JP2006515953A - 密閉された集積ｍｅｍｓスイッチ - Google Patents

Abstract

ＭＥＭＳスイッチは、シーソー部５２、一対のねじり棒部６６ａ，６６ｂ、及びフレーム６４を有した微細加工されたモノリシック層１２２を備えている。フレーム６４は、軸線６８周りの回転の際にシーソー部５２を支持する。シーソー部５２の端部における短絡バー５８ａ，５８ｂは、層１２２の一方の表面に結合された基板１７４に保持されたスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２対にまたがってこれらをつなぎ合せる。また、基部１０４が、基板１７４とは反対側における層１２２の表面に取り付けられている。基板１７４は、シーソー部５２を軸線６８周りに回転させるために、シーソー部５２に力を加えるための電極５４ａ，５４ｂを保持している。片持ちばり部１６６の自由端で支持される電気的接触アイランド１５２によって、層１２２上の接地板１６２ａ，１６２ｂと基板１７４上の導電体との間の良好な電気的導通性が確保される。

Description

本発明は、電気スイッチの技術分野一般に係り、より詳細には、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（微小電気機械素子）（MEMS：micro-electro mechanical systems）スイッチに関する。

高周波（RF：Radio Frequency）スイッチは、マイクロ波及びミリメートル波伝送システムにおいて、ビーム形成フェーズドアレイアンテナを含めたアンテナのスイッチング用途のために広く用いられている。一般的にこのようなスイッチング用途には現在、ガリウムヒ素（GaAs）ＭＥＳＦＥＴもしくはＰＩＮダイオードといった、機械スイッチと対比されるような半導体固体電子スイッチ（semiconductor solid state electronic switch）が用いられている。また、このような半導体固体電子スイッチは、送信と受信との間の切り替えのためにセルラ電話（携帯電話）に広く用いられている。

高周波信号の周波数が大体１ＧＨｚを超えると、固体スイッチは、“オン”状態にあるとき（すなわち、電気信号がスイッチを通過するとき）には挿入損失を来たすようになり、また、“オフ”状態にあるとき（すなわち、電気信号の送信を遮断するとき）には、電気的絶縁性を劣化させるようになる。ＭＥＭＳスイッチは、これらのいずれの特性に関しても、１ＧＨｚ近辺もしくはそれを超えるようなＲＦ周波数の場合に特に、固体デバイスをはるかに凌ぐ長所を提供する。

米国特許第５９９４７５０号明細書（特許文献１）、米国特許第６０６９５４０号明細書（特許文献２）、米国特許第６５３５０９１号明細書（特許文献３）は、いずれもＭＥＭＳスイッチを開示しているが、そこで開示されているＭＥＭＳスイッチでは、一対の同軸形ねじり棒部、ピン又は一対の可撓なヒンジが、該ねじり棒部、ピン又は可撓なヒンジによって確定される軸線の周りの回転に際して、それぞれ略平坦でたわまない梁部もしくはベーンを支持している。これら３つの特許発明においては、上記一対の同軸形ねじり棒部、ピン又は一対の可撓なヒンジはそれぞれ、略平坦でたわまない梁部もしくはベーンを基板から上方に少し離間させた状態で支持している。米国特許第５９９４７５０号明細書（'７５０特許）が開示しているのは、梁部から外方に突出して一対の支持部材だけにそれぞれ固定されたねじり棒部の終端部が、前記梁部をガラス基板から上方に少し離間させた状態で支持しているというものである。米国特許第６０６９５４０号明細書（'５４０特許）ならびに米国特許第６５３５０９１号明細書（'０９１特許）のいずれに係る発明もそれぞれ、梁部もしくはベーンと基板との間に、それらの間の間隙を保つため、上記可撓なヒンジの位置に設けられた上下の支柱又はピンを介在させている。

'７５０特許の例では、上記梁部は、ねじり棒部の一方の側にのみ延出しており、これにより、梁部のねじり棒部材周りでの回転が、この回転によって行われる電気スイッチの閉動作に際して、自身のヒンジを支えとして揺動するドアの動きと同じになっている。これとは異なり、'５４０特許ならびに'０９１特許のいずれにおいても、各梁部もしくはベーンは、ピン又は一対の可撓なヒンジから外側に向かって両方向に延在している。そのため、これらの２つの特許にそれぞれ開示された構造では、電気スイッチを閉じる際、ピン又は一対の可撓なヒンジによって決まる軸線周りにおける梁部もしくはベーンの回転は、シーソーの動きに似ている。３つの特許のいずれにおいても、静電気的な引力が、スイッチを閉鎖させる回転を引き起こしている。

'７５０特許の本文や図面に記載された製作関係の多くの細部を除けば、'７５０特許は、当該特許発明の梁部を形成する材料が、最初、ｐ^＋表面層を形成するために内部にホウ素イオンが注入されたｎ型拡散層を保持するモノリシックｐ型シリコン基板の一部として出発することを第一の実施例において開示している。すなわち、ｎ型拡散層がｐ型シリコン基板からｐ^＋表面層を隔離している。梁部を作製する間、梁部を形成するためのｎ型拡散層とｐ^＋表面層の材料だけを残してｐ型シリコン基板がエッチングによって除去される。同様に、ねじり棒部の作製によって、ねじり棒部を形成するためのｐ^＋表面層の材料だけを残してｎ型拡散層の材料が除去される。一連のプロセシングによって、ねじり棒部の終端部を形成するｐ^＋表面層と、隣接するガラス基板との間にまたがるアルミニウム製の支持部材が形成される。

'５４０特許に開示されているのは、スイッチ挿入損失を低減するとともに感度を高めるために、梁部が好適にも全て金属から（周りを梁部が回転するピンがそうであるように）形成されているというものである。特に、'５４０特許は、大半の半導体プロセシングに比べて低温で電気めっきされたニッケル（Ｎｉ）から梁部が形成され得ることを開示している。'５４０特許は、該特許発明における全金属製の梁部によって、既知のＳｉＯ_２ないし複合シリコン金属の梁部と比較して挿入損失が低減されるだけでなく、そのような構造もまた、ダイナミックレンジを増やすようにするための３次のインタセプトポイントを改善することを開示している。ガラス基板において金属製梁部に最寄りの側に堆積された一対の金の電極と、前記梁部から最遠の前記ガラス基板の反対側に配設された一対のフィールド板との間にそれぞれ印加された電位が静電気的な力を発生させ、この力が金属製のピンの周りに梁部を回転させる。

'０９１特許に開示されたＭＥＭＳスイッチに設けられたベーンは、金属シード層上部の誘電材料、蒸着された金属、あるいはめっきされた金属といったような比較的曲がりにくい材料から形成されている。薄くて曲がりやすい金属製のヒンジは、上記ベーンの両側において低損失マイクロ波絶縁（ないし半絶縁）基板から外方に突出する金のフレームにつながっている。上記基板は、クォーツ、アルミナ、サファイア、金属上低温セラミック回路（LTCC-M：Low Temperature Ceramic circuit on Metal）、ＧａＡｓ、又は高抵抗率シリコンから作製することができる。このように構成されると、ベーンとヒンジは、基板の上に配設され、曲がりやすいヒンジはベーンをフレームに電気的に結合させる。平らにも波形にもできるヒンジは、基板に対して平行なピボット軸であってかつ下側支柱上方にあるピボット軸の周りにベーンを回転させることができる。窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の絶縁体に封入することができる引き戻し（pull-back）ならびに引き下げ（pull-down）電極は、ベーンに隣接した基板上に形成される。引き下げ電極（プルダウン電極）ないし引き戻し電極（プルバック電極）に各々印加された電位がＭＥＭＳスイッチを開いたり閉じたりする。

米国特許第５６２９７９０号明細書（特許文献４）、米国特許第５６４８６１８号明細書（特許文献５）、米国特許第５８９５８６６号明細書（特許文献６）、米国特許第５９６９４６５号明細書（特許文献７）、米国特許第６０４４７０５号明細書（特許文献８）、米国特許第６２７２９０７号明細書（特許文献９）、米国特許第６３９２２２０号明細書（特許文献１０）、及び米国特許第６４２６０１３号明細書（特許文献１１）に係る一連の米国特許発明の明細書は、いずれもＭＥＭＳ構造を開示しており、これらの明細書に係る発明は、'７５０特許、'５４０特許、及び'０９１特許に関して上述した発明に大なり小なり似通っている。これらの特許明細書が開示しているのは、集積型の微小機械式ねじりスキャナであり、このスキャナは、特殊な構成において、フレーム形の基準部材を備えることができる。このねじりスキャナの特殊な構成は、対蹠的に対置された一対の、軸線に揃えられたねじり棒部を備え、このねじり棒部が基準部材から突出しかつ基準部材に結合されている。特殊な一構成では、'７５０特許、'５４０特許及び'０９１特許にそれぞれ開示されている梁部やベーンに類似のプレート形状の力学的部材は、フレームによって取り囲まれ、さらにねじり棒部によって該フレームに結合されている。このような構成とされることで、ねじり棒部は、ねじり棒部と同一直線上の軸線周りに上記力学的部材が回転するように力学的部材を支持する。基準部材、ねじり棒部、及び力学的部材は全て、シリコン基板の一半導体層からモノリシックに作製される。ねじりスキャナを作製するための望ましい方法は、ＳＩＭＯＸウェハないし類似のウェハ、例えばシリコン・オン・インシュレータ（SOI：silicon-on-insulator）基板（プレートの厚さがウェハのエピタキシャル層によって決まる）を用いる。金属ないしポリシリコンに比べると、単結晶シリコンは、その並外れた強度と疲労特性の故に、プレートにもねじり棒部にも好適である。上記の特許明細書はまた、力学的部材の回転運動を起こさせるために静電気的な力を用いることを開示している。
米国特許第５９９４７５０号明細書 米国特許第６０６９５４０号明細書 米国特許第６５３５０９１号明細書 米国特許第５６２９７９０号明細書 米国特許第５６４８６１８号明細書 米国特許第５８９５８６６号明細書 米国特許第５９６９４６５号明細書 米国特許第６０４４７０５号明細書 米国特許第６２７２９０７号明細書 米国特許第６３９２２２０号明細書 米国特許第６４２６０１３号明細書

本願発明の一つの課題は、改良されたＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、すばやく切り替えを行なうＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、動作電圧がより低いＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、シングルポール・ダブルスローリレイ（SPDT：single-pole double-throw）ＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、周期的な構造の繰り返しごとに追加のポールを設けることができるＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、信号絶縁が改善されるＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、スイッチ接点材料選択及び仕様変更に役立つＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、製造に犠牲層を必要としないＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、バルク製作に有用で、個別の複数のＭＥＭＳスイッチに容易に分割するＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、製造中に本質的に気密密閉された状態になるＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、よりシンプルなＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、価格が有利なＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、製造が容易なＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、製造が経済的なＭＥＭＳスイッチを提供することにある。

本願発明の他の課題は、ＭＥＭＳ構造において、該ＭＥＭＳ構造の２つの異なる層上に存在する金属間における優れた電気的接続を与えるＭＥＭＳ構造を提供することにある。

簡単に述べれば、本願発明の第一の観点は、集積型の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチであって、該ＭＥＭＳスイッチに接続された第１の入力用導体側に存在する電気的な信号を、同じく該ＭＥＭＳスイッチに接続された第１の出力用導体に、選択的に結合するように設けられたＭＥＭＳスイッチである。このＭＥＭＳスイッチは、微細加工された材料からなるモノリシック層（一体構造層）を備え、該モノリシック層は：
ａ．シーソー部；
ｂ．前記シーソー部の両側に配置されるとともに前記シーソー部に連結された一対のねじり棒部（このねじり棒部によって軸線が決定され、この軸線の周りに前記シーソー部が回転可能とされている）；及び
ｃ．前記シーソー部から遠い側における前記ねじり棒部の端部が連結されるフレーム；
を有している。前記フレームは、前記ねじり棒部によって決まる軸線周りの回転のために前記ねじり棒部を介して前記シーソー部を支持する。また、ＭＥＭＳスイッチは、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線から離れた位置にある前記シーソー部の端部において保持された導電性を有する短絡バーを備えている。

また、ＭＥＭＳスイッチは、前記モノリシック層の第１の表面に接合された基部を備えている。上記ＭＥＭＳスイッチ内に同じく設けられた一つの基板が、前記基部が接合された前記モノリシック層の前記第１の表面から離れた側にある前記モノリシック層の第２の表面に結合されている。前記基板内に形成されるのが、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線の片側にある前記シーソー部の表面に対して対置される電極である。この電極と前記シーソー部との間に電位を与えると、前記シーソー部が前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線の周りに第１の方向に回転させられる。同じく前記基板上に形成されるのが一対のスイッチ接点であり、この一対のスイッチ接点は、前記入力用導体と前記出力用導体にそれぞれ接続されるように設けられている。前記スイッチ接点の対は：
ａ．前記シーソー部に力が加わっていないときには、前記第１の短絡バーに隣接しているが該第１の短絡バーから離間された状態で配置されており；
ｂ．前記シーソー部に力が加わっていないときには、互いに電気的に絶縁されており；さらに、
ｃ．前記シーソー部を前記第１の方向に回転させる十分強い力が前記シーソー部に加わると、前記第１の短絡バーによって接触させられる。
このようにして、短絡バー及びスイッチ接点間の接触が、前記スイッチ接点の第１の対を電気的に結合する。

本願発明の他の観点は、第１の層および第２の層を備えてこれらの各層がそれぞれ導電体を保持しているようなＭＥＭＳ電気的接触構造体ならびにＭＥＭＳ構造体である。前記第２の層は、片持ちばり部を有しており、前記片持ちばり部は、該片持ちばり部の自由端において電気的接触アイランドを支持している。前記電気的接触アイランドは、前記片持ちばり部から遠位に一つの端部を有し、該端部が、前記第２の層上に配設された導電体の一部を保持している。本願発明のこの特殊な観点において、前記電気的接触アイランドの前記端部における前記導電体の一部は、前記片持ちばり部によって加えられる力によって、前記第１の層上に配設された導電体と密接に接触させられる。

これらの、そしてその他の特徴、対象、ならびに長所は、様々な図に示された好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から当業者には理解されようし、そうでなくても自明であろう。

図１、図２Ａ、及び図２Ｂは、本願発明のＭＥＭＳスイッチに設けられるシーソー部５２、金属製電極５４ａ及び５４ｂ、金属製スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１及び５６ｂ２、及び金属製短絡バー５８ａ及び５８ｂを示す。シーソー部５２は、好適には単結晶シリコン（Si）とされた材料からなる層６２をマイクロマシニングすること（微細加工すること）によって形成される。層６２の材料はまた、シーソー部５２を好適に取り囲むフレーム６４も形成している。一対のねじり棒部６６ａ及び６６ｂ（図１中に点線で示されており、シーソー部５２の両側からフレーム６４に向かって外方に突出している）もまた、層６２の材料からシーソー部５２及びフレーム６４とともにモノリシックに（一体に）形成されている。シーソー部５２の寸法は、ＭＥＭＳスイッチの特殊な構造に依存して変化するが、図の一実施形態においては、シーソー部５２を取り囲むフレーム６４を作り上げるために層６２内に微細加工された開口部は、おおよそ約０．４×０．４ミリメートルの寸法である。この同じ図の実施形態では、層６２はおおよそ１７ミクロンの厚さであり、その一方で、シーソー部５２は、おおよそ５ミクロンの厚さであり、ねじり棒部６６ａ及び６６ｂも同様である。

ねじり棒部６６ａ，６６ｂは、シーソー部５２を、該ねじり棒部６６ａ，６６ｂと同一直線上にある軸線６８周りに回転するように周囲のフレーム６４から支持している。数ミクロン厚の短絡バー５８ａ，５８ｂは、軸線６８から最遠位のシーソー部５２の両端で該シーソー部５２に担持されている。ねじり棒部６６ａ，６６ｂは、上述の図の実施形態においては、おおよそ２０ミクロン幅，６０ミクロン長である。斯かる構成を有したねじり棒部６６ａ，６６ｂは硬く、そのために高い共鳴周波数を現し、これがかなり大きな復元力を与えて、この力によって、ＭＥＭＳスイッチがスティクションを示そうとする度合いが低減される。さらに、ねじり棒部６６ａ，６６ｂの剛性は、結合されたシーソー部５２とねじり棒部６６ａ，６６ｂがスイッチ動作速度を増加させるためのより高い共鳴周波数でのスイッチ動作速度に直接関与している。

上述の図の実施形態の場合、薄いチタン（Ti）接着層上にめっきされた数ミクロンの金（Au）が短絡バー５８ａ，５８ｂを形成している。短絡バー５８ａ，５８ｂは、おおよそ１０ミクロン幅、４０ミクロン長とされている。軸線６８から最遠位のシーソー部５２の両端にそれぞれ配置された一対の二酸化ケイ素（SiO₂）絶縁パッド７２ａ，７２ｂが、短絡バー５８ａ，５８ｂをシーソー部５２から電気的に絶縁するために、短絡バー５８ａ，５８ｂとシーソー部５２との間に挿入されている。図１に示されているように、絶縁パッド７２ａ，７２ｂは、短絡バー５８ａ，５８ｂよりもシーソー部５２上で大きな面積を覆っており、おおよそ１．０ミクロン厚とされている。シーソー部５２に隣接するスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２及び電極５４ａ，５４ｂは、おおよそ４．０ミクロン厚とされている。

シーソー部５２に外力が働かない場合は、ねじり棒部６６ａ，６６ｂによって与えられる復元力がシーソー部５２を図２Ａに描かれた姿勢位置に置こうとする。この位置に置かれると、シーソー部５２は、隣接した電極５４ａ，５４ｂ及びスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２からおおよそ３ミクロン離間される。層６２と電極５４ａ，５４ｂの一つとの間に電位差を与えると、電極（例えば図２Ｂの電極５４ａ）に向かってシーソー部５２が引き付けられるために、シーソー部５２が軸線６８周りに回転させられる。シーソー部５２が十分回転することによって、短絡バー５８ａ，５８ｂの一方が、一対のスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，又は５６ｂ１，５６ｂ２（例えば図２Ｂのスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２）に接触させられ、その結果、それらの間に電気回路ができる。

以下に述べるように、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように構成された、シーソー部５２、電極５４ａ，５４ｂ、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２、及び短絡バー５８ａ，５８ｂを有する本願発明に係るＭＥＭＳスイッチを組み立てるための種々異なるプロセスが存在するのであるが、好適なプロセスは、図３に示されるように開始される。図３は、基底ウェハ１０４上で１個のＭＥＭＳスイッチが占める領域１０２を示す。図３の実例では、線１０６は、中央の領域１０２と、隣接する８個の同一の領域１０２（これらの領域は、基底ウェハ１０４の縁に臨んだ部分を除けば、中央の領域１０２を取り囲んでいる）との境界を示している。以下の記載にあるように、ＭＥＭＳスイッチが完成したのち、領域１０２は、線１０６に沿ったソーイングによって、個々のＭＥＭＳスイッチの領域に分割されることになる。

基底ウェハ１０４は、普通のシリコンウェハであり、ウェハ直径に関するＳＥＭＩ規格準拠の厚さより薄いものとすることができる。例えば、基底ウェハ１０４が１５０ｍｍの直径を有していれば、ＳＥＭＩ規格準拠のウェハであれば通常はおおよそ６５０ミクロンの厚さを有している。しかしながら、基底ウェハ１０４の厚さ（この厚さは、大幅に変更可能とされ、それでも本願発明に係るＭＥＭＳスイッチを作製するために有用足りえるものとされる）は、ＳＥＭＩ規格準拠のシリコンウェハより薄くすることができる。

本願発明に係る好ましい実施形態のＭＥＭＳスイッチの作製は、スイッチされる端子パッド用空洞部１１２、シーソー部用空洞部１１４、及び共通端子パッド用空洞部１１６を、基底ウェハ１０４の最上面１０８内に微細加工することから始まる。空洞部１１２，１１４及び１１６の深さは、厳密なものではないが、上述の図の実施形態の場合では、おおよそ１０ミクロン深さとしなければならない。プラズマ装置、好適には、良好な均一性と異方性を与える反応性イオンエッチング（RIE：Reactive Ion Etch）が、空洞部１１２，１１４，１１６の微細加工に用いられる。しかしながら、ＫＯＨないし他のウェットエッチングもまた空洞部１１２，１１４，１１６を微細加工するのに用いることができる。標準的なエッチング阻止技術が空洞部１１２，１１４，１１６を微細加工する際に用いられる。それは、プラズマエッチング用のフォトレジストであったり、あるいはウェット（KOH）エッチング用の酸化ケイ素ないし窒化ケイ素によって形成されたマスクである。このマイクロマシニング（微細加工）によって、シーソー部用空洞部１１４が得られ、このシーソー部用空洞部１１４が、図２Ｂに図示されているようなシーソー部５２の動きを受け入れ、その一方で、空洞部１１２，１１６が、以下に詳述されるように、フィードスルー又は電気的接点パッドを収容する。

上面１０８内に空洞部１１２，１１４，１１６を微細加工した後、どの図にも示されていないが、次のステップは、図３に示される基底ウェハ１０４の底面１１８内にアライメントマークをエッチングすることである。底側のアライメントマークは、後続のプロセシング作業を通じて空洞部１１２，１１４，１１６と他の微細加工された構造を揃えることができるように、基底ウェハ１０４内に微細加工された空洞部１１２，１１４，１１６に見当合わせされなければならない。この底側のアライメントマークは、全プロセスの流れの終わり近くの底面側のシリコンエッチング中にも用いられることになる。底面側アライメントマークは、空洞部１１２，１１４，１１６に揃えられた状態で、先ず特殊なターゲット専用マスクを用いたリソグラフィステップによって、そして次には基底ウェハ１０４の底面１１８を微細加工することによって形成される。ターゲット専用マスクのパターンは、基底ウェハ１０４の両面からフォトレジストを取り去る前に、底面１１８内へと数ミクロン深さでプラズマエッチングされる。ＭＥＭＳスイッチを作製する際に赤外線の性能を有したアライナが使える場合には、底面側アライメントマーク作成は省くことができる。

図４に示されたＭＥＭＳスイッチ製造の次のステップは、シリコン・オン・インシュレータ（SOI：silicon-on-insulator）ウェハ１２４の薄い単結晶Ｓｉデバイス層１２２を、基底ウェハ１０４の上面１０８に融着接合するというものである。好適にも、ＳＯＩウェハ１２４のデバイス層１２２は、極めて薄い二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の埋め込み層上で１７ミクロン厚とされ、そのため、その名前がシリコン・オン・インシュレータないしＳＯＩとされている。シーソー部５２及びねじり棒部６６ａ，６６ｂを微細加工する際に有利なＳＯＩウェハ１２４の特徴は、デバイス層１２２が、薄いＳｉＯ_２層１３２に対してＳＯＩウェハ１２４の全表面上で略均一な厚さ（それも好ましくは約１７ミクロン）を有していることである。ＳＯＩウェハ１２４のデバイス層１２２を基底ウェハ１０４の上面１０８に融着する際には、ウェハ１０４とウェハ１２４とは、基底ウェハ１０４上のアライメント用オリエンテーションフラット１３４を、対応するＳＯＩウェハ１２４上のアライメント用オリエンテーションフラット１３６に合わせることで、大まかに揃えられる。基底ウェハ１０４へのＳＯＩウェハ１２４の融着は、おおよそ１０００℃で行なわれる。

基底ウェハ１０４とＳＯＩウェハ１２４とが融着により一体に形成された後、基底ウェハ１０４の上面１０８に結合されたデバイス層１２２だけを残して、デバイス層１２２から最も遠い位置にあるハンドル層１３８、及び次のＳｉＯ_２層１３２が取り除かれる。先ず、保護のための二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、これら両者の組み合わせ、もしくは他の任意の適した保護層が基底ウェハ１０４の底面１１８上に形成される。基底ウェハ１０４をこのようにマスクしたら、ハンドル層１３８のシリコンが、ＳＯＩウェハ１２４に対して行なわれるＫＯＨエッチングによって取り除かれる。ハンドル層１３８を形成するシリコンのバルクが取り除かれて、埋め込まれたＳｉＯ_２層１３２に達すると、ＫＯＨがＳＯＩウェハ１２４をエッチングする速さがかなり遅くなる。このように、ＳｉＯ_２層１３２は、ハンドル層１３８を取り除くためのエッチストップとして機能する。ハンドル層１３８のバルクシリコンが取り除かれたら、前には埋もれていたが今や露出したＳｉＯ_２層１３２がＨＦエッチングによって取り除かれる。その他のウェットなシリコンエッチング液、プラズマエッチング、研削及び研磨、あるいはこれらの方法の組み合わせを含め、ハンドル層１３８のバルクシリコンを除去する他の方法を用いることもできることに留意されたい。このプロセスが全て終了すると、図５に図示されたように、ＳＯＩウェハ１２４のデバイス層１２２だけが基底ウェハ１０４に結合された状態のままで残る。

図６は、ハンドル層１３８とＳｉＯ_２層１３２とがエッチングによって取り去られることで、デバイス層１２２の前面１４２として何が露出されたかを示している。空洞部１１２，１１４，１１６を形成するのと同じように、ＭＥＭＳスイッチの好ましい実施形態を製造する次のステップは、おおよそ１２．０ミクロン深さの初期空洞部１４４を、前面１４２を貫いてデバイス層１２２内へと微細加工（好適にはＫＯＨエッチングを用いる）することである。ＭＥＭＳならびに半導体製造の当業者には周知であるように、デバイス層１２２の前面１４２は、先ず酸化され、ＫＯＨを用いて初期空洞部１４４を微細加工するための遮蔽マスクが得られるようにパターンが形成される。次いで、初期空洞部１４４を微細加工した後に、残っているデバイス層１２２の前面１４２上の酸化物が除去される。図６に続く図では、初期空洞部１４４の壁部が垂直であるように示されているが、好適にもＲＩＥプラズマエッチングよりむしろＫＯＨエッチングを用いて壁部が形成されるために、従来よく知られているように、好ましい実施形態における初期空洞部１４４の壁部は、実際にはおおよそ５４°の角度で傾いている。

ＭＥＭＳスイッチの好ましい実施形態においては、初期空洞部１４４の深さが、図２Ａに図示された電極５４ａ，５４ｂの、シーソー部５２から最も遠い表面と、シーソー部５２の、電極５４ａ，５４ｂに最も近い表面との間のあきかたを決定する。初期空洞部１４４の深さは、シーソー部５２上の短絡バー５８ａ，５８ｂ及び電極５４ａ，５４ｂの金属及びスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２の間の所望のギャップが得られるように、シーソー部５２の所望の厚さとデバイス層１２２の所望の厚さを考慮に入れて算出される。

デバイス層１２２内に初期空洞部１４４を微細加工することで、初期空洞部１４４の底から上方に突出する４つの接地アイランド１５２（接地用孤立部）、Ｕ字形壁部１５４、さらにまたぎざぎざのＵ字形壁部１５６が残る。接地アイランド１５２及び壁部１５４，１５６は、上に向かって初期空洞部１４４の底からデバイス層１２２の前面１４２へと延出している。これら壁部１５４，１５６は、ＭＥＭＳスイッチのシーソー部５２となるべき前面１４２の床の部分を大部分取り囲んでいる。初期空洞部１４４の形成後、短絡バー５８ａ，５８ｂならびに初期空洞部１４４内の他の金属構造の堆積に備えてＳｉＯ_２絶縁パッド７２ａ，７２ｂが初期空洞部１４４の床の上に堆積される。

図７及び図８は、短絡バー５８ａ，５８ｂを含めて、初期空洞部１４４の底に堆積される様々な金属構造部を示している。先に述べたように、これらの金属製の構造体は、最初に薄いＴｉ接着層を堆積し、その上に続けて、図の実施形態ではおおよそ０．５ミクロンのＡｕを堆積させて形成することが好ましい。短絡バー５８ａ，５８ｂに加えて、一対の金属製の接地板１６２ａ，１６２ｂがそれぞれ延在して、初期空洞部１４４を横切り、短絡バー５８ａ，５８ｂならびに絶縁パッド７２ａ，７２ｂを超え、対になった接地アイランド１５２の間に拡がっている。０．５ミクロンのＡｕ層を堆積した後、この金属部は、短絡バー５８ａ，５８ｂならびに接地板１６２ａ，１６２ｂ用の形状が確定するように続いてリソグラフィによりパターン形成されてエッチングされる。その後、おおよそ４．０ミクロンの全厚となるように追加的なＡｕが短絡バー５８ａ，５８ｂ上にめっきされる。

全ての金属構造部が初期空洞部１４４内に作られたら、初期空洞部１４４の底に残っているデバイス層１２２の材料に穴をあける第２のＲＩＥエッチングによって、ねじり棒部６６ａ，６６ｂ及びシーソー部５２の輪郭が描かれ、これによって軸線６８の周りに回転するようにシーソー部５２が自由になる。このようにして、シーソー部５２及びねじり棒部６６ａ，６６ｂは、フレーム６４になるデバイス層１２２の包囲材料とともにモノリシックに形成される。第２のＲＩＥエッチングはまた、片持ちばり部１６６を下方に残しつつかつそれぞれの接地アイランド１５２を支持した状態にしながら、初期空洞部１４４を基底ウェハ１０４の空洞部１１２，１１６へと開口する。片持ちばり部１６６の自由端においてそれぞれの接地アイランド１５２を支持することによって、前面１４２より上側に突出している接地アイランド１５２の頂上における接地板１６２ａ，１６２ｂの終端部分でのＡｕの厚さが考慮される。片持ちばり部１６６に加わる従う力が、接地板１６２ａ，１６２ｂと以下に述べる後続の金属化（メタライゼーション）層との間の良好な電気的接触の形成を保証する。

図９には、続いて図７に示されたデバイス層１２２の前面１４２にぴたりと合わされて融着されることになるパイレックス（登録商標）ガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２上の領域が示されている。ガラス基板１７４は、基底ウェハ１０４及びＳＯＩウェハ１２４と同じ直径を有しており、好適には、１．０ｍｍの厚さとされている。図９の例は、薄い１０００Åのクロム−金（Ｃｒ‐Ａｕ）のシード層をメタライゼーション表面１７２上に堆積させた後のメタライゼーション表面１７２上部に存在する金属構造部を示すものである。Ｃｒ‐Ａｕシード層をパターン形成することによって、好適な実施形態のＭＥＭＳスイッチの共通端子１８２、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２、及び電極５４ａ，５４ｂになるものに用いられる接点パッドと導体線とが構築される。また、Ｃｒ‐Ａｕシード層をパターン形成することによって、接地アイランド１５２の突出している端部上に存在している接地板１６２ａ，１６２ｂの部分とぴたりと合わされるようにあてがわれる接地パッド１８６が構築される。上記構造部のためにＣｒ‐Ａｕシード層にパターンが作られたら、続いて、図９に表されたパターンを形成するようにおおよそ２．０ミクロンのＡｕがめっきされる。高い周波数の高周波（RF）信号を効果的に導くのに適した表皮効果条件を満足するように、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２及び共通端子１８２は、４．０ミクロン厚であることが好ましい。しかしながら、本願発明に係るスイッチは、上述されたものとは異なる材料及びプロセシングの工程が用いられるものであってもよい。

電極５４ａ，５４ｂは、該電極５４ａ，５４ｂとシーソー部５２上における直接向き合った部分との間のギャップを低減するために、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２と同じ厚さでめっきされる。電極５４ａ，５４ｂと、シーソー部５２上における直に向き合う部分との間のギャップがより小さくなることで、ＭＥＭＳスイッチを駆動するために印加しなければならない電圧が低減する。

図１０は、先に図３，図６，図７に図示された基底ウェハ１０４の部分を示す図であって、図９に図示されたガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２における対応部分がデバイス層１２２の前面１４２に陽極接合された後の基底ウェハ１０４の部分を示している。メタライゼーション表面１７２を前面１４２に接合する際には、図９に図示された金属パターンが、図７及び図８に見られるデバイス層１２２内に微細加工された構造に注意深く揃えられる。メタライゼーション表面１７２を前面１４２にこのように接合することで、図１，図２Ａ及び図２Ｂに図示されるようなＭＥＭＳスイッチが構築される。図７及び図８に図示された構造では、電極５４ａ，５４ｂの接点パッドに接続している電極５４ａ，５４ｂのワイヤは、それぞれ壁部１５６内の鋸歯状の刻み目を通過し、その一方で、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２が、それぞれＵ字形の壁部１５４，１５６の腕の部分に沿って、接地板１６２ａ，１６２ｂにそれぞれ極めて近接した状態で延びている。

メタライゼーション表面１７２を１７４に陽極接合する間、接地アイランド１５２を支える片持ちばり部１６６は、各接地アイランド１５２頂上にある接地板１６２ａ，１６２ｂの金属と、ガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２上に形成された接地パッド１８６との間の干渉によって曲がる。片持ちばり部１６６を形成する単結晶シリコン材料の機械的な剛性が、接地パッド１８６と、接地アイランド１５２の位置において前記接地パッド１８６に対置された接地板１６２ａ，１６２ｂの部分との間の音響電気的な接続を確保する力を与える。

ガラス基板１７４が壁部１５４に陽極接合された後、デバイス層１２２から最も離れているガラス基板１７４と基底ウェハ１０４の両方の外側部分全体が、図１０に点線１９２，１９４で示されるように薄くされる。基底ウェハ１０４及びガラス基板１７４は、両側において研削及び研磨処理で薄くされることが好ましい。ガラス基板１７４がおおよそ１００ミクロンの最終的な厚さを持つようにして、各層の約半分の厚さが除去される。組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４を研削しかつ研磨することで、標準的な半導体デバイスの厚さに比肩し得る厚さを持ったＭＥＭＳスイッチが作り出される。基底ウェハ１０４とガラス基板１７４を薄くする際には、研削、研磨、化学機械平坦化（CMP：chemical mechanical planarization）、ないし種々のウェットエッチングやプラズマエッチングを含めて、ＭＥＭＳないし半導体プロセシングに通常用いられるあらゆる技術を用いることができる。

図１１は、組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４の断面を、図１０で示したものを逆にした状態で示している。また、図１１は、基底ウェハ１０４を薄くした後の空洞部１１２，１１６の基底にエッチング前には残っていた基底ウェハ１０４のシリコン材料を貫いてエッチングされた開口部を図示している。空洞部１１２，１１６を延長することは、先ず、両側アライナを用いてデバイス層１２２から最も離れている基底ウェハ１０４の底面側にパターンを作り上げ、さらに透明なガラス基板１７４を通してデバイス層１２２の構造を観察することによって行なわれる。次に、基底ウェハ１０４を形成しているシリコン材料がディープＲＩＥ装置を用いてプラズマエッチングされる。このように空洞部１１２，１１６を開口することで、電極５４ａ，５４ｂのための接点パッドと、スイッチ接点５６ａ２，５６ｂ２のための共通端子１８２とともにスイッチ接点５６ａ１，５６ｂ１と、陽極接合前にガラス基板１７４上にもともと形成されていた接地パッド１８６（図９に示されていて図１１では点線で示されている）とが外に剥き出しになる。

図１２は、組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４を、この組体内部に同時に形成された多数のスイッチを別々にするためにソーイングした後の、そしてＭＥＭＳスイッチ内に備えられた接地パッド１８６と接点パッドに電気的なリード線１９８（図１２には電気的なリード線１９８のうちの一本だけが示されている）をワイヤ接続した後の本願発明に係るＭＥＭＳスイッチの断面図である。

電気的なリード線１９８は、一つが出力であるＭＥＭＳスイッチへの２つの入力信号を結合するための手段、又はこれとは別に、単一の入力信号を、ＭＥＭＳスイッチからの２つの出力のいずれか一方、もしくはそれとは別の他方に結合するための手段を提供する。電気的なリード線１９８はまた、接地板１６２ａ，１６２ｂをシーソー部５２ともども電気的に接地するための手段を提供し、さらには、シーソー部５２に軸線６８周りの回転を起させるシーソー部５２と電極５４ａ，５４ｂとの間の電位に差を与えるための手段を提供する。

組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４をソーイングすることによって、個別のＭＥＭＳスイッチ（典型的にはおおよそ２．０×１．５×１．５ミリメータ〔Ｌ×Ｗ×Ｈ〕とされている）が製造される。上記の寸法は、その大きさの２倍ないし２分の１の大きさに容易に変更することができる。組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４のソーイング中、上方に向いた基底ウェハ１０４表面上の開放空洞部１１２，１１６は、従来のウェハテープによって覆われる。空洞部１１２，１１６をウェハテープで密封することは、底のところで接点パッドと接地パッド１８６が剥き出しとなった空洞部１１２，１１６の中に、そして、おそらくは、ＭＥＭＳスイッチの内部にある短絡バー５８ａ，５８ｂとスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２にさえもソー・スラリが入らないように保証する上で重要である。

必要であれば、あるいはその方がよければ、図７に示されたデバイス層１２２及び図９に示されたガラス基板１７４の表面を疎水性にすることによって、ソー・スラリのＭＥＭＳスイッチ内部への侵入に対する防壁部を作ることもできる。デバイス層１２２へのガラス基板１７４の陽極接合によって短絡バー５８ａ，５８ｂ及びスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２が作られているＭＥＭＳスイッチの内部と空洞部１１２，１１６との間の通路部は、おおよそ１０ミクロン×１００ミクロンとされている。これらの通路部の表面が疎水性であれば、その表面状態が、ソーイング中の水の侵入を防ぐことになる。ガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２を通路部に陽極接合する前に、あるいは空洞部１１２，１１６を開放するために上述の如く基底ウェハ１０４の背面側をエッチングした後に、表面をシリコーンで被覆することによって、上記の表面疎水性が作られる。表面をシリコーンで被覆するために用いることができる一つの方法としては、図７に示された組み合わされた基底ウェハ１０４及びデバイス層１２２、あるいは、図１１に示された組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４を、ゲルパック（Gel Pak）材料からなる加熱パッドとともに真空チャンバ内に配置するというものがある。ゲルパックパッドからのポリマの層をおおよそ４０℃まで加熱するために熱板（ホットプレート）が用いられる。熱板が上記温度に達したら、組み合わされた基底ウェハ１０４及びデバイス層１２２及びゲルパックパッドが入っているチャンバが密閉され、真空引きされ、そしておおよそ４時間その状態に保たれる。その時間が経過したら、チャンバは先ずパージされ、次いで再び空気で満たされ、その後、後続のプロセシングのために組み合わされた基底ウェハ１０４及びデバイス層１２２が取り出される。組み合わされた基底ウェハ１０４及びデバイス層１２２をこのように処理することで、ソーイング中に空洞部１１２，１１６を通ってＭＥＭＳスイッチの内部に水が入ってくることが防止される。

本願発明の他の実施形態には、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２、電極５４ａ，５４ｂ、及び接地板１６２ａ，１６２ｂへの電気的な接続を行なうための様々な技術が主として含まれる。上記の接続を行なうための図１３，１４に図示された一つの代替技術は、空洞部１１２，１１６を開口するためにＲＩＥエッチングを行なうのではなく、空洞部１１２，１１６の列に沿って基底ウェハ１０４の中へと、しかし貫通することなくソー切断部２０４の機械切削を行なうというものである。組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４において直ぐ隣り合っているＭＥＭＳスイッチ同士の間の空け方や鋸歯の幅に合わせてソー切断部２０４を機械切削すれば、直ぐ隣り合っている一対のソー切断部２０４の間に突出するリッジ２０６を残すことも残さないこともできる。個別のＭＥＭＳスイッチを形成するために、組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、及びガラス基板１７４を完全に貫くように後から切断しきってしまうことで、リッジ２０６が（もし残っているようなら）取り除かれる。ソー切断部２０４を機械切削すると、接点パッド及び接地パッドがソー・スラリに必ずさらされることになるために、この特殊な他の一実施形態の場合、空洞部１１２，１１６とＭＥＭＳスイッチの内部との間の通路部が、デバイス層１２２へのガラス基板１７４の陽極接合の前に疎水性にされることが不可欠である。上記の表面が上述のゲルパックの処置を用いることで疎水性にされることが好ましい。

必要な電気的な接続を与えるための他の代替的な技術は、２つの主要な相違点があるものの、図１０に示された基底ウェハ１０４とガラス基板１７４の薄層化を通してＭＥＭＳスイッチを製造するための先に上で述べたものと同じ工程をたどる。上記第１の相違点というのは、図３に示された空洞部１１２，１１６が、電気的な接点パッドのためには必要とされず、その代わりに接地アイランド１５２と片持ちばり部１６６のためだけにしか必要でないという点である。この他の一実施形態においては、接点パッド及び接地パッドは、ガラス基板１７４の外層上に配置されることになる。上記第２の相違点というのは、金属パターンが好ましい実施形態とは違ったものになり、それにより、ガラスウェハの両側で、金属製の相互接続部の２つの層を用いてＲＦパフォーマンスを最適化するようにするという点である。ガラス基板１７４をおおよそ５０ミクロンの厚さにまで薄くした後、図１５、図１６に示されているように、バイア２１２が、接点パッド、接地パッド、及び電極のＣｒシード層までガラス基板１７４を貫通するようにしてエッチングされる。上記Ｃｒシード層は、図９に示された金属構造部を形成する際に堆積させた。上記ガラスは、８：１のＨＮＯ_３：ＨＦといったような等方性エッチング液を用いてウェットエッチングされるのが普通である。上記エッチング液は、Ｃｒ層に達すると同時に止まる。接点パッド、接地パッド、及び電極を形成する金属部が剥き出しにされたら、金属部２１４がバイア２１２内へと堆積されるとともに、ガラス基板１７４の表面の上側に堆積され、これにより、接点パッド、接地パッド、及び電極の金属部がガラス基板１７４の外側表面に広がることになる。金属部２１４は、図９に示された金属構造部を形成する際にガラス基板１７４上に堆積されたのと同じような、ガラス基板１７４上にスパッタリングないし蒸着されたクロム‐金（Cr-Au）の膜とされている。堆積されたＣｒ‐Ａｕ膜は、内側にそれぞれ堆積された金属部２１４に隣接しかつ接続された接合パッド領域を残してパターン形成されてエッチングされる。続いて、追加のＡｕが、全厚でおおよそ４．０ミクロンとなるように上記金属部上にめっきされる。金属部２１４の接合パッド領域は、金属部２１４に接合されたワイヤを用いるか、あるいは、はんだ付け用バンプを用いることによってプリント回路基板に接続することができる。ガラス基板１７４の外部表面上に接合パッド領域が設けられるため、図１１に図示されたような空洞部１１２，１１６を開口するための基底ウェハ１０４のＲＩＥエッチングは、もはや必要ではない。従って、空洞部１１２，１１６を開口するためにＲＩＥエッチングに必要とされた基底ウェハ１０４の裏側のパターン形成とエッチングは、この実施形態においては省略される。スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２、電極５４ａ，５４ｂ、及び接地板１６２ａ，１６２ｂへの電気的接続を形成するためのこの特殊な代替的な技術によって得られる一つの利点は、最終的に得られるＭＥＭＳスイッチが気密に密閉されていることである。

図１７ないし図２０は、別の最後の実施形態を示している。この実施形態も、気密に密閉されたＭＥＭＳスイッチを提供する。この別の実施形態においては、先ず溝部２２２のパターンが、図１７に示されるようにガラス基板１７４の表面２２４内におおよそ５０ミクロンの深さでエッチングされる。次にＣｒ‐Ａｕのシード層が表面２２４上に堆積されてパターン形成され、これにより、おおよそ４．０ミクロン厚とされたＡｕ導体２２６が続いて各溝部２２２内に形成可能となる。Ａｕ導体２２６は、スイッチ構造部、つまりＭＥＭＳスイッチの気密密閉された部分の内部のスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２、電極５４ａ，５４ｂ、及び接地板１６２ａ，１６２ｂから、ＭＥＭＳスイッチの密閉された部分の外側にある接合パッド２４８へと電気的な信号を伝える。

図１８に示されるように、ガラス基板１７４の表面２２４は、次いで従来のシリコン支持ウェハ２３２に陽極接合され、ガラス基板１７４が１００ミクロンまで薄くされる。図１５，１６に示された他の実施形態において上述したプロセス同様、次に、導体２２６のＣｒシード層に達するまでガラス基板１７４を貫くようにしてバイア２４２がエッチングされる。ガラスは、８：１のＨＮＯ_３：ＨＦといったような等方性エッチング液を用いてウェットエッチングされるのが普通である。上記エッチング液は、Ｃｒ層に達すると同時に止まる。導体２２６のＣｒ層が剥き出しにされたら、金属部２４４がバイア２４２内へと堆積されるとともに、ガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２の上側に堆積され、これにより、導体２２６の金属部がガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２に拡がることになる。金属部２４４は、図９に示された金属構造部を形成する際にガラス基板１７４上に堆積されたのと同じようなスパッタリングないし蒸着されたクロム‐金（Cr-Au）の膜とされている。堆積されたＣｒ‐Ａｕ膜は、パターン形成されてエッチングされ、電極５４ａ，５４ｂ、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２、接地アイランド１５２頂上の接地板１６２ａ，１６２ｂのための接点端子、ならびに接合パッド２４８を形成する。続いて、追加のＡｕが、全厚でおおよそ４．０ミクロンとなるように上記金属部上にめっきされる。

次に、図１９に図示されるように、ガラス基板１７４のメタライゼーション表面１７２が、デバイス層１２２の前面１４２に陽極接合され、これにより、接合パッド２４８が、接合パッド空洞部２５２内のＭＥＭＳスイッチの他の残りから切り離されることになる。空洞部２５２（ソー切断部が引き続きＭＥＭＳスイッチを別々にしてしまうことなる場所の直ぐ隣に位置している）は、図６に示された空洞部１１２，１１４，１１６の微細加工と同時に基底ウェハ１０４内に形成され、図６の初期空洞部１４４の微細加工ならびにそれに続く図７のシーソー部５２の解放と同時にデバイス層１２２を貫いて形成される。上記ＭＥＭＳスイッチの好ましい実施形態と本実施形態との間の、初期空洞部１４４を形成する際の主な違いは、今や初期空洞部１４４が、図３に示された空洞部１１２，１１４，１１６に対応する３つの別々の空洞部に分離されていることである。図６に示された好ましい実施形態において開口部を有していた壁部１５４，１５６は、今や連続しており、そのために、初期空洞部１４４を３つの離れた空洞部に分離している。今や埋設された導体２２６は、壁部１５４，１５６の下で電気的な信号を伝える。それで、図１３，図１４に図示された他の実施形態と同様に、ソー切断部２０４は、基底ウェハ１０４内で空洞部２５２の列に沿って作られ、それにより、内部で隔離された接合パッド２４８を露にする。組み合わされた基底ウェハ１０４、デバイス層１２２、ガラス基板１７４及び支持ウェハ２３２を全て貫ききる後続のソーイングにより、個別のＭＥＭＳスイッチが作り出される。

図２０は、内部に配置された接合パッド２４８、ガラス基板１７４を貫通するバイア２４２、及び溝部２２２内の導体２２６を有する一つの空洞部２５２を示している。図２０の例はまた、電気的なリード線１９８、接合パッド２４８の一つに結合されたワイヤ示している。これとは別構成として、はんだ付けバンプを接合パッド２４８上に形成してもよい。

本願発明を現在好ましい実施形態の観点から述べたが、斯かる開示は、純粋に例示にすぎず、限定として解釈されるべきでないことを理解されたい。例えば、シーソー部５２を形成するための単結晶シリコン層は、好ましくはＳＯＩウェハのデバイス層であるが、エピウェハ上のエピのＮ型最上層とすることもできる。シーソー部５２から遠い方のねじり棒部６６ａ，６６ｂの端部が接合されるデバイス層１２２の材料は、シーソー部５２を好適に取り囲むフレームを形成するが、本願発明に係るＭＥＭＳスイッチのシーソー部５２は、デバイス層１２２の材料で囲まれていなくても構わない。ＭＥＭＳスイッチ内に含まれる金属の導体部は、チタン（Ti）接着層に付与された金（AU）であることが好ましいが、それら導体部は、チタン（Ti）もしくはタングステン（W）上のプラチナ（Pt）といったようなあらゆる数の別の材料の組み合わせを使って作ることができよう。金属は、スパッタリング、電子ビーム堆積、ならびに蒸着を含めて、半導体プロセシングに用いられる任意の一般的な堆積法によって付着させることができる。

信号をＭＥＭＳスイッチ内につないだり、外へとつないだりするために、接点パッド及び接地パッド１８６に接続された電気的なリード線１９８を用いるのとは別の仕方も存在する。基底ウェハ１０４は、１００ミクロンよりも薄い厚さに薄くすることができるので、電気的な信号は、別法として、接点パッド及び接地パッド１８６上に形成されたはんだ付けバンプ（solder bump）を用いて、ＭＥＭＳスイッチの中へ、そして外へとつなげることができる。接点パッド及び接地パッド１８６上のはんだ付けバンプの存在によって、プリント回路基板上に存在する合わせはんだ付けバンプへのＭＥＭＳスイッチのフリップチップアタッチメントが可能になる。

同様に、本明細書で開示された好ましい実施形態のＭＥＭＳスイッチは、シングルポール・ダブルスローリレイ（SPDT：single-pole double-throw）スイッチとされているが、２つの相互排他的なシングルポール・シングルスローリレイ（SPST：single-pole single-throw）スイッチとしての構成に容易に用いることができる。それで、上記の２つの相互排他的なＳＰＳＴスイッチは、ＭＥＭＳスイッチ外側にある適宜接続された配線によってＳＰＤＴスイッチとして動作させるように構成することができる。加えて、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２及び２つの短絡バー５８ａ，５８ｂの代わりに、本願発明に係るＳＰＤＴ‐ＭＥＭＳスイッチは、スイッチ接点５６ａ１，５６ｂ１だけを用い、そしてシーソー部５２上に配置された導体によって互いに電気的に接続されている２つの短絡バー５８ａ，５８ｂを用いて構成することができる。ＭＥＭＳスイッチのためのこのような構成においては、シーソー部５２上の２つの短絡バー５８ａ，５８ｂを共に電気的に接続する導体は、延長することによってねじり棒部６６ａ，６６ｂの一方を横断する共通端子１８２につながっている。

また、複数のシーソー部５２は、該シーソー部に対応して設けられた電極５４ａ，５４ｂ及びスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２とともに、本願発明に係る単一のＭＥＭＳスイッチ内に組み込むことができる。２つのシーソー部５２（それらシーソー部に対して設けられた電極５４ａ，５４ｂ及びスイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２を有する）を用いると、シングルポール・フォースロー（SP4T：single-pole four-throw）ＭＥＭＳスイッチを構成することができる。本願発明に係るＭＥＭＳスイッチがシャントスイッチとして動作するように外部配線を構成できるが、ＭＥＭＳスイッチ自身は、短絡バー５８ａ，５８ｂをアースに接続することによってシャントスイッチとして動作するように構成することができる。斯かるシャントスイッチにおいては、スイッチ接点５６ａ１，５６ａ２，５６ｂ１，５６ｂ２は、図１及び図９に見られるギャップが無い連続した導体にすることができよう。

従って、当業者であれば、上記の開示を読めば本発明の思想と観点から逸脱することなく、様々な変更、修正、及び／又は本発明の別の用途を間違いなく想到するであろう。それゆえ、請求項は、本発明の真の思想と観点の中に入るようなあらゆる変更、修正、あるいは別の用途を包含しているものと捉えられるべきである。

本願発明に係るＭＥＭＳスイッチ内に設けられたシーソー部、電極、スイッチ接点、及び短絡バーを示す斜視図である。 図１中の２Ａ，２Ｂ−２Ａ，２Ｂ線に沿って得られた前記シーソー部、電極、電極、スイッチ接点、及び短絡バーの立面図である。 図１中の２Ａ，２Ｂ−２Ａ，２Ｂ線に沿って得られた前記シーソー部、電極、電極、スイッチ接点、及び短絡バーの別の立面図である。 微細加工された空洞部が内部に形成された本願発明の好ましい実施形態によるＭＥＭＳスイッチに設けられる基底ウェハの表面領域を示す斜視図である。 内部に空洞部が微細加工された基底ウェハの上面へのＳＯＩウェハのデバイス層の融着を説明するための斜視図である。 ＳＯＩウェハのハンドル層及び埋め込みＳｉＯ_２層を除去した後の基底ウェハの上面に融着接合されたＳＯＩウェハのデバイス層を示す斜視図である。 基底ウェハ上面に融着接合されたＳＯＩウェハのデバイス層における、図３に図示された基底ウェハの前記領域の直ぐ上側に配置された部分の、内部に初期空洞部を形成して電気的絶縁ＳｉＯ_２層を堆積させかつパターン形成を行なった後の状態を示す斜視図である。 図６に図示された基底ウェハ上面に融着接合されたＳＯＩウェハのデバイス層の部分の、前記初期空洞部内に金属の構造部を堆積させて前記シーソー部とそれを支持するねじり棒部を形成した後の状態を示す斜視図である。 金属構造部、前記シーソー部、及びその支持ねじり棒部が配置されていることを示す図７中の線８−８に沿って得られた、初期空洞部の中央部分の平面図である。 上側に微細加工された金属構造部を表す図７に示されたデバイス層の領域にぴったり合わせられることになるガラス基板の部分を示す斜視図である。 ガラス基板上の金属構造部が図７に示されたデバイス層の微細加工面にぴったり合わせられ、さらにそれに対してデバイス層が陽極接合された後における、基底ウェハ、ＳＯＩウェハのデバイス層、及び図９に示されたガラス基板の一部を示す斜視図である。 基底ウェハとガラス基板が薄くされた後における、そして、基底ウェハを貫通させて開口を微細加工し、これにより図７に示された微細加工された金属構造の間に設けられた接点パッド及び接地パッドを露出させた後における、図１０に示された基底ウェハ、デバイス層、及びガラス基板の一部を示す斜視図である。 ＭＥＭＳスイッチ内に設けられた幾つかの接点パッドの一つに電気的なリード線をワイヤ接続することを説明する図であって、図１１における線１２−１２に沿って得られた断面による立面図である。 基底ウェハとガラス基板が薄くされた後の、そして基底ウェハをソーイングし、これにより図７に示された微細加工された金属構造の間に設けられた接点パッド及び接地パッドを露出させた後における、図１０、図１１に示された基底ウェハ、デバイス層、及びガラス基板の一部を示す斜視図である。 ＭＥＭＳスイッチ内に設けられた幾つかの接点パッドの一つに電気的なリード線をワイヤ接続することを説明する図であって、図１３における線１４−１４に沿って得られた断面による立面図である。 導電性を有するバイアがガラス基板を貫くように内部に形成された本願発明の他の別の実施形態における、基底ウェハとガラス基板が薄くされた後の時点での、図１０に示された基底ウェハ、デバイス層、及びガラス基板の一部を示す斜視図である。 ＭＥＭＳスイッチ内に設けられた接点パッド及び接地パッドに電気的接続を行なうガラス基板を貫いて形成された幾つかのバイアを説明する図であって、図１５における線１６−１６に沿って得られた断面による立面図である。 導電体を保持する微細加工された溝部を示す他の実施形態のガラス基板の一部を示す斜視図である。 支持ウェハ（この支持ウェハには、導電性のバイアをガラス基板を貫いて形成できるようにするために、ガラス基板が陽極接合されている）に対置される導電体と溝部とを有する図１７に示された他の実施形態によるガラス基板の一部を示す斜視図である。 導電性のバイアを含む金属構造部がデバイス層の微細加工された表面にぴったり合わされた後における、そしてデバイス層がガラス基板に陽極接合された後における、図７に示されたものと同類の基底ウェハ及びＳＯＩウェハのデバイス層及び図１８に示されたガラス基板及び支持ウェハの一部を示す斜視図である。 ＭＥＭＳスイッチ内に設けられた接合パッドに電気的に接続する、ガラス基板を貫いて形成された幾つかのバイアを説明する図であって、図１９における線２０−２０に沿って得られた断面による立面図である。

符号の説明

５２ シーソー部
５４ａ，５４ｂ 電極
５６ａ１，５６ａ２ スイッチ接点の第１の対
５６ｂ１，５６ｂ２ スイッチ接点の第２の対
５８ａ，５８ｂ 短絡バー
６４ フレーム
６６ａ，６６ｂ ねじり棒部
６８ 軸線
１０４ 基底ウェハ（基部）
１２２ デバイス層（微細加工されたモノリシック層）
１５２ 接地アイランド（電気的接触アイランド）
１６２ａ，１６２ｂ 接地板
１６６ 片持ちばり部
１７４ 基板（ガラス基板）

Claims (14)

1. 集積型の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチであって、該ＭＥＭＳスイッチに接続された第１の入力用導体側に存在する電気的な信号を、同じく該ＭＥＭＳスイッチに接続された第１の出力用導体に、選択的に結合するように設けられたＭＥＭＳスイッチにおいて、
   内部に、
   ａ．シーソー部；
   ｂ．前記シーソー部の両側に配置されかつ前記シーソー部に連結されて前記シーソー部がその周りに回転可能とされる一つの軸線を決定する一対のねじり棒部；及び
   ｃ．前記シーソー部から遠い側における前記ねじり棒部の端部が連結されて前記ねじり棒部によって決まる前記軸線周りに回転させるために前記ねじり棒部を介して前記シーソー部を支持するフレーム；
   を微細加工した材料からなるモノリシック層と；
   前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線から遠位の前記シーソー部の端部で保持された導電性を有する第１の短絡バーと；
   前記モノリシック層の第１の表面に取り付けられた基部と；さらに、
   前記基部が取り付けられた前記モノリシック層の前記第１の表面から遠い側の前記モノリシック層の第２の表面に接合された基板であって、
   該基板上に、
   ａ．前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線の片側にある前記シーソー部の表面に対して対置された第１の電極であって、該第１の電極と前記シーソー部との間に電位を与えることで、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線の周りに前記シーソー部を第１の方向に回転させる第１の電極；及び
   ｂ．前記第１の入力用導体に対して、そして前記第１の出力用導体に対して、それぞれ接続可能となるように設けられたスイッチ接点の第１の対であって：
   i．前記シーソー部に力が加わっていないときには、前記第１の短絡バーに隣接しているが該第１の短絡バーから離間された状態で配置されており；
   ii．前記シーソー部に力が加わっていないときには、互いに電気的に絶縁されており；さらに、
   iii．前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部を前記第１の方向に回転させる十分強い力が前記シーソー部に加わると前記第１の短絡バーがつなぎ合せる；
   スイッチ接点の第１の対；
   を形成した基板と；
   を備え、
   前記第１の短絡バーが前記スイッチ接点の第１の対に接触する程に、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部が前記第１の方向に回転すると、前記接続を行なう第１の短絡バーが前記スイッチ接点の第１の対とともに電気的に連結するように構成されているＭＥＭＳスイッチ。
2. 請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチであって、該ＭＥＭＳスイッチに接続された第２の入力用導体側に存在する電気的な信号を、同じく該ＭＥＭＳスイッチに接続された第２の出力用導体に、選択的に結合するようにさらに設けられたＭＥＭＳスイッチにおいて：
   前記シーソー部は、前記第１の短絡バーとは前記回転軸線を挟んで反対の側にある前記シーソー部の端部に第２の短絡バーを保持し；さらに、
   前記基板が、同じく該基板上に：
   ａ．前記第２の入力用導体に対して、そして前記第２の出力用導体に対して、それぞれ接続可能となるように設けられたスイッチ接点の第２の対であって：
   i．前記シーソー部に力が加わっていないときには、前記第２の短絡バーに隣接しているが該第２の短絡バーから離間された状態で配置されており；
   ii．前記シーソー部に力が加わっていないときには、互いに電気的に絶縁されており；さらに、
   iii．前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部を、前記第１の方向とは逆の前記第２の方向に回転させる十分強い力が前記シーソー部に加わると前記第２の短絡バーがつなぎ合わせる；
   スイッチ接点の第２の対
   を形成し、
   前記第２の短絡バーが前記スイッチ接点の第２の対に接触する程に、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部が前記第２の方向に回転すると、前記接続を行なう第２の短絡バーが前記スイッチ接点の第２の対とともに電気的に連結するように構成されているＭＥＭＳスイッチ。
3. 請求項２のＭＥＭＳスイッチにおいて、前記基板が、同じく該基板上に、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線の片側かつ前記第１の電極が対置された前記シーソー部の表面とは反対の側にある前記シーソー部の表面に対して対置された第２の電極であって、該第２の電極と前記シーソー部との間に電位を与えることで、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部を前記第２の方向に回転させる第２の電極を形成したＭＥＭＳスイッチ。
4. 請求項１のＭＥＭＳスイッチであって、該ＭＥＭＳスイッチに接続された第２の入力用導体側に存在す電気的な信号を、該ＭＥＭＳスイッチに接続された第１の出力用導体に、選択的に結合するようにさらに設けられたＭＥＭＳスイッチにおいて：
   前記シーソー部は、前記第１の短絡バーとは前記回転軸線を挟んで反対の側にある前記シーソー部の端部に第２の短絡バーを保持し；さらに、
   前記基板が、同じく該基板上に：
   ａ．スイッチ接点の第２の対、それも、そのうち一つの第１のスイッチ接点が、第２の入力用導体にそれぞれ接続可能となるように設けられるとともに、そのうち一つの第２のスイッチ接点が、前記第１の出力用導体に接続可能となるように設けられた該スイッチ接点の第２の対の一方に接続されたスイッチ接点の第２の対であって：
   i．前記シーソー部に力が加わっていないときには、前記第２の短絡バーに隣接しているが該第２の短絡バーから離間された状態で配置されており；
   ii．前記シーソー部に力が加わっていないときには、互いに電気的に絶縁されており；さらに、
   iii．前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部を、前記第１の方向とは逆の前記第２の方向に回転させる十分強い力が前記シーソー部に加わると前記第２の短絡バーがつなぎ合わせる；
   スイッチ接点の第２の対
   を形成し、
   前記第２の短絡バーが前記スイッチ接点の第２の対に接触する程に、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部が前記第２の方向に回転すると、前記接続を行なう第２の短絡バーが前記スイッチ接点の第２の対とともに電気的に連結するように構成されているＭＥＭＳスイッチ。
5. 請求項４のＭＥＭＳスイッチにおいて、前記基板が、同じく該基板上に、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線の片側かつ前記第１の電極が対置された前記シーソー部の表面とは反対の側にある前記シーソー部の表面に対して対置された第２の電極であって、該第２の電極と前記シーソー部との間に電位を与えることで、前記ねじり棒部によって決定される前記回転軸線周りに前記シーソー部を前記第２の方向に回転させる第２の電極を形成したＭＥＭＳスイッチ。
6. 請求項１から請求項５に記載のＭＥＭＳスイッチであって、融着接合が前記モノリシック層と前記基部とを結び付けているＭＥＭＳスイッチ。
7. 請求項１から請求項６に記載のＭＥＭＳスイッチであって、前記モノリシック層を形成している材料が単結晶シリコン（Si）とされているＭＥＭＳスイッチ。
8. 請求項１から請求項７に記載のＭＥＭＳスイッチであって、電気的に絶縁する材料からなるシートが前記シーソー部と前記短絡バーとの間に介装されているＭＥＭＳスイッチ。
9. 請求項１から請求項８に記載のＭＥＭＳスイッチであって、前記基部は、該基部の内部に形成された空洞部を備え、該空洞部は、前記モノリシック層の第１の表面に臨み、かつ前記ねじり棒部によって決定される軸線周りに前記シーソー部が回転するときに前記シーソー部の一部が該空洞部の内部に入り込むように構成されたＭＥＭＳスイッチ。
10. 請求項１から請求項９に記載のＭＥＭＳスイッチであって、
    前記基板は、該基板上に、スイッチ接点と入力用導体ならびに出力用導体との間において電気的な信号をそれぞれ伝送する導電体を形成し、
    前記導電体に隣接して配置されているとともに該導電体から電気的に絶縁された接地板を備えているＭＥＭＳスイッチ。
11. 請求項１０に記載のＭＥＭＳスイッチであって、前記接地板は、前記モノリシック層上に配置されているＭＥＭＳスイッチ。
12. 請求項１１のＭＥＭＳスイッチであって、前記モノリシック層は、片持ちばり部を備え、前記片持ちばり部は、該片持ちばり部の自由端で接地アイランドを支持し、前記接地アイランドは、前記片持ちばり部から遠位の端部で前記接地板の一部を保持し、前記接地アイランドの前記端部における前記接地板の前記部分が、前記片持ちばり部によって加えられる力によって、前記基板上に配置された導電体と密接に接触させられるＭＥＭＳスイッチ。
13. ＭＥＭＳ装置の第１の層上に配置された導電体と該ＭＥＭＳ装置の第２の層上に配置された導電体との間を電気的に接触させるように設けられた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）電気的接触構造体であって、
    前記第２の層内に設けられた片持ちばり部を備え；さらに、
    同じく前記第２の層内に設けられて前記片持ちばり部の自由端において支持された電気的接触アイランドを備え、該電気的接触アイランドが、前記片持ちばり部から遠位の該電気的接触アイランドの端部において前記第２の層上に配置された前記導電体の一部を保持し、前記電気的接触アイランドの前記端部における前記導電体の前記一部が、前記片持ちばり部によって加えられる力によって、前記第１の層上に配置された導電体と密接に接触させられるＭＥＭＳ電気的接触構造体。
14. 一つの導電体が上に配置された第１の層；及び
    同じく一つの導電体が上に配置された第２の層を備え、
    前記第２の層は、
    ａ．片持ちばり部；及び
    ｂ．前記片持ちばり部の自由端において支持された電気的接触アイランドを備え、前記電気的接触アイランドが、前記片持ちばり部から遠位の該電気的接触アイランドの端部において、前記第２の層上に配置された前記導電体の一部を保持し、前記電気的接触アイランドの前記端部における前記導電体の前記一部が、前記片持ちばり部によって加えられる力によって、前記第１の層上に配置された導電体と密接に接触させられる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造体。
    
    

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