スイッチ及びＥＳＤ保護素子
【課題】低消費電力のスイッチ及びＥＳＤ保護素子を提供する。
【解決手段】本発明の例に関わるスイッチは、基板１０上に設けられた第１及び第２の電極１１，１２と、第１の電極１１上に設けられたアンカー１４と、アンカー１４に支持され、アンカー１４から第２の電極１２上方まで延在し、導電体が用いられ、第２の電極１２に対して上下方向に動く可動構造１５と、可動構造１５の端部に設けられ、第２の電極上方に配置される接点部１６と、可動構造１５上に設けられ、可動構造１５を構成する材料と応力差を有し、接点部１６を第２の電極１２に向かって反らせる調整膜１８と、可動構造１６の周囲を取り囲むように基板１０上に設けられ、調整膜１８に接触し、駆動電極として機能するキャップ２０と、を具備する。
【解決手段】本発明の例に関わるスイッチは、基板１０上に設けられた第１及び第２の電極１１，１２と、第１の電極１１上に設けられたアンカー１４と、アンカー１４に支持され、アンカー１４から第２の電極１２上方まで延在し、導電体が用いられ、第２の電極１２に対して上下方向に動く可動構造１５と、可動構造１５の端部に設けられ、第２の電極上方に配置される接点部１６と、可動構造１５上に設けられ、可動構造１５を構成する材料と応力差を有し、接点部１６を第２の電極１２に向かって反らせる調整膜１８と、可動構造１６の周囲を取り囲むように基板１０上に設けられ、調整膜１８に接触し、駆動電極として機能するキャップ２０と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ及びＥＳＤ保護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）を用いたデバイスとしては、主に、可変容量、スイッチ、加速度センサ、圧力センサ、ＲＦ(radio frequency)フィルタ、ジャイロスコープ、ミラーデバイスなどが、研究及び開発されている。
【０００３】
これらの中で、ＭＥＭＳスイッチは、オフ時のリークがないので、チップの消費電力（消費電流）の削減に効果的である。また、ＭＥＭＳスイッチは、半導体集積回路（ＩＣ：Integrated circuit）を構成する配線層上に形成できるので、例えば、ＣＭＯＳインバータのように、ウェハ（チップ）表面に形成される素子及び回路を、スイッチとして用いる場合に比較して、チップ面積を削減できる。
【０００４】
それゆえ、ＭＥＭＳスイッチを“パワーゲーティング”という手法に用いる技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。パワーゲーティングとは、半導体集積回路（ＩＣ）の消費電力を削減する技術である。この技術は、未使用の回路ブロックへの電源供給を、スイッチ（以下、パワーゲーティングスイッチと呼ぶ）で遮断することにより、リークによる電力の消費を抑制する。
このようなパワーゲーティングスイッチとして、ＭＥＭＳスイッチを回路ブロックと電源との間に設け、消費電力の低減が図られる。
【０００５】
非特許文献１では、熱駆動型のＭＥＭＳスイッチが、パワーゲーティングスイッチとして用いられている。熱駆動型のＭＥＭＳスイッチは、低電圧で動作するという利点を有する。その一方で、熱駆動型のＭＥＭＳスイッチは、駆動電流が大きく、その結果として、消費電力が大きくなってしまう。さらに、熱駆動型のＭＥＭＳスイッチは、他の駆動型のＭＥＭＳスイッチよりサイズが大きい、スイッチングの速度が遅い、という問題もある。
【０００６】
また、ＭＥＭＳスイッチを回路ブロックと外部（電源，パッド）との間に介在させるという観点から、ＭＥＭＳスイッチをＥＳＤ（electrostatic discharge）保護素子に用いることも期待されている。これに関しても、パワーゲーティング技術と同様の問題が、懸念される。
【非特許文献１】A. Raychowdhury, Jeong Il Kim, D. Peroulis, K. Roy,“Integrated MEMS Switches for Leakage Control of Battery Operated Systems”,Porc. IEEE 2006 Custom Integrated Circuits Conference (CICC), pp.457-460
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、消費電力が小さいスイッチ及びＥＳＤ保護素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の例に関わるスイッチは、基板上に設けられた第１及び第２の電極と、前記第１の電極上に設けられたアンカーと、前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、前記可動構造上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる調整膜と、前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記調整膜に接触し、駆動電極として機能するキャップと、を備える。
【０００９】
本発明の例に関わるスイッチは、基板上に設けられた第１及び第２の電極と、前記基板上に設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられる第３の電極と、前記第１の電極上に設けられるアンカーと、前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、前記可動構造上面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる第１の調整膜と、前記可動構造底面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記可動構造を前記第３の電極に向かって反らせ、前記第３の電極と接触する第２の調整膜と、前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記第１の調整膜に接触するキャップと、を備える。
【００１０】
本発明の例に関わるＥＳＤ保護素子は、ＩＣチップの基板上に設けられ、ＥＳＤ保護対象である回路とパッドをつなぐ配線に接続される第１の端子と、前記基板上の前記第１の端子と電源配線との間に設けられ、可動構造を有するスイッチと、を具備し、前記ＩＣチップが非アクティブのとき、前記スイッチが低インピーダンス状態になり、前記ＩＣチップがアクティブのとき、前記スイッチが高インピーダンス状態になる、ことを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の例によれば、消費電力が小さいスイッチ及びＥＳＤ保護素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の例の実施の形態について詳細に説明する。尚、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、詳細な説明は必要に応じて行う。
【００１３】
[第１の実施形態]
第１の実施形態においては、ＭＥＭＳ構造の微細なスイッチについて説明する。
【００１４】
（１） 実施例１
（ａ） 構造
図１を参照して、第１の実施形態の一例に係るＭＥＭＳスイッチの構造について説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の第１例に係るＭＥＭＳスイッチ１の構造を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿うＭＥＭＳスイッチ１の断面図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿うＭＥＭＳスイッチ１の断面図である。
【００１５】
図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１は、ノーマリ・オン（normally-on）型のＭＥＭＳスイッチである。また、このスイッチ１の駆動方式は、静電駆動方式である。
【００１６】
絶縁性の基板１０は、シリコン基板上に形成された絶縁層、ガラス基板、又は、ガラス基板上に形成された絶縁層から構成される。
【００１７】
基板１０上には、３個の電極１１，１２，１３が設けられる。２個の電極１１，１２は、ｘ方向（第１の方向）に並んで配置され、残りの１個の電極１３は、２個の電極１１，１２のｘ方向及びｙ方向（第２の方向）の周囲を取り囲むように、配置されている。３個の電極１１，１２，１３は、互いに電気的に分離されている。
【００１８】
電極１１，１２，１３は、例えば、プラグＰ１，Ｐ２，Ｐ３を経由して、基板１０内の配線２１，２２，２３に接続される。
第１の電極（第１ポート）１１は、スイッチ１の一方の電極であり、電極１１には、電位Ｖｓが供給される。電極１１は、例えば、プラグＰ１を経由して、第１の配線２１に接続される。
第２の電極（第２ポート）１２は、スイッチ１の他方の電極であり、電極１２は電位Ｖｄを示す。電極１２は、例えば、プラグＰ２を経由して、第２の配線２２に接続される。
【００１９】
また、第３の電極１３は、スイッチを駆動するための電位Ｖｇが供給される。電極１３は、例えば、プラグＰ３を経由して、第３の配線２３に接続される。
可動構造１５は、電極１１，１２上方に設けられる。可動構造１５は、２個の電極１１，１２が並んだ方向（ｘ方向）に延在している。可動構造の平面形状は、例えば、矩形状を有している。
可動構造１５は、そのｘ方向の一端が、電極１１上に設けられたアンカー１４に支持され、可動構造１５はカンチレバー構造（片持ち梁構造）になっている。また、可動構造１５のｘ方向に沿った断面形状は、上向きに凸の形状になっている。
【００２０】
可動構造１５は、上下方向、つまり、電極１２側からキャップ２０側へ向かって、又は、キャップ２０側から電極１２側に向かって動く。
【００２１】
可動構造１５及びアンカー１４は、例えば、導電体から構成される。アンカー１４は、電極１１と電気的に接続されている。よって、可動構造１５は、電極１１に電気的に接続される。可動構造１５は、電極１１から電位Ｖｓが供給される。
【００２２】
可動構造１５のｘ方向の他端には、接点部１６が設けられている。接点部１６は、電極１２上方に設けられる。接点部１６は下側に、すなわち、電極１２に向かって反っている。接点部１６は、可動構造１５の動作に応じて、電極１２と接触状態又は非接触状態になる。接点部１６は、例えば、可動構造と同じ導電体が用いられる。
【００２３】
可動構造１５上には、調整膜１８が設けられ、可動構造１５と調整膜１８とは積層構造をなしている。調整膜１８は、例えば、接点部１６上方を覆っている。
調整膜１８の内部応力は、可動構造１５の内部応力に対して、相対的に圧縮性が強い。この調整膜１８の圧縮性の内部応力によって、可動構造１５の接点部１６側が上に凸の形状になり、接点部１６が下側（基板側）を向く。以下では、調整膜１８の内部応力によって、可動構造１５の上に凸する部分を、凸部１７と呼ぶ。
【００２４】
調整膜１８の材料は、例えば、絶縁体が用いられている。但し、調整膜１８が可動構造１５よりも大きい圧縮力を有していれば、調整膜１８の材料は、限定されない。
【００２５】
キャップ２０は、可動構造１５を覆うように、電極１３上に設けられる。可動構造１５とキャップ２０との間の領域は、空洞であり、例えば、真空になっている。尚、図１において、説明の簡単化のため、単層構造のキャップ２０を図示しているが、多層構造のキャップであってもよい。
【００２６】
キャップ２０は、調整膜１８の一部分に接触する。キャップ２０は、調整膜１８を介して、可動構造１５の凸部１７を上側から押さえつけることによって、接点部１６を電極１２に接触させる。これによって、接点部１６と電極１２との接触時の力（コンタクト力）が、大きくされている。キャップ２０は導電体を含み、電極１３に電気的に接続される。キャップ２０は、電極１３から電位Ｖｇが供給される。
【００２７】
調整膜１８の材料が絶縁膜の場合、調整膜１８と直接接触するキャップ層２０の材料は導電体が用いられる。
このキャップ２０は、可動構造１５を駆動されるための実質的な電極（駆動電極）として、機能する。つまり、キャップ２０に供給される電位Ｖｇと可動構造１５に供給される電位Ｖｓとの関係によって、本例のＭＥＭＳスイッチ１のオン／オフ状態が制御される。
【００２８】
例えば、ＭＥＭＳスイッチ１は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの間の電位差を実質的に０Ｖに設定することによって、可動構造１５の最上部（凸部１７）が、キャップ２０により上側から基板１０側に押さえつけられて、接点部１６と電極１２とが接触した状態が保持される。
【００２９】
また、ＭＥＭＳスイッチ１は、電位Ｖｇと電位Ｖｓと間の電位差をある一定の電位差以上に設定することによって、可動構造１５とキャップ２０との間に静電引力を発生させ、可動構造１５が動かされる。これによって、接点部１６と電極１２とが非接触した状態を保持される。
【００３０】
キャップ２０上部底面と基板１０表面との間隔Ｈは、可動構造１５とキャップ２０との間の電位差が実質的に０Ｖであるときに、キャップ２０によって接点部１６と電極１２との接触状態が保持できる間隔、かつ、可動構造１５とキャップ２０との間の電位差が、可動構造１５が動き始める所定のプルイン電圧Ｖｐｉより大きくなったとき、接点部１６と電極１２とが非接触状態になる間隔である。間隔Ｈの上限値は、０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００３１】
尚、導電体が用いられた可動構造１５と導電体が用いられたキャップ２０との間に、絶縁体が用いられた調整膜１８が介在しているため、可動構造１５とキャップ２０が、電気的に直接接続（短絡）することは無い。
【００３２】
図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１は、可動構造１５の動作、つまりＭＥＭＳスイッチのオン／オフの制御は、可動構造１５−キャップ２０間の電位差を制御することで実現できる。スイッチ１をオンにするときは、キャップ２０によって、可動構造１５を上側から押さえつけておくので、可動構造１５−キャップ２０間の電位差は不要である。また、スイッチ１をオフにするとき、可動構造１５を可動構造１５−キャップ２０の電位差に起因した静電引力によって駆動する。それゆえ、本例のＭＥＭＳスイッチ１の消費電力は小さい。
【００３３】
また、上記の構成により、ＭＥＭＳスイッチ１を動作させるためのアクチュエータを、別途に設ける必要はない。それゆえ、本例に示されるＭＥＭＳスイッチは、ＭＥＭＳスイッチの占有面積を小さくできる。
【００３４】
尚、本実施例のＭＥＭＳスイッチ１において、図１に示されるスイッチ１の構成は、本実施形態を実現するための基本構成を示すのであって、これに限定されない。例えば、図１（ａ）では、可動構造１５の平面形状は矩形状を有しているが、その平面形状は、接点部１６側が尖った形状を有してもよい。また、可動構造１５と接点部１６は、同じ材料を用いてもよいし、接点部１６と電極１２との接触抵抗の低減や可動構造１５の動作などの最適化を図るため、異なる材料を用いてもよい。
【００３５】
（ｂ） 製造方法
図２を参照して、本例のＭＥＭＳスイッチ１の製造方法について、説明する。図２は、ＭＥＭＳスイッチ１の製造工程を示す断面図である。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、基板１０内の所定の位置に、配線２１，２２，２３及びプラグＰ１，Ｐ２，Ｐ３が形成される。そして、基板１０上に、導電層が堆積され、この導電層が所定の形状に、パターニングにされる。これにより、基板１０上に、電極１１，１２，１３が形成される。電極１１，１２，１３は、プラグＰ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ接触するように形成される。
【００３７】
次に、基板１０及び電極１１，１２，１３上に、第１の犠牲層４０が堆積され、この犠牲層４０上面が平坦化される。それから、可動構造１５となる導電層が、犠牲層４０上に堆積され、その導電層が所定の形状にパターニングされる。
この後、電極１１上の犠牲層が除去され、電極１１表面が露出される。そして、露出した電極１１上に、可動構造１５を支えるアンカー１４が形成される。アンカー１４の材料は、導電体である。尚、アンカー１４は、可動構造１５と同じ材料を用いて同時に形成してもよい。
可動構造１５上に、所定の形状の調整膜１８が、形成される。調整膜１８は、接点部１６上方を覆っている。調整膜１８の材料は、例えば、絶縁体である。
【００３８】
ここまでの工程において、可動構造１７は犠牲層４０に密着している。そのため、可動構造１７上面に調整膜１８が形成されて、調整膜１８に起因する圧縮性の内部応力が可動構造１７に与えられていても、可動構造１５は基板１０表面に対してほぼ水平な状態を保っている。
【００３９】
図２（ｂ）に示すように、第２の犠牲層４１が、可動構造１５及び調整膜１８上に形成される。犠牲層４１上面の基板１０表面から高さが所定の高さとなるように、犠牲層４１上面は、平坦化される。さらに、犠牲層４１は、所定の形状にパターニングされ、電極１３上面が露出される。
そして、電極１３及び犠牲層４１上に、キャップ２０となる導電層が堆積される。
【００４０】
図２（ｃ）に示すように、キャップ２０内に、開口部Ｑが形成される。そして、犠牲層が、この開口部Ｑを介して、例えば、ウェットエッチングにより、除去される。
可動構造１５と密着していた犠牲層が除去されたため、可動構造１５は調整膜１８との応力差によって湾曲する。このように、可動構造１５は上に凸の形状になっている凸部１７を有し、接点部１６が電極１２に向かって反る。
【００４１】
また、キャップ２０は、調整膜１８を介して、凸部１７を上側から基板１０側へ押さえつける。これによって、接点部１６は電極１２に接触する。これは、図２（ｃ）に示す工程のように、犠牲層４１上面の高さ（犠牲層４１の膜厚）が、所定の高さ（膜厚）になるように平坦化することによって、キャップ２０の高さが調整されて、実現される。
【００４２】
そして、キャップ２０と可動構造１５との間の空洞を、例えば、真空に密封するため、封止層２５が、キャップ２０上に形成される。
【００４３】
以上のように、簡単な製造方法によって、本例に係るＭＥＭＳスイッチが形成できる。
【００４４】
（ｃ） 動作
図３を参照して、本例のＭＥＭＳスイッチ１の動作について、説明する。図３は、ＭＥＭＳスイッチの動作を説明するための図である。
【００４５】
図３（ａ）は、可動構造１５に供給される電位Ｖｓとキャップ２０に供給される電位Ｖｇが実質的に同じ大きさの場合におけるＭＥＭＳスイッチ１の状態を示している。
【００４６】
電位Ｖｓは、電極１１を経由して、可動構造１５に供給される。電位Ｖｇは、電極１３を経由して、キャップ２０に供給される。電位Ｖｓと電位Ｖｇとの間の電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）は、ほぼ０Ｖに設定される。
本例のＭＥＭＳスイッチ１において、可動構造１５の凸部１７は、調整膜１８を介して、キャップ２０により上側から基板１０側へ押さえつけられる。
【００４７】
電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）が０Ｖとの時に、可動構造１５（調整膜１８）とキャップ２０との間に、静電引力は発生せず、可動構造１５は、駆動電極としてのキャップ２０に引き寄せられない。それゆえ、可動構造１５は上向きに凸の形状を保持し、接点部１６は電極１２に接触する。したがって、ＭＥＭＳスイッチ１のポートに対応する電極１１と電極１２とは、導通する。このように、可動構造１５が駆動する前のＭＥＭＳスイッチ１の状態は、オン状態である。このオン状態は、可動構造１５とキャップ２０との間の電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）が、プルイン電圧Ｖｐｉより大きくなるまで保持される。
【００４８】
また、図３（ｂ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの間の電位差が所定の電位差より大きい場合におけるＭＥＭＳスイッチ１の状態を示している。
可動構造１５には、電位Ｖｓが供給され、キャップ２０には、電位Ｖｓとは異なった大きさの電位Ｖｇが供給される。この場合、可動構造１５と駆動電極としてのキャップ２０との間に、静電引力が発生する。
【００４９】
可動構造１５の電位Ｖｓとキャップ２０の電位Ｖｇとの電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）が、可動構造１５が動き始めるプルイン電圧Ｖｐｉより大きく設定されると、接点部１６がキャップ２０側（上側）に引き寄せられる。これによって、可動構造１５の凸部１７から接点部１６までの部分は、上側（キャップ２０側）へ動き、調整膜１８を介してキャップ２０に接触する。これによって、接点部１６と電極１２とは非接触になり、電気的に分離される。すなわち、ＭＥＭＳスイッチ１のポートに対応する電極１１と電極１２とは、導通していない。このように、可動構造１５が駆動した後のＭＥＭＳスイッチ１の状態は、オフ状態である。
【００５０】
本例のＭＥＭＳスイッチ１において、可動構造１５の凸部１７は、調整膜１８を介してキャップ２０と常に接触している。そのため、可動構造１５が駆動して、ＭＥＭＳスイッチ１がオン状態からオフ状態になるとき、可動構造１５の凸部１７から先端までの部分は、調整膜１８を介して、ジッパー状に順次キャップ２０と接触していく。このような可動構造１５のジッパー状の動作は、ＭＥＭＳスイッチ１を低い電圧で駆動できることを意味する。
特に、キャップ２０上部底面と基板１０表面との間隔が、０．５μｍ以下に設定されると、ＭＥＭＳスイッチ１の駆動電位であるプルイン電圧Ｖｐｉを１Ｖ以下に低減できる。したがって、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、低電圧で駆動できる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の実施例１で述べたＭＥＭＳスイッチ１は、キャップ２０を用いて、微細な可動構造１５（凸部１７）を上側から基板１０側へ押さえつけ、接点部１６と電極１２とを機械的（構造的）に接触させることによって、オン状態を保持する。また、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、接点部１６を静電引力によって電極１２から電気的に分離することで、オフ状態を保持している。
このため、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、オン／オフ状態を保持するために、大きな電力（電圧）を必要としない。また、ＭＥＭＳスイッチ１をオン状態からオフ状態にする際、静電引力によって、可動構造１５をジッパー状に駆動させるため、その駆動電圧は小さい。
したがって、本例のＭＥＭＳスイッチ１によれば、そのＭＥＭＳスイッチ１の消費電力を、低減できる。
【００５２】
本例のＭＥＭＳスイッチ１において、可動構造１５は、可動構造１５とキャップ２０との間に生じる静電引力によって、駆動する。そのため、可動構造１５を駆動させるためのアクチュエータを別途に設ける必要はない。したがって、ＭＥＭＳスイッチの占有面積を小さくできる。
【００５３】
また、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチであるため、接点部１６と電極１２とが少しでも非接触になれば、直ちにオフ状態になる。つまり、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、スイッチング速度が速い。さらに、ＭＥＭＳスイッチ１の高速なスイッチング特性を実現するため、キャップ２０内部は、真空にされることが望ましい。通常のＭＥＭＳスイッチでは、真空状態で封止されると、リンギングが生じる。これに対して、本例のＭＥＭＳスイッチ１では、可動構造１５の最上部（凸部１７）が常にキャップ２０に固定されているので、リンギングの影響は少ない。それゆえ、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、高速なスイッチングを実現できる。
【００５４】
加えて、２つの導電体間の静電引力の大きさは、２つの導電体の間に介在する絶縁体の誘電率に対して、依存性を示す。それゆえ、絶縁体である調整膜１８に誘電率が高い材料を用いることで、キャップ２０と可動構造２０との間に発生する静電引力を大きくすることができる。このように、調整膜１８の材料を最適化することで、スイッチ速度の向上及び消費電力の低減に、貢献できる。
【００５５】
