KR20050052734A - Ｒｆ ｍｅｍｓ 스위치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 RF MEMS 스위치는 기판, 기판위에 설치된 최소한 하나의 신호선, 기판위에 설치된 최소한 하나의 정전 구동부, 기판에 설치되고 그라운드에 접지된 최소한 하나의 포스트, 그라운드에 접지된 최소한 하나의 피봇, 및 포스트를 수용하는 개구를 구비하고 정전 구동부의 동작에 따라 신호선과 접촉하거나 이격되도록 피봇에 지지된 도전성 스위치 패드를 구비한다. 본 발명의 RF MEMS 스위치의 제조방법은 실리콘 기판을 준비하는 단계, 실리콘 기판위에 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드를 형성하는 단계, 실리콘 기판위에 피봇과 도전성 스위치 패드를 형성하는 단계, 및 실리콘 기판 위에 그라운드와 접속하고 도전성 스위치 패드를 피봇에 관하여 시소운동을 하도록 지지하는 포스트를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 RF MEMS 스위치는 결합, 변형 및 복원 구조를 사용하지 않고 간단히 동작하는 시소운동 구조를 가지므로, 구동 전압을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

ＲＦ ＭＥＭＳ 스위치 및 그 제조 방법{Radio frequency micro electro mechanical system switch and fabrication method thereof}
본 발명은 RF 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 RF(Radio Frequency) 스위치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, RF MEMS 스위치는 브리지 또는 외팔보 형태가 많이 사용되고 있다. 이러한 RF MEMS 스위치는 구동 전압을 낮게하고 고속으로 스위칭하기 위하여 낮은 탄성율(spring constant)로 작동하도록 설계되며, 이에 따라 구조물, 특히 결합 부위가 취약해져 제조 및 작동 신뢰성이 떨어지는 문제점을 나타낸다. 또, 이 RF MEMS 스위치는 작동시 변형 및 복원하는 동작을 반복하는 메카니즘을 가지므로, 변형되는 부위에 응력이 축적될 수 있으며, 그 결과, 성능과 수명이 저하되는 문제점을 나타낸다. 또한, 공개된 특허문헌 및 논문에 따르면, 이들 RF MEMS 스위치는 10V 이하의 구동 전압에서 작동되기가 어려운 것으로 알려져 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 3년간 작동시 변형 및 복원하는 동작을 반복하는 메카니즘을 없애는 새로운 개념의 RF MEMS 스위치가 개발되어 발표되고 있다. 이러한 RF MEMS 스위치는 미국 특허 제6,294,847호, 제6,143,997호, 및 제6,489,857호에 개시되어 있다.
미국 특허 제6,294,847호의 RF MEMS 스위치는 기판의 표면에 설치된 격리 동작부를 구동하는 두 개의 캐퍼시터(Capacitors)를 사용한다. 하지만, 이 RF MEMS 스위치는 격리 동작부의 동작시 마찰 또는 충돌을 극복하기 위해서는 비교적 큰 구동력이 필요하다는 단점이 있다.
미국 특허 제6,143,997호와 제6,489,857호의 RF MEMS 스위치는 상단 및 하단 구동전극에 의해 작동되는 스위치 패드, 및 스위치 패드를 상하로 이동하도록 가이드하는 포스트(Posts)를 구비한다. 그러나, 이들 RF MEMS 스위치는 스위치 패드에 대한 전기적 연결이 고정되지 않은 접점을 통해 포스트에 의해 이루어지기 때문에, 전기적인 접속 이탈 또는 접속 불량이 발생할 수도 있다. 또한, 이들 RF MEMS 스위치는 포스트와 스위치 패드의 포스트 개구 사이의 제조 공차 때문에, 스위치 패드의 상하 이동시 잼이 발생할 수 있으며, 이에 따라 작동 신뢰성이 떨어질 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 결합, 변형 및 복원 구조를 사용하지 않고 간단히 동작하는 시소운동 구조를 제공함으로써 구동 전압을 최소화할 수 있는 RF MEMS 스위치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 변형 및 복원 구조를 사용하지 않음으로써 낮은 탄성률을 요구하는 문제를 해소하면서도 스위칭 속도를 현저하게 개선할 수 있는 RF MEMS 스위치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조 신뢰성을 개선할 수 있도록 간단하고 강건한 구조의 RF MEMS 스위치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시 양태는 기판, 기판위에 설치된 최소한 하나의 신호선, 기판위에 설치된 최소한 하나이상의 정전 구동부(Electrostatic drive), 기판에 설치되고 그라운드에 접지된 최소한 하나 이상의 포스트, 그라운드에 접지된 최소한 하나 이상의 피봇, 및 포스트를 수용하는 개구를 구비하고 정전 구동부의 동작에 따라 신호선과 접촉하거나 이격되도록 피봇에 지지된 도전성 스위치 패드를 구비하는 RF MEMS 스위치를 제공한다.
양호한 실시예에 있어서, 포스트는 도전성 스위치 패드의 운동을 제한하도록 상단부에 형성된 캡을 구비한다.
피봇은 도전성 스위치 패드, 그라운드, 및 기판 중의 하나와 일체로 형성될 수 있다.
도전성 스위치 패드는 제조시 하부 희생층의 식각을 쉽게하기 위해 다수의 식각 홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 RF MEMS 스위치는 도전성 스위치 패드와 그라운드 사이를 전기적으로 연결하는 도전성 와이어를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 RF MEMS 스위치는 도전성 스위치 패드가 신호선과 접촉하지 않고 소정간격을 두고 유지하도록 하는 최소한 하나 이상의 평형 구동부(Balance drive)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 양태에 따르면, 본 발명은 실리콘 기판을 준비하는 단계, 실리콘 기판위에 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드를 형성하는 단계, 실리콘 기판위에 피봇과 도전성 스위치 패드를 형성하는 단계, 및 실리콘 기판 위에 그라운드와 접속하고 도전성 스위치 패드를 피봇에 관하여 시소운동을 하도록 지지하는 제 1 포스트를 형성하는 단계를 포함하는 RF MEMS 스위치의 제조방법을 제공한다.
신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드를 형성하는 단계는 실리콘 기판위에 제 1 금속층을 형성하는 것, 및 제 1 금속층을 패터닝하여 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드를 형성하는 것으로 구성된다. 이 때, 평형 구동전극을 형성할 경우, 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드를 형성하는 동작은 평형 구동전극을 패터닝하여 형성하는 것을 더 포함한다.
피봇과 도전성 스위치 패드를 형성하는 단계는 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드가 형성된 기판위에 제 1 희생층을 형성하는 것, 제 1 희생층을 선택적으로 식각하여 피봇 홀을 형성하는 것, 피봇 홀이 형성된 제 1 희생층에 제 2 금속층을 증착하는 것, 및 제 2 금속층을 패터닝하여 피봇을 갖는 도전성 스위치 패드를 형성하는 것으로 구성된다.
제 1 포스트를 형성하는 단계는 도전성 스위치 패드가 형성된 제 1 희생층 위에 제 2 희생층을 형성하는 것, 제 1 및 제 2 희생층을 선택적으로 식각하여 포스트 홀을 형성하는 것, 포스트 홀이 형성된 제 2 희생층 위에 제 3 금속층을 증착하는 것, 제 3 금속층을 패터닝하여 제 1 포스트를 형성하는 것, 및 제 1 및 제 2 희생층을 제거하는 것으로 구성된다.
이 때, 도전성 와이어를 형성할 경우, 포스트 홀을 형성하는 동작은 도전성 와이어와 도전성 와이어를 지지하는 제 2 포스트를 위한 도전성 와이어/포스트 홀을 추가로 더 형성하며, 제 1 포스트를 형성하는 동작은 도전성 와이어와 도전성 와이어를 지지하는 제 2 포스트를 패터닝하여 형성하는 것을 더 포함한다.
선택적으로, 피봇과 도전성 스위치 패드를 형성하는 단계는 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드가 형성된 기판위에 제 1 희생층을 형성하는 것, 제 1 희생층을 선택적으로 식각하여 피봇 홀을 형성하는 것, 피봇 홀이 형성된 제 1 희생층에 제 2 금속층을 증착하는 것, 제 2 금속층을 패터닝하여 피봇을 형성하는 것, 및 피봇이 형성된 제 1 희생층에 제 2 희생층을 형성하는 것, 제 2 희생층위에 제 3 금속층을 증착하는 것, 및 제 3 금속층을 패터닝하여 도전성 스위치 패드를 형성하는 것으로 구성될 수 있다. 이 경우, 제 1 포스트를 형성하는 단계는 도전성 스위치 패드가 형성된 제 2 희생층위에 제 3 희생층을 형성하는 것, 제 1, 제 2 및 제 3 희생층을 선택적으로 식각하여 포스트 홀을 형성하는 것, 포스트 홀이 형성된 제 3 희생층 위에 제 4 금속층을 증착하는 것, 제 4 금속층을 패터닝하여 제 1 포스트를 형성하는 것, 및 제 1, 제 2 및 제 3 희생층을 제거하는 것으로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 RF MEMS 스위치 및 그 제조 방법을 첨부도면에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
(실시예 1)
도 1, 도 2 및 도 3g를 참조하면, 본 발명의 양호한 제 1 실시예에 따른 RF MEMS 스위치(10)가 예시되어 있다.
이 실시예의 RF MEMS 스위치(10)는 기판(11), 기판(11)의 양측면에서 기판(11)위에 설치된 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 기판(11)위에서 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b) 안쪽에 설치된 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b), 기판(11)에 설치된 그라운드(15)에서 수직으로 돌출된 패드 지지 포스트(18), 기판(11)에 설치된 그라운드(15)에 움직일 수 있게 접지된 피봇(20), 및 패드 지지 포스트(18)를 수용하는 개구(17)를 구비하고 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)의 동작에 따라 제 1 또는 제 2 신호선(12a, 또는 12b)과 접촉하거나 이격되도록 피봇(20)에 의해 기판(11)에 지지된 도전성 스위치 패드(16)를 구비한다.
제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)는 각각 전압이 인가될 때 도전성 스위치 패드(16)의 상응하는 단부, 즉 제 1 및 제 2 단부(16a, 16b) 중 하나를 정전기력(electrostatic force)으로 끌어 당길 수 있는 금속 전극으로 구성된다.
패드 지지 포스트(18)는 장방형 기둥형태를 가지며, 도전성 스위치 패드(16)의 상하 운동을 제한하도록 상단부에 캡(19)을 형성하고 있다.
피봇(20)은 도전성 스위치 패드(16)의 하면에서 그라운드(15)에 움직일 수 있게 접지되도록 도전성 스위치 패드(16)와 일체로 형성된다.
도전성 스위치 패드(16)는 패드 지지 포스트(18)를 수용하는 개구(17)에 의해 패드 지지 포스트(18)에 좌우 및 상하로 시소운동을 할 수 있게 지지되면서, 그라운드(15)에 움직일 수 있게 접지된 피봇(20)을 통해 그라운드(15)에 접지된다.
따라서, 도 2에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)의 하나, 예를들면, 제 2 정전 구동부(13b)에 전압이 인가될 때, 상응하는 도전성 스위치 패드(16)의 제 2 단부(16b)는 끌어당겨 지면서 시소 형태로 기울어져 상응하는 제 2 신호선(12b)과 접촉하여 "온"된다.
이와 같이, 도전성 스위치 패드(16)의 단부(16b)와 접촉하여 '온'된 제 2 신호선(12b)은 제 2 신호선(12b)에 붙어있는 가변 캐패시터(도시하지 않음)의 캐퍼시턴스가 커지게되고, 이에 따라 제 2 신호선(12b)으로 흐르는 대부분의 신호가 그라운드(15)로 바이패싱(bypassing)하게 된다.
반대로, 도전성 스위치 패드(16)의 제 1 단부(16a)와 떨어져 '오프'된 제 1 신호선(12a)은 커패시터의 커패시턴스가 아주 작아져서 대부분의 신호가 제 1 신호선(12a)을 따라 전송된다.
또한, 도전성 스위치 패드(16)는 제조시 후술한 바와 같이 하부 희생층의 식각을 쉽게 하기 위하여 다수의 식각 홀(41)을 구비할 수 있다.
도전성 스위치 패드(16)와 그라운드(15) 사이를 전기적으로 연결을 더욱 확실히 하기 위하여, 본 발명의 RF MEMS 스위치(10)는 도전성 와이어(22)를 더 포함한다.
도전성 와이어(22)는 그라운드(15)에 수직으로 형성된 와이어 지지 포스트(21)의 상단부에서 도전성 스위치 패드(16)의 상면과 접촉하도록 뻗어있는 굴곡형 와이어로 형성된다.
