(57)【要約】【課題】    製造が容易で、スティッキングを有効に抑制できるＭＥＭＳスイッチを提供する。【解決手段】    ＭＥＭＳスイッチは、固定支持部と、固定支持部に少なくとも１端が固定支持され、延在する可動表面を有する板状可撓梁と、可撓梁の可動表面に配置された可動電気接点と、固定支持部に対する位置が固定され、可動電気接点に対向する固定電気接点と、固定支持部から可動電気接点に向かって、可撓梁の可動表面上方に延在し、電圧駆動することにより可動電気接点を固定電気接点に向かって変位させることのできる第１圧電駆動素子と、少なくとも可撓梁の可動表面に配置され、電圧駆動することにより可動電気接点が固定電気接点から離れる向きに、可撓梁の可動部を駆動する第２圧電駆動素子と、を有する。
2013051064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定支持部と、
前記固定支持部に少なくとも１端が固定支持され、延在する可動表面を有する板状可撓梁と、
前記可撓梁の可動表面に配置された可動電気接点と、
前記固定支持部に対する位置が固定され、前記可動電気接点に対向する固定電気接点と、
前記固定支持部から前記可動電気接点に向かって、前記可撓梁の可動表面上方に延在し、電圧駆動することにより前記可動電気接点を前記固定電気接点に向かって変位させることのできる第１圧電駆動素子と、
少なくとも前記可撓梁の可動表面に配置され、電圧駆動することにより前記可動電気接点が前記固定電気接点から離れる向きに、前記可撓梁の可動部を駆動する第２圧電駆動素子と、
を有するＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記第１圧電駆動素子、前記第２圧電駆動素子の夫々が、下部電極と下部電極上に配置された圧電材料層と圧電材料層の上に配置された上部電極を有する請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項３】
前記可動電気接点は前記可撓梁の幅方向中央部に配置され、前記第２圧電駆動素子は前記可動電気接点の幅方向両側に配置された１対の圧電駆動部を有する請求項２記載のＭＥＭＳスイッチ。  
【請求項４】
前記固定支持部が支持Ｓｉ基板上に、酸化シリコン層を介して、活性Ｓｉ層が結合されたＳＯＩ基板で形成され、
前記可撓梁が前記活性Ｓｉ層で形成され、一定の幅を有し、長さ方向に延在するストライプ形状を有する請求項３記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
前記可撓梁が両持ち梁構造であり、前記可動電気接点および前記第２圧電駆動素子が前記両持ち梁の中間部に配置されている請求項４に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
前記可撓梁が片持ち梁構造であり、前記可動電気接点および前記第２圧電駆動素子が前記片持ち梁の自由端近傍に配置されている請求項４に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
前記第１圧電駆動素子を制御する第１制御回路と、
前記第２圧電素子を制御する第２制御回路と、
をさらに有する請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
前記第１制御回路と前記第２制御回路とが相互誘導で結合されている、請求項７記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
前記第１制御回路と前記第２制御回路を制御するマイクロプロセッサをさらに含む請求項７記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１０】
