JP2001084884A - 平面エアブリッジｍｅｍｓスイッチ - Google Patents
平面エアブリッジｍｅｍｓスイッチInfo
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- Micromachines (AREA)
- Manufacture Of Switches (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多数のストロークを含み、単一のメタライゼ
ーション層のみを利用して製造可能なＲＦスイッチ、お
よびＲＦスイッチの製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明によるスイッチは、１つ以上の金
属トレースに隣接して配置されているエアーブリッジ懸
垂ビーム２４を含む。エアブリッジ懸垂ビームに隣接し
て、１つ以上の制御パッドを２６，２８配置し、スイッ
チを静電的に動作させる。懸垂ビームならびに金属トレ
ースおよび接点パッドは全て、単一のメタライゼーショ
ン層によって製作する。スイッチは、ビームの撓みが基
板の面に対してほぼ平行な面内で生ずるように構成され
ている。多数のメタライゼーション層を不要とすること
によって、スイッチ製造の複雑性が大幅に緩和する。更
に、このスイッチ構成により、単一のメタライゼーショ
ン・レベルを用いて、多投多極も可能となる。
ーション層のみを利用して製造可能なＲＦスイッチ、お
よびＲＦスイッチの製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明によるスイッチは、１つ以上の金
属トレースに隣接して配置されているエアーブリッジ懸
垂ビーム２４を含む。エアブリッジ懸垂ビームに隣接し
て、１つ以上の制御パッドを２６，２８配置し、スイッ
チを静電的に動作させる。懸垂ビームならびに金属トレ
ースおよび接点パッドは全て、単一のメタライゼーショ
ン層によって製作する。スイッチは、ビームの撓みが基
板の面に対してほぼ平行な面内で生ずるように構成され
ている。多数のメタライゼーション層を不要とすること
によって、スイッチ製造の複雑性が大幅に緩和する。更
に、このスイッチ構成により、単一のメタライゼーショ
ン・レベルを用いて、多投多極も可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＦスイッチおよ
びＲＦスイッチの製作プロセスに関し、更に特定すれ
ば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術
によって製造し、基板に対してほぼ平行な単一面におけ
るスイッチの撓み（偏倚）を可能とする平面エアブリッ
ジを含み、このため単一レベルのメタライゼーションの
みがあればよく、公知のスイッチと比較してスイッチの
製造を大幅に簡略化するＲＦスイッチに関する。
びＲＦスイッチの製作プロセスに関し、更に特定すれ
ば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術
によって製造し、基板に対してほぼ平行な単一面におけ
るスイッチの撓み（偏倚）を可能とする平面エアブリッ
ジを含み、このため単一レベルのメタライゼーションの
みがあればよく、公知のスイッチと比較してスイッチの
製造を大幅に簡略化するＲＦスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＲＦスイッチは、広範囲に及ぶ種々の用
途に用いられている。例えば、かかるＲＦスイッチは、
可変ＲＦ移相器、ＲＦ信号スイッチング・アレイ、切り
替え可能な同調素子に用いられ、更に電圧制御発振器
（ＶＣＯ）の連動スイッチング（ｇａｎｇ ｓｗｉｔｃ
ｈｉｎｇ）にも用いられていることが知られている。か
かるＲＦスイッチの小型化および軽量化を図るために、
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いてかかる
スイッチを製造することは公知である。ＭＥＭＳ技術と
は、集積回路を製造するのと非常に類似した方法で、微
細加工を用いて種々の部品を製造するプロセスのことで
ある。
途に用いられている。例えば、かかるＲＦスイッチは、
可変ＲＦ移相器、ＲＦ信号スイッチング・アレイ、切り
替え可能な同調素子に用いられ、更に電圧制御発振器
（ＶＣＯ）の連動スイッチング（ｇａｎｇ ｓｗｉｔｃ
ｈｉｎｇ）にも用いられていることが知られている。か
かるＲＦスイッチの小型化および軽量化を図るために、
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いてかかる
スイッチを製造することは公知である。ＭＥＭＳ技術と
は、集積回路を製造するのと非常に類似した方法で、微
細加工を用いて種々の部品を製造するプロセスのことで
ある。
【０００３】ＭＥＭＳ技術を用いて製造したスイッチ
は、通常、１つ以上の金属トレースおよび制御パッドを
有する基板を含む。１つ以上の金属トレースとの１つ以
上の接点を形成するために、エアーブリッジ・ビームを
基板上に形成することは公知である。しかしながら、単
投のみである。かかるスイッチは、通常、多数のメタラ
イゼーション・レベルを必要とする。
は、通常、１つ以上の金属トレースおよび制御パッドを
有する基板を含む。１つ以上の金属トレースとの１つ以
上の接点を形成するために、エアーブリッジ・ビームを
基板上に形成することは公知である。しかしながら、単
投のみである。かかるスイッチは、通常、多数のメタラ
イゼーション・レベルを必要とする。
【０００４】静電力を用いて、接点の開閉を制御するこ
とは公知である。即ち、制御パッドを外部ＤＣ電圧源に
接続する。ＤＣ電圧を制御接点に印加すると、静電力に
よってビームが偏倚し（撓み）、接点の１つと接触する
ことによって、ＲＦ接点を規定する金属トレースとビー
ムとの間の回路を閉成する。既知のスイッチの一部に
は、ＤＣ電圧を制御パッドから除去すると、ビームの弾
力性によってその正常位置に撓んで戻るものもある。他
の公知のスイッチでは、正常位置にビームを戻すには、
静電力が必要である。かかるスイッチでは、ビームの撓
みは、通常基板の面に対して概略的に垂直な面において
生ずる。
とは公知である。即ち、制御パッドを外部ＤＣ電圧源に
接続する。ＤＣ電圧を制御接点に印加すると、静電力に
よってビームが偏倚し（撓み）、接点の１つと接触する
ことによって、ＲＦ接点を規定する金属トレースとビー
ムとの間の回路を閉成する。既知のスイッチの一部に
は、ＤＣ電圧を制御パッドから除去すると、ビームの弾
力性によってその正常位置に撓んで戻るものもある。他
の公知のスイッチでは、正常位置にビームを戻すには、
静電力が必要である。かかるスイッチでは、ビームの撓
みは、通常基板の面に対して概略的に垂直な面において
生ずる。
【０００５】米国特許第５，６１９，０６１号、特に’
０６１号特許の図１８Ａないし図１８Ｄは、多数のメタ
ライゼーション・レベルで形成された、単極構成のＲＦ
スイッチを開示する。即ち、’０６１特許は、対向する
両縁上に薄い金属ヒンジによって懸垂されたビームを含
むＲＦスイッチを開示する。更に具体的には、ビームは
基板から離間され、薄い金属ヒンジによって、各縁に沿
って中間付近において懸垂されている。金属トレースが
基板に被着され、ビームのエッジと位置合わせされてい
る。金属トレースに隣接して、基板上に制御パッドが配
置されている。制御パッドにＤＣ電圧を印加すると、静
電引力によってビームが時計方向または反時計方向に回
転し、基板上の金属トレースの１つと接触する。
０６１号特許の図１８Ａないし図１８Ｄは、多数のメタ
ライゼーション・レベルで形成された、単極構成のＲＦ
スイッチを開示する。即ち、’０６１特許は、対向する
両縁上に薄い金属ヒンジによって懸垂されたビームを含
むＲＦスイッチを開示する。更に具体的には、ビームは
基板から離間され、薄い金属ヒンジによって、各縁に沿
って中間付近において懸垂されている。金属トレースが
基板に被着され、ビームのエッジと位置合わせされてい
る。金属トレースに隣接して、基板上に制御パッドが配
置されている。制御パッドにＤＣ電圧を印加すると、静
電引力によってビームが時計方向または反時計方向に回
転し、基板上の金属トレースの１つと接触する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかるＲＦスイッチに
は、いくつかの欠点があることが知られている。例え
ば、かかるスイッチは、最少でも２レベルの金属デポジ
ション（堆積）を必要とするため、製造プロセスの複雑
化を招く。加えて、かかるスイッチは、動作に比較的高
い電圧、典型的に、２０ないし３０ボルトを必要とする
ことも公知である。比較的高い電圧が必要なのは、エア
ーブリッジの長さが崩壊の可能性のために制限されるこ
と、またはビームおよびＤＣ制御パッド間の距離が長い
ことのいずれかによるためである。金属フラップまたは
メンブレーンの下に異物が入り込む可能性があるため
に、かかるスイッチは通常単投設計に限定される。何故
なら、通常投数が多くなる程金属堆積段の一層の複雑化
が必要となり、より低いレベルに崩壊する虞れがあるか
らである。加えて、これらの種類のスイッチに対する不
良モードの１つに、いわゆる「張り付き（ｓｔｉｃｋｉ
ｎｇ ｏｎ）」があり、スイッチが「オン」位置に永続
的に止まってしまう。したがって、ＭＥＭＳ技術を用い
た製造に適しており、製造の複雑性が緩和され、「張り
付き」の問題を解消し、単一のメタライゼーション・レ
ベルのみがあればよい、多投型ＲＦスイッチを提供する
ことが求められている。
は、いくつかの欠点があることが知られている。例え
ば、かかるスイッチは、最少でも２レベルの金属デポジ
ション（堆積）を必要とするため、製造プロセスの複雑
化を招く。加えて、かかるスイッチは、動作に比較的高
い電圧、典型的に、２０ないし３０ボルトを必要とする
ことも公知である。比較的高い電圧が必要なのは、エア
ーブリッジの長さが崩壊の可能性のために制限されるこ
と、またはビームおよびＤＣ制御パッド間の距離が長い
ことのいずれかによるためである。金属フラップまたは
メンブレーンの下に異物が入り込む可能性があるため
に、かかるスイッチは通常単投設計に限定される。何故
なら、通常投数が多くなる程金属堆積段の一層の複雑化
が必要となり、より低いレベルに崩壊する虞れがあるか
らである。加えて、これらの種類のスイッチに対する不
良モードの１つに、いわゆる「張り付き（ｓｔｉｃｋｉ
ｎｇ ｏｎ）」があり、スイッチが「オン」位置に永続
的に止まってしまう。したがって、ＭＥＭＳ技術を用い
た製造に適しており、製造の複雑性が緩和され、「張り
付き」の問題を解消し、単一のメタライゼーション・レ
ベルのみがあればよい、多投型ＲＦスイッチを提供する
ことが求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、概述すると、
ＲＦスイッチおよびＲＦスイッチの製造プロセスに関す
る。ＲＦスイッチは、多数のストローク（ｔｈｒｏｗ）
を含み、単一のメタライゼーション層のみを利用して製
