CN101118819B - Mems开关以及mems开关的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MEMS开关以及MEMS开关的制造方法。以往,当将MEMS开关应用于分压电路时,因为MEMS开关的电阻被抑制得较低,所以需要外附分压用的电阻。因此,MEMS开关周边的电路部件数增大。因而,存在芯片面积增加,芯片内部的温度分布的绝对值增大,各电阻间的温度产生分布,由于电阻具有的温度系数而使电阻值相对变动,从分压电路得到的电压值的精度降低的问题。为了解决上述问题,本发明对MEMS开关的可动部分使用了具有电阻的可动电阻体。由于开关自身具有电阻,因此可以省略与MEMS开关连接的分压用的电阻。因此,可以使芯片面积小型化,抑制芯片内部的温度分布的绝对值,并抑制因电阻具有的温度系数所导致的电阻值相对变动。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS开关以及MEMS开关的制造方法。
背景技术
MEMS(Micro Electro Mechanical System:微机电系统)开关是由使用半导体等基板、使用半导体制造技术所制成的微小结构体构成的开关。MEMS开关具有:固定电极,其固定在基板上;可动电极,其具有单臂梁或双臂梁、膜片型等结构。MEMS开关的接通/断开例如使用静电力等来进行。
MEMS开关例如如专利文献1所示,已公开了为了降低MEMS开关被设定为导通状态时所产生的电阻,使用合金作为可动电极(在专利文献1中记载为挠性部件)的例子。另外,如专利文献2所示,已公开了将MEMS开关用作为无线频带的切换开关,用作为与使用变容二极管等的开关相比内部损失小、得到高Q值(谐振锐度)的开关的例子。
专利文献1:日本特表2005-512830号公报。
专利文献2:日本特开2005-124126号公报。
但是,当使用前者的技术,例如将MEMS开关应用于分压电路时,为了把MEMS开关的电阻抑制得较低,需要外附分压用的电阻。因此,MEMS开关周边的电路部件数增大。因而,芯片面积增加,芯片内部的温度差增大。因此,存在分压电路所使用的各电阻间的温度差变大,由于电阻具有的温度系数而使各电阻间的电阻值的差变大,从分压电路得到的电压值的精度降低的问题。
另外,当使用后者的技术,将MEMS开关应用于无线频带,例如构成衰减器时,与使用前者的技术时一样,芯片面积增大。作为衰减器能够应对的波长随着取决于芯片面积的芯片尺寸的大型化而增加,所以存在与波长的倒数成比例的对应频率降低,高频中的带宽受到限制的问题。
再者,当使用合金等低电阻材料形成MEMS开关时,因为表示谐振锐度的Q值变大,所以对于稍许的阻抗失配也会产生大的影响。更具体地说,当MEMS开关的可动电极与固定电极接触时,MEMS开关的可动电极形成短接短线(short stub),当可动电极与固定电极离开时,形成开路短线(open stub)。当Q值高时,来自该短接短线和开路短线的反射变大,存在高频带的工作不稳定的问题。
发明内容
因此,本发明为了解决以往的上述问题而提出,其目的在于提供如下的MEMS开关:通过抑制芯片面积增大,减小芯片内部的温度差以高精度地工作,并且通过抑制面积的增大,使其可以应用于高频,并使其在高频区的工作稳定。
为了解决上述问题,本发明的MEMS开关具有在基板的第1主面侧形成的固定电极、和可动电阻体,构成为使用可动电阻体作为上述可动电极,在上述MEMS开关被设定为导通状态时,上述可动电阻体用作为用于分配电位的电阻。
