(57)【要約】    【課題】低い電圧で安定に動作する安価なＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法を提供すること。    【解決手段】基板３上に形成された第一のアンカ7-2-1と、第一のアンカに連接した第一のバネ7-3-1と、第一のバネに連接し、第一のバネに弾性変形を与えて基板３の上方で運動をする上部電極7-1と、上部電極の下方に位置する基板上に形成された下部電極１と、上部電極に連接した第二のバネ7-3-2と、第二のバネに連接した第二のアンカ7-2-2とを備え、上部電極と下部電極との間に電圧が印加されて上部電極が下方に運動するとき、第二のアンカが基板に接触して第二のバネが弾性変形を起こし、続いて上部電極が下部電極に接触することにより、上部電極と下部電極とが電気的に接続される。第一、二のアンカ、第一、二のバネ及び上部電極が同一金属によって一体構造で作製され、メンブレン７となる。【選択図】  図１
2005142982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成された第一のアンカと、
上記第一のアンカに連接した第一のバネと、
上記第一のバネに連接し、上記第一のバネに弾性変形を与えて上記基板の上方で運動をする上部電極と、
上記上部電極の下方に位置する上記基板上に形成された下部電極と、
上記上部電極に連接した第二のバネと、
上記第二のバネに連接した第二のアンカとを具備し、
上記上部電極と上記下部電極との間に電圧が印加されて上記上部電極が下方に運動するとき、上記第二のアンカが上記基板に接触して上記第二のバネが弾性変形を起こし、続いて上記上部電極が上記下部電極に接触することにより、上記上部電極と上記下部電極とが電気的に接続されることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
上記第一のバネと上記第一のアンカと上記第二のバネと上記第二のアンカと上記上部電極とが一体構造を成し、且つ連続した金属体によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項３】
上記下部電極は絶縁体膜を表面に含み、上記上部電極が表面に絶縁体膜を含んだ上記下部電極に接触することにより、上記上部電極と上記下部電極との間に電気的容量が形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
上記金属がアルミニウムを主成分とする金属であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
上記第一のバネの主な復元力が固体のねじれに対する弾性力であり、第二のバネの主な復元力が固体のたわみに対する弾性力であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
上記第二のアンカの下方の上記基板上に金属体が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
上記上部電極は、該上部電極の厚さよりも大きいディップを有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
上記第一のバネを挟んで両側に上記上部電極と上記第二のバネと上記第二のアンカとがこの順に取り付けられてプッシュプル構造を成すことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
基板と、
上記基板上に形成された第一のアンカ構造と、
上記第一のアンカ構造に連接した第一のバネと、
上記第一のバネに連接し、上記第一のバネに弾性変形を与えて上記基板の上方で運動をする上部電極と、
上記上部電極の下方に位置する上記基板上に形成された下部電極と、
上記上部電極に連接した第二のバネと、
上記第二のバネに連接した第二のアンカとを具備し、
上記上部電極と上記下部電極との間に電圧が印加されて上記上部電極が下方に運動するとき、上記第二のアンカが上記基板に接触して上記第二のバネが弾性変形を起こし、続いて上記上部電極が上記下部電極に接触することにより、上記上部電極と上記下部電極とが電気的に接続されるＭＥＭＳスイッチの製造方法であって、
