專利名稱：電容式mems元件及其制造方法、高頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容式MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems微機(jī)電系統(tǒng))元件及其制造方法。進(jìn)而，本發(fā)明還涉及安裝有上述電容式MEMS元件的高頻裝置。電容式MEMS元件是通過使電容值可變而接通/斷開(ON/OFF)高頻電信號的元件。并且，適用于從數(shù)MHz到數(shù)THz的高頻電信號。
背景技術(shù)：
以往，作為接通/斷開電信號的小型機(jī)電零件，眾所周知有MEMS元件。
尤其是作為應(yīng)用于接通/斷開高頻信號的高頻開關(guān)的MEMS元件，例如，有在J.J.Yao.，TOPICAL REVIEW“RF MEMS from a deviceperspective.”J.Micromech.Microeng.10(2000)R9-R38.(特別地，R13，figure5)(文獻(xiàn)1)公開的電容式(靜電驅(qū)動式)MEMS元件，和在H.A.C Tilmams.，“RF-MEMS metal contact capacitive switches.”4thRound Table on MNT for Space.20/22May，2003(ESTEC，Noordwijk，NL.Page4-Page7)(文獻(xiàn)2)公開的電容式MEMS開關(guān)。這些元件具有通過由電壓施加引起的上部電極的上下運動來使上下電極間的電容值變化的功能。
文獻(xiàn)1所示的電容式MEMS元件，在作為形成于襯底上的下部電極的信號線路上形成有薄的電介質(zhì)膜，在信號線路的兩側(cè)平行地形成有接地線。由金屬錨定部(anchor)、彈簧及上部電極的一體結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的膜片(membrane)與該接地線電連接。并且，此膜片以對形成在信號線路上的電介質(zhì)膜設(shè)置空間而垂直地跨越的形狀形成。
作為文獻(xiàn)2所示的結(jié)構(gòu)的特征，在位于上部電極下方的下部電極上的電介質(zhì)膜上，形成有被稱為浮置金屬的金屬膜。
元件的基本動作如下。上述2種MEMS元件，當(dāng)作為上部電極發(fā)揮功能的膜片與作為下部電極的信號線路間未施加直流電壓時，通過膜片與形成在信號線路上的電介質(zhì)膜間的空間，開關(guān)動作變成開(膜片向上)狀態(tài)，所輸入的信號到達(dá)輸出端。當(dāng)施加直流電壓時，通過由膜片與信號線路之間的電位差產(chǎn)生的靜電力(即庫侖力)，膜片被吸引至信號線路側(cè)，發(fā)生彈性形變向襯底側(cè)彎曲。例如，文獻(xiàn)1的電容式MEMS元件，上部電極部成為與信號線路上的電介質(zhì)膜接觸的形狀，而文獻(xiàn)2的電容式MEMS開關(guān)，上部電極部成為與形成在電介質(zhì)膜上的浮置金屬接觸的形狀。
由此，上述2種結(jié)構(gòu)都形成有由膜片、電介質(zhì)膜及信號線路組成的電容結(jié)構(gòu)，因此開關(guān)動作變?yōu)殛P(guān)(膜片向下)狀態(tài)。在該狀態(tài)下，所輸入的信號無法到達(dá)輸出端。但是，文獻(xiàn)2所公開的結(jié)構(gòu)，利用緊貼在電介質(zhì)膜上而形成的浮置金屬的效應(yīng)，與文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)相比，能得到關(guān)狀態(tài)下的電容值穩(wěn)定后的高數(shù)值。因此，文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)，具有能得到比文獻(xiàn)1的元件更好的對高頻信號的開關(guān)特性這樣的特征。
上述方式的MEMS元件，除了被稱為電容式MEMS元件(開關(guān))之外，根據(jù)其動作原理還被稱為靜電驅(qū)動式MEMS元件(開關(guān))。在本說明書以下的說明中，上述多個名稱的元件在沒有特別說明的情況下為相同的元件。
MEMS開關(guān)有相對于信號線串聯(lián)連接了MEMS元件的串聯(lián)式開關(guān)和并列連接了MEMS元件的并聯(lián)式開關(guān)。在本說明書中，只要沒有特別說明，則以并聯(lián)式開關(guān)為例進(jìn)行說明。不言而喻，本發(fā)明能夠用于任意連接方式的開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種電容式MEMS元件及其制造方法，能得到對高頻信號良好且穩(wěn)定的開關(guān)特性，并且以低電壓動作。進(jìn)而，本發(fā)明的目的在于提供一種安裝了本發(fā)明的電容式MEMS元件的高性能的高頻裝置。
本發(fā)明的電容式MEMS元件的主要方式如下。即，包括絕緣性襯底、在上述絕緣性襯底上形成的下部電極、在上述下部電極上形成的電介質(zhì)層、在上述電介質(zhì)層上形成的導(dǎo)體層、以及上部電極。該上部電極與上述下部電極相對且至少與上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層具有間隙地配置，進(jìn)行對上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的接觸/非接觸的控制。
在本發(fā)明中，關(guān)鍵之處在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層，從上述絕緣性襯底的垂直方向觀察，在上述上部電極與上述下部電極相對的區(qū)域中進(jìn)行形成，使得在其相對面積的一部分存在該電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層，并且，在上述上部電極與上述下部電極相對的區(qū)域中存在上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的區(qū)域的面積小于等于該相對區(qū)域中不存在上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的區(qū)域的面積。
進(jìn)而，本發(fā)明的電容式MEMS元件的其他方式如下。即包括絕緣性襯底、在上述絕緣性襯底上形成的下部電極、在上述下部電極上形成的電介質(zhì)層、在上述電介質(zhì)層上形成的導(dǎo)體層、以及上部電極。該上部電極與上述下部電極相對，且至少與上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層具有間隙地配置，進(jìn)行對上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的接觸/非接觸的控制。并且，關(guān)鍵之處在于，上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層。經(jīng)由對于高頻信號的電阻體與所期望的電位直流連接。
進(jìn)而，本發(fā)明的另一目的為提供具有上述各電容式MEMS元件的高頻裝置。


圖1A是用于說明本發(fā)明的電容式MEMS元件的第1實施方式的俯視圖。
圖1B是圖1A的B-B’線的剖視圖。
圖2A是用于說明解決以往技術(shù)的問題的其他裝置的俯視圖。
圖2B是圖2A的B-B’線的剖視圖。
圖3A用于說明以往的電容式MEMS元件的俯視圖。
圖3B是圖3A的B-B’線的剖視圖。
圖4A是用于說明以往的電容式MEMS元件的表面圖。
圖4B是圖4A中的B-B’線的剖視圖。
圖5是用于說明解決以往技術(shù)的問題的裝置的俯視圖。
圖6是用于說明解決以往技術(shù)的問題的其他裝置的俯視圖。
圖7A是用于說明本發(fā)明的電容MEMS元件的第1實施方式的俯視圖。
圖7B是圖7A的B-B’線的剖視圖。
圖8是用于說明本發(fā)明的第3實施方式的俯視圖。
圖9A是用于說明本發(fā)明的電容MEMS元件的第4實施方式的俯視圖。
圖9B是圖9A的B-B’線的剖視圖。
圖9C是說明圖9A的例子的膜片的結(jié)構(gòu)的概略立體圖。
圖10A是用于說明本發(fā)明的電容MEMS元件的第5實施方式的俯視圖。
圖10B是圖10A的B-B’線的剖視圖。
圖11A是第6實施方式的控制電路的等效電路圖。
圖11B是第7實施方式的控制電路的等效電路圖。
圖12A是表示第6實施方式的膜片的向上狀態(tài)的剖視圖。
圖12B是表示第6實施方式的膜片的向下狀態(tài)的剖視圖。
圖13是用于說明在第8實施方式使用的控制電路的等效電路圖。
圖14是用于說明第9實施方式的框圖。
圖15是表示第1實施方式的電容式MEMS元件的制造步驟例的剖視圖。
具體實施例方式
在具體地說明用于實施發(fā)明的各方式之前，說明、考察發(fā)明人對于上述電容式MEMS元件所發(fā)現(xiàn)出的問題。
本發(fā)明人首先試制具有與文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)幾乎相同的結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件，對與上述同樣的開關(guān)動作(ON/OFF)時電容的絕對值及電容比進(jìn)行了評價。
此時試制出的電容式MEMS元件是圖3A、圖3B所示的結(jié)構(gòu)。圖3A是元件的俯視圖，圖3B是剖視圖。
信號線路1設(shè)置在絕緣襯底3的上部。包圍該處配置有接地線2。覆蓋該信號線路1形成有電介質(zhì)膜5。與接地線2接觸，并與上述電介質(zhì)膜5保留間隙80地設(shè)有上部電極12。在上部電極12的兩端部形成有彈簧11。將用上部電極12、彈簧11及與彈簧連接的錨定部10構(gòu)成的部件稱為膜片8。
膜片8中與接地線21(以下稱為“地線”)連接的錨定部10、具有彎曲(彎曲結(jié)構(gòu))的彈簧11及上部電極12構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)?？拷て?的下方的襯底(3)上形成的下部電極即信號線路1與上部電極12的相對區(qū)域(從垂直方向觀察，上部電極與下部電極這兩者重疊的區(qū)域以下，沒有特別說明時僅省略為“相對區(qū)域”)的面積是200微米×200微米。
上部電極12/電介質(zhì)膜5之間的空間80的距離約為1.3微米，作為下部電極的信號線路1上的一部分上和絕緣襯底3上的一部分上所形成的電介質(zhì)膜5的材料，使用了膜厚為0.3微米的鋁膜。
膜片8使用膜厚為2.5微米的Au(金)，而作為下部電極的信號線路1及與膜片8連接的接地線2使用了下層Ti(膜厚為0.05微米)、上層Au(金，膜厚為0.5微米)的層疊膜。
另外，在制造過程中，為形成浮置于中空的膜片8，在膜片下形成將于以后除去的保護(hù)層圖案。為了容易除去該保護(hù)層，雖無圖示，但在上部電極12以20微米的間隔設(shè)置有多個10微米×10微米的孔。關(guān)于保護(hù)層將在以后描述。
作為用于保護(hù)層的材料，一般有氧化硅膜、光抗蝕劑膜及聚酰亞胺膜等，在上述電容式MEMS元件的制作中使用了聚酰亞胺膜。
使用上述結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件，信號線路1從0V開始慢慢提高施加電壓(并且，地線2被接地)，其結(jié)果是，對于與地線2連接的上部電極12/作為信號線路的下部電極1間不施加電壓(0V即膜片向上)時得到的電容值(約0.5pF)，在上部電極12/下部電極1間施加6V直流電壓，上部電極12被吸引至下部電極1的方向而與電介質(zhì)膜5接觸(膜片向下)，電容值也僅增大至大約3倍左右的值(約1.6pF)。
關(guān)于上述電容式MEMS元件的動作，仿真計算所得到的結(jié)果是，上部電極12完全靠近電介質(zhì)膜5(膜片向下)比膜片向上時(即0V時刻)電容值增大約50倍，但在實際試制中，上述那樣電容值的增加是特別小的。
調(diào)查其原因后，發(fā)現(xiàn)即使施加使上部電極12與電介質(zhì)膜5完全接觸的電壓，兩者間也會產(chǎn)生細(xì)微的間隙(氣隙)。
即，考慮為由于該氣隙，而在上部/下部電極間形成低介電區(qū)域，導(dǎo)致電容值變小。
另一方面，也對文獻(xiàn)2所公開的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實際試作，對施加與上述相同的電壓時電容絕對值和電容比進(jìn)行了評價。
此時試作的電容式MEMS元件為圖4A、圖4B所示的結(jié)構(gòu)。圖4A是元件的俯視圖、圖4B是BB’線的剖視圖。
在絕緣襯底3的上部設(shè)有成為下部電極的信號線路1。包圍此信號線路1配置有接地線2。在本例中，在該電介質(zhì)膜5上配置有浮置金屬(浮置狀態(tài)的金屬膜)6。與接地線2接觸，并與上述浮置金屬6和電介質(zhì)膜5保留間隙80地設(shè)有上部電極12。在上部電極12的兩端部形成有彈簧11及與彈簧連接的膜片8。膜片8由上部電極12、彈簧11及錨定部10構(gòu)成。
本例為在上述圖3A、圖3B所示的結(jié)構(gòu)上形成了穩(wěn)定時與任何位置都不電連接的浮置金屬6的結(jié)構(gòu)。在本例中，該金屬膜6取為位于相對區(qū)域81內(nèi)的電介質(zhì)膜5上、膜厚為100納米的Au(金)膜。
該浮置金屬6的面積比上述兩電極的相對區(qū)域81小，將尺寸取為180微米×180微米。作為形成的位置，覆蓋距相對區(qū)域81的外圍部四條邊分別為10微米的內(nèi)側(cè)的區(qū)域。
使用上述結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件進(jìn)行了評價，其結(jié)果是，對上部電極12/下部電極1間施加直流電壓，上部電極12被吸引至下部電極1方向，使其與(膜片向下)浮置金屬6接觸時，示出電容值為24pF(約為0V時的50倍)這樣極高的電容值。
但是，作為動作電壓，需要約20V這樣不存在上述浮置金屬6時的約3倍或3倍以上的高電壓。進(jìn)而，使上述膜片的上下運動反復(fù)幾次后，施加上述20V電壓保持不變并放置數(shù)秒鐘，就會發(fā)生上部/下部電極間的電容值返回初始值(0.5pF)的現(xiàn)象。
進(jìn)而，還出現(xiàn)自該狀態(tài)開始施加電壓返回0V，且電容值增大到20pF或20pF以上，但數(shù)秒后返回到初始值(0.5pF)這樣無法解釋的現(xiàn)象。
根據(jù)上面所述，判明了以下事實具備上述浮置金屬6的電容式MEMS元件，特別地，在應(yīng)用于采用數(shù)百MHz或數(shù)百MHz以上的高頻信號的高頻開關(guān)的情況下，元件的動作需要高電壓，且只能得到極不穩(wěn)定的開關(guān)特性。
如上所述，本發(fā)明的要點在于，在具備由導(dǎo)體層組成的浮置金屬的電容式MEMS元件中，使相對區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體層(浮置金屬)的面積比例為全部相對區(qū)域的50％或50％以下(除此之外為電介質(zhì)膜露出區(qū)域)。
進(jìn)而，解決上述問題的另一方法為使上述導(dǎo)體層(浮置金屬)經(jīng)由對于高頻信號為電阻的物質(zhì)，與具有所期望的電位的物質(zhì)直流連接。此時，對于上述高頻信號為電阻的物質(zhì)，優(yōu)選的是電阻值至少為1KΩ且小于1MΩ的電阻，或?qū)τ诟哳l信號阻抗至少為1KΩ且小于1MΩ的電感。
上述具有所期望的電位的物質(zhì)，還取決于元件結(jié)構(gòu)，但是，從易于進(jìn)行元件制作這方面考慮，優(yōu)選的是該物質(zhì)為上述上部電極、接地區(qū)域(地線)、以及施加直流電壓來控制上述上部電極的上下運動的控制電極中的任一者。由此，該物質(zhì)是基本上防止起電的物質(zhì)。
浮置金屬的圖案形狀沒有特別限定為指定的形狀，如果上述相對區(qū)域內(nèi)的面積比例固定，則例如通過在圖案內(nèi)部設(shè)置具有預(yù)定形狀的開口部，也可以確保上述電介質(zhì)膜的露出區(qū)域。
另外，上述彈簧、上述錨定部及上述上部電極，優(yōu)選的是形成為一體結(jié)構(gòu)，且由連續(xù)的金屬體形成。
上述金屬體，優(yōu)選至少由低電阻的金屬材料為主體的物質(zhì)形成，例如，由含鋁的單層膜或含鋁的膜與其他金屬膜的層疊膜，含金的單層膜或含金的膜與其他金屬膜的層疊膜，含銅的單層膜或含銅膜與其他金屬膜的層疊膜中的任一者形成。
另外，關(guān)于上述電介質(zhì)膜上的導(dǎo)電層，優(yōu)選的是，由例如含鋁的單層膜或含鋁的膜與其他金屬膜的層疊膜，含金的單層膜或含金的膜與其他金屬膜的層疊膜，含銅的單層膜或含銅的膜與其他金屬膜的層疊膜中的任一者形成。即，一般來說，優(yōu)選的是由低電阻的金屬材料為主體的物質(zhì)形成。
對上述以往技術(shù)所示的高電壓動作進(jìn)行考察，首先，為了利用靜電力使上部電極被吸引至下部電極方向，靜電力必須要比上部電極所連接的彈簧的恢復(fù)力大。
但是，如上述結(jié)構(gòu)那樣，在下部電極上經(jīng)由電介質(zhì)膜設(shè)置了浮置金屬，則來自其區(qū)域的下部電極的靜電力發(fā)揮作用，使得對浮置金屬上較強(qiáng)地作用(浮置金屬也與上部電極電位相同即0V)。
通過持續(xù)施加直流電壓，浮置金屬也慢慢積蓄電荷，因此開始產(chǎn)生浮置金屬與位于浮置金屬上的上部電極之間的電位差。隨著其間的電位差的增大，在其間發(fā)生的靜電力也增大，上部電極被吸引向浮置金屬。
此時，在浮置金屬積蓄電荷直到浮置金屬與位于浮置金屬上的上部電極之間發(fā)生的靜電力能夠吸引上部電極之前，自開始施加電壓時將產(chǎn)生若干時間差。
因此，剛剛施加電壓之后的浮置金屬與上部電極之間的較寬的相對區(qū)域只產(chǎn)生極弱的靜電力。
例如，為了用1秒或1秒以下的短時間進(jìn)行電壓切換操作以使上部電極上下運動，即、為了包含發(fā)生微弱靜電力的較寬區(qū)域的全部相對區(qū)域的靜電力大于彈簧的恢復(fù)力，必須主要在不存在浮置金屬的外圍部的狹窄區(qū)域(發(fā)生強(qiáng)靜電力)進(jìn)行吸引。此時，在上述浮置金屬區(qū)域也產(chǎn)生微弱的靜電力。其結(jié)果，考慮為需要比沒有上述浮置金屬的結(jié)構(gòu)高的電壓，具有上述以往結(jié)構(gòu)的元件的動作將需要20V的高電壓。
其次，考察關(guān)于本發(fā)明的電容值的動作無法解釋的現(xiàn)象。
如上所述，在上部電極/下部電極間施加20V的直流電壓，上部電極變?yōu)榕c浮置金屬直接接觸，之后上部電極開始與浮置金屬同樣地積蓄電荷。
如上所述，通過持續(xù)施加直流電壓，上部電極與浮置金屬為相同的電位，因此從浮置金屬至上部電極所產(chǎn)生的靜電力消失。其結(jié)果，吸引上部電極的靜電力比彈簧恢復(fù)力小，上部電極從浮置金屬離開，電容值變小。此時，浮置金屬電絕緣，因此所積蓄的電荷僅通過自然放電放出。并且，自然放電需要數(shù)十秒的時間。
在浮置金屬電荷積蓄的狀態(tài)下，使施加電壓急劇地變?yōu)?V時，原本對地線進(jìn)行接地，電位返回0V的上部電極與保持積蓄了電荷的狀態(tài)的浮置金屬之間由于又產(chǎn)生大電壓差，因此在其間發(fā)生比彈簧恢復(fù)力大的靜電力，上部電極被吸引向浮置金屬并發(fā)生接觸，電容值暫時恢復(fù)。
但是，發(fā)現(xiàn)這樣的情況，即浮置金屬所積蓄的電荷經(jīng)由上部電極快速放出，因此數(shù)秒后，浮置金屬的電位返回0V，靜電力消失，由彈簧的恢復(fù)力使二者分離，電容值返回到初始值。
為了確認(rèn)以上的考察，首先，使用具有與上述圖4A、圖4B所示的例子相同的尺寸、結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件，改變相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬區(qū)域與電容膜區(qū)域的面積比例進(jìn)行制作，調(diào)查各自的動作電壓與有無發(fā)生上述現(xiàn)象。
此實驗使用的電容式MEMS元件的上部電極與下部電極的相對區(qū)域的尺寸，與上述同樣為200微米×200微米，使浮置金屬的尺寸分別為100微米×100微米(全部的25％)、120微米×120微米(全部的36％)、150微米×150微米(全部的56％)、170微米×170微米(全部的72％)。所形成的位置使上述相對區(qū)域的中心與浮置金屬的中心重合地形成。
分別評價上述5個元件，其結(jié)果填入表1。
表一

由表1可知，對于動作電壓而言，浮置金屬越小動作電壓也越小。得知浮置金屬是150微米×150微米(全部的56％)的元件，以沒有浮置金屬時的動作電壓(＝6V，記載于上述以往技術(shù))約1.5倍的9V電壓進(jìn)行動作。另外，141微米×141微米(全部的50％)的元件以8.7V動作。
其次，明確表示出通過保持施加直流電壓地進(jìn)行放置而發(fā)生的無法解釋的電容值的舉動(變化)，與占用全部相對面積的浮置金屬的面積比例依賴關(guān)系。以浮置金屬的尺寸大于等于成為全部相對面積約56％的150微米×150微米為界限，當(dāng)比率大于等于上述面積比率56％時，結(jié)果都會發(fā)生無法解釋的電容變化，相反，比此小時都不發(fā)生無法解釋的電容變化。
具有150微米×150微米的浮置金屬的元件發(fā)現(xiàn)只有1個(/5個)電容變化的情況，而具有141微米×141微米的浮置金屬的元件不發(fā)生無法解釋的電容變化。因此，能實際應(yīng)用的浮置金屬的面積比例優(yōu)選為全部相對區(qū)域的50％或50％以下。
作為應(yīng)用，制作圖5所示的結(jié)構(gòu)的元件并進(jìn)行評價。圖5的結(jié)構(gòu)與上述圖4的結(jié)構(gòu)幾乎相同，但浮置金屬6作為從相對區(qū)域內(nèi)形成的上述浮置金屬6到相對區(qū)域外的電介質(zhì)膜5上的連續(xù)的一系列圖案而被形成。此時，從垂直方向觀察的上述相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬的面積比例約為全部相對區(qū)域的45％。
結(jié)果，動作電壓為9.8V，并未表現(xiàn)出由施加電壓進(jìn)行放置引起的無法解釋的電容值的變化。并且，電容值約為45pF，是初始值(0.5pF)的約90倍的值。
這能推斷為通過上部電極12與浮置金屬6電接觸，具有形成在下部電極1上的電介質(zhì)膜5上的較寬的面積的浮置金屬6與相對的下部電極1之間的相對面積反映在電容值中?？梢哉f，本結(jié)構(gòu)那樣的浮置金屬的配置是用于擴(kuò)大開關(guān)的接通/斷開電容比的一個優(yōu)異的辦法。
根據(jù)以上的應(yīng)用實驗的結(jié)果，判明了以下情況，即通過使相對區(qū)域中的浮置金屬的面積比例達(dá)到上述規(guī)定的范圍內(nèi)(50％或50％以下)，能避免上述以往技術(shù)所發(fā)生的不良結(jié)果。進(jìn)而，本結(jié)構(gòu)那樣的浮置金屬的圖案配置不會對在上部/下部電極間動作的靜電力帶來惡劣影響，是用于擴(kuò)大開關(guān)接通/斷開電容比的一個優(yōu)異的辦法。即，如果使相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬的面積比例降至50％或50％以下，即使是在浮置金屬上積蓄有電荷的情況，也能維持靜電力大于彈簧恢復(fù)力的關(guān)系。
以上描述的實驗因為做成為容易比較所得的結(jié)果，所以都使用相同結(jié)構(gòu)、相同尺寸的并聯(lián)式的電容式MEMS元件，但使用改變了彈簧、膜片的尺寸或形狀、元件自身的結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件，改變浮置金屬的面積比例進(jìn)行實驗時也能得到表示幾乎相同的傾向的結(jié)果。
但是，如果上述推斷正確，浮置金屬中的電荷始終保持被積蓄的狀態(tài)，因此連續(xù)反復(fù)進(jìn)行動作時，不能否定元件動作變得不穩(wěn)定的可能性。
所以，在圖5所示的元件的浮置金屬6與地線2之間，制造了配置有電阻值為1KΩ或1KΩ以上的電阻圖案7(實際測量為3.7KΩ)的圖6所示的結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件。與至此的例子相同，在上部/下部電極間施加直流電壓，評價基于動作電壓及動作電壓施加狀態(tài)下的放置的電容值的變化的有無。這是上述電阻的阻值的確定方法，但上述電容式MEMS元件主要用作高頻信號用的開關(guān)，作為高頻信號的品質(zhì)，無法通過具有較高電阻的物質(zhì)或電阻為高阻抗的電感，因此本實驗作為一個例子使用了上述1KΩ或1KΩ以上的金屬電阻體。
上述電阻體的存在是用于快速的放出被認(rèn)為積蓄在浮置金屬中的電荷的方法之一，作為一個例子，在本結(jié)構(gòu)中，將浮置金屬的連接目標(biāo)取為地線。另外，由此，浮置金屬成為直流短路，但保持對高頻的浮置狀態(tài)。其結(jié)果，動作電壓自身高電壓化到15V為止，但保持電壓施加的放置狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)上述無法解釋的電容值的動作。進(jìn)而，將施加電壓返回至0V，能夠確認(rèn)電容值原樣返回至初始值而不發(fā)生變化。
就上述結(jié)果而言，首先，關(guān)于動作電壓的上升，當(dāng)為上述結(jié)構(gòu)時，經(jīng)由電阻體與連接有地線的上部電極相連接的浮置金屬始終是直流的相同電位，因此在浮置金屬/上部電極之間不產(chǎn)生靜電力，能夠推斷為是以下的原因引起的，即僅在浮置金屬以外的電介質(zhì)膜露出區(qū)域下的下部電極及與其相對的區(qū)域的上部電極間的狹窄相對區(qū)域吸引。
不產(chǎn)生由電壓施加引起的放置狀態(tài)下的電容值的變化，是因為僅在不引起電荷積蓄的上述狹窄區(qū)域吸引的緣故，返回0V，上部電極不被浮置金屬吸引，也能夠推斷為是因為經(jīng)由電阻體連接浮置金屬與地線，從而浮置金屬所滯留的電荷被快速放出的緣故。
通過以上的詳細(xì)實驗及各考察，判明了通過在浮置金屬與地線(或者電壓端子)之間連接電阻元件，能夠防止浮置金屬的電荷積蓄。
但是，如上所述，依賴于電阻元件的電阻值，開關(guān)的接通/斷開(ON/OFF)切換時間與損耗將惡化。在使用電阻元件從浮置金屬到地線使電荷逃逸的情況下，殘留在浮置金屬中的電荷量的變化與時間的指數(shù)函數(shù)呈反比例的關(guān)系。
電荷量為1/e(e為2.71828)的時間常數(shù)dt，表示為浮置金屬與地線的電容Cf與所用的電阻元件的電阻值Rf的積Cf×Rf。時間常數(shù)dt需要小于所需的接通/斷開切換時間dtoff，因此，需要daoff＞＞dt。在為GHz頻帶動作的低損耗開關(guān)的情況下，需要Cf是5pF～20pF，dtoff＜0.1msec，因此，需要Rf＜5R～20MΩ。
當(dāng)設(shè)計開關(guān)的損耗時，需要考慮與連接有開關(guān)的電子部件(L，濾波器等)的Q值的均衡。L、濾波器的Q值是20～2000，特別是高Q濾波器的情況，開關(guān)也被要求為高性能。
代表性的電介質(zhì)、SAW濾波器的Q值為800或800以上，串聯(lián)電阻1Ω或1Ω以下，因此，需要Rf＞800Ω(＝1Ω×800)。
上述說明了與浮置金屬連接的目的地為地線的情況，但為電壓端子時也具有完全相同的效果。另外，在對電阻元件的變化使用電感的情況下，置換為使Rf動作的頻帶下的電阻，具有同樣的效果。
其次，以基于上述電阻體連接結(jié)構(gòu)的開關(guān)的低電壓動作化為目標(biāo)，調(diào)節(jié)相對區(qū)域的浮置金屬的面積比例，進(jìn)而，在上述相對區(qū)域外也制作配置了浮置金屬的結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件，進(jìn)行動作電壓的評價。此例如圖2A、圖2B所示。圖2A為俯視圖，圖2B為線BB’的剖視圖。本例圖6的例子與浮置金屬6的形狀、面積比例不同。因此，省略其他的詳細(xì)說明。本例浮置金屬6的面積比例設(shè)計為全部相對區(qū)域的15％。簡單說，使相對區(qū)域的浮置金屬6的面積顯著變小，并且在相對區(qū)域以外的電介質(zhì)膜5上也使浮置金屬6延長而較寬地形成。進(jìn)而，使浮置金屬6經(jīng)由2KΩ的電阻元件短路至地線2。
其結(jié)果，可得到動作電壓變?yōu)?.2V。此電壓值為與不設(shè)置浮置金屬時大致相等的值，此時得到的電容值為32pF，這是初始值的約60倍的電容值。
根據(jù)以上內(nèi)容，為了解決以往技術(shù)所產(chǎn)生的電容式MEMS元件的問題，能夠使用下述事項的至少一項來實現(xiàn)。當(dāng)然，也可以組合其兩者來使用。
(1)在具有上述以往的浮置金屬的結(jié)構(gòu)中，使相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬的面積比例為全部相對區(qū)域的50％或50％以下。
(2)使浮置金屬自身經(jīng)由對高頻信號為電阻的物質(zhì)，與具有所期望的電位的物質(zhì)直流連接。
優(yōu)選的是，使相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬的面積比例顯著變小，例如，如果降至全部的15％左右，則能夠制造以與沒有浮置金屬的結(jié)構(gòu)幾乎等效的動作電壓進(jìn)行動作的電容式MEMS元件。
進(jìn)而，即使將浮置金屬的形成區(qū)域擴(kuò)大至相對區(qū)域以外的下部電極上的電介質(zhì)膜上，只要浮置金屬保持關(guān)于上述相對區(qū)域內(nèi)的形成圖案的面積比例的制約，也可以較寬地形成在相對區(qū)域以外的區(qū)域上。這是因為浮置金屬形成區(qū)域不對相對區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的靜電力帶來任何影響的緣故。由此，能夠增大動作時的電容值及接通/斷開電容比。
另外，上述相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬的形狀沒有特別的限定，可以設(shè)計為任何形狀。
對上述高頻信號為電阻的物質(zhì)，是指例如具有大于等于1KΩ且小于等于1MΩ的電阻值的高電阻體、或表示為大于等于1KΩ且小于等于1MΩ的電阻的電感，所謂具有所期望的電位的物質(zhì)，盡管依賴于元件的結(jié)構(gòu)，但是，例如是指接地線、上部電極、下部電極、控制電極等。
進(jìn)而，上述錨定部、彈簧及上部電極形成為一體結(jié)構(gòu)而成為膜片，并且優(yōu)選的是由連續(xù)的相同的低電阻的金屬形成。
此時，優(yōu)選的是，上述金屬體為金、鋁、銅中任一個的低電阻的單一金屬膜、或上述金屬種類與其他金屬的層疊膜。
另外，形成在上述電介質(zhì)膜上的上述低電阻金屬膜，優(yōu)選的是低電阻的金屬材料，尤其優(yōu)選的是能顯著降低與上部電極的接觸電阻的材料。具體而言，優(yōu)選的是以金、鋁、銅等中任一個的單一金屬膜，或上述金屬種類與其它的金屬的層疊膜。
進(jìn)而，除了由上述低電阻金屬膜構(gòu)成的浮置金屬表面為平坦的情況以外，在穩(wěn)定時間(不施加電壓時)中，如果與上部電極不接觸，也可以設(shè)置一處與浮置金屬相同材料或由其他材料組成的向上方向的突起或設(shè)置多處這樣的突起。
與此相反，當(dāng)然，如果不滿足上述條件，在上部電極下面設(shè)置一處向下方向的突起，或設(shè)置多處這樣的突起也能得到相同的效果。
如以上詳細(xì)敘述的那樣，按照本發(fā)明能得到對高頻信號極好且穩(wěn)定的開關(guān)特性與絕緣(isolation)特性。進(jìn)而，按照本發(fā)明，能提供以高可靠性且以低電壓動作的電容式MEMS元件和安裝了本發(fā)明的電容式MEMS元件的高性能的高頻裝置。
本發(fā)明的電容式MEMS元件，例如，作為高頻開關(guān)發(fā)揮功能情況下的開關(guān)接通時(電壓施加時)的電容值，在能夠通過延長位于相對區(qū)域以外的下部電極上的電介質(zhì)膜上的浮置金屬來形成從而變大的基礎(chǔ)上，從全部浮置金屬的面積能夠容易地實現(xiàn)幾乎為計算值那樣的電容值，因此，開關(guān)元件的設(shè)計也變得極為容易。
進(jìn)而，如上所述，能將浮置金屬的形成區(qū)域擴(kuò)大至相對區(qū)域以外的區(qū)域，上部電極有一處接觸浮置金屬即可，因此，上部電極與以往相比，能大幅度地減小。由此，有可能顯著抑制含有由金屬體所構(gòu)成的上部電極的膜片的、由殘留內(nèi)部應(yīng)力所導(dǎo)致的彎曲變形。
與上部電極接觸的低電阻金屬膜所構(gòu)成的浮置金屬也使用以電阻值低的Au、Al、Cu等為主體的金屬膜，能夠降低接觸電阻或串聯(lián)電阻，因此能夠以極低的損耗傳送高頻信號。
根據(jù)本發(fā)明的電容式MEMS元件的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，在作為高頻開關(guān)的用途以外，通過并聯(lián)串聯(lián)連接、配置1個或多個本元件，也能夠應(yīng)用于SPnT開關(guān)、能改變大范圍的電容值的可變電容器件。
進(jìn)而，本發(fā)明的電容式MEMS元件，從制作工藝上的觀點來看，增加極少的工藝即可，能將制造成本的增加抑制得小。
本發(fā)明的電容式MEMS元件，能夠用普通的半導(dǎo)體制作工藝簡單制作，因此能夠以FET、雙極性晶體管等半導(dǎo)體有源器件或其它無源器件形成在相同的襯底上來進(jìn)行單芯片化，因此，與以往相比，能夠容易制作小型化的模塊器件。
<各實施方式>
以下，參照附圖所示的幾個優(yōu)選實施方式，更詳細(xì)地說明本發(fā)明的電容式MEMS元件。
圖1A、圖1B以示意圖表示本發(fā)明的第一實施方式。圖1A是元件的俯視圖，圖1B是元件的線BB’的剖視圖。
在絕緣襯底3上形成具有作為元件下部電極的功能的信號線路1，在其周圍形成地線2。絕緣襯底3例如用玻璃襯底、化合物襯底、高電阻硅襯底、壓電體襯底等絕緣材料形成。絕緣襯底3還可以為以氧化硅為代表的絕緣膜覆蓋表面的半絕緣襯底或?qū)w襯底。
信號線路1與按預(yù)定距離設(shè)置的地線2重合，作為圖1B的沿紙面垂直的方向延伸的共面式高頻信號線路發(fā)揮功能。
從地線2跨越信號線路1地形成的膜片8，構(gòu)成為與地線2連接的4處錨定部10、與錨定部10連接的具有彎曲(彎曲結(jié)構(gòu))的4根彈簧11、以及上部電極12的一體結(jié)構(gòu)。
信號線路1上的一部分及絕緣襯底3上的一部分，用膜厚為0.2微米的鋁膜構(gòu)成的電介質(zhì)膜5覆蓋，在位于信號線路1上的電介質(zhì)膜5的表面上形成了由具有Ti/Au2層結(jié)構(gòu)的低電阻金屬膜所構(gòu)成的浮置金屬6。
上述信號線路1與上部電極8的相對區(qū)域的上述浮置金屬6的面積比例為上述全部相對區(qū)域的15％，在位于上述相對區(qū)域外的上述信號線路1上的上述電介質(zhì)膜5上也延長浮置金屬6而較寬地形成。浮置金屬6經(jīng)由電阻值為15KΩ的電阻元件7與地線2連接。
在地線2高頻接地的基礎(chǔ)上，直流也被接地(直流電位0V)。因此，上部電極12經(jīng)由彈簧11與錨定部10接地。但是，浮置金屬6經(jīng)由電阻元件7連接地線2，因此僅直流接地。
上部電極12與電介質(zhì)膜5間的空間距離約為1.2微米。
在膜片8，使用膜厚為2.5微米的Au(金)，信號線路1與接地線2使用下層Ti(膜厚＝0.05微米)與上層Au(金，膜厚0.5微米)的層疊膜。
在用于形成中空浮置的膜片8的保護(hù)層使用聚酰亞胺膜。為容易除去保護(hù)層，雖未圖示，但在上部電極12間隔20微米設(shè)置多個10微米×10微米的貫通孔。
上述結(jié)構(gòu)的MEMS元件的動作電壓(上部電極與低電阻金屬膜接觸的電壓)為6.3V，此時的電容值能得到約40pF。這與0V時的電容值約0.5pF相比較，約為接近100倍的值。該值為同從浮置金屬6和信號線路1的相對面積計算求得的值幾乎相同的電容值。
圖7A、圖7B用示意圖表示本發(fā)明的第2實施方式。本例是將本發(fā)明用于使用了金屬體構(gòu)成的外伸臂結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件的例子。圖7A為俯視圖，圖7B為該元件的線BB’的剖視圖。
在氧化硅覆蓋了表面的Si襯底15上，形成具有作為元件下部電極發(fā)揮功能的信號線路13，在其周邊形成地線14。
由地線14覆蓋信號線路13的一部分地形成的外伸臂16，形成為與地線14連接的錨定部17，與錨定部17連接的彈簧18及上部電極19的一體結(jié)構(gòu)。上部電極19的面積為20微米×50微米。
信號線路13上的一部分及Si襯底15上的一部分用膜厚為0.15微米的氮化硅膜構(gòu)成的電介質(zhì)膜20覆蓋，在位于信號線路上的電介質(zhì)膜20的表面形成由Al構(gòu)成的浮置金屬21。
此時，信號線路13與上部電極19的相對區(qū)域內(nèi)的浮置金屬21的面積比例為上述全部相對區(qū)域的10％，在位于上述相對區(qū)域外的上述信號線路13上的電介質(zhì)膜20上也延長浮置金屬21而較寬地形成。浮置金屬21經(jīng)由電阻值為500KΩ的電阻元件22與地線14連接。
地線14在高頻接地的基礎(chǔ)上還直流接地(直流電位0V)，因此，與地線14連接的上部電極19也接地。但是，浮置金屬21經(jīng)由電阻元件22與地線7連接，因此僅直流接地。上部電極19與電介質(zhì)膜20之間的空間距離為0.8微米。
全部外伸臂16由膜厚2.0微米的Al(鋁)構(gòu)成，對于信號線路13與地線14，也使用Al(鋁，膜厚0.4微米)單層膜。
對用于形成具有與地線14連接的中空浮置的上部電極19的外伸臂16的保護(hù)層，使用聚酰亞胺膜，為容易除去保護(hù)層，雖未圖示，但在上部電極19間隔5微米地設(shè)置多個2微米×2微米的貫通孔。
上述結(jié)構(gòu)的MEMS元件的動作電壓(上部電極與低電阻金屬膜接觸的電壓)為1.5V，此時的電容值約24pF。這是與0V時的電容值約0.2pF相比較約120倍的值。
上述第2實施方式的上部電極19的面積因為比上述第1實施方式的情況顯著變小，所以全部元件的大小也小于上述第1實施方式。
但是，在動作電壓低電壓化為1.5V的基礎(chǔ)上，所得到的電容值也能得到幾乎與第1實施方式相同的值。這樣，通過應(yīng)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，能夠制作具有與以往相比小型且具有優(yōu)良的開關(guān)特性的高頻用電容式MEMS元件。
作為本發(fā)明的第3實施方式，表示在信號線路與地線之外單獨設(shè)置了控制端子的電容式MEMS元件的例子。本例子表示為圖8的俯視圖。
在玻璃襯底60上形成信號線路61，在其周圍形成地線62，地線62區(qū)域內(nèi)的一部分形成不與地線62電連接的控制端子63。
膜片64，構(gòu)成為與控制端子63連接的錨定部65、與錨定部65連接的具有彎曲(彎曲結(jié)構(gòu))的彈簧66、以及上部電極67的一體結(jié)構(gòu)，其中，該上部電極67以分別存在于與地線62間用于產(chǎn)生靜電力的區(qū)域67-1、與浮置金屬70接觸的區(qū)域67-2的形狀形成。
錨定部65形成4處。與控制端子63連接的錨定部僅1處，其他的錨定部都靠近玻璃襯底60上而被形成。
信號線路61上的一部分、玻璃襯底60上的一部分及地線62上的一部分，形成用氧化鈦構(gòu)成的膜厚為250納米的電介質(zhì)膜69覆蓋的結(jié)構(gòu)，在位于信號線路61上的電介質(zhì)膜69上，形成有浮置金屬70。浮置金屬70經(jīng)由對1GHz的高頻信號為150KΩ的電阻特性的電感元件71與信號線路61連接。上述信號線路61、地線62、控制端子63、膜片64、浮置金屬70全部由銅構(gòu)成。
在上述結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)膜69露出的區(qū)域僅存在于上部電極67與信號線路61的相對區(qū)域內(nèi)，浮置金屬70所占的面積比例約為90％。但是，與膜片64間的靜電力主要在與地線62之間產(chǎn)生，因此，不存在動作上的任何問題。
上述結(jié)構(gòu)，為了防止對由上部電極67接觸引起的浮置金屬70的電荷積蓄，設(shè)置了電感元件71。
因為在信號線路上的電介質(zhì)膜上的幾乎所有區(qū)域能夠形成浮置金屬，所以具有以下的特征，即通過對控制端子施加電壓，能顯著增大膜片接觸浮置金屬時所得到的電容值。
以上，以并聯(lián)連接式元件為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明為串聯(lián)連接式也具有相同的效果。
圖9A、圖9B、圖9C用示意圖表示本發(fā)明的第4實施方式。圖9A是元件俯視圖，圖9B是該元件的線BB’的剖視圖。圖9B是具備杠桿結(jié)構(gòu)的膜片的電容式MEMS元件。圖9C是說明膜片構(gòu)造的概略立體圖。
在玻璃襯底28上形成由膜厚500nm的Cu(銅)構(gòu)成的輸入信號線路24，在其兩側(cè)形成輸出信號線路25(左側(cè))、輸出信號線路26(右側(cè))。在其外圍形成地線27。
與形成于玻璃襯底上的輸入信號線路24連接的Au構(gòu)成的膜片29，具有2處錨定部30、中空地連接上述2處錨定部30的扭簧即第一彈簧31、從第一彈簧31延伸至左右兩側(cè)的第二彈簧32、從第2彈簧32連接配置在左右兩側(cè)的上部電極33(圖9B左側(cè))及34(圖9B右側(cè))構(gòu)成。
這里，輸入信號線路24與左右的上部電極33、34連接，在位于兩個上部電極下的玻璃襯底28上，從下面開始堆積下部電極即由Cu構(gòu)成的輸出信號線路25(圖9B左側(cè))和26(圖9B右側(cè))、由氮化硅膜構(gòu)成的電介質(zhì)膜35、從下面開始的由Ti/Au的層疊膜構(gòu)成的浮置金屬36(左側(cè))、37(右側(cè))，對兩個上部電極左右分別設(shè)置距離＝1.0微米的空間而形成。
此時，左右各自的輸出線路25及26與左右各自的上部電極33、34的相對區(qū)域內(nèi)，左右各自的浮置金屬36、37的面積比例均為上述全部相對區(qū)域的35％，在位于上述相對區(qū)域外的上述輸出信號線路25、26上的上述電介質(zhì)膜35上，也分別延長浮置金屬36、37而較寬地形成。
浮置金屬36、37，經(jīng)由對1GHz～5GHz的高頻信號呈300KΩ的阻抗的電感元件38、39與地線27連接。
上述結(jié)構(gòu)的電容式MEMS元件，通過在輸入信號線路24與左右配置的輸出信號線路25、26中的任意一個之間施加直流電壓，來進(jìn)行動作。
例如，當(dāng)與左側(cè)的輸出信號線路25之間施加電壓時，左側(cè)的上部電極33被線路25吸引，通過與左側(cè)的浮置金屬36接觸，來形成電容結(jié)構(gòu)。此時輸入到輸入信號線路24的高頻信號，經(jīng)由此電容從左側(cè)的輸出信號線路25輸出。此時，相反側(cè)的上部電極34向上升高，因此輸出信號線路26與上部電極34的隔離增加。
相反，通過停止左側(cè)的電壓施加，與右側(cè)的輸出信號線路26間施加電壓，從而左側(cè)的上部電極33離開低電阻金屬膜36返回到原來位置。通過右側(cè)的上部電極34被右側(cè)的信號線路26吸引，與右側(cè)的浮置金屬37接觸，之后高頻信號從右側(cè)的輸出信號線路26輸出。此時，相反側(cè)的上部電極33向上升高，輸出信號線路25與上部電極33的隔離增加。
按照上述實施方式，本發(fā)明的電容式MEMS元件是一般被稱為能夠?qū)σ粋€信號線路選擇性地切換2條路徑的SPDT開關(guān)的結(jié)構(gòu)。本例子反映本發(fā)明的效果，能提供低損耗且隔離特性優(yōu)良的高頻信號用的推挽式1輸入2輸出切換開關(guān)等。
對于上述本發(fā)明的電容式MEMS元件，說明了在元件內(nèi)部設(shè)置電感元件或電阻元件的情況，但其他使浮置金屬連接在元件以外的外部形成的電阻元件或電感元件也能得到同樣的效果。
圖10A、圖10B用示意圖表示本發(fā)明的第5實施方式。圖10A是元件的俯視圖，圖10B是該元件的線BB’的剖視圖。本例子具有與上述第1實施方式描述的幾乎相同的結(jié)構(gòu)的膜片，是將本發(fā)明用于具有串聯(lián)連接式的接通/斷開開關(guān)的例子。所謂串聯(lián)連接式是將信號線路分為輸入側(cè)與輸出側(cè)，在輸入側(cè)與輸出側(cè)間施加電壓，膜片與低電阻金屬膜接觸時高頻信號流至輸出側(cè)的結(jié)構(gòu)。
在用氧化硅覆蓋表面的Si襯底43上，形成Al的輸入信號線路40，在該線路40的“コ”形區(qū)域的內(nèi)側(cè)，具有預(yù)定間隔地形成由Al構(gòu)成的輸出用信號線路41。在其周圍形成地線42。
跨越連接在輸入信號線路40的“コ”形區(qū)域部上的輸出信號路線41地形成的膜片44，形成為4處錨定部45、與錨定部45連接的具有彎曲(彎曲結(jié)構(gòu))的4根彈簧46及上部電極47的一體結(jié)構(gòu)。輸出信號線路41上的一部分及Si襯底43上的一部分用氧化鈦膜構(gòu)成的電介質(zhì)膜48覆蓋，在位于輸出信號線路41上的電介質(zhì)膜48的表面形成具有Au構(gòu)成的開口部的浮置金屬49。在上部電極47下面形成多處朝下的由Au構(gòu)成的突起50。
此時，輸出信號線路41與上部電極47的相對區(qū)域的浮置金屬49的面積比例為上述全部相對區(qū)域的15％，在位于上述相對區(qū)域外的上述輸出信號線路41上的上述電介質(zhì)膜48，也較寬地形成從相對區(qū)域延長的浮置電極49。
上部電極47與浮置電極49間的空間的距離約為1.0微米，設(shè)置在上部電極47下面的突起50有約0.3微米的高度，因此從上述突起50的尖端至浮置金屬49的距離為0.7微米。
對膜片44使用鍍膜厚1.5微米的Cu(銅)，對輸入信號線路40、輸出信號線路41及地線42使用Al(膜厚0.6微米)單層膜。
對用于形成中空的浮置的膜片的保護(hù)層使用具有感光性的聚酰亞胺膜，保護(hù)層的除去，實施使用了專用剝離液的濕法處理和作為最終步驟的利用碳酸氣體的快速干燥處理。
上述結(jié)構(gòu)的MEMS元件，通過在輸入信號線路40與輸出信號線路41間施加電壓，與輸入信號線路40連接的上部電極47被輸出用信號線路41吸引而與低電阻金屬膜49接觸，從而電容結(jié)構(gòu)。此時，輸入信號線路40所輸入的高頻信號，經(jīng)由此電容流至輸出信號線41。
在上述實施方式中，沒有設(shè)置用于放出積蓄在浮置金屬中的電荷的電阻元件等，但在相對區(qū)域中的浮置金屬的面積比例為非常小的15％，因此，沒有任何元件動作故障地進(jìn)行作為正常開關(guān)的動作。
根據(jù)上述實施方式，能提供輸入信號的損耗極小、通過特性優(yōu)良的高頻信號用電容式MEMS元件。
說明作為第6實施方式的高頻裝置。圖11A是作為安裝了本發(fā)明的電容式MEMS元件的高頻裝置，將上述第1實施方式說明的本發(fā)明的電容式MEMS元件(圖1A、圖1B所示)應(yīng)用于高頻信號的接通/斷開開關(guān)時的本MEMS元件與控制電路的等效電路圖。MEMS元件的信號線路1和上部電極12如電路所示。圖12A、圖12B是表示本例子的各個膜片的向上、向下狀態(tài)的MEMS元件的剖視圖。剖視圖的各部位使用與第1實施方式的標(biāo)號相同的標(biāo)號來表示。
