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JP4608993B2 - Micro electromechanical element, method for manufacturing the same, and electronic apparatus - Google Patents
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Micro electromechanical element, method for manufacturing the same, and electronic apparatus Download PDF

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Description

本発明は、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。 The present invention is infinitesimal electromechanical device and a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus including a micro-electromechanical device.

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。   Microstructures, and microelectromechanical elements using electrostatic drive, so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements, have been developed. 20A and 20B are typical examples of general micro electromechanical elements. The microelectromechanical element 1 supports a substrate side electrode (hereinafter referred to as a lower electrode) 3 formed on a substrate 2, a beam 5 arranged in parallel to face the lower electrode 3, and one end of the beam 5. And a support portion 6. The beam 5 and the lower electrode 3 are electrically insulated by a space 4 therebetween. The beam 5 is formed in a cantilever structure in which one end thereof is supported by the substrate 2 via a support portion 6 integral therewith.

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。   As the substrate 2, for example, a substrate in which an insulating film is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs), or an insulating substrate such as a quartz substrate or a glass substrate is used. The lower electrode 3 is formed of a polycrystalline silicon film doped with impurities, a metal film (polycrystalline W, Cr), or the like. The beam 3 is a driving side electrode (hereinafter referred to as an upper electrode) 8 made of an insulating film (not shown) such as a silicon nitride film (SiN film) and an Al film having a thickness of about 100 nm formed on the upper surface thereof. It consists of.

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。   In this micro electromechanical element 1, the beam 5 is displaced by an electrostatic force generated between the lower electrode 3 and the lower electrode 3 according to the potential applied to the lower electrode 3 and the upper electrode 8, and for example, as shown in FIG. Are displaced in a parallel state (solid line) and an inclined state (broken line).

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。
FIGS. 21A and 21B are other typical examples of general microelectromechanical elements. The microelectromechanical element 11 includes a lower electrode 3 formed on the substrate 2 and a beam 12 arranged so as to straddle the lower electrode 3 in a bridge shape. The beam 12 and the lower electrode 3 are electrically insulated by a space 14 therebetween. The beam 12 is formed in a double-supported beam structure in which both ends thereof are supported by the substrate 2 via support portions 13 [13A, 13B] integral therewith. The beam 12 is formed of a two-layer film of an insulating film (not shown) and the upper electrode 15 as described above.
In this microelectromechanical element 11, it is displaced by an electrostatic force generated between the beam 12 and the lower electrode 3 according to the potential applied to the lower electrode 3 and the upper electrode 15, for example, as shown by the solid line and the broken line in FIG. 21B. The beam 12 is displaced in a parallel state and a recessed state with respect to the lower electrode 3.

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。   On the other hand, the micro electro mechanical element as described above is easily affected by the external environment such as temperature, atmospheric pressure, and micro particles. For this reason, it is often desirable to spatially seal the beam that is the movable structure portion. There are also many microstructures that require a sealed structure or a divided structure, such as a fluid flow path.

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。   At present, several methods for obtaining a sealed structure in a microelectromechanical element have been proposed. FIG. 18 illustrates one method. This method is a method of directly covering the microelectromechanical element by bonding or the like. That is, as shown in FIG. 18, a micro electromechanical element 25 is formed by forming a beam 24 having a lower electrode 23 and an upper electrode on a substrate 22 by using a semiconductor process first. Here, the sacrificial layer is removed to form the hollow structure of the beam 24. After the process of removing the sacrificial layer is completed, a cup-shaped lid 26 made of glass or the like is disposed on the substrate 22 so as to cover the entire microelectromechanical element 25, and the lid 26 and the substrate 22 are joined. A sealed structure is obtained. As the bonding, in addition to the direct bonding between the Si substrate 22 and the lid 26 of another material, for example, adhesion by reflow of the metal layer 27 is performed.

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。   Further, as a method for obtaining a sealed structure using a semiconductor process, a method shown in FIG. 19 is conceivable. First, as shown in FIG. 19A, the lower electrode 23 on the substrate 22 is formed, the beam 24 is formed through the sacrificial layer 28, and the sacrificial layer 29 covering the entire microelectromechanical element 25 is formed. Next, a sealing layer 31 is deposited so as to cover the sacrificial layer 29, and a sacrificial layer hole 30 is formed in a part of the upper surface of the sealing layer 31. The sacrificial layers 29 and 28 are removed by selective etching through the hole 30. By removing the sacrificial layers 29 and 28, a space 32 is formed below the sealing layer 31. Next, as shown in FIG. 19B, the hole 30 is sealed with a sealing material 33 by some method (shown by a chain line). In this way, a sealed structure in which the microelectromechanical element 25 is sealed is obtained. Several techniques have been proposed as a method for sealing the punched holes 30. For example, a method using an organic polymer resin having poor leakage is disclosed in Patent Document 1 (manufacturing method of a fine structure).

特開2002−365153号公報。JP 2002-365153 A.

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。   By the way, in the sealing method in which the lid body 26 and the substrate 22 in FIG. 18 described above are directly sealed as a method for sealing the microelectromechanical element, the combinations of materials that can be bonded are limited, and the difference in stress after the bonding, etc. There are concerns such as deformation and destruction by In addition, it is not always an appropriate method for sealing a finer space.

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、この方法の課題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。 As a method of sealing a finer space, the sealing method of FIG. 19 is suitable. However, the problem with this method is sealing the hole 30 after the sacrificial layer is removed. For example, when sealing is performed using a sputtering method, a CVD (chemical vapor deposition) method, or the like, in a normal method, as shown in FIG. 19B, the sealing material 33 passes through the hole 30 and is deposited in the internal space. The Therefore, if the punched hole 30 is large, sealing becomes extremely difficult. Even when the hole 30 is small, the degree of sealing is often a problem. Furthermore, this method is difficult to apply when a beam 24, a circuit, or the like is present below the punch hole 30.

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。   Further, when the volume of the internal space 32 to be sealed is large, there is a concern that the sacrificial layers 29 and 28 cannot be sufficiently removed if the sacrifice hole 30 is small. In order to solve this, it is conceivable to form a large number of small holes 30, but when there are a large number of holes 30, all of them must be sealed, resulting in yield problems. .

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。   In view of the above, a novel technique that can easily form a sealed space using a semiconductor process in a microstructure, an electrostatically driven microelectromechanical element, or the like is desired.

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。 In view of the above points, intended to provide an electronic apparatus including infinitesimal electromechanical device and a manufacturing method thereof which is adapted to sealing structure can be easily formed, and a microelectromechanical device with semiconductor process is there.

本発明に係る微小電気機械素子は、基板上に形成され、下部電極と該下部電極に対して空間を挟んで対向するビームとからなる静電駆動型の微小電気機械素子本体と、基板上に形成され、微小電気機械素子本体を囲い、且つ該微小電気機械素子本体よりも高い外囲壁部と、基板上における外囲壁部の外側で支持され、製造過程で形成された犠牲層を除去した後に、膜自身の引張り応力により下側に下がり外囲壁部の上面に密着して外囲壁部で囲まれた空間を気密封止する上部膜とを有し、上部膜と外囲壁部で形成された密閉空間内に微小電気機械素子本体が密閉された構成とする。 A microelectromechanical device according to the present invention is formed on a substrate, and includes an electrostatically driven microelectromechanical device body formed of a lower electrode and a beam facing the lower electrode with a space in between, and a substrate. After removing the sacrificial layer that is formed and surrounds the microelectromechanical element body and is supported on the outer side of the outer wall part on the substrate and higher than the microelectromechanical element body, and formed in the manufacturing process An upper film that falls downward due to the tensile stress of the film itself, tightly contacts the upper surface of the outer wall part and hermetically seals the space surrounded by the outer wall part, and is formed by the upper film and the outer wall part The micro electromechanical element body is sealed in a sealed space.

本発明では、上部膜を、1軸方向に引張り応力を有する膜で形成し、1軸方向の両端部で基板に支持することができる。
本発明では、上部膜を、2軸方向に引張り応力を有する膜で形成し、2軸方向の4つの端部で基板に支持することができる。
In the present invention, the upper film can be formed of a film having a tensile stress in the uniaxial direction and can be supported on the substrate at both ends in the uniaxial direction .
In the present invention, the upper film can be formed of a film having a tensile stress in the biaxial direction, and can be supported on the substrate at four end portions in the biaxial direction .

