(57)【要約】【課題】信頼性の向上を図ることが可能な発電デバイスを提供する。【解決手段】発電デバイス１は、支持部１１と、支持部１１に支持された梁部１２と、梁部１２に設けられた圧電変換部１４とを備えている。ここで、圧電変換部１４は、梁部１２の振動により生じる応力を交流電圧に変換する。発電デバイス１は、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａの各々を、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１における梁部１２の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐよりも、固定端面１１ａの奥側へ延長してある。【選択図】図１
2014030322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、前記支持部に支持された梁部と、前記梁部に設けられ前記梁部の振動により生じる応力を交流電圧に変換する圧電変換部とを備え、前記梁部の各側面の各々を、前記梁部の前記各側面と前記支持部における前記梁部の固定端面との各交点よりも、前記固定端面の奥側へ延長してあることを特徴とする発電デバイス。
【請求項２】
前記梁部の先端に錘部が設けられ、前記梁部の前記各側面の各々を、前記梁部の前記各側面と前記錘部において前記支持部に対向する端面との各交点よりも、前記端面の奥側へ延長してあることを特徴とする請求項１記載の発電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電デバイスは、環境発電（エナジーハーベスティング）などの分野で注目されている。
【０００３】
この種の発電デバイスとしては、例えば、図６に示す構成の発電デバイスが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図６の発電デバイスは、フレーム部（支持部）１２１及びフレーム部１２１に揺動自在に支持されたカンチレバー部１２２を有するカンチレバー形成基板１２０と、カンチレバー部１２２の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部１２４とを備えている。圧電変換部１２４は、カンチレバー形成基板１２０の一表面側においてカンチレバー部１２２に形成されている。また、カンチレバー形成基板１２０は、カンチレバー部１２２の先端部に、錘部１２３が一体に設けられている。
【０００５】
フレーム部１２１とカンチレバー部１２２と錘部１２３とは、素子形成基板１１０を用いて形成されている。この素子形成基板１１０としては、単結晶シリコン基板からなる支持基板１１０ａ上のシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜１１０ｂ上に単結晶のシリコン層１１０ｃを有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられている。
【０００６】
圧電変換部１２４は、下部電極１２４ａと、下部電極１２４ａにおけるカンチレバー部１２２側とは反対側に形成された圧電層１２４ｂと、圧電層１２４ｂにおける下部電極１２４ａ側とは反対側に形成された上部電極１２４ｃとで構成されている。
【０００７】
また、カンチレバー形成基板１２０の上記一表面側には、下部電極１２４ａ及び上部電極１２４ｃそれぞれに接続配線１２６ａ，１２６ｃを介して電気的に接続された下部電極用パッド１２７ａ及び上部電極用パッド１２７ｃが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−９１３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図６に示した構成の発電デバイスでは、カンチレバー部１２２が振動したときに、カンチレバー部１２２の各側面とフレーム部１２１におけるカンチレバー部１２２の固定端面との交点の近傍に応力が集中する。このため、図６に示した構成の発電デバイスでは、カンチレバー部１２２に過度の振動が加わった場合に、カンチレバー部１２２が破損してしまう懸念がある。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信頼性の向上を図ることが可能な発電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発電デバイスは、支持部と、前記支持部に支持された梁部と、前記梁部に設けられ前記梁部の振動により生じる応力を交流電圧に変換する圧電変換部とを備え、前記梁部の各側面の各々を、前記梁部の前記各側面と前記支持部における前記梁部の固定端面との各交点よりも、前記固定端面の奥側へ延長してあることを特徴とする。
【００１２】