MEMS元件的上部電極12作為并列地連接在信號線路1上的本發(fā)明的高頻開關(guān)52而發(fā)揮功能。標(biāo)號53、54分別是至信號線路1的輸入端子、輸出端子。作為下部電極的信號線路1直流浮置，控制端子55經(jīng)由對高頻呈高阻抗的電感L和電阻R與信號線路1連接。即，當(dāng)對控制端子提供控制用的直流電壓時，經(jīng)由電感L和電阻R將相同的直流電壓施加在信號線路1上。
在信號線路1不施加直流電壓(直流電位0V)時，如圖12A所示，上部電極12用彈簧11機(jī)械性地保持。因此，上部電極12由于從信號線路1完全分離，所以上部電極12與信號線路1間的電容值非常小(膜片向上，電容值約為0.5pF)。此時，流至信號線路1的高頻信號從其輸入端子53低損耗地傳輸至輸出端子54(開關(guān)接通狀態(tài))。
在信號線路1施加了直流電壓的情況下，在上部電極12與信號線路1間發(fā)生靜電力。靜電力比彈簧的恢復(fù)力強(qiáng)時，如圖12B所示，上部電極12擴(kuò)張地接觸形成在電介質(zhì)膜5上的浮置金屬6(膜片向下，電容值＝約48pF)(開關(guān)斷開狀態(tài))。
此開關(guān)接通狀態(tài)時，上部電極12與浮置金屬6電接觸，因此構(gòu)成具有經(jīng)由上部電極12而連接的浮置金屬6、電介質(zhì)膜5、信號線路1的電容。由此，在高頻中，信號線路1等效于接地。因此，從輸入端子53流至信號線路1的高頻信號，其大部分被與上部電極12靠近的浮置金屬6靠近電介質(zhì)膜5的部分所反射，因此幾乎未到達(dá)輸出端子54。
上部電極12與信號線路1之間的靜電力由區(qū)域14繼續(xù)保持，因此，只要不停止施加電壓，就繼續(xù)維持上述電容結(jié)構(gòu)。
說明作為第7實施方式的高頻裝置。圖11B是表示將具有上述第5實施方式所說明的本發(fā)明的串聯(lián)連接式的電容式MEMS元件(圖10A、圖10B所示)用于與上述同樣的開關(guān)時，MEMS元件與控制電路的等效電路圖。輸入信號線路40和輸出信號線路41如電路所示。標(biāo)號73、74及75分別表示輸入端子、輸出端子及控制端子。
連接在輸入信號線路40上的上部電極47作為串聯(lián)連接在輸出信號線路41上的本發(fā)明的高頻開關(guān)72而發(fā)揮功能。這里，控制端子75經(jīng)由對高頻呈高阻抗的電感L及電阻R與輸出信號線路41連接。即，當(dāng)對控制端子75施加控制用的直流電壓時，經(jīng)由電感L和電阻R對輸出信號線路41施加相同的直流電壓。
當(dāng)未對輸出信號線路41施加直流電壓(直流電位0V)時，上部電極47從輸出信號線路41完全分離，因此，所輸入的信號未到達(dá)輸出信號線路41(膜片向上)。
當(dāng)對輸出信號線41施加了直流電壓時，上部電極47與輸出信號線41間產(chǎn)生靜電力。此時上部電極41被吸引而與浮置金屬49接觸(膜片向下)，從而構(gòu)成具有經(jīng)由上部電極47而連接的浮置金屬49、電介質(zhì)膜48、輸出信號線路41的電容。由此，所輸入的信號能到達(dá)輸出信號線路41。
按照本實施方式，安裝了本發(fā)明的電容式MEMS元件的高頻開關(guān)能得到對高頻信號極好的開關(guān)特性。
說明作為第8實施方式的高頻裝置。作為安裝了本發(fā)明的電容式MEMS元件的高頻裝置，將上述第4實施方式所說明的本發(fā)明的電容式MEMS元件(圖9A、圖9B所示)應(yīng)用于能將1個輸入信號切換至2條路徑的開關(guān)。與圖9A、圖9B相同的部位在圖13使用相同的標(biāo)號。標(biāo)號24表示輸入信號線路，標(biāo)號25、26分別表示左側(cè)輸出信號線路、右側(cè)輸出信號線路。標(biāo)號29表示膜片，標(biāo)號33、34分別表示左側(cè)的上部電極、右側(cè)的上部電極，標(biāo)號56表示輸入端子，標(biāo)號57、58表示輸出端子，標(biāo)號59表示控制端子。
在本實施方式中，膜片29沒有接地而是經(jīng)由輸入信號線路24與輸入端子56連接。并且，進(jìn)行以下動作，即膜片29左側(cè)的上部電極33與輸出用信號線路25高頻連接從而與其輸出端子57連接，或者，右側(cè)上部電極34與輸出用信號線路26高頻連接從而與其輸出端子58連接。
輸出端子57經(jīng)由屏蔽高頻信號的電阻R1和電感L1，與3V電壓直流連接，而輸出端子58經(jīng)由屏蔽高頻信號的電阻R2和電感L2直流接地。電容C1用于使直流3V的端子高頻接地。膜片29通過電容C2被直流浮置，經(jīng)由屏蔽高頻信號的電阻R3和電感L3對控制端子59施加控制電壓。因此，在對控制端子59施加5V電壓的情況下，輸入端子56與輸出端子58高頻連接，在對控制端子59施加0V的情況下，輸入端子56與輸出端子57連接。
在以上的第8實施方式中，因為作為所應(yīng)用的電容式MEMS元件的特征的斷開狀態(tài)下的隔離特性優(yōu)良，所以能使用1個推挽型的電容式MEMS元件實現(xiàn)低損耗且至脫機(jī)的信號串入顯著降低的1輸入2輸出切換開關(guān)。
圖14是說明第9實施方式的框圖。在安裝了本發(fā)明的電容式MEMS元件的高頻裝置的例子中，是用于移動電話等的高頻濾波器模塊。
圖14在襯底91配置高頻濾波器94，該高頻濾波器94與天線96、位于相反側(cè)的至接收系統(tǒng)的接收部92、以及至發(fā)送系統(tǒng)的發(fā)送部93連接。此時，至少在高頻濾波器94的前級、后級或前級與后級這兩者設(shè)置開關(guān)。作為此開關(guān)，使用安裝了基于本發(fā)明的第7實施方式所示的方式的開關(guān)或基于本發(fā)明的第6實施方式所示的方式的開關(guān)。
通過安裝多個濾波器94和上述本發(fā)明的電容式MEMS元件95，能得到本發(fā)明良好的開關(guān)特性。將這情況進(jìn)行反映，則能夠保持低損耗、低噪聲地將從天線接收的多個頻帶的信號切換輸入至所期望的連接路徑，反之，則能夠保持低損耗且低噪音地輸出多個頻帶的信號。進(jìn)而，具有還能夠顯著降低至輸出信號的輸入信號側(cè)的串入的優(yōu)點。
上述高頻濾波器與本發(fā)明的電容式MEMS元件，因為本發(fā)明的電容式MEMS元件不選用襯底材料，能用普通的半導(dǎo)體制造技術(shù)制作等，所以具有能夠在與濾波器相同的襯底材料上制作，與其他無源元件共同進(jìn)行單芯片化的優(yōu)點。
進(jìn)而，在本發(fā)明的第6實施方式與第7實施方式所示的等效電路中，從控制端子發(fā)送控制信號的Si-MOSFET等有源元件組成的邏輯IC等也根據(jù)與上述相同的理由，能在相同襯底上制作實現(xiàn)單芯片化。
即，本發(fā)明的電容式MEMS元件，能夠與有源元件及其他無源元件一并使用普通的半導(dǎo)體制造技術(shù)制作在相同的襯底上。
由此，能提供一種與以往在安裝基板上分別單個地安裝了元件時相比大幅度地小型化的高頻裝置。
從本發(fā)明的電容式MEMS元件的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)來看，不言而喻，在如上所述的開關(guān)的用途以外，通過并聯(lián)、串聯(lián)連接配置一個或多個本元件，也能夠應(yīng)用于SPnT開關(guān)或能大范圍地改變電容值的可變電容裝置。
圖15表示本發(fā)明的MEMS元件的制造方法的例子。
這里，作為例子，表示上述圖1所示的第1實施方式的電容式MEMS元件的制造方法。其他方式也能以此為基準(zhǔn)進(jìn)行制造。
在絕緣襯底3上，使用光刻技術(shù)，形成信號線路1與地線2的翻轉(zhuǎn)圖案構(gòu)成的剝離用2層抗蝕圖案。之后，使用電子束蒸發(fā)法，第1層附著膜厚0.05微米的Ti，第2層附著膜厚0.5微米的Au(金)。使用公知的剝離法除去不需要的金屬膜與抗蝕劑，形成信號線路1的圖案與地線2的圖案(圖15的(a))。
接著，由濺射法附著膜厚0.2微米的鋁膜之后，使用公知的光刻技術(shù)進(jìn)行圖案形成。之后，由蝕刻除去沒有掩膜區(qū)域的鋁膜，僅在所期望的區(qū)域形成電介質(zhì)膜5(圖15的(b))。
然后，使用公知的光刻技術(shù)，形成僅信號線路上的所期望的區(qū)域開口的剝離用的2層抗蝕圖案。之后，使用電子束蒸發(fā)法，第1層附著膜厚0.05微米的Ti，第2層附著膜厚0.2微米的Au(金)。使用公知的剝離法除去不需要的金屬膜和抗蝕劑，形成具有所期望形狀的浮置金屬6的圖案(圖15的(c))。
然后，使用公知的光刻技術(shù)，形成僅絕緣襯底3上的所期望的區(qū)域開口的剝離用2層抗蝕圖案。之后，使用電子束蒸發(fā)法附著高電阻膜。使用公知的剝離法除去不需要的金屬膜及抗蝕劑，形成具有期望的圖案的電阻元件7的圖案(圖15的(d))。
然后，由旋轉(zhuǎn)涂敷形成了全部絕緣襯底3的聚酰亞胺膜后，使用公知的光刻技術(shù)與蝕刻技術(shù)，形成僅所期望的區(qū)域開口的聚酰亞胺膜構(gòu)成的保護(hù)層圖案51。聚酰亞胺膜的膜厚由高溫烘焙后，膜厚被調(diào)整為1.2微米(圖15的(e))。
然后，在全部絕緣襯底3上，使用公知的電子束蒸發(fā)技術(shù)，附著膜厚2.5微米的Au膜。之后，使用公知的光刻技術(shù)與Ar+離子束研磨法形成膜片8(圖15的(f))。
最后，通過使用化學(xué)干蝕刻(dry etching)除去保護(hù)層51，完成本發(fā)明的電容式MEMS元件(圖15的(g))。
當(dāng)難以在相同襯底上制作電阻元件與電感時，形成從浮置金屬引出的線路圖案，也可以在元件安裝階段與外部的電阻元件或電感元件連接。
