(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又はそれ以上の電極が形成された基板と、
基板および該１つ又はそれ以上の電極の上に配置された電気絶縁層と、
基板と連結した１つ又はそれ以上の着地構造と、
基板と連結したＭＥＭＳエレメントとを備え、
ＭＥＭＳエレメントは、第１位置から、電気絶縁層から離れた第２位置へ、および第３位置へ移動可能であり、
ＭＥＭＳエレメントは、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、電気絶縁層と接触する第１部分と、ＭＥＭＳエレメントが第２位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造と接触する第２部分とを含み、
第１部分は、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、電気絶縁層と接触し、
第２部分は、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造と接触し、
第１部分は、ＭＥＭＳエレメントが第２位置および第３位置にある場合、電気絶縁層から離れており、
第２部分は、ＭＥＭＳエレメントが第３位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造から離れている、デバイス。
【請求項２】
第１部分は、下部層と、１つ又はそれ以上の支持構造を介して該下部層と連結した上部層とを備えるワッフル構造を含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
第２部分は、下部層で構成される、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
下部層は、窒化チタンアルミニウムを含む、請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
第２部分は、第１部分と、ＭＥＭＳエレメントが第１位置および第２位置の両方にある場合、基板と連結した第３部分との間に連結される、請求項３記載のデバイス。
【請求項６】
第２部分は、上部層で構成される、請求項２記載のデバイス。
【請求項７】
第２部分は、第１部分と、ＭＥＭＳエレメントが第１位置および第２位置の両方にある場合、基板と連結した第３部分との間に連結される、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
下部層は、窒化チタンアルミニウムを含む、請求項２記載のデバイス。
【請求項９】
該１つ又はそれ以上の電極のうちの少なくとも１つが、ＲＦ電極である、請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
１つ又はそれ以上の電極が形成された基板と、
基板および該１つ又はそれ以上の電極の上に配置された電気絶縁層と、
電気絶縁層と連結した、第１位置から第２位置へ移動可能である１つ又はそれ以上のスプリングエレメントと、
電気絶縁層と連結したＭＥＭＳエレメントとを備え、
ＭＥＭＳエレメントは、第３位置から、電気絶縁層から離れた第４位置へ移動可能であり、
ＭＥＭＳエレメントは、第３位置にある場合、電気絶縁層と接触する第１部分と、１つ又はそれ以上のスプリングエレメントと接触し、該１つ又はそれ以上のスプリングエレメントを第１位置から第２位置へ移動させる第２部分とを含み、
ＭＥＭＳエレメントは、第５位置へ移動可能であり、
第１部分は、ＭＥＭＳエレメントが第５位置にある場合、電気絶縁層から離れており、
第２部分は、ＭＥＭＳエレメントが第５位置にある場合、該１つ又はそれ以上のスプリングエレメントから離れている、デバイス。
【請求項１１】
第１部分は、下部層と、１つ又はそれ以上の支持構造を介して該下部層と連結した上部層とを備えるワッフル構造を含む、請求項１０記載のデバイス。
【請求項１２】
第２部分は、下部層で構成される、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
下部層は、窒化チタンアルミニウムを含む、請求項１２記載のデバイス。
【請求項１４】
１つ又はそれ以上のスプリングエレメントは、窒化チタンアルミニウムを含む、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
Ａ）絶縁層、１つ又はそれ以上の着地構造および、その上に配置された第１犠牲層を有する基板の上に、ＭＥＭＳエレメントを形成するステップであって、
第１犠牲層の上に、第１構造層を形成すること、
第１構造層の上に、第２犠牲層を形成すること、
第２犠牲層の少なくとも一部を除去し、第１構造層の一部を露出させること、
露出した第１構造層の上に構造エレメントを形成すること、
第２犠牲層および構造エレメントの上に、第２構造層を形成することを含むステップと、
Ｂ）第１犠牲層および第２犠牲層を除去して、ＭＥＭＳエレメントを解放するステップと、を含み、
解放されたＭＥＭＳエレメントは、第１位置から第２位置へ移動可能であり、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、絶縁層と接触する第１部分と、ＭＥＭＳエレメントが第２位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造と接触する第２部分とを有しており、
ＭＥＭＳエレメントは、第３位置へ移動可能であり、
第１部分は、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、電気絶縁層と接触し、
第２部分は、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造と接触し、
第１部分は、ＭＥＭＳエレメントが第２位置および第３位置にある場合、電気絶縁層から離れており、
第２部分は、ＭＥＭＳエレメントが第３位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造から離れているようにした方法。
【請求項１６】
１つ又はそれ以上の着地構造と接触する、１つ又はそれ以上のスプリングエレメントを形成するステップと、をさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
第１構造層を形成することは、１つ又はそれ以上のスプリングエレメントを形成することを含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
第１構造層を形成することは、窒化チタンアルミニウムを堆積することを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
１つ又はそれ以上のスプリングエレメントは、第４位置から第５位置へ移動可能である請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
第１構造層を形成することは、窒化チタンアルミニウムを堆積することを含む請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
