KR100681780B1 - 마이크로 스위칭 소자 - Google Patents

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KR100681780B1
KR100681780B1 KR1020050093283A KR20050093283A KR100681780B1 KR 100681780 B1 KR100681780 B1 KR 100681780B1 KR 1020050093283 A KR1020050093283 A KR 1020050093283A KR 20050093283 A KR20050093283 A KR 20050093283A KR 100681780 B1 KR100681780 B1 KR 100681780B1
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다다시 나카타니
트엔 구엔 안
다케아키 시마노우치
마사히코 이마이
사토시 우에다
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하고, 또한 적절하게 제조할 수 있는 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 마이크로 스위칭 소자(X1)는 베이스 기판과, 베이스 기판에 접합하고 있는 고정부(10)와, 고정부(10)에 고정된 고정단(20a)을 가지고 베이스 기판에 따라 연장하며, 또한 한 쌍의 폐단(閉端)(41a)을 갖는 슬릿(41)을 통하여 고정부(10)로 둘러싸인 가동부(20)와, 가동부(20)에서의 베이스 기판과 반대 측에 설치된 가동 콘택트부(31)와, 가동 콘택트부(31)에 대향하는 부위를 각각 갖고, 또한 각각 고정부(10)에 접합되어 있는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)을 구비한다.
마이크로 스위칭 소자, 가동 콘택트부, 고정 콘택트 전극, 슬릿

Description

마이크로 스위칭 소자{MICRO SWITCHING ELEMENT}
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 2는 도 1의 마이크로 스위칭 소자의 일부를 생략한 평면도.
도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도.
도 4는 도 1의 선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도.
도 5는 도 1의 선 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도.
도 6은 도 1에 나타내는 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부 공정을 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 뒤에 이어지는 공정을 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 뒤에 이어지는 공정을 나타내는 도면.
도 9는 제 1 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 변형예의 부분 평면도.
도 10은 도 9의 선 Ⅹ-Ⅹ에 따른 단면도.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 12는 도 11의 마이크로 스위칭 소자의 일부를 생략한 평면도.
도 13은 도 11의 선 XⅢ-XⅢ에 따른 단면도.
도 14는 도 11의 선 XⅣ-XⅣ에 따른 단면도.
도 15는 도 11의 선 XⅤ-XⅤ에 따른 단면도.
도 16은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 17은 도 16의 마이크로 스위칭 소자의 일부를 생략한 평면도.
도 18은 도 16의 선 XVⅢ-XVⅢ에 따른 단면도.
도 19는 도 16의 선 XⅨ-XⅨ에 따른 단면도.
도 20은 도 16의 선 XX-XX에 따른 단면도.
도 21은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 22는 도 21의 마이크로 스위칭 소자의 일부를 생략한 평면도.
도 23은 도 21의 선 XXⅢ-XXⅢ에 따른 단면도.
도 24는 도 21의 선 XXⅣ-XXⅣ에 따른 단면도.
도 25는 본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자의 평면도.
도 26은 도 25의 마이크로 스위칭 소자의 일부를 생략한 평면도.
도 27은 도 25의 선 XXⅦ-XXⅦ에 따른 단면도.
도 28은 도 25에 나타내는 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부의 공정을 나타내는 도면.
도 29는 도 28의 뒤에 이어지는 공정을 나타내는 도면.
도 30은 도 29의 뒤에 이어지는 공정을 나타내는 도면.
도 31은 도 30의 뒤에 이어지는 공정을 나타내는 도면.
도 32는 MEMS 기술을 이용하여 제조된 종래의 마이크로 스위칭 소자의 부분 평면도.
도 33은 도 32의 선 XXXⅢ-XXXⅢ에 따른 단면도.
도 34는 도 32의 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부의 공정을 나타내는 도면.
도 35는 도 34의 뒤에 이어지는 공정.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
X1, X2, X3, X4, X5, X6 : 마이크로 스위칭 소자
S1, S2 : 베이스 기판
10, 50, 602 : 고정부
20, 60, 603 : 가동부
31, 71, 604 : 가동 콘택트부
32, 72, 73, 605 : 고정 콘택트 전극
33, 34, 74, 75, 606, 607 : 구동 전극
41, 42A, 42B, 42C, 43A, 43B, 43C : 슬릿
41a, 42a, 42b, 42c, 43a, 43b, 43c : 폐단(閉端)
104, 107 : 희생층
105, 108 : 마스크
90 : 압전 구동부
91, 92 : 구동 전극
93 : 압전막
본 발명은 MEMS 기술을 이용하여 제조되는 미소한 스위칭 소자에 관한 것이다.
휴대전화 등 무선통신 기기의 기술분야에서는 고기능을 실현시키기 위해서 탑재되는 부품의 증가 등에 따라, 고주파 회로 또는 RF회로의 소형화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 요구에 응하기 위해, 회로를 구성하는 여러 가지 부품에 대해서, MEMS(micro-electromechanical systems) 기술의 이용에 따른 미소화가 진행되고 있다.
그러한 부품의 하나로서, MEMS 스위치가 알려져 있다. MEMS 스위치는 MEMS 기술에 의해 각 부위가 미소하게 형성된 스위칭 소자로서, 기계적으로 개폐하여 스위칭을 실행하기 위한 적어도 한 쌍의 콘택트나, 상기 콘택트 쌍의 기계적 개폐 동작을 달성하기 위한 구동기구 등을 갖는다. MEMS 스위치는, 특히 GHz오더의 고주파 신호의 스위칭에 있어서, PIN다이오드나 MESFET 등으로 이루어지는 스위칭 소자보다도, 열린 상태에서 높은 절연성을 나타내며, 또한 닫힌 상태에서 낮은 삽입 손실을 나타내는 경향이 있다. 이것은 콘택트 쌍간의 기계적 열림에 의해 열린 상태가 달성되는 경우나, 기계적 스위치이기 때문에 기생 용량이 적은 것에 기인한다. MEMS 스위치에 대해서는, 예를 들면 하기의 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허 공개평 9-17300호 공보.
[특허문헌 2] 일본국 특허 공개 2001-143595호 공보.
도 32 및 도 33은 종래의 MEMS 스위치의 일례인 마이크로 스위칭 소자(X6)를 나타낸다. 도 32은 마이크로 스위칭 소자(X6)의 부분 평면도이며, 도 33은 도 32의 선 XXXⅢ-XXXⅢ에 따른 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X6)는 기판(601)과, 고정부(602)와, 가동부(603)와, 가동 콘택트부(604)와, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605)과, 구동 전극(606, 607)을 구비한다. 고정부(602)는 기판(601)과 접합하고, 가동부(603)는 고정부(602)로부터 기판(601)에 따라 연장하고 있다. 가동 콘택트부(604)는 가동부(603)의 아랫면 쪽에 설치되어 있고, 구동 전극(606)은 고정부(602) 위 및 가동부(603) 위에 걸쳐 설치되어 있다. 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605)은 각각의 일단(一端)이 가동 콘택트부(604)에 대향하도록, 기판(601) 위에 패턴 형성되어 있다. 구동 전극(607)은 기판(601) 위에서 구동 전극(606)에 대응하는 위치에 배치되어 있고, 그라운드 접속되어 있다. 또한, 기판(601) 위에는 고정 콘택트 전극(605) 또는 구동 전극(607)에 대하여 전기적으로 접속하는 소정의 배선 패턴(도시 생략)이 형성되어 있다.
이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X6)에서, 구동 전극(606)에 소정의 전위를 부여하면, 구동 전극(606, 607) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 가동부(603)는 가동 콘택트부(604)가 양쪽 고정 콘택트 전극(605)에 맞닿는 위치까지 탄성 변형한다. 이렇게 하여, 마이크로 스위칭 소자(X6)의 닫힌 상태가 달성된다. 닫힌 상태에서는, 가동 콘택트부(604)에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605)이 전기적으로 연결되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(605) 사이를 통과하는 것이 허용된 다.
한편, 닫힌 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X6)에서, 구동 전극(606, 607) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 가동부(603)는 그 자연 상태로 복귀하고, 가동 콘택트부(604)는 고정 콘택트 전극(605)으로부터 이격(離隔)하고 있다. 이렇게 하여, 도 33에 나타낸 바와 같은 마이크로 스위칭 소자(X6)의 열린 상태가 달성된다. 열린 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605)이 전기적으로 분리되어, 고정 콘택트 전극쌍(605) 사이를 전류가 통과하는 것은 저지된다.
도 34 및 도 35는 마이크로 스위칭 소자(X6)의 제조 방법에서의 일부 공정을 나타낸다. 마이크로 스위칭 소자(X6)의 제조에서는, 우선 도 34(a)에 나타낸 바와 같이, 기판(601) 위에 각 고정 콘택트 전극(605) 및 구동 전극(607)을 패턴 형성한다. 구체적으로는, 소정의 도전 재료를 기판(601) 위에 성막한 후, 포토리소그래피법에 의해 상기 도전막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 도전막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 다음에, 도 34(b)에 나타낸 바와 같이 희생층(610)을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605) 및 구동 전극(607)을 덮으면서, 소정 재료를 기판(601) 위에 퇴적 또는 성장시킨다. 다음에, 소정의 마스크를 사용하여 행하는 에칭 처리에 의해, 도 34(c)에 나타낸 바와 같이 희생층(610)에서 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605)에 대응하는 개소에 하나의 오목부(611)를 형성한다. 다음에, 도 34(d)에 나타낸 바와 같이 오목부(611) 내에 소정 재료를 성막함으로써, 가동 콘택트부(604)를 형성한다.
다음에, 도 35(a)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 재료막(612)을 형성한다. 다음에, 도 35(b)에 나타낸 바와 같이 재료막(612) 위에 구동 전극(606)을 패턴 형성한다. 구체적으로는, 소정의 도전 재료를 재료막(612) 위에 성막한 후, 포토리소그래피법에 의해 상기 도전막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 도전막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 다음에, 도 35(c)에 나타낸 바와 같이 재료막(612)을 패터닝함으로써, 고정부(602)의 일부와 가동부(603)를 구성하는 막체(613)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 재료막(612) 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 재료막(612)에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 다음에, 도 35(d)에 나타낸 바와 같이 고정부(602) 및 가동부(603)를 형성한다. 구체적으로는, 가동부(603)의 아래쪽에 언더컷이 들어가면서, 희생층(610)의 일부가 고정부(602)의 일부로서 잔존 형성되도록, 에칭 마스크로서 기능하는 막체(613)를 통하여 희생층(610)에 대하여 등방성 에칭 처리를 실시한다.
스위칭 소자에서, 일반적으로 요구되는 특성의 하나로서, 닫힌 상태에서 삽입 손실이 낮은 것을 들 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데에는, 한 쌍의 고정 콘택트 전극의 전기 저항이 낮은 것이 요구된다.
그러나, 상기한 마이크로 스위칭 소자(X6)에서는, 고정 콘택트 전극(605)을 두껍게 설정하는 것이 곤란하며, 사실상 고정 콘택트 전극(605)은 두꺼워도 2㎛ 정도이다. 마이크로 스위칭 소자(X6)의 제조 과정에서, 일단 형성되는 희생층(610) 의 도면 중 윗면(성장 단면)의 평탄성을 확보할 필요가 있기 때문이다.
도 34(b)을 참조하여 상술한 바와 같이, 희생층(610)은 한 쌍의 고정 콘택트 전극(605)을 덮으면서, 소정 재료가 기판(601) 위에 퇴적 또는 성장함으로써 형성된다. 그 때문에, 희생층(610)의 성장 단면에는 고정 콘택트 전극(605)의 두께에 따른 단차(도시 생략)가 생기게 된다. 고정 콘택트 전극(605)이 두꺼울수록 상기 단차는 크고, 단차가 클수록 적절한 위치에 가동 콘택트부(604)를 형성하는 경우나, 적절한 형상으로 가동부(603)를 형성하는 것이 곤란하게 되는 경향이 있다. 또한, 고정 콘택트 전극(605)이 일정 이상으로 두꺼운 경우에는, 기판(601) 위에 적층 형성되는 희생층(610)은 고정 콘택트 전극(605)의 상기 두께에 기인하여, 파단되는 경우가 있다. 희생층(610)이 파단되어 있으면, 상기 희생층(610) 위에 콘택트부(604)나 가동부(603)를 적절하게 형성할 수 없다. 따라서, 마이크로 스위칭 소자(X6)에서는, 희생층(610)의 성장 단면에 부당한 단차가 발생하지 않도록, 고정 콘택트 전극(605)을 충분히 얇게 설정할 필요가 있다. 그 때문에, 마이크로 스위칭 소자(X6)에서는, 고정 콘택트 전극(605)에 대해서 충분한 저(低)저항을 실현시키는 것이 곤란할 경우가 있고, 그 결과 낮은 삽입 손실을 실현시킬 수 없는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 기초로 이루어진 것으로서, 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하고, 또한 적절하게 제조할 수 있는 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의해 제공되는 마이크로 스위칭 소자는 베이스 기판과, 베이스 기판에 접합하고 있는 고정부와, 고정부에 고정된 고정단을 가지고 베이스 기판에 따라 연장하며, 또한 한 쌍의 폐단을 갖는 슬릿을 통하여 고정부로 둘러싸인 가동부와, 가동부에서의 베이스 기판과 반대 측에 설치된 가동 콘택트부와, 가동 콘택트부에 대향하는 부위를 각각 갖고, 또한 각각 고정부에 접합되어 있는 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 구비한다. 본 마이크로 스위칭 소자는 가동 콘택트부와 한 쌍의 고정 콘택트 전극의 기계적인 개폐에 의해 스위칭 기능을 한다.
본 마이크로 스위칭 소자에서, 한 쌍의 고정 콘택트 전극은 각각 베이스 기판에 대하여 고정부를 통해서 고정되며, 또한 가동부에서의 베이스 기판과 반대 측에 설치된 가동 콘택트부에 대향하는 부위를 갖는다. 한 쌍의 고정 콘택트 전극은 베이스 기판과 가동부 사이에는 배치되어 있지 않다. 따라서, 본 소자를 제조하는 경우에는, 베이스 기판 위에 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 형성하고, 상기 고정 콘택트 전극을 덮도록 희생층을 형성하고, 상기 희생층 위에 가동부를 형성한다고 하는 종래의 마이크로 스위칭 소자(X6)에 관해서, 상술한 일련의 과정을 거칠 필요는 없다. 본 소자의 한 쌍의 고정 콘택트 전극은 가동부를 통하여 베이스 기판과 반대 측에서, 예를 들면 도금법에 의해 재료를 퇴적 또는 성장시킴으로써 형성할 수 있다. 그 때문에, 본 소자에서의 한 쌍의 고정 콘택트 전극에 대해서는, 원하는 저저항을 실현시키기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능한 것이다. 이러한 마이크로 스위칭 소자는 삽입 손실의 저감을 꾀하는 데에 적합하다.
구체적으로는, 본 마이크로 스위칭 소자는 제 1 층과, 제 2 층과, 이들 사이 에 개재하는 중간층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 대하여, 다음과 같은 제 1 전극 형성 공정, 제 1 에칭 공정, 희생층 형성 공정, 제 2 전극 형성 공정, 희생층 제거 공정 및 제 2 에칭 공정의 가공을 행함으로써 제조할 수 있다. 제 1 전극 형성 공정에서는, 재료 기판의 제 1 층에서 가동부에 가공되는 제 1 부위 위에 가동 콘택트부를 형성한다. 제 1 에칭 공정에서는, 제 1 부위와 상기 제 1 부위에 연속하고, 또한 제 1 층에서 고정부에 가공되는 제 2 부위를 마스크하는 마스크 패턴을 거쳐, 제 1 층에 대하여 중간층에 이르기까지 이방성 에칭 처리를 실시한다. 희생층 형성 공정에서는, 제 2 부위에서의 접합 영역을 노출시키기 위한 소정의 개구부를 갖는 희생층을 형성한다. 제 2 전극 형성 공정에서는, 희생층을 통하여 가동 콘택트부에 대향하는 부위를 갖고, 또한 접합 영역에서 제 2 부위에 접합하는 고정 콘택트 전극을, 예를 들면 전기 도금법이나 무전해 도금법에 의해 형성한다. 희생층 제거 공정에서는 희생층을 제거한다. 제 2 에칭 공정에서는, 베이스 기판이 되는 제 2 층과 제 1 부위 사이에 개재하는 중간층을 에칭 제거한다. 희생층 제거 공정 및 제 2 에칭 공정은 소정의 에천트를 사용하는 웨트 에칭법에 의해 행하고, 실질적으로 단일 과정에서 연속하여 행할 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 베이스 기판 위에 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 패턴 형성하고, 상기 고정 콘택트 전극을 덮도록 희생층을 형성하고, 상기 희생층 위에 연장부 또는 암부를 형성한다고 하는 종래의 마이크로 스위칭 소자(X6)에 관해서, 상술한 일련의 과정을 거치지 않고 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 갖는 마이크로 스위칭 소자를 제조할 수 있다. 그 때문에, 본 방법에 의해 얻어지는 마이크로 스위 칭 소자의 한 쌍의 고정 콘택트 전극에 대해서는, 원하는 저저항을 실현시키기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능한 것이다.
또한, 이러한 방법에 의하면, 가동 콘택트부의 박리를 회피하여, 본 발명의 마이크로 스위칭 소자를 적절하게 제조할 수 있다. 가동 콘택트부의 구성 재료로서, 바람직하게는 이온화 경향이 큰 귀금속(예를 들면, 금)이 채용되고, 가동부의 구성 재료로서는 소정의 실리콘 재료가 채용되는 경우, 실리콘은 귀금속보다도 이온화 경향이 크다. 그 때문에, 상술한 희생층 제거 공정이나 제 2 에칭 공정에서는, 가동 콘택트부와 이것이 접합하고 있는 가동부에서 에천트(전해질 용액) 중에서 국부 전지 반응이 진행되어, 가동부의 일부가 용해되어 버린다. 그러나, 본 마이크로 스위칭 소자를 형성할 때의 희생층 제거 공정 및 제 2 에칭 공정에서는, 가동부는 고립되지 않고 고정부와 연속하고 있기 때문에, 가동부와 고정부 전체가 국부 전지 반응에서의 한쪽 극으로서 작용하여(가동 콘택트부는 다른쪽의 극으로서 작용한다), 가동부에서의 단위 면적당 용해량을 충분히 억제할 수 있다. 가령, 가동부가 고정부와 연속하지 않고 고립되어 있으면, 가동부에서의 단위 면적당 용해량은 과잉되기 쉽다. 용해량이 과잉되면, 가동부에서 가동 콘택트부가 접합하고 있는 개소가 다공질화(부식)하여, 가동 콘택트부의 전체 또는 일부가 가동부로부터 박리되어 버리지만, 본 마이크로 스위칭 소자의 제조 과정에서는 용해량을 억제할 수 있으며, 따라서 그러한 박리 현상을 회피할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 마이크로 스위칭 소자는 삽입 손실의 저감을 꾀하는데도 적당하고, 또한 적절하게 제조할 수 있다.
바람직하게는, 본 마이크로 스위칭 소자는 베이스 기판과 반대 측에서 가동부 위 및 고정부 위에 걸쳐 설치된 제 1 구동 전극과, 제 1 구동 전극에 대향하는 부위를 갖고, 또한 고정부에 접합하고 있는 제 2 구동 전극을 더 구비한다. 본 마이크로 스위칭 소자는 이러한 정전 구동 기구를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 본 마이크로 스위칭 소자는 베이스 기판과 반대 측에서 가동부 위 및 고정부 위에 걸쳐 설치된 제 1 구동 전극과, 제 1 구동 전극 위에 설치된 압전막과, 압전막 위에 설치된 제 2 구동 전극을 더 구비한다. 본 마이크로 스위칭 소자는 이러한 압전 구동 기구를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 슬릿은 제 1 구동 전극에서의 고정부 위의 부위에 따라 연장되는 부위를 갖는다. 스위칭 소자의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데에는, 가동 콘택트부를 통과하는 고주파 신호의 고정부 및 베이스 기판에의 누설이 가능한 한 적은 것이 바람직하며, 본 구성은 그러한 고주파 신호의 누설을 억제하는데 적합하다.
바람직하게는, 본 마이크로 스위칭 소자는 고정부에서 고정 콘택트 전극이 접합하는 개소에 따라 연장되는 부위를 갖고, 또한 한 쌍의 폐단을 갖는 슬릿을 더 구비한다. 스위칭 소자의 삽입 손실의 저감을 꾀하는 데에는, 고정 콘택트 전극을 통과하는 고주파 신호의 고정부 및 베이스 기판에의 누설이 가능한 한 적은 것이 바람직하며, 본 구성은 그러한 고주파 신호의 누설을 억제하는데 적합하다. 또한, 고정 콘택트 전극의 구성 재료로서는, 바람직하게는 이온화 경향이 큰 귀금속(예를 들면, 금)이 채용되고, 고정부의 구성 재료로서는 소정의 실리콘 재료가 채용되며, 실리콘은 귀금속보다도 이온화 경향이 크다. 그 때문에, 상술한 희생층 제거 공정 이나 제 2 에칭 공정에서는, 고정 콘택트 전극과 이것이 접합하고 있는 고정부에서 에천트(전해질 용액) 중에서 국부 전지 반응이 진행되어, 고정부의 일부가 용해되어버린다. 그러나, 본 구성을 채용하는 마이크로 스위칭 소자를 형성할 때의 희생층 제거 공정 및 제 2 에칭 공정에서는, 고정부에서 고정 콘택트 전극이 접합하고 있는 개소는 고립되지 않고 고정부에서의 다른 개소와 연속하고 있기 때문에, 고정부 전체와 가동부가 국부 전지 반응에서의 한쪽 극으로서 작용하며(고정 콘택트 전극은 다른쪽 극으로서 작용한다), 고정부에서 고정 콘택트 전극이 접합하고 있는 개소에서의 단위 면적당 용해량을 충분히 억제할 수 있다. 가령, 고정부에서 고정 콘택트 전극이 접합하고 있는 개소가 고정부에서의 다른 개소와 연속하지 않고 고립되어 있으면, 상기 접합 개소에서의 단위 면적당 용해량은 과잉되기 쉽다. 용해량이 과잉되면, 고정부에서 고정 콘택트 전극이 접합하고 있는 개소가 다공질화(부식)되어, 고정 콘택트 전극의 전체 또는 일부가 가동부로부터 박리되어 버리지만, 본 구성을 채용하는 마이크로 스위칭 소자의 제조 과정에서는 용해량을 억제할 수 있고, 따라서 그러한 박리 현상을 회피할 수 있다.
바람직하게는, 고정부에서 슬릿의 한 쌍의 폐단 사이에 위치하는 부위는 베이스 기판으로부터 이격되어 있다. 이러한 구성은 고주파 신호의 베이스 기판에의 누설을 억제하는데 적합하다. 바람직하게는, 슬릿의 한 쌍의 폐단 사이의 이격 거리는 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 본 마이크로 스위칭 소자의 형성 과정에서, 가동부나 고정부의 구성 재료의 용해량을 억제하면서, 소자 구동시에 있어서 고정부 및 베이스 기판에의 고주파 신호의 누설을 억제하는데 적합하다.
바람직하게는, 가동 콘택트부 및 고정 콘택트 전극은 금, 백금, 파라듐 또는 루테늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 금속을 포함한다. 가동 콘택트부 및 고정 콘택트 전극은 산화되기 어려운 귀금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 가동부 및 고정부는 1OOOΩ·cm 이상의 저항률을 갖는 실리콘 재료나, N형의 실리콘 재료로 이루어진다. 이들 구성은 본 마이크로 스위칭 소자의 형성 과정에서, 가동부나 고정부의 구성 재료의 용해량을 억제하는데 적합하다.
바람직하게는, 가동부는 베이스 기판과 반대 측에 오목부를 갖고, 가동 콘택트부는 오목부에 돌출하는 볼록부를 갖는다. 이러한 구성은 가동부에서의 가동 콘택트부의 박리를 방지하는데 적합하다.
도 1에서 도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자(X1)를 나타낸다. 도 1은 마이크로 스위칭 소자(X1)의 평면도이며, 도 2는 마이크로 스위칭 소자(X1)의 일부를 생략한 평면도이다. 도 3에서 도 5는 각각 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ, 선 IV-IV 및 선 V-V에 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자(X1)는 베이스 기판(S1)과, 고정부(10)와, 가동부(20)와, 가동 콘택트부(31)와, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)(도 2에서 생략)과, 구동 전극(33)과, 구동 전극(34)(도 2에서 생략)을 구비한다.
고정부(10)는 도 3에서 도 5에 나타낸 바와 같이, 경계층(10')을 통하여 베이스 기판(S1)에 접합하고 있다. 또한, 고정부(10)는 단결정 실리콘 등의 실리콘 재료로 이루어진다. 고정부(10)를 구성하는 실리콘 재료는 1OOOΩ·cm 이상의 저항률을 갖는 것이 바람직하고, 또한 N형인 것이 바람직하다. 경계층(10')은 예를 들면 이산화 실리콘으로 이루어진다.
가동부(20)는, 예를 들면 도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 고정부(10)에 고정된 고정단(20a)를 가지고 베이스 기판(S1)에 따라 연장되고, 또한 한 쌍의 폐단(41a)을 갖는 슬릿(41)을 통하여 고정부(10)로 둘러싸여 있다. 또한, 가동부(20)는 몸통부(21) 및 헤드부(22)를 갖는다. 가동부(20)에 대해서, 도 3 및 도 4에 나타내는 두께(T1)는 예를 들면 5㎛ 이상이다. 몸통부(21)에 대해서, 도 2에 나타내는 길이(L1)는 예를 들면 400㎛이며, 길이(L2)는 예를 들면 30㎛이다. 헤드부(22)에 대해서, 도 2에 나타내는 길이(L3)는 예를 들면 100㎛이며, 길이(L4)는 예를 들면 30㎛이다. 슬릿(41)의 폭은 예를 들면 2㎛이다. 가동부(20)는 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어진다. 가동부(20)가 단결정 실리콘으로 이루어지는 경우, 가동부(20)에 대해서 부당한 내부 응력이 발생하지 않는다. 종래의 MEMS 스위치에서는 가동부의 형성 방법으로서 박막 형성 기술이 이용되는 경우가 있지만, 이 경우 형성된 가동부에는 내부 응력이 발생하고, 상기 내부 응력에 기인하여 연장부 자체가 부당하게 변형해버리는 불량이 발생한다. 가동부의 부당한 변형은 MEMS 스위치의 여러 가지 특성의 열화를 유발해버리므로, 바람직하지 않다.
가동 콘택트부(31)는 도 2에 잘 나타낸 바와 같이, 가동부(20)에서의 헤드부(22) 위에 설치되어 있다. 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)의 각각은 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 고정부(10) 위에 세워서 설치되어 있고, 또한 가동 콘택트부(31)에 대향하는 접속부(32a)를 갖는다. 고정 콘택트 전극(32)의 두께(T2)는, 예를 들면 5㎛ 이상이다. 또한, 각 고정 콘택트 전극(32)은 소정의 배선(도시 생략) 을 통하여 스위칭 대상의 소정의 회로에 접속되어 있다. 가동 콘택트부(31) 및 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)은, 바람직하게는 금, 백금, 파라듐 또는 루테늄으로 선택되는 귀금속 또는 상기 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어진다.
구동 전극(33)은 도 2에 잘 나타낸 바와 같이, 가동부(20)에서의 몸통부(21) 위로부터 고정부(10) 위에 걸쳐 설치되어 있다. 구동 전극(34)은 도 4에 잘 나타낸 바와 같이, 그 양단이 고정부(10)에 접합하여 구동 전극(33)의 윗쪽을 타넘도록 세워서 설치되어 있다. 구동 전극(34)에 대해서, 도 1에 나타내는 길이(L5)는 예를 들면 200㎛이다. 또한, 구동 전극(34)은 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 구동 전극(33, 34)은, 바람직하게는 금, 백금, 파라듐 또는 루테늄으로 선택되는 귀금속, 또는 상기 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어진다.
이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X1)에서, 구동 전극(33)에 소정의 전위를 부여하면, 구동 전극(33) 및 구동 전극(34) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 가동부(20)는 가동 콘택트부(31)가 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32) 또는 접속부(32a)에 맞닿는 위치까지 탄성 변형한다. 이렇게 하여, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 닫힌 상태가 달성된다. 닫힌 상태에서는 가동 콘택트부(31)에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 연결되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 달성할 수 있다.
닫힌 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X1)에서, 구동 전극(33)에 대한 전 위 부여를 정지함으로써, 구동 전극(33, 34) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 가동부(20)는 그 자연 상태로 복귀하고 가동 콘택트부(31)는 양쪽 고정 콘택트 전극(32)으로부터 이격한다. 이렇게 하여, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같은 마이크로 스위칭 소자(X1)의 열린 상태가 달성된다. 열린 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 분리되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 달성할 수 있다.
도 6에서 도 8은, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조 방법을, 도 3 및 도 4에 상당하는 단면의 변화로서 나타낸다. 마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조에서는, 우선 도 6(a)에 나타낸 바와 같은 기판(S')을 준비한다. 기판(S')은 SOI(silicon on insultor)기판이며, 제 1 층(101), 제 2 층(102) 및 이들 간의 중간층(103)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 본 실시형태에서는, 예를 들면 제 1 층(101)의 두께는 1O㎛이며, 제 2 층(102)의 두께는 400㎛이며, 중간층(103)의 두께는 2㎛이다. 제 1 층(101) 및 제 2 층(102)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지고, 고정부(10) 및 가동부(20)로 가공되는 부위이다. 중간층(103)은, 예를 들면 이산화실리콘으로 이루어지고, 경계층(10')으로 가공되는 부위이다.
다음에, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 기판(S')의 제 1 층(101) 위에 가동 콘택트부(31) 및 구동 전극(33)을 형성한다. 예를 들면, 우선 스퍼터링법에 의해 제 1 층(101) 위에 예를 들면 Cr을 성막하고, 이어서 그 위에 예를 들면 Au를 성막한다. Cr막의 두께는 예를 들면 50nm이며, Au막의 두께는 예를 들면 500nm이다. 다 음에, 포토리소그래피법에 의해 상기 도체 다층막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 도체 다층막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 이렇게 하여, 제 1 층(101) 위에 가동 콘택트부(31) 및 구동 전극(33)을 패턴 형성할 수 있다.
다음에, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 제 1 층(101)에 에칭 처리를 행함으로써 슬릿(41)을 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 제 1 층(101) 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 제 1 층(101)에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 이온 밀링(예를 들면, Ar이온에 의한 물리적 에칭)을 채용할 수 있다.
다음에, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이, 슬릿(41)을 막도록 기판(S')의 제 1 층(101) 측에 희생층(104)을 형성한다. 희생층 재료로서는, 예를 들면 이산화실리콘을 채용할 수 있다. 또한, 희생층(104)을 형성하기 위한 방법으로서는, 예를 들면 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법을 채용할 수 있다. 희생층(104)의 두께는 예를 들면 2㎛이다. 본 공정에서는 슬릿(41)의 측벽의 일부에도 희생층 재료가 성막되어, 슬릿(41)은 막힌다.
다음에, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 희생층(104)에서 가동 콘택트부(31)에 대응하는 개소에 2개의 오목부(104a)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 희생층(104) 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 희생층(104)에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 웨트 에칭을 채용할 수 있다. 각 오목부(104a)는 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)를 형성하기 위한 것이며, 예를 들면 1㎛의 깊이를 갖는다.
다음에, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 희생층(104)을 패터닝하여 개구부(104b, 104c)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 희생층(104) 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 해당 레지스트 패턴을 마스크로서, 희생층(104)에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 웨트 에칭을 채용할 수 있다. 개구부(104b)는 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 영역을 노출시키기 위한 것인다. 개구부(104c)는 고정부(10)에서 구동 전극(34)이 접합하는 영역을 노출시키기 위한 것이다.
다음에, 기판(S')에서 희생층(104)이 설치되어 있는 측의 표면에 통전용의 하지막(도시 생략)을 형성한 후, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이 마스크(105)를 형성한다. 하지막은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 두께 50nm의 Cr를 성막하고, 이어서 그 위에 두께 500nm의 Au를 성막함으로써 형성할 수 있다. 마스크(105)는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 대응하는 개구부(105a) 및 구동 전극(34)에 대응하는 개구부(105b)를 갖는다.
다음에, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32) 및 구동 전극(34)을 형성한다. 구체적으로는, 개구부(105a, 105b)로서 노출되는 하지막 위에 전기 도금법에 의해, 예를 들면 금을 성장시킨다.
다음에, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이 마스크(105)를 에칭 제거한다. 그 후, 하지막에서 노출되어 있는 부분을 에칭 제거한다. 이들 에칭 제거에서는 각각 웨트 에칭을 채용할 수 있다.
다음에, 도 8(c)에 나타낸 바와 같이 희생층(104) 및 중간층(103)의 일부를 제거한다. 구체적으로는, 희생층(104) 및 중간층(103)에 대하여 웨트 에칭 처리를 실시한다. 에천트로서는 버퍼드 불산(BHF)을 채용할 수 있다. 본 에칭 처리에서는, 우선 희생층(104)이 제거되고, 그 후 슬릿(41)에 면하는 개소로부터 중간층(103)의 일부가 제거된다. 이 에칭 처리는 가동부(20) 전체와 제 2 층(102) 사이에 적절하게 공극이 형성된 후에 정지한다. 이렇게 하여, 중간층(103)에서 경계층(10')이 잔존 형성된다. 또한 제 2 층(102)은 베이스 기판(S1)을 구성하는 것이 된다.
다음에, 필요에 따라 고정 콘택트 전극(32) 및 구동 전극(34)의 아랫면에 부착되어 있는 하지막의 일부(예를 들면 Cr막)를 웨트 에칭에 의해 제거한 후, 초임계 건조법에 의해 소자 전체를 건조한다. 초임계 건조법에 의하면, 가동부(20)가 베이스 기판(S1)에 접합되어 버리는 스틱킹 현상을 회피할 수 있다.
이상과 같이 하여, 도 1에서 도 5에 나타내는 마이크로 스위칭 소자(X1)를 제조할 수 있다. 상술한 방법에서는 가동 콘택트부(31)에 대향하는 접속부(32a)를 갖는 고정 콘택트 전극(32)에 대해서, 도금법에 의해 희생층(104) 위에 두껍게 형성할 수 있다. 그 때문에, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 대해서는, 원하는 저저항을 실현시키기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능하다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X1)는 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데에 적합하다.
마이크로 스위칭 소자(X1)에서는 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)의 아래 표면(즉, 가동 콘택트부(31)와 접속하는 면)은 평탄성이 높으며, 따라서 가동 콘택트부(31)와 접속부(32a) 사이의 에어 갭에 대해서 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있다. 접속부(32a)의 아래 표면은 고정 콘택트 전극(32)을 형성하기 위한 도금 성장의 시(始)단면이기 때문이다. 높은 치수 정밀도의 에어 갭은 닫힌 상태에 있는 소자의 삽입 손실을 저감하는데에 적합하며, 또한 열린 상태에 있는 소자의 아이소레이션 특성을 높이는데도 적합하다.
일반적으로, 마이크로 스위칭 소자에서의 가동 콘택트부와 고정 콘택트 전극 사이의 에어 갭의 치수 정밀도가 낮은 경우, 소자 간에 에어 갭의 편차가 발생해버린다. 형성된 에어 갭이 설계 치수보다 길수록, 스위칭 소자의 닫는 동작에서 가동 콘택트부와 고정 콘택트 전극이 접속하기 어려워져, 닫힌 상태에 있는 소자의 삽입 손실은 커지는 경향이 있다. 한편, 형성된 에어 갭이 설계 치수보다 짧을수록, 스위칭 소자의 열린 상태에서 가동 콘택트부와 고정 콘택트 전극 사이의 절연성이 작아져, 소자의 아이소레이션 특성은 열화하는 경향이 있다. 스퍼터링법이나 CVD법 등보다도 도금법은 막두께 제어가 곤란하므로, 두꺼운 도금막의 성장 단면은 비교적 큰 요철을 가져 평탄성이 낮고, 또한 상기 성장 단면의 형성 위치 정밀도는 비교적 낮다. 그 때문에, 마이크로 스위칭 소자에서, 고정 콘택트 전극을 두꺼운 도금막에 의해 구성하면서, 상기 도금막의 성장 단면을 가동 콘택트부의 접속 대상면으로서 이용할 경우에는, 가동 콘택트부와 고정 콘택트 전극 사이의 에어 갭의 치수 정밀도가 낮기 때문에, 소자 사이에서 에어 갭의 편차가 발생해버린다. 이에 대하여, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서는 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)의 아래 표면은 도금 성장 시단면이기 때문에 평탄성이 높고, 따라서 가동 콘택트부 (31)와 접속부(32a) 사이의 에어 갭에 대해서 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있다.
도 8(c)를 참조하여 상술한 웨트 에칭 공정에서는, 가동 콘택트부(31), 고정 콘택트 전극(32) 및 구동 전극(33, 34)의 박리를 회피할 수 있다. 이들 가동 콘택트부(31), 고정 콘택트 전극(32) 및 구동 전극(33, 34)의 구성 재료로서는, 상술한 바와 같이 이온화 경향이 큰 귀금속(예를 들면, 금)이 채용되고, 기판(S')의 제 1 층(101)(고정부(10), 가동부(20))의 구성 재료로서는 실리콘 재료가 채용되며, 실리콘은 귀금속보다도 이온화 경향이 크다. 그 때문에, 도 8(c)를 참조하여 상술한 웨트 에칭 공정에서는, 가동 콘택트부(31), 고정 콘택트 전극(32) 및 구동 전극(33, 34)과 이들이 접합하고 있는 제 1 층(101)에 있어서, 에천트(전해질 용액) 중에서 국부 전지 반응이 진행되어 제 1 층(101)의 일부가 용해되어 버린다. 그러나, 도 8(c)를 참조하여 상술한 웨트 에칭 공정에서는, 고정부(10)의 어느 개소도 고립하지 않고 고정부(10)의 다른 개소와 연속하며, 또한 가동부(20)는 고립하지 않고 고정부(10)와 연속하고 있기 때문에, 고정부(10) 전체와 가동부(20)가 국부 전지 반응에서의 한쪽 극으로서 작용하고, 고정부(10) 및 가동부(20)에서의 단위 면적당 용해량을 충분히 억제할 수 있다. 가령, 가동부(20)가 고정부(10)와 연속하지 않고 고립되어 있으면, 가동부(20)에서의 단위 면적당 용해량은 과잉되기 쉽다. 또한, 가령 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하고 있는 개소가, 고정부(10)에서의 다른 개소와 연속하지 않고 고립되어 있으면, 상기 접합 개소에서의 단위 면적당 용해량은 과잉되기 쉽다. 용해량이 과잉되면, 예를 들면 가동부(20)에서 가동 콘택트부(31)가 접합하고 있는 개소가 다공질화하여, 가동 콘택트부 (31)의 전체 또는 일부가 가동부(20)로부터 박리해버리거나, 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하고 있는 개소가 다공질화(부식)하여, 고정 콘택트 전극(32)의 전체 또는 일부가 고정부(10)로부터 박리해버리지만, 도 8(c)를 참조하여 상술한 웨트 공정에서는 용해량을 억제하고, 그러한 박리 현상을 회피할 수 있다. 이상과 같이, 마이크로 스위칭 소자(X1)는 가동 콘택트부(31), 고정 콘택트 전극(32), 구동 전극(33, 34)의 박리를 회피하여 적절하게 제조할 수 있다.
마이크로 스위칭 소자(X1)에서는 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 가동부(20)의 헤드부(22)는 홈(22a)을 가짐과 동시에, 가동 콘택트부(31)는 홈(22a)에 돌출하는 볼록부(31a)를 가져도 좋다. 이러한 구성은 가동부(20)로부터의 가동 콘택트부(31)의 박리를 방지하는데 적합하다. 본 구성을 채용할 경우에는, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조 과정에서, 도 6(b)를 참조하여 상술한 바와 같이 가동 콘택트부(31)를 형성하기 전에, 기판(S')의 제 1 층(101)에서의 소정의 개소에 예를 들면 에칭에 의해 홈(22a)을 형성한다. 이 후, 도 6(b)를 참조하여 상술한 것과 같은 방법에 의해 홈(22a)을 덮으면서, 제 1 층(101) 위에 가동 콘택트부(31)를 패턴 형성한다.
마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조 과정에서, 도 8(c)를 참조하여 상술한 웨트 에칭 공정에서는, 에천트 중에서 국부 전지 반응이 진행되어 제 1 층(101)의 일부가 용해되며, 가동부(20)와 가동 콘택트부(31) 사이에서 넓은 접속 면적을 확보할 수 있는 도 9 및 도 10에 나타내는 구성은, 가동부(20)로부터의 가동 콘택트부(31)의 박리를 방지하는데 접합하다. 또한, 도 8(c)를 참조하여 상술한 웨트 에칭 공정에서 용해가 진행되면, 소면적의 금속편 정도 박리하기 쉬워지므로, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서 가장 소면적의 기능 금속편에 상당하는 가동 콘택트부(31)의 접합 형태에 대해서, 도 9 및 도 10에 나타내는 구성을 채용하는 것은 바람직하다.
도 11에서 도 15는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자(X2)를 나타낸다. 도 11은 마이크로 스위칭 소자(X2)의 평면도이며, 도 12는 마이크로 스위칭 소자(X2)의 일부를 생략한 평면도이다. 도 13에서 도 15는 각각 도 11의 선XⅢ -XⅢ, 선 XIV-XIV 및 선 XV-XV에 따른 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X2)는 슬릿(41) 대신에 슬릿(42A, 42B, 42C)을 갖는 점에서 마이크로 스위칭 소자(X1)와 다르다.
슬릿(42A)은 가동부(20)와 고정부(10) 사이를 연장하는 부위 및 구동 전극(33)에서의 고정부(10) 위의 부위에 따라 연장되는 부위를 가지며, 한 쌍의 폐단(42a)을 갖는다. 도 12에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(42A)에 따라 연장하는 점선을 첨가한다.
슬릿(42B)은 고정부(10)에서 한쪽의 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장되는 부위를 가지며, 한 쌍의 폐단(42b)을 갖는다. 슬릿(42C)은 고정부(10)에서 다른쪽의 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장되는 부위를 가지며, 한 쌍의 폐단(42c)을 갖는다. 도 12에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(42B)에 따라 연장되는 1점 쇄선 및 슬릿(42C)에 따라 연장되는 2점 쇄선을 첨가한다. 본 실시형태에서는 슬릿(42B, 42C)의 각각의 일부는 슬릿(42A)의 일부와 중복한다.
이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X2)에서, 구동 전극(33)에 소정의 전위를 부여하면, 구동 전극(33) 및 구동 전극(34) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 가동부(20)는 가동 콘택트부(31)가 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32) 또는 접속부(32a)에 맞닿는 위치까지 탄성 변형한다. 이에 따라, 마이크로 스위칭 소자(X2)의 닫힌 상태가 달성된다. 닫힌 상태에서는 가동 콘택트부(31)에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 연결되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 달성할 수 있다. 구동 전극(33)에서의 고정부(10) 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 갖는 슬릿(42A) 및 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가지는 슬릿(42B, 42C)이 설치된 마이크로 스위칭 소자(X2)에서는, 고정부(10) 및 베이스 기판(S1)에의 고주파 신호의 누설은 억제된다.
닫힌 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X2)에서, 구동 전극(33)에 대한 전위 부여를 정지함으로써, 구동 전극(33, 34) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 가동부(20)는 그 자연 상태로 복귀하고, 가동 콘택트부(31)는 양쪽 고정 콘택트 전극(32)으로부터 이격한다. 이에 따라, 도 13 및 도 15에 나타낸 바와 같은 마이크로 스위칭 소자(X2)의 열린 상태가 달성된다. 열린 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 분리되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 달성할 수 있다.
이러한 마이크로 스위칭 소자(X2)는 슬릿(41) 대신에 슬릿(42A, 42B, 42C)을 형성하는 것 이외는, 마이크로 스위칭 소자(X1)와 같은 방법으로 제조할 수 있다. 따라서, 마이크로 스위칭 소자(X2)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 대해서 원하는 저저항을 실현시키기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능하다. 또한, 마이크로 스위칭 소자(X2)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)의 아래 표면(즉, 가동 콘택트부(31)와 접속하는 면)은 평탄성이 높고, 따라서 가동 콘택트부(31)와 접속부(32a) 사이의 에어 갭에 대해서, 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있다. 게다가, 마이크로 스위칭 소자(X2)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 가동 콘택트부(31), 고정 콘택트 전극(32), 구동 전극(33, 34)의 박리를 회피하여 적절하게 제조할 수 있다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X2)는 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하다.
도 16에서 도 20은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자(X3)를 나타낸다. 도 16은 마이크로 스위칭 소자(X3)의 평면도이며, 도 17은 마이크로 스위칭 소자(X3)의 일부를 생략한 평면도이다. 도 18에서 도 20은 각각 도 16의 선 XVⅢ-XVⅢ, 선 XIX-XIX 및 선 XX-XX에 따른 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X3)는 슬릿(41) 대신에 슬릿(43A, 43B, 43C)을 갖는 점에서, 마이크로 스위칭 소자(X1)와 다르다.
슬릿(43A)은 가동부(20)와 고정부(10) 사이를 연장하는 부위 및 구동 전극(33)에서의 고정부(10) 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 갖고, 한 쌍의 폐단(43a)을 갖는다. 도 17에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(43A)에 따라 연장하 는 점선을 첨가한다. 슬릿(43A)의 폐단(43a) 사이의 거리(d1)(도 17에 나타냄)는 50㎛ 이하이다. 또한, 고정부(10)에서 폐단(43a) 사이에 위치하는 부위(10a)는, 도 20에 나타낸 바와 같이 베이스 기판(S1)으로부터 이격하고 있다.
슬릿(43B)은 고정부(10)에서 한쪽의 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 갖고, 한 쌍의 폐단(43b)을 갖는다. 도 17에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(43B)에 따라 연장하는 1점 쇄선을 첨가한다. 본 실시형태에서는 슬릿(43B)의 일부는 슬릿(43A)의 일부와 중복한다. 슬릿(43B)의 폐단(43b) 사이의 거리(d2)(도 17에 나타냄)는 50㎛ 이하이다. 또한, 고정부(10)에서 폐단(43b) 사이에 위치하는 부위(10b)는, 도 18에 나타낸 바와 같이 베이스 기판(S1)으로부터 이격하고 있다.
슬릿(43C)은 고정부(10)에서 다른쪽의 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소를 따라 연장하고, 한 쌍의 폐단(43c)을 갖는다. 도 17에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(43C)에 따라 연장하는 2점 쇄선을 첨가한다. 본 실시형태에서는 슬릿(43B)의 일부는 슬릿(43A)의 일부와 중복한다. 슬릿(43C)의 폐단(43c) 사이의 거리(d3)(도 17에 나타냄)는 50㎛ 이하이다. 또한, 고정부(10)에서 폐단(43c) 사이에 위치하는 부위(10c)는, 도 18에 나타낸 바와 같이 베이스 기판(S1)으로부터 이격하고 있다.
이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X3)에서, 구동 전극(33)에 소정의 전위를 부여하면, 구동 전극(33) 및 구동 전극(34) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 가동부(20)는 가동 콘택트부(31)가 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32) 또는 접속 부(32a)에 맞닿는 위치까지 탄성 변형한다. 이에 따라, 마이크로 스위칭 소자(X3)의 닫힌 상태가 달성된다. 닫힌 상태에서는 가동 콘택트부(31)에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 연결되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 달성할 수 있다. 구동 전극(33)에서의 고정부(10) 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(43a) 사이가 짧은 슬릿(43A), 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(43b) 사이가 짧은 슬릿(43B) 및 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(43c) 사이가 짧은 슬릿(43C)이 설치된 마이크로 스위칭 소자(X3)에서는, 고정부(10) 및 베이스 기판(S1)에의 고주파 신호의 누설은 억제된다. 또한, 고정부(10)에서 폐단(43a) 사이에 위치하는 부위(10a), 폐단(43b) 사이에 위치하는 부위(10b) 및 폐단(43c) 사이에 위치하는 부위(1Oc)가 베이스 기판(S1)으로부터 이격하고 있는 구성도, 고주파 신호의 누설을 억제하는데 이바지한다.
닫힌 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X3)에서, 구동 전극(33)에 대한 전위 부여를 정지함으로써, 구동 전극(33, 34) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 가동부(20)는 그 자연 상태로 복귀하고, 가동 콘택트부(31)는 양쪽 고정 콘택트 전극(32)으로부터 이격한다. 이에 따라, 도 18 및 도 20에 나타낸 바와 같은 마이크로 스위칭 소자(X3)의 열린 상태가 달성된다. 열린 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 분리되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 달성할 수 있다.
이러한 마이크로 스위칭 소자(X3)는 슬릿(41) 대신에 슬릿(43A, 43B, 43C)을 형성하는 것 이외는, 마이크로 스위칭 소자(X1)와 같은 방법으로 제조할 수 있다. 따라서, 마이크로 스위칭 소자(X3)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 대해서 원하는 저저항을 실현시키기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능하다. 또한, 마이크로 스위칭 소자(X3)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)의 아래 표면(즉, 가동 콘택트부(31)와 접속하는 면)은 평탄성이 높고, 따라서 가동 콘택트부(31)와 접속부(32a) 사이의 에어 갭에 대해서, 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있다. 게다가, 마이크로 스위칭 소자(X3)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 가동 콘택트부(31), 고정 콘택트 전극(32), 구동 전극(33, 34)의 박리를 회피하여 적절하게 제조할 수 있다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X3)는 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하다.
도 21에서 도 24는 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자(X4)를 나타낸다. 도 21은 마이크로 스위칭 소자(X4)의 평면도이며, 도 22는 마이크로 스위칭 소자(X4)의 일부를 생략한 평면도이다. 도 23 및 도 24는 각각 도 21의 선 XXⅢ-XXⅢ 및 선 XXIV-XXIV에 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자(X4)는 베이스 기판(S2)과, 고정부(50)와, 4개의 가동부(60)와, 4개의 가동 콘택트부(71)와, 공통의 고정 콘택트 전극(72)(도 22에서 생략)과, 4개의 개별 고정 콘택트 전극(73)(도 22에서 생략)과, 4개의 구동 전극(74) 과, 2개의 구동 전극(75)(도 22에서 생략)과, 4개의 슬릿(81)과, 2개의 슬릿(82)과, 4개의 슬릿(83)을 구비하고, 실질적으로는 4개의 마이크로 스위칭 소자(X3)가 일체화된 구성을 갖는다.
고정부(50)는 도 23 및 도 24에 나타낸 바와 같이, 경계층(50')을 통하여 베이스 기판(S2)에 접합하고 있다. 또한, 고정부(50)는 단결정 실리콘 등의 실리콘 재료로 이루어진다. 고정부(50)를 구성하는 실리콘 재료는 1000Ω·cm 이상의 저항률을 갖는 것이 바람직하며, 또한 N형인 것이 바람직하다. 경계층(50')은 예를 들면 이산화실리콘으로 이루어진다.
가동부(60)는 고정부(50)에 고정된 고정단을 가져 베이스 기판(S2)에 따라 연장하고, 또한 슬릿(81)을 통하여 고정부(50)로 둘러싸여 있다. 또한, 가동부(60)는 도 22에 잘 나타낸 바와 같이, 몸통부(61) 및 헤드부(62)를 갖는다. 가동부(60)의 다른 구성에 대해서는, 가동부(20)에 관해서 상술한 것과 같다.
가동 콘택트부(71)는 도 22에 잘 나타낸 바와 같이, 가동부(60)에서의 헤드부(62) 위에 설치되어 있다. 고정 콘택트 전극(72)은 도 23에 나타낸 바와 같이, 고정부(50) 위에 세워서 설치되어 있고, 또한 4개의 접속부(72a)를 갖는다. 각 접속부(72a)는 가동 콘택트부(71)에 대향한다. 각 고정 콘택트 전극(73)은 도 23에 나타낸 바와 같이, 고정부(50) 위에 세워서 설치되어 있고, 또한 가동 콘택트부(71)에 대향하는 접속부(73a)를 갖는다. 또한, 고정 콘택트 전극(72, 73)은 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 스위칭 대상의 소정의 회로에 접속되어 있다. 가동 콘택트부(71) 및 한 쌍의 고정 콘택트 전극(72)은, 바람직하게는 금, 백금, 파라듐 또는 루테늄으로 선택되는 귀금속 또는 상기 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어진다.
구동 전극(74)은 도 22에 잘 나타낸 바와 같이, 가동부(60)에서의 몸통부(61) 위로부터 고정부(50) 위에 걸쳐 설치되어 있다. 구동 전극(75)은 도 24에 잘 나타낸 바와 같이, 그 양단(端) 및 중앙이 고정부(50)에 접합하여, 2개의 구동 전극(74)의 윗쪽을 타넘도록 세워서 설치되어 있다. 또한, 구동 전극(75)은 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 구동 전극(74, 75)은, 바람직하게는 금, 백금, 파라듐, 또는 루테늄으로부터 선택되는 귀금속, 또는 상기 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어진다.
각 슬릿(81)은 가동부(60)와 고정부(50) 사이를 연장하는 부위 및 구동 전극(74)에서의 고정부(50) 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 갖고, 한 쌍의 폐단(81a)을 갖는다. 도 22에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(81)에 따라 연장하는 점선을 첨가한다. 슬릿(81)의 폐단(81a) 사이의 거리(d4)(도 22에 나타냄)는 50㎛ 이하이다. 또한, 고정부(50)에서 폐단(81a) 사이에 위치하는 부위(50a)는 베이스 기판(S2)으로부터 이격하고 있다.
각 슬릿(82)은 고정부(50)에서 고정 콘택트 전극(72)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가지며, 한 쌍의 폐단(82a)을 갖는다. 도 22에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(82)에 따라 연장하는 1점 쇄선을 첨가한다. 본 실시형태에서는 슬릿(82)의 일부는 슬릿(81)의 일부와 중복한다. 슬릿(82)의 폐단(82a) 사이의 거리(d5)(도 22에 나타냄)는 50㎛ 이하이다. 또한, 고정부(50)에서 폐단(82a) 사 이에 위치하는 부위는 베이스 기판(S2)으로부터 이격하고 있다.
각 슬릿(83)은 고정부(50)에서 하나의 고정 콘택트 전극(73)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 갖고, 한 쌍의 폐단(83a)을 갖는다. 도 22에는 도면의 명확화의 관점에서, 슬릿(83)에 따라 연장하는 2점 쇄선을 첨가한다. 본 실시형태에서는 슬릿(82)의 일부는 슬릿(81)의 일부와 중복하고, 또한 다른 슬릿(83)의 일부와 중복한다. 슬릿(83)의 폐단(83a) 사이의 거리(d6)(도 22에 나타냄)는 50㎛ 이하이다. 또한, 고정부(50)에서 폐단(83a) 사이에 위치하는 부위는, 도 23에 나타낸 바와 같이 베이스 기판(S2)으로부터 이격하고 있다.
이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X4)에서, 어느 하나의 구동 전극(74)에 소정의 전위를 부여하면, 이 구동 전극(74) 및 이것에 대향하는 구동 전극(75) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 상기하는 가동부(60)는 가동 콘택트부(71)가 고정 콘택트 전극(72, 73) 또는 접속부(72a, 73a)에 맞닿는 위치까지 탄성 변형한다. 이에 따라, 마이크로 스위칭 소자(X4)에서의 하나의 채널의 닫힌 상태가 달성된다. 하나의 채널의 닫힌 상태에서는 가동 콘택트부(71)에 의해 고정 콘택트 전극(72, 73)이 전기적으로 연결되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(72, 73) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 상기 채널에서 달성할 수 있다. 구동 전극(74)에서의 고정부(50) 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(81a) 사이가 짧은 슬릿(81), 고정부(50)에서 고정 콘택트 전극(72)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(82a) 사이가 짧은 슬릿(82) 및 고정부(50)에서 고정 콘택트 전극(73)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(83a) 사이가 짧은 슬릿(83)이 설치된 마이크로 스위칭 소자(X4)에서는, 고정부(50) 및 베이스 기판(S2)에의 고주파 신호의 누설은 억제된다. 또한, 고정부(50)에서 폐단(81a) 사이에 위치하는 부위(50a), 폐단(82a) 사이에 위치하는 부위(50b) 및 폐단(83a) 사이에 위치하는 부위(50c)가 베이스 기판(S2)으로부터 이격하고 있는 구성도, 고주파 신호의 누설을 억제하는데 이바지한다.
닫힌 상태에 있는 채널의 구동 전극(74)에 대한 전위 부여를 정지함으로써 구동 전극(74, 75) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 대응하는 가동부(60)는 그 자연 상태로 복귀하고, 가동 콘택트부(71)는 고정 콘택트 전극(72, 73)으로부터 이격한다. 이에 따라, 마이크로 스위칭 소자(X4)에서의 하나의 채널의 열린 상태가 달성된다. 하나의 채널의 열린 상태에서는 고정 콘택트 전극(72, 73)이 전기적으로 분리되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(72, 73) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 상기 채널에서 달성할 수 있다.
마이크로 스위칭 소자(X4)에서는 4개의 구동 전극(74)에 대한 인가 전위를 선택적으로 제어함으로써, 4개의 채널의 개폐를 이상과 같이 제어할 수 있다. 즉, 마이크로 스위칭 소자(X4)는 소위 SP4T(single pole 4 through)형의 스위치이다.
이상과 같은 마이크로 스위칭 소자(X4)는 마이크로 스위칭 소자(X1)와 같은 과정을 거쳐서 제조할 수 있다. 따라서, 마이크로 스위칭 소자(X4)에서는 고정 콘택트 전극(72, 73)에 대해서, 원하는 저저항을 실현시키기 위한 충분한 두께를 설정하는 것이 가능하다. 또한, 마이크로 스위칭 소자(X4)에서는 고정 콘택트 전극 (72, 73)의 접속부(72a, 73a)의 아래 표면(즉, 가동 콘택트부(71)와 접속하는 면)은 평탄성이 높고, 따라서 가동 콘택트부(71)와 접속부(72a, 73a) 사이의 에어 갭에 대해서 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있다. 게다가, 마이크로 스위칭 소자(X4)에서는 가동 콘택트부(71), 고정 콘택트 전극(72, 73), 구동 전극(74, 75)의 박리를 회피하여 적절하게 제조할 수 있다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X4)는 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하다.
도 25에서 도27은 본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 마이크로 스위칭 소자(X5)를 나타낸다. 도 25는 마이크로 스위칭 소자(X5)의 평면도이며, 도 26은 마이크로 스위칭 소자(X5)의 일부를 생략한 평면도이다. 도 27은 도 25의 선 XXVⅡ-XXVⅡ에 따른 단면도이다.
마이크로 스위칭 소자(X5)는 베이스 기판(S1)과, 고정부(10)와, 가동부(20)와, 가동 콘택트부(31)와, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)(도 26에서 생략)과, 압전 구동부(90)과, 슬릿(43A, 43B, 43C)을 구비하고, 구동 전극(33, 34) 대신에 압전 구동부(90)를 갖는 점에서 마이크로 스위칭 소자(X3)와 다르다.
압전 구동부(90)는 구동 전극(91, 92)과 이들 간의 압전막(93)으로 이루어진다. 구동 전극(91, 92)은 각각 예를 들면 Ti 하지층 및 Au 주층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 구동 전극(92)은 소정의 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 압전막(93)은 전계가 가해짐으로써 왜곡이 발생하는 성질(역전압 효과)을 나타내는 압전 재료로 이루어진다. 그러한 압전 재료로서는 예를 들면 PZT(PbZrO3와 PbTiO3의 고용체), Mn이 도프된 ZnO, 또는 AlN을 채용할 수 있다. 구동 전극(91, 92)의 두께는 예를 들면 0.55㎛이며, 압전막(93)의 두께는 예를 들면 1.5㎛이다.
이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X5)에서, 구동 전극(91)에 정(正)의 소정의 전위를 부여함과 동시에, 구동 전극(92)에 부(負)의 소정의 전위를 부여하면, 구동 전극(91) 및 구동 전극(92) 사이에는 전계가 발생하고, 압전막(93) 내에는 면내 방향으로 수축력이 발생한다. 가동부(20)에 의해 직접적으로 지지되어 있는 구동 전극(91)으로부터 멀수록, 즉 구동 전극(92)에 가까울수록, 압전막(93) 내의 압전 재료는 면내 방향으로 수축하기 쉽다. 그 때문에, 상술한 수축력에 기인하는 면내 방향 수축량에 대해서는, 압전막(93) 내의 구동 전극(91) 측으로부터 구동 전극(92) 측에 걸쳐 점차적으로 커지고, 가동부(20)는 가동 콘택트부(31)가 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 맞닿는 위치까지 탄성 변형하게 된다. 이에 따라, 마이크로 스위칭 소자(X5)의 닫힌 상태가 달성된다. 닫힌 상태에서는 가동 콘택트부(31)에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 연결되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것이 허용된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 온 상태를 달성할 수 있다. 구동 전극(91)에서의 고정부(10) 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(43a) 사이가 짧은 슬릿(43A), 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 가져 폐단(43b) 사이가 짧은 슬릿(43B) 및 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 개소에 따 라 연장하는 부위를 가져 폐단(43c) 사이가 짧은 슬릿(43C)이 설치된 마이크로 스위칭 소자(X5)에서는, 고정부(10) 및 베이스 기판(S1)에의 고주파 신호의 누설은 억제된다. 또한, 고정부(10)에서 폐단(43a) 사이에 위치하는 부위(10a), 폐단(43b) 사이에 위치하는 부위(10b) 및 폐단(43c) 사이에 위치하는 부위(1Oc)가 베이스 기판(S1)으로부터 이격하고 있는 구성도, 고주파 신호의 누설을 억제하는데 이바지한다.
닫힌 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X5)에서, 압전 구동부(90)에 대한 전위 부여를 정지함으로써, 구동 전극(91) 및 구동 전극(92) 사이의 전계를 소멸시키면, 압전막(93) 및 가동부(20)는 그 자연 상태로 복귀하고, 가동 콘택트부(31)는 양쪽 고정 콘택트 전극(32)으로부터 이격한다. 이에 따라, 마이크로 스위칭 소자(X5)의 열린 상태가 달성된다. 열린 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)이 전기적으로 분리되어, 전류가 고정 콘택트 전극쌍(32) 사이를 통과하는 것은 저지된다. 이렇게 하여, 예를 들면 고주파 신호의 오프 상태를 달성할 수 있다.
도 28에서 도 31은 마이크로 스위칭 소자(X5)의 제조 방법을 도 25의 선 XXVⅢ-XXVⅢ 및 선 XXIX-XXIX에 따른 단면의 변화로서 나타낸다. 마이크로 스위칭 소자(X5)의 제조에서는, 우선 도 28(a)에 나타낸 바와 같은 기판(S')을 준비한다. 기판(S')은 SOI기판이며, 제 1 층(101), 제 2 층(102) 및 이들 간의 중간층(103)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 본 실시형태에서는 예를 들면 제 1 층(101)의 두께는 10㎛이며, 제 2 층(102)의 두께는 400㎛이며, 중간층(103)의 두께는 2㎛이다. 제 1 층(101) 및 제 2 층(102)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지고, 고정부(10) 및 가동부(20)로 가공되는 부위이다. 중간층(103)은 본 실시형태에서는 절연성의 물질로 이루어지고, 경계층(10')으로 가공되는 부위이다. 그러한 절연 물질로서는, 예를 들면 이산화실리콘이나 질화 실리콘 등을 채용할 수 있다.
다음에, 도 28(b)에 나타낸 바와 같이, 기판(S')의 제 1 층(101) 위에 압전 구동부(90)를 형성한다. 압전 구동부(90)의 형성에서는, 우선 제 1 층(101) 위에 제 1 도전막을 형성한다. 다음에, 제 1 도전막 위에 압전 재료막을 형성한다. 다음에, 압전 재료막 위에 제 2 도전막을 형성한다. 그 후, 각 막을 포토리소그래피법 및 그 후의 에칭에 의해 패터닝한다. 제 1 및 제 2 도전막은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 예를 들면 Ti를 성막하고, 이어서 그 위에 예를 들면 Au를 성막함으로써 형성할 수 있다. Ti막의 두께는 예를 들면 50nm이며, Au막의 두께는 예를 들면 500nm이다. 압전 재료막은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해, 소정의 압전 재료를 성막함으로써 형성할 수 있다.
다음에, 도 28(c)에 나타낸 바와 같이, 제 1 층(101) 위에 가동 콘택트부(31)를 형성한다. 구체적으로는, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 가동 콘택트부(31)의 형성에 관해서 도 6(b)을 참조하여 상술한 것과 같다.
다음에, 도 28(d)에 나타낸 바와 같이, 압전 구동부(90)를 덮기 위한 보호막(106)을 형성한다. 예를 들면, 소정의 마스크를 통하여 스퍼터링법에 의해 Si를 성막함으로써, 보호막(106)을 형성할 수 있다. 보호막(106)의 두께는 예를 들면 300nm이다.
마이크로 스위칭 소자(X5)의 제조에서는 다음에 도 29(a)에 나타낸 바와 같 이, 제 1 층(101)에 에칭 처리를 행함으로써 슬릿(43A, 43B)을 형성한다. 구체적으로는, 슬릿(41)의 형성 방법에 관해서 도 6(c)를 참조하여 상술한 것과 같다.
다음에, 도 29(b)에 나타낸 바와 같이, 슬릿(43A, 43B)을 막도록 기판(S')의 제 1 층(101) 측에 희생층(107)을 형성한다. 구체적으로는, 희생층(104)의 형성에 관해서 도 6(d)을 참조하여 상술한 것과 같다.
다음에, 도 29(c)에 나타낸 바와 같이, 희생층(107)에서 가동 콘택트부(31)에 대응하는 개소에 2개의 오목부(107a)를 형성한다. 구체적으로는, 오목부(104a)의 형성에 관해서 도 7(a)을 참조하여 상술한 것과 같다. 각 오목부(107a)는 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)를 형성하기 위한 것이고, 예를 들면 1㎛의 깊이를 갖는다.
다음에, 도 30(a)에 나타낸 바와 같이, 희생층(107)을 패터닝하여 개구부(107b)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 희생층(107) 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 희생층(107)에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 에칭 방법으로서는, 웨트 에칭을 채용할 수 있다. 개구부(107b)는 고정부(10)에서 고정 콘택트 전극(32)이 접합하는 영역을 노출시키기 위한 것인다.
다음에, 기판(S')에서 희생층(107)이 설치되어 있는 측의 표면에 통전용의 하지막(도시 생략)을 형성한 후, 도 30(b)에 나타낸 바와 같이 마스크(108)를 형성한다. 하지막은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 두께 50nm의 Cr를 성막하고, 이어서 그 위에 두께 500nm의 Au를 성막함으로써 형성할 수 있다. 마스크(108)는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 대응하는 개구부(108a)를 갖는다.
다음에, 도 30(c)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)을 형성한다. 구체적으로는, 개구부(108a)에서 노출하는 하지막 위에, 전기 도금법에 의해 예를 들면 금을 성장시킨다.
다음에, 도 31(a)에 나타낸 바와 같이, 마스크(108)를 에칭 제거한다. 그 후, 하지막에서 노출하고 있는 부분을 에칭 제거한다. 이들 에칭 제거에서는 각각 웨트 에칭을 채용할 수 있다.
다음에, 도 31(b)에 나타낸 바와 같이, 희생층(107) 및 중간층(103)의 일부를 제거한다. 구체적으로는, 희생층(104) 및 중간층(103)의 일부의 제거에 관해서 도 8(c)을 참조하여 상술한 것과 같다. 본 고정에서는 중간층(103)으로부터 경계층(10')이 잔존 형성된다. 또한, 제 2 층(102)은 베이스 기판(S2)을 구성하는 것이 된다.
다음에, 필요에 따라 고정 콘택트 전극(32)의 아랫면에 부착되어 있는 하지막의 일부(예를 들면, Cr막)를 웨트 에칭에 의해 제거한 후, 초임계 건조법에 의해 소자 전체를 건조한다. 이 후, 도 31(c)에 나타낸 바와 같이 보호막(106)을 제거한다. 제거 방법으로서는, 예를 들면 에칭 가스로서 SF6가스를 사용하여 행하는 RIE를 채용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 마이크로 스위칭 소자(X5)를 제조할 수 있다. 상술한 방법에서는, 가동 콘택트부(31)에 대향하는 접속부(32a)를 갖는 고정 콘택트 전극 (32)에 대해서, 도금법에 의해 희생층(107) 위에 두껍게 형성할 수 있다. 그 때문에, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(32)에 대해서는 충분한 두께를 설정하는 것이 가능한 것이다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X5)는 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하다.
마이크로 스위칭 소자(X5)에서는, 고정 콘택트 전극(32)의 접속부(32a)의 아래 표면(즉, 가동 콘택트부(31)와 접속하는 면)은 평탄성이 높고, 따라서 가동 콘택트부(31)와 접속부(32a) 사이의 에어 갭에 대해서 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있다. 높은 치수 정밀도의 에어 갭은 닫힌 상태에서의 삽입 손실을 저감하는데 적합하고, 또한 열린 상태에서의 아이소레이션 특성을 높이는데도 적합하다.
게다가, 마이크로 스위칭 소자(X5)에서는, 마이크로 스위칭 소자(X1)에서와 마찬가지로, 가동 콘택트부(31) 및 고정 콘택트 전극(32)의 박리를 회피하여 적절하게 제조할 수 있다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X5)는 닫힌 상태에서의 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하다.
이상을 정리하여, 본 발명의 구성 및 그 변형을 이하에 부기로서 열거한다.
(부기 1)
베이스 기판과,
상기 베이스 기판에 접합하고 있는 고정부와,
상기 고정부에 고정된 고정단을 가지고 상기 베이스 기판에 따라 연장하고, 또한 한 쌍의 폐단을 갖는 슬릿을 통하여 상기 고정부로 둘러싸인 가동부와,
상기 가동부에서의 상기 베이스 기판과 반대 측에 설치된 가동 콘택트부와,
상기 가동 콘택트부에 대향하는 부위를 각각 갖고, 또한 각각 상기 고정부에 접합하고 있는 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 구비하는 마이크로 스위칭 소자.
(부기 2)
상기 베이스 기판과 반대 측에서 상기 가동부 위 및 상기 고정부 위에 걸쳐 설치된 제 1 구동 전극과,
상기 제 1 구동 전극에 대향하는 부위를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 제 2 구동 전극을 더 구비하는 부기 1에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 3)
상기 베이스 기판과 반대 측에서 상기 가동부 상 및 상기 고정부 상에 걸쳐 설치된 제 1 구동 전극과,
상기 제 1 구동 전극 위에 설치된 압전막과,
상기 압전막 위에 설치된 제 2 구동 전극을 더 구비하는 부기 1에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 4)
상기 슬릿은 상기 제 1 구동 전극에서의 상기 고정부 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 갖는 부기 2 또는 3에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 5)
상기 고정부에서 상기 고정 콘택트 전극이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 갖고, 또한 한 쌍의 폐단을 가지는 슬릿을 더 구비하는 부기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 6)
상기 고정부에서 상기 슬릿의 상기 한 쌍의 폐단 사이에 위치하는 부위는, 상기 베이스 기판으로부터 이격하고 있는 부기 4 또는 5에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 7)
상기 슬릿의 상기 한 쌍의 폐단 사이의 이격 거리는 50㎛ 이하인 부기 6에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 8)
상기 가동 콘택트부 및 상기 고정 콘택트 전극은 금, 백금, 파라듐 또는 루테늄으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속을 포함하는 부기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 9)
상기 가동부 및 상기 고정부는 1000Ω·cm 이상의 저항률을 갖는 실리콘 재료로 이루어지는 부기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 10)
상기 가동부 및 상기 고정부는 N형의 실리콘 재료로 이루어지는 부기 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
(부기 11)
상기 가동부는 상기 베이스 기판과 반대 측에 오목부를 갖고, 상기 가동 콘 택트부는 상기 오목부에 돌출하는 볼록부를 갖는 부기 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 마이크로 스위칭 소자.
본 발명에 따르면, 고정 콘택트 전극에 대해서 충분한 저저항을 실현시킬 수 있어, 삽입 손실의 저감을 꾀하는데 적합하고, 또한 적절하게 제조할 수 있는 마이크로 스위칭 소자를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 베이스 기판과,
    상기 베이스 기판에 접합하고 있는 고정부와,
    상기 고정부에 고정된 고정단을 가지고 상기 베이스 기판에 따라 연장되며, 또한 한 쌍의 폐단(閉端)을 갖는 슬릿을 통하여 상기 고정부로 둘러싸인 가동부(可動部)와,
    상기 가동부에서의 상기 베이스 기판과 반대 측에 설치된 가동 콘택트부와,
    상기 가동 콘택트부에 대향하는 부위를 각각 갖고, 또한 각각이 상기 고정부에 접합되어 있는 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 구비하는 마이크로 스위칭 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판과 반대 측에서, 상기 가동부 위 및 상기 고정부 위에 걸쳐 설치된 제 1 구동 전극과,
    상기 제 1 구동 전극에 대향하는 부위를 갖고, 또한 상기 고정부에 접합하고 있는 제 2 구동 전극을 더 구비한 마이크로 스위칭 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판과 반대 측에서, 상기 가동부 위 및 상기 고정부 위에 걸쳐 설치된 제 1 구동 전극과,
    상기 제 1 구동 전극 위에 설치된 압전막과,
    상기 압전막 위에 설치된 제 2 구동 전극을 더 구비한 마이크로 스위칭 소자.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 제 1 구동 전극에서의 상기 고정부 위의 부위에 따라 연장하는 부위를 갖는 마이크로 스위칭 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정부에서, 상기 고정 콘택트 전극이 접합하는 개소에 따라 연장하는 부위를 갖고, 또한 한 쌍의 폐단을 갖는 슬릿을 더 구비한 마이크로 스위칭 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정부에서, 상기 슬릿의 상기 한 쌍의 폐단 사이에 위치하는 부위는 상기 베이스 기판으로부터 이격(離隔)되어 있는 마이크로 스위칭 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 슬릿의 상기 한 쌍의 폐단 사이의 이격 거리는 50㎛ 이하인 마이크로 스위칭 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동부 및 고정부는 1000Ω·cm 이상의 저항률을 갖는 실리콘 재료로 이루어지는 마이크로 스위칭 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동부 및 상기 고정부는 N형의 실리콘 재료로 이루어지는 마이크로 스위칭 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동부는 상기 베이스 기판과 반대 측에 오목부를 갖고, 상기 가동 콘택트부는 상기 오목부에 돌출하는 볼록부를 갖는 마이크로 스위칭 소자.
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