JP2010207987A - Method of manufacturing micromachine device - Google Patents

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Takahiro Sogo
敬寛 十河
Takeshi Miyagi
武史 宮城
Susumu Obata
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a micromachine device having high reliability by a simple manufacturing process at a low cost. <P>SOLUTION: This method of manufacturing the micromachine device 1 includes: a process for forming a signal wire 15, a driving electrode 14 and a lower part electrode 13 on an insulation board 10; a process for forming insulation films 20 on the signal wire 15 and the driving electrode 14; a process for forming a sacrifice layer 18a made of an inorganic material on the insulation board 10; a process for forming a bridge supporting part 16a and a contact part 16c on the sacrifice layer 18a; a process for forming an insulation body connection joint 19 using an organic material for connecting the bridge supporting part 16a and the contact part 16c; and a process for removing the sacrifice layer 18a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば微小電気機械部品のパッケージング等のマイクロマシン装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a micromachine device such as packaging of micro-electromechanical components.

マイクロマシン装置として、図6に示すように、動作を伴うマイクロマシンとしての中空構造のMEMS素子106が基板102上に搭載されたマイクロマシン装置(微小電気機械部品)101が知られている(例えば、特許文献1または2参照)マイクロマシン装置(MEMS:Micro−Electro−Mechanical−Systems)101は、基板102、MEMS素子106、信号線105、駆動電極103で構成される。MEMS素子106の直下に、信号線105がAuなどで形成されている。   As a micromachine device, as shown in FIG. 6, a micromachine device (microelectromechanical component) 101 in which a hollow structure MEMS element 106 as a micromachine with operation is mounted on a substrate 102 is known (for example, Patent Documents). 1 or 2) A micro-machine device (MEMS: Micro-Electro-Mechanical-Systems) 101 includes a substrate 102, a MEMS element 106, a signal line 105, and a drive electrode 103. A signal line 105 is formed of Au or the like immediately below the MEMS element 106.

MEMS素子106はブリッジ支持部106a及びコンタクト部106bが、雑音伝播防止のため絶縁体継手106cにより接続され、両持ちの梁構造に構成されている。コンタクト部106bは信号線105と数μm程度のギャップを持っている。ブリッジ支持部106a及びコンタクト部106bは、アルミや金などの導電性材料で構成されている。   In the MEMS element 106, a bridge support portion 106a and a contact portion 106b are connected by an insulator joint 106c to prevent noise propagation, and are configured in a beam structure with both ends. The contact portion 106b has a gap of about several μm from the signal line 105. The bridge support portion 106a and the contact portion 106b are made of a conductive material such as aluminum or gold.

このMEMS素子106は静電力等の駆動力を与えることで信号線105の方へ接近する。また、この駆動力を除荷すると、MEMS素子106は自身のばね特性により、再び信号線105とギャップを持った位置に戻る。このようにMEMS素子106と信号線105との間のギャップを変化させることで、可変電気容量、スイッチングなどの機能を果たす。   The MEMS element 106 approaches the signal line 105 by applying a driving force such as an electrostatic force. When the driving force is unloaded, the MEMS element 106 returns to the position having the gap with the signal line 105 again due to its own spring characteristics. Thus, by changing the gap between the MEMS element 106 and the signal line 105, functions such as variable capacitance and switching are achieved.