この発電デバイスにおいて、前記梁部の先端に錘部が設けられ、前記梁部の前記各側面の各々を、前記梁部の前記各側面と前記錘部において前記支持部に対向する端面との各交点よりも、前記端面の奥側へ延長してあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発電デバイスにおいては、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施形態１の発電デバイスの概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図２】実施形態１の発電デバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】実施形態１の発電デバイスの他の構成例における要部概略斜視図である。
【図４】（ａ）は実施形態２の発電デバイスの概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図５】実施形態２の発電デバイスの他の構成例における要部概略斜視図である。
【図６】（ａ）は従来例の発電デバイスの概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下では、本実施形態の発電デバイス１について図１に基づいて説明する。
【００１６】
発電デバイス１は、支持部１１と、支持部１１に支持された梁部１２と、梁部１２に設けられた圧電変換部１４とを備えている。ここで、圧電変換部１４は、梁部１２の振動により生じる応力を交流電圧に変換する。要するに、圧電変換部１４は、梁部１２の振動に応じて交流電圧を発生する。
【００１７】
発電デバイス１は、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａの各々を、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１における梁部１２の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐ（図１（ｃ），（ｄ）参照）よりも、固定端面１１ａの奥側（図１（ｃ）における左側、図１（ｄ）における右側）へ延長してある。
【００１８】
また、発電デバイス１は、梁部１２の先端に錘部１３が設けられている。発電デバイス１は、梁部１２の変位量を大きくするために錘部１３を設けてあるが、必ずしも錘部１３を備えている必要はない。
【００１９】
次に、発電デバイス１の各構成要素について詳細に説明する。
【００２０】
発電デバイス１は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanicalsystems）の製造技術を利用して製造されている。
【００２１】
発電デバイス１は、支持部１１と梁部１２と錘部１３とが、基板１０から形成されている。発電デバイス１は、基板１０の一表面側において梁部１２が形成されている。また、発電デバイス１は、圧電変換部１４が、基板１０にモノリシックに形成されている。なお、発電デバイス１は、支持部１１と梁部１２と錘部１３とで、梁部形成基板２０を構成している。
【００２２】
基板１０としては、シリコン基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜１０ｂ上にシリコン層１０ｃが形成されたＳＯＩ基板を用いている。基板１０の上記一表面は、（１００）面としてあるが、これに限らず、例えば、（１１０）面でもよい。
【００２３】
支持部１１は、ＳＯＩ基板のうちシリコン基板１０ａと埋込酸化膜１０ｂとシリコン層１０ｃとから形成されている。これに対して、梁部１２は、ＳＯＩ基板のうちシリコン層１０ｃで形成されており、支持部１１に比べて薄肉であり、可撓性を有している。この梁部１２は、弾性を有しており、振動可能となっている。要するに、梁部１２は、支持部１１に揺動自在に支持されている。なお、梁部１２は、ＳＯＩ基板のうち埋込酸化膜１０ｂとシリコン層１０ｃとから形成されていてもよい。
【００２４】
発電デバイス１は、基板１０と圧電変換部１４とが、基板１０の上記一表面側に形成された第１の絶縁膜１９ａによって、電気的に絶縁されている。第１の絶縁膜１９ａは、シリコン酸化膜により構成されているが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成してもよい。なお、発電デバイス１は、基板１０の他表面側に、第２の絶縁膜が形成されていてもよい。第２の絶縁膜は、シリコン酸化膜により構成すればよいが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成してもよい。
【００２５】
上述の基板１０は、ＳＯＩ基板に限らず、単結晶のシリコン基板や多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板などを用いることも可能である。基板１０として、ＭｇＯ基板やガラス基板やポリマー基板などの絶縁性基板を用いる場合、第１の絶縁膜１９ａ及び第２の絶縁膜は必ずしも設ける必要はない。
【００２６】
支持部１１は、枠状の形状として、矩形枠状の形状を採用することが好ましい。これにより、発電デバイス１は、その製造にあたり、支持部１１、梁部１２及び錘部１３の基礎となるウェハ（ここでは、ＳＯＩウェハ）を準備し、このウェハから多数の発電デバイス１を形成する前工程を行い、後工程において個々の発電デバイス１に分離するような製造方法を採用する場合に、ダイシング工程の作業性を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、支持部１１は、ダイシング工程の作業性を向上させる観点から、外周形状が矩形状であることが好ましい。ただし、ダイシング工程は、ダイシングソーを利用する場合に限らず、例えば、レーザを利用するようにしてもよい。支持部１１の外周形状は、矩形状以外の形状でもよい。支持部１１は、内周形状が矩形状となっている。支持部１１の内周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状や円形状、楕円形状などの形状でもよい。
【００２８】
発電デバイス１は、梁部１２が、平面視において支持部１１の内側に配置されている。発電デバイス１は、基板１０に、梁部１２及び錘部１３を囲む平面視Ｕ字状のスリット１０ｄを形成することによって、梁部１２と錘部１３とからなる可動部における支持部１１との連結部位以外の部分が、支持部１１と空間的に分離されている。なお、上記可動部は、平面視形状が長方形状に形成されている。
【００２９】
圧電変換部１４は、梁部１２の厚み方向の一面側（基板１０の上記一表面側）に形成されている。圧電変換部１４は、梁部１２側から順に、第１電極（下部電極）１４ａ、圧電体層１４ｂ及び第２電極（上部電極）１４ｃを有している。要するに、圧電変換部１４は、圧電体層１４ｂと、この圧電体層１４ｂを厚み方向の両側から挟んで互いに対向する第１電極１４ａ及び第２電極１４ｃを備えている。
【００３０】
したがって、発電デバイス１は、梁部１２の振動によって圧電変換部１４の圧電体層１４ｂが応力を受け第２電極１４ｃと第１電極１４ａとに電荷の偏りが発生し、圧電変換部１４において交流電圧が発生する。要するに、発電デバイス１は、圧電変換部１４が圧電材料の圧電効果を利用して発電する振動型の発電素子である。
【００３１】
第１電極１４ａの平面形状は、矩形状としてある。ここで、第１電極１４ａは、長手方向の寸法が、梁部１２の幅寸法（図１（ａ）における上下方向の寸法）よりもやや小さく、短手方向の寸法が、梁部１２の長さ寸法よりも大きく設定されている。このため、第１電極１４ａは、梁部形成基板２０の一表面側において支持部１１と梁部１２と錘部１３とに跨って形成されている。
【００３２】
圧電体層１４ｂの平面形状は、第１電極１４ａよりもやや小さな矩形状としてある。ここで、圧電体層１４ｂは、長手方向の寸法及び短手方向の寸法が、第１電極１４ａの長手方向の寸法及び短手方向の寸法よりもそれぞれ小さく設定されている。
【００３３】
第２電極１４ｃの平面形状は、圧電体層１４ｂよりも小さな矩形状としてある。ここで、第２電極１４ｃは、長手方向の寸法及び短手方向の寸法が、圧電体層１４ｂの長手方向の寸法及び短手方向の寸法よりもそれぞれ小さく設定されている。
【００３４】
上述の説明から分かるように、圧電体層１４ｂの平面サイズは、第１電極１４ａの平面サイズよりも小さく且つ第２電極１４ｃの平面サイズよりも大きくなっている。
【００３５】
発電デバイス１は、支持部１１と梁部１２とを結ぶ方向において、第１電極１４ａと圧電体層１４ｂと第２電極１４ｃとが直接重なっている圧電変換領域の支持部１１側の端を、支持部１１と梁部１２との境界に揃えてある。これにより、発電デバイス１は、上記圧電変換領域の支持部１１側の端が上記境界よりも梁部１２側にある場合に比べて、梁部１２が振動しているときに応力が高くなる部分に存在する上記圧電変換領域の面積を大きくでき、発電効率を向上させることが可能となる。
【００３６】
圧電変換部１４で発生する交流電圧は、圧電体層１４ｂの振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。発電デバイス１の共振周波数は、可動部と圧電変換部１４とからなる可動ブロックの構造パラメータ及び材料により決まる。
【００３７】
発電デバイス１は、第１電極１４ａに第１配線部１６ａを介して電気的に接続された第１パッド１７ａと、第２電極１４ｃに第２配線部１６ｃを介して電気的に接続された第２パッド１７ｃとが、支持部１１に設けられている。第１配線部１６ａ、第２配線部１６ｃ、第１パッド１７ａ及び第２パッド１７ｃの材料としては、Ａｕを採用しているが、これに限らず、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒなどでもよい。また、第１配線部１６ａ、第２配線部１６ｃ、第１パッド１７ａ及び第２パッド１７ｃの材料は、同じ材料に限らず、別々の材料を採用してもよい。また、第１配線部１６ａ、第２配線部１６ｃ、第１パッド１７ａ及び第２パッド１７ｃは、単層構造に限らず、２層以上の多層構造でもよい。
