(57)【要約】【課題】信頼性を向上させることができるとともに、動作がばらつくのを抑制することが可能なメカニカルスイッチを提供する。【解決手段】このメカニカルスイッチは、下部制御電極２に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置され、下部制御電極２との間に発生された静電気力によりシリコン基板１側に移動する上部制御電極８と、信号線４に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置されるとともに、上部制御電極８と連結され、上部制御電極８と共にシリコン基板１側に移動することにより信号線４と接触する接触電極６と、シリコン基板１と上部制御電極８とを連結するとともに、上部制御電極８の弾性率よりも低い弾性率を有するＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａとを備えている。【選択図】図２
2007242462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板側に形成された第１制御電極および信号線と、
前記第１制御電極に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置され、前記第１制御電極との間に発生した静電気力により前記基板側に移動する第２制御電極と、
前記信号線に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置されるとともに、前記第２制御電極と連結され、前記第２制御電極と共に前記基板側に移動することにより前記信号線と接触する接触電極と、
前記基板と前記第２制御電極とを連結するとともに、前記第２制御電極の弾性率よりも低い弾性率を有する第１弾性部材とを備えた、メカニカルスイッチ。
【請求項２】
前記第２制御電極および前記第１弾性部材は、互いに異なる材料により構成されている、請求項１に記載のメカニカルスイッチ。
【請求項３】
前記第２制御電極と前記接触電極とを連結する第２弾性部材をさらに備え、
前記第２弾性部材の弾性率は、前記第１弾性部材の弾性率よりも高い、請求項１または２に記載のメカニカルスイッチ。
【請求項４】
前記第１弾性部材は、残留応力が低減するように改質されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のメカニカルスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカニカルスイッチに関し、特に、信号線に対して接触電極を接触させるメカニカルスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電気力を発生させるとともに、その発生された静電気力を用いて、信号線に対して接触電極を接触させるマイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２０は、上記特許文献１に開示された従来のマイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）の構造を示した断面図である。図２０を参照して、従来のマイクロマシンスイッチでは、基板１０１上の所定領域に、互いに所定の間隔を隔てて配置された一対の下部制御電極１０２が形成されている。また、基板１０１上の一対の下部制御電極１０２間の所定の領域には、信号線１０３が形成されている。
【０００４】
また、基板１０１の上方には、信号線１０３に対して上方向に所定の間隔を隔てて対向するように、接触電極１０４が配置されている。接触電極１０４上には、下部制御電極１０２の上方の領域にまで延びるように、絶縁膜１０５が形成されている。絶縁膜１０５上の接触電極１０４に対応する領域には、補強部材１０６が形成されている。また、絶縁膜１０５上の下部制御電極１０２に対応する領域には、シリコンからなる上部制御電極１０７が形成されている。そして、上部制御電極１０７は、シリコンからなる弾性部材１０８を介して、基板１０１上に形成された支持台１０９に連結されている。なお、上部制御電極１０７および弾性部材１０８の構成材料であるシリコンは、約１８０ＧＰａの弾性率を有する。
【０００５】
図２１は、上記特許文献１に開示された従来のマイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）の動作を説明するための断面図である。次に、図２０および図２１を参照して、従来のマイクロマシンスイッチの動作について説明する。
【０００６】
まず、図２０に示す状態（オフ状態）から、下部制御電極１０２と上部制御電極１０７との間に電圧を印加する。これにより、下部制御電極１０２と上部制御電極１０７との間に静電気力が発生するので、上部制御電極１０７が下部制御電極１０２に吸い寄せられて下方向に移動する。この際、上部制御電極１０７と支持台１０９とを連結する弾性部材１０８は、上部制御電極１０７が下方向に移動するのに伴って弾性変形する。その結果、図２１に示すように、接触電極１０４が上部制御電極１０７と共に下方向に移動するので、接触電極１０４が信号線１０３に接触する。すなわち、信号線１０３と接触電極１０４とが導通することにより、マイクロマシンスイッチがオン状態となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６６７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上部制御電極１０７の構成材料と同じ高い弾性率を有するシリコンにより弾性部材１０８を構成した特許文献１では、弾性部材１０８の破損を抑制するために、弾性部材１０８の幅や厚みをより大きくすることにより弾性部材１０８の機械的な強度を高くすると、弾性部材１０８のばね力が大きくなり過ぎるという不都合が生じる。このため、上記特許文献１では、弾性部材１０８の機械的な強度を高くするのが困難になるので、弾性部材１０８が破損しやすくなるという不都合がある。その結果、マイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）の信頼性が低下するという問題点がある。
【０００９】
また、上記特許文献１では、弾性部材１０８のばね力が大きくなり過ぎるのを抑制するために弾性部材１０８の幅や厚みを小さくする必要があるので、弾性部材１０８の製造ばらつきが大きくなるという不都合がある。その結果、弾性部材１０８のばね力のばらつきが大きくなるので、マイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）の動作がばらつくという問題点がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、信頼性を向上させることができるとともに、動作がばらつくのを抑制することが可能なメカニカルスイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるメカニカルスイッチは、基板側に形成された第１制御電極および信号線と、第１制御電極に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置され、第１制御電極との間に発生した静電気力により基板側に移動する第２制御電極と、信号線に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置されるとともに、第２制御電極と連結され、第２制御電極と共に基板側に移動することにより信号線と接触する接触電極と、基板と第２制御電極とを連結するとともに、第２制御電極の弾性率よりも低い弾性率を有する第１弾性部材とを備えている。
【００１２】
この一の局面によるメカニカルスイッチでは、上記のように、基板と第２制御電極とを連結する第１弾性部材を、第２制御電極の弾性率よりも低い弾性率を有するように構成することによって、第２制御電極と同じ高い弾性率を有するように構成された従来の第１弾性部材に比べて、第１弾性部材の弾性率を低くすることができる。ここで、第１弾性部材のばね力Ｆは、第１弾性部材の弾性率をＥとし、第１弾性部材の長さ、幅および厚みを、それぞれ、Ｌ、ｂおよびｈとした場合、Ｆ＝Ｌ３／（Ｅ・ｂ・ｈ３）で表すことができる。このため、第１弾性部材の弾性率Ｅを低くすることができる一の局面では、第１弾性部材のばね力Ｆを変化させることなく、第１弾性部材の幅ｂや厚みｈを大きくすることができるとともに、第１弾性部材の長さＬを小さくすることができる。これにより、第１弾性部材の機械的な強度を高くすることができるので、第１弾性部材が破損するのを抑制することができる。その結果、メカニカルスイッチの信頼性を向上させることができる。また、第１弾性部材の幅や厚みを大きくすることができるので、第１弾性部材の製造ばらつきが大きくなるのを抑制することができる。たとえば、第１弾性部材の幅において、約２μｍの設計値に対して±０．２μｍの誤差が生じた場合では、ばらつきとしては±１０％となる。その一方、約９２μｍの設計値に対して±０．２μｍの誤差が生じた場合では、ばらつきとしては±０．３％以内と小さくなる。これにより、第１弾性部材の幅や厚みを大きくした場合には、第１弾性部材の製造ばらつきが大きくなるのを抑制することができるので、第１弾性部材のばね力のばらつきを小さくすることができる。その結果、メカニカルスイッチの動作がばらつくのを抑制することができる。
【００１３】
上記一の局面によるメカニカルスイッチにおいて、好ましくは、第２制御電極および第１弾性部材は、互いに異なる材料により構成されている。このように構成すれば、第１弾性部材を構成する材料の弾性率を、第２制御電極を構成する材料の弾性率よりも低くすることにより、容易に、第１弾性部材の弾性率を、第２制御電極の弾性率よりも低くすることができる。
【００１４】
上記一の局面によるメカニカルスイッチにおいて、好ましくは、第２制御電極と接触電極とを連結する第２弾性部材をさらに備え、第２弾性部材の弾性率は、第１弾性部材の弾性率よりも高い。このように構成すれば、高い弾性率を有する第２弾性部材のばね力を接触電極に対して加えることができるので、接触電極を信号線側に確実に押さえ付けることができる。
【００１５】
上記一の局面によるメカニカルスイッチにおいて、好ましくは、第１弾性部材は、残留応力が低減するように改質されている。このように構成すれば、第１弾性部材が弾性変形しやすくなるので、メカニカルスイッチの感度を向上させることができる。
【００１６】
なお、上記一の局面によるメカニカルスイッチにおいて、第１弾性部材は、残留応力が実質的になくなるように改質されていてもよい。このように構成すれば、第１弾性部材がより弾性変形しやすくなるので、メカニカルスイッチの感度をより向上させることができる。
【００１７】
また、上記第１弾性部材が改質された構成において、第１弾性部材は、イオン注入によって改質されていてもよい。このように構成すれば、第１弾性部材の深さ方向の改質の制御を高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、本実施形態によるメカニカルスイッチの構造について説明する。
【００２０】
本実施形態によるメカニカルスイッチでは、図１に示すように、平面的に見て長方形状のシリコン基板１が用いられている。以下の説明では、シリコン基板１の長手方向をＡ方向とし、シリコン基板１の短手方向をＢ方向とする。なお、シリコン基板１は、本発明の「基板」の一例である。
【００２１】
シリコン基板１の所定領域には、図２に示すように、Ａ方向（図１参照）に互いに所定の間隔を隔てて配置された一対の下部制御電極２が形成されている。この下部制御電極２は、シリコン基板１のボロンイオン（Ｂ＋）が導入された領域によって構成されている。なお、下部制御電極２は、本発明の「第１制御電極」の一例である。また、シリコン基板１上の所定領域には、Ａ方向（図１参照）に沿って延びるように、約０．２μｍ〜約１μｍの厚みを有する絶縁膜としてのＳｉＮ膜３が形成されている。このＳｉＮ膜３は、一対の下部制御電極２間に対応する領域において、シリコン基板１の表面の一部が露出するように分断されている。
【００２２】
また、シリコン基板１の一対の下部制御電極２間に対応する露出された表面上には、約０．５μｍ〜約１μｍの厚みを有するとともに、Ｂ方向（図１参照）に沿って延びる信号線４が形成されている。この信号線４は、シリコン基板１側から順に、Ｃｒ層と、Ａｕ層とが積層された構造を有する。また、ＳｉＮ膜３上のＡ方向（図１参照）の一方および他方の端部には、それぞれ、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層からなる支持台５が形成されている。この支持台５は、図１に示すように、約１０μｍ〜約３０μｍのＡ方向の長さＬ１と、約５０μｍ〜約２００μｍのＢ方向の長さＬ２とを有する。
【００２３】
また、図２に示すように、シリコン基板１の上方には、信号線４に対して上方向に約２μｍ〜約１０μｍの間隔を隔てて対向するように、約０．５μｍ〜約２μｍの厚みを有する接触電極６が配置されている。この接触電極６は、シリコン基板１側から順に、Ｔｉ層と、Ａｕ層と、Ｃｒ層とが積層された構造を有する。また、接触電極６は、下に凸の形状を有する。また、図１に示すように、接触電極６は、約１０μｍ〜約１００μｍのＡ方向の長さＬ３と、約１０μｍ〜約１００μｍのＢ方向の長さＬ４とを有する。
【００２４】
また、図２に示すように、接触電極６上には、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有する絶縁膜としてのＳｉＮ膜７が形成されている。このＳｉＮ膜７は、接触電極６の形状を反映した下に凸の形状を有する部分と、下部制御電極２の上方の領域を覆うようにＡ方向（図１参照）に沿って延びる部分とを有する。また、ＳｉＮ膜７は、約３００ＧＰａの弾性率を有する。
【００２５】
また、ＳｉＮ膜７上の下部制御電極２に対応する一方および他方の領域には、それぞれ、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層からなる上部制御電極８が形成されている。すなわち、本実施形態では、上部制御電極８および接触電極６は、ＳｉＮ膜７の上部制御電極８と接触電極６との間の領域に位置する部分７ａ（弾性率：約３００ＧＰａ）により連結されている。なお、上部制御電極８は、本発明の「第２制御電極」の一例であり、ＳｉＮ膜７の部分７ａは、本発明の「第２弾性部材」の一例である。また、図１に示すように、上部制御電極８は、約４０μｍ〜約２００μｍのＡ方向の長さＬ５と、約５０μｍ〜約１５０μｍのＢ方向の長さＬ６とを有する。また、図２に示すように、ＳｉＮ膜７上の接触電極６に対応する領域には、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層からなる補強部材９が形成されている。また、上記した支持台５、上部制御電極８および補強部材９は、約１８０ＧＰａの弾性率を有する同一のポリシリコン層からなる。
【００２６】
ここで、本実施形態では、上部制御電極８および支持台５は、約７ＧＰａの弾性率を有するＳｉＯＣ膜１０により連結されている。具体的には、ＳｉＯＣ膜１０は、接触電極６よりも上方に位置する各層（ＳｉＮ膜７、上部制御電極８および補強部材９）の上面および側面上に、Ａ方向（図１参照）に沿って支持台５の上面上にまで延びるように、約１μｍ〜約１０μｍ（本実施形態では、約１．１２５μｍ）の厚みで形成されている。すなわち、本実施形態では、上部制御電極８および支持台５は、ＳｉＯＣ膜１０の上部制御電極８と支持台５との間の領域に位置する部分１０ａ（弾性率：約７ＧＰａ）により連結されている。なお、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａは、本発明の「第１弾性部材」の一例である。また、図１に示すように、ＳｉＯＣ膜１０の上部制御電極８と支持台５とを連結する部分１０ａは、約２０μｍ〜約４０μｍのＡ方向の長さＬ７と、約５０μｍ〜約１５０μｍのＢ方向の長さＬ８とを有する。
【００２７】
また、本実施形態では、図２に示すように、上部制御電極８と支持台５とを連結する部分１０ａを有するＳｉＯＣ膜１０は、約１μｍの厚みを有する下層の非改質ＳｉＯＣ膜１０ｂと、約０．１２５μｍの厚みを有する上層の改質ＳｉＯＣ膜１０ｃとによって構成されている。なお、上層の改質ＳｉＯＣ膜１０ｃは、後述する製造プロセスにおいて、ＳｉＯＣ膜１０にボロンイオン（Ｂ＋）がイオン注入されることにより形成される。
【００２８】
そして、本実施形態では、非改質ＳｉＯＣ膜１０ｂは、約５０ＭＰａの残留応力（引張応力）を有する。また、改質ＳｉＯＣ膜１０ｃの残留応力は、約５０ＭＰａの引張応力から約４００ＭＰａの圧縮応力に改質されている。ここで、圧縮応力を負として、非改質ＳｉＯＣ膜１０ｂの残留応力をδＳｔＳｉＯＣ１（＝５０ＭＰａ）、非改質ＳｉＯＣ膜１０ｃの厚みをｔＳｉＯＣ１（＝１μｍ）、改質ＳｉＯＣ膜１０ｃの残留応力をδＳｔＳｉＯＣ２（＝−４００ＭＰａ）、改質ＳｉＯＣ膜１０ｃの厚みをｔＳｉＯＣ２（＝０．１２５μｍ）とすると、ＳｉＯＣ膜１０全体の残留応力δＳｔは、以下の式（１）により表すことができる。
【００２９】
δＳｔ＝（δＳｔＳｉＯＣ１・ｔＳｉＯＣ１＋δＳｔＳｉＯＣ２・ｔＳｉＯＣ２）
／（ｔＳｉＯＣ１＋ｔＳｉＯＣ２）      ・・・（１）
上記式（１）に、δＳｔＳｉＯＣ１＝５０ＭＰａ、ｔＳｉＯＣ１＝１μｍ、δＳｔＳｉＯＣ２＝−４００ＭＰａ、ｔＳｉＯＣ２＝０．１２５μｍを代入すると、δＳｔ＝０となる。すなわち、本実施形態では、ＳｉＯＣ膜１０は、全体の残留応力が０Ｐａになるように改質されている。
【００３０】
図３および図４は、本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの動作を説明するための断面図であり、図５は、本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの上部制御電極に加わるばね力の変化を示したグラフである。次に、図２〜図５を参照して、本実施形態によるメカニカルスイッチの動作について説明する。
【００３１】
まず、図２に示す状態（オフ状態）から、下部制御電極２と上部制御電極８との間に電圧を印加する。このとき、下部制御電極２と上部制御電極８との間に静電気力が発生するので、上部制御電極８が下部制御電極２に吸い寄せられて下方向に移動する。これにより、図３に示すように、接触電極６は、信号線４に接触するまで、上部制御電極８と共に下方向に移動する。その結果、信号線４と接触電極６とが導通するので、メカニカルスイッチがオン状態となる。
【００３２】
この際、ＳｉＯＣ膜１０の上部制御電極８と支持台５とを連結する部分１０ａが弾性変形するので、そのＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａにばね力が発生する。すなわち、図３および図５に示すように、上部制御電極８は、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａのばね力により上方向に付勢された状態となる。
【００３３】
この後、図３に示した状態から、下部制御電極２と上部制御電極８との間に発生する静電気力がさらに大きくなるように、下部制御電極２と上部制御電極８との間に印加する電圧を大きくする。これにより、図４に示すように、上部制御電極８が下方向にさらに移動するので、下部制御電極２側のＳｉＮ膜３と上部制御電極８側のＳｉＮ膜７とが当接する。
【００３４】
この際、ＳｉＯＣ膜１０の上部制御電極８と支持台５とを連結する部分１０ａがさらに弾性変形するとともに、ＳｉＮ膜７の上部制御電極８と接触電極６とを連結する部分７ａも弾性変形する。すなわち、図４および図５に示すように、上部制御電極８は、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａおよびＳｉＮ膜７の部分７ａの両方のばね力により上方向に付勢された状態となる。ここで、上部制御電極８に加わる上方向のばね力は、下部制御電極２側のＳｉＮ膜３と上部制御電極８側のＳｉＮ膜７との間の粘着力、および、信号線４と接触電極６との間の粘着力よりも大きく、かつ、下部制御電極２と上部制御電極８との間に発生する静電気力（接圧力）よりも小さい。
【００３５】
また、接触電極６は、ＳｉＮ膜７の部分７ａのばね力により下方向に付勢された状態となる。すなわち、図４の状態では、接触電極６は、ＳｉＮ膜７の部分７ａのばね力により、信号線４側に押さえ付けられている。
【００３６】
また、メカニカルスイッチをオン状態（図４の状態）からオフ状態（図２の状態）にする場合には、下部制御電極２と上部制御電極８との間に電圧を印加するのを停止することによって、下部制御電極２と上部制御電極８との間に発生する静電気力を小さくする。この際、図５に示すように、オン状態（図４の状態）における上部制御電極８に加わる上方向のばね力が上記した粘着力よりも大きいので、上部制御電極８が上方向（下部制御電極２から離間する方向）に移動する。これにより、接触電極６も上部制御電極８と共に上方向（信号線４から離間する方向）に移動するので、メカニカルスイッチがオフ状態（図２の状態）になる。
【００３７】
なお、上記した粘着力は、メカニカルスイッチのオン／オフを繰り返すことによって経時的に増加することがあるため、ばね力を設定する際には、粘着力の経時的な変化を考慮する必要がある。ここで、粘着力が変化する理由としては、信号線４と接触電極６とが接触する部分の形状（接触面積）が変化するとともに、下部制御電極２側のＳｉＮ膜３および上部制御電極８側のＳｉＮ膜７に欠陥が入ることに起因してＳｉＮ膜の固定電荷量が変化するためである。
【００３８】
本実施形態では、上記のように、支持台５（シリコン基板１）と上部制御電極８とを連結する弾性部材としてのＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａを、上部制御電極８の弾性率（約１８０ＧＰａ）よりも低い弾性率（約７ＧＰａ）を有するように構成することによって、支持台５（シリコン基板１）と上部制御電極８とを連結する弾性部材を、上部制御電極８と同じ高い弾性率を有するように構成する場合に比べて、弾性部材（ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａ）の弾性率を低くすることができる。ここで、弾性部材のばね力Ｆは、弾性部材の弾性率をＥとし、弾性部材の長さ、幅および厚みを、それぞれ、Ｌ、ｂおよびｈとした場合、Ｆ＝Ｌ３／（Ｅ・ｂ・ｈ３）で表すことができる。このため、弾性部材（ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａ）の弾性率Ｅを低くすることができる本実施形態では、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａのばね力Ｆを変化させることなく、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの幅ｂや厚みｈを大きくすることができるとともに、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの長さＬを小さくすることができる。これにより、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの機械的な強度を高くすることができるので、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａが破損するのを抑制することができる。その結果、メカニカルスイッチの信頼性を向上させることができる。
【００３９】
また、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの幅や厚みを大きくすることができるので、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの製造ばらつきが大きくなるのを抑制することができる。たとえば、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの幅において、約２μｍの設計値に対して±０．２μｍの誤差が生じた場合では、ばらつきとしては±１０％となる。その一方、約９２μｍの設計値に対して±０．２μｍの誤差が生じた場合では、ばらつきとしては±０．３％以内と小さくなる。これにより、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの幅や厚みを大きくした場合には、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの製造ばらつきが大きくなるのを抑制することができるので、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａのばね力のばらつきを小さくすることができる。その結果、メカニカルスイッチの動作がばらつくのを抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、上記のように、上部制御電極８と接触電極６とを連結する弾性部材として、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの弾性率（約７ＧＰａ）よりも高い弾性率（約３００ＧＰａ）を有するＳｉＮ膜７の部分７ａを用いることによって、高い弾性率を有するＳｉＮ膜７の部分７ａのばね力を接触電極６に対して加えることができるので、接触電極６を信号線４側に確実に押さえ付けることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、上記のように、支持台５（シリコン基板１）と上部制御電極８とを連結する部分１０ａを有するＳｉＯＣ膜１０を、全体の残留応力が０Ｐａになるように改質することによって、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａが弾性変形しやすくなるので、メカニカルスイッチの感度を向上させることができる。この場合、イオン注入によりＳｉＯＣ膜１０を改質することによって、ＳｉＯＣ膜１０の部分１０ａの深さ方向の改質の制御を高精度に行うことができる。
【００４２】
図６〜図１９は、本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１、図２および図６〜図１９を参照して、本実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスについて説明する。
【００４３】
まず、図６に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板１の所定領域を覆うようにレジスト１１を形成した後、そのレジスト１１をマスクとして、シリコン基板１の上面側からボロンイオン（Ｂ＋）をイオン注入する。そして、約１０００℃の温度条件下で熱処理することによって、シリコン基板１の所定領域に注入されたボロンイオンを電気的に活性化させる。これにより、シリコン基板１の所定領域に、一対の低抵抗な下部制御電極２が形成される。この後、レジスト１１を除去する。
【００４４】
次に、図７に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、全面上に、約０．２μｍ〜約１μｍの厚みを有するＳｉＮ膜３を形成する。このＳｉＮ膜３を形成する際には、Ｓｉ比率が通常のＳｉＮ膜のＳｉ比率よりも高くなるように設定する。なお、ＳｉＮ膜３のＳｉ比率を高くした場合には、後述する犠牲層１３をウェットエッチングする際に用いるフッ酸（ＨＦ）液に対する耐性を向上させることができる。この後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＮ膜３上の一対の下部制御電極２間に対応する領域以外の所定領域に、レジスト１２を形成する。
【００４５】
次に、図８に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジスト１２をマスクとして、ＳｉＮ膜３をエッチングする。これにより、ＳｉＮ膜３は、一対の下部制御電極２間に対応する領域において、シリコン基板１の表面の一部が露出するように分断される。この後、レジスト１２を除去する。
【００４６】
次に、図９に示すように、めっき法またはスパッタリング法を用いて、シリコン基板１の一対の下部制御電極２間に対応する露出された表面上に、約０．５μｍ〜約１μｍの厚みを有する信号線４を形成する。この信号線４を形成する際には、シリコン基板１側から順に、Ｃｒ層と、Ａｕ層とを順次積層する。
【００４７】
次に、図１０に示すように、ＣＶＤ法を用いて、全面上に、約２μｍ〜約１０μｍの厚みを有するとともに、リン（Ｐ）が添加されたＳｉＯ２膜からなる犠牲層１３を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術を用いて、支持台５（図２参照）の形成領域以外の領域を覆うように、レジスト１４を形成する。
【００４８】
次に、図１１に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジスト１４をマスクとして、ＳｉＮ膜３の表面が露出するまで犠牲層１３をエッチングする。この後、レジスト１４を除去する。
【００４９】
