(57)【要約】【課題】マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）スイッチ用のビームを提供する。【解決手段】カンチレバービームを有するＲＦマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）スイッチは、応力勾配が小さいポリシリコンと金属コンタクトから形成されるとしてもよい。本発明の幾つかの実施形態によれば、ビームと基板の間の領域には誘電体が存在しない構成としてもよい。また、酸化物層が窒化物保護層によって保護されるとしてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属コンタクトに接続された応力勾配が小さいポリシリコン部分を持つカンチレバービームを備えるＭＥＭＳスイッチを形成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記スイッチを閉じるべく前記ビームに対して引力を印加する下部電極を持つ前記スイッチを形成すること
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記下部電極と前記ビームの間にある領域には誘電体を存在させないこと
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ビームを基板上に実装することと、間に間隙が設けられた一対の基板コンタクトを前記基板上に配設することと、前記スイッチが閉じられた時に前記基板コンタクト間で電気接続が確立されるように前記金属コンタクトを前記基板コンタクトの上に配設することと
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記カンチレバービームの前記ポリシリコン部分と前記下部電極との間のギャップよりも大きいギャップを、前記カンチレバービーム上の前記金属コンタクトと前記基板コンタクトの間に形成すること
を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の上にリリース層を形成することと、前記リリース層の上に前記ポリシリコン部分を形成すること
を含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記リリース層をリリースする前に、前記金属コンタクトを前記ポリシリコン部分に固定すること
を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属コンタクトを前記ポリシリコン部分に固定した後に前記リリース層をリリースすること
を含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
基板上に前記カンチレバービームを形成することと、前記基板上に酸化物アイランドを複数形成して前記複数の酸化物アイランドを窒化物保護層で被覆することと、前記窒化物保護層の上にリリース層を形成することと、前記リリース層を除去するべくエッチング溶液を用いることと
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
静電駆動されるＭＥＭＳスイッチであって、
基板と、
前記基板上に実装されたカンチレバービームであって、応力勾配が小さいポリシリコンおよび金属コンタクトから形成されているカンチレバービームと、
前記ビームを前記基板に向けて誘引するべく前記基板の上に形成された下部電極と
を備えるスイッチ。
【請求項１１】
前記基板上に形成された一対のコンタクト
を備え、前記コンタクトは、前記カンチレバービームが前記基板に向けて引き下げられると前記基板コンタクト間において回路が完成するように、間に間隙を設けて配設されている
請求項１０に記載のスイッチ。
【請求項１２】
前記カンチレバービーム上の前記金属コンタクトは、前記基板上に設けられた前記一対のコンタクトと接するオフセット部分を有する
請求項１１に記載のスイッチ。
【請求項１３】
酸化物アイランドおよび当該アイランド上に設けられた窒化物保護層を備え、前記基板コンタクトは前記窒化物保護層の上方で前記酸化物アイランドの上に実装されている
請求項１１に記載のスイッチ。
【請求項１４】
前記ビーム上の前記金属コンタクトが前記基板上に設けられた前記一対のコンタクトと接している場合、前記ビームと前記下部電極の間には間隙がある
請求項１１に記載のスイッチ。
【請求項１５】
前記金属コンタクトおよび前記基板コンタクトのコンタクト面はそれぞれ、同じ材料から成る
請求項１１に記載のスイッチ。
【請求項１６】
前記下部電極と前記カンチレバービームの間の領域には誘電体が存在しない
請求項１０に記載のスイッチ。
【請求項１７】
前記基板の上に形成された、窒化物保護層によって被覆されている酸化物
を備える請求項１０に記載のスイッチ。
【請求項１８】
前記下部電極中に少なくとも１つの開口部が設けられ、前記カンチレバビームは、前記下部電極の前記開口部を貫通するように設けられたストッパーを有する
