JP2018533827A

JP2018533827A - Ｒｆスイッチにおける改善されたコンタクト

Info

Publication number: JP2018533827A
Application number: JP2018525406A
Authority: JP
Inventors: ロベルトゥス・ペトルス・ファン・カンペン; ジェイムズ・ダグラス・ハフマン; ミカエル・ルノー; シバジョティ・ゴーシュ・ダスティダー; ジャック・マーセル・ムヤンゴ
Original assignee: Cavendish Kinetics Inc
Current assignee: Cavendish Kinetics Inc
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2036-11-14
Also published as: JP6853248B2; EP3378080B1; KR102628886B1; WO2017087339A1; CN108352262A; EP3378080A1; CN108352262B; US20180308645A1; US10896787B2; KR20180081801A

Abstract

本発明は、一般に、ビア内の薄い側壁を通ってＲＦコンタクトから下地のＲＦ電極へ流れる電流を回避することにより、ロバストなＲＦコンタクトを有するＭＥＭＳスイッチを作製するための機構に関する。

Description

本開示の実施形態は、一般に、ＭＥＭＳスイッチにおけるＲＦコンタクトの電流取り扱い（current handling）を改善するための技術に関する。

ＭＥＭＳ抵抗スイッチは、作動電極に電圧を印加することによって移動する可動プレートを含む。電極電圧がしばしばスナップイン電圧と呼ばれる特定の電圧に一旦達すると、プレートは電極に向かって移動する。電圧がリリース電圧まで一旦低下すると、プレートは元の位置に戻る。典型的には、プレートが作動電極に接近しているとき、より高い静電力のせいで、および、プレートと、このプレートが一旦電極に近づけられて接触している表面との間の吸着（stiction）のせいで、リリース電圧はスナップイン電圧よりも低い。ＭＥＭＳデバイスのばね定数は、プルイン電圧およびプルオフ電圧の値を設定する。

プレートが下に作動すると、プレートはこのプレートがオーミック接触するコンタクト電極上に着地する。反復可能な低い接触抵抗を達成するためには、プレートとコンタクト電極との間に高い接触力が必要とされる。妥当な動作電圧でこの接触力を達成するためには、着地状態でのプレートとプルダウン電極との間のギャップを小さくする必要がある。その結果、コンタクト電極は、典型的には薄い金属層である。この薄いコンタクト層は、典型的には、ステップダウン（step-down）ビアを介して、下地のＲＦ電極に接続される。

ＭＥＭＳ抵抗スイッチを動作させる（プレートが、第１の位置と、着地電極と電気的に接触する第２の位置との間を移動する）場合、スイッチを横切って印加される高い電力は、電気コンタクトを通して大きな電流を流す。薄い側壁上のコンタクト層を通って流れる高電流は、コンタクト内の破壊的な故障につながる可能性がある。

したがって、当技術分野では、ＲＦコンタクトの破壊的な故障に至らずに大きな電流を流すことができるＭＥＭＳスイッチが必要とされている。

本開示は、概して、ＲＦコンタクトとその下地のＲＦ電極との間のビア接続における薄い側壁を通って流れる高電流に悩まされない、修正されたＲＦコンタクト設計に関する。

一実施形態では、ＭＥＭＳデバイスは、
内部に複数の電極が形成された基板を備え、上記複数の電極は、少なくともアンカー電極と、プルダウン電極と、ＲＦ電極とを含み、
上記基板及び上記複数の電極の上に配置された絶縁層を備え、この絶縁層は、上記アンカー電極を露出するように形成された第１の開口と、上記ＲＦ電極を露出させるように形成された第２の開口とを有し、
コンタクト層を備え、このコンタクト層は、上記第１の開口内に配置され、上記アンカー電極と接触する第１の部分と、上記第２の開口内に配置され、上記ＲＦ電極と接触する第２の部分とを含み、また、上記コンタクト層は導電性であり、さらに、
上記誘電体層の上に配置されたスイッチング素子を備え、このスイッチング素子は、上記コンタクト層の上記第１の部分と接触するアンカー部分と、脚部分と、ブリッジ部分とを含み、上記ブリッジ部分は、上記コンタクト層の上記第２の部分から離間した第１の位置と、上記コンタクト層の上記第２の部分と接触した第２の位置とから移動可能である。

別の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスを製造する方法は、
基板上に絶縁層を堆積するステップを有し、上記基板は内部に複数の電極が形成されており、上記複数の電極は、少なくともアンカー電極、プルダウン電極、およびＲＦ電極を含み、
上記絶縁層の少なくとも一部を除去して、上記アンカー電極の少なくとも一部を露出させる第１の開口を形成するとともに、上記ＲＦ電極の少なくとも一部を露出させる第２の開口を形成するステップと、
上記絶縁層の上、上記アンカー電極上の上記第１の開口内、および上記ＲＦ電極上の上記第２の開口内に、コンタクト層を堆積させるステップと、
上記コンタクト層の一部を除去するステップを有し、第１の部分は上記アンカー電極上の上記第１の開口内に残り、第２の部分は上記ＲＦ電極上の上記第２の開口内に残り、さらに、
上記基板の上にスイッチング素子を形成するステップを有し、上記スイッチング素子は、上記コンタクト層の上記第１の部分に結合されたアンカー部分を含み、上記スイッチング素子は、脚部と、ブリッジ部とを含み、上記スイッチング素子は、上記コンタクト層の上記第２の部分から離間した第１の位置と、上記コンタクト層の上記第２の部分と接触した第２の位置とから移動可能である。

上述した本開示の特徴を詳細に理解することができるように、上で簡潔に要約した本開示のより詳細な説明は、幾つかの添付の図面に示された実施形態を参照して得られる。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示は、他の同等に有効な実施形態を許容できるため、その範囲を限定するものとみなされるべきではないことに留意されたい。

ＭＥＭＳオーミックスイッチの概略的な断面図である。

一実施形態によるＭＥＭＳオーミックスイッチの概略的な断面図である。

一実施形態によるＭＥＭＳオーミックスイッチの作製の様々な段階での概略的な断面図である。一実施形態によるＭＥＭＳオーミックスイッチの作製の様々な段階での概略的な断面図である。一実施形態によるＭＥＭＳオーミックスイッチの作製の様々な段階での概略的な断面図である。一実施形態によるＭＥＭＳオーミックスイッチの作製の様々な段階での概略的な断面図である。一実施形態によるＭＥＭＳオーミックスイッチの作製の様々な段階での概略的な断面図である。

理解を容易にするために、図面に共通の同一の要素を示すために、可能な限り同一の参照番号が使用されている。一実施形態で開示される要素は、特定の記載なしに他の実施形態で有益に利用され得ることが企図されている。

図１は、オーミックＭＥＭＳスイッチ１００の断面を示している。スイッチ１００は、基板１０１上に配置された、ＲＦ電極１０２と、プルダウン電極１０４と、アンカー電極１０６とを含んでいる。プルダウン状態においてＭＥＭＳスイッチとプルダウン電極との間の短絡を回避するために、それらの電極は誘電体層１０７で覆われている。電気的絶縁層１０７に適した材料は、酸化シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、および酸窒化シリコンを含むシリコン系材料を含む。絶縁層１０７の厚さは、絶縁層１０７内の電界を制限するために、典型的には５０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内である。ＲＦ電極１０２の上には、絶縁層１０７内のビア開口１０９を通してＲＦ電極１０２に接続されたＲＦコンタクト１０８がある。スイッチ素子は、ビア１１６のアレイを使用して一緒に接合された導電層１１２，１１４からなる堅いブリッジを含む。これにより、堅いプレート部および柔軟な脚が、動作電圧を許容可能なレベルに保ちながら高い接触力を提供することを可能にする。ＭＥＭＳブリッジは、ＭＥＭＳブリッジの下層１１２および／または上層１１４に形成され、かつビア１２０によって導電体１１０に固定された脚１１８によって懸架されている。導電体１１０は、絶縁層１０７のビア開口１１１を通してアンカー電極１０６に接続されている。

ＭＥＭＳブリッジの上方には、オフ状態のためにＭＥＭＳを屋根までプルアップする（引き上げる）ために使用される金属１２２でキャップされた誘電体層１２６がある。誘電体層１２０は、作動アップ状態においてＭＥＭＳブリッジとプルアップ電極との間の短絡を回避し、高信頼性のために電界を制限する。デバイスを上部に移動することは、オフ状態においてスイッチの静電容量の減少を助ける。キャビティは、犠牲層を除去するために使用されるエッチ孔を充填する誘電体層１２４で密封されている。その誘電体層は、これらの孔に入り、片持ちレバーの端部（複数）を支持するのを助けながら、キャビティ内に低圧環境が存在するようにキャビティを密封する。

ＲＦコンタクト１０８は導電性であり、一旦プルダウン電極１０４に十分に高い電圧を印加することによってデバイスがプルダウンされる（引き下げられる）と、ＭＥＭＳプレート１１２の導電性の下面とオーミック接触する。ＲＦコンタクト１０８および導電体１１０に用いられる典型的な材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＮ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＩＴＯ、Ｍｏ、およびそれらの組み合わせを含む。

低接触抵抗を得るためには、ＭＥＭＳプレート１１２とコンタクト電極１０８との間に高い接触力が発生されなければならない。妥当な動作電圧でこのような高い接触力を得るためには、導電層は典型的には３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で薄い。この結果、一旦プレート１１２がコンタクト上に着地すると、プレート１１２はプルダウン電極に接近する。また、薄い導電層はビア開口１０９の内側に薄い側壁を有する。ビア開口１０９は薄い側壁をＲＦコンタクト１０８の下地のＲＦ電極１０２に接続する。ＲＦコンタクト１０８は非常に薄いので、ＲＦコンタクト１０８に大電流が流れると、ＲＦコンタクト１０８が故障する可能性がある。

図２は、一実施形態によるオーミックＭＥＭＳスイッチ２００の断面を示している。スイッチ２００は、ＲＦ電極１０２の上に直接置かれた改善されたＲＦコンタクト２０２と、アンカー電極１０６の上に直接置かれた改善されたアンカーコンタクト２０４とを含んでいる。これは、ビア開口１０９をＲＦコンタクト２０２よりも大きく寸法設定し、ビア開口１１１をアンカーコンタクト２０４よりも大きく寸法設定することによって達成される。

ＲＦコンタクト２０２およびアンカーコンタクト２０４の厚さは、誘電体層１０７の厚さだけ増加されなければならず、この結果、これらのコンタクトは、図１のように誘電体層１０７の上方へ同じ量だけ突出する。これらのより厚いコンタクトに注入された電流は、薄い側壁を通過する必要なしに、下地の電極１０２，１０６まで下向きのストレートな経路を有する。このことは、ＲＦコンタクトの信頼性を向上させる。ＲＦコンタクトは、より多くの電流を取り扱うことができる。

図３Ａ〜図３Ｅは、ＭＥＭＳオーミックスイッチの一実施形態による作製の様々な段階での概略的な断面を示している。図３Ａに示すように、基板１０１は、この基板に形成された、ＲＦ電極１０２、プルダウン電極１０４、およびアンカー電極１０６を含む複数の電極を有する。基板１０１は、単層基板、または、１層以上の相互接続を有するＣＭＯＳ基板のような多層基板を含むことができることを理解されたい。さらに、電極１０２，１０４，１０６に使用することができる適切な材料は、窒化チタン、アルミニウム、タングステン、銅、チタン、およびそれらの組み合わせを含み、異なる材料の多層スタックを含む。

それから、図３Ｂに示すように、電極１０２，１０４，１０６の上に電気的絶縁層１０７が堆積される。電気的絶縁層１０７に適した材料は、酸化シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、および酸窒化シリコンを含むシリコン系材料を含む。図３Ｂ中に示すように、アンカー電極１０６は矢印「Ａ」によって示される幅を有し、ＲＦ電極１０２は矢印「Ｂ」によって示されるような幅を有する。

図３Ｃに示すように、電気的絶縁層１０７は、ＲＦ電極１０２の上およびアンカー電極１０６の一部の上で除去されて、開口１０９，１１１が形成される。開口が下地の電極よりも小さい場合（例えば矢印「Ｃ」で示す電極１０６の上に図示された開口１１１のように）、絶縁層１０７を除去する誘電体エッチングは、下地の電極１０６上で停止する。開口が下地の電極よりも大きい場合（矢印「Ｄ」によって示す電極１０２の上方の開口１０９のように）、絶縁層１０７を除去する誘電体エッチングは、アイテム３０２によって示されるように、電極１０２と隣り合って配置された少し余分な誘電体をエッチングする。この結果、ＲＦ電極１０２、ひいてはＲＦコンタクト２０２が、誘電体層１０７から離間する。

図３Ｄに示すように、ＲＦコンタクト２０２およびアンカーコンタクト２０４は、後の段階でその上に作製されるＭＥＭＳスイッチに良好なオーム接触を提供するのに必要な、適切な導電性材料の堆積およびパターン加工によって形成される。ＲＦコンタクト２０２およびアンカーコンタクト２０４に使用される典型的な材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＮ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＩＴＯ、Ｍｏ、およびそれらの組み合わせを含む。ＲＦコンタクト２０２およびアンカーコンタクト２０４の幅は、矢印「Ｅ」および「Ｆ」によって示されるように、典型的には、下地の電極１０２，１０６よりも小さい。矢印「Ｇ」によって示されるように、ＲＦコンタクト２０２およびアンカーコンタクト２０４の厚さは、矢印「Ｈ」によって示される絶縁層１０７の厚さよりも大きい。コンタクト電極をエッチングする場合、露出された下地の電極１０２，１０６の一部も矢印「Ｉ」で示すようにエッチングされる。この結果、アンカー電極１０６およびＲＦ電極１０２は、アンカーコンタクト２０４およびＲＦコンタクト２０２の位置でそれぞれ第１の厚さを有し、コンタクト２０２，２０４と隣り合って第２の厚さを有する。しかし、ＲＦコンタクト２０２およびアンカーコンタクト２０４の厚さは、下地の電極１０２，１０６の厚さよりはるかに小さいので、プロセスの制御性に問題はない。このようにして、小さなＲＦコンタクト２０２が生成され、ＲＦコンタクト２０２の頂面（ＭＥＭＳ素子が下に引っ張られてＲＦ電極１０２に接触するとき、ＭＥＭＳ素子に接触する箇所）から電流をストレートに流すことができる。一旦導電性材料１０８，１１０がパターン化されると、残りの処理が行われて、図３Ｅに示すＭＥＭＳオーミックスイッチが形成される。

ＲＦコンタクトとＲＦ電極との間の直接的な接続のおかげで、上記スイッチは、薄い側壁を通って流れる高電流に悩まされない。上記スイッチは、堅牢で、故障しにくい。

前述は本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよい。本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims

ＭＥＭＳデバイスであって、
内部に複数の電極が形成された基板を備え、上記複数の電極は、少なくともアンカー電極と、プルダウン電極と、ＲＦ電極とを含み、
上記基板及び上記複数の電極の上に配置された絶縁層を備え、この絶縁層は、上記アンカー電極を露出するように形成された第１の開口と、上記ＲＦ電極を露出させるように形成された第２の開口とを有し、
コンタクト層を備え、このコンタクト層は、上記第１の開口内に配置され、上記アンカー電極と接触する第１の部分と、上記第２の開口内に配置され、上記ＲＦ電極と接触する第２の部分とを含み、また、上記コンタクト層は導電性であり、さらに、
上記誘電体層の上に配置されたスイッチング素子を備え、このスイッチング素子は、上記コンタクト層の上記第１の部分と接触するアンカー部分と、脚部分と、ブリッジ部分とを含み、上記ブリッジ部分は、上記コンタクト層の上記第２の部分から離間した第１の位置と、上記コンタクト層の上記第２の部分と接触した第２の位置とから移動可能である、ＭＥＭＳデバイス。
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記ＲＦ電極と上記アンカー電極と上記コンタクト層は導電性を有し、
上記コンタクト層は、
上記ＲＦ電極および上記アンカー電極の材料とは異なる材料の単一層、または、
頂面がＲＦ電極およびアンカー電極の材料とは異なる材料である複数層のいずれかである、ＭＥＭＳデバイス。
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記コンタクト層の上記第２の部分は第１の幅を有し、上記ＲＦ電極は第２の幅を有し、上記第１の幅は上記第２の幅より小さい、ＭＥＭＳデバイス。
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記コンタクト層の上記第２の部分は上記絶縁層から離間している、ＭＥＭＳデバイス。
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記ＲＦ電極は、上記コンタクト層の上記第２の部分と隣り合う位置に第１の高さを有し、上記コンタクト層の上記第２の部分と接触する位置に第２の高さを有し、上記第２の高さは上記第１の高さより大きい、ＭＥＭＳデバイス。
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記コンタクト層の上記第２の部分は、上記絶縁層の厚さよりも大きい厚さを有する、ＭＥＭＳデバイス。
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記アンカー電極は、上記コンタクト層の上記第１の部分と隣り合う位置に第１の高さを有し、上記コンタクト層の上記第２の部分に接触する位置に第２の高さを有し、上記絶縁層に接触する位置に第３の高さを有し、上記第２の高さは上記第１の高さよりも大きい、ＭＥＭＳデバイス。
請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記第２の高さは上記第３の高さと等しい、ＭＥＭＳデバイス。
請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記ＲＦ電極は、上記コンタクト層の上記第２の部分と隣り合う位置に第４の高さを有し、上記ＲＦ電極は、上記第２の部分と接触する位置に第５の高さを有し、上記第５の高さは上記第４の高さよりも大きい、ＭＥＭＳデバイス。
請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
上記第５の高さは上記第２の高さと等しい、ＭＥＭＳデバイス。
ＭＥＭＳデバイスを製造する方法であって、
基板上に絶縁層を堆積するステップを有し、上記基板は内部に複数の電極が形成されており、上記複数の電極は、少なくともアンカー電極、プルダウン電極、およびＲＦ電極を含み、
上記絶縁層の少なくとも一部を除去して、上記アンカー電極の少なくとも一部を露出させる第１の開口を形成するとともに、上記ＲＦ電極の少なくとも一部を露出させる第２の開口を形成するステップと、
上記絶縁層の上、上記アンカー電極上の上記第１の開口内、および上記ＲＦ電極上の上記第２の開口内に、コンタクト層を堆積させるステップと、
上記コンタクト層の一部を除去するステップを有し、第１の部分は上記アンカー電極上の上記第１の開口内に残り、第２の部分は上記ＲＦ電極上の上記第２の開口内に残り、さらに、
上記基板の上にスイッチング素子を形成するステップを有し、上記スイッチング素子は、上記コンタクト層の上記第１の部分に結合されたアンカー部分を含み、上記スイッチング素子は、脚部と、ブリッジ部とを含み、上記スイッチング素子は、上記コンタクト層の上記第２の部分から離間した第１の位置と、上記コンタクト層の上記第２の部分と接触した第２の位置とから移動可能である、方法。
請求項１１に記載の方法において、さらに、
上記コンタクト層の一部を除去するステップは、上記アンカー電極の少なくとも一部を除去することを含む方法。
請求項１２に記載の方法において、さらに、
上記コンタクト層の一部を除去するステップは、上記ＲＦ電極の少なくとも一部を除去することを含む方法。
請求項１１に記載の方法において、
上記アンカー電極は、上記コンタクト層の上記第１の部分と隣り合う位置に第１の高さを有し、上記コンタクト層の上記第２の部分に接触する位置に第２の高さを有し、上記絶縁層に接触する位置に第３の高さを有し、上記第２の高さは上記第１の高さよりも大きい、方法。
請求項１４に記載の方法において、
上記第２の高さは上記第３の高さと等しい、方法。
請求項１５に記載の方法において、
上記ＲＦ電極は、上記コンタクト層の上記第２の部分と隣り合う位置に第４の高さを有し、上記ＲＦ電極は、上記第２の部分と接触する位置に第５の高さを有し、上記第５の高さは上記第４の高さよりも大きい、方法。
請求項１６に記載の方法において、
上記第５の高さは上記第２の高さと等しい、方法。
請求項１１に記載の方法において、
上記ＲＦ電極と上記アンカー電極と上記コンタクト層は導電性を有し、
上記コンタクト層は、
上記ＲＦ電極および上記アンカー電極の材料とは異なる材料の単一層、または、
頂面がＲＦ電極およびアンカー電極の材料とは異なる材料である複数層のいずれかである、方法。
請求項１１に記載の方法において、
上記ＲＦ電極は第１の幅を有し、上記コンタクト層の上記第２の部分は第２の幅を有し、上記第１の幅は上記第２の幅より大きい、方法。
請求項１１に記載の方法において、
上記コンタクト層の上記第２の部分は上記絶縁層から離間している、方法。