CN1178272C - 半导体装置、微传动机构、微阀和微继电器及其制法 - Google Patents

Abstract

一种半导体装置是由半导体基板(3)、可挠区域(2)、连接半导体基板(3)和可挠区域(2)的热绝缘区域(7)构成。所述热绝缘区域由热绝缘材料聚酰亚胺或氟系树脂构成。所述可挠区域连设的可动元件(5)，由具有不同热膨胀系数的薄壁部(2S)和薄膜部(2M)构成。在所述可挠区域(2)设置加热部件，例如扩散电阻(6)，当加热部件进行加热使所述可挠区域的温度变化时，所述可动元件(5)相对于所述半导体基板(3)变位。

Description

半导体装置、微传动机构、微阀和微继电器及其制法

技术领域

本发明涉及一种由半导体基板、从半导体基板上切开的由温度变化引起变位的可挠区域以及在这两者之间设置的热绝缘区域构成的半导体装置，以及采用该装置的半导体微传动机构、半导体微阀和半导体微继电器，以及半导体微传动机构的制造方法

背景技术

作为采用了由半导体基板、从半导体基板上切开的由温度变化引起变位的可挠区域和在这两者之间设置的热绝缘区域构成的半导体装置的装置，有将具有不同热膨胀系数的至少两个材料组合(双金属构造)，通过加热该部分，利用热膨胀系数的差异获得变位的半导体微传动机构。对于这种半导体微传动机构，已经在USP5069419号公报“半导体微动传动机构”中公开。

USP5069419号公报所记载的半导体微传动机构，如图53的俯视图和图54的剖视图所示，具有在硅隔板300的一部分上形成铝薄膜304成为双金属构造的可挠区域。在由硅构成的隔板300中形成的加热器301中通入电流而发热，使隔板300的温度上升。在此，由于硅和铝的热膨胀系数有很大的差异，产生热应力使隔板300弯曲，因而使得连设在隔板300上的可动部305产生变位。又，为了获得有效的变位，在隔板300的周边和是半导体基板的硅框302之间设置有二氧化硅薄膜的铰链303，防治在隔板300中产生的热从硅框302逃离。

但是，在现状的使用用途中希望有更低的热损失。具体讲，这种热的逃离(热损失)可以认为就是为将隔板300维持在给定的温度(例如150℃)所供给的电力(消耗电力)。

如果考虑到小型便携可以用电池驱动的用途，则希望在百mV以下。

进一步，作为半导体微继电器的现有例，有在特开平6-338244和特开平7-14483号中公开的例子。下面参照附图说明所示的半导体微继电器。

图55表示现有的半导体微继电器的构成的剖视图。如图55所示，包括有第1热膨胀系数，其一端为可移动另一端被支撑的单晶硅基板312所构成的悬臂梁313。包括在该悬臂梁的背面侧介入导电层315有比第1热膨胀系数大的第2热膨胀系数的金属层316。在该悬臂梁313的主表面的一端侧上在介入氧化膜314后设置有接点电路317。又，在该悬臂梁313的主表面的大致整个面上在介入氧化膜314后设置有加热器电路318。

另一方面，在接点电路317的上方，相隔给定的空间，在正对面的位置上设置有在对向表面上有导电层319的对向接点部320。通过在加热器电路318中通入电流加热加热器电路318。这样悬臂梁313和金属层316所形成的可挠区域被加热。这时，由于设定为金属层316的热膨胀系数要大，悬臂梁313和金属层316向上方变位。因此，设置在悬臂梁313的一端上的接点电路317被压向对向接点部320处于导通状态。这样的双金属驱动的继电器与现有的静电驱动型驱动器相比，可以加大接点间隔，并且加大接点重量。从而实现接触电阻小，熔接等少的高可靠性的继电器。

但是在现有的半导体微继电器中，有以下的问题。为了驱动继电器，有必要在设置在悬臂梁313的主表面上的加热器电路318中通入电流来加热悬臂梁313和金属层316。然而，构成悬臂梁313的单晶硅是热传导非常好的材料，并且悬臂梁313的另一端连接在单晶硅基板312上，从悬臂梁313逃向单晶硅基板312的热较大，用较少的消耗电力使得悬臂梁313的温度上升是非常困难的。

即，为了维持现有的半导体微继电器处于导通状态，必须常时供给大电力。这与用数十mW就可驱动的机械式继电器相比是非常大的值，要实用化，降低消耗电力成为重要的课题。

如上所述，采用现有的半导体装置的半导体微传动机构、半导体微阀、半导体微继电器，由于需要较大的消耗电力，使得用电池驱动困难，不能小型化和便携化。

发明内容

本发明正是针对上述问题的发明，其目的在于提供一种消费电力小并且制造工程简单的半导体装置，以及采用该装置的半导体微传动机构、半导体微阀和半导体微继电器，以及半导体微传动机构的制造方法。

为了解决上述课题，本发明的第1发明一种半导体装置，包括：半导体基板、根据温度变化相对于所述半导体基板变位的可挠区域、在所述半导体基板和所述可挠区域之间设置的连接所述半导体基板和所述可挠区域的树脂制的热绝缘区域，其特征是：所述可挠区域由热膨胀系数互不相同的薄膜和薄壁部组成，在所述可挠区域上有若干薄膜，在上述半导体基板上制作了电极柱和连接布线，在每个薄膜下有用于加热的扩散电阻，所述半导体基板以及所述可挠区域与所述热绝缘区域连接的部分相互成梳齿状。

又，本发明的第2发明是在上述第1发明中，其特征是构成上述热绝缘区域的材料具有热传导率在0.4W/(m·℃)以下的特性，使得可挠区域和半导体简板的热绝缘性变好。

又，本发明的第3发明是在上述第2发明中，其特征是构成上述热绝缘区域的材料为聚酰亚胺，使得可挠区域和半导体简板的热绝缘性变好，同时制造变得容易。

又，本发明的第4发明是在上述第2发明中，其特征是构成上述热绝缘区域的材料为氟系树脂，使得可挠区域和半导体简板的热绝缘性变好，同时制造变得容易。

又，本发明的第5发明是在上述第1～4中任一项发明中，其特征是在上述热绝缘区域设置有比构成上述热绝缘区域的材料要硬的材料构成增强层，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第6发明是在上述5发明中，其特征是上述增强层的杨氏模量在9.8×10⁹N/m²以上，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第7发明是在上述6发明中，其特征是上述增强层为二氧化硅薄膜，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第8发明是在上述1～7中任一项发明中，其特征是上述半导体基板以及上述可挠区域与上述热绝缘区域连接的部分相互成梳齿状，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第9发明，其特征是包括上述第1～8中任一项半导体装置和与上述可挠区域连设的可动元件，当上述可挠区域的温度变化时，上述可动元件相对于上述半导体基板变位，加上在低消耗电力可以驱动，可以获得具有本发明的第1～8发明相同效果的半导体装置。

又，本发明的第10发明是在上述9发明中，其特征是上述可挠区域具有单端支撑梁构造，可以获得可动元件的变位大的半导体装置。

又，本发明的第11发明是在上述9发明中，其特征是上述可动元件由多个上述可挠区域支撑，可以稳定支撑可动元件。

又，本发明的第12发明是在上述11发明中，其特征是上述可挠区域由上述可动元件夹持成十字形状，使得可动元件的变位精度良好。

又，本发明的第13发明是在上述第11发明中，其特征是上述可动元件的变位包括相对于上述半导体基板的基板面在水平方向旋转的变位，使得可动元件的变位增大。

又，本发明的第14发明是在上述第11和13发明中，其特征是上述可挠区域为分别成L字形状的4个可挠区域以上述可动元件为中心在4个方向等间隔设置，可以增长可挠区域的长度，为此使得可动元件的变位增大。

又，本发明的第15的发明是在上述第9～14中任一项发明中，其特征是上述可挠区域由具有不同热膨胀系数的至少2个区域构成，根据热膨胀系数的差异变位，可以获得根据可挠区域的温度变化的可挠区域的变位。

又，本发明的第16发明是在上述第15发明中，其特征是上述可挠区域包括由硅构成的区域和由铝构成的区域，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据铝和硅的热膨胀差异的可挠区域的变位。

又，本发明的第17发明是在上述第15发明中，其特征是上述可挠区域包括由硅构成的区域和由镍构成的区域，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据镍和硅的热膨胀差异的可挠区域的变位。

又，本发明的第18发明是在上述第15发明中，其特征是构成上述可挠区域的区域中的至少一个区域是由和上述热绝缘区域为同一材料构成的区域，由于可以同时形成可挠区域和热绝缘区域，使得制造工序变得简单，可以抑制成本。

又，本发明的第19发明是在上述第18发明中，其特征是上述可挠区域包括由硅构成的区域，同时包括作为和上述热绝缘区域为同一材料构成的区域是由聚酰亚胺构成的区域，除和权利要求18同样的效果以外，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据硅和聚酰亚胺的热膨胀差异的可挠区域的变位，并且由于聚酰亚胺使得可挠区域的热绝缘性良好。

又，本发明的第20发明是在上述第18发明中，其特征是上述可挠区域包括由硅构成的区域，同时包括作为和上述热绝缘区域为同一材料构成的区域是由氟系树脂构成的区域，除和上述第18发明同样的效果以外，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据硅和氟系树脂的热膨胀差异的可挠区域的变位，并且由于聚酰亚胺使得可挠区域的热绝缘性良好。

又，本发明的第21发明是在上述第9～14中任一项发明中，其特征是上述可挠区域由形状记忆合金构成，可以获得根据可挠区域的温度变化的可挠区域的变位。

又，本发明的第22的发明是在上述第9～21中任一项发明中，其特征是在上述可挠区域和上述可动元件之间设置有连接上述可挠区域和上述可动元件的由树脂构成的热绝缘区域，可以确保可挠区域和可动元件的热绝缘性，可以更加抑制当可挠区域温度变化时的消耗电力。

又，本发明的第23发明是在上述第22发明中，其特征是设置在上述半导体基板和上述可挠区域之间的热绝缘区域的刚性和设置在上述可挠区域和上述可动元件之间的热绝缘区域的刚性不同，根据各热绝缘区域的刚性的差异确定可动元件的变位方向。

又，本发明的第24发明是在上述第9～23中任一项发明中，其特征是包括为加热上述可挠区域的加热装置，由加热装置可以让可挠区域温度变化。

又，本发明的第25发明是在上述第9～24中任一项发明中，其特征是向为加热上述可挠区域的加热装置供给电力的布线不介入上述热绝缘区域，可以增大上述布线的热绝缘距离，使得可挠区域的热绝缘性良好。

又，本发明的第26发明是在上述第9～25中任一项发明中，其特征是在上述可动元件上形成有凹部，通过减少可动元件的热容量，可以使得可挠区域的温度变化提早。

又，本发明的第27发明是在上述第9～26中任一项发明中，其特征是在上述可挠区域和上述可动元件的连接部分或者在上述可挠区域和上述半导体基板的连接部分附近设置有缓和应力的圆角，通过由圆角将可挠区域变位时施加到该连接部分附近的应力分散，可以防止该部分的破坏。

又，本发明的第28发明是在上述第27发明中，其特征是在上述半导体基板上形成有向和上述可挠区域的连接部分凸出的凸出部，上述圆角形成为在上述凸出部的基端部两端上上述半导体基板中的基板面上的形状呈R形状，通过由圆角将可挠区域变位时施加到凸出部的基端部两端的应力分散，可以防止该部分的破坏。

又，本发明的第29发明，其特征是包括上述第9～28中任一项发明中的半导体装置、接合上述半导体装置并具有根据上述可动元件的变位变化流过的流体量的流路的流体元件。除低消耗电力就可以驱动以外，可以获得和上述第9～28发明具有相同效果的半导体微阀。

又，本发明的第30发明是在上述第29发明中，其特征是上述半导体装置和上述流体元件通过阳极接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第31发明是在上述第29发明中，其特征是上述半导体装置和上述流体元件通过共晶接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第32发明是在上述第29发明中，其特征是上述半导体装置和上述流体元件通过介入间隔层进行接合，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由间隔层吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第33发明是在上述第32发明中，其特征是上述间隔层由聚酰亚胺构成，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由聚酰亚胺的弹性吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第34发明，其特征是包括上述第9～28中任一项发明中的半导体装置、在上述可动元件上设置可动接点、具有在其对应的位置处和上述可动接点接触可能的固定接点、在上述半导体装置上接合的固定元件，除低消耗电力就可以驱动以外，可以获得和本发明的第9～29发明具有相同效果的半导体微继电器。

又，本发明的第35发明是在上述第34发明中，其特征是上述固定接点是通过和上述可动接点接触经过上述可动接点相互导通和离开的接点，可以获得可以将离间后的固定接点导通的半导体微继电器。

又，本发明的第36发明是在上述第34和35发明中，其特征是上述可动接点和上述固定接点是金钴，使得可动接点和固定接点的导通成为可能。

又，本发明的第37发明是在上述第34发明中，其特征是上述半导体装置和上述固定元件通过阳极接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第38发明是在上述第34发明中，其特征是上述半导体装置和上述固定元件通过共晶接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第39发明是在上述第34发明中，其特征是上述半导体装置和上述固定元件通过介入间隔层进行接合，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由间隔层吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第40发明是在上述第39发明中，其特征是上述间隔层是聚酰亚胺，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由聚酰亚胺的弹性吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第41发明是在上述第1发明的半导体装置的制造方法中，其特征是包括将半导体基板的一面蚀刻除去、形成成为至少在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的上述热绝缘区域的部分的工序、在成为上述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料的工序、将半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述热绝缘区域的工序，可以在半导体基板和可挠区域之间形成热绝缘区域。

