ＭＥＭＳスイッチ
【課題】接触抵抗を低く保つことができ、寿命が長いＭＥＭＳスイッチの提供。
【解決手段】本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、固定電極３又は下部電極５の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｅから選ばれた一つの金属、又は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮから選ばれた一つの金属を主成分として構成されている。
【解決手段】本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、固定電極３又は下部電極５の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｅから選ばれた一つの金属、又は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮから選ばれた一つの金属を主成分として構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路用のスイッチとして応用が可能なＭＥＭＳスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術で作製されたアクチュエータを用いて、スイッチを作製する技術に関心が集まっている。これらのスイッチは、特に、携帯電話や自動車電話などをはじめとした高周波向けの用途として、従来用いられている半導体スイッチと比較して低損失でオフ時の高い絶縁特性を備えている。
【０００３】
このような高周波向けのスイッチは、可動電極と固定電極とを直接接触させるダイレクトコンタクト型ＭＥＭＳスイッチ（以下、単に、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチという）と、１０ＧＨｚ以上の高周波のみで使用可能であり、固定電極をごく薄い誘電膜を隔てて接触させるキャパシティブ型の２種類に大別される。なお、現在では、民生用の携帯電話機器はおよそ５００ＭＨｚから５ＧＨｚ帯を主として使用しているので、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチの利用価値が高い。
【０００４】
このようなＭＥＭＳスイッチの可動電極及び固定電極には、一般的にＡｕ（金）が用いられている。Ａｕは、導電性が高く、他の金属に比べて酸化されにくく、変形しやすいため接触面積を多く取ることができるという利点がある。このため、ＭＥＭＳスイッチなどの微細化されたスイッチにおいても高い導通（接触抵抗が低い状態）を保つことができる。しかしながら、Ａｕは、他の金属に比べて粘着係数が高い。このため、可動電極と固定電極とが粘着するという問題が生じる。
【０００５】
このような問題を解決するために、接触電極の材質にＲｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）又はＡｕＣｏ（金コバルト）を使用することにより、動作特性に関与しない程度にまで粘着力を低減できる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−２６６７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチは、実際は、可動電極と固定電極との接点では、よりミクロな融着、破断を繰り返しているため、スイッチとしてＯＮ−ＯＦＦを繰り返していくうちに、次第にその接点が表面荒れを生じ、ついには接触不良を生じ、ＭＥＭＳスイッチとしての寿命が低下するという問題が生じていた。
【０００７】
そこで、本発明は、接触抵抗を低く保つことができ、寿命が長いＤＣ型ＭＥＭＳスイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、基板と、前記基板上に設けられた固定電極と、前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｅから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、基板と、前記基板上に設けられた固定電極と、前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接触抵抗を低く保つことができ、寿命が長いＤＣ型ＭＥＭＳスイッチが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために、様々な検討を重ねた結果、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチにおいて接触抵抗を低く保つためには、やはり可動電極と固定電極との接触の際、その接触部が十分に変形して接触面積が大きくなることが必要であること、導電性が高く酸化されにくいこと等を考慮すると、可動電極と固定電極のどちらか一方はＡｕを用いることが最適であることを見出した。また、寿命を長くするためには、Ａｕと対となる電極が、Ａｕと融着しにくい材料を用いることが必要であることを見出した。
【００１２】
融着しにくいとは材料化学的に言い換えると、相互に混じりにくい、すなわち、平衡状態図で言えば双方の金属が固溶しないことである。また、熱力学的に言えば双方の金属の混合熱が正であることである。本発明者は、このようなＡｕと融着しにくい材料は、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）であることを見出した。
【００１３】
さらに、本発明者は、Ａｕと融着しにくい材料として、導電性を有する金属材料の窒化物が有効であることを見出した。その中で、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＺｒＮ（窒化ジルコニア）、ＨｆＮ（窒化ハフニウム）、ＶＮ（窒化バナジウム）は、接触抵抗が低く、常温で酸化しにくく、Ａｕと融着しにくいため、Ａｕと対となる電極の材料として好適であることを見出した。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１５】
図１に本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの一例を示す平面図を、図２に図１のＡ−Ａ線で切った断面図を、それぞれ示す。
【００１６】
本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチは、２つの固定電極を持つシリーズ型ＭＥＭＳスイッチに用いられるもので、図１、図２に示すように、基板１と、基板１上に設けられたトレンチ２内に配置された固定電極３と基板１上に設けられ、一部が固定電極３に対向配置された梁１０とを備えている。
【００１７】
梁１０は、一端がトレンチ２以外の基板１上に設けられ、他端が基板１の固定電極３に対向配置された下部電極５と、下部電極５上にこの順で積層された圧電膜６、上部電極７及び支持膜８とを備える。
【００１８】
下部電極５と、上部電極７には、それぞれ配線１２ａ、１２ｂが接続されている。配線１２ａ、１２ｂには、それぞれ端子１３ａ、１３ｂが設けられている。端子１３ａ、１３ｂは、それぞれ、下部電極５、上部電極７に電圧を印加して、圧電膜６を伸縮自在に駆動させる電圧印加手段の役割を備えている。
【００１９】
端子１３ａから下部電極５に、端子１３ｂから上部電極７にそれぞれ電圧を印加すると逆圧電効果により圧電膜６が歪んで伸縮する。例えば、端子１３ｂの電位を端子１３ａの電位より高くすることで、逆圧電効果により、圧電膜６は縮み、梁１０は基板１側に屈曲変位する。反対に、端子１３ｂの電位を端子１３ａの電位より低くすることで、逆圧電効果により圧電膜６は伸び、梁１０は基板１側と反対方向に屈曲変位する。
【００２０】
梁１０に設けられた下部電極５は、可動電極として働き、梁１０の屈曲変位に対応して、基板１方向に上下に変位する。この変位により下部電極５を固定電極３に直接接触させることで、ＭＥＭＳスイッチとしてＯＮ−ＯＦＦが可能となる。
【００２１】
下部電極５（可動電極）と固定電極３のどちらか一方はＡｕで構成されていることが好ましい。下部電極５と固定電極３の両方がＡｕで構成されている場合は、接触抵抗は低く保つことができるものの、ミクロな融着が発生してしまい、ＭＥＭＳスイッチとしての寿命が短くなるため好ましくない。また、下部電極５及び固定電極３のどちらにもＡｕを用いない場合は、接触抵抗が高くなるため好ましくない。
【００２２】