このようなマイクロマシン装置の製造工程は、まず、図7Aに示すように、基板102上に、駆動電極103、信号線105を形成する。ついで、図7Bに示すように、駆動電極103上に絶縁膜104を形成する。次に、図7Cに示すように、マイクロマシンと基板間にギャップを持たせるために、後の工程で完全に除去する例えばポリイミドの有機膜を用いて犠牲層108を基板102上に形成する。次に、図7Dに示すように、犠牲層108上の信号線105の周囲に、例えばSiO2などからなる絶縁膜109を形成する。続いて、図7Eに示すように、犠牲層108及び絶縁膜109の上に、アルミや金などの電導性材料を用いてブリッジ支持部106aを形成する。この後、図7Fに示すように、ブリッジ支持部106aのほぼ中央部における信号線105の真上に位置する部分に、アルミや金などの導電性材料でコンタクト部106bを形成する。次に、図7Gに示すように、ブリッジ支持部106aとコンタクト部106bのつなぎの部分に、例えばポリイミドの有機膜からなる絶縁部106cを形成する。次に、図7Hに示すように、絶縁部106cの上に、SiO2等からなる絶縁膜110を形成する。この後、図7Iに示すように、犠牲層108をドライエッチングして除去する。そして、図7Jに示すように、コンタクト部106bの下部の無機系の絶縁膜109と上部の無機系の絶縁膜110をドライエッチングして除去し、マイクロマシン装置が完成する。   In the manufacturing process of such a micromachine device, first, as shown in FIG. 7A, a drive electrode 103 and a signal line 105 are formed on a substrate 102. Next, as shown in FIG. 7B, an insulating film 104 is formed on the drive electrode 103. Next, as shown in FIG. 7C, in order to provide a gap between the micromachine and the substrate, a sacrificial layer 108 is formed on the substrate 102 by using, for example, a polyimide organic film that is completely removed in a later step. Next, as shown in FIG. 7D, an insulating film 109 made of, for example, SiO 2 is formed around the signal line 105 on the sacrificial layer 108. Subsequently, as shown in FIG. 7E, a bridge support portion 106a is formed on the sacrificial layer 108 and the insulating film 109 using a conductive material such as aluminum or gold. Thereafter, as shown in FIG. 7F, a contact portion 106b is formed of a conductive material such as aluminum or gold in a portion located almost right above the signal line 105 in the substantially central portion of the bridge support portion 106a. Next, as shown in FIG. 7G, an insulating portion 106c made of an organic film of polyimide, for example, is formed at a connecting portion between the bridge support portion 106a and the contact portion 106b. Next, as shown in FIG. 7H, an insulating film 110 made of SiO 2 or the like is formed on the insulating portion 106c. Thereafter, as shown in FIG. 7I, the sacrificial layer 108 is removed by dry etching. Then, as shown in FIG. 7J, the inorganic insulating film 109 in the lower part of the contact portion 106b and the inorganic insulating film 110 in the upper part are removed by dry etching, and the micromachine device is completed.

特開2009−9785JP2009-9785 米国特許第7008812B1号U.S. Patent No. 70008812B1

しかしながら、上記の技術では、以下のような問題があった。すなわち、有機材料で構成された絶縁性の継手により接続してマイクロマシンを構成する構造の製造方法では、マイクロマシンの中空構造を成形する際に用いる犠牲層に同じ有機材料を用いると、犠牲層除去の工程において、絶縁接続継手をエッチングされないように保護する工程と犠牲層除去後に保護層を除去する工程などを加える必要があり、製造方法が複雑になる。   However, the above technique has the following problems. That is, in the manufacturing method of a structure in which a micromachine is configured by connecting with an insulating joint made of an organic material, if the same organic material is used for the sacrificial layer used when forming the hollow structure of the micromachine, the sacrificial layer can be removed. In the process, it is necessary to add a process for protecting the insulating joint from being etched and a process for removing the protective layer after removing the sacrificial layer, which complicates the manufacturing method.

本発明は上述する問題を鑑みてなされたもので、製造工程を簡素化し、低コストなマイクロマシン装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to simplify a manufacturing process and provide a low-cost micromachine device.

本発明の一形態にかかるマイクロマシン装置の製造方法は、絶縁基板上に信号線と駆動電極および下部電極を形成する工程と、前記信号線と前記駆動電極上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁基板上に無機材料で構成された犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上にブリッジ支持部とコンタクト部を形成する工程と、前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部を接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。   A method of manufacturing a micromachine device according to one aspect of the present invention includes a step of forming a signal line, a drive electrode, and a lower electrode on an insulating substrate, a step of forming an insulating film on the signal line and the drive electrode, A step of forming a sacrificial layer made of an inorganic material on an insulating substrate; a step of forming a bridge support portion and a contact portion on the sacrificial layer; and an organic material for connecting the bridge support portion and the contact portion. And a step of removing the sacrificial layer.

本発明に係るマイクロマシン装置の製造方法によれば、高い信頼性を有するマイクロマシン装置を、簡素な製造工程で、低コストで製造することが可能となる。   According to the method of manufacturing a micromachine device according to the present invention, a highly reliable micromachine device can be manufactured at a low cost by a simple manufacturing process.

