JP2005252056A - Integrated circuit device and its manufacturing method - Google Patents

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康治 難波田
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征也 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated circuit device wherein heat generated in an integrated circuit is efficiently diffused and cooled, and the temperature of the integrated circuit in a substrate is made uniform, by providing a passage through which a cooling medium circulates in the substrate forming the integrated circuit. <P>SOLUTION: The integrated circuit device 1 comprises the substrate 11, the integrated circuit 2 formed on the first face of the substrate 11, and a cooling unit 100 (100a, 100b, 100c and 100d) formed on the second face opposite to the first face of the substrate 11, wherein the cooling unit 100 comprises a pump 110, the passage 120 which is connected to the pump 110 and goes around in the second face, and the cooling medium 130 which is filled in the passage 120 and circulates in the passage 120 by the pump 110. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱密度が異なる複数の機能を有する集積回路が搭載された集積回路装置の放熱を容易にして、集積回路装置内の温度を均一化することが容易な集積回路装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an integrated circuit device that facilitates heat dissipation and uniform temperature in an integrated circuit device on which an integrated circuit having a plurality of functions having different heat densities is mounted, and a method of manufacturing the integrated circuit device. It is about.

近年、半導体集積回路装置は、その性能の向上に伴って、消費電力が急速に増大している。これにより、半導体集積回路の発熱量も増大しており、現在の最新ＣＰＵの発熱量は例えば８２Ｗにも達している（例えば、非特許文献１参照。）。   In recent years, the power consumption of semiconductor integrated circuit devices has been rapidly increasing with the improvement in performance. As a result, the heat generation amount of the semiconductor integrated circuit is also increasing, and the current heat generation amount of the latest CPU reaches 82 W, for example (see Non-Patent Document 1, for example).

プロセスの微細化によるトランジスタの漏れ電流の増加により、今後もこの傾向は続き、数年後には発熱量は１５０Ｗに達すると予測されている。これにより、コンピュータの冷却機構は大規模になり、小型化、軽量化の大きな障害となっている。   This trend will continue in the future due to the increase in transistor leakage current due to miniaturization of the process, and the heat generation amount is expected to reach 150 W in a few years. As a result, the cooling mechanism of the computer becomes large-scale, which is a major obstacle to miniaturization and weight reduction.

半導体素子を効率的に冷却するためには、熱を効率的に拡散する必要がある。「Intel Pentium 4 Processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 Micron Process Datasheet」のFigure3-1に示すように、現在では、チップ上にヒートスプレッダーを被せた機構を持つＣＰＵが多い。   In order to efficiently cool the semiconductor element, it is necessary to efficiently diffuse the heat. As shown in Figure 3-1, "Intel Pentium 4 Processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 Micron Process Datasheet", many CPUs have a mechanism in which a heat spreader is placed on a chip.

「Intel Pentium 4 Processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 Micron Process Datasheet」のTable5-1.Processor Thermal Design Power、〔平成１６年１月１５日検索〕、インターネット＜URL：ftp://download.intel.com/design/Pentium4/datashts/29864310.pdf＞"Intel Pentium 4 Processor with 512-KB L2 Cache on 0.13 Micron Process Datasheet", Table5-1.Processor Thermal Design Power, [Search January 15, 2004], Internet <URL: ftp://download.intel. com / design / Pentium4 / datashts / 29864310.pdf>

解決しようとする問題点は、チップ上にヒートスプレッダーを被せた機構では、チップとヒートスプレッダーの間の熱抵抗が高いため、熱拡散の効率が低くなるという点である。   The problem to be solved is that in a mechanism in which a heat spreader is placed on a chip, the thermal resistance between the chip and the heat spreader is high, so the efficiency of thermal diffusion is low.

本発明は、基板と、前記基板の第１面に形成された集積回路と、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に形成された冷却装置とからなる集積回路装置であって、前記冷却装置は、ポンプと、前記ポンプに接続されたもので前記第２面内に巡らせた流路と、前記流路内に封入されたもので前記ポンプによって前記流路内を循環する冷媒とからなることを最も主要な特徴とする。   The present invention relates to an integrated circuit comprising a substrate, an integrated circuit formed on the first surface of the substrate, and a cooling device formed on a second surface opposite to the first surface of the substrate. The cooling device includes a pump, a flow path connected to the pump and circulated in the second surface, and sealed in the flow path. The main feature is that it consists of a refrigerant circulating in the air.

本発明は、基板の第１面に集積回路を形成する工程と、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に冷却装置を形成する工程とからなり、前記冷却装置を形成する工程は、前記集積回路を形成した後、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面側を削る工程と、前記基板の第２面にポンプを形成する工程と、前記基板の第２面に前記流路を封止するように放熱体を貼り付ける工程と、前記基板の第２面に前記流路を封止するように放熱体を貼り付ける工程と、前記流路内に冷媒を注入する工程と、前記流路内に前記冷媒を封入するように前記流路を封止する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。   The present invention comprises a step of forming an integrated circuit on a first surface of a substrate and a step of forming a cooling device on a second surface opposite to the first surface of the substrate. Forming the integrated circuit, then cutting the second surface of the substrate opposite to the first surface, and forming a pump on the second surface of the substrate. And a step of attaching a heat radiator to seal the flow path to the second surface of the substrate, a step of attaching a heat radiator to seal the flow path to the second surface of the substrate, The main features include a step of injecting a refrigerant into the flow path and a step of sealing the flow path so as to enclose the refrigerant in the flow path.

本発明の集積回路装置では、集積回路が形成された側とは反対側の面に冷却装置が形成され、その冷却装置は、ポンプを備え、そのポンプに接続した流路内を冷媒が循環するため、基板内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路は基板を通して流路内を循環する冷媒によって冷却される。このため、集積回路温度を一定の温度に冷却保持することができるという利点がある。これによって、集積回路の高速動作を安定的に行うことができるようになる。   In the integrated circuit device of the present invention, a cooling device is formed on the surface opposite to the side on which the integrated circuit is formed. The cooling device includes a pump, and the refrigerant circulates in a flow path connected to the pump. Therefore, even if regions having different heat densities occur in the substrate, the integrated circuit is cooled by the refrigerant circulating in the flow path through the substrate. For this reason, there is an advantage that the temperature of the integrated circuit can be kept at a constant temperature. As a result, high-speed operation of the integrated circuit can be stably performed.

本発明の集積回路装置の製造方法では、集積回路を形成した側とは反対側の面に冷却装置を形成し、その冷却装置はポンプに接続した流路内を冷媒が循環するように構成されるため、基板内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路は流路内を循環する冷媒によって基板を通じて冷却されるように構成できる。このため、集積回路温度を一定の温度に冷却保持することができる集積回路装置を製造することができるという利点がある。これによって、集積回路の高速動作を安定的に行うことができる集積回路装置を提供することができる。   In the method for manufacturing an integrated circuit device according to the present invention, a cooling device is formed on a surface opposite to the side on which the integrated circuit is formed, and the cooling device is configured so that the refrigerant circulates in a flow path connected to a pump. Therefore, even if regions having different heat densities occur in the substrate, the integrated circuit can be configured to be cooled through the substrate by the refrigerant circulating in the flow path. For this reason, there is an advantage that an integrated circuit device that can keep the integrated circuit temperature at a constant temperature can be manufactured. Thus, an integrated circuit device that can stably perform high-speed operation of the integrated circuit can be provided.

本発明では、集積回路で発生した熱を効率的に拡散して冷却するとともに、基板内における集積回路の温度を均一化するという目的を、基板内に冷媒が循環する流路を設けることで、容易に実現した。   In the present invention, for the purpose of efficiently diffusing and cooling the heat generated in the integrated circuit and uniforming the temperature of the integrated circuit in the substrate, by providing a flow path through which the coolant circulates in the substrate, Realized easily.

本発明の集積回路装置に係る一実施例を、図１の平面レイアウト図によって説明する。   One embodiment of the integrated circuit device of the present invention will be described with reference to the plan layout diagram of FIG.

