JP2010123353A

JP2010123353A - Ｍｅｍｓスイッチ

Info

Publication number: JP2010123353A
Application number: JP2008294920A
Authority: JP
Inventors: Akira Gei; 威倪
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】所謂スティッキング現象に基づく作動不良の発生を防止可能なＭＥＭＳスイッチを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、所定の間隔をもって形成された少なくとも２本の平行な可動電極と；前記可動電極に連結され、当該可動電極に連動して移動する第１可動接点と；前記第１可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第１可動接点と接触／離間してオン・オフする第１固定接点と；前記少なくとも２本の平行な可動電極の間に形成され、互いに所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極とを備えている。そして、前記第１及び第２固定電極に印加される電圧によって前記可動電極を駆動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電極間に生じる静電引力を用いてスイッチングを行うＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法に関する。特に、次世帯の携帯電話のアンテナ切り替えデバイス等の携帯無線端末機器に好適なＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法に関する。

近年、ブロードバンド化や高周波化、グローバル化が進んでいることから、携帯電話や無線ＬＡＮに代表される携帯無線端末機器では、高周波領域での使用が求められている。従来の携帯無線端末機器では、アンテナや送受信回路を切り替えるために、半導体デバイスであるＦＥＴ（Field Effect Transistor）やダイオード等のスイッチが多用されてきた。しかしながら、半導体スイッチでは、数ＧＨｚ帯以上の周波数領域で伝送損失が大きくなると共に、アイソレーション（Isolation）も低くなることから高周波信号をスイッチングすることが困難であった。

これに対してＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を応用したスイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）では、機械的にほぼ完全にオン、オフを行うことができる。このため、ＭＥＭＳスイッチでは、高周波領域を含む広い周波数帯域に亘って伝送損失を低く抑えると共に、高いアイソレーションを得ることができる。このような背景から、シリコン基板をベースとするＲＦ（Radio-Frequency）−ＭＥＭＳスイッチの研究が活発に進められてきた。

特開２００８−０５９８６５号公報には、小型と低電圧で動作するＭＥＭＳスイッチが開示されている。特開２００８−０５９８６５号公報に記載のＭＥＭＳスイッチにおいては、可動電極（１３）と固定電極（１５）が設けられ、可動電極は基板と垂直な動きをする構造となっている。そして、可動電極（１３ｂ）と固定電極（１５ｂ）が接触することによって、スイッチがＯＮされるようになっている。この時、可動電極と固定電極に電圧を印加することで、可動電極が固定電極と接触する。また、ばねの復元力でスイッチをＯＦＦするようになっている。
特開２００８−０５９８６５号公報

特開２００８-０５９８６５号公報に示す構造では、固定電極の上あるいは可動電極の下に絶縁層が作られ、可動電極と固定電極が接触後のショートを防いでいる。このため、可動電極と固定電極が接触した場合、絶縁層に電荷が溜まる場合がある。この場合、印加電圧がＯＦＦになっても、絶縁層に溜まった電荷の静電力で、可動電極と固定電極が離れないスティキング現象が起こる場合がある。すなわち、電圧をＯＦＦにしても、スイッチがＯＦＦされない状況が発生する。

国際公開ＷＯ２００５／０１５５９５号公報には、本発明に関連するマイクロスイッチング素子の構造が開示されている。
国際公開ＷＯ２００５／０１５５９５号公報

また、特開２００４−１３４３７０号公報には、二つの電極を用いてスイッチのＯＮとＯＦＦ制御をする構造が開示されている。しかしながら、このような構造においては、固定電極と可動電極とが接合する力を大きくするために、固定電極と可動電極との対向面積を大きくしようとすると、各電極のサイズを大きくする必要がある。その結果、スイッチ構造部が大きくなったり、形状の自由度が損なわれる等の問題点がった。更に、可動電極が直接導通経路になるため、単に先端が接点と接触するだけでは信号を伝達しにくいなどの不具合がある。
特開２００４−１３４３７０号公報

ところで、現在では２個のＭＥＭＳでＳＰＤＴ(Single Pole Double Throw) スイッチを構成する構造が提案されている。しかしながら、２個のＭＥＭＳデバイスを用いるためスイッチが大型化する等の問題がある。なお、ＳＰＤＴは、１入力２出力スイッチで、２出力のうち、いずれかがオンになっている状態と、いずれの出力もオフで入力電力がほぼ全反射する状態の計３つの状態がある。