本発明の第一の実施形態にかかるマイクロマシン装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a micromachine device according to a first embodiment of the present invention. 同マイクロマシン装置を模式的に示す平面図。FIG. 2 is a plan view schematically showing the micromachine device. 同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the micromachine apparatus typically. 同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the micromachine apparatus typically. 同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the micromachine apparatus typically. 同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the micromachine apparatus typically. 同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the micromachine apparatus typically. 本発明の第二の実施形態にかかるマイクロマシン装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the micromachine apparatus concerning 2nd embodiment of this invention. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. 同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the micromachine apparatus manufacturing process typically. マイクマシン装置の一例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows an example of a microphone machine apparatus typically. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus. マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing process of a microphone machine apparatus.

[第一の実施形態]
以下に本発明の第一の実施形態にかかるマイクロマシン装置1について、図1及び図2を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大・縮小・省略して概略的に示している。図中X、Y、Zは、互いに直交する三方向を示している。
[First embodiment]
A micromachine device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. In each figure, the configuration is schematically shown by appropriately enlarging, reducing, or omitting it. In the figure, X, Y, and Z indicate three directions orthogonal to each other.

図1に示すマイクロマシン装置1は、例えば微小電気機械部品(MEMS)であり、基板10を構成するベース基板11及び絶縁層12と、基板10上に設けられた下部電極13、駆動電極14、及び信号線15と、基板10上において信号線15を跨いで形成されたマイクロマシンとしてのMEMS素子16を備えている。   A micromachine device 1 illustrated in FIG. 1 is, for example, a microelectromechanical component (MEMS), and includes a base substrate 11 and an insulating layer 12 that constitute the substrate 10, a lower electrode 13 provided on the substrate 10, a drive electrode 14, and A signal line 15 and a MEMS element 16 as a micromachine formed across the signal line 15 on the substrate 10 are provided.

ベース基板11は、シリコン(Si)基板、ガラス基板、またはサファイア基板であり、所定の板形状に形成されている。   The base substrate 11 is a silicon (Si) substrate, a glass substrate, or a sapphire substrate, and is formed in a predetermined plate shape.

絶縁層12は、ベース基板11上に形成され、例えばシリコン酸化膜(SiO2)からなる。これらベース基板11及び絶縁層12により基板10が構成される。   The insulating layer 12 is formed on the base substrate 11 and is made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2). The base substrate 11 and the insulating layer 12 constitute the substrate 10.

図2に示すように、基板10上には、MEMS素子16に接続される下部電極13と、信号線15と、駆動電極14とが、形成されている。   As shown in FIG. 2, the lower electrode 13 connected to the MEMS element 16, the signal line 15, and the drive electrode 14 are formed on the substrate 10.

下部電極13はMEMS素子16の下端に接続されている。信号線15はAu(金)などで形成され、MEMS素子16の直下にY方向にて延びている。駆動電極14は例えばAu又はAlにより形成され、MEMS素子16の直下における信号線15のX方向両側に至って設けられ、MEMS素子16を駆動する機能を有する。   The lower electrode 13 is connected to the lower end of the MEMS element 16. The signal line 15 is made of Au (gold) or the like and extends in the Y direction directly below the MEMS element 16. The drive electrode 14 is formed of, for example, Au or Al, and is provided to reach both sides in the X direction of the signal line 15 immediately below the MEMS element 16, and has a function of driving the MEMS element 16.

MEMS素子16はマイクロマシンの可動機構部であり、図1に示すように、信号線15を跨ぐ両持ち梁状に構成されている。MEMS素子16は中央に位置するコンタクト部16cと、コンタクト部16cの両側を支持するブリッジ支持部16aとが、絶縁接続継手19を介して接続されて梁状に構成されてなる。複数の部材としての支持部16a及びコンタクト部16cはばね特性の高いTiN、Alなどで構成される。   The MEMS element 16 is a movable mechanism portion of a micromachine, and is configured in a doubly supported beam shape straddling the signal line 15 as shown in FIG. The MEMS element 16 includes a contact portion 16c located at the center and a bridge support portion 16a that supports both sides of the contact portion 16c via an insulating connection joint 19 to form a beam shape. The support portion 16a and the contact portion 16c as a plurality of members are made of TiN, Al or the like having high spring characteristics.

コンタクト部16cは、絶縁接続継手19を介してブリッジ支持部16aに接続されることにより、基板10上にギャップを介して支持される。コンタクト部16cは信号線15と数μm程度のギャップを持って離間して配されている。すなわち、コンタクト部16cの直下の絶縁層12の表面に信号線15が配されている。コンタクト部16cは、電界の作用により、信号線15に対して接離するように変位する。   The contact portion 16 c is supported on the substrate 10 via a gap by being connected to the bridge support portion 16 a via the insulating connection joint 19. The contact portion 16c is spaced apart from the signal line 15 with a gap of about several μm. That is, the signal line 15 is arranged on the surface of the insulating layer 12 immediately below the contact portion 16c. The contact portion 16c is displaced so as to be in contact with and separated from the signal line 15 by the action of an electric field.

コンタクト部16cの両側に配されるブリッジ支持部16aは、それぞれ片持ち梁状に構成されている。ブリッジ支持部16aの下端は下部電極13に接続されている。ブリッジ支持部16aにより、コンタクト部16cが基板10上にギャップを持った状態で支持される。例えば、後述するように数μm程度の厚さを持つ犠牲層18a上にMEMS素子16を形成するように製造プロセスを経ることで中空構造を確保することが可能である。   The bridge support portions 16a arranged on both sides of the contact portion 16c are each configured in a cantilever shape. The lower end of the bridge support portion 16 a is connected to the lower electrode 13. The contact portion 16c is supported on the substrate 10 with a gap by the bridge support portion 16a. For example, as will be described later, a hollow structure can be ensured through a manufacturing process so that the MEMS element 16 is formed on the sacrificial layer 18a having a thickness of about several μm.

絶縁接続継手19はポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテンなどの有機材料により構成され、雑音伝播防止の機能を果たす。 The insulating connection joint 19 is made of an organic material such as polyimide, epoxy, or benzocyclobutene, and functions to prevent noise propagation.

MEMS素子16は、例えば、電界の作用として駆動電極14から静電力等の駆動力が与えられると、信号線15の方へ弾性変形して近接する。また、駆動力が除去されると、自身のばね特性により、再び元の位置に戻る。すなわち、MEMS素子16は、静電力等の駆動力が印加、除荷されることにより、MEMS素子16が駆動力に応じて信号線15との間隔を変化させるように変形することで、マイクロマシン装置1の電気特性を変える。この変え方に応じて、可変電気容量、スイッチングなどの機能を果たす。   For example, when a driving force such as an electrostatic force is applied from the driving electrode 14 as an action of an electric field, the MEMS element 16 is elastically deformed toward the signal line 15 and approaches. When the driving force is removed, the original position is restored again due to its own spring characteristics. That is, the MEMS element 16 is deformed so that the distance between the MEMS element 16 and the signal line 15 is changed according to the driving force when a driving force such as electrostatic force is applied and unloaded. Change the electrical characteristics of 1. Depending on how this is changed, it performs functions such as variable capacitance and switching.

次に本発明にかかるマイクロマシン装置1の製造方法について図3A〜図3Eを参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the micromachine device 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.

まず、図3Aに示すように、ベース基板11上に絶縁層12を形成し、絶縁層12上に下部電極13、駆動電極14及び信号線15を形成する。後に、駆動電極14および信号線15上に絶縁膜20を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, the insulating layer 12 is formed on the base substrate 11, and the lower electrode 13, the drive electrode 14, and the signal line 15 are formed on the insulating layer 12. Later, an insulating film 20 is formed on the drive electrode 14 and the signal line 15.

次に、図3Bに示すように、SiO2、Si3N4、アモルファスシリコン、ポリシリコンなどの無機膜を用いて犠牲層18aを、厚さ数μm程度の薄膜で例えばPE−CVDにより形成する。そして図3Cに示すように犠牲層18a上に、アルミやTiNなどのばね性の高い金属材料を用いて可動する梁であるMEMS素子16を厚さ数μm程度の薄膜で形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, a sacrificial layer 18a is formed with a thin film having a thickness of about several μm, for example, by PE-CVD using an inorganic film such as SiO 2, Si 3 N 4, amorphous silicon, or polysilicon. Then, as shown in FIG. 3C, the MEMS element 16 which is a movable beam using a metal material having high spring properties such as aluminum and TiN is formed on the sacrificial layer 18a as a thin film having a thickness of about several μm.

