極１２１（第１構造層）と基板１００の間を離して図示しているが、可動電極１２１は犠牲層エッチングの後、基板１００から浮いているわけではなく、重力によって基板１００に接触する状態となる。そのため、可動電極１２１が回転するときに、基板１００の絶縁表面との摩擦が問題となる。本発明のＭＥＭＳの微小構造体において、可動部を構成する構造層は、最下層が絶縁層（１２６等）で形成される。この絶縁層でなる基板表面と接触する層を窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンで形成することで、絶縁層を設けない構造層よりも摩擦を低減させことができる。
【０１４０】
基板１００の表面に、可動電極１２１との摩擦が低減されるような低摩擦層を設けることで、さらに摩擦抑制の効果を向上させることができる。低摩擦層としては、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて形成された窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、炭化シリコン等のシリコンを含む材料、又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いることもできる。ＤＬＣは緻密であるため、保護機能が高い。
【０１４１】
また、低摩擦層は、基板１００の表面全面でも、微小構造体１１が形成される領域に選択的に形成することもできる。低摩擦層は、絶縁性が十分であれば、基板１００の絶縁表面として形成することができる。
【０１４２】
また、低摩擦層は、基板の表面だけでなく、静電力やファンデルワールス力によって、構造層同士が近接する部分に設けるとよい。例えば、実施の形態２の微小構造体２１で低摩擦層を設ける部分を説明すると、可動電極２２１では、開口部２３０の内部、回転軸２２５と可動電極２２１との接触部分、などが該当する。また、実施の形態１の微小構造体１１では、可動電極１２１と固定電極１２２とが接する部分も該当する。
【０１４３】
微小構造体を構成する層において、上面からみて角部がある形状であれば、角部が丸みを帯びた形状となるように、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により形状を加工することが好ましい。これは、犠牲層についても同様である。角をとって丸みを帯びた状態に形状を加工することによって、ゴミの発生が抑えられるため、歩留まりを向上させることができる。また、角部の応力の集中が緩和されるため破壊の原因となる亀裂が入りにくくなる。
【０１４４】
図１５には、図１（Ｂ）に対応する上面図であって、実施の形態１の微小構造体１１の構造層の角部が丸みを帯びるように形状を加工した例を示す。もちろん実施の形態２〜４の微小構造体も構造層の角部が丸みを帯びるように形状を加工することができる。
【０１４５】
（実施の形態６）
微小構造体を有する本発明の微小電気機械式装置は、マイクロマシンの分野に属するものであり、マイクロメートルからミリメートル単位の大きさを有する。また、ある機械装置の部品として組み込まれるために作製される場合は、組み立て時に扱いやすいよう、メートル単位の大きさを有する場合もある。
【０１４６】
図１６を用いて、本発明の微小構造体を有する微小電気機械式装置の構成例を説明する。図１６は、本発明の微小電気機械式装置（半導体装置）の構成例を示すブロック図である。本発明の微小電気機械式装置は、図１６の構成例のみに限定されることはない。
【０１４７】
本発明の微小電気機械式装置（ＭＥＭＳ）５０１は、半導体素子を有する電気回路部５０２、および微小構造体によって構成されている構造体部５０３が組み合わされた装置である。電気回路部５０２は、微小構造体を制御する制御回路５０４や、外部の制御装置５００と通信を行うインターフェース５０６等を有する。また構造体部５０３は、微小構造体により、センサ５０５やアクチュエータ５０７、スイッチ等を有する。アクチュエータとは、信号（主に電気信号）を物理量に変換する構成要素である。構造体部５０３には、実施の形態１、２で説明したような静電モータを設けることもできる。
【０１４８】
また、電気回路部５０２は、構造体部５０３が得た情報を処理するための中央演算処理装置等を有することも可能である。
【０１４９】
外部の制御装置５００は、微小電気機械式装置５０１を制御する信号を送信する、微小電気機械式装置５０１が得た情報を受信する、または微小電気機械式装置５０１に駆動電力を供給する等の動作を行う。
【０１５０】
そして本発明はこのような電気回路を構成する半導体素子と、微小構造体とを同一絶縁表面上に一体形成することができる。一体形成することにより、電気回路等と微小構造体との接続不良を低減することができ、そのため歩留まりを向上させることができる。
【０１５１】
なお従来、ミリメートル単位以下といった微小なものを扱う場合、微小な対象物の構造を拡大し、人間やコンピュータがその情報を得て情報処理および動作の決定を行い、そして、その動作を縮小して微小な対象物に伝えるというプロセスを必要としていた。しかし、本発明の微小構造体を有する半導体装置は、人間やコンピュータが上位概念的な命令を伝えるだけで、微小なものを扱うことが可能になる。すなわち、人間やコンピュータが目的を決定して命令を伝えると、微小構造体を有する半導体装置はセンサ等を用いて対象物の情報を得て情報処理を行い、行動を取ることができる。
【０１５２】
上記の実施の形態１〜５では、対象物が微小なものであると仮定した。これは例えば、対象物自体はメートル単位の大きさを有するが、その対象物から発せられる微弱な信号（例えば、光や圧力の微小な変化）等を含むとしている。
【０１５３】
以上、実施の形態１〜６は適宜、組み合わせることが可能である。例えば、実施の形態１で示した可動電極１２１の形状を実施の形態２で示した可動電極２２１のように形状を加工することができる。また、逆に、可動電極２２１の形状を可動電極１２１のように加工することもできる。
【実施例１】
【０１５４】
本実施例では、上記実施の形態２等で説明したように、構造層を結晶構造の異なる半導体層で形成する例を示す。
【０１５５】
実施の形態２等で説明したように、例えば、多結晶シリコン層と非晶質シリコン層のように、結晶構造の異なるシリコン層は、異なった機械的特性を有する。したがって、積層させることで、様々な用途に応じた構造体を作製することができる。
【０１５６】
＜複合弾性率およびインデンテーション硬さの測定について＞
結晶構造が異なるシリコン層の機械的特性の違いを調べるため、ＣＶＤ法を用いて成膜した非晶質シリコン層と、非晶質シリコンを結晶化した結晶性シリコン層の複合弾性率、およびインデンテーション硬さの測定を行った。ここで、結晶性シリコン層は、金属元素を用いて非晶質シリコン層をレーザ結晶化させたものである。
【０１５７】
試料に用いた非晶質シリコン層は、次のように形成した。まず、石英基板上に、下地層として厚さ５０ｎｍの窒化シリコン層、および厚さ１００ｎｍの酸化シリコン層をＣＶＤ法により形成し、その下地層上に、厚さ６６ｎｍの非晶質シリコン層をプラズマＣＶＤ法によって成膜した。
【０１５８】
また、試料に用いた結晶性シリコン層は次のように準備した。プラズマＣＶＤ法で厚さ６６ｎｍの非晶質シリコン層を形成した。非晶質シリコン層にニッケルを添加し、連続発振型のレーザを用いて結晶化した。レーザ照射によって結晶化した結晶性シリコン層の厚さは約６０ｎｍであった。結晶化に用いたレーザビームはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第二高調波であり、エネルギー密度は９Ｗ／ｃｍ２以上９．５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲で調整し、走査速度は３５ｃｍ／ｓｅｃとした。
【０１５９】
測定は、三角錐形の圧子を試料に押し込むナノインデンテーション測定によって行った。測定条件は圧子の単一押し込みであり、使用した圧子はダイヤモンド製のＢｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子である。したがって、圧子の弾性率は約１０００ＧＰａ、ポアソン比は約０．１である。
【０１６０】
測定した複合弾性率は下記式（１）で表され、試料および圧子の弾性率を複合した弾性率である。式（１）においてＥｒは複合弾性率、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。また、式の第１項（ｓａｍｐｌｅで示す項）は試料の弾性率が寄与する項であり、第２項（ｉｎｄｅｎｔｅｒで示す項）は圧子の弾性率が寄与する項である。
【０１６１】
【数１】
2008044096.tif 000003
【０１６２】
式（１）に示されるように、複合弾性率は、試料の弾性率が寄与する第１項と、圧子の弾性率が寄与する第２項との和で求められる。しかしながら、圧子の弾性率は試料に比べて非常に大きいため、第２項は無視することができ、複合弾性率は近似的に試料の弾性率を示す。
【０１６３】
また、インデンテーション硬さとは、インデンテーション法によって測定される硬さであり、圧子の最大圧入加重を、最大圧入時の射影面積で割って求められる。ここで、圧入時の射影面積は、圧子の幾何学的な形状と、圧子が試料を押し込んだ時の接触深さによって求められる。このインデンテーション硬さに７６を乗じることによって、硬さの指標として一般的に使用されているビッカース硬さと等価に扱うことができる。
【０１６４】
表１に、結晶性シリコン層と、非晶質シリコン層の複合弾性率およびインデンテーション硬さの測定結果を示す。表１の数値は、３回の測定結果の平均値を示している。
【０１６５】
表１に示す結果より、結晶性シリコンは、非晶質シリコンよりも高い弾性率を有する。すなわち、構造を曲げるような力が働いた場合に、結晶性シリコンは非晶質シリコンよりも、曲げによる破壊に強いということを示している。また、結晶性シリコンは非晶質シリコンよりも硬いことが示されている。
【０１６６】
【表１】
2008044096.tif 000004
【０１６７】
このように弾性率や硬さの異なる半導体層を積層することで、曲げる力に対して強いしなやかさと、硬さを併せ持つ構造層を作製することができる。例えば本実施例で試料として用いた非晶質シリコン層と結晶性シリコン層を積層させることによって、結晶性シリコン層に結晶欠陥から破壊が発生しても、非晶質シリコン層には破壊が伝播しにくいため、そこで破壊を止めることができる。このように、積層させる層の厚さの比率によって、構造層のしなやかさと硬さのバランスを決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の微小電気機械式装置の構成例を説明する図であり、（Ａ）は微小電気機械式装置の断面図であり、（Ｂ）は微小構造体の上面図である（実施の形態７）。
【図２】本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である（実施の形態８）。
【図３】本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である（実施の形態９）。
【図４】作製途中の微小構造体の上面図であり、第１導電層（第１犠牲層）の上面図である（実施の形態１０）。
【図５】作製途中の微小構造体の上面図であり、図２（ｃ）に図示されている微小構造体の上面図である（実施の形態１１）。
【図６】本発明の微小電気機械式装置の構成例を説明する図であり、（Ａ）は微小電気機械式装置の断面図であり、（Ｂ）は微小構造体の上面図である（実施の形態１２）。
【図７】本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である（実施の形態１３）。
【図８】本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である（実施の形態１４）。
【図９】作製途中の微小構造体の上面図であり、第１導電層（第１犠牲層）の上面図である（実施の形態１５）。
【図１０】本発明の微小電気機械式装置の構成例を説明する図であり、（Ａ）は微小電気機械式装置の断面図であり、（Ｂ）は微小構造体の上面図である（実施の形態１６）。
【図１１】本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である（実施の形態１７）。
【図１２】本発明の微小電気機械式装置の作製方法を説明するための断面図である（実施の形態１８）。
【図１３】作製途中の微小構造体の上面図であり、第１導電層（第１犠牲層）の上面図である（実施の形態１９）。
【図１４】本発明の微小構造体の外観斜視図である（実施の形態２０）。
【図１５】角部が丸みを帯びるように形状を加工した本発明の微小構造体の上面図である（実施の形態２１）。
【図１６】本発明の微小電気機械式装置の構成例を示すブロック図である（実施の形態２２）。
【符号の説明】
【０１６９】
１０、２０電気回路
１１、２１、３１微小構造体
１００基板、１０１第１導電層、１０２第１絶縁層、１０３半導体層、１０４第２導電層、１０５第２絶縁層、１０６第３導電層、１０７開口部１２１可動電極（第１構造層）、１２２固定電極（第２構造層）、１２３配線（第２構造層）、１３１第１導電層（第１犠牲層）、１３７第２導電層（第２犠牲層）
２０３半導体層、２２１可動電極（第１構造層）、２２２固定電極（第２構造層）、２２３配線（第２構造層）、２２５回転軸（第３構造層）、２３７第２導電層（第２犠牲層）
３２１可動層（第１構造層）、３２２第１固定層（第２構造層）、３２３配線（第２構造層）、３２５第２固定層（第３構造層）、３３１第１導電層（第１犠牲層）、３３７第２導電層（第２犠牲層）
４２１第１可動層（第１構造層）、４２２第２可動層（第２構造層）、４２５固定層（第３構造層）
【図１】
2008044096.tif 000005
【図２】
2008044096.tif 000006
【図３】
2008044096.tif 000007
【図４】
2008044096.tif 000008
【図５】
2008044096.tif 000009
【図６】
2008044096.tif 000010
【図７】
2008044096.tif 000011
【図８】
2008044096.tif 000012
【図９】
2008044096.tif 000013
【図１０】
2008044096.tif 000014
【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】
2008044096.tif 000020