KR20180081137A - 고전력 rf mems 스위치의 열 관리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 고전력 용도의 MEMS 스위치를 형성하는 메커니즘에 에 관한 것이다. MEMS 디바이스를 따라 추가된 전기 접촉을 제공하는 추가 랜딩 전극이 채용되어, 접촉 전류에서, 최고온 지점에 가까운 MEMS 구조부로부터 열이 제거된다.
Description
본 발명은 일반적으로 고전력 용도의 MEMS 스위치에서의 온도 상승을 제한하는 기술에 관한 것이다.
플레이트가 제 1 위치와, 랜딩 전극과 전기적으로 접촉하는 제 2 위치 간에서 이동하는 MEMS 저항송 스위치를 작동시키는 경우, 스위치 양단에 인가되는 높은 전력은 독립형 MEMS 디바이스를 통해 전류가 흐르게 할 수 있다. 이러한 전류는 저항성 가열을 일으켜, MEMS 부분의 온도 상승을 초래하여, 디바이스 수명을 제한하거나, 원하지 않는 방식으로 디바이스 동작을 수정할 수 있다. 이러한 가열은 원치 않는 열 팽창을 일으켜, 스위칭 전압의 변화 또는 디바이스 제조에서 종종 사용되는 합금 재료의 상 변화를 초래할 수 있다.
MEMS 디바이스의 플레이트는 작동 전극에 전압을 인가함으로써 움직인다. 일단 전극 전압이 스냅인 전압(snap-in voltage)이라고 지칭되는 특정 전압에 도달하면, 플레이트는 전극쪽으로 이동한다. 일단 전압이 릴리스 전압(release voltage)으로 낮춰지면 플레이트는 원래 위치로 되돌아간다. 상기 릴리스 전압은, 일반적으로 플레이트가 작동 전극에 가까울 때의 더 높은 정전기력으로 인해, 그리고, 플레이트와 이 플레이트가 전극에 더 가깝게 이동하게 되면 상기 플레이트가 접촉하게 되는 표면 간의 정지 마찰로 인해서, 상기 스냅인 전압보다 낮다. MEMS 디바이스의 스프링 상수는 풀인 전압 및 풀 오프 전압의 값을 결정한다. 가열로 인해 MEMS 재료의 특성이 변하면, 이러한 릴리스 전압 및 스냅인 전압들이 변화되며 이는 해당 제품에서 바람직하지 않다.
따라서, MEMS에서 과도한 온도 상승없이 큰 전압 또는 전류를 스위칭할 수 있는 MEMS 스위치가 필요하다. 이는 특히 휴대 전화 용도에서 RF 신호를 스위칭하기 위해서 중요하다.
본 발명은 일반적으로 이동 전화 용도에서 RF 튜너에서 볼 수 있는 바와 같은 고전력 전기 신호를 스위칭할 때 MEMS 플레이트에서 유도된 전류 흐름에 의해 야기되는 MEMS 스위치 내에서의 온도 상승을 제어하기 위한 메커니즘에 관한 것이다. 전기 랜딩 포스트들이 플레이트 내의 열을 저감시키는 열 경로를 제공하면서, 평행한 전기 경로를 제공하도록 배치될 수 있다.
일 실시형태에서, MEMS(micro-electro-mechanical system) 디바이스는, 복수의 전극이 그 내부에 형성된 기판으로서, 상기 복수의 전극은 적어도 앵커 전극(anchor electorde), 풀-인 전극(pull-in electrode) 및 RF 전극(radio frequency electrode)을 포함하는, 상기 기판; 상기 복수의 전극들 및 상기 기판 상에 배치된 제 1 절연 층; 상기 제 1 절연 층 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 스위칭 소자는 앵커 부분, 레그 부분(leg portion) 및 브리지 부분(bridge portion)을 포함하고, 상기 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합되는, 상기 스위칭 소자; 상기 RF 전극에 연결된 제 1 포스트(post); 및 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 제 2 포스트를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 간에서 이동 가능하다.
다른 실시형태에서, MEMS 디바이스는 복수의 전극이 그 내부에 형성된 기판으로서, 상기 복수의 전극은 적어도 앵커 전극, 풀-인 전극 및 RF 전극을 포함하는, 상기 기판; 상기 복수의 전극들 및 상기 기판 상에 배치된 제 1 절연 층; 상기 제 1 절연 층 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 스위칭 소자는 앵커 부분, 레그 부분 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합되며, 상기 스위칭 소자는 전기 절연성 부분 및 도전성 부분을 갖는 바닥 표면부를 갖는, 상기 스위칭 소자; 상기 RF 전극에 연결된 제 1 포스트; 및 상기 앵커 전극 상에 배치되며 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 제 2 포스트를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 간에서 이동 가능하며, 상기 전기 절연성 부분은 상기 제 2 위치에서 상기 제 2 포스트와 접촉하며, 상기 도전성 부분은 상기 제 2 위치에서 상기 제 1 포스트와 접촉한다.
다른 실시형태에서, MEMS 디바이스를 형성하는 방법은, 기판 상에 절연 층을 성막하는 단계로서, 상기 기판은 그 내부에 형성된 복수의 전극을 가지며, 상기 복수의 전극은 적어도 앵커 전극, 풀-인 전극 및 RF 전극을 포함하는, 상기 절연 층을 성막하는 단계; 상기 절연 층의 적어도 일부분을 제거하여 상기 앵커 전극의 적어도 일부분 및 상기 RF 전극의 적어도 일부분을 노출시키는 단계; 상기 RF 전극 상에 상기 RF 전극과 접촉하는 제 1 포스트를 형성하는 단계; 상기 앵커 전극 상에 상기 앵커 전극과 접촉하는 제 2 포스트를 형성하는 단계; 및 상기 기판, 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계로서, 상기 스위칭 소자는 앵커 부분, 레그 부분 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합되며, 상기 스위칭 소자는 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 간에서 이동 가능한, 상기 스위칭 소자를 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, MEMS 디바이스를 형성하는 방법은, 기판 상에 절연 층을 성막하는 단계로서, 상기 기판은 그 내부에 형성된 복수의 전극을 가지며, 상기 복수의 전극은 적어도 앵커 전극, 풀-인 전극 및 RF 전극을 포함하는, 상기 절연 층을 성막하는 단계; 상기 절연 층의 적어도 일부분을 제거하여 상기 앵커 전극의 적어도 일부분 및 상기 RF 전극의 적어도 일부분을 노출시키는 단계; 상기 RF 전극 상에 상기 RF 전극과 접촉하는 제 1 포스트를 형성하는 단계; 상기 앵커 전극 상에 상기 앵커 전극과 접촉하는 제 2 포스트를 형성하는 단계; 및 상기 기판, 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계로서, 상기 스위칭 소자는 앵커 부분, 레그 부분 및 브리지 부분을 포함하고, 상기 앵커 부분은 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합되며, 상기 스위칭 소자는 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 상기 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 간에서 이동 가능하며, 상기 스위칭 소자는 전기 절연성 부분 및 도전성 부분을 갖는 바닥 표면부를 가지며, 상기 전기 절연성 부분은 상기 제 2 위치에서 상기 제 2 포스트와 접촉하며, 상기 도전성 부분은 상기 제 2 위치에서 상기 제 1 포스트와 접촉하는, 상기 스위칭 소자를 형성하는 단계를 포함한다.
이하에서는 상기한 본 발명의 특징들을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다. 그러나, 첨부된 도면과 실시예들은 본 발명의 일 예에 지나지 않으며, 본 발명은 이에 의하여 한정되지 않고 다른 유사한 실시예들을 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 MEMS 오믹 스위치의 개략적인 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 MEMS 오믹 스위치의 MEMS 디바이스의 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 3a는 도 1의 MEMS 오믹 스위치의 MEMS 디바이스 내의 개개의 스위칭 소자의 개략적인 평면도이다.
도 3b 내지 도 3d는 다양한 실시예에 따른, 도 1의 MEMS 오믹 스위치의 MEMS 디바이스 내의 개개의 스위칭 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도들이다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도이다.
이해를 돕기 위하여, 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소들은 특별한 설명이 없어도 다른 실시예들에도 유리하게 사용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 MEMS 오믹 스위치의 MEMS 디바이스의 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 3a는 도 1의 MEMS 오믹 스위치의 MEMS 디바이스 내의 개개의 스위칭 소자의 개략적인 평면도이다.
도 3b 내지 도 3d는 다양한 실시예에 따른, 도 1의 MEMS 오믹 스위치의 MEMS 디바이스 내의 개개의 스위칭 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도들이다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도이다.
이해를 돕기 위하여, 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소들은 특별한 설명이 없어도 다른 실시예들에도 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 휴대 전화 용도의 RF 튜너에서 볼 수 있는 바와 같은 고전력 전기 신호를 스위칭할 때 MEMS 플레이트에서 유도된 전류 흐름에 의해 야기되는 MEMS 스위치의 온도 상승을 제어하는 메커니즘에 관한 것이다. 전기 랜딩 포스트들은 플레이트 내의 열을 줄이기 위한 열 경로를 제공하면서도 평행한 전기 경로를 제공하도록 위치될 수 있다.
도 1은 MEMS 오믹 스위치(100)의 가능한 구현예의 평면도를 도시한다. MEMS 오믹 스위치(100)는 셀들(102)의 어레이를 포함한다. 각 셀로의 RF 접속부(104 및 106)는 반대편 단부 상에 있다. 각 셀(102)은 병렬로 동작하는 (5 개 내지 40 개의) 스위치들(108)의 어레이를 포함한다. 단일 셀(102) 내의 모든 스위치들(108)은 동시에 작동되고 턴 오프될 때 최소 커패시턴스 또는 턴 온될 때 단자들 간의 낮은 저항을 제공한다. 다수의 셀(102)은 총 저항을 낮추기 위해 그룹화될 수 있다.
도 2a는 도 1의 MEMS 셀(102)의 MEMS 디바이스의 평면도를 도시한다. 셀(102)은 스위치들(108)의 어레이를 포함한다. 스위치들(108) 아래에는, RF 전극(202) 및 풀인(pull-in) 전극들(204, 206)이 존재하며, 상기 풀인 전극들은 스위치들을 다운-위치(down-position)(스위치 폐쇄됨)로 작동시킨다.
도 2b는 스위치(108)를 업-위치(스위치 개방됨)로 작동시키는 풀업 전극(208), 캐비티(210) 및 그 아래에 놓인 기판(212)을 갖는 측면도를 도시한다. 기판(212)은 상호 접속을 위한 다수의 금속 레벨을 포함할 수 있고 또한 디바이스를 동작시키는 CMOS 능동 회로를 포함할 수 있다.
도 3a는 도 1 및 도 2a의 어레이 셀들(102) 내의 스위치들(108) 중 하나의 평면도를 도시한다. 도 3b는 일 실시예에 따른 스위치(108)의 단면도를 도시한다. 스위치(108)는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 제 1 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치와 제 1 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치 간에서 이동 가능한 플레이트를 갖는 제 1 MEMS 디바이스를 포함한다. 매우 자주, MEMS 스위치는 스티프한 움직일 수 있는 플레이트를 가지며 MEMS 디바이스를 위치시키는 앵커 부분에 접촉되는 약한 스프링처럼 작용하는 유연한 레그(leg) 부분을 가질 것이다. 스티프한 MEMS 부분은 도전성 포스트를 포함하는 랜딩 전극, 및 일반적으로, 상기 랜딩 전극과 가요성 레그 부분 사이에 위치하는 하나 이상의 풀인 전극에 걸쳐서 위치할 것이다. 가요성 레그 부분은 랜딩 전극으로부터 MEMS 빔의 스티프한 부분을 통해 레그 부분의 스티프한 단부를 유지하는 도전성 앵커까지의 회로를 폐쇄하기 위한 전기적 접속을 제공한다. 레그 부분을 유연하게 하기 위해서, 금속은 MEMS 디바이스의 스티프한 부분보다 얇게 또는 좁게 되어야 하는데, 이는 이러한 부분들이 보다 저항성이 강하고, 이로써 턴 온되었을 때에 DC 또는 RF AC 전류가 MEMS 디바이스를 통해 흐를 경우에 가장 많은 열을 발생시키는 것을 의미한다. 레그 부분의 가열의 효과를 줄이기 위해, 레그에 가까운 도전성 랜딩 포스트는 MEMS 디바이스의 스티프한 앵커로의 저 저항 상호 연결부를 통해 연결된 기판 상에 배치될 수 있다. MEMS 캔틸레버의 하측 상의 도전성 부분은, MEMS 스위치가 중앙 도전성 전극과 접촉하도록 풀다운될 때에 MEMS 디바이스 상의 전압이 도전성 포스트를 통해 션트(shunt)되도록 한다. 이러한 접촉은 MEMS의 좁은 레그 부분을 통한 전류 흐름을 감소시키고 MEMS 캔틸레버로부터 기판으로의 추가적인 열 경로를 제공한다.
스위치(108)는 포스트들(306)의 어레이를 사용하여 함께 결합되는 도전성 층들(302, 304)로 구성된 스티프한 브리지를 포함한다. 층(302)은 구조체의 단부까지 계속 연장되지 않아, 층(302)이 층(304)보다 길이가 짧아지게 된다. MEMS 브리지는 MEMS 브리지의 하부층(304) 및/또는 MEMS 브리지의 상부 층(302) 내에 형성된 레그들(308)에 의해 현수되고, 앵커 전극(314)에 연결된 도체(312) 상으로 비아(310)로 앵커링된다. 이는 작동 전압을 허용 가능한 수준으로 유지하면서, 스티프한 플레이트 부분 및 유연성 레그가 높은 접촉력을 제공하게 한다.
랜딩 포스트(316)는 도전성이며 MEMS 브리지의 도전성 하측면과 접촉한다. 참조 부호(316B)는 우수한 도전성, 주변 재료에 대한 낮은 반응성 및 긴 수명을 위한 높은 용융 온도 및 경도를 제공하는, 랜딩 포스트(316) 상의 표면 재료이다. 참조 부호(316B)와 동일한 재료로 제조된 도전성 표면(318B)을 갖는 이동 가능한 플레이트의 레그 부분 부근의 랜딩 전극들(318)의 제 2 세트는 앵커 전극(314)에 전기 접촉을 이루기 위해 사용된다. 이들 도면에는 도시되지 않았지만, 도전성 층들(302, 304)의 상단 및 하측면에 걸쳐서 절연 층이 있을 수 있다. 랜싱 포스트 영역에서 층(304)의 하측면 상의 절연체 내에 홀이 형성되어, 도전성 영역(316C, 318C)을 노출시킬 수 있으며, 이로써 MEMS가 풀 다운될 때에 도전성 포스트들이 전기적으로 접촉하게 된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 앵커 전극(314), 풀인 전극(204, 206) 및 RF 전극(202)을 덮는 절연 층(320) 내에 개구가 형성된다. 상기 개구부 내에, 랜딩 전극들(316 및 318) 또는 포스트들이 형성된다. 랜딩 전극(318)은 스위칭 소자가 랜딩 전극(318)과 접촉할 때 스위칭 소자의 앵커 전극(314)과의 전기적 결합 및 열적 결합(thermal coupling)을 제공한다. 랜딩 포스트(316)는 스위칭 소자가 랜딩 전극(316)과 접촉할 때 스위칭 소자의 RF 전극(202)에 대한 전기적 결합 및 열적 결합을 제공한다. 랜딩 전극(318)은 레그들(308)과 평행한 앵커 전극(314)으로의 전류 경로를 제공하고, 따라서, 스위치의 레그 부분(leg-portion)를 통한 전류를 감소시키고 따라서 해당 스위치의 가열을 감소시킨다. 접촉 층(316, 316B, 316C, 318, 318B, 318C)에 사용되는 전형적인 재료는 Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO2, ITO 및 Mo 및 이들의 조합을 포함한다. 하향 작동된 상태에서, MEMS 브리지의 층(304)은, 다수의 포스트(322A 내지 322D) 상에 랜딩될 수 있으며, 이러한 포스트들은 MEMS 브리지의 2 차 랜딩을 피하기 위해 제공되며 이러한 2 차 랜딩은 신뢰성 문제를 야기할 수 있다. 스위칭 소자의 바닥면은 그 위에 형성된 얇은 전기 절연 층(340)을 갖는다. 절연 층(340)의 부분이 제거되어, 참조 부호(316C, 318C)와 같은 전기 도전성 재료를 노출시키며, 이로써, 스위치가 바닥 위치에 있을 때 스위칭 소자가 제 1 포스트 및 제 2 포스트(316, 318)에 전기적으로 결합될 것이다. 도 3b에서, 스위칭 소자의 하단 표면의 절연성 부분 및 도전성 부분이 있고, 도전성 부분들은 제 1 포스트 및 제 2 포스트(316, 318)와 접촉한다.
상기 MEMS 브릿지 위에는, MEMS를 오프 상태 동안 루프까지 끌어 올리는데 사용되는 금속(326)으로 캡핑된 유전체층(324)이 있다. 상기 유전체층(324)은 상향 작동된 상태에서, MEMS 브리지와 풀업 전극 사이의 단락을 피하고 높은 신뢰성을 위해 전계를 제한한다. MEMS 디바이스를 상단까지 이동시키면, 오프 상태에서의 스위치의 정전 용량이 저감된다. 캐비티는 희생 층을 제거하는데 사용된 에칭 홀을 채우는 유전체층(328)으로 밀봉된다. 상기 유전체층은 이러한 홀들을 채우며 캔틸레버의 끝 부분을 지지하는 동시에 캐비티를 밀폐하여 캐비티 내에서의 저압 환경을 제공한다.
도 3c는 또 다른 실시예에 따른 스위치(108)의 단면도를 도시한다. 도 3c에 도시된 실시예에서, 도전성 층(304)의 하측면에 있는 유전체 층은 앵커 포스트(318) 위에서 제거되지 않는다. 따라서, 스위치가 앵커 포스트 상에 랜딩할 때, 포스트(318)는, 스위치가 포스트(318)와 접촉할 때 스위치의 온도를 감소시키기 위한 열 전도성을 제공하지만, 전류를 운반하지는 않는다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자의 바닥면에는 절연성 부분 및 도전성 부분들이 있다. 도전성 부분(316C)은 스위칭 소자가 풀 다운될 때 제 1 포스트(316)와 접촉하고, 스위칭 소자가 풀 다운될 때에 상기 절연성 부분은 제 2 포스트(318)와 접촉할 것이다. 따라서, 제 2 포스트(318)는 스위칭 소자에 전기적 도전성을 제공하지 않으며 열 전도성만을 제공하는 반면, 제 1 포스트(316)는 상기 스위칭 소자 열 전도성 및 전기 도전성을 모두 제공한다.
도 3d는 다른 실시예에 따른 스위치(108)의 단면도를 도시한다. 도 3d에 도시된 실시예에서, 포스트(318)는 절연 층(320) 상에 직접 배치되고 따라서 앵커 전극(314)과 전기적으로 접촉하지 않는다. 따라서, 포스트(318)는 스위치가 포스트(318)와 접촉할 때 스위치의 온도를 감소시키기 위한 열 전도성을 제공하지만, 어떠한 전류도 운반하지 않는다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치(400)의 개략도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(402)은 앵커 전극(314), 풀인 전극(204, 206) 및 RF 전극(202)을 포함하는 복수의 전극을 갖는다. 기판(402)은 단일 층 기판 또는 하나 이상의 상호 접속 층을 갖는 CMOS 기판과 같은 다층 기판을 포함할 수 있다. 또한, 전극(314, 202, 204, 206)에 사용될 수 있는 적절한 재료는 상이한 재료들의 다층 스택을 포함하여, 질화 티타늄, 알루미늄, 텅스텐, 구리, 티타늄 및 이들의 조합을 포함한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 이어서, 전기 절연 층(320)이 전극들(314, 202, 204, 206) 위에 성막된다. 전기 절연 층(320)에 적합한 재료는 실리콘-산화물(silicon-oxide), 실리콘-이산화물(silicon-dioxide), 실리콘-질화물(silicon-nitride) 및 실리콘-옥시나이트라이드(silicon-oxynitride)를 포함하는 실리콘계 재료(silicon based materials)를 포함한다. 소형 랜딩 포스트들(322A 내지 322D)이 절연 층(320)의 상단 상에 성막된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 전기 절연 층(320)이 RF 전극(202) 및 앵커 전극(314)의 일부에 대하여 제거되어 개구(404, 406, 408)를 생성한다.
이어서, 전기 도전성 재료(410)가, 도 4c에 도시된 바와 같이, 전기 절연 층(320) 상 및 개구(404, 406, 408) 내에 성막될 수 있다. 전기 도전성 재료(410)는 RF 전극(202) 및 디바이스 앵커 전극(314)으로의 직접적인 전기적 연결을 제공한다. 전기 도전성 재료(410)에 사용될 수 있는 적절한 재료은 티타늄, 질화 티타늄, 텅스텐, 알루미늄, 이들의 조합, 및 상이한 재료 층들을 포함하는 다층 스택을 포함한다. RF 전극에 걸쳐서, 전기 도전성 재료는 포스트(316)에 대응할 수 있고, 앵커 전극에 걸쳐서, 전기 도전성 재료는 포스트(318)에 대응할 수 있다. 전기 도전성 재료(410)의 상단 상에, 도전성 컨택트 재료(412)의 얇은 층이 성막되며, 이 층은 하향으로 랜딩된 상태에서 MEMS 브리지로의 접촉을 제공한다. 이러한 전기 도전성 컨택트 재료(412)에 사용될 수 있는 적합한 재료는 W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO2, ITO 및 Mo를 포함한다. 소형 랜딩 포스트들(322A 내지 322D)은 전기 도전성 재료들(410, 412)과 함께 형성되거나, 또는 별도의 단계에서 절연 재료에 의해 형성될 수 있다.
전기 도전성 재료(410, 412)가 패터닝되면, 프로세싱의 나머지 단계들이 수행되어, 도 4d에 도시된 MEMS 오믹 스위치(400)를 형성한다. 전술한 바와 같이, 스위칭 소자(414)는 그 바닥면을 코팅하는 절연성 재료를 가질 수 있다. 선택된 영역에서, 이러한 유전체층의 일부가 제거되고, 이로써 노출된 도전성 재료의 영역(416)이 존재할 수 있으며, 이는 표면 재료(412) 상에 랜딩될 것이다. 풀-오프(즉, 풀-업) 전극(326) 상에 추가 전기 절연 층(324)이 형성될 수 있고, 실링 층(328)은 스위칭 소자(414)가 캐비티 내에 배치되도록 전체 MEMS 디바이스를 밀봉할 수 있다. 이러한 제조 동안 희생 재료를 사용하여 캐비티의 경계를 구획한다.
도 5a 내지 도 5d는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치(500)의 개략도이다. MEMS 스위치(500)의 제조 단계는 개구(416)가 앵커-포스트 영역들에 걸쳐서 형성되지 않는다는 점을 제외하고는 MEMS 스위치(400)의 제조 단계와 동일하다. 본 실시예에서, 스위칭 소자(414)의 하측면에 있는 절연 층은, 스위칭 소자가 포스트(318)와 접촉할 때 포스트(318)가 앵커 전극(314)에 전기적으로 결합되지 않고 포스트(318)가 앵커 전극(314)에 열적으로만 결합되도록, 상기 포스트(318)의 위치에서 제자리에서 유지된다.
본 명세서에 개시된 도전성 포스트들은 스위칭 소자를 냉각시키는데 도움을주는 열 전도성을 제공하는데 유익하다. 또한, 포스트는 또한 스위칭 소자와 앵커 전극 사이에 전기적 접속을 제공할 수 있으며 이로써 추가적으로 스위칭 소자를 냉각시킬 수 있다. MEMS 디바이스를 따라서 부가된 전기적 접촉부는 스위칭 요소가 포스트와 접촉할 때 가장 뜨거운 지점에 가까운 MEMS 구조로부터 전류 및 열을 제거한다.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 기술되었으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위에 의해 한정되는 범위 내에서 다른 또는 추가의 실시예들을 도출할 수 있을 것이다.
Claims (28)
- MEMS 디바이스로서,
적어도 앵커 전극(anchor electorde), 풀-인 전극(pull-in electrode) 및 RF 전극(RF electrode)을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판;
상기 복수의 전극들 및 기판 상에 배치된 제 1 절연 층;
상기 제 1 절연 층 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 앵커 부분, 레그 부분(leg portion) 및 브리지 부분(bridge portion)을 포함하는 상기 스위칭 소자;
상기 RF 전극에 연결된 제 1 포스트(post); 및
상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 제 2 포스트;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한, MEMS 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 포스트는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 재료를 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 제 1 부분, 및 전기 절연성을 갖는 제 2 부분을 포함하는 바닥 표면부를 갖는, MEMS 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 포스트 및 제 1 포스트는 각각 상단 표면부를 가지고, 상기 상단 표면부는 동일한 재료를 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 브리지 부분이 상기 제 2 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 2 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 앵커 부분이 상기 제 1 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 1 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 소자 상에 배치된 풀-업 전극(pull-up electrode)을 더 포함하는, MEMS 디바이스. - MEMS 디바이스로서,
적어도 앵커 전극, 풀-인 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판;
상기 복수의 전극들 및 기판 상에 배치된 제 1 절연 층;
상기 제 1 절연 층 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 앵커 부분, 레그 부분 및 브리지 부분을 포함하고 절연성 부분 및 도전성 부분을 갖는 바닥 표면부를 갖는, 상기 스위칭 소자;
상기 RF 전극에 연결된 제 1 포스트; 및
상기 앵커 전극 상에 배치되며 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 제 2 포스트;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하며, 상기 절연성 부분은 상기 제 2 위치에서 제 2 포스트와 접촉하고, 상기 도전성 부분은 상기 제 2 위치에서 제 1 포스트와 접촉하는, MEMS 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 포스트는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 재료를 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 제 1 부분, 및 전기 절연성을 갖는 제 2 부분을 포함하는 바닥 표면부를 갖는, MEMS 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 포스트 및 제 1 포스트는 각각 상단 표면부를 가지며, 상기 상단 표면부는 동일한 재료를 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 브리지 부분이 상기 제 2 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 2 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 앵커 부분이 상기 제 1 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 1 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 스위칭 소자 상에 배치된 풀-업 전극을 더 포함하는, MEMS 디바이스. - MEMS 디바이스를 형성하는 방법으로서,
적어도 앵커 전극, 풀-인 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판 상에 절연 층을 성막하는 단계;
상기 절연 층의 적어도 일부분을 제거하여 상기 앵커 전극의 적어도 일부분 및 상기 RF 전극의 적어도 일부분을 노출시키는 단계;
상기 RF 전극 상에 상기 RF 전극과 접촉하는 제 1 포스트를 형성하는 단계;
상기 앵커 전극 상에 상기 앵커 전극과 접촉하는 제 2 포스트를 형성하는 단계; 및
상기 기판, 제 1 포스트 및 제 2 포스트 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계로서, 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 앵커 부분, 레그 부분 및 브리지 부분을 포함하고 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 상기 스위칭 소자를 형성하는 단계;를 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 포스트는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 재료를 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 제 1 부분, 및 전기 절연성을 갖는 제 2 부분을 포함하는 바닥 표면부를 갖는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 포스트 및 제 1 포스트는 각각 상단 표면부를 가지며, 상기 상단 표면부는 동일한 재료를 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 브리지 부분이 상기 제 2 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 2 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 앵커 부분이 상기 제 1 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 1 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 스위칭 소자 상에 배치된 풀-업 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - MEMS 디바이스를 형성하는 방법으로서,
적어도 앵커 전극, 풀-인 전극 및 RF 전극을 포함하는 복수의 전극들이 내부에 형성된 기판 상에 절연 층을 성막하는 단계;
상기 절연 층의 적어도 일부분을 제거하여 상기 앵커 전극의 적어도 일부분 및 상기 RF 전극의 적어도 일부분을 노출시키는 단계;
상기 RF 전극 상에 상기 RF 전극과 접촉하는 제 1 포스트를 형성하는 단계;
상기 앵커 전극 상에 상기 앵커 전극과 접촉하는 제 2 포스트를 형성하는 단계; 및
상기 기판, 제 1 포스트 및 제 2 포스트 상에 스위칭 소자를 형성하는 단계로서, 상기 스위칭 소자는 상기 앵커 전극에 전기적으로 결합된 앵커 부분, 레그 부분 및 브리지 부분을 포함하고 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트로부터 이격된 제 1 위치와 상기 제 1 포스트 및 제 2 포스트와 접촉하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하며 전기 절연성 부분 및 도전성 부분을 갖는 바닥 표면부를 가지며, 상기 전기 절연성 부분은 상기 제 2 위치에서 제 2 포스트와 접촉하고, 상기 도전성 부분은 상기 제 2 위치에서 제 1 포스트와 접촉하는, 상기 스위칭 소자를 형성하는 단계;를 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 2 포스트는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 재료를 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 전기적으로 도전성이면서 열적으로 전도성인 제 1 부분, 및 전기 절연성을 갖는 제 2 부분을 포함하는 바닥 표면부를 갖는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 2 포스트 및 제 1 포스트는 각각 상단 표면부를 가지며, 상기 상단 표면부는 동일한 재료를 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 브리지 부분이 상기 제 2 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 2 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 앵커 부분이 상기 제 1 포스트와 접촉할 수 있는 위치에 상기 제 1 포스트가 배치되는, MEMS 디바이스 형성 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 스위칭 소자 상에 배치된 풀-업 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는, MEMS 디바이스 형성 방법.
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