この後、図3Dに示すように、スピンコート等によりポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテンなどの有機材料を塗布し、露光、現像を実施し、ブリッジ支持部16aとコンタクト部16cとの間に絶縁性接続継手19を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3D, an organic material such as polyimide, epoxy, or benzocyclobutene is applied by spin coating or the like, and exposure and development are performed. Insulation between the bridge support portion 16a and the contact portion 16c is performed. A connecting joint 19 is formed.

この後、図3Eに示すように、犠牲層18aをドライエッチングして除去する。エッチング材として、HF混合ガス、XeF2ガス、CF4系ガスなどを使用する。   Thereafter, as shown in FIG. 3E, the sacrifice layer 18a is removed by dry etching. As an etching material, HF mixed gas, XeF2 gas, CF4 gas, or the like is used.

ドライエッチングの際には、無機材料である犠牲層18aが選択にエッチングされ、金属材料を用いているMEMS素子16や、有機材料を用いている絶縁性接続継手19がエッチングされることを防止できる。 During dry etching, the sacrificial layer 18a, which is an inorganic material, is selectively etched, and the MEMS element 16 using a metal material and the insulating connection joint 19 using an organic material can be prevented from being etched. .

ブリッジ支持部16aには、複数の貫通孔16bが形成されている。この貫通孔16bによりドライエッチングの際、短時間でブリッジ支持部下側の犠牲層18aを完全に除去することが可能となる。   A plurality of through holes 16b are formed in the bridge support portion 16a. The through-hole 16b makes it possible to completely remove the sacrificial layer 18a below the bridge support portion in a short time during dry etching.

以上により、MEMS素子16が、信号線15から離間する梁部分を有する所定の両持ち梁形状に形成される。   As described above, the MEMS element 16 is formed in a predetermined both-end supported beam shape having a beam portion that is separated from the signal line 15.

このような構成の本実施形態によれば、MEMS素子16と絶縁接続継手19と犠牲層18aの材料を変えることにより、製造工程を簡素化することができ、低コストなマイクロマシン装置を提供することができる。   According to the present embodiment having such a configuration, the manufacturing process can be simplified by changing the materials of the MEMS element 16, the insulating connection joint 19, and the sacrificial layer 18a, and a low-cost micromachine device is provided. Can do.

[第二の実施形態]
図4及び図5は、本発明の第二の実施形態を示すものである。尚、第一の実施形態と同一構成には同一符号を付している。この第二の実施形態では、犠牲層を用いて中空構造を形成する工程を拡張し、MEMS素子を気密封止する構成にした。
[Second Embodiment]
4 and 5 show a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as 1st embodiment. In the second embodiment, the process of forming the hollow structure using the sacrificial layer is expanded to hermetically seal the MEMS element.

図4に示すように、このマイクロマシン装置1では第1封止膜21及び第2封止膜22によって構成される封止体によってMEMS素子16が気密に封止されている。   As shown in FIG. 4, in the micromachine device 1, the MEMS element 16 is hermetically sealed by a sealing body constituted by a first sealing film 21 and a second sealing film 22.

以下、図5に従って、第二の実施形態のマイクロマシン装置の製造方法について説明する。尚、各薄膜材料、その厚み、形成方法等は、第一の実施形態と同じであるから、説明を省略する。   Hereinafter, the manufacturing method of the micromachine device of the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, since each thin film material, its thickness, formation method, etc. are the same as 1st embodiment, description is abbreviate | omitted.

まず、図5Aに示すように、絶縁基板11上に、下部電極13、駆動電極14、信号線15などを形成する。次に、駆動電極14および信号線15上に絶縁膜20を形成する。そして、図5Bに示すように犠牲層18aを形成する。続いて、図5Cに示すように、犠牲層18aの上に、ブリッジ支持部16aとコンタクト部16cを形成する。次に、図5Dに示すように、ブリッジ支持部16aとコンタクト部16cの間に例えばポリイミドの有機膜からなる絶縁接続継ぎ手19を形成する。   First, as shown in FIG. 5A, a lower electrode 13, a drive electrode 14, a signal line 15 and the like are formed on an insulating substrate 11. Next, the insulating film 20 is formed on the drive electrode 14 and the signal line 15. Then, a sacrificial layer 18a is formed as shown in FIG. 5B. Subsequently, as shown in FIG. 5C, a bridge support portion 16a and a contact portion 16c are formed on the sacrificial layer 18a. Next, as shown in FIG. 5D, an insulating connection joint 19 made of, for example, a polyimide organic film is formed between the bridge support portion 16a and the contact portion 16c.

