本發(fā)明涉及一種配備微細可動部的微細機械裝置及其制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，在開關(guān)或傳感器中，使用通過機械性動作來發(fā)揮功能的微細機械裝置的MEMS(Micro Electro Mechanical System(微電子機械系統(tǒng)))受到重視。MEMS已作為壓力傳感器或加速度傳感器而加以使用，與LSI一起逐漸成為重要零件。MEMS具有立體結(jié)構(gòu)，所述立體結(jié)構(gòu)通過使用薄膜形成技術(shù)、光刻技術(shù)及各種蝕刻技術(shù)的微細加工而具備微細的可動結(jié)構(gòu)體。

例如，在靜電電容式壓力傳感器中，如圖4A、圖4B所示，利用支承部403將由于壓力而發(fā)生位移的較薄的膜片401以隔開的方式支承并配置在基板402上。在基板402與膜片401之間存在空隙，在面向空隙的各部位相對配置電極(未圖示)，形成電容。被測定介質(zhì)的壓力施加至膜片401的形成電容那一面的相反側(cè)那一面，在該壓力施加下，膜片401內(nèi)對應(yīng)于空隙的部分發(fā)生變形。上述電極間的距離對應(yīng)于該變化而發(fā)生變化，電極間的電容對應(yīng)于該變化而發(fā)生變化，成為傳感器輸出。若空隙為真空，則該壓力傳感器可測量絕對壓力。

這種微細機械裝置存在如下情況：變形后的可動部的一部分與基板接合，而可動部沒有在由彈性力產(chǎn)生的反彈下復(fù)原(參考專利文獻1、2、3、4、5、6)。該現(xiàn)象稱為粘連或粘著等，在微細機械裝置中是一個問題。例如，就像靜電電容式隔膜真空計那樣測量比大氣壓小的壓力的壓力傳感器而言，由于在搬送、安裝時或維護時會暴露在大氣中，因此會頻繁發(fā)生被施加測量范圍以上的過大壓力的狀況。當(dāng)如此被施加過大壓力時，受壓的膜片401會像圖4C所示那樣超過實際使用范圍而較大程度地彎曲，導(dǎo)致膜片401的一部分接觸到基板402(觸底)。

因膜片401的厚度以及變形區(qū)域的大小還有膜片401的材料等設(shè)計參數(shù)的不同，上述觸底的狀態(tài)不一樣，但大多數(shù)情況下，觸底會導(dǎo)致粘連的發(fā)生。在壓力傳感器的情況下，當(dāng)發(fā)生粘連時，即便去除壓力，膜片也不會復(fù)原而給出猶如施加有壓力一樣的輸出，從而導(dǎo)致測定的錯誤。尤其是在由表面粗糙度(Rz)為0.1～數(shù)nm的極為平坦的基材制作的微細機械裝置中，是一個大問題。

以往，為了防止上述粘連，業(yè)界有在可動部或基板中的至少一方的相對的表面形成突起等微細結(jié)構(gòu)而減少接觸面積來抑制接觸力。具體而言，使用熟知的半導(dǎo)體裝置的制造技術(shù)，在構(gòu)成微細機械裝置的硅等半導(dǎo)體或石英等基材上形成微小的突起。例如，通過利用公知的光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)的圖案化，形成數(shù)μm大小的突起部。此外，作為其他技術(shù)，還有形成使表面穩(wěn)定的表面覆膜來減小所產(chǎn)生的引力的方法、通過噴砂等使表面變得粗糙來形成突起的方法。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本專利特表平10-512675號公報

【專利文獻2】日本專利特開平11-340477號公報

【專利文獻3】日本專利特開2000-040830號公報

【專利文獻4】日本專利特開2000-196106號公報

【專利文獻5】日本專利特開2002-299640號公報

【專利文獻6】日本專利特開2007-078439號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

【發(fā)明要解決的問題】

另外，為了使裝置應(yīng)對使用環(huán)境而具有耐蝕性、耐壓性、耐熱性，藍寶石等晶體材料或氧化鋁陶瓷等材料一直被用于壓力傳感器。不過，這種材料具有高絕緣性，與硅或玻璃等情況相比，更容易發(fā)生粘連。尤其是當(dāng)變?yōu)槟て^薄的結(jié)構(gòu)時，數(shù)μm左右的大小的突起物并非有效對策。