【００３８】
また、発電デバイス１は、第２配線部１６ｃと第１電極１４ａとの短絡を防止する絶縁層１５を設けてある。この絶縁層１５は、第１電極１４ａ及び圧電体層１４ｂそれぞれの周部を覆う形で形成されている。要するに、絶縁層１５の平面視形状は、第２電極１４ｃの周部に沿った枠状（矩形枠状）となっている。ここで、絶縁層１５は、第２電極１４ｃと圧電体層１４ｂとの接するエリアを規定するようにパターン設計してある。これにより、発電デバイス１は、絶縁層１５が、上記圧電変換領域を規定する機能を有している。絶縁層１５は、シリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン酸化膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３９】
圧電体層１４ｂの圧電材料としては、鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を採用しているが、これに限らず、例えば、ＰＺＴ−ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）やその他の不純物を添加したＰＺＴでもよい。発電デバイス１は、圧電体層１４ｂの比誘電率をε、発電指数をＰとすると、Ｐ∝ｅ３１2／εの関係が成り立つ。発電デバイス１は、発電指数Ｐが大きいほど発電効率が大きくなる。このため、発電デバイス１は、代表的な圧電材料であるＰＺＴ及びＡｌＮそれぞれの圧電定数ｅ３１、比誘電率の一般的な値からみて、発電指数Ｐに２乗できく圧電定数ｅ３１が大きなＰＺＴを採用した方が発電指数Ｐを大きくできる。ただし、圧電体層１４ｂの圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＫＮＮ（Ｋ0.5Ｎａ0.5ＮｂＯ3）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ3）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃｕなど）を添加したものなどでもよい。なお、本実施形態の発電デバイス１では、圧電体層１４ｂが、圧電薄膜により構成されている。
【００４０】
第１電極１４ａの材料としては、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｉｒなどを採用することができる。また、第１電極１４ａは、単層構造に限らず、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｉｒなどからなる第１金属層と、この第１金属層と第１の絶縁膜１９ａの間に介在する第１密着層とを備えた多層構造でもよい。第１密着層の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどを採用することができる。
【００４１】
第２電極１４ｃの材料としては、例えば、Ａｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒなどを採用することができる。また、第２電極１４ｃは、単層構造に限らず、例えば、Ａｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒなどからなる第２金属層と、この第２金属層と圧電体層１４ｂの間に介在する第２密着層とを備えた多層構造でもよい。第２密着層の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどを採用することができる。
【００４２】
発電デバイス１は、第１電極１４ａの厚みを１００ｎｍ、圧電体層１４ｂの厚みを３０００ｎｍ、第２電極１４ｃの厚みを４００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。
【００４３】
発電デバイス１は、基板１０と第１電極１４ａとの間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層の材料は、圧電体層１４ｂの圧電材料に応じて適宜選択すればよく、圧電体層１４ｂの圧電材料がＰＺＴの場合には、例えば、ＳｒＲｕＯ3、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＭｇＯ、ＬａＮｉＯ3などを採用することが好ましい。また、緩衝層は、例えば、Ｐｔ膜とＳｒＲｕＯ3膜との積層膜により構成してもよい。なお、緩衝層を設けることにより、圧電体層１４ｂの結晶性を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、発電デバイス１は、例えば、圧電変換部１４における梁部１２の幅方向（図１（ａ）の上下方向）に沿った方向の幅寸法を小さくして、１つの梁部１２の上記一面側において複数の圧電変換部１４を上記幅方向に並設してもよい。この場合、発電デバイス１は、これら複数の圧電変換部１４の直列回路の一端、他端を第１パッド１６ａ、第２パッド１６ｃそれぞれに電気的に接続することが好ましい。