以上のように、本実施形態の実施例１によれば、ＭＥＭＳスイッチの消費電力を低減できる。また、サイズの小さいＭＥＭＳスイッチを提供できる。さらに、ＭＥＭＳスイッチのスイッチング特性を向上できる。
【００５６】
（２） 実施例２
図４を参照して、第１の実施形態の一例に係るＭＥＭＳスイッチ２について、説明する。
図４は、本実施形態の実施例２に係るＭＥＭＳスイッチの構成及び動作を説明するための図である。尚、本例のＭＥＭＳスイッチ３の平面形状は、図１（ａ）に示される構造と同じである。
【００５７】
図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２は、実施例１で述べたＭＥＭＳスイッチ１と同様に、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチであり、その駆動方式は静電駆動方式である。
上述のように、可動構造を上向きに凸の形状にするための調整膜は、その調整膜の内部応力が、可動構造の内部応力に対して相対的に圧縮性が強ければ、その材料は限定されない。それゆえ、図４に示すように、調整膜１８Ｘの材料は、導電体を用いてもよい。
【００５８】
この場合、導電体が用いられた調整膜１８Ｘと駆動電極として機能するキャップ（上層キャップ）２５Ａとの間に、絶縁体が用いられたキャップ（下層キャップ）２０Ａが、設けられる。
【００５９】
絶縁体が用いられたキャップ２０Ａは、導電体が用いられた調整膜１８Ｘと直接接触する。導電体が用いられたキャップ２５Ａは、電極１３と電気的に接続され、電極１３を経由して電位Ｖｇが供給される。
【００６０】
本例のＭＥＭＳスイッチ２の動作は、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１の動作と、実質的に同じである。
図４（ａ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとが実質的に同じ大きさの場合におけるＭＥＭＳスイッチ２の状態を示している。
【００６１】
可動構造１５の電位Ｖｓとキャップ２５Ａの電位Ｖｇとの電位差がほぼ０Ｖのとき、キャップ２０Ａ，２５Ａと可動構造１５との間に、静電引力は生じない。それゆえ、可動構造１５の凸部１７が、キャップ２０Ａ，２５Ａにより、上側から電極１２側へ押さえつけられることによって、接点部１６が電極１２に接触し、２つの電極１１，１２は導通する。したがって、可動構造１５が駆動する前のＭＥＭＳスイッチ２は、オン状態である。
【００６２】
また、図４（ｂ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの電位差がある電位差より大きい場合におけるＭＥＭＳスイッチ２の状態を示している。
【００６３】
電位Ｖｓと電位Ｖｇとの電位差がプルイン電圧Ｖｐｉより大きくなると、キャップ２５Ａと可動構造１５の間に発生した静電引力によって、可動構造１５の凸部１７と先端部との間の部分が、キャップ２５Ａ側へジッパー状に引き寄せられる。これによって、接点部１６と電極１２とは、非接触になり、ＭＥＭＳスイッチ２のポートに対応する２つの電極１１，１２は、導通しない。したがって、可動構造１５が駆動した後のＭＥＭＳスイッチ２は、ＭＥＭＳスイッチはオフ状態である。
【００６４】
以上のように、図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２の構成部材は、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１の構成部材と異なる材料が用いられている。この場合においても、図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２は、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１と同様に、小さい駆動電圧によって駆動し、かつ、低い消費電力によってオン／オフ状態を保持する。
【００６５】
したがって、図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２においても、図１に示されるＭＥＭＳスイッチと同様の効果が得られるのは、もちろんである。
尚、本実施例のＭＥＭＳスイッチ２は、各構成要素に用いられる材料が図１に示したＭＥＭＳスイッチ１と異なるのみで、その製造方法は図２を用いて説明した製造工程とほぼ同様である。
【００６６】
（３） 実施例３
（ａ）構造
図５を参照して、第１の実施形態の一例に係るＭＥＭＳスイッチ３について、説明する。
【００６７】
図５は、本実施形態の実施例３に係るＭＥＭＳスイッチの構成及び動作を説明するための図である。尚、本例のＭＥＭＳスイッチ３の平面形状は、図１（ａ）に示される構造と同じである。
【００６８】
実施例１及び２においては、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１，２について、説明したが、可動構造上に積層される調整膜及び可動構造の一部分（凸部）と調整膜を介して接触するキャップを利用して、ノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチも実現できる。
【００６９】
図５に示されるＭＥＭＳスイッチ３は、ノーマリ・オフ（normally-off）型のＭＥＭＳスイッチである。ＭＥＭＳスイッチ３の駆動方式は、実施例１及び２のＭＥＭＳスイッチと同様に、静電駆動方式である。
【００７０】
可動構造１５は、電極１１上のアンカー１４によって、支持されている。可動構造１５の先端側には、接点部１６が設けられる。接点部１６は、電極１２上方に配置されている。ＭＥＭＳスイッチ３がオン状態のとき、接点部１６は電極１２に対して接触し、ＭＥＭＳスイッチ３がオフ状態のとき、接点部１６は電極１２に対して非接触である。
【００７１】
キャップ２９は、例えば、ダミー層１９上に設けられる。ダミー層１９は、例えば、電極１１，１２，１３と同じ材料が用いられている。
本例のノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチ３において、キャップ２９は駆動電極と機能しない。本例のＭＥＭＳスイッチ３の駆動電極１３は、基板１０上に設けられる。
駆動電極１３は、アンカー１４が接続される電極（第１のポート）１１と、接点部１６と接触する電極（第２のポート）１２の間に設けられ、それらの電極１１，１２とｘ方向に並んで配置されている。
【００７２】
可動構造１５上には、２つの調整膜１８Ａ，１８Ｂが設けられる。第１の調整膜１８Ａは、可動構造１５上面上に設けられ、接点部１６上方を覆っている。第２の調整膜１８Ｂは、可動構造１５底面上に設けられ、駆動電極１３と接触するように、調整膜１８Ａとアンカー１４との間に配置されている。
調整膜１８Ａ、１８Ｂは、可動構造１５の内部応力に対して、相対的に圧縮性が強い内部応力を有する。これによって、可動構造１５は湾曲する。
調整膜１８Ａが設けられた可動構造１５内の部分１７Ａは、上向き（キャップ側）に凸の形状に変形する。この結果として、接点部１６は、基板側（電極１２側）に反っている。このように、接点部１６が湾曲した構造を有することによって、接点部１６は、電極１２との接触時に、電極１２に対して大きなコンタクト力が得られる。
調整膜１８Ｂが設けられた可動構造内の部分１７Ｂは、下向き（基板側）に凸の形状に変形する。この結果として、可動構造１５は上向き（キャップ２９側）に反り、調整膜１８Ｂが設けられた可動構造１５の部分は、下向きに凸の形状になっている。
以下では、上向きに凸になっている可動構造１５の部分１７Ａを、凸部１７Ａとよび、下向きに凸になっている可動構造１５の部分１７Ｂを、下向き凸部１７Ｂと呼ぶ。
【００７３】
駆動電極１３は、調整膜１８Ｂの下方に配置されている。そして、駆動電極１３と調整膜１８Ｂの一部分（下向き凸部１７Ｂ）とが直接接触するように、凸部１７Ａが、キャップ２９によって上側から基板１０側に向けて押さえつけられている。但し、調整膜１８Ｂは駆動電極１３からわずかに離れた状態であってもよい。尚、キャップ２９と基板１０表面との間隔Ｈ’は、電極１１と駆動電極１３との電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）が実質的に０Ｖのとき、接点部１６と電極１２とが接触しない間隔を有している。
【００７４】
このように、本例のＭＥＭＳスイッチ３において、可動構造１５に対して圧縮性の内部応力を与える調整膜１８Ｂが可動構造１５の底面上に設けられ、可動構造の調整膜１８Ｂが設けられた部分１７Ｂは上側に向かって反る。これによって、本例のＭＥＭＳスイッチ５は、可動構造１５と駆動電極１３との電位差がほぼ０Ｖのとき、つまり、可動構造１５が駆動する前の状態において、接点部１６と電極１２とが接触しないノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチが提供される。
【００７５】
尚、図５に示されるＭＥＭＳスイッチ３の製造方法は、以下の工程が、図２に示される製造方法と相違する。犠牲層上に、可動構造１５を上側に反らせるための調整膜１８Ｂが形成された後、可動構造１５及びアンカー１４となる導電膜が調整膜１８Ｂ上に形成される。そして、可動構造１５の接点部１６を、下側に反らせるための調整膜１８Ａが、可動構造内の接点部１６上方に形成される。この後、図２に示される工程と同様に、キャップ２９が形成され、犠牲層が除去される。これによって、図５に示されるＭＥＭＳスイッチ３が完成する。
【００７６】
（ｂ） 動作
図５（ａ），（ｂ）を用いて、図５に示されるノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチ３の動作について、説明する。
図５（ａ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓが実質的に同じ大きさの場合におけるＭＥＭＳスイッチ１の状態を示している。
【００７７】
電位Ｖｓは、電極１１を経由して、アンカー１４及び可動構造１５に供給される。電位Ｖｇは、駆動電極１３に供給される。電位Ｖｓと電位Ｖｇとの間の電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）は、ほぼ０Ｖに設定される。
この場合、駆動電極１３と可動構造１５との間の電位差が無いので、駆動電極１３と可動構造１５との間に静電引力は、発生しない。そのため、可動構造１５は動かず、接点部１６が電極１２に対して非接触になっている。つまり、ＭＥＭＳスイッチ３のポートに対応する２つの電極１１，１２は、導通していない。したがって、可動構造１５が駆動する前のＭＥＭＳスイッチ１の状態は、オフ状態である。
【００７８】
図５（ｂ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの電位差がある電位差より大きい場合におけるＭＥＭＳスイッチ３の状態を示している。
駆動電極１３の電位Ｖｇと可動構造１５の電位Ｖｓとの電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）が大きくなると、駆動電極１３と可動構造１５との間に静電引力が発生する。そして、電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）がプルイン電圧Ｖｐｉより大きくなると、可動構造１５は静電引力によって電極１３に引き寄せられ、下側（基板１０側）へ動く。可動構造１５の動きに伴って、調整膜１８Ａは駆動電極１３から離れ、可動構造１５の先端側の接点部１６は、電極１２に直接接触する。これによって、ＭＥＭＳスイッチ３のポートに対応する２つの電極１１，１２は、導通する。したがって、可動構造１６が駆動した後のＭＥＭＳスイッチ３の状態は、オン状態である。
【００７９】
ＭＥＭＳスイッチ３がオフ状態からオン状態になるとき、調整膜１８Ｂが電極１３と接触する部分よりも接点部１６側にある可動構造１５の部分は、調整膜１８Ｂを介して、ジッパー状に順次キャップ２０と接触していく。このように、可動構造１５は、ジッパー状に動くので、ＭＥＭＳスイッチを低い電圧で駆動できる。
【００８０】
また、上記のように、接点部１６が電極１２側に反った構造を有すること及び調整膜１８Ｂ底面全体が駆動電極１３と直接接触することによって、接点部１６と電極１２との間に、大きなコンタクト力が得られる。
【００８１】
以上のように、本例のノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチにおいても、実施例１で述べたノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチと同様に、消費電力を低減できる。消費電極を低減ができる。
【００８２】
（４） 適用例
以下、図６乃至８を参照して、本実施形態で述べたＭＥＭＳスイッチ１，２，３の適用例について、説明する。
【００８３】
（ａ） パワーゲーティングスイッチ
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１，２，３は、パワーゲーティングスイッチに適用できる。
【００８４】
例えば、図６のように、半導体基板（チップ）５０上に、半導体集積回路（以下、ＩＣと呼ぶ）が形成される。尚、図６においては、説明の簡単化のため、１つの電界効果トランジスタＴｒのみを図示している。
【００８５】
半導体基板５０の素子形成領域は、素子分離絶縁膜５９によって区画されている。電界効果トランジスタＴｒは、素子形成領域内に設けられる。
電界効果トランジスタＴｒは、半導体基板５０内に、ソース／ドレインとして機能する２つの拡散層５１Ｓ，５１Ｄを有している。２つの拡散層５１Ｓ，５１Ｄ間の半導体基板５０表面（チャネル領域）上には、ゲート絶縁膜５２が設けられる。ゲート絶縁膜５２上には、ゲート電極５３が設けられている。拡散層５１Ｓ，５１Ｄ上には、コンタクトプラグＣＰが設けられ、拡散層５１Ｓ，５１Ｄは、コンタクトプラグＣＰを経由して、配線５５，５６に接続される。
【００８６】
電界効果トランジスタＴｒを覆うように、層間絶縁膜１０，５７，５８が、半導体基板５０上に設けられる。複数の配線層が多層配線技術によって積層され、複数の層間絶縁膜１０，５７，５８内の各々に、複数の配線２１，２２，２３，５５，５６が設けられる。
【００８７】
ＭＥＭＳスイッチ１は、パワーゲーティングスイッチとして、半導体基板５０上方に設けられる。つまり、パワーゲーティングスイッチとしてのＭＥＭＳスイッチ１は、層間絶縁膜の最上層１０を、ＭＥＭＳスイッチの形成基板１０として用いられている。そして、配線２１，５５やプラグＰ１，Ｖ０，ＣＰを介して、半導体基板２０上のトランジスタＴｒに電気的に接続される。
【００８８】
このように、ＭＥＭＳスイッチ１は、層間絶縁膜を基板に用いて、半導体集積回路（ＩＣ）上に積層できるため、ＭＥＭＳスイッチ１を用いることによって、ＩＣチップのチップサイズが増大することはない。それゆえ、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１を、パワーゲーティングスイッチとして利用することで、例えば、ＣＭＯＳインバータのように、基板表面に形成される電界効果トランジスタを利用したパワーゲーティングスイッチ（以下、トランジスタスイッチと呼ぶ）よりも、チップサイズを削減できる。
【００８９】
トランジスタスイッチは、オフ状態であっても、リークが発生する。また、パワーゲーティング技術の採用によるチップサイズの増大を抑制するため、トランジスタスイッチを微細化すると、トランジスタの短チャネル効果などに起因して、リークが発生する。このため、トランジスタスイッチは、リーク及びそのリークに起因した消費電力を含むため、パワーゲーティングスイッチとしての機能を十分に果たせない。
一方、ＭＥＭＳスイッチ１はオフ状態のとき、リークが実質的に無く、チップ全体の消費電力を低減するのに、非常に有効である。
【００９０】
さらには、通常、トランジスタスイッチは、駆動電圧（ゲート電圧）がなければ、オン状態を保持しておくことが困難である。その結果として、低消費電力化のためのパワーゲーティングスイッチに対して、それを構成するトランジスタを動作せるために、電力を供給しなければならない。
これに対して、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１のように、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１であって、キャップ２０が可動構造１５を上側から押し付けて、接点部１６とポートとしての電極１２を機械的に接触させている構成であれば、オン状態を保持するための電力は不要になる。また、ＭＥＭＳスイッチ１は、可動構造１５が静電引力によってジッパー状に動くため、オフ状態にするための消費電力（駆動電圧）は低減されている。さらに、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１は、接点部１６が電極１２と非接触になれば、直ちにオフするので、そのスイッチング動作は速い。
【００９１】
また、トランジスタスイッチは半導体基板５０内に拡散層を有するため、その拡散層に起因した寄生容量・寄生抵抗が存在し、ＩＣの動作に対して遅延などの悪影響を及ぼす。これに対して、ＭＥＭＳスイッチ１は、オン抵抗が小さい、寄生容量が小さい及びデバイスの歪みがない、などの利点を有するため、ＩＣに及ぼす悪影響は小さい。
【００９２】
したがって、本実施形態のＭＥＭＳスイッチを、パワーゲーティングスイッチとして用いることは、非常に有効である。
【００９３】
図７を用いて、本実施形態のＭＥＭＳスイッチを用いたパワーゲーティング技術のより具体的な適用例について、説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチを用いたパワーゲーティング技術の適用例を説明するためのブロック図である。
【００９４】
図７（ａ）に示すように、パワーゲーティング技術においては、ＩＣチップ内の電源回路６１とＩＣチップを構成する回路ブロック６２との間に、複数のパワーゲーティングスイッチから構成されるスイッチマトリクス６０が、設けられる。尚、図７（ａ）中においては、１つの回路ブロックのみを図示しているが、１つのＩＣチップ内に複数の回路ブロックが含まれてもよいのはもちろんである。
【００９５】
電源回路６１は、電源電圧ＶＤＤを生成する。回路ブロック６２は、複数のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎから構成されている。
スイッチマトリクス６０を構成しているパワーゲーティングスイッチ１には、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１が用いられる。
【００９６】
電源電圧ＶＤＤは、スイッチマトリクス６０を経由して、複数の回路ブロック６３１〜６３ｎへそれぞれ供給される。
この際、スイッチマトリクス６０は、動作していない回路ブロック６３１〜６３ｎに電源電圧ＶＤＤが供給されないように、スイッチマトリクス６０内のＭＥＭＳスイッチ１のオン／オフを制御する。
【００９７】
図７（ａ）に示すように、２個以上のＭＥＭＳスイッチ１が直列接続された構成を用いて、電源回路６１と１つのサブ回路ブロック６３１〜６３ｎとを、それぞれ接続することが好ましい。これは、例えば、スティクションなどに起因して、１つのＭＥＭＳスイッチ１がオン状態からオフ状態へ切り替えられない不良が生じても、その不良のスイッチに直列接続された別のスイッチがオフにできれば、サブ回路ブロックへの電源電圧の供給を遮断できるからである。
【００９８】
また、図７（ａ）に示すように、２つの電流経路によって、電源回路６１と１つのサブ回路ブロック６３１〜６３ｎとを接続してもよい。このように、各サブ回路ブロック６３１〜６３ｎに接続される複数個のＭＥＭＳスイッチ１を並列に配置することによって、オン状態にならないＭＥＭＳスイッチ１が、電源回路６１とサブ回路ブロック６３１〜６３ｎとを接続する１つの経路内に存在した場合においても、正常なＭＥＭＳスイッチ１のオン／オフを制御して、並列接続された別の経路を経由して、電源回路６１から所定のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎに、電源電圧ＶＤＤを供給できる。
【００９９】
図７（ｂ）のように、回路ブロック６２内のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎの動作状況をモニタする電圧モニタ回路６６と、スイッチマトリクス６０の動作を制御するスイッチマトリクス制御回路６８をさらに具備してもよい。
【０１００】
図７（ｂ）に示される構成は、電圧モニタ回路６６によって、回路ブロック６２内のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎ内の電位をモニタし、スイッチマトリクス制御回路６８に、モニタした電圧をフィードバックできる。このような構成によって、各回路ブロック６３１〜６３ｎの動作状況と供給電源の有無とを互いに反映することで、スイッチマトリクス６０内の不良スイッチを、同定できる。そして、不良と同定されたスイッチは非選択とし、駆動させなければよい。または、不良スイッチを、スペアのスイッチに置き換えてもよい。
【０１０１】
以上のように、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１，２，３を、パワーゲーティングスイッチに用いることで、チップサイズの削減に貢献できると共に、回路ブロック６２の消費電力を低減できる。
【０１０２】
（ｂ） 回路
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１，２，３は、論理回路や記憶回路に適用できる。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、ＭＥＭＳスイッチを用いた回路の等価回路図を示している。
【０１０３】
ＭＥＭＳスイッチは、図８（ａ）に示す回路要素で示すことができる。図８（ａ）において、電位Ｖｇが印加される制御端子（ゲート）は、ＭＥＭＳスイッチの駆動電極に対応する。電流経路の一端及び他端Ｖｓ，Ｖｄは、ＭＥＭＳスイッチの２つのポートに対応する。
【０１０４】
ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチは、電位差がプルイン電位Ｖｐｉ以下のときにオンになり、電位差がプルイン電位Ｖｐｉより大きいときにオフになる。プルイン電位Ｖｐｉ以下の電位を“Ｌ”レベル、プルイン電位Ｖｐｉより大きい電位を“Ｈ”レベルとした場合、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチは、シリコンを用いたＰチャネルＭＯＳトランジスタと等価である。
【０１０５】
一方、ノーマリ・オフ型ＭＥＭＳスイッチは、電位差がプルイン電位Ｖｐｉ以下のときオフし、電位差がプルイン電位Ｖｐｉより大きいときオンする。つまり、ノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチは、シリコンを用いたＮチャネルトランジスタと等価である。
【０１０６】
それゆえ、本実施例で述べたノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１及びノーマリ・オフ型ＭＥＭＳスイッチ３を用いて、ＭＯＳトランジスタを用いた回路と等価な論理ゲートを構成することができる。
【０１０７】
例えば、図８（ｂ）に示されるように、ノーマリ・オン／オフ型のＭＥＭＳスイッチ１Ａ，３Ａを１つずつ用いて、ＣＭＯＳインバータ（ＮＯＴゲート）を構成できる。
【０１０８】
ＭＥＭＳスイッチを用いたインバータＭＩは、制御ゲート（駆動電極）が並列接続され、入力ノードとなる。また、インバータＭＩを構成する２つのＭＥＭＳスイッチの一端（第２のポート）が直列接続され、出力ノードとなる。
また、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチの他端（第１のポート）には、駆動電位Ｖｄｄが供給され、ノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチの他端（第１のポート）には、接地電位Ｖｓｓが供給される。
【０１０９】
このＭＥＭＳスイッチを用いたインバータＭＩの動作は、ＣＭＯＳインバータの動作と同様である。つまり、“Ｈ”レベル（例えば、電位Ｖｄｄ）又は“Ｌ”レベル（例えば、電位０Ｖ）の信号の一方が、インバータＭＩの入力ノードに入力される。その信号のレベルに応じて、一方のＭＥＭＳスイッチはオンになり、他方のＭＥＭＳスイッチはオフになる。オフしたＭＥＭＳスイッチは、オンしたＭＥＳスイッチに対して、負荷となる。その結果として、出力ノードｎ１から出力された信号は、入力された信号が反転した信号となる。
【０１１０】
上述のように、ＭＥＭＳスイッチ１Ａ，３Ａは、実質的にリークが無い。したがって、ＭＥＭＳスイッチを用いて、リークの非常に小さいリークレス・ロジックを実現できる。
【０１１１】
尚、ここでは、ＭＥＭＳスイッチをインバータ（ＮＯＴゲート）に適用した例を示したが、ノーマリ・オン／オフ型のＭＥＭＳスイッチを用いて、ＮＡＮＤゲートやＮＯＲゲートなど、他の回路（論理ゲート）を構成できるのはもちろんである。
【０１１２】
また、図８（ｃ）に示すように、ＭＥＭＳスイッチを用いて、記憶回路を構成することもできる。図８（ｃ）においては、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）が、ＭＥＭＳスイッチを用いて、構成されている。
【０１１３】
図８（ｃ）に示されるＳＲＡＭは、図８（ｂ）に示されるインバータＭＩが２個、つまり、４個のＭＥＭＳスイッチ１Ａ，１Ｂ，３Ａ，３Ｂから構成されている。
【０１１４】
インバータＭＩ１，ＭＩ２及び各ＭＥＭＳスイッチ１Ａ，１Ｂ，３Ａ，３Ｂの接続関係は、ＣＭＯＳインバータをフリップフロップ接続させて構成したＳＲＡＭと、同様である。すなわち、一方のインバータＭＩ１の入力ノードが、他方のインバータＭＩ２の出力ノードｎ２と接続され、他方のインバータＭＩ２の入力ノードが、一方のインバータの出力ノードｎ１に接続される。尚、ノードｎ１，ｎ２には、ワード線及び２つのビット線が、選択スイッチを介してそれぞれ接続されるが、図８（ｃ）中においては、その図示は省略している。
ワード線及びビット線の電位を制御して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＳＲＡＭに対して、データの書き込み及びデータの読み出しが実行される。
【０１１５】
ＭＥＭＳスイッチを用いたＳＲＡＭは、例えば、図７に示されるような回路ブロック６２内のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎの演算データを、一時的に退避させておくためのレジスタとして使用できる。上述のように、ＭＥＭＳスイッチは消費電力が小さいため、ＭＥＭＳスイッチを用いたレジスタ（ＳＲＡＭ）は、ＣＭＯＳインバータを用いたレジスタよりも消費電力を小さくできる。また、ＭＥＭＳスイッチは、半導体基板（チップ）上方に積層できるため、チップサイズを削減できる。また、ＭＥＭＳスイッチは、リークがほとんど無いので、データの保持特性（リテンション特性）が向上できる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態で述べたノーマリ・オン／オフ型のＭＥＭＳスイッチを、論理ゲートや記憶回路の構成素子に用いることで、消費電力の低減、チップサイズの削減及びデータ保持の安定化などに貢献できる。
【０１１７】
[第２の実施形態]
上述のように、ＭＥＭＳ構造及びそのＭＥＭＳ構造から構成されるスイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）は、様々なデバイスに適用できる。
図６乃至図８のほかに、ＭＥＭＳスイッチ（ＭＥＭＳ構造）は、ＥＳＤから各種の回路及び素子を保護するために用いられる素子、いわゆるＥＳＤ保護素子として用いることが期待されている。
以下では、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子について、説明する。
【０１１８】
（１） 実施例１
図９を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図９は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８が設けられたチップ（ＩＣ）を示すブロック図である。
【０１１９】
図９に示されるＥＳＤ保護素子６８は、例えば、図１に示されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１を用いている。ＥＳＤ保護素子６８は、ＥＳＤ保護の対象である回路ブロック６２を、ＥＳＤから保護する。尚、図９においては、１つの回路ブロック６２に対して、１つのＥＳＤ保護素子６８を接続しているが、１つの回路ブロック６２に対して、複数のＥＳＤ保護素子６８を接続してもよいのは、もちろんである。
【０１２０】
図９に示すように、回路ブロック６２の電流経路の一端は、例えば、ＩＣ６２内の入出力部７８（例えば、インバータ）は、信号線７２を経由して、パッド（入出力端子）７０に接続される。また、回路ブロック６２の電流経路の他端は、グランド線（低電位電源配線）７３に接続される。信号線７２には、入力又は出力信号に対応したシグナル電位が供給され、グランド線７３には、グランド電位が供給される。ＥＳＤが発生した場合、ＥＳＤパルスは、パッド７０から回路ブロック６２に向かって印加される。
【０１２１】
ＥＳＤ保護素子６８は、ＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）に並列に接続される。つまり、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１の一方の端子（第２のポート（Ｖｄ））は、ＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）とパッド７０とを接続する信号線７２に電気的に接続される。ＭＥＭＳスイッチ１の他方の端子（第１のポート（Ｖｓ））は、例えば、ＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）の他端と同じグランド線７３に電気的に接続される。尚、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８とＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）は異なるグランド線に接続されてもよい。
【０１２２】
図１に示されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１がＥＳＤ保護素子６８に用いられた場合、例えば、信号線７２から引き出された端子（パッド）に電極が接続され、その電極に接点部１６が接触／非接触し、可動構造１５及びアンカー１４が回路ブロック６２と共通のグランド線７３に接続される。このため、グランド線７３がＭＥＭＳスイッチの一方の電極（第１のポート）に対応し、信号線７２がＭＥＭＳスイッチの他方の電極（第２のポート）に対応する。また、キャップ２０が、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１の動作を制御する制御端子（ゲート）となり、駆動電位Ｖｇが供給される。
【０１２３】
図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８の動作は、以下のようになる。尚、ＭＥＭＳスイッチ１の動作は、図３を用いて説明したため、詳細な説明は省略する。
【０１２４】
回路ブロック６２が非アクティブのとき、つまり、回路ブロック６２に電源電圧が供給されていないとき、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１は、オン状態にされる。それゆえ、パッド７０は、ＭＥＭＳスイッチ１の２つのポートを経由して、グランド線７５と接続される。
【０１２５】
ＥＳＤパルスがパッド７２に入力された場合、ＥＳＤパルスはＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１に印加される。即ち、ＥＳＤパルスは、信号線７２に電気的に接続された接点部１６から、可動構造１５及びアンカー１４を経由して、グランド線７３に放出される。
【０１２６】
したがって、ＥＳＤに起因した過大な破壊電圧・電流は、回路ブロック６２内には印加されず、回路ブロック６２がＥＳＤパルスによって破壊されることはない。
【０１２７】
一方、回路ブロック６２がアクティブのとき、つまり、回路ブロック６２に電源電圧が供給されているとき、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１は、その制御端子（キャップ２０）に駆動電位Ｖｇが供給され、オフ状態にされる。これによって、ＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２から電気的に分離された状態となる。
【０１２８】
以上のように、本例のＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子は、ＩＣチップ（回路ブロック）の非アクティブ時にオン状態を保持し、ＩＣチップ（回路ブロック）のアクティブ時にオフ状態を保持する。
【０１２９】
本例のように、例えば、図１に示されるような、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１をＥＳＤ保護素子６８に用いた場合、ＭＥＭＳスイッチ６２のゲートに駆動電圧が供給されていないときにオン状態となっている。つまり、チップ全体が電源から電気的に分離されているときであっても、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１はオン状態を保持できる。
ＥＳＤパルスは、チップを回路基板に実装する工程や、半導体デバイスをテストする工程中における、チップの構成部材の静電気帯電によって、発生する可能性が高い。これに対して、パッケージされたチップが電子機器に組み込まれた状態では、ＥＳＤパルスによるＩＣチップ（回路ブロック６２）の破壊は、大きく低減する。チップ及び電子機器に電源電圧が供給されているときは、ＥＳＤパルスによるチップの破壊は、さらに低減する。つまり、ＥＳＤパルスは、ＩＣチップ（回路ブロック６２）に電源電圧が供給されていないときに、発生する可能性が高い。
【０１３０】
このように、ＥＳＤパルスは、ＩＣチップ及びそれを構成している回路ブロック６２が電源から電気的に分離されているときに生じやすいので、図１に示されるような、オン状態を保持するための電源電圧が不要なノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１を、ＥＳＤ保護素子１に用いることは、非常に有効である。これにともなって、ＥＳＤパルス発生時に、ＭＥＭＳスイッチ１はスイッチング動作を必要としないので、ＭＥＭＳスイッチのスイッチング及びその速度が、ＥＳＤ保護に悪影響を及ぼすことは無い。
【０１３１】
また、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、半導体基板内に形成されるＰＮ接合（拡散層）を含まないため、抵抗やダイオード、トランジスタを用いたＥＳＤ保護素子よりも、寄生容量が小さい。そして、回路ブロック６２のアクティブ時には、ＭＥＭＳスイッチ１はオフ状態であり、ＭＥＭＳスイッチ１は信号線７２から電気的に分離されている。
したがって、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、寄生容量やリークに起因する回路ブロック６２の配線遅延を引き起こさず、回路ブロック６２に対するデータやコマンドの入出力を高速化できる。
【０１３２】
また、オフ状態のＭＥＭＳスイッチ１は実質的にリークが無い。このため、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２に対する電源電圧の降下を引き起こすことも無い。さらに、図１のＭＥＭＳスイッチ１は静電駆動方式であるので、オフ状態を保持するための駆動電位も低い。それゆえ、チップ全体としての消費電力の顕著な増加を引き起こさない。
【０１３３】
以上のように、ＭＥＭＳスイッチ１をＥＳＤ保護素子６８として用いることで、低消費電力かつ回路ブロック６２の性能を劣化させることなく、回路ブロック６２がＥＳＤによって破壊されるのを防止できる。したがって、高性能且つ低消費電力なＭＥＭＳ構造のＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１３４】
尚、本例のＥＳＤ保護素子６８は、ＨＢＭ（Human Body Model）、ＭＭ（Machine Model）及びＣＤＭ（Charged Device Model）の全てのＥＳＤに対して、有効である。
【０１３５】
（２） 実施例２
図１０を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１０は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８及びＥＳＤ保護対象回路のより具体的な構成を示すブロック図である。
【０１３６】
図１０に示すように、回路ブロック６２には、パッド７１，７４を介して、電源電位ＶＤＤ及び接地電位ＶＳＳがそれぞれ供給される。
【０１３７】
電源電位ＶＤＤと接地電位ＶＳＳ間には、ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子６８Ｘが、設けられる。これは、電源電圧ＶＤＤと接地電位Ｖｓｓの間に、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子を設けた場合、オン状態のＭＥＭＳスイッチによって電源電位−接地電位間がショートし、ＭＥＭＳスイッチをオフさせる電位が生成できない場合があるからである。
【０１３８】
ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子６８Ｘは、電源電圧が供給されるパッド７１と接地電位が供給されるパッド７４との間に、直列に接続される。ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子６８Ｘは、例えば、ダイオードである。このダイオード６８Ｘは、カソードがパッド（電源端子）７１に接続され、アノードがパッド（接地端子）７４に接続される。但し、このＥＳＤ保護素子６８Ｘは、ダイオードに限定されず、トランジスタを用いたＥＳＤ保護素子でもよいのは、もちろんである。
本例では、電源電位ＶＤＤと接地電位ＶＳＳとの間に、ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子（本例では、ダイオード）が設けられている。このＥＳＤ保護素子６８Ｘの寄生容量はＭＥＭＳスイッチの寄生容量よりも大きいが、電源電位ＶＤＤが供給される配線及び接地電位ＶＳＳが供給される配線自体の寄生容量が大きいため、そのＥＳＤ保護素子６８ＸがＩＣチップ（回路ブロック６２）の動作に及ぼす影響は小さい。
【０１３９】
パワーオン検知回路６７Ａは、電源電位ＶＤＤが供給されるパッド７１に接続される。パワーオン検知回路６７Ａは、チップ（回路ブロック６２）に対する電源電位ＶＤＤの投入状況を検知し、それに応じて、パワーオン検知信号ＳＰＯを電位生成回路６６に出力する。
【０１４０】
電位生成回路６７Ｂは、パワーオン検知回路６７Ａに接続されている。電位生成回路６７Ｂは、パワーオン検知信号ＳＰＯに基づいて、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１の駆動電位Ｖｇを生成する。
【０１４１】
ＥＳＤ保護素子６８としてのノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１は、例えば、図１に示される構造を有するＭＥＭＳスイッチである。ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１の制御端子（キャップ２０）は、電位生成回路６７Ｂに接続される。
ＭＥＭＳスイッチ１の一端（第２のポート）は、信号の入出力用のパッド７０と回路ブロック６２内の入出力部との電流経路（信号線）に接続され、ＭＥＭＳスイッチ１の他端（第１のポート）は、パッド７４に接続される。
【０１４２】
図１０に示すように、ダイオード（ＥＳＤ保護素子）６８Ｘが電源電位ＶＤＤと接地電位Ｖｓｓとの間に接続されることによって、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８による２つの電源間のショートは無くなる。よって、ＩＣチップ（回路ブロック６２）と共通の電源電位ＶＤＤを用いて、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチの動作（オン／オフ）を制御できる。
【０１４３】
図１０に示されるＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子を含むチップの動作は、次のようになる。尚、電源電位が投入される前、つまり、チップが非アクティブのとき、ＥＳＤ保護素子のＭＥＭＳスイッチのオン状態であり、これは、図９で述べた動作と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１４４】
パワーオン検知回路６７Ａは、ＩＣチップ（回路ブロック６２）に配線（高電位電源配線）を介して、電源が投入されるのを検知すると、パワーオン検知信号ＳＰＯを、電位生成回路６７Ｂに出力する。電源電位ＶＤＤの投入により、ＩＣチップ（回路ブロック６２）はアクティブになる。
パワーオン検知信号が入力された電位生成回路６６は、ＭＥＭＳスイッチの駆動電位Ｖｇを生成する。そして、生成された電位Ｖｇは、ＭＥＭＳスイッチ１の制御端子に供給される。尚、駆動電位Ｖｇの大きさは、電源電位ＶＤＤと同じ大きさでもよいし、異なる大きさでもよい。
【０１４５】
生成された電位Ｖｇによって、ＥＳＤ保護素子６８としてのノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１は、オフ状態になる。つまり、ＭＥＭＳスイッチ１が、信号線７２から電気的に分離される。これによって、信号の入出力が、回路ブロック６２と７０パッドとの間で実行されるようになる。
【０１４６】
以上のように、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８のオン／オフ動作が制御される。
【０１４７】
上述のように、図１に示されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１は、そのオン状態を保持するための電位は不要であり、そのオフ状態を保持するための電位も小さい。それゆえ、消費電力が小さいＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１４８】
また、図１０に示される構成であれば、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１Ｘ，１Ｙは、オフ状態における寄生容量をさらに低減でき、素子及びＩＣチップ（回路ブロック６２）に対するひずみも生じない。それゆえ、本例のように、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８をチップに搭載した構成によれば、高速ＩＣ、高速メモリ及びＲＦ−ＣＭＯＳチップに対して、特に、有効となる。
【０１４９】
したがって、図９を用いて説明したＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８と同様の効果が得られ、高性能且つ低消費電力なＭＥＭＳ構造のＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１５０】
（３） 実施例３
（ａ） 構造
図１１及び図１２を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１１は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８の平面図を示し、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の断面図を示している。
【０１５１】
図９及び図１０に示されるＥＳＤ保護素子６８に用いられるＭＥＭＳスイッチは、ノーマリ・オン型であればよく、図１に示されるＭＥＭＳスイッチに限定されない。例えば、図１１及び図１２に示されるように、アクチュエータ９によって駆動されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ４を、ＥＳＤ保護素子６８に用いてもよい。
【０１５２】
図１１及び図１２に示されるＥＳＤ保護素子６８は、図９に示されるＥＳＤ保護素子と同様に、静電駆動方式のノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ４を用いている。このＭＥＭＳスイッチは、アクチュエータ９によって、オン状態又はオフ状態に駆動される。
【０１５３】
図１１及び図１２を用いて、ＭＥＭＳスイッチの構造について、説明する。
【０１５４】
基板１００上には、ＥＳＤ保護対象回路である回路ブロック６２、各種の配線７２，７３，３５、パッド７０，７４，７６及びＭＥＭＳスイッチ４を用いたＥＳＤ保護素子が設けられている。配線（信号線）７２には、パッド（入出力端子）７０を介して、シグナル電位Ｖｓｉｇが供給される。また、配線（グランド線）７３には、パッド（接地端子）７４を介して、グランド電位Ｖｇｎｄが供給される。
【０１５５】
可動構造９０を構成する梁の部分は、トーションバー９３Ａ，９３Ｂを介して、アンカー９４Ａ，９４Ｂに接続される。可動構造９０、トーションバー９３Ａ，９３Ｂ及びアンカー９４Ａ，９４Ｂは、導電体が用いられる。
【０１５６】
２つのアンカー９４Ａ，９４Ｂのうち、一方のアンカー９４Ａは、配線７３を介して、パッド７４に接続される。グランド線７３及び接地端子７４が、ＭＥＭＳスイッチの一方の電極（第１ポート）に対応する。他方のアンカー９４Ｂは、ダミー配線上に配置されている。尚、接地端子４は、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）と回路ブロック６２とで共有してもよいし、それぞれ別途に設けてもよい。
【０１５７】
可動構造９０の信号線７２側の先端部には、接点部９１が設けられている。
接点部９１は、信号線７２上方に配置され、信号線７２に向かって反っている。接点部９１の平面形状は、例えば、先端が尖った形状になっており、かぎ爪形状を有している。このような平面形状により、接点部９１の接触抵抗を低減でき、ＭＥＭＳスイッチのロスを低減できる。尚、接点部９１の個数は、１個であってもよいし、２個以上であってもよい。
【０１５８】
接点部９１の材料は、例えば、可動構造と同じ導電体が用いられる。但し、ＭＥＭスイッチをＥＳＤ保護素子に適用する場合、接点部９１の材料は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及びアルミニウムを含む合金を用いてもよい。Ａｌ及びその合金は、その表面に自然酸化膜が形成されるが、ＥＳＤパルスによるストレス電圧によって、自然酸化膜がブレイクダウン（絶縁破壊）されるフリッティング（Fritting）現象が生じる。この現象によって、接点部９１と電極（配線）とのオーミック接触が実現される。これから示唆されるように、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＩＣチップが非アクティブ状態時において、完全にオン状態となっている必要はない。すなわち、チップが非アクティブ状態において、ＥＳＤパルスが印加されたときに、ＭＥＭＳスイッチ（ＥＳＤ保護素子６８）が直ちにオンするような低インピーダンス状態になっていればよい。これと同様の理由により、チップが非アクティブ状態時に、接点部９１が電極（信号線９２）からわずかに離れた状態であっても、ＥＳＤパルスが印加されたときに、接点部９１が電極（信号線９２）に直ちに接触して、ＭＥＭＳスイッチ４がオン状態となればよい。
但し、ＩＣチップのアクティブ状態時の寄生容量を低減するために、チップのアクティブ時における接点部９１と電極（信号線９２）との間隔は、非アクティブ状態時の接点部９１と電極との間隔よりも大きくなっている必要がある。これは、ＩＣチップのアクティブ状態のとき、ＭＥＭＳスイッチは高インピーダンス状態になっていることを意味する。
以上のことから、ＥＳＤ保護素子６８として機能するＭＥＭＳスイッチの必要条件は、ＩＣチップ（又は回路ブロック）がアクティブのときに、高インピーダンス状態であり、ＩＣチップが非アクティブのときに、低インピーダンス状態となっていることである。
【０１５９】
図１１に示される例においては、信号線７２が、ＭＥＭＳスイッチ４の電極（第２のポート）として機能する。尚、第２のポートとして機能する電極（端子）は、信号線７２から別途に引き出された電極でもよく、その引き出された電極と接点部９１とが接触する構造であればよい。
【０１６０】
接点部９１の反りは、可動構造（梁）９０上の調整膜９５によって、実現される。調整膜９５は、例えば、絶縁体が用いられ、接点部９１を覆うように設けられる。調整膜９５は、可動構造９０及び接点部９１よりも大きな圧縮性の内部応力を有する。この調整膜９５と接点部９１との応力差により、接点部９１（可動構造９２の先端）は下側に反る。尚、調整膜９５が接点部９１に圧縮性の内部応力を与えることができれば、調整膜９５の材料は、絶縁体に限定されない。
【０１６１】
静電アクチュエータ９は、可動構造９０の接点部９１側と反対側の端部に設けられている。静電アクチュエータ９は、２つのバネ構造９７Ａ，９７Ｂ、上部電極９８Ａ及び下部電極９８Ｂを有している。
上部電極９８Ａは、２つのバネ構造９７Ａ，９７Ｂを介して、可動構造９０に接続される。上部電極９８Ａの材料は、例えば、導電体である。
バネ構造９７Ａ，９７Ｂが導電体からなるとき、上部電極９８Ａに供給される電位Ｖｓａは、可動構造９０を経由して、グランド線７３から供給される。それゆえ、上部電極９８Ａの電位Ｖｓａは、グランド線７３の電位Ｖｇｎｄと実質的に同じ大きさになっている。
【０１６２】
下部電極９８Ｂは、基板１００上に設けられる。下部電極９８Ｂ表面には、絶縁膜７９が設けられ、この絶縁膜７９を介して、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとが接触する。
【０１６３】
下部電極９８Ｂは、配線７５を介して、パッド７６に接続される。パッド７６には、アクチュエータ９を駆動させるための電位Ｖｇａが、供給される。下部電極９８Ｂの材料は、例えば、配線７５と同じ材料（導電体）が用いられる。
静電アクチュエータ９の上部電極９８Ａ上には、絶縁膜９９が設けられる。これは、上部電極９８Ａを下部電極９８Ｂ側に傾斜させて、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの間隔を狭くし、アクチュエータ９の駆動電圧を低減するためである。この場合、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの間隔は、可動構造９０側に近づくにつれて、広くなっている。
【０１６４】
トーションバー９３Ａ，９３Ｂからバネ構造９７Ａ，９７Ｂに至る部分（以下、バネ部と呼ぶ）９６において、バネ部９６のバネ定数（バネ定数ｋ１）は、バネ構造９７Ａ，９７Ｂのバネ定数（バネ定数ｋ２）よりも大きい。バネ部９６のバネ定数ｋ１を大きくするため、例えば、ダミーメタル７９が、可動構造９０下方の基板１００上に、設けられる。
【０１６５】
アクチュエータ９は、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの電位差（｜Ｖｇａ−Ｖｓａ｜）によって生じる静電引力によって、可動構造９０を動かす。
【０１６６】
本例におけるＭＥＭＳスイッチ４は、アクチュエータが駆動していないとき、すなわち、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの電位差が実質的に０Ｖのとき、接点部９１と電極（ポート）としての信号線とが接触している。このとき、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）はオン状態である。また、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂが、アクチュエータのプルイン電圧Ｖｐｉａより大きくなったとき、接点部９１が信号線から電気的に分離される。このとき、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）はオフ状態になる。
【０１６７】
このように、本例のＭＥＭＳスイッチ４は、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチである。
【０１６８】
（ｂ） 動作
図１２を用いて、本例のＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の動作について、説明する。図１２（ａ）は、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）がオン状態であるときの、断面構造を示し、図１２（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）がオフ状態であるときの断面構造を示している。尚、チップ全体としての動作は、図９及び図１０を用いて説明した例と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１６９】
図１２（ａ）に示すように、ＩＣチップ（回路ブロック６２）が非アクティブのとき、アクチュエータ９を構成している上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの電位差（｜Ｖｇａ−Ｖｓａ｜）は、実質的に０Ｖにされる。それゆえ、接点部９１が下向きに沿っているため、接点部９１が信号線７２と接触している。つまり、ＭＥＭＳスイッチ５は、駆動電位が無くとも、オン状態に保持される。尚、接点部９１が信号線９２からわずかに離れた状態であってもよい。これは、ＥＳＤパルスが信号線７２を流れると、信号線７２と接点部９１との電位差により、静電引力が信号線７２と接点部９１との間に発生し、ＭＥＭＳスイッチ５がオンするためである。
【０１７０】
ＥＳＤによって、信号線７３の電位Ｖｓｉｇがグランド線の電位Ｖｇｎｄよりも非常に大きくなると、ＥＳＤパルスが発生する。本実施例では、ＭＥＭＳスイッチ４がオン状態（低インピーダンス状態）であり、信号線７２とグランド線７３とは導通している。このため、発生したＥＳＤパルス及びそれに起因する電流は、接点部９１、可動構造９０及び、トーションバー９３Ａ，９３Ｂを経由して、信号線７２からグランド線７３へ放出される。
それゆえ、ＥＳＤパルスは、回路ブロック６２内へ流れ込むことなく、グランド端子７４へ放出される。
【０１７１】
図１２（ｂ）に示すように、回路ブロック６２がアクティブのとき、接点部９１と信号線７２とが非接触である状態、つまり、ＭＥＭＳスイッチ４がオフ状態にされる。この具体的な動作は、以下のとおりである。
下部電極９８Ｂに、パッド７６及び配線７５を経由して、アクチュエータ９の駆動電位Ｖｇａが供給される。一方、上部電極９８Ａには、電位Ｖｓａ（例えば、電位Ｖｇｎｄ）が供給される。
【０１７２】
上記のように、バネ部９６のバネ定数ｋ１は、バネ構造９７Ａ，９７Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きい。このため、静電アクチュエータ９の上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの間の電位差（｜Ｖｇａ−Ｖｓａ｜）が、上部電極９８Ａが下部電極９８Ｂ側へ引き寄せられるアクチュエータ９のプルイン電位Ｖｐｉａより大きくなると、バネ構造９７Ａ，９７Ｂがバネ部９６よりも大きく変形し、トーションバー９３Ａ，９３Ｂを回転軸として、接点部９１がシーソー状に浮き上がる。これによって、ＭＥＭＳスイッチ４は、オフ状態になる。このように、ＭＥＭＳスイッチ４を用いたＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２のアクティブ時にオフ状態（高インピーダンス状態）にされる。
【０１７３】
以上のように、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチ４は、ＩＣチップ（回路ブロック６２）の非アクティブ時にオンにされ、ＩＣチップ（回路ブロック６２）のアクティブ時にオフにされる。
【０１７４】
図１１及び図１２用いて説明したように、ＥＳＤ保護素子６８に用いたノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ４の構造及び具体的な動作は、図１及び図９を用いて説明したＥＳＤ保護素子６８に用いたノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチと異なる。
【０１７５】
しかし、本例においても、ＥＳＤ保護素子に用いるＭＥＭＳスイッチは、ノーマリ・オン型であり、静電駆動方式によって動作する。それゆえ、本例のＭＥＭＳスイッチ４を用いたＥＳＤ保護素子においても、そのオン状態を保持するのに駆動電位は不要であり、且つ、そのオフ状態を保持するための消費電力は小さい。
したがって、図１及び図９を用いて説明したＥＳＤ保護素子６８と同じ効果が得られ、高性能且つ低消費電力なＭＥＭＳ構造のＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１７６】
（４） 実施例４
図１３を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１３に示されるＥＳＤ保護素子６８には、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ５が用いられている。但し、このＭＥＭＳスイッチ５は熱駆動方式であることが、実施例１及び２に示されるＭＥＭＳスイッチと異なっている。
【０１７７】
（ａ） 構造
図１３（ａ）は、本例のＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８の平面図を示し、図１３（ｂ）は、本例のＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子の断面構造を模式的に示している。
【０１７８】
図１３に示されるＭＥＭＳスイッチ５において、可動構造８０は、Ｖ字状の平面形状を有している。このＶ字状の先端が、接点部８１となる。
Ｖ字形状の先端部（接点部８１）から２つの方向に分かれた部分のそれぞれには、アンカー８２Ａ，８２Ｂが接続されている。可動構造８０は、２つのアンカー８２Ａ，８２Ｂによって支持される。可動構造８０及びアンカー８２Ａ，８２Ｂは、導電体から構成されている。
【０１７９】
アンカー８２Ａは、グランド線７３上に配置される。このアンカー８２Ａには、パッド７５を経由して、グランド電位Ｖｇｎｄが供給される。
アンカー８２Ｂは、配線７４上に配置される。このアンカー８２Ｂには、パッド７６を経由して、ＭＥＭＳスイッチ５の駆動電位Ｖｇが供給される。
接点部８１は、Ｖ字形状の可動構造８０の先端部に設けられ、信号線７２上方に配置されている。接点部８１の平面形状は、その先端が尖っており、かぎ爪形状を有している。また、接点部は信号線７２側（下側）に向かって、沿っている。この接点部８１の反りは、可動構造８０上面上に設けられた調整膜８５によって、得られている。調整膜８５は、可動構造８０の内部応力よりも大きな圧縮性の内部応力を有している。
また、上記のように、本例のＭＥＭＳスイッチ４は、熱駆動型である。それゆえ、可動構造９０及び接点部９１は、調整膜８５の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料が用いられる。尚、一般に、導電体の熱膨張係数は、絶縁膜の熱膨張率よりも大きい。本例において、調整膜８５は絶縁体が用いられているが、調整膜８５の内部応力及び熱膨張率が、可動構造８０及び接点部８１の内部応力及び熱膨張率に対する上記の条件を満たしていればよい。
【０１８０】
本例の熱駆動方式のノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ５は、２つのアンカー８２Ａ，８２Ｂ間の電位差（｜Ｖｇ−Ｖｇｎｄ｜）を所定の電位より大きく設定することで、可動構造８０内に電流を流し、電流に起因した熱的な作用によって、ＭＥＭＳスイッチ５をオフにする。尚、このＭＥＭＳスイッチ５は、２つのアンカー８２Ａ，８２Ｂ間の電位差を実質的に０Ｖに設定することで、オン状態にされる。
【０１８１】
（ｂ） 動作
図１３（ｂ）を用いて、本例のＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８の動作について、説明する。尚、図１３（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチ５のオン／オフ状態時の断面構造を模式的に示している。尚、チップ全体としての動作は、図９及び図１０を用いて説明した例と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１８２】
図１３（ｂ）に示すように、ＩＣチップ（回路ブロック６２）が非アクティブのとき、本例のＭＥＭＳスイッチ５は、調整膜８５の内部応力に起因した接点部８１の反りによって、信号線７２と接点部８１が接触している。そのため、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）は、駆動電位が無くとも、オン状態になっている。
そして、ＥＳＤパルスが信号線７３に供給された場合、ＥＳＤパルスは、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ５を経由して、グランド線７３に放出される。したがって、ＩＣチップ（回路ブロック６２）が、ＥＳＤパルスによって破壊されることはない。
【０１８３】
ＩＣチップ（回路ブロック６２）がアクティブのとき、図１３（ａ）に示されている２つのパッド７５，７６間に、ある所定の値以上の電位差（｜Ｖｇ−Ｖｇｎｄ｜）が供給される。すると、電流Ｉａが、可動構造８０内に流れ、この電流Ｉａによって、可動構造８０は発熱する。
【０１８４】
可動構造８０の熱膨張率が、調整膜８５の熱膨張率よりも大きいと、可動構造８０は、その熱膨張率の違いにより、調整膜８５に起因する圧縮性の内部応力を打ち消すような形状変化を起こす。この熱膨張による形状変化によって、可動構造８０は信号線７２に対して上側に動き、接点部８１が信号線７２と非接触になる。
【０１８５】
また、上記のように、ＥＳＤパルスは、チップの製造工程中における発生確率が高く、ＩＣチップ（回路ブロック６２）の実使用時における発生確率は非常に低い。このため、製造工程後に、ＭＥＭＳスイッチ５に過大な電流を流し、可動構造８０を加熱によって不可逆的に塑性変化させて、ＭＥＭＳスイッチ５のオフ状態を保持させてもよい。これによれば、ＭＥＭＳスイッチ５のオフ状態を保持するために、駆動電位が不要となり、オン状態時（ＥＳＤ保護時）の低消費電力化に加え、ＭＥＭＳスイッチ５のオフ状態時においても、消費電力を低減できる。また、ＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＩＣチップ（回路ブロック６２）から完全に電気的に分離されるため、実使用時のＩＣチップに対して悪影響を及ぼさない。
【０１８６】
このように、ＩＣチップ（回路ブロック６２）がアクティブのとき、可動構造８０が形状変化する電流を、可動構造の一端（アンカー８２Ｂ）から他端（アンカー８２Ａ）へ流し、ＭＥＭＳスイッチをオフにする。これによって、ＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２から電気的に分離される。
【０１８７】
本例のように、熱駆動方式のノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８においても、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチ５は、ＩＣチップ（回路ブロック６２）の非アクティブ時にオンにされ、ＩＣチップ（回路ブロック６２）のアクティブ時にオフにされる。
したがって、上述の実施例１及び２と同様の効果が得られ、高性能且つ低消費電力のＭＥＭＳ構造を用いたＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１８８】
（５） 実施例５
図１４を用いて、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１４は、本例のＥＳＤ保護素子６８の構成を示すブロック図である。
【０１８９】
図９乃至図１３を用いて説明した例においては、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子によって、トランジスタから構成されるＩＣを、ＥＳＤパルスから保護する構成について説明した。但し、各実施例のＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子は、ＭＥＭＳ素子をＥＳＤから保護するのに用いてもよいのは、もちろんである。
例えば、図１４においては、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９を、ＥＳＤ保護の対象としている。
【０１９０】
ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９の一端には、信号線７２が接続され、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９の他端には、グランド線７３が接続される。そして、ＥＳＤ保護素子６８がＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９に対して並列接続されるように、ＥＳＤ保護素子６８の一端及び他端が、信号線７２及びグランド線７３にそれぞれ接続される。
【０１９１】
ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９が非アクティブのとき、オン状態となっている。また、そのＥＳＤ保護素子６８は、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９がアクティブのとき、オフ状態にされる。
【０１９２】
この場合においても、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＭＥＭＳ素子６９をＥＳＤ保護対象回路として、ＥＳＤパルスから回路を保護できる。したがって、本例においても、実施例１乃至４と同様に、高性能且つ低消費電力のＭＥＭＳ構造を用いたＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１９３】
尚、本例においては、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチをＥＳＤ保護の対象としたが、他のＭＥＭＳ構造を用いたデバイスでも同様の効果が得られるのはもちろんである。また、本例において、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチは、図１１及び図１３に示すＭＥＭＳスイッチ４，５を用いてもよいのは、もちろんである。
【０１９４】
（６） まとめ
以上のように、本発明の第２の実施形態において、実施例１乃至５で述べたように、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチがＥＳＤ保護素子に適用される。
そして、ＥＳＤ保護の対象となる回路（ＩＣやＭＥＭＳ回路）に電源電圧が供給されていないとき（非アクティブ時）、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチは、オン（低インピーダンス状態）にされる。一方、ＥＳＤ保護の対象となる回路に電源電圧が供給されているとき（アクティブ時）、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチは、オフ（高インピーダンス状態）にされる。
【０１９５】
これによって、ＥＳＤパルスが発生する確率が高い、回路の非アクティブ時において、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８は、駆動電位を必要とせずに、オン状態を保持できる。この場合、ＭＥＭＳスイッチはオン状態を保持しているので、スイッチングによる悪影響も無い。
【０１９６】
また、ＥＳＤ保護の対象となる回路のアクティブ時において、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８はオフ状態にする。ＭＥＭＳスイッチは実質的にリークが無いので、ＥＳＤ保護素子をＩＣチップ（回路ブロック）からほぼ完全に電気的に分離でき、回路に対する電圧降下及び遅延の発生を低減できる。
【０１９７】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、ＥＳＤ保護素子の消費電力を低減でき、且つ、回路に対する悪影響も低減できる。
【０１９８】
したがって、高性能且つ低消費電力のＭＥＭＳ構造を用いたＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１９９】
［その他］
本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】ＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図及び断面図。
【図２】ＭＥＭＳスイッチの製造工程を示す断面図。
【図３】図１のＭＥＭスイッチの動作を説明するための図。
【図４】ＭＥＭＳスイッチの構造及び動作を説明するための図。
【図５】ＭＥＭＳスイッチの構造及び動作を説明するための図。
【図６】ＭＥＭＳスイッチの適用例を説明するための図。
【図７】ＭＥＭＳスイッチの適用例を説明するための図。
【図８】ＭＥＭＳスイッチの適用例を説明するための図。
【図９】ＥＳＤ保護素子の構成例を説明するための図。
【図１０】ＥＳＤ保護素子の構成例を説明するための図。
【図１１】ＥＳＤ保護素子の構造を説明するための図。
【図１２】ＥＳＤ保護素子の構造及び動作を説明するための図。
【図１３】ＥＳＤ保護素子の構造及び動作を説明するための図。
【図１４】ＥＳＤ保護素子の構成例を説明するための図。
【符号の説明】
【０２０１】
１〜５，１Ｘ，１Ｙ：ＭＥＭＳスイッチ、９：アクチュエータ、１０，１００：基板、１１〜１３，９８Ａ，９８Ｂ：電極、１４，８２Ａ，８２Ｂ，９４Ａ，９４Ｂ：アンカー、１５，８０，９０：可動構造、１６，８１，９１：接点部、１７，１７Ａ，１７Ｂ：凸部、１８，１８Ａ，１８Ｂ，８５，９５：調整膜、２０，２０Ａ，２５Ａ，２９：キャップ、４０，４１：犠牲層、６０：スイッチマトリクス、６１：電源回路、６２：回路ブロック、６３１〜６３ｎ：回路ブロック、６４：電圧モニタ回路、６６：スイッチマトリクス制御回路、６７Ａ：パワーオン検知回路、６７Ｂ：電位生成回路、６８，６８Ｘ：ＥＳＤ保護素子、６９：ＲＦ−ＭＥＭＳ素子、７０，７４，７６：パッド、７２：信号線、７３：グランド線、７４，７５：配線、９３Ａ，９３Ｂ：トーションバー、９６：バネ部、９７Ａ，９７Ｂ：バネ構造。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ及びＥＳＤ保護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）を用いたデバイスとしては、主に、可変容量、スイッチ、加速度センサ、圧力センサ、ＲＦ(radio frequency)フィルタ、ジャイロスコープ、ミラーデバイスなどが、研究及び開発されている。
【０００３】
これらの中で、ＭＥＭＳスイッチは、オフ時のリークがないので、チップの消費電力（消費電流）の削減に効果的である。また、ＭＥＭＳスイッチは、半導体集積回路（ＩＣ：Integrated circuit）を構成する配線層上に形成できるので、例えば、ＣＭＯＳインバータのように、ウェハ（チップ）表面に形成される素子及び回路を、スイッチとして用いる場合に比較して、チップ面積を削減できる。
【０００４】
それゆえ、ＭＥＭＳスイッチを“パワーゲーティング”という手法に用いる技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。パワーゲーティングとは、半導体集積回路（ＩＣ）の消費電力を削減する技術である。この技術は、未使用の回路ブロックへの電源供給を、スイッチ（以下、パワーゲーティングスイッチと呼ぶ）で遮断することにより、リークによる電力の消費を抑制する。
このようなパワーゲーティングスイッチとして、ＭＥＭＳスイッチを回路ブロックと電源との間に設け、消費電力の低減が図られる。
【０００５】
非特許文献１では、熱駆動型のＭＥＭＳスイッチが、パワーゲーティングスイッチとして用いられている。熱駆動型のＭＥＭＳスイッチは、低電圧で動作するという利点を有する。その一方で、熱駆動型のＭＥＭＳスイッチは、駆動電流が大きく、その結果として、消費電力が大きくなってしまう。さらに、熱駆動型のＭＥＭＳスイッチは、他の駆動型のＭＥＭＳスイッチよりサイズが大きい、スイッチングの速度が遅い、という問題もある。
【０００６】
また、ＭＥＭＳスイッチを回路ブロックと外部（電源，パッド）との間に介在させるという観点から、ＭＥＭＳスイッチをＥＳＤ（electrostatic discharge）保護素子に用いることも期待されている。これに関しても、パワーゲーティング技術と同様の問題が、懸念される。
【非特許文献１】A. Raychowdhury, Jeong Il Kim, D. Peroulis, K. Roy,“Integrated MEMS Switches for Leakage Control of Battery Operated Systems”,Porc. IEEE 2006 Custom Integrated Circuits Conference (CICC), pp.457-460
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、消費電力が小さいスイッチ及びＥＳＤ保護素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の例に関わるスイッチは、基板上に設けられた第１及び第２の電極と、前記第１の電極上に設けられたアンカーと、前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、前記可動構造上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる調整膜と、前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記調整膜に接触し、駆動電極として機能するキャップと、を備える。
【０００９】
本発明の例に関わるスイッチは、基板上に設けられた第１及び第２の電極と、前記基板上に設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられる第３の電極と、前記第１の電極上に設けられるアンカーと、前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、前記可動構造上面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる第１の調整膜と、前記可動構造底面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記可動構造を前記第３の電極に向かって反らせ、前記第３の電極と接触する第２の調整膜と、前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記第１の調整膜に接触するキャップと、を備える。
【００１０】
本発明の例に関わるＥＳＤ保護素子は、ＩＣチップの基板上に設けられ、ＥＳＤ保護対象である回路とパッドをつなぐ配線に接続される第１の端子と、前記基板上の前記第１の端子と電源配線との間に設けられ、可動構造を有するスイッチと、を具備し、前記ＩＣチップが非アクティブのとき、前記スイッチが低インピーダンス状態になり、前記ＩＣチップがアクティブのとき、前記スイッチが高インピーダンス状態になる、ことを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の例によれば、消費電力が小さいスイッチ及びＥＳＤ保護素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の例の実施の形態について詳細に説明する。尚、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、詳細な説明は必要に応じて行う。
【００１３】
[第１の実施形態]
第１の実施形態においては、ＭＥＭＳ構造の微細なスイッチについて説明する。
【００１４】
（１） 実施例１
（ａ） 構造
図１を参照して、第１の実施形態の一例に係るＭＥＭＳスイッチの構造について説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の第１例に係るＭＥＭＳスイッチ１の構造を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿うＭＥＭＳスイッチ１の断面図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿うＭＥＭＳスイッチ１の断面図である。
【００１５】
図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１は、ノーマリ・オン（normally-on）型のＭＥＭＳスイッチである。また、このスイッチ１の駆動方式は、静電駆動方式である。
【００１６】
絶縁性の基板１０は、シリコン基板上に形成された絶縁層、ガラス基板、又は、ガラス基板上に形成された絶縁層から構成される。
【００１７】
基板１０上には、３個の電極１１，１２，１３が設けられる。２個の電極１１，１２は、ｘ方向（第１の方向）に並んで配置され、残りの１個の電極１３は、２個の電極１１，１２のｘ方向及びｙ方向（第２の方向）の周囲を取り囲むように、配置されている。３個の電極１１，１２，１３は、互いに電気的に分離されている。
【００１８】
電極１１，１２，１３は、例えば、プラグＰ１，Ｐ２，Ｐ３を経由して、基板１０内の配線２１，２２，２３に接続される。
第１の電極（第１ポート）１１は、スイッチ１の一方の電極であり、電極１１には、電位Ｖｓが供給される。電極１１は、例えば、プラグＰ１を経由して、第１の配線２１に接続される。
第２の電極（第２ポート）１２は、スイッチ１の他方の電極であり、電極１２は電位Ｖｄを示す。電極１２は、例えば、プラグＰ２を経由して、第２の配線２２に接続される。
【００１９】
また、第３の電極１３は、スイッチを駆動するための電位Ｖｇが供給される。電極１３は、例えば、プラグＰ３を経由して、第３の配線２３に接続される。
可動構造１５は、電極１１，１２上方に設けられる。可動構造１５は、２個の電極１１，１２が並んだ方向（ｘ方向）に延在している。可動構造の平面形状は、例えば、矩形状を有している。
可動構造１５は、そのｘ方向の一端が、電極１１上に設けられたアンカー１４に支持され、可動構造１５はカンチレバー構造（片持ち梁構造）になっている。また、可動構造１５のｘ方向に沿った断面形状は、上向きに凸の形状になっている。
【００２０】
可動構造１５は、上下方向、つまり、電極１２側からキャップ２０側へ向かって、又は、キャップ２０側から電極１２側に向かって動く。
【００２１】
可動構造１５及びアンカー１４は、例えば、導電体から構成される。アンカー１４は、電極１１と電気的に接続されている。よって、可動構造１５は、電極１１に電気的に接続される。可動構造１５は、電極１１から電位Ｖｓが供給される。
【００２２】
可動構造１５のｘ方向の他端には、接点部１６が設けられている。接点部１６は、電極１２上方に設けられる。接点部１６は下側に、すなわち、電極１２に向かって反っている。接点部１６は、可動構造１５の動作に応じて、電極１２と接触状態又は非接触状態になる。接点部１６は、例えば、可動構造と同じ導電体が用いられる。
【００２３】
可動構造１５上には、調整膜１８が設けられ、可動構造１５と調整膜１８とは積層構造をなしている。調整膜１８は、例えば、接点部１６上方を覆っている。
調整膜１８の内部応力は、可動構造１５の内部応力に対して、相対的に圧縮性が強い。この調整膜１８の圧縮性の内部応力によって、可動構造１５の接点部１６側が上に凸の形状になり、接点部１６が下側（基板側）を向く。以下では、調整膜１８の内部応力によって、可動構造１５の上に凸する部分を、凸部１７と呼ぶ。
【００２４】
調整膜１８の材料は、例えば、絶縁体が用いられている。但し、調整膜１８が可動構造１５よりも大きい圧縮力を有していれば、調整膜１８の材料は、限定されない。
【００２５】
キャップ２０は、可動構造１５を覆うように、電極１３上に設けられる。可動構造１５とキャップ２０との間の領域は、空洞であり、例えば、真空になっている。尚、図１において、説明の簡単化のため、単層構造のキャップ２０を図示しているが、多層構造のキャップであってもよい。
【００２６】
キャップ２０は、調整膜１８の一部分に接触する。キャップ２０は、調整膜１８を介して、可動構造１５の凸部１７を上側から押さえつけることによって、接点部１６を電極１２に接触させる。これによって、接点部１６と電極１２との接触時の力（コンタクト力）が、大きくされている。キャップ２０は導電体を含み、電極１３に電気的に接続される。キャップ２０は、電極１３から電位Ｖｇが供給される。
【００２７】
調整膜１８の材料が絶縁膜の場合、調整膜１８と直接接触するキャップ層２０の材料は導電体が用いられる。
このキャップ２０は、可動構造１５を駆動されるための実質的な電極（駆動電極）として、機能する。つまり、キャップ２０に供給される電位Ｖｇと可動構造１５に供給される電位Ｖｓとの関係によって、本例のＭＥＭＳスイッチ１のオン／オフ状態が制御される。
【００２８】
例えば、ＭＥＭＳスイッチ１は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの間の電位差を実質的に０Ｖに設定することによって、可動構造１５の最上部（凸部１７）が、キャップ２０により上側から基板１０側に押さえつけられて、接点部１６と電極１２とが接触した状態が保持される。
【００２９】
また、ＭＥＭＳスイッチ１は、電位Ｖｇと電位Ｖｓと間の電位差をある一定の電位差以上に設定することによって、可動構造１５とキャップ２０との間に静電引力を発生させ、可動構造１５が動かされる。これによって、接点部１６と電極１２とが非接触した状態を保持される。
【００３０】
キャップ２０上部底面と基板１０表面との間隔Ｈは、可動構造１５とキャップ２０との間の電位差が実質的に０Ｖであるときに、キャップ２０によって接点部１６と電極１２との接触状態が保持できる間隔、かつ、可動構造１５とキャップ２０との間の電位差が、可動構造１５が動き始める所定のプルイン電圧Ｖｐｉより大きくなったとき、接点部１６と電極１２とが非接触状態になる間隔である。間隔Ｈの上限値は、０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００３１】
尚、導電体が用いられた可動構造１５と導電体が用いられたキャップ２０との間に、絶縁体が用いられた調整膜１８が介在しているため、可動構造１５とキャップ２０が、電気的に直接接続（短絡）することは無い。
【００３２】
図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１は、可動構造１５の動作、つまりＭＥＭＳスイッチのオン／オフの制御は、可動構造１５−キャップ２０間の電位差を制御することで実現できる。スイッチ１をオンにするときは、キャップ２０によって、可動構造１５を上側から押さえつけておくので、可動構造１５−キャップ２０間の電位差は不要である。また、スイッチ１をオフにするとき、可動構造１５を可動構造１５−キャップ２０の電位差に起因した静電引力によって駆動する。それゆえ、本例のＭＥＭＳスイッチ１の消費電力は小さい。
【００３３】
また、上記の構成により、ＭＥＭＳスイッチ１を動作させるためのアクチュエータを、別途に設ける必要はない。それゆえ、本例に示されるＭＥＭＳスイッチは、ＭＥＭＳスイッチの占有面積を小さくできる。
【００３４】
尚、本実施例のＭＥＭＳスイッチ１において、図１に示されるスイッチ１の構成は、本実施形態を実現するための基本構成を示すのであって、これに限定されない。例えば、図１（ａ）では、可動構造１５の平面形状は矩形状を有しているが、その平面形状は、接点部１６側が尖った形状を有してもよい。また、可動構造１５と接点部１６は、同じ材料を用いてもよいし、接点部１６と電極１２との接触抵抗の低減や可動構造１５の動作などの最適化を図るため、異なる材料を用いてもよい。
【００３５】
（ｂ） 製造方法
図２を参照して、本例のＭＥＭＳスイッチ１の製造方法について、説明する。図２は、ＭＥＭＳスイッチ１の製造工程を示す断面図である。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、基板１０内の所定の位置に、配線２１，２２，２３及びプラグＰ１，Ｐ２，Ｐ３が形成される。そして、基板１０上に、導電層が堆積され、この導電層が所定の形状に、パターニングにされる。これにより、基板１０上に、電極１１，１２，１３が形成される。電極１１，１２，１３は、プラグＰ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ接触するように形成される。
【００３７】
次に、基板１０及び電極１１，１２，１３上に、第１の犠牲層４０が堆積され、この犠牲層４０上面が平坦化される。それから、可動構造１５となる導電層が、犠牲層４０上に堆積され、その導電層が所定の形状にパターニングされる。
この後、電極１１上の犠牲層が除去され、電極１１表面が露出される。そして、露出した電極１１上に、可動構造１５を支えるアンカー１４が形成される。アンカー１４の材料は、導電体である。尚、アンカー１４は、可動構造１５と同じ材料を用いて同時に形成してもよい。
可動構造１５上に、所定の形状の調整膜１８が、形成される。調整膜１８は、接点部１６上方を覆っている。調整膜１８の材料は、例えば、絶縁体である。
【００３８】
ここまでの工程において、可動構造１７は犠牲層４０に密着している。そのため、可動構造１７上面に調整膜１８が形成されて、調整膜１８に起因する圧縮性の内部応力が可動構造１７に与えられていても、可動構造１５は基板１０表面に対してほぼ水平な状態を保っている。
【００３９】
図２（ｂ）に示すように、第２の犠牲層４１が、可動構造１５及び調整膜１８上に形成される。犠牲層４１上面の基板１０表面から高さが所定の高さとなるように、犠牲層４１上面は、平坦化される。さらに、犠牲層４１は、所定の形状にパターニングされ、電極１３上面が露出される。
そして、電極１３及び犠牲層４１上に、キャップ２０となる導電層が堆積される。
【００４０】
図２（ｃ）に示すように、キャップ２０内に、開口部Ｑが形成される。そして、犠牲層が、この開口部Ｑを介して、例えば、ウェットエッチングにより、除去される。
可動構造１５と密着していた犠牲層が除去されたため、可動構造１５は調整膜１８との応力差によって湾曲する。このように、可動構造１５は上に凸の形状になっている凸部１７を有し、接点部１６が電極１２に向かって反る。
【００４１】
また、キャップ２０は、調整膜１８を介して、凸部１７を上側から基板１０側へ押さえつける。これによって、接点部１６は電極１２に接触する。これは、図２（ｃ）に示す工程のように、犠牲層４１上面の高さ（犠牲層４１の膜厚）が、所定の高さ（膜厚）になるように平坦化することによって、キャップ２０の高さが調整されて、実現される。
【００４２】
そして、キャップ２０と可動構造１５との間の空洞を、例えば、真空に密封するため、封止層２５が、キャップ２０上に形成される。
【００４３】
以上のように、簡単な製造方法によって、本例に係るＭＥＭＳスイッチが形成できる。
【００４４】
（ｃ） 動作
図３を参照して、本例のＭＥＭＳスイッチ１の動作について、説明する。図３は、ＭＥＭＳスイッチの動作を説明するための図である。
【００４５】
図３（ａ）は、可動構造１５に供給される電位Ｖｓとキャップ２０に供給される電位Ｖｇが実質的に同じ大きさの場合におけるＭＥＭＳスイッチ１の状態を示している。
【００４６】
電位Ｖｓは、電極１１を経由して、可動構造１５に供給される。電位Ｖｇは、電極１３を経由して、キャップ２０に供給される。電位Ｖｓと電位Ｖｇとの間の電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）は、ほぼ０Ｖに設定される。
本例のＭＥＭＳスイッチ１において、可動構造１５の凸部１７は、調整膜１８を介して、キャップ２０により上側から基板１０側へ押さえつけられる。
【００４７】
電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）が０Ｖとの時に、可動構造１５（調整膜１８）とキャップ２０との間に、静電引力は発生せず、可動構造１５は、駆動電極としてのキャップ２０に引き寄せられない。それゆえ、可動構造１５は上向きに凸の形状を保持し、接点部１６は電極１２に接触する。したがって、ＭＥＭＳスイッチ１のポートに対応する電極１１と電極１２とは、導通する。このように、可動構造１５が駆動する前のＭＥＭＳスイッチ１の状態は、オン状態である。このオン状態は、可動構造１５とキャップ２０との間の電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）が、プルイン電圧Ｖｐｉより大きくなるまで保持される。
【００４８】
また、図３（ｂ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの間の電位差が所定の電位差より大きい場合におけるＭＥＭＳスイッチ１の状態を示している。
可動構造１５には、電位Ｖｓが供給され、キャップ２０には、電位Ｖｓとは異なった大きさの電位Ｖｇが供給される。この場合、可動構造１５と駆動電極としてのキャップ２０との間に、静電引力が発生する。
【００４９】
可動構造１５の電位Ｖｓとキャップ２０の電位Ｖｇとの電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）が、可動構造１５が動き始めるプルイン電圧Ｖｐｉより大きく設定されると、接点部１６がキャップ２０側（上側）に引き寄せられる。これによって、可動構造１５の凸部１７から接点部１６までの部分は、上側（キャップ２０側）へ動き、調整膜１８を介してキャップ２０に接触する。これによって、接点部１６と電極１２とは非接触になり、電気的に分離される。すなわち、ＭＥＭＳスイッチ１のポートに対応する電極１１と電極１２とは、導通していない。このように、可動構造１５が駆動した後のＭＥＭＳスイッチ１の状態は、オフ状態である。
【００５０】
本例のＭＥＭＳスイッチ１において、可動構造１５の凸部１７は、調整膜１８を介してキャップ２０と常に接触している。そのため、可動構造１５が駆動して、ＭＥＭＳスイッチ１がオン状態からオフ状態になるとき、可動構造１５の凸部１７から先端までの部分は、調整膜１８を介して、ジッパー状に順次キャップ２０と接触していく。このような可動構造１５のジッパー状の動作は、ＭＥＭＳスイッチ１を低い電圧で駆動できることを意味する。
特に、キャップ２０上部底面と基板１０表面との間隔が、０．５μｍ以下に設定されると、ＭＥＭＳスイッチ１の駆動電位であるプルイン電圧Ｖｐｉを１Ｖ以下に低減できる。したがって、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、低電圧で駆動できる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の実施例１で述べたＭＥＭＳスイッチ１は、キャップ２０を用いて、微細な可動構造１５（凸部１７）を上側から基板１０側へ押さえつけ、接点部１６と電極１２とを機械的（構造的）に接触させることによって、オン状態を保持する。また、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、接点部１６を静電引力によって電極１２から電気的に分離することで、オフ状態を保持している。
このため、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、オン／オフ状態を保持するために、大きな電力（電圧）を必要としない。また、ＭＥＭＳスイッチ１をオン状態からオフ状態にする際、静電引力によって、可動構造１５をジッパー状に駆動させるため、その駆動電圧は小さい。
したがって、本例のＭＥＭＳスイッチ１によれば、そのＭＥＭＳスイッチ１の消費電力を、低減できる。
【００５２】
本例のＭＥＭＳスイッチ１において、可動構造１５は、可動構造１５とキャップ２０との間に生じる静電引力によって、駆動する。そのため、可動構造１５を駆動させるためのアクチュエータを別途に設ける必要はない。したがって、ＭＥＭＳスイッチの占有面積を小さくできる。
【００５３】
また、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチであるため、接点部１６と電極１２とが少しでも非接触になれば、直ちにオフ状態になる。つまり、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、スイッチング速度が速い。さらに、ＭＥＭＳスイッチ１の高速なスイッチング特性を実現するため、キャップ２０内部は、真空にされることが望ましい。通常のＭＥＭＳスイッチでは、真空状態で封止されると、リンギングが生じる。これに対して、本例のＭＥＭＳスイッチ１では、可動構造１５の最上部（凸部１７）が常にキャップ２０に固定されているので、リンギングの影響は少ない。それゆえ、本例のＭＥＭＳスイッチ１は、高速なスイッチングを実現できる。
【００５４】
加えて、２つの導電体間の静電引力の大きさは、２つの導電体の間に介在する絶縁体の誘電率に対して、依存性を示す。それゆえ、絶縁体である調整膜１８に誘電率が高い材料を用いることで、キャップ２０と可動構造２０との間に発生する静電引力を大きくすることができる。このように、調整膜１８の材料を最適化することで、スイッチ速度の向上及び消費電力の低減に、貢献できる。
【００５５】
以上のように、本実施形態の実施例１によれば、ＭＥＭＳスイッチの消費電力を低減できる。また、サイズの小さいＭＥＭＳスイッチを提供できる。さらに、ＭＥＭＳスイッチのスイッチング特性を向上できる。
【００５６】
（２） 実施例２
図４を参照して、第１の実施形態の一例に係るＭＥＭＳスイッチ２について、説明する。
図４は、本実施形態の実施例２に係るＭＥＭＳスイッチの構成及び動作を説明するための図である。尚、本例のＭＥＭＳスイッチ３の平面形状は、図１（ａ）に示される構造と同じである。
【００５７】
図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２は、実施例１で述べたＭＥＭＳスイッチ１と同様に、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチであり、その駆動方式は静電駆動方式である。
上述のように、可動構造を上向きに凸の形状にするための調整膜は、その調整膜の内部応力が、可動構造の内部応力に対して相対的に圧縮性が強ければ、その材料は限定されない。それゆえ、図４に示すように、調整膜１８Ｘの材料は、導電体を用いてもよい。
【００５８】
この場合、導電体が用いられた調整膜１８Ｘと駆動電極として機能するキャップ（上層キャップ）２５Ａとの間に、絶縁体が用いられたキャップ（下層キャップ）２０Ａが、設けられる。
【００５９】
絶縁体が用いられたキャップ２０Ａは、導電体が用いられた調整膜１８Ｘと直接接触する。導電体が用いられたキャップ２５Ａは、電極１３と電気的に接続され、電極１３を経由して電位Ｖｇが供給される。
【００６０】
本例のＭＥＭＳスイッチ２の動作は、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１の動作と、実質的に同じである。
図４（ａ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとが実質的に同じ大きさの場合におけるＭＥＭＳスイッチ２の状態を示している。
【００６１】
可動構造１５の電位Ｖｓとキャップ２５Ａの電位Ｖｇとの電位差がほぼ０Ｖのとき、キャップ２０Ａ，２５Ａと可動構造１５との間に、静電引力は生じない。それゆえ、可動構造１５の凸部１７が、キャップ２０Ａ，２５Ａにより、上側から電極１２側へ押さえつけられることによって、接点部１６が電極１２に接触し、２つの電極１１，１２は導通する。したがって、可動構造１５が駆動する前のＭＥＭＳスイッチ２は、オン状態である。
【００６２】
また、図４（ｂ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの電位差がある電位差より大きい場合におけるＭＥＭＳスイッチ２の状態を示している。
【００６３】
電位Ｖｓと電位Ｖｇとの電位差がプルイン電圧Ｖｐｉより大きくなると、キャップ２５Ａと可動構造１５の間に発生した静電引力によって、可動構造１５の凸部１７と先端部との間の部分が、キャップ２５Ａ側へジッパー状に引き寄せられる。これによって、接点部１６と電極１２とは、非接触になり、ＭＥＭＳスイッチ２のポートに対応する２つの電極１１，１２は、導通しない。したがって、可動構造１５が駆動した後のＭＥＭＳスイッチ２は、ＭＥＭＳスイッチはオフ状態である。
【００６４】
以上のように、図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２の構成部材は、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１の構成部材と異なる材料が用いられている。この場合においても、図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２は、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１と同様に、小さい駆動電圧によって駆動し、かつ、低い消費電力によってオン／オフ状態を保持する。
【００６５】
したがって、図４に示されるＭＥＭＳスイッチ２においても、図１に示されるＭＥＭＳスイッチと同様の効果が得られるのは、もちろんである。
尚、本実施例のＭＥＭＳスイッチ２は、各構成要素に用いられる材料が図１に示したＭＥＭＳスイッチ１と異なるのみで、その製造方法は図２を用いて説明した製造工程とほぼ同様である。
【００６６】
（３） 実施例３
（ａ）構造
図５を参照して、第１の実施形態の一例に係るＭＥＭＳスイッチ３について、説明する。
【００６７】
図５は、本実施形態の実施例３に係るＭＥＭＳスイッチの構成及び動作を説明するための図である。尚、本例のＭＥＭＳスイッチ３の平面形状は、図１（ａ）に示される構造と同じである。
【００６８】
実施例１及び２においては、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１，２について、説明したが、可動構造上に積層される調整膜及び可動構造の一部分（凸部）と調整膜を介して接触するキャップを利用して、ノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチも実現できる。
【００６９】
図５に示されるＭＥＭＳスイッチ３は、ノーマリ・オフ（normally-off）型のＭＥＭＳスイッチである。ＭＥＭＳスイッチ３の駆動方式は、実施例１及び２のＭＥＭＳスイッチと同様に、静電駆動方式である。
【００７０】
可動構造１５は、電極１１上のアンカー１４によって、支持されている。可動構造１５の先端側には、接点部１６が設けられる。接点部１６は、電極１２上方に配置されている。ＭＥＭＳスイッチ３がオン状態のとき、接点部１６は電極１２に対して接触し、ＭＥＭＳスイッチ３がオフ状態のとき、接点部１６は電極１２に対して非接触である。
【００７１】
キャップ２９は、例えば、ダミー層１９上に設けられる。ダミー層１９は、例えば、電極１１，１２，１３と同じ材料が用いられている。
本例のノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチ３において、キャップ２９は駆動電極と機能しない。本例のＭＥＭＳスイッチ３の駆動電極１３は、基板１０上に設けられる。
駆動電極１３は、アンカー１４が接続される電極（第１のポート）１１と、接点部１６と接触する電極（第２のポート）１２の間に設けられ、それらの電極１１，１２とｘ方向に並んで配置されている。
【００７２】
可動構造１５上には、２つの調整膜１８Ａ，１８Ｂが設けられる。第１の調整膜１８Ａは、可動構造１５上面上に設けられ、接点部１６上方を覆っている。第２の調整膜１８Ｂは、可動構造１５底面上に設けられ、駆動電極１３と接触するように、調整膜１８Ａとアンカー１４との間に配置されている。
調整膜１８Ａ、１８Ｂは、可動構造１５の内部応力に対して、相対的に圧縮性が強い内部応力を有する。これによって、可動構造１５は湾曲する。
調整膜１８Ａが設けられた可動構造１５内の部分１７Ａは、上向き（キャップ側）に凸の形状に変形する。この結果として、接点部１６は、基板側（電極１２側）に反っている。このように、接点部１６が湾曲した構造を有することによって、接点部１６は、電極１２との接触時に、電極１２に対して大きなコンタクト力が得られる。
調整膜１８Ｂが設けられた可動構造内の部分１７Ｂは、下向き（基板側）に凸の形状に変形する。この結果として、可動構造１５は上向き（キャップ２９側）に反り、調整膜１８Ｂが設けられた可動構造１５の部分は、下向きに凸の形状になっている。
以下では、上向きに凸になっている可動構造１５の部分１７Ａを、凸部１７Ａとよび、下向きに凸になっている可動構造１５の部分１７Ｂを、下向き凸部１７Ｂと呼ぶ。
【００７３】
駆動電極１３は、調整膜１８Ｂの下方に配置されている。そして、駆動電極１３と調整膜１８Ｂの一部分（下向き凸部１７Ｂ）とが直接接触するように、凸部１７Ａが、キャップ２９によって上側から基板１０側に向けて押さえつけられている。但し、調整膜１８Ｂは駆動電極１３からわずかに離れた状態であってもよい。尚、キャップ２９と基板１０表面との間隔Ｈ’は、電極１１と駆動電極１３との電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）が実質的に０Ｖのとき、接点部１６と電極１２とが接触しない間隔を有している。
【００７４】
このように、本例のＭＥＭＳスイッチ３において、可動構造１５に対して圧縮性の内部応力を与える調整膜１８Ｂが可動構造１５の底面上に設けられ、可動構造の調整膜１８Ｂが設けられた部分１７Ｂは上側に向かって反る。これによって、本例のＭＥＭＳスイッチ５は、可動構造１５と駆動電極１３との電位差がほぼ０Ｖのとき、つまり、可動構造１５が駆動する前の状態において、接点部１６と電極１２とが接触しないノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチが提供される。
【００７５】
尚、図５に示されるＭＥＭＳスイッチ３の製造方法は、以下の工程が、図２に示される製造方法と相違する。犠牲層上に、可動構造１５を上側に反らせるための調整膜１８Ｂが形成された後、可動構造１５及びアンカー１４となる導電膜が調整膜１８Ｂ上に形成される。そして、可動構造１５の接点部１６を、下側に反らせるための調整膜１８Ａが、可動構造内の接点部１６上方に形成される。この後、図２に示される工程と同様に、キャップ２９が形成され、犠牲層が除去される。これによって、図５に示されるＭＥＭＳスイッチ３が完成する。
【００７６】
（ｂ） 動作
図５（ａ），（ｂ）を用いて、図５に示されるノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチ３の動作について、説明する。
図５（ａ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓが実質的に同じ大きさの場合におけるＭＥＭＳスイッチ１の状態を示している。
【００７７】
電位Ｖｓは、電極１１を経由して、アンカー１４及び可動構造１５に供給される。電位Ｖｇは、駆動電極１３に供給される。電位Ｖｓと電位Ｖｇとの間の電位差（Ｖｇ−Ｖｓ）は、ほぼ０Ｖに設定される。
この場合、駆動電極１３と可動構造１５との間の電位差が無いので、駆動電極１３と可動構造１５との間に静電引力は、発生しない。そのため、可動構造１５は動かず、接点部１６が電極１２に対して非接触になっている。つまり、ＭＥＭＳスイッチ３のポートに対応する２つの電極１１，１２は、導通していない。したがって、可動構造１５が駆動する前のＭＥＭＳスイッチ１の状態は、オフ状態である。
【００７８】
図５（ｂ）は、電位Ｖｇと電位Ｖｓとの電位差がある電位差より大きい場合におけるＭＥＭＳスイッチ３の状態を示している。
駆動電極１３の電位Ｖｇと可動構造１５の電位Ｖｓとの電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）が大きくなると、駆動電極１３と可動構造１５との間に静電引力が発生する。そして、電位差（｜Ｖｇ−Ｖｓ｜）がプルイン電圧Ｖｐｉより大きくなると、可動構造１５は静電引力によって電極１３に引き寄せられ、下側（基板１０側）へ動く。可動構造１５の動きに伴って、調整膜１８Ａは駆動電極１３から離れ、可動構造１５の先端側の接点部１６は、電極１２に直接接触する。これによって、ＭＥＭＳスイッチ３のポートに対応する２つの電極１１，１２は、導通する。したがって、可動構造１６が駆動した後のＭＥＭＳスイッチ３の状態は、オン状態である。
【００７９】
ＭＥＭＳスイッチ３がオフ状態からオン状態になるとき、調整膜１８Ｂが電極１３と接触する部分よりも接点部１６側にある可動構造１５の部分は、調整膜１８Ｂを介して、ジッパー状に順次キャップ２０と接触していく。このように、可動構造１５は、ジッパー状に動くので、ＭＥＭＳスイッチを低い電圧で駆動できる。
【００８０】
また、上記のように、接点部１６が電極１２側に反った構造を有すること及び調整膜１８Ｂ底面全体が駆動電極１３と直接接触することによって、接点部１６と電極１２との間に、大きなコンタクト力が得られる。
【００８１】
以上のように、本例のノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチにおいても、実施例１で述べたノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチと同様に、消費電力を低減できる。消費電極を低減ができる。
【００８２】
（４） 適用例
以下、図６乃至８を参照して、本実施形態で述べたＭＥＭＳスイッチ１，２，３の適用例について、説明する。
【００８３】
（ａ） パワーゲーティングスイッチ
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１，２，３は、パワーゲーティングスイッチに適用できる。
【００８４】
例えば、図６のように、半導体基板（チップ）５０上に、半導体集積回路（以下、ＩＣと呼ぶ）が形成される。尚、図６においては、説明の簡単化のため、１つの電界効果トランジスタＴｒのみを図示している。
【００８５】
半導体基板５０の素子形成領域は、素子分離絶縁膜５９によって区画されている。電界効果トランジスタＴｒは、素子形成領域内に設けられる。
電界効果トランジスタＴｒは、半導体基板５０内に、ソース／ドレインとして機能する２つの拡散層５１Ｓ，５１Ｄを有している。２つの拡散層５１Ｓ，５１Ｄ間の半導体基板５０表面（チャネル領域）上には、ゲート絶縁膜５２が設けられる。ゲート絶縁膜５２上には、ゲート電極５３が設けられている。拡散層５１Ｓ，５１Ｄ上には、コンタクトプラグＣＰが設けられ、拡散層５１Ｓ，５１Ｄは、コンタクトプラグＣＰを経由して、配線５５，５６に接続される。
【００８６】
電界効果トランジスタＴｒを覆うように、層間絶縁膜１０，５７，５８が、半導体基板５０上に設けられる。複数の配線層が多層配線技術によって積層され、複数の層間絶縁膜１０，５７，５８内の各々に、複数の配線２１，２２，２３，５５，５６が設けられる。
【００８７】
ＭＥＭＳスイッチ１は、パワーゲーティングスイッチとして、半導体基板５０上方に設けられる。つまり、パワーゲーティングスイッチとしてのＭＥＭＳスイッチ１は、層間絶縁膜の最上層１０を、ＭＥＭＳスイッチの形成基板１０として用いられている。そして、配線２１，５５やプラグＰ１，Ｖ０，ＣＰを介して、半導体基板２０上のトランジスタＴｒに電気的に接続される。
【００８８】
このように、ＭＥＭＳスイッチ１は、層間絶縁膜を基板に用いて、半導体集積回路（ＩＣ）上に積層できるため、ＭＥＭＳスイッチ１を用いることによって、ＩＣチップのチップサイズが増大することはない。それゆえ、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１を、パワーゲーティングスイッチとして利用することで、例えば、ＣＭＯＳインバータのように、基板表面に形成される電界効果トランジスタを利用したパワーゲーティングスイッチ（以下、トランジスタスイッチと呼ぶ）よりも、チップサイズを削減できる。
【００８９】
トランジスタスイッチは、オフ状態であっても、リークが発生する。また、パワーゲーティング技術の採用によるチップサイズの増大を抑制するため、トランジスタスイッチを微細化すると、トランジスタの短チャネル効果などに起因して、リークが発生する。このため、トランジスタスイッチは、リーク及びそのリークに起因した消費電力を含むため、パワーゲーティングスイッチとしての機能を十分に果たせない。
一方、ＭＥＭＳスイッチ１はオフ状態のとき、リークが実質的に無く、チップ全体の消費電力を低減するのに、非常に有効である。
【００９０】
さらには、通常、トランジスタスイッチは、駆動電圧（ゲート電圧）がなければ、オン状態を保持しておくことが困難である。その結果として、低消費電力化のためのパワーゲーティングスイッチに対して、それを構成するトランジスタを動作せるために、電力を供給しなければならない。
これに対して、図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１のように、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１であって、キャップ２０が可動構造１５を上側から押し付けて、接点部１６とポートとしての電極１２を機械的に接触させている構成であれば、オン状態を保持するための電力は不要になる。また、ＭＥＭＳスイッチ１は、可動構造１５が静電引力によってジッパー状に動くため、オフ状態にするための消費電力（駆動電圧）は低減されている。さらに、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１は、接点部１６が電極１２と非接触になれば、直ちにオフするので、そのスイッチング動作は速い。
【００９１】
また、トランジスタスイッチは半導体基板５０内に拡散層を有するため、その拡散層に起因した寄生容量・寄生抵抗が存在し、ＩＣの動作に対して遅延などの悪影響を及ぼす。これに対して、ＭＥＭＳスイッチ１は、オン抵抗が小さい、寄生容量が小さい及びデバイスの歪みがない、などの利点を有するため、ＩＣに及ぼす悪影響は小さい。
【００９２】
したがって、本実施形態のＭＥＭＳスイッチを、パワーゲーティングスイッチとして用いることは、非常に有効である。
【００９３】
図７を用いて、本実施形態のＭＥＭＳスイッチを用いたパワーゲーティング技術のより具体的な適用例について、説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチを用いたパワーゲーティング技術の適用例を説明するためのブロック図である。
【００９４】
図７（ａ）に示すように、パワーゲーティング技術においては、ＩＣチップ内の電源回路６１とＩＣチップを構成する回路ブロック６２との間に、複数のパワーゲーティングスイッチから構成されるスイッチマトリクス６０が、設けられる。尚、図７（ａ）中においては、１つの回路ブロックのみを図示しているが、１つのＩＣチップ内に複数の回路ブロックが含まれてもよいのはもちろんである。
【００９５】
電源回路６１は、電源電圧ＶＤＤを生成する。回路ブロック６２は、複数のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎから構成されている。
スイッチマトリクス６０を構成しているパワーゲーティングスイッチ１には、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１が用いられる。
【００９６】
電源電圧ＶＤＤは、スイッチマトリクス６０を経由して、複数の回路ブロック６３１〜６３ｎへそれぞれ供給される。
この際、スイッチマトリクス６０は、動作していない回路ブロック６３１〜６３ｎに電源電圧ＶＤＤが供給されないように、スイッチマトリクス６０内のＭＥＭＳスイッチ１のオン／オフを制御する。
【００９７】
図７（ａ）に示すように、２個以上のＭＥＭＳスイッチ１が直列接続された構成を用いて、電源回路６１と１つのサブ回路ブロック６３１〜６３ｎとを、それぞれ接続することが好ましい。これは、例えば、スティクションなどに起因して、１つのＭＥＭＳスイッチ１がオン状態からオフ状態へ切り替えられない不良が生じても、その不良のスイッチに直列接続された別のスイッチがオフにできれば、サブ回路ブロックへの電源電圧の供給を遮断できるからである。
【００９８】
また、図７（ａ）に示すように、２つの電流経路によって、電源回路６１と１つのサブ回路ブロック６３１〜６３ｎとを接続してもよい。このように、各サブ回路ブロック６３１〜６３ｎに接続される複数個のＭＥＭＳスイッチ１を並列に配置することによって、オン状態にならないＭＥＭＳスイッチ１が、電源回路６１とサブ回路ブロック６３１〜６３ｎとを接続する１つの経路内に存在した場合においても、正常なＭＥＭＳスイッチ１のオン／オフを制御して、並列接続された別の経路を経由して、電源回路６１から所定のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎに、電源電圧ＶＤＤを供給できる。
【００９９】
図７（ｂ）のように、回路ブロック６２内のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎの動作状況をモニタする電圧モニタ回路６６と、スイッチマトリクス６０の動作を制御するスイッチマトリクス制御回路６８をさらに具備してもよい。
【０１００】
図７（ｂ）に示される構成は、電圧モニタ回路６６によって、回路ブロック６２内のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎ内の電位をモニタし、スイッチマトリクス制御回路６８に、モニタした電圧をフィードバックできる。このような構成によって、各回路ブロック６３１〜６３ｎの動作状況と供給電源の有無とを互いに反映することで、スイッチマトリクス６０内の不良スイッチを、同定できる。そして、不良と同定されたスイッチは非選択とし、駆動させなければよい。または、不良スイッチを、スペアのスイッチに置き換えてもよい。
【０１０１】
以上のように、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１，２，３を、パワーゲーティングスイッチに用いることで、チップサイズの削減に貢献できると共に、回路ブロック６２の消費電力を低減できる。
【０１０２】
（ｂ） 回路
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１，２，３は、論理回路や記憶回路に適用できる。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、ＭＥＭＳスイッチを用いた回路の等価回路図を示している。
【０１０３】
ＭＥＭＳスイッチは、図８（ａ）に示す回路要素で示すことができる。図８（ａ）において、電位Ｖｇが印加される制御端子（ゲート）は、ＭＥＭＳスイッチの駆動電極に対応する。電流経路の一端及び他端Ｖｓ，Ｖｄは、ＭＥＭＳスイッチの２つのポートに対応する。
【０１０４】
ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチは、電位差がプルイン電位Ｖｐｉ以下のときにオンになり、電位差がプルイン電位Ｖｐｉより大きいときにオフになる。プルイン電位Ｖｐｉ以下の電位を“Ｌ”レベル、プルイン電位Ｖｐｉより大きい電位を“Ｈ”レベルとした場合、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチは、シリコンを用いたＰチャネルＭＯＳトランジスタと等価である。
【０１０５】
一方、ノーマリ・オフ型ＭＥＭＳスイッチは、電位差がプルイン電位Ｖｐｉ以下のときオフし、電位差がプルイン電位Ｖｐｉより大きいときオンする。つまり、ノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチは、シリコンを用いたＮチャネルトランジスタと等価である。
【０１０６】
それゆえ、本実施例で述べたノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１及びノーマリ・オフ型ＭＥＭＳスイッチ３を用いて、ＭＯＳトランジスタを用いた回路と等価な論理ゲートを構成することができる。
【０１０７】
例えば、図８（ｂ）に示されるように、ノーマリ・オン／オフ型のＭＥＭＳスイッチ１Ａ，３Ａを１つずつ用いて、ＣＭＯＳインバータ（ＮＯＴゲート）を構成できる。
【０１０８】
ＭＥＭＳスイッチを用いたインバータＭＩは、制御ゲート（駆動電極）が並列接続され、入力ノードとなる。また、インバータＭＩを構成する２つのＭＥＭＳスイッチの一端（第２のポート）が直列接続され、出力ノードとなる。
また、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチの他端（第１のポート）には、駆動電位Ｖｄｄが供給され、ノーマリ・オフ型のＭＥＭＳスイッチの他端（第１のポート）には、接地電位Ｖｓｓが供給される。
【０１０９】
このＭＥＭＳスイッチを用いたインバータＭＩの動作は、ＣＭＯＳインバータの動作と同様である。つまり、“Ｈ”レベル（例えば、電位Ｖｄｄ）又は“Ｌ”レベル（例えば、電位０Ｖ）の信号の一方が、インバータＭＩの入力ノードに入力される。その信号のレベルに応じて、一方のＭＥＭＳスイッチはオンになり、他方のＭＥＭＳスイッチはオフになる。オフしたＭＥＭＳスイッチは、オンしたＭＥＳスイッチに対して、負荷となる。その結果として、出力ノードｎ１から出力された信号は、入力された信号が反転した信号となる。
【０１１０】
上述のように、ＭＥＭＳスイッチ１Ａ，３Ａは、実質的にリークが無い。したがって、ＭＥＭＳスイッチを用いて、リークの非常に小さいリークレス・ロジックを実現できる。
【０１１１】
尚、ここでは、ＭＥＭＳスイッチをインバータ（ＮＯＴゲート）に適用した例を示したが、ノーマリ・オン／オフ型のＭＥＭＳスイッチを用いて、ＮＡＮＤゲートやＮＯＲゲートなど、他の回路（論理ゲート）を構成できるのはもちろんである。
【０１１２】
また、図８（ｃ）に示すように、ＭＥＭＳスイッチを用いて、記憶回路を構成することもできる。図８（ｃ）においては、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）が、ＭＥＭＳスイッチを用いて、構成されている。
【０１１３】
図８（ｃ）に示されるＳＲＡＭは、図８（ｂ）に示されるインバータＭＩが２個、つまり、４個のＭＥＭＳスイッチ１Ａ，１Ｂ，３Ａ，３Ｂから構成されている。
【０１１４】
インバータＭＩ１，ＭＩ２及び各ＭＥＭＳスイッチ１Ａ，１Ｂ，３Ａ，３Ｂの接続関係は、ＣＭＯＳインバータをフリップフロップ接続させて構成したＳＲＡＭと、同様である。すなわち、一方のインバータＭＩ１の入力ノードが、他方のインバータＭＩ２の出力ノードｎ２と接続され、他方のインバータＭＩ２の入力ノードが、一方のインバータの出力ノードｎ１に接続される。尚、ノードｎ１，ｎ２には、ワード線及び２つのビット線が、選択スイッチを介してそれぞれ接続されるが、図８（ｃ）中においては、その図示は省略している。
ワード線及びビット線の電位を制御して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＳＲＡＭに対して、データの書き込み及びデータの読み出しが実行される。
【０１１５】
ＭＥＭＳスイッチを用いたＳＲＡＭは、例えば、図７に示されるような回路ブロック６２内のサブ回路ブロック６３１〜６３ｎの演算データを、一時的に退避させておくためのレジスタとして使用できる。上述のように、ＭＥＭＳスイッチは消費電力が小さいため、ＭＥＭＳスイッチを用いたレジスタ（ＳＲＡＭ）は、ＣＭＯＳインバータを用いたレジスタよりも消費電力を小さくできる。また、ＭＥＭＳスイッチは、半導体基板（チップ）上方に積層できるため、チップサイズを削減できる。また、ＭＥＭＳスイッチは、リークがほとんど無いので、データの保持特性（リテンション特性）が向上できる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態で述べたノーマリ・オン／オフ型のＭＥＭＳスイッチを、論理ゲートや記憶回路の構成素子に用いることで、消費電力の低減、チップサイズの削減及びデータ保持の安定化などに貢献できる。
【０１１７】
[第２の実施形態]
上述のように、ＭＥＭＳ構造及びそのＭＥＭＳ構造から構成されるスイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）は、様々なデバイスに適用できる。
図６乃至図８のほかに、ＭＥＭＳスイッチ（ＭＥＭＳ構造）は、ＥＳＤから各種の回路及び素子を保護するために用いられる素子、いわゆるＥＳＤ保護素子として用いることが期待されている。
以下では、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子について、説明する。
【０１１８】
（１） 実施例１
図９を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図９は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８が設けられたチップ（ＩＣ）を示すブロック図である。
【０１１９】
図９に示されるＥＳＤ保護素子６８は、例えば、図１に示されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１を用いている。ＥＳＤ保護素子６８は、ＥＳＤ保護の対象である回路ブロック６２を、ＥＳＤから保護する。尚、図９においては、１つの回路ブロック６２に対して、１つのＥＳＤ保護素子６８を接続しているが、１つの回路ブロック６２に対して、複数のＥＳＤ保護素子６８を接続してもよいのは、もちろんである。
【０１２０】
図９に示すように、回路ブロック６２の電流経路の一端は、例えば、ＩＣ６２内の入出力部７８（例えば、インバータ）は、信号線７２を経由して、パッド（入出力端子）７０に接続される。また、回路ブロック６２の電流経路の他端は、グランド線（低電位電源配線）７３に接続される。信号線７２には、入力又は出力信号に対応したシグナル電位が供給され、グランド線７３には、グランド電位が供給される。ＥＳＤが発生した場合、ＥＳＤパルスは、パッド７０から回路ブロック６２に向かって印加される。
【０１２１】
ＥＳＤ保護素子６８は、ＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）に並列に接続される。つまり、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１の一方の端子（第２のポート（Ｖｄ））は、ＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）とパッド７０とを接続する信号線７２に電気的に接続される。ＭＥＭＳスイッチ１の他方の端子（第１のポート（Ｖｓ））は、例えば、ＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）の他端と同じグランド線７３に電気的に接続される。尚、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８とＥＳＤ保護対象回路（回路ブロック６２）は異なるグランド線に接続されてもよい。
【０１２２】
図１に示されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１がＥＳＤ保護素子６８に用いられた場合、例えば、信号線７２から引き出された端子（パッド）に電極が接続され、その電極に接点部１６が接触／非接触し、可動構造１５及びアンカー１４が回路ブロック６２と共通のグランド線７３に接続される。このため、グランド線７３がＭＥＭＳスイッチの一方の電極（第１のポート）に対応し、信号線７２がＭＥＭＳスイッチの他方の電極（第２のポート）に対応する。また、キャップ２０が、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１の動作を制御する制御端子（ゲート）となり、駆動電位Ｖｇが供給される。
【０１２３】
図１に示されるＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８の動作は、以下のようになる。尚、ＭＥＭＳスイッチ１の動作は、図３を用いて説明したため、詳細な説明は省略する。
【０１２４】
回路ブロック６２が非アクティブのとき、つまり、回路ブロック６２に電源電圧が供給されていないとき、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１は、オン状態にされる。それゆえ、パッド７０は、ＭＥＭＳスイッチ１の２つのポートを経由して、グランド線７５と接続される。
【０１２５】
ＥＳＤパルスがパッド７２に入力された場合、ＥＳＤパルスはＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１に印加される。即ち、ＥＳＤパルスは、信号線７２に電気的に接続された接点部１６から、可動構造１５及びアンカー１４を経由して、グランド線７３に放出される。
【０１２６】
したがって、ＥＳＤに起因した過大な破壊電圧・電流は、回路ブロック６２内には印加されず、回路ブロック６２がＥＳＤパルスによって破壊されることはない。
【０１２７】
一方、回路ブロック６２がアクティブのとき、つまり、回路ブロック６２に電源電圧が供給されているとき、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１は、その制御端子（キャップ２０）に駆動電位Ｖｇが供給され、オフ状態にされる。これによって、ＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２から電気的に分離された状態となる。
【０１２８】
以上のように、本例のＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子は、ＩＣチップ（回路ブロック）の非アクティブ時にオン状態を保持し、ＩＣチップ（回路ブロック）のアクティブ時にオフ状態を保持する。
【０１２９】
本例のように、例えば、図１に示されるような、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１をＥＳＤ保護素子６８に用いた場合、ＭＥＭＳスイッチ６２のゲートに駆動電圧が供給されていないときにオン状態となっている。つまり、チップ全体が電源から電気的に分離されているときであっても、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１はオン状態を保持できる。
ＥＳＤパルスは、チップを回路基板に実装する工程や、半導体デバイスをテストする工程中における、チップの構成部材の静電気帯電によって、発生する可能性が高い。これに対して、パッケージされたチップが電子機器に組み込まれた状態では、ＥＳＤパルスによるＩＣチップ（回路ブロック６２）の破壊は、大きく低減する。チップ及び電子機器に電源電圧が供給されているときは、ＥＳＤパルスによるチップの破壊は、さらに低減する。つまり、ＥＳＤパルスは、ＩＣチップ（回路ブロック６２）に電源電圧が供給されていないときに、発生する可能性が高い。
【０１３０】
このように、ＥＳＤパルスは、ＩＣチップ及びそれを構成している回路ブロック６２が電源から電気的に分離されているときに生じやすいので、図１に示されるような、オン状態を保持するための電源電圧が不要なノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１を、ＥＳＤ保護素子１に用いることは、非常に有効である。これにともなって、ＥＳＤパルス発生時に、ＭＥＭＳスイッチ１はスイッチング動作を必要としないので、ＭＥＭＳスイッチのスイッチング及びその速度が、ＥＳＤ保護に悪影響を及ぼすことは無い。
【０１３１】
また、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、半導体基板内に形成されるＰＮ接合（拡散層）を含まないため、抵抗やダイオード、トランジスタを用いたＥＳＤ保護素子よりも、寄生容量が小さい。そして、回路ブロック６２のアクティブ時には、ＭＥＭＳスイッチ１はオフ状態であり、ＭＥＭＳスイッチ１は信号線７２から電気的に分離されている。
したがって、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、寄生容量やリークに起因する回路ブロック６２の配線遅延を引き起こさず、回路ブロック６２に対するデータやコマンドの入出力を高速化できる。
【０１３２】
また、オフ状態のＭＥＭＳスイッチ１は実質的にリークが無い。このため、ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２に対する電源電圧の降下を引き起こすことも無い。さらに、図１のＭＥＭＳスイッチ１は静電駆動方式であるので、オフ状態を保持するための駆動電位も低い。それゆえ、チップ全体としての消費電力の顕著な増加を引き起こさない。
【０１３３】
以上のように、ＭＥＭＳスイッチ１をＥＳＤ保護素子６８として用いることで、低消費電力かつ回路ブロック６２の性能を劣化させることなく、回路ブロック６２がＥＳＤによって破壊されるのを防止できる。したがって、高性能且つ低消費電力なＭＥＭＳ構造のＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１３４】
尚、本例のＥＳＤ保護素子６８は、ＨＢＭ（Human Body Model）、ＭＭ（Machine Model）及びＣＤＭ（Charged Device Model）の全てのＥＳＤに対して、有効である。
【０１３５】
（２） 実施例２
図１０を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１０は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８及びＥＳＤ保護対象回路のより具体的な構成を示すブロック図である。
【０１３６】
図１０に示すように、回路ブロック６２には、パッド７１，７４を介して、電源電位ＶＤＤ及び接地電位ＶＳＳがそれぞれ供給される。
【０１３７】
電源電位ＶＤＤと接地電位ＶＳＳ間には、ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子６８Ｘが、設けられる。これは、電源電圧ＶＤＤと接地電位Ｖｓｓの間に、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子を設けた場合、オン状態のＭＥＭＳスイッチによって電源電位−接地電位間がショートし、ＭＥＭＳスイッチをオフさせる電位が生成できない場合があるからである。
【０１３８】
ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子６８Ｘは、電源電圧が供給されるパッド７１と接地電位が供給されるパッド７４との間に、直列に接続される。ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子６８Ｘは、例えば、ダイオードである。このダイオード６８Ｘは、カソードがパッド（電源端子）７１に接続され、アノードがパッド（接地端子）７４に接続される。但し、このＥＳＤ保護素子６８Ｘは、ダイオードに限定されず、トランジスタを用いたＥＳＤ保護素子でもよいのは、もちろんである。
本例では、電源電位ＶＤＤと接地電位ＶＳＳとの間に、ＰＮ接合を利用したＥＳＤ保護素子（本例では、ダイオード）が設けられている。このＥＳＤ保護素子６８Ｘの寄生容量はＭＥＭＳスイッチの寄生容量よりも大きいが、電源電位ＶＤＤが供給される配線及び接地電位ＶＳＳが供給される配線自体の寄生容量が大きいため、そのＥＳＤ保護素子６８ＸがＩＣチップ（回路ブロック６２）の動作に及ぼす影響は小さい。
【０１３９】
パワーオン検知回路６７Ａは、電源電位ＶＤＤが供給されるパッド７１に接続される。パワーオン検知回路６７Ａは、チップ（回路ブロック６２）に対する電源電位ＶＤＤの投入状況を検知し、それに応じて、パワーオン検知信号ＳＰＯを電位生成回路６６に出力する。
【０１４０】
電位生成回路６７Ｂは、パワーオン検知回路６７Ａに接続されている。電位生成回路６７Ｂは、パワーオン検知信号ＳＰＯに基づいて、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１の駆動電位Ｖｇを生成する。
【０１４１】
ＥＳＤ保護素子６８としてのノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１は、例えば、図１に示される構造を有するＭＥＭＳスイッチである。ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１の制御端子（キャップ２０）は、電位生成回路６７Ｂに接続される。
ＭＥＭＳスイッチ１の一端（第２のポート）は、信号の入出力用のパッド７０と回路ブロック６２内の入出力部との電流経路（信号線）に接続され、ＭＥＭＳスイッチ１の他端（第１のポート）は、パッド７４に接続される。
【０１４２】
図１０に示すように、ダイオード（ＥＳＤ保護素子）６８Ｘが電源電位ＶＤＤと接地電位Ｖｓｓとの間に接続されることによって、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８による２つの電源間のショートは無くなる。よって、ＩＣチップ（回路ブロック６２）と共通の電源電位ＶＤＤを用いて、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチの動作（オン／オフ）を制御できる。
【０１４３】
図１０に示されるＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子を含むチップの動作は、次のようになる。尚、電源電位が投入される前、つまり、チップが非アクティブのとき、ＥＳＤ保護素子のＭＥＭＳスイッチのオン状態であり、これは、図９で述べた動作と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１４４】
パワーオン検知回路６７Ａは、ＩＣチップ（回路ブロック６２）に配線（高電位電源配線）を介して、電源が投入されるのを検知すると、パワーオン検知信号ＳＰＯを、電位生成回路６７Ｂに出力する。電源電位ＶＤＤの投入により、ＩＣチップ（回路ブロック６２）はアクティブになる。
パワーオン検知信号が入力された電位生成回路６６は、ＭＥＭＳスイッチの駆動電位Ｖｇを生成する。そして、生成された電位Ｖｇは、ＭＥＭＳスイッチ１の制御端子に供給される。尚、駆動電位Ｖｇの大きさは、電源電位ＶＤＤと同じ大きさでもよいし、異なる大きさでもよい。
【０１４５】
生成された電位Ｖｇによって、ＥＳＤ保護素子６８としてのノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１は、オフ状態になる。つまり、ＭＥＭＳスイッチ１が、信号線７２から電気的に分離される。これによって、信号の入出力が、回路ブロック６２と７０パッドとの間で実行されるようになる。
【０１４６】
以上のように、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８のオン／オフ動作が制御される。
【０１４７】
上述のように、図１に示されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１は、そのオン状態を保持するための電位は不要であり、そのオフ状態を保持するための電位も小さい。それゆえ、消費電力が小さいＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１４８】
また、図１０に示される構成であれば、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ１Ｘ，１Ｙは、オフ状態における寄生容量をさらに低減でき、素子及びＩＣチップ（回路ブロック６２）に対するひずみも生じない。それゆえ、本例のように、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８をチップに搭載した構成によれば、高速ＩＣ、高速メモリ及びＲＦ−ＣＭＯＳチップに対して、特に、有効となる。
【０１４９】
したがって、図９を用いて説明したＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８と同様の効果が得られ、高性能且つ低消費電力なＭＥＭＳ構造のＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１５０】
（３） 実施例３
（ａ） 構造
図１１及び図１２を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１１は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８の平面図を示し、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の断面図を示している。
【０１５１】
図９及び図１０に示されるＥＳＤ保護素子６８に用いられるＭＥＭＳスイッチは、ノーマリ・オン型であればよく、図１に示されるＭＥＭＳスイッチに限定されない。例えば、図１１及び図１２に示されるように、アクチュエータ９によって駆動されるノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ４を、ＥＳＤ保護素子６８に用いてもよい。
【０１５２】
図１１及び図１２に示されるＥＳＤ保護素子６８は、図９に示されるＥＳＤ保護素子と同様に、静電駆動方式のノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ４を用いている。このＭＥＭＳスイッチは、アクチュエータ９によって、オン状態又はオフ状態に駆動される。
【０１５３】
図１１及び図１２を用いて、ＭＥＭＳスイッチの構造について、説明する。
【０１５４】
基板１００上には、ＥＳＤ保護対象回路である回路ブロック６２、各種の配線７２，７３，３５、パッド７０，７４，７６及びＭＥＭＳスイッチ４を用いたＥＳＤ保護素子が設けられている。配線（信号線）７２には、パッド（入出力端子）７０を介して、シグナル電位Ｖｓｉｇが供給される。また、配線（グランド線）７３には、パッド（接地端子）７４を介して、グランド電位Ｖｇｎｄが供給される。
【０１５５】
可動構造９０を構成する梁の部分は、トーションバー９３Ａ，９３Ｂを介して、アンカー９４Ａ，９４Ｂに接続される。可動構造９０、トーションバー９３Ａ，９３Ｂ及びアンカー９４Ａ，９４Ｂは、導電体が用いられる。
【０１５６】
２つのアンカー９４Ａ，９４Ｂのうち、一方のアンカー９４Ａは、配線７３を介して、パッド７４に接続される。グランド線７３及び接地端子７４が、ＭＥＭＳスイッチの一方の電極（第１ポート）に対応する。他方のアンカー９４Ｂは、ダミー配線上に配置されている。尚、接地端子４は、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）と回路ブロック６２とで共有してもよいし、それぞれ別途に設けてもよい。
【０１５７】
可動構造９０の信号線７２側の先端部には、接点部９１が設けられている。
接点部９１は、信号線７２上方に配置され、信号線７２に向かって反っている。接点部９１の平面形状は、例えば、先端が尖った形状になっており、かぎ爪形状を有している。このような平面形状により、接点部９１の接触抵抗を低減でき、ＭＥＭＳスイッチのロスを低減できる。尚、接点部９１の個数は、１個であってもよいし、２個以上であってもよい。
【０１５８】
接点部９１の材料は、例えば、可動構造と同じ導電体が用いられる。但し、ＭＥＭスイッチをＥＳＤ保護素子に適用する場合、接点部９１の材料は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及びアルミニウムを含む合金を用いてもよい。Ａｌ及びその合金は、その表面に自然酸化膜が形成されるが、ＥＳＤパルスによるストレス電圧によって、自然酸化膜がブレイクダウン（絶縁破壊）されるフリッティング（Fritting）現象が生じる。この現象によって、接点部９１と電極（配線）とのオーミック接触が実現される。これから示唆されるように、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＩＣチップが非アクティブ状態時において、完全にオン状態となっている必要はない。すなわち、チップが非アクティブ状態において、ＥＳＤパルスが印加されたときに、ＭＥＭＳスイッチ（ＥＳＤ保護素子６８）が直ちにオンするような低インピーダンス状態になっていればよい。これと同様の理由により、チップが非アクティブ状態時に、接点部９１が電極（信号線９２）からわずかに離れた状態であっても、ＥＳＤパルスが印加されたときに、接点部９１が電極（信号線９２）に直ちに接触して、ＭＥＭＳスイッチ４がオン状態となればよい。
但し、ＩＣチップのアクティブ状態時の寄生容量を低減するために、チップのアクティブ時における接点部９１と電極（信号線９２）との間隔は、非アクティブ状態時の接点部９１と電極との間隔よりも大きくなっている必要がある。これは、ＩＣチップのアクティブ状態のとき、ＭＥＭＳスイッチは高インピーダンス状態になっていることを意味する。
以上のことから、ＥＳＤ保護素子６８として機能するＭＥＭＳスイッチの必要条件は、ＩＣチップ（又は回路ブロック）がアクティブのときに、高インピーダンス状態であり、ＩＣチップが非アクティブのときに、低インピーダンス状態となっていることである。
【０１５９】
図１１に示される例においては、信号線７２が、ＭＥＭＳスイッチ４の電極（第２のポート）として機能する。尚、第２のポートとして機能する電極（端子）は、信号線７２から別途に引き出された電極でもよく、その引き出された電極と接点部９１とが接触する構造であればよい。
【０１６０】
接点部９１の反りは、可動構造（梁）９０上の調整膜９５によって、実現される。調整膜９５は、例えば、絶縁体が用いられ、接点部９１を覆うように設けられる。調整膜９５は、可動構造９０及び接点部９１よりも大きな圧縮性の内部応力を有する。この調整膜９５と接点部９１との応力差により、接点部９１（可動構造９２の先端）は下側に反る。尚、調整膜９５が接点部９１に圧縮性の内部応力を与えることができれば、調整膜９５の材料は、絶縁体に限定されない。
【０１６１】
静電アクチュエータ９は、可動構造９０の接点部９１側と反対側の端部に設けられている。静電アクチュエータ９は、２つのバネ構造９７Ａ，９７Ｂ、上部電極９８Ａ及び下部電極９８Ｂを有している。
上部電極９８Ａは、２つのバネ構造９７Ａ，９７Ｂを介して、可動構造９０に接続される。上部電極９８Ａの材料は、例えば、導電体である。
バネ構造９７Ａ，９７Ｂが導電体からなるとき、上部電極９８Ａに供給される電位Ｖｓａは、可動構造９０を経由して、グランド線７３から供給される。それゆえ、上部電極９８Ａの電位Ｖｓａは、グランド線７３の電位Ｖｇｎｄと実質的に同じ大きさになっている。
【０１６２】
下部電極９８Ｂは、基板１００上に設けられる。下部電極９８Ｂ表面には、絶縁膜７９が設けられ、この絶縁膜７９を介して、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとが接触する。
【０１６３】
下部電極９８Ｂは、配線７５を介して、パッド７６に接続される。パッド７６には、アクチュエータ９を駆動させるための電位Ｖｇａが、供給される。下部電極９８Ｂの材料は、例えば、配線７５と同じ材料（導電体）が用いられる。
静電アクチュエータ９の上部電極９８Ａ上には、絶縁膜９９が設けられる。これは、上部電極９８Ａを下部電極９８Ｂ側に傾斜させて、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの間隔を狭くし、アクチュエータ９の駆動電圧を低減するためである。この場合、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの間隔は、可動構造９０側に近づくにつれて、広くなっている。
【０１６４】
トーションバー９３Ａ，９３Ｂからバネ構造９７Ａ，９７Ｂに至る部分（以下、バネ部と呼ぶ）９６において、バネ部９６のバネ定数（バネ定数ｋ１）は、バネ構造９７Ａ，９７Ｂのバネ定数（バネ定数ｋ２）よりも大きい。バネ部９６のバネ定数ｋ１を大きくするため、例えば、ダミーメタル７９が、可動構造９０下方の基板１００上に、設けられる。
【０１６５】
アクチュエータ９は、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの電位差（｜Ｖｇａ−Ｖｓａ｜）によって生じる静電引力によって、可動構造９０を動かす。
【０１６６】
本例におけるＭＥＭＳスイッチ４は、アクチュエータが駆動していないとき、すなわち、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの電位差が実質的に０Ｖのとき、接点部９１と電極（ポート）としての信号線とが接触している。このとき、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）はオン状態である。また、上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂが、アクチュエータのプルイン電圧Ｖｐｉａより大きくなったとき、接点部９１が信号線から電気的に分離される。このとき、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）はオフ状態になる。
【０１６７】
このように、本例のＭＥＭＳスイッチ４は、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチである。
【０１６８】
（ｂ） 動作
図１２を用いて、本例のＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の動作について、説明する。図１２（ａ）は、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）がオン状態であるときの、断面構造を示し、図１２（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）がオフ状態であるときの断面構造を示している。尚、チップ全体としての動作は、図９及び図１０を用いて説明した例と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１６９】