本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、所謂スティッキング現象に基づく作動不良の発生を防止可能なＭＥＭＳスイッチを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、単一のＭＥＭＳデバイスによって小型のＳＰＤＴスイッチを構成可能なＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係るＭＥＭＳスイッチは、所定の間隔をもって形成された少なくとも２本の平行な可動電極と；前記可動電極に連結され、当該可動電極に連動して移動する第１可動接点と；前記第１可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第１可動接点と接触／離間してオン・オフする第１固定接点と；前記少なくとも２本の平行な可動電極の間に形成され、互いに所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極とを備えている。そして、前記第１及び第２固定電極に印加される電圧によって前記可動電極を駆動する。

本発明の第２の態様に係るＭＥＭＳスイッチは、所定の間隔をもって形成された少なくとも２本の平行な可動電極と；前記可動電極に連結され、当該可動電極に連動して移動する第１及び第２可動接点と；前記第１可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第１可動接点と接触／離間してオン・オフする第１固定接点と；前記第２可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第２可動接点と接触／離間してオン・オフする第２固定接点と；前記少なくとも２本の平行な可動電極の間に形成され、所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極とを備えている。ここで、前記第１可動接点と前記第１固定接点によって第１スイッチが形成され、前記第２可動接点と前記第２固定接点によって第２スイッチが形成される。そして、前記第１及び第２固定電極に印加される電圧によって前記可動電極を駆動し、これによって前記第１スイッチ及び第２スイッチをオン・オフする。

上記のような本発明の第１及び第２の態様によれば、所謂スティキング現象が発生してもスイッチが問題なく動作することになる。また、可動電極と固定電極とのトータルの対向面積が増加し、固定電極の厚さを小さくできるという利点がある。これによって、膜の薄膜化ができ、プロセス装置の負担を緩和できることになる。

また、可動電極に連動する可動接点が固定接点と接触する構造であり、可動電極が直接導通経路にならないため、信号の伝達が良好になるというメリットもある。

本発明の第２の態様によれば、１つのＭＥＭＳでＳＰＤＴスイッチを構成でき、ＳＰＤＴスイッチの小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図である。本実施例のＭＥＭＳスイッチ１１０は、所定の間隔をもって形成された２本の平行な可動電極１１８ａ，１１８ｂと；可動電極１１８ａ，１１８ｂに連結され、当該可動電極１１８ａ，１１８ｂに連動して移動する第１可動接点１２２と；第１可動接点１２２と対向し、可動電極１１８ａ，１１８ｂの移動によって当該第１可動接点１２２と接触／離間してオン・オフする第１固定接点１２０と；２本の平行な可動電極１１８ａ，１１８ｂの間に形成され、互いに所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極１１４，１１６とを備えている。

可動電極１１８ａ，１１８ｂは、基板上において当該可動電極１１８ａ，１１８ｂと直交する連結部材１１８ｃによって連結されている。なお、これら可動電極１１８ａ，１１８ｂと連結部材１１８ｃを全て含めて「可動電極」と言うこともできる。第１及び第２固定電極１１４，１１６に印加される電圧によって、可動電極１１８ａ，１１８ｂと連結部材１１８ｃとが一体で移動するようになっている。

可動電極１１８ａ，１１８ｂは固定電極１１４，１１６と対向する部分が絶縁層１２４で覆われている。ここで、第１固定電極１１４と、第２固定電極１１６と、可動電極１１８ａ，１１８ｂに別々の電圧を印加することが可能である。なお、本実施例においては、可動電極１１８ａ，１１８ｂは常時アースされている。

第１可動接点１２２は、連結部材１１８ｃの先端に絶縁膜１２６を介して設けられている。一対の第１固定接点１２０は、信号線１１９に接続されている。第１及び第２可動電極１１８ａ，１１８ｂの端部は、バネ１２８を介してアンカー１１２に接続されている。第１可動接点１２２と可動電極１１８ａ，１１８ｂは半導体基板の面に対して平行に動く。

スイッチの絶縁部１２４，１２６以外は全て導体によって構成されている。第２固定電極１１６にはＶ２の電圧を印加可能となっている。第１固定電極１１４にはＶ１の電圧を印加可能となっている。可動電極１１８ａ，１１８ｂの他、アンカー１１２、バネ１２８もアースされている。固定電極１１４，１１６と可動電極１１８ａ，１１８ｂの距離はｄ１、絶縁部１２４の幅はｄ４、固定電極１１４，１１６同士の距離はｄ２で示してある。可動接点１２２と固定接点１２０との距離はｄ3とする。固定電極１１４，１１６の長さはｄ５とし、厚さはｄ6（図３（Ｇ）参照）とする。絶縁部１２４，１２６、可動接点１２２も可動電極１１８ａ，１１８ｂ（１１８ｃ）上に形成され、可動電極１１８ａ，１１８ｂ（１１８ｃ）と一体で移動するようになっている。

次に、本実施例に係るＭＥＭＳスイッチ１１０の製造工程について説明する。図２（Ａ）〜（Ｄ）、図３（Ｅ）〜（Ｇ）は図１のＡ−Ａ‘方向の断面図であり、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチ１１０の製造工程を示す。

まず、図２（Ａ）で示すように、Ｓｉ基板１５０上に周知の方法（例：ＰＥＣＶＤ）により、ＳｉＯ２膜１５２を形成する。次に、スパッタリング工程により、図２（Ｂ）で示すように、ＳｉＯ２膜１５２上にＷ膜１５４を堆積する。ここで、Ｗ膜１５４の厚みが後の固定電極１１４，１１６の厚さｄ6となる。その後、図２（Ｃ）で示すように、エッチングによりＷ膜１５４に溝１５６を形成する。

次に、周知の方法（例えば、ＬＰＣＶＤ）によって、図２（Ｄ）に示すように、Ｗ膜１５４上及び溝１５６内にＳｉＮ膜１５８を形成する。次に、図３（Ｅ）に示すように、Ｗ膜１５４上のＳｉＮ膜１５８をエッチングにより除去する。続いて、エッチング工程により、図３（Ｆ）に示すように、可動電極１１８ａ，１１８ｂ、可動接点１２２、固定接点１２０、固定電極１１４，１１６となる部分を残してパターニングする。その後、図３（Ｇ）に示すように、Ｗ膜１５４をフッ酸を用いたウエットエッチングによって除去し、ＳｉＯ２膜１５２をリリースする。これによって、厚さｄ６の固定電極１１４，１１６が成形される。

次に、上述した第１実施例の動作について図４及び図５を参照して説明する。図４は、ＭＥＭＳスイッチ１１０のオン動作、図５はオフ動作を示す説明図である。

まず、スイッチをＯＮする動作について説明する。第１固定電極１１４のＶ１をＯＮし、第２固定電極１１６のＶ２をＯＦＦする。可動電極１１８ａ，１１８ｂをアースする。可動電極１１８ｂと第１固定電極１１４間の静電力により、可動電極１１８ａ，１１８ｂが第１固定電極１１４の方向に移動する。これにより、可動電極１１８ｂと第１固定電極１１４との間隔が小さくなり、最終的には、可動電極１１８ｂが第１固定電極１１４と接触する。これによって、可動接点１２２が固定接点１２０と接触し、スイッチがＯＮする。

次に、スイッチをＯＦＦする動作について説明する。スイッチＯＮの状態から、まず、第１固定電極１１４のＶ１をＯＦＦし、第２固定電極１１６のＶ２をＯＮする。可動電極１１８ａと第２固定電極１１６間の静電力により、可動電極１１８ａ，１１８ｂが第２固定電極１１６の方向に移動する。これにより、可動電極１１８ｂが第１固定電極１１４から引き離される。同様に、可動接点１２２も固定接点１２０から引き離される。これによって、スイッチがＯＦＦになる。

例えば、定常状態でｄ１=０.５ｕm、ｄ２=０.２ｕm、ｄ3=０.４ｕm、ｄ４=０.１ｕm、ｄ５=１０ｕm、ｄ6=５ｕmの場合、第２固定電極１１６と可動電極１１８ａ、第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂの対向面積は両方とも１００ｕm２である。ばね部１２８のばね係数が約０.１Ｎ/m（ばね１本）とすると、シミュレーションの結果により、第１固定電極１１４に約Ｖ１≒１２Ｖの電圧を印加すると可動電極１１８ｂが第１固定電極に接触し、第１可動接点１２２が第１固定接点１２０に接触する。したがって、スイッチがＯＮする。この状態で、絶縁層１２４に電荷がチャージし始める。