【００４５】
ところで、発電デバイス１は、上述のように、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａの各々を、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１における梁部１２の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐよりも、固定端面１１ａの奥側へ延長してある。ここで、発電デバイス１は、梁部形成基板２０の上記一表面に、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａにおいて固定端面１１ａの奥側へ延長された部位を露出させる凹部２０ａ，２０ａが形成されている。各凹部２０ａ，２０ａは、スリット１０ｄに連通するように、スリット１０ｄ側が開放されている。また、各凹部２０ａ，２０ａは、埋込酸化膜１０ｂに達する深さに形成されている。
【００４６】
以下、発電デバイス１に製造方法について図２を参照しながら説明するが、同図（ａ）〜（ｇ）は図１（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する部位を示している。
【００４７】
発電デバイス１の製造にあたっては、まず、ＳＯＩ基板からなる基板１０を準備し、その後、絶縁膜形成工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。絶縁膜形成工程では、熱酸化法などを利用して、基板１０の上記一表面側、上記他表面側それぞれに、シリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜１９ａ、第２の絶縁膜を形成する。絶縁膜形成工程では、第１の絶縁膜１９ａ、第２の絶縁膜を形成する方法として熱酸化法を採用しているが、これに限らず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを採用してもよい。
【００４８】
上述の絶縁膜形成工程の後には、基板１０の上記一表面側の全面に、第１電極１４ａ、第１配線部１６ａ及び第１パッド１７ａの基礎となる第１導電層１４０ａを形成する第１導電層形成工程を行う。この第１導電層形成工程の後には、圧電体層１４ｂの基礎となる圧電材料層（例えば、ＰＺＴ層など）１４０ｂを形成する圧電材料層形成工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。第１導電層１４０ａとしては、Ａｕ層を形成しているが、これに限らず、例えば、Ａｌ層やＡｌ−Ｓｉ層でもよいし、Ａｕ層と、このＡｕ層と第１の絶縁膜１９ａの間に介在する第１密着層（例えば、Ｔｉ層など）とで構成してもよい。第１密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。第１導電層形成工程において第１導電層１４０ａを形成する方法としては、スパッタ法を採用しているが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ法や蒸着法などを採用してもよい。また、圧電材料層形成工程において圧電材料層１４０ｂを形成する方法としては、スパッタ法を採用しているが、これに限らず、例えば、ＣＶＤ法やゾルゲル法などを採用してもよい。
【００４９】
圧電材料層形成工程の後には、圧電材料層１４０ｂを圧電体層１４ｂの所定の形状にパターニングする圧電材料層パターニング工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。圧電材料層パターニング工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して圧電材料層１４０ｂをパターニングする。
【００５０】
圧電材料層パターニング工程の後には、第１導電層１４０ａを第１電極１４ａ、第１配線部１６ａ及び第１パッド１７ａそれぞれの所定の形状にパターニングする第１導電層パターニング工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。第１導電層パターニング工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して第１導電層１４０ａをパターニングする。