次に、図5Eに示すように、MEMS素子16の上にMEMS素子を覆うように例えばSiO2、Si3N4、アモルファスシリコン、ポリシリコンなどの無機膜を用いて犠牲層18bを、厚さ数μm程度の薄膜で例えばPE−CVDにより形成する。このとき犠牲層18aと犠牲層18bは同一の材料で構成されることが好ましいが、特に限定するものではない。   Next, as shown in FIG. 5E, the sacrificial layer 18b is formed on the MEMS element 16 by using an inorganic film such as SiO2, Si3N4, amorphous silicon, or polysilicon so as to cover the MEMS element. A thin film is formed, for example, by PE-CVD. At this time, the sacrificial layer 18a and the sacrificial layer 18b are preferably made of the same material, but are not particularly limited.

次に図5Fに示すように、犠牲層18bの上に第一封止膜21を形成する。第一封止膜21は、常圧状態において、例えば圧力0.1MPa(大気圧)の条件下で、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテンなどの有機材料でスピンコートなどにより塗布され、露光、現像を経て、所定の厚さに成膜される。第一封止膜21の厚さは例えば1μm程度である。   Next, as shown in FIG. 5F, a first sealing film 21 is formed on the sacrificial layer 18b. The first sealing film 21 is applied by spin coating or the like with an organic material such as polyimide, epoxy, or benzocyclobutene in a normal pressure state, for example, under a pressure of 0.1 MPa (atmospheric pressure). Then, a film is formed to a predetermined thickness. The thickness of the first sealing film 21 is, for example, about 1 μm.

その際、第一封止膜21に、MEMS素子16の周囲の犠牲層18a、18bを除去する際に犠牲層除去用の流体を導入するための開口であり、犠牲層除去の後で閉塞される開口形状部21aを複数形成する。   At this time, the first sealing film 21 is an opening for introducing a sacrificial layer removal fluid when removing the sacrificial layers 18a and 18b around the MEMS element 16, and is closed after the sacrificial layer is removed. A plurality of opening-shaped portions 21a are formed.

第一封止膜21は、その辺縁部分がMEMS素子16と離間した位置で周囲の絶縁層12の上面に結合しているとともに、その中央部分が中空部17を介してMEMS素子16を上方から覆う、すなわち第一封止膜21はMEMS素子16から離間している。開口形状部21aはMEMS素子16の上方を含む周囲全域に2次元的に配列され、例えば50μmの間隔で形成される。   The first sealing film 21 is bonded to the upper surface of the surrounding insulating layer 12 at a position where the edge portion is separated from the MEMS element 16, and the central portion is located above the MEMS element 16 through the hollow portion 17. That is, the first sealing film 21 is separated from the MEMS element 16. The opening shape portions 21a are two-dimensionally arranged in the entire surrounding area including the upper part of the MEMS element 16, and are formed at intervals of, for example, 50 μm.

ついで、図5Gに示すように、犠牲層18a、18bをドライエッチングして除去する。エッチング材として、HF混合ガス、XeF2ガス、CF4系ガスなどを使用する。   Next, as shown in FIG. 5G, the sacrificial layers 18a and 18b are removed by dry etching. As an etching material, HF mixed gas, XeF2 gas, CF4 gas, or the like is used.

ドライエッチングの際には、無機材料である犠牲層18a、18bが選択にエッチングされ、金属材料を用いているMEMS素子16や、有機材料を用いている絶縁性接続継手19や第一封止膜21がエッチングされることを防止できる。 In dry etching, the sacrificial layers 18a and 18b, which are inorganic materials, are selectively etched, and the MEMS element 16 using a metal material, the insulating connection joint 19 using an organic material, and the first sealing film. 21 can be prevented from being etched.