이상과 같이 구성된 본발명의 제 1 실시예에 따른 RF MEMS 스위치(10)의 제조 방법을 도 3a 내지 도 3g에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11)이 준비된 후, 기판(11)위에는 Al, Cu 등과 같은 금속으로 이루어진 제 1 금속층(도시하지 않음)이 스퍼터링법, 진공 증착 등과 같은 방법으로 형성된다.
그 다음, 제 1 금속층 위에는 포토 레지스트를 도포하여 포토 마스크로 노광 및 현상하는 포토리소그래피 공정으로 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 제 1 및 제 2 정전 구동 전극(13a, 13b), 및 그라운드(15)의 패턴을 갖는 신호선/전극/그라운드 패턴이 형성된다.
신호선/전극/그라운드 패턴이 형성된 후, 제 1 금속층은 신호선/전극/그라운드 패턴를 식각 마스크로 사용하는 건식 또는 습식 식각에 의해 패터닝되고, 그 결과, 기판(11)위에는 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 제 1 및 제 2 정전 구동 전극(13a, 13b), 및 그라운드(15)가 형성된다.
이 때, 제 1 금속층을 패터닝하여 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 제 1 및 제 2 정전 구동 전극(13a, 13b), 및 그라운드(15)를 형성하는 공정은 포토리소그래피 공정을 통해 형성된 신호선/전극/그라운드 패턴을 사용하는 것으로 설명하였지만, 신호선/전극/그라운드 패턴을 사용하지 않고 다른 방법, 예를들면 레이저 트리밍(laser trimming) 방법을 사용하여 수행할 수도 있을 것이다.
그 후, 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 제 1 및 제 2 정전 구동 전극(13a, 13b), 및 그라운드(15)가 형성된 기판(11)위에는 추후 식각공정으로 제거되는, 실리콘 기판(11) 보다 식각 선택비가 높은 다공성 실리콘과 같은 물질로 이루어진 제 1 희생층(31)이 형성된다. 제 1 희생층(31)의 두께는 추후 제 1 희생층(31) 위에 형성되는 스위치 패드(16)의 피봇(20)의 높이와 일치하거나 조금 높게 설정된다.
제 1 희생층(31)이 형성된 후, 제 1 희생층(31)에는 포토리소그래피 공정으로 피봇 홀(32)의 패턴을 갖는 피봇 홀 패턴(도시하지 않음)이 형성되고, 제 1 희생층(31)은 피봇 홀 패턴을 식각 마스크로 식각된다. 그 결과, 도 3b에 도시한 바와 같이, 제 1 희생층(31)에는 피봇 홀(32)이 형성된다.
이어서, 피봇 홀(32)이 형성된 제 1 희생층(31)의 전면에는 피봇(20)과 도전성 스위치 패드(16)을 형성할 Al, Cu와 같은 금속으로 이루어진 제 2 금속층(도시하지 않음)이 증착된 다음, 제 2 금속층은, 포토리소그래피 공정으로 제 2 금속층위에 형성된 스위치 패드 패턴(도시하지 않음)을 사용하여 식각하는 방법이나, 레이저 트리밍 방법으로 패터닝된다. 이 때, 스위치 패드 패턴은 추후 제 1 희생층(31)을 식각공정으로 제거할 때 쉽게 제거하기 위하여 다수의 식각 홀(41)의 패턴을 포함한다.
그 결과, 도 3c에 도시한 바와 같이, 제 1 희생층(31)상에는 하부에 피봇(20)을 일체로 형성하고 식각 홀(41)을 갖는 도전성 스위치 패드(16)가 형성된다.
그 후, 도 3d에 도시한 바와 같이, 도전성 스위치 패드(16)가 형성된 제 1 희생층(31)의 전면에는 제 2 희생층(32)이 형성된 다음, 제 2 희생층(32)에는, 포토리소그래피 공정으로 각각, 패드 지지 포스트(18), 와이어 지지 포스트(21), 및 도전성 와이어(22)을 형성하기 위한 패드 지지 포스트 홀(33), 와이어 지지 포스트 홀(34), 및 와이어 홀(35)의 패턴을 갖는 포스트/와이어 홀 패턴(도시하지 않음)이 형성된다.