第２構造層を形成することは、窒化チタンアルミニウムを堆積することを含む請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、マイクロ機械可変キャパシタの分野、特に、残留ＲＦ電圧の存在下でデジタルキャパシタを解放する動作に関する。ここで説明する本発明は、ラッチング電圧と駆動電圧との差を最小化する必要がある任意のマイクロ機械構造に適用可能である。カンチレバーのバネ定数は、静電容量コンタクト間で降下した電圧に起因して、着地コンタクト間の静電気引力より大きくなるように設計でき、デバイスをオンにするのに必要な電圧は不変であるようなデバイスを製作することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ機械アクチュエータは、外部力の存在下で湾曲(deflect)または移動するという簡単な原理に基づいている。これらのアクチュエータの湾曲は、典型的には、力と湾曲との間の直線関係に従う。この関係の勾配は、使用する材料、スイッチ及び／又は脚部の幾何形状、スイッチ及び／又は脚部がどのように固定されているか、によって定義される（一般的な意味でのフックの法則）。
【０００３】
【数１】
0005629323.tif 000002
【０００４】
ここで、Ｋはバネ定数、Ｘは変位である。
【０００５】
外部力は、通常、その大きさとスイッチの位置との間の直線関係に従わない。静電気の場合、力は、制御電極に対する位置の二乗で増加する。この事情は、限界変位に到達した場合、「スナップ・イン(snap-in)」の現象を生じさせる。静電気力ＦＥは、下記の式によって与えられる。
【０００６】
【数２】
0005629323.tif 000003
【０００７】
ここで、Ａは、引き下げ電極とマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスとの間の重なり面積、Ｚは、開始位置、ε０は、自由空間の誘電率、Ｖは、印加された制御電圧である。全ての力の合計がゼロである場合、均衡が定義され、これは静電気ＭＥＭＳでの伝統的なスナップ・イン挙動を生じさせる。いったんカンチレバーがコンタクトまで跳ねると、カンチレバーと引き込み(pull)電極との間の距離が大きく減少し、式（２）から静電気力は大きく増加する。カンチレバーを引き離すには、制御電圧を大きく減少させる必要がある。
【０００８】
図１Ａは、直線スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスについて、ＭＥＭＳデバイスに作用する力と変位との関係を示す。図の垂直スケールは、グラフ上の種々のポイントをより良く示すために、対数スケールを有することに留意する。Fspringと記したカーブは、機械力と、変位に対して直線的に変化するスプリングの変位との関係を示す。Ｆ＠Ｖ１，Ｆ＠Ｖ２，Ｆ＠Ｖ３と記したカーブは、異なる印加電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（但し、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１）で、ＭＥＭＳデバイスに作用する静電気力である。
【０００９】
いろいろな印加電圧でのＭＥＭＳ変位は、機械力カーブと静電気力カーブの交点を探すことによって見つかる。例えば、電圧Ｖ１が印加された場合、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ１に変位する。印加電圧がＶ２に増加した場合、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ２に変位する。印加電圧がＶ３に増加した場合、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ３に変位する。このポイントでは、電圧がさらに増加した場合、静電気力カーブと機械力カーブの交点がもはや存在しない。静電気力カーブは、常に機械力カーブより大きいためである。その結果、デバイスは、スナップ・インが生じて、ポイントｐ４に変位する。続いて電圧がＶ３からＶ２に減少した場合、変位した場所ｐ４における静電気力Ｆ＠Ｖ２は、依然として機械力Fspringより大きく、その結果、デバイスは、ポイントｐ４に変位したままになる。いったん電圧がＶ１に減少すると、変位した場所ｐ４における静電気力Ｆ＠Ｖ１は、機械力Fspringと同じ大きさである。電圧の更なる減少は、ポイントｐ１において機械力カーブと１つのだけの交点を生じさせ、デバイスは、ポイントｐ４からポイントｐ１へ戻る。
【００１０】
図１Ｂは、直線スプリングを備えたＭＥＭＳデバイスについて、ＭＥＭＳ変位と印加電圧との関係を示す。この図では、図１Ａに示したものと同じポイントを示している。印加電圧の上向き掃引の際、その変位は、引き込み(pull-in)と記したカーブに従う。５Ｖの印加電圧では、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ１に変位する。そして、電圧が１５Ｖに増加すると、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ２に変位する。電圧が２５Ｖに増加すると、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ３に変位する。電圧の更なる増加により、デバイスは、完全変位までスナップ・インが生じ、ポイントｐ４に行き着く。そして、電圧が減少すると、変位は、解放と記したカーブに追従する。電圧が５Ｖに減少した場合、変位は、間隙の１００％（ポイントｐ４’）で留まる。更なる減少により、デバイスは再びポイントｐ１に戻る。こうして引き込み電圧は２５Ｖであり、解放電圧は５Ｖである。図１Ｂは、解放電圧（デバイスが、ポイントｐ４’からポイントｐ１へスナップする電圧）と、着地電圧（デバイスが、ポイントｐ３からポイントｐ４へスナップする電圧）との間の大きな差を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解放電圧と着地電圧との間の大きな差は、ホット・スイッチングを行う場合、容量性ＲＦ  ＭＥＭＳデバイスについてある問題を生じさせる。ホット・スイッチングは、例えば、ＭＥＭＳカンチレバースイッチと着地電極との間に存在し、制御電圧がゼロに設定された場合、カンチレバーのバネ定数がコンタクトを引き離すことができる最大ＲＦ電圧として定義される。
【００１２】
従って、ホット・スイッチングが可能なＲＦ  ＭＥＭＳについてのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、一般に、ホット・スイッチングが可能なＲＦ  ＭＥＭＳデバイスに関する。ＲＦ  ＭＥＭＳデバイスは、１つ又はそれ以上のスプリング機構を利用することによって、ホット・スイッチングが可能である。ある実施形態では、２つ又はそれ以上のスプリングセットが使用でき、ＭＥＭＳデバイスのカンチレバーの変位における特定ポイントにおいて関与する。スプリングは、所定の着地電圧で、解放電圧の著しい増加を可能にする。
【００１４】
一実施形態では、ＭＥＭＳデバイスが開示される。デバイスは、基板と、基板と連結し、そこから垂直に延びる第１支持ポストと、第１支持ポストと連結した第１カンチレバーとを含む。デバイスはまた、第１支持ポストから離れた場所に、基板と連結した第２支持ポストを含む。第２支持ポストは、基板から垂直に延びる。デバイスはまた、第２支持ポストと連結した第２カンチレバーと、第１支持ポストと第２支持ポストとの間の場所に、基板と連結した引き込み(pull-in)電極と、引き込み電極と第２支持ポストとの間の場所に、基板と連結したコンタクト電極とを含む。
【００１５】
他の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの動作方法が開示される。該方法は、電圧を、引き込み電極に印加することを含む。方法はまた、第１カンチレバーを第１距離だけ移動し、電圧が印加された状態で第２カンチレバーと接触することを含む。方法はまた、第１カンチレバーおよび第２カンチレバーを第２距離だけ移動し、第１カンチレバーがコンタクト電極と接触し、電圧が印加された状態で第２カンチレバーがコンタクト電極から離れるようにすることを含む。方法はまた、引き込み電極に印加された電圧を変化させることと、第１カンチレバーをコンタクト電極から離すこととを含む。
【００１６】
他の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスが開示される。ＭＥＭＳデバイスは、基板と、基板と連結し、そこから垂直に延びる支持ポストと、支持ポストと連結したカンチレバーとを含み、カンチレバーは、第１部分と、第１部分から延びる第２部分とを有する。ＭＥＭＳデバイスはまた、第１支持ポストから離れた場所に、基板と連結したコンタクトポストを含む。コンタクトポストは、基板から垂直に延びる。ＭＥＭＳデバイスはまた、支持ポストとコンタクトポストとの間の場所に、基板と連結した引き込み電極を含む。ＭＥＭＳデバイスはまた、引き込み電極とコンタクトポストとの間の場所に、基板と連結したコンタクト電極とを含む。第１部分は、コンタクト電極から離れた位置から、コンタクト電極と接触する位置に移動可能であり、第２部分は、コンタクトポストから離れた位置から、コンタクトポストと接触する位置に移動可能である。
【００１７】
他の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの動作方法が開示される。該方法は、電圧を、引き込み電極に印加することを含む。方法はまた、カンチレバーを第１距離だけ移動し、カンチレバーの第１部分がコンタクト電極から離れ、電圧が印加された状態でカンチレバーの第２部分がコンタクトポストと接触するようにすることを含む。方法はまた、カンチレバーを第２距離だけ移動し、第１部分がコンタクト電極と接触し、電圧が印加された状態で第２部分がコンタクトポストと接触したままであるようにすることを含む。方法はまた、引き込み電極に印加された電圧を変化させることと、カンチレバーをコンタクト電極およびコンタクトポストから離すこととを含む。
【００１８】
他の実施形態では、デバイスが、１つ又はそれ以上の電極が形成された基板と、基板および該１つ又はそれ以上の電極の上に配置された電気絶縁層と、電気絶縁層と連結した１つ又はそれ以上の着地構造とを含む。該マイクロ電気機械デバイスはまた、電気絶縁層と連結したＭＥＭＳエレメントを含む。ＭＥＭＳエレメントは、第１位置から、電気絶縁層から離れた第２位置へ移動可能である。ＭＥＭＳエレメントは、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、電気絶縁層と接触する第１部分と、ＭＥＭＳエレメントが第２位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造と接触する第２部分とを含む。
【００１９】
他の実施形態では、デバイスが、１つ又はそれ以上の電極が形成された基板と、基板および該１つ又はそれ以上の電極の上に配置された電気絶縁層と、電気絶縁層と連結した１つ又はそれ以上のスプリングエレメントとを含み、該１つ又はそれ以上のスプリングエレメントは、第１位置から第２位置へ移動可能である。デバイスはまた、電気絶縁層と連結したＭＥＭＳエレメントを含む。ＭＥＭＳエレメントは、第３位置から、電気絶縁層から離れた第４位置へ移動可能である。ＭＥＭＳエレメントは、第３位置にある場合、電気絶縁層と接触する第１部分と、該１つ又はそれ以上のスプリングエレメントと接触し、該１つ又はそれ以上のスプリングエレメントを第１位置から第２位置へ移動する第２部分とを含む。
【００２０】
他の実施形態では、ある方法が、絶縁層、１つ又はそれ以上の着地構造および、その上に配置された第１犠牲層を有する基板の上に、ＭＥＭＳエレメントを形成することを含む。ＭＥＭＳエレメントを形成することは、第１犠牲層の上に、第１構造層を形成することと、第１構造層の上に、第２犠牲層を形成することと、第２犠牲層の少なくとも一部を除去し、第１構造層の一部を露出させることと、露出した第１構造層の上に構造エレメントを形成することと、第２犠牲層および構造エレメントの上に、第２構造層を形成することとを含む。方法はまた、第１犠牲層および第２犠牲層を除去して、ＭＥＭＳエレメントを解放することを含む。解放されたＭＥＭＳエレメントは、第１位置から第２位置へ移動可能である。解放されたＭＥＭＳエレメントは、ＭＥＭＳエレメントが第１位置にある場合、絶縁層と接触する第１部分を有する。解放されたＭＥＭＳエレメントはまた、ＭＥＭＳエレメントが第２位置にある場合、１つ又はそれ以上の着地構造と接触する第２部分を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の上記特徴が詳細に理解できるように、上記のように簡単に要約した本発明のより特定した説明が実施形態を参照しており、その幾つかを添付図面に図示している。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、その範囲を限定するものと考えるべきでなく、本発明にとって他の等価の有効な実施形態を許容できることに留意すべきである。
【００２２】
【図１Ａ】直線スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスについて、力と変位との関係を示す。
【図１Ｂ】直線スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスの引き込み電圧および解放電圧を示す。
【図２Ａ】一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図２Ｂ】一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図２Ｃ】一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図２Ｄ】他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図２Ｅ】他の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略図である。
【図３】２つのカンチレバーを含む複合システムについて、全体復元力と変位との関係を示す。
【図４Ａ】複合スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスについて、力と変位との関係を示す。
【図４Ｂ】複合スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスの引き込み電圧および解放電圧を示す。
【図５】直線スプリングおよび複合スプリングを備えたＭＥＭＳ  ＲＦデバイスのホット・スイッチの比較を示す。
