專(zhuān)利名稱(chēng)：包含用于驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器的電路的半導(dǎo)體集成電路、mems及靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用致動(dòng)器的微型機(jī)器或MEMS(Micro-Electo-Mechanical Systems微電機(jī)系統(tǒng))技術(shù)，例如，涉及利用包含靜電型致動(dòng)器的開(kāi)關(guān)、可變電容元件等的半導(dǎo)體集成電路，及靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
利用靜電型致動(dòng)器的MEMS開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，例如已被美國(guó)專(zhuān)利第5,578,976號(hào)說(shuō)明書(shū)公開(kāi)。為了使MEMS開(kāi)關(guān)成閉合狀態(tài)，在靜電型致動(dòng)器的上部電極和下部電極之間施加電位差，使這些電極間的靜電引力超過(guò)固定上部電極的梁的彈性力。通常，為了成閉合狀態(tài)，需要在上部電極和下部電極之間加上大于等于20V的電位差。以下，稱(chēng)該電位差的絕對(duì)值為電壓Vs。
在閉合狀態(tài)的MEMS開(kāi)關(guān)中，成為靜電型致動(dòng)器的上部電極和下部電極隔著絕緣膜接在一起的狀態(tài)。這時(shí)，由于上部電極和下部電極之間有大于等于20V的電位差，通過(guò)FN隧道或普爾-弗倫克爾機(jī)構(gòu)，電荷被注入到絕緣膜并被俘獲。把這一現(xiàn)象稱(chēng)為靜電型致動(dòng)器的介質(zhì)充電。
由于介質(zhì)充電而在絕緣膜中積累的電荷量十分大時(shí)，即使上部電極和下部電極之間的電位差是0V，絕緣膜中的電荷也被拉近上部電極，不能使開(kāi)關(guān)從閉合狀態(tài)變成斷開(kāi)狀態(tài)。把該現(xiàn)象稱(chēng)為由介質(zhì)充電引起的靜態(tài)阻力。
為了抑制靜態(tài)阻力，上部電極和下部電極間電壓的偏置方法記載在下面的G.M.Rebeiz所著的“RF MEMS Theory，Design，and Technology”(發(fā)表于Wiley-Interscience，2003，pp.190-191中)。該偏置方法的特點(diǎn)是以下三點(diǎn)。
(1)使保持電壓Vh比電壓Vs低。
(2)每次反轉(zhuǎn)給上部電極和下部電極的驅(qū)動(dòng)電壓的正負(fù)(雙極促動(dòng))。
(3)在開(kāi)關(guān)保持狀態(tài)，繼續(xù)施加振幅Vh的正負(fù)脈沖。
這里，所謂保持電壓Vh，是使處于斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)成閉合狀態(tài)后，為了保持該閉合狀態(tài)(保持狀態(tài))而需要的上部電極和下部電極間的電位差。由于上部電極和下部電極間的靜電引力與兩電極間距離的倒數(shù)平方成比例，所以保持電壓Vh可能比電壓Vs低。
使用包括上述(1)～(3)的三點(diǎn)的偏置方法，可能削減絕緣膜中俘獲的電荷量，但不能使其完全消失。原因是在提供正脈沖和負(fù)脈沖期間注入的電荷量不同。這是因?yàn)殡姾勺⑷霗C(jī)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)。因而，在保持狀態(tài)如果重復(fù)正電壓脈沖和負(fù)電壓脈沖的切換充分長(zhǎng)時(shí)間，則絕緣膜中的電荷量慢慢增加，最終產(chǎn)生靜態(tài)阻力。

發(fā)明內(nèi)容
從第1側(cè)面看的本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路具有具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的上述絕緣膜的靜電型致動(dòng)器；檢測(cè)上述靜電型致動(dòng)器的上述絕緣膜中積蓄的電荷量的檢測(cè)電路；存儲(chǔ)由上述檢測(cè)電路檢測(cè)的上述電荷量的檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)電路；以及根據(jù)上述存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)的上述檢測(cè)結(jié)果，使用于驅(qū)動(dòng)上述靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓變化的偏置電路。
從第2側(cè)面看的本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路具有具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的上述絕緣膜的靜電型致動(dòng)器；監(jiān)測(cè)上述靜電型致動(dòng)器中的用于使上述上部電極從隔著上述絕緣膜與上述下部電極側(cè)接觸的狀態(tài)離開(kāi)的拉出電壓的檢測(cè)電路；以及根據(jù)上述檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)的上述拉出電壓，決定驅(qū)動(dòng)上述靜電型致動(dòng)器時(shí)的基于上述上部電極和上述下部電極的對(duì)上述絕緣膜的電場(chǎng)方向的偏置電路。
從第3側(cè)面看的本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路具有具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的上述絕緣膜的靜電型致動(dòng)器；檢測(cè)上述靜電型致動(dòng)器的上述絕緣膜中積蓄的電荷量是否在預(yù)定的范圍內(nèi)的檢測(cè)電路；以及在檢測(cè)到上述絕緣膜積蓄的上述電荷量不在預(yù)定的范圍內(nèi)時(shí)，為了使上述電荷量包括在預(yù)定的范圍內(nèi)而在上述上部電極和上述下部電極之間施加驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)上述絕緣膜進(jìn)行電荷的注入和抽出之中任意一種的偏置電路。
從第4側(cè)面看的本發(fā)明的微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)具有具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的上述絕緣膜的靜電型致動(dòng)器，上述下部電極形成在基板上，上述上部電極被配置成與上述基板間存在空腔；在上述基板上形成與上述下部電極隔離的第1電極；在與上述下部電極之間隔著絕緣膜形成第2電極，上述第2電極被配置成與上述第1電極相對(duì)；以及在給上述靜電型致動(dòng)器的上部電極施加驅(qū)動(dòng)電壓期間將上述下部電極設(shè)為接地電壓，在給上述下部電極施加驅(qū)動(dòng)電壓期間將上述上部電極設(shè)為接地電壓的配置電路，通過(guò)用上述配置電路給上述上部電極和上述下部電極施加上述驅(qū)動(dòng)電壓及上述接地電壓，上述靜電型致動(dòng)器使上述第1電極和上述第2電極之間的距離變化。
從第5側(cè)面看的本發(fā)明靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法，是具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的上述絕緣膜的靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法，其特征是包括檢測(cè)電源投入及指令輸入之中的任意一種；在檢測(cè)到上述電源投入及指令輸入之中的任意一種時(shí)，檢測(cè)上述絕緣膜中積蓄的電荷量是否在預(yù)定的范圍內(nèi)；以及在檢測(cè)到上述絕緣膜中積蓄的電荷量不在預(yù)定的范圍內(nèi)時(shí)，為了使上述電荷量包括在預(yù)定的范圍內(nèi)而對(duì)上述絕緣膜進(jìn)行電荷的注入和抽出之中的任意一種。


圖1A是表示在靜電型致動(dòng)器中對(duì)上部電極施加電壓Vs、使下部電極為接地電壓時(shí)的CV特性的曲線(xiàn)(第1種電荷注入的情況)。
圖1B是表示在靜電型致動(dòng)器中對(duì)下部電極施加電壓Vs、使上部電極為接地電壓時(shí)的CV特性的曲線(xiàn)(第1種電荷注入的情況)。
圖1C是表示在靜電型致動(dòng)器中對(duì)上部電極施加電壓Vs、使下部電極為接地電壓時(shí)的CV特性的曲線(xiàn)(第2種電荷注入的情況)。
圖1D是表示在靜電型致動(dòng)器中對(duì)下部電極施加電壓Vs、使上部電極為接地電壓時(shí)的CV特性的曲線(xiàn)(第2種電荷注入的情況)。
圖1E是表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖2是把上述實(shí)施方式的靜電型致動(dòng)器適用于接觸型開(kāi)關(guān)的情況下的MEMS部分的剖面圖。
圖3是把上述實(shí)施方式的上述靜電型致動(dòng)器適用于可變電容元件的情況下的MEMS部分的剖面圖。
圖4是利用組合了上述實(shí)施方式的靜電型致動(dòng)器和靜電型以外的致動(dòng)器的混合型致動(dòng)器的MEMS部分的剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖6A是上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電荷積蓄量檢測(cè)電路的電路圖。
圖6B是圖6A表示的上述電荷積蓄量檢測(cè)電路的變形例的電路圖。
圖7是上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電壓生成電路的輸出電壓的電壓波形圖(模式1)。
圖8是上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電荷積蓄量檢測(cè)動(dòng)作時(shí)的電壓波形圖(模式1)。
圖9是上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電壓生成電路的輸出電壓的電壓波形圖(模式2)。
