KR100532991B1 - 고주파 스위치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파 스위치 제조방법에 관한 것으로, 종래에는 희생층의 식각에 따라 멤브레인 구조체의 양단부가 분리되어 에어 갭 상에 떠있게 되므로, 구조물이 무너질 수 있는 문제점을 내포하고 있고, 절연층과 상부전극이 모두 친수성물질이므로, 건조시에 모세관 현상에 의해 상부전극과 절연층의 들러붙는 현상이 발생할 수 있는 문제점을 내포하고 있어 수율이 저감되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 실리콘기판의 상부에 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극이 형성된 실리콘기판의 상부에 희생층을 형성하는 공정과; 상기 희생층이 형성된 실리콘기판의 상부에 폴리이미드막을 증착하고 패터닝하여 멤브레인을 형성하는 공정과; 상기 하부전극 상의 희생층 상부에 형성된 멤브레인을 식각하여 박막화하는 공정과; 상기 멤브레인을 포함한 실리콘기판의 상부에 상부전극을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 식각하여 제거하는 공정으로 이루어지는 고주파 스위치 제조방법을 통해 멤브레인 구조체가 분리되지 않고 에어 갭 상에 떠있게 되므로, 기계적으로 더욱 안정한 구조체를 제작함과 아울러 절연막의 증착공정을 스킵하여 공정을 단순화할 수 있으며, 멤브레인이 소수성물질이므로, 건조시에 모세관 현상을 방지할 수 있어 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 정전형(capacitive type) 고주파 스위치의 제조공정을 단순화하면서 기계적으로 더욱 안정한 구조체로 제작함과 아울러 수율을 높일 수 있는 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 도1f에 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)의 상부에 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 폴리이미드(poly-imide)를 스핀-코팅(spin-coating)방법을 통해 증착하고, 300℃ 이상의 온도에서 열처리한 다음 패터닝하여 멤브레인(membrane)(5)을 형성한다. 이때, 하부전극(2) 상의 희생층(4) 상부에 형성되는 폴리이미드는 구동전압을 최소화하기 위하여 제거한다.
그리고, 도1e에 도시한 바와같이 상기 멤브레인(5) 및 희생층(4)의 상부전면에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극(6)을 형성함과 아울러 평면도에서 알 수 있는 바와같이 금속물질의 일부는 상기 일부가 노출된 하부전극(2)과 접속되어 입력신호 배선(7)과 출력신호 배선(8)을 형성한다.
그리고, 도1f에 도시한 바와같이 상기 희생층(4)을 습식 또는 건식식각으로 제거하여 에어 갭(9)을 형성하고, 증류수로 린스(rinse)한 다음 건조시킨다.
상기한 바와같은 CPW(CoPlanar Waveguide) 고주파 스위치는 상부전극(6)을 접지에 접속하고, 하부전극(2)에 구동전압 이상의 전압을 인가하면 상부전극(6)과 하부전극(2) 사이에 정전기력이 발생하여 상부전극(6)이 아래로 끌어당겨져 커패시턴스가 가변되므로, 교류 임피던스(impedance)값이 변화된다.
그러나, 상기한 바와같은 종래의 고주파 스위치 제조방법은 희생층의 식각에 따라 멤브레인 구조체의 양단부가 분리되어 에어 갭 상에 떠있게 되므로, 스위치를 동작시키는 도중에 구조물이 무너질 수 있는 문제점을 내포하고 있고, 절연층과 상부전극이 모두 친수성물질이므로, 건조시에 모세관 현상에 의해 상부전극과 절연층의 들러붙는 현상(stiction)이 발생할 수 있는 문제점을 내포하고 있어 수율이 저감되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 제조공정을 단순화하면서 기계적으로 더욱 안정한 구조체를 제작함과 아울러 상부전극과 절연층의 들러붙는 현상을 차단하여 수율을 높일 수 있는 고주파 스위치 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고주파 스위치 제조방법은 실리콘기판의 상부에 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극이 형성된 실리콘기판의 상부에 희생층을 형성하는 공정과; 상기 희생층이 형성된 실리콘기판의 상부에 폴리이미드막을 증착하고 패터닝하여 멤브레인을 형성하는 공정과; 상기 하부전극 상의 희생층 상부에 형성된 멤브레인을 식각하여 박막화하는 공정과; 상기 멤브레인을 포함한 실리콘기판의 상부에 상부전극을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 식각하여 제거하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와같은 본 발명에 의한 고주파 스위치 제조방법을 첨부한 도2a 내지 도2e에 도시한 단계적인 단면도를 일 실시예로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 도2a에 도시한 바와같이 실리콘기판(11)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극(12)을 형성한다.
