(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、一端と他端を有し、前記一端が前記基板に対し固定されたアクチュエータと、
前記基板上に配置された第１電極と、
一端と他端を有し、前記一端は前記アクチュエータの他端に固定され、前記他端は自由端とされた第２電極と、
前記第２電極の前記一端と前記他端との間に設けられ、前記第２電極の長手方向に直交し、かつ基板面に対して平行な方向に延伸した直線状の軸を有し、前記直線状の軸の端部が前記基板上で固定された固定軸とを具備し、
前記第１電極は前記固定軸に対し前記第２電極の他端側で前記第２電極と対向し、
前記固定軸は、前記第２電極と同一材料で一体に形成され、
前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極の長さは、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極の長さより長く、
前記第２電極が持つ残留応力によって、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は基板方向あるいは基板と反対方向のいずれか一方に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は前記一方と反対の方向に変位しており、
前記アクチュエータが動くことにより、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極は前記アクチュエータと同じ方向に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極は前記アクチュエータと逆方向に変位することを特徴とするＭＥＭＳ。
【請求項２】
基板の上方に設けられ、可動部を有するアクチュエータと、
前記基板上に形成された第１電極と、
前記アクチュエータの前記可動部に固定され、前記第１電極と対向する位置に配置されると共に、前記アクチュエータの前記可動部と前記第１電極との間に、前記基板に対して固定された固定軸を有し、前記アクチュエータにより変位される第２電極とを具備し、
前記固定軸は、前記第２電極の長手方向に直交し、かつ基板面に対して平行な方向に延伸した直線状の軸を有し、前記直線状の軸の端部が前記基板上で固定され、
前記固定軸は、前記第２電極と同一材料で一体に形成され、
前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極の長さは、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極の長さより長く、
前記第２電極が持つ残留応力によって、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は基板方向あるいは基板と反対方向のいずれか一方に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は前記一方と反対の方向に変位しており、
前記アクチュエータが動くことにより、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極は前記アクチュエータと同じ方向に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極は前記アクチュエータと逆方向に変位することを特徴とするＭＥＭＳ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、アクチュエータを用いたＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳとしてのアクチュエータを用いた可変容量キャパシタは、上部電極及び下部電極を有し、上部電極若しくは下部電極をアクチュエータにより上下に変動させることにより可変容量キャパシタとして機能させることができる。例えば、下部電極が基板上に配置されており、上部電極がアクチュエータに取り付けられて、アクチュエータにより上下に変動するものとする。このような構造を持つ可変容量キャパシタでは、アクチュエータに取り付けられた上部電極は、上部電極を構成する膜自身が持つ残留応力により、下部電極と反対側方向（以下、上方向と記す）、あるいは下部電極方向（以下、下方向と記す）に曲がってしまう。このため、アクチュエータを駆動していない初期状態において、上部電極が不適切な位置に配置されたり、上部電極の位置がばらつくという問題が生じている。
【０００３】
なお、この種の関連技術として、ＭＥＭＳとしてのアクチュエータを用いた可変容量キャパシタが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２８１４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、電極を所望の位置に配置することができるＭＥＭＳ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】
【０００５】