第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂとの間に働く力Ｆ１は以下の式（１）で示すことができる。
Ｆ１＝Ｆ_Ｖ１+Ｆ_Q-Ｆ_r (１)
Ｆ_Ｖ１:印加電圧Ｖ１による静電力
Ｆ_r:ばね１２８の復元力
Ｆ_Q：チャージされた電荷による静電力

また、ばね１２８の復元力Ｆrの大きさは以下の式（２）で計算される。
Ｆr=ｋ×ｄ１×４ =０.２ｕＮ (２)
kは一本ばねのばね係数
ｄ１：第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂとが接触した場合の可動電極の変位
「４」は、ばね１２８が４つあるため、これに対応している。

Ｆ_Qの大きさは第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂにチャージする電荷量と関係する。電荷量は、第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂとの接触時間、絶縁膜１２４のトラップ密度などと関係する。

また、第１固定電極１１４にかかる電圧Ｖ１が１２Ｖ−＞０Ｖのとき、ＦQ＜Ｆrの場合スティキング現象が発生せず、第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂとが離れる。この場合、第２固定電極１１６には電圧Ｖ２を印加しなくても、スイッチが通常にＯＦＦする。

これに対して、Ｆ_Q＞Ｆ_ｒの場合にはスティキング現象が発生し、第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂとの間に働く力Ｆ１は以下の式（３）で示すことができる。
Ｆ１＝Ｆ_Q−Ｆ_ｒ (３)

例えば、Ｆ_QがＦ_ｒの２倍(０.４ｕＮ)の場合は、第１固定電極１１４と可動電極１１８ｂとの間に働く力Ｆ１が０.２ｕＮになる。スティキングを防ぐには、第２固定電極１１６と可動電極１１８ａに働く力Ｆ２を０.２ｕＮ以上にする必要がある。このときの第２固定電極１１６と可動電極１１８ａとの間隔は、図４に示すように、ｄ１の２倍になる。可動電極１１８ａと第２固定電極１１６間のエネルギーＵは、以下の式（数１）で示され、式（数１）から第２固定電極１１６と可動電極１１８ａに働く力は式（数２）として求められる。（可動電極上の絶縁層は薄いため、無視して計算する。）

「Ｓ」は、第２固定電極１１６と可動電極１１８ａの対向面積１００E−１２m^２である。「C２」は、可動電極と第２固定電極間の容量、「ε」は空気の誘電率で８.８５E−１２Ｆ／mである。
したがって、第２固定電極１１６と可動電極１１８ａにかかる電圧は、以下の式５で計算できる。
Ｖ２=root[Ｆ２*２*(２*ｄ１)^２／Sε] （５）
式５によると、Ｆ２＞０.２ｕＮの場合、Ｖ２＞２１.５Ｖにするとスティキングを解決できる。

以上のような理由により、本実施例においてスイッチ動作するには以下のような電圧設定とする。
スイッチＯＮ：第１固定電極１１４にＶ１≒１２Ｖを印加する。第２固定電極１１６はＶ２=０Ｖ
スイッチＯＦＦ：第１固定電極１１４にＶ１≒０Ｖ。第２固定電極１１６はＶ２=２１.５Ｖを印加する。第２固定電極１１６と可動電極１１８ａとの接触を防ぐため、スイッチがＯＦＦしたらＶ２も直ちにＯＦＦする。なお、上述したように、可動電極１１８ａ，１１８ｂは常にアースしておく。

以上のように本発明の第１実施例によれば、スティキングが発生してもスイッチが問題なく動作する。すなわち、スイッチがＯＮ動作時、可動電極１１８ｂと第１固定電極１１４が接触する場合、Ｖ１がＯＮするため、絶縁層１２４に電荷がチャージされる。このチャージによって、Ｖ１がＯＦＦになっても、チャージされた電荷の静電力で、可動電極１１８ｂは第１固定電極１１４と接触したままのスティキングが生じる。スイッチがＯＦＦ動作時は、可動電極１１８ａと第２固定電極１１６との間に静電力が発生するため、可動電極１１８ａが第２固定電極１１６の方向に移動する。したがって、スティキングが発生しても、強制的に可動接点１２２は固定接点１２０及び第１固定電極１１４から離れ、スイッチをＯＦＦさせる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。図６は、本発明の第２実施例に係るＭＥＭＳスイッチ２１０の構造を示す平面図である。なお、基本的な構造は上述した第１実施例に係る構造１１０と同様であり、重複した説明は適宜省略する。

