KR100320191B1 - 고주파 스위치 제조방법 - Google Patents
고주파 스위치 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100320191B1 KR100320191B1 KR1019990017569A KR19990017569A KR100320191B1 KR 100320191 B1 KR100320191 B1 KR 100320191B1 KR 1019990017569 A KR1019990017569 A KR 1019990017569A KR 19990017569 A KR19990017569 A KR 19990017569A KR 100320191 B1 KR100320191 B1 KR 100320191B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal material
- sacrificial layer
- silicon substrate
- coff
- con
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 30
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 TiW Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
본 발명은 고주파 스위치 제조방법에 관한 것으로, 종래에는 희생층과 절연층의 증착두께에 따른 Con/Coff의 비를 증가시키는데 한계가 있고, 또한 요구되는 구동전압이 30V 이상으로 무선통신에 응용할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 실리콘기판의 상부에 스퍼터링공정을 적용하여 하부전극으로 사용할 제1금속물질을 형성하는 공정과; 상기 제1금속물질이 형성된 실리콘기판의 상부에 희생층을 형성하는 공정과; 상기 희생층이 형성된 실리콘기판의 상부에 상부전극 및 멤브레인으로 사용할 수 있으며, 상기 제1금속물질에 비해 산화가 잘 되지 않는 제2금속물질을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 식각하여 에어 갭을 형성하는 공정과; 상기 구조물을 산화시켜 에어 갭 상에 노출된 제1금속물질의 표면에 절연막을 형성하는 공정으로 이루어지는 고주파 스위치 제조방법을 통해 비 유전율이 40인 TiO2막 또는 CrO2막을 300Å 정도의 두께로 형성하여 절연층으로 사용함에 따라 Con/Coff의 비를 종래에 비해 20배 이상 증가시켜 무선통신에 적용이 가능하고, 상대적으로 희생층의 두께를 얇게 하여 Con/Coff의 비를 200 정도로 줄이게 되면 구동전압을 낮출수 있게 되며, 종래에 비해 마스크공정을 1회 줄일 수 있게 되어 제조비용을 줄이고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 고주파 스위치 제조방법에 관한 것으로, 특히 초소형 기계 및 전자시스템(micro electromechanical systems : MEMS)을 이용한 고주파 스위치의 Con/Coff 비를 최대화하고, 공정을 단순화하여 무선통신에 적용할 수 있도록 한 고주파 스위치 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 초소형 기계 및 전자시스템이란 마이크로머신, 마이크로시스템, 초소형 정밀기계 기술 등으로 불리우며, 실리콘 웨이퍼를 가공하여 3차원 구조물로 제작된다.
종래 CPW(CoPlanar Waveguide) 고주파 스위치 제조방법을 첨부한 도1a 내지 도1e에 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1a에 도시한 바와같이 실리콘기판(1)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극(2)을 형성한다.
그리고, 도1b에 도시한 바와같이 상기 하부전극(2)이 형성된 실리콘기판(1)의 상부에 절연층(3)을 증착하고 패터닝한다. 이때, 평면도에서 알 수 있는 바와같이 절연층(3)은 하부전극(2)의 일단면은 완전히 덮고, 하부전극(2)의 타단면은 일부가 노출되도록 형성한다.
그리고, 도1c에 도시한 바와같이 상기 절연층(3)이 형성된 실리콘기판(1)의상부에 희생층(4)을 증착하고 패터닝한다. 이때, 평면도에서 알 수 있는 바와같이 희생층(4)은 상기 하부전극(2)을 완전히 덮은 절연층(3)의 단면은 완전히 덮고, 하부전극(2)의 일부가 노출된 절연층(3)의 단면은 일부가 노출되도록 형성하며, 또한 절연층(3) 및 하부전극(2)과 식각선택비가 큰 물질로 형성하여야 한다.
그리고, 도1d에 도시한 바와같이 상기 희생층(4)이 형성된 실리콘기판(1)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극 및 멤브레인(membrane)(5)을 형성함과 아울러 평면도에서 알 수 있는 바와같이 금속물질의 일부는 상기 일부가 노출된 하부전극(2)과 접속되어 입력신호 배선(6)과 출력신호 배선(7)을 형성한다.
