JP2015173207A

JP2015173207A - Ｍｅｍｓ装置

Info

Publication number: JP2015173207A
Application number: JP2014048858A
Authority: JP
Inventors: 宏明山崎; Hiroaki Yamazaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20150262757A1

Abstract

【課題】キャパシタンスにばらつきを抑制し、高精度の可変キャパシタを実現することが可能なＭＥＭＳ装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係るＭＥＭＳ装置は、下部電極１２と、下部電極に対向する部分を有する可動な上部電極１４と、上部電極に接続された第１の部材１６とを備え、下部電極の主面に垂直な方向から見て、上部電極と第１の部材との接続部分２０の少なくとも一部は下部電極とオーバーラップしていない。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）装置に関する。

ＭＥＭＳ技術を用いた可変キャパシタが提案されている。この可変キャパシタでは、下部電極（固定電極）と上部電極（可動電極）との間の距離を変えることでキャパシタンスが変化する。上部電極には弾性を有する絶縁性部材（バネ）の一端が接続され、絶縁性部材の他端はアンカーに固定されている。

しかしながら、上述した可変キャパシタでは、上部電極と絶縁性部材との接続部分で、上部電極が下方（基板方向）に変形しやすい。そのため、上部電極を下部電極に接近させたときに、上部電極の変形部分が下部電極に接触してしまい、変形部分で上部電極と下部電極との距離が制限されてしまう。その結果、キャパシタンスにばらつきが生じ、高精度の可変キャパシタを実現することが難しい、という問題がある。

特開２０１０−２２８０１８号公報

キャパシタンスのばらつきを抑制し、高精度の可変キャパシタを実現することが可能なＭＥＭＳ装置を提供する。

実施形態に係るＭＥＭＳ装置は、下部電極と、前記下部電極に対向する部分を有する可動な上部電極と、前記上部電極に接続された第１の部材と、を備え、前記下部電極の主面に垂直な方向から見て、前記上部電極と前記第１の部材との接続部分の少なくとも一部は前記下部電極とオーバーラップしていない。

実施形態に係るＭＥＭＳ装置の基本的な構成例を模式的に示した図である。上部電極の変形量の測定結果を示した図である。実施形態に係るＭＥＭＳ装置の具体的な構成例を模式的に示した平面図である。図３のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図３のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図３のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。図３に示した構成から一部の構成を除いた平面図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

まず、実施形態に係るＭＥＭＳ装置の基本的（概念的）な構成例について説明する。図１は、実施形態に係るＭＥＭＳ装置の基本的な構成を模式的に示した図である。

図１に示したＭＥＭＳ装置は、下地領域１０に固定された下部電極１２と、下部電極１２に対向する部分を有する可動な上部電極１４と、上部電極１４に接続された絶縁性部材（第１の部材）１６とを備えている。下地領域１０には、トランジスタや配線等が含まれている。下部電極１２と上部電極１４との間にはスペースが設けられている。下地領域１０上及び下部電極１２上には、絶縁膜１８が形成されている。絶縁膜１８は、単層とは限らず、複数の層で形成されていてもよい。

下部電極１２及び上部電極１４によって可変キャパシタが構成されている。すなわち、下部電極１２と上部電極１４との距離が変化することで、可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。具体的には、絶縁性部材１６が弾性を有しており、絶縁性部材１６に接続された上部電極１４が、下部電極１２と上部電極１４との間に働く静電気力によって動くことが可能である。

絶縁性部材１６は、シリコン窒化物で形成されている。ただし、シリコン窒化物には限定されない。また、上部電極１４及び下部電極１２はアルミニウムで形成されている。ただし、アルミニウムには限定されない。

下部電極１２の主面に垂直な方向から見て、上部電極１４と絶縁性部材１６との接続部分２０の少なくとも一部は、下部電極１２とオーバーラップしていない。具体的には、接続部分２０の少なくとも一部は、下部電極１２が設けられた領域の外側に位置する、或いは、下部電極１２が設けられた領域に挟まれた領域に位置する。図１に示した構成では、接続部分２０の全体が下部電極１２とオーバーラップしていない。また、下部電極１２の主面に垂直な方向から見て、上部電極１４のエッジの少なくとも一部は下部電極１２とオーバーラップしている。

図１に示すように、上部電極１４は、接続部分２０で下方（下地領域１０の方向）に変形している。また、上部電極１４は、上部電極１４のエッジ部分２２でも下方に変形している。上部電極１４がこのように変形する理由は、以下の通りである。

ＭＥＭＳ技術を用いて可変キャパシタを製造する際には、まず、可変キャパシタの周囲に犠牲膜を形成しておく。この犠牲膜を除去することによって、下部電極１２と上部電極１４との間にスペースが形成される。犠牲膜は、犠牲膜材料を塗布した後にキュアプロセスを行うことで形成される。このキュアプロセスの際に犠牲膜材料が収縮するため、上部電極１４の接続部分２０及びエッジ部分２２近傍に力が加わり、上部電極１４が変形する。特に、接続部分２０では、上部電極１４上に絶縁性部材１６が存在するため、変形量が大きくなる。

図２は、上部電極１４の変形量の測定結果を示した図である。縦軸が変形量に対応する。横軸は、上部電極１４を下部電極１２に最も接近させたときの可変キャパシタのキャパシタンス値（最大キャパシタンス値）である。図２に示されるように、接続部分２０での変形量の方が、エッジ部分２２での変形量よりも大きい。

したがって、仮に、接続部分２０が下部電極１２にオーバーラップしているとすると、上部電極１４を下部電極１２に接近させたときに、上部電極の変形部分（接続部分２０）が下部電極１２に接触してしまう。そのため、変形部分で上部電極１４と下部電極１２との距離が制限されてしまい、キャパシタンスにばらつきが生じてしまう。

本実施形態では、接続部分２０が下部電極１２とオーバーラップしていないため、上述したような問題を回避することが可能である。すなわち、図１に示すように、下部電極１２の上面は、下部電極１２の周囲の領域の上面よりも高く位置している。そのため、接続部分２０が下部電極１２とオーバーラップしていなければ、上部電極１４を下部電極１２に接近させたときに、変形部分（接続部分２０）が下部電極１２や下部電極１２の周囲の領域に接触してキャパシタの精度に悪影響を与えることを防止できる。

なお、変形部分（接続部分２０）の接触を確実に防止するためには、図１に示したように、接続部分２０の全体が下部電極１２にオーバーラップしていないことが好ましい。ただし、図１に示すように、上部電極１４の外側にいくほど変形量が大きくなるような場合には、接続部分２０の一部が下部電極１２にオーバーラップしていないような構成であっても、上述した問題をある程度回避することは可能である。

また、上部電極１４の変形部分の接触を回避する観点からは、上部電極１４のエッジ部分２２も下部電極１２とオーバーラップしていないことが望ましい。しかしながら、エッジ部分２２も下部電極１２とオーバーラップしていない構成にすると、可変キャパシタの占有面積が大きくなってしまう。また、すでに述べたように、接続部分２０に比べてエッジ部分２２の変形量は小さい。そこで、本実施形態では、上部電極１４のエッジ部分２２は下部電極１２とオーバーラップするようにしている。

以上のように、本実施形態では、上部電極１４と絶縁性部材１６との接続部分２０の少なくとも一部が、下部電極１２とオーバーラップしていない。そのため、上部電極１４を下部電極１２に接近させたときに、変形部分（接続部分２０）が下部電極１２や下部電極１２の周囲の領域に接触する等、キャパシタの精度に悪影響を与えることを防止することが可能である。したがって、キャパシタンスのばらつきを抑制することができ、高精度の可変キャパシタを実現することが可能である。

また、上部電極１４のエッジの少なくとも一部は下部電極１２とオーバーラップしている。したがって、可変キャパシタの占有面積の増加を抑制することも可能である。

次に、実施形態に係るＭＥＭＳ装置の具体的な構成例について説明する。

図３は、実施形態に係るＭＥＭＳ装置の具体的な構成を模式的に示した平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図６は、図３のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。図７は、図３に示した平面図から上部電極等を除いた図である。

なお、基本的な概念は、上述した基本的な構成例で述べた概念と同様であるため、すでに説明した事項の説明は省略する。

図に示すように、下部電極１２は凹パターン１２ａ、穴パターン１２ｂ及びスペースパターン１２ｃを有している。上部電極１４は、スリット状の穴パターン１４ａ及び矩形状の穴パターン１４ｂを有している。

上部電極１４には、絶縁性部材（第１の部材）１６ａ及び絶縁性部材（第１の部材）１６ｂが接続されている。また、上部電極１４には、上部電極１４にバイアス電圧を供給するためのバイアス線２８が接続されている。

絶縁性部材１６ａは、上部電極１４を支持する支持部材である。支持部材１６ａの一端は上部電極１４に接続され、支持部材１６ａの他端はアンカー２６に固定されている。支持部材（絶縁性部材）１６ａは弾性を有しているため、支持部材１６ａはバネとして機能する。なお、図面には示されていないが、支持部材１６ａと上部電極１４との接続部分は下方（下地領域１０の方向）に向かって変形している。

支持部材１６ａと上部電極１４との接続部分は、下部電極１２に形成された凹パターン１２ａに対応する位置に位置している。図に示すように、支持部材１６ａと上部電極１４との接続部分は、下部電極１２とオーバーラップしていない。

絶縁性部材１６ｂは、上部電極１４に形成されたスリット状の穴パターン１４ａを横切るブリッジ部材である。ブリッジ部材１６ａの両端は上部電極１４に接続されている。上部電極１４にはスリット状の穴パターン１４ａが形成されているため、ブリッジ部材１６ｂによって上部電極１４を補強している。なお、図面には示されていないが、ブリッジ部材１６ｂと上部電極１４との接続部分は下方（下地領域１０の方向）に向かって変形している。

ブリッジ部材１６ｂと上部電極１４との接続部分は、下部電極１２に形成された穴パターン１２ｂに対応する位置に位置している。図に示すように、ブリッジ部材１６ｂと上部電極１４との接続部分は、下部電極１２とオーバーラップしていない。

また、上部電極１４のエッジは、下部電極１２の凹パターン１２ａ、穴パターン１２ｂ及びスペースパターン１２ｃが設けられた領域を除いて、下部電極１２とオーバーラップしている。

以上のように、図３〜図７に示した具体的な構成例においても、下部電極１２、上部電極１４、絶縁性部材（支持部材１６ａ、ブリッジ部材１６ｂ）、及び上部電極１４と絶縁性部材との接続部の基本的な位置関係は、図１に示した基本的な構成例と同様である。したがって、図３〜図７に示した具体的な構成例においても、基本的な構成例で述べた効果と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…下地領域１２…下部電極
１２ａ…凹パターン１２ｂ…穴パターン１２ｃ…スペースパターン
１４…上部電極１４ａ…穴パターン１４ｂ…穴パターン
１６…絶縁性部材１６ａ…支持部材１６ｂ…ブリッジ部材
１８…絶縁膜２０…接続部分２２…エッジ部分
２６…アンカー２８…バイアス線

Claims

下部電極と、
前記下部電極に対向する部分を有する可動な上部電極と、
前記上部電極に接続された第１の部材と、
を備え、
前記下部電極の主面に垂直な方向から見て、前記上部電極と前記第１の部材との接続部分の少なくとも一部は前記下部電極とオーバーラップしていない
ことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
前記下部電極の主面に垂直な方向から見て、前記接続部分の全体が前記下部電極とオーバーラップしていない
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
前記下部電極の主面に垂直な方向から見て、前記上部電極のエッジの少なくとも一部は前記下部電極とオーバーラップしている
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
前記第１の部材は、前記上部電極を支持する支持部材である
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
前記上部電極は、スリット状の穴パターンを有し、
前記第１の部材は、前記スリット状の穴パターンを横切るブリッジ部材である
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。