JP2016129134A - 多層膜を備えるｍｅｍｓ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】挿入損失を低減することが可能なＭＥＭＳデバイス、特に、ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。【解決手段】基板１０上にポスト３０，３０’及び導電線４０を形成するステップと、第１膜層６０と、第１膜層が、第２膜層が第２膜層が形成された領域に隣接して形成されていない領域を有するように、ポストの一つの上の領域、及び／又は、導電線上の領域の第１膜層上に第２膜層とを形成することを含む、ポスト及び導電線上に膜を形成するステップとを備える。また、基板上に形成されたポスト及び導電（伝送）線と、ポスト及び導電線上の膜とを備えるＭＥＭＳデバイス、特に、ＭＥＭＳスイッチが提供される。膜は、第１膜層と、第１膜層が、第２膜層が第２膜層が形成された領域に隣接して形成されていない領域を有するように、ポストの一つの上の領域、及び／又は、導電線上の領域の第１膜層上に形成された第２膜層とを含む。【選択図】図２ａ

Description

本発明は、微小電気機械システム（Micro Electromechanical Systems（ＭＥＭＳ））に関し、特に、多層膜を備えるＲＦ−ＭＥＭＳ（Radio Frequency-Micro Electromechanical System）スイッチに関する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、センサ、アクチュエータ又は受動素子として、非常に広い多様な用途に用いられている。特に、ＲＦ−ＭＥＭＳは、無線伝送などの無線周波用途や、モバイル通信のような様々な産業において用いられる。例えば、携帯電話では、ＲＦ−ＭＥＭＳは、アンテナ同調又はアンテナ切り替えのＲＦフロントエンドにおいて用いられうる。ＭＥＭＳ構成要素は、固体デバイスなどの他の技術に比べて、非常に低い挿入損失、スイッチの場合には高いアイソレーション、及び、非常に高い直線性（ＩＩＰ３で７０デシベル超）のような、強力な技術的利点をこれらの用途に提供する。

すなわち、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチについては、作動原理はすべての既存の技術と同じまま、導電性伝送線は電気機械の作動によって開閉される。伝送線の閉鎖は、例えば、伝送線における電気伝導を避けるために互いに分離された伝送線の２つの導電端部から短い距離に位置するビーム、ブリッジ又は膜に装備された導電素子を用いてなされうる。ビーム、ブリッジ又は膜は電気機械的に作動し、装備された導電素子は、例えば、オーミックコンタクトを介して伝送線の２つの導電端部の間の回路を短絡し、導電線を形成し、スイッチを閉鎖する。

前に述べたように、導電素子を支持する部分は、（一方の端部が固定された）ビーム、（２つの端部が固定された）ブリッジ、又は、（自由な又はいくつかの支持を備える）膜でありうる。実施の形態によれば、膜は完全に自由であり、ピラーやストッパによって維持されている（特許文献１及び２参照）。

欧州特許出願公開第１７０５６７６号明細書 欧州特許出願公開第２２３０６７９号明細書

自由に支持された膜を備える既知のＭＥＭＳスイッチ構造の例が図１に示される。自由に支持された膜１を屈曲させるために、ＭＥＭＳ構造体１０は、膜の機能部を下げるために可撓性膜を屈曲するように適合された電気作動手段を備える。膜の機能部は、２つのポスト間で、膜の一部の下に装備された導電素子８であり、閉鎖モードでは伝送線を短絡させる。電気下降作動手段は、典型的には、膜１の下に位置する外部作動電極２Ａによって構成され、外部作動電極２Ａに作動電圧が印加されたときに、ポスト間で膜１に直接静電引張応力を加えるように適合されている。ポスト３のレバー効果と組み合わされたこれらの引張応力は、膜１を曲げることが可能である。

曲がった膜によって、伝送線４へのオーミック接触が、膜の下に現れる接触のおかげで実現される。伝送線４は、ＲＦ信号を伝送するように適合されうる。図示の例では、電極２、ポスト３、伝送線４は、同一の基板５上に形成されている。停止位置に戻るか、分離位置（導電要素と導電プロットとの間の間隙が最大である位置）に移動するために、電極２Ａの作動電圧は０に戻り、作動電圧は、ポスト３とレバー効果を実行する外部電極２Ｂに印加され、膜を他方に曲げる。なお、自由に支持された膜スイッチはまた、オーミックコンタクトスイッチではなく、容量性接触スイッチとして機能することができる。

図１を参照して説明したように、ＭＥＭＳスイッチの最も重要な仕様は、その挿入損失である。近年のエンジニアリングプロセスにもかかわらず、従来のＭＥＭＳデバイスは、かなりの挿入損失を示す。従って、本出願の目的は、該技術分野と比較して挿入損失を低減することが可能な、改良されたＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供することである。

上述の目的は、ＭＥＭＳデバイス、特に、ＭＥＭＳスイッチの製造方法によって対応できる。方法は、基板上にポスト及び導電（伝送）線を形成するステップ、ポスト及び導電線上に膜を形成するステップとを備える。膜を形成するステップは、第１膜層を形成し、第２膜層が第１膜層に部分的にのみ重なるように、ポストの一つの上（特に、全てのポスト上）の領域、及び／又は、導電線上の領域の第１膜層上に第２膜層を形成することを含む。膜を形成するステップは、第１膜層を形成し、第１膜層が、第２膜層が第２膜層が形成された領域に隣接して形成されていない領域を有するように、第１膜層は、ポストのうちの一つ上（特に、全てのポスト上）の領域及び／又は伝送線上の領域で、第１膜層上に形成される。これにより、第１膜層は、第１膜層上に局所的に形成され、ポスト／導電線上の膜の領域を硬化する。特に、膜を形成するステップは、第１膜層と、（特に、膜が任意のアクチュエータによって曲がることなく、静止状態であるときに）ポスト及び／又は導電線上の領域のみの第１膜層上の第２膜層の形成を含みうる。

第２膜層は、１又はそれ以上のストライプ形状で形成されうる。なお、第２膜層は第１膜層上に局所的に形成されている、すなわち、第２膜層は完全には第１膜層を覆っておらず、ポスト及び／又は導電線に関連する専用の部分上でそれを覆っていることが不可欠である。第２の膜層は、第１のものと同じ材料で形成され、第１のものと同じ厚さ又は異なる厚さを有してもよい。局所的に形成された第２膜層は、ポスト及び／又は伝導線の領域における膜の強化された剛性／厚さを提供する。これにより、静電力の接触力への改善された変換に起因して挿入損失は低減され、改善された機械的な力の伝送に起因してスイッチング速度が増加し、ＭＥＭＳデバイスの全体的な性能を向上させることができる。

第２膜層は、完全に又は部分的にポスト及び導電線の横方向寸法の全体にわたって延在する、及び／又は、部分的に又は完全にポスト及び／又は導電線の縦方向幅全体を覆う。ここで、「縦（longitudinal）」の用語は、膜の縦軸を表わし、「横方向（transverse）」の用語は、同横軸を表わしている。第２膜層は、その幅方向において、ポスト及び／又は伝送線（導電線）にいくらか重なりうる。例えば、重なりは、ポスト／伝送線の２つの幅又は１つの幅でありうる。第２膜層は、ポストの全ての長さに沿って延びる領域に、又は、ポストに沿って部分的にのみ、形成され、ポストを完全に又は部分的に覆い、ポストの幅の１／４から４倍の範囲の幅を有する。第２膜層は、（横方向の）伝送線の全ての長さに沿って延びる領域に、又は、伝送線に沿って部分的にのみ、形成され、伝送線を完全に又は部分的に覆い、伝送線の幅の１／４から４倍の範囲の幅又はそれ以上を有する。

実施の形態によれば、方法は、さらに、第１膜層と第２膜層との間に第３膜層を形成し、第３膜層は、第１膜層の側方部を露出する側方凹（Ｒ）を備え、第１膜層の移動を制限するストッパを形成する。第３膜層によって露出された第１膜層の側方部は、原理的には、他の材料層により覆われている。凹部は、第３膜層の端部で、膜の縦方向に配置されている（以下の詳細な説明参照）。ＭＥＭＳデバイスの動作中、ストッパは、第３膜層の凹部において第１膜層のエッジに接触するように配置される。

動作において、第１膜層は、当該第１膜層に接触したときに第３膜層に接触しない、第３膜層の凹部内に部分的に延びるストッパに接触しうる。膜の自由移動距離は、ストッパと第１膜層の端部との間の間隙により与えられる。製造プロセス中、薄い厚さの犠牲層が膜上に適用されるため、第１膜層は、従来用いられた均一な厚みの膜よりも薄く、膜の自由移動距離は従来と比較して減少し、それにより、動作の信頼性が向上される。

実施の形態によれば、第１膜層は、犠牲ベース層上に形成され、さらに、第１膜層及び第１膜層に覆われていない犠牲ベース層の一部の上に犠牲層を形成し、ストッパの形成は、犠牲層上にストッパ層を形成し、ストッパ層をパターニングして、ストッパを形成する。犠牲ベース層はまた、犠牲層の除去の後に、又は、前に、あるいは、同時に除去される。犠牲ベース層の除去の後、膜は、基板上に形成されたポスト上に落ちる。

本発明の方法の例は、さらに、第１膜層の一部から犠牲層を除去し、第３膜層を除去の処理によって露出された第１膜層の一部上に形成することを含む。ストッパ層及びストッパは、第１膜層の一部上の犠牲層を除去する前に形成される。

ここで、第３膜層のパターニング、又は、ストッパと第３膜層の形成に用いられる電気めっき処理の犠牲層から電気めっきシード層を除去するプロセスの間、第１膜層は望ましくないアタックを受けるという問題が考えられる（以下の詳細な説明参照）。犠牲層と第１膜層との間のいくらかのミスマッチに起因して、犠牲層の除去の前に必要なエッチング処理によって第１膜層がアタックを受けるというリスクが存在する。このリスクを回避するために、第３膜層の凹部に張り出る第３膜層の張り出し部が形成される。

従って、本発明の上述の例は、第３膜層の側方の凹部の凹部上に、第３膜層の張り出し部を形成することを含む。具体的には、方法は、犠牲ベース層上に第１膜層を形成し、第１膜層上及び第１膜層に覆われていない犠牲ベース層の一部の上に犠牲層を形成し、第１膜層の一部から犠牲層を除去し、第１膜層の一部上、及び、残った犠牲層上に電気めっきシード層を形成する。続いて、金型が、第１膜層の一部上、及び、第１膜層の一部に隣接する電気めっきシード層の一部上の、電気めっきシード層を露出して、電気めっきシード層上に形成され、金型を用いて、電気めっきにより、電気めっきシード層上に（ストッパ及び第３膜層を提供する）材料層の電着が実行される。続いて、金型が除去され、第１膜層の一部の上の電気めっきシード層が除去され、犠牲層が除去される。

