(57)【要約】【課題】高い導電性を有しかつ繰り返し動作しても機械的な物性の変化が抑制される可動部を備えたＭＥＭＳデバイスを提供すること。【解決手段】基板１１と、基板１１上に設けられる支持層１４ａ、１４ｂと、基板１１上に設けられる固定電極１２と、支持層１４ａ、１４ｂによって支持されており、固定電極１２と対向して設けられる可動電極１３と、を備え、可動電極１３は、導電性を有する材料からなる電気的機能層１３１と、電気的機能層１３１よりも強度が高い材料または電気的機能層１３１よりも脆性が高い材料からなる補強材料層１３２と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられる支持部と、
前記基板上に設けられる固定電極と、
前記支持部によって支持されており、前記固定電極と対向して設けられる可動電極と、を備え、
前記可動電極は、
導電性を有する材料からなる第一層と、
前記第一層よりも強度が高い材料または前記第一層よりも脆性が高い材料からなる第二層と、を含む、
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記第二層は、前記第一層の上層として形成されている、
請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記可動電極は、導電性を有する材料からなる第三層を含み、
前記第二層は、前記第一層と前記第三層との間の中間層として形成されている、
請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記支持部は、前記可動電極を当該可動電極の両側で支持しており、
前記第二層は、前記可動電極の両側に形成されている、
請求項１ないし３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記支持部は、前記可動電極を当該可動電極の片側から支持しており、
前記第二層は、前記可動電極の片側に形成されている、
請求項１ないし３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記第二層の材料として高強度合金が用いられている、
請求項１ないし５のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記第二層の材料として酸化物または窒化物が用いられている、
請求項１ないし５のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記第二層の材料としてダイヤモンドライクカーボンが用いられている、
請求項１ないし５のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ技術を用いて、各種のＭＥＭＳデバイスが作製されるようになってきている。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスは、例えば、高周波信号処理回路などを構成する重要な部品となる。
【０００４】
ＭＥＭＳデバイスの中には、可動部を備えるものがある。例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて作製された可変キャパシタ（可変容量素子）およびスイッチ（スイッチング素子）などは、可動部を備えている。
【０００５】
以降、ＭＥＭＳ技術を用いて作製される可変キャパシタを、単に「可変キャパシタ」と呼称することがある。ＭＥＭＳ技術を用いて作製されるスイッチについても同様である。
【０００６】
図１は、従来の可変キャパシタ７の例を示す断面図である。
【０００７】
図１（ａ）に示すように、可変キャパシタ７は、基板７１上に、固定電極７２、可動電極７３、および一対の支持層７４ａ、７４ｂなどを有している。可動電極７３は、固定電極７２と空隙を介して対向するように架橋状に形成されており、支持層７４ａ、７４ｂは、可動電極７３をその両側で支持するように形成されている。
【０００８】
図１（ｂ）に示すように、固定電極７２と可動電極７３との間に駆動電圧が印加されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極７３は、固定電極７２の側へ引き寄せられて撓む。ここで、可動電極７３の垂直方向の変位量は、可動電極７３の寸法、弾性係数、および駆動電圧の大きさなどによる。
【０００９】
図２は、従来のスイッチ８の例を示す断面図である。
【００１０】
図２（ａ）に示すように、スイッチ８は、基板８１上に、固定電極８２、可動電極８３、一対の接点層８４ａ、８４ｂ、および支持層８５などを有している。可動電極８３は、固定電極８２と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されており、支持層８５は、可動電極８３をその片側から支持するように形成されている。
【００１１】
図２（ｂ）に示すように、固定電極８２と可動電極８３との間に駆動電圧が印加されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極８３は、固定電極８２の側へ引き寄せられて撓む。ここで、可動電極８３の垂直方向の変位量は、可動電極８３の寸法、弾性係数、および駆動電圧の大きさなどによる。