さらに前記第１制御回路の稼動数をカウントするカウンタを含み、前記マイクロプロセッサは前記第１制御回路の複数回の稼動に対して前記第２制御回路を１回稼動させる請求項９記載のＭＥＭＳスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（micro electromechanical system）スイッチに関する。【０００２】
１０ｍｍ以下の寸法の構成部分を有する電気機械的部材をＭＥＭＳと呼ぶ。
【背景技術】
【０００３】
シリコン加工技術は、集積回路の進歩と共に高度に発達し、ＭＥＭＳ作製に適している。支持Ｓｉ基板上に、酸化シリコン膜を接着膜（ボンディング酸化膜ＢＯＸ膜）として、活性Ｓｉ層を貼り付けたＳＯＩ基板は、活性Ｓｉ層を薄くでき、誘電体分離の高性能Ｓｉ素子を形成できるのみでなく、酸化シリコン膜は希弗酸等で選択的に除去でき、可動部を有するＭＥＭＳ作製に利用できる。ＳＯＩ基板は、一般的には、１対のＳｉ基板の少なくとも一方を熱酸化し、酸化シリコン膜を介して１対のＳｉ基板を熱圧着することで作製される。【０００４】
携帯電話等の高周波（ＲＦ）部品に対する小型化、高性能化の要求に応えるため、ＭＥＭＳ技術を用いたＲＦ信号切り替えスイッチの研究、開発が盛んに行われている。ＳＯＩ基板の活性Ｓｉ層をストライプ上にパターニングし、ボンディング酸化膜を除去して可撓梁を形成し、可撓梁上に可動接点、可撓梁上方に固定接点を形成して、ＭＥＭＳスイッチを構成することができる。可撓梁は、片持ち梁（カンチレバー）構造でも、両持ち梁構造でもよい。ＭＥＭＳスイッチは機械的なスイッチであって、寄生容量を小さくでき、半導体素子を用いたスイッチに比べ、損失が少なく、絶縁性が高く、信号に対する歪み特性がよい。【０００５】
ＳＯＩ基板の活性シリコン層を片持ち梁形状にパターニングし、片持ち梁下方のＢＯＸ膜をエッチング除去して、可撓片持ち梁を形成することができる。片持ち梁上に可動電極、その上方に延在する固定電極を形成し、片持ち梁を上方に変形可能とすればスイッチを形成することができる。可撓片持ち梁を上方に変形する手段としては、圧電アクチュエータを用いる方法、静電アクチュエータを用いる方法等が知られている（例えば、特開２００６−２６１５１５号）。【０００６】
図１１Ａに示すように、表面に絶縁層を有する活性シリコン層ＡＬをパターニングし、下方のボンディング酸化膜ＢＯＸを除去することで、弾性を有する片持ち梁（カンチレバー）ＣＬを形成することができる。片持ち梁ＣＬの上面先端に可動コンタクト電極ＭＣＥを形成すると共に、必要領域に下地導電層を形成する。固定部から可動コンタクト電極ＭＣＥ上方に延在する固定コンタクト電極ＦＣＥを形成してスイッチの接点対を形成する。片持ち梁ＣＬの根元部から中間位置までの領域に、１対の駆動電極ＬＥ，ＵＥに挟まれたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料層ＰＥＬを含む圧電アクチュエータＰＥＡを形成する。端子部にメッキ金属層ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３を形成する。メッキ金属層ＰＬ２，ＰＬ３間にバイアス電圧源Ｖを接続する。【０００７】
図１１Ｂに示すように、バイアス電圧源Ｖから圧電アクチュエータＰＥＡの電極ＵＥ，ＬＥ間に電圧Ｖを印加すると、圧電材料層ＰＥＬは電界方向の寸法（厚さ）を増加し、体積を維持するように面内寸法を縮小する。【０００８】
図１１Ｃに示すように、圧電アクチュエータＰＥＡの面内寸法の縮小により、片持ち梁ＣＬ上面に収縮応力が印加される。片持ち梁ＣＬが上方に反るように変位する。圧電アクチュエータＰＥＡの１端を片持ち梁ＣＬの固定端から固定部上に延在させることにより、片持ち梁ＣＬ他端の変位量を大きくすることができる。【０００９】