그리고, 도1e에 도시한 바와같이 상기 희생층(4)을 습식 또는 건식식각으로 제거하여 에어 갭(8)을 형성한다.
상기한 바와같은 CPW(CoPlanar Waveguide) 고주파 스위치는 상부전극(5)을 접지에 접속하고, 하부전극(2)에 30V 이상의 전압차가 발생하도록 전압을 인가하면 에어 갭(8)에 인가되는 정전기력에 의하여 상부전극(5)이 아래로 끌어당겨져 커패시턴스가 가변된다.
따라서, Con/Coff의 비를 증가시키기 위해서는 희생층(4)의 두께를 두껍게 하여 에어 갭(6)을 최대화하여야 하고, 절연층(3)을 가능한 한 박막화해야 한다.
그러나, 희생층(4)의 두께를 두껍게 할 경우에는 상부전극(5)의 끌어당겨지는 거리가 확장되어 구동전압이 증가하고, 절연층(3)을 박막화하면 희생층(4)을 식각할 때, 절연층(3)이 함께 제거되는 문제가 있어 이를 적절히 고려하여야 한다. 따라서, Con/Coff의 비를 증가시키는데 한계가 따르게 된다.
종래의 CPW(CoPlanar Waveguide) 고주파 스위치에 있어서는 희생층(4)의 두께는 2㎛이고, 절연층(3)의 두께는 1500Å으로 형성되어 Con/Coff의 비가 80∼120정도의 낮은 값이고, 약 30V 이상의 구동전압이 요구된다.
상술한 바와같이 종래의 고주파 스위치 제조방법은 희생층과 절연층의 증착두께에 따른 Con/Coff의 비를 증가시키는데 한계가 있고, 또한 요구되는 구동전압이 30V 이상으로 무선통신에 응용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 Con/Coff의 비를 증가시켜 무선통신에 적용할 수 있는 고주파 스위치 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 Con/Coff의 비를 증가시키는 대신에 동작전압을 낮출 수 있는 고주파 스위치 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 공정을 단순화할 수 있는 고주파 스위치 제조방법을 제공하는데 있다.
도1a 내지 도1e는 종래 CPW 고주파 스위치 제조방법을 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일 실시예를 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
11:실리콘기판 12:하부전극
13:희생층 14:상부전극
15:입력신호 배선 16:출력신호 배선
17:절연막 18:에어 갭
상기한 바와같은 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 고주파 스위치 제조방법은 실리콘기판의 상부에 스퍼터링공정을 적용하여 하부전극으로 사용할 제1금속물질을 형성하는 공정과; 상기 제1금속물질이 형성된 실리콘기판의 상부에 희생층을 형성하는 공정과; 상기 희생층이 형성된 실리콘기판의 상부에 상부전극 및 멤브레인으로 사용할 수 있으며, 상기 제1금속물질에 비해 산화가 잘 되지 않는 제2금속물질을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 식각하여 에어 갭을 형성하는 공정과; 상기 구조물을 산화시켜 에어 갭 상에 노출된 제1금속물질의 표면에 절연막을 형성하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와같은 본 발명에 의한 고주파 스위치 제조방법을 첨부한 도2a 내지 도2e에 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도를 일 실시예로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 도2a에 도시한 바와같이 실리콘기판(11)의 상부에 스퍼터링 공정을 적용하여 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극(12)을 형성한다. 이때, 하부전극(12)의 금속물질은 산화가 잘되는 금속으로 예를 들어 TiW, Ti, Cr등의 금속막을 3000Å 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 도2b에 도시한 바와같이 상기 하부전극(12)이 형성된 실리콘기판(11)의 상부에 희생층(13)을 증착하고 패터닝한다. 이때, 평면도에서 알 수 있는 바와같이 희생층(13)은 상기 하부전극(12)의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 형성하며, 하부전극(12)의 금속물질과 식각선택비가 큰 물질로 예를 들어 알루미늄을 2.0㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 도2c에 도시한 바와같이 상기 희생층(13)이 형성된 실리콘기판(11)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극 및 멤브레인(14)을 형성함과 아울러 평면도에서 알 수 있는 바와같이 금속물질의 일부는 상기 일부가 노출된 하부전극(12)과 접속되어 입력신호 배선(15)과 출력신호 배선(16)을 형성한다. 이때, 상부전극 및 멤브레인(14), 입력신호 배선(15)과 출력신호 배선(16)에 적용되는 금속물질은 상기 하부전극(12)에 적용된 TiW, Ti, Cr등의 금속에 비해 산화가 잘되지 않는 금속을 적용하는 것이 바람직하다.
그리고, 도2d에 도시한 바와같이 상기 희생층(13)을 습식 또는 건식식각으로 제거하여 에어 갭(18)을 형성한다.
그리고, 도2e에 도시한 바와같이 구조물을 산화시켜 에어 갭(18) 상에 노출된 하부전극 금속물질(12)의 표면에 절연막(17)을 형성한다. 이때, 산화는 O2분위기나 대기압 분위기로 350℃ 정도의 온도에서 실시하는 것이 바람직하고, 하부전극(12)의 금속물질로 산화가 잘되는 TiW 또는 Ti 금속막을 적용할 경우에 금속막의 표면에 TiO2막(비 유전율 40)이 300Å 정도의 두께로 형성되고, Cr 금속막을 적용할 경우에는 CrO2막이 300Å 정도의 두께로 형성되며, 한편 상기 상부전극 및 멤브레인(14) 상에는 상기 하부전극(12)의 금속물질에 비해 산화가 잘 되지 않는 금속을 적용함에 따라 하부전극(12) 상에만 선택적으로 절연막(17)을 형성할 수 있고, 입력신호 배선(15)과 출력신호 배선(16)이 형성된 영역은 산소가 침투할 수 없으므로, 입력신호 배선(15)과 출력신호 배선(16)이 하부전극(12)과 전기적으로 연결되는 것에는 문제가 발생되지 않는다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 고주파 스위치의 상부전극(14)이 하부전극(12)으로 당겨지지 않은 경우에 단위면적당 커패시턴스(Con) 및 상부전극(14)이 하부전극(12)으로 당겨진 경우에 단위면적당 커패시턴스(Coff)는 각각 아래의 수학식1 및 수학식2로 나타낼 수 있다.
따라서, Con/Coff는 아래의 수학식3으로 나타낼 수 있다.
이때, 수학식1 내지 수학식3의 ΕD,ΕO는 각각 절연막(17) 및 공기의 유전상수이고, hD,hA는 희생층(13)과 절연막(17)의 두께를 나타낸다.
따라서, 희생층(13)의 두께를 2㎛로 형성하고, 절연막(17)을 종래 SiNx 1500Å(비 유전율 7)에서 TiO2또는 CrO2300Å(비 유전율 40)으로 바꾸어 주면 Con/Coff의 비가 종래 94에서 2668로 28배 증가하여 성능향상을 기대할 수 있으며, 또한 희생층(13)의 두께를 얇게 하여 Con/Coff의 비를 200 정도로 줄이게 되면 구동전압을 낮출수 있게 된다.
상술한 바와같이 본 발명에 의한 고주파 스위치 제조방법은 비 유전율이 40인 TiO2막 또는 CrO2막을 300Å 정도의 두께로 형성하여 절연층으로 사용함에 따라 Con/Coff의 비를 종래에 비해 20배 이상 증가시켜 무선통신에 적용이 가능하고, 상대적으로 희생층의 두께를 얇게 하여 Con/Coff의 비를 200 정도로 줄이게 되면 구동전압을 낮출수 있게 되며, 종래에 비해 마스크공정을 1회 줄일 수 있게 되어 제조비용을 줄이고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 실리콘기판의 상부에 스퍼터링공정을 적용하여 하부전극으로 사용할 제1금속물질을 형성하는 공정과; 상기 제1금속물질이 형성된 실리콘기판의 상부에 희생층을 형성하는 공정과; 상기 희생층이 형성된 실리콘기판의 상부에 상부전극 및 멤브레인으로 사용할 수 있으며, 상기 제1금속물질에 비해 산화가 잘 되지 않는 제2금속물질을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 식각하여 에어 갭을 형성하는 공정과; 상기 구조물을 산화시켜 에어 갭 상에 노출된 제1금속물질의 표면에 절연막을 형성하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1금속물질은 상기 제2금속물질에 비해 산화가 잘되는 금속으로 TiW, Ti, Cr 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1금속물질의 표면에 형성된 절연막은 TiO2막 또는 CrO2막 중에서 선택된 어느 하나로 형성한 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 절연막은 O2분위기나 대기압 분위기로 350℃ 정도의 온도에서 산화시켜 형성한 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 희생층은 알루미늄으로 형성한 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990017569A KR100320191B1 (ko) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | 고주파 스위치 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990017569A KR100320191B1 (ko) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | 고주파 스위치 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000073953A KR20000073953A (ko) | 2000-12-05 |
| KR100320191B1 true KR100320191B1 (ko) | 2002-01-10 |
Family
ID=19585834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990017569A KR100320191B1 (ko) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | 고주파 스위치 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100320191B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR880004574A (ko) * | 1986-09-16 | 1988-06-07 | 유원영 | 고주파용 반도체 소자 제조방법 |
| JPH01248553A (ja) * | 1988-03-29 | 1989-10-04 | Nec Corp | 高周波スイッチ装置 |
| US5313083A (en) * | 1988-12-16 | 1994-05-17 | Raytheon Company | R.F. switching circuits |
| KR980006467A (ko) * | 1996-06-20 | 1998-03-30 | 무라따 미치히로 | 고주파 반도체 장치 |
| JPH10163461A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Advantest Corp | 半導体スイッチ |
-
1999
- 1999-05-17 KR KR1019990017569A patent/KR100320191B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR880004574A (ko) * | 1986-09-16 | 1988-06-07 | 유원영 | 고주파용 반도체 소자 제조방법 |
| JPH01248553A (ja) * | 1988-03-29 | 1989-10-04 | Nec Corp | 高周波スイッチ装置 |
| US5313083A (en) * | 1988-12-16 | 1994-05-17 | Raytheon Company | R.F. switching circuits |
| KR980006467A (ko) * | 1996-06-20 | 1998-03-30 | 무라따 미치히로 | 고주파 반도체 장치 |
| JPH10163461A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Advantest Corp | 半導体スイッチ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000073953A (ko) | 2000-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7098577B2 (en) | Piezoelectric switch for tunable electronic components | |
| US6074890A (en) | Method of fabricating suspended single crystal silicon micro electro mechanical system (MEMS) devices | |
| US5262000A (en) | Method for making micromechanical switch | |
| EP1461828B1 (en) | Method of fabricating micro-electromechanical switches on cmos compatible substrates | |
| EP2221852B1 (en) | Trench isolation for micromechanical devices | |
| US6376787B1 (en) | Microelectromechanical switch with fixed metal electrode/dielectric interface with a protective cap layer | |
| US5846849A (en) | Microstructure and single mask, single-crystal process for fabrication thereof | |
| KR101092536B1 (ko) | 압전형 ｒｆ 멤스 소자 및 그 제조방법 | |
| US6798029B2 (en) | Method of fabricating micro-electromechanical switches on CMOS compatible substrates | |
| JP2003179401A (ja) | 抵抗器と底部電極とを同時に作成することによって製造されるマイクロ電気機械スイッチ | |
| US20050263837A1 (en) | Bump style MEMS switch | |
| KR20070053515A (ko) | Ｒｆ 멤스 스위치 및 그 제조방법 | |
| US6797589B2 (en) | Insulating micro-structure and method of manufacturing same | |
| EP1177622B1 (en) | Electronic device | |
| US7018550B2 (en) | Method for fabricating an isolated microelectromechanical system (MEMS) device using an internal void | |
| US20090212664A1 (en) | Micro movable device and method of making the same using wet etching | |
| KR20050076149A (ko) | 압전 구동형 알에프 미세기전 시스템 스위치 및 그 제조방법 | |
| JP2006269127A (ja) | マイクロマシンスイッチ及び電子機器 | |
| KR100320191B1 (ko) | 고주파 스위치 제조방법 | |
| WO2009057988A2 (en) | Radio frequency mems switch | |
| US8268660B2 (en) | Process for fabricating micromachine | |
| US5242534A (en) | Platinum lift-off process | |
| US6867061B2 (en) | Method for producing surface micromechanical structures, and sensor | |
| KR100532991B1 (ko) | 고주파 스위치 제조방법 | |
| Dai et al. | Applied electrostatic parallelogram actuators for microwave switches using the standard CMOS process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |