(57)【要約】様々な形状のＭＥＭＳスイッチが、個々に動作可能な接触を提供する。このＭＥＭＳスイッチは改善された陽極接合技術によってシールされる。
2007533105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単極双投（「ＳＰＤＴ」）マイクロ電子機械システム（「ＭＥＭＳ」）スイッチに接続された入力導体上に存在する電気信号を、少なくとも第１の出力導体と第２の出力導体とを含むグループから選択された出力導体に選択的に結合するよう適合され、両方の前記出力導体が該ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチに接続されるようにした、ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチであって、
前記ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチは、
ａ．  １対の前に直面するトグルと１対の後に直面するトグルとを含むグループから選択された整列形態の少なくとも１対のトグルと、
ｂ．  前記トグルの数より少なくない複数対のトーションバーであって、それぞれのトーションバーの対が：
ｉ．    それぞれ前記トグルの１つの対抗する側に配置され、それと結合され、また、
ｉｉ．  そのようなトグルが回転できる軸を構築している、
トーションバーと；
ｃ．  前記トグルから最も遠いトーションバーの端部が結合されたフレームであって、前記トーションバーによって構築された軸の周りで回転するために前記トーションバーを介して前記トグルを支持するフレームと；
を内部にマイクロマシン加工された材料のモノリシック層：
前記トグルの数より少なくない電気伝導性の複数の短絡バーであって、１つの短絡バーが上記のようなトグルの回転軸からそれぞれのトグル先端の端部にそれぞれ運ばれるような短絡バー；
前記モノリシック層の第１の表面に接続されるベース；および、
前記ベースが接続されるその第１の表面より先端のモノリシック層の第２の表面に接着された基板であって、その上部には、
ａ．  前記トグルの数より少なくない電極であって、該トグルの回転軸の一側に移動されたトグルの表面に並置され、該電極とトグルの間への電圧の印加が、結合されたトーションバーにより構築された自身の回転軸の周りに前記トグルを回転させるよう駆動するような電極と；
ｂ．  前記トグルの数より少なくない複数対のスイッチ接点であって、それぞれのスイッチ接点の対が前記入力導体と前記出力導体の１つにそれぞれ接続可能なよう適合され、かつスイッチ接点のそれぞれの対が：
ｉ．    前記トグルに力がかけられない時に、前記トグルの１つによって運ばれる短絡バーに近接するが、スペースをあけられ；
ｉｉ．   前記トグルに力がかけられない時に、お互い電気的に絶縁され；また、
ｉｉｉ．トーションバーにより構築された回転軸の周りに前記トグルを回転させるよう駆動するトグルへの十分強い力の適用の下に、前記近接する短絡バーによって接続される接点と；
が形成された基板：
を有し、
それによって、短絡バーが前記スイッチ接点に接触するような範囲に結合にされたトーションバーにより構築された回転軸の周りのそれぞれのトグルの回転の際に、接触短絡バーが、前記トグルによって運ばれる短絡バーに近接するスイッチ接点と電気的に連結することを特徴とするＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記電極は、段階的な断面形状を持ち、それによって、トーションバーのそれぞれの対により構築された回転軸の周りに前記トグルを回転させるのに十分な強さの力を発生するために、印加されるべき電圧を減らすことを特徴とする請求項１に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項３】
フリット材料が前記基板にモノリシック層を接着させ、フリット材料が前記フレーム、前記トーションバー、および前記トグルの対を取り囲むように配置され、接着の際に前記フリット材料が前記フレーム、前記トーションバー、および前記トグルの周りに位置する突出したレールによって圧縮されることを特徴とする請求項１に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
前記レールは前記フリット材料を収容するフリットトレンチの中に配置されることを特徴とする請求項３に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
前記レールは前記モノリシック層の中に形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
融着接着剤が前記モノリシック層と前記ベースとを接合することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
前記モノリシック層を形成する材料は単結晶シリコン（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
電気的絶縁材料のシートが、前記トグルと上部に運ばれる前記短絡バーとの間に挿入されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
前記ベースは前記モノリシック層の第１の表面に近接する内部に形成されたキャビティを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１０】
前記基板は、前記スイッチ接点と入力出力導体との間に電気信号をそれぞれ運ぶ電気導体を面上に形成し、
前記ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチは、前記電気導体に近接して配置され、そこから電気的に絶縁される接地板を含む
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１１】
前記接地板は前記モノリシック層の上に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１２】
前記接地板は前記基板の上に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１３】
第１の材料の層と；
第２の材料の層であって、フリット材料が前記第１の材料の層を前記第２の材料の層に接合し、接着の際に、前記フリット材料が、前記第１の材料の層および前記第２の材料の層を含むグループから選択された材料の層の中に位置するレールによって圧縮されるようにした第２の層と；
を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
前記レールは前記フリット材料を収容するフリットトレンチの中に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
前記フリット材料は、前記第１の材料の層と前記第２の材料の層との間に陽極接合されることを特徴とする請求項１３または１４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
百（１００）ボルト未満の電圧が前記第１の材料の層と前記第２の材料の層に亘って印加され、それらの間にフリット接合が構築されることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
ＭＥＭＳデバイスの、対にされた第１の材料の層と第２の材料の層との間にフリット材料を配置する段階と、
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘って圧力をかける段階と、
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とを加熱する段階と、
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘って１００ボルト未満の電圧を印加する段階と、
を有ることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの層を接着するための方法。
【請求項１８】