本発明の一実施態様のＭＥＭＳは、基板上に設けられ、一端と他端を有し、前記一端が前記基板に対し固定されたアクチュエータと、前記基板上に配置された第１電極と、一端と他端を有し、前記一端は前記アクチュエータの他端に固定され、前記他端は自由端とされた第２電極と、前記第２電極の前記一端と前記他端との間に設けられ、前記第２電極の長手方向に直交し、かつ基板面に対して平行な方向に延伸した直線状の軸を有し、前記直線状の軸の端部が前記基板上で固定された固定軸とを具備し、前記第１電極は前記固定軸に対し前記第２電極の他端側で前記第２電極と対向し、前記固定軸は、前記第２電極と同一材料で一体に形成され、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極の長さは、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極の長さより長く、前記第２電極が持つ残留応力によって、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は基板方向あるいは基板と反対方向のいずれか一方に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は前記一方と反対の方向に変位しており、前記アクチュエータが動くことにより、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極は前記アクチュエータと同じ方向に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極は前記アクチュエータと逆方向に変位することを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の実施態様のＭＥＭＳは、基板の上方に設けられ、可動部を有するアクチュエータと、前記基板上に形成された第１電極と、前記アクチュエータの前記可動部に固定され、前記第１電極と対向する位置に配置されると共に、前記アクチュエータの前記可動部と前記第１電極との間に、前記基板に対して固定された固定軸を有し、前記アクチュエータにより変位される第２電極とを具備し、前記固定軸は、前記第２電極の長手方向に直交し、かつ基板面に対して平行な方向に延伸した直線状の軸を有し、前記直線状の軸の端部が前記基板上で固定され、前記固定軸は、前記第２電極と同一材料で一体に形成され、
前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極の長さは、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極の長さより長く、前記第２電極が持つ残留応力によって、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は基板方向あるいは基板と反対方向のいずれか一方に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極における前記固定軸の近傍部分は前記一方と反対の方向に変位しており、
前記アクチュエータが動くことにより、前記アクチュエータと前記固定軸との間の前記第２電極は前記アクチュエータと同じ方向に変位し、前記固定軸より前記第１電極側の前記第２電極は前記アクチュエータと逆方向に変位することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、電極を所望の位置に配置することができるＭＥＭＳを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。各実施例のアクチュエータを用いたＭＥＭＳでは、圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタを例にとり説明する。
【０００９】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。図２（ａ）は、図１に示した実施例１の可変容量キャパシタの２Ａ−２Ａ線に沿った断面図である。図２（ｂ）は、前記可変容量キャパシタの２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図である。
【００１０】
図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１上には絶縁層２が形成されている。ここで、半導体基板１には、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ等の真性半導体、ＧａＡｓやＺｎＳｅ等の化合物半導体、これら半導体に不純物をドープした高導電性半導体等を用いることができる。また、半導体基板に代えて、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板、あるいはガラス基板等も用いることができる。また、絶縁層２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）等から構成される。
【００１１】
絶縁層２には、部分的に溝３が設けられている。この溝３内の半導体基板１上には、可変容量キャパシタの下部電極４が形成されている。そして、この下部電極４の表面は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）等からなる絶縁層５によって覆われている。絶縁層５は、可変容量キャパシタの上部電極１６と下部電極４との間の誘電体材料としての役割をもつ。ここで、下部電極４を形成する材料として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等が挙げられる。
【００１２】