又，本发明的第42发明，是在上述第41发明半导体装置的制造方法中，其特征是还包括将上述半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述可动元件的凹部的工序、和将上述热绝缘材料涂敷在上述半导体基板的上述另一面上形成构成上述可挠区域的1个区域的工序，通过热绝缘区域和构成可挠区域的1个区域采用同一种材料同时形成，使得制造工序简单，可以降低成本。

又，本发明的第43发明，是在上述第42发明的半导体装置的制造方法中，其特征是还包括在上述半导体基板的上述另一面上形成铝薄膜形成上述可挠区域的由铝构成的区域和向上述加热装置供给电力的布线的工序，通过可挠区域的由铝构成的区域和向加热装置供给电力的布线同时形成，使得制造工序简单，可以降低成本。

又，本发明的第44发明，是在上述第43发明的半导体装置的制造方法中，其特征是还包括在上述半导体基板的上述另一面上作为上述可挠区域的由镍构成的区域形成镍薄膜的工序，可以设置可挠区域的由镍构成的区域。

又，本发明的第45发明是在上述第41发明的半导体装置的制造方法中，其特征是还包括在上述热绝缘区域形成成为增强层的工序、可以在半导体基板和可挠区域之间形成热绝缘区域，同时在该热绝缘区域形成增强层。

该发明的着眼点在于，聚酰亚胺或者氟系树脂等树脂材料具有高热绝缘特性(约是二氧化硅的80倍)，并且采用在液状下容易加工的旋转涂层等半导体制造工艺容易得到所期望厚度(数μm～数十μm)的薄膜的特点。

又，本发明的第46发明是在上述第41半导体装置的制造方法中，其特征是从基板面蚀刻半导体基板，设置凹部，作为上述可挠区域形成其底面部，在上述凹部的上述底面部和侧面部交界处形成牺牲层，用蚀刻除去上述牺牲层，成为曲面状来形成上述圆角，可以利用扩散牺牲层的等方性形成圆角，进一步通过由圆角将可挠区域变位时施加到上述凹部底面部和侧面部的交界处的应力分散，可以防止该部分的破坏。

附图说明

图1为表示采用对应于本发明实施例1的半导体装置的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图2为表示同上的构造图，(a)为剖视图，(b)为俯视图。

图3为表示同上的构造的剖视图。

图4为表示为计算同上半导体装置的强度所采用的构造模型，(a)为模式图，(b)为分布图，(c)为分布图。

图5为表示同上半导体装置的制造工序图，从(a)到(d)均为剖视图。

图6为表示同上的另一半导体装置的构造图，(a)为剖视图，(b)为俯视图。

图7为表示同上构造的剖视图。

图8为表示同上的制造工序图，从(a)到(e)均为剖视图。

图9为表示同上的又一半导体装置的构造图，(a)为剖视图，(b)为俯视图。

图10为表示同上构造的剖视图。

图11为表示对应于本发明实施例2的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图12为表示同上的构造图，(a)为剖视图，(b)为俯视图。

图13为表示同上的另一半导体微传动机构的构造的剖视图。

图14为表示同上的制造工序图，从(a)到(e)均为剖视图。

图15为表示同上的制造工序图，从(a)到(d)均为剖视图。

图16为表示同上的半导体微传动机构的另一配线构造的剖视图。

图17为表示对应于本发明实施例3的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图18为表示同上构造的剖视图。

图19为表示对应于本发明实施例4的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图20为表示同上构造的剖视图。

图21为表示对应于本发明实施例5的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图22为表示同上构造的剖视图。

图23为表示对应于本发明实施例6的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图24为表示对应于本发明实施例7的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图25为表示对应于本发明实施例8的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图26为表示同上另一半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图27为表示对应于本发明实施例9的半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图28为表示同上另一半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图29为表示同上又一半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图30为表示对应于本发明实施例10的半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图31为表示同上另一半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图32为表示对应于本发明实施例11的半导体微继电器的构造的一部分剖视的立体图。

图33为表示对应于本发明实施例12的半导体微继电器的构造的一部分剖视的立体图。

图34为表示同上的制造工序图，从(a)到(d)均为剖视图。

图35为表示同上的制造工序图，从(a)到(e)均为剖视图。

图36为表示同上的制造工序图，(a)、(b)均为剖视图。

图37为表示同上另一半导体微继电器的构造的一部分剖视的立体图。

图38为表示用于同上半导体微继电器的作用说明的立体图。

图39为表示用于同上半导体微继电器的作用说明的关系图。

图40为表示用于同上半导体微继电器的作用说明的侧视图。

图41为表示对应于本发明实施例13的半导体微继电器的构造的一部分剖视的立体图。

图42为表示同上的制造工序图，从(a)到(d)均为剖视图。

图43为表示同上的制造工序图，从(a)到(e)均为剖视图。

图44为表示同上的制造工序图，(a)、(b)均为剖视图。

图45为表示同上的另一制造工序图，从(a)到(e)均为剖视图。

图46为表示同上的另一制造工序图，从(a)到(e)均为剖视图。

图47为表示同上的另一制造工序图，(a)、(b)均为剖视图。

图48为表示同上另一半导体微继电器的构造的一部分剖视的立体图。

图49为表示用于同上半导体微继电器的作用说明的立体图。

图50为表示用于同上半导体微继电器的作用说明的关系图。

图51为表示用于同上半导体微继电器的作用说明的关系图。

图52为表示同上另一半导体微继电器的构造图。

图53为表示现有的半导体微传动机构的构造的俯视图。

图54为表示同上构造的剖视图。

图55为表示现有的半导体微继电器的构造的剖视图。

图56为表示用于同上的作用说明的模式图。

图57为表示采用本发明的半导体装置的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图58为表示同上的构造图，(a)为剖视图，(b)为俯视图。

图59为表示采用本发明的半导体装置的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。

图60为表示同上构造的俯视图。

图61为表示采用本发明的半导体装置的半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图62为表示采用本发明的半导体装置的半导体微阀的构造的一部分剖视的立体图。

图中，1-半导体微传动机构，2-可挠区域，2S-薄壁部，2M-薄膜，3-半导体基板，4a-布线，5-可动元件，6-扩散电阻，7-热绝缘区域，8-半导体装置。

具体实施方式

以下说明本发明的基本概念。

具有在USP5058856中所示的构造的半导体微传动机构有以下问题。首先，对二氧化硅薄膜的铰链构造的热绝缘效果进行考察。一般讲，从高温部分向低温部分扩散的热量Q为

Q(W)＝-λ((t2-t1)/δ)A      (式X)

式中，Q：热量(热移动的速度)

      t2-t1：温度差(℃)

      δ：离开热源的距离(cm)

      A：与热流流向垂直的截面积(cm²)

      λ：热传导率(J/cm·s·℃)

为此，采用该关系式计算从隔板300向硅框302逃离的热量。如果设隔板300和硅框302的温度差为150℃，铰链303的横幅为30μm，隔板300的直径为2.5mm，铰链303的厚度为2μm(依据[Electrically-Activated，Micromachined Diaphram Valves]Technical Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop，pp65-69，June 1990推定)，则与热流流向垂直的截面积A1为

A1＝2.5mm×π×2μm＝0.25cm×π×2×10^-4cm＝1.57×10^-4cm²

而二氧化硅的热传导率λ＝0.084(W/cm·℃)，所以逃离的热量Q1为

Q1＝0.084(W/cm·℃)×150℃/(30×10^-4cm)×1.57×10^-4cm²

  ＝0.66W＝660mW

然后计算没有设置二氧化硅的铰链构造的情况。硅的隔板300的厚度为10μm，则与热流流向垂直的截面积A2为

A2＝2.5mm×π×10μm＝0.25cm×π×10×10^-4m＝7.85×10^-4cm²

而硅的热传导率λ＝1.48(W/cm·℃)，所以逃离的热量Q2为

Q2＝1.48(W/cm·℃)×150℃/(30×10^-4cm)×7.85×10^-4cm²＝58W

因此，通过设置二氧化硅薄膜的铰链303，可以获得约90倍的热绝缘效果。这样在USP5069419号所记载的半导体微传动机构比现有的构造具有良好的热效率。

在此，所以推定在USP5069419号所记载的半导体微传动机构的消耗电力为数百mW(计算为660mW)，如果考虑到小型便携用电池驱动的用途，希望在百mW以下。

又，在USP5069419号所记载的半导体微传动机构中，二氧化硅薄膜形成的铰链303的部分，厚度为2μm。对于确定该铰链303的二氧化硅薄膜的厚度的主要原因，在说明书中没有明确记载。但是，在USP5069419号所记载的半导体微传动机构在微阀中使用时，可以预想加在可动元件上的压力集中在该铰链303上，因此膜厚必须在不会被该压力破坏的程度。然而，增加铰链303的厚度，由上述热逃离的计算式(式X)所示，将降低热绝缘效果。因此，可以推定具有一定程度的强度，又有热绝缘效果的二氧化硅薄膜的膜厚为2μm。

然而，在USP5069419号所记载的半导体微传动机构，虽然具有如说明书所述由硅形成的隔板300和铝薄膜304所构成的双金属形成的可动构造，为了获得电绝缘在隔板300和铝薄膜304之间插入了二氧化硅薄膜306。

在半导体制造过程中，该二氧化硅薄膜306和铰链303的二氧化硅薄膜同时形成，希望其膜厚相同。但是，在隔板300和铝薄膜304之间插入的二氧化硅薄膜306的膜厚为2μm时，可以预想成为驱动源的双金属特性会劣化。文献([Electrically-Activated，Micromachined DiaphramValves]Technical Digest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop，pp65-69，June 1990)中所记载的例中铝薄膜304的膜厚为5～6μm，如果将膜厚为2μm的二氧化硅薄膜306插入到隔板300和铝薄膜304之间，可以推定容易成为加热时阻碍隔板300弯曲的主要原因。

又，在半导体制造过程中，由于二氧化硅的薄膜通常在1000℃的高温下形成，如果考虑硅和二氧化硅的热膨胀系数，在硅的隔板300-二氧化硅薄膜306之间将产生相当的内部应力。该内部应力随着二氧化硅薄膜306的厚度增大而增大，成为降低双金属特性的主要原因。考虑到以上几点，隔板300-铝薄膜304之间的二氧化硅薄膜306应尽量薄(2×10^-8m(200))，又铰链303的二氧化硅的膜必须有一定程度的厚度(2μm)。但是，为了形成这样的二氧化硅的薄膜构造，需要有非常复杂的半导体制造过程。对于该制造过程，在USP5069419号说明书中没有言及。

又，作为改善方案，在美国专利No.5,271,597中公开了另一铰链构造。在此，不采用上述那样的二氧化硅的薄膜构造，铰链部分的二氧化硅和隔板—铝薄膜之间的二氧化硅薄膜为相同的薄膜厚度。该方法减薄铰链部分的二氧化硅薄膜，为了增强由此产生的铰链部分的强度降低，在铰链之外隔板和硅框的连接部采用了隔板的一部分的硅，因而降低了热绝缘效果，不能成为半导体微传动机构的消耗电力小的构造。这样对于在半导体微传动机构中的热绝缘构造，还存在着许多问题。

又，作为半导体微阀的现有例，有在USP5058856号所记载的超小型阀。在该超小型阀中，也使用了将有不同热膨胀系数的至少两种材料组合，通过加热该部分利用热膨胀系数的差异获得变位的半导体微传动机构。该微传动机构的热绝缘构造通过设置扭力杆式悬挂构成。在该构造中，通过减少与热流垂直的截面积和增加热力通过路径长度的两方面，使得向硅框的热损失减少到最小。但是，由于该扭力杆式悬挂构造是由硅形成，象在热逃离的计算中所考察的那样，不能获得充分的热绝缘效果。

这可以从文献[SILICON MICROVALVES FOR GAS FLOWCONTROL]The 8^th International Conference on Solid-State and Actuator，Stockholm，Sweden，1995，p276-279中所记载的微阀性能比较表中推定。在该文献中，对有关USP5069419号所公开的[半导体微传动机构]的微阀和有关在USP5058856号所公开的[超小型阀]的微阀进行了比较，后者与前者相比，耐压为6倍，流量范围为10倍，消耗电力为约2倍，热阻抗约为1/3。

这样在USP5058856号所记载的超小型阀虽然由于由硅形成扭力杆式悬挂构造能成为可以产生很大的力的构造，但结果增大了消耗电力。

又，图56为表示特开平6-338244和特开平7-14483号所示的半导体微继电器的热传导的模型。虚线假定为悬臂梁313的截面。利用该模型可以概算逃向硅单晶基板312的热(箭头方向)。设悬臂梁313的尺寸为1.5mm×1.5mm，厚度为10μm，则与热流流向垂直的截面积A3为

A3＝10μm(厚度)×1500μm(宽度)＝1.50×10^-4cm²而硅的热传导率λ＝1.48(W/cm·℃)，例如加热时悬臂梁313的温度为250℃，所以利用上述式X，可求出逃离单晶硅基板312的热量Q3为

Q3＝1.48(W/cm·℃)×(250(℃)/280×10^-4(cm))×1.50×10^-4(cm²)＝1.98W即，为了维持现有的半导体微继电器的导通状态，按概算必须常时供给2W程度的电力。这与数十mW就可驱动的机械式继电器相比是非常大的值，在实用化上降低消耗电力是重要的课题。

