(57)【要約】【課題】静電駆動型の機能デバイス部（ＭＥＭＳ）を、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を用いることなく動作可能な微小デバイスを実現する。【解決手段】微小デバイスの構成として、半導体基板１上に形成された絶縁層２と、絶縁層２上に形成された静電駆動型の機能デバイス部３と、絶縁層２の内部に形成され、機能デバイス部３に電圧を供給するキャパシタ部４と、キャパシタ部４に静電電荷を蓄積するための充電用端子部１１とを備える。【選択図】図１
2005335022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された静電駆動型の機能デバイス部と、
前記絶縁層の内部に形成され、前記機能デバイス部に電圧を供給するキャパシタ部と、
前記キャパシタ部に静電電荷を蓄積するための充電用端子部と
を備える微小デバイス。
【請求項２】
前記機能デバイス部は、前記絶縁層上に形成された固定電極部と、前記絶縁層上に前記固定電極部と対向する状態で設けられたビーム電極部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の微小デバイス。
【請求項３】
前記キャパシタ部は、前記絶縁層内で互いに平行かつ対向状態に配置された一対の導体層を有する
ことを特徴とする請求項１記載の微小デバイス。
【請求項４】
基板上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された静電駆動型の機能デバイス部と、
前記絶縁層の内部に形成され、前記機能デバイス部に電圧を供給するキャパシタ部と、
前記キャパシタ部に静電電荷を蓄積するための充電用端子部と
を備える微小デバイスを用いた
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動型の機能デバイス部を有する微小デバイスとこれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のナノテクノロジーの進展に伴って注目される技術としてＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical system)技術がある。ＭＥＭＳ技術の利点としてはデバイスの小型化が挙げられる。ＭＥＭＳの駆動方式には静電をはじめとしてピエゾ、熱などがあるが、静電駆動が最も一般的である。静電駆動型のＭＥＭＳに関しては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５０４８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、静電駆動型のＭＥＭＳには動作電圧が高いという欠点がある。ＭＥＭＳの利点であるデバイスの小型化が生かせるようなモバイル機器では、現在のところ電源電圧が３Ｖ前後である。これに対して、静電駆動型のＭＥＭＳの動作電圧は一般に１０Ｖ以上である。そのため、モバイル機器の電源をそのままＭＥＭＳの駆動に使用することは不可能である。
【０００５】
したがって、モバイル機器にＭＥＭＳを搭載する場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータによる昇圧が必要となる。ただし、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路をモバイル機器に搭載する場合は、フットプリント（実装面積）、消費電力、ノイズ、コストなどの面で不利となり、このことが静電駆動型のＭＥＭＳをモバイル機器に搭載する際の大きな問題点となっている。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、静電駆動型の機能デバイス部を、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を用いることなく動作可能な微小デバイスを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る微小デバイスは、基板上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された静電駆動型の機能デバイス部と、絶縁層の内部に形成され、機能デバイス部に電圧を供給するキャパシタ部と、このキャパシタ部に静電電荷を蓄積するための充電用端子部とを備えるものである。また、本発明に係る電子機器は、上記構成の微小デバイスを用いたものである。
