JP2016177988A - 磁気リードスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 可動電極部を支持する梁部の剛性を高めることができ、しかも小型に構成できる磁気リードスイッチを提供する。
【解決手段】 基板２上に第１のアンカー層４ａを介して支持部５ａが形成され、支持部５ａから延びる梁部７ａと梁部７ａの先部の可動電極部７ｂが形成されている。また、第２のアンカー部４ｂを介して固定電極部６ｂが形成されている。支持部５ａと梁部７ａおよび可動電極部７ｂは、シリコン層１１とその上に形成されたメッキ下地層１２と、メッキ下地層１２の上にメッキ形成された磁性材料層１３とを有している。磁界が作用すると、可動電極部７ｂが磁化されて、固定電極部６ｂに接触して電極部６ｂ，７ｂ間に電流が流れる。梁部７ａがシリコン層１１を有しているため、可動電極部７ｂがしっかりと支えられるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定電極部と可動電極部とが対向し、外部磁界で磁化された可動電極部が固定電極部に接触する磁気リードスイッチに関する。

特許文献１と２には、磁気リードスイッチとして機能する機構デバイスが記載されている。

特許文献１に記載された機構デバイスは、基板の上に下部電極と上部電極が固定されている。下部電極には下部電極磁性材料が設けられ、上部電極から延び出る梁の先部に梁部磁性材料が設けられて、梁部磁性材料が下部電極磁性材料の上方に隙間を介して対向している。外部磁界が与えられると、梁部磁性材料と下部電極磁性材料とが磁化されて互いに吸引されて接触し、下部電極と上部電極との間に電流が流れる。前記機構デバイスでは、上部電極と梁が金で形成されている。

特許文献２に記載された機構デバイスは、基板の上に第１の銅箔と第２の銅箔が設けられ、第１の銅箔から片持ち梁部が延び出て、片持ち梁部の先部に上部電極が設けられている。前記片持ち梁部は金で形成され、前記上部電極は、磁性体であるニッケル層とその表面の金で構成されている。下部電極は、前記第２の銅箔が金で覆われて形成されており、上部電極と下部電極が上下に対向している。

この機構デバイスは、基板の下方に配置された磁石から磁場が発生すると、この磁場に上部電極が引き付けられ、上部電極が下部電極に接触して、両電極間に電流が流れる。

特開２００４−３３５２１６号公報 特開２００８−２７６９７１号公報

特許文献１と特許文献２に記載された機構デバイスは、いずれも上部電極に磁性材料が設けられているが、この磁性材料を支持する梁部が金で形成されている。しかし、金は軟質な材料であり剛性がきわめて低く、磁性材料を有する比較的質量の大きい上部電極を金で動作自在に支持するのは困難である。特に、特許文献１と特許文献２では、いずれも上部電極が上下に動くものであり、上下に動く上部電極を金の梁部で安定して支えることは難しい。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、可動電極部を支持する梁部の剛性を高めることができ、しかも小型に構成できる磁気リードスイッチを提供することを目的としている。

本発明は、支持部と、前記支持部から延びる梁部と、前記梁部の先部に設けられた可動電極部と、前記可動電極部に対向する固定電極部とを有する磁気リードスイッチにおいて、
前記固定電極部が磁性材料層を有しており、
前記梁部がシリコン層を有し、
前記可動電極部が、前記梁部から連続する前記シリコン層と、少なくとも一部が前記シリコン層に重ねられた磁性材料層とを有することを特徴とするものである。

本発明の磁気リードスイッチは、可動電極部を支える弾性変形可能な梁部がシリコン層を有しているため、質量が比較的大きい可動電極部を、シリコン層で支えることができ、可動電極部を長期間にわたって安定した姿勢で動作させることができる。

本発明は、前記梁部が、前記シリコン層に重ねられた磁性材料層を有しており、前記磁性材料層は、前記梁部から前記可動電極部まで連続しているものが好ましい。

上記構成では、シリコン層と磁性材料層とを積層することで梁部の剛性を高めることができるようになる。

本発明の磁気リードスイッチでは、前記シリコン層は、前記支持部と前記梁部と前記可動電極部に連続して設けられているものとして構成できる。

この場合に、前記支持部が、前記シリコン層に重ねられた磁性材料層を有していることが好ましい。

支持部に磁性材料層を設けると、この磁性材料層が、可動電極部と固定電極部に磁界を誘導する磁界誘導層として機能できるようになる。

本発明は、前記固定電極部がシリコン層とその上に重ねられた前記磁性材料層とを有しているものとして構成できる。

本発明の磁気リードスイッチは、シリコン基板上に、酸化シリコンのアンカー層が設けられ、前記アンカー層の上に前記支持部を構成する前記シリコン層と前記固定電極部を構成する前記シリコン層が固定されているものが好ましい。