圖10是上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電荷積蓄量檢測(cè)動(dòng)作時(shí)的電壓波形圖(模式2)。
圖11A是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖(第1種電荷注入的情況)。
圖11B是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖(在第1種電荷注入中VmonL＝VmonH＝Vmon時(shí))。
圖11C是圖11B表示的半導(dǎo)體集成電路的連續(xù)動(dòng)作時(shí)施加在上部電極和下部電極的電壓波形圖。
圖11D是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖(第2種電荷注入的情況)。
圖11E是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖(在第2種電荷注入中VmonL＝VmonH＝Vmon的情況)。
圖12A是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的靜電型致動(dòng)器的CV特性的圖(模式1)。
圖12B是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的靜電型致動(dòng)器的CV特性的圖(模式2)。
圖13是上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的連續(xù)動(dòng)作時(shí)施加在上部電極和下部電極的電壓波形圖。
圖14是表示上述第1實(shí)施方式的變形例的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖15是上述第1實(shí)施方式的變形例的半導(dǎo)體集成電路的連續(xù)動(dòng)作時(shí)施加在上部電極和下部電極的電壓波形圖。
圖16A是作為施加在上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的上部電極和下部電極上的保持電壓的雙極性形狀的電壓波形圖。
圖16B是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電壓生成電路的輸出電壓的其他變形例的電壓波形圖。
圖17是上述本發(fā)明的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電荷積蓄量檢測(cè)電路的電路圖。
圖18是上述第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電荷積蓄量檢測(cè)電路的檢測(cè)動(dòng)作時(shí)的波形圖。
圖19是表示上述第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。
圖20A是本發(fā)明第3實(shí)施方式的電壓生成電路的輸出電壓的電壓波形圖。
圖20B是作為上述第3實(shí)施方式的電壓生成電路的第1變形例的輸出電壓的電壓波形圖。
圖20C是作為上述第3實(shí)施方式的電壓生成電路的第2變形例的輸出電壓的電壓波形圖。
圖20D是作為上述第3實(shí)施方式的電壓生成電路的第3變形例的輸出電壓的電壓波形圖。
圖21是表示上述第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。
圖22A是表示上述第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的絕緣膜中的電荷積蓄量的推移的示意圖。
圖22B是表示上述第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的絕緣膜中的電荷積蓄量的推移的示意圖。
圖23是表示本發(fā)明第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。
圖24是上述第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電壓生成電路的第1輸出波形圖。
圖25是上述第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的電壓生成電路的第2輸出波形圖。
圖26A是圖23中的模式3的電壓波形圖。
圖26B是圖23中的模式3的流程圖。
圖27A是圖23中的模式4的電壓波形圖。
圖27B是圖23中的模式4的流程圖。
圖28是表示本發(fā)明第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路具有的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膭?dòng)作的流程圖。
圖29是表示本發(fā)明第6實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路具有的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膭?dòng)作的流程圖。
圖30A是表示包含本發(fā)明第7實(shí)施方式的MEMS可變電容元件的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖30B是上述第7實(shí)施方式的上述MEMS可變電容元件的平面圖。
圖31A是表示包含本發(fā)明第8實(shí)施方式的MEMS開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖31B是上述第8實(shí)施方式的上述MEMS開(kāi)關(guān)的平面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。說(shuō)明時(shí)，關(guān)于全部附圖，對(duì)共同的部分賦予共同的參照符號(hào)。
通常，要驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器來(lái)使上部電極向下下降，即，使上部電極移動(dòng)到下部電極側(cè)從而使上部電極接觸到下部電極上的絕緣膜，有以下兩種方法。
(a)給上部電極施加電壓Vs，使下部電極為接地電壓。
(b)給下部電極施加電壓Vs，使上部電極為接地電壓。
如上述所示，在上部電極向下下降的狀態(tài)，由于給配置在下部電極上的絕緣膜加上高電場(chǎng)，產(chǎn)生介質(zhì)充電?？墒?，在上述的(a)和(b)中，由于施加到絕緣膜上的電場(chǎng)方向不同，所以注入絕緣膜中的電荷的符號(hào)也不同。例如，在采用氮化硅膜(SiN)和氧化硅膜(SiO2)的層疊膜作為絕緣膜的情況下，在(a)情況電子被注入絕緣膜，用于使上部電極離開(kāi)絕緣膜的拉出電壓降低。圖1A表示這時(shí)CV特性變化的樣子。這里，電壓“Vtop-Vbtm”是上部電極和下部電極間的電位差，電容容量Ces是在上部電極和下部電極間配置的絕緣膜的電容容量。另外，在(b)的情況下，CV特性如圖1B所示那樣變化。因而，如果Vs＞0，則無(wú)論何種情況，相對(duì)于電壓“Vtop-Vbtm”的絕對(duì)值，拉出電壓Vpo向降低的方向移動(dòng)。因而，在不改變電壓“Vtop-Vbtm”的符號(hào)仍舊繼續(xù)動(dòng)作時(shí)，最終產(chǎn)生靜態(tài)阻力。本發(fā)明實(shí)施方式的要點(diǎn)在于根據(jù)注入絕緣膜的電荷量分別使用上述(a)、(b)的偏置方法，防止靜態(tài)阻力引起的故障。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)根據(jù)注入絕緣膜的電荷量來(lái)改變上部電極和下部電極間的電場(chǎng)方向，把注入絕緣膜的電荷量保持在一定的范圍內(nèi)。
而且，施加到上述絕緣膜的電場(chǎng)方向和注入絕緣膜的電荷的符號(hào)，有可能因絕緣膜種類(lèi)、陷阱場(chǎng)所等而不同。但以下，假定CV特性主要如圖1A和1B所示那樣變化的情況來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。這樣，設(shè)把相對(duì)于電壓“Vtop-Vbtm”的絕對(duì)值拉出電壓Vpo向降低方向變動(dòng)的情況稱(chēng)為第1種電荷注入。可是很明顯，在CV特性如圖1C和1D所示那樣變化的情況下，即，在相對(duì)于電壓“Vtop-Vbtm”的絕對(duì)值拉出電壓Vpo向上升方向變動(dòng)的情況(稱(chēng)為第2種電荷注入)，也能應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式。在CV特性如圖1C和1D所示那樣變化的情況下，驅(qū)動(dòng)電壓上升，不吸合，即產(chǎn)生上部電極不與絕緣膜接觸這種故障。
圖1E是表示實(shí)現(xiàn)以下說(shuō)明的本發(fā)明第1實(shí)施方式～第6實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的圖。該半導(dǎo)體集成電路包括MEMS部10和電路部20。MEMS部10和電路部20也可以在同一的半導(dǎo)體芯片上形成，也可以分為各自的芯片。電路部20包含電荷積蓄量檢測(cè)電路21、存儲(chǔ)電路22、偏置電路23、控制器24。節(jié)點(diǎn)Ntop是連接偏置電路23和上部電極17之間的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)Nbot是連接偏置電路23和下部電極15之間的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)N1是連接電荷積蓄量檢測(cè)電路21和偏置電路23之間的節(jié)點(diǎn)。電荷積蓄量檢測(cè)電路21是檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的下部電極15上的絕緣膜16俘獲的電荷積蓄量的電路。電荷積蓄量檢測(cè)電路21的檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)于寄存器等存儲(chǔ)電路22。偏置電路23根據(jù)存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)的檢測(cè)結(jié)果(電荷積蓄量)，向下部電極15和上部電極17提供驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11的驅(qū)動(dòng)電壓(偏置電壓)。
以下，詳細(xì)敘述圖1E的MEMS部10。
