KR100393768B1 - 고주파 스위치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파 스위치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 CPW형 고주파 스위치는 상부전극이 물리적으로 움직일 경우에 비아금속층과 제2씨드금속층의 접착부분에 스트레스가 집중되어 구조물이 파괴되는 문제점이 있다. 또한, 일반적으로 금속막의 인장 스트레스를 유발하는 스퍼터링이나 전자-빔 증발의 박막증착을 통해 제2씨드금속층이 형성되므로, 상부전극이 하부로 휘어지게 된다. 따라서, 상부전극이 하부전극측으로 당겨질 경우에 유전체층과 접착되는 상부전극의 면적이 축소되고, 이로 인해 정전용량이 감소되어 삽입손실이 큰 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 연속 도금방법을 통해 비아금속층 및 상부전극을 일체형 도금금속층으로 형성함에 따라 상부전극이 끌어당겨지더라도 구조체가 파괴되지 않아 구조적 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 비아금속층과 상부전극의 접착력을 향상시키기 위하여 스퍼터링이나 전자-빔 증발의 박막증착을 통해 씨드금속층을 형성할 필요가 없어지므로, 상부전극이 하부전극측으로 당겨질 경우에 유전체층과 접착되는 상부전극의 면적을 최대화할 수 있게 되어 isolation loss를 크게함과 동시에 동작전압도 낮출 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 고주파 스위치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 인가 직류 전압에 대하여 조절이 가능한 커패시터의 구조적 안정성을 향상시킴과 아울러 삽입손실을 최소화할 수 있도록 한 고주파 스위치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 직류전압에 대하여 정전 용량값 조절이 가능한 커패시터는 혼합 신호모듈(mixed signal module), 발진기(oscillator), 공진기(resonator), 위상 쉬프터(phase shifter) 또는 고주파 필터(RF filter) 등의 분야에 광범위하게 이용되고 있으며, 주파수 선택을 위해 정전용량(capacitance)을 변화시켜야 함에 따라 하부전극, 유전영역 및 상부전극이 적층된 MIM 구조의 유전영역을 유전체와 에어-갭(air gap)으로 형성하여 구현된다.
한편, 고주파 스위치로 적용되는 커패시터는 최근의 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 이용하여 커패시터의 한 전극이 움직일 수 있도록 제조함으로써, 정전용량이 가변되도록 한 콤(comb)구조와 브릿지(bridge)구조가 사용되고 있다.
상기한 바와같은 종래의 고주파 스위치 제조방법을 첨부한 도1a 내지 도1g의 CPW(coplanar waveguide)형 고주파 스위치 제조방법을 보인 수순단면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1a에 도시한 바와같이 석영이나 GaAs와 같은 절연성 기판(1) 상부에금속층을 증착한 다음 패터닝하여 하부전극(2)을 형성한다.
그리고, 도1b에 도시한 바와같이 상기 하부전극(2)을 포함한 절연성 기판(1)의 상부전면에 유전체를 증착한 다음 패터닝하여 유전체층(3)을 형성한다.
그리고, 도1c에 도시한 바와같이 상기 유전체층(3)을 포함한 절연성 기판(1)의 상부전면에 금속층을 증착한 다음 패터닝하여 제1씨드금속층(seed metal, 4)을 형성한다.
그리고, 도1d에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부전면에 희생층(5)을 증착한 다음 선택적으로 패터닝하여 가장자리의 제1씨드금속층(4)이 일부 노출되도록 콘택홀(contact hole, 6)을 형성한다. 이때, 희생층(5)은 하부의 유전체층(3)과 식각선택비가 우수한 물질로 선택하여 후속 희생층(5) 제거공정에서 유전체층(3)이 손실되지 않도록 하여야 한다.
그리고, 도1e에 도시한 바와같이 상기 콘택홀(6)에 도금을 통해 금속층을 채워넣어 비아금속층(via metal, 7)을 형성한다.
그리고, 도1f에 도시한 바와같이 상기 비아금속층(7)을 포함한 희생층(5)의 상부에 스퍼터링(sputtering)이나 전자-빔 증발(e-beam evaporation) 등의 박막 증착공정을 통해 제2씨드금속층(8)을 형성한 다음 사진식각(photolithography)을 통해 몰드(mold)를 형성하고, 도금을 실시하여 제2씨드금속층(8) 상부에 상부전극(9)을 형성한다. 이때, 제2씨드금속층(8)은 상기 비아금속층(7)과의 접착특성이 우수한 물질로 선택하여야 한다.
그리고, 도1g에 도시한 바와같이 상기 희생층(5)을 제거하여 에어-갭을 형성한 다음 상기 비아금속층(7)과 결합되는 일부의 영역을 제외한 제1씨드금속층(4)을 선택적으로 제거한다.
상기한 바와같이 제조되는 종래의 CPW형 고주파 스위치는 상부전극(9)을 접지에 연결하고, 하부전극(2)에 고주파 신호와 풀링(pulling) 직류전압을 중첩하여 인가하면, 상부전극(9)과 하부전극(2) 간에 정전기력이 발생함에 따라 상부전극(9)이 아래로 끌어당겨져 유전체층(3)에 접착된다.
따라서, 정전용량이 증가하여 교류 임피던스(impedance)를 낯추게 된다.
그러나, 상기한 바와같은 종래의 CPW형 고주파 스위치는 상부전극이 물리적으로 움직일 경우에 비아금속층과 제2씨드금속층의 접착부분에 스트레스(stress)가 집중되어 구조물이 파괴되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 금속막의 인장(tensile) 스트레스를 유발하는 스퍼터링이나 전자-빔 증발의 박막증착을 통해 제2씨드금속층이 형성되므로, 상부전극이 하부로 휘어지게 된다. 따라서, 상부전극이 하부전극측으로 당겨질 경우에 유전체층과 접착되는 상부전극의 면적이 축소되고, 이로 인해 정전용량이 감소되어 isolation loss가 작아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 주파수 조절이 가능한 커패시터의 구조적 안정성을 향상시킴과 아울러 상부 접지 전극이 아래로 당겨졌을 때, 신호를 접지 부분으로 보내는 성능을 최대로 하여 isolation loss를 크게하는 고주파 스위치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도1a 내지 도1g는 종래의 CPW형 고주파 스위치 제조방법을 보인 수순단면도.
도2a 내지 도2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치 제조방법을 보인 수순단면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
11:절연성 기판 12:하부전극
13:유전체층 14:씨드금속층
15:희생층 16:콘택 홀
17:금속층
18:일체형 비아금속층 및 상부전극의 도금금속층
먼저, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고주파 스위치는 절연성 기판 상부에 패터닝된 하부전극과; 상기 하부전극을 포함한 절연성 기판 상부에 패터닝된 유전체층과; 상기 유전체층과 일정하게 이격되어상기절연성 기판 상부에 패터닝된 씨드금속층과; 상기 씨드금속층과 접속됨과 아울러 상기 유전체층의 상부에 에어-갭을 통해 이격 평탄화된 일체형 비아금속층 및 상부전극의 금속도금층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고주파 스위치의 제조방법은 절연성 기판의 상부에 금속층을 증착한 다음 패터닝하여 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극을 포함한 절연성 기판의 상부에 유전체를 증착한 다음 패터닝하여 유전체층을 형성하는 공정과; 상기 유전체층을 포함한 절연성 기판의 상부에 씨드금속층을 증착한 다음 패터닝하는 공정과; 상기 결과물의 상부에 희생층을 증착한 다음 선택적으로 패터닝하여 가장자리의상기씨드금속층이 일부 노출되도록 콘택홀을 형성하는 공정과; 상기 콘택홀에 도금을 통해 금속을 채워넣으면서 상기 희생층의 상부에도 일정한 두께의 금속층이 형성되도록 오버플로우(overflow)시키는 공정과; 상기 오버플로우된 금속층을 평탄화한 다음 패터닝하여 일체형 비아금속층 및 상부전극의 도금금속층을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 제거하여 에어-갭을 형성한 다음 상기 도금금속층과 결합되는 일부의 영역을 제외한상기씨드금속층을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 고주파 스위치 및 그 제조방법을 첨부한 도2a 내지 도2g의 수순단면도를 일 실시예로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도2a에 도시한 바와같이 석영이나 GaAs와 같은 절연성 기판(11) 상부에 금속층을 증착한 다음 패터닝하여 하부전극(12)을 형성한다.
그리고, 도2b에 도시한 바와같이 상기 하부전극(12)을 포함한 절연성 기판(11)의 상부에 유전체를 증착한 다음 패터닝하여 유전체층(13)을 형성한다.
그리고, 도2c에 도시한 바와같이 상기 유전체층(13)을 포함한 절연성 기판(11)의 상부에 금속층을 증착한 다음 패터닝하여 씨드금속층(14)을 형성한다.
그리고, 도2d에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부에 희생층(15)을 증착한 다음 선택적으로 패터닝하여 가장자리의상기씨드금속층(14)이 일부 노출되도록 콘택홀(16)을 형성한다. 이때, 희생층(15)은 하부의 유전체층(13)과 식각선택비가 우수한 물질로 선택하여 후속 희생층(15)의제거공정에서 유전체층(13)이 손실되지 않도록 하여야 한다.
그리고, 도2e에 도시한 바와같이 상기 콘택홀(16)에 도금을 통해 금속(17)을 채워넣으면서 상기 희생층(15)의 상부에도 일정한 두께의 금속층(17)이 형성되도록 오버플로우시킨다.
그리고, 도2f에 도시한 바와같이 상기 오버플로우된 금속층(17)을 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing : CMP)를 통해 평탄화한 다음 패터닝하여 일체형 비아금속층 및 상부전극의 도금금속층(18)을 형성한다.
그리고, 도2g에 도시한 바와같이 상기 희생층(15)을 제거하여 에어-갭을 형성한 다음 상기 도금금속층(18)과 결합되는 일부의 영역을 제외한 씨드금속층(14)을 선택적으로 제거한다.
상기한 바와같이 제조되는 본 발명에 의한 고주파 스위치는 연속 도금방법을 통해 비아금속층 및 상부전극이 일체형 도금금속층으로 형성됨에 따라 상부전극이 끌어당겨지더라도 구조체가 파괴되지 않아 구조적 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 비아금속층과 상부전극의 접착력을 향상시키기 위하여 스퍼터링이나 전자-빔 증발의 박막증착을 통해 스트레스가 유발되는 씨드금속층을 형성할 필요가 없어지므로, 상부전극이 하부전극측으로 당겨질 경우에 유전체층과 접착되는 상부전극의 면적을 최대화할 수 있게 되어 isolation loss를 최대화함과 동시에 동작전압도 낮출 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 절연성 기판 상부에 패터닝된 하부전극과; 상기 하부전극을 포함한 절연성 기판 상부에 패터닝된 유전체층과; 상기 유전체층과 일정하게 이격되어상기절연성 기판 상부에 패터닝된 씨드금속층과; 상기 씨드금속층과 접속됨과 아울러 상기 유전체층의 상부에 에어-갭을 통해 이격 평탄화된 일체형 비아금속층 및 상부전극의 금속도금층을 구비하여 구성된것을 특징으로 하는 고주파 스위치.
- 절연성 기판의 상부에 금속층을 증착한 다음 패터닝하여 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극을 포함한 절연성 기판의 상부에 유전체를 증착한 다음 패터닝하여 유전체층을 형성하는 공정과; 상기 유전체층을 포함한상기절연성 기판의 상부에 씨드금속층을 증착한 다음 패터닝하는 공정과; 상기 결과물의 상부에 희생층을 증착한 다음 선택적으로 패터닝하여 가장자리의상기씨드금속층이 일부 노출되도록 콘택홀을 형성하는 공정과; 상기 콘택홀에 도금을 통해 금속을 채워넣으면서 상기 희생층의 상부에도 일정한 두께의 금속층이 형성되도록 오버플로우(overflow)시키는 공정과; 상기 오버플로우된 금속층을 평탄화한 다음 패터닝하여 일체형 비아금속층 및 상부전극의 도금금속층을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 제거하여 에어-갭을 형성한 다음 상기 도금금속층과 결합되는 일부의 영역을 제외한상기씨드금속층을 선택적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어진것을 특징으로 하는 고주파 스위치의 제조방법.
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