上記構成では、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）を基本として薄型で小型に構成することが可能である。

本発明の磁気リードスイッチは、前記固定電極部では、前記磁性材料層がその下に位置する前記シリコン層よりも前記可動電極部側へ膨らみを有し、前記可動電極部では、前記磁性材料層がその下に位置する前記シリコン層よりも前記固定電極部側へ膨らみを有しているものが好ましい。

上記構成では、可動電極部が動作したときに可動電極部の磁性材料層と固定電極部の磁性材料層とが接触しやすくなり、可動電極部と固定電極部との間の通電を確実に行うことができるようになる。

本発明では、前記固定電極部は、前記シリコン層の前記可動電極部に対向する部分に段差部が形成されて、前記固定電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記段差部までメッキ下地層が形成され、
前記可動電極部は、前記シリコン層の前記固定電極部に対向する部分に段差部が形成されて、前記可動電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記段差部までメッキ下地層が形成されており、
前記固定電極部を形成する前記磁性材料層と、前記可動電極部を形成する前記磁性材料層は、前記メッキ下地層の上に形成されたメッキ層であることが好ましい。

あるいは、前記固定電極部は、前記シリコン層の前記可動電極部に対向する部分に傾斜部が形成されて、前記固定電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記傾斜部までメッキ下地層が形成され、
前記可動電極部は、前記シリコン層の前記固定電極部に対向する部分に傾斜部が形成されて、前記可動電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記傾斜部までメッキ下地層が形成されており、
前記固定電極部を形成する前記磁性材料層と、前記可動電極部を形成する前記磁性材料層は、前記メッキ下地層の上に形成されたメッキ層であることが好ましい。

上記のように、シリコン層に形成された段差部または傾斜部の表面にメッキ下地層を形成すると、磁性材料層をメッキで形成する際に、段差部または傾斜部の上に膨らみ部を安定して成長させることができ、しかも膨らみ部がシリコン層上に強固に固定されるようになる。

さらに、本発明の磁気リードスイッチは、前記可動電極部を形成する前記磁性材料層が、少なくとも前記固定電極部と対向する表面に接触金属層が形成され、前記固定電極部を形成する前記磁性材料層は、少なくとも前記可動電極部と対向する表面に接触金属層が形成されているものが好ましい。

本発明の磁気リードスイッチは、前記固定電極部と離れて形成されて前記可動電極部に対向する磁気吸引部が設けられて、前記磁気吸引部が磁性材料を有しており、前記固定電極部と前記磁気吸引部との距離の最小値よりも、前記可動電極部と前記固定電極部との距離の最小値の方が小さいものとして構成できる。

本発明の磁気リードスイッチは、磁性材料層を有する可動電極部がシリコン層を有する梁部で支持されているため、可動電極部をしっかりと支持することができ、長い期間動作を継続しても、可動電極部の振れ動作を安定して継続でき、リードスイッチの信頼性を高めることができる。

また、本発明は、ＳＯＩ構成で製造できるため、小型で薄型に構成することが可能である。

本発明の第１の実施の形態の磁気リードスイッチの外観を示す斜視図、 図１に示す磁気リードスイッチの製造方法を工程別に示す説明図、 図２に示す工程に続く製造工程を示す説明図、 （Ａ）は完成した第１の実施の形態の磁気リードスイッチの断面図、（Ｂ）はその平面図、 図１に示す磁気リードスイッチをＶ−Ｖ線で切断した断面図、 本発明の第１の実施の形態の磁気リードスイッチの変形例の製造方法を工程別に示す説明図、 本発明の第２の実施の形態の磁気リードスイッチの平面図、 本発明の第３の実施の形態の磁気リードスイッチの平面図、 本発明の第４の実施の形態の磁気リードスイッチの平面図、

図１と図４に基づいて本発明の第１の実施の形態の磁気リードスイッチ１の構造とその動作を説明する。図４（Ａ）は、図４（Ｂ）をＡ−Ａ線で切断した断面図である。

磁気リードスイッチ１は基板２を有している。基板２はシリコン（Ｓｉ）基板である。図１と図４（Ａ）に示すように、基板２の下面は熱酸化処理されて熱酸化膜である酸化シリコン（ＳｉＯ２）層３が形成されている。基板２の上面も熱酸化処理されて酸化シリコン層４が形成されている。下側の酸化シリコン層３は加工されることはないが、上側の酸化シリコン層４は加工されてその一部が除去される。図４（Ｂ）に破線で示されているように、上側の酸化シリコン層４によって、第１のアンカー層４ａと第２のアンカー層４ｂが形成され、さらに基板２の周囲を囲む枠層４ｃが形成されている。アンカー層４ａ，４ｂと枠層４ｃ以外の領域で酸化シリコン層４が除去されている。

図１と図４（Ｂ）に示すように、第１のアンカー層４ａの上には、第１の固定層５が形成されており、第２のアンカー層４ｂの上に第２の固定層６が固定されている。第１の固定層５からは、Ｙ１方向へ延び出る可動層７が一体に設けられている。基板２と可動層７との間には、アンカー層（酸化シリコン層４）が設けられておらず、可動層７と基板２との間に隙間が形成されて、可動層７が基板２上で動くことができるようになっている。

第１の固定層５には、第１の支持部５ａと磁気吸引部５ｂとが一体に形成されている。第２の固定層６には、第２の支持部６ａと固定電極部６ｂとが一体に形成されている。可動層７は、第１の支持部５ａから延び出る梁部７ａと、梁部７ａの先部に一体に形成された可動電極部７ｂを有している。梁部７ａは、基板２の表面に沿うＸ方向へ弾性的に撓み変形可能である。

図１と図４（Ａ）に示すように、第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７は、いずれも基板２側からシリコン（Ｓｉ）層１１と、メッキ下地層１２と、メッキ層である磁性材料層１３とが積層されて構成されている。磁性材料層１３はＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）であり、メッキ下地層１２はＮｉＦｅのスパッタ膜である。磁性材料層１３とメッキ下地層１２は、ＣｏＦｅ合金（コバルトー鉄合金）、ＣｏＮｉＦｅ（コバルト−ニッケル−鉄合金）など、種々の磁性材料から選択して形成することが可能である。

少なくとも固定電極部６ｂと可動電極部７ｂは、シリコン層１１が各電極部６ｂ，７ｂの形状に切り出された後に、その上に前記磁性材料層１３が電界メッキ工程で形成される。図５に示す形状のシリコン層１１上に磁性材料層１３がメッキ成長していく過程で、固定電極部６ｂに形成された磁性材料層１３は、可動電極部７ｂに対向する側部に膨らみ部１３ａが形成される。可動電極部７ｂに形成された磁性材料層１３も、固定電極部６ｂに対向する側部に膨らみ部１３ｂが形成される。そのため、外部磁界が与えられたときの磁気吸引力Ｆによって、可動電極部７ｂが固定電極部６ｂに向けて動いたときに、膨らみ部１３ａと膨らみ部１３ｂとが当接し、磁性材料層１３どうしが確実に接触できるようになり、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂとの間に電流通路が形成されやすくなる。

ＮｉＦｅなどの磁性材料は大気に露出していると表面に自然酸化膜が形成されやすく、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂの安定した電気的接触が得られないおそれがある。そこで、図５に示すように、固定電極部６ｂを形成している磁性材料層１３の表面のうちの少なくとも可動電極部７ｂに対向する部分に接触金属層１４が形成されている。可動電極部７ｂにおいても磁性材料層１３の表面のうちの少なくとも固定電極部６ｂに対向する部分に接触金属層１４が形成されている。

接触金属層１４は、イリジウム（Ｉｒ）やルテニウム（Ｒｕ）またはパラジウム（Ｐｄ）などの白金族の金属層で形成されている。酸化しづらく、機械的強度の高い白金族を固定電極部６ｂと可動電極部７ｂの表面に形成することで、電極部間の接触と導通を安定させることができる。接触金属層１４は磁性材料層１３の成形時に連続してメッキ工程で形成される。あるいは、接触金属層１４がスパッタ工程などで形成されてもよい。
なお、白金族をメッキ工程で形成する場合には、その応力を緩和するバッファー層として磁性材料層１３と接触金属層１４との間に金（Ａｕ）の下地層を形成することが好ましい。

次に、前記磁気リードスイッチ１の動作を説明する。
この磁気リードスイッチ１は、Ｙ１方向の外部磁場に敏感に反応しやすくなっている。

図１に示すように、Ｙ１方向に向く外部磁界Ｂは、第１の支持部５ａの磁性材料層１３に引き寄せられ、磁束Φはその磁性材料層１３の内部を通過して、磁気吸引部５ｂから可動電極部７ｂを経て固定電極部６ｂまで導かれる。

磁気吸引部５ｂを形成する磁性材料層１３は、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂとの対向範囲Ｗ１よりもＹ２側においてＹ方向に細長く延びており、さらに、磁気吸引部５ｂと可動電極部７ｂとの対向範囲Ｗ２よりもＹ２方向へ長く延びている。第１の固定層５と第２の固定層６をＹ方向に細長く形成することで、磁性材料層１３は、磁気異方性によりＹ方向が磁気容易軸となる。