实施例1

以下说明本发明的实施例1。图1为表示采用有关本发明的半导体装置的半导体微传动机构的构造的一部分剖视的立体图。图2(a)为剖视图，图2(b)为俯视图。

如图所示，半导体微传动机构1是由中空的略为四角形状的框体的半导体基板3、从半导体基板3切离从半导体基板3的各边的略中央位置向内方向介入热绝缘区域7其一端连接的四角片状的4个薄壁部2S、形成为上面为四角形状的开口随着向下宽度越窄小的中空的四角锥台形状、在上述各薄壁部2S的另一端上连设在上面开口部的周缘的可动元件5、设置在上述各薄壁部2S的上面、和薄壁部2S共同构成可挠区域2的铝薄膜或者镍薄膜等的薄膜2M所构成。

上述半导体基板3、薄壁部2S以及可动元件5例如是由硅基板等半导体基板加工形成。又，在薄壁部2S的表面形成有作为加热手段的杂质扩散电阻6(以下称为扩散电阻6)，该扩散电阻6是通过设置在半导体基板3的4个角部上的电极柱4和连接布线4a供给电力来加温，对由薄壁部2S和薄膜2M所构成的可挠区域2进行加热。薄膜2M是由铝或者镍等构成，薄壁部2S是由硅等构成，两者具有不同的热膨胀系数。

连接半导体基板3和可挠区域2的热绝缘区域7和薄壁部2S具有相同的厚度，由氟系树脂、聚酰亚胺等热绝缘材料构成，对半导体基板3和可挠区域2进行热绝缘。又，设置在半导体基板3的4个角部上的电极柱4是在图2(b)中的右上的电极柱4和左下的电极柱4与外部电源连接，相对于电源两个扩散电阻6成串联连接。

又，上述4个可挠区域2夹持中央的可动元件5成十字形状，可动元件5为其周围由多个可挠区域2支撑的构造。在此，半导体基板3和可挠区域2以及其间的热绝缘区域7构成半导体装置8。

上述半导体微传动机构1，如果在扩散电阻6上施加电力，其温度上升，对可挠区域2加热，由于构成可挠区域2的薄膜2M和薄壁部2S的热膨胀系数的差异而产生热应力。例如，作为薄膜2M由铝、镍等金属薄膜形成时，其热膨胀系数比构成薄壁部2S的硅要大，可挠区域2向图中下方向弯曲。即可挠区域2相对于半导体基板3向下方向变位。然后，与可挠区域2连设的可动元件5承受可挠区域2的热应力，相对于半导体基板3向下方向变位。

如上所述，半导体微传动机构1的4个可挠区域夹持中央的可动元件5成十字形状，可动元件5的变位是相对于半导体基板3的非旋转性变位，变位的精度良好可以产生较大的力。又，如上所述可挠区域2由于在其表面上设置有为加热可挠区域2的扩散电阻6，即在可挠区域2上包含扩散电阻6，可以将半导体微传动机构1小型化。

又，本实施例的半导体微传动机构1作为可挠区域2虽然是由具有不同热膨胀系数的两个区域的薄壁部2S和薄膜2M所构成，但并不限定于此，例如可挠区域2也可以由镍钛等形状记忆合金构成，通过温度变化使得由形状记忆合金构成的可挠区域2变位。

又，本发明并不限定于半导体微传动机构，通过用激光变位计等测定由温度变化引起的可挠区域的变位，根据变位检测出温度的温度传感器等，只要是通过在可挠区域2和半导体基板3之间设置热绝缘区域7，利用可以防止加热可挠区域时的热逃向半导体基板3的效果的半导体装置即可。

在此，为了说明在本发明的半导体微传动机构1中使用的半导体装置8的作用，作为具体例，如图3的剖视图所示，对于热绝缘区域7中半导体基板3和可挠区域2的连接方向的长度为30μm，厚度为20μm，作为构成材料采用聚酰亚胺时进行考察。又，图1所示的可挠区域2的上述连接方向的长度为800μm，可挠区域2的宽度(与上述连接方向垂直的方向的长度)为600μm。

如果计算从可挠区域2通过热绝缘区域7向半导体基板3逃离的热量Q3，采用现有例中所示的式X。在此，与逃离热的热流的流向垂直的截面积A10为

A10＝(聚酰亚胺的厚度)×(可挠区域的宽度)＝20μm×600μm＝1.2×10^-4cm²

而聚酰亚胺的热传导率为1.17×10^-3(W/cm·℃)，离热源的距离δ，即可挠区域2和半导体基板3的距离为30μm，因而加热到150℃的可挠区域2向半导体基板3逃离的热量Q3为

Q3＝1.17×10^-3(W/cm·℃)×(150℃/(30×10^-4cm))×1.2×10^-4(cm²)

  ＝4.2×10^-3(W)＝4.2(mW)

由于上述半导体装置8有4个可挠区域2，整体有16.8mW的热量。这表明，在扩散电阻6上投入16.8mW的电力就可以将可挠区域2的温度维持在150℃，与现有例的660mW相比，消耗电力降低了1/40。

下面，考察由聚酰亚胺构成的热绝缘区域7的强度。考虑图4(a)所示的两端固定的梁构造的模型。如图4(a)所示，在梁21(与可挠区域2对应)的中心从下面向上施加重力W时，梁21的剪切力、力矩分别成为如图4(b)(c)所示。热绝缘区域7在图4(a)中位于两端的固定端22a、22b和梁21之间的任一方位置。在，如果重力W为1g，并施加到梁21中央时(对于微阀而言与在孔口500μm上施加46.7kPa的压力的情况相当)计算施加在梁21上的力。

施加在梁上的剪切力F1为F1＝W/2＝1.0×10^-3(kgf)/2＝0.5×10^-3(kgf)＝4.9×10^-3(N)，施加在梁上的最大剪切应力Fmax为Fmax＝F1/S1(S1为梁的截面积)。在此，设梁21的宽度b1＝600μm，梁21的厚度h1＝20μm，截面积S1为

S1＝(b1)(h1)＝600×10^-4×20×10^-4＝1.2×10^-4cm²

因此，梁的最大剪切应力Fmax为

Fmax＝0.50×10^-3(kgf)/1.2×10^-4(cm²)＝4.16(kgf/cm²)

    ＝4.16×0.098(MPa)＝0.41(MPa)

然后，计算施加在梁上的最大应力σmax。最大应力σmax由σmax＝Mmax/Z1表示。式中，Mmax为最大力矩，Z1为截面系数。最大力矩Mmax如图4(c)所示，Mmax＝WL/8(L为梁的长度800μm)，因此，最大力矩Mmax为

Mmax＝WL/8＝1.0×10^-3(kgf)×800×10^-4(cm)/8

    ＝1.0×10^-5(kgf·cm)＝9.8×10^-5(N·cm)

又，截面系数Z1为

Z1＝(b1)(h1)²/6＝1/6×600×10^-4×(20×10^-4)²＝4.0×10^-8cm³

在此，由力矩产生的最大应力σmax为

σmax＝Mmax/Z1＝1.0×10^-5(kgf)/4.0×10^-8(cm³)＝250(kgf/cm³)＝24.5(MPa)

上面，梁21的尺寸如上所述，采用宽度600μm，长度800μm进行了计算。

由于聚酰亚胺的破坏强度在30MPa的程度，可以实现在上述热绝缘区域7承受1g程度的重量的半导体微传动机构。又，对于该热绝缘区域7的强度，如其他例所示那样可以提高强度。虽然在此没有说明，对于氟系树脂也可以期待相同的效果。

在此，利用图5说明热绝缘区域7的形成方法例。首先，如图5(a)所示，在半导体基板17的表面对应于热绝缘区域的部分用KOH等进行蚀刻形成槽15。然后，如图5(b)所示，用涂料器等旋转涂敷聚酰亚胺薄膜16，将槽15埋满。然后，如图5(c)所示，用半导体的光刻工艺，采用将埋入到槽15中的部分的聚酰亚胺薄膜16留下，其余部分除去的模样，加热到400℃的程度，将包含在聚酰亚胺薄膜16中的有机溶剂蒸发进行固化。然后，如图5(d)所示，在半导体基板17的背面用KOH等进行蚀刻。这时，19为成为框体的半导体基板，20为可挠区域。经过这样的工艺形成热绝缘区域7。

如上所述，热绝缘区域7是由于巧妙地利用聚酰亚胺、氟系树脂等树脂材料的高热绝缘特性(热传导率在0.4W/(m·℃)以下，是二氧化硅的约80倍)，并且用液状下容易加工的旋转涂层等半导体制造工艺容易得到所期望厚度(数μm～数十μm)的薄膜的性质，在可挠区域2和半导体基板3之间形成的，与现有例相比，可以用半导体制造工艺容易地实现热绝缘效果优异并且具有强度的半导体装置。又，如上所述，热绝缘区域7和可挠区域2的薄壁部2S具有大致相同的厚度，可以确切地进行半导体基板3和可挠区域2的连接，增强该连接部分的强度。

采用具有这样效果的半导体装置8的半导体微传动机构1，其制造过程简单，并且由于热绝缘性高可以防止由扩散电阻6产生的热的逃离，低消耗电力就可驱动，使得用电池驱动，进行小型化成为可能。

以下，说明上述半导体装置8的另一构成例。本构成例的半导体装置8如图6(a)、图6(b)所示，在半导体基板3和可挠区域2之间，形成用氟系树脂或者聚酰亚胺等热绝缘材料构成的热绝缘区域7这一点上与图3相同，不同点在于在该绝缘区域7的下面(与厚度方向垂直的面)上设置有比例如二氧化硅薄膜(杨氏模量在9.8×10⁹N/m²以上)那样的构成热绝缘区域7的材料要硬的材料构成的增强层12。又，图6(a)为剖视图，图6(b)为俯视图，图7为图6(b)的Y-Y’剖视图。

图7中标明了具体尺寸，热绝缘区域7的厚度为19μm，增强层12的厚度为1μm。如图6(a)所示，在热绝缘区域7中半导体基板3和可挠区域2的连接方向上的长度为30μm，在Y-Y’方向，即向深度方向的长度为600μm。在此，作为构成热绝缘区域7的材料采用聚酰亚胺，构成增强层12的材料采用二氧化硅时的热绝缘区域7的强度采用和上述图3中的热绝缘区域7的强度计算相同的条件进行。

如果热绝缘区域7、增强层12的各构成材料的杨氏模量为Ei，各区域的图7所示的截面的截面积为Ai，从底面到中立轴的距离ηa由下式给出。

[式1]

${\mathrm{\ηa}}_i=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_i\∫\mathrm{\ηd}{A}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_i\·A_i}$

计算构成增强层12的二氧化硅的各值，如下所示。

[式2]

杨氏模量E₅：  7.3×10¹⁰(N/m²)

截面积A₅：    1×10^-6×600×10^-6(m²)

E₅·A₅＝7.3×10¹⁰(N/m²)×1×10^-6×600×10^-6(m²)

      ＝43.8N

$E_s\∫\mathrm{\ηd}{A}_s=E_s{\∫}_0^{1\mathrm{\μm}}\mathrm{\η}(600\×{10}^{-6}\mathrm{d\η})$

$=7.3\×6\×{10}^6\×[{\mathrm{\η}}^2/2{]}_0^{1\mathrm{\μm}}$

$=21.9\×{10}^{-6}N-m$

又，计算构成热绝缘区域7的聚酰亚胺的各值，如下所示。

[式3]

杨氏模量E_f：  5.0×10⁸(N/m²)

截面积A_f：    19×10^-6×600×10^-6(m²)

E_f·A_f＝5.0×10⁸(N/m²)×19×10^-6×600×10^-6(m²)

     ＝5.70N

$E_f\∫\mathrm{\ηd}{A}_f=E_f{\∫}_{1\mathrm{\μm}}^{20\mathrm{\μm}}\mathrm{\η}(600\×{10}^{-6}\mathrm{d\η})$

$=5.0\×6\×{10}^4\×[{\mathrm{\η}}^2/2{]}_{1\mathrm{\μm}}^{20\mathrm{\μm}}$

$=59.8{\×10}^{-6}N-m$

在此，利用上述值计算到中立轴的距离ηa，如下所示。

[式4]

$\mathrm{\ηa}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_i\∫\mathrm{\ηd}{A}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_i\·A_i}=\frac{(21.9+59.8)\×{10}^{-6}}{(42.8+5.7)}$

$=1.68\×{10}^{-6}\left(m\right)=1.68\mathrm{\μm}$

然后，计算有关二氧化硅、聚酰亚胺的中立轴的2次力矩ls、lf，如下所示。

[式5]

$I_s={\∫\mathrm{\η}}_i^{2}d{A}_i={\∫}_{0.66\mathrm{\μm}}^{1.68\mathrm{\μm}}{{\mathrm{\η}}_i}^2\left({600\×10}^{-6}d{\mathrm{\η}}_i\right)$

$=600\×{10}^{-6}\×[{\mathrm{\η}}^3/3{]}_{0.68\mathrm{\μm}}^{1.68\mathrm{\μm}}$

$=8.86\×{10}^{-22}{m}^4$

$I_f={\∫\mathrm{\η}}_i^{2}d{A}_i={\∫}_{-0.68\mathrm{\μm}}^{18.32\mathrm{\μm}}{{\mathrm{\η}}_i}^2(600\×{10}^{-6}d{\mathrm{\η}}_i)$

$=600\×{10}^{-6}\×[{\mathrm{\η}}^3/3{]}_{-0.68\mathrm{\μm}}^{18.32\mathrm{\μm}}$

$=1.22\×{10}^{-18}{m}^4$

式中，ηi＝η-ηa，即ηi表距中立轴的距离。如图4所说明的那样，两端固定的梁的中央施加1g重量时，施加在梁上的最大力矩Mmax为

Mmax＝1.00×10^-5(kgf·cm)＝9.8×1.00×10^-3×10^-2＝9.8×10^-7(N·cm)

如果计算二氧化硅的最大弯曲应力σsmax，则为

[式6]

${\mathrm{\σ}}_{s\max }=M_{\max }\frac{E_s\·{\mathrm{\η}}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_i\·I_i}$

$=\frac{0.98\×{10}^{-6}\×7.3\×{10}^{10}\×1.68\×{10}^{-6}}{7.3\×{10}^{10}\×8.86\×{10}^{-22}+5\×{10}^8\×1.22\×{10}^{-18}}$

$=1.78\×{10}^8(\mathrm{kg}/m^2)=178\left(\mathrm{MPa}\right)$

式中，li表示上述各2次力矩ls、lf。如果计算聚酰亚胺的最大弯曲应力σsmax，则为

[式7]

${\mathrm{\σ}}_{f\max }=M_{\max }\frac{E_r\·{\mathrm{\η}}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_i\·I_i}$

$=\frac{0.98\×{10}^{-6}\×5.0\×{10}^8\×18.32\×{10}^{-6}}{7.3\×{10}^{10}\×8.86\×{10}^{-22}+5\×{10}^8\×1.22\×{10}^{-18}}$

$=1.33\×{10}^7(\mathrm{kg}/m^2)=13.3\left(\mathrm{MPa}\right)$

这样，施加在由聚酰亚胺构成的热绝缘区域7上的应力与图3所示的例相比约为其1/2。这与在强度上增强为2倍等价。又在图6中，虽然是在热绝缘区域7的下面设置增强层12，只要是和厚度方向垂直的方向上，在上面也可以获得同等的效果。在上下两面设置时获得在下面、上面分别设置时的2倍的效果。

这样，图6所示的热绝缘区域7的形成方法例用图8进行说明。首先，如图8(a)所示，在半导体基板17a的表面对应于热绝缘区域的部分用KOH等进行蚀刻形成槽15a。然后，如图8(b)所示，用热氧化等在半导体基板17a的表面上形成二氧化硅薄膜18。用蚀刻等将二氧化硅薄膜18在槽15a表面部分以外的部分除去。

然后，如图8(c)所示，用涂料器等旋转涂敷聚酰亚胺薄膜16a，将槽15a埋满。进一步，如图8(d)所示，用半导体的光刻工艺，采用将埋入到槽15a中的部分的聚酰亚胺薄膜16a留下，其余部分除去的模样，加热到400℃的程度，将包含在聚酰亚胺薄膜16a中的有机溶剂蒸发进行固化。然后，如图8(e)所示，在半导体基板17a的背面用KOH等进行蚀刻，形成热绝缘区域7。这时，19为成为框体的半导体基板，20为可挠区域。

以下，说明上述半导体装置8的又一构成例。如图9(b)的俯视图所示，在半导体基板3和可挠区域2之间设置热绝缘区域10，半导体基板3和可挠区域2与热绝缘区域10连接的部分，在半导体基板3和可挠区域2的连接方向(和B-B’垂直的方向)上形成梳刀相互成为梳刀状。图9(b)的B-B’剖视图如图10所示，在B-B’方向上可挠区域2、半导体基板3、热绝缘区域10混合构成。在此，热绝缘区域10由氟系树脂或者聚酰亚胺等构成。

为了计算热绝缘区域10的强度，作为具体例，如图9(a)(b)所示，设热绝缘区域10的厚度为20μm，和B-B’方向垂直的方向的宽度为30μm。又，如图10所示，上述可挠区域2和半导体基板3构成的各梳刀在B-B’方向上的宽度为180μm，热绝缘区域10在B-B’方向上的宽度为30μm。热绝缘区域10的材料由聚酰亚胺，半导体基板3和可挠区域2由硅构成。又为了比较采用和图3的强度计算相同的条件进行热绝缘区域10的强度计算。

对于图10所示的硅和聚酰亚胺组合构成的构造，如果设硅的杨氏模量为ESi，聚酰亚胺的杨氏模量为EPh，硅部的截面2次力矩为lSi，聚酰亚胺部的截面2次力矩为lPh，施加在硅部上的力矩为MSi，施加在聚酰亚胺部上的力矩为MPh，则遵从以下的关系式。

[式8]

$\frac{1}{\mathrm{\ρ}}=\frac{M_{\mathrm{Si}}}{E_{\mathrm{Si}}\·I_{\mathrm{Si}}}=\frac{M_{\mathrm{Ph}}}{E_{\mathrm{Ph}}\·I_{\mathrm{Ph}}}=k$ (常数)

M_max＝M_Si+M_Ph       ρ：曲率

因此，硅部力矩Msi和聚酰亚胺部力矩Mph可表示为：

M_Si＝k·E_Si·I_Si    M_Ph＝k·E_Ph·I_Ph $k=\frac{M_{\mathrm{Ph}}}{E_{\mathrm{Ph}}\·I_{\mathrm{Ph}}}$

因此，施加在总的热绝缘结构的力矩Mmax为：

$M_{\max }=M_{\mathrm{Si}}+M_{\mathrm{Ph}}=k\·E_{\mathrm{Si}}\·I_{\mathrm{Si}}+M_{\mathrm{Ph}}$

$=\frac{E_{\mathrm{Si}}\·I_{\mathrm{Si}}}{E_{\mathrm{Ph}}{I}_{\mathrm{Ph}}}{M}_{\mathrm{Ph}}+M_{\mathrm{Ph}}$

[式9]

聚酰亚胺部的值，M_ph为

$M_{\mathrm{Ph}}=\frac{M_{\max }}{\frac{E_{\mathrm{Si}}\·I_{\mathrm{Si}}}{E_{\mathrm{Ph}}\·I_{\mathrm{Ph}}}+1}$

而硅部的值，M_si为

$M_{\mathrm{Si}}=\frac{M_{\max }}{\frac{E_{\mathrm{Ph}}\·I_{\mathrm{Ph}}}{E_{\mathrm{Si}}\·I_{\mathrm{Si}}}+1}$

在此，计算有关硅部、聚酰亚胺部的各值。

硅的杨氏模量ESi＝0.19×10¹²(N/m²)＝1.9×10¹²(dyne/cm²)，

[式10]

E_Si＝1.9×10¹²(dyne/cm²)×1.019×10^-6＝1.93×10⁶kgf/cm²

$I_{\mathrm{Si}}=\frac{1}{12}{\mathrm{bh}}^3=\frac{1}{12}\×180\×3\×{10}^{-4}\left(\mathrm{cm}\right)\×{(20\×{10}^{-4}\mathrm{cm})}^3$

$=3.6\×{10}^{-11}{\mathrm{cm}}^4$

因此，ESi·lSi＝1.93×10⁶(kgf/cm²)×3.6×10^-11(cm⁴)＝6.94×10^-6(kgf·cm²)

              ＝6.8×10^-6N·cm²

聚酰亚胺的杨氏模量Eph为500MPa，

[式11]

E_Ph＝5.0×10⁶(Pa)×1.019×10^-5＝5.10×10³kgf/cm²

$I_{\mathrm{Ph}}=\frac{1}{12}{\mathrm{bh}}^3=\frac{1}{12}\×30\×2\×{10}^{-4}\left(\mathrm{cm}\right)\×{(20\×{10}^{-4}\mathrm{cm})}^3$

$=4.0\×{10}^{-12}{\mathrm{cm}}^4$

因此，EPh·lPh＝5.10×10³(kgf/cm²)×4×10^-12(cm⁴)＝2.04×10^-8(kgf·cm²)

              ＝2.00×10^-7N·cm²

在此，施加到聚酰亚胺部的力矩MPh如下，

[式12]

$M_{\mathrm{Ph}}=\frac{1.0\×{10}^{-5}(\mathrm{kgf}\·\mathrm{cm})}{\frac{6.94\×{10}^{-5}}{2.04\×{10}^{-8}}+1}=2.93\×{10}^{-9}(\mathrm{kgf}\·\mathrm{cm})$

为此，MPh＝2.93×10^-9(kgf·cm)＝2.87×10^-8(N·cm)。

同样施加到硅部的力矩MSi如下，

[式13]

$M_{\mathrm{Si}}=\frac{1.0\×{10}^{-5}(\mathrm{kgf}\·\mathrm{cm})}{\frac{2.04\×{10}^{-6}}{6.94\×{10}^{-5}}+1}=9.99\×{10}^{-6}(\mathrm{kgf}\·\mathrm{cm})$

为此，MSi＝9.99×10^-6(kgf·cm)＝9.79×10^-5(N·cm)。

在此，施加到聚酰亚胺部的最大应力σPh如下，

[式14]

$\mathrm{Za}=\frac{1}{6}{\mathrm{bh}}^2=2.0\×{10}^{-9}\left({\mathrm{cm}}^3\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Ph}}=\frac{M_{\mathrm{Ph}}}{\mathrm{Za}}=\frac{2.93\×{10}^{-9}(\mathrm{kgf}\·\mathrm{cm})}{3.8\×{10}^{-9}\left(c{m}^3\right)}$

$=0.77(\mathrm{kgf}/{\mathrm{cm}}^2)=7.54\×{10}^{-2}\left(\mathrm{MPa}\right)$

式中Za为截面系数。又施加到硅部的最大应力σSi如下，

[式15]

$\mathrm{Zb}=\frac{1}{6}{\mathrm{bh}}^2=3.5\×{10}^{-8}\left({\mathrm{cm}}^3\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Si}}=\frac{M_{\mathrm{Si}}}{\mathrm{Zb}}=\frac{9.99\×{10}^{-6}(\mathrm{kgf}\·\mathrm{cm})}{3.6\×{10}^{-8}\left({\mathrm{cm}}^3\right)}$

$=2.77(\mathrm{kgf}/{\mathrm{cm}}^2)=27\left(\mathrm{MPa}\right)$

式中Zb为截面系数。

因此，施加到由聚酰亚胺构成的热绝缘区域的应力和图3所示的例相比约为其1/300，这和在强度上增加了300倍等价。在图9中，半导体基板3和可挠区域2形成的梳齿的数并不限定于图9所示的数量，至少2个以上的梳齿状的构造就可获得相同的效果。

实施例2

以下说明本发明的实施例2。图11为表示本实施例的半导体微传动机构的立体图。图12(a)为剖视图，图12(b)为俯视图。

本实施例的半导体微传动机构1a和图1、图2所示的实施例的不同点在于，在本实施例中在可挠区域2和可动元件5之间新设了热绝缘区域7A，可挠区域2和可动元件5由热绝缘区域7A进行连接。

这样，通过设置热绝缘区域7A，可以提高可挠区域2和可动元件5之间的热绝缘性，防止由扩散电阻6产生的热向可动元件5逃离，使得可挠区域2的加热有效进行，降低了消耗电力。

又，在半导体基板3和可挠区域2之间设置的热绝缘区域7，和在可挠区域2和可动元件5之间设置的热绝缘区域7A的刚性不同，来确定可动元件5的变位的方向。例如，如果热绝缘区域7的刚性高，热绝缘区域7A的刚性低时，可以让可动元件5向半导体基板3的厚度方向下侧(图11中的下侧)变位，相反，可以让可动元件5向相反的方向变位。

又，在本实施例中，可挠区域2和半导体基板3的连接部分，或者在可挠区域2和可动元件5的连接部分附近设置有当可挠区域2变位时缓和所施加的应力的圆角。

即，如图12(b)所示，从成为框体的半导体基板3的各边略中央位置向内方向凸出形成的凸出部25和可挠区域2由热绝缘区域7连接，该凸出部25的基端部两端上让半导体基板3上的基板面的形状成为R形状来形成圆角25a。该圆角25a由形成掩膜的湿蚀刻形成。

又，如图12(a)所示，构成可挠区域2的薄壁部2S是在半导体基板3的图中下面侧设置凹部27并在该凹部27的底面部上形成，让凹部27的底面部27a和侧面部27b的边界成为R形状来形成圆角28。该凹部27在半导体基板的基板面通过蚀刻设置，例如在该凹部27的上述边界形成牺牲层，通过蚀刻将牺牲层除去利用扩散牺牲层时的等方性形成圆角28。

这样，通过形成圆角25a、28，可挠区域2变位时的应力由圆角25a、28分散后缓和，防止对半导体基板3的破坏。即，从半导体基板3向内方向凸出的凸出部25的基端部两端为角(棱角)的形状时，可挠区域2的应力集中在该角上，有可能让半导体基板3破损。又，对于为形成可挠区域2设置的凹部27的底面部27a和侧面部27b的交界处也同样，如果为角的形状，可挠区域2的应力集中在该角上，有可能让半导体基板3破损。

如图11、图12所示那样，在可挠区域和半导体基板之间，以及可挠区域和可动元件之间设置热绝缘区域的半导体微传动机构的另一构成例如图13所示，在此说明其作成方法。

如图所示，在半导体基板3a和可挠区域2a之间介入热绝缘区域7a进行连接，在可挠区域2a和可动元件5a之间介入热绝缘区域7b进行连接。可挠区域2a由相互热膨胀系数不同的薄膜2m和薄壁部2s所构成，在薄壁部2s的表面上设置扩散电阻6a。又，为向扩散电阻6a供给电力的布线13a由半导体基板3a上的电极柱(图中未画出)通过热绝缘区域7a的下面与扩散电阻6a连接。又，9a、9b为保护薄膜。

