JP5870616B2 - MEMS switch and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、MEMS(micro electromechanical system)スイッチおよびその製造方法に関する。mmオーダより短い寸法の構成部分を有する電気機械的部材をMEMSと呼ぶ。 The present invention, MEMS (m icro e lectro m echanical s ystem) for the switch and a manufacturing method thereof. An electromechanical member having a component with dimensions shorter than mm order is called MEMS.

シリコン加工技術は、集積回路の進歩と共に高度に発達し、MEMS作製に適している。支持Si基板上に、酸化シリコン膜を接着膜(ボンディング酸化膜BOX膜)として、活性Si層を貼り付けたSOI基板は、活性Si層を薄くでき、誘電体分離の高性能Si素子を形成できるのみでなく、酸化シリコン膜は希弗酸等で選択的に除去でき、可動部を有するMEMS作製に利用できる。SOI基板は、一般的には、1対のSi基板の少なくとも一方を熱酸化し、酸化シリコン膜を介して1対のSi基板を熱圧着することで作製される。   Silicon processing technology is highly developed with advances in integrated circuits and is suitable for MEMS fabrication. An SOI substrate in which an active Si layer is bonded using a silicon oxide film as an adhesive film (bonding oxide film BOX film) on a supporting Si substrate can reduce the active Si layer and form a dielectric-isolated high-performance Si element. In addition, the silicon oxide film can be selectively removed with dilute hydrofluoric acid or the like and can be used for manufacturing a MEMS having a movable part. In general, an SOI substrate is manufactured by thermally oxidizing at least one of a pair of Si substrates and thermocompression bonding the pair of Si substrates through a silicon oxide film.

携帯電話等の高周波(RF)部品に対する小型化、高性能化の要求に応えるため、MEMS技術を用いたRF信号切り替えスイッチの研究、開発が盛んに行われている。MEMSスイッチは機械的なスイッチであって、寄生容量を小さくでき、半導体素子を用いたスイッチに比べ、損失が少なく、絶縁性が高く、信号に対する歪み特性がよい。   In order to meet the demand for miniaturization and high performance of radio frequency (RF) parts such as cellular phones, research and development of RF signal change-over switches using MEMS technology have been actively conducted. The MEMS switch is a mechanical switch, can reduce parasitic capacitance, has less loss, has higher insulation, and has better signal distortion characteristics than a switch using a semiconductor element.

SOI基板の活性シリコン層を梁形状にパターニングし、梁下方のBOX膜をエッチング除去して、可撓梁を形成することができる。可撓梁は、片持ち梁(カンチレバー)、両持ち梁などの形態で形成できる。可撓梁上に上面に可動接点を有する可動電極、その上方に延在し、下面に固定接点を有する固定電極を形成し、可撓梁を上方に変形可能とすればスイッチを形成することができる。可撓梁を上方に変形する手段としては、圧電部材を用いる方法、静電駆動電極を用いる方法等が知られている。   A flexible beam can be formed by patterning the active silicon layer of the SOI substrate into a beam shape and etching away the BOX film below the beam. The flexible beam can be formed in the form of a cantilever beam or a cantilever beam. A movable electrode having a movable contact on the upper surface on the flexible beam, a fixed electrode extending above and having a fixed contact on the lower surface, and a switch can be formed if the flexible beam can be deformed upward. it can. As means for deforming the flexible beam upward, a method using a piezoelectric member, a method using an electrostatic drive electrode, and the like are known.

特開2006−261515号は、カンチレバーの先端に両端を接点とする可動コンタクト電極を形成し、両側の固定部から可動コンタクト電極上方に延在する1対の固定コンタクト電極を形成してスイッチを形成すると共に、カンチレバーの根元部から中間位置までの領域に、下側電極、圧電材料層、上側電極を積層した圧電駆動部を形成し、圧電駆動部の周囲のカンチレバー(活性Si層)に溝部を形成することを提案する。   Japanese Patent Laid-Open No. 2006-261515 forms a switch by forming a movable contact electrode having both ends as contacts at the tip of a cantilever, and forming a pair of fixed contact electrodes extending above the movable contact electrode from fixed portions on both sides. In addition, a piezoelectric drive unit in which a lower electrode, a piezoelectric material layer, and an upper electrode are stacked is formed in a region from the base part of the cantilever to an intermediate position, and a groove is formed in the cantilever (active Si layer) around the piezoelectric drive unit. Propose to form.

可撓梁上に可動接点を形成し、空隙を介してその上方に固定接点を配置し、可動接点と固定接点が接触可能な構造を形成すれば、スイッチを形成することができる。例えば、カンチレバーの上に形成した可動接点とそれを跨ぐように形成したブリッジ状の固定電極でRF−MEMSスイッチを形成できる。   A switch can be formed by forming a movable contact on a flexible beam, disposing a fixed contact above the gap via a gap, and forming a structure that allows the movable contact and the fixed contact to contact each other. For example, an RF-MEMS switch can be formed by a movable contact formed on a cantilever and a bridge-shaped fixed electrode formed so as to straddle the movable contact.

可動電極と固定電極を対向させ、対向電極間に電圧を印加すると、静電引力により駆動力を得ることができる。対向する電極により静電駆動構造を形成し、静電駆動によりカンチレバーを駆動する構造が知られている。   When the movable electrode and the fixed electrode are opposed to each other and a voltage is applied between the opposed electrodes, a driving force can be obtained by electrostatic attraction. A structure in which an electrostatic drive structure is formed by opposing electrodes and a cantilever is driven by electrostatic drive is known.

特開2007−196303号は、カンチレバー先端にスイッチ用可動電極、カンチレバーの中間部に可動静電駆動電極を設け、スイッチ用可動電極上方に1対の固定スイッチ電極、可動静電駆動電極上方にブリッジ状固定静電駆動電極を形成し、対向する静電駆動電極に適当な駆動電圧を与えると、可動静電駆動電極とブリッジ状固定静電駆動電極との間に発生する静電引力により、カンチレバーが上方に引き寄せられ、1対の固定スイッチ電極間をスイッチ用可動電極が閉じ、駆動電圧を切ると、弾性によりカンチレバーが元の状態に戻り、接点が離れた状態に戻る、マイクロスイッチを開示している。以下、公報の図面を復元して説明する。   Japanese Patent Laid-Open No. 2007-196303 provides a movable electrode for a switch at the tip of a cantilever, a movable electrostatic drive electrode at the middle of the cantilever, a pair of fixed switch electrodes above the movable electrode for switches, and a bridge above the movable electrostatic drive electrode When a suitable fixed drive voltage is applied to the opposing electrostatic drive electrode, a cantilever is formed by the electrostatic attraction generated between the movable electrostatic drive electrode and the bridge-like fixed electrostatic drive electrode. Discloses a microswitch in which the cantilever returns to its original state and the contact point returns to its original state by elasticity when the switch movable electrode is closed between a pair of fixed switch electrodes and the drive voltage is turned off. ing. Hereinafter, the drawings of the publication will be restored and described.

図6AはSOI基板の表面に下部電極を形成した状態を示す平面図、図6Bは下部電極上方にオーバーハングする上部電極構造を形成した状態を示す平面図であり、図6Cは図6BのZC−ZC線に沿う断面図である。図示の都合上、図6Cは左右が反転している。   6A is a plan view showing a state in which a lower electrode is formed on the surface of the SOI substrate, FIG. 6B is a plan view showing a state in which an upper electrode structure overhanging the lower electrode is formed, and FIG. 6C is a ZC in FIG. 6B. It is sectional drawing which follows the -ZC line. For convenience of illustration, the left and right sides of FIG. 6C are reversed.

図6Cに示すように、SOI基板は、支持シリコン基板SS上にボンディング酸化(酸化シリコン)膜BOXを介して活性シリコン層ALを結合した構造を有する。活性シリコン層ALは、1000Ω・cm以上の高い抵抗率を有する。活性シリコン層ALの厚さは例えば5μm〜20μm、ボンディング酸化膜BOXの厚さは例えば2μm〜4μmである。支持シリコン基板SSの厚さは400μm〜600μmで供給される。支持シリコン基板SSは物理的支持を与えるための部材であり、必要に応じて、支持シリコン基板SSを薄く加工できる。   As shown in FIG. 6C, the SOI substrate has a structure in which an active silicon layer AL is coupled to a supporting silicon substrate SS via a bonding oxide (silicon oxide) film BOX. The active silicon layer AL has a high resistivity of 1000 Ω · cm or more. The thickness of the active silicon layer AL is, for example, 5 μm to 20 μm, and the thickness of the bonding oxide film BOX is, for example, 2 μm to 4 μm. The supporting silicon substrate SS is supplied with a thickness of 400 μm to 600 μm. The supporting silicon substrate SS is a member for providing physical support, and the supporting silicon substrate SS can be thinly processed as necessary.

図6Aに示すように、活性シリコン層AL上に可動コンタクト電極MCE、可動駆動電極MDEを含む下部電極が形成される。活性シリコン層ALを貫通するスリットSLによって片持ち梁(カンチレバー)CLの可動部が画定される。この状態では、可動部下部のボンディング酸化膜BOXは、未だ除去されていない。   As shown in FIG. 6A, the lower electrode including the movable contact electrode MCE and the movable drive electrode MDE is formed on the active silicon layer AL. A movable portion of a cantilever CL is defined by a slit SL penetrating the active silicon layer AL. In this state, the bonding oxide film BOX below the movable portion has not been removed yet.

なお、スリットSLの幅は例えば1.5μm〜2.5μm、カンチレバーCLの長さは例えば700μm〜1000μmである。カンチレバーCLの先端部および中間部が幅広にパターニングされ、それぞれの上に可動コンタクト電極MCE、可動駆動電極MDEが形成されている。カンチレバー先端の幅は、100μm〜200μmである。可動駆動電極MDEは、図中下方に引き出されて接続領域を画定している。これらの可動電極MCE,MDEは、例えば厚さ50nmのCr層と厚さ500nmのAu層の積層で形成する。電極のパターニングはレジストパターンを用いたリフトオフまたはエッチング(ミリング)で行える。   The width of the slit SL is, for example, 1.5 μm to 2.5 μm, and the length of the cantilever CL is, for example, 700 μm to 1000 μm. The tip and middle portions of the cantilever CL are patterned broadly, and the movable contact electrode MCE and the movable drive electrode MDE are formed thereon. The width of the tip of the cantilever is 100 μm to 200 μm. The movable drive electrode MDE is drawn downward in the figure to define a connection region. These movable electrodes MCE and MDE are formed by stacking, for example, a Cr layer having a thickness of 50 nm and an Au layer having a thickness of 500 nm. The electrode can be patterned by lift-off or etching (milling) using a resist pattern.

上部電極構造は、可動部外側の固定部に支持され、可動部の下部電極上方に延在する形状を有する固定電極である。スリットSL形成後、可動電極を覆って活性シリコン層AL上に犠牲膜を形成し、犠牲膜をパターニングして、メッキ底面構造を形成する。メッキ底面構造の上にメッキ下地膜を形成し、その上にレジストパターンを形成し、メッキ層を形成する領域を画定した後、露出しているメッキ下地膜上に電解メッキを行う。メッキ底面構造、レジストパターンによって画定された固定電極が形成される。なお、犠牲膜は例えば酸化シリコン膜で形成できる。メッキ下地膜は、例えば厚さ50nmのCr密着膜と厚さ500nmのAuシード層の積層で形成する。メッキ層は例えば金を電解メッキする。   The upper electrode structure is a fixed electrode that is supported by a fixed part outside the movable part and has a shape extending above the lower electrode of the movable part. After the slit SL is formed, a sacrificial film is formed on the active silicon layer AL so as to cover the movable electrode, and the sacrificial film is patterned to form a plated bottom structure. A plating base film is formed on the plating bottom structure, a resist pattern is formed thereon, a region for forming the plating layer is defined, and then the exposed plating base film is subjected to electrolytic plating. A fixed electrode defined by the plated bottom structure and the resist pattern is formed. The sacrificial film can be formed of a silicon oxide film, for example. The plating base film is formed, for example, by stacking a Cr adhesion film having a thickness of 50 nm and an Au seed layer having a thickness of 500 nm. The plating layer is, for example, electrolytically plated with gold.

メッキ終了後、レジストパターンを除去し、露出したメッキ下地膜を除去する。露出した犠牲膜をバッファ−ド弗酸等で除去し、続けてスリットを介してカンチレバー下のボンディング酸化膜BOXをエッチング除去する。カンチレバーが可動となる。犠牲膜を除去すると、その上に形成したメッキ層のメッキ下地Cr膜が露出する。固定接点をAu表面とするため、露出したメッキ下地Cr膜をさらに除去する。   After the plating is completed, the resist pattern is removed, and the exposed plating base film is removed. The exposed sacrificial film is removed with buffered hydrofluoric acid or the like, and then the bonding oxide film BOX under the cantilever is removed by etching through the slit. The cantilever becomes movable. When the sacrificial film is removed, the plating base Cr film of the plating layer formed thereon is exposed. In order to make the fixed contact the Au surface, the exposed plating base Cr film is further removed.

図6Bに示すように、可動コンタクト電極MCE上方に張出す1対の固定コンタクト電極FCE,可動駆動電極MDE上方にブリッジ型の固定駆動電極FDEが形成される。1対の固定コンタクト電極FCEは高周波RF信号線路に接続され、高周波信号をON/OFFする高周波スイッチを構成する。   As shown in FIG. 6B, a pair of fixed contact electrodes FCE extending above the movable contact electrode MCE, and a bridge type fixed drive electrode FDE are formed above the movable drive electrode MDE. The pair of fixed contact electrodes FCE is connected to a high frequency RF signal line, and constitutes a high frequency switch for turning on / off the high frequency signal.

図6Cは、図6BにおけるZC−ZC線に沿う断面を示し、可動電極と固定電極の離隔対向関係を示している。固定駆動電極FDEを例えば接地し、可動駆動電極MDEに所定電位を与えると、静電引力が生じ、カンチレバーCLが上方に変位する。カンチレバーCLと共に、可動コンタクト電極MCEも上方に変位し、1対の固定コンタクト電極FCE間を接続する。   FIG. 6C shows a cross section taken along the line ZC-ZC in FIG. 6B and shows a spaced-apart relationship between the movable electrode and the fixed electrode. For example, when the fixed drive electrode FDE is grounded and a predetermined potential is applied to the movable drive electrode MDE, an electrostatic attractive force is generated, and the cantilever CL is displaced upward. Along with the cantilever CL, the movable contact electrode MCE is displaced upward to connect the pair of fixed contact electrodes FCE.

なお、可動電極が固定電極に張り付いてしまうスティッキング現象も知られている。スティッキングは可動電極を載置する可撓梁のばね定数が弱いほど生じやすい。一方、スイッチの駆動電圧の低減化が望まれている。スイッチの駆動電圧を低減化するには、可撓梁のバネ定数を低くするか、可動範囲を狭くすることが望まれる。   A sticking phenomenon in which the movable electrode sticks to the fixed electrode is also known. Sticking is more likely to occur as the spring constant of the flexible beam on which the movable electrode is placed is weaker. On the other hand, reduction of the drive voltage of the switch is desired. In order to reduce the drive voltage of the switch, it is desired to lower the spring constant of the flexible beam or to narrow the movable range.

特開2006−261515号公報JP 2006-261515 A 特開2007−196303号公報JP 2007-196303 A

スイッチの駆動電圧を低減化するため、接点間距離を減少させたMEMSスイッチを試作したところ、駆動電極間短絡、接点間抵抗増大等の問題が生じた。   In order to reduce the drive voltage of the switch, a prototype MEMS switch with a reduced distance between the contacts produced problems such as a short circuit between the drive electrodes and an increase in the resistance between the contacts.

1実施例によれば、MEMSスイッチは、 活性Si層がボンディング酸化膜を介して支持Si基板上に結合されたSOI基板と、前記活性Si層から形成され、1端部又は両端部がボンディング酸化膜を介して前記支持Si基板に支持され、可動部を有する可撓梁構造であって、該可動部の下方にはボンディング酸化膜が配置されておらず、前記支持Si基板との間にキャビティを画定する可撓梁構造と、前記可撓梁構造上に形成された可動駆動電極と、前記可撓梁構造上に形成された可動コンタクト接点を有する可動コンタクト電極と、前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Si層の積層を含む第1組の固定部に支持され、前記可動駆動電極上方に延在する固定駆動電極と、前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Si層の積層を含む第2組の固定部に支持され、前記可動コンタクト接点上方に固定コンタクト接点を有する固定コンタクト電極と、前記可撓梁構造、前記固定駆動電極、前記固定コンタクト電極を囲んで、前記活性Si層上に形成された接地配線と、前記接地配線の内側において、前記可撓梁構造、前記第1組及び第2組の固定部以外の領域に画定され、前記活性Si層を含んでいない窓領域と、を有し、 固定駆動電極と固定コンタクト電極とは、第1組及び第2組の固定部上方においては、MoまたはMo合金の密着金属層、密着金属層の上に形成されたAuまたはAu合金のシード層、シード層の上に形成されたAuまたはAu合金のメッキ層を含み、可動駆動電極、可動コンタクト接点と空隙を介して対向する自由下面においては、MoまたMo合金の密着金属層が存在せず、シード層の上に、メッキ層が存在する。 According to one embodiment, the MEMS switch includes an SOI substrate having an active Si layer bonded to a supporting Si substrate via a bonding oxide film, and the active Si layer, and one or both ends are bonded and oxidized. A flexible beam structure having a movable part supported by the supporting Si substrate through a film , wherein no bonding oxide film is disposed below the movable part, and a cavity is formed between the supporting Si substrate and the supporting Si substrate. A flexible beam structure for defining the movable beam structure; a movable drive electrode formed on the flexible beam structure; a movable contact electrode having a movable contact contact formed on the flexible beam structure; A fixed drive electrode that is supported on a first set of fixed parts including a stack of the bonding oxide film and the active Si layer located on both sides and extends above the movable drive electrode; and on both sides of the flexible beam structure Be located A fixed contact electrode supported by a second set of fixed portions including a stack of the bonding oxide film and the active Si layer and having a fixed contact contact above the movable contact contact; the flexible beam structure; and the fixed drive. electrode, said surrounding the fixed contact electrodes, a ground wiring formed on the active Si layer, the inside of the ground wire, the flexible beam structure, said first and second sets of regions other than the fixed portion The fixed drive electrode and the fixed contact electrode are in close contact with Mo or Mo alloy above the first set and the second set of fixed portions. Includes a metal layer, a seed layer of Au or Au alloy formed on the adhesion metal layer, a plating layer of Au or Au alloy formed on the seed layer, a movable drive electrode, a movable contact contact and a gap In a free lower surface facing through, Mo or absent adhesion metal layer of Mo alloy, on the seed layer, plating layer is present.

図1AはSOI基板の断面図、図1B,1Cは活性Si層ALに貫通孔THを形成し下のボンディング酸化膜BOXをエッチングしてキャビティCVを形成する工程を示す平面図と断面図、図1Dは整形した犠牲膜SFの上に、密着金属層AM、メッキシード層SDを介してメッキ層PLを電解メッキする工程を示す断面図、図1E,1F,1Gは第1の実施例によるMEMSスイッチの長さ方向に沿う断面図、下部電極を形成した状態の平面図および静電駆動機構、スイッチ機構を形成した状態の断面図である。1A is a cross-sectional view of an SOI substrate, and FIGS. 1B and 1C are a plan view and cross-sectional views showing a process of forming a cavity CV by forming a through hole TH in an active Si layer AL and etching a bonding oxide film BOX below. 1D is a cross-sectional view showing a step of electrolytically plating the plated layer PL on the shaped sacrificial film SF via the adhesion metal layer AM and the plating seed layer SD, and FIGS. 1E, 1F, and 1G are MEMS according to the first embodiment. It is sectional drawing in alignment with the length direction of a switch, a top view in the state where a lower electrode was formed, and a sectional view in the state where an electrostatic drive mechanism and a switch mechanism were formed. 図1Hは第1の実施例によるMEMSスイッチの平面図、図1I,1J,1Kは、第1の実施例によるMEMSスイッチのX1−X1線、X2−X2線、X3−X3線に沿う断面図である。1H is a plan view of the MEMS switch according to the first embodiment, and FIGS. 1I, 1J, and 1K are cross-sectional views taken along the lines X1-X1, X2-X2, and X3-X3 of the MEMS switch according to the first embodiment. It is. 図2XA−2XFは、第1の実施例によるMEMSスイッチの製造プロセスを示すX方向に沿う断面図である。2XA-2XF are cross-sectional views along the X direction showing the manufacturing process of the MEMS switch according to the first embodiment. 図2XG−2XJは、第1の実施例によるMEMSスイッチの製造プロセスを示すX方向に沿う断面図である。2XG-2XJ are cross-sectional views along the X direction showing the manufacturing process of the MEMS switch according to the first embodiment. 図2XK−2XNは、第1の実施例によるMEMSスイッチの製造プロセスを示すX方向に沿う断面図である。2XK-2XN are cross-sectional views along the X direction showing the manufacturing process of the MEMS switch according to the first embodiment. 図2YA−2YDは、第1の実施例によるMEMSスイッチの製造プロセスを示すY方向に沿う断面図である。2YA-2YD are cross-sectional views along the Y direction showing the manufacturing process of the MEMS switch according to the first embodiment. 図2ZA−2ZDは、第1の実施例によるMEMSスイッチの製造プロセスを示す平面図である。2ZA-2ZD are plan views showing the manufacturing process of the MEMS switch according to the first embodiment. 図3A,3B,3Cは、比較例によるMEMSスイッチの平面図、X−X線に沿う断面図、Y−Y線に沿う断面図である。3A, 3B, and 3C are a plan view of a MEMS switch according to a comparative example, a cross-sectional view taken along line XX, and a cross-sectional view taken along line YY. 図4XA、4XB、4XC、4XDは、比較例によるMEMSスイッチの製造プロセスを示すX−X線に沿う断面図である。4XA, 4XB, 4XC, and 4XD are cross-sectional views along the line XX showing the manufacturing process of the MEMS switch according to the comparative example. 第2の実施例によるMEMSスイッチを示す平面図である。It is a top view which shows the MEMS switch by a 2nd Example. 図6A、6B,6Cは、公知技術のSOI基板の表面に電極を形成した状態を示す平面図、SOI基板表面に立体的電極構造を形成した状態を示す平面図、図6BのZC−ZC線に沿う断面図である。6A, 6B, and 6C are plan views showing a state in which electrodes are formed on the surface of a known SOI substrate, a plan view showing a state in which a three-dimensional electrode structure is formed on the surface of the SOI substrate, and a ZC-ZC line in FIG. 6B. FIG.

以下、図面を参照して説明する。   Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

図1Aは、SOI基板の構成を示す断面図である。SOI基板は、例えば抵抗率1000Ωcm以上、厚さ10μm〜20μm、例えば厚さ15μmの(100)活性Si層ALが、厚さ2μm〜30μm、例えば厚さ4μmのボンディング酸化膜(熱酸化膜)BOXを介して、厚さ300μm〜700μm、例えば厚さ525μmのSi支持基板SS上に結合されたものである。MEMSスイッチを形成するSOIチップの寸法は、例えば500〜800μm×600〜900μm程度である。   FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a configuration of an SOI substrate. The SOI substrate has a resistivity of 1000 Ωcm or more, a thickness of 10 μm to 20 μm, for example, a (100) active Si layer AL having a thickness of 15 μm, and a bonding oxide film (thermal oxide film) BOX having a thickness of 2 μm to 30 μm, for example, 4 μm. Are bonded onto a Si support substrate SS having a thickness of 300 μm to 700 μm, for example, 525 μm. The dimension of the SOI chip forming the MEMS switch is, for example, about 500 to 800 μm × 600 to 900 μm.

図1Bに示すように、活性Si層ALに、例えば幅2μm、長さ6μm程度の貫通孔THをSFガスを用いたディープRIE(反応性イオンエッチング)を用いて所定ピッチで形成し、貫通孔TH底面に熱酸化膜BOXを露出する。 As shown in FIG. 1B, through holes TH having a width of about 2 μm and a length of about 6 μm, for example, are formed in the active Si layer AL at a predetermined pitch using deep RIE (reactive ion etching) using SF 6 gas. The thermal oxide film BOX is exposed on the bottom surface of the hole TH.

図1Cに示すように、希フッ酸エッチング液にSOI基板を浸漬すると、活性Si層に形成した貫通孔THからエッチング液が侵入し、熱酸化膜BOXをエッチング除去する。このようにして所望領域の熱酸化膜を除去することができる。貫通孔の寸法は、活性Si層AL上に形成する構造が所定の機能を果たせるように選択する。例えば幅50μmの配線中に幅2μmの開口が複数分布しても、配線機能を果たすことは容易である。   As shown in FIG. 1C, when the SOI substrate is immersed in a dilute hydrofluoric acid etching solution, the etching solution enters from the through hole TH formed in the active Si layer, and the thermal oxide film BOX is removed by etching. In this way, the thermal oxide film in the desired region can be removed. The dimension of the through hole is selected so that the structure formed on the active Si layer AL can perform a predetermined function. For example, even if a plurality of openings having a width of 2 μm are distributed in a wiring having a width of 50 μm, it is easy to perform the wiring function.

図1Dは、活性Si層AL上に立体構造を形成するための犠牲層SFの機能を示す。犠牲層SFは例えば化学気相堆積(CVD)で堆積した酸化シリコン膜で形成する。必要に応じて犠牲層SF表面を化学機械研磨(CMP)で平坦化し、その表面上に所定形状の開口を有するレジストパターンを形成し、開口内に露出した犠牲層SFを所定深さ、時間制御によるコントロールエッチングで、掘り下げる。レジストパターンを取り換えて、浅いリセスから深いリセスへと加工を続ける。犠牲膜SFの全厚さを除去した部分が下地と結合する支持部になる。   FIG. 1D shows the function of the sacrificial layer SF for forming a three-dimensional structure on the active Si layer AL. The sacrificial layer SF is formed of a silicon oxide film deposited by, for example, chemical vapor deposition (CVD). If necessary, the surface of the sacrificial layer SF is planarized by chemical mechanical polishing (CMP), a resist pattern having an opening of a predetermined shape is formed on the surface, and the sacrificial layer SF exposed in the opening is controlled to a predetermined depth and time. Dig down with control etching by. Change the resist pattern and continue processing from shallow recess to deep recess. The portion from which the entire thickness of the sacrificial film SF is removed becomes a support portion that is bonded to the base.

電解メッキを行うには、給電層が必要である。酸化シリコン等の絶縁材料の犠牲層SF上に、例えば金(Au)のメッキ層を形成する場合、通常Cr、Mo等絶縁層との密着性の高い密着金属層AM、金メッキの下地となるAuシード層SDをスパッタリングなどで成膜する。メッキ層下の密着金属層AMはMoで形成した。シード層SDを形成した後、作成するメッキ層より厚く、メッキする領域を画定するレジストパターンRPを形成する。下地金属層AM,SDを給電層としてAuまたはAu合金の電解メッキを行い、レジストパターンで画定されたメッキ領域内にメッキ層PLを形成する。作成するメッキ層の厚さは、例えば約20μmである。立体的構造を有するメッキ層PLを形成できる。その後、レジストパターンRP,露出する下地金属層SD,AM,犠牲層SFはそれぞれ除去する。スイッチ機構の固定電極を例示したが、ブリッジ状の梁部から下方に突出する接点部を平坦な下面を有する板部に置き換えれば、静電駆動機構の固定電極となる。   In order to perform electrolytic plating, a power feeding layer is necessary. When a gold (Au) plating layer, for example, is formed on a sacrificial layer SF of an insulating material such as silicon oxide, an adhesion metal layer AM having high adhesion to an insulating layer such as Cr or Mo is usually used, and Au is used as a base for gold plating. A seed layer SD is formed by sputtering or the like. The adhesion metal layer AM under the plating layer was made of Mo. After the seed layer SD is formed, a resist pattern RP that is thicker than the plating layer to be created and that defines the area to be plated is formed. Electroplating of Au or Au alloy is performed using the base metal layers AM and SD as a power feeding layer, and a plating layer PL is formed in a plating region defined by the resist pattern. The thickness of the plating layer to be created is, for example, about 20 μm. A plating layer PL having a three-dimensional structure can be formed. Thereafter, the resist pattern RP, the exposed base metal layers SD and AM, and the sacrificial layer SF are removed. Although the fixed electrode of the switch mechanism is illustrated, if the contact portion protruding downward from the bridge-shaped beam portion is replaced with a plate portion having a flat lower surface, the fixed electrode of the electrostatic drive mechanism is obtained.

図1E、1Fは、両持ち梁構造の可撓梁とその周辺部を示す断面図及び平面図である。図1Gは、固定駆動電極FDE,固定コンタクト電極FCEの支持部、駆動機構DR、スイッチ機構SWを示す断面図である。可撓梁FBは、活性Si層ALをパターニングして形成され、その両端部は酸化シリコン層BOXを介して支持シリコン基板SSに支持されたアンカ構造ANCを形成している。両端のアンカANCの間の領域では酸化シリコン膜BOXが除去され、キャビティCVが形成されている。両持ち梁構造の活性Si層は全周において隣接する活性Si層が除去されており、完全絶縁状態にある。固定電極FDE,FCEの支持部も同様の構造であり、完全絶縁状態である。   1E and 1F are a cross-sectional view and a plan view showing a flexible beam having a double-supported beam structure and its peripheral portion. FIG. 1G is a cross-sectional view showing the fixed drive electrode FDE, the support portion for the fixed contact electrode FCE, the drive mechanism DR, and the switch mechanism SW. The flexible beam FB is formed by patterning the active Si layer AL, and both ends thereof form an anchor structure ANC supported by the support silicon substrate SS via the silicon oxide layer BOX. In the region between the anchors ANC at both ends, the silicon oxide film BOX is removed and a cavity CV is formed. The active Si layer having a double-supported beam structure is in a completely insulated state because the adjacent active Si layer is removed from the entire circumference. The support portions of the fixed electrodes FDE and FCE have the same structure and are completely insulated.

活性Si層ALの上に、下部配線用として、例えば厚さ50nmのTi密着金属層AM1,例えば厚さ500nmのAu下層配線層WM1がスパッタリングで積層される。下層配線層WM1上にレジストパターンを形成し、イオンミリングで露出部を除去することでパターニングし、可動コンタクト電極MCE,可動駆動電極MDE,配線W1,W2等を形成する。固定駆動電極FDE,固定コンタクト電極FCEを形成するメッキ工程において、配線端部上にパッドPD(スイッチパッドSPD,駆動パッドDPD)が形成され、チップ周辺部にはループ状の接地電極GNDが形成される。可撓梁FBと接地電極GNDの間の領域では、活性Si層ALが除去されて窓部WDを形成している。   On the active Si layer AL, for example, a Ti adhesion metal layer AM1 having a thickness of 50 nm, for example, an Au lower layer wiring layer WM1 having a thickness of 500 nm is laminated by sputtering for the lower wiring. A resist pattern is formed on the lower wiring layer WM1 and patterned by removing the exposed portion by ion milling to form the movable contact electrode MCE, the movable drive electrode MDE, the wirings W1, W2, and the like. In the plating process for forming the fixed drive electrode FDE and the fixed contact electrode FCE, the pad PD (switch pad SPD, drive pad DPD) is formed on the end of the wiring, and the loop-shaped ground electrode GND is formed around the chip. The In the region between the flexible beam FB and the ground electrode GND, the active Si layer AL is removed to form the window portion WD.

Auメッキ層PL下方のMo接着金属層AM2をエッチング除去する際、下層配線層下方の密着金属層AM1はダメージを受けないよう、密着金属層AM1はMoウェットエッチにおける選択性が高いTiとした。   When the Mo adhesion metal layer AM2 below the Au plating layer PL is removed by etching, the adhesion metal layer AM1 is made of Ti having high selectivity in Mo wet etching so that the adhesion metal layer AM1 below the lower wiring layer is not damaged.