【図６Ａ】修正したパラメータセットを持つ複合スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスについて、力と変位との関係を示す。
【図６Ｂ】修正したパラメータセットを持つ複合スプリングを備えた静電気駆動されるＭＥＭＳデバイスの引き込み電圧および解放電圧を示す。
【図７】修正したパラメータセットを用いて複合スプリングを備えたＭＥＭＳ  ＲＦデバイスのホット・スイッチ性能を示す。
【図８Ａ】一実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図８Ｂ】一実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図９】図８Ａおよび図８ＢのＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略平面図である。
【図１０】図８Ａおよび図８ＢのＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図１１】他の実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略平面図である。
【図１２】図１１のＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図１３】他の実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略平面図である。
【図１４】図１３のＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図１５】他の実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略平面図である。
【図１６】図１５のＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図１７】他の実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略平面図である。
【図１８】図１７のＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【図１９】他の実施形態に係るＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略平面図である。
【図２０】図１９のＭＥＭＳ  ＲＦデバイスの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、変位における特定ポイントにおいて関与する、２つ又はそれ以上のスプリングセットを使用する。これは、所定の引き込み(pull in)着地電圧で、ＲＦ電極に印加できる電圧の著しい増加を可能にする。
【００２４】
カンチレバーが、最初にｋ１のバネ定数を有し、そして、距離ｄだけ引き込まれた後、バネ定数ｋ２を持つ追加のスプリングに着地する場合、複合システムのバネ定数は、段階的な増加を示す。第２スプリング２は、基板上でもよく、あるいは第１カンチレバーに取り付けてもよく（図２Ａと図２Ｄにそれぞれ示す）、第１カンチレバーが基板またはコンタクトと接触する前に、バンプと接触する。第１主カンチレバーの端部について変位Ｘの２つの領域が存在しており、最初は復元力がｋ１＊Ｘである０からｄまでの領域であり、続いて復元力が（ｋ１＊Ｘ＋ｋ２＊（Ｘ−ｄ））であるｄからＤまでの領域である。ここで、Ｄは、基板コンタクトと接触するまでの第１カンチレバーの合計移動である（Ｄはｄより大きいと仮定する）。
【００２５】
図２Ａでは、Ｘ＜ｄ：Ｆ＝ｋ１＊Ｘ。図２Ｃでは、Ｘ＞ｄ：Ｆ＝（ｋ１＊Ｘ＋ｋ２＊（Ｘ−ｄ））。図２Ｄでは、Ｘ＜ｄ：Ｆ＝ｋ１＊Ｘ。図２Ｅでは、Ｘ＞ｄ：Ｆ＝（ｋ１＊Ｘ＋ｋ２＊（Ｘ−ｄ））。機械的復元力は、図３に示すカーブに従う。
【００２６】
このプロセスは、１つより多い追加のカンチレバーを用いて続行可能であり、これは図３に示すカーブに対して多数の増加する勾配を付与することができ、第３カンチレバーはｄとＤの間にあるｄ３で着地する。
【００２７】
静電引き込み力は、下記の式で与えられる。
【００２８】
【数３】
0005629323.tif 000004
【００２９】
面積Ａ３のプレートについては、これらが間隙（Ｚ−Ｘ）だけ離れている場合、同じ面積の引き込みプレート（図２Ａ〜図２Ｅの符号３）へ移動する。カンチレバーについては、勾配変化があるため、これらの公式に対する修正が存在するが、間隙の二乗について静電気力が増加するという本質的特徴は残存する。これは、カンチレバーが引き込み電極（図２Ａ〜図２Ｅの符号３）に接近した場合、大きな吸引力が存在することを意味する。
【００３０】
カンチレバーのホット・スイッチを行おうとする場合、カンチレバー１と着地バンプ４との間に電位差が存在するであろう。これは、式（４）に従う追加の吸引力を付与するものであり、ＺをＤで置換しており、新たな面積Ａ４はコンタクト４とカンチレバー１の重なりである。
【００３１】
【数４】
0005629323.tif 000005
【００３２】
静電容量スイッチでは、厚さｚのコンタクト４上の薄い絶縁体が存在するであろう。これは、コンタクトからの静電引き込み力を最大値に制限するであろう。
【００３３】
【数５】
0005629323.tif 000006
【００３４】
第２カンチレバーは、間隔およびバネ力が、カンチレバー１を引き下げてコンタクト４と接触するのに必要な電圧は不変であるが、コンタクト４での引き離し(pull off)力は、コンタクト４での電圧Ｖ４に起因した、そのコンタクトでの誘電体を横断する電圧降下に起因した静電吸引力に打ち勝つのに充分に大きくなるように、設計できる。
【００３５】
これをさらに説明するために、複合スプリングを含むＭＥＭＳデバイスについて、力と変位のカーブを示す図４Ａを調べる。図の垂直スケールは、グラフ上の種々のポイントをより良好に示すために、対数スケールであることに留意する。機械的バネ力は、Fspringと記したカーブで示している。このカーブの初期部分は、図１Ａに示す直線スプリングカーブに従う。そして、Ａと記したポイントでは、複合スプリングが関与し、力と変位のカーブのより急な勾配で示されるバネ定数の増加が存在する。Ｆ＠Ｖ１，Ｆ＠Ｖ２，Ｆ＠Ｖ３と記したカーブは、異なる印加電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（但し、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１）で、ＭＥＭＳデバイスに作用する静電気力である。いろいろな印加電圧でのＭＥＭＳ変位は、機械力カーブと静電気力カーブの交点を探すことによって見つかる。
【００３６】
例えば、電圧Ｖ１が印加された場合、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ１に変位する。印加電圧がＶ２に増加した場合、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ２に変位する。印加電圧がＶ３に増加した場合、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ３に変位する。このポイントでは、電圧がさらに増加した場合、静電気力カーブと機械力カーブの交点がもはや存在しない。静電気力カーブは、常に機械力カーブより大きいためである。その結果、デバイスは、スナップ・インが生じて、ポイントｐ４に変位する。続いて電圧がＶ３からＶ２に減少した場合、変位した場所ｐ４における静電気力Ｆ＠Ｖ２は、機械力Fspringと同じ大きさである。電圧の更なる減少は、ポイントｐ１での機械力カーブとの１つだけの交点をもたらし、デバイスはポイントｐ４からポイントｐ２に戻ることになる。