図１１Ｂに示すように、片持ち梁ＣＬが上側に反ることにより、可動コンタクト電極ＭＣＥが固定コンタクト電極ＦＣＥに接してスイッチをオンする。圧電材料層への電圧印加をやめると収縮応力は消滅し、片持ち梁ＣＬの弾性により反りがなくなり、可動コンタクト電極ＭＣＥは固定コンタクト電極ＦＣＥから離れ、スイッチはオフする。【００１０】
圧電駆動機構に換え、可撓梁の上面に可動電極を形成し、その上方に固定電極を形成し、静電駆動機構を構成し、静電引力により可撓梁を上方に変位させて接点間を閉じるスイッチを構成することもできる。【００１１】
このようなＭＥＭＳスイッチのオン／オフ動作を多数回繰り返すと、接点同士が付いたまま離れなくなるスティッキングと呼ばれる現象が生じ、梁の弾性復元力ではスイッチがオフにならなくなってしまう。スティッキングは、梁の弾性復元力が小さいほど起こり易い。スティッキングを防止するためには、梁の弾性復元力を大きくすることが望ましいことになる。しかし、スイッチの駆動電圧（オン電圧）は低電圧化することが望ましく、低電圧化には梁の弾性復元力は小さい程有利である。【００１２】
オン電圧を低減化し、スティッキングを防止するために、接触している接点を引き離すための駆動機構を形成することが考えられる。例えば、可撓梁に対して圧電駆動機構と静電駆動機構とを設け、一方で接点を閉じる動作を行い、他方で接点を離す動作を行なうことができる（例えば特開２００７−３５６４０号）。【００１３】
図１２に示すように、支持基板ＳＳ上に配置された支持部ＳＰから可撓梁ＣＬを張り出させ、可撓梁ＣＬの下面に可動コンタクト電極ＭＣＥと可動駆動電極ＭＤＥを配置し、これらと対向するように、基板上面に固定コンタクト電極ＦＣＥと固定駆動電極ＦＤＥを配置して、静電駆動スイッチを構成する。駆動電極ＭＤＥ，ＦＤＥ間に電圧を印加して静電引力によりコンタクト電極ＭＣＥ，ＦＣＥ間を閉じることにより、スイッチをオンさせることができる。【００１４】
可撓梁ＣＬの上面に圧電材料層ＰＥＬを配置し、その上面に対向する櫛歯状電極ＣＥＡ，ＣＥＢを配置して、スイッチをオフさせる圧電駆動機構を構成する。スイッチをオフさせる時は駆動電極ＭＤＥ，ＦＤＥ間の電圧をオフにするのみでなく、櫛歯状電極ＣＥＡ，ＣＥＢ間に電圧を印加し、圧電材料層ＰＥＬを収縮させて可撓梁ＣＬを上方に反らせる力を生じさせ、コンタクト電極ＭＣＥ，ＦＣＥ間を積極的に離す。【００１５】
このように、２つの駆動機構を設けることにより、スイッチのオフ動作のときはコンタクト電極間を積極的に離す力を生じさせ、スティッキングを防止することができる。しかし、図１２に示す構造は、可撓梁と基板とが対向する狭いギャップに対向電極を形成する必要があり、製造工程に対する制約が厳しい。ＳＯＩ基板の活性Ｓｉ層を用いて可撓梁を形成する場合には、実現困難な構造となろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−２６１５１５号公報
【特許文献２】特開２００７−０３５６４０号公報
【発明の概要】
【００１７】
本発明の実施例による１目的は、製造が容易で、スティッキングを有効に抑制できるＭＥＭＳスイッチを提供することである。
【００１８】
１実施例によれば、 ＭＥＭＳスイッチは、
固定支持部と、
固定支持部に少なくとも１端が固定支持され、延在する可動表面を有する板状可撓梁と、
可撓梁の可動表面に配置された可動電気接点と、
固定支持部に対する位置が固定され、可動電気接点に対向する固定電気接点と、
固定支持部から可動電気接点に向かって、可撓梁の可動表面上方に延在し、電圧駆動することにより可動電気接点を固定電気接点に向かって変位させることのできる第１圧電駆動素子と、
少なくとも可撓梁の可動表面に配置され、電圧駆動することにより可動電気接点が固定電気接点から離れる向きに、可撓梁の可動部を駆動する第２圧電駆動素子と、
を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１Ａ−１Ｅは、本発明者らの検討内容を示す可撓梁の断面図である。
【図２】図２Ａ−２Ｄは、第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチを示す、平面図、ＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図、斜視図、ＩＩＤ−ＩＩＤ線に沿う断面図である
【図３】図３Ａ−３Ｄは、シミュレーションによる可撓梁の変形を示す斜視図、断面図である。
【図４】図４Ａ−４Ｅは、第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＳＯＩ基板の断面図である。
【図５】図５Ａ，５Ｂは、第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＳＯＩ基板の平面図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは、第１の例による駆動回路の等価回路図とスイッチ駆動のフローチャートである。
【図７】図７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、相互誘導素子を用いたスイッチ駆動を示す断面図である。
【図８】図８Ａ，８Ｂは、第２の例による駆動回路の等価回路図とスイッチ駆動のフローチャートである。
【図９】図９Ａ，９Ｂは変形例によるＭＥＭＳスイッチを示す平面図、断面図である。
【図１０】図１０Ａ，１０Ｂは第２の実施例によるＭＥＭＳスイッチを示す平面図、断面図である。
【図１１】従来技術によるユニモルフ型圧電駆動素子を有するＭＥＭＳスイッチの例を示す断面図である。
【図１２】従来技術による複合駆動機構を有するＭＥＭＳスイッチの例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上下電極層が圧電材料層を挟持する単純構造のユニモルフ圧電駆動機構により可撓梁を変形させる場合を考察する。電圧印加により誘起できる圧電駆動機構の範囲は１方向であり、可撓梁と圧電駆動機構との積層構造の変形も１方向である。
【００２１】
図１Ａに示すように、板状の可撓梁ＦＢの表面上に、Ｐｔ等の下部電極ＬＥ、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料層ＰＥＬ，Ｐｔなどの上部電極ＵＥを積層配置した圧電駆動機構ＰＥＡを形成する構造を考察する。この圧電駆動機構ＰＥＡは、上部電極ＵＥ、下部電極ＬＥ間に電圧を印加することにより、厚電材料層ＰＥＬの厚さが増加し、面内寸法が減少する（面内方向では縮む）、１方向の変位を示す。可撓梁ＦＢ、圧電駆動機構ＰＥＡの積層構造は、厚電駆動機構ＰＥＡの収縮により、下に凸に変形する。可撓梁ＦＢ、圧電駆動機構ＰＥＡが図中横方向に長いストライプ形状であれば、横（長さ）方向の変形が大きくなる。
【００２２】
図１Ｂに示すように、圧電駆動機構ＰＥＡが縮むと、厚電駆動機構ＰＥＡと可撓梁ＦＢとの積層部分ＰＥＡ／ＦＢは、上側の圧電駆動機構ＰＥＡの収縮により、下に凸に変形する。圧電駆動機構ＰＥＡの外側の可撓梁ＦＢは、自由状態であれば、何ら変形せず、真直ぐに延在する。
【００２３】
図１Ｃに示すように、可撓梁ＦＢの一端、例えば左端、が支持部ＳＰ上に水平に支持されていると、この部分は変位せず、自由状態の他の部分が変位する。圧電駆動機構ＰＥＡの左端部が水平に維持され、下に凸の屈曲が、可撓梁ＦＢの右側部分を上方により大きく変位させる。
【００２４】
