特開 2024-164750 エレクトレットを備えるデバイスの特性調整方法、デバイスの製造方法、及び、エレクトレット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164750

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】エレクトレットを備えるデバイスの特性調整方法、デバイスの製造方法、及び、エレクトレット

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20241120BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20241120BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 301G

B81B3/00

H01L29/78 613Z

H01L29/78 617T

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080453

(22)【出願日】2023-05-15

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「自己バイアス式集積化ＳＡＥ－ＭＥＭＳセンサの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(71)【出願人】

【識別番号】504145364

【氏名又は名称】国立大学法人群馬大学

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(72)【発明者】

【氏名】山根 大輔

(72)【発明者】

【氏名】田中 有弥

【テーマコード（参考）】

3C081

5F110

5F140

【Ｆターム（参考）】

3C081AA13

3C081BA22

3C081BA44

3C081BA48

3C081CA40

3C081DA31

3C081EA21

5F110AA08

5F110CC02

5F110DD01

5F110DD12

5F110EE01

5F110EE30

5F110FF01

5F110GG02

5F110GG12

5F110HJ01

5F110HK01

5F140BA01

5F140BD01

5F140BD04

5F140BE09

5F140BE13

5F140BF41

(57)【要約】

【課題】エレクトレットの表面電位に影響を受けるデバイスの特性を調整する。
【解決手段】開示の方法は、エレクトレットを備えるデバイスの特性を調整する方法であって、前記エレクトレットは、光の照射によって表面電位が変化する材料によって構成され、前記方法は、前記エレクトレットの前記表面電位を変化させる光を前記エレクトレットに対して照射することで、前記表面電位を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整することを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エレクトレットを備えるデバイスの特性を調整する方法であって、
前記エレクトレットは、光の照射によって表面電位が変化する材料によって構成され、
前記方法は、前記エレクトレットの前記表面電位を変化させる光を前記エレクトレットに対して照射することで、前記表面電位を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整することを含む
デバイスの特性調整方法。

【請求項2】

前記光を照射することは、
前記エレクトレットが形成されている領域全体よりも狭い領域に対して前記光を照射すること、又は、
前記エレクトレットが形成されている領域内における位置に応じて光の強度及び照射時間の少なくともいずれか一方が異なるように光を照射することである
請求項１に記載のデバイスの特性調整方法。

【請求項3】

前記光を照射することは、マスクレス露光機によって行われる
請求項１に記載のデバイスの特性調整方法。

【請求項4】

前記エレクトレットは、自己組織化エレクトレットである
請求項１に記載のデバイスの特性調整方法。

【請求項5】

前記デバイスは、前記エレクトレットを備えるＭＥＭＳ素子を備え、
前記デバイス特性は、前記ＭＥＭＳ素子の特性を含む
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のデバイスの特性調整方法。

【請求項6】

前記デバイスは、前記エレクトレットを備える電子回路を備え、
前記デバイス特性は、前記電子回路の回路特性を含む
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のデバイスの特性調整方法。

【請求項7】

エレクトレットを備えるデバイスの製造方法であって、
光の照射によって表面電位が変化し得るエレクトレットを、デバイスに設け、
前記エレクトレットを前記デバイスに設けた後に、前記エレクトレットに対して、前記光を照射することで、前記表面電位を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整する
ことを含む、デバイスの製造方法。

【請求項8】

エレクトレット表面の面内位置に応じて表面電位が異なるように制御された表面電位分布を有する、エレクトレット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エレクトレットを備えるデバイスの特性調整方法、デバイスの製造方法、及び、エレクトレットに関する。

【背景技術】

【0002】

エレクトレットは、強い誘電性をもった絶縁体に電場を加えて電気分極を起こさせ、その電場を去っても帯電が保たれている物質である。エレクトレットと電子回路又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とを組み合わせることで、小型のマイクロフォンや振動発電素子などを構成することができる。

【0003】

特許文献１－３は、エレクトレットを備えるデバイスを開示している。特許文献１はエレクトレットを備える振動発電器を開示し、特許文献２はエレクトレットを備える振動発電素子を開示し、特許文献３はエレクトレットを形成したＭＥＭＳ素子を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－０３６４２３号公報

【特許文献2】特開２０２１－０４０３８９号公報

【特許文献3】特開２０２２－２９５９６号公報

【発明の概要】

【0005】

エレクトレットは帯電しているため表面電位を持つ。エレクトレットの表面電位は、エレクトレット材料・寸法・荷電処理などで決まる。このため、エレクトレットを製造した時点でその表面電位は決まってしまう。その結果、エレクトレットの製造後には、再荷電処理以外の方法では、表面電位を調整することはできなかった。なお、エレクトレットの再荷電処理は、減衰した表面電位を基に戻す作業であり、表面電位の制御には適用できない。

【0006】

エレクトレットの表面電位は、エレクトレットを備えたデバイスの特性・性能を左右することがある。したがって、エレクトレットによって、その表面電位に影響を受けるデバイスの特性を調整することが考えられる。しかし、エレクトレット製造後に表面電位を調整することができなければ、デバイスの特性の調整は困難である。

【0007】

したがって、かかる問題を解決するための技術の提供又はそれに関連した技術の提供が望まれる。

【0008】

本開示のある側面は、デバイス調整方法である。開示の方法は、エレクトレットを備えるデバイスの特性を調整する方法であって、前記エレクトレットは、光の照射によって表面電位が変化する材料によって構成され、前記方法は、前記エレクトレットの前記表面電位を変化させる光を前記エレクトレットに対して照射することで、前記表面電位を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整することを含む。