代替的に、本発明の方法の例は、犠牲ベース層上に第１膜層を形成し、第１膜層上及び第１膜層に覆われていない犠牲ベース層の一部の上に犠牲層を形成し、第１膜層の一部から犠牲層を除去し、第１膜層の一部及び第１膜層の一部に隣接する犠牲層の一部上に、第３膜層を形成する。

張り出し部形成のプロセスは、局所的な第２膜層を設けるプロセスから独立して実行されうる。これにより、犠牲ベース層上に第１膜層を形成し、第１膜層上に追加の膜層（局所的に厚い膜からなる上述の例に置いて説明した第３膜層に相当）を形成し、追加の膜層は、第１膜層の側方部を露出する側方凹部を含む、ＭＥＭＳデバイス、特にＭＥＭＳスイッチ又はキャパシタの製造方法が提供される。しかしながら、それは、任意の他の材料層により覆われていてもよい。追加の膜層の形成は、追加の膜層の側方凹部の凹部上に追加の膜層の張り出し部を形成することを含む。追加の局所的に形成された膜層の手段によって、局所的に肥厚／硬化されていない、このＭＥＭＳデバイスの製造方法は、犠牲ベース層上に第１膜層を形成し、第１膜層上及び第１膜層に覆われていない犠牲ベース層の一部の上に犠牲層を形成し、第１膜層の一部から犠牲層を除去し、第１膜層の一部上、及び、残った犠牲層上に電気めっきシード層を形成する。

続いて、金型が、第１膜層の一部上、及び、第１膜層の一部に隣接する電気めっきシード層の一部上の、電気めっきシード層を露出して、電気めっきシード層上に形成され、金型を用いて、電気めっきにより、電気めっきシード層上に（上述のストッパ及び第３膜層を提供する）材料層の電着が実行される。続いて、金型が除去され、第１膜層の一部の上の電気めっきシード層が除去され、犠牲層が除去される。

代替的に、本発明の方法の例は、犠牲ベース層上に第１膜層を形成し、第１膜層上及び第１膜層に覆われていない犠牲ベース層の一部の上に犠牲層を形成し、第１膜層の一部から犠牲層を除去し、第１膜層の一部及び第１膜層の一部に隣接する犠牲層の一部上に、追加の膜層（局所的に厚い膜を含む上記の実施例との関連で説明した第３膜層に相当）を形成する。

実施の形態によれば、上述の目的を解決するために、ＭＥＭＳデバイス、特に、ＭＥＭＳスイッチが提供される。ＭＥＭＳデバイスは、基板上に形成されたポスト及び導電（伝送）線と、ポスト及び導電線上の膜とを備える。膜は、第１膜層と、第２膜層が第１膜層に部分的にのみ重なるように、ポストの一つの上の領域、及び／又は、導電線上の領域の第１膜層上に形成された第２膜層とを含む。具体的には、第１膜層は、第２膜層が形成された領域に隣接して第２膜層が形成されない領域を有する。第２膜層は、第１膜層上に局所的に形成された、１又はそれ以上のストライプ又は他のパッチを含みうる。特に、第２膜層は、ポスト及び／又は導電線上の領域のみに形成されてもよい。

ＭＥＭＳデバイスの実施の形態によれば、第２膜層は、完全に又は部分的にポスト及び導電線の横方向寸法の全体にわたって延在する、及び／又は、部分的に又は完全にポスト及び導電線の縦方向幅全体を覆う。第２膜層は、その幅方向において、ポスト及び／又は伝送線（導電線）にいくらか重なりうる。例えば、重なりは、ポスト／伝送線の２つの幅又は１つの幅でありうる。第２膜層は、ポストの全ての（横方向の）長さに沿って延びる領域に、又は、ポストに沿って部分的にのみ、形成され、ポストを完全に又は部分的に覆い、ポストの幅の１／４から２倍の範囲の幅を有する。第２膜層は、（横方向の）伝送線の全ての長さに沿って延びる領域に、又は、伝送線に沿って部分的にのみ、形成され、伝送線を完全に又は部分的に覆い、伝送線の幅の１／４から２倍の範囲の幅又はそれ以上を有する。

ＭＥＭＳデバイスは、第１膜層と第２膜層との間の第３膜層と、第１膜層の移動を制限するストッパとをさらに備え、第３膜層は、第１膜層の側方部を露出する側方凹部を含む。第３膜層によって露出された第１膜層の側方部は、原理的には、他の材料層により覆われている。具体的には、ＭＥＭＳデバイスの動作中、ストッパは、第３膜層の凹部において第１膜層のエッジに接触するように配置される。

他の実施の形態によれば、ＭＥＭＳデバイスの第３膜層は、第３膜層の側方の凹部の凹部上に、張り出し部を備える。第３膜層は、例えば、全ての凹部上に延びる張出し部を備えうる。

本発明の他の特徴及び利点は、図面を参照して説明されうる。説明では、発明の好ましい実施の形態の説明することを意図している添付の図面が参照される。このような実施の形態は、本発明のすべての範囲を表わすものではないことを理解されたい。

従来のＭＥＭＳスイッチを示す図である。 本発明に係る局在化した厚い部分を示す膜を備えるＭＥＭＳスイッチの動作状態の例を示す図である。 本発明に係る局在化した厚い部分を示す膜を備えるＭＥＭＳスイッチの動作状態の例を示す図である。 本発明に係る局在化した厚い部分を示す膜を備えるＭＥＭＳスイッチの動作状態の例を示す図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るストッパと３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 本発明の他の実施例に係る、ストッパと、第２膜層が張り出し部を備える、３層膜の形成を備えるＭＥＭＳスイッチの製造方法を説明する図である。 図３ｅ、４ｃ、５ｃに示す構成の上面図である。

ここで、局所的な肥厚部を有する可動膜を備える、ＭＥＭＳデバイス、特に、ＭＥＭＳスイッチの製造方法について説明する。膜は、導電性合金又は金属から形成されうる。原理的には、ＭＥＭＳデバイスは、容量性又はオーミックコンタクトスイッチでありうる。

図２ａから２ｃを参照すると、本発明の実施例によれば、ＭＥＭＳスイッチは、スイッチの基板を形成する（例えば、シリコンからなる）ウエハ１０を備える。パッシベーション層のような、薄い誘電体層２０は、ウエハ１０の表面上に堆積されている。誘電体層２０上において、スイッチは、縦方向Ｘに離間し、各ピラー３０、３０’は図２ａの横方向に延びている、２つの側方ピラー（ポスト）３０、３０’と、横方向Ｙに延びる１つの中央ピラー（ポスト）４０であって、２つの側方ピラー３０、３０’間、例えば、側方ピラー３０、３０’の中央に位置する該中央ピラー４０と、膜層６０を含む膜を備える。中央ピラー４０の上面は、容量性スイッチ構造のための、薄い誘電体層５０によって覆われていてもよい。しかしながら、伝送線の、閉状態において膜の下の接触によって短絡される、互いに離れた２つの配線への分離の表現と同様に、オーミックスイッチのためには、膜層６０の下の導電部と中央ピラーの直接接触が必要であり、すなわち、誘電体層５０は省略される。

２つの側方ピラー３０、３０’及び中央ピラー４０は、コプレーナ導波路（ＣＰＷ）を形成し、２つの側方ピラー３０、３０’は接地線に対応する。中央ピラー４０は、コプレーナ導波路（ＣＰＷ）中のＲＦ電気信号を伝送する信号線（伝送線）を形成する。他の変形例では、ＲＦ信号線はまた、マイクロストリップ導波管の手段によって実現されうる。側方ピラー３０、３０’及び中央ピラー４０は、例えば、金又は金合金等の金属によって形成される。

ＭＥＭＳスイッチはさらに、薄い可撓膜によって構成されたスイッチ素子を備えている。膜層６０を備える該可撓膜は、ピラー３０、３０’、中央ピラー４０上に移動可能に配置されている。膜層６０の縦方向は、前記縦方向Ｘに平行であり、前記横方向Ｙに垂直である。膜層６０の両端６０ｂ、６０ｃは、基板１０に固定されておらず、膜は、側方ピラー３０、３０’によって自由に支持されている（図２ａ）。図１ａに示す他の変形例では、可撓スイッチ膜層６０は、中央ピラー４０から離れて配置され、中央ピラー４０によって支持されない。他の変形例では、可撓スイッチ膜層６０は、中央ピラー４０により指示される。可撓膜層６０は金属、たとえば、アルミニウム、金、又は他の導電性合金等の金属により形成される。図示された例では、ＭＥＭＳスイッチはまた、側方ピラー３０、３０’の上方に配置されたストッパ３０ａを備え、膜層６０の中央部が自由に配置される通路を形成する。これらのストッパは図２ａにおいて示されているが、明確にするために、図２ｂ、２ｃにおいては示されていない。これらのストッパ３０ａは、側方ピラー３０、３０’上に膜を維持するために用いられ、スイッチの通常の使用中の膜層６０の側方ピラー３０に対する自由な相対移動を妨げない。

ＭＥＭＳスイッチは、さらに、膜層６０を縦方向に下に曲げ、図２ｂの押し下げ状態にするために用いられる静電下降作動手段７０、膜層６０を縦方向に上に曲げ、図２ｃの押し上げ状態にするために用いられる静電上昇作動手段を備える。

静電下降作動手段は、２つの内部電極７０ａ、７０ｂによって形成されている。これらは、膜層６０の機能部の下に配置されている。内部電極７０ａは、側方ピラー３０と中央ピラー４０との間に延びている。内部電極７０ｂは、中央ピラー４０と側方ピラー３０’との間に延びている。静電上昇作動手段は、２つの外部電極８０ａ、８０ｂを備えている。スイッチがＲＦ容量性スイッチである場合、膜層６０と電極間のオーミックコンタクトを避けるために、各電極７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂの上面は誘電体層９０により覆われている（図２ａ）。しかしながら、いくつかの実施の形態では、直接接触を避けるために、保護バンプを特徴とし、誘電体層９０を省略することができる。

作動電圧が電極７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂに印加されていない場合、スイッチの膜層６０は、図２ａの休止位置にある。この休止状態では、膜層６０は、実質的に平坦であり、ピラー３０、３０’によって、膜層６０と基板１０との間に所定のギャップｇを有して支持される。他の変形例では、膜は休止状態で屈曲しうる。作動電圧が内部電極７０ａ、７０ｂに印加されたとき、静電引っ張り力が作動領域内に生成され、ポスト３０、３０’の間の膜層６０の機能部分を引き下ろす。この引っ張り力は、図２ｂの押し下げ状態に、膜層60を下に（負のＺ方向に）曲げる。この押し下げ状態では、ピラー３０、３０’のレバー効果に起因して、基板１０と膜層６０の各端部６０ｂ、６０ｃの間のギャップＧｉｎｔが大きく、特に、休止状態のギャップｇよりも大きくなる。図２ｂの押し下げ状態から図２ｃの押し上げ状態へ膜を移動させるために、作動電圧は内部電極７０ａ、７０ｂに印加されず、同時に作動電圧は外部電極８０ａ、８０ｂに印加される。静電力は、上昇作動領域に生成され、ピラー３０、３０’の外側の膜層６０の不機能部分を引き下げる。特に、静電引き下げ力は、膜層６０の各不機能部分に、側方ピラー３０又は３０’の両側に同時に負のＺ方向に作用する。他の変形例では、膜層６０を押し下げ状態から押し上げ状態へ移行させるため、第１ステップにおいて、電極７０ａ、７０ｂの作動電圧を維持しつつ、作動電圧が電極８０ａ、８０ｂに印加されうる。そして、第２ステップにおいて、所定の期間の後に（例えば、持続期間はスイッチの切り替え時間に相当する）、電極７０ａ、７０ｂに作動電圧を印加しない。

これまでの説明は、欧州特許出願公開第２２３０６７９号明細書のＭＥＭＳデバイスの説明に従った。欧州特許出願公開第２２３０６７９号明細書に開示されているように、実際には、膜のための同様の形状を選択することができる。しかしながら、図２ａから２ｃに示される実施例は、欧州特許出願公開第２２３０６７９号明細書に記載のＭＥＭＳデバイスと、膜層６０上に（over）（例えば、上に（on））局所的に形成された追加の膜層６６を設けることにより、局所的に肥厚／硬化された膜となる点で異なる。追加の膜層６６は、ピラー３０、３０’、中央ピラー４０上の領域に形成され、膜の機械的安定背を増強する。これは、ピラー３０、３０’、中央ピラー４０の横方向寸法の全体に沿って延在しうる。追加の膜層６６の幅（長手方向）は、それぞれ、ピラー３０、３０’、中央ピラー４０の幅を超えうる。追加の膜層６６は、膜層６０と同じ材料で形成されうる。

オーミックＭＥＭＳスイッチでは、伝送は、（ピラー４０における）金属接触を介して行われ、接触力が強いほど、スイッチの導電率が高く、スイッチの挿入損失が低くなる。物理的に、これは、ナノスケールレベルで、接触電極間（例えば、伝送線４）の接触が、均一でなく、粗い接触面の複数の凹凸によって形成されるという事実によって説明される。このため、接触力を増大させることは、より多くの凹凸が直接物理的に接触するように、接触面積をより大きくすることを可能にする。この静電力は、本質的に、制限された電極の大きさ、接触構造、及び、制限された作動電圧のような、スイッチのいくつかの態様により制限される。従って、接触力を高め、挿入損失を低減するために、膜構造の最適化は、本明細書で提案される。膜層６０の上に形成された追加の膜層６６によって膜の剛性を局所的に増加させることによって、電極７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂと、コンタクト（伝送線）４０との間の力の伝達を最適化し、コンタクト４０に適用される機械的な力を増大することが可能となる。

図２ａから２ｃに示すように、（通常、ピラー３０、３０’の上に）あまり屈曲しない膜の部分と、（電極７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂの上に）強い屈曲が要求される部分が存在する。（ピラー３０、３０’の上の）最も変形が生じない膜の部分は厚くされ、高変形が生じる部分は低剛性で状態が保たれる。同様に、厚くすることは、コンタクト４０上においても実行されている。局所的に厚くすることは、膜層６０上に形成された追加の膜層６６によって提供される。ピラー３０、３０’の上を厚くすることは、外部電極８０ａ、８０ｂと、膜の内側（機能）部分との間のより良好な力の伝達を可能にする。膜がより硬く形成されるほど、機械的結合がより高くなる。これは、ピラー３０、３０’の一方の側から、その他方への良好な力の伝達を可能とする。高変形が要求される膜の部分は、膜の要求される全体的な可撓性を保持するために厚くされない（膜層６０上のこれらの部分には追加の膜層が形成されない）。この例では、低変形部分のみが、この可撓性に影響しないように硬くされる。コンタクト４０上の部分は、閉位置において接触力を増加させるために、追加の膜層６６によって厚くされる。閉位置では、変形は、コンタクトレベルに強制される。電極７０ａ、７０ｂによって印加される静電力は、接触力と変形力にコンタクトレベルで変換される。コンタクト４０上の剛性を増加させることによって、変形力が低減され、接触力が増大する。これは、静電力に影響を与えることなく、接触力を増大させることによって、適用される静電力の使用の最適化を可能にする。

本発明に係る３層膜を備えるＭＥＭＳデバイスの製造方法の例が、図３ａから３ｃに示される。

図３ａに示すように、第１膜層１０１は、犠牲ベース層１０２の上に（over）形成されている。犠牲ベース層１０２は、層１００の上に形成されている。以下では、例示の目的で、層１００は、基板上に形成されたポスト（図２ａから２ｃ参照）を表すものとする。最終的に製造された膜は、ポスト上に置かれる（以下の説明参照）。犠牲層１０３は、第１膜層１０１及び、第１膜層１０１によって覆われていない部分の犠牲ベース層１０２の上に形成されている（図３ｂ参照）。犠牲層１０３は、例えば、ポリマー又は誘電材料のスピンコーティングによって形成されうる。

ストッパ層は、犠牲層１０３の上に形成され、層１００に結合するストッパ１０４を形成するためにエッチングされる（図３ｃ参照）。次に、犠牲層１０３は、第１膜層１０１の大部分上がエッチングされる。エッチングプロセスの後、犠牲層１０３は、第１膜層１０１の比較的小さい側方の領域上のみに残る。露出された第１膜層１０１の大部分上に、第３膜層１０５が形成される（図３ｄ参照）。なお、第３膜層１０５は、必ずしも厳密に第１膜層１０１の中心としなくてもよい。第１膜層１０１の表面積は、その上に形成された第３膜層１０５よりも大きくても小さくてもよい。第３膜層１０５は、第１膜層１０１と同じ材料、例えば、導電性合金又は金属材料（例えば、アルミニウム又は金）から形成することができる。ストッパ層と第３膜層１０５のいずれも、蒸着によって形成することができる。

図３ｅに示すように、犠牲層１０３は、例えば、反応性イオンエッチング又はプラズマエッチングにより除去される。得られた第３膜層１０５は、犠牲層１０３が除去された第１膜層１０１の側方部上に配置された、側方凹部Ｒを表わしている。また、犠牲ベース層１０２は除去される。犠牲層１０３及び犠牲ベース層１０２は、例えば、１回のエッチングプロセス中に除去することができる、又は、それらは、順に除去することができる。犠牲ベース層１０２の除去の後、第１膜層１０１及び第３膜層１０５を備える自由可動膜は、層１００上に落ちる（図３ｅには示されていない）。ストッパ１０４は、第３膜層１０５に接触することなく、第３膜層１０５の凹部内に第１膜層１０１の端部に接触するように配置されている（第１膜層１０１及び第３膜層１０５と、第３膜層１０５の凹部内に部分的に配置されたストッパ１０４とを含む構成の上面図を示す図７参照）。第１膜層１０１にいくつかの部分で接触したとき、ストッパは、第３膜層１０５の凹部Ｒ内に延びる部分で第３膜層１０５に接触しない。得られた側方の自由移動空間（距離）は、犠牲層の厚さに依存する。合計では、側方の自由移動距離は最大で２Ａ加えられる（図３ｅ参照）。特定の実施例によれば、２Ａは、約１μｍを超えない。例えば、第１膜層１０１は、約１μｍの厚さを有し、第３膜層１０５の厚さは約２μｍ又はそれ以上であり、犠牲層１０３の厚さは約０．５μｍである。

従来に対して、本発明によれば、膜は、第３膜層１０５の凹部Ｒで厚い部分と薄い部分とを備える。従来と比較すると、薄い部分は、薄い犠牲層を可能にし、（自由に支持されている）可動膜の小さい側方の自由移動空間（距離）が得られる。小さい側方の自由移動空間は、得られたＭＥＭＳスイッチのより信頼性の高い動作を可能にする。

追加の第２膜層１０６が第３膜層１０５上に形成される。第２膜層１０６は、ポスト及び／又は伝送（導電）線上に形成されうる（図２ａから２ｃの追加の膜層６６参照）。伝送（導電）線上に形成された場合、第２膜層１０６が接触力の増大を生じさせることができ、それによりスイッチングプロセスの効率を向上させる。自由移動膜がその上に置かれるポスト上に形成された場合、第２膜層１０６はポスト上の力の伝達を向上させ、それによりスイッチング処理の加速を可能にする。

図３ａから３ｅに示す例では、第３膜層１０５は、ストッパ１０４の形成に続いて形成されている。しかしながら、図３ｅに示された構成は、様々な方法で形成されうる。具体的には、第３膜層１０５とストッパ１０４とは同時に形成されうる。これらの層の厚さは同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

図４ａに示される例によれば、図３ｂに示された構成は、ストッパ１０４の形成の前に第１膜層１０１の大部分上の犠牲層１０３を除去するために、エッチングされる。犠牲層１０３は、第１膜層１０１の異なる側方の領域に保持される。繰り返すが、犠牲層１０３は、ポリマー又は誘電体材料から形成することができ、例えば、反応性イオンエッチングによりエッチングされうる。第３膜層１０５は、エッチングされた領域の第１膜層１０１上に形成される。さらに、ストッパ層は、犠牲層１０３上に形成され、層１００に接続されたストッパ１０４を形成するためにエッチングされる（図４ｂ参照）。例えば、ストッパ１０４と第３膜層１０５は、金属材料又は導電性合金である同じ材料により形成されうる。例えば、ストッパ１０４と第３膜層１０５は、同じ処理ステップで形成されうる。処理ステップは、従来から知られている蒸着技術からなりうる。蒸着技術は、例えば、電気めっきシード層続いて、その後、第３膜層１０５とストッパ１０４とを形成するためにパターニングされる材料層の電気めっきの堆積を含む。

ストッパ１０４と第３膜層１０５の形成の後、犠牲層１０３が除去される（図４ｃ）。さらに、犠牲ベース層１０２除去され、第１膜層１０１及び第３膜層１０５を備える膜は、層（ポスト）１００上に落ちることができる。犠牲ベース層１０２及び犠牲層１０３は、最後の膜レベル１０６を作成した後に除去されうる。図３ｅに示す実施例と同様に、従来と比較して小さい（自由に支持された）可動膜の側方の自由移動空間（距離）２Ａが得られる。追加の第２膜層１０６は、第３膜層１０５上に形成される。第２膜層１０６は、ポスト及び／又は伝送（導電）線上に形成されうる（図２ａから２ｃの追加の膜層６６参照）。