造することが可能である。本発明によるスイッチは、１
つ以上の金属トレースに隣接して配置された、１つ以上
のエアーブリッジ懸垂ビームを含む。エアーブリッジ懸
垂ビームに隣接して、１つ以上の制御パッドが配置さ
れ、スイッチを静電的に動作させる。懸垂ビームならび
に金属トレースおよび接点パッドは、全て単一のメタラ
イゼーション層で製作する。スイッチは、ビームの撓み
（偏倚）が基板の面に対してほぼ平行な面で生ずるよう
に構成されている。多数のメタライゼーション層を不要
とすることにより、スイッチを製造する際の複雑性は大
幅に減少する。更に、このスイッチ構成は、単一のメタ
ライゼーション・レベルを用いて、多投多極も可能であ
る。
ＲＦスイッチおよびＲＦスイッチの製造プロセスに関す
る。ＲＦスイッチは、多数のストローク（ｔｈｒｏｗ）
を含み、単一のメタライゼーション層のみを利用して製
造することが可能である。本発明によるスイッチは、１
つ以上の金属トレースに隣接して配置された、１つ以上
のエアーブリッジ懸垂ビームを含む。エアーブリッジ懸
垂ビームに隣接して、１つ以上の制御パッドが配置さ
れ、スイッチを静電的に動作させる。懸垂ビームならび
に金属トレースおよび接点パッドは、全て単一のメタラ
イゼーション層で製作する。スイッチは、ビームの撓み
（偏倚）が基板の面に対してほぼ平行な面で生ずるよう
に構成されている。多数のメタライゼーション層を不要
とすることにより、スイッチを製造する際の複雑性は大
幅に減少する。更に、このスイッチ構成は、単一のメタ
ライゼーション・レベルを用いて、多投多極も可能であ
る。
【０００８】本発明のこれらおよびその他の利点は、以
下の明細書および添付図面を参照することにより容易に
理解されよう。
下の明細書および添付図面を参照することにより容易に
理解されよう。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、微小電気機械スイッチ
（ＭＥＭＳ）技術を用いた製造に適したＲＦスイッチに
関する。本発明の重要な態様によれば、スイッチの撓み
（偏倚）は、概ね、基板の面に対してほぼ平行な面にお
いて行われる。本発明によるスイッチは、単極単投およ
び多極多投を含む種々の構成において、単一のメタライ
ゼーション・レベルのみを用いて製造することができ、
製造プロセスの簡略化およびスイッチのコスト削減が可
能となる。
（ＭＥＭＳ）技術を用いた製造に適したＲＦスイッチに
関する。本発明の重要な態様によれば、スイッチの撓み
（偏倚）は、概ね、基板の面に対してほぼ平行な面にお
いて行われる。本発明によるスイッチは、単極単投およ
び多極多投を含む種々の構成において、単一のメタライ
ゼーション・レベルのみを用いて製造することができ、
製造プロセスの簡略化およびスイッチのコスト削減が可
能となる。
【００１０】図１を参照すると、本発明によるスイッチ
の斜視図が示されており、全体的に参照番号２０で識別
されている。スイッチ２０は、クオーツまたはガリウム
砒素（ＧａＡｓ）のような半導体基板というような、全
体的に平面状の絶縁基板２２上に形成されている。絶縁
基板２２は、その上面上を絶縁膜の層（図示せず）で覆
い、電流の漏れを防止することも可能である。図示のよ
うに、スイッチ２０は、１つ以上の離間した平行金属ト
レース２６、２８に隣接して配置されたエアーブリッジ
として形成されたビーム２４を含む。静電力を用いてエ
アーブリッジ２４を偏倚させ、金属トレース２６または
２８の一方と接触させることができる。トレース２６、
２８の一部をエアーブリッジ２４と同じ高さまで高くし
て、静電力および接触面積を最大にすることも可能であ
る。更に具体的には、ＲＦ入力ＲＦinを、例えば、外部
ブロッキング・コンデンサ３０を介して、ビーム２４に
印加する。ブロッキング・コンデンサ３０は、チョーク
３１または終端抵抗３２によって、接地に終端させれば
よい。ＲＦ出力端子ＲＦoutが金属トレース２６に接続
されている。
の斜視図が示されており、全体的に参照番号２０で識別
されている。スイッチ２０は、クオーツまたはガリウム
砒素（ＧａＡｓ）のような半導体基板というような、全
体的に平面状の絶縁基板２２上に形成されている。絶縁
基板２２は、その上面上を絶縁膜の層（図示せず）で覆
い、電流の漏れを防止することも可能である。図示のよ
うに、スイッチ２０は、１つ以上の離間した平行金属ト
レース２６、２８に隣接して配置されたエアーブリッジ
として形成されたビーム２４を含む。静電力を用いてエ
アーブリッジ２４を偏倚させ、金属トレース２６または
２８の一方と接触させることができる。トレース２６、
２８の一部をエアーブリッジ２４と同じ高さまで高くし
て、静電力および接触面積を最大にすることも可能であ
る。更に具体的には、ＲＦ入力ＲＦinを、例えば、外部
ブロッキング・コンデンサ３０を介して、ビーム２４に
印加する。ブロッキング・コンデンサ３０は、チョーク
３１または終端抵抗３２によって、接地に終端させれば
よい。ＲＦ出力端子ＲＦoutが金属トレース２６に接続
されている。
【００１１】この実施形態では、金属トレース２６、２
８は２つの目的を有する。即ち、金属トレース２６、２
８は、ビーム２４と共に、ＡＣ電気接点およびＤＣ制御
パッドとして作用する。即ち、図２および図３に示すよ
うに、金属トレース２６、２８は、１対の比較的値が大
きい抵抗器３７、３９を介して、１対のＤＣ電圧源３４
および３６に接続することができる。抵抗器３７、３９
は、ＲＦ信号をＤＣから隔離する役割を果たし、１対の
ブロッキング・コンデンサ３８、４０および終端抵抗器
４２を介して終端されている。図２に示すように、ＤＣ