絶縁層２及び溝３の上には、絶縁層６が設けられている。具体的には、絶縁層６の一端が絶縁層２上に形成され、絶縁層６の他端が絶縁層２上から溝３の上部へ突き出るように形成されている。ここで、絶縁層６に用いられる絶縁材料として、圧電型アクチュエータ７の動きに連動して簡単に可動する材料がよく、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。この絶縁層６は、上記絶縁材料の単層でもよく、これらを複数組み合わせた積層構造をとってもよい。
【００１３】
絶縁層６上には、圧電型アクチュエータ７が設けられている。この圧電型アクチュエータ７では、絶縁層６上に、下部電極８、圧電層９、上部電極１０が順次積層されている。ここでは、図２（ａ）に示すように、下部電極８の面積は、圧電層９及び上部電極１０の面積よりも大きく形成されている。下部電極８の面積を圧電層９及び上部電極１０の面積よりも大きくすることにより、下部電極８に接続されるコンタクトプラグ１１の形成が容易になるという利点がある。なお、下部電極８と、圧電層９及び上部電極１０との面積が同じでもよいし、下部電極８より、圧電層９及び上部電極１０の面積の方が大きくてもよい。
【００１４】
また、圧電層９の面積も、上記下部電極８と同様に、下部電極８及び上部電極１０の面積よりも大きくても小さくてもよいし、同じ面積でもよい。さらに、圧電層９の平面形状は、長方形とする場合が多い。しかし、圧電層９の平面形状は、様々な形状とすることができ、例えば、正方形や多角形等、さらにミアンダ形状としてもよい。
【００１５】
圧電型アクチュエータ７の下部電極８及び上部電極１０の材料としては、例えば、Ａｕ、またＡｕにＣｏやＮｉを含む合金、またＰｔ、Ｓｒ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ等のうちいずれか１つを含む材料や、これら材料のうちいずれか１つを含んだ窒化物、導電性酸化物、また上記材料からなる化合物、若しくはこれらの材料、窒化物、導電性酸化物、化合物から選ばれた材料を積層したものがある。
【００１６】
また、圧電層９の材料として、例えば、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰｂＴｉＯ、ＢＴＯ（ＢａＴｉＯ3）等のセラミック圧電材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材料等がある。
【００１７】
圧電型アクチュエータ７及び絶縁層２上には、圧電型アクチュエータ７を覆うように絶縁層１２が形成される。ここで、絶縁層１２の材料として、ＳｉＯ2等がある。圧電型アクチュエータ７の下部電極８の端部には、コンタクトプラグ１１が絶縁層１２を貫通して形成されている。そして、このコンタクトプラグ１１は、絶縁層１２上に形成されたコンタクト層１３に接続されている。これにより、コンタクト層１３から下部電極８に電圧を印加することができる。また、圧電型アクチュエータ７の上部電極１０にも、コンタクトプラグ１４が形成されている。そして、コンタクトプラグ１４は、絶縁層１２上に形成されたコンタクト層１５に接続されている。これにより、コンタクト層１５から上部電極１０に電圧を印加することができる。ここで、コンタクトプラグ１１，１４やコンタクト層１３，１５に用いられる材料として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等がある。
【００１８】
可変容量キャパシタの上部電極１６は、絶縁層６から下部電極４の上方に位置するところまで突き出すように形成されている。そして、この上部電極１６の長手方向に直交する方向に、固定軸１７が設けられている。この固定軸１７は、上部電極１６に接続され、あるいは上部電極１６と同一材料で一体に形成され、可変容量キャパシタの下部電極４と圧電型アクチュエータ７との間に配置されている。また、図２（ｂ）に示すように、上部電極１６は、半導体基板１上に空洞を介して設けられている。溝３上の固定軸１７は、半導体基板１上に空洞を介して配置され、絶縁層２上の固定軸１７は、絶縁層２に固定されている。また、上部電極１６に接続された固定軸１７には、上部電極１６が可変容量キャパシタとして、動作するために電位が与えられるコンタクト（図示せず）に接続されている。ここで、可変容量キャパシタの上部電極１６及び固定軸１７に用いる材料として、Ｓｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌのいずれか、またＡｕにＣｏやＮｉを含む合金等がある。また、以降の説明では、上部電極１６を、圧電型アクチュエータ７と固定軸１７との間に位置する第１部分１６Ａと、固定軸１７より下部電極４側に位置する第２部分１６Ｂとに分ける。
【００１９】
このような構造を持つＭＥＭＳ可変容量キャパシタでは、圧電型アクチュエータ７を駆動していない初期状態において、アクチュエータ７と固定軸１７間の上部電極１６の第１部分１６Ａと、固定軸１７より下部電極４側の上部電極１６の第２部分１６Ｂとが、上部電極自身が持つ残留応力によって上方向あるいは下方向に曲がる。ここでは、図２（ｃ）に示すように、上部電極１６の第１部分１６Ａと第２部分１６Ｂが上方向に曲がるものとする。このとき、上部電極１６の第１部分１６Ａ側はアクチュエータ７の一端に固定されており、アクチュエータ７の他端が半導体基板１上の絶縁層２に固定されているので、第１部分１６Ａの変位の自由度は小さい。一方、上部電極１６の第２部分１６Ｂは、先端が自由端になっているため、第１部分１６Ａが上方向に曲がることで、第２部分１６Ｂにおける固定軸１７の近傍部分は下方向に変位することができる。この第２部分１６Ｂの下方向への変位によって、第２部分１６Ｂの上方向への変位量が低減される。これにより、上部電極１６の第２部分１６Ｂを所望の位置に配置することができる。