図４ａから４ｃに示された実施例の改良版が、図５ａから５ｃに示される。図４ａから４ｃに示された実施例と異なるのは、第３膜層１０５が、第３膜層１０５の凹部の方向に延びる張り出し部１１５を備えている点である。図４ｂに示す構造に達するために、材料層は、図４ａに示す構造上に連続して形成され、パターンマスクによって覆われ、ストッパ１０４と第３膜層１０５とを得るためにエッチングされる。

しかしながら、犠牲層１０３がさらなる手順で適切に除去されることを保証するために、材料層は、犠牲層１０３上ある程度までオーバーエッチされる必要がある。第３膜層１０５と犠牲層１０３との間のいくらかのミスマッチに起因して、材料層のエッチングの間、下にある第１膜層１０１が（第３膜層１０５の下端で）アタックを受けうる。このリスクは、図５ｂ及び図５ｃに示すように、犠牲層１０３上の張り出し部１１５の形成によって回避することができる。原理的には、図５ａから５ｃに示された製造プロセスは、第２膜層１０６の形成に関与してもしなくてもよい。

張り出し部１１５を含む第３膜層１０５を有する膜を備えたＭＥＭＳデバイスを製造するための他の例が、図６ａから６ｅに示される。示された例では、電気めっきがストッパ１０４と第３膜層１０５を形成するために用いられる。例えば、ストッパ１０４と第３膜層１０５とは、金により形成される。図６ａにおいて、図３ｂに示された構成は、第１膜層１０１上の大部分の上の犠牲層１０３を除去するためにエッチングされる。犠牲層１０３は、層１００上に形成された犠牲ベース層１０２上に形成されている第１膜層１０１の異なる側方の領域に保持される（例えば、ポスト、図１、２ａから２ｃ参照）。薄い電気めっきシード層１０７（例えば、薄い金層）は、図６Ａに示す構造体上に形成される。次に、金型１０８が薄い電気めっきシード層１０７（図６ｃ）上に形成される。金型１０８は、後続の電気めっきプロセスのために使用される。金型１０８は、第１膜層１０１上に形成された電気めっきシード層１０７の一部に隣接する、犠牲層１０３上に形成された電気めっきシード層１０７の一部を露出することを強調すべきである。この露出された部分は、図５ｃに示されるように、第３膜層１０５の張り出し部をもたらす。

材料層１０９は、図６ｄに示すように、金型１０８を用いて電気めっきをすることにより形成される。金型１０８を除去した後、得られたストッパ１０４及び第３膜層１０５が図６ｅに見られる。犠牲層１０３の除去の前に、犠牲層１０３上及び電気めっき電気めっきプロセスで用いられる金型１０８の下に形成されたシード層１０７が除去される。図５ａから５ｃを参照して説明したように、第３膜層１０５と犠牲層１０３との間には、いくらかのミスマッチが存在しうる。しかしながら、示された例示的な製造プロセスにおいて、下にある第１膜層１０１が（第３膜層１０５の下端で）アタックを受けるリスクはない。このリスクは、実際には、図６ｅに示されるように、犠牲層１０３上の張り出し部１１５の形成によって回避することができる。第２膜層１０６の形成及び犠牲層１０３の除去の後、図５ｃに示されたものと同様の構成が得られる。

原理的には、図５ａから５ｃ、６ａから６ｃに示された製造プロセスは、第２膜層１０６の形成に関与してもしなくてもよい。

図３ｅ、４ｃ、５ｃに示す構成の上面図が図７に示される。第２膜層１０６は、膜がその上に置かれるポスト上、及び、スイッチングプロセスの間、膜の下に装備された導電部によって接触される導電線の第３膜層１０５の領域上に形成される。ポスト及び導電線は、横方向（上下）に延びている。第２膜層１０６は、完全に又は部分的に、縦方向及び／又は横方向に膜の下に形成された、ポスト及び／又は伝送線と重なりうる。凹部は、（左から右に）縦方向に沿って配置される。第３膜層１０５の全体の表面積は、第１膜層１０１よりも大きくても小さくてもよい。また、第１膜層１０１及び第３膜層１０５を備える膜の形状を変化させることができる。例えば、第１及び第３膜層において追加の凹部が長手方向に設けられていてもよい。具体的には、第１及び第３膜層は、伝送線がＭＥＭＳデバイスの基板上に配置される長手方向の位置で、側方凹部を備えることができる（図２ａから２ｃ参照）。

上述した全ての実施形態は、限定するものでなく、本発明の特徴及び利点を説明する例示として機能する。なお、上述の特徴のいくつか又は全てはまた、様々な方法で組み合わせることができることが理解されるであろう。

Claims (15)

1. 基板（１０）上にポスト（３０、３０’、１００）及び導電線（４０）を形成するステップと、
   第１膜層（６０、１０１）を形成し、第２膜層（６６、１０６）が前記第１膜層（６０、１０１）に部分的にのみ重なるように、前記ポスト（３０、３０’、１００）の一つの上の領域、及び／又は、前記導電線（４０）上の領域の前記第１膜層（６０、１０１）上に第２膜層（６６、１０６）を形成することを含む、前記ポスト（３０、３０’、１００）及び前記導電線（４０）上に膜を形成するステップと、
   を備える、
   ＭＥＭＳスイッチのＭＥＭＳデバイスの製造方法。
2. 前記第２膜層（１０６）は、完全に又は部分的に前記ポスト（３０、３０’、１００）及び前記導電線（４０）の横方向寸法の全体にわたって延在する、及び／又は、部分的に又は完全に前記ポスト（３０、３０’、１００）及び／又は前記導電線（４０）の縦方向幅全体を覆う、
   請求項１の方法。
3. 前記第１膜層（６０、１０１）と前記第２膜層（６６、１０６）との間に第３膜層（１０５）を形成し、
   前記第３膜層（１０５）は、第１膜層の側方部を露出する側方凹部（Ｒ）を備え、
   前記第１膜層（６０、１０１）の移動を制限するストッパ（３０ａ、１０４）を形成する、
   請求項１又は２の方法。
4. 前記ＭＥＭＳデバイスの動作中、前記ストッパは、前記第３膜層（１０５）の前記凹部（Ｒ）中に第１膜層（６０、１０１）のエッジに接触するように配置される、
   請求項３の方法。
5. 第１膜層（１０１）は、犠牲ベース層（１０２）上に形成され、
   さらに、前記第１膜層（１０１）及び前記第１膜層（１０１）に覆われていない前記犠牲ベース層（１０２）の一部の上に犠牲層（１０３）を形成し、
   前記ストッパ（１０４）の形成は、
   前記犠牲層（１０３）上にストッパ層を形成し、
   前記ストッパ層をエッチングして、ストッパ（１０４）を形成する、
   請求項３又は４の方法。
6. さらに、前記第１膜層（１０１）の一部から前記犠牲層（１０３）を除去し、
   前記第３膜層（１０５）は、前記除去の処理によって露出された前記第１膜層（１０１）の一部上に形成される、
   請求項３〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記ストッパ層及び前記ストッパは、前記第１膜層（１０１）の一部上の犠牲層（１０３）を除去する前に形成される、
   請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
8. さらに、前記第３膜層（１０５）の前記側方凹部（Ｒ）の凹部（Ｒ）上に、前記第３膜層（１０５）の張り出し部（１１５）を形成する、
   請求項３〜７のいずれかに記載の方法。
9. 犠牲ベース層１０２上に前記第１膜層（１０１）を形成し、
   前記第１膜層（１０１）上及び、前記第１膜層（１０１）に覆われていない前記犠牲ベース層（１０２）の一部の上に犠牲層（１０３）を形成し、
   前記第１膜層（１０１）の一部から前記犠牲層（１０３）を除去し、
   前記第１膜層（１０１）の一部上、及び、残った前記犠牲層（１０３）上に電気めっきシード層（１０７）を形成し、
   前記第１膜層（１０１）の一部上、及び、前記第１膜層（１０１）の一部に隣接する前記電気めっきシード層（１０７）の一部上の、前記電気めっきシード層（１０７）を露出する金型（１０８）を前記電気めっきシード層（１０７）上に形成し、
   前記金型（１０８）を用いて、前記電気めっきシード層（１０７）上の材料層を電気めっきし、
   前記金型（１０８）を除去し、
   前記第１膜層（１０１）の一部の上の前記電気めっきシード層（１０７）を除去し、
   前記犠牲層（１０３）を除去する、
   請求項８の方法。
10. 犠牲ベース層１０２上に前記第１膜層（１０１）を形成し、
    前記第１膜層（１０１）上及び、前記第１膜層（１０１）に覆われていない前記犠牲ベース層（１０２）の一部の上に犠牲層（１０３）を形成し、
    前記第１膜層（１０１）の一部から前記犠牲層（１０３）を除去し、
    前記第１膜層（１０１）の一部及び前記第１膜層（１０１）の一部に隣接する前記犠牲層（１０３）の一部上に、前記第３膜層（１０５）を形成する、
    請求項８の方法。
11. 基板（１０）上に形成されたポスト（３０、３０’、１００）及び導電線（４０）と、
    前記ポスト（３０、３０’、１００）及び前記導電線（４０）上の膜と、
    を備え、
    前記膜は、
    第１膜層（６０、１０１）と、
    第２膜層（６６、１０６）が前記第１膜層（６０、１０１）に部分的にのみ重なるように、前記ポストの一つの上の領域、及び／又は、前記導電線上の領域の前記第１膜層（６０、１０１）上に形成された第２膜層（６６、１０６）と、
    を含む、
    ＭＥＭＳスイッチのＭＥＭＳデバイス。
12. 前記第２膜層（１０６）は、完全に又は部分的に前記ポスト（３０、３０’、１００）及び前記導電線（４０）の横方向寸法の全体にわたって延在する、及び／又は、部分的に又は完全に前記ポスト（３０、３０’、１００）及び前記導電線（４０）の縦方向幅全体を覆う、
    請求項１１のＭＥＭＳデバイス。
13. 前記第１膜層（６０、１０１）と前記第２膜層（６６、１０６）との間の第３膜層（１０５）と、
    前記第１膜層（６０、１０１）の移動を制限するストッパ（３０ａ、１０４）と、
    をさらに備え、
    前記第３膜層（１０５）は、第１膜層の側方部を露出する側方凹部（Ｒ）を含む、
    請求項１１又は１２のＭＥＭＳデバイス。
14. 前記ストッパは、前記ＭＥＭＳデバイスの動作中、前記第３膜層（１０５）の前記凹部（Ｒ）中に第１膜層（６０、１０１）のエッジに接触するように配置される、
    請求項１１〜１３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
15. 前記第３膜層（１０５）の前記側方凹部（Ｒ）の凹部（Ｒ）上に、前記第３膜層（１０５）の張り出し部（１１５）を備える、
    請求項１１〜１４のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。

Images