根据该结构,由于使用可动电阻体,因而可以使电阻和MEMS开关一体化,可以减少MEMS开关周边的电路部件数。因此,可以集成并小型化包含MEMS开关的电路。因为随着小型化,抑制了由于寄生电容和漏电感而产生的电耦合,所以能够提供可缩短取决于包含MEMS开关的电路尺寸的可用波长的MEMS开关。另外,因为对可动电极施加了电阻,抑制了可动电极部的电谐振现象,所以可以特别抑制高频区的传输特性失真。
另外,因为与以往技术相比,可以以更小的面积构成设置有MEMS开关的电路,所以与使用以往技术的情况相比,可以把由于自身发热或从外部施加的温度干扰而产生的电路内温度差的绝对值抑制得较小。因此,通过使用该MEMS开关,可以抑制由于具有MEMS开关的芯片内的温度差而引起的电阻值相对变动。
另外,由于不改变MEMS开关总数而集成在较小的面积上,所以可以不降低取决于MEMS开关数而确定的电阻值设定的分辨率,增加从一块半导体基板得到的有效芯片数。
另外,为了解决上述问题,优选地,在本发明的MEMS开关中,在与上述固定电极接触的上述可动电阻体上,在与上述可动电阻体的可动方向的法线一致的方向上,设置有带状或刃状的突起、或多个点接触型的突起。
根据该结构,因为通过带状或刃状的突起、或多个点接触型的突起来进行接触,所以可以抑制由于吸引力引起的接触面积变化而导致的电阻值变动。另外,与以往单一的点接触型的MEMS开关相比,可以取得较宽的接触面积,因此可以提供降低了接触电阻的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,优选地,在本发明的MEMS开关中,与上述MEMS开关电连接的固定电阻体和上述可动电阻体使用同一层而形成。
根据该结构,因为固定电阻体和上述可动电阻体使用同一层,所以固定电阻体和可动电阻体的电阻变动是连动地产生的。因此,即使各固定电阻体、各可动电阻体、以及固定电阻体和可动电阻体的电阻的绝对值变动,也抑制了电阻的相对值的变动。因此,可以提供能够实现电阻相对精度高、分压精度高的电路的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,优选地,在本发明的MEMS开关中,上述同一层为多晶硅。
根据该结构,因为多晶硅的电阻值可以随着掺杂量而改变,所以可以选择范围很广的比电阻值。因此,可以提供可应用于要求宽范围的电阻值的电路的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,优选地,在本发明的MEMS开关中,上述同一层由在多晶硅上重叠形成硅化物的层构成。
根据该结构,由于形成硅化物,与使用多晶硅单体的情况相比,可以降低薄膜电阻。因此,可以提供针对以低电阻匹配的应用,把可动电阻的长宽比抑制得较小,可以容易地加工的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,优选地,在本发明的MEMS开关中,由上述固定电阻体和上述可动电阻体形成分压电路。
根据该结构,由于使用固定电阻体和可动电阻体来形成分压电路,因此通过改变MEMS开关的设定可以改变分压比。因为可动电阻体负责设定变更并兼作分压电路的负载电阻,所以可以提供能以更小面积来形成分压电路的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,本发明的MEMS开关的特征在于:由上述固定电阻体和上述可动电阻体形成增益调节电路。
根据该结构,由于使用固定电阻体和可动电阻体来形成增益调节电路,因此通过改变MEMS开关的设定可以改变增益。因为可动电阻体负责设定变更并兼作分压电路的负载电阻,所以可以提供能以更小面积来形成增益调节电路的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,优选地,在本发明的MEMS开关中,由上述固定电阻体和上述可动电阻体形成高频信号的衰减器、阻抗变换器中的至少1个电路。
根据该结构,MEMS开关所使用的可动电阻体随着MEMS开关的导通/断开而成为开路短线或短接短线。这时,可动电阻体因为在其内部具有电阻而形成内部损失较大的短接短线,所以Q值(谐振锐度)变低。因此,可以提供可应用于能够降低针对高频信号产生的峰值或谷值的衰减器、阻抗变换器的MEMS开关。
另外,为了解决上述问题,本发明的MEMS开关制造方法是具有用作为用于分配电位的电阻的可动电阻体的MEMS开关的制造方法,其特征在于:至少按顺序进行如下步骤:在基板的能动面侧形成具有耐蚀性的绝缘层的步骤;以覆盖上述绝缘层的方式形成具有导电性的支撑体前体层的步骤;对上述支撑体前体层进行构图而形成支撑体的步骤;以覆盖上述支撑体前体层的方式形成牺牲绝缘层的步骤;对上述牺牲绝缘层进行开口,使上述支撑体露出的步骤;以覆盖上述牺牲绝缘层以及上述支撑体露出的区域的方式,形成具有有助于电位分配的比电阻值的可动电阻体前体层的步骤;对上述可动电阻体前体层进行构图而形成上述可动电阻体的步骤;和刻蚀上述牺牲绝缘层以使上述可动电阻体悬起的步骤。
根据该制造方法,通过在形成具有有助于电位分配的比电阻值的可动电阻体前体层之后进行构图,可以对可动电极施加有助于电位分配的电阻值。因此,可以提供可动电极能作为可动电阻体发挥作用的MEMS开关的制造方法。
附图说明
图1是MEMS开关的示意截面图。
图2是用于说明MEMS开关制造过程的示意截面图。
图3是用于说明MEMS开关制造过程的示意截面图。
图4是用于说明MEMS开关制造过程的示意截面图。
图5是用于说明MEMS开关制造过程的示意截面图。
图6是用于说明MEMS开关制造过程的示意截面图。
图7(a)是使用MEMS开关形成的分压电路的示意平面图,图7(b)是分压电路的等价电路图。
图8(a)是使用MEMS开关形成的基于非倒相输入型电路的可变增益电路的示意平面图,图8(b)是可变增益电路的等价电路图。
图9(a)是使用了MEMS开关的倒相输入型的放大电路的示意平面图,图9(b)是倒相输入型的放大电路的等价电路图。
图10(a)是使用MEMS开关形成的T型可变衰减器的示意平面图,图10(b)是T型可变衰减器的等价电路图。
图11(a)是π型可变衰减器的示意平面图,图11(b)是π型可变衰减器的等价电路图。
图12表示50Ω系T型、π型衰减器各自的衰减量与电阻值的理论值的一览表。
图13是使用了用第1多晶硅层14形成的固定电阻体的MEMS开关的示意截面图。
标号说明
10-MEMS开关,10A-MEMS开关的等价电路,11—硅基板,12—氧化硅层,13—氮化硅层,14—第1多晶硅层,15—固定电极,16—驱动用电极,17—支撑体,18—氧化硅层,19—第2多晶硅层,20—可动电阻体,21—固定电阻体,22—突起,23—槽部,24—充填部,30—分压电路,40—可变增益电器,50—放大电路,60-T型可变衰减器,61A—电阻,61B—电阻,62A—电阻,62B—电阻,63A—电阻,63B—电阻,70—π型可变衰减器,71A—电阻,71B—电阻,72A—电阻,72B—电阻,73A—电阻,73B—电阻。
具体实施方式
第1实施方式
下面,使用附图对本实施方式进行说明。图1是本实施方式的MEMS开关的示意截面图。
MEMS开关10在硅基板11上具有应力缓和用的氧化硅层12,在氧化硅层12上具有氮化硅层13。
在氮化硅层13上,具有刻蚀第1多晶硅层14而形成的固定电极15、用于控制MEMS开关10的导通/断开的驱动用电极16、以及用于支撑可动电阻体20的支撑体17。
由支撑体17支撑的可动电阻体20隔着空隙而位于固定电极15、控制MEMS开关10的导通/断开的驱动用电极16之间。