そのため、磁気吸引部５ｂを形成する磁性材料層１３とさらに第１の支持部５ａを形成する磁性材料層１３が磁気誘導層となり、第１の支持部５ａに引き寄せられた磁束Φが、磁気吸引部５ｂ内を経て、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂとの対向範囲Ｗ１まで効果的に導かれる。磁気誘導層としての機能はＹ１方向に向く外部磁界とＹ２方向に向く外部磁界の双方に対して発揮できる。

この磁束Φが可動電極部７ｂと固定電極部６ｂにおいて互いに対向する磁性材料層層１３を通過することにより、可動電極部７ｂの磁性材料層１３と固定電極部６ｂの磁性材料層１３は、その対向部が逆の磁気磁極となり、可動電極部７ｂに固定電極部６ｂに向かう磁気吸引力Ｆが作用する。また、可動電極部７ｂと磁気吸引部５ｂとの対向部においても、それぞれの磁性材料層１３が逆の磁気極性となるため吸引力を発揮し、可動電極部７ｂを固定電極部６ｂに向かわせる磁気吸引力Ｆが増強される。この磁気吸引力Ｆは、対向する磁性材料層１３を通過する前記磁束Φの密度が高いほど強くなる。

このように増強された磁気吸引力Ｆにより、梁部７ａが弾性的に撓み、可動電極部７ｂが固定電極部６ｂに接触する。第１の固定層５と第２の固定層６には、図示しない配線層から通電されており、可動電極部７ｂと固定電極部６ｂとが接触すると、第１の固定層５と第２の固定層６との間に電流が流れ、スイッチがＯＮとなる。

なお、図１と図４（Ｂ）に示すように、磁気吸引部５ｂと固定電極部６ｂとの対向間隔の最小値よりも、磁気吸引部５ｂと可動電極部７ｂとの対向間隔の最小値の方が小さいことが好ましい。同様に、磁気吸引部５ｂと固定電極部６ｂとの対向間隔の最小値よりも、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂとの対向間隔の最小値の方が小さいことが好ましい。これにより、磁気吸引部５ｂ内を通過する磁束Φが固定電極部６ｂよりも可動電極部７ｂに導かれやすくなり、磁束Φが磁気吸引力Ｆに寄与しやすくなる。これはＹ２方向に向く磁束Φが、固定電極部６ｂから可動電極部７ｂに向かうときも同じである。

図５に示すように、固定電極部６ｂでは、磁性材料層１３が膨らみ部１３ａを有し、可動電極部７ｂでも、磁性材料層１３が膨らみ部１３ｂを有しているため、可動電極部７ｂが磁気吸引力Ｆによって動いたときに、磁性材料層１３どうしが確実に接触できるようになり、両電極部７ｂ，６ｂ間の通電を確実に形成することができる。

この磁気リードスイッチ１は、磁気吸引部５ｂならびに第１の支持部５ａを形成する磁性材料層１３が磁気誘導層として機能しているため、Ｙ１方向に向く外部磁界Ｂが、第１の支持部５ａに捕捉されさらに磁気吸引部５ｂに導かれて、可動電極部７ｂを構成する磁性材料層１３と固定電極部６ｂを構成する磁性材料層１３に効果的に与えられる。よって、可動電極部７ｂと固定電極部６ｂに与えられる磁束Φの密度を高くでき、外部磁界Ｂが比較的小さくても動作できるようになり、動作感度を高くできる。また、可動電極部７ｂが固定電極部６ｂと磁気吸引部５ｂの双方に対向しているため、固定電極部６ｂと磁気吸引部５ｂの双方で可動電極部７ｂを動作させるための磁気吸引力Ｆが発揮されるため、動作速度が速くなり動作応答性が良好になる。

図１と図４（Ｂ）に示すように、この磁気リードスイッチ１では、固定電極部６ｂが、可動電極部７ｂとの対向範囲Ｗ１よりもＹ１側に細長く延びており、固定電極部６ｂを形成する磁性材料層１３と第２の支持部６ａを形成する磁性材料層１３が磁気誘導層として機能している。よって、Ｙ２方向に向く磁界も、第２の支持部６ａに引き寄せられ、Ｙ方向に細長く形成された固定電極部６ｂの磁性材料層１３を通過して、可動電極部７ｂに効果的に導かれるようになる。よって、Ｙ２方向に向く磁界に対しても、高い感度で動作できるようになる。

図７ないし図９には、本発明の他の実施の形態の磁気リードスイッチが平面図で示されている。図７ないし図９の実施の形態において、前記第１の実施の形態の磁気リードスイッチ１と同じ機能を発揮する要素には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