因此，必須形成亞μm以下的尺寸的微小凹凸，但藍寶石或氧化鋁陶瓷等材料在具有高機械強度、高耐蝕性、耐化學(xué)藥品性的另一方面，比硅或玻璃等材料難加工，而亞μm以下的尺寸的微細加工極為困難。

此外，雖然還有利用使表面穩(wěn)定的表面覆膜來防止粘連的技術(shù)，但在該情況下，表面覆膜大多使用有機材料，在高溫環(huán)境下使用的情況下，或者在將膜片與基板之間的空間設(shè)為真空的構(gòu)成中，有機材料無法使用。

如上所述，以往存在如下問題：防止在各種環(huán)境下使用的微細機械裝置中的粘連這一內(nèi)容無法容易地實現(xiàn)。

本發(fā)明是為了消除如上問題而成，其目的在于做到可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的微細機械裝置中的粘連。

【解決問題的技術(shù)手段】

本發(fā)明的微細機械裝置的制造方法為一種包括可動部的微細機械裝置的制造方法，所述可動部通過支承部支承在基板上，在可動區(qū)域內(nèi)與基板隔開配置，且能夠在可動區(qū)域內(nèi)朝基板方向位移，該微細機械裝置的制造方法包括：第1工序，在可動區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部中的一方的表面形成第1凸部，所述第1凸部具有與基板或可動部中的另一方的表面相對的平坦的上表面；第2工序，在第1凸部的上表面形成第1材料膜，所述第1材料膜含有構(gòu)成基板及可動部的材料的成分；第3工序，加熱并煅燒第1材料膜，由此使第1材料膜凝集及晶體化，從而在第1凸部的上表面形成多個第2凸部；第4工序，在基板或可動部中的另一方的表面的與第1凸部相對的區(qū)域內(nèi)形成第2材料膜，所述第2材料膜含有構(gòu)成基板及可動部的材料的成分；以及第5工序，加熱并煅燒第2材料膜，由此使第2材料膜凝集及晶體化，從而在區(qū)域內(nèi)形成大小與第2凸部相同的多個第3凸部。

在上述微細機械裝置的制造方法中，構(gòu)成基板及可動部的材料為藍寶石或氧化鋁陶瓷，第1材料膜及第2材料膜由非晶氧化鋁構(gòu)成即可。

在上述微細機械裝置的制造方法中，第1材料膜及第2材料膜通過原子層沉積法、濺鍍法、化學(xué)氣相沉積法中的任一種而形成即可。此外，第1材料膜及第2材料膜也可通過溶膠凝膠法而形成。此外，第1材料膜及第2材料膜也可通過煅燒由金屬醇鹽、金屬絡(luò)合物、金屬有機酸鹽中的任一種構(gòu)成的涂膜而形成。

此外，本發(fā)明的微細機械裝置包括：可動部，其通過支承部支承在基板上，在可動區(qū)域內(nèi)與基板隔開配置，且能夠在可動區(qū)域內(nèi)朝基板方向位移；第1凸部，其形成于在可動區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部中的一方的表面，具有與基板或可動部中的另一方的表面相對的平坦的上表面；多個第2凸部，它們形成于第1凸部的上表面；以及多個第3凸部，它們形成于基板或可動部中的另一方的表面的與第1凸部相對的區(qū)域內(nèi)，大小與第2凸部相同，并且，第2凸部及第3凸部是通過將含有構(gòu)成基板及可動部的材料的成分的材料膜加熱并煅燒來使材料膜凝集及晶體化而形成的。

【發(fā)明的效果】

通過以上所說明的內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明，獲得如下優(yōu)異效果：可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的微細機械裝置中的粘連。

