(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が絶縁体で満たされ、外面にアルカリイオンが注入されたＳｉＯ２層が設けられた複数の櫛歯を備える立体型可動櫛歯電極と、当該立体型可動櫛歯電極と対向し、当該立体型可動櫛歯電極が差し込まれるように配置された、内部がドーピングされた低抵抗のＳｉから構成される複数の櫛歯が設けられた固定型櫛歯電極とを備えたことを特徴とする振動発電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の振動発電素子において、
前記アルカリイオンは、Ｋ＋イオンまたはＮａ＋イオンであることを特徴とする振動発電素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動発電素子において、
前記立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は熱可塑性樹脂から構成されることを特徴とする振動発電素子。
【請求項４】
請求項１または２に記載の振動発電素子において、
前記立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は絶縁性ガスであることを特徴とする振動発電素子。
【請求項５】
請求項１または２に記載の振動発電素子において、
前記立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は硬化したネガ型レジストであることを特徴とする振動発電素子。
【請求項６】
請求項１または２に記載の振動発電素子において、
前記立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は絶縁性の構造体および／または絶縁性ガスであり、前記絶縁性の構造体は、前記立体型可動櫛歯電極の各々の櫛歯の剛性を補強する構造であることを特徴とする振動発電素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動発電素子において、
前記立体型可動櫛歯電極は下部に錘が設けられていることを特徴とする振動発電素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動発電素子において、
前記振動発電素子は全面に渡り撥水性の膜が形成されていることを特徴とする振動発電素子。
【請求項９】
請求項７に記載の振動発電素子の製造方法であって、
基板Ｓｉ層と、当該基板Ｓｉ層の上に設けられたＳｉＯ２絶縁層と、当該ＳｉＯ２絶縁層の上に設けられたドーピングされた低抵抗のデバイスＳｉ層からなるＳＯＩウェハを準備する第１の工程と、
前記デバイスＳｉ層に、前記可動櫛歯電極の櫛歯を含む前記可動櫛歯電極の上部と、前記固定櫛歯電極の櫛歯を含む前記固定櫛歯電極の上部とを形成する第２の工程と、
前記基板Ｓｉ層に、前記可動櫛歯電極の錘を含む前記可動櫛歯電極の下部と、前記固定櫛歯電極の支持部を含む前記固定櫛歯電極の下部とを形成する第３の工程と、
前記櫛歯電極櫛歯部の内部に空洞を形成する第４の工程と、
前記第４の工程の前に、前記振動発電素子のＳｉ層（デバイスＳｉ層および基板Ｓｉ層）が露出している部分の表面に、アルカリイオンを含むＳｉＯ２層を形成する第５の工程を含むことを特徴とする振動発電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の振動発電素子の製造方法において、
前記第５の工程はアルカリイオンを含む水蒸気雰囲気で前記振動発電素子を加熱するウェット酸化で行われることを特徴とする振動発電素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の振動発電素子の製造方法において、
前記アルカリイオンはＫ＋イオンまたはＮａ＋イオンであることを特徴とする振動発電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動発電素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子として、対向する平面型櫛歯電極にエレクトレットを形成したものが知られている。その殆どは２つの対向する矩形領域（例えば特許文献１参照）あるいは円形領域（例えば特許文献２参照）に櫛歯を設けた構造を備えている。
これらの平面型櫛歯電極にエレクトレットを形成したものを用いた発電素子は、発電容量を増大するためには面積を大きくする必要があり、従って小型で出力の大きい発電素子の作成は困難であった。
【０００３】
近年ＭＥＭＳの技術を利用し、櫛歯電極を立体的な構造とすることで、対向する電極間の静電容量を増加させた小型の発電素子が作成されている。例えば特許文献３に開示されている発電素子では、このような立体的な対向する櫛歯電極が用いられており、電極間の電圧印加手段として、櫛歯電極の付近に設けたエレクトレットが用いられている。
【０００４】
エレクトレットの形成は、一般的に絶縁膜にコロナ放電で電荷を注入することによって行われている。しかしながら、この方法で製造されたエレクトレットでは、絶縁膜での電荷密度が小さく、また長期間の使用による電荷の減少の問題があるので、より電荷密度の高いかつ長寿命のエレクトレットの構造が望まれていた。
【０００５】
特許文献４には平面型櫛歯電極のエレクトレットを形成した構造が開示されている。この構造では、アルカリガラスをガラス転移点未満の温度で加熱しつつ、これに約５００Ｖ〜約１０００Ｖの電圧をかけてこのアルカリガラス中のアルカリイオンを移動させてアルカリイオン空乏域を形成している。
【０００６】
非特許文献１には、立体的な構造の櫛歯電極の間にソフトＸ−ｒａｙを照射して、空気中に発生した電荷をエレクトレット用の絶縁膜に注入して、エレクトレットを形成する方法が開示されている。しかしながら、この方法もコロナ放電による電荷注入と同様に、絶縁膜での電荷密度を大きくすることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３６５９８号公報
【特許文献２】特開２０１１−０７２０７０号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１１５４７号公報
【特許文献４】特開２０１０−０６８６４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Honzumi, M., Ueno, A., Hagiwara, K., Suzuki, Y., Tajima, T., and Kasagi, N.,"Soft-X-Ray-Charged Vertical Electrets and Its Application to Electrostatic Transducers,"Proc. 23rd IEEE Int. Conf. MEMS, Hong Kong, China, January 24-28, 2010, pp.635-638
