ＭＥＭＳデバイス
【課題】ホットスイッチング特性が向上するＭＥＭＳデバイスを提案する。
【解決手段】本発明の例に関わるＭＥＭＳデバイスは、第１及び第２の下部電極１１，１２と、静電容量Ｃ１を有する固定容量素子を下部電極１１との間に形成する第１の駆動電極３１と、静電容量Ｃ２を有する固定容量素子を下部電極１２との間に形成する第２の駆動電極３２と、基板上に設けられたアンカー部によって、駆動電極３１，３２上方に中空に支持され、駆動電極３１，３２に向かって動き、駆動電極３１との間に可変な静電容量Ｃ３を有し、駆動電極３２との間に可変な静電容量Ｃ４を有する上部電極２と、を具備し、下部電極１１，１２の間の容量値は、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が直列接続された合成容量の値で決定され、直列接続された合成容量の値が、可変容量値として用いられる。
【解決手段】本発明の例に関わるＭＥＭＳデバイスは、第１及び第２の下部電極１１，１２と、静電容量Ｃ１を有する固定容量素子を下部電極１１との間に形成する第１の駆動電極３１と、静電容量Ｃ２を有する固定容量素子を下部電極１２との間に形成する第２の駆動電極３２と、基板上に設けられたアンカー部によって、駆動電極３１，３２上方に中空に支持され、駆動電極３１，３２に向かって動き、駆動電極３１との間に可変な静電容量Ｃ３を有し、駆動電極３２との間に可変な静電容量Ｃ４を有する上部電極２と、を具備し、下部電極１１，１２の間の容量値は、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が直列接続された合成容量の値で決定され、直列接続された合成容量の値が、可変容量値として用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）を可変容量素子に適用したデバイス（以下、ＭＥＭＳ可変容量デバイスとよぶ）は、低い損失、高いアイソレーション、高い線形性を実現できることから、次世代携帯端末のマルチバンド・マルチモード化を実現するキーデバイスとして期待されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ可変容量デバイスが、例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）規格の無線システムに適用される場合、そのＭＥＭＳ可変容量デバイスは、３５ｄＢｍ程度のＲＦパワーが印加されている状態で、スイッチングすることが要求される。つまり、３５ｄＢｍのＲＦパワーが印加されている状態で、ＭＥＭＳ可変容量デバイスを構成する可動な上部容量電極が、下部容量電極側に下がった状態（down-state）から、上部容量電極を下部容量電極側から上方へ引き上げた状態（up-state）に戻さなければならない。このようなＲＦパワーが印加されている状態におけるスイッチング動作は、ホットスイッチングとよばれる。
【０００４】
ホットスイッチングを実現するための一手法として、上部容量電極に接続されているばね構造（又は支持部材）のばね定数を大きくする手法がある。しかし、ばね構造のばね定数が大きくなると、上部容量電極を下部容量電極側から引き上げる動作は容易になるのに対して、上部容量電極を下部容量電極側へ下げる動作は、大きな駆動力（例えば、静電引力）が必要となる。
【０００５】
大きな駆動力を得るためには、ＭＥＭＳ可変容量デバイスを駆動させるための駆動電圧を大きくしたり、駆動電極の面積を大きくしたりしなければならない。
【０００６】
駆動電圧を大きくして、大きな駆動力を得る場合には、外部からの供給電位を駆動電圧まで昇圧する昇圧回路の面積が増える、消費電力が増加する、或いは、スイッチング時間が長くなるなどの問題が生じる。
また、駆動電極の面積を大きくして、大きな駆動力を得る場合には、チップ面積が増加し、製造コストが増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，３９１，６７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ホットスイッチング特性が向上するＭＥＭＳデバイスを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に関わるＭＥＭＳデバイスは、第１及び第２の下部電極と、第１の静電容量を有する固定容量素子を、前記第１の下部電極との間に形成する第１の駆動電極と、第２の静電容量を有する固定容量素子を、前記第２の下部電極との間に形成する第２の駆動電極と、基板上に設けられたアンカー部によって、前記第１及び第２の駆動電極上方に中空に支持され、前記第１及び第２の駆動電極に向かって動き、前記第１の駆動電極との間に可変可能な第３の静電容量を有し、前記第２の駆動電極との間に可変可能な第４の静電容量を有する上部電極と、を具備し、前記第１及び第２の下部電極の間の容量値は、前記第１、第２、第３及び第４の静電容量が直列接続された合成容量の値で決定され、前記直列接続された合成容量の値が、可変容量値として用いられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホットスイッチング特性が向上するＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図２Ａ】第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図２Ｂ】第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図３】ＭＥＭＳデバイスを駆動させるための構成例を示す図。
【図４】第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図５】ＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図６】検証結果を説明するための図。
【図７】検証結果を説明するための図。
【図８】ＭＥＭＳデバイスの製造方法を示す図。
【図９】第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図１０Ａ】第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１０Ｂ】第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図１１】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図１２Ａ】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１２Ｂ】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１２Ｃ】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図１３】第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図１４Ａ】第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１４Ｂ】第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１５】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための形態について詳細に説明する。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、重複する説明は必要に応じて行う。
【００１３】
［実施形態］
（１） 第１の実施形態
図１乃至図８を参照して、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて、説明する。
【００１４】
（ａ） 構造
図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造について、説明する。図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造を示している。また、図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの断面構造を示している。図２Ａは、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示し、図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面構造を示している。
【００１５】
本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイスである。
【００１６】
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、基板１上に設けられる。基板１は、例えば、ガラスなどの絶縁性基板や、シリコン基板上に設けられた層間絶縁膜である。
【００１７】
シリコン基板上の層間絶縁膜が基板１に用いられた場合、シリコン基板の表面領域（半導体領域）に、電界効果トランジスタなどの素子が設けられてもよい。それらの素子は、ロジック回路や記憶回路を構成している。層間絶縁膜は、それらの回路を覆うように、シリコン基板上に設けられている。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイスは、シリコン基板上の回路の上方に設けられる。尚、例えば、オシレータのようなノイズの発生源になる回路は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの下方に、配置しないことが好ましい。尚、層間絶縁膜内にシールドメタルを設けて、下層の回路からのノイズが、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに伝播するのを抑制してもよい。
また、シリコン基板上の層間絶縁膜は、その寄生容量を小さくするため、誘電率の低い材料が用いられることが望ましい。例えば、層間絶縁膜には、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）が、用いられる。また、寄生容量を小さくするためには、層間絶縁膜の膜厚は厚いほうが望ましく、基板１としての層間絶縁膜の膜厚は、例えば、１０μｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、例えば、下部容量電極（下部電極）１と上部容量電極（上部電極）２とを含んでいる。下部容量電極１と上部容量電極２とは、１つの可変容量素子を形成している。
【００１９】
本実施形態において、下部容量電極１は、シグナル電極（第１の下部電極）１１とグランド電極（第２の下部電極）１２とから構成されている。シグナル電極１１及びグランド電極１２は１つの対をなし、２つの電極１１，１２間の電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの出力（ＲＦパワー／ＲＦ電圧）として扱われる。シグナル電極１１の電位は、可変であり、グランド電極１２の電位は、一定の電位（例えばグランド電位）に設定される。
【００２０】
シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、基板９内の溝Ｚ内に埋め込まれ、基板９内に固定されている。シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、ｙ方向に延在している。
シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの金属、又は、これらのいずれか１つを含む合金が用いられる。
【００２１】
シグナル電極１１及びグランド電極１２の上面上には、絶縁膜１５が設けられている。
【００２２】
上部容量電極２は、シグナル電極１１及びグランド電極１２上方に設けられている。上部容量電極２は、例えば、複数のばね構造４１，４５を介して、アンカー５１，５２によって、中空に支持されている。上部容量電極２は可動であり、基板１表面に対して上下方向（垂直方向）に動く。上部容量電極２は、例えば、四角形状の平面形状を有し、ｘ方向に延在している。尚、上部容量電極２は、その上面からその底面に向かって貫通する開口部（貫通孔）を有してもよい。
【００２３】
上部容量電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）などの金属が用いられる。
【００２４】
上部容量電極２には、第１のばね構造４１の一端が接続されている。第１のばね構造４１は、例えば、上部容量電極２と一体に形成され、上部容量電極２と第１のばね構造４１とは、１つに繋がった単層構造になっている。第１のばね構造４１は、例えば、メアンダ状の平面形状を有している。
【００２５】
第１のばね構造４１の他端には、アンカー部５１が接続される。アンカー部５１は、例えば、配線９１上に設けられている。配線９１は、基板９表面を覆う絶縁膜１５上に設けられている。配線９１表面は、絶縁膜９２によって、覆われている。絶縁膜９２には、開口部が設けられている。この開口部を経由して、アンカー部５１は、配線９１に直接接触する。
【００２６】
第１のばね構造４１は、例えば、導電体から構成され、上部容量電極２と同じ材料が用いられる。この場合、第１のばね構造４１には、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ａｕ又はＰｔなどの金属が用いられる。アンカー部５１は、例えば、導電体から構成され、ばね構造４１と同じ材料から構成される。ただし、アンカー部５１は、上部容量電極２及びばね構造４１と異なる材料が用いられてもよい。
【００２７】
上部容量電極２は、第１のばね構造４１、アンカー部５２及び配線９１を介して、電位（電圧）が供給される。
【００２８】
また、四角形状の上部容量電極２の四隅に、第２のばね構造４５が１つずつ接続されている。第２のばね構造４５の一端は、上部容量電極２上に設けられている。第２のばね構造４５と上部容量電極２との接合部は、積層構造になっている。第２のばね構造４１の他端は、アンカー部５２に接続される。アンカー部５２は、ダミー層９３，９４上に設けられている。ダミー層９３，９４は、基板９表面を覆う絶縁膜１５上に設けられている。
【００２９】
第２のばね構造４５は、例えば、第１のばね構造４１とは異なる材料から構成される。第２のばね構造４５に用いられる材料は、例えば、脆性材料が用いられる。脆性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が塑性変化（形状の変化）をほとんど生じないで破壊される材料のことである。
第２のばね構造４５に用いられる材料は、酸化シリコン、窒化シリコンのような絶縁性を有する材料を使用してもよいし、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のような半導体材料、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム−チタニウム（ＡｌＴｉ）合金のような導電性を有する材料を使用してもよい。但し、本実施形態において、第２のばね構造４５は、脆性材料以外の材料が用いられてもよいし、第１のばね構造と同じ材料（導電体）が用いられてもよい。
【００３０】
尚、第１のばね構造４１に用いられる材料は、例えば、延性材料である。延性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が大きな塑性変化（延び）を生じてから破壊される材料のことである。一般に、脆性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギー（応力）は、延性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギーより小さい。つまり、脆性材料を用いた部材は、延性材料を用いた部材より、破壊されやすい。
【００３１】
脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２は、例えば、ばね構造４５の線幅、ばね構造４５の膜厚、及びばね構造４５の湾曲部（フレクチャー（Flexure））を適宜設定することによって、延性材料を用いたばね構造４１のばね定数ｋ１よりも大きくされる。
【００３２】
本実施形態のように、延性及び脆性材料のばね構造４１，４５が上部電極２に接続されている場合、上部容量電極２が上方に引き上げられた状態（up-stateとよぶ）における容量電極間の間隔は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２によって、実質的に決定される。
【００３３】
上記のように、脆性材料を用いたばね構造４５は、クリープ現象が起こりにくい。そのため、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの駆動を複数回繰り返しても、up-state時における容量電極間の間隔の変動は、少ない。尚、材料のクリープ現象とは、ある部材に応力が与えられたときに、部材の歪み（形状の変化）が増大する現象のことである。
延性材料を用いたばね構造４１は、複数回の駆動によって、クリープ現象が生じる。しかし、ばね構造４１のばね定数ｋ１は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね係数ｋ２に比較して小さく設定されている。よって、up-state時における容量電極間の間隔に、延性材料を用いたばね構造４１の形状の変化（たわみ）が、大きな影響を与えることはない。
このように、延性材料を用いたばね構造と脆性材料を用いたばね構造をＭＥＭＳデバイスに適用することによって、損失が低いという利点を保持しつつ、クリープ現象による特性劣化の小さいＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）を提供できる。
【００３４】
アンカー部５２に用いられる材料は、例えば、第２のばね構造４５と同じ材料（例えば、脆性材料）が用いられもよいし、アンカー部５１と同じ材料（例えば、延性材料）でもよい。
【００３５】
下部容量電極１１，１２と上部容量電極２との間に、第１及び第２の下部駆動電極（駆動電極）３１，３２が設けられている。上部容量電極２と下部駆動電極３１，３２との間には、空隙（キャビティ）が設けられている。
【００３６】
下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜１５を介して、下部容量電極１１，１２上に積層されている。より具体的には、第１の下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を介して、シグナル電極１１上に設けられている。第２の下部駆動電極３２は、絶縁膜１５を介して、グランド電極１２上に設けられている。尚、下部駆動電極３１，３２は、基板９上面に設けられたシグナル電極１１及びグランド電極１２上に、絶縁膜を介して、積層されてもよい。
【００３７】
下部駆動電極３１，３２は四角形状の平面形状を有し、例えば、ｙ方向に延在する。下部駆動電極３１，３２の表面は、例えば、絶縁膜３５，３６によって覆われている。下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜１５上に固定されている。
【００３８】
尚、本実施形態において、下部駆動電極３１，３２のｘ方向及びｙ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２と同じ寸法を有して図示されているが、これに限定されない。例えば、下部駆動電極３１，３２のｘ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２のｘ方向の寸法より大きくてもよいし、下部駆動電極３１，３２のｙ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２のｙ方向の寸法より小さくてもよい。
【００３９】
下部駆動電極３１，３２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）などの、金属が用いられる。また、絶縁膜３５，３６には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、高誘電体（High-k）膜などの絶縁体が用いられる。
尚、配線９１及びダミー層９３は、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料が用いられ、配線９１及びダミー層９３の膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と同じになっている。また、配線９１及びダミー層９３をそれぞれ覆う絶縁膜９２，９４は、下部駆動電極３１，３２を覆う絶縁膜３５，３６と同じ材料が用いられ、絶縁膜９２，９４の膜厚は、絶縁膜３５，３６の膜厚と同じになっている。
【００４０】
上述のように、上部電極２は、下部容量電極１１，１２と可変容量素子を形成する。さらに、本実施形態においては、上部電極２は、２つの下部駆動電極３１，３２と対を成す駆動電極としても機能する。つまり、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、上部電極２と２つの下部駆動電極３１，３２によって、アクチュエータが構成されている。以下では、ＭＥＭＳ可変容量デバイスを構成する可動な上部電極２のことを、上部容量／駆動電極２とよぶ。また、本実施形態のように、下部駆動電極３１，３２が、絶縁膜１５を介して、下部容量電極１１，１２上に積層された構造のことを、積層電極構造とよぶ。
【００４１】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、下部容量電極１１，１２と下部駆動電極３１，３２とは、固定容量素子を形成している。固定容量素子は、積層された電極間の対向面積、積層された電極の間隔（絶縁膜１５の膜厚）、絶縁膜の誘電率に応じて、所定の静電容量を有する。具体的には、シグナル電極１１と下部駆動電極３１との間に、静電容量（第１の静電容量）Ｃ１を有する。グランド電極１２と下部駆動電極３２との間に静電容量（第２の静電容量）Ｃ２を有する。静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との値は、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００４２】
また、下部駆動電極３１，３２と上部容量／駆動電極２との間には、容量結合が存在している。例えば、下部駆動電極３１と上部容量／駆動電極２との間に、可変な静電容量（第３の静電容量）Ｃ３を有し、下部駆動電極３２と上部容量／駆動電極２との間に、可変な静電容量（第４の静電容量）Ｃ４を有する。上記のように、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２の上面に対して、上下方向に動くので、容量結合の値は変動する。静電容量Ｃ３と静電容量Ｃ４の上限値／下限値のそれぞれは、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００４３】
シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から構成されている。尚、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に加えて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に寄生容量をさらに含む場合があるのはもちろんである。
【００４４】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に電位差を与えることによって、静電引力が生じる。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に生じた静電引力によって、上部容量／駆動電極２が基板表面（下部駆動電極）に対して垂直方向（上下方向）に動き、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１との間隔が変動する。容量素子を形成する電極間の距離が変動することによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの可変容量値（静電容量）ＣＭＥＭＳが変化する。これにともなって、容量電極（ここでは、シグナル電極１１）の電位が変位し、高周波（ＲＦ：Radio frequency）の信号が、容量電極（シグナル／グランド電極）から出力される。
【００４５】
本実施形態のＭＥＭＳデバイスにおいて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変な静電容量（容量結合）Ｃ３，Ｃ４とが直列接続されている。この直列接続された静電容量（合成容量）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイス１００Ａの可変容量となり、出力（ＲＦ電圧ＶＲＦ）を生成するための可変容量として用いられる。
【００４６】
本実施形態のように、可動な上部電極が容量電極及び駆動電極として機能するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量電極と上部駆動電極とが互いに独立した構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスと比較して、製造方法がシンプルであり、且つ、構造的に頑強である。
【００４７】
（ｂ） 動作
図２Ａ乃至図５を用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの動作について、説明する。
まず、図３を用いて、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００を駆動させるための構成の概略について、説明する。
図３の（ａ）は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００を駆動させるための全体構成を模式的に示している。
【００４８】
図３の（ａ）に示されるように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００において、容量電極１，２及び駆動電極３１，３２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）７を介して、電位供給回路８に接続される。
【００４９】
電位供給回路８は、例えば、昇圧回路を含んでいる。電位供給回路８は、外部から入力された電圧を、昇圧回路によって昇圧し、供給電位Ｖｉｎを出力する。供給電位Ｖｉｎは、ローパスフィルタ７に入力される。供給電位Ｖｉｎは、バイアス電位Ｖｂ又はグランド電位Ｖｇｎｄである。
【００５０】
図３の（ｂ）は、ローパスフィルタ７の一例を示す等価回路図である。図３の（ｂ）に示す例において、ローパスフィルタ７は、２つの抵抗素子７１，７２と１つの固定容量素子７３とから構成される。２つの抵抗素子７１，７２は、直列に接続されている。直列接続された２つの抵抗素子７１，７２の接続点ｎｄに、固定容量素子７３の一端が接続される。固定容量素子７３の他端は、例えば、グランド端子ｇｄに接続される。
