(57)【要約】【課題】集積回路を形成した基板に冷媒が循環する流路を設けることで、集積回路で発生した熱を効率的に拡散して冷却するとともに、基板内における集積回路の温度を均一化を可能とする。【解決手段】基板１１と、基板１１の第１面に形成された集積回路２と、基板１１の第１面とは反対側の面となる第２面に形成された冷却装置１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）とからなる集積回路装置１であって、冷却装置１００は、ポンプ１１０と、ポンプ１１０に接続されたもので第２面内に巡らせた流路１２０と、流路１２０内に封入されたものでポンプ１１０によって流路１２０内を循環する冷媒１３０とからなるものである。【選択図】図１
2005252056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１面に形成された集積回路と、
前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に形成された冷却装置と
からなる集積回路装置であって、
前記冷却装置は、
ポンプと、
前記ポンプに接続されたもので前記第２面内に巡らせた流路と、
前記流路内に封入されたもので前記ポンプによって前記流路内を循環する冷媒と
からなることを特徴とする集積回路装置。
【請求項２】
前記ポンプは複数設けられ、
前記各ポンプにそれぞれ前記流路が接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。
【請求項３】
前記集積回路は、複数の異なる機能を有する集積回路からなり、
前記基板の第１面内において部分的に熱密度が異なる
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。
【請求項４】
前記ポンプは、
流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、
前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、
前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱と
を備え、
前記振動板上に流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。
【請求項５】
基板の第１面に集積回路を形成する工程と、
前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に冷却装置を形成する工程とからなり、
前記冷却装置を形成する工程は、
前記集積回路を形成した後、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面側を削る工程と、
前記基板の第２面にポンプを形成する工程と、
前記基板の第２面に前記ポンプに接続する流路を巡らせるように形成する工程と、
前記基板の第２面に前記流路を封止するように放熱体を貼り付ける工程と、
前記流路内に冷媒を注入する工程と、
前記流路内に前記冷媒を封入するように前記流路を封止する工程と
を備えたことを特徴とする集積回路装置の製造方法。
【請求項６】
前記ポンプを複数形成し、
前記各ポンプのそれぞれに接続する前記流路を形成する
ことを特徴とする請求項５記載の集積回路装置の製造方法。
【請求項７】
前記集積回路は、複数の異なる機能を有する集積回路で形成する
ことを特徴とする請求項５記載の集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱密度が異なる複数の機能を有する集積回路が搭載された集積回路装置の放熱を容易にして、集積回路装置内の温度を均一化することが容易な集積回路装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置は、その性能の向上に伴って、消費電力が急速に増大している。これにより、半導体集積回路の発熱量も増大しており、現在の最新ＣＰＵの発熱量は例えば８２Ｗにも達している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
プロセスの微細化によるトランジスタの漏れ電流の増加により、今後もこの傾向は続き、数年後には発熱量は１５０Ｗに達すると予測されている。これにより、コンピュータの冷却機構は大規模になり、小型化、軽量化の大きな障害となっている。
【０００４】
半導体素子を効率的に冷却するためには、熱を効率的に拡散する必要がある。「Intel Pentium 4 Processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 Micron Process Datasheet」のFigure3-1に示すように、現在では、チップ上にヒートスプレッダーを被せた機構を持つＣＰＵが多い。
【０００５】
【非特許文献１】「Intel Pentium 4 Processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 Micron Process Datasheet」のTable5-1.Processor Thermal Design Power、〔平成１６年１月１５日検索〕、インターネット＜URL：ftp://download.intel.com/design/Pentium4/datashts/29864310.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、チップ上にヒートスプレッダーを被せた機構では、チップとヒートスプレッダーの間の熱抵抗が高いため、熱拡散の効率が低くなるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板と、前記基板の第１面に形成された集積回路と、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に形成された冷却装置とからなる集積回路装置であって、前記冷却装置は、ポンプと、前記ポンプに接続されたもので前記第２面内に巡らせた流路と、前記流路内に封入されたもので前記ポンプによって前記流路内を循環する冷媒とからなることを最も主要な特徴とする。