【０００８】
本発明に係る微小デバイスとこれを用いた電子機器においては、充電用端子部を通してキャパシタ部に静電電荷を蓄積することにより、キャパシタ部から機能デバイス部に動作電圧が供給され、この動作電圧の供給によって機能デバイスが静電駆動される。また、機能デバイス部を静電駆動する際の消費電力は非常に小さなものとなるため、漏れ電流を抑えることで機能デバイス部の動作時間を長く確保することが可能となる。また、基板上に形成された絶縁層の内部にキャパシタ部を形成しているため、機能デバイス部とキャパシタ部を同一チップ内に作り込むことが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の微小デバイスとこれを用いた電子機器によれば、充電用端子部を通してキャパシタ部に静電電荷を蓄積することにより、キャパシタ部から供給される動作電圧によって機能デバイス部を静電駆動させることができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を使用しなくても、静電駆動型の機能デバイスを動作させることが可能となる。また、基板上に形成された絶縁層の内部にキャパシタ部を形成しているため、機能デバイス部とキャパシタ部を同一チップ内に作り込むことができる。したがって、基板の絶縁層上に機能デバイス部を形成する一連の製造過程で、キャパシタ部と充電用端子部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態に係る微小デバイスの構成例を示す側断面図である。図においては、ベースとなる半導体基板１上に絶縁層２が形成されている。半導体基板１は、例えばシリコン基板によって構成されるものである。絶縁層２は、例えば窒化シリコン層によって構成されるものである。絶縁層２上には機能デバイス部３が形成されている。また、絶縁層２の内部には、キャパシタ部４が形成されている。
【００１２】
機能デバイス部３は、絶縁層２の上に形成された固定電極部５と、この固定電極部５と微小な空隙を介して対向する状態に配置されたビーム電極部６と、このビーム電極部６の両端を固定状態に支持する一対の支持部７とによって構成されている。これらの固定電極部５、ビーム電極部６及び一対の支持部７は、いずれも導電性を有する材料、例えば多結晶シリコンによって構成されるものである。
【００１３】
キャパシタ部４は、絶縁層２の厚み方向に所定の間隔をあけて対向状態に配置された一対の導体層８Ａ，８Ｂによって構成されている。一対の導体層８Ａ，８Ｂは、例えば金属の薄膜層によって構成されるもので、絶縁層２の内部で互いに平行に配置されている。また、一対の導体層８Ａ，８Ｂのうち、一方の導体層８Ａからは配線パターン９Ａ，１０Ａが延出し、他方の導体層８Ｂからは配線パターン９Ｂ，１０Ｂが延出している。
【００１４】
配線パターン９Ａの延出端は固定電極部５に接続され、配線パターン９Ｂの延出端は一方の支持部７に接続されている。これにより、一方の導体層８Ａは配線パターン９Ａを介して固定電極部５に電気的に接続され、他方の導体層８Ｂは配線パターン９Ｂを介してビーム電極部６に電気的に接続されている。また、配線パターン１０Ａ，１０Ｂの延出端はそれぞれ絶縁層２の表面に露出し、この露出部分で充填用端子部１１が構成されている。
【００１５】
続いて、本発明の実施形態に係る微小デバイスの製造方法について説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、シリコン基板等からなる半導体基板１上に窒化シリコンを蒸着することにより、第１の絶縁層２１を形成する。次に、図２（Ｂ）に示すように、第１の絶縁層２１上にアルミニウムを蒸着することにより、第１の金属層８１を形成する。次いで、図２（Ｃ）に示すように、第１の絶縁層２１上で第１の金属層８１をエッチングする。その際、導体層８Ａに相当する部分は平面視四角形の幅広に形成され、配線パターン９Ａ，１０Ａに相当する部分は平面視ライン状の幅狭に形成される。
【００１６】