【００３７】
上記解析から、複合スプリングを備えたデバイスの引き込み電圧はＶ３であり、解放電圧はＶ２であると要約される。
【００３８】
図４Ｂは、複合スプリングを備えたＭＥＭＳデバイスについて、ＭＥＭＳ変位と印加電圧との関係を示す。この図では、図４Ａに示したものと同じポイントを示している。印加電圧の上向き掃引の際、その変位は、引き込み(pull-in)と記したカーブに従う。５Ｖの印加電圧では、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ１に変位する。そして、電圧が１５Ｖに増加すると、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ２に変位する。電圧が２５Ｖに増加すると、ＭＥＭＳデバイスは、ポイントｐ３に変位する。電圧の更なる増加により、デバイスは、完全変位までスナップ・インが生じ、ポイントｐ４に行き着く。そして、電圧が減少すると、変位は、解放と記したカーブに追従する。電圧が１５Ｖに減少した場合、変位は、間隙の１００％（ポイントｐ４’）で留まる。更なる減少により、デバイスは再びポイントｐ２に戻る。こうして引き込み電圧は２５Ｖであり、解放電圧は１５Ｖである。この解析から、複合スプリングの利点は明らかである。５Ｖから１５Ｖへの解放電圧の増加が存在するが、引き込み電圧は変化していない。
【００３９】
図５は、直線スプリング（直線と記したカーブ）および複合スプリング（ＣＳＴと記したカーブ）を備えたＭＥＭＳ  ＲＦデバイスのホット・スイッチの比較を示す。ホット・スイッチ電圧は、引き込み電極での電圧が除去された場合に、デバイスが解放可能であるとともに、ＲＦ電極に許容される最大電圧として定義される。
【００４０】
ＭＥＭＳデバイスは、最初に、引き込み電極での充分に大きな電圧を用いて引き込まれ、即ち、変位は、図１Ｂ（直線スプリング）および図４Ｂ（複合スプリング）において、引き込みと記したカーブに追従するであろう。その結果、ポイントｐ４に変位するＭＥＭＳデバイスが得られる。続いて、ＲＦ電極での電圧を５０Ｖに増加し、引き込み電極での電圧を除去した。ＲＦ電極に印加されるこの電圧は、引き込み電圧を除去したとしても、ＭＥＭＳデバイスをポイントｐ４で変位したままに維持するのには充分に大きい。
【００４１】
続いて、ＲＦ電極での電圧はゆっくり減少し、デバイスが元にスナップして、デバイスを変位位置（ホット・スイッチ電圧）に保持できるＲＦでの最大電圧を見つけるまで減少する。複合スプリングを備えたデバイスでは、デバイスが解放して、ポイントｐ５からポイントｐ６まで移動するまで、電圧は４３Ｖに減少する必要がある。直線スプリングを備えたデバイスでは、デバイスが解放して、ポイントｐ７からポイントｐ８まで移動するまで、電圧は１５Ｖに減少する必要がある。
【００４２】
上記解析から、複合スプリングを備えたデバイスは、ＲＦ電極でかなり大きな電圧を扱うことができ、引き込み電極での電圧を除去した場合に、解放することが可能であると要約される。
【００４３】
Ｚ，Ｄ，ｄ，ｋ１およびｋ２を調整することによって、カンチレバーのｄへの初期引き込みがある状況を得ることが可能であるが、静電気力は、カンチレバーをＤに完全に引き込むほど充分に大きくはない。これは、図６Ａと図６Ｂに示す。デバイスの初期引き込みは、ＭＥＭＳ変位がポイントｐ３からｐ３’までスナップする場合に起こる。そのポイントでは、非直線スプリングは、デバイスの完全引き込みを許容にするには堅すぎる。非直線スプリングに打ち勝って、デバイスをポイントｐ４に引き込むには、制御電極で少し高い電圧が必要になる。制御電圧の減少の際、ＭＥＭＳ変位は、２つの解放ポイントを示しており、最初は、ポイントｐ４’からポイントｐ５へ行って、複合スプリングの高バネ定数部分によって支配されるところであり、続いて、ポイントｐ６からｐ２へ戻って、複合スプリングの低バネ定数部分によって支配されるところである。
【００４４】
このデバイスの得られたホット・スイッチカーブを図７に示す。それは、デバイスの２段階解放を示している。最初は、ポイントｐ５からポイントｐ６へ行って、複合スプリングの高バネ定数部分によって支配されるところであり、続いて、ポイントｐ７からｐ８へ戻って、複合スプリングの低バネ定数部分によって支配されるところである。この場合、ホット・スイッチ電圧は、図５のホット・スイッチ電圧と比較して少しだけ高い。
【００４５】
複合スプリングを備えた２段階着地の概念は、他の利点も有する。ＭＥＭＳデバイスが引き込まれる場合、最初に、複合スプリングエレメントに衝突するまで加速する。このポイントでは、複合スプリングエレメントによって減速され、第２の引き込み挙動が生ずる。この第２の引き込みは、かなり減少した距離で生ずるため、ＭＥＭＳエレメントに現れる速度は、直線スプリングを備えた同等なデバイスと比較してかなり減少している。この減少した衝突速度は、少ない損傷とより長い寿命をもたらす。
【００４６】
ここで開示した実施形態に幾つかの利点がある。特に、これらの実施形態は、スイッチサイズを最小化して、固定したホット・スイッチ電圧を達成し、そして、着地電圧および着地速度を最小化し、デバイス信頼性を改善する。
【００４７】
図８Ａ、図８Ｂ、図９および図１０を参照して、図２Ｄ〜図２Ｅの概略図に対応した一実施形態について説明する。それは、基板１０１上に製作したＭＥＭＳ  ＲＦスイッチを示す。それは、引き込み（制御）電極１０２と、ＲＦ電極１０２’とを含む。両方の層１０２，１０２’は、標準的なＣＭＯＳ製造技術（材料堆積、リソグラフマスキング工程、エッチング）によって同時に形成される。電極１０２，１０２’に利用できる適切な材料は、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、銅、アルミニウム、およびこれらの組合せを含む。基板１０１および電極１０２，１０２’の上には、絶縁層１０３が堆積されており、これは、図８Ｂに示すように、着地位置に動作したとき、電極１０２，１０２’と可動ＭＥＭＳエレメント１０６〜１０９との間の漏れ電流を防止する役割を果たす。絶縁層１０３に利用できる適切な材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、スピンオングラス、およびこれらの組合せを含む。
【００４８】
絶縁層１０３の上部には、コンタクト層が堆積、パターン化されて、構造１０４，１０４’を形成する。構造１０４は、デバイスアンカー１０５の着地ポイントとして機能し、任意のものである。構造１０４を使用しない場合、デバイスアンカー１０５は、ＭＥＭＳエレメントを絶縁層１０３に固定することになる。構造１０４’（図９参照）は、複合スプリング１１０の着地ポイントとして機能する。
【００４９】
