(57)【要約】【課題】耐久の信頼性が高く、しかも応答性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置の静電駆動部１は、互いに対向し合う電極３，５を有する。電極３の内部領域には開口部１０を形成し、この開口部１０の内部にはストッパー１１を固定電極３よりも突出させて形成する。電圧印加によって電極３，５間に静電引力が発生すると、可動体４が基板２側に変位して電極５が電極３に近付く方向に変位する。この変位により電極５が電極３に接触してしまう前に、電極５はストッパー１１の先端部に当接して電極３，５の短絡が防止できる。ストッパー１１には電極３，５による電界がかからないので、電界印加に因るストッパー１１の経年劣化を緩和できて耐久の信頼性を向上できる。また、ストッパー１１の帯電を抑制できるので、ストッパー１１の帯電によって静電駆動部１の応答性が悪くなる事態を回避できる。【選択図】　　　　図１
2004074341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を介して対向し合う電極が静電引力により相対的に近付く方向に変位する静電駆動部を有する半導体装置において、静電駆動部の対向し合う電極の少なくとも一方側の電極の内部領域と電極周辺領域とのうちの一方又は両方の領域には、電極が形成されていないストッパーが他方側の電極側に突出して設けられており、このストッパーは、静電駆動部の電極間に静電引力が発生しているときに前記一方側の電極が他方側の電極に当接することに因る静電駆動部の電極間の短絡を防止することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
静電駆動部の対向し合う電極の一方側は固定されている固定電極と成し、他方側は静電引力によって固定電極側に引き寄せられる可動電極と成しており、ストッパーは、少なくとも固定電極の配置側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
ストッパーは、絶縁材料により構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
ストッパーは、静電駆動部の対向し合う電極の一方側の電極を間隔を介して囲む電極周辺領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
ストッパーは、静電駆動部の対向し合う電極の少なくとも一方側の電極の端縁部に形成されている切り欠き内に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
ストッパーは、電極面の水平方向の中心軸に対して互いに対称的となる位置にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電引力を利用した静電駆動部を有する半導体装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
多種多様な半導体装置のなかに、静電駆動部を備えた可変容量素子等の半導体装置がある。半導体装置の静電駆動部の一例を図７に基づいて説明する。静電駆動部１は、例えばガラスの基板２に形成された固定電極３と、固定電極３の上方側に間隔を介して配置される例えばシリコンの可動体４と、可動体４の底面に固定電極３と間隔を介し対向して形成される可動電極５と、可動体４を基板２の略垂直方向に変位自在に基板２の固定部６に支持する梁７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）と、固定電極３と可動電極５をそれぞれ外部の電圧印加手段に接続させるための外部接続手段（図示せず）とを有して構成されている。
【０００３】
静電駆動部１では、外部の電圧印加手段によって固定電極３と可動電極５間に電圧が印加されると、固定電極３と可動電極５間に静電引力が発生し、この静電引力によって梁７が基板２側に撓んで可動体４が基板２に近付く方向に変位する。この可動体４の変位を利用して、例えば可変容量素子の容量を可変することができる。
【０００４】
ところで、固定電極３と可動電極５間に電圧を印加した際に、静電引力によって固定電極３と可動電極５が接触して短絡してしまうことがある。この短絡を防止するために、固定電極３と可動電極５のうちの一方又は両方の電極面上に図７（ｂ）の断面図に示されるような絶縁膜８を積層形成する場合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、短絡防止用の絶縁膜８は固定電極３と可動電極５間の電界内に配置されるので、絶縁膜８には電界が印加される。さらに、電界印加に加えて、温度や湿度の環境負荷が絶縁膜８にかかると、絶縁膜８の耐電圧が徐々に低下し、ついには、経年劣化して絶縁破壊に至ることもある。これにより、半導体装置の耐久の信頼性が損なわれることがある。
【０００６】