上記下部電極を上記基板上に形成する工程と、
上記下部電極を形成した上記基板上に、成膜とパタンニングを行なって少なくとも２層の犠牲膜を形成する工程と、
上記犠牲膜の上に１回の金属膜の成膜とそのパタンニングにより、上記第一のバネと上記第一のアンカと上記第二のバネと上記第二のアンカと上記上部電極とを一体構造で形成する工程と、
上記犠牲膜を除去する工程とを具備することを特徴とするＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）スイッチ及びその製造方法に係り、特に数百メガヘルツから数ギガヘルツ以上の広い周波数の電気信号をオン／オフするＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気信号をオン／オフする微細な電気機械部品として、ＭＥＭＳスイッチが知られている。例えば、特許文献１に開示されたＭＥＭＳスイッチは、半導体装置の製造に用いる微細製造技術によって基板上に作り込まれている。基板上に絶縁体による突出部が形成されてアンカ（支持体）となり、該アンカに絶縁膜による片持アームが固定される。片持アームの上部に上部電極が形成され、先端に接触部が下向きに形成される。基板上に上部電極に対向して下部電極が形成され、接触部の下方の基板上に信号線が形成される。
【０００３】
上部及び下部電極に電圧が印加されないときは接触部と信号線が離れ、スイッチはオフ状態になっている。電圧が印加されると上部電極と下部電極の間に働くクーロン力によってアームが弾性変形して基板側に曲がり、接触部が信号線に接触する。それによって、スイッチがオン状態になる。
【０００４】
さて、携帯電話などでは、電池を電源とするため、３Ｖ程度でスイッチ動作する必要がある。動作電圧を下げるために、バネの復元力を小さくせざるを得ないが、そのように復元力を弱くするとスティクションにより、上部電極と下部電極、又は接触部と信号線が離れなくなってしまう。そのため、動作電圧の低電圧化が困難になる。
【０００５】
この問題に対する解決方法の一例として、バネの途中に突起を設けることにより、スティクションを起こしたときの復元力を大きくする方法が特許文献２に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１７３００号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００２−３２６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来のＭＥＭＳスイッチには、以下の問題点がある。
【０００９】
バネの途中に突起を設けると、部分的にバネを構成する膜構造（以下「メンブレン」という）が多層構造になる。メンブレンを多層構造にすると、残留内部応力が発生し、バネの弾性係数が大きくなり、低電圧化に限界が生じる。また各層の内部応力の差、熱膨張率の差により、メンブレンが湾曲する。
【００１０】
例えば、１００マイクロメータ長のメンブレンに曲率半径６００マイクロメータの湾曲が発生すると、変形はメンブレンの中心部で２マイクロメータとなる。下凸に湾曲すると電圧を加える前に上下電極は接触してしまう。また上凸に湾曲するとギャップが４マイクロメートルとなり、動作電圧が４倍に上がってしまう。
【００１１】
このため、湾曲を極めて高い精度で抑圧する必要がある。また、多層膜を用いた場合、室温で湾曲がなくても、熱膨張率の差により、室温よりも高温又は低温になると湾曲が発生してしまう。このため、多層膜を用いたＭＥＭＳスイッチでは、湾曲の抑圧することが極めて難しく、また低電圧で動作できる温度範囲が著しく狭くなることが避けられない。
【００１２】
本発明の主たる目的は、これらの課題を解決し、低い電圧で安定に動作するＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
更に、本発明の付加的な目的は、構造が簡単で高い加工精度が得られるメンブレムを備えた安価なＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記主たる目的を達成するための本発明のＭＥＭＳスイッチは、基板上に形成された第一のアンカと、第一のアンカに連接した第一のバネと、第一のバネに連接し、第一のバネに弾性変形を与えて基板の上方で運動をする上部電極と、上部電極の下方に位置する基板上に形成された下部電極と、上部電極に連接した第二のバネと、第二のバネに連接した第二のアンカとを備えており、上部電極と下部電極との間に電圧が印加されて上部電極が下方に運動するとき、第二のアンカが基板に接触して第二のバネが弾性変形を起こし、続いて上部電極が下部電極に接触することにより、上部電極と下部電極とが電気的に接続されることを特徴とする。
【００１５】
上記構造において、上部電極と下部電極との間に電圧が印加されて上部電極が基板に近づき、クーロン力が高まった段階で第二のバネが働き、続いて上部電極が下部電極に接触してスイッチはオンとなる。電圧の印加を止めてスイッチがオフとなるとき、第一のバネと第二のバネの両者の復元力を加えた強い復元力が得られ、確実に上部電極が下部電極から離れる。そのことから、第一のバネの復元力を弱くすることが可能になり、印加電圧を低電圧にすることが可能になる。
【００１６】
更に、上記付加的な目的を達成するために、上記の第一のバネ、第一のアンカ、第二のバネ、上記第二のアンカ及び上部電極は一体構造を成してメンブレムとなり、且つ連続した同一の金属体によって形成されることが望ましい。一体構造のメンブレムが金属膜の１回の成膜とパターンニングによって得られ、構造が簡単で高い加工精度が得られるメンブレムを備えた安価なＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、メンブレンに宙に浮いた第二のアンカを設定したことにより、スティクションを防止することができ、その結果、ＭＥＭＳスイッチのスイッチング電圧を下げることが可能になる。更に、メンブレンの各バネと各アンカと上部電極を一体構造としたことにより、低電圧動作のＭＥＭＳスイッチを安価に提供できる効果がある。加えて、メンブレンの不要な湾曲を抑えることができるため、設計が容易になり、かつ製造偏差を抑えることができ、一層安価なＭＥＭＳスイッチを提供する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るＭＥＭＳスイッチを図面に示した幾つかの好ましい実施形態を参照して、更に詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明の第一の実施形態を模式図で示す。絶縁基板３上に信号線路１とグランド２が形成されている。絶縁基板３は、例えばガラス基板、化合物半導体基板、高抵抗シリコン基板、圧電体基板などの絶縁材料で形成されている。絶縁基板３はまた、酸化ケイ素に代表される絶縁膜で表面を覆った半絶縁体基板、又は導電体基板でも良い。
【００２０】
信号線１は、所定の距離に設置されたグランド２と合せて、図面表裏方向に伸びるコプレーナ型高周波信号線路として機能している。信号線１の表面は誘電体膜５で覆われている。誘電体膜５の上部に、ギャップ６を挟んでメンブレン７が設置されている。メンブレン７は、上部電極7-1と複数のアンカ7-2と複数のバネ7-3で構成されている。上部電極7-1と複数のアンカ7-2と複数のバネ7-3は、全て低抵抗の金属材料で一体構造で構成されている。上部電極7-1に第一のバネ7-3-1と第二のバネ7-3-2が連接されている。第一のバネ7-3-1は第一のアンカ7-2-1と、第二のバネ7-3-2は第二のアンカ7-2-2と連接されている。第一のアンカ7-2-1は絶縁基板３と機械的に接続されている。いずれのバネ7-3も変位と復元力が線型である線型バネである。
【００２１】
グランド２は高周波的に接地されていることに加えて、直流的にも接地（直流電位０Ｖ）されている。従って、上部電極7-1は、第一のバネ7-3-1と第一のアンカ7-2-1を介して接地されている。
【００２２】