コンタクト層１０４，１０４’を基板１０１との電気接続を提供するために使用する場合、コンタクト層１０４，１０４’に利用できる適切な材料は、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、銅、アルミニウム、チタン−アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム(titanium-aluminum-nitride)、およびこれらの組合せからなるグループから選択される材料を含んでもよい、金属などの導電性材料を含む。代替として、コンタクト層１０４，１０４’は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、スピンオングラス、およびこれらの組合せを含む絶縁層を備えてもよい。
【００５０】
可動ＭＥＭＳエレメントが、犠牲層を堆積し、該犠牲層をパターン化して、着地構造１０４を露出させることによって、基板１０１上に形成できる。構造１０４を利用しない場合、絶縁層１０３が露出することは理解されよう。ＭＥＭＳエレメントを形成した後、他の犠牲層を堆積し、パターン化してもよく、その結果、犠牲層は、集団的に空洞の形状を形成し、その内部でＭＥＭＳエレメントが運動することになる。犠牲層は、最終的に除去され、ＭＥＭＳエレメントを解放する。犠牲層は、従来のプロセス、例えば、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、スピンオン技術、幾つもの名称がある物理気相成長（ＰＶＤ）などによって堆積してもよい。犠牲層のための適切な材料が、シリコン含有化合物、例えば、二酸化シリコン、スピンオングラス、または炭素骨格を持つ長鎖分子を含有するスピンオン誘電体などを含む。こうした材料は、低いシリコン含有量を有することが必要であろう。理由は、炭素ベースの化合物を除去する犠牲エッチングは、シリコンを含有している場合、しばしば残留物を残すからである。アンカー１０５は、第１犠牲層に孔をエッチングすることによって形成される。下部層１０６，１０７は、孔の中に堆積して、アンカー１０５を形成する。
【００５１】
可動ＭＥＭＳエレメントは、２層構造から成る。下部層は、１０６，１０７によって形成され、上部層は、１０９によって形成される。構造１０６，１０７は、下部構造の両方の部分であるが、これらの構造が持つ異なる機能を示すために別の符号で示している。下部層１０６，１０７および上部層１０９は、選択した領域において、支持構造１０８によって接続される。一実施形態では、これらの支持構造１０８は、下部層１０６，１０７の上に存在する犠牲層に孔を選択的にエッチングすることによって形成される。犠牲層は、他の犠牲層を除去した場合、最終的に除去される。上部層１０９の堆積の際、この層は、孔の中にも堆積し、下部層１０６の上にも着地して、これにより支持構造１０８を備えた２層ＭＥＭＳ構造を形成する。可動ＭＥＭＳエレメントを形成する該方法は、剛性の膜構造(membrane)１０６，１０９の形成を可能にしつつ、可撓性の支持ビーム１０７を可能にする。支持ビーム１０７は、支持構造１０５を用いて基板１０１またはコンタクト層１０４に固定される。
【００５２】
下部層１０６，１０７、支持構造１０８および上部層１０９のための材料は、導電性材料、例えば、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、銅、アルミニウム、チタン−アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム(titanium-aluminum-nitride)、およびこれらの組合せなどを含む。下部層１０６，１０７および上部層１０９の各々は単一層として示しているが、各層１０６，１０７，１０９は多層構造を備えてもよいことは想定される。例えば、５層スタック（ＴｉＮ−Ａｌ−ＴｉＮ−Ａｌ−ＴｉＮ）を各層１０６，１０７，１０９に利用してもよい。ＴｉＮ−Ａｌ−ＴｉＮなどの３層スタックも、各層１０６，１０７，１０９に想定される。３層構造は、高い抵抗率を有するＴｉＮの強度の利点と、弱い機械的強度を有するＡｌの低抵抗の性質とを組み合わせている。２つのＴｉＮ層の間に薄いＡｌ層を挟み込むことによって、２つの材料の堆積における残留応力差はＭＥＭＳ構造内に差応力を生じさせない。３層構造の追加の利点は、ＴｉＮ膜の機械的強度がより大きな膜厚で減少することである。これは、堆積厚さの増加とともに空隙(void)が増加するためである。ＴｉＮの堆積を約２００ｎｍで停止し、薄いＡｌ層を積んで成長を開始することによって、この問題を大きく低減できる。層１０６，１０７，１０９は、周知の技術、例えば、スパッタリング、無電解メッキ、電気化学メッキなどによって堆積できる。層１０６，１０７，１０９は、所望の最終構造を形成するようにパターン化できる。
【００５３】
剛性の膜構造１０６および支持ビーム１０７を形成する同じ下部層では、複合スプリングエレメント１１０も形成される。こうして層１０６，１０７が、導電性材料をパターン化することによって形成される場合、複合スプリングエレメント１１０も形成される。図１０は、図９の複合スプリングエレメント１１０を通る断面図を示す。着地構造１０４’が、複合スプリングエレメント１１０の先端の下方に位置決めされ、その結果、ＭＥＭＳエレメント１０６〜１０９が引き下げられた場合、膜構造部分１０６がＲＦ電極１０２’および引き込み電極１０２の上にある絶縁層１０３と接触する前に、複合スプリングエレメント１１０が着地構造１０４’と接触するようになる。
【００５４】
デバイスの更なる引き込みが、膜構造１０６が絶縁層１０３と接触するまで生ずるようになり、その結果、複合スプリングエレメント１１０が湾曲(deflect)して、膜構造に作用する特別な復元力を生成する。
【００５５】
膜構造に作用する全体復元力は、２つの成分を含み、第１成分は支持ビーム１０７の復元力であり、第２成分は複合スプリングエレメント１１０の復元力である。支持ビーム１０７の復元力は、寸法パラメータ（即ち、長さ、幅、厚さ）によって調整可能であり、引き込み電圧が所望のレベルを有するように選択される。複合スプリングエレメント１１０の復元力成分も寸法パラメータ（即ち、長さ、幅、厚さ）によって、そして着地構造１０４’の厚さによって調整可能である。これらの値は、ホット・スイッチ電圧が所望のレベルを満たすように選択される。
【００５６】
高いホット・スイッチ電圧を得るために、これらの２つの成分によって生成される復元力がＲＦ電極１０２’のエリアの上で有効であることが重要である。そのため、高いホット・スイッチ電圧を得るために、剛性の膜構造（即ち、部材１０６，１０８，１０９）が要求される。例えば、ＭＥＭＳ構造が下部層１０６を含有するだけであれば、複合スプリングエレメント１１０によって発生する復元力は、引き込み電極１０２に印加される制御電圧を除去したときに膜構造部分１０６を絶縁層１０３から解放するのを支援しないといった状況が起こり得る。理由は、膜構造が局部的に湾曲して、高いＲＦ信号の存在下でＲＦ電極の上にある絶縁層１０３と接触した状態のままになり得るからである。この場合、高いホット・スイッチ電圧を得るためには、かなり剛性の下部層１０６が必要になり、引き込み電圧もかなり増加させるであろう。
【００５７】
剛性の２層膜構造１０６，１０９と支持構造１０８との組合せ、支持ビーム１０７（膜構造を動かすように湾曲する）との組合せ、および複合スプリングエレメント１１０は、図３に示すような非線形の力−変位カーブを提供し、これはＲＦエリアの上で有効であり、高いホット・スイッチ電圧を提供しつつ、引き込み電圧を、許容できる低い値に維持している。復元力は、複合スプリングエレメント１１０をＲＦ電極１０２’に近い位置に配置した場合、最も有効である。これらをＲＦ電極からより遠くに配置するほど（即ち、プレート端部に向かってより近くに）、同じホット・スイッチ電圧を維持するには、２層膜構造はより硬くする必要がある。
