JPH05259404A - マイクロ・メカニカル・スイッチ - Google Patents

マイクロ・メカニカル・スイッチ

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JPH05259404A
JPH05259404A JP3333784A JP33378491A JPH05259404A JP H05259404 A JPH05259404 A JP H05259404A JP 3333784 A JP3333784 A JP 3333784A JP 33378491 A JP33378491 A JP 33378491A JP H05259404 A JPH05259404 A JP H05259404A
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switch
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mechanical switch
micro mechanical
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Toshiki Hirano
敏樹 平野
Tomotake Furuhata
智武 古畑
Hideto Niijima
秀人 新島
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】マイクロマシニング技術を用いて製造されるマ
イクロ・メカニカル・スイッチを提供する。 【構成】平面な板である基板1上の端部には、絶縁体層
2が所定の空間4で離隔されて形成されている。絶縁体
層2には、基板1上の一端の絶縁体層2に向う方向に急
激に細くなる任意の形状を有するスイッチ接片3が形成
される。切替時には、基板1−接片3間に高電圧Vを印
加すると、接片3の細くなった部分が破断を起こし、そ
の一部は基板1に接触したままとなり、二度と離れなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ・メカニカル
・スイッチ、特に半導体集積回路で切替回路等に使用さ
れるマイクロ・メカニカル・スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体回路の集積度は飛躍的に向
上しているが、集積度が上がるにつれて半導体回路中に
欠陥ができる確率が増加し、この結果半導体回路の歩留
りが悪化するという問題点を生じる。このような問題点
を解決するために、前記半導体回路中にあらかじめ冗長
回路を形成しておき、欠陥のある回路が生じた場合、こ
の欠陥回路を冗長回路に切替え、欠陥回路を切離して前
記半導体回路全体を作動させる方法が使用されている。
【0003】前述のような回路の切替えを行うために、
半導体回路に配線されたヒューズをレーザ装置を使用し
て、レーザによりこのヒューズを焼き切ってこの切替え
を行う方法が、現在使用されている。例えば、DRAM
回路では、現在このようなヒューズが数千個も使用され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなレーザ装
置のレーザスポットを用いてヒューズを焼き切る方法に
は下記のような問題点がある。
【0005】(1)回路の切替えに前述のレーザ装置を
使用すると、高出力のレーザを細く絞り、高精度でヒュ
ーズの焼き切る場所に当てなければならないので、大が
かりな装置が必要となる。
【0006】(2)レーザでヒューズを焼き切った後、
配線状態がフロート状態となるので論理回路への応用が
非常に限られる。
【0007】(3)ヒューズをレーザで切断する場合、
ヒューズが完全に切断されたかどうかを回路側で検知す
る必要がある。この場合、現在使用されている検知方法
では、ヒューズに電流を常に流していなければならな
い。このことが低消費電力化の障害となっている。
【0008】(4)また、ヒューズをレーザで切断する
場合、レーザの熱を使ってヒューズを切断するので、こ
の切断が不完全なことがある。切断に失敗するとそのチ
ップは不良品となり使用できなくなる。現在のところの
切断の成功率は99%程度である。
【0009】本発明は、半導体回路等の回路切替えに使
用するマイクロ・メカニカル・スイッチをマイクロマシ
ニング技術を用いて製造することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ・
メカニカル・スイッチは、基板上に形成された電気回路
の領域及びスイッチ群の領域からなる半導体チップにお
いて、前記スイッチ群の領域の各スイッチ領域の基板上
の端部に積層され、所定の空間によって隔離された絶縁
体層と、この絶縁体層上に形成され、前記各スイッチ領
域の前記基板上の一端の絶縁体層に向かう方向に急激に
細くなる任意の形状を有する接片とからなり、切替状態
では、前記接片の細くなった部分に破断を発生させ、前
記接片の破断部分は前記各スイッチ領域の前記基板に接
触されたままの状態に保持されるようにしたものであ
る。
【0011】