本実施例に係るＭＥＭＳスイッチ２１０は、所定の間隔をもって形成された２本の平行な可動電極２１８ａ，２１８ｂと；
可動電極２１８ａ，２１８ｂに連結され、当該可動電極に連動して移動する第１及び第２可動接点２２２ａ，２２２ｂと；第１可動接点２２２ａと対向し、可動電極２１８ａ，２１８ｂの移動によって当該第１可動接点２２２ａと接触／離間してオン・オフする第１固定接点２２０ａと；第２可動接点２２２ｂと対向し、可動電極２１８ａ，２１８ｂの移動によって当該第２可動接点２２２ｂと接触／離間してオン・オフする第２固定接点２２０ｂと；２の平行な可動電極２１８ａ，２１８ｂの間に形成され、所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極２１４，２１６とを備えている。

そして、第１可動接点２２２ａと第１固定接点２２０ａによって第１スイッチが形成される。また、第２可動接点２２２ｂと第２固定接点２２０ｂによって第２スイッチが形成される。第１及び第２固定電極２１４，２１６に印加される電圧によって可動電極２１８ａ，２１８ｂを駆動し、これによって第１スイッチ及び第２スイッチをオン・オフするようになっている。

可動電極２１８ａ，２１８ｂは、半導体基板上において可動電極２１８ａ，２１８ｂと直交する連結部材２１８ｃによって連結されている。なお、これら可動電極２１８ａ，２１８ｂと連結部材２１８ｃを含めて可動電極と言うこともできる。そして、第１及び第２固定電極２１４，２１６に印加される電圧によって可動電極２１８ａ，２１８ｂと連結部材２１８ｃとが一体で移動するようになっている。

可動電極２１８ａ，２１８ｂは固定電極２１４，２１６と対向する部分が絶縁層２２４で覆われている。ここで、第１固定電極２１４と、第２固定電極２１６と、可動電極２１８ａ，２１８ｂに別々の電圧を印加することが可能である。なお、本実施例においては可動電極２１８ａ，２１８ｂは常時アースされている。

第１可動接点２２２ａは、連結部材２１８ｃの先端に絶縁膜２２６ａを介して設けられている。一対の第１固定接点２２０ａは、信号線２１９に接続されている。同様に、第２可動接点２２２ｂは、連結部材２１８ｃの他の先端に絶縁膜２２６ｂを介して設けられている。一対の第２固定接点２２０ｂは、信号線２１９に接続されている。第１及び第２可動電極２１８ａ，２１８ｂの端部は、バネ２２８を介してアンカー２１２に接続されている。第１及び第２可動接点２２２ａ，２２２ｂと可動電極２１８ａ，２１８ｂは半導体基板の面に対して平行に動く。

スイッチの絶縁部２２４，２２６以外は全て導体によって構成されている。第２固定電極２１６にはＶ２の電圧を印加可能となっている。第１固定電極２１４にはＶ１の電圧を印加可能となっている。可動電極２１８ａ，２１８ｂ、アンカー２１２、バネ２２８は全てアースされている。固定電極２１４，２１６と可動電極２１８ａ，２１８ｂの距離はｄ１、絶縁部２２４の幅はｄ４、固定電極２１４，２１６同士の距離はｄ２で示してある。第１及び第２可動接点２２２ａ，２２２ｂと第１及び第２固定接点２２０ａ，２２０ｂとの距離は各々ｄ3とする。固定電極２１４，２１６の長さはｄ５とし、厚さはｄ6（図８（Ｇ）参照）とする。絶縁部２２４，２２６、第１及び第２可動接点２２２ａ，２２２ｂも可動電極２１８ａ，２１８ｂ（２１８ｃ）上に形成され、可動電極２１８ａ，２１８ｂ（２１８ｃ）と一体で移動するようになっている。

次に、本実施例に係るＭＥＭＳスイッチ２１０の製造工程について説明する。図７（Ａ）〜（Ｄ）、図８（Ｅ）〜（Ｇ）は図６のＡ−Ａ‘方向の断面図であり、第２実施例に係るＭＥＭＳスイッチ２１０の製造工程を示す。

まず、図７（Ａ）で示すように、Ｓｉ基板２５０上に周知の方法（例：ＰＥＣＶＤ）により、ＳｉＯ２膜２５２を形成する。次に、スパッタリング工程により、図７（Ｂ）で示すように、ＳｉＯ２膜２５２上にＷ膜２５４を堆積する。ここで、Ｗ膜２５４の厚みが、後の固定電極２１４，２１６の厚さｄ6となる。その後、図７（Ｃ）で示すように、エッチングによりＷ膜２５４に溝２５６を形成する。

次に、周知の方法（例えば、ＬＰＣＶＤ）によって、図７（Ｄ）に示すように、Ｗ膜２５４上及び溝２５６内にＳｉＮ膜２５８を形成する。次に、図８（Ｅ）に示すように、Ｗ膜２５４上のＳｉＮ膜２５８をエッチングにより除去する。続いて、エッチング工程により、図８（Ｆ）に示すように、可動電極２１８ａ，２１８ｂ、第１及び第２可動接点２２２ａ，２２２ｂ、第１及び第２固定接点２２０ａ，２２０ｂ、固定電極２１４，２１６となる部分を残してパターニングする。その後、図８（Ｇ）に示すように、Ｗ膜２５４をフッ酸を用いたエッチングによって除去し、ＳｉＯ２膜２５２をリリースする。これによって、厚さｄ６の固定電極２１４，２１６が成形される。

次に、本実施例の動作について図９及び図１０を参照して説明する。まず、スイッチ１をＯＮし、スイッチ２をＯＦＦする動作について、図９を参照して説明する。第１固定電極２１４のＶ１をＯＮし、第２固定電極２１６のＶ２をＯＦＦする。可動電極２１８ａ，２１８ｂをアースし、可動電極２１８ｂと第１固定電極２１４間の静電力により、可動電極２１８ａ，２１８ｂが第１固定電極２１４の方向に移動する。これにより、可動電極２１８ｂと第１固定電極２１４との間隔が小さくなり、最終的には、可動電極２１８ｂが第１固定電極２１４と接触する。これによって、可動接点２２２ａが固定接点２２０ａと接触し、スイッチ１がＯＮする。これに対して、第２可動接点２２２ｂは第２固定接点２２０ｂと接触せず、ＯＦＦ状態である。

次に、スイッチ１をＯＦＦし、スイッチ２をＯＮする動作について、図１０を参照して説明する。定常状態から、まず第１固定電極２１４のＶ１をＯＦＦし、第２固定電極２１６のＶ２をＯＮする。可動電極２１８ａと第２固定電極２１６間の静電力により、可動電極２１８ａ，２１８ｂが第２固定電極２１６の方向に移動する。これにより、可動電極２１８ａと第２固定電極２１６との間隔が小さくなり、最終的には、可動電極２１８ａが第２固定電極２１６と接触する。これによって、可動接点２２２ｂが固定接点２２０ｂと接触し、スイッチ２がＯＮする。これに対して、第１可動接点２２２ａは第１固定接点２２０ａと接触せず、スイッチ１がＯＦＦ状態となる。

次に、スイッチ１及びスイッチ２を両方ともＯＦＦにする動作について説明する。まず、スイッチ１がＯＮ，スイッチ２がＯＦＦの状態（図９）から両スイッチをＯＦＦするには、第１固定電極２１４のＶ１をＯＦＦするとともに、第２固定電極２１６にＶ２を印加する。これによって、スイッチ１がＯＦＦする。一方、スイッチ１がＯＦＦ，スイッチ２がＯＮの状態（図１０）から両スイッチをＯＦＦするには、第１固定電極２１４にＶ１を印加し、第２固定電極２１６のＶ２をＯＦＦする。これによって、スイッチ２がＯＦＦする。

例えば、定常状態でｄ１=０.５ｕm、ｄ２=０.２ｕm、ｄ3=０.４ｕm、ｄ４=０.１ｕm、ｄ５=１０ｕm、ｄ6=５ｕmの場合、第２固定電極２１６と可動電極２１８ａ、第１固定電極２１４と可動電極２１８ｂの対向面積は両方とも１００ｕm２である。ばね部２２８のばね係数が約０.１Ｎ/m（ばね１本）とする。