図１Ｄに示すように、可撓梁の両端が支持部ＳＰ１，ＳＰ２に支持されている場合を考察する。可撓梁ＦＢの両端は水平状態に固定される。圧電駆動機構ＰＥＡは左側支持部ＳＰ１上方から可撓梁ＦＢ中央部に向かって形成されているとする。電圧印加により圧電駆動機構ＰＥＡが収縮すると、可撓梁ＦＢ、圧電駆動機構ＰＥＡの積層部ＰＥＡ／ＦＢは下に凸に変形しようとする。左側支持部ＳＰ１より右側の積層構造を上方に変位させようとすると、右側支持部ＳＰ２に固定された可撓梁ＦＢ右端部が抗力を発揮する。抗力とバランスする位置まで、圧電駆動機構／可撓梁積層部分ＰＥＡ／ＦＢは下方に変形するであろう。左側支持部ＳＰ１から右側の部分で、厚電駆動機構ＰＥＡ／可撓梁ＦＢ積層ＰＥＡ／ＦＢが一端下方に沈み込み、右側支持部ＳＰ２側の上方変位を抑制するであろう。その右側の可撓梁ＦＢはそのまま右上方に直進しようとするであろうが、右側支持部ＳＰ２からの抗力を受け、上に凸に変形し、さらに下に凸に変形して右側支持部ＳＰ２上の水平方向部分に連続するであろう。ここで、可撓梁ＦＢの高さ分布にピークＰＫが生じるであろう。このピーク部ＰＫに可動接点を配置すれば、一定の変位を発生させる為の電圧（オン電圧）の低減化に有効であろう。圧電駆動機構ＰＥＡへの印加電圧を解放すれば、圧電駆動機構ＰＥＡの変形駆動力は消滅し、可撓梁ＦＢは真直ぐな状態に復帰し、ＭＥＭＳスイッチをオフする。
【００２５】
スティッキングは、オンしたＭＥＭＳ接点が離れなくなる現象である。可撓梁ＦＢの復元力のみでは、可動電気接点が固定電気接点から離れなくなったとしても、別の駆動力を印加すれば、可動電気接点を固定電気接点から離隔させることが可能な場合が多い。図１Ｄに示すオン状態から、オフ状態に切り換えた時、ピーク部ＰＫに下向きの力を作用できればスティッキング抑制に有効であろう。
【００２６】
図１Ｂに示したように、自由状態の可撓梁ＦＢ状に配置した圧電駆動機構ＰＥＡは、電圧印加により下に凸の変形を起こす。圧電駆動機構ＰＥＡの中央に着目すると、下向きの変位を生じることになる。
【００２７】
図１Ｅは、可動電気接点近傍領域に圧電駆動機構ＰＥＡ２を形成する場合を示す。圧電駆動機構ＰＥＡ２は、ＭＥＭＳスイッチの接点対を含む領域で、可撓梁ＦＢ上に形成される。電圧印加により、厚電駆動機構ＰＥＡ２が収縮し、圧電駆動機構ＰＥＡ２／可撓梁ＦＢの積層を下に凸に変形し、積層の中央部は下方に変位させる。積層ＲＥＡ２／ＦＢの中央部に接点を配置すれば、接点に下向きの力が作用し、スティッキングを抑制する。
【００２８】
図２Ａ−２Ｄは、第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチを示す。図２Ａは上から見た平面図、図２Ｂは図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図、図２Ｃは斜視図、図２Ｄは図２ＡのＩＩＤ−ＩＩＤ線に沿う断面図である。
【００２９】
図２Ａ、２Ｂに示すように、左右の支持部ＳＰ１，ＳＰ２間に可撓梁ＦＢが支持され、その中間部を跨いでスイッチの固定接点ＦＣＥを備えた固定配線ＦＷが配置されている。図２Ｄに示すように、固定接点ＦＣＥに対向する位置で、可撓梁ＦＢ上に可動接点ＭＣＥが配置されている。固定配線ＦＷは、可撓梁ＦＢ両側の支持部ＳＰ３，ＳＰ４に支持されている。可動接点ＭＣＥは、図２Ａ，２Ｂに示す可動側配線ＭＷに接続されている。
【００３０】
図２Ｂに示すように、接地配線ＧＲが固定部ＳＰ１上方から可撓梁の中央部を超え、支持部ＳＰ２からは離された領域上に形成されている。図２Ａに示すように接地配線ＧＲは可撓梁の根元側では幅広の１本の配線であるが、先端側では幅狭の２本の配線に分かれ、中間に可動接点収容スペースを形成している。
【００３１】
図２Ｂに示すように、支持部ＳＰ１上方から可撓梁ＦＢの中間位置に掛けて幅広の接地配線ＧＲ上に圧電材料層ＰＥＬ１，上部電極ＵＥ１が形成され、引上げ（オン）用アクチュエータＲＡを構成している。上部電極ＵＥ、接地配線ＧＲ間に電圧を印加すると、図１Ｄに示したように、引上げ用アクチュエータＲＡの先方を引上げ、可動接点ＭＣＥをピークとする変形を起こす。
【００３２】
