(57)【要約】【課題】静電アクチュエータの状態を簡単かつ正確に判定し、チャージング等が生じていると判定される場合にはこれを速やかに正常な動作状態に復帰させる。【解決手段】上部電極１４にはホールド電圧Ｖｈｏｌｄを、下部電極１５には接地電圧Ｖｓｓを印加し、その後、下部電極１５の電圧ＢＥを試験電圧Ｖｔｅｓｔとしてから上部電極１４のホールド電圧Ｖｈｏｌｄを切り離して上部電極１４の電圧ＴＥを高インピーダンス状態（ｈｉ−Ｚ）とする。上部電極１４と下部電極１５との間の電位差は、Ｖｈｏｌｄ−Ｖｔｅｓｔ＝Ｖｍｏｎとなる。その後、電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓに戻す。このときの容量カップリングによる電圧ＴＥの下降幅に基づき、電極１４、１５間の容量を測定して開・閉状態を判断する。【選択図】図１
2009201317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態になったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータを制御する半導体装置であって、
前記第１電極および前記第２電極の間に印加させる電圧として、少なくとも
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するために用いられ前記動作電圧以下のホールド電圧と、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するために用いられ前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするための前記動作電圧とは逆特性の開放電圧とを発生させる電圧発生部と、
前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知部と、
前記電圧発生部により発生された電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する制御を行う制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を前記ホールド電圧から所定時間前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を前記容量検知部に検知させ、その容量が所定値以上である場合に前記第１電極および前記第２電極の間に前記開放電圧を印加する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態となったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータを制御する半導体装置であって、
前記第１電極および前記第２電極の間に印加させる電圧として、少なくとも
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するために用いられ前記動作電圧以下のホールド電圧と、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するために用いられ前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするための前記動作電圧とは逆特性の開放電圧とを発生させる電圧発生部と、
前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知部と、
前記電圧発生部により発生された電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する制御を行う制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を前記ホールド電圧から所定時間前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を前記容量検知部に検知させ、その容量が所定値以上である場合に、前記容量が所定値未満となるまで、前記モニタ電圧の大きさを変化させて再度前記第１電極および前記第２電極の間に印加させ前記容量を前記容量検知部に検知させることを繰り返す
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記容量検知部は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧が前記モニタ電圧に切り替えられ、さらに、前記第１電極が高インピーダンス状態となった後、前記第２電極に印加させる電圧を変化させた場合における前記第１電極の電圧の変化に基づいて、前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態になったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータの制御方法において、
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する動作電圧印加ステップと、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するため前記動作電圧以下のホールド電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するホールド電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するため前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するモニタ電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を、前記前記ホールド電圧から前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知ステップと、
前記容量検知ステップにて検知された容量が所定値以上である場合に、前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするため前記動作電圧とは逆特性の開放電圧を印加する開放電圧印加ステップとを備えた
ことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。
【請求項５】
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態となったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータの制御方法において、