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、上部膜を、室温雰囲気で引張り応力を有する膜で形成することができる。
本発明では、1軸方向と直交する方向に、上部膜の上面から外囲壁部の全幅の側面までの領域を覆って形成された被覆膜を有した構成とすることができる。
In the present invention, a reflow material layer can be interposed between the upper film and the upper surface of the outer wall portion.
In the present invention, the upper film can be formed of a film having a tensile stress in a room temperature atmosphere.
In this invention, it can be set as the structure which has the coating film formed covering the area | region from the upper surface of an upper film to the side surface of the full width of an outer wall part in the direction orthogonal to a uniaxial direction.

本発明に係る微小電気機械素子の製造方法は、基板上に、後に静電駆動型の微小電気機械素子本体となる下部電極と該下部電極に対して犠牲層を挟んで対向するビームとを形成し、前記微小電気機械素子本体を囲い、かつ該微小電気機械素子本体よりも高い外囲壁部を形成する工程と、外囲壁部内外を含んで外囲壁部を覆うように犠牲層を形成する工程を有する。さらに、外囲壁部を覆う犠牲層の上面を含み外囲壁部の外側の基板表面に至り、該基板表面に支持された引張り応力を有する上部膜を形成する工程と、それぞれの犠牲層を除去し、上部膜の引張り応力により上部膜を下側に下げて外囲壁部の上面に密着させて外囲壁部で囲まれた空間を気密封止する工程とを有し、上部膜と外囲壁部で形成された密閉空間内に前記微小電気機械素子本体を密閉する。 The method for manufacturing a microelectromechanical element according to the present invention forms a lower electrode, which will later become an electrostatically driven microelectromechanical element body, and a beam facing the lower electrode with a sacrificial layer interposed therebetween on a substrate. A step of enclosing the microelectromechanical element body and forming an outer wall part higher than the microelectromechanical element body, and a step of forming a sacrificial layer so as to cover the outer wall part including the inside and outside of the outer wall part Have Furthermore, a process of forming an upper film having a tensile stress supported on the substrate surface including the upper surface of the sacrificial layer covering the outer wall part and including the upper surface of the outer wall part, and removing each sacrificial layer A step of lowering the upper film downward due to the tensile stress of the upper film and closely contacting the upper surface of the outer wall part to hermetically seal the space surrounded by the outer wall part. The micro electromechanical element body is sealed in the formed sealed space.

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、上部膜を1軸方向の両端部で基板表面に支持することができる。
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、上部膜を2軸方向の4つの端部で基板表面に支持することができる。
In the present invention, using a membrane having one axial tensile stress in the upper layer, can it to support the substrate surface upper layer at both ends of the one axial direction.
In the present invention, using a membrane having two axial tensile stress in the upper layer, can it to support the substrate surface upper layer at four ends of the two axial directions.

本発明では、外囲壁部を覆う犠牲層を、エッチング特性の異なる第1の犠牲層及び第2の犠牲層で形成し、第1の犠牲層を、下部電極及びビームとの間の犠牲層と同じエッチング特性を有して外囲壁部内に形成し、第2の犠牲層を外囲壁部外に形成し、第1の犠牲層と下部電極及びビームとの間の犠牲層をエッチング除去した後、第2の犠牲層をエッチング除去して、上部膜の引張り応力により上部膜を下側に下げて外囲壁部の上面に密着させることができる。 In the present invention, the sacrificial layer covering the outer wall portion is formed by the first sacrificial layer and the second sacrificial layer having different etching characteristics, and the first sacrificial layer is formed between the lower electrode and the beam. After forming the second sacrificial layer outside the outer wall with the same etching characteristics, and etching away the sacrificial layer between the first sacrificial layer and the lower electrode and the beam, The second sacrificial layer can be removed by etching, and the upper film can be lowered by the tensile stress of the upper film to be in close contact with the upper surface of the outer wall portion.

本発明では、上部膜を室温雰囲気で引張り応力を有する膜で形成し、犠牲層を室温より高い温度雰囲気で犠牲層を除去し、該犠牲層を除去した状態では上部膜は下側に下がらず、犠牲層を除去した後、室温雰囲気下で上部膜に引張り応力を発生させて、上部膜を下側に下げて外囲壁部の上面に密着させることができる。 In the present invention, the upper film is formed of a film having a tensile stress in a room temperature atmosphere, the sacrificial layer is removed in a temperature atmosphere higher than room temperature, and the upper film is not lowered downward in a state where the sacrificial layer is removed. After removing the sacrificial layer , a tensile stress can be generated in the upper film in a room temperature atmosphere, and the upper film can be lowered to adhere to the upper surface of the outer wall portion.

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上部膜における上層の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、引張り応力を有する膜のみの上部膜を下側に下げて外囲壁部の上面に密着させることができる。 In the present invention, the upper film is formed of a two-layer film of a film having a compressive stress and a film having a tensile stress, and after removing the sacrificial layer, the film having the upper compressive stress in the upper film is removed to have a tensile stress. The stress of the upper film only of the film can be released, and the upper film of only the film having the tensile stress can be lowered to be in close contact with the upper surface of the outer wall portion.

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、上部膜を下側に下げて外囲壁部の上面のリフロー材料層に接触させた後、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、上部膜を外囲壁部の上面に密着させる工程の後、1軸方向と直交する方向に、上部膜の上面から外囲壁部の全幅の側面までの領域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。
In the present invention, before forming the sacrificial layer, the step of forming the reflow material layer on the upper surface of the outer wall and the sacrificial layer are removed, and the upper film is lowered to contact the reflow material layer on the upper surface of the outer wall. Then, a step of reflowing the reflow material layer can be provided.
In the present invention, after the step of bringing the upper film into close contact with the upper surface of the outer wall portion, a coating film covering the region from the upper surface of the upper film to the full width side surface of the outer wall portion is formed in a direction perpendicular to the uniaxial direction. It is possible to have a process of performing.

本発明に係る電子機器は、上述のいずれか微小電気機械素子を、備えて成る。
本発明の電子機器では、送信信号及び/又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備え、フィルタとして、上述のいずれかの微小電気機械素子によるフィルタを用いて、通信装置として構成することができる。
Electronic device according to the present invention, any of the micro-electromechanical device described above, Ru formed comprises.
The electronic apparatus according to the present invention includes a filter that limits the band of a transmission signal and / or a reception signal, and can be configured as a communication device using any of the above-described micro electromechanical elements as a filter.

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。 According to the micro-electromechanical device according to the present invention, by utilizing its own pull-clad stress of the upper film, the upper layer is in close contact with the upper surface of the outer periphery wall section surrounding the automatically lowered by micro-electromechanical device body . The microelectromechanical element body is sealed by the close contact of the upper film with the upper surface of the outer wall portion. That is, a micro electro mechanical element having a sealed micro electro mechanical element body can be easily realized by using a semiconductor process.

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囲う外囲壁部の内外を含んで外囲壁部を覆うように犠牲層を形成し、犠牲層の上面を含み外囲壁部の外側の基板表面に至る引張り応力を有す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引張り応力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。 According to the method for manufacturing a microelectromechanical element according to the present invention, the sacrificial layer is formed so as to cover the outer wall including the inner and outer sides of the outer wall surrounding the microelectromechanical element body , and includes the upper surface of the sacrificial layer. After forming the upper film having a tensile stress that reaches the substrate surface outside the surrounding wall , by removing the sacrificial layer, the upper film is automatically lowered by its own tensile stress to remove the sacrificial layer. Adhere to the top surface of The microelectromechanical element main body is hermetically sealed by the close contact of the upper film with the upper surface of the outer wall portion, and a micro structure having a sealed structure can be manufactured. In the present invention, such a microstructure can be easily manufactured using a semiconductor process.

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。
Furthermore, according to the micro-electromechanical device and a manufacturing method thereof of the present invention, by using a membrane having one axial tensile stress in the upper part film, after removing the sacrificial layer, the upper layer is tensile in one axial direction It is automatically lowered and closely contacts the upper surface of the outer wall.
By using a film having a tensile stress in the biaxial direction as the upper film, after removing the sacrificial layer, the upper film is pulled in the biaxial direction and automatically falls and closely contacts the upper surface of the outer wall portion. In this case, since the upper film is pulled and lowered in the biaxial direction, the sealing degree can be increased.

犠牲層としてエッチング特性を異にする第1及び第2の犠牲層を形成し、2つ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。
上部膜を室温雰囲気で引張り応力を有する膜で形成し、高温雰囲気で犠牲層を除去したときには上部膜が下がらず、その後の室温雰囲気下で上部膜に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。
By forming the first and second sacrificial layers having different etching characteristics as the sacrificial layer and removing the two sacrificial layers in stages, the remaining sacrificial layer inside the sealed structure is avoided, resulting from the sacrificial layer remaining. It is possible to reduce the malfunction of the microelectromechanical element main body and improve the yield.
When the upper film is formed of a film having a tensile stress in a room temperature atmosphere and the sacrificial layer is removed in a high temperature atmosphere, the upper film is not lowered, and a tensile stress is generated in the upper film in the subsequent room temperature atmosphere to remove the upper film. By lowering and adhering to the upper surface of the surrounding wall portion, the sacrificial layer in the sealed structure can be surely removed, the malfunction of the microelectromechanical element main body due to the remaining sacrificial layer can be reduced, and the yield can be improved. it can.

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層膜で形成することにより、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膜のみの上部膜の応力が解放され、自動的に上部膜は下げられて外囲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。 By forming the upper film with a two-layer film of a film having compressive stress and a film having tensile stress, even if the sacrificial layer is removed, the two-layer film does not drop because the stress is balanced. Thereafter, by removing the film having a compressive stress, the stress of Mino upper layer of a film having a tensile stress is released, automatically upper layer is lowered to contact the upper surface of the outer periphery wall section. Also in this case, the sacrificial layer in the sealed structure can be surely removed, the malfunction of the microelectromechanical element body due to the remaining sacrificial layer can be reduced, and the yield can be improved.

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1軸方向と直交する方向に、上部膜の上面から外囲壁部の全幅の側面までの領域を覆う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。
Before the sacrificial layer is formed, a reflow material layer is formed on the upper surface of the outer wall portion, and after the upper film is brought into contact with the outer wall portion, the upper film is brought into close contact with the upper surface of the outer wall portion by reflow treatment. The degree of sealing can be further improved.
After the sacrificial layer is removed and the upper film is brought into close contact with the upper surface of the outer wall portion, a coating film that covers the region from the upper surface of the upper film to the side surface of the entire width of the outer wall portion in a direction perpendicular to the uniaxial direction. By forming, the degree of sealing can be further improved.

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。例えば、信頼性を向上させた通信装置を提供することができる。 According to the electronic apparatus of the present invention, by providing a microelectromechanical device good sealing level infinitesimal electromechanical device body is closed above, it is possible to improve the reliability of this type of electronic equipment. For example, a communication device with improved reliability can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明は、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。 The present invention provides a dense closed is required microelectromechanical device (so-called MEMS device), using a membrane having a high tensile stress, is to automatically form a sealed structure.

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。   FIG. 1 shows an embodiment of a microelectromechanical element (so-called MEMS element) according to the present invention. The microelectromechanical element 41 according to the present embodiment has a microelectromechanical element body 46 composed of a lower electrode 43 and a beam 45 opposed to the lower electrode 43 across a space 44 on a substrate 42, An outer wall portion 48 is formed so as to surround the microelectromechanical element body 46, and an upper film 49 lowered due to film characteristics, that is, tensile stress, is in close contact with the upper surface of the outer wall portion 48. The outer wall 48 and the upper film 49 are hermetically sealed. The upper film 49 is formed so that the central region covers the region surrounded by the outer wall portion 48, and is fixed to the substrate 42 as support portions 49A and 49B whose both ends are fixed points. The micro electro mechanical element main body 46 is disposed in a sealed space formed by the outer wall portion 48 and the upper film 49.

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。   The outer wall 48 and the upper film 49 are made of a material that can be used in a semiconductor process. As described above, the substrate 42 may be a substrate in which an insulating film is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs), or an insulating substrate such as a quartz substrate or a glass substrate. The lower electrode 43 is formed of a polycrystalline silicon film doped with impurities, a metal film (polycrystalline W, Cr), or the like. The beam 45 includes a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxide film (SiO2 film), other insulating films (not shown), and an upper electrode (not shown) formed on the upper surface thereof.

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。   According to the microelectromechanical element 41 according to the present embodiment, the microelectromechanical element body is configured to automatically descend and closely contact the upper surface of the outer wall portion by the tensile stress of the upper film itself. It is enclosed in the enclosed space by the outer wall and the upper membrane. As a result, the micro electromechanical element main body can be easily sealed using a semiconductor process, and the above-described concern about the conventional sealed structure can be solved.

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。   Next, each embodiment of the microelectromechanical element according to the present invention will be described together with its manufacturing method.

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。
2 to 3 show the microelectromechanical element according to the first embodiment. In the present embodiment, an upper film having a strong tensile stress is formed on a sacrificial layer, and the sacrificial layer is removed to automatically obtain a microelectromechanical element having a sealed structure.
First, as shown in FIG. 2A, the lower electrode 43 is formed in the formation region of the microelectromechanical element main body on the substrate 42, and the required height H1, ie, surrounding the formation region outside the formation region, that is, A surrounding wall portion 48 higher than the height position of the beam to be formed later is formed. Further, the first sacrificial layer 51 is selectively formed so as to cover the lower electrode 43, and a beam 45 extending from the upper surface of the sacrificial layer 51 to the surface of the substrate 42 is formed. The beam 45 is formed by an insulating film and an upper electrode thereon. The sacrificial layer 51 is selectively formed in the outer wall portion 48 and outside the outer wall portion 48 at the same time, and the sacrificial layer 51 having a pair of openings 53A and 53B is formed outside the outer wall portion 48 with the outer wall portion 48 interposed therebetween. Is done. The thickness H2 of the first sacrificial layer 51 is set to a thickness lower than the height H1 of the outer wall portion 48.

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。   Next, as shown in FIG. 2B, the second sacrificial layer 54 is formed so as to be higher than the upper surface of the outer wall portion 48. That is, the height H 3 from the upper surface of the second sacrificial layer 54 to the surface of the substrate 42 is higher than the height H 1 of the outer wall portion 48. The second sacrificial layer 54 is patterned by selective etching. The second sacrificial layer 54 is formed in a region including the outer wall portion 48, the outer wall portion 48, and a part of the outer wall portion 48. Here, the etching depth of the second sacrificial layer 54 may be a depth that is lower than the height H1 of the outer wall portion 48 outside the outer wall portion 48, and is particularly accurate with respect to the etching depth. There is no need to etch. The first and second sacrificial layers 51 and 54 are made of the same material or a material that can be removed by the same process. The upper surface of the second sacrificial layer 54 is formed on a flat surface by a process such as CMP (Chemical Mechanical Polishing).

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。   Next, as shown in FIG. 2C, an upper film 49 having a strong tensile stress is deposited on the first and second sacrificial layers 51 and 54 and including the openings 53A and 53B. Patterning is performed with a width covering 48. Portions corresponding to the openings 53A and 53B of the upper film 49 become support portions 49A and 49B fixed to the substrate 42. As the upper film 49 having a strong tensile stress, for example, a silicon nitride film (SiN film) formed by a low pressure CVD method can be used.

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、XeF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。 Next, as shown in FIG. 3D, the first and second sacrificial layers 51 and 54 are removed. For example, when the sacrificial layers 51 and 54 are formed of a polysilicon film, they are removed by etching using an XeF 2 etching gas. As a result, a micro electromechanical element main body 46 is formed by the lower electrode 43 and the beam 45 opposed across the space 44. When the sacrificial layers 51 and 54 are completely removed, the upper film 49 having a strong tensile stress is also released at the same time. At this time, the upper film 49 is pulled in both directions by the stress F1.

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。   As shown in FIG. 3E, due to the tensile stress F1 of the upper film 49 itself, the upper film 49 shifts downward (falls) and automatically adheres to the upper surface of the outer wall portion 48. A sealed space 55 is formed by the portion 48 and the upper film 49. That is, the target micro electro mechanical element 411 in which the micro electro mechanical element body 46 is sealed in the sealed space 55 is obtained.