請求項１０に記載のスイッチ。
【請求項１９】
酸化物アイランドおよび前記アイランドの上に設けられた窒化物保護層を備え、前記カンチレバービームは、前記窒化物保護層上で前記酸化物アイランドの上方に実装されている
請求項１０に記載のスイッチ。
【請求項２０】
方法であって、
基板の上に第１リリース層を形成することと、
前記リリース層の上に応力が小さいポリシリコンを堆積することと、
前記応力勾配が小さいポリシリコンの一部を除去することと、
前記応力が小さいポリシリコンを第２リリース層で被覆することと、
前記第２リリース層を貫通して前記応力勾配が小さいポリシリコンおよび前記第１リリース層にまで達するように開口部を形成することと、
前記開口部に金属コンタクトを堆積することと
を含む方法。
【請求項２１】
絶縁体から成る前記第１リリース層を形成することと、金属から成る前記第２リリース層を形成することと
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１リリース層を形成する前に下部電極を形成すること
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記下部電極に開口部を少なくとも１つ形成することと、前記応力勾配が小さいポリシリコン上に、前記下部電極に接することなく前記下部電極に形成した前記開口部中に延伸する突起部を少なくとも１つ形成することと
を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
間に間隙が設けられた一対のコンタクトを前記基板上に形成すること
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板上に形成された前記一対のコンタクトの上に位置するよう、前記金属コンタクトを位置合わせすること
を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ポリシリコンおよび前記金属コンタクトをカンチレバービームとして用いることによってＭＥＭＳスイッチを形成すること
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１リリース層の下に下部電極を形成することと、前記ポリシリコンおよび前記金属コンタクトをカンチレバービームとして用いることによってＭＥＭＳスイッチを形成することと、前記下部電極と前記カンチレバービームの間の領域には誘電体を存在させないようにすることと
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１リリース層よりも薄い層として前記第２リリース層を形成すること
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記基板上に酸化物アイランドを形成することと、前記第１リリース層を形成する前に窒化物保護層で前記酸化物アイランドを被覆することと
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
Ｔ字型形状の前記金属コンタクトを形成することを含み、前記コンタクトの基部は前記第１リリース層に延伸し、前記コンタクトの一方の腕部分は前記ポリシリコン上に実装され、前記コンタクトの他方の腕部分は前記第２リリース層上に実装されている
請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１リリース層をリリースする前に前記第２リリース層をリリースすること
を含む請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）によれば、機械素子および電気素子の製造をナノスケール単位で集積回路技術を用いて行うことができる。ＭＥＭＳを用いてスイッチを初めとしたさまざまなデバイスを製造できる。ＭＥＭＳに基づいて製造されたスイッチのサイズはマイクロメーター単位の場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のＲＦ  ＭＥＭＳスイッチの可動スイッチ素子は通常、金メッキもしくはニッケルメッキから成る。しかし、電気メッキで形成した金属は厚みが大きく、応力勾配が大きいという問題がある。金メッキまたはニッケルメッキの応力勾配は、ビームのサイズが約１００μｍ（１００μｍのビームで約０．３μｍ屈曲）の高圧スイッチ（約４０Ｖ）では、深刻な問題ではない。だが、駆動電圧が非常に低く（例えば約３Ｖ）且つスイッチのビームが３５０μｍと長い場合には、この応力勾配が大きな問題となってしまう（例えば、３５０μｍの長さのビームに対して３μｍの屈曲）。このように長いスイッチのビームを屈曲する場合、駆動電極とスイッチビーム間の空隙が非常に大きくなってしまい、３Ｖでの静電駆動が実現できなくなってしまう。一方では、金メッキやニッケルメッキはこのような応力勾配を持つので、可動スイッチ素子を上方向へ屈曲する時に不均衡になってしまうという大きな問題もあり、このためデバイス特性にばらつきが出てしまう。
【０００４】
以上の理由から、ＲＦ  ＭＥＭＳスイッチの製造方法を改善する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態を示す拡大断面図である。
【０００６】
【図２】本発明の一実施形態に係る製造方法の初期段階を示す拡大断面図である。
【０００７】
【図３】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【０００８】
【図４】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【０００９】
【図５】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１０】
【図６】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１１】
【図７】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１２】
【図８】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１３】
【図９】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１４】
【図１０】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１５】
【図１１】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１６】
【図１２】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１７】
【図１３】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１８】
【図１４】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００１９】
【図１５】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００２０】
【図１６】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００２１】
【図１７】本発明の一実施形態に係る製造方法の次の段階を示す拡大断面図である。
【００２２】
【図１８】開かれたつまり駆動されていない状態にある、本発明の一実施形態に基づいて完成したスイッチを示す拡大断面図である。
【００２３】
【図１９】図１８に示した実施形態の拡大上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に示すように、マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）スイッチ６０は半導体基板１０上に形成されるとしてもよい。一実施形態において、基板１０は高抵抗シリコン材料から成るとしてもよい。カンチレバービーム２６が基板１０の上に実装されている。本発明の一実施形態によれば、カンチレバービーム２６は応力勾配が小さいポリシリコンから成る。応力勾配が小さいポリシリコンは、リリースされても大きく屈曲しない（例えば、ビームの長さが３５０μｍの場合、屈曲は２５ｎｍ未満）。このため、ポリシリコンから成るビームをリリースしても、ビームと駆動電極の間の空隙は非常に小さいままとすることができる。図１ではスイッチが閉じている場合のビーム２６の状態が示されており、ビーム２６は固定されている複数の下部電極部分３２と接している。スイッチ６０において、間に間隙が設けられた下部電極部分３２の間で電気接続が確立されている。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、基板１２の上に窒化物保護層１６に被覆された酸化物アイランド１２が設けられているとしてもよい。実施形態によっては、窒化物保護層１６がさらに下部電極１８によって被覆されているとしてもよい。本発明の一実施形態によれば、下部駆動電極１８はポリシリコンで形成されるとしてもよい。ビーム２６の底面には、一対のストッパーバンプ４２が配設されるとしてもよい。このストッパーバンプ４２は下部電極１８ｂ内に設けられた開口部４４と係合する。
【００２６】
上部電極２６の端部３６には金属コンタクト３８（例えばＡｕ）が実装されている。スイッチが閉じられている場合、メッキ３８は複数の下部コンタクト金属部分３２と係合する。本発明の一実施形態によれば、金属部分３２はそれぞれ接着層３０（例えばＭｏまたはＣｒ）の上に設けられているとしてもよい。
【００２７】
このようなスイッチ６０の製造プロセスの例を図２から図１７に示す。図２に示すように、高抵抗シリコンウェハ１０に絶縁酸化物層が被覆されるとしてもよい。本発明の一実施形態によれば、この絶縁酸化物層がパターニングされて開口部１４が形成され、酸化物アイランド群１２が形成されるとしてもよい。この酸化物アイランド１２によって、シリコン基板に対する寄生容量が低減されるとしてもよい。例えば寄生容量が問題でない場合には、酸化物アイランド１２を設けないとしてもよい。