【００５１】
ローパスフィルタ７は、そのカットオフ周波数ｆｃｏに基づいて、入力信号（供給電位Ｖｉｎ）が含むカットオフ周波数ｆｃｏより大きい周波数成分を遮断し、入力信号が含むカットオフ周波数ｆｃｏ以下の周波数成分を通過させる。ローパスフィルタ７を通過した信号（出力電位）Ｖｏｕｔが、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００のバイアス電位Ｖｂ又はグランド電位Ｖｇｎｄとして、容量電極１，２及び駆動電極３１，３２に供給される。
【００５２】
ローパスフィルタ７のカットオフ周波数ｆｃｏは、ローパスフィルタ７を構成する抵抗素子の抵抗値及び固定容量素子の容量値によって、設定される。図３の（ｂ）に示されるローパスフィルタ７において、そのカットオフ周波数ｆｃｏは、抵抗素子７１，７２の抵抗値Ｒと容量素子７３の容量値Ｃとから求められる時定数の逆数によって、得られる。例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃｏが０．７ＭＨｚに設定される場合、２つの抵抗素子７１，７２及び固定容量素子７３において、その抵抗値Ｒと容量値Ｃとから求められる時定数が０．７ＭＨｚの逆数になるように、抵抗値Ｒ及び容量値Ｃが設定される。
【００５３】
ローパスフィルタ７によって、供給電位Ｖｉｎの周波数成分（周波数帯域）に比較して、ローパスフィルタ７の出力電位Ｖｏｕｔは、低い周波数成分の電位、換言すると、供給電位Ｖｉｎに対して相対的に直流成分の電位にされる。このように、ローパスフィルタ７が電位供給回路８と各電極１，２，３１，３２との間に挿入されることによって、電位供給回路８から発生するノイズ（高い周波数成分）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００、特に、ＲＦ出力部（容量電極１，２）に伝播するのを、防止する。
【００５４】
例えば、ローパスフィルタ７のカットオフ周波数が０．７ＭＨｚに設定された場合、ノイズは、ローパスフィルタ７によって、−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの割合で減少する。よって、例えば、７００ＭＨｚ以上の周波数帯域で使用されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００において、ＭＥＭＳ可変容量デバイスに対するノイズの伝播は、−６０ｄＢに抑制できる。
【００５５】
また、電極を保持している状態（ホールド状態（up-state））におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの発振周波数（オシレータ周波数）が０．７ＭＨｚに設定された場合、ノイズは、−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの割合で減少する。このため、例えば、７００ＭＨｚ以上の周波数帯域で使用されるＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００に対するノイズの伝播は、−６０ｄＢに抑制できる。
【００５６】
このように、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃｏが０．７ＭＨｚに設定され、ホールド状態時におけるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００の発振周波数が０．７ＭＨｚに設定された場合、電位供給回路８からのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００に対するノイズの伝播は、ローパスフィルタ７の挿入によって、−１２０ｄＢに抑制できる。この値（−１２０ｄＢ）は、多くの無線システムにおいて、ノイズの伝播を抑制するのに、十分な値である。
【００５７】
尚、ノイズの伝播を抑制するために、ローパスフィルタ７の挿入に加え、シールドメタルを、ＭＥＭＳ可変容量デバイスが設けられた領域（配線レベル）より下層に、設けてもよい。また、電位供給回路（電源線）８を、ＭＥＭＳ可変容量デバイス（ＲＦ出力部）とシリコン基板表面に設けられた駆動／ロジック回路とで、それぞれ別途に用いて、ノイズの伝播を抑制してもよい。
【００５８】
以上のように、ＲＦ出力部に対する電位供給回路８のノイズは、ローパスフィルタ７によって低減される。ノイズが低減された電位Ｖｏｕｔが、バイアス電位Ｖｂ（又はグランド電位Ｖｇｎｄ）として、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００に供給される。そして、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００は、上部駆動電極と下部駆動電極とに供給された電位によって、駆動する。
【００５９】
図３の（ａ）に示されるように、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスは、容量電極１，２と駆動電極３１，３２との間に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４をそれぞれ有する。この静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００は、ホットスイッチング特性が向上する。
【００６０】
図２Ａ、図４及び図５を用いて、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作について、より具体的に説明する。本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、例えば、静電駆動型のＭＥＭＳデバイスである。図４は、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおける、各電極２，３１，３２、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃ、及び電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃとの接続関係を示している。また、図２Ａ及び図４は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの駆動時のそれぞれ異なる状態を示している。
【００６１】
図４に示されるように、上部容量／駆動電極２は、ローパスフィルタ７ａを経由して、電位供給回路８ａに接続される。第１の下部駆動電極３１には、ローパスフィルタ７ｂを経由して、電位供給回路８ｂに接続される。第２の下部駆動電極３２には、ローパスフィルタ７ｃを経由して、電位供給回路８ｃに接続される。図４に示される例では、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なる電位供給回路８ｂ，８ｃに接続されている。但し、本実施形態において、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なるローパスフィルタ７ｂ，７ｃに接続されていれば、１つの電位供給回路を共有してもよい。
【００６２】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが駆動される場合、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、電位差が与えられる。
【００６３】
例えば、上部容量／駆動電極２にグランド電位Ｖｇｎｄ（例えば、０Ｖ）が供給され、下部駆動電極３１，３２にバイアス電位Ｖｂが供給されることによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは駆動する。上部容量／駆動電極２が下側へ向かって駆動する場合において、バイアス電位Ｖｂは、例えば、３０Ｖ程度である。
これとは反対に、上部容量／駆動電極２にバイアス電位Ｖｂが供給され、下部駆動電極３１，３２にグランド電位Ｖｇｎｄが供給されることによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１を駆動してもよい。また、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１，３２にそれぞれ供給する電位を、バイアス電位Ｖｂとグランド電位Ｖｇｎｄとで交互に入れ替えて駆動させてもよい。尚、２つの下部駆動電極３１，３２の両方に、同じ大きさ・極性の電位が供給されることに限定されない。
【００６４】
与えられた電位差に起因して、電極２，３１，３２間に静電引力が発生する。
上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差が小さい、又は、電位差が無い場合、図２Ａに示すように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量／駆動電極２は、上へ上がった状態になっている。
【００６５】
上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がある値以上になると、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に生じる静電引力によって、可動な上部容量／駆動電極２は動き始め、下部駆動電極３１，３２側へ引き寄せられる。その結果として、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２側へ下がる。可動な上部容量／駆動電極２が動き始める電位差は、プルイン電圧とよばれる。
【００６６】
本実施形態において、上部駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がある値（プルイン電圧）以上になって、例えば、図４に示されるように、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ下がった状態のことを、down-stateとよぶ。これに対して、上部駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がプルイン電圧より小さくて、例えば、図２Ａに示されるように、上部容量／駆動電極２が上へ上がった状態のことをup-stateとよぶ。
【００６７】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、下部容量電極（シグナル／グランド電極）１１，１２上に、下部駆動電極３１，３２が積層された構造を有している。それゆえ、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ下がる動作は、上部容量／駆動電極２が下部容量電極１１，１２側へ下がる動作と、同じである。
よって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのup-state時とＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂのdown-state時とで、可変容量素子を形成する上部容量／駆動電極２と下部容量電極１との間の電極間距離が、変化する。
【００６８】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、下部容量電極１を構成する２つの電極１１，１２のうち、一方の電極（シグナル電極）１１の電位は可変にされ、他方の電極（グランド電極）１２の電位は固定されている。
上部容量電極２と下部容量電極１１，１２との間の電極間距離が変動することによって、対を成す２つの下部容量電極のうち、シグナル電極１１の電位は、down-stateとup-stateとで、変化する。一方、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作時、２つの下部容量電極１のうちグランド電極１２は、一定の電位（例えば、グランド電位）に固定されている。このため、グランド電極１２の電位は、上部容量／駆動電極２が上下に動いても、変化しない。
このシグナル電極１１とグランド電極１２との電位差が、出力信号（ＲＦパワー又はＲＦ電圧）ＶＲＦとして、up-stateとdown-stateとが繰り返されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作サイクルに応じて、外部へ出力される。この出力の周波数は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作サイクルに応じた値になる。
【００６９】
また、上部容量／駆動電極２を、down-stateからup-stateに戻す場合には、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、ある値以上の電位差（以下、プルアウト電圧とよぶ）が与えられる。
【００７０】
以上のように、図４に示すように、上部容量／駆動電極２と電位供給回路８ａとの間に、ローパスフィルタ７ａが挿入されている。これによって、上部信号／容量電極２は、高周波（ＲＦ）的には、フロート（浮遊状態）になる。このため、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、上部電極２は、下部容量電極１と対を成す上部容量電極として機能すると共に、下部駆動電極３１，３２と対を成す上部駆動電極としても機能する。
【００７１】
上記の構成によって、本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、高いホットスイッチング特性を示す。ホットスイッチングとは、ＲＦ電圧を出力している状態、換言すると、ＲＦパワーが印加されている状態で、可動な上部電極２をスイッチング（駆動）することである。
【００７２】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが、高いホットスイッチング特性を示す理由について、図５を用いて、説明する。
【００７３】
一般的なＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、ＲＦパワーが印加されている状態で、素子をオフさせる、すなわち、上部容量電極をup-stateに戻すのは、ＲＦパワー（ＲＦ電圧）に起因する上部容量電極と下部容量電極との間の静電引力によって、困難である。
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、図５の（ａ）に示されるように、各電極２，１１，１２，３１，３２間に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する。
【００７４】
下部容量電極（シグナル電極）１１及び下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を挟んで、容量Ｃ１を有する固定容量素子を形成している。これと同様に、下部容量電極（グランド電極）１２及び下部駆動電極３２は、静電容量Ｃ２を有する固定容量素子を形成している。これらの固定容量素子は、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造を有している。以下、では、ＭＩＭ構造を有する固定容量素子のことをＭＩＭ容量素子とよぶ。静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との値は、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００７５】
上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１は、絶縁膜３５を挟んで、静電容量Ｃ３の容量結合を有する。また、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３２は、絶縁膜３６を挟んで、静電容量Ｃ４の容量結合を有する。この静電容量Ｃ３の大きさは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との対向面積に応じた範囲内で、上部容量／駆動電極２が上下に駆動するのに伴って、変化する。静電容量Ｃ３と静電容量Ｃ４の上限値／下限値のそれぞれは、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００７６】
ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの容量／駆動電極２，１１，１２，３１，３２において、図５の（ｂ）に示されるように、２個の固定容量Ｃ１，Ｃ２と、２個の可変容量Ｃ３，Ｃ４がシグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に直列接続された構成に等価的になっている。シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって決定される。
【００７７】
シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量（合成容量）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイス１００の可変容量ＣＭＥＭＳ、つまり、出力（ＲＦ電圧ＶＲＦ）を生成するための可変容量ＣＭＥＭＳとして用いられる。
【００７８】
尚、直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に加えて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に生じる寄生容量が、シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量にさらに含まれる場合があるのはもちろんである。
【００７９】
本実施形態において、一定な固定容量Ｃ１，Ｃ２と可変な容量結合Ｃ３，Ｃ４との静電容量（合成容量）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作及び出力に、寄与する。尚、シグナル電極１１の電位の変動は、上部容量／駆動電極２とシグナル電極との電極間距離の変動によると述べた。但し、上部容量／駆動電極２の動作（up/down-state）に伴う容量結合Ｃ２の値の変動によって、固定容量Ｃ１の電位が変動し、その容量Ｃ１の電位の変動が、シグナル電極１１の電位に反映されている、とも換言できる。
【００８０】
ここで、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に印加される電位差ΔＶ１は、静電容量Ｃ１，Ｃ３及び、印加されたＲＦパワーによるＲＦ電圧ＶＲＦを用いて、次の（式１Ａ）で示される。尚、ここでは、説明の簡単化のため、静電容量Ｃ１，Ｃ２がＣ１＝Ｃ２の関係を有し、静電容量Ｃ３，Ｃ４がＣ３＝Ｃ４の関係を有する場合について、説明する。
【００８１】
ΔＶ１＝ＶＲＦ×Ｃ１／（２（Ｃ１＋Ｃ３）） ・・・（式１Ａ）
（式１Ａ）に示されるように、電位差ΔＶ１は、Ｃ１／（２（Ｃ１＋Ｃ３））に相関して、ＲＦ電圧ＶＲＦより小さくなる。
【００８２】
これと同様に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、Ｃ１＝Ｃ２、及び、Ｃ３＝Ｃ４の関係を有する場合、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との間に印加される電位差ΔＶ２は、ΔＶ２＝ΔＶ１の関係を有する。また、この場合、電位差ΔＶ２は（式１Ｂ）で示すこともできる。
【００８３】
ΔＶ２＝ＶＲＦ×Ｃ２／（２（Ｃ２＋Ｃ４）） ・・・（式１Ｂ）
（式１Ｂ）に示されるように、電位差ΔＶ２は、Ｃ２／（２（Ｃ２＋Ｃ４））に相関して、ＲＦ電圧ＶＲＦより小さくなる。
【００８４】
また、直列接続された１つの静電容量Ｃ１と１つの静電容量Ｃ３との合成容量Ｃ１３は、次の（式２Ａ）で示される。
Ｃ１３＝Ｃ１×Ｃ３／（Ｃ１＋Ｃ３）＝Ｃ１／（１＋Ｃ１／Ｃ３） ・・・（式２Ａ）
これと同様に、直列接続された静電容量Ｃ２と静電容量Ｃ４との合成容量Ｃ２４は、次の（式２Ｂ）で示される。
【００８５】
Ｃ２４＝Ｃ２／（１＋Ｃ２／Ｃ４） ・・・（式２Ｂ）
尚、（式１Ａ）、（式１Ｂ）、（式２Ａ）及び（式２Ｂ）における静電容量Ｃ３，Ｃ４は、可動な上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との容量結合の値なので、例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａがdown-stateである場合と、up-stateである場合で異なる。静電容量Ｃ３，Ｃ４は、可動な上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間隔に反比例するので、静電容量Ｃ３，Ｃ４の容量値は、down-stateである場合にup-stateである場合より大きくなる。
【００８６】
シグナル電極−グランド電極間に印加されているＲＦパワーが３５ｄＢｍ（３．２Ｗ程度）である場合、ＲＦ電圧ＶＲＦは、例えば、１３Ｖ程度になる。
【００８７】
上記のように、ＲＦ電圧ＶＲＦはシグナル電極１１とグランド電極１２との間の電位差であるため、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間に、ＲＦ電圧ＶＲＦに起因した静電引力が発生することになる。
【００８８】
通常のＭＥＭＳ可変容量デバイスでは、ＲＦ電圧ＶＲＦが出力されている場合、ＲＦ電圧ＶＲＦに起因した静電引力によって、可動な上部容量電極は、下部容量電極に引き寄せられる。そのため、上部容量電極を上方へ引き上げる（プルアウトする）には、ＲＦ電圧ＶＲＦに起因する静電引力より大きい駆動力が必要である。それゆえ、通常のＭＥＭＳ可変容量デバイスは、ホットスイッチングを容易に実現できなかった。
【００８９】
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、シグナル線（シグナル電極）ｓｉｇとグランド線（グランド電極）ｇｎｄとの間に、複数（本例では、４個）の静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、挿入されている。それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間で、下部駆動電極３１，３２を経由して、直列に接続されている。それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、シグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に、上部容量／駆動電極２を経由して、直列に接続されている。
それゆえ、（式１）に示されるように、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差ΔＶ１，ΔＶ２は、Ｃ１／（２×（Ｃ１＋Ｃ３））又はＣ２／（２（Ｃ２＋Ｃ４））の値に応じて、ＲＦ電圧ＶＲＦより小さくなる。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の静電引力は、静電容量Ｃ３，Ｃ４と電位差ΔＶ１，ΔＶ２との積でそれぞれ示される。そのため、上部容量／駆動電極２に与えられる静電引力は、ＲＦ電圧ＶＲＦが上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間に直接印加されている場合に比較して、小さくなる。
【００９０】
例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのdown-state時において、静電容量Ｃ３，Ｃ４が静電容量Ｃ１，Ｃ２と同じ大きさであれば、式（１）に基づくと、電位差ΔＶはＲＦ電圧ＶＲＦの１／４になる。この場合、印加されているＲＦ電圧ＶＲＦが１３Ｖ程度とすると、電位差ΔＶは、３Ｖ程度になる。上部容量／駆動電極２をup-stateに戻すためのプルアウト電圧は、例えば、５Ｖ程度である。よって、上記のように、電位差ΔＶを３Ｖ程度にすることができれば、ＲＦパワーの印加時であっても、可動な上部容量／駆動電極２をdown-stateからup-stateに戻すことは容易である。したがって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａによれば、ホットスイッチングが容易になり、ホットスイッチング特性は向上する。
【００９１】
また、本実施形態のように、下部駆動電極３１，３２が下部容量電極１１，１２上に積層された構造（以下、積層電極構造とよぶ）を有するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、その容量値のばらつきを抑えることもできる。
【００９２】
ＭＥＭＳ可変容量デバイスに用いられる一般的な静電型アクチュエータは、上部駆動電極と下部駆動電極とのうち、一方が可動であり、他方が、基板上に固定されている。一般的な静電型アクチュエータのdown-state時において、上部駆動電極と下部駆動電極との間の静電容量の値は、駆動電極表面のラフネス（表面粗さ）の影響を受ける。そのため、ＭＩＭ容量素子の容量値よりもばらつきが大きい。
【００９３】
本実施形態のように、積層電極構造を有するＭＥＭＳ可変容量デバイス１において、その動作及び出力に寄与する静電容量ＣＭＥＭＳの一部は、静電容量Ｃ１，Ｃ２を有するＭＩＭ容量素子によって担われている。ＭＩＭ容量素子は、電極と絶縁膜との界面のラフネスの影響は小さいので、その容量値のばらつきは小さい。そのため、一般的な静電型アクチュエータを用いたＭＥＭＳ可変容量デバイスに比較して、本実施形態のように、ＭＩＭ容量素子が動作及び出力に直接寄与するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、その駆動力を生成する静電容量のばらつきを、低減できる。
【００９４】
より具体的には、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａでは、容量比Ｃ３／Ｃ１（＝Ｃ４／Ｃ２）を小さくすることによって、デバイスの動作及び出力に寄与する静電容量のばらつきを低減できる。例えば、ＭＩＭ容量素子の静電容量Ｃ１，Ｃ２のばらつきが、無視できるほど小さいと仮定する。そして、down-state時における静電容量Ｃ３，Ｃ４が静電容量Ｃ１，Ｃ２と同じ大きさである場合、静電容量のばらつきは、半分になる。したがって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作を安定化できる。
【００９５】
以上のように、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）によれば、そのホットスイッチング特性を向上できる。
【００９６】
（ｃ） 検証
図６及び図７を用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの検証結果について、説明する。
まず、ＭＥＭＳデバイスのプルイン電圧Ｖｐｉ及びプルアウト電圧Ｖｐｏの温度特性について、述べる。ここでは、第１の実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスと類似した構造を有する静電駆動型アクチュエータ２００のプルイン／プルアウト電圧Ｖｐｉ，Ｖｐｏが、測定される。図６は、その静電駆動型アクチュエータ２００の構造を示している。図６の（ａ）は、静電型アクチュエータ２００の平面構造を示し、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。
【００９７】
図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、２つの下部駆動電極３１，３５が基板９上に設けられている。下部駆動電極３１，３５の上方に、可動な上部電極２Ｘが中空に支持されている。検証に用いられたアクチュエータ２００は、下部容量電極を有さない。そのため、上部電極２Ｘは、駆動電極としてのみ機能する。ここでは、上部電極２Ｘのことを、上部駆動電極２Ｘとよぶ。上部駆動電極２Ｘには、その上面から底面に向かって貫通する開口部２１が設けられている。
【００９８】
上部駆動電極２Ｘには、ばね構造４６の一端が接続されている。ばね構造４６には、絶縁性の材料（ＳｉＮ）が用いられている。また、ばね構造４６の他端は、ダミー層９３，９４上のアンカー部５１に接続されている。
【００９９】
下部駆動電極３１，３２には、配線９９を経由して、電位が供給される。上部駆動電極２には、電位が供給されず、上部駆動電極２はフローティング状態になっている。
【０１００】
図７は、図６に示されるアクチュエータ２００のプルイン／プルアウト電圧Ｖｐｉ，Ｖｐｏの温度依存性を示している。その測定に用いられた温度範囲は、−４０℃から８５℃までの範囲である。
【０１０１】
図７に示されるように、上記の温度範囲において、プルアウト電圧Ｖｐｏは、７Ｖから８Ｖ程度の範囲内で変化している。また、プルイン電圧Ｖｐｉは、２１Ｖから２７Ｖ程度の範囲内で変化している。
【０１０２】
尚、プルイン電圧Ｖｐｉ及びプルアウト電圧Ｖｐｏは、ばね構造のばね定数ｋや、上部駆動電極と下部駆動電極との対向面積Ａによって、変化する。しかし、プルイン電圧Ｖｐｉ及びプルアウト電圧Ｖｐｏの大きさは、√（ｋ／Ａ）に比例する。そのため、この検証結果は、比率ｋ／Ａが一定であれば、電極のサイズが異なるアクチュエータでも、同様の結果が得られるのは、もちろんである。
【０１０３】
図７に示されるアクチュエータのプルアウト電圧Ｖｐｏの測定結果に基づいて、ホットスイッチングのための静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の条件を求める。ここでは、直列接続された１つの固定の静電容量Ｃ１と１つの可変な静電容量Ｃ３との静電容量比Ｃ３／Ｃ１について、検証する。また、ＭＥＭＳ可変容量デバイスのＲＦパワーは、３５ｄＢｍ（約３．２Ｗ）とし、シグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間のインピーダンスは、５０Ωとする。
【０１０４】
３５ｄＢｍのＲＦパワーが印加されている時、上記のインピーダンス（５０Ω）に対応して、約１３Ｖの電位差（ＲＦ電圧ＶＲＦ）がシグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に印加されている。この状態で、可動な上部電極２がdown-stateからup-stateになるためには、プルアウト電圧Ｖｐｏが（式１）のΔＶよりも大きい、すなわち、Ｖｐｏ＞ΔＶの関係が成り立てばよい。
【０１０５】
ここで、図７に示される測定結果より、プルアウト電圧Ｖｐｏは、基準値として５Ｖとする。また、ＲＦ電圧ＶＲＦは１３Ｖとする。これらの値Ｖｐｏ，ＶＲＦを用いて、Ｖｐｏ＞ΔＶの関係が成立するように、（式１Ａ）を演算すると、次の（式３）が得られる。尚、ここでは、説明の簡単化のため、静電容量Ｃ１，Ｃ２がＣ１＝Ｃ２の関係を有し、静電容量Ｃ３，Ｃ４が、Ｃ３＝Ｃ４の関係を有する場合について、述べる。
【０１０６】
（Ｃ３／Ｃ１）＞０．５ ・・・（式３）
この結果より、積層電極構造を有するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが、３５ｄＢｍのＲＦパワーが印加されている状態でホットスイッチングするためには、（式３）の条件を満たすことが好ましい。また、直列接続された固定の静電容量Ｃ２と可変な静電容量Ｃ４と静電容量比Ｃ４／Ｃ２も、（Ｃ３／Ｃ１）＞０．５を満たすことが好ましい。尚、静電容量比（Ｃ３／Ｃ１）及び静電容量比Ｃ４／Ｃ２のうち、少なくとも一方が、０．５より大きくともよい。
【０１０７】
以上のように、ＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）が、図１乃至図４の構成を有し、下部電極１と駆動電極２との静電容量Ｃ１，Ｃ２、上部電極と駆動電極との静電容量Ｃ３，Ｃ４が、（式１）の関係を有し、更には、（式３）の関係を有することによって、ホットスイッチング特性が向上する。
【０１０８】
したがって、本発明の第１の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳデバイスを実現できる。
【０１０９】
（ｄ） 製造方法
以下、図８を用いて、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の製造方法について、説明する。ここでは、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部容量電極及び下部駆動電極が形成される領域を抽出して、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造工程について、説明する。図８は、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造工程の各工程において、図１のｙ方向に沿う断面構造をそれぞれ示している。
【０１１０】
まず、図８の（ａ）に示すように、基板（例えば、層間絶縁膜）１内に、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、溝Ｚが形成される。
【０１１１】
この後、基板１上及び溝Ｚ内に、導電体が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）法又はスパッタ法を用いて、堆積される。導電体には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）等の金属やこれらのいずれかを含む合金が用いられる。
【０１１２】
そして、基板１の上面をストッパとして、導電体に対して、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法による平坦化処理が実行される。
これによって、基板１の溝Ｚ内に、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部容量電極１１，１２が、自己整合的に埋め込まれる。本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、下部容量電極１１，１２は、２つの電極（配線）が対をなして形成されている。具体的には、シグナル電極１１とグランド電極１２とから一対の下部容量電極が構成されている。シグナル線１１とグランド線１２との電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの出力（ＲＦパワー、ＲＦ電圧）となる。
【０１１３】
このように、下部容量電極１１，１２は、ダマシーンプロセスによって、形成される。尚、溝Ｚの平面形状は、下部容量電極１１，１２のレイアウトに応じて、所定の形状になるように、形成される。
【０１１４】
次に、図８の（ｂ）に示されるように、絶縁膜１５が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法などを用いて、基板１表面上及び下部ＲＦ電極１１，１２上に、堆積される。絶縁膜１５は、例えば、酸化シリコンが用いられる。但し、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのように、酸化シリコンより比誘電率の高い材料を用いてもよい。
【０１１５】
続いて、導電体が、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、絶縁膜１５上に堆積される。堆積された導電体は、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、所定の形状に加工される。これによって、シグナル電極１１及びグランド電極１２と上下に重なる位置に、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部駆動電極３１，３２がそれぞれ形成される。
【０１１６】
このように、シグナル電極１１上及びグランド電極１２上に、下部駆動電極３１，３２が積層される。この結果として、シグナル電極１１、下部駆動電極３１、及びこれら２つの電極１１，３１に挟まれた絶縁膜１５によって、１つのＭＩＭ容量素子が形成される。これと同様に、グランド電極１２、下部駆動電極３２、及びこれら２つの電極１２，３２に挟まれた絶縁膜１５によって、ＭＩＭ容量素子が形成される。これらのＭＩＭ容量素子は、積層された電極間の対向面積、絶縁膜の膜厚及び絶縁膜の誘電率に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２を有する。
【０１１７】
ここで、図８の（ａ）に示したように、シグナル／グランド電極１１，１２はダマシーンプロセスを用いて形成される。これによって、シグナル／グランド電極１１，１２の上面、及び、これらの電極１１，１２上に堆積される絶縁膜１５の上面は、平坦になる。そのため、平坦な絶縁膜１５上に形成される下部駆動電極３１，３２の上面及び底面も、平坦になる。したがって、ＭＩＭ容量素子の静電容量Ｃ１，Ｃ２のばらつきは、小さくなる。
【０１１８】
尚、下部駆動電極３１，３２が形成されるのと同時に、絶縁膜１５（基板１）上に、ＭＥＭＳデバイスの配線やダミー層が、下部駆動電極３１，３２と同じ材料を用いて、形成されてもよい。
【０１１９】
下部駆動電極３１，３２上に、絶縁膜３５，３６が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法など用いて、形成される。絶縁膜３５，３６には、例えば、酸化シリコンが用いられる。但し、絶縁膜３５，３６には、酸化シリコンより比誘電率の高い絶縁体が用いられてもよい。尚、絶縁膜３５，３６がＣＶＤ法を用いて堆積された場合、下部駆動電極３１，３２表面だけでなく、絶縁膜１５上にも堆積されるが、ここでの図示は省略する。
【０１２０】
続いて、図８の（ｃ）に示されるように、犠牲層９８が、例えば、ＣＶＤ法や塗布法などを用いて、絶縁膜１５，３５上に形成される。犠牲層９８は、犠牲層９８より下層に形成された材料及び犠牲層９８より上層に形成される後述の材料に対して、所定のエッチング選択比を確保できれば、絶縁体、導電体（金属）、半導体、或いは、有機物（例えば、レジスト）など、いずれを用いてもよい。
【０１２１】
そして、アンカー部を形成する領域（以下、アンカー形成領域とよぶ）において、犠牲層９８内に、アンカー部を埋め込む開口部（図示せず）が、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、形成される。
【０１２２】
それから、導電体２が、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、犠牲層９８上に堆積される。
犠牲層９８上の導電体２は、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、所定の形状に加工される。これによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの上部容量電極２が形成される。尚、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、上部電極２は、可変容量素子の容量電極として機能すると共に、アクチュエータの駆動電極としても機能する。
【０１２３】
上部容量／駆動電極２と同じ材料（導電体）を用いて、第１のばね構造（図示せず）が形成される。このばね構造は、上部容量／駆動電極２と一体に繋がっている。この場合、ばね構造は、例えば、延性材料から構成される。
【０１２４】
尚、犠牲層９８上に導電体２が堆積されるのと同時に、アンカー形成領域の開口部内に、導電体２が開口部内に埋め込まれる。これによって、アンカー部（図示せず）が基板上の所定の位置に形成される。但し、アンカー部は、上部電極及びばね構造と異なる工程で形成してもよい。
【０１２５】
また、図１乃至図２Ｂに示されるように、ＭＥＭＳ可変容量デバイスがそれぞれ異なる材料のばね構造４１，４５を有する場合、上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造４１が形成された後、第２のばね構造（図示せず）が、上部容量／駆動電極２上の所定の位置に接続されるように、犠牲層９８上に形成される。例えば、以下の工程で、第２のばね構造が形成される。
【０１２６】
上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造が形成された後、第２のばね構造が接続されるアンカー部の形成領域において、犠牲層９８内に開口部が形成される。そして、第２のばね構造を構成する材料（例えば、脆性材料）が、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、上部容量／駆動電極２上、犠牲層９８上、アンカー形成領域の開口部内に、堆積される。その堆積された部材が、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法によって、所定の形状に加工され、第２のばね構造が形成される。また、アンカー形成領域の開口部内に堆積された材料は、アンカー部（図示せず）となる。尚、第２のばね構造に接続されるアンカー部は、第１のばね構造に接続されるアンカー部と同じ工程及び材料（例えば、延性材料）で、形成されてもよい。
【０１２７】
この後、犠牲層９８が、例えば、ウェットエッチングを用いて、選択的に除去される。これによって、図２Ａに示されるように、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、キャビティ（空隙）が形成される。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間には、容量結合Ｃ３，Ｃ４が形成される。
【０１２８】
以上の工程によって、例えば、図１乃至図２Ｂに示されるように、積層電極構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスが完成する。
【０１２９】
尚、上部容量／駆動電極及び下部駆動電極に接続されるローパスフィルタは、ＭＥＭＳ可変容量デバイスと同じ配線レベルに形成されてもよいし、ＭＥＭＳ可変容量デバイスよりも下層の配線レベル（例えば、シリコン基板上）に形成されてもよい。
【０１３０】
上述したように、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作及び出力に寄与する静電容量の一部は、基板上のＭＩＭ容量素子（固定容量素子）によって担われる。そのため、動作及び出力に寄与する容量値のばらつきを小さくするためには、ＭＩＭ容量素子のばらつきを抑制することが望ましい。
【０１３１】
上記のように、そのＭＩＭ容量素子は、下部容量電極１１，１２と下部駆動電極３１，３２とから構成される。それゆえ、図８を用いて説明した製造方法のように、下部容量電極１１，１２がダマシーンプロセスを用いて形成されることによって、下部容量電極１１，１２及びその電極１１，１２上の絶縁膜１５は、その上面の平坦性が、向上する。その絶縁膜１５上に積層される下部駆動電極において、その底面の平坦性が向上するのはもちろんである。これによって、ＭＥＭＳデバイスに含まれるＭＩＭ容量素子の静電容量のばらつきは、小さくなる。
このように、動作及び出力に寄与するＭＩＭ容量素子の静電容量Ｃ１，Ｃ２のばらつきが、低減されるので、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作を安定化できる。
【０１３２】
また、本実施形態では、下部容量電極１１，１２−下部駆動電極３１，３２間の一定の静電容量Ｃ３，Ｃ４及び下部駆動電極３１，３２−上部容量／駆動電極２間の可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスのホットスイッチング特性を向上できる。
【０１３３】
したがって、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、容易なホットスイッチングを実現するＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【０１３４】
（２） 第２の実施形態
図９、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、本発明の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造について、説明する。図９は、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイス（例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の平面構造を示す平面図である。図１０Ａは、図９のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図９のＢ−Ｂ’線に沿う断面構造は、図２Ｂに示される構造と実質的に同じである。図１０Ｂは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスの駆動時の状態を示している。
ここでは、第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスと第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスとの相違点について、主に説明する。
【０１３５】
第２の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂにおいて、上部容量／駆動電極２は、電位が供給されない。
例えば、図９及び図１０に示されるように、上部容量／駆動電極２は、ばね構造４５及びアンカー５２部によって、中空に支持されている。このばね構造４５は、外部から電気的に分離されている。または、ばね構造４５に用いられている材料が、絶縁体である。そのため、ばね構造４５を経由して、上部容量／駆動電極２に外部から電位が供給されない。そして、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂにおいて、導電体が用いられ、且つ、外部と電気的に接続されたばね構造は、設けられていない。そのため、そのばね構造を経由して、上部容量／駆動電極２に電位が供給されることも無い。
【０１３６】
このように、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、上部容量／駆動電極２に外部から電位が供給されず、上部容量／駆動電極２は電気的にフローティング状態になっている。
【０１３７】
図９及び図１０に示されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、上部容量／駆動電極２に、電位が直接供給されない。しかし、第１の下部駆動電極３１と第２の下部駆動電極３２との間に電位差が設けられることによって、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２に対して上下方向（垂直方向）に動く。例えば、図１０Ｂに示されるように、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ引き下げられる場合、第１の下部駆動電極３１に、バイアス電位Ｖｂが供給され、第２の下部駆動電極３２に、グランド電位Ｖｇｎｄが供給される。
【０１３８】
電位が供給されない上部容量／駆動電極２が、下部駆動電極３１，３２に向かって動くのは、次の理由による。
【０１３９】
フローティング状態の上部容量／駆動電極２の内部電位は、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の静電容量（容量結合）に、依存する。
２つ下部駆動電極３１，３２間に電位差が設けられると、一方の静電容量Ｃ３が保持する電荷量（電位）と他方の静電容量Ｃ４の電荷量に、差が生じる。その結果として、上部容量／駆動電極２の内部電位が変動する。この内部電位の変動によって、上部容量／駆動電極２と２つの下部駆動電極３１，３２との間に電位差が与えられ、静電引力が発生する。
【０１４０】
これによって、図１０Ｂに示されるように、可動な上部容量／駆動電極２が、下部駆動電極３１，３２に対して上下に動く。尚、上部容量／駆動電極２が上方へ引き上げられる場合、例えば、２つの下部駆動電極３１，３２の電位が、同じ電位にされる。
【０１４１】
以上のように、上部容量／駆動電極２に電位が供給されなくても、下部駆動電極３１，３２とフローティング状態の上部容量／駆動電極２との容量結合Ｃ３，Ｃ４を利用して、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂが駆動される。
【０１４２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、第１の実施形態と同様に、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４は、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間で、下部駆動電極３１，３２を経由して、直列に接続されている。更には、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、シグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に、直列に接続されている。直列に接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイスの出力を生成する可変容量となる。
【０１４３】
それゆえ、第１の実施形態と同様に、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、ホットスイッチング特性を向上できる。
【０１４４】
したがって、本発明の第２の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳデバイスを実現できる。
【０１４５】
（３） 第３の実施形態
図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃを用いて、本発明の第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス）１００Ｃの構造について、説明する。図１１は、本実施形態におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの平面構造を示す平面図である。図１２Ａは、図１１のＣ−Ｃ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図１２Ｂは、図１１のＤ−Ｄ’線に沿う断面構造を示す断面図である。また、図１２Ｃは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスの駆動時の状態を示している。
ここでは、第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスと第１及び第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスとの相違点について、主に説明する。
【０１４６】
図１１、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、第１及び第２の実施形態とは異なって、下部駆動電極３１，３２は、下部容量電極１１Ａ，１２Ａ上に積層されていない。しかし、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、下部容量電極上に下部駆動電極が積層された構造（積層電極構造）を有するＭＥＭＳ可変容量デバイスと、回路的に等価な構造が実現されている。
【０１４７】
図１１乃至図１２Ｂに示されるように、下部容量電極１１Ａ，１２Ａは、基板９上に設けられている。本実施形態においても、下部容量電極１１Ａ，１２Ａは、対をなすシグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとから構成されている。シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、ｙ方向に延在している。シグナル電極１１Ａは、シグナル線ｓｉｇとして機能し、グランド電極１２Ａは、グランド線ｇｎｄとして機能する。シグナル電極１１Ａの電位は、可変であり、上部容量／駆動電極２の動作に伴って、変動する。グランド電極１２Ａには、例えば、グランド電位が供給される。シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの電位差（ＲＦ電圧）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃの出力（ＲＦパワー）となる。
【０１４８】
２つの下部駆動電極３１，３２は、ｘ方向に互いに隣接している。第１の下部駆動電極３１は、基板表面に対して平行方向（ｘ方向）において、シグナル電極１１Ａに隣接している。第２の下部駆動電極３２は、基板表面に対して平行方向（ｘ方向）において、グランド電極１２Ａに隣接している。例えば、２つの下部駆動電極３１，３２は、シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの間の基板９上に設けられている。
【０１４９】
下部駆動電極３１，３２は、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２の下方に設けられ、２つの下部駆動電極３１，３２の一部分が、上部容量／駆動電極２と上下に重なる位置に配置されている。
また、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、例えば、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に配置されている。
【０１５０】
尚、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａは、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａの膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と実質的に同じである。
【０１５１】
下部駆動電極３１，３２の表面は、絶縁膜３５，３６によって、それぞれ覆われている。この絶縁膜３５，３６には、開口部Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ設けられている。開口部Ｑ１，Ｑ２は、例えば、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に設けられている。シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａの表面は、絶縁膜３７，３８によって、それぞれ覆われている。絶縁膜３７，３８は、例えば、絶縁膜３５，３６と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、絶縁膜３７，３８の膜厚は、絶縁膜３５，３６の膜厚と同じである。
【０１５２】
このように、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、下部駆動電極３１，３２と同じ配線レベルに設けられている。尚、配線レベルとは、基板９表面又は基板９下層のシリコン基板表面を基準とした高さ（位置）である。
【０１５３】
第１及び第２の導電層３３，３４は、絶縁膜３５，３６，３７，３８上に設けられる。
第１の導電層３３は、絶縁膜３７を介して、シグナル電極１１Ａ上に積層されている。第１の導電層３３は、開口部Ｑ１を経由して、下部駆動電極３１に直接接触する。
第２の導電層３４は、絶縁膜３８を介して、グランド電極１２Ａ上に積層されている。第２の導電層３４は、開口部Ｑ２を経由して、下部駆動電極３２に直接接触する。尚、導電層３３，３４は、例えば、基板表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に配置される。
【０１５４】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、ＭＩＭ容量素子は、シグナル電極１１Ａ、第１の導電層３３、及び、シグナル電極１１Ａと導電層３３との間に挟まれた絶縁膜３７を用いて、構成されている。そのＭＩＭ容量素子は、電極１１Ａと導電層３３との対向面積、絶縁膜３７の膜厚及び絶縁膜３７の誘電率に応じて、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有している。これと同様に、グランド電極１２Ａ、第１の導電層３４及び絶縁膜３８は、ＭＩＭ容量素子を構成し、その素子は一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有している。このように、導電層３３，３４は、ＭＩＭ容量素子の電極として機能する。
【０１５５】
第１の実施形態と同様に、上部容量／駆動電極２は、ばね構造４１，４５を経由して、アンカー部５１，５２に接続されている。上部容量／駆動電極２は、アンカー部５１，５２によって、下部駆動電極３１，３２上方に、中空に支えられている。上部容量／駆動電極２は、導電体（延性材料）が用いられたばね構造４１及びアンカー５１を経由して、電位が供給される。本実施形態においては、上部容量／駆動電極２のｙ方向の端部に、ばね構造４１，４５及びアンカー部５１，５２が設けられている。尚、第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスと同様に、上部容量／駆動電極２は電位が供給されず、上部容量／駆動電極２は、フローティング状態であってもよい。
【０１５６】
ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に、容量結合を有している。また、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との間に、容量結合を有している。それらの容量結合の大きさは、静電容量Ｃ３，Ｃ４である。静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさは、上部容量／駆動電極２が上下に動くのに伴って、変化する。
【０１５７】
上記のように、下部駆動電極３１，３２は、開口部Ｑ１，Ｑ２を経由して、導電層３３，３４にそれぞれ電気的に接続されている。よって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、静電容量（容量結合）Ｃ３，Ｃ４が、開口部Ｑ１，Ｑ２及び導電層３３，３４によって、静電容量Ｃ１，Ｃ２に直列に接続された構成を有する。
【０１５８】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、プルイン電圧以上の電位差が与えられると、図１２Ｃに示されるように、上部容量／駆動電極２は下部駆動電極３１，３２に向かって下がる。このように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、up-stateからdown-stateになる。
【０１５９】
上部容量／駆動電極２が、下部駆動電極３１，３２に対して上下に動くことによって、シグナル電極１１Ａと上部容量／駆動電極２との間の可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさが変動する。これに伴って、シグナル電極１１Ａの電位が変動し、シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの電位差が、ＲＦ電圧ＶＲＦとして出力される。
【０１６０】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃでは、単に、可動な上部容量電極２と下部容量電極１１Ａとの電極間距離を変えて、下部容量電極（シグナル電極）１１Ａの電位を変動させるだけではなく、上部容量電極２と下部容量電極１１Ａ，１２Ａとの間に、１つのＭＩＭ容量素子（静電容量Ｃ１，Ｃ２）と１つの容量結合（静電容量Ｃ３，Ｃ４）がそれぞれ直列接続されているのを利用している。
可動な上部電極２が、up-stateからdown-stateになったときに、容量結合の静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさが変化する。その静電容量Ｃ３，Ｃ４の変化に伴って、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有するＭＩＭ容量素子の電位は変動する。その結果として、ＭＩＭ容量素子の一方の電極であるシグナル電極１１Ａの電位が変動する。尚、グランド電極１２Ａの電位は、グランド電位に固定されているので、上部電極２が上下に動いても、変動しない。
このように、下部容量電極１１Ａが、上部容量電極２と上下に重ならない位置に配置されていても、下部容量電極１１Ａの電位が変動する。
【０１６１】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいても、各電極間の一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４は、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１Ａ，１２Ｂとの間で、下部駆動電極３１，３２を経由して、直列に接続されている。また、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、シグナル電極１１Ａ−グランド電極１２Ａ間に、直列に接続されている。直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、デバイスの可変容量となり、直列接続された静電容量（合成容量）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって、出力が生成される。
それゆえ、第３の実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃのように、下部駆動電極３１，３２が、シグナル電極１１及びグランド電極１２上に積層されていなくとも、第１及び第２の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスと等価な構成を、形成できる。よって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、ホットスイッチング特性を向上できる。
【０１６２】
本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法において、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、下部駆動電極３１，３２と同じ工程で同時に形成される。すなわち、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、ダマシーンプロセスを用いずに、簡便な工程によって、形成できる。
【０１６３】
また、本実施形態において、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａが、下部駆動電極３１，３２と同じ配線レベル（配線層）に形成されるため、導電層３７，３８が新たに設けられたとしても、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃを形成するための実質的な配線レベルの数は、２層になる。
【０１６４】
よって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、積層電極構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスに比較して、配線レベルの数を削減できる。そのため、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃによれば、製造コストを低減できる。
【０１６５】
したがって、本発明の第３の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳ可変容量デバイスを実現できる。さらに、本実施形態によれば、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法の簡略化及びその製造コストの低減に、貢献できる。
【０１６６】
（４） 第４の実施形態
図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂを用いて、本発明の第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の構造について、説明する。図１３は、本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの平面構造を示す平面図である。図１４Ａは、図１３のＥ−Ｅ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図１４Ｂは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスの駆動時の状態を示している。
ここでは、第４の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスと第１乃至第３の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスとの相違点について、主に説明する。
【０１６７】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスは、可動な上部電極２Ａがグランド線ｇｎｄ（グランド電極１２Ｂ）に接続されていることが、他の実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスと相違している。
【０１６８】
図１３及び図１４Ａに示されるように、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとを有している。シグナル電極１１Ｂ及びグランド電極１２Ｂは、下部容量電極として、対をなしている。
【０１６９】
シグナル電極１１Ｂは、例えば、ダマシーンプロセスを用いて、基板９内の溝Ｚ内に埋め込まれ、ｙ方向に延在している。シグナル電極１１Ｂは、シグナル線ｓｉｇとして機能する。シグナル電極１１Ｂの電位は、上部容量／駆動電極２Ａの動作に伴って、変動する。
【０１７０】
本実施形態において、２つのグランド電極１２Ｂが、ｘ方向に隣接して、基板９上に設けられている。２つのグランド電極１２Ｂは、ｙ方向にそれぞれ延在している。尚、２つのグランド電極１２Ｂは、電気的に接続されていてもよい。２つのグランド電極１２Ｂは、グランド線ｇｎｄとして機能し、グランド電位が供給される。
【０１７１】
シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの出力（ＲＦパワー／ＲＦ電圧）となる。
【０１７２】
グランド電極１２Ｂ表面は、絶縁膜９２によって覆われている。絶縁膜９２内には、開口部Ｕが設けられている。２つのグランド電極１２Ｂ上には、アンカー部５３がそれぞれ設けられている。アンカー部５３は、開口部Ｕを経由して、グランド電極１２Ｂの上面に直接接触する。アンカー部５３には、例えば、導電体が用いられる。
【０１７３】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、１つの下部駆動電極３１を有する。下部駆動電極３１は、２つのグランド電極１２Ｂ間の基板９（絶縁膜１５）上に、配置されている。下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を介して、シグナル電極１１Ｂ上に積層されている。下部駆動電極３１の寸法（幅・長さ）は、シグナル電極１１Ｂの寸法と異なってもよいし、同じであってもよい。
下部駆動電極３１の表面は、絶縁膜３５によって覆われている。
【０１７４】
下部駆動電極３１は、例えば、グランド電極１２Ｂと同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、下部駆動電極３１の膜厚は、グランド電極１２Ｂの膜厚と同じである。また、絶縁膜３５は、例えば、絶縁膜９２と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、絶縁膜３５の膜厚は、絶縁膜９２の膜厚と同じである。
【０１７５】
上部容量／駆動電極２Ａは、下部駆動電極３１上方に設けられている。上部容量／駆動電極２Ａは、例えば、四角形状の平面形状を有し、ｙ方向に延在している。上部容量／駆動電極２Ａのｙ方向の両端には、アンカー部５３が接続されている。上部容量／駆動電極２Ａは、アンカー部５３によって中空に支持され、上部容量／駆動電極２Ａと下部駆動電極３１との間には、空隙（キャビティ）が設けられている。本実施形態においては、ばね構造は用いられずに、上部容量／駆動電極２Ａは、アンカー部５３に直接接続されている。
上部容量／駆動電極２Ａは、下部容量電極（シグナル電極２Ａ）と１対の容量電極を形成すると共に、下部駆動電極３１と１対の駆動電極を形成する。
【０１７６】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量ＭＥＭＳデバイス１００Ｄにおいても、シグナル電極１１Ｂと下部駆動電極３１は、ＭＩＭ容量素子を形成している。このＭＩＭ容量素子は、静電容量Ｃ１を有する。また、上部容量／駆動電極２Ａと下部駆動電極３１は、容量結合を形成している。この容量結合は、静電容量Ｃ３を有する。そして、静電容量Ｃ１，Ｃ３が、シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの間に、直列に接続されている。
【０１７７】
また、本実施形態において、上部容量／駆動電極２Ａは、アンカー部５３によって、グランド電極１２Ｂに電気的に接続されている。これによって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄにおいて、上部容量／駆動電極２Ａにグランド電位が供給され、上部容量／駆動電極２Ａの電位は、グランド電極１２Ｂの電位と同じになる。尚、上部容量／駆動電極２Ａが、グランド電極１２Ｂに電気的に接続されていれば、アンカー部５３をグランド電極１２Ｂ上に設けずともよい。
【０１７８】
図１４Ｂは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄのdown-stateを、示している。
本実施形態において、上部容量／駆動電極２Ａは、グランド電極１２Ｂに接続されているので、上部容量／駆動電極２Ａの電位は、グランド電位に設定されている。
図１４Ｂに示すように、上部容量／駆動電極２Ａを下方（下部駆動電極３１側）に動かす場合、グランド電極１２Ｂと下部駆動電極３１との間の電位差がプルイン電圧以上になるように、バイアス電位が、下部駆動電極３１に供給される。
この電位差によって、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に、静電引力が発生する。発生した静電引力によって、上部容量／駆動電極２が下方にたわむ。このため、上部容量／駆動電極２とシグナル電極１１Ｂとの間隔が小さくなる。また、静電容量Ｃ３の値が変わる。これによって、シグナル電極１１Ｂの電位が変動する。シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの電位差が、ＲＦ電圧（ＲＦパワー）として、外部に出力される。
【０１７９】
上部容量／駆動電極２Ａを元の状態（up-state）にする場合、グランド電極１２Ｂと下部駆動電極３１との間に、プルアウト電圧が与えられる。
【０１８０】
可動な上部電極２Ａに対してクリープ現象が生じても問題ない場合、もしくは、ＭＥＭＳ可変容量デバイスが、駆動回数の少ない用途に使用する場合、図１３乃至図１４Ｂに示されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの構造を採用できる。
【０１８１】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、複雑な形状のばね構造を有さないので、高い難度の加工が不要であり、且つ、製造工程も削減できる。よって、本実施形態では、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造コストを削減できる。
【０１８２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄにおいて、静電容量Ｃ１，Ｃ３が、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１Ｂとの間で、下部駆動電極３１を経由して、直列に接続されている。また、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ３は、シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの間に、一定の静電容量Ｃ１と可変な静電容量Ｃ３とが、直列に接続されている。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄのホットスイッチング特性は、向上する。
【０１８３】
以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳデバイスを実現できる。さらに、本実施形態によれば、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法の簡略化及びその製造コストの低減に、貢献できる。
【０１８４】
（５） 応用例
図１５を用いて、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの応用例について、説明する。図１５は、本応用例におけるＭＥＭＳデバイスの平面構造を示す平面図である。
【０１８５】
図１５に示されるように、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて、容量バンクを構成してもよい。
【０１８６】
図１５に示されるように、容量バンク５００は、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２によって、構成されている。図１５に示される容量バンク５００は、第１の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスが複数個用いられている。ここでは、図示の簡略化のため、２個のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２が図示されているが、３個以上のＭＥＭＳ可変容量デバイスを用いて、容量バンク５００を構成してもよいのは、もちろんである。また、容量バンク５００は、第２乃至第４の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスによって、構成されてもよいのはもちろんである。
【０１８７】
複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、１つの基板９上に設けられている。複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、ｙ方向に沿って配列されている。
【０１８８】
シグナル／グランド電極１１，１２及び下部駆動電極３１，３２は、ｙ方向に延在し、それらの電極１１，１２，３１，３２は、ｙ方向に配列された複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２によって、共通に用いられる。第１の実施形態において、図２Ａを用いて説明したように、下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜を介して、シグナル／グランド電極１１，１２上に積層されている。
【０１８９】
上部容量／駆動電極２１，２２は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２毎に、それぞれ設けられる。そして、各ＭＥＭＳ可変容量デバイスの上部容量／駆動電極２１，２２は、第１のばね構造４１１，４１２を経由して、アンカー部５１１，５１２に接続されている。このアンカー部５１１，５１２によって、各上部容量／駆動電極２１，２２は、中空に支持されている。
【０１９０】
図１５において、図示は省略されているが、図４に示されるのと同様に、２つの下部駆動電極３１，３２のそれぞれに、ローパスフィルタが接続される。そして、ローパスフィルタを経由して、下部駆動電極３１，３２のそれぞれに、電位供給回路から電位が供給される。
【０１９１】
また、上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、ローパスフィルタが接続される。これと同様に、電位供給回路も、上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、ローパスフィルタを経由して、１つずつ接続されている。このように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２の上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、電位が個別に供給される。
【０１９２】
これによって、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、それぞれ独立してup-state及びdown-stateの２つの状態になるように、制御される。
【０１９３】
第１乃至第４の実施形態で述べたように、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１はup-stateとdown-stateとの２つの状態の範囲内で、ＲＦ電圧（ＲＦパワー）を出力する。それゆえ、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１が出力するＲＦ電圧の周波数は、up-state／down-stateの可動範囲及び動作サイクルから得られる値に限られてしまう。
【０１９４】
本応用例のように、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて容量バンク５００が構成された場合、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２のup-state／down-stateをそれぞれ制御することによって、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイスが出力するＲＦ電圧よりも高い周波数のＲＦ電圧を、容量バンク５００は出力できる。つまり、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２のup-stateまたはdown-stateとなるタイミングを調整することで、より高い周波数のＲＦ電圧が、容量バンク５００によって、得られる。また、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を同時にdown-stateにすることで、ＲＦ電圧を大きくできる。
【０１９５】
したがって、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００を用いて容量バンク５００を構成することによって、より広い周波数帯域の出力（ＲＦ電圧／ＲＦパワー）を、得ることができる。
【０１９６】
また、上述したように、第１乃至第４の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスは、高いスイッチング特性を有する。
それゆえ、そのＭＥＭＳ可変容量デバイスを用いた容量バンク５００も、ホットスイッチング特性が向上するのは、もちろんである。
【０１９７】
［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。
【符号の説明】
【０１９８】
１：下部容量電極（下部電極）、１１，１１Ａ，１１Ｂ：シグナル電極、１２，１２Ａ，１２Ｂ：グランド電極、２：上部容量／駆動電極（上部電極）、３１，３２：下部駆動電極、１５，３５，３６，３７，３８：絶縁膜、９：基板、４１：第１のばね構造、４５：第２のばね構造、５１，５２，５３：アンカー部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）を可変容量素子に適用したデバイス（以下、ＭＥＭＳ可変容量デバイスとよぶ）は、低い損失、高いアイソレーション、高い線形性を実現できることから、次世代携帯端末のマルチバンド・マルチモード化を実現するキーデバイスとして期待されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ可変容量デバイスが、例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）規格の無線システムに適用される場合、そのＭＥＭＳ可変容量デバイスは、３５ｄＢｍ程度のＲＦパワーが印加されている状態で、スイッチングすることが要求される。つまり、３５ｄＢｍのＲＦパワーが印加されている状態で、ＭＥＭＳ可変容量デバイスを構成する可動な上部容量電極が、下部容量電極側に下がった状態（down-state）から、上部容量電極を下部容量電極側から上方へ引き上げた状態（up-state）に戻さなければならない。このようなＲＦパワーが印加されている状態におけるスイッチング動作は、ホットスイッチングとよばれる。