【００５８】
ここで説明したＭＥＭＳエレメントは、仕上げの時点で空洞内に封入されることは理解されよう。ＭＥＭＳエレメントを解放する前に、１つ又はそれ以上の封入層が最上部の犠牲層の上に形成される。１つ又はそれ以上の孔が封入層を貫通するように形成され、犠牲層がエッチャントに曝されて除去され、ＭＥＭＳエレメントを解放する。
【００５９】
ここで図１１と図１２を参照すると、他の実施形態について図２Ａ〜図２Ｃの概略図に対応して説明している。このデバイスを製造するのに利用した材料および製造プロセスは、図８Ａ，図８Ｂ，図９および図１０について上述したような材料およびプロセスを含む。しかしながら、異なる構造を形成するためには、犠牲層および、ＭＥＭＳデバイスを形成する構造層のパターニング形状は、適宜に調整される。
【００６０】
図１２は、複合スプリングエレメント１２１０を通る断面図を示す。上部層１２０９は、支持構造１２０８によって下部層１２０６と接続される。この場合、複合スプリングエレメント１２１０は、支持構造１２０５および、必要に応じてコンタクト層１２０４を介して基板１２０１に固定される。膜構造の上部層１２０９は、複合スプリングエレメント１２１０の先端と重なるような形状をなし、その結果、ＭＥＭＳエレメントが引き込まれた場合、膜構造部分１２０６がＲＦ電極１２０２’および引き込み電極１２０２の上にある絶縁層１２０３と接触する前に、上部層１２０９が複合スプリングエレメント１２１０と接触するようになる。これは、下部層１２０６，１２０７，１２１０と上部層１２０９との間に堆積した犠牲層が、下部層１２０６，１２０７，１２１０と絶縁層１２０３との間に堆積した犠牲層より薄いことを確保することによって達成される。
【００６１】
デバイスの更なる引き込みが、膜構造１２０６が絶縁層１２０３と接触するまで生ずるようになり、その結果、複合スプリングエレメント１２１０が湾曲して、膜構造に作用する特別な復元力を生成する。
【００６２】
膜構造に作用する全体復元力は、２つの成分を含み、第１成分は支持ビーム１２０７の復元力であり、第２成分は複合スプリングエレメント１２１０の復元力である。支持ビームの復元力は、寸法パラメータ（即ち、長さ、幅、厚さ）によって調整可能であり、引き込み電圧が所望のレベルを有するように選択される。複合スプリングエレメント１２１０の復元力成分も寸法パラメータ（即ち、長さ、幅、厚さ）によって、そして下部層１２０６の上下にある犠牲層の厚さの差によって調整可能である。これらの値は、ホット・スイッチ電圧が所望のレベルを満たすように選択される。
【００６３】
ここで図１３と図１４を参照すると、他の実施形態について説明している。このデバイスを製造するのに利用した材料および製造プロセスは、図８Ａ，図８Ｂ，図９および図１０について上述したような材料およびプロセスを含む。しかしながら、異なる構造を形成するためには、犠牲層および、ＭＥＭＳデバイスを形成する構造層のパターニング形状は、適宜に調整される。
【００６４】
デバイスは、基板１３０１と、電極１３０２，１３０２’と、絶縁層１３０３と、コンタクト１３０４，１３０４’と、上部層１３０９と、支持構造１３０８とを含む。この場合、複合スプリングエレメント１３１０は、支持ビーム１３０７と組み合わされる。これは、支持ビーム１３０７の下方で、アンカーポイント１３０５と、膜構造１３０６への支持ビーム１３０７の装着との間の長さに沿ったどこかに、コンタクト層１３０４’を含むことによって達成される。
【００６５】
支持ビーム１３０７の初期の剛性(stiffness)は、所望の引き込み電圧を得ることを目標とした、その全体の長さ、幅および厚さによって与えられる。いったんデバイスが引き込まれ、支持ビーム１３０７がコンタクト構造１３０４’に接触すると、脚部の剛性が増加し、図３の非線形の力−変位カーブが得られる。コンタクト構造１３０４’によって生成される特別の剛性は、支持ビーム１３０７の下方にあるコンタクト構造の位置およびコンタクト層１３０４’の厚さで与えられる。コンタクト構造１３０４’を、プレート１３０６への支持ビーム１３０７の装着ポイントにより近くに配置することによって、より大きな剛性が達成される。コンタクト構造１３０４’の位置は、所望のホット・スイッチ電圧が得られるように選択される。
【００６６】
ここで図１５と図１６を参照すると、他の実施形態を説明しており、基板１５０１と、アンカーポイント１５０５と、コンタクト１５０４とを含む。このデバイスを製造するのに利用した材料および製造プロセスは、図８Ａ，図８Ｂ，図９および図１０について上述したような材料およびプロセスを含む。しかしながら、異なる構造を形成するためには、犠牲層および、ＭＥＭＳデバイスを形成する構造層のパターニング形状は、適宜に調整される。
【００６７】
この場合、複合スプリングエレメント１５１０は、プレート１５０６の後端に形成される。着地構造１５０４’が、複合スプリングエレメント１５１０の先端の下方に位置決めされており、その結果、ＭＥＭＳエレメント１５０６〜１５０９が引き下げられた場合、膜構造部分１５０６がＲＦ電極１５０２’および引き込み電極１５０２の上にある絶縁層１５０３と接触する前に、複合スプリングエレメント１５１０が着地構造１５０４’と接触するようになる。
【００６８】
特別な復元力を生成する実際の複合スプリングエレメントは、この場合、プレート端部にある短い切れ端(stub)１５１０および完全な剛性プレート１５０６，１５０８，１５０９の両方を必要とする。デバイスの更なる引き込みのとき、膜構造１５０６が絶縁層に接触するまで、部分１５１０および完全なプレート１５０６，１５０８，１５０９の両方が湾曲することになる。剛性プレートおよび切れ端１５１０のプレート曲げ湾曲は、膜構造に作用する特別な復元力を生成するようになり、図３に示すような非線形の力−変位カーブを生成する。これは、ＲＦ電極１５０２’にＲＦ電圧の存在下で、引き込み電極１５０２から引き込み電圧がいったん除去されると、引き離れるのを支援するようになる。
【００６９】
プレート曲げは、図９〜図１４の実施形態と比べて本実施形態では、全体復元力に対してより大きな割合に寄与する。復元力は、下部層１５０６，１５０７，１５１０の厚さ、上部層１５０９の厚さ、および支持構造１５０８の厚さ（即ち、層１５０６と層１５０９の間隔）によって調整可能である。プレート曲げに起因した全体復元力の割合−プレート端部にある短い切れ端１５１０の湾曲から由来する全体復元力の割合は、プレートおよび切れ端の寸法に依存する。
【００７０】
ここで図１７と図１８を参照すると、他の実施形態を説明しており、基板１７０１と、アンカーポイント１７０５と、コンタクト１７０４とを含む。このデバイスを製造するのに利用した材料および製造プロセスは、図８Ａ，図８Ｂ，図９および図１０について上述したような材料およびプロセスを含む。しかしながら、異なる構造を形成するためには、犠牲層および、ＭＥＭＳデバイスを形成する構造層のパターニング形状は、適宜に調整される。
【００７１】