【0009】

本開示の他の側面は、デバイスの製造方法である。開示の方法は、エレクトレットを備えるデバイスの製造方法であって、光の照射によって表面電位が変化し得るエレクトレットを、デバイスに設け、前記エレクトレットを前記デバイスに設けた後に、前記エレクトレットに対して、前記光を照射することで、前記表面電子を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整することを含む。

【0010】

本開示の他の側面は、エレクトレットである。開示のエレクトレットは、エレクトレット表面の面内位置に応じて表面電位が異なるように制御された表面電位分布を有する。

【0011】

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係るデバイス製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図2】図２は、エレクトレットを備えるＭＥＭＳ素子とＭＥＭＳ素子への真空蒸着とを示す説明図である。

【図3】図３は、エレクトレットを備える電界効果トランジスタとその閾値電圧の特性とを示す説明図である。

【図4】図４は、エレクトレットを備える電界効果トランジスタの他の例を示す図である。

【図5】図５は、エレクトレットへの光照射実験を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜１．エレクトレットを備えるデバイスの特性調整方法、デバイスの製造方法、及びエレクトレットの概要＞

【0014】

（１）実施形態に係る方法は、エレクトレットを備えるデバイスの特性を調整する方法であり得る。前記方法において、前記エレクトレットは、光の照射によって表面電位が変化する材料によって構成され得る。前記方法は、前記エレクトレットの前記表面電位を変化させる光を前記エレクトレットに対して照射することで、前記表面電位を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整することを含み得る。この場合、光照射によって、エレクトレット表面電位を変化させることで、デバイス特性を調整することができる。

【0015】

なお、エレクトレットは、デバイスの動作・機能に不可欠な構成要素としてデバイスに備えられていてもよいし、デバイスの動作・機能に不可欠な構成要素ではなく、専ら、デバイス特性の調整のために、デバイスに備えられていてもよい。また、デバイス特性の調整は、エレクトレットが設けられた後に行われればよく、デバイスの製造途中（デバイス完成前）に行われてもよいし、デバイスの製造後（デバイス完成後）に行われてもよい。

【0016】

（２）前記光を照射することは、前記エレクトレットが形成されている領域全体よりも狭い領域に対して前記光を照射することであり得る。また、前記光を照射することは、前記エレクトレットが形成されている領域内における位置に応じて光の強度及び照射時間の少なくともいずれか一方が異なるように光を照射することであり得る。

【0017】

（３）前記光を照射することは、マスクレス露光機によって行われるのが好ましい。

【0018】

（４）前記エレクトレットは、自己組織化エレクトレットであるのが好ましい。

【0019】

（５）前記デバイスは、前記エレクトレットを備えるＭＥＭＳ素子を備え得る。前記デバイス特性は、前記ＭＥＭＳ素子の特性を含み得る。

【0020】

（６）前記デバイスは、前記エレクトレットを備える電子回路を備え得る。電子回路は、集積回路であるのが好ましい。前記デバイス特性は、前記電子回路の回路特性を含み得る。

【0021】

（７）実施形態に係る方法は、エレクトレットを備えるデバイスの製造方法であり得る。前記方法は、光の照射によって表面電位が変化し得るエレクトレットを、デバイスに設け、前記エレクトレットを前記デバイスに設けた後に、前記エレクトレットに対して、前記光を照射することで、前記表面電子を変化させて、前記表面電位に依存するデバイス特性を調整することを含み得る。

【0022】

なお、エレクトレットは、デバイスの動作・機能に不可欠な構成要素としてデバイスに備えられていてもよいし、デバイスの動作・機能に不可欠な構成要素ではなく、専ら、デバイス特性の調整のために、デバイスに備えられていてもよい。また、デバイス特性の調整は、エレクトレットが設けられた後に行われればよく、デバイスの製造途中（デバイス完成前）に行われてもよいし、デバイスの製造後（デバイス完成後）に行われてもよい。

【0023】

（８）実施形態に係るエレクトレットは、エレクトレット表面の面内位置に応じて表面電位が異なるように制御された表面電位分布を有し得る。

【0024】

＜２．エレクトレットを備えるデバイスの特性調整方法、デバイスの製造方法、及びエレクトレットの例＞

【0025】

図１は、実施形態に係るデバイス製造方法を示している。この製造方法は、例えば、デバイス作製の工程（ステップＳ１）と、デバイス特性調整の工程（ステップＳ２）と、を含む。

【0026】

ステップＳ１において作製されるデバイスは、エレクトレットを備える。ステップＳ１において作製されるデバイスは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子である。ＭＥＭＳ素子は、例えば、エナジーハーベスタ（発電素子）、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ、光スキャナ、デジタルミラーデバイス、アクチュエータ、発電素子、又は光変調器等の機械的要素を構成する。発電素子は、例えば、振動発電素子である。ＭＥＭＳ素子は、例えば、集積化ＭＥＭＳ素子である。集積化ＭＥＭＳ素子は、半導体集積回路（ＬＳＩ）とＭＥＭＳ構造体が一つのチップ上に形成されたものである。

【0027】

ＭＥＭＳ素子が、半永久的に電荷を保持する誘電体であるエレクトレットを備えることで、センサ感度向上や低消費電力化、発電機能付与など、ＭＥＭＳ素子の特性・性能の向上又は特性の調整が可能である。エレクトレットを備えることによって向上する又は制御されるＭＥＭＳ素子の特性は、例えば、ＭＥＭＳ素子の機械的特性である。機械的特性は、例えば、振動するＭＥＭＳ素子の共振周波数、電極間距離、電極の傾き具合などである。ＭＥＭＳ素子の特性は、これらに限られず、エレクトレットの表面電位に依存して変化し得るその他の特性であってもよい。