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。   4A and 4B show the result of analyzing the shape before and after the upper film 49 is released by simulation. Before removing the sacrificial layer shown in FIG. 4A (before releasing), the shape of the upper film 49 is a shape along the sacrificial layer. For example, the height d1 of each step is 500 nm and the height d2 is 300 nm. Then, as shown in FIG. 4B, after removing the sacrificial layer (after release), tensile stress acts on the entire upper film 49, and the upper film 49 is lowered by itself, for example, the upper surface has a height d3 = 300 nm. I understand that

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。   According to the first embodiment, after the sacrificial layers 51 and 54 are removed, the upper film 49 is covered with the outer wall 48 surrounding the microelectromechanical element main body 46 by its own tensile stress F1, and is hollow. It is possible to realize a micro electro mechanical element having a sealed structure including the micro electro mechanical element body 46 having a structure inside. A micro-electromechanical element that requires high-sealing packaging or a desirable micro-electromechanical element can be easily realized using a semiconductor process.

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。   FIG. 5 schematically shows the configuration of the outer wall portion 48 and the upper film 49 when a film having a tensile stress F1 in the uniaxial direction is used as the upper film 49 of the first embodiment.

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。
FIG. 6 shows a microelectromechanical element according to the second embodiment. In the present embodiment, a micro electromechanical element in which the upper film having a strong tensile stress is subjected to stress in two axial directions to increase the hermeticity is obtained.
The microelectromechanical element 412 according to the second embodiment has the same basic structure as the structure of the first embodiment. In particular, as shown in the schematic diagram of FIG. 48 has a central region 49E that covers the region surrounded by 48 and support portions 49A, 49B, and 49C, 49D that are fixed points in the biaxial direction, so that the tensile stresses F2, F3 act in the biaxial direction. It is formed in a simple film structure. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and thus redundant description is omitted.

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。   According to the second embodiment, by having the upper film 49 having tensile stress in the biaxial direction, the adhesion between the outer wall portion 48 and the upper film 49 is further improved, and the internal sealing degree is further improved. be able to. And the micro electro mechanical element 412 of this Embodiment can raise a sealing degree more about the sealing structure which contains the micro electro mechanical element 46 of a hollow structure inside. However, since the footprint (so-called occupied area) of this structure increases, it is desirable to use it together with the first embodiment in accordance with the application and requirements.

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。   7 and 8 show a microelectromechanical element according to a third embodiment. In the present embodiment, a microelectromechanical element having a sealed structure that does not cause an internal sacrificial layer residue is obtained by a plurality of stages of sacrificial layer removal processes. The basic structure according to the third embodiment is the same as the structure of the first embodiment or the second embodiment.

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。
First, as shown in FIG. 7A, after the lower electrode 43, the surrounding wall 48, the first sacrificial layer 51, and the microelectromechanical element 45 are formed on the substrate 42 in the same manner as described above, a plurality of etching characteristics are different. Forming a sacrificial layer. In this example, two sacrificial layers, a third sacrificial layer 57 that can be removed in the same process as the first sacrificial layer 51 removing process, and a fourth sacrificial layer 58 that is not removed in the removing process of the third sacrificial layer 57 are provided. It is formed so as to be higher than the upper surface of the outer wall portion 48. The third sacrificial layer 57 is formed from inside the outer wall portion 48 to a part of the outer side of the outer wall portion 48, and the fourth sacrificial layer 58 is formed outside the third sacrificial layer 57, patterned, and patterned. The second sacrificial layer 54 of the first embodiment is formed in substantially the same shape. A pair of openings 53 </ b> A and 53 </ b> B are formed in the sacrificial layer positioned outside the outer wall portion 48 so that the substrate 42 faces the outer wall portion 48. The third and fourth sacrificial layers 57 and 58 are formed under the same conditions as the second sacrificial layer 54 of the first embodiment described above.
In this example, the fourth sacrificial layer 58 is formed outside the outer wall portion 48, and in the third sacrificial layer 47 is formed on all remaining portions. The first sacrificial layer 51 and the third sacrificial layer 57 are formed of the same material or a material that can be removed by the same etching.
Next, an upper film 49 having a high tensile stress is deposited on the third and fourth sacrificial layers 57 and 58 including the openings 53A and 53B, and the upper film 49 is patterned in a pattern in which the outer wall portion 48 is covered. To do.

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。   Next, as shown in FIG. 7B, the first and third sacrificial layers 51 and 57 are removed in the same removal step. In this removal step, the fourth sacrificial layer 58 remains without being removed. Due to the presence of the fourth sacrificial layer 58, sealing by the upper film 48 is not performed, and the first and third sacrificial layers 51 and 57 are surely removed. By removing the sacrificial layers 51 and 57, the microelectromechanical element body 46 is formed by the beam 45 facing the lower electrode 43 and the space 44 therebetween.

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。   Next, as shown in FIG. 8C, the fourth sacrificial layer 58 is removed using a required etching gas. When the fourth sacrificial layer 58 is removed, the upper film 49 having a strong tensile stress is also released simultaneously. For example, when the upper film 49 has a uniaxial stress, the upper film 49 is pulled in both directions by the stress F1.

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。   Then, as shown in FIG. 8D, the upper film 49 is shifted downward (lowered) by the tensile stress F1 of the upper film 49 itself, and automatically adheres to the upper surface of the outer wall portion 48, and the outer wall A sealed space 55 is formed by the portion 48 and the upper film 49. That is, the target micro electro mechanical element 413 in which the micro electro mechanical element body 46 is sealed in the sealed space 55 is obtained.

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。
According to the third embodiment, after the sacrificial layers 51, 57, and 58 are removed, the upper film 49 is covered with the surrounding wall 48 that surrounds the microelectromechanical element body 46 by its own tensile stress F1. Thus, the micro electro mechanical element 413 having a sealed structure including the micro electro mechanical element body 46 having a hollow structure inside can be realized. A micro-electromechanical element that requires high-sealing packaging or a desirable micro-electromechanical element can be easily realized using a semiconductor process.
Further, the third and fourth sacrificial layers 57 and 58 having different etching characteristics are formed as the sacrificial layers, and the first and second sacrificial layers 57 and 58 are removed stepwise. Compared with the embodiment, the sacrificial layer in the sealed structure can be removed more reliably. Therefore, it is possible to reduce the malfunction of the microelectromechanical element body 46 due to the etching residue of the sacrificial layer, and to improve the yield.

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。   9 and 10 show a microelectromechanical element according to a fourth embodiment. In this embodiment, when the sacrificial layer is removed, the upper film is not lowered, and thereafter the film characteristics of the upper film are changed to obtain a microelectromechanical element having a sealed structure. The basic structure of this embodiment is the same as the structure of the first embodiment or the second embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 9A, the lower electrode 43, the outer wall portion 48, the first sacrificial layer 51, the openings 53A and 53B, and the beam 45 are formed on the substrate 42, for example, as in FIG. 2A described above. A second sacrificial layer 54 is formed. Next, the upper film 61 that does not have a tensile stress in the film formation state and generates a tensile stress by changing the thermal environment (that is, the temperature atmosphere) is formed in the second sacrificial layer 54, the first sacrificial layer 51, and the opening. 53A and 53B are deposited, and the upper film 61 is patterned in such a pattern that the outer wall portion 48 is covered. As the upper film 61, for example, a silicon nitride film (SiN) having no stress in film formation at a high temperature (for example, 700 ° C.) and having a tensile stress at a low temperature (for example, 300 to 400 ° C.) or room temperature after film formation. Film) or the like. In this example, a material having no tensile stress at a high temperature and having a tensile stress at room temperature is used as the upper film 61.

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。   Next, as shown in FIG. 9B, the first and second sacrificial layers 51 and 54 are etched away under a high temperature atmosphere. At this time, since the upper film 61 does not have a tensile stress, even if the sacrificial layers 51 and 54 are completely removed, the upper film 49 is not lowered by the stress. By removing the sacrificial layers 51 and 57, the microelectromechanical element body 46 is formed by the beam 45 opposed to the lower electrode 43 with the space 44 interposed therebetween.

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。   Next, as shown in FIG. 10C, the thermal environment is changed after sacrificial removal. That is, the atmosphere is returned to room temperature. By returning to room temperature, a tensile stress, for example, a uniaxial tensile stress F1 is generated in the upper film 61.

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。   Then, as shown in FIG. 10D, due to the tensile stress F1 generated in the upper film 61, the upper film 61 is shifted downward (lowered), and is automatically brought into close contact with the upper surface of the outer wall part 48, and the outer wall part. A sealed space 55 is formed by 48 and the upper film 61. That is, the target micro electro mechanical element 414 in which the micro electro mechanical element body 46 is sealed in the sealed space 55 is obtained.

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。
According to the fourth embodiment, after the sacrificial layers 51 and 54 are removed, the upper film is formed on the outer wall 48 surrounding the microelectromechanical element body 46 by the tensile stress F1 generated in the upper film 49 by changing the thermal environment. Thus, the micro electro mechanical element 414 having a sealed structure including the micro electro mechanical element body 46 having a hollow structure inside can be realized. A micro-electromechanical element that requires high-sealing packaging or a desirable micro-electromechanical element can be easily realized using a semiconductor process.
Further, as the upper film, by using the upper film 61 having no tensile stress when the sacrificial layers 51 and 54 are removed and having a tensile stress in a room temperature atmosphere after the sacrificial layer is removed, the first and second embodiments are used. The sacrificial layer in the sealed structure can be reliably removed as compared with the form. Therefore, it is possible to reduce the malfunction of the microelectromechanical element body 46 due to the etching residue of the sacrificial layer, and to improve the yield.

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。   FIG. 11 shows a microelectromechanical element according to the fifth embodiment. In this embodiment, a microelectromechanical element having a sealed structure is formed by forming a film having a tensile stress and a film having a compressive stress as an upper film, and finally removing the film having a compressive stress. It is what I did. The basic structure according to the fifth embodiment is the same as the structure of the first embodiment or the second embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 11A, for example, the lower electrode 43, the outer wall portion 48, the first sacrificial layer 51, the openings 53A and 53B, and the beam 45 are formed on the substrate 42 as in FIG. 2A described above. A second sacrificial layer 54 is formed. Next, a two-layer film 64 obtained by laminating a film 62 having a strong tensile stress and a film 63 having a strong compressive stress thereon is formed in the second sacrificial layer 54, the first sacrificial layer 51, and the openings 53A and 53B. The two-layer film 64 is patterned in such a pattern that the outer wall portion 48 is covered. The film 62 having a tensile stress becomes an upper film finally used for sealing. As the film 62 having tensile stress, for example, a silicon nitride film (SiN film) can be used. As the film 63 having compressive stress, for example, a titanium nitride film (TiN film) can be used. In this case, both the films 62 and 63 have a tensile stress and a compressive stress that are strong enough to cancel each other's stress.

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。   Next, as shown in FIG. 11, the first and second sacrificial layers 51 and 54 are removed by etching. At this time, in the film 62 having a tensile stress, the stress in the tensile direction is offset by the stress of the film 63 having a compressive stress, and thus the two-layer film 64 does not fall. By removing the sacrificial layers 51 and 54, the microelectromechanical element main body 46 is formed in the outer wall portion 48 by the lower electrode 43 and the beam 45 facing each other with the space 44 interposed therebetween.

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。   Next, as shown in FIG. 11C, only the film 63 having compressive stress formed on the upper side of the two-layer film 64 is removed. After this step, the film having the tensile stress, that is, the upper film 62 is released (lowered) when the stress is released, and automatically adheres to the upper surface of the outer wall part 48, and the outer wall part 48 and the upper film A sealed space 55 is formed at 62. That is, the target micro electro mechanical element 415 in which the micro electro mechanical element body 46 is sealed in the sealed space 55 is obtained.

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。
According to the fifth embodiment, after removing the sacrificial layers 51 and 54, the film 63 having compressive stress in the upper layer is removed, and the stress of the film 62 having tensile stress serving as the upper film is released, thereby The upper membrane 61 is covered with an outer wall 48 that surrounds the microelectromechanical element main body 46, and a microelectromechanical element 414 having a sealed structure including the microelectromechanical element main body 46 having a hollow structure inside can be realized. . A micro-electromechanical element that requires high-sealing packaging or a desirable micro-electromechanical element can be easily realized using a semiconductor process.
Furthermore, the sacrificial layer in the sealed structure can be reliably removed as compared with the first and second embodiments. Therefore, it is possible to reduce the malfunction of the microelectromechanical element body 46 due to the etching residue of the sacrificial layer, and to improve the yield.

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。   FIG. 12 shows a microelectromechanical element according to the sixth embodiment. In the present embodiment, a reflowable material layer is finally formed at a position where it is in close contact with the upper film and is reflowed to obtain a microelectromechanical element having a sealed structure with a high sealing degree. The basic structure according to the sixth embodiment is the same as the structure of the first and second embodiments.

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。   First, as shown in FIG. 12A, for example, the lower electrode 43, the outer wall portion 48, the first sacrificial layer 51, the openings 53A and 53B, and the beam 45 are formed on the substrate 42 as in FIG. 2A described above. A second sacrificial layer 54 and an upper film 49 are formed. In this example, in particular, a reflow material layer 66 that can be reflowed is formed on the upper surface of the outer wall portion 48. As the reflow material layer 66, for example, a metal film made of chromium (Cr), gold (Au), or the like can be used. The reflow material layer 66 can be formed, for example, in a step before the second sacrificial layer 45 is formed.

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。   Next, as shown in FIG. 12B, the sacrificial layers 51 and 54 are removed by etching. By removing the sacrificial layer, the stress of the upper film 48 is released, and the upper film 49 is automatically shifted downward (lowered) by the tensile stress F1 of the upper film 48 itself, and is formed on the upper surface of the outer wall 48. Contact on the reflow material layer 66.

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。   Next, as shown in FIG. 12, a reflow process is performed to reflow the reflow material layer 66 on the outer wall portion 48. By this reflow process, the adhesion between the outer wall portion 48 and the upper film 49 is improved. In this way, the desired micro electro mechanical element 416 in which the micro electro mechanical element body 46 is sealed in the sealed space 55 formed by the outer wall portion 48 and the upper film 49 is obtained.

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。
According to the sixth embodiment, as in the above-described embodiment, after the sacrificial layers 51 and 54 are removed, the stress of the upper film 49 is released, so that the outer wall that surrounds the microelectromechanical element main body 46. The upper membrane 61 is covered with the portion 48, and the micro electro mechanical element 416 having a sealed structure including the micro electro mechanical element body 46 having a hollow structure inside can be realized. A micro-electromechanical element that requires high-sealing packaging or a desirable micro-electromechanical element can be easily realized using a semiconductor process.
Furthermore, in the present embodiment, the reflow material layer 66 is formed between the upper film 49 and the outer wall portion 48, thereby improving the confidentiality in the sealed structure as compared with the first and second embodiments. Can do. Therefore, defects due to insufficient sealing performance can be reduced and yield can be improved.

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。   FIG. 13 shows a microelectromechanical element according to the seventh embodiment. In the present embodiment, after the stress of the upper film is released, another film is newly formed to obtain a microelectromechanical element having a highly sealed structure. The basic structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 13A, the steps up to the step of removing the sacrificial layers 51 and 54 shown in FIG. 3D are performed. The stress of the upper film 49 is released, the upper film 49 is lowered by its own tensile stress, and the upper film 49 is in close contact with the upper surface of the outer wall portion 48.

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、SiO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。 Next, as shown in FIGS. 13B and 13C, a required coating film 67 is formed so as to extend from the upper surface of the upper film 49 to the side surface of the upper film 49 and further from the step 68 to the side surface of the outer wall portion 48. The covering film 67 is desirably a film sufficiently formed in the step 68, and can be formed of, for example, a SiN film, a SiO 2 film, or the like by a CVD method. By this coating film 67, the close contact portion is completely sealed. In this way, the desired micro electro mechanical element 417 in which the micro electro mechanical element body 46 is sealed in the sealed space 55 formed by the outer wall portion 48 and the upper film 49 is obtained.

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。
According to the seventh embodiment, as in the above-described embodiment, the outer wall surrounding the microelectromechanical element body 46 is released by releasing the stress of the upper film 49 after removing the sacrificial layers 51 and 54. The upper membrane 61 is covered with the portion 48, and the microelectromechanical element 417 having a sealed structure including the hollow microelectromechanical element body 46 therein can be realized. A micro-electromechanical element that requires high-sealing packaging or a desirable micro-electromechanical element can be easily realized using a semiconductor process.
Furthermore, in this embodiment, by forming the coating film 67 from the upper surface of the upper film 49 to the side surface of the outer wall portion 48, the confidentiality in the sealed structure is improved as compared with the first and second embodiments. Can be improved. Therefore, defects due to insufficient sealing performance can be reduced and yield can be improved.

図14は、参考例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。本参考例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。
本参考例においては、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。
FIG. 14 shows a microstructure according to a reference example . The present embodiment is a microstructure having a plurality of sealed spaces. The basic structure of the sealed structure of this reference example is the same as the structure of the first and second embodiments.
In this reference example , as shown in FIG. 14A, a plurality of side wall portions 73 and an outermost wall portion 79 that partition a minute space are formed on a substrate 72. A first sacrificial layer 51 having a height H2 lower than the height H1 of the side wall portion 73 is formed on the substrate 72, and a second sacrificial layer 75 having a height H3 from the surface of the substrate 72 higher than the side wall portion 73 is formed. Is formed so as to cover the plurality of side wall portions 73 and the outermost wall portion 79. For example, a pair of openings 76A and 76B facing the surface of the substrate 72 are formed outside the first sacrificial layer 74. Next, an upper film 77 having a strong tensile stress is formed so as to reach the openings 76A and 76B from the upper surface of the second sacrificial layer 75.

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。   Next, as shown in FIG. 14B, the first and second sacrificial layers 74 and 75 are removed by etching. By removing the sacrificial layers 74 and 75, the stress of the upper film 77 is released, and the upper film 77 is lowered by its own tensile stress, and is in close contact with the upper surfaces of the adjacent side wall 73 and outermost wall 79. Each micro space 78 is sealed. That is, a plurality of independent sealed spaces 78 are formed. In this manner, the space between the side wall portion 73 and the outermost wall portion 79 is sealed with the upper film 77, and the microstructure 71 having a plurality of sealed spaces 78 that are divided independently is obtained.

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。
The outermost wall 79 may be formed in a structure surrounding the same periphery as the outer wall 48 shown in FIG. 5 or may be formed in a structure extending in one direction.
When the outermost wall 79 is structured to surround the periphery, each minute space 78 whose upper portion is sealed with the upper film 77 becomes a completely sealed space. In this case, the micro structure 71 is configured as a micro electro mechanical element by incorporating the above-described micro electro mechanical element body 46 in each micro space 78 as indicated by a chain line.
When the outermost wall portion 79 has a structure extending to one side, a sealed space is opened in one direction. In this case, for example, it can be configured as a microstructure having a sealed space that does not have a movable structure inside, such as a flow path.

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。   In this micro structure 71, when the micro space 78 is used as a space having no movable structure in the micro space 78, the sacrificial layer is divided into first and second sacrificial layers 74 and 75 as shown in FIG. There is no need to form it, and a single sacrificial layer may be used. That is, a minute structure having a sealed structure is formed by the steps of forming the side wall portion 73 and the outermost wall portion 79, then forming the sacrificial layer, then planarizing the upper surface of the sacrificial layer, then forming the upper film 7, and then removing the sacrificial layer. A structure can be manufactured.

本参考例によれば、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。 According to this reference example , a plurality of sealed spaces 78 can be formed simultaneously. In addition, since the close contact portion between the upper film 77, the side wall portion 73, and the outermost wall portion 79 is increased, it is desirable to use the sixth embodiment shown in FIG.

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。   In FIG. 14, a microstructure having a plurality of sealed spaces 78 is configured. However, the microstructure can also be configured as a microstructure having one sealed space 78.

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20参照)を適用したが、ビームを両持ち梁式構造としたもの(図21参照)を適用することできる。 In each of the embodiments, the microelectromechanical element main body 46 is a beam having a cantilever structure (see FIG. 20 ), but a beam having a both-cantilever structure (see FIG. 21 ). Can be applied.

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。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the upper film having a strong tensile stress is formed on the upper surface of the sacrificial layer, and the sealed space is automatically formed by the own tensile stress after the sacrificial layer is removed . it is possible to realize a fine small electromechanical device. This requires a high degree of sealing packaging or in infinitesimal electromechanical device not desirable, which can be easily manufactured by using a semiconductor process.
The problem of the degree of sealing, which has been a concern with the conventional sealing structure, can also be solved by using the third to seventh embodiments.
When it is necessary to form a large number of sealed spaces at the same time, this can be easily realized by using the eighth embodiment.

本発明の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。 Infinitesimal electromechanical device of the present invention, for example a high frequency filter, an intermediate frequency filter, filters and the like frequency filter according to acoustic resonance, the ink jet printer head and comprising a printer, a gyro sensor, an infrared sensor, a pressure sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor It can be applied to various sensors such as. Also, the microelectromechanical element beam can be used as a light reflecting film, and can be applied to an optical microelectromechanical element such as an optical switch utilizing the light reflection direction or a GLV (registered trademark) element utilizing diffracted light. Is possible. At this time, the upper film is formed of a light transmissive film.

本発明は、上述した各デバイスに適用される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。 The present invention can be configured to various electronic devices having a fine small electromechanical device that is applied to each above-described device.

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。   The ink jet printer head uses a micro electromechanical element as an actuator (driving source), an ink chamber having a nozzle is disposed thereon, and has an ink flow path leading to the ink chamber and an ink supply unit. In such an ink jet printer head, the present invention can be applied to at least the formation of the ink flow path.

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。
FIGS. 15 and 16 are embodiments applied to filters such as a high frequency filter and an intermediate frequency filter, respectively. Each figure is a schematic diagram.
In the filter 81 shown in FIG. 15, an input electrode 83 and an output electrode 84 constituted by lower electrodes are formed on a substrate 82, and a beam (vibration electrode) having a required resonance frequency with a space 85 interposed between the input / output electrodes 83 and 84. ) 86 is formed to constitute the filter body 87. Further, an outer wall 88 having the same configuration as described above and an upper film 89 in close contact with the upper surface of the outer wall 88 are formed on the substrate 82 so as to seal the filter main body 87.

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。   In the filter 81, a signal is input to the input electrode 83, and a DC bias voltage is applied to the beam 89. When a signal having a target frequency is input to the input electrode 83, the beam 89 resonates with an electrostatic force generated between the beam 89 and the input electrode 83, and a signal having a target frequency is output from the output electrode 84. When a signal of another frequency is input, the beam 89 does not resonate and no signal is output from the output electrode 84.

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。   In the filter 91 shown in FIG. 16, an output electrode 92 serving as a lower electrode and a wiring layer 93 are formed on a substrate 82, and a beam 95 serving as a vibrating electrode having a required resonance frequency is formed between the output electrode 92 with a space 94 interposed therebetween. A filter body 96 is configured. Further, an outer wall 88 having the same configuration as described above and an upper film 89 in close contact with the upper surface of the outer wall 88 are formed on the substrate 82 so as to seal the filter body 96.

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。   The filter 91 is an electrostatic force generated between the beam 95 and the output electrode 92 when a signal having a target frequency is input to the beam 95 with a DC bias voltage applied between the beam 95 and the ground. Resonance occurs, and a signal having a target frequency is output from the output electrode 92. When a signal of another frequency is input, the beam 95 does not resonate and no signal is output from the output electrode 92.

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。   The present invention provides a communication device provided with the filter 81 or 91 of the above-described embodiment, such as a mobile phone, a wireless LAN, a wireless transceiver, a TV tuner, a radio tuner, or the like that communicates using electromagnetic waves. I can do this.

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。
Next, a configuration example of a communication apparatus to which the above-described filter according to the embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
First, the configuration of the transmission system will be described. I-channel transmission data and Q-channel transmission data are supplied to digital / analog converters (DACs) 201I and 201Q, respectively, and converted into analog signals. The converted signal of each channel is supplied to band pass filters 202I and 202Q to remove signal components other than the band of the transmission signal, and the outputs of the band pass filters 202I and 202Q are supplied to the modulator 210. Supply.

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。   The modulator 210 supplies the frequency signals corresponding to the transmission frequency supplied from the PLL (phase-locked loop) circuit 203 for transmission to the mixers 212I and 212Q via the buffer amplifiers 211I and 211Q for each channel. The signals are mixed and modulated, and both mixed signals are added by an adder 214 to form a single transmission signal. In this case, the signal phase of the frequency signal supplied to the mixer 212I is shifted by 90 ° by the phase shifter 213 so that the I channel signal and the Q channel signal are orthogonally modulated.

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。   The output of the adder 214 is supplied to the power amplifier 204 via the buffer amplifier 215 and amplified so as to have a predetermined transmission power. The signal amplified by the power amplifier 204 is supplied to the antenna 207 via the transmission / reception switch 205 and the high frequency filter 206, and is wirelessly transmitted from the antenna 207. The high frequency filter 206 is a band pass filter that removes signal components other than the frequency band transmitted and received by the communication apparatus.

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。   As a configuration of the reception system, a signal received by the antenna 207 is supplied to the high frequency unit 220 via the high frequency filter 206 and the transmission / reception switch 205. In the high frequency unit 220, the received signal is amplified by a low noise amplifier (LNA) 221 and then supplied to the band pass filter 222 to remove signal components other than the received frequency band, and the removed signal is buffer amplifier 223. To the mixer 224. Then, the frequency signals supplied from the channel selection PLL circuit 251 are mixed, a signal of a predetermined transmission channel is used as an intermediate frequency signal, and the intermediate frequency signal is supplied to the intermediate frequency circuit 230 via the buffer amplifier 225.

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。   The intermediate frequency circuit 230 supplies the supplied intermediate frequency signal to the band-pass filter 232 via the buffer amplifier 225, removes signal components other than the band of the intermediate frequency signal, and automatically removes the removed signal. The signal is supplied to an adjustment circuit (AGC circuit) 233 to obtain a signal with a substantially constant gain. The intermediate frequency signal whose gain has been adjusted by the automatic gain adjustment circuit 233 is supplied to the demodulator 240 via the buffer amplifier 234.

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。   The demodulator 240 supplies the supplied intermediate frequency signal to the mixers 242I and 242Q via the buffer amplifier 241, mixes the frequency signal supplied from the intermediate frequency PLL circuit 252 and receives the received I channel signal. The component and the Q channel signal component are demodulated. In this case, the I-signal mixer 242I is supplied with a frequency signal whose signal phase is shifted by 90 ° by the phase shifter 243, and the quadrature-modulated I-channel signal component and Q-channel signal component. Is demodulated.

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。   The demodulated I channel and Q channel signals are supplied to band pass filters 253I and 253Q via buffer amplifiers 244I and 244Q, respectively, to remove and remove signal components other than I channel and Q channel signals. The obtained signals are supplied to analog / digital converters (ADC) 254I and 254Q, sampled and converted into digital data, and I-channel received data and Q-channel received data are obtained.

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。   In the configuration described so far, it is possible to limit the band by applying the filter of the configuration of this example as a part or all of each band-pass filter 202I, 202Q, 206, 222, 232, 253I, 253Q. is there. In the example of FIG. 17, each filter is configured as a band-pass filter. However, a low-pass filter that passes only a frequency band lower than a predetermined frequency, or a frequency band that is higher than a predetermined frequency is used. It is also possible to configure as a high-pass filter that passes, and apply the filter of the configuration of this example to these filters. In the example of FIG. 17, the communication device performs wireless transmission and reception. However, the communication device may be applied to a filter included in the communication device that performs transmission and reception via a wired transmission path, and only transmission processing is performed. The filter having the configuration of the above-described embodiment may be applied to a filter included in a communication device that performs or a communication device that performs only reception processing.

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。It is a block diagram which shows embodiment of the micro electro mechanical element which concerns on this invention. 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。FIGS. 1A to 1C are manufacturing process diagrams (part 1) for a micro electro mechanical device according to a first embodiment; FIGS. 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。FIGS. D to E are manufacturing process diagrams (part 2) of the micro electro mechanical device according to the first embodiment. FIGS. A,B 本発明の説明に供する上部膜の斜視図である。A and B are perspective views of an upper film for explaining the present invention. 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。It is a schematic diagram of the micro electromechanical element which concerns on 1st Embodiment. 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。It is a schematic diagram of the micro electro mechanical element which concerns on 2nd Embodiment. 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。FIGS. 9A to 9B are manufacturing process diagrams (part 1) for a micro electro mechanical device according to a third embodiment. FIGS. 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。C to D are manufacturing process diagrams (part 2) of the microelectromechanical device according to the third embodiment. 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。FIGS. 9A to 9B are manufacturing process diagrams (part 1) for a micro electro mechanical device according to a fourth embodiment. FIGS. 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。C to D are manufacturing process diagrams (part 2) of the microelectromechanical device according to the fourth embodiment. 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。AC is a manufacturing process diagram of the microelectromechanical element according to the fifth embodiment. 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。AC is a manufacturing process diagram of the microelectromechanical element according to the sixth embodiment. 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。FIGS. 9A to 9B are manufacturing process diagrams of a micro electro mechanical device according to a seventh embodiment. FIGS. C is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 13B. A〜B 参考例に係る微小構造体の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the microstructure which concerns on AB reference example . 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。It is a lineblock diagram showing one embodiment of a filter concerning the present invention. 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。It is a block diagram which shows other embodiment of the filter which concerns on this invention. 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。It is a circuit diagram which shows embodiment of the communication apparatus which concerns on this invention. 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。It is a block diagram which shows an example of the conventional microelectromechanical element of the sealing structure. 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。It is a manufacturing process figure which shows the other example of the micro electromechanical element of the conventional sealed structure AB. 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。A is a perspective view showing a typical example of an electrostatic drive type micro-electromechanical element. B is a cross-sectional view thereof. 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。A is a perspective view showing another typical example of an electrostatic drive type micro electromechanical element. FIG. B is a cross-sectional view thereof.

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   41 [411 to 417]... Micro electromechanical element, 42... Substrate, 43.. Lower electrode, 44 .. space, 45. 49 .. Upper membrane, 49 [49A to 49D] ... Upper membrane support, 49E ... Central region of upper membrane, 51, 54, 57, 58 ... Sacrificial layer, 55 ... Sealed space, ... Reflow material layer, 71 .. Micro structure, 72 .. Substrate, 73 .. Side wall portion, 74, 75 .. Sacrificial layer, 77 .. Upper film, 78 .. Micro space, 79 .. Outermost wall portion

Claims (16)