【００５１】
なお、第１導電層パターニング工程では、第１導電層１４０ａをパターニングすることによって、第１電極１４ａと併せて第１配線部１６ａ及び第１パッド１７ａを形成しているが、これに限らない。例えば、第１導電層パターニング工程では、第１導電層１４０ａをパターニングすることで第１電極１４ａのみを形成するようにし、その後、第１配線部１６ａ及び第１パッド１７ａを形成する工程を別途に設けてもよいし、第１配線部１６ａを形成する第１配線部形成工程と第１パッド１７ａを形成する第１パッド形成工程とを別々に設けてもよい。また、第１導電層１４０ａのエッチングにあたっては、例えば、ＲＩＥ（Reactive ion etching）法やイオンミリング法などを採用することができる。
【００５２】
上述の第１導電層パターニング工程などにより第１電極１４ａ、第１配線部１６ａ及び第１パッド１７ａを形成した後には、基板１０の上記一表面側に絶縁層１５を形成する絶縁層形成工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。絶縁層形成工程では、基板１０の上記一表面側の全面に絶縁層１５をＣＶＤ法などにより成膜してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングしているが、リフトオフ法を利用して絶縁層１５を形成するようにしてもよい。
【００５３】
絶縁層形成工程の後には、第２電極１４ｃ、第２配線部１６ｃ及び第２パッド１７ｃの基礎となる第２導電層を基板１０の上記一表面側の全面に形成する第２導電層形成工程を行う。その後には、第２導電層を第２電極１４ｃ、第２配線部１６ｃ及び第２パッド１７ｃそれぞれの所定の形状にパターニングする第２導電層パターニング工程を行うことによって、図２（ｆ）に示す構造を得る。上述の第２導電層形成工程において第２導電層を形成する方法としては、ＥＢ（electron beam）蒸着法を採用しているが、これに限らず、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などを採用してもよい。また、第２導電層パターニング工程では、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して第２導電層をパターニングする。なお、第２導電層のエッチングは、ＲＩＥ法などのドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。例えば、第２導電層がＴｉ層とＡｕ層との積層構造を有している場合、ウェットエッチングを行う際には、例えば、Ａｕ層をヨウ化カリウム水溶液、Ｔｉ層を過酸化水素水によりウェットエッチングすればよい。
【００５４】
本実施形態では、第２導電層形成工程と第２導電層パターニング工程とで、第２電極１４ｃと併せて第２配線部１６ｃ及び第２パッド１７ｃを形成しているが、これに限らない。例えば、第２導電層パターニング工程では、第２導電層をパターニングすることで第２電極１４ｃのみを形成するようにし、その後、第２配線部１６ｃ及び第２パッド１７ｃを形成する工程を別途に設けてもよいし、第２配線部１６ｃを形成する第２配線部形成工程と第２パッド１７ｃを形成する第２パッド形成工程とを別々に設けてもよい。
【００５５】
上述の第２導電層パターニング工程などにより第２電極１４ｃ、第２配線部１６ｃ及び第２パッド１７ｃを形成した後には、基板１０から支持部１１、梁部１２及び錘部１３を形成する基板加工工程を行うことによって、図２（ｇ）に示す構造の発電デバイス１を得る。基板加工工程では、基板１０の上記一表面側から、支持部１１、梁部１２以外の部位（スリット１０ｄの形成予定領域）を第１所定深さ（埋込酸化膜１０ｂに達する深さ）までエッチングすることで第１溝を形成する第１溝形成工程を行う。基板加工工程では、第１溝形成工程の後、基板１０の上記他表面側から、支持部１１及び錘部１３以外の部位を第２所定深さ（埋込酸化膜１０ｂに達する深さ）までエッチングすることで第２溝を形成する第２溝形成工程を行う。基板加工工程では、第２溝形成工程の後、基板１０の上記他表面側から、埋込酸化膜１０ｂの不要部分をエッチング除去する酸化膜エッチング工程を行う。
【００５６】