以下利用图14说明该半导体微传动机构的作成方法。首先，在单晶硅基板80的两面通过热氧化等形成氧化硅膜80a，用模样成给定形状的光刻胶作为掩膜，对设置在单晶硅基板80的背面上氧化硅膜80a进行蚀刻形成开口部80b，然后用等离子将该光刻胶除去。对所形成的开口部80b用氢氧化钾水溶液(以下简称KOH水溶液)进行蚀刻形成间歇80c(图14(a))。除KOH水溶液以外，也可以采用TMAH(四甲基氢氧化氨溶液)、联氨水溶液。以后对于所述的KOH水溶液也是同样。

然后，将上述的氧化硅膜80a全面除去以后，沉积硼等，进行热扩散，在单晶硅基板80的表面形成成为加热器的扩散电阻6a，然后，通过热氧化等在该单晶硅基板80的两面上形成氧化硅膜81b，用减压CVD法在各氧化硅膜81b的上部形成氮化硅膜81a(图14(b))。

然后，用模样成给定形状的光刻胶作为掩膜，对氧化硅膜81b和氮化硅膜81a进行蚀刻形成开口部82，然后用等离子将该光刻胶除去(图14(c))。

然后，对单晶硅基板80的开口部82用KOH水溶液进行蚀刻形成可动元件5a和薄壁部2s。这时，为了获得所期望的可动元件5a的厚度和薄壁部2s的厚度，也可以从单晶硅基板80各面上的蚀刻开始设置时间差进行。之后，通过对单晶硅基板80的蚀刻，形成为形成热绝缘区域7a、7b的槽83a、83b。该槽83a、83b是在后序工艺中为埋入聚酰亚胺等有机材料的槽，其底厚蚀刻成10μm的厚度(图14(d))。

然后，对为形成可动元件5a和薄壁部2s蚀刻后的基板表面进行氧化，形成对基板电镀时的保护膜84(图14(e))。

然后，用溅射或者EB蒸发在单晶硅基板80的上面形成铝，形成与扩散电阻6a连接的布线13a(铝布线)(图15(a))。

然后，在上述槽83a、83b中埋入聚酰亚胺等有机物85(图15(b))。这样成为在有机物85的下面形成布线13a的构造。聚酰亚胺等有机物85用半导体印刷工艺仅仅形成给定的部分。

然后，用电镀在薄壁部2s上部的氮化硅膜81a(图13的保护薄膜9a)上形成给定形状的金属模样作为薄膜2m(图15(c))，薄壁部2s和薄膜2m为双金属构造成为半导体微传动机构的驱动源。

然后，从薄壁部2s的背面用RIE等进行蚀刻，将薄壁部2s和单晶硅基板80的周边部(图13中的半导体基板3a)以及可动元件5a分离(图15(d))。这样，可动元件5a、可挠区域2a、半导体基板3a相互之间分别热绝缘，在相互之间分别形成了热绝缘区域7a、7b。

但是，在图13的构成例中，布线13a虽然是被设置在热绝缘区域7a的下部面上，也可以如图16那样将布线(铝布线)13b设置在热绝缘区域7a的上面和下面的略中部，即在热绝缘区域7a的内部设置。

为了这样形成布线13b，只要在图14(e)所示保护薄膜84的形成工序后，在图14(d)的工序中形成的槽83a中，通过图15(b)所示的聚酰亚胺等有机物85的埋入工序只将聚酰亚胺埋入到略中央的部位，然后进行图15(a)所示的布线形成工序，然后再次通过图15(b)所示的埋入工序埋入到槽83a中即可。

由于这样将布线13b形成在热绝缘区域7a的内部，在后序工序的蚀刻工序等中对铝有保护效果，可以实现可靠性高的布线构造。

又，在上述布线构造中，布线也可以设置在热绝缘区域的上面(图12(a))，通过在可挠区域、热绝缘区域、半导体基板一面的侧面上形成布线，与将布线设置在热绝缘区域7a的内部或者下面部的情况相比，布线的段差小，具有防止断线的效果。

为了在热绝缘区域的上面形成布线，只要在图14(e)所示的保护膜84的形成工序后，在图14(d)的工序中形成的槽83a中，通过图15(b)所示的聚酰亚胺等有机物85的埋入工序埋入聚酰亚胺，然后用图15(a)所示的布线形成工序在聚酰亚胺的上面形成布线即可。

实施例3

以下说明实施例3。图17为表示本实施例的半导体微传动机构的立体图。图18为俯视图。本实施例和实施例2的不同点在于，在实施例2中，给扩散电阻6供给电力的布线4a通过热绝缘区域7的上部与扩散电阻6连接，而在本实施例中，先在跨半导体基板3和可挠区域2的薄壁部2S的部位形成例如由有机材料构成的隅壁部29，在通过该隅壁部29的上部形成布线4a。即，在在本实施例中，布线4a不介入热绝缘区域7。

该构造通过，例如由异方性蚀刻在半导体基板的上面(可挠区域2的形成的面)侧形成槽部，在该槽部中流入有机材料的树脂(例如聚酰亚胺等)进行高温固化，从半导体的背面到现出隅壁部29为止用蚀刻除去后，在隅壁部29的上面通过铝溅射形成布线4a的方法是制造可能的。

由于该布线4a是由铝等热传导性非常好的材料，即使是截面积小，也可能有树脂构成的热绝缘区域7的数分之一的热阻抗，如果将该布线4a形成在热绝缘区域7，不能确保布线4a的热绝缘距离，结果存在不能获得热绝缘区域7的热绝缘性能的问题。在本实施例中，由于不介入热绝缘区域7形成布线4a，可以增大布线4a的热绝缘距离抑制热阻抗的降低，提高热绝缘效果。又，隅壁部29可以增强热绝缘区域7的机械强度。

这样，在本实施例的半导体微传动机构中，和实施例2相比，可以提高热绝缘效果，进一步降低消耗电力。

实施例4

以下说明实施例4。图19为表示本实施例的半导体微传动机构构造的立体图，图20为俯视图。本实施例和实施例1的不同点在于，在实施例1中，可挠区域2的略四角片状的4个薄壁部2S夹持可动元件5略成十字形状，而在本实施例的半导体微传动机构31中，可挠区域32的4个薄壁部32S呈L字形状，各薄壁部32S的一端与在可动元件35的四角形状开口的上面周缘的各边的中央部相连，各可挠区域32夹持中间的可动元件35呈所谓的卍字形状。即可挠区域32的各薄壁部32S以可动元件35为中心在四方向等间隔配置。进一步，各薄壁部32S的另一端在介入热绝缘区域37与是四角形状的框体的半导体基板33的各边的端部相连。

又，可挠区域32由上述薄壁部32S和铝或者镍构成的薄膜32M所构成这一点上与实施例1相同，在作为加热手段的扩散电阻36形成在薄壁部32S的表面上这一点也与实施例1相同。该扩散电阻36通过设置在半导体基板33的4角的电极柱34以及布线34a由外部供给电力。由半导体基板33、可挠区域32、热绝缘区域37构成半导体装置38。

上述半导体微传动机构31，和实施例1相同，通过扩散电阻36的温度上升加热可挠区域32，由薄壁部32S和薄膜32M的热膨胀差让可挠区域32向下方向变位(当薄膜32M的热膨胀系数比薄壁部32S要大时)。通过可挠区域32向下方向变位，与可挠区域32连设的可动元件35由于受到可挠区域32的热应力相对于半导体基板33向下方向变位。

在本实施例中，如上所述，由于各可挠区域32夹持中间的可动元件35呈所谓的卍字形状，可动元件35的变位包含相对于半导体基板33的水平方向的旋转。又，由于各可挠区域32呈L字形状，与仅为四角片壮的情况相比可以增长其长度，增大可挠区域32的变位，即可以增大可动元件35的变位。并且半导体装置38也可以作成图3、图6、图9所示的任一构成，可以获得具有和上述相同效果的半导体微传动机构。

实施例5

以下说明实施例5。图21为表示本实施例的半导体微传动机构构造的立体图，图22为俯视图。本实施例的半导体微传动机构31a，是在上述可挠区域32夹持可动元件35呈所谓的卍字形状的构成中，在其间设置了连接可动元件35和可挠区域32的热膨胀区域37a。

这样通过设置热膨胀区域37a，可以提高可挠区域32和可动元件35之间的热绝缘性，防止由扩散电阻36产生的热向可动元件35逃离。因此，和实施例4相比，可以有效地进行可挠区域32的加热，降低消耗电力。

又，在本实施例中，可挠区域32和半导体基板33的连接部分，或者可挠区域32和可动元件35的连接部分附近为缓和可挠区域32变位时施加的应力设置了圆角，在这一点上和图11、图12的实施例相同。例如，如图22所示，从半导体基板33的各边端部向内方向凸出的凸出部39的基端部两端形成了R形状的圆角39a。

实施例6

以下说明本发明的实施例6。图23为表示本实施例的半导体微传动机构构造的立体图。本实施例的半导体微传动机构41是由中空的略为四角形状的框体的半导体基板43、从半导体基板43切离从半导体基板43的一边介入热绝缘区域47其一端连接的略四角片状的薄壁部42S、形成为上面为四角形状的开口随着向下幅度越窄小的中空的四角锥台形状、在上述薄壁部42S的另一端上连设在上面开口部的周缘的可动元件45、设置在上述薄壁部42S的上面、和薄壁部42S共同构成可挠区域42的铝薄膜或者镍薄膜等的薄膜42M所构成。

上述半导体基板43、薄壁部42S以及可动元件45例如是由硅基板等半导体基板加工形成。又，在薄壁部42S的表面形成有作为加热手段的杂质扩散电阻46(以下称为扩散电阻46)，该扩散电阻46是通过设置在半导体基板43上与外部电源连接的电极柱44相连的布线44a供给电力使得温度上升来加热可挠区域42。薄膜42M是由铝或者镍等构成，薄壁部42S是由硅等构成，两者具有不同的热膨胀系数。

连接半导体基板43和可挠区域42的热绝缘区域47和薄壁部42S具有相同的厚度，由氟系树脂、聚酰亚胺等热绝缘材料构成，对半导体基板43和可挠区域42进行热绝缘。在此，半导体基板43和可挠区域42以及其间的热绝缘区域47构成半导体装置48。又，上述半导体微传动机构41具有可挠区域42其一端支撑在半导体基板43上的单端支撑的梁构造。

上述半导体微传动机构41，如果在扩散电阻46上施加电力，其温度上升，对可挠区域42加热，由于构成可挠区域42的薄膜42M和薄壁部42S的热膨胀系数的差异而产生热应力。例如，作为薄膜42M由铝、镍等金属薄膜形成时，其热膨胀系数比构成薄壁部42S的硅要大，可挠区域42向图中下方向弯曲。然后，与可挠区域42连设的可动元件45承受可挠区域42的热应力，相对于半导体基板43向下方向变位。

在本实施例中，由于可挠区域42为单端支撑梁构造，可挠区域42的自由度可以增大，加热时的可挠区域42的变位增大。为此，可动元件45的的变位增大，获得大的力。在此，半导体装置48也可以采用实施例1中说明的图3、图6、图9的任一构成，获得具有同样效果的半导体微传动机构。

实施例7

以下说明实施例7。图24为表示本实施例的半导体微传动机构41a构造的立体图，在本实施例中，和实施例6不同的点在于，在可挠区域42和可动元件45之间设置的，由聚酰亚胺或者氟系树脂等树脂构成的热绝缘区域47a进行连接。

这样通过新设置热膨胀区域47a，可以提高可挠区域42和可动元件45之间的热绝缘性，防止由扩散电阻46产生的热向可动元件45逃离。因此，和实施例6相比，可以有效地进行可挠区域42的加热，降低消耗电力。

实施例8

以下说明实施例8。图25为表示本实施例的半导体微传动机构41b构造的立体图，在本实施例中，和实施例7不同的点在于，可挠区域42的薄壁部47M是由具有和热绝缘区域47同一材料的热绝缘性的树脂(例如聚酰亚胺、氟系树脂)构成。这样，热绝缘区域47和薄壁部47M可以同时形成，使得制造工艺简单。

又，在该半导体微传动机构41b的可动元件45上，从上面掘入形成凹部45H，与在可动元件45上没有形成凹部的情况(图26所示的半导体微传动机构41c的可动元件45a)相比，可动元件45的热容量小，可挠区域42的温度上升可以急速进行。又，通过形成凹部45H可以减少可动元件45的重量(体积)，具有对于外部的冲击不会误动作的优点。

实施例9

以下说明本发明的实施例9。图27为表示本实施例的半导体微阀的构造的一部分破断的立体图。该半导体微阀由加工基板形成的是流体元件的台座50、在其上部由阳极接合、共晶接合等进行接合的传动机构所构成，作为该传动机构，采用图1、图2所示的可挠区域2夹持可动元件5成十字形状的半导体微传动机构。

台座50在和其表面上的半导体微传动机构1的可动元件5对应的位置上设置有相当于流体的流路的贯通孔51(所谓的孔口)，在该贯通孔的上面开口部的周围部形成有比周围高凸出上面略为平面状的台部52。在此，可动元件5相当于所谓的阀体。

这样构成的半导体微阀55通过向扩散电阻6供给电力，加热可挠区域2依据薄壁部2S和薄膜2M的热膨胀差异产生变位，与可挠区域2连设的可动元件5变位。由该可动元件5的变位使得其下面部和台座50的台部52之间的间隔变化，从而控制流过贯通孔51的流体量。

在本实施例的半导体微阀中，由于也在半导体基板3和可挠区域2之间设置了由聚酰亚胺等树脂构成热绝缘区域7，可以防止加热可挠区域2时的热向半导体基板3逃离。为此，这种驱动可以抑制消耗电力。

又，由于4个可挠区域2夹持中间的可动元件5成十字形状，可以获得可动元件5的控制精度良好、流体的控制精度的良好的半导体微阀。

图27中半导体微阀的传动机构部由图11、图12所示的半导体微传动机构1a构成的例如图28所示。本构成例的半导体微阀中，台座50和半导体微传动机构1a通过介入由聚酰亚胺等构成的间隔层53接合。

又，可挠区域2和可动元件5之间也设置了热绝缘区域7A，和图27所示的半导体微阀相比可以进一步减少从可挠区域2逃离的热，这种驱动可以抑制消耗电力。

又，在可挠区域2和半导体基板3的连接部分，或者可挠区域2和可动元件5的连接部分附近为缓和可挠区域32变位时施加的应力设置了圆角所产生的效果，和图11、图12所说明的相同。

进一步，通过在台座50和半导体微传动机构1a之间形成间隔层，具有以下效果。通常，半导体微传动机构1a由硅基板构成，台座50由玻璃基板构成。由于这两者是在高温下接合(400℃下阳极接合)，常温下由两者的热膨胀差异引起的收缩度的差异在两者之间产生压力。由于该压力集中在半导体微传动机构1a的可挠区域2上，可挠区域2不能获得充分的变位，使得半导体微阀的驱动性能恶化。为此，通过在两者之间设置间隔层53，可以吸收产生在两者之间的压力，起到缓和作用。

此外，本构成例的半导体微阀的动作和图27的情况相同，在此省略其说明。

图27中半导体微阀的传动机构部由图17所示的半导体微传动机构1b构成的例如图29所示。本构成例的半导体微阀中，向加热可挠区域2的扩散电阻6供给电力的布线4a不介入热绝缘区域7形成的这一点上和图28所示的构成例不同，由于可以延长热传导率良好的布线4a的热绝缘距离，可以获得进一步提高了热绝缘效果的半导体微阀，这种驱动可以抑制消耗电力。

此外，本构成例的半导体微阀的动作和图27的情况相同，在此省略其说明。

实施例10

以下说明本发明的实施例10。图30为表示本实施例的半导体微阀的构造的一部分破断的立体图。图30所示的半导体微阀由加工基板形成的是流体元件的台座56、在其上部由阳极接合、共晶接合等进行接合的传动机构所构成，作为该传动机构，采用图19、图20所示的可挠区域32夹持可动元件35成所谓的卍字形状的半导体微传动机构31。

台座56在和其表面上的半导体微传动机构31的可动元件35对应的位置上设置有相当于流体的流路的贯通孔57(所谓的孔口)，在该贯通孔57的上面开口部的周围部形成有比周围高凸出上面略为平面状的台部58。在此，可动元件35相当于所谓的阀体。

这样构成的半导体微阀通过向扩散电阻36供给电力，加热可挠区域32依据薄壁部32S和薄膜32M的热膨胀差异产生变位，与可挠区域32连设的可动元件35变位。由该可动元件35的变位使得其下面部和台座56的台部58之间的间隔变化，从而控制流过贯通孔57的流体量。

在本实施例的半导体微阀中，由于也在半导体基板33和可挠区域32之间设置了由聚酰亚胺等树脂构成热绝缘区域37，可以防止加热可挠区域32时的热向半导体基板33逃离。为此，这种驱动可以抑制消耗电力。

在本实施例的半导体微阀中，由于可挠区域32呈L字形状可以增长其长度，为此增大了可挠区域32的变位，可以增大可动元件35的变位。因此，可以获得流体的流量控制范围宽的半导体微阀。

图30中的传动机构部由图21、图22所示的半导体微传动机构31a构成的例如图31所示。本构成例的半导体微阀中，在可挠区域32和可动元件35之间也设置了热绝缘区域37a，与图30所示的半导体微阀相比，可以进一步减少从可挠区域32逃离的热，这种驱动可以抑制消耗电力。

又，在可挠区域32和半导体基板33的连接部分，或者可挠区域32和可动元件35的连接部分附近为缓和可挠区域32变位时施加的应力设置了圆角所产生的效果，和图21、图22所说明的相同。

实施例11

以下说明本发明的实施例11。图32为表示本实施例的半导体微继电器的构造的一部分剖视的立体图。图32中的半导体微继电器由在表面上设置了固定接点67、68的固定元件的固定片65、在其上部由阳极接合、共晶接合等进行接合的传动机构所构成，该传动机构由图23所示的半导体微传动机构41构成。

在半导体微传动机构41的可动元件45的下面设置了可动接点66，固定片65上的固定接点67、68在与可动接点66对应的位置与可动接点可接触的间隔设置。

在此，如果在扩散电阻46流入电流加热可挠区域42，由于薄壁部42S和薄膜42M的热膨胀差异使得可挠区域42变位，可动元件45变位。根据变位设置在可动元件45的下面的可动接点66和固定接点67、68接触，固定接点67、68通过可动接点66导通，继电器接通。

本实施例的半导体微继电器的传动机构部由半导体微传动机构41构成，如实施例6所说明的那样可以获得提高了可挠区域42和半导体基板43的热绝缘效果、消耗电力少的半导体微继电器。又，半导体微传动机构41具有以半导体基板43为固定端的单端支撑梁构造，可以获得接点压力大的半导体微继电器。

实施例12

以下说明本发明的实施例12。图33为表示本实施例的半导体微继电器的构造的立体图。图33所示的传动机构部由图25所示的半导体微传动机构41b所构成。

即本实施例的半导体微继电器，连接可挠区域42和半导体基板43的热绝缘区域47由例如和聚酰亚胺等同一材料构成。

又，图33所示的半导体微继电器，在可动元件45上设置了凹部45H，与没有设置凹部的情况(参照图37)相比，可挠区域42的温度上升可以急速进行，可以减少可动元件45的重量(体积)，在对外部的冲击不会误动作这一点上和图25所说明的相同。

以下说明本实施例的半导体微继电器的制造方法。例如在硅基板等半导体基板43(参照图34(a))用氮化硅膜作为掩膜用KOH从下面蚀刻除去，形成间隙40(参照图34(b))。该间隙40成为半导体微继电器中的可动接点和固定接点之间的接点间隙。在此，硅基板的半导体基板43既可以是p型，也可以是n型，结晶取向为<100>是理想的。

然后，通过离子注入或者杂质扩散等方法在半导体基板43上面形成扩散电阻46(参照图34(c))。在此，杂质既可以是p型，也可以是n型。

然后，在半导体基板43的两面上形成氮化硅膜等进行模样化。之后，在半导体基板43上面用KOH等进行蚀刻除去(各向异性蚀刻)，在可动元件45的上部形成凹部45H成为中空形状，同时在半导体基板43下面用KOH等进行蚀刻(各向异性蚀刻)除去设置凹部，在其底面部作为构成可挠区域的薄壁部42S形成(参照图34(d))。

然后，在半导体基板43的上面用氮化硅膜作为掩膜，蚀刻除去后在成为热绝缘区域47、47a的部分上形成孔部47B、47C(参照图35(a))。这时，蚀刻的深度与热绝缘区域47、47a的厚度对应。

然后，在其次的工序中，用溅射等形成铝薄膜通过模样化，形成向扩散电阻46供给电力的布线49A(参照图35(b))。

然后，用聚酰亚胺等绝缘材料覆盖半导体基板43的整个面，埋入孔部47B、47C。之后，对该埋入的部分和薄壁部42S上部的热绝缘材料以外的热绝缘材料用蚀刻进行除去，热绝缘区域47、47a和薄膜47M采用聚酰亚胺等同一材料形成(参照图35(c))。之后，热绝缘区域47、47a的下面侧进行蚀刻除去(参照图35(d))，在可动元件45的下面侧用电镀形成由金钴等构成的可动接点66(参照图35(e))。

然后，和这样加工的半导体基板43，用阳极接合等方法接合用电镀形成的金钴等的固定接点67的固定片65(图36(a))，最后用RIE等将可动元件45以及可挠区域42从成为框体的半导体基板43切离，制造成半导体微继电器(图36(b))。即，制造成半导体微传动机构41b。

这样，由于可挠区域42的薄膜47M和热绝缘区域47为同一材料同时形成，制造工序简单，可以降低成本。

本实施例的半导体微继电器的可挠区域42的薄壁部42S和薄膜47构成所谓双金属的构成如图38所示。如图所示，10μm厚的硅构成的薄壁部42S的上部作为47M形成20μm厚的聚酰亚胺(商品名：Photonis)。该可挠区域42的平面尺寸为1000μm×1000μm。这时，可挠区域42的弯曲由以下的Timochenko的式子表示。

[式16]

$\frac{1}{\mathrm{\&rho;}}=\frac{6({\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{Si}}-{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ph}})\mathrm{\&Delta;T}(t_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{ph}})t_{\mathrm{Si}}\&CenterDot;t_{\mathrm{ph}}\&CenterDot;E_{\mathrm{Si}}\&CenterDot;E_{\mathrm{ph}}}{3{(t_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{ph}})}^2{t}_{\mathrm{Si}}{t}_{\mathrm{ph}}{E}_{\mathrm{Si}}{E}_{\mathrm{ph}}+(t_{\mathrm{Si}}{E}_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{ph}}{E}_{\mathrm{ph}})(t_{\mathrm{Si}}^3{E}_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{ph}}^3{E}_{\mathrm{ph}})}$

$w=2\mathrm{\&rho;}{\sin }^2\left(\frac{L}{2\mathrm{\&rho;}}\right);$

为在“弧度”单位中的“弧度”

式中：

曲率ρ；                    W；位移

聚酰亚胺的杨氏模量E_ph：     4.90×10⁹N/m²

硅的杨氏模量E_gi：           1.90×10¹¹N/m²

聚酰亚胺的线膨胀系数α_ph：  2.30×10^-5/K

硅的线膨胀系数α_ai：        4.15×10^-6/K

聚酰亚胺的厚度t_ph：         20μm

硅的厚度t_ai：               10μm

式中ΔT表示温度变化。

在上述式中代入具体的数值计算的结果如图39所示。如图39所示，可挠区域42的温度越高其变位(弯曲)越大。如果该弯曲比半导体微继电器的可动接点66和固定接点67、68的接点间隙要大时，可动接点66和固定接点67、68接触，继电器接通。

在此，接点间隙为20μm，双金属在200℃的情况下考察双金属的动作。如图39所示，在200℃的下变位约为65μm。

半导体微继电器为单端支撑梁构造，与可挠区域42对应的梁如图40所示变位。其先端的变位Xa由Xa＝(Fa τa³)/(3Ea la)表示。Fa为施加到梁的先端部上的力，ta为梁的厚度，τa为梁的长度，Ea为梁的杨氏模量。在此，la表示梁的截面2次力矩，其截面为长方形时，由于由la＝bata³/12(ba为梁的纵深幅度)表示，先端的弯曲Xa成为Xa＝4Faτa³/(bata³ Ea)。根据该式，施加到梁前端部的力Fa由Fa＝(Xa ba ta³ Ea)/(4τa³)表示。在此，设接点间隙为20μm，接点压fa为fa＝((Xa-20μm)ba ta³ Ea)/(4 τa³)。由于前端部的弯曲Xa＝65μm，则接点压fa为fa＝0.87gf＝8.5×10^-2N。大致获得接近1gf(9.8×10^-2N)的接点压。

实施例13

以下说明本发明的实施例13。图41为表示本实施例的半导体微继电器的构造的立体图。图41所示的半导体微继电器，图33所示的半导体微继电器的传动机构部由图23所示的半导体微传动机构构成，和图33的不同点在于可挠区域42的薄膜42M由铝薄膜或者镍薄膜等金属薄膜所构成。

本实施例的半导体微继电器，也是在可动元件45上设置了凹部45H，与图48所示的半导体微继电器安阳没有设置凹部的情况相比，可挠区域42的温度上升可以急速进行，可以减少可动元件的重量(体积)，在对外部的冲击防止误动作这一点上和实施例12相同。

以下说明图41所示的半导体微继电器的制造方法。首先说明构成可挠区域42的薄膜42M由铝薄膜构成时的制造方法。

例如在硅基板等半导体基板43(参照图42(a))用氮化硅膜作为掩膜用KOH从下面蚀刻除去，形成间隙40(参照图42(b))。该间隙40成为半导体微继电器中的可动接点和固定接点之间的接点间隙。在此，硅基板的半导体基板43既可以是p型，也可以是n型，结晶取向为<100>是理想的。

然后，通过离子注入或者杂质扩散等方法在半导体基板43上面形成扩散电阻46(参照图42(c))。在此，杂质既可以是p型，也可以是n型。

然后，在半导体基板43的两面上形成氮化硅膜等进行模样化。之后，在半导体基板43上面用KOH等进行蚀刻除去(各向异性蚀刻)，在可动元件45的上部形成凹部45H成为中空形状，同时在半导体基板43下面用KOH等进行蚀刻(各向异性蚀刻)除去设置凹部，在其底面部作为构成可挠区域的薄壁部42S形成(参照图42(d))。

然后，在半导体基板43的上面用氮化硅膜作为掩膜，蚀刻除去后在成为热绝缘区域47、47a的部分上形成孔部47B、47C(参照图43(a))。这时，蚀刻的深度与热绝缘区域47、47a的厚度对应。

然后，在其次的工序中，如图43(b)所示，用溅射等形成铝薄膜通过模样化，形成构成可挠区域的薄膜42M和向扩散电阻46供给电力的布线49A。然后，用聚酰亚胺等绝缘材料覆盖半导体基板43的整个面，埋入设置在半导体基板43上面的孔部47B、47C，对该埋入的部分以外的热绝缘材料用蚀刻进行除去，形成热绝缘区域47、47a(参照图43(c))。

之后，热绝缘区域47、47a的下面侧进行蚀刻除去，形成仅由热绝缘材料构成的热绝缘区域47、47a(参照图43(d))。然后，在可动元件45的下面侧用电镀形成由金钴等构成的可动接点66。

然后，和这样加工的半导体基板43，用阳极接合等方法接合用电镀形成的金钴等的固定接点67的固定片65(参照图44(a))，最后用RIE等将可动元件45以及可挠区域42从成为框体的半导体基板43切离，制造成半导体微继电器。即，制造成半导体微传动机构41b(参照图44(b))。

然后，说明构成图41所示的半导体微继电器的薄膜42M由镍薄膜构成时的制造方法。如图45(a)～(e)的工序所示，在半导体基板43的下面形成间隙40的工序、在半导体基板43的上面形成扩散电阻46的工序、在可动元件45的上部形成凹部45的工序、形成可挠区域42的薄壁部42S的工序、形成后面将成为热膨胀区域部分的孔部47B、47C的工序，和图42(a)～(d)、图43(a)中说明的工序相同，在此省略其说明。

接下来的工序，如图46(a)所示，用溅射等形成铝薄膜通过模样化，形成向扩散电阻46供给电力的布线49A等。然后，如图46(b)所示，用聚酰亚胺等绝缘材料覆盖半导体基板43的整个面，埋入设置在半导体基板43上面的孔部47B、47C，对该埋入的部分以外的热绝缘材料用蚀刻进行除去，形成热绝缘区域47、47a。

之后，热绝缘区域47、47a的下面侧进行蚀刻除去(参照图46(c))，在薄壁部42S的上面用电镀形成作为薄膜42M的镍薄膜(参照图46(d))，在可动元件45的下面侧用电镀形成由金钴等构成的可动接点66(参照图46(e))。

然后，和这样加工的半导体基板43，用阳极接合等方法接合用电镀形成的金钴等的固定接点67的固定片65(参照图47(a))，最后用RIE等将可动元件45以及可挠区域42从成为框体的半导体基板43切离，制造成半导体微继电器(参照图47(b))。即，制造成半导体微传动机构41a。

图41所示的半导体微继电器的可挠区域42的薄壁部42S和薄膜42M构成所谓双金属的构成如图49所示。如图所示，15μm厚的硅构成的薄壁部42S的上部作为42M形成5μm厚的铝薄膜。可挠区域42的平面尺寸为1000μm×1000μm。

这时，可挠区域42的弯曲由以下的Timochenko的式子表示。

[式17]

$\frac{1}{\mathrm{\&rho;}}=\frac{6({\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{Si}}-{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{Al}})\mathrm{\&Delta;T}(t_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{Al}})t_{\mathrm{Si}}\&CenterDot;t_{\mathrm{Al}}\&CenterDot;E_{\mathrm{Si}}\&CenterDot;E_{\mathrm{Al}}}{3{(t_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{Al}})}^2{t}_{\mathrm{Si}}{t}_{\mathrm{Al}}{E}_{\mathrm{Si}}{E}_{\mathrm{Al}}+(t_{\mathrm{Si}}{E}_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{Al}}{E}_{\mathrm{Al}})(t_{\mathrm{Si}}^3{E}_{\mathrm{Si}}+t_{\mathrm{Al}}^3{E}_{\mathrm{Al}})}$

$W=2\mathrm{\&rho;}{\sin }^2\left(\frac{L}{2\mathrm{\&rho;}}\right);$ 在“弧度”单位中的“弧度”

式中：

曲率ρ；                W；位移

铝的杨氏模量E_Al：       6.86×10¹⁰N/m²

硅的杨氏模量E_gi：       1.90×10¹¹N/m²

铝的线膨胀系数α_Al：    2.30×10^-5/K

硅的线膨胀系数α_ai：    4.15×10^-6/K

铝的厚度t_Al：           5μm

硅的厚度t_ai：           15μm

式中ΔT表示温度变化。

在上述式中代入具体的数值计算的结果如图50所示。如图50所示，可挠区域42的温度越高其变位(弯曲)越大。如果该弯曲比半导体微继电器的可动接点66和固定接点67、68的接点间隙要大时，可动接点66和固定接点67、68接触，继电器接通。

在此，接点间隙为20μm，双金属在200℃的情况下考察双金属的动作。如图50所示，在200℃的下可挠区域42的变位约为70μm。

如上所述，由于接点压fa由fa＝((Xa-20μm)ba ta³ Ea)/(4 τa³)表示，如果计算接点压fa，可得fa＝0.82gf＝8.0×10^-3N，获得大致接近1gf(9.8×10^-3N)的接点压。

另一方面，作为薄膜42M如果采用镍薄膜，由于镍的热膨胀系数比铝要小，对温度变化可挠区域42的变位(弯曲)小。然而，由于镍的杨氏模量比铝要大，可以产生大的热应力。

图51为表示当改变硅构成的薄壁部42S的厚度在分别为铝和镍时的情况下可挠区域42的变位特性。铝和镍分别为5μm厚可挠区域42的温度为200℃的情况下进行了计算。图中表明当薄壁部42S的厚度在20μm处，铝和镍的特性发生逆转，厚度在20μm以上时，薄膜42M由镍构成的情况下可挠区域42的变位特性大。这样，薄壁部42S的厚度厚时采用镍作为薄膜42M可以获得良好的特性。

图52为表示本实施例的半导体微继电器的另一构成例。图52所示的半导体微继电器和图41所示的不同点在于，在图52中固定片65和半导体微传动机构41a通过介入由聚酰亚胺构成的间隔层63进行接合(例如阳极接合)，可以吸收固定片65和半导体微传动机构41a两者之间的压力，起到缓和作用这一点上和图28对应的实施例相同。

本实施例的半导体微继电器的又一构成例如图57、58所示。图58(a)、(b)分别为剖视图、俯视图。本实施例的半导体微传动机构7由图示的硅构成的中空略四角形状的框体的半导体基板3、其内部介入悬垂部件4的4处进行接合、从半导体基板悬垂的硅等构成的可动元件1所构成。

该可动元件1构造为，让上面为四角形状的开口随着向下宽度越窄小，形成为中空的四角锥台形状的中央的凸出部2由其上部的开口部四边分别向外方延伸的片状梁6支撑，4个梁6分别夹持凸出部2成略十字形状构成其脚部。然后，让该梁6的上部重合接触形成的由聚酰亚胺、氟系树脂等构成的悬垂部件4和半导体基板3的表面接合，将半导体基板3和可动元件1接合。又，在梁6上设置有为加热梁6的扩散电阻等构成的加热部件5。

利用图59和图60说明半导体微传动机构的又一实施例。图59为表示半导体微传动机构的一部分剖视的立体图，图60为俯视图。如图所示，本实施例的半导体微传动机构10由由硅构成的中空略四角形状的框体的半导体基板13、其内部介入悬垂部件4在4处进行接合、从半导体基板13悬垂的硅等构成的可动元件11所构成。

该可动元件11构造为，让上面为四角形状的开口随着向下宽度越窄小，形成为中空的四角锥台形状的中央的凸出部12由其上部的开口部四边分别向外方延伸的片状4根梁16支撑，4个梁16分别夹持凸出部12成略卍字形状构成其脚部。然后，让该梁16的上部重合接触形成的由聚酰亚胺、氟系树脂等构成的悬垂部件14和半导体基板13的表面接合，将半导体基板13和可动元件11接合。

进一步参照图61说明有关本发明的半导体微阀的实施例。图61为一部分剖视的立体图。该半导体微阀30由流体控制元件的阀座31和在其上部用阳极接合、金共晶接合进行接合的阀体32所构成。该阀体32和图57、58所示的半导体微传动机构7具有相同的构成。

阀座31其表面上对应阀体32的凸出部2的位置设置有相当于流体流路的孔部的流过孔口35，在比其周围部凸出致平面状的台部36使包围流过孔口35。

这时，在上述加热部件5中流入电流使可动元件1弯曲，可动元件1变位。由于该可动元件1的变位阀体32的凸出部2的下面部和阀座31的台部36之间的间隙的间隔变化，从而控制流过孔口35的的流体的流量。

又，说明有关本发明的半导体微阀的另一实施例。图62为表示对应本发明实施例的半导体微阀的构造一部分剖视的立体图。该半导体微阀由流体控制元件的阀座41和在其上部用阳极接合、金共晶接合进行接合的阀体42所构成。该阀体42和图59、60所示的半导体微传动机构10具有相同的构成。

在阀座41的表面上，与阀体42的凸出部12对应的位置上，设置有相当于流体的流路的孔部的孔口45，让其包围该孔口45在比周围部凸出的上面形成有略呈平面状的台部46。

在此，在形成在梁16上的图中未画出的加热部件中流入电流使可动元件11的梁16弯曲，可动元件11变位。由于该可动元件11的变位阀体42的凸出部12的下面部和阀座41的台部46之间的间隙的间隔变化，从而控制流过孔口45的的流体的流量。

如上所述，本发明的第1发明是由半导体基板、根据温度变化相对于上述半导体基板变位的可挠区域、在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的连接上述半导体基板和上述可挠区域的树脂制的热绝缘区域构成，通过在半导体基板和可挠区域之间设置树脂制的热绝缘区域，由于防止了当可挠区域温度变化时的热的逃离，可以抑制消耗电力，进一步其制造工序也简单。

又，本发明的第2发明是在上述第1发明中，由于构成上述热绝缘区域的材料具有热传导率在0.4W/(m·℃)以下的特性，使得可挠区域和半导体简板的热绝缘性变好。

又，本发明的第3发明是在上述第2发明中，由于构成上述热绝缘区域的材料为聚酰亚胺，使得可挠区域和半导体简板的热绝缘性变好，同时制造变得容易。

又，本发明的第4发明是在上述第2发明中，由于构成上述热绝缘区域的材料为氟系树脂，使得可挠区域和半导体简板的热绝缘性变好，同时制造变得容易。

又，本发明的第5发明是在上述第1～4中任一项发明中，由于在上述热绝缘区域设置有比构成上述热绝缘区域的材料要硬的材料构成增强层，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第6发明是在上述第5发明中，由于上述增强层的杨氏模量在9.8×10⁹N/m²以上，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第7发明是在上述第6发明中，由于上述增强层为二氧化硅薄膜，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第8发明是在上述第1～7中任一项发明中，由于上述半导体基板以及上述可挠区域与上述热绝缘区域连接的部分相互成梳齿状，可以提高半导体基板和可挠区域的连接强度。

又，本发明的第9发明，由于包括上述第1～8中任一项半导体装置和与上述可挠区域连设的可动元件，当上述可挠区域的温度变化时，上述可动元件相对于上述半导体基板变位，加上在低消耗电力可以驱动，可以获得具有和上述第1～8的发明相同效果的半导体装置。

又，本发明的第10发明是在上述第9发明中，由于上述可挠区域具有单端支撑梁构造，可以获得可动元件的变位大的半导体装置。

又，本发明的第11发明是在上述第9发明中，由于上述可动元件由多个上述可挠区域支撑，可以稳定支撑可动元件。

又，本发明的第12发明是在上述第11发明中，由于上述可挠区域由上述可动元件夹持成十字形状，使得可动元件的变位精度良好。

又，本发明的第13发明是在上述第11发明中，由于上述可动元件的变位包括相对于上述半导体基板的基板面在水平方向旋转的变位，使得可动元件的变位增大。

又，本发明的第14发明是在上述第11和13发明中，由于上述可挠区域为分别成L字形状的4个可挠区域以上述可动元件为中心在4个方向等间隔设置，可以增长可挠区域的长度，为此使得可动元件的变位增大。

又，本发明的第15发明是在上述第9～l4中任一项发明中，由于上述可挠区域由具有不同热膨胀系数的至少2个区域构成，根据热膨胀系数的差异变位，可以获得根据可挠区域的温度变化的可挠区域的变位。

又，本发明的第16发明是在上述第15发明中，由于上述可挠区域包括由硅构成的区域和由铝构成的区域，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据铝和硅的热膨胀差异的可挠区域的变位。

又，本发明的第17发明是在上述第15发明中，由于上述可挠区域包括由硅构成的区域和由镍构成的区域，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据镍和硅的热膨胀差异的可挠区域的变位。

又，本发明的第18发明是在上述第15发明中，由于构成上述可挠区域的区域中的至少一个区域是由和上述热绝缘区域为同一材料构成的区域，由于可以同时形成可挠区域和热绝缘区域，使得制造工序变得简单，可以抑制成本。

又，本发明的第19发明是在上述第18发明中，由于上述可挠区域包括由硅构成的区域，同时包括作为和上述热绝缘区域为同一材料构成的区域是由聚酰亚胺构成的区域，除和上述第18发明同样的效果以外，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据硅和聚酰亚胺的热膨胀差异的可挠区域的变位，并且由于聚酰亚胺使得可挠区域的热绝缘性良好。

又，本发明的第20发明是在上述第18发明中，由于上述可挠区域包括由硅构成的区域，同时包括作为和上述热绝缘区域为同一材料构成的区域是由氟系树脂构成的区域，除和上述第18发明同样的效果，根据可挠区域的温度变化，可以获得根据硅和氟系树脂的热膨胀差异的可挠区域的变位，并且由于聚酰亚胺使得可挠区域的热绝缘性良好。

又，本发明的第21发明是在上述第9～14中任一项发明中，由于上述可挠区域由形状记忆合金构成，可以获得根据可挠区域的温度变化的可挠区域的变位。

又，本发明的第22发明是在上述第9～21中任一项发明中，由于在上述可挠区域和上述可动元件之间设置有连接上述可挠区域和上述可动元件的由树脂构成的热绝缘区域，可以确保可挠区域和可动元件的热绝缘性，可以更加抑制当可挠区域温度变化时的消耗电力。

又，本发明的第23发明是在上述第22发明中，由于设置在上述半导体基板和上述可挠区域之间的热绝缘区域的刚性和设置在上述可挠区域和上述可动元件之间的热绝缘区域的刚性不同，根据各热绝缘区域的刚性的差异确定可动元件的变位方向。

又，本发明的第24发明是在上述第9～23中任一项发明中，由于包括为加热上述可挠区域的加热部件，由加热部件可以让可挠区域温度变化。

又，本发明的第25发明是在上述第9～24中任一项发明中，由于向为加热上述可挠区域的加热部件供给电力的布线不介入上述热绝缘区域，可以增大上述布线的热绝缘距离，使得可挠区域的热绝缘性良好。

又，本发明的第26发明是在上述第9～25中任一项发明中，由于在上述可动元件上形成有凹部，通过减少可动元件的热容量，可以使得可挠区域的温度变化提早。

又，本发明的第27发明是在上述第9～26中任一项发明中，由于在上述可挠区域和上述可动元件的连接部分或者在上述可挠区域和上述半导体基板的连接部分附近设置有缓和应力的圆角，通过由圆角将可挠区域变位时施加到该连接部分附近的应力分散，可以防止该部分的破坏。

又，本发明的第28发明是在上述第27发明中，由于在上述半导体基板上形成有向和上述可挠区域的连接部分凸出的凸出部，上述圆角形成为在上述凸出部的基端部两端上上述半导体基板中的基板面上的形状呈R形状，通过由圆角将可挠区域变位时施加到凸出部的基端部两端的应力分散，可以防止该部分的破坏。

又，本发明的第29发明，由于包括上述第9～28中任一项发明的半导体装置、接合上述半导体装置、具有根据上述可动元件的变位变化流过的流体量的流路的流体元件，加上低消耗电力就可以驱动，可以获得和上述第9～28发明具有相同效果的半导体微阀。

又，本发明的第30发明是在上述第29发明中，由于上述半导体装置和上述流体元件通过阳极接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第31发明是在上述第29发明中，由于上述半导体装置和上述流体元件通过共晶接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第32发明是在上述第29发明中，由于上述半导体装置和上述流体元件通过介入间隔层进行接合，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由间隔层吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第33发明是在上述第32发明中，由于上述间隔层由聚酰亚胺构成，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由聚酰亚胺的弹性吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第34发明，由于包括上述第9～28中任一项半导体装置、在上述可动元件上设置可动接点并具有在其对应的位置处和上述可动接点接触可能的固定接点、在上述半导体装置上接合的固定元件，除低消耗电力就可以驱动以外，可以获得和上述第9～28发明具有相同效果的半导体微继电器。

又，本发明的第35发明是在上述第34发明中，由于上述固定接点是通过和上述可动接点接触经过上述可动接点相互导通和离开的接点，可以获得可以将离间后的固定接点导通的半导体微继电器。

又，本发明的第36发明是在上述第34和35发明中，由于上述可动接点和上述固定接点是金钴，使得可动接点和固定接点的导通成为可能。

又，本发明的第37发明是在上述第34发明中，由于上述半导体装置和上述固定元件通过阳极接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第38发明是在上述第34发明中，由于上述半导体装置和上述固定元件通过共晶接合进行接合，使得两者的接合成为可能。

又，本发明的第39发明是在上述第34发明中，由于上述半导体装置和上述固定元件通过介入间隔层进行接合，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由间隔层吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第40发明是在上述第39发明中，由于上述间隔层是聚酰亚胺，半导体装置和流体元件接合时的两者的热膨胀差由聚酰亚胺的弹性吸收，可以抑制施加到可挠区域的压力。

又，本发明的第41发明是在上述第1发明的半导体装置的制造方法中，由于包括将半导体基板的一面蚀刻除去、形成成为至少在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的上述热绝缘区域的部分的工序、在成为上述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料的工序、将半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述热绝缘区域的工序，可以在半导体基板和可挠区域之间形成热绝缘区域。

又，本发明的第42发明，是在上述第41半导体装置的制造方法中，由于包括将半导体基板的一面蚀刻除去作为构成上述可挠区域的1个区域形成其底面部、同时将上述半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述可动元件的凹部的工序、将上述半导体基板的上述另一面蚀刻除去、形成成为至少在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的上述热绝缘区域的部分的工序、在成为上述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料形成上述热绝缘区域同时将上述热绝缘材料涂敷在上述半导体基板的上述另一面上形成构成上述可挠区域的1个区域的工序，通过热绝缘区域和构成可挠区域的1个区域采用同一种材料同时形成，使得制造工序简单，可以降低成本。

又，本发明的第43发明，是在上述第42发明的半导体装置的制造方法中，由于包括将半导体基板的一面蚀刻除去作为构成上述可挠区域的1个区域形成其底面部、同时将上述半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述可动元件的凹部的工序、将上述半导体基板的上述另一面蚀刻除去、形成成为至少在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的上述热绝缘区域的部分的工序、在上述半导体基板的上述另一面上形成铝薄膜形成上述可挠区域的由铝构成的区域和向上述加热装置供给电力的布线的工序、在成为上述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料形成上述热绝缘区域的工序，通过可挠区域的由铝构成的区域和向加热装置供给电力的布线同时形成，使得制造工序简单，可以降低成本。

又，本发明的第44发明，是在上述第43发明的半导体装置的制造方法中，由于包括将半导体基板的一面蚀刻除去作为构成上述可挠区域的1个区域形成其底面部、同时将上述半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述可动元件的凹部的工序、将上述半导体基板的上述另一面蚀刻除去、形成成为至少在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的上述热绝缘区域的部分的工序、形成向上述加热装置供给电力的布线的工序、在成为上述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料形成上述热绝缘区域的工序、在上述半导体基板的上述另一面上作为上述可挠区域的由镍构成的区域形成镍薄膜的工序，可以设置可挠区域的由镍构成的区域。

又，本发明的第45发明是在上述第41发明的半导体装置的制造方法中，由于包括将半导体基板的一面蚀刻除去、形成成为至少在上述半导体基板和上述可挠区域之间设置的上述热绝缘区域的部分的工序、在上述热绝缘区域形成成为增强层的工序、在成为上述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料的工序、将半导体基板的另一面蚀刻除去形成上述热绝缘区域的工序，可以在半导体基板和可挠区域之间形成热绝缘区域，同时在该热绝缘区域形成增强层。

又，本发明的第46发明是在上述第41发明的半导体装置的制造方法中，由于从基板面蚀刻半导体基板，设置凹部，作为上述可挠区域形成其底面部，在上述凹部的上述底面部和侧面部交界处形成牺牲层，用蚀刻除去上述牺牲层，成为曲面状来形成上述圆角，可以利用扩散牺牲层的等方性形成圆角，进一步通过由圆角将可挠区域变位时施加到上述凹部底面部和侧面部的交界处的应力分散，可以防止该部分的破坏。

Claims (46)

1.一种半导体装置，包括：半导体基板、根据温度变化相对于所述半导体基板变位的可挠区域(2)、在所述半导体基板和所述可挠区域之间设置的连接所述半导体基板和所述可挠区域(2)的树脂制的热绝缘区域，其特征是：所述可挠区域(2)由热膨胀系数互不相同的薄膜和薄壁部组成，在所述可挠区域(2)上有若干薄膜(2M)，在上述半导体基板上制作了电极柱(4)和连接布线，在每个薄膜(2M)下有用于加热的扩散电阻(6)，所述半导体基板以及所述可挠区域与所述热绝缘区域连接的部分相互成梳齿状。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征是构成所述热绝缘区域的材料具有热传导率在0.4W/(m·℃)以下的特性。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征是构成所述热绝缘区域的材料为聚酰亚胺。

4.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征是构成所述热绝缘区域的材料为氟系树脂。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其特征是在所述热绝缘区域设置有比构成所述热绝缘区域的材料要硬的材料构成增强层。

6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征是所述增强层的杨氏模量在9.8×10⁹N/m²以上。

7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征是所述增强层为二氧化硅薄膜。

8.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征是还包括与所述可挠区域连设的可动元件，当所述可挠区域的温度变化时，所述可动元件相对于所述半导体基板变位。

9.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域由具有不同热膨胀系数的至少2个区域构成，根据热膨胀系数的差异变位。

10.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域具有单端支撑梁构造。

11.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是所述可动元件由多个所述可挠区域支撑。

12.根据权利要求11所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域由所述可动元件夹持成十字形状。

13.根据权利要求11所述的半导体装置，其特征是所述可动元件的变位包括相对于所述半导体基板的基板面在水平方向旋转的变位。

14.根据权利要求11所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域为分别成L字形状的4个可挠区域以所述可动元件为中心在4个方向等间隔设置。

15.根据权利要求13所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域为分别成L字形状的4个可挠区域以所述可动元件为中心在4个方向等间隔设置。

16.根据权利要求9所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域包括由硅构成的区域和由铝构成的区域。

17.根据权利要求9所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域包括由硅构成的区域和由镍构成的区域。

18.根据权利要求9所述的半导体装置，其特征是构成所述可挠区域的区域中的至少一个区域是由和所述热绝缘区域为同一材料构成的区域。

19.根据权利要求18所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域包括由硅构成的区域，同时包括作为和所述热绝缘区域为同一材料构成的区域是由聚酰亚胺构成的区域。

20.根据权利要求18所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域包括由硅构成的区域，同时包括作为和所述热绝缘区域为同一材料构成的区域是由氟系树脂构成的区域。

21.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是所述可挠区域由形状记忆合金构成。

22.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是在所述可挠区域和所述可动元件之间设置有连接所述可挠区域和所述可动元件的由树脂构成的热绝缘区域。

23.根据权利要求22所述的半导体装置，其特征是设置在所述半导体基板和所述可挠区域之间的热绝缘区域的刚性和设置在所述可挠区域和所述可动元件之间的热绝缘区域的刚性不同。

24.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是包括为加热所述可挠区域的加热部件。

25.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是向为加热所述可挠区域的加热部件供给电力的布线不介入所述热绝缘区域。

26.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是在所述可动元件上形成有凹部。

27.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征是在所述可挠区域和所述可动元件的连接部分或者在所述可挠区域和所述半导体基板的连接部分附近设置有缓和应力的圆角。

28.根据权利要求27所述的半导体装置，其特征是在所述半导体基板上形成有向和所述可挠区域的连接部分凸出的凸出部，所述圆角形成为在所述凸出部的基端部两端上所述半导体基板中的基板面上的形状呈R形状。

29.一种半导体微阀，其特征是在权利要求8到28中的任何一项所述的半导体装置、接合所述半导体装置、具有根据所述可动元件的变位变化流过的流体量的流路的流体元件。

30.根据权利要求29所述的半导体微阀，其特征是所述半导体装置和所述流体元件通过阳极接合进行接合。

31.根据权利要求29所述的半导体微阀，其特征是所述半导体装置和所述流体元件通过共晶接合进行接合。

32.根据权利要求29所述的半导体微阀，其特征是所述半导体装置和所述流体元件通过介入间隔层进行接合。

33.根据权利要求32所述的半导体微阀，其特征是所述间隔层由聚酰亚胺构成。

34.一种半导体微继电器，其特征是包括权利要求8～28中任一项所述的半导体装置、在所述可动元件上设置可动接点、具有在其对应的位置处和所述可动接点接触可能的固定接点、在所述半导体装置上接合的固定元件。

35.根据权利要求34所述的半导体微继电器，其特征是所述固定接点是通过和所述可动接点接触经过所述可动接点相互导通和离开的接点。

36.根据权利要求34或35所述的半导体微继电器，其特征是所述可动接点和所述固定接点是合金镀的金钴。

37.根据权利要求34所述的半导体微继电器，其特征是所述半导体装置和所述固定元件通过阳极接合进行接合。

38.根据权利要求34所述的半导体微继电器，其特征是所述半导体装置和所述固定元件通过共晶接合进行接合。

39.根据权利要求34所述的半导体微继电器，其特征是所述半导体装置和所述固定元件通过介入间隔层进行接合。

40.根据权利要求39所述的半导体微继电器，其特征是所述间隔层是聚酰亚胺。

41.一种权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征是包括将半导体基板的一面蚀刻除去、形成成为至少在所述半导体基板和所述可挠区域之间设置的所述热绝缘区域的部分的工序、在成为所述热绝缘区域的部分埋入热绝缘材料的工序，将半导体基板的另一面蚀刻除去形成所述热绝缘区域的工序。

42根据权利要求41所述的半导体装置的制造方法，其特征是还包括将所述半导体基板的另一面蚀刻除去形成所述可动元件的凹部的工序、和将所述热绝缘材料涂敷在所述半导体基板的所述另一面上形成构成所述可挠区域的1个区域的工序。

43.根据权利要求42所述的半导体装置的制造方法，其特征是还包括在半导体基板的所述另一面上形成铝薄膜形成所述可挠区域的由铝构成的区域和向加热装置供给电力的布线的工序。

44.根据权利要求43所述的半导体装置的制造方法，其特征是还包括在所述半导体基板的所述另一面上作为所述可挠区域的由镍构成的区域形成镍薄膜的工序。

45.根据权利要求41中所述的半导体装置的制造方法，其特征是还包括在所述热绝缘区域形成成为增强层的工序。

46.根据权利要求41中所述的半导体装置的制造方法，其特征是从基板面蚀刻半导体基板，设置凹部，作为所述可挠区域形成其底面部，在所述凹部的所述底面部和侧面部交界处形成牺牲层，用蚀刻除去所述牺牲层，成为曲面状来形成所述圆角。

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