JP2876530B1 - 固着した可動部の修復手段を具える超小型素子およびその製造方法 - Google Patents

固着した可動部の修復手段を具える超小型素子およびその製造方法

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    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/006—Electrostatic motors of the gap-closing type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00912—Treatments or methods for avoiding stiction of flexible or moving parts of MEMS
    • B81C1/0096—For avoiding stiction when the device is in use, i.e. after manufacture has been completed
    • B81C1/00968—Methods for breaking the stiction bond

Abstract

【要約】 【課題】 可動部を有する超小型素子において、この可
動部が基板などに固着した場合に、その修復を簡単な方
法で行うことができ、かつ製品化後の使用時においても
その修復を行うことが可能な、修復手段を具える素子を
提案する。 【解決手段】 基板と、基板上に形成した、可動部を有
する機能素子部とを具える超小型素子において、前記可
動部と対向する基板上に加熱素子を設け、前記可動部が
前記基板に固着した際に、前記加熱素子で該固着部を加
熱することにより、固着した可動部と前記基板とを分離
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超小型素子、特に
圧力センサ、マイクロマシンなどの可動部を有する素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩなど超小型素子の製造技術の進歩
に伴い、半導体を用いた圧力センサ、加速度センサなど
の素子が幅広い分野で使用されている。また、近年、こ
れら超小型素子の製造技術を応用して、マイクロマシン
と呼ばれる微小な機械の研究開発が進められている。
【０００３】これらのセンサやマイクロマシンの多く
は、例えば図６に簡単な例を示すように、シリコンなど
の基板31上に、いわゆる微細加工技術によりカンチレバ
ー、ダイヤフラムなどの可動部32を形成し、この可動部
の動作によって、その機能を果たしている。
【０００４】ところが、これらセンサやマイクロマシン
には、スティクションと呼ばれる現象が発生することが
ある。これは、前述した可動部32が基板31などに固着し
て動かなくなるもので（図７参照）、製造工程、あるい
は実際の使用時において、可動部と基板などとの間に入
った水分が蒸発する過程で表面張力により可動部と基板
とが引き合い、その結果両者が固着してしまうために生
じるものと考えられている。このスティクションは、こ
れらセンサやマイクロマシンの動作不良や故障の原因と
なるため、その解決が望まれている。
【０００５】このスティクションを解決するため、固着
した可動部にパルス幅１ps（10-12秒）以下の極短パル
スレーザを照射し、レーザ光のエネルギーによって固着
した部分を切り離すことにより修復を行う方法が提案さ
れている。しかしながら、この方法には、使用するレー
ザ装置が高価であること、および、パッケージに封入さ
れて製品化された素子については使用できない、といっ
た問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
したような問題点を解決し、比較的低コストで実現可能
で、かつ製品化された後でも適用できる、スティクショ
ンを生じた可動部の修復を行う修復手段を設けた超小型
素子を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明による方法は、基板と、基板上に形成した、可動部
を有する機能素子部とを具える超小型素子において、
前記可動部と対向する基板上に加熱素子を設け、前記可
動部が前記基板に固着した際に、前記加熱素子で該固着
部を加熱することにより、固着した可動部と前記基板と
を分離させることを特徴とするものである。
【０００８】本発明に係る超小型素子においては、その
製造に際し、可動部と基板との固着、すなわちスティク
ションが発生した場合に、その修復を行うための手段と
して、加熱素子を可動部と対向する基板上に設け、この
加熱素子でスティクションを生じた部分を加熱すること
により、その表面の分子に熱振動を生じさせ、それによ
って固着した可動部と基板との分離を行う。したがっ
て、スティクションの修復のために従来のような高価な
装置を必要としない。特に、予め素子に加熱素子を組み
込んだことにより、製品化された後の使用時においてス
ティクションが発生しても、その場で修復を行うことが
できるようになる。
【０００９】また、本発明は、前記した超小型素子の製
造方法に関するものでもある。
【００１０】本発明に係る超小型素子の製造方法は、前
記基板上に前記加熱素子を形成する加熱素子形成工程
と、前記基板上に前記加熱素子に通電するための電極を
形成する電極形成工程と、前記基板上に犠牲層を形成す
る犠牲層形成工程と、前記犠牲層上に可動部を形成する
可動部形成工程と、前記犠牲層を除去することにより前
記機能素子部を形成する犠牲層除去工程とを具える。す
なわち、本発明によれば、通常の超小型素子の製造設備
に新たな設備を追加することなく、スティクションを生
じた可動部の修復を行うための手段を形成することが可
能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について説明する。
【００１２】図１および２は、本発明に係る素子の一つ
の簡単な例を示すものである。図示の素子１は、基板２
