JPH08102544A - Micromachine with metallic anodized film - Google Patents
Micromachine with metallic anodized filmInfo
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- JPH08102544A JPH08102544A JP6271936A JP27193694A JPH08102544A JP H08102544 A JPH08102544 A JP H08102544A JP 6271936 A JP6271936 A JP 6271936A JP 27193694 A JP27193694 A JP 27193694A JP H08102544 A JPH08102544 A JP H08102544A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体および金属など
を構成材料とした微小機械装置の構成に関するもので、
容易に複雑な微小機械装置を構成することができること
を目的としたものである。半導体集積回路の進歩に伴い
微細加工技術は著しく進歩した。１９８７年頃より、こ
の微細加工技術を利用して、大きさが１ミリメートル以
下程度の微小な機械を製作することが提案され、マイク
ロマシンあるいはマイクロメカニクスなどと呼ばれる新
しいデバイスの研究開発が開始された。学会ではＭｉｃ
ｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓ
ｔｅｍ（ＭＥＭＳ メムス）が使用されている。ここで
は以下ＭＭと略記する。基本的な材料は、産業上の利用
目的によって異なっているが、主に半導体、金属、セラ
ミックス、形状記憶合金、ガラスなどが使われている。
半導体ではシリコンが主に用いられ、１９８９年のＴＲ
ＡＮＳＤＵＣＥＲＳ´８９で静電気を動力とした、直径
が１００ミクロン以下のモータが回転したことが発表さ
れた。また数ミクロン程度の物体をつかむマイクログリ
ッパーが、顕微鏡下で動作する様は、多くの研究者の注
目を引くものであった。現在、研究開発が進められてい
る段階で、微小センサ、医療用の各種機器、狭所作業用
ロボットなどの実現に期待が寄せられている。また光通
信における発光素子とファイバーとの接続技術など、従
来の微細技術がＭＭの分野に組み入れられている面があ
ると考えられる。以上のような外部状況の中で、本発明
は新しい構成による微小機械装置の提案をするものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a micromechanical device using semiconductors and metals as constituent materials.
The object is to easily compose a complicated micro mechanical device. With the progress of semiconductor integrated circuits, fine processing technology has made remarkable progress. Around 1987, it was proposed to use this fine processing technique to manufacture a minute machine having a size of about 1 mm or less, and research and development of a new device called a micromachine or micromechanics was started. Mic at the academic conference
ro-Electro-Mechanical-Sys
tem (MEMS MEMS) is used. Hereafter, it is abbreviated as MM. Basic materials differ depending on the purpose of use in industry, but semiconductors, metals, ceramics, shape memory alloys, glasses, etc. are mainly used.
Silicon is mainly used in semiconductors, TR of 1989
It was announced at ANSDUCERS '89 that a motor powered by static electricity and having a diameter of 100 microns or less rotated. In addition, the fact that the micro gripper, which holds objects of a few microns in size, works under a microscope has attracted the attention of many researchers. At the present stage of research and development, there are expectations for the realization of microsensors, various medical devices, robots for work in narrow spaces, and the like. In addition, it is considered that conventional fine technology such as a connection technology between a light emitting element and a fiber in optical communication is incorporated in the field of MM. Under the external circumstances as described above, the present invention proposes a micromechanical device having a new structure.
【０００２】[0002]
【従米技術】図１に本発明になる第１の実施例として、
比較的簡単な構造である静電引付け形片持梁の斜視図を
示す。１は半導体基体、２はアルミニウムの陽極処理に
よって得られた酸化アルミニウム膜で作られている梁、
３はこの梁を引き付けるためのアルミニウム電極、４は
２と同様の酸化アルミニウム膜である。これと同等の機
能をもつ構造を、従来技術で製造する場合の工程概略を
図２に示す。Ａのように半導体基体１の表面に、熱酸化
法により薄い酸化膜５を成長させる。次にＢのようにフ
ォトリソグラフィーを用いて、前記の酸化膜５の一部分
の酸化膜を除去し、半導体基体１の表面を露出し、つづ
いて熱拡散あるいはイオンインプランテーションなどに
よりＰＮ接合による電極６を形成する。次にＣに示すよ
うにフォトリソグラフィー技術を用いて、梁の支持部と
なる部分に孔７を開け、半導体基体１を露出させる。次
にＤに示すように熱ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法
などにより、表面にシリコン多結晶膜８を付着する。こ
のときシリコンの多結晶には、抵抗率を調整するために
所定の不純物を添加する場合もある。つづいてＥのよう
に、フォトリソグラフィー技術により多結晶膜を所定の
梁状構造体９に形成する。そして弗素酸溶液に漬け、酸
化膜５を溶解するとＦに示すごとく、梁の部分が支持部
を除き前記半導体基体１と分離する。したがって、電極
６と基板１との間に電圧を印加すると、梁は静電誘導に
よる引力を受け湾曲する。このように、後の工程で溶か
し去ることによって、半導体基体１と片持ち梁９とを分
離することを目的につける膜５のことを、その機能面か
らは犠牲層と呼んでいる。この説明では、犠牲層を熱酸
化で生成したが、もちろん公知の技術である熱ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などでも良い。また
本説明で述べたＭＭの例では、１個のＰＮ接合で電極を
形成したが、多くの場合ＭＭは、これを制御する電子回
路が必要であり、かつＭＭと同一基体上に構成されるこ
とが望ましい。この場合は、従来技術でつくられる集積
回路の製造プロセスとの適合が極めて重要となる。図３
にＭＭと集積回路が同一基体上に構成されているモデル
を斜視図で示す。１０は制御部分が集積されている電子
回路部分、１１は機械部分である。US Pat.
FIG. 6 shows a perspective view of an electrostatic attraction type cantilever having a relatively simple structure. 1 is a semiconductor substrate, 2 is a beam made of an aluminum oxide film obtained by anodizing aluminum,
3 is an aluminum electrode for attracting this beam, and 4 is an aluminum oxide film similar to 2. FIG. 2 shows an outline of steps in the case where a structure having a function equivalent to this is manufactured by a conventional technique. As in A, a thin oxide film 5 is grown on the surface of the semiconductor substrate 1 by the thermal oxidation method. Next, as shown in B, a part of the oxide film 5 is removed by photolithography to expose the surface of the semiconductor substrate 1, and then the electrode 6 is formed by PN junction by thermal diffusion or ion implantation. To form. Next, as shown in C, by using a photolithography technique, a hole 7 is formed in a portion which will be a supporting portion of the beam to expose the semiconductor substrate 1. Next, as shown in D, a silicon polycrystalline film 8 is attached to the surface by a thermal CVD method or a plasma CVD method. At this time, a predetermined impurity may be added to the polycrystalline silicon to adjust the resistivity. Subsequently, as indicated by E, a polycrystalline film is formed on a predetermined beam-shaped structure 9 by a photolithography technique. When the oxide film 5 is dissolved by being immersed in a hydrofluoric acid solution, as shown by F, the beam portion is separated from the semiconductor substrate 1 except the supporting portion. Therefore, when a voltage is applied between the electrode 6 and the substrate 1, the beam is bent by the attractive force due to electrostatic induction. As described above, the film 5 provided for the purpose of separating the semiconductor substrate 1 and the cantilever beam 9 by melting away in a later step is called a sacrifice layer in terms of its function. In this description, the sacrificial layer is formed by thermal oxidation, but it is of course a known technique of thermal CVD.
Method, plasma CVD method, sputtering method or the like. Further, in the example of the MM described in the present description, the electrode is formed by one PN junction, but in many cases, the MM needs an electronic circuit for controlling this and is constructed on the same substrate as the MM. Is desirable. In this case, compatibility with the manufacturing process of integrated circuits made by the prior art is extremely important. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a model in which the MM and the integrated circuit are formed on the same substrate. Reference numeral 10 is an electronic circuit portion in which a control portion is integrated, and 11 is a mechanical portion.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】以上、説明した従来技
術によって構成されるＭＭには、いくつかの好ましくな
い問題を含んでいる。以下代表的な問題について述べ
る。第一は製造に要する処理温度が高いことである。前
述の説明で、たとえば犠牲層である酸化膜の生成に要す
る温度は、熱酸化法によると約１０００〜１２００℃、
比較的低温度であるプラズマＣＶＤ法でも４００〜６０
０℃の加熱が必要となる。膜質を考慮するとあまり低温
度での生成は望ましくない。また構造体である片持梁の
部分になるシリコン多結晶膜の生成の場合でも、熱ＣＶ
Ｄ法では７００℃、プラズマＣＶＤで４００℃程度の加
熱が必要となる。またＰＮ接合を熱拡散法で作る場合に
は、１０００℃程度の温度になる。このような高温度の
処理においては 成長する酸化膜や窒化膜などに大きな熱応力が加わ
り、ソリやヒビ割れ、曲りなどが発生する。 酸化膜と窒化膜などの複合膜の場合は、熱膨脹係数の
差により同様のヒビやソリ、曲りが発生する。ＭＭは可
動部分のある構造体であることから、このようなヒビ、
ソリなどの発生は致命的な欠陥となりやすい。 金属、とくに最も使いやすく、集積回路で実績のある
アルミニウムは、シリコンとの合金温度が約６００℃で
ある。したがってアルミニウム金属がある場合には、そ
の合金温度以上の温度での処理はできず、最終機能から
みると不十分な構成にならざるを得ない。例えば、図２
で電極部分は本来ならばアルミニウムが望ましいが、前
述の理由によりＰＮ接合のみにならざるを得ない。当然
のことながら、図３のような構成を作るのは極めて難し
い。第二は犠牲層の問題である。従来技術では、前述の
ように犠牲層は主にシリコン酸化膜で作られている。し
たがって シリコン酸化膜のエッチングには弗酸が使用されるの
で、同時に低温度で作られた窒化膜、アルミニウム膜な
ども侵される。一方、犠牲層は装置として完成した最後
の工程で除去されるものであるから、必要な膜も除去さ
れてしまう。図２のＦのように、Ｅではついていた酸化
膜５が無いのはこのためである。酸化膜を残すには、な
んらかの方法で保護膜を設ける必要がある。特に図３に
示したように、従来技術による集積回路と同一基体にＭ
Ｍを構成するときには、すでにアルミニウムなどの金属
膜で配線が完了している場合が多いから、なんらかの方
法で保護する必要がある。 集積回路のＰＮ接合部分は外気の影響を受けやすく、
空気中に露出すると電気的特性が大きく劣化する。これ
はトランジスタの発展の歴史が裏付けており、ＰＮ接合
面をつねに酸化膜で覆うプレーナー方式の発明により、
半導体デバイスは飛躍的に発達したのである。したがっ
てＰＮ接合はつねに酸化膜で覆われていることが必要で
ある。しかるに、酸化膜犠牲層では、これを除去する時
に、同時にＰＮ接合領域の被膜をも除去してしまうこと
になる。図２の場合も、Ｆに示すようにＰＮ接合は表面
に露出しており望ましい姿にはなっていない。As described above, the MM constructed by the conventional technique described above includes some unfavorable problems. Typical problems will be described below. First, the processing temperature required for manufacturing is high. In the above description, for example, the temperature required for forming the sacrificial layer oxide film is about 1000 to 1200 ° C. according to the thermal oxidation method.
400 to 60 even with the plasma CVD method, which has a relatively low temperature
Heating at 0 ° C is required. Considering the film quality, formation at a too low temperature is not desirable. In addition, even in the case of producing a silicon polycrystalline film which becomes a part of the cantilever which is a structure, thermal CV is generated.
The method D requires heating at 700 ° C. and the plasma CVD at about 400 ° C. When the PN junction is formed by the thermal diffusion method, the temperature is about 1000 ° C. In such a high temperature process, a large thermal stress is applied to the growing oxide film or nitride film, and warping, cracking, bending, etc. occur. In the case of a composite film such as an oxide film and a nitride film, similar cracks, warps and bends occur due to the difference in thermal expansion coefficient. Since MM is a structure with moving parts, such cracks,
The occurrence of sleds is likely to be a fatal defect. Metal, especially aluminum, which is the easiest to use and has a proven track record in integrated circuits, has an alloy temperature of about 600 ° C. with silicon. Therefore, when aluminum metal is present, it cannot be processed at a temperature higher than the alloy temperature, and the structure must be inadequate in view of the final function. For example, FIG.
Therefore, although the electrode portion is originally preferably aluminum, it is unavoidable to use only the PN junction for the above reason. As a matter of course, it is extremely difficult to make the configuration shown in FIG. The second is the problem of the sacrificial layer. In the prior art, as described above, the sacrificial layer is mainly made of a silicon oxide film. Therefore, since hydrofluoric acid is used for etching the silicon oxide film, at the same time, the nitride film, the aluminum film and the like formed at a low temperature are also attacked. On the other hand, since the sacrificial layer is removed in the final step of completing the device, a necessary film is also removed. It is for this reason that the oxide film 5 attached to E does not exist as in F of FIG. In order to leave the oxide film, it is necessary to provide a protective film by some method. In particular, as shown in FIG. 3, M is formed on the same substrate as the integrated circuit according to the prior art.
Since wiring is often completed with a metal film such as aluminum when forming M, it is necessary to protect it by some method. The PN junction part of the integrated circuit is easily affected by the outside air,
When exposed to the air, the electrical characteristics deteriorate significantly. This is supported by the history of transistor development, and the invention of the planar method in which the PN junction surface is always covered with an oxide film
Semiconductor devices have developed dramatically. Therefore, it is necessary that the PN junction is always covered with an oxide film. However, in the oxide film sacrifice layer, when the oxide film sacrifice layer is removed, the film in the PN junction region is also removed at the same time. In the case of FIG. 2 as well, the PN junction is exposed on the surface as shown by F and is not in a desirable shape.
【０００４】[0004]
【課題解決の手段】本発明では、新しい方式を導入する
ことによって、前述の諸課題を解決することができる。
本発明による前述の課題解決の要件は、低温度で得られ
る絶縁物の利用である。この絶縁物は、良く知られてい
るスパッタ法でも付着させることができるが、金属膜の
陽極処理によって得られる絶縁物を利用することが最適
手段である。いろいろな金属の中でも、特にアルミニウ
ムの陽極処理は、陽極酸化として１８５４年頃より知ら
れており、１９２３年以降には工業化されている。本発
明は、この技術で得られた絶縁物（アルミニウムの場合
は酸化アルミニウム）で微小機械装置を構成するもので
ある。まずシリコン基体を、熱酸化することにより表面
を酸化膜で覆う。用途に応じては特に覆う必要はない。
また酸化膜にこだわるものでもない。この酸化膜上にア
ルミニウム膜を真空蒸着あるいはスパッタなどの手段に
より堆積する。次にこのアルミニウム面を陽極に、プラ
チナ板を陰極として、希硫酸あるいは蓚酸などの溶液中
で所定の電圧を印加すると、アルミニウム膜はしだいに
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変化し、やがて全体
が絶縁物になる。この方法によれば、加わる熱は金属の
真空蒸着のときの輻射熱程度であり、前述の課題第一に
述べたような高温度処理はない。また低温度であるか
ら、第二の課題である犠牲層に樹脂材料を使用すること
が可能になる。たとえばポリイミドの場合、カタログ値
によると常用２００℃であるので十分可能である。ま
た、集積回路の製造に使用されているフォトレジスト類
も使うことができる。したがって、酸化膜犠牲層に伴う
前述の好ましくない問題点はすべて解決することができ
る。このように、金属の陽極処理によって得られる膜を
利用することにより前述した課題はすべて解決すること
ができる。According to the present invention, the above-mentioned various problems can be solved by introducing a new system.
The requirement for solving the above-mentioned problems according to the present invention is the use of an insulator obtained at a low temperature. This insulator can be attached by a well-known sputtering method, but the optimum means is to use an insulator obtained by anodizing a metal film. Among various metals, anodizing of aluminum has been known as anodizing since about 1854, and it has been industrialized since 1923. The present invention constitutes a micromechanical device with an insulator (aluminum oxide in the case of aluminum) obtained by this technique. First, the surface of the silicon substrate is covered with an oxide film by thermal oxidation. It need not be covered depending on the application.
Nor is it particular about oxide films. An aluminum film is deposited on this oxide film by means such as vacuum deposition or sputtering. Next, when this aluminum surface is used as an anode and a platinum plate is used as a cathode and a predetermined voltage is applied in a solution of dilute sulfuric acid or oxalic acid, the aluminum film gradually changes to aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and eventually the whole film. Becomes an insulator. According to this method, the applied heat is about the radiant heat at the time of vacuum deposition of metal, and there is no high temperature treatment as described in the above-mentioned first problem. Further, since the temperature is low, it is possible to use a resin material for the sacrificial layer which is the second problem. For example, in the case of polyimide, it is sufficiently possible because it is normally 200 ° C. according to the catalog value. Also, photoresists used in the manufacture of integrated circuits can be used. Therefore, all of the above-mentioned undesirable problems associated with the oxide film sacrificial layer can be solved. As described above, all the above-mentioned problems can be solved by using the film obtained by anodizing the metal.
【０００５】[0005]
【作用】前述したように手段はきわめて容易なものであ
るが、そこから得られる作用効果は大きい。すなわち前
述のように、金属を陽極処理することによって得られる
絶縁物を使用するのだから、蒸着時の輻射熱程度で１０
０℃以下である。また状況により、蒸発源との距離を調
節することによってこの温度を調節することができる。
したがって低温度での工程を作ることができるので、複
雑な構造体を構成することが可能になる。さらに、フォ
トリソグラフィーによりレジストパターンで金属面を覆
ったまま陽極処理を行えば、所定の形状に金属の部分を
残すことも可能である。さらに金属層と絶縁物層との選
択エッチングも適当なエッチング液により可能となる。
また金属膜の最下層を金属のまま残し、その他はすべて
絶縁物に変えることができる。このためには、処理時間
を調節すればよい。この構造だと、梁の下側が金属で残
るから、対向する金属電極との間に電圧を印加すること
で、梁を引き付けることができる。さらに自由に形状を
作ることの出来る紫外線硬化樹脂を利用すると、より複
雑な構造体を構成することが可能となり、マイクロマシ
ンに大きな進歩をもたらすこととなる。As described above, the means is extremely easy, but the effect obtained from it is great. That is, as described above, since the insulating material obtained by anodizing the metal is used, the radiant heat during vapor deposition is about 10
It is 0 ° C or lower. Also, depending on the situation, this temperature can be adjusted by adjusting the distance to the evaporation source.
Therefore, since the process can be performed at a low temperature, it becomes possible to form a complicated structure. Further, by performing anodization with the resist pattern covering the metal surface by photolithography, it is possible to leave the metal portion in a predetermined shape. Further, selective etching of the metal layer and the insulating layer can be performed by using an appropriate etching solution.
Also, the bottom layer of the metal film can be left as a metal, and the others can be changed to insulators. For this purpose, the processing time may be adjusted. With this structure, since the lower side of the beam remains of metal, the beam can be attracted by applying a voltage between the metal electrodes facing each other. Furthermore, if an ultraviolet curable resin that can be freely shaped is used, it becomes possible to form a more complicated structure, which will bring a great advance to the micromachine.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、本発明の簡単で好適な実施例を図面を
参照しながら述べる。図４は試作に用いた陽極処理装置
の例である。耐酸性容器１２に、処理に必要な薬品、た
とえば５％硫酸や１０％蓚酸などが入っている。表面は
処理されるためのアルミニウム膜１３がついており、裏
面からの電流の漏れを防ぐために、ワックス１４で覆わ
れているウエハ１５を準備し、ウエハを陽極に、白金板
１６を陰極に、図のように電源に接続し定電圧を印加す
る。図５に電流と処理時間の関係例を示す。電流はある
時間を経過すると急激に減少し、アルミニウムは酸化ア
ルミニウムに変わる。図６に、図１に示した静電気引付
け形片持梁を例として、本発明による技術での製造方法
を説明する。Ａに示すように半導体基体１を熱酸化法に
よりその表面に薄い酸化膜５を成長させる。次にＢのよ
うに、全面に第１のアルミニウム膜１７を蒸着する。つ
づいてフォトリソグラフィーを用いて、梁を引き付ける
ための電極となる部分をレジスト１８で覆い陽極処理を
行う。するとＣに示すように、電極部分はアルミニウム
のまま残り、他は酸化アルミニウム４に変わる。つづい
てＤのように犠牲層となる樹脂材料（この場合はフォト
レジスト）１９を所定の厚さ付着し、梁の支持部になる
部分のフォトレジストに孔２０をあける。つづいてＥに
示すように、全面に第２のアルミニウムを蒸着し、その
全面を陽極処理すると第２の酸化アルミニウム膜２１に
変わる。その後Ｆに示すように所定の梁の形にエッチン
グし、最後に犠牲層を溶剤で除去することによって片持
梁２を得ることができる。このときＥの段階で梁形状を
作り、その後陽極処理をしてもよい。以上の工程の中に
は、高温度での処理は全く無いので前述したような不具
合点は生じない。また高温度処理が無い故に犠牲層とし
て樹脂材料が使用でき工程が簡単になる。また図７には
第２の実施例として、静電駆動型の微小薄膜移動装置を
構成した例を示す。Ａは斜視図、ＢはＡのａｂ断面図で
ある。１は半導体基体、２２は複数本のアルミニウム金
属でできている駆動電極バー、２３は陽極処理によって
作られた微小薄膜移動子、２４は移動子が飛び出さない
ための、これも陽極処理によって作られた枠である。電
極にパルス電圧を順次印加することによって、移動子に
静電誘導によって蓄えられている静電気と引き合い、そ
の力で移動子は移動する。この構造を従来技術で実現す
るためには、最低でも数百度以上の熱処理が必要にな
る。図７のＢでわかるように、移動子２３は基体１や枠
２４と完全に分離している。図では分離している状態を
分りやすくするために、移動子２３を浮かして描いてあ
るが、実際には移動子下部の犠牲層を除去した時点で、
移動子の重さで電極上に落ちる。また、図８に枠の作り
方と犠牲層の関連を分りやすく示す。Ａで１は半導体基
体、２５はフォトレジストからなる第１の犠牲層、２３
は移動子、２６は２５と同様第２の犠牲層である。Ｂに
示すように、枠２４を作るために第１、第２の犠牲層２
５、２６に孔をあけ、アルミニウムを蒸着した後に陽極
処理を行い酸化アルミニウムに変える。枠の形状にした
あと、すべての犠牲層を除去することによって、図７の
ような構造を得ることができる。このように、犠牲層に
樹脂材料を使用できるのは低温度処理で得られる膜の存
在が大きく、これを実現するためには陽極処理は最適な
のである。以上の説明の中で、基体として半導体材料を
例としたが、半導体に限らずガラス、セラミックなど、
陽極処理の際に使用する酸性液に耐えうる材料であれば
よい。以上は陽極処理によって得られる絶縁物で説明し
たが、用途によっては高抵抗体であっても良い。また同
様の工程を繰り返すことで、構造体を多層にすることも
可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A simple and preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 shows an example of an anodizing device used for trial production. The acid resistant container 12 contains chemicals necessary for the treatment, such as 5% sulfuric acid and 10% oxalic acid. The surface is provided with an aluminum film 13 to be treated, and a wafer 15 covered with wax 14 is prepared in order to prevent current leakage from the back surface. The wafer is used as an anode, the platinum plate 16 is used as a cathode, and Connect to the power supply and apply a constant voltage. FIG. 5 shows an example of the relationship between current and processing time. The electric current decreases sharply after a certain period of time, and aluminum turns into aluminum oxide. FIG. 6 illustrates a manufacturing method according to the technique of the present invention, taking the electrostatic attraction type cantilever beam shown in FIG. 1 as an example. As shown in A, a thin oxide film 5 is grown on the surface of the semiconductor substrate 1 by the thermal oxidation method. Next, as in B, the first aluminum film 17 is vapor-deposited on the entire surface. Subsequently, using photolithography, a portion serving as an electrode for attracting the beam is covered with a resist 18 to perform anodization. Then, as shown in C, the electrode part remains aluminum, and the other part changes to aluminum oxide 4. Subsequently, a resin material (photoresist in this case) 19 to be a sacrificial layer is attached to a predetermined thickness as shown in D, and a hole 20 is made in the photoresist at a portion to be a supporting portion of the beam. Subsequently, as shown in E, when the second aluminum is vapor-deposited on the entire surface and the entire surface is anodized, the second aluminum oxide film 21 is formed. Thereafter, as shown in F, the cantilever 2 can be obtained by etching into a predetermined beam shape and finally removing the sacrificial layer with a solvent. At this time, a beam shape may be formed at the stage of E, and then anodization may be performed. Since there is no high temperature treatment in the above steps, the above-mentioned problems do not occur. Further, since there is no high temperature treatment, a resin material can be used as the sacrificial layer, which simplifies the process. In addition, FIG. 7 shows, as a second embodiment, an example in which an electrostatic drive type micro thin film moving device is configured. A is a perspective view and B is an ab cross-sectional view of A. Reference numeral 1 is a semiconductor substrate, 22 is a drive electrode bar made of a plurality of aluminum metals, 23 is a small thin film mover made by anodizing, and 24 is also made by anodizing so that the mover does not pop out. It is the frame that was created. By sequentially applying the pulse voltage to the electrodes, the mover is attracted by the static electricity stored in the mover by electrostatic induction, and the mover moves the mover. In order to realize this structure by the conventional technique, heat treatment of at least several hundreds of degrees or more is required. As can be seen from FIG. 7B, the mover 23 is completely separated from the base 1 and the frame 24. In the figure, in order to make it easier to understand the separated state, the moving element 23 is drawn in a floating manner, but in reality, when the sacrificial layer under the moving element is removed,
It falls on the electrode due to the weight of the mover. Further, FIG. 8 shows the relationship between the method of making the frame and the sacrificial layer in an easy-to-understand manner. In A, 1 is a semiconductor substrate, 25 is a first sacrificial layer made of photoresist, and 23
Is a moving element, and 26 is a second sacrificial layer like 25. As shown in B, the first and second sacrificial layers 2 are formed to form the frame 24.
Holes are formed in Nos. 5 and 26, and after aluminum is vapor-deposited, anodization is performed to change to aluminum oxide. After forming the frame shape, by removing all the sacrificial layers, a structure as shown in FIG. 7 can be obtained. As described above, a resin material can be used for the sacrificial layer because there is a large amount of film obtained by low temperature treatment, and anodization is optimal for realizing this. In the above description, the semiconductor material is taken as an example of the base, but not limited to the semiconductor, glass, ceramic, etc.
Any material can be used as long as it can withstand the acidic liquid used during the anodization. Although the above description has been made on the insulator obtained by the anodization, a high resistance body may be used depending on the application. It is also possible to form the structure into multiple layers by repeating the same steps.
【０００７】[0007]
【発明の効果】以上のように、従来技術の持つ欠点を解
決できるが、本方法はそればかりでなく次にあげるよう
な新しい効果を発揮する。たとえば図９のＡに示すよう
に、第１のアルミニウムを陽極処理するとき、最下層を
アルミニウム２８のまま残し、上層を絶縁物２７に変え
る。その後この膜２７の上部に、再び上部電極用のアル
ミニウム膜２９を付着させると、絶縁物の両面を金属で
挟んだサンドイッチ構造が得られる。この構造は電気的
にはコンデンサである。したがって片持梁にこのサンド
イッチ構造を使用すると、梁の曲りや振動を容量の変化
分として取り出す事ができ、機械的な動きを電気的な信
号に変換するトランスデューサーやセンサとして使用す
ることが可能となる。アルミニウム金属の場合には、陽
極処理を行うとき硫酸、蓚酸など強酸を用いると多孔質
の絶縁物になる。Ｆ．Ｋｅｌｌｅｒ等の研究では（Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉ．Ｓｏｃ．，１００（１９５
３），４１１）、この孔は長い六角柱のセルの密集によ
って構成され、セルの発達の方向は金属面にたいして垂
直である。電解液によるが、孔の密度は約１０８／ｃｍ
２程度で表面積は大きい。したがって膜は吸着力が強
く、染色することが出来る。この性質を利用して、黒色
に染色すると熱吸収が良くなる。仮に梁の一部を黒く染
色し、レーザ光の照射により加熱すると、梁の温度が上
昇し膨脹する。この変化を前述したのと同様に電気信号
に変換すると、熱電トランスデューサーやセンサを実現
することができる。また、電解液を変えることによっ
て、無孔質の膜をつくることもできるし、純水煮沸によ
る封孔処理もできる。本発明は、このような特性を持つ
材料で構造体が作られているから、その組み合わせによ
り、更に多くの応用の可能性が期待される。また、犠牲
層に樹脂材料を使用できることは、樹脂材料を色々な形
に加工したのちに、金属を付着させ陽極処理することに
よって、従来技術では実現不可能である形状を得ること
が可能になる。たとえば紫外線硬化樹脂には形状を作る
性質があるが、この表面にアルミニウム膜を付着させた
のちに本発明の構造体を形成すれば、その応用範囲は極
めて広くなる。以上のように、本発明は、きわめて多く
の機能を持つ微小機械装置を実現することができるもの
である。As described above, the drawbacks of the prior art can be solved, but the present method not only exhibits the following new effects. For example, as shown in FIG. 9A, when anodizing the first aluminum, the bottom layer is left as aluminum 28 and the top layer is changed to insulator 27. Then, the aluminum film 29 for the upper electrode is adhered again to the upper part of the film 27 to obtain a sandwich structure in which both surfaces of the insulator are sandwiched by metal. This structure is electrically a capacitor. Therefore, if this sandwich structure is used for a cantilever beam, bending and vibration of the beam can be extracted as a change in capacitance, and it can be used as a transducer or sensor that converts mechanical movement into an electrical signal. Becomes In the case of aluminum metal, when a strong acid such as sulfuric acid or oxalic acid is used during anodization, it becomes a porous insulator. F. Keller et al. (J.
Electrochemi. Soc. , 100 (195
3), 411), this hole is constituted by a cluster of long hexagonal prismatic cells, the direction of cell development being perpendicular to the metal plane. Depending on the electrolyte, the density of pores is about 10 8 / cm
A surface area of about 2 is large. Therefore, the film has a strong adsorption force and can be dyed. By utilizing this property, dyeing in black improves heat absorption. If a part of the beam is dyed black and heated by irradiation with laser light, the temperature of the beam rises and expands. By converting this change into an electric signal in the same manner as described above, a thermoelectric transducer or sensor can be realized. In addition, a non-porous film can be formed by changing the electrolytic solution, or a sealing treatment by boiling pure water can be performed. In the present invention, since the structure is made of the material having such characteristics, it is expected that more combinations will be possible by the combination thereof. In addition, the fact that a resin material can be used for the sacrificial layer makes it possible to obtain a shape that cannot be realized by the conventional technique by processing the resin material into various shapes and then depositing a metal and performing anodization. . For example, an ultraviolet curable resin has a property of forming a shape, but if an aluminum film is attached to the surface of the ultraviolet curable resin and then the structure of the present invention is formed, its application range becomes extremely wide. As described above, the present invention can realize a micro mechanical device having an extremely large number of functions.
【図１】本発明による微小機械装置の第１の実施例。静
電引付け形片持梁。FIG. 1 shows a first embodiment of a micromechanical device according to the present invention. Electrostatic attracting cantilever.
【図２】図１を従来技術で製造するときの工程。FIG. 2 is a process of manufacturing FIG. 1 by a conventional technique.
【図３】集積回路と一体にした微小機械装置のモデル
図。FIG. 3 is a model diagram of a micromechanical device integrated with an integrated circuit.
【図４】試作に用いた陽極処理装置[Fig. 4] Anodizing device used for trial production
【図５】アルミニウム膜の陽極処理時の電流と処理時間
の関係。FIG. 5 shows the relationship between current and treatment time during anodization of an aluminum film.
【図６】図１の例を本発明による技術で製造するときの
工程。FIG. 6 is a process of manufacturing the example of FIG. 1 by a technique according to the present invention.
【図７】本発明による微小機械装置の第２の実施例。静
電駆動型微小薄膜移動装置FIG. 7 shows a second embodiment of the micromechanical device according to the present invention. Electrostatically driven micro thin film transfer device
【図８】図７の微小機械装置における枠部分製造の詳細
図と犠牲層FIG. 8 is a detailed view and a sacrifice layer for manufacturing a frame portion in the micromechanical device of FIG.
【図９】トランスデューサーとしての梁の実施例FIG. 9: Example of a beam as a transducer
１…半導体基体 ２…陽極処理によって作られた酸化アルミニウム膜によ
る梁 ３…アルミニウム電極 ４…陽極処理によって作られた酸化アルミニウム絶縁膜 ５…酸化膜 ６…ＰＮ接合による電極 ７…梁の支持部のために酸化膜を除去した孔 ８…シリコン多結晶膜 ９…シリコン多結晶膜からなる梁 １０…集積回路部分 １１…微小機械部分 １２…耐酸性容器 １３…アルミニウム膜 １４…ワックス膜 １５…ウエハ １６…白金板 １７…第１のアルミニウム膜 １８…フォトレジスト膜 １９…犠牲層となるフォトレジスト膜 ２０…フォトレジスト膜にあいた孔 ２１…梁になる酸化アルミニウム膜 ２２…アルミニウム金属の駆動電極バー ２３…陽極処理によって作られた膜による移動子 ２４…陽極処理によって作られた膜による枠 ２５…犠牲層となる第１のフォトレジスト膜 ２６…犠牲層となる第２のフォトレジスト膜 ２７…酸化アルミニウム絶縁物の膜 ２８…残されたアルミニウム膜 ２９…上部電極用アルミニウム膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor base body 2 ... Beam by aluminum oxide film produced by anodizing 3 ... Aluminum electrode 4 ... Aluminum oxide insulating film 5 ... Anodizing film produced by anodizing 6 ... Electrode by PN junction 7 ... Support of beam Holes from which the oxide film has been removed 8 Silicon polycrystal film 9 Beams made of silicon polycrystal film 10 Integrated circuit portion 11 Micromachine portion 12 Acid resistant container 13 Aluminum film 14 Wax film 15 Wafer 16 Platinum plate 17 First aluminum film 18 Photoresist film 19 Photoresist film 19 serving as a sacrificial layer 20 Holes in the photoresist film 21 Aluminum oxide film forming beams 22 Aluminum metal drive electrode bar 23 Moving element 24 made of a film made by anodizing ... Frame made of a film made by anodizing 25 ... Sacrificial layer The first photoresist film 26 ... sacrificial layer to become the second photoresist film 27 ... aluminum oxide insulator film 28 ... remaining aluminum film 29 ... upper electrode aluminum film comprising
Claims (2)
り、その全部または一部が絶縁物に変えられた材料から
なる構造体を有し、前記基体と前記構造体とは、少なく
とも一か所で接続されていることを特徴とした微小機械
装置。1. A base body and a structure body made of a material, which is wholly or partially converted into an insulator by anodizing a metal on the base body, wherein the base body and the structure body are at least one. A micromechanical device characterized by being connected in several places.
り、その全部または一部が絶縁物に変えられた材料から
なる複数個の構造体を有し、前記構造体の内、少なくと
も一つは前記基体ならびに残りの構造体とは完全に分離
していること特徴とした微小機械装置。2. A substrate, and a plurality of structures made of a material, all or a part of which is changed into an insulator by anodizing a metal on the substrate, and at least one of the structures. One is a micromechanical device characterized by being completely separated from the substrate and the rest of the structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6271936A JPH08102544A (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Micromachine with metallic anodized film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6271936A JPH08102544A (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Micromachine with metallic anodized film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08102544A true JPH08102544A (en) | 1996-04-16 |
Family
ID=17506909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6271936A Pending JPH08102544A (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Micromachine with metallic anodized film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08102544A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1994
- 1994-09-29 JP JP6271936A patent/JPH08102544A/en active Pending
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