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する動作電圧印加ステップと、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するため前記動作電圧以下のホールド電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するホールド電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するため前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するモニタ電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を、前記ホールド電圧から前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知ステップと、
前記容量が所定値以上である場合に、前記容量が所定値未満となるまで、前記モニタ電圧の大きさを変化させて再度前記第１電極および前記第２電極の間に印加させ前記容量を検知することを繰り返すステップとを備えた
ことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いた静電アクチュエータを制御する半導体装置、および静電アクチュエータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型・軽量化、低消費電力化、高機能化を実現するための技術の１つとして、ＭＥＭＳが注目されている。このＭＥＭＳは、シリコンプロセス技術により、微小な機械的要素と電子回路要素とを融合したシステムである。
【０００３】
このようなＭＥＭＳ技術を用いた静電型アクチュエータの構造は、例えば特許文献１に開示されている。静電アクチュエータを閉状態（上部電極と下部電極が、絶縁膜を介して接触した状態）にするには、上部電極と下部電極との間に電位差をかけ、これら電極間の静電引力が、上部電極が固着された可動部の弾性力を上回るようにする。
【０００４】
このように閉状態の静電アクチュエータでは、上部電極と下部電極が絶縁膜を介して接した状態となり、上部電極と下部電極との間の静電容量は、開状態の場合よりも大きくなる。この際、ＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネルもしくはプール・フレンケル機構により絶縁膜に電荷が注入されトラップされ得る。この現象を、静電型アクチュエータのダイエレクトリック・チャージングという。
【０００５】
そして、ダイエレクトリック・チャージングにより絶縁膜にトラップされた電荷量がある値以上になると、上部電極と下部電極との間の電位差を０Ｖとしても、絶縁膜中の電荷に上部電極が引き寄せられ、静電アクチュエータを閉状態から開状態にできなくなる。この現象を、ダイエレクトリック・チャージングによるスティクションという。
【０００６】
こうしたスティクションを回避するための手段は、例えば非特許文献１にも記載されているが、絶縁膜中にトラップされる電荷量を完全になくし、チャージングを完全に排除することは困難である。そこで、チャージングが発生しているか否かを含めた、静電アクチュエータの状態を簡単かつ正確に判定し、チャージング等が生じていると判定される場合にはこれを速やかに正常な動作状態に復帰させることのできる半導体装置が望まれている。
【特許文献１】米国特許第５５７８９７６号明細書
【非特許文献１】Ｇ．Ｍ．Ｒｅｂｅｉｚ、“ＲＦ  ＭＥＭＳ  Ｔｈｅｏｒｙ、Ｄｅｓｉｇｎ、ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、”Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、２００３、ｐｐ、１９０−１９１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、静電アクチュエータの状態を簡単かつ正確に判定し、チャージング等が生じていると判定される場合にはこれを速やかに正常な動作状態に復帰させることができる半導体装置、および静電アクチュエータの制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る半導体装置は、開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態になったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータを制御する半導体装置であって、前記第１電極および前記第２電極の間に印加させる電圧として、少なくとも前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧と、前記静電アクチュエータを閉状態に維持するために用いられる前記動作電圧以下のホールド電圧と、前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するために用いられ前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧と、前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするための前記動作電圧とは逆特性の開放電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知部と、前記電圧発生部により発生された電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を前記ホールド電圧から所定時間前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を前記容量検知部に検知させ、その容量が所定値以上である場合に前記第１電極および前記第２電極の間に前記開放電圧を印加することを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様に係る半導体装置は、開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態となったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータを制御する半導体装置であって、前記第１電極および前記第２電極の間に印加させる電圧として、少なくとも前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧と、前記静電アクチュエータを閉状