JP2007165317A - 空気圧式ｒｆｍｅｍｓスイッチ及びその製造方法 - Google Patents

空気圧式ｒｆｍｅｍｓスイッチ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】駆動電圧の最小化を図り、作動および製造信頼性の改善された空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つが圧縮する時に残りが膨脹するよう互いに連通する複数の可変エアキャビティを備える空気圧作動部と、それぞれの可変エアキャビティ内で互いに一定の間隔離れた第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子を備える複数のスイッチング線を含む信号線と、それぞれ対応する可変エアキャビティが膨張する時には第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子が接続されていない状態を維持し、可変エアキャビティが圧縮する時には第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子を接続するスイッチング部と、複数の可変エアキャビティを選択的に圧縮させるべく前記空気圧作動部を作動する駆動部とを含む空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを構成する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明はＲＦ ＭＥＭＳ(Radio Frequency Micro Electro Mechanical System)スィッチに関し、詳細には、空気圧を利用したＲＦ ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法に関する。
一般に、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、駆動電極により作動するブリッジまたはカンチレバー形態のスィッチパッドを備える。スィッチパッドは支持スプリングにより基板に弾性的に支持され、駆動電極はスィッチパッドと向かい合うよう基板に形成される。
このようなＲＦ ＭＥＭＳスイッチにおいて、駆動電極に印加される駆動電圧はスィッチパッドを変位及び復元させる支持スプリングの弾性率(spring constant)に左右される。従って、駆動電極に印加される駆動電圧を低くしスィッチパッドを高速にスイッチングするために、支持スプリングは通常、一定レベル以下の低い弾性率を有するように設計されている。その結果、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、スィッチパッドと支持スプリングとの結合部分が弱くなって製造欠陥を生じるという問題を引き起こす。さらに、スィッチパッドのスイッチング接点を信号線のスイッチング端子と非接触状態に維持する力が弱くなり、震動環境に弱いという不具合がある。
このような問題点を解決するために、最近、作動時にスィッチパッドが支持スプリングを通じて変形及び復元する動作を繰り返すメカニズムを省略する新しい概念のＲＦ ＭＥＭＳスイッチが開発されつつある。このようなＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、特許文献１〜３（米国特許第６,２９４,８４７号、第６,１４３,９９７号、及び第６,４８９,８５７号）に開示されている。
米国特許第６,２９４,８４７号のＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、移動伝送ラインセグメントに取り付けられた誘電体ビームを駆動する２つのコンデンサ(Capacitors)を使用する。しかし、このようなＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、誘電体ビームの動作時に発生する移動伝送ラインセグメントの摩擦または衝突のような粘着(Sticking) 問題を克服するため、比較的大きい駆動力を要する短所がある。駆動力を高めるため、コンデンサに印加される駆動電圧を高めると、電力消費の増加に繋がるだけでなく、低い駆動電圧で駆動されるＲＦスィッチを要求するハンドセット、アンテナチューナー、送/受信機、位相アレーアンテナ（Phased array antenna）のようなシステム、またはモジュールに使用され難い問題がある。
米国特許第６,１４３,９９７号と第６,４８９,８５７号のＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、上端及び下端駆動電極または第１及び第２フィールド板によって作動する導電性パッドまたは移動体及び導電線パッドまたは移動体を上下に移動するようガイドするブラケットあるいはガイドポストを備える。しかし、これらＲＦ ＭＥＭＳスイッチは伝送ラインに対する電気的接続、すなわち信号の流れがブラケットまたはガイドポストによってガイドされる導電性パッドまたは移動体によって行なわれることから、電気的な接続離脱または接続不良といった問題が発生し得る。また、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、ブラケットまたはガイドポストと導電性パッドまたは移動体の収容開口との間の製造公差のため、導電性パッドまたは移動体の上下移動の際にジャムが生じるおそれがあり、これにより作動の信頼性が落ちてしまう短所がある。このような問題を防止するため、駆動電極に印加される駆動電圧を高くすると、米国特許第６,２９４,８４７号のＲＦ ＭＥＭＳスイッチと同様に、電力消費の増加のみならず、低い駆動電圧で駆動されるシステムまたはモジュールに使用し難いという問題がある。
したがって、弾性率を一定のレベル以下に低下させる支持スプリングを用いずに、使用するシステムやモジュールの駆動電圧基準を充足でき、低い駆動電圧で駆動できるとともに安定的に駆動できる新しいＲＦスィッチ開発の必要性が求められている。
米国特許第６,２９４,８４７号明細書 米国特許第６,１４３,９９７号明細書 米国特許第６,４８９,８５７号明細書 特開２００４−１３４３９９号公報 特開２００３−２１１３９９号公報
本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の主な目的は、互いに連通する複数の可変エアキャビティを備える空気圧作動部を介して、スイッチング部のスイッチング接点をスイッチング線のスイッチング端子に接触若しくは離間するよう動作することにより駆動電圧を最小化し、作動及び製造信頼性の改善された空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、スイッチング部のスイッチング接点と信号線のスイッチング端子が別途のパッケージング部材及び/またはパッケージング工程を介して密封されることなく、空気圧作動部のメンブレインによって密封されることにより製造コストの節減された空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法を提供することにある。
前述した目的を達成するための一実施形態に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、基板と、前記基板上に配置され、少なくとも１つが圧縮される時に残りが膨脹するよう互いに連通する複数の可変エアキャビティを備える空気圧作動部と、前記複数の可変エアキャビティのうち１つを通過するよう配置され、それぞれの前記可変エアキャビティ内で互いに一定の間隔離れた第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子を備える複数のスイッチング線を含む信号線と、前記空気圧作動部と共に移動するよう前記空気圧作動部の前記各可変エアキャビティ内に設置され、それぞれ対応する可変エアキャビティが膨張する時には前記第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子が接続されていない状態を維持し、可変エアキャビティが圧縮する時には前記第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子を接続するスイッチング部と、前記複数の可変エアキャビティを選択的に圧縮させるべく前記空気圧作動部を作動する駆動部とを含むことを特徴とする。
基板は、高抵抗性シリコン及び石英のいずれかで形成することができる。
前記空気圧作動部が、互いに連通すべく前記基板に形成された複数のトレンチを密閉するように形成され、前記複数の可変エアキャビティを形成するメンブレインで構成され得る。このメンブレインが、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びパリレンのいずれか１つにより形成されることが好ましい。
前記メンブレインは、製造時に、犠牲層パターンを用いて前記複数の可変エアキャビティを形成する際に、前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第１エッチングホールを含み、前記複数の第１エッチングホールはシールに密封されておりことが好ましい。
複数の第１エッチングホールをシールで完全密封する代わりに、複数の可変エアキャビティのうち少なくとも１つが圧縮する時に残りが膨張するように、メンブレインが動作可能な範囲内で、少なくとも一部あるいは全体が密封されない構成とすることもできる。
前記複数のスイッチング線は、それぞれ電場によって信号を伝達するように、対応するトレンチに形成されたグラウンドと所定間隔をおいて形成された共面導波管路で構成され得る。このとき、前記グラウンドと前記信号線それぞれが金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のいずれかにより形成されていることが好ましい。