【0028】

ＭＥＭＳ素子は、例えば、半導体集積回路上において、半導体製造技術による微細加工を施すことにより形成される。

【0029】

ステップＳ１において作製されるデバイスは、集積回路などの電子回路であってもよい。電子回路は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。電子回路が半導体集積回路である場合、電子回路は半導体製造技術によって形成される。

【0030】

電子回路がエレクトレットを備えることで、電子回路の回路特性の向上又は回路特性の調整を図ることができる。エレクトレットを備えることによって向上又は調整される電子回路の特性は、例えば、電子回路がＦＥＴであれば、ＦＥＴの閾値電圧である。電子回路の特性は、ＦＥＴの閾値電圧に限られず、エレクトレットの表面電位に依存して変化し得るその他の回路特性であってもよい。

【0031】

ステップＳ１のデバイス作製工程は、エレクトレット形成工程（ステップＳ１１）を含む。ステップＳ１１のエレクトレット形成工程は、デバイスにエレクトレットを備えさせる工程である。なお、ステップＳ１は、ステップＳ１１のエレクトレット形成工程のほか、デバイスにおけるエレクトレット以外の構成要素の形成工程を含む。

【0032】

実施形態において、ステップＳ１１においてデバイスに設けられるエレクトレットは、光の照射によって表面電位が変化する材料によって構成され得る。エレクトレットが、光の照射によって表面で変化するものであることで、デバイス製造後の光照射によって、エレクトレットの表面電位の調整又は制御が可能になる。

【0033】

ステップＳ１１においてデバイスに設けられるエレクトレットは、例えば、自己組織化エレクトレット（Self-assembled electret(SAE)）である。自己組織化エレクトレットは、特許文献１－３に記載されている。本開示は、特許文献１－３のすべての記載内容を援用する。自己組織化エレクトレットは、自発的に配向する極性有機分子が、荷電処理が不要であるエレクトレットとして機能することを利用したものである。自己組織化エレクトレットは、その表面電位が膜厚に比例して増加し、１００ｎｍで数ボルトにも達する。この巨大な電位は「巨大表面電位」（Giant surface potential：ＧＳＰ）と呼ばれる。すなわち、自己組織化エレクトレットは、ＧＳＰを示す材料によって構成されたエレクトレットともいえる。自己組織化エレクトレットとして利用可能な材料は、多数存在するが、一例として列挙すると、２ＣｚＰＮ、４ＣｚＩＰＮ、Ａｌｑ３、ＴＰＢｉ、ＯＸＤ－７、又はＢＣＰなどがある。

【0034】

自己組織化エレクトレットは、前述のように、エレクトレットの荷電処理（帯電処理）が不要なものである。したがって、自己組織化エレクトレットをデバイスに設ける場合、荷電処理によるデバイスへの悪影響を回避できる。すなわち、荷電処理は、高温・高電圧印加等が必要とされるが、荷電処理を必要としない自己組織化エレクトレットを利用すると、荷電処理のための高温・高電圧印加等が不要となる。例えば、ＭＥＭＳ素子又は電子回路などのデバイスにエレクトレットを形成するために、荷電処理をすると、デバイスが破壊されるなどの悪影響が生じるおそれがある。しかし、自己組織化エレクトレットをデバイスに形成すれば、荷電処理が不要であるため、デバイスへの悪影響を抑えることができる。また、自己組織化エレクトレットを利用すると、荷電処理が不要であるため、デバイスの生産性も向上する。

【0035】

自己組織化エレクトレットは、例えば、真空蒸着によって形成される。真空蒸着は、例えば、常温で行うことができる。したがって、エレクトレットの形成のため、エレクトレットが形成されるデバイスを、真空蒸着装置内に配置しても、デバイスへの影響は少ない。

【0036】

自己組織化エレクトレットを構成する材料は、光の照射によって表面電位が変化する。例えば、前述のＡｌｑ３は、光の照射によって、表面電位が低下又は消失する（光の照射による表面電位の低下の原理については、特許文献２参照）。

【0037】

実施形態のデバイスの作製には、Ａｌｑ３など、光を照射によって表面電位が変化し得るエレクトレットが用いられる。かかるエレクトレットは、例えば、前述の２ＣｚＰＮ、４ＣｚＩＰＮ、Ａｌｑ３、ＴＰＢｉ、ＯＸＤ－７、又はＢＣＰなどである。一般に、自己組織化エレクトレットは、光照射によって表面電位が変化する。

【0038】

ここで、光は、１ｎｍから１ｍｍの波長をもつ電磁波をいい、可視光に限られず、紫外放射（紫外線）も含む。表面電位を変化させるための光の波長は、短い方が好ましく、例えば、４５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、又は、３００ｎｍ以下である。表面電位を変化させるための光は、例えば、紫外放射である。

【0039】

エレクトレットに照射される光は、照射されるエレクトレットを構成する材料の吸収スペクトルにおける吸収ピークに相当する波長（及びそれ以下の波長）の光を含むのが好ましい。エレクトレットの材料の吸収ピークの波長を含む波長の光は、エレクトレットに吸収されて、表面電位を低下させる。例えば、Ａｌｑ３は、吸収ピークが４００ｎｍ程度であるため、４００ｎｍ程度以下の波長の光（青色の光）の照射によって、電位を低下させ得る。２ＣｚＰＮは、吸収ピークが３８０ｎｍ程度であるため、３８０ｎｍ程度以下の波長の光（青色の光）の照射によって、電位を低下させ得る。４ＣｚＩＰＮは、吸収ピークが３９０ｎｍ程度であるため、３９０ｎｍ程度以下の波長の光（青色の光）の照射によって、電位を低下させ得る。