態に維持するために用いられ前記動作電圧以下のホールド電圧と、前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するために用いられ前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧と、前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするための前記動作電圧とは逆特性の開放電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知部と、前記電圧発生部により発生された電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を前記ホールド電圧から所定時間前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を前記容量検知部に検知させ、その容量が所定値以上である場合に、前記容量が所定値未満となるまで、前記モニタ電圧の大きさを変化させて再度前記第１電極および前記第２電極の間に印加させ前記容量を前記容量検知部に検知させることを繰り返すことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る静電アクチュエータの制御方法は、開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態になったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータの制御方法において、前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する動作電圧印加ステップと、前記静電アクチュエータを閉状態に維持するため前記動作電圧以下のホールド電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するホールド電圧印加ステップと、前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するため前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するモニタ電圧印加ステップと、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を、前記前記ホールド電圧から前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知ステップと、前記容量検知ステップにて検知された容量が所定値以上である場合に、前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするため前記動作電圧とは逆特性の開放電圧を印加する開放電圧印加ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の態様に係る静電アクチュエータの制御方法は、開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態となったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータの制御方法において、前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する動作電圧印加ステップと、前記静電アクチュエータを閉状態に維持するため前記動作電圧以下のホールド電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するホールド電圧印加ステップと、前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するため前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するモニタ電圧印加ステップと、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を、前記ホールド電圧から前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知ステップと、前記容量が所定値以上である場合に、前記容量が所定値未満となるまで、前記モニタ電圧の大きさを変化させて再度前記第１電極および前記第２電極の間に印加させ前記容量を検知することを繰り返すステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、静電アクチュエータの状態を簡単かつ正確に判定し、スティクション等が生じていると判定される場合にはこれを速やかに正常な動作状態に復帰させることができる半導体装置、および静電アクチュエータの制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す概略図である。
【００１５】
この第１の実施形態に係る半導体装置は、例えば図１に示すような静電型方式を採用する静電アクチュエータ１０と、これを制御するための集積回路部２０とからなる。静電アクチュエータ１０は、公知の構造を有しており、この第１の実施形態においては、集積回路部２０の構成に特徴を有している。なお、静電アクチュエータ１０と集積回路部２０とは、ＭＥＭＳ技術により１つのシリコン基板上に形成されていてもよいし、それぞれ別のシリコン基板上に形成されるものであってもよい。
【００１６】
まず、図１を参照して、静電アクチュエータ１０の構造を説明する。図１（Ａ）は、静電アクチュエータ１０の閉状態（上部電極１４と下部電極１５が、絶縁膜１６を介して接触した状態）を示しており、同図（Ｂ）は、開状態（上部電極１４と下部電極１５が離れた状態）を示している。
【００１７】
図１に示すように、この静電アクチュエータ１０は、図示しない基板（シリコン基板など）に固定された梁部１１と、この梁部１１に対し可動とされた可動部１２と、この梁部１１に対し固定された固定部１３と、可動部１２に固定された上部電極１４と、固定部１３に固定された下部電極１５と、この下部電極１５の表面に形成された絶縁膜１６とを備えている。上部電極１４および下部電極１５は、集積回路部２０により、動作のために必要な電圧の供給を受ける。
【００１８】
このように構成された静電アクチュエータ１０を開状態から閉状態にするには、上部電極１４と下部電極１５との間に動作電圧Ｖａｃｔやホールド電圧Ｖｈｏｌｄをかけ、これら電極１４、１５間の静電引力が、上部電極１４が固着された可動部１２の弾性力を上回るようにする。
【００１９】
