(57)【要約】基板（２０）上に、複数のマイクロセル（４４，４５，４６，５３，５４）を定義するマイクロセル形成部材（４３，４８，４９）を１層以上形成する。複数のマイクロセル（４４，４５，４６，５３，５４）の内の最大の寸法を有する中空のマイクロセル（４４）に、マイクロ可動部（４１）を配置する。複数のマイクロセル（４４，４５，４６，５３，５４）の内の所定のマイクロセル（５３，５４）を、このマイクロセルが形成されたときに用いられた犠牲膜が充填されたままの状態にすることにより、このマイクロセル（５３，５４）の近傍の部分の強度を増大できると共に、犠牲膜を排出する手間を削除できる。
2004031070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２０，１３０）と、
上記基板（２０，１３０）上に設けられると共に、複数のマイクロセル（１１，１２，１３，２５，４４，４５，４６，２６，１０４，１０５，１１２，１１３，１１５，１２２，１３５）を定義する一層または複数層のマイクロセル形成部材（２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３）と、
上記複数のマイクロセルの内の最小でないマイクロセル（４４，１０５）の中に配置されたマイクロ可動部（４１，１０１）と
を備えたことを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセル（１０５）は、上記複数のマイクロセル（１０４，１０５，１１２，１１３，１１５，１２２，１３５）の内で最大のマイクロセルであることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセル（１０５）は、上記マイクロ可動部が配置されていないマイクロセル（１０４，１１２，１１３，１１５，１２２，１３５）の大きさの２倍以上であることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項４】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロセル形成部材（２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３）に設けられると共に、上記マイクロセルを互いに連通させる連通孔（１４，２７，２８，４７，１５０，１５１，１５３）を備えることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項５】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
最上層の上記マイクロセル形成部材（２４）の上面に、上記マイクロセルに連通する排出孔（３０）が開口していることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項６】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記複数のマイクロセルの内の少なくとも１つ（１３，２６，１１３，１０４）は、充填部材で充填されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項７】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロセル形成部材（４３，４８）は壁部（４３１，４８１）と天井部（４３２，４８２）を有し、上記壁部（４３１，４８１）と天井部（４３２，４８２）は電気的に接続されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項８】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
最上層の上記マイクロセル形成部材（２４，４９）は、下層の上記マイクロセル形成部材（２３，４８）と電気的に絶縁されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項９】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロセル形成部材（２２，２３，２４，４３，４８，４９）は、一体に形成された壁部（４３１，４８１）と天井部（４３２，４８２）を有することを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセル（４４，１０５）の周囲に配置されたマイクロセル（４５，４６，１２２，１３５）は、充填部材が充填されていなくて中空であることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセル（４４，１０５）の上側のマイクロセル（４６，１２２，１３５，）は、充填部材が充填されていなくて中空であることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセル（４４，１０５）の周囲に配置されたマイクロセル（１１３）は、充填部材で充填されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載のマイクロ可動装置において、
上記中空のマイクロセル（４５，４６）の周囲に配置されたマイクロセル（５３，５４）は、充填部材で充填されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のマイクロ可動装置において、
上記充填部材は、上記マイクロセル形成部材（４３，４９，１３２）を構成する材料よりも熱膨張率が小さい材料からなることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載のマイクロ可動装置において、
上記充填部材は、上記マイクロセル形成部材（４３，４９，１３２）を構成する材料よりも熱膨張率が小さい材料からなることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
互いに分離された複数の上記マイクロセル形成部材（１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ）が、同一のレベルに位置していることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１７】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部（４１，１０１）は、高融点金属の窒化物を含む材料からなることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１８】