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘ってかけられる圧力は少なくとも１８００ニュートン(Newtons)であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とは少なくとも４００℃に加熱されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記フリット材料は、前記第１の材料の層と第２の材料の層とを含むグループから選択された材料の層の中に位置するレールによって圧縮されることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記レールは前記フリット材料を収容するフリットトレンチの中に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に電気スイッチおよびリレーの技術分野に関わり、特にマイクロ電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）スイッチリレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
「Sealed Integral MEMS Switch」という発明の名称で２００４年２月１２日に公開された特許協力条約（「ＰＣＴ」）国際特許出願第ＰＣＴ／２００３／０２４２５５号であって、国際公開番号ＷＯ  ２００４／１０３８９８  Ａ２号（「ＰＣＴ特許出願」）パンフレットは、
１．一つの出力導体、または
２．第１または第２の出力導体のどちらか、
のいずれかと第１の入力導体上に存在する電気信号を結合する一体型のＭＥＭＳスイッチを開示している。
【０００３】
このＰＣＴ特許出願に記載されたＭＥＭＳスイッチは、
ａ．シーソー、
ｂ．前記シーソーの対抗する側に配置され、それと結合されたトーションバー(torsion bar)の対であって、前記シーソーが回転できる軸を構築するトーションバー、
ｃ．前記シーソーから最も遠いトーションバーの端部が結合されるフレーム、
を備えた材料のマイクロマシン加工されたモノリシック層を含む。
【０００４】
上記フレームは、トーションバーによって構築された軸の周りの回転のためにトーションバーを介してシーソーを支持する。シーソーは、トーションバーによって前記シーソーの一端または両方の対向端に構築された回転軸から離れて位置する１つまたは２つのいずれかの電気伝導性の短絡バーを運ぶ。
【０００５】
ＭＥＭＳスイッチは、モノリシック層の第１の表面に接続されるベースをも含む。また、ＭＥＭＳスイッチに含まれている基板は、上記ベースが接続されるモノリシック層の第１の表面から離れて位置するモノリシック層の第２の表面と接合される。トーションバーによって構築された回転軸の一側に位置するシーソーの表面にそれぞれ並置される１つまたは２つの電極が基板上に形成される。電極とシーソーの間への電圧の印加が、トーションバーにより構築された回転軸の周りに回転させるよう促し、それによって、電極とシーソーの間に存在するギャップを狭める。
【０００６】
それぞれが入力導体と出力導体とに接続されるか、またはそれぞれ２つの出力導体に接続される１対または２対のスイッチ接点も基板上に形成される。一対または複数対のスイッチ接点は、
ａ．シーソーに力がかけられない時に、短絡バーに近接するが、スペースをあけられ；
ｂ．シーソーに力がかけられない時に、お互い電気的に絶縁され；
ｃ．シーソーを回転させるよう駆動するシーソーへの十分強い力の適用の下に、短絡バーによって接続される。
【０００７】
このようにして、短絡バーとスイッチ接点の対と間の接触が、入力導体を出力導体と電気的に結合する。
【０００８】
このＰＣＴ特許出願の他の局面は、ＭＥＭＳ電気接点（コンタクト）構造と、電気導体をそれぞれ運ぶ第１および第２の層を含んだＭＥＭＳ構造である。第２の層は、片持ち（カンチレバー）構造をも含み、それは該片持ち構造の自由端に電気接点アイランド（島構造）を支持する。電気接点アイランドは上記片持ち構造の先端にある端部を備え、上記第２の層上に配置される電気導体の一部を運ぶ。このＰＣＴ特許出願のこの特定の局面において、電気接点アイランドの端部にある電気導体の部分は、カンチレバーによって供給される力により付勢されて、第１の層上に配置された電気導体と密着させられる。ＭＥＭＳスイッチでは、この片持ち構造が、ＭＥＭＳスイッチの入力および出力電気導体に近接して配置され、かつ電気的に絶縁される接地板との電気的接触を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、改善されたＭＥＭＳスイッチを提供することである。
【００１０】
他の目的は、陽極接合とガラスフリットの新規な組み合わせを利用して密封し、シールされたＭＥＭＳスイッチを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、無線周波数（「ＲＦ」）交流をスイッチングするよう適合される単極単投、単極複投、または複投複極スイッチを含むＭＥＭＳスイッチを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的はより小型のＭＥＭＳスイッチを提供することである。
【００１３】
要するに、単極双投（「ＳＰＤＴ」）マイクロ電子機械システム（「ＭＥＭＳ」）スイッチに接続された入力導体上に存在する電気信号を、ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチそれ自身にも、または逆に、接続された第１または第２の出力導体に、選択的に結合するよう適合されたＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
１．このＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチは、１対の動作可能なトグル(toggle)を備えた材料のマイクロマシン加工されたモノリシック層を含む。１対のトグルは何らかの望ましい方向に配置できる。好ましい実施の形態では、トーションバーが周囲のフレームから、動作するトグルを支持する。トーションバーはトグルの反対側で、トグルが周りを回転することができる軸を構築する。それぞれのトグルは、トグルの回転軸から最も遠いその端部に電気伝導性の短絡バーを運ぶ。このように、それぞれのトグルは、個々の単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチに相当する。
【００１５】
２．本発明の他の目的は、一層複雑なスイッチネットワークを形成するためのＳＰＳＴトグルスイッチの任意の配置構成を可能にすることである。多くの個々のトグルをシールされたキャビティの中に作ることができ、慎重な設計とレイアウトによってシールされたキャビティの中にスイッチのモノリシックネットワークを作ることが可能となる。一般に、慎重に選ばれた方法で連結された複数のトグルを与えると、単極単投スイッチ、単極複投スイッチ、または複極複投スイッチを作ることが可能である。それぞれのトグル要素がお互いのトグル要素とは独立に動作することができるので、同時に１つ以上のトグルを閉じるようにすることも可能である。個々のスイッチは非常に低損失であるので、いくつかのスイッチによって任意の入力を任意の出力に関係させる状態で、実行可能なスイッチネットワークを構成することができる。同一パッケージの中に多数の個々のスイッチ形態を備えることも可能である；例えば、一つのモノリシック構成要素が、ＳＰ４Ｔ スイッチ（１×４）と共にＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ（１×２）を含むことができる。開示された実施の形態においては、それぞれのトグルは独立して機能し、それはいつでも要求される程度の多くの数、または少ない数のスイッチを閉じることを可能にし、そして例えば一つの入力を、同時に多数の出力に関係させることを可能にする。
【００１６】
本発明の他の局面は、フィードスルー(feed through：金属貫通接続)を密閉してシールするためのガスケット(gasket)としてのガラスフリットを使用する強い接合を形成する陽極接合のための方法である。初めにシーリングガラスによってパターン形成されない接合面上に形成されたレールまたは他の機構（feature：特徴）を使ってガラスシールする表面コンタクト領域を増やす方法が、本発明に含められる。このレールまたは他の機構は、接着の際にシーリングガラスの中に押し込まれることになる。このシール技法が種々のＭＥＭＳ、およびウェーハレベルの密封したシールを必要とする他の機械的電気的デバイスのために利用できる、ということが、当技術分野の当業者には、容易に理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
これらの、および他の特徴、目的および利点は、種々の図面で例証される好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から、当技術分野の当業者に理解でき、かつ明白であろう。