閉状態の静電アクチュエータ１０では、上部電極１４と下部電極１５とが絶縁膜１６を介して接した状態となり、図２（Ａ）に示すように、両電極１４、１５間の静電容量Ｃｍｏｎ＝Ｃｃｌｏｓｅは、図２（Ｂ）に示すような開状態の場合における静電容量Ｃｍｏｎ＝Ｃｏｐｅｎよりも大きくなる。
【００２０】
このような閉状態において、ＦＮトンネルもしくはプール・フレンケル機構により絶縁膜１６に電荷が注入されトラップされ得る（ダイエレクトリック・チャージング）。そして、ダイエレクトリック・チャージングにより絶縁膜１６にトラップされた電荷の量が十分に大きくなると、上部電極１４と下部電極１５との間の電位差を０Ｖとしても、絶縁膜１６中の電荷に上部電極１４が引き寄せられ、閉状態から開状態にできなくなる（スティクション）。
【００２１】
図３は、静電アクチュエータ１０におけるＣ−Ｖ特性（駆動電圧と、上部電極１４、下部電極１５の間の容量との関係）を示しており、本実施形態に係る半導体装置では、例えば上部電極１４に駆動電圧を印加し、下部電極１５を接地電圧Ｖｓｓ（図示せず）としたときの初期Ｃ−Ｖ特性はＣ−Ｖ特性線（実線）Ａで示すように変化する。また、同条件で所定回数両電極１４、１５が開閉した後のＣ−Ｖ特性はＣ−Ｖ特性線（破線）Ｂで示すように変化する。すなわち、特性線Ｂは、特性線Ａから見て、全体に左側にシフトする。
【００２２】
そして、両電極１４、１５が所定回数開閉した後は、Ｃ−Ｖ特性線Ａ、Ｂからも分かるように、プルイン電圧（開状態の電極１４、１５が接する電圧）Ｖｐｉおよびプルアウト電圧（閉状態の電極１４、１５が離れる電圧）Ｖｐｏは、低下する方向にシフトする。したがって、通常は、半導体装置が監視するモニタ電圧Ｖｍｏｎ（図示せず）の設定領域ＶＭを、Ｃ−Ｖ特性線Ａにおけるプルアウト電圧Ｖｐｏの値よりも小さな値となるように設定する必要がある。
【００２３】
しかし、静電アクチュエータ１０の可変容量の単位面積あたりの容量値を上げるために、電極１４、１５間の絶縁膜１６の厚さを薄くした場合や、上述したように両電極１４、１５を所定回数開閉した後においては、Ｃ−Ｖ特性線Ｂからも明らかなようにプルアウト電圧Ｖｐｏの値は低下する傾向にある。
【００２４】
このため、第１の実施形態に係る半導体装置では、図４に示すようなタイミングで電圧ＴＥ（細線）および電圧ＢＥ（太線）を、それぞれ上部電極１４および下部電極１５に対して印加する。なお、図５は、この半導体装置による静電アクチュエータ１０の制御処理手順を示すフローチャートであり、図４に示すタイミングのうち本実施形態に特に関わる処理の手順を示している。
【００２５】
図４に示すように、具体的には、まず、電圧ＴＥが時刻ｔ０の時点で接地電圧Ｖｓｓであった上部電極１４に対し、例えば時刻ｔ１の時点で高い動作電圧Ｖａｃｔを印加する。これにより、静電アクチュエータ１０は、弾性力に抗して開状態から閉状態になる。このとき、下部電極１５の電圧ＢＥは接地電圧Ｖｓｓのままである。
【００２６】
そして、時刻ｔ３において、電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓとしたままで、上部電極１４に印加する電圧ＴＥを、この動作電圧Ｖａｃｔよりも低いホールド電圧Ｖｈｏｌｄに切り替える（ステップＳ１）。電圧ＴＥは、例えば時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて急激に下降してホールド電圧Ｖｈｏｌｄとなる。このとき、静電アクチュエータ１０は閉状態のままである。
【００２７】
なお、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間は、例えば２０μｓ（ミリ秒）〜３０μｓであり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、例えば１０μｓである。
【００２８】
その後、例えば時刻ｔ５のときに、電圧ＢＥが接地電圧Ｖｓｓであった下部電極１５に対し、試験電圧Ｖｔｅｓｔ（＞Ｖｓｓ）を印加すると、電圧ＢＥは、時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて急激に上昇し、試験電圧Ｖｔｅｓｔとなる（ステップＳ２）。
【００２９】
このときの電圧ＴＥのホールド電圧Ｖｈｏｌｄと電圧ＢＥの試験電圧Ｖｔｅｓｔとの電位差がモニタ電圧Ｖｍｏｎであり、静電アクチュエータ１０は、そのチャージングの度合いにより閉状態のままであるか、または開状態に遷移する。すなわちモニタ電圧Ｖｍｏｎは、静電アクチュエータ１０へのチャージのトラップが無い状態においては、静電アクチュエータ１０を閉状態に維持するのには不十分な大きさの電圧である。このようなモニタ電圧Ｖｍｏｎを両電極１４、１５の間に短時間印加することにより、静電アクチュエータ１０へのチャージのトラップ度合いを判定することができる。
【００３０】
そして、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間の期間において、静電アクチュエータ１０の上部電極１４の電圧ＴＥは、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄを切り離され、高インピーダンス状態（ｈｉ−Ｚ）となる（ステップＳ３）。
【００３１】
さらに、試験電圧Ｖｔｅｓｔが印加された下部電極１５に対し、接地電圧Ｖｓｓを時刻ｔ７の時点で印加すると、電圧ＢＥは、時刻ｔ７から時刻ｔ８にかけて急激に下降して接地電圧Ｖｓｓとなる（ステップＳ４）。このとき、電圧ＴＥは高インピーダンス状態（ｈｉ−Ｚ）であるため、電圧ＴＥと電圧ＢＥとの間の容量カップリングにより電圧ＴＥが下降する。両電極１４、１５の間の距離が小さければ（閉状態であれば）、容量が大きいため電圧ＴＥの下降幅が大きく、逆に両電極１４、１５間の距離が大きければ（開状態であれば）、容量が小さいため電圧ＴＥの下降幅は小さい。この電圧ＴＥの下降幅に基づき、両電極１４、１５の間の容量を測定し、静電アクチュエータ１０が開状態か、または閉状態かを判定する。
【００３２】
こうして、電圧ＢＥが接地電圧Ｖｓｓとなった時刻ｔ８から時刻ｔ９にかけて、静電アクチュエータ１０の開・閉状態の判断をするために、静電アクチュエータ１０の容量を測定（検知）する（ステップＳ５）。
【００３３】
このステップＳ５では、電位が下降する幅は静電アクチュエータ１０の容量の大きさによるため、下降幅を測定することにより静電アクチュエータ１０の電圧ＴＥと電圧ＢＥとの間の容量を測定（検知）している。そして、測定した容量により、例えば上部電極１４および下部電極１５が開状態であるか閉状態であるかを判断する（ステップＳ６）。
【００３４】
すなわち、このステップＳ６では、例えば下降幅が大きかったとするとそれは容量が大きかったためであることから、静電アクチュエータ１０が閉状態であると判定可能である。反対に、下降幅が小さかったとするとそれは容量が小さかったためであることから、静電アクチュエータ１０が開状態に遷移したと判定可能である。すなわち、この下降幅に基づき、静電アクチュエータ１０の開閉状態を判断することができる。
【００３５】
上部電極１４および下部電極１５が閉状態でないと判断した場合（ステップＳ６：Ｎｏ）は、その後も静電アクチュエータ１０の通常の動作を継続することができる。一方、上部電極１４および下部電極１５が閉状態であると判断した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）は、例えば時刻ｔ９の時点で接地電圧Ｖｓｓであった下部電極１５の電圧ＢＥに対し、上記ホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも高いリリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅを印加する（ステップＳ７）。
【００３６】
これにより、電圧ＢＥは、例えば時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけて急激に上昇し、リリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅとなり、両電極１４、１５の間には、動作電圧Ｖａｃｔやホールド電圧Ｖｈｏｌｄとは逆特性（負の大きさ）を有する電圧（開放電圧）が印加される。この方法により、ダイエレクトリック・チャージングの状態にかかわらず静電アクチュエータ１０を閉状態から開状態へと遷移させることができると共に、絶縁膜１６にトラップされた電荷を放出することができる。これにより、静電アクチュエータ１０のスティクションを回避することができる。
【００３７】
なお、時刻ｔ１１の時点で電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓに切り替え、時刻ｔ１２の時点で電圧ＴＥを接地電圧Ｖｓｓに切り替え、静電アクチュエータ１０の開状態を継続する。図３からも分かるように、Ｃ−Ｖ特性線ＡがＣ−Ｖ特性線Ｂにシフトした場合は、逆方向の電圧（図３の横軸の負方向：上部電極１４の印加電圧が、下部電極１５への印加電圧より小さい場合）に対するプルアウト電圧Ｖｐｏは上昇するため、このようにホールド電圧Ｖｈｏｌｄに対して一定のマージンを持ってリリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅを印加することは比較的容易となる。
【００３８】
図６は、上記集積回路部２０の構成例を示す図である。この構成例の集積回路部２０は、電圧生成回路２１−１、２１−２、２１−３、２１−４と、スイッチング回路２３と、制御回路２４と、容量測定回路２５と、基準電圧生成回路２６とを備えている。
【００３９】
電圧生成回路２１−１は、上述した動作電圧Ｖａｃｔを生成する。電圧生成回路２１−２は、動作電圧Ｖａｃｔよりも低い電圧の上述したホールド電圧Ｖｈｏｌｄを生成する。電圧生成回路２１−３は、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも低い電圧の試験電圧Ｖｔｅｓｔを生成する。電圧生成回路２１−４は、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも高い電圧のＶｒｅｌｅａｓｅを生成する。なお、上述したモニタ電圧Ｖｍｏｎは、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄと試験電圧Ｖｔｅｓｔとの電位差の絶対値により表される電圧である。
【００４０】
スイッチング回路２３は、これらの電圧生成回路２１−１〜４により生成された各種の電圧を上部電極１４および下部電極１５のいずれか一方に選択的に接続して供給し、いずれか他方に残りの電圧のうちの一つを供給する機能を有するとともに、上部電極１４および下部電極１５を接地電圧Ｖｓｓに適宜接続する機能を有する。これら電圧生成回路２１−１〜４およびスイッチング回路２３の動作は、制御回路２４により制御される。
【００４１】
また、上部電極１４および下部電極１５の電圧を測定して、これらの電極１４、１５間の容量を測定するための回路として、容量測定回路２５が設けられている。この容量測定回路２５は、基準電圧生成回路２６にて生成された基準電圧Ｖｒｅｆと、上部電極１４または下部電極１５の電圧（電圧ＴＥまたは電圧ＢＥ）とを比較することにより上記の測定を行うものである。
【００４２】
この第１の実施形態に係る半導体装置においては、チャージングやスティクションが発生しても、そのような静電アクチュエータ１０の状態を簡単かつ正確に判定し、正常な状態に復帰させることが可能となる。
【００４３】
［第２の実施形態］
上述した第１の実施形態に係る半導体装置は、図４に示したようなタイミングで電圧ＴＥおよび電圧ＢＥを両電極１４、１５に対して印加した。そして、開・閉状態を判断して、閉状態であった場合に上部電極１４に印加されているホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも高いリリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅを下部電極１５に印加して、両電極１４、１５を閉状態から開状態へと遷移させる点を特徴とした。これに対し、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置は、例えば次の点を特徴としている。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を割愛し、本実施形態に特に関わる部分以外は明記しない場合があることとする。
【００４４】
すなわち、第２の実施形態に係る半導体装置は、上述したように静電アクチュエータ１０の開・閉状態を判断し、閉状態であると判断された場合には、上部電極１４の電圧ＴＥを接地電圧Ｖｓｓ程度まで下げた後に、下部電極１５の電圧ＢＥの電位を接地電圧Ｖｓｓよりも若干大きい電位に上げる。これにより、両電極１４、１５の間に、動作電圧Ｖａｃｔ、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄとは逆特性の（負の大きさを有する）開放電圧を印加する。このようにして、両電極１４、１５を閉状態から開状態へと遷移させると共に、絶縁膜１６にトラップされたチャージを放出し、静電アクチュエータ１０を通常の状態に復帰させることができる。この第２の実施形態の場合、開放電圧を電極間に印加するために必要な電圧が第１の実施形態よりも小さくて済むので、消費電力を第１の実施形態に比べて低減することができる。