附圖說明

圖1A為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的構(gòu)成例的截面圖。

圖1B為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的局部構(gòu)成例的截面圖。

圖2A為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2B為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2C為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2D為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2E為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2F為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2G為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖2H為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

圖3A為表示利用原子力顯微鏡對通過原子層沉積法而形成的非晶氧化鋁的膜進行觀察所得的結(jié)果的照片。

圖3B為表示利用原子力顯微鏡對將通過原子層沉積法而形成的非晶氧化鋁的膜煅燒而晶體化之后的狀態(tài)進行觀察所得的結(jié)果的照片。

圖3C為表示利用透射電子顯微鏡對涂敷鋁有機金屬化合物的溶液并進行煅燒而制作的非晶氧化鋁膜晶體化之后的狀態(tài)的截面進行觀察所得的結(jié)果的照片。

圖4A為表示壓力傳感器的局部構(gòu)成的截面立體圖。

圖4B為表示壓力傳感器的局部構(gòu)成的截面立體圖。

圖4C為表示壓力傳感器的局部構(gòu)成的截面立體圖。

具體實施方式

下面，參考圖1A、圖1B，對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1A為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的構(gòu)成例的截面圖。此外，圖1B為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的局部構(gòu)成例的截面圖。圖1B是對圖1A的一部分進行放大表示。

該微細機械裝置包括可動部103，所述可動部103通過支承部102支承在基板101上，在可動區(qū)域121內(nèi)與基板101隔開配置，且能夠在可動區(qū)域121內(nèi)朝基板101方向位移?？蓜硬?03通過可動區(qū)域121周圍的固定部而固定在支承部102上。例如，支承部102一體形成于基板101上。再者，也可在可動部103那一側(cè)與可動部103一體形成有支承部102。

該微細機械裝置例如是可動部103為膜片的壓力傳感器。例如，基板101及可動部103由藍寶石構(gòu)成，并且，雖未圖示，但在可動部103及基板101間的空隙處的相對的各個面上形成有電極。受壓的可動部103朝基板101方向位移，由此，各電極的間隔發(fā)生變化，從而使得電容發(fā)生變化。通過該電容變化來測定可動部103所受到的壓力。若將電極形成區(qū)域設(shè)為真空，則可用作能夠測定絕對壓力的壓力傳感器。

關(guān)于設(shè)為上述那樣的構(gòu)成的微細機械裝置，在實施方式中，首先包括第1凸部104，所述第1凸部104形成于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板101的面101a上，具有與可動部103的面103a相對的平坦的上表面104a。第1凸部104例如為設(shè)為俯視時圓形的柱子，直徑設(shè)為1～數(shù)十μm。此外，在該例中，包括多個第1凸部104，相鄰的第1凸部104的間隔例如設(shè)為0.5mm左右。

此外，該微細機械裝置包括：多個第2凸部105，它們形成于第1凸部104的上表面104a；以及多個第3凸部106，它們形成于可動部103的面103a的與第1凸部104相對的區(qū)域122內(nèi)，大小與第2凸部105相同。直徑1～數(shù)十μm的圓形區(qū)域內(nèi)所形成的多個第2凸部105在俯視時的直徑以及剖面的高度為數(shù)nm～數(shù)百nm的大小即可。通過多個第2凸部105，第1凸部104的上表面104a形成有數(shù)nm～數(shù)百nm的表面粗糙度的表面凹凸。

與第2凸部105一樣，直徑1～數(shù)十μm的圓形區(qū)域內(nèi)所形成的多個第3凸部106在俯視時的直徑以及剖面的高度也為數(shù)nm～數(shù)百nm的大小即可。通過多個第3凸部106，可動部103的面103a的區(qū)域122形成有數(shù)nm～數(shù)百nm的表面粗糙度的表面凹凸。

上述實施方式中的第2凸部105及第3凸部106是通過將含有構(gòu)成基板101及可動部103的材料的成分的材料膜加熱并煅燒來使材料膜凝集及晶體化而形成的。根據(jù)包括如此形成的第2凸部105及第3凸部106的實施方式，不通過微細加工而形成有亞μm以下的尺寸的微小凹凸，從而可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的微細機械裝置中的粘連。

另外，為了測量等動作，在基板101與可動部103之間施加有電壓，我們知道，該外加電壓會引起吸合現(xiàn)象的發(fā)生而成為問題。雖然局部的表面粗糙度為數(shù)nm～數(shù)百nm的表面凹凸可抑制粘連，但在該表面粗糙度下，高度最多也只有數(shù)nm～數(shù)百nm左右，無法防止上述吸合現(xiàn)象。相對于此，通過配備高度為數(shù)μm的第1凸部104，可抑制上述吸合現(xiàn)象。

下面，使用圖2A～圖2H，對本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法進行說明。圖2A～圖2H為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的制造方法的、表示中途工序的狀態(tài)的截面圖。

首先，如圖2A所示，于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板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形成為在組裝后的狀態(tài)下與可動部103的面103a相對的狀態(tài)。例如，通過利用公知的光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)將基板101的面101a圖案化來形成第1凸部104即可。在為μm級別的圖案的第1凸部104的形成中，在光刻工序中不需要縮小投影曝光裝置或電子束描繪裝置等昂貴的裝置、系統(tǒng)，使用等倍曝光裝置即可，不會導(dǎo)致成本上升。

接著，如圖2B所示，在包括第1凸部104的上表面104a的面101a的整個區(qū)域內(nèi)形成含有構(gòu)成基板101及可動部103的材料的成分的第1材料膜201。例如，第1材料膜201由非晶氧化鋁(具有α相以外的晶相的氧化鋁)構(gòu)成。例如，第1材料膜201通過原子層沉積法、濺鍍法、化學(xué)氣相沉積法中的任一種而形成即可。此外，第1材料膜201也可通過使用含有鋁離子的溶膠的溶膠凝膠法來形成。此外，第1材料膜201也可通過對由含有鋁原子的金屬醇鹽、金屬絡(luò)合物、金屬有機酸鹽中的任一種構(gòu)成的涂膜進行煅燒而形成。

然后，通過公知的光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)將第1材料膜201圖案化，如圖2C所示，設(shè)為僅在第1凸部104的上表面104a形成有第1材料膜202的狀態(tài)(第2工序)。在該圖案化中，圖案尺寸也為μm級別，在光刻工序中使用等倍曝光裝置即可，不會導(dǎo)致成本上升。此外，非晶氧化鋁與晶體狀態(tài)的氧化鋁相比耐化學(xué)藥品性較低，可進行使用酸或堿等的顯影處理，圖案化較為容易。

通過加熱并煅燒第1材料膜202來使第1材料膜202凝集及晶體化，如圖2D所示，在第1凸部104的上表面104a形成多個第2凸部105(第3工序)。

接著，準(zhǔn)備成為可動部103的材料基板203，并像圖2E所示那樣在材料基板203的表面形成含有構(gòu)成基板101及可動部103的材料的成分的第2材料膜204。例如，第2材料膜204由非晶氧化鋁(具有α相以外的晶相的氧化鋁)構(gòu)成。例如，第2材料膜204通過原子層沉積法、濺鍍法、化學(xué)氣相沉積法中的任一種而形成即可。此外，第2材料膜204也可通過使用含有鋁離子的溶膠的溶膠凝膠法來形成。此外，第2材料膜204也可通過對由含有鋁原子的金屬醇鹽、金屬絡(luò)合物、金屬有機酸鹽中的任一種構(gòu)成的涂膜進行煅燒而形成。

接著，通過公知的光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)將第2材料膜204圖案化，如圖2F所示，設(shè)為在規(guī)定區(qū)域內(nèi)形成有第2材料膜205的狀態(tài)(第4工序)。第2材料膜205形成于在組裝后的狀態(tài)下與第1凸部104相對的區(qū)域122內(nèi)。在該圖案化中，圖案尺寸也為μm級別，在光刻工序中使用等倍曝光裝置即可，不會導(dǎo)致成本上升。此外，非晶氧化鋁與晶體狀態(tài)的氧化鋁相比耐化學(xué)藥品性較低，可進行使用酸或堿等的顯影處理，圖案化較為容易。

接著，通過加熱并煅燒第2材料膜205來使第2材料膜205凝集及晶體化，如圖2G所示，在區(qū)域122內(nèi)形成大小與第2凸部105相同的多個第3凸部106(第5工序)。接著，將材料基板203薄層化，如圖2H所示，設(shè)為在可動部103的面103a的與第1凸部104相對的區(qū)域122內(nèi)形成有多個第3凸部106的狀態(tài)。關(guān)于薄層化，例如，在壓力傳感器的情況下，以對應(yīng)于要測量的壓力而產(chǎn)生適當(dāng)量的彎曲的方式酌情實施薄層化即可。其后，形成規(guī)定的電極，并將可動部103與基板101貼合，由此，實施方式中的微細機械裝置完成。

此處，將利用原子力顯微鏡(AFM)對通過原子層沉積法而形成的非晶氧化鋁的膜以及將該非晶質(zhì)氧化鋁的膜煅燒而晶體化之后的狀態(tài)兩者進行觀察所得的結(jié)果示于圖3A、圖3B。如圖3A所示，非晶氧化鋁膜的表面形成得較為平坦。相對于此，如圖3B所示，在煅燒之后，微細的晶體成長起來而形成了凹凸。表面粗糙度(Rz)從0.9nm變?yōu)?0倍的9.2nm。

此外，將利用透射電子顯微鏡對涂敷有機金屬化合物的溶液并進行煅燒而制作的非晶氧化鋁膜晶體化之后的狀態(tài)進行觀察所得的結(jié)果示于圖3C。圖3C為表示利用透射電子顯微鏡對晶體化之后的狀態(tài)的截面進行觀察所得的結(jié)果的照片。如圖3C所示，形成有約20nm的凹凸。

再者，上述中，是將第1凸部104形成于基板101那一側(cè)，但并不限于此，也可形成于可動部103那一側(cè)。第1凸部104形成于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板101及可動部103中的一方的表面即可。此外，第1凸部104具有與基板101或可動部103中的另一方的表面相對的平坦的上表面104a，且在該上表面104a形成有多個第2凸部105即可。此外，第3凸部形成于基板101或可動部103中的另一方的表面的與第1凸部104相對的區(qū)域內(nèi)即可。

如以上所說明，由于是通過將含有構(gòu)成微細機械裝置的基板及可動部的構(gòu)成材料的成分的材料膜加熱并煅燒來使材料膜凝集及晶體化而形成微小的突起部，因此微小的突起的形成較為容易，從而可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的微細機械裝置中的粘連。

例如，使用微細膜片的靜電電容式隔膜真空計被安裝在制造裝置上，進而，該制造裝置被設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場而成為運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在安裝至制造裝置的階段、裝置的維護中等，上述真空計會暴露在大氣中，從真空計的使用來看，是配置在異常的高壓下，為容易發(fā)生粘連的狀態(tài)。例如，若在維護中發(fā)生粘連且不復(fù)原，則無法利用真空計實施正常的測定，導(dǎo)致對制造工藝產(chǎn)生不良影響。相對于此，根據(jù)本發(fā)明，由于不易發(fā)生粘連而且為容易從粘連復(fù)原的狀態(tài)，因此可抑制上述那樣的問題的產(chǎn)生。

再者，本發(fā)明并不限定于以上所說明的實施方式，顯然，可由在該領(lǐng)域內(nèi)具有通常的知識的人員在本發(fā)明的技術(shù)思想內(nèi)實施大量變形及組合。

符號說明

101 基板

101a 面

102 支承部

103 可動部

103a 面

104 第1凸部

104a 上表面

105 第2凸部

106 第3凸部

121 可動區(qū)域

122 區(qū)域。