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1、(10)申请公布号 CN 103843089 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103843089 A (21)申请号 201180073760.X (22)申请日 2011.10.19 H01G 5/16(2006.01) B81B 3/00(2006.01) H01H 59/00(2006.01) (71)申请人 富士通株式会社 地址 日本神奈川县川崎市 (72)发明人 岛内岳明 豊田治 上田知史 (74)专利代理机构 隆天国际知识产权代理有限 公司 72003 代理人 金相允 向勇 (54) 发明名称 具有可动电极的可动电气设备 (57) 摘要 提供能够抑制因热膨胀而引。
2、起的可动电极位 移的可动电气设备。可动电气设备具有 ： 支撑衬 底 ； 第一以及第二固定电极， 其形成于支撑衬底 上， 具有相对于支撑衬底的表面大致垂直的相向 电极面， 在相向电极面之间划定内腔 ； 可动部， 其 具有可动电极和弯曲弹簧部， 可动电极的第一端 接近第一固定电极， 第二端接近第二固定电极， 弯 曲弹簧部与可动电极的第一端、 第二端的至少一 方连续， 且包含向可动电极的厚度方向弯曲的部 分 ； 第一、 第二固定件， 其配置在支撑衬底上， 支 撑可动部的两端。 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.03.28 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2011/0058。
3、37 2011.10.19 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/057759 JA 2013.04.25 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 13 页 附图 19 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书13页 附图19页 (10)申请公布号 CN 103843089 A CN 103843089 A 1/2 页 2 1. 一种可动电气设备， 其特征在于， 具有 ： 支撑衬底， 第一以及第二固定电极， 其形成于上述支撑衬底上， 具有相对于上述支撑衬底的表面 大致垂直的相向电极面， 在上述相向电极面之间划定有内腔， 可动部。
4、， 其具有可动电极和弯曲弹簧部， 上述可动电极的第一端接近上述第一固定电 极， 第二端接近上述第二固定电极， 上述弯曲弹簧部与上述可动电极的上述第一端、 第二端 的至少一方连续， 且包含向上述可动电极的厚度方向弯曲的部分， 第一、 第二固定件， 其配置在上述支撑衬底上， 支撑上述可动部的两端。 2. 根据权利要求 1 所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述可动部具有第一弯曲弹簧部和第二弯曲弹簧部， 上述第一弯曲弹簧部与上述可动 电极的上述第一端连续， 且向上述可动电极的厚度方向弯曲， 上述第二弯曲弹簧部与上述 可动电极的上述第二端连续， 且向上述可动电极的厚度方向弯曲。 3. 根据权利要求 。
5、2 所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述第一、 第二弯曲弹簧部分别向远离与该第一、 第二弯曲弹簧部接近配置的第一、 第 二固定电极的方向弯曲， 并折回地弯曲， 然后向沿着可动电极的延长的方向弯曲而成。 4. 根据权利要求 2 所述的可动电气设备， 其特征在于， 还具备布线， 该布线用于在上述可动电极与上述第一固定电极、 上述第二固定电极之 间施加驱动电压。 5. 根据权利要求 3 所述的可动电气设备， 其特征在于， 还具有 ： 第一限位器， 其形成在上述可动电极的第一端和上述第二固定电极之间， 限制上述可 动电极的第一端远离上述第一固定电极而接近上述第二固定电极的运动 ； 第二限位器， 其。
6、形成在上述可动电极的第二端和上述第一固定电极之间， 限制上述可 动电极的第二端远离上述第二固定电极而接近上述第一固定电极的运动。 6. 根据权利要求 2 5 中任意一项所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述可动电极、 第一、 第二弯曲弹簧部由金属薄膜形成。 7. 根据权利要求 6 所述的可动电气设备， 其特征在于， 还具有覆盖与上述可动电极相向的上述第一、 第二固定电极面的绝缘层， 构成可变电 容。 8. 根据权利要求 2 7 中任意一项所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述第一固定电极分割为多个分割部分， 上述可动电气设备还具有覆盖与上述可动电极相向的各分割部分的表面的绝缘层、 配 置在。
7、由上述绝缘层覆盖的相邻的分割部分之间的接点， 构成开关元件。 9. 根据权利要求 8 所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述第一固定电极分割为三个以上的分割部分， 在相邻的分割部分之间配置有两个以 上的接点， 构成可变电感。 10. 根据权利要求 9 所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述两个以上的接点被与上述可动电极相比电感小的导体短路。 权 利 要 求 书 CN 103843089 A 2 2/2 页 3 11. 根据权利要求 9 所述的可动电气设备， 其特征在于， 还具有串联连接的多个电感， 上述两个以上的接点与上述串联连接的多个电感彼此的 连接点连接。 12. 根据权利要求 1 所。
8、述的可动电气设备， 其特征在于， 上述弯曲弹簧部与上述第一固定件连续， 上述弯曲弹簧部的与上述可动电极连续的端 部在上述第一、 第二固定电极之间的内腔宽度方向上位移规定距离， 该规定距离是指， 与上 述第一固定件连续的端部和与该端部接近的上述固定电极之间的在上述内腔宽度方向上 的距离的 1/3 以上。 13. 根据权利要求 1 所述的可动电气设备， 其特征在于， 上述弯曲弹簧部与上述第二固定件连续， 上述弯曲弹簧部的与上述可动电极连续的端 部在上述第一、 第二固定电极之间的内腔宽度方向上位移规定距离， 该规定距离是指， 与上 述第二固定件连续的端部和与该端部接近的上述固定电极之间的在上述内腔宽。
9、度方向上 的距离的 1/3 以上。 权 利 要 求 书 CN 103843089 A 3 1/13 页 4 具有可动电极的可动电气设备 技术领域 0001 本发明的实施例涉及具有可动电极的电气设备。 背景技术 0002 在移动电话、 车载雷达等中， 作为在 500MHz 100GHz 的射频 （RF） 频带使用的电 气设备， 有可变电容、 开关。 0003 可变电容元件一般来说构成为 ： 将固定电极和可动电极相对配置， 通过使可动电 极位移来使电容变化。为了防止短路， 例如， 利用电介质膜覆盖固定电极表面。若不用电介 质膜覆盖固定电极表面， 而是使可动电极能够与固定电极接触， 则能够形成开关。。
10、 能够通过 压电驱动、 静电驱动等而使可动电极位移。 在携带用电子设备等中要求实现小型轻量化， 开 发出了应用了 MEMS（microelectro-mechanical system ： 微机电系统） 的可变电容元件、 开 关。 0004 已知如下的结构 ： 在支撑衬底表面上形成固定电极， 在固定电极的上方， 借助柔性 梁等支撑与固定电极的面呈面相向的可动电极， 通过控制电极间距离来使电容变化 （例如， 参照特开 2006-147995 号公报） 。 0005 图 16 的 16A 表示这样的可变电容元件的结构例。可变电容元件由使一个电极可 以移动的具有平行平板结构的可变电容元件和密封该可变。
11、电容元件的容器结构构成。 0006 在硅等的半导体衬底101的表面上隔着绝缘层102形成有面状的固定电极103、 可 动电极支撑用的固定件 （anchor） 106。固定件 106 借助 U 字形的柔性梁 105 将面状的可动 电极 104 支撑于固定电极 103 上方。柔性梁 105 是与可动电极 103 配置在同一平面上的 U 字形梁， 允许在面法线方向 （厚度方向） 上的位移。以包围可变电容元件的外周的方式形成 有包括侧壁 110、 顶棚 111 的容器。通过该容器， 能够在稀有气体等的非活性气体环境中或 被减压的环境中密封可变电容元件， 若用金属材料形成容器， 则还能够实现电隔离。 0。
12、007 若在固定电极 103 和可动电极 104 之间施加电压 V， 则通过静电力将可动电极 104 吸引至固定电极 103。若可动电极 104 向固定电极 103 一侧位移， 则柔性梁 105 弯曲， 通过 与位移量成正比例的恢复力， 作用使可动电极 104 返回至相反方向的力。可动电极 104 位 移至静电力和恢复力平衡的位置， 只要施加电压 V， 就保持在平衡位置。 0008 若使电压 V 为零， 则通过柔性梁 105 的恢复力， 可动电极 104 返回至原来的位置。 因此， 由固定电极 103 和可动电极 104 构成的电容元件作为能够通过施加电压 V 来控制静 电电容的可变电容元件发。
13、挥功能。 0009 图 16 的 16B 是表示可变电容元件的另一个结构例的剖视图。在硅等的半导体衬 底 101 的表面上隔着绝缘层 102 形成有面状的固定电极 103， 以覆盖固定电极 103 的方式 在绝缘层 102 上形成有绝缘层 112。在绝缘层 112 上形成有固定件 106。固定件 106 借助 柔性梁 105 将面状的可动电极 104 支撑在由绝缘层 112 覆盖的固定电极 103 的上方。以包 围可变电容元件的外周的方式形成有包含侧壁 110、 顶棚 111 的容器。由于利用绝缘层 112 覆盖固定电极 103 的表面， 所以防止电极彼此短路。 说 明 书 CN 103843。
14、089 A 4 2/13 页 5 0010 即使在利用电介质膜覆盖固定电极的情况下， 在反复进行接通 / 关断 （ON/OFF） 动 作的期间， 电介质膜充电， 由此， 也会产生即使关断外部电源可动电极也不与电介质膜分离 的粘附 （sticking） 现象。也研究了基于驱动波形的对策， 但没能解决。 0011 将利用信号波形调制高频信号的包络线 （envelope） 并施加到可动电极的情况下， 会产生因基于信号波形的电位差而导致可动电极移动的称为自引动 （self actuation） 的 现象。为了防止自引动， 有根据投入信号的电力来增加驱动电压的方法。而若增加驱动电 压， 则更容易产生粘附。
15、现象。另外， 为了确保更高的电压， 有时需要设置升压电路。 0012 电容元件的电极并非都平行地形成于衬底表面， 还能够垂直地形成于衬底表面 （例如， 参照特开 2001-304868 号） 。例如， 利用 SOI （silicon-on-insulator ： 绝缘衬底上的 硅） 衬底加工活性硅层， 能够形成具有与衬底表面垂直的电极的可变电容， 其中， SOI 衬底是 指， 在支撑 （单晶） 硅衬底上表面上， 隔着作为结合层的硅氧化膜设置有活性 （单晶） 硅层的 衬底。 0013 对活性硅层掺入磷、 硼等的杂质而使活性硅层低电阻化。在活性硅层上形成抗蚀 掩模， 利用反应性离子蚀刻等蚀刻活性硅。
16、层， 来将固定件、 各种梳齿状电极以及各种焊盘部 等留在硅氧化膜上。将梳齿状电极组合为交叉指形 （interdigital） 来形成电容。各电极 垂直地成形于支撑硅衬底表面。 0014 利用氟酸水溶液等选择性地蚀刻以去除氧化硅膜， 将活性硅层与支撑硅衬底分 离， 能够赋予位移的自由度。能够形成振子、 梁、 梳齿状电极等。在各种焊盘部上蒸镀铝等 来形成电极焊盘。得到如下的结构 ： 形成于支撑衬底上方的各部分由与支撑衬底绝缘的低 电阻层构成， 而且振子、 梁、 梳齿状电极等浮在从支撑衬底高出规定距离的位置并且利用固 定件以能够振动的方式支撑于支撑衬底。 0015 专利文献 1 ： 特开 2006-。
17、147995 号公报 0016 专利文献 2 ： 特开 2001-304868 号公报 发明内容 0017 本发明的一个目的在于提供抑制因热膨胀引起的可动电极的位移的可动电气设 备。 0018 本发明的另一个目的在于提供能够降低可动电极驱动所需的驱动电压的可动电 气设备。 0019 根据本发明的一个观点， 提供一种可动电气设备， 其具有 ： 0020 支撑衬底， 0021 一对固定件， 其形成在上述支撑衬底上， 0022 可动部， 其支撑在上述一对固定件之间并且垂直于上述支撑衬底的表面， 具有可 动电极和弯曲弹簧部， 上述可动电极具有沿着上述支撑衬底的表面且从第一端部向第二端 部延伸的长的板状。
18、形状， 在两侧具有第一侧面、 第二侧面， 上述弯曲弹簧部与上述可动电极 的端部连续， 包含向上述可动电极的厚度方向弯曲的部分， 0023 第一固定电极， 其形成在上述支撑衬底上， 具有与上述可动电极的第一侧面相向 的第一相向面， 0024 第二固定电极， 其形成在上述支撑衬底上， 具有与上述可动电极的第二侧面相向 说 明 书 CN 103843089 A 5 3/13 页 6 的第二相向面。 附图说明 0025 图 1 的 1A、 1B、 1C 示出了两端固支梁结构的可变电容元件的基本结构、 基本动作、 与温度上升对应的动作， 是可变电容元件的剖视图， 1D、 1E 是本发明者们之前的提案的可。
19、变 电容元件的俯视图、 剖视图。 0026 图 2 的 2A 是表示第一实施例的具有可变电容元件的电气设备的概略立体图， 2B、 2C 是表示可变电容元件的两个动作状态的俯视图。 0027 图 3 的 3A 3F 是说明第一实施例的可变电容元件的动作的俯视图。 0028 图 4-1、 图 4-2、 图 4-3 的 4A 4L 是表示第一实施例的具有可变电容元件的电子 设备的制造工序的剖视图。 0029 图 5-1、 图 5-2 的 5A 5E 是图 4-1 的 4C、 4D、 图 4-2 的 4E、 图 4-3 的 4J、 4K 的状态 的俯视图。 0030 图6的6A、 6B是表示具有可变电。
20、容元件的电子设备的应用电路的两个例子的等价 电路图。 0031 图 7 的 7A 7C 是表示具有变形例的具备限位器的可变电容元件的电子设备的概 略俯视图。 0032 图 8-1 的 8A 是表示第二实施例的具有多接点开关的电气设备的概略立体图， 图 8-2 的 8BP 8EP 是表示多接点开关的四个状态的俯视图， 8BD 8ED 是多接点开关的四个 状态的等价电路图。 0033 图 9 的 9AP 9DP 是表示将多接点开关短路并将可动电极作为电感元件使用的应 用例的四个状态的俯视图， 9AD 9DD 是四个状态的等价电路图。 0034 图 10 的 10A 是表示电感元件的立体图， 10B。
21、P 10EP 是表示在串联连接的电感元 件的节点上连接了多接点开关的应用例的四个状态的俯视图， 图 10BD 10ED 是四个状态 的等价电路图。 0035 图 11 的 11A 11E 是表示高电感元件的制造工序的概略剖视图。 0036 图 12 的 12A 12E 是表示变形例的可动部的形状的示意图。 0037 图 13 的 13A、 13B、 13C、 13D 是表示具有可动电极的电气设备的应用例的示意图。 0038 图14的14A、 14B是说明利用具有可动电极的电气设备进行的阻抗匹配的示意图。 0039 图 15 是表示可调 RF 的前端 （front end） 的结构例的等价电路图。
22、。 0040 图 16 的 16A、 16B 是表示现有技术的可变电容元件的构成例的剖视图。 具体实施方式 0041 在数字型的可变电容元件中， 形成电容在可动电极与固定电极分离的状态 （OFF 状态） 下为最小值， 形成电容在可动电极隔着电介质膜与固定电极接触的状态 （ON 状态） 下 为最大值。在这两个状态下使用可变电容。在很多情况下， 需要将 OFF 状态和 ON 状态的电 容之比设定在设计范围内。 0042 图 1 的 1A 1C 是表示具有简化的形状的可变电容元件的三个状态的剖视图。如 图 1 的 1A 所示， 在衬底 101 的表面上层叠有固定电极 103、 绝缘层 112， 支撑。
23、于衬底 101 的 说 明 书 CN 103843089 A 6 4/13 页 7 表面的固定件 106， 以两端固支梁结构支撑可动电极 104。可动电极 104 与固定电极 103 上 的绝缘层 112 分离， 处于 OFF 状态。 0043 如图1的1B所示， 若在固定电极103和可动电极104之间施加直流偏置电压V， 则 产生静电引力， 可动电极 104 被吸引到固定电极 103， 变成与绝缘层 112 紧贴的状态。这种 状态为 ON 状态。 0044 研究例如可动电极 104 为金属， 衬底 101 为半导体这样的可动电极 104 具有比衬 底 101 大的热膨胀系数的情况。 0045。
24、 如图1的1C所示， 随着温度上升， 可动电极104表现出比衬底101大的热膨胀。 因 此， 可动电极 104 因热膨胀而长度增加， 不能完全容纳在固定件 106 之间。为了释放产生的 应力， 可动电极 104 例如变为向上方位移的形状 104x， 以吸收热膨胀。于是， 可动电极 104x 和固定电极 103 之间的距离增大， OFF 状态的电容减少。在可动电极 104 的梁部为了吸收 热膨胀而向下方位移的情况下， OFF 状态的电容增加。 0046 不管哪种情况， OFF 状态的电容都产生变化而与设计值不同， 有可能得不到所希望 的电路功能。在可动电极和固定电极的距离增大的情况下， 用于吸引。
25、可动电极所需的电压 增大， 有时在设计的电压下不能变为ON。 因此， 期望即使因温度变化而产生膨胀、 收缩， 可动 电极和固定电极之间的距离也保持为恒定的结构。 0047 图 1 的 1D、 1E 是表示本发明者们之前提案的可变电容元件的俯视图以及剖视图。 如图1的1D所示， 可动电极ME沿着倾斜方向配置在内腔CV内， 两端由固定件ANC1、 ANC2支 撑。如图 1 的 1E 所示， 固定件 ANC1、 ANC2 固定在 SOI 衬底的支撑衬底 SS 上， 固定件 ANC1、 ANC2以在使可动电极ME与支撑衬底SS分离并位于支撑衬底SS的上方的状态， 支撑可动电 极 ME。 0048 如图。
26、 1 的 1D 所示， 在可动电极 ME 的两侧， 在内腔 CV 的侧面配置有第一、 第二固定 电极 FE1、 FE2。平行地配置第一、 第二固定电极 FE1、 FE2， 将可动电极 ME 配置为在右端接近 第一固定电极 FE1， 在左端接近第二固定电极 FE2。相向电极之间的距离越短， 两者之间的 静电力越强。 0049 在电容最大状态下， 可动电极 ME 隔着绝缘膜 IF1 被吸引至第一固定电极 FE1（此 时， 为 ON 状态） ， 在电容最小状态下， 可动电极 ME 隔着绝缘膜 IF2 被吸引至第二固定电极 FE2 （此时， 为 OFF 状态） 。不管在 ON 状态还是 OFF 状态下。
27、， 可动电极都会被吸引至两个固定 电极中的某一个， 电容不会发生变化。从 OFF 状态至 ON 状态的切换和从 ON 状态至 OFF 状 态的切换， 都是通过施加在可动电极和第一固定电极或者可动电极和第二固定电极之间的 电压所引起的静电引力而积极地进行的。 0050 可动电极倾斜地配置在一对固定电极之间， 即使在可动电极被吸引到一个固定电 极的状态下， 可动电极的一部分仍旧保持在另一个固定电极附近。在可动电极 ME 被吸引到 第一固定电极 FE1 的情况下， 若在第二固定电极 FE2 和可动电极 ME 之间施加电压， 则会在 可动电极 ME 左端附近， 在可动电极 ME 和配置在其附近的第二固。
28、定电极 FE2 之间产生很强 的静电引力。因此， 易于从可动电极 ME 左端缓缓地使可动电极 ME 与第一可动电极 FE1 分 离。在可动电极 ME 被吸引到第二固定电极 FE2 的情况下， 若在第一固定电极 FE1 和可动电 极 ME 之间施加电压， 则出于相同的原理， 易于从可动电极 ME 的右端缓缓地使可动电极 ME 与第二固定电极 FE2 分离。 说 明 书 CN 103843089 A 7 5/13 页 8 0051 即使在产生在可动电极被吸引到一个固定电极上时关断电源也不能使可动电极 与该一个固定电极分离的粘附现象的情况下， 通过在另一个固定电极和可动电极之间施加 电压， 易于利用。
29、静电引力使可动电极分离。从而易于抑制粘附现象。 0052 第一、 第二固定电极的一方可以是不在电气电路中发挥功能的虚拟 （dummy） 电极。 当然也可以作为可对比地存在 ON/OFF 状态的可变电容， 而积极地利用这两个固定电极。在 半导体衬底表面上形成板状电极的情况下， 不易形成相对于固定电极表面呈倾斜的关系的 可动电极， 但在使用 SOI 衬底， 形成相对于半导体衬底表面几乎垂直的电极的情况下， 仅改 变图案形状就能够实现在平行电极之间的倾斜电极。 0053 在图 1 的 1D 中， 若随着温度上升， 可动电极 ME 表现出比支撑衬底 SS 大的热膨胀， 则可动电极ME向上下的某一方弯曲。
30、， 以吸收热膨胀量。 相对于第一、 第二固定电极FE1、 FE2 对称的可动电极 ME 的特性会向某一方偏离。例如， 初始驱动所需的电压会发生变化。本发 明者们研究了在之前提案的结构中嵌入能够吸收热膨胀量的结构。 0054 以下， 参照附图， 说明实施例的可变电容元件。 0055 图 2 的 2A 是第一实施例的可变电容元件的概略立体图。使用通过键合氧化硅膜 52 在支撑硅衬底 51 上结合了活性硅层 53 的 SOI（silicon oninsulator） 衬底。例如， 支 撑硅衬底 51 具有 300m 500m 的厚度， 键合氧化硅膜 52 具有 2m 7m 的厚度。 活性硅层 53 。
