本發(fā)明涉及一種配備微細可動部的微細機械裝置。

背景技術(shù)：

近年來，在開關(guān)或傳感器中，使用通過機械性動作來發(fā)揮功能的微細機械裝置的MEMS(Micro Electro Mechanical System(微電子機械系統(tǒng)))受到重視。MEMS已作為壓力傳感器或加速度傳感器而加以使用，與LSI一起逐漸成為重要零件。MEMS具有立體結(jié)構(gòu)，所述立體結(jié)構(gòu)通過使用薄膜形成技術(shù)、光刻技術(shù)及各種蝕刻技術(shù)的微細加工而具備微細的可動結(jié)構(gòu)體。

例如，在靜電電容式壓力傳感器中，如圖5A、圖5B所示，利用支承部503將由于壓力而發(fā)生位移的較薄的膜片501以隔開的方式支承并配置在基板502上。在基板502與膜片501之間存在空隙，在面向空隙的各部位相對配置電極(未圖示)，形成電容。被測定介質(zhì)的壓力施加至膜片501的形成電容那一面的相反側(cè)那一面，在該壓力施加下，膜片501的對應(yīng)于空隙的部分發(fā)生變形。上述電極間的距離對應(yīng)于該變化而發(fā)生變化，電極間的電容對應(yīng)于該變化而發(fā)生變化，成為傳感器輸出。若空隙為真空，則該壓力傳感器可測量絕對壓力。

在這種微細機械裝置中，存在如下所示的稱為吸合現(xiàn)象的問題。通常，當(dāng)像靜電電容式傳感器那樣對隔著某一距離平行相對的2個電極間施加電壓時，會產(chǎn)生與距離的平方成反比的引力。因此，當(dāng)因被施加壓力而變形后的膜片501靠近基板502到極為接近的距離時，由于距離極短，因此被施加由電壓引發(fā)的引力，所以膜片501被強力吸引而觸底(吸合)。

此處，剛一觸底，電極間就發(fā)生短路，因此由電壓引發(fā)的引力消失，使得膜片501脫離基板502。不過，剛脫離之后便再次被施加由電壓引發(fā)的引力，因此膜片501被強力吸引而再次觸底。這些脫離與觸底在電極間的距離極小的情況下會反復(fù)發(fā)生。

在靜電電容式壓力傳感器的情況下，為了測量電容，必須施加電壓，從而受到隨之而來的引力的影響而產(chǎn)生吸合現(xiàn)象，結(jié)果，導(dǎo)致傳感器輸出成為反復(fù)發(fā)生上述觸底與脫離的狀態(tài)，而這樣的傳感器輸出與膜片從被測定介質(zhì)受到的壓力無關(guān)地變得不穩(wěn)定。該吸合現(xiàn)象在小型且電極間的距離較小、進而基材或電極上的接觸部表面較為平滑的MEMS傳感器中較為明顯。

此外，上述微細機械裝置存在如下情況：因上述觸底等可動部的一部分與基板的接觸而導(dǎo)致它們相接合，而可動部沒有在由彈性力產(chǎn)生的反彈下復(fù)原(參考專利文獻1、2、3、4、5)。該現(xiàn)象稱為粘連或粘著等，在微細機械裝置中是一個問題。

例如，就像上述隔膜真空計那樣測量比大氣壓小的壓力的壓力傳感器而言，由于在搬送、安裝時或維護時會暴露在大氣中，因此會頻繁發(fā)生被施加測量范圍以上的過大壓力的狀況。當(dāng)如此被施加過大壓力時，受壓的膜片501會像圖5C所示那樣超過實際使用范圍而較大程度地彎曲，導(dǎo)致膜片501的一部分接觸到基板502(觸底)。

因膜片501的厚度以及變形區(qū)域的大小還有膜片501的材料等設(shè)計參數(shù)的不同，上述觸底的狀態(tài)不一樣，但尤其是在膜片的變形部分較薄的情況下，觸底會導(dǎo)致粘連的發(fā)生。尤其是在為了抑制前文所述的吸合現(xiàn)象而設(shè)為在接觸部位未形成有電極的構(gòu)成的情況下，會明顯發(fā)生粘連。認為其原因在于，在為了防止吸合現(xiàn)象而未形成有電極的區(qū)域內(nèi)，在觸底時，構(gòu)成膜片501及基板502的材料彼此直接接觸。