図１（１）に示すように、集積回路装置１は、基板１１に中央演算処理装置（ＣＰＵ）のような集積回路２が形成されたものである。基板１１には、例えば半導体基板を用い、例えばシリコン基板を用いる。そして上記基板１１上には、一般的な半導体素子（例えば、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、リアクタンス等の素子）および配線層からなる集積回路２が形成されている。この集積回路２は、一例として、基板処理装置、制御装置、入出力処理装置等を一つにまとめた中央演算処理装置（ＣＰＵ）がある。ＣＰＵは、例えばロジック部３とキャッシュ部４とで構成されている。ロジック部３としては、例えば、演算論理装置（ＡＬＵ）、浮動小数点プロセッサ（ＦＰＵ）等からなる。またキャッシュ部４としては、例えば、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）等のメモリ装置からなる。   As shown in FIG. 1A, the integrated circuit device 1 is obtained by forming an integrated circuit 2 such as a central processing unit (CPU) on a substrate 11. As the substrate 11, for example, a semiconductor substrate is used, and for example, a silicon substrate is used. On the substrate 11, an integrated circuit 2 including a general semiconductor element (for example, an element such as a transistor, a resistor, a capacitor, or a reactance) and a wiring layer is formed. As an example, the integrated circuit 2 includes a central processing unit (CPU) in which a substrate processing device, a control device, an input / output processing device, and the like are combined. The CPU is composed of, for example, a logic unit 3 and a cache unit 4. The logic unit 3 includes, for example, an arithmetic logic unit (ALU), a floating point processor (FPU), and the like. The cache unit 4 includes a memory device such as a random access memory (RAM) such as a static random access memory (SRAM) or a dynamic random access memory (DRAM), or a read only memory (ROM).

一般に、ＣＰＵの熱密度はロジック部３とキャッシュ部４とで大きく異なり、ロジック部３では、キャッシュ部４と比べて発熱量が大きい。そのため、チップ内には温度勾配ができている。本発明ではこの温度勾配を利用し、チップ内に液体を循環させることにより、熱を拡散させるものである。その詳細を図１（２）によって説明する。   In general, the heat density of the CPU differs greatly between the logic unit 3 and the cache unit 4, and the logic unit 3 generates a larger amount of heat than the cache unit 4. Therefore, there is a temperature gradient in the chip. In the present invention, heat is diffused by utilizing this temperature gradient and circulating the liquid in the chip. The details will be described with reference to FIG.

図１（２）に示すように、上記基板１１の第１面とは反対側の第２面には、冷却装置１００が設置されている。ここでは、４個の冷却装置１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）を設けた。各冷却装置１００は以下の構成を成す。すなわち、ポンプ１１０が設けられている。各ポンプ１１０は、例えば０．０１ｃｍ3／ｍｉｎ〜０．５ｃｍ3／ｍｉｎの流量の冷媒を送給する能力を有するものである。上記ポンプ１１０については後に詳細に記する。本実施例では、第２面内を４分割し、各分割領域当たり一つのポンプ１１０が設置され、各ポンプ１１０には第２面内の各分割領域に巡らされている流路１２０が接続されている。上記流路１２０は、例えば溝状に形成されていて、例えば、幅が３０μｍ〜５００μｍ、深さが３０μｍ〜５００μｍに形成され、基板１１の第２面内を効率よく冷却するようにできうる限り第２面を覆うように配置されるもので、例えば折れ線状に配置される、もしくは渦巻き状に配置され、各ポンプ１１０に対して各流路１２０は閉ループを構成している。また、各流路１２０内には冷媒（図示せず）が注入されていて、各ポンプ１１０を駆動することにより各流路１２０内を冷媒１３０（斜線で示す領域に存在している）が循環するようになっている。この冷媒１３０には、例えばフッ素系不活性液、アンモニア等を用いることができる。また、ポンプ１１０の動力源は上記ＣＰＵのソケットから取ることが望ましい。 As shown in FIG. 1B, a cooling device 100 is installed on the second surface of the substrate 11 opposite to the first surface. Here, four cooling devices 100 (100a, 100b, 100c, 100d) are provided. Each cooling device 100 has the following configuration. That is, a pump 110 is provided. Each pump 110 has, for example, 0.01cm 3 /min~0.5cm 3 / min of flow refrigerant feed Kyusuru ability of. The pump 110 will be described in detail later. In the present embodiment, the second surface is divided into four, and one pump 110 is installed in each divided region, and the flow path 120 that goes around each divided region in the second surface is connected to each pump 110. ing. The flow path 120 is formed in a groove shape, for example, and has a width of 30 μm to 500 μm and a depth of 30 μm to 500 μm, for example, as much as possible so that the second surface of the substrate 11 can be efficiently cooled. It arrange | positions so that a 2nd surface may be covered, for example, it arrange | positions at a polygonal line form, or arrange | positions spirally, and each flow path 120 comprises the closed loop with respect to each pump 110. FIG. In addition, a refrigerant (not shown) is injected into each flow path 120, and each pump 120 is driven to circulate the refrigerant 130 (existing in the hatched area) in each flow path 120. It is supposed to be. As the refrigerant 130, for example, a fluorine-based inert liquid, ammonia or the like can be used. The power source of the pump 110 is preferably taken from the socket of the CPU.

さらに、基板１１の第２面上には、上記各流路１２０を密閉する状態に、放熱体（図示せず）が形成されている。この放熱体は、熱伝導性に優れた金属材料として、例えば銅、アルミニウム等で形成されている。また、上記放熱体には図示はしないが、放熱フィンが設けられていてもよい。   Further, a heat radiator (not shown) is formed on the second surface of the substrate 11 so as to seal the flow paths 120. This heat radiating body is made of, for example, copper, aluminum or the like as a metal material having excellent thermal conductivity. Moreover, although not shown in the figure, the heat radiating body may be provided with heat radiating fins.

本発明の集積回路装置１では、集積回路２が形成された側とは反対側の面に冷却装置１００が形成され、その冷却装置１００は冷媒を送給するポンプ１１０と冷媒１３０を流す流路１２０からなるため、ポンプ１１０に接続した流路１２０内を冷媒１３０が循環する。このため、基板１１内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路２は基板１１を通して流路１２０内を循環する冷媒１３０によって冷却されるので、集積回路２の温度を一定の温度に冷却保持することができるという利点がある。これによって、集積回路２は、安定した高速動作が可能になる。   In the integrated circuit device 1 of the present invention, the cooling device 100 is formed on the surface opposite to the side on which the integrated circuit 2 is formed, and the cooling device 100 has a flow path for flowing the refrigerant 110 and the pump 110 that supplies the refrigerant. 120, the refrigerant 130 circulates in the flow path 120 connected to the pump 110. For this reason, even if regions having different heat densities occur in the substrate 11, the integrated circuit 2 is cooled by the refrigerant 130 circulating in the flow path 120 through the substrate 11, so that the temperature of the integrated circuit 2 is kept constant. There is an advantage that it can be kept cooled. As a result, the integrated circuit 2 can operate stably at high speed.

次に、上記ポンプ１１０について、図２によって説明する。   Next, the pump 110 will be described with reference to FIG.

図２（１）、（２）に示すように、ポンプ１１０は、後に説明する流体駆動装置１０を備え、流体駆動装置１０のそれぞれ上部に圧力室５１が設けられていて、これらが複数設けられているものである。上記圧力室５１は、例えば高圧力室、中圧力室および低圧力室が設けられ、各圧力室５１は流路７１、７２によって連結され、各圧力室５１間には逆流防止弁７５、７６が配置されている。この逆流防止弁７５、７６は、下流側を支点として開閉するものである。図面中の矢印は冷媒（図示せず）の流れる方向を示す。   As shown in FIGS. 2 (1) and 2 (2), the pump 110 includes a fluid drive device 10 which will be described later. A pressure chamber 51 is provided on each of the fluid drive devices 10, and a plurality of these are provided. It is what. The pressure chamber 51 includes, for example, a high pressure chamber, an intermediate pressure chamber, and a low pressure chamber. The pressure chambers 51 are connected by flow paths 71 and 72, and backflow prevention valves 75 and 76 are provided between the pressure chambers 51. Has been placed. The backflow prevention valves 75 and 76 open and close with the downstream side as a fulcrum. An arrow in the drawing indicates a direction in which a refrigerant (not shown) flows.