図７に示す本発明の第２の実施の形態の磁気リードスイッチ１Ａは、第１の支持部５ａから梁部７ａが延びて、梁部７ａの先部に可動電極部７ｂが設けられている。第１の支持部５ａと梁部７ａおよび可動電極部７ｂは、連続するシリコン層１１とその上に形成されたメッキ下地層１２とその上にメッキ工程で形成された磁性材料層１３とで構成されている。第１の支持部５ａは、基板２上において酸化シリコン層４で形成されたアンカー層を介して固定されているが、梁部７ａと可動電極部７ｂは、基板２の上で拘束されておらず、自由に動くことができる。

磁気吸引部５ｂは第１の支持部５ａと分離して形成されており、基板２の表面に形成されたアンカー層上に固定されている。第１の支持部５ａと磁気吸引部５ｂと固定電極部６ｂはＹ方向に並んでいる。また、磁気吸引部５ｂと固定電極部６ｂはＹ方向へ細長く形成されている。磁気吸引部５ｂと固定電極部６ｂはシリコン層１１とメッキ下地層１２と磁性材料層１３が重ねられて構成されている。そして、可動電極部７ｂが固定電極部６ｂと磁気吸引部５ｂの双方に対向している。

第２の実施の形態の磁気リードスイッチ１Ａは、磁気吸引部５ｂと第１の支持部５ａが、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂとの対向範囲Ｗ１よりもＹ２側に位置する磁気誘導層となっているため、Ｙ１方向に向く外部磁界Ｂに対して良好な感度を持つようになる。

Ｙ１方向へ向く外部磁界Ｂは、第１の支持部５ａを構成する磁性材料層１３に引き寄せられ、磁気吸引部５ｂを構成する磁性材料層１３で導かれて、可動電極部７ｂから固定電極部６ｂに与えられる。磁気吸引部５ｂと第１の支持部５ａが磁気誘導層として機能しているため、可動電極部７ｂに導かれる磁束Φの密度を高くでき、外部磁界Ｂが比較的弱くても感度良く動作できるようになる。また、可動電極部７ｂが磁気吸引部５ｂと固定電極部６ｂの双方に対向しているため、磁気吸引力Ｆが大きく、動作速度を速くでき、動作応答性に優れたものとなる。

また、固定電極部６ｂは、前記対向範囲Ｗ１よりもＹ１側に細長く延びているため、固定電極部６ｂを形成する磁性材料層１３が磁気誘導層として機能できるようになる。よって、Ｙ２方向に向かう外部磁界Ｂも、対向範囲Ｗ１の領域に効果的に導かれ、Ｙ２方向に向かう外部磁界Ｂに対してもある程度高い感度を得ることができる。

図８に示す本発明の第３の実施の形態の磁気リードスイッチ１Ｂは、図７に示す磁気リードスイッチ１Ａから磁気吸引部５ｂを除去したものに相当している。

この磁気リードスイッチ１Ｂは、可動電極部７ｂと固定電極部６ｂの対向範囲Ｗ１よりも磁界の上流側であるＹ２側に磁性材料層１３を有する第１の支持部５ａが設けられ、この磁性材料層１３が磁気誘導層として機能している。そのため、Ｙ１方向へ向かう磁束が第１の支持部５ａで引き寄せられて、磁界Ｂが、可動電極部７ｂと固定電極部６ｂとの対向部に効果的に導かれる。

この磁気リードスイッチ１Ｂは、磁気吸引部５ｂが存在していないため、可動電極部７ｂの磁性材料層１３と固定電極部６ｂと磁性材料層１３との対向部の磁極のみによって、可動電極部７ｂに磁気吸引力Ｆが作用する。動作応答性は第１の実施の形態および第２の実施の形態よりもやや劣るので、比較的大きな外部磁界を検知するのに適している。

図９に示す第４の実施の形態の磁気リードスイッチ１Ｃは、図８に示す磁気リードスイッチ１Ｂに設けられているのと同じ第１の支持部５ａが、可動電極部７ｂとＹ方向に並ぶ位置に設けられている。この磁気リードスイッチ１Ｃにおいても、第１の支持部５ａに設けられた磁性材料層１３が磁気誘導層として機能し外部磁界Ｂが引き寄せられて、可動電極部７ｂと固定電極部６ｂとの対向範囲Ｗ１に磁束を効果的に与えることが可能になる。

図８に示す磁気リードスイッチ１Ｂと図９に示す磁気リードスイッチ１Ｃは、いずれも固定電極部６ｂを形成する磁性材料層１３が対向範囲Ｗ１よりもＹ１方向に細長く延びているため、この磁性材料層１３が磁気誘導層として機能し、Ｙ２方向へ向かう外部磁界Ｂにも反応できるようになる。