【0040】

また、ＴＰＢｉは、吸収ピークが３１０ｎｍ程度であるため、３１０ｎｍ程度以下の波長の光（紫外線）の照射によって、電位を低下させ得る。ＯＸＤ－７は、吸収ピークが２９０ｎｍ程度であるため、２９０ｎｍ程度以下の波長の光（紫外線）の照射によって、電位を低下させ得る。ＢＣＰは、吸収ピークが２６０ｎｍ程度であるため、２６０ｎｍ程度以下の波長の光（紫外線）の照射によって、電位を低下させ得る。

【0041】

なお、エレクトレットは、光の照射によって表面電位が変化し得るものであれば、自己組織化エレクトレットである必要はなく、荷電処理によって得られるエレクトレットであってもよい。また、エレクトレットは、光の照射によって、表面電位が減少するものに限られず、表面電位が増加するものであってもよい。光の照射で表面電位が増加するエレクトレットは、例えば、絶縁体上に成膜されたＴＰＢｉである。このＴＰＢｉは、ＳＡＥである。このＴＰＢｉに光を照射すると表面電位が増加する。絶縁体は、導電体基板上に形成される。絶縁体は、例えば、ＳｉＯ２である。導電体基板は、例えば、ＩＴＯである。

【0042】

ステップＳ１におけるデバイス作製後、ステップＳ２のデバイス特性調整が行われる。ステップＳ２において調整されるデバイス特性は、例えば、ＭＥＭＳ素子の機械的特性、又は電子回路の回路特性である。ステップＳ２では、デバイス特性のうち、デバイスが備えるエレクトレットの表面電位に依存するデバイス特性が調整され得る。

【0043】

ステップＳ２の調整工程は、エレクトレットに光を照射する工程（ステップＳ２１）を含む。エレクトレットに光を照射することで、エレクトレットの表面電位を調整できる。表面電位が調整される結果、表面電位に依存するデバイス特性が調整され得る。

【0044】

自己組織化エレクトレットは、通常、膜厚によって表面電位が決定される。したがって、自己組織化エレクトレットを成膜した時点で、表面電位が決まっている。しかし、光照射された自己組織化エレクトレットは、膜厚によって決まる表面電位とは異なる表面電位を持つ。したがって、膜厚の製造誤差などに起因して表面電位が所望の値からずれている場合であっても、エレクトレット形成後の光照射によって、表面電位を所望の値に調整することができる。

【0045】

このように、作製後のエレクトレットに対して光照射することで、エレクトレットの表面電位を所望の値にすることができる。また、従来のエレクトレットでは、エレクトレットを作製する段階でエレクトレットの表面電位が決まってしまうが、本実施形態によれば、エレクトレットの作製工程と、エレクトレットの最終的な表面電位又は表面電位分布を決定する工程と、を分離することができる。

【0046】

例えば、自己組織化エレクトレットは、膜厚分布によって膜面内の表面電位分布が決定される。しかし、光照射された自己組織化エレクトレットは、膜厚分布によって決まる表面電位分布とは異なる、制御された表面電位分布を持つ。ここでは、エレクトレット作製後にエレクトレット表面電位分布を制御することを、面内電位制御という。面内電位制御によって制御された表面電位分布が得られる。例えば、ほぼ均一な膜厚を有するエレクトレットは、通常、ほぼ均一な表面電位の分布を有するが、ほぼ均一な膜厚を有するエレクトレットに対して、面内電位制御を施すことで、面内の位置によって表面電位が異なる表面電位分布が得られる。

【0047】

エレクトレット表面の面内での電位分布は、エレクトレット表面の面内に照射される光の強度及び時間の少なくともいずれか一方を、その面内において変化させることによって、制御され得る。なお、光の強度は、光の照度と表現してもよい。エレクトレット表面の面内での電位分布は、エレクトレット表面の面内において局所的に光を照射することによって、制御され得る。

【0048】

このように、作製後のエレクトレットに対する面内電位制御によって、エレクトレットの表面電位を局所的に低下させたり、局所的に消失させたりすることができる。したがって、面内電位制御によって、エレクトレットの作製後に、所望の表面電位分布を得ることができる。

【0049】

エレクトレットにおいて局所的に電位を消失させると、エレクトレット材料が存在するものの、エレクトレットとしては機能しない部分を生じさせることができる。ここでは、面内電位制御によって、局所的に、電位を消失させること又はエレクトレットとして実質的に機能しない程度に電位を低下させることを、トリミングという。トリミングによって、エレクトレットとして機能する領域を、エレクトレット材料が存在する領域よりも狭くできる。

【0050】

例えば、エレクトレット作製時の誤差によって、エレクトレットが形成された領域が所望の領域よりも大きい場合、不要な領域を光照射によってトリミングすることができる。また、エレクトレット作製後のトリミングによって、エレクトレットとして機能する領域を、エレクトレット形成工程で得られたエレクトレット領域の形状とは異なるもの（例えば、所定のパターン形状）にすることができる。

【0051】

また、エレクトレット作製時においては、エレクトレットとして機能させる領域を特に考慮せずにエレクトレットを形成しておき、エレクトレット作製後において、エレクトレットとして機能させたい領域を決定し、エレクトレットとして機能させたい領域以外の領域をトリミングすることができる。

【0052】

このように、面内電位制御によって、エレクトレット作製時の誤差を補償したり、エレクトレット作製後にエレクトレットとして機能する領域を所望の範囲にしたりすることができる。

【0053】

また、面内電位制御を精密に行うことで、表面電位分布を精密に制御できる。精密な面内電位制御は、例えば、精密な露光パターンを生成する露光機によって行える。露光機を用いることで、エレクトレットに対して局所的な光照射が可能である。露光機は、例えば、半導体回路の製造用の半導体露光機である。露光機は、露光パターンの形成にフォトマスクが不要であるマスクレス露光機であるのが好ましい。

【0054】

露光機は、一例として、露光線幅が１００μｍ以下の光を照射可能なもの、露光線幅が５０μｍ以下の光を照射可能なもの、露光線幅が２０μｍ以下の光を照射可能なもの、又は、露光線幅が１０μｍ以下の光を照射可能なものであるのが好ましい。また、露光機は、最小露光線幅が１０μｍ以上のもの、露光機は、最小露光線幅が１μｍ以上のもの、露光機は、一例として、最小露光線幅が０．１μｍ以上のもの、又は、最小露光線幅が０．０１μｍ以上のものであるのが好ましい。

【0055】

以上のように、デバイスが備えるエレクトレットの表面電位が調整されると、そのエレクトレットの表面電位に依存するデバイス特性が調整される。したがって、エレクトレットの表面電位調整を通じて、デバイス特性を所望の値に調整できる。例えば、デバイス特性（例えば、デバイスの機械的特性又は回路特性）の製造誤差を、エレクトレットの表面電位調整によって、デバイス作製後に補償することができる。

【0056】

特に、精密な露光パターンを生成する露光機を用いると、ＭＥＭＳ素子又は集積回路などの微小なデバイスにおけるエレクトレットの面内電位制御が可能となる。また、精密なトリミングも可能である。精密な面内電位制御又は精密なトリミングによって、デバイス特性の精密制御も可能になる。また、精密な露光パターンを生成する露光機を用いると、精密な面内電位制御を行って、所望の２次元電位分布を得ることもできる。

【0057】

実施形態の方法で得られる電位分布としては、例えば、２次元的に滑らかに変化する電位分布、局所的に異なる電位を持つ電位分布、又は一部の電位が消失した電位分布などがある。このような電位分布を有するエレクトレットを利用することで、新しいＭＥＭＳデバイス又は電子デバイスなどの創製につながることが期待される。

【0058】

なお、光の照射は、表面電位を低下又は消失させるためのものである必要はなく、光照射によって表面電位が上昇するエレクトレットに関しては、光の照射は、表面電位を増加させるために用いられ得る。また、図１では、デバイスの作製後に、ステップＳ２１の光照射を行ったが、ステップＳ２１の光照射は、デバイスの作製途中に行われてもよい。すなわち、エレクトレットを備えるデバイスは、完成品である必要はなく、作製途中のものであってもよい。したがって、ステップＳ２又はステップＳ２１の後に、デバイスを構成する他の要素の組み立て・形成などが行われてもよい。

【0059】

図２は、デバイスの一例としてのＭＥＭＳ素子に、自己組織化エレクトレットを形成する工程の例を示している。図２では、自己組織化エレクトレットの形成に真空蒸着装置１００が用いられる。真空蒸着装置１００は、真空にした容器１００Ａの中で成膜材料１０１を蒸発させて、デバイスなどのワークの表面に膜を形成するよう構成されている。図２に示す真空蒸着装置１００は、ワークを容器１００Ａにおいて保持するホルダ１０３と、シャドウマスク１０５と、を備える。シャドウマスク１０５は、成膜範囲を制限するものである。

【0060】

図２の真空蒸着装置１００は、成膜材料として、自己組織化エレクトレット材料が用いられる。用いられる自己組織化エレクトレット材料は、例えば、Ａｌｑ３である。

【0061】

図２では、ワークとして、ＭＥＭＳ素子５４を備えるデバイス５０が配置される。デバイス５０は、一例として、集積化ＭＥＭＳデバイスである。集積化ＭＥＭＳデバイスは、半導体集積回路とＭＥＭＳ素子とが一つのチップ上に形成されたものである。

【0062】

デバイス５０は、基板５１を備える。基板５１は、例えば、シリコン基板などの半導体基板によって構成され、ＬＳＩなどの半導体集積回路５２を備える。半導体集積回路５２には、ＭＥＭＳ素子５４以外の半導体センサ５３も設けられている。ＭＥＭＳ素子５４は、半導体集積回路５２上に設けられている。半導体集積回路５２は、例えば、ＦＥＴ、抵抗素子、容量素子などの様々な半導体素子を備え得る。なお、ＦＥＴは、演算回路、メモリ回路、又は増幅回路などを構成し得る。

【0063】

図２に示すＭＥＭＳ素子５４は、一例として、振動発電素子である。振動発電素子５４は、可動電極６１と固定電極６２と、を備える。固定電極６２は、例えば、半導体集積回路５２に上に固定されている。可動電極６１は、固定電極６２と間隔を隔てて設けられている。可動電極６１は、例えば、半導体集積回路５２上に設けられた支持部６３を介して、積回路上で振動可能に支持されている。支持部６３は、ばねを備え、ばねによって可動電極６１は振動可能になる。すなわち、可動電極６１は、固定電極６２に対して相対位置が可変に設けられている。

【0064】

ＭＥＭＳ素子５４には、真空蒸着装置１００を用いた真空蒸着によって、自己組織化エレクトレット７１が形成される。図２では、一例として、自己組織化エレクトレット７１は、固定電極６２上に配置される。エレクトレット７１を備える電極６２は、帯電している。エレクトレット７１を備える電極６２が、別の電極６１と対向していると、静電誘導により電極６１に誘導電荷が生じる。電極６１と電極６２とが相対的に変位すると、その変位に応じて誘導電荷が変化し、それを電気信号として外部に取り出すことができる。

【0065】

図２の可動電極６１は、複数のスルーホール６１ａを備える。このスルーホール６１ａは、真空蒸着装置１００内で蒸発した成膜材料を、通過させて、固定電極６２に到達させるためのものである。固定電極６２には、スルーホール６１ａの形成パターン（例えば、図２の格子状パターン）に応じたパターンのエレクトレット７１が形成される。

【0066】

図２に示すように、ＭＥＭＳ素子５４に自己組織化エレクトレット７１を配置する場合、半導体集積回路５２又はＭＥＭＳ素子５４に悪影響を与えるおそれがある荷電処理が不要である。真空蒸着による低温プロセス（室温程度）も、半導体集積回路５２又はＭＥＭＳ素子５４に悪影響を与えるおそれは少ない。なお、このようなＭＥＭＳ素子５４及びその製法の詳細は、特許文献３に記載されている。本開示は、特許文献３のすべての記載内容を援用する。

【0067】

エレクトレット７１が形成されると、ＭＥＭＳ素子５４の特性の調整のため、エレクトレットに光が照射される。前述のスルーホール６１ａは、電極６１の上方から照射された光を、通過させて、電極６２に到達させるためにも用いられる。

【0068】

エレクトレット７１に光を照射することで、エレクトレット７１の表面電位を制御し、表面電位から生じる静電引力の強度を制御できる。ここで、静電引力は、空気ギャップを介した構造の間に電位差がある場合、それらの構造が互いに引き合う向きに働く力である。ここでは、電極６１，６２間に働く力である。静電引力は、ＭＥＭＳ素子５４の特性の一つである。

【0069】

エレクトレット７１の表面電位を制御することで、表面電位から生じる静電引力を変化させることができるため、振動発電素子であるＭＥＭＳ素子５４の共振周波数又は電極６１，６２間距離を変化させることができる。共振周波数及び電極間距離は、ＭＥＭＳ素子５４の機械的特性である。光照射によって、共振周波数又は電極間距離を、ＭＥＭＳ素子５４の作製後に、調整することが可能である。

【0070】

エレクトレット７１全体の領域内において、局所的に光を照射することで、エレクトレット７１の表面電位の分布を制御することができる。つまり、位置に応じて表面電位を異ならせることができる。表面電位の分布を制御することで、静電引力も位置に応じて異ならせることができるため、電極６１の傾き具合などを調整することもできる。電極６１の傾きは、ＭＥＭＳ素子５４の機械的特性である。

【0071】

可動電極６１は、それを保持するばねの寸法ばらつき又は素子の影響等で、基板５１に対して並行でない場合があり得る。この場合、可動電極６１の下方のエレクトレット７１の表面電位の分布を制御し、静電引力の強さを、位置に応じて異ならせることで、電極６１の傾きを調整することができる。したがって、可動電極６１の作製後に、可動電極６１の傾きを調整して、並行にすることができる。

【0072】

また、可動電極６１の側面、及び／又は、可動電極６１の側方に配置された固定電極に、エレクトレットを形成しておき、そのエレクトレットに光を照射してもよい。この場合、静電引力は、可動電極６１の面に平行な方向（横方向）にも働く。したがって、エレクトレットへの光照射によって、横方向の静電引力を制御すると、可動電極６１の横方向の位置調整も可能になる。可動電極６１の横方向位置もＭＥＭＳ素子５４の機械的特性の一つである。なお、可動電極６１の側面、及び／又は、可動電極６１の側方に配置された固定電極に、エレクトレットを形成するには、図２におけるＭＥＭＳ素子５４を傾けて、真空蒸着装置１００内に配置すればよい。

【0073】

図３（Ａ）は、デバイスの他の例として、ＦＥＴを備える電子回路（半導体集積回路）を示している。図３は、一例として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ８０を示している。図３に示すＦＥＴ８０は、ｐ型半導体（p-Si）８１と、ｎ型半導体（N⁺-Si）８２，８３と、酸化膜からなる誘電体（絶縁膜）８４と、を備える。ＦＥＴ８０は、誘電体８４上に設けられたゲート電極８５、ｎ型半導体８２上に設けられたソース電極８６、及びｎ型半導体８３上に設けられたドレイン電極８７、及び、バックゲート電極８９を備える。

【0074】

ＦＥＴ８０は、一例として、誘電体８４とゲート電極８５との間に配置されたエレクトレット８８を備える。ここでのエレクトレットは、自己組織化エレクトレット（ＳＡＥ）である。

【0075】

ＦＥＴ８０がエレクトレット８８を備えることで、図３（Ｂ）に示すように、ＦＥＴ８０の閾値電圧Ｖｇｓが変化する。ここで、閾値電圧Ｖｇｓとは、ソース－ドレイン間の伝導パスを形成するために印加されるゲート－ソース間にかかる電圧である。閾値電圧Ｖｇｓは、ＦＥＴ８０の回路特性の一つである。

【0076】

図３（Ｂ）に示すように、表面電位が負のエレクトレット８８が設けられている場合、エレクトレット８８の自己バイアスによって、エレクトレットなしに比べてＶｇｓが小さくなる。また、表面電位が正のエレクトレットが設けられている場合、エレクトレット８８の自己バイアスによって、エレクトレットなしに比べてＶｇｓが大きくなる。

【0077】

このエレクトレット８８に対して、光を照射させて、表面電位を変化させると、エレクトレット８８による、自己バイアスが変化するため、閾値電圧Ｖｇｓが変化する。したがって、光照射によって、ＦＥＴ８０の閾値電圧Ｖｇｓを調整することができる。

【0078】

半導体集積回路は、一般に、多数のＦＥＴを備える。これらのＦＥＴの閾値電圧Ｖｇｓは、製造誤差によって、ばらつくことがある。半導体集積回路に含まれる複数のＦＥＴの中に、閾値電圧Ｖｇｓを調整したいＦＥＴがある場合、そのＦＥＴのエレクトレット８８に対してだけ局所的に光を照射することで、他のＦＥＴの閾値電圧を変化させることなく、そのＦＥＴの閾値電圧Ｖｇｓだけを調整することができる。なお、電極８５は、光を透過可能なものであるのが好ましい。

【0079】

なお、図３と同様にエレクトレットを備えるｐ型ＭＯＳＦＥＴについても、同様の方法で、閾値電圧Ｖｇｓを調整することができる。

【0080】

図４は、エレクトレットを備えるＦＥＴの他の例を示している。図４に示すＦＥＴ８０は、図３のＦＥＴ８０とは異なり、エレクトレット８８が、ｐ型半導体８１とバックゲート電極８９との間に設けられている。図４のＦＥＴ８０に関し、その他の点については、図３のＦＥＴ８０と同様である。

【0081】

図４のＦＥＴ８０においても、エレクトレット８８によって、閾値電圧Ｖｇｓが変化する。すなわち、表面電位が負のエレクトレット８８が設けられている場合、エレクトレット８８の自己バイアスによって、エレクトレットなしに比べてＶｇｓが小さくなる。また、表面電位が正のエレクトレットが設けられている場合、エレクトレット８８の自己バイアスによって、エレクトレットなしに比べてＶｇｓが大きくなる。

【0082】

複数のＦＥＴを備える半導体集積回路の場合、図４のｐ型半導体には、他のＦＥＴのための構造も形成される。すなわち、図４の半導体８１（半導体基板８１）上には、複数のＦＥＴ８０が設けられる。エレクトレット８８は、例えば半導体８１の全面に形成されることで、複数のＦＥＴ８０に亘って形成される。したがって、図４のエレクトレット８８は、複数のＦＥＴ８０それぞれの閾値電圧Ｖｇｓに影響を与える。

【0083】

複数のＦＥＴ８０それぞれの閾値電圧Ｖｇｓに影響を与えるエレクトレット８８に対して、局所的に光を照射することで、特定のＦＥＴの閾値電圧Ｖｇｓを調整することができる。例えば、複数のＦＴＥの中に、閾値電圧Ｖｇｓを調整したい特定のＦＥＴがある場合、エレクトレット８８に対する光照射は、そのＦＥＴに対応した位置にだけ局所的に行うことで、他のＦＥＴの閾値電圧を変化させることなく、そのＦＥＴの閾値電圧Ｖｇｓだけを調整することができる。

【0084】

なお、電極８９が光を透過可能であれば、電極８９の形成後に閾値電圧を調整できる。また、以下のようにして、電極８９の形成前に閾値電圧を調整すれば、電極８９は光透過可能でなくてもよい。

【0085】

まず、図４に示すＦＥＴの構造を持つ半導体集積回路において、エレクトレット８８及びバックゲート電極８９の形成前に、トップゲート電極８５等を利用して、ＦＥＴ８０を動作させ、ＦＥＴの閾値電圧を確認する。これにより、複数のＦＥＴの中で、閾値電圧が他のＦＥＴの閾値電圧からずれているＦＥＴがあれば、そのＦＥＴを、対象ＦＥＴとして特定する。そして、図４に示すエレクトレット８８を形成する。そして、エレクトレット８８への光照射は、複数のＦＥＴのうち、対象ＦＥＴに対応した位置にだけ、局所的に行う。これにより、対象ＦＥＴの閾値電圧のずれを補償する。その後、バックゲート電極８９を形成すればよい。

【0086】

また、必要に応じて、対象ＦＥＴ以外のＦＥＴに対応した位置にあるエレクトレット８８の表面電位は、光照射によって消失させてもよい。例えば、エレクトレット８８全体の領域のうち、対象ＦＥＴ以外のＦＥＴに対応した位置に対しては、エレクトレット８８の電位が消失するような光の強さ又は時間で行う。これにより、対象ＦＥＴ以外のＦＥＴの閾値電圧がエレクトレット８８によって変動するのを防止できる。

【0087】

また、次のようにしてもよい。半導体集積回路において、バックゲート電極８９の形成前に、図４に示すＦＥＴ８０の半導体基板８１に対して、複数のＦＥＴに亘るエレクトレット８８を形成しておく。エレクトレット８８は、例えば、基板８１の一面において、全面に形成される。例えば、エレクトレット８８は、集積回路が備える全ＦＥＴの閾値電圧を下げるように形成される。これにより、半導体集積回路の消費電力を低下させることができる。また、エレクトレット８８の形成前、又は形成後において、ＦＥＴを動作させて、閾値電圧の補償が必要な対象ＦＥＴを特定しておく。そして、エレクトレット８８への光照射は、複数のＦＥＴのうち、対象ＦＥＴに対応した位置にだけ、局所的に行う。これにより、対象ＦＥＴの閾値電圧のずれを補償する。その後、バックゲート電極８９を形成すればよい。この場合、対象ＦＥＴ以外のＦＥＴに対応した位置のエレクトレット８８の表面電位を消失させる必要はない。