在壓力傳感器的情況下，當(dāng)發(fā)生粘連時，即便去除壓力，膜片也不會復(fù)原而給出猶如施加有壓力一樣的輸出，從而導(dǎo)致測定的錯誤。尤其是在由表面粗糙度(Rz)為0.1～數(shù)nm的極為平坦的基材制作的微細機械裝置中，是一個大問題。

為了防止上述粘連，業(yè)界有在觸底的至少一面形成突起等微細結(jié)構(gòu)而減少接觸面積來抑制接觸力。具體而言，使用熟知的半導(dǎo)體裝置的制造技術(shù)，在構(gòu)成微細機械裝置的硅等半導(dǎo)體或石英等基材上形成微小的突起。例如，通過利用公知的光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)的圖案化，形成數(shù)μm大小的突起部。此外，作為其他技術(shù)，還有形成使表面穩(wěn)定的表面覆膜來減小所產(chǎn)生的引力的方法、通過噴砂等使表面變得粗糙來形成突起的方法。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本專利特表平10-512675號公報

【專利文獻2】日本專利特開平11-340477號公報

【專利文獻3】日本專利特開2000-040830號公報

【專利文獻4】日本專利特開2000-196106號公報

【專利文獻5】日本專利特開2002-299640號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

【發(fā)明要解決的問題】

上述通過突起來減少接觸面積的粘連對策在一定程度上較為有效，但是，尤其是在壓力傳感器的情況下，由于在被施加過大壓力時會施加較大的應(yīng)力，因此較小的突起會破壞膜片或基板。另一方面，若為了防止破壞而增大突起，則會增大接觸面積而得不到對策的效果本身。如此，利用突起的粘連防止對策必須嚴格控制突起的部分的接觸面的大小，控制較為復(fù)雜。

此外，與硅或玻璃等情況相比，用于使裝置應(yīng)對使用環(huán)境而具有耐蝕性、耐壓性、耐熱性的藍寶石等晶體材料或氧化鋁陶瓷等具有高絕緣性的材料更容易發(fā)生粘連。尤其是當(dāng)變?yōu)槟て^薄的結(jié)構(gòu)時，數(shù)μm左右的大小的突起物并非有效對策。

因此，必須形成亞μm以下的尺寸的微小凹凸，但藍寶石或氧化鋁陶瓷等材料在具有高機械強度、高耐蝕性、耐化學(xué)藥品性的另一方面，比硅或玻璃等材料難加工，而亞μm以下的尺寸的微細加工極為困難。

此外，雖然還有利用使表面穩(wěn)定的表面覆膜來防止粘連的技術(shù)，但在該情況下，表面覆膜大多使用有機材料，在高溫環(huán)境下使用的情況下，或者在將膜片與基板之間的空間設(shè)為真空的構(gòu)成中，有機材料無法使用。

如上所述，以往存在如下問題：防止在各種環(huán)境下使用的、使用藍寶石等高絕緣性基材的微細機械裝置中的粘連這一內(nèi)容無法容易地實現(xiàn)。

本發(fā)明是為了消除如上問題而成，其目的在于做到可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的、使用高絕緣性基材的微細機械裝置中的粘連。

【解決問題的技術(shù)手段】

本發(fā)明的微細機械裝置包括：基板，其由絕緣體構(gòu)成；可動部，其通過支承部支承在基板上，在可動區(qū)域內(nèi)與基板隔開配置，且能夠在可動區(qū)域內(nèi)朝基板方向位移，所述可動部由絕緣體構(gòu)成；凸部，其形成于在可動區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部中的其中一方的表面；電極，其形成于在可動區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部各自的表面；電極未形成部，其設(shè)置于在形成有凸部的區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部中的至少一方的表面，未形成有電極；以及防靜電層，其形成于設(shè)置在基板及可動部中的至少一方的表面上的電極未形成部中的至少一方，與形成有所述防靜電層那一側(cè)的電極連接，防靜電層由表面電阻為防靜電級的材料構(gòu)成。

在上述微細機械裝置中，防靜電層的表面電阻設(shè)為10⁹～10¹⁴Ω/□即可。

在上述微細機械裝置中，防靜電層的表面電阻宜設(shè)定為如下狀態(tài)：防靜電層相對于所連接的電極而形成的電阻乘以防靜電層與所連接的電極之間所形成的電容而得的時間常數(shù)為如下范圍，即，比在動作時施加至在可動區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部各自的表面上所形成的2個電極的交流電壓的振動周期大。