【００４５】
なお、この実施形態の半導体装置は、上述した第１の実施形態に係る半導体装置と同様に静電アクチュエータ１０と集積回路部２０とを備えている。これらの構成については上記のものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
図７は、第２の実施形態に係る半導体装置にて、静電アクチュエータ１０の上部電極１４および下部電極１５に印加する電圧のタイミングを示す説明図である。なお、図７において、時刻ｔ０から時刻ｔ８までの期間における印加する電圧のタイミングは、図４にて示したものと同様であるため、ここでは時刻ｔ８の時点から説明する。
【００４７】
図７に示すように、時刻ｔ８の時点では、上部電極１４の電圧ＴＥはホールド電圧Ｖｈｏｌｄにて高インピーダンス状態（ｈｉ−Ｚ）であり、下部電極１５の電圧ＢＥは接地電圧Ｖｓｓとなっている。そして、この時刻ｔ８において上部電極１４の電圧の変化の大きさを検出することにより、静電アクチュエータ１０の開・閉状態の判断を行う。
【００４８】
静電アクチュエータ１０が閉状態であると判断した場合は、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄである電圧ＴＥを、接地電圧Ｖｓｓに時刻ｔ９の時点で切り替える。その後、時刻ｔ９の時点で接地電圧Ｖｓｓであった下部電極１５に対し、時刻ｔ１０の時点で、上記ホールド電圧Ｖｈｏｌｄ、試験電圧Ｖｔｅｓｔおよび電源電圧Ｖｄｄ（外部から与えられた電圧）よりも低いリリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅを印加する。このリリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅは、第１の実施形態におけるそれより遥かに小さい。
【００４９】
これにより、電圧ＢＥは、例えば時刻ｔ１０から時刻ｔ１１にかけて急激に上昇しリリース電圧Ｖｒｅｌｅａｓｅとなる。こうして、上部電極１４と下部電極１５との間には逆特性の開放電圧が印加される。これによって、絶縁膜１６にトラップされたチャージを放出し、静電アクチュエータ１０を閉状態から開状態へと遷移させることができる。なお、開状態となった後、時刻ｔ１２の時点で電圧ＢＥに対し接地電圧Ｖｓｓを印加して開状態を継続する。
【００５０】
［第３の実施形態］
上述した第１および第２の実施形態に係る半導体装置は、図４および図７に示したようなタイミングで電圧ＴＥおよび電圧ＢＥを変化させることで、モニタ電圧Ｖｍｏｎを１回のみ両電極１４、１５に対して印加するものである。
【００５１】
これに対し本発明の第３の実施形態に係る半導体装置は、モニタ電圧Ｖｍｏｎを、静電アクチュエータ１０が開状態と判定されるまで複数回にわたって印加する。そして、モニタ電圧Ｖｍｏｎは、その印加回数が増加するごとにその大きさが負の方向に変化するようにされている。たとえば、上部電極１４に与える電圧ＴＥをホールド電圧ｖｈｏｌｄに維持しつつ、下部電極１５に与える電圧ＢＥを印加回数が増えるごとに段階的に増加させる。これにより、段階的に負の方向に変化させたモニタ電圧Ｖｍｏｎの印加ごとに静電アクチュエータ１０の開・閉状態の判断を繰り返す。この点が、前述の実施形態と相違している。
【００５２】
モニタ電圧Ｖｍｏｎは、最初はホールド電圧Ｖｈｏｌｄより若干小さい程度の正の値に設定され、その後、徐々に負の方向に減少させられる。
【００５３】
図８は、第３の実施形態に係る半導体装置にて、静電アクチュエータ１０の上部電極１４および下部電極１５に印加する電圧のタイミングを示す説明図である。なお、図８において、時刻ｔ０から時刻ｔ４までの期間における印加する電圧のタイミングは、図４および図７にて示したものと同様であるため、ここでは時刻ｔ４の時点から説明する。
【００５４】
図８に示すように、時刻ｔ４の時点では、例えば上部電極１４の電圧ＴＥはホールド電圧Ｖｈｏｌｄであり、下部電極１５の電圧ＢＥは接地電圧Ｖｓｓとなっているため、これらの電位差によって静電アクチュエータ１０は閉状態となっている。
【００５５】
その後、例えば時刻ｔ５のときに、電圧ＢＥが接地電圧Ｖｓｓであった下部電極１５に対し、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも低い試験電圧Ｖｔｅｓｔ１を印加すると、電圧ＢＥは時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて急激に上昇して試験電圧Ｖｔｅｓｔ１となる。両電極１４、１５の間には、モニタ電圧Ｖｍｏｎ＝Ｖｈｏｌｄ−Ｖｔｅｓｔ１が印加される。
【００５６】
そして、上部電極１４を高インピーダンス状態に切り替えた後、このときの両電極１４、１５の間のモニタ電圧Ｖｍｏｎ（＝Ｖｈｏｌｄ−Ｖｔｅｓｔ１）の状態を例えば時刻ｔ７の時点まで確保し、この時点で試験電圧Ｖｔｅｓｔ１となった電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓに切り替える。
【００５７】
すると、電圧ＢＥは、時刻ｔ７から時刻ｔ８にかけて急激に下降して接地電圧Ｖｓｓとなり、電圧ＴＥも、容量カップリングにより、両電極１４、１５間の容量に応じた分だけ下降する。静電アクチュエータ１０が閉状態であればその下降幅が大きく、開状態であればその下降幅が小さい。
【００５８】
時刻ｔ８から時刻ｔ９にかけて、この下降幅に基づいて両電極１４、１５の間の容量を測定し、これに基づき静電アクチュエータ１０の開・閉状態の判断を行う。このとき、静電アクチュエータ１０が閉状態であると判断した場合は、例えば時刻ｔ９の時点で、試験電圧Ｖｔｅｓｔ１よりも高くホールド電圧Ｖｈｏｌｄと同じ大きさの試験電圧を、接地電圧Ｖｓｓである下部電極１５に対して印加する。
【００５９】
こうして、電圧ＢＥは例えば時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけて急激に上昇してホールド電圧Ｖｈｏｌｄとなる。これにより、上部電極１４と下部電極１５との間の電圧（モニタ電圧Ｖｍｏｎ）は零（０）となる。すなわち、モニタ電圧Ｖｍｏｎは、１回目の印加時よりも、負の方向に値が変化している（減少している）。
【００６０】
そして、上部電極１４を高インピーダンス状態に切り替えた後、この状態を例えば時刻ｔ１１の時点まで継続し、この時点でホールド電圧Ｖｈｏｌｄとなった電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓに切り替えると、電圧ＢＥは時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけて急激に下降して接地電圧Ｖｓｓとなる。その後、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３にかけて、同様にして静電アクチュエータ１０の容量を測定し、開・閉状態の判断を行う。