【００１２】
なお、マイクロアクチュエータにおいて、容量変動層、および該容量変動層を支持している担体基質層のいずれかの上に、屈曲剛性を有する強化構造を配置することが提案されている（特許文献１）。
【００１３】
また、アクチュエータにおいて、可動板と磁石とを接合する接合膜を、シロキサン結合を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含むものとすることが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特表２００５−５１７５３６
【特許文献２】特開２００９−１３４１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ＭＥＭＳデバイスは、動作回数を重ねても電気的または機械的な特性が変動しないことが求められる。よって、可動部を有するＭＥＭＳデバイスにおいては、同じ駆動電圧の大きさに対して可動部の変位量が一定であることが求められる。
【００１６】
従来、可動部には、導電性を重視して、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの電気抵抗の低い純金属が用いられてきた。また、構造の簡単さを重視して、これらの純金属を単層で形成していた。これらの純金属は、一般的に、弾性限界および疲労強度が小さい。
【００１７】
そのため、可動部は、繰り返し動作することにより、機械的な物性が不可逆的に変化し続ける。例えば、弾性係数、強度、および形状などが不可逆的に変化し続ける。その結果、ＭＥＭＳデバイスの電気的または機械的な特性が初期特性から変化していく。つまり、当初の設計値からのずれが次第に大きくなってくる。
【００１８】
また、可動部に、金属疲労に基づく破断が生じることもある。
【００１９】
例えば、図１に示すような可変キャパシタ７において、可動電極７３は、繰り返し動作しているうちに、固定電極７２の側に曲がった形状に変形してしまうことがある。また、弾性係数が小さくなってしまうことがある。その場合には、駆動電圧に対する静電容量の関係が当初の関係とは異なったものとなる。つまり、可変キャパシタ７の特性が変化するという問題があった。図２に示すようなスイッチ８についても同様の理由から、繰り返し動作させているうちに、特性が変化するという問題があった。
【００２０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高い導電性を有しかつ繰り返し動作しても機械的な物性の変化が抑制される可動部を備えたＭＥＭＳデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
ここに記載された実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、基板と、前記基板上に設けられる支持部と、前記基板上に設けられる固定電極と、前記支持部によって支持されており、前記固定電極と対向して設けられる可動電極と、を備え、前記可動電極は、導電性を有する材料からなる第一層と、前記第一層よりも強度が高い材料または前記第一層よりも脆性が高い材料からなる第二層と、を含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高い導電性を有しかつ繰り返し動作しても機械的な物性の変化が抑制される可動部を備えたＭＥＭＳデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の可変キャパシタの例を示す断面図である。
【図２】従来のスイッチの例を示す断面図である。
【図３】第一の実施形態における可変キャパシタの例を示す断面図である。
【図４】第一の実施形態における可変キャパシタの作製過程の例を示す図である。
【図５】第一の実施形態における可変キャパシタの作製過程の例を示す図である。
【図６】第一の実施形態におけるスイッチの例を示す断面図である。
【図７】第二の実施形態における可変キャパシタの例を示す断面図である。
【図８】第二の実施形態におけるスイッチの例を示す断面図である。
【図９】第三の実施形態における可変キャパシタの例を示す断面図である。
【図１０】第三の実施形態における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】
【００２４】
以下の実施形態の説明に用いる図においては、可変キャパシタおよびスイッチの構造をわかりやすくするために、各部の寸法の比率が実際の比率とは異なる比率で示されていることがある。
【００２５】
〔第一の実施形態〕
図３は第一の実施形態における可変キャパシタ１の例を示す断面図であり、図３（ａ）は駆動電圧をＯＦＦにしたときの状態を示しており、図３（ｂ）は駆動電圧をＯＮにしたときの状態を示している。
【００２６】
図３に示すように、可変キャパシタ１は、基板１１上に、固定電極１２、可動電極１３、および一対の支持層１４ａ、１４ｂなどを有している。