MEMS部10包含著靜電型致動(dòng)器11。該MEMS部10有被半導(dǎo)體基板12上的簧片13固定了彈性構(gòu)件14的一端的結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體基板12和彈性構(gòu)件14之間設(shè)置有空腔30，半導(dǎo)體基板12上形成有下部電極15，在下部電極15上形成有覆蓋該下部電極15的絕緣膜16。在彈性構(gòu)件14的一個(gè)面上與下部電極15相對(duì)地形成有上部電極17。在具有這樣結(jié)構(gòu)的MEMS部10中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11，彈性構(gòu)件14的中央部以接近半導(dǎo)體基板12的方式變形，使上部電極17向下部電極15側(cè)移動(dòng)并且上部電極17與下部電極15上的絕緣膜16接觸。這樣，彈性構(gòu)件14和半導(dǎo)體基板12之間距離變化的機(jī)構(gòu)被用于開(kāi)關(guān)和可變電容元件中。
在圖1E中，作為MEMS部10僅示意地表示著靜電型致動(dòng)器11，但本發(fā)明適用于包含靜電型致動(dòng)器11的各式各樣器件，例如，開(kāi)關(guān)、可變電容元件等。
圖2是把靜電型致動(dòng)器應(yīng)用在接觸型開(kāi)關(guān)時(shí)的MEMS部分的剖面圖。用第1電極18和第2電極19構(gòu)成接觸型開(kāi)關(guān)。在半導(dǎo)體基板12上，鄰接下部電極15形成有第1電極18，在與第1電極18相對(duì)的彈性構(gòu)件14的一個(gè)面上，鄰接上部電極17形成有第2電極19。在具有這樣結(jié)構(gòu)的MEMS部中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11，上部電極17向下部電極15側(cè)移動(dòng)，使上部電極17與下部電極15上的絕緣膜16接觸。于是，第1電極18和第2電極19接觸而形成電連接，接觸型開(kāi)關(guān)成為閉合狀態(tài)。另一方面，在不驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11時(shí)，下部電極15和上部電極17之間形成空腔。因此，第1電極18和第2電極19成為非接觸，接觸型開(kāi)關(guān)成為斷開(kāi)狀態(tài)。
圖3是把靜電型致動(dòng)器應(yīng)用在可變電容元件時(shí)的MEMS部分的剖面圖。用第1電極18、第2電極19和配置在這些第1電極18和第2電極19之間的絕緣膜16構(gòu)成可變電容元件。在半導(dǎo)體基板12上，鄰接下部電極15形成有第1電極18，還配置有覆蓋該第1電極18的絕緣膜16。在與第1電極18相對(duì)的彈性構(gòu)件14的一個(gè)面上，鄰接上部電極17形成有第2電極19。在具有這樣的結(jié)構(gòu)的MEMS部中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11，上部電極17向下部電極15側(cè)移動(dòng)，使上部電極17與下部電極15上的絕緣膜16接觸。因此，第1電極18上的絕緣膜16和第2電極19接觸，可變電容元件成為具有第1電容的狀態(tài)。另一方面，在不驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11時(shí)，下部電極15和上部電極17之間形成空腔。因此，第1電極18上的絕緣膜16和第2電極19成為非接觸，可變電容元件成為具有比上述第1電容小的第2電容的狀態(tài)。
如圖4所示，本發(fā)明也能應(yīng)用于組合靜電型致動(dòng)器和靜電型以外的致動(dòng)器31的混合型致動(dòng)器中。作為除靜電型以外的致動(dòng)器，有壓電型、熱電型、電磁型等。采用混合型致動(dòng)器時(shí)，即采用除靜電型以外的致動(dòng)器31也能使上部電極17向下部電極15側(cè)移動(dòng)，所以能降低靜電型致動(dòng)器11的驅(qū)動(dòng)電壓。
說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路。
圖5是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的圖。如上述所示，該半導(dǎo)體集成電路包括MEMS部10和電路部20。MEMS部10包括具有電容Ces的靜電型致動(dòng)器11。電路部20具有電荷積蓄量檢測(cè)電路21、存儲(chǔ)電路22、偏置電路23、和控制器24。
偏置電路23包括電壓生成電路25和開(kāi)關(guān)元件SW1、SW2、SW3、SW4。通過(guò)這些開(kāi)關(guān)元件SW1、SW2、SW3、SW4的轉(zhuǎn)換，電壓生成電路25的輸出電壓被交替輸出到靜電型致動(dòng)器11的上部電極17(節(jié)點(diǎn)Ntop)或下部電極15(節(jié)點(diǎn)Nbot)。這時(shí)，向未連接電壓生成電路25的一方的上部電極17或下部電極15供給接地電壓(GND)。即，開(kāi)關(guān)元件SW1、SW4為閉合狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)元件SW2、SW3為斷開(kāi)狀態(tài)，相反，開(kāi)關(guān)元件SW1、SW4為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)元件SW2、SW3為閉合狀態(tài)。使哪個(gè)開(kāi)關(guān)元件為斷開(kāi)狀態(tài)或閉合狀態(tài)，可根據(jù)存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行。所謂上述數(shù)據(jù)，就是表示由電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)的絕緣膜16中的電荷積蓄量的數(shù)據(jù)。
圖6是電路部20內(nèi)的電荷積蓄量檢測(cè)電路21的電路圖。電容Ces是靜電型致動(dòng)器11的上部電極17和下部電極15之間的電容。設(shè)靜電型致動(dòng)器11的上部電極17向下下降的狀態(tài)的電容值為電容Cdown，設(shè)向上上升的狀態(tài)的電容值為Cup。電容Cdown比電容Cup大。固定電容Cref的值大致設(shè)定為電容Cup和電容Cdown的中間值(Cref(Cup+Cdown)/2)。
電荷積蓄量檢測(cè)電路21的連接關(guān)系如下。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件S5向上部電極17供給電壓生成電路25的輸出電壓Ves，向下部電極15供給接地電壓GND。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件S6向有固定電容Cref的電容器的一個(gè)電極供給輸出電壓Ves，向另一個(gè)電極供給接地電壓。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件S1向具有一定電容C1的第1電容器的一個(gè)電極供給一定電壓V1，向另一個(gè)電極供給接地電壓。同樣，通過(guò)開(kāi)關(guān)元件S2向具有一定電容C1的第2電容器的一個(gè)電極供給一定電壓V1，向另一個(gè)電極供給接地電壓。
上部電極17和開(kāi)關(guān)元件S5的連接點(diǎn)連接開(kāi)關(guān)元件S3的一端(節(jié)點(diǎn)N11)，開(kāi)關(guān)元件S3的另一端與比較器CP的正輸入端子連接，同時(shí)與第1電容器C1的一個(gè)電極和開(kāi)關(guān)元件S1的連接點(diǎn)連接。有固定電容Cref的電容器的一個(gè)電極和開(kāi)關(guān)元件S6的連接點(diǎn)連接開(kāi)關(guān)元件S4的一端(節(jié)點(diǎn)N12)，開(kāi)關(guān)元件S4的另一端與比較器CP的負(fù)輸入端子連接，同時(shí)第2電容器C1的一個(gè)電極和開(kāi)關(guān)元件S2的連接點(diǎn)連接。而且，基于輸入到比較器CP的正輸入端子和負(fù)輸入端子的電壓的比較結(jié)果的輸出電壓Vout從比較器CP的輸出端子輸出。如圖6B所示，圖6A表示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21也可以用配置了讀出放大器SA的電路來(lái)替換比較器CP。
在用各自的半導(dǎo)體芯片構(gòu)成MEMS部10和電路部20的情況下，希望固定電容Cref和MEMS部10形成在相同的芯片上。這是因?yàn)槿绻辉谙嗤男酒闲纬?，則寄生電容和寄生電阻的值不同，喪失電荷積蓄量的檢測(cè)動(dòng)作精度的緣故。一定的電壓V1是比后面敘述的電壓VmonH及VmonL高的電壓。
稱(chēng)向上部電極17供給電壓生成電路25的輸出電壓Ves的期間為模式1，稱(chēng)向下部電極15供給電壓生成電路25的輸出電壓Ves的期間為模式2。設(shè)拉出電壓由于介質(zhì)充電而在模式1下降，在模式2上升。
本實(shí)施方式中，每次電壓施加序列結(jié)束都監(jiān)測(cè)拉出電壓，并且轉(zhuǎn)換模式1和模式2，使得拉出電壓被限制在預(yù)定的范圍內(nèi)。這意味著把靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中俘獲的電荷量限制在合適的范圍。具體點(diǎn)說(shuō)，實(shí)施如下。
圖7是模式1的電壓生成電路25的輸出電壓Ves的電壓波形，圖8是模式1的電荷積蓄量檢測(cè)動(dòng)作時(shí)的電壓波形。圖9是模式2的電壓生成電路25的輸出電壓Ves的電壓波形，圖10是模式2的電荷積蓄量檢測(cè)動(dòng)作時(shí)的電壓波形。圖11A是表示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。
