KR100620958B1 - Ｍｅｍｓ 스위치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

개시된 MEMS 스위치는 기판; 기판 상면에 마련된 고정신호라인; 고정신호라인의 상면으로부터 소정간격 떨어지게 형성되며 상,하 유동 가능한 가동신호라인; 기판상에 형성된 고정전극; 및 고정전극의 상부에 설치됨과 아울러서 가동신호라인과 연결된 가동전극;을 포함한다.

Description

ＭＥＭＳ 스위치 및 그 제조방법{MEMS SWITCH AND MANUFACTURING METHOD OF IT}

도 1은 종래의 MEMS 스위치의 구성을 도시한 평면도,

도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ´을 따른 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 스위치의 구성을 도시한 평면도, 그리고,

도 4는 도 3의 선 Ⅵ-Ⅵ´를 따른 단면도,

도 6A~6H는 본 발명의 MEMS 스위치를 제조하는 과정을 나타내는 공정도 들로서, 도 3의 선 Ⅵ-Ⅵ′를 따른 단면도들,그리고,

도 7A~7H는 본 발명의 MEMS 스위치를 제조하는 과정을 나타내는 공정도들로서, 도 3의 선Ⅶ-Ⅶ을 따른 단면도들이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100 : MEMS 스위치 101 : 기판

110 : 고정전극 130 : 가동전극

131 : 가동전극절연층 133 : 가동전극전도층

150 : 신호라인 151 : 고정신호라인

153 : 가동신호라인 153e : 가동신호라인절연층

153d : 가동신호라인전도층 153a : 지지판

153b : 지지대 153c : 가동빔

155 ; 연결부 170 : 컨택부

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System)스위치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전압 구동이 가능한 MEMS(Micro Electro Mechanical System)스위치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

고주파 대역에서 사용되는 많은 전자 시스템은 초소형화, 초경량화, 고성능화가 되어가고 있다. 따라서, 지금까지 이러한 시스템들에서 신호를 제어하기 위해서 사용되고 있는 FET(Field Effect Transistor)나 핀 다이오드(Pin Diode)와 같은 반도체 스위치들을 대체하기 위해서 마이크로 머시닝(Micro Maching)이라는 새로운 기술을 이용한 초소형 마이크로 스위치가 널리 연구되고 있다.

MEMS 기술을 이용한 RF 소자 중 현재 가장 널리 제작되고 있는 것은 스위치이다. RF 스위치는 마이크로파나 밀리미터파 대역의 무선통신 단말기 및 시스템에서 신호의 선별 전송이나 임피던스 정합 회로 등에서 많이 응용되는 소자이다.

도 1은 종래의 MEMS 스위치의 구성을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ´을 따른 단면도이다.

도 1,2를 참조하면, 기판(2) 상면 중앙에 소정의 간격을 두고 떨어지게 형성 된 접촉부(3a)를 가지는 신호라인(3)이 형성되어 있다. 접촉부(3a)의 상방에는 앵커(5)에 의해 지지되는 가동전극(6)이 위치한다. 가동전극(6)의 중앙부에는 컨택부재(6a)가 마련되어 상기 접촉부(3a)를 연결한다.

신호라인(3)의 양측에는 가동전극(6)과 함께 정전기력을 발생시켜 가동전극(6)을 끌어당겨 접촉부(3a)에 접촉시키는 고정전극(7)이 마련된다.

이러한 종래의 MEMS 스위치(1)는 고정전극(7)에 DC 전압이 인가되면, 이들 사이에 대전이 일어나고, 따라서 정전 인력에 의해 가동전극(6)이 기판(2)측으로 이끌리게 된다. 가동전극(6)이 이끌리게 됨으로써 가동전극(6)의 중앙 부분에 마련된 컨택부재(6a)의 양측이 신호라인(3)에 접촉된다.

그러나, 종래에는 상술한 바와 같이 컨택부재(6a)가 신호라인(3)의 양측에 접촉되는 구조를 이룸에 따라 컨택 저항(Contact Resistance)을 줄이는데에는 한계가 있으며, 그에 따르는 삽입 손실(Insertion Loss)이 높게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 신호라인의 컨택 구조를 개선하여 컨택 저항을 줄임과 아울러서 삽입 손실을 줄이는 MEMS 스위치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 MEMS 스위치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시 예를 따르면, 기 판; 상기 기판 상면에 마련된 고정신호라인; 상기 고정신호라인의 상면으로부터 소정간격 떨어지게 형성되며 상,하 유동 가능한 가동신호라인; 상기 기판상에 형성된 고정전극; 및 상기 고정전극의 상부에 설치됨과 아울러서 상기 가동신호라인과 연결된 가동전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치가 제공된다.

상기 가동신호라인은 상기 기판상에 지지된 지지판과, 상기 지지판과 직립되게 형성된 지지대와, 상기 지지대에 일단이 연결되며, 그 타단이 상기 고정신호라인과 접촉 또는 이탈되는 가동빔을 포함함이 바람직하다.

