(57)【要約】 【課題】  高周波領域における信号伝送損失がなく、しかも応力制御しやすく、残留応力を小さくできる圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置を提供する。【解決手段】    可動梁５を、第１の電極層５１と、圧電薄膜層５３と、第２の電極層５５と、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）から構成された補足層５７とを順番に積層して構成する。そして、可動梁５とＬＳＩ基板１１との間に、１０μｍ以上の間隔を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に一対の電極層が配置された圧電薄膜層を備えた可動梁と、
前記可動梁の可動端に設けられた可動接点部と、
前記可動梁の固定端が固定されるシリコン基板からなる固定用基板と、
前記可動接点部と接触する固定接点部を備えて、前記可動接点部と前記固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路及び前記可動梁の前記一対の電極層に駆動電圧を印加する可動梁駆動回路を有する集積回路基板と、
前記可動梁の前記一対の電極層と可動梁駆動回路とを電気的に接続する電気的接続手段と、
前記固定用基板と前記集積回路基板との間に前記可動梁の可動空間を形成するように、前記固定用基板の外周部と前記集積回路基板の外周部とを連結し且つ前記可動空間を封止する封止部とを備え、
前記封止部は、前記可動空間の厚み寸法が１０μｍ以上になるように形成されたバンプにより構成されており、
前記可動梁の前記一対の電極層の少なくとも一方の外面に窒化ケイ素からなる補足層が設けられていることを特徴とする圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置。
【請求項２】
両面に一対の電極層が配置された２以上の圧電薄膜層が積層されてなる可動梁と、
前記可動梁の可動端に設けられた可動接点部と、
前記可動梁の固定端が固定されるシリコン基板からなる固定用基板と、
前記可動接点部と接触する固定接点部を備えて、前記可動接点部と前記固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路及び前記可動梁に含まれる前記２以上の圧電薄膜層の前記一対の電極層に駆動電圧を印加する可動梁駆動回路を有する集積回路基板と、
前記可動梁の前記一対の電極層と可動梁駆動回路とを電気的に接続する電気的接続手段と、
前記固定用基板と前記集積回路基板との間に前記可動梁の可動空間を形成するように、前記固定用基板の外周部と前記集積回路基板の外周部とを連結し且つ前記可動空間を封止する封止部とを備え、
前記封止部は、前記可動空間の厚み寸法が１０μｍ以上になるように形成されたバンプにより構成されており、
前記可動梁中の隣り合う２つの前記圧電薄膜層の間に位置する２つの前記電極層の間に、窒化ケイ素からなる補足層が設けられていることを特徴とする圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置。
【請求項３】
前記電気的接続手段は、前記一対の電極層から前記可動梁駆動回路に向かう方向の寸法が、前記固定用基板から前記集積回路基板に向かう方向における前記バンプの寸法と等しいバンプ部を有している請求項１または２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置。
【請求項４】
前記固定用基板には、前記可動梁と対向する部分に前記可動梁の揺動を許容するように前記可動梁に向かって開口する凹部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置。
【請求項５】
前記可動梁中の隣り合う２つの前記圧電薄膜層は、駆動時における伸びの方向と縮む方向とが逆になるように構成されている請求項２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置。
【請求項６】
シリコン基板の一方の面上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化ケイ素の薄膜層を形成し、
前記窒化ケイ素の薄膜層の上にスパッタリングにより第１の電極膜を形成し、
前記第１の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により圧電体薄膜層を形成し、
前記圧電体薄膜層の上に可動接点領域、電極領域及び封止領域を含む上側電極パターンを有する第２の電極膜をスパッタリングにより形成し、
前記第２の電極膜の前記電極パターンが形成されていない前記圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して前記第１の電極膜を露出し、
前記第１の電極膜の前記圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して下側電極パターンを形成し、
前記窒化ケイ素の薄膜層の前記下側電極パターンにより覆われていない部分にエッチング処理を施して前記シリコン基板の前記一方の面を部分的に露出させ、
前記シリコン基板の前記一方の面側から金属材料をスパッタリングして前記一方の面側に形成された層構造の表面にシード層を形成し、
前記第２の電極膜に含まれる前記上側電極パターンの前記可動接点領域上の前記シード層の部分に可動接点部を、前記上側電極パターンの前記電極領域上の前記シード層の部分に接続用電極を、前記上側電極パターンの前記封止領域に前記上側電極パターンから離れる方向の寸法が１０μｍ以上のバンプをメッキによりそれぞれ形成し、
前記シリコン基板の前記一方の面側に形成された前記層構造の上に露出している前記シード層をエッチングにより除去し、
前記可動接点部を含む可動梁を残すように前記シリコン基板をエッチングし、
固定接点部と、前記可動梁との間に可動空間を形成する封止部を形成するためのパッド部と、前記可動接点部と前記固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路と、前記可動梁の前記上側電極パターン及び下側電極パターンに駆動電圧を印加する可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、前記可動梁駆動回路を前記接続用電極に接続し、前記パッド部を前記バンプに接続することからなる圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン基板のエッチングは、前記シリコン基板の表面からの等方性エッチングである請求項６に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の製造方法。
【請求項８】
シリコン基板の一方の面上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化ケイ素の薄膜層を形成し、
前記窒化ケイ素の薄膜層の上にスパッタリングにより第１の電極膜を形成し、
前記第１の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により圧電体薄膜層を形成し、
前記圧電体薄膜層の上に可動接点領域、電極領域及び封止領域を含む上側電極パターンを有する第２の電極膜をスパッタリングにより形成し、
前記第２の電極膜の前記電極パターンが形成されていない前記圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して前記第１の電極膜を露出し、
前記第１の電極膜の前記圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して下側電極パターンを形成し、
前記窒化ケイ素の薄膜層の前記下側電極パターンにより覆われていない部分にエッチング処理を施して前記シリコン基板の前記一方の面を部分的に露出させ、
前記第２の電極膜に含まれる前記上側電極パターンの前記可動接点領域上に可動接点部を、前記上側電極パターンの前記電極領域上の部分に接続用電極をスパッタリングにより形成し、
前記可動接点部を含む可動梁を残すように前記シリコン基板をエッチングし、
前記固定接点部と、前記可動梁との間に可動空間を形成する封止部を形成するためのパッド部と、前記上側電極パターンの前記封止領域に対応する部分に形成されて前記上側電極パターンから離れる方向の寸法が１０μｍ以上のバンプ部と、前記可動接点部と前記固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路と、前記可動梁の前記上側電極パターン及び下側電極パターンに駆動電圧を印加する可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、前記可動梁駆動回路を前記接続用電極に接続し、前記上側電極パターンの封止領域を前記バンプ部に接続することからなる圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の製造方法。
【請求項９】
シリコン基板の一方の面上にスパッタリングにより絶縁保護膜を形成し、
前記絶縁保護膜の上にスパッタリングにより第１の電極膜を形成し、
前記第１の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により第１の圧電体薄膜層を形成し、
前記第１の圧電体薄膜層の上にスパッタリングにより第２の電極膜を形成し、
前記第２の電極膜の上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化ケイ素の薄膜層を形成し、
前記窒化ケイ素の薄膜層の上にスパッタリングにより第３の電極膜を形成し、
前記第３の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により第２の圧電体薄膜層を形成し、
前記第２の圧電体薄膜層の上に可動接点領域、電極領域及び封止領域を含む第１の電極パターンを有する第４の電極膜をスパッタリングにより形成し、
前記第４の電極膜の前記第１の電極パターンが形成されていない前記第２の圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して前記第３の電極膜を露出し、
前記第３の電極膜の前記第２の圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して第２の電極パターンを形成し、
前記窒化ケイ素の薄膜層の前記第２の電極パターンにより覆われていない部分にエッチング処理を施して前記第２の電極膜を露出し、
前記第２の電極膜の前記窒化ケイ素の薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して第３の電極パターンを形成し、
前記第２の電極膜の前記第３の電極パターンが形成されていない前記第１の圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して前記第１の電極膜を露出し、
前記第１の電極膜の前記第１の圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して第４の電極パターンを形成し、前記絶縁保護膜を部分的に露出させ、
前記シリコン基板の前記一方の面側から金属材料をスパッタリングして前記一方の面側に形成された層構造の表面にシード層を形成し、
前記第４の電極膜に含まれる前記第１の電極パターンの前記可動接点領域上の前記シード層の部分に可動接点部を、前記第１の電極パターンの前記電極領域上の前記シード層の部分に接続用電極を、前記上側電極パターンの前記封止領域に前記上側電極パターンから離れる方向の寸法が１０μｍ以上のバンプをメッキによりそれぞれ形成し、
前記上側電極パターンの前記封止領域に接続用電極のアンカー部を形成し、
前記シリコン基板の前記一方の面側に形成された前記層構造の上に露出している前記シード層をエッチングにより除去し、
前記可動接点部を含む可動梁を残すように前記シリコン基板及び前記絶縁保護膜をエッチングし、
固定接点部と、前記可動梁との間に可動空間を形成する封止部を形成するためのパッド部と、前記可動接点部と前記固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路と、前記可動梁の前記第１乃至第４の電極パターンに駆動電圧を印加する可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、前記可動梁駆動回路を前記接続用電極に接続し、前記パッド部を前記バンプに接続することからなる圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の製造方法。
【請求項１０】
前記接続用電極には、前記上側電極パターンから離れる方向の寸法が、前記上側電極パターンから離れる方向の前記バンプの寸法と等しいバンプ部が形成される請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信産業の発達に伴い、スマートフォンや携帯電話等の携帯端末やタブレット端末等の通信端末が世界中に普及している。これらの通信端末については、通信事業者ごとに異なる複数の高周波（ＲＦ）帯域の信号を区別して１つのチップで対応できるように、ＭＥＭＳ技術を用いたＲＦ信号切り替えスイッチの研究、開発が盛んに行われている。ＭＥＭＳスイッチは機械的なスイッチであって、寄生容量を小さくでき、半導体素子を用いたスイッチに比べ、信号伝送損失（ロス）が少なく、絶縁性が高く、信号に対する歪み特性がよいという利点を有している。特に最近では、通信端末の小型化、軽量化等の要求を満たすために、ＬＳＩ上に高周波ＭＥＭＳスイッチを形成した集積回路装置を通信端末に適用することが検討されている。例えば、特開２０１０−１７８９５号公報（特許文献１）には、集積回路基板と、受動部品を組み込んだＬＴＣＣ基板からなるカバー部材との間を封止部材で気密に封止し、この封止された空間内にマイクロマシンを設けることにより、集積回路基板と、カバー部材と、マイクロマシンとをウェハレベルで一体化した機能デバイス（集積回路装置）が開示されている。
【０００３】
また、特開２０１０−１７１２１６号公報（特許文献２）には、可動部とシリコン基板とが一体的に形成されたＭＥＭＳデバイスとＩＣチップとを、樹脂封止により一体化したＭＥＭＳデバイスパッケージ（集積回路装置）が開示されている。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２のようにＭＥＭＳスイッチを集積回路装置と一体的に形成する場合には、ＭＥＭＳスイッチの製造プロセスと集積回路装置の製造プロセスとの整合性をとる必要がない。また、集積回路装置の集積回路上の直上にＭＥＭＳスイッチを配置することができるので、ＭＥＭＳスイッチと集積回路装置とを個別に製造する場合よりも、面積効率を向上して集積回路装置を小型化することが可能となる。さらに、ＭＥＭＳスイッチと集積回路装置とを個別に製造する場合よりも、ＭＥＭＳスイッチを集積回路装置に高精度で取り付けることができるので、ＭＥＭＳスイッチと集積回路装置との距離を小さくできる。そのため、ＭＥＭＳスイッチの駆動時の信号伝送損失（ロス）を小さくすることができるという利点がある。
【０００５】
これらの集積回路装置では、ＭＥＭＳスイッチとして静電力型のアクチュエータや、熱型のアクチュエータが現在多く利用されている。静電力型のアクチュエータでは、得られる駆動力が小さいため、十分な駆動力を得ようとすると、ＭＥＭＳスイッチを大型化しなければならない。また、駆動時に大きな電圧が必要となるため、別途昇圧回路を設けなければならない。そのため、特表２０１２−５０９７７５号公報（特許文献３）のように、小さい駆動電圧で大きな駆動力が得られる圧電型のＭＥＭＳスイッチを集積回路装置に適用することが検討されている。特許文献３には、両面に電極層が形成された圧電層からなる作動層が、窒化ケイ素からなるビーム（補強層）により支持された片持ち梁タイプのＭＥＭＳデバイスが開示されている。特許文献３では、補強層を窒化ケイ素（ＳｉＮ）から構成している。そのため、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）により絶縁基板を構成した従来のＭＥＭＳ圧電スイッチよりも応力制御がしやすく、残留応力を小さくできるので、ＭＥＭＳ圧電スイッチを正確に作動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７８９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１２１６号公報
【特許文献３】特表２０１２−５０９７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、片持ち梁タイプの圧電型ＭＥＭＳスイッチを集積回路装置に適用した場合に、ＬＳＩ基板が可動梁と近接していると、可動梁に起因した大きな寄生容量等がＬＳＩ基板に発生してしまい、集積回路の高周波での動作が大きく妨害されていまうという問題がある。また大きな寄生容量等の発生により、信号伝送損失が生じてしまう。そのため、片持ち梁タイプの圧電型ＭＥＭＳスイッチを適用した集積回路装置は実用化に至っていない。発明者らは、鋭意検討の結果、片持ち梁タイプの圧電型のＭＥＭＳスイッチを集積回路装置に適用する場合には、可動梁と集積回路との間に所定以上の距離を確保する必要があることを見出した。本発明は、上記知見に基づくものである。
【０００８】
本発明の目的は、高周波領域における集積回路の動作の妨害及び信号伝送損失が大きくならず、しかも応力制御しやすく、残留応力を小さくして正確に動作させることができる圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、可動梁と、可動接点部と、シリコン基板からなる固定用基板と、集積回路基板と、電気的接続手段と、封止部とを備えた圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置を改良の対象とする。
【００１０】
可動梁は例えば、両面に一対の電極層が配置された圧電薄膜層を備えたものとすることができる。可動梁の可動端には、可動接点部が設けられる。可動梁の固定端は、可動梁が可動可能な状態で固定用基板に固定される。集積回路基板は、可動接点部と接触する固定接点部を備えている。集積回路基板はまた、オン信号発生回路と可動梁駆動回路とを有している。オン信号発生回路は、可動接点部と固定接点部とが接触するとオン信号を発生する。可動梁駆動回路は、可動梁の一対の電極層に駆動電圧を印加する。電気的接続手段は、可動梁の一対の電極層と可動梁駆動回路とを電気的に接続する。封止部は、固定用基板と集積回路基板との間に可動梁の可動空間を形成するように、固定用基板の外周部と集積回路基板の外周部とを連結し且つ可動空間を封止する。本発明では、可動空間の厚み寸法が１０μｍ以上になるように形成されたバンプにより封止部を構成する。そして本発明では、可動梁の一対の電極層の少なくとも一方の外面に窒化ケイ素からなる補足層が設けられている。
【００１１】
封止部を構成するバンプを可動空間の厚み寸法が１０μｍ以上になるように形成すると、可動梁に起因した大きな寄生容量等がＬＳＩ基板に発生することがなくなる。そのため、集積回路基板に設けられた集積回路が高周波で動作する場合において、大きな寄生容量等によって集積回路の動作が大きく妨害されることがない。また、大きな寄生容量等が発生しないので、信号伝送損失（ロス）が大きくなることがない。さらに、封止部を構成するバンプを可動空間の厚み寸法が１０μｍ以上あるので、可動接点部及び固定接点部を、互いに擦れるように動作させることができるので、可動接点部及び固定接点部をクリーンな状態に保つことができる。また可動梁の補足層が、残留応力を制御しやすい窒化ケイ素から構成されているので、補足層に発生する残留応力を小さくすることができ、可動梁を正確に動作させることができる。その結果、本発明によれば、高周波領域における集積回路の動作の妨害及び信号伝送損失を小さくして、しかも正確にスイッチを動作させることができる。
【００１２】
本発明では、可動梁を、両面に一対の電極層が配置された２以上の圧電薄膜層が積層されたものとしてもよい。この場合には、可動梁中の隣り合う２つの圧電薄膜層の間に位置する２つの電極層の間に、窒化ケイ素からなる補足層を設ける。このように構成すると、２以上の圧電薄膜層により、可動梁をより大きく変形させることができる。
【００１３】
電気的接続手段は、バンプ部を備えていてもよい。この場合、一対の電極層から可動梁駆動回路に向かう方向のバンプ部の寸法が、固定用基板から集積回路基板に向かう方向におけるバンプの寸法と等しいことが好ましい。このようにすると、電気的接続手段と、封止部とを同時に製造することができる。
【００１４】
本発明では、補足層が窒化ケイ素から構成されているので、シリコン基板からなる固定用基板に凹部を形成するためにエッチングしても、窒化ケイ素の補足層が同時にエッチングされることがない。そのため、シリコン基板に、可動梁と対向する部分に可動梁の揺動を許容するように可動梁に向かって開口する凹部を簡単に形成することができるので、可動梁を簡単に形成することができる。
【００１５】
可動梁が、両面に一対の電極層が配置された２以上の圧電薄膜層を積層して構成されている場合には、可動梁中の隣り合う２つの圧電薄膜層は、駆動時における伸びの方向と縮む方向とが逆になるように構成されていることが好ましい。このように構成すると、可動梁はバイモルフ構造を有していることとなるので、可動梁をより大きく駆動させることが可能となる。
【００１６】
本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置を製造する場合にはまず、シリコン基板の一方の面上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化ケイ素（ＳｉＮ）の薄膜層を形成する。窒化ケイ素の薄膜層の上にスパッタリングにより第１の電極膜を形成し、第１の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により圧電体薄膜層を形成し、圧電体薄膜層の上に可動接点領域、電極領域及び封止領域を含む上側電極パターンを有する第２の電極膜をスパッタリングにより形成する。次に、第２の電極膜の電極パターンが形成されていない圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して第１の電極膜を露出し、第１の電極膜の圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して下側電極パターンを形成する。そして、窒化ケイ素の薄膜層の下側電極パターンにより覆われていない部分にエッチング処理を施してシリコン基板の一方の面を部分的に露出させ、シリコン基板の一方の面側から金属材料をスパッタリングして一方の面側に形成された層構造の表面にシード層を形成する。