【００２８】
図３に示すように、アイランド１２を窒化物保護層１６で被覆するとしてもよい。この保護層１６は、ウェハ１０をフッ化水素酸溶液に浸漬することによってビーム２６をリリースするリリースエッチングにおいて、その下に設けられた酸化物アイランド１２を保護する。
【００２９】
図４に示すように、窒化物保護層１６は数箇所５４から除去され、ほかの箇所５６ではそのまま残される。窒化物保護層１６の残りの部分はエッチングで除去され、最後に犠牲層酸化物エッチングが行われた後にはシリコン基板表面の臨界領域（ビーム２６の下、およびコンタクト電極３２間の領域）において誘電体が存在しないようにする。実施形態によっては、誘電体を除去することにより、高抵抗シリコンウェハ１０上に設けられた送信ラインのＲＦ性能が向上することもある。
【００３０】
次に図５に示すように、下部駆動電極１８が堆積されパターニングされるとしてもよい。下部電極１８は窒化物保護層１６の上にのみ形成される。実施形態によっては、層１８を貫通するコンタクトホール４８を間に間隙を設けて配設する。一実施形態に係る層１８は、厚さ約１０００オングストロームのポリシリコンから成る下部電極を形成するとしてもよい。
【００３１】
図６に示すように、次に第１リリース層２０を堆積酸化物によって形成するとしてもよい。一実施形態によれば、第１リリース層２０の厚さは約０．５ミクロンであるとしてもよい。図示しているのは酸化物層２０であるが、製造プロセス中に限りビーム２６を一時的に支持するためには、ほかの犠牲層材料を用いるとしてもよい。
【００３２】
図７に示すように、短時間に時間を制限した酸化物エッチングによって、ストッパーバンプ４２（図１参照）を形成するための成形領域２２を設ける。これとは別に酸化物エッチングを行うことによって、次に図８に示すように、カンチレバービーム２６を固定する材料を受け入れるための開口部２４を形成する。続いて、図９に示すように、ビーム２６を形成するために応力勾配が小さいポリシリコンが堆積されるとしてもよい。所望の導電性を達成し応力を調整すべく、堆積されたポリシリコンに対してドーパント注入を行うとしてもよい。
【００３３】
図１０に示すように、応力勾配が小さいポリシリコンの上に被覆酸化物２８を形成するとしてもよい。幾つかの実施形態においては、多層構造である、犠牲層酸化物、応力勾配が小さいポリシリコンおよび被覆酸化物２８に対して、ポリシリコン製ビーム２６の応力および応力勾配を調整するべく、アニーリング処理を行うとしてもよい。本発明の一実施形態によれば、ビーム２６は厚さ２ミクロンであるとしてもよい。続いて、図１１に示すように、被覆酸化物２８を除去するとしてもよい。
【００３４】
図１２に示すように、層３２および３０から成る下部電極が堆積されパターニングされるとしてもよい。一実施形態によると、上部層３２はＡｕ、下部層３０はＣｒまたはＭｏから成るとしてもよい。上部層３２および下部層３０はどちらも、主要構成要素となる層が形成された後に堆積される。本発明の一実施形態によれば、コンタクト金属層３２および接着層３０は、フッ化水素酸を用いて行うリリース処理に対する耐性を持つという利点がある。
【００３５】
次に、図１３に示すように、犠牲層として銅を堆積することによって、第２リリース層３４を形成するとしてもよい。第２リリース層３４は厚さが約０．３５ミクロンで、酸化物層２０より薄いとしてもよい。続いて、図１４に示すように、第２リリース層３４にエッチングを施すとしてもよい。図１５に示すように、第２リリース層３４にエッチングを行い、ビーム２６を露出させるような開口部を形成し、第１リリース層２０を堆積しパターニングするとしてもよい。接着金属３６（例えばＭｏ）はリリース処理に対する耐性を持つように調整される。
【００３６】
図１６に示すように、一実施形態によると、金属コンタクト３８が形成される。金属コンタクト３８は厚みは大きいが（例えば４μｍから６μｍ）短く（例えば横方向に３０μｍ未満）、Ａｕメッキによって形成される（図中のサイズは実寸を反映したものではない）。スイッチが閉じられると、メッキから成るこのようなコンタクト３８によりＲＦ信号用に優れた導電性が実現される。コンタクト３８はＲＦ信号用の導電パッチとして機能するのみなので、スイッチビーム２６に比べて横方向の寸法が小さくてもよい。このように、コンタクト３８は横方向に非常に短いので、応力勾配による屈曲がそれほど大きくない（例えば３０μｍに対して２５ｎｍ未満）。コンタクト３８はＴ字型形状としてもよい。この場合、一方の腕部分はビーム２６の上に形成された金属３６、基部は第２リリース層３４、もう一方の腕部分もリリース層３４にあるとしてもよい。続いて図１７に示すように、層３４に対してエッチングが行われ、選択的に除去される。
【００３７】
最後に、図１８に示すように、犠牲層２０（図１７参照、例えば酸化物から成る）をフッ化水素酸を用いたエッチングにより除去して、可動ポリシリコンビーム２６をリリースする。本発明の一実施形態によれば、このようにして構造要素間のオープン領域４０には誘電体層が存在しないように構成するとしてもよい。このような構成とすることによって、ＲＦ性能を向上させることができる。