【０００４】
ホットスイッチングを実現するための一手法として、上部容量電極に接続されているばね構造（又は支持部材）のばね定数を大きくする手法がある。しかし、ばね構造のばね定数が大きくなると、上部容量電極を下部容量電極側から引き上げる動作は容易になるのに対して、上部容量電極を下部容量電極側へ下げる動作は、大きな駆動力（例えば、静電引力）が必要となる。
【０００５】
大きな駆動力を得るためには、ＭＥＭＳ可変容量デバイスを駆動させるための駆動電圧を大きくしたり、駆動電極の面積を大きくしたりしなければならない。
【０００６】
駆動電圧を大きくして、大きな駆動力を得る場合には、外部からの供給電位を駆動電圧まで昇圧する昇圧回路の面積が増える、消費電力が増加する、或いは、スイッチング時間が長くなるなどの問題が生じる。
また、駆動電極の面積を大きくして、大きな駆動力を得る場合には、チップ面積が増加し、製造コストが増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，３９１，６７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ホットスイッチング特性が向上するＭＥＭＳデバイスを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に関わるＭＥＭＳデバイスは、第１及び第２の下部電極と、第１の静電容量を有する固定容量素子を、前記第１の下部電極との間に形成する第１の駆動電極と、第２の静電容量を有する固定容量素子を、前記第２の下部電極との間に形成する第２の駆動電極と、基板上に設けられたアンカー部によって、前記第１及び第２の駆動電極上方に中空に支持され、前記第１及び第２の駆動電極に向かって動き、前記第１の駆動電極との間に可変可能な第３の静電容量を有し、前記第２の駆動電極との間に可変可能な第４の静電容量を有する上部電極と、を具備し、前記第１及び第２の下部電極の間の容量値は、前記第１、第２、第３及び第４の静電容量が直列接続された合成容量の値で決定され、前記直列接続された合成容量の値が、可変容量値として用いられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホットスイッチング特性が向上するＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図２Ａ】第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図２Ｂ】第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図３】ＭＥＭＳデバイスを駆動させるための構成例を示す図。
【図４】第１の実施形態のＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図５】ＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図６】検証結果を説明するための図。
【図７】検証結果を説明するための図。
【図８】ＭＥＭＳデバイスの製造方法を示す図。
【図９】第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図１０Ａ】第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１０Ｂ】第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図１１】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図１２Ａ】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１２Ｂ】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１２Ｃ】第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの動作を説明するための図。
【図１３】第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。
【図１４Ａ】第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１４Ｂ】第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。
【図１５】本発明の実施形態の応用例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための形態について詳細に説明する。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、重複する説明は必要に応じて行う。
【００１３】
［実施形態］
（１） 第１の実施形態
図１乃至図８を参照して、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて、説明する。
【００１４】
（ａ） 構造
図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造について、説明する。図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面構造を示している。また、図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの断面構造を示している。図２Ａは、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示し、図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面構造を示している。
【００１５】
本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイスである。
【００１６】
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、基板１上に設けられる。基板１は、例えば、ガラスなどの絶縁性基板や、シリコン基板上に設けられた層間絶縁膜である。
【００１７】
シリコン基板上の層間絶縁膜が基板１に用いられた場合、シリコン基板の表面領域（半導体領域）に、電界効果トランジスタなどの素子が設けられてもよい。それらの素子は、ロジック回路や記憶回路を構成している。層間絶縁膜は、それらの回路を覆うように、シリコン基板上に設けられている。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイスは、シリコン基板上の回路の上方に設けられる。尚、例えば、オシレータのようなノイズの発生源になる回路は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの下方に、配置しないことが好ましい。尚、層間絶縁膜内にシールドメタルを設けて、下層の回路からのノイズが、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａに伝播するのを抑制してもよい。
また、シリコン基板上の層間絶縁膜は、その寄生容量を小さくするため、誘電率の低い材料が用いられることが望ましい。例えば、層間絶縁膜には、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）が、用いられる。また、寄生容量を小さくするためには、層間絶縁膜の膜厚は厚いほうが望ましく、基板１としての層間絶縁膜の膜厚は、例えば、１０μｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、例えば、下部容量電極（下部電極）１と上部容量電極（上部電極）２とを含んでいる。下部容量電極１と上部容量電極２とは、１つの可変容量素子を形成している。
【００１９】
本実施形態において、下部容量電極１は、シグナル電極（第１の下部電極）１１とグランド電極（第２の下部電極）１２とから構成されている。シグナル電極１１及びグランド電極１２は１つの対をなし、２つの電極１１，１２間の電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの出力（ＲＦパワー／ＲＦ電圧）として扱われる。シグナル電極１１の電位は、可変であり、グランド電極１２の電位は、一定の電位（例えばグランド電位）に設定される。
【００２０】
シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、基板９内の溝Ｚ内に埋め込まれ、基板９内に固定されている。シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、ｙ方向に延在している。
シグナル電極１１及びグランド電極１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの金属、又は、これらのいずれか１つを含む合金が用いられる。
【００２１】
シグナル電極１１及びグランド電極１２の上面上には、絶縁膜１５が設けられている。
【００２２】
上部容量電極２は、シグナル電極１１及びグランド電極１２上方に設けられている。上部容量電極２は、例えば、複数のばね構造４１，４５を介して、アンカー５１，５２によって、中空に支持されている。上部容量電極２は可動であり、基板１表面に対して上下方向（垂直方向）に動く。上部容量電極２は、例えば、四角形状の平面形状を有し、ｘ方向に延在している。尚、上部容量電極２は、その上面からその底面に向かって貫通する開口部（貫通孔）を有してもよい。
【００２３】
上部容量電極２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）などの金属が用いられる。
【００２４】
上部容量電極２には、第１のばね構造４１の一端が接続されている。第１のばね構造４１は、例えば、上部容量電極２と一体に形成され、上部容量電極２と第１のばね構造４１とは、１つに繋がった単層構造になっている。第１のばね構造４１は、例えば、メアンダ状の平面形状を有している。
【００２５】
第１のばね構造４１の他端には、アンカー部５１が接続される。アンカー部５１は、例えば、配線９１上に設けられている。配線９１は、基板９表面を覆う絶縁膜１５上に設けられている。配線９１表面は、絶縁膜９２によって、覆われている。絶縁膜９２には、開口部が設けられている。この開口部を経由して、アンカー部５１は、配線９１に直接接触する。
【００２６】
第１のばね構造４１は、例えば、導電体から構成され、上部容量電極２と同じ材料が用いられる。この場合、第１のばね構造４１には、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ａｕ又はＰｔなどの金属が用いられる。アンカー部５１は、例えば、導電体から構成され、ばね構造４１と同じ材料から構成される。ただし、アンカー部５１は、上部容量電極２及びばね構造４１と異なる材料が用いられてもよい。
【００２７】
上部容量電極２は、第１のばね構造４１、アンカー部５２及び配線９１を介して、電位（電圧）が供給される。
【００２８】
また、四角形状の上部容量電極２の四隅に、第２のばね構造４５が１つずつ接続されている。第２のばね構造４５の一端は、上部容量電極２上に設けられている。第２のばね構造４５と上部容量電極２との接合部は、積層構造になっている。第２のばね構造４１の他端は、アンカー部５２に接続される。アンカー部５２は、ダミー層９３，９４上に設けられている。ダミー層９３，９４は、基板９表面を覆う絶縁膜１５上に設けられている。
【００２９】
第２のばね構造４５は、例えば、第１のばね構造４１とは異なる材料から構成される。第２のばね構造４５に用いられる材料は、例えば、脆性材料が用いられる。脆性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が塑性変化（形状の変化）をほとんど生じないで破壊される材料のことである。
第２のばね構造４５に用いられる材料は、酸化シリコン、窒化シリコンのような絶縁性を有する材料を使用してもよいし、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）及びシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のような半導体材料、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム−チタニウム（ＡｌＴｉ）合金のような導電性を有する材料を使用してもよい。但し、本実施形態において、第２のばね構造４５は、脆性材料以外の材料が用いられてもよいし、第１のばね構造と同じ材料（導電体）が用いられてもよい。
【００３０】
尚、第１のばね構造４１に用いられる材料は、例えば、延性材料である。延性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が大きな塑性変化（延び）を生じてから破壊される材料のことである。一般に、脆性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギー（応力）は、延性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギーより小さい。つまり、脆性材料を用いた部材は、延性材料を用いた部材より、破壊されやすい。
【００３１】
脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２は、例えば、ばね構造４５の線幅、ばね構造４５の膜厚、及びばね構造４５の湾曲部（フレクチャー（Flexure））を適宜設定することによって、延性材料を用いたばね構造４１のばね定数ｋ１よりも大きくされる。
【００３２】
本実施形態のように、延性及び脆性材料のばね構造４１，４５が上部電極２に接続されている場合、上部容量電極２が上方に引き上げられた状態（up-stateとよぶ）における容量電極間の間隔は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね定数ｋ２によって、実質的に決定される。
【００３３】
上記のように、脆性材料を用いたばね構造４５は、クリープ現象が起こりにくい。そのため、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの駆動を複数回繰り返しても、up-state時における容量電極間の間隔の変動は、少ない。尚、材料のクリープ現象とは、ある部材に応力が与えられたときに、部材の歪み（形状の変化）が増大する現象のことである。
延性材料を用いたばね構造４１は、複数回の駆動によって、クリープ現象が生じる。しかし、ばね構造４１のばね定数ｋ１は、脆性材料を用いたばね構造４５のばね係数ｋ２に比較して小さく設定されている。よって、up-state時における容量電極間の間隔に、延性材料を用いたばね構造４１の形状の変化（たわみ）が、大きな影響を与えることはない。
このように、延性材料を用いたばね構造と脆性材料を用いたばね構造をＭＥＭＳデバイスに適用することによって、損失が低いという利点を保持しつつ、クリープ現象による特性劣化の小さいＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）を提供できる。
【００３４】
アンカー部５２に用いられる材料は、例えば、第２のばね構造４５と同じ材料（例えば、脆性材料）が用いられもよいし、アンカー部５１と同じ材料（例えば、延性材料）でもよい。
【００３５】
下部容量電極１１，１２と上部容量電極２との間に、第１及び第２の下部駆動電極（駆動電極）３１，３２が設けられている。上部容量電極２と下部駆動電極３１，３２との間には、空隙（キャビティ）が設けられている。
【００３６】
下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜１５を介して、下部容量電極１１，１２上に積層されている。より具体的には、第１の下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を介して、シグナル電極１１上に設けられている。第２の下部駆動電極３２は、絶縁膜１５を介して、グランド電極１２上に設けられている。尚、下部駆動電極３１，３２は、基板９上面に設けられたシグナル電極１１及びグランド電極１２上に、絶縁膜を介して、積層されてもよい。
【００３７】
下部駆動電極３１，３２は四角形状の平面形状を有し、例えば、ｙ方向に延在する。下部駆動電極３１，３２の表面は、例えば、絶縁膜３５，３６によって覆われている。下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜１５上に固定されている。
【００３８】
尚、本実施形態において、下部駆動電極３１，３２のｘ方向及びｙ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２と同じ寸法を有して図示されているが、これに限定されない。例えば、下部駆動電極３１，３２のｘ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２のｘ方向の寸法より大きくてもよいし、下部駆動電極３１，３２のｙ方向の寸法は、下部信号電極１１，１２のｙ方向の寸法より小さくてもよい。
【００３９】
下部駆動電極３１，３２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）などの、金属が用いられる。また、絶縁膜３５，３６には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、高誘電体（High-k）膜などの絶縁体が用いられる。
尚、配線９１及びダミー層９３は、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料が用いられ、配線９１及びダミー層９３の膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と同じになっている。また、配線９１及びダミー層９３をそれぞれ覆う絶縁膜９２，９４は、下部駆動電極３１，３２を覆う絶縁膜３５，３６と同じ材料が用いられ、絶縁膜９２，９４の膜厚は、絶縁膜３５，３６の膜厚と同じになっている。
【００４０】
上述のように、上部電極２は、下部容量電極１１，１２と可変容量素子を形成する。さらに、本実施形態においては、上部電極２は、２つの下部駆動電極３１，３２と対を成す駆動電極としても機能する。つまり、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、上部電極２と２つの下部駆動電極３１，３２によって、アクチュエータが構成されている。以下では、ＭＥＭＳ可変容量デバイスを構成する可動な上部電極２のことを、上部容量／駆動電極２とよぶ。また、本実施形態のように、下部駆動電極３１，３２が、絶縁膜１５を介して、下部容量電極１１，１２上に積層された構造のことを、積層電極構造とよぶ。
【００４１】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、下部容量電極１１，１２と下部駆動電極３１，３２とは、固定容量素子を形成している。固定容量素子は、積層された電極間の対向面積、積層された電極の間隔（絶縁膜１５の膜厚）、絶縁膜の誘電率に応じて、所定の静電容量を有する。具体的には、シグナル電極１１と下部駆動電極３１との間に、静電容量（第１の静電容量）Ｃ１を有する。グランド電極１２と下部駆動電極３２との間に静電容量（第２の静電容量）Ｃ２を有する。静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との値は、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００４２】
また、下部駆動電極３１，３２と上部容量／駆動電極２との間には、容量結合が存在している。例えば、下部駆動電極３１と上部容量／駆動電極２との間に、可変な静電容量（第３の静電容量）Ｃ３を有し、下部駆動電極３２と上部容量／駆動電極２との間に、可変な静電容量（第４の静電容量）Ｃ４を有する。上記のように、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２の上面に対して、上下方向に動くので、容量結合の値は変動する。静電容量Ｃ３と静電容量Ｃ４の上限値／下限値のそれぞれは、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００４３】
シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から構成されている。尚、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に加えて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に寄生容量をさらに含む場合があるのはもちろんである。
【００４４】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に電位差を与えることによって、静電引力が生じる。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に生じた静電引力によって、上部容量／駆動電極２が基板表面（下部駆動電極）に対して垂直方向（上下方向）に動き、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１との間隔が変動する。容量素子を形成する電極間の距離が変動することによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの可変容量値（静電容量）ＣＭＥＭＳが変化する。これにともなって、容量電極（ここでは、シグナル電極１１）の電位が変位し、高周波（ＲＦ：Radio frequency）の信号が、容量電極（シグナル／グランド電極）から出力される。
【００４５】
本実施形態のＭＥＭＳデバイスにおいて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変な静電容量（容量結合）Ｃ３，Ｃ４とが直列接続されている。この直列接続された静電容量（合成容量）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイス１００Ａの可変容量となり、出力（ＲＦ電圧ＶＲＦ）を生成するための可変容量として用いられる。
【００４６】
本実施形態のように、可動な上部電極が容量電極及び駆動電極として機能するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量電極と上部駆動電極とが互いに独立した構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスと比較して、製造方法がシンプルであり、且つ、構造的に頑強である。
【００４７】
（ｂ） 動作
図２Ａ乃至図５を用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの動作について、説明する。
まず、図３を用いて、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００を駆動させるための構成の概略について、説明する。
図３の（ａ）は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００を駆動させるための全体構成を模式的に示している。
【００４８】
図３の（ａ）に示されるように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００において、容量電極１，２及び駆動電極３１，３２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）７を介して、電位供給回路８に接続される。
【００４９】
電位供給回路８は、例えば、昇圧回路を含んでいる。電位供給回路８は、外部から入力された電圧を、昇圧回路によって昇圧し、供給電位Ｖｉｎを出力する。供給電位Ｖｉｎは、ローパスフィルタ７に入力される。供給電位Ｖｉｎは、バイアス電位Ｖｂ又はグランド電位Ｖｇｎｄである。
【００５０】
図３の（ｂ）は、ローパスフィルタ７の一例を示す等価回路図である。図３の（ｂ）に示す例において、ローパスフィルタ７は、２つの抵抗素子７１，７２と１つの固定容量素子７３とから構成される。２つの抵抗素子７１，７２は、直列に接続されている。直列接続された２つの抵抗素子７１，７２の接続点ｎｄに、固定容量素子７３の一端が接続される。固定容量素子７３の他端は、例えば、グランド端子ｇｄに接続される。
【００５１】
ローパスフィルタ７は、そのカットオフ周波数ｆｃｏに基づいて、入力信号（供給電位Ｖｉｎ）が含むカットオフ周波数ｆｃｏより大きい周波数成分を遮断し、入力信号が含むカットオフ周波数ｆｃｏ以下の周波数成分を通過させる。ローパスフィルタ７を通過した信号（出力電位）Ｖｏｕｔが、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００のバイアス電位Ｖｂ又はグランド電位Ｖｇｎｄとして、容量電極１，２及び駆動電極３１，３２に供給される。
【００５２】
ローパスフィルタ７のカットオフ周波数ｆｃｏは、ローパスフィルタ７を構成する抵抗素子の抵抗値及び固定容量素子の容量値によって、設定される。図３の（ｂ）に示されるローパスフィルタ７において、そのカットオフ周波数ｆｃｏは、抵抗素子７１，７２の抵抗値Ｒと容量素子７３の容量値Ｃとから求められる時定数の逆数によって、得られる。例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃｏが０．７ＭＨｚに設定される場合、２つの抵抗素子７１，７２及び固定容量素子７３において、その抵抗値Ｒと容量値Ｃとから求められる時定数が０．７ＭＨｚの逆数になるように、抵抗値Ｒ及び容量値Ｃが設定される。
【００５３】
ローパスフィルタ７によって、供給電位Ｖｉｎの周波数成分（周波数帯域）に比較して、ローパスフィルタ７の出力電位Ｖｏｕｔは、低い周波数成分の電位、換言すると、供給電位Ｖｉｎに対して相対的に直流成分の電位にされる。このように、ローパスフィルタ７が電位供給回路８と各電極１，２，３１，３２との間に挿入されることによって、電位供給回路８から発生するノイズ（高い周波数成分）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００、特に、ＲＦ出力部（容量電極１，２）に伝播するのを、防止する。
【００５４】