상기 가동전극은 상기 가동신호라인의 양측에 연결되며 그 양단이 상기 기판상에 지지되어 상하 유동가능하도록 설치된 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시 예를 따르면, 기판 상면에 도전층을 증착한 후 고정전극, 고정 신호 라인 및 가동 신호 라인의 지지부를 형성하는 단계; 상기 제 1,2 신호라인 및 고정전극이 형성된 기판의 상면에 희생층을 증착하고, 상기 제 2 신호라인과 연통하는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 희생층의 상면에 절연층을 증착한 후 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극을 형성하는 단계; 상기 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극의 상측에 도전층을 증착한 후 상기 가동 신호 라인의 가동부 및 상기 가동 전극의 형상을 따라 패터닝하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징을 하는 MEMS 스위치 제조방법이 제공된다.

상기 희생층의 상면에 절연층을 증착한 후 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극을 형성하는 단계에서, 상기 가동 신호 라인의 가동부 및 상기 가동전극을 연결하는 연결부가 추가로 형성됨이 바람직하다.

상기 희생층의 상면에 절연층을 증착한 후 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극을 형성하는 단계에서, 상기 가동 신호 라인의 일단부에 컨택홀을 형성하는 것이 추가로 포함됨이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예를 다른 MEMS 스위치의 구성을 도시한 일부 평면도이고, 도 4는 도 3의 선 Ⅵ-Ⅵ´를 따른 단면도이고, 도 5는 도 3의 “Ⅴ ”표시부를 확대 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면 MEMS 스위치(100)는 기판(101), 고정전극(110), 가동전극(130), 신호라인(150), 및 컨택부(170)를 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 기판(101)상에는 소정의 전압이 인가되는 고정전극(110)이 마련된다. 고정전극(110)의 상방에는 고정전극(110)과 소정의 갭(d)을 유지하며 가동전극(130)이 마련된다. 가동전극(130)은 평판 형태로 양단이 스프링(131)에 의해 상하 요동가능하게 연결되며 그 중앙부는 후술될 신호라인(150)의 가동신호라인(153)의 양측에 연결된다.

도 4를 참조하면, 신호라인(150)은 기판(101)의 상면에 형성된 고정신호라인(151)과, 고정신호라인(151)의 상면으로부터 소정 간격(d) 떨어지게 형성되며 상,하 유동 가능한 가동신호라인(153)을 포함한다. 가동신호라인(153)은 일단이 기판(101)상에 지지되며, 그 타단이 고정신호라인(151)과 접촉 또는 이탈되도록 외팔보 형태로 형성된다.

가동신호라인(153)은 상기 기판(101)상에 지지된 지지판(153a)과, 상기 지지판(153a)과 직립되게 형성된 지지대(153b)와, 지지대(153b)에 일단이 연결되며, 그 타단이 고정신호라인(151)과 접촉 또는 이탈되는 가동빔(153c)을 포함할 수 있다.

도 4,5를 참조하면, 가동신호라인(153)은 그 양측이 가동전극(130)의 양측에 연결되어 가동전극(130)의 상하 유동시에 가동전극(130)과 함께 상하 유동하여 고정신호라인(151)과 접촉 또는 이탈된다. 이때, 가동전극(130) 및 가동신호라인(153)의 연결부(155)는 탄력적으로 유동가능한 스프링을 이룸이 바람직하다. 여기서, 가동신호라인(153)은 도전층(153d)/절연층(153e)의 2층을 이루며, 이때, 고정신호라인(151)과 접촉되는 단부측에는 절연층(153e)이 도전층(153d)의 일부를 노출시키는 형태로 구성되어 컨택부(170)를 이룬다. 여기서, 컨택부(170)를 이루는 절연층(153e)의 타측 또한 일부 노출시켜 가동신호라인(153)의 지지판(153a)과 연통되는 가동신호연결부(153h)를 형성함이 바람직하다.

다음은 상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 MEMS 스위치의 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 고정전극(110)에 전압이 인가되면, 고정전극(110) 및 가동전극(130)의 사이에서 대전이 일어나고, 정전인력에 의해 가동전극(130)이 기판(101)쪽으로 이끌리게 된다. 따라서, 가동전극(130)과 연결된 가동신호라인(153)이 연동되어 기판(101)쪽으로 이끌리게 되어 고정신호라인(151)의 상면에 접촉된다.

여기서, 가동신호라인(153)은 고정신호라인(151)과 1점 접촉을 이룸에 따라 종래에 비하여 컨택 저항을 줄이는 이점이 있다.

다음은 상술한 MEMS 스위치를 제조하는 과정에 대하여 설명한다.

도 6A~6H는 본 발명의 MEMS 스위치를 제조하는 과정을 나타내는 공정도 들로서, 도 3의 선 Ⅵ-Ⅵ′를 따른 단면도들이고, 도 7A~7H는 본 발명의 MEMS 스위치를 제조하는 과정을 나타내는 공정도들로서, 도 3의 선Ⅶ-Ⅶ′을 따른 단면도들이다.

도 6A,7A를 참조하면, 기판(101)상에 도전층(102), 예컨대 금(Au)이 증착된다.

도 6B, 7B를 참조하며, 도전층(102)상에 고정전극(110),고정신호라인(151) 및 가동신호라인(153)의 지지판(153a)이 패터닝된다.

도 6C,7C를 참조하면, 희생층(104)이 소정 두께로 증착된다. 여기서, 희생층(104)은 가동전극(130) 및 가동신호라인(150)을 상술한 고정전극(110) 및 고정신호라인(151)으로부터 소정의 간격(d)을 두고 떨어뜨리도록 하기 위함이다. 이때, 희생층(104)에는 소정의 비아홀(104a:도 6c 참조)을 형성하여 다음 단계에서 형성될 가동신호라인(153)의 지지대(153b)가 가동신호라인(153)의 지지판(153a)과 연결되도록 함이 바람직하다.

도 6D,7D를 참조하면, 희생층(104)의 상면에 절연층(106), 예컨대, 실리콘 나이트 라이드층을 증착한다. 이때, 절연층(106)은 비아홀(104a)에 매립되어 지지대(153b)가 형성된다.

도 6E,7E를 참조하면, 절연층(106)상에 가동전극(130) 및 가동신호라인(153)을 패터닝하여 가동신호절연층(153e) 및 가동전극 절연층(131)을 형성한다. 이때, 가동신호절연층(153e)의 일단에는 컨택홀(153f)이 형성되어 후술될 도전층(153e)이 매립되어 컨택부(170)를 형성하도록 함이 바람직하다. 이때, 컨택홀(153f)이 형성된 가동신호절연층(153e)의 타측에는 제 2비아홀(153g: 도 6E 참조)를 형성하여 후술될 가동신호연결부(153h)가 형성되도록 함이 바람직하다. 또한, 가동전극(130) 및 가동신호라인(153)을 연결하는 연결부(155)를 형성함이 바람직하다.

도 6F,7F를 참조하면, 가동전극(130) 및 가동신호라인(153)이 패터닝된 상면에 도전층(108) 예컨대, 금을 다시 한번 증착한다. 이때, 도전층(108)은 컨택홀(153f)에 매립되어 절연층(153e)의 바닥면으로부터 노출됨으로써 컨택부(170)를 이루고, 제 2 비아홀(153g)에 매립되어 지지판(153a)과 연결되는 가동신호연결부(153h)가 형성된다.

도 6G,7G를 참조하면, 증착된 도전층(108)을 가동전극(130) 및 가동신호라인(153)에 대응된 형상으로 패터닝하여 가동전극전도층(133) 및 가동신호라인전도층(153d)을 형성한다.

도 6H,7H를 참조하면, 희생층(104)을 제거하여 MEMS 스위치를 완성한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 MEMS 스위치는 신호라인을 고정신호라인 및 고정신호라인과 소정의 간격을 두고 접촉 또는 이탈이 가능한 가동신호라인으로 구성하여 신호라인의 접촉점을 1점으로 축소함으로써 컨택 저항을 줄이는 이점이 있다.

그와 같은 경우 삽입 손실을 줄임과 아울러서, 구동 전압을 낮추는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 기판;

   상기 기판 상면에 마련된 고정신호라인;

   상기 고정신호라인의 상면으로부터 소정간격 떨어지게 형성되며 상,하 유동 가능한 가동신호라인;

   상기 기판상에 형성된 고정전극; 및

   상기 고정전극의 상부에 설치됨과 아울러서 상기 가동신호라인과 연결된 가동전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가동신호라인은 상기 기판상에 지지된 지지판과, 상기 지지판과 직립되게 형성된 지지대와, 상기 지지대에 일단이 연결되며, 그 타단이 상기 고정신호라인과 접촉 또는 이탈되는 가동빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가동전극은 상기 가동신호라인의 양측에 연결되며 그 양단이 상기 기판상에 지지되어 상하 유동가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
4. 기판 상면에 도전층을 증착한 후 고정전극, 고정 신호 라인 및 가동 신호 라 인의 지지부를 형성하는 단계;

   상기 제 1,2 신호라인 및 고정전극이 형성된 기판의 상면에 희생층을 증착하고, 상기 제 2 신호라인과 연통하는 비아홀을 형성하는 단계;

   상기 희생층의 상면에 절연층을 증착한 후 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극을 형성하는 단계;

   상기 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극의 상측에 도전층을 증착한 후 상기 가동 신호 라인의 가동부 및 상기 가동 전극의 형상을 따라 패터닝하는 단계; 및

   상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징을 하는 MEMS 스위치 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 희생층의 상면에 절연층을 증착한 후 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극을 형성하는 단계에서, 상기 가동 신호 라인의 가동부 및 상기 가동전극을 연결하는 연결부가 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조 방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 희생층의 상면에 절연층을 증착한 후 가동 신호 라인의 가동부 및 가동전극을 형성하는 단계에서, 상기 가동 신호 라인의 일단부에 컨택홀을 형성하는 것이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조 방법.

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