在上述微細機械裝置中，防靜電層由半導(dǎo)體構(gòu)成即可。此外，防靜電層也可由氧化鈦、氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化釕、氧化鋯中的至少1種構(gòu)成。此外，防靜電層也可由AlN、TiN、TiC、SiN中的任一種構(gòu)成。此外，防靜電層也可在配置防靜電層的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入金屬來形成。在該情況下，金屬為鈦、鈮、鉭、鎳、鐵、鉻、錳中的至少1種即可。此外，防靜電層也可由原子層級別的厚度的氧化金屬層構(gòu)成。氧化金屬層由鉬的氧化物、鎢的氧化物中的至少1種構(gòu)成即可。

在上述微細機械裝置中，絕緣體為藍寶石、氧化鋁陶瓷中的任一種即可。

【發(fā)明的效果】

通過以上所說明的內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明，獲得如下優(yōu)異效果：可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的、使用高絕緣性基材的微細機械裝置中的粘連。

附圖說明

圖1A為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的構(gòu)成例的截面圖。

圖1B為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的局部構(gòu)成例的截面圖。

圖2為表示本發(fā)明的實施方式中的另一微細機械裝置的局部構(gòu)成例的截面圖。

圖3為表示本發(fā)明的實施方式中的另一微細機械裝置的局部構(gòu)成例的截面圖。

圖4為用以說明本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的動作狀態(tài)的說明圖。

圖5A為表示壓力傳感器的局部構(gòu)成的截面立體圖。

圖5B為表示壓力傳感器的局部構(gòu)成的截面立體圖。

圖5C為表示壓力傳感器的局部構(gòu)成的截面立體圖。

具體實施方式

下面，參考圖1A、圖1B，對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1A為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的構(gòu)成例的截面圖。此外，圖1B為表示本發(fā)明的實施方式中的微細機械裝置的局部構(gòu)成例的截面圖。圖1B是對圖1A的一部分進行放大表示。

該微細機械裝置包括：基板101，其由絕緣體構(gòu)成；以及可動部103，其通過支承部102支承在基板101上，在可動區(qū)域121內(nèi)與基板101隔開配置，且能夠在可動區(qū)域121內(nèi)朝基板101方向位移，該可動部103由絕緣體構(gòu)成?？蓜硬?03通過可動區(qū)域121周圍的固定部而固定在支承部102上。例如，支承部102一體形成于基板101上。再者，也可在可動部103那一側(cè)與可動部103一體形成有支承部102。

此外，該微細機械裝置包括凸部104，所述凸部104形成于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板101及可動部103的基板101側(cè)那一面101a。凸部104例如為設(shè)為俯視圓形的柱子，直徑設(shè)為1～數(shù)十μm。此外，該例包括多個凸部104，相鄰?fù)共?04的間隔例如設(shè)為0.5mm左右。

再者，也可于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板101及可動部103的可動部103側(cè)那一面103a形成有凸部。此外，于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板101及可動部103各自的表面形成有電極105、電極106。

該微細機械裝置例如為可動部103為膜片的壓力傳感器。例如，基板101及可動部103由藍寶石構(gòu)成。受壓的可動部103朝基板101方向位移，由此，可動區(qū)域121內(nèi)的電極105與電極106的間隔發(fā)生變化，從而使得電容發(fā)生變化。通過該電容變化來測定可動部103所受到的壓力。若將電極形成區(qū)域設(shè)為真空，則可用作能夠測定絕對壓力的壓力傳感器。

此外，該微細機械裝置于在形成有凸部104的區(qū)域內(nèi)相對的基板101及可動部103兩方的表面配備有未形成有電極的電極未形成部107a及電極未形成部107b。電極未形成部107a及電極未形成部107b例如設(shè)為在俯視時為相同面積的圓形，電極未形成部107a和電極未形成部107b在俯視時中心設(shè)為相同位置。

此外，該微細機械裝置在基板101的電極未形成部107a配備有防靜電層108。防靜電層108與形成有防靜電層108那一側(cè)的電極105連接。此外，防靜電層108由表面電阻為防靜電級的材料構(gòu)成。例如，防靜電層108的表面電阻設(shè)為10⁹～10¹⁴Ω/□即可。作為這種材料，有硅或碳化硅等半導(dǎo)體。此外，防靜電層108也可由氧化鈦、氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化釕、氧化鋯等金屬氧化物構(gòu)成。

此外，防靜電層108也可由AlN、TiN、TiC、SiN等碳化物、氮化物構(gòu)成。此外，防靜電層108也可在配置防靜電層108的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入金屬來形成。通過導(dǎo)入金屬來形成金屬添加區(qū)域，可做成防靜電級。作為這種金屬，有鈦、鈮、鉭、鎳、鐵、鉻、錳等。例如，通過沉積金屬并加熱來使金屬熱擴散，之后，將剩余的金屬蝕刻去除即可。另外，還有通過離子注入將這些離子導(dǎo)入至基板的方法。

防靜電層108也可由原子層級別的厚度的氧化金屬層構(gòu)成。例如，利用由鉬氧化物、鎢的氧化物等構(gòu)成的原子層級別的厚度的氧化金屬層來構(gòu)成防靜電層108即可。氧化鉬或氧化鎢與藍寶石等相比蒸氣壓較低。只要通過將該材料與由藍寶石構(gòu)成的基板101一起在同一爐內(nèi)加熱至900℃左右來使上述氧化金屬蒸發(fā)(升華)，就能在基板101的表面形成原子層級別的厚度的上述氧化金屬層。

根據(jù)上述實施方式，當(dāng)受壓的可動部103超過實際使用范圍而較大程度地彎曲時，可動部103的一部分面103a觸底于基板101的凸部104的上表面。在該狀態(tài)下，由于在接觸到的部位形成有防靜電層108而不會帶電，因此不會發(fā)生粘連。此外，在因觸底而接觸到的部位，電極105與電極106不會連接，因此當(dāng)然也不會發(fā)生反復(fù)進行觸底與脫離的現(xiàn)象。

此處，對達成本發(fā)明的詳情進行說明。首先，如前文所述，于在可動區(qū)域121內(nèi)相對的基板101的面101a以及可動部103的面103a，若在各自的整個區(qū)域內(nèi)形成有電極，則在觸底時，這些電極會發(fā)生接觸而成為問題。為了消除該問題，設(shè)為在接觸部位不配置電極的狀態(tài)。然而，在未形成有電極的部位，基板101的面101a與可動部103的面103a會直接接觸。

如此，當(dāng)反復(fù)發(fā)生絕緣電阻較大的基板101與可動部103的接觸時，會發(fā)生接觸帶電而導(dǎo)致表面產(chǎn)生靜電?；?01及可動部103的絕緣電阻較大，且接觸環(huán)境也處于真空中，導(dǎo)致這些靜電沒有散逸的地方，因此每當(dāng)反復(fù)接觸時，靜電會被積累。這在接觸環(huán)境為真空的絕對壓力計中發(fā)生得更頻繁。結(jié)果，認為在基板101與可動部103之間產(chǎn)生靜電引力而發(fā)生粘連。

為了抑制這種接觸帶電的發(fā)生，減少接觸面積本身是較為有效的對策。為此，形成凸部104，從而減小觸底時的接觸面積。然而，在藍寶石等絕緣材料中，我們知道，可容易地形成為數(shù)μm左右的圖案的凸部104，但nm級別的微細加工極為困難。因而，能容易地實現(xiàn)的凸部104的尺寸為數(shù)μm單位。

不過，數(shù)μm左右的大小的凸部104對于上述由靜電引起的粘連而言并非有效對策。

對此，在觸底時發(fā)生接觸的部位設(shè)置由電阻值較小的材料構(gòu)成的防靜電層108。由于在觸底時接觸的是防靜電層108，因此電荷在防靜電層108上被中和，使得靜電引力也不起作用，從而可防止粘連。

另外，雖然金屬等材料也是電阻值較小的材料，但在該情況下，與形成有電極的狀態(tài)相同，存在發(fā)生電極105與電極106之間的連接的情況，會成為問題。相對于此，在上述實施方式中，是利用表面電阻為防靜電級的材料構(gòu)成防靜電層108，并將其連接至電極105而構(gòu)成。此外，通過將防靜電層108設(shè)置在成為在觸底時發(fā)生接觸的區(qū)域的、配置有凸部104的區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)了在觸底時接觸防靜電層108的狀態(tài)。

例如，設(shè)為相較于在使微細機械裝置動作時施加至電極105與電極106之間的交流電壓的周期而言防靜電層108的時間常數(shù)足夠大即可。通過以如此方式構(gòu)成，防靜電層108表面的電荷可通過防靜電層108所連接的電極105而散逸至外部，因此可防止發(fā)生粘連。

另外，也可像圖2所示那樣在基板101的電極未形成部107a設(shè)置防靜電層108a，且在可動部103的電極未形成部107b設(shè)置防靜電層108b。防靜電層108b與電極106連接配置。在該情況下，在觸底時，防靜電層108a與防靜電層108b相接觸。

此外，也可像圖3所示那樣在可動部103那一側(cè)不設(shè)置電極未形成部而在面103a的朝向凸部104區(qū)域的區(qū)域內(nèi)形成有電極106。在該情況下，在觸底時，電極106與防靜電層108相接觸。

如前文所述，防靜電層108的表面電阻宜設(shè)為如下狀態(tài)：防靜電層108相對于所連接的電極105而形成的電阻R乘以防靜電層108與電極105之間所形成的電容C而得的時間常數(shù)RC為如下范圍，即，比在動作時施加至在可動區(qū)域121內(nèi)相對的電極105與電極106之間的交流電壓的振動周期T大(RC＞＞T)。

使用圖4，對上述防靜電層108的時間常數(shù)進行更具體的說明。圖4為表示設(shè)為使用圖3的構(gòu)成的微細機械裝置的可動部103著底于基板101的狀態(tài)的一部分的截面圖。此處，微細機械裝置為可動部103為膜片的壓力傳感器，動作時的測量電壓為交流。

如圖4所示，將觸底瞬間的電極106的電位設(shè)為0、電極105的電位設(shè)為V₀sin(2πft)。接觸到電極106的凸部104上的防靜電層108的電位當(dāng)然也為0，但是，若與處于相同面的電極105之間的電阻過小，則防靜電層108也會迅速成為V₀sin(2πft)，導(dǎo)致與電位0的電極106之間產(chǎn)生電位差，因此會產(chǎn)生由電壓引起的靜電引力，從而導(dǎo)致前文所述的測量電壓中的異常的發(fā)生。

相對于此，若將防靜電層108與電極105的電阻設(shè)為R、將防靜電層108與電極105之間的電容設(shè)為C，則防靜電層108以及施加有交流的電極105可僅僅視為1次濾波器(RC電路)。因而，若相對于施加至電極105的交流的振動頻率f而言所定義的RC電路的截止頻率1/(2πRC)足夠小，則防靜電層108表面的電位不會追隨周邊的電極105而保持為0，使得與電極106之間不會產(chǎn)生電位差。結(jié)果，不會產(chǎn)生靜電引力，從而可防止前文所述的測量電壓中的異常。

另一方面，由于因接觸而產(chǎn)生的靜電所造成的帶電的擴散為直流，因此，若將初期所帶電荷設(shè)為Q₀，則該電荷會以Q₀exp(-t/RC)的方式發(fā)生衰減。若時間常數(shù)RC與上述壓力傳感器的響應(yīng)速度相比足夠小，則不會發(fā)生導(dǎo)致帶電的粘連，而通常來講，若防靜電層108的表面電阻為10⁹～10¹⁴Ω/□，則不易帶電，靜電將迅速被去除。如此，為了避免由粘連及測量電壓引起的異常，就防靜電層108上與處于其相同面的電極105的電阻而言，為了截止頻率而限制下限、為了防靜電而限制上限即可。

上述效果的順序為使用圖3而說明過的構(gòu)成＞使用圖2而說明過的構(gòu)成＞使用圖1A、圖1B而說明過的構(gòu)成。在觸底時防靜電層與電極相接觸的使用圖3而說明過的構(gòu)成中，由于由接觸帶電產(chǎn)生的電荷最容易散逸，因此所獲得的由防靜電層產(chǎn)生的效果最高。相對于此，在觸底時單側(cè)為絕緣體的使用圖1A、圖1B而說明過的構(gòu)成中，由防靜電層產(chǎn)生的效果較低。

再者，電極未形成部可設(shè)置于在形成有凸部的區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部兩方的表面，也可設(shè)置在任一方。在電極未形成部設(shè)置在兩方的情況下，防靜電層可形成于基板及可動部兩方的表面所設(shè)置的電極未形成部各方，也可設(shè)置在任一方。此外，在電極未形成部設(shè)置于在形成有凸部的區(qū)域內(nèi)相對的基板及可動部中的任一方的情況下，防靜電層形成于任一方的電極未形成部即可。

如以上所說明，根據(jù)本發(fā)明，由于在基板與位移后的可動部相接觸的、形成有凸部的部位設(shè)置有防靜電層，因此可更容易地防止在各種環(huán)境下使用的、使用高絕緣性基材的微細機械裝置中的粘連。

再者，本發(fā)明并不限定于以上所說明的實施方式，顯然，可由在該領(lǐng)域內(nèi)具有通常的知識的人員在本發(fā)明的技術(shù)思想內(nèi)實施大量變形及組合。

符號說明

101…基板、101a…面、102…支承部、103…可動部、103a…面、104…凸部、105…電極、106…電極、107a、107b…電極未形成部、108…防靜電層、121…可動區(qū)域。