JP2013143231A - High-frequency microswitch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波マイクロスイッチに関するものであり、RF−MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)スイッチ等の高周波マイクロスイッチの温度変動耐性の向上に関する。 The present invention relates to a high-frequency microswitch, and relates to an improvement in temperature fluctuation resistance of a high-frequency microswitch such as an RF-MEMS (MicroElectro Mechanical Systems) switch.
近年、様々な技術分野において,マイクロマシニング技術により形成される微小構造を有する素子の応用化が図られている。そのなかにはリニアリティの良さなどからRF(高周波)デバイスに使用することを想定したRFスイッチデバイスも設計・試作がなされている。 In recent years, in various technical fields, devices having a micro structure formed by a micromachining technique have been applied. Among them, RF switch devices that are expected to be used for RF (high frequency) devices due to their good linearity have been designed and prototyped.
このようなRFスイッチデバイスにおいてデバイスを作製する基板としてはSiウェーハなどを用い、また、配線としてはRF信号を低ロスで通過させるためAuやCu等の金属材料を用いる場合が多い。 In such an RF switch device, a Si wafer or the like is used as a substrate for manufacturing the device, and a metal material such as Au or Cu is often used as the wiring in order to pass an RF signal with low loss.
このようなRFスイッチデバイスにおいては、異種の材料を用いているために、それぞれの熱膨張係数の違いからデバイスの温度変化を生じた際に可動部分の形状が変形する可能性がある。特に、RFスイッチデバイスの可動領域に異種材料が存在するような場合には、接点ギャップ量の変動を起こす可能性がある。 In such an RF switch device, since different materials are used, there is a possibility that the shape of the movable part is deformed when a temperature change of the device occurs due to a difference in thermal expansion coefficient. In particular, when different materials exist in the movable region of the RF switch device, the contact gap amount may vary.
極端な場合、駆動電圧を印加していないのに接点部がON状態になったり、或いは、駆動電圧を印加してもONしなくなる可能性があるので、この事情を図22乃至図25を参照して説明する。 In an extreme case, there is a possibility that the contact portion is turned on even when the drive voltage is not applied, or may not be turned on even when the drive voltage is applied. To explain.
図22は、試作したRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、図23は試作したRF−MEMSスイッチの概略的断面図である。図に示すように、シリコン基板51/SiO2膜52/シリコン層53からなる貼り合わせ基板50にスリット54で分離されたデバイス領域を形成し、デバイス領域の中央よりの部分を可動梁部60とする。この可動梁部60は、シリコン基板51から浮き上がったシリコン層53により形成され、その上に、圧電駆動部61と信号配線66とが長手方向に沿って配置されている。
FIG. 22 is a schematic plan view of a prototype RF-MEMS switch, and FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of the prototype RF-MEMS switch. As shown in the figure, a device region separated by a
圧電駆動部61は下部電極62/PZT63/上部電極64の積層構造からなり、下部電極62は駆動電極パッド651に接続され、上部電極64は駆動電極パッド652に接続されている。なお、下部電極62はPtからなり、上部電極64はPt或いはAuで形成する。また、駆動電極パッド651,652はAuめっきで形成する。
The
信号配線66の一端は信号電極パッド672に接続され、信号配線66の他端は、接点部70を備えた接続配線68と接点ギャップを保って対向している。この接続配線68は、信号電極パッド671と支持部69と一体にAu電解めっきにより形成される。なお、信号配線66はAuスパッタ膜で形成し、信号電極パッド672はAuめっき膜で形成する。
One end of the
図24は、試作したRF−MEMSスイッチの寸法の説明図であり、ここでは、その寸法の一例を説明する。圧電駆動部61のサイズは320μm×160μmであり、圧電駆動部61を設けた部分の可動梁部60の幅は170μmである。また、圧電駆動部61に接続する駆動電極パッド651,652のサイズは150μm×150μmである。一方、信号配線66の幅は30μmであり、信号配線66を設けた部分の可動梁部60のサイズは、400μm×35μmである。
FIG. 24 is an explanatory diagram of dimensions of a prototype RF-MEMS switch. Here, an example of the dimensions will be described. The size of the
図25は、試作したRF−MEMSスイッチのスイッチング動作の説明図であり、図25(a)に示すように、電圧OFF状態では信号配線66と接点部70は、例えば、0.3μmのギャップを介して対向した状態になっている。
FIG. 25 is an explanatory diagram of the switching operation of the prototype RF-MEMS switch. As shown in FIG. 25A, the
図25(b)に示すように、電圧駆動部61に5V〜20Vの電圧を印加すると、可動梁部60は撓んで持ち上がり、信号配線66と接点部70とが接触してON状態となる。このようなRF−MEMSスイッチの寿命は、スイッチング回数として108回〜1010回程度になる。
As shown in FIG. 25 (b), when a voltage of 5V to 20V is applied to the
しかし、温度変化を生じた際には、図25(c)に示すように、可動梁部60の形状が変形し、接点ギャップ量の変動を起こし、駆動電圧を印加していないのにスイッチがON状態になる問題がある。なお、これは極端な例であり、現実的には通常のON電圧より低い電圧でON状態になるようになる。こうなった場合、実際に問題となる現象としては、印加電圧をOFFしたときの可動梁部のバネとしての戻り力が小さくなり、接点が乖離しにくくなるといったことが考えられる。
However, when a temperature change occurs, as shown in FIG. 25C, the shape of the
したがって、本発明は、高周波マイクロスイッチの温度変動耐性を向上することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the temperature fluctuation tolerance of a high-frequency microswitch.