ブリッジ支持部16aには、複数の貫通孔16bが形成されている。また、第一封止膜21には開口形状部21aが複数、形成されている。よってエッチングの際、短時間で犠牲層18a、18bを完全に除去することが可能となる。この結果、第一封止膜21の内部に中空部17が形成される。   A plurality of through holes 16b are formed in the bridge support portion 16a. The first sealing film 21 has a plurality of opening-shaped portions 21a. Therefore, the sacrificial layers 18a and 18b can be completely removed in a short time during etching. As a result, the hollow portion 17 is formed inside the first sealing film 21.

次に図5Hに示すように、開口形状部21aを閉塞する第二封止膜22を第一封止膜21上に形成する。例えば、常圧状態において、圧力0.1MPa(大気圧)の条件下で、ポリイミド等の有機材料をスピンコート法により塗布し、露光、現像によりパターニングし、硬化させ開口形状部21aを埋め、封止構造が完成する。   Next, as shown in FIG. 5H, a second sealing film 22 that closes the opening shape portion 21 a is formed on the first sealing film 21. For example, in a normal pressure state, an organic material such as polyimide is applied by a spin coat method under conditions of a pressure of 0.1 MPa (atmospheric pressure), patterned by exposure and development, cured, and filled in the opening shape portion 21a. The stop structure is completed.

また、例えば、第二封止膜22の防湿性を向上させるために、低透湿のSiNを0.5〜1μmの厚さでさらに覆うように第二封止膜22を複数の膜で構成させることも可能である。また、第二封止膜22の強度を向上させるために、例えば、エポキシ樹脂等で補強するように構成することも可能である。   Further, for example, in order to improve the moisture resistance of the second sealing film 22, the second sealing film 22 is composed of a plurality of films so as to further cover low moisture-permeable SiN with a thickness of 0.5 to 1 μm. It is also possible to make it. Moreover, in order to improve the intensity | strength of the 2nd sealing film 22, it is also possible to comprise so that it may reinforce with an epoxy resin etc., for example.

また、例えば、大気圧プラズマCVDにより第二封止膜22を成膜することでも、中空部17の圧力を大気圧雰囲気にすることが可能である。   Also, for example, the pressure of the hollow portion 17 can be changed to an atmospheric pressure atmosphere by forming the second sealing film 22 by atmospheric pressure plasma CVD.

また、中空部17を真空雰囲気にする場合はプラズマCVD装置もしくはスパッタ装置の真空度の高いチャンバー内に投入し、第二封止膜22を形成する。
以上により、図4に示すマイクロマシン装置1が完成する。
Further, when the hollow portion 17 is to be in a vacuum atmosphere, the second sealing film 22 is formed by putting it in a chamber having a high degree of vacuum in a plasma CVD apparatus or a sputtering apparatus.
Thus, the micromachine device 1 shown in FIG. 4 is completed.

本実施形態にかかるマイクロマシン装置1の製造方法は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、絶縁接続継手19を有機材料で、犠牲層18a、18bを無機材料で構成することにより、犠牲層18a、18bのドライエッチング工程において、絶縁接続継手19にエッチングに対する保護層を設ける必要がなく、絶縁接続継手19がエッチングされず、残留させることが可能となり、製造工程を簡素化することが可能で、マイクロマシン装置の低コスト化が可能となる。   The manufacturing method of the micromachine device 1 according to the present embodiment has the following effects. That is, the insulating connection joint 19 is made of an organic material, and the sacrificial layers 18a and 18b are made of an inorganic material, so that it is not necessary to provide a protective layer for etching on the insulating connection joint 19 in the dry etching process of the sacrificial layers 18a and 18b. The insulating connection joint 19 can be left without being etched, the manufacturing process can be simplified, and the cost of the micromachine device can be reduced.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各構成要素の材質、形状、配置、サイズ、構造・動作等を適宜変更して実施することができる。例えばMEME素子16は片持ち梁状であってもよく、犠牲層の除去方法として薬液によるウェットエッチング等が挙げられる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The material, shape, arrangement | positioning, size, structure, operation | movement, etc. of each component can be changed suitably and can be implemented. For example, the MEME element 16 may have a cantilever shape, and examples of the method for removing the sacrificial layer include wet etching with a chemical solution.

また、複数の犠牲層18a、18bは同一材料に限らず適用可能である。   The plurality of sacrificial layers 18a and 18b are not limited to the same material and can be applied.

この他、本発明は、実施段階においてその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, the present invention can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

1…マイクロマシン装置、10…基板、11…ベース基板、12…絶縁層、
13…下部電極、14…駆動電極、15…信号線、16…MEMS素子、
16a…ブリッジ支持部、16b…貫通孔、16c…コンタクト部、17…中空部、
18a、18b…犠牲層、19…絶縁体接続継手、20…絶縁膜、21…第一封止膜、
21a…開口形状部、22…第二封止膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micromachine apparatus, 10 ... Substrate, 11 ... Base substrate, 12 ... Insulating layer,
13 ... Lower electrode, 14 ... Drive electrode, 15 ... Signal line, 16 ... MEMS element,
16a ... Bridge support part, 16b ... Through hole, 16c ... Contact part, 17 ... Hollow part,
18a, 18b ... Sacrificial layer, 19 ... Insulator connection joint, 20 ... Insulating film, 21 ... First sealing film,
21a ... opening shape part, 22 ... second sealing film.

Claims (3)

絶縁基板上に信号線と駆動電極および下部電極を形成する工程と、
前記信号線と前記駆動電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁基板上に無機材料で構成された犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にブリッジ支持部とコンタクト部を形成する工程と、
前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部を接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を備えてなるマイクロマシン装置の製造方法。
Forming a signal line, a drive electrode, and a lower electrode on an insulating substrate;
Forming an insulating film on the signal line and the drive electrode;
Forming a sacrificial layer made of an inorganic material on the insulating substrate;
Forming a bridge support and a contact on the sacrificial layer;
Forming an insulator connection joint using an organic material for connecting the bridge support portion and the contact portion;
Removing the sacrificial layer;
A method of manufacturing a micromachine device comprising:
絶縁基板上に信号線と駆動電極および下部電極を形成する工程と、
前記信号線と前記駆動電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁基板上に無機材料で構成された第一犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にブリッジ支持部とコンタクト部を形成する工程と、
前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部を接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手を形成する工程と、
前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部と前記絶縁体継手上に無機材料で構成された第二犠牲層を形成する工程と、
前記第二犠牲層上に前記第二犠牲層に連通する開口形状部を設け、有機材料を用いた第一封止膜を形成する工程と、
前記第一犠牲層と前記第二犠牲層を除去する工程と、
前記第一封止膜上に前記開口形状部を塞ぐ第二封止膜を形成する工程と、
を備えてなるマイクロマシン装置の製造方法
Forming a signal line, a drive electrode, and a lower electrode on an insulating substrate;
Forming an insulating film on the signal line and the drive electrode;
Forming a first sacrificial layer made of an inorganic material on the insulating substrate;
Forming a bridge support and a contact on the sacrificial layer;
Forming an insulator connection joint using an organic material for connecting the bridge support portion and the contact portion;
Forming a second sacrificial layer made of an inorganic material on the bridge support portion, the contact portion, and the insulator joint;
Providing an opening shape portion communicating with the second sacrificial layer on the second sacrificial layer, and forming a first sealing film using an organic material;
Removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer;
Forming a second sealing film for closing the opening-shaped portion on the first sealing film;
For manufacturing a micromachine device comprising:
前記有機材料はポリイミドまたはエポキシまたはベンゾシクロブテンのうち少なくとも1つを、
前記無機材料はアモルファスシリコンまたはポリシリコンまたはSiO2またはSi3N4のうち少なくとも1つを選択して使用されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のマイクロマシン装置の製造方法。
The organic material is at least one of polyimide, epoxy, or benzocyclobutene,
3. The method of manufacturing a micromachine device according to claim 1, wherein the inorganic material is selected from at least one of amorphous silicon, polysilicon, SiO2, or Si3N4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017519646A (en) * 2014-06-16 2017-07-20 エプコス アクチエンゲゼルシャフトEpcos Ag Microelectronic package and method of manufacturing microelectronic package
US10662055B2 (en) 2017-04-27 2020-05-26 Seiko Epson Corporation MEMS element, sealing structure, electronic device, electronic apparatus, and vehicle
CN111960380A (en) * 2020-08-27 2020-11-20 中国电子科技集团公司第二十六研究所 Process method for realizing micro-gap assembly based on temporary suspension beam structure

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