【0088】

図５は、エレクトレットの面内電位制御の実験を示している。図５（Ａ）は、実験方法を示す。実験では、ガラス上に形成されたＩＴＯ膜上に、自己組織化エレクトレット（ＳＡＥ）であるＡｌｑ３を成膜した。ＩＴＯ膜は、１辺が３０ｍｍの正方形とし、Ａｌｑ３膜は、１辺が２０ｍｍの正方形とした。このＡｌｑ３膜に対して、マスクレス露光機によって図５に示す露光パターン１０で紫外線（照射波長：３６５ｎｍ）を照射した。マスクレス露光機として、ネオアーク株式会社製のマスクレス露光装置「ＰＡＬＥＴ」を使用した。露光線幅は、１５μｍとした。

【0089】

図５（Ａ）に示す露光パターン１０は、Ａｌｑ３膜の面内範囲に、１２箇所の露光エリアを有する。露光エリアは、光が照射されるエリアである。図５において、白色のエリアＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３，Ａ４１，Ａ４２，Ａ４３が露光エリアである。各露光エリアは、縦辺である短辺の長さが３ｍｍ、横辺である長辺の長さが５ｍｍである矩形形状とした。各露光エリア間には、横方向及び縦方向それぞれに間隔が確保されている。なお、図５に示す露光パターン１０において、グレーの非露光エリアは、光が照射されない領域である。このように、実験では、エレクトレットの面内において局所的に光が照射される。

【0090】

実験では、各露光エリアの露光条件（光照射条件）を異ならせた。すなわち、１２箇所の露光エリアについて、照度（光強度）を３段階、露光時間（照射時間）を４段階に変化させて、紫外線を照射した。図５に示すように、露光エリアＡ１１，Ａ１２，Ａ１３については露光時間を０．１［sec］とし、露光エリアＡ２１，Ａ２２，Ａ２３については露光時間を１．０［sec］とし、露光エリアＡ３１，Ａ３２，Ａ３３については露光時間を１０［sec］とし、露光エリアＡ４１，Ａ４２，Ａ４３については露光時間を１００［sec］とした。また、露光エリアＡ１３，Ａ２３，Ａ３３，Ａ４３の照度（光強度）を１００％として、露光エリアＡ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１の照度（光強度）をその１０％とし、露光エリアＡ１２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２の照度（光強度）をその５０％とした。

【0091】

露光前後において、Ａｌｑ３膜上の表面電位を計測し、露光後における各露光エリアの電位を評価した。表面電位の計測には、走査型のケルビンプローブを用いた。露光前において、Ａｌｑ３膜の表面電位は、その面内においてほぼ均一な分布であり、約１８００ｍＶであった。

【0092】

露光後においては、複数の露光エリアには、電位が低下又は消失した露光エリアがあった。図５（Ｂ）の各露光エリア内の数字［％］は、各露光エリアの電位保持率を示している。電位保持率は、露光前の電位（約１８００ｍＶ）に対する、露光後の電位の比率を示している。

【0093】

図５（Ｂ）に示すように、露光エリアＡ１１の電位保持率は約１００％である。露光エリアＡ１２の電位保持率は約９０％である。露光エリアＡ１３の電位保持率は約８０％である。露光エリアＡ２１の電位保持率は約８５％である。露光エリアＡ２２の電位保持率は約７０％である。露光エリアＡ２３の電位保持率は約５５％である。露光エリアＡ３１の電位保持率は約７５％である。露光エリアＡ３２の電位保持率は約５５％である。露光エリアＡ３３の電位保持率は約４０％である。露光エリアＡ４１，Ａ４２，Ａ４３の電位保持率は約０％である。

【0094】

図５（Ｂ）に示すように、照度（光強度）及び／又は露光時間の増大に比例して、露光エリアの表面電位が減少していることがわかる。この実験により、エレクトレットの面内電位制御が可能であることが実証された。また、エレクトレット面内において、局所的に光の強さ（照度）又は照射時間（露光時間）を変えることで、局所的に電位を変えることができることがわかる。このように、エレクトレットへの照射パターンを制御することで、エレクトレット面内の電位分布を所望の分布に制御することができる。実験で得られたエレクトレットは、図４（Ｂ）に示すように、エレクトレット表面の面内位置に応じて表面電位が異なるように制御された表面電位分布を有する。

【0095】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【符号の説明】

【0096】

１０ ：露光パターン
５０ ：デバイス
５１ ：基板
５２ ：半導体集積回路
５３ ：半導体センサ
５４ ：ＭＥＭＳ素子
６１ ：可動電極
６１ａ ：スルーホール
６２ ：固定電極
６３ ：支持部
７１ ：エレクトレット
８０ ：ＦＥＴ
８１ ：ｐ型半導体
８２ ：ｎ型半導体
８３ ：ｎ型半導体
８４ ：誘電体
８５ ：ゲート電極
８６ ：ソース電極
８７ ：ドレイン電極
８８ ：エレクトレット
８９ ：バックゲート電極
１００ ：真空蒸着装置
１００Ａ ：容器
１０１ ：成膜材料
１０３ ：ホルダ
１０５ ：シャドウマスク
Ａ１１ ：露光エリア
Ａ１２ ：露光エリア
Ａ１３ ：露光エリア
Ａ２１ ：露光エリア
Ａ２２ ：露光エリア
Ａ２３ ：露光エリア
Ａ３１ ：露光エリア
Ａ３２ ：露光エリア
Ａ３３ ：露光エリア
Ａ４１ ：露光エリア
Ａ４２ ：露光エリア
Ａ４３ ：露光エリア
ＡＡ２３ ：露光エリア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】