図２（３）に示すように、上記ポンプ１１０は、流体駆動装置１０において、基板側電極１２と振動板側電極１５間に所要の電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板側電極１５を有する振動板１７が基板側電極１２の側にたわむ。逆に、基板側電極１２および振動板側電極１５間への電圧印加を開放すると、図２（４）に示すように、振動板１７は静電力から開放され、自身の復元力により減衰振動する。この振動板１７の上下駆動により圧力室５１が容積変動を起こす。図２（３）に示すように、圧力室５１の容積が拡大されると、圧力室５１は減圧されるので、下流側に対して負圧状態となり逆流防止弁７５は開放状態となる。一方、上流側に対しても負圧状態となるので逆流防止弁７６は閉塞される。そして、図２（４）に示すように、圧力室５１の容積が縮小されると、圧力室５１は加圧されるので、下流側に対して高圧状態となり逆流防止弁７５は閉塞状態となり、一方、上流側に対しても高圧状態となるので逆流防止弁７６は開放される。このようにして、圧力室５１の前後に圧力差を生じさせることで冷媒１３０を矢印方向に送給することができる。   As shown in FIG. 2 (3), when the pump 110 applies a required voltage between the substrate-side electrode 12 and the diaphragm-side electrode 15 in the fluid drive device 10, electrostatic attraction is generated and the diaphragm side The diaphragm 17 having the electrode 15 bends toward the substrate side electrode 12. On the contrary, when the voltage application between the substrate side electrode 12 and the diaphragm side electrode 15 is released, the diaphragm 17 is released from the electrostatic force and damped and vibrated by its own restoring force as shown in FIG. . The pressure chamber 51 fluctuates in volume when the diaphragm 17 is driven up and down. As shown in FIG. 2 (3), when the volume of the pressure chamber 51 is increased, the pressure chamber 51 is depressurized, so that a negative pressure state is obtained with respect to the downstream side, and the backflow prevention valve 75 is opened. On the other hand, the backflow prevention valve 76 is closed because the negative pressure state is reached also on the upstream side. Then, as shown in FIG. 2 (4), when the volume of the pressure chamber 51 is reduced, the pressure chamber 51 is pressurized, so that the pressure is reduced to the downstream side, and the check valve 75 is closed. On the other hand, since the high pressure state is reached also on the upstream side, the backflow prevention valve 76 is opened. In this way, the refrigerant 130 can be fed in the direction of the arrow by generating a pressure difference before and after the pressure chamber 51.

次に、本発明の流体駆動装置１０の一例について、図３によって説明する。また、図３（１）は平面レイアウト図の一部を示し、図３（２）は図３（１）中のＡ−Ａ線における概略構成断面を示し、図３（３）は図３（１）中のＢ−Ｂ線における概略構成断面を示すものである。なお、図３（１）と図３（２）、（３）の縮尺は必ずしも一致させていない。また、流体駆動装置は並列に配置されるが、図面では一つの流体駆動装置に着目して、以下の説明を行う。   Next, an example of the fluid drive device 10 of the present invention will be described with reference to FIG. 3 (1) shows a part of a plan layout view, FIG. 3 (2) shows a schematic cross section taken along the line AA in FIG. 3 (1), and FIG. 3 (3) shows FIG. 1) A schematic cross section taken along line BB in FIG. Note that the scales of FIG. 3 (1) and FIGS. 3 (2) and (3) are not necessarily matched. In addition, although the fluid drive devices are arranged in parallel, the following description will be given focusing on one fluid drive device in the drawings.

図３に示すように、表面が少なくとも絶縁層により形成された基板１１上には導電体薄膜からなるもので他の流体駆動装置（図示せず）と共通に用いられる基板側電極１２が形成されている。上記基板側電極１２上には第１絶縁膜１３が形成されている。この第１絶縁膜１３上に空間３１が形成されるように第２絶縁膜１４が形成されている。したがって、上記空間３１は、平面的に形成した第１絶縁膜１３と立体的に形成された第２絶縁膜１４によって構成されるもので、ほぼ直方体形状の空間であって、その空間３１の側部に櫛歯状に第２絶縁膜１４を含む支柱２１が形成されているものである。なお、上記第１絶縁膜１３および第２絶縁膜１４は、後に説明する振動板側電極が撓んだ際に上記基板側電極１２に接触するのを避けるための絶縁膜である。   As shown in FIG. 3, a substrate-side electrode 12 made of a conductive thin film and used in common with other fluid drive devices (not shown) is formed on a substrate 11 whose surface is formed of at least an insulating layer. ing. A first insulating film 13 is formed on the substrate side electrode 12. A second insulating film 14 is formed so that a space 31 is formed on the first insulating film 13. Therefore, the space 31 is composed of the first insulating film 13 formed in a plane and the second insulating film 14 formed in a three-dimensional manner, and is a substantially rectangular parallelepiped space on the side of the space 31. A column 21 including the second insulating film 14 is formed in a comb-like shape on the part. The first insulating film 13 and the second insulating film 14 are insulating films for avoiding contact with the substrate-side electrode 12 when a diaphragm-side electrode described later is bent.

上記第２絶縁膜１４上には上記空間３１に対して第２絶縁膜１４を介して各独立に駆動される振動板側電極１５が形成されている。この振動板側電極１５は平面視（平面レイアウト図上方から見た場合）では矩形（方形もしくは長方形）に形成されている。また、隣接する振動板側電極１５間にリークが生じないようにするため、振動板側電極１５は互いに独立して形成されている。   On the second insulating film 14, diaphragm-side electrodes 15 that are independently driven with respect to the space 31 via the second insulating film 14 are formed. The diaphragm-side electrode 15 is formed in a rectangle (square or rectangular) in plan view (when viewed from above the plan layout diagram). In addition, the diaphragm side electrodes 15 are formed independently of each other so that no leakage occurs between the adjacent diaphragm side electrodes 15.

上記第２絶縁膜１４上には上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６が形成されている。さらに上記第３絶縁膜１６上には流体に圧力変化を与えるもので、各独立に駆動される振動板側電極１１を一体に有した複数の振動板１７が並列配置され、各振動板１７を両持ち梁で支持するように支柱２１が基板１１上、実質第１絶縁膜１３上に形成されて構成されている。さらに振動板１７を被覆するように第３絶縁膜１６上には第４絶縁膜１８が形成されている。上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的で形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。以上説明したように、上記支柱２１は、上記空間３１側部に入りこむように、櫛歯状に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４と振動板側電極１５と第３絶縁膜１６と振動板１７と第４絶縁膜１８とによって形成されている。   A third insulating film 16 that covers the diaphragm side electrode 15 is formed on the second insulating film 14. Further, on the third insulating film 16, a pressure change is applied to the fluid. A plurality of diaphragms 17 integrally having diaphragm-side electrodes 11 that are independently driven are arranged in parallel, and the diaphragms 17 are arranged in parallel. The support column 21 is formed on the substrate 11 and substantially on the first insulating film 13 so as to be supported by the doubly supported beams. Further, a fourth insulating film 18 is formed on the third insulating film 16 so as to cover the diaphragm 17. The third insulating film 16 is formed for the purpose of relieving the stress of the diaphragm 17 with respect to the diaphragm-side electrode 15, and may be omitted if stress relaxation is not necessary. As described above, the support column 21 has the second insulating film 14, the diaphragm-side electrode 15, and the third insulating film 16 in the support column forming region formed in a comb shape so as to enter the side of the space 31. The diaphragm 17 and the fourth insulating film 18 are formed.

上記振動板１７は、図示の例では短冊状に形成され、振動板１７の側部に沿って夫々所定間隔（支柱間ピッチ）を置いて複数の支柱２１が形成されている。隣り合う振動板１７は支柱２１を介して連続して形成され、かつ支柱２１も振動板１７を含んで形成されている。したがって、振動板１７と基板側電極１２間の空間３１は、並列する複数の振動板１７の間で連通されている。各振動板１７間を連通する全体の空間３１は、密閉空間になるように形成されている。   The diaphragm 17 is formed in a strip shape in the illustrated example, and a plurality of struts 21 are formed at predetermined intervals (pitch between struts) along the side portion of the diaphragm 17. Adjacent diaphragms 17 are formed continuously through support columns 21, and the support columns 21 are also formed including the vibration plates 17. Accordingly, the space 31 between the diaphragm 17 and the substrate-side electrode 12 is communicated between the plurality of diaphragms 17 arranged in parallel. The entire space 31 that communicates between the diaphragms 17 is formed to be a sealed space.