이어서, 제 1 희생층(31)이 포스트/와이어 홀 패턴을 식각 마스크로 식각되면, 도 3e에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 희생층(31, 32)에는 패드 지지 포스트 홀(33), 와이어 지지 포스트 홀(34), 및 와이어 홀(35)이 형성된다.
그 다음, 패드 지지 포스트 홀(33), 와이어 지지 포스트 홀(34), 및 와이어 홀(35)이 형성된 제 2 희생층(32)의 전면에는 패드 지지 포스트(18), 와이어 지지 포스트(21), 및 도전성 와이어(22)를 형성할 Al, Cu와 같은 금속으로 이루어진 제 3 금속층(도시하지 않음)이 증착되고, 제 3 금속층은 포토리소그래피 공정으로 제 3 금속층위에 형성된 포스트/와이어 패턴(도시하지 않음)을 사용하여 식각하는 방법이나, 레이저 트리밍 방법으로 패터닝된다.
그 결과, 도 3f에 도시한 바와 같이, 패드 지지 포스트 홀(33), 와이어 지지 포스트 홀(34), 및 와이어 홀(35)과 그 주변의 제 2 희생층(32)상에는 캡(19)을 갖는 패드 지지 포스트(18), 와이어 지지 포스트(21), 및 도전성 와이어(22)가 각각 형성된다.
그 후, 도 3g에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 희생층(31, 32)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각액으로 제 1 및 제 2 희생층(31, 32)을 식각하여 제거하면, 본 발명의 제 1 실시예의 RF MEMS 스위치(10)의 제조가 종료된다.
(실시예 2)
도 4, 도 5, 도 6 및 도 7f를 참조하면, 본 발명의 양호한 제 2 실시예에 따른 RF MEMS 스위치(10')가 예시되어 있다. 설명의 편의를 위해 도 1, 도 2 및 도 3g에 관하여 설명한 제 1 실시예의 RF MEMS 스위치(10)와 동일한 구성부분은 동일한 부호로 표시하여 설명하기로 한다.
이 실시예의 RF MEMS 스위치(10')는 기판(11), 기판(11)의 양측면에서 기판(11)위에 설치된 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 기판(11)위에서 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b) 안쪽에 설치된 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b), 기판(11)위에 형성된 그라운드(15')에 수직으로 설치된 패드 지지 포스트(18), 기판(11)의 그라운드(15')에 설치되어 접지된 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b'), 패드 지지 포스트(18)를 수용하는 개구(17')를 구비하고 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)의 동작에 따라 제 1 또는 제 2 신호선(12a, 또는 12b)과 접촉하거나 이격되도록 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')에 지지된 도전성 스위치 패드(16'), 및 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)가 동작하지 않을 때 도전성 스위치 패드(16')가 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b)과 접촉하지 않고 소정간격을 두고 유지되도록 하는 제 1 및 제 2 평형 구동부(24a, 24b)를 구비한다.
제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)는 각각 전압이 인가될 때 도전성 스위치 패드(16')의 상응하는 단부, 즉 제 1 및 제 2 단부(16a', 16b') 중 하나를 정전기력으로 끌어 당길 수 있는 금속 전극으로 구성된다.
패드 지지 포스트(18)는 장방형 기둥형태를 가지며, 도전성 스위치 패드(16')의 운동을 제한하도록 상단부에 캡(19)을 형성하고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')은 포크 형태의 그라운드(15')에 일체로 연결되어 접지되어 있다. 선택적으로, 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')은 그라운드(15')에는 접지만 되고 기판(11)에 설치될 수도 있다.
도전성 스위치 패드(16')는 패드 지지 포스트(18)을 수용하는 개구(17'; 도 6)에 의해 패드 지지 포스트(18)에 좌우 및 상하로 시소운동을 할 수 있게 지지되면서, 그라운드(15')에 설치된 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')을 통해 그라운드(15')에 접지된다.
따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)의 하나, 예를들면 제 2 정전 구동부(13b)에 전압이 인가될 때, 상응하는 도전성 스위치 패드(16')의 제 2 단부(16b')는 끌어당겨 지면서 시소 형태로 기울어져 상응하는 제 2 신호선(12b)과 접촉하여 "온"된다.
이와 같이, 도전성 스위치 패드(16')의 제 2 단부(16a')와 접촉하여 '온'된 제 2 신호선(12b)은 제 2 신호선(12b)에 붙어있는 가변 캐패시터(도시하지 않음)의 캐퍼시턴스가 커지게되고, 이에 따라 제 2 신호선(12b)으로 흐르는 대부분의 신호가 그라운드(15')로 바이패싱된다.
반대로, 도전성 스위치 패드(16')의 제 1 단부(16a')와 떨어져 '오프'된 제 1 신호선(12a)은 커패시터의 커패시턴스가 아주 작아져서 대부분의 신호가 제 1 신호선(12a)을 따라 전송된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 평형 구동부(24a, 24b)는 각각, 포크형 그라운드(15') 사이에 배치된 전극으로 구성되며, 제 1 및 제 2 정전 구동부(13a, 13b)에 전압이 인가되지 않을 때 도전성 스위치 패드(16')의 제 1 및 제 2 단부(16a', 16b')가 상응하는 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b)과 접촉하지 않고 소정간격을 두고 유지되도록 한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 RF MEMS 스위치(10')의 제조 방법을 도 7a 내지 도 7f에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11)이 준비된 후, 실리콘 기판(11)위에는 제 1 실시예의 RF MEMS 스위치(10)와 같은 방법으로 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 제 1 및 제 2 정전 구동 전극(13a, 13b), 제 1 및 제 2 평형 구동 전극(24a, 24b) 및 그라운드(15')가 형성된다.
그 다음, 제 1 및 제 2 신호선(12a, 12b), 제 1 및 제 2 정전 구동 전극(13a, 13b), 제 1 및 제 2 평형 구동 전극(24a, 24b) 및 그라운드(15)가 형성된 기판(11)위에는 추후 식각공정으로 제거되는, 실리콘 기판(11) 보다 식각 선택비가 높은 다공성 실리콘과 같은 물질로 이루어진 제 1 희생층(31')이 형성된다. 이 때, 제 1 희생층(31')의 두께는 추후 제 1 희생층(31') 위에 형성되는 스위치 패드(16')의 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')의 높이와 일치하도록 설정된다.
제 1 희생층(31')이 형성된 후, 제 1 희생층(31')상에는 포토리소그래피 공정으로 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')을 형성하기 위한 피봇 홀(32')의 패턴을 갖는 피봇 홀 패턴(도시하지 않음)이 형성되고, 제 1 희생층(31')은 그라운드(15')의 일부를 오픈하는 피봇 홀(32')을 형성하도록 피봇 홀 패턴을 식각 마스크로 식각된다.
이어서, 피봇 홀(32')이 형성된 제 1 희생층(31')의 전면에는 제 1 및 제 2피봇(20a', 20b')을 형성할 Al, Cu와 같은 금속으로 이루어진 제 2 금속층(도시하지 않음)이 증착된 다음, 제 2 금속층은 포토리소그래피 공정으로 제 2 금속층위에 형성된 도전성 피봇 패턴(도시하지 않음)으로 식각하는 방법이나, 레이저 트리밍 방법으로 패터닝된다.
그 결과, 도 7b에 도시한 바와 같이, 피봇 홀(32')과 그 둘레의 제 1 희생층(31')상에는 그라운드(15')와 일체로 연결된 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')이 형성된다.
그 후, 제 1 및 제 2 피봇(20a', 20b')이 형성된 제 1 희생층(31')의 전면에는 제 2 희생층(33')이 형성된 다음, 제 2 희생층(33')상에는 도전성 스위치 패드(16')을 형성할 Al, Cu와 같은 금속으로 이루어진 제 3 금속층(도시하지 않음)이 형성된다.
이어서, 제 3 금속층은 포토리소그래피 공정으로 제 3 금속층위에 형성된 스위치 패드 패턴(도시하지 않음)으로 식각하는 방법이나, 레이저 트리밍 방법으로 패터닝된다.
그 결과, 도 7c에 도시한 바와 같이, 제 2 희생층(33')위에는 개구(17')를 갖는 도전성 스위치 패드(16')가 형성된다.
그 후, 도전성 스위치 패드(16')가 형성된 제 2 희생층(33')위에 제 3 희생층(34')이 형성된 다음, 제 3 희생층(34')위에는 포토리소그래피 공정으로 패드 지지 포스트 홀(35')의 패턴을 갖는 포스트 홀 패턴(도시하지 않음)이 형성된다.