図1Gにおいて、左側に示す支持部においては、活性Si層AL上にTi密着金属層AM1,Au下部配線層WM1,Mo密着金属層AM2,Auシード層SD,Auメッキ金属層PLが積層されている。右側に示すスイッチ機構SWの接点部においては、Au下部配線層WM1の上方にスペースが形成され、メッキ金属層PL下方の密着金属層AM2が除去されて、Auシード金属層が露出している。Auのコンタクト電極を作成するため、接触抵抗の高いMo接着金属層AM2は除去されている。中央に示す駆動機構DRにおいても、Au下部配線層WM1の上方にスペースが形成され、メッキ金属層PL下方の密着金属層AM2は除去されている。同一工程で形成される構造である。可撓梁の長さ方向に沿う断面図では、ブリッジ状の固定電極は中空部のみが示される。   1G, in the support portion shown on the left side, the Ti adhesion metal layer AM1, the Au lower wiring layer WM1, the Mo adhesion metal layer AM2, the Au seed layer SD, and the Au plating metal layer PL are laminated on the active Si layer AL. Yes. In the contact portion of the switch mechanism SW shown on the right side, a space is formed above the Au lower wiring layer WM1, the adhesion metal layer AM2 below the plating metal layer PL is removed, and the Au seed metal layer is exposed. In order to make a contact electrode of Au, the Mo adhesion metal layer AM2 having a high contact resistance is removed. Also in the drive mechanism DR shown in the center, a space is formed above the Au lower wiring layer WM1, and the adhesion metal layer AM2 below the plating metal layer PL is removed. It is a structure formed in the same process. In the cross-sectional view along the length direction of the flexible beam, only the hollow portion of the bridge-shaped fixed electrode is shown.

図1Hは、MEMSスイッチチップの平面図である。可撓梁FBとその両端のパッド部SPD,DPDを有する固定部の活性Si層がパターニングされている。可撓梁FBと交差するように固定駆動電極FDE,固定コンタクト電極FCEが形成され、可動梁FB両側(上下)で、活性Si層AL、ボンディング酸化膜BOXを介して,Si支持基板SSに支持されている。チップ周辺部には、接地配線GNDが形成されている。接地配線GNDの内側では可撓梁FB、固定電極支持部以外の活性Si層ALは除去され、窓部WDが形成されている。   FIG. 1H is a plan view of the MEMS switch chip. The active Si layer of the fixed portion having the flexible beam FB and the pad portions SPD and DPD at both ends thereof is patterned. A fixed drive electrode FDE and a fixed contact electrode FCE are formed so as to intersect the flexible beam FB, and supported on the Si support substrate SS via the active Si layer AL and the bonding oxide film BOX on both sides (upper and lower) of the movable beam FB. Has been. A ground wiring GND is formed around the chip. Inside the ground wiring GND, the active Si layer AL other than the flexible beam FB and the fixed electrode support portion is removed, and a window portion WD is formed.

図1I,1J,1Kは、図1HのX1−X1線、X2−X2線、X3−X3線に沿う断面図である。
図1I,1Jに示すように、固定電極FCE,FDEは、可撓梁FBと交差して、可撓梁FB上方に延在する部分を有する。ギャップと対向する固定電極FCE,FDE下面からは、Mo密着金属層AM2がウェットエッチングで除去されている。エッチャントは、林純薬工業製、燐酸酢酸硝酸溶液からなる「SLAエッチャント」を用いた。
1I, 1J, and 1K are cross-sectional views taken along lines X1-X1, X2-X2, and X3-X3 in FIG. 1H.
As shown in FIGS. 1I and 1J, the fixed electrodes FCE and FDE have a portion that intersects the flexible beam FB and extends above the flexible beam FB. The Mo adhesion metal layer AM2 is removed by wet etching from the lower surfaces of the fixed electrodes FCE and FDE facing the gap. As the etchant, “SLA etchant” made of Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd. and made of a phosphoric acid acetic acid nitric acid solution was used.

図1Kに示すように、接地配線GND内側では、可撓梁FB,固定電極FCE,FDE以外の領域の活性Si層ALが除去されている。活性Si層の除去は、後に説明するように、例えばSFガスを用いたディープRIEによるスリット群のエッチングと、SFガスを用いたRIEによる幅の狭いSi層のエッチングの組み合わせで行なうことができる。 As shown in FIG. 1K, the active Si layer AL in a region other than the flexible beam FB and the fixed electrodes FCE and FDE is removed inside the ground wiring GND. Removal of the active Si layer, as will be described later, for example, the etching of the slit group by deep RIE using SF 6 gas, be performed by a combination of etching of narrow Si layer by RIE using SF 6 gas it can.

以上説明した第1の実施例によるMEMSスイッチの製造プロセスを説明する。図2XA〜2XNは、図1H,1Kに示すX3−X3線に沿う断面図であり、図2YA〜2YDは、可撓梁の長さ方向(Y−Y方向)に沿う断面図であり、図2ZA〜2ZDは平面図である。   A manufacturing process of the MEMS switch according to the first embodiment described above will be described. 2XA to 2XN are cross-sectional views taken along line X3-X3 shown in FIGS. 1H and 1K, and FIGS. 2YA to 2YD are cross-sectional views taken along the length direction (YY direction) of the flexible beam. 2ZA to 2ZD are plan views.

図2XAに示すように、支持Si層SS上にボンディング酸化膜BOXを介して活性Si層ALが貼りあわされたSOI基板を準備する。例えば、活性Si層の厚さは15μm、酸化膜BOXの厚さは4μm、支持Si基板の厚さは525μmである。   As shown in FIG. 2XA, an SOI substrate is prepared in which an active Si layer AL is bonded to a support Si layer SS via a bonding oxide film BOX. For example, the thickness of the active Si layer is 15 μm, the thickness of the oxide film BOX is 4 μm, and the thickness of the supporting Si substrate is 525 μm.

図2XBに示すように、酸化膜エッチング用の幅約2μm、長さ約6μmの貫通孔THを、対象領域内に所定ピッチで分布させ、SFを用いたディープRIE(ボッシュプロセス)で活性Si層ALを貫通して形成する。酸化膜BOX表面が露出する。 As shown in FIG. 2XB, through holes TH having a width of about 2 μm and a length of about 6 μm for oxide film etching are distributed at a predetermined pitch in the target region, and active Si is formed by deep RIE (Bosch process) using SF 6. It is formed through the layer AL. The surface of the oxide film BOX is exposed.

図2ZAは、貫通孔THの配置例を示す。左側部分の幅が右側部分の幅より広い可撓部を作成するため、可撓部の形状に合わせて貫通孔THを配置する。   FIG. 2ZA shows an example of arrangement of the through holes TH. In order to create a flexible portion in which the width of the left portion is wider than the width of the right portion, the through hole TH is arranged according to the shape of the flexible portion.

図2XCに示すように、希フッ酸水溶液等に基板を浸漬し、酸化膜をエッチングする。貫通孔THから入り込んだ希フッ酸水溶液により、酸化膜が徐々にエッチされ、互いに連続して所定領域のキャビティCVを形成する。   As shown in FIG. 2XC, the substrate is immersed in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution or the like, and the oxide film is etched. The oxide film is gradually etched by the dilute hydrofluoric acid aqueous solution that has entered from the through hole TH, and a cavity CV in a predetermined region is formed continuously with each other.

図2ZBに示すように、所定形状のキャビティCVが形成される。   As shown in FIG. 2ZB, a cavity CV having a predetermined shape is formed.

図2XDに示すように、厚さ50nmのTi密着金属層AM1、厚さ500nmのAu層WM1をスパッタリングして、下部電極層を形成する。下部電極層上にレジストパターンを形成し、イオンミリングを行なって、所定パターンの下部電極LEを形成する。   As shown in FIG. 2XD, a 50-nm-thick Ti adhesion metal layer AM1 and a 500-nm-thick Au layer WM1 are sputtered to form a lower electrode layer. A resist pattern is formed on the lower electrode layer, and ion milling is performed to form a lower electrode LE having a predetermined pattern.

図2ZCは、形成される下部電極LEの形状例を示す。可撓梁上に駆動電極MDE、スイッチ電極MCE、可撓梁の上下に固定電極支持部のアンカANCが形成される。   FIG. 2ZC shows an example of the shape of the lower electrode LE to be formed. The drive electrode MDE and the switch electrode MCE are formed on the flexible beam, and the anchor ANC of the fixed electrode support portion is formed above and below the flexible beam.

図2XEに示すように、可撓梁を画定するスリットSL、及び窓部WDの活性Si層を除去するためのスリット群SLを、SFを用いたディープRIEで形成する。 As shown in FIG. 2XE, the slit SL that defines the flexible beam and the slit group SL for removing the active Si layer of the window portion WD are formed by deep RIE using SF 6 .

図2ZDはスリット群SLの分布を示す平面図である。例えば幅2μmのスリット群を1μmのスペースを介して形成する。   FIG. 2ZD is a plan view showing the distribution of the slit group SL. For example, a slit group having a width of 2 μm is formed through a 1 μm space.

図2XFに示すように、下部電極LEを覆って、活性Si層AL上に犠牲膜SFを成膜する。例えばCVDにより、TEOS(テトラエトキシシラン)酸化膜を厚さ5μm堆積する。   As shown in FIG. 2XF, a sacrificial film SF is formed on the active Si layer AL so as to cover the lower electrode LE. For example, a TEOS (tetraethoxysilane) oxide film is deposited to a thickness of 5 μm by CVD.

図2XGに示すように、犠牲膜SFに所定形状のリセスを所定深さエッチングして、メッキ層の下面形状を画定するリセスを形成する。例えば、深さ4μmのエッチング、その底面の選択された領域に深さ0.5μmのエッチング、その底面の選択された領域に深さ0.5μm(残存厚全て)のエッチングを行なう。この図には、下部電極を露出する1番深い孔と固定駆動電極を収容する1番浅いリセスが示されている。   As shown in FIG. 2XG, a recess having a predetermined shape is etched in the sacrificial film SF by a predetermined depth to form a recess that defines the lower surface shape of the plating layer. For example, etching with a depth of 4 μm, etching with a depth of 0.5 μm is performed on a selected region of the bottom surface, and etching with a depth of 0.5 μm (all remaining thickness) is performed on a selected region of the bottom surface. This figure shows the deepest hole that exposes the lower electrode and the shallowest recess that accommodates the fixed drive electrode.

図2YAを参照すると、犠牲膜SFに固定駆動電極を画定する1番浅いリセスRC1、固定コンタクト接点を画定する中間深さのリセスRC2,下部電極LE表面を露出する1番深いリセスRC3が形成されている。   Referring to FIG. 2YA, the shallowest recess RC1 that defines the fixed driving electrode, the recess RC2 having an intermediate depth that defines the fixed contact, and the deepest recess RC3 that exposes the surface of the lower electrode LE are formed in the sacrificial film SF. ing.

図2XHに示すように、深さの異なるリセスRCを形成した犠牲膜SF上に、厚さ50nmのMo第2密着金属層AM2,厚さ500nmのAuシード層SDをスパッタリングで形成する。絶縁性犠牲膜SFの上にも導電性給電層が形成され、密着金属層AM2によって密着性が確保される。   As shown in FIG. 2XH, a Mo second adhesion metal layer AM2 having a thickness of 50 nm and an Au seed layer SD having a thickness of 500 nm are formed by sputtering on the sacrificial film SF in which the recesses RC having different depths are formed. A conductive power feeding layer is also formed on the insulating sacrificial film SF, and adhesion is secured by the adhesion metal layer AM2.

図2XIに示すように、Auシード層SDの上に、メッキ領域を画定するレジストパターンRPを形成する。Mo密着金属層AM2,Auシード層SDを給電層とし、Auの電解メッキを行って、例えば厚さ20μmのAuメッキ層PLを形成する。   As shown in FIG. 2XI, a resist pattern RP that defines a plating region is formed on the Au seed layer SD. The Mo adhesion metal layer AM2 and the Au seed layer SD are used as a power supply layer, and Au electroplating is performed to form, for example, an Au plating layer PL having a thickness of 20 μm.

図2YBは、この状態を可撓梁長さ方向の断面で示す。   FIG. 2YB shows this state in a cross section in the length direction of the flexible beam.

図2XJに示すように、レジストパターンRPをアッシング、レジストリムーバ等で除去し、露出するシード層SD,Mo密着金属層AM2をイオンミリングなどで除去する。   As shown in FIG. 2XJ, the resist pattern RP is removed by ashing, a registry mover or the like, and the exposed seed layer SD and Mo adhesion metal layer AM2 are removed by ion milling or the like.

図2XKに示すように、露出する犠牲膜SFをフッ酸蒸気等のエッチャントで除去する。固定電極の自由下面が露出する。Au電極の接点がMo層で覆われており、このままでは電気特性が悪い。   As shown in FIG. 2XK, the exposed sacrificial film SF is removed with an etchant such as hydrofluoric acid vapor. The free lower surface of the fixed electrode is exposed. The contact point of the Au electrode is covered with the Mo layer, and the electrical characteristics are poor as it is.

図2XLに示すように、SFガスを用いたRIEを行い、幅1μmの活性Si層ALをエッチングする。金属電極で覆われた領域はエッチングされない。 As shown in FIG. 2XL, RIE using SF 6 gas is performed to etch the active Si layer AL having a width of 1 μm. The region covered with the metal electrode is not etched.

図2YCはこの状態を可撓梁長さ方向断面で示す。スリット群が形成されている領域は、スリット間の幅1μmの活性Si層ALが両側からのエッチングで除去される。スリット群が形成されていない領域では、活性Si層AL表面がエッチングされるが、その厚さの大部分は残る。活性Si層ALと共に、酸化シリコン層BOXもエッチされる。酸化シリコン層BOXは全てエッチされても、一部残ってもかまわない。   FIG. 2YC shows this state in a cross section in the length direction of the flexible beam. In the region where the slit group is formed, the active Si layer AL having a width of 1 μm between the slits is removed by etching from both sides. In the region where the slit group is not formed, the surface of the active Si layer AL is etched, but most of the thickness remains. Along with the active Si layer AL, the silicon oxide layer BOX is also etched. The silicon oxide layer BOX may be entirely etched or may remain partially.

図2XMは、活性Si層ALエッチング後の状態を示す。可撓梁FB両側の活性Si層ALが除去され、窓部WDが形成されている。   FIG. 2XM shows the state after the active Si layer AL etching. The active Si layer AL on both sides of the flexible beam FB is removed, and a window portion WD is formed.

図2XNは、林純薬工業製、燐酸酢酸硝酸溶液からなる「SLAエッチャント」を用い、Moの第2密着金属層AM2をエッチング除去する工程を示す。可撓梁の両側に広く窓部WDが形成されている。固定電極と可動電極の間隔を狭くしてもその近傍に広い窓部WDが形成されているので、粘性の高い液体であっても移動させることが容易になる。   FIG. 2XN shows a step of etching away the second adhesion metal layer AM2 of Mo using “SLA etchant” made of Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd. made of phosphoric acid acetic acid nitric acid solution. Wide window portions WD are formed on both sides of the flexible beam. Even if the distance between the fixed electrode and the movable electrode is reduced, the wide window WD is formed in the vicinity thereof, so that even a highly viscous liquid can be easily moved.

図2YDはこの状態を可撓梁長さ方向断面で示す。図2YDの状態では、活性Si層上の下部電極上方に僅かな間隙を置いて、可動上部電極が配置されている。しかし図面の前後においては、図2XNに示すように、活性Si層ALが除去されている。   FIG. 2YD shows this state in a cross section in the length direction of the flexible beam. In the state of FIG. 2YD, the movable upper electrode is arranged with a slight gap above the lower electrode on the active Si layer. However, before and after the drawing, as shown in FIG. 2XN, the active Si layer AL is removed.

図3A,3B,3Cは、比較例によるMEMSスイッチの平面図、X−X線に沿う断面図、Y−Y線(可撓梁長さ方向)に沿う断面図である。第1の実施例の図1Hに示す平面図、図1Kに示すX3−X3線に沿う断面図、図1Eに示す可撓梁長さ方向(Y−Y線)に層断面図に対応する。第1の実施例と比較例の相違点は、比較例では窓部WDが形成されていないことである。   3A, 3B, and 3C are a plan view of a MEMS switch according to a comparative example, a cross-sectional view taken along line XX, and a cross-sectional view taken along line YY (flexible beam length direction). 1H corresponds to the plan view shown in FIG. 1H, the cross-sectional view taken along the line X3-X3 shown in FIG. 1K, and the layer cross-sectional view in the flexible beam length direction (Y-Y line) shown in FIG. 1E. The difference between the first embodiment and the comparative example is that the window portion WD is not formed in the comparative example.

図4XA−4XDは、比較例の製造プロセスを示す、図3AのX−X線に沿う断面図である。第1の実施例と異なる点を主に説明する。図2XA−2XDに示す工程を同様に行なう。活性Si層下のキャビティCV,活性Si層上の下部電極LEが形成される。   4XA-4XD are cross-sectional views along the line XX of FIG. 3A, showing the manufacturing process of the comparative example. Differences from the first embodiment will be mainly described. The steps shown in FIGS. 2XA-2XD are performed similarly. A cavity CV under the active Si layer and a lower electrode LE over the active Si layer are formed.

図4XAは、図2XEに対応する、可撓梁の輪郭を画定するスリットSLのエッチング工程を示す。一定間隔のスリット群は形成されず、可撓梁の形状を画定する片側1本のスリットSLが形成される。   FIG. 4XA shows the etching process of the slit SL that defines the contour of the flexible beam, corresponding to FIG. 2XE. A group of slits at regular intervals is not formed, but one slit SL on one side that defines the shape of the flexible beam is formed.

図4XBは、図2XGに対応し、犠牲膜SFを堆積し、リセスをエッチングした状態を示す。   FIG. 4XB corresponds to FIG. 2XG and shows a state where the sacrificial film SF is deposited and the recess is etched.

図4XCは、図2XKに対応し、犠牲膜SF上に密着金属層AM2,Auシード層SDを形成し、レジストパターンを形成し、Auメッキ層PLを形成し、レジストパターンを除去し、露出したAuシード層、Mo密着金属層をミリングで除去した状態を示す。   4XC corresponds to FIG. 2XK, and forms the adhesion metal layer AM2 and Au seed layer SD on the sacrificial film SF, forms a resist pattern, forms an Au plating layer PL, removes the resist pattern, and is exposed. The state which removed the Au seed layer and the Mo adhesion metal layer by milling is shown.

図4XDは、図2XNに対応し、犠牲膜SFをエッチング除去し、露出した固定電極自由下面のMo密着金属層AM2を林純薬工業製、燐酸酢酸硝酸溶液からなる「SLAエッチャント」を用い、エッチング除去した状態を示す。可撓梁FB両側には、片側1本のスリットSLを介して、活性Si層ALが残存している。   4XD corresponds to FIG. 2XN, the sacrificial film SF is removed by etching, and the exposed Mo adhesion metal layer AM2 on the lower surface of the fixed electrode is made of Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd. using “SLA etchant” made of phosphoric acid-acetic acid nitric acid solution. The state after etching removal is shown. The active Si layer AL remains on both sides of the flexible beam FB through one slit SL on one side.

以前は、接点ギャップが0.5μm、アクチュエータギャップが1.2μmであった。駆動電圧の低減を図り、接点ギャップ0.3μm、アクチュエータギャップ0.6μmになるように設計変更した。設計変更したMEMSスイッチは、駆動電圧印加時にアクチュエータの上下電極が接触してショートする不良が73%生じ、オン状態の接点間抵抗が2Ωを超える素子が17%生じた。残った良品は10%であった。   Previously, the contact gap was 0.5 μm and the actuator gap was 1.2 μm. The drive voltage was reduced, and the design was changed so that the contact gap was 0.3 μm and the actuator gap was 0.6 μm. The MEMS switch thus designed had 73% failure due to contact between the upper and lower electrodes of the actuator when a driving voltage was applied, and 17% of the elements having an ON-state contact resistance exceeding 2Ω. The remaining good products were 10%.

これに対して、第1の実施例により作成したサンプルは、アクチュエータのショート不良は生じず、接点抵抗が2Ωを超える素子は7%であった。良品率93%が得られた。可撓梁FB両側の活性Si層を除去した窓部WDを形成することにより、予期せざる大きな効果が得られた。   On the other hand, the sample prepared according to the first example did not cause a short circuit failure of the actuator, and 7% of the elements had a contact resistance exceeding 2Ω. A non-defective product ratio of 93% was obtained. By forming the window portion WD from which the active Si layer on both sides of the flexible beam FB was removed, an unexpectedly large effect was obtained.

可撓梁構造両側の活性Si層が除去されたことにより、MoまたMo合金の密着金属層除去のウェットエッチングが好適に行なえ、残渣が残らず、歩留まりが向上したと思料される。 By active Si layer of the flexible beam structure on both sides is removed, Mo or performed suitably wet etching of the adhesion metal layer removal of Mo alloy, the residue is not left, it is Shiryo and yield is improved.

両持ち梁型の第1の実施例を説明した。片持ち梁型のMEMSスイッチを作成することもできる。   The first embodiment of the double-supported beam type has been described. A cantilever type MEMS switch can also be created.

図5はコの字形片持ち梁形状のMEMSスイッチの例を示す。活性Si層にスリット群SLを形成した状態で示す。スリット群SLにより、矩形形状の可動部MPが左右両側に配置された2本の可撓梁FB1,FB2を介し、パッド部SPD,DPDにおいて、ボンディング酸化膜を介して支持シリコン基板に支持される。可動部MP,可撓梁FB1,FB2下のボンディング酸化膜は除去されてキャビティを形成し、可動部MPは可撓梁FB1,FB2を介して弾性変形可能に支持されている。可動部MP,可撓梁FB1,FB2の外側では、スリット群SL間の活性Si層をエッチング除去することにより、広い窓部が形成される。   FIG. 5 shows an example of a U-shaped cantilever-shaped MEMS switch. The slit group SL is formed in the active Si layer. By the slit group SL, the rectangular movable part MP is supported on the supporting silicon substrate via the bonding oxide film in the pad parts SPD and DPD via the two flexible beams FB1 and FB2 arranged on the left and right sides. . The bonding oxide film under the movable portion MP and the flexible beams FB1 and FB2 is removed to form a cavity, and the movable portion MP is supported through the flexible beams FB1 and FB2 so as to be elastically deformable. Outside the movable part MP and the flexible beams FB1 and FB2, a wide window part is formed by etching away the active Si layer between the slit groups SL.

可撓梁の形状は以上に説明したものに限られない。図6で示したカンチレバー形状においてカンチレバー外側の活性Si層を除去することもできる。   The shape of the flexible beam is not limited to that described above. In the cantilever shape shown in FIG. 6, the active Si layer outside the cantilever can also be removed.

例示した材料、数値は、制限的意味を有さない。Mo,Auの代わりにMo合金、Au合金を用いることもできる。その他、種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。
The exemplified materials and numerical values do not have a limiting meaning. Mo alloy or Au alloy can also be used instead of Mo and Au. It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, substitutions, improvements, combinations, and the like are possible.

SS 支持シリコン基板、
BOX ボンディング酸化(酸化シリコン)膜、
AL 活性シリコン層、
MCE 可動コンタクト電極、
MDE 可動駆動電極、
FDE 固定駆動電極、
FCE 固定コンタクト電極、
SL スリット、
CL カンチレバー、
LE 下部電極、
FB 可撓梁、
TH スルーホール(貫通孔)、
CV キャビティ、
RP レジストパターン、
SF 犠牲膜、
AM 密着金属層、
SD シード層、
PL メッキ層、
GND 接地配線、
PD パッド部、
SPD スイッチパッド,
DPD 駆動パッド、
WD 窓部、
SS support silicon substrate,
BOX bonding oxide (silicon oxide) film,
AL active silicon layer,
MCE movable contact electrode,
MDE movable drive electrode,
FDE fixed drive electrode,
FCE fixed contact electrode,
SL slit,
CL cantilever,
LE lower electrode,
FB flexible beam,
TH through hole (through hole),
CV cavity,
RP resist pattern,
SF sacrificial film,
AM adhesion metal layer,
SD seed layer,
PL plating layer,
GND Ground wiring,
PD pad,
SPD switch pad,
DPD drive pad,
WD window,

Claims (10)