前記スイッチング部が、各可変エアキャビティ内に配置される前記スイッチング線の前記第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子と対応するように、前記メンブレイン内面に形成された複数のスイッチング接点を含むように構成できる。このとき、前記複数のスイッチング接点が、それぞれ金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びイリジウム（Ｉｒ）のいずれか１つにより形成されることが好ましい。
前記駆動部が、前記可変エアキャビティ内にて前記トレンチに形成されたグラウンドと、前記グラウンドと対応するよう前記メンブレインの外面に形成され、それぞれ電圧が印加される時前記グラウンドとの間に静電気力を発生して、対応する前記メンブレインの前記可変エアキャビティを圧縮する複数の駆動電極とを含むように構成できる。尚、前記複数の駆動電極が、それぞれアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、及びタンタル（Ｔａ）のいずれか１つにより形成されることが好ましい。
前記複数の駆動電極は、製造時に犠牲層パターンを用いて前記複数の可変エアキャビティを形成する際に、前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第２エッチングホールを含み、前記複数の第２エッチングホールは、シールによって密封されることが好ましい。選択的には、前記複数の第２エッチングホールが、シールで完全密封される代わりに、前記複数の可変エアキャビティのいずれか１つが圧縮する時残りが膨脹するように、前記メンブレインが動作可能な範囲内で、少なくとも一部または全体が密封されないように構成することもできる。
実施の形態において、前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング線、前記スイッチング接点及び前記駆動電極を、それぞれ２つずつ構成することができる。
選択的は、前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング線、前記スイッチング接点及び前記駆動電極を、それぞれ３つ以上形成し、前記複数のトレンチと前記複数の可変エアキャビティが、それぞれ直列に配置され互いに連通するように形成することもできる。
更に、前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング線、前記スイッチング接点及び前記駆動電極をそれぞれ３つ以上形成し、前記複数のトレンチと前記複数の可変エアキャビティは、それぞれ少なくとも１つを中心にして残りが周りに配置され、互い連通するよう形成することもできる。
また、前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング接点及び前記駆動電極は、それぞれ２つずつが１組のユニットを構成する複数のスィッチユニットが形成され、前記複数のスィッチユニットは１つの前記スィッチユニットが他の２つのスィッチユニットを並列に接続した形態で構成することができる。
本発明の目的を達成するための他の実施形態に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法は、基板上に信号線及びグラウンドを形成するステップと、前記信号線と前記グラウンドの形成された前記基板上に互いに連通する複数の可変エアキャビティを備えるメンブレインを形成するための犠牲層パターンを形成するステップと、前記犠牲層パターン上に前記信号線をスイッチングする複数のスイッチング接点を形成するステップと、前記複数のスイッチング接点の形成された前記犠牲層パターン上に前記犠牲層パターンを覆うメンブレインを形成するステップと、前記複数の可変エアキャビティを選択的に圧縮させるように動作する複数の駆動電極をグラウンドに対応すべく前記メンブレインに形成するステップと、前記犠牲層パターンを取除くステップとを含むことを特徴とする。
前記信号線及び前記グラウンドを形成するステップが、前記基板に相互に連通する複数のトレンチを備える溝部を形成するステップと、前記溝部の形成された前記基板上に、それぞれの前記トレンチを横切って配置され、それぞれの前記トレンチに前記第１及び第２スイッチング端子を有する前記複数のスイッチング線を備えた前記信号線及び前記信号線の前記複数のスイッチング線と所定の間隔隔てているグラウンドを形成するステップとを含むように構成できる。
前記溝部を形成するステップが、前記基板に前記溝部を形成するための溝部エッチングマスクパターンを形成するステップと、前記溝部エッチングマスクパターンを使用し前記基板をエッチングするステップと、前記溝部エッチングマスクパターンを取除くステップで行なわれることが好ましい。前記溝部エッチングマスクパターンは、シリコン酸化膜、窒化膜、フォトレジスト、エポキシ樹脂、金属のいずれか１つにより形成されることが好ましい。選択的に、前記溝部エッチングマスクパターンは、前記犠牲層パターンを 取除くためのエッチングホールをメンブレインに形成せず基板に形成する場合、基板に犠牲層パターンをエッチングし取除くための複数のエッチング通路を形成するエッチング通路パターンを更に含むよう形成することができる。
さらに、前記基板は高抵抗性シリコン及び石英のいずれかにより形成することができる。また、基板をエッチングするステップにおいて、前記基板が高抵抗性シリコンで形成された場合乾式エッチングで行うことができ、前記基板が石英で形成された場合は湿式エッチングで行うことができる。
前記溝部の形成された前記基板上に前記信号線と前記グラウンドを形成するステップが、前記溝部の形成された前記基板上に第１金属層を形成するステップと、前記信号線及び前記グラウンドを形成すべく前記第１金属層をパターニングするステップとを含むことができ、ここで、前記第１金属層を、金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のいずれか１つにより形成することが好ましい。
前記犠牲層パターンを形成するステップが、前記信号線と前記グラウンドの形成された基板上に第１犠牲層を形成するステップと、前記第１犠牲層をパターニングして圧縮状態の少なくとも１つの可変エアキャビティを形成するための第１エアキャビティ犠牲層パターンを形成するステップと、前記第１エアキャビティ犠牲層パターンの形成された前記基板を硬化させるステップと、硬化された前記基板上に第２犠牲層を形成するステップと、前記第２犠牲層をパターニングして前記圧縮状態の前記少なくとも１つの前記可変エアキャビティを除いた膨脹状態の残り可変エアキャビティを形成するための第２エアキャビティ犠牲層パターンを形成するステップと、前記第２エアキャビティ犠牲層パターンの形成された前記基板を硬化させるステップとを含むように構成できる。このとき、前記第１及び第２犠牲層が、フォトレジストで形成することが好ましい。
前記複数のスイッチング接点を形成するステップが、前記犠牲層パターンの形成された前記基板上に第２金属層を形成するステップと、それぞれの前記スイッチング線の前記第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子に対応すべく複数の接点を形成するように、前記第２金属層をパターニングするステップとを含むことが好ましく、このとき、前記第２金属層を、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びイリジウム（Ｉｒ）のいずれか１つにより形成することが好ましい。
前記メンブレインを形成するステップが、前記複数のスイッチング接点の形成された前記基板上にメンブレイン層を形成するステップと、前記犠牲層パターンを覆うメンブレインを形成するように前記メンブレイン層をパターニングするステップとを含み、ここで前記メンブレイン層は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びパリレンのいずれか１つにより形成することが好ましい。
前記複数の駆動電極を形成するステップが、前記メンブレインの形成された前記基板上に第３金属層を形成するステップと、前記メンブレイン内のそれぞれの前記可変エアキャビティに対応すべく前記複数の駆動電極を形成するように前記第３金属層をパターニングするステップとを含むように構成できる。ここで、前記第３金属層を、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタンタル（Ｔａ）のいずれか１つにより形成することが好ましい。選択的には、前記第３金属層をパターニングするステップが、前記犠牲層パターンを取除くためのエッチング通路を基板に形成せず、第１および第２駆動電極およびメンブレインに形成する場合、複数の駆動電極が犠牲層パターンをエッチングし取除くための複数の第２エッチングホールを更に含むよう前記第３金属層をパターニングするステップを更に含み、前記複数の駆動電極を形成するステップが、前記メンブレインが前記犠牲層パターンをエッチングし取除くための複数の第１エッチングホールを更に含むよう前記メンブレインをパターニングするステップを更に含むことができる。
前記犠牲層パターンを取除くステップが、前記複数の第１及び第２エッチングホールを通じて前記犠牲層パターンを湿式エッチング及びアッシング工程のいずれかにより取除くステップを含むように構成できる。
この場合、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法、複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを密封するステップを更に含むように構成できる。
前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを密封するステップが、前記犠牲層パターンの除去された前記基板上にシール層を形成するステップと、前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを密封するシールを形成するように前記シール層をパターニングするステップとを含み、ここで、前記シール層を、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びパリレンのいずれか１つにより形成することが好ましい。
選択的に、前記シール層をパターニングするステップが、前記複数の可変エアキャビティのうち少なくとも１つが圧縮される時残りが膨脹するように、前記メンブレインが動作可能な範囲内で、前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールのうち少なくとも一部または全体が前記シールによって密封されずに開放されるように形成することができる。
選択的に、前記犠牲層パターンを取除くステップが、前記複数のエッチング通路を通じて前記犠牲層パターンを湿式エッチング及びアッシング工程のいずれかにより取除くステップを含むように構成できる。
この場合、空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法は、前記複数のエッチング通路を密封するステップを更に含むように構成できる。
前記複数のエッチング通路を密封するステップが、前記犠牲層パターンの除去された前記基板の前記複数のエッチング通路を金属ボールで塞ぐステップと、前記基板を加熱して前記金属ボールを溶解し、前記複数のエッチング通路を密封するステップとを含むように構成できる。ここで、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法は、前記複数の駆動電極を保護するよう前記複数の駆動電極上に保護層を形成するステップを更に含むように構成できる。
本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法は、小さい力で駆動でき、１つが圧縮される時残りが膨脹するよう相互に連通された複数の可変エアキャビティを備えるメンブレインを介して、スイッチング部のスイッチング接点をスイッチング線のスイッチング端子に接触または離間するように動作する。よって、支持スプリングに支持されたスイッチパッド、誘電体ビーム、導電性パッドまたは移動体を備える従来のＲＦ ＭＥＭＳスイッチと比べて、低い駆動電圧で駆動できる。さらに、低い弾性率の支持スプリングによって震動環境に弱い問題、誘電体ビームの動作時に移動伝送ラインセグメントの摩擦または衝突といった粘着問題、及びブラケットまたはガイドポストによってガイドされる導電性パッドまたは移動体の電気的な接続離脱および接続不良といった問題を解消することにより、動作の信頼性を著しく改善することができる。また、低い弾性率で設計される支持スプリングのように、製造時に不良が発生するような脆弱部品を具備していないことから、製造時における信頼性が改善できる。
また、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法は、スイッチング部のスイッチング接点と信号線のスイッチング端子がメンブレインによって密封される構造を有することから、スイッチング接点とスイッチング端子を密封する別のパッケージング部材及び／またはパッケージング工程を要しないことから、製造コストを節減できるという効果がある。
以下、本発明に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ及びその製造方法について添付の図面に基づいて詳説する。
図１Ａ及び図１Ｂに、本発明の好適な実施形態に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０を例示している。
空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０は、基板１１、溝部１２、信号線９、空気圧作動部２６、スイッチング部２２及び駆動部２８を備える。
基板１１は、高抵抗性シリコンまたは石英基板で形成される。
図１Ｂ及び図３Ａに示したように、溝部１２は、基板１１の一面、すなわち上面に形成され、連結通路１２ｃを通じて互いに連通された第１トレンチ１２ａ及び第２トレンチ１２ｂを備える。連結通路１２ｃは、第１トレンチ１２ａ及び第２トレンチ１２ｂの深さより浅く形成することが好ましいが、第１トレンチ１２ａ及び第２トレンチ１２ｂの深さと同一深さに形成することもできる。
信号線９は、それぞれのトレンチ１２ａ、１２ｂを横切って基板１１に配置された第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７を備える。第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７は、基板１１及び第１トレンチ１２ａ、第２トレンチ１２ｂ上に形成されたグラウンド１３と所定の間隔を置いて形成され、グラウンド１３間に発生する電場によって信号を伝達する共面導波管路(Coplanar waveguide;ＣＰＷ)によって構成される。第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７とグラウンド１３は、信号伝逹特性の優れたＡｕまたはＰｔで形成することが好ましい。
第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７は、それぞれ第１入力接続パッド１６ｂ及び第２入力接続パッド１８ｂを通じてメイン線１に接続され、第１出力接続パッド１６ａ及び第２出力接続パッド１８ａを通じて支線３に接続される。
接続パッド１６ｂ、１８ｂ、１６ａ、１８ａは、グラウンド１３と同一基板１１の上面に形成されるが、図４に図示したように、必要な場合、ビアホール４１を通じて基板１１の下面に形成することもできる。
また、図３Ｂに図示したように、第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７は、第１トレンチ１２ａ及び第２トレンチ１２ｂにそれぞれ配置された第１スイッチング端子１５ａ、１５ｂ及び第２スイッチング端子１７ａ、１７ｂを備える。第１スイッチング端子１５ａ、１５ｂ及び第２スイッチング端子１７ａ、１７ｂは、後述するスイッチング部２２の第１スイッチング接点２３及び第２スイッチング接点２５によって、互いにそれぞれ接触または離間され、信号を伝達若しくは遮断する。
空気圧作動部２６は、駆動部２８によってスイッチング部２２の第１スイッチング接点２３及び第２スイッチング接点２５を、対応する第１スイッチング端子１５ａ、１５ｂ及び第２スイッチング端子１７ａ、１７ｂに接続するか、あるいは離間するよう作動するためのもので、メンブレイン２７を備える。
メンブレイン２７は、溝部１２を密閉するようグラウンド１３上に形成され、連通キャビティ３０ｃによって相互連通する第１可変エアキャビティ３０ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂを形成する第１伸縮性ドーム部２７ａ及び第２伸縮性ドーム部２７ｂを備える。第１可変エアキャビティ３０ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂは、一方のキャビティにだけ空気が充填している。したがって、図１Ｂに図示したように、駆動部２８の第１駆動電極２９または第２駆動電極３１のうち一方、例えば第２駆動電極３１に電圧が印加される時、第２駆動電極３１とグラウンド１３との間に発生する静電気力によりメンブレイン２７の第２伸縮性ドーム部２７ｂが、グラウンド１３の方に圧縮され下降するようになる。これによって第２可変エアキャビティ３０ｂ内の空気が、連通キャビティ３０ｃを介して第１可変エアキャビティ３０ａに移動し、第１可変エアキャビティ３０ａの体積が増加しながら、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａを膨脹させ上方に突出させるようになる。
メンブレイン２７は、小さい力で圧縮及び膨脹を可能にするよう伸縮性(flexibility)に優れた誘電体(Dielectric) 物質であるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはパリレン(Parylene)で形成される。
メンブレイン２７は、製造の際に図５に示したように、第１可変エアキャビティ３０ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂを形成するために、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１（図３Ｄ参照）をエッチングし取除くための複数の第１エッチングホール３７を備える。複数の第１エッチングホール３７は、駆動部２８の第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１がメンブレイン２７上に形成された後、第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１に形成された複数の第２エッチングホール３７'と共に、メンブレイン２７と同一物質であるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはパリレンで形成されたシール３３によって密封される。
ここで、第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’は、シール３３によって完全密封されると説明したが、駆動部２８の第１駆動電極２９または第２駆動電極３１によって発生する静電気力により、第１伸縮性ドーム部２７ａまたは第２伸縮性ドーム部２７ｂがグラウンド１３の方へ下降する際に、可変エアキャビティ３０ａまたは３０ｂの空気が他の可変エアキャビティ３０ａまたは３０ｂに移動して、伸縮性ドーム部２７ａまたは２７ｂを膨脹させ突出させ得る範囲、例えば約１０％の漏れ量を有する範囲内で、一部または全体の第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’が密封されないように施す。
スイッチング部２２は、第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７の第１スイッチング端子１５ａ、１５ｂ及び第２スイッチング端子１７ａ、１７ｂを互いに接続・断絶させるためのものとして、第１スイッチング接点２３及び第２スイッチング接点２５から構成される。第１スイッチング接点２３及び第２スイッチング接点２５はそれぞれ、第１可変エアキャビティ３０ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂ内に配置された第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１７の第１スイッチング端子１５ａ、１５ｂ及び第２スイッチング線１７ａ、１７ｂと対応するように、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａ及び第２伸縮性ドーム部２７ｂの内面に配置される。第１スイッチング接点２３及び第２スイッチング接点２５は、信号伝逹特性の優れたＡｕ、Ｐｔ、ＲｈまたはＩｒで形成することが好ましい。
駆動部２８は、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａ及び第２伸縮性ドーム部２７ｂを選択的に圧縮し下降すべく作動し、グラウンド１３、第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１で構成される。
図３Ｂに図示したように、グラウンド１３は、第１可変エアキャビティ３０ａ内の第１トレンチ１２ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂ内の第２トレンチ１２ｂ、基板１１上に形成される。
第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１のそれぞれは、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａ及び第２伸縮性ドーム部２７ｂの外面で、グラウンド１３と対応するよう形成される。第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１は、連結線(図示せず)によって電源供給部(図示せず)に接続されている。第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１は、それぞれ電気伝導性の優れたＡｌ、Ｍｏ、またはＴａで形成することが好ましい。
第１駆動電極２９または第２駆動電極３１は、それぞれ電圧が印加される時、第１可変エアキャビティ３０ａあるいは第２可変エアキャビティ３０ｂに形成されたグラウンド１３との間に静電気力を発生して、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａまたは第２伸縮性ドーム部２７ｂを、グラウンド１３側に圧縮し下降させる。その結果、第１伸縮性ドーム部２７ａ及び第２伸縮性ドーム部２７ｂのうち圧縮されない方のドーム部は、図１Ｂを参照して説明したように空気圧により上昇して突出する。
このように構成された空気圧ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０の作用につき図１Ａ〜図２に基づいて詳説すると次のとおりである。
まず、メイン線１から支線３のうちいずれかを通じて信号を伝達するため、第１駆動電極２９に電圧が供給されると、第１駆動電極２９はグラウンド１３との静電気力によってメンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａをグラウンド１３方へ押して下降させる。
したがって、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａは、図１Ａ及び図１Ｂに図示した位置から図２に示した位置に移動し、第１可変エアキャビティ３０ａ内の空気は連通キャビティ３０ｃを通じて、第２可変エアキャビティ３０ｂに移動する。第２可変エアキャビティ３０ｂは、第１可変エアキャビティ３０ａから移動してきた空気によって体積が増加し、メンブレイン２７の第２伸縮性ドーム部２７ｂが膨脹する。その結果、第１伸縮性ドーム部２７ａ内に形成されたスイッチング部２２の第１スイッチング接点２３は、第１可変エアキャビティ３０ａ内の第１スイッチング線１５の第１スイッチング端子１５ａ及び第２スイッチング端子１５ｂを連結し、信号を通過させる「オン」状態になる。また、第２伸縮性ドーム部２７ｂ内に形成されたスイッチング部２２の第２スイッチング接点２５は、第２可変エアキャビティ３０ｂ内の第２スイッチング線１７の第１スイッチング端子１７ａ及び第２スイッチング端子１７ｂを短絡し、信号を遮断する「オフ」状態にする。
一方、第２駆動電極３１に電圧が供給されると、第２駆動電極３１はグラウンド１３との静電気力によってメンブレイン２７の第２伸縮性ドーム部２７ｂをグラウンド１３側に押して下降させる。
従って、メンブレイン２７の第２伸縮性ドーム部２７ｂは、図２に図示した位置から図１Ａ及び図１Ｂに示した位置に移動し、第２可変エアキャビティ３０ｂ内の空気は、連通キャビティ３０ｃを通じて第１可変エアキャビティ３０ａに移動する。第１可変エアキャビティ３０ａは、第２可変エアキャビティ３０ｂから移動してきた空気によって体積が増加し、メンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａが膨脹する。よって、スイッチング部２２の第２スイッチング接点２５は、第２スイッチング線１７の第１スイッチング端子１７ａ及び第２スイッチング端子１７ｂを連結し、信号を通過させる「オン」状態とする。また、スイッチング部２２の第１スイッチング接点２３は、第１スイッチング線１５の第１スイッチング端子１５ａ及び第２スイッチング端子１５ｂを短絡させ、信号を遮断する「オフ」状態とする。
以上、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０は、メンブレイン２７と第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１の製造時に、第１可変エアキャビティ３０ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂを形成するために、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１をエッチングして取除くための複数の第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’を備えるものとして例示及び説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０は、メンブレイン２７と第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１に、第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’を形成する代わり、図６に図示したように、基板１１の第１トレンチ１２ａ及び第２トレンチ１２ｂと基板１１の外部との間を連通するように形成された複数のエッチング通路５１を形成することができる。この時、エッチング通路５１は第１可変エアキャビティ３０ａ及び第２可変エアキャビティ３０ｂを形成するために、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１を取り除いた後、Ａｕのような金属ボール５２を充填してから基板１１を加熱し、金属ボール５２を溶解することで密封する。この場合、メンブレイン２７に形成された第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１は、メンブレイン２７と同一材質で形成された保護層３３’によって保護される。
また、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０は、溝部１２、空気圧作動部２６、スイッチング部２２及び駆動部２８が、それぞれ２つのトレンチ１２a、１２ｂを相互に連通する２つの可変エアキャビティ３０ａ、３０ｂを形成する伸縮性ドーム部２７ａ、２７ｂを有するメンブレイン２７、２つの接点２３、２５及び２つの駆動電極２９、３１から構成されている例について説明及び例示したが、本発明はそれに限定されない。
例えば、図７に示したように、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０’は空気圧作動部２６’が直列接続された複数、例えば３つの伸縮性ドーム部、即ち、第１伸縮性ドーム部２６ａ’、第２伸縮性ドーム部２６ｂ’、第３伸縮性ドーム部２６ｃ’を有するメンブレイン(図示せず)で構成することができる。この場合、メンブレインの第１伸縮性ドーム部２６ａ’、第２伸縮性ドーム部２６ｂ’及び第３伸縮性ドーム部２６ｃ’の３つの可変エアキャビティは、そのうちの１つの体積が減少する時に、残り２つの体積が増加すべく、２つのエアキャビティにだけ空気が充填される。したがって、第１伸縮性ドーム部２６ａ’、第２伸縮性ドーム部２６ｂ’及び第３伸縮性ドーム部２６ｃ’に形成されたいずれか１つの駆動電極(図示せず)、例えばメンブレインの第１伸縮性ドーム部２６ａ’の第１駆動電極に電圧が供給される時、メンブレインの第１伸縮性ドーム部２６ａ’はグラウンドとの静電気力によって圧縮され、それにより第１可変エアキャビティの空気が、残りの第２及び第３可変エアキャビティに移動して、メンブレインの第２伸縮性ドーム部２６ｂ’及び第３伸縮性ドーム部２６ｃ’を膨脹させる。その結果、図７に図示したように、メンブレインの第１伸縮性ドーム部２６ａ’の第１スイッチング接点は、第１可変エアキャビティ内の第１スイッチング線(図示せず)の第１及び第２スイッチング端子(図示せず)を連結して、信号を通過させる「オン」状態になる。また、メンブレインの第２伸縮性ドーム部２６ｂ’の第２スイッチング接点及び第３伸縮性ドーム部２６c’の第３スイッチング接点は、それぞれ第２可変エアキャビティ内の第２スイッチング線の第１及び第２スイッチング端子（図示せず）及び第３可変エアキャビティ内の第３スイッチング線の第１及び第２スイッチング端子（図示せず）を短絡させ、信号を遮断する「オフ」状態にする。