【００１８】
以下で説明するように、本発明によるＭＥＭＳスイッチを製造するための種々の工程および形態が存在するが、図１は、ＭＥＭＳスイッチのための１つの特定の形態により占有されるベースウェーハ１０４上の領域１０２を表す。図１に示すように、ライン１０６は八つ（８）の同一の、近接した領域１０２を持った中央領域１０２の境界を示し、それはベースウェーハ１０４のエッジに近接する一方で、中央領域１０２を囲んでいる。以下で説明するように、ＭＥＭＳスイッチが完全に製造された後、領域１０２は、ライン１０６に沿ってソーイング(sawing)することによって、個々のＭＥＭＳスイッチに分けられる。
【００１９】
ベースウェーハ１０４は、その直径に対する標準のＳＥＭＩ(Semiconductor Equipment and Materials International：半導体製造装置材料協会)厚さより薄いような従来のシリコンウェーハである。例えばベースウェーハ１０４が約１５０ｍｍの直径であるならば、標準ＳＥＭＩウェーハは通常、約６５０ミクロン厚さである。しかしながら、大いにばらつきがあり、本発明によるＭＥＭＳスイッチを製造するのには依然として有用であるようなベースウェーハ１０４の厚さは、標準ＳＥＭＩシリコンウェーハより薄くできる。
【００２０】
本発明による実施形態のＭＥＭＳスイッチの製造は、まず、１対のスイッチターミナルパッドキャビティ１１２、矩形に成形されたトグルキャビティ１１４、１対の共通ターミナルフィードスルーキャビティ１１５、２対の電極フィードスルーキャビティ１１６、および基板コンタクトトンネル１１７を、ベースウェーハ１０４の上面１０８内にマイクロマシン加工することから始める。キャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７の深さは重要ではないが、ここで説明する実施形態に対しては約１０ミクロンの深さとするべきである。
【００２１】
キャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７をマイクロマシン加工するのには、好ましくは、ＫＯＨまたは他の湿式エッチングを使用する。キャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７をマイクロマシン加工するのに、標準的なエッチング停止技法が使われる。ＭＥＭＳおよび半導体製造の当業者によく知られているように、ベースウェーハ１０４の上面１０８は、まず酸化されおよびパターン化されて、ＫＯＨを使って上面１０８をマイクロマシン加工するための阻止マスクが提供される。次に、マイクロマシン加工後に残留したベースウェーハ１０４の上面１０８の酸化物が取り除かれる。当技術分野でよく知られているように、このようにして形成したキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７の側壁は、約５４°角度傾斜する。ここで十分説明し参考として組み込まれたものとして上記特定のＰＣＴ特許出願で開示された説明と類似して、もしキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７を形成するのにプラズマエッチングが使われるならば、フォトレジストマスクが上面１０８に塗布されることになる。このマイクロマシン加工がキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７を、特に以下でより詳細に説明するトグルの運動を適応させるトグルキャビティ１１４を作り出す。
【００２２】
上面１０８にキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７がマイクロマシン加工された後、いずれの図にも示されない次のステップでは、ベースウェーハ１０４の下面１１８内にアラインメントマーク(alignment mark)をエッチングする。下面のアラインメントマークは、キャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７を次にマイクロマシン加工される他の構造と揃えられるように、ベースウェーハ１０４にマイクロマシン加工されたキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７と一致しなければならない。これらの下側のアラインメントマークは、全プロセスの流れの終わり近くの、下側シリコンエッチングの際にも使うことになる。下側のアラインメントマークは、まずキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７に揃う特別のターゲット専用マスク(target-only-mask)を使ったリソグラフィステップによって、次にベースウェーハ１０４の下面１１８をマイクロマシン加工することによって構築される。ターゲット専用マスクのパターンは、ベースウェーハ１０４の両方の表面からフォトレジストを取り除く前に、下面１１８中に数ミクロンの深さにプラズマエッチングされる。もし赤外線機能を持ったアライナ(aligner)がＭＥＭＳスイッチの製造に使用可能ならば、下側のアラインメントマークの作製は省略することができる。
【００２３】
ＭＥＭＳスイッチを製造する次のステップは、図２に表すように、ベースウェーハ１０４の上面１０８に、シリコン・オン・インシュレータ（「ＳＯＩ」）ウェーハ１２４の薄い単結晶Ｓｉデバイス層１２２を融解接合することである。好ましくは、ＳＯＩウェーハ１２４のデバイス層１２２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の極めて薄い埋込み層の上において１０ミクロンの厚さであり、そのためシリコン・オン・インシュレータまたはＳＯＩと命名される。マイクロマシン加工されたＭＥＭＳスイッチにおいて有利であるＳＯＩウェーハ１２４の特徴は、デバイス層１２２が、ＳＯＩウェーハ１２４の全表面に亘って好ましくは約１０ミクロンの薄いＳｉＯ２層１３２として本質的に均一な厚さを有することである。ベースウェーハ１０４の上面１０８へのＳＯＩウェーハ１２４のデバイス層１２２の融解接合において、ウェーハ１０４と１２４は、ベースウェーハ１０４上のアラインメント(alignment)平面１３４に、ＳＯＩウェーハ１２４上のアラインメント(alignment)平面１３６を対応して合わせることによって、全体的に揃えられる。ベースウェーハ１０４にＳＯＩウェーハ１２４を融解接合する段階は、約１０００℃で行われる。
【００２４】
ベースウェーハ１０４とＳＯＩウェーハ１２４が融解接合によって一つに形成された後、デバイス層１２２から最も遠くに位置するＳＯＩウェーハ１２４の処理層１３８、次にＳｉＯ２層１３２は、ベースウェーハ１０４の上面１０８に接合されたデバイス層１２２だけを残して取り除かれる。まず保護二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、両方の組み合わせ、または他の何らかの適当な保護層が、ベースウェーハ１０４の下面１１８に形成される。そしてベースウェーハ１０４がマスクされ、処理層１３８のシリコンが、ＳＯＩウェーハ１２４に適用されたＫＯＨまたはＴＭＡＨエッチングを使って取り除かれる。処理層１３８を形成する大部分のシリコンが取り除かれた後に埋込みＳｉＯ２層１３２に到達すると、ＫＯＨまたはＴＭＡＨがＳＯＩウェーハ１２４をエッチングする速度は相当に遅くなる。このように、ＳｉＯ２層１３２は処理層１３８を取り除くためのエッチング停止手段として機能する。処理層１３８の大部分のシリコンが取り去られた後、元は埋め込まれ現在は露出したＳｉＯ２層１３２はＨＦエッチングを使って取り除かれる。なお、処理層１３８の大部分のシリコンを取り除くのに、他の湿式シリコンエッチング液、プラズマエッチング、グラインディング(grinding：研削または研磨)とポリッシング(polishing：研磨)、または各方法の組み合わせを含む他の方法を使うことができる。このプロセスが完了した後には、ＳＯＩウェーハ１２４のデバイス層１２２だけが図３で示すようにベースウェーハ１０４に接合されたままとなる。あるいは、埋込み二酸化ケイ素層をデバイス層１２２上に残し、引き続くエッチングのための阻止マスクとして使うことができる。埋込み酸化物はエッチングが完了した後に取り除かれることになる。
【００２５】