請求項１に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロセル形成部材（２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３）は、高融点金属の窒化物を含む材料からなることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部（４１，１０１）は、内部残留応力が異なる２つ以上の層で形成されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロセル形成部材（２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３）は、内部残留応力が異なる２つ以上の層で形成されていることを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロ可動部（４１，１０１）は、高融点金属からなる層と、上記窒化物からなる層とを含むことを特徴とするマイクロ可動装置。
【請求項２２】
請求項１８に記載のマイクロ可動装置において、
上記マイクロセル形成部材（２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３）は、高融点金属からなる層と、上記窒化物からなる層とを含むことを特徴とするマイクロ可動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、基板上に集積回路の一部として組み込み可能なマイクロ可動装置に関し、特にマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムを形成するマイクロ可動装置に関する。
【背景技術】  従来、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）を形成するマイクロ可動装置としては、例えば米国特許５５８９０８２号公報に記載されているものがある。図５は、従来のマイクロ可動装置を示す断面図である。このマイクロ可動装置は、以下のように、マイクロ可動部を封止する封止構造を作製している。すなわち、シリコン基板５５０上に、マイクロ可動部としてのマイクロフィルタ５５１およびこのマイクロフィルタ５５１の作製のために用いた犠牲膜を覆うように、第１の窒化シリコン膜５５２を堆積する。この窒化シリコン膜５５２に設けた開口５５３から、上記犠牲膜である酸化シリコン膜を希フッ酸液でエッチング除去して空洞部５５５を形成する。そして、上記第１の窒化シリコン膜５５２上に第２の窒化シリコン膜５５４をＣＶＤ法で堆積して、上記開口部５５３を閉じて、封止構造が完成する。
ここで、マイクロ可動部の共振周波数は、マイクロ可動部が配置されている封止構造内の空洞部の圧力に、強く依存する（例えば、文献１：ワイ・ティー・チェンら（Ｙ．Ｔ．Ｃｈｅｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）著，プロシーディングス・オブ・メムス・カンファレンス（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＭＥＭＳ  Ｃｏｎｆ．）  ２００１年，ｐ１８参照）。したがって、図５のマイクロ可動装置では、上記マイクロフィルタ５５１が位置している空洞部５５５の圧力を、３０ｍＴｏｒｒ程度まで減圧する必要がある。
このマイクロ可動装置では、上記マイクロフィルタ５５１の全体を、上記第１の窒化シリコン膜５５２および第２の窒化シリコン膜５５４からなる封止構造で一括して覆って、比較的大きい空洞部５５５を形成している。したがって、この比較的大きい空洞部５５５内の圧力を維持するため、上記封止構造は比較的大きい強度が要求される。この強度が不足すると、上記空洞部５５５内と、上記封止構造の外側との圧力差によって、この封止構造に変形が発生して耐久性が低下する。しかしながら、上記封止構造の強度を増大するために、上記第１，第２の窒化シリコン膜５５２，５５４の膜厚を厚くすると、これらの膜の内部応力が大きくなり、上記封止構造に変形が発生して耐久性が低下する場合がある。このように、従来のマイクロ可動装置は、封止構造の耐久性の確保が非常に困難であるという課題がある。
また、上記文献１には、ガラス基板の貼り合わせによりマイクロ可動部を封止する技術が開示されているが、真空の下でガラス基板の貼り合わせを行う装置は、一般的なＬＳＩ（大規模集積回路）の製造工程に使用されるものではなく、その導入には多額の設備投資が必要となる。また、ガラス基板の貼り合わせによる真空封止技術は、不純物汚染の問題も懸念される。
このように、従来のマイクロ可動装置は、特に集積回路に組み込むことを考慮すると、コストの増大や耐久性の低下等の課題がある。
【発明の開示】
そこで、本発明は、上記従来のマイクロ可動装置が有する課題を解決するために成されたものであり、基板上に集積回路の一部として組み込み可能なマイクロ可動部を有するマイクロ可動装置であって、低コストで作製でき、かつ、耐久性の良好なマイクロ可動装置を提供することにある。
本発明に係るマイクロ可動装置は、基板と、上記基板上に設けられると共に、複数のマイクロセルを定義する一層または複数層のマイクロセル形成部材と、上記複数のマイクロセルの内の最小でないマイクロセルの中に配置されたマイクロ可動部とを備える。上記一層または複数層のマイクロセル形成部材により、マイクロ可動部の封止構造が形成される。このマイクロセル形成部材は、複数のマイクロセルを定義する構造を有するので、厚みが比較的薄い部材を用いて形成され、また、不均一な応力の集中を防止できる。したがって、変形し難い封止構造を形成できるので、耐久性の良好なマイクロ可動装置が得られる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルは、上記複数のマイクロセルの内で最大のマイクロセルである。したがって、比較的大きいマイクロ可動部の封止を行うことができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルは、上記マイクロ可動部が配置されていないマイクロセルの大きさの２倍以上である。上記マイクロ可動部を配置するマイクロセルは、例えば、隣接する２つ以上のマイクロセルの間にあるマイクロセル形成部材の部分を除去することにより、形成することができる。したがって、封止すべきマイクロ可動部の大きさに応じて、適切な大きさのマイクロセルを容易に形成できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロセル形成部材に設けられると共に、上記マイクロセルを互いに連通させる連通孔を備える。この連通孔を用いることにより、上記各マイクロセルやマイクロ可動部を作製する際に用いた犠牲膜等を外部に排出するための経路を、比較的短く、また、複数得ることができる。したがって、上記犠牲膜などの除去効率を向上できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、最上層の上記マイクロセル形成部材の上面に、上記マイクロセルに連通する排出孔が開口している。したがって、上記マイクロ可動部が位置するマイクロセルから、直接、または、複数のマイクロセルを介して、犠牲膜等を外部に排出するための上方に向かう経路が得られる。また、上記排出孔を複数個設けることにより、上記マイクロ可動部が位置するマイクロセルから犠牲膜等を排出するための経路を複数個形成できる。