電圧を金属トレース２６に印加すると、ビーム２４が引
き寄せられ、絶縁体の薄膜（図示せず）を介して、金属
トレース２６との容量性接触が生ずる。絶縁層は、ＤＣ
バイアスが接地に短絡するのを防止するために用いられ
ている。したがって、金属トレース２６に電圧を印加す
ることにより、ＲＦスイッチが閉じて、ＲＦ入力端子Ｒ
Ｆ in間に接続されているＲＦ信号をＲＦ出力端子ＲＦ
outに接続することが可能となる。同様に、図３に示す
ように、金属トレース２８にＤＣ電圧を印加することに
より、ビーム２４が偏倚し、金属トレース２８と接触し
て、ＲＦ入力端子ＲＦ inおよびＲＦ出力端子ＲＦout間
の接続を開放する。終端抵抗器４２を除去すれば、ブロ
ッキング・コンデンサを他のＲＦ出力に接続するために
使用することが可能となる。このようにして、スイッチ
は単極二投（ｓｐｄｔ）スイッチとなる。図１ないし図
３に示すスイッチは、比誘電率（εr）が７で、５０な
いし１００ナノメートルの窒化シリコンのような高い誘
電性の層の比較的薄い層、またはビーム２４および金属
トレース２６、２８上の窒化アルミニウム（εr＝９）
材料のコーティングに基づいて、「オン」位置における
低いリアクタンスを得ている。空気の低い誘電率（εr
＝１）によって、スイッチは「オフ」位置において高い
リアクタンスを有する。かかるスイッチでは、一方側に
張り付いた場合（「張り付き」）、他方側に電圧を印加
してこれを引き離すことにより、「張り付き」の問題を
軽減することができる。
８は２つの目的を有する。即ち、金属トレース２６、２
８は、ビーム２４と共に、ＡＣ電気接点およびＤＣ制御
パッドとして作用する。即ち、図２および図３に示すよ
うに、金属トレース２６、２８は、１対の比較的値が大
きい抵抗器３７、３９を介して、１対のＤＣ電圧源３４
および３６に接続することができる。抵抗器３７、３９
は、ＲＦ信号をＤＣから隔離する役割を果たし、１対の
ブロッキング・コンデンサ３８、４０および終端抵抗器
４２を介して終端されている。図２に示すように、ＤＣ
電圧を金属トレース２６に印加すると、ビーム２４が引
き寄せられ、絶縁体の薄膜（図示せず）を介して、金属
トレース２６との容量性接触が生ずる。絶縁層は、ＤＣ
バイアスが接地に短絡するのを防止するために用いられ
ている。したがって、金属トレース２６に電圧を印加す
ることにより、ＲＦスイッチが閉じて、ＲＦ入力端子Ｒ
Ｆ in間に接続されているＲＦ信号をＲＦ出力端子ＲＦ
outに接続することが可能となる。同様に、図３に示す
ように、金属トレース２８にＤＣ電圧を印加することに
より、ビーム２４が偏倚し、金属トレース２８と接触し
て、ＲＦ入力端子ＲＦ inおよびＲＦ出力端子ＲＦout間
の接続を開放する。終端抵抗器４２を除去すれば、ブロ
ッキング・コンデンサを他のＲＦ出力に接続するために
使用することが可能となる。このようにして、スイッチ
は単極二投（ｓｐｄｔ）スイッチとなる。図１ないし図
３に示すスイッチは、比誘電率（εr）が７で、５０な
いし１００ナノメートルの窒化シリコンのような高い誘
電性の層の比較的薄い層、またはビーム２４および金属
トレース２６、２８上の窒化アルミニウム（εr＝９）
材料のコーティングに基づいて、「オン」位置における
低いリアクタンスを得ている。空気の低い誘電率（εr
＝１）によって、スイッチは「オフ」位置において高い
リアクタンスを有する。かかるスイッチでは、一方側に
張り付いた場合（「張り付き」）、他方側に電圧を印加
してこれを引き離すことにより、「張り付き」の問題を
軽減することができる。
【００１２】図１ないし図３に例示したスイッチを製造
するためのプロセス図を図４Ａないし図４Ｈに示す。図
１ないし図３に示したスイッチは単極単投型であるが、
本発明の原理は、例えば図５および図６に示すように、
種々のスイッチ構成にも適用可能であり、多数の極およ
び多数のストロークは全て単一のメタライゼーション・
レベルを用いていることは、当業者には明白なはずであ
る。図４Ａに移り、（ＧａＡｓ）またはその他の半導体
あるいは絶縁型基板というような、基板５０を用意す
る。基板５０の上面上に第１フォトレジスト５２をスピ
ン塗布する。以下で明白となるであろうが、第１フォト
レジスト５２の厚さは、エアーブリッジ２４直下にある
空気ギャップのサイズを決定する。例えば、第１フォト
レジスト５２の厚さは、０．３ないし２ミクロンとする
ことができる。基板５０の上面上にフォトレジスト５２
の第１レベルをスピン加工した後、従来のフォトリソグ
ラフィ技術によって第１フォトレジスト５２を露光し、
現像して、図１に示したように、エアーブリッジ金属ビ
ーム２４の支持部５４、ならびに電極２６および２８の
部分を作成する。即ち、デバイスを例えば２００℃のよ
うな高温に晒すことにより、第１支持部５４の縁を、図
４Ｂに示すように、丸くなる。第１支持部５４の形状を
丸めることにより、ブリッジ２４ならびに電極２６およ
び２８の部分が徐々に隆起することになり、図４Ｅに示
すように、隆起した金属の機械的強度が増大する。ま
た、この高温処理は、第２フォトレジスト５６の現像の
間に第１支持部５４が現像されるのも防止する。続い
て、図４Ｃに示すように、支持部５４の上面上に第２フ
ォトレジスト５６をスピン塗布する。例えば、図示のよ
うに、支持部５４の上面上に、２．５ミクロンの第２フ
ォトレジスト５６をスピン塗布する。従来のフォトリソ
グラフィ技術によって、適切なマスクを用いて第２フォ
トレジスト５６を露出および現像し、ＤＣパッドおよび
エアーブリッジ金属ビーム２４のためのモールド５８、
６０および６２を形成する。図４Ｃに示すように、モー
ルド５８および６０はそれぞれ金属トレース２８および
２６に用いられ、一方モールド６２はエアーブリッジ金
属ビーム２４に用いられる。モールド５８、６０および
６２を形成した後、図４Ｅに示すように、金属トレース
２８、２６およびエアーブリッジ金属ビーム２４のため
に、フォトレジスト５６上およびモールド５８、６０、
６２に、例えば、２ミクロンのアルミニウムのような金
属の導電性金属層６４をそれぞれ堆積（デポジット）さ
せる。続いて、ステップ４Ｆにおいて、アセトンに基板
を浸漬するというような従来のプロセスによって過剰な
金属およびフォトレジスト５６をリフトオフし（取り除
き）、金属トレース２８、２６およびエアーブリッジ金
属ビーム２４を形成する。次に、図４Ｇに示すように、
支持部５４を除去し、エアーブリッジ金属ビーム２４直
下に空気ギャップ６６を規定する。支持部５４は、酸素
プラズマによって除去することができる。最後に、二酸
化シリコンまたは窒化シリコンのような誘電体材料の層
６８を、スイッチの表面上に堆積する。この層の典型的
な厚さは約５０ないし１００ナノメートルである（図４
Ｈ）。したがって、図１ないし図３に示すように、スイ
ッチ２０は、単一のメタライゼーション・レベルを利用
して形成され、単極単投スイッチまたは単極二投スイッ
チが得られる。ここで、エアーブリッジ金属ビーム２４
の偏倚は、基板の面に対してほぼ平行な面において生ず
る。
するためのプロセス図を図４Ａないし図４Ｈに示す。図
１ないし図３に示したスイッチは単極単投型であるが、
本発明の原理は、例えば図５および図６に示すように、
種々のスイッチ構成にも適用可能であり、多数の極およ
び多数のストロークは全て単一のメタライゼーション・
レベルを用いていることは、当業者には明白なはずであ
る。図４Ａに移り、（ＧａＡｓ）またはその他の半導体
あるいは絶縁型基板というような、基板５０を用意す
る。基板５０の上面上に第１フォトレジスト５２をスピ
ン塗布する。以下で明白となるであろうが、第１フォト
レジスト５２の厚さは、エアーブリッジ２４直下にある
空気ギャップのサイズを決定する。例えば、第１フォト
レジスト５２の厚さは、０．３ないし２ミクロンとする
ことができる。基板５０の上面上にフォトレジスト５２
の第１レベルをスピン加工した後、従来のフォトリソグ
ラフィ技術によって第１フォトレジスト５２を露光し、
現像して、図１に示したように、エアーブリッジ金属ビ
ーム２４の支持部５４、ならびに電極２６および２８の
部分を作成する。即ち、デバイスを例えば２００℃のよ
うな高温に晒すことにより、第１支持部５４の縁を、図
４Ｂに示すように、丸くなる。第１支持部５４の形状を
丸めることにより、ブリッジ２４ならびに電極２６およ
び２８の部分が徐々に隆起することになり、図４Ｅに示
すように、隆起した金属の機械的強度が増大する。ま
た、この高温処理は、第２フォトレジスト５６の現像の
間に第１支持部５４が現像されるのも防止する。続い
て、図４Ｃに示すように、支持部５４の上面上に第２フ
ォトレジスト５６をスピン塗布する。例えば、図示のよ
うに、支持部５４の上面上に、２．５ミクロンの第２フ
ォトレジスト５６をスピン塗布する。従来のフォトリソ
グラフィ技術によって、適切なマスクを用いて第２フォ
トレジスト５６を露出および現像し、ＤＣパッドおよび
エアーブリッジ金属ビーム２４のためのモールド５８、
６０および６２を形成する。図４Ｃに示すように、モー
ルド５８および６０はそれぞれ金属トレース２８および
２６に用いられ、一方モールド６２はエアーブリッジ金
属ビーム２４に用いられる。モールド５８、６０および
６２を形成した後、図４Ｅに示すように、金属トレース
２８、２６およびエアーブリッジ金属ビーム２４のため
に、フォトレジスト５６上およびモールド５８、６０、
６２に、例えば、２ミクロンのアルミニウムのような金
属の導電性金属層６４をそれぞれ堆積（デポジット）さ
せる。続いて、ステップ４Ｆにおいて、アセトンに基板
を浸漬するというような従来のプロセスによって過剰な
金属およびフォトレジスト５６をリフトオフし（取り除
き）、金属トレース２８、２６およびエアーブリッジ金
属ビーム２４を形成する。次に、図４Ｇに示すように、
支持部５４を除去し、エアーブリッジ金属ビーム２４直
下に空気ギャップ６６を規定する。支持部５４は、酸素
プラズマによって除去することができる。最後に、二酸
化シリコンまたは窒化シリコンのような誘電体材料の層
６８を、スイッチの表面上に堆積する。この層の典型的
な厚さは約５０ないし１００ナノメートルである（図４
Ｈ）。したがって、図１ないし図３に示すように、スイ
ッチ２０は、単一のメタライゼーション・レベルを利用
して形成され、単極単投スイッチまたは単極二投スイッ
チが得られる。ここで、エアーブリッジ金属ビーム２４
の偏倚は、基板の面に対してほぼ平行な面において生ず
る。
【００１３】前述のスイッチの代替実施形態を図５およ
び図６に示す。前述したように、これらの実施形態およ
びその他の構成は、本発明の原理を用いて製造するのに
適しており、特に、単一メタライゼーション層を用いて
製造するのに適している。図５Ａを参照すると、図１に
示したスイッチの代替構成が示されており、全体的に参
照番号７０で識別されている。この実施形態では、スイ
ッチ７０は基板７２上に形成され、１対の離間した金属
トレース７６、７８間に配置されたエアーブリッジ金属
ビーム７４を含む。この実施形態では、金属トレース７
６、７８は、図１ないし図３に示した実施形態のような
二重機能を有さず、厳密にスイッチ接点のために用いら
れる。したがって、この実施形態では、エアーブリッジ
および接点間に誘電体物質の層を設けて、図１における
ようにＤＣ電圧の短絡を防止する必要はない。図５Ａに
示すように、金属トレース７６、７８は、エアーブリッ
ジ金属ビーム７４に対してほぼ垂直に配置することも可
能である。ＲＦ入力端子ＲＦinが、エアーブリッジ金属
ビーム７４の一端に接続され、ＲＦチョークまたは終端
抵抗器７５を介して終端されている。ＲＦ出力端子ＲＦ
outが金属トレース７６の一端に接続されている。
び図６に示す。前述したように、これらの実施形態およ
びその他の構成は、本発明の原理を用いて製造するのに
適しており、特に、単一メタライゼーション層を用いて
製造するのに適している。図５Ａを参照すると、図１に
示したスイッチの代替構成が示されており、全体的に参
照番号７０で識別されている。この実施形態では、スイ
ッチ７０は基板７２上に形成され、１対の離間した金属
トレース７６、７８間に配置されたエアーブリッジ金属
ビーム７４を含む。この実施形態では、金属トレース７
６、７８は、図１ないし図３に示した実施形態のような
二重機能を有さず、厳密にスイッチ接点のために用いら
れる。したがって、この実施形態では、エアーブリッジ
および接点間に誘電体物質の層を設けて、図１における
ようにＤＣ電圧の短絡を防止する必要はない。図５Ａに
示すように、金属トレース７６、７８は、エアーブリッ
ジ金属ビーム７４に対してほぼ垂直に配置することも可
能である。ＲＦ入力端子ＲＦinが、エアーブリッジ金属
ビーム７４の一端に接続され、ＲＦチョークまたは終端
抵抗器７５を介して終端されている。ＲＦ出力端子ＲＦ
outが金属トレース７６の一端に接続されている。
【００１４】この実施形態では、別個の制御パッド８
０、８２、８４、８６が設けられている。図５Ａに示す
ように、エアーブリッジ・ビーム７４の一方側には制御
パッド８０、８２が配置され、対向側には制御パッド８
４、８６が配置されている。ＤＣ制御パッド８４、８６
に電圧を印加することにより、図５Ｂに示すように、エ
アーブリッジ金属ビーム７４をそれらに向かって偏倚さ
せ、金属トレース７６に接触させて、入力端子ＲＦinお
よび出力端子ＲＦout間を短絡する。同様に、ＤＣ電圧
を制御接触パッド８０、８２に印加すると、エアーブリ
ッジ・ビーム７４は図５Ｃに示すように８０、８２に向
かって偏倚し、ＲＦ入力端子ＲＦinおよびＲＦ出力端子
ＲＦout間の接続を開放する。ＤＣ信号を通過させるこ
とができない容量型スイッチとして動作する図１のスイ
ッチとは異なり、このスイッチはＡＣおよびＤＣ双方で
動作することができる。この場合も、２対の制御パッド
８０、８２および８４、８６を使用することができるの
で、「張り付き」問題は極力抑えられる。
０、８２、８４、８６が設けられている。図５Ａに示す
ように、エアーブリッジ・ビーム７４の一方側には制御
パッド８０、８２が配置され、対向側には制御パッド８
４、８６が配置されている。ＤＣ制御パッド８４、８６
に電圧を印加することにより、図５Ｂに示すように、エ
アーブリッジ金属ビーム７４をそれらに向かって偏倚さ
せ、金属トレース７６に接触させて、入力端子ＲＦinお
よび出力端子ＲＦout間を短絡する。同様に、ＤＣ電圧
を制御接触パッド８０、８２に印加すると、エアーブリ
ッジ・ビーム７４は図５Ｃに示すように８０、８２に向
かって偏倚し、ＲＦ入力端子ＲＦinおよびＲＦ出力端子
ＲＦout間の接続を開放する。ＤＣ信号を通過させるこ
とができない容量型スイッチとして動作する図１のスイ
ッチとは異なり、このスイッチはＡＣおよびＤＣ双方で
動作することができる。この場合も、２対の制御パッド
８０、８２および８４、８６を使用することができるの
で、「張り付き」問題は極力抑えられる。
【００１５】この実施形態では、金属トレース７６、７
８には、端部にポスト８８、９０が、エアーブリッジ・
ビーム７４の高さとほぼ等しい高さに形成されている。
エアーブリッジ・ビーム７４間の接続を可能にすること
に加えて、ポスト８８、９０はエアーブリッジ・ビーム
７４がＤＣ制御パッド８０、８２、８４、８６に接触す
るのを防止する停止部として作用する。更に、エアーブ
リッジ・ビーム７４がＤＣ制御パッドに接触するのを防
止するために、図５Ｄに示すように、１つ以上の分離ス
トッパ８７を、ＤＣ制御パッドに沿って配置することも
可能である。ストッパ８７の一部８９は、エアーブリッ
ジ・ビーム７４と同じ高さに隆起している。
８には、端部にポスト８８、９０が、エアーブリッジ・
ビーム７４の高さとほぼ等しい高さに形成されている。
エアーブリッジ・ビーム７４間の接続を可能にすること
に加えて、ポスト８８、９０はエアーブリッジ・ビーム
７４がＤＣ制御パッド８０、８２、８４、８６に接触す
るのを防止する停止部として作用する。更に、エアーブ
リッジ・ビーム７４がＤＣ制御パッドに接触するのを防
止するために、図５Ｄに示すように、１つ以上の分離ス
トッパ８７を、ＤＣ制御パッドに沿って配置することも
可能である。ストッパ８７の一部８９は、エアーブリッ
ジ・ビーム７４と同じ高さに隆起している。
【００１６】前述のスイッチの代替実施形態を図６に示
す。この実施形態では、全体的に参照番号９０で識別す
るスイッチは、１極六投スイッチとして構成されてお
り、複数のエアーブリッジ・ビーム９２、９４、９６を
含む。エアーブリッジ金属ビーム９２、９４、９６は機
械的に互いに分離されているが、電気的には互いに接触
している。エアーブリッジ・ビーム９２、９４、９６
は、各々、１対の金属トレース１０２および１０４、１
０６よび１０８、１１０および１１２間に配置されてい