基板上に形成され、下部電極と該下部電極に対して空間を挟んで対向するビームとからなる静電駆動型の微小電気機械素子本体と、
前記基板上に形成され、前記微小電気機械素子本体を囲い、且つ該微小電気機械素子本体よりも高い外囲壁部と、
前記基板上における前記外囲壁部の外側で支持され、製造過程で形成された犠牲層を除去した後に、膜自身の引張り応力により下側に下がり前記外囲壁部の上面に密着して前記外囲壁部で囲まれた空間を気密封止する上部膜とを有し、
前記上部膜と前記外囲壁部で形成された密閉空間内に前記微小電気機械素子本体が密閉されている
微小電気機械素子。
An electrostatically driven micro-electromechanical element body formed on a substrate and comprising a lower electrode and a beam opposed to the lower electrode across a space;
An outer wall formed on the substrate, surrounding the microelectromechanical element body, and higher than the microelectromechanical element body;
The sacrificial layer supported on the outside of the surrounding wall portion on the substrate and removed from the sacrificial layer formed in the manufacturing process is then lowered by the tensile stress of the film itself and is in close contact with the upper surface of the surrounding wall portion. An upper film that hermetically seals the space surrounded by the part,
A microelectromechanical element in which the microelectromechanical element body is sealed in a sealed space formed by the upper film and the outer wall portion .
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、前記1軸方向の両端部で前記基板に支持されている
請求項1記載の微小電気機械素子。
The microelectromechanical element according to claim 1, wherein the upper film is formed of a film having a tensile stress in a uniaxial direction, and is supported by the substrate at both ends in the uniaxial direction .
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、前記2軸方向の4つ端部で前記基板に支持されている
請求項1記載の微小電気機械素子。
The microelectromechanical element according to claim 1, wherein the upper film is formed of a film having a tensile stress in the biaxial direction, and is supported on the substrate at four ends in the biaxial direction .
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いる
請求項2又は3記載の微小電気機械素子。
The microelectromechanical element according to claim 2 , wherein a reflow material layer is interposed between the upper film and the upper surface of the outer wall portion.
前記上部膜が室温雰囲気で引張り応力を有する膜で形成される
請求項2又は3記載の微小電気機械素子。
4. The microelectromechanical element according to claim 2, wherein the upper film is formed of a film having a tensile stress in a room temperature atmosphere .
前記1軸方向と直交する方向に、前記上部膜の上面から前記外囲壁部の全幅の側面までの領域を覆って形成された被覆膜を有する
請求項記載の微小電気機械素子。
The microelectromechanical element according to claim 2, further comprising a coating film formed in a direction orthogonal to the one axial direction so as to cover a region from the upper surface of the upper film to the side surface of the full width of the outer wall portion .
基板上に、後に静電駆動型の微小電気機械素子本体となる下部電極と該下部電極に対して犠牲層を挟んで対向するビームとを形成し、前記微小電気機械素子本体を囲い、かつ該微小電気機械素子本体よりも高い外囲壁部を形成する工程と、
外囲壁部内外を含んで前記外囲壁部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
前記外囲壁部を覆う犠牲層の上面を含み前記外囲壁部の外側の基板表面に至り、該基板表面に支持された引張り応力を有する上部膜を形成する工程と、
前記それぞれの犠牲層を除去し、前記上部膜の引張り応力により上部膜を下側に下げて前記外囲壁部の上面に密着させて前記外囲壁部で囲まれた空間を気密封止する工程とを有し、
前記上部膜と前記外囲壁部で形成された密閉空間内に前記微小電気機械素子本体を密閉する
微小電気機械素子の製造方法。
On the substrate, a lower electrode that will later become an electrostatically driven micro-electromechanical element body and a beam facing the lower electrode with a sacrificial layer interposed therebetween are formed, surrounding the micro-electromechanical element body, and Forming a surrounding wall portion higher than the microelectromechanical element body;
Forming a sacrificial layer so as to cover the outer wall part including the inside and outside of the outer wall part ;
Forming an upper film having a tensile stress supported on the surface of the substrate including the upper surface of the sacrificial layer covering the outer wall and reaching the outer surface of the outer wall ;
Removing each of the sacrificial layers , lowering the upper film downward by the tensile stress of the upper film, and bringing the upper film into close contact with the upper surface of the outer wall part to hermetically seal the space surrounded by the outer wall part ; Have
A method of manufacturing a microelectromechanical element, wherein the microelectromechanical element body is sealed in a sealed space formed by the upper film and the outer wall portion .
前記上部膜に1軸方向の引張り応力を有する膜を用い、
前記上部膜を前記1軸方向の両端部で前記基板表面に支持する
請求項記載の微小電気機械素子の製造方法。
There use a film having a uniaxial direction tensile stress in the upper layer,
The method of manufacturing a micro electro mechanical element according to claim 7, wherein the upper film is supported on the substrate surface at both ends in the uniaxial direction .
前記上部膜に2軸方向の引張り応力を有する膜を用い、
前記上部膜を前記2軸方向の4つの端部で前記基板表面に支持する
請求項記載の微小電気機械素子の製造方法。
There use a film having a two-axis direction of the tensile stress in the upper layer,
The method of manufacturing a microelectromechanical element according to claim 7, wherein the upper film is supported on the surface of the substrate by four ends in the biaxial direction .
前記外囲壁部を覆う犠牲層を、エッチング特性の異なる第1の犠牲層及び第2の犠牲層で形成し、
前記第1の犠牲層を、前記下部電極及び前記ビームとの間の犠牲層と同じエッチング特性を有して外囲壁部内に形成し、
前記第2の犠牲層を外囲壁部外に形成し、
前記第1の犠牲層と前記下部電極及び前記ビームとの間の犠牲層をエッチング除去した後、前記第2の犠牲層をエッチング除去して、前記上部膜の引張り応力により上部膜を下側に下げて前記外囲壁部の上面に密着させる
請求項8又は9記載の微小電気機械素子の製造方法。
Forming a sacrificial layer covering the outer wall portion with a first sacrificial layer and a second sacrificial layer having different etching characteristics;
Forming the first sacrificial layer in the outer wall having the same etching characteristics as the sacrificial layer between the lower electrode and the beam;
Forming the second sacrificial layer outside the outer wall,
After the sacrificial layer between the first sacrificial layer and the lower electrode and the beam is etched away, the second sacrificial layer is etched away, and the upper film is moved downward by the tensile stress of the upper film. The method for manufacturing a microelectromechanical element according to claim 8 or 9 , wherein the microelectromechanical element is lowered and brought into close contact with the upper surface of the outer wall portion .
前記上部膜を室温雰囲気で引張り応力を有する膜で形成し、
前記犠牲層を室温より高い温度雰囲気で前記犠牲層を除去し、該犠牲層を除去した状態では前記上部膜は下側に下がらず、
前記犠牲層を除去した後、室温雰囲気下で前記上部膜に引張り応力を発生させて、前記上部膜を下側に下げて前記外囲壁部の上面に密着させる
請求項8又は9記載の微小電気機械素子の製造方法。
The upper film is formed of a film having a tensile stress in a room temperature atmosphere,
The sacrificial layer is removed in a temperature atmosphere higher than room temperature, and the upper film is not lowered downward in the state where the sacrificial layer is removed,
10. The microelectric device according to claim 8 , wherein after the sacrificial layer is removed, a tensile stress is generated in the upper film in a room temperature atmosphere, and the upper film is lowered to be in close contact with the upper surface of the outer wall portion. A method for manufacturing a mechanical element.
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、
前記犠牲層を形成した後に前記上部膜における上層の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、
前記引張り応力を有する膜のみの上部膜を下側に下げて前記外囲壁部の上面に密着させる
請求項8又は9記載の微小電気機械素子の製造方法。
The upper film is formed of a two-layer film of a film having a compressive stress and a film having a tensile stress,
After the formation of the sacrificial layer, the upper layer of the upper film is removed from the film having compressive stress to release the stress of the upper film only of the film having the tensile stress,
The method of manufacturing a microelectromechanical element according to claim 8 or 9, wherein an upper film including only the film having a tensile stress is lowered to be in close contact with the upper surface of the outer wall portion.
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、前記上部膜を下側に下げて前記外囲壁部の上面のリフロー材料層に接触させた後、前記リフロー材料層をリフロー処理する工程を有する
請求項8又は9記載の微小電気機械素子の製造方法。
Before formation of the sacrificial layer, forming a reflow material layer on the upper surface of the outer periphery wall section,
10. The method according to claim 8 , further comprising a step of removing the sacrificial layer , lowering the upper film downward and bringing the upper film into contact with a reflow material layer on an upper surface of the outer wall portion, and then reflowing the reflow material layer. A method for manufacturing a microelectromechanical element.
上部膜を外囲壁部の上面に密着させる工程の後、前記1軸方向と直交する方向に、前記上部膜の上面から前記外囲壁部の全幅の側面までの領域を覆う被覆膜を形成する工程を有する
請求項記載の微小電気機械素子の製造方法。
After the step of bringing the upper film into close contact with the upper surface of the outer wall portion, a coating film covering the region from the upper surface of the upper film to the side surface of the full width of the outer wall portion is formed in a direction orthogonal to the one axial direction. The method for producing a micro electro mechanical element according to claim 8 , further comprising a step.
請求項1乃至6のいずれかに記載の微小電気機械素子を備えて成る
電子機器。
An electronic apparatus comprising the microelectromechanical element according to claim 1 .
送信信号及び/又は受信信号の帯域制限を行うフィルタを備え、
前記フィルタとして、請求項1乃至6のいずれかに記載の微小電気機械素子によるフィルタが用いられ、
通信装置として構成された
請求項15記載の電子機器。
A filter for limiting the bandwidth of the transmission signal and / or the reception signal;
As said filter, the filter by the micro electro mechanical element in any one of Claims 1 thru | or 6 is used,
16. The electronic device according to claim 15 , configured as a communication device .
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