したがって、従来のマイクロ可動装置のように、封止構造の両端に排出口を１個ずつ設けるよりも、犠牲膜等を効率良く排出できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記複数のマイクロセルの内の少なくとも１つは、充填部材で充填されている。したがって、上記マイクロセル形成部材のみによるよりも強度が大きい封止構造を形成できる。また、上記マイクロセルを形成する際に用いた犠牲膜を充填部材として用いる場合、上記犠牲膜を除去する必要が無い。したがって、上記複数のマイクロセル形成部材の間に例えば層間絶縁膜等を設けた場合、この層間絶縁膜は、上記犠牲膜を除去するためのエッチャント等によってダメージを受けることがない。さらに、上記犠牲膜が、吸湿性の高い材料からなる場合であっても、この犠牲膜はマイクロセルに充填されたままであるので、犠牲膜をマイクロセル形成部材の外部に排出する際に、中空にすべきマイクロセルに犠牲膜が残留することがない。したがって、マイクロ可動部が位置するマイクロセルを密閉した場合に、残留した犠牲膜によるガスの放出等が生じない。これにより、マイクロ可動装置の信頼性を向上できる。また、複数のマイクロセルのうち、除去が不要な犠牲膜を充填部材として充填したままにすることにより、犠牲膜の除去の手間を削減でき、マイクロ可動装置の製造工程を簡易にできる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロセル形成部材は壁部と天井部を有し、上記壁部と天井部は電気的に接続されている。上記天井部の電位を０Ｖにすることにより、上記壁部を０Ｖにすることができる。したがって、マイクロ可動部がフィルタ等であってＡＣ（交流）信号が入力される場合に、ノイズの低減を行うことができる。また、上記マイクロセル形成部材の天井部の一部を、他の部分と電気的に分離することにより、上記天井部の一部とこの部分に電気的に接続された壁部とで、局所配線や貫通電極を構成することができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、最上層の上記マイクロセル形成部材は、下層の上記マイクロセル形成部材と電気的に絶縁されている。したがって、上記最下層よりも下層のマイクロセル形成部材を、外部から電気的に遮断できる。また、上記最上層のマイクロセル形成部材を、配線層として用いることができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロセル形成部材は、一体に形成された壁部と天井部を有する。したがって、上記マイクロセル形成部材を簡易なプロセスで形成できる。また、上記マイクロセル形成部材の強度が比較的大きくなるので、マイクロセル内のマイクロ可動部を、効果的に封止することができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルの周囲に配置されたマイクロセルは、充填部材が充填されていなくて中空である。これにより、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルと、この周囲のマイクロセルの内の所望のマイクロセルとの間を連通することができる。したがって、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルから、犠牲膜等を所望の方向に向かって排出することができるので、上記マイクロセルから犠牲膜等を確実に排出することができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルの上側のマイクロセルは、充填部材が充填されていなくて中空である。したがって、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルと、このマイクロセルの上側のマイクロセルとを連通することができる。したがって、上記マイクロ可動部が例えば１００μｍ以上の寸法を有する比較的大きいものであり、また、複雑な形状を有する場合であって、このマイクロ可動部を配置するために比較的大きくて複雑な形状のマイクロセルを形成した場合においても、このマイクロセルから効果的に犠牲膜等を排出できる。
１実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルの周囲に配置されたマイクロセルは、充填部材で充填されている。したがって、上記マイクロ可動部が配置されたマイクロセルの周囲の強度を増大することができる。したがって、上記マイクロ可動部を、良好な信頼性および耐久性で封止できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記中空のマイクロセルの周囲に配置されたマイクロセルは、充填部材で充填されている。したがって、上記中空のマイクロセルを定義するマイクロセル形成部材の上記中空のマイクロセルの周囲の部分の強度を向上でき、封止構造の信頼性や耐久性を向上できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記充填部材は、上記マイクロセル形成部材を構成する材料よりも熱膨張率が小さい材料からなる。したがって、このマイクロ可動装置の温度が変化した場合においても、上記充填部材の熱膨張や熱収縮によるマイクロセル形成部材への影響が少なくなるので、上記マイクロ可動部を良好な信頼性および耐久性で封止できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、互いに分離された複数の上記マイクロセル形成部材が、同一のレベルに位置している。したがって、上記各マイクロセル形成部材への応力の集中を防止することができ、上記マイクロセル形成部材の信頼性・耐久性を向上させることができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部は、高融点金属の窒化物を含む材料からなる。したがって、上記マイクロ可動部を、Ｓｉ（シリコン）からなる基板のみでなく、融点がＳｉよりも高い材料からなる基板上に形成することができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロセル形成部材は、高融点金属の窒化物を含む材料からなる。したがって、上記マイクロセル形成部材を、Ｓｉからなる基板のみでなく、融点がＳｉよりも高い材料からなる基板上に形成することができる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部は、内部残留応力が異なる２つ以上の層で形成されている。したがって、上記各層の内部残留応力の作用方向や大きさ等を調節することにより、上記マイクロ可動部全体として考慮した場合の内部残留応力を減少できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロセル形成部材は、内部残留応力が異なる２つ以上の層で形成されている。したがって、上記各層の内部残留応力の作用方向や大きさ等を調節することにより、上記マイクロセル形成部材全体として考慮した場合の内部残留応力を減少できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロ可動部は、高融点金属からなる層と、上記窒化物からなる層とを含む。したがって、上記マイクロ可動部の電気伝導度を高くできて、このマイクロ可動部の電位を正確に制御できると共に、このマイクロ可動部の内部残留応力を減少できる。
一実施形態のマイクロ可動装置は、上記マイクロセル形成部材は、高融点金属からなる層と、上記窒化物からなる層とを含む。したがって、上記マイクロセル形成部材の電気伝導度を高くできて、このマイクロセル形成部材の電位を正確に制御できると共に、このマイクロセル形成部材の内部残留応力を減少できる。また、上記マイクロセル形成部材の一部を、配線や貫通電極として用いることができるので、配線のスペースを削減することができて小型化を行うことができ、また、配線の作製工程を簡略にできてコストの低減を行うことができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態のマイクロ可動装置の一部を示す平断面図である。
図２は、本発明の第１実施形態のマイクロ可動装置の一部を示す縦断面図である。
図３は、本発明の第１実施形態のマイクロ可動装置の一部を示す縦断面図である。
図４は、本発明の第１実施形態のマイクロ可動装置の一部を示す縦断面図である。
図５は、従来のマイクロ可動装置を示す縦断面図である。
図６は、本発明の第２実施形態のマイクロ可動装置を示す平断面図である。
図７Ａは、図６のＡ−Ｂ線における縦断面図であり、図７Ｂは、図６のＡ−Ｃ線における縦断面図である。
図８Ａは、本発明のマイクロ可動装置が備える最上層のマイクロセル形成部材の一部を示す縦断面図であり、図８Ｂは、最上層のマイクロセル形成部材の変形例を示す縦断面図である。
図９は、本発明のマイクロ可動装置が備えるマイクロセル形成部材を、基板の平面に平行な面で切断した様子を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のマイクロ可動装置の一部を示す平断面図であり、マイクロセルが形成された部分を、基板の平面に平行な面で切断した様子を示している。図２は、第１実施形態のマイクロ可動装置の一部を示す縦断面図であり、マイクロセルが形成された部分を、基板の平面の直角方向に切断した様子を示している。
このマイクロ可動装置は、基板２０上に形成された一層または多層のマイクロセル形成部材２２，２３，２４を備え、このマイクロセル形成部材２２，２３，２４により、複数個のマイクロセル１１，１２，１３が定義されている。上記マイクロセル１１，１２，１３は、図１に示すように、基板の平面と平行をなす断面において、マイクロセル形成部材の壁部１０で仕切られている。このマイクロセルは、幅と長さが所定の範囲内となる寸法に形成されている。
上記基板２０はシリコン基板であり、上記マイクロセル形成部材２２，２３，２４は、不純物がドープされたポリシリコンで形成されている。
本実施形態のマイクロ可動装置は、基板２０に最も近い第１層目のマイクロセル形成部材２２の壁部の厚みが、１．５〜２μｍに形成されている。この第１層目のマイクロセル形成部材２２の上に形成された第２層目および第３層目のマイクロセル形成部材２３，２４は、壁部の厚みが２〜３μｍに形成されている。上記各壁部の高さは、強度を考慮して、壁部の厚さと略同じに形成するのが好ましい。従って、壁部の高さ、すなわち、マイクロセルの底から天井までの高さを、第１層目を２μｍとすると共に、第２層目および第３層目を３μｍとしている。
基板上のマイクロ可動部を、低コストかつコンパクトに封止するためには、封止構造の厚みが薄いことが好ましいが、上記マイクロ可動部を真空封止したときの封止構造の内外の圧力差による撓みや、この撓みによって発生する応力に耐えるものでなくてはならない。ここで、基板上の１辺が２００μｍの正方形の領域を真空封止するために、図５に示すような膜を備える従来の封止構造を用いた場合と、本発明のマイクロセル形成部材を備える封止構造を用いた場合とについて、各封止構造に生じる撓みと応力とを測定する実験を行った。本発明のマイクロセル形成部材を用いた封止構造については、平面において１辺が約１００μｍの正方形のマイクロセルを４個有するマイクロセル形成部材を用いた場合と、平面において１辺が約６７μｍの正方形のマイクロセルを９個有するマイクロセル形成部材を用いた場合とについて、実験を行った。
この実験結果から、上記マイクロセルを４個有するマイクロセル形成部材を用いた封止構造によれば、従来の膜による封止構造と比べて、最大の撓み量を６％程度の値に低減でき、また、最大の応力を２２％程度の値に軽減できることが分かった。さらに、上記マイクロセルを９個有するマイクロセル形成部材を用いた封止構造によれば、従来の膜による封止構造と比べて、最大の撓み量を１％以下の値に低減でき、また、最大の応力を１０％以下の値に軽減できることが分かった。したがって、本発明のマイクロセル形成部材を用いて封止構造を形成し、このマイクロセル形成部材が定義するマイクロセルを、平面において、幅と長さが１００μｍ未満の範囲の寸法に形成することにより、封止構造の最大の撓み量を０．０１μｍ以下に抑えると共に、応力の集中を低減できて、数ミクロン程度の薄膜を用いて真空封止を行うことができる。
ここでは、マイクロセルの平面における幅は、壁の厚みの３〜５倍程度以下、具体的には、１０μｍ以下に形成するのが好ましい。このマイクロセルの幅を小さくするほど、封止構造の撓みを抑えて、応力を軽減することができる。一方、マイクロセルの平面における長さは、上記マイクロセルの幅を所定の範囲内に設定しておけば、数１００μｍであってもよい。このように、所定の寸法を有するマイクロセルを定義するマイクロセル形成部材を用いることにより、基板上のマイクロ可動部を真空封止する場合においても、撓みと応力の集中を低減し、長期に亘って圧力差に耐えうる封止構造を形成できる。
また、上記マイクロセル形成部材は、全てのマイクロセルを、充填部材などが充填されない中空のマイクロセルにする必要が無い。したがって、１つ以上マイクロセルを、そのマイクロセルが形成されたときに用いられた犠牲膜が充填されたままの状態にして、封止構造を形成することができる。したがって、上記犠牲膜を除去する手間を減らすことができる。
また、上記マイクロ可動部は、通常のＬＳＩプロセスで用いられるよりも厚い膜を使用するので、上記マイクロ可動部が形成された基板に、不均一な応力の発生や応力の集中が生じやすい。しかしながら、上記基板上のマイクロ可動部の周りに上記マイクロセル形成部材を配置することによって、比較的広い範囲にわたって基板に固定された封止構造を形成できる。したがって、上記基板に不均一な応力の発生や応力の局所集中が生じることを防止して、封止の信頼性および耐久性を高めることができる。また、上記マイクロセル形成部材は、従来よりも広い領域にわたって基板に固定されるので、上記基板にそりや段差を生じない。したがって、上記基板の平坦性を維持しながら、マイクロ可動部と封止構造を形成できる。なお、上記実施形態では、平面において長方形のマイクロセルを用いているが、マイクロセルの平面形状はこれに限るものでなく、正六角形のような多角形であっても良い。
さらに、好ましくは、中空のマイクロセル同士を隔てるマイクロセル形成部材の壁部および天井部には、必要に応じて連通孔１４，２７，２８を形成する。例えば、図１に示すように、壁部１０に形成された連通穴１４を介して、矢印１５で示すように、隣り合う中空のマイクロセル同士が連通される。また、図２に示すように、最上層のマイクロセル形成部材２４の壁部に形成された連通穴２８を介して、矢印２９で示すように、同じレベルに隣り合う中空のマイクロセル同士が連通される。
これにより、各マイクロセル内の犠牲膜をマイクロセル形成部材の外に排出する際、複数の経路を確保することができる。したがって、各マイクロセルの犠牲膜に対して最短の排出経路を得ることができ、また、犠牲膜を複数の経路に分散させて排出することができる。したがって、上記犠牲膜の除去効率を向上できる。
さらに、好ましくは、最上層のマイクロセル形成部材の天井部には、中空にすべきマイクロセルに連通する排出孔３０を複数個設ける。これにより、上記中空のマイクロセルを形成する際、マイクロセル内部の犠牲膜を、上方に迅速に排出することができる。また、上記最上層よりも下方のマイクロセル形成部材内のマイクロセルから犠牲膜を排出する際に、このマイクロセルの中央部分から、複数個の排出経路を形成できる。したがって、従来の封止構造のように封止膜の端部のみから犠牲膜を排出するよりも、効率良く犠牲膜を排出できる。通常、ＭＥＭＳに用いられるマイクロ可動部は、基板の平面において数１０から数１００μｍの寸法を有する。したがって、このマイクロ可動部を覆う封止構造内の犠牲膜を、従来技術のように封止構造の基板の水平方向の端から除去しようとすると、上記犠牲膜の除去経路の長さが大幅に長くなって、犠牲膜の除去効率が非常に悪い。一方、本実施形態の封止構造は、各マイクロセル形成部材の天井部に複数の連通口を設けることにより、図２の矢印３１で示すように、最下層のマイクロセル２５から上方に犠牲膜を除去できる。したがって、上記封止構造の厚み方向の寸法である１０μｍ程度と略同じ長さを有する比較的短い除去経路が得られるので、犠牲膜を迅速に排出できる。
さらに好ましくは、内部に充填部材が充填されたマイクロセルでは、上記充填部材は、上記マイクロセル形成部材の天井、壁および床の面で完全に覆われており、このマイクロセルの外に露出していない。例えば、本実施形態では、図２のマイクロセル２６には犠牲膜が充填されており、この犠牲膜は、上記マイクロセル２６を定義するマイクロセル形成部材２２で完全に覆われている。したがって、上記犠牲膜によって封止構造の強度を高めることができると共に、上記犠牲膜を除去するためのエッチャントによるマイクロセル形成部材２２の劣化を少なくできる。また、上記各マイクロセル形成部材２２，２３，２４の間に層間絶縁膜を形成した場合、この層間絶縁膜が上記エッチャントから受けるダメージを少なくできる。
さらに、本実施形態では、上記犠牲膜として、吸湿性が比較的高い酸化シリコン膜を使用している。しかしながら、上記酸化シリコン膜は、マイクロ可動部が配置される中空のマイクロセルに露出していないので、上記マイクロ可動部の封止後のガス放出を抑制できて、封止の信頼性を向上できる。また、上記封止構造内の全ての犠牲膜を除去する必要が無いので、犠牲膜の除去効率を向上できる。
さらに好ましくは、マイクロセル形成部材の壁部と天井部は、互いに電気的に接続されている。例えば、マイクロ可動部４１が配置されたマイクロセル４４の近傍を示す図３において、最下層のマイクロセル形成部材４３の壁部４３１と天井部４３２とを互いに電気的に接続し、第２層目のマイクロセル形成部材４８の壁部４８１と天井部４８２とを電気的に接続する。そして、上記最下層のマイクロセル形成部材４３の壁部４３１を電極４０に接続する。また、上記最下層のマイクロセル形成部材４３の天井部４３２と、第２層目のマイクロセル形成部材４８の壁部４８１とを電気的に接続する。これにより、上記マイクロ可動部４１が配置されるマイクロセル４４の内面の電位を、０Ｖに保つことができる。これにより、上記マイクロ可動部４１がフィルタである場合、このフィルタにはＡＣ信号が入力される場合が多いので、ノイズの低減を行うことができる。また、図１，２，３および４のいずれの封止構造において、各マイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９の所定の壁部および天井部を、他の部分と電気的に切り離して接続することにより、局所配線や貫通電極を形成することができる。
さらに好ましくは、上記マイクロセル形成部材の最上層は、下方のマイクロセル形成部材と電気的に絶縁されている。本実施形態では、上記マイクロセル形成部材の最上層２４，４９を窒化シリコン膜で構成することにより、この下の各マイクロセル形成部材２３，４８と電気的に絶縁している。これにより、封止構造を外部から電気的に遮断することができ、また、上記マイクロセル形成部材の最上層２４，４９に配線層を形成することができる。
さらに好ましくは、上記マイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９の壁部と天井部とが、一体に形成されている。上記壁部と天井部を一体で形成することにより、このマイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９の作製工程を簡略化でき、また、このマイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９を用いた封止構造によるマイクロ可動部４１の封止性能を高めることができる。
図３および図４の断面図に示されるマイクロ可動部は、Ｂｅａｍ型のマイクロフィルタ４１である。このマイクロフィルタ４１は、下方に形成された入力電極４２からの信号によって振動するように形成されている。上記マイクロフィルタ４１は、第１層目のマイクロセル形成部材と同一の工程により形成されている。したがって、上記基板２０は、上記マイクロフィルタ４１が形成された部分と、このマイクロフィルタ４１の周りのマイクロセル形成部材４３が形成された部分との間で、段差やそり等が生じることなく、平坦性が保持される。
また、上記マイクロフィルタ４１が配置されたマイクロセル４４は、第１層目のマイクロセル形成部材４３と、第２層目のマイクロセル形成部材４８とで定義されている。したがって、上記第２層目のマイクロセル形成部材４８についても、段差やそり等が生じることなく、平坦性を保持できる。
なお、本発明の封止構造は、Ｂｅａｍ型のマイクロフィルタ４１に限られず、くし型や音叉型等のような複雑な形状を有するフィルタについても適用が可能であり、本発明の封止構造により、マイクロ可動部の周辺のみに、このマイクロ可動部の形状に応じた必要最低限のマイクロセルを容易に形成できる。
さらに、好ましくは、内部にマイクロフィルタ４１が位置するマイクロセル４４の上方に、中空のマイクロセル４６を少なくとも一層配置する。すなわち、内部にマイクロフィルタ４１が位置するマイクロセルを定義する第２層目のマイクロセル形成部材４８の上に、中空のマイクロセルを定義する第３層目のマイクロセル形成部材４９を、少なくとも１層形成する。これにより、上記第２層目のマイクロセル形成部材４８の天井部に連通孔４７を設け、この天井部の連通孔４７から、マイクロフィルタ４１が位置するマイクロセル４４内の犠牲膜を、上方の中空のマイクロセル４６に迅速に排出し、この中空のマイクロセル４６から排出孔を介して封止構造の外部に上記犠牲膜を迅速に排出できる。そして、上記第３層目のマイクロセル形成部材４９の排出孔をキャップ膜４９１で塞ぐことにより、上記マイクロフィルタ４１を簡易かつ確実に封止することができる。ここにおいて、中空のマイクロセルを定義する第３層目のマイクロセル形成部材４９を設けないで、第２層目のマイクロセル形成部材４８の連通孔４７を犠牲膜の排出孔として用いると、この排出孔を塞ぐキャップ膜を堆積したときに、このキャップ膜の材料がマイクロフィルタ４１上に堆積してしまうという不都合が生じてしまう。
さらに、好ましくは、内部にマイクロフィルタ４１が位置するマイクロセル４４の周辺に、中空のマイクロセル４５を配置する。例えば、マイクロフィルタ４１が位置するマイクロセル４４を定義するマイクロセル形成部材４８の天井部に、このマイクロセル４４の中央部に位置する連通穴４７のみが形成可能であって、上記マイクロセル４４の端部に位置する連通孔を設けることができない場合、このマイクロセル４４の端部に、犠牲膜を除去するためのエッチング液が滞留したり、犠牲膜が除去されないで残留する場合がある。そこで、上記マイクロフィルタ４１が位置するマイクロセル４４の周囲に、中空のマイクロセル４５を配置することにより、この中空のマイクロセル４５を介して、上記マイクロフィルタ４１が位置するマイクロセル４４の端部から、エッチング液や犠牲膜を確実に除去することができる。
また、好ましくは、上記中空のマイクロセル４５，４６の周囲には、充填部材が充填されたマイクロセル５３，５４を配置する。これにより、上記中空のマイクロセル４５，４６を定義する第１層目のマイクロセル形成部材４３および最上層のマイクロセル形成部材４９の上記中空マイクロセル４５，４６の周囲の部分の強度を向上できる。したがって、上記マイクロセル形成部材４３，４９を用いた封止構造の信頼性や耐久性を向上できる。
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態のマイクロ可動装置を示す図である。このマイクロ可動装置は、基板の平面において１００μｍを超える寸法を有し、かつ、複雑な形状を有するマイクロ可動部としての音叉型共振器１０１を封止したものである。
図６は、基板側から第２層目のマイクロセル形成部材の壁部に相当する位置において、上記基板と平行な面で切断した様子を示す平断面図である。図７Ａは、図６のＡ−Ｂ線における縦断面図であり、図７Ｂは、図６のＡ−Ｃ線における縦断面図である。
このマイクロ可動装置の封止構造１００は、基板１３０上に形成された３層のマイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３を備える。この３層のマイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３により、中空のマイクロセル１１２と、充填部材が充填されたマイクロセル１１３とが定義されている。マイクロ可動部としての共振器１０１が位置する中空のマイクロセル１０５は、第１層目のマイクロセル形成部材１３１と、第２層目のマイクロセル形成部材１３２とで定義されている。上記共振器１０１は、１００μｍを超える寸法を有するので、上記マイクロセル１０５を定義する壁部が互いに隔たる距離が、非常に長い。しかしながら、本実施形態では、上記マイクロセル１１２，１１３を、上記共振器１０１の形状に応じて配置することにより、上記共振器１０１を配置するマイクロセル１０５の大きさを必要最小限にしている。また、上記共振器１０１の非可動部分であるアンカー部１０４は、上記第１〜第３マイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３が各々定義するマイクロセルの内、平面において同一の位置にマイクロセルに充填材を充填することによって形成している。また、上記共振器１０１の可動部分の動作を妨げなくて、上記可動部分の電位に実質的に影響を与えない位置に、柱１０６を設けている。
なお、上記柱１０６に近接する共振器の部分は、アンカー部１０４に接続された電極１０７で電位が定められるので、上記柱１０６を電極１０７と同電位にすることによって、上記共振器の部分への影響を低減することができる。
さらに、図７Ａに示すように、共振器１０１が位置するマイクロセル１０５の上に、中空のマイクロセル１３５を配置している。この中空のマイクロセル１３５により、封止構造の作製時には、上記共振器１０１が位置するマイクロセル１０５内の犠牲膜を、このマイクロセル１０５の上方に向かって迅速に除去することができる。また、上記中空のマイクロセル１３５を定義する最上層のマイクロセル形成部材１３３により、上記第２層目のマイクロセル形成部材１３２の天井部を補強すると共に、この天井部の応力を低減して応力の局所集中を防止することができる。したがって、上記マイクロセル１０５を定義する壁部の間隔が１００μｍを超えるにもかかわらず、最大の撓み量を０．０１μｍ以下にすることができる。
このように、本実施形態によれば、マイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３を用いることにより、音叉型共振器１０１が大型で複雑な形状を有するにもかかわらず、この共振器１０１の形状に応じた形状を有し、強度が比較的高くて、耐久性が良好な封止構造を形成することができる。
さらに、本実施形態では、温度変化などによる封止構造の膨張や収縮を緩和する手段を有する。この手段は、図７に示すように、最上層のマイクロセル形成部材１３３の天井部に形成された切り込み１２０である。図８Ａは、この切り込み１２０が形成された部分の近傍を拡大して示した模式断面図である。この切り込み１２０は、上記共振器１０１が位置するマイクロセル１０５と連通孔１２４で連通されているマイクロセル１２２が位置する部分以外の天井部に形成している。上記切り込み１２０を介して、上記共振器１０１が位置するマイクロセル１０５と連通されているマイクロセル１２２を定義する壁部１４１が、マイクロ可動装置の外部に面している。
例えば、最上層のマイクロセル形成部材１３３の一部分の温度が変化した場合、熱膨張や熱収縮によって発生した力がマイクロセル形成部材１３３の他の部分に伝達することが、上記切り込み１２０によって防止される。したがって、上記最上層のマイクロセル構造部材１３３を含む封止構造と、基板１３０との接続部分に応力が集中することを緩和でき、封止の耐久性および信頼性を向上できる。
図５の従来の封止構造では、基板５５０と封止膜５５２，５５４との熱膨張率の差によって生じる応力が、基板５５０と封止膜５５２，５５４との接続部分の近傍に集中して、この部分に大きな応力が生じて、封止構造の劣化や破壊の原因となっていた。このことは、基板５５０に衝撃が加わったときや、基板５５０にそりなどの変形が生じた場合も同様である。
しかしながら、本実施形態では、上記切り込み１２０によって、封止構造から基板１３０への力の伝達や、上記基板１３０から封止構造への力の伝達が遮断される。したがって、上記封止構造の端部への力の集中や、第１層目のマイクロセル形成部材１３１と基板１３０との接続部分への力の集中が、緩和される。その結果、応力集中による封止構造の劣化や破壊を防止できて、封止構造の耐久性を向上できる。
上記切り込み１２０は、図８Ｂに示すように形成してもよい。すなわち、最上層のマイクロセル形成部材１３３の壁部の下端から切り込み１２０の内側に向かって延在する延長部分１４０を設け、この延長部分１４０を第２層目のマイクロセル形成部材１３２の天井部の上面に固定する。これにより、上記最上層のマイクロセル形成部材１３３の壁部を、第２層目のマイクロセル形成部材１３２の天井部の上面に、強固かつ隙間無く固定できる。したがって、上記共振器１０１が位置するマイクロセル１０５に連通するマイクロセル１２２を、外部に対して確実に密閉できるので、封止構造の信頼性を向上できる。
なお、上記切り込み１２０は、同一のレベルである例えば最上層に、複数個のマイクロセル形成部材１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが分離されるように設けてもよい。すなわち、図７Ａに示されるように、最上層に、複数のマイクロセル形成部材１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成され、この複数のマイクロセル形成部材１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃは、上記切り込み１２０によって分離されている。これにより、上記複数のマイクロセル形成部材のうちの一方から他方に力が伝わることが、確実に防止される。
なお、上記切り込み１２０は、同一のマイクロセル形成部材の天井部に、部分的に設けてもよい。また、上記切り込み１２０は、最上層のみに限られず、第１層目または第２層目のマイクロセル形成部材１３１，１３２に形成してもよい。
図９は、最上層のマイクロセル形成部材１３３を、基板１３０の平面と平行な面によって、上記マイクロセル形成部材１３３の壁部の位置において切断した様子を示す斜視図である。図９に示すように、第２層目のマイクロセルと、最上層のマイクロセルとを連通する連通孔１５０が、第２層目のマイクロセル形成部材の天井部に多数設けられている。また、最上層の互いに隣接する中空のマイクロセルの間を連通する連通孔１５１が、最上層のマイクロセル形成部材の壁部に複数個設けられている。この複数個の連通孔１５１により、上記壁部は柱を並べたような形状をなしている。また、最上層の互いに隣接する充填部材が充填されたマイクロセルの間を連通する連通孔１５３が、最上層のマイクロセル形成部材の壁部に設けられている。この連通孔１５３は、複数個設けてもよい。上記連通孔１５０，１５１，１５３の形状は、図９に示すものに限られない。
上記多数の連通孔１５０，１５１によって、中空のマイクロセルを形成する際に、犠牲膜を外部に排出する効率を向上することができる。また、上記多数の連通孔１５０，１５１，１５３を設けることにより、熱膨張や熱収縮、あるいは、衝撃力や基板１３０のそりなどによって生じる応力を、分散し易くできる。また、隣接する中空のマイクロセルの間を連通するように、マイクロセル形成部材の天井部に切り込み１５２を設けることによって、応力集中を防止することができる。また、隣接する充填部材が充填されたマイクロセルの間を連通するように、マイクロセル形成部材の天井部に図示しない切り込みを設けることによって、応力集中を防止することができる。このようにして、上記マイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３を用いて形成した封止構造の耐久性を向上することができる。
さらに、本実施形態では、上記共振器１０１が位置するマイクロセル１０５や、このマイクロセル１０５に隣接するマイクロセルを中空に形成しているが、これらのマイクロセル以外のマイクロセルについても、中空に形成している。例えばは、図６に示すように、上記共振器１０１が位置するマイクロセル１０５には連通していない複数の中空のマイクロセル１１５を、封止構造１００の平面における隅部の近傍に設けている。上記複数の中空のマイクロセル１１５は、連通孔で互いに連通している。このように、マイクロ可動部が配置されるマイクロセル１０５と連通しない中空のマイクロセル１１５を設けることによって、封止構造１００内に応力が不均一に生じることを防止し、応力を封止構造１００の全体に均一に分散させて、封止構造１００の信頼性と耐久性を高めることができる。
また、本実施形態では、封止構造１００に、マイクロセルを形成する際に用いた犠牲膜としての酸化シリコンを排出しないで、充填部材として充填したマイクロセル１１３を有する。このマイクロセル１１３は、充填部材が充填されているので、マイクロセル形成部材のみによるよりも封止構造１００の強度を増大することができる。また、上記酸化シリコンの熱膨張係数は０．５ｐｐｍ／℃程度であり、マイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３を形成するシリコンや窒化シリコンの熱膨張係数（２．５ｐｐｍ／℃程度）よりも小さい。したがって、上記酸化シリコンが充填されたマイクロセル１１３と、このマイクロセル１１３を定義するマイクロセル形成部材とを合わせた部分は、中空のマイクロセルを定義するマイクロセル形成部材のみの部分よりも、温度変化が生じた際に発生する応力が小さくなる。このように、上記充填部材としての酸化シリコンが充填されたマイクロセルを設けることにより、強度の増大と、熱膨張および熱収縮による応力の減少とを図ることができる。したがって、上記酸化シリコンが充填されたマイクロセルを、封止構造１００内に分散して配置することによって、熱膨張や熱収縮による応力が封止構造１００の所定位置に集中することを、効果的に防止できる。また、図６に示すように、共振器１０１が位置するマイクロセル１０５の周囲や、このマイクロセル１０５に連通する中空のマイクロセル１０９の周囲に、上記充填部材が充填されたマイクロセルを配置することによって、上記マイクロセル１０５の封止機能の信頼性と耐久性を高めることができる。
上記実施形態において、封止構造１００を３層のマイクロセル形成部材１３１，１３２，１３３を用いて形成したが、封止構造を形成するマイクロセル形成部材の数は３層に限られず、１層以上の何層でもよい。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態のマイクロ可動装置は、第１および第２実施形態のマイクロ可動装置において、マイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３の材料として、シリコンや窒化シリコンに換えて、窒化タングステンを用いる。窒化タングステンは反応性スパッタ法で形成することができ、例えば、スパッタ圧力２．３Ｐａ、ＲＦ（高周波発振）パワー３００Ｗ、Ａｒ（アルゴン）ガス流量３３．６ｓｃｃｍ、Ｎ２（窒素）ガス流量８．４ｓｃｃｍ、基板温度２５℃の条件で、マイクロセル形成部材として好適な窒化タングステンを形成できる。つまり、プロセス温度が比較的高いＬＰＣＶＤ法を用いて形成するシリコンや窒化シリコンをマイクロセル形成部材の材料として用いるよりも、大幅に低温の条件でマイクロセル形成部材を形成できる。したがって、本実施形態によれば、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）プロセスによりＬＳＩが作製されたシリコン基板や、Ｃｕ（銅）配線や低誘電率の有機絶縁膜などが形成されたガラス基板や樹脂基板等のように、耐熱性の低い要素が形成された基板上にも、マイクロセル形成部材を用いた封止構造を形成することができる。