この場合、複合スプリングエレメント１７１０は、プレート１７０９の後端に形成される。下部層１７０６と同じ層に形成された着地構造１７１１が、複合スプリングエレメント１７１０の先端の下方に位置決めされており、その結果、ＭＥＭＳエレメント１７０６〜１７０９が引き下げられた場合、膜構造部分１７０６がＲＦ電極１７０２’および引き込み電極１７０２の上にある絶縁層１７０３と接触する前に、複合スプリングエレメント１７１０が着地構造１７１１と接触するようになる。これは、下部層１７０６，１７０７と上部層１７０９との間に堆積した犠牲層が、下部層１７０６，１７０７と絶縁層１７０３との間に堆積した犠牲層より薄いことを確保することによって達成される。
【００７２】
特別な復元力を生成する実際の複合スプリングエレメントは、この場合、プレート端部にある短い切れ端(stub)１７１０および完全な剛性プレート１７０６，１７０８，１７０９の両方、および着地構造１７１１の剛性を必要とする。デバイスの更なる引き込みのとき、膜構造１７０６が絶縁層に接触するまで、部分１７１０および完全なプレート１７０６，１７０８，１７０９の両方、および着地構造１７１１が湾曲することになる。剛性プレートおよび切れ端１７１０のプレート曲げ湾曲は、膜構造に作用する特別な復元力を生成するようになり、図３に示すような非線形の力−変位カーブを生成する。これは、ＲＦ電極１７０２’にＲＦ電圧の存在下で、引き込み電極１７０２から引き込み電圧がいったん除去されると、引き離れるのを支援するようになる。
【００７３】
プレート曲げは、図９〜図１４の実施形態と比べて本実施形態では、全体復元力に対してより大きな割合に寄与する。復元力は、下部層１７０６，１７０７，１７１０の厚さ、上部層１７０９，１７１０の厚さ、および支持構造１７０８の厚さ（即ち、層１７０６と層１７０９の間隔）によって調整可能である。プレート曲げに起因した全体復元力の割合−プレート端部にある短い切れ端１７１０の湾曲から由来する全体復元力の割合は、プレートおよび切れ端の寸法に依存する。
【００７４】
本実施形態における着地構造１７１１は、デバイスアンカー１７０５を極めて近くに配置することによって剛性に製作でき、あるいは、デバイスアンカー１７０５をさらに遠くに配置することによってより柔軟に製作できる。より柔軟な着地構造の場合、複合スプリングの効力を低減するが、着地構造との切れ端１７１０の衝撃力も低減するため、デバイスの寿命を改善できる。
【００７５】
ここで図１９と図２０を参照すると、他の実施形態を説明している。このデバイスを製造するのに利用した材料および製造プロセスは、図８Ａ，図８Ｂ，図９および図１０について上述したような材料およびプロセスを含む。しかしながら、異なる構造を形成するためには、犠牲層および、ＭＥＭＳデバイスを形成する構造層のパターニング形状は、適宜に調整される。
【００７６】
デバイスは、基板１９０１と、電極１９０２，１９０２’と、絶縁層１９０３と、コンタクト１９０４，１９０４’と、アンカー１９０５，１９０５’と、下部層１９０６，１９０６’と、上部層１９０７，１９０９，１９１０と、支持構造１９０８とを含む。この場合、複合スプリングエレメント１９１０は、ここでは上部層に配置されている支持ビーム１９０７と組み合わされる。これは、支持ビーム１９０７の下方で、アンカーポイント１９０５と、膜構造１９０９への支持ビーム１９０７の装着との間の長さに沿ったどこかに、コンタクト層１９０４’を含むことによって達成される。下部層１９０６と同じ層に形成された着地構造１９１１が、コンタクト層１９０４’の上方に位置決めされ、支持構造１９０５’を介してそれに固定されている。
【００７７】
支持ビーム１９０７の初期の剛性は、所望の引き込み電圧を得ることを目標とした、その全体の長さ、幅および厚さによって与えられる。いったんデバイスが引き込まれ、支持ビーム１９０７が着地構造１９１１に接触すると、脚部の剛性が増加し、図３の非線形の力−変位カーブが得られる。着地構造１９１１によって生成される特別の剛性は、支持ビーム１９０７の下方にある着地構造１９１１の位置および、下部層１９０６の上下にある犠牲層の厚さの差によって与えられる。着地構造１９１１を、プレート１９０９への支持ビーム１９０７の装着ポイントにより近くに配置することによって、より大きな剛性が達成される。着地構造１９１１の位置は、所望のホット・スイッチ電圧が得られるように選択される。
【００７８】
上述した実施形態はまた、ＲＦ電極１０２’，１２０２’（図９〜図１２）に接近して配置され、そして支持ビーム１３０７，１９０７（図１３〜図１４，図１９〜図２０）の下方に配置された、種々の複合スプリングエレメント１１０，１２１０，１３１０，１９１０を使用したり、あるいは、プレート曲げの実施形態（図１５〜図１８）を利用するために、組合せが可能である。
【００７９】
図９〜図１０および図１３〜図１６の上述した実施形態において、複合スプリングの関与は、コンタクト構造１０４’，１３０４’，１５０４’の厚さに依存する。図１１〜図１２および図１７〜図２０の上述した実施形態において、複合スプリングの関与は、下部層１２０６，１７０６，１９０６の上下にある犠牲層の厚さの差に依存する。いろいろな依存性に依存する複合スプリングエレメントを組み合わせることによって、第１組の複合スプリングが作動して、続いて次の組が作動するようにした多段式の複合システムを生成することが可能である。こうした多段式の複合システムは、可動ＭＥＭＳ構造１０６〜１０９，１２０６〜１２０９，１３０６〜１３０９，１５０６〜１５０９，１７０６〜１７０９，１９０６〜１９０９の衝撃速度をさらに低減でき、ホット・スイッチ電圧をより増加させることができる。
【００８０】
上記説明は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の更なる実施形態は、その基本的範囲から逸脱することなく考案でき、その範囲は下記の請求項によって決定される。
【図２Ａ】
0005629323.tif 000007
【図２Ｂ】
0005629323.tif 000008
【図２Ｃ】
0005629323.tif 000009
【図２Ｄ】
0005629323.tif 000010
【図２Ｅ】
0005629323.tif 000011
【図８Ａ】
0005629323.tif 000012
【図８Ｂ】
0005629323.tif 000013
【図９】
0005629323.tif 000014
【図１０】
0005629323.tif 000015
【図１１】
0005629323.tif 000016
【図１２】
0005629323.tif 000017
【図１３】
0005629323.tif 000018
【図１４】
0005629323.tif 000019
【図１５】
0005629323.tif 000020
【図１６】
0005629323.tif 000021
【図１７】
0005629323.tif 000022
【図１８】
0005629323.tif 000023
【図１９】
0005629323.tif 000024
【図２０】
0005629323.tif 000025
【図１Ａ】
0005629323.tif 000026
【図１Ｂ】
0005629323.tif 000027
【図３】
0005629323.tif 000028
【図４Ａ】
0005629323.tif 000029
【図４Ｂ】
0005629323.tif 000030
【図５】
0005629323.tif 000031
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
0005629323.tif 000034