当技術分野の当業者ならば、キャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７を形成する他の方法が可能であることを理解するであろう。例えば、ＳＯＩウェーハは、その上に堆積（または蒸着）されたＮ型エピ層を持つＰ型シリコンウェーハによって置き換えることができる。Ｎ型エピ層は、ＳＯＩウェーハのデバイス層１２２に類似している。シリコン融解接合ステップの後に、このウェーハのＰ型部分は、電気化学的エッチング・停止エッチングプロセスを使って、ベースウェーハ１０４上にＮ型エピ層だけを残して取り除かれることになる。
【００２６】
図４は、処理層１３８と恐らくＳｉＯ２層１３２のエッチング除去により、デバイス層１２２の前面１４２として何が露出されたかを表す。図２に表したキャビティ１１２、１１４、１１５、１１６、および１１７の形成と類似して、ＭＥＭＳスイッチの好ましい実施形態を製造する次のステップは、好ましくはＫＯＨエッチングを使って、デバイス層１２２の中に前面１４２を通して約５．０ミクロン深さの最初のキャビティを最初のマイクロマシン加工することである。デバイス層１２２の中に最初のキャビティ１４４をマイクロマシン加工することは、デバイス層１２２内に以下の領域を構築する。
【００２７】
１．矩形をしたトグル領域１５２
２．リードフィードスルー領域１５４、１５５、１５６、および１５７
３．基板−コンタクト−フィードスルー領域１５８
４．基板−コンタクト台座１６２を囲むフィードスルー領域１５８の一端にに位置する基板−コンタクト−トレンチ領域１５９
５．ボンディングパッド領域１６４および１６６
６．トグル領域１５２を取り囲む矩形をしたフリットトレンチ領域１６８
【００２８】
領域１５２、１５４、１５５、１５６、１５７、１５８、１６２、１６６、および１６８は、最初のキャビティ１４４の底１７２からデバイス層１２２の前面１４２まで上方に広がる。
【００２９】
最初のキャビティ１４４を形成した後、絶縁パッド１７４ａと１７４ｂが、電気伝導性の金属構造をその中に堆積する準備として最初のキャビティ１４４の底１７２上に堆積（蒸着）される。好ましくは、概ね１０％の窒化物と９０％の酸化物であるシリコンオキシナイトライド（シリコン酸窒化物）材料が、プラズマ強化化学蒸着（「ＰＥＣＶＤ」）を使って絶縁パッド１７４ａと１７４ｂのために堆積される。このシリコン酸窒化物材料は、シリコン上に堆積されるときには応力が生じない。しかしながら、絶縁パッド１７４ａと１７４ｂのために堆積された材料は、電気絶縁性の窒化ケイ素材料、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、またはそれらの組み合わせのいずれかが可能である。デバイス層１２２上の他の場所に金（Ａｕ）が堆積され、それに続く処理が４００℃またはそれ以上の温度を必要とするならば、電気的絶縁薄膜の堆積はデバイス層１２２のＳｉとＡｕの合金化を避けるための領域において都合よく堆積できる。
【００３０】
図５と図６は、最初のキャビティ１４４の底の上に堆積される種々の金属構造を表す。これらの金属構造は、好ましくは、チタン／タングステン接着層の上に堆積されたＡｕの層によって形成される。しかしながら、これらの金属構造は、チタン／タングステン上の白金のような他の材料のいくつかの組み合わせを使って堆積することができる。この金属層は、半導体処理で使われる通常の堆積方法のいずれかによって堆積できる。このような堆積方法には、スパッタリング、ｅ−ビーム、および蒸着が含まれる。
【００３１】
堆積の後に、金属層はリソグラフィでパターン化され、エッチングされて絶縁パッド１７４ａと１７４ｂの上に位置する短絡バー１７６ａと１７６ｂが形成される。金属層のエッチングは、絶縁パッド１７４ａおよび１７４ｂと、短絡バー１７６ａおよび１７６ｂとの間の最初のキャビティ１４４を横切って、そしてフィードスルー領域１５４、１５６を通して伸びる金属接地板１８２をも形成する。基板−コンタクト−フィードスルー領域１５８の中に配置された金属の基板−コンタクト−リード１８６は、基板−コンタクト台座１６２の上に位置する基板−コンタクトパッド１８８に接地板１８２を接続する。
【００３２】
最初のキャビティ１４４における金属構造を形成した後、プラズマシステム、好ましくは良好な均一性と異方性を提供する反応イオンエッチング（ＲＩＥ）が、最初のキャビティ１４４の底１７２に残留するデバイス層１２２の材料に孔を開けるのに使われる。しかしながら、デバイス層１２２のこの第２のエッチングのために、ＫＯＨまたは他の湿式エッチングを使うこともできる。デバイス層１２２にこの第２のマイクロマシン加工を施すために、標準的なエッチング停止技法、すなわちプラズマエッチングのためのフォトレジスト、または湿式のＫＯＨエッチングのための酸化ケイ素か窒化ケイ素のいずれかを使うことができる。
【００３３】
図５および図６に示すように、最初のキャビティ１４４の底１７２に適用されたこの第２のエッチングは、短絡バー１７６ａと１７６ｂを互いに前に直面するように構成する１対のトグル１９２ａと１９２ｂを形成する。トグル１９２ａと１９２ｂのそれぞれは、短絡バー１７６ａと１７６ｂから最も遠い一端において、１対のトーションバー１９４により支持される。それぞれの対のトーションバー１９４はトグル１９２ａと１９２ｂの１つの対向する両側面と、デバイス層１２２のシリコン材料によって提供された周囲フレームとの間に伸びる。このように２つのトーションバー１９４によって支持されるそれぞれのトグル１９２は、両トーションバー１９４に共線的な直線上にある軸の周り回転できる。このようにしてトグル１９２ａと１９２ｂ、およびトーションバー１９４が、デバイス層１２２の周囲の材料によってモノリシックに形成される。最初のキャビティ１４４の第２のＲＩＥエッチングも、内部に位置する中央のレール１９８の両側におけるベースウェーハ１０４にまで下がってフリットトレンチ領域１６８内の底１７２の材料を取り除く。このようにして深いフリットトレンチ領域１６８の内部に構成されるレール１９８が、最初のキャビティ１４４の底１７２に対して外方へ突出している。レール１９８の中央レールはガラスフリットに接触する表面積を増やす。しかしながら、レール１９８は良好な密封シールに不可欠なものではなく、省略できる。
【００３４】
図７は、図５に表したデバイス層１２２の前面１４２と対にされ、かつ融着されることになる、パイレックス（登録商標）ガラス基板２０４の金属化表面２０２上の領域を表す。ガラス基板２０４はベースウェーハ１０４およびＳＯＩウェーハ１２４と同じ直径を持ち、また好ましくは、０．５ｍｍ厚さである。図７に示すのは、金属化表面２０２上にクロム金（Ｃｒ−Ａｕ）またはチタン／タングステン金（ＴｉＷ−Ａｕ）の薄い１０００Åのシード層を最初に堆積した後の、金属化表面２０２上に存在する金属化構造である。次にシードは、パターン化され、その後で２．０ミクロンのＡｕがそのシード層にめっきされる。
【００３５】
これはＲＦ表皮効果のために金属化表面２０２上に形成された金属構造にとって好ましい厚さであるが、他の厚さ、金属および堆積プロセスも使うことができる。例えばＴｉ／Ｗ−Ａｕ層は２．０ミクロンの全厚さにスパッタリングすることができる。
【００３６】
シード層のパターニング、あるいはＴｉ／Ｗ−Ａｕのような金属材料の厚い層のエッチングは以下の金属構造を構築する。
【００３７】
１．リード２１４ａと２１４ｂを介して電極２１６ａと２１６ｂを動作させるようにそれぞれ接続された１対の電極パッド２１２ａと２１２ｂ
２．共通ターミナルリード２２４を介して一対の共通ターミナルコンタクト領域に接続された共通ターミナル２２２
３．リード２３４ａと２３４ｂを介してスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂにそれぞれ接続された１対のコンタクトパッド２３２ａと２３２ｂ
４．リード２４４を介して台座−コンタクトパッド２４６に接続された接地パッド２４２
【００３８】
上述の金属に加えて、リフトオフ(liftoff)プロセスを使って、硬い金属の薄層が短絡バー１７６ａと１７６ｂ、共通ターミナルコンタクト領域２２６、およびスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂの上に堆積される。現在では、白金（Ｐｔ）が、この薄層のために好ましい材料である。というのは、それは純金（Ａｕ）と比較して「静摩擦(sticktion)」を減らすと見られるからである。
【００３９】