【００２７】
固定電極１２は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの導電性を有する材料からなり、基板１１の表面に形成されている。
【００２８】
可動電極１３は、下層の電気的機能層１３１および上層の補強材料層１３２の２層からなり、両側の端部が支持層１４ａ、１４ｂによって支持され、固定電極１２と空隙を介して対向するように架橋状に形成されている。
【００２９】
電気的機能層１３１は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなる。
【００３０】
電気的機能層１３１の厚さは、可変キャパシタ１を適用する回路の種類に応じて、導電性を考慮した厚さとする。例えば、可変キャパシタ１を直流電流が流れる回路に適用する場合は、電気抵抗を所定の値以下に抑えられるだけの厚さを確保する。また、可変キャパシタ１を高周波信号が流れる回路に適用する場合は、高周波信号における表皮効果の周波数依存性を考慮した厚さとする。例えば、表皮効果の表皮厚の値以上の厚さを確保する。
【００３１】
補強材料層１３２は、電気的機能層１３１の材料よりも強度が高い材料または脆性が高い材料からなり、電気的機能層１３１の上面の全体に形成されている。つまり、補強材料層１３２が電気的機能層１３１の上面の全体に積層されている。
【００３２】
補強材料層１３２の材料として、アルミニウム合金またはチタン合金などのいわゆる高強度合金を用いることができる。より具体的には、２０００系Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、７０００系Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、α−β型チタン合金、またはβ型チタン合金などを用いることができる。一般的に、合金は、純金属に異種金属が添加されていることから、結晶すべり面でのすべりを抑制し、純金属特有の延展性を小さくする効果がある。
【００３３】
そのほかに、補強材料層１３２の材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの酸化膜、または窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの窒化膜を用いることもできる。
【００３４】
そのほかに、補強材料層１３２の材料として、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いることもできる。ダイヤモンドライクカーボンは、特に高い膜強度を有するとともに、成膜性および加工性の面においても優れていることから、非常に有用である。
【００３５】
なお、補強材料層１３２の材料は、前述した候補の中から、補強材料としての機能性のほかに、入手の容易性および製造プロセスにおける適合性なども考慮して選択される。
【００３６】
補強材料層１３２の厚さは、基本的には、電気的機能層１３１の厚さと同程度の厚さとする。例えば、電気的機能層１３１の厚さが１μｍである場合は、補強材料層１３２の厚さも１μｍとする。補強材料層１３２の厚さは、そのほかに、補強材料層１３２の材料、および可動電極１３に加わる静電引力の大きさなどの各種の条件を勘案して決定される。
【００３７】
このように、可動電極１３の電気的機能層１３１は、強度が高い材料または脆性が高い材料からなる補強材料層１３２によって補強されている。よって、可動電極１３は、全体として、電気的機能層１３１のみからなる場合と較べて、強度または脆性が向上している。
【００３８】
また、可動電極１３の電気的機能層１３１は、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなっている。よって、可動電極１３は、全体として、電気的機能層１３１のみからなる場合の導電性を損なうことなく、高い導電性を有している。
【００３９】
固定電極１２と可動電極１３の両電極間には、可変キャパシタ１を駆動するための駆動電圧を供給可能になっている。
【００４０】
図３（ｂ）に示すように、両電極間に駆動電圧が供給されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極１３は、固定電極１２の側へ引き寄せられて弾性範囲内で撓む。
【００４１】
可動電極１３は、電気的機能層１３１が補強材料層１３２によって補強されているため、繰り返し動作しても、機械的な物性の変化が生じないか、生じてもごくわずかである。
【００４２】
仮に、可動電極１３が電気的機能層１３１つまり純金属のみからなる場合は、純金属が有する延性および展性などによって、繰り返し動作しているうちに、可動電極１３の形状が変形したり、弾性係数（ばね係数）が小さくなったり、強度が落ちたりする。つまり、可動電極１３に機械的な物性の変化が生じる。
【００４３】
可変キャパシタ１では、繰り返し動作によるそのような可動電極１３の機械的な物性の変化が補強材料層１３２によって抑制される。その結果、同じ駆動電圧を供給したときの可動電極１３の垂直方向の変位量が一定となる。よって、可変キャパシタ１を安定して駆動させることができる。