圖7、圖9的期間T1、T2是驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11的期間。如果詳細(xì)敘述，則期間T1是使上部電極17向下部電極15側(cè)移動(dòng)的期間，期間T2是使上部電極17在與絕緣膜16接觸的狀態(tài)下被保持的期間(保持期間)。期間T2的長(zhǎng)度根據(jù)用途、器件的使用狀況等而變化。在期間T1的介質(zhì)充電不那么多的情況下，也可以使期間T2的保持電壓Vh為電壓Vs1或電壓Vs2。期間T3分配給絕緣膜16中的電荷積蓄量的檢測(cè)動(dòng)作。期間T3設(shè)置成100nsec左右，與期間T1(20μs左右)及期間T2(1ms～1H左右)的期間相比，充分小。因而，幾乎沒(méi)有由于追加期間T3而引起的性能劣化。在期間T3中間，電壓生成電路25的輸出電壓Ves在模式1設(shè)定為電壓VmonL，在模式2設(shè)定為電壓VmonH。在圖8、圖10中，設(shè)開(kāi)關(guān)S1、S2、...、S6在電壓波形為“H”電平時(shí)成為閉合狀態(tài)。
如果繼續(xù)施加圖7所示的模式1的電壓波形，則如圖12A所示，拉出電壓Vpo慢慢下降?；陔姾煞e蓄量檢測(cè)電路21的電荷積蓄量的檢測(cè)動(dòng)作的結(jié)果，若拉出電壓Vpo比電壓VmonL高，此后還繼續(xù)模式1。另外，在拉出電壓Vpo比電壓VmonL低時(shí)，此后轉(zhuǎn)移到模式2。用于決定實(shí)行哪個(gè)模式的信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電路22中。即，若拉出電壓Vpo比電壓VmonL高，電荷積蓄量檢測(cè)電路21在存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第1數(shù)據(jù)，在拉出電壓Vpo比電壓VmonL低時(shí)，存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第2數(shù)據(jù)?？刂破?4在存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)有第1數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行模式1，在存儲(chǔ)有第2數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行模式2。
而且，拉出電壓Vpo和電壓VmonL的高低關(guān)系，能用圖6A所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)。節(jié)點(diǎn)11和節(jié)點(diǎn)12的電位差ΔV成為下列的式(1)。
ΔV＝C1(V1-VmonL)(Cref-Ces)/(C1+Ces)(C1+Cref)…(1)
因而，通過(guò)監(jiān)測(cè)圖6A的比較器CP的輸出電壓Vout，就知道電容Ces和電容Cref的大小，也可以知道拉出電壓Vpo和電壓VmonL的高低。
同樣，繼續(xù)施加模式2的電壓波形時(shí)，如圖12B所示，拉出電壓Vpo慢慢上升。若拉出電壓Vpo超過(guò)電壓VmonH，此后就轉(zhuǎn)移到模式1。即，若拉出電壓Vpo比電壓VmonH高(若絕對(duì)值小)，電荷積蓄量檢測(cè)電路21在存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第1數(shù)據(jù)，在拉出電壓Vpo比電壓VmonH低時(shí)(絕對(duì)值大時(shí))，存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第2數(shù)據(jù)?？刂破?4在存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)有第1數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行模式1，在存儲(chǔ)有第2數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行模式2。
以下，用圖11A所示的流程圖說(shuō)明模式1和模式2的動(dòng)作。在模式1，完成以下那樣的動(dòng)作。首先，用開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4設(shè)定電壓生成電路25的輸出目的地為上部電極17，用偏置電路23給上部電極17施加電壓Vs(期間T1)，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S1)。接著，用偏置電路23給上部電極17施加保持電壓Vh(期間T2)，使靜電型致動(dòng)器11成為保持狀態(tài)(步驟S2)。
用偏置電路23給上部電極17施加電壓VmonL(期間T3)，用圖6A所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中積蓄的電荷積蓄量(步驟S3)。檢測(cè)絕緣膜16中的電荷積蓄量是否比預(yù)定的電荷量大，即上部電極17和下部電極15之間的電容Ces是否比固定電容Cref大(步驟S4)。在電容Ces不比固定電容Cref大時(shí)，向步驟S1轉(zhuǎn)移，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11，再次重復(fù)步驟S2以后的處理。另一方面，在電容Ces比固定電容Cref大時(shí)，使存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第2數(shù)據(jù)，設(shè)定開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到下部電極15(步驟S5)。
然后，轉(zhuǎn)移到模式2，在模式2完成以下的動(dòng)作。用偏置電路23給下部電極15施加電壓Vs(期間T1)，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S6)。接著，用偏置電路23給下部電極15施加保持電壓Vh(期間T2)，使靜電型致動(dòng)器11成為保持狀態(tài)(步驟S7)。
用偏置電路23給下部電極15施加電壓VmonH(期間T3)，用圖6A所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中積蓄的電荷積蓄量(步驟S8)。檢測(cè)絕緣膜16的電荷積蓄量是否比規(guī)定的電荷量大，即檢測(cè)上部電極17和下部電極15之間的電容Ces是否比固定電容Cref大(步驟S9)。在電容Ces不比固定電容Cref大時(shí)，向步驟S6轉(zhuǎn)移，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11，再次重復(fù)步驟S7以后的處理。另一方面，在電容Ces比固定電容Cref大時(shí)，使存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第1數(shù)據(jù)，設(shè)定開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到上部電極17(步驟S10)，然后向模式1轉(zhuǎn)移。
圖13表示半導(dǎo)體集成電路的連續(xù)動(dòng)作時(shí)的上部電極電壓(Vtop)和下部電極電壓(Vbtm)的電位差。在圖13中，作為電壓振幅的大小的電壓Vs1和Vs2不一定必須相同。同樣，也可以在模式1、2改變保持電壓Vh。
如以上說(shuō)明的那樣，通過(guò)根據(jù)圖11A所示的流程圖使其動(dòng)作，在“Vtop-Vbtm”是正或負(fù)的情況下，能使拉出電壓Vpo的絕對(duì)值分別比電壓VmonL或電壓VmonH的絕對(duì)值大。這相當(dāng)于測(cè)定靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中的電荷量，在不產(chǎn)生靜態(tài)阻力等的故障的這個(gè)范圍內(nèi)控制絕緣膜16中的電荷量。因此，即使在保持狀態(tài)保持靜電型致動(dòng)器11充分長(zhǎng)時(shí)間，也能提供包括不產(chǎn)生靜態(tài)阻力的靜電型致動(dòng)器11的集成電路。之所以使電壓VmonL、電壓VmonH為不同的值是因?yàn)樵O(shè)想了用于防止靜態(tài)阻力的拉出電壓Vpo的邊界根據(jù)電場(chǎng)方向而不同的情況。而且，根據(jù)絕緣膜16的種類(lèi)，有時(shí)也可以看作上述邊界與電場(chǎng)方向無(wú)關(guān)。這時(shí)，使電壓VmonL、電壓VmonH為相同值，即，可以使VmonL＝VmonH＝Vmon。圖11B表示這時(shí)的流程圖，圖11C表示連續(xù)動(dòng)作時(shí)的樣子。本發(fā)明的實(shí)施方式，其特征是根據(jù)拉出電壓Vpo的值，決定上部電極17和下部電極15間的電場(chǎng)方向。拉出電壓Vpo根據(jù)某監(jiān)測(cè)電壓的電容值判定。
而且，在把上述第2種電荷注入適用于本發(fā)明的實(shí)施方式的情況下，采用圖11D所示的流程即可。這時(shí)的電壓VmonL、電壓VmonH的值考慮到邊界來(lái)決定，以便不發(fā)生沒(méi)有吸合的故障。在第2種電荷注入的情況下，在也可以看作上述邊界與電場(chǎng)方向無(wú)關(guān)的情況下，使VmonL＝VmonH＝Vmon。圖11E表示這時(shí)的流程圖。
下面，說(shuō)明第1實(shí)施方式的變形例的半導(dǎo)體集成電路。
圖14是表示第1實(shí)施方式的變形例的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的圖。第1實(shí)施方式中用圖5所示的開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4，把電壓生成電路25的輸出電壓的輸出目的地轉(zhuǎn)換到上部電極17或下部電極15。與此相反，如圖14所示，第1實(shí)施方式的變形例中沒(méi)有轉(zhuǎn)換電壓生成電路25的輸出電壓的輸出目的地用的開(kāi)關(guān)元件，電壓生成電路25向上部電極17輸出正或負(fù)的輸出電壓，向下部電極15供給接地電壓GND。這時(shí)，圖15表示在上部電極17或下部電極15之間施加的施加電壓波形。關(guān)于其他的結(jié)構(gòu)和效果，和第1實(shí)施方式相同。該變形例，輸出電壓生成電路25的輸出電壓總是提供給上部電極17，但與此相反，輸出電壓生成電路25的輸出電壓也可以總是提供給下部電極15。
如圖17所示，就上述第1實(shí)施方式及其變形例來(lái)說(shuō)，在模式1的期間T2施加一定的保持電壓Vh，但如圖16A所示，也可以施加雙極狀的電壓波形。所謂雙極狀的電壓波形，就是在某一定期間(脈沖寬度)正的保持電壓(Vh)和負(fù)的保持電壓(-Vh)相互交替轉(zhuǎn)換的波形。
雖然用這樣的雙極狀的電壓波形不能完全消除介質(zhì)充電，但能降低絕緣膜16中的電荷積蓄量。在靜電型致動(dòng)器11的保持期間很長(zhǎng)，而且保持期間內(nèi)的介質(zhì)充電不能忽視的情況下，施加這樣的偏置波形、即雙極狀的電壓波形是有效的。這里，作為雙極狀的電壓波形，表示的是具有相同脈沖寬度及振幅的正或負(fù)的保持電壓交替轉(zhuǎn)換的波形，但不限于這點(diǎn)，也可以使用交替轉(zhuǎn)換具有相同脈沖寬度并且振幅緩慢變化的正或負(fù)的電壓波形(參照?qǐng)D20B的模式2)、或交替轉(zhuǎn)換具有相同振幅并且脈沖寬度緩慢變化的正或負(fù)的電壓的波形(參照?qǐng)D20C的模式2)、交替轉(zhuǎn)換振幅及脈沖寬度雙方緩慢變化的正或負(fù)的電壓的波形(參照?qǐng)D20D的模式2)等。上述的第1實(shí)施方式及變形例監(jiān)測(cè)拉出電壓Vpo，進(jìn)行靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，使拉出電壓Vpo被限制在預(yù)定的范圍內(nèi)，但也可以監(jiān)測(cè)吸合電壓來(lái)代替拉出電壓Vpo，以使吸合電壓被限制在預(yù)定的范圍內(nèi)的方式進(jìn)行靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)。圖16B是這時(shí)的電壓生成電路25的輸出電壓的電壓波形。如圖16B所示，吸合電壓的監(jiān)視在電壓施加序列的開(kāi)始期間T0實(shí)施。即，通過(guò)判定由在該期間T0施加的輸出電壓Vmo是否產(chǎn)生靜電型致動(dòng)器的吸合，能檢測(cè)絕緣膜16中積蓄的電荷積蓄量。
下面，說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路。和上述第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同的部分賦予相同的符號(hào)。
第1實(shí)施方式通過(guò)用圖6A所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)規(guī)定電壓的電容值，監(jiān)測(cè)到絕緣膜16中的電荷積蓄量。但電荷積蓄量檢測(cè)電路21的電路結(jié)構(gòu)也有除此以外的。第2實(shí)施方式說(shuō)明除了第1實(shí)施方式使用的電荷積蓄量檢測(cè)電路21的其他電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是第2實(shí)施方式的電荷積蓄量檢測(cè)電路的電路圖。圖18是電荷積蓄量檢測(cè)電路的檢測(cè)動(dòng)作時(shí)的波形。圖19是表示第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。
用偏置電路23給上部電極17施加電壓Vs，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S21)。接著，用偏置電路23給上部電極17施加保持電壓Vh，使靜電型致動(dòng)器11成為保持狀態(tài)(步驟S22)。而且，用圖17所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中積蓄的電荷積蓄量(步驟S23)。根據(jù)絕緣膜16中積蓄的電荷積蓄量，檢測(cè)電壓VN23是否比電壓VrefL高，而且是否比電壓VrefH低(步驟S24)。在VrefL＜VN23＜VrefH成立時(shí)，向步驟S21轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S21以后的處理。另一方面，在VrefL＜VN23＜VrefH不成立時(shí)，將第2數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)電路22，設(shè)定開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到下部電極15(步驟S25)，然后向步驟21轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S21以后的處理。
在第2實(shí)施方式中，在電荷積蓄量的檢測(cè)模式中，使靜電型致動(dòng)器11的施加電壓從保持電壓Vh開(kāi)始緩慢下降。若采用利用了如圖17所示那樣的電流源I的電路，就能實(shí)現(xiàn)保持電壓Vh的線(xiàn)性電壓下降。節(jié)點(diǎn)21的電壓下降，達(dá)到拉出電壓Vpo時(shí)，上部電極17上升，電容Ces下降。在節(jié)點(diǎn)21的電荷量保持一定的狀態(tài)下電容Ces變小時(shí)，節(jié)點(diǎn)21的電壓上升。用比較器CP1檢測(cè)出該節(jié)點(diǎn)21的電壓上升部分。實(shí)際上，從節(jié)點(diǎn)21來(lái)說(shuō)有電流源電路引起的電壓下降，但其效果十分小，達(dá)不到能抑制節(jié)點(diǎn)21的電壓上升的大小。
把電容Cref1的值設(shè)成和電容Cdown相同的程度，若使來(lái)自節(jié)點(diǎn)21的放電開(kāi)始比從節(jié)點(diǎn)22來(lái)的放電開(kāi)始早，則如圖18所示，在電容Ces的值變化時(shí)，能使比較器CP1的輸出電壓Vout1反轉(zhuǎn)。接受該輸出電壓Vout的反轉(zhuǎn)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)S16，阻止從節(jié)點(diǎn)N23來(lái)的放電。這時(shí)節(jié)點(diǎn)N23的電壓VN23反映靜電型致動(dòng)器11的拉出電壓Vpo。即，電壓VN23的高低對(duì)應(yīng)拉出電壓Vpo的高低。因而，能從電壓VN23求出絕緣膜16中的電荷積蓄量。若設(shè)對(duì)應(yīng)不發(fā)生故障的絕緣膜16中電荷積蓄量的電壓VN23的下限和上限分別為電壓VrefL和電壓VrefH，用圖17、圖19所示的電路和流程圖就能使絕緣膜16的電荷積蓄量保持合適的值。關(guān)于其他的結(jié)構(gòu)和效果，都和上述第1實(shí)施方式相同。
下面，說(shuō)明本發(fā)明第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路。和上述第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同的部分都賦予相同的符號(hào)。
在第1實(shí)施方式中，在模式1和模式2的最后實(shí)施電荷積蓄量的檢測(cè)動(dòng)作，在超過(guò)判定基準(zhǔn)的情況下，反轉(zhuǎn)在上部電極和下部電極間施加的電壓。與此相反，在第3實(shí)施方式中，在超過(guò)判定基準(zhǔn)的情況下，集中進(jìn)行抽出絕緣膜16中電荷的動(dòng)作。
圖20A表示第3實(shí)施方式的電壓生成電路25的輸出電壓Ves的電壓波形。在該第3實(shí)施方式中，模式2被分配從絕緣膜16抽出電荷的專(zhuān)用動(dòng)作。即，在模式2中，不施加保持電壓Vh而是只對(duì)施加電壓Vs2和施加電壓VmonH引起的電荷積蓄量施行檢測(cè)動(dòng)作。重復(fù)施加電壓Vs2和電壓VmonH直到拉出電壓Vpo達(dá)到電壓VmonH。圖21是表示第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。
在模式1中，完成以下那樣的動(dòng)作。首先，用開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4設(shè)定電壓生成電路25的輸出目的地為上部電極17，用偏置電路23給上部電極17施加電壓Vs(期間T1)，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S31)。接著，用偏置電路23給上部電極17施加保持電壓Vh(期間T2)，使靜電型致動(dòng)器11成為保持狀態(tài)(步驟S32)。
用偏置電路23給上部電極17施加電壓VmonL(期間T3)，用圖6A所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中所積蓄的電荷積蓄量(步驟S33)。檢測(cè)絕緣膜16的電荷積蓄量是否比規(guī)定的電荷量大，即上部電極17和下部電極15之間的電容Ces是否比固定電容Cref大(步驟S34)。當(dāng)電容Ces比固定電容Cref大時(shí)，向步驟S31轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S31以后的處理。另一方面，當(dāng)電容Ces不比固定電容Cref大時(shí)，使存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第2數(shù)據(jù)，并設(shè)定開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到下部電極15(步驟S35)。
然后，向模式2轉(zhuǎn)移，完成以下的動(dòng)作。用偏置電路23給下部電極15施加電壓Vs(期間T1)，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S36)。接著，用偏置電路23給下部電極15施加電壓VmonH(期間T3)，用圖6A所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中所積蓄的電荷積蓄量(步驟S37)。檢測(cè)絕緣膜16中的電荷積蓄量是否比規(guī)定的電荷量大，即上部電極17和下部電極15之間的電容Ces是否比固定電容Cref大(步驟S38)。當(dāng)電容Ces比固定電容Cref大時(shí)，向步驟S36轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟36以后的處理。另一方面，在電容Ces不比固定電容Cref大時(shí)，使存儲(chǔ)電路22存儲(chǔ)第1數(shù)據(jù)，并設(shè)定開(kāi)關(guān)元件SW1～SW4，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到上部電極17(步驟S39)。然后，轉(zhuǎn)移到模式1。以和第1實(shí)施方式相同的理由，也可以使VmonL＝VmonH＝Vmon。