Ａｕと対となる電極は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｃから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることが好ましい。ここでいう「主成分として構成されている」とは、上記電極内に含まれる上記金属の重量％が、５０％以上の場合を示す（以下同様）。なお、上記電極に用いられる材料としては、その他、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられるがこれらはＡｕと融着しやすく、ＭＥＭＳスイッチとしての寿命が短くなるため好ましくない。
【００２３】
また、Ａｕと対となる電極は、金属材料の窒化物（ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ）から選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることが好ましい。その他、金属材料の窒化物として、ＮｂＮ（窒化ニオブ）、ＴａＮ（窒化タンタル）などが挙げられるが、これらはＡｕと融着しにくいものの接触抵抗が高くなるため好ましくない。
【００２４】
基板１は、絶縁性のガラス基板やシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板が好適に用いられる。
【００２５】
圧電膜６は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等が好適に用いられる。
【００２６】
上部電極７は、導電性を有する材料で構成されていれば特に限定されない。本実施形態ではＡｕを用いた場合で説明する。
【００２７】
支持膜８は、例えば、ポリＳｉ膜で構成されている。
【００２８】
次に、図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する。図３から図７は、本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図である。
【００２９】
最初に、例えば、絶縁性のガラス基板１に、リソグラフィー及びＲＩＥエッチングにより、端部にテーパーを有するトレンチ２を形成する（図３）。
【００３０】
次に、トレンチ２の底部に固定電極３を周知のリストオフプロセスを使用して形成する（図４）。
【００３１】
次に、トレンチ２を埋め込むように犠牲層４を成膜する（図５）。犠牲層としては、他の膜材料に対して選択エッチングが可能な無機材料、金属材料、有機材料を使用することが可能であるが、本実施形態では、多結晶シリコンを好適に用いている。
【００３２】
次に、周知のＣＭＰ技術により、ガラス基板１の表面が露出するまで犠牲層４を平坦化する（図６）。
【００３３】
次に、周知のスパッタ法、ＣＶＤ法等により、ガラス基板１及び犠牲層４上に、下部電極５、圧電膜６、上部電極７、支持膜８を、この順で積層して、周知のリソグラフィー及びエッチングによりパターニングし、梁１０を形成する（図７）。
【００３４】
最後に、トレンチ２内に形成された犠牲層４を、ＸｅＦ２を使用した選択エッチングにより除去し、下部電極５及び上部電極７に配線１２ａ、１２ｂ、端子１３ａ、１３ｂを接続することで、図１及び図２に示すようなＭＥＭＳスイッチが製造される。
【００３５】
なお、本発明は、図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチには限定されない。例えば、図８に示すように、基板１上にトレンチ２が設けられておらず、基板１上に固定電極３が設けられ、基板１上に、アンカー１５を介して固定された梁１０を備えたＭＥＭＳスイッチでも同様な効果が得られる。
【００３６】
次に、本発明について、具体的な実施例を説明する。
【実施例】
【００３７】
（実施例１〜６）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表１（実施例１〜６）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は下記に示すとおりである。
【００３８】
・固定電極３の厚さ２００ｎｍ
・下部電極５の厚さ２００ｎｍ
・圧電膜６ ｃ軸配向したＡｌＮ（厚さ５００ｎｍ）
・上部電極７ Ａｕ（厚さ２００ｎｍ）
・支持膜８ ポリＳｉ層（厚さ６００ｎｍ）
・梁１０の長軸（図１中ａ）の長さ２００μｍ
・梁１０の短軸（図１中ｂ）の長さ１００μｍ
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００３９】
（比較例１〜６）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表１（比較例１〜６）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作成した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００４０】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００４１】
実施例１から６及び比較例１から６に関する評価結果を表１に示す。
【表１】
【００４２】
表１を見ても分かるように、実施例１から６において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｃを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、初期接触抵抗が０．８〜２．８Ωと非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。これは、電極同士の初期接触時にＡｕが変形して広い接触面積が確保されるために接触抵抗が低くなること、さらに、これらの電極同士が、表２に示すような平衡状態図を見ても分かるように固溶状態を作らないこと、また、金属同士の混合熱も、Ａｕ−Ｉｒ（５３ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｒｈ（３１ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｏｓ（７７ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｒｕ（６５ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｒｅ（８３ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｔｃ（５９ＫＪ／ｍｏｌ）と大きいことなどから上述した効果が得られたものと考えられる。
【００４３】
一方、比較例１から３において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、初期接触抵抗が０．４〜１．６Ωと非常に小さいものの寿命が実施例に比べて２桁以上も低下することが確認された。これは、Ａｕ−Ａｕ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄの組み合わせは、表２に示すような平衡状態図において、固溶状態を作りやすく、かつ、これらの混合熱も、Ａｕ−Ａｕ（０ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｐｔ（１８ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｐｄ（０ＫＪ／ｍｏｌ）と、非常に小さいため、ミクロな融着を生じやすいためと考えられる。
【表２】
【００４４】
また、比較例４から６において、固定電極３としてＩｒを使用し、下部電極５として、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いものの、初期接触抵抗が高い結果が確認された。これは、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ共に硬く変形しにくいため、接触時において広い接触面積が確保することが出来なかったためと考えられる。
【００４５】