本実施形態の発電デバイス１の製造方法では、第１溝形成工程において、上述の各凹部２０ａ，２０ａを形成する。第１溝形成工程では、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用する。第１溝形成工程でのエッチングの際には、埋込酸化膜１０ｂがエッチングストッパ層となるエッチング条件でエッチングを行う。第２溝形成工程では、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用する。第２溝形成工程でのエッチングの際には、埋込酸化膜１０ｂがエッチングストッパ層となるエッチング条件でエッチングを行う。酸化膜エッチング工程では、埋込酸化膜１０ｂの露出した部分を不要部分として、エッチング除去する。これにより、基板加工工程では、第１溝と第２溝とが連通してスリット１０ｄが形成され、支持部１１、梁部１２及び錘部１３が形成される。第１溝形成工程及び第２溝形成工程での各エッチングは、異方性の高いドライエッチングが好ましい。このようなドライエッチングを行うには、垂直深堀が可能な誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いることが好ましい。また、酸化膜エッチング工程のエッチングは、ドライエッチングが好ましく、第１溝形成工程及び第２溝形成工程と同じドライエッチング装置を用いることが好ましい。これにより、発電デバイス１の製造方法では、製造コストの低コスト化を図ることが可能となる。また、発電デバイス１の製造方法では、第２溝形成工程と酸化膜エッチング工程とを、エッチング条件を変更するだけで同一のエッチングチャンバ内で連続して行うことが可能となる。基板加工工程における第１溝形成工程及び第２溝形成工程での各エッチングは、ドライエッチングに限らず、ＴＭＡＨ水溶液やＫＯＨ水溶液などのアルカリ系溶液を用いたウェットエッチング（結晶異方性エッチング）でもよい。いずれにしても、発電デバイス１の製造方法では、基板加工工程において、ＳＯＩ基板の埋込酸化膜１０ｂをエッチングストッパ層として利用する。これにより、発電デバイス１の製造方法は、基板１０がシリコン基板である場合に比べて、梁部１２の厚さの高精度化を図ることが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００５７】
本実施形態の発電デバイス１の製造方法では、基板加工工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の発電デバイス１に分割するようにしている。
【００５８】
以上説明した本実施形態の発電デバイス１では、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐよりも、支持部１１の固定端面１１ａの奥側へ延長してある。これにより、発電デバイス１は、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａの各交点Ｐ，Ｐよりも、支持部１１の固定端面１１ａの奥側に延長していない場合に比べて、梁部１２が振動したときに梁部１２に過度の応力が発生するのを抑制することが可能となる。
【００５９】
ここで、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａの各交点Ｐ，Ｐよりも、支持部１１の固定端面１１ａの奥側に延長していない場合には、梁部１２が振動したときに梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐの近傍において応力が集中する。このため、例えば、過度の振動が加わった場合には、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐでの応力集中に起因して、梁部１２が破損してしまう懸念がある。これに対し、本実施形態の発電デバイス１では、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐよりも、支持部１１の固定端面１１ａの奥側へ延長してある。これにより、発電デバイス１は、各交点Ｐ，Ｐの近傍に発生する応力を、梁部２２において圧電変換部１４が形成されている上記一面とは反対側の他面と、支持部１１の固定端面１１ａとの接する線上に分散させることが可能となり、梁部１２の破損に対する耐性を向上させることが可能となる。よって、本実施形態の発電デバイス１では、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００６０】
発電デバイス１における梁部形成基板２０は、図１の例に限らず、例えば、図３に示すように、梁部１２の幅方向における各凹部２０ａ，２０ａの幅寸法を大きくし、各凹部２０ａ，２０ａにおける梁部１２側とは反対側の内側面が支持部１１の内周面と面一となるようにしてもよい。
【００６１】
（実施形態２）
以下では、本実施形態の発電デバイス１について図４に基づいて説明する。
【００６２】
本実施形態の発電デバイス１は、梁部形成基板２０の形状が実施形態１の発電デバイス１と相違する。錘部１３の端面１３ａは、支持部１１の固定端面１１ａに対向する面である。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。
【００６３】