これらの金属構造に加えて、図７は、金属構造が上部に形成された後に、金属化表面２０２のガラス基板２０４上に覆われるガラスフリットの矩形をしたフレーム２５２も表している。フレーム２５２は、最初のキャビティ１４４の底１７２においてフリットトレンチ領域１６８の幅より少し狭い水平方向の幅を持っている。この幅でフレーム２５２を形成することは、フリットの粒子（particle：パーティクル）が、ガラス基板２０４の金属化表面２０２と対にされる際にデバイス層１２２の前面上に達する、という可能性を低減する。フレーム２５２の高さは、デバイス層１２２の前面１４２と内部に形成された最初のキャビティ１４４の底１７２との間のフリットトレンチ領域１６８の深さを超える。フリットがガラス基板２０４の金属化表面２０２の上に覆われた後、それは溶剤を追い出すために約１００℃で乾燥され、そして次に粉末状フリットをガラス化するために雰囲気中で約４００℃に焼かれる。好ましいフリット材料は、組み合わせられたベースウェーハ１０４とデバイス層１２２、およびガラス基板２０４のそれぞれの熱膨張係数にほぼ一致した特性を有する可能な限り最も低い融点を持つ。好ましくは、そのシーリングガラスは、ガラス基板にスクリーン印刷される。そのシーリングガラスは、スパッタリング、スピンコーティング、または他の方法を含む他の技術を使って堆積することもできる。そのシーリングガラスは、まず初めにガラスまたはシリコンウェーハのいずれかの上に置かれる。上記概説した特性を持つ好ましいフリット材料はFerro Electronic Materialsの部品番号ＦＸ１１−０３６シーリングガラス(Sealing Glass)である。
【００４０】
図８は、フリットをガラス基板２０４の金属化表面２０２に塗布する前に、金属の第２の層が堆積およびパターン化されたガラス基板２０４の他の実施形態を表している。ただ２つの金属の層をここで説明したが、厚さのバリエーションとして追加の層が可能である。この実施形態では、第１の金属の層は最終的な全金属厚さよりも０．５ミクロン薄い。金属の第１の層は前述のように以下の例外をもってパターン化される：
１．第１の金属層は、共通ターミナルコンタクト領域２２６と、短絡バー１７６ａおよび１７６ｂによって接続されるスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａおよび２３６ｂと、の対のチップ２６２から取り除かれる；
２．第１の金属層は、スイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂの対に近接する電極２１６ａと２１６ｂの長手方向の半分部分２６４から取り除かれる。
【００４１】
上述のパターン化された金属構造の上に、Ｔｉ／Ｗの第２の層、そして０．５ミクロンの全厚さを持ったＡｕがスパッタリングまたは蒸着される。次に、金属のこの第２の層は、図７に表す同じパターンを使ってパターン化され、エッチングされる。結果として得られるパターンを図８に示す。この実施形態は、以下の位置において薄い０．５ミクロンの金属を有する：
【００４２】
１．共通ターミナルコンタクト領域２２６と、短絡バー１７６ａおよび１７６ｂによって接続されるスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａおよび２３６ｂとの、対のチップ２６２；そして、
２．スイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂの対に、またスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂに近接する電極２１６ａと２１６ｂの長手方向の半分部分２６４
【００４３】
前述のプロセスの代わりに、図８に表した金属構造の厚くした部分に金属を堆積するのに金属リフトオフプロセスを使うことができる。図７に対して上述したように、第２の金属層が堆積され、パターン化され、エッチングされた後に、金属化表面２０２のガラス基板２０４にフリットフレーム２５２が付けられる。このようにして付けられた金属の第２の層は、ＭＥＭＳスイッチにエネルギーを与えるのにそれに対して印加されるべき電圧を減らすような段階的な断面形状持った電極２１６ａと２１６ｂを提供する。
【００４４】
組み合わせたベースウェーハ１０４とデバイス層１２２とを図５と図６に表わされるように準備し、そしてガラス基板２０４を図７と図８に表わされるように準備して、ガラス基板２０４の金属化表面２０２は、好ましくは、以下のようにデバイス層１２２の前面１４２に接合される。まず、ガラス基板２０４上の金属パターンがデバイス層１２２上の構造と慎重にそろえられる。次に、ガラス基板２０４、および組み合わせたデバイス層１２２とベースウェーハ１０４は一緒に結合され、好ましくは約１８００ニュートンの力が、約４００℃の温度において、ガラス基板２０４、組み合わせられたデバイス層１２２、およびベースウェーハ１０４にかけられる。ガラス基板２０４、および組み合わせられたデバイス層１２２とベースウェーハ１０４は、このようにして対にされ、フリットフレーム２５２が、デバイス層１２２のシリコン材料、それを用いて一体に形成されたトーションバー１９４、およびトーションバー１９４と一体に形成されたトグル１９２ａと１９２ｂが提供されたトグル支持フレームを取り囲む。現時点で、デバイス層１２２とガラス基板２０４の領域に位置する、いずれの図にも示されない追加の金属構造であって、接合されたウェーハを個々のＭＥＭＳスイッチに切断する時のソー(saw：鋸)が通過する金属構造は、ＭＥＭＳスイッチに対して上述した金属構造のすべてを電気的に相互接続する。
【００４５】
ベースウェーハ１０４、および組み合わせられたデバイス層１２２とベースウェーハ１０４にかけられた力と温度を安定させた後、対にされたガラス基板２０４と組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４にわたって陽極接合のために電圧が印加される。通常、対にされたガラス基板２０４と組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４に印加される電圧は、１００ボルト未満である。その電圧は、従来的に陽極接合に使用される電圧としての２００から１０００ボルト程度よりかなり低い。ガラスフリットフレーム２５２の厚さは、最初のキャビティ１４４の底１７２にそれを接触させ、底１７２とガラス基板２０４の金属化表面２０２との間に圧縮する原因となる。このようにして、フリットトレンチ領域１６８の中のレール１９８によって圧縮されたフレーム２５２のフリットがリード２１４ａ、２１４ｂ、２２４、２３４ａ、２３４ｂ、および２４４の回りをシールし、またデバイス層１２２とガラス基板２０４の間を接合する。さらに、接合の際にかけられた温度と圧力は、ガラス基板２０４の金属化表面２０２上に台座−コンタクトパッド２４６を形成するＡｕと、デバイス層１２２の基板−コンタクト台座１６２と、の間に合金接触を作る。ガラス基板２０４の金属化表面２０２とデバイス層１２２の基板−コンタクト台座１６２との間の余剰のＡｕは、基板−コンタクト−フィードスルー領域１５８中に流れ出る。陽極接合は、好ましくは、Applied Microengineering Ltd(AML)社（173 Curie Avenue, Didcot, Oxon, OX11 OQG, United Kingdomに所在）で製造されたモデルＡＷＢ−０４Ｐというウェーハ接合装置を使用して行う。この装置は、圧力補助の陽極接合を可能にし、高真空、または制御された圧力の環境ガス中での接合を可能にする。
【００４６】
ガラス基板２０４を、組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４に接合した後に、金属化表面２０２およびベースウェーハ１０４の下面１１８から最も遠いガラス基板２０４の表面が薄肉化される。薄肉化は、好ましくは、両面のグラインディングとポリッシングによって達成される。あるいは、薄肉化はＫＯＨまたはプラズマエッチングのような湿式エッチングにより達成できる。ベースウェーハ１０４とガラス基板２０４のそれぞれの厚さの半分を超える厚さが除去されうる。ガラス基板２０４に接着させられる時に組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４を薄くすることは、個々のＭＥＭＳスイッチに対して標準の半導体デバイスに類似する高さを与える。このように、開示にされたＭＥＭＳスイッチは、従来の自動プリント回路基板アセンプリ装置に匹敵する。
【００４７】
ベースウェーハ１０４とガラス基板２０４を薄くした後、ＭＥＭＳスイッチの製作を完了するための２つのさらなる処理ステップが必要である。上記で特定したＰＣＴ特許出願において記載されているように、これらの処理ステップの第１のステップでは、ベースウェーハ１０４の下面１１８を貫通し、ボンディングパッド領域１６４と１６６を完全に開けてボンディングパッド２１２ａ、２１２ｂ、２２２、２３２ａ、２３２ｂ、および２４２を露出する孔をエッチングする。ボンディングパッド領域１６４と１６６をこのように開けることは、まずベースウェーハ１０４の下面１１８をパターニングし、そして次に深いＲＩＥシステムを用いてシリコンをプラズマエッチングすることによって、行なわれる。あるいは、ＫＯＨまたはＴＭＡＨを使った湿式エッチングをシリコンをエッチングするために使うことができる。ボンディングパッド２１２ａ、２１２ｂ、２２２、２３２ａ、２３２ｂ、および２４２へのアクセス（接近）が、好ましくは、ベースウェーハ１０４を通して得られる一方で、上記で特定したＰＣＴ特許出願において記載されているように、ボンディングパッド２１２ａ、２１２ｂ、２２２、２３２ａ、２３２ｂ、および２４２に、プリント回路基板に接合するためのガラス基板２０４を通してアクセスすることもできる。
【００４８】
ＭＥＭＳスイッチを製造する最後のステップは、図１のライン１０６に沿ってガラス基板２０４に接合され組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４を通して切断し、個々のＭＥＭＳスイッチをシンギュレート(singulate：単品化)するための標準的なシリコンウェーハソー（鋸）を使ったダイシングプロセスである。個々のＭＥＭＳスイッチをシンギュレートすることに加えて、ガラス基板２０４に接合され組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４をソーイング（切断）することは、ダイシング時にソーが通過するデバイス層１２２とガラス基板２０４の領域に位置した追加の金属構造を破壊する。このようにして、ガラス基板２０４に接合され組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４を個々のＭＥＭＳスイッチを得るためにソーイングすることにより、上述の金属構造を機能的な一つのＭＥＭＳスイッチに必要とされるように、電気的に切り離すことにもなる。
【００４９】
組み合わせられたデバイス層１２２およびベースウェーハ１０４を上述のようにガラス基板２０４に合わせることは、共通ターミナルコンタクト領域２２６、および、トグル１９２ａと１９２ｂに力がかけられない時にトグル１９２ａと１９２ｂによってそれぞれ運ばれる短絡バー１７６ａと１７６ｂに近接しかつそれからスペースをあけられたスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂを配置する。この形態では、共通ターミナルコンタクト領域２２６とスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａおよび２３６ｂが互いに電気的に絶縁される。しかしながら、電極２１６ａと２１６ｂのいずれかまたは両方に印加されたある電圧が、いずれかまたは両方のトグル１９２ａと１９２ｂをそれらそれぞれのトーションバー１９４の対によって構築された軸の周りに回転させるのに十分な力をかける場合、いずれかまたは両方の短絡バー１７６ａと１７６ｂが、共通ターミナルコンタクト領域２２６の対といずれかまたは両方のスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂにそれぞれ接触する。
【００５０】
図１０と図１１は、トグル１９２ａと１９２ｂが、前に直面した配置ではなく、後に直面する配置として特定されるものを持っているという点で、図５と図６で例示した実施形態とは違う他の実施形態のＭＥＭＳスイッチのデバイス層１２２を表す。このＭＥＭＳスイッチの実施形態に対しては、短絡バー１７６ａと１７６ｂが互いに近接し、トーションバー１９４が前に直面するものとして大きく分離されるのではなく、後に直面する配置のために、トーションバー１９４が互いに近接し、短絡バー１７６ａと１７６ｂが大きく互いから分離される。図１０および図１１に表したトグル１９２ａと１９２ｂのための後に直面する配置を持ったＭＥＭＳスイッチを製造することは、図１に例示したものとは恐らく少しだけ異なるエッチングキャビティをベースウェーハ１０４の中に必要とするであろう。図１０と図１１に表したトグル１９２ａと１９２ｂの、後に直面する形態を持ったＭＥＭＳスイッチは、図１〜図９に表した前に直面するトグルの実施形態よりもデバイス層１２２上に少し小さめの領域を好都合に占める。
【００５１】
図１２は、図１０と図１１に表したデバイス層１２２の前面１４２に引き続いて対にされ、融解接合されることになるガラス基板２０４の金属化表面２０２上の領域を表す。図１１の表示では図８には表現されている段階的な電極２１６ａと２１６ｂの表示を欠いているが、段階的な電極２１６ａと２１６ｂには、図１０と図１１に表したトグル１９２ａと１９２ｂの後に直面する配置を使うこともできる。
【００５２】
図１３〜図１７は、本発明によって製造されるＭＥＭＳスイッチにおけるリードと近接する接地板に対する典型的な形状を表す。許容できる信号損失を持ったスイッチング高周波ＲＦ信号のためのＭＥＭＳデバイスは、何らかの形態の伝送ラインを使用しなくてはならない。開示されたＭＥＭＳスイッチのための好ましい伝送ラインを図１３の断面図に表す。この図は、図１〜図９に表したトグル１９２ａと１９２ｂの前に直面した配置に対する共通ターミナルリード２２４と近接する接地板１８２のための典型的な形状を表す。図１３は、図１０〜図１２に表したトグル１９２ａと１９２ｂの後に直面する配置におけるすべてのリードのために存在する伝送ライン形状をも表している。図１４は、図１〜図９に表したトグル１９２ａと１９２ｂの前に直面する配置に対するリード２３４ａと２３４ｂとそれらに近接した接地板１８２の典型的な形状を表す。図１５は、図１４の他の形状を表し、そこでは、接地板１８２が縦に２つに分けられ、そしてデバイス層１２２のシリコン材料壁がリード２３４ａと２３４ｂを分離している。
【００５３】
図１６は、リード２７２が一対の同一平面上(coplanar：コプラナー)の接地板２７４の間に位置する異なる伝送ライン形状を表す。電極２１６ａと２１６ｂに電圧を印加することがベースウェーハ１０４とデバイス層１２２のシリコン材料に電気的接続を必要とするので、図１６に表される伝送ライン形状に対する信号損失を減らすことは、リード２７２と近くのシリコン材料との間のスペースを増加することを必要とする。従って、図１６に表した形状を持つＭＥＭＳスイッチを製造する場合、デバイス層１２２の第２のＲＩＥエッチングは、接地板１８２が位置している底１７２のさらに多くの材料を除去する。接地板１８２が位置している材料の除去は、ベースウェーハ１０４にデバイス層１２２を融解接合するのに先立ってベースウェーハ１０４にエッチングされる共通ターミナルフィードスルーのキャビティ１１５、電極フィードスルーキャビティ１１６、およびスイッチターミナルパッドキャビティ１１２を開ける。図１５で表された伝送ライン形状に類似して、シリコン壁は１対のリード２７２とそれらに関連する同一平面上の接地板２７４を分離することができ、それによって機械的にリードキャビティを強化する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
デバイス層１２２にエッチングされる最初のキャビティ１４４の底１７２の深さは重要であって、この実施形態では５．０ミクロンとして記述している。しかしながら、底１７２の深さは、トグル１９２ａと１９２ｂの所望の厚さとデバイス層１２２の厚さとを考慮に入れて、トグル１９２ａおよび１９２ｂ上に運ばれる短絡バー１７６ａおよび１７６ｂと、ベースウェーハ１０４の上の共通ターミナルコンタクト領域２２６とスイッチターミナルコンタクト領域２３６ａおよび２３６ｂとの間に、所望のギャップを提供するように慎重に選ばなくてはならない。
【００５５】
スイッチング高周波ＲＦ信号の場合のＭＥＭＳスイッチの性能は、金属化表面２０２から最も遠いガラス基板２０４の表面における接地面の存在によってかなり強化される。ボンディングパッド２１２ａ、２１２ｂ、２２２、２３２ａ、２３２ｂ、および２４２へのアクセスが、上述のようにベースウェーハ１０４を通して得られるならば、金属接地面は，好ましくは、金属化表面２０２から最も遠いガラス基板２０４の表面上のＭＥＭＳスイッチの外側表面に付けられる。プリント回路基板への組み立ての際、ガラス基板２０４の外側表面に付けられるこの接地面は、伝導性のエポキシ材料によってプリント回路基板の配線に電気的に接続することができる。ボンディングパッド２１２ａ、２１２ｂ、２２２、２３２ａ、２３２ｂ、および２４２への他のアクセスが、もし上記特定のＰＣＴ特許出願で説明されたようなガラス基板２０４を通して得られるならば、プリント回路基板上のパターン化された領域は、金属化表面２０２から最も遠いガラス基板２０４の表面における接地面を代わりに提供することができる。
