JP2010199246A - Mems素子及びmems素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の例に関わるMEMS素子は、基板1上に設けられる第1の電極12と、第1の電極12上方に設けられ、第1の電極12に向かって機械的に駆動される第2の電極16と、第2の電極16を中空に支え、幅方向の端部に下向きの凸部分を有する側壁部22が設けられている梁21Aと、備える。
【選択図】図2
Description
可変容量素子として用いられるMEMS素子(以下、MEMS可変容量素子)は、可動構造として、1組の信号電極を有している。一方の電極は、下部信号電極として、例えば、基板上に固定されて設けられる。他方の電極は、上部信号電極として、中空に支えられ、下部信号電極の上方に設けられる。2つの信号電極間には、空隙(キャビティ)が、設けられている。
図1乃至図4を参照して、本発明の第1の実施形態について、説明する。
図1乃至図3を用いて、本発明の実施形態に係るMEMS素子について、説明する。本実施形態において、可変容量として用いられるMEMS素子について、説明する。以下、本実施形態に係るMEMS素子のことを、MEMS可変容量素子と呼ぶ。
図2の(b)に示すように、梁21A,21Bは側壁部22を有している。側壁部22は、梁の延在方向(長手方向)と交差する方向(幅方向)において、梁21A,21Bの延在部分の一端及び他端に、設けられている。例えば、側壁部22は、梁21A,21Bの底面から基板1側に突出し、下向きの凸部を有する構造になっている。側壁部22は、梁21A,21Bの延在方向に沿って、延在している。梁21A,21Bの端部に側壁部22が設けられたことによって、梁21A,21Bの構造は、図2の(b)に示されるように、例えば、下向きの凹型構造になっている。
MEMS可変容量素子の静電容量Cは、可動構造10を構成している下部信号電極12と上部信号電極16との間に発生する。そして、アクチュエータ30A,30Bによって、上部信号電極16が基板1表面に対して垂直方向に駆動されることによって、上部信号電極16と下部信号電極12との間の距離が変化し、可変容量素子の静電容量の値が変化する。
また、本実施形態のように、梁21A,21Bの端部に側壁部22を設け、梁の剛性を大きくすることで、梁21A,21Bの歪みや、梁21A,21Bによって中空に支えられている上部電極16の湾曲を抑制できる。それゆえ、MEMS素子の素子特性を改善できる。
図3を用いて、本発明の第1の実施形態に係るMEMS素子の製造方法について、説明する。尚、図3においては、例えば、梁21A,21Bのように、側壁部を設ける部分の断面構造と、信号電極16や接合部25A,25Bのように、側壁部を設けない部分の断面構造を、示している。ここでは、B−B’線に沿う断面とC−C’線に沿う断面を抽出して説明する。尚、C−C’線に沿う断面を用いて、各製造工程について説明するが、可動構造及びアクチュエータの電極の形成工程も、同じ工程で実行される。
そして、犠牲層90上に、導電層21Xが、例えば、スパッタ法やCVD法を用いて、形成される。導電層21Xは、可動構造の上部信号電極、上部信号電極を支える梁、アクチュエータの上部駆動電極及びバネ構造などに用いられる。導電層21Xは、例えば、膜厚t1を有する。
これに伴って、導電層21Xは、段差Zに応じて基板1側へ落ち込み、その導電層21Xは、犠牲層90の凸部分の上面上及び側面上に形成される。導電層21Xは、例えば、犠牲層90を介して、ダミー層12Xの側面を覆う。
このとき、梁の剛性を高くする箇所において、犠牲層90の凸部分の側面U上の導電層22が、レジスト21Aによって覆われている。そのため、導電層22が残存し、導電層21Aの端部に導電層22が設けられた構造になる。導電層22は、膜厚t2を有する。膜厚t2は、膜厚t1は同じ厚さでもよい。
図4を用いて、可変容量MEMS素子の動作について、説明する。
一方の駆動電極にプルイン電圧以上の電位を供給することによって、上部駆動電極33と下部駆動電極37との間に、静電引力が発生する。アクチュエータ30A,30Bの駆動電極33,37間に発生する静電引力は、駆動電極33,37間の間隔が小さいほど強くなる。よって、上部駆動電極33は、絶縁膜36を介して、バネ構造34側から下部駆動電極37に接触していく。駆動電極33,37に電位差を与えている期間中、バネ構造34側から可動構造10側の方向へ向かって、駆動電極33,37間の間隔は小さくなっていき、上部駆動電極33は、下部駆動電極37に、ジッパー状に順次接触していく。
以下、図5乃至図7を用いて本発明の第2の実施形態について、説明する。尚、第2の実施形態において、第1の実施形態で述べた構成要素と同じ部材については、同じ符号を付し、その構成要素についての詳細な説明は、必要に応じて行う。