さらに、第１および第２実施形態のマイクロ可動装置において、マイクロ可動部４１，１０１を、マイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３の材料と同様に窒化タングステンを用いるのが好ましい。これにより、上記マイクロ可動部４１，１０１の作製と、マイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３を用いた封止構造の作製とを、比較的低いプロセス温度の下、共通の工程で行うことができる。したがって、ＣＭＯＳプロセスによりＬＳＩが作製されたシリコン基板や、Ｃｕ配線や低誘電率の有機絶縁膜などが形成されたガラス基板や樹脂基板等のような耐熱性の低い要素が形成された基板上に、マイクロ可動部と封止構造とを、少ない手間で形成することができる。
ここで、例えば、上記マイクロセル形成部材やマイクロ可動部を、タングステンのような単体の金属材料を用いて形成した場合、以下のような不都合がある。すなわち、材料の成長方向に配向する結晶構造の影響や、膜厚の増加に伴う粒成長の制御の困難化により、タングステンの堆積中に内部応力が蓄積したり、タングステンの堆積中あるいは堆積後に膜はがれ等の破壊が起きたりする。また、タングステンを堆積して形成した部材に応力等の負荷が作用した際、クラッキングなどの欠陥が発生して、変形や破壊が起きたりする。したがって、上記タングステンのような単体の金属材料を用いて形成したマイクロセル形成部材やマイクロ可動部は、信頼性および耐久性を確保することが困難である。
上記マイクロセル形成部材やマイクロ可動部をシリコンで形成した場合、シリコンの堆積後に１０００℃前後の高温で１時間程度アニールすれば内部残留応力を緩和することができる。しかしながら、上記タングステン等の単体金属でマイクロセル形成部材やマイクロ可動部を形成した場合、高温処理による再結晶化で内部応力を緩和しようとすると、凝集やファセッティング等のような形状の変化の問題が生じる場合が多い。
ここにおいて、上記マイクロセル形成部材２２，２３，２４，４３，４８，４９，１３１，１３２，１３３や、上記マイクロ可動部４１，１０１の材料に、窒化タングステンを用いることにより、上記内部応力の蓄積や欠陥の発生の問題を解決することができる。すなわち、反応性スパッタによる窒化タングステンの形成時に、室温程度の低温の下、Ｎ２分圧やスパッタ圧力等の条件を変更することによって、窒化タングステンの組成や性質を容易に変えることができる。例えば、スパッタ圧力を１．５Ｐａから３Ｐａ程度までの範囲内で変えることにより、形成される窒化タングステン膜中の残留応力の種類を、引張応力から圧縮応力に変化させることができる。したがって、窒化タングステンの形成過程において、内部応力や組成を連続的または断続的に変化させて成長することが可能であり、これにより、堆積中の内部応力や堆積後の残留応力を殆ど無くすことができる。
また、厚み方向に組成や粒状態が異なる窒化タングステン膜を形成することが可能であるため、例えば、互いに逆向きの応力を生じる組成を隣り合わせて形成すること等により、内部応力による破壊を回避することができる。また、窒化タングステン膜の厚み方向に組成を異ならせることにより、膜の形成後に外部から応力等が加えられて欠陥が一部に発生しても、この欠陥が膜の全体を貫き難くすることができる。したがって、クラッキングなどによる変形や破壊に対する耐性を高めることができる。このような窒化タングステン膜は、例えば、以下のように条件を変えて形成する。まず、スパッタ圧力２．０Ｐａ、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａｒガス流量３３．６ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量８．４ｓｃｃｍ、基板温度２５℃の条件の下、窒化タングステンを０．５μｍの厚みに堆積する。引き続いて、スパッタ圧力を２．４Ｐａに変えて１．２μｍ堆積し、最後に、スパッタ圧力を２．０Ｐａに戻して０．３μｍ堆積する。
また、窒化タングステン層の厚み方向の中央にタングステン層を有する膜を用いて、最下層のマイクロセル形成部材２２，４３，１３１や、マイクロ可動部４１，１０１を形成するのが好ましい。このような膜は、以下のようにして形成する。まず、スパッタ圧力２．３Ｐａ、ＲＦパワー３００Ｗ、Ａｒガス流量３３．６ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量８．４ｓｃｃｍ、基板温度２５℃の条件の下、窒化タングステンを１．２μｍ堆積する。続いて、Ｎ２ガス流量を０ｓｃｃｍにすると共にＡｒガス流量を４２ｓｃｃｍに変えて、窒素を殆ど含有しないタングステン膜を０．５μｍ堆積する。最後に、Ａｒガス流量を３３．６ｓｃｃｍに戻すと共に、Ｎ２ガス流量を８．４ｓｃｃｍに戻し、スパッタ圧力を２．０Ｐａにして、窒化タングステン膜を０．３μｍ堆積する。こうして形成した膜は、残留応力を小さくすると共に、実効的な電気抵抗を低くすることができる。したがって、この膜を用いることにより、マイクロセル形成部材およびマイクロ可動部の電位の制御性を向上できる。また、上記マイクロセル形成部材の一部を、配線や貫通電極として用いることができるので、配線スペースの削減ができ、また、マイクロ可動装置の作製工程の簡略化および低コスト化を実現できる。
本実施形態において、タングステンを窒素と反応させたが、窒素に限られず、タングステンを炭素や酸素と反応させることによっても同様の効果を得ることができる。また、タングステンのみに限定されず、タンタルやモリブデン、チタン、ニッケルおよびアルミニウム等の他の金属を用いても、同様の効果が得られる。特に、高ヤング率が得られるタングステン、タンタル、モリブデンおよびチタン等の高融点金属が好ましい。例えば、窒化タングステンについて、押し込み式の薄膜試験装置によってヤング率を計測したところ、窒素の含有率を０％から６０％程度まで変化させて堆積することにより、ヤング率を３６０ＧＰａから２５０ＧＰａ程度まで変化させることができる。このように、高融点金属の窒化物は、ポリシリコンやＳｉＧｅよりも高いヤング率が得られる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更および追加が可能であることは、言うまでもない。
【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９】
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【国際調査報告】
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