【００５６】
ＭＥＭＳスイッチの外部回路に導体がどのように配置されるかという正確な詳細事項に応じて、共通ターミナルコンタクト領域２２６がコンタクトパッド２２２を介して出力導体に接続できる一方で、スイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂが第１および第２の出力導体にコンタクトパッド２３２ａと２３２ｂを介してそれぞれ接続される。このような外部回路に接続する際、共通ターミナルコンタクト領域２２６の対が外部回路の入力導体と共通に接続される一方で、スイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂが外部回路の出力導体の１つに個々に接触する。あるいは、ＭＥＭＳスイッチを変えることなく、スイッチターミナルコンタクト領域２３６ａと２３６ｂが外部回路の第１および第２の入力導体にコンタクトパッド２３２ａと２３２ｂを介してそれぞれ接続できる一方で、共通ターミナルのコンタクト領域２２６が共通ターミナルパッド２２２を介して外部回路の一つの出力導体に接触する。
【００５７】
本発明を現在の好ましい実施形態に関して説明してきたが、このような開示は単に例示的なものであって、限定するものと解釈すべきではない、ということを理解しなければならない。従って、前述の開示内容を読んだ後ならば、この開示の精神および範囲を逸脱することなく、この開示の様々な代替、変更、および／または代用を、疑いなく当業者に対して示唆できるであろう。それ故、特許請求の範囲の各請求項が、すべての代替、変更、または代用を、この開示の精神と範囲に当てはまるように包含すると理解すべきである、ということを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】マイクロマシン加工されたキャビティが好ましい実施形態によって形成されたＭＥＭＳスイッチに収容されるベースウェーハ表面上領域の斜視図である。
【図２】キャビティがマイクロマシン加工されたベースウェーハ表面上に、ＳＯＩウェーハのデバイス層を融解接合することを示す斜視図である。
【図３】ＳＯＩウェーハの処理層とＳｉＯ２層とを除去した後にベースウェーハ上面に融解接合されるＳＯＩウェーハのデバイス層の斜視図である。
【図４】内部への最初のキャビティ形成と、電気的絶縁層の堆積（蒸着）およびパターン化の後で、図１に示すベースウェーハの領域上に直に位置するベースウェーハ上面に融解接合されるＳＯＩウェーハのデバイス層の一部の斜視図である。
【図５】最初のキャビティへの金属構造の堆積、および一対の前に直面するトグルとそれらを支持するトーションバーの形成の後で、図４に示すベースウェーハ上面に融解接合されるＳＯＩウェーハのデバイス層の一部の他の斜視図である。
【図６】最初のキャビティの中央部分の、図５のライン６−６に沿った平面図であって、そこに位置する金属構造、トグル、およびそれらを支持するトーションバーを示す。
【図７】図５および６に表されるデバイス層の領域と対にされた、前に直面するトグルを使用するためのガラス基板の一部の斜視図であって、上部にマイクロマシン加工された金属構造を示す。
【図８】図５に表わされるデバイス層の領域と対にされるガラス基板の一部の斜視図であって、上部にマイクロマシン加工され、段階的な断面形状を持つ電極を表した他の実施形態の金属構造を示す。
【図９】図６のライン９−９に沿った本発明によるＭＥＭＳスイッチの正面断面図である。
【図１０】最初のキャビティへの金属構造の堆積、および一対の前に直面するトグルとそれらを支持するトーションバーの形成の後で、図４に示したベースウェーハ上面に融解接合されるＳＯＩウェーハのデバイス層の一部の他の斜視図である。
【図１１】図１０のライン１１−１１に沿った最初のキャビティの中央部分の平面図であって、そこに位置する金属構造、トグル、およびそれらを支持するトーションバーを示す。
【図１２】図１０および１１に表したデバイス層の領域と対にされる、後に直面するトグルと共に使用するためのガラス基板の一部の斜視図であって、上部にマイクロマシン加工された金属構造を示す。
【図１３】図１〜１２で表現されるいくつかの構造によって製造されたＭＥＭＳスイッチにおけるリードとそれらに近接する接地板に対する典型的な形状を表す断面図である。
【図１４】図１３で表現されるタイプの２対のリードとそれらそれぞれに近接した接地板に対する他の形状を表す断面図である。
【図１５】図１３で表現されるタイプの２対のリードとそれらそれぞれに近接した接地板に対する他の形状を表す断面図であって、シリコン壁が２つのリード−接地板の対を分離する状況を示す。
【図１６】リードとそれらそれぞれに近接した接地板に対するさらに他の形状を表す断面図であって、接地板がリードと同一平面上(coplanar：コプラナー)にあり、かつ近接する状況を示す。
【図１７】図１７で表現されるタイプのリードとそれらそれぞれに近接した接地板に対するさらに他の形状を表す断面図であって、シリコン壁が２つのリード−接地板の対を分離する状況を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１０２  中央領域
１０４  ウェーハ
１１２  スイッチターミナルパッドキャビティ
１１４  トグルキャビティ
１１５  共通ターミナルフィードスルーキャビティ
１１６  電極フィードスルーキャビティ
１１７  基板コンタクトトンネル
１２２  デバイス層
１２４  ウェーハ
１３２  層
１３８  処理層
１４２  前面
１４４  キャビティ
１５２  トグル領域
１５４  フィードスルー領域
１５８  基板−コンタクト−フィードスルー領域
１５９  トレンチ領域
１６２  基板−コンタクト台座
１６４  ボンディングパッド領域
１６８  フリットトレンチ領域
１７２  底
１７４ａ、１７４ｂ  絶縁パッド
１７６ａ、１７６ｂ  短絡バー
１８２  金属接地板
１８６  基板−コンタクト−リード
１８８  コンタクトパッド
１９２ａ、１９２ｂ  トグル
１９４  トーションバー
１９８  レール
２０２  金属化表面
２０４  ガラス基板
２１２ａ  ボンディングパッド
２１４ａ  リード
２１６ａ  電極
２２２  共通ターミナルパッド
２２４  共通ターミナルリード
２２６  共通ターミナルコンタクト領域
２３２ａ  コンタクトパッド
２３４ａ  リード
２３６ａ  スイッチターミナルコンタクト領域
２４２  接地パッド
２４４  リード
２４６  コンタクトパッド
２５２  フリットフレーム
２６２  チップ
２７２  リード
２７４  接地板
【図１】
2007533105.tif 000003
【図２】
2007533105.tif 000004
【図３】
2007533105.tif 000005
【図４】
2007533105.tif 000006
【図５】
2007533105.tif 000007
【図６】
2007533105.tif 000008
【図７】
2007533105.tif 000009
【図８】
2007533105.tif 000010
【図９】
2007533105.tif 000011
【図１０】
2007533105.tif 000012
【図１１】
2007533105.tif 000013
【図１２】
2007533105.tif 000014
【図１３】
2007533105.tif 000015
【図１４】
2007533105.tif 000016
【図１５】
2007533105.tif 000017
【図１６】
2007533105.tif 000018
【図１７】
2007533105.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月12日(2006.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単極双投（「ＳＰＤＴ」）マイクロ電子機械システム（「ＭＥＭＳ」）スイッチに接続された入力導体上に存在する電気信号を、少なくとも第１の出力導体と第２の出力導体とを含むグループから選択された出力導体に選択的に結合するよう適合され、両方の前記出力導体が該ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチに接続されるようにした、ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチであって、
