KR20070053515A - Ｒｆ 멤스 스위치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
저전압에서 하방 구동하는 압전효과(piezoelectric effect)를 이용한 RF 멤스 스위치 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 RF 멤스 스위치는 RF 신호라인과 캐비티를 구비한 기판; 상기 캐비티 위에 위치하며 상기 기판에 일단이 고정된 캔틸레버; 및 상기 캔틸레버가 하방으로 구동할 때 상기 RF 신호라인과 접촉하여 상기 RF 신호라인을 연결하기 위한 접속패드;를 포함한다. 상기 RF 멤스 스위치는 기판의 캐비티 위에 캔틸레버를 제작하고, 상기 기판에 RF 신호라인을 형성한 후, 상기 캔틸레버의 상단부에 접속패드를 형성하여 제조한다.
MEMS, 스위치, 캔틸레버, RF, 압전
Description
도 1은 정전방식을 이용한 RF 멤스 스위치에 대한 정단면도,
도 2는 상방 구동방식의 PZT를 이용한 RF 멤스 스위치에 대한 평면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하방 구동방식의 RF 멤스 스위치에 대한 사시도,
도 4a는 도 3의 평면도, 도 4b는 도 4a의 A-A단면도, 그리고 도 4c는 도 4a의 B-B단면도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 RF 멤스 스위치들에 대한 평면도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치의 작동상태를 보이는 단면도,
도 9는 본 발명의 RF 멤스 스위치에 인가된 전압과 캔틸레버의 변위 관계를 보이는 그래프, 그리고
도 10a 내지 도 10l은 본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 400: RF 멤스 스위치 101: 기판
102a, 102b: RF 입출력신호라인 103a: 캐비티
104a, 104b: 단자전극 107a, 107b: 구동라인
110: 캔틸레버 111: 접속패드
112: 압전층 113, 115: 상하부 전극
114: 멤브레인
본 발명은 고주파 멤스 소자(Radio Frequency MEMS element)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전압에서 하방구동하는 압전 RF 멤스 스위치(down bended piezoelectric RF MEMS switch) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 RF 멤스 스위치는 다양한 분야에 사용되고 있다. RF 멤스 스위치는 예컨대, 모바일 제품에서의 밴드선택(band selection), 다기능 스위칭(multi function switching) 및 위상 천이기(phase shifter) 등의 용도로 매우 다양하게 이용되고 있다.
이러한 RF 멤스 스위치는 현재 여러 가지 종류가 개발이 되어 있다. 그 대표적인 예로서, 정전(electrostatic)현상을 이용한 RF 멤스 스위치와 압전효과를 이용한 RF 멤스 스위치를 들 수 있다. 도 1과 도 2에 이들 각각의 RF 멤스 스위치가 도시되어 있다.
도 1은 정전 RF 멤스 스위치(electrostatic RF MEMS switch)에 대한 정단면 도이다. 도 1을 참조하면, RF 멤스 스위치(10)는 RF 신호라인(12a), 앵커(anchor, 13) 및 구동라인(14) 등이 형성된 기판(substrate, 1)과; RF 신호라인(12a)과 1㎛ 정도의 간격을 두고 떨어져 앵커(anchor, 13)에 고정되는 캔틸레버(cantilever, 11); 및 캔틸레버(11)의 구동에 따라 RF 신호라인(12a)에 접촉하여 온/오프되도록 캔틸레버(11)의 끝단부에 형성된 접속패드(contact pad, 12) 등으로 구성된다. 상기 RF 멤스 스위치(10)는 구동라인(14)을 통하여 외부전압이 인가되면 구동라인(14)과 캔틸레버(11) 사이에 정전기력이 발생하여 캔틸레버(11)가 하방으로 구동하여 접속패드(12)가 RF 신호라인(12a)과 접촉하여 RF 신호를 전송한다. 그러나 상기 정전 RF 멤스 스위치(10)는 구동전압이 3V 이상으로 매우 높으며 부피도 크기 때문에, 현재 도 2와 같은 압전방식의 RF 멤스 스위치로 대체되는 추세에 있다.
도 2는 압전방식의 RF 멤스 스위치에 대한 평면도로서, 상방 구동방식의 티탄산지르콘산납(lead zirconate titanate; PZT; Pb(Zr,Ti)O3)를 이용한 RF 멤스 스위치(20)를 예시한다. 상기 압전방식의 RF 멤스 스위치(20)는 RF 입력신호라인(RF-in signal line, 22a)과 RF 출력신호라인(RF-out signal line, 22b)이 도금된 기판(1)과, 상기 RF 신호라인(22a, 22b)의 바로 아래에 떨어져 위치한 접속패드(contact metal, 22)를 지지하는 다수개의 캔틸레버(21a-21d)를 포함한다. 상기 캔틸레버(21a-21d)는 도시하지 않은 상부전극층/압전층(piezoelectric layer)/하부전극층/멤브레인(membrane)으로 구성된다. 구동라인(24a, 24b)을 통하여 상기 캔틸레버(21a-21d)의 전극층들에 DC전압이 인가되면, 캔틸레버(21a-21d)가 캐비티 (cavity, 23a) 내에서 상방으로 휘게(up bended)된다. 그러면 캔틸레버(21a-21d)의 끝단에 형성된 접속패드(22)가 RF 신호라인(22a, 22b)에 접촉하고 끊어져 있는 두 RF 신호라인(22a, 22b)이 연결되어 RF 신호가 전송된다. 이러한 압전방식의 RF 멤스 스위치(20)는 3V 이하의 전압으로도 구동이 가능하고, 예컨대 캔틸레버의 길이가 약 100㎛일 때 약 1.8㎛의 변위(displacement)를 일으킬 수 있고 소비 전력이 거의 없다.
그러나 이러한 상방 구동방식의 압전 RF 멤스 스위치(20)를 제조할 때 많은 어려움이 따르며, 특히 그 제조공정이 단순하지 않다. 대부분의 압전 RF 멤스 스위치는 캔틸레버의 압전층이나 멤브레인이 매우 고온 공정에서 제작된다. 이로 인하여 이들 압전층이나 멤브레인은 RF 신호라인 등을 포함한 CPW(coplanar waveguide) 배선 라인보다도 먼저 형성할 필요가 있다. 만약 기판에 CPW 배선을 형성하고 그 위에 압전박막물질을 제작하면, 고온에서 금속이 확산(diffusion)되거나 실리사이드(silicide)가 형성된다. 이러한 제약으로 인해, 압전 RF 멤스 스위치는 도 2에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(21a-21d)를 위쪽으로 휘게 하고 그 캔틸레버(21a-21d) 위쪽에 별도의 웨이퍼 또는 기판(1)을 마련하여 CPW 배선 라인을 형성할 수밖에 없었다. 이 경우 기판의 후면(밑면)을 무리하게 식각할 수밖에 없다. 도 2에 도시된 상방 구동방식의 압전 RF 멤스 스위치(20)도 기판(1)의 상부면에 도금으로 RF 신호라인(22a, 22b)을 형성한 후, 그 기판(1)의 반대면을 완전히 식각하여 캔틸레버(21a-21d)를 형성한 것이다.
이러한 제조공정의 어려움과 복잡함을 해결하기 위하여, 압전 RF 멤스 스위 치 중 일부는 캐비티 위에 캔틸레버가 하방으로 구동하도록 형성한 것이 있다(대한민국 공개특허 2005-86629호; 2005-0076149호). 그러나 이들은 전부 캔틸레버가 형성되는 기판과 RF 신호라인을 형성하는 기판을 별도로 필요로 한다. 따라서 압전 RF 멤스 스위치에서 하나의 기판 위에 CPW 배선라인과 캔틸레버를 동시에 구성할 수 있다면, 압전 RF 멤스 스위치의 제조공정을 단순하게 할 수 있을 것이다. 특히 이러한 RF 멤스 스위치는 CPW 배선라인의 형성에도 매우 유리하고, RF 멤스 스위치의 스위칭 동작도 정확할 것이다.
본 발명의 목적은 캔틸레버와 CPW 배선라인이 하나의 기판에 형성 가능하고 상기 캔틸레버가 하방으로 구동하는 압전 RF 멤스 스위치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 구동전압에서 작동하고 소비 전력이 없는 압전 RF 멤스 스위치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그러한 압전 RF 멤스 스위치를 제조하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 압전 RF 멤스 스위치는, RF 신호라인과 캐비티(cavity)를 구비한 기판; 상기 캐비티 위에 위치하며 상기 기판에 일단이 고정된 캔틸레버; 및 상기 캔틸레버가 하방으로 구동할 때 상기 RF 신호라인과 접촉하여 상기 RF 신호라인을 연결하기 위한 접속패드;를 포함한다.