図１２（ａ）に示すように、ＩＣチップ（回路ブロック６２）が非アクティブのとき、アクチュエータ９を構成している上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの電位差（｜Ｖｇａ−Ｖｓａ｜）は、実質的に０Ｖにされる。それゆえ、接点部９１が下向きに沿っているため、接点部９１が信号線７２と接触している。つまり、ＭＥＭＳスイッチ５は、駆動電位が無くとも、オン状態に保持される。尚、接点部９１が信号線９２からわずかに離れた状態であってもよい。これは、ＥＳＤパルスが信号線７２を流れると、信号線７２と接点部９１との電位差により、静電引力が信号線７２と接点部９１との間に発生し、ＭＥＭＳスイッチ５がオンするためである。
【０１７０】
ＥＳＤによって、信号線７３の電位Ｖｓｉｇがグランド線の電位Ｖｇｎｄよりも非常に大きくなると、ＥＳＤパルスが発生する。本実施例では、ＭＥＭＳスイッチ４がオン状態（低インピーダンス状態）であり、信号線７２とグランド線７３とは導通している。このため、発生したＥＳＤパルス及びそれに起因する電流は、接点部９１、可動構造９０及び、トーションバー９３Ａ，９３Ｂを経由して、信号線７２からグランド線７３へ放出される。
それゆえ、ＥＳＤパルスは、回路ブロック６２内へ流れ込むことなく、グランド端子７４へ放出される。
【０１７１】
図１２（ｂ）に示すように、回路ブロック６２がアクティブのとき、接点部９１と信号線７２とが非接触である状態、つまり、ＭＥＭＳスイッチ４がオフ状態にされる。この具体的な動作は、以下のとおりである。
下部電極９８Ｂに、パッド７６及び配線７５を経由して、アクチュエータ９の駆動電位Ｖｇａが供給される。一方、上部電極９８Ａには、電位Ｖｓａ（例えば、電位Ｖｇｎｄ）が供給される。
【０１７２】
上記のように、バネ部９６のバネ定数ｋ１は、バネ構造９７Ａ，９７Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きい。このため、静電アクチュエータ９の上部電極９８Ａと下部電極９８Ｂとの間の電位差（｜Ｖｇａ−Ｖｓａ｜）が、上部電極９８Ａが下部電極９８Ｂ側へ引き寄せられるアクチュエータ９のプルイン電位Ｖｐｉａより大きくなると、バネ構造９７Ａ，９７Ｂがバネ部９６よりも大きく変形し、トーションバー９３Ａ，９３Ｂを回転軸として、接点部９１がシーソー状に浮き上がる。これによって、ＭＥＭＳスイッチ４は、オフ状態になる。このように、ＭＥＭＳスイッチ４を用いたＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２のアクティブ時にオフ状態（高インピーダンス状態）にされる。
【０１７３】
以上のように、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチ４は、ＩＣチップ（回路ブロック６２）の非アクティブ時にオンにされ、ＩＣチップ（回路ブロック６２）のアクティブ時にオフにされる。
【０１７４】
図１１及び図１２用いて説明したように、ＥＳＤ保護素子６８に用いたノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ４の構造及び具体的な動作は、図１及び図９を用いて説明したＥＳＤ保護素子６８に用いたノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチと異なる。
【０１７５】
しかし、本例においても、ＥＳＤ保護素子に用いるＭＥＭＳスイッチは、ノーマリ・オン型であり、静電駆動方式によって動作する。それゆえ、本例のＭＥＭＳスイッチ４を用いたＥＳＤ保護素子においても、そのオン状態を保持するのに駆動電位は不要であり、且つ、そのオフ状態を保持するための消費電力は小さい。
したがって、図１及び図９を用いて説明したＥＳＤ保護素子６８と同じ効果が得られ、高性能且つ低消費電力なＭＥＭＳ構造のＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１７６】
（４） 実施例４
図１３を参照して、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１３に示されるＥＳＤ保護素子６８には、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ５が用いられている。但し、このＭＥＭＳスイッチ５は熱駆動方式であることが、実施例１及び２に示されるＭＥＭＳスイッチと異なっている。
【０１７７】
（ａ） 構造
図１３（ａ）は、本例のＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８の平面図を示し、図１３（ｂ）は、本例のＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子の断面構造を模式的に示している。
【０１７８】
図１３に示されるＭＥＭＳスイッチ５において、可動構造８０は、Ｖ字状の平面形状を有している。このＶ字状の先端が、接点部８１となる。
Ｖ字形状の先端部（接点部８１）から２つの方向に分かれた部分のそれぞれには、アンカー８２Ａ，８２Ｂが接続されている。可動構造８０は、２つのアンカー８２Ａ，８２Ｂによって支持される。可動構造８０及びアンカー８２Ａ，８２Ｂは、導電体から構成されている。
【０１７９】
アンカー８２Ａは、グランド線７３上に配置される。このアンカー８２Ａには、パッド７５を経由して、グランド電位Ｖｇｎｄが供給される。
アンカー８２Ｂは、配線７４上に配置される。このアンカー８２Ｂには、パッド７６を経由して、ＭＥＭＳスイッチ５の駆動電位Ｖｇが供給される。
接点部８１は、Ｖ字形状の可動構造８０の先端部に設けられ、信号線７２上方に配置されている。接点部８１の平面形状は、その先端が尖っており、かぎ爪形状を有している。また、接点部は信号線７２側（下側）に向かって、沿っている。この接点部８１の反りは、可動構造８０上面上に設けられた調整膜８５によって、得られている。調整膜８５は、可動構造８０の内部応力よりも大きな圧縮性の内部応力を有している。
また、上記のように、本例のＭＥＭＳスイッチ４は、熱駆動型である。それゆえ、可動構造９０及び接点部９１は、調整膜８５の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料が用いられる。尚、一般に、導電体の熱膨張係数は、絶縁膜の熱膨張率よりも大きい。本例において、調整膜８５は絶縁体が用いられているが、調整膜８５の内部応力及び熱膨張率が、可動構造８０及び接点部８１の内部応力及び熱膨張率に対する上記の条件を満たしていればよい。
【０１８０】
本例の熱駆動方式のノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ５は、２つのアンカー８２Ａ，８２Ｂ間の電位差（｜Ｖｇ−Ｖｇｎｄ｜）を所定の電位より大きく設定することで、可動構造８０内に電流を流し、電流に起因した熱的な作用によって、ＭＥＭＳスイッチ５をオフにする。尚、このＭＥＭＳスイッチ５は、２つのアンカー８２Ａ，８２Ｂ間の電位差を実質的に０Ｖに設定することで、オン状態にされる。
【０１８１】
（ｂ） 動作
図１３（ｂ）を用いて、本例のＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８の動作について、説明する。尚、図１３（ｂ）は、ＭＥＭＳスイッチ５のオン／オフ状態時の断面構造を模式的に示している。尚、チップ全体としての動作は、図９及び図１０を用いて説明した例と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１８２】
図１３（ｂ）に示すように、ＩＣチップ（回路ブロック６２）が非アクティブのとき、本例のＭＥＭＳスイッチ５は、調整膜８５の内部応力に起因した接点部８１の反りによって、信号線７２と接点部８１が接触している。そのため、ＭＥＭＳスイッチ４（ＥＳＤ保護素子６８）は、駆動電位が無くとも、オン状態になっている。
そして、ＥＳＤパルスが信号線７３に供給された場合、ＥＳＤパルスは、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチ５を経由して、グランド線７３に放出される。したがって、ＩＣチップ（回路ブロック６２）が、ＥＳＤパルスによって破壊されることはない。
【０１８３】
ＩＣチップ（回路ブロック６２）がアクティブのとき、図１３（ａ）に示されている２つのパッド７５，７６間に、ある所定の値以上の電位差（｜Ｖｇ−Ｖｇｎｄ｜）が供給される。すると、電流Ｉａが、可動構造８０内に流れ、この電流Ｉａによって、可動構造８０は発熱する。
【０１８４】
可動構造８０の熱膨張率が、調整膜８５の熱膨張率よりも大きいと、可動構造８０は、その熱膨張率の違いにより、調整膜８５に起因する圧縮性の内部応力を打ち消すような形状変化を起こす。この熱膨張による形状変化によって、可動構造８０は信号線７２に対して上側に動き、接点部８１が信号線７２と非接触になる。
【０１８５】
また、上記のように、ＥＳＤパルスは、チップの製造工程中における発生確率が高く、ＩＣチップ（回路ブロック６２）の実使用時における発生確率は非常に低い。このため、製造工程後に、ＭＥＭＳスイッチ５に過大な電流を流し、可動構造８０を加熱によって不可逆的に塑性変化させて、ＭＥＭＳスイッチ５のオフ状態を保持させてもよい。これによれば、ＭＥＭＳスイッチ５のオフ状態を保持するために、駆動電位が不要となり、オン状態時（ＥＳＤ保護時）の低消費電力化に加え、ＭＥＭＳスイッチ５のオフ状態時においても、消費電力を低減できる。また、ＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＩＣチップ（回路ブロック６２）から完全に電気的に分離されるため、実使用時のＩＣチップに対して悪影響を及ぼさない。
【０１８６】
このように、ＩＣチップ（回路ブロック６２）がアクティブのとき、可動構造８０が形状変化する電流を、可動構造の一端（アンカー８２Ｂ）から他端（アンカー８２Ａ）へ流し、ＭＥＭＳスイッチをオフにする。これによって、ＥＳＤ保護素子６８は、回路ブロック６２から電気的に分離される。
【０１８７】
本例のように、熱駆動方式のノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ５を用いたＥＳＤ保護素子６８においても、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチ５は、ＩＣチップ（回路ブロック６２）の非アクティブ時にオンにされ、ＩＣチップ（回路ブロック６２）のアクティブ時にオフにされる。
したがって、上述の実施例１及び２と同様の効果が得られ、高性能且つ低消費電力のＭＥＭＳ構造を用いたＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１８８】
（５） 実施例５
図１４を用いて、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子の一例について、説明する。図１４は、本例のＥＳＤ保護素子６８の構成を示すブロック図である。
【０１８９】
図９乃至図１３を用いて説明した例においては、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子によって、トランジスタから構成されるＩＣを、ＥＳＤパルスから保護する構成について説明した。但し、各実施例のＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子は、ＭＥＭＳ素子をＥＳＤから保護するのに用いてもよいのは、もちろんである。
例えば、図１４においては、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９を、ＥＳＤ保護の対象としている。
【０１９０】
ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９の一端には、信号線７２が接続され、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９の他端には、グランド線７３が接続される。そして、ＥＳＤ保護素子６８がＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９に対して並列接続されるように、ＥＳＤ保護素子６８の一端及び他端が、信号線７２及びグランド線７３にそれぞれ接続される。
【０１９１】
ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９が非アクティブのとき、オン状態となっている。また、そのＥＳＤ保護素子６８は、ＲＦ−ＭＥＭＳ素子６９がアクティブのとき、オフ状態にされる。
【０１９２】
この場合においても、ノーマリ・オン型ＭＥＭＳスイッチ１を用いたＥＳＤ保護素子６８は、ＭＥＭＳ素子６９をＥＳＤ保護対象回路として、ＥＳＤパルスから回路を保護できる。したがって、本例においても、実施例１乃至４と同様に、高性能且つ低消費電力のＭＥＭＳ構造を用いたＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１９３】
尚、本例においては、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチをＥＳＤ保護の対象としたが、他のＭＥＭＳ構造を用いたデバイスでも同様の効果が得られるのはもちろんである。また、本例において、ＥＳＤ保護素子６８としてのＭＥＭＳスイッチは、図１１及び図１３に示すＭＥＭＳスイッチ４，５を用いてもよいのは、もちろんである。
【０１９４】
（６） まとめ
以上のように、本発明の第２の実施形態において、実施例１乃至５で述べたように、ノーマリ・オン型のＭＥＭＳスイッチがＥＳＤ保護素子に適用される。
そして、ＥＳＤ保護の対象となる回路（ＩＣやＭＥＭＳ回路）に電源電圧が供給されていないとき（非アクティブ時）、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチは、オン（低インピーダンス状態）にされる。一方、ＥＳＤ保護の対象となる回路に電源電圧が供給されているとき（アクティブ時）、ＥＳＤ保護素子としてのＭＥＭＳスイッチは、オフ（高インピーダンス状態）にされる。
【０１９５】
これによって、ＥＳＤパルスが発生する確率が高い、回路の非アクティブ時において、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８は、駆動電位を必要とせずに、オン状態を保持できる。この場合、ＭＥＭＳスイッチはオン状態を保持しているので、スイッチングによる悪影響も無い。
【０１９６】
また、ＥＳＤ保護の対象となる回路のアクティブ時において、ＭＥＭＳスイッチを用いたＥＳＤ保護素子６８はオフ状態にする。ＭＥＭＳスイッチは実質的にリークが無いので、ＥＳＤ保護素子をＩＣチップ（回路ブロック）からほぼ完全に電気的に分離でき、回路に対する電圧降下及び遅延の発生を低減できる。
【０１９７】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、ＥＳＤ保護素子の消費電力を低減でき、且つ、回路に対する悪影響も低減できる。
【０１９８】
したがって、高性能且つ低消費電力のＭＥＭＳ構造を用いたＥＳＤ保護素子を提供できる。
【０１９９】
［その他］
本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】ＭＥＭＳスイッチの構造を示す平面図及び断面図。
【図２】ＭＥＭＳスイッチの製造工程を示す断面図。
【図３】図１のＭＥＭスイッチの動作を説明するための図。
【図４】ＭＥＭＳスイッチの構造及び動作を説明するための図。
【図５】ＭＥＭＳスイッチの構造及び動作を説明するための図。
【図６】ＭＥＭＳスイッチの適用例を説明するための図。
【図７】ＭＥＭＳスイッチの適用例を説明するための図。
【図８】ＭＥＭＳスイッチの適用例を説明するための図。
【図９】ＥＳＤ保護素子の構成例を説明するための図。
【図１０】ＥＳＤ保護素子の構成例を説明するための図。
【図１１】ＥＳＤ保護素子の構造を説明するための図。
【図１２】ＥＳＤ保護素子の構造及び動作を説明するための図。
【図１３】ＥＳＤ保護素子の構造及び動作を説明するための図。
【図１４】ＥＳＤ保護素子の構成例を説明するための図。
【符号の説明】
【０２０１】
１〜５，１Ｘ，１Ｙ：ＭＥＭＳスイッチ、９：アクチュエータ、１０，１００：基板、１１〜１３，９８Ａ，９８Ｂ：電極、１４，８２Ａ，８２Ｂ，９４Ａ，９４Ｂ：アンカー、１５，８０，９０：可動構造、１６，８１，９１：接点部、１７，１７Ａ，１７Ｂ：凸部、１８，１８Ａ，１８Ｂ，８５，９５：調整膜、２０，２０Ａ，２５Ａ，２９：キャップ、４０，４１：犠牲層、６０：スイッチマトリクス、６１：電源回路、６２：回路ブロック、６３１〜６３ｎ：回路ブロック、６４：電圧モニタ回路、６６：スイッチマトリクス制御回路、６７Ａ：パワーオン検知回路、６７Ｂ：電位生成回路、６８，６８Ｘ：ＥＳＤ保護素子、６９：ＲＦ−ＭＥＭＳ素子、７０，７４，７６：パッド、７２：信号線、７３：グランド線、７４，７５：配線、９３Ａ，９３Ｂ：トーションバー、９６：バネ部、９７Ａ，９７Ｂ：バネ構造。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた第１及び第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられたアンカーと、
前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、
前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、
前記可動構造上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる調整膜と、
前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記調整膜に接触し、駆動電極として機能するキャップと、
を具備することを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
基板上に設けられた第１及び第２の電極と、
前記基板上に設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられる第３の電極と、
前記第１の電極上に設けられるアンカーと、
前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、
前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、
前記可動構造上面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる第１の調整膜と、
前記可動構造底面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記可動構造を前記第３の電極に向かって反らせ、前記第３の電極と接触する第２の調整膜と、
前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記第１の調整膜に接触するキャップと、
を具備することを特徴とするスイッチ。
【請求項３】
ＩＣチップの基板上に設けられ、ＥＳＤ保護対象である回路とパッドをつなぐ配線に接続される第１の端子と、
前記基板上の前記第１の端子と電源配線との間に設けられ、可動構造を備えるスイッチと、
を具備し、
前記ＩＣチップが非アクティブのとき、前記スイッチが低インピーダンス状態になり、
前記ＩＣチップがアクティブのとき、前記スイッチが高インピーダンス状態になる、
ことを特徴とするＥＳＤ保護素子。
【請求項４】
前記スイッチは、
前記第１の端子に接続される第１の電極と、
前記基板上に設けられ、前記電源配線に接続され、前記可動構造を支持する少なくとも１つのアンカーと、
前記可動構造の端部に設けられ、前記第１の電極上方に配置される接点部と、
前記可動構造上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第１の電極に向かって反らせる調整膜と、をさらに備え、
前記可動構造は、導電体が用いられ、前記アンカーから前記第１の電極上方まで延在し、前記第１の電極に対して上下方向に動くことを特徴とする請求項３に記載のＥＳＤ保護素子。
【請求項５】
前記可動構造と前記アンカーとの間に介在するトーションバーと、
前記可動構造に接続され、前記可動構造よりも小さいバネ係数を有するバネ構造と、
前記バネ構造を介して、前記可動構造に接続される上部電極と、
前記基板上に設けられる下部電極と、
をさらに具備していることを特徴とする請求項４に記載のＥＳＤ保護素子。
【請求項１】
基板上に設けられた第１及び第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられたアンカーと、
前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、
前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、
前記可動構造上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる調整膜と、
前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記調整膜に接触し、駆動電極として機能するキャップと、
を具備することを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
基板上に設けられた第１及び第２の電極と、
前記基板上に設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられる第３の電極と、
前記第１の電極上に設けられるアンカーと、
前記アンカーに支持され、前記アンカーから前記第２の電極上方まで延在し、導電体が用いられ、前記第２の電極に対して上下方向に動く可動構造と、
前記可動構造の端部に設けられ、前記第２の電極上方に配置される接点部と、
前記可動構造上面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第２の電極に向かって反らせる第１の調整膜と、
前記可動構造底面上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記可動構造を前記第３の電極に向かって反らせ、前記第３の電極と接触する第２の調整膜と、
前記可動構造の周囲を取り囲むように前記基板上に設けられ、前記第１の調整膜に接触するキャップと、
を具備することを特徴とするスイッチ。
【請求項３】
ＩＣチップの基板上に設けられ、ＥＳＤ保護対象である回路とパッドをつなぐ配線に接続される第１の端子と、
前記基板上の前記第１の端子と電源配線との間に設けられ、可動構造を備えるスイッチと、
を具備し、
前記ＩＣチップが非アクティブのとき、前記スイッチが低インピーダンス状態になり、
前記ＩＣチップがアクティブのとき、前記スイッチが高インピーダンス状態になる、
ことを特徴とするＥＳＤ保護素子。
【請求項４】
前記スイッチは、
前記第１の端子に接続される第１の電極と、
前記基板上に設けられ、前記電源配線に接続され、前記可動構造を支持する少なくとも１つのアンカーと、
前記可動構造の端部に設けられ、前記第１の電極上方に配置される接点部と、
前記可動構造上に設けられ、前記可動構造を構成する材料と応力差を有し、前記接点部を前記第１の電極に向かって反らせる調整膜と、をさらに備え、
前記可動構造は、導電体が用いられ、前記アンカーから前記第１の電極上方まで延在し、前記第１の電極に対して上下方向に動くことを特徴とする請求項３に記載のＥＳＤ保護素子。
【請求項５】
前記可動構造と前記アンカーとの間に介在するトーションバーと、
前記可動構造に接続され、前記可動構造よりも小さいバネ係数を有するバネ構造と、
前記バネ構造を介して、前記可動構造に接続される上部電極と、
前記基板上に設けられる下部電極と、
をさらに具備していることを特徴とする請求項４に記載のＥＳＤ保護素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１２９３７１（Ｐ２０１０−１２９３７１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０２７５９（Ｐ２００８−３０２７５９）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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