이어서, 제 1, 제 2 및 제 3 희생층(31', 33', 34')이 포스트 홀 패턴을 식각 마스크로 식각되면, 제 1, 제 2 및 제 3 희생층(31', 33', 34')에는 그라운드(15')의 일부를 오픈하는 패드 지지 포스트 홀(35')이 형성된다.
그 다음, 패드 지지 포스트 홀(35')이 형성된 제 3 희생층(34')의 전면에는 패드 지지 포스트(18)를 형성할 Al, Cu와 같은 금속으로 이루어진 제 4 금속층(도시하지 않음)이 증착되고, 제 4 금속층은 포토리소그래피 공정으로 제 4 금속층위에 형성된 패드 지지 포스트 패턴(도시하지 않음)으로 식각하는 방법이나, 레이저 트리밍 방법으로 패터닝된다.
그 결과, 도 7e에 도시한 바와 같이, 패드 지지 포스트 홀(35')과 그 주변의 제 3 희생층(34')상에는 캡(19)을 갖는 패드 지지 포스트(18)가 형성된다.
그 후, 도 7f에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 희생층(31', 33', 34')에 대해 식각 선택성을 갖는 식각액으로 제 1, 제 2 및 제 3 희생층(31', 33', 34')을 식각하여 제거하면, 본 발명의 제 2 실시예의 RF MEMS 스위치(10')의 제조가 종료된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 RF MEMS 스위치 및 그 제조 방법은 결합, 변형 및 복원 구조를 사용하지 않고 간단히 동작하는 시소운동 구조를 제공함으로써 구동 전압을 최소화할 수 있는 효과를 제공함을 알 수 있다.
또, 본 발명의 RF MEMS 스위치는 동작시 구조물의 탄성 변형을 이용하지 않으므로, 낮은 탄성률을 요구하는 문제를 해소하면서도 스위칭 속도를 현저하게 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 RF MEMS 스위치 및 그 제조 방법은 제조 신뢰성을 개선할
수 있도록 간단하고 강건한 구조를 제공한다.
이상에서, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명 하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 수정과 변형실시가 가능 할 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 제 1 실시예에 따른 RF MEMS 스위치의 개략 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 RF MEMS 스위치의 부분 정단면도.
도 3a 내지 도 3g는 도 1의 선 I-I을 따라 취한 RF MEMS 스위치의 제조 프로세스를 예시하는 공정도.
도 4는 본 발명의 양호한 제 2 실시예에 따른 RF MEMS 스위치의 개략 사시도.
도 5는 도 4에 도시한 RF MEMS 스위치의 신호선, 정전 구동부, 평형 구동부,패드 지지 포스트, 및 그라운드의 구조를 예시하는 사시도.
도 6은 도 4에 도시한 RF MEMS 스위치의 도전성 스위치 패드의 구조를 예시하는 사시도.
도 7a 내지 도 7f는 도 4의 선 II-II을 따라 취한 RF MEMS 스위치의 제조 프로세스를 예시하는 공정도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10. 10': 스위치 11: 기판
12a,12b: 신호선 13a, 13b: 정전 구동부
15, 15': 그라운드 16, 16': 도전성 스위치 패드
18: 패드 지지 포스트 20, 20a', 20b': 피봇
31, 32, 31', 33', 34': 희생층 32, 32': 피봇 홀
33, 35': 패드 지지 포스트 홀 34: 와이어 지지 포스트 홀
35: 와이어 홀

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판위에 설치된 최소한 하나 이상의 신호선;
    상기 기판위에 설치된 최소한 하나 이상의 정전 구동부;
    상기 기판에 설치되고 그라운드에 접지된 최소한 하나 이상의 포스트;
    상기 그라운드에 접지된 최소한 하나 이상의 피봇; 및
    상기 포스트를 수용하는 개구를 구비하고 상기 정전 구동부의 동작에 따라 상기 신호선과 접촉하거나 이격되도록 상기 피봇에 지지된 도전성 스위치 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포스트는 상기 도전성 스위치 패드의 운동을 제한하도록 상단부에 형성된 캡을 구비한 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피봇은 상기 도전성 스위치 패드, 상기 그라운드, 및 상기 기판 중의 하나와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 스위치 패드는 다수의 식각 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 스위치 패드와 상기 그라운드 사이를 전기적으로 연결하는 도전성 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 스위치 패드가 상기 신호선과 접촉하지 않고 소정간격을 두고 유지하도록 하는 최소한 하나 이상의 평형 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치.
  7. 실리콘 기판을 준비하는 단계;
    상기 실리콘 기판위에 신호선, 정전 구동 전극, 및 그라운드를 형성하는 단계;
    상기 실리콘 기판위에 피봇과 도전성 스위치 패드를 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판위에 상기 그라운드와 접속하고 상기 도전성 스위치 패드를 상기 피봇에 관하여 시소운동을 하도록 지지하는 제 1 포스트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 신호선, 상기 정전 구동 전극, 및 상기 그라운드를 형성하는 상기 단계는,
    상기 실리콘 기판위에 제 1 금속층을 형성하는 것; 및
    상기 제 1 금속층을 패터닝하여 상기 신호선, 상기 정전 구동 전극, 및 상기 그라운드를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 신호선, 상기 정전 구동 전극, 및 상기 그라운드를 형성하는 상기 동작은 평형 구동전극을 패터닝하여 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 피봇과 상기 도전성 스위치 패드를 형성하는 상기 단계는,
    상기 신호선, 상기 정전 구동 전극, 및 상기 그라운드가 형성된 상기 실리콘 기판위에 제 1 희생층을 형성하는 것;
    상기 제 1 희생층을 선택적으로 식각하여 피봇 홀을 형성하는 것;
    상기 피봇 홀이 형성된 상기 제 1 희생층에 제 2 금속층을 증착하는 것; 및
    상기 제 2 금속층을 패터닝하여 상기 피봇을 갖는 상기 도전성 스위치 패드를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 포스트를 형성하는 상기 단계는,
    상기 도전성 스위치 패드가 형성된 상기 제 1 희생층 위에 제 2 희생층을 형성하는 것;
    상기 제 1 및 상기 제 2 희생층을 선택적으로 식각하여 포스트 홀을 형성하는 것;
    상기 포스트 홀이 형성된 상기 제 2 희생층 위에 제 3 금속층을 증착하는 것;
    상기 제 3 금속층을 패터닝하여 상기 제 1 포스트를 형성하는 것; 및
    상기 제 1 및 상기 제 2 희생층을 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 포스트 홀을 형성하는 상기 동작은 도전성 와이어와 도전성 와이어를 지지하는 제 2 포스트를 위한 와이어/포스트 홀을 추가로 더 형성하며;
    상기 제 1 포스트를 형성하는 상기 동작은 상기 도전성 와이어와 상기 도전성 와이어를 지지하는 상기 제 2 포스트를 패터닝하여 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 피봇과 상기 도전성 스위치 패드를 형성하는 상기 단계는,
    상기 신호선, 상기 정전 구동 전극, 및 상기 그라운드가 형성된 상기 실리콘 기판위에 제 1 희생층을 형성하는 것;
    상기 제 1 희생층을 선택적으로 식각하여 피봇 홀을 형성하는 것;
    상기 피봇 홀이 형성된 상기 제 1 희생층에 제 2 금속층을 증착하는 것;
    상기 제 2 금속층을 패터닝하여 피봇을 형성하는 것;
    상기 피봇이 형성된 상기 제 1 희생층에 제 2 희생층을 형성하는 것;
    상기 제 2 희생층위에 제 3 금속층을 증착하는 것; 및
    상기 제 3 금속층을 패터닝하여 상기 도전성 스위치 패드를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 포스트를 형성하는 상기 단계는,
    상기 도전성 스위치 패드가 형성된 상기 제 2 희생층위에 제 3 희생층을 형성하는 것;
    상기 제 1, 상기 제 2 및 상기 제 3 희생층을 선택적으로 식각하여 포스트 홀을 형성하는 것;
    상기 포스트 홀이 형성된 상기 제 3 희생층 위에 제 4 금속층을 증착하는 것;
    상기 제 4 금속층을 패터닝하여 상기 제 1 포스트를 형성하는 것; 및
    상기 제 1, 상기 제 2 및 상기 제 3 희생층을 제거하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF MEMS 스위치의 제조방법.
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