微细机械装置及其制造方法与流程

本发明涉及一种配备微细可动部的微细机械装置及其制造方法。

背景技术：

近年来，在开关或传感器中，使用通过机械性动作来发挥功能的微细机械装置的MEMS(Micro Electro Mechanical System(微电子机械系统))受到重视。MEMS已作为压力传感器或加速度传感器而加以使用，与LSI一起逐渐成为重要零件。MEMS具有立体结构，所述立体结构通过使用薄膜形成技术、光刻技术及各种蚀刻技术的微细加工而具备微细的可动结构体。

例如，在静电电容式压力传感器中，如图4A、图4B所示，利用支承部403将由于压力而发生位移的较薄的膜片401以隔开的方式支承并配置在基板402上。在基板402与膜片401之间存在空隙，在面向空隙的各部位相对配置电极(未图示)，形成电容。被测定介质的压力施加至膜片401的形成电容那一面的相反侧那一面，在该压力施加下，膜片401内对应于空隙的部分发生变形。上述电极间的距离对应于该变化而发生变化，电极间的电容对应于该变化而发生变化，成为传感器输出。若空隙为真空，则该压力传感器可测量绝对压力。

这种微细机械装置存在如下情况：变形后的可动部的一部分与基板接合，而可动部没有在由弹性力产生的反弹下复原(参考专利文献1、2、3、4、5、6)。该现象称为粘连或粘着等，在微细机械装置中是一个问题。例如，就像静电电容式隔膜真空计那样测量比大气压小的压力的压力传感器而言，由于在搬送、安装时或维护时会暴露在大气中，因此会频繁发生被施加测量范围以上的过大压力的状况。当如此被施加过大压力时，受压的膜片401会像图4C所示那样超过实际使用范围而较大程度地弯曲，导致膜片401的一部分接触到基板402(触底)。

因膜片401的厚度以及变形区域的大小还有膜片401的材料等设计参数的不同，上述触底的状态不一样，但大多数情况下，触底会导致粘连的发生。在压力传感器的情况下，当发生粘连时，即便去除压力，膜片也不会复原而给出犹如施加有压力一样的输出，从而导致测定的错误。尤其是在由表面粗糙度(Rz)为0.1～数nm的极为平坦的基材制作的微细机械装置中，是一个大问题。

以往，为了防止上述粘连，业界有在可动部或基板中的至少一方的相对的表面形成突起等微细结构而减少接触面积来抑制接触力。具体而言，使用熟知的半导体装置的制造技术，在构成微细机械装置的硅等半导体或石英等基材上形成微小的突起。例如，通过利用公知的光刻技术及蚀刻技术的图案化，形成数μm大小的突起部。此外，作为其他技术，还有形成使表面稳定的表面覆膜来减小所产生的引力的方法、通过喷砂等使表面变得粗糙来形成突起的方法。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利特表平10-512675号公报

【专利文献2】日本专利特开平11-340477号公报

【专利文献3】日本专利特开2000-040830号公报

【专利文献4】日本专利特开2000-196106号公报

【专利文献5】日本专利特开2002-299640号公报

【专利文献6】日本专利特开2007-078439号公报

技术实现要素：

【发明要解决的问题】

另外，为了使装置应对使用环境而具有耐蚀性、耐压性、耐热性，蓝宝石等晶体材料或氧化铝陶瓷等材料一直被用于压力传感器。不过，这种材料具有高绝缘性，与硅或玻璃等情况相比，更容易发生粘连。尤其是当变为膜片较薄的结构时，数μm左右的大小的突起物并非有效对策。

因此，必须形成亚μm以下的尺寸的微小凹凸，但蓝宝石或氧化铝陶瓷等材料在具有高机械强度、高耐蚀性、耐化学药品性的另一方面，比硅或玻璃等材料难加工，而亚μm以下的尺寸的微细加工极为困难。

此外，虽然还有利用使表面稳定的表面覆膜来防止粘连的技术，但在该情况下，表面覆膜大多使用有机材料，在高温环境下使用的情况下，或者在将膜片与基板之间的空间设为真空的构成中，有机材料无法使用。

如上所述，以往存在如下问题：防止在各种环境下使用的微细机械装置中的粘连这一内容无法容易地实现。

本发明是为了消除如上问题而成，其目的在于做到可更容易地防止在各种环境下使用的微细机械装置中的粘连。

【解决问题的技术手段】

本发明的微细机械装置的制造方法为一种包括可动部的微细机械装置的制造方法，所述可动部通过支承部支承在基板上，在可动区域内与基板隔开配置，且能够在可动区域内朝基板方向位移，该微细机械装置的制造方法包括：第1工序，在可动区域内相对的基板及可动部中的一方的表面形成第1凸部，所述第1凸部具有与基板或可动部中的另一方的表面相对的平坦的上表面；第2工序，在第1凸部的上表面形成第1材料膜，所述第1材料膜含有构成基板及可动部的材料的成分；第3工序，加热并煅烧第1材料膜，由此使第1材料膜凝集及晶体化，从而在第1凸部的上表面形成多个第2凸部；第4工序，在基板或可动部中的另一方的表面的与第1凸部相对的区域内形成第2材料膜，所述第2材料膜含有构成基板及可动部的材料的成分；以及第5工序，加热并煅烧第2材料膜，由此使第2材料膜凝集及晶体化，从而在区域内形成大小与第2凸部相同的多个第3凸部。

在上述微细机械装置的制造方法中，构成基板及可动部的材料为蓝宝石或氧化铝陶瓷，第1材料膜及第2材料膜由非晶氧化铝构成即可。

在上述微细机械装置的制造方法中，第1材料膜及第2材料膜通过原子层沉积法、溅镀法、化学气相沉积法中的任一种而形成即可。此外，第1材料膜及第2材料膜也可通过溶胶凝胶法而形成。此外，第1材料膜及第2材料膜也可通过煅烧由金属醇盐、金属络合物、金属有机酸盐中的任一种构成的涂膜而形成。

此外，本发明的微细机械装置包括：可动部，其通过支承部支承在基板上，在可动区域内与基板隔开配置，且能够在可动区域内朝基板方向位移；第1凸部，其形成于在可动区域内相对的基板及可动部中的一方的表面，具有与基板或可动部中的另一方的表面相对的平坦的上表面；多个第2凸部，它们形成于第1凸部的上表面；以及多个第3凸部，它们形成于基板或可动部中的另一方的表面的与第1凸部相对的区域内，大小与第2凸部相同，并且，第2凸部及第3凸部是通过将含有构成基板及可动部的材料的成分的材料膜加热并煅烧来使材料膜凝集及晶体化而形成的。

【发明的效果】

通过以上所说明的内容，根据本发明，获得如下优异效果：可更容易地防止在各种环境下使用的微细机械装置中的粘连。

附图说明

图1A为表示本发明的实施方式中的微细机械装置的构成例的截面图。

图1B为表示本发明的实施方式中的微细机械装置的局部构成例的截面图。

图2A为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2B为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2C为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2D为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2E为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2F为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2G为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图2H为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

图3A为表示利用原子力显微镜对通过原子层沉积法而形成的非晶氧化铝的膜进行观察所得的结果的照片。

图3B为表示利用原子力显微镜对将通过原子层沉积法而形成的非晶氧化铝的膜煅烧而晶体化之后的状态进行观察所得的结果的照片。

图3C为表示利用透射电子显微镜对涂敷铝有机金属化合物的溶液并进行煅烧而制作的非晶氧化铝膜晶体化之后的状态的截面进行观察所得的结果的照片。

图4A为表示压力传感器的局部构成的截面立体图。

图4B为表示压力传感器的局部构成的截面立体图。

图4C为表示压力传感器的局部构成的截面立体图。

具体实施方式

下面，参考图1A、图1B，对本发明的实施方式进行说明。图1A为表示本发明的实施方式中的微细机械装置的构成例的截面图。此外，图1B为表示本发明的实施方式中的微细机械装置的局部构成例的截面图。图1B是对图1A的一部分进行放大表示。

该微细机械装置包括可动部103，所述可动部103通过支承部102支承在基板101上，在可动区域121内与基板101隔开配置，且能够在可动区域121内朝基板101方向位移。可动部103通过可动区域121周围的固定部而固定在支承部102上。例如，支承部102一体形成于基板101上。再者，也可在可动部103那一侧与可动部103一体形成有支承部102。

该微细机械装置例如是可动部103为膜片的压力传感器。例如，基板101及可动部103由蓝宝石构成，并且，虽未图示，但在可动部103及基板101间的空隙处的相对的各个面上形成有电极。受压的可动部103朝基板101方向位移，由此，各电极的间隔发生变化，从而使得电容发生变化。通过该电容变化来测定可动部103所受到的压力。若将电极形成区域设为真空，则可用作能够测定绝对压力的压力传感器。

关于设为上述那样的构成的微细机械装置，在实施方式中，首先包括第1凸部104，所述第1凸部104形成于在可动区域121内相对的基板101的面101a上，具有与可动部103的面103a相对的平坦的上表面104a。第1凸部104例如为设为俯视时圆形的柱子，直径设为1～数十μm。此外，在该例中，包括多个第1凸部104，相邻的第1凸部104的间隔例如设为0.5mm左右。

此外，该微细机械装置包括：多个第2凸部105，它们形成于第1凸部104的上表面104a；以及多个第3凸部106，它们形成于可动部103的面103a的与第1凸部104相对的区域122内，大小与第2凸部105相同。直径1～数十μm的圆形区域内所形成的多个第2凸部105在俯视时的直径以及剖面的高度为数nm～数百nm的大小即可。通过多个第2凸部105，第1凸部104的上表面104a形成有数nm～数百nm的表面粗糙度的表面凹凸。

与第2凸部105一样，直径1～数十μm的圆形区域内所形成的多个第3凸部106在俯视时的直径以及剖面的高度也为数nm～数百nm的大小即可。通过多个第3凸部106，可动部103的面103a的区域122形成有数nm～数百nm的表面粗糙度的表面凹凸。

上述实施方式中的第2凸部105及第3凸部106是通过将含有构成基板101及可动部103的材料的成分的材料膜加热并煅烧来使材料膜凝集及晶体化而形成的。根据包括如此形成的第2凸部105及第3凸部106的实施方式，不通过微细加工而形成有亚μm以下的尺寸的微小凹凸，从而可更容易地防止在各种环境下使用的微细机械装置中的粘连。

另外，为了测量等动作，在基板101与可动部103之间施加有电压，我们知道，该外加电压会引起吸合现象的发生而成为问题。虽然局部的表面粗糙度为数nm～数百nm的表面凹凸可抑制粘连，但在该表面粗糙度下，高度最多也只有数nm～数百nm左右，无法防止上述吸合现象。相对于此，通过配备高度为数μm的第1凸部104，可抑制上述吸合现象。

下面，使用图2A～图2H，对本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法进行说明。图2A～图2H为用以说明本发明的实施方式中的微细机械装置的制造方法的、表示中途工序的状态的截面图。

首先，如图2A所示，于在可动区域121内相对的基板101的面101a上形成具有平坦的上表面104a的第1凸部104(第1工序)。上表面104a形成为在组装后的状态下与可动部103的面103a相对的状态。例如，通过利用公知的光刻技术及蚀刻技术将基板101的面101a图案化来形成第1凸部104即可。在为μm级别的图案的第1凸部104的形成中，在光刻工序中不需要缩小投影曝光装置或电子束描绘装置等昂贵的装置、系统，使用等倍曝光装置即可，不会导致成本上升。

接着，如图2B所示，在包括第1凸部104的上表面104a的面101a的整个区域内形成含有构成基板101及可动部103的材料的成分的第1材料膜201。例如，第1材料膜201由非晶氧化铝(具有α相以外的晶相的氧化铝)构成。例如，第1材料膜201通过原子层沉积法、溅镀法、化学气相沉积法中的任一种而形成即可。此外，第1材料膜201也可通过使用含有铝离子的溶胶的溶胶凝胶法来形成。此外，第1材料膜201也可通过对由含有铝原子的金属醇盐、金属络合物、金属有机酸盐中的任一种构成的涂膜进行煅烧而形成。

然后，通过公知的光刻技术及蚀刻技术将第1材料膜201图案化，如图2C所示，设为仅在第1凸部104的上表面104a形成有第1材料膜202的状态(第2工序)。在该图案化中，图案尺寸也为μm级别，在光刻工序中使用等倍曝光装置即可，不会导致成本上升。此外，非晶氧化铝与晶体状态的氧化铝相比耐化学药品性较低，可进行使用酸或碱等的显影处理，图案化较为容易。

通过加热并煅烧第1材料膜202来使第1材料膜202凝集及晶体化，如图2D所示，在第1凸部104的上表面104a形成多个第2凸部105(第3工序)。

接着，准备成为可动部103的材料基板203，并像图2E所示那样在材料基板203的表面形成含有构成基板101及可动部103的材料的成分的第2材料膜204。例如，第2材料膜204由非晶氧化铝(具有α相以外的晶相的氧化铝)构成。例如，第2材料膜204通过原子层沉积法、溅镀法、化学气相沉积法中的任一种而形成即可。此外，第2材料膜204也可通过使用含有铝离子的溶胶的溶胶凝胶法来形成。此外，第2材料膜204也可通过对由含有铝原子的金属醇盐、金属络合物、金属有机酸盐中的任一种构成的涂膜进行煅烧而形成。

接着，通过公知的光刻技术及蚀刻技术将第2材料膜204图案化，如图2F所示，设为在规定区域内形成有第2材料膜205的状态(第4工序)。第2材料膜205形成于在组装后的状态下与第1凸部104相对的区域122内。在该图案化中，图案尺寸也为μm级别，在光刻工序中使用等倍曝光装置即可，不会导致成本上升。此外，非晶氧化铝与晶体状态的氧化铝相比耐化学药品性较低，可进行使用酸或碱等的显影处理，图案化较为容易。

接着，通过加热并煅烧第2材料膜205来使第2材料膜205凝集及晶体化，如图2G所示，在区域122内形成大小与第2凸部105相同的多个第3凸部106(第5工序)。接着，将材料基板203薄层化，如图2H所示，设为在可动部103的面103a的与第1凸部104相对的区域122内形成有多个第3凸部106的状态。关于薄层化，例如，在压力传感器的情况下，以对应于要测量的压力而产生适当量的弯曲的方式酌情实施薄层化即可。其后，形成规定的电极，并将可动部103与基板101贴合，由此，实施方式中的微细机械装置完成。

此处，将利用原子力显微镜(AFM)对通过原子层沉积法而形成的非晶氧化铝的膜以及将该非晶質氧化铝的膜煅烧而晶体化之后的状态两者进行观察所得的结果示于图3A、图3B。如图3A所示，非晶氧化铝膜的表面形成得较为平坦。相对于此，如图3B所示，在煅烧之后，微细的晶体成长起来而形成了凹凸。表面粗糙度(Rz)从0.9nm变为10倍的9.2nm。

此外，将利用透射电子显微镜对涂敷有机金属化合物的溶液并进行煅烧而制作的非晶氧化铝膜晶体化之后的状态进行观察所得的结果示于图3C。图3C为表示利用透射电子显微镜对晶体化之后的状态的截面进行观察所得的结果的照片。如图3C所示，形成有约20nm的凹凸。

再者，上述中，是将第1凸部104形成于基板101那一侧，但并不限于此，也可形成于可动部103那一侧。第1凸部104形成于在可动区域121内相对的基板101及可动部103中的一方的表面即可。此外，第1凸部104具有与基板101或可动部103中的另一方的表面相对的平坦的上表面104a，且在该上表面104a形成有多个第2凸部105即可。此外，第3凸部形成于基板101或可动部103中的另一方的表面的与第1凸部104相对的区域内即可。

如以上所说明，由于是通过将含有构成微细机械装置的基板及可动部的构成材料的成分的材料膜加热并煅烧来使材料膜凝集及晶体化而形成微小的突起部，因此微小的突起的形成较为容易，从而可更容易地防止在各种环境下使用的微细机械装置中的粘连。

例如，使用微细膜片的静电电容式隔膜真空计被安装在制造装置上，进而，该制造装置被设置在生产现场而成为运转状态。在安装至制造装置的阶段、装置的维护中等，上述真空计会暴露在大气中，从真空计的使用来看，是配置在异常的高压下，为容易发生粘连的状态。例如，若在维护中发生粘连且不复原，则无法利用真空计实施正常的测定，导致对制造工艺产生不良影响。相对于此，根据本发明，由于不易发生粘连而且为容易从粘连复原的状态，因此可抑制上述那样的问题的产生。

再者，本发明并不限定于以上所说明的实施方式，显然，可由在该领域内具有通常的知识的人员在本发明的技术思想内实施大量变形及组合。

符号说明

101 基板

101a 面

102 支承部

103 可动部

103a 面

104 第1凸部

104a 上表面

105 第2凸部

106 第3凸部

121 可动区域

122 区域。