前記各実施の形態の磁気リードスイッチ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ＳＯＩ構造を使用したものであるため、薄型で小型で形成することができる。第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７を含む領域の面積は、１．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下であり、可動電極部７ｂの平面形状は３００μｍ×１００μｍ以下である。また、外部磁界Ｂが作用していないときの可動電極部７ｂと固定電極部６ｂの対向ギャップは、２０μｍ以下である。ただし、これら寸法は一例であり、本発明はこれら寸法のものに限定されるものではない。

なお、前記実施の形態では、可動電極部７ｂにおいて、シリコン層１１と磁性材料層１３とがほぼ同じ面積を有しているが、シリコン層１１よりも磁性材料層１３の面積が大きく、磁性材料層１３の一部のみがシリコン層１１に重ねられていてもよい。

また、梁部７ａが磁性材料層１３を有せず、シリコン層１１とメッキ下地層１２との２層、あるいはシリコン層１１の１層で形成されていてもよい。

梁部７aに導かれた磁束は磁気吸引部５ｂと可動電極部７ｂとの間を通過できないため、梁部７aが磁性材料層１３を有していると、梁部７aにも磁束の一部が導かれて磁気吸引力Ｆが低下しやすい。そこで、梁部７aが磁性材料層１３を有さないようにすることで、磁気吸引力Ｆの低下を抑制することができる。

次に、本発明の第１の実施の形態の磁気リードスイッチ１の製造方法を説明する。
図２と図３は、磁気リードスイッチ１の製造方法を工程別に示している。図２（Ａ）（Ｃ）（Ｅ）（Ｇ）と図３（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、図４（Ａ）に相当する断面図であり、図２（Ｂ）（Ｄ）（Ｆ）（Ｈ）と図３（Ｂ）は、図４（Ｂ）に相当する平面図である。

図２（Ａ）（Ｂ）に基板２が示されている。基板２はシリコン（Ｓｉ）基板であり、熱酸化処理が行われて、下面に酸化シリコン層（ＳｉＯ２層）３が形成され、上面に酸化シリコン層４が形成されている。なお、熱酸化処理を行わずに、ＣＶＤ法などによって、基板２の上面にのみ酸化シリコン層（ＳｉＯ２層）を形成してもよい。

図２（Ｃ）（Ｄ）の工程では、基板２の上面の酸化シリコン層４をエッチングし、酸化シリコン層４で第１のアンカー層４ａと第２のアンカー層４ｂおよび枠層４ｃを形成し、それ以外の領域の酸化シリコン層４を除去する。

図２（Ｅ）（Ｆ）の工程では、第１のアンカー層４ａと第２のアンカー層４ｂおよび枠層４ｃにシリコン層１１を重ねて固定する。この工程では、図示するシリコン層１１よりも厚いシリコンウエハーを重ねる。そして、２５０℃程度に加熱して基板２とシリコンウエハーとを加圧し、いわゆるヒュージョン（Fusion）接合によって、第１のアンカー層４ａと第２のアンカー層４ｂおよび枠層４ｃとシリコンウエハーとを接合する。そして、シリコンウエハーの上面を研磨してある程度薄くしたシリコン層１１を形成する。

図２（Ｅ）（Ｆ）で形成された積層体は、一般のＳＯＩ基板に相当しており、きわめて薄型に構成することができる。

図２（Ｇ）（Ｈ）では、シリコン層１１の表面にＮｉＦｅ合金などのメッキ下地層１２をスパッタ工程などによって形成する。

図３（Ａ）（Ｂ）では、メッキ下地層１２の上にレジスト樹脂を塗工し、硬化後に露光現像して、メッキ下地層１２の一部を覆うレジスト層２１を形成する。図３（Ｂ）に示すように、レジスト層２１は、図４（Ｂ）に示す第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７の形状と同じパターンで形成される。

図３（Ｃ）では、イオンミリングによって、レジスト層２１で覆われていない領域のメッキ下地層１２を除去する。その結果、メッキ下地層１２は、シリコン層１１の表面において、第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７に対応する領域にのみ残される。

図３（Ｄ）では、ディープＲＩＥエッチング処理により、レジスト層２１とメッキ下地層１２で覆われていない部分のシリコン層１１を除去する。なお、ここでは、レジスト層２１を除去した後に、メッキ下地層１２をマスクとして使用し、ディープＲＩＥエッチングによって、メッキ下地層１２に覆われていない領域のレジスト層２１を除去してもよい。