活性Si層がボンディング酸化膜を介して支持Si基板上に結合されたSOI基板と、
前記活性Si層から形成され、1端部又は両端部がボンディング酸化膜を介して前記支持Si基板に支持され、可動部を有する可撓梁構造であって、該可動部の下方にはボンディング酸化膜が配置されておらず、前記支持Si基板との間にキャビティを画定する可撓梁構造と、
前記可撓梁構造上に形成された可動駆動電極と、
前記可撓梁構造上に形成された可動コンタクト接点を有する可動コンタクト電極と、
前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Si層の積層を含む第1組の固定部に支持され、前記可動駆動電極上方に延在する固定駆動電極と、
前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Si層の積層を含む第2組の固定部に支持され、前記可動コンタクト接点上方に固定コンタクト接点を有する固定コンタクト電極と、
前記可撓梁構造、前記固定駆動電極、前記固定コンタクト電極を囲んで、前記活性Si層上に形成された接地配線と、
前記接地配線の内側において、前記可撓梁構造、前記第1組及び第2組の固定部以外の領域に画定され、前記活性Si層を含んでいない窓領域と、
を有し、
前記固定駆動電極と前記固定コンタクト電極とは、前記第1組及び第2組の固定部上方においては、MoまたはMo合金の密着金属層、前記密着金属層の上に形成されたAuまたはAu合金のシード層、前記シード層の上に形成されたAuまたはAu合金のメッキ層を含み、前記可動駆動電極、前記可動コンタクト接点と空隙を介して対向する自由下面においては、MoまたMo合金の前記密着金属層が存在せず、前記シード層の上に、前記メッキ層が存在する、
MEMSスイッチ。
An SOI substrate in which an active Si layer is bonded to a supporting Si substrate via a bonding oxide film;
The formed from the active Si layer, one end or both ends are supported by the supporting Si substrate via a bonding oxide film, a flexible beam structure having a movable portion, below the movable portion bonding oxide A flexible beam structure in which no film is disposed and which defines a cavity with the supporting Si substrate ;
A movable drive electrode formed on the flexible beam structure;
A movable contact electrode having a movable contact point formed on the flexible beam structure;
A fixed drive electrode that is supported on a first set of fixed portions including a stack of the bonding oxide film and the active Si layer, located on both sides of the flexible beam structure, and extending above the movable drive electrode;
A fixed contact electrode that is supported on a second set of fixed parts including a stack of the bonding oxide film and the active Si layer, located on both sides of the flexible beam structure, and having a fixed contact contact above the movable contact point;
Surrounding the flexible beam structure, the fixed drive electrode, the fixed contact electrode, and a ground wiring formed on the active Si layer;
In the inside of the ground wiring, and the flexible beam structure, said defined in first and second sets of regions other than the fixed portion, the not containing the active Si layer window region,
Have
The fixed drive electrode and the fixed contact electrode are, in the upper part of the first set and the second set of fixed parts, an adhesion metal layer of Mo or Mo alloy, Au or Au alloy formed on the adhesion metal layer. seed layer comprises a plated layer of Au or Au alloy formed on the seed layer, wherein the movable driving electrode, in a free lower surface facing via the movable contact contacts with a gap, Mo or the Mo alloy The adhesion metal layer does not exist, the plating layer is present on the seed layer,
MEMS switch.
前記窓領域が、前記可撓梁構造及び前記第1組及び第2組の固定部の各全周を取り囲む請求項1記載のMEMSスイッチ。   The MEMS switch according to claim 1, wherein the window region surrounds each circumference of the flexible beam structure and the first set and the second set of fixing portions. 前記窓領域において、前記ボンディング酸化膜も除去されている請求項1または2に記載のMEMSスイッチ。   The MEMS switch according to claim 1, wherein the bonding oxide film is also removed in the window region. 前記可撓梁構造が、両端部でボンディング酸化膜を介して前記支持Si基板に支持された両持ち梁構造である請求項1〜3のいずれか1項に記載のMEMSスイッチ。   The MEMS switch according to any one of claims 1 to 3, wherein the flexible beam structure is a doubly supported beam structure supported on the supporting Si substrate through bonding oxide films at both ends. 前記可撓梁構造が、1端側が自由端であり、他端側でボンディング酸化膜を介して前記支持Si基板に支持された片持ち梁構造である請求項1〜3のいずれか1項に記載のMEMSスイッチ。   The flexible beam structure is a cantilever structure in which one end side is a free end and the other end side is supported by the supporting Si substrate via a bonding oxide film. The MEMS switch as described. 前記1端側が矩形可動部であり、前記他端側で前記矩形可動部の対向辺から可撓梁が延在しボンディング酸化膜を介して前記支持Si基板に支持されている請求項5に記載のMEMSスイッチ。   6. The one end side is a rectangular movable part, and a flexible beam extends from the opposite side of the rectangular movable part on the other end side and is supported by the supporting Si substrate via a bonding oxide film. MEMS switch. 支持Si基板上に活性Si層がボンディング酸化膜を介して結合されたSOI基板の活性Si層内に両持ち梁型又は片持ち梁型の可撓梁領域、立体的な固定駆動電極と固定コンタクト電極を支持する第1組、第2組の電極支持領域、ならびに、前記可撓梁領域、前記固定駆動電極および前記固定コンタクト電極を囲む接地配線領域、を画定し、
前記可撓梁領域の可動部に前記活性Si層を貫通する貫通孔群を形成し、
前記貫通孔を介して、前記可撓梁領域の可動部下の前記ボンディング酸化膜をエッチング除去して、キャビティを形成し、
前記可撓梁領域上に、可動駆動電極、可動コンタクト接点を有する可動コンタクト電極を形成し、
前記接地配線領域に接地配線を形成し、
前記可撓梁領域および前記電極支持領域以外の前記接地配線で囲まれる領域内に、前記活性Si層を貫通するスリット群を形成し、
メッキ金属層の底面構造を画定する犠牲膜構造を形成し、
前記犠牲膜構造上にMoまたはMo合金の密着金属層、AuまたはAu合金のシード層を形成し、
前記シード層上にメッキ領域を画定するパターンを形成し、
露出している前記シ-ド層上にAuまたはAu合金のメッキ層を形成して固定駆動電極、固定コンタクト電極を形成し、
前記パターン、露出した前記シード層と前記密着金属層、前記犠牲膜構造を除去し、
前記接地配線の内側では前記スリット群間の活性Si層をエッチング除去して、前記可撓梁領域、前記第1組及び第2組の電極支持領域以外の前記活性Si層を除去して形成された窓部を形成し、
前記犠牲膜の除去により露出する前記密着金属層をウェットエッチングする、
MEMSスイッチの製造方法。
A doubly-supported or cantilever-type flexible beam region, a three-dimensional fixed drive electrode and a fixed contact in an active Si layer of an SOI substrate in which an active Si layer is bonded via a bonding oxide film on a supporting Si substrate A first set supporting the electrodes, a second set of electrode support areas, and a ground wiring area surrounding the flexible beam area, the fixed drive electrode and the fixed contact electrode;
Forming a through hole group penetrating the active Si layer in the movable part of the flexible beam region;
Etching away the bonding oxide film under the movable part of the flexible beam region through the through hole to form a cavity,
Forming a movable contact electrode having a movable drive electrode and a movable contact contact on the flexible beam region,
Forming a ground wiring in the ground wiring region;
In the region surrounded by the ground wiring other than the flexible beam region and the electrode support region, a slit group penetrating the active Si layer is formed,
Forming a sacrificial film structure that defines the bottom structure of the plated metal layer;
On the sacrificial film structure, an adhesion metal layer of Mo or Mo alloy, a seed layer of Au or Au alloy is formed,
Forming a pattern defining a plating area on the seed layer;
Forming a plating layer of Au or Au alloy on the exposed seed layer to form a fixed drive electrode and a fixed contact electrode;
Removing the pattern, the exposed seed layer and the adhesion metal layer, the sacrificial film structure;
The active Si layer between the slit groups is removed by etching inside the ground wiring, and the active Si layer other than the flexible beam region, the first set and the second set of electrode support regions is removed. Forming a window,
Wet-etching the adhesion metal layer exposed by removing the sacrificial film;
Manufacturing method of MEMS switch.
前記貫通孔群の形成、前記スリット群の形成はディープRIEで行い、前記密着金属層のウェットエッチングは燐酸酢酸硝酸溶液で行なう請求項7に記載のMEMSスイッチの製造方法。   8. The method of manufacturing a MEMS switch according to claim 7, wherein the formation of the through hole group and the slit group is performed by deep RIE, and the wet etching of the adhesion metal layer is performed by a phosphoric acid acetic acid nitric acid solution. 前記スリット群は一定ピッチの平行スリットを含む請求項7または8に記載のMEMSスイッチの製造方法。   9. The method of manufacturing a MEMS switch according to claim 7, wherein the slit group includes parallel slits having a constant pitch. 前記窓部は、前記可撓梁領域、前記第1組及び第2組の電極支持領域の各全周を取り囲む請求項7〜9のいずれか1項に記載のMEMSスイッチの製造方法。
10. The method of manufacturing a MEMS switch according to claim 7, wherein the window portion surrounds each circumference of the flexible beam region, the first set, and the second set of electrode support regions. 11.
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