JP3935477B2 - シーソー型ｒｆ用ｍｅｍｓスイッチおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦ用微細電子機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）に関し、特に、低電圧駆動のためのシーソー型ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｅｎｃｙ）用ＭＥＭＳスイッチおよびその製造方法に関する。

本発明は、ＲＦ用微細電子機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）に関し、より詳しくは、本発明は、低電圧駆動のためのシーソー型ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｅｎｃｙ）用ＭＥＭＳスイッチおよびその製造方法に関する。
一般的にＭＥＭＳは、半導体工程を利用して製作された超小型の電子機械システムをいう。最近、ＭＥＭＳは、移動通信技術の発達と関連してＭＥＭＳ技術の適用範囲が増加するに従って関心が集まっている。このようなＭＥＭＳ製品のうちには、ジャイロスコープ、加速度センサー、ＲＦスイッチなどが現在製品に適用されており、その他にも多様なＭＥＭＳ製品の開発が加速化している。

ＭＥＭＳ ＲＦスイッチは、半導体基板上に超小型に製作されたＭＥＭＳ構造物が動くことで信号電極と接触することにより信号をスイッチングし、信号電極から構造物が離間することにより信号伝達を遮断するように具現される。このようなＭＥＭＳスイッチは、既存の半導体スイッチに比べてスイッチＯＮの時、低い挿入損失と、スイッチＯＦＦの時、高い減衰特性を示し、スイッチ駆動電力もまた半導体スイッチに比べて非常に少ないという長所を有する。さらに、適用周波数の範囲も概ね７０ＧＨｚまで適用することができるため、ＲＦ通信に適合な素子として注目されている。

ところが、このようなＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、静電力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）を用いることにより、駆動電圧が大きく、接点で粘着（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）現象が発生する問題点がある。粘着現象とは、復元する力が毛細管（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）力、 ファンデルワールス（ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）力、静電力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ）のような表面に作用する力（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｆｏｒｃｅ）を克服していない場合に、マイクロ構造物の表面に発生する、意図していない接着（ａｄｈｅｓｉｏｎ）をいい、永久的に接点が貼り付いてしまう、または意図していない期間中、接点が貼り付いてしまうという現象を指す。

粘着現象は、大別すると、犠牲層の除去時の粘着現象（ｒｅｌｅａｓｅ−ｒｅｌａｔｅｄ ｓｔｉｃｔｉｏｎ）と使用中の粘着現象（ｉｎ ｕｓｅ ｓｔｉｃｔｉｏｎ）に分類される。先ず、犠牲層の除去時の粘着現象は、構造物のリリース（ｒｅｌｅａｓｅ）工程のうち、構造物が底に貼り付いて離れない接着（ａｄｈｅｎｓｉｏｎ）であり、液体毛細管力（ｌｉｑｕｉｄ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｆｏｒｃｅ）により発生する。このような現象は、昇華乾燥法（ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ ｒｅｌｅａｓｅ）、超臨界乾燥法（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｒｙｉｎｇ）、フッ化水素気相乾燥法（ＨＦ ｖａｐｏｒ ｒｅｌｅａｓｅ）等の液体気相界面（ｌｉｑｕｉｄｖａｐｏｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を避ける技術により解決することができる。その他にも、マイクロ構造物の周辺に小さい突出物を作り、液体形状（ｌｉｑｕｉｄ ｍｅｎｉｓｃｕｓ）を変化させて毛細管力を減少させる方法もある。

ところが、使用中の粘着現象において、前記のような方法もまた使用中に発生する湿度や過渡な衝撃などにより構造物が復元されない粘着現象の発生を避けることはできない。その理由は、近接したマイクロ構造物の表面が互いに接触するときにもやはり毛細管の詰まり、静電力、ファンデルワールス力などが発生し、この力により表面接着（ｓｕｒｆａｃｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ）が起こり、その結果、素子の損傷をもたらすことになり、結局構造物の粘着現象が発生することになるのである。このように、使用中に発生する粘着現象を解決するために、マイクロディンプル（ｄｉｍｐｌｅ）を形成して表面接着面積を減少する方法とマイクロメター水準（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｌｅｖｅｌ）に多結晶シリコン表面を粗くする方法が提案された。また、最近では、粘着現象を防止するために、微細構造物表面を化学物質で改質（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ）する方法が提案された。提案された化学的改質方法は、ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐａｓｓｉｖａｓｉｏｎ、ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｂｏｎｄｅｄ ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ、ｐｌａｓｍａ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ、ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ−ｂｏｕｎｄ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（ＳＡＭ）等を含む。このうち、代表的な方式が自己集合単層膜（ＳＡＭ）方式である。ＳＡＭ方式は、化学物質を利用してシリコンウエハ表面を疎水化処理し、粘着現象を防止する技術である。ところが、このＳＡＭ方式の場合は、処理方法が複雑かつ製造費用が高く、温度に対する依存性が高いという短所があった。