図２は、ＭＥＭＳスイッチとその制御回路の等価回路図である。上部電極7-1は、信号線１に並列に接続された容量型スイッチ50として機能する。ここで、信号線１は直流的に浮いており、信号線１に高周波に対して高いインピーダンスを呈するインダクタンスＬ及び抵抗Ｒを介して制御端子4-3が接続されている。このようにして、信号線１はスイッチの下部電極の機能も有する。即ち、制御端子4-3に制御用の直流電圧を与えると、インダクタンスＬ及び抵抗Ｒを経て信号線１即ち下部電極に同直流電圧が印加される。
【００２３】
信号線１に直流電圧を印加していない（直流電位０Ｖ）のとき、図１に示すように、上部電極7-1は第一のバネ7-3-1と第二のバネ7-3-2で機械的に保持されており、信号線１から十分離れているため、上部電極7-1と信号線路１間の容量値は非常に小さい（スイッチオフ状態）。このとき、信号線１に流れる高周波信号は、その入力端子4-1から出力端子4-2に低損失に伝わる。
【００２４】
信号線１に直流電圧を印加した場合、上部電極7-1と信号線１即ち下部電極との間にクーロン力が発生する。バネの復元力よりもクーロン力が強い場合、上部電極7-1は絶縁膜５に張り付くように接触する（スイッチオン状態）。
【００２５】
このスイッチオン状態のとき、上部電極7-1が誘電体膜５を挿んで信号線１に接近するため、上部電極7-1と信号線１間の容量値は非常に大きくなり、高周波では信号線１は接地されたのと同等となる。このとき入力端子4-1から信号線１に流れる高周波信号は、その大部分が上部電極7-1が誘電体膜５に接している部分で反射されるため、出力端子4-2にはほとんど到達しない。
【００２６】
直流電圧を印加した直後では、第二のアンカ7-2-2が宙に浮いているため、第二のバネ7-3-2は機能しない。第一のバネ7-3-1が所定量変形し、第二のアンカ7-2-2が基板と接触すると、第二のバネ7-3-2は、復元力を持つバネとして機能する。
【００２７】
信号線１の中心部の直上の上部電極7-1の移動距離と、そのときに上部電極7-1に働くバネの復元力の関係を図３に示す。ここで、上部電極7-1と信号線１は平行であると仮定している。アンカ7-2-2と直下のグランド２との間の距離は、上部電極7-1と直下の誘電体膜５との間の距離の３／４に設定されている。そのため、アンカ7-2-2が直下のグランド２に接触した状態では、上部電極の変位は、オフとオンとの間の３／４に設定される。
【００２８】
上記のように動作する静電駆動型ＭＥＭＳスイッチでは、臨界変位はギャップの１／３であり、０から１／３までの間でバネ復元力とクーロン力が最も拮抗する。そのため、１／３でのバネ復元力がスイッチをオン状態にするための印加電圧、即ちプルイン電圧を決める。本実施形態は、図３で示すように、０から３／４の領域ではアンカ7-2-2は宙に浮いているため、０から１／３領域のバネ復元力が弱く設定されている。第一のバネ7-3-1のバネ係数を０．１５６Ｎ／ｍに設定することにより、プルイン電圧を３Ｖより小さく設定することが可能になる。
【００２９】
静電駆動型ＭＥＭＳスイッチでは、オン状態で接触した上部電極7-1と誘電体膜５との間のスティクションが重要な問題となる。スティクションがバネの復元力より強いと、電圧を０Ｖに戻しても上部電極7-1が誘電体膜５に接触したままとなり、オフ状態にならない問題が生じる。本実施形態におけるオン状態では、上部電極7-1が誘電体膜５に接近してクーロン力が高まってからアンカ7-2-2がグランド２と接触するため、第二のバネ7-3-2の復元力を強く設定することが可能になる。従って、第二のバネ7-3-2のバネ係数は、接触張力が比較的高い２０μＮでも安定にオフ状態に戻るように設定することができ、具体的には本実施形態では第一のバネ7-3-1よりも大幅に強い７．３１Ｎ／ｍに設定される。
【００３０】
以上により、本発明では、第一のバネと、第二のバネを有し、第一のバネのバネ係数を０．１５６Ｎ／ｍとし、第二のバネを７．３１Ｎ／ｍとし、第二のバネの動作領域を３／４〜１としたことにより、低い電圧で安定に動作する高周波用のＭＥＭＳスイッチを提供することが可能になった。
【００３１】