그리고, 도2b에 도시한 바와같이 상기 하부전극(12)이 형성된 실리콘기판(11)의 상부에 희생층(13)을 증착하고 패터닝한다. 이때, 희생층(13)은 상기 하부전극(12)의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 형성하며, 하부전극(12)의 금속물질과 식각선택비가 큰 물질로 형성하여야 한다.
그리고, 도2c에 도시한 바와같이 상기 희생층(13)이 형성된 실리콘기판(11)의 상부에 폴리이미드막을 스핀-코팅방법을 통해 증착하고, 300℃ 이상의 온도에서 열처리한 다음 패터닝하여 멤브레인(14)을 형성한다. 이때, 멤브레인(14)은 상기 노출된 하부전극(12)이 노출되도록 패터닝한다.
그리고, 도2d에 도시한 바와같이 상기 하부전극(12) 상의 희생층(13) 상부에 형성된 멤브레인(14)을 식각하여 1000Å 정도가 되도록 박막화한다. 이때, 1000Å 정도로 박막화된 멤브레인(14)은 커패시터 절연층의 역할을 한다.
그리고, 도2e에 도시한 바와같이 상기 멤브레인(14)을 포함한 실리콘기판(11)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극(15)을 형성함과 아울러 금속물질의 일부는 상기 일부가 노출된 하부전극(12)과 접속되어 입력신호 배선(16)과 출력신호 배선(17)을 형성한다.
그리고, 도2f에 도시한 바와같이 상기 희생층(13)을 습식 또는 건식식각으로 제거하여 에어 갭(18)을 형성하고, 증류수로 린스(rinse)한 다음 건조시킨다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 고주파 스위치 제조방법은 멤브레인 구조체의 일부를 식각하여 커패시터 절연층으로 사용함으로써, 멤브레인 구조체가 분리되지 않고 에어 갭 상에 떠있게 되므로, 기계적으로 더욱 안정한 구조체를 제작함과 아울러 절연막의 증착 및 패터닝공정을 스킵(skip)하여 공정을 단순화할 수 있으며, 멤브레인이 소수성물질이므로, 건조시에 모세관 현상을 방지할 수 있어 제조비용을 줄이고, 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1a 내지 도1f는 종래 CPW 고주파 스위치 제조방법을 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도.
도2a 내지 도2f는 본 발명의 일 실시예를 도시한 단계적인 단면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
11:실리콘기판 12:하부전극
13:희생층 14:멤브레인
15:상부전극 18:에어 갭
Claims (2)
- 실리콘기판의 상부에 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극이 형성된 실리콘기판의 상부에 희생층을 형성하는 공정과; 상기 희생층이 형성된 실리콘기판의 상부에 폴리이미드막을 증착하고 패터닝하여 멤브레인을 형성하는 공정과; 상기 하부전극 상의 희생층 상부에 형성된 멤브레인을 식각하여 박막화하는 공정과; 상기 멤브레인을 포함한 실리콘기판의 상부에 상부전극을 형성하는 공정과; 상기 희생층을 식각하여 제거하는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 박막화된 멤브레인의 두께는 1000Å인 것을 특징으로 하는 고주파 스위치 제조방법.
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