【００４４】
以下、ＭＥＭＳ技術を用いた、可変キャパシタ１の作製方法の概略を説明する。
【００４５】
図４および図５は、第一の実施形態における可変キャパシタ１の作製過程の例を示す図である。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、基板１１の表面に、Ａｌ膜などの純金属の薄膜をスパッタなどによって成膜し、固定電極１２を形成する。また、電気メッキなどによってＡｌメッキなどを所定の高さまで成長させ、支持層１４ａ、１４ｂを形成する。
【００４７】
図４（ｂ）において、支持層１４ａ、１４ｂが形成されていない箇所について、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などによってシリコン膜などを支持層１４ａ、１４ｂの高さまで成長させ、犠牲層１００を形成する。つまり、支持層１４ａ、１４ｂが形成されていない箇所を犠牲層１００で埋めることにより、表面を平らにする。
【００４８】
なお、支持層１４ａ、１４ｂを形成する工程と犠牲層１００を形成する工程とは、順番が逆になっても構わない。
【００４９】
図４（ｃ）において、支持層１４ａ、１４ｂおよび犠牲層１００の上面に、Ａｌ膜などの純金属の薄膜をスパッタなどによって成膜し、電気的機能層１３１を形成する。
【００５０】
なお、電気的機能層１３１の材料が支持層１４ａ、１４ｂの材料と異なる場合は、それらの間に密着層を介在させることもある。例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる支持層の上面に、金（Ａｕ）からなる電気的機能層１３１を形成する場合は、クロム（Ｃｒ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜などを密着層として介在させる。
【００５１】
図５（ａ）において、電気的機能層１３１の上面に、Ａｌ−Ｃｕ膜などの合金の薄膜をスパッタなどによって成膜し、補強材料層１３２を形成する。
【００５２】
なお、電気的機能層１３１の形成および補強材料層１３２の形成は、スパッタ以外の方法、すなわち、蒸着、電気メッキ、ＣＶＤなどの各種の方法によって行ってもよい。
【００５３】
図５（ｂ）において、基板１１上の各層について、レジスト剥離またはイオンミリングなどによって可変キャパシタ１を構成する部分を残しそのほかの部分を除去する。つまり、可変キャパシタ１を切り出す。
【００５４】
図５（ｃ）において、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などによって、犠牲層１００を除去する。
【００５５】
以上のようにして可変キャパシタ１を作製することができるが、本作製方法はあくまで一例であり、そのほかにも各種の方法が考えられる。
【００５６】
図６は第一の実施形態におけるスイッチ２の例を示す断面図であり、図６（ａ）は駆動電圧をＯＦＦにしたときの状態を示しており、図６（ｂ）は駆動電圧をＯＮにしたときの状態を示している。
【００５７】
図６に示すように、スイッチ２は、基板２１上に、固定電極２２、可動電極２３、一対の接点層２４ａ、２４ｂ、および支持層２５などを有している。
【００５８】
固定電極２２は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの導電性を有する材料からなり、基板２１の表面に形成されている。
【００５９】
可動電極２３は、下層の電気的機能層２３１および上層の補強材料層２３２の２層からなり、片側の端部が支持層２５によって支持され、固定電極２２と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されている。
【００６０】
電気的機能層２３１の形態および材料などは、可変キャパシタ１の電気的機能層１３１の場合と同様である。補強材料層２３２の形態および材料についても、可変キャパシタ１の補強材料層１３２の場合と同様である。
【００６１】
接点層２４ａ、２４ｂは、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの導電性を有する材料からなる。接点層２４ａ、２４ｂは、互いに対向するように、基板２１の表面、および支持層２５によって支持されている側と反対側の可動電極２３の端部の下面にそれぞれ形成されている。
【００６２】
固定電極２２と可動電極２３の両電極間には、スイッチ２を駆動するための駆動電圧を供給可能になっている。
【００６３】
図６（ｂ）に示すように、両電極間に駆動電圧が供給されると、両電極間に静電引力が働くことにより、可動電極２３は、固定電極２２の側へ引き寄せられて弾性範囲内で撓む。それにより、接点層２４ａと接点層２４ｂとが接して導通する。
【００６４】
可動電極２３は、電気的機能層２３１が補強材料層２３２によって補強されているため、繰り返し動作しても、機械的な物性の変化が生じないか、生じてもごくわずかである。
【００６５】
つまり、スイッチ２においても、可変キャパシタ１と同様の理由から、繰り返し動作による可動電極２３の機械的な物性の変化が補強材料層２３２によって抑制される。その結果、同じ駆動電圧を供給したときの可動電極２３の垂直方向の変位量が一定となる。よって、スイッチ２を安定して駆動させることができる。
【００６６】
なお、スイッチ２は、前述した可変キャパシタ１の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
【００６７】
第一の実施形態において、可変キャパシタ１の電気的機能層１３１は、可動電極１３の下層であったが、上層であってもよい。つまり、電気的機能層１３１と補強材料層１３２の配置関係が逆転していてもよい。スイッチ２の電気的機能層２３１と補強材料層２３２の配置関係についても同様である。
【００６８】
ただし、その場合は、基板１１に対する電気的機能層１３１の接触抵抗が増大することを防止するために、少なくとも上層の電気的機能層１３１の一部を基板１１側に露出させておくことが好ましい。より具体的には、下層の補強材料層１３２を可動電極１３の両端側に形成して、上層の電気的機能層１３１の中央部を基板１１側に露出させておくことが好ましい。
【００６９】
〔第二の実施形態〕
図７は第二の実施形態における可変キャパシタ３の例を示す断面図であり、図７（ａ）は駆動電圧をＯＦＦにしたときの状態を示しており、図７（ｂ）は駆動電圧をＯＮにしたときの状態を示している。
【００７０】
以下、可変キャパシタ３について、第一の実施形態の可変キャパシタ１と相違する点である可動電極３３を中心に説明する。可変キャパシタ１と共通するそのほかの構成要素については、可変キャパシタ１の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７１】
図７に示すように、可動電極３３は、下層の電気的機能層３３１、および電気的機能層３３１より狭い範囲で２箇所に形成されている上層の補強材料層３３２ａ、３３２ｂの２層からなる。可動電極３３は、両側の端部が支持層１４ａ、１４ｂによって支持され、固定電極１２と空隙を介して対向するように架橋状に形成されている。
【００７２】
電気的機能層３３１の形態および材料などは、可変キャパシタ１の電気的機能層１３１の場合と同様である。
【００７３】
補強材料層３３２ａ、３３２ｂは、電気的機能層３３１の材料よりも、強度が高い材料または脆性が高い材料からなり、電気的機能層３３１の上面の一部にパターニングされている。すなわち、補強材料層３３２ａ、３３２ｂは、電気的機能層３３１の両端部付近の上面にのみ形成されており、電気的機能層３３１の中央部の上面には形成されていない。
【００７４】
より具体的には、補強材料層３３２ａ、３３２ｂは、支持層１４ａ、１４ｂによって支持されている電気的機能層端部３３１ａ、３３１ｂの上面を覆うようにそれぞれ形成されており、電気的機能層端部３３１ａ、３３１ｂの端部境界３３１ｃ、３３１ｄから中央側へ若干はみ出して形成されている。
【００７５】
図７（ｂ）に示すように、可動電極３３が固定電極１２の側へ撓んだとき、電気的機能層３３１の中でも上面に補強材料層３３２ａ、３３２ｂが形成されている箇所は、応力などが最も集中する部分である。例えば、可動電極３３の撓みの支点となる端部境界３３１ｃ、３３１ｄには、せん断応力および曲げモーメントなどが集中して作用する。
【００７６】
補強材料層３３２ａ、３３２ｂの厚さは、基本的には、電気的機能層３３１の厚さと同程度の厚さとする。そのほかに、補強材料層３３２ａ、３３２ｂの材料、および可動電極３３に加わる静電引力の大きさなどの各種の条件を勘案して決定される。
【００７７】
このように、可動電極３３の電気的機能層３３１の中で最も応力などが集中する部分である端部境界３３１ｃ、３３１ｄおよびそれらの近辺は、強度が高い材料または脆性が高い材料からなる補強材料層３３２ａ、３３２ｂによってそれぞれ補強されている。よって、可動電極３３は、全体として、可変キャパシタ１の可動電極１３ほどではないが、電気的機能層３３１のみからなる場合と較べて、十分に強度または脆性が向上している。
【００７８】
しかも、可動電極３３は、可変キャパシタ１の可動電極１３とは異なり、電気的機能層３３１の上面の全体が補強材料層３３２ａ、３３２ｂで覆われているわけではないので、電気的機能層１３１のみからなる場合と電気的な特性がほとんど変わらない。
【００７９】
また、可変キャパシタ３では、可変キャパシタ１と較べて、可動電極３３の動作の応答性が良好であり、駆動電圧も少なくて済む。
【００８０】
すなわち、可変キャパシタ１の可動電極１３のように、仮に電気的機能層３３１の上面の全体が補強材料層３３２ａ、３３２ｂで覆われていると、電気的機能層３３１のみからなる場合と較べて、可動電極３３の重量が増加し動作する際の慣性が大きくなる。これは、可動電極３３の動作の応答性を悪くする。また、可動電極３３を変位させるのにより多くの静電引力を必要とする。これは、駆動電圧の増大を招くことになる。可変キャパシタ３では、補強材料層３３２ａ、３３２ｂが可動電極３３の両側にのみ形成されており可動電極３３の中央部には形成されていないので、可変キャパシタ１ほどには、可動電極３３の動作の応答性が悪くならず、駆動電圧の増大も招かない。つまり、高速の容量切り替えが可能であり、省電力である。
【００８１】
よって、可変キャパシタ３では、補強によるデメリットを低減しつつ、繰り返し動作による可動電極３３の機械的な物性の変化を抑制することができる。
【００８２】
なお、可変キャパシタ３は、前述した可変キャパシタ１の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
【００８３】
図８は第二の実施形態におけるスイッチ４の例を示す断面図であり、図８（ａ）は駆動電圧をＯＦＦにしたときの状態を示しており、図８（ｂ）は駆動電圧をＯＮにしたときの状態を示している。
【００８４】
以下、スイッチ４について、第一の実施形態のスイッチ２と相違する点である可動電極４３を中心に説明する。スイッチ２と共通するそのほかの構成要素については、スイッチ２の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
図８に示すように、可動電極４３は、下層の電気的機能層４３１、および電気的機能層４３１より狭い範囲で１箇所に形成されている上層の補強材料層４３２の２層からなる。可動電極４３は、片側の端部が支持層２５によって支持され、固定電極２２と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されている。
【００８６】
電気的機能層４３１の形態および材料などは、スイッチ２の電気的機能層２３１の場合と同様である。
【００８７】
補強材料層４３２は、電気的機能層４３１の材料よりも、強度が高い材料または脆性が高い材料からなり、電気的機能層４３１の上面の一部にパターニングされている。すなわち、補強材料層４３２は、電気的機能層４３１の一方の端部の上面にのみ形成されており、電気的機能層４３１の中央部および他方の端部の上面には形成されていない。
【００８８】
より具体的には、補強材料層４３２は、支持層２５によって支持されている電気的機能層端部４３１ａの上面を覆うように形成されており、電気的機能層端部４３１ａの端部境界４３１ｂから中央側へ若干はみ出して形成されている。
【００８９】
図８（ｂ）に示すように、可動電極２３が固定電極２２の側へ撓んだとき、電気的機能層４３１の中でも上面に補強材料層４３２が形成されている箇所は、応力などが最も集中する部分である。例えば、可動電極４３の撓みの支点となる端部境界４３１ｂには、せん断応力および曲げモーメントなどが集中して作用する。
【００９０】
補強材料層４３２の厚さは、基本的には、電気的機能層４３１の厚さと同程度の厚さとする。そのほかに、補強材料層４３２の材料、および可動電極４３に加わる静電引力の大きさなどの各種の条件を勘案して決定される。
【００９１】
このように、可動電極４３の電気的機能層４３１の中で最も応力などが集中する部分である端部境界４３１ｂおよびその近辺は、強度が高い材料または脆性が高い材料からなる補強材料層４３２によって補強されている。よって、可動電極４３は、全体として、スイッチ２の可動電極２３ほどではないが、電気的機能層４３１のみからなる場合と較べて、十分に強度または脆性が向上している。
【００９２】
しかも、可動電極４３は、スイッチ２の可動電極２３とは異なり、電気的機能層４３１の上面の全体が補強材料層４３２で覆われているわけではないので、電気的機能層４３１のみからなる場合と電気的な特性がほとんど変わらない。
【００９３】
また、スイッチ４では、補強材料層４３２が可動電極４３の片側にのみ形成されており可動電極４３の中央部には形成されていないので、スイッチ２ほどには、可動電極４３の動作の応答性が悪くならず、駆動電圧の増大も招かない。つまり、高速のスイッチングが可能であり、省電力である。
【００９４】
よって、スイッチ４においても、補強によるデメリットを低減しつつ、繰り返し動作による可動電極４３の機械的な物性の変化を抑制することができる。
【００９５】
なお、スイッチ４は、前述した可変キャパシタ１の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
【００９６】
〔第三の実施形態〕
図９は第三の実施形態における可変キャパシタ５の例を示す断面図であり、図９（ａ）は駆動電圧をＯＦＦにしたときの状態を示しており、図９（ｂ）は駆動電圧をＯＮにしたときの状態を示している。
【００９７】
以下、可変キャパシタ５について、第一の実施形態の可変キャパシタ１と相違する点である可動電極５３を中心に説明する。可変キャパシタ１と共通するそのほかの構成要素については、可変キャパシタ１の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
図９に示すように、可動電極５３は、下層の第一電気的機能層５３１、中間層の補強材料層５３２、および上層の第二電気的機能層５３３の３層からなる。可動電極５３は、両側の端部が支持層１４ａ、１４ｂによって支持され、固定電極１２と空隙を介して対向するように架橋状に形成されている。
【００９９】