図４、図５及び図６に本発明の第二の実施形態を示す。絶縁基板３上にＡｌ膜により信号線１とグラウンド２が形成されている。絶縁基板３は熱酸化膜で覆われた高抵抗シリコン基板で形成されている。信号線１は、所定の距離に設置されたグランド２と合せて、図５の上下方向に伸びるコプレーナ型高周波信号線路として機能している。信号線１とグランド２の表面の一部は酸化シリコン膜５で覆われている。
【００３２】
誘電体膜５の上部に、ギャップ６を挟んでメンブレン７が設置されている。メンブレン７は上部電極7-1と複数のアンカ7-2と複数のバネ7-3で構成されている。上部電極7-1と複数のアンカ7-2と複数のバネ7-3は全てアルミニウム膜で構成されている。
【００３３】
上部電極7-1に第一のバネ7-3-1と第二のバネ7-3-2が連接されている。第一のバネ7-3-1は第一のアンカ7-2-1と、第二のバネ7-3-2は第二のアンカ7-2-2と連接されている。第一のアンカ7-2-1は絶縁基板３と機械的に接続されている。グランド２は高周波的に接地されていることに加えて、直流的にも接地（直流電位０Ｖ）されている。上部電極7-1は、第一のバネ7-3-1と第一のアンカ7-2-1を介して接地されている。
【００３４】
本実施形態のスイッチの電気回路は、図３と同様である。上部電極7-1は、信号線１に並列腕に接続された容量型スイッチとして機能する。ここで信号線１はスイッチの下部電極の機能も有する。
【００３５】
第一のバネ7-3-1は、ねじれバネとして機能し、長さ５０μｍ、幅２μｍ、厚さ２μｍである。それにより、ねじれバネ係数は０．１６Ｎ／ｍに設定されている。第二のバネ7-3-2は、たわみバネとして機能しており、長さ４０μｍ、幅０．５μｍ、厚さ２μｍである。それにより、たわみバネ係数は１．７Ｎ／ｍに設定されている。
【００３６】
上部電極7-1は長さ５０μｍ、幅２００μｍに設定されている。第一のバネ7-3-1と上部電極7-1との距離は１２５μｍ、上部電極7-1と誘電体膜５との間のギャップは２μｍ、第二のアンカ7-2-2とグランド２とのギャップは１．５μｍに設定されている。そのため、第二のアンカ7-2-2がグランドと接触するとき、上部電極7-1の中心部と誘電体膜5との間のギャップは１．１μｍである。
上部電極7-1と信号線１が平行でない場合の両者間の静電容量Ｃは、式（１）のように、
【００３７】
【数１】
2005142982.tif 000003
で表される。ここでεは誘電率、Ｓは上部電極7-1の面積、ｇは最も広いギャップ距離、ｈは最も狭いギャップ距離である。上部電極7-1にかかるクーロン力Ｆｑは、回転運動を無視すると、式（２）のように近似的に
【００３８】
【数２】
2005142982.tif 000004
で表すことができ、臨界点は１／３より小さくなる。そのため、アンカ7-2-2がグランド２に接触するときの上部電極7-1の位置を１／３より大きくする必要がある。そのときの上部電極7-1の位置は、両アンカからの距離に依存する。第二のアンカ7-2-2の直ぐ横に上部電極を設置した場合、第二のアンカ7-2-2はギャップの２／３以下、両アンカの中点に設置した場合、１／３以下とすることで効果が生じる。
【００３９】
本発明では、第一のバネと、第二のバネを有し、第一のバネのバネ係数を０．１６Ｎ／ｍとし、第二のバネを１．６Ｎ／ｍとし、第二のバネの動作領域をギャップに対する上部電極7-1の変位の比率０．５５〜１としたことにより、低い電圧で安定に動作する高周波用のＭＥＭＳスイッチを提供している。またメンブレンを複雑な多層構造にしないため、ＭＥＭＳスイッチを安価に実現している。
【００４０】
図７、図８及び図９に本発明の第三の実施形態を示す。第二の実施形態とは異なり、第一のバネ7-3-1と第二のバネ7-3-2は、共にたわみバネとして機能する。本発明の効果はバネの種類に無関係であり、たわみバネでも同様の効果がある。なお、第一のバネのバネ係数を特に小さくする必要がある場合には、小型で弱いバネを実現できるねじれバネを用いた方がＭＥＭＳスイッチを小さくすることができ、コストを下げることができる。
【００４１】
図１０及び図１１に本発明の第四の実施形態を示す。本発明は、第三の実施例を改善したものであり、バネにミアンダ（曲折構造）を用いている。ミアンダを用いることで、小型にでき且つバネ係数を小さくすることができる。設計及び試作により、各バネ係数を第一、第二の実施形態と同じ値に追い込むことが可能であり、同じ効果が得られる。