また、図８に図示したように、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０”は、空気圧作動部２６”が中央に位置した第１伸縮性ドーム部２６ａ”の可変エアキャビティ(図示せず)を中心にして、その周りに位置する第２〜第５伸縮性ドーム部２６b”〜２６e”の可変エアキャビティ(図示せず)が相互に連通するように連結された複数のドーム部、例えば５つのドーム部２６a"、２６b"、２６c"、２６d"、２６e"を有するメンブレイン(図示せず)で構成することができる。この場合、メンブレインの第１、〜第５伸縮性ドーム部の５つの可変エアキャビティは、図７に示した直列形態の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０’と同様に、１つの体積が減少する時に、残り４つの体積が増加するように、４つの可変エアキャビティにだけ空気が充填される。従って、空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０”の動作は、スイッチングする支線３の数だけ相違し、図１Ａ〜図２に示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０及び図７に図示した直列形態の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０’とほとんど同一原理により動作する。
また、図９に示したように、本発明の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０’’’は、 空気圧作動部２６’’’がそれぞれ図１Ａ〜図２に図示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０の空気圧作動部２６と同一構造を有する複数の小空気圧作動部、例えば ３つの小空気圧作動部２６a’’’、２６b’’’、２６b””を並列に順次連結する形態で構成することもできる。この場合、メイン線１から支線３つのうち１つに信号伝達を行なう場合には、２つの駆動電極、例えば図９に示したように、上位に配置された第１小空気圧作動部２６a’’’の第１伸縮性ドーム部２６aa'に配置された駆動部(図示せず)の第１駆動電極(図示せず)と、下位に配置された第２小空気圧作動部２６b’’’及び第３小空気圧作動部２６b””のうちの１つ、即ち、第２小空気圧作動部２６b’’’の第１伸縮性ドーム部２６ba'に配置された駆動部(図示せず)の第１駆動電極(図示せず)を同時に駆動しなければならないということを除けば、図１Ａ〜図２に図示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０と同一原理により動作する。
このように構成された本発明の好適な実施形態に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０の製造方法につき、図３Ａ〜図６に基づいて詳説すると次のとおりである。
まず、高抵抗性シリコンまたは石英から形成された基板１１を準備し、基板１１上には図３Ａに図示したように、連結通路１２ｃを通じて相互に連通する第１トレンチ１２ａ及び第２トレンチ１２ｂを備える溝部１２を形成する。
すなわち、溝部１２を形成するために、基板１１の上面にはフォトレジスト(図示せず)を厚く塗布する。このフォトレジストは、溝部１２のパターンを含むフォトマスク(図示せず)を使って、露光及び現像するフォトリソグラフィ工程によってパターニングされる。その結果、基板１１の上面には溝部エッチングマスクパターン(図示せず)が形成される。
この時、溝部エッチングマスクパターンは、フォトレジストをフォトリソグラフィ工程でパターニングを行なう代わりに、シリコン酸化膜、窒化膜、エポキシ樹脂膜、純粋金属フィルムなどを蒸着またはスパッタリングする方法により形成する。
また、選択的に、溝部エッチングマスクパターンは、後に形成される第１及び第２可変エアキャビティ３０ａ、３０ｂを形成するための第１及び第２エアキャビティ犠牲層パターン１９、２１をエッチングし取除くための第１及び第２エッチングホール３７、３７’を、メンブレイン２７と第１及び第２駆動電極２９,３１に形成する代わり、それに対応する複数のエッチング通路５１（図６Ａ参照）を基板１１に形成する場合、基板１１に複数のエッチング通路５１を形成するようエッチング通路５１のパターンを更に含んで形成することもできる。
溝部エッチングマスクパターンが形成された後、基板１１の上面は溝部エッチングマスクパターンをエッチングマスクで使用しエッチングされる。この時、基板１１は、高抵抗性シリコンで形成された場合、エッチングガスとしてシリコン基板に対しエッチング選択性を有するＳＦ6ガスなどを使う乾式エッチングによりエッチングされる。石英で形成された場合、エッチング液として石英に対しエッチング選択性を有するエッチング液を使う湿式エッチングによりエッチングされることが好ましい。
その結果、図３Ａに示したように、基板１１の上面には第１及び第２トレンチ１２ａ、１２ｂを備える溝部１２が形成される。
また、エッチング時に基板１１の上面に流入した有機物及び溝部用エッチングマスクパターンが除去される。
次に、溝部１２の形成された基板１１上にはＡｕまたはＰｔで構成された第１金属層(図示せず)がスパッタリング方法、真空蒸着などのような方法により形成される。
さらに、第１金属層上には、フォトレジスト(図示せず)を塗布して信号線９の第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１９及びグラウンド１３のパターンを持つフォトマスクにより、フォトレジストを露光及び現像するフォトリソグラフィ工程に基づいて、信号線及びグラウンドエッチングマスクパターン(図示せず)が形成される。この時、基板１１に第１及び第２エアキャビティ犠牲層パターン１９、２１をエッチングし取除くための複数のエッチング通路５１が形成された場合、信号線及びグラウンドエッチングマスクパターンは、エッチング通路５１の形成された部分に信号線９またはグラウンド１３が形成されないように、エッチング通路５１のパターンを更に含んで形成される。
信号線及びグラウンドエッチングマスクパターンが形成された後、信号線及びグラウンドエッチングマスクパターンをエッチングマスクで使う乾式または湿式エッチングに基づいて第１金属層をパターニングし、信号線及びグラウンドエッチングマスクパターンを除去する。その結果、図３Ｂに図示したように、基板１１上には、信号線９の第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１９及びグラウンド１３が形成される。
ここで、信号線９の第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１９と、グラウンド１３を形成する工程は、フォトリソグラフィ工程を通じて形成された信号線及びグラウンドエッチングマスクパターンを使うとして説明しているが、他の方法、例えばレーザートリミング(laser trimming) 方法に基づいて行うこともできる。
その後、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９を形成するため、信号線９の第１スイッチング線１５及び第２スイッチング線１９及びグラウンド１３の形成された基板１１上には、後のエッチング工程により除去できるように、基板１１、第１及び第２スイッチング線１５、１９、グラウンド１３、及びメンブレイン２７よりエッチング選択比の高いフォトレジストのような物質で形成された第１犠牲層(図示せず)が形成される。第１犠牲層は、最終的に第２エアキャビティ３０ｂ内において、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９上に形成されるスイッチング部２２の第２スイッチング接点２５が、第２スイッチング線１７の第１スイッチング端子１７ａ及び第２スイッチング端子１７ｂと接合しないように分離する役割をする。
第１犠牲層の形成後、第１犠牲層上にはフォトリソグラフィ工程で溝部１２のパターンを有する第１犠牲層エッチングマスクパターン(図示せず)が形成される。この時、基板１１に第１及び第２エアキャビティ犠牲層パターン１９、２１をエッチングし取除くための複数のエッチング通路５１が形成された場合、第１犠牲層エッチングマスクパターンはエッチング通路５１の形成された部分に塗布された第１犠牲層が除去されないように、エッチング通路５１のパターンを更に含む。
また、第１犠牲層は、第１犠牲層エッチングマスクパターンをエッチングマスクで使ってエッチングされ、第１犠牲層エッチングマスクパターンが除去される。その結果、基板１１の溝部１２には第１エアキャビティ犠牲層パターン１９が形成される。第２トレンチ１２ｂに位置した第１エアキャビティ犠牲層パターン１９は、圧縮状態のメンブレイン２７の第２伸縮性ドーム部２７ｂ内面の形態を規定する。
その後、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９の形成された基板は約２００〜３００℃で硬化される。
その後、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９の形成された基板１１上には、第１犠牲層と同一フォトレジストのような物質で形成された第２犠牲層(図示せず)が形成される。第１エアキャビティ犠牲層パターン１９上に形成される第２犠牲層の厚さは、後で第１可変エアキャビティ３０ａに充填される空気の体積及び量を決定する。
第２犠牲層の形成後、第２犠牲層上にはフォトリソグラフィ工程で第１可変エアキャビティ３０ａのパターンを有する第２犠牲層エッチングマスクパターン(図示せず)が形成され、第２犠牲層は第２犠牲層エッチングマスクパターンをエッチングマスクとして使用しエッチングされ、第２犠牲層エッチングマスクパターンが除去される。その結果、図３Ｃに示したように、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９上には第２エアキャビティ犠牲層パターン２１が形成される。第２エアキャビティ犠牲層パターン２１は、膨脹状態のメンブレイン２７の第１伸縮性ドーム部２７ａ内面の形態を規定する。
次に、第１及び第２エアキャビティ犠牲層パターン１９、２１が形成された基板１１は約２００〜３００℃で硬化される。
その後、基板１１上には、スイッチング部２２の第１及び第２スイッチング接点２３、２５を形成するＡｕ、Ｐｔ、ＲｈまたはＩｒで形成された第２金属層(図示せず)が蒸着され、第２金属層はフォトリソグラフィ工程で第２金属層上に形成された接点エッチングマスクパターン(図示せず)を使用してエッチングする方法、レーザートリミング方法によりパターニングされる。その結果、図３Ｄに図示したように、第２トレンチ１２ｂ上の第１エアキャビティ犠牲層パターン１９と第２エアキャビティ犠牲層パターン２１上には第１及び第２スイッチング接点２３、２５が形成される。
その後、第１及び第２スイッチング接点２３、２５の形成された基板１１上にはメンブレイン層(図示せず)が伸縮性の優れた物質であるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはパリレンで形成される。
メンブレイン層の形成後、メンブレイン層上にはフォトリソグラフィ工程でメンブレイン２７のパターンを有するメンブレインエッチングマスクパターン(図示せず)が形成される。
ここで、メンブレイン層は、メンブレインエッチングマスクパターンをエッチングマスクにエッチングされ、メンブレインエッチングマスクパターンは除去される。その結果、基板１１には第１及び第２エアキャビティ犠牲層パターン１９、２１を覆うメンブレイン２７が形成される。
メンブレイン２７に形成された後、メンブレイン２７の形成された基板１１上には駆動部２８の第１及び第２駆動電極２９、３１を形成するＡｌ、ＭｏまたはＴａで形成された第３金属層が蒸着される。この第３金属層は、フォトリソグラフィ工程により第３金属層上に形成された第２エッチングホール３７'のパターンを含む駆動電極エッチングマスクパターン(図示せず)で使ってエッチングを行なう方法、レーザートリミング方法によりパターニングされる。その結果、図３Ｅに示したように、メンブレイン２７上には第２エッチングホール３７'を具備した第１及び第２駆動電極２９、３１が形成される。
第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１の形成後、メンブレイン２７は第１エッチングホール３７を形成するために、駆動電極エッチングマスクパターンをエッチングマスクで使ってエッチングを行なう方法及びレーザートリミング方法によりパターニングされ、駆動電極エッチングマスクパターンが除去される。その結果、メンブレイン２７には第１エッチングホール３７が形成される。
第１エッチングホール３７の形成後、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１は、第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’を通じて、第１及び第２犠牲層のフォトレジストに関してエッチング選択性を有する溶媒を使う湿式エッチング、またはO2プラズマを使うアッシング工程により除去される。この時、図６に図示したように、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１をエッチングして取除くために、メンブレイン２７と第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１に第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’を形成する代わりに、基板１１にエッチング通路５１を形成した場合、エッチング通路５１を通じて第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１を除去する。
第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１の除去後、第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’の密封のために、メンブレイン２７の形成された基板１１上にはシール層(図示せず)が形成される。この時、シール層はメンブレイン層と同様、伸縮性誘電体物質であるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはパリレンで形成される。
シール層の形成後、シール層上にはフォトリソグラフィ工程でメンブレイン２７のパターンを有するシールエッチングマスクパターン(図示せず)を形成し、このシールエッチングマスクパターンをエッチングマスクとして使ってシール層をエッチングし、さらにシールエッチングマスクパターンを除去する。その結果、基板１１には、図３Ｆ及び図５に示したように、シール３３により密封されたメンブレイン２７が形成され、空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ１０の製造工程が終了する。
選択的に、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層２１を、第１エッチングホール３７及び第２エッチングホール３７’を介さずに、エッチング通路５１を介して除去した場合、基板１１のエッチング通路５１は、図６に示したように、第１エアキャビティ犠牲層パターン１９及び第２エアキャビティ犠牲層パターン２１の除去後、Ａｕのような金属ボール５２で充填した後、基板１１を加熱して金属ボール５２を溶解することにより密封できる。また、この時、駆動部２８の第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１を保護するために、第１駆動電極２９及び第２駆動電極３１が形成された基板１１上には、前述のシール３３を形成する方法と同一方法によりシール層と同一材質の保護層３３'（図６参照）を形成する。
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
第２スイッチング線が「オン」状態を例示する本発明の良好な実施形態に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの斜視図である。 第２スイッチング線が「オン」状態を例示する本発明の良好な実施形態に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの断面図である。 第１スイッチング線が「オン」状態を例示する図１Ａに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの斜視図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造過程を例示する工程図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造過程を例示する工程図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造過程を例示する工程図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造過程を例示する工程図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造過程を例示する工程図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造過程を例示する工程図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの第１及び第２スイッチング線の接続パッドの他の例を示した部分断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチのメンブレインの第１エッチングホールと第１及び第２駆動電極の第２エッチングホール密封するシールを例示する拡大断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチのメンブレインと第１及び第２駆動電極に第１及び第２エッチングホールを形成しない時の基板に形成されるエッチング通路を例示する断面図である。 本発明に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの一変形例を示す斜視図である。 本発明に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの他の変更例を示す斜視図である。 本発明に係る空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの更なる変更例を示す斜視図である。
符号の説明
１０、１０'、１０"、１０"" スィッチ
９ 信号線
１１ 基板
１２ 溝部
１３ グラウンド
１５、１７ スイッチング線
２２ スイッチング部
２３、２５ スイッチング接点
２６、２６'、２６"、２６’’’ 空気圧作動部
２７ メンブレイン
２８ 駆動部
２９、３１ 駆動電極
３０ａ、３０ｂ エアキャビティ
３３ シール
３７、３７' エッチングホール

Claims (44)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置され、少なくとも１つが圧縮する時に残りが膨脹するよう互いに連通する複数の可変エアキャビティを備える空気圧作動部と、
    前記複数の可変エアキャビティのうち１つを通過するよう配置され、それぞれの前記可変エアキャビティ内で互いに一定の間隔離れた第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子を備える複数のスイッチング線を含む信号線と、
    前記空気圧作動部と共に移動するよう前記空気圧作動部の前記各可変エアキャビティ内に設置され、それぞれ対応する可変エアキャビティが膨張する時には前記第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子が接続されていない状態を維持し、可変エアキャビティが圧縮する時には前記第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子を接続するスイッチング部と、
    前記複数の可変エアキャビティを選択的に圧縮させるべく前記空気圧作動部を作動する駆動部と、
    を含むことを特徴とする空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  2. 前記基板が、高抵抗性シリコン及び石英のいずれかで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  3. 前記空気圧作動部が、前記基板に互い連通すべく形成された複数のトレンチを密閉するように形成され、前記複数の可変エアキャビティを形成するメンブレインを含むことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  4. 前記メンブレインが、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びパリレンのいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  5. 前記メンブレインは、製造時に犠牲層パターンを用いて前記複数の可変エアキャビティを形成する際に、前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第１エッチングホールを含み、
    前記複数の第１エッチングホールはシールにより密封されることを特徴とする請求項３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  6. 前記メンブレインは、製造時に犠牲層パターンを用いて前記複数の可変エアキャビティを形成する際に、前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第１エッチングホールを含み、
    前記複数の第１エッチングホールは、前記複数の可変エアキャビティのうち少なくとも１つが圧縮する時に残りが膨脹するように前記メンブレインが動作可能な範囲内で、少なくとも一部または全体がシールによって密封されていないことを特徴とする請求項３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  7. 前記複数のスイッチング線は、それぞれ電場によって信号を伝達するように、対応するトレンチに形成されたグラウンドに対して所定間隔をおいて形成された共面導波管路を含むことを特徴とする請求項３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  8. 前記グラウンドと前記信号線それぞれが金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のいずれかにより形成されたことを特徴とする請求項７に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  9. 前記スイッチング部は、各可変エアキャビティ内に配置されたスイッチング線の第１スイッチング端子及び第２スイッチング端子に対応するように、前記メンブレイン内面に形成された複数のスイッチング接点を含むことを特徴とする請求項３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  10. 前記複数のスイッチング接点が、それぞれ金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びイリジウム（Ｉｒ）のいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  11. 前記駆動部が、
    前記可変エアキャビティ内にて前記トレンチに形成されたグラウンドと、
    前記グラウンドと対応するよう前記メンブレインの外面に形成され、それぞれ電圧が印加される時前記グラウンドとの間に静電気力を発生して、対応する前記メンブレインの前記可変エアキャビティを圧縮する複数の駆動電極と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  12. 前記複数の駆動電極が、それぞれアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、及びタンタル（Ｔａ）のいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  13. 前記複数の駆動電極は、製造時に犠牲層パターンを用いて前記複数の可変エアキャビティを形成する際に、前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第２エッチングホールを含み、
    前記複数の第２エッチングホールはシールによって密封されていることを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  14. 前記複数の駆動電極は、製造時に犠牲層パターンを用いて前記複数の可変エアキャビティを形成する際に、前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第２エッチングホールを含み、
    前記複数の第２エッチングホールは、前記複数の可変エアキャビティのいずれか１つが圧縮される時残りが膨脹するように前記メンブレインが動作可能な範囲内で、少なくとも一部または全体がシールによって密封されていないことを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  15. 前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング線、前記スイッチング接点及び前記駆動電極がそれぞれ２つずつ形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  16. 前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング線、前記スイッチング接点及び前記駆動電極がそれぞれ３つ以上形成されており、前記複数のトレンチと前記複数の可変エアキャビティが、それぞれ直列に配置され互いに連通するように形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  17. 前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング線、前記スイッチング接点及び前記駆動電極がそれぞれ３つ以上形成されており、前記複数のトレンチと前記複数の可変エアキャビティは、それぞれ少なくとも１つを中心にして残りが周りに配置され互い連通するよう形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  18. 前記トレンチ、前記可変エアキャビティ、前記スイッチング接点及び前記駆動電極のそれぞれ２つによって１組のユニットを構成する複数のスィッチユニットを形成し、
    前記複数のスィッチユニットのうち、１つの前記スィッチユニットが他の２つのスィッチユニットと並列に接続された形態で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ。
  19. 基板上に信号線及びグラウンドを形成するステップと、
    前記信号線と前記グラウンドの形成された前記基板上に、互いに連通する複数の可変エアキャビティを備えるメンブレインを形成するための犠牲層パターンを形成するステップと、
    前記犠牲層パターン上に前記信号線をスイッチングする複数のスイッチング接点を形成するステップと、
    前記複数のスイッチング接点の形成された前記犠牲層パターン上に前記犠牲層パターンを覆うメンブレインを形成するステップと、
    前記メンブレインが前記複数の可変エアキャビティを選択的に圧縮するように動作する複数の駆動電極をグラウンドに対応すべく形成するステップと、
    前記犠牲層パターンを取除くステップと、
    を含むことを特徴とする空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  20. 前記信号線及び前記グラウンドを形成するステップが、
    前記基板に相互に連通する複数のトレンチを備える溝部を形成するステップと、
    前記溝部の形成された前記基板上に、それぞれの前記トレンチを横切って配置され、それぞれの前記トレンチに前記第１及び第２スイッチング端子を有する前記複数のスイッチング線を備えた前記信号線及び前記信号線の前記複数のスイッチング線と所定の間隔隔てているグラウンドを形成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  21. 前記溝部を形成するステップが、
    前記基板に前記溝部を形成するための溝部エッチングマスクパターンを形成するステップと、
    前記溝部エッチングマスクパターンを使用し前記基板をエッチングするステップと、
    前記溝部エッチングマスクパターンを取除くステップと、