（実施例７）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に、上記実施例１〜６で良好であったＩｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｃのうち選択された２つの金属の合金（２元合金：Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｏｓ、Ｉｒ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｏｓ、Ｒｈ−Ｒｕ、Ｒｈ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｔｃ、Ｏｓ−Ｒｕ、Ｏｓ−Ｒｅ、Ｏｓ−Ｔｃ、Ｒｅ−Ｔｃ）、及び、選択された３つの金属の合金（３元合金：Ｉｒ−Ｒｈ−Ｏｓ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｔｃ、Ｉｒ−Ｏｓ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｏｓ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｏｓ−Ｔｃ、Ｉｒ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｒｕ−Ｔｃ、Ｉｒ−Ｒｅ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｏｓ−Ｒｕ、Ｒｈ−Ｏｓ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｏｓ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｒｕ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｒｅ−Ｔｃ、Ｏｓ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｏｓ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｏｓ−Ｒｅ−Ｔｃ、Ｒｕ−Ｒｅ−Ｔｃ）について検討を行った。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００４６】
その結果、実施例１から６の結果と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく（１.３〜３．８ Ω）、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。
【００４７】
（実施例８〜１０）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＩｒと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＩｒとＡｕとの混合比（重量比以下同様）を３：１（実施例８）、２：１（実施例９）、１：１（実施例１０）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００４８】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００４９】
（比較例７〜８）
実施例８〜１０と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＩｒとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＩｒとＡｕとの混合比を１：２（比較例７）、１：３（比較例８）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００５０】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００５１】
以上の実施例８から１０及び比較例７から８に関する評価結果を表３に示す。
【表３】
【００５２】
表３を見ても分かるように、下部電極のＩｒとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＩｒの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＩｒの重量％が５０％未満の場合（比較例７、８）は、寿命が一桁程度低下した。
【００５３】
（実施例１１〜１３）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＲｈと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＲｈとＡｕとの混合比を３：１（実施例１１）、２：１（実施例１２）、１：１（実施例１３）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００５４】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００５５】
（比較例９〜１０）
実施例１１〜１３と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＲｈとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＲｈとＡｕとの混合比を１：２（比較例９）、１：３（比較例１０）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００５６】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００５７】
以上の実施例１１から１３及び比較例９から１０に関する評価結果を表４に示す。
【表４】
【００５８】
表４を見ても分かるように、下部電極のＲｈとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＲｈの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＲｈの重量％が５０％未満の場合（比較例９、１０）は、寿命が一桁程度低下した。
【００５９】
（実施例１４〜１６）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＯｓと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＯｓとＡｕとの混合比を３：１（実施例１４）、２：１（実施例１５）、１：１（実施例１６）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６０】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６１】
（比較例１１〜１２）
実施例１４〜１６と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＯｓとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＯｓとＡｕとの混合比を１：２（比較例１１）、１：３（比較例１２）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６２】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６３】
以上の実施例１４から１６及び比較例１１から１２に関する評価結果を表５に示す。
【表５】
【００６４】
表５を見ても分かるように、下部電極のＯＳとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＯＳの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＯｓの重量％が５０％未満の場合（比較例１１、１２）は、寿命が一桁程度低下した。
【００６５】
（実施例１７〜１９）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＲｕと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＲｕとＡｕとの混合比を３：１（実施例１７）、２：１（実施例１８）、１：１（実施例１９）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６６】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６７】
（比較例１３〜１４）
実施例１７〜１９と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＲｕとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＲｕとＡｕとの混合比を１：２（比較例１３）、１：３（比較例１４）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６８】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６９】
以上の実施例１７から１９及び比較例１３から１４に関する評価結果を表６に示す。
【表６】
【００７０】
表６を見ても分かるように、下部電極のＲｕとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＲｕの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＲｕの重量％が５０％未満の場合（比較例１３、１４）は、寿命が一桁以上程度低下した。
【００７１】
（実施例２０〜２２）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＲｅと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＲｅとＡｕとの混合比を３：１（実施例２０）、２：１（実施例２１）、１：１（実施例２２）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００７２】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００７３】
（比較例１５〜１６）
実施例２０〜２２と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＲｅとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＲｅとＡｕとの混合比を１：２（比較例１５）、１：３（比較例１６）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００７４】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００７５】
以上の実施例２０から２２及び比較例１５から１６に関する評価結果を表７に示す。
【表７】
【００７６】
表７を見ても分かるように、下部電極のＲｅとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＲｅの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＲｅの重量％が５０％未満の場合（比較例１５、１６）は、寿命が一桁以上程度低下した。
【００７７】
（実施例２３〜２５）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＴｃと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＴｃとＡｕとの混合比を３：１（実施例２３）、２：１（実施例２４）、１：１（実施例２５）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００７８】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００７９】
（比較例１７〜１８）
実施例２３〜２５と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＴｃとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＴｃとＡｕとの混合比を１：２（比較例１７）、１：３（比較例１８）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００８０】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００８１】
以上の実施例２３から２５及び比較例１７から１８に関する評価結果を表８に示す。
【表８】
【００８２】
表８を見ても分かるように、下部電極のＴｃとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＴｃの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＴｃの重量％が５０％未満の場合（比較例１７、１８）は、寿命が一桁以上程度低下した。
【００８３】
（実施例２６〜２９）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表２（実施例２６〜２９）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作成した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００８４】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００８５】
（比較例１９〜２０）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表２（比較例１９〜２０）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作成した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００８６】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００８７】
以上の実施例２６から２９及び比較例１９から２０に関する評価結果を表９に示す。
【表９】
【００８８】
表９を見ても分かるように、実施例２６から２９において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、初期接触抵抗が２．０〜６．１と非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。これは、初期接触時にＡｕが変形して広い接触面積が確保されるために接触抵抗が低くなること、更に、これらの金属窒化物がＡｕと融着を生じないことなどから上述した効果が得られたものと考えられる。
【００８９】
一方、比較例１９、２０において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、ＮｄＮ、ＴａＮを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、寿命はいずれも１０８回以上と非常に長いものの、初期接触抵抗が１５Ω以上と非常に高い結果が確認された。これは、ＮｂＮ、ＴａＮの比抵抗値が大きいためと考えられる。
【００９０】
（その他の実施例及び比較例）
上記実施例２６〜２９で良好であったＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮを用いて、これらのうち選択された２つの金属の合金、３つの合金、及び上記４金属それぞれとＡｕとの混合比を振った検討でも、いずれも同様な結果が得られた。
【００９１】
なお、上述した実施例及び比較例では、固定電極にＡｕを用い、下部電極に上述したその他の金属及び金属窒化物を用いる例で説明しているが、本発明はこれに限定されることがなく、下部電極にＡｕ、固定電極に上述したその他の金属及び金属窒化物を用いても同様な効果が得られるのは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの一例を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切った断面図。
【図３】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図４】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図５】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図６】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図７】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図８】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの他の一例を示す平面図。
【符号の説明】
【００９３】
１ 基板
２ トレンチ
３ 固定電極
４ 犠牲層
５ 下部電極（可動電極）
６ 圧電膜
７ 上部電極
８ 支持膜
１０ 梁
１２ａ 配線
１２ｂ 配線
１３ａ 端子
１３ｂ 端子
１５ アンカー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路用のスイッチとして応用が可能なＭＥＭＳスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術で作製されたアクチュエータを用いて、スイッチを作製する技術に関心が集まっている。これらのスイッチは、特に、携帯電話や自動車電話などをはじめとした高周波向けの用途として、従来用いられている半導体スイッチと比較して低損失でオフ時の高い絶縁特性を備えている。
【０００３】
このような高周波向けのスイッチは、可動電極と固定電極とを直接接触させるダイレクトコンタクト型ＭＥＭＳスイッチ（以下、単に、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチという）と、１０ＧＨｚ以上の高周波のみで使用可能であり、固定電極をごく薄い誘電膜を隔てて接触させるキャパシティブ型の２種類に大別される。なお、現在では、民生用の携帯電話機器はおよそ５００ＭＨｚから５ＧＨｚ帯を主として使用しているので、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチの利用価値が高い。
【０００４】
このようなＭＥＭＳスイッチの可動電極及び固定電極には、一般的にＡｕ（金）が用いられている。Ａｕは、導電性が高く、他の金属に比べて酸化されにくく、変形しやすいため接触面積を多く取ることができるという利点がある。このため、ＭＥＭＳスイッチなどの微細化されたスイッチにおいても高い導通（接触抵抗が低い状態）を保つことができる。しかしながら、Ａｕは、他の金属に比べて粘着係数が高い。このため、可動電極と固定電極とが粘着するという問題が生じる。
【０００５】
このような問題を解決するために、接触電極の材質にＲｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）又はＡｕＣｏ（金コバルト）を使用することにより、動作特性に関与しない程度にまで粘着力を低減できる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−２６６７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチは、実際は、可動電極と固定電極との接点では、よりミクロな融着、破断を繰り返しているため、スイッチとしてＯＮ−ＯＦＦを繰り返していくうちに、次第にその接点が表面荒れを生じ、ついには接触不良を生じ、ＭＥＭＳスイッチとしての寿命が低下するという問題が生じていた。
【０００７】
そこで、本発明は、接触抵抗を低く保つことができ、寿命が長いＤＣ型ＭＥＭＳスイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、基板と、前記基板上に設けられた固定電極と、前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｅから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るＭＥＭＳスイッチは、基板と、前記基板上に設けられた固定電極と、前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接触抵抗を低く保つことができ、寿命が長いＤＣ型ＭＥＭＳスイッチが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために、様々な検討を重ねた結果、ＤＣ型ＭＥＭＳスイッチにおいて接触抵抗を低く保つためには、やはり可動電極と固定電極との接触の際、その接触部が十分に変形して接触面積が大きくなることが必要であること、導電性が高く酸化されにくいこと等を考慮すると、可動電極と固定電極のどちらか一方はＡｕを用いることが最適であることを見出した。また、寿命を長くするためには、Ａｕと対となる電極が、Ａｕと融着しにくい材料を用いることが必要であることを見出した。
【００１２】
融着しにくいとは材料化学的に言い換えると、相互に混じりにくい、すなわち、平衡状態図で言えば双方の金属が固溶しないことである。また、熱力学的に言えば双方の金属の混合熱が正であることである。本発明者は、このようなＡｕと融着しにくい材料は、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｔｃ（テクネチウム）であることを見出した。
【００１３】
さらに、本発明者は、Ａｕと融着しにくい材料として、導電性を有する金属材料の窒化物が有効であることを見出した。その中で、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＺｒＮ（窒化ジルコニア）、ＨｆＮ（窒化ハフニウム）、ＶＮ（窒化バナジウム）は、接触抵抗が低く、常温で酸化しにくく、Ａｕと融着しにくいため、Ａｕと対となる電極の材料として好適であることを見出した。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１５】
図１に本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの一例を示す平面図を、図２に図１のＡ−Ａ線で切った断面図を、それぞれ示す。
【００１６】
本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチは、２つの固定電極を持つシリーズ型ＭＥＭＳスイッチに用いられるもので、図１、図２に示すように、基板１と、基板１上に設けられたトレンチ２内に配置された固定電極３と基板１上に設けられ、一部が固定電極３に対向配置された梁１０とを備えている。
【００１７】
梁１０は、一端がトレンチ２以外の基板１上に設けられ、他端が基板１の固定電極３に対向配置された下部電極５と、下部電極５上にこの順で積層された圧電膜６、上部電極７及び支持膜８とを備える。
【００１８】
下部電極５と、上部電極７には、それぞれ配線１２ａ、１２ｂが接続されている。配線１２ａ、１２ｂには、それぞれ端子１３ａ、１３ｂが設けられている。端子１３ａ、１３ｂは、それぞれ、下部電極５、上部電極７に電圧を印加して、圧電膜６を伸縮自在に駆動させる電圧印加手段の役割を備えている。
【００１９】
端子１３ａから下部電極５に、端子１３ｂから上部電極７にそれぞれ電圧を印加すると逆圧電効果により圧電膜６が歪んで伸縮する。例えば、端子１３ｂの電位を端子１３ａの電位より高くすることで、逆圧電効果により、圧電膜６は縮み、梁１０は基板１側に屈曲変位する。反対に、端子１３ｂの電位を端子１３ａの電位より低くすることで、逆圧電効果により圧電膜６は伸び、梁１０は基板１側と反対方向に屈曲変位する。
【００２０】
梁１０に設けられた下部電極５は、可動電極として働き、梁１０の屈曲変位に対応して、基板１方向に上下に変位する。この変位により下部電極５を固定電極３に直接接触させることで、ＭＥＭＳスイッチとしてＯＮ−ＯＦＦが可能となる。
【００２１】
下部電極５（可動電極）と固定電極３のどちらか一方はＡｕで構成されていることが好ましい。下部電極５と固定電極３の両方がＡｕで構成されている場合は、接触抵抗は低く保つことができるものの、ミクロな融着が発生してしまい、ＭＥＭＳスイッチとしての寿命が短くなるため好ましくない。また、下部電極５及び固定電極３のどちらにもＡｕを用いない場合は、接触抵抗が高くなるため好ましくない。
【００２２】
Ａｕと対となる電極は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｃから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることが好ましい。ここでいう「主成分として構成されている」とは、上記電極内に含まれる上記金属の重量％が、５０％以上の場合を示す（以下同様）。なお、上記電極に用いられる材料としては、その他、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられるがこれらはＡｕと融着しやすく、ＭＥＭＳスイッチとしての寿命が短くなるため好ましくない。
【００２３】
また、Ａｕと対となる電極は、金属材料の窒化物（ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ）から選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることが好ましい。その他、金属材料の窒化物として、ＮｂＮ（窒化ニオブ）、ＴａＮ（窒化タンタル）などが挙げられるが、これらはＡｕと融着しにくいものの接触抵抗が高くなるため好ましくない。
【００２４】
基板１は、絶縁性のガラス基板やシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板が好適に用いられる。
【００２５】
圧電膜６は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等が好適に用いられる。
【００２６】
上部電極７は、導電性を有する材料で構成されていれば特に限定されない。本実施形態ではＡｕを用いた場合で説明する。
【００２７】
支持膜８は、例えば、ポリＳｉ膜で構成されている。
【００２８】
次に、図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する。図３から図７は、本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図である。
【００２９】
最初に、例えば、絶縁性のガラス基板１に、リソグラフィー及びＲＩＥエッチングにより、端部にテーパーを有するトレンチ２を形成する（図３）。
【００３０】
次に、トレンチ２の底部に固定電極３を周知のリストオフプロセスを使用して形成する（図４）。
【００３１】
次に、トレンチ２を埋め込むように犠牲層４を成膜する（図５）。犠牲層としては、他の膜材料に対して選択エッチングが可能な無機材料、金属材料、有機材料を使用することが可能であるが、本実施形態では、多結晶シリコンを好適に用いている。
【００３２】
次に、周知のＣＭＰ技術により、ガラス基板１の表面が露出するまで犠牲層４を平坦化する（図６）。
【００３３】
次に、周知のスパッタ法、ＣＶＤ法等により、ガラス基板１及び犠牲層４上に、下部電極５、圧電膜６、上部電極７、支持膜８を、この順で積層して、周知のリソグラフィー及びエッチングによりパターニングし、梁１０を形成する（図７）。
【００３４】
最後に、トレンチ２内に形成された犠牲層４を、ＸｅＦ２を使用した選択エッチングにより除去し、下部電極５及び上部電極７に配線１２ａ、１２ｂ、端子１３ａ、１３ｂを接続することで、図１及び図２に示すようなＭＥＭＳスイッチが製造される。
【００３５】
なお、本発明は、図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチには限定されない。例えば、図８に示すように、基板１上にトレンチ２が設けられておらず、基板１上に固定電極３が設けられ、基板１上に、アンカー１５を介して固定された梁１０を備えたＭＥＭＳスイッチでも同様な効果が得られる。
【００３６】
次に、本発明について、具体的な実施例を説明する。
【実施例】
【００３７】
（実施例１〜６）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表１（実施例１〜６）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は下記に示すとおりである。
【００３８】
・固定電極３の厚さ２００ｎｍ
・下部電極５の厚さ２００ｎｍ
・圧電膜６ ｃ軸配向したＡｌＮ（厚さ５００ｎｍ）
・上部電極７ Ａｕ（厚さ２００ｎｍ）
・支持膜８ ポリＳｉ層（厚さ６００ｎｍ）
・梁１０の長軸（図１中ａ）の長さ２００μｍ
・梁１０の短軸（図１中ｂ）の長さ１００μｍ
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００３９】
（比較例１〜６）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表１（比較例１〜６）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作成した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００４０】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００４１】
実施例１から６及び比較例１から６に関する評価結果を表１に示す。
【表１】
【００４２】
表１を見ても分かるように、実施例１から６において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｃを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、初期接触抵抗が０．８〜２．８Ωと非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。これは、電極同士の初期接触時にＡｕが変形して広い接触面積が確保されるために接触抵抗が低くなること、さらに、これらの電極同士が、表２に示すような平衡状態図を見ても分かるように固溶状態を作らないこと、また、金属同士の混合熱も、Ａｕ−Ｉｒ（５３ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｒｈ（３１ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｏｓ（７７ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｒｕ（６５ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｒｅ（８３ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｔｃ（５９ＫＪ／ｍｏｌ）と大きいことなどから上述した効果が得られたものと考えられる。
【００４３】
一方、比較例１から３において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、初期接触抵抗が０．４〜１．６Ωと非常に小さいものの寿命が実施例に比べて２桁以上も低下することが確認された。これは、Ａｕ−Ａｕ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄの組み合わせは、表２に示すような平衡状態図において、固溶状態を作りやすく、かつ、これらの混合熱も、Ａｕ−Ａｕ（０ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｐｔ（１８ＫＪ／ｍｏｌ）、Ａｕ−Ｐｄ（０ＫＪ／ｍｏｌ）と、非常に小さいため、ミクロな融着を生じやすいためと考えられる。
【表２】
【００４４】
また、比較例４から６において、固定電極３としてＩｒを使用し、下部電極５として、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いものの、初期接触抵抗が高い結果が確認された。これは、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ共に硬く変形しにくいため、接触時において広い接触面積が確保することが出来なかったためと考えられる。
【００４５】
（実施例７）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に、上記実施例１〜６で良好であったＩｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｃのうち選択された２つの金属の合金（２元合金：Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｏｓ、Ｉｒ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｏｓ、Ｒｈ−Ｒｕ、Ｒｈ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｔｃ、Ｏｓ−Ｒｕ、Ｏｓ−Ｒｅ、Ｏｓ−Ｔｃ、Ｒｅ−Ｔｃ）、及び、選択された３つの金属の合金（３元合金：Ｉｒ−Ｒｈ−Ｏｓ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｔｃ、Ｉｒ−Ｏｓ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｏｓ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｏｓ−Ｔｃ、Ｉｒ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｒｕ−Ｔｃ、Ｉｒ−Ｒｅ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｏｓ−Ｒｕ、Ｒｈ−Ｏｓ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｏｓ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｒｕ−Ｔｃ、Ｒｈ−Ｒｅ−Ｔｃ、Ｏｓ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｏｓ−Ｒｕ−Ｒｅ、Ｏｓ−Ｒｅ−Ｔｃ、Ｒｕ−Ｒｅ−Ｔｃ）について検討を行った。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００４６】
その結果、実施例１から６の結果と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく（１.３〜３．８ Ω）、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。
【００４７】
（実施例８〜１０）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＩｒと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＩｒとＡｕとの混合比（重量比以下同様）を３：１（実施例８）、２：１（実施例９）、１：１（実施例１０）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００４８】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００４９】
（比較例７〜８）
実施例８〜１０と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＩｒとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＩｒとＡｕとの混合比を１：２（比較例７）、１：３（比較例８）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００５０】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００５１】
以上の実施例８から１０及び比較例７から８に関する評価結果を表３に示す。
【表３】
【００５２】
表３を見ても分かるように、下部電極のＩｒとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＩｒの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＩｒの重量％が５０％未満の場合（比較例７、８）は、寿命が一桁程度低下した。
【００５３】
（実施例１１〜１３）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＲｈと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＲｈとＡｕとの混合比を３：１（実施例１１）、２：１（実施例１２）、１：１（実施例１３）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００５４】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００５５】
（比較例９〜１０）
実施例１１〜１３と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＲｈとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＲｈとＡｕとの混合比を１：２（比較例９）、１：３（比較例１０）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００５６】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００５７】
以上の実施例１１から１３及び比較例９から１０に関する評価結果を表４に示す。
【表４】
【００５８】
表４を見ても分かるように、下部電極のＲｈとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＲｈの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＲｈの重量％が５０％未満の場合（比較例９、１０）は、寿命が一桁程度低下した。
【００５９】
（実施例１４〜１６）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＯｓと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＯｓとＡｕとの混合比を３：１（実施例１４）、２：１（実施例１５）、１：１（実施例１６）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６０】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６１】
（比較例１１〜１２）
実施例１４〜１６と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＯｓとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＯｓとＡｕとの混合比を１：２（比較例１１）、１：３（比較例１２）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６２】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６３】
以上の実施例１４から１６及び比較例１１から１２に関する評価結果を表５に示す。
【表５】
【００６４】
表５を見ても分かるように、下部電極のＯＳとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＯＳの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＯｓの重量％が５０％未満の場合（比較例１１、１２）は、寿命が一桁程度低下した。
【００６５】
（実施例１７〜１９）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＲｕと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＲｕとＡｕとの混合比を３：１（実施例１７）、２：１（実施例１８）、１：１（実施例１９）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６６】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６７】
（比較例１３〜１４）
実施例１７〜１９と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＲｕとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＲｕとＡｕとの混合比を１：２（比較例１３）、１：３（比較例１４）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００６８】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００６９】
以上の実施例１７から１９及び比較例１３から１４に関する評価結果を表６に示す。
【表６】
【００７０】
表６を見ても分かるように、下部電極のＲｕとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＲｕの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＲｕの重量％が５０％未満の場合（比較例１３、１４）は、寿命が一桁以上程度低下した。
【００７１】
（実施例２０〜２２）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＲｅと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＲｅとＡｕとの混合比を３：１（実施例２０）、２：１（実施例２１）、１：１（実施例２２）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００７２】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００７３】
（比較例１５〜１６）
実施例２０〜２２と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＲｅとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＲｅとＡｕとの混合比を１：２（比較例１５）、１：３（比較例１６）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００７４】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００７５】
以上の実施例２０から２２及び比較例１５から１６に関する評価結果を表７に示す。
【表７】
【００７６】
表７を見ても分かるように、下部電極のＲｅとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＲｅの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＲｅの重量％が５０％未満の場合（比較例１５、１６）は、寿命が一桁以上程度低下した。
【００７７】
（実施例２３〜２５）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３にＡｕを用い、下部電極５に上記実施例１〜６で良好であった金属のうちＴｃと、上記比較例で最も結果が悪かったＡｕとの２元合金を用いた。この２元合金は、ＴｃとＡｕとの混合比を３：１（実施例２３）、２：１（実施例２４）、１：１（実施例２５）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００７８】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００７９】
（比較例１７〜１８）
実施例２３〜２５と同様に、固定電極３にＡｕを用い、下部電極にＴｃとＡｕとの２元合金を作製した。この２元合金は、ＴｃとＡｕとの混合比を１：２（比較例１７）、１：３（比較例１８）と変化させてそれぞれ作製した。これらの２元合金を下部電極５としてそれぞれＭＥＭＳスイッチを作製した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００８０】
以上の条件で作成したそれぞれのＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００８１】
以上の実施例２３から２５及び比較例１７から１８に関する評価結果を表８に示す。
【表８】
【００８２】
表８を見ても分かるように、下部電極のＴｃとＡｕとの混合比が３：１、２：１、１：１のとき、すなわち下部電極内に含まれるＴｃの重量％が５０％以上の時は、実施例１から６と同様に、初期接触抵抗が非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。なお、下部電極内に含まれるＴｃの重量％が５０％未満の場合（比較例１７、１８）は、寿命が一桁以上程度低下した。
【００８３】
（実施例２６〜２９）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表２（実施例２６〜２９）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作成した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００８４】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００８５】
（比較例１９〜２０）
図１及び図２に示すＭＥＭＳスイッチを、図３から図７に示す製造方法で作製した。この際、固定電極３及び下部電極５に用いられる金属材料を、表２（比較例１９〜２０）に示すような条件でそれぞれ振って、ＭＥＭＳスイッチを作成した。その他の条件は実施例１から６と同様とした。
【００８６】
以上の条件で作成したＭＥＭＳスイッチの初期接触抵抗値及び初期抵抗値が２倍になるまでの寿命をそれぞれ評価した。
【００８７】
以上の実施例２６から２９及び比較例１９から２０に関する評価結果を表９に示す。
【表９】
【００８８】
表９を見ても分かるように、実施例２６から２９において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、初期接触抵抗が２．０〜６．１と非常に小さく、かつ、寿命がいずれも１０８回以上と非常に長いことが確認された。これは、初期接触時にＡｕが変形して広い接触面積が確保されるために接触抵抗が低くなること、更に、これらの金属窒化物がＡｕと融着を生じないことなどから上述した効果が得られたものと考えられる。
【００８９】
一方、比較例１９、２０において、固定電極３としてＡｕを使用し、下部電極５として、ＮｄＮ、ＴａＮを使用したＭＥＭＳスイッチにおいては、寿命はいずれも１０８回以上と非常に長いものの、初期接触抵抗が１５Ω以上と非常に高い結果が確認された。これは、ＮｂＮ、ＴａＮの比抵抗値が大きいためと考えられる。
【００９０】
（その他の実施例及び比較例）
上記実施例２６〜２９で良好であったＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮを用いて、これらのうち選択された２つの金属の合金、３つの合金、及び上記４金属それぞれとＡｕとの混合比を振った検討でも、いずれも同様な結果が得られた。
【００９１】
なお、上述した実施例及び比較例では、固定電極にＡｕを用い、下部電極に上述したその他の金属及び金属窒化物を用いる例で説明しているが、本発明はこれに限定されることがなく、下部電極にＡｕ、固定電極に上述したその他の金属及び金属窒化物を用いても同様な効果が得られるのは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの一例を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切った断面図。
【図３】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図４】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図５】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図６】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図７】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する工程毎の断面図。
【図８】本実施形態に係るＭＥＭＳスイッチの他の一例を示す平面図。
【符号の説明】
【００９３】
１ 基板
２ トレンチ
３ 固定電極
４ 犠牲層
５ 下部電極（可動電極）
６ 圧電膜
７ 上部電極
８ 支持膜
１０ 梁
１２ａ 配線
１２ｂ 配線
１３ａ 端子
１３ｂ 端子
１５ アンカー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、
前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、
前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｅから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、
前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、
前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、
前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、
前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｅから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
前記基板上に設けられ、前記固定電極に対向配置された可動電極を有し、前記基板方向に対して屈曲変位することで、前記固定電極と前記可動電極とを直接接触させる梁と、
前記梁の屈曲変位を制御する制御手段と、を備え、
前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方はＡｕで構成され、他方は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮから選ばれた一つないしは二つ以上の金属を主成分として構成されていることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−５３０７７（Ｐ２００８−５３０７７Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８７４８（Ｐ２００６−２２８７４８）
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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