前記ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチは、
ａ．  １対の前に直面するトグルと１対の後に直面するトグルとを含むグループから選択された整列形態の少なくとも１対のトグルと、
ｂ．  前記トグルの数より少なくない複数対のトーションバーであって、それぞれのトーションバーの対が：
ｉ．    それぞれ前記トグルの１つの対抗する側に配置され、それと結合され、また、
ｉｉ．  そのようなトグルが回転できる軸を構築している、
トーションバーと；
ｃ．  前記トグルから最も遠いトーションバーの端部が結合されたフレームであって、前記トーションバーによって構築された軸の周りで回転するために前記トーションバーを介して前記トグルを支持するフレームと；
を内部にマイクロマシン加工された材料のモノリシック層：
前記トグルの数より少なくない電気伝導性の複数の短絡バーであって、１つの短絡バーが上記のようなトグルの回転軸からそれぞれのトグル先端の端部にそれぞれ運ばれるような短絡バー；
前記モノリシック層の第１の表面に接続されるベース；および、
前記ベースが接続されるその第１の表面より先端のモノリシック層の第２の表面に接着された基板であって、その上部には、
ａ．  前記トグルの数より少なくない電極であって、該トグルの回転軸の一側に移動されたトグルの表面に並置され、該電極とトグルの間への電圧の印加が、結合されたトーションバーにより構築された自身の回転軸の周りに前記トグルを回転させるよう駆動するような電極と；
ｂ．  前記トグルの数より少なくない複数対のスイッチ接点であって、それぞれのスイッチ接点の対が前記入力導体と前記出力導体の１つにそれぞれ接続可能なよう適合され、かつスイッチ接点のそれぞれの対が：
ｉ．    前記トグルに力がかけられない時に、前記トグルの１つによって運ばれる短絡バーに近接するが、スペースをあけられ；
ｉｉ．   前記トグルに力がかけられない時に、お互い電気的に絶縁され；また、
ｉｉｉ．トーションバーにより構築された回転軸の周りに前記トグルを回転させるよう駆動するトグルへの十分強い力の適用の下に、前記近接する短絡バーによって接続される接点と；
が形成された基板：
を有し、
それによって、短絡バーが前記スイッチ接点に接触するような範囲に結合にされたトーションバーにより構築された回転軸の周りのそれぞれのトグルの回転の際に、接触短絡バーが、前記トグルによって運ばれる短絡バーに近接するスイッチ接点と電気的に連結することを特徴とするＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記電極は、段階的な断面形状を持ち、それによって、トーションバーのそれぞれの対により構築された回転軸の周りに前記トグルを回転させるのに十分な強さの力を発生するために、印加されるべき電圧を減らすことを特徴とする請求項１に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項３】
フリット材料が前記基板にモノリシック層を接着させ、フリット材料が前記フレーム、前記トーションバー、および前記トグルの対を取り囲むように配置され、接着の際に前記フリット材料が前記フレーム、前記トーションバー、および前記トグルの周りに位置する突出したレールによって圧縮されることを特徴とする請求項１に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
前記レールは前記フリット材料を収容するフリットトレンチの中に配置されることを特徴とする請求項３に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
前記レールは前記モノリシック層の中に形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
融着接着剤が前記モノリシック層と前記ベースとを接合することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
前記モノリシック層を形成する材料は単結晶シリコン（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
電気的絶縁材料のシートが、前記トグルと上部に運ばれる前記短絡バーとの間に挿入されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
前記ベースは前記モノリシック層の第１の表面に近接する内部に形成されたキャビティを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１０】
前記基板は、前記スイッチ接点と入力出力導体との間に電気信号をそれぞれ運ぶ電気導体を面上に形成し、
前記ＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチは、前記電気導体に近接して配置され、そこから電気的に絶縁される接地板を含む
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１１】
前記接地板は前記モノリシック層の上に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１２】
前記接地板は前記基板の上に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のＳＰＤＴ ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１３】
第１の材料の層と；
第２の材料の層であって、フリット材料が前記第１の材料の層を前記第２の材料の層に接合し、接着の際に、前記フリット材料が、前記第１の材料の層および前記第２の材料の層を含むグループから選択された材料の層の中に位置するレールによって圧縮されるようにした第２の層と；
を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
前記レールは前記フリット材料を収容するフリットトレンチの中に配置されることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
前記フリット材料は、前記第１の材料の層と前記第２の材料の層との間に陽極接合されることを特徴とする請求項１３または１４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
百（１００）ボルト未満の電圧が前記第１の材料の層と前記第２の材料の層に亘って印加され、それらの間にフリット接合が構築されることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
ＭＥＭＳデバイスの、対にされた第１の材料の層と第２の材料の層との間にフリット材料を配置する段階と、
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘って圧力をかける段階と、
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とを加熱する段階と、
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘って電圧を印加する段階と、
を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの層を接着するための方法。
【請求項１８】
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘ってかけられる圧力は少なくとも１８００ニュートン(Newtons)であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とは少なくとも４００℃に加熱されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記フリット材料は、前記第１の材料の層と第２の材料の層とを含むグループから選択された材料の層の中に位置するレールによって圧縮されることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記レールは前記フリット材料を収容するフリットトレンチの中に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
対にされた第１の材料の層と第２の材料の層とに亘って印加される電圧は、１００ボルト未満であることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。