このように、ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、粘着現象発生の問題を解決するために多角度で研究が進んでいるが、産業製品に利用するためには、より経済的かつ効果的であることが求められている。従って、粘着現象に対する低費用の解決方案としてＭＥＭＳ構造物の構造または駆動方法を異にして適用する方案が多様に試されている。
図１ａおよび図１ｂは、それぞれ従来のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの平面図および図１ａの２−２’線に沿った断面図である。図１ａおよび図１ｂを参照すると、従来のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、基板１２上に形成された駆動電極１６、切断部位を有する伝送線路１８、そしてカンチレバーの支柱１４と、カンチレバーの支柱１４を通じて基板から所定高さで、即ち、基板上に予め設定された高さで離間して形成されたカンチレバー２０、カンチレバー２０の上部に下部電極１６と対応部位を有するように形成された上部電極２４、そしてカンチレバー２０のカンチレバーの支柱１４の他側の下端部に信号伝送線路１８の切断部位に対応され、伝送線路１８を電気的に連結するために形成された接点部２２を有する。ここで、図１ｂの矢印１１に示したとおり、カンチレバー２０および上部電極２４は、共にカンチレバーがより弾力的に上下運動を行うことができるように、下部電極１６の対応部位２６および支柱１４の上層部位を連結するバネ部２３を有する。バネ部２３は、下部電極の対応部位２６および支柱の上層部位を幅狭い線形態で連結している。

前述の従来のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチにおいて、カンチレバー２０の流動側は、即ち、カンチレバーの支柱１４に取り付けられた側面から反対側は、上下部の電極１６、２４に印加される電位差により発生する静電引力によってカンチレバー２０の流動側が下方に降下し、カンチレバー２０の下方運動によって接点部２２が伝送線路１８の切断部分を電気的に連結させることになる。このような動作により、信号は伝送線路１８を通過できるようになり、その後、信号の切断のために上部電極２４と下部電極１６に印加された駆動電圧が除去されると、カンチレバー２０の弾性復元力により接点部２２が伝送線路から分離され、元の状態に戻ることになる。この時、バネ部（２３）により更に大きい弾性力で接点が伝送線路から分離するようにしている。即ち、粘着現象を解決するために、バネ部２３を形成することにより、バネ部のない従来のカンチレバーに比べてより復元力を高めることができるようにしたのである。

ところが、従来のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、カンチレバー２０を運動させるための駆動電圧が大きくなる問題点があった。より詳しくは、カンチレバー２０を運動させるのに必要な駆動力ｆは、電極の面積Ａに比例し、下部電極１６とカンチレバーの上部電極との間の距離ｄの自乗に反比例する関係が成立する。ところが、伝送線路１８に連結されている接点を分離するための復元力を増加させるために、カンチレバー２０のバネ剛性を高めると、カンチレバー２０を運動させるために、より大きい駆動力が要求され、駆動力を高めるためには、電極の面積を拡張させるか、または駆動電圧を高めなければならないが、この時、電極の面積を拡張させるのは、粘着力の増加などの悪影響をもたらすため、一般的に駆動電圧を上昇させて駆動力を向上させることになる。このような理由で、現在ＭＥＭＳ方式のスイッチの駆動電圧は１０Ｖを上回る。このように、従来のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの駆動電圧が大きくなるのは、一般的な携帯型端末機が普通３Ｖ程度の低い電圧で駆動されるため、別途の昇圧回路を要求することになり、また他の費用発生の原因となる。

また、ブリッジ状またはカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）状の構造を有するＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、接点復元のとき、構造物の剛性に全て依存することになるが、スイッチのような場合、状態の切替えが発生する時期が一定でなく、ある状態で留まる時間が長くなり得るため、ある状態が長期間保持されると、クリップ（ｃｒｅｅｐまたはメモリ現像）が発生して原形に復元しないという問題が発生する恐れが大きかった。即ち、ブリッジ状またはカンチレバー状のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチにおいては、状態変形部が初期の状態を除いては常にＮ−Ｔ−Ｎ（Ｎｅｕｔｒａｌ−Ｔｅｎｓｉｏｎ−Ｎｅｕｔｒａｌ）またはＮ−Ｃ−Ｎ−（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｎｅｕｔｒａｌ）状態で、１種類の応力を受けているため、長期間使用する時、元の状態に復元されずにＲＦ特性を低下させるという問題が発生することになる。

本発明の目的は、前記のような問題点を解決するために、低い駆動電圧で駆動されながらＲＦ特性低下を防止できるシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチおよびその製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明１は、下記の構成要素を含むシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。
・基板、
・前記基板の上部に回路を開放状態にするためのギャップを有するように形成された伝送線路、
・前記基板の上部から所定の高さで離間形成され、軸を中心としてシーソー運動を通じて前記伝送線路のギャップの両端部を断続するように形成された断続部、
・駆動信号に応じて前記断続部のシーソー運動を駆動する駆動部。