図２Ｂに示すように、引上げ用アクチュエータＲＡから離れた、幅狭接地配線ＧＲ上に圧電材料層ＰＥＬ２、上部電極ＵＥ２が形成され、図２Ａに示すように２つの引き下げ（オフ）用アクチュエータＤＡ１，ＤＡ２を構成している。引上げ用アクチュエータＲＡ、引き下げ用アクチュエータＤＡ１，ＤＡ２の相対的配置は、図２Ｃの斜視図で明らかであろう。
【００３３】
本実施例においては、両持ち型可撓梁ＦＢの左側支持部上方から可撓梁中間に延在する圧電駆動素子ＲＡが可動接点ＭＣＥを上方に駆動する駆動力を発揮でき、可動接点ＭＣＥ両側の圧電駆動素子ＤＡ１，ＤＡ２が可動接点ＭＣＥを下方に引き下げる駆動力を発揮できる。
【００３４】
図３Ａ−３Ｄは、シミュレーションによる可撓梁の変形を示す。図３Ａ，３Ｂが引上げ用アクチュエータＲＡ駆動時の斜視図、断面図であり、図３Ｃ，３Ｄが引き下げ用アクチュエータＤＡ１，ＤＡ２駆動時の斜視図、断面図である。引上げ用アクチュエータを駆動するとアクチュエータ部分が卵形に凹み、その先方にピークを形成する様子、引き下げ用アクチュエータを駆動するとピークであった部分が凹み、下方に凸の変形を形成することが判る。なお、引き下げ用アクチュエータが可動接点の両側に配置された２つの要素で構成される場合を示したが、２つの引き下げ用アクチュエータは必須ではない。一方を省略してもよい。但し可動接点の両側に引き下げ用アクチュエータを配置するほうが、可撓梁に均等な力を作用できて好ましい。
【００３５】
第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを図４Ａ−４Ｅの断面図、図５Ａ，５Ｂの平面図を参照して説明する。
【００３６】
図４Ａに示すように、例えば厚さ３００μｍ〜５００μｍの単結晶Ｓｉ基板５１上に、例えば厚さ１０μｍ〜５０μｍのボンディング酸化シリコン膜５２を介して、例えば厚さ１０μｍ〜２０μｍ、５００Ωｃｍ以上の高抵抗率を有する、活性単結晶Ｓｉ層５３が結合されたＳＯＩ基板を用意する。活性Ｓｉ層５３表面は酸化シリコン層等の絶縁膜で覆われているとする。活性Ｓｉ層５３表面にスパッタリングによりＰｔ層を厚さ３００ｎｍ〜１０００ｎｍ堆積する。Ｐｔ層の上にレジストパターンを形成し、Ａｒを用いたミリングによりレジストパターン外のＰｔ層を除去することによりＰｔ層をパターニングして接地配線ＧＲを形成する。なお、Ｐｔ層のパターニングは、活性Ｓｉ層５３上にまずレジストパターンを形成し、Ｐｔ層をスパッタリングし、レジストパターン上のＰｔ層はリフトオフで除去することにより行なってもよい。パターニングした接地導体ＧＲを覆って、活性Ｓｉ層上方に、厚さ１μｍ〜３μｍの、ＰＺＴ等の圧電材料層ＰＥＬを例えばスパッタリングにより形成する。ＰＺＴ層をゾルゲル法で形成することもできる。Ｐｔ下部電極上に形成したＰＺＴ膜は結晶方位が揃い、高い強誘電性、圧電性を示す。
【００３７】
図４Ｂに示すように、圧電材料層ＰＥＬをパターニングする。圧電材料層ＰＥＬの上にレジストパターンを形成し、ＰＺＴ層のパターニングをＨＦ系エッチャントを用いたエッチングで行なう。ＰＺＴ層をミリングでパターニングすることも可能である。パターニングしたＰＺＴ層ＰＥＬを覆って、活性Ｓｉ層５３の上に厚さ３００ｎｍ〜１０００ｎｍのＰｔ層をスパッタリングにより堆積する。Ｐｔ層をパターニングして、上部電極ＵＥを形成する。上部電極ＵＥ上にレジストパターンを形成し、Ａｒを用いたミリングでＰｔ層をパターニングする。リフトオフを行なうことも可能である。接地配線ＧＲ上に、引上げ用アクチュエータＲＡ、引き下げ用アクチュエータＤＡの構成が形成される。
【００３８】
図５Ａは、可撓梁ＦＢ上に引上げ用アクチュエータＲＡ、引き下げ用アクチュエータＤＡ１，ＤＡ２を形成した状態の平面図である。
【００３９】
図４Ｃに示すように、活性Ｓｉ層５３全面上にＴｉ／Ａｕ積層のシード層を形成し、その上にメッキ領域に開口を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンで画定された開口内にＡｕ電解メッキを行ない、電極パッド及びブリッジ柱のＡｕメッキ層ＰＬを形成する。その後、レジストパターンをレジストリムーバ、アッシング等で除去し、露出したシード層も弗化アンモニウム系溶液等で除去する。
【００４０】
図４Ｄに示すように、活性Ｓｉ層５３上に酸化シリコン等の犠牲層ＳＡＣを化学気相堆積（ＣＶＤ）等で成膜し、固定接点ＦＣＥ表面およびブリッジ柱のＡｕメッキ層上面を露出するエッチングを行う。パターニングした犠牲層上にシード層を形成し、メッキ層形成領域を画定するレジストパターンＰＲを形成し、Ａｕ層ＰＬの電解メッキを行う。
【００４１】
図４Ｅに示すように、レジストパターンＰＲをレジストリムーバ等により除去し、犠牲層ＳＡＣをＨＦ溶液等により除去し、ＭＥＭＳスイッチ構造を露出する。活性Ｓｉ層上に可動接点、固定接点を含むスイッチ、引き上げようアクチュエータＲＡ，引き下げようアクチュエータＤＡが形成されている。
【００４２】
図５Ｂに示すように、活性Ｓｉ層５３を貫通し、可撓梁ＦＢを画定するスリットＳＬをディープＲＩＥ（反応性イオンエッチング）（ボッシュプロセス）によるドライエッチングで形成する。
【００４３】
図４Ｅに示すように、裏面から支持Ｓｉ基板５１、ボンディング酸化シリコン膜５２を貫通し、可撓梁ＦＢを露出する開口をディープＲＩＥによるドライエッチングで形成する。
【００４４】
図６Ａは、第１の例による、ＭＥＭＳスイッチの制御回路を示す。制御回路ＣＴＬはタイマを含むマイクロプロセッサを有し、第１電圧源Ｖ１を引き上げ用アクチュエータＲＡに接続するタイミング、および第２電圧源Ｖ２を引き下げ用アクチュエータＤＡに接続するタイミングを制御する。
【００４５】
図６Ｂは、制御のフローチャートを示す。ステップＳ０は、引き上げ用アクチュエータＲＡ，引き下げ用アクチュエータＤＡ共にオフの、スイッチ状態オフである。スイッチ状態をオンにするステップＳ１では、引き上げ用アクチュエータＲＡをオンにする。引き下げ用アクチュエータＤＡはオフを保つ。スイッチ状態をオンからオフに切り換えるスイッチオフの第１ステップＳ２において、引き上げ用アクチュエータＲＡをオフにする。引き下げ用アクチュエータＤＡはオフを保っている。スイッチ状態をオンからオフに切り換えるスイッチオフの第２ステップＳ３において、引き上げ用アクチュエータＲＡをオフにしてからΔｔ秒経過後、引き下げ用アクチュエータＤＡをオンにする。可動接点を引き上げる力が消滅した状態で、可動接点を引き下げる力が発生する。引き下げ用アクチュエータＤＡ稼動からＴ秒経過後、通常のオフ状態に移動するステップＳ４において、引き下げ用アクチュエータＤＡをオフにする。引き上げ用アクチュエータＲＡはオフを保つ。
【００４６】
図７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、相互誘導素子を用い、簡単な構成で図６と同様の制御を行なう場合を示す。
【００４７】
図７Ａに示すように、電圧源Ｖ１がスイッチＳＷ，相互誘導素子Ｍの１次側を介して引き上げ用アクチュエータＲＡに接続されている。相互誘導素子Ｍの２次側は定常的に抵抗Ｒを介して引き下げ用アクチュエータＤＡに接続されている。
【００４８】
図７Ｂに示すように、スイッチＳＷをオンにすると、引き上げ用アクチュエータＲＡに電圧Ｖ１が印加され、引き上げ用アクチュエータＲＡがオン状態となり、可動接点を引き上げマイクロスイッチをオンにする。相互誘導素子の２次側に誘起電流が流れるが、抵抗Ｒで制限され、引き上げ力に比較して引き下げ力は小さい。
【００４９】
図７Ｃに示すように、スイッチＳＷをオフにして引き上げ用アクチュエータＲＡへの電圧印加をオフにする。相互誘導素子Ｍにおいて、１次側電流が急減し、２次側に誘導起電力が生じる。引き上げ用アクチュエータＲＡの引き上げ力が消滅した状態で、引き下げ用アクチュエータＤＡに電圧が印加され、可動接点に引き下げ力が作用する。可撓梁の復元力と引き下げ用アクチュエータの引き下げ力が相乗的に可撓梁に作用して、スティッキングを有効に抑制する。演算回路を用いることなく、引き下げアクチュエータを作動させることができる。電源は１つで足りる。
【００５０】
図８Ａは、第２の例による、ＭＥＭＳスイッチの制御回路を示す。図６Ａの制御回路と比較すると、引き上げ用アクチュエータＲＡの駆動回路にカウンタＣＴが加入されている。
【００５１】
図８Ｂは、制御のフローチャートを示す。各ステップＳ０−Ｓ４は、図６Ｂの対応するステップと同じである。カウンタにＮ回を設定すると、ステップＳ１で引き上げアクチュエータＲＡを駆動した後、（Ｎ−１）回まではステップＳ０に戻る。Ｎ回目にステップＳ１からステップＳ２に進み、引き下げアクチュエータＤＡを駆動する。引き下げアクチュエータの駆動が（１／Ｎ）に減少する。引き下げアクチュエータを使用することによる接点の磨耗などを減少できるメリットがある。
【００５２】
図９Ａ，９Ｂは２つの変形例によるＭＥＭＳスイッチを示す平面図、断面図である。
【００５３】
第１の実施例の幅広の１つの引き上げアクチュエータＲＡをもちいた。
【００５４】
図９Ａの変形例では、２つの引き上げアクチュエータＲＡ１，ＲＡ２を可撓梁の両辺に沿って配置している。引き上げ用アクチュエータＲＡと引き下げ用アクチュエータＤＡを同じ幅の構造で形成できる。幅広の１つの圧電アクチュエータは可撓梁に卵形の変形を生じさせるが平行な２つの圧電アクチュエータは、主として長さ方向の変形を生じさせ、幅方向の変形は減少する。
【００５５】
図９Ｂの変形例では、可撓梁の長さ方向に関して、引き下げ用アクチュエータＤＡが可動接点を含む領域から支持部ＳＰ２上まで延在している。圧電アクチュエータが存在する領域は下に凸に変形するので、支持部に掛かっていても下向きの力を生じさせることが可能である。
【００５６】
図１０Ａ，１０Ｂは、第２の実施例によるＭＥＭＳスイッチを示す平面図、断面図である。本実施例の可撓梁は片持ち梁である。支持部ＳＰ１上方から可撓梁ＦＢの中間位置まで２つの引き上げ用アクチュエータＲＡ１，ＲＡ２が可撓梁ＦＢの両辺に沿って配置され、その間に、引き下げ用アクチュエータ及び可動接点用の配線を配置する。可撓梁ＦＢの長さ方向に関して、可撓接点を含む領域に２つの引き下げ用アクチュエータＤＡ１，ＤＡ２が可撓梁ＦＢの両辺に沿って配置されている。片持ち梁なので、引き上げ用アクチュエータＲＡ１，ＲＡ２を駆動すると、図１Ｃに示すように可撓梁は先端を引き上げる動作をする。引き下げ用アクチュエータＤＡの動作は図１Ｅに示すように下に凸に変形する。
【００５７】
上述の実施例で例示した材料数値は例示的なものであり、制限的意義を有さない。Ｐｔ下部電極と下地との間にＴｉ等の密着膜を形成してもよい。圧電材料はＰＺＴの他、ＰＬＺＴ、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ等他の圧電材料を用いることもできる。圧電駆動素子の電極はＰｔに限らない。酸化しない、又は酸化しても導電性を保つ貴金属を用いることもできる。圧電素子に関しては、特開２００７−２５７８０７号の実施例の欄を参照することができる。可撓梁の材料は、単結晶Ｓｉに限らない。金属ガラス等を用いることも可能であろう。例示したプロセスも限定的なものではない。加工プロセスに関しては、例えば特開２００６−２６１５１５の実施例の記載を参照することができる。その他、種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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