続いて、図３（Ａ）に示すように、第１の金属層８１を覆う状態で第１の絶縁層２１上に窒化シリコンを蒸着することにより、第２の絶縁層２２を形成する。次に、図３（Ｂ）に示すように、第２の絶縁層２２上にアルミニウムを蒸着することにより、第２の金属層８２を形成する。次いで、図３（Ｃ）に示すように、第２の絶縁層２２上で第２の金属層８２をエッチングする。その際、導体層８Ｂに相当する部分は平面視四角形の幅広に形成され、配線パターン９Ｂ，１０Ｂに相当する部分は平面視ライン状の幅狭に形成される。
【００１７】
続いて、図３（Ｄ）に示すように、第２の金属層８２を覆う状態で第２の絶縁層２２上に窒化シリコンを蒸着することにより、第３の絶縁層２３を形成する。ちなみに、第１の絶縁層２１、第２の絶縁層２２及び第３の絶縁層２３は、上記絶縁層２を構成するものである。次に、図３（Ｅ）に示すように、第１の金属層８１上で第２の絶縁層２２及び第３の絶縁層２３を貫通するように窒化シリコンをエッチングすることにより、第１の金属層８１に通じるコンタクトホールＨ１を形成する。また、第２の金属層８２上で第３の絶縁層２３を貫通するように窒化シリコンをエッチングすることにより、第２の金属層８２に通じるコンタクトホールＨ２を形成する。次いで、図３（Ｆ）に示すように、先に形成したコンタクトホールＨ１，Ｈ２を埋め込む状態で第３の絶縁層２３上にアルミニウムを蒸着することにより、第３の金属層８３を形成する。
【００１８】
次に、上記第３の金属層８３をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing；化学的機械研磨)法によって研磨することにより、図４（Ａ）に示すように、第３の絶縁層２３上から第３の金属層８３を除去する。次いで、図４（Ｂ）に示すように、第３の絶縁層２３上に多結晶シリコンを蒸着することにより、第１の電極層１０１を形成する。次に、図４（Ｃ）に示すように、第３の絶縁層２３上で第１の電極層１０１をエッチングすることにより、第３の絶縁層２３上に固定電極部５と一対の支持部７を形成する。
【００１９】
続いて、図４（Ｄ）に示すように、第３の絶縁層２３上に固定電極部５と一対の支持部７を覆う状態で二酸化シリコンを蒸着することにより、犠牲層１２を形成する。次に、図４（Ｅ）に示すように、固定電極部５と一対の支持部７の上に二酸化シリコンが薄膜状に残るように犠牲層１２をＣＭＰ法によって研磨することにより、犠牲層１２の表面を平坦化する。
【００２０】
次いで、図５（Ａ）に示すように、犠牲層１２を形成する二酸化シリコンの一部をエッチングすることにより、一対の支持部７に通じるコンタクトホールＨ３を形成する。次に、図５（Ｂ）に示すように、先に形成したコンタクトホールＨ３を埋め込む状態で犠牲層１２の上に多結晶シリコンを蒸着することにより、第２の電極層１０２を形成する。次いで、図５（Ｃ）に示すように、犠牲層１２上で第２の電極層１０２をエッチングすることにより、犠牲層１２の上にビーム電極部６を形成する。続いて、図５（Ｄ）に示すように、フッ酸等の溶剤を用いて犠牲層１２を除去することにより、上記図１に示す微小デバイスが得られる。
【００２１】
以上の製造方法によって得られる微小デバイスを動作させる場合は、まず、絶縁層２の表面に露出する充電用端子部１１に図示しない外部電源の端子部を接続し、この外部電源から充電用端子部１１及び配線パターン１０Ａ，１０Ｂを通してキャパシタ部４に機能デバイス部３の動作電圧（ＤＣ電圧）で充電を行う。これにより、一対の導体層８Ａ，８Ｂからなるキャパシタ部４に、外部電源からの充電によって静電電荷が蓄積される。
【００２２】
このようにキャパシタ部４に機能デバイス部３の動作電圧で充電を行うことにより、キャパシタ部４から機能デバイス部３に動作電圧が供給されるようになる。そのため、固定電極部５とビーム電極部６に高周波信号（ＲＦ信号）を印加した際には、それらの電極間に作用するクーロン力（静電引力，静電反発力）にしたがってビーム電極部６を振動させることができる。このようにビーム電極部６を振動させることにより、例えばビーム電極部６を光反射電極部とすることで機能デバイス部３に光変調機能を持たせることができる。また、ビーム電極部６は自身の固有振動数にしたがって共振（振動）し、これに応じて固定電極部５とビーム電極部６との対向距離（間隙）も変化するため、ビーム電極部６の共振周波数に対応した周波数帯域の信号を取り出すこともできる。
【００２３】
また、上述のように機能デバイス部３を静電駆動する際の消費電力は非常に小さなものとなるため、漏れ電流を抑えることで機能デバイス部３の動作時間を長く確保することができる。特に、漏れ電流を十分に低く抑えた状態では、キャパシタ部４への１回の充電によって、機能デバイス部３の動作時間を数時間から数日間ほど確保することが可能となる。また、漏れ電流が殆ど無い理想的な状態では、機能デバイス部３の動作時間を数ヶ月から数年間ほど確保することが可能となる。
【００２４】
したがって、例えば携帯電話機などのように定期的に機器本体を充電器に接続して充電を行うモバイル機器では、上記充電用端子部１１に接続可能な一対の端子部を充電器に設け、この充電器に機器本体を接続することでキャパシタ部４に上記同様の電圧（機能デバイス部３の動作電圧）で充電される構成とすることにより、機器本体の電源と異なる電圧で動作する機能デバイス部３を搭載したモバイル機器であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの昇圧回路を用いることなく、機能デバイス部３を動作させることが可能となる。そのため、ＭＥＭＳの利点であるデバイスの小型化を十分に生かすことができる。
【００２５】
また、昇圧回路が不要になるため、ＤＣ−ＤＣコンバータをモバイル機器に搭載することでの問題（フットプリント、消費電力、ノイズ、コストなどの面での不利益）を回避することができる。さらに、半導体基板１上の絶縁層２内にキャパシタ部４を形成しているため、機能デバイス部３とキャパシタ部４を同一チップ内に作り込むことができる。したがって、半導体基板１の絶縁層２上に機能デバイス部３を形成する一連の製造過程で、周知の半導体製造技術を用いてキャパシタ部４と充電用端子部１１を形成することができる。
【００２６】
また、本発明は微小デバイスに限らず、この微小デバイスを用いて構成される携帯電話機、携帯端末等のモバイル機器、無線ＬＡＮ機器、テレビチューナー、ラジオチューナーなどの小型の電子機器として提供することも可能である。
【００２７】
図６は本発明が適用される電子機器の一例として折り畳み式の携帯電話機の外観を示すもので、図中（Ａ）は携帯電話機を開いた状態、図中（Ｂ）は携帯電話機を閉じた状態（折り畳んだ状態）を示している。図示した携帯電話機１００は、電話機本体を形成する２つの筐体部分１０１，１０２をヒンジ部１０３で回動自在に連結することにより、当該２つの筐体部分１０１，１０２を開閉自在（折畳み自在）に構成したものである。一方の筐体部分１０１の主面側には、文字等の入力機能を兼ねる発信ダイヤル用の入力キー（テンキー等）や、各種の機能選択等を行う操作ボタン、通話オンボタン、電源兼通話オフボタン、切替ボタン、メモリ呼出ボタン等の各種の機能ボタン、通話用のマイク部（送話部）などが配置された操作面１０４が設けられている。また、筐体部分１０１の背面側には、図示しない電池パックの収容部とともに、伸縮ロッド式のアンテナ部１０５が設けられている。これに対して、他方の筐体部分１０２の主面側には、通話用のスピーカ部（受話部）１０６とともにメインディスプレイ部１０７が設けられ、その反対側（筐体部分１０２の背面側）にサブディスプレイ部１０８が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る微小デバイスの構成例を示す側断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る微小デバイスの製造方法を説明する図（その１）である。
【図３】本発明の実施形態に係る微小デバイスの製造方法を説明する図（その２）である。
【図４】本発明の実施形態に係る微小デバイスの製造方法を説明する図（その３）である。
【図５】本発明の実施形態に係る微小デバイスの製造方法を説明する図（その４）である。
【図６】本発明が適用される電子機器の一例として折り畳み式の携帯電話機の外観を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…半導体基板、２…絶縁層、３…機能デバイス部、４…キャパシタ部、１１…充電用端子部
【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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