【００６１】
このとき、再び静電アクチュエータ１０が閉状態であると判断した場合は、例えば時刻ｔ１３の時点で、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりもさらに高い試験電圧Ｖｔｅｓｔ２を、下部電極１５に対して印加する。上部電極１４の電圧はそのままホールド電圧Ｖｈｏｌｄとする。これにより、電圧ＢＥは例えば時刻ｔ１３から時刻ｔ１４にかけて急激に上昇し、試験電圧Ｖｔｅｓｔ２となる。これにより、上部電極１４と下部電極１５との間のモニタ電圧Ｖｍｏｎは、負の電圧（Ｖｈｏｌｄ−Ｖｔｅｓｔ２）となる。
【００６２】
上部電極１４を高インピーダンス状態に切り替え、この状態を例えば時刻ｔ１５の時点まで継続した後、電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓに切り替えると、電圧ＢＥは時刻ｔ１５から時刻ｔ１６にかけて急激に下降して接地電圧Ｖｓｓとなる。ここで再び、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７にかけて静電アクチュエータ１０の容量を測定して開・閉状態の判断を行う。
【００６３】
測定結果により、再度静電アクチュエータ１０が閉状態であると判断した場合は、例えば時刻ｔ１７の時点で試験電圧Ｖｔｅｓｔ２よりもさらに高い試験電圧Ｖｔｅｓｔ３を、下部電極１５に対して印加する。上部電極１４の電圧はそのままホールド電圧Ｖｈｏｌｄとする。こうして、電圧ＢＥは例えば時刻ｔ１７から時刻ｔ１８にかけて急激に上昇し、試験電圧Ｖｔｅｓｔ３となる。これにより、上部電極１４と下部電極１５との間のモニタ電圧Ｖｍｏｎは、時刻ｔ１４の時点よりもさらに絶対値の大きな負の電圧（Ｖｈｏｌｄ−Ｖｔｅｓｔ３）となる。
【００６４】
上部電極１４を高インピーダンス状態に切り替えた後、この状態を例えば時刻ｔ１９の時点まで継続した後、再度電圧ＢＥを接地電圧Ｖｓｓにして静電アクチュエータ１０の開・閉状態の判断を行う。以降静電アクチュエータ１０が開状態であると判断されるまで（測定された容量が所定値未満となるまで）、上記の電圧印加処理（すなわち、試験電圧Ｖｔｅｓｔの大きさを徐々に上げて印加する処理）を繰り返す。開状態となった後は、例えば時刻ｔ１９の時点で電圧ＢＥに対し接地電圧Ｖｓｓを印加する。このような方法によっても、静電アクチュエータ１０を閉状態から開状態へと遷移させることが可能となる。
【００６５】
なお、この第３の実施形態においては、例えば時刻ｔ５から時刻ｔ１２までの下部電極１５に対するホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも低い試験電圧（Ｖｔｅｓｔ１）の印加を行わずに、上部電極１４の電圧ＴＥをホールド電圧Ｖｈｏｌｄとしたうえで、下部電極１５に対してホールド電圧Ｖｈｏｌｄよりも高い試験電圧Ｖｔｅｓｔ２を印加することから（時刻ｔ１３から）制御を開始するようにしてもよい。
【００６６】
以上述べたように、本発明によれば、静電アクチュエータ１０の状態を簡単かつ正確に判定し、制御することが可能となる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、上部電極１４および下部電極１５に対して印加する電圧の種類やタイミングなどの各態様を入れ替えて制御を行うようにしてもよい。また、上述した実施形態では、ホールド電圧Ｖｈｏｌｄからモニタ電圧Ｖｍｏｎに切り替える態様について説明したが、動作電圧Ｖａｃｔからモニタ電圧Ｖｍｏｎに切り替えるようにしてもよい。
【００６７】
（付記１）
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態になったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータを制御する半導体装置であって、
前記第１電極および前記第２電極の間に印加させる電圧として、少なくとも
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するために用いられ前記動作電圧以下のホールド電圧と、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するために用いられ前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするための前記動作電圧とは逆特性の開放電圧とを発生させる電圧発生部と、
前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知部と、
前記電圧発生部により発生された電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する制御を行う制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を前記ホールド電圧から所定時間前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を前記容量検知部に検知させ、その容量が所定値以上である場合に前記第１電極および前記第２電極の間に前記開放電圧を印加する
ことを特徴とする半導体装置。
【００６８】
（付記２）
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態となったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータを制御する半導体装置であって、
前記第１電極および前記第２電極の間に印加させる電圧として、少なくとも
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するために用いられ前記動作電圧以下のホールド電圧と、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するために用いられ前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧と、
前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするための前記動作電圧とは逆特性の開放電圧とを発生させる電圧発生部と、
