KR101987118B1 - 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법 - Google Patents

마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101987118B1
KR101987118B1 KR1020120092408A KR20120092408A KR101987118B1 KR 101987118 B1 KR101987118 B1 KR 101987118B1 KR 1020120092408 A KR1020120092408 A KR 1020120092408A KR 20120092408 A KR20120092408 A KR 20120092408A KR 101987118 B1 KR101987118 B1 KR 101987118B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal layer
movable beam
fixed electrode
signal line
substrate
Prior art date
Application number
KR1020120092408A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140026786A (ko
Inventor
김용철
김세준
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020120092408A priority Critical patent/KR101987118B1/ko
Publication of KR20140026786A publication Critical patent/KR20140026786A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101987118B1 publication Critical patent/KR101987118B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0009—Structural features, others than packages, for protecting a device against environmental influences
    • B81B7/0016—Protection against shocks or vibrations, e.g. vibration damping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/01—Switches
    • B81B2201/012—Switches characterised by the shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

내구성을 향상시킬 수 있는 마이크로 전자기계 시스템 스위치는 기판; 상기 기판 상에 이격하여 형성되는 고정전극 및 신호선; 상기 기판 상에 위치하는 절연층; 상기 기판 상에 소정의 에어갭을 두고 상기 신호선 및 상기 고정전극과 일부 중첩되도록 형성되고, 상기 고정전극의 동작에 따라 상기 신호선과 전기적으로 연결되는 가동빔; 상기 기판과 상기 가동빔 사이에 형성되어 상기 가동빔을 지지하는 지지부 를 포함하고, 상기 가동빔은 도전성 금속층으로 형성되고, 상기 고정전극이 형성된 제1 영역의 금속층은 제1 금속층과 제2 금속층으로 구성되고 상기 신호선이 형성된 제2 영역의 금속층은 제2 금속층으로 구성되며, 상기 절연층 상에는 상기 신호선, 상기 지지부 및 상기 가동빔의 일부가 위치하고, 상기 고정전극의 표면은 상기 절연층 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법{MICRO ELECTOR-MECHANICAL SYSTEM SWITCH AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 스위치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로 전자기계 시스템(MICRO ELECTOR-MECHANICAL SYSTEM, 이하 'MEMS'이라고 함)은 기존의 반도체 공정, 특히 집적회로 기술을 이용한 미세 가공기술을 이용하여 마이크로 스위치, 미러, 센서, 정밀기계부품 등을 가공하는 기술분야를 말한다. 이에 따라, 반도체 기술이 갖는 정밀 가공성, 제품간 균일성, 우수한 생산성 등이 적용되어 성능을 향상시키고 가격을 낮추는 기술로 인정되고 있다.
최근에는 상기한 바와 같은 MEMS 기술을 이용하여 평판표시장치의 스위치 소자에 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 대체할 MEMS 스위치 기술이 활발히 연구되고 있다. 이러한, MEMS 스위치는 정전기, 자기, 압전 또는 열 구동방식과 같은 다양한 형태의 구동 메커니즘을 이용한 기계적 이동에 따라 동작되는 장치이다.
일반적인 MEMS 스위치는 기판 상에 신호선 및 전극이 형성되고, 기판의 상부에 소정의 간격을 두고 가동빔이 설치된다. 가동빔은 전극에 전압이 인가되면 하방으로 휘어지게 되어 신호선과 전기적으로 연결되고, 전압이 제거되면 탄성복원력에 의해 원상복귀 된다.
이러한 가동빔은 두께가 1~2μm정도로 매우 얇기 때문에 상하 운동이 반복됨에 따라 기계적 파손이 발생하고, 특히 아래로 힘을 받는 부분이 상대적으로 파손이 쉽게 발생하여 MEMS 스위치 소자의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가동빔의 내구성을 향상시킬 수 있는 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 전자기계 시스템 스위치는 기판; 상기 기판 상에 이격하여 형성되는 고정전극 및 신호선; 상기 기판 상에 위치하는 절연층; 상기 기판 상에 소정의 에어갭을 두고 상기 신호선 및 상기 고정전극과 일부 중첩되도록 형성되고, 상기 고정전극의 동작에 따라 상기 신호선과 전기적으로 연결되는 가동빔; 상기 기판과 상기 가동빔 사이에 형성되어 상기 가동빔을 지지하는 지지부 를 포함하고, 상기 가동빔은 도전성 금속층으로 형성되고, 상기 고정전극이 형성된 제1 영역의 금속층은 제1 금속층과 제2 금속층으로 구성되고 상기 신호선이 형성된 제2 영역의 금속층은 제2 금속층으로 구성되며, 상기 절연층 상에는 상기 신호선, 상기 지지부 및 상기 가동빔의 일부가 위치하고, 상기 고정전극의 표면은 상기 절연층 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 전자기계 시스템 스위치 제조 방법은 기판 상에 적어도 하나의 고정전극을 형성하는 단계; 상기 고정전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 신호선을 형성하는 단계; 고정전극 및 신호선이 이격하여 형성된 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층이 형성된 기판 상에 지지부를 형성하는 단계; 상기 희생층이 형성된 기판 상에 금속물질로 가동빔을 형성하는 단계; 및 상기 희생층을 제거하여 에어갭을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 가동빔은 상기 고정전극이 형성된 제1 영역은 제1 금속층과 제2 금속층으로 구성되고 상기 신호선이 형성된 제2 영역은 제2 금속층으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극 상에 위치한 가동빔의 두께를 선택적으로 두껍게 하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 소자의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 Ι-Ι'라인의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 MEMS 스위치의 동작을 설명하는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4k는 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5은 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ'라인의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 MEMS 스위치의 동작을 설명하는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8k는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 "상에" 또는 "하에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 다만, "바로 위에" 또는 "바로 아래에"라는 용어가 사용될 경우에는, 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 것으로 제한되어 해석되어야 한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 스위치가 정전기력에 의하여 구동되는 것으로 설명하도록 한다. 다른 구동방식과 비교하였을 때, 정전기 구동방식은 제작이 비교적 간단하고 전력소모가 매우 적다는 장점이 있다. 또한, 정전기 구동방식은 신속한 구동 속도 및 적정한 힘을 제공한다는 다른 장점이 있다.
그러나, 본 발명의 MEMS 스위치는 정전기 구동방식에 한정되는 것이 아니며, 정전기, 자기, 압전 또는 열 구동방식뿐만 아니라 이들이 혼합된 구동방식에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 Ι-Ι'라인의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치는 기판(110), 고정전극(120), 절연층(130), 신호선(140), 지지부(160), 및 가동빔(170)을 포함한다.
먼저, 고정전극(120)은 기판(110) 상에 복수개가 소정의 간격을 두고 형성된다. 이러한 고정전극(120)은 도전성 금속층으로서, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
다음으로, 절연층(130)은 고정전극(120) 상에 형성되어 고정전극(120)과 가동빔(170)이 전기적으로 연결되는 것을 방지한다. 도 2에는 일 실시예에 따라 절연층(130)이 고정전극(120) 상면에 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 다른 일 실시예에서는 가동빔(170) 하면 일부에 절연층(130)을 형성할 수도 있다. 보다 구체적으로, 절연층(130)은 고정전극(120)에 대응하는 가동빔(170) 하면에 형성됨으로써 고정전극(120)과 가동빔(170)이 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 신호선(140)은 복수의 고정전극(120) 사이에 배치되어, 고정전극(120)과 평행하게 연장 형성된다. 이때, 신호선(140)은 가동빔(170)과 접촉될 수 있도록 상면이 노출된다.
이러한, 신호선(140)은 도전성 금속층으로서, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
다음으로, 지지부(160)는 소정의 두께로 고정전극(120)을 사이에 두고 신호선(140)과 대향하도록 형성되어, 가동빔(170)이 신호선(140)의 상면으로부터 소정 간격 떨어지도록 지지하는 동시에 가동빔(170)의 양단을 고정한다.
다음으로, 가동빔(170)은 신호선(140)과 소정의 에어갭(air gap, 150)을 두고 배치되며, 신호선(140) 및 고정전극(120)과 교차되도록 형성된다. 그리고, 가동빔(170)은 양단이 지지부(160)에 고정되어 중앙이 아래 위로 이동될 수 있다.
이러한, 가동빔(170)은 도전성 금속층으로서, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
한편, 가동빔(170)은 신호선(140) 및 고정전극(120)과 일부 중첩된다. 가동빔(170)은 고정전극(120)과의 사이에 발생하는 정전기력에 의해 아래로 동작하고, 이에 따라, 신호선(140)과 접촉되어 MEMS 스위치를 온(on)시킨다.
반면, 가동빔(170)은 고정전극(120)과의 사이에 정전기력이 사라지면 탄성복원력에 의해 위로 동작하고, 이에 따라, 신호선(140)과 이격되어 MEMS 스위치를 오프(off)시킨다.
상술한 바와 같이 가동빔(170)은 정전기력에 의해 아래 위로 동작하고, 이러한 동작이 반복됨에 따라 기계적 파손이 발생할 수 있다. 특히, 가동빔(170)은 정전기력을 직접적으로 받는 고정전극(120)이 형성된 제1 영역(a)에 상대적으로 손상이 많이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 가동빔(170)은 고정전극(120)이 형성된 제1 영역(a)을 신호선(140)이 형성된 제2 영역(b) 보다 두껍게 형성함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 가동빔(170)은 제1 금속층(172), 및 제1금속층(172) 상에 형성되는 제2 금속층(174)을 포함하고, 제2 금속층(174)을 정전기력에 의해 변형되는 변형영역에 형성한다. 여기서, 상기 변형영역은 고정전극(120)이 형성된 제1 영역(a)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 제1 금속층(172) 및 제2 금속층(174)은 동일한 물질로 형성될 수 있고, 다른 물질로 형성 될 수도 있다.
이하에서는 MEMS 스위치의 동작을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 도 2에 도시된 MEMS 스위치의 동작을 설명하는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치는 고정전극(120)과 가동빔(170) 사이에 작용하는 정전기력(F)에 의해 동작한다.
보다 구체적으로 설명하면, MEMS 스위치는 신호선(140) 양측에 배치된 고정전극(120) 및 가동빔(170)에 소정의 구동전압이 인가되면, 정전기력(F)에 의해 고정전극(120)과 가동빔(170) 간에 인력이 발생된다. 이때, 고정전극(120)은 기판(120) 상에 고정되어 있기 때문에 탄성을 갖는 가동빔(170)이 고정전극(120) 방향으로 휘어지게 된다. 이와 같은 가동빔(170)의 휨에 의해 MEMS 스위치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 고정전극(120) 사이에 형성된 신호선(140)과 가동빔(170)이 접촉되어 신호의 흐름이 연결된다.
MEMS 스위치는 고정전극(120) 및 가동빔(170)에 인가되는 구동전압이 제거되면, 고정전극(120)과 가동빔(170) 간의 인력이 사라지고, 탄성복원력에 의해 가동빔(170)이 원상복귀 된다. 이에 따라, MEMS 스위치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 신호선(140)과 가동빔(170)이 이격되어 신호의 흐름이 차단된다.
도 4a 내지 도 4j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치의 제조 공정을 나타내는 단면도로서, 이는 도 2 및 도 3에 도시한 MEMS 스위치를 제조하는 공정을 보여주는 단면도이다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 각각의 구성들의 재료 등에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 4a에서 알 수 있듯이, 기판(110) 상에 적어도 하나의 고정전극(120)을 소정의 간격을 두고 형성한다.
고정전극(120)은 기판(110) 상에 소정 금속물질을 적층한 후, 포토 레지스트(PR)를 도포하고 노광 및 현상하여 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 이용하여 상기 금속물질의 소정 영역을 식각한 후, 상기 마스크 패턴을 제거하는 소위 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 패턴 형성할 수 있다.
다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 금속물질의 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아 오프셋 프린팅(gravure offset printing), 리버스 오프셋 프린팅(reverse offset printing, 플렉소 프린팅(flexo printing), 또는 마이크로 컨택 프린팅(microcontact printing)과 같은 인쇄 공정으로 고정전극(120)을 직접 패턴 형성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 각각의 구성에 대한 패턴 형성 공정도 구성 재료에 따라 포토리소그라피 공정을 이용하거나 또는 인쇄 공정을 이용하여 수행할 수 있으며, 그에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 4b에서 알 수 있듯이, 고정전극(120) 상에 절연층(130)을 형성한다. 절연층(130)은 고정전극(120) 상에 산화막(SiO2)을 증착하고, 산화 열처리(Thermal Treatment) 공정을 통해 형성할 수 있다.
다음, 도 4c에서 알 수 있듯이, 절연층(130) 상에 신호선(140)을 형성한다. 이때, 신호선(140)은 절연층(130) 상에 소정의 금속물질을 증착하고, 고정전극(120) 사이에 패턴 형성한다.
다음, 도 4d에서 알 수 있듯이, 고정전극(120) 및 신호선(140) 상에 희생층(180)을 형성한다. 희생층(180)은 다음 공정에서 형성될 가동빔(170)이 신호선(140)으로부터 소정의 간격을 두고 이격된 상태로 형성되어 아래 위로 이동할 수 있도록 하기 위한 공간을 제공하기 위한 것이다.
이러한, 희생층(180)은 포토레지스트(PR)로 형성하고, 스핀코팅(Spin Coating) 또는 스프레이 코팅(Spray Coating)에 의하여 증착될 수 있다.
다음, 도 4e에서 알 수 있듯이, 희생층(180) 양측에 지지부(160)를 동일한 두께로 패턴 형성한다. 지지부(160)는 실리콘나이트라이드(SiN)로 형성하고, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 증착될 수 있다.
다음, 도 4f 내지 도 4i에서 알 수 있듯이, 기판(110) 상에 가동빔(170)을 형성한다. 이때, 가동빔(170)은 제1 금속층(172), 및 제1 금속층(172) 상에 선택적으로 형성된 제2 금속층(174)을 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 기판(110) 상에 제1 금속층(172)을 형성한 후, 신호선 (140) 상에 포토레지스트(PR, 190)을 증착한다. 그런 다음, 기판(110) 상에 제2 금속층(174)을 형성하고, 이후, 식각 용액을 이용하여 포토레지스트(PR, 190)를 제거한다. 이에 따라, 제2 금속층(174)은 제1 금속층(172) 상에 선택적으로 형성될 수 있다.
상술한 공정을 통해 제2 금속층(174)은 신호선(140)이 형성된 제2 영역을 제외한 영역 즉, 고정전극(120)이 형성된 제1 영역을 포함하는 영역에 형성될 수 있다.
다음, 도 4j에서 알 수 있듯이, 신호선(140)과 가동빔(170) 사이에 형성된 희생층(180)을 예컨대, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching) 방법으로 제거함으로써 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 스위치가 완성된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6는 도 5에서 Ⅱ-Ⅱ'라인의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치는 기판(110), 고정전극(120), 절연층(130), 신호선(140), 지지부(160), 및 가동빔(170)을 포함한다.
먼저, 고정전극(120)은 기판(110) 상에 형성된다. 이러한 고정전극(120)은 도전성 금속층으로서, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
다음으로, 절연층(130)은 고정전극(120) 상에 형성되어 고정전극(120)과 가동빔(170)이 전기적으로 연결되는 것을 방지한다. 도 5에는 일 실시예에 따라 절연층(130)이 고정전극(120) 상면에 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 다른 일 실시예에서는 가동빔(170) 하면 일부에 절연층(130)을 형성할 수도 있다. 보다 구체적으로, 절연층(130)은 고정전극(120)에 대응하는 가동빔(170) 하면에 형성됨으로써 고정전극(120)과 가동빔(170)이 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 신호선(140)은 고정전극(120)의 일측에 배치되어, 고정전극(120)과 평행하게 연장 형성된다. 이때, 신호선(140)은 가동빔(170)과 접촉될 수 있도록 상면이 노출된다.
이러한, 신호선(140)은 도전성 금속층으로서, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
다음으로, 지지부(160)는 소정의 두께로 고정전극(120)을 사이에 두고 신호선(140)과 대향하도록 형성되어, 가동빔(170)이 신호선(140)의 상면으로부터 소정 간격 떨어지도록 지지하는 동시에 가동빔(170)의 일단을 고정한다.
다음으로, 가동빔(170)은 신호선(140)과 소정의 에어갭(air gap, 150)을 두고 배치되며, 신호선(140) 및 고정전극(120)과 교차되도록 형성된다. 그리고, 가동빔(170)은 일단이 지지부(160)에 고정되어 지지부(160)에 의해 고정되지 않은 다른 일단이 아래 위로 이동될 수 있다.
이러한, 가동빔(170)은 도전성 금속층으로서, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
한편, 가동빔(170)은 신호선(140) 및 고정전극(120)과 일부 중첩된다. 가동빔(170)은 고정전극(120)과의 사이에 발생하는 정전기력에 의해 아래로 동작하고, 이에 따라, 신호선(140)과 접촉되어 MEMS 스위치를 온(on)시킨다.
반면, 가동빔(170)은 고정전극(120)과의 사이에 정전기력이 사라지면 탄성복원력에 의해 위로 동작하고, 이에 따라, 신호선(140)과 이격되어 MEMS 스위치를 오프(off)시킨다.
상술한 바와 같이 가동빔(170)은 정전기력에 의해 아래 위로 동작하고, 이러한 동작이 반복됨에 따라 기계적 파손이 발생할 수 있다. 특히, 가동빔(170)은 정전기력을 직접적으로 받는 고정전극(120)이 형성된 제1 영역(a)에 상대적으로 손상이 많이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 가동빔(170)은 고정전극(120)이 형성된 제1 영역(a)을 신호선(140)이 형성된 제2 영역(b) 보다 두껍게 형성함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 가동빔(170)은 제1 금속층(172), 및 제1금속층(172) 상에 형성되는 제2 금속층(174)을 포함하고, 제2 금속층(174)을 정전기력에 의해 변형되는 변형영역에 형성한다. 여기서, 상기 변형영역은 고정전극(120)이 형성된 제1 영역(a)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 제1 금속층(172) 및 제2 금속층(174)은 동일한 물질로 형성될 수 있고, 다른 물질로 형성 될 수도 있다.
이하에서는 MEMS 스위치의 동작을 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 7은 도 6에 도시된 MEMS 스위치의 동작을 설명하는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치는 신호선(140)일측에 배치된 고정전극(120)과 가동빔(170) 사이에 작용하는 정전기력(F)에 의해 동작한다.
보다 구체적으로 설명하면, MEMS 스위치는 고정전극(120) 및 가동빔(170)에 소정의 구동전압이 인가되면, 정전기력(F)에 의해 고정전극(120)과 가동빔(170) 간에 인력이 발생된다. 이때, 고정전극(120)은 기판(120) 상에 고정되어 있기 때문에 탄성을 갖는 가동빔(170)의 일단이 고정전극(120) 방향으로 휘어지게 된다. 이와 같은 가동빔(170)의 휨에 의해 MEMS 스위치는, 도 7에 도시된 바와 같이, 고정전극(120)과 소정의 간격을 두고 형성된 신호선(140)과 가동빔(170)이 접촉되어 신호의 흐름이 연결된다.
MEMS 스위치는 고정전극(120) 및 가동빔(170)에 인가되는 구동전압이 제거되면, 고정전극(120)과 가동빔(170) 간의 인력이 사라지고, 탄성복원력에 의해 가동빔(170)이 원상복귀 된다. 이에 따라, MEMS 스위치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 신호선(140)과 가동빔(170)이 이격되어 신호의 흐름이 차단된다.
도 8a 내지 도 8j는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치의 제조 공정을 나타내는 단면도로서, 이는 도 5 및 도 6에 도시한 MEMS 스위치를 제조하는 공정을 보여주는 단면도이다.
우선, 도 8a 및 도 8b에서 알 수 있듯이, 기판(110) 상에 하나의 고정전극(120)을 패턴 형성한 후, 고정전극(120) 상에 절연층(130)을 형성한다.
다음, 도 8c에서 알 수 있듯이, 절연층(130) 상에 신호선(140)을 형성한다. 이때, 신호선(140)은 절연층(130) 상에 소정의 금속물질을 증착하고, 고정전극(120)의 일측에 소정의 간격을 두고 패턴 형성한다.
다음, 도 8d 및 도 8e에서 알 수 있듯이, 고정전극(120) 및 신호선(140) 상에 희생층(180)을 형성한 후, 희생층(180) 일측에 지지부(160)를 형성한다.
다음, 도 8f 내지 도 8i에서 알 수 있듯이, 희생층(180)이 형성된 기판(110) 상에 가동빔(170)을 형성한다. 이때, 가동빔(170)은 제1 금속층(172), 및 제1 금속층(172) 상에 선택적으로 형성된 제2 금속층(174)을 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 기판(110) 상에 제1 금속층(172)을 형성한 후, 신호선 (140) 상에 포토레지스트(PR, 190)을 증착한다. 그런 다음, 기판(110) 상에 제2 금속층(174)을 형성하고, 이후, 식각 용액을 이용하여 포토레지스트(PR, 190)를 제거한다. 즉, 리프트 오프(lift off) 공정을 이용하여 제2 금속층(174)을 제1 금속층(172) 상에 선택적으로 형성할 수 있다.
상술한 공정을 통해 제2 금속층(174)은 신호선(140)이 형성된 제2 영역을 제외한 영역 즉, 고정전극(120)이 형성된 제1 영역을 포함하는 영역에 형성될 수 있다.
다음, 도 8j에서 알 수 있듯이, 신호선(140)과 가동빔(170) 사이에 형성된 희생층(180)을 예컨대, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching) 방법으로 제거함으로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 스위치가 완성된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 기판 120: 고정전극
130: 절연층 140: 신호선
150: 에어갭 160: 지지부
170: 가동빔

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 이격하여 형성되는 고정전극 및 신호선;
    상기 기판 상에 위치하는 절연층;
    상기 기판 상에 소정의 에어갭을 두고 상기 신호선 및 상기 고정전극과 일부 중첩되도록 형성되고, 상기 고정전극의 동작에 따라 상기 신호선과 전기적으로 연결되는 가동빔;
    상기 기판과 상기 가동빔 사이에 형성되어 상기 가동빔을 지지하는 지지부 를 포함하고,
    상기 가동빔은 도전성 금속층으로 형성되고, 상기 고정전극이 형성된 제1 영역의 금속층은 제1 금속층과 제2 금속층으로 구성되고 상기 신호선이 형성된 제2 영역의 금속층은 제2 금속층으로 구성되며,
    상기 절연층 상에는 상기 신호선, 상기 지지부 및 상기 가동빔의 일부가 위치하고, 상기 고정전극의 표면은 상기 절연층 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가동빔은
    상기 고정전극의 동작에 따라 하면이 상기 신호선과 접촉되는 제1 금속층; 및
    상기 제1 영역에 배치되어 상기 제1 금속층 상면에 형성된 제2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가동빔은 상기 고정전극 사이에 발생되는 정전기력에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 가동빔의 양단에 각각 적어도 하나 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 가동빔의 일단에 적어도 하나 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치.
  7. 기판 상에 적어도 하나의 고정전극을 형성하는 단계;
    상기 고정전극 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 신호선을 형성하는 단계;
    고정전극 및 신호선이 이격하여 형성된 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층이 형성된 기판 상에 지지부를 형성하는 단계;
    상기 희생층이 형성된 기판 상에 금속물질로 가동빔을 형성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하여 에어갭을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 가동빔은 상기 고정전극이 형성된 제1 영역은 제1 금속층과 제2 금속층으로 구성되고 상기 신호선이 형성된 제2 영역은 제2 금속층으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가동빔을 형성하는 단계는
    상기 희생층이 형성된 기판 상에 제1 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 금속층 상에 선택적으로 제2 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 금속층을 형성하는 단계는
    리프트 오프(Litf off) 공정을 이용하여 상기 제1 영역에 상기 제2 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 동일한 금속물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자기계 시스템 스위치 제조 방법.
KR1020120092408A 2012-08-23 2012-08-23 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법 KR101987118B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120092408A KR101987118B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120092408A KR101987118B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140026786A KR20140026786A (ko) 2014-03-06
KR101987118B1 true KR101987118B1 (ko) 2019-06-10

Family

ID=50641180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120092408A KR101987118B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101987118B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002052500A (ja) * 2000-05-15 2002-02-19 Memscap 可変キャパシタ又はマイクロスイッチタイプの電子マイクロ構成要素及びそのような構成要素の製造方法
JP2012086315A (ja) * 2010-10-20 2012-05-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 微細可動構造体の製造方法および微細可動構造体

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0320405D0 (en) * 2003-08-30 2003-10-01 Qinetiq Ltd Micro electromechanical system switch

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002052500A (ja) * 2000-05-15 2002-02-19 Memscap 可変キャパシタ又はマイクロスイッチタイプの電子マイクロ構成要素及びそのような構成要素の製造方法
JP2012086315A (ja) * 2010-10-20 2012-05-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 微細可動構造体の製造方法および微細可動構造体

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140026786A (ko) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4027388B2 (ja) Ｍｅｍｓスイッチ及びその製造方法。
KR20080087730A (ko) Ｍｅｍｓ 디바이스 및 상기 ｍｅｍｓ 디바이스를 구비한휴대용 통신 단말기
WO2004038819A2 (en) Piezoelectric switch for tunable electronic components
WO2007060416A1 (en) A micro-electromechanical device and method of making the same
KR100945623B1 (ko) 마이크로 스위칭 소자
JP2008177043A (ja) マイクロスイッチング素子およびマイクロスイッチング素子製造方法
JP2007287468A (ja) 変位デバイス及びそれを用いた可変容量コンデンサ，スイッチ並びに加速度センサ
JP2009009884A (ja) Ｍｅｍｓスイッチ及びその製造方法
US8476995B2 (en) RF MEMS switch device and manufacturing method thereof
JP5257383B2 (ja) スイッチ及びその製造方法並びにリレー
US9287050B2 (en) MEMS and method of manufacturing the same
KR101987118B1 (ko) 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법
CN101512701A (zh) 具有弯曲双层的机械开关
CN102822931B (zh) 集成式机电致动器
JP2006062016A (ja) 微細構造の製造方法
JP2009252516A (ja) Ｍｅｍｓスイッチ
US20160181040A1 (en) Mems structure with multilayer membrane
JP4174761B2 (ja) 機構デバイスの製造方法及び機構デバイス
RU2481675C2 (ru) Конструкция и технология изготовления интегрального микромеханического реле с подвижным электродом в виде структуры с пьезоэлектрическим слоем
JP6818299B2 (ja) 微細素子およびその製造方法
TW580734B (en) Method to fabricate vertical comb actuator by surface micromachining technology
KR100571778B1 (ko) Ｒｆ ｍｅｍｓ 스위치 및 그 제조 방법
JP2013178967A (ja) マイクロスイッチング素子の製造方法及びマイクロスイッチング素子
JP2005504415A (ja) マイクロメカニカル・スイッチ及び同スイッチを製造する方法
JP2016137565A (ja) 厚い可動膜を備えるｍｅｍｓ構造体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant