JP3119255B2 - マイクロマシンスイッチおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシンス
イッチおよびその製造方法に関し、特にＤＣ（直流）か
らギガヘルツ以上の広い信号周波数をオン／オフ可能と
するマイクロマシンスイッチおよびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロックウェル・インターナショナ
ル・コーポレイションのユン・ジェイソン・ヤオの「微
細電気機械スイッチ」（特開平９−１７３００号公報）
に記載の発明を例にして、従来技術を説明する。

【０００３】図１８は、特開平９−１７３００号公報に
開示されたマイクロマシンスイッチの平面図（ａ）およ
びそのＥ−Ｅ’線断面図を示す。同図に示すように、ガ
リウムヒ素からなる基板５１上には、熱硬化ポリイミド
からなるアンカー構造５２と、金からなる下部電極５３
と、金からなる信号線５４とが設けられている。

【０００４】そして、アンカー構造５２の上にはシリコ
ン酸化膜からなる片持ちアーム５５が設けられ、この片
持ちアーム５５は、下部電極５３を越えて信号線５４の
位置まで延在しており、これらと空間的な隙間を介して
対向している。

【０００５】片持ちアーム５５の上側には、アルミから
なる上部電極５６がアンカー構造５２から下部電極５３
に対向する位置まで作製されている。また、片持ちアー
ム５５の下側には、信号線５４に対向する位置に金から
なる接触電極５７が設けられている。

【０００６】さて、このような構造をしたマイクロマシ
ンスイッチにおいて、上部電極５６と下部電極５３との
間に３０Ｖの電圧を印加すると、静電気力により上部電
極５６に基板方向（矢印５８の下向き）に引力が働く。
このため、片持ちアーム５５が基板側に変形し、接触電
極５７が信号線５４の両端と接触する。

【０００７】通常の状態では、図１９（ｂ）に示すよう
に、接触電極５７と信号線５４との間には隙間が設けら
れ、したがって２本の信号線５４は互いに切り離されて
いる。このため、下部電極５３に電圧が印加されない状
態では、信号線５４に電流は流れない。

【０００８】しかし、下部電極５３に電圧が印加されて
接触電極５７が信号線５４と接触した状態では、２本の
信号線５４は短絡し、両者の間を電流が流れることがで
きる。したがって、下部電極５３への電圧印加によっ
て、信号線５４を通る電流あるいは信号のオン／オフを
制御することができる。

【０００９】ただし、スイッチの損失を低減させるため
には、上部電極５６と接触電極５７とが電気的に十分に
絶縁されていることが重要である。すなわち、もし上部
電極５６と接触電極５７が電気的に短絡していれば、信
号線５４を流れる信号（ＤＣを含む）が上部電極５６に
も流れ出てしまう。

【００１０】また、上部電極５６と接触電極５７とが短
絡していなくとも、静電容量がかなり大きいような状態
では、信号線５４を流れる交流信号がやはり上部電極５
６に流れて外部に漏洩する。このように、上部電極５６
と接触電極５７との絶縁が十分でないときには、信号の
漏れが大きくなり、スイッチの特性が悪くなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のマイクロマシンスイッチには、以下の問題点があ
ることが判明した。スイッチをオンさせる（すなわち、
接触電極５７が信号線５４に接触する）ためには、片持
ちアーム５５の復元力に勝る静電気力を発生するよう
に、上部電極５６と下部電極５３との間に充分な電圧を
印加させることが必要である。その際、この静電気力
は、上部電極５６と下部電極５３との間の距離（正確に
はこの距離から片持ちアーム５５の厚さを減じた値）の
二乗に反比例するため、両者の電極間の距離を小さく設
計することが重要である。

【００１２】ところで、従来例の構造では、図１８
（ｂ）に示すように上部電極５６と下部電極５３との間
の距離は、片持ちアーム５５の厚さに加え、さらに接触
電極５７と信号線５４との間の距離よりも接触電極５７
の厚さだけ大きくなる。例えば、高周波応用において信
号の損失を少なくするためには、接触電極５７および信
号線５４の厚さを２μｍ程度にする必要がある。

【００１３】また、オフ時に信号線５４と接触電極５７
との静電容量的結合を小さくするため、両者を４μｍ以
上離した構成にする必要がある。このため、上部電極５
６と下部電極５３とは、片持ちアーム８の厚さに加えて
６μｍ程度離して配置されることになる。

【００１４】このとき、上部電極５６と下部電極５３と
の重なる領域を１０，０００μｍ²とし、片持ちアーム
８の幅を２０μｍ、長さを１３０μｍで設計すると約１
００Ｖもの高い電圧が必要とされることが、本願発明者
等によって確認された。もちろん、片持ちアーム８の長
さを長くしたり、幅を小さくしたりすることにより、片
持ちアーム８の復元力を小さくするように設計すること
も可能であるが、これはデバイスの作製途中あるいはデ
バイスの動作中に片持ちアーム８が破損してしまうおそ
れがある。

【００１５】一方、上部電極５６と下部電極５３との重
なる領域を大きくすることにより、大きな静電気力を発
生させることができ、印加電圧を低減させることが可能
であるが、それではデバイス全体が大きくなってしま
う。従来例ではこのような方法で印加電圧の低減を実現
しているが、この方法は明らかにデバイス全体の寸法が
大きくなるという代償を払ったものであり、スイッチの
小型化に関して大きな限界がある。

【００１６】また、１００Ｖもの高い電圧が必要とされ
ることから、絶縁破壊によりデバイスが破壊されないよ
うに、片持ちアーム８の膜質を良質なものにすることが
必要とされる。しかし、従来例のように、金からなる接
触電極５７の上に酸化膜の片持ちアーム８を低温堆積プ
ロセス（２５０℃以下のプラズマＣＶＤプロセス）によ
って作製するような方法では、充分の耐圧特性を持った
酸化膜を形成することは困難である。

【００１７】さらに、印加電圧が高くなると、駆動用の
回路で消費される電力が増大するため、特に多数のスイ
ッチを配列するというアンテナ等の用途に従来例のマイ
クロスイッチを応用することができないことがわかっ
た。

【００１８】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、従来よりも低い駆動電圧で動作可能なマ
イクロマシンスイッチおよびその製造方法を提供するこ
とを主な目的とする。また、本発明は、印加電圧を下げ
ることができない場合に備え、絶縁体膜の耐圧特性を上
昇させることによってデバイス特性を改善することをそ
の他の目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係るマイクロマシンスイッチの一態
様は、基板上に設けられた第１の信号線と、前記基板上
に設けられかつ前記第１の信号線の端部から所定のギャ
ップを隔てて端部の設けられた第２の信号線との間の導
通／非導通を制御するマイクロマシンスイッチにおい
て、前記基板上に前記ギャップと近接して設けられた支
持部材によって前記基板上に支持された可撓性の梁部材
と、この梁部材の前記基板側における少なくとも前記ギ
ャップと対向する位置に設けられた接触電極と、前記基
板上に前記梁部材の一部と対向して設けられた下部電極
と、前記梁部材に前記下部電極と対向して設けられた中
間電極とを備え、前記梁部材は、前記支持部材との接続
部分から少なくとも前記下部電極と対向する位置までの
領域が導電性部材からなり、この導電性部材と前記接触
電極までの領域が絶縁性部材のみからなるものである。

【００２０】

【００２１】

【００２２】また、本発明はその他の態様として以下に
示す構成を含むものである。すなわち、前記導電性部材
は、半導体材料よりなる。また、前記半導体材料は、単
結晶の半導体である。また、前記半導体材料は、アモル
ファス半導体または多結晶半導体である。また、前記支
持部材と前記梁部材との接続部分は、その表面における
なす角が鈍角である。また、前記接触電極は、前記第１
および第２の信号線と容量接続可能な絶縁体膜によって
覆われている。

【００２３】また、前記基板は、ガラス基板またはセラ
ミック基板である。また、前記基板は、ガリウムヒ素基
板である。また、前記中間電極は、前記梁部材を構成す
る前記導電性部材と電気的に短絡され、前記梁部材を構
成する前記導電性部材は、電気的に浮遊した状態にあ
る。また、前記下部電極は、前記梁部材を構成する前記
導電性部材と向かい合う面積が互いに等しい複数の電極
によって構成されている。

【００２４】また、前記梁部材を構成する前記導電性部
材の一部は、前記下部電極と向かい合う面積が互いに等
しい複数の電極によって構成されている。また、前記梁
部材を構成する前記導電性部材の一部と前記下部電極と
の両者は、互いに向かい合う面積が等しい複数の電極に
よって構成されている。また、前記マイクロマシンスイ
ッチは、フェーズドアレイアンテナ装置に使用される。

【００２５】次に、本発明に係るマイクロマシンスイッ
チの製造方法は、基板上に設けられた第１の信号線と、
前記基板上に設けられかつ前記第１の信号線の端部から
所定のギャップを隔てて端部の設けられた第２の信号線
との間の導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッ
チの製造方法において、前記基板上に下部電極を形成す
る工程と、所定の高さに可撓性を有する梁部材を備えた
支持部材、前記梁部材に設けられた接触電極、および前
記梁部材に設けられた中間電極からなる部材を、前記接
触電極が前記ギャップと対向するとともに前記第１およ
び第２の信号線と離間した状態で前記基板上に接着する
工程とを有し、前記梁部材は、前記支持部材との接続部
分から少なくとも前記下部電極と対向する位置までの領
域が導電性部材からなり、この導電性部材と前記接触電
極までの領域が絶縁性部材のみからなる。

【００２６】

【００２７】

【００２８】また、本発明はその他の態様として以下に
示す構成を含む。すなわち、本発明は、各部の構成につ
いて上述のマイクロマシンスイッチと同様の態様を含む
ものである。

【００２９】このように本発明は、中間電極を設けるこ
とにより、梁部材の一部（上部電極）と下部電極との間
の距離を実質的に短くすることにより、スイッチの駆動
電圧を低減させるものである。例えば、接触電極と同じ
厚さの中間電極を絶縁体膜を挟んで上部電極の下側に設
ける。この中間電極は外部の電圧回路と直接接続されて
いないとする。上部電極と下部電極との間に電圧（Ｖ）
を印加したときには、中間電極の電位は以下の式から計
算される。

【００３０】Ｖ・Ｃ₁ ／（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ）

【００３１】ここで、中間電極と上部電極との間の静電
容量をＣ₁ 、中間電極と下部電極との間の静電容量をＣ
₂ とした。Ｃ₁ はＣ₂ よりも大きいので、中間電極の電
位はほぼ上部電極と等しい値となる。

【００３２】この中間電極を上述の従来例のケースに当
てはめると、中間電極と下部電極との間の距離は、接触
電極と信号線との間の距離の４μｍに等しい。このと
き、電圧を印加する電極の距離が実質的に２／３（＝４
［μｍ］／６［μｍ］）に減少するため、必要とされる
電圧も約６７Ｖと従来例の２／３に減少させることが可
能となる。

【００３３】さらに、この中間電極は、接触電極の作製
と同時に作製することができるため、デバイスの製造コ
ストを少しも上昇させないという長所があることが特筆
される。中間電極の構造は、以下の実施例で詳しく述べ
るように種々の変更が可能であり、それぞれ大きな特徴
を有する。

【００３４】このように本発明は、従来よりも低い印加
電圧で駆動させることができるとともに、絶縁体膜の耐
圧特性を上昇させることによってデバイス特性を改善す
ることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て参考例を交えながら説明する。

【００３６】［参考例１］ 図１は、参考例１の平面図（ａ）およびそのＡ−Ａ’線
断面図（ｂ）を示す。同図に示すように、本参考例で
は、誘電率の大きなガラス製の基板１上に、シリコンか
らなるスイッチ本体部１４と、金からなる下部電極４
と、金からなる信号線３が設けられている。また、基板
１の裏面にはアース板２が形成されている。

【００３７】スイッチ本体部１４は、支持部材７と、片
持ちアーム８と、上部電極９との一体構造となってい
る。支持部材７からは、シリコンからなる二本の片持ち
アーム８が基板面に対してほぼ水平に延びている。二本
の片持ちアーム８は、従来例における一本のアームと比
べてアームの回転運動を低く抑えることができ、スイッ
チの片当たり接触を防止するのに役立つ。ただし、条件
に応じて片持ちアーム８の本数を変えればよいのであっ
て、本参考例には１本および２本以上の片持ちアーム８
を有する構造が含まれる。

【００３８】ところで、支持部材７と片持ちアーム８と
接続部分においては、その表面におけるなす角α，β
が、それぞれ鈍角（９０°＜α，β＜１８０°）となる
ように調整することが好ましい。このようにすることに
より、片持ちアーム８の強度を高めることができ、１Ｍ
Ｈｚ以上といった高周波数のスイッチング動作を可能と
する。

【００３９】片持ちアーム８の先端には、シリコンから
なる上部電極９が設けられている。上部電極９は、下部
電極４と空間的な隙間を介して対向している。支持部材
７は、基板１上に形成されている信号線３ａに接続され
ており、この信号線３ａは、支持部材７および片持ちア
ーム８を介して上部電極９と電気的に接続されている。

【００４０】また、二酸化シリコンあるいは窒化シリコ
ン膜等の絶縁体膜からなる絶縁性部材６が、上部電極９
の下面に下部電極４と対向する位置から信号線３に対向
する位置にかけて設けられている。この信号線３に対向
する絶縁性部材６の下側の位置には、金からなる接触電
極５が設けられている。同様に、下部電極４と対向する
ようにして絶縁性部材６上には、中間電極１５が設けら
れている。

【００４１】このように絶縁性部材６を設けることによ
り、接触電極５と上部電極９との短絡を防止することが
できる。ただし、絶縁性部材６は、最低限接触電極５と
上部電極９との間、および、中間電極１５と上部電極９
との間にあればよい。なお、高周波信号をスイッチング
する場合は、信号線３と容量結合可能な範囲で接触電極
５の表面を絶縁体膜で覆っていてもよい。逆に信号線３
を絶縁体膜で覆っても構わない。

【００４２】このように、接触電極５と対向する絶縁性
部材６の上側には、片持ちアーム８よりも厚みのある上
部電極９が設けられているため、接触電極５と絶縁性部
材６との間に生じる歪みによる反りを小さく抑えること
ができる。したがって、接触電極５は絶えず基板１に対
して平行な状態を保つことができ、片当たりによる接触
抵抗の増大を抑えることができる。

【００４３】ここで、本参考例の動作について説明す
る。信号線３ａを介して上部電極９と下部電極４との間
に７０Ｖの電圧を印加すると、静電気力により上部電極
９に基板方向（下向き）に引力が働く。このため、片持
ちアーム８が下側に湾曲して接触電極５が信号線３と接
触するようになる。

【００４４】信号線３は、図１（ｂ）に示すように接触
電極５に対向する位置に隙間が設けられている。このた
め、電圧が印加されない状態では信号線３に電流は流れ
ないが、電圧が印加されて接触電極５が信号線３と接触
した状態では信号線３を電流が流れることができる。こ
のように、下部電極４への電圧印加によって信号線３を
通る電流あるいは信号のオン／オフを制御することがで
きる。また、３０ＧＨｚの信号を扱った場合、従来のＨ
ＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）スイッ
チでの挿入損失が３〜４ｄＢであったのに対し、本実施
の形態のスイッチでは２．５ｄＢという結果が得られ
た。

【００４５】このように本参考例では、上部電極９は導
電性の片持ちアーム８を介して導電性の支持部材７と電
気的に接続されているため、上部電極９への電圧印加を
容易に行うことができる。ただし、上部電極９は電気的
に浮遊した状態であっても構わない。その場合、信号線
３ａは不要であり、スイッチを動作させるためには下部
電極４に電圧を印加するだけでよい。

【００４６】また、支持部材７と片持ちアーム８と上部
電極９とを、不純物が一部あるいは全体に拡散された半
導体で作製することができる。その場合、スイッチの動
作時に上部電極９と下部電極４との間に流れる電流は、
極めて小さなものであるから、これら半導体の不純物の
含有量を精密に制御する必要はない。

【００４７】また、以下の作製方法に述べるように片持
ちアーム８の厚さを、他の構成要素に比べて薄く制御す
ることも容易である。このように個々の要素の厚さを制
御することによって、剛性の大きな構成要素の中に柔ら
かい片持ちアーム８を作製することができる。したがっ
て、剛性の大きな要素では電圧印加時の変形が基板１に
対して水平に行われ、変形のほとんどが薄い片持ちアー
ム８によってなされることになる。これは、スイッチの
片当たりを低く抑えることに役立つものである。

【００４８】ただし、上部電極９の厚さを、片持ちアー
ム８と同じにしたものも本発明に含むことができる。こ
のような構造は、作製方法が簡略化されるという長所が
ある。

【００４９】なお、本参考例の代表的な寸法は、表１の
とおりである。

【００５０】

【表１】 ここで、幅は図１（ａ）の平面図に対して縦方向の長
さ、長さは図１（ａ）の平面図に対して横方向の長さ、
厚さは図１（ｂ）の断面図に対して縦方向の長さをそれ
ぞれ示す。また、中間電極１５と下部電極４との距離
は、４μｍとしている。

【００５１】しかし、これら寸法は個々の応用に応じて
設計すべきものであり、上述の数値に限定されるもので
はない。本発明においては、その増大した設計自由度に
より、広い範囲の設計が可能である。例えば、中間電極
１５の厚さを接触電極５よりも少し薄く設計すると、接
触電極５と信号線３との接触の力が大きくなり、両者の
接触抵抗が減少する。これは、特にＤＣ信号をオン／オ
フするスイッチに適した設計であるといえる。

【００５２】また、中間電極１５の厚さを接触電極５よ
りも少し厚く設計すると、接触電極５はスイッチのオン
のときでも信号線３と直接接触することがなくなる。し
かし、高周波応用では抵抗接触は必ずしも必要でなく、
容量型の接触でも信号を伝えることが可能であるため、
接触電極５が直接信号線３に触れなくてもよい。この場
合には、接触電極５が信号線３と直接ふれないため、機
械的な摩耗を低く押さえることが可能であり、スイッチ
の寿命を長く保つことができるという利点がある。

【００５３】さらに、スイッチの駆動方法として、上部
電極９に電気的短絡した支持部材７と下部電極４との間
に電圧を印加する例を示したが、支持部材７の電位を必
ずしも固定せずに、下部電極４だけに電圧を印加するだ
けでスイッチの動作は可能である。このとき、支持部材
７（すなわち、上部電極９）の電位は、固定されずに浮
いた状態である。このような状態では、通常、上部電極
９は周囲の電位に影響された電圧となり、周囲にグラン
ド線を配置することによってグランド電圧に近い状態と
することが可能である。なお、グランド線の配置は、一
般的にスイッチ本体部１４の近くに設けられるのが普通
である。このように、支持部材７の電位を浮遊させた場
合、支持部材７に配線を設ける手間が省けるため、全体
としてデバイスの配線が簡略化されるという利点があ
る。

【００５４】ここで、図１に係るマイクロマシンスイッ
チの製造工程について図を参照して説明する。図２，３
は、図１に係るマイクロマシンスイッチの製造工程を示
す断面図である。製造工程について順次説明する。

【００５５】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
からなる基板１１に二酸化シリコン膜からなるパタン１
２を形成し、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡ
Ｈ）等のエッチング液を用いて基板１１を約６μｍほど
エッチングする。ここで、基板１１としては（１００）
面を主面とするシリコンを用いた場合、エッチング速度
の面方位依存性により、エッチング後は（１１１）面が
側面に露出した台形となる。

【００５６】次いで、図２（ｂ）に示すように、新たに
パタン１３を基板１上に形成し、このパタン１３をマス
クにしてマスクの無い領域にボロンを拡散させ、その
後、ボロンの深い拡散を行うため、例えば１１５０℃で
１０時間ほど熱拡散を実施する。このとき、高濃度のボ
ロンが約１０μｍの深さまで拡散される。その結果、支
持部材７と上部電極９とが作製される。

【００５７】次いで、図２（ｃ）に示すように、片持ち
アーム８に対応する領域のパタン１３を除去してから、
残ったパタン１３をマスクにしてマスクの無い領域にボ
ロンを拡散させる。その結果、支持部材７，片持ちアー
ム８および上部電極９からなるスイッチ本体部１４がで
きあがる。なお、今回はボロンの浅い拡散を行うため、
例えば１１５０℃で２時間ほど熱拡散を実施する。この
とき、高濃度のボロンが約２μｍ深さまで拡散される。

【００５８】次いで、図２（ｄ）に示すように、上部電
極９に二酸化シリコン１μｍおよび窒化膜０．０５μｍ
からなる絶縁性部材６を作製する。

【００５９】次いで、図３（ｅ）に示すように、絶縁性
部材６上に金メッキを用いて接触電極５および中間電極
１５を作製する。

【００６０】次いで、図３（ｆ）に示すように、このよ
うにして作製された基板１１を、金からなる下部電極４
および金からなる信号線３，３ａの形成されたガラス製
の基板１に載置する。この基板１は上述のシリコンプロ
セスとは別個の工程で予め作製しておく。その後、支持
部材７を基板１上に接着する。このとき、シリコンとガ
ラスとの接着には、静電接着技術を利用することができ
る。

【００６１】最後に、図３（ｇ）に示すように、基板１
１をエチレンジアミンピロカテコール等のボロン濃度選
択性が大きいエッチング液に投入し、ボロンが拡散され
ていない部分を溶解する。その結果、基板１上にマイク
ロマシンスイッチを作製することができる。

【００６２】なお、基板１がセラミックあるいはガリウ
ムヒ素等で形成されているのであれば、接着剤を用いて
支持部材７とこれらの基板とを接着させることも可能で
ある。もしくは、これら基板の表面にガラスを２〜５μ
ｍ程度スパッタしておくと、静電接着技術を使うことも
可能である。

【００６３】以上のように本参考例では、単結晶シリコ
ン基板をエッチングすることによって片持ちアーム８等
からなるスイッチ本体部１４を作製している。このよう
に、本参考例は材料として単結晶体を利用することによ
り、機械特性として最も信頼性のおける構造体を作製す
ることができるという利点がある。

【００６４】また、片持ちアーム８を単結晶体のみで作
製しているため、従来例のように複数の材料を張り合わ
せた構造に比べ、熱膨張係数に起因する反りが発生する
ことはない。すなわち、片持ちアーム８の基板１の面に
対して直交する方向に沿った熱膨張係数の変化を、基板
面側とその反対面側とで互いに対称とすることにより、
反りの発生を抑制している。

【００６５】一方、ここに述べた方法以外にも、基板１
上に種々の薄膜を堆積して選択エッチングを利用し、本
発明の構造をもつスイッチを作製することも可能であ
る。例えば、スイッチ本体部１４を単結晶シリコンでは
なく、アモルファスシリコン、ポリシリコンまたは高抵
抗の半導体材料（ＧａＡｓ，鉄をドープしたＩｎＰ等）
を使って作製してもよい。また、スイッチ本体部１４を
半導体ではなく、金やアルミニウム等の金属を使って作
製してもよい。

【００６６】［第１の実施の形態］図 ４は、本発明の第１の実施の形態の平面図（ａ）およ
びそのＢ−Ｂ’線断面図（ｂ）を示す。同図に示すよう
に、本実施の形態では、誘電率の大きなガラス製の基板
１上に、シリコンからなる支持部材７と、金からなる下
部電極４と、金からなる信号線３が設けられている。ま
た、基板１の裏面にはアース板２が形成されている。

【００６７】スイッチ本体部１４は、支持部材７と、片
持ちアーム８と、上部電極９との一体構造となってい
る。支持部材７からは、シリコンからなる二本の片持ち
アーム８が基板面に対してほぼ水平に延びている。二本
の片持ちアーム８は、従来例における一本のアームと比
べてアームの回転運動を低く抑えることができ、スイッ
チの片当たり接触を防止するのに役立つ。ただし、条件
に応じて片持ちアーム８の本数を変えればよいのであっ
て、本発明には１本および２本以上の片持ちアーム８を
有する構造が含まれる。

【００６８】ところで、支持部材７と片持ちアーム８と
の接続部分においては、その表面におけるなす角α，β
が、それぞれ鈍角（９０°＜α，β＜１８０°）となる
ように調整することが好ましい。このようにすることに
より、片持ちアーム８の強度を高めることができ、１Ｍ
Ｈｚ以上といった高周波数のスイッチング動作を可能と
する。

【００６９】片持ちアーム８の先端には、シリコンから
なる上部電極９が設けられている。上部電極９は、下部
電極４と空間的な隙間を介して対向している。支持部材
７は、基板１上に形成されている信号線３ａに接続され
ており、この信号線３ａは、支持部材７および片持ちア
ーム８を介して上部電極９と電気的に接続されている。

【００７０】また、二酸化シリコンあるいは窒化シリコ
ン膜等の絶縁体膜からなる絶縁性部材６が、上部電極９
の下面から始まって信号線３に対向する位置まで延びて
いる。この信号線３に対向する絶縁性部材６の下側の位
置には、金からなる接触電極５が設けられている。同様
に、下部電極４と対向するようにして絶縁性部材６上に
は、中間電極１５が設けられている。なお、高周波信号
をスイッチングする場合は、信号線３と容量結合可能な
範囲で接触電極５の表面を絶縁体膜で覆ってもよい。逆
に信号線３を絶縁体膜で覆っても構わない。

【００７１】接触電極５と対向する絶縁性部材６の上側
には、シリコンからなる補強部材１０が設けられてい
る。これは、接触電極５と絶縁性部材６との間に生じる
歪みによる反りを小さく抑えるために設けられたもので
ある。このように、補強部材１０を設けることにより、
接触電極５は絶えず基板１に対して平行な状態を保つこ
とができ、片当たりによる接触抵抗の増大を抑えること
ができる。なお、補強部材１０は、絶縁性部材６の材料
や膜厚等によっては必ずしも必要ではなく、これがない
構造も本発明に含まれる。

【００７２】ここで、本実施の形態の動作について説明
する。上部電極９と下部電極４との間に３０Ｖの電圧を
印加すると、静電気力により上部電極９に基板方向（下
側）に引力が働く。このため、片持ちアーム８が下側に
湾曲して接触電極５が信号線３と接触するようになる。

【００７３】信号線３は、図４（ｂ）に示すように接触
電極５に対向する位置に隙間が設けられている。このた
め、電圧が印加されない状態では信号線３に電流は流れ
ないが、電圧が印加されて接触電極５が信号線３と接触
した状態では信号線３を電流が流れることができる。こ
のように、下部電極４への電圧印加によって信号線３を
通る電流あるいは信号のオン／オフを制御することがで
きる。また、３０ＧＨｚの信号を扱った場合、従来のＨ
ＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）スイッ
チでの挿入損失が３〜４ｄＢであったのに対し、本実施
の形態のスイッチでは０．２ｄＢという結果が得られ
た。

【００７４】本実施の形態では、上部電極９は導電性の
片持ちアーム８を介して導電性の支持部材７と電気的に
接続されているため、上部電極９への電圧印加を容易に
行うことができる。ただし、上部電極９は電気的に浮遊
した状態であっても構わない。その場合、信号線３ａは
不要であり、スイッチを動作させるためには下部電極４
に電圧を印加するだけでよい。

【００７５】また、支持部材７と片持ちアーム８と上部
電極９と補強部材１０とは、不純物が一部あるいは全体
に拡散された半導体から作製することができる。その場
合、スイッチの動作時に上部電極９と下部電極４との間
に流れる電流は、極めて小さなものであるから、これら
半導体の不純物の含有量を精密に制御する必要はない。

【００７６】また、以下の作製方法に述べるように片持
ちアーム８の厚さを、他の構成要素に比べて薄く制御す
ることも容易である。このように個々の要素の厚さを制
御することによって、剛性の大きな構成要素の中に柔ら
かい片持ちアーム８を作製することができる。剛性の大
きな要素では電圧印加時の変形が基板１に対して水平に
行われ、変形のほとんどが薄い片持ちアーム８によって
なされることになる。これは、スイッチの片当たりを低
く抑えることに役立つものである。

【００７７】ただし、上部電極９および補強部材１０の
厚さを、片持ちアーム８と同じにしたものも本発明に含
むことができる。このような構造は、作製方法が簡略化
されるという長所がある。

【００７８】なお、本実施の形態の代表的な寸法は、表
２のとおりである。

【００７９】

【表２】 ここで、幅は図４（ａ）の平面図に対して縦方向の長
さ、長さは図４（ａ）の平面図に対して横方向の長さ、
厚さは図４（ｂ）の断面図に対して縦方向の長さをそれ
ぞれ示す。また、中間電極１５と下部電極４との距離
は、４μｍとしている。

【００８０】しかし、これら寸法は個々の応用によって
設計すべきものであり、上述の数値に限定されるもので
はない。本発明においては、その増大した設計自由度に
より、広い範囲の設計が可能である。例えば、中間電極
１５の厚さを接触電極５よりも少し薄く設計すると、接
触電極５と信号線３との接触の力が大きくなり、両者の
接触抵抗が減少する。これは、特にＤＣ信号をオン／オ
フするスイッチに適した設計であるといえる。

【００８１】また、中間電極１５の厚さを接触電極５よ
りも少し厚く設計すると、接触電極５はスイッチのオン
のときでも信号線３と直接接触することがなくなる。し
かし、高周波応用では抵抗接触は必ずしも必要でなく、
容量型の接触でも信号を伝えることが可能であるため、
接触電極５が直接信号線３に触れなくてもよい。この場
合には、接触電極５が信号線３と直接ふれないため、機
械的な摩耗を低く押さえることが可能であり、スイッチ
の寿命を長く保つことができるという利点がある。

【００８２】さらに、スイッチの駆動方法として、上部
電極９に電気的短絡した支持部材７と下部電極４との間
に電圧を印加する例を示したが、支持部材７の電位を必
ずしも固定せずに、下部電極４だけに電圧を印加するだ
けでスイッチの動作は可能である。このとき、支持部材
７（すなわち、上部電極９）の電位は、固定されずに浮
いた状態である。このような状態では、通常、上部電極
９は周囲の電位に影響された電圧となり、周囲にグラン
ド線を配置することによってグランド電圧に近い状態と
することが可能である。なお、グランド線の配置は、一
般的にスイッチ本体部１４の近くに設けられるのが普通
である。このように、支持部材７の電位を浮遊させた場
合、支持部材７に配線を設ける手間が省けるため、全体
としてデバイスの配線が簡略化されるという利点があ
る。

【００８３】ここで、図４に係るマイクロマシンスイッ
チの製造工程について図を参照して説明する。図５，６
は、図４に係るマイクロマシンスイッチの製造工程を示
す断面図である。製造工程について順次説明する。

【００８４】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
からなる基板１１に二酸化シリコン膜からなるパタン１
２を形成し、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡ
Ｈ）等のエッチング液を用いて基板１１を約６μｍほど
エッチングする。ここで、基板１１としては（１００）
面を主面とするシリコンを用いた場合、エッチング速度
の面方位依存性により、エッチング後は（１１１）面が
側面に露出した台形となる。

【００８５】次いで、図５（ｂ）に示すように、新たに
パタン１３を基板１上に形成し、このパタン１３をマス
クにしてマスクの無い領域にボロンを拡散させ、その
後、ボロンの深い拡散を行うため、例えば１１５０℃で
１０時間ほど熱拡散を実施する。このとき、高濃度のボ
ロンが約１０μｍの深さまで拡散される。その結果、支
持部材７と上部電極９と補強部材１０とが作製される。

【００８６】次いで、図５（ｃ）に示すように、片持ち
アームに対応する領域のパタン１３を除去してから、残
ったパタン１３をマスクにしてマスクの無い領域にボロ
ンを拡散させる。その結果、支持部材７，片持ちアーム
８および上部電極９からなるスイッチ本体部１４ができ
あがる。なお、今回はボロンの浅い拡散を行うため、例
えば１１５０℃で２時間ほど熱拡散を実施する。このと
き、高濃度のボロンが約２μｍ深さまで拡散される。

【００８７】次いで、図５（ｄ）に示すように、上部電
極９から補強部材１０にかけて、二酸化シリコン１μｍ
および窒化膜０．０５μｍからなる絶縁性部材６を作製
する。

【００８８】次いで、図６（ｅ）に示すように、補強部
材１０に対向する絶縁性部材６上に金メッキを用いて接
触電極５および中間電極１５を作製する。

【００８９】次いで、図６（ｆ）に示すように、このよ
うにして作製された基板１１を、金からなる下部電極４
および金からなる信号線３，３ａの形成されたガラス製
の基板１に載置する。この基板１は上述のシリコンプロ
セスとは別個の工程で予め作製しておく。その後、支持
部材７を基板１上に接着する。このとき、シリコンとガ
ラスとの接着には、静電接着技術を利用することができ
る。

【００９０】最後に、図６（ｇ）に示すように、基板１
１をエチレンジアミンピロカテコール等のボロン濃度選
択性が大きいエッチング液に投入し、ボロンが拡散され
ていない部分を溶解する。その結果、基板１上にマイク
ロマシンスイッチを作製することができる。

【００９１】なお、基板１がセラミックあるいはガリウ
ム砒素等で形成されているのであれば、接着剤を用いて
支持部材７とこれらの基板とを接着させることも可能で
ある。もしくは、これら基板の表面にガラスを２〜５μ
ｍ程度スパッタしておくと、静電接着技術を使うことが
可能である。

【００９２】以上のように本実施の形態では、単結晶シ
リコン基板をエッチングすることによって片持ちアーム
７等からなるスイッチ本体部１４を作製している。この
ように、本実施の形態は材料として単結晶体を利用する
ことにより、機械特性として最も信頼性のおける構造体
を作製することができるという利点がある。

【００９３】また、片持ちアーム８を単結晶体のみで作
製しているため、従来例のように複数の材料を張り合わ
せた構造に比べ、熱膨張係数に起因する反りが発生する
ことはない。すなわち、片持ちアーム８の基板１の面に
対して直交する方向に沿った熱膨張係数の変化を、基板
面側とその反対面側とで互いに対称とすることにより、
反りの発生を抑制している。

【００９４】一方、ここに述べた方法以外にも、基板１
上に種々の薄膜を堆積して選択エッチングを利用し、本
発明の構造をもつスイッチを作製することも可能であ
る。例えば、スイッチ本体部１４および補強部材１０を
単結晶シリコンではなく、アモルファスシリコン、ポリ
シリコンまたは高抵抗の半導体材料（ＧａＡｓ，鉄をド
ープしたＩｎＰ等）を使って作製してもよい。また、ス
イッチ本体部１４および補強部材１０を半導体ではな
く、金やアルミニウム等の金属を使って作製してもよ
い。

【００９５】［第２の実施の形態］ 図７は、本発明の第２の実施の形態の平面図（ａ）およ
び断面図（ｂ）を示す。同図に示すように、図４と同一
符号の構成要素は、同一または同等の構成要素であるこ
とを示している。

【００９６】本実施の形態では、絶縁性部材６ｂが上部
電極９の端面から延びている点が、第２の実施の形態と
大きく異なる点である。この絶縁性部材６ｂは、酸化
膜、窒化膜等の絶縁薄膜によって形成することもできる
が、上部電極９と同一の半導体材料を使って形成するこ
とが可能である。その場合、例えば高抵抗の半導体材料
（ＧａＡｓ，鉄をドープしたＩｎＰ等）で絶縁性部材６
ｂを除く支持部材７，片持ちアーム８および上部電極９
のみに不純物を拡散して抵抗を下げるという方法、また
は、絶縁性部材６ｂの領域に酸素等のイオンを打ち込ん
で抵抗を高くする方法等を利用することができる。本実
施の形態には、補強部材１０を接触電極５に対向する位
置に設けているが、これがない構造も本発明に含まれ
る。

【００９７】また、補強部材１０は、低抵抗または高抵
抗の何れであってもよい。また、本実施の形態では、上
部電極９の下側に絶縁性部材６ｂとは別個に絶縁性部材
６ａが設けられている。これは、上部電極９と下部電極
４との間に電圧を印加したとき、互いに接触して短絡が
起こらないようにするためである。この絶縁性部材６ａ
の厚さは、接触電極５よりも薄くすることが望ましい。

【００９８】また、本実施の形態では、第１の実施の形
態のものと比べて、絶縁性部材６ｂが基板１に対して上
側に位置するようになったため、接触電極５と信号線３
との隙間が大きく取れるようになる。このため、オフ時
の静電容量が小さくなり、オフ時の漏れ電流を小さく抑
えることが可能となる。

【００９９】以上の実施の形態では、基板１の具体例と
してガラス基板をあげて説明した。ガラス基板はガリウ
ムヒ素基板に比べて安価であり、多数のスイッチを集積
化することが要求されるフェーズドアレイアンテナ等の
応用において有望な材料である。しかし、本発明の構造
はこれに限られるものではなく、ガリウムヒ素、シリコ
ン、セラミック、プリント基板等においても有効であ
る。

【０１００】また、上部電極９に穴を開けることによ
り、上部電極９と下部電極４との間に存在する空気によ
るスクイーズ効果を減少させる手法も本発明に含まれ
る。本発明では、上部電極９および補強部材１０によっ
て絶縁性部材６ｂの強度を補強することが容易である。
このため、内部に複数個の穴を設けたとしても、可動部
全体の剛性は十分に大きく保つことが可能である。さら
に、絶縁性部材６ｂ，接触電極５および補強部材１０に
も穴をあけ、空気を通しやすくするとスクイーズ効果を
著しく抑えることが可能である。

【０１０１】［参考例２］ 図８は、参考例２を示す断面図である。同図において、
図１における同一符号のものは同一または同等の構成要
素を示す。図８に示すように、本参考例は信号線３を挟
んで２個の支持部材７を基板１上に配設している。した
がって、上部電極９は各支持部部材７からそれぞれ延び
ている片持ちアーム８に接続され、両側で支持した構造
となっている。また、十分な静電気力を発生させるた
め、上部電極９の下には信号線３を挟んで２個所に下部
電極４が配設されている。

【０１０２】このように、複数の支持部材７を使って上
部電極９を支持した構成も、本参考例に含まれる。ま
た、支持部材７の個数をさらに増やして２個以上にして
もよく、そのような構造も本参考例に含まれる。

【０１０３】［参考例３］ 図９は、参考例３を示す断面図である。同図において、
図１における同一符号のものは同一または同等の構成要
素を示す。図９に示すように、本参考例はスイッチ本体
部１４の表面を酸化させるなどし、片持ちアーム８を、
シリコン層８ａとそれを両側から挟む酸化シリコン層８
ｂとかなる構造にしたものである。このように、両側の
酸化シリコン層８ｂの厚さを等しくしてやれば、基板１
側とその反対側の熱膨張係数は対称となるため、高温処
理を行っても片持ちアーム８の反りは抑制される。

【０１０４】［参考例４］ 図１０は、参考例４を示す断面図である。同図におい
て、図９における同一符号のものは同一または同等の構
成要素を示す。図１０に示すように、本参考例は片持ち
アーム８を２種以上の材料からなる薄膜を交互に積層し
た超格子構造を有するものである。参考例３同様に、本
参考例においても、基板１側の熱膨張係数とその反対側
の熱膨張係数とを対称にすることができるため、温度変
化による片持ちアーム８のそりを抑制することができ
る。

【０１０５】［第３の実施の形態］ 図１１は、本発明の第３の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＤ−Ｄ’線断面図（ｂ）である。同図
において、図４における同一符号のものは同一または同
等の構成要素を示す。図１１に示すように、本実施の形
態は、中間電極１１が絶縁性部材６の一部に設けられた
開口中の埋め込み配線１８を介して、上部電極４に短絡
している。また、中間電極１５および接触電極５の表面
が、それぞれ絶縁体膜１６および１７によって被覆され
ていることが第２の実施の形態と異なる点である。

【０１０６】中間電極１５が上部電極９と短絡している
ため、中間電極１５の電位は上部電極９の電位と全く同
じである。中間電極１５の上の絶縁体膜１６は、中間電
極１５と下部電極４とが短絡することを防止するために
設けられたものである。そして、接触電極５の上の絶縁
体膜１７は、この絶縁体膜１７と下部電極３とが接触し
たとき（オン時）に、絶縁体膜１７と信号線３とが接触
できるように対称的に設けられたものである。

【０１０７】ここで、中間電極１５と上部電極９との短
絡は、絶縁性部材１６中に設けられた埋め込み配線１８
に限られるものではなく、絶縁性部材６の端部に設けた
配線を介して行ってもよい、また、中間電極１５と上部
電極９との間に設けられた絶縁性部材６を省略してもよ
い。

【０１０８】また、絶縁体膜１６および１７を下部電極
４および信号線３の一部に設けることも可能であり、そ
のような構造も本発明に含まれる。また、接触電極５の
上の絶縁体膜１７を省略し、中間電極１５の厚さと絶縁
体膜１６の厚さとの和が、接触電極５の厚さよりも薄く
することにより、ＤＣ信号のオン／オフを行うスイッチ
を作製することができる。

【０１０９】また、絶縁体膜１６を省略して、中間電極
１５の厚さが接触電極５の厚さ、または、接触電極５の
厚さと絶縁体膜１７の厚さとの和よりも薄くすることに
よっても、中間電極１５と下部電極４との短絡を防ぐこ
ともできる。また、絶縁体膜を中間電極１５および下部
電極６の両方に設けてもよい。同様に、絶縁体膜を接触
電極５および信号線３の両方に設けてもよい。さらに、
絶縁体膜１６および１７は、中間電極４および接触電極
５の全てを被覆する必要はなく、その一部に設けられた
としても、本発明の効果を得ることができる。

【０１１０】［第４の実施の形態］ 図１２は、本発明の第４の実施の形態を示す平面図であ
る。同図において、図１における同一符号のものは同一
または同等の構成要素を示す。図１２に示すように、本
実施の形態は、下部電極が中間電極１５の下側で電気的
に二つの異なる電位を持つことが可能となるように、下
部電極４ａ，４ｂに分離していることが第２の実施の形
態と異なる点である。

【０１１１】本実施の形態の構造では、印加電圧は下部
電極４ａ，４ｂ間にかけられ、上部電極９につながる支
持部材７は電気的に浮いた状態である。このとき、二つ
の下部電極４０ａおよび４０ｂの間に印加された電圧の
半分が、下部電極４ａおよび４ｂと中間電極１５との間
に働くことになる。

【０１１２】このため、静電引力となってスイッチを閉
じるのに役立つ電圧が半分に減少するため、第１の実施
の形態の場合の２倍の電圧を印加することにより、スイ
ッチを閉じることができる。一方、上部電極９が浮いた
状態であるため、上部電極９と下部電極４ａおよび４ｂ
との間の絶縁性部材６が高圧のために破壊されるという
問題は生じない。そして、なによりも支持部材７に電位
を与えるための信号線３ａを接続する必要がないため、
デバイス全体としての配線が非常に簡略化されるという
長所がある。

【０１１３】先に、第１の実施の形態で述べた支持部材
７を浮かせた状態での駆動方法は、周囲の配線の影響を
受けるということがときには問題となることがあるが
（例えば、多数のスイッチを配置した場合、各スイッチ
における駆動電圧が異なることがある）、本実施の形態
においては周囲の影響をあまり受けることなくスイッチ
を駆動させることができる。

【０１１４】なお、本実施の形態では、上部電極６を片
持ちアーム８と接続させた例を示したが、中間電極１５
の電位を二つの下部電極４ａおよび４ｂによって決める
ことができるで、この上部電極９を省略することができ
る。また、上部電極９を単に補強板として利用すること
もできるし、片持ちアーム８と切り離してもよい。さら
に、支持部材７、片持ちアーム８、さらに上部電極９を
絶縁体あるいは高抵抗の半導体等の材料を使って作製す
ることもできる。

【０１１５】［第５の実施の形態］ 図１３は、本発明の第５の実施の形態を示す平面図であ
る。同図において、図１２における同一符号のものは同
一または同等の構成要素を示す。図１３に示すように、
本実施の形態は、中間電極１５の下側で電気的に二つの
異なる電位を持つことが可能な下部電極４ｃ，４ｄが櫛
歯構造になっていることが第８の実施の形態と異なる点
である。

【０１１６】第４の実施の形態では、スイッチ本体部１
４を接着する際に、下部電極４ａ，４ｂが向かい合った
部分が上部電極９のちょうど真ん中に位置するようにし
なければならない。すなわち、中間電極１５と下部電極
４ａ，４ｂとの重なる領域が等しい大きさにならない
と、中間電極１５の電位が二つの下部電極の電圧の半分
にならず、領域の大きな下部電極の方に引き寄せられる
ことがある。そして、片持ちアーム８にねじれの変位が
生じる恐れがある。

【０１１７】そこで、本実施の形態ではこのような問題
を解決するため、下部電極を櫛歯構造とすることによ
り、スイッチ本体部１４を接着する際に若干のずれが生
じても、下部電極と上部電極との重なる領域の大きさが
等しくなるようにしている。なお、櫛歯の数は図示した
例に限られるものではなく、さらに多数の櫛歯を設ける
ことができる。また、櫛歯の方向も任意に変えることが
できる。なお、図１２、１３に関して述べた実施の形態
における電極の分離は、下部電極に限られるものではな
い。すなわち、同様に上部電極を二つ以上に電気的に分
離してもよいし、上部電極および下部電極の両者を分離
してもよい。また、この分離される電極の個数は二つに
限られず、複数であればよい。

【０１１８】［第６の実施の形態］ 第１〜５の実施の形態に係るマイクロマシンスイッチ
を、フェーズドアレイアンテナに適用した例について説
明する。以下に示すように、上述のマイクロマシンスイ
ッチは、ＤＣ〜高周波信号まで幅広く適用することがで
き、特にフェーズドアレイアンテナ装置に適用すると効
果的である。

【０１１９】図１４は、特願平１０−１７６３６７号に
開示されたフェーズドアレイアンテナ装置を示すブロッ
ク図である。同図に示すように、フェーズドアレイアン
テナ装置は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）のアンテナ２
３を有し、アンテナ２３は移相回路２４に接続されてい
る。この移相回路２４は、データ分配回路２４ａと、こ
のデータ分配回路２４ａに接続されたＭ個のデータラッ
チ回路２４ｂと、このデータラッチ回路２４ｂ接続され
た移相器２４ｃとによって構成されている。

【０１２０】したがって、各アンテナ２３はＮビット
（Ｎは自然数）の移相器２４ｃにそれぞれ接続され、各
移相器２４ｃは分配合成器２２を介して給電部２１に接
続されている。

【０１２１】また、データ分配回路２４ａは、制御装置
２０に接続されている。なお、データ分配回路２４ａお
よびデータラッチ回路２４ｂは、基板上に薄膜トランジ
スタ回路（ＴＦＴ回路）で実現されている。

【０１２２】また、移相器２４ｃは、各ビット毎に上述
のマイクロマシンスイッチを備えており、各データラッ
チ回路２４ｂは各移相器２４ｃのマイクロマシンスイッ
チに接続されている。このように、同図に示されたフェ
ーズドアレイアンテナ装置では、従来外付けＩＣだった
移相器の駆動回路をＴＦＴ回路で構成し、移相器２４ｃ
等と同一層に形成している。

【０１２３】次に、図１４に示されたフェーズドアレイ
アンテナ装置の動作について説明する。制御装置２０
は、予め設定されているアンテナ２３の位置と使用する
周波数とに基づいて、放射ビームを所望の方向に向ける
のに最適な移相量をＮビットの精度で計算し、その結果
を制御信号としてデータ分配回路２４ａに出力する。デ
ータ分配回路２４ａは、各データラッチ回路２４ｂに制
御信号を分配する。

【０１２４】アンテナ２３における電波の放射方向は、
全てのアンテナ２３について一斉に切り換えられる。そ
の際、各データラッチ回路２４ｂは、ビーム方向を切り
換えるためのタイミング信号に同期して、保持データを
入力データである制御信号に書き換え、保持データ（制
御信号）に基づき、移相器２４ｃが必要とするビットの
マイクロマシンスイッチに対して駆動電圧を一斉に印加
する。

【０１２５】マイクロマシンスイッチに駆動電圧が印加
されると、マイクロマシンスイッチは回路を閉じて、そ
のマイクロマシンスイッチが含まれるビットをオン状態
にする。そして、移相器２４ｃのどのビットがオン状態
になるかで、その移相器２４ｃの移相量が設定される。

【０１２６】各移相器２４ｃは、このようにして設定さ
れた移相量だけ高周波信号の位相を変え、各アンテナ２
３に給電する。そして、各アンテナ２３は、給電位相に
応じた位相の放射をし、その放射が等位相面が生成する
ことにより、この等位相面と垂直な方向に放射ビームを
形成する。

【０１２７】次に、図１４に係るフェーズドアレイアン
テナ装置の詳細な構造について説明する。図１５は、フ
ェーズドアレイアンテナ装置を示す分解斜視図である。
同図に示されるように、全体構成は多層構造となってい
る。すなわち、分配合成層Ｌ１と、誘電体層Ｌ２と、給
電用スロット層Ｌ３と、誘電体層Ｌ４と、放射素子と移
相器とＴＦＴ回路とからなる層（以下、移相回路層とい
う）Ｌ５と、誘電体層Ｌ６と、無給電素子層Ｌ７とがそ
れぞれ密着して張り合わされている。

【０１２８】各層は、フォトリソグラフィおよびエッチ
ング技術、および、接着技術等を利用して多層化されて
いる。例えば、無給電素子層Ｌ７および移相回路層Ｌ５
は、誘電体層Ｌ６の各面に形成された金属膜に対して、
フォトリソグラフィおよびエッチング技術を施して形成
される。給電用スロット層Ｌ３は、誘電体層Ｌ４の片面
に形成された金属膜に対して、フォトリソグラフィおよ
びエッチング技術を施すことによって形成される。

【０１２９】さて、無給電素子層Ｌ７には、複数の無給
電素子３２が形成されている。この無給電素子３２は、
アンテナの帯域を広げるために用いられ、誘電体層Ｌ６
を介して移相回路層Ｌ５の放射素子と電磁結合されてい
る。また、誘電体層Ｌ６には、比誘電率が２〜１０程度
の誘電体が用いられる。例えば、ガラスを用いれば製造
コストを低減させることができ、誘電体層のうちの少な
くとも一層にガラスを用いるのが望ましい。なお、製造
コストの問題を無視すれば、誘電体層Ｌ６に比誘電率の
高いアルミナや比誘電率の低い発泡材等の誘電体を使用
してもよい。

【０１３０】次いで、移相回路層Ｌ５には、図１２に示
されたアンテナ２３の一部と、移相回路２４と、アンテ
ナ２３に給電するためのストリップライン等が形成され
ている。

【０１３１】次いで、誘電体層Ｌ４は、アルミナ等の比
誘電率が３〜１２程度の誘電体で形成されている。次い
で、給電用スロット層Ｌ３は、導電性を有する金属によ
って形成され、給電用結合手段である給電用スロット３
０が複数形成されている。なお、給電用スロット層３０
は、誘電体層Ｌ４に適宜設けられたスルーホールを介し
て移相回路層Ｌ５と接続され、移相回路層Ｌ５の接地と
して機能する。

【０１３２】次いで、分配合成層Ｌ１には、複数の分配
合成器２２が形成されている。分配合成器２２は、給電
用スロット層Ｌ３に設けられた給電用スロット３０を介
して移相回路層Ｌ５と電磁的に結合されている。１個の
分配合成器２２と１個の給電用スロット３０とは、１個
の給電ユニットを構成し、各ユニットはマトリックス状
に配置されている。ただし、マトリックス状に配置され
ていないものも本発明に含まれる。

【０１３３】なお、放射素子３２は、マトリックス状に
配置されていてもよいし、単に２次元的に配列されてい
るだけでもよい。あるいは一方向に整列配置されていて
もよい。また、図１５では分配合成器２２と移相回路層
Ｌ５とが、給電用スロット層Ｌ３を介して電磁的に結合
されているが、分配合成器２２と移相回路層Ｌ５とが給
電ピン等の他の給電用結合手段で接続されている場合に
おいては、同一面に形成されていてもよい。

【０１３４】次に、図１５に示された移相回路層Ｌ５に
ついて詳細に説明する。図１６は、移相回路層Ｌ５の１
ユニットを示す平面図である。同図に示すようにガラス
基板等の誘電体層Ｌ６には、放射素子４１、移相器群４
０およびデータラッチ回路４６が形成されている。ただ
し、データラッチ回路４６は移相器４０ａ〜４０ｄの各
ビット毎に設けられている。

【０１３５】また、ストリップライン４２は、放射素子
４１から移相器群４０を介して、図１５に示された給電
用スロット３０に対応する位置まで配設されている。そ
して、放射素子４１としては、例えばパッチアンテナ、
プリンテッドダイポール、スロットアンテナ、アパーチ
ャ素子等が使用される。ストリップライン４２として
は、マイクロストリップ線路、トリプレート線路、コプ
レーナ線路、スロット線路等の分布定数線路が使用され
る。

【０１３６】また、図１６に示す移相器群４０は、全体
で４ビットの移相器を構成しており、すなわち４個の移
相器４０ａ，４０ｂ，４０ｃおよび４０ｄによって構成
されている。各移相器４０ａ〜４０ｄは、それぞれ給電
する位相を２２．５゜，４５゜，９０゜，１８０゜だけ
変化させることができ、ストリップラインとマイクロマ
シンスイッチとで構成されている。

【０１３７】ここで、移相器４０ａ〜４０ｃは、ストリ
ップライン４２と接地４３との間に接続された２個のス
トリップライン４４と、ストリップライン４４の途中に
接続されたマイクロマシンスイッチ４５とで構成されて
いる。これらの移相器は、ローデッドライン形移相器を
構成している。

【０１３８】一方、移相器４０ｄでは、ストリップライ
ン４２の途中に接続されたマイクロマシンスイッチ４５
ａと、コの字型のストリップライン４４ａと、ストリッ
プライン４４ａと接地４３との間に接続されたマイクロ
マシンスイッチ４５ａとで構成されている。この移相器
は、スイッチドライン形移相器を構成している。

【０１３９】一般に、移相量が小さい場合にはローデッ
ドライン形の方が良い特性が得られ、移相量が大きい場
合にはスイッチドライン形の方が良い特性が得られる。
そのため、２２．５゜，４５゜，９０゜の移相器として
ローデッドライン形を用い、１８０゜の移相器としてス
イッチドライン形を用いている。もちろん、移相器４０
ａ〜４０ｃに、スイッチドライン形を用いることも可能
である。

【０１４０】各移相器４０ａ〜４０ｄに含まれる２個の
マイクロマシンスイッチ（４５または４５ａ）は、その
近傍に配設されたデータラッチ回路４６に接続され、デ
ータラッチ回路４６が出力する駆動電圧によって同時に
動作する。このように、ストリップライン４２に流れる
高周波信号は、移相器群４０の働きにより、その給電位
相が変化させられる。

【０１４１】なお、データラッチ回路４６を、各マイク
ロマシンスイッチの近傍に配置する代わりに、複数のデ
ータラッチ回路を一カ所にまとめて配置し、そこから配
線を延ばして各マイクロマシンスイッチを駆動するよう
にしてもよい。また、１個のデータラッチ回路を複数の
異なるユニットのマイクロマシンスイッチに接続しても
よい。

【０１４２】図１７は、ローデッドライン形の移相器に
用いられたマイクロマシンスイッチ４５周辺を拡大した
平面図である。同図に示すように、２個のマイクロマシ
ンスイッチ４５は、２個のストリップライン４４に対し
て左右対称となるように配設されている。また、これら
マイクロマシンスイッチ４５は、図示しない１個のデー
タラッチ回路に接続され、データラッチ回路から同時に
駆動電圧（外部電圧）が供給される。もちろん、このマ
イクロマシンスイッチ４５としては、第１〜７の実施の
形態で述べたものを使用することができる。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、下部電極
と梁部材の一部（上部電極）との間に中間電極を有す
る。したがって、このような中間電極を設けたことによ
りスイッチを駆動する印加電圧を低減させることができ
る。例えば、接触電極と信号線とが４μｍのギャップを
もつ場合には、従来例の約２／３まで電圧を低減させる
ことができる。また、接触電極と信号線との距離を４μ
ｍ以下にするときには、印加電圧の低減の効果はさらに
増大し、従来例の１／２以下に抑えることも容易であ
る。

【０１４４】この中間電極は、従来の接触電極を作製す
るのと同時に作製することが可能であるため、スイッチ
作製プロセスに特に追加の工程を加える必要がなく、コ
ストの上昇が抑えられるという利点がある。そして、印
加電圧を低減できることから、上部電極と下部電極との
間の絶縁体膜に大きな電圧が印加されることを防ぐこと
ができ、特に高品質の絶縁体膜を作製する必要がなくな
り、スイッチ作製プロセスの選択性を広めることにつな
がる。したがって、従来この絶縁体膜の耐圧特性の限界
から発生していたデバイスの破壊を防止することができ
る。また、外部駆動回路で必要とされる電圧も低下し、
構成が簡略化されると同時に消費電力も低減した。

【０１４５】一方、下部電極を２個設けることにより、
同一寸法で下部電極を１個もつ構造と比較した場合、印
加電圧が高くなるものの絶縁体膜に電圧が印加されない
ため、低品質の絶縁体膜を使用したとしても絶縁破壊す
ることがなくなった。印加電圧の上昇は、デバイスの寸
法を増大させることによって補償することが可能であ
り、デバイス寸法が特に小さくする必要がないような応
用に採用することができる。そして、何よりも上部電極
の存在が必要でなくなり、下部電極に電圧を印加するだ
けでスイッチの駆動が可能となることから、スイッチの
配線が簡略化されるという著しい効果が生ずる。このた
め、配線にともなうコストの上昇、デバイス構造の複雑
化、長期信頼性の低下等の欠点が著しく改善される。

【０１４６】また、本発明に係るスイッチ作製プロセス
は、高い温度プロセスを利用できることから、次のよう
な効果が得られる １）梁部材等を構成する材料の選択が広がり、種々の導
体および半導体を利用することを可能とし、材料選択の
自由度を増大させる。 ２）高温度で作製された絶縁体膜の耐圧特性がすぐれて
いるためデバイスの電気特性が向上する。 ３）厚さ方向の自由度が増大したため、梁部材の幅を減
少することができ、スイッチの寸法を小さくすることが
可能となる。

【０１４７】以上の利点が生まれたために、本発明に係
るマイクロマシンスイッチは、個々ばらばらにして使用
する単純なスイッチに留まらず、大面積の基板上に数万
個のオーダで集積化することが要求されるフェーズドア
レイアンテナのような新たな応用を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 参考例１を示す平面図（ａ）およびそのＡ−
Ａ’線断面図（ｂ）である。

【図２】 図１に係るマイクロマシンスイッチの製造工
程を示す断面図である。

【図３】 図２の続きの製造工程を示す断面図である。

【図４】 本発明の第１の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＢ−Ｂ’線断面図（ｂ）である。

【図５】 図４に係るマイクロマシンスイッチの製造工
程を示す断面図である。

【図６】 図５の続きの製造工程を示す断面図である。

【図７】 本発明の第２の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＣ−Ｃ’線断面図（ｂ）である。

【図８】 参考例２を示す断面図である。

【図９】 参考例３を示す断面図である。

【図１０】 参考例４を示す断面図である。

【図１１】 本発明の第３の実施の形態を示す平面図
（ａ）およびそのＤ−Ｄ’線断面図（ｂ）である。

【図１２】 本発明の第４の実施の形態を示す平面図で
ある。

【図１３】 本発明の第５の実施の形態を示す平面図で
ある。

【図１４】 フェーズドアレイアンテナ装置（本発明の
第６の実施の形態）を示すブロック図である。

【図１５】 図１４に係るフェーズドアレイアンテナ装
置の詳細な構成を示す分解斜視図である。

【図１６】 図１５に係る移相回路を示す平面図であ
る。

【図１７】 図１６に係るマイクロマシンスイッチの周
辺を示す平面図である。

【図１８】 従来例を示す平面図（ａ）およびそのＥ−
Ｅ’線断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１…基板、２…アース板、３，３ａ…信号線、４，４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…下部電極、５…接触電極、６，
６ａ，６ｂ…絶縁性部材、７…支持部材、８…片持ちア
ーム、８ａ…シリコン層、８ｂ…酸化シリコン層、９…
上部電極、１０…補強部材、１１…基板、１２，１３…
パタン、１４…スイッチ本体部、１５…中間電極、１
６，１７…絶縁体膜、１８…埋め込み配線、２０…制御
装置、２１…給電部、２２…分配合成器、２３…アンテ
ナ、２４…移相回路、２４ａ…データ分配回路、２４ｂ
…データラッチ回路、２４ｃ…移相器、３０…給電用ス
ロット、３１…移相回路、３２…無給電素子、４０…移
相器群、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ…移相器、４
１…放射素子、４２…ストリップライン、４３…接地、
４４，４４ａ…ストリップライン、４５，４５ａ…マイ
クロマシンスイッチ、４６…データラッチ回路、Ｌ１…
分配合成層、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６…誘電体層、Ｌ３…給電
用スロット層、Ｌ５…移相回路層、Ｌ７…無給電素子
層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−370622（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−213191（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−149757（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−17300（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213803（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−54782（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−14490（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−251834（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−204013（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−2972（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−2973（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−509093（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 59/00

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた第１の信号線と、前
   記基板上に設けられかつ前記第１の信号線の端部から所
   定のギャップを隔てて端部の設けられた第２の信号線と
   の間の導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッチ
   において、 前記基板上に前記ギャップと近接して設けられた支持部
   材によって前記基板上に支持された可撓性の梁部材と、 この梁部材の前記基板側における少なくとも前記ギャッ
   プと対向する位置に設けられた接触電極と、 前記基板上に前記梁部材の一部と対向して設けられた下
   部電極と、 前記梁部材に前記下部電極と対向して設けられた中間電
   極とを備え、 前記梁部材は、前記支持部材との接続部分から少なくと
   も前記下部電極と対向する位置までの領域が導電性部材
   からなり、この導電性部材と前記接触電極までの領域が
   絶縁性部材のみからなることを特徴とするマイクロマシ
   ンスイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記導電性部材は、半導体材料よりなることを特徴とす
   るマイクロマシンスイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記半導体材料は、単結晶の半導体であることを特徴と
   するマイクロマシンスイッチ。
4. 【請求項４】 請求項２において、 前記半導体材料は、アモルファス半導体または多結晶半
   導体であることを特徴とするマイクロマシンスイッチ。
5. 【請求項５】 請求項１において、 前記支持部材と前記梁部材との接続部分は、その表面に
   おけるなす角が鈍角であることを特徴とするマイクロマ
   シンスイッチ。
6. 【請求項６】 請求項１において、 前記接触電極は、前記第１および第２の信号線と容量接
   続可能な絶縁体膜によって覆われていることを特徴とす
   るマイクロマシンスイッチ。
7. 【請求項７】 請求項１において、 前記基板は、ガラス基板またはセラミック基板であるこ
   とを特徴とするマイクロマシンスイッチ。
8. 【請求項８】 請求項１において、 前記基板は、ガリウムヒ素基板であることを特徴とする
   マイクロマシンスイッチ。
9. 【請求項９】 請求項１において、 前記中間電極は、前記梁部材を構成する前記導電性部材
   と電気的に短絡され、 前記梁部材を構成する前記導電性部材は、電気的に浮遊
   した状態にあることを特徴とするマイクロマシンスイッ
   チ。
10. 【請求項１０】 請求項１において、 前記下部電極は、前記梁部材を構成する前記導電性部材
    と向かい合う面積が互いに等しい複数の電極によって構
    成されていることを特徴とするマイクロマシンスイッ
    チ。
11. 【請求項１１】 請求項１において、 前記梁部材を構成する前記導電性部材の一部は、前記下
    部電極と向かい合う面積が互いに等しい複数の電極によ
    って構成されていることを特徴とするマイクロマシンス
    イッチ。
12. 【請求項１２】 請求項１において、 前記梁部材を構成する前記導電性部材の一部と前記下部
    電極との両者は、互いに向かい合う面積が等しい複数の
    電極によって構成されていることを特徴とするマイクロ
    マシンスイッチ。
13. 【請求項１３】 請求項１において、 前記マイクロマシンスイッチは、フェーズドアレイアン
    テナ装置に使用されることを特徴とするマイクロマシン
    スイッチ。
14. 【請求項１４】 基板上に設けられた第１の信号線と、
    前記基板上に設けられかつ前記第１の信号線の端部から
    所定のギャップを隔てて端部の設けられた第２の信号線
    との間の導通／非導通を制御するマイクロマシンスイッ
    チの製造方法において、 前記基板上に下部電極を形成する工程と、 所定の高さに可撓性を有する梁部材を備えた支持部材、
    前記梁部材に設けられた接触電極、および前記梁部材に
    設けられた中間電極からなる部材を、前記接触電極が前
    記ギャップと対向するとともに前記第１および第２の信
    号線と離間した状態で前記基板上に接着する工程とを有
    し、 前記梁部材は、前記支持部材との接続部分から少なくと
    も前記下部電極と対向する位置までの領域が導電性部材
    からなり、この導電性部材と前記接触電極までの領域が
    絶縁性部材のみからなることを特徴とするマイクロマシ
    ンスイッチの製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、 前記導電性部材を、半導体材料より形成することを特徴
    とするマイクロマシンスイッチの製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、 前記半導体材料を、単結晶の半導体とすることを特徴と
    するマイクロマシンスイッチの製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１５において、 前記半導体材料を、アモルファス半導体または多結晶半
    導体とすることを特徴とするマイクロマシンスイッチの
    製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１４において、 前記支持部材と前記梁部材との接続部分を、その表面に
    おけるなす角が鈍角となるように形成することを特徴と
    するマイクロマシンスイッチの製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１４において、 前記接触電極を、前記第１および第２の信号線と容量接
    続可能な絶縁体膜によって覆うことを特徴とするマイク
    ロマシンスイッチの製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１４において、 前記基板を、ガラス基板またはセラミック基板とするこ
    とを特徴とするマイクロマシンスイッチの製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項１４において、 前記基板を、ガリウムヒ素基板とすることを特徴とする
    マイクロマシンスイッチの製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項１４において、 前記中間電極を、前記梁部材を構成する前記導電性部材
    と電気的に短絡し、 前記梁部材を構成する前記導電性部材を、電気的に浮遊
    した状態にすることを特徴とするマイクロマシンスイッ
    チの製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項１４において、 前記下部電極を、前記梁部材を構成する前記導電性部材
    と向かい合う面積が互いに等しい複数の電極によって構
    成することを特徴とするマイクロマシンスイッチの製造
    方法。
24. 【請求項２４】 請求項１４において、 前記梁部材を構成する前記導電性部材の一部を、前記下
    部電極と向かい合う面積が互いに等しい複数の電極によ
    って構成することを特徴とするマイクロマシンスイッチ
    の製造方法。
25. 【請求項２５】 請求項１４において、 前記梁部材を構成する前記導電性部材の一部と前記下部
    電極との両者を、互いに向かい合う面積が等しい複数の
    電極によって構成することを特徴とするマイクロマシン
    スイッチの製造方法。