例えば、ローパスフィルタ７のカットオフ周波数が０．７ＭＨｚに設定された場合、ノイズは、ローパスフィルタ７によって、−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの割合で減少する。よって、例えば、７００ＭＨｚ以上の周波数帯域で使用されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００において、ＭＥＭＳ可変容量デバイスに対するノイズの伝播は、−６０ｄＢに抑制できる。
【００５５】
また、電極を保持している状態（ホールド状態（up-state））におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの発振周波数（オシレータ周波数）が０．７ＭＨｚに設定された場合、ノイズは、−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの割合で減少する。このため、例えば、７００ＭＨｚ以上の周波数帯域で使用されるＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００に対するノイズの伝播は、−６０ｄＢに抑制できる。
【００５６】
このように、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃｏが０．７ＭＨｚに設定され、ホールド状態時におけるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００の発振周波数が０．７ＭＨｚに設定された場合、電位供給回路８からのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００に対するノイズの伝播は、ローパスフィルタ７の挿入によって、−１２０ｄＢに抑制できる。この値（−１２０ｄＢ）は、多くの無線システムにおいて、ノイズの伝播を抑制するのに、十分な値である。
【００５７】
尚、ノイズの伝播を抑制するために、ローパスフィルタ７の挿入に加え、シールドメタルを、ＭＥＭＳ可変容量デバイスが設けられた領域（配線レベル）より下層に、設けてもよい。また、電位供給回路（電源線）８を、ＭＥＭＳ可変容量デバイス（ＲＦ出力部）とシリコン基板表面に設けられた駆動／ロジック回路とで、それぞれ別途に用いて、ノイズの伝播を抑制してもよい。
【００５８】
以上のように、ＲＦ出力部に対する電位供給回路８のノイズは、ローパスフィルタ７によって低減される。ノイズが低減された電位Ｖｏｕｔが、バイアス電位Ｖｂ（又はグランド電位Ｖｇｎｄ）として、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００に供給される。そして、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００は、上部駆動電極と下部駆動電極とに供給された電位によって、駆動する。
【００５９】
図３の（ａ）に示されるように、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスは、容量電極１，２と駆動電極３１，３２との間に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４をそれぞれ有する。この静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００は、ホットスイッチング特性が向上する。
【００６０】
図２Ａ、図４及び図５を用いて、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作について、より具体的に説明する。本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、例えば、静電駆動型のＭＥＭＳデバイスである。図４は、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおける、各電極２，３１，３２、ローパスフィルタ７ａ，７ｂ，７ｃ、及び電位供給回路８ａ，８ｂ，８ｃとの接続関係を示している。また、図２Ａ及び図４は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの駆動時のそれぞれ異なる状態を示している。
【００６１】
図４に示されるように、上部容量／駆動電極２は、ローパスフィルタ７ａを経由して、電位供給回路８ａに接続される。第１の下部駆動電極３１には、ローパスフィルタ７ｂを経由して、電位供給回路８ｂに接続される。第２の下部駆動電極３２には、ローパスフィルタ７ｃを経由して、電位供給回路８ｃに接続される。図４に示される例では、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なる電位供給回路８ｂ，８ｃに接続されている。但し、本実施形態において、２つの下部駆動電極３１，３２は、それぞれ異なるローパスフィルタ７ｂ，７ｃに接続されていれば、１つの電位供給回路を共有してもよい。
【００６２】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが駆動される場合、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、電位差が与えられる。
【００６３】
例えば、上部容量／駆動電極２にグランド電位Ｖｇｎｄ（例えば、０Ｖ）が供給され、下部駆動電極３１，３２にバイアス電位Ｖｂが供給されることによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは駆動する。上部容量／駆動電極２が下側へ向かって駆動する場合において、バイアス電位Ｖｂは、例えば、３０Ｖ程度である。
これとは反対に、上部容量／駆動電極２にバイアス電位Ｖｂが供給され、下部駆動電極３１，３２にグランド電位Ｖｇｎｄが供給されることによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１を駆動してもよい。また、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１，３２にそれぞれ供給する電位を、バイアス電位Ｖｂとグランド電位Ｖｇｎｄとで交互に入れ替えて駆動させてもよい。尚、２つの下部駆動電極３１，３２の両方に、同じ大きさ・極性の電位が供給されることに限定されない。
【００６４】
与えられた電位差に起因して、電極２，３１，３２間に静電引力が発生する。
上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差が小さい、又は、電位差が無い場合、図２Ａに示すように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、上部容量／駆動電極２は、上へ上がった状態になっている。
【００６５】
上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がある値以上になると、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に生じる静電引力によって、可動な上部容量／駆動電極２は動き始め、下部駆動電極３１，３２側へ引き寄せられる。その結果として、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２側へ下がる。可動な上部容量／駆動電極２が動き始める電位差は、プルイン電圧とよばれる。
【００６６】
本実施形態において、上部駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がある値（プルイン電圧）以上になって、例えば、図４に示されるように、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ下がった状態のことを、down-stateとよぶ。これに対して、上部駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差がプルイン電圧より小さくて、例えば、図２Ａに示されるように、上部容量／駆動電極２が上へ上がった状態のことをup-stateとよぶ。
【００６７】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、下部容量電極（シグナル／グランド電極）１１，１２上に、下部駆動電極３１，３２が積層された構造を有している。それゆえ、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ下がる動作は、上部容量／駆動電極２が下部容量電極１１，１２側へ下がる動作と、同じである。
よって、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのup-state時とＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂのdown-state時とで、可変容量素子を形成する上部容量／駆動電極２と下部容量電極１との間の電極間距離が、変化する。
【００６８】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、下部容量電極１を構成する２つの電極１１，１２のうち、一方の電極（シグナル電極）１１の電位は可変にされ、他方の電極（グランド電極）１２の電位は固定されている。
上部容量電極２と下部容量電極１１，１２との間の電極間距離が変動することによって、対を成す２つの下部容量電極のうち、シグナル電極１１の電位は、down-stateとup-stateとで、変化する。一方、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作時、２つの下部容量電極１のうちグランド電極１２は、一定の電位（例えば、グランド電位）に固定されている。このため、グランド電極１２の電位は、上部容量／駆動電極２が上下に動いても、変化しない。
このシグナル電極１１とグランド電極１２との電位差が、出力信号（ＲＦパワー又はＲＦ電圧）ＶＲＦとして、up-stateとdown-stateとが繰り返されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作サイクルに応じて、外部へ出力される。この出力の周波数は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作サイクルに応じた値になる。
【００６９】
また、上部容量／駆動電極２を、down-stateからup-stateに戻す場合には、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、ある値以上の電位差（以下、プルアウト電圧とよぶ）が与えられる。
【００７０】
以上のように、図４に示すように、上部容量／駆動電極２と電位供給回路８ａとの間に、ローパスフィルタ７ａが挿入されている。これによって、上部信号／容量電極２は、高周波（ＲＦ）的には、フロート（浮遊状態）になる。このため、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、上部電極２は、下部容量電極１と対を成す上部容量電極として機能すると共に、下部駆動電極３１，３２と対を成す上部駆動電極としても機能する。
【００７１】
上記の構成によって、本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、高いホットスイッチング特性を示す。ホットスイッチングとは、ＲＦ電圧を出力している状態、換言すると、ＲＦパワーが印加されている状態で、可動な上部電極２をスイッチング（駆動）することである。
【００７２】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが、高いホットスイッチング特性を示す理由について、図５を用いて、説明する。
【００７３】
一般的なＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、ＲＦパワーが印加されている状態で、素子をオフさせる、すなわち、上部容量電極をup-stateに戻すのは、ＲＦパワー（ＲＦ電圧）に起因する上部容量電極と下部容量電極との間の静電引力によって、困難である。
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、図５の（ａ）に示されるように、各電極２，１１，１２，３１，３２間に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する。
【００７４】
下部容量電極（シグナル電極）１１及び下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を挟んで、容量Ｃ１を有する固定容量素子を形成している。これと同様に、下部容量電極（グランド電極）１２及び下部駆動電極３２は、静電容量Ｃ２を有する固定容量素子を形成している。これらの固定容量素子は、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造を有している。以下、では、ＭＩＭ構造を有する固定容量素子のことをＭＩＭ容量素子とよぶ。静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との値は、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００７５】
上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３１は、絶縁膜３５を挟んで、静電容量Ｃ３の容量結合を有する。また、上部容量／駆動電極２及び下部駆動電極３２は、絶縁膜３６を挟んで、静電容量Ｃ４の容量結合を有する。この静電容量Ｃ３の大きさは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との対向面積に応じた範囲内で、上部容量／駆動電極２が上下に駆動するのに伴って、変化する。静電容量Ｃ３と静電容量Ｃ４の上限値／下限値のそれぞれは、同じ大きさを有する場合もあるし、異なる大きさを有する場合もある。
【００７６】
ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの容量／駆動電極２，１１，１２，３１，３２において、図５の（ｂ）に示されるように、２個の固定容量Ｃ１，Ｃ２と、２個の可変容量Ｃ３，Ｃ４がシグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に直列接続された構成に等価的になっている。シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量は、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって決定される。
【００７７】
シグナル電極１１とグランド電極１２との間に直列接続された静電容量（合成容量）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイス１００の可変容量ＣＭＥＭＳ、つまり、出力（ＲＦ電圧ＶＲＦ）を生成するための可変容量ＣＭＥＭＳとして用いられる。
【００７８】
尚、直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に加えて、シグナル電極１１とグランド電極１２との間に生じる寄生容量が、シグナル電極１１とグランド電極１２との間の静電容量にさらに含まれる場合があるのはもちろんである。
【００７９】
本実施形態において、一定な固定容量Ｃ１，Ｃ２と可変な容量結合Ｃ３，Ｃ４との静電容量（合成容量）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａの動作及び出力に、寄与する。尚、シグナル電極１１の電位の変動は、上部容量／駆動電極２とシグナル電極との電極間距離の変動によると述べた。但し、上部容量／駆動電極２の動作（up/down-state）に伴う容量結合Ｃ２の値の変動によって、固定容量Ｃ１の電位が変動し、その容量Ｃ１の電位の変動が、シグナル電極１１の電位に反映されている、とも換言できる。
【００８０】
ここで、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に印加される電位差ΔＶ１は、静電容量Ｃ１，Ｃ３及び、印加されたＲＦパワーによるＲＦ電圧ＶＲＦを用いて、次の（式１Ａ）で示される。尚、ここでは、説明の簡単化のため、静電容量Ｃ１，Ｃ２がＣ１＝Ｃ２の関係を有し、静電容量Ｃ３，Ｃ４がＣ３＝Ｃ４の関係を有する場合について、説明する。
【００８１】
ΔＶ１＝ＶＲＦ×Ｃ１／（２（Ｃ１＋Ｃ３）） ・・・（式１Ａ）
（式１Ａ）に示されるように、電位差ΔＶ１は、Ｃ１／（２（Ｃ１＋Ｃ３））に相関して、ＲＦ電圧ＶＲＦより小さくなる。
【００８２】
これと同様に、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、Ｃ１＝Ｃ２、及び、Ｃ３＝Ｃ４の関係を有する場合、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との間に印加される電位差ΔＶ２は、ΔＶ２＝ΔＶ１の関係を有する。また、この場合、電位差ΔＶ２は（式１Ｂ）で示すこともできる。
【００８３】
ΔＶ２＝ＶＲＦ×Ｃ２／（２（Ｃ２＋Ｃ４）） ・・・（式１Ｂ）
（式１Ｂ）に示されるように、電位差ΔＶ２は、Ｃ２／（２（Ｃ２＋Ｃ４））に相関して、ＲＦ電圧ＶＲＦより小さくなる。
【００８４】
また、直列接続された１つの静電容量Ｃ１と１つの静電容量Ｃ３との合成容量Ｃ１３は、次の（式２Ａ）で示される。
Ｃ１３＝Ｃ１×Ｃ３／（Ｃ１＋Ｃ３）＝Ｃ１／（１＋Ｃ１／Ｃ３） ・・・（式２Ａ）
これと同様に、直列接続された静電容量Ｃ２と静電容量Ｃ４との合成容量Ｃ２４は、次の（式２Ｂ）で示される。
【００８５】
Ｃ２４＝Ｃ２／（１＋Ｃ２／Ｃ４） ・・・（式２Ｂ）
尚、（式１Ａ）、（式１Ｂ）、（式２Ａ）及び（式２Ｂ）における静電容量Ｃ３，Ｃ４は、可動な上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との容量結合の値なので、例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａがdown-stateである場合と、up-stateである場合で異なる。静電容量Ｃ３，Ｃ４は、可動な上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間隔に反比例するので、静電容量Ｃ３，Ｃ４の容量値は、down-stateである場合にup-stateである場合より大きくなる。
【００８６】
シグナル電極−グランド電極間に印加されているＲＦパワーが３５ｄＢｍ（３．２Ｗ程度）である場合、ＲＦ電圧ＶＲＦは、例えば、１３Ｖ程度になる。
【００８７】
上記のように、ＲＦ電圧ＶＲＦはシグナル電極１１とグランド電極１２との間の電位差であるため、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間に、ＲＦ電圧ＶＲＦに起因した静電引力が発生することになる。
【００８８】
通常のＭＥＭＳ可変容量デバイスでは、ＲＦ電圧ＶＲＦが出力されている場合、ＲＦ電圧ＶＲＦに起因した静電引力によって、可動な上部容量電極は、下部容量電極に引き寄せられる。そのため、上部容量電極を上方へ引き上げる（プルアウトする）には、ＲＦ電圧ＶＲＦに起因する静電引力より大きい駆動力が必要である。それゆえ、通常のＭＥＭＳ可変容量デバイスは、ホットスイッチングを容易に実現できなかった。
【００８９】
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａにおいて、シグナル線（シグナル電極）ｓｉｇとグランド線（グランド電極）ｇｎｄとの間に、複数（本例では、４個）の静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、挿入されている。それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間で、下部駆動電極３１，３２を経由して、直列に接続されている。それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、シグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に、上部容量／駆動電極２を経由して、直列に接続されている。
それゆえ、（式１）に示されるように、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の電位差ΔＶ１，ΔＶ２は、Ｃ１／（２×（Ｃ１＋Ｃ３））又はＣ２／（２（Ｃ２＋Ｃ４））の値に応じて、ＲＦ電圧ＶＲＦより小さくなる。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の静電引力は、静電容量Ｃ３，Ｃ４と電位差ΔＶ１，ΔＶ２との積でそれぞれ示される。そのため、上部容量／駆動電極２に与えられる静電引力は、ＲＦ電圧ＶＲＦが上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間に直接印加されている場合に比較して、小さくなる。
【００９０】
例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａのdown-state時において、静電容量Ｃ３，Ｃ４が静電容量Ｃ１，Ｃ２と同じ大きさであれば、式（１）に基づくと、電位差ΔＶはＲＦ電圧ＶＲＦの１／４になる。この場合、印加されているＲＦ電圧ＶＲＦが１３Ｖ程度とすると、電位差ΔＶは、３Ｖ程度になる。上部容量／駆動電極２をup-stateに戻すためのプルアウト電圧は、例えば、５Ｖ程度である。よって、上記のように、電位差ΔＶを３Ｖ程度にすることができれば、ＲＦパワーの印加時であっても、可動な上部容量／駆動電極２をdown-stateからup-stateに戻すことは容易である。したがって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａによれば、ホットスイッチングが容易になり、ホットスイッチング特性は向上する。
【００９１】
また、本実施形態のように、下部駆動電極３１，３２が下部容量電極１１，１２上に積層された構造（以下、積層電極構造とよぶ）を有するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、その容量値のばらつきを抑えることもできる。
【００９２】
ＭＥＭＳ可変容量デバイスに用いられる一般的な静電型アクチュエータは、上部駆動電極と下部駆動電極とのうち、一方が可動であり、他方が、基板上に固定されている。一般的な静電型アクチュエータのdown-state時において、上部駆動電極と下部駆動電極との間の静電容量の値は、駆動電極表面のラフネス（表面粗さ）の影響を受ける。そのため、ＭＩＭ容量素子の容量値よりもばらつきが大きい。
【００９３】
本実施形態のように、積層電極構造を有するＭＥＭＳ可変容量デバイス１において、その動作及び出力に寄与する静電容量ＣＭＥＭＳの一部は、静電容量Ｃ１，Ｃ２を有するＭＩＭ容量素子によって担われている。ＭＩＭ容量素子は、電極と絶縁膜との界面のラフネスの影響は小さいので、その容量値のばらつきは小さい。そのため、一般的な静電型アクチュエータを用いたＭＥＭＳ可変容量デバイスに比較して、本実施形態のように、ＭＩＭ容量素子が動作及び出力に直接寄与するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａは、その駆動力を生成する静電容量のばらつきを、低減できる。
【００９４】
より具体的には、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａでは、容量比Ｃ３／Ｃ１（＝Ｃ４／Ｃ２）を小さくすることによって、デバイスの動作及び出力に寄与する静電容量のばらつきを低減できる。例えば、ＭＩＭ容量素子の静電容量Ｃ１，Ｃ２のばらつきが、無視できるほど小さいと仮定する。そして、down-state時における静電容量Ｃ３，Ｃ４が静電容量Ｃ１，Ｃ２と同じ大きさである場合、静電容量のばらつきは、半分になる。したがって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作を安定化できる。
【００９５】
以上のように、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）によれば、そのホットスイッチング特性を向上できる。
【００９６】
（ｃ） 検証
図６及び図７を用いて、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの検証結果について、説明する。
まず、ＭＥＭＳデバイスのプルイン電圧Ｖｐｉ及びプルアウト電圧Ｖｐｏの温度特性について、述べる。ここでは、第１の実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスと類似した構造を有する静電駆動型アクチュエータ２００のプルイン／プルアウト電圧Ｖｐｉ，Ｖｐｏが、測定される。図６は、その静電駆動型アクチュエータ２００の構造を示している。図６の（ａ）は、静電型アクチュエータ２００の平面構造を示し、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。
【００９７】
図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、２つの下部駆動電極３１，３５が基板９上に設けられている。下部駆動電極３１，３５の上方に、可動な上部電極２Ｘが中空に支持されている。検証に用いられたアクチュエータ２００は、下部容量電極を有さない。そのため、上部電極２Ｘは、駆動電極としてのみ機能する。ここでは、上部電極２Ｘのことを、上部駆動電極２Ｘとよぶ。上部駆動電極２Ｘには、その上面から底面に向かって貫通する開口部２１が設けられている。
【００９８】
上部駆動電極２Ｘには、ばね構造４６の一端が接続されている。ばね構造４６には、絶縁性の材料（ＳｉＮ）が用いられている。また、ばね構造４６の他端は、ダミー層９３，９４上のアンカー部５１に接続されている。
【００９９】
下部駆動電極３１，３２には、配線９９を経由して、電位が供給される。上部駆動電極２には、電位が供給されず、上部駆動電極２はフローティング状態になっている。
【０１００】
図７は、図６に示されるアクチュエータ２００のプルイン／プルアウト電圧Ｖｐｉ，Ｖｐｏの温度依存性を示している。その測定に用いられた温度範囲は、−４０℃から８５℃までの範囲である。
【０１０１】
図７に示されるように、上記の温度範囲において、プルアウト電圧Ｖｐｏは、７Ｖから８Ｖ程度の範囲内で変化している。また、プルイン電圧Ｖｐｉは、２１Ｖから２７Ｖ程度の範囲内で変化している。
【０１０２】
尚、プルイン電圧Ｖｐｉ及びプルアウト電圧Ｖｐｏは、ばね構造のばね定数ｋや、上部駆動電極と下部駆動電極との対向面積Ａによって、変化する。しかし、プルイン電圧Ｖｐｉ及びプルアウト電圧Ｖｐｏの大きさは、√（ｋ／Ａ）に比例する。そのため、この検証結果は、比率ｋ／Ａが一定であれば、電極のサイズが異なるアクチュエータでも、同様の結果が得られるのは、もちろんである。
【０１０３】