次に、図１２に示すように、接触電極６（図２参照）の形成領域以外の領域を覆うように、レジスト１５を形成する。この後、ドライエッチング技術を用いて、レジスト１５をマスクとして、犠牲層１３の途中の深さまでをエッチングすることによって、犠牲層１３に凹部１３ａを形成する。この後、レジスト１５を除去する。
【００５０】
次に、図１３に示すように、めっき法またはスパッタリング法を用いて、犠牲層１３の凹部１３ａ上に、その凹部１３ａの形状を反映した形状（下に凸の形状）を有するとともに、約０．５μｍ〜約２μｍの厚みを有する接触電極６を形成する。この接触電極６を形成する際には、犠牲層１３側から順に、Ｔｉ層と、Ａｕ層と、Ｃｒ層とを順次積層する。
【００５１】
次に、図１４に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、全面上に、約０．１μｍ〜約１μｍの厚みを有するＳｉＮ膜７を形成する。なお、ＳｉＮ膜７を形成する際には、Ｓｉ比率が通常のＳｉＮ膜のＳｉ比率よりも高くなるように設定する。これにより、後述する犠牲層１３をウェットエッチングする際に用いるフッ酸（ＨＦ）液に対する耐性を向上させることができる。この後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＮ膜７上の所定領域（図２のＳｉＮ膜７が形成されている領域）に、レジスト１６を形成する。
【００５２】
次に、図１５に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジスト１６をマスクとして、ＳｉＮ膜３および犠牲層１３の表面が露出するまでＳｉＮ膜７をエッチングする。この後、レジスト１６を除去する。
【００５３】
次に、図１６に示すように、ＣＶＤ法を用いて、全面上に、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層１７を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン層１７上の支持台５、上部制御電極８および補強部材９（図２参照）の形成領域に、レジスト１８を形成する。
【００５４】
次に、図１７に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジスト１８をマスクとして、ＳｉＮ膜７および犠牲層１３の表面が露出するまでポリシリコン層１７（図１６参照）をエッチングする。これにより、ＳｉＮ膜３上の一方および他方の端部に、それぞれ、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層からなる支持台５が形成される。また、ＳｉＮ膜７上の下部制御電極２に対応する一方および他方の領域に、それぞれ、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層からなる上部制御電極８が形成される。また、ＳｉＮ膜７上の接触電極６に対応する領域に、約０．５μｍ〜約３μｍの厚みを有するポリシリコン層からなる補強部材９が形成される。また、上部制御電極８および接触電極６は、ＳｉＮ膜７の上部制御電極８と接触電極６との間の領域に位置する部分７ａにより連結される。この後、レジスト１８を除去する。
【００５５】
次に、図１８に示すように、ＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、全面上に、約１μｍ〜約１０μｍ（本実施形態では、約１．１２５μｍ）の厚みを有するＳｉＯＣ膜１０を形成する。これにより、上部制御電極８および支持台５は、ＳｉＯＣ膜１０の上部制御電極８と支持台５との間の領域に位置する部分１０ａにより連結される。
【００５６】
次に、図１９に示すように、ＳｉＯＣ膜１０の上面から約０．１２５μｍの深さまでの領域を改質するために、ＳｉＯＣ膜１０の上面側からボロンイオン（Ｂ＋）をイオン注入する。このイオン注入の条件としては、注入エネルギ：約３０ｋｅＶ、注入量：約２×１０１５ｃｍ−３である。これにより、約１μｍの厚みを有する下層の非改質ＳｉＯＣ膜１０ｂと、約０．１２５μｍの厚みを有する上層の改質ＳｉＯＣ膜１０ｃとを含むＳｉＯＣ膜１０が形成される。この後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ＳｉＯＣ膜１０が図１に示したような平面形状を有するように、ＳｉＯＣ膜１０の所定領域を除去する。
【００５７】
最後に、フッ酸（ＨＦ）液を用いたウェットエッチング技術を用いて、犠牲層１３（図１９参照）を除去する。これにより、図２に示した本実施形態によるメカニカルスイッチが形成される。
【００５８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５９】
たとえば、上記実施形態では、一対の下部制御電極および一対の上部制御電極を備えたメカニカルスイッチに本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、下部制御電極および上部制御電極を１つずつ備えたメカニカルスイッチにも適用可能であり、下部制御電極および上部制御電極を３つ以上ずつ備えたメカニカルスイッチにも適用可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、第２制御電極（ポリシリコン層）の弾性率（約１８０ＧＰａ）よりも低い弾性率を有する第１弾性部材として、ＳｉＯＣ膜（弾性率：約７ＧＰａ）を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯＣ膜以外の膜を第１弾性部材として用いることができる。第１弾性部材として用いることが可能なＳｉＯＣ膜以外の膜としては、たとえば、Ａｌ膜（弾性率：約７０ＧＰａ）、Ｐｔ膜（弾性率：約８０ＧＰａ）、Ｔｉ合金膜（弾性率：約３０ＧＰａ〜約８０ＧＰａ）、有機ＳＯＧ膜（弾性率：約５ＧＰａ）、ポーラスＳｉＯ２膜（弾性率：約７０ＧＰａ以下）、Ａｕ膜（弾性率：約７５ＧＰａ）、ＢＣＢ（ジビニル・シロキサン・ビス・ペンゾシクロブテン）膜（弾性率：約７ＧＰａ）、ポリフェニレン膜（弾性率：約７ＧＰａ）、ポリミド樹脂膜（弾性率：約７ＧＰａ）およびエポキシ樹脂膜（弾性率：約７ＧＰａ）などがある。
【００６１】
また、上記実施形態では、Ｃｒ層とＡｕ層とが順次積層された構造を有する信号線を用いたが、本発明はこれに限らず、Ｃｒ層とＡｕ層とが順次積層された構造以外の積層構造を有する信号線を用いてもよいし、単層の信号線を用いてもよい。ただし、接触抵抗や薬液に対する耐性を考慮すると、Ｃｒ層とＡｕ層とが順次積層された構造を有する信号線を用いるのが好ましい。
【００６２】
また、上記実施形態では、Ｔｉ層とＡｕ層とＣｒ層とが順次積層された構造を有する接触電極を用いたが、本発明はこれに限らず、Ｔｉ層とＡｕ層とＣｒ層とが順次積層された構造以外の積層構造を有する接触電極を用いてもよいし、単層の接触電極を用いてもよい。ただし、接触抵抗や薬液に対する耐性を考慮すると、Ｔｉ層とＡｕ層とＣｒ層とが順次積層された構造を有する接触電極を用いるのが好ましい。
【００６３】
また、上記実施形態では、支持台、上部制御電極および補強部材を同一の層からなるように構成したが、本発明はこれに限らず、支持台、上部制御電極および補強部材を別の層からなるように構成することにより、支持台、上部制御電極および補強部材の各々の厚みを互いに異ならせてもよい。ただし、支持台、上部制御電極および補強部材を同一の層からなるように構成した場合には、支持台、上部制御電極および補強部材を同時に形成することができるので、製造工程数を削減することができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、開口部を有しないＳｉＯＣ膜を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯＣ膜に開口部を形成してもよい。このように構成すれば、フッ酸（ＨＦ）液を用いたウェットエッチング技術を用いて犠牲層を除去する際に、ＳｉＯＣ膜の開口部を介してフッ酸（ＨＦ）液が犠牲層に侵入するので、犠牲層を除去する工程を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの構造を示した平面図である。
【図２】図１の１００−１００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの動作を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの動作を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの上部制御電極に加わるばね力の変化を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の一実施形態によるメカニカルスイッチの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】従来のマイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）の構造を示した断面図である。
【図２１】従来のマイクロマシンスイッチ（メカニカルスイッチ）の動作を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  シリコン基板（基板）
２  下部制御電極（第１制御電極）
４  信号線
６  接触電極
７ａ  部分（第２弾性部材）
８  上部制御電極（第２制御電極）
１０ａ  部分（第１弾性部材）
【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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