上記各振動板１７の支柱２１の近傍、本実施例では１つの振動板１７の側部に沿う各支柱２１間には、後述する製造工程で犠牲層をエッチング除去するための気体または液体を導入するための開口部（図示せず）が形成されている。犠牲層をエッチング除去した後は、開口部は所要の部材により閉塞される。   A gas or a liquid for etching and removing a sacrificial layer in the manufacturing process described later is introduced between the struts 21 of each diaphragm 17 and between the struts 21 along the side portion of one diaphragm 17 in this embodiment. An opening (not shown) is formed. After the sacrificial layer is removed by etching, the opening is closed by a required member.

上記基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板を用いることができ、その上に絶縁膜（図示せず）を形成したものである。したがって、基板１１は石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等を用いることもできる。この場合には、基板表面に絶縁膜を形成する必要はない。本実施例では基板１１に、表面にシリコン酸化膜等による絶縁膜を形成したシリコン基板を用いた。   As the substrate 11, for example, a semiconductor substrate such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) can be used, and an insulating film (not shown) is formed thereon. Therefore, the substrate 11 may be an insulating substrate such as a glass substrate including a quartz substrate. In this case, it is not necessary to form an insulating film on the substrate surface. In this embodiment, a silicon substrate having a surface formed with an insulating film such as a silicon oxide film is used as the substrate 11.

上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成される。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。本実施例では不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。   The substrate-side electrode 12 includes a polycrystalline silicon film doped with impurities, a metal film (for example, platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), chromium (Cr), nickel (Ni), Copper (Cu) or the like), ITO (Indium Tin Oxide) film or the like. Various film formation methods such as the film formation method, vapor deposition method, vapor phase growth method, and sputtering method can be used. In this embodiment, it is formed of an impurity-doped polycrystalline silicon film.

上記振動板側電極１５は、上記基板側電極１２と同様の材料、成膜方法で形成することができる。すなわち、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成されることができる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。本実施例では、振動板側電極１５は不純物ドープの多結晶シリコン膜で形成した。   The diaphragm-side electrode 15 can be formed by the same material and film formation method as the substrate-side electrode 12. That is, a polycrystalline silicon film doped with impurities, a metal film (for example, platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), etc. ), An ITO (Indium Tin Oxide) film, or the like. Various film formation methods such as the film formation method, vapor deposition method, vapor phase growth method, and sputtering method can be used. In this embodiment, the diaphragm side electrode 15 is formed of an impurity-doped polycrystalline silicon film.

振動板側電極１５は、第３絶縁膜１６を介して振動板１７に接合され、かつ振動板１７の折曲された下面凹部内に挿入されるように形成され、かつ、空間３１の側壁側に延長形成されている。振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。また振動板１７の上面には第４絶縁膜１８が形成され、この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。また、第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６は、例えばシリコン酸化膜で形成することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。   The diaphragm-side electrode 15 is joined to the diaphragm 17 via the third insulating film 16 and is formed so as to be inserted into the bent lower surface recess of the diaphragm 17, and on the side wall side of the space 31. It is formed to extend. The diaphragm 17 is preferably formed of, for example, an insulating film, and in particular, a silicon nitride film (SiN film) that generates tensile stress and has a high repulsive force as the diaphragm. Further, a fourth insulating film 18 is formed on the upper surface of the vibration plate 17, and the fourth insulating film 18 is formed of, for example, a silicon oxide film. The second insulating film 14 and the third insulating film 16 can be formed of, for example, a silicon oxide film. Therefore, the diaphragm is substantially composed of the second insulating film 14, the diaphragm side electrode 15, the third insulating film 16, the diaphragm 17, and the fourth insulating film 18 in this embodiment.

上記構成の流体駆動装置１０は、基板側電極１２と振動板側電極１５との間に電圧を印加することにより振動板１８を振動させ、振動板１７上の流体に圧力変化を与えてその流体を移動させるものである。   The fluid drive device 10 configured as described above vibrates the diaphragm 18 by applying a voltage between the substrate-side electrode 12 and the diaphragm-side electrode 15, and changes the pressure on the fluid on the diaphragm 17 to thereby change the fluid. Is to move.

上記集積回路装置１では、集積回路２を駆動した際に、発熱を起こす。その際、各ポンプ１１０を駆動することによって、各流路１２０内に冷媒１３０が循環される。これによって、基板１１内の高温部分では、冷媒により発熱した熱が奪い取られ、冷却される。また、各流路１２０では、集積回路２の最も発熱量の大きい領域から発熱量の低い領域に、例えば、チップ中央のロジック部３から外周のキャッシュ部４へ液体が流れるように熱設計されている。これらによって、冷媒１３０はポンプ１１０から流路１２０を通ってまたポンプ１１０に戻るという冷媒の循環系が構成されている。これによって、基板１１内は冷却され、高温にならないようになるので、集積回路２の動作速度の低下を防止することができ、高速動作の実現、信頼性の向上等の効果が得られる。   The integrated circuit device 1 generates heat when the integrated circuit 2 is driven. At that time, the refrigerant 130 is circulated in each flow path 120 by driving each pump 110. As a result, the heat generated by the refrigerant is taken away and cooled at the high temperature portion in the substrate 11. In addition, each channel 120 is thermally designed so that liquid flows from the region with the highest heat generation amount of the integrated circuit 2 to the region with a low heat generation amount, for example, from the logic unit 3 in the center of the chip to the cache unit 4 on the outer periphery. Yes. As a result, a refrigerant circulation system is formed in which the refrigerant 130 returns from the pump 110 through the flow path 120 to the pump 110. As a result, the inside of the substrate 11 is cooled and does not reach a high temperature, so that the operation speed of the integrated circuit 2 can be prevented from being lowered, and effects such as realization of high-speed operation and improvement of reliability can be obtained.

次に、本発明の集積回路装置の製造方法に係る一実施例を、図４および図５の概略構成断面図によって説明する。   Next, an embodiment of the method for manufacturing an integrated circuit device according to the present invention will be described with reference to the schematic sectional views of FIGS.

図４（１）に示すように、集積回路を形成するための基板１１を用意する。この基板１１は、例えば半導体基板を用い、例えばシリコン基板を用いる。次いで、上記基板１１上に一般的な半導体素子（例えば、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、リアクタンス等の素子）および配線層からなる集積回路２を形成する。この集積回路２は、一例として、基板処理装置、制御装置、入出力処理装置等を一つにまとめた中央演算処理装置（ＣＰＵ）であり、例えばロジック部とキャッシュ部とで構成されている。ロジック部としては、例えば、演算論理装置（ＡＬＵ）、浮動小数点プロセッサ（ＦＰＵ）等からなる。またキャッシュ部としては、例えば、スタティックランダムアクセスメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ等のメモリ装置からなる。上記集積回路２は、既存の半導体装置製造プロセスによって形成することができる。   As shown in FIG. 4A, a substrate 11 for forming an integrated circuit is prepared. As the substrate 11, for example, a semiconductor substrate is used, and for example, a silicon substrate is used. Next, an integrated circuit 2 including a general semiconductor element (for example, an element such as a transistor, a resistor, a capacitor, or a reactance) and a wiring layer is formed on the substrate 11. As an example, the integrated circuit 2 is a central processing unit (CPU) in which a substrate processing device, a control device, an input / output processing device, and the like are combined into one, and is configured of, for example, a logic unit and a cache unit. The logic unit includes, for example, an arithmetic logic unit (ALU), a floating point processor (FPU), and the like. The cache unit includes a memory device such as a static random access memory or a dynamic random access memory. The integrated circuit 2 can be formed by an existing semiconductor device manufacturing process.