【００３８】
図１９に示すように、ビーム２６は、リブ４６によってコンタクト部分２６に接続された固定部分４８を備える。コンタクト３８は、ビーム２６の一部分５０の上にほぼ中央に位置するように形成されるとしてもよい。不等辺四角形の形状をした一対の下部電極部分３２ａおよび３２ｂがコンタクト３８の下に配設されている。一実施形態によれば、スイッチ６０が閉じられている状態において、部分３２ａが入力ＲＦ信号用、部分３２ｂが出力信号用として機能する。
【００３９】
スイッチ６０を閉じるには、応力勾配が小さいポリシリコンから成るビーム２６とポリシリコン製の下部電極１８の間に電圧を印加する。ここでは応力勾配が小さいポリシリコンを用いているので、ビーム２６と電極１８間の空隙は非常に小さいままとすることができる（例えば０．６μｍ未満）。このため、本発明の実施形態によれば、駆動電圧が非常に低いスイッチを実現することができる。ポリシリコンから成るビーム２６が駆動されて引き下げられると、犠牲層を堆積する時に厚みを調整することにより電極１８とビーム２６間の間隙を正確に制御できるので、コンタクト３８が下部電極部分３２と接する。
【００４０】
さらに電圧を印加すると、ポリシリコンビーム２６が落ち込んで、より大きいコンタクト力が発生することになる。しかしその場合でも、図１に示すように、コンタクト３８およびビーム２６が下部電極１８から離れた状態を維持することができる。これが可能なのは、ポリシリコンから成るストッパー４２が設けられているからである。ストッパー４２は、下部電極１８中に形成された成形領域２２がストッパー４２よりも大きいので下部電極１８に接することなく窒化物保護層１６に接している。
【００４１】
本発明の幾つかの実施形態によれば、ＲＦ信号の送信を低損失で行うべく、金を使用してコンタクト素子および導電体を形成している。このような金から成る構成要素については、すべてクリーンルームで行うことができるポリシリコン構成要素の製造が完了した後に、堆積によって形成するとしてもよい。二酸化シリコンから成る絶縁経路は、窒化シリコン保護層１６によって封止されてもよい。窒化シリコン保護層１６は、ウェハをフッ化水素酸に浸漬することによってビーム２６をリリースするリリースエッチングにおいて、その下に設けられた酸化物１２を保護するとしてもよい。
【００４２】
幾つかの実施形態によれば、構成要素において大きな屈曲が見られず、電圧が非常に低いスイッチを製造するべく、空隙４０を比較的小さく構成することができる。応力勾配が小さいポリシリコン層は、従来に比べ、製造工程において、より高い整合性を実現できるとともにより簡単に調整できる。また応力勾配が小さいポリシリコンを用いることによって、厳しい環境における機械的信頼性を向上させることができる。
【００４３】
幾つかの実施形態によれば、層を堆積によって形成する場合に厚みを正確に調整することによって、コンタクトの高さが適切なものとなり、直接エッチングを行う場合に比べてコンタクトの高さをより適切に制御できるとともに、より整合性の高い製造工程を実現することができる。所定の領域にのみ設けられた窒化物保護層によって酸化物に対するリリースエッチングを行うことが可能となると同時に、臨界領域に誘電体が残ることがないので優れたＲＦ送信特性を実現することもできる。ビーム２６と下部電極１８の間に誘電体が存在すると帯電することがあり、帯電するとスイッチ６０の動作に悪影響をおよぼす可能性がある。幾つかの実施形態によれば、誘電体を用いずにより大きなコンタクト力を生じさせるためにスイッチ６０を引き下げるべく、ポリシリコン製のストッパーの形成を製造プロセスに組み込むとしてもよい。
【００４４】
限られた数の実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば上述の開示に基づき数多くの変形例に想到できる。本発明の真の目的および範囲内にある限り、本願請求項はそのような変形例もすべて含むものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007535797.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2007535797.tif 000015
【図１４】
2007535797.tif 000016
【図１５】
2007535797.tif 000017
【図１６】
2007535797.tif 000018
【図１７】
2007535797.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2007535797.tif 000021
【国際調査報告】
2007535797.tif 000022
2007535797.tif 000023
2007535797.tif 000024
2007535797.tif 000025
2007535797.tif 000026