【００２０】
例えば、固定軸１７がない場合には、初期状態において第１部分１６Ａと第２部分１６Ｂとを合わせた上部電極１６が残留応力によって上方向に曲がるため、上部電極１６は上方向に大きく変位し、所望の位置から外れる場合がある。
【００２１】
本実施例のように、第１部分１６Ａと第２部分１６Ｂとの間に固定軸１７が形成されている場合には、第１部分１６Ａと第２部分１６Ｂとが残留応力によって上方向に曲がる。そして、第１部分１６Ａが上方向に曲がることにより、第１部分１６Ａにおける固定軸１７の近傍部分が上方向に変位する。第２部分１６Ｂにおける固定軸１７の近傍部分でも、同様に上方向に変位しようとする力が生じるものの、第１部分１６Ａとは異なり、第２部分１６Ｂの他端は自由端となっているため、第１部分１６Ａの上方向への変位により、第２部分１６Ｂには固定軸１７を中心に下方向へ回転しようとする力が容易に働き、結果的に第２部分１６Ｂにおける固定軸１７の近傍部分は下方向に変位する。このため、前述したように、第２部分１６Ｂは残留応力によって上方向に曲がるが、固定軸１７の近傍部分の下方向への変位により、第２部分１６Ｂの上方向への変位量は低減される。これにより、下部電極４に対向する上部電極１６の第２部分１６Ｂを所望の位置に配置することができる。
【００２２】
また、ＭＥＭＳ可変容量キャパシタにおける容量を可変とするために、上部電極１６を下部電極４に近づけるには、圧電型アクチュエータ７を上方向へ駆動することにより、上部電極１６の第１部分１６Ａを上方向に変位させる。これにより、固定軸１７を中心とした上部電極１６の回転に基づき、第２部分１６Ｂは初期状態の位置から下方向に変位し、可変容量キャパシタの容量を可変とすることができる。なお、本実施例は、上部電極１６が残留応力により上方向（基板と反対側方向）に曲がる場合を説明したが、上部電極１６が残留応力により下方向（基板方向）に曲がる場合にも適用できる。
【００２３】
実施例１に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタは、次のような手順で製造することができる。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、実施例１に係る可変容量キャパシタの製造方法を示す断面図である。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、半導体基板１上に、例えば、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いて絶縁層２を形成する。さらに、例えば、リソグラフィとＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法を用いて、絶縁層２の一部に溝３を形成する。次に、この溝３内の半導体基板１上に、可変容量キャパシタの下部電極４と、この下部電極４を覆うように絶縁層５を形成する。そして、絶縁層２の一部に形成した溝３内に、例えば、ＣＶＤ法を用いて、多結晶シリコン膜（犠牲膜）１８を埋め込む。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層２及び多結晶シリコン膜１８上に、前述した構成の圧電型アクチュエータ７と可変容量キャパシタの上部電極１６を形成する。このとき、可変容量キャパシタの上部電極１６の形成と同時に周知のパターニング技術により、上部電極１６に接続された固定軸１７、あるいは上部電極１６と同一材料で一体に形成された固定軸１７を加工すればよい。
【００２６】
次に、圧電型アクチュエータ７及び絶縁層２上に、絶縁層１２を形成する。そして、圧電型アクチュエータ７の上部電極１０及び下部電極８に接続されたコンタクトプラグ１１，１４及びコンタクト層１３，１５を形成する。さらに、可変容量キャパシタの上部電極１６及び下部電極４に接続されたコンタクト（図示せず）を形成する。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示すように、フッ素ガス系のガス、例えば、ＸｅＦ2を使用したＣＤＥ(Chemical Dry Etching)法を用いて、溝３内の多結晶シリコン膜（犠牲膜）１８を除去する。ここで、多結晶シリコン膜（犠牲膜）１８を除去したとき、前述したように、上部電極１６の第１部分１６Ａと第２部分１６Ｂとの間に固定軸１７が形成されていることにより、上部電極１６の残留応力による上方向への曲がりを抑制することができる。それでも、第１部分１６Ａと第２部分１６Ｂは残留応力によってそれぞれ上方向に曲がるが、第１部分１６Ａが上方向に曲がると、第２部分１６Ｂにおける固定軸１７の近傍部分は下方向に変位する。この第２部分１６Ｂの下方向への変位によって、第２部分１６Ｂの上方向への変位量は低減される。この結果、上部電極１６の第２部分１６Ｂを所望の位置に配置することができる。以上により、本発明の実施例１に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタを製造することができる。
【００２８】
前述した本発明の実施例１に係る可変容量キャパシタは、次のような操作で動作することができる。
【００２９】
アクチュエータ７の上部電極１０、下部電極８に電圧を印加する、例えば、下部電極８に接地電位０Ｖ、上部電極１０に３Ｖの電圧を印加すると、アクチュエータ７の圧電層９は、横方向に収縮する。すると、アクチュエータ７は上方向あるいは下方向へ動く。ここでは、アクチュエータ７は上方向へ動くように構成されている。
【００３０】
そして、アクチュエータ７の上方向の変位により、アクチュエータ７の可動部に接続された上部電極１６の第１部分１６Ａが上方向へ変位する。このとき、本実施例では、上部電極１６に固定軸１７が設けられているので、固定軸１７よりもアクチュエータ７側の第１部分１６Ａの上方向への変位により、固定軸１７より下部電極４側の第２部分１６Ｂは、下方向（下部電極４方向）へ変位する。すると、可変容量キャパシタの上部電極１６と下部電極４との間の距離が小さくなり、可変容量キャパシタの容量が大きくなる。そして、上部電極１６と下部電極４上の絶縁層５とが接触したときに、可変容量キャパシタの容量が最大となる。このように、アクチュエータ７の上方向への変位量を制御することにより、可変容量キャパシタの容量を可変とすることができる。
【００３１】
以上説明したように実施例１に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタでは、可変容量キャパシタの上部電極１６に固定軸１７を設けることにより、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた上部電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、上部電極を所望の位置に配置することができる。
【００３２】
［実施例２］
図４は、本発明の実施例２に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。
【００３３】
本実施例２の上記実施例１との違いを以下に述べる。実施例１では、可変容量キャパシタの上部電極１６の長手方向と直交する方向に、上部電極１６と接続した細長い固定軸１７を設けていた。実施例２では、図４に示すように、固定軸１７による上部電極１６を固定する強度を大きくするため、固定軸１７の一部に広い領域１９を設けている。なお、その他の実施例１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
このような構成を有する可変容量キャパシタは、実施例１で示した製造方法において、上部電極１６及び固定軸１７を形成するときに、固定軸１７の一部に広い領域１９が形成されるようにパターニングを行うことにより、製造することができる。前記可変容量キャパシタのその他の部分の製造方法は、実施例１と同様であるため、説明は省略する。また、本実施例２に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの動作も、実施例１と同様であるので説明は省略する。
【００３５】
実施例２に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタでは、可変容量キャパシタの上部電極１６に固定軸１７を設けることにより、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた上部電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、上部電極を所望の位置に配置することができる。
【００３６】
さらに、実施例１では幅の細い材料からなる固定軸１７の一部に、幅の広い領域１９を設けることにより、上部電極１６を固定する固定軸１７の強度を上げることができる。これにより、可変容量キャパシタの初期状態における上部電極の配置位置のばらつきを小さくでき、初期状態における上部電極の位置を安定化することができる。
【００３７】
ここで、可変容量キャパシタの上部電極１６に接続された固定軸１７をさらに強化する方法として、固定軸１７の膜厚を厚く形成することもできる。また、固定軸１７の幅を太くして固定軸１７の強度を向上させることもできる。さらに、この固定軸１７上に別の金属材料を堆積させ、固定軸１７の強度を向上させることもできる。この別の金属材料として、可変容量キャパシタの上部電極１６、下部電極４に用いられる材料と同一の材料を用いるのがよい。
【００３８】
［実施例３］
図５は、本発明の実施例３に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。図６は、図５に示した可変容量キャパシタの６−６線に沿った断面図である。
【００３９】
本実施例３の上記実施例１との違いは、実施例１における上部電極１６の長手方向の距離よりも、実施例３では、図５及び図６に示すように、上部電極１６の長手方向の距離が大幅に長くなっている。なお、その他の実施例１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
ここで、例えば、アクチュエータ７が動作していない時の、上部電極１６の端部と絶縁層５との距離をＡとし、アクチュエータ７が動作した時の、アクチュエータ７下の絶縁層６の端部の変位をＢとする。この場合、アクチュエータ７を構成する絶縁層６の端部と固定軸１７との距離Ｃと、固定軸１７と上部電極１６の端部との距離Ｄは、Ｄ×Ｂ／Ｃ＞Ａの関係が成り立つように配置する。具体的には、上部電極１６の端部と絶縁層５との距離Ａが２μｍであり、アクチュエータ７が動作することで、アクチュエータ７下の絶縁層６の端部が１μｍ変位した場合、固定軸１７とアクチュエータ７を構成する絶縁層６の端部との距離Ｃを１μｍ、固定軸１７と上部電極１６の端部との距離Ｄを３μｍにする。
【００４１】
以上より構成される圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタは、絶縁層２に溝３を形成するときに、可変容量キャパシタの上部電極１６を長手方向に長く形成できるように、溝３を上部電極１６の長手方向に広く形成する。そして、上部電極１６の形成では、上部電極１６及び固定軸１７を形成するときに、上部電極１６の長手方向が大幅に長くなるようにパターニングを行う。これにより、本実施例３の圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタを形成することができる。前記可変容量キャパシタのその他の部分の製造方法は、実施例１と同様であるので、説明は省略する。また、本実施例３の圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの動作も、実施例１と同様であるので説明は省略する。
【００４２】
実施例３に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタでは、可変容量キャパシタの上部電極１６に固定軸１７を設けることにより、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた上部電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、上部電極を所望の位置に配置することができる。
【００４３】
また、上部電極１６に接続された固定軸１７の位置を調整することにより、アクチュエータ７の小さな変位で、上部電極１６を大きく変位させることができる。したがって、可変容量キャパシタの上部電極１６の長手方向を、実施例１に比べて大幅に長くすることにより、圧電型アクチュエータ７の小さい変位量で上部電極１６を下方向へ大きく変位させることができる。
【００４４】
［実施例４］
図７は、本発明の実施例４に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。図８は、図７に示した可変容量キャパシタの８−８線に沿った断面図である。
【００４５】
本実施例４の上記実施例３との違いは、本実施例４では、図７及び図８に示すように、上部電極１６上に引張応力を有する膜２０を成膜している。ここで、引張応力を有する膜２０として、例えば、ＳｉＮ、ＴｉＮ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＰＺＴ、ＳｒＴｉＯ3等がある。なお、その他の実施例３と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
本実施例４の可変容量キャパシタでは、上部電極１６及び固定軸１７を形成するときに、上部電極１６及び固定軸１７の材料となる金属膜を成膜した後、引張応力を有する膜２０をこの金属膜上に成膜する。そして、前記金属膜と引張応力を有する膜２０に対して、上部電極１６及び固定軸１７のパターニングを行うことにより、上部電極１６上に引張応力を有する膜２０が積層された可変容量キャパシタが形成される。前記可変容量キャパシタのその他の部分の製造方法は、実施例１と同様であるので、説明は省略する。また、本実施例４の可変容量キャパシタの動作も、実施例１と同様であるので説明は省略する。
【００４７】
本実施例４に係る可変容量キャパシタは、可変容量キャパシタの上部電極１６上に引張応力を有する膜２０を成膜することにより、絶縁層６から突き出した上部電極１６の垂れ下がりを防ぐことができる。さらに、可変容量キャパシタの上部電極１６に固定軸１７を設けることにより、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた上部電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、上部電極を所望の位置に配置することができる。
【００４８】
ここで、本実施例４では、可変容量キャパシタの上部電極１６の形状として、実施例３と同様に、上部電極１６を長手方向に長く形成していたが、実施例１のように、長手方向に長く形成しない場合にも適用することができる。
【００４９】
［実施例５］
図９は、本発明の実施例５に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。図１０は、図９に示した可変容量キャパシタの１０−１０線に沿った断面図である。
【００５０】
本実施例の上記各実施例との違いを以下に述べる。上記各実施例では、上部電極１６の一箇所に固定軸１７を設けた。本実施例５では、図９、図１０に示すように、下部電極２２の２箇所に固定軸１７，２１を設けている。
【００５１】
本実施例５に係る可変容量キャパシタは、図１０に示すように、溝３内の半導体基板１上に下部電極４を形成せず、アクチュエータ７に接続される電極が下部電極２２となる。そして、下部電極２２の上方に上部電極２３が形成されている。上部電極２３は、絶縁層２４の下部に形成され、絶縁層２５が上部電極２３を覆うように形成されている。前記絶縁層２４は、下部電極２２と上部電極２３との間が空洞になるように、絶縁層１２及び絶縁層２上に設けられた支持層２６により支えられている。
【００５２】
このような構造を持つＭＥＭＳ可変容量キャパシタでは、圧電型アクチュエータ７を駆動していない初期状態において、下部電極２２を構成する、アクチュエータ７と固定軸１７間の第１部分２２Ａと、固定軸１７と固定軸２１間の第２部分２２Ｂと、固定軸２１より上部電極２３側の第３部分２２Ｃとが、下部電極自身が持つ残留応力によって上方向に曲がる。ここで、第１部分２２Ａが上方向に曲がると、第２部分２２Ｂにおける固定軸１７の近傍部分は下方向に変位する。この第２部分２２Ｂの下方向への変位によって、第２部分２２Ｂの上方向への変位量が低減される。ここでさらに、第２部分２２Ｂが上方向に変位すると、第３部分２２Ｃにおける固定軸２１の近傍部分は下方向に変位する。この第３部分２２Ｃの下方向への変位によって、第３部分２２Ｃの上方向への変位量が低減される。この結果、下部電極２２の第３部分２２Ｃを所望の位置に配置することができる。
【００５３】
前述した本発明の実施例５に係る可変容量キャパシタは、次のような操作で動作することができる。
【００５４】
アクチュエータ７の上部電極１０、下部電極８に電圧を印加する、例えば、下部電極８に接地電位０Ｖ、上部電極１０に３Ｖの電圧を印加すると、アクチュエータ７の圧電層９は、横方向に収縮する。すると、アクチュエータ７は上方向あるいは下方向へ動く。ここでは、アクチュエータ７は上方向へ動くように構成されている。
【００５５】
そして、アクチュエータ７の上方向の変位により、アクチュエータ７の可動部に接続された下部電極２２の第１部分２２Ａが上方向へ変位する。この上方向の変位により、下部電極２２の第２部分２２Ｂは、下方向へ変位する。さらに、この下方向の変位により、下部電極２２の第３部分２２Ｃは上方向へ変位する。以上により、下部電極２２と上部電極２３との間の距離が小さくなり、可変容量キャパシタの容量が大きくなる。そして、下部電極２２と上部電極２３上の絶縁層２５とが接触したときに、可変容量キャパシタの容量が最大となる。このように、アクチュエータ７の上方向への変位量を制御することにより、可変容量キャパシタの容量を可変とすることができる。
【００５６】
以上説明したように実施例５に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタでは、可変容量キャパシタの下部電極２２の２箇所に固定軸１７、２１を設けることにより、アクチュエータ７を駆動していない初期状態において、アクチュエータ７に取り付けられた下部電極２２が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも下部電極２２を所望の位置に配置することができる。なお、ここでは可変容量キャパシタの電極に設けた固定軸の数を２箇所としたが、さらに固定軸の数を３箇所以上に増やしてもよい。
【００５７】
本発明の実施例に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタでは、アクチュエータに取り付けられた電極に固定軸を設けることにより、アクチュエータを駆動していない初期状態において、アクチュエータに取り付けられた電極が残留応力により上方向あるいは下方向のいずれかの方向に曲がった場合でも、電極を所望の位置に配置することができるＭＥＭＳが提供可能である。
【００５８】
なお、本発明は、上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記各実施例では、圧電型アクチュエータを用いて可変容量キャパシタを構成していたが、それ以外のアクチュエータ、例えば、静電型、熱式、磁性型等のアクチュエータも上記各実施例に用いることができる。また、上記各実施例では、ＭＥＭＳ技術を用いた可変容量キャパシタを例に説明したが、電極間の誘電体材料をなくすことによって、スイッチにも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は図１に示した可変容量キャパシタの構造を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）における固定軸の近傍を拡大した断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例１に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。
【図６】図５に示した可変容量キャパシタの６−６線に沿った断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。
【図８】図７に示した可変容量キャパシタの８−８線に沿った断面図である。
【図９】本発明の実施例５に係る圧電型アクチュエータを用いた可変容量キャパシタの構造を示す平面図である。
【図１０】図９に示した可変容量キャパシタの１０−１０線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…半導体基板、２…絶縁層、３…溝、４…下部電極（可変容量キャパシタ）、５…絶縁層（可変容量キャパシタ）、６…絶縁層、７…圧電型アクチュエータ、８…下部電極、９…圧電層、１０…上部電極、１１…コンタクトプラグ、１２…絶縁層、１３…コンタクト層、１４…コンタクトプラグ、１５…コンタクト層、１６…上部電極（可変容量キャパシタ）、１６Ａ…上部電極１６の第１部分、１６Ｂ…上部電極１６の第２部分、１７…固定軸、１８…多結晶シリコン膜（犠牲膜）、１９…固定軸１７の広い領域、２０…引張応力を有する膜、２１…固定軸、２２…下部電極（可変容量キャパシタ）、２２Ａ…下部電極２２の第１部分、２２Ｂ…下部電極２２の第２部分、２２Ｃ…下部電極２２の第３部分、２３…上部電極（可変容量キャパシタ）、２４…絶縁層、２５…絶縁層（可変容量キャパシタ）、２６…支持層。
【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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