開示する一観点からは、シリコン基板と、前記シリコン基板に対して一部において絶縁層を介して密着しているシリコン層と、前記シリコン層に形成されるとともに、第1の信号配線と第1の電気的駆動部とを長手方向に配列した第1の可動梁部と、前記第1の可動梁部に対して線対称或いは回転対称のいずれかの対称的位置に併設された前記シリコン層に形成されるとともに、第2の信号配線と第1の電気的駆動部とを長手方向に配列した第2の可動梁部と、前記第1の信号配線の前記第1の電気的駆動部側の端部に設けられた接点部を備えた配線接続部とを少なくとも備え、前記第1の可動梁部及び前記第2の可動梁部の一方が、スイッチング動作における駆動部であり、前記第1の可動梁部及び前記第2の可動梁部の他方が、スイッチング動作における非駆動部であることを特徴とする高周波マイクロスイッチが提供される。 From one aspect to be disclosed, a silicon substrate, a silicon layer partially adhered to the silicon substrate via an insulating layer, a first signal wiring and a first layer formed on the silicon layer are provided. A first movable beam portion arranged in the longitudinal direction of the first movable beam portion, and the silicon layer provided in a symmetrical position of either line symmetry or rotational symmetry with respect to the first movable beam portion. And a second movable beam portion in which the second signal wiring and the first electric driving portion are arranged in the longitudinal direction, and the first signal wiring on the first electric driving portion side of the first signal wiring. At least a wiring connection portion provided with a contact portion provided at an end, wherein one of the first movable beam portion and the second movable beam portion is a driving portion in a switching operation, The other of the movable beam portion and the second movable beam portion is a switch. RF microswitch is provided, which is a non-driving unit in grayed operation.
開示の高周波マイクロスイッチによれば、温度変動耐性を向上することが可能になる。 According to the disclosed high-frequency microswitch, it is possible to improve temperature fluctuation tolerance.
ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態の高周波マイクロスイッチを説明する。図1は本発明の実施の形態の高周波マイクロスイッチの構成説明図であり、ここでは平面図として示しているが、基本的な断面構造は図23に示した構造と同じである。 Here, with reference to FIG. 1, the high frequency microswitch of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a high-frequency microswitch according to an embodiment of the present invention, and is shown here as a plan view, but the basic cross-sectional structure is the same as the structure shown in FIG.
図に示すように、信号配線41,42と電気的駆動部31,32とを長手方向に配列した2つの可動梁部21,22を対称的に配置し、一方の信号配線41の端部に接点部6を備えた配線接続部5を設けたものである。即ち、従来は固定していた側の接点についても、可動側の接点と同じ構造の可動梁部21としたものである。なお、ここでは、一対の可動梁部21,22を線対称的に配置した例を示しているが、回転対称的に配置しても良い。なお、対称性については、数学的な意味での厳密な対称性が要求されるものではない。 As shown in the figure, two movable beam portions 2 1 and 2 2 in which signal wirings 4 1 and 4 2 and electric drive portions 3 1 and 3 2 are arranged in the longitudinal direction are symmetrically arranged, and one signal the end portion of the wiring 4 1 is provided with a wiring connection portion 5 having a contact portion 6. That is, conventionally regard to contact fixed to have side, is obtained by a movable beam part 2 1 of the same structure as the contact of the movable side. Here, an example is shown in which the pair of movable beam portions 2 1 and 2 2 are arranged line-symmetrically, but they may be arranged rotationally symmetrically. Note that the symmetry does not require strict symmetry in a mathematical sense.
電気的駆動部31,32はそれぞれ駆動電極パッド911,921,93に接続されている。また、信号配線41,42の一端は、それぞれ信号電極パッド81,82に接続され、信号配線41の他端には配線接続部5が設けられており、配線接続部5の端部に設けられた接点部6が信号配線42に対向している。
信号配線42を設けた側の電気的駆動部32に電圧を印加すると可動梁部22が撓んで持ち上がり接点部6と信号配線42とが接触してON状態となる。スイッチをOFFさせるため駆動電圧の印加を停止すると、可動梁部22のもつバネの力が接点が離れる方向に作用して接点部6が乖離してOFF状態になる。 An ON state in contact when voltage is applied to the signal wiring 4 2 in electrical drive unit 3 second side provided with the contact portion 6 and the signal line 4 2 raised is bent movable beam section 2 2. When stopping the application of the driving voltage in order to switch OFF, the OFF state contact section 6 has deviated force of the spring with the movable beam section 2 2 acts away the contact.
なお、スイッチング動作時に非駆動部となる可動梁部21は、スイッチング動作時に駆動部となる可動梁部22と同じ寸法になるように形成するのが望ましい。その上で、特にベースとなるシリコン層との膨張率差の関係で温度変化時の影響をもっとも生じやすい信号配線41,42のメタルの長さを揃えるように設計することが望ましい。 Incidentally, the movable beam section 2 1 as a non-driving unit when the switching operation is preferably formed to have the same dimensions as the movable beam section 2 2 serving as a driving unit at the time of switching operation. In addition, it is desirable that the metal lengths of the signal wirings 4 1 and 4 2 , which are most likely to cause an influence at the time of temperature change due to the difference in expansion coefficient between the base silicon layer and the silicon layer, be made uniform.
このような構成にすることにより、可動梁部21は通常のON/OFF動作時に能動的に動作させるわけではないが、デバイスの温度変化があるとON/OFF動作時に駆動させる可動梁部22の位置変動と同調して同じ方向に同程度量の位置変動を生じる。これによって、接点部6と信号配線42との間のギャップが温度変動に拘らず一定に保たれるようになるため、駆動電圧を印加しないのにON状態になったり、或いは、駆動電圧を印加してもONしないといった不具合を発生することがなくなる。 With such a configuration, the movable beam section 2 1 but not to actively operate during normal ON / OFF operation, the movable beam section 2 for driving when there is a temperature change of the device during ON / OFF operation In synchronism with the position variation of 2 , the same amount of position variation occurs in the same direction. Thereby, since the gap between the contact portion 6 and the signal line 4 2 is to be kept constant irrespective of the temperature variation, or the ON state to not apply a driving voltage or a driving voltage The problem of not turning on even when applied is eliminated.
なお、スイッチング動作時に非駆動部となる可動梁部21に設ける電気的駆動部31には駆動電極パッド911を設ける必要はない。しかし、駆動電極パッド911を外部から電圧を印加できるようにしておくことで、OFF時に積極的に接点を乖離させる新たな効果が期待できる。 It is not necessary to provide a driving electrode pad 9 11 The electrical drive unit 3 1 provided in the movable beam section 2 1 as a non-driving portion during a switching operation. However, the driving electrode pads 9 11 by leaving to allow application of a voltage from the outside, can be expected new effects which deviate the OFF sometimes actively contacts.
即ち、通常、接点部はONの状態にすることでファンデルワールス力などに起因する粘着力が発生する。接点をOFFさせるため駆動電圧の印加を停止すると可動梁部22のもつバネの力が、接点が離れる方向に作用して接点部が乖離する。しかし、接点部のON/OFFを繰り返すことで接点部の微小領域の変形などで接点面積が変化し、接点部の粘着力が乖離させようとするバネの強さを上回って接点がOFFにならないスティッキングと呼ばれる現象を生じる場合がある。 That is, normally, when the contact portion is in an ON state, an adhesive force due to van der Waals force or the like is generated. Spring force with the Stopping movable beam section 2 2 application of the driving voltage in order to turn OFF the contact, the contact portion deviates acts in a direction in which the contacts are separated. However, by repeating ON / OFF of the contact portion, the contact area changes due to deformation of a minute area of the contact portion, and the contact force does not turn off beyond the strength of the spring to be separated from the adhesive force. A phenomenon called sticking may occur.
この時、スイッチング動作時に非駆動部となる可動梁部21の電気的駆動部31に接点が離れる方向に電圧を印加することで、見かけ上、乖離力を強くしたのと同様の効果を得ることができる。これによって、従来よりも接点がスティッキングしにくい高周波マイクロスイッチを実現することができる。 At this time, by applying a voltage in a direction contacts electrical drive unit 3 1 of the movable beam section 2 1 as a non-driving unit when the switching operation leaves, apparently, the same effects as strong divergence force Can be obtained. As a result, it is possible to realize a high-frequency microswitch whose contacts are less sticky than in the past.
また、配線接続部5は、両方の信号配線41,42から対向して延在するようにして、接点部6を中央よりに形成しても良く、それによって、形状がより対称的になるので接点部6と信号配線42との間のギャップが温度変動に拘らず一定に保たれる。 In addition, the wiring connection portion 5 may extend from both signal wirings 4 1 , 4 2 so as to face each other, and the contact portion 6 may be formed from the center, thereby making the shape more symmetrical. the gap between the contact portion 6 and the signal line 4 2 is kept constant irrespective of the temperature variation since.
また、電気的駆動部31,32としては、圧電駆動部でも静電気駆動部でも良く、圧電駆動部とする場合には、下部電極/圧電体層/上部電極からなる積層構造を設ける。なお、圧電体層としては、典型的にはPZTを用いる。 The electrical drive units 3 1 and 3 2 may be piezoelectric drive units or electrostatic drive units. When the piezoelectric drive unit is used, a laminated structure including a lower electrode / piezoelectric layer / upper electrode is provided. Note that PZT is typically used as the piezoelectric layer.
また、静電気駆動部とする場合には、下部電極と、前記下部電極と空隙を介して対向する上部電極とを設ければ良く、この場合の下部電極はPt等の金属層を用いても良いし、或いは、イオン注入層を用いても良い。 In the case of an electrostatic drive unit, a lower electrode and an upper electrode facing the lower electrode through a gap may be provided. In this case, a metal layer such as Pt may be used for the lower electrode. Alternatively, an ion implantation layer may be used.
次に、図2乃至図4を参照して、本発明の実施例1のRF−MEMSスイッチを説明する。図2は、本発明の実施例1のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、図3は図2におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。なお、図3(a)はOFF状態の断面図であり、図3(b)はON状態の断面図である。 Next, the RF-MEMS switch according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a schematic plan view of the RF-MEMS switch according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. 2. 3A is a cross-sectional view in the OFF state, and FIG. 3B is a cross-sectional view in the ON state.
図2及び図3に示すように、シリコン基板11にSiO2膜12を介して貼り合わせたシリコン基板を研磨して厚さが5μm〜25μmとしたシリコン層13からなる貼り合わせ基板10を用意する。この貼り合わせ基板10にシリコン基板11に達するスリット14を形成して線対称的に配置された可動梁部201,202を形成する。この可動梁部201,202の底面側に接していたSiO2膜12はスリット14を形成する工程の後に除去される。或いは、デバイス形成の初期段階に多数の微小穴をシリコン層13に形成して、前もってSiO2膜12を除去しておいてもよい。さらにはシリコン基板11にシリコン層13を貼り合わせる前に、該当箇所のSiO2膜12を前もって除去しておいても良い。
As shown in FIGS. 2 and 3, a bonded
可動梁部201,202にはそれぞれ、Auスパッタ膜からなる信号配線261,262と圧電駆動部211,212とが長手方向に配置され、一方の信号配線261の端部には接点部30を備えた接続配線28が支持部29とともに金めっきにより一体に形成される。この時、OFF状態における接点部30と信号配線262の対向部との接点ギャップが0.3μmになるように設計する。また、信号配線261,262の一端は、それぞれ信号電極パッド271,272に接続される。
In the
圧電駆動部211,212はそれぞれ下部電極221/PZT231/上部電極241、下部電極222/PZT232/上部電極242の積層構造からなる。上部電極241,242はそれぞれ駆動電極パッド2511,2521に接続され、また、下部電極221,222は共通の駆動電極パッド253に接続される。なお、下部電極221,222及び上部電極241,242はPtスパッタリング膜により形成する。
The
図4は、本発明の実施例1のRF−MEMSスイッチのスイッチング動作の説明図であり、図2におけるB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図として示している。図4(a)に示すように、OFF状態では、接点部30と信号配線262との間隙は0.3μmのギャップを保ったままである。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the switching operation of the RF-MEMS switch according to the first embodiment of the present invention, and is shown as a cross-sectional view along the alternate long and short dash line connecting BB ′ in FIG. As shown in FIG. 4 (a), in the OFF state, the gap between the
図4(b)に示すように、駆動電極パッド2521と駆動電極パッド253との間に電圧を印加すると、図3(b)に示すように可動梁部202が撓んで持ち上がり接点部30と信号配線262とが接触してON状態となる。
As shown in FIG. 4 (b), when a voltage is applied between the driving electrode pads 25 21 and the driving electrode pad 25 3, the contact portion raised is bent
スイッチをOFFさせるため駆動電圧の印加を停止すると、可動梁部202のもつバネの力が、接点が離れる方向に作用して接点部30が乖離して、再び、図4(a)に示すOFF状態になる。この時、圧電駆動部211に電圧を印加して可動梁部201を撓ませることで、接点間を乖離させるための力がより大きくなるようにしても良い。
When stopping the application of the driving voltage in order to switch OFF, spring force possessed by the
なお、圧電駆動部211に印加する電圧は、圧電駆動部212にON時に印加する電圧と同じである必要はなく、接点を乖離させるのに十分であるならば半分の電圧でも良い。また、電圧を印加する時間についても、OFF状態に常に印加をする必要もなく、接点間の粘着力が問題となる接点が乖離してしまうまでのごく短い時間だけ電圧を印加すれば良い。
The voltage applied to the
図4(c)は、温度変化が生じた場合のOFF状態の説明図である。温度変化を生じた場合にも、信号配線262を支持する可動梁部202も信号配線261を介して接続配線28を支持する可動梁部201も同じように変化するので、接点ギャップとしてはほとんど変化せず、スティッキングが発生することがない。
FIG. 4C is an explanatory diagram of the OFF state when a temperature change occurs. Even when caused temperature changes, since the
本発明の実施例1においては、信号配線261,262を支持する可動梁部201,202を対称的に形成しているので、温度変化による変動量を互いに相殺するように作用し、接点ギャップの変化を抑制することができる。
In the first embodiment of the present invention, since the form of the
次に、図5を参照して、本発明の実施例2のRF−MEMSスイッチを説明する。図5は、本発明の実施例2のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、可動梁部201に設ける圧電駆動部211に対する駆動電極パッドとの接続をなくしたものである。
Next, the RF-MEMS switch according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Figure 5 is a schematic plan view of the RF-MEMS switch according to the embodiment 2 of the present invention, in which lost connection with the drive electrode pads to the
即ち、スイッチング時に非駆動部となる可動梁部201に設ける圧電駆動部211に対する電圧印加は原理的に必要がないので省略したものである。それによって、外部電源に対する配線及び駆動電極パッドの形成工程が不要になり、また、配線及び駆動電極パッドを設けるスペースが不要になる。その他の構成は上記の実施例1のRF−MEMSスイッチと全く同じであり、B−B′を結ぶ一点鎖線に沿った断面構造も図4に示した構造と同じになる。
That is, the voltage applied to the
次に、図6乃至図10を参照して、本発明の実施例3のRF−MEMSスイッチを説明する。図6は、本発明の実施例3のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、基本的構成は上記の実施例1と同じであるが、接点部分を対称的にしたものである。即ち、信号配線261に接続する接続配線281の長さを短くし、信号配線262にも支持部292を介して接続配線282を設けたものである。
Next, with reference to FIG. 6 thru | or FIG. 10, the RF-MEMS switch of Example 3 of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a schematic plan view of an RF-MEMS switch according to the third embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, but the contact portions are symmetrical. That is, to shorten the length of the connecting
次に、接点部分の製造工程を簡単に説明するが、ここでは、圧電駆動部や電極パッドの形成工程は省略する。まず、図7(a)に示すようにシリコン基板11/SiO2膜12/シリコン層13からなる貼り合わせ基板10にスリットに対応する開口部を有するレジストマスク15を設ける。
Next, although the manufacturing process of the contact portion will be briefly described, the formation process of the piezoelectric drive unit and the electrode pad is omitted here. First, as shown in FIG. 7A, a resist
次いで、図7(b)に示すように、レジストマスク15をマスクとしてポリッシュプロセスなどのドライエッチングを施すことによってスリット14を形成する。この後、スリット14で囲まれた可動梁部201,202の下部のSiO2膜12について、ウエットエッチングすることで中空状とする。なおこの場合は、図においては、残存するSiO2膜12を強調して示しているが、実際にはもっと後退している。他の方法としては、図7(a),(b)と同様のプロセスをもっと微小な穴を多数並べることで可動梁部201,202の下にあたるSiO2膜12を前もって除去しておいても良い。この場合には、残存するSiO2膜12が余分に後退することはない。
Next, as shown in FIG. 7B, the
次いで、図7(c)に示すように、レジストマスク15を除去したのち、Au膜をマスクスパッタリングすることによって可動梁部201,202上にそれぞれ信号配線261,262を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, after the resist
次いで、図7(d)に示すように、全面にTEOS(テトラエトキシシラン)を用いて第1犠牲層16を形成する。次いで、図8(e)に示すように、信号配線261,262の端部に対する開口部17を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, a first
次いで、図8(f)に示すように、めっきフレーム(図示は省略)を用いてAuを電解めっきすることによって、信号配線261には支持部291を、また、信号配線262には支持部292と接続配線282とを一体に形成する。
Then, as shown in FIG. 8 (f), by electrolytic plating with Au using a plating frame (not shown), the supporting
次いで、図8(g)に示すように、再び、全面にTEOSを用いて第2犠牲層18を形成する。次いで、図9(h)に示すように、支持部291に対する凹部191と接点部を形成するための凹部192を形成する。なお、接点部を形成するための凹部192は、接続配線282の端部に対向するように形成する。
Next, as shown in FIG. 8G, the second
次いで、図9(i)に示すように、めっきフレーム(図示は省略)を用いてAuを電解めっきすることによって、支持部291に接続する支持部293と接点部30を備えた接続配線281とを一体に形成する。
Then, as shown in FIG. 9 (i), by electrolytic plating with Au using a plating frame (not shown), with a
次いで、図9(j)に示すように、フッ酸蒸気を用いてエッチングすることによって第2犠牲層18及び第1犠牲層16を順次除去する。なお、TEOS膜は通常のシリコン熱酸化工程によって形成されたSiO2膜に比べてエッチングされやすいので、この工程においてSiO2膜12が不所望に除去されることはない。
Next, as shown in FIG. 9J, the second
図10は、本発明の実施例3のRF−MEMSスイッチのスイッチング動作の説明図である。図10(a)に示すように、OFF状態では、接点部30と接続配線282との間隙は0.3μmのギャップを保ったままである。
FIG. 10 is an explanatory diagram of the switching operation of the RF-MEMS switch according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10 (a), in the OFF state, the gap between the
図10(b)に示すように、駆動電極パッド2521と駆動電極パッド253との間に電圧を印加すると、図3(b)に示すように可動梁部202が撓んで持ち上がり接点部30と接続配線282とが接触してON状態となる。
As shown in FIG. 10 (b), when a voltage is applied between the driving electrode pads 25 21 and the driving electrode pad 25 3, the contact portion raised is bent
スイッチをOFFさせるため駆動電圧の印加を停止すると、可動梁部202のもつバネの力が、接点が離れる方向に作用して接点部30が乖離して、再び、図10(a)に示すOFF状態になる。この時、圧電駆動部211に電圧を印加して可動梁部201を撓ませることで、接点間を乖離させるための力がより大きくなるようにしても良い。
When stopping the application of the driving voltage in order to switch OFF, spring force possessed by the
図10(c)は、温度変化が生じた場合のOFF状態の説明図である。温度変化を生じた場合にも、信号配線262を介して接続配線282を支持する可動梁部202も信号配線261を介して接続配線281を支持する可動梁部201も同じように変化し、接点ギャップとしてはほとんど変化しないのでスティッキングが発生することがない。
FIG. 10C is an explanatory diagram of an OFF state when a temperature change occurs. Even when it caused temperature changes, also the
本発明の実施例3においては、信号配線261,262を支持する可動梁部201,202を対称的に形成するとともに、接点部分も対称的に形成しているので、温度変化による変動量をより効果的に互いに相殺することができる。
In Example 3 of the present invention, the
次に、図11及び図12を参照して、本発明の実施例4のRF−MEMSスイッチを説明する。図11は、本発明の実施例4のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、基本的構成は上記の実施例1のRF−MEMSスイッチの一対の可動梁部201,202を回転対称に配置したものに相当する。このように回転対称に配置することによって、スリット14で独立した2つの領域に区画されるとともに、各圧電駆動部211,212は、それぞれ独立の駆動電極パット2511,2512と駆動電極パッド2521,2522に接続される。
Next, with reference to FIG.11 and FIG.12, the RF-MEMS switch of Example 4 of this invention is demonstrated. Figure 11 is a schematic plan view of the RF-MEMS switch according to the embodiment 4 of the present invention, the basic configuration is rotated a pair of the
図12は本発明の実施例4のRF−MEMSスイッチのスイッチング動作の説明図であり、図12(a)はOFF状態を、図12(b)はON状態を、図12(c)は温度変化後のOFF状態を示している。信号配線261と信号配線262との間隔が異なるだけで、基本的動作及び作用効果は上記の実施例1と同様である。 12A and 12B are explanatory diagrams of the switching operation of the RF-MEMS switch according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12A shows the OFF state, FIG. 12B shows the ON state, and FIG. 12C shows the temperature. The OFF state after the change is shown. The distance between the signal line 26 1 and the signal line 26 2 only differs basic operation and effects are the same as those in Example 1 above.
次に、図13及び図14を参照して、本発明の実施例5のRF−MEMSスイッチを説明する。図13は、本発明の実施例5のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、基本的構成は上記の実施例3のRF−MEMSスイッチの一対の可動梁部201,202を回転対称に配置したものに相当する。このように回転対称に配置することによって、スリット14で独立した2つの領域に区画されるとともに、各圧電駆動部211,212は、それぞれ独立の駆動電極パット2511,2512と駆動電極パッド2521,2522に接続される。
Next, with reference to FIG.13 and FIG.14, the RF-MEMS switch of Example 5 of this invention is demonstrated. Figure 13 is a schematic plan view of the RF-MEMS switch according to the embodiment 5 of the present invention, the basic configuration is rotated a pair of the
図14は本発明の実施例5のRF−MEMSスイッチのスイッチング動作の説明図であり、図14(a)はOFF状態を、図14(b)はON状態を、図14(c)は温度変化後のOFF状態を示している。信号配線261と信号配線262との間隔が異なるだけで、基本的動作及び作用効果は上記の実施例3と同様である。 14A and 14B are explanatory diagrams of the switching operation of the RF-MEMS switch according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 14A shows the OFF state, FIG. 14B shows the ON state, and FIG. 14C shows the temperature. The OFF state after the change is shown. The distance between the signal line 26 1 and the signal line 26 2 only differs basic operation and effects are the same as in Example 3 above.
次に、図15乃至図18を参照して、本発明の実施例6のRF−MEMSスイッチを説明する。図15は、本発明の実施例6のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、圧電駆動部を静電気駆動部に置き換えた以外は、上記の実施例1のRF−MEMSスイッチと同様である。 Next, an RF-MEMS switch according to Example 6 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a schematic plan view of the RF-MEMS switch according to the sixth embodiment of the present invention, which is the same as the RF-MEMS switch according to the first embodiment except that the piezoelectric driving unit is replaced with an electrostatic driving unit. .
図16は、本発明の実施例6のRF−MEMSスイッチの概略的断面図である。図16(a)は図15におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図16(b)はB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図16(c)はB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った温度変化後の断面図である。 FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the RF-MEMS switch according to the sixth embodiment of the present invention. 16A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. 15, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting BB ′ and FIG. c) is a cross-sectional view after a temperature change along the alternate long and short dash line connecting BB ′.
図に示すように、静電気駆動部311,312は、下部電極となるイオン注入層321,322と上部電極331,332とで構成され、両者の間隙は例えば、1μmとする。この上部電極331,332は両脇の支持部341,342と一体にAuを電解めっきすることにより形成する。また、イオン注入層321,322の形成工程で、駆動電極パッド2511,2521と接続する配線領域351,352を同時に形成する。
As shown, the
次に、製造工程を簡単に説明する。まず、図17(a)に示すようにシリコン基板11/SiO2膜12/シリコン層13からなる貼り合わせ基板10のシリコン層13にPをイオン注入することにより、n+型のイオン注入層322を形成する。なお、可動梁部201の側でも同じ工程を採用している。
Next, the manufacturing process will be briefly described. First, as shown in FIG. 17A, P is ion-implanted into the
次いで、図17(b)に示すように、レジストマスク(図示を省略)をマスクとしてポリッシュプロセスなどのドライエッチングを施すことによってスリット(14)を形成する。この後、可動梁部202の下部のSiO2膜12をウエットエッチングすることで中空状とする。
Next, as shown in FIG. 17B, the slit (14) is formed by performing dry etching such as a polishing process using a resist mask (not shown) as a mask. Thereafter, the lower portion of the SiO 2 film 12 of the
次いで、図17(c)に示すように、レジストマスクを除去したのち、Au膜をマスクスパッタリングすることによって可動梁部202上に信号配線262を形成する。次いで、図17(d)に示すように、全面にTEOSを用いて犠牲層36を形成する。
Then, as shown in FIG. 17 (c), after removing the resist mask, to form the signal lines 26 2 on the
次いで、図18(e)に示すように、駆動電極パッド形成領域及び信号電極パッド形成領域を露出させるとともに、接点部を形成するための凹部37を信号配線262の端部に対向するように形成する。
Then, as shown in FIG. 18 (e), to expose the driving electrode pad forming region and the signal electrode pad forming region, so as to face the end of the
次いで、図18(f)に示すように、めっきフレーム(図示は省略)を用いてAuを電解めっきすることによって、駆動電極パッド253及び信号電極パッド272を形成するとともに、上部電極332と接点部30を備えた接続配線28とを一体に形成する。なお、この時、上部電極332の両脇にも支持部342が一体に形成される。次いで、図18(g)に示すように、フッ酸蒸気を用いてエッチングすることによって犠牲層36を除去する。
Then, as shown in FIG. 18 (f), by electrolytic plating with Au using a plating frame (not shown), to form the driving electrode pads 25 3 and the signal electrode pads 27 2, the upper electrode 33 2 And the
この実施例6におけるスイッチング動作は、駆動部が圧電駆動か静電気駆動かの違いだけで、基本的な動作は圧電駆動の場合と同様である。即ち、スイッチをON状態にする場合には、下部電極となるイオン注入層321と上部電極331との間に互いに異なった極性の電圧を印加することで引き合う力を利用して駆動させる。
The switching operation in the sixth embodiment is the same as that in the case of the piezoelectric drive, except that the driving unit is a piezoelectric drive or an electrostatic drive. That is, when the switch is ON state, is driven by utilizing the attracting force by applying a mutually different polarities of the voltage between the ion implanted
また、この場合も2つの可動梁部201,202を線対称的に形成し信号配線261,262の長さを同じにしているので、図16(c)に示すように、温度変化後にも、2つの可動梁部201,202は同じように変形するので、ギャップはほとんど変化しない。
Also in this case, since the two
この実施例6においては、圧電体の形成工程が不要になるので、製造工程が簡素化されるとともに、圧電体の応力による可動梁部の反りが低減する。また、下部電極として金属材料ではなくシリコン自体を利用したイオン注入層を用いているので、温度変化による変形の影響が生じにくくなる。 In the sixth embodiment, since the piezoelectric body forming step is not required, the manufacturing process is simplified and the warp of the movable beam portion due to the stress of the piezoelectric body is reduced. In addition, since an ion implantation layer using silicon rather than a metal material is used as the lower electrode, the influence of deformation due to temperature change is less likely to occur.
次に、図19及び図20を参照して、本発明の実施例7のRF−MEMSスイッチを説明する。図19は、本発明の実施例7のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、下部電極となるイオン注入層をAu膜に置き換えた以外は、上記の実施例6のRF−MEMSスイッチと同様である。 Next, with reference to FIG.19 and FIG.20, RF-MEMS switch of Example 7 of this invention is demonstrated. FIG. 19 is a schematic plan view of an RF-MEMS switch according to Example 7 of the present invention. The RF-MEMS switch according to Example 6 except that the ion implantation layer serving as the lower electrode is replaced with an Au film. It is the same.
図20は、本発明の実施例7のRF−MEMSスイッチの概略的断面図である。図20(a)は図19におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図20(b)はB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図20(c)はB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った温度変化後の断面図である。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the RF-MEMS switch according to the seventh embodiment of the present invention. 20A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. 19, and FIG. 20B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting BB ′. c) is a cross-sectional view after a temperature change along the alternate long and short dash line connecting BB ′.
図に示すように、Auのマスクスパッタリングにより下部電極381,382と配線層391,392を同時に形成したものである。なお、下部電極381,382を信号配線261,262と同じ材料で同じ厚さに形成する場合には、下部電極381,382と信号配線261,262を同時に形成する。この場合も下部電極381,382と上部電極331,332との間隙は例えば、1μmとする。 As shown in the figure, lower electrodes 38 1 and 38 2 and wiring layers 39 1 and 39 2 are simultaneously formed by Au mask sputtering. When the lower electrodes 38 1 and 38 2 are formed with the same material and the same thickness as the signal wirings 26 1 and 26 2 , the lower electrodes 38 1 and 38 2 and the signal wirings 26 1 and 26 2 are formed simultaneously. . Also in this case, the gap between the lower electrodes 38 1 and 38 2 and the upper electrodes 33 1 and 33 2 is, for example, 1 μm.
この実施例7におけるスイッチング動作は、下部電極がイオン注入層か金属膜かの違いだけで、基本的な動作は実施例6の場合と同様である。即ち、スイッチをON状態にする場合には、下部電極381と上部電極331との間に互いに異なった極性の電圧を印加することで引き合う力を利用して駆動させる。 The switching operation in the seventh embodiment is the same as that in the sixth embodiment except that the lower electrode is different from the ion implantation layer or the metal film. That is, when the switch is ON state, utilizing driving the attracting force by applying a mutually different polarities of the voltage between the lower electrode 38 1 and the upper electrode 33 1.
また、この場合も2つの可動梁部201,202を線対称的に形成し信号配線261,262の長さを同じにしているので、図20(c)に示すように、温度変化後にも、2つの可動梁部201,202は同じように変形するので、ギャップはほとんど変化しない。
Also in this case, since the two
この実施例7においては、イオン注入工程が不要になり、一般的な成膜工程だけで良いので、製造装置構成が簡素化される。また、下部電極と信号配線を同時に形成する場合には、製造工程数を削減することができる。 In the seventh embodiment, the ion implantation process is not required, and only a general film forming process is required, so that the configuration of the manufacturing apparatus is simplified. In addition, when the lower electrode and the signal wiring are formed at the same time, the number of manufacturing steps can be reduced.
次に、図21を参照して、本発明の実施例8のRF−MEMSスイッチを説明する。図21は、本発明の実施例8のRF−MEMSスイッチの概略的平面図であり、基本的構成は上記の実施例6のRF−MEMSスイッチの一対の可動梁部201,202を回転対称に配置したものに相当する。
Next, an RF-MEMS switch according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Figure 21 is a schematic plan view of the RF-MEMS switch according to the embodiment 8 of the present invention, the basic configuration is rotated the
このように、回転対称的に配置することによって、幅の広い静電気駆動部を並列配置する必要はなくなるので、省スペース化が可能になる。 As described above, the rotationally symmetrical arrangement eliminates the need for arranging the wide electrostatic drive units in parallel, and thus space saving is possible.
上記の実施例6乃至実施例8の説明においては、説明を簡単にするために、接続配線28を信号配線261のみに接続するように形成しているが、上記の実施例3或いは実施例5のように、両方の信号配線261,262に設けて接点部分も対称的構造にしても良い。
また、スイッチング動作時における非駆動部となる側の静電気駆動部に対する駆動電極パッドは省略しても良い。
In the description of the above Examples 6 to 8, in order to simplify the description, are formed so as to connect the
In addition, the drive electrode pad for the electrostatic drive unit on the side serving as the non-drive unit during the switching operation may be omitted.
ここで、実施例1乃至実施例8を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)シリコン基板と、前記シリコン基板に対して一部において絶縁層を介して密着しているシリコン層と、前記シリコン層に形成されるとともに、第1の信号配線と第1の電気的駆動部とを長手方向に配列した第1の可動梁部と、前記第1の可動梁部に対して線対称或いは回転対称のいずれかの対称的位置に併設された前記シリコン層に形成されるとともに、第2の信号配線と第1の電気的駆動部とを長手方向に配列した第2の可動梁部と、前記第1の信号配線の前記第1の電気的駆動部側の端部に設けられた接点部を備えた配線接続部とを少なくとも備え、前記第1の可動梁部及び前記第2の可動梁部の一方が、スイッチング動作における駆動部であり、前記第1の可動梁部及び前記第2の可動梁部の他方が、スイッチング動作における非駆動部であることを特徴とする高周波マイクロスイッチ。
(付記2)前記第1の信号配線のサイズと前記第2の信号配線のサイズが同じであることを特徴とする付記1に記載の高周波マイクロスイッチ。
(付記3)前記スイッチング動作における非駆動部となる可動梁部に設けた電気的駆動部に、電圧印加用の端子が欠落していることを特徴とする付記1または付記2に記載の高周波マイクロスイッチ。
(付記4)前記配線接続部が、前記第2の信号配線に達しない長さであり、前記第2の信号配線に接続するとともに、前記接点部の直下まで延在する第2の配線接続部を有することを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の高周波マイクロスイッチ。
(付記5)前記配線接続部と前記第2の配線接続部が、厚膜めっきからなることを特徴とする付記4に記載の高周波マイクロスイッチ。
(付記6)前記電気的駆動部が、下部電極/圧電体層/上部電極からなる積層構造を備えた圧電駆動部であることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の高周波マイクロスイッチ。
(付記7)前記電気的駆動部が、下部電極と、前記下部電極と空隙を介して対向する上部電極からなる静電気駆動部であることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の高周波マイクロスイッチ。
(付記8)前記下部電極が、イオン注入層からなることを特徴とする付記7に記載の高周波マイクロスイッチ。
Here, the following additional notes are attached to the embodiment of the present invention including Examples 1 to 8.
(Supplementary Note 1) A silicon substrate, a silicon layer partially adhered to the silicon substrate via an insulating layer, a first signal wiring and a first electrical wiring formed on the silicon layer A first movable beam portion in which a drive unit is arranged in the longitudinal direction, and the silicon layer provided in a symmetrical position of either line symmetry or rotational symmetry with respect to the first movable beam portion. And a second movable beam part in which the second signal wiring and the first electric driving unit are arranged in the longitudinal direction, and an end of the first signal wiring on the first electric driving unit side. At least a wiring connection portion provided with a contact portion, wherein one of the first movable beam portion and the second movable beam portion is a driving portion in a switching operation, and the first movable beam portion And the other of the second movable beam portions is in switching operation. RF microswitch, which is a that non-driven unit.
(Supplementary note 2) The high-frequency microswitch according to
(Appendix 3) The high frequency micro wave according to
(Additional remark 4) The 2nd wiring connection part which the said wiring connection part is the length which does not reach the said 2nd signal wiring, and it is connected to the said 2nd signal wiring, and extends just under the said contact part. The high-frequency microswitch according to any one of
(Supplementary note 5) The high-frequency microswitch according to supplementary note 4, wherein the wiring connection portion and the second wiring connection portion are made of thick film plating.
(Supplementary note 6) The high frequency device according to any one of
(Additional remark 7) The said electrical drive part is an electrostatic drive part which consists of a lower electrode and the upper electrode which opposes the said lower electrode through a space | gap, Any one of
(Supplementary note 8) The high-frequency microswitch according to supplementary note 7, wherein the lower electrode is made of an ion implantation layer.
1 シリコン基板
21,22 可動梁部
31,32 電気的駆動部
41,42 信号配線
5 配線接続部
6 接点部
7 スリット
81,82 信号電極パッド
911,921,93 駆動電極パッド
10,50 貼り合わせ基板
11,51 シリコン基板
12,52 SiO2膜
13,53 シリコン層
14,54 スリット
15 レジストマスク
16 第1犠牲層
17 開口部
18 第2犠牲層
191,192 凹部
201,202,60 可動梁部
211,212,61 圧電駆動部
221,222,62 下部電極
231,232,63 PZT
241,242,64 上部電極
2511,2512,2521,2522,253,651,652 駆動電極パッド
261,262,66 信号配線
271,272,671,672 信号電極パッド
28,281,282,68 接続配線
29,291,292,293 支持部
30,70 接点部
311,312 静電気駆動部
321,322 イオン注入層
331,332 上部電極
341,342 支持部
351,352 配線領域
36 犠牲層
37 凹部
381,382 下部電極
391,392 配線層
69 支持部
DESCRIPTION OF
24 1 , 24 2 , 64 Upper electrodes 25 11 , 25 12 , 25 21 , 25 22 , 25 3 , 65 1 , 65 2
Claims (5)
前記シリコン基板に対して一部において絶縁層を介して密着しているシリコン層と、
前記シリコン層に形成されるとともに、第1の信号配線と第1の電気的駆動部とを長手方向に配列した第1の可動梁部と、
前記第1の可動梁部に対して線対称或いは回転対称のいずれかの対称的位置に併設された前記シリコン層に形成されるとともに、第2の信号配線と第1の電気的駆動部とを長手方向に配列した第2の可動梁部と、
前記第1の信号配線の前記第1の電気的駆動部側の端部に設けられた接点部を備えた配線接続部と
を少なくとも備え、
前記第1の可動梁部及び前記第2の可動梁部の一方が、スイッチング動作における駆動部であり、
前記第1の可動梁部及び前記第2の可動梁部の他方が、スイッチング動作における非駆動部であることを特徴とする高周波マイクロスイッチ。 A silicon substrate;
A silicon layer in close contact with the silicon substrate via an insulating layer;
A first movable beam portion formed in the silicon layer and having a first signal wiring and a first electrical drive unit arranged in a longitudinal direction;
The second signal wiring and the first electric drive unit are formed on the silicon layer provided at a symmetrical position of either line symmetry or rotational symmetry with respect to the first movable beam portion. Second movable beam portions arranged in the longitudinal direction;
A wiring connection portion provided with a contact portion provided at an end portion of the first signal wiring on the first electric drive portion side;
One of the first movable beam portion and the second movable beam portion is a drive unit in a switching operation,
The high-frequency microswitch, wherein the other of the first movable beam portion and the second movable beam portion is a non-driving portion in a switching operation.
前記第2の信号配線に接続するとともに、前記接点部の直下まで延在する第2の配線接続部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の高周波マイクロスイッチ。 The wiring connection portion has a length that does not reach the second signal wiring;
4. The high-frequency micro according to claim 1, further comprising a second wiring connection portion that is connected to the second signal wiring and extends to a position directly below the contact portion. 5. switch.
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