KR0160912B1 - 브리짓형 정전구동 마이크로 릴레이 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전구동 마이크로 릴레이 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본원 발명은 기판(10)상의 소정영역에 일부분이 단속되어 종방향으로 형성된 하부 접촉전극(12)과, 상기 하부 접촉전극(12)의 양측에 각각 형성되어 있는 하부 구동전극(13,14)과, 상기 하부 접촉전극(12)과 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖도록 아래로 굴곡진 제1오목부(17)가 형성되어 있고 상기 하부 구동전극(13,14)과 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖도록 각각 아래로 굴곡진 제2오목부(18,19)가 형성되어 있으며 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)사이에 소정의 공간이 형성되도록 소정의 높이에 브릿지형상으로 형성되어 있는 브릿지 몸체(21)와, 상기 하부 접촉전극(12)과 대면하는 브릿지 몸체(21)의 제1오목부의 배면에 형성되어 있는 상부 접촉전극(20)과, 상기 브릿지 몸체(21)의 전면에 형성되어 있는 상부 구동전극(20)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 마이크로 릴레이 소자의 평면 레이 아웃도.

제2도는 제1도의 A-A선에 따른 마이크로 릴레이 소자의 단면도.

제3a도는 마이크로 릴레이 소자의 하부 구동전극과 접촉전극의 형성 단면도.

제3b도는 마이크로 릴레이의 브릿지 몸체를 형성하기 위한 절연막패턴의 형성을 나타낸 단면도.

제3c도는 마이크로 릴레이 소자의 상부 접촉전극 형성을 나타낸 단면도.

제3d도는 마이크로 릴레이 소자의 단면도 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판 12 : 하부 접촉전극

13,14 : 하부 구동전극 15 : 절연막

16 : 절연막패턴 17 : 제1오목부

18,19 : 제2오목부 20 : 상부 접촉전극

21 : 브릿지 몸체 22 : 상부 구동전극

본 발명은 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자에 관한 것으로, 특히 반도체 공정을 이용하여 주변 반도체 소자와 집적화가 가능한 정전기력으로 구동되는 마이크로 릴레이 소자에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 신호를 중계하는 릴레이(relay)는 전자력 또는 압력등의 수단에 의해 두 접점사이에 전도체를 연결시켜 일측접점으로부터 타측접점으로 전기신호를 전달하는 전기 부품중의 하나이다.

이러한 릴레이는 전자교환기, 자동 충전기기, 교통신호 제어시스템 등 많은 응용분야에서 전류의 개,폐를 담당하는 스위치 소자로서 사용되고 있으나, 크기가 크고, 고가이며 릴레이 어레이 구성이 불가능할 뿐만 아니라 다른 전자 부품과의 집적화가 어렵기 때문에 이용에 불편함이 있었다.

즉, 종래의 기술로서 범용화되어 있는 릴레이는 주로 구동코일과 이 구동코일에 인가되는 전압에 의해 발생하는 전자력으로 스위치를 온/오프시키는 방식이 이용되었다.

그러나, 전자기술의 발달에 따라 전자부품이 소형화됨으로써 이들 전자부품과 동일한 회로기판상에 릴레이를 설치하여 회로를 구성하여야 할 필요성이 증대되고 있다.

따라서, 종래의 릴레이를 보다 소형화하는 동시에 반도체기판 상에 집적시킬 수 있는 마이크로 릴레이의 개발이 진행되어 왔다.

즉, 상술한 조건을 만족시키기 위해서는 크기가 수 ㎜이하로 소형이고, 다른 전자부품과의 집적화가 가능하여야 한다.

이러한, 조건을 만족시키기 위해서는 미세한 구조를 갖는 형상으로 제조할 수 있는 반도체 공정 기술을 사용하여 제조가 가능하다.

그러나, 반도체 공정 기술을 이용하여 제조된 종래의 마이크로 릴레이들은 접점을 접촉시키는 힘이 작아 접촉저항이 수 Ω 이상이며, 접점으로부터 접촉전극이 끊어지는 힘 또한 작아 구동전원을 제거한 후에도 릴레이의 접점이 접촉된 상태로 유지되는 단점이 있었다.

따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 공정기술을 사용한 표면 마이크로 머시닝(machining) 기술을 이용하여 주변 반도체 구동소자와 공정 호환성을 유지하며, 정전기력을 증가시키기 위해 단면적을 크게 하는 구조를 채택하여 릴레이를 오프(off)시킬 때에 접점이 분리되기 용이한 구조로 설계하여 대량생산과 집적화가 가능한 마이크로 릴레이 소자를 제공함에 있다.

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 정전기력을 증가시키기 위해 단면적을 크게 하는 구조와 릴레이 소자를 오프(off)시킬 때 접점이 분리되기 용이한 구조로 설계하여 대량생산과 집적화가 가능한 마이크로 릴레이 소자의 제조방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판상의 소정영역에 일부분이 단속되어 종방향으로 형성된 하부 접촉전극과, 상기 하부 접촉전극의 양측에 각각 형성되어 있는 하부 구동전극과, 상기 하부 접촉전극과 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖도록 아래로 굴곡진 제1오목부가 형성되어 있고 상기 하부 구동전극과 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖도록 각각 아래로 굴곡진 제2오목부가 형성되어 있으며 하부 접촉전극과 하부 구동전극사이에 소정의 공간이 형성되도록 소정의 높이에 브릿지형상으로 형성되어 있는 브릿지 몸체와, 상기 하부 접촉전극과 대면하는 브릿지 몸체의 제1오목부의 배면에 형성되어 있는 상부 접촉전극과, 상기 브릿지 몸체의 전면에 형성되어 있는 상부 구동전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 다른 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판상에 도전성금속을 증착하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 기판상의 소정영역에서 일부분이 단속되어 종방향으로 진행하는 하부 접촉전극을 형성하는 동시에 이 하부 접촉전극의 양단에 각각 하부 구동전극을 형성하는 공정과, 상기 하부 접촉전극과 하부 구동전극이 형성된 구조체의 전면에 절연막을 형성하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 상기 하부 접촉전극과 수직으로 대응하는 부분이 제1오목부를 형성하는 동시에 상기 하부 구동전극의 에지부분에 수직으로 대응하는 부분에 각각 제2오목부를 형성하는 공정과, 상기 절연막을 패터닝하여 상기 모든 하부전극들을 덮도록 사각형의 형상을 갖는 절연막패턴을 형성하는 공정과, 상기 상부 접촉전극이 형성된 구조체의 전면에 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막의 전면에 도전성금속을 증착하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 상기 절연막패턴의 종방향 표면을 제외한 모든 부분의 도전성금속을 제거하여 상부 구동전극을 형성하는 공정과, 상기 절연막패턴을 제거하여 상기 하부 접촉전극과 하부 구동전극들로부터 소정의 높이에 위치하는 브릿지 몸체를 정의하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 단면도를 나타내고, 제2도는 제1도의 A-A선에 따른 단면도를 나타낸다.

상기 제1도와 제2도에 도시한 평면구조와 단면구조를 갖는 본 발명에 따른 마이크로 릴레이 소자는 반도체기판의 표면상에 절연물질로서 산화막 및 질화막(도시되지 않음)이 형성된 기판(10)상의 소정영역에 일부분이 단속되어 일방향으로 진행하는 하부 접촉전극(12)이 형성되어 있고, 상기 하부 접촉전극(12)의 양측에 형성되어 릴레이 소자를 구동시키는 역할을 하는 전극으로서 하부 접촉전극(12) 보다 긴폭을 갖는 하부 구동전극(13,14)이 각각 형성되어 있으며, 릴레이 소자의 구동시 그의 상부에 형성되어 있는 전극과 하부에 형성되어 있는 하부 구동전극(13,14)에 의해 발생하는 정전기력에 의해 아래로 휘어지는 특성을 갖는 브릿지형 구조체로서 상기 하부 접촉전극(12)에 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖는 제1오목부(17)와 하부 구동전극(13,14)의 외측부에 수직으로 대응하는 부분이 다수개의 오목부에 의해 물결형상을 이루는 제2오목부(18,19)가 형성되어 있으며 상기 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)으로부터 소정의 높이에 브릿지 형상으로 브릿지 몸체가 형성되어 있고, 릴레이 소자의 구동시 상기 하부 접촉전극(12)의 단속 부분의 양단에 접촉되는 접촉전극으로서 상기 하부 접촉전극에 대면하는 브릿지 몸체의 제1오목부의 배면에 상부 접촉전극이 형성되어 있으며, 릴레이 소자의 구동시 하부 구동전극에 인가되는 전압과 반대극성의 전압이 인가되는 구동전극으로서 상기 상부 접촉전극과 브릿지 몸체의 전면에 상부 구동전극이 형성되어 있는 구조를 갖는다.

상술한 구조를 갖는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자는 릴레이 소자의 상부 구동전극(22)과 하부 구동전극(13,14) 사이에 반대극성의 전압을 동시에 인가할 경우, 상부 구동전극(22)과 하부 구동전극(13,14) 사이에 정전기력(electrostatic force)이 발생하여 브릿지 몸체(21)가 아래로 휘어져 상부 접촉전극(20)이 하부 접촉전극(12)의 단속부분 양단에 접촉되어 하부 접촉전극(12)이 도전(on)상태가 되며, 상부 구동전극(22)과 하부 구동전극(13,14) 사이의 전압을 제거할 경우, 상, 하부 전극들 사이에 정전기력이 소거되어 브릿지 몸체(21)가 평형상태로 복귀하여 하부 접촉전극(12)을 통해 흐르던 신호가 차단(off)된다.

그리고, 상술한 구조에서 릴레이 소자의 제조시에 브릿지를 이루고 있는 브릿지 몸체(21)에 발생하는 잔류응력은 릴레이 소자의 오동작을 유발할 수 있으므로, 이의 영향을 줄이기 위해 브릿지 형상을 갖는 브릿지 몸체(21) 양쪽 끝부분 예컨대, 하부 구동전극(13,14)의 외측부에 수직으로 대응하는 부분에 각각 다수개의 오목부로 이루어져 물결형상을 갖는 제2오목부(19)가 소정의 폭과 길이를 갖도록 형성되어 있다.

또한, 제1오목부(17)와 제2오목부(18,19)는 동일한 깊이를 갖도록 형성되어 릴레이 소자의 구동시 상부 접촉전극(20)이 하부 접촉전극(12)에 접촉됨과 동시에 제2오목부(18,19)의 배면이 각각 하부 구동전극(13,14)에 각각 접촉되므로 브릿지 몸체(21)가 아래로 과도하게 휘어져 하부 구동전극(13,14)과 상부 구동전극(22)에 인가되는 전압이 차단되었을때 평형상태로 복귀하는 것을 용이하게 하여 릴레이 소자의 동작을 안정화시킨다.

상술한 구조를 갖는 릴레이 소자를 제3a도 내지 제3d도에 도시한 공정 단면도를 참조하여 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

제3a도를 참조하면, 먼저, 반도체 기판의 상부표면상에 절연막으로서 산화막과 질화막(도시하지 않음)을 차례로 형성한 기판(10)상에 전극형성용 금속을 증착한 후 이를 사진식각법으로 패터닝하여 일부분이 단속되어 종방향으로 진행하는 하부 접촉전극(12)을 형성하는 동시에 이 하부 접촉전극(12)의 양단에 하부 접촉전극(12)보다 종방향으로 넓은폭을 갖는 하부 구동전극(13,14)을 형성한다.

이어서, 제3b도에 도시한 바와 같이, 후속공정에서 형성되는 브리지 몸체를 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)으로부터 소정의 높이에 위치시키기 위해 수 ㎛ 이상의 두꺼운 산화막으로 절연막(15)을 형성한 후 이를 사진식각법으로 패터닝하여 상기 하부 접촉전극(12)에 수직으로 대응하는 부분에 소정의 폭과 깊이를 갖는 제1오목부(17)와 상기 하부 구동전극(13,14)의 외측부에 수직으로 대응하는 부분에 각각 소정의 폭과 깊이를 갖는 다수개의 오목부로 이루어져 물결형상을 갖는 제2오목부(18,19)를 형성한다.

이때, 상기 제2오목부(18,19)는 릴레이 소자의 구동시 상부 접촉전극과 하부 접촉전극(12)이 과도하게 접촉되는 것을 방지하기 위해 형성된다.

즉, 상기 제1오목부(17)와 제2오목부(18,19)는 각기 다른 폭을 갖지만 동일한 깊이로 형성되어 릴레이 소자의 구동시 브릿지 몸체(21)가 과도하게 아래로 휘어지는 것을 방지하여 릴레이 소자의 구동이 정지되었을 때 하부 접촉전극(12)과 상부 접촉전극(20)이 용이하게 분리되도록 한다.

이어서, 제3c도에 도시한 바와 같이, 상기 절연막(15)을 사진식각법으로 패터닝하여 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)을 감싸도록 사각형 형상 예컨대, 종방향이 긴폭을 갖는 절연막패턴(16)을 형성한다.

그 다음 절연막패턴(16)이 형성된 구조체의 전면에 도전성금속을 증착한 후 이를 사진식각법으로 패터닝하여 제1오목부(17)에 소정의 폭을 갖는 상부 접촉전극(20)을 형성한다.

이때, 상기 도전성금속은 건식식각법에 의해 패터닝한다.

이어서, 제3d도에 도시한 바와 같이, 상부 접촉전극(20)이 형성된 기판구조체의 전면에 질화막을 증착하여 절연막을 형성하고 이 절연막의 표면에 도전성금속을 증착한 후 사진식각법으로 도전성금속과 절연막을 차례로 패터닝하여 질화막과 도전성금속이 절연막패턴(16)의 상측표면과 측면에만 남도록 패터닝하여 상부 구동전극(22)을 형성한다.

이어서, 절연막패턴(16)을 제거하여 상기 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)으로부터 소정높이에 위치하는 절연막으로 된 브릿지 몸체(21)를 정의하여 릴레이 소자를 제조한다.

상술한 구조와 제조방법으로 제조되는 릴레이 소자는 캔티레버(cantilever) 구조의 길이가 긴 종래의 릴레이 소자들이 잔류응력 등의 요인으로 인해 아래기판과 평행하게 캔티레버를 제조하기 어려운 문제점을 해소할 수 있다.

이러한 마이크로 릴레이 소자를 제조하기 위해, 표면 마이크로 머시닝(machining) 기술을 이용하여 박막의 증착과 건식식각, 습식식각을 사용하고, 접점의 접촉저항을 작게 하기 위해 접점면적을 크게하는 동시에 큰 정전기력을 얻기 위해 구동면적을 가능한 크게 하였다.

또한, 릴레이 소자의 구조를 오프(off)시킬 때에 접점을 분리시키기 위해 브릿지 몸체의 인장력을 이용할 수 있도록 릴레이 소자의 구조를 브릿지(bridge) 형태로 하였으며, 제조시에 박막의 잔류응력으로 인한 릴레이 소자의 오동작을 줄이기 위해 브릿지 몸체 양쪽 끝부분에 물결모양(corrugation)의 패턴을 형성하였다.

따라서, 종래 기술에서 캔티레버(cantilever:외팔보) 구조의 신호전극 양단에 전압차가 발생될 때 캔티레버에 인력이 작용되어 접점이 이루어지는 오동작이 발생할 수 있는 반면, 본 발명에 따른 릴레이 소자의 브릿지 구조는 접점을 이루는 구동체가 신호전극과 분리되어 있어 신호전극사이의 허용전압차를 4배정도로 크게 만든다는 장점을 가지고 있다.

Claims (12)

1. 기판(10)상의 소정영역에 일부분이 단속되어 종방향으로 형성된 하부 접촉전극(12)과, 상기 하부 접촉전극(12)의 양측에 각각 형성되어 있는 하부 구동전극(13,14)과, 상기 하부 접촉전극(12)과 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖도록 아래로 굴곡진 제1오목부(17)가 형성되어 있고 상기 하부 구동전극(13,14)과 수직으로 대응하는 부분이 오목한 형상을 갖도록 각각 아래로 굴곡진 제2오목부(18,19)가 형성되어 있으며 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)사이에 소정의 공간이 형성되도록 소정의 높이에 브릿지형상으로 형성되어 있는 브릿지 몸체(21)와, 상기 하부 접촉전극(12)과 대면하는 브릿지 몸체(21)의 제1오목부의 배면에 형성되어 있는 상부 접촉전극(20)과, 상기 브릿지 몸체(21)의 전면에 형성되어 있는 상부 구동전극(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1오목부(17)와 제2오목부(18,19)는 동일한 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 브릿지 몸체(21)는 질화막으로 형성됨을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 하부 접촉전극(12)보다 하부 구동전극(13,14)이 긴폭을 갖는 것을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자.
5. 제3항에 있어서, 상기 브릿지 몸체(21)는 인장응력을 갖는 것을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자.
6. 기판(10)상에 도전성금속을 증착하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 기판(10)상의 소정영역에서 일부분이 단속되어 종방향으로 진행하는 하부 접촉전극(12)과 이 하부 접촉전극(10)의 양단에 각각 하부 구동전극(13,14)을 동시에 형성하는 공정과, 상기 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)이 형성된 구조체의 전면에 절연막을 형성하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 상기 하부 접촉전극(12)과 수직으로 대응하는 부분이 제1오목부(17)를 형성하는 동시에 상기 하부 구동전극(13,14)의 외측부에 수직으로 대응하는 부분에 각각 제2오목부(18,19)를 형성하는 공정과, 상기 절연막(15)을 패터닝하여 상기 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)을 덮도록 사각형의 형상을 갖는 절연막패턴(16)을 형성하는 공정과, 상기 절연막패턴(14)이 형성된 기판구조체의 전면에 도전성금속을 증착한 후 이를 패터닝하여 제1오목부(17)에 상부 접촉전극(20)을 형성하는 공정과, 상기 상부 접촉전극(20)이 형성된 기판구조체의 전면에 절연막과 도전성금속을 차례로 증착하고 이를 사진식각법으로 상기 절연막패턴의 종방향 표면을 제외한 모든 부분의 도전성금속과 절연막을 제거하여 상부 구동전극(22)을 형성하는 공정과, 상기 절연막패턴(16)을 제거하여 상기 하부 접촉전극(12)과 하부 구동전극(13,14)으로부터 소정의 높이에 위치하는 브릿지 몸체(21)를 정의하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 릴레이 소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1오목부(17)와 제2오목부(18,19)는 동일한 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 브릿지 몸체(21)는 질화막으로 형성됨을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 하부 접촉전극(12)보다 하부 구동전극(13,14)이 긴폭으로 형성됨을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 제조방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 하부 구동전극(12)과 상부 구동전극(13,14)은 동시에 패터닝됨을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 제조방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 절연막패턴(15)은 산화막으로 형성됨을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 제조방법.
12. 제6항에 있어서, 상기 브릿지 몸체(21)는 실리콘 질화막으로 형성됨을 특징으로 하는 브릿지형 정전구동 마이크로 릴레이 소자의 제조방법.