(57)【要約】【課題】    熱膨張による可動電極の変位を抑制できる可動電気機器を提供する。【解決手段】    可動電気機器は、支持基板と、支持基板上に形成され、支持基板の表面に対して略垂直な対向電極面を有し、対向電極面間にキャビティを画定する第１及び第２の固定電極と、第１端が第１の固定電極に近接配置され、第２端が第２の固定電極に近接配置される可動電極と、可動電極の第１端、第２端の少なくとも一方に連続し、可動電極の厚さ方向に屈曲する部分を含む屈曲バネ部とを有する可動部と、支持基板上に配置され、可動部の両端を支持する第１、第２のアンカと、を有する。
2013057759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に形成され、前記支持基板の表面に対して略垂直な対向電極面を有し、前記対向電極面間にキャビティを画定する第１及び第２の固定電極と、
第１端が前記第１の固定電極に近接配置され、第２端が前記第２の固定電極に近接配置される可動電極と、前記可動電極の前記第１端、第２端の少なくとも一方に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する部分を含む屈曲バネ部とを有する可動部と、
前記支持基板上に配置され、前記可動部の両端を支持する第１、第２のアンカと、
を有する可動電気機器。
【請求項２】
前記可動部は、前記可動電極の前記第１端に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する第１の屈曲バネ部と、前期可動電極の前記第２端に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する第２の屈曲バネ部とを有する、請求項１に記載の可動電気機器。
【請求項３】
前記第１、第２の屈曲バネ部は、近接配置される第１、第２の固定電極から離れる方向に屈曲し、折り返すように屈曲し、さらに可動電極の延長に沿う方向に屈曲する請求項２に記載の可動電気機器。
【請求項４】
前記可動電極と、前記第１の固定電極、前記第２の固定電極との間に駆動電圧を印加するための配線をさらに有する請求項２に記載の可動電気機器。
【請求項５】
前記可動電極の第１端と前記第２の固定電極の間に形成され、前記可動電極の第１端が前記第１の固定電極から離れて前記第２の固定電極に接近する運動を規制する第１のストッパと、
前記可動電極の第２端と前記第１の固定電極の間に形成され、前記可動電極の第２端が前記第２の固定電極から離れて前記第１の固定電極に接近する運動を規制する第２のストッパと、
をさらに有する請求項３に記載の可動電気機器。
【請求項６】
前記可動電極、第１、第２の屈曲バネ部は金属シートで形成されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載の可動電気機器。
【請求項７】
前記可動電極と対向する、前記第１、第２の固定電極面を覆う絶縁層、
をさらに有し、可変容量を構成する請求項６に記載の可動電気機器。
【請求項８】
前記第１の固定電極が複数の分割部分に分割され、
前記可動電極と対向する、各分割部分の表面を覆う絶縁層と、
前記絶縁層に覆われた隣接する分割部分間に配置された接点と、
をさらに有し、スイッチ素子を構成する請求項２〜７のいずれか１項に記載の可動電気機器。
【請求項９】
前記第１の固定電極が３つ以上の分割部分に分割され、隣接する分割部分間に２つ以上の接点が配置され、可変インダクタを構成する請求項８記載の可動電気機器。
【請求項１０】
前記２つ以上の接点が、前記可動電極より低インダクタンスの導体で短絡されている請求項９記載の可動電気機器。
【請求項１１】
複数のインダクタンスの直列接続、
をさらに有し、前記２つ以上の接点が前記複数のインダクタンスの直列接続の相互接続点に接続されている請求項９記載の可動電気機器。
【請求項１２】
前記屈曲バネ部は、前記第１のアンカに連続し、前記可動電極に連続する端部が、前記第１、第２固定電極間のキャビティ幅方向に、前記第１のアンカに連続する端部と近接する前記固定電極との前記キャビティ幅方向の距離の１／３以上変位する請求項１に記載の可動電気機器。
【請求項１３】
前記屈曲バネ部は、前記第２のアンカに連続し、前記可動電極に連続する端部が、前記第１、第２固定電極間のキャビティ幅方向に、前記第２のアンカに連続する端部と近接する前記固定電極との前記キャビティ幅方向の距離の１／３以上変位する請求項１に記載の可動電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、可動電極を有する電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、車載レーダ等において、５００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚのラジオ周波数（ＲＦ）帯域で用いる電気機器として、可変容量やスイッチがある。【０００３】
可変容量素子は、固定電極と可動電極を対向配置し、可動電極を変位させることにより容量を変化させる構成が一般的である。短絡を防ぐために例えば固定電極表面は誘電体膜で覆われる。固定電極表面を誘電体膜で覆わず、可動電極が固定電極と接触できるようにすると、スイッチを形成できる。可動電極は、圧電駆動、静電駆動等により、変位させることができる。携帯用電子機器等においては小型軽量化が要求され、ＭＥＭＳ（micro
electro-mechanical system）を用いた可変容量素子やスイッチが開発されている。【０００４】
支持基板表面上に固定電極を形成し、その上方に固定電極の面と面対向する可動電極を可撓梁などを介して支持し、電極間距離を制御することにより容量を変化させる構成が知られている（例えば、特開２００６−１４７９９５号公報参照）。【０００５】
図１６Ａはこのような可変容量素子の構成例を示す。可変容量素子は、一方の電極を可動とした平行平板構造による可変容量素子と、この可変容量素子を封止する容器構造とから構成される。【０００６】
シリコンなどの半導体基板１０１の表面上に絶縁層１０２を介して、面状の固定電極１０３、可動電極支持用のアンカ１０６が形成される。アンカ１０６はＵ字形の可撓梁１０５を介して面状の可動電極１０４を固定電極１０３上方に支持する。可撓梁１０５は、可動電極１０３と同一平面上に配置されたＵ字形梁であり、面法線方向（厚さ方向）の変位を許容する。可変容量素子の外周を取り囲むように、側壁１１０、天井１１１を含む容器が形成されている。この容器により、希ガスなどの不活性ガス雰囲気中や減圧された雰囲気中に、可変容量素子を封止することが可能となり、金属材料により容器を形成すれば、電気的遮蔽も可能となる。【０００７】
固定電極１０３と可動電極１０４との間に電圧Ｖを印加すると、静電力によって可動電極１０４は固定電極１０３に引き付けられる。可動電極１０４が固定電極１０３側に変位すると、可撓梁１０５が撓み、変位量に比例した復元力により、可動電極１０４を逆方向に戻そうとする力が働く。可動電極１０４は、静電力と復元力がつり合う位置まで変位し、電圧Ｖを印加している限り、つり合う位置で保持される。【０００８】
電圧Ｖをゼロにすると、可撓梁１０５の復元力により、可動電極１０４は元の位置に戻る。従って、固定電極１０３と可動電極１０４で構成される容量素子は、静電容量を印加電圧Ｖによって制御できる可変容量素子として機能する。【０００９】
図１６Ｂは、可変容量素子の他の構成例を示す断面図である。シリコンなどの半導体基板１０１の表面上に絶縁層１０２を介して、面状の固定電極１０３が形成され、固定電極１０３を覆うように絶縁層１０２上に絶縁層１１２が形成されている。絶縁層１１２の上にアンカ１０６が形成される。アンカ１０６は可撓梁１０５を介して面状の可動電極１０４を、絶縁層１１２で覆われた固定電極１０３上方に支持する。可変容量素子の外周を取り囲むように、側壁１１０、天井１１１を含む容器が形成されている。固定電極１０３の表面が絶縁層１１２で覆われているので、電極同士のショートは防止される。【００１０】
固定電極が誘電体膜で覆われている場合でも、オンオフ動作を繰り返すうちに、誘電体膜がチャージアップし、外部電源をオフにしても可動電極が誘電体膜から離れなくなるスティッキング現象が起こる。駆動波形による対策も検討されているが、解決には至っていない。【００１１】
高周波信号のエンベロープを信号波形で変調し可動電極に印加する場合、信号波形に基づく電位差により可動電極が動くセルフアクチュエーションと呼ばれる現象がある。セルフアクチュエーションを防止するために、投入信号の電力に応じて駆動電圧を高くする方法がある。駆動電圧を高くすると、スティッキング現象がより生じやすくなる。また、より高い電圧を確保するために昇圧回路が必要になることもある。【００１２】
容量素子の電極は、基板表面に平行に形成するばかりでなく、基板表面に垂直に形成することもできる（例えば、特開２００１−３０４８６８号参照）。例えば、支持（単結晶）シリコン基板上面上に結合層としてのシリコン酸化膜を介して活性（単結晶）シリコン層を設けたＳＯＩ(silicon−on−insulator)基板を用い、活性シリコン層を加工して、基板表面に垂直な電極を有する可変容量を形成することができる。【００１３】
活性シリコン層にリン、ボロン等の不純物をドーピングして活性シリコン層を低抵抗化する。活性シリコン層上にレジストマスクを形成して、活性シリコン層を反応性イオンエッチング等でエッチングして、アンカ、各種櫛歯状電極及び各種パッド部などを、シリコン酸化膜上に残す。櫛歯状電極をインターデジタル形に組み合わせて容量が形成される。各電極は、支持シリコン基板表面に垂直に成形される。【００１４】
酸化シリコン膜をフッ酸水溶液などで選択的にエッチングして除去し、活性Ｓｉ層を支持Ｓｉ基板から分離し、変位の自由度を与えることができる。振動子、梁、櫛歯状電極等を形成できる。各種パッド部上に、アルミニウム等を蒸着して電極パッドを形成する。支持基板上方に形成された各部分は支持基板とは絶縁された低抵抗層で構成されるとともに、振動子、梁、櫛歯状電極等が、支持基板から所定距離だけ浮いて位置するとともにアンカにより支持基板に振動可能に支持された構造が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−１４７９９５号公報
【特許文献２】特開２００１−３０４８６８号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明の１つの目的は、熱膨張による可動電極の変位を抑制できる可動電気機器を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、可動電極駆動に必要な駆動電圧を低減できる可動電気機器を提供することである。
【００１８】
本発明の１観点によれば、
支持基板と、
前記支持基板上に形成された１対のアンカと、
前記１対のアンカ間に支持され、前記支持基板の表面に対して垂直で、前記支持基板の表面に沿って長い、第１の端部から第２の端部に延在する板状形状を有し、両側に第１の側面、第２の側面を有する可動電極と、前記可動電極の端部から連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する部分を含む屈曲バネ部とを有する可動部と、
前記支持基板上に形成され、前記可動電極の第１の側面に対向する第１の対向面を有する第１の固定電極と、
前記支持基板上に形成され、前記可動電極の第２の側面に対向する第２の対向面を有する第２の固定電極と、
を有する可動電気機器
が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、両持ち梁構造の可変容量素子の基本構造、基本動作、温度上昇に対する挙動を示す、可変容量素子の断面図であり、図１Ｄ，１Ｅは本発明者らの先の提案による可変容量素子の平面図、断面図である。
【図２】図２Ａは第１の実施例による可変容量素子を有する電気機器の概略を示す斜視図、図２Ｂ，２Ｃは可変容量素子の2つの動作状態を示す平面図である。
【図３】図３Ａ−３Ｆは、第１の実施例による可変容量素子の動作を説明する平面図である。
【図４−１】と、
【図４−２】と、
【図４−３】図４Ａ〜４Ｌは、第１の実施例による可変容量素子を有する電子機器の製造プロセスを示す断面図である。
【図５−１】と、
【図５−２】図５Ａ〜５Ｅは、図４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｊ，４Ｋの状態の平面図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは、可変容量素子を有する電子機器の応用回路の２例を示す等価回路図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｃは、変形例によるストッパを備えた可変容量素子を有する電子機器を示す概略平面図である。
【図８−１】と、
【図８−２】図８Ａは第２の実施例による多接点スイッチを有する電気機器の概略を示す斜視図、図８ＢＰ−８ＥＰは多接点スイッチの４つの状態を示す平面図，図８ＢＤ−８ＥＤは多接点スイッチの４つの状態の等価回路図である。
【図９】図９ＡＰ−９ＤＰは多接点スイッチを短絡し、可動電極をインダクタンス素子として用いる応用例の４つの状態を示す平面図、図９ＡＤ−９ＤＤは４つの状態の等価回路図である。
【図１０】図１０Ａはインダクタンス素子を示す斜視図、図１０ＢＰ−１０ＥＰは直列接続したインダクタンス素子のノードに多接点スイッチを接続した応用例の４つの状態を示す平面図、図１０ＢＤ−１０ＥＤは４つの状態の等価回路図である。
【図１１】図１１Ａ〜１１Ｅは、高インダクタンス素子の製造プロセスを示す概略断面図である。
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｅは、変形例による可動部の形状を示すダイアグラムである。
【図１３】図１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、可動電極を有する電気機器の応用例を示すダイアグラムである。
【図１４】図１４Ａ，１４Ｂは、可動電極を有する電気機器を用いて行なうインピーダンス整合を説明するダイアグラムである。
【図１５】図１５は、チューナブルＲＦフロントエンドの構成例を示す等価回路図である。
【図１６】図１６Ａ，１６Ｂは従来技術による可変容量素子の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
デジタル型の可変容量素子では、可動電極が固定電極から離れた状態で形成容量が最小値（オフ状態）であり、可動電極が誘電体膜を介して固定電極と接触した状態で形成容量は最大値（オン状態）である。この２つの状態で可変容量を使用する。オフ状態とオン状態の容量の比を設計範囲内にすることが必要な場合も多い。
【００２１】
図１Ａ−１Ｃは、単純化した形状を有する可変容量素子の３状態を示す断面図である。図１Ａに示すように、基板１０１の表面上に固定電極１０３、絶縁層１１２が積層され、基板１０１の表面に支持されたアンカ１０６が両持ち梁構造で可動電極１０４を支持している。可動電極１０４は固定電極１０３上の絶縁層１１２から離れてオフ状態にある。
【００２２】
図１Ｂに示すように、固定電極１０３と可動電極１０４の間に直流バイアス電圧Ｖを印加すると、静電引力が生じ、可動電極１０４は固定電極１０３に引き付けられ、絶縁層１１２に密着した状態になる。これがオン状態である。
【００２３】
例えば可動電極１０４が金属で、基板１０１が半導体である場合のように、可動電極１０４が基板１０１よりも大きな熱膨張係数を有する場合を考察する。
【００２４】
図１Ｃに示すように、温度上昇によって可動電極１０４は基板１０１より大きな熱膨張を示す。このため、可動電極１０４は熱膨張により長さが増加し、アンカ１０６間に入りきれなくなる。発生する応力を解放するように、可動電極１０４は例えば上方に変位した形状１０４ｘとなって、熱膨張を吸収することになる。すると、可動電極１０４ｘと固定電極１０３の間の距離が増大し、オフ状態の容量が減少する。可動電極１０４の梁部が熱膨張を吸収するために下方に変位する場合は、オフ状態の容量が増加する。
【００２５】
いずれにしても、オフ状態の容量が設計値から変化してしまい、所望の回路機能が得られなくなる可能性がある。可動電極と固定電極の距離が増大する場合には、可動電極を引き付ける為に必要な電圧が増大してしまい、設計した電圧ではオンしなくなることもある。温度変化による膨張、収縮が生じても、可動電極と固定電極との間の距離が一定に保たれる構造が望まれる。
【００２６】
図１Ｄ，１Ｅは、本発明者らが先に提案した、可変容量素子を示す平面図および断面図である。図１Ｄに示すように、可動電極ＭＥは、キャビティＣＶ内に斜め方向に配置され、両端がアンカＡＮＣ１，ＡＮＣ２に支持されている。図１Ｅに示すように、アンカＡＮＣ１，ＡＮＣ２は、ＳＯＩ基板の支持基板ＳＳに固定され、可動電極ＭＥは支持基板ＳＳから上方に離隔した状態でアンカＡＮＣ１，ＡＮＣ２に支持されている。
【００２７】
図１Ｄに示すように、可動電極ＭＥの両側において、キャビティＣＶ側面に第１、第２の固定電極ＦＥ１，ＦＥ２が配置されている。第１、第２の固定電極ＦＥ１，ＦＥ２を平行に配置し、可動電極ＭＥを右端では第１の固定電極ＦＥ１に近く、左端では第２の固定電極ＦＥ２に近く配置している。対向電極間の静電力は距離が短いほど強くなる。
【００２８】
オン状態では可動電極ＭＥは第１の固定電極ＦＥ１に絶縁膜ＩＦ１を介して引き寄せられ、オフ状態では可動電極ＭＥは第２の固定電極ＦＥ２に絶縁膜ＩＦ２を介して引き寄せられる。オン状態でもオフ状態でも、可動電極は２つの固定電極の一方に引き付けられ、容量が変化しなくなる。オフ状態からオン状態への移行も、オン状態からオフ状態への移行も、可動電極と第１又は第２の固定電極との間に印加する電圧による静電引力により積極的に行う。
【００２９】
可動電極は1対の固定電極の間で斜めに配置され、可動電極が一方の固定電極に引き付けられた状態でも、可動電極の一部は他方の固定電極近傍に保持される。可動電極ＭＥが第１の固定電極ＦＥ１に引き寄せられている場合、第２の固定電極ＦＥ２と可動電極ＭＥとの間に電圧を印加すると、可動電極ＭＥ左端近傍において可動電極ＭＥと近傍に配置された第２の固定電極ＦＥ２との間に強い静電引力を発生する。従って、可動電極ＭＥ左端から徐々に可動電極ＭＥを第１の可動電極ＦＥ１から離すことが容易となる。可動電極ＭＥが第２の固定電極ＦＥ２に引き寄せられている場合には、第１固定電極ＦＥ１と可動電極ＭＥとの間に電圧を印加すると、同様の原理により、可動電極ＭＥの右端から徐々に可動電極ＭＥを第２の固定電極ＦＥ２から離すことが容易となる。
【００３０】
一方の固定電極に可動電極が引き付けられて電源をオフにしても可動電極が離れなくなるスティッキング現象が生じた場合にも、他方の固定電極と可動電極の間に電圧を印加することにより、静電引力を利用して可動電極を離すことが容易となる。スティッキングを抑制しやすい。
【００３１】
第１、第２の固定電極の一方は電気回路的には機能しないダミー電極でよい。勿論オン／オフが対照的な２つの可変容量として積極的に利用してもよい。半導体基板表面上に板状電極を形成する場合、固定電極表面に対して斜めの関係になる可動電極を形成することは容易でないであろうが、ＳＯＩ基板を用い、半導体基板表面に対してほぼ垂直方向の電極を作成する場合には、平行電極間の斜め電極もパターン形状の変更のみで実現できる。
【００３２】
図１Ｄにおいて、温度上昇によって可動電極ＭＥが支持基板ＳＳより大きな熱膨張を示すと、可動電極ＭＥが上下どちらかに曲がり、熱膨張分を吸収することになる。第１、第２の固定電極ＦＥ１，ＦＥ２に対して対称的な、可動電極ＭＥの特性がいずれかに偏ってしまう。例えば、初期駆動に必要な電圧が変化してしまう。本発明者らは、先の提案による構造に、熱膨張分を吸収できる構造を組み込むことを考察した。
【００３３】
以下、図面を参照して実施例による可変容量素子を説明する。
【００３４】
図２Ａは、第１の実施例による可変容量素子の概略斜視図である。支持Ｓｉ基板５１の上に、活性Ｓｉ層５３がボンディング酸化シリコン膜５２で結合されたＳＯＩ（silicon
on insulator）基板を用いる。例えば、支持Ｓｉ基板５１は３００μｍ〜５００μｍの厚さを有し、ボンディング酸化シリコン膜５２は２μｍ〜７μｍの厚さを有する。活性Ｓｉ層５３は、５００Ωｃｍ以上の高抵抗率の単結晶Ｓｉ層であり、２０μｍ〜３０μｍ、例えば２５μｍ、の厚さを有する。
【００３５】
活性Ｓｉ層５３の全厚さを貫通するトレンチを埋め込んで、固定電極１１，１２が対向側面を平行にして形成されている。固定電極１１，１２間の領域において、製造時には、活性Ｓｉ層５３の全厚さを貫通するトレンチを埋め込んで、可動電極ＭＥ、可動電極ＭＥの両端に連続し、可動電極ＭＥの延長面から屈曲し、往復して再び可動電極の延長面上に位置する屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２を含む可動部１０が形成される。可動部１０は両端でアンカ１６，１７に支持されている。その後、固定電極１１，１２間の活性Ｓｉ層５３、その下のボンディング酸化シリコン膜５２は除去され、固定電極１１，１２間にキャビティＣＶを形成し、可動部１０の自由度を確保する。
【００３６】
可動部１０、固定電極１１，１２の対向側面の高さは、活性Ｓｉ層５３の厚さと同じ２０μｍ〜３０μｍ、例えば２５μｍ、である。固定電極１１，１２は、例えば長さ５００μｍで、２０μｍの距離を置いて対向配置される。可動電極ＭＥは、例えば厚さ２μｍ〜５μｍで、長さが固定電極１１，１２より長い。屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２は、例えば可動電極ＭＥと同じ厚さ、幅を有する。
【００３７】
図２Ｂ，２Ｃは可変容量素子の2つの動作状態を示す平面図である。図２Ｂを参照する。電極間の短絡を防止するため、固定電極の表面に絶縁膜１３が形成されている。固定電極１１，１２の表面を、例えば窒化シリコンの絶縁膜１３で覆い、可動電極ＭＥと固定電極１１、１２間の短絡が防止されている。本実施例では、アンカ１６，１７の表面にも絶縁膜１３を形成し、可変容量の電極と周囲の活性Ｓｉ層５３との間の絶縁を促進している。可動電極ＭＥの表面には絶縁膜を形成せず、可動電極の柔軟性を確保し、絶縁膜の剥離を回避している。
【００３８】
可動電極ＭＥは、平行に配置された固定電極１１，１２の側壁間で、非対称に、図中左側で低く、右側で高く配置されている。可動電極ＭＥはアンカ１６の図中下端からアンカ１７の図中上端に延在するように形成されている。即ち、アンカ１６に近い可動電極ＭＥ左部分は、固定電極１１より固定電極１２に近く配置され、アンカ１７に近い可動電極ＭＥ右部分は、固定電極１２より固定電極１１に近く配置される。
【００３９】
可動電極ＭＥと固定電極１２との間に電圧を印加すると、静電引力により可動電極ＭＥは固定電極１２に引き寄せられる。距離が近い可動電極ＭＥの左部分で、固定電極１２に可動電極ＭＥが引き寄せられ、次第に可動電極ＭＥの右側部分も固定電極１２に引き寄せられる。可動電極ＭＥの右端は、固定電極１２より固定電極１１に近く配置されているので、固定電極１２から離れている。
【００４０】
図２Ｃを参照する。可動電極ＭＥと固定電極１１との間に電圧を印加すると、静電引力により可動電極ＭＥは固定電極１１に引き寄せられる。可動電極ＭＥの右端は固定電極１２より固定電極１１に近く配置されているので、速やかに固定電極１１に引き寄せられ、次第に可動電極ＭＥの左側部分も固定電極１１に引き寄せられる。
【００４１】
このように、配向配置された固定電極１１、１２間で、可動電極は一方で固定電極１１に近く、他方で固定電極１２に近く、斜めに配置されるので、いずれの固定電極に引き寄せられる場合にも、引力が作用しやすい部分が有り、速やかに変更動作が行える。
【００４２】
図３Ａに示すように、板状の可動電極ＭＥの両端に屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２が連続し、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２の両端がアンカ１６，１７に連続する。屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２は、可動電極ＭＥの規定する平面から、互いに逆の厚さ方向に向かって屈曲し、折れ曲がって戻り、屈曲して再び可動電極ＭＥの規定する平面に戻る形状を有する。可動電極ＭＥの屈曲部ＳＰ１に移行する端部をＥＤ１，ＳＰ２に移行する端部をＥＤ２とする。連続する板状の可動電極ＭＥ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２、アンカ１６，１７は、活性Ｓｉ層５３に形成した溝部にメッキ層を充填して、形成される。
【００４３】
図３Ｂに示すように、可動部１０には、可動電極ＭＥから屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２に移行する領域の屈曲角α１、α２、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２中間での屈曲角β１、β２、屈曲バネ部端部の屈曲角γ１、γ２の屈曲が存在する。３つの屈曲角α、β、γが１つの屈曲部を形成する。これらの屈曲の角度は応力に応じて変化する。例えば、屈曲部の両端に外側に向かう力が作用すると、βがある角度広がり、α、γがその半分の角度広がって、屈曲部の幅が広がる。屈曲部の両端に内側に向かう力が作用すると、角度を減少する角度変化が生じ、屈曲部の幅は狭くなる。
【００４４】
電極自身の長さを伸縮させる場合と較べ、角度の変化に要する力は一般的に小さくて済む。屈曲角度を変化させると、可動部１０全体の長さ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２の可動電極ＭＥに対する相対角度を変化させることができる。可動部が一様な矩形板部で形成されている場合と較べ、矩形板部の両端に屈曲バネ部を接続した可動部は、より小さい応力でその長さを変化でき、端部の角度も変化できる。
【００４５】
図３Ｃに示すように、温度変化により、可動部１０と基板が異なる熱膨張を示し、固定されたアンカ１６，１７間で可動部１０が相対的に伸張しようとする場合を考察する。屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２は可動電極ＭＥとアンカ１６，１７から、圧縮応力を受けることになる。応力に応じて、屈曲角β１、β２が減少し、可動電極ＭＥは可動電極ＭＥの熱膨張を吸収することができる。屈曲角α、γが屈曲角βの角度減少の１／２角度減少し、可動電極の延在方向は保たれる。可動部１０が相対的収縮を示す場合は、角度変化が増加になる。
【００４６】
このように、屈曲角βの変化は、可動電極ＭＥの延在方向に沿う屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２の長さ（バネ長と呼ぶことにする）を変化させ、可動部１０の長さを変化することができる。屈曲角α、γの変化は、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２と可動電極ＭＥ、およびアンカ１６，１７に対する相対的角度を変化させる。
【００４７】
図３Ｄに示すように、可動電極ＭＥと固定電極１１の間に電圧を印加し、静電引力を生じさせる場合を考察する。可動電極ＭＥは、右端が左端より固定電極１１に近い。可動電極ＭＥの右端近傍で、固定電極１１から強い静電引力を受ける。屈曲バネ部ＳＰ２において、屈曲角α２又はγ２の内少なくとも一方が増大すると、可動電極ＭＥの右側は固定電極１１に近づく。屈曲角β２が増大すると、屈曲バネ部ＳＰ２のバネ長が増大し、可動電極ＭＥの全長を増大できる。このような屈曲バネ部の各角度の変化により、可動電極ＭＥ右端部を固定電極１１に引き付けることが容易になる。
【００４８】
静電引力は、対向電極間の距離が短くなれば、増大する。一旦、可動電極ＭＥの右端が固定電極１１に接触すれば、その後はチャックを閉めていくように、可動電極ＭＥは右から左へと接触領域を増加させる。このような変形には、可動部１０の長さの増加を必要とする場合が多い。屈曲バネ部ＳＰ１において、角度β１が増大し、角度α１、γ１が対応する角度変化をすることにより、長さの変化も容易になる。
【００４９】
屈曲バネ部ＳＰ１において、可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ１１が、固定電極１１，１２の主面に垂直なキャビティ幅方向（図中の上下方向）に、アンカ１６に連続する端部Ｅ１２と固定電極１２とのキャビティ幅方向距離の１／３以上変位することが好ましい。１／３以上の距離を変位することで、プルイン現象により、可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ１１と固定電極１２との間に安定した接触が得られる。可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ１１の変位が少ないと、可動電極ＭＥの一部と固定電極１２との接触となり、可動電圧低減の効果が小さくなる。