為了明確和第1實(shí)施方式的差別，圖22A是表示第3實(shí)施方式的絕緣膜16中的電荷積蓄量的推移的示意圖，圖22B是表示第1實(shí)施方式的絕緣膜16中的電荷積蓄量的推移的示意圖。電荷量Qmax和電荷量Qmin是不發(fā)生故障的電荷積蓄量的最大值和最小值。即，能夠使靜電型致動(dòng)器11不產(chǎn)生靜態(tài)阻力以保持電壓進(jìn)行吸合的絕緣膜16中電荷積蓄量的最大值和最小值。在第3實(shí)施方式中，絕緣膜16中的電荷積蓄量急劇減少，但在第1實(shí)施方式中絕緣膜16中的電荷積蓄量緩慢減少。
圖20A和圖21對(duì)應(yīng)于采用圖6A或圖6B所示的電路作為電荷積蓄量檢測(cè)電路的情況下，用第2實(shí)施方式敘述過(guò)的圖17的電荷積蓄量檢測(cè)電路也能實(shí)現(xiàn)第3實(shí)施方式。另外，也可以交換圖20A的模式1和模式2的任務(wù)。即，也可以從模式1除去施加保持電壓Vh的期間，設(shè)模式1為把絕緣膜16中的電荷量返回到模式2的初始值用的專(zhuān)用動(dòng)作，在模式2施加保持電壓Vh。也可以如圖20B所示使模式2的電壓Vs2的電壓振幅變化，也可以如圖20C所示使模式2的電壓Vs2的脈沖寬度變化。進(jìn)而也可以如圖20D所示使模式2的電壓Vs2的電壓振幅和脈沖寬度雙方變化。由此，從絕緣膜16的電荷抽出量的控制變得容易起來(lái)，能抑制過(guò)剩抽出電荷的故障。如圖20B、圖20C、圖20D表示的使電壓Vs的電壓振幅或脈沖寬度，或雙方都變化的方法也能應(yīng)用于除該第3實(shí)施方式以外的實(shí)施方式。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路。和上述第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同的部分都賦予相同的符號(hào)。
在上述第1～第3實(shí)施方式中，假定了保持期間的介質(zhì)充電十分小的情況。然而，在保持期間十分長(zhǎng)的情況和采用容易俘獲電荷的絕緣膜的情況下，保持期間中的介質(zhì)充電不能忽視。在這樣的情況下，在保持期間結(jié)束后有可能產(chǎn)生靜態(tài)阻力。與此相反，也有可能產(chǎn)生用保持電壓不能吸合、即用保持電壓不能保持保持狀態(tài)的現(xiàn)象。該第4實(shí)施方式中對(duì)能處理這種情況的上部電極和下部電極間的偏置方法進(jìn)行說(shuō)明。
圖23是表示第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作的流程圖。圖24及圖25是第4實(shí)施方式的電壓生成電路25的輸出波形圖。
首先，用偏置電路23給上部電極17施加電壓Vs(期間T1)，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11。接著，用偏置電路23給上部電極17施加保持電壓Vh(期間T2)，使靜電型致動(dòng)器11成為保持狀態(tài)。進(jìn)而，用偏置電路23給上部電極17施加電壓VmonL(期間T3)(步驟S41)。檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比電壓VmonL高(步驟S42)。拉出電壓Vpo比電壓VmonL高時(shí)，向步驟S41轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S41以后的處理。
另一方面，在步驟S42中，拉出電壓Vpo不比電壓VmonL高時(shí)，檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比0V高(步驟S43)。拉出電壓Vpo不比0V高時(shí)，執(zhí)行模式3后(步驟S44)，向步驟S41轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S41以后的處理。
在步驟S43中，拉出電壓Vpo比0V高時(shí)，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到下部電極15(步驟S45)。接著，用偏置電路23給下部電極15施加電壓Vs(期間T1)，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S46)。而且，用偏置電路23給下部電極15施加保持電壓Vh(期間T5)，檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比保持電壓Vh低(步驟S47)。在拉出電壓Vpo不比保持電壓Vh低時(shí)，執(zhí)行模式4后(步驟S48)向步驟S46轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S46以后的處理。
另外，在步驟S47中，在拉出電壓Vpo比保持電壓Vh低時(shí)，用偏置電路23給下部電極15照原樣施加保持電壓Vh(期間T2)，若經(jīng)過(guò)了保持期間，用偏置電路23給下部電極15施加電壓VmonH(期間T3)(步驟S49)。然后，檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比電壓VmonH低(步驟S50)。拉出電壓Vpo比電壓VmonH低時(shí)，向步驟S46轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S46以后的處理。另一方面，拉出電壓Vpo不比電壓VmonH低時(shí)，把電壓生成電路25的輸出目的地轉(zhuǎn)換到上部電極17(步驟S51)，向步驟S41轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S41以后的處理。
圖26A和圖26B表示圖23中的模式3的電壓波形和流程圖。
在模式3完成以下的動(dòng)作。首先，用偏置電路23給下部電極15施加電壓Vs。接著，用偏置電路23給下部電極15施加電壓VmonH(步驟S61)。然后，檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比電壓VmonH高(步驟S62)。拉出電壓Vpo不比電壓VmonH高時(shí)，向步驟S61轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S61以后的處理。另一方面，拉出電壓Vpo比電壓VmonH高時(shí)，結(jié)束模式3的處理。
圖27A和圖27B表示圖23中的模式4的電壓波形和流程圖。
在模式4完成以下的動(dòng)作。首先，用偏置電路23給上部電極17施加電壓Vs。接著，用偏置電路23給上部電極17施加電壓VmonL(步驟S71)。然后，檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比電壓VmonL低(步驟S72)。拉出電壓Vpo不比電壓VmonL低時(shí)，向步驟S71轉(zhuǎn)移，重復(fù)步驟S71以后的處理。另外，拉出電壓Vpo比電壓VmonL低時(shí)，結(jié)束模式4的處理。
該第4實(shí)施方式和上述實(shí)施方式同樣，在比較拉出電壓Vpo和電壓VmonL的高低后，在判明了電壓Vpo≤電壓VmonL的情況下，繼續(xù)比較拉出電壓Vpo和0V的高低。該比較是為了判別靜電型致動(dòng)器11是否產(chǎn)生靜態(tài)阻力而實(shí)施的。拉出電壓Vpo小于等于0V時(shí)，判定產(chǎn)生靜態(tài)阻力，執(zhí)行模式3。在模式3中，施加圖26所示的電壓波形，進(jìn)行圖26B所示的動(dòng)作。因此，使拉出電壓Vpo比電壓VmonH高，解除靜態(tài)阻力。步驟S42、S43所示的比較動(dòng)作，用上述實(shí)施方式的電荷積蓄量檢測(cè)電路21就能實(shí)現(xiàn)，步驟S42的比較動(dòng)作在圖24中的期間T3實(shí)施，步驟S43的比較動(dòng)作在圖24中的期間T4實(shí)施。
另一方面，在產(chǎn)生不能用保持電壓Vh保持保持狀態(tài)的故障的情況下，給上部電極17和下部電極15之間施加圖27A所示的電壓波形，進(jìn)行圖27B所示的動(dòng)作。由此，使拉出電壓Vpo比電壓VmonL低。靜電型致動(dòng)器11是否用保持電壓Vh保持保持狀態(tài)，在圖25中的期間T5進(jìn)行檢測(cè)。而且在模式3，也可以采用使拉出電壓Vpo上升到電壓VmonL的電壓電平以后，使施加在上部電極17和下部電極15之間的電場(chǎng)反轉(zhuǎn)的流程。以和第1實(shí)施方式同樣的理由，也可以使VmonL＝VmonH＝Vmon。
下面，說(shuō)明本發(fā)明第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路具有的靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法。和上述第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同的部分賦予相同的符號(hào)。
剛給半導(dǎo)體集成電路投入電源后，不知道絕緣膜16積蓄的電荷積蓄量是哪種程度。在這樣的情況下，如果有檢驗(yàn)拉出電壓Vpo是否被限制在合適范圍內(nèi)的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ骄蜁?huì)很方便。第5實(shí)施方式敘述該檢驗(yàn)?zāi)Ｊ健?br> 圖28是表示第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路具有的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膭?dòng)作的流程圖。用圖6A或圖17所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路21監(jiān)測(cè)拉出電壓Vpo，在沒(méi)有被限制在合適范圍內(nèi)的情況下，實(shí)行上述模式3或模式4，把拉出電壓Vpo限制在合適范圍內(nèi)。以下，詳細(xì)敘述檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膭?dòng)作。
如果投入電源或輸入指令(步驟S81)，則用電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比保持電壓Vh低(步驟S82)。在拉出電壓Vpo不比保持電壓Vh低時(shí)，向模式4轉(zhuǎn)移(步驟S83)。另一方面，拉出電壓Vpo比保持電壓Vh低時(shí)，用電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)拉出電壓Vpo是否比0V高(步驟S84)。拉出電壓Vpo不比0V高時(shí)，向模式3轉(zhuǎn)移(步驟S85)。另一方面，拉出電壓Vpo比0V高時(shí)，使拉出電壓Vpo被限制在合適范圍內(nèi)，結(jié)束檢驗(yàn)?zāi)Ｊ健?br> 這里，監(jiān)測(cè)拉出電壓Vpo并進(jìn)行了調(diào)整使拉出電壓Vpo被限制在合適范圍內(nèi)，但也可以代替拉出電壓Vpo而監(jiān)測(cè)吸合電壓并進(jìn)行調(diào)整，使吸合電壓被限制在合適范圍內(nèi)。檢驗(yàn)?zāi)Ｊ揭部梢栽O(shè)為接受電源投入的檢測(cè)信號(hào)，在電源投入后自動(dòng)執(zhí)行，也可以設(shè)為接受控制器來(lái)的指令，執(zhí)行檢驗(yàn)?zāi)Ｊ健?br> 不具有非易失性存儲(chǔ)器的半導(dǎo)體集成電路(系統(tǒng))在關(guān)斷電源時(shí)，存儲(chǔ)著上部電極和下部電極間的施加電場(chǎng)方向的存儲(chǔ)電路22，例如寄存器的數(shù)據(jù)消失。因而，在電源投入時(shí)，需要決定存儲(chǔ)施加電場(chǎng)方向的寄存器的數(shù)據(jù)。第6實(shí)施方式是關(guān)于該數(shù)據(jù)決定方式的實(shí)施方式。
圖29是表示第6實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路具有的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膭?dòng)作的流程圖。
電源投入(步驟S91)后，接受通電復(fù)位電路的輸出信號(hào)，設(shè)寄存器的數(shù)據(jù)為已決定的數(shù)據(jù)值，例如第1數(shù)據(jù)(步驟S92)。然后，驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器11(步驟S93)，使其成為保持狀態(tài)(步驟S94)。然后，用電荷積蓄量檢測(cè)電路21檢測(cè)靜電型致動(dòng)器11的絕緣膜16中積蓄的電荷積蓄量(步驟S95)。通常動(dòng)作時(shí)，用戶(hù)決定保持動(dòng)作的時(shí)間，但這種情況下，只在預(yù)先決定的期間Tph保持。由于期間Tph不必要是長(zhǎng)的期間，例如，這里設(shè)為1msec。電荷積蓄量檢測(cè)動(dòng)作的結(jié)果，由于給寄存器裝入與絕緣膜16中的電荷積蓄量相應(yīng)的數(shù)據(jù)值，所以能控制此后的步驟S96、步驟S97動(dòng)作中的故障的產(chǎn)生。
第7實(shí)施方式作為利用靜電型致動(dòng)器的器件，說(shuō)明具體適用于可變電容元件(MEMS可變電容元件)的例子。
圖30A是表示包括第7實(shí)施方式的MEMS可變電容元件的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的圖，圖30B是上述MEMS可變電容元件40的平面圖。上述MEMS可變電容元件40的結(jié)構(gòu)為以下那樣構(gòu)成。在半導(dǎo)體基板12上配置的固定器13固定著驅(qū)動(dòng)用上部電極17。在半導(dǎo)體基板12上形成驅(qū)動(dòng)用下部電極15和RF用下部電極18A、18B，RF用下部電極18A、18B被配置在驅(qū)動(dòng)用下部電極15之間。在驅(qū)動(dòng)用下部電極15上形成覆蓋驅(qū)動(dòng)用下部電極15的絕緣膜16，在RF用下部電極18A、18B上形成覆蓋RF用下部電極18A、18B的絕緣膜42。用這些RF用下部電極18A、18B、RF用上部電極19及絕緣膜42構(gòu)成可變電容元件。在RF用上部電極19和驅(qū)動(dòng)用上部電極17之間插入絕緣體41，使RF用上部電極19和驅(qū)動(dòng)用上部電極17電絕緣。
RF用下部電極18A、18B被配置成與RF用上部電極19相對(duì)，并在RF用上部電極19的下方被切斷，如圖30B所示，構(gòu)成RF用下部電極18A、18B。RF用下部電極18A與端口1連接，RF用下部電極18B與端口2分別連接。因而，通過(guò)使用由驅(qū)動(dòng)用上部電極17和驅(qū)動(dòng)用下部電極15構(gòu)成的靜電致動(dòng)器，改變RF用上部電極19和RF用下部電極18A、18B之間的距離，能使端口1、2之間的電容值可變。
該實(shí)施方式的特征是根據(jù)絕緣膜16中的電荷量改變電壓“Vtop-Vbtm”的符號(hào)。實(shí)現(xiàn)其的一例，是總是設(shè)施加到驅(qū)動(dòng)用上部電極17的電壓Vtop為0V，給加到驅(qū)動(dòng)用下部電極15的電壓Vbtm施加正或負(fù)的電壓的方式。而且，這種情況下，需要生成正負(fù)的高電壓的電路。為了制作這樣的電路，需要加工方面的成本。因而，優(yōu)選在給電壓Vtop提供正的高電壓的情況下使電壓Vbtm為0V，在給電壓Vbtm提供正的高電壓的情況下使電壓Vtop為0V的方法，改變驅(qū)動(dòng)用上部電極17和驅(qū)動(dòng)用下部電極15之間的電場(chǎng)方向。
但是這種情況下，MEMS可變電容元件40的RF用上部電極19和驅(qū)動(dòng)用上部電極17不能電連接。這是因?yàn)椴幌Ｍ鸕F用上部電極19的電壓隨著驅(qū)動(dòng)電極部(驅(qū)動(dòng)用上部電極17和驅(qū)動(dòng)用下部電極15)的電場(chǎng)方向而變化。因此如圖30A所示那樣，在RF用上部電極19和驅(qū)動(dòng)用上部電極17之間插入絕緣體41，使RF用上部電極19和驅(qū)動(dòng)用上部電極17之間電絕緣。形成這樣的結(jié)構(gòu)，也有驅(qū)動(dòng)電極部的噪音不會(huì)傳遞到RF用電極部的效果。
第8實(shí)施方式說(shuō)明作為利用靜電型致動(dòng)器的器件，把本發(fā)明具體適用于可變電容元件(MEMS開(kāi)關(guān))的例子。
圖31A是表示包括第8實(shí)施方式的MEMS開(kāi)關(guān)50的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的圖，圖31B是上述MEMS開(kāi)關(guān)50的平面圖。上述MEMS可變電容元件40是在RF用下部電極18A、18B上形成了絕緣膜42，但MEMS開(kāi)關(guān)50不在RF用下部電極18上形成絕緣膜，所以RF用上部電極19下降到下方時(shí)，RF用上部電極19和RF用下部電極18電接觸。因此，通過(guò)使用由驅(qū)動(dòng)用上部電極17和驅(qū)動(dòng)用下部電極15構(gòu)成的靜電型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)RF用上部電極19，能使端口1、2之間電短路或開(kāi)路。該實(shí)施方式也能讓RF用上部電極19和驅(qū)動(dòng)用上部電極17電絕緣，所以關(guān)于這些電極的驅(qū)動(dòng)方法，有和第7實(shí)施方式相同的作用和效果。
以上，所述的第1～第8實(shí)施方式以從拉出電壓Vpo推定絕緣膜16中的電荷量的情況為中心進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以監(jiān)測(cè)吸合電壓來(lái)推定絕緣膜16中的電荷量。為此，只要使電壓Vs的電壓變化，監(jiān)測(cè)是否吸合即可。這個(gè)動(dòng)作能用和圖6A或圖6B所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路同樣的電路實(shí)現(xiàn)。
上述各實(shí)施方式不僅能各自單獨(dú)實(shí)施，而且也能適當(dāng)組合實(shí)施。例如，如圖23所示的流程的絕緣膜中電荷積蓄量的檢測(cè)，也可以利用圖6B或圖17所示的電荷積蓄量檢測(cè)電路，也可能有其他的各式各樣的組合。而且上述各實(shí)施方式包括著各個(gè)階段的發(fā)明，通過(guò)各實(shí)施方式公開(kāi)的多種結(jié)構(gòu)要件的適宜組合也可能抽出各個(gè)階段的發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能提供即使在保持狀態(tài)經(jīng)過(guò)十分長(zhǎng)的時(shí)間，也能不產(chǎn)生故障地驅(qū)動(dòng)靜電型致動(dòng)器的半導(dǎo)體集成電路，及靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易想到額外的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)。因此，本發(fā)明所涉及的更廣方面不僅僅局限在這里顯示和描述的特定的細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施方式。所以，各種變化可以在不背離宗旨或由附屬的權(quán)利要求及其等同物所限定的總發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)作出。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路，包括具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極之間配置的絕緣膜的靜電型致動(dòng)器；檢測(cè)在上述靜電型致動(dòng)器的上述絕緣膜中積蓄的電荷量的檢測(cè)電路；存儲(chǔ)由上述檢測(cè)電路檢測(cè)的上述電荷量的檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)電路；以及根據(jù)上述存儲(chǔ)電路所存儲(chǔ)的上述檢測(cè)結(jié)果，使用于驅(qū)動(dòng)上述靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓變化的偏置電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述偏置電路根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果改變上述驅(qū)動(dòng)電壓，使上述電荷量被限制在第1電荷量和第2電荷量之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路具有基準(zhǔn)電容，根據(jù)上述基準(zhǔn)電容積蓄的電壓與上述靜電型致動(dòng)器的上述上部電極和上述下部電極之間的電容所積蓄的電壓的比較，檢測(cè)上述絕緣膜中所積蓄的上述電荷量。
4.一種半導(dǎo)體集成電路，包括具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的絕緣膜的靜電型致動(dòng)器；監(jiān)測(cè)上述靜電型致動(dòng)器中的用于使上述上部電極從隔著上述絕緣膜與上述下部電極接觸的狀態(tài)離開(kāi)的拉出電壓的檢測(cè)電路；以及根據(jù)利用上述檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)的上述拉出電壓，決定驅(qū)動(dòng)上述靜電型致動(dòng)器時(shí)的基于上部電極和下部電極的對(duì)上述絕緣膜的電場(chǎng)方向的偏置電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路根據(jù)上述靜電型致動(dòng)器的上述拉出電壓，檢測(cè)上述絕緣膜中所積蓄的電荷量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路具有基準(zhǔn)電容，根據(jù)上述基準(zhǔn)電容與上述靜電型致動(dòng)器的上述上部電極和上述下部電極之間電容值的比較，檢測(cè)上述絕緣膜中所積蓄的上述電荷量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路根據(jù)上述上部電極和上述下部電極的電位差是第1電壓時(shí)的上述上部電極和上述下部電極間的電容值與上述基準(zhǔn)電容的比較，檢測(cè)上述絕緣膜中所積蓄的上述電荷量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體集成電路，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)利用上述檢測(cè)電路檢測(cè)的上述電荷量的檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)電路；以及具有在檢測(cè)到電源投入時(shí)使上述靜電型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，利用上述檢測(cè)電路檢測(cè)上述絕緣膜中的上述電荷量，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果決定上述存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的序列的控制電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述偏置電路，在利用上述檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)的上述拉出電壓比上述第1電壓大的情況下，在上述靜電型致動(dòng)器的下一次驅(qū)動(dòng)時(shí)，在上述上部電極和上述下部電極間在和上次驅(qū)動(dòng)時(shí)相同方向施加電場(chǎng)，在上述拉出電壓比上述第1電壓小的情況下，在上述靜電型致動(dòng)器的下一次驅(qū)動(dòng)時(shí)，在上述上部電極和上述下部電極間施加和上一次驅(qū)動(dòng)時(shí)相反方向的電場(chǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體集成電路(第2種電荷注入)，其中，上述偏置電路，在利用上述檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)的上述拉出電壓比上述第1電壓小的情況下，在上述靜電型致動(dòng)器的下一次驅(qū)動(dòng)時(shí)，在上述上部電極和上述下部電極間在和上次驅(qū)動(dòng)時(shí)相同方向施加電場(chǎng)，在上述拉出電壓比上述第1電壓大的情況下，在上述靜電型致動(dòng)器的下一次驅(qū)動(dòng)時(shí)，在上述上部電極和上述下部電極間在和上次驅(qū)動(dòng)時(shí)相反方向施加電場(chǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路根據(jù)上述第1電壓的上述上部電極和上述下部電極間的電容值，判定上述第1電壓和上述拉出電壓的大小。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路根據(jù)上述第1電壓的上述上部電極和上述下部電極間的電容值，判定上述第1電壓和上述拉出電壓的大小。
13.一種半導(dǎo)體集成電路，包括具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的絕緣膜的靜電型致動(dòng)器；檢測(cè)上述靜電型致動(dòng)器的上述絕緣膜中積蓄的電荷量是否在規(guī)定范圍內(nèi)的檢測(cè)電路；以及檢測(cè)到上述絕緣膜中積蓄的上述電荷量未在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，以使上述電荷量進(jìn)入規(guī)定范圍內(nèi)的方式，在上述上部電極和上述下部電極間施加驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)上述絕緣膜進(jìn)行電荷的注入和抽出之中的任意一種的偏置電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述規(guī)定的范圍內(nèi)是第1電荷量和第2電荷量之間，上述檢測(cè)電路有與這些第1電荷量和第2電荷量對(duì)應(yīng)的第1檢測(cè)電平和第2檢測(cè)電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，上述檢測(cè)電路具有基準(zhǔn)電容，根據(jù)上述基準(zhǔn)電容積蓄的電壓與上述靜電型致動(dòng)器的上述上部電極和上述下部電極之間的電容積蓄的電壓的比較，檢測(cè)上述絕緣膜中所積蓄的上述電荷量。
16.一種微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)，包括具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的第1絕緣膜的靜電型致動(dòng)器，上述下部電極形成在基板上，上述上部電極被配置成和上部基板之間存在空腔；在上部基板上，與上述下部電極隔離形成的第1電極；在和上述上部電極之間隔著絕緣體形成的第2電極，上述第2電極和上述第1電極相對(duì)配置；以及在給上述靜電型致動(dòng)器的上述上部電極施加驅(qū)動(dòng)電壓的期間將上述下部電極設(shè)為接地電壓，在給上述下部電極施加上述驅(qū)動(dòng)電壓的期間將上述上部電極設(shè)為上述接地電壓的偏置電路，通過(guò)用上述偏置電路給上述上部電極和上述下部電極施加上述驅(qū)動(dòng)電壓及上述接地電壓，上述靜電型致動(dòng)器使上述第1電極和上述第2電極之間的距離變化。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MEMS，進(jìn)一步包括檢測(cè)上述靜電型致動(dòng)器的上述第1絕緣膜中所積蓄的電荷量的檢測(cè)電路；以及存儲(chǔ)利用上述檢測(cè)電路檢測(cè)的上述電荷量的檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)電路，其中，上述偏置電路根據(jù)上述存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)的上述檢測(cè)結(jié)果，決定給上述上部電極還是給上述下部電極施加上述驅(qū)動(dòng)電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MEMS，其中，在上述第1電極和上述第2電極之間配置有第2絕緣膜，由上述第1電極、上述第2電極及上述第2絕緣膜形成可變電容元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MEMS，其中，由上述第1電極、上述第2電極形成開(kāi)關(guān)。
20.一種靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法，是具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的絕緣膜的靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法，包括檢測(cè)電源的投入及命令的輸入之中的任意一種；在檢測(cè)到電源的投入及命令的輸入之中的任意一種時(shí)，檢測(cè)上述絕緣膜中所積蓄的電荷量是否在規(guī)定范圍內(nèi)；以及在檢測(cè)出上述絕緣膜中所積蓄的上述電荷量未在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)上述絕緣膜進(jìn)行電荷的注入及抽出之中的任意一種，使上述電荷量進(jìn)入規(guī)定范圍內(nèi)。
全文摘要
半導(dǎo)體集成電路具有靜電型致動(dòng)器、檢測(cè)電路、存儲(chǔ)電路及偏置電路。上述靜電型致動(dòng)器具有上部電極、下部電極及在上述上部電極和上述下部電極間配置的上述絕緣膜。上述檢測(cè)電路檢測(cè)上述靜電型致動(dòng)器的上述絕緣膜中所積蓄的上述電荷量。上述存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)由上述檢測(cè)電路檢測(cè)的上述電荷量的檢測(cè)結(jié)果。上述偏置電路根據(jù)上述存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)的上述檢測(cè)結(jié)果，使用于驅(qū)動(dòng)上述靜電型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓變化。
文檔編號(hào)B81B7/02GK101043030SQ20071010531
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者池橋民雄, 山崎宏明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