その後、第２の電極膜に含まれる上側電極パターンの可動接点領域上のシード層の部分に可動接点部を、上側電極パターンの電極領域上のシード層の部分に接続用電極を、上側電極パターンの封止領域に上側電極パターンから離れる方向の寸法が１０μｍ以上のバンプをメッキにより形成して、シリコン基板の一方の面側に形成された層構造の上に露出しているシード層をエッチングにより除去する。可動接点部を含む可動梁を残すようにシリコン基板をエッチングする。最後に、固定接点部と、可動梁との間に可動空間を形成する封止部を形成するためのパッド部と、可動接点部と固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路と、可動梁の上側電極パターン及び下側電極パターンに駆動電圧を印加する可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、可動梁駆動回路を接続用電極に接続し、パッド部をバンプに接続する。
【００１７】
シリコン基板のエッチングを異方性エッチングで行う場合、可動梁を残すように、シリコン基板の裏面側から表面に貫通するまでエッチングを行う必要がある。この場合には、可動梁を封止するために、シリコン基板の両側に蓋部材を設けなければならず、部品点数が多くなる。また、シリコン基板を裏面側から表面に貫通するまでエッチングする必要があるため、エッチングの量も多くなる。そのため、製造コストが高くなる。また、裏面側からのエッチングにより可動梁を形成するため、シリコン基板の表面に形成された回路パターンと可動梁との位置合わせが難しくなり、歩留まりが悪いという問題が生じる。そのため、シリコン基板のエッチングは、シリコン基板の表面から行われる等方性エッチングであることが好ましい。シリコン基板の表面から行われる等方性エッチングを行うことにより、シリコン基板の表面に形成された回路パターンと可動梁との位置合わせを簡単に行うことができ、またシリコン基板自体を封止部材として使用することができる。また、エッチングがシリコン基板を貫通する必要がなく、エッチングの量を少なくすることができるので、製造コストを低くすることができる。
【００１８】
また本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の製造方法では、まず、シリコン基板の一方の面上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化ケイ素（ＳｉＮ）の薄膜層を形成し、窒化ケイ素の薄膜層の上にスパッタリングにより第１の電極膜を形成し、第１の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により圧電体薄膜層を形成し、圧電体薄膜層の上に可動接点領域、電極領域及び封止領域を含む上側電極パターンを有する第２の電極膜をスパッタリングにより形成する。次に、第２の電極膜の電極パターンが形成されていない圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して第１の電極膜を露出し、第１の電極膜の圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して下側電極パターンを形成する。そして、窒化ケイ素の薄膜層の下側電極パターンにより覆われていない部分にエッチング処理を施してシリコン基板の一方の面を部分的に露出させ、第２の電極膜に含まれる上側電極パターンの可動接点領域上に可動接点部を、上側電極パターンの電極領域上の部分に接続用電極をスパッタリングにより形成する。そして、可動接点部を含む可動梁を残すようにシリコン基板をエッチングする。最後に、固定接点部と、可動梁との間に可動空間を形成する封止部を形成するためのパッド部及び上側電極パターンの封止領域に対応する部分に形成されて上側電極パターンから離れる方向の寸法が１０μｍ以上のバンプ部と、可動接点部と固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路と、可動梁の上側電極パターン及び下側電極パターンに駆動電圧を印加する可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、可動梁駆動回路を接続用電極に接続し、上側電極パターンの封止領域をバンプ部に接続する。このように構成すると、バンプ部をシリコン基板側に形成する場合よりも、可動空間の高さ調整が容易になり、集積回路装置の製造がより簡単になる。
【００１９】
可動梁が両面に一対の電極層が配置された２以上の圧電薄膜層が積層されたＭＥＭＳスイッチの場合には、まずシリコン基板の一方の面上にスパッタリングにより絶縁保護膜を形成する。絶縁保護膜の上にスパッタリングにより第１の電極膜を形成し、第１の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により第１の圧電体薄膜層を形成し、第１の圧電体薄膜層の上にスパッタリングにより第２の電極膜を形成し、第２の電極膜の上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化ケイ素の薄膜層を形成し、窒化ケイ素の薄膜層の上にスパッタリングにより第３の電極膜を形成し、第３の電極膜の上にスパッタリング、ＣＶＤまたはゾルゲル法により第２の圧電体薄膜層を形成し、第２の圧電体薄膜層の上に可動接点領域、電極領域及び封止領域を含む第１の電極パターンを有する第４の電極膜をスパッタリングにより形成する。次に、第４の電極膜の第１の電極パターンが形成されていない第２の圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して第３の電極膜を露出し、第３の電極膜の第２の圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して第２の電極パターンを形成し、窒化ケイ素の薄膜層の第２の電極パターンにより覆われていない部分にエッチング処理を施して第２の電極膜を露出する。