ここで、前記断続部は、以下の構成を含む。
・前記基板上に形成された共通電極の上部に形成された第１スペーサ、
・前記第１スペーサの間に連結される第１回動部、
・前記第１回動部に交差連結されてシーソー運動を行う断続バー。
また、前記駆動部は、以下の構成を含む。
・前記共通電極上に形成され、かつ前記断続バーを間に挟む位置に形成された少なくとも一対の第２スペーサ、
・前記基板上に形成され、かつ前記断続バーのシーソー運動軸である前記第１回動部を間に挟む位置に形成された一対の下部電極、
・前記第２スペーサと前記第２スペーサ上に形成された第２回動部とにより前記共通電極に連結され、前記断続バーを間に挟む位置に前記下部電極と対応面を有するように形成された一対の上部電極、
・前記上部電極に連結され、前記下部電極のうち１つに選択的に印加された駆動信号に応じて降下する前記上部電極のシーソー運動と共に前記断続バーの接点部が前記伝送線路の前記ギャップの両端部に接触するように、前記断続バーの一部分を下方に押し下すシーソー降下部。

本発明２は、前記発明１において、前記断続バーは、前記伝送線路のギャップの両端部を互い電気的に連結させることができるように形成された接点部と、前記第１回動部と交差連結され、前記接点部を支持する支持台と、を含むシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。
本発明３は、前記発明２において、前記支持台は絶縁体で形成され、前記接点部は、前記支持台の下面に前記ギャップの両端部と対応面を有するように形成された、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。

本発明４は、前記発明３において、前記接点部は、前記伝送線路のギャップの両端部に対面するように‘Ｔ’状を有するように形成した、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。
本発明５は、前記発明４において、前記接点部は、前記支持台の前記接点部の接続部位の一部分の除去を介して形成されたバネ部を含む、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。

本発明６は、前記発明５において、前記伝送線路は、前記断続バーの両端部と対応する位置にそれぞれギャップが形成された第１および第２伝送線路で信号入力端から分岐された、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。
本発明７は、前記発明１において、前記シーソー降下部は、前記断続バーの一側の前記上部電極のそれぞれに形成された第３スペーサと、前記上部電極に形成された前記第３スペーサを前記断続バーの一側の互い対応する位置同士に連結したクロスバーと、を含む、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。

本発明８は、前記発明７において、前記クロスバーは、Ｃ状で形成される、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。
本発明９は、前記発明１において、前記駆動信号に応じて前記伝送線路のギャップの両端部と面対応接続する接点部と、前記駆動信号に応じて変形するため前記接点部に必要なバネ部と、を含む、のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを提供する。

本発明１０は、下記ステップを含むシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。
・基板の上部に第１絶縁層を積層するステップ、
・前記絶縁層の上部に回路開放のためのギャップを有する伝送線路および駆動信号を印加するための一対の下部電極を、前記基板上に形成された共通電極を挟む位置に形成するステップ、
・前記共通電極の上部に第１および第２スペーサを形成するステップ、
・前記第１スペーサの間に連結された第１回動部に交差し、前記伝送線路に形成されたギャップの両端部を電気的に連結させる断続バー、
・前記断続バーを間に挟む位置に、前記第１回動部と同軸に回動する第２回動部を通じて前記第２スペーサに連結され、前記共通電極を間に挟む位置に形成された一対の前記下部電極を横切るように一対の上部電極を形成するステップ、
・前記共通電極の一側の前記下部電極のうち１つに選択的に印加された駆動信号に応じて、前記上部電極の一側の降下により前記断続バーの一側が前記伝送線路の前記ギャップの両端部に接触するように下方へ押し下すシーソー降下部を形成するステップ。

本発明１１は、前記発明１０において、前記伝送線路を形成するステップは、信号入力端から第１および第２伝送線路に分岐するステップと、前記断続バーの末端に対応する位置に前記第１および第２伝送線のそれぞれにギャップを形成するステップと、を含むシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。
本発明１２は、前記発明１０において、前記第１および第２スペーサを形成するステップは、前記伝送線路、前記共通電極および前記下部電極が形成された前記基板の上部に犠牲層を積層するステップと、前記犠牲層から前記共通電極と連通する前記第１および第２スペーサ用ビアホールを形成するステップと、前記ビアホールが形成された前記犠牲層の上面に沿って金属膜を積層するステップを含む、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。

本発明１３は、前記発明１０において、前記断続バーを形成するステップは、前記伝送線路のギャップの両端部および前記駆動信号に応じて変形されるバネ部に接続される接点部を形成するステップを含み、前記バネ部は、前記接点部の接続部位の一部分を除去することにより形成される、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。
本発明１４は、前記発明１３において、前記バネ部分を形成するステップは、前記バネ部分の所定の弾性を提供するための前記バネ部分の大きさを決定するステップを含む、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。

本発明１５は、前記発明１０において、前記断続バーを形成するステップは、前記駆動信号に応じて前記断続バーの長さを決定するステップを含む、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法を提供する。
以上のようなＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、断続部と駆動部とが分離されて電極と接点との相互関係が分離されるため、粘着現象に対して電極の面積を通じて調節できるようになり、下部電極に印加された駆動電圧の除去と同時に復元されるため、駆動電圧を最少化できるだけでなく、シーソー運動により長期間の利用にも構造物の変形を防止できるようになる。

本発明のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチおよびその製造方法は、駆動部と伝送線路のギャップの両端部に接触する接点部が分離されるため、既存の静電駆動方式スイッチで電極の面積と電極間の距離、そして、駆動電圧により決定される駆動力および復元力に対して電極の面積と電極との間の距離が接点の面積と接点との間の距離と一致することにより、駆動電圧を上昇させることによって解決しなければならなかった問題を、電極と接点の構造を分離することで解決し、駆動電圧を低く維持することができる。

また、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、運動する構造物がＮ−Ｔ−Ｎ−Ｃ−Ｎの遷移状態を有するため、クリップのような変形の発生を防止することができる。
また、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、駆動信号の除去および回転軸を中心として反対側支持部および接点部の荷重、そして反対側の駆動力を通じて復元力が高くなり、接点における粘着現象の発生問題をさらに円滑に解決することができ、接点部に製作されて面接触をなすようにするバネ部も復元を助けることになる。

（実施例）
２００３年６月１０日付で出願され、発明の名称が“シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチおよびその製造方法”である韓国出願番号第２００３−３７２８５号は、参考文献であり、その内容全体が一部分として含まれる。
以下、添付の図面を参照して本発明をより詳しく説明する。本発明は、他の形態で具現することも可能であり、以下に示す実施例に限定するものではない。このような実施例は、全ての可能な場合を含むものであり、発明の範囲は、通常の知識を持つ者ならば多様な変形実施が可能となるように提供される。また、“層（ｌａｙｅｒ）”が他の層(ａｎｏｔｈｅｒ ｌａｙｅｒ)または基板（ｓｕｂａｔｒａｔｅ）の“上（ｏｎ）”にあると記載される場合、これは直接他の層または基板上にあるものであってもよく、中間層（ｉｎｔｅｒｖｅｎｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ）が存在してもよい。更に、層が２層の“間”にあると記載される場合、これは、ただその２層の間にのみ存在することであってもよく、より多い中間層が存在してもよい。図面において層（ｌａｙｅｒｓ）と領域（ｒｅｇｉｏｎｓ）の寸法は、説明を明確にするために拡大して表現している。図面番号は、構成要素を言及したものである。さらに、多数の構成要素は、複数の同一符号または単一の代表符号を用いて表現している。

図２および図３は、それぞれ本発明の実施例によるシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの斜視図および分解斜視図である。ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、半導体基板の上部にギャップ１１２ａ、１１２ｂを有する伝送線路１１０、基板の上部から所定の高さ、即ち、予め決められた高さに離間してシーソー運動をする断続部２００および断続部２００のシーソー運動を駆動する駆動部３００を含む。

伝送線路１１０は、信号入力端からギャップ１１２ａ、１１２ｂをそれぞれ有する第１および第２伝送線路１１０ａ、１１０ｂに分岐される。ギャップ１１２ａ、１１２ｂは、回路開放状態を提供する。ギャップ１１２ａ、１１２ｂは、伝送線路１１０の反対側面に形成される。
断続部２００は、共通電極１３０の上部に形成された第１スペーサ１３５ａ、１３５ｂと、第１スペーサ１３５ａ、１３５ｂの間に連結される第１回動部１４５、および第１回動部１４５に交差連結される断続バー２１０から構成される。断続バー２１０は、第１回動部１４５およびこの第１回動部１４５の延長線上に位置する一対の第２回動部１４６ａ、１４６ｂを含む回動（またはシーソー運動）軸に対して回転することにより、シーソー運動を行うことができる。ここで、断続バー２１０は、金属薄膜からなり、第１接点部１４２ａ、第２接点部１４２ｂ、支持台１５０を含んでいる。第１接点部１４２ａおよび第２接点部１４２ｂは、それぞれギャップ１１２ａ、１１２ｂのうちの一方または他方に対応する断続バー２１０の一端および他端に形成されており、ギャップの両端部に位置する伝送線路に電気的に接続可能となっている。また、支持台１５０は、第１回動部１４５と一体に交差連結され、第１接点部１４２ａおよび第２接点部１４２ｂを支持する絶縁体から形成されたものである。