次に、図４（２）に示すように、基板１１の第１面とは反対側の面である第２面を研磨する。これによって、基板１１の厚さを薄くする。例えば、基板１１は、一般的に厚さが７００μｍ〜１ｍｍ程度である。このような基板１１を４００μｍ程度の厚さになるように、研磨を行う。なお、研磨のみでは加工時間がかかりすぎるので、基板１１の第２面の研削を行った後、研磨を行って仕上げることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 4B, the second surface which is the surface opposite to the first surface of the substrate 11 is polished. As a result, the thickness of the substrate 11 is reduced. For example, the substrate 11 generally has a thickness of about 700 μm to 1 mm. Polishing is performed so that the substrate 11 has a thickness of about 400 μm. In addition, since it takes too much processing time only by polishing, it is preferable to finish by polishing after the second surface of the substrate 11 is ground.

次に、図４（３）に示すように、上記基板１１の第２面にポンプ（例えばマイクロポンプ）１１０を形成する。各ポンプ１１０は、例えば０．０１ｃｍ3／ｍｉｎ〜０．５ｃｍ3／ｍｉｎの流量の冷媒を送給する能力を有するものである。上記ポンプ１１０の形成方法の一例は、後述する。 Next, as shown in FIG. 4 (3), a pump (for example, a micro pump) 110 is formed on the second surface of the substrate 11. Each pump 110 has, for example, 0.01cm 3 /min~0.5cm 3 / min of flow refrigerant feed Kyusuru ability of. An example of a method for forming the pump 110 will be described later.

次に、図４（４）に示すように、基板１１の第２面側にマスク層（図示せず）を形成する。このマスク層は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成される。そして、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、流路形成領域上の上記マスク層を除去する。そして上記マスク層をエッチングマスクに用いたエッチング加工を行い、基板１１の第２面に、上記ポンプ１１０に接続するとともに、第２面を巡らせるように流路１２０を形成する。上記エッチング加工は、例えば、深溝のエッチング加工が可能なＤｅｅｐ−ＲＩＥ（ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）により行う。そして、例えば、幅が３０μｍ〜５００μｍ、深さが３０μｍ〜５００μｍ、好ましくは幅が１００μｍ〜２００μｍ、深さが１００μｍ〜２００μｍの上記流路１２０を、基板１１の第２面内を効率よく冷却するようにできうる限り第２面を覆うように形成した。例えば流路１２０は折れ線状に配置される、もしくは渦巻き状に配置される。また上記流路１２０は、上記ポンプ１１０が複数形成されている場合には、それぞれのポンプ１１０を通して閉ループとなるように形成される。また、各流路１２０の少なくとも２箇所は基板１１の端部に配置して注入部１２１、１２２を形成する。この二つの注入部１２１、１２２は、後の工程で、流路１２０内に冷媒（図示せず）を注入する際に必要となるものである。 Next, as shown in FIG. 4 (4), a mask layer (not shown) is formed on the second surface side of the substrate 11. This mask layer is formed of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film. Then, the mask layer on the flow path forming region is removed by lithography technique and etching technique. Then, an etching process using the mask layer as an etching mask is performed, and the flow path 120 is formed on the second surface of the substrate 11 so as to be connected to the pump 110 and to surround the second surface. The etching process is performed by, for example, Deep-RIE (RIE: reactive ion etching) capable of etching a deep groove. For example, the flow path 120 having a width of 30 μm to 500 μm, a depth of 30 μm to 500 μm, preferably a width of 100 μm to 200 μm, and a depth of 100 μm to 200 μm is efficiently cooled in the second surface of the substrate 11. Thus, it was formed so as to cover the second surface as much as possible. For example, the flow path 120 is arranged in a polygonal line shape or arranged in a spiral shape. Further, when a plurality of the pumps 110 are formed, the flow path 120 is formed to be a closed loop through each pump 110. Further, at least two locations of each flow path 120 are arranged at the end of the substrate 11 to form the injection portions 121 and 122. The two injection parts 121 and 122 are required when a refrigerant (not shown) is injected into the flow path 120 in a later step.

なお、上記流路１２０を形成する前に、基板１１の第２面側を平坦化しおておくことが好ましい。平坦化は、基板１１の第２面に平坦化膜を形成した後、化学的機械研磨等の既存の平坦化方法により平坦化膜を研磨することにより平坦化を成すことができる。   In addition, it is preferable to planarize the 2nd surface side of the board | substrate 11 before forming the said flow path 120. FIG. The planarization can be performed by forming a planarization film on the second surface of the substrate 11 and then polishing the planarization film by an existing planarization method such as chemical mechanical polishing.

次に、図５（５）に示すように、上記流路１２０が形成形成され、流路１２０以外の領域が平坦化されている基板１１の第２面に放熱体（例えばヒートスプレッダ）１４０を貼り合わせる。貼り合わせには接着剤を用いる。この接着剤には例えばエポキシ系接着剤を用いる。   Next, as shown in FIG. 5 (5), a heat radiator (for example, a heat spreader) 140 is attached to the second surface of the substrate 11 where the flow path 120 is formed and formed and the area other than the flow path 120 is flattened. Match. An adhesive is used for bonding. For example, an epoxy adhesive is used as the adhesive.

次に、図５（６）に示すように、基板１１の端面に形成した流路１２０の一つの注入部１２１から流路１２０内に冷媒１３０を注入する。このとき、流路１２０内の気体が押し出されるよう、もう一方の注入部１２２から冷媒１３０が出てくるまで注入する。この冷媒１３０には、例えばフッ素系不活性液、アンモニア等を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 5 (6), the coolant 130 is injected into the channel 120 from one injection part 121 of the channel 120 formed on the end surface of the substrate 11. At this time, injection is performed until the refrigerant 130 comes out from the other injection part 122 so that the gas in the flow path 120 is pushed out. As the refrigerant 130, for example, a fluorine-based inert liquid, ammonia or the like can be used.

次に、図５（７）に示すように、一つの流路１２０対して設けられた２箇所の注入部１２１、１２２を封止剤１２３、１２４により封止する。この封止剤１２３、１２４には接着剤を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 5 (7), the two injection parts 121, 122 provided for one flow path 120 are sealed with sealing agents 123, 124. An adhesive can be used for the sealants 123 and 124.

本発明の集積回路装置の製造方法では、基板１１の集積回路２を形成した側とは反対側の面（第２面）に冷却装置１００を形成し、その冷却装置１００は、ポンプ１１０により、ポンプ１１０に接続した流路１２０内を冷媒１３０が循環するように形成されるため、基板１１内において熱密度の異なる領域が発生しても、集積回路２は流路１２０内を循環する冷媒１３０によって基板１１を通じて冷却されるので、集積回路２の温度を一定の温度に冷却保持することができる構成を形成することができるという利点がある。これによって、安定的に高速動作が可能な集積回路装置を製造することができる。   In the method of manufacturing an integrated circuit device according to the present invention, the cooling device 100 is formed on the surface (second surface) opposite to the side on which the integrated circuit 2 is formed of the substrate 11. Since the refrigerant 130 circulates in the flow path 120 connected to the pump 110, the integrated circuit 2 circulates in the flow path 120 even if regions having different heat densities occur in the substrate 11. Therefore, there is an advantage that it is possible to form a configuration in which the temperature of the integrated circuit 2 can be cooled and held at a constant temperature. As a result, an integrated circuit device capable of stably operating at high speed can be manufactured.

次に、上記ポンプ１１０の形成方法の一例を以下に説明する。まずポンプ１１０の構成部品である流体駆動装置１０の製造方法の一例を、図６〜図１７の製造工程図によって説明する。なお、図６〜図１７の製造工程図は、主として前記図３（１）に示した平面レイアウト図に示したＡ−Ａ線断面およびＢ−Ｂ線断面と同様な位置における断面構造を示す。   Next, an example of a method for forming the pump 110 will be described below. First, an example of a manufacturing method of the fluid drive device 10 which is a component part of the pump 110 will be described with reference to manufacturing process diagrams of FIGS. 6 to 17 mainly show a cross-sectional structure at the same position as the cross section taken along the line AA and the line BB shown in the plan layout diagram shown in FIG.

図６に示すように、基板１１を用意する。この基板１１は、表面が少なくとも絶縁性を有するように、絶縁膜（図示せず）を形成しておく。例えば本実施例ではシリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した基板を用いた。上記基板１１上に共通の基板側電極１２を形成する。基板側電極１２は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの基板側電極１２が形成される。   As shown in FIG. 6, a substrate 11 is prepared. An insulating film (not shown) is formed on the substrate 11 so that the surface has at least an insulating property. For example, in this embodiment, a substrate in which a silicon oxide film is formed on a silicon substrate is used. A common substrate side electrode 12 is formed on the substrate 11. In this embodiment, the substrate-side electrode 12 is doped with, for example, phosphorus (P) as an impurity after forming an amorphous silicon film by, for example, chemical vapor deposition (CVD). Thereafter, the impurity doped by heat treatment was activated to form a conductive electrode. Thereby, the substrate-side electrode 12 of polycrystalline silicon is formed.