図３（Ｅ）に示すように、レジスト層２１を除去すると、第１のアンカー層４ａの上に、第１の固定層５と可動層７の形状をしたシリコン層１１とメッキ下地層１２が残り、第２のアンカー層４ｂの上に、第２の固定層６の形状をしたシリコン層１１とメッキ下地層１２が残る。

その後に、メッキ下地層１２を電極として使用し、電気メッキ工程によって磁性材料層１３を形成する。磁性材料層１３は、例えばＮｉＦｅ合金層である。さらに、連続メッキによって、磁性材料層１３の表面に、金の層とイリジウム層やルテニウム層を連続して積層し、図５に示す接触金属層１４を形成する。

以上の工程により、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１のアンカー層４ａの上に固定された第１の固定層５と、これに連続する可動層７、および第２のアンカー層４ｂ上に固定された第２の固定層６が、シリコン層１１とメッキ下地層１２および磁性材料層１３の３層構造で形成される。

前記工程では、図３（Ｅ）に示すように、シリコン層１１とメッキ下地層１２の積層体を、第１の固定層５と第２の固定層６ならびに可動層７の形状とした後に、メッキ下地層１２の上に磁性材料層１３と接触金属層１４をメッキ工程で形成しているため、図５に示すように、可動電極部７ｂでは、磁性材料層１３にシリコン層１１よりも固定電極部６ｂ側へ突出する膨らみ部１３ｂが形成され、固定電極部６ｂでは、磁性材料層１３にシリコン層１１よりも可動電極部７ｂ側へ突出する膨らみ部１３ａが形成される。なお、電気メッキ工程においては、梁部に磁性材料層を形成しないことが好ましい。

図６は、磁気リードスイッチ１の製造方法の第２の実施の形態を示している。図６には、図１に示す磁気リードスイッチ１をＶ−Ｖ線で切断した部分での製造工程が工程別に示されている。

図６（Ａ）は、図２（Ｇ）（Ｈ）の工程に相当している。第２の実施の形態では、図２（Ｅ）（Ｆ）の工程の後に、シリコン層１１の表面に、段差部２５を形成する。この段差部２５は、可動電極部７ｂとなる部分と固定電極部６ｂとなる部分の境界部において、Ｙ方向に延びるように形成される。段差部２５のＸ方向の両側部は、上方に向かって互いに離れる方向に傾斜する傾斜部２５ａ，２５ａとなっている。

図６（Ｂ）は、図３（Ａ）（Ｂ）の工程に相当している。ここでは、第１の固定層５と可動層７および第２の固定層６となる部分にレジスト層２１が形成されるが、このときレジスト層２１を、前記傾斜部２５ａ，２５ａと段差部２５の底部の一部を覆うように形成する。

図６（Ｃ）は、図３（Ｄ）の工程に相当しており、レジスト層２１で覆われていない領域でメッキ下地層１２がミリング処理で除去され、さらにディープＲＩＥエッチング処理により、レジスト層２１とメッキ下地層１２で覆われていないシリコン層１１が除去される。

その後、レジスト層２１を除去し、図６（Ｄ）に示すように、メッキ下地層１２の上に磁性材料層１３と接触金属層１４が電気メッキ処理により形成される。

図６（Ｄ）に示す実施の形態では、固定電極部６ｂの可動電極部７ｂと対向する側部において、シリコン層１１に段差部２５と傾斜部２５ａが残り、段差部２５と傾斜部２５ａの表面にメッキ下地層１２が形成されている。そのため、磁性材料層１３の膨らみ部１３ａがシリコン層１１の上に強固に固着されて形成される。同様に、可動電極部７ｂの固定電極部６ｂと対向する側部でも、シリコン層１１に段差部２５と傾斜部２５ａが残り、段差部２５と傾斜部２５ａの表面にメッキ下地層１２が形成されている。そのため、磁性材料層１３の膨らみ部１３ｂがシリコン層１１の上にしっかりと固定されて形成される。

図６に示す製造方法では、固定電極部６ｂと可動電極部７ｂの磁性材料層１３に膨らみ部１３ａ，１３ｂを安定した形状でしかも高い強度で形成することが可能になる。

また、磁気リードスイッチ１の製造方法のさらに他の実施の形態として、次に工程を採用することが可能である。

図２（Ｇ）（Ｈ）において、シリコン層１１の表面にメッキ下地層１２を形成した後に、第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７となるべき領域を除く部分にレジスト層２１を形成し、第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７となるべき領域において、メッキ下地層１２の上に磁性材料層１３をメッキ工程で形成する。その後、レジスト層２１を除去し、磁性材料層１３をマスクとして使用して、第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７となるべき領域を除く部分のメッキ下地層１２とシリコン層１１を除去する。