この後、レジスト93及び犠牲層90が除去され、上部信号電極16Aは、中空に支持される。
以下、図8を用いて本発明の第3の実施形態について、説明する。尚、第3の実施形態においては、第1及び第2の実施形態で述べた構成要素と同じ部材については、同じ符号を付し、その構成要素についての詳細な説明は、必要に応じて行う。
本実施形態に係るMEMS素子の平面構造は、図1に示される平面構造とほぼ同様である。そのため、本実施形態のMEMS素子の平面構造は、図1を用いて説明する。また、上部信号電極16を支える梁21A,21Bの構造は、図2の(b)に示される構造とほぼ同様であるため、ここでの説明は省略する。
そして、図4を用いて説明した可変容量MEMS素子の動作と同様に、上部信号電極16がアクチュエータ30A,30Bによって、下側(基板側)に駆動された場合、上部信号電極16底面が下部信号電極12上面と接触する。この場合、下部信号電極16上面上及び上部信号電極12底面上に絶縁膜が存在しないため、上部信号電極16は、下部信号電極12と電気的に導通する。このように、上部信号電極16が、下部信号電極12に直接接触することによって、MEMSスイッチ素子は、オン状態になる。
以下、図9及び図10を用いて、本発明の実施形態に係るMEMS素子の変形例について、説明する。尚、第1乃至第3の実施形態で述べた構成要素と同じ部材については、同じ符号を付し、その構成要素についての詳細な説明は、必要に応じて行う。
図10の(a)に示されるように、可動構造10Cの下部信号電極12B内にスリットを形成するのではなく、凹部17A下方の基板1表面が露出しないように、下部信号電極12B内に、溝15を設けた構造であってもよい。この構造においても、図7の(a)に示す工程と同様に、下部信号電極12Bを形成するための導電層上面が、エッチングによって基板側へ後退される。その際、基板1上面が露出しないように、下部信号電極12Bとなる導電層内に溝15が形成される。そして、図7の(b)及び(c)に示される工程において、溝15を有する導電層上に、犠牲層及び導電層が堆積されると、その溝に起因して、下部信号電極の除去された膜厚分に対応して、上部信号電極16Aに窪みが生じる。これによって、図10の(a)に示すように、上部信号電極16A内に、凹部17が形成される。
突起部19は、凹部17と同様に、下部信号電極12A内に形成されたスリット(溝)の形状に依存して、形成される。突起部19は、図7の(a)に示されるスリット14の幅W2を、犠牲層の膜厚Taの2倍より大きく、導電層16Xの膜厚Tbの2倍以下にすることで、形成される。尚、突起部19は、Y方向に延在する形状を有してもよいし、下部信号電極12Aを分断しなければ、X方向に延在する形状を有してもよい。
図10の(a)及び(b)に示す上部信号電極16A,16Bの構造であっても、上部信号電極の剛性を向上でき、上部信号電極の湾曲を抑制できる。
本発明の実施形態においては、可動する上層の電極と固定された下層の電極とから構成されるMEMS素子を例に用いて説明したが、それに限定されない。例えば、上層の電極と下層の電極の両方が可動する構成のMEMS素子であっても、本発明の実施形態で述べたMEMS素子と同様の効果が得られる。
Claims (5)
- 基板上に設けられる第1の電極と、
前記第1の電極上方に設けられ、前記第1の電極に向かって機械的に駆動される第2の電極と、
前記基板上に設けられるアンカーと、
前記第2の電極を中空に支え、その一端が前記アンカーに支持され、その幅方向の端部に下向きの凸部分を有する側壁部が設けられる梁と、
を具備することを特徴とするMEMS素子。 - 前記第2の電極は、その内部に、凹部を有することを特徴とするMEMS素子。
- 前記側壁部の側面上に設けられ、前記基板表面に対して平行方向に突出する第1の突起部を、さらに具備することを特徴とする請求項1又は2に記載のMEMS素子。
- 前記梁の底面に設けられる第2の突起部を、さらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のMEMS素子。
- 基板上に、第1の電極とダミー層とを形成する工程と、
前記第1の電極上及び前記ダミー層上に、前記ダミー層の形状に依存して、上向きに凸部分を有する犠牲層を形成する工程と、
第2の電極を前記第1の電極上方に形成し、前記犠牲層の凸部分に起因する梁及び前記梁の端部に設けられた側壁部をダミー層上方に形成する工程と、
前記犠牲層を除去し、前記ダミー層と前記梁の間、前記ダミー層と前記側壁部の間及び前記第1の電極と前記第2の電極の間に、空隙を形成する工程と、
を具備することを特徴とするMEMS素子の製造方法。
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