上記基板側電極１２は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。   The substrate side electrode 12 is formed of a polycrystalline silicon film doped with impurities. For example, a metal film (for example, platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), chromium (Cr), Nickel (Ni), copper (Cu), etc.), ITO (Indium Tin Oxide) film, etc. can also be used. Various film formation methods such as the film formation method, vapor deposition method, vapor phase growth method, and sputtering method can be used.

次に、図７に示すように、基板側電極１２の表面上に第１絶縁膜１３を形成する。第１絶縁膜１３は、例えば１０００℃程度の高温の減圧ＣＶＤ法または熱酸化法により形成することができる。この第１絶縁膜１３は、基板側電極１１の保護膜、後述する犠牲層をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性のある膜、さらに振動板と基板側電極が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１１に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。第１絶縁膜１３としては、例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）によるエッチングガスを用いるときは酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜とし、例えばフッ酸によるエッチング液を用いるときは窒化シリコン（ＳｉＮ）膜とすることができる。次に、第１絶縁膜１３の全面上に犠牲層４１を形成する。犠牲層４１として、本実施例では多結晶シリコン膜をＣＶＤ法より堆積する。 Next, as shown in FIG. 7, a first insulating film 13 is formed on the surface of the substrate side electrode 12. The first insulating film 13 can be formed by, for example, a high temperature reduced pressure CVD method or a thermal oxidation method of about 1000 ° C. The first insulating film 13 is a protective film for the substrate-side electrode 11, a film that is resistant to an etching solution or etching gas for etching a sacrificial layer, which will be described later, and a discharge prevention when the diaphragm and the substrate-side electrode approach each other. The diaphragm is required to have a function of preventing a short circuit when the diaphragm abuts against the substrate side electrode 11. The first insulating film 13 is, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film when an etching gas based on sulfur hexafluoride (SF 6 ) or xenon difluoride (XeF 2 ) is used. For example, an etching solution based on hydrofluoric acid is used. When used, it can be a silicon nitride (SiN) film. Next, a sacrificial layer 41 is formed on the entire surface of the first insulating film 13. In this embodiment, a polycrystalline silicon film is deposited as the sacrificial layer 41 by the CVD method.

次に、図８に示すように、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、後に形成する振動板を支える支柱（いわゆるアンカー）を形成すべき部分（図示はしないが補助支柱を形成する場合にはその補助支柱に対応する部分も含む）の犠牲層４１を選択的にエッチング除去し開口部４２を形成して、犠牲層パターン４３を形成する。   Next, as shown in FIG. 8, a portion (so-called anchor) for supporting a vibration plate to be formed later (so-called anchor) is to be formed by using a normal lithography technique and an etching technique. The sacrificial layer 41 is also selectively removed by etching to form an opening 42 to form a sacrificial layer pattern 43.

次に、図９に示すように、上記第３絶縁膜１３上に、上記犠牲層パターン４３の表面を被覆する第２絶縁膜１４を形成する。この第２絶縁膜１４は、第１絶縁膜１３と同様に犠牲層４１をエッチングするエッチング液またはエッチングガスに対して耐性を有する膜で形成する。本実施例では多結晶シリコン膜による犠牲層４１を例えば、六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を用いてエッチング除去するので、第２絶縁膜１４がエッチングストッパとなるように、例えば熱酸化またはＣＶＤによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）で形成する。またこの第２絶縁膜１４には、振動板側電極の保護、振動板と基板側電極１２が接近した際の放電防止、振動板が基板側電極１２に当接した場合のショート防止等の機能を有することが求められる。 Next, as shown in FIG. 9, a second insulating film 14 that covers the surface of the sacrificial layer pattern 43 is formed on the third insulating film 13. The second insulating film 14 is formed of a film having resistance to an etching solution or etching gas for etching the sacrificial layer 41 in the same manner as the first insulating film 13. In this embodiment, the sacrificial layer 41 made of a polycrystalline silicon film is removed by etching using, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) or xenon difluoride (XeF 2 ), so that the second insulating film 14 serves as an etching stopper. Thus, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed by thermal oxidation or CVD. The second insulating film 14 also functions to protect the diaphragm side electrode, prevent discharge when the diaphragm and the substrate side electrode 12 approach each other, and prevent short circuit when the diaphragm contacts the substrate side electrode 12. It is required to have.

次に、図１０に示すように、上記第２絶縁膜１４上に各独立した振動板側電極１５を形成する。振動板側電極１５は、本実施例では、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法によりアモルファスシリコン膜を成膜した後、不純物として例えば燐（Ｐ）をドーピングする。その後、熱処理によってドーピングした不純物を活性化し、導電性を有する電極として形成した。これにより多結晶シリコンの振動板側電極１５が形成される。振動板側電極１５は、支柱形成領域間を含む犠牲層パターン４３上に第２絶縁膜１４を介して形成される。   Next, as shown in FIG. 10, independent diaphragm-side electrodes 15 are formed on the second insulating film 14. In this embodiment, the diaphragm side electrode 15 is doped with, for example, phosphorus (P) as an impurity after forming an amorphous silicon film by, for example, chemical vapor deposition (CVD). Thereafter, the impurity doped by heat treatment was activated to form a conductive electrode. Thereby, the diaphragm-side electrode 15 of polycrystalline silicon is formed. The diaphragm-side electrode 15 is formed on the sacrificial layer pattern 43 including between the strut formation regions via the second insulating film 14.

上記振動板側電極１５は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成したが、例えば金属膜（例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等で形成することもできる。その成膜方法、蒸着法、気相成長法、スパッタリング法等の種々の成膜方法を用いることができる。   The diaphragm side electrode 15 is formed of a polycrystalline silicon film doped with impurities. For example, a metal film (for example, platinum (Pt), titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), chromium (Cr) , Nickel (Ni), copper (Cu), etc.), ITO (Indium Tin Oxide) film or the like. Various film formation methods such as the film formation method, vapor deposition method, vapor phase growth method, and sputtering method can be used.

次に、図１１に示すように、上記振動板側電極１５を被覆する第３絶縁膜１６を形成する。この第３絶縁膜１６は、例えば振動板側電極１５の表面を熱酸化してシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜で形成してもよく、または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって酸化シリコンを堆積して形成してもよい。なお、上記第３絶縁膜１６は、振動板側電極１５に対して振動板１７の応力を緩和する目的で形成されるものであり、応力緩和の必要がない場合には、省略することもできる。 Next, as shown in FIG. 11, a third insulating film 16 that covers the diaphragm side electrode 15 is formed. The third insulating film 16 may be formed of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film by thermally oxidizing the surface of the diaphragm side electrode 15, or silicon oxide may be formed by chemical vapor deposition (CVD) or the like. It may be deposited and formed. The third insulating film 16 is formed for the purpose of relieving the stress of the diaphragm 17 with respect to the diaphragm-side electrode 15, and may be omitted if stress relaxation is not necessary. .

次に、図１２に示すように、第３絶縁膜１６上の全面に流体に圧力変化を与える振動板１７を形成する。上記振動板１７は、例えば絶縁膜で形成され、特に引っ張りの応力が発生し振動板としての反発力が高いシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成するのが好ましい。その成膜方法としては、例えば減圧ＣＶＤ法が挙げられる。上記のように振動板１７をシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成することにより、振動板１７は引っ張りの応力を有するものとなり、かつ反発力の高いものとなるので、振動板として好都合なものとなる。   Next, as shown in FIG. 12, a diaphragm 17 that changes the pressure of the fluid is formed on the entire surface of the third insulating film 16. The diaphragm 17 is preferably formed of, for example, an insulating film, and in particular, a silicon nitride film (SiN film) that generates tensile stress and has a high repulsive force as the diaphragm. As the film forming method, for example, a low pressure CVD method is exemplified. By forming the diaphragm 17 with a silicon nitride film (SiN film) as described above, the diaphragm 17 has a tensile stress and a high repulsive force. Become.

次に、図１３に示すように、振動板１７を被覆する第４絶縁膜１８を形成する。この第４絶縁膜１８は例えばシリコン酸化膜で形成される。この絶縁膜１８としては、例えば流体として、インク、薬液、その他の液体を用いるときにはその液体接触面に、親水性の絶縁膜１８を形成する。流体として気体を用いるときは気体に対して耐性のある絶縁膜１８を形成する。犠牲層パターン４３のエッチングに際して六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを用いるときは、このエッチングガスに対して耐性もある酸化膜（例えばシリコン酸化膜）で絶縁膜１８を形成することが好ましい。 Next, as shown in FIG. 13, a fourth insulating film 18 that covers the diaphragm 17 is formed. The fourth insulating film 18 is formed of, for example, a silicon oxide film. As the insulating film 18, for example, when ink, chemical liquid, or other liquid is used as a fluid, a hydrophilic insulating film 18 is formed on the liquid contact surface. When gas is used as the fluid, the insulating film 18 that is resistant to the gas is formed. When etching the sacrificial layer pattern 43 using sulfur hexafluoride (SF 6 ) or xenon difluoride (XeF 2 ) gas, an insulating film made of an oxide film (eg, silicon oxide film) that is resistant to the etching gas is used. 18 is preferably formed.

シリコン窒化膜による振動板１７は第３絶縁膜１６と第４絶縁膜１８により挟まれる構成となっているが、この構成は引張り応力を有するシリコン窒化膜と圧縮応力を有するシリコン酸化膜との積層構造を形成する場合には振動板の反りを防ぐ上で有効である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層構造では引張りと圧縮応力の相乗効果により、振動板が大きく凹状になってしまい振動板の変位量が不足する。シリコン窒化膜の両側をシリコン酸化膜で覆うことでこの反りを緩和することができる。したがって、振動板は、本実施例では実質的に、第２絶縁膜１４、振動板側電極１５、第３絶縁膜１６、振動板１７、第４絶縁膜１８で構成される。   The diaphragm 17 made of a silicon nitride film is sandwiched between the third insulating film 16 and the fourth insulating film 18. This structure is a laminate of a silicon nitride film having tensile stress and a silicon oxide film having compressive stress. When forming the structure, it is effective in preventing the warp of the diaphragm. In the laminated structure of the silicon nitride film and the silicon oxide film, due to the synergistic effect of the tension and the compressive stress, the diaphragm becomes a large concave shape and the displacement of the diaphragm is insufficient. This warping can be alleviated by covering the both sides of the silicon nitride film with a silicon oxide film. Therefore, the diaphragm is substantially composed of the second insulating film 14, the diaphragm side electrode 15, the third insulating film 16, the diaphragm 17, and the fourth insulating film 18 in this embodiment.

また、支柱２１は、第２絶縁膜１４と第３絶縁膜１６と第４絶縁膜１８とによって形成される。   The support 21 is formed by the second insulating film 14, the third insulating film 16, and the fourth insulating film 18.

次に、図１４に示すように、支柱２１の近傍に第４絶縁膜１８、第３絶縁膜１６、第２絶縁膜１４等を貫通して犠牲層パターン４３が露出するように開口部４４を形成する。この開口部４４は、犠牲層パターン４３をエッチング除去する際の抜き孔となるものであり、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性ドライエッチングで形成することができる。なお、この開口部は２μｍ角の方形以下で十分であり、小さいほど閉塞しやすい。ドライエッチングの場合、０.５μｍ角の方形でも十分犠牲層エッチングが可能である。   Next, as shown in FIG. 14, an opening 44 is formed in the vicinity of the support column 21 so that the sacrificial layer pattern 43 is exposed through the fourth insulating film 18, the third insulating film 16, the second insulating film 14, and the like. Form. The opening 44 serves as a hole when the sacrificial layer pattern 43 is removed by etching, and can be formed by anisotropic dry etching such as reactive ion etching (RIE). It is sufficient that the opening is a square of 2 μm square or less, and the smaller the opening, the easier it is to close. In the case of dry etching, sacrificial layer etching can be sufficiently performed even with a square of 0.5 μm square.

次に、図１５に示すように、開口部４４を通じてエッチング液またはエッチングガスを導入し、本実施例では六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスを導入して犠牲層パターン４３〔前記図１４参照〕をエッチング除去し、振動板側電極１５を一体に有する振動板１７と基板側電極１２との間に空間３１を形成する。この場合、開口部４４が振動板１７の長辺に沿って複数形成され、開口部４４を通して振動板１７の短辺に沿う方向にエッチングが進められるので、短時間でのエッチングが可能になる。犠牲層パターン４３として多結晶シリコンのようなシリコンを使用した場合には六フッ化イオウ（ＳＦ6）もしくは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスによりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を使用した場合には、フッ酸のエッチング液によりエッチング除去することができる。犠牲層パターン４３をエッチング液で除去したときには乾燥処理を行う。この結果、犠牲層パターン４３を除去した領域に空間３１を形成するとともに、この空間３１側部に形成された支柱形成領域に第２絶縁膜１４、第３絶縁膜１６および第４絶縁膜１８とによって支柱形成領域に支柱２１が形成される。 Next, as shown in FIG. 15, an etchant or an etching gas is introduced through the opening 44, and in this embodiment, sulfur hexafluoride (SF 6 ) or xenon difluoride (XeF 2 ) gas is introduced and sacrificed. The layer pattern 43 (see FIG. 14) is removed by etching to form a space 31 between the diaphragm 17 having the diaphragm side electrode 15 integrally and the substrate side electrode 12. In this case, a plurality of openings 44 are formed along the long side of the diaphragm 17, and etching proceeds in a direction along the short side of the diaphragm 17 through the openings 44, so that etching can be performed in a short time. When silicon such as polycrystalline silicon is used as the sacrificial layer pattern 43, it can be removed by etching with sulfur hexafluoride (SF 6 ) or xenon difluoride (XeF 2 ) gas. When a silicon oxide film (SiO 2 film) is used as the sacrificial layer pattern 43, it can be removed by etching with a hydrofluoric acid etchant. When the sacrificial layer pattern 43 is removed with an etching solution, a drying process is performed. As a result, the space 31 is formed in the region from which the sacrificial layer pattern 43 is removed, and the second insulating film 14, the third insulating film 16, and the fourth insulating film 18 are formed in the column forming region formed on the side of the space 31. As a result, the column 21 is formed in the column forming region.

次に、図１６に示すように、上記開口部４４を封止部材４５によって封止する。封止にはアルミニウム（Ａｌ）などの金属スパッタリング法による封止も可能であるが、振動室となる空間３１が減圧になるため振動板１７が凹状になり、振動板１７の支柱２１（もしくは補助支柱）の近傍に応力が常にかかる。また凹状となることにより振動板１７の可動範囲は狭くなる。この点を考慮して、例えばボロン・リン・シリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜を成膜した後、リフロー処理により開口部４４を埋める方法を採ることもできる。リフロー処理の際、窒素（Ｎ2）加圧雰囲気で行うことにより振動室となる空間３１の圧力を所望の値にすることが可能になる。また、後述の圧力室を形成する部材の粘性を利用して開口部４４を塞ぐこともできる。このようにして、流体駆動装置１０が製造される。 Next, as shown in FIG. 16, the opening 44 is sealed with a sealing member 45. The sealing can be performed by a metal sputtering method such as aluminum (Al). However, since the space 31 serving as the vibration chamber is depressurized, the vibration plate 17 has a concave shape, and the column 21 of the vibration plate 17 (or an auxiliary member). Stress is always applied in the vicinity of the column. Moreover, the movable range of the diaphragm 17 becomes narrow by becoming concave. In consideration of this point, for example, a method of filling the opening 44 by a reflow process after forming a boron, phosphorus, silicate glass (BPSG) film may be employed. When the reflow process is performed in a nitrogen (N 2 ) pressurized atmosphere, the pressure of the space 31 serving as the vibration chamber can be set to a desired value. Further, the opening 44 can be closed by utilizing the viscosity of a member forming a pressure chamber described later. In this way, the fluid drive device 10 is manufactured.