また、固定電極３と可動電極５間の電圧をオフしたときには、瞬時に、可動体４が初期位置（つまり、梁７が撓んでいない位置）に戻ることが好ましい。しかしながら、固定電極３と可動電極５間の電界によって絶縁膜８が帯電することがある。この場合には、固定電極３と可動電極５間の電圧をオフしても、絶縁膜８が帯電しているために、絶縁膜８と可動電極５間、あるいは、絶縁膜８と固定電極３間に静電引力が継続的に発生し続けて、可動体４が初期位置になかなか戻らないという事態が起こってしまう。つまり、電圧印加のオン・オフに対する可動体４の応答性が悪くなるという問題が発生する。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、静電駆動部の電極間の短絡を防止できる上に、耐久の信頼性が高く、また、電圧印加のオン・オフに対する静電駆動部の応答性に優れた半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、互いに間隔を介して対向し合う電極が静電引力により相対的に近付く方向に変位する静電駆動部を有する半導体装置において、静電駆動部の対向し合う電極の少なくとも一方側の電極の内部領域と電極周辺領域とのうちの一方又は両方の領域には、電極が形成されていないストッパーが他方側の電極側に突出して設けられており、このストッパーは、静電駆動部の電極間に静電引力が発生しているときに前記一方側の電極が他方側の電極に当接することに因る静電駆動部の電極間の短絡を防止することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、実施形態例の説明において、図７に示す静電駆動部と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００１０】
この実施形態例の半導体装置は次に示すような特有な静電駆動部１を備えている。図１（ａ）には静電駆動部１の固定電極３の形成領域の平面図が示され、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分に対応する静電駆動部１の断面図が示されている。
【００１１】
固定電極３の内部領域には、電極が形成されていない複数の開口部１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）が形成されている。開口部１０によって、基板２と可動電極５により挟まれている領域内に、電界がかからない領域が形成される。この実施形態例では、開口部１０ａと開口部１０ｂが、固定電極３の水平方向の中心軸Ｏに対して対称な位置にそれぞれ配置され、同様に、開口部１０ｃと開口部１０ｄが固定電極３の水平方向の中心軸Ｏに対して対称な位置にそれぞれ配置されている。
【００１２】
各開口部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの内部には、それぞれ、固定電極３と間隔を介してストッパー１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が設けられている。ストッパー１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは絶縁材料から成り、固定電極３よりも可動電極５側に突出している。ストッパー１１を構成する絶縁材料としては、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等が挙げられる。
【００１３】
この実施形態例における静電駆動部１では、固定電極３と可動電極５間の電圧印加によって固定電極３と可動電極５間に静電引力が発生して可動体４が基板２側に変位したときに、可動電極５が固定電極３に接触してしまう前に、可動電極５はストッパー１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の先端部に当接する。これにより、可動体４の基板２側への変位がストップして固定電極３と可動電極５間の短絡が防止される。
【００１４】
以上のような静電駆動部１が設けられた半導体装置の一具体例を図２（ａ）の断面図に基づいて説明する。この半導体装置２０は静電駆動型高周波スイッチである。半導体装置２０は、誘電体の基板２１と、基板２１上に形成された３本の線路２２ａ，２２ｂ，２２ｃから成るコプレーナー線路２３と、コプレーナー線路２３の上方側を間隔を介して覆うように配置されて基板２１に接合する例えばガラスの蓋部材２４と、蓋部材２４に支持されて基板２１と蓋部材２４から成る内部空間内に配置される例えばシリコンの可動体２５と、可動体２５の基板２側の面にコプレーナー線路２３と対向させて形成されるスイッチ用可動電極２６と、可動体２５の上面に形成される静電駆動用可動電極２７と、静電駆動用可動電極２７に対向させて蓋部材２４に形成される固定電極２８と、静電駆動用可動電極２７と固定電極２８をそれぞれ外部に接続させるためのスルーホール２９ａ，２９ｂとを有して構成されている。
【００１５】
半導体装置２０では、蓋部材２４と可動体２５と静電駆動用可動電極２７と固定電極２８とスルーホール２９ａ，２９ｂとによって静電駆動部１が構成されている。例えば、外部の電圧印加手段からスルーホール２９ａ，２９ｂを介して静電駆動用可動電極２７と固定電極２８間に電圧が印加されて静電引力が発生すると、その静電引力によって可動体２５が固定電極２８側に引き寄せられる。これにより、スイッチ用可動電極２６とコプレーナー線路２３間の間隔が広がる。
【００１６】
ところで、コプレーナー線路２３の３本の線路２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、真ん中の線路２２ｂが信号線であり、その両側の線路２２ａ，２２ｃはグランド線路である。可動体２５に形成されているスイッチ用可動電極２６は、図２（ｂ）に示されるように、３本の線路２２ａ，２２ｂ，２２ｃに共通に間隔を介して対向するように配置されている。
【００１７】
静電駆動部１の静電駆動用可動電極２７と固定電極２８間に電圧が印加されておらず、スイッチ用可動電極２６とコプレーナー線路２３間の間隔が狭くて、スイッチ用可動電極２６と、線路２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の静電容量が大きいときには、信号線２２ｂから、該信号線２２ｂとスイッチ用可動電極２６間の静電容量と、スイッチ用可動電極２６と、スイッチ用可動電極２６とグランド電極２２ａ，２２ｃ間の静電容量とを介してグランド線路２２ａ，２２ｃをそれぞれ見たときに、高周波的にショートに見える。このため、信号線２２ｂの信号導通はオフ状態となる。
【００１８】
また、静電駆動部１によって可動体２５が固定電極２８側に引き寄せられて、スイッチ用可動電極２６とコプレーナー線路２３間の間隔が広がると、スイッチ用可動電極２６と、線路２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の静電容量が小さくなる。これにより、信号線２２ｂから、静電容量とスイッチ用可動電極２６を介してグランド線路２２ａ，２２ｃを見たときに、高周波的にオープンに見えて、信号線２２ｂの信号導通はオン状態となる。
【００１９】
以上のように、半導体装置２０では、静電駆動部１による可動体２５の変位制御によって、コプレーナー線路２３の信号導通のオン・オフが制御される。この半導体装置２０における静電駆動部１の固定電極２８の内部領域にストッパー１１を設けることにより、静電駆動用可動電極２７と固定電極２８の短絡を防止できる。なお、ここでは、静電駆動部１を備えた半導体装置の具体例として、静電駆動型高周波スイッチを例示したが、もちろん、他の構成の半導体装置の静電駆動部に、この実施形態例に示した特有な構成を持たせてもよいものである。
【００２０】
なお、この発明はこの実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例では、固定電極３の内部領域に４つのストッパー１１が設けられていたが、ストッパー１１の設置数は限定されるものではなく、ストッパー１１の大きさや固定電極３の面積を考慮した適宜な数のストッパー１１を設置してよい。また、ストッパー１１の形状も適宜に設定してよいものである。さらに、この実施形態例では、ストッパー１１ａ，１１ｂと、ストッパー１１ｃ，１１ｄとは、それぞれ、固定電極３の水平方向の中心軸Ｏに対して対称な位置にそれぞれ配置されていたが、例えばストッパー１１の形状や設置数を考慮して適宜な位置に形成してよい。
【００２１】
さらに、この実施形態例では、ストッパー１１は固定電極３の内部領域に設けられていたが、例えば、図３に示すように、固定電極３の端縁部に切り欠き１２を設け、該切り欠き１２内にストッパー１１を配置してもよい。
【００２２】
また、固定電極３の周辺領域に、図４（ａ）に示すような固定電極３を間隔を介して囲むストッパー１１や、図４（ｂ）に示すような複数のストッパー１１を固定電極３を囲むように設けてもよい。固定電極３の周辺領域にストッパー１１を設ける場合には、図４（ｃ）に示されるように、可動電極５は、固定電極３およびストッパー１１に対向するように固定電極３よりも広く形成してもよいし、図４（ｄ）に示されるように、可動電極５は、固定電極３と同じ大きさあるいは固定電極３よりも狭く形成してもよい。このように可動電極５を固定電極３と同程度あるいは固定電極３よりも狭く形成する場合には、可動体４が基板２側に変位した際に、可動電極５が固定電極３に接触する前にストッパー１１が可動体４に当接し可動体４の変位を停止させて可動電極５と固定電極３の短絡を防止することができるように、ストッパー１１の高さは、可動電極５の厚みを考慮して設定される。
【００２３】
さらに、ストッパー１１を、固定電極３の内部領域と周辺領域との両方の領域にそれぞれ形成してもよい。さらに、この実施形態例では、ストッパー１１は、その上部が可動電極５に当接することで可動体４の基板２側への変位を停止させて、可動電極５と固定電極３の短絡を防止していたが、例えば、ストッパー１１の上部が対向する領域に可動電極５が形成されていない構成とし、ストッパー１１は、前記図４（ｄ）に示される構成のように、その上部が可動体４に当接して当該可動体４の基板２側への変位を停止させて、可動電極５と固定電極３の短絡を防止する構成としてもよい。
【００２４】
さらに、この実施形態例では、固定電極３側だけにストッパー１１を形成していたが、可動電極５側にストッパー１１を形成してもよいし、固定電極３側と可動電極５側の両方にストッパー１１を形成してもよい。
【００２５】
さらに、この実施形態例では、ストッパー１１は、基板２とは別の材料により形成されている例を示したが、例えば、ストッパー１１は基板２と同じ材料により形成してもよい。この場合、例えば、図５の断面図に示されるように、基板２の上部側を加工してストッパー１１を形成してもよい。つまり、基板２と一体的なストッパー１１を設けてもよい。このストッパー１１は次に示すように作製することができる。例えば、図６（ａ）に示されるように、基板２の上面のストッパー形成領域にレジスト１４を形成する。次に、基板２の上部をエッチングする。このエッチング工程では、図６（ｂ）に示されるように、レジスト１４が形成されている基板上部部分はエッチングされず、レジスト１４が形成されていない基板上部部分はエッチングされるので、ストッパー１１が形作られる。
【００２６】
その後、図６（ｃ）に示されるように、基板２の上面に固定電極３を形成する。そして、レジスト１４を除去する。このレジスト１４の除去工程の前工程である固定電極３の形成工程で、レジスト１４の上面（ストッパー１１の上部）に固定電極３が形成されても、レジスト１４を除去することにより、ストッパー１１の上部から固定電極３が剥離するので、ストッパー１１の上部から固定電極３を除去することができる。上記のような製造工程を経て、図６（ｄ）に示されるように、基板２と一体的な、電極が形成されていないストッパー１１を作製することができる。
【００２７】
さらに、この実施形態例では、ストッパー１１は絶縁材料により構成されていたが、ストッパー１１を導体により構成してもよい。この場合、導体のストッパー１１は固定電極３と間隔を介し配置して電極と導通していない状態とする。
【００２８】
さらに、この実施形態例では、静電駆動部１の対向し合う電極の一方は固定電極と成し、他方は可動電極と成していたが、この発明は、例えば、対向し合う電極が共に可動電極である静電駆動部を備えた半導体装置にも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、静電駆動部の対向し合う電極の少なくとも一方側の電極の内部領域と電極周辺領域のうちの一方又は両方の領域には、電極が形成されていないストッパーを突出形成した。このため、静電引力によって静電駆動部の対向し合う電極が相対的に近付く方向に変位したときに、それら電極が接触してしまう前にストッパーにより電極の変位が停止して静電駆動部の電極間の短絡を防止できる。
【００３０】
また、ストッパーは、静電駆動部の対向し合う電極による電界が殆どかからない部分に形成されているので、電界印加に起因したストッパーの経年劣化を緩和することができる。このため、半導体装置の静電駆動部に対する耐久の信頼性を高めることができる。
【００３１】
さらに、ストッパーには電界が殆どかからないことから、ストッパーの帯電を回避できて、帯電に起因した問題（例えば、電圧制御による静電駆動部の応答性が悪くなる問題）を防止することができる。
【００３２】
さらにまた、電極面の水平方向の中心軸に対して対称となる位置にそれぞれストッパーを形成することによって、静電駆動部の対向し合う電極間の変位がストッパーにより停止しているときに、それら電極間の間隔を全領域に渡ってほぼ等しくすることができて、静電駆動部の電極を安定的に静止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態例の半導体装置に設けられている静電駆動部の構成例を説明するための図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の一具体例を説明するための図である。
【図３】静電駆動部を構成する電極の端縁部に形成した切り欠き内部にストッパーを設けた場合の一例を示すモデル図である。
【図４】静電駆動部を構成する電極の周辺領域にストッパーを設けた場合の形態例を説明するための図である。
【図５】さらに、ストッパーのその他の形態例を説明するための図である。
【図６】図５のストッパーの形成手法の一例を説明するための図である。
【図７】静電駆動部の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１　静電駆動部
３　固定電極
５　可動電極
１１　ストッパー
１２　切り欠き
【図１】
2004074341.tif 000003
【図２】
2004074341.tif 000004
【図３】
2004074341.tif 000005
【図４】
2004074341.tif 000006
【図５】
2004074341.tif 000007
【図６】
2004074341.tif 000008
【図７】
2004074341.tif 000009