図７に示されるアクチュエータのプルアウト電圧Ｖｐｏの測定結果に基づいて、ホットスイッチングのための静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の条件を求める。ここでは、直列接続された１つの固定の静電容量Ｃ１と１つの可変な静電容量Ｃ３との静電容量比Ｃ３／Ｃ１について、検証する。また、ＭＥＭＳ可変容量デバイスのＲＦパワーは、３５ｄＢｍ（約３．２Ｗ）とし、シグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間のインピーダンスは、５０Ωとする。
【０１０４】
３５ｄＢｍのＲＦパワーが印加されている時、上記のインピーダンス（５０Ω）に対応して、約１３Ｖの電位差（ＲＦ電圧ＶＲＦ）がシグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に印加されている。この状態で、可動な上部電極２がdown-stateからup-stateになるためには、プルアウト電圧Ｖｐｏが（式１）のΔＶよりも大きい、すなわち、Ｖｐｏ＞ΔＶの関係が成り立てばよい。
【０１０５】
ここで、図７に示される測定結果より、プルアウト電圧Ｖｐｏは、基準値として５Ｖとする。また、ＲＦ電圧ＶＲＦは１３Ｖとする。これらの値Ｖｐｏ，ＶＲＦを用いて、Ｖｐｏ＞ΔＶの関係が成立するように、（式１Ａ）を演算すると、次の（式３）が得られる。尚、ここでは、説明の簡単化のため、静電容量Ｃ１，Ｃ２がＣ１＝Ｃ２の関係を有し、静電容量Ｃ３，Ｃ４が、Ｃ３＝Ｃ４の関係を有する場合について、述べる。
【０１０６】
（Ｃ３／Ｃ１）＞０．５ ・・・（式３）
この結果より、積層電極構造を有するＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ａが、３５ｄＢｍのＲＦパワーが印加されている状態でホットスイッチングするためには、（式３）の条件を満たすことが好ましい。また、直列接続された固定の静電容量Ｃ２と可変な静電容量Ｃ４と静電容量比Ｃ４／Ｃ２も、（Ｃ３／Ｃ１）＞０．５を満たすことが好ましい。尚、静電容量比（Ｃ３／Ｃ１）及び静電容量比Ｃ４／Ｃ２のうち、少なくとも一方が、０．５より大きくともよい。
【０１０７】
以上のように、ＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）が、図１乃至図４の構成を有し、下部電極１と駆動電極２との静電容量Ｃ１，Ｃ２、上部電極と駆動電極との静電容量Ｃ３，Ｃ４が、（式１）の関係を有し、更には、（式３）の関係を有することによって、ホットスイッチング特性が向上する。
【０１０８】
したがって、本発明の第１の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳデバイスを実現できる。
【０１０９】
（ｄ） 製造方法
以下、図８を用いて、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の製造方法について、説明する。ここでは、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部容量電極及び下部駆動電極が形成される領域を抽出して、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造工程について、説明する。図８は、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造工程の各工程において、図１のｙ方向に沿う断面構造をそれぞれ示している。
【０１１０】
まず、図８の（ａ）に示すように、基板（例えば、層間絶縁膜）１内に、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、溝Ｚが形成される。
【０１１１】
この後、基板１上及び溝Ｚ内に、導電体が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）法又はスパッタ法を用いて、堆積される。導電体には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）等の金属やこれらのいずれかを含む合金が用いられる。
【０１１２】
そして、基板１の上面をストッパとして、導電体に対して、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法による平坦化処理が実行される。
これによって、基板１の溝Ｚ内に、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部容量電極１１，１２が、自己整合的に埋め込まれる。本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、下部容量電極１１，１２は、２つの電極（配線）が対をなして形成されている。具体的には、シグナル電極１１とグランド電極１２とから一対の下部容量電極が構成されている。シグナル線１１とグランド線１２との電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの出力（ＲＦパワー、ＲＦ電圧）となる。
【０１１３】
このように、下部容量電極１１，１２は、ダマシーンプロセスによって、形成される。尚、溝Ｚの平面形状は、下部容量電極１１，１２のレイアウトに応じて、所定の形状になるように、形成される。
【０１１４】
次に、図８の（ｂ）に示されるように、絶縁膜１５が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法などを用いて、基板１表面上及び下部ＲＦ電極１１，１２上に、堆積される。絶縁膜１５は、例えば、酸化シリコンが用いられる。但し、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのように、酸化シリコンより比誘電率の高い材料を用いてもよい。
【０１１５】
続いて、導電体が、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、絶縁膜１５上に堆積される。堆積された導電体は、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、所定の形状に加工される。これによって、シグナル電極１１及びグランド電極１２と上下に重なる位置に、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの下部駆動電極３１，３２がそれぞれ形成される。
【０１１６】
このように、シグナル電極１１上及びグランド電極１２上に、下部駆動電極３１，３２が積層される。この結果として、シグナル電極１１、下部駆動電極３１、及びこれら２つの電極１１，３１に挟まれた絶縁膜１５によって、１つのＭＩＭ容量素子が形成される。これと同様に、グランド電極１２、下部駆動電極３２、及びこれら２つの電極１２，３２に挟まれた絶縁膜１５によって、ＭＩＭ容量素子が形成される。これらのＭＩＭ容量素子は、積層された電極間の対向面積、絶縁膜の膜厚及び絶縁膜の誘電率に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２を有する。
【０１１７】
ここで、図８の（ａ）に示したように、シグナル／グランド電極１１，１２はダマシーンプロセスを用いて形成される。これによって、シグナル／グランド電極１１，１２の上面、及び、これらの電極１１，１２上に堆積される絶縁膜１５の上面は、平坦になる。そのため、平坦な絶縁膜１５上に形成される下部駆動電極３１，３２の上面及び底面も、平坦になる。したがって、ＭＩＭ容量素子の静電容量Ｃ１，Ｃ２のばらつきは、小さくなる。
【０１１８】
尚、下部駆動電極３１，３２が形成されるのと同時に、絶縁膜１５（基板１）上に、ＭＥＭＳデバイスの配線やダミー層が、下部駆動電極３１，３２と同じ材料を用いて、形成されてもよい。
【０１１９】
下部駆動電極３１，３２上に、絶縁膜３５，３６が、例えば、ＣＶＤ法や熱酸化法など用いて、形成される。絶縁膜３５，３６には、例えば、酸化シリコンが用いられる。但し、絶縁膜３５，３６には、酸化シリコンより比誘電率の高い絶縁体が用いられてもよい。尚、絶縁膜３５，３６がＣＶＤ法を用いて堆積された場合、下部駆動電極３１，３２表面だけでなく、絶縁膜１５上にも堆積されるが、ここでの図示は省略する。
【０１２０】
続いて、図８の（ｃ）に示されるように、犠牲層９８が、例えば、ＣＶＤ法や塗布法などを用いて、絶縁膜１５，３５上に形成される。犠牲層９８は、犠牲層９８より下層に形成された材料及び犠牲層９８より上層に形成される後述の材料に対して、所定のエッチング選択比を確保できれば、絶縁体、導電体（金属）、半導体、或いは、有機物（例えば、レジスト）など、いずれを用いてもよい。
【０１２１】
そして、アンカー部を形成する領域（以下、アンカー形成領域とよぶ）において、犠牲層９８内に、アンカー部を埋め込む開口部（図示せず）が、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、形成される。
【０１２２】
それから、導電体２が、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、犠牲層９８上に堆積される。
犠牲層９８上の導電体２は、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、所定の形状に加工される。これによって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの上部容量電極２が形成される。尚、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスにおいて、上部電極２は、可変容量素子の容量電極として機能すると共に、アクチュエータの駆動電極としても機能する。
【０１２３】
上部容量／駆動電極２と同じ材料（導電体）を用いて、第１のばね構造（図示せず）が形成される。このばね構造は、上部容量／駆動電極２と一体に繋がっている。この場合、ばね構造は、例えば、延性材料から構成される。
【０１２４】
尚、犠牲層９８上に導電体２が堆積されるのと同時に、アンカー形成領域の開口部内に、導電体２が開口部内に埋め込まれる。これによって、アンカー部（図示せず）が基板上の所定の位置に形成される。但し、アンカー部は、上部電極及びばね構造と異なる工程で形成してもよい。
【０１２５】
また、図１乃至図２Ｂに示されるように、ＭＥＭＳ可変容量デバイスがそれぞれ異なる材料のばね構造４１，４５を有する場合、上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造４１が形成された後、第２のばね構造（図示せず）が、上部容量／駆動電極２上の所定の位置に接続されるように、犠牲層９８上に形成される。例えば、以下の工程で、第２のばね構造が形成される。
【０１２６】
上部容量／駆動電極２及び第１のばね構造が形成された後、第２のばね構造が接続されるアンカー部の形成領域において、犠牲層９８内に開口部が形成される。そして、第２のばね構造を構成する材料（例えば、脆性材料）が、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、上部容量／駆動電極２上、犠牲層９８上、アンカー形成領域の開口部内に、堆積される。その堆積された部材が、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法によって、所定の形状に加工され、第２のばね構造が形成される。また、アンカー形成領域の開口部内に堆積された材料は、アンカー部（図示せず）となる。尚、第２のばね構造に接続されるアンカー部は、第１のばね構造に接続されるアンカー部と同じ工程及び材料（例えば、延性材料）で、形成されてもよい。
【０１２７】
この後、犠牲層９８が、例えば、ウェットエッチングを用いて、選択的に除去される。これによって、図２Ａに示されるように、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、キャビティ（空隙）が形成される。上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間には、容量結合Ｃ３，Ｃ４が形成される。
【０１２８】
以上の工程によって、例えば、図１乃至図２Ｂに示されるように、積層電極構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスが完成する。
【０１２９】
尚、上部容量／駆動電極及び下部駆動電極に接続されるローパスフィルタは、ＭＥＭＳ可変容量デバイスと同じ配線レベルに形成されてもよいし、ＭＥＭＳ可変容量デバイスよりも下層の配線レベル（例えば、シリコン基板上）に形成されてもよい。
【０１３０】
上述したように、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作及び出力に寄与する静電容量の一部は、基板上のＭＩＭ容量素子（固定容量素子）によって担われる。そのため、動作及び出力に寄与する容量値のばらつきを小さくするためには、ＭＩＭ容量素子のばらつきを抑制することが望ましい。
【０１３１】
上記のように、そのＭＩＭ容量素子は、下部容量電極１１，１２と下部駆動電極３１，３２とから構成される。それゆえ、図８を用いて説明した製造方法のように、下部容量電極１１，１２がダマシーンプロセスを用いて形成されることによって、下部容量電極１１，１２及びその電極１１，１２上の絶縁膜１５は、その上面の平坦性が、向上する。その絶縁膜１５上に積層される下部駆動電極において、その底面の平坦性が向上するのはもちろんである。これによって、ＭＥＭＳデバイスに含まれるＭＩＭ容量素子の静電容量のばらつきは、小さくなる。
このように、動作及び出力に寄与するＭＩＭ容量素子の静電容量Ｃ１，Ｃ２のばらつきが、低減されるので、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの動作を安定化できる。
【０１３２】
また、本実施形態では、下部容量電極１１，１２−下部駆動電極３１，３２間の一定の静電容量Ｃ３，Ｃ４及び下部駆動電極３１，３２−上部容量／駆動電極２間の可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４によって、ＭＥＭＳ可変容量デバイスのホットスイッチング特性を向上できる。
【０１３３】
したがって、本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、容易なホットスイッチングを実現するＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【０１３４】
（２） 第２の実施形態
図９、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、本発明の第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造について、説明する。図９は、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイス（例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の平面構造を示す平面図である。図１０Ａは、図９のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図９のＢ−Ｂ’線に沿う断面構造は、図２Ｂに示される構造と実質的に同じである。図１０Ｂは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスの駆動時の状態を示している。
ここでは、第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスと第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスとの相違点について、主に説明する。
【０１３５】
第２の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂにおいて、上部容量／駆動電極２は、電位が供給されない。
例えば、図９及び図１０に示されるように、上部容量／駆動電極２は、ばね構造４５及びアンカー５２部によって、中空に支持されている。このばね構造４５は、外部から電気的に分離されている。または、ばね構造４５に用いられている材料が、絶縁体である。そのため、ばね構造４５を経由して、上部容量／駆動電極２に外部から電位が供給されない。そして、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂにおいて、導電体が用いられ、且つ、外部と電気的に接続されたばね構造は、設けられていない。そのため、そのばね構造を経由して、上部容量／駆動電極２に電位が供給されることも無い。
【０１３６】
このように、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、上部容量／駆動電極２に外部から電位が供給されず、上部容量／駆動電極２は電気的にフローティング状態になっている。
【０１３７】
図９及び図１０に示されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、上部容量／駆動電極２に、電位が直接供給されない。しかし、第１の下部駆動電極３１と第２の下部駆動電極３２との間に電位差が設けられることによって、上部容量／駆動電極２は、下部駆動電極３１，３２に対して上下方向（垂直方向）に動く。例えば、図１０Ｂに示されるように、上部容量／駆動電極２が下部駆動電極３１，３２側へ引き下げられる場合、第１の下部駆動電極３１に、バイアス電位Ｖｂが供給され、第２の下部駆動電極３２に、グランド電位Ｖｇｎｄが供給される。
【０１３８】
電位が供給されない上部容量／駆動電極２が、下部駆動電極３１，３２に向かって動くのは、次の理由による。
【０１３９】
フローティング状態の上部容量／駆動電極２の内部電位は、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間の静電容量（容量結合）に、依存する。
２つ下部駆動電極３１，３２間に電位差が設けられると、一方の静電容量Ｃ３が保持する電荷量（電位）と他方の静電容量Ｃ４の電荷量に、差が生じる。その結果として、上部容量／駆動電極２の内部電位が変動する。この内部電位の変動によって、上部容量／駆動電極２と２つの下部駆動電極３１，３２との間に電位差が与えられ、静電引力が発生する。
【０１４０】
これによって、図１０Ｂに示されるように、可動な上部容量／駆動電極２が、下部駆動電極３１，３２に対して上下に動く。尚、上部容量／駆動電極２が上方へ引き上げられる場合、例えば、２つの下部駆動電極３１，３２の電位が、同じ電位にされる。
【０１４１】
以上のように、上部容量／駆動電極２に電位が供給されなくても、下部駆動電極３１，３２とフローティング状態の上部容量／駆動電極２との容量結合Ｃ３，Ｃ４を利用して、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂが駆動される。
【０１４２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、第１の実施形態と同様に、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４は、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１，１２との間で、下部駆動電極３１，３２を経由して、直列に接続されている。更には、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、シグナル線ｓｉｇ−グランド線ｇｎｄ間に、直列に接続されている。直列に接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、ＭＥＭＳデバイスの出力を生成する可変容量となる。
【０１４３】
それゆえ、第１の実施形態と同様に、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｂは、ホットスイッチング特性を向上できる。
【０１４４】
したがって、本発明の第２の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳデバイスを実現できる。
【０１４５】
（３） 第３の実施形態
図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃを用いて、本発明の第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（例えば、ＭＥＭＳ可変容量デバイス）１００Ｃの構造について、説明する。図１１は、本実施形態におけるＭＥＭＳ可変容量デバイスの平面構造を示す平面図である。図１２Ａは、図１１のＣ−Ｃ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図１２Ｂは、図１１のＤ−Ｄ’線に沿う断面構造を示す断面図である。また、図１２Ｃは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスの駆動時の状態を示している。
ここでは、第３の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスと第１及び第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスとの相違点について、主に説明する。
【０１４６】
図１１、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、第１及び第２の実施形態とは異なって、下部駆動電極３１，３２は、下部容量電極１１Ａ，１２Ａ上に積層されていない。しかし、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、下部容量電極上に下部駆動電極が積層された構造（積層電極構造）を有するＭＥＭＳ可変容量デバイスと、回路的に等価な構造が実現されている。
【０１４７】
図１１乃至図１２Ｂに示されるように、下部容量電極１１Ａ，１２Ａは、基板９上に設けられている。本実施形態においても、下部容量電極１１Ａ，１２Ａは、対をなすシグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとから構成されている。シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、ｙ方向に延在している。シグナル電極１１Ａは、シグナル線ｓｉｇとして機能し、グランド電極１２Ａは、グランド線ｇｎｄとして機能する。シグナル電極１１Ａの電位は、可変であり、上部容量／駆動電極２の動作に伴って、変動する。グランド電極１２Ａには、例えば、グランド電位が供給される。シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの電位差（ＲＦ電圧）が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃの出力（ＲＦパワー）となる。
【０１４８】
２つの下部駆動電極３１，３２は、ｘ方向に互いに隣接している。第１の下部駆動電極３１は、基板表面に対して平行方向（ｘ方向）において、シグナル電極１１Ａに隣接している。第２の下部駆動電極３２は、基板表面に対して平行方向（ｘ方向）において、グランド電極１２Ａに隣接している。例えば、２つの下部駆動電極３１，３２は、シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの間の基板９上に設けられている。
【０１４９】
下部駆動電極３１，３２は、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２の下方に設けられ、２つの下部駆動電極３１，３２の一部分が、上部容量／駆動電極２と上下に重なる位置に配置されている。
また、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、例えば、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に配置されている。
【０１５０】
尚、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａは、例えば、下部駆動電極３１，３２と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａの膜厚は、下部駆動電極３１，３２の膜厚と実質的に同じである。
【０１５１】
下部駆動電極３１，３２の表面は、絶縁膜３５，３６によって、それぞれ覆われている。この絶縁膜３５，３６には、開口部Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ設けられている。開口部Ｑ１，Ｑ２は、例えば、基板９表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に設けられている。シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａの表面は、絶縁膜３７，３８によって、それぞれ覆われている。絶縁膜３７，３８は、例えば、絶縁膜３５，３６と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、絶縁膜３７，３８の膜厚は、絶縁膜３５，３６の膜厚と同じである。
【０１５２】
このように、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、下部駆動電極３１，３２と同じ配線レベルに設けられている。尚、配線レベルとは、基板９表面又は基板９下層のシリコン基板表面を基準とした高さ（位置）である。
【０１５３】
第１及び第２の導電層３３，３４は、絶縁膜３５，３６，３７，３８上に設けられる。
第１の導電層３３は、絶縁膜３７を介して、シグナル電極１１Ａ上に積層されている。第１の導電層３３は、開口部Ｑ１を経由して、下部駆動電極３１に直接接触する。
第２の導電層３４は、絶縁膜３８を介して、グランド電極１２Ａ上に積層されている。第２の導電層３４は、開口部Ｑ２を経由して、下部駆動電極３２に直接接触する。尚、導電層３３，３４は、例えば、基板表面に対して垂直方向において、上部容量／駆動電極２と上下に重ならない位置に配置される。
【０１５４】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいて、ＭＩＭ容量素子は、シグナル電極１１Ａ、第１の導電層３３、及び、シグナル電極１１Ａと導電層３３との間に挟まれた絶縁膜３７を用いて、構成されている。そのＭＩＭ容量素子は、電極１１Ａと導電層３３との対向面積、絶縁膜３７の膜厚及び絶縁膜３７の誘電率に応じて、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有している。これと同様に、グランド電極１２Ａ、第１の導電層３４及び絶縁膜３８は、ＭＩＭ容量素子を構成し、その素子は一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有している。このように、導電層３３，３４は、ＭＩＭ容量素子の電極として機能する。
【０１５５】
第１の実施形態と同様に、上部容量／駆動電極２は、ばね構造４１，４５を経由して、アンカー部５１，５２に接続されている。上部容量／駆動電極２は、アンカー部５１，５２によって、下部駆動電極３１，３２上方に、中空に支えられている。上部容量／駆動電極２は、導電体（延性材料）が用いられたばね構造４１及びアンカー５１を経由して、電位が供給される。本実施形態においては、上部容量／駆動電極２のｙ方向の端部に、ばね構造４１，４５及びアンカー部５１，５２が設けられている。尚、第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスと同様に、上部容量／駆動電極２は電位が供給されず、上部容量／駆動電極２は、フローティング状態であってもよい。
【０１５６】
ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に、容量結合を有している。また、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３２との間に、容量結合を有している。それらの容量結合の大きさは、静電容量Ｃ３，Ｃ４である。静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさは、上部容量／駆動電極２が上下に動くのに伴って、変化する。
【０１５７】
上記のように、下部駆動電極３１，３２は、開口部Ｑ１，Ｑ２を経由して、導電層３３，３４にそれぞれ電気的に接続されている。よって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、静電容量（容量結合）Ｃ３，Ｃ４が、開口部Ｑ１，Ｑ２及び導電層３３，３４によって、静電容量Ｃ１，Ｃ２に直列に接続された構成を有する。
【０１５８】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１，３２との間に、プルイン電圧以上の電位差が与えられると、図１２Ｃに示されるように、上部容量／駆動電極２は下部駆動電極３１，３２に向かって下がる。このように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、up-stateからdown-stateになる。
【０１５９】
上部容量／駆動電極２が、下部駆動電極３１，３２に対して上下に動くことによって、シグナル電極１１Ａと上部容量／駆動電極２との間の可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさが変動する。これに伴って、シグナル電極１１Ａの電位が変動し、シグナル電極１１Ａとグランド電極１２Ａとの電位差が、ＲＦ電圧ＶＲＦとして出力される。
【０１６０】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃでは、単に、可動な上部容量電極２と下部容量電極１１Ａとの電極間距離を変えて、下部容量電極（シグナル電極）１１Ａの電位を変動させるだけではなく、上部容量電極２と下部容量電極１１Ａ，１２Ａとの間に、１つのＭＩＭ容量素子（静電容量Ｃ１，Ｃ２）と１つの容量結合（静電容量Ｃ３，Ｃ４）がそれぞれ直列接続されているのを利用している。
可動な上部電極２が、up-stateからdown-stateになったときに、容量結合の静電容量Ｃ３，Ｃ４の大きさが変化する。その静電容量Ｃ３，Ｃ４の変化に伴って、一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２を有するＭＩＭ容量素子の電位は変動する。その結果として、ＭＩＭ容量素子の一方の電極であるシグナル電極１１Ａの電位が変動する。尚、グランド電極１２Ａの電位は、グランド電位に固定されているので、上部電極２が上下に動いても、変動しない。
このように、下部容量電極１１Ａが、上部容量電極２と上下に重ならない位置に配置されていても、下部容量電極１１Ａの電位が変動する。
【０１６１】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃにおいても、各電極間の一定の静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変な静電容量Ｃ３，Ｃ４は、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１Ａ，１２Ｂとの間で、下部駆動電極３１，３２を経由して、直列に接続されている。また、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、シグナル電極１１Ａ−グランド電極１２Ａ間に、直列に接続されている。直列接続された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、デバイスの可変容量となり、直列接続された静電容量（合成容量）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によって、出力が生成される。
それゆえ、第３の実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃのように、下部駆動電極３１，３２が、シグナル電極１１及びグランド電極１２上に積層されていなくとも、第１及び第２の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスと等価な構成を、形成できる。よって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、ホットスイッチング特性を向上できる。
【０１６２】
本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法において、シグナル電極１１Ａ及びグランド電極１２Ａは、下部駆動電極３１，３２と同じ工程で同時に形成される。すなわち、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、ダマシーンプロセスを用いずに、簡便な工程によって、形成できる。
【０１６３】
また、本実施形態において、シグナル／グランド電極１１Ａ，１２Ａが、下部駆動電極３１，３２と同じ配線レベル（配線層）に形成されるため、導電層３７，３８が新たに設けられたとしても、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃを形成するための実質的な配線レベルの数は、２層になる。
【０１６４】
よって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃは、積層電極構造のＭＥＭＳ可変容量デバイスに比較して、配線レベルの数を削減できる。そのため、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｃによれば、製造コストを低減できる。
【０１６５】
したがって、本発明の第３の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳ可変容量デバイスを実現できる。さらに、本実施形態によれば、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法の簡略化及びその製造コストの低減に、貢献できる。
【０１６６】
（４） 第４の実施形態
図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂを用いて、本発明の第４の実施形態に係るＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ可変容量デバイス）の構造について、説明する。図１３は、本実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの平面構造を示す平面図である。図１４Ａは、図１３のＥ−Ｅ’線に沿う断面構造を示す断面図である。図１４Ｂは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスの駆動時の状態を示している。
ここでは、第４の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスと第１乃至第３の実施形態に係るＭＥＭＳ可変容量デバイスとの相違点について、主に説明する。
【０１６７】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスは、可動な上部電極２Ａがグランド線ｇｎｄ（グランド電極１２Ｂ）に接続されていることが、他の実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイスと相違している。
【０１６８】
図１３及び図１４Ａに示されるように、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとを有している。シグナル電極１１Ｂ及びグランド電極１２Ｂは、下部容量電極として、対をなしている。
【０１６９】
シグナル電極１１Ｂは、例えば、ダマシーンプロセスを用いて、基板９内の溝Ｚ内に埋め込まれ、ｙ方向に延在している。シグナル電極１１Ｂは、シグナル線ｓｉｇとして機能する。シグナル電極１１Ｂの電位は、上部容量／駆動電極２Ａの動作に伴って、変動する。
【０１７０】
本実施形態において、２つのグランド電極１２Ｂが、ｘ方向に隣接して、基板９上に設けられている。２つのグランド電極１２Ｂは、ｙ方向にそれぞれ延在している。尚、２つのグランド電極１２Ｂは、電気的に接続されていてもよい。２つのグランド電極１２Ｂは、グランド線ｇｎｄとして機能し、グランド電位が供給される。
【０１７１】
シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの電位差が、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの出力（ＲＦパワー／ＲＦ電圧）となる。
【０１７２】
グランド電極１２Ｂ表面は、絶縁膜９２によって覆われている。絶縁膜９２内には、開口部Ｕが設けられている。２つのグランド電極１２Ｂ上には、アンカー部５３がそれぞれ設けられている。アンカー部５３は、開口部Ｕを経由して、グランド電極１２Ｂの上面に直接接触する。アンカー部５３には、例えば、導電体が用いられる。
【０１７３】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、１つの下部駆動電極３１を有する。下部駆動電極３１は、２つのグランド電極１２Ｂ間の基板９（絶縁膜１５）上に、配置されている。下部駆動電極３１は、絶縁膜１５を介して、シグナル電極１１Ｂ上に積層されている。下部駆動電極３１の寸法（幅・長さ）は、シグナル電極１１Ｂの寸法と異なってもよいし、同じであってもよい。
下部駆動電極３１の表面は、絶縁膜３５によって覆われている。
【０１７４】
下部駆動電極３１は、例えば、グランド電極１２Ｂと同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、下部駆動電極３１の膜厚は、グランド電極１２Ｂの膜厚と同じである。また、絶縁膜３５は、例えば、絶縁膜９２と同じ材料を用いて、同時に形成される。この場合、絶縁膜３５の膜厚は、絶縁膜９２の膜厚と同じである。
【０１７５】
上部容量／駆動電極２Ａは、下部駆動電極３１上方に設けられている。上部容量／駆動電極２Ａは、例えば、四角形状の平面形状を有し、ｙ方向に延在している。上部容量／駆動電極２Ａのｙ方向の両端には、アンカー部５３が接続されている。上部容量／駆動電極２Ａは、アンカー部５３によって中空に支持され、上部容量／駆動電極２Ａと下部駆動電極３１との間には、空隙（キャビティ）が設けられている。本実施形態においては、ばね構造は用いられずに、上部容量／駆動電極２Ａは、アンカー部５３に直接接続されている。
上部容量／駆動電極２Ａは、下部容量電極（シグナル電極２Ａ）と１対の容量電極を形成すると共に、下部駆動電極３１と１対の駆動電極を形成する。
【０１７６】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量ＭＥＭＳデバイス１００Ｄにおいても、シグナル電極１１Ｂと下部駆動電極３１は、ＭＩＭ容量素子を形成している。このＭＩＭ容量素子は、静電容量Ｃ１を有する。また、上部容量／駆動電極２Ａと下部駆動電極３１は、容量結合を形成している。この容量結合は、静電容量Ｃ３を有する。そして、静電容量Ｃ１，Ｃ３が、シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの間に、直列に接続されている。
【０１７７】
また、本実施形態において、上部容量／駆動電極２Ａは、アンカー部５３によって、グランド電極１２Ｂに電気的に接続されている。これによって、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄにおいて、上部容量／駆動電極２Ａにグランド電位が供給され、上部容量／駆動電極２Ａの電位は、グランド電極１２Ｂの電位と同じになる。尚、上部容量／駆動電極２Ａが、グランド電極１２Ｂに電気的に接続されていれば、アンカー部５３をグランド電極１２Ｂ上に設けずともよい。
【０１７８】
図１４Ｂは、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄのdown-stateを、示している。
本実施形態において、上部容量／駆動電極２Ａは、グランド電極１２Ｂに接続されているので、上部容量／駆動電極２Ａの電位は、グランド電位に設定されている。
図１４Ｂに示すように、上部容量／駆動電極２Ａを下方（下部駆動電極３１側）に動かす場合、グランド電極１２Ｂと下部駆動電極３１との間の電位差がプルイン電圧以上になるように、バイアス電位が、下部駆動電極３１に供給される。
この電位差によって、上部容量／駆動電極２と下部駆動電極３１との間に、静電引力が発生する。発生した静電引力によって、上部容量／駆動電極２が下方にたわむ。このため、上部容量／駆動電極２とシグナル電極１１Ｂとの間隔が小さくなる。また、静電容量Ｃ３の値が変わる。これによって、シグナル電極１１Ｂの電位が変動する。シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの電位差が、ＲＦ電圧（ＲＦパワー）として、外部に出力される。
【０１７９】
上部容量／駆動電極２Ａを元の状態（up-state）にする場合、グランド電極１２Ｂと下部駆動電極３１との間に、プルアウト電圧が与えられる。
【０１８０】
可動な上部電極２Ａに対してクリープ現象が生じても問題ない場合、もしくは、ＭＥＭＳ可変容量デバイスが、駆動回数の少ない用途に使用する場合、図１３乃至図１４Ｂに示されるＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄの構造を採用できる。
【０１８１】
本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄは、複雑な形状のばね構造を有さないので、高い難度の加工が不要であり、且つ、製造工程も削減できる。よって、本実施形態では、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造コストを削減できる。
【０１８２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄにおいて、静電容量Ｃ１，Ｃ３が、上部容量／駆動電極２と下部容量電極１１Ｂとの間で、下部駆動電極３１を経由して、直列に接続されている。また、それらの静電容量Ｃ１，Ｃ３は、シグナル電極１１Ｂとグランド電極１２Ｂとの間に、一定の静電容量Ｃ１と可変な静電容量Ｃ３とが、直列に接続されている。それゆえ、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００Ｄのホットスイッチング特性は、向上する。
【０１８３】
以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、ホットスイッチング特性が向上したＭＥＭＳデバイスを実現できる。さらに、本実施形態によれば、ＭＥＭＳ可変容量デバイスの製造方法の簡略化及びその製造コストの低減に、貢献できる。
【０１８４】
（５） 応用例
図１５を用いて、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの応用例について、説明する。図１５は、本応用例におけるＭＥＭＳデバイスの平面構造を示す平面図である。
【０１８５】
図１５に示されるように、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて、容量バンクを構成してもよい。
【０１８６】
図１５に示されるように、容量バンク５００は、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２によって、構成されている。図１５に示される容量バンク５００は、第１の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスが複数個用いられている。ここでは、図示の簡略化のため、２個のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２が図示されているが、３個以上のＭＥＭＳ可変容量デバイスを用いて、容量バンク５００を構成してもよいのは、もちろんである。また、容量バンク５００は、第２乃至第４の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスによって、構成されてもよいのはもちろんである。
【０１８７】
複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、１つの基板９上に設けられている。複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、ｙ方向に沿って配列されている。
【０１８８】
シグナル／グランド電極１１，１２及び下部駆動電極３１，３２は、ｙ方向に延在し、それらの電極１１，１２，３１，３２は、ｙ方向に配列された複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２によって、共通に用いられる。第１の実施形態において、図２Ａを用いて説明したように、下部駆動電極３１，３２は、絶縁膜を介して、シグナル／グランド電極１１，１２上に積層されている。
【０１８９】
上部容量／駆動電極２１，２２は、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２毎に、それぞれ設けられる。そして、各ＭＥＭＳ可変容量デバイスの上部容量／駆動電極２１，２２は、第１のばね構造４１１，４１２を経由して、アンカー部５１１，５１２に接続されている。このアンカー部５１１，５１２によって、各上部容量／駆動電極２１，２２は、中空に支持されている。
【０１９０】
図１５において、図示は省略されているが、図４に示されるのと同様に、２つの下部駆動電極３１，３２のそれぞれに、ローパスフィルタが接続される。そして、ローパスフィルタを経由して、下部駆動電極３１，３２のそれぞれに、電位供給回路から電位が供給される。
【０１９１】
また、上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、ローパスフィルタが接続される。これと同様に、電位供給回路も、上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、ローパスフィルタを経由して、１つずつ接続されている。このように、ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２の上部容量／駆動電極２１，２２のそれぞれに、電位が個別に供給される。
【０１９２】
これによって、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２は、それぞれ独立してup-state及びdown-stateの２つの状態になるように、制御される。
【０１９３】
第１乃至第４の実施形態で述べたように、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１はup-stateとdown-stateとの２つの状態の範囲内で、ＲＦ電圧（ＲＦパワー）を出力する。それゆえ、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１が出力するＲＦ電圧の周波数は、up-state／down-stateの可動範囲及び動作サイクルから得られる値に限られてしまう。
【０１９４】
本応用例のように、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を用いて容量バンク５００が構成された場合、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２のup-state／down-stateをそれぞれ制御することによって、１つのＭＥＭＳ可変容量デバイスが出力するＲＦ電圧よりも高い周波数のＲＦ電圧を、容量バンク５００は出力できる。つまり、各ＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２のup-stateまたはdown-stateとなるタイミングを調整することで、より高い周波数のＲＦ電圧が、容量バンク５００によって、得られる。また、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００１，１００２を同時にdown-stateにすることで、ＲＦ電圧を大きくできる。
【０１９５】
したがって、複数のＭＥＭＳ可変容量デバイス１００を用いて容量バンク５００を構成することによって、より広い周波数帯域の出力（ＲＦ電圧／ＲＦパワー）を、得ることができる。
【０１９６】
また、上述したように、第１乃至第４の実施形態で述べたＭＥＭＳ可変容量デバイスは、高いスイッチング特性を有する。
それゆえ、そのＭＥＭＳ可変容量デバイスを用いた容量バンク５００も、ホットスイッチング特性が向上するのは、もちろんである。
【０１９７】
［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。
【符号の説明】
【０１９８】
１：下部容量電極（下部電極）、１１，１１Ａ，１１Ｂ：シグナル電極、１２，１２Ａ，１２Ｂ：グランド電極、２：上部容量／駆動電極（上部電極）、３１，３２：下部駆動電極、１５，３５，３６，３７，３８：絶縁膜、９：基板、４１：第１のばね構造、４５：第２のばね構造、５１，５２，５３：アンカー部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の下部電極と、
第１の静電容量を有する固定容量素子を、前記第１の下部電極との間に形成する第１の駆動電極と、
第２の静電容量を有する固定容量素子を、前記第２の下部電極との間に形成する第２の駆動電極と、
基板上に設けられたアンカー部によって、前記第１及び第２の駆動電極上方に中空に支持され、前記第１及び第２の駆動電極に向かって動き、前記第１の駆動電極との間に可変可能な第３の静電容量を有し、前記第２の駆動電極との間に可変可能な第４の静電容量を有する上部電極と、を具備し、
前記第１及び第２の下部電極の間の容量値は、前記第１、第２、第３及び第４の静電容量が直列接続された合成容量の値で決定され、
前記直列接続された合成容量の値が、可変容量値として用いられる、
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記第１及び第２の駆動電極は、絶縁膜を介して、前記第１及び第２の下部電極上にそれぞれ積層されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第１及び第２の駆動電極は、前記第１及び第２の下部電極に前記基板表面に対して平行方向に隣接してそれぞれ配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記第１乃至第４の静電容量が、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４でそれぞれ示される場合、前記第１の静電容量と前記第３の静電容量との容量比Ｃ３／Ｃ１及び前記第２の静電容量と前記第４の静電容量比との容量比Ｃ４／Ｃ２の少なくとも一方が、０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記上部電極及び前記第１及び第２の駆動電極のそれぞれに、ローパスフィルタが接続され、前記ローパスフィルタを経由して、前記上部電極及び前記駆動電極のそれぞれに、電位が供給される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１】
第１及び第２の下部電極と、
第１の静電容量を有する固定容量素子を、前記第１の下部電極との間に形成する第１の駆動電極と、
第２の静電容量を有する固定容量素子を、前記第２の下部電極との間に形成する第２の駆動電極と、
基板上に設けられたアンカー部によって、前記第１及び第２の駆動電極上方に中空に支持され、前記第１及び第２の駆動電極に向かって動き、前記第１の駆動電極との間に可変可能な第３の静電容量を有し、前記第２の駆動電極との間に可変可能な第４の静電容量を有する上部電極と、を具備し、
前記第１及び第２の下部電極の間の容量値は、前記第１、第２、第３及び第４の静電容量が直列接続された合成容量の値で決定され、
前記直列接続された合成容量の値が、可変容量値として用いられる、
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記第１及び第２の駆動電極は、絶縁膜を介して、前記第１及び第２の下部電極上にそれぞれ積層されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第１及び第２の駆動電極は、前記第１及び第２の下部電極に前記基板表面に対して平行方向に隣接してそれぞれ配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記第１乃至第４の静電容量が、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４でそれぞれ示される場合、前記第１の静電容量と前記第３の静電容量との容量比Ｃ３／Ｃ１及び前記第２の静電容量と前記第４の静電容量比との容量比Ｃ４／Ｃ２の少なくとも一方が、０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記上部電極及び前記第１及び第２の駆動電極のそれぞれに、ローパスフィルタが接続され、前記ローパスフィルタを経由して、前記上部電極及び前記駆動電極のそれぞれに、電位が供給される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−６６１５６（Ｐ２０１１−６６１５６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４８４９（Ｐ２００９−２１４８４９）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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