次に、図１７に示すように、流体駆動装置１０上に、隔壁形成膜を成膜する。この隔壁形成膜は、例えば光硬化性樹脂材料、例えば感光性を有するエポキシ樹脂材料で形成することができる。その後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、上記隔壁形成膜をパターニングし、流体（例えば冷媒）を溜める圧力室（いわゆるチャンバー）５１およびこの圧力室５１に連通する流体の供給流路（図示せず）を構成する隔壁５２（５２Ａ）を形成する。すなわち、振動板１７上に圧力室５１を形成し、例えば隣接する流体駆動装置１の支柱２１間上に圧力室５１を構成するための隔壁５２を形成する。   Next, as shown in FIG. 17, a partition wall forming film is formed on the fluid driving device 10. This partition forming film can be formed of, for example, a photo-curable resin material, for example, a photosensitive epoxy resin material. After that, the partition wall forming film is patterned by using a lithography technique and an etching technique, and a pressure chamber (so-called chamber) 51 for storing a fluid (for example, a refrigerant) and a fluid supply channel (not shown) communicating with the pressure chamber 51 ) Forming the partition wall 52 (52A). That is, the pressure chamber 51 is formed on the diaphragm 17, and for example, the partition wall 52 for forming the pressure chamber 51 is formed between the struts 21 of the adjacent fluid driving devices 1.

次に、図１８に示すように、各圧力室５１の上部を閉塞するように、吐出部（例えばノズル）５３を有する隔壁５２（５２Ｂ）を上記隔壁５２Ａの上端面に接合もしくは接着する。この隔壁５２Ｂは、例えばシート状体（いわゆるノズルシート）からなり、例えば、ニッケル、ステンレスなどの金属、またはＳｉウェーハなどの所要の材料で形成することができる。上記説明した工程を経て、ポンプ１１０（静電駆動流体吐出装置）を得る。   Next, as shown in FIG. 18, a partition 52 (52B) having a discharge portion (for example, a nozzle) 53 is joined or bonded to the upper end surface of the partition 52A so as to close the upper portion of each pressure chamber 51. The partition wall 52B is made of, for example, a sheet-like body (a so-called nozzle sheet), and can be formed of a required material such as a metal such as nickel or stainless steel or a Si wafer. The pump 110 (electrostatic drive fluid discharge device) is obtained through the steps described above.

なお、上記光硬化性樹脂の粘性を調節することで、前記図１６によって説明した振動板１７の開口部４４を金属スパッタリングによって封止部材４５を形成せずに、この光硬化性樹脂を用いて封止部材４５を形成して封止することができる。   In addition, by adjusting the viscosity of the photocurable resin, the opening 44 of the diaphragm 17 described with reference to FIG. 16 is not formed with the sealing member 45 by metal sputtering, and this photocurable resin is used. The sealing member 45 can be formed and sealed.

本発明の集積回路装置およびその製造方法は、各種基板の微小面積領域を冷却するという用途にも適用できる。   The integrated circuit device and the manufacturing method thereof according to the present invention can also be applied to the use of cooling a small area of various substrates.

本発明の集積回路装置に係る一実施例を示した平面レイアウト図である。1 is a plan layout diagram illustrating an embodiment of an integrated circuit device according to the present invention. ポンプを説明する平面レイアウト図および概略構成断面図である。It is the plane layout figure and schematic structure sectional drawing explaining a pump. ポンプに用いる流体駆動装置を示した平面レイアウト図およびＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。It is the plane layout figure which showed the fluid drive device used for a pump, AA sectional view, and BB sectional drawing. 本発明の集積回路装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing an integrated circuit device of the present invention. 本発明の集積回路装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing an integrated circuit device of the present invention. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. ポンプに用いる流体駆動装置の製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the fluid drive device used for a pump. 流体駆動装置を用いたポンプの製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the pump using a fluid drive device. 流体駆動装置を用いたポンプの製造方法の一例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed an example of the manufacturing method of the pump using a fluid drive device.

符号の説明Explanation of symbols

１１…基板、２…集積回路、１００…冷却装置、１１０…ポンプ、１２０…流路、１３０…冷媒   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 2 ... Integrated circuit, 100 ... Cooling device, 110 ... Pump, 120 ... Channel, 130 ... Refrigerant

Claims (7)

基板と、
前記基板の第１面に形成された集積回路と、
前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に形成された冷却装置と
からなる集積回路装置であって、
前記冷却装置は、
ポンプと、
前記ポンプに接続されたもので前記第２面内に巡らせた流路と、
前記流路内に封入されたもので前記ポンプによって前記流路内を循環する冷媒と
からなることを特徴とする集積回路装置。 A substrate,
An integrated circuit formed on the first surface of the substrate;
An integrated circuit device comprising: a cooling device formed on a second surface opposite to the first surface of the substrate;
The cooling device is
A pump,
A flow path connected to the pump and circulated in the second surface;
An integrated circuit device comprising: a refrigerant enclosed in the flow path and circulated in the flow path by the pump. 前記ポンプは複数設けられ、
前記各ポンプにそれぞれ前記流路が接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。 A plurality of the pumps are provided,
The integrated circuit device according to claim 1, wherein the flow path is connected to each pump. 前記集積回路は、複数の異なる機能を有する集積回路からなり、
前記基板の第１面内において部分的に熱密度が異なる
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。 The integrated circuit comprises an integrated circuit having a plurality of different functions,
The integrated circuit device according to claim 1, wherein the heat density is partially different within the first surface of the substrate. 前記ポンプは、
流体に圧力変化を与える振動板と、
前記振動板を駆動するもので前記振動板に設けた振動板側電極と、
前記振動板側電極に対向して設けた基板側電極と、
前記振動板側電極と前記基板側電極との間に設けた空間と、
前記基板側電極に対して前記空間を介して前記振動板側電極を支持する支柱と
を備え、
前記振動板上に流体の供給部と流体の吐出部とを有する圧力室が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。 The pump is
A diaphragm that applies a pressure change to the fluid;
A diaphragm side electrode provided on the diaphragm for driving the diaphragm;
A substrate side electrode provided facing the diaphragm side electrode;
A space provided between the diaphragm side electrode and the substrate side electrode;
A support for supporting the diaphragm side electrode through the space with respect to the substrate side electrode;
The integrated circuit device according to claim 1, wherein a pressure chamber having a fluid supply unit and a fluid discharge unit is formed on the diaphragm. 基板の第１面に集積回路を形成する工程と、
前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面に冷却装置を形成する工程とからなり、
前記冷却装置を形成する工程は、
前記集積回路を形成した後、前記基板の前記第１面とは反対側の面となる第２面側を削る工程と、
前記基板の第２面にポンプを形成する工程と、
前記基板の第２面に前記ポンプに接続する流路を巡らせるように形成する工程と、
前記基板の第２面に前記流路を封止するように放熱体を貼り付ける工程と、
前記流路内に冷媒を注入する工程と、
前記流路内に前記冷媒を封入するように前記流路を封止する工程と
を備えたことを特徴とする集積回路装置の製造方法。 Forming an integrated circuit on the first surface of the substrate;
Forming a cooling device on a second surface which is a surface opposite to the first surface of the substrate,
Forming the cooling device comprises:
After forming the integrated circuit, cutting a second surface side of the substrate opposite to the first surface;
Forming a pump on the second surface of the substrate;
Forming the second surface of the substrate around the flow path connected to the pump;
Attaching a heat dissipating body to seal the flow path on the second surface of the substrate;
Injecting a refrigerant into the flow path;
And a step of sealing the flow path so as to enclose the refrigerant in the flow path. 前記ポンプを複数形成し、
前記各ポンプのそれぞれに接続する前記流路を形成する
ことを特徴とする請求項５記載の集積回路装置の製造方法。 Forming a plurality of said pumps;
The method of manufacturing an integrated circuit device according to claim 5, wherein the flow path connected to each of the pumps is formed. 前記集積回路は、複数の異なる機能を有する集積回路で形成する
ことを特徴とする請求項５記載の集積回路装置の製造方法。
The method of manufacturing an integrated circuit device according to claim 5, wherein the integrated circuit is formed of an integrated circuit having a plurality of different functions.
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