在此,在可动电阻体20和固定电极15接触的可动电阻体20的开放端部附近可以具有带状的突起22。这种情况下,通过突起22,可动电阻体20和固定电极15线状地接触。而且,即使为使可动电阻体20与固定电极15接触、驱动用电极16与突起22之间的静电吸引力变动,也可以抑制由于可动电阻体20的挠曲而产生的接触面积变动,因此可以稳定MEMS开关10的接触电阻。突起22的形状可以是带状以外,例如可以使用刃型、或多个点接触型的形状。由于形成突起22,即使在由于驱动用电极16所引起的静电导致吸引力变化的情况下,可动电阻体20也只在突起22的部分导通,防止了因可动电阻体20的挠曲而导致固定电极15上的接触面积增加,所以可以保持稳定的电阻值。另外,因为突起22采取线状或多个点状的形状,所以与进行单点接触的MEMS开关相比,可以保持较低的接触电阻。
固定电阻体21通过支撑体17与可动电阻体20连接。通过使用图1的构造,可以使用同一第2多晶硅层19而无接缝地形成可动电阻体20和固定电阻体21。因此,可以有效地抑制因接缝附近的温度波动所产生的塞贝克效应而导致产生偏移电压。另外,使用同一第2多晶硅层19,可以使可动电阻体20与固定电阻体21的电特性的温度依存性等几乎完全一致,当应用于分压电路等时,可以得到良好的稳定性。
固定电阻体21配置在由氧化硅等电绝缘体构成的充填层24上。通过在充填层24上配置固定电阻体21,可以提高机械强度,可以提高可靠性。
在此,替代固定电阻体21,如图13所示,例如可以使用利用第1多晶硅层14、以支撑体17作为一端而形成的固定电阻体。这种情况下,对于固定电阻体,由于将第1多晶硅层14和第2多晶硅层19之中的某一方用作为固定电阻体,与只将第2多晶硅层19用作为固定电阻体的情况相比,可以有更好的布局自由度,可以更容易地进行MEMS开关10与电子电路的融合等。
另外,在此虽然示出了利用第1多晶硅层14同时形成固定电极15、驱动用电极16、支撑体17的例子,但是,也可以分别利用不同的多晶硅层来形成它们。例如,可以在利用第1多晶硅层形成驱动用电极16和支撑体17之后,利用第2多晶硅层形成固定电极15,利用第3多晶硅层形成可动电阻体20以及固定电阻体21,这种情况下,可以减少当可动电阻体工作时与驱动用电极16产生短路的危险性。
另外,通过支撑固定电阻体21的充填层24实现固定电阻体21与第1多晶硅层14之间的充填不是必需的。例如,当在高频用途的应用中使用时,可以事先除去充填层24,替代充填层24而充满空气。因为空气的比介电率极小,这种情况下,可以减少与寄生电容相伴的串扰等,在高频下可以实现稳定的工作。
另外,可以替代硅基板11而使用玻璃、石英、SOI基板或化合物半导体基板等,也可以使用由能够耐受后述第2实施方式所示的制造过程的材质构成的基板。
另外,可以替代应力缓和用的氧化硅层12而使用氮氧化硅。另外,可以替代氮化硅层13而使用其他的耐蚀性良好的材质。
另外,虽然对使用多晶硅作为可动电阻体20的例子进行了说明,但也可使用采用了SOI结构等的单晶硅、在TFT结构中使用的非晶体硅、以GaAs、ZnSe等为代表的化合物半导体等具有适当电阻的材料。另外,也可以使用在多晶硅上形成以硅化钨为代表的金属硅化物的材料。
另外,虽然对使用硅基板11作为基板的例子进行了说明,但也可使用采用了SOI结构等的薄层单晶硅、以石英为代表的玻璃、以GaAs、ZnSe等为代表的化合物半导体等、可以耐受在后述的第2实施方式中说明的制造过程的材料。
另外,在此虽然对单臂梁型的MEMS开关进行了说明,但是可以针对双臂梁型或膜片型等多种方式进行变形,可以应用于具有如下结构的MEMS开关:作为用于向构成开关部分的部件分配电位的电阻而发挥作用。
第2实施方式
接着,作为第2实施方式,说明图1所示的MEMS开关10的制造过程。图2~图6是用于说明本实施方式的MEMS开关的制造过程的示意截面图。
首先,如图2所示,作为步骤1,在硅基板11上形成应力缓和用的氧化硅层12。作为成层方法,可以使用热氧化法或CVD法。接着,作为用于使氧化硅层12免被后述的刻蚀液腐蚀的绝缘层,形成氮化硅层13。作为成层方法,可以使用例如CVD法。在此,替代硅基板11,还可以使用玻璃、石英、SOI基板或化合物半导体基板等。
接着,如图3所示,作为步骤2,使用CVD法等形成作为支撑体前体层的第1多晶硅层14。接着,通过光刻法对第1多晶硅层14进行构图,形成固定电极15、用于控制图1所示的MEMS开关10的导通/断开的驱动用电极16、以及支撑后述的可动电阻体20的支撑体17。
接着,如图4所示,作为步骤3,使用CVD法等形成作为牺牲绝缘层的氧化硅层18。接着,使用光刻法对氧化硅层18进行构图,对氧化硅层18的覆盖支撑体17的部分进行开口。在此,在形成氧化硅层18后,可以在氧化硅层18上形成槽部23以使后述的可动电阻体20带状地与固定电极15接触。在槽部23的形成中,例如可以使用光刻法带状地形成抗蚀剂图形,并使用如下的刻蚀方法:控制刻蚀时间,使氧化硅层18留下、不使第1多晶硅层14露出。
接着,如图5所示,作为步骤4,形成作为可动电阻体前体的第2多晶硅层19。把第2多晶硅层19形成为覆盖由事先对氧化硅层18进行了开口的第1多晶硅层14构成的支撑体17和氧化硅层18。接着,通过光刻法,对第2多晶硅层19进行构图,形成可动电阻体20以及固定电阻体21。由于使用由第2多晶硅层19构成的同一层形成可动电阻体20以及固定电阻体21,所以可以使可动电阻体20以及固定电阻体21的电阻值以及电阻值的温度特性为大致相同的值。另外,可以在第2多晶硅层19上形成例如硅化钨(WSi2)等的硅化物。因为硅化钨对后述的缓冲氢氟酸具有耐蚀性,所以是理想的材质。该结构例如对于为与高频电路中使用的50Ω系的电路匹配而需要比较低的电阻值的情况而言是较理想的结构。另外,也可以替代形成硅化物,而将第2多晶硅层19的掺杂浓度设为高浓度,降低第2多晶硅层19的比电阻值,这种情况下,因为不需要特别的步骤,所以可以缩短制造过程。
在此,可动电阻体20以及固定电阻体21可以使用不同的层来形成,这种情况下可以增加工艺设计的自由度。另外,在步骤3中形成槽部23的情况下,以填埋氧化硅层18上形成的槽部23的方式形成第2多晶硅层19,因此可以形成图1所示的带状突起22。在此,对于在步骤3中形成的槽部23的形状,可以是带状、刃状或多点接触型的形状,由此可以控制可动电阻体20与固定电极15接触的突起22的形状。
接着,如图6所示,作为步骤5,使用缓冲氢氟酸对氧化硅层18进行刻蚀以使可动电阻体20悬起。这种情况下,通过在形成固定电阻体21的区域事先形成抗蚀掩模,可以使支撑固定电阻体21的氧化硅层18留下,可以得到机械稳定的结构。另外,不是必须形成抗蚀掩模以使支撑固定电阻体21的氧化硅层18留下,也可以使可动电阻体20悬起。例如,在高频用途的应用中使用时,可以通过事先除去充填层24(图1所示),替代充填层24而充满空气,从而降低比介电率。因此,可以降低伴随寄生电容产生的串扰等,在高频下实现稳定的工作。通过使用该制造方法,可以提供具有复杂结构的可动电阻体20的MEMS开关10。
第3实施方式
下面,作为第3实施方式,对使用MEMS开关的分压电路进行说明。图7(a)是使用MEMS开关10形成的分压电路30的示意平面图,图7(b)是分压电路30的等价电路图。图中10A是MEMS开关10的等价电路。
分压电路30具有8位的分辨率,设施加电压为Vref,设最高有效位MSB为B1、设最低有效位LSB为B8,则输出电压V0由下式表示。在此,B1~B8在连接于Vref侧时取1,连接于接地侧时取0。
V0=Vref×(1/3)×(B1/20+B2/21…+B8/20(8-1)),在此,分压电路30的分压精度取决于电阻比的变动,但当电阻值以相同的比率变动时不受影响。
这是因为进行电阻分压时的分压比一般情况下由下式表示。
Vdiv=Vin×R1/(R1+R2),其中R1和R2是用于分压的电阻。在此,假设R1和R2例如都增加10%,则分压比如下变化:
V0=Vin×R1×1.1/(R1×1.1+R2×1.1),如果用1.1除该式的分子和分母,则成为原来的式子所表示的比率。因而,可以有这样的特性:即使电阻值以相同的比率变动,分压比也不会变化。
在本实施方式中,可动电阻体20和固定电阻体21都如第2实施方式所示那样使用第2多晶硅层19,使用同一掩模一体地形成。因此,不会发生因掩模错位等而产生的各个电阻的误差,可以形成高精度的分压电路。
另外,因为使用同一层形成分压电路,所以随着温度变化等,可动电阻体20和固定电阻体21的电阻一起连动地变化。因此,即使个别电阻的值变动,也抑制了电阻比的变动。其结果是,可以得到抑制了因环境温度变化等而导致产生误差的分压电路30。
另外,分压电路30作为同一层而仅由第2多晶硅层19形成,所以在分压电路30中不存在与其他的半导体或导体等的接缝。因此,在分压电路30中即使产生稍许的温度分布,也不会产生基于塞贝克效应的热电动势,所以不会产生偏移电压,特别是可以提高在低电压区的分压精度。
另外,在此虽然对使用同一层形成分压电路的实施方式进行了说明,但这并不限定分压电路的结构。例如,替代使用第2多晶硅层19的固定电阻体21,可以将第1多晶硅层14用于固定电阻体。这种情况下,可以根据情况选择使用固定电阻体21和第1多晶硅层14中的任意一个作为电阻元件,所以可以提高布局的自由度,因此可以更容易地进行分压电路30和其他设备的混合搭载。
第4实施方式
接着,作为第4实施方式,对使用MEMS开关的可变增益电路进行说明。图8(a)是使用MEMS开关10形成的非倒相输入型电路的可变增益电路40的示意平面图,图8(b)是可变增益电路40的等价电路图。图中10A是MEMS开关10的等价电路。图中2处记载的INV之间相互连接。可变增益电路40具有3位的分辨率,设最高有效位MSB为C1,设最低有效位LSB为C3,则电压增益AV1由下式表示。在此,C1~C3在连接于输出侧时取1,连接于接地侧时取0。
AV1=3/((C1/20)+(C2/21)+(C3/22)),在此,为了增加位数,可以追加相同的电阻组合,这种情况下,可以按组合数的乘方来扩大增益的调节范围。
另外,可变增益电路也可以应用于倒相输入型。图9(a)是使用了MEMS开关10的倒相输入型的放大电路50的示意平面图,图9(b)是倒相输入型的放大电路50的等价电路图。在该例中,控制反馈电阻之中与输入信号串联连接的电阻。设最高有效位MSB为D1,设最低有效位LSB为D3,则使用该电路时的电压增益AV2由下式表示。在此,D1~D3在连接于输出侧时取1,连接于接地侧时取0。
AV2=(D1/20+D2/21+D3/22),这种情况下也一样,为了增加位数,可以追加同样的电阻组合,这时可以按组合数的乘方来扩大增益的调节范围。关于其他的特征,与第3实施方式相同,对于电压增益的稳定性和偏移电压的抑制,以及对固定电阻体的处理等,可以与第3实施方式一样处理。
第5实施方式
下面,作为第5实施方式,对使用MEMS开关的高频信号T型可变衰减器进行说明。图10(a)是使用MEMS开关10形成的T型可变衰减器60的示意平面图,图10(b)是T型可变衰减器60的等价电路图。图中10A是MEMS开关10的等价电路。向ATT和ATT施加反相的控制信号,如果ATT为“0”(关),则ATT为“1”(开)。这时,所输入的信号通过由虚线表示的路径传输到输出端。
首先,输入信号后,如下传输:输入→可动电阻体20(电阻61A)→一部分分支到可动电阻体20(电阻62A)→可动电阻体20(电阻63A)→输出。这时,可动电阻体20(电阻61A)以及可动电阻体20(电阻63A)形成为宽度较大,且可动电阻体20(电阻62A)形成为宽度较小,所以分支导致的损失较小。因此,从输入端传来的信号能够以较小的损失传输到输出端。在图10(b)中,电阻61A、电阻62A、电阻63A电连接,电阻61B、电阻62B、电阻63B为电开放的状态,通过电阻61A、电阻63A,从输入端向输出端传输功率,并通过电阻62A分支,产生电流损失。
另一方面,当ATT为“1”(开),ATT为“0”(关)时,所输入的信号通过点划线所示的路径传输到输出端。首先,输入信号后,如下传输:输入→可动电阻体20(电阻61B)→一部分分支到可动电阻体20(电阻62B)→可动电阻体20(电阻63B)→输出。这时,可动电阻体20(电阻61B)、可动电阻体20(电阻63B)较窄,另外可动电阻体20(电阻62B)较宽,分支比率变大,作为衰减器良好地发挥作用。在图10(b)中,电阻61B、电阻62B、电阻63B电连接,电阻61A、电阻62A、电阻63A为电开放的状态,通过电阻61B、电阻63B,从输入端向输出端传输功率,并通过电阻62B分支,产生电流损失。
在这种情况下,作为输入/输出的阻抗,假设为50Ω系。为了应对50Ω系的电阻,最好使用在MEMS开关10的可动电阻体20上形成了硅化钨的多晶硅、或提高掺杂浓度而低电阻化的多晶硅等,降低了每单位面积的比电阻的电阻。作为每单位面积的比电阻,调节为例如10Ω/□左右的值,从而成为适合于50Ω系的衰减电路的电阻体。
在T型可变衰减器60中,并联地形成了用于抑制因阻抗失配引起的反射量的3dB衰减电路、和将输入的高频的能量电平降低一个数量级的10dB衰减电路,按照根据目的对MEMS开关10进行切换的形式构成。设ATT侧为“0”(关),设ATT为“1”(开)时,作为衰减电路中使用的电阻值,将电阻61A、63A的值设定为9Ω,将电阻62A的值设定为140Ω,由此可以实现3dB衰减电路。另外,通过将电阻61B的值设定为26Ω,将电阻62B的值设定为35Ω,可以实现10dB衰减电路。
当使用T型可变衰减器60来切换输入信号的衰减量时,当使用一方的衰减电路,例如使用3dB衰减电路时,10dB衰减电路为开放状态。因此,有可能产生来自10dB衰减电路的高频反射,作为衰减器的特性劣化,但是,在本实施方式中,因为MEMS开关10自身具有衰减特性,所以Q值被抑制,侵入的高频被衰减。因此,可以有效地抑制高频信号的反射,可以构成传输特性优良的T型可变衰减器60。
以上,作为T型可变衰减器60,对T型的电路进行了说明,但是,也可以使用π型的结构。图11(a)是π型可变衰减器70的示意平面图,图11(b)是π型可变衰减器70的等价电路。
反相的控制信号施加给ATT和ATT,如果ATT为“0”(关),则ATT为“1”(开)。这时,所输入的信号通过虚线所示的路径传输到输出端,如下传输:输入→一部分分支到可动电阻体20(电阻71A)→可动电阻体20(电阻72A)→一部分分支到可动电阻体20(电阻73A)→输出。这时,可动电阻体20(电阻71A)以及可动电阻体20(电阻73A)形成为宽度较小,而可动电阻体20(电阻72A)形成为宽度较大,所以因分支产生的损失较小。因此,从输入端传来的信号能够以较小的损失传输到输出端。在图11(b)中,电阻71A、电阻72A、电阻73A电连接,电阻71B、电阻72B、电阻73B为电开放的状态,通过电阻72A从输入端向输出端传输功率,并通过电阻71A、电阻73A分支,产生电流损失。