第１接点部１４２ａおよび第２接点部１４２ｂは、それぞれ第１連結部１５２ａおよび第２連結部１５２ｂにより支持台１５０に連結される。第１接点部１４２ａおよび第２接点部１４２ｂは、それぞれ伝送線路１１０のギャップ１１２ａ、１１２ｂのうち１つに対応する両端部と対面するように‘Ｔ’字形態を有する。また、接点部１４２ａ、１４２ｂは、それぞれ支持台１５０と接触する接点部１４２ａ、１４２ｂの一部分を除去することによってバネ部１４３ａ、１４３ｂが形成される。

駆動部３００は、第２スペーサ１３６ａ、１３６ｂと、第１下部電極１２０ａ、第２下部電極１２０ｂと、第１上部電極１４０ａ、第２上部電極１４０ｂと、シーソー降下部３５０ａ、３５０ｂとを含む。第２スペーサ１３６ａ、１３６ｂは、共通電極１３０の上部であって、第２回動部１４６末端の下方に形成されている。第１下部電極１２０ａおよび第２下部電極１２０ｂは、基板上であって共通電極１３０の一側にそれぞれ形成されている。第１上部電極１４０ａおよび第２上部電極１４０ｂは、第２スペーサ１３６ａ、１３６ｂにそれぞれ第２回動部１４６ａ、１４６ｂを通じて連結され、共通電極１３０の両側に配置された下部電極１２０ａ、１２０ｂを断続バー２１０の一側または他側において横切るように位置する対応面を有するように形成される。シーソー降下部３５０ａ、３５０ｂは、第１上部電極１４０ａおよび第２上部電極１４０ｂに連結され、上部電極１４０ａ、１４０ｂの一側の降下と共に断続バー２１０の一側の接点部１４２ａまたは１４２ｂが伝送線路１１０のギャップ１１２ａ、１１２ｂの両端部に接触するように、断続バー２１０の支持台１５０の一側端部を下方に押し下すように構成される。ここで、シーソー降下部３５０ａ、３５０ｂは、第１および第２上部電極１４０ａ、１４０ｂの一側に断続バーを中心にして対向するように形成される第３スペーサ１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄを含む。第１および第２クロスバー１６０ａ、１６０ｂは、第３スペーサ１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄの付近に連結される。

図４ａないし図４ｆは、図２に示されたＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次示した断面図である。ここで、各図面は、図２のＲＦ用ＭＥＭＳスイッチが左右対称構造であるため、一側部分のみを示し、同様の構造でなる他側部分を省略して示している。また、ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチにおいて特定の部材は複数個で形成されるが、以下には、説明のために単一の部材として表現する。ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、先ず図４ａのように、半導体基板４００の上部に第１絶縁層４１０を積層し、絶縁層４１０の上部に金属膜を積層した後、通常のパターニング過程を通じて信号伝送線路４２６、下部電極４２４および共通電極４２２を形成する。ここで、通常のパターニング過程とは、半導体工程においてマスキング（ｍａｓｋｉｎｇ）、露光、現象そしてエッチングなどを通じて所望の構造物形状を得る過程をいう。次に、図４ｂのように伝送線路４２６、下部電極４２４、そして共通電極４２２が形成された絶縁層４１０の上部に犠牲層４３０を積層し、犠牲層４３０の上面から共通電極４２２の一部分と連通するスペーサ用第１ビアホール４３２を形成する。次に、図４ｃのようにビアホール４３２が形成された犠牲層４３０の上面に沿って金属膜を２次積層し、２次積層された金属膜に対して通常のパターニング過程を通じて接点部４４６および上部電極４４４を形成する。次に、図４ｄのように、第２絶縁層を積層し、第２絶縁層に対してパターニング過程を通じて接点部４４６を支持する支持台４５４と、接点部４４６および上部電極４４４を補強するための補強部４５４を形成する。次に、図４ｅのように第２犠牲層４６０を積層した後、第２犠牲層４６０の上面から上部電極の補強部４５４と連通するように第２ビアホール４６２を形成する。次に、図４ｆのように、第２ビアホール４６２が形成された第２犠牲層４６０の上面に沿って第３絶縁層を積層した後、第３絶縁層にパターニング過程を通じてクロスバー４７４を形成する。その後、第１および第２犠牲層４３０、４６０を除去する。

図２および図３を参照すると、前記のようなＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、基板上に共通電極１３０を中心として対称位置に形成された第１および第２下部電極１２０ａ、１２０ｂのうちいずれか１つの下部電極に選択的に外部駆動信号が印加されると、例えば、第１下部電極１２０ａに駆動信号が印加されると、所定高さで共通電極１３０、下部電極１２０ａ、１２０ｂの一側を横切って形成された第１および第２上部電極１４０ａ、１４０ｂと第１下部電極１２０ａとの間に電位差が発生することになる。この電位差により第１下部電極１２０ａと上部電極１４０ａ、１４０ｂの右側部の間には引力が発生し、上部電極１４０ａ、１４０ｂに連結された第２回動部１４６ａ、１４６ｂは、第１下部電極１２０ａ方向に回転モーメントが発生することになる。この時、第２回動部１４６ａ、１４６ｂに発生した回転モーメントの大きさが第２回動部１４６ａ、１４６ｂに加えられる捻れバネの復元力より大きくなると、第１下部電極１２０ａに対応する第１および第２上部電極１４０ａ、１４０ｂおよびクロスバー１６０ａ、１６０ｂからなる上層構造物のうち１つが、第２回動部１４６ａ、１４６ｂおよび第１回動部１４５の長さ方向に延長される回動軸を中心として右側下方に傾くことになる。この時、右側の第１クロスバー１６０ａが下降すると共に支持台１５０の右側端部に接触しながら、支持台１５０を下方に押し下すことになる。この場合、支持台１５０に連結されたＴ状の第１接点部１４２ａは、第１伝送線路１１０ａのギャップ１１２ａの両端部をカバーしながらギャップと接触し、これにより信号入力端から伝達されたＲＦ信号を第１伝送線路１１０ａを通じて次の信号処理端（図示省略）に伝達できるようになる。

図５は、図２に示されたＲＦ用ＭＥＭＳスイッチが第１または第２伝送線路のうち１つを通じてＲＦ信号を伝達できるように一側に駆動された形態の図面を示す。図面において運動構造物は、回動軸を中心として右側に傾いて第１接点部１４２ａが第１伝送線路１１０ａと接触されている。一方、第２下部電極１２０ｂに駆動信号が印加された場合は、上層構造物が左側に傾くことになり、第２接点部１４２ｂが第２伝送線路１１０ｂに接触しながら、信号入力端に伝達されたＲＦ信号を第２伝送線路１１０ｂを通じてまた他の信号処理端に伝達できるようになる。

また、図２および図３を参照すると、シーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、断続バー２１０と上部電極１４０ａ、１４０ｂが互いに分離されて形成されている。これは、断続バー２１０と上部電極１４０ａ、１４０ｂとが独立して運動可能であり、分離された二重構造であることから、下部電極１２０ａ、１２０ｂのいずれか一方に印加された駆動信号を除去することで、上層構造物を真っ直ぐに水平状態に復元することが可能となる。例えば、ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチにおいて、第１下部電極１２０ａに印加された駆動信号を除去したとき、上部電極１４０ａ、１４０ｂの傾いた部位は、第１接点部１４２ａの第１伝送ライン１１０ａの接触と関係なく水平状態に復元するために、反対側にシーソー運動を行うことになる。即ち、第２回動部１４６ａ、１４６ｂおよび上部電極部１４０ａ、１４０ｂの水平状態に復元しようとする力により自動的に運動することになる。

図６ａは、断続バー２１０、即ち支持台１５０にその一部として形成された上部電極１４０ａ、１４０ｂを示した図面である。上部電極１４０ａ、１４０ｂが断続バー２１０の一部として形成される場合、クロスバー１６０ａ、１６０ｂは、上部電極１４０ａ、１４０ｂを支持する必要がない。図６ａは、水平状態にある断続バー２１０が動いて右側に接続することを示す。図６ｂは、上部電極１４０ａ、１４０ｂが断続バー２１０と分離されることを示す。

図６ｂは、上部電極１４０ａ、１４０ｂの水平状態の復帰により第２クロスバー１６０ｂが支持台１５０の傾いた反対側の端部に接触している状態を示す。これにより、下部駆動電極１２０ｂと上部駆動電極１４０ａ、１４０ｂのうち１つのと間の距離は、より近くなり、これにより、駆動電圧を減少できるようになる。従って、断続バー１６０ａ、１６０ｂは、上部電極１４０ａ、１４０ｂの運動を制限する限定要素（ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）により影響を受ける。

もし、前記のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチを構成する構造物において断続バー２１０と上部電極１４０ａ、１４０ｂが一体型であれば、即ち、断続バー２１０と上部電極１４０ａ、１４０ｂの独立的な運動が許容されなければ、図６ａのように上層構造物が一側に傾いた状態であるとき、反対側の第２下部電極１２０ｂと上部電極１４０ａ、１４０ｂとの間の距離は、水平状態であるときより増えることになり、この時、反対側に状態を切替えようとする場合、水平状態で予想していた駆動電圧値以上の値を第２陰電極１２０ｂに印加しなければならないため、駆動電圧の上昇要因となる。

一方、スイッチはオフ状態である場合、信号の伝達を完璧に遮断できることが求められるが、本発明の一実施例に係るシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、そのようなアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）において極めて有利である。即ち、オフ状態においては、駆動電極間の距離が遠くなるほど信号の伝達を完璧に遮断できるものの、既存のブリッジ状またはカンチレバー形構造物の場合は、初期の状態が最大アイソレーションを意味するが、シーソー型スイッチの場合は、シーソーの一側駆動によって他側が初期状態よりさらに高く上昇するため、電極間距離の最大値が増加することになる。従って、求られるアイソレーション値のために計算された基板の上部と上部電極間の離間距離を、既存のブリッジ状またはカンチレバー形より少なくすることができ、電極間の距離を減らすことにより、駆動電圧をより低くできるようにする。即ち、シーソーを運動させるための駆動力は、電極間の距離の自乗に反比例するため、電極間の距離が小さくなるほど、駆動電圧を低減することができる。また、十分に低い駆動電圧が確保された場合は、既存の方式に比べて優れたアイソレーション値を有するようにすることができる。

また、カンチレバー形またはブリッジ状のように回転運動をする構造物においては、接点部を末端に位置させると、接点部がギャップの両端部に接触するときに点または線接触となり、接触面積が極めて小さくてハンドリングパワーの減少で示される恐れができる。このような問題点を解決するために、本発明の一実施例に係るＲＦ用ＭＥＭＳスイッチは、図２におけるように、接点部１４２を‘Ｔ’状の金属材で製作し、支持台１５０と接点部１４２ａ、１４２ｂの結合部位において接点部１４２ａ、１４２ｂの一部分が露出されたバネ部１４３ａ、１４３ｂを有するようにしている。即ち、断続部２００の接続部１４２ａ、１４２ｂの残っている金属部分１４３は、バネとしてはたらき、接点部１４２と伝送線路１１０とが接触する力により変形されて、それにより接点部１４２ａ、１４２ｂと伝送線路１１０のギャップ１１２ａ、１１２ｂの両端部間に面接触がなされる。それぞれのバネ部１４３ａ、１４３ｂの弾性は、バネ部の線幅または長さを調整することにより、所望の弾性度を得ることができ、接点部１４２ａ、１４２ｂが第１および第２伝送線路１１０ａ、１１０ｂとそれぞれ接触する力、即ち、接触力を十分に提供するために断続部２００の長さを調節することもできる。断続部２００の長さを十分に長くすれば、低い駆動電圧により十分に高い接触力を得ることができるようになる。

図７は、第１接点部１４２ａと第１伝送線路１１０ａの接触状態を拡大して示した断面図である。図面において駆動力によりクロスバー１６０ａが支持台１５０の一端を押さえており、クロスバー１６０ａの押さえ力により支持台１５０と接点部１４２ａとの間のバネ部１４３ａが曲がった様子を示している。
一方、前記の実施例に示されたＲＦ用ＭＥＭＳスイッチで伝送線路は、信号入力端から２つのラインに分岐しているが、本発明のスイッチは、必ずしも２つの分岐された伝送線路を有しているものに限定するものではなく、単一の伝送線路を有するスイッチにも適用可能である。即ち、シーソーの一側のみ接点を有するようにすることで、単一の伝送線路に対して断続動作を行うことができる。また、前記の実施例においては、支持台を中心とする上部電極が一対配置されているが、必ずしも一対に限定されるのではなく、単一の上部電極のみでも下部電極に対応して一側に駆動されるようにすることができ、また、クロスバーは‘Ｌ’状にすることもできる。

以上では、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、前述した特定の実施例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そのような変更実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならないものである。

従来ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの平面図。 図１Ａの２−２’線に沿った従来ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの断面図である。 本発明の実施例によるシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの斜視図である。 本発明の実施例によるシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの分解斜視図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次的に示した断面図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次的に示した断面図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次的に示した断面図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次的に示した断面図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次的に示した断面図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造工程を順次的に示した断面図である。 図２に示されたシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの一側伝送線路との接触状態を示した側面図である。 上部電極と断続部が一体型に形成された場合の駆動電圧との関係を説明する図面である。 上部電極と断続部とが互いに分離された場合の駆動電圧との関係を説明する図面である。 図２のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチで、接点部と伝送線路との面接触のためにバネ部の曲がった状態を示した図面である。

符号の説明

１２、１００、４００：基板
４、１３５、１３６、１５５：支柱（スペーサ）
１６、１２０、４２４：下部電極
１８、１１０、４２６：伝送線路
２０：カンチレバー
２２、１４２、４４６：接点部
２４、１４０、４４４：上部電極
１１２ａ、１１２ｂ：ギャップ
１３０、４２２：共通電極
１４５、１４６：回動軸
１５０、４５４：支持台
１６０、４７４：クロスバー

Claims (15)

1. 基板と、
   前記基板の上部に回路を開放状態にするためのギャップを有するように形成された伝送線路と、
   前記基板の上部から所定の高さで離間形成され、軸を中心としてシーソー運動を通じて前記伝送線路のギャップの両端部を断続するように形成された断続部と、
   駆動信号に応じて前記断続部のシーソー運動を駆動する駆動部と、
   を含み、
   前記断続部は、
   前記基板上に形成された共通電極の上部に形成された第１スペーサと、
   前記第１スペーサの間に連結される第１回動部と、
   前記第１回動部に交差連結されてシーソー運動を行う断続バーと、
   を含み、
   前記駆動部は、
   前記共通電極上に形成され、かつ前記断続バーを間に挟む位置に形成された少なくとも一対の第２スペーサと、
   前記基板上に形成され、かつ前記断続バーのシーソー運動軸である前記第１回動部を間に挟む位置に形成された一対の下部電極と、
   前記第２スペーサと前記第２スペーサ上に形成された第２回動部とにより前記共通電極に連結され、前記断続バーを間に挟む位置に前記下部電極と対応面を有するように形成された一対の上部電極と、
   前記上部電極に連結され、前記下部電極のうち１つに選択的に印加された駆動信号に応じて降下する前記上部電極のシーソー運動と共に前記断続バーの接点部が前記伝送線路の前記ギャップの両端部に接触するように、前記断続バーの一部分を下方に押し下すシーソー降下部と、
   を含むことを特徴とするシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
2. 前記断続バーは、
   前記伝送線路のギャップの両端部を互い電気的に連結させることができるように形成された接点部と、
   前記第１回動部と交差連結され、前記接点部を支持する支持台と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
3. 前記支持台は絶縁体で形成され、前記接点部は、前記支持台の下面に前記ギャップの両端部と対応面を有するように形成されたことを特徴とする請求項２に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
4. 前記接点部は、前記伝送線路のギャップの両端部に対面するように‘Ｔ’状を有するように形成したことを特徴とする請求項３に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
5. 前記接点部は、前記支持台の前記接点部の接続部位の一部分の除去を介して形成されたバネ部を含むことを特徴とする請求項４に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
6. 前記伝送線路は、前記断続バーの両端部と対応する位置にそれぞれギャップが形成された第１および第２伝送線路で信号入力端から分岐されたことを特徴とする請求項５に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
7. 前記シーソー降下部は、
   前記断続バーの一側の前記上部電極のそれぞれに形成された第３スペーサと、
   前記上部電極に形成された前記第３スペーサを前記断続バーの一側の互い対応する位置同士に連結したクロスバーと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
8. 前記クロスバーは、Ｃ状で形成されることを特徴とする請求項７に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
9. 前記駆動信号に応じて前記伝送線路のギャップの両端部と面対応接続する接点部と、
   前記駆動信号に応じて変形するため前記接点部に必要なバネ部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチ。
10. 基板の上部に第１絶縁層を積層するステップと、
    前記絶縁層の上部に回路開放のためのギャップを有する伝送線路および駆動信号を印加するための一対の下部電極を、前記基板上に形成された共通電極を挟む位置に形成するステップと、
    前記共通電極の上部に第１および第２スペーサを形成するステップと、
    前記第１スペーサの間に連結された第１回動部に交差し、前記伝送線路に形成されたギャップの両端部を電気的に連結させる断続バーと、
    前記断続バーを間に挟む位置に、前記第１回動部と同軸に回動する第２回動部を通じて前記第２スペーサに連結され、前記共通電極を間に挟む位置に形成された一対の前記下部電極を横切るように一対の上部電極を形成するステップと、
    前記共通電極の一側の前記下部電極のうち１つに選択的に印加された駆動信号に応じて、前記上部電極の一側の降下により前記断続バーの一側が前記伝送線路の前記ギャップの両端部に接触するように下方へ押し下すシーソー降下部を形成するステップと、
    を含むことを特徴とするシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
11. 前記伝送線路を形成するステップは、
    信号入力端から第１および第２伝送線路に分岐するステップと、
    前記断続バーの末端に対応する位置に前記第１および第２伝送線のそれぞれにギャップを形成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
12. 前記第１および第２スペーサを形成するステップは、
    前記伝送線路、前記共通電極および前記下部電極が形成された前記基板の上部に犠牲層を積層するステップと、
    前記犠牲層から前記共通電極と連通する前記第１および第２スペーサ用ビアホールを形成するステップと、
    前記ビアホールが形成された前記犠牲層の上面に沿って金属膜を積層するステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法 。
13. 前記断続バーを形成するステップは、前記伝送線路のギャップの両端部および前記駆動信号に応じて変形されるバネ部に接続される接点部を形成するステップを含み、前記バネ部は、前記接点部の接続部位の一部分を除去することにより形成される、請求項１０に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法 。
14. 前記バネ部分を形成するステップは、前記バネ部分の所定の弾性を提供するための前記バネ部分の大きさを決定するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法 。
15. 前記断続バーを形成するステップは、前記駆動信号に応じて前記断続バーの長さを決定するステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシーソー型ＲＦ用ＭＥＭＳスイッチの製造方法。

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