    を含むことを特徴とする請求項２０に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  22. 前記溝部エッチングマスクパターンが、シリコン酸化膜、窒化膜、フォトレジスト、エポキシ樹脂、金属のいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項２１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  23. 前記溝部エッチングマスクパターンが、前記基板に前記犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数のエッチング通路を形成するエッチング通路パターンを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  24. 前記基板は高抵抗性シリコン及び石英のいずれかにより形成され、
    前記基板をエッチングするステップにおいて、前記基板が高抵抗性シリコンで形成された場合乾式エッチングで行なわれ、前記基板が石英で形成された場合は湿式エッチングで行なわれることを特徴とする請求項２１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  25. 前記溝部の形成された前記基板上に前記信号線と前記グラウンドを形成するステップが、
    前記溝部の形成された前記基板上に第１金属層を形成するステップと、
    前記信号線及び前記グラウンドを形成すべく前記第１金属層をパターニングするステップと、
    を含むことを特徴とする請求項２０に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  26. 前記第１金属層が、金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項２５に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  27. 前記犠牲層パターンを形成するステップが、
    前記信号線と前記グラウンドの形成された基板上に第１犠牲層を形成するステップと、
    前記第１犠牲層をパターニングして圧縮状態の少なくとも１つの可変エアキャビティを形成するための第１エアキャビティ犠牲層パターンを形成するステップと、
    前記第１エアキャビティ犠牲層パターンの形成された前記基板を硬化させるステップと、
    硬化された前記基板上に第２犠牲層を形成するステップと、
    前記第２犠牲層をパターニングして前記圧縮状態の前記少なくとも１つの前記可変エアキャビティを除いた膨脹状態の残りの可変エアキャビティを形成するための第２エアキャビティ犠牲層パターンを形成するステップと、
    前記第２エアキャビティ犠牲層パターンの形成された前記基板を硬化させるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  28. 前記第１犠牲層及び第２犠牲層が、フォトレジストで形成されたことを特徴とする請求項２７に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  29. 前記複数のスイッチング接点を形成するステップが、
    前記犠牲層パターンの形成された前記基板上に第２金属層を形成するステップと、
    それぞれの前記スイッチング線の前記第１及び第２スイッチング端子に対応すべく複数の接点を形成するよう前記第２金属層をパターニングするステップと、
    を含むことを特徴とする請求項２０に記載の空気圧式ＲＦＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  30. 前記第２金属層が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びイリジウム（Ｉｒ）のいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項２９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  31. 前記メンブレインを形成するステップが、
    前記複数のスイッチング接点の形成された前記基板上にメンブレイン層を形成するステップと、
    前記犠牲層パターンを覆うメンブレインを形成するよう前記メンブレイン層をパターニングするステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  32. 前記メンブレイン層が、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びパリレンのいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項３１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  33. 前記複数の駆動電極を形成するステップが、
    前記メンブレインの形成された前記基板上に第３金属層を形成するステップと、
    前記メンブレイン内の各可変エアキャビティに対応すべく前記複数の駆動電極を形成するように前記第３金属層をパターニングするステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  34. 前記第３金属層が、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタンタル（Ｔａ）のいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項３３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  35. 前記第３金属層をパターニングするステップが、犠牲層パターンをエッチングして取除くための複数の第２エッチングホールが前記複数の駆動電極に形成されるように前記第３金属層をパターニングするステップを更に含み、
    前記複数の駆動電極を形成するステップが、前記犠牲層パターンをエッチングし取除くための複数の第１エッチングホールが前記メンブレインに形成されるように、前記メンブレインをパターニングするステップを更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  36. 前記犠牲層パターンを取除くステップが、前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを通じて前記犠牲層パターンを湿式エッチング及びアッシング工程のいずれかにより取除くステップを含むことを特徴とする請求項３５に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  37. 前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを密封するステップを更に含むことを特徴とする請求項３６に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  38. 前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを密封するステップが、
    前記犠牲層パターンの除去された前記基板上にシール層を形成するステップと、
    前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールを密封するシールを形成するよう前記シール層をパターニングするステップと、
    を含むことを特徴とする請求項３７に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  39. 前記シール層が、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びパリレンのいずれか１つにより形成されたことを特徴とする請求項３８に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  40. 前記シール層をパターニングするステップにおいて、前記複数の可変エアキャビティのうち、少なくとも１つが圧縮する時残りが膨脹するように前記メンブレインが動作可能な範囲内で、前記複数の第１エッチングホール及び第２エッチングホールのうち少なくとも一部または全体が、前記シールによって密封されずに開放するように形成することを特徴とする請求項３８に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  41. 前記犠牲層パターンを取除くステップが、前記複数のエッチング通路を通じて前記犠牲層パターンを湿式エッチング及びアッシング工程のいずれかにより取除くステップを含むことを特徴とする請求項２３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  42. 前記複数のエッチング通路を密封するステップを更に含むことを特徴とする請求項４１に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  43. 前記複数のエッチング通路を密封するステップが、
    前記犠牲層パターンの除去された前記基板の前記複数のエッチング通路を金属ボールで塞ぐステップと、
    前記基板を加熱して前記金属ボールを溶解し、前記複数のエッチング通路を密封するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項４２に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
  44. 前記複数の駆動電極を保護するよう前記複数の駆動電極上に保護層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項４３に記載の空気圧式ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
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