前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知部と、
前記電圧発生部により発生された電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する制御を行う制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を前記ホールド電圧から所定時間前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を前記容量検知部に検知させ、その容量が所定値以上である場合に、前記容量が所定値未満となるまで、前記モニタ電圧の大きさを変化させて再度前記第１電極および前記第２電極の間に印加させ前記容量を前記容量検知部に検知させることを繰り返す
ことを特徴とする半導体装置。
【００６９】
（付記３）
前記容量検知部は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧が前記モニタ電圧に切り替えられ、さらに、前記第１電極が高インピーダンス状態となった後、前記第２電極に印加させる電圧を変化させた場合における前記第１電極の電圧の変化に基づいて、前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知することを特徴とする付記１または２記載の半導体装置。
【００７０】
（付記４）
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態になったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータの制御方法において、
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する動作電圧印加ステップと、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するため前記動作電圧以下のホールド電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するホールド電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するため前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するモニタ電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を、前記前記ホールド電圧から前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知ステップと、
前記容量検知ステップにて検知された容量が所定値以上である場合に、前記静電アクチュエータを閉状態から開状態にするため前記動作電圧とは逆特性の開放電圧を印加する開放電圧印加ステップとを備えた
ことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。
【００７１】
（付記５）
開状態から静電引力により弾性力に抗して閉状態となったときに近接可能に形成された第１電極と第２電極とを持つ静電アクチュエータの制御方法において、
前記静電アクチュエータを開状態から閉状態にするための動作電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加する動作電圧印加ステップと、
前記静電アクチュエータを閉状態に維持するため前記動作電圧以下のホールド電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するホールド電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極への電荷のトラップ状態を判断するため前記ホールド電圧より小さいモニタ電圧を前記第１電極および前記第２電極の間に印加するモニタ電圧印加ステップと、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を、前記ホールド電圧から前記モニタ電圧に切り替えた場合における前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知する容量検知ステップと、
前記容量が所定値以上である場合に、前記容量が所定値未満となるまで、前記モニタ電圧の大きさを変化させて再度前記第１電極および前記第２電極の間に印加させ前記容量を検知することを繰り返すステップとを備えた
ことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。
【００７２】
（付記６）
前記容量検知ステップは、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧が前記モニタ電圧に切り替えられ、更に、前記第１電極が高インピーダンス状態となった後、前記第２電極に印加させる電圧を変化させた場合における前記第１電極の電圧の変化に基づいて、前記第１電極および前記第２電極の間の容量を検知することを特徴とする付記４または５記載の静電アクチュエータの制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】静電アクチュエータについて説明した概念図である。
【図３】静電アクチュエータにおけるＣ−Ｖ特性を説明するための説明図である。
【図４】第１の実施形態において静電アクチュエータに印加される電圧の波形の一例を説明するための波形図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る半導体装置に含まれる集積回路部の構成例を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態において静電アクチュエータに印加される電圧の波形の一例を説明するための波形図である。
【図８】第３の実施形態において静電アクチュエータに印加される電圧の波形の一例を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…静電アクチュエータ、１１…梁部、１２…可動部、１３…固定部、１４…上部電極、１５…下部電極、１６…絶縁膜、２０…集積回路部、２１−１〜２１−４…電圧生成回路、２３…スイッチング回路、２４…制御回路、２５…容量測定回路、２６…基準電圧生成回路。
【図１】
2009201317.tif 000003
【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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