31、是 500cm 以上的高电阻率的单晶硅层， 具有 20m 30m 例如 25m 的厚 度。 0056 埋入贯通活性硅层 53 的整个厚度的沟道， 并将固定电极 11、 12 形成为固定电极 11、 12 的相向侧面相平行。在固定电极 11、 12 之间的区域中， 在制造时， 埋入贯通活性硅层 53 的整个厚度的沟道， 并形成包含可动电极 ME、 弯曲弹簧部 SP1、 SP2 的可动部 10， 该弯曲 弹簧部 SP1、 SP2 与可动电极 ME 的两端连续， 从可动电极 ME 的延长面开始弯曲， 折回后而再 次位于可动电极的延长面上。可动部 10 的两端被固定件 16、 17 支撑。之后， 去除。
32、固定电极 11、 12 之间的活性硅层 53、 在其下方的键合氧化硅膜 52， 在固定电极 11、 12 间形成内腔 CV， 确保可动部 10 的自由度。 0057 可动部 10、 固定电极 11、 12 的相向侧面的高度与活性硅层 53 的厚度相同， 为 20m 30m， 例如， 为 25m。例如， 间隔 20m 的距离相向配置长度为 500m 的固定电 极 11、 12。可动电极 ME 例如厚度为 2m 5m， 长度比固定电极 11、 12 长。弯曲弹簧部 SP1、 SP2 例如具有与可动电极 ME 相同的厚度、 宽度。 0058 图 2 的 2B、 2C 是表示可变电容元件的两个动作状态。
33、的俯视图。参照图 2 的 2B。为 了防止电极间的短路， 在固定电极的表面上形成有绝缘膜13。 例如用氮化硅的绝缘膜13覆 盖固定电极 11、 12 的表面， 来防止可动电极 ME 和固定电极 11、 12 之间的短路。在本实施例 中， 在固定件 16、 17 的表面上也形成绝缘膜 13， 促进可变电容的电极和周围的活性硅层 53 之间的绝缘。在可动电极 ME 的表面未形成绝缘膜， 确保可动电极的柔软性， 避免绝缘膜的 剥离。 0059 在平行配置的固定电极 11、 12 的侧壁之间， 以在图中在左侧低、 在右侧高的方式 非对称地配置可动电极ME。 以从固定件16的图中下端向固定件17的图中上。
34、端延伸的方式 形成可动电极 ME。即， 靠近固定件 16 的可动电极 ME 的左部分配置成与固定电极 11 相比更 靠近固定电极12， 靠近固定件17的可动电极ME的右部分配置成与固定电极12相比更靠近 说 明 书 CN 103843089 A 8 6/13 页 9 固定电极 11。 0060 若在可动电极 ME 和固定电极 12 之间施加电压， 则通过静电引力将可动电极 ME 吸 引到固定电极 12。可动电极 ME 在距离固定电极 12 近的可动电极 ME 的左部分， 被吸引到固 定电极 12， 渐渐地可动电极 ME 的右侧部分也被吸引到固定电极 12。由于可动电极 ME 的右 端配置成与固。
35、定电极 12 相比更靠近固定电极 11， 所以与固定电极 12 分离。 0061 参照图 2 的 2C。若在可动电极 ME 和固定电极 11 之间施加电压， 则通过静电引力 将可动电极 ME 吸引到固定电极 11。由于可动电极 ME 的右端配置成与固定电极 12 相比更 靠近固定电极11， 所以右端迅速地被吸引到固定电极11， 渐渐地可动电极ME的左侧部分也 被吸引到固定电极 11。 0062 像这样， 在相向配置的固定电极 11、 12 之间， 可动电极倾斜地配置成一端靠近固 定电极 11， 另一端靠近固定电极 12， 因此， 不管被吸引到哪一个固定电极， 都具有引力易于 作用的部分， 能够。
36、迅速地进行变更动作。 0063 如图 3 的 3A 所示， 弯曲弹簧部 SP1、 SP2 与板状的可动电极 ME 的两端连续， 弯曲弹 簧部 SP1、 SP2 的两端与固定件 16、 17 连续。弯曲弹簧部 SP1、 SP2 具有如下的形状 ： 彼此从 由可动电极 ME 规定的平面向相反的厚度方向弯曲， 折弯返回， 弯曲后再次返回由可动电极 ME 规定的平面。将可动电极 ME 的过度到弯曲部 SP1 的端部作为 ED1、 过度到 SP2 的端部作 为ED2。 通过在形成于活性硅层53的沟道部内填充镀层， 来形成连续的板状的可动电极ME、 弯曲弹簧部 SP1、 SP2、 固定件 16、 17。 。
37、0064 如图 3 的 3B 所示， 可动部 10 存在具有如下的弯曲角的弯曲 ： 从可动电极 ME 过度 到弯曲弹簧部 SP1、 SP2 的区域的弯曲角 1、 2， 在弯曲弹簧部 SP1、 SP2 的中间的弯曲角 1、 2， 弯曲弹簧部端部的弯曲角 1、 2。三个个弯曲角 、 、 形成一个弯曲部。 这些弯曲的角度根据应力而变化。例如， 若对弯曲部的两端作用朝向外侧的力， 则 扩展 某个角度， 、 扩展其一半的角度， 弯曲部的宽度扩展。若对弯曲部的两端作用朝向内侧 的力， 则产生减少角度的角度变化， 弯曲部的宽度变窄。 0065 与使电极自身的长度伸缩的情况相比， 通常， 角度的变化所需的力较。
38、小。 若使弯曲 角度变化， 则能够使可动部 10 整体的长度、 弯曲弹簧部 SP1、 SP2 相对于可动电极 ME 的相对 角度变化。与可动部由同样的矩形板部形成的情况相比， 能够利用更小的应力使在矩形板 部的两端连接弯曲弹簧部的可动部的长度变化， 也能够使其端部的角度变化。 0066 研究如下的情况 ： 如图 3 的 3C 所示， 随着温度变化， 可动部 10 和衬底表现出不同 的热膨胀， 在固定的固定件 16、 17 之间可动部 10 欲相对地伸长。弯曲弹簧部 SP1、 SP2 受 到来自可动电极 ME 和固定件 16、 17 的压缩应力。根据该应力， 弯曲角 1、 2 减少， 可动 部 。
39、10 能够吸收可动电极 ME 的热膨胀。弯曲角 、 减少的角度为弯曲角 减少的角度 的1/2， 并且保持可动电极的延伸方向。 在可动部10为相对收缩的情况下， 角度变化变为增 加。 0067 像这样， 弯曲角 的变化能够使沿着可动电极 ME 的延伸方向的弯曲弹簧部 SP1、 SP2 的长度 （将该长度称为弹簧长） 变化， 从而能够使可动部 10 的长度变化。弯曲角 、 的变化使弯曲弹簧部 SP1、 SP2 相对于可动电极 ME 以及固定件 16、 17 的相对角度变化。 0068 研究如下的情况 ： 如图 3 的 3D 所示， 在可动电极 ME 和固定电极 11 之间施加电压， 来产生静电引力。
40、。可动电极 ME 的右端比左端更靠近固定电极 11。在可动电极 ME 的右端 说 明 书 CN 103843089 A 9 7/13 页 10 附近， 受到来自固定电极 11 的很强的静电引力。在弯曲弹簧部 SP2 中， 若弯曲角 2 或者 2 中至少一个增大， 则可动电极 ME 的右侧接近固定电极 11。若弯曲角 2 增大， 则弯曲 弹簧部 SP2 的弹簧长增大， 从而能够增大可动电极 ME 的全长。通过这样的弯曲弹簧部的各 角度的变化， 易于将可动电极 ME 的右端部吸引到固定电极 11。 0069 相向电极间的距离越短， 静电引力越大。一旦， 可动电极 ME 的右端接触固定电极 11， 。
41、则此后， 像拉上拉锁那样， 可动电极 ME 从右向左增加接触区域。在这样的变形过程中， 在大多情况下， 需要增加可动部 10 的长度。在弯曲弹簧部 SP1 中， 角度 1 增大， 角度 1、 1 变化相应的角度， 由此， 长度也易于变化。 0070 优选地， 在弯曲弹簧部 SP1 中， 与可动电极 ME 连续的端部 E11 在与固定电极 11、 12 的主面垂直的内腔宽度方向 （图中的上下方向） 上， 位移与固定件 16 连续的端部 E12 和 固定电极 12 之间的在内腔宽度方向上的距离的 1/3 以上。通过位移 1/3 以上的距离， 利用 牵引 （pull in） 现象， 得到与可动电极 。
42、ME 连续的端部 E11 和固定电极 12 之间稳定的接触。 若与可动电极 ME 连续的端部 E11 的位移少， 则变为可动电极 ME 的一部分与固定电极 12 接 触， 可动电压减少的效果变小。 0071 同样地， 在弯曲弹簧部 SP2 中， 从确保与可动电极 ME 连续的端部 E21 和固定电极 11 之间稳定的接触的观点来看， 优选地， 与可动电极 ME 连续的端部 E21 在与固定电极 11、 12 的主面垂直的内腔宽度方向 （图中的上下方向） 上， 位移与固定件 17 连续的端部 E22 和 固定电极 11 之间的在内腔宽度方向上的距离的 1/3 以上。 0072 图1的1D所示的不。
43、具有弯曲弹簧部的之前提案的可动电极的驱动电压为15V。 而 在可动电极的两端设置有弯曲弹簧部的本实施例的样本中， 驱动电压降为12V。 体现出有效 地降低了驱动电压。 0073 图 3 的 3E 表示可动部 10 的可动电极 ME 最接近固定电极 11 的 ON 状态。在该状 态下， 可动电极 ME 的左端、 弯曲弹簧部 SP1 也保持靠近固定电极 12 的状态。 0074 如图 3 的 3F 所示， 切断在可动电极 ME 和固定电极 11 之间的电压， 并在可动电极 ME 和固定电极 12 之间施加电压。可动电极 ME 和固定电极 11 之间的静电引力消失。在可 动电极ME特别是其左端与固定。
44、电极12之间产生静电引力， 在弯曲弹簧部SP1产生与在图3 的 3D 的弯曲弹簧部 SP2 产生的现象同样的现象， 以将可动电极 ME 的左端部吸引至固定电 极 12。此后， 接触区域从左侧朝向右侧扩大。确立 OFF 状态。 0075 在图 2 的 2A 中， 可动电极 ME、 弯曲弹簧部 SP1、 SP2、 固定电极 11、 12、 固定件 16、 17 例如以 Au 或者 Cu 为主成分， 由相同的镀敷工序形成。可变电容由固定电极 11、 12、 可动电 极 ME、 弯曲弹簧部 SP1、 SP2、 支撑可动部的固定件 16、 17 构成。在一个固定电极 11 的不与 可动电极相向的上表面 。
45、（作为电容的侧面） 上， 形成有厚度为 0.2m 0.5m 的氧化硅、 氮化硅、 铝等的电介质膜18， 在其上形成有以Au、 Al等为主成分的电极19， 由此形成固定电 容。并且， 形成从固定电极 11、 12 的上表面向外部延伸的 Si-Cr 合金膜的电阻元件 21、 22， 在电阻元件的另一端连接有电极 23、 24。固定件 16 与高频信号线路 31、 32 之间的电极 25 连接。 0076 以下， 参照图 4-1、 图 4-2 以及图 4-3 的 4A 4L， 说明包含图 2 的 2A 示出的可变 电容元件的半导体装置的制造方法的主要工序。图 4-1、 图 4-2 以及图 4-3 的。
46、 4A 4L 是沿 着图 2A 的 IV-IV 线的剖视图。 说 明 书 CN 103843089 A 10 8/13 页 11 0077 如图 4-1 的 4A 所示， 准备如下的 SOI 衬底 ： 在例如厚度为 300m 500m 的硅 衬底51上， 隔着例如厚度为约5m的键合氧化硅膜52， 结合具有500cm以上的高电阻率 的厚度为 25m 的活性硅层 53。 0078 如图 4-1 的 4B 所示， 在活性硅层 53 上形成抗蚀图案 PR1， 该抗蚀图案 PR1 具有划 定固定电极容置用的沟道 TR1、 TR2 的开口。抗蚀图案 PR1 还具有划分固定件的开口。将抗 蚀图案作为掩膜， 。
47、例如， 通过深层反应离子蚀刻 （deep RIE） 蚀刻活性硅层 53 的整个厚度。 深层反应离子蚀刻使用 CF4（+O2） 、 SF6（+O2 或者 +H2） ， 来作为 Si 蚀刻气体。此后， 去除 抗蚀图案 PR1。 0079 如图 5-1 的 5A 所示， 例如， 沟道 TR1、 TR2 具有以 20m 的距离相向配置的长度为 500m 的平行的侧面。右侧的沟道 TR2 宽度较宽， 是为了在其上形成固定电容。固定件用 沟道 TR3、 TR4 具有在固定电极间支撑可动电极的构成。上侧的固定件与电极连接。 0080 如图 4-1 的 4C 所示， 通过利用了甲硅烷、 乙硅烷等的硅烷系气体和。
48、氨气的 CVD （Chemical Vapor Deposition ： 化学气相沉积） 或者低压 （LP） CVD， 在衬底表面上沉积厚度 为 0.1m 0.5m 的氮化硅膜 54。利用氮化硅膜 54 覆盖露出的活性硅层 53、 键合氧化 硅膜 52 表面。该氮化硅膜 54 作为覆盖固定电极表面的绝缘膜发挥功能。图 5-1 的 5A 以 透视的方式， 示出在沟道表面沉积的氮化硅膜 54。 0081 如图 4-1 的 4D 所示， 在氮化硅膜 54 上形成具有划定可动部 10 的开口的抗蚀图案 PR2， 通过深层反应离子蚀刻来蚀刻在开口内露出的活性硅层 53 的整个厚度， 从而形成狭 缝 SL。
49、。图 5-1 的 5B 示出开口的平面形状。在氮化硅膜 54 沉积之后形成可动电极用的狭 缝， 由此， 在可动电极表面不形成绝缘膜。 通过使可动电极与固定件形成用沟道侧壁的一部 分重叠， 来确保可动电极和固定件的电导通。 0082 去除抗蚀图案 PR2， 成为图 4-2 的 4E、 图 5-1 的 5C 所示的状态。在沟道 TR1 TR4 处， 去除活性硅层53的整个厚度， 并在各沟道的内表面上沉积有氮化硅膜54。 狭缝SL不具 有氮化硅膜 54， 以例如约 2m 的规定的宽度贯通活性硅层 53 的整个厚度。 0083 如图 4-2 的 4F 所示， 在衬底表面上沉积例如厚度为 50nm 左右的 Ti 层， 在 Ti 层上 沉积厚度。