【００５０】
同様に、屈曲バネ部ＳＰ２において、可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ２１が、固定電極１１，１２の主面に垂直なキャビティ幅方向（図中の上下方向）に、アンカ１７に連続する端部Ｅ２２と固定電極１１とのキャビティ幅方向距離の１／３以上変位することが、可動電極ＭＥへ連続する端部Ｅ２１と固定電極１１との安定した接触確保の観点から好ましい。
【００５１】
図１Ｄに示した屈曲バネ部を有さない先の提案の可動電極の駆動電圧は１５Ｖであった。可動電極の両端に屈曲バネ部を設けた本実施例によるサンプルにおいては、駆動電圧が１２Ｖに低下した。駆動電圧の低減に有効であることが示された。
【００５２】
図３Ｅは、可動部１０の可動電極ＭＥが、固定電極１１に最接近したオン状態を示す。この状態においても、可動電極ＭＥの左端、屈曲バネ部ＳＰ１、は固定電極１２に近接した状態を保っている。
【００５３】
図３Ｆに示すように、可動電極ＭＥと固定電極１１の間の電圧を切り、可動電極ＭＥと固定電極１２の間に電圧を印加する。可動電極ＭＥと固定電極１１との間の静電引力は消滅する。可動電極ＭＥ，特に左端、と固定電極１２の間に静電引力が生じ、図３Ｄの屈曲バネ部ＳＰ２で生じた現象と同様の現象が屈曲バネ部ＳＰ１で生じ、可動電極ＭＥの左端部が固定電極１２に引き寄せられる。その後は、左側から右側に向かって接触領域が拡大する。オフ状態が確立する。
【００５４】
図２Ａにおいて、可動電極ＭＥ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２，固定電極１１，１２、アンカ１６，１７は、例えばＡｕまたはＣｕを主成分とし、同一のメッキ工程で形成される。可変容量は固定電極１１，１２、可動電極ＭＥ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２，可動部を支持するアンカ１６，１７で構成されている。一方の固定電極１１の可動電極と対向しない上面（容量としては側面）上には、酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナ等の誘電体膜１８が厚さ０．２μｍ〜０．５μｍ形成され、その上にＡｕ，Ａｌ等を主成分とする電極１９が形成され、固定容量を形成している。さらに、固定電極１１，１２の上面から外部に延在するＳｉ−Ｃｒ合金膜の抵抗素子２１，２２が形成され、抵抗素子の他端には電極２３，２４が接続されている。アンカ１６は高周波信号線路３１，３２間の電極２５に接続されている。
【００５５】
以下、図４Ａ〜４Ｌを参照して、図２Ａに示す可変容量素子を含む半導体装置の製造方法の主要プロセスを説明する。図４Ａ〜４Ｌは、図２ＡのＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００５６】
図４Ａに示すように、例えば厚さ３００μｍ〜５００μｍのＳｉ基板５１上に、例えば、厚さ約５μｍのボンディング酸化シリコン膜５２を介して、５００Ωｃｍ以上の高抵抗率を有する、厚さ２５μｍの活性Ｓｉ層５３が結合されたＳＯＩ基板を用意する。
【００５７】
図４Ｂに示すように、活性Ｓｉ層５３上に固定電極収容用のトレンチＴＲ１，ＴＲ２を画定する開口を有するレジストパターンＰＲ１を形成する。レジストパターンＰＲ１はアンカを画定する開口も有する。レジストパターンをマスクとして、例えばディープＲＩＥにより活性Ｓｉ層５３の全厚さをエッチングする。ディープＲＩＥは、ＳｉエッチングガスとしてＣＦ４（＋Ｏ２）、ＳＦ６（＋Ｏ２又は＋Ｈ２）を用いる。その後、レジストパターンＰＲ１は除去する。
【００５８】
図５Ａに示すように、例えば、トレンチＴＲ１，ＴＲ２は距離２０μｍで対向配置された長さ５００μｍの平行な側面を有する。右側のトレンチＴＲ２が幅広なのは、その上に固定容量を形成するためである。アンカ用トレンチＴＲ３，ＴＲ４は固定電極間に可動電極を支持する構成を有する。上側のアンカには、電極が接続される。
【００５９】
図４Ｃに示すように、モノシラン、ジシラン等のシラン系ガスとアンモニアガスを用いたＣＶＤ又は低圧（ＬＰ）ＣＶＤにより、基板表面上に厚さ０．１μｍ〜０．５μｍの窒化シリコン膜５４を堆積する。露出している活性Ｓｉ層５３、ボンディング酸化シリコン膜５２表面は窒化シリコン膜５４で覆われる。この窒化シリコン膜５４は固定電極表面を覆う絶縁膜として機能する。図５Ａは透視した形で、トレンチ表面に堆積した窒化シリコン膜５４を示す。
【００６０】
図４Ｄに示すように、窒化シリコン膜５４上に、可動部１０を画定する開口を有するレジストパターンＰＲ２を形成し、開口内に露出した活性Ｓｉ層５３の全厚さをディープＲＩＥによりエッチングしてスリットＳＬを形成する。図５Ｂは開口の平面形状を示す。窒化シリコン膜５４堆積後に可動電極用のスリットを形成することにより、可動電極表面には絶縁膜を形成しない。アンカ形成用トレンチ側壁の一部とオーバーラップさせることにより、可動電極とアンカの電気的導通を確保する。
【００６１】
レジストパターンＰＲ２を除去して図４Ｅ，５Ｃに示す状態とする。トレンチＴＲ１〜ＴＲ４は活性Ｓｉ層５３の全厚さを除去し、その内面上に窒化シリコン膜５４が堆積されている。スリットＳＬは窒化シリコン膜５４を有さず、一定の幅、例えば約２μｍ、で活性Ｓｉ層５３の全厚さを貫通する。
【００６２】
図４Ｆに示すように、基板表面に、例えばＴｉ層を厚さ５０ｎｍ程度堆積し、その上にＡｕ層を厚さ５００ｎｍ程度堆積してシード層５５を形成する。Ｔｉ層の代わりに、厚さ５０ｎｍ程度のＣｒ層を用いることもできる。シード層５５は、電解メッキ時の給電層となる。
【００６３】
図４Ｇに示すように、メッキ不要部分のシード層５５を覆うレジストパターンＰＲ３を形成し、電解メッキでＡｕ層５６を堆積し、トレンチＴＲ、スリットＳＬを埋め戻す。なお、Ａｕに代え、Ｃｕを電解メッキすることもできる。その後、レジストパターンＰＲ３は除去し、露出したシード層５５はエッチング又はミリングなどにより除去する。
【００６４】
図４Ｈに示すように、電極を形成した基板上に、誘電体膜パターニング用のレジストパターンＰＲ４を形成し、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜等の誘電体膜１８を厚さ０．２μｍ〜０．５μｍスパッタリングで堆積し、レジストパターンＰＲ４上に堆積した誘電体膜はレジストパターンＰＲ４と共にリフトオフする。
【００６５】
図４Ｉに示すように、レジストパターンＰＲ４を除去した基板上に、抵抗素子パターニング用のレジストパターンＰＲ５を形成し、Ｃｒ−Ｓｉ合金膜をスパッタリングで堆積し、レジストパターンＰＲ５上のＣｒ−Ｓｉ合金膜はリフトオフして除去する。例えば、Ｓｉ（７０−９０）：Ｃｒ（３０−１０）のスパッタリングターゲットを用いて厚さ０．２μｍ程度（シート抵抗３００−６００Ω□）のＳｉ−Ｃｒ合金膜を形成し、抵抗素子２１，２２を形成する。なお、誘電体膜形成前に抵抗膜を形成してもよい。
【００６６】
図４Ｊに示すように、レジストパターンＰＲ５を除去した基板上に、電極パターニング用のレジストパターンＰＲ６を形成し、Ｔｉ／Ａｕ積層又はＴｉ／Ａｌ積層の電極をスパッタリングで厚さ１μｍ程度堆積し、レジストパターンＰＲ６上の電極はリフトオフして除去する。図５Ｄに示す電極１９，２３，２４，２５がこのようにして形成される。
【００６７】
図４Ｋに示すように、固定電極間の領域に開口を有するレジストパターンＰＲ７を基板上に形成し、ＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチングで窒化シリコン膜５４をエッチングし、露出したシリコン層をＳＦ６ガスとＣＦ４ガスとを用いたディープＲＩＥにより除去する。図５Ｅにおいて、斜線を付した領域がエッチング対象領域となる。
【００６８】
図４Ｌに示すように、露出した酸化シリコン膜５２をＣＦ４ガスを用いたドライエッチングで除去する。なお、酸化シリコン膜のエッチングはバッファード弗酸を用いたウェットエッチングやベーパード弗酸による気相エッチングで除去することもできる。等方性を有するエッチングで酸化シリコン膜を除去すると、サイドエッチングにより、露出領域から周囲に入り込んだ領域で酸化シリコン膜が除去される。このようにして、図２Ａに示す、可変容量を有する半導体装置を作製することができる。
【００６９】
可変容量は、オン状態とオフ状態とで、例えば０．９ｐＦ（オフ状態）〜５．６ｐＦ（オン状態）程度の、容量変化を示す。  
【００７０】
図６Ａは、このようにして構成された可変容量の応用回路の１例を示す等価回路図である。高周波線路３１−２５−３２のノード２５に可動電極ＭＥを含む可動部１０が接続され、固定電極１１，１２との間に可変容量３３，３４を形成している。固定電極１１は、固定容量３５を介して接地されると共に、抵抗素子２１を介してスイッチＳＷの端子２４に接続される。他方の固定電極１２は抵抗素子２２を介してスイッチＳＷの他方の端子２３に接続され、可変容量回路３９を構成している。スイッチＳＷの切り換え端子と高周波線路との間に直流電源３６とインダクタ３７の直列接続が接続される。高周波リークを実質的に防止するため、抵抗素子２１，２２は１０ｋΩ以上であり、インダクタ３７は約１００ｎＨ以上であることが好ましい。
【００７１】
高周波信号線路３１−２５−３２に可変容量３３，３４を接続し、可変容量３３とグランドとの間に固定容量３５を接続し、可変容量３３，３４と外部電源３６との間に抵抗素子２１，２２が接続される。外部電源３６の他方の極と高周波信号線路３１−２５−３２との間にはインダクタ３７が接続され、高周波成分を遮断している。抵抗素子２１，２２により、高周波信号線路３１−２５−３２に流れる信号の外部電源３６への漏れを防止している。固定容量３５により外部電源とグランドとの間の短絡を防止している。可動電極ＭＥが、固定電極１１側に引き寄せられるか、固定電極１２側に引き寄せられるかで２つのデジタル状態の一方が選択される。
【００７２】
図６Ｂは、応用回路の他の構成例を示す等価回路図である。高周波信号線路３１−２５−３２に複数の可変容量回路３９−１、・・・３９−iが接続され、外部電源３６−１、・・・３６−iを介して共通インダクタ３７に接続されている。複数の可変容量回路は容量値に差があり、複数ビットに対応する。多ビット回路に適した構成である。
【００７３】
上述の実施例においては、アンカと可動電極の接続位置の調整により、可動電極を対向固定電極間の空間において斜めに配置し、可動電極の状態変更を容易にした。さらに、可動電極の移動範囲を制限するストッパを設けることもできる。
【００７４】
図７Ａに示すように、アンカ１６，１７に支持された屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２に接続された可動電極ＭＥの両端近傍にストッパ４１ａ、４１ｂを配置する。ストッパ４１ａはアンカ１６との間に、屈曲バネ部ＳＰ１を収容し、屈曲バネ部ＳＰ１の変位性、変形性を確保すると共に、可動電極ＭＥの左端を固定電極１２近傍の空間内に配置させる。ストッパ４１ｂはアンカ１７との間に、屈曲バネ部ＳＰ２を収容し、屈曲バネ部ＳＰ２の変位性、変形性を確保すると共に、可動電極ＭＥの右端を固定電極１１近傍の空間内に配置させる。
【００７５】
図７Ｂに示すように、可動電極ＭＥと上側の固定電極１１との間にバイアス電圧Ｖを印加して、可動電極ＭＥと固定電極１１の間に静電引力を発生させる。可動電極ＭＥは、上側固定電極１１に近い右端部分で静電引力を強く受け、上側の固定電極に引き寄せられる。可動電極ＭＥが下側の固定電極１２に近く配置される左端部分では、可動電極ＭＥと上側固定電極１１の間にストッパ４１ａが配置され、可動電極ＭＥが上側固定電極１１に近づくのを防止し、可動電極ＭＥが狭いギャップを介して下側の固定電極１２と対向配置される領域を確保する。
【００７６】
図７Ｃに示すように、可動電極ＭＥと下側の固定電極１２との間にバイアス電圧Ｖを印加して、可動電極ＭＥと固定電極１２の間に静電引力を発生させる。可動電極ＭＥは、下側固定電極１２に近い左端部分で静電引力を強く受け、下側の固定電極に引き寄せられる。可動電極ＭＥが上側の固定電極１１に近く配置される右端部分では、可動電極ＭＥと下側固定電極１２の間にストッパ４１ｂが配置され、可動電極ＭＥが下側固定電極１２に近づくのを防止し、可動電極ＭＥが狭いギャップを介して上側の固定電極１１と対向配置される領域を確保する。
【００７７】
各固定電極近傍に配置される幅を確保することにより、駆動時に確実に可動電極に駆動力を印加することができよう。ストッパ４１は、図４Ｂに示すエッチング時のパターンを変更することで形成できる。図４Ｃ，５Ａに示す工程においてストッパ表面には絶縁膜が形成される。なお、ストッパを円柱形状にする場合を図示したが、ストッパと可動電極とが当接する部分で過度の応力が発生しなければ、この形状に限られず、他の形状も可能である。
【００７８】
固定電極表面に絶縁膜を形成せず、可動電極と固定電極でスイッチを形成することもできる。駆動用の固定電極とスイッチ用の接点とを形成することもできる。多接点スイッチを形成して可変インダクタンスなどを形成することも可能である。
【００７９】
図８Ａは、第２の実施例による多接点スイッチの構成例を示す。図２Ａ，２Ｂ，２Ｃに示した可変容量素子に対する相違点を主に説明する。アンカ１６，１７の間に、可動電極ＭＥ両端に屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２を備えた可動部が支持され、可動部の１側面に対向して第２の固定電極１２が配置される点は、図２Ａ−２Ｃの実施例と同様である。第１の固定電極１１が４つの分割部分１１−１，１１−２，１１−３，１１−４に分割され、夫々選択的に駆動電圧に接続可能である。第１の可動電極の隣接する分割部分間に導体が露出した接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が配置されている。可動電極ＭＥが徐々に固定電極１１に吸引されていくと、可動電極ＭＥと接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３との間が順次オンする構造である。
【００８０】
図８ＢＰは、可動電極ＭＥが第２の固定電極１２に吸引され、接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が全て開（オフ）である場合を示す。図８ＢＤは、この状態を示す等価回路である。なお、電圧源Ｖとの間には、抵抗やインダクタンス成分Ｌ等の高周波ブロックＲＦＢが接続されている。
【００８１】
図８ＣＰは、可動電極ＭＥが第１の固定電極１１の第１、第２の分割部分１１−１，１１−２に吸引され、接点ＣＴ１が閉（オン）になった状態を示す。図８ＣＤは、この状態を示す等価回路である。
【００８２】
図８ＤＰは、可動電極ＭＥが第１の固定電極１１の第１、第２、第３の分割部分１１−１，１１−２，１１−３に吸引され、接点ＣＴ１、ＣＴ２が閉（オン）になった状態を示す。図８ＤＤは、この状態を示す等価回路である。
【００８３】
図８ＥＰは、可動電極ＭＥが第１の固定電極１１の第１−第４の全分割部分１１−１〜１１−４に吸引され、接点ＣＴ１〜ＣＴ３が閉（オン）になった状態を示す。図８ＥＤは、この状態を示す等価回路である。
【００８４】
接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が順次オンする動作を説明したが、接点ＣＴ３，ＣＴ２，ＣＴ１を順次オフさせることもできる。このような多接点が順次オン／オフされる多接点素子は、例えば多段回路の段数の辺個に利用できる。以下、多接点素子を用いて可変インダクタンスを形成する場合を説明する。
【００８５】
図９ＡＰに示すように、多接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３を良導電体ＣＤで短絡する。可動電極ＭＥを低インダクタンス素子として用い、可動電極ＭＥのインダクタンスを４つのインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に分け、順次短絡、復活できる構成とする。図９ＡＰは、可動電極ＭＥが第２の固定電極１２に吸引されて、接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が全てオフである状態を示す。図９ＡＤは、この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の４つのインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が直列接続された状態である。
【００８６】
図９ＢＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２の分割部分１１−１，１１−２の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの１つのインダクタＬ１が両導電体ＣＤで短絡される。図９ＢＤは。この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の３つのインダクタＬ２，Ｌ３，Ｌ４が直列接続されている。
【００８７】
図９ＣＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２、第３の分割部分１１−１，１１−２，１１−３の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの２つのインダクタＬ１、Ｌ２が両導電体ＣＤで短絡される。図９ＣＤは。この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の２つのインダクタＬ３，Ｌ４が直列接続されている。
【００８８】
図９ＤＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の全分割部分１１−１〜１１−４の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの３つのインダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３が両導電体ＣＤで短絡される。図９ＤＤは。この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の１つのインダクタＬ４のみが接続されている。
【００８９】
可動電極で高インダクタンスを実現することは困難である。インダクタンス素子を外付けすれば、高インダクタンスの可変インダクタを形成することも可能となる。
【００９０】
図１０Ａに示すように、２層配線によりコイルを形成する。１層目配線Ｗ１で渦巻状のコイルと引き出し配線を形成し、２層目配線Ｗ２で渦巻状コイルの内側端子を引き出し配線に引き出す。
【００９１】
図１０ＢＰは、３つの高インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が端子間に直列接続され、接続ノードが接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３に接続された構成を示す。本構成に置いては、可動電極は低抵抗、低インダクタンスとして機能する。可動電極ＭＥが第２の固定電極１２に吸引されている。接点ＣＴ１〜ＣＴ３は開（オフ）であり、高インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３の直列接続が端子間に接続される。図１０ＢＤは、この状態の等価回路図である。
【００９２】
図１０ＣＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２の分割部分１１−１，１１−２の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの低インダクタンスにより、高インダクタ素子Ｌ１が短絡される。図１０ＣＤは、この状態を示す等価回路図である。
【００９３】
図１０ＤＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２、第３の分割部分１１−１，１１−２，１１−３の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２と接触させた状態を示す。高インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２が、可動電極ＭＥの低インダクタンスで短絡される。図１０ＤＤは、この状態を示す等価回路図である。
【００９４】
図１０ＥＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の全分割部分１１−１〜１１−４の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３と接触させた状態を示す。全高インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３が、可動電極ＭＥの低インダクタンスで短絡される。図１０ＥＤは、この状態を示す等価回路図である。
【００９５】
図１１Ａ〜１１Ｅは、高インダクタ素子の製造プロセスを示す概略断面図である。
【００９６】
図１１Ａに示すように、絶縁表面を有する基板上で第１配線層をパターニングしてコイル状配線Ｗ１を形成する。第１配線層は、例えばＡｕ層やＣｕ層で形成する。例えば基板上にシード層をスパッタリングなどで形成し、その上に配線パターンの開口を有するレジストパターンを形成し、開口内にＡｕまたはＣｕを電解メッキする。その後レジストパターンは除去し、露出したシード層もエッチング、ミリングなどで除去する。
【００９７】
図１１Ｂに示すように、第１配線層を埋め込んで、犠牲層ＳＣを形成する。例えば酸化シリコン層を化学気相成長（ＣＶＤ）する。
【００９８】
図１１Ｃに示すように、第１配線層Ｗ１の接続領域に開口を形成する。例えば、犠牲層の上にレジストパターンを形成し、開口部に露出した犠牲層をリアクティブエッチングして、第１配線層を露出する。その後レジストパターンは除去する。
【００９９】
図１１Ｄに示すように、第２配線層をパターニングして上部電極を形成する。例えば、シード層を形成後、レジストパターンを形成し、レジストパターンの開口内にＡｕ又はＣｕを電解メッキする。その後レジストパターンは除去し、露出したシード層も除去する。
【０１００】
図１１Ｅに示すように、犠牲層を除去する。例えば希弗酸のウェットエッチングで酸化シリコン層をエッチング除去する。
【０１０１】
以上の説明における材料、形状、寸法などは例示であり、特に断らない限り、制限的意義を有さない。例えば、屈曲バネ部が３つの屈曲角を含んで構成される場合を説明したが、これに限らない。
【０１０２】
図１２Ａは、可動電極ＭＥの各端部に連続する屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２が、夫々１往復の形状でなく、２往復している。基本的に往復数を増加すれば、変形が容易になる。屈曲バネ部の往復数は任意に選択できる。
【０１０３】
図１２Ｂにおいては、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２が１往復未満である。屈曲バネ部を０．７５往復として、両端の幅方向位置を揃えている。両端の幅方向位置をそろえるには、往復数は０．７５に限らず、１．２５，１．７５，２．２５等でもよい。アンカと可動部との配置を対称的にし易くなる。
【０１０４】
図１２Ｃにおいては、屈曲バネ部ＳＰ１を可動電極ＭＥの一方の端部のみに形成し、他方の端部では屈曲バネ部は省略している。可動部を配置する領域に制限がある場合などの適する。オン時とオフ時の特性に差が生じるが、問題ない場合も多い。
【０１０５】
図１２Ｄ，１２Ｅは、屈曲バネ部が連続的に滑らかに方向変化している例である。屈曲角α、β、γ等は定義できないが、銅用の機能は得られる。
【０１０６】
以上、可変容量素子や、可変インダクタンス素子の実施例を説明した。これらの素子を用いることにより、種々の高周波素子を形成することができる。
【０１０７】
図１３Ａは、Γ型インピーダンス整合回路を示す。高周波線路に直列に可変インダクタＶＬが接続され、高周波線路と接地との間に可変キャパシタＶＣが接続されている。
【０１０８】
図１３Ｂはπ型インピーダンス整合回路を示す。高周波線路に直列接続された可変インダクタＶＬの両側と設置の間に可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が接続される。
【０１０９】
図１３Ｃは、可変バンドパスフィルタの例を示す。高周波線路と接地との間に、可変インダクタＶＬと可変キャパシタＶＣの並列接続が、任意組接続される。
【０１１０】
図１３Ｄは、可変アンプを示す。受信用、又は送信用のアンプの出力側にインピーダンス整合回路ＭＣが接続される。周波数特性などを調整できる。
【０１１１】
図１４Ａは、回路部Ａと回路部Ｂの間にインピーダンス整合回路ＩＴを接続する構成を示す。インピーダンス整合回路ＩＴは、例えば図１３Ａに示すΓ型回路である。
【０１１２】
図１４Ｂは、Ｐ１の特性をＰ２の特性に変化させる、インピーダンス整合を示すチャートである。
【０１１３】
図１５は、チューナブルＲＦフロントエンドの構成例を示す等価回路図である。アンテナＡＮＴにインピーダンス整合回路ＭＣを介して可変フィルタＶＦが接続されている。受信回路においては可変フィルタにローノイズアンプＬＮＡが接続され、増幅された信号が高周波ＩＣ（ＲＦ−ＩＣ）に供給される。送信回路においては、ＲＦ−ＩＣからの信号がパワーアンプＰＡに供給され、増幅された信号が可変フィルタＶＦ，インピーダンス整合回路ＭＣを介してアンテナＡＮＴに供給される。
【０１１４】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例示としてあげた材料、数値は限定的なものではない。例えば、ＳＯＩ基板に代えて、支持基板上にエッチング特性の異なる２層の犠牲層を有する積層基板を用いて、図４Ａ〜４Ｌに示す如き工程を行い、図２Ａに示す如き構成を製造することも可能である。その場合、図２Ａに示すボンディング酸化シリコン膜５２、活性シリコン層５３をエッチング特性の異なる犠牲膜とする。コントロールエッチング等を利用することにより支持基板上に単層の犠牲膜を有する積層基板を用いることもできる。種々の周知技術を取り込むことも可能である。その他、種々の変更、置換、改良、修正、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】
2013057759.tif 000003
【図２】
2013057759.tif 000004
【図３】
2013057759.tif 000005
【図４−１】
2013057759.tif 000006
【図４−２】
2013057759.tif 000007
【図４−３】
2013057759.tif 000008
【図５−１】
2013057759.tif 000009
【図５−２】
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【図６】
2013057759.tif 000011
【図７】
2013057759.tif 000012
【図８−１】
2013057759.tif 000013
【図８−２】
2013057759.tif 000014
【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１３】
2013057759.tif 000019
【図１４】
2013057759.tif 000020
【図１５】
2013057759.tif 000021
【図１６】
2013057759.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月11日(2014.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に形成され、前記支持基板の表面に対して略垂直な対向電極面を有し、前記対向電極面間にキャビティを画定する第１及び第２の固定電極と、
第１端が前記第１の固定電極に近接配置され、第２端が前記第２の固定電極に近接配置される可動電極と、前記可動電極の前記第１端、第２端の少なくとも一方に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する部分を含む屈曲バネ部とを有する可動部と、
前記支持基板上に配置され、前記可動部の両端を支持する第１、第２のアンカと、
を有する可動電気機器。
【請求項２】
前記可動部の屈曲バネ部は、前記可動電極の前記第１端に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する第１の屈曲バネ部と、前期可動電極の前記第２端に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する第２の屈曲バネ部とを含む、請求項１に記載の可動電気機器。
【請求項３】
前記第１、第２の屈曲バネ部は、近接配置される第１、第２の固定電極から離れる方向に屈曲し、折り返すように屈曲し、さらに可動電極の延長に沿う方向に屈曲する請求項２に記載の可動電気機器。
【請求項４】
前記可動電極と、前記第１の固定電極、前記第２の固定電極との間に駆動電圧を印加するための配線をさらに有する請求項２に記載の可動電気機器。
【請求項５】
前記可動電極の第１端と前記第２の固定電極の間に形成され、前記可動電極の第１端が前記第１の固定電極から離れて前記第２の固定電極に接近する運動を規制する第１のストッパと、
前記可動電極の第２端と前記第１の固定電極の間に形成され、前記可動電極の第２端が前記第２の固定電極から離れて前記第１の固定電極に接近する運動を規制する第２のストッパと、
をさらに有する請求項３に記載の可動電気機器。
【請求項６】
前記可動電極、第１、第２の屈曲バネ部は金属シートで形成されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載の可動電気機器。
【請求項７】
前記可動電極と対向する、前記第１、第２の固定電極面を覆う絶縁層、
をさらに有し、可変容量を構成する請求項６に記載の可動電気機器。
【請求項８】
前記第１の固定電極が複数の分割部分に分割され、
前記可動電極と対向する、各分割部分の表面を覆う絶縁層と、
前記絶縁層に覆われた隣接する分割部分間に配置された接点と、
をさらに有し、スイッチ素子を構成する請求項２〜７のいずれか１項に記載の可動電気機器。
【請求項９】
前記第１の固定電極が３つ以上の分割部分に分割され、隣接する分割部分間に２つ以上の接点が配置され、可変インダクタを構成する請求項８記載の可動電気機器。
【請求項１０】
複数のインダクタンスの直列接続、
をさらに有し、前記２つ以上の接点が前記複数のインダクタンスの直列接続の相互接続点に接続されている請求項９記載の可動電気機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、可動電極を有する電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、車載レーダ等において、５００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚのラジオ周波数（ＲＦ）帯域で用いる電気機器として、可変容量やスイッチがある。
【０００３】
可変容量素子は、固定電極と可動電極を対向配置し、可動電極を変位させることにより容量を変化させる構成が一般的である。短絡を防ぐために例えば固定電極表面は誘電体膜で覆われる。固定電極表面を誘電体膜で覆わず、可動電極が固定電極と接触できるようにすると、スイッチを形成できる。可動電極は、圧電駆動、静電駆動等により、変位させることができる。携帯用電子機器等においては小型軽量化が要求され、ＭＥＭＳ（micro electro-mechanical system）を用いた可変容量素子やスイッチが開発されている。
【０００４】
支持基板表面上に固定電極を形成し、その上方に固定電極の面と面対向する可動電極を可撓梁などを介して支持し、電極間距離を制御することにより容量を変化させる構成が知られている（例えば、特開２００６−１４７９９５号公報参照）。
【０００５】
図１６Ａはこのような可変容量素子の構成例を示す。可変容量素子は、一方の電極を可動とした平行平板構造による可変容量素子と、この可変容量素子を封止する容器構造とから構成される。
【０００６】
シリコンなどの半導体基板１０１の表面上に絶縁層１０２を介して、面状の固定電極１０３、可動電極支持用のアンカ１０６が形成される。アンカ１０６はＵ字形の可撓梁１０５を介して面状の可動電極１０４を固定電極１０３上方に支持する。可撓梁１０５は、可動電極１０４と同一平面上に配置されたＵ字形梁であり、面法線方向（厚さ方向）の変位を許容する。可変容量素子の外周を取り囲むように、側壁１１０、天井１１１を含む容器が形成されている。この容器により、希ガスなどの不活性ガス雰囲気中や減圧された雰囲気中に、可変容量素子を封止することが可能となり、金属材料により容器を形成すれば、電気的遮蔽も可能となる。
【０００７】
固定電極１０３と可動電極１０４との間に電圧Ｖを印加すると、静電力によって可動電極１０４は固定電極１０３に引き付けられる。可動電極１０４が固定電極１０３側に変位すると、可撓梁１０５が撓み、変位量に比例した復元力により、可動電極１０４を逆方向に戻そうとする力が働く。可動電極１０４は、静電力と復元力がつり合う位置まで変位し、電圧Ｖを印加している限り、つり合う位置で保持される。
【０００８】
電圧Ｖをゼロにすると、可撓梁１０５の復元力により、可動電極１０４は元の位置に戻る。従って、固定電極１０３と可動電極１０４で構成される容量素子は、静電容量を印加電圧Ｖによって制御できる可変容量素子として機能する。
【０００９】
図１６Ｂは、可変容量素子の他の構成例を示す断面図である。シリコンなどの半導体基板１０１の表面上に絶縁層１０２を介して、面状の固定電極１０３が形成され、固定電極１０３を覆うように絶縁層１０２上に絶縁層１１２が形成されている。絶縁層１１２の上にアンカ１０６が形成される。アンカ１０６は可撓梁１０５を介して面状の可動電極１０４を、絶縁層１１２で覆われた固定電極１０３上方に支持する。可変容量素子の外周を取り囲むように、側壁１１０、天井１１１を含む容器が形成されている。固定電極１０３の表面が絶縁層１１２で覆われているので、電極同士のショートは防止される。
【００１０】
固定電極が誘電体膜で覆われている場合でも、オンオフ動作を繰り返すうちに、誘電体膜がチャージアップし、外部電源をオフにしても可動電極が誘電体膜から離れなくなるスティッキング現象が起こる。駆動波形による対策も検討されているが、解決には至っていない。
【００１１】
高周波信号のエンベロープを信号波形で変調し可動電極に印加する場合、信号波形に基づく電位差により可動電極が動くセルフアクチュエーションと呼ばれる現象がある。セルフアクチュエーションを防止するために、投入信号の電力に応じて駆動電圧を高くする方法がある。駆動電圧を高くすると、スティッキング現象がより生じやすくなる。また、より高い電圧を確保するために昇圧回路が必要になることもある。
【００１２】
容量素子の電極は、基板表面に平行に形成するばかりでなく、基板表面に垂直に形成することもできる（例えば、特開２００１−３０４８６８号参照）。例えば、支持（単結晶）シリコン基板上面上に結合層としてのシリコン酸化膜を介して活性（単結晶）シリコン層を設けたＳＯＩ(silicon−on−insulator)基板を用い、活性シリコン層を加工して、基板表面に垂直な電極を有する可変容量を形成することができる。
【００１３】
活性シリコン層にリン、ボロン等の不純物をドーピングして活性シリコン層を低抵抗化する。活性シリコン層上にレジストマスクを形成して、活性シリコン層を反応性イオンエッチング等でエッチングして、アンカ、各種櫛歯状電極及び各種パッド部などを、シリコン酸化膜上に残す。櫛歯状電極をインターデジタル形に組み合わせて容量が形成される。各電極は、支持シリコン基板表面に垂直に成形される。
【００１４】
酸化シリコン膜をフッ酸水溶液などで選択的にエッチングして除去し、活性Ｓｉ層を支持Ｓｉ基板から分離し、変位の自由度を与えることができる。振動子、梁、櫛歯状電極等を形成できる。各種パッド部上に、アルミニウム等を蒸着して電極パッドを形成する。支持基板上方に形成された各部分は支持基板とは絶縁された低抵抗層で構成されるとともに、振動子、梁、櫛歯状電極等が、支持基板から所定距離だけ浮いて位置するとともにアンカにより支持基板に振動可能に支持された構造が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−１４７９９５号公報
【特許文献２】特開２００１−３０４８６８号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明の１つの目的は、熱膨張による可動電極の変位を抑制できる可動電気機器を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、可動電極駆動に必要な駆動電圧を低減できる可動電気機器を提供することである。
【００１８】
本発明の１観点によれば、
支持基板と、
前記支持基板上に形成された１対のアンカと、
前記１対のアンカ間に支持され、前記支持基板の表面に対して垂直で、前記支持基板の表面に沿って長い、第１の端部から第２の端部に延在する板状形状を有し、両側に第１の側面、第２の側面を有する可動電極と、前記可動電極の端部から連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する部分を含む屈曲バネ部とを有する可動部と、
前記支持基板上に形成され、前記可動電極の第１の側面に対向する第１の対向面を有する第１の固定電極と、
前記支持基板上に形成され、前記可動電極の第２の側面に対向する第２の対向面を有する第２の固定電極と、
を有する可動電気機器
が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、両持ち梁構造の可変容量素子の基本構造、基本動作、温度上昇に対する挙動を示す、可変容量素子の断面図であり、図１Ｄ，１Ｅは本発明者らの先の提案による可変容量素子の平面図、断面図である。
【図２】図２Ａは第１の実施例による可変容量素子を有する電気機器の概略を示す斜視図、図２Ｂ，２Ｃは可変容量素子の2つの動作状態を示す平面図である。
【図３】図３Ａ−３Ｆは、第１の実施例による可変容量素子の動作を説明する平面図である。
【図４−１】と、
【図４−２】と、
【図４−３】図４Ａ〜４Ｌは、第１の実施例による可変容量素子を有する電子機器の製造プロセスを示す断面図である。
【図５−１】と、
【図５−２】図５Ａ〜５Ｅは、図４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｊ，４Ｋの状態の平面図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは、可変容量素子を有する電子機器の応用回路の２例を示す等価回路図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｃは、変形例によるストッパを備えた可変容量素子を有する電子機器を示す概略平面図である。
【図８−１】と、
【図８−２】図８Ａは第２の実施例による多接点スイッチを有する電気機器の概略を示す斜視図、図８ＢＰ−８ＥＰは多接点スイッチの４つの状態を示す平面図，図８ＢＤ−８ＥＤは多接点スイッチの４つの状態の等価回路図である。
【図９】図９ＡＰ−９ＤＰは多接点スイッチを短絡し、可動電極をインダクタンス素子として用いる応用例の４つの状態を示す平面図、図９ＡＤ−９ＤＤは４つの状態の等価回路図である。
【図１０】図１０Ａはインダクタンス素子を示す斜視図、図１０ＢＰ−１０ＥＰは直列接続したインダクタンス素子のノードに多接点スイッチを接続した応用例の４つの状態を示す平面図、図１０ＢＤ−１０ＥＤは４つの状態の等価回路図である。
【図１１】図１１Ａ〜１１Ｅは、高インダクタンス素子の製造プロセスを示す概略断面図である。
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｅは、変形例による可動部の形状を示すダイアグラムである。
【図１３】図１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、可動電極を有する電気機器の応用例を示すダイアグラムである。
【図１４】図１４Ａ，１４Ｂは、可動電極を有する電気機器を用いて行なうインピーダンス整合を説明するダイアグラムである。
【図１５】図１５は、チューナブルＲＦフロントエンドの構成例を示す等価回路図である。
【図１６】図１６Ａ，１６Ｂは従来技術による可変容量素子の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
デジタル型の可変容量素子では、可動電極が固定電極から離れた状態で形成容量が最小値（オフ状態）であり、可動電極が誘電体膜を介して固定電極と接触した状態で形成容量は最大値（オン状態）である。この２つの状態で可変容量を使用する。オフ状態とオン状態の容量の比を設計範囲内にすることが必要な場合も多い。
【００２１】
図１Ａ−１Ｃは、単純化した形状を有する可変容量素子の３状態を示す断面図である。図１Ａに示すように、基板１０１の表面上に固定電極１０３、絶縁層１１２が積層され、基板１０１の表面に支持されたアンカ１０６が両持ち梁構造で可動電極１０４を支持している。可動電極１０４は固定電極１０３上の絶縁層１１２から離れてオフ状態にある。
【００２２】
図１Ｂに示すように、固定電極１０３と可動電極１０４の間に直流バイアス電圧Ｖを印加すると、静電引力が生じ、可動電極１０４は固定電極１０３に引き付けられ、絶縁層１１２に密着した状態になる。これがオン状態である。
【００２３】
例えば可動電極１０４が金属で、基板１０１が半導体である場合のように、可動電極１０４が基板１０１よりも大きな熱膨張係数を有する場合を考察する。
【００２４】
図１Ｃに示すように、温度上昇によって可動電極１０４は基板１０１より大きな熱膨張を示す。このため、可動電極１０４は熱膨張により長さが増加し、アンカ１０６間に入りきれなくなる。発生する応力を解放するように、可動電極１０４は例えば上方に変位した形状１０４ｘとなって、熱膨張を吸収することになる。すると、可動電極１０４ｘと固定電極１０３の間の距離が増大し、オフ状態の容量が減少する。可動電極１０４の梁部が熱膨張を吸収するために下方に変位する場合は、オフ状態の容量が増加する。
【００２５】
いずれにしても、オフ状態の容量が設計値から変化してしまい、所望の回路機能が得られなくなる可能性がある。可動電極と固定電極の距離が増大する場合には、可動電極を引き付ける為に必要な電圧が増大してしまい、設計した電圧ではオンしなくなることもある。温度変化による膨張、収縮が生じても、可動電極と固定電極との間の距離が一定に保たれる構造が望まれる。
【００２６】
図１Ｄ，１Ｅは、本発明者らが先に提案した、可変容量素子を示す平面図および断面図である。図１Ｄに示すように、可動電極ＭＥは、キャビティＣＶ内に斜め方向に配置され、両端がアンカＡＮＣ１，ＡＮＣ２に支持されている。図１Ｅに示すように、アンカＡＮＣ１，ＡＮＣ２は、ＳＯＩ基板の支持基板ＳＳに固定され、可動電極ＭＥは支持基板ＳＳから上方に離隔した状態でアンカＡＮＣ１，ＡＮＣ２に支持されている。
【００２７】
図１Ｄに示すように、可動電極ＭＥの両側において、キャビティＣＶ側面に第１、第２の固定電極ＦＥ１，ＦＥ２が配置されている。第１、第２の固定電極ＦＥ１，ＦＥ２を平行に配置し、可動電極ＭＥを右端では第１の固定電極ＦＥ１に近く、左端では第２の固定電極ＦＥ２に近く配置している。対向電極間の静電力は距離が短いほど強くなる。
【００２８】
オン状態では可動電極ＭＥは第１の固定電極ＦＥ１に絶縁膜ＩＦ１を介して引き寄せられ、オフ状態では可動電極ＭＥは第２の固定電極ＦＥ２に絶縁膜ＩＦ２を介して引き寄せられる。オン状態でもオフ状態でも、可動電極は２つの固定電極の一方に引き付けられ、容量が変化しなくなる。オフ状態からオン状態への移行も、オン状態からオフ状態への移行も、可動電極と第１又は第２の固定電極との間に印加する電圧による静電引力により積極的に行う。
【００２９】
可動電極は1対の固定電極の間で斜めに配置され、可動電極が一方の固定電極に引き付けられた状態でも、可動電極の一部は他方の固定電極近傍に保持される。可動電極ＭＥが第１の固定電極ＦＥ１に引き寄せられている場合、第２の固定電極ＦＥ２と可動電極ＭＥとの間に電圧を印加すると、可動電極ＭＥ左端近傍において可動電極ＭＥと近傍に配置された第２の固定電極ＦＥ２との間に強い静電引力を発生する。従って、可動電極ＭＥ左端から徐々に可動電極ＭＥを第１の可動電極ＦＥ１から離すことが容易となる。可動電極ＭＥが第２の固定電極ＦＥ２に引き寄せられている場合には、第１固定電極ＦＥ１と可動電極ＭＥとの間に電圧を印加すると、同様の原理により、可動電極ＭＥの右端から徐々に可動電極ＭＥを第２の固定電極ＦＥ２から離すことが容易となる。
【００３０】
一方の固定電極に可動電極が引き付けられて電源をオフにしても可動電極が離れなくなるスティッキング現象が生じた場合にも、他方の固定電極と可動電極の間に電圧を印加することにより、静電引力を利用して可動電極を離すことが容易となる。スティッキングを抑制しやすい。
【００３１】
第１、第２の固定電極の一方は電気回路的には機能しないダミー電極でよい。勿論オン／オフが対照的な２つの可変容量として積極的に利用してもよい。半導体基板表面上に板状電極を形成する場合、固定電極表面に対して斜めの関係になる可動電極を形成することは容易でないであろうが、ＳＯＩ基板を用い、半導体基板表面に対してほぼ垂直方向の電極を作成する場合には、平行電極間の斜め電極もパターン形状の変更のみで実現できる。
【００３２】
図１Ｄにおいて、温度上昇によって可動電極ＭＥが支持基板ＳＳより大きな熱膨張を示すと、可動電極ＭＥが上下どちらかに曲がり、熱膨張分を吸収することになる。第１、第２の固定電極ＦＥ１，ＦＥ２に対して対称的な、可動電極ＭＥの特性がいずれかに偏ってしまう。例えば、初期駆動に必要な電圧が変化してしまう。本発明者らは、先の提案による構造に、熱膨張分を吸収できる構造を組み込むことを考察した。
【００３３】
以下、図面を参照して実施例による可変容量素子を説明する。
【００３４】
図２Ａは、第１の実施例による可変容量素子の概略斜視図である。支持Ｓｉ基板５１の上に、活性Ｓｉ層５３がボンディング酸化シリコン膜５２で結合されたＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用いる。例えば、支持Ｓｉ基板５１は３００μｍ〜５００μｍの厚さを有し、ボンディング酸化シリコン膜５２は２μｍ〜７μｍの厚さを有する。活性Ｓｉ層５３は、５００Ωｃｍ以上の高抵抗率の単結晶Ｓｉ層であり、２０μｍ〜３０μｍ、例えば２５μｍ、の厚さを有する。
【００３５】
活性Ｓｉ層５３の全厚さを貫通するトレンチを埋め込んで、固定電極１１，１２が対向側面を平行にして形成されている。固定電極１１，１２間の領域において、製造時には、活性Ｓｉ層５３の全厚さを貫通するトレンチを埋め込んで、可動電極ＭＥ、可動電極ＭＥの両端に連続し、可動電極ＭＥの延長面から屈曲し、往復して再び可動電極の延長面上に位置する屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２を含む可動部１０が形成される。可動部１０は両端でアンカ１６，１７に支持されている。その後、固定電極１１，１２間の活性Ｓｉ層５３、その下のボンディング酸化シリコン膜５２は除去され、固定電極１１，１２間にキャビティＣＶを形成し、可動部１０の自由度を確保する。
【００３６】
可動部１０、固定電極１１，１２の対向側面の高さは、活性Ｓｉ層５３の厚さと同じ２０μｍ〜３０μｍ、例えば２５μｍ、である。固定電極１１，１２は、例えば長さ５００μｍで、２０μｍの距離を置いて対向配置される。可動電極ＭＥは、例えば厚さ２μｍ〜５μｍで、長さが固定電極１１，１２より長い。屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２は、例えば可動電極ＭＥと同じ厚さ、幅を有する。
【００３７】
図２Ｂ，２Ｃは可変容量素子の2つの動作状態を示す平面図である。図２Ｂを参照する。電極間の短絡を防止するため、固定電極の表面に絶縁膜１３が形成されている。固定電極１１，１２の表面を、例えば窒化シリコンの絶縁膜１３で覆い、可動電極ＭＥと固定電極１１、１２間の短絡が防止されている。本実施例では、アンカ１６，１７の表面にも絶縁膜１３を形成し、可変容量の電極と周囲の活性Ｓｉ層５３との間の絶縁を促進している。可動電極ＭＥの表面には絶縁膜を形成せず、可動電極の柔軟性を確保し、絶縁膜の剥離を回避している。
【００３８】
可動電極ＭＥは、平行に配置された固定電極１１，１２の側壁間で、非対称に、図中左側で低く、右側で高く配置されている。可動電極ＭＥはアンカ１６の図中下端からアンカ１７の図中上端に延在するように形成されている。即ち、アンカ１６に近い可動電極ＭＥ左部分は、固定電極１１より固定電極１２に近く配置され、アンカ１７に近い可動電極ＭＥ右部分は、固定電極１２より固定電極１１に近く配置される。
【００３９】
可動電極ＭＥと固定電極１２との間に電圧を印加すると、静電引力により可動電極ＭＥは固定電極１２に引き寄せられる。距離が近い可動電極ＭＥの左部分で、固定電極１２に可動電極ＭＥが引き寄せられ、次第に可動電極ＭＥの右側部分も固定電極１２に引き寄せられる。可動電極ＭＥの右端は、固定電極１２より固定電極１１に近く配置されているので、固定電極１２から離れている。
【００４０】
図２Ｃを参照する。可動電極ＭＥと固定電極１１との間に電圧を印加すると、静電引力により可動電極ＭＥは固定電極１１に引き寄せられる。可動電極ＭＥの右端は固定電極１２より固定電極１１に近く配置されているので、速やかに固定電極１１に引き寄せられ、次第に可動電極ＭＥの左側部分も固定電極１１に引き寄せられる。
【００４１】
このように、平行に配置された固定電極１１、１２間で、可動電極は一方で固定電極１１に近く、他方で固定電極１２に近く、斜めに配置されるので、いずれの固定電極に引き寄せられる場合にも、引力が作用しやすい部分が有り、速やかに変更動作が行える。
【００４２】
図３Ａに示すように、板状の可動電極ＭＥの両端に屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２が連続し、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２の両端がアンカ１６，１７に連続する。屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２は、可動電極ＭＥの規定する平面から、互いに逆の厚さ方向に向かって屈曲し、折れ曲がって戻り、屈曲して再び可動電極ＭＥの規定する平面に戻る形状を有する。可動電極ＭＥの屈曲部ＳＰ１に移行する端部をＥ１１，ＳＰ２に移行する端部をＥ２１とする。連続する板状の可動電極ＭＥ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２、アンカ１６，１７は、活性Ｓｉ層５３に形成した溝部にメッキ層を充填して、形成される。
【００４３】
図３Ｂに示すように、可動部１０には、可動電極ＭＥから屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２に移行する領域の屈曲角α１、α２、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２中間での屈曲角β１、β２、屈曲バネ部端部の屈曲角γ１、γ２の屈曲が存在する。３つの屈曲角α、β、γが１つの屈曲部を形成する。これらの屈曲の角度は応力に応じて変化する。例えば、屈曲部の両端に外側に向かう力が作用すると、βがある角度広がり、α、γがその半分の角度広がって、屈曲部の幅が広がる。屈曲部の両端に内側に向かう力が作用すると、角度を減少する角度変化が生じ、屈曲部の幅は狭くなる。
【００４４】
電極自身の長さを伸縮させる場合と較べ、角度の変化に要する力は一般的に小さくて済む。屈曲角度を変化させると、可動部１０全体の長さ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２の可動電極ＭＥに対する相対角度を変化させることができる。可動部が一様な矩形板部で形成されている場合と較べ、矩形板部の両端に屈曲バネ部を接続した可動部は、より小さい応力でその長さを変化でき、端部の角度も変化できる。
【００４５】
図３Ｃに示すように、温度変化により、可動部１０と基板が異なる熱膨張を示し、固定されたアンカ１６，１７間で可動部１０が相対的に伸張しようとする場合を考察する。屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２は可動電極ＭＥとアンカ１６，１７から、圧縮応力を受けることになる。応力に応じて、屈曲角β１、β２が減少し、可動電極ＭＥは可動電極ＭＥの熱膨張を吸収することができる。屈曲角α、γが屈曲角βの角度減少の１／２角度減少し、可動電極の延在方向は保たれる。可動部１０が相対的収縮を示す場合は、角度変化が増加になる。
【００４６】
このように、屈曲角βの変化は、可動電極ＭＥの延在方向に沿う屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２の長さ（バネ長と呼ぶことにする）を変化させ、可動部１０の長さを変化することができる。屈曲角α、γの変化は、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２と可動電極ＭＥ、およびアンカ１６，１７に対する相対的角度を変化させる。
【００４７】
図３Ｄに示すように、可動電極ＭＥと固定電極１１の間に電圧を印加し、静電引力を生じさせる場合を考察する。可動電極ＭＥは、右端が左端より固定電極１１に近い。可動電極ＭＥの右端近傍で、固定電極１１から強い静電引力を受ける。屈曲バネ部ＳＰ２において、屈曲角α２又はγ２の内少なくとも一方が増大すると、可動電極ＭＥの右側は固定電極１１に近づく。屈曲角β２が増大すると、屈曲バネ部ＳＰ２のバネ長が増大し、可動電極ＭＥの全長を増大できる。このような屈曲バネ部の各角度の変化により、可動電極ＭＥ右端部を固定電極１１に引き付けることが容易になる。
【００４８】
静電引力は、対向電極間の距離が短くなれば、増大する。一旦、可動電極ＭＥの右端が固定電極１１に接触すれば、その後はチャックを閉めていくように、可動電極ＭＥは右から左へと接触領域を増加させる。このような変形には、可動部１０の長さの増加を必要とする場合が多い。屈曲バネ部ＳＰ１において、角度β１が増大し、角度α１、γ１が対応する角度変化をすることにより、長さの変化も容易になる。
【００４９】
屈曲バネ部ＳＰ１において、可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ１１が、固定電極１１，１２の主面に垂直なキャビティ幅方向（図中の上下方向）に、アンカ１６に連続する端部Ｅ１２と固定電極１２とのキャビティ幅方向距離の１／３以上変位することが好ましい。１／３以上の距離を変位することで、プルイン現象により、可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ１１と固定電極１２との間に安定した接触が得られる。可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ１１の変位が少ないと、可動電極ＭＥの一部と固定電極１２との接触となり、可動電圧低減の効果が小さくなる。
【００５０】
同様に、屈曲バネ部ＳＰ２において、可動電極ＭＥに連続する端部Ｅ２１が、固定電極１１，１２の主面に垂直なキャビティ幅方向（図中の上下方向）に、アンカ１７に連続する端部Ｅ２２と固定電極１１とのキャビティ幅方向距離の１／３以上変位することが、可動電極ＭＥへ連続する端部Ｅ２１と固定電極１１との安定した接触確保の観点から好ましい。
【００５１】
図１Ｄに示した屈曲バネ部を有さない先の提案の可動電極の駆動電圧は１５Ｖであった。可動電極の両端に屈曲バネ部を設けた本実施例によるサンプルにおいては、駆動電圧が１２Ｖに低下した。駆動電圧の低減に有効であることが示された。
【００５２】
図３Ｅは、可動部１０の可動電極ＭＥが、固定電極１１に最接近したオン状態を示す。この状態においても、可動電極ＭＥの左端、屈曲バネ部ＳＰ１、は固定電極１２に近接した状態を保っている。
【００５３】
図３Ｆに示すように、可動電極ＭＥと固定電極１１の間の電圧を切り、可動電極ＭＥと固定電極１２の間に電圧を印加する。可動電極ＭＥと固定電極１１との間の静電引力は消滅する。可動電極ＭＥ，特に左端、と固定電極１２の間に静電引力が生じ、図３Ｄの屈曲バネ部ＳＰ２で生じた現象と同様の現象が屈曲バネ部ＳＰ１で生じ、可動電極ＭＥの左端部が固定電極１２に引き寄せられる。その後は、左側から右側に向かって接触領域が拡大する。オフ状態が確立する。
【００５４】
図２Ａにおいて、可動電極ＭＥ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２，固定電極１１，１２、アンカ１６，１７は、例えばＡｕまたはＣｕを主成分とし、同一のメッキ工程で形成される。可変容量は固定電極１１，１２、可動電極ＭＥ、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２，可動部を支持するアンカ１６，１７で構成されている。一方の固定電極１１の可動電極と対向しない上面（容量としては側面）上には、酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナ等の誘電体膜１８が厚さ０．２μｍ〜０．５μｍ形成され、その上にＡｕ，Ａｌ等を主成分とする電極１９が形成され、固定容量を形成している。さらに、固定電極１１，１２の上面から外部に延在するＳｉ−Ｃｒ合金膜の抵抗素子２１，２２が形成され、抵抗素子の他端には電極２３，２４が接続されている。アンカ１６は高周波信号線路３１，３２間の電極２５に接続されている。
【００５５】
以下、図４Ａ〜４Ｌを参照して、図２Ａに示す可変容量素子を含む半導体装置の製造方法の主要プロセスを説明する。図４Ａ〜４Ｌは、図２ＡのＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００５６】
図４Ａに示すように、例えば厚さ３００μｍ〜５００μｍのＳｉ基板５１上に、例えば、厚さ約５μｍのボンディング酸化シリコン膜５２を介して、５００Ωｃｍ以上の高抵抗率を有する、厚さ２５μｍの活性Ｓｉ層５３が結合されたＳＯＩ基板を用意する。
【００５７】
図４Ｂに示すように、活性Ｓｉ層５３上に固定電極収容用のトレンチＴＲ１，ＴＲ２を画定する開口を有するレジストパターンＰＲ１を形成する。レジストパターンＰＲ１はアンカを画定する開口も有する。レジストパターンをマスクとして、例えばディープＲＩＥにより活性Ｓｉ層５３の全厚さをエッチングする。ディープＲＩＥは、ＳｉエッチングガスとしてＣＦ４（＋Ｏ２）、ＳＦ６（＋Ｏ２又は＋Ｈ２）を用いる。その後、レジストパターンＰＲ１は除去する。
【００５８】
図５Ａに示すように、例えば、トレンチＴＲ１，ＴＲ２は距離２０μｍで対向配置された長さ５００μｍの平行な側面を有する。右側のトレンチＴＲ２の一部が幅広なのは、その上に固定容量を形成するためである。アンカ用トレンチＴＲ３，ＴＲ４は固定電極間に可動電極を支持する構成を有する。上側のアンカ（ＴＲ３）には、電極が接続される。
【００５９】
図４Ｃに示すように、モノシラン、ジシラン等のシラン系ガスとアンモニアガスを用いたＣＶＤ又は低圧（ＬＰ）ＣＶＤにより、基板表面上に厚さ０．１μｍ〜０．５μｍの窒化シリコン膜５４を堆積する。露出している活性Ｓｉ層５３、ボンディング酸化シリコン膜５２表面は窒化シリコン膜５４で覆われる。この窒化シリコン膜５４は固定電極表面を覆う絶縁膜として機能する。図５Ａは透視した形で、トレンチ表面に堆積した窒化シリコン膜５４を示す。
【００６０】
図４Ｄに示すように、窒化シリコン膜５４上に、可動部１０を画定する開口を有するレジストパターンＰＲ２を形成し、開口内に露出した窒化シリコン膜５４、活性Ｓｉ層５３の全厚さをディープＲＩＥによりエッチングしてスリットＳＬを形成する。図５Ｂは開口の平面形状を示す。窒化シリコン膜５４堆積後に可動電極用のスリットを形成することにより、可動電極表面には絶縁膜を形成しない。アンカ形成用トレンチ側壁の一部とオーバーラップさせることにより、可動電極とアンカの電気的導通を確保する。
【００６１】
レジストパターンＰＲ２を除去して図４Ｅ，５Ｃに示す状態とする。トレンチＴＲ１〜ＴＲ４においては、活性Ｓｉ層５３の全厚さを除去し、その内面上に窒化シリコン膜５４が堆積されている。スリットＳＬは窒化シリコン膜５４を有さず、一定の幅、例えば約２μｍ、で活性Ｓｉ層５３の全厚さを貫通する。
【００６２】
図４Ｆに示すように、基板表面に、例えばＴｉ層を厚さ５０ｎｍ程度堆積し、その上にＡｕ層を厚さ５００ｎｍ程度堆積してシード層５５を形成する。Ｔｉ層の代わりに、厚さ５０ｎｍ程度のＣｒ層を用いることもできる。シード層５５は、電解メッキ時の給電層となる。
【００６３】
図４Ｇに示すように、メッキ不要部分のシード層５５を覆うレジストパターンＰＲ３を形成し、電解メッキでＡｕ層５６を堆積し、トレンチＴＲ、スリットＳＬを埋め戻す。なお、Ａｕに代え、Ｃｕを電解メッキすることもできる。その後、レジストパターンＰＲ３は除去し、露出したシード層５５はエッチング又はミリングなどにより除去する。
【００６４】
図４Ｈに示すように、電極を形成した基板上に、誘電体膜パターニング用のレジストパターンＰＲ４を形成し、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜等の誘電体膜１８を厚さ０．２μｍ〜０．５μｍスパッタリングで堆積し、レジストパターンＰＲ４上に堆積した誘電体膜はレジストパターンＰＲ４と共にリフトオフする。
【００６５】
図４Ｉに示すように、レジストパターンＰＲ４を除去した基板上に、抵抗素子パターニング用のレジストパターンＰＲ５を形成し、Ｃｒ−Ｓｉ合金膜をスパッタリングで堆積し、レジストパターンＰＲ５上のＣｒ−Ｓｉ合金膜はリフトオフして除去する。例えば、Ｓｉ（７０−９０）：Ｃｒ（３０−１０）のスパッタリングターゲットを用いて厚さ０．２μｍ程度（シート抵抗３００−６００Ω□）のＳｉ−Ｃｒ合金膜を形成し、抵抗素子２１，２２を形成する。なお、誘電体膜形成前に抵抗膜を形成してもよい。
【００６６】
図４Ｊに示すように、レジストパターンＰＲ５を除去した基板上に、電極パターニング用のレジストパターンＰＲ６を形成し、Ｔｉ／Ａｕ積層又はＴｉ／Ａｌ積層の電極をスパッタリングで厚さ１μｍ程度堆積し、レジストパターンＰＲ６上の電極はリフトオフして除去する。図５Ｄに示す電極１９，２３，２４，２５がこのようにして形成される。
【００６７】
図４Ｋに示すように、固定電極間の領域に開口を有するレジストパターンＰＲ７を基板上に形成し、ＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチングで窒化シリコン膜５４をエッチングし、露出したシリコン層をＳＦ６ガスとＣＦ４ガスとを用いたディープＲＩＥにより除去する。図５Ｅにおいて、斜線を付した領域がエッチング対象領域となる。
【００６８】
図４Ｌに示すように、露出した酸化シリコン膜５２をＣＦ４ガスを用いたドライエッチングで除去する。なお、酸化シリコン膜のエッチングはバッファード弗酸を用いたウェットエッチングやベーパード弗酸による気相エッチングで除去することもできる。等方性を有するエッチングで酸化シリコン膜を除去すると、サイドエッチングにより、露出領域から周囲に入り込んだ領域で酸化シリコン膜が除去される。このようにして、図２Ａに示す、可変容量を有する半導体装置を作製することができる。
【００６９】
可変容量は、オン状態とオフ状態とで、例えば０．９ｐＦ（オフ状態）〜５．６ｐＦ（オン状態）程度の、容量変化を示す。  
【００７０】
図６Ａは、このようにして構成された可変容量の応用回路の１例を示す等価回路図である。高周波線路３１−２５−３２のノード２５に可動電極ＭＥを含む可動部１０が接続され、固定電極１１，１２との間に可変容量３３，３４を形成している。固定電極１１は、固定容量３５を介して接地されると共に、抵抗素子２１を介してスイッチＳＷの端子２４に接続される。他方の固定電極１２は抵抗素子２２を介してスイッチＳＷの他方の端子２３に接続され、可変容量回路３９を構成している。スイッチＳＷの切り換え端子と高周波線路との間に直流電源３６とインダクタ３７の直列接続が接続される。高周波リークを実質的に防止するため、抵抗素子２１，２２は１０ｋΩ以上であり、インダクタ３７は約１００ｎＨ以上であることが好ましい。
【００７１】
高周波信号線路３１−２５−３２に可変容量３３，３４を接続し、可変容量３３とグランドとの間に固定容量３５を接続し、可変容量３３，３４と外部電源３６との間に抵抗素子２１，２２が接続される。外部電源３６の他方の極と高周波信号線路３１−２５−３２との間にはインダクタ３７が接続され、高周波成分を遮断している。抵抗素子２１，２２により、高周波信号線路３１−２５−３２に流れる信号の外部電源３６への漏れを防止している。固定容量３５により外部電源とグランドとの間の短絡を防止している。可動電極ＭＥが、固定電極１１側に引き寄せられるか、固定電極１２側に引き寄せられるかで２つのデジタル状態の一方が選択される。
【００７２】
図６Ｂは、応用回路の他の構成例を示す等価回路図である。高周波信号線路３１−２５−３２に複数の可変容量回路３９−１、・・・３９−iが接続され、外部電源３６−１、・・・３６−iを介して共通インダクタ３７に接続されている。複数の可変容量回路は容量値に差があり、複数ビットに対応する。多ビット回路に適した構成である。
【００７３】
上述の実施例においては、アンカと可動電極の接続位置の調整により、可動電極を対向固定電極間の空間において斜めに配置し、可動電極の状態変更を容易にした。さらに、可動電極の移動範囲を制限するストッパを設けることもできる。
【００７４】
図７Ａに示すように、アンカ１６，１７に支持された屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２に接続された可動電極ＭＥの両端近傍にストッパ４１ａ、４１ｂを配置する。ストッパ４１ａはアンカ１６との間に、屈曲バネ部ＳＰ１を収容し、屈曲バネ部ＳＰ１の変位性、変形性を確保すると共に、可動電極ＭＥの左端を固定電極１２近傍の空間内に配置させる。ストッパ４１ｂはアンカ１７との間に、屈曲バネ部ＳＰ２を収容し、屈曲バネ部ＳＰ２の変位性、変形性を確保すると共に、可動電極ＭＥの右端を固定電極１１近傍の空間内に配置させる。
【００７５】
図７Ｂに示すように、可動電極ＭＥと上側の固定電極１１との間にバイアス電圧Ｖを印加して、可動電極ＭＥと固定電極１１の間に静電引力を発生させる。可動電極ＭＥは、上側固定電極１１に近い右端部分で静電引力を強く受け、上側の固定電極に引き寄せられる。可動電極ＭＥが下側の固定電極１２に近く配置される左端部分では、可動電極ＭＥと上側固定電極１１の間にストッパ４１ａが配置され、可動電極ＭＥが上側固定電極１１に近づくのを防止し、可動電極ＭＥが狭いギャップを介して下側の固定電極１２と対向配置される領域を確保する。
【００７６】
図７Ｃに示すように、可動電極ＭＥと下側の固定電極１２との間にバイアス電圧Ｖを印加して、可動電極ＭＥと固定電極１２の間に静電引力を発生させる。可動電極ＭＥは、下側固定電極１２に近い左端部分で静電引力を強く受け、下側の固定電極に引き寄せられる。可動電極ＭＥが上側の固定電極１１に近く配置される右端部分では、可動電極ＭＥと下側固定電極１２の間にストッパ４１ｂが配置され、可動電極ＭＥが下側固定電極１２に近づくのを防止し、可動電極ＭＥが狭いギャップを介して上側の固定電極１１と対向配置される領域を確保する。
【００７７】
各固定電極近傍に配置される幅を確保することにより、駆動時に確実に可動電極に駆動力を印加することができよう。ストッパ４１は、図４Ｂに示すエッチング時のパターンを変更することで形成できる。図４Ｃ，５Ａに示す工程においてストッパ表面には絶縁膜が形成される。なお、ストッパを円柱形状にする場合を図示したが、ストッパと可動電極とが当接する部分で過度の応力が発生しなければ、この形状に限られず、他の形状も可能である。
【００７８】
固定電極表面に絶縁膜を形成せず、可動電極と固定電極でスイッチを形成することもできる。駆動用の固定電極とスイッチ用の接点とを形成することもできる。多接点スイッチを形成して可変インダクタンスなどを形成することも可能である。
【００７９】
図８Ａは、第２の実施例による多接点スイッチの構成例を示す。図２Ａ，２Ｂ，２Ｃに示した可変容量素子に対する相違点を主に説明する。アンカ１６，１７の間に、可動電極ＭＥ両端に屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２を備えた可動部が支持され、可動部の１側面に対向して第２の固定電極１２が配置される点は、図２Ａ−２Ｃの実施例と同様である。第１の固定電極１１が４つの分割部分１１−１，１１−２，１１−３，１１−４に分割され、夫々選択的に駆動電圧に接続可能である。第１の可動電極の隣接する分割部分間に導体が露出した接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が配置されている。可動電極ＭＥが徐々に固定電極１１に吸引されていくと、可動電極ＭＥと接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３との間が順次オンする構造である。
【００８０】
図８ＢＰは、可動電極ＭＥが第２の固定電極１２に吸引され、接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が全て開（オフ）である場合を示す。図８ＢＤは、この状態を示す等価回路である。なお、電圧源Ｖとの間には、抵抗やインダクタンス成分Ｌ等の高周波ブロックＲＦＢが接続されている。
【００８１】
図８ＣＰは、可動電極ＭＥが第１の固定電極１１の第１、第２の分割部分１１−１，１１−２に吸引され、接点ＣＴ１が閉（オン）になった状態を示す。図８ＣＤは、この状態を示す等価回路である。
【００８２】
図８ＤＰは、可動電極ＭＥが第１の固定電極１１の第１、第２、第３の分割部分１１−１，１１−２，１１−３に吸引され、接点ＣＴ１、ＣＴ２が閉（オン）になった状態を示す。図８ＤＤは、この状態を示す等価回路である。
【００８３】
図８ＥＰは、可動電極ＭＥが第１の固定電極１１の第１−第４の全分割部分１１−１〜１１−４に吸引され、接点ＣＴ１〜ＣＴ３が閉（オン）になった状態を示す。図８ＥＤは、この状態を示す等価回路である。
【００８４】
接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が順次オンする動作を説明したが、接点ＣＴ３，ＣＴ２，ＣＴ１を順次オフさせることもできる。このような多接点が順次オン／オフされる多接点素子は、例えば多段回路の段数の変化に利用できる。以下、多接点素子を用いて可変インダクタンスを形成する場合を説明する。
【００８５】
図９ＡＰに示すように、多接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３を良導電体ＣＤで短絡する。可動電極ＭＥを低インダクタンス素子として用い、可動電極ＭＥのインダクタンスを４つのインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に分け、順次短絡、復活できる構成とする。図９ＡＰは、可動電極ＭＥが第２の固定電極１２に吸引されて、接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３が全てオフである状態を示す。図９ＡＤは、この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の４つのインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が直列接続された状態である。
【００８６】
図９ＢＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２の分割部分１１−１，１１−２の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの１つのインダクタＬ１が良導電体ＣＤで短絡される。図９ＢＤは、この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の３つのインダクタＬ２，Ｌ３，Ｌ４が直列接続されている。
【００８７】
図９ＣＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２、第３の分割部分１１−１，１１−２，１１−３の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの２つのインダクタＬ１、Ｌ２が良導電体ＣＤで短絡される。図９ＣＤは。この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の２つのインダクタＬ３，Ｌ４が直列接続されている。
【００８８】
図９ＤＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の全分割部分１１−１〜１１−４の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの３つのインダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３が良導電体ＣＤで短絡される。図９ＤＤは、この状態の等価回路図である。端子間に可動電極の１つのインダクタＬ４のみが接続されている。
【００８９】
可動電極で高インダクタンスを実現することは困難である。インダクタンス素子を外付けすれば、高インダクタンスの可変インダクタを形成することも可能となる。
【００９０】
図１０Ａに示すように、２層配線によりコイルを形成する。１層目配線Ｗ１で渦巻状のコイルと引き出し配線を形成し、２層目配線Ｗ２で渦巻状コイルの内側端子を引き出し配線に引き出す。
【００９１】
図１０ＢＰは、３つの高インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が端子間に直列接続され、接続ノードが接点ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３に接続された構成を示す。本構成に置いては、可動電極は低抵抗、低インダクタンスとして機能する。可動電極ＭＥが第２の固定電極１２に吸引されている。接点ＣＴ１〜ＣＴ３は開（オフ）であり、高インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３の直列接続が端子間に接続される。図１０ＢＤは、この状態の等価回路図である。
【００９２】
図１０ＣＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２の分割部分１１−１，１１−２の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１と接触させた状態を示す。可動電極ＭＥの低インダクタンスにより、高インダクタ素子Ｌ１が短絡される。図１０ＣＤは、この状態を示す等価回路図である。
【００９３】
図１０ＤＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の第１、第２、第３の分割部分１１−１，１１−２，１１−３の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２と接触させた状態を示す。高インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２が、可動電極ＭＥの低インダクタンスで短絡される。図１０ＤＤは、この状態を示す等価回路図である。
【００９４】
図１０ＥＰは、可動電極ＭＥと固定電極１１の全分割部分１１−１〜１１−４の間に駆動電圧Ｖを印加し、可動電極ＭＥを接点ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３と接触させた状態を示す。全高インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３が、可動電極ＭＥの低インダクタンスで短絡される。図１０ＥＤは、この状態を示す等価回路図である。
【００９５】
図１１Ａ〜１１Ｅは、高インダクタ素子の製造プロセスを示す概略断面図である。
【００９６】
図１１Ａに示すように、絶縁表面を有する基板上で第１配線層をパターニングしてコイル状配線Ｗ１を形成する。第１配線層は、例えばＡｕ層やＣｕ層で形成する。例えば基板上にシード層をスパッタリングなどで形成し、その上に配線パターンの開口を有するレジストパターンを形成し、開口内にＡｕまたはＣｕを電解メッキする。その後レジストパターンは除去し、露出したシード層もエッチング、ミリングなどで除去する。
【００９７】
図１１Ｂに示すように、第１配線層を埋め込んで、犠牲層ＳＣを形成する。例えば酸化シリコン層を化学気相成長（ＣＶＤ）する。
【００９８】
図１１Ｃに示すように、第１配線層Ｗ１の接続領域に開口を形成する。例えば、犠牲層の上にレジストパターンを形成し、開口部に露出した犠牲層をリアクティブエッチングして、第１配線層を露出する。その後レジストパターンは除去する。
【００９９】
図１１Ｄに示すように、第２配線層をパターニングして上部電極を形成する。例えば、シード層を形成後、レジストパターンを形成し、レジストパターンの開口内にＡｕ又はＣｕを電解メッキする。その後レジストパターンは除去し、露出したシード層も除去する。
【０１００】
図１１Ｅに示すように、犠牲層を除去する。例えば希弗酸のウェットエッチングで酸化シリコン層をエッチング除去する。
【０１０１】
以上の説明における材料、形状、寸法などは例示であり、特に断らない限り、制限的意義を有さない。例えば、屈曲バネ部が３つの屈曲角を含んで構成される場合を説明したが、これに限らない。
【０１０２】
図１２Ａは、可動電極ＭＥの各端部に連続する屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２が、夫々１往復の形状でなく、２往復している。基本的に往復数を増加すれば、変形が容易になる。屈曲バネ部の往復数は任意に選択できる。
【０１０３】
図１２Ｂにおいては、屈曲バネ部ＳＰ１，ＳＰ２が１往復未満である。屈曲バネ部を０．７５往復として、両端の幅方向位置を揃えている。両端の幅方向位置をそろえるには、往復数は０．７５に限らず、１．２５，１．７５，２．２５等でもよい。アンカと可動部との配置を対称的にし易くなる。
【０１０４】
図１２Ｃにおいては、屈曲バネ部ＳＰ１を可動電極ＭＥの一方の端部のみに形成し、他方の端部では屈曲バネ部は省略している。可動部を配置する領域に制限がある場合などに適する。オン時とオフ時の特性に差が生じるが、問題ない場合も多い。
【０１０５】
図１２Ｄ，１２Ｅは、屈曲バネ部が連続的に滑らかに方向変化している例である。屈曲角α、β、γ等は定義できないが、同様の機能は得られる。
【０１０６】
以上、可変容量素子や、可変インダクタンス素子の実施例を説明した。これらの素子を用いることにより、種々の高周波素子を形成することができる。
【０１０７】
図１３Ａは、Γ型インピーダンス整合回路を示す。高周波線路に直列に可変インダクタＶＬが接続され、高周波線路と接地との間に可変キャパシタＶＣが接続されている。
【０１０８】
図１３Ｂはπ型インピーダンス整合回路を示す。高周波線路に直列接続された可変インダクタＶＬの両側と接地との間に可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が接続される。
【０１０９】
図１３Ｃは、可変バンドパスフィルタの例を示す。高周波線路と接地との間に、可変インダクタＶＬと可変キャパシタＶＣの並列接続が、任意組接続される。
【０１１０】
図１３Ｄは、可変アンプを示す。受信用、又は送信用のアンプの出力側にインピーダンス整合回路ＭＣが接続される。周波数特性などを調整できる。
【０１１１】
図１４Ａは、回路部Ａと回路部Ｂの間にインピーダンス整合回路ＩＴを接続する構成を示す。インピーダンス整合回路ＩＴは、例えば図１３Ａに示すΓ型回路である。
【０１１２】
図１４Ｂは、Ｐ１の特性をＰ２の特性に変化させる、インピーダンス整合を示すチャートである。
【０１１３】
図１５は、チューナブルＲＦフロントエンドの構成例を示す等価回路図である。アンテナＡＮＴにインピーダンス整合回路ＭＣを介して可変フィルタＶＦが接続されている。受信回路においては可変フィルタにローノイズアンプＬＮＡが接続され、増幅された信号が高周波ＩＣ（ＲＦ−ＩＣ）に供給される。送信回路においては、ＲＦ−ＩＣからの信号がパワーアンプＰＡに供給され、増幅された信号が可変フィルタＶＦ，インピーダンス整合回路ＭＣを介してアンテナＡＮＴに供給される。
【０１１４】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例示としてあげた材料、数値は限定的なものではない。例えば、ＳＯＩ基板に代えて、支持基板上にエッチング特性の異なる２層の犠牲層を有する積層基板を用いて、図４Ａ〜４Ｌに示す如き工程を行い、図２Ａに示す如き構成を製造することも可能である。その場合、図２Ａに示すボンディング酸化シリコン膜５２、活性シリコン層５３をエッチング特性の異なる犠牲膜とする。コントロールエッチング等を利用することにより支持基板上に単層の犠牲膜を有する積層基板を用いることもできる。種々の周知技術を取り込むことも可能である。その他、種々の変更、置換、改良、修正、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１１５】
（付記１）
支持基板と、
前記支持基板上に形成され、前記支持基板の表面に対して略垂直な対向電極面を有し、前記対向電極面間にキャビティを画定する第１及び第２の固定電極と、
第１端が前記第１の固定電極に近接配置され、第２端が前記第２の固定電極に近接配置される可動電極と、前記可動電極の前記第１端、第２端の少なくとも一方に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する部分を含む屈曲バネ部とを有する可動部と、
前記支持基板上に配置され、前記可動部の両端を支持する第１、第２のアンカと、
を有する可動電気機器。
【０１１６】
（付記２）
前記可動部の屈曲バネ部は、前記可動電極の前記第１端に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する第１の屈曲バネ部と、前期可動電極の前記第２端に連続し、前記可動電極の厚さ方向に屈曲する第２の屈曲バネ部とを含む、付記１に記載の可動電気機器。
【０１１７】
（付記３）
前記第１、第２の屈曲バネ部は、近接配置される第１、第２の固定電極から離れる方向に屈曲し、折り返すように屈曲し、さらに可動電極の延長に沿う方向に屈曲する付記２に記載の可動電気機器。
【０１１８】
（付記４）
前記可動電極と、前記第１の固定電極、前記第２の固定電極との間に駆動電圧を印加するための配線をさらに有する付記２に記載の可動電気機器。
【０１１９】
（付記５）
前記可動電極の第１端と前記第２の固定電極の間に形成され、前記可動電極の第１端が前記第１の固定電極から離れて前記第２の固定電極に接近する運動を規制する第１のストッパと、
前記可動電極の第２端と前記第１の固定電極の間に形成され、前記可動電極の第２端が前記第２の固定電極から離れて前記第１の固定電極に接近する運動を規制する第２のストッパと、
をさらに有する請求項３に記載の可動電気機器。
【０１２０】
（付記６）
前記可動電極、第１、第２の屈曲バネ部は金属シートで形成されている、付記２〜５のいずれか１項に記載の可動電気機器。
【０１２１】
（付記７）
前記可動電極と対向する、前記第１、第２の固定電極面を覆う絶縁層、
をさらに有し、可変容量を構成する付記６に記載の可動電気機器。
【０１２２】
（付記８）
前記第１の固定電極が複数の分割部分に分割され、
前記可動電極と対向する、各分割部分の表面を覆う絶縁層と、
前記絶縁層に覆われた隣接する分割部分間に配置された接点と、
をさらに有し、スイッチ素子を構成する付記２〜７のいずれか１項に記載の可動電気機器。
【０１２３】
（付記９）
前記第１の固定電極が３つ以上の分割部分に分割され、隣接する分割部分間に２つ以上の接点が配置され、可変インダクタを構成する請求項８記載の可動電気機器。
【０１２４】
（付記１０）
前記２つ以上の接点が、前記可動電極より低インダクタンスの導体で短絡されている付記９記載の可動電気機器。
【０１２５】
（付記１１）
複数のインダクタンスの直列接続、
をさらに有し、前記２つ以上の接点が前記複数のインダクタンスの直列接続の相互接続点に接続されている請求項９記載の可動電気機器。
【０１２６】
（付記１２）
前記屈曲バネ部は、前記第１のアンカに連続し、前記可動電極に連続する端部が、前記第１、第２固定電極間のキャビティ幅方向に、前記第１のアンカに連続する端部と近接する前記固定電極との前記キャビティ幅方向の距離の１／３以上変位する付記１に記載の可動電気機器。
【０１２７】
（付記１３）
前記屈曲バネ部は、前記第２のアンカに連続し、前記可動電極に連続する端部が、前記第１、第２固定電極間のキャビティ幅方向に、前記第２のアンカに連続する端部と近接する前記固定電極との前記キャビティ幅方向の距離の１／３以上変位する付記１に記載の可動電気機器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013057759.tif 000023
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
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2013057759.tif 000026