KR20000073952A - 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 에어 브릿지형 스위치는 에어 갭에 인가되는 정전기력에 의해 상부전극이 움직이는 구동원리로 인해 필요한 정전기력을 인가하기 위해서는 높은 구동전압이 요구되고, 칸티레버형 스위치도 인가되는 전압에 따라 입력신호배선이 움직이는 구동원리로 인해 에어 브릿지형과 마찬가지로 높은 구동전압이 요구되어 고주파에 응용할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 에어 브릿지형 스위치의 경우에 상부전극 및 하부전극이 서로 끌어 당겨져 스위칭이 이루어지도록 하고, 칸티레버형 스위치의 경우에 입력신호배선 및 제1,제2출력신호배선이 서로 끌어 당겨져 스위칭이 이루어지도록 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법을 제공함에 따라 종래에 비해 구동전압을 1/2.8 이하로 줄일 수 있게 되어 무선통신에 적용할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 초소형 기계 및 전자시스템(micro electromechanical systems : MEMS)을 이용한 고주파 스위치의 동작전압을 최소화하여 무선통신에 적용할 수 있도록 한 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 초소형 기계 및 전자시스템이란 마이크로머신, 마이크로시스템, 초소형 정밀기계 기술 등으로 불리우며, 실리콘 웨이퍼를 가공하여 3차원 구조물로 제작된다.
상기 초소형 기계 및 전자시스템을 고주파(radio frequency)분야에 응용하기 위한 기술로는 low-loss RF switch, tunable micromachined cpapcitors, low-loss filter, high-Q inductors 및 micromachined patch antenna 등이 있으며, 주로 무선통신과 국방분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 low-loss RF switch 와 low-loss filter 는 무선통신 분야의 집중적인 관심을 받고 있다.
상기 low-loss RF switch 는 정전기력을 이용하는 방법으로 보(beam)가 좌우로 움직이는 방식과 상하로 움직이는 방식이 있고, 이 2방식은 직류전류가 흐를 수 있느냐에 따라 직접 접촉식 스위치(direct contact switch)와 정전식 스위치(capacitive switch)로 구분되며, 이와같은 정전기력을 이용한 스위치는 많은 발표가 있었으나, 구동전압이 30V 이상으로 매우 높아서 무선통신 분야에는 적용이 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와같은 종래 에어 브릿지형(air bridge type) 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 도1a 내지 도1d에 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도1a에 도시한 바와같이 기판(1)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극(2)을 형성한다.
그리고, 도1b에 도시한 바와같이 상기 하부전극(2)이 형성된 기판(1)의 상부에 희생층(3)을 증착하고 패터닝한다. 이때, 평면도에서 알 수 있는 바와같이 희생층(3)은 하부전극(2)의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 형성하며, 또한 하부전극(2)과 식각선택비가 큰 물질로 형성하여야 한다.
그리고, 도1c에 도시한 바와같이 상기 희생층(3)이 형성된 기판(1)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극 및 멤브레인(membrane)(4)을 형성함과 아울러 평면도에서 알 수 있는 바와같이 금속물질의 일부는 상기 일부가 노출된 하부전극(2)과 접속되어 입력신호 배선(5)과 출력신호 배선(6)을 형성한다.
그리고, 도1d에 도시한 바와같이 상기 희생층(3)을 습식 또는 건식식각으로 제거하여 에어 갭(7)을 형성한다.
상기한 바와같은 에어 브릿지형 직접 접촉식 스위치는 상부전극 및 멤브레인(4)을 접지에 접속하고, 하부전극(2)에 30V 이상의 전압차가 발생하도록 전압을 인가하면, 에어 갭(7)에 인가되는 정전기력에 의해 상부전극 및 멤브레인(4)이 아래로 끌어 당겨져 스위칭이 이루어진다.
한편, 종래 에어 브릿지형 정전식 스위치는 상기 직접 접촉식 스위치의 제조공정중에 도1a의 공정에 의해 하부전극(2)이 형성된 기판(1)의 상부에 도1e의 단면도 및 그 평면도에 도시한 바와같이 하부전극(2)의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 절연층(8)을 증착하고 패터닝한 후, 상기 도1b 내지 도1d의 공정을 동일하게 적용하여 형성한다.
그리고, 상기한 바와같은 에어 브릿지형과는 다른 스위칭 방식으로 칸티레버형(cantilever type)이 있는데, 종래 칸티레버형 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 도2a 내지 도2e에 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도2a에 도시한 바와같이 기판(11)의 상부에 희생층(12)을 증착하고 패터닝한다.
그리고, 도2b에 도시한 바와같이 상기 희생층(12)이 형성된 기판(11)의 상부전면에 전기도금을 위하여 씨드(seed) 금속박막(13)을 형성한다.
그리고, 도2c에 도시한 바와같이 상기 씨드 금속박막(13)의 상부에 감광막을 도포한 후, 노광 및 현상하여 상기 희생층(12) 상의 씨드 금속박막(13)이 노출되도록 함과 아울러 노출된 씨드 금속박막(13)과 양측으로 소정거리씩 이격된 영역에 씨드 금속박막(13)이 노출되도록 감광막 패턴(PR11)을 형성한다.
그리고, 도2d에 도시한 바와같이 상기 노출된 씨드 금속박막(13)의 상부에 금속층을 형성하여 입력신호배선(14)과 출력신호배선(15)을 형성하고, 감광막 패턴(PR11)을 제거한다.
그리고, 도2e에 도시한 바와같이 상기 입력신호배선(14)과 출력신호배선(15)을 마스크로 적용하여 노출된 씨드 금속박막(13)을 제거한 후, 습식식각이나 건식식각을 수행하여 상기 희생층(12)을 제거한다.
상기한 바와같은 칸티레버형 직접접촉식 스위치는 인가되는 전압에 따라 기판(11)과 이격되어 허공에 떠있는 입력신호배선(14)이 출력신호배선(15)쪽으로 끌어당겨져 스위칭이 이루어진다.
한편, 종래 칸티레버형 정전식 스위치를 제조하기 위해서는 상기 칸티레버형 직접 접촉식 스위치의 제조가 완료된 후에 도2f의 단면도에 도시한 바와같이 웨이퍼 전면에 절연층(16)을 형성하고, 상기 입력신호배선(14)과 출력신호배선(15)의 패드(미도시)를 형성하는 공정을 추가한다.
그러나, 상기한 바와같은 종래 에어 브릿지형 스위치는 에어 갭에 인가되는 정전기력에 의해 상부전극이 움직이는 구동원리로 인해 필요한 정전기력을 인가하기 위해서는 높은 구동전압이 요구되고, 칸티레버형 스위치도 인가되는 전압에 따라 입력신호배선이 움직이는 구동원리로 인해 에어 브릿지형과 마찬가지로 높은 구동전압이 요구되어 고주파에 응용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 동작전압을 최소화하여 무선통신에 적용할 수 있는 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도1a 내지 도1d는 종래 에어 브릿지형 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도.
도1e는 도1a 내지 도1d에 있어서, 종래 에어 브릿지형 정전식 스위치의 제조를 위해 추가되는 공정을 도시한 단면도 및 그 평면도.
도2a 내지 도2e는 종래 칸티레버형 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 도시한 단계적인 단면도 및 그 평면도.
도2f는 도2a 내지 도2e에 있어서, 종래 칸티레버형 정전식 스위치의 제조를 위해 추가되는 공정을 도시한 단면도.
도3a 내지 도3e는 본 발명의 일 실시예로 에어 브릿지형 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 도시한 단계적인 단면도.
도3f는 도3a 내지 도3e에 있어서, 본 발명에 의한 에어 브릿지형 정전식 스위치의 제조를 위해 추가되는 공정을 도시한 단면도.
도4a 내지 도4e는 본 발명의 다른 실시예로 칸티레버형 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 도시한 단계적인 단면도.
도4f는 도4a 내지 도4e에 있어서, 본 발명에 의한 칸티레버형 정전식 스위치의 제조를 위해 추가되는 공정을 도시한 단면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
21:기판 22,24:희생층
23:하부전극 25:상부전극
28:에어 갭
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고주파 스위치 제조방법의 일 실시예는 기판의 상부에 제1희생층을 증착하고 패터닝하는 공정과; 상기 제1희생층이 형성된 기판의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극 및 제1희생층의 상부에 제2희생층을 형성하는 공정과; 상기 제2희생층 및 기판의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극을 형성하는 공정과; 상기 제1,제2희생층을 제거하여 에어 갭을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와같은 고주파 스위치 제조방법의 일 실시예를 통해 형성되는 고주파 스위치의 구조는 기판 상의 일부에 에어 갭이 형성되도록 기판의 상부에 형성된 상부전극과; 상기 기판 상부의 일부분에 지지되어 상기 에어 갭 내에서는 기판 및 상부전극과 각각 이격되도록 형성된 하부전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고주파 스위치 제조방법의 다른 실시예는 기판의 상부에 희생층을 증착하고 패터닝하여 소정거리씩 이격되는 제1 내지 제3희생층 패턴을 형성하는 공정과; 상기 제1 내지 제3희생층 패턴이 형성된 기판의 상부전면에 씨드 금속박막을 형성하는 공정과; 상기 제1 내지 제3희생층 패턴 상의 씨드 금속박막이 노출되도록 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 노출된 씨드 금속박막의 상부에 금속층을 형성하여 입력신호배선과 제1,제2출력신호배선을 형성하고, 감광막 패턴을 제거하는 공정과; 상기 입력신호배선과 제1,제2출력신호배선을 마스크로 적용하여 노출된 씨드 금속박막을 제거한 후, 상기 제1 내지 제3희생층 패턴을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 고주파 스위치의 일 실시예로 에어 브릿지형 직접 접촉식 고주파 스위치의 제조방법을 도3a 내지 도3e에 도시한 단계적인 단면도를 참고하여 상세히 설명한다.
먼저, 도3a에 도시한 바와같이 기판(21)의 상부에 희생층(22)을 증착하고 패터닝한다.
그리고, 도3b에 도시한 바와같이 상기 희생층(22)이 형성된 기판(21)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극(23)을 형성한다.
그리고, 도3c에 도시한 바와같이 상기 하부전극(23) 및 희생층(22)의 상부에 희생층(24)을 형성한다. 이때, 희생층(24)은 하부전극(23)의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 형성하며, 또한 하부전극(23)과 식각선택비가 큰 물질로 형성하여야 한다.
그리고, 도3d에 도시한 바와같이 상기 희생층(24) 및 기판(21)의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극(25)을 형성한다. 이때, 금속물질의 일부는 상기 일부가 노출된 하부전극(23)과 접속되어 입력신호 배선(미도시)과 출력신호 배선(미도시)을 형성한다.
그리고, 도3e에 도시한 바와같이 상기 희생층(22,24)을 습식 또는 건식식각방법을 통해 제거하여 에어 갭(28)을 형성한다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 에어 브릿지형 직접 접촉식 스위치의 제조방법을 통해 상부전극(25)이 기판(21) 상의 일부에 에어 갭(28)이 형성되도록 기판(21)의 상부에 형성되며, 하부전극(23)이 상기 기판(21) 상부의 일부분에 지지되어 상기 에어 갭(28) 내에서는 기판(21) 및 상부전극(25)과 각각 이격되도록 형성된다.
따라서, 상부전극(25)을 접지에 접속하고, 하부전극(23)에 전압을 인가하면, 에어 갭(28)에 인가되는 정전기력에 의해 상부전극(25)과 하부전극(23)이 서로 끌어 당겨져 스위칭이 이루어지므로, 종래에 비해 상부전극(25)의 당겨지는 거리를 줄일 수 있으며, 이때 인가되는 전압은 아래의 수학식1로 나타낼 수 있다.
이때, d:당겨지는 거리, V:구동전압
상기 수학식1의 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에서는 종래에 비해 상부전극(25)이 움직이는 거리를 절반으로 줄임으로써, 구동전압을 1/2.8 이하로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 에어 브릿지형 정전식 스위치는 상기 직접 접촉식 스위치 제조공정중에 도3b까지의 공정에 의해 하부전극(23)이 형성된 기판(21)의 상부에 도3f의 단면도에 도시한 바와같이 하부전극(23)의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 절연층(29)을 증착하고 패터닝한 후, 상기 도3c 내지 도3e의 공정을 동일하게 적용하여 형성한다.
한편, 본 발명에 의한 고주파 스위치의 다른 실시예로 칸티레버형 직접 접촉식 고주파 스위치의 제조방법을 도4a 내지 도4e에 도시한 단계적인 단면도를 참고하여 상세히 설명한다.
먼저, 도4a에 도시한 바와같이 기판(31)의 상부에 희생층(32)을 증착하고 패터닝하여 소정거리씩 이격되는 제1 내지 제3희생층 패턴(32A∼32C)을 형성한다. 이때, 제1 내지 제3희생층 패턴(32A∼32C)은 후속 공정에서 형성되는 입력신호배선과 출력신호배선이 형성될 영역에 형성된다.
그리고, 도4b에 도시한 바와같이 상기 제1 내지 제3희생층 패턴(32A∼32C)이 형성된 기판(31)의 상부전면에 전기도금을 위해서 씨드 금속박막(33)을 형성한다.
그리고, 도4c에 도시한 바와같이 상기 제1 내지 제3희생층 패턴(32A∼32C) 상의 씨드 금속박막(33)이 노출되도록 감광막 패턴(PR31)을 형성한다.
그리고, 도4d에 도시한 바와같이 상기 노출된 씨드 금속박막(33)의 상부에 금속층을 형성하여 입력신호배선(34)과 제1,제2출력신호배선(35,36)을 형성하고, 감광막 패턴(PR31)을 제거한다.
그리고, 도4e에 도시한 바와같이 상기 입력신호배선(34)과 제1,제2출력신호배선(35,36)을 마스크로 적용하여 노출된 씨드 금속박막(33)을 제거한 후, 습식 또는 건식 식각방법을 통해 상기 제1 내지 제3희생층 패턴(32A∼32C)을 제거한다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 칸티레버형 직접접촉식 고주파 스위치는 인가되는 전압에 따라 기판(31)과 이격되어 허공에 떠있는 입력신호배선(34)과 출력신호배선(35,36)이 서로 끌어당겨져 스위칭이 이루어지므로, 종래에 비해 입력신호배선(34)의 당겨지는 거리를 줄일 수 있게 되어 상기 본 발명의 일 실시예와 마찬가지로 구동전압을 줄일 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 의한 칸티레버형 정전식 스위치를 제조하기 위해서는 상기 칸티레버형 직접 접촉식 스위치의 제조가 완료된 후에 도4f의 단면도에 도시한 바와같이 웨이퍼 전면에 절연층(37)을 형성하고, 상기 입력신호배선(34)과 제1,제2출력신호배선(35,36)의 패드(미도시)를 형성하는 공정을 추가한다.
상술한 바와같이 본 발명에 의한 고주파 스위치의 구조 및 그 제조방법은 상부전극 및 하부전극 또는 입력신호배선 및 제1,제2출력신호배선이 서로 끌어 당겨져 스위칭이 이루어지도록 함에 따라 종래에 비해 구동전압을 1/2.8 이하로 줄일 수 있게 되어 무선통신에 적용할 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 기판의 상부에 제1희생층을 증착하고 패터닝하는 공정과; 상기 제1희생층이 형성된 기판의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 하부전극을 형성하는 공정과; 상기 하부전극 및 제1희생층의 상부에 제2희생층을 형성하는 공정과; 상기 제2희생층 및 기판의 상부에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 상부전극을 형성하는 공정과; 상기 제1,제2희생층을 제거하여 에어 갭을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2희생층의 형성전에 하부전극의 일단면은 완전히 덮고, 타단면은 일부가 노출되도록 절연층을 증착하고 패터닝하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치의 제조방법.
- 기판 상의 일부에 에어 갭이 형성되도록 기판의 상부에 형성된 상부전극과; 상기 기판 상부의 일부분에 지지되어 상기 에어 갭 내에서는 기판 및 상부전극과 각각 이격되도록 형성된 하부전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치의 구조.
- 기판의 상부에 희생층을 증착하고 패터닝하여 소정거리씩 이격되는 제1 내지 제3희생층 패턴을 형성하는 공정과; 상기 제1 내지 제3희생층 패턴이 형성된 기판의 상부전면에 씨드 금속박막을 형성하는 공정과; 상기 제1 내지 제3희생층 패턴 상의 씨드 금속박막이 노출되도록 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 노출된 씨드 금속박막의 상부에 금속층을 형성하여 입력신호배선과 제1,제2출력신호배선을 형성하고, 감광막 패턴을 제거하는 공정과; 상기 입력신호배선과 제1,제2출력신호배선을 마스크로 적용하여 노출된 씨드 금속박막을 제거한 후, 상기 제1 내지 제3희생층 패턴을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3희생층 패턴을 제거한 후에 웨이퍼 전면에 절연층을 형성하고, 상기 입력신호배선과 제1,제2출력신호배선의 패드를 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치의 제조방법.
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| KR100492004B1 (ko) * | 2002-11-01 | 2005-05-30 | 한국전자통신연구원 | 미세전자기계적 시스템 기술을 이용한 고주파 소자 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5578976A (en) * | 1995-06-22 | 1996-11-26 | Rockwell International Corporation | Micro electromechanical RF switch |
-
1999
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Cited By (1)
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| KR100320190B1 (ko) | 2002-01-10 |
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