KR100633208B1 - 풀-업형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각종 통신 시스템에서 사용되는 반도체 스위치 제작에 관한 것으로서, 하부에서 상부로 동작하는 pull-up 형태의 캔틸레버를 사용한 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법에 관한 것이다.
본 발명의 Pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치는 높은 단락/개방 격리 특성을 가지며, 낮은 구동전압으로 인해 통신 시스템 내부에 구동 전압을 승압하기 위한 회로가 불필요하므로 시스템의 크기를 소형화가 가능하며, 구동시 캔틸레버를 구성하는 금속의 변형이 없으므로 장시간 사용 후 특성 변화가 거의 없으며, 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 종래의 Pull-down 형태의 캔틸레버를 Pull-up 구조로 하여 낮은 직류 전압으로 캔틸레버와 전송 선로를 단락시키고, 캔틸레버를 두꺼운 금속층으로 구성하여 캔틸레버의 무게에 의한 중력을 이용하여 개방하는 구조의 Pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치제작방법을 제공한다.
반도체 스위치, Micro-machining, cantilever, pull-up
Description
도 1은 종래의 pull-down 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치를 나타낸 도,
도 1(a)는 병렬 형태의 마이크로 머시닝 스위치,
도 1(b)는 직렬 형태의 마이크로 머시닝 스위치,
도 2는 본 발명의 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치의 공정을 순서대로 나타낸 도,
도 2(a)는 규소 기판,
도 2(b)는 완전히 식각되어 뚫린 규소 기판,
도 2(c)는 규소 기판에 산화막 성장 후 금 도금,
도 2(d)는 규소 기판 상하부 각종 패드 형성,
도 2(e)는 캔틸레버 구동용 유전박막 적층,
도 2(f)는 캔틸레버 형성,
도 2(g)는 유리 식각,
도 2(h)는 양극 접합을 이용한 규소 기판과 유리 접합,
도 3은 본 발명의 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치의 구조도.
《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》
11, 23, 35, 36 : 신호의 전송선로
12, 28, 31 : 캔틸레버
13, 14, 25, 37 : 직류 전압 인가 패드
21, 32 : 규소(Si) 기판 24, 33, 34 : 측정용 패드
22 : 산화막 26 : 접촉 패드
27 : 유전 박막 29 : 유리
본 발명은 각종 통신 시스템에서 사용되는 반도체 스위치 제작방법에 관한 것으로서, 다이오드(diode) 및 트랜지스터(transistor) 등을 이용하여 제작되었던 기존의 방법 대신에 0.01 mm 이하의 미세한 크기로 제작이 가능한 마이크로 머신닝 (Micro-machining) 기술을 이용한 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법에 관한 것이다.
종래의 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제작된 반도체 스위치는 산화규소 (SiO2) 또는 질화규소(Si3N4) 등의 유전 박막에 높은 직류 전압을 인가하여 이로 인해 발생되는 정전기적인 힘으로써 신호의 통로 역할을 하는 캔틸레버를 신호 전송 선로에 단락(on)과 개방(off)을 반복함으로 스위치 작동을 한다.
도 1은 종래의 pull-down 형태의 캔틸레버를 갖는 마이크로 머시닝 기술을 이용한 반도체 스위치의 예를 나타낸 것이다. 도 1(a)는 병렬형태의 마이크로 머시닝 스위치이고, 도 1(b)는 직렬 형태의 마이크로 머시닝 스위치이다. 도 1(a)는 신호의 전송 선로(11)와 캔틸레버(12)를 구동하기 위한 직류 전압 인가용 패드(13)가 따로 구성되어 있으며, (b)는 신호 전송 선로와 직류 전압 인가용 패드(14)가 동일선상에 구성되어 있다.
이러한 종래의 기술을 이용하여 제작된 종래의 pull-down 형태의 마이크로 머시닝 스위치는 단락 및 개방 간의 높은 격리 특성을 가지고 있어서, 신호의 손실이 적어 마이크로파 대역 및 30 GHz 이상의 밀리미터파 대역의 주파수 영역에 이르는 넓은 주파수 범위에서 사용 가능하다.
도 1(a)와 (b)의 종래의 Pull-down 형태의 마이크로 머시닝 스위치는 캔틸레버를 구성하는 금속의 탄성력 이상의 정전기력이 발생하도록 직류 전압을 인가하여 신호의 전송 선로와 캔틸레버를 단락시키고, 금속의 탄성력으로 캔틸레버가 복원되어 개방되는 구조를 가지고 있다.
기존의 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 개발된 반도체 스위치는 캔틸레버를 신호의 전송선로에 단락시키기 위해 캔틸레버를 구성하고 있는 금속을 잡아당기기 위해 20 V 이상의 높은 직류 전압을 인가해야 하므로, 통신 시스템에 적용하기 위해서는 시스템을 구동시키기 위한 전압을 승압하여 주는 번외의 회로를 필요로 하는 문제점이 있었다.
또한, 신호의 전송선로에 개방시키는 방법이 캔틸레버를 구성하는 금속의 탄성에 의한 회복력을 요구하기 때문에 캔틸레버의 변형으로 인하여 사용 시간이 짧고 신뢰도가 낮은 문제점을 갖고 있었다.
본 발명은 상기에서와 같은 종래의 마이크로 머시닝 스위치에서의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 통신 시스템에 사용 가능 할 수 있도록 5 V 이하의 낮은 직류 전압에서 구동 가능하고 반영구적으로 사용 가능하도록 할 수 있는 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 규소 기판을 완전히 식 각하는 제 1 단계; 규소 기판으로의 신호 손실을 막기 위한 산화막 성장 후 도금방법을 이용하여 식각된 부분을 금으로 채우는 제 2 단계; 규소 기판 상하부에 측정 패드, 캔틸레버 구동용 직류 전압 인가용 패드 및 캔틸레버의 접촉 패드를 형성하는 제 3 단계; 캔틸레버 구동용 정전기력 발생을 위한 유전박막 적층의 제 4 단계; 도금 방법을 이용하여 두꺼운 금속 층의 캔틸레버를 제작하는 제 5 단계; 캔틸레버를 지지하고 캔틸레버와 접촉 패드와의 일정한 간격을 유지하기 위해 유리를 식각하는 제 6 단계; 규소 기판과 유리를 양극 접합 방법을 이용하여 접합하는 제 7 단계를 포함하는 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법을 이용하여 제작하여, 캔틸레버를 Pull-up 구조로 하여 낮은 직류 전압으로 캔틸레버와 전송 선로를 단락시키고, 캔틸레버를 두꺼운 금속층으로 구성하여 캔틸레버의 무게에 의한 중력을 이용하여 개방하는 구조의 Pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법을 제공하고자 한다.
pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법은, 규소 기판을 완전히 식각하는 제 1 단계; 규소 기판으로의 신호 손실을 막기 위한 산화막성장 후 도금 방법을 이용하여 식각된 부분을 금으로 채우는 제 2 단계; 규소 기판상하부에 측정 패드, 캔틸레버 구동용 직류 전압 인가용 패드 및 캔틸레버의 접촉패드를 형성하는 제 3 단계; 캔틸레버 구동용 정전기력 발생을 위한 유전박막 적층의 제 4 단계; 도금 방법을 이용하여 두꺼운 금속 층의 캔틸레버를 제작하는 제 5 단계; 캔틸레버를 지지하고 캔틸레버와 접촉 패드와의 일정한 간격을 유지하기 위해 유리를 식각하는 제 6 단계; 규소 기판과 유리를 양극 접합 방법을 이용하여 접합하는 제 7 단계를 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특징적인 구성과 작용효과를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 Pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치의 공정을 순서대로 나타낸 도이다.
도 2(a)는 규소기판(21)을 나타낸 도이다.
도 2(b)는 도 2(a)의 규소기판(21)에 패턴을 형성한 후 규소 기판(21)을 완전히 식각하는 제 1 단계를 도시한 도이다. 규소 기판(21)은 건식 또는 습식 식각방법을 이용하여 완전히 식각하여 뚫을 수 있다. 건식 식각은 육불화황(SF6), 삼불 화메탄(CHF3), 육불화에탄(C2F6) 및 사불화규소(SiF4) 등의 불소(fluorine) 계열 또는 염소(Cl2), 삼염화붕소(BCl3) 및 사염화규소(SiCl4) 등의 클로린(chlorine) 계열의 가스를 이용하여 이루어진다. 습식 식각은 수산화칼륨(KOH) 또는 TMAH (trimethyl ammonium hydroxide) 등의 비등방성 식각 용액을 사용하여 이루어진다. 건식 식각 방법은 습식 식각 방법에 비해 수직에 가까운 계면을 얻을 수 있으나, 습식 식각 방법에 비해 거친 계면이 나타나는 문제점을 갖고 있다.
도 2(c)는 산화막(22) 성장 후 도금 방법을 이용하여 식각된 곳을 금(23)으로 채우는 제 2 단계를 나타낸 도이다. 식각된 곳에 금을 채우는 이유는 신호의 전송 선로를 형성하고 캔틸레버 구동용 직류 전압 인가 선로를 형성하기 위한 것이다. 그러나 일반적인 규소 기판은 불순물 농도가 높아 낮은 저항을 갖고 있어 규소기판에 직접 형성된 전송 선로에 신호가 전송될 경우, 규소 기판으로의 신호 손실이 나타나게 된다. 상기와 같은 이유로 금을 채우는 도금 공정 전에 산화 규소 등의 산화막을 규소 기판 전체에 성장시켜 규소 기판으로의 신호 손실을 방지할 수 있다.
도 2(d)는 기판 상부에 측정용 패드(24) 및 캔틸레버 구동용 직류 전압 인가용 패드(25)와 기판 하부에 캔틸레버의 접촉 패드(26)를 형성하는 제 3 단계를 나타낸 것이다. 이들 패드는 스퍼터링(sputtering) 또는 이베퍼레이션(evaporation)등의 방법으로 형성할 수 있다.
도 2(e)는 캔틸레버 구동용 정전기력 발생을 위한 유전박막(27) 적층의 제 4 단계를 도시한 도이다. 구동용 유전박막으로는 산화규소와 질화규소가 이용된다. 이들 유전박막은 화학기상증착 방법을 이용하여 쉽게 적층되고 원하는 패턴으로의 식각이 용이하다.
도 2(f)는 도금 방법을 이용하여 두꺼운 금속층의 캔틸레버(28)를 제작하는 제 5 단계를 도시한 도로써, 캔틸레버가 종래의 pull-down 형태가 아닌 pull-up 형태로 제작되어진다. pull-up 형태로 제작되어질 경우에 다음과 같은 특징을 갖는다.
첫째로, 낮은 직류 전압으로도 캔틸레버 구동이 가능하다. 종래의 pull-down 형태의 캔틸레버는 이를 구성하고 있는 금속의 탄성력 이상의 정전기력이 인가되어야 캔틸레버가 구동되었으나, 본 발명에 의한 캔틸레버는 탄성력이 아닌 캔틸레버의 무게에 의한 중력 이상의 정전기력이 요구되므로 구동 전압이 낮다.
둘째로, 캔틸레버가 기존의 스위치와 같이 기판에 붙어있지 않고 기판과는 독립적인 구조로 되어 있다. 이로 인해 장시간의 사용에도 캔틸레버의 변형이 없어 반영구적으로 사용이 가능하다.
셋째로, 캔틸레버와 접촉 패드와의 단락과 개방은 캔틸레버의 무게에 의존한다. 무게가 가벼우면 캔틸레버의 구동 전압은 낮아지나 개방이 어려워지고, 무거우면 개방은 쉽게 이루어지나 구동 전압이 높아지는 단점이 있다. 이를 위해 캔틸레버는 신호 선로 단락과 개방을 위한 무게를 확보하기 위한 두께의 금속층의 구조를 갖도록 약 20 ㎛ 정도의 두꺼운 두께를 사용한다.
도 2(g)는 캔틸레버를 지지하고 캔틸레버와 접촉 패드와의 일정한 간격을 유 지하기 위해 유리(29)를 식각하는 제 6 단계를 나타낸 것이다. 유리 식각은 불산을 이용하여 이루어지며, 식각되는 깊이는 캔틸레버의 두께와 접촉 패드와의 간격을 계산하여 결정된다.
도 2(h)는 규소 기판과 유리를 양극 접합(anodic bonding) 방법을 이용하여 접합하는 제 7 단계이다. 양극 접합 방법은 규소 기판 또는 갈륨-비소(GaAs) 등의 반도체 기판을 동일한 반도체 기판이나 유리등의 다른 기판과 붙이는 일종의 접합방법이다. 본 발명에서는 캔틸레버를 지지하고 접촉 패드와 캔틸레버가 항상 일정한 간격을 유지하도록 하기 위해 양극 접합을 사용하여 규소 기판과 유리를 접합한다.
도 3은 본 발명의 Pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치의 구조를 나타낸 도면으로, 캔틸레버(31)가 규소 기판(32)과는 독립적인 구조로 이루어져있다.
도 3에서 단락시 신호는 측정용 패드(33)(34)와 신호의 전송선로(35)(36)와 캔틸레버(31)를 통하여 전송된다. 캔틸레버의 구동은 직류 전압 인가 패드(37)에 직류 전압을 인가함으로써 이루어진다.
이상과 같은 본 발명의 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치는 높은 단락/개방 격리 특성을 가지며, 낮은 구동전압으로 인해 통신 시스템 내부에 구동 전압을 승압하기 위한 회로가 불필요하므로 시스템의 크기를 소형화가 가능하다.
또한 구동시 캔틸레버를 구성하는 금속의 변형이 없으므로 장시간 사용 후 특성 변화가 거의 없으며, 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다.
Claims (2)
- 규소 기판을 완전히 식각하는 제 1 단계;규소 기판으로의 신호 손실을 막기 위한 산화막 성장 후 도금 방법을 이용하여 식각된 부분을 금으로 채우는 제 2 단계;규소 기판 상하부에 측정 패드, 직류 전압 인가용 패드 및 캔틸레버의 접촉패드를 형성하는 제 3 단계;캔틸레버 구동용 정전기력 발생을 위한 질화규소 적층의 제 4 단계;도금 방법을 이용하여 하부에서 상부로 동작하는 pull-up 형태의 캔틸레버를 제작하는 제 5 단계;캔틸레버를 지지하고 캔틸레버와 접촉 패드와의 일정한 간격을 유지하기 위해 유리를 식각하는 제 6 단계;규소 기판과 유리를 양극 접합 방법을 이용하여 접합하는 제 7 단계를 포함한 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 단계의 캔틸레버는 신호 선로 단락과 개방을 위한 무게를 확보하기 위한 두께의 금속층의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 pull-up 형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치 제작방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020040066941A KR100633208B1 (ko) | 2004-08-24 | 2004-08-24 | 풀-업형 캔틸레버를 이용한 마이크로 머시닝 스위치제작방법 |
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Publications (2)
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|---|---|
| KR20060018537A KR20060018537A (ko) | 2006-03-02 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109911845A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-06-21 | 无锡众创未来科技应用有限公司 | 一种低功耗静电驱动式rf mems开关的制造方法 |
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- 2004-08-24 KR KR1020040066941A patent/KR100633208B1/ko active IP Right Grant
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| CN109911845A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-06-21 | 无锡众创未来科技应用有限公司 | 一种低功耗静电驱动式rf mems开关的制造方法 |
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| KR20060018537A (ko) | 2006-03-02 |
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