상기 기판은 CPW 배선라인을 가질 수 있다.
상기 RF 신호라인은 RF 입력신호라인과 RF 출력신호라인으로 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 RF 신호라인은 상기 접속패드보다도 아래에 형성되는 것이다.
상기 캐비티는 상기 RF 입력신호라인과 RF 출력신호라인 사이에 위치하는 것이 좋다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 멤스 스위치에서, 상기 RF 신호라인은 캐비티의 앞쪽에 설치될 수도 있다.
상기 캔틸레버는 하나의 빔(beam) 또는 한 쌍의 빔으로 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 캔틸레버는 아래로부터 하부전극, 압전층, 상부전극 및 멤브레인이 순차적으로 구비되는 것이다. 상기 상부전극과 하부전극은 구동라인과 연결될 수 있다. 상기 멤브레인은 상기 하부전극을 개방하도록 형성되는 것이 좋다.
상기 접속패드는 상기 캔틸레버의 상단부에 형성되는 것이 좋다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 멤스 스위치에서, 상기 접속패드는 상기 캔틸레버의 길이방향으로 돌출될 수도 있다.
본 발명의 RF 멤스 스위치에서 상기 기판의 표면에 보호층(passivation layer)이 더 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 RF 멤스 스위치의 제조방법은, 기판에 캐비티를 형성하는 단계; 상기 캐비티 위에 캔틸레버를 제작하는 단계; 상기 캔틸레버가 제작된 기판에 RF 신호라인을 형성하는 단계; 및 상기 캔틸레버에 접속패드를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 캐비티의 형성단계는 에칭공정에 의해 달성될 수 있다.
상기 캔틸레버의 제작단계는 바람직하게, 상기 기판 위에 보호층을 형성하는 단계; 상기 캐비티 내에 제1 희생층(first sacrification layer)을 형성하는 단계; 및 상기 제1 희생층 위에 하부전극층, 압전층, 상부전극층 및 멤브레인층을 순차적으로 형성하고 패터닝하는(patterning) 단계;를 포함한다.
상기 보호층은 실리콘 산화물(silicon oxide) 또는 실리콘 질화물(silicon nitride)로 형성될 수 있다.
상기 제1 희생층은 다결정 실리콘(poly silicon), 저온산화물(Low Temperature Oxide, LTO), 테트라에틸오소실리케이트(Tetra Ethyl Ortho Silicate; TEOS), 포토레지스트용 폴리머(polimer for photoresist), 금속, 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 상부전극과 하부전극은 Pt, Rh, Ta, Au, Mo 및 AuPt 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 압전층은 PZT, 바륨티타네이트(Barium titanate; BaTiO3), 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 산화아연(ZnO) 및 질화알루미늄(AlN) 중 하나의 압전재료로 형성될 수 있다.
상기 멤브레인층은 실리콘 질화물, 질화알루미늄(AlN), 다결정 실리콘 산화물(poly silicon oxide), 테트라에틸오소실리케이트(Tetra Ethyl Ortho Silicate; TEOS), Mo, Ta, Pt 및 Rh 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 RF 신호라인은 일반적으로 도전성 금속을 사용하며, 예컨대 Au, Rh, Ti, Ta, Pt 및 AuNix 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 그 중에서 Au가 가장 바람직하다.
상기 접속패드의 형성단계는 바람직하게, 상기 RF 신호라인이 형성된 기판에 제2 희생층을 도포하여 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 제2 희생층 위의 캔틸레버에 접속패드를 형성하는 단계; 및 상기 제1, 제2 희생층을 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 RF 멤스 스위치의 제조방법에서, 상기 제2 희생층의 두께에 의해 상기 RF 신호라인과 상기 접속패드의 간격(gap)을 조정할 수 있다.
상기 제2 희생층은 다결정 실리콘, 저온산화물(LTO), 테트라에틸오소실리케이트, 포토레지스트용 폴리머, 금속 및 이들의 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 바람직한 RF 멤스 스위치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하방 구동방식의 RF 멤스 스위치에 대한 사시도이고, 도 4a는 도 3의 평면도, 도 4b는 도 4a의 A-A단면도, 그리고 도 4c는 도 4a의 B-B단면도이다.
도 3, 도 4a 내지 도4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)는 RF 신호라인(102)과 캐비티(103a)를 구비한 기판(101); 캐비티(103a) 위에 위치하며 기판(101)에 일단이 고정된 캔틸레버(110); 및 캔틸레버(110)가 하방으로 구동할 때 RF 신호라인(102)과 접촉하여 RF 신호라인(102)을 연 결하기 위한 접속패드(111);를 포함한다.
상기 기판(101)은 그 상부면에 RF 신호라인(102) 및 DC 구동라인(107a, 107b)을 포함한 CPW 배선라인을 가질 수 있다. 상기 기판(101)에는 캐비티(103a)가 에칭 등을 통하여 형성된다. 캐비티(103a)는 RF 입력신호라인(102a)과 RF 출력신호라인(102b) 사이에 위치하는 것이 좋다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 멤스 스위치(도 5 내지 도 7 참조)에서는 RF 신호라인(102)이 캐비티(103a)의 앞쪽에 설치될 수도 있다.
상기 RF 신호라인(102)은 RF 입력신호라인(102a)과 RF 출력신호라인(102b)으로 구성될 수 있다. 바람직하게, RF 신호라인(102)은 접속패드(111)보다도 아래에 형성되는 것이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)는 캔틸레버(111)의 하방 구동에 따라 접속패드(111)의 양단(111a, 111b)이 각각 RF 입력신호라인(102a)과 RF 출력신호라인(102b)과 접촉하여 RF 신호라인(102)에 RF 신호를 전송한다.
상기 캔틸레버(110)는 하나의 빔(beam, 도 6 참조) 또는 한 쌍의 빔으로 구성될 수 있다. 바람직하게, 캔틸레버(110)는 아래로부터 하부전극(115), 압전층(112), 상부전극(113) 및 멤브레인(114)을 순차적으로 구비하는 것이다.
상부전극(113)과 하부전극(115)은 각각 상부단자전극(104a, 104b)과 하부단자전극(106a, 106b)에 의해 구동라인(107a, 107b)과 연결된다.
상기 멤브레인(114)은 캔틸레버(110)의 길이방향을 따라 형성된다. 멤브레인(114)은 상부전극(113)과 압전층(112)을 덮지만 하부전극(115)을 개방한 구조를 가 진다. 이러한 멤브레인(114)의 구조에 의해 캔틸레버(110)가 하방으로 구동 가능하다.
상기 접속패드(111)는 캔틸레버(110)의 상단부에 형성되는 것이 좋다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 멤스 스위치(도 5 내지 도 7 참조)에서, 접속패드(211, 311, 411)가 캔틸레버(210, 310, 410)의 길이방향으로 돌출될 수도 있다.
본 발명의 RF 멤스 스위치(100)에서 캐비티(103a)의 표면에 보호층(108)이 더 형성되는 것이 바람직하다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 RF 멤스 스위치들을 예시하고 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 RF 멤스 스위치들은 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)에 비하여, 접속패드 또는 캔틸레버 등 일부의 구조가 다르며, 다른 구조는 거의 동일하다. 따라서 이해를 돕기 위하여, 동일한 기능을 하는 부재들에는 그에 대응하는 참조부호를 붙였으므로, 설명의 편의상 중복된 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 제2실시예에 따른 RF 멤스 스위치(200)는, 제1실시예의 RF 멤스 스위치(100)와 달리, 접속패드(211)가 캐비티(203a)보다 앞쪽으로 돌출된 구조를 가진다. 이러한 구조를 가진 제2실시예에 따른 RF 멤스 스위치(200)는 RF 신호라인(202a, 202b)과 접속패드(211)의 접촉거리가 멀어 캔틸레버(210)의 최대 변위를 이용할 수 있다. 따라서 RF 멤스 스위치(200)는 RF 특성에 필요한 절연 특성(isolation property)이 양호할 수 있다.
도 6에 도시된 제3실시예에 따른 RF 멤스 스위치(300)는, 제1실시예의 RF 멤스 스위치(100)와 달리, 하나의 빔을 가지는 캔틸레버(310)를 구비한다. 그 결과, 제3실시예에 따른 RF 멤스 스위치(300)는 상대적으로 제조가 용이하고, 스위치의 크기도 작아 실장 공간을 작게 할 수 있다.
도 7에 도시된 제4실시예에 따른 RF 멤스 스위치(400)는, 제1실시예의 RF 멤스 스위치(100)와 달리, 캔틸레버(410)의 빔 간격이 상대적으로 넓고 이에 따라 접속패드(411)의 크기도 큰 구조를 가진다. 이러한 구조를 가진 제4실시예에 따른 RF 멤스 스위치(400)는 RF 신호라인(402a, 402b)과 접속패드(411)의 안정된 접촉이 가능하므로 상대적으로 RF 신호 전송에 대한 신뢰성이 높을 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)에 대한 작동 상태를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)에 대한 작동상태를 보이는 단면도이다. 제1실시예에 따른 멤스 스위치(100)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 구동라인(107a, 107b, 도 3 참조)을 통하여 DC전압이 인가되면, 구동라인(107a, 107b)과 접속된 상하부단자전극(104a, 104b, 106a, 106b, 도 3 참조)을 통하여 캔틸레버(110)의 상하부전극(113, 115)에 DC전압이 인가된다. 이와 동시에, 캔틸레버(110)의 압전층(112)에 분극현상이 발생하며 캔틸레버(110)에 힘이 가해진다. RF 멤스 스위치(100)는 캔틸레버(110)의 상면에 멤브레인(114)이 위치하므로, 캔틸레버(110)가 도 8에 도시된 바와 같이 캐비티(103a) 내에서 아래로 구동한다. 즉 멤브레인(114)을 형성하는 압전박막물질에 전압이 가해지면서 내부에서 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 발생하여 아래쪽으로 휘게 된다. 캔틸레버(110)의 스위칭에 의해 캔틸레버(110)에 위치한 접속패드(111)의 양단부(111a, 111b)가 기판(101) 에 형성된 RF 신호라인(102a, 102b)과 접촉하고, 기판(101)에 RF 신호가 통과된다.
도 9는 상기 RF 멤스 스위치(100)에 인가된 전압과 캔틸레버(110)의 변위 관계를 보이고 있다. 도 9에도 나타난 바와 같이, 상기 RF 멤스 스위치(100)는 DC 전압에 따라 캔틸레버(110)가 일정한 형태로 잘 구동하는 것을 알 수 있다. 예컨대, 본 발명의 RF 멤스 스위치(100)는 3V~5V의 전압에서 1.5~2.0㎛의 변위가 얻어지므로 저전압에서도 안정된 동작을 구현할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 RF 멤스 스위치의 바람직한 제조방법을 상세히 설명한다.
도 10a 내지 도 10l은 본 발명의 제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)에 대한 제조공정을 설명하기 위한 도면들이다. 이러한 제조공정은 패터닝의 차이를 제외하고는 제2 내지 제4 실시예에 따른 RF 멤스 스위치의 제조공정과 동일하다. 따라서 다른 실시예에 대한 RF 멤스 스위치에 대한 제조방법에 대한 중복된 설명은 생략한다.
제1실시예에 따른 RF 멤스 스위치(100)를 제조하기 위하여, 먼저 캐비티(103a)를 가지는 기판(101)을 준비한다(도 10a). 상기 기판(101)의 캐비티(103a)는 통상적인 에칭에 의해 형성될 수 있다. 상기 기판(101)은 고저항 실리콘 웨이퍼 또는 순도가 높은 일반 실리콘 웨이퍼 등과 같은 실리콘 웨이퍼, 융착실리카(fused silica) 등과 같은 글라스 계열의 웨이퍼(glass based wafer), 퀄츠 웨이퍼(quart wafer) 등을 사용할 수 있다.
그 다음, 캐비티(103a)가 형성된 기판(101)에 캔틸레버(110)를 형성한다(도 10b 내지 도 10f).
상기 캔틸레버(110)를 제작하기 위하여, 에칭된 캐비티(103a)를 포함한 기판(101)의 표면에 보호층(108)을 통상의 방법으로 증착(deposition)하고, 이를 패터닝한다(도 10b). 상기 보호층(108)은 SiO2와 같은 실리콘 산화물 또는 Si3N4와 같은 실리콘 질화물로 형성될 수 있다.
이어서 상기 캐비티(103a) 내에 제1 희생층(103)을 형성한 후 패터닝하고, 이를 기계화학적 연마(Chemical Mechinal Polishing; CMP)를 행한다(도 10c). 제1 희생층(103)으로 쓰이는 물질은 다결정 실리콘, 저온산화물(LTO), 테트라에틸오소실리케이트(TEOS), 포토레지스트용 폴리머, 금속 및 합금 중 어느 하나일 수 있다.
그리고 제1 희생층(103) 위에 하부전극층(115), 압전층(112), 상부전극층(113) 및 멤브레인층(114)을 순차적으로 증착하여 위에서부터 순차적으로 패터닝한다(도 10d 내지 도 10f). 이 과정에서 상기 캔틸레버(110)는 패터닝에 따라 하나 또는 2 이상의 빔(beam)으로 제작될 수 있다.
상기 상부전극(113)과 하부전극(115)은 Pt, Rh, Ta, Au, Mo 및 AuPt 중 어느 하나로 형성할 수 있으며, 이들 중 Pt가 가장 좋다. Pt는 융점이 높기 때문에 Pt를 상부전극(113)이나 하부전극(115)로 사용하면 압전층을 소결할 때 확산이나 실리사이드가 생기지 않는다.
상기 압전층(112)은 티탄산지르콘산납(PZT), 바륨티타네이트, 인듐주석산화물(ITO), 산화아연 및 질화알루미늄 중 하나의 압전재료로 형성될 수 있으며, 이들 중 PZT가 가장 바람직하다.
상기 멤브레인층(114)은 실리콘 질화물, 질화알루미늄, 다결정 실리콘 산화물, 테트라에틸오소실리케이트(TEOS), Mo, Ta, Pt 및 Rh 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
그 다음, 캔틸레버(110)가 형성된 기판(101)에 RF 신호라인(102a, 102b)을 형성한다(도 10g). RF 신호라인(102)은 일반적으로 Au를 사용하나, Rh, Ti, Ta, Pt 및 AuNix 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
RF 신호라인(102)에 사용되는 재질들은 금속인 반면, 캔틸레버(110)에 사용되는 압전재료는 대부분 세라믹이다. 따라서 캔틸레버(110)보다 RF 신호라인(102)과 같은 CPW 배선라인을 먼저 기판(101)에 형성할 필요가 있다. 압전 박막물질의 멤브레인(114)이나 압전층(112)을 제조할 때 고온에서 작업이 되기 때문에, 종래에는 캔틸레버(110)보다 아래쪽에 RF 신호라인(102)을 형성한다는 것이 불가능하였다. 즉 압전박막물질을 구동기구(driving mechanism)에 의해 동작하는 RF 멤스 스위치는 대부분 위쪽으로 움직이게 되어 있고, 부득이하게 캔틸레버의 위쪽에 CPW 배선을 형성하였다. 그러나 본 발명에서는 RF 신호라인(102)이나 구동전극(107) 등의 CPW 배선라인을 캔틸레버(110)보다 아래쪽에 형성할 수 있다. 특히, 전극배선들은 멤브레인(114)을 형성한 다음에 형성되도록 하기 때문에, 이러한 공정순서에 의해 고온에서 압전박막물질의 소결이 가능하다. 그 결과, 압전물질 고유의 기계적 변위(mechnical displacement)를 최적으로 유도할 수 있고, 최소 전압으로 최대 변위가 발생할 수 있다. 또한 본 발명에서는 캔틸레버(110)와 RF 신호라인(102)을 하 나의 기판(101)에 형성하므로, 불필요하게 별도의 상부 기판을 마련할 필요가 없다. 대신에 본 발명에서는 하나의 기판에 다른 CPW 배선을 형성함으로써, RF 멤스 스위치의 제조공정이 매우 안정해지고 간단하게 할 수 있다.
이후, 상기 캔틸레버(110)의 상단부에 접속패드(111)을 형성한다(도 10h 내지 도 10l).
상기 접속패드(111)의 형성을 위하여, RF 신호라인(102)이 형성된 기판(101)에 제2 희생층(105)을 도포한다(도 10h). 이 과정에서 제2 희생층(105)의 두께에 의해 RF 신호라인(102)과 접속패드층(111) 사이의 간격(gap)을 조정할 수 있다. 제2 희생층(105)은 다결정 실리콘, 저온산화물(LTO), 테트라에틸오소실리케이트(TEOS), 포토레지스트용 폴리머, 금속 및 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 캔틸레버(110)가 노출되도록 제2 희생층(105)을 패터닝한 후(도 10i), 캔틸레버(110)의 상단부에 접속패드(111)를 형성한다(도 10j). 그 다음, 기판(101)으로부터 제2 희생층(105)과 제1 희생층(103)을 차례로 제거한다(도 10k 및 도 10l). 상기 희생층(103, 105)들이 제거된 RF 멤스 스위치(100)의 캔틸레버(110)는 떠있는 구조가 된다. 따라서, 구동라인(107a, 107b)에서 DC 전압을 인가하면, 캔틸레버(110)는 아래로 구부려지면서 접속패드(111)가 RF 신호라인(102)에 접촉되어 RF 신호가 전송될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 하나의 기판에서 압전 캔틸레버보다 아래에 CPW 배선라인의 형성이 가능한 압전 RF 멤스 스위치를 제공할 수 있다. 이 러한 RF 멤스 스위치는 그 구조가 단순하여 부품의 소형화를 달성할 수 있다.
또한 본 발명의 RF 멤스 스위치는 낮은 구동전압을 가지고 소비 전력이 없으며, 안정된 동작이 가능하다. 또한 본 발명의 제조방법에 따르면, 그러한 압전 RF 멤스 스위치를 안정적으로 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (26)
- RF 신호라인과 캐비티를 구비한 기판;상기 캐비티 위에 위치하며 상기 기판에 일단이 고정된 캔틸레버; 및상기 캔틸레버가 하방으로 구동할 때 상기 RF 신호라인과 접촉하여 상기 RF 신호라인을 연결하기 위한 접속패드;를 포함하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 CPW 배선라인을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 RF 신호라인은 RF 입력신호라인과 RF 출력신호라인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 RF 신호라인은 상기 접속패드보다도 아래에 형성되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제3항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 RF 입력신호라인과 RF 출력신호라인 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버는 하나의 빔으로 구성되는 것을 특징으로 하 는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버는 한 쌍의 빔으로 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버는 아래로부터 하부전극, 압전층, 상부전극 및 멤브레인이 순차적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제8항에 있어서, 상기 상부전극과 상기 하부전극은 구동라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제8항에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 하부전극을 개방하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 접속패드는 상기 캔틸레버의 상단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 접속패드는 상기 캔틸레버의 길이방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 표면에 보호층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 RF 멤스 스위치.
- 기판에 캐비티를 형성하는 단계;상기 캐비티 위에 캔틸레버를 제작하는 단계;상기 캔틸레버가 제작된 기판에 RF 신호라인을 형성하는 단계; 및상기 캔틸레버에 접속패드를 형성하는 단계;를 포함하는 RF 멤스 스위치의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 캐비티 형성단계는 에칭공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 캔틸레버의 제작단계는,상기 기판 위에 보호층을 형성하는 단계;상기 캐비티 내에 제1 희생층을 형성하는 단계; 및상기 제1 희생층 위에 하부전극층, 압전층, 상부전극층 및 멤브레인층을 순차적으로 형성하고 패터닝하는 단계;를 포함하는 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 보호층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제1 희생층은 다결정 실리콘, 저온산화물(LTO), 테트라에틸오소실리케이트(TEOS), 포토레지스트용 폴리머, 금속 및 합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극은 Pt, Rh, Ta, Au, Mo 및 AuPt 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 압전층은 티탄산지르콘산납(PZT), 바륨티타네이트, 인듐주석산화물(ITO), 산화아연 및 질화알루미늄 중 하나의 압전재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 멤브레인층은 실리콘 질화물, 질화알루미늄, 다결정 실리콘 산화물, 테트라에틸오소실리케이트(TEOS), Mo, Ta, Pt 및 Rh 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 RF 신호라인은 Au, Rh, Ti, Ta, Pt 및 AuNix 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 접속패드는 상기 캔틸레버의 상단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제16항에 있어서, 상기 접속패드의 형성단계는,상기 RF 신호라인이 형성된 기판에 제2 희생층을 도포하여 패터닝하는 단계;상기 패터닝된 제2 희생층 위의 캔틸레버에 접속패드를 형성하는 단계; 및상기 제1, 제2 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 제조방법.
- 제24항에 있어서, 상기 제2 희생층의 두께에 의해 상기 RF 신호라인과 상기 접속패드의 간격(gap)을 조정하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제24항에 있어서, 상기 제2 희생층은 다결정 실리콘, 저온산화물(LTO), 테트라에틸오소실리케이트, 포토레지스트용 폴리머, 금속 및 합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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