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のエレクトレットの形成方法および構造では、大きな電荷密度を長期間維持することができなかった。また立体的に対向する櫛歯電極に高密度の電荷を持つエレクトレット電極を形成することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）請求項１に記載の発明は、内部が絶縁体で満たされ、外面にアルカリイオンが注入されたＳｉＯ２層が設けられた複数の櫛歯を備える立体型可動櫛歯電極と、この立体型可動櫛歯電極と対向し、立体型可動櫛歯電極が差し込まれるように配置された、内部がドーピングされた低抵抗のＳｉから構成される複数の櫛歯が設けられた固定型櫛歯電極とを備えたことを特徴とする振動発電素子である。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動発電素子において、アルカリイオンは、Ｋ＋イオンまたはＮａ＋イオンであることを特徴とする。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動発電素子において、立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は熱可塑性樹脂から構成されることを特徴とする。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動発電素子において、立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は絶縁性ガスであることを特徴とする。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動発電素子において、立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は硬化したネガ型レジストであることを特徴とする。
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動発電素子において、立体型可動櫛歯電極の櫛歯内部の絶縁体は絶縁性の構造体および／または絶縁性ガスであり、絶縁性の構造体は、立体型可動櫛歯電極の各々の櫛歯の剛性を補強する構造であることを特徴とする。
（７）請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動発電素子において、立体型可動櫛歯電極は下部に錘が設けられていることを特徴とする。
（８）請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動発電素子において、記振動発電素子は全面に渡り撥水性の膜が形成されていることを特徴とする。
（９）請求項９に記載の発明は、  請求項７に記載の振動発電素子の製造方法であって、基板Ｓｉ層と、この基板Ｓｉ層の上に設けられたＳｉＯ２絶縁層と、ＳｉＯ２絶縁層の上に設けられたドーピングされた低抵抗のデバイスＳｉ層からなるＳＯＩウェハを準備する第１の工程と、デバイスＳｉ層に、可動櫛歯電極の櫛歯を含む可動櫛歯電極の上部と、固定櫛歯電極の櫛歯を含む固定櫛歯電極の上部とを形成する第２の工程と、基板Ｓｉ層に、可動櫛歯電極の錘を含む可動櫛歯電極の下部と、固定櫛歯電極の支持部を含む固定櫛歯電極の下部とを形成する第３の工程と、櫛歯電極櫛歯部の内部に空洞を形成する第４の工程と、第４の工程の前に、振動発電素子のＳｉ層（デバイスＳｉ層および基板Ｓｉ層）が露出している部分の表面に、アルカリイオンを含むＳｉＯ２層を形成する第５の工程を含むことを特徴とする振動発電素子の製造方法である。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の振動発電素子の製造方法において、第５の工程はアルカリイオンを含む水蒸気雰囲気で振動発電素子を加熱するウェット酸化で行われることを特徴とする。
（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の振動発電素子の製造方法において、アルカリイオンはＫ＋イオンまたはＮａ＋イオンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるエレクトレット膜の構造を備えた櫛歯電極を用いて、高出力の発電機を製造することができる。また、本発明によるエレクトレット膜を立体的な櫛歯電極の表面に形成することにより、高出力で小型の発電機を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明による振動発電素子を作製するためのＳＯＩウェハを準備する工程（工程１−１）を説明する図である。
【図１Ｂ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）を形成する工程１−２を説明するための図である。
【図１Ｃ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程１−３を説明するための図である。
【図１Ｄ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程１−４を説明するための図である。
【図１Ｅ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程１−５を説明するための図である。
【図１Ｆ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程１−６を説明するための図である。
【図１Ｇ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程１−７を説明するための図である。
【図１Ｈ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の下部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部）を形成するための準備を行う工程１−８を説明するための図である。
【図１Ｉ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の下部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部）を形成する工程１−９を説明するための図である。
【図１Ｊ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の下部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部）を形成する工程１−１０を説明するための図である。
【図１Ｋ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の可動櫛歯電極および固定櫛歯電極を形成する工程１−１１を説明するための図である。本工程で可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の概略構造が形成され分離される。
【図１Ｌ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の表面にＫ＋イオンを含むＳｉＯ２層を形成する工程１−１２を説明するための図である。
【図１Ｍ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の可動櫛歯電極の櫛歯部に空洞の構造を形成する工程１−１３を説明するための図である。
【図１Ｎ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の可動櫛歯電極の櫛歯部に空洞の構造を形成する際に、出力用の電極パッドが損傷されないように保護膜を形成する工程１−１４を説明するための図である。
【図１Ｏ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の可動櫛歯電極の櫛歯部に空洞の構造を形成する工程１−１５を説明するための図である。
【図１Ｐ】本発明による振動発電素子の第１の実施形態の可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の出力用電極パッドを形成する工程１−１６を説明するための図である。本図で示す振動発電素子は、第１の実施形態の最終形であるが、さらに変形実施例で説明する加工を追加で行う。
【図２】図１Ｌまたは図３Ｊに示す加工中のウェハ（振動発電素子）表面にアルカリイオン（ここではＫ＋イオン）を含むＳｉＯ２層を形成するために用いるウェット酸化法の概略図である。
【図３Ａ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程２−３を説明するための図である。
【図３Ｂ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程２−４を説明するための図である。
【図３Ｃ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程２−５を説明するための図である。
【図３Ｄ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程２−６を説明するための図である。
【図３Ｅ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の上部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の上部）の櫛歯構造を形成する工程２−７を説明するための図である。
【図３Ｆ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の下部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部）を形成するための準備を行う工程２−８を説明するための図である。
【図３Ｇ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の下部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部）を形成する工程２−９を説明するための図である。
【図３Ｈ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の下部（可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部）を形成する工程２−１０を説明するための図である。
【図３Ｉ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の可動櫛歯電極および固定櫛歯電極を形成する工程２−１１を説明するための図である。本工程で可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の概略構造が形成され分離される。
【図３Ｊ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の表面にアルカリイオン（ここではＫ＋イオン）を含むＳｉＯ２層を形成する工程２−１２を説明するための図である。
【図３Ｋ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の出力用電極パッドを形成するための準備工程２−１４を説明するための図である。
【図３Ｌ】本発明による振動発電素子の第２の実施形態の可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の出力用電極パッドを形成する工程２−１４を説明するための図である。本図で示す振動発電素子は、第２の実施形態の最終形であるが、さらに変形実施例で説明する加工を追加で行う。
【図４Ａ】第１の実施形態の変形例１（工程１−１５Ａ１）であり、可動櫛歯電極櫛歯部の剛性を高めるために櫛歯部の空洞に硬化する絶縁物質としてレジストを用いる場合の工程を説明する図である。ここではレジストが空洞に注入されているがまだ硬化していない。この工程は工程１−１５のあとで行われる。
【図４Ｂ】図４Ａで可動櫛歯電極櫛歯部の空洞に注入されたレジストが硬化された（工程１−１５Ａ２）状態を示す図である。
【図５Ａ】第１の実施形態の変形例２（工程１−１５Ｂ１）であり、可動櫛歯電極櫛歯部の剛性を高めるために櫛歯部の空洞に封入する絶縁物質として熱可塑性樹脂を用いる場合の工程を説明する図である。ここでは熱可塑性樹脂の粉末が空洞に注入されている。
【図５Ｂ】図５Ａで櫛歯部の空洞に封入した熱可塑性樹脂の粉末が過熱・冷却され熱可塑性樹脂の固形物となった（工程１−１５Ｂ２）状態を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施形態の変形例であり、可動櫛歯電極櫛歯部の剛性を高めるために櫛歯部の中空部に構造体を形成する処理を説明する図である。ここではこの構造体を形成するための櫛歯電極構造を形成するレジストパターン作製の工程（工程２−５の変形である２−５Ａ）を示す。
【図６Ｂ】図６Ａのレジストパターンで形成された第２の実施形態の最終形態の可動櫛歯電極の形状（工程２−１４の変形である２−１４Ａ）を示す図である。
【図７】本発明による振動発電素子の動作を説明するための図である。なお実施形態１の振動発電素子を引用して説明している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明による振動発電素子は、図７に示すような概略構造を有し、固定櫛歯電極とエレクトレット電極として機能する可動櫛歯電極との相対位置が変化することにより発電を行う。以下、図１〜図６を参照して、本発明によるエレクトレット電極の構造とその形成方法、さらにこのエレクトレット電極を備えた発電機の構造について説明する。なお、以下の説明では、例えば同じエレクトレット電極の部位であって、同じ名称であっても、製造プロセスの段階で状態が変わるものは、別の参照番号を付与して説明している。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１Ａ〜Ｐおよび図２を参照して、本発明による振動発電素子の第１の実施形態である、櫛歯電極構造１の形成方法について説明する。
（工程１−１）
まず、図１Ａに示すように、デバイスＳｉ層２、基板Ｓｉ層４およびこれらの間にＳｉＯ２絶縁層（ＢＯＸ層）３を備えたＳＯＩウェハ基板１を準備する。各層の厚さは、たとえばデバイスＳｉ層２は５〜１００μｍ、ＢＯＸ層３は０．５〜５μｍ、基板Ｓｉ層は３００〜５００μｍである。
デバイスＳｉ層２は、たとえば＜１００＞方位で形成されており、たとえばリン等をドーピングして、抵抗率が０．１Ωｃｍ以下となるようにしたｎ型Ｓｉ層を用いることが好ましい。これは、後述するように、振動発電素子の出力を取り出すために、このｎ型Ｓｉ層とオーミック接触する電極パッドを形成するためである。なお、このドーピングは抵抗率を下げる目的であり、リン以外をドーピングしてもよく、したがってｐ型Ｓｉ層であっても構わない。
また、以下の説明で参照している図面では、全て振動発電素子１個分に相当する部分を示している。実際は図面で説明するように、振動発電素子の電極や、これを形成するためのレジストのパターンが複数個ウェハ基板上に形成されている。
【００１５】
（工程１−２）
次に、ＳＯＩウェハ基板１のデバイスＳｉ層２の上に、３０〜１５０ｎｍの厚さのＳｉＮｘ膜５を成膜する（図１Ｂ参照）。このＳｉＮｘ膜５は、櫛歯電極の形成のために、さらにパターニングされる（後述）。成膜方法としては、たとえばＬＰ−ＣＶＤやＰＥ−ＣＶＤが用いられるがこれらに限定するものではない。
【００１６】
（工程１−３）
上記のＳｉＮｘ膜５の上にたとえばポジ型レジストを全面に塗布し、これを露光・現像し、露光された部分のレジスト除去を行って図１Ｃに示すような可動櫛歯電極形成用レジストパターン６を形成する（図１Ｃ）。この際、完成した振動発電素子に配線するための、可動櫛歯電極接続パッドおよび固定櫛歯電極接続パッドそれぞれの形成用のレジストパターン７、８も一緒に形成しておく。
【００１７】
（工程１−４）
図１Ｃの状態のウェハを、たとえば炭化水素系のガスを用いてＲＩＥ処理し、ＳｉＮｘ膜５を除去する。さらに、レジスト剥離液に浸けて残っているレジストパターン６、７、８を除去すると、図１Ｄに示すように、可動櫛歯電極形成用のＳｉＮｘパターン９が形成される。
【００１８】
（工程１−５）
次に可動櫛歯電極および固定櫛歯電極形成用のレジストパターンを形成する（図１Ｅ）。図１Ｄの状態のウェハ上面に全面に渡ってたとえばポジ型レジストを塗布する。 露光・現像後、露光された部分のレジスト除去を行い、図１Ｅに示すような可動櫛歯電極形成用レジストパターン１２と固定櫛歯電極形成用レジストパターン１３を形成する。
なお、この工程１−５でのレジストパターンで可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の基本形状が決定されている。
【００１９】
（工程１−６）
図１Ｅの状態のウェハをたとえばＩＣＰ−ＲＩＥ処理し、デバイスＳｉ層２をエッチングする。この際、レジストパターン１２で覆われていない部分の可動櫛歯電極形成用ＳｉＮｘパターン９もエッチングされ、図１Ｆに示すような形状の可動櫛歯電極形成用ＳｉＮｘパターン１４となる。
なお、ＩＣＰ−ＲＩＥでのエッチングではＢＯＸ層３のエッチング速度が遅いので、デバイスＳｉ層２と可動櫛歯電極形成用ＳｉＮｘパターン９の一部のみがエッチングされ、ＢＯＸ層３がウェハ上面から見える状態となったらエッチングを終了する。
【００２０】
（工程１−７）
図１Ｆの状態のウェハをレジスト剥離液に浸け、超音波洗浄等も用いてレジストパターン１２、１３を除去すると図１Ｇの状態となる。
この状態では、可動櫛歯電極の櫛歯部を加工するため、および可動櫛歯電極接続パッドと固定櫛歯電極接続パッドを形成するための、それぞれのＳｉＮｘパターン１４、１０、１１が残っている。
【００２１】
（工程１−８）
次に図１Ｇの状態のウェハの上面に全面に渡ってたとえばスパッタリングを用いて保護用のアルミニウム膜１７を形成する（図１Ｈ）。この後ウェハの下面側の処理が行われるが、この際上面側が影響を受けないようにアルミニウム膜１７により保護するためである。
【００２２】
（工程１−９）
これから振動発電素子の櫛歯電極下側部分を形成するために、ウェハ下面側の加工を行う。
図１Ｈの状態のウェハを上下反転し、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極それぞれの下部を形成するためのレジストパターンを形成する。まず、たとえばポジ型レジストを全面に渡って塗布し、露光・現像して図１Ｉに示すような、可動櫛歯電極下部（錘）形成用レジストパターン１８と固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）形成用レジストパターン１９を形成する。
【００２３】
（工程１−１０）
図１Ｉの状態のウェハで、厚い基板Ｓｉ層をＩＣＰ−ＲＩＥを用いてエッチングし、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部を形成する（図１Ｊ）。
【００２４】
（工程１−１１）
続いてＳＰＭ洗浄により可動櫛歯電極下部（錘）形成用レジストパターン１８と固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）形成用レジストパターン１９およびアルミニウム膜１７を除去する。アッシングを用いてレジストパターン１８、１９を除去する場合は、アルミニウム膜１７は別工程、たとえば混酸などを用いて除去する。
さらに緩衝フッ酸溶液を用いたウェットエッチング、あるいはＨＦ蒸気を用いたドライエッチング等でＢＯＸ層３を除去し、図１Ｋに示すように、可動櫛歯電極下部（錘）２０と固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）２１を形成し、振動発電素子の原型を形成する。
ＢＯＸ層３は本工程により、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極それぞれの上下部分の接続部分を除き除去される。
なお、本工程でウェハ基板として当初からあった全体に共通な構造がなくなり、この工程以降デバイス全体をウェハでなく振動発電素子と呼称する。ただし、図１Ｋに示す振動発電素子は１つのウェハで複数個形成されているので、実際は振動発電素子が複数個結合されたウェハ状の形態で以降も加工される。
【００２５】
（工程１−１２）
図１Ｌ以降では、振動発電素子が再度上下左右反転されて、図１Ａ〜Ｈと同様に正立状態となっている。
この工程では、図１Ｋに示す状態の振動発電素子が、ウェット酸化（後述）によって、図１Ｌに示すように、その露出しているＳｉ部分の表面がＳｉＯ２に酸化されてＳｉＯ２膜が形成されるとともに、たとえばＫ＋イオンのようなアルカリイオンがこのＳｉＯ２膜に注入される。このＳｉＯ２膜はたとえば２μｍ程度となるようにする。
なお、ＳｉＮｘパターンが残っている、可動櫛歯電極櫛歯形成用ＳｉＮｘパターン１４、可動櫛歯電極接続パッド形成用ＳｉＮｘパターン１０、固定櫛歯電極接続パッド形成用ＳｉＮｘパターン１１に覆われたＳｉ部分は酸化されず、それぞれ以降の工程で加工される。
【００２６】
（工程１−１３）
この工程では、ＳｉＮｘが残っている上記のパターン１４、１０、１１が、たとえばリン酸水溶液等を用いたウェットエッチングにより除去され、図１Ａ〜ＥのデバイスＳｉ層に相当する部分（図１Ｍ中の可動櫛歯電極Ｓｉ露出部２８）が露出される。図１Ｍに示すように、これらのＳｉ層が露出されている部分は、参照番号２８〜３０で示される部分である。
【００２７】
（工程１−１４）
この工程では次の工程で行われるＳｉ部分のエッチングで、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の接続パッドがエッチングされないように、保護用のアルミニウム膜を形成する。図１Ｎに示すように、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の接続パッドの上にそれぞれ、可動櫛歯電極接続パッド形成用および固定櫛歯電極接続パッド形成用のアルミニウム保護膜３１、３２が形成されている（図１Ｎ）。なお、このアルミニウム保護膜の形成は、接続パッドの周囲を含むような開口をもったステンシルマスクを用いスパッタリング等によって行われる。
【００２８】
（工程１−１５）
図１Ｎの状態の振動発電素子をＩＣＰ−ＲＩＥを用いてエッチングする。これにより、Ｓｉ部分が露出している可動櫛歯電極のＳｉ露出部分２８（図１Ｍ参照）が垂直な方向に除去され、開口部３４を備える空洞の櫛歯部３３が形成される（図１Ｏ）。この櫛歯部３３では、工程１−１２のウェット酸化で形成されたＳｉＯ２層が残されている。この櫛歯部３３のＳｉＯ２層がエレクトレットとして機能する。
【００２９】
（工程１−１６）
図１Ｏに示す状態の振動発電素子において、可動櫛歯電極の接続パッドのアルミニウム保護膜を除去し、この接続パッドにワイヤボンディングできるように加工する。具体的には、アルミニウム保護膜を除去し、露出されたＳｉ部分にＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの３層からなる層を形成する。Ｃｒ層がＳｉ部分と密着し、Ａｕ層にワイヤボンディングが接着する。
以上で本発明による振動発電素子１００の第１の実施形態である櫛歯電極構造１の形成が完了となる（図１Ｐ）。本発明による振動発電素子の櫛歯電極は、立体型の櫛歯電極となっているので、エレクトレットとして機能するアルカリイオン（Ｋ＋イオン）を含んだＳｉＯ２層の面積を櫛歯電極で大きくすることができ、振動発電素子の出力を大きくすることができる。
なお、図１Ｏおよび図１Ｐで可動櫛歯電極２４の一部を参照番号２４ａで示してあるが、この部分は可動櫛歯電極を支持するバネ性のサポート部である。またこの可動櫛歯電極サポート部２４ａの一部に可動櫛歯電極接続パッド３５が形成されている。
【００３０】
（アルカリイオンのＳｉＯ２層への拡散方法）
図２は、図１Ｌを参照して説明した上記の工程１−１２での、アルカリイオン（Ｋ＋イオン）を注入したＳｉＯ２層の形成方法の原理を簡単に示したものであり、いわゆるウェット酸化方法と呼ばれる方法である。
Ｋ＋イオンを注入したＳｉＯ２層を形成する場合は、純水にＫＯＨを溶解した水溶液４１にＮ２ガスを通過させ、このＮ２ガスにＫ＋イオンを含んだ水蒸気を含有させる。この水蒸気を加熱炉４２に流し、この加熱炉内に設置したＳｉウェハ基板４４上に、Ｋ＋イオンを含んだＳｉＯ２層を形成させる。
【００３１】
Ｋ＋イオンなどのアルカリイオンがＳｉＯ２層に取り込まれるのは、ＳｉＯ２の表面に存在するＯＨ基が寄与していると思われる。とりわけ本発明で用いるウェットエッチングでは、Ｓｉ層に形成されるＳｉＯ２表面にＯＨ基が多量に存在し、このＯＨ基と結合するようにアルカリイオンが効率良く取り込まれると推測される。
【００３２】
なお、Ｋ＋イオン以外のアルカリイオンを用いてエレクトレット電極として動作するＳｉＯ２層を形成することができる。たとえばＮａ＋イオンを注入したＳｉＯ２層を形成する場合は、ＫＯＨの水溶液の代わりにＮａＯＨの水溶液を用いればよい。
【００３３】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態も本発明による振動発電素子の櫛歯電極構造（櫛歯電極構造１）である。この櫛歯電極構造の形成方法を図３Ａ〜Ｌを参照して説明する。
第１の実施形態と異なるのは、図１Ｏ、Ｐに示す可動櫛歯電極の櫛歯部３３にＳｉＯ２の底部が無く、貫通孔の形状を呈していることである。第１の実施形態と比較し、ＳｉＯ２の底部が無いことにより櫛歯部分が変形する場合があるが、製造は簡単となる。なお、変形を防ぐための構造上の工夫は、後述の変形例で説明する。
第２の実施形態の振動発電素子の形成方法が第１の実施形態と異なるのは、第１の実施形態で説明した工程１−３以降であり、以下の説明では第２の実施形態の振動発電素子の形成方法の工程２−３以降について説明する。工程２−１と２−２はそれぞれ第１の実施形態での工程１−１、１−２と同じである。したがって、工程２−３以降での加工されるウェハ部位については、実施形態１と同等な部位であっても異なる参照番号を付して説明する。
【００３４】
（工程２−３）
第１の実施形態で説明した図１Ｂの状態のウェハのＳｉＮｘ膜５の上にたとえばポジ型レジストを全面に塗布し、これを露光・現像し、露光された部分のレジスト除去を行って図３Ａに示すような、完成した振動発電素子に配線するための、可動櫛歯電極接続パッドおよび固定櫛歯電極接続パッドそれぞれの形成用のレジストパターン５１、５２を形成する。
【００３５】
（工程２−４）
図３Ａの状態のウェハを、たとえば炭化水素系のガスを用いてＲＩＥ処理し、ＳｉＮｘ膜５を除去する。さらに、レジスト剥離液に浸けて残っているレジストパターン７、８を除去すると、図３Ｂに示すように、可動櫛歯電極接続パッドおよび固定櫛歯電極接続パッド形成用のＳｉＮｘパターン５３、５４が形成される。
【００３６】
（工程２−５）
次に可動櫛歯電極および固定櫛歯電極形成用のレジストパターンを形成する（図３Ｃ）。図３Ｂの状態のウェハ上面に全面に渡ってたとえばポジ型レジストを塗布する。 露光・現像後、露光された部分のレジスト除去を行い、図３Ｃに示すような可動櫛歯電極形成用レジストパターン５５と固定櫛歯電極形成用レジストパターン５６を形成する。
なお、この工程２−５でのレジストパターン５５、５６で可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の基本形状が決定されている。
【００３７】
（工程２−６）
図３Ｃの状態のウェハをたとえばＩＣＰ−ＲＩＥ処理し、デバイスＳｉ層２をエッチングし、図３Ｄに示すように、ウェハ上面から見てレジストパターン５５、５６と同じ形状の可動櫛歯電極上部５７および固定櫛歯電極上部５８が形成される（図３Ｅ参照）。
なお、ＩＣＰ−ＲＩＥでのエッチングではＢＯＸ層３のエッチング速度が遅いので、デバイスＳｉ層２がエッチングされ、ＢＯＸ層３がウェハ上面から見える状態となったらエッチングを終了する。
【００３８】
（工程２−７）
図３Ｄの状態のウェハをレジスト剥離液に浸け、超音波洗浄等も用いてレジストパターン５５、５６を除去すると図３Ｅの状態となる。
なお、この状態では、可動櫛歯電極接続パッドと固定櫛歯電極接続パッドを形成するための、それぞれのＳｉＮｘパターン５３、５４が残っている。
【００３９】
（工程２−８）
次に図３Ｅの状態のウェハの上面に全面に渡ってたとえばスパッタリングを用いて保護用のアルミニウム膜５９を形成する（図３Ｆ）。この後ウェハの下面側の処理が行われるが、この際アルミニウム膜５９により上面側が影響を受けないように保護される。
【００４０】
（工程２−９）
これから振動発電素子の櫛歯電極下側部分を形成するために、ウェハ下面側の加工を行う。
図３Ｆの状態のウェハを上下反転し、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極それぞれの下部を形成するためのレジストパターンを形成する。まず、たとえばポジ型レジストを全面に渡って塗布し、露光・現像して図３Ｇに示すような、可動櫛歯電極下部（錘）形成用レジストパターン６１と固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）形成用レジストパターン６２を形成する。
【００４１】
（工程２−１０）
図３Ｇの状態のウェハで、厚い基板Ｓｉ層をＩＣＰ−ＲＩＥを用いてエッチングし、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極の下部を形成する（図３Ｈ）。
【００４２】
（工程２−１１）
続いてＳＰＭ洗浄により可動櫛歯電極下部（錘）形成用レジストパターン６１と固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）形成用レジストパターン６２およびアルミニウム膜５９を除去する。アッシングを用いてレジストパターン６１、６２を除去する場合は、アルミニウム膜５９は別工程、たとえば混酸などを用いて除去する。
さらに緩衝フッ酸溶液を用いたウェットエッチング、あるいはＨＦ蒸気を用いたドライエッチング等でＢＯＸ層３を除去し、図３Ｉに示すように、可動櫛歯電極下部（錘）６３と固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）６４を形成し、振動発電素子の原型を形成する。
ＢＯＸ層３は本工程により、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極それぞれの上下部分の接続部分を除き除去される。
なお、本工程でウェハ基板として当初からあった全体に共通な構造がなくなり、この工程以降個々のデバイスを振動発電素子と呼称する。ただし、図３Ｉに示す振動発電素子は１つのウェハで複数個形成されているので、実際は振動発電素子が複数個結合されたウェハ状の形態で以降も加工されるので、全体としてはウェハ形状となっている。
【００４３】
（工程２−１２）
図３Ｊ以降では、振動発電素子が再度上下左右反転されて、図３Ａ〜Ｆと同様に正立状態となっている。
この工程では、図３Ｉに示す状態の振動発電素子が、前述のウェット酸化によって、図３Ｊに示すように、その露出しているＳｉ部分の表面がＳｉＯ２に酸化されてＳｉＯ２膜が形成されるとともに、たとえばＫ＋イオンのようなアルカリイオンがこのＳｉＯ２膜に注入される。このＳｉＯ２膜はたとえば２μｍ程度となるようにする。
なお、ＳｉＮｘパターンが残っている、可動櫛歯電極接続パッド形成用ＳｉＮｘパターン５３、固定櫛歯電極接続パッド形成用ＳｉＮｘパターン５４で覆われたＳｉ部分は酸化されず、それぞれ以降の工程で加工される。
【００４４】
（工程２−１３）
この工程では、ＳｉＮｘが残っている上記のパターン５３、５４が、たとえばリン酸水溶液等を用いたウェットエッチングにより除去され、デバイスＳｉ層の残りの部分が露出している、可動櫛歯電極接続パッド部７１と固定櫛歯電極接続パッド部７２が露出される（図３Ｋ）。
【００４５】
（工程２−１４）
図３Ｋに示す状態の振動発電素子において、接続パッド部７１、７２にワイヤボンディングできるように、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕの３層からなる層を形成し、それぞれ可動櫛歯電極接続パッド７４、固定櫛歯電極接続パッド７５とする（図３Ｌ）。Ｃｒ層がＳｉ部分と密着し、Ａｕ層にワイヤボンディングが接着する。
以上で本発明による振動発電素子１００の第２の実施形態である櫛歯電極構造１の形成が完了となる。この第２の実施形態においても、振動発電素子の櫛歯電極は、立体型の櫛歯電極となっているので、エレクトレットとして機能するＫ＋イオンを含んだＳｉＯ２層の面積を櫛歯電極で大きくすることができ、振動発電素子の出力を大きくすることができる。
【００４６】
なお、図３Ｋおよび図３Ｌで可動櫛歯電極６７の一部を参照番号６７ａで示してあるが、この部分は可動櫛歯電極６７を支持するバネ性のサポート部である。またこの可動櫛歯電極サポート部６７ａの一部に可動櫛歯電極接続パッド７３が形成されている。
【００４７】
＜第１の実施形態の変形実施例１＞
第１の実施形態の可動櫛歯電極櫛歯部３３は、その底部にもＳｉＯ２層が形成されているので、第２の実施形態の可動櫛歯電極櫛歯部７５と比較して剛性が高いが、振動発電素子の上面側は開放状態となっており、変形する可能性がある。工程１−１５（図１Ｏ）で説明した、可動櫛歯電極櫛歯部３３でデバイスＳｉ部が除去され、空洞となった櫛歯部３３に絶縁体を注入して強度を高めることが可能である。
図４Ａ、４Ｂを参照して第１の実施形態の櫛歯部３３に絶縁体を注入して剛性を高めた構造およびこの形成方法を説明する。
【００４８】
図１Ｏ（工程１−１５Ａ１）または図１Ｐ（工程１−１５Ａ２）に示す、第１の実施形態の可動櫛歯電極櫛歯部３３の開口部３４（図１Ｍ参照）に合わせた開口部８１を備えるステンシルマスク８０を準備し、振動発電素子１の上面に設置する。前述のように、振動発電素子は多数形成されてウェハ状になっており、このウェハ状の振動発電素子全体をレジストに浸せるような深さのトレイに設置する。ネガ型レジストをトレイに注ぎ入れ、櫛歯部３３の空洞部にもネガ型レジストを注入する工程１−１５Ａ１）。
この状態でステンシルマスクの上から露光し、加熱等により櫛歯部３３に注入されたレジストを硬化させる。その後ウェハ状の振動発電素子を洗浄する（工程１−１５Ａ２）。櫛歯部３３の空洞部分には硬化したレジスト８３が残り、これにより剛性が高くなった可動櫛歯電極櫛歯部８４が形成される。
【００４９】
＜第１の実施形態の変形実施例２＞
本変形実施例も第１の実施形態の可動櫛歯電極櫛歯部３３の剛性の補強構造及びこの形成方法である。上記の変形実施例１と同様のステンシルマスクを用いるが、レジストは用いず、したがって露光・現像も行わない。図５Ａに示すように、図１Ｏ（工程１−１５Ｂ１）または図１Ｐ（工程１−１５Ｂ２）に示す、第１の実施形態の可動櫛歯電極櫛歯部３３の開口部３４（図１Ｍ参照）に合わせた開口部８１を備えるステンシルマスク８０を準備し、振動発電素子１の上面に設置する。このステンシルマスク８０の開口部８１から、空洞となっている可動櫛歯電極３３の櫛歯部に粉末状の熱可塑性樹脂８５を充填する（工程１−１５Ｂ１）。
【００５０】
この後、ウェハ状の振動発電素子全体を加熱し、粉末状の熱可塑性樹脂８５を少なくとも部分的に融解して、冷却し、この熱可塑性樹脂の構造体で内部が満たされた可動櫛歯電極の櫛歯部８８を形成する（工程１−１５Ｂ２）。
【００５１】
＜第２の実施形態の変形実施例＞
本変形実施例は、前述の第２の実施形態での可動櫛歯電極の櫛歯部７５（図３Ｋ、３Ｌ参照）の剛性を高める構造とその形成方法である。図３Ｋあるいは３Ｌに示す櫛歯部７５の個々の櫛歯は中空の構造となっているが、本変形実施例では、この中空部分に剛性を高めるような構造体をプロセスによって形成している。具体的には、図６Ｂに示すように（可動櫛歯電極櫛歯部９３）、図３Ｋあるいは３Ｌの上面図ａ）で個々の櫛歯において相対する２つの長辺となっている面の間にこれらの面を結合する１つ以上の構造体を形成する。図６Ｂの例では複数の柱状の構造体が並行に相対する面の間に形成されているが、トラス状の構造体を上記の櫛歯部７５の中空部分に形成してもよい。
【００５２】
図６Ｂに示すような可動櫛歯電極櫛歯部９３を形成するため、前記の工程２−５Ａ（図３−Ｃ）での可動櫛歯電極形成用レジストパターン５５、５６を、図６Ａに示すような可動櫛歯電極形成用レジストパターン９１、９２とする。このようなレジストパターン９１、９２を用いて前述の実施形態２の製造プロセスを実施することにより、図６Ｂに示すような最終形態の可動櫛歯電極の櫛歯部９３を備えた振動発電素子（工程２−１４Ａ）を製造することができる。
なお、このように形成された可動櫛歯電極の櫛歯部９３内部の構造体にも、図２を参照して説明した前述のウェット酸化を用いてＫ＋イオンが注入されたＳｉＯ２層が形成されている。また、櫛歯部９３の構造体以外の中空部分は、空気や窒素あるいは他の絶縁性ガスで満たされている。あるいは、さらに、上記の第１の実施形態の変形実施例で説明したような絶縁性物質を充填してもよい。
【００５３】
＜エレクトレット電極の保護膜形成＞
上記で説明した実施形態１、２およびこれらの変形実施例で作製した振動発電素子の櫛歯電極にはＫ＋イオンが注入されたＳｉＯ２層が形成されているが、この櫛歯電極を長時間空気中に曝すと、空気中の水分とＫ＋イオンが反応して次第に中和され、エレクトレットとしての機能が低下する。
このようなＫ＋イオンの中和を防ぐためには、ＳｉＯ２層の表面をさらに撥水性の皮膜で覆うことが望ましい。
【００５４】
このような撥水性皮膜はたとえば特開２００８−１１０４３６号公報で記載されているような化学吸着単分子膜を用いてもよい。ＳｉＯ２層の上には、たとえばフッ化炭素基と炭化水素基とアルコキシシリル基とを主成分とする物質を用いて、化学吸着単分子膜を容易に形成することができる。
複数の振動発電素子がウェハ状になっているものを、チャンバ内に収容し、このチャンバ内に化学吸着単分子膜を形成する上記物質の蒸気を導入する。ＳｉＯ２膜は、この蒸気に曝されるとその表面上に化学吸着単分子膜が形成される。
この化学吸着単分子膜は上記物質の蒸気によって形成されるため、本発明による振動発電素子の可動櫛歯電極の中空の構造の内部にも化学吸着単分子膜が形成され、Ｋ＋イオンの中和を防ぐことができる。
【００５５】
上述した化学吸着単分子膜を形成する物質である、フッ化炭素基と炭化水素基とアルコキシシリル基とを主成分とするものとしては、ＣＦ３（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＡ）３，［ＣＦ３（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）２］２Ｓｉ（ＯＡ）２，あるいは［ＣＦ３（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）２］３ＳｉＯＡ（ｎは整数、Ａはメチル基、エチル基、プロピル基等の短鎖アルキル基）があげられる。具体的には、ＣＦ３ＣＨ２Ｏ（ＣＨ２）１５Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＣＨ２）１５Ｓｉ（ＯＣＨ３）３などがある。
【００５６】
（振動発電素子の動作概略）
図７を参照して本発明によるエレクトレット電極を備えた振動発電素子１００の動作を簡単に説明する。なお、図７は前述の実施形態１に基づいており（図１Ｐ参照）、参照番号も実施形態１と同じ部分は同じ参照番号としている。
【００５７】
以上で説明したように、本発明による振動発電素子１００は、立体的な固定櫛歯電極２５と、この固定櫛歯電極２５に対向して差し込まれる立体的な可動櫛歯電極２４とを備え、この立体的な可動櫛歯電極２４の櫛歯部３３の各々の櫛歯は空洞となっているか、またはこの空洞部に絶縁物質が充填されており、櫛歯の外面にはＫ＋などのアルカリイオンが注入されたＳｉＯ２層が形成されている。このアルカリイオンが注入されたＳｉＯ２層がエレクトレットとして機能する。あるいは、空洞となっている場合には内部に空気や窒素あるいは他の絶縁ガスからなる絶縁物質が入っている場合であると考えてもよいので、本発明による振動発電素子１００においては、外面にエレクトレットの機能を持つＳｉＯ２層と、内部に絶縁物質が充填された構造とを持つ立体的な可動櫛歯電極とを備える。
また、前述の実施形態２の変形実施例のように、可動櫛歯電極６７の櫛歯部７３の中空部に補強用の構造体を備える場合であっても、この構造体は、上記で説明した製造プロセスで表面が酸化されたＳｉＯ２層を備えるとともに、この構造体の内部に導電性のＳｉが残っている場合であっても、電気回路的に絶縁されているので、この構造体も絶縁体あるいはエレクトレット電極の機能を持つ可動櫛歯電極６７の一部であるとみなして差し支えない。
さらには、絶縁ガスが充填されず、真空状態であっても差し支えないので、便宜上真空も充填用の絶縁体と見做す。
【００５８】
このように、櫛歯内部に絶縁物質を充填するのは、可動櫛歯電極の櫛歯の外面に形成された電荷（ここではＫ＋イオンなどのアルカリイオン）が生成する電気力線は、周囲が均一な絶縁物質であれば、電荷から外向きに空間的に等方に生成されるが、電荷の近くに導電体が存在する場合はこの導電体に向かって電気力線が集中することによる。
本発明による振動発電素子の可動櫛歯電極では、エレクトレットとなっている櫛歯の近傍では、可動櫛歯電極の導電性のあるＳｉが除去され、代わりに絶縁体が充填されている。また、本発明による振動発電素子の場合では固定櫛歯電極の内部はドーピングされて導電性のあるＳｉで構成されている。したがって、図７のように可動櫛歯電極２４が固定櫛歯電極２５に差し込まれると、可動櫛歯電極のエレクトレットの電気力線はこの固定櫛歯電極に向かうことになる。可動櫛歯電極２４が固定櫛歯電極２５に深く差し込まれるほど、可動櫛歯電極２４で生成する多くの電気力線は固定櫛歯電極２５に向かうことになる。
【００５９】
これは言い換えれば、可動櫛歯電極２４が固定櫛歯電極２５に深く差し込まれるほど、固定櫛歯電極内部のＳｉ部分に負の電荷が多く生成されることである。したがって、可動櫛歯電極２４と固定櫛歯電極２５相対位置が変化すると、固定櫛歯電極内部のＳｉ部分に生成される負電荷の量が変化することになり、したがってこの相対位置の変化により電流が流れ発電されることになる。
【００６０】
図７は振動発電素子１００を電圧出力素子として使用する場合を示す。可動櫛歯電極接続パッド３４と固定櫛歯電極接続パッド３５の間には出力抵抗２００が接続され、この出力抵抗２００の両端の電圧が、振動発電素子１００の出力電圧として出力される。なお、出力を電流として利用する場合は、例えば出力抵抗２００の代わりに、整流回路を接続し、さらに整流後のＤＣ電流を蓄えるコンデンサを用いる。
【００６１】
振動発電素子１００に外部から振動が印加されると、バネ性を持った可動櫛歯電極サポート部２４ａに支持された可動櫛歯電極２４は、その下部に設けられた錘の部分２６と共に慣性によって、外部振動に対して移動しにくい。つまり、可動櫛歯電極２４と固定櫛歯電極２５の相対的位置が変化する。
前述のように、可動櫛歯電極２４の表面のＳｉＯ２層はＫ＋イオンを含んだエレクトレット層となっている。また、固定櫛歯電極内部は前述のように、たとえばリン等がドーピングされて導通性のあるＳｉで構成されている。可動櫛歯電極２４と固定櫛歯電極２５の相対的位置が変化すると、この固定櫛歯電極内部のＳｉ部分の可動櫛歯電極２４に対向する面積が変化し、このＳｉ部分に誘起される電荷量が変化する。これにより、可動櫛歯電極２４と固定櫛歯電極２５の相対的位置の変化に対応して出力抵抗２００に電流が流れ、この抵抗２００で生じる電圧が変化する。
【００６２】
なお、上記の実施形態では、エレクトレット電極を形成するためのイオンとしてＫ＋イオンを使用した例を説明したが、Ｋ＋イオン以外の正イオンであっても本発明によるエレクトレット膜の構造を用いることができる。ただし、上記で図２を参照して説明したウェット酸化では、水溶液とした場合に容易にイオン化するので、アルカリ元素イオンを用いることが好ましい。
【００６３】
以上で説明した、本発明による振動発電素子の製造方法は、実施形態１および２で共通して以下のようにまとめることができる。
１）第１の工程
基板Ｓｉ層と、この基板Ｓｉ層の上に設けられたＳｉＯ２絶縁層と、このＳｉＯ２絶縁層の上に設けられたドーピングした低抵抗のデバイスＳｉ層からなるＳＯＩウェハを準備する（図１Ａ）。
２）第２の工程
デバイスＳｉ層に、可動櫛歯電極の櫛歯を含む可動櫛歯電極の上部と、固定櫛歯電極の櫛歯を含む固定櫛歯電極の上部とを形成する（図１Ｂ〜１Ｇ、および図３Ａ〜３Ｂと図３Ｅ）。
３）第３の工程
基板Ｓｉ層に、可動櫛歯電極の錘を含む可動櫛歯電極の下部と、固定櫛歯電極の支持部を含む固定櫛歯電極の下部とを形成する（図１Ｈ〜１Ｊ、および図３Ｆ〜３Ｈ）。
４）第４の工程
櫛歯電極櫛歯部の内部に空洞を形成する（図１Ｍ〜１Ｎ、および図３Ｃ〜３Ｄ）。
５）第５の工程
第４の工程の前に、振動発電素子のＳｉ層（デバイスＳｉ層および基板Ｓｉ層）が露出している部分の表面に、アルカリイオンを含むＳｉＯ２層を形成する（図１Ｌ、および図３Ｊ、および図２）
６）第６の工程
振動発電素子の出力を取り出すための、可動櫛歯電極接続パッドと固定櫛歯電極接続パッドを形成する（図１Ｂ〜１Ｇと図１Ｎ〜１Ｐ、および図３Ｅと図３Ｋ〜３Ｌ）。
実施形態の１と２とでは、アルカリイオンを含むＳｉＯ２層をウェット酸化で形成する工程の順番が異なっているが、概ね以上のような工程に大きく分けることができる。
【００６４】
なお、本発明による振動発電素子は様々な装置に使用することができる。たとえば、マイクロフォン、小型スピーカー、などのトランスデューサーや時計用の発電素子などとして応用が可能である。
【００６５】
以上の説明は本発明の実施形態の例であり、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・ＳＯＩウェハ基板
２・・・デバイスＳｉ層
３・・・ＳｉＯ２絶縁層（ＢＯＸ層）
４・・・基板Ｓｉ層
５・・・ＳｉＮｘ膜
６・・・可動櫛歯電極形成用レジストパターン
７、５１・・・可動櫛歯電極接続パッド形成用レジストパターン
８、５２・・・固定櫛歯電極接続パッド形成用レジストパターン
９・・・可動櫛歯電極形成用ＳｉＮｘパターン
１０、５３・・・可動櫛歯電極接続パッド形成用ＳｉＮｘパターン 
１１、５４・・・固定櫛歯電極接続パッド形成用ＳｉＮｘパターン 
１２、５５・・・可動櫛歯電極形成用レジストパターン
１３、５６・・・固定櫛歯電極形成用レジストパターン
１４・・・可動櫛歯電極形成用ＳｉＮｘパターン 
１５、５７・・・可動櫛歯電極上部
１６、５８・・・固定櫛歯電極上部（デバイスＳｉ層） 
１７、５９・・・アルミニウム膜
１８、６１・・・可動櫛歯電極下部（錘）形成用レジストパターン
１９、６２・・・固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）形成用レジストパターン
２０、６３・・・可動櫛歯電極下部（錘）
２１、６４・・・固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）
２２、６５・・・可動櫛歯電極上下接続部 
２３、６６・・・固定櫛歯電極上下接続部 
２４、６７・・・可動櫛歯電極上部
２５、６８・・・固定櫛歯電極上部
２６、６９・・・可動櫛歯電極下部（錘）
２７、７０・・・固定櫛歯電極下部（振動発電素子サポート枠）
２８・・・可動櫛歯電極Ｓｉ露出部
２９、７１・・・可動櫛歯電極接続パッド部（Ｓｉ露出部）
３０、７２・・・固定櫛歯電極接続パッド部（Ｓｉ露出部）
３１・・・可動櫛歯電極接続パッド形成用アルミニウム保護膜
３２・・・固定櫛歯電極接続パッド形成用アルミニウム保護膜
３３・・・可動櫛歯電極櫛歯部
３４、７３・・・開口部（可動櫛歯電極櫛歯部）
３５、７４・・・可動櫛歯電極接続パッド
３６、７５・・・固定櫛歯電極接続パッド
４０・・・Ｎ２ガス
４１・・・水酸化カリウム溶液
４２・・・加熱炉
４３・・・ヒーター
４４・・・振動発電素子ウェハ基板
８０・・・ステンシルマスク
８１・・・ステンシルマスク開口部
８２・・・レジスト
８３・・・硬化レジスト
８４・・・可動櫛歯電極櫛歯部
８５・・・熱可塑性樹脂（粉末）
８７・・・熱可塑性樹脂（加熱後）
８８・・・可動櫛歯電極櫛歯部
９１・・・可動櫛歯電極形成用レジストパターン
９２・・・固定櫛歯電極形成用レジストパターン
【図１Ａ】
0005504298.tif 000002
【図１Ｂ】
0005504298.tif 000003
【図１Ｃ】
0005504298.tif 000004
【図１Ｄ】
0005504298.tif 000005
【図１Ｅ】
0005504298.tif 000006
【図１Ｆ】
0005504298.tif 000007
【図１Ｇ】
0005504298.tif 000008
【図１Ｈ】
0005504298.tif 000009
【図１Ｉ】
0005504298.tif 000010
【図１Ｊ】
0005504298.tif 000011
【図１Ｋ】
0005504298.tif 000012
【図１Ｌ】
0005504298.tif 000013
【図１Ｍ】
0005504298.tif 000014
【図１Ｎ】
0005504298.tif 000015
【図１Ｏ】
0005504298.tif 000016
【図１Ｐ】
0005504298.tif 000017
【図２】
0005504298.tif 000018
【図３Ａ】
0005504298.tif 000019
【図３Ｂ】
0005504298.tif 000020
【図３Ｃ】
0005504298.tif 000021
【図３Ｄ】
0005504298.tif 000022
【図３Ｅ】
0005504298.tif 000023
【図３Ｆ】
0005504298.tif 000024
【図３Ｇ】
0005504298.tif 000025
【図３Ｈ】
0005504298.tif 000026
【図３Ｉ】
0005504298.tif 000027
【図３Ｊ】
0005504298.tif 000028
【図３Ｋ】
0005504298.tif 000029
【図３Ｌ】
0005504298.tif 000030
【図４Ａ】
0005504298.tif 000031
【図４Ｂ】
0005504298.tif 000032
【図５Ａ】
0005504298.tif 000033
【図５Ｂ】
0005504298.tif 000034
【図６Ａ】
0005504298.tif 000035
【図６Ｂ】
0005504298.tif 000036
【図７】
0005504298.tif 000037