【０００８】
本発明は、基板の第１面に集積回路を形成する工程と、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に冷却装置を形成する工程とからなり、前記冷却装置を形成する工程は、前記集積回路を形成した後、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面側を削る工程と、前記基板の第２面にポンプを形成する工程と、前記基板の第２面に前記流路を封止するように放熱体を貼り付ける工程と、前記基板の第２面に前記流路を封止するように放熱体を貼り付ける工程と、前記流路内に冷媒を注入する工程と、前記流路内に前記冷媒を封入するように前記流路を封止する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の集積回路装置では、集積回路が形成された側とは反対側の面に冷却装置が形成され、その冷却装置は、ポンプを備え、そのポンプに接続した流路内を冷媒が循環するため、基板内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路は基板を通して流路内を循環する冷媒によって冷却される。このため、集積回路温度を一定の温度に冷却保持することができるという利点がある。これによって、集積回路の高速動作を安定的に行うことができるようになる。
【００１０】
本発明の集積回路装置の製造方法では、集積回路を形成した側とは反対側の面に冷却装置を形成し、その冷却装置はポンプに接続した流路内を冷媒が循環するように構成されるため、基板内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路は流路内を循環する冷媒によって基板を通じて冷却されるように構成できる。このため、集積回路温度を一定の温度に冷却保持することができる集積回路装置を製造することができるという利点がある。これによって、集積回路の高速動作を安定的に行うことができる集積回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、集積回路で発生した熱を効率的に拡散して冷却するとともに、基板内における集積回路の温度を均一化するという目的を、基板内に冷媒が循環する流路を設けることで、容易に実現した。
【実施例１】
【００１２】
本発明の集積回路装置に係る一実施例を、図１の平面レイアウト図によって説明する。
【００１３】
図１（１）に示すように、集積回路装置１は、基板１１に中央演算処理装置（ＣＰＵ）のような集積回路２が形成されたものである。基板１１には、例えば半導体基板を用い、例えばシリコン基板を用いる。そして上記基板１１上には、一般的な半導体素子（例えば、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、リアクタンス等の素子）および配線層からなる集積回路２が形成されている。この集積回路２は、一例として、基板処理装置、制御装置、入出力処理装置等を一つにまとめた中央演算処理装置（ＣＰＵ）がある。ＣＰＵは、例えばロジック部３とキャッシュ部４とで構成されている。ロジック部３としては、例えば、演算論理装置（ＡＬＵ）、浮動小数点プロセッサ（ＦＰＵ）等からなる。またキャッシュ部４としては、例えば、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）等のメモリ装置からなる。
【００１４】
一般に、ＣＰＵの熱密度はロジック部３とキャッシュ部４とで大きく異なり、ロジック部３では、キャッシュ部４と比べて発熱量が大きい。そのため、チップ内には温度勾配ができている。本発明ではこの温度勾配を利用し、チップ内に液体を循環させることにより、熱を拡散させるものである。その詳細を図１（２）によって説明する。
【００１５】
図１（２）に示すように、上記基板１１の第１面とは反対側の第２面には、冷却装置１００が設置されている。ここでは、４個の冷却装置１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）を設けた。各冷却装置１００は以下の構成を成す。すなわち、ポンプ１１０が設けられている。各ポンプ１１０は、例えば０．０１ｃｍ3／ｍｉｎ〜０．５ｃｍ3／ｍｉｎの流量の冷媒を送給する能力を有するものである。上記ポンプ１１０については後に詳細に記する。本実施例では、第２面内を４分割し、各分割領域当たり一つのポンプ１１０が設置され、各ポンプ１１０には第２面内の各分割領域に巡らされている流路１２０が接続されている。上記流路１２０は、例えば溝状に形成されていて、例えば、幅が３０μｍ〜５００μｍ、深さが３０μｍ〜５００μｍに形成され、基板１１の第２面内を効率よく冷却するようにできうる限り第２面を覆うように配置されるもので、例えば折れ線状に配置される、もしくは渦巻き状に配置され、各ポンプ１１０に対して各流路１２０は閉ループを構成している。また、各流路１２０内には冷媒（図示せず）が注入されていて、各ポンプ１１０を駆動することにより各流路１２０内を冷媒１３０（斜線で示す領域に存在している）が循環するようになっている。この冷媒１３０には、例えばフッ素系不活性液、アンモニア等を用いることができる。また、ポンプ１１０の動力源は上記ＣＰＵのソケットから取ることが望ましい。
【００１６】
さらに、基板１１の第２面上には、上記各流路１２０を密閉する状態に、放熱体（図示せず）が形成されている。この放熱体は、熱伝導性に優れた金属材料として、例えば銅、アルミニウム等で形成されている。また、上記放熱体には図示はしないが、放熱フィンが設けられていてもよい。
【００１７】
本発明の集積回路装置１では、集積回路２が形成された側とは反対側の面に冷却装置１００が形成され、その冷却装置１００は冷媒を送給するポンプ１１０と冷媒１３０を流す流路１２０からなるため、ポンプ１１０に接続した流路１２０内を冷媒１３０が循環する。このため、基板１１内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路２は基板１１を通して流路１２０内を循環する冷媒１３０によって冷却されるので、集積回路２の温度を一定の温度に冷却保持することができるという利点がある。これによって、集積回路２は、安定した高速動作が可能になる。
【００１８】
次に、上記ポンプ１１０について、図２によって説明する。
【００１９】
図２（１）、（２）に示すように、ポンプ１１０は、後に説明する流体駆動装置１０を備え、流体駆動装置１０のそれぞれ上部に圧力室５１が設けられていて、これらが複数設けられているものである。上記圧力室５１は、例えば高圧力室、中圧力室および低圧力室が設けられ、各圧力室５１は流路７１、７２によって連結され、各圧力室５１間には逆流防止弁７５、７６が配置されている。この逆流防止弁７５、７６は、下流側を支点として開閉するものである。図面中の矢印は冷媒（図示せず）の流れる方向を示す。
【００２０】
図２（３）に示すように、上記ポンプ１１０は、流体駆動装置１０において、基板側電極１２と振動板側電極１５間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極１５を有する振動板１７が基板側電極１２の側にたわむ。逆に、基板側電極１２および振動板側電極１５間への電圧印加を開放すると、図２（４）に示すように、振動板１７は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する。この振動板１７の上下駆動により圧力室５１が容積変動を起こす。図２（３）に示すように、圧力室５１の容積が拡大されると、圧力室５１は減圧されるので、下流側に対して負圧状態となり逆流防止弁７５は開放状態となる。一方、上流側に対しても負圧状態となるので逆流防止弁７６は閉塞される。そして、図２（４）に示すように、圧力室５１の容積が縮小されると、圧力室５１は加圧されるので、下流側に対して高圧状態となり逆流防止弁７５は閉塞状態となり、一方、上流側に対しても高圧状態となるので逆流防止弁７６は開放される。このようにして、圧力室５１の前後に圧力差を生じさせることで冷媒１３０を矢印方向に送給することができる。
【００２１】
次に、本発明の流体駆動装置１０の一例について、図３によって説明する。また、図３（１）は平面レイアウト図の一部を示し、図３（２）は図３（１）中のＡ−Ａ線における概略構成断面を示し、図３（３）は図３（１）中のＢ−Ｂ線における概略構成断面を示すものである。なお、図３（１）と図３（２）、（３）の縮尺は必ずしも一致させていない。また、流体駆動装置は並列に配置されるが、図面では一つの流体駆動装置に着目して、以下の説明を行う。
【００２２】
図３に示すように、表面が少なくとも絶縁層により形成された基板１１上には導電体薄膜からなるもので他の流体駆動装置（図示せず）と共通に用いられる基板側電極１２が形成されている。上記基板側電極１２上には第１絶縁膜１３が形成されている。この第１絶縁膜１３上に空間３１が形成されるように第２絶縁膜１４が形成されている。したがって、上記空間３１は、平面的に形成した第１絶縁膜１３と立体的に形成された第２絶縁膜１４によって構成されるもので、ほぼ直方体形状の空間であって、その空間３１の側部に櫛歯状に第２絶縁膜１４を含む支柱２１が形成されているものである。なお、上記第１絶縁膜１３および第２絶縁膜１４は、後に説明する振動板側電極が撓んだ際に上記基板側電極１２に接触するのを避けるための絶縁膜である。
【００２３】
上記第２絶縁膜１４上には上記空間３１に対して第２絶縁膜１４を介して各独立に駆動される振動板側電極１５が形成されている。この振動板側電極１５は平面視（平面レイアウト図上方から見た場合）では矩形（方形もしくは長方形）に形成されている。また、隣接する振動板側電極１５間にリークが生じないようにするため、振動板側電極１５は互いに独立して形成されている。
【００２４】
上記第２絶縁膜１４上には上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６が形成されている。さらに上記第３絶縁膜１６上には流体に圧力変化を与えるもので、各独立に駆動される振動板側電極１１を一体に有した複数の振動板１７が並列配置され、各振動板１７を両持ち梁で支持するように支柱２１が基板１１上、実質第１絶縁膜１３上に形成されて構成されている。さらに振動板１７を被覆するように第３絶縁膜１６上には第４絶縁膜１８が形成されている。上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的で形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。以上説明したように、上記支柱２１は、上記空間３１側部に入りこむように、櫛歯状に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４と振動板側電極１５と第３絶縁膜１６と振動板１７と第４絶縁膜１８とによって形成されている。
【００２５】
上記振動板１７は、図示の例では短冊状に形成され、振動板１７の側部に沿って夫々所定間隔（支柱間ピッチ）を置いて複数の支柱２１が形成されている。隣り合う振動板１７は支柱２１を介して連続して形成され、かつ支柱２１も振動板１７を含んで形成されている。したがって、振動板１７と基板側電極１２間の空間３１は、並列する複数の振動板１７の間で連通されている。各振動板１７間を連通する全体の空間３１は、密閉空間になるように形成されている。
【００２６】
上記各振動板１７の支柱２１の近傍、本実施例では１つの振動板１７の側部に沿う各支柱２１間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口部（図示せず）が形成されている。犠牲層をエッチング除去した後は、開口部は所要の部材により閉塞される。
【００２７】
上記基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板を用いることができ、その上に絶縁膜（図示せず）を形成したものである。したがって、基板１１は石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等を用いることもできる。この場合には、基板表面に絶縁膜を形成する必要はない。本実施例では基板１１に、表面にシリコン酸化膜等による絶縁膜を形成したシリコン基板を用いた。
【００２８】
上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成される。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。本実施例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。
【００２９】
上記振動板側電極１５は、上記基板側電極１２と同様の材料、成膜方法で形成することができる。すなわち、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成されることができる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。本実施例では、振動板側電極１５は不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。
【００３０】
振動板側電極１５は、第３絶縁膜１６を介して振動板１７に接合され、かつ振動板１７の折曲された下面凹部内に挿入されるように形成され、かつ、空間３１の側壁側に延長形成されている。振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。また振動板１７の上面には第４絶縁膜１８が形成され、この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。また、第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６は、例えばシリコン酸化膜で形成することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。
【００３１】
上記構成の流体駆動装置１０は、基板側電極１２と振動板側電極１５との間に電圧を印加することにより振動板１８を振動させ、振動板１７上の流体に圧力変化を与えてその流体を移動させるものである。
【００３２】
上記集積回路装置１では、集積回路２を駆動した際に、発熱を起こす。その際、各ポンプ１１０を駆動することによって、各流路１２０内に冷媒１３０が循環される。これによって、基板１１内の高温部分では、冷媒により発熱した熱が奪い取られ、冷却される。また、各流路１２０では、集積回路２の最も発熱量の大きい領域から発熱量の低い領域に、例えば、チップ中央のロジック部３から外周のキャッシュ部４へ液体が流れるように熱設計されている。これらによって、冷媒１３０はポンプ１１０から流路１２０を通ってまたポンプ１１０に戻るという冷媒の循環系が構成されている。これによって、基板１１内は冷却され、高温にならないようになるので、集積回路２の動作速度の低下を防止することができ、高速動作の実現、信頼性の向上等の効果が得られる。
【実施例２】
【００３３】
次に、本発明の集積回路装置の製造方法に係る一実施例を、図４および図５の概略構成断面図によって説明する。
【００３４】
図４（１）に示すように、集積回路を形成するための基板１１を用意する。この基板１１は、例えば半導体基板を用い、例えばシリコン基板を用いる。次いで、上記基板１１上に一般的な半導体素子（例えば、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、リアクタンス等の素子）および配線層からなる集積回路２を形成する。この集積回路２は、一例として、基板処理装置、制御装置、入出力処理装置等を一つにまとめた中央演算処理装置（ＣＰＵ）であり、例えばロジック部とキャッシュ部とで構成されている。ロジック部としては、例えば、演算論理装置（ＡＬＵ）、浮動小数点プロセッサ（ＦＰＵ）等からなる。またキャッシュ部としては、例えば、スタティックランダムアクセスメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ等のメモリ装置からなる。上記集積回路２は、既存の半導体装置製造プロセスによって形成することができる。
【００３５】
次に、図４（２）に示すように、基板１１の第１面とは反対側の面である第２面を研磨する。これによって、基板１１の厚さを薄くする。例えば、基板１１は、一般的に厚さが７００μｍ〜１ｍｍ程度である。このような基板１１を４００μｍ程度の厚さになるように、研磨を行う。なお、研磨のみでは加工時間がかかりすぎるので、基板１１の第２面の研削を行った後、研磨を行って仕上げることが好ましい。
【００３６】
次に、図４（３）に示すように、上記基板１１の第２面にポンプ（例えばマイクロポンプ）１１０を形成する。各ポンプ１１０は、例えば０．０１ｃｍ3／ｍｉｎ〜０．５ｃｍ3／ｍｉｎの流量の冷媒を送給する能力を有するものである。上記ポンプ１１０の形成方法の一例は、後述する。
【００３７】
次に、図４（４）に示すように、基板１１の第２面側にマスク層（図示せず）を形成する。このマスク層は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成される。そして、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、流路形成領域上の上記マスク層を除去する。そして上記マスク層をエッチングマスクに用いたエッチング加工を行い、基板１１の第２面に、上記ポンプ１１０に接続するとともに、第２面を巡らせるように流路１２０を形成する。上記エッチング加工は、例えば、深溝のエッチング加工が可能なＤｅｅｐ−ＲＩＥ（ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）により行う。そして、例えば、幅が３０μｍ〜５００μｍ、深さが３０μｍ〜５００μｍ、好ましくは幅が１００μｍ〜２００μｍ、深さが１００μｍ〜２００μｍの上記流路１２０を、基板１１の第２面内を効率よく冷却するようにできうる限り第２面を覆うように形成した。例えば流路１２０は折れ線状に配置される、もしくは渦巻き状に配置される。また上記流路１２０は、上記ポンプ１１０が複数形成されている場合には、それぞれのポンプ１１０を通して閉ループとなるように形成される。また、各流路１２０の少なくとも２箇所は基板１１の端部に配置して注入部１２１、１２２を形成する。この二つの注入部１２１、１２２は、後の工程で、流路１２０内に冷媒（図示せず）を注入する際に必要となるものである。
【００３８】
なお、上記流路１２０を形成する前に、基板１１の第２面側を平坦化しおておくことが好ましい。平坦化は、基板１１の第２面に平坦化膜を形成した後、化学的機械研磨等の既存の平坦化方法により平坦化膜を研磨することにより平坦化を成すことができる。
【００３９】
次に、図５（５）に示すように、上記流路１２０が形成形成され、流路１２０以外の領域が平坦化されている基板１１の第２面に放熱体（例えばヒートスプレッダ）１４０を貼り合わせる。貼り合わせには接着剤を用いる。この接着剤には例えばエポキシ系接着剤を用いる。
【００４０】
次に、図５（６）に示すように、基板１１の端面に形成した流路１２０の一つの注入部１２１から流路１２０内に冷媒１３０を注入する。このとき、流路１２０内の気体が押し出されるよう、もう一方の注入部１２２から冷媒１３０が出てくるまで注入する。この冷媒１３０には、例えばフッ素系不活性液、アンモニア等を用いることができる。
【００４１】
次に、図５（７）に示すように、一つの流路１２０対して設けられた２箇所の注入部１２１、１２２を封止剤１２３、１２４により封止する。この封止剤１２３、１２４には接着剤を用いることができる。
【００４２】
本発明の集積回路装置の製造方法では、基板１１の集積回路２を形成した側とは反対側の面（第２面）に冷却装置１００を形成し、その冷却装置１００は、ポンプ１１０により、ポンプ１１０に接続した流路１２０内を冷媒１３０が循環するように形成されるため、基板１１内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路２は流路１２０内を循環する冷媒１３０によって基板１１を通じて冷却されるので、集積回路２の温度を一定の温度に冷却保持することができる構成を形成することができるという利点がある。これによって、安定的に高速動作が可能な集積回路装置を製造することができる。
【００４３】
次に、上記ポンプ１１０の形成方法の一例を以下に説明する。まずポンプ１１０の構成部品である流体駆動装置１０の製造方法の一例を、図６〜図１７の製造工程図によって説明する。なお、図６〜図１７の製造工程図は、主として前記図３（１）に示した平面レイアウト図に示したＡ−Ａ線断面およびＢ−Ｂ線断面と同様な位置における断面構造を示す。
【００４４】
図６に示すように、基板１１を用意する。この基板１１は、表面が少なくとも絶縁性を有するように、絶縁膜（図示せず）を形成しておく。例えば本実施例ではシリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した基板を用いた。上記基板１１上に共通の基板側電極１２を形成する。基板側電極１２は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの基板側電極１２が形成される。
【００４５】
上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。
【００４６】
次に、図７に示すように、基板側電極１２の表面上に第１絶縁膜１３を形成する。第１絶縁膜１３は、例えば１０００℃程度の高温の減圧ＣＶＤ法または熱酸化法により形成することができる。この第１絶縁膜１３は、基板側電極１１の保護膜、後述する犠牲層をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１１に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。第１絶縁膜１３としては、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）によるエッチングガスを用いるときは酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときは窒化シリコン（ＳｉＮ）膜とすることができる。次に、第１絶縁膜１３の全面上に犠牲層４１を形成する。犠牲層４１として、本実施例では多結晶シリコン膜をＣＶＤ法より堆積する。
【００４７】
次に、図８に示すように、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、後に形成する振動板を支える支柱（いわゆるアンカー）を形成すべき部分（図示はしないが補助支柱を形成する場合にはその補助支柱に対応する部分も含む）の犠牲層４１を選択的にエッチング除去し開口部４２を形成して、犠牲層パターン４３を形成する。
【００４８】
次に、図９に示すように、上記第３絶縁膜１３上に、上記犠牲層パターン４３の表面を被覆する第２絶縁膜１４を形成する。この第２絶縁膜１４は、第１絶縁膜１３と同様に犠牲層４１をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本実施例では多結晶シリコン膜による犠牲層４１を例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を用いてエッチング除去するので、第２絶縁膜１４がエッチングストッパとなるように、例えば熱酸化またはＣＶＤによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）で形成する。またこの第２絶縁膜１４には、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極１２が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１２に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。
【００４９】
次に、図１０に示すように、上記第２絶縁膜１４上に各独立した振動板側電極１５を形成する。振動板側電極１５は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの振動板側電極１５が形成される。振動板側電極１５は、支柱形成領域間を含む犠牲層パターン４３上に第２絶縁膜１４を介して形成される。
【００５０】
上記振動板側電極１５は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。
【００５１】
次に、図１１に示すように、上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６を形成する。この第３絶縁膜１６は、例えば振動板側電極１５の表面を熱酸化してシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜で形成してもよく、または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって酸化シリコンを堆積して形成してもよい。なお、上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的で形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。
【００５２】
次に、図１２に示すように、第３絶縁膜１６上の全面に流体に圧力変化を与える振動板１７を形成する。上記振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。その成膜方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法が挙げられる。上記のように振動板１７をシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成することにより、振動板１７は引っ張りの応力を有するものとなり、かつ反発力の高いものとなるので、振動板として好都合なものとなる。
【００５３】
次に、図１３に示すように、振動板１７を被覆する第４絶縁膜１８を形成する。この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。この絶縁膜１８としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜１８を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成する。犠牲層パターン４３のエッチングに際して六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜（例えばシリコン酸化膜）で絶縁膜１８を形成することが好ましい。
【００５４】
シリコン窒化膜による振動板１７は第３絶縁膜１６と第４絶縁膜１８により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。
【００５５】
また、支柱２１は、第２絶縁膜１４と第３絶縁膜１６と第４絶縁膜１８とによって形成される。
【００５６】
次に、図１４に示すように、支柱２１の近傍に第４絶縁膜１８、第３絶縁膜１６、第２絶縁膜１４等を貫通して犠牲層パターン４３が露出するように開口部４４を形成する。この開口部４４は、犠牲層パターン４３をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性ドライエッチングで形成することができる。なお、この開口部は２μｍ角の方形以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、０.５μｍ角の方形でも十分犠牲層エッチングが可能である。
【００５７】
次に、図１５に示すように、開口部４４を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本実施例では六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを導入して犠牲層パターン４３〔前記図１４参照〕をエッチング除去し、振動板側電極１５を一体に有する振動板１７と基板側電極１２との間に空間３１を形成する。この場合、開口部４４が振動板１７の長辺に沿って複数形成され、開口部４４を通して振動板１７の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層パターン４３として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合には六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。この結果、犠牲層パターン４３を除去した領域に空間３１を形成するとともに、この空間３１側部に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６および第４絶縁膜１８とによって支柱形成領域に支柱２１が形成される。
【００５８】
次に、図１６に示すように、上記開口部４４を封止部材４５によって封止する。封止にはアルミニウム（Ａｌ）などの金属スパッタリング法による封止も可能であるが、振動室となる空間３１が減圧になるため振動板１７が凹状になり、振動板１７の支柱２１（もしくは補助支柱）の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板１７の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜を成膜した後、リフロー処理により開口部４４を埋める方法を採ることもできる。リフロー処理の際、窒素（Ｎ2）加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間３１の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の圧力室を形成する部材の粘性を利用して開口部４４を塞ぐこともできる。このようにして、流体駆動装置１０が製造される。
【００５９】
次に、図１７に示すように、流体駆動装置１０上に、隔壁形成膜を成膜する。この隔壁形成膜は、例えば光硬化性樹脂材料、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料で形成することができる。その後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、上記隔壁形成膜をパターニングし、流体（例えば冷媒）を溜める圧力室（いわゆるチャンバー）５１およびこの圧力室５１に連通する流体の供給流路（図示せず）を構成する隔壁５２（５２Ａ）を形成する。すなわち、振動板１７上に圧力室５１を形成し、例えば隣接する流体駆動装置１の支柱２１間上に圧力室５１を構成するための隔壁５２を形成する。
【００６０】
次に、図１８に示すように、各圧力室５１の上部を閉塞するように、吐出部（例えばノズル）５３を有する隔壁５２（５２Ｂ）を上記隔壁５２Ａの上端面に接合もしくは接着する。この隔壁５２Ｂは、例えばシート状体（いわゆるノズルシート）からなり、例えば、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはＳｉウェーハなどの所要の材料で形成することができる。上記説明した工程を経て、ポンプ１１０（静電駆動流体吐出装置）を得る。
【００６１】
なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、前記図１６によって説明した振動板１７の開口部４４を金属スパッタリングによって封止部材４５を形成せずに、この光硬化性樹脂を用いて封止部材４５を形成して封止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の集積回路装置およびその製造方法は、各種基板の微小面積領域を冷却するという用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の集積回路装置に係る一実施例を示した平面レイアウト図である。
【図２】ポンプを説明する平面レイアウト図および概略構成断面図である。
【図３】ポンプに用いる流体駆動装置を示した平面レイアウト図およびＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の集積回路装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図５】本発明の集積回路装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図６】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図７】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図８】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図９】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１０】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１１】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１２】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１３】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１４】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１５】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１６】ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１７】流体駆動装置を用いたポンプの製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【図１８】流体駆動装置を用いたポンプの製造方法の一例を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１…基板、２…集積回路、１００…冷却装置、１１０…ポンプ、１２０…流路、１３０…冷媒
【図１】
2005252056.tif 000003
【図２】
2005252056.tif 000004
【図３】
2005252056.tif 000005
【図４】
2005252056.tif 000006
【図５】
2005252056.tif 000007
【図６】
2005252056.tif 000008
【図７】
2005252056.tif 000009
【図８】
2005252056.tif 000010
【図９】
2005252056.tif 000011
【図１０】
2005252056.tif 000012
【図１１】
2005252056.tif 000013
【図１２】
2005252056.tif 000014
【図１３】
2005252056.tif 000015
【図１４】
2005252056.tif 000016
【図１５】
2005252056.tif 000017
【図１６】
2005252056.tif 000018
【図１７】
2005252056.tif 000019
【図１８】
2005252056.tif 000020