定常状態からスイッチ１をＯＮするには、実施例１の動作説明例と同じように、第１固定電極２１４に約Ｖ１≒１２Ｖの電圧を印加すると可動電極２１８ｂが第１固定電極に接触し、第１可動接点２２２ａが第１固定接点２２０ａに接触する。したがって、スイッチ１がＯＮする。また、式３のＦQがばね２２８の復元力の２倍の０.４ｕＮとすると、Ｆ２＞０.２ｕＮで、スティキングを改善することができる。式５では、Ｆ２＞０.２ｕＮの場合Ｖ２＞２１.５ＶにするとＦ２＞Ｆ１になり、スイッチ１がＯＦＦする。

同様に、スイッチ２のＯＮとＯＦＦは以下の条件で実現可能となる。スイッチ２をＯＮするには、第２固定電極２１６にＶ２≒１２Ｖの電圧を印加する。第１固定電極２１４の電圧Ｖ１=０Ｖとする。一方、スイッチ２をＯＦＦするには、第２固定電極２１６の電圧Ｖ２≒０Ｖとし、第１固定電極２１４には電圧Ｖ１=２１.５Ｖを印加する。

以上のように、本実施例においては、スイッチ動作では以下の電圧設定とする。
（１）スイッチ１ＯＮ、スイッチ２ＯＦＦ：第１固定電極２１４にＶ１≒１２Ｖを印加する。第２固定電極２１６の電圧はＶ２=０Ｖ。
（２）スイッチ１ＯＦＦ、スイッチ２ＯＦＦ：第１固定電極２１４の電圧Ｖ１＝０Ｖ。第２固定電極２１６の電圧Ｖ２=２１.５Ｖを印加する。第２固定電極２１６と可動電極２１８ａの接触を防ぐため、スイッチがＯＦＦしたらＶ２もすぐＯＦＦする。
（３）スイッチ２ＯＮ、スイッチ１ＯＦＦ：第２固定電極２１６に電圧Ｖ２≒１２Ｖを印加する。第１固定電極２１４の電圧Ｖ１=０Ｖ。
（４）スイッチ２ＯＦＦ、スイッチ１ＯＦＦ：第２固定電極２１６に電圧Ｖ２＝０Ｖ。第１固定電極２１４には電圧Ｖ１=２１.５Ｖを印加する。第１固定電極２１４と可動電極２１８ｂの接触を防ぐため、スイッチがＯＦＦしたらＶ１もすぐＯＦＦする。ただし、可動電極２１８ａ，２１８ｂは常にアースにする。

本実施例によれば、所謂スティキング現象が発生しても、スイッチ動作に影響しないＳＰＤＴスイッチの実現が可能となる。また、１つのＭＥＭＳでＳＰＤＴスイッチを構成でき、ＳＰＤＴスイッチの小型化を図ることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。

上述した第１及び第２実施例においては固定電極を２つとしているが、例えば、図１１のように可動電極（３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄ）と固定電極（３１４−１，３１６−１，３１４−２，３１６−２，３１４−３，３１６−３）の数を増やすことができる。この場合、可動電極と固定電極とのトータルの対向面積が増加し、固定電極の厚さ（ｄ６）小さくできる。すなわち、膜の薄膜化ができ、プロセス装置の負担を緩和できる。また、第２実施例のＳＰＤＴスイッチを２個使用することで、ＳＰ４Ｔスイッチを構成することが出来る。

図１は、本発明の第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図である。図２（Ａ）〜（Ｄ）は図１のＡ−Ａ‘方向の断面図であり、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの製造工程を示す。図３（Ｅ）〜（Ｇ）は図１のＡ−Ａ‘方向の断面図であり、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの製造工程を示す。図４は、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの動作（オン）を示す説明図である。図５は、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの動作（オフ）を示す説明図である。図６は、本発明の第２実施例に係るＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図である。図７（Ａ）〜（Ｄ）は図６のＡ−Ａ‘方向の断面図であり、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの製造工程を示す。図８は、（Ｅ）〜（Ｇ）は図６のＡ−Ａ‘方向の断面図であり、第１実施例に係るＭＥＭＳスイッチの製造工程を示す。図９は、第２実施例に係るＭＥＭＳスイッチの動作（スイッチ１＝オン、スイッチ２＝オフ）を示す説明図である。図１０は、第２実施例に係るＭＥＭＳスイッチの動作（スイッチ１＝オフ、スイッチ２＝オン）を示す説明図である。図１１は、本発明の第３実施例に係るＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図である。

符号の説明

１１０，２１０：ＭＥＭＳスイッチ
１１２，２１２：アース
１１４，２１４：第１固定電極
１１６，２１６：第２固定電極
１１８ａ，２１８ａ：第１可動電極
１１８ｂ，１１８ｂ：第２可動電極
１２０，２２０ａ：第１固定接点
１２２，２２２ａ：第１可動接点
２２０ｂ：第２固定接点
２２２ｂ：第２可動接点
１２４，１２６，２２４，２２６：絶縁膜

Claims

半導体基板上に形成されるＭＥＭＳスイッチにおいて、
所定の間隔をもって形成された少なくとも２本の平行な可動電極と；
前記可動電極に連結され、当該可動電極に連動して移動する第１可動接点と；
前記第１可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第１可動接点と接触／離間してオン・オフする第１固定接点と；
前記少なくとも２本の平行な可動電極の間に形成され、互いに所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極とを備え、
前記第１及び第２固定電極に印加される電圧によって前記可動電極を駆動することを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
前記可動電極は前記固定電極と対向する部分が絶縁層で覆わ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。
前記第１可動接点と前記可動電極は前記半導体基板の面に対して平行に動くことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１固定電極と、前記第２固定電極と、前記可動電極に別々の電圧を印加可能としたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１固定電極と前記可動電極間の静電力で前記第１可動接点が前記第１固定接点の方向に移動することによってスイッチＯＮし；
前記第２固定電極と前記可動電極間の静電力で前記第１可動接点が前記第１固定接点から離れる方向に移動することによって、スイッチのＯＦＦすることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記可動電極はアースされていることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１の固定電極と前記可動電極の一方との間隔が、前記第２の固定電極と前記可動電極の他方との間隔と同じであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載のＭＥＭＳスイッチ。
半導体基板上に形成されたＭＥＭＳスイッチにおいて、
所定の間隔をもって形成された少なくとも２本の平行な可動電極と；
前記可動電極に連結され、当該可動電極に連動して移動する第１及び第２可動接点と；
前記第１可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第１可動接点と接触／離間してオン・オフする第１固定接点と；
前記第２可動接点と対向し、前記可動電極の移動によって当該第２可動接点と接触／離間してオン・オフする第２固定接点と；
前記少なくとも２本の平行な可動電極の間に形成され、所定の間隔をもって配置された第１及び第２固定電極とを備え、
前記第１可動接点と前記第１固定接点によって第１スイッチが形成され、
前記第２可動接点と前記第２固定接点によって第２スイッチが形成され、
前記第１及び第２固定電極に印加される電圧によって前記可動電極を駆動し、これによって前記第１スイッチ及び第２スイッチをオン・オフすることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
前記の第２可動接点は前記第２固定接点と同一の水平面内に形成されることを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第２可動接点と前記可動電極は前記半導体基板の表面に対して平行に移動することを特徴とする請求項８又は９に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１及び第２の可動接点は共に前記可動電極に連結され、前記第１及び第２スイッチが前記第１及び第２固定電極を共用するＳＰＤＴスイッチとして動作することを特徴とする請求項８，９又は１０に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１固定電極に電圧を印加し、前記第２固定電極と前記可動電極とをアースすることにより、前記第１可動接点と前記第１固定接点とを接触させ、これによって前記第１スイッチ１をオンし、前記第２スイッチをオフすることを特徴とする請求項８，９，１０又は１１に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第２固定電極に電圧を印加し、前記第１固定電極と前記可動電極をアースすることにより、前記第１可動接点を前記第１固定接点から引き離し、これによって前記第１スイッチをオフし、前記第２スイッチをオンすることを特徴とする請求項８，９，１０，１１又は１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第２固定電極に電圧を印加し、前記第１固定電極と前記可動電極をアースすることにより、前記第２可動接点と前記第２固定接点とを接触させ、これによって前記第２スイッチをオンし、前記第１スイッチをオフすることを特徴とする請求項８，９，１０，１１又は１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
前記第１固定電極に電圧を印加し、前記第２固定電極と前記可動電極をアースすることにより、前記第２可動接点を前記第２固定接点から引き離し、これによって前記第１及び第２スイッチをオフすることを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２，１３又は１４に記載のＭＥＭＳスイッチ。