【００４２】
図１２に本発明の第五の実施形態を示す。バネにミアンダを用いている点は、第四の実施形態と同じであるが、第一のバネ7-3-1は互いに対向する２辺に配置され、第二のバネ7-3-2は、他方の２辺に配置されている。ミアンダを用いることで、小型にでき且つバネ係数を小さくすることができるほか、各バネが２辺に配置されることにより、上部電極7-1を基板に水平を保って安定に動作させることができる。
【００４３】
図１３及び図１４に本発明の第六の実施形態を示す。本実施形態は、上述の第二の実施形態の第一のバネ7-3-1と上部電極7-1の間に第三のバネ7-3-3を設置した構造になっている。第三のバネ7-3-3のバネ係数は、第一のバネ7-3-1より強く、第二のバネ7-3-2より弱く設定されている。第三のバネ7-3-3を設けたことにより、オン状態のとき、ねじれバネである第一のバネ7-3-1がたわむことを防ぐ効果がある。
【００４４】
図１５及び図１６にプッシュプル構造に本発明を適用した第七の実施形態を示す。本実施形態は、第六の実施形態の上部電極7-1を第一のバネ7-3-1の左右に設置した構造になっている。第三のバネ7-3-3を設けたことにより、オン状態のとき、ねじれバネである第一のバネ7-3-1がたわむことを防ぐ効果があるため、反対側が高く持ち上がり、オフ特性を著しく向上させる効果がある。また第二のアンカ7-2-2があるため、高く持ち上がった上部電極を小さいクーロン力で復元することができ、その結果一層の低電圧でスイッチング動作をさせることができる。
【００４５】
図１７は第七の実施形態を１入力２出力スイッチ51として用いた高周波スイッチとその制御回路の等価回路図である。本実施形態では、メンブレン７は接地に接続されるのではなく入力端子4-1に接続され、また、アンカ7-2-2の下方の基板３上に、接地に接続されない島上の金属体９が形成されている。そして、メンブレン７の上部電極7-1が左側の信号線1-1に高周波的に接続してその出力端子4-2-1に接続するか、又は右側の信号線1-2に高周波的に接続してその出力端子4-2-2に接続するかの動作が行なわれる。
【００４６】
具体的には、出力ポート4-2-1は高周波信号を遮断する抵抗Ｒ１及びインダクタンスＬ１を介して直流的に３Ｖに、出力ポート4-2-2は高周波信号を遮断する抵抗Ｒ２及びインダクタンスＬ２を介して直流的に接地されている。容量Ｃ１は、直流３Ｖの端子を高周波的に接地するために用いられる。また、メンブレン７は、容量Ｃ２によって直流的に浮いており、制御端子4-3に高周波信号を遮断する抵抗Ｒ３及びインダクタンスＬ３を介して制御電圧が印加される。そのため、制御端子4-3に３Ｖを印加した場合、高周波的に入力端子4-1は出力端子4-2-2に接続され、制御端子4-3に０Ｖを印加した場合、出力ポート4-2-1に接続される。第六の実施例はオフ状態でのアイソレーションに優れているため、低損失の１入力２出力スイッチをプッシュプル型の一個のスイッチで実現することができる。
【００４７】
図１８、図１９及び図２０に本発明の第八の実施形態を示す。上述の第二の実施形態の上部電極7-1にディップ（くぼみ）８が設けられている。メンブレン７の湾曲して欲しくない場所に、メンブレンの膜厚より深いディップ８が直線方向に二本形成されている。ディップ８があると、その部分の湾曲に対する剛性が増すため、メンブレン７は、外力が生じてもディップ８の直線方向に湾曲し難くなる。上部電極7-1に十字形にディップ８が形成されているため、上部電極7-1の湾曲を抑えることができる。また、ディップを第一のバネ7-3-1に設けることも可能であり、ディップにより第一のバネ7-3-1のたわみを抑えることができる。
【００４８】
以上の第一〜第八の実施形態を実現するに当たり、上部電極7-1と信号線1とのギャップ距離、及び第二のアンカ7-2-2とグランド２との間のギャップ距離を高精度に制御する必要がある。本発明のこれら実施形態では、上部電極7-1及び第二のアンカ7-2-2を含むメンブレン７が一体構造で作成されるため、ギャップ距離を高精度に制御することができる。
【００４９】
しかしながら、従来の製造方法でメンブレン７を作成すると、第二のアンカ7-2-2とグランド２との間のギャップ距離を高精度に制御することができない。ここで、以下にこのことについて説明する。
【００５０】
例えば、本発明の第二の実施形態の第二のアンカ7-2-2を基板３側に作成した従来製法によるスイッチの断面図を図２１に示す。第二のアンカ7-2-2を形成した後に犠牲層を塗布し、メンブレン７を成膜するため、第二のアンカ7-2-2とメンブレン７との間のギャップ距離は、上部電極7-1と信号線１とのギャップ距離とほぼ同じとなり、本発明の効果はない。
【００５１】
また、犠牲層の材料を選定することと第二のアンカ7-2-2を細くすることにより、多少ギャップを小さくすることは可能であるが、制御性が悪く、製造工程が著しく複雑にする。
【００５２】
なお、メンブレン７の成膜前に犠牲層表面を平坦化研磨することにより本発明と類似な効果を得ることはできるが、研磨剤と回転板を用いた研磨では犠牲層膜厚をサブミクロンのオーダで制御することは不可能であり、またイオンやイオンクラスタを用いた表面平坦化装置を用いても膜厚制御性とスループットが悪く、また高価な装置が必要となり、低コストのスイッチを提供することができない。
【００５３】
本発明の第二の実施例の第二のアンカ7-2-2をメンブレン７側に作成した別の従来製法によるスイッチの断面図を図２２に示す。犠牲層を塗布した後に第二のアンカ7-2-2とメンブレン７を成膜するため、図２１に示した場合と同様に、第二のアンカ7-2-2とメンブレン７との間のギャップ距離は、上部電極7-1と信号線１とのギャップ距離とほぼ同じとなり、本発明の効果はない。
【００５４】
なお、第二のアンカ7-2-2を形成する前に犠牲層表面に窪み設けることにより本発明と類似な効果を得ることはできるが、窪みの深さをサブミクロンのオーダで制御することは不可能であり、またストッパ層を用いると、高価な装置と複雑な技術が必要となり、低コストのスイッチを提供することができない。
【００５５】
そもそも、図２２に示す従来のスイッチでは、第二のアンカ7-2-2を付加的に設けたことにより、メンブレン７の一体構造が崩れる。その結果、第二のアンカ7-2-2と接続した部分のメンブレン７の湾曲を抑える条件でメンブレン７を成膜すると、他のメンブレン部分で湾曲が発生する。他のメンブレン部分の湾曲を抑える条件でメンブレン７を成膜すると、第二のアンカ7-2-2と接続したメンブレン部分で湾曲が発生する。
【００５６】
前記したように、本発明のメンブレン７は一体構造であるため、成膜プロセス条件を最適化することにより、湾曲を容易に抑えることができる。
【００５７】
図２３に本発明の第二の実施形態の製造方法を示す。基板３上（図２３のａ）に金属膜１、２の成膜（図２３のｂ）/パターニング（図２３のｃ）、絶縁膜５の成膜（図２３のｃ）/パターニング（図２３のｄ）を行ない、信号線１とグラウンド２と誘電体膜５を形成する（図２３のｄ）。
【００５８】
金属膜１、２には、抵抗加熱蒸着法により、アルミニウムを厚さ２００ｎｍ成膜した。なお、スパッタ法により成膜すると、アルミニウムの表面平坦度が優れ、オン状態の電気特性を更に良くすることができる。また、アルミニウムの代わりに金を電子ビーム蒸着機で成膜すると、抵抗値を小さくすることができる。金の上にメッキ法により更に金を積層することにより、より抵抗値を小さくすることができる。ここで蒸着により金を成膜する場合、隣接層との接着層としてチタン、クロム、モリブデン等を５０ｎｍ程度設けることにより、密着性を高めることができる。
【００５９】
誘電体膜５はスパッタ法により、二酸化珪素を１００ｎｍ成膜した。また，二酸化珪素の代わりに酸化アルミニウムや窒化珪素、窒化アルミニウムを用いると、それらの誘電率が大きいため、オン状態の電気特性を良くすることができる。
【００６０】
次に、誘電体膜５上にポリイミドの成膜（図２３のｅ）/パターニング（図２３のｆ）を二度行ない（図２３のｇ、ｈ）、犠牲膜（20-1、20-2）を形成する。犠牲膜（20-1、20-2）は、回転塗布法により、各ポリイミドを厚さ１１００ｎｍ成膜した。感光性ポリイミドを用いると、塗布、露光、エッチングを２回行なうことで犠牲膜を形成することができるため、プロセスが簡略化することができ、低価格のスイッチを提供することができる。
【００６１】
次に犠牲層（20-2）上に金属膜７の成膜（図２３のｉ）/パターニング（図２３のｊ）を行ない、メンブレン７を形成する。金属膜７は、電子ビーム加熱蒸着法により、アルミニウムを厚さ２０００ｎｍ成膜した。このようにして、一体構造のメンブレン７が１回の金属膜の成膜とパターニングによって形成される。
【００６２】
なお、スパッタ法により成膜すると、アルミニウムの表面平坦度が優れ、ウェハ内の素子の偏差を小さくすることができる。また、アルミニウムの代わりに金を電子ビーム蒸着機で成膜すると、抵抗値を小さくすることができる。金の上にメッキ法により、更に金を積層することにより、より抵抗値を小さくすることができる。ここで、蒸着により金を成膜する場合、隣接層との接着層としてチタン、クロム、モリブデン等を５０ｎｍ程度設けることにより、密着性を高めることができる。
【００６３】
最後にケミカルドライエッチングにより、ポリイミドを除去する（図２３のｋ）。ポリイミド除去により、ギャップ６が形成される。
【００６４】
上記製造方法を用いることにより、メンブレン７の深さ方向の形状はポリイミドのパターニングで、面方向の形状は後者の金属膜のパターニングで行なうことができ、少ない工程数で、容易に高精度なメンブレン７を作成することができる。また、研磨剤と回転板を用いた方法、或いはイオンやイオンクラスタを用いた表面平坦化装置を必要としないため、本発明の製造方法は、膜厚制御性、スループットに優れている。更に、安価な装置でスイッチを製造することが可能であるため、低コストのスイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係るＭＥＭＳスイッチの第一の実施形態を説明するための模式図。
【図２】本発明の第一の実施形態とその制御回路を説明するための等価回路図。
【図３】本発明の第一の実施形態の上部電極に掛かる力の移動距離依存性を示した曲線図。
【図４】本発明の第二の実施形態を説明するための断面図。
【図５】本発明の第二の実施形態を説明するための上面図。
【図６】本発明の第二の実施形態のメンブレンの構造を説明するための斜視図。
【図７】本発明の第三の実施形態を説明するための断面図。
【図８】本発明の第三の実施形態を説明するための上面図。
【図９】本発明の第三の実施例のメンブレンの構造を説明するための斜視図。
【図１０】本発明の第四の実施形態を説明するための断面図。
【図１１】本発明の第四の実施形態を説明するための上面図。
【図１２】本発明の第五の実施形態のメンブレンの構造を説明するための上面図。
【図１３】本発明の第六の実施形態を説明するための断面図。
【図１４】本発明の第六の実施形態のメンブレンの構造を説明するための斜視図。
【図１５】本発明の第七の実施形態を説明するための断面図。
【図１６】本発明の第七の実施形態のメンブレンの構造を説明するための斜視図。
【図１７】本発明の第七の実施形態とその制御回路を説明するための等価回路図。
【図１８】本発明の第八の実施形態のメンブレンの構造を説明するための平面図。
【図１９】図１８のＡ−Ａ線による断面図。
【図２０】図１８のＢ−Ｂ線による断面図。
【図２１】従来の製造方法で作成したＭＥＭＳスイッチを説明するための断面図。
【図２２】従来の別の製造方法で作成したＭＥＭＳスイッチを説明するための断面図。
【図２３】本発明の第二の実施形態の製造方法を説明するための工程図。
【符号の説明】
【００６６】
１…信号線、２…グランド、３…絶縁基板、4-1…入力端子、4-2…出力端子、4-3…制御端子、５…誘電体膜、６…ギャップ、７…メンブレン、7-1…上部電極、7-2…アンカ、7-3…バネ、８…ディップ、９…金属体、50，51…高周波スイッチ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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