另一方面,当ATT为“1”(开),ATT为“0”(关)时,所输入的信号通过点划线所示的路径传输到输出端。如下传输:输入→一部分分支到可动电阻体20(电阻71B)→可动电阻体20(电阻72B)→一部分分支到可动电阻体20(电阻73B)→输出。这时,可动电阻体20(电阻71B)、可动电阻体20(73B)较宽,而可动电阻体20(电阻72B)较窄,分支比率变大,作为衰减器良好地发挥作用。在图11(b)中,电阻71B、电阻72B、电阻73B电连接,电阻71A、电阻72A、电阻73A为电开放的状态,通过电阻72B,从输入端向输出端传输功率,并通过电阻71B、电阻73B分支,产生电流损失。
图12表示50Ω系的T型、π型各自的衰减量与电阻值的理论值的一览表。通过使用图12中所示的值,可以构成可切换的T型、以及π型衰减电路。在使用π型电路时,也与使用T型电路时一样,可以抑制Q值,因此可以抑制来自处于开放状态的MEMS开关10的反射。
另外,在本实施方式中,虽然对50Ω系的衰减器进行了说明,但通过变更电阻的值,也可以应用于75Ω系。另外,如果是T型,则通过对于电阻61的值,在输入侧和输出侧使用不同的值,可以形成兼具衰减器功能和阻抗变换功能的电路,例如可以提供具有向50Ω系/75Ω系变换或向75Ω系/50Ω系变换的变换功能的衰减器。同样,通过改变输入侧和输出侧的电阻值,在使用π型衰减电路时也一样,可以形成兼具阻抗变换和衰减器功能的电路。
Claims (4)
1.一种MEMS开关,其具有形成在基板的第1主面侧的固定电极、由支撑体支撑的可动电阻体、与所述固定电极接触的所述可动电阻体的开放端附近的突起以及与所述可动电阻体电连接的固定电阻体,其特征在于:
所述支撑体是通过光刻法对第1多晶硅层进行构图而形成的,
所述固定电阻体、所述可动电阻体和所述突起是使用第2多晶硅层而形成的,
当所述MEMS开关被设定为导通状态时,所述可动电阻体是分配电位的电阻。
2.如权利要求1所述的MEMS开关,其特征在于:
所述突起是在与所述可动电阻体的可动方向的法线一致的方向上带状或刃状的突起、或多点接触型的突起。
3.一种MEMS开关,其具有形成在基板的第1主面侧的固定电极、由支撑体支撑的可动电阻体、与所述固定电极接触的所述可动电阻体的开放端附近的突起以及与所述可动电阻体电连接的固定电阻体,其特征在于:
所述支撑体是通过光刻法对第1多晶硅层进行构图而形成的,
所述突起是使用第2多晶硅层而形成的,
所述固定电阻体和所述可动电阻体由在所述第2多晶硅层上重叠形成硅化物的层构成,
当所述MEMS开关被设定为导通状态时,所述可动电阻体是分配电位的电阻。
4.一种MEMS开关的制造方法,该MEMS开关具有作为用于分配电位的电阻而使用的可动电阻体,该制造方法的特征在于,按顺序进行如下步骤:
在基板上形成具有耐蚀性的绝缘层的步骤;
以覆盖所述绝缘层的方式形成第1多晶硅层作为具有导电性的支撑体前体层的步骤;
对所述支撑体前体层进行构图而形成支撑体的步骤;
以覆盖所述支撑体前体层的方式形成牺牲绝缘层的步骤;
对所述牺牲绝缘层进行开口,使所述支撑体露出的步骤;
在所述牺牲绝缘层上形成槽部的步骤;
以覆盖所述牺牲绝缘层和所述支撑体露出的区域的方式,形成第2多晶硅层作为具有能够分配电位的比电阻值的电阻体前体层的步骤;
对所述电阻体前体层进行构图,形成所述可动电阻体和固定电阻体的步骤;以及
对所述牺牲绝缘层进行刻蚀,以使所述可动电阻体悬起的步骤。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20110511 Termination date: 20190803 |