る。制御パッド１１４、１１６、１１８、１２０、１２
２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３
４、１３６は、それぞれ、エアーブリッジ・ビーム９
２、９４、９６の対向側に配置されている。ＲＦ入力端
子ＲＦinがエアーブリッジ金属ビーム９２、９４、９６
の一端に接続されている。複数のＲＦ出力端子Ｒ
Ｆout1、ＲＦout2、ＲＦout3、ＲＦout4、ＲＦout5、Ｒ
Ｆout6が、金属トレース１０２、１０４、１０６、１０
８、１１０、１１２の各々に接続されている。
す。この実施形態では、全体的に参照番号９０で識別す
るスイッチは、１極六投スイッチとして構成されてお
り、複数のエアーブリッジ・ビーム９２、９４、９６を
含む。エアーブリッジ金属ビーム９２、９４、９６は機
械的に互いに分離されているが、電気的には互いに接触
している。エアーブリッジ・ビーム９２、９４、９６
は、各々、１対の金属トレース１０２および１０４、１
０６よび１０８、１１０および１１２間に配置されてい
る。制御パッド１１４、１１６、１１８、１２０、１２
２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３
４、１３６は、それぞれ、エアーブリッジ・ビーム９
２、９４、９６の対向側に配置されている。ＲＦ入力端
子ＲＦinがエアーブリッジ金属ビーム９２、９４、９６
の一端に接続されている。複数のＲＦ出力端子Ｒ
Ｆout1、ＲＦout2、ＲＦout3、ＲＦout4、ＲＦout5、Ｒ
Ｆout6が、金属トレース１０２、１０４、１０６、１０
８、１１０、１１２の各々に接続されている。
【００１７】エアーブリッジ金属ビーム９２、９４、９
６の各々は、前述したように、静電力によって同様に作
用する。例えば、接点パッド１１８、１２０にＤＣ電圧
を印加すると、エアーブリッジ・レベル９２が右に偏倚
し、ＲＦ入力端子およびＲＦ出力端子ＲＦout2間に短絡
が生ずる。同様に、制御パッド１１４、１１６にＤＣ電
圧を印加すると、エアーブリッジ・ビームは左に偏倚
し、ＲＦ入力端子およびＲＦ出力端子ＲＦout1間に短絡
が生ずる。スイッチ出力のバランスは、同様に動作す
る。図６に示すスイッチは、したがって、セレクタ・ス
イッチとして用い、ＲＦ入力源ＲＦinを６つのＲＦ出力
ポートＲＦout1ないしＲＦout6のいずれかに接続するた
めに用いることができる。
６の各々は、前述したように、静電力によって同様に作
用する。例えば、接点パッド１１８、１２０にＤＣ電圧
を印加すると、エアーブリッジ・レベル９２が右に偏倚
し、ＲＦ入力端子およびＲＦ出力端子ＲＦout2間に短絡
が生ずる。同様に、制御パッド１１４、１１６にＤＣ電
圧を印加すると、エアーブリッジ・ビームは左に偏倚
し、ＲＦ入力端子およびＲＦ出力端子ＲＦout1間に短絡
が生ずる。スイッチ出力のバランスは、同様に動作す
る。図６に示すスイッチは、したがって、セレクタ・ス
イッチとして用い、ＲＦ入力源ＲＦinを６つのＲＦ出力
ポートＲＦout1ないしＲＦout6のいずれかに接続するた
めに用いることができる。
【００１８】図７は、本発明と共に用いるエアーブリッ
ジ・ビーム１４０の平面図である。図示のように、必要
であれば、ブリッジ１４０の曲げ剛性をその長さに沿っ
て変化させ、任意の曲げ形状を得ることができる。図７
に示すように、エアーブリッジ・ビーム・ブリッジ１４
０のある部分１４２、１４４は、比較的狭い領域として
形成して、薄いコンプライアント領域を形成することが
でき、一方ブリッジ部分の他の部分は比較的広い剛直領
域として形成することができる。こうすることの利点
は、作動電圧が低くて済み、所与のブリッジ長に対し
て、ブリッジの導電性を維持できることである。
ジ・ビーム１４０の平面図である。図示のように、必要
であれば、ブリッジ１４０の曲げ剛性をその長さに沿っ
て変化させ、任意の曲げ形状を得ることができる。図７
に示すように、エアーブリッジ・ビーム・ブリッジ１４
０のある部分１４２、１４４は、比較的狭い領域として
形成して、薄いコンプライアント領域を形成することが
でき、一方ブリッジ部分の他の部分は比較的広い剛直領
域として形成することができる。こうすることの利点
は、作動電圧が低くて済み、所与のブリッジ長に対し
て、ブリッジの導電性を維持できることである。
【００１９】このように、本発明によるプロセスは、単
一のメタライゼーション・レベルのみを用いて、多数の
極および多数のストロークを有する種々のＲＦスイッチ
を形成するのに適していることは明らかであろう。スイ
ッチをオンおよびオフに切り替えるために別個の制御源
が必要となるという事実は、追加のメタライゼーション
・レベルを必要としない。
一のメタライゼーション・レベルのみを用いて、多数の
極および多数のストロークを有する種々のＲＦスイッチ
を形成するのに適していることは明らかであろう。スイ
ッチをオンおよびオフに切り替えるために別個の制御源
が必要となるという事実は、追加のメタライゼーション
・レベルを必要としない。
【００２０】明らかに、前述の教示を考慮すれば本発明
の多くの変更および変形が可能である。したがって、請
求の範囲内において、本発明は、先に具体的に説明した
こと以外でも、実施可能であることは理解されよう。
の多くの変更および変形が可能である。したがって、請
求の範囲内において、本発明は、先に具体的に説明した
こと以外でも、実施可能であることは理解されよう。
【図１】本発明による単極二投容量型スイッチの斜視図
である。
である。
【図２】オン位置で示す、図１に図示したスイッチの平
面図である。
面図である。
【図３】オフ位置で示す、図１に図示したスイッチの平
面図である。
面図である。
【図４】本発明によるスイッチを製造する処理工程を示
す図である。
す図である。
【図５】図５Ａは、図１に示すスイッチの代替実施形態
の平面図である。図５Ｂは、オン位置にあるスイッチと
共に示す、図５Ａに図示したスイッチの平面図である。
図５Ｃは、図５Ｂと同様であるが、オフ位置にあるスイ
ッチと共に示す図である。図５Ｄは、本発明の一態様に
よる絶縁ストッパの使用を示す、図５Ａと同様の図であ
る。
の平面図である。図５Ｂは、オン位置にあるスイッチと
共に示す、図５Ａに図示したスイッチの平面図である。
図５Ｃは、図５Ｂと同様であるが、オフ位置にあるスイ
ッチと共に示す図である。図５Ｄは、本発明の一態様に
よる絶縁ストッパの使用を示す、図５Ａと同様の図であ
る。
【図６】多投多極スイッチを示す、本発明によるスイッ
チの別の代替実施形態の平面図である。
チの別の代替実施形態の平面図である。
【図７】本発明と共に使用する代替エアーブリッジの端
面図である。
面図である。
２０ スイッチ ２２ 絶縁基板 ２４ エアーブリッジ金属ビーム ２６、２８ 金属トレース ３０ 外部ブロッキング・コンデンサ ３１ チョーク ３２ 終端抵抗 ３４、３６ ＤＣ電圧源
フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ビー・ストウクス アメリカ合衆国カリフォルニア州90275, ランチョ・パロス・ヴァーデス，スタディ ア・ヒル・レインズ 29329 (72)発明者 ジョセフ・ピー・トリエウ アメリカ合衆国カリフォルニア州92646, ハンティントン・ビーチ，クリスマス・ド ライブ 10342 (72)発明者 ラヒル・ユー・ブホラニア アメリカ合衆国カリフォルニア州90504, トーランス，リダンド・ビーチ・ブールヴ ァード 3920，ナンバー 23 (72)発明者 マイケル・ディー・ランマート アメリカ合衆国カリフォルニア州90266, マンハッタン・ビーチ，シックスス・スト リート 1727
Claims (8)
- 【請求項１】 ＲＦスイッチであって、 １つの第１ＲＦ端子を規定するエアーブリッジ・ビーム
として形成された基板と、 前記基板上において、前記ビームに隣接して形成され、
１つ以上の第２ＲＦ端子を規定する１つ以上の金属トレ
ースと、を備え、前記ビームが、前記基板とほぼ平行な
面において前記１つ以上の金属トレースに向かって偏倚
するように構成されている、ＲＦスイッチ。 - 【請求項２】 請求項１記載のＲＦスイッチにおいて、
前記基板がガリウム砒素（ＧａＡｓ）から形成されるＲ
Ｆスイッチ。 - 【請求項３】 請求項１記載のＲＦスイッチにおいて、
前記１つ以上の金属トレースが、前記ビームに対してほ
ぼ平行であるＲＦスイッチ。 - 【請求項４】 請求項１記載のＲＦスイッチにおいて、
前記金属トレースが前記ビームに対してほぼ垂直である
ＲＦスイッチ。 - 【請求項５】 請求項１記載のＲＦスイッチにおいて、
前記ビームの幅が一定でないＲＦスイッチ。 - 【請求項６】 請求項１記載のＲＦスイッチにおいて、
前記基板がシリコンから形成されるＲＦスイッチ。 - 【請求項７】 ＲＦスイッチを形成するプロセスであっ
て、 （ａ）基板を用意するステップと、 （ｂ）前記基板上に支持部を形成するステップと、 （ｃ）単一のメタライゼーション層を用いて、前記支持
部に隣接し、かつその上に金属トレースを堆積するステ
ップと、 （ｄ）前記支持部を除去するステップと、を含むプロセ
ス。 - 【請求項８】 請求項７記載のプロセスにおいて、前記
支持部を形成する際、 前記基板上に第１フォトレジストをスピン加工するステ
ップと、 前記支持部を規定する前記第１フォトレジストの部分を
除く全てをフォトリソグラフィによって除去するステッ
プと、 前記第１フォトレジストを比較的高い温度に晒し、前記
第１フォトレジストの角を丸めるステップと、によって
形成することを特徴とするプロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/352,999 US6218911B1 (en) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | Planar airbridge RF terminal MEMS switch |
| US09/352999 | 1999-07-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001084884A true JP2001084884A (ja) | 2001-03-30 |
| JP3619430B2 JP3619430B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=23387318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000212323A Expired - Fee Related JP3619430B2 (ja) | 1999-07-13 | 2000-07-13 | 平面エアブリッジｍｅｍｓスイッチ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6218911B1 (ja) |
| JP (1) | JP3619430B2 (ja) |
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