第一電気的機能層５３１の形態および材料などは、可変キャパシタ１の電気的機能層１３１の場合と同様である。補強材料層５３２の形態および材料についても、可変キャパシタ１の補強材料層１３２の場合と同様である。
【０１００】
第二電気的機能層５３３は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなり、例えば、第一電気的機能層５３１と同一の材料からなる。第二電気的機能層５３３は、補強材料層５３２の上面の全体に形成されている。つまり、第二電気的機能層５３３が補強材料層５３２の上面の全体に積層されている。
【０１０１】
第二電気的機能層５３３の厚さは、第一電気的機能層５３１の厚さが前述した導電性を考慮した厚さとなっていれば、それよりも薄くてよい。
【０１０２】
このように、第二電気的機能層５３３が形成されていることにより、補強材料層５３２の帯電を防止することができる。すなわち、補強材料層５３２に誘電性の高い材料が用いられている場合に可変キャパシタ５を繰り返し駆動していると、電極間に電圧が供給されていなくても補強材料層５３２内に電荷が留まることがある。特に、可変キャパシタ５を高周波信号が流れる回路に適用した場合は、そのような現象が起きやすい。その場合には、駆動電圧に対する静電容量の関係が当初の関係とは異なったものとなる。つまり、可変キャパシタ５の特性が変化してしまう。
【０１０３】
可変キャパシタ５では、第二電気的機能層５３３が形成されているため、電荷の逃げ道が広がり、電荷が留まりにくくなる。
【０１０４】
よって、可変キャパシタ５では、繰り返し動作による可動電極５３の機械的な物性の変化が補強材料層５３２によって抑制されるとともに、補強材料層５３２における帯電が生じにくい。
【０１０５】
なお、可変キャパシタ５は、前述した可変キャパシタ１の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
【０１０６】
図１０は第三の実施形態におけるスイッチ６の例を示す断面図であり、図１０（ａ）は駆動電圧をＯＦＦにしたときの状態を示しており、図１０（ｂ）は駆動電圧をＯＮにしたときの状態を示している。
【０１０７】
以下、スイッチ６について、第一の実施形態のスイッチ２と相違する点である可動電極６３を中心に説明する。スイッチ２と共通するそのほかの構成要素については、スイッチ２の説明で用いた符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０８】
図１０に示すように、可動電極６３は、下層の第一電気的機能層６３１、中間層の補強材料層６３２、および上層の第二電気的機能層６３３の３層からなる。可動電極６３は、片側の端部が支持層２５によって支持され、固定電極２２と空隙を介して対向するように片持ち梁状に形成されている。
【０１０９】
第一電気的機能層６３１の形態および材料などは、スイッチ２の電気的機能層２３１の場合と同様である。補強材料層６３２の形態および材料についても、スイッチ２の補強材料層２３２の場合と同様である。
【０１１０】
第二電気的機能層６３３は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）などの、高い導電性を有する純金属またはそれに準ずる材料からなり、例えば、第一電気的機能層６３１と同一の材料からなる。第二電気的機能層６３３は、補強材料層６３２の上面の全体に形成されている。つまり、第二電気的機能層６３３が補強材料層６３２の上面の全体に積層されている。
【０１１１】
このように、第二電気的機能層６３３が形成されていることにより、可変キャパシタ５と同様の理由から、補強材料層６３２の帯電を防止することができる。
【０１１２】
よって、スイッチ６においても、繰り返し動作による可動電極６３の機械的な物性の変化が補強材料層６３２によって抑制されるとともに、補強材料層６３２における帯電が生じにくい。
【０１１３】
なお、スイッチ６は、前述した可変キャパシタ１の作製方法の例と同様の方法により作製可能である。
【０１１４】
以上の実施形態において、可変キャパシタ１、３、５およびスイッチ２、４、６の全体または一部の構造、形状、および材料などは、本発明の主旨に沿って適宜変更可能である。また、上述の可動電極の構成は、可変キャパシタおよびスイッチに限らず、可動部を有する各種のＭＥＭＳデバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、３、５  可変キャパシタ（ＭＥＭＳデバイス）
２、４、６  スイッチ（ＭＥＭＳデバイス）
１１、２１  基板
１２、２２  固定電極
１３、２３、３３、４３、５３、６３  可動電極
１４ａ、１４ｂ、２５  支持層（支持部）
１３１、２３１、３３１、４３１  電気的機能層（第一層）
１３２、２３２、３３２、４３２  補強材料層（第二層）
５３１、６３１  第一電気的機能層（第一層）
５３２、６３２  補強材料層（第二層）
５３３、６３３  第二電気的機能層（第三層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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