【実施例】まず、本発明の実施例を説明する前に、本発
明のマイクロ・メカニカル・スイッチを製造する場合に
使用されるマイクロマシニング技術について述べる。
【0012】このマイクロマシニング技術は、最近、注
目されている技術で、半導体加工技術を使ってシリコン
ウエハ上に微小な機械部品を形成する技術である。この
技術は下記のような特徴がある。すなわち、(1)半導
体加工技術を使用しているため、原理的には半導体回路
と微小機械部品を同時に加工することが可能である。従
って電気回路と機械部品を同時に同一チップ上に形成す
ることができる。(2)半導体加工技術を使用している
ため微小な機械部品を高精度に形成することができる。
現在、この技術を使用すれば、サブミクロンでの加工が
可能である。
【0013】このようなマイクロマシニング技術を使っ
て、既に歯車、リンク機構、スライダーのような機構部
品や、回転型モータ、リニアモータのようなアクチュエ
ータが形成されている。また、この技術を使用して形成
されたセンサは既に商品化されている。
【0014】通常、DRAM等の半導体チップは、基板
上に形成された電気回路の領域及びスイッチ群の領域か
らなる。図1は、このスイッチ群の領域の各スイッチ領
域に形成された本発明のマイクロ・メカニカル・スイッ
チの構造を拡大して示した図である。図1(a)は、こ
のスイッチの側面を、図1(b)は、このスイッチの上
面をそれぞれ示す。図において、基板1は平面な板で、
ここではこの基板として例えばシリコンウエハが使用さ
れている。基板1上の端部に形成され、所定の空間4で
離隔された絶縁体層2は、ある種の液体で溶解可能で、
ここではこの絶縁体層として例えば酸化シリコンが使用
されている。この絶縁体層2上には図1(b)に示すよ
うな形状の接片3が形成される。この接片3は、導電性
で、かつある種の液体で侵食されない材料で構成され、
ここではこの材料として例えばドープされたポリシリコ
ンが使用されている。
【0015】次に、上述のような構造のスイッチの製造
方法について述べる。この製造方法には、いくつかの方
法があるが、ここでは、そのうちの2つの例が示されて
いる。
【0016】1.1 マスク法 この1マスクプロセスは図2に示されている。この工程
は下記のように行われる。なお、ここでは基板1として
シリコンウエハ、絶縁体層として酸化シリコン、接片と
してドープされたポリシリコンをそれぞれ使用した例の
工程が示されている。 (1)シリコンウエハ1上に酸化シリコン層2、ドープ
されたポリシリコン層の順序で積層する(図2
(a))。 (2)リソグラフィーを行って、ドープされたポリシリ
コン層のエッチングを行うことにより、図示のような形
状を有する接片3を形成する(図2(b))。 (3)フッ酸(HF)を使用して酸化シリコン層2のエ
ッチングを行うことにより、所定の空間4が形成される
ので、接片3は宙に浮いた構造をとる(図2(c))。
【0017】なお、図2において、図2(b)が上面図
である以外は、全て側面図である。
【0018】2.2 マスク法 この2マスクプロセスは、接片3を形成する材料が1マ
スクプロセスの場合と同様であり、その他の材料は、1
マスクプロセスと違って、シリコンウエハ、窒化シリコ
ン、酸化シリコンが必須である。この工程は、下記のよ
うに行われる。 (1)シリコンウエハ1上に窒化シリコン層を堆積する
(図3(a))。 (2)リソグラフィーを行い、図示のように窒化シリコ
ン層5、シリコンウエハ1をエッチングする(図3
(b))。なお、図において、上側は側面図、下側は上
面図である。 (3)熱酸化を行い、シリコンウエハ1のうちの表面に
露出している部分だけを酸化して、酸化シリコン層2を
形成する(図3(c))。なお、酸化シリコン層2が形
成されると、体積が膨張し、表面が平坦になる。 (4)この表面にスイッチの接片3を形成する導電性
層、例えばドープされたポリシリコン層を堆積させる
(図3(d))。 (5)リソグラフィーを行い、ポリシリコン層のエッチ
ングを行うことにより、図示のような形状を有するスイ
ッチの接片3を形成する(図3(e))。なお、この図
3(e)は、上面図を示している。 (6)フッ酸(HF)を使用して、酸化シリコン層2を
除去する(図3(f))。
【0019】なお、図3において、図3(b)の下側及
び図3(e)以外の図面は、全て側面図である。
【0020】以上のように1マスク法及び2マスク法の
いずれを使用してスイッチを製造しても図1(a)に示
されるような構造のスイッチが形成される。
【0021】次に、図4を用いて本発明のスイッチの切
替動作を説明する。上述の方法でスイッチの製造が終了
された段階では、図(a)に示すような状態にある。
【0022】いま、この状態にあるスイッチの切替を動
作させるとする。この場合、図4(b)に示すように、
接片3と接地されている基板1間に高電圧Vが印加され
る。高電圧Vが印加されると、非常に大きな静電気力
(又はクーロン力)Fが発生され、スイッチの接片3が
切断され、基板1に接触する(図4(c))。なお、こ
の状態では、高電圧Vは印加されたままである。この場
合、接片3と基板1の接触する接触点では、接触してい
る接片3の面と基板1の面は共に鏡面であり、この接触
点を通して過大な電流が流れるために、2つの面は焼き
付いて、たとえ印加電圧Vを切っても離れなくなる。こ
のようにして切替動作を終了する。なお、スイッチの切
替動作をさせない場合は、何もしないで図4(a)に示
すような状態にしておく。
【0023】次に、スイッチの切替動作が行われている
か否かを回路側で検知する必要がある。この検知動作に
ついて図5によって説明する。 (1)切替動作が行われていない場合、 図5(a)に示すようにスイッチの左側の接片3に電圧
v(前述の高電圧Vよりも十分に低い電圧)を印加する
と、出力側には電圧vが現れ、スイッチの切替動作が行
われていないことが検知される。なお、この場合、印加
される電圧vは十分に低いので、このスイッチが切断動
作をおこすことはない。 (2)切替動作が行われている場合 図5(b)に示すようにスイッチの左側の接片3に電圧
vを印加しても、接片3は基板1に接触しているので、
出力側には電圧0が現れ、スイッチの切替動作が行われ
ていることが検知される。以上のようにして、切替動作
が検知される。
【0024】なお、このスイッチの切替動作は一度しか
行うことができない。また、上記実施例では、機械的に
破断を生じさせて、スイッチの接片3を切断している
が、過大な電流を流して、熱的に破断を生じさせて、ス
イッチの接片3を切断しても上記実施例と同様な効果を
奏する。
【0025】また、上記実施例ではスイッチの接片3の
形状として図1(b)に示すような形状を使用している
が、切替動作を行おうとした場合、印加される機械的な
力又は熱的な力によって破断を生じるような形状であれ
ば、どのような形状であってもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明のスイッチ
は、小型にかつ大量に生産されるので安価に製造できる
効果がある。また、このスイッチをCPUの周辺汎用チ
ップに組み込むことにより、大量生産されたコストの安
いチップをユーザの多様な仕様に対応させることがで
き、かつプロセスコストの大幅削減ができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスイッチの構造を示す図である。
【図2】本発明のスイッチの製造工程の一例を示す図で
ある。
【図3】本発明のスイッチの製造工程の他の例を示す図
である。
【図4】本発明のスイッチの切替動作を説明するための
図である。
【図5】本発明のスイッチの切替の検知動作を説明する
ための図である。
【符号の説明】
1 基板 2 絶縁体層 3 接片 4 空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古畑 智武 東京都千代田区三番町5−19 日本アイ・ ビー・エム株式会社 東京基礎研究所内 (72)発明者 新島 秀人 東京都千代田区三番町5−19 日本アイ・ ビー・エム株式会社 東京基礎研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された電気回路の領域及びス
    イッチ群の領域からなる半導体チップにおいて、 前記スイッチ群の領域の各スイッチ領域の基板上の端部
    に積層され、所定の空間によって隔離された絶縁体層
    と、この絶縁体層上に形成され、前記各スイッチ領域の
    前記基板上の一端の絶縁体層に向かう方向に急激に細く
    なる任意の形状を有する接片とからなり、切替状態で
    は、前記接片の細くなった部分に破断を発生させ、前記
    接片の破断部分は前記各スイッチ領域の前記基板に接触
    されたままの状態に保持されていることを特徴とするマ
    イクロ・メカニカル・スイッチ。
  2. 【請求項2】前記接片は、前記所定の空間で宙に浮いた
    構造になるように形成されたことを特徴とする請求項1
    記載のマイクロ・メカニカル・スイッチ。
  3. 【請求項3】前記破断は、機械的破断又は電気的破断に
    よって行われることを特徴とする請求項1記載のマイク
    ロ・メカニカル・スイッチ。
  4. 【請求項4】前記基板は、平面な板であることを特徴と
    する請求項1記載のマイクロ・メカニカル・スイッチ。
  5. 【請求項5】前記絶縁体層は、ある種の液体で溶解可能
    であることを特徴とする請求項1記載のマイクロ・メカ
    ニカル・スイッチ。
  6. 【請求項6】前記接片は、導電体膜からなり、かつ前記
    液体で侵食されないことを特徴とする請求項1記載のマ
    イクロ・メカニカル・スイッチ。
  7. 【請求項7】前記機械的破断は、クーロン力によって行
    われるようにしたことを特徴とする請求項3記載のマイ
    クロ・メカニカル・スイッチ。
  8. 【請求項8】前記電気的破断は、過大な電流を流すこと
    による熱的切断によって行われるようにしたことを特徴
    とする請求項3記載のマイクロ・メカニカル・スイッ
    チ。
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