梁部形成基板２０は、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａの各々を、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと錘部１３において支持部１１に対向する端面１３ａとの各交点Ｑ，Ｑ（図４（ｃ），（ｄ）参照）よりも、端面１３ａの奥側（図４（ｃ）における右側、図４（ｄ）における左側）へ延長してある。ここで、発電デバイス１は、梁部形成基板２０の上記一表面に、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａにおいて端面１３ａの奥側へ延長された部位を露出させる凹部２０ｂ，２０ｂが形成されている。各凹部２０ｂ，２０ｂは、支持部１１の固定端面１１ａ側が開放されており、スリット１０ｄに連通している。また、各凹部２０ｂ，２０ｂは、埋込酸化膜１０ｂに達する深さに形成されている。
【００６４】
本実施形態の発電デバイス１の製造方法は、実施形態１で説明した発電デバイス１の製造方法と同様であり、基板加工工程の第１溝形成工程で用いるフォトマスクのパターンが相違するだけである。要するに、本実施形態の発電デバイス１の製造方法では、第１溝形成工程において、上記第１溝及び各凹部２０ａ，２０ａとともに、各凹部２０ｂ，２０ｂを形成できるように、第１溝形成工程で用いるフォトマスクのパターンを設計してある。
【００６５】
本実施形態の発電デバイス１は、実施形態１と同様、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと支持部１１の固定端面１１ａとの各交点Ｐ，Ｐよりも、支持部１１の固定端面１１ａの奥側へ延長してある。これにより、発電デバイス１は、各交点Ｐ，Ｐの近傍に発生する応力を、梁部２２において圧電変換部１４が形成されている上記一面とは反対側の他面と、支持部１１の固定端面１１ａとの接する線上に分散させることが可能となり、梁部１２の破損に対する耐性を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態の発電デバイス１は、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａの各々を、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと錘部１３において支持部１１に対向する端面１３ａとの各交点Ｑ，Ｑよりも、端面１３ａの奥側へ延長してある。これにより、発電デバイス１は、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと錘部１３の端面１３ａの各交点Ｑ，Ｑよりも、端面１３ａの奥側に延長していない場合に比べて、梁部１２が振動したときに梁部１２に過度の応力が発生するのを抑制することが可能となる。
【００６７】
ここで、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａを、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと錘部１３の端面１３ａの各交点Ｑ，Ｑよりも、端面１３ａの奥側に延長していない場合には、梁部１２が振動したときに梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと錘部１３の端面１３ａとの各交点Ｑ，Ｑの近傍において応力が集中する。このため、例えば、過度の振動が加わった場合には、梁部１２の各側面１２ａ，１２ａと錘部１３の端面１３ａとの各交点Ｑ，Ｑでの応力集中に起因して、梁部１２が破損してしまう懸念がある。これに対し、本実施形態の発電デバイス１では、各交点Ｑ，Ｑの近傍に発生する応力を、梁部２２において圧電変換部１４が形成されている上記一面とは反対側の他面と、錘部１３の端面１３ａとの接する線上に分散させることが可能となり、梁部１２の破損に対する耐性を向上させることが可能となる。よって、本実施形態の発電デバイス１では、実施形態１の発電デバイス１に比べて、信頼性を更に向上させることが可能となる。
【００６８】
発電デバイス１における梁部形成基板２０は、図４の例に限らず、例えば、図５に示すように、梁部１２の幅方向における各凹部２０ａ，２０ａの幅寸法を大きくし、各凹部２０ａ，２０ａにおける梁部１２側とは反対側の内側面が支持部１１の内周面と面一となるようにしてもよい。また、梁部形成基板２０は、図５に示すように、梁部１２の幅方向に沿った方向において、各凹部２０ｂ，２０ｂを、梁部１２側とは反対側も開放された形状としてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  発電デバイス
１１  支持部
１１ａ  固定端面
１２  梁部
１２ａ  側面
１３  錘部
１３ａ  端面
１４  圧電変換部
Ｐ  交点
Ｑ  交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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