JP2011228355A - 可変容量素子および可変容量素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変容量素子の動作不良を防止し、可変容量素子の信頼性を向上する。
【解決手段】 可変容量素子は、固定電極と、固定電極上に積層された絶縁層を含む絶縁部と、絶縁層上に絶縁層から離れる方向に移動可能に積層された可動部および可動部の一端を絶縁部に固定する固定部を含む可動電極と、可動電極に間隔を空けて対向する対向電極とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変容量素子および可変容量素子の製造方法に関する。

近年、ＲＦ（Radio Frequency）回路等の高周波回路に用いる可変容量素子やスイッチ素子として、固定電極および可動電極を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子が注目されている。この種のＭＥＭＳ素子では、固定電極および可動電極間に電圧を印加することにより、固定電極および可動電極間に静電引力を発生させ、可動電極を固定電極側に引き寄せる（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照。）。なお、可動電極は、固定電極および可動電極間への電圧の印加を停止したときに、可動電極の弾性により、元の位置に戻る。

ＭＥＭＳ素子で構成される可変容量素子では、誘電体層の上下にそれぞれ配置される可動電極および固定電極に金属を用いることができるため、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）容量素子等に比べて、抵抗損失を小さくできる。一般に、可動電極は、固定電極上の誘電体層から間隔を空けて配置されている。したがって、この種の可変容量素子では、可変容量素子の容量値を安定させるとき、可動電極を誘電体層に密着させた状態にする。例えば、可動電極を誘電体層に密着させるとき、固定電極および可動電極間には、高電圧が印加される。これにより、可動電極の弾性力より大きな静電引力が固定電極および可動電極間に発生し、可動電極が誘電体層に密着する。

一方、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスでは、ＭＯＳトランジスタのゲート電極を金属で形成する方法として、多結晶シリコン（ポリシリコン）で形成したゲートをアルミニウムに置換する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００８−１８１７２５号公報 特開２００３−２５８５０２号公報 特開２００４−１６５３４６号公報 Tamio Ikehashi et al, "An RF MEMS Variable Capacitor with Intelligent Bipolar Actuation," IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC'08), Dig. Tech. Papers, pp. 582-673, Feb. 2008.

可動電極を誘電体層に密着させて使用する可変容量素子では、可動電極および固定電極間に高電圧が繰り返し印加されるため、誘電体層に電荷が徐々に蓄積される。特に、誘電体層を低温で積層した酸化膜で形成した構成では、誘電体層に電荷が蓄積しやすい。誘電体層に蓄積された電荷量が大きくなると、可動電極が誘電体層に固着し、可動電極を誘電体層から離した状態に戻すことができない。例えば、可動電極の弾性力より大きな引力を発生させる量の電荷が誘電体層に蓄積されたとき、可動電極は、誘電体層に固着する。この結果、可変容量素子は、動作不良になる。

本発明の一形態では、可変容量素子は、固定電極と、固定電極上に積層された絶縁層を含む絶縁部と、絶縁層上に絶縁層から離れる方向に移動可能に積層された可動部および可動部の一端を絶縁部に固定する固定部を含む可動電極と、可動電極に間隔を空けて対向する対向電極とを有している。

可変容量素子の動作不良を防止でき、可変容量素子の信頼性を向上できる。

一実施形態における可変容量素子の例を示している。 別の実施形態における可変容量素子の例を示している。 図２に示した可変容量素子の電極のリード部の配置の例を示している。 図２に示した可変容量素子の製造方法の例を示している。 図４に示した製造方法の例の続きを示している。 図２に示した可変容量素子の回路構成の例を示している。 図２に示した可変容量素子の制御方法の例を示している。 別の実施形態における可変容量素子の例を示している。

以下、実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、一実施形態における可変容量素子ＶＣＡＰの例を示している。なお、図１（ａ）は、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に電圧が印加されていないときの可変容量素子ＶＣＡＰの断面を示している。また、図１（ｂ）は、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に電圧が印加されたときの可変容量素子ＶＣＡＰの断面を示している。

可変容量素子ＶＣＡＰは、固定電極ＦＥＤ、絶縁部ＩＳ、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤを有している。固定電極ＦＥＤは、アルミニウム等の金属材料により半導体基板に形成された金属電極であり、キャパシタの電極として機能する。

絶縁部ＩＳは、例えば、固定電極ＦＥＤ上に固定電極ＦＥＤに接して形成された絶縁層ＩＳａを有し、固定電極ＦＥＤと可動電極ＭＥＤとを互いに絶縁する。すなわち、絶縁部ＩＳは、固定電極ＦＥＤ上に積層された絶縁層ＩＳａを有している。なお、絶縁部ＩＳは、絶縁層ＩＳａの他に、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）やＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）等により形成される素子分離領域を有してもよい。絶縁部ＩＳの絶縁層ＩＳａは、シリコン酸化膜等の絶縁膜であり、キャパシタの誘電体として機能する。

絶縁層ＩＳａは、例えば、摂氏８００度以上の高温で単結晶シリコンを熱酸化して形成された高品質なシリコン酸化膜である。絶縁層ＩＳａを高品質なシリコン酸化膜で形成した可変容量素子ＶＣＡＰでは、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間に電圧が繰り返し印加されたときにも、絶縁層ＩＳａに電荷が蓄積することを低減できる。なお、単結晶シリコンを熱酸化する温度は、摂氏８００度より低くてもよい。あるいは、絶縁層ＩＳａは、多結晶シリコン（ポリシリコン）を熱酸化して形成されたシリコン酸化膜でもよいし、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されたシリコン酸化膜でもよい。

可動電極ＭＥＤは、例えば、金を含んで形成された金属電極であり、キャパシタの電極として機能する。なお、可動電極ＭＥＤは、金およびプラチナを含んで形成されてもよい。可動電極ＭＥＤの強度は、可動電極ＭＥＤにプラチナを含ませることにより、高くなる。可動電極ＭＥＤは、絶縁層ＩＳａ上に絶縁層ＩＳａから離れる方向に移動可能に積層された可動部ＭＥＤｂと、可動部ＭＥＤｂの一端を絶縁部ＩＳに固定する固定部ＭＥＤａ（図１の破線で囲んだ領域）とを有している。すなわち、可動電極ＭＥＤは、絶縁部ＩＳに固定された固定部ＭＥＤａと、絶縁層ＩＳａから分離可能に形成された可動部ＭＥＤｂとを有している。

可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳａに接しているとき、可動電極ＭＥＤ、絶縁層ＩＳａおよび固定電極ＦＥＤは、キャパシタを構成する。この実施形態では、キャパシタを構成する可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤが金属電極であるため、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）容量素子等に比べて、抵抗損失を小さくできる。

可動部ＭＥＤｂは、可動電極ＭＥＤに静電引力等の力が働かない状態では、絶縁層ＩＳａに接している。例えば、固定電極ＦＥＤ、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤに電圧が印加されていない状態では、可動部ＭＥＤｂは、絶縁層ＩＳａに接している。このように、この実施形態では、固定電極ＦＥＤおよび可動電極ＭＥＤ間に電圧を印加することなく、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａに密着させることができる。このため、この実施形態では、絶縁層ＩＳａに電荷が蓄積することを防止でき、可動電極ＭＥＤが絶縁層ＩＳａに固着することを防止できる。

対向電極ＯＥＤは、可動電極ＭＥＤに対向し、可動電極ＭＥＤと間隔を空けて配置されている。なお、対向電極ＯＥＤは、半導体材料で形成されてもよいし、金属材料で形成されてもよい。

この実施形態では、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａから離すときに、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に電圧が印加される。すなわち、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａから離すとき、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤには、互いに異なる電圧値のバイアス電圧ＶＭＥＤ、ＶＯＥＤがそれぞれ印加される。可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に印加された電圧により、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に静電引力が発生する。これにより、可動部ＭＥＤｂは、対向電極ＯＥＤ側に引き寄せられ、絶縁層ＩＳａから離れる（図１（ｂ））。

可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳａから離れているとき、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間の静電容量は、可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳａに接しているときに比べて、十分小さくなる。このため、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間は、高周波的に開放状態になる。

可動電極ＭＥＤを元の状態（可動部ＭＥＤｂおよび絶縁層ＩＳａが互いに接している状態）に戻すとき、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間には、電圧が印加されなくてもよいし、電圧が印加されてもよい。すなわち、可動電極ＭＥＤを元の状態に戻すとき、固定電極ＦＥＤのバイアス電圧ＶＦＥＤおよび可動電極ＭＥＤのバイアス電圧ＶＭＥＤは、互いに同じ電圧でもよいし、互いに異なる電圧でもよい。

可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間に電圧を印加しなくても、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間への電圧の印加を停止したとき、可動部ＭＥＤｂは、可動電極ＭＥＤの弾性により、元の状態に戻る。このように、この実施形態では、固定電極ＦＥＤおよび可動電極ＭＥＤ間に電圧を印加することなく、可動部ＭＥＤｂおよび絶縁層ＩＳａが互いに接している状態に戻すことができるため、絶縁層ＩＳａに電荷が蓄積することを防止できる。また、絶縁層ＩＳａに電圧が印加されないため、絶縁層ＩＳａの損傷は、抑制される。

なお、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間への電圧の印加を停止したときに、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間に電圧を印加することにより、可動部ＭＥＤｂは、絶縁層ＩＳａに確実に密着する。このときに可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間に印加される電圧は、可動電極ＭＥＤの弾性を利用できるため、低くてよい。したがって、絶縁層ＩＳａへの電荷の蓄積は、低減する。これにより、可動電極ＭＥＤが絶縁層ＩＳａに固着することは、防止される。また、絶縁層ＩＳａに印加される電圧が低いため、絶縁層ＩＳａの損傷は、抑制される。

以上、この実施形態では、可変容量素子ＶＣＡＰの可動電極ＭＥＤは、絶縁層ＩＳａ上に絶縁層ＩＳａから離れる方向に移動可能に積層された可動部ＭＥＤｂと、可動部ＭＥＤｂの一端を絶縁部ＩＳに固定する固定部ＭＥＤａとを有している。これにより、この実施形態では、固定電極ＦＥＤおよび可動電極ＭＥＤ間に電圧を印加することなく、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａに密着させることができる。したがって、この実施形態では、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａに密着させた状態と可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａから離した状態との切り替えを繰り返したときにも、絶縁層ＩＳａに電荷が蓄積することを低減できる。この結果、可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳａに固着することを防止でき、可変容量素子ＶＣＡＰの動作不良を防止できる。これにより、この実施形態では、可変容量素子ＶＣＡＰの信頼性を向上できる。

さらに、この実施形態では、固定電極ＦＥＤおよび可動電極ＭＥＤ間に高電圧を印加する必要がないため、絶縁層ＩＳａの損傷を抑制できる。また、この実施形態では、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に電圧を印加することにより、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａから離したいときに、可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳａから離すことができる。

図２は、別の実施形態における可変容量素子ＶＣＡＰの例を示している。なお、図２は、可変容量素子ＶＣＡＰの断面（後述する図３のＡ−Ａ’線に沿う断面）を示している。上述した実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。図中の破線は、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に電圧が印加されたときの可動電極ＭＥＤの状態を示している。また、図中の一点鎖線は、第１基板部ＳＵＢ１を第２基板部ＳＵＢ２に貼り合わせる前の第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２との境界を示している。

可変容量素子ＶＣＡＰは、キャパシタの誘電体として機能する絶縁層ＩＳ１ａを含む第１基板部ＳＵＢ１と、第１基板部ＳＵＢ１に対向する第２基板部ＳＵＢ２とを有している。第１基板部ＳＵＢ１は、シリコン基板ＳＳＵＢ１、埋め込み絶縁層ＢＯＸ１、固定電極ＦＥＤ、絶縁部ＩＳ１、可動電極ＭＥＤ、密着層ＣＴ１、ＣＴ２および接続部ＣＯＰを有している。

シリコン基板ＳＳＵＢ１および埋め込み絶縁層ＢＯＸ１は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の支持基板および埋め込み酸化膜（ＢＯＸ、Buried oxide）である。埋め込み絶縁層ＢＯＸ１上には、例えば、ＳＯＩ基板のシリコン層（ＳＯＩ層）の一部をアルミニウムに置換することにより形成された固定電極ＦＥＤが配置される。固定電極ＦＥＤ上には、絶縁部ＩＳ１の絶縁層ＩＳ１ａと密着層ＣＴ２とが形成される。

絶縁部ＩＳ１は、固定電極ＦＥＤと可動電極ＭＥＤとを互いに絶縁する。絶縁部ＩＳ１は、例えば、単結晶シリコンを高温で熱酸化して形成された高品質な絶縁層ＩＳ１ａと、ＬＯＣＯＳやＳＴＩ等により形成された素子分離領域ＩＳ１ｂとを有している。素子分離領域ＩＳ１ｂは、シリコン酸化膜等により形成され、固定電極ＦＥＤを囲むように配置される。これにより、固定電極ＦＥＤは、他の素子から分離される。

絶縁部ＩＳ１の絶縁層ＩＳ１ａは、固定電極ＦＥＤ上に積層されている。すなわち、絶縁層ＩＳ１ａは、密着層ＣＴ２の形成領域を除く固定電極ＦＥＤ上に固定電極ＦＥＤに接して形成される。例えば、絶縁層ＩＳ１ａは、密着層ＣＴ２側の縁部を除いて、素子分離領域ＩＳ１ｂに接している。また、絶縁層ＩＳ１ａの密着層ＣＴ２側の縁部は、密着層ＣＴ２および接続部ＣＯＰから離れている。なお、絶縁層ＩＳ１ａの密着層ＣＴ２側の縁部は、密着層ＣＴ２や接続部ＣＯＰに接してもよい。

可動電極ＭＥＤは、金を含んで形成された金属電極であり、素子分離領域ＩＳ１ｂに固定された固定部ＭＥＤａと絶縁層ＩＳ１ａに接して配置された可動部ＭＥＤｂとを有している。すなわち、可動電極ＭＥＤは、絶縁層ＩＳ１ａ上に絶縁層ＩＳ１ａから離れる方向に移動可能に積層された可動部ＭＥＤｂおよび可動部ＭＥＤｂの一端を絶縁部ＩＳ１に固定する固定部ＭＥＤａを有している。

可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａは、例えば、素子分離領域ＩＳ１ｂ上にチタンにより形成された密着層ＣＴ１と、密着層ＣＴ１上に金により形成された層とを有している。なお、密着層ＣＴ１は、チタンおよびプラチナを含んで形成されてもよい。あるいは、密着層ＣＴ１は、チタン以外の金属材料により形成されてもよい。固定部ＭＥＤａは、密着層ＣＴ１により、絶縁部ＩＳ１（より詳細には、素子分離領域ＩＳ１ｂ）に固定される。すなわち、密着層ＣＴ１は、可動電極ＭＥＤと絶縁部ＩＳ１とを固定する固定層に含まれる。

可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、例えば、金により形成され、絶縁層ＩＳ１ａから分離可能に形成される。すなわち、可動電極ＭＥＤは、金を含んで形成される。なお、可動電極ＭＥＤは、金およびプラチナを含んで形成されてもよい。例えば、可動電極ＭＥＤの密着層ＣＴ１を除く部分は、金とプラチナとの多層膜により構成されてもよいし、金とプラチナの合金により形成されてもよい。可動電極ＭＥＤの密着層ＣＴ１を除く部分が金とプラチナとの多層膜により形成された可動電極ＭＥＤでは、絶縁部ＩＳ１側に配置される層は、金により形成された層でもよいし、プラチナにより形成された層でもよい。

密着層ＣＴ２は、チタン等の金属材料により形成される。なお、密着層ＣＴ２は、チタンおよびプラチナを含んで形成されてもよいし、チタン以外の金属材料により形成されてもよい。そして、金属材料で形成された密着層ＣＴ２は、固定電極ＦＥＤに電気的に接続されている。すなわち、密着層ＣＴ２は、絶縁層ＩＳ１ａの形成領域を除く部分で、固定電極ＦＥＤに接している。例えば、密着層ＣＴ２は、可動電極ＭＥＤに接しない位置で、素子分離領域ＩＳ１ｂ上および固定電極ＦＥＤ上に配置される。また、密着層ＣＴ２が配置される部分の素子分離領域ＩＳ１ｂは、例えば、密着層ＣＴ１下の素子分離領域ＩＳ１ｂと固定電極ＦＥＤを挟んで対向している。

接続部ＣＯＰは、密着層ＣＴ２上に金等の金属材料により形成される。すなわち、接続部ＣＯＰは、可動電極ＭＥＤに接しない位置で、密着層ＣＴ２に接して形成される。これにより、接続部ＣＯＰは、固定電極ＦＥＤに電気的に接続される。また、接続部ＣＯＰは、密着層ＣＴ２により、素子分離領域ＩＳ１ｂおよび固定電極ＦＥＤに固定される。なお、接続部ＣＯＰは、複数種の金属材料を含んで形成されてもよい。例えば、接続部ＣＯＰは、金およびプラチナを含んで形成されてもよい。

第２基板部ＳＵＢ２は、シリコン基板ＳＳＵＢ２、埋め込み絶縁層ＢＯＸ２、対向電極ＯＥＤ、絶縁部ＩＳ２、密着層ＣＴ３、ＣＴ４およびリード部ＬＤ１、ＬＤ２を有している。シリコン基板ＳＳＵＢ２および埋め込み絶縁層ＢＯＸ２は、例えば、ＳＯＩ基板の支持基板および埋め込み酸化膜である。埋め込み絶縁層ＢＯＸ２上（図２では下側）には、例えば、ＳＯＩ基板のシリコン層（ＳＯＩ層）の一部をアルミニウムに置換することにより形成された対向電極ＯＥＤが配置される。

絶縁部ＩＳ２は、例えば、単結晶シリコンを高温で熱酸化して形成された高品質な絶縁層ＩＳ２ａと、ＬＯＣＯＳやＳＴＩ等により形成された素子分離領域ＩＳ２ｂとを有している。絶縁層ＩＳ２ａは、対向電極ＯＥＤ上（図２では下側）に対向電極ＯＥＤに接して形成される。また、素子分離領域ＩＳ２ｂは、シリコン酸化膜等により形成され、対向電極ＯＥＤを囲むように配置される。これにより、対向電極ＯＥＤは、他の素子から分離される。例えば、対向電極ＯＥＤは、第２基板部ＳＵＢ２を含むＳＯＩ基板に形成されるＲＦ回路等の高周波回路の素子から分離される。

密着層ＣＴ３は、例えば、密着層ＣＴ１に対向する素子分離領域ＩＳ２ｂ上（図２では下側）に、チタンにより形成される。なお、密着層ＣＴ３は、チタンおよびプラチナを含んで形成されてもよいし、チタン以外の金属材料により形成されてもよい。密着層ＣＴ３上（図２では下側）には、金等の金属材料により形成されたリード部ＬＤ１が配置される。なお、リード部ＬＤ１は、複数種の金属材料を含んで形成されてもよい。例えば、リード部ＬＤ１は、金およびプラチナを含んで形成されてもよい。

リード部ＬＤ１は、密着層ＣＴ３により、素子分離領域ＩＳ２ｂに固定される。さらに、リード部ＬＤ１は、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａに接続される。すなわち、リード部ＬＤ１は、可動電極ＭＥＤに電気的に接続される。例えば、可変容量素子ＶＣＡＰを用いる回路は、リード部ＬＤ１を介して可動電極ＭＥＤに電圧を印加する。

密着層ＣＴ４は、例えば、密着層ＣＴ２に対向する素子分離領域ＩＳ２ｂ上（図２では下側）に、チタンにより形成される。なお、密着層ＣＴ４は、チタンおよびプラチナを含んで形成されてもよいし、チタン以外の金属材料により形成されてもよい。密着層ＣＴ４上（図２では下側）には、金等の金属材料により形成されたリード部ＬＤ２が配置される。なお、リード部ＬＤ２は、複数種の金属材料を含んで形成されてもよい。例えば、リード部ＬＤ２は、金およびプラチナを含んで形成されてもよい。

リード部ＬＤ２は、密着層ＣＴ４により、素子分離領域ＩＳ２ｂに固定される。さらに、リード部ＬＤ２は、接続部ＣＯＰに接続される。すなわち、リード部ＬＤ２は、接続部ＣＯＰおよび密着層ＣＴ２を介して、固定電極ＦＥＤに電気的に接続される。例えば、可変容量素子ＶＣＡＰを用いる回路は、リード部ＬＤ２を介して固定電極ＦＥＤに電圧を印加する。

対向電極ＯＥＤが可動電極ＭＥＤに間隔を空けて対向するように、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２とを貼り合わせることにより、可変容量素子ＶＣＡＰが構成される。上述したように、リード部ＬＤ１、ＬＤ２を固定部ＭＥＤａおよび接続部ＣＯＰにそれぞれ接続することにより、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２とが互いに貼り合わせられる。このように、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａ、接続部ＣＯＰ、リード部ＬＤ１、ＬＤ２は、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２とを互いに貼り合わせるためのボンディング部としても機能する。

この実施形態の可変容量素子ＶＣＡＰにおいても、上述した実施形態と同様に、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、可動電極ＭＥＤに静電引力等の力が働かない状態で、絶縁層ＩＳａに接している。そして、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間に電圧が印加されたとき、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、絶縁層ＩＳ１ａから離れる（図２の破線）。すなわち、可変容量素子ＶＣＡＰは、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳ１ａに密着させた状態と、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳ１ａから離した状態とを切り替え可能に構成されている。

例えば、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａに接しているとき、可動電極ＭＥＤ、絶縁層ＩＳ１ａおよび固定電極ＦＥＤは、キャパシタを構成する。また、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａから離れているとき、可変容量素子ＶＣＡＰの容量値（可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間の静電容量）は、可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａに接しているときに比べて、十分小さい。なお、可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａから離れている状態では、可動電極ＭＥＤ（より詳細には、可動部ＭＥＤｂ）は、絶縁層ＩＳ２ａに接してもよい。

この実施形態では、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａが絶縁部ＩＳ１に固定されているため、可動部ＭＥＤｂと絶縁層ＩＳ２ａとの接触面積が大きくなることを防止できる。すなわち、この実施形態では、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳ１ａから離した状態にするときに、可動電極ＭＥＤが絶縁層ＩＳ２ａに接しても、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間の静電容量が大きくなることを防止できる。なお、可変容量素子ＶＣＡＰの制御方法は、図７で説明する。

図３は、図２に示した可変容量素子ＶＣＡＰの電極のリード部ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の配置の例を示している。なお、図３は、図２の下側から見た電極ＦＥＤ、ＭＥＤ、ＯＥＤ、リード部ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の状態を示している。図中の網掛け部分（濃い網掛け部分も含む）は、リード部ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３を示している。さらに、濃い網掛け部分は、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２との接続部分を示している。また、図の太線は、第１基板部ＳＵＢ１および第２基板部ＳＵＢ２の周縁部を示している。

電極ＦＥＤ、ＭＥＤ、ＯＥＤは、例えば、四角形状に形成される。なお、電極ＦＥＤ、ＭＥＤ、ＯＥＤは、四角形状でなくてもよい。例えば、電極ＦＥＤ、ＭＥＤ、ＯＥＤは、図２に示した四角形状の角が円弧状に形成されてもよい。可動電極ＭＥＤの幅Ｗ１は、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰを使用する際に可動電極ＭＥＤを接地することを想定している場合、固定電極ＦＥＤの幅Ｗ２より広く形成される。なお、可動電極ＭＥＤの幅Ｗ１は、固定電極ＦＥＤの幅Ｗ２より狭くてもよいし、固定電極ＦＥＤの幅Ｗ２と同じでもよい。

リード部ＬＤ１は、可動電極ＭＥＤの１辺（図３では、右側の辺）の周辺に配置される。また、リード部ＬＤ２は、固定電極ＦＥＤの１辺（図３では、左側の辺）の周辺に配置される。例えば、第１基板部ＳＵＢ１を下側（図２の下側）から見たとき、リード部ＬＤ１およびリード部ＬＤ２は、第１基板部ＳＵＢ１の互いに対向する縁部の周辺に配置される。これにより、第１基板部ＳＵＢ１の互いに対向する縁部（図３の濃い網掛け部分）で、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２とが互いに貼り合わせられる。

リード部ＬＤ３は、第２基板部ＳＵＢ２に設けられ、対向電極ＯＥＤに電気的に接続される。例えば、リード部ＬＤ３は、チタン等により形成された密着層を介して、対向電極ＯＥＤに電気的に接続される。なお、リード部ＬＤ３は、密着層を介さずに、対向電極ＯＥＤに直接接続されてもよい。あるいは、対向電極ＯＥＤの一部の領域が、リード部ＬＤ３として用いられてもよい。リード部ＬＤ３が対向電極ＯＥＤに電気的に接続されることにより、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰを用いる回路は、リード部ＬＤ３を介して対向電極ＯＥＤに電圧を印加できる。

また、リード部ＬＤ３は、例えば、第１基板部ＳＵＢ１を下側（図２の下側）から見たとき、リード部ＬＤ２およびリード部ＬＤ１の形成領域と異なる位置（図３では、対向電極ＯＥＤの上側の辺）に配置される。これにより、この実施形態では、リード部ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３をそれぞれ介して、可動電極ＭＥＤ、固定電極ＦＥＤおよび対向電極ＯＥＤに電圧をそれぞれ印加できる。なお、リード部ＬＤ３は、２箇所に設けられてもよい。例えば、第１基板部ＳＵＢ１を下側（図２の下側）から見たとき、２つのリード部ＬＤ３は、対向電極ＯＥＤの互いに対向する辺（図３では、上側および下側の辺）にそれぞれ配置されてもよい。

図４、図５は、図２に示した可変容量素子ＶＣＡＰの製造方法の例を示している。なお、図４、図５は、可変容量素子ＶＣＡＰの断面（図３のＡ−Ａ’線に沿う断面）を示している。

先ず、図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板は、シリコン基板ＳＳＵＢ１、埋め込み絶縁層ＢＯＸ１およびシリコン層ＳＬを有している。そして、図４（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ等により、素子分離領域ＩＳ１ｂが固定電極ＦＥＤの形成領域の周囲に形成される。次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン層ＳＬを高温（例えば、摂氏８００度以上）で熱酸化することにより、高品質な酸化膜（絶縁層ＩＳ１ａ）がシリコン層ＳＬの表面に形成される。例えば、絶縁層ＩＳ１ａは、４０ｎｍ程度の膜厚に形成される。絶縁層ＩＳ１ａを高品質な酸化膜で形成した構成では、絶縁層ＩＳ１ａに電荷が蓄積されることをさらに低減できる。なお、絶縁層ＩＳ１ａは、シリコン層ＳＬを低温で熱酸化することにより、形成されてもよい。

絶縁層ＩＳ１ａおよび素子分離領域ＩＳ１ｂを含む絶縁部ＩＳ１が形成された後、図４（ｄ）に示すように、窒化チタン等のバリアメタルＢＭが絶縁部ＩＳ１上に堆積される。そして、図４（ｅ）に示すように、シリコン層ＳＬの一部が露出するように、絶縁部ＩＳ１（より詳細には、絶縁層ＩＳ１ａ）およびバリアメタルＢＭの一部が除去される。これにより、シリコン層ＳＬの一部を露出する開口部ＯＰが形成される。すなわち、固定電極ＦＥＤの形成領域の一部（開口部ＯＰを除く部分）の表面に、シリコン層ＳＬを熱酸化した絶縁層ＩＳ１ａが形成される。

開口部ＯＰが形成された後、図４（ｆ）に示すように、金属材料ＭＭがシリコン層ＳＬの開口部ＯＰ上およびバリアメタルＭＭ上に堆積される。例えば、金属材料ＭＭは、アルミニウムであり、シリコン層ＳＬに接触するように、ＳＯＩ基板に堆積される。以下、金属材料ＭＭをアルミニウムＭＭとも称する。すなわち、アルミニウムＭＭは、絶縁層ＩＳ１ａに覆われていない部分（開口部ＯＰ）のシリコン層ＳＬに接触するように、ＳＯＩ基板に堆積される。これにより、絶縁層ＩＳ１ａが形成されていない固定電極ＦＥＤの形成領域上にアルミニウムが堆積される。

図５（ｇ）に示すように、アルミニウムＭＭが堆積されたＳＯＩ基板をアニールすることにより、固定電極ＦＥＤの形成領域のシリコン層ＳＬは、アルミニウムの層（アルミニウムの固定電極ＦＥＤ）に置換される。すなわち、アルミニウムＭＭが堆積されたＳＯＩ基板をアニールすることにより、絶縁層ＩＳ１ａ下のシリコン層ＳＬのシリコンもアルミニウムに置換される。なお、この実施形態では、ＳＯＩ基板を用いているため、シリコン層ＳＬのシリコンをアルミニウムに置換する際に、アルミニウムの深さ方向（図５（ｇ）の下側）への移動を埋め込み絶縁層ＢＯＸ１により簡易に制限できる。

図５（ｇ）に示した金属材料ＭＭ’は、ＳＯＩ基板のシリコン層ＳＬのシリコンをアルミニウムに置換した際に残ったアルミニウム（固定電極ＦＥＤ以外のアルミニウム）等を示している。また、シリコン層ＳＬ’は、ＳＯＩ基板のシリコン層ＳＬのシリコンをアルミニウムに置換した際に、金属材料ＭＭ’上に移動したシリコン層ＳＬのシリコン等を示している。

そして、図５（ｈ）に示すように、シリコン層ＳＬ’、金属材料ＭＭ’およびバリアメタルＢＭが除去される。これにより、埋め込み絶縁層ＢＯＸ１上に固定電極ＦＥＤが形成される。例えば、固定電極ＦＥＤの膜厚（アルミニウム層の膜厚）は、１μｍ程度である。

シリコン層ＳＬ’、金属材料ＭＭ’およびバリアメタルＢＭが除去された後、図５（ｉ）に示すように、密着層ＣＴ１、ＣＴ２、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａの一部（固定部ＭＥＤａ’）および接続部ＣＯＰの一部（接続部ＣＯＰ’）がそれぞれ形成される。密着層ＣＴ１、ＣＴ２、固定部ＭＥＤａ’および接続部ＣＯＰ’は、例えば、リフトオフ法により、所望の領域に形成される。

リフトオフ法では、例えば、密着層ＣＴ１、ＣＴ２の形成領域以外を覆うレジストが形成されたＳＯＩ基板上に、チタンおよび金が順次堆積される。そして、レジスト上のチタンおよび金とともにレジストが除去されることにより、密着層ＣＴ１、ＣＴ２の形成領域にチタンと金の多層膜が形成される。例えば、チタン層（密着層ＣＴ１、ＣＴ２）は、２０ｎｍ程度の膜厚に形成される。

密着層ＣＴ１の形成領域の絶縁部ＩＳ１（より詳細には、素子分離領域ＩＳ１ｂ）上に堆積されたチタン層は、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａを絶縁部ＩＳ１に固定する密着層ＣＴ１として機能する。すなわち、密着層ＣＴ１は、チタンを含む金属膜であり、絶縁部ＩＳ１上の一部に形成される。なお、密着層ＣＴ１（チタン層）上に堆積された金の層は、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａの一部（固定部ＭＥＤａ’）である。

また、固定電極ＦＥＤ上および絶縁部ＩＳ１（より詳細には、素子分離領域ＩＳ１ｂ）上に形成されたチタン層は、接続部ＣＯＰを固定電極ＦＥＤおよび絶縁部ＩＳ１に固定する密着層ＣＴ２として機能する。すなわち、密着層ＣＴ２は、チタンを含む金属膜である。なお、密着層ＣＴ２（チタン層）上に堆積された金の層は、接続部ＣＯＰの一部（接続部ＣＯＰ’）である。密着層ＣＴ２により、接続部ＣＯＰは、固定電極ＦＥＤと電気的に接続される。

そして、図５（ｊ）に示すように、可動電極ＭＥＤは、固定部ＭＥＤａ’上および可動電極ＭＥＤの形成領域の絶縁部ＩＳ１上に金を蒸着することにより形成される。また、接続部ＣＯＰは、接続部ＣＯＰ’上に金を蒸着することにより形成される。例えば、金の層（可動電極ＭＥＤおよび接続部ＣＯＰ）は、リフトオフ法により、可動電極ＭＥＤの形成領域および接続部ＣＯＰの形成領域に形成される。例えば、金の層（可動電極ＭＥＤおよび接続部ＣＯＰ）の膜厚は、５００ｎｍ程度である。

なお、図５（ｊ）の破線で囲んだ可動電極ＭＥＤの領域は、固定部ＭＥＤａを示している。すなわち、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａは、チタンの密着層ＣＴ１と金の層とを有し、密着層ＣＴ１により、絶縁部ＩＳ１に固定されている。また、可動電極ＭＥＤのうち、密着層ＣＴ１が形成されていない部分（金の層が絶縁層ＩＳ１ａに直接接している部分）は、絶縁層ＩＳ１ａから分離可能に形成された可動部ＭＥＤｂとして機能する。

絶縁層ＩＳ１ａ上および密着層ＣＴ１上に金を含む層を形成することにより、密着層ＣＴ１の一端を支点として絶縁層ＩＳ１ａから離れる方向に移動可能な可動電極ＭＥＤが形成される。この実施形態では、可動電極ＭＥＤが絶縁部ＩＳ１上に金等の金属材料を蒸着することにより形成されるため、可動電極ＭＥＤを絶縁層ＩＳ１ａに確実に接触させることができる。

このようにして、可動電極ＭＥＤ、絶縁部ＩＳ１、固定電極ＦＥＤおよび接続部ＣＯＰ等を有する第１基板部ＳＵＢ１が形成される。なお、対向電極ＯＥＤおよびリード部ＬＤ１、ＬＤ２等を有する第２基板部ＳＵＢ２は、例えば、第１基板部ＳＵＢ１と同様の工程により、形成される。

そして、図５（ｋ）に示すように、対向電極ＯＥＤが可動電極ＭＥＤに間隔（例えば、１μｍ程度）を空けて対向するように、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２とを貼り合わせることにより、可変容量素子ＶＣＡＰが構成される。例えば、リード部ＬＤ１、ＬＤ２を可動電極ＭＥＤ（より詳細には、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａ）および接続部ＣＯＰにそれぞれ接続することにより、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２とが互いに貼り合わせられる。

ここで、第２基板部ＳＵＢ２は、対向電極ＯＥＤが形成された対向基板に含まれる。また、可動電極ＭＥＤが形成されたＳＯＩ基板（第１基板部ＳＵＢ１）は、半導体基板に含まれる。すなわち、可変容量素子ＶＣＡＰは、固定電極ＦＥＤ、絶縁層ＩＳ１ａおよび可動電極ＭＥＤ等が形成された半導体基板と、対向電極ＯＥＤ等が形成された対向基板とを貼り合わせることにより、構成される。

このように、この実施形態では、キャパシタを構成する可動電極ＭＥＤ、絶縁層ＩＳ１ａおよび固定電極ＦＥＤが第１基板部ＳＵＢ１に形成される。これにより、この実施形態では、可動電極ＭＥＤ、絶縁層ＩＳ１ａおよび固定電極ＦＥＤの互いの位置を精度よく合わせることができ、可変容量素子ＶＣＡＰの容量値（電極ＦＥＤ、ＭＥＤ間の静電容量）の精度を向上できる。

なお、上述の工程により製造された可変容量素子ＶＣＡＰは、例えば、窒素等の不活性ガスの雰囲気中でパッケージされる。これにより、窒素等の不活性ガスは、可変容量素子ＶＣＡＰのパッケージ内に封入される。パッケージ内に窒素等の不活性ガスが封入された構成では、湿気による絶縁部ＩＳ１、ＩＳ２等の品質低下を防止できる。この結果、この実施形態では、可変容量素子ＶＣＡＰの動作不良を防止でき、可変容量素子ＶＣＡＰの信頼性を向上できる。なお、パッケージ内は、真空でもよい。あるいは、オイル等の液体がパッケージ内に封入されてもよい。パッケージ内を真空にした構成やパッケージ内にオイル等の液体が封入された構成でも、湿気による絶縁部ＩＳ１、ＩＳ２等の品質低下を防止できる。

可変容量素子ＶＣＡＰの製造方法は、この例に限定されない。例えば、密着層ＣＴ１、ＣＴ２は、チタン以外の金属材料により形成されてもよい。あるいは、密着層ＣＴ１、ＣＴ２は、チタンおよびプラチナを含んで形成されてもよい。例えば、密着層ＣＴ１、ＣＴ２は、２０ｎｍ程度の膜厚に形成されたチタン層と、５０ｎｍ程度の膜厚に形成されたプラチナ層とにより構成されてもよい。また、可動電極ＭＥＤおよび接続部ＣＯＰは、例えば、金およびプラチナを含んで形成されてもよい。

さらに、第１基板部ＳＵＢ１にＳＯＩ基板を用いない構成では、固定電極ＦＥＤは、アルミニウム以外の金属材料で形成されてもよい。例えば、シリコン基板（図２のシリコン基板ＳＳＵＢ１に対応）上に、層間絶縁膜（図２の埋め込み絶縁層ＢＯＸ１に対応）としてのシリコン酸化膜、固定電極ＦＥＤとしての金属膜、絶縁層ＩＳ１ａとしてのシリコン酸化膜をＣＶＤ法等により順次堆積することにより、第１基板部ＳＵＢ１が形成されてもよい。また、絶縁層ＩＳ１ａは、単結晶シリコンを熱酸化して形成されてもよく、多結晶シリコン（ポリシリコン）を熱酸化して形成されてもよい。

図６は、図２に示した可変容量素子ＶＣＡＰの回路構成の例を示している。なお、図６は、信号線ＳＩＧＬと接地線ＧＮＤとの間に接続された可変容量素子ＶＣＡＰ（図の太い破線枠）と、固定電極ＦＥＤにバイアス電圧ＶＦＥＤを印加するためのバイアスティＢＡＴＥ（図の細い破線枠）とを示している。図中の信号線ＳＩＧＬは、ＲＦ信号（高周波信号）等の信号が伝達される信号線の一部を示している。また、図中の括弧内の電極ＦＥＤ、ＭＥＤ、ＯＥＤは、可変容量キャパシタＣｖおよびキャパシタＣ１を構成する電極を示している。

可変容量素子ＶＣＡＰは、例えば、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤを一対の電極とする可変容量キャパシタＣｖと、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤを一対の電極とするキャパシタＣ１とを有している。すなわち、可動電極ＭＥＤは、可変容量キャパシタＣｖおよびキャパシタＣ１の電極として機能する。なお、電極ＭＥＤ、ＦＥＤ、ＯＥＤには、リード部ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３をそれぞれ介して、バイアス電圧がそれぞれ印加される。

例えば、信号線ＳＩＧＬと接地線ＧＮＤとの間の容量を可変にするとき、可変容量キャパシタＣｖおよびキャパシタＣ１の可動電極ＭＥＤは、リード部ＬＤ１を介して接地線ＧＮＤに接続される。すなわち、可動電極ＭＥＤには、バイアス電圧としての接地電圧ＧＮＤがリード部ＬＤ１を介して印加される。また、可変容量キャパシタＣｖの固定電極ＦＥＤは、リード部ＬＤ２を介して信号線ＳＩＧＬに接続される。なお、固定電極ＦＥＤには、抵抗Ｒ１、バイアスティＢＡＴＥ、信号線ＳＩＧＬおよびリード部ＬＤ２を介して、バイアス電圧ＶＦＥＤが印加される。また、対向電極ＯＥＤには、リード部ＬＤ３を介して、バイアス電圧ＶＯＥＤが印加される。

バイアスティＢＡＴＥは、キャパシタＣ２およびコイルＬ１を有している。キャパシタＣ２の一方の端子は、ＲＦ信号（高周波信号）の入力端子ＲＦＩＮに接続されている。そして、キャパシタＣ２の他方の端子は、コイルＬ１の一方の端子に接続されている。さらに、キャパシタＣ２の他方の端子（コイルＬ１の一方の端子）は、可変容量素子ＶＣＡＰのリード部ＬＤ２に信号線ＳＩＧＬを介して接続されている。また、コイルＬ１の他方の端子は、抵抗Ｒ１を介して、バイアス電圧ＶＦＥＤを受ける。

これにより、例えば、バイアスティＢＡＴＥは、ＲＦ信号の高周波特性に影響を与えることなく、抵抗Ｒ１を介して受けたバイアス電圧ＶＦＥＤを固定電極ＦＥＤに印加できる。なお、キャパシタＣ３は、ＤＣカット用のキャパシタである。これにより、ＲＦ信号の出力端子ＲＦＯＵＴに影響を与えることなく、バイアス電圧ＶＦＥＤが固定電極ＦＥＤに印加される。

バイアス電圧ＶＦＥＤ、ＶＯＥＤを制御することにより、可動電極ＭＥＤ（より詳細には、図２に示した可動部ＭＥＤｂ）の状態が変化する。これにより、可変容量キャパシタＣｖの容量値（電極ＦＥＤ、ＭＥＤ間の静電容量）が変化する。なお、キャパシタＣ１の容量値（電極ＦＥＤ、ＯＥＤ間の静電容量）は、可動電極ＭＥＤの状態に拘わらず、十分小さい。このため、可変容量素子ＶＣＡＰに対するキャパシタＣ１の影響は、無視できる。すなわち、可変容量素子ＶＣＡＰの容量値は、可変容量キャパシタＣｖの容量値に応じて変化する。

なお、可変容量素子ＶＣＡＰと信号線ＳＩＧＬとの接続関係は、この例に限定されない。また、ＲＦ信号等が伝達される信号線に、複数の可変容量素子ＶＣＡＰが並列に接続されてもよい。例えば、図６に示した回路を２つ用意し、一方の回路の出力端子ＲＦＯＵＴを他方の回路の入力端子ＲＦＩＮに接続することにより、２つの可変容量素子ＶＣＡＰは、ＲＦ信号等が伝達される信号線に並列に接続される。

図７は、図２に示した可変容量素子ＶＣＡＰの制御方法の例を示している。なお、図７は、図６に示すように接続された可変容量素子ＶＣＡＰの制御方法の例を示している。したがって、図７では、特に図示していないが、可動電極ＭＥＤには、接地電圧ＧＮＤが印加されている。図中のオン期間ＴＯＮは、可変容量素子ＶＣＡＰのキャパシタの機能を有効にする期間である。また、図中のオフ期間ＴＯＦＦは、可変容量素子ＶＣＡＰのキャパシタの機能を無効にする期間である。例えば、オフ期間ＴＯＦＦは、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間を高周波的に開放状態にする期間である。すなわち、図６に示した回路構成の例では、オフ期間ＴＯＦＦは、信号線ＳＩＧＬと接地線ＧＮＤとの間を高周波的に開放状態にする期間である。

オン期間ＴＯＮでは、固定電極ＦＥＤに印加されるバイアス電圧ＶＦＥＤは、電圧ＶＦＥＤｐに維持される。また、対向電極ＯＥＤに印加されるバイアス電圧ＶＯＥＤは、接地電圧ＧＮＤに維持される。接地電圧ＧＮＤが可動電極ＭＥＤに印加されているため、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間には、電圧ＶＦＥＤｐが印加される。

これにより、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間に静電引力が発生し、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、固定電極ＦＥＤ側に引き寄せられる。このように、オン期間ＴＯＮでは、可動電極ＭＥＤを元の状態（可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａに接した状態）に戻すために、電圧ＶＦＥＤｐが固定電極ＦＥＤに印加される。なお、可動電極ＭＥＤを元の状態に戻す際に可動電極ＭＥＤの弾性を利用できるため、電圧ＶＦＥＤｐは、後述するオフ期間ＴＯＦＦに対向電極ＯＥＤに印加される高電圧ＶＯＥＤｐより、低くてよい。したがって、この実施形態では、絶縁層ＩＳ１ａに電荷が蓄積することを低減できる。また、電圧ＶＦＥＤｐが低いため、絶縁層ＩＳ１ａの損傷は、抑制される。

また、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤに互いに同じ電圧（接地電圧ＧＮＤ）が印加されているため、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間には、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを対向電極ＯＥＤ側に引き寄せる程の静電引力は、発生しない。したがって、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、絶縁層ＩＳ１ａに確実に接する。可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａに接しているとき、可変容量キャパシタＣｖの容量値（可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間の静電容量）は、大きい。

すなわち、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａに接しているとき（オン期間ＴＯＮ）、可変容量素子ＶＣＡＰは、静電容量の大きなキャパシタとして機能する。このように、この実施形態では、可変容量素子ＶＣＡＰをキャパシタとして使用するとき、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳ１ａに接した状態にするため、可動電極ＭＥＤの状態が不安定になることを防止できる。したがって、この実施形態では、信号線ＳＩＧＬに伝達される交流信号等の影響を受けることなく、可変容量素子ＶＣＡＰの容量値を安定させた状態で使用できる。

オフ期間ＴＯＦＦでは、固定電極ＦＥＤに印加されるバイアス電圧ＶＦＥＤは、接地電圧ＧＮＤに維持される。また、対向電極ＯＥＤに印加されるバイアス電圧ＶＯＥＤは、電圧ＶＦＥＤｐより高い高電圧ＶＯＥＤｐ（例えば、３０Ｖ程度）に維持される。接地電圧ＧＮＤが可動電極ＭＥＤに印加されているため、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間には、高電圧ＶＯＥＤｐが印加される。

これにより、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に静電引力が発生し、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、対向電極ＯＥＤ側に引き寄せられる。このように、オフ期間ＴＯＦＦでは、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを絶縁層ＩＳ１ａから離すために、高電圧ＶＯＥＤｐが対向電極ＯＥＤに印加される。なお、可動電極ＭＥＤおよび対向電極ＯＥＤ間に高電圧ＶＯＥＤｐが印加されているため、可動部ＭＥＤｂは、信号線ＳＩＧＬに伝達される交流信号に拘わらず、絶縁層ＩＳ１ａから離れた状態を維持する。これにより、オフ期間ＴＯＦＦでは、可変容量素子ＶＣＡＰは、信号線ＳＩＧＬに伝達される交流信号の影響を受けることなく、交流信号に対する高インピーダンス状態を維持する。

また、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤに互いに同じ電圧（接地電圧ＧＮＤ）が印加されているため、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間には、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂを固定電極ＦＥＤ側に引き寄せる程の静電引力は、発生しない。したがって、可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂは、絶縁層ＩＳ１ａから確実に離れる。可動電極ＭＥＤの可動部ＭＥＤｂが絶縁層ＩＳ１ａから離れているとき、可変容量キャパシタＣｖの容量値は、十分小さい。したがって、オフ期間ＴＯＦＦでは、可変容量素子ＶＣＡＰは、交流信号に対して高インピーダンス状態になる。すなわち、オフ期間ＴＯＦＦでは、可動電極ＭＥＤおよび固定電極ＦＥＤ間は、高周波的に開放状態になる。

このように、可変容量素子ＶＣＡＰは、例えば、バイアス電圧ＶＦＥＤ、ＶＯＥＤを制御することにより、キャパシタとして機能するオン期間ＴＯＮと交流信号に対して高インピーダンス状態を維持するオフ期間ＴＯＦＦとに切り替えられる。このため、この実施形態では、例えば、互いに独立に制御される複数の可変容量素子ＶＣＡＰを信号線に並列に接続することにより、デジタル的に制御される可変容量素子群を構成できる。

なお、可変容量素子ＶＣＡＰの制御方法は、この例に限定されない。例えば、オン期間ＴＯＮに固定電極ＦＥＤに印加されるバイアス電圧ＶＦＥＤは、接地電圧ＧＮＤでもよい。このときにも、可動部ＭＥＤｂは、可動電極ＭＥＤの弾性により、元の状態に戻る。固定電極ＦＥＤおよび可動電極ＭＥＤ間に電圧が印加されないため、絶縁層ＩＳ１ａへの電荷の蓄積は、さらに低減する。また、絶縁層ＩＳ１ａに電圧が印加されないため、絶縁層ＩＳ１ａの損傷は、さらに抑制される。

以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａは、例えば、素子分離領域ＩＳ１ｂ上にチタンにより形成された密着層ＣＴ１を有している。これにより、この実施形態では、可動電極ＭＥＤの固定部ＭＥＤａを絶縁部ＩＳ１に確実に固定できる。

図８は、別の実施形態における可変容量素子ＶＣＡＰの例を示している。上述した実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の可変容量素子ＶＣＡＰは、上述した図２に示した第２基板部ＳＵＢ２の代わりに、第２基板部ＳＵＢ２Ｂが設けられている。その他の構成および可変容量素子ＶＣＡＰの制御方法は、上述した実施形態と同じである。なお、図中の破線および一点鎖線の意味は、上述した図２と同じである。

第２基板部ＳＵＢ２Ｂは、例えば、対向電極ＯＥＤ２として機能する領域を含むシリコン層ＳＳＵＢ３、絶縁部ＩＳ２、密着層ＣＴ３、ＣＴ４およびリード部ＬＤ１、ＬＤ２を有している。シリコン層ＳＳＵＢ３は、例えば、シリコン基板に形成されたウエル領域（ｎ型ウエル領域やｐ型ウエル領域）であり、対向電極ＯＥＤ２として機能する領域を有している。シリコン層ＳＳＵＢ３の対向電極ＯＥＤ２には、上述した図７に示したバイアス電圧ＶＯＥＤ等が印加される。

絶縁部ＩＳ２は、例えば、シリコン層ＳＳＵＢ３上（図８では下側）に形成された絶縁層ＩＳ２ａと、ＬＯＣＯＳやＳＴＩ等により形成された素子分離領域ＩＳ２ｂとを有している。例えば、絶縁層ＩＳ２ａは、単結晶シリコンを熱酸化して形成されたシリコン酸化膜である。なお、絶縁層ＩＳ２ａは、多結晶シリコン（ポリシリコン）を熱酸化して形成されたシリコン酸化膜でもよいし、ＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜でもよい。

また、素子分離領域ＩＳ２ｂは、例えば、シリコン酸化膜であり、対向電極ＯＥＤ２として機能する領域を囲むようにシリコン層ＳＳＵＢ３に形成される。これにより、対向電極ＯＥＤ２は、他の素子から分離される。例えば、対向電極ＯＥＤ２は、第２基板部ＳＵＢ２Ｂを含むシリコン基板に形成されるＲＦ回路等の高周波回路の素子から分離される。

密着層ＣＴ３、ＣＴ４およびリード部ＬＤ１、ＬＤ２は、図２に示した密着層ＣＴ３、ＣＴ４およびリード部ＬＤ１、ＬＤ２と同じである。例えば、リード部ＬＤ１、ＬＤ２を固定部ＭＥＤａおよび接続部ＣＯＰにそれぞれ接続することにより、第１基板部ＳＵＢ１と第２基板部ＳＵＢ２Ｂとが互いに貼り合わせられる。これにより、可変容量素子ＶＣＡＰの対向電極ＯＥＤは、可動電極ＭＥＤに間隔を空けて対向するように配置される。

以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
（付記１）
固定電極と、
前記固定電極上に積層された絶縁層を含む絶縁部と、
前記絶縁層上に前記絶縁層から離れる方向に移動可能に積層された可動部および前記可動部の一端を前記絶縁部に固定する固定部を含む可動電極と、
前記可動電極に間隔を空けて対向する対向電極と
を備えていることを特徴とする可変容量素子。
（付記２）
前記固定部は、前記可動電極と前記絶縁部とを固定する固定層を含んでいること
を特徴とする付記１記載の可変容量素子。
（付記３）
前記絶縁層は、単結晶シリコンを熱酸化したシリコン酸化膜で形成されていること
を特徴とする付記１または付記２記載の可変容量素子。
（付記４）
前記可動電極および前記対向電極間に印加された電圧により、前記可動電極および前記対向電極間に静電引力が発生し、前記可動部は、前記対向電極側に引き寄せられ、
前記電圧の印加を停止したとき、前記可動部は弾性により前記固定電極側に戻ること
を特徴とする付記１ないし付記３のいずれか１項に記載の可変容量素子。
（付記５）
前記可動電極は常に接地していること
を特徴とする付記１ないし付記４のいずれか１項に記載の可変容量素子。
（付記６）
半導体基板のシリコン層に形成される固定電極の領域の周囲に、素子分離領域を形成し、
前記固定電極上の一部に、前記シリコン層を熱酸化して絶縁層を形成し、
前記絶縁層が形成されていない前記固定電極上にアルミニウムを堆積し、
前記半導体基板をアニールすることにより、前記固定電極の表面の前記シリコン層をアルミニウムの層に置換し、
前記素子分離領域上の一部に、チタンを含む金属膜を形成し、
前記絶縁層上および前記金属膜上に金を含む層を形成することにより、前記金属膜の一端を支点として前記絶縁層から離れる方向に移動可能な可動電極を形成し、
対向電極が前記可動電極に間隔を空けて対向するように、前記対向電極が形成された対向基板と前記半導体基板とを貼り合わせること
を特徴とする可変容量素子の製造方法。
（付記７）
前記半導体基板は、ＳＯＩ基板であること
を特徴とする付記６記載の可変容量素子の製造方法。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

ＢＯＸ１、ＢＯＸ２‥埋め込み絶縁層；ＣＯＰ‥接続部；ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４‥密着層；ＦＥＤ‥固定電極；ＩＳ、ＩＳ１、ＩＳ２‥絶縁部；ＩＳａ、ＩＳ１ａ、ＩＳ２ａ‥絶縁層；ＩＳｂ、ＩＳ１ｂ、ＩＳ２ｂ‥素子分離領域；ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３‥リード部；ＭＥＤ‥可動電極；ＭＥＤａ‥可動電極の固定部；ＭＥＤｂ‥可動電極の可動部；ＯＥＤ、ＯＥＤ２‥対向電極；ＳＳＵＢ１、ＳＳＵＢ２‥シリコン基板；ＳＳＵＢ３‥シリコン層；ＳＵＢ１‥第１基板部；ＳＵＢ２、ＳＵＢ２Ｂ‥第２基板部；ＶＣＡＰ‥可変容量素子

Claims (5)

1. 固定電極と、
   前記固定電極上に積層された絶縁層を含む絶縁部と、
   前記絶縁層上に前記絶縁層から離れる方向に移動可能に積層された可動部および前記可動部の一端を前記絶縁部に固定する固定部を含む可動電極と、
   前記可動電極に間隔を空けて対向する対向電極と
   を備えていることを特徴とする可変容量素子。
2. 前記絶縁層は、単結晶シリコンを熱酸化したシリコン酸化膜で形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の可変容量素子。
3. 前記可動電極および前記対向電極間に印加された電圧により、前記可動電極および前記対向電極間に静電引力が発生し、前記可動部は、前記対向電極側に引き寄せられ、
   前記電圧の印加を停止したとき、前記可動部は弾性により前記固定電極側に戻ること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の可変容量素子。
4. 前記可動電極は常に接地していること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の可変容量素子。
5. 半導体基板のシリコン層に形成される固定電極の領域の周囲に、素子分離領域を形成し、
   前記固定電極上の一部に、前記シリコン層を熱酸化して絶縁層を形成し、
   前記絶縁層が形成されていない前記固定電極上にアルミニウムを堆積し、
   前記半導体基板をアニールすることにより、前記固定電極の表面の前記シリコン層をアルミニウムの層に置換し、
   前記素子分離領域上の一部に、チタンを含む金属膜を形成し、
   前記絶縁層上および前記金属膜上に金を含む層を形成することにより、前記金属膜の一端を支点として前記絶縁層から離れる方向に移動可能な可動電極を形成し、
   対向電極が前記可動電極に間隔を空けて対向するように、前記対向電極が形成された対向基板と前記半導体基板とを貼り合わせること
   を特徴とする可変容量素子の製造方法。

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