上に、カンチレバー３を形成し、図示しない電極に通電
することによりカンチレバー３を動作させるものであ
る。カンチレバー３先端部直下の基板２表面には、抵抗
４および電極5a、5bが形成されている。この抵抗４は加
熱素子として働くものであり、カンチレバー３と基板２
との固着、すなわちスティクションが発生した時に、電
極5a、5bより抵抗４に通電して加熱し、その熱によって
固着したカンチレバー３と基板２とを分離させるもので
ある。
【００１３】カンチレバー３と基板２との分離は、以下
のようにして行われると考えられる。すなわち、電極5
a、5bにより抵抗４に通電すると、それによって生じる
熱のために固着した部分が加熱される。そのため、固着
した表面の結晶格子に熱振動が生じる。この熱振動によ
って固着した原子が互いに分離し、その結果、カンチレ
バー３と基板２との分離が行われる。なお、抵抗４への
通電時間は、25ns（1ns=10-9秒）程度で良く、この程度
であれば、周辺部分の熱的な損傷が避けられる。
【００１４】図３は、本発明に係る素子の製造工程を概
略示す図である。本図は、先の図１および図２に示す素
子を製造する場合を示すものである。まず、シリコン基
板10表面に、抵抗11を形成するために、ｎ型またはｐ型
の不純物を注入し（図３(b)参照）、次いでその上に電
極12を形成する（図３(c) 参照）。その後これらの上に
犠牲層13を形成し、可動部を形成するために、エッチン
グにより犠牲層13の一部を除去する（図３(d), (e)参
照）。さらに、多結晶シリコン層14をその上に形成し、
エッチングによりカンチレバー15を形成する（図３(f),
(g)参照）。最後に、残りの犠牲層13をエッチングによ
り全て除去して、素子が完成する（図３(h) 参照）。
【００１５】図４および５は、本発明に係る圧力センサ
を示すものである。図示のセンサ20は、シリコン基板21
上にシリコンダイアフラム22を、基板21との間に空間23
を設けるように形成し、ダイアフラム22上には、その変
形により生ずる歪みを電気信号に変換するための歪みゲ
ージ24を形成し、基板21に設けた穴25より流入する気体
または液体の圧力によるダイアフラム22の変形を歪みゲ
ージ24により電気信号に変換するものである。図示のセ
ンサ20においても、ダイアフラム22直下の基板21に、ダ
イアフラム23がスティクションを生じた時にその修復を
行うための加熱素子として抵抗26を設けている。
【００１６】なお、図１〜５の例においては、スティク
ションを発生した部分の修復のための抵抗の代わりに、
レーザ素子、例えば面発光型のレーザ素子を用いること
も考えられる。この場合は、素子を製造する工程におい
て、基板上にレーザ素子を形成することとなる。
【００１７】以上説明したように、本発明によれば、圧
力センサ、マイクロマシンなどの可動部を有する超小型
素子において、可動部にスティクションが発生した際の
修復手段を素子に設けたことにより、その製造時、ある
いは使用時にスティクションが発生しても、高価な設備
等を必要とせずに、容易にこれを修復することが可能と
なる。また素子の製造も、新たな設備を設けることなく
行うことができる。
【００１８】なお、本発明は前述の例に限定されるもの
ではなく、例えば可動部が回転体であれば、この回転体
を支持する軸受部などに加熱素子を設けることも可能で
あり、また、複数の可動部を有する素子において、これ
ら可動部が互いに固着するおそれがある場合には、可動
部自体に加熱素子を設けることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る素子の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示す素子の側面図である。
【図３】本発明に係る素子の製造工程を概略示す図であ
る。
【図４】本発明に係る圧力センサを示す平面図である。
【図５】図４に示すセンサの側面図である。
【図６】可動部を有する素子の一例を概略示す断面図で
ある。
【図７】図６に示す素子がスティクションを生じた状態
を概略示す断面図である。
【符号の説明】
１，30 超微細素子 ２，10，31，21 シリコン基板 ３，15，32 カンチレバー ４，11，26 加熱素子 5a, 5b，12 電極 13 犠牲層 14 多結晶シリコン層 20 圧力センサ 22 ダイヤフラム 23 空間 24 歪みゲージ 25 穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 49/00 Ｈ０１Ｌ 49/00 Ｚ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、基板上に形成した、可動部を有
    する機能素子部とを具える超小型素子において、 前記可動部と対向する基板上に加熱素子を設け、前記可
    動部が前記基板に固着した際に、前記加熱素子で該固着
    部を加熱することにより、固着した可動部と前記基板と
    を分離させることを特徴とする、可動部を有する超小型
    素子。
  2. 【請求項２】 基板と、基板上に形成した、可動部を有
    する機能素子部とを具え、前記可動部が前記基板に固着
    した際に、該固着部を加熱することにより固着した可動
    部と前記基板とを分離させるための加熱素子を設けた超
    小型素子の製造において、 前記基板上に前記加熱素子を形成する加熱素子形成工程
    と、 前記基板上に前記加熱素子に通電するための電極を形成
    する電極形成工程と、 前記基板上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、 前記犠牲層上に可動部を形成する可動部形成工程と、 前記犠牲層を除去することにより前記機能素子部を形成
    する犠牲層除去工程とを具える、固着した可動部の修復
    手段を具える超小型素子の製造方法。
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