在上述制造方法的例子中，表示了使用電子束蒸發(fā)法附著各種金屬膜的例子，但通過使用除此之外的濺射法，能提高金屬膜的表面平坦性，減小晶片內(nèi)的元件的偏差。
另外，在上述例子中，表示了使用以Au作為主體的金屬膜的例子，但通過使用除此之外的Al、Cu等，具有能降低材料成本的效果。
對上述膜片的加工示出使用離子束研磨法的例子，但不言而喻，也可以使用除此之外的化學(xué)干蝕刻法、濕式蝕刻法、剝離法等對要使用的其他金屬材料最合適的加工方法。
在上述制造方法的例子中，膜片的膜厚是2.5微米，但如上所述實施方式所示的，膜厚優(yōu)選為各自的金屬材料不發(fā)生彎曲的程度，因為隨附著方法的不同最合適的膜厚會發(fā)生改變，因此沒有特別限定厚度。
表示了對膜片使用基于電子束蒸發(fā)的厚膜Au來進(jìn)行制作的例子，但除此之外，在形成了膜片的Au上也可以使用電鍍Au等形成厚膜Au。
利用基于光抗蝕劑等的圖案，使用僅在所期望的區(qū)域?qū)嵤╇婂兊碾娊忮傾u法能降低材料成本。
示出了在制造使用了上述Au的膜片的基礎(chǔ)上，在上述制造方法中僅直接附著形成Au的例子，但是，通過設(shè)置數(shù)nm～數(shù)十nm的鈦、鉻、鉬等作為與鄰接層的粘接層，能提高粘合性。
示出了使用基于多層抗蝕劑技術(shù)的圖案與剝離法形成作為上述本發(fā)明的主要構(gòu)成要素的浮置金屬的圖案的例子，但是，除此之外，在使用Al等其他方法的情況下，不言而喻，也可以使用化學(xué)干蝕刻或濕式蝕刻法等。
示出了對電介質(zhì)膜使用基于濺射法的鋁膜的例子，但關(guān)于附著方法，除此之外，也可以使用CVD法等在通常的半導(dǎo)體制造工藝中普遍使用的其他方法。
對于電介質(zhì)膜材料，除鋁膜之外，只要是氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鈦等至少在絕緣性上優(yōu)異的介電率的固體材料，則任何材料都能夠應(yīng)用。另外，除了單層膜之外，也可以使用這些電介質(zhì)材料的層疊膜。介電率越大，元件小型化也變得容易，能夠優(yōu)化膜片向下狀態(tài)的電特性。
示出了對上述保護(hù)層51使用標(biāo)準(zhǔn)的聚酰亞胺膜的例子，但是，當(dāng)使用具有感光性的聚酰亞胺膜時，由于節(jié)省涂敷光抗蝕劑的時間，所以具有工藝簡單化的優(yōu)點。另外，只要不產(chǎn)生耐熱性等問題，也可以在保護(hù)層僅使用通常的光抗蝕劑。
通過以上制造方法制造出的本發(fā)明的電容式MEMS元件，與以往的元件結(jié)構(gòu)上的不同之處在于限定相對區(qū)域的浮置金屬的面積比例，從浮置金屬經(jīng)由對高頻信號成電阻的物質(zhì)，與具有所期望的電位的物質(zhì)直流連接。從上述制造工藝方面來看，顯然，本發(fā)明具有通過少量的工藝增加就給元件特性帶來很大改善的效果。即，只要按上述制造方法制造上述本發(fā)明的電容式MEMS元件，則能夠以低價格提供具有對高頻信號極好的開關(guān)特性的電容式MEMS元件。
以下，列舉本發(fā)明的主要的實施方式。
(1)一種電容式MEMS元件，至少包括襯底；錨定部，形成在上述襯底上；彈簧，與上述錨定部連接；上部電極，與上述彈簧連接，使上述彈簧發(fā)生彈性形變，在上述襯底的上方進(jìn)行運動；下部電極，位于上述上部電極的下方，具有至少與該上部電極的一部分相對的區(qū)域，并形成在上述襯底上；電介質(zhì)膜，位于形成有上述下部電極的上述襯底上，形成在上述下部電極的一部分和上述襯底上的一部分上，使得從襯底垂直方向觀察，至少蓋比上述上部電極寬的區(qū)域；以及低電阻金屬膜，靠近位于上述下部電極上的上述電介質(zhì)膜的一部分，以至少與上述上部電極的一部分相對的形狀來形成，當(dāng)在上述上部電極與上述下部電極間施加直流電壓時，利用在相對的上述上部電極與上述下部電極間產(chǎn)生的靜電力，上述上部電極被吸引至下方，上述上部電極的一部分與上述低電阻金屬膜的一部分接觸，則上述上部電極與上述低電阻金屬膜電連接，從而形成為具有經(jīng)由上述低電阻金屬膜而連接的上述上部電極、上述電介質(zhì)膜、上述下部電極的電容結(jié)構(gòu)，
所述電容式MEMS元件的特征在于從上述襯底的垂直方向觀察，在上述上部電極與上述下部電極相對的區(qū)域內(nèi)的上述下部電極上，混合存在層疊了上述電介質(zhì)膜和上述低電阻金屬膜的區(qū)域、僅形成了上述電介質(zhì)膜的區(qū)域，層疊了上述上部電極和上述下部電極相對區(qū)域內(nèi)的上述電介質(zhì)膜與上述低電阻金屬膜的區(qū)域的面積，小于等于上述區(qū)域內(nèi)電介質(zhì)膜露出的區(qū)域的面積。
(2)一種電容式MEMS元件，至少包括襯底；錨定部，形成在上述襯底上；彈簧，與上述錨定部連接；上部電極，與上述彈簧連接，使上述彈簧發(fā)生彈性形變，在上述襯底的上方進(jìn)行運動；下部電極，位于上述上部電極的下方，具有至少與該上部電極的一部分相對的區(qū)域，并形成在上述襯底上；電介質(zhì)膜，位于形成有上述下部電極的上述襯底上，形成在上述下部電極的一部分和上述襯底上的一部分上，使得從襯底垂直方向觀察，至少覆蓋比上述上部電極寬的區(qū)域；以及低電阻金屬膜，靠近位于上述下部電極上的上述電介質(zhì)膜的一部分，以至少與上述上部電極的一部分相對的形狀來形成，當(dāng)在上述上部電極與上述下部電極間施加直流電壓時，利用在相對的上述上部電極與上述下部電極間產(chǎn)生的靜電力，上述上部電極被吸引至下方，上述上部電極的一部分與上述低電阻金屬膜的一部分接觸，則上述上部電極與上述低電阻金屬膜電連接，從而形成為具有經(jīng)由上述低電阻金屬膜而連接的上述上部電極、上述電介質(zhì)膜、上述下部電極的電容結(jié)構(gòu)，所述電容式MEMS元件的特征在于上述低電阻金屬膜，經(jīng)由對高頻信號成電阻的物質(zhì)，與具有所期望的電位的物質(zhì)直流連接。
(3)根據(jù)上述項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于對上述高頻信號成電阻的物質(zhì)，是表示電阻值大于等于1KΩ小于1MΩ的物質(zhì)。
(4)根據(jù)上述項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于對上述高頻信號成電阻的物質(zhì)，是對上述高頻信號為大于等于1KΩ小于1MΩ的阻抗的電感。
(5)根據(jù)上述項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于具有上述所期望的電位的物質(zhì)是上述上部電極。
(6)根據(jù)上述項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于具有上述所期望的電位的物質(zhì)是上述下部電極。
(7)根據(jù)上述項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于具有上述所期望的電位的物質(zhì)是接地區(qū)域(地線)。
(8)根據(jù)上述項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于具有上述所期望的電位的物質(zhì)，是施加直流電壓以控制上述上部電極的上下運動的控制電極。
(9)根據(jù)上述項目(1)所述的電容式MEMS元件，其特征在于項目(1)所述的僅形成了上述電介質(zhì)膜的區(qū)域，通過在上述低電阻金屬膜中具有預(yù)定的形狀的開口部來設(shè)置。
(10)根據(jù)上述項目(1)、項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述彈簧、上述錨定部、上述電極形成為一體結(jié)構(gòu)，且由連續(xù)的金屬體形成。
(11)根據(jù)上述項目(8)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述金屬體，至少由含鋁的單層膜或由含鋁的膜與其他金屬膜的層疊膜構(gòu)成。
(12)根據(jù)上述項目(8)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述金屬體，至少由含金的單層膜或由含金的膜與其他金屬膜的層疊膜構(gòu)成。
(13)根據(jù)上述項目(8)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述金屬體，至少由含銅的單層膜或由含銅的膜與其他金屬膜的層疊膜構(gòu)成。
(14)根據(jù)上述項目(1)、項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述低電阻金屬膜，至少由含鋁的單層膜或由含鋁的膜與其他金屬膜的層疊膜構(gòu)成。
(15)根據(jù)上述項目(1)、項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述低電阻金屬膜，至少由含金的單層膜或由含金的膜與其他金屬膜的層疊膜構(gòu)成。
(16)根據(jù)上述項目(1)、項目(2)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述低電阻金屬膜，至少由含銅的單層膜或由含銅的膜與其他金屬膜的層疊膜構(gòu)成。
(17)根據(jù)上述項目(1)～項目(14)所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述低電阻金屬膜，當(dāng)在上部電極與下部電極間不施加電壓時，為不與高頻信號連接的浮置金屬。
(18)一種高頻裝置，其特征在于在高頻信號接通/斷開開關(guān)上安裝有上述項目(1)～項目(15)所述的電容式MEMS元件。
(19)一種高頻裝置，其特征在于在高頻信號輸出切換開關(guān)上安裝有上述項目(1)至項目(15)所述的電容式MEMS元件。
(20)一種高頻裝置，其特征在于在移動電話用高頻信濾波器模塊上安裝有上述項目(1)至項目(15)所述的電容式MEMS元件。
(22)一種高頻裝置，其特征在于上述項目(1)至項目(15)所述的電容式MEMS元件與有源元件一起被安裝在相同的襯底上。
(23)一種高頻裝置，其特征在于上述項目1至項目15所述的電容式MEMS元件與其他無源元件一起被安裝在相同的襯底上。
(24)一種電容式MEMS元件的制造方法，至少包括襯底；錨定部，形成在上述襯底上；彈簧，與上述錨定部連接；上部電極，與上述彈簧連接，使上述彈簧發(fā)生彈性形變，在上述襯底的上方進(jìn)行運動；
下部電極，位于上述上部電極的下方，具有至少與該上部電極的一部分相對的區(qū)域，并形成在上述襯底上；電介質(zhì)膜，位于形成了上述下部電極的上述襯底上，形成在上述下部電極的一部分和上述襯底上的一部分上，使得從襯底垂直方向看，至少覆蓋比上述上部電極寬的區(qū)域；以及低電阻金屬膜，與位于上述下部電極上的上述電介質(zhì)膜的一部分連接，以至少與上述上部電極的一部分相對的形狀來形成，從上述襯底的垂直方向觀察，在上述上部電極與上述下部電極相對的區(qū)域內(nèi)的上述下部電極上，混合存在層疊了上述電介質(zhì)膜和上述低電阻金屬膜的區(qū)域、僅形成了上述電介質(zhì)膜的區(qū)域，層疊了上述上部電極和上述下部電極相對的區(qū)域內(nèi)的上述電介質(zhì)膜與上述低電阻金屬膜的區(qū)域的面積，小于等于上述區(qū)域內(nèi)僅形成了電介質(zhì)膜的區(qū)域的面積，所述電容式MEMS元件的制造方法，包括以下步驟在上述襯底上形成由金屬膜構(gòu)成的上述下部電極圖案的步驟；在形成了上述下部電極的上述襯底上，在包含上述下部電極上面的上述襯底上的所期望的位置，形成由電介質(zhì)膜構(gòu)成的圖案的步驟；在層疊了上述襯底上的上述下部電極與上述電介質(zhì)膜的區(qū)域的所期望的位置，形成具有所期望形狀的由上述低電阻金屬膜構(gòu)成的圖案的步驟；在形成了上述下部電極、上述電介質(zhì)膜與上述低電阻金屬膜的上述襯底上，形成具有所期望形狀的由保護(hù)膜構(gòu)成的圖案的步驟；在包含上述保護(hù)膜圖案的上述襯底上的所期望的位置，通過附著、加工金屬膜，以一體結(jié)構(gòu)形成上述錨定部、上述彈簧及上述上部電極的步驟；以及去除上述保護(hù)膜的步驟。
(25)根據(jù)上述項目(20)所述的電容式MEMS元件的制造方法，其特征在于包括在上述襯底上的所期望的位置，形成由具有所期望的電阻值的物質(zhì)構(gòu)成的圖案的步驟。
(26)根據(jù)上述項目(20)所述的電容式MEMS元件的制造方法，其特征在于包括在上述襯底上的所期望的位置，形成具有所期望的阻抗的電感的步驟。
工業(yè)可利用性本發(fā)明的元件能用作電信號的開關(guān)元件。
特別地，能提供適用于高頻信號，并使用相同元件的高頻裝置。另外，能提供制造這樣的元件的方法。
權(quán)利要求
1.一種電容式MEMS元件，其特征在于包括絕緣性襯底；在上述絕緣性襯底上形成的下部電極；在上述下部電極上形成的電介質(zhì)層；在上述電介質(zhì)層上形成的導(dǎo)體層；以及上部電極，與上述下部電極相對且至少與上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層有間隙地配置，進(jìn)行對上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的接觸/非接觸的控制，其中，上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層，從上述絕緣性襯底的垂直方向觀察，形成在上述上部電極和上述下部電極相對的區(qū)域，使得其相對面積的一部分存在上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層，并且，上述上部電極和上述下部電極相對的區(qū)域中存在上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的區(qū)域的面積，小于或等于該相對區(qū)域中不存在上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的區(qū)域的面積。
2.一種電容式MEMS元件，其特征在于包括絕緣性襯底；在上述絕緣性襯底上形成的下部電極；在上述下部電極上形成的電介質(zhì)層；在上述電介質(zhì)層上形成的導(dǎo)體層；以及上部電極，與上述下部電極相對且至少與上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層有間隙地配置，且進(jìn)行對上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的接觸/非接觸的控制，其中，上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層，經(jīng)由對于高頻信號的電阻體與所期望的電位直流連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式MEMS元件，其特征在于對于上述高頻信號的電阻體，是表示大于等于1KΩ且小于1MΩ的電阻值的物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式MEMS元件，其特征在于對于上述高頻信號的電阻體，是對高頻信號呈大于等于1KΩ且小于1MΩ的阻抗的電感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述所期望的電位，是上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層與上述上部電極、上述下部電極、控制電極以及接地區(qū)域中的任一者直流連接得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層具有開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層是至少含有鋁的單層膜，或是包括含有鋁的膜的多層金屬層疊膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層是至少含有鋁的單層膜，或是包括含有鋁的膜的多層金屬層疊膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層是至少含有金的單層膜，或是包括含有金的膜的多層金屬層疊膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層是至少含有金的單層膜，或是包括含有金的膜的多層金屬層疊膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層是至少含有銅的單層膜，或是包括含有銅的膜的多層金屬層疊膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式MEMS元件，其特征在于上述電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層是至少含有銅的單層膜，或是包括含有銅的膜的多層金屬層疊膜。
13.一種高頻裝置，其特征在于具有權(quán)利要求1至權(quán)利要求12的任意一項所述的電容式MEMS元件，該電容式MEMS元件作為高頻信號的接通/斷開開關(guān)。
14.一種高頻裝置，其特征在于具有權(quán)利要求1至權(quán)利要求12的任意一項所述的電容式MEMS元件，該電容式MEMS元件作為高頻信號的輸出切換開關(guān)。
15.一種高頻裝置，其特征在于在移動電話用的高頻濾波模塊中，具有權(quán)利要求1至權(quán)利要求12的任意一項所述的電容式MEMS元件。
16.一種高頻裝置，其特征在于權(quán)利要求1至權(quán)利要求12的任意一項所述的電容式MEMS元件與有源元件、無源元件或這兩者安裝在相同的襯底上。
17.一種電容式MEMS元件的制造方法，其特征在于包括在絕緣性襯底上形成下部電極的步驟；在包括上述下部電極上面的上述絕緣性襯底上的所期望的位置形成電介質(zhì)膜的步驟；在上述絕緣性襯底上的上述下部電極和上述電介質(zhì)膜層疊的區(qū)域的所期望的位置形成導(dǎo)體層圖案的步驟；在形成有上述下部電極、上述電介質(zhì)膜、以及上述低電阻金屬膜的上述絕緣性襯底上形成保護(hù)膜的步驟；在包括上述保護(hù)膜的上述絕緣性襯底上的、與上述下部電極相對的位置上形成上部電極的步驟；以及去除上述保護(hù)膜的步驟。
全文摘要
提供能得到對于高頻信號良好的開關(guān)特性的電容式MEMS元件及其制造方法、安裝有該元件的高性能高頻裝置。本發(fā)明的元件的代表例子為，電容式MEMS元件具有上下運動的由金屬膜構(gòu)成的上部電極，和位于與該上部電極相對的下部電極上的電介質(zhì)膜上的導(dǎo)電層。并且，上部電極與下部電極相對的區(qū)域中存在電介質(zhì)層上的導(dǎo)體層的區(qū)域的面積，小于等于該相對區(qū)域中不存在電介質(zhì)層上的導(dǎo)電層的區(qū)域的面積。
文檔編號H01P1/12GK1922755SQ20048004206
公開日2007年2月28日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者寺野昭久, 磯部敦 申請人:日立視聽媒體股份有限公司