この製造方法によっても、第１のアンカー層４ａと第２のアンカー層４ｂの上に、シリコン層１１とメッキ下地層１２と磁性材料層１３とが積層された３層構造の第１の固定層５と第２の固定層６および可動層７が形成される。

その後に、固定電極部６ｂのうちの少なくとも可動電極部７ｂに対向する側部において、磁性材料層１３の表面に接触金属層１４を形成する。また、可動電極部７ｂのうちの少なくとも固定電極部６ｂに対向する側部において、磁性材料層１３の表面に接触金属層１４を形成する。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 磁気リードスイッチ
２ 基板
４ 酸化シリコン層
４ａ 第１のアンカー層
４ｂ 第２のアンカー層
５ 第１の固定層
５ａ 第１の支持部
５ｂ 磁気吸引部
６ 第２の固定層
６ａ 第２の支持部
６ｂ 固定電極部
７ 可動層
７ａ 梁部
７ｂ 可動電極部
１１ シリコン層
１２ メッキ下地層
１３ 磁性材料層
１３ａ，１３ｂ 膨らみ部
１４ 接触金属層
２１ レジスト層
２５ 段差部
２５ａ 傾斜部

Claims (11)

1. 支持部と、前記支持部から延びる梁部と、前記梁部の先部に設けられた可動電極部と、前記可動電極部に対向する固定電極部とを有する磁気リードスイッチにおいて、
   前記固定電極部が磁性材料層を有しており、
   前記梁部がシリコン層を有し、
   前記可動電極部が、前記梁部から連続する前記シリコン層と、少なくとも一部が前記シリコン層に重ねられた磁性材料層とを有することを特徴とする磁気リードスイッチ。
2. 前記梁部が、前記シリコン層に重ねられた磁性材料層を有しており、前記磁性材料層は、前記梁部から前記可動電極部まで連続している請求項１記載の磁気リードスイッチ。
3. 前記シリコン層は、前記支持部と前記梁部と前記可動電極部に連続して設けられている請求項１または２記載の磁気リードスイッチ。
4. 前記支持部が、前記シリコン層に重ねられた磁性材料層を有している請求項３記載の磁気リードスイッチ。
5. 前記固定電極部がシリコン層とその上に重ねられた前記磁性材料層とを有している請求項３または４記載の磁気リードスイッチ。
6. シリコン基板上に、酸化シリコンのアンカー層が設けられ、前記アンカー層の上に前記支持部を構成する前記シリコン層と前記固定電極部を構成する前記シリコン層が固定されている請求項５記載の磁気リードスイッチ。
7. 前記固定電極部では、前記磁性材料層がその下に位置する前記シリコン層よりも前記可動電極部側へ膨らみを有し、前記可動電極部では、前記磁性材料層がその下に位置する前記シリコン層よりも前記固定電極部側へ膨らみを有している請求項５または６記載の磁気リードスイッチ。
8. 前記固定電極部は、前記シリコン層の前記可動電極部に対向する部分に段差部が形成されて、前記固定電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記段差部までメッキ下地層が形成され、
   前記可動電極部は、前記シリコン層の前記固定電極部に対向する部分に段差部が形成されて、前記可動電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記段差部までメッキ下地層が形成されており、
   前記固定電極部を形成する前記磁性材料層と、前記可動電極部を形成する前記磁性材料層は、前記メッキ下地層の上に形成されたメッキ層である請求項７記載の磁気リードスイッチ。
9. 前記固定電極部は、前記シリコン層の前記可動電極部に対向する部分に傾斜部が形成されて、前記固定電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記傾斜部までメッキ下地層が形成され、
   前記可動電極部は、前記シリコン層の前記固定電極部に対向する部分に傾斜部が形成されて、前記可動電極部を形成する前記シリコン層の表面から前記傾斜部までメッキ下地層が形成されており、
   前記固定電極部を形成する前記磁性材料層と、前記可動電極部を形成する前記磁性材料層は、前記メッキ下地層の上に形成されたメッキ層である請求項７記載の磁気リードスイッチ。
10. 前記可動電極部を形成する前記磁性材料層は、少なくとも前記固定電極部と対向する表面に接触金属層が形成され、前記固定電極部を形成する前記磁性材料層は、少なくとも前記可動電極部と対向する表面に接触金属層が形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気リードスイッチ。
11. 前記固定電極部と離れて形成されて前記可動電極部に対向する磁気吸引部が設けられて、前記磁気吸引部が磁性材料を有しており、
    前記固定電極部と前記磁気吸引部との距離の最小値よりも、前記可動電極部と前記固定電極部との距離の最小値の方が小さい請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気リードスイッチ。

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