そして、第２の電極膜の窒化ケイ素の薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して第３の電極パターンを形成し、第２の電極膜の第３の電極パターンが形成されていない第１の圧電体薄膜層の部分にエッチング処理を施して第１の電極膜を露出し、第１の電極膜の第１の圧電体薄膜層のエッチングにより露出した部分の一部にエッチング処理を施して第４の電極パターンを形成し、絶縁保護膜を部分的に露出させ、シリコン基板の一方の面側から金属材料をスパッタリングして一方の面側に形成された層構造の表面にシード層を形成する。その後、第４の電極膜に含まれる第１の電極パターンの可動接点領域上のシード層の部分に可動接点部を、第１の電極パターンの電極領域上のシード層の部分に接続用電極を、上側電極パターンの封止領域に上側電極パターンから離れる方向の寸法が１０μｍ以上のバンプをメッキによりそれぞれ形成し、シリコン基板の一方の面側に形成された層構造の上に露出しているシード層をエッチングにより除去する。可動接点部を含む可動梁を残すようにシリコン基板及び絶縁保護膜をエッチングする。最後に、固定接点部と、可動梁との間に可動空間を形成する封止部を形成するためのパッド部と、可動接点部と固定接点部とが接触するとオン信号を発生するオン信号発生回路と、可動梁の第１及び第４の電極パターンに駆動電圧を印加する可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、可動梁駆動回路を接続用電極に接続し、パッド部をバンプに接続する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）は本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の第１の実施の形態としてのスイッチユニットの平面図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。
【図２（Ａ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｂ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｃ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｄ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｅ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｆ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｇ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｈ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｉ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｊ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｋ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｌ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図２（Ｍ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第１の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ａ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｂ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｃ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｄ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｅ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｆ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｇ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｈ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｉ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図３（Ｊ）】図１の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの第２の製造方法の製造工程を示す図である。
【図４】（Ａ）は本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の第２の実施の形態としてのスイッチユニットの平面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図である。
【図５（Ａ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｂ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｃ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｄ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｅ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｆ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｇ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｈ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｉ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｊ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｋ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｌ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｍ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｎ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｏ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｐ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｑ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｒ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｓ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【図５（Ｔ）】図４の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照して本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の実施の形態について説明をする。図１（Ａ）は、本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の第１の実施の形態としてのスイッチユニット１においてＬＳＩ基板１１を除いた状態の平面図であり、図１（Ｂ）は集積回路を含んだ状態における図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。なお、図１（Ａ）においては理解を容易にするために、スイッチユニットを備えた集積回路装置を構成する部品の一部を透視した状態を示している。
【００２２】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、スイッチユニット１は、シリコン基板３と、可動梁５と、可動梁５に設けられた可動接点部７と、ＬＳＩ基板１１と、ＬＳＩ基板１１に設けられた固定接点部１３と、封止部１５とを備えている。
【００２３】
シリコン基板３の輪郭は、矩形状の外周形状を有している。シリコン基板３の表面３ａには、可動梁５の一端側の固定端部５ａが固定されている。シリコン基板３の表面３ａには、可動梁５と対向する部分に、可動梁５に向かって開口する凹部３ｂが形成されている。本実施の形態では、深さ５０μｍの凹部３ｂを形成している。可動梁５は、可動梁５の固定端部５ａ以外の部分がシリコン基板３の凹部３ｂに一部入り込むことが可能なため、固定端部５ａを中心にして揺動することができる。
【００２４】
可動梁５は、シリコン基板３の表面に固定される固定端部５ａと、可動梁５の他端側（可動端）の可動接点形成部５ｂと、駆動電圧の印加により固定端部５ａを中心にして変形する本体部５ｃとを備えている。本実施の形態では、固定端部５ａ及び可動接点形成部５ｂの幅寸法が、本体部５ｃの幅寸法よりも大きくなるように形成されている。
【００２５】
可動梁５の固定端部５ａ、可動接点形成部５ｂ及び本体部５ｃはそれぞれ、第１の電極層５１と、圧電薄膜層５３と、第２の電極層５５と、補足層５７とが順番に積層されて構成されている。第１の電極層５１は、厚さ２００ｎｍのＰｔ膜と厚さ２０ｎｍのＴｉ膜とからなるＰｔ／Ｔｉの電極膜により構成されている。圧電薄膜層５３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構成されており、１μｍの厚さを有している。第２の電極層５５は、第１の電極層５１と同様に、厚さ２００ｎｍのＰｔ膜と厚さ２０ｎｍのＴｉ膜とからなるＰｔ／Ｔｉの電極膜により構成されている。補足層５７は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）から構成されており、１μｍの厚さを有している。
【００２６】
図１（Ｂ）に示すように、固定端部５ａの第１の電極層５１、圧電薄膜層５３及び第２の電極層５５はそれぞれ、本体部５ｃの電極層５１、圧電薄膜層５３及び第２の電極層５５と一体的に形成されている。
【００２７】
可動接点形成部５ｂの第１の電極層５１、圧電薄膜層５３及び第２の電極層５５と、本体部５ｃの電極層５１、圧電薄膜層５３及び第２の電極層５５とは、それぞれ所定の間隔をあけて形成されている。そのため、可動接点形成部５ｂの第１の電極層５１、圧電薄膜層５３及び第２の電極層５５と、本体部５ｃの電極層５１、圧電薄膜層５３及び第２の電極層５５とは、電気的に接続されていない。
【００２８】
補足層５７は、固定端部５ａ、可動接点形成部５ｂ及び本体部５ｃに沿って、一体的に形成されている。固定端部５ａ及び可動接点形成部５ｂの補足層５７の幅は、１００μｍであり、本体部５ｃの補足層５７の幅は、６０μｍである。また、可動接点形成部５ｂの補足層５７は、６０μｍの長さを有している。
【００２９】
固定端部５ａにおける第２の電極層５５は、第１の電極層５１及び圧電薄膜層５３が積層されていない露出部５５ａを有している。この露出部５５ａにより固体端部５ａの第１の電極層５１及び圧電薄膜層５３は、２つに分割されている。固定端部５ａの分割された２つの第１の電極層５１には、接続電極９がそれぞれ設けられている。また、可動接点形成部５ｂには、可動接点部７が設けられている。
【００３０】
可動接点部７は、Ａｕにより形成されており、第１の電極層５１及び第２の電極層５５に駆動電圧が印加されると、ＬＳＩ基板１１の固定接点部１３と接触する。
【００３１】
接続電極９は、可動梁５の第１の電極層５１に形成されたＡｕのバンプ部９ａと、Ａｕのバンプ部９ａの上に形成されたＡｕのパッド部９ｂとから構成されている。パッド部９ｂは、ＬＳＩ基板１１の表面に形成された可動梁駆動回路（図示せず）に電気的に接続されている。接続電極９のバンプ部９ａは、第１の電極層５１から離れる方向の寸法が、１０μｍである。
【００３２】
ＬＳＩ基板１１は、公知の半導体基板から構成されており、その輪郭はシリコン基板３と同じ外周形状を有している。ＬＳＩ基板１１には、シリコン基板３と対向する表面１１ａに、少なくともオン信号発生回路（図示せず）及び可動梁駆動回路（図示せず）を有する多数の集積回路ＩＣが設けられている。可動梁駆動回路には、２つの接続電極９が電気的に接続されている。可動梁駆動回路は、第１の電極層５１及び第２の電極層５５に駆動電圧を印加する。
【００３３】
ＬＳＩ基板１１の表面１１ａにはさらに、オン信号発生回路に電気的に接続された固定接点部１３が形成されている。固定接点部１３は、第１の電極層５１及び第２の電極層５５に駆動電圧が印加されたときに、可動接点部７が接触できる位置に形成されている。本実施の形態では、可動梁５に駆動電圧が印加されていないときの可動接点部７と固定接点部１３との間隔を１０μｍとなるように構成している。可動接点部７と固定接点部１３とが接触すると、オン信号発生回路はオン信号を発生し、図示しない実装用金属パッドを介して外部にオン信号を出力する。
【００３４】
スイッチユニット１は、封止部１５により、シリコン基板３とＬＳＩ基板１１との間の空間が封止されている。封止部１５は、シリコン基板３及びＬＳＩ基板の周形状に沿うように、シリコン基板３の表面３ａとＬＳＩ基板１１の表面１１ａとの間に周状に形成されている。封止部１５は、積層部１５ａと、バンプ部１５ｂと、パッド部１５ｃとから構成されている。積層部１５ａは、可動梁５の積層構造と同じ積層構成を有しており、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜からなる第１の電極層５１と、ＰＺＴからなる圧電薄膜層５３と、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜からなる第２の電極層５５と、窒化ケイ素からなる補足層５７とが順番に積層されて構成されている。バンプ部１５ｂは、積層部１５ａの第１の電極層５１上に形成されている。バンプ部１５ｂは、積層部１５ａから離れる方向の寸法は１０μｍである。そのため、積層部１５ａから離れる方向のバンプ部１５ｂの寸法は、第１の電極層５１から離れる方向の接続電極９のバンプ部９ａの寸法と等しい。バンプ部１５ｂは、接続電極９のバンプ部９ａと同様に、Ａｕのバンプにより形成されている。パッド部１５ｃは、バンプ部１５ｂ上に形成されており、接続電極９のパッド部９ｂと同様に、Ａｕにより形成されている。パッド部１５ｃは、バンプ部１５ｂから離れる方向の寸法が、バンプ部９ａから離れる方向の接続電極９のパッド部９ｂの寸法と等しい。本実施の形態のバンプ部１５ｂは、積層部１５ａ及びパッド部１５ｃを介してシリコン基板３とＬＳＩ基板１１とを接続している。
【００３５】
本実施の形態のスイッチユニット１では、第１の電極層５１及び第２の電極層５５に駆動電圧が印加されると、圧電薄膜層５３が収縮して、可動梁５は、可動接点部７が固定接点部１３に向かって変位するように変形する。接続電極９のバンプ部９ａ及び封止部のバンプ部１５ｂにより、可動梁５とＬＳＩ基板１１との間には、１０μｍ以上の間隔があるので、可動梁５に起因した大きな寄生容量等がＬＳＩ基板１１に発生することがなくなる。そのため、集積回路基板に設けられた集積回路が高周波で動作する場合において、大きな寄生容量等によって集積回路の動作が大きく妨害されることがない。また大きな寄生容量等が発生しないので、信号伝送損失（ロス）が大きくなることがない。さらに、可動梁５とＬＳＩ基板１１との間には、１０μｍ以上の間隔があるので、可動梁５に駆動電圧が印加されると、可動接点部７及び固定接点部１３を、互いに擦れるように動作させることができるので、可動接点部７及び固定接点部１３をクリーンな状態に保つことができる。また可動梁の補足層が、残留応力を制御しやすい窒化ケイ素から構成されているので、補足層に発生する残留応力を小さくすることができ、可動梁を正確に動作させることができる。その結果、本発明によれば、高周波領域における集積回路の動作の妨害及び信号伝送損失を小さくして、しかも正確にスイッチを動作させることができる。
【００３６】
図２は本実施の形態の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【００３７】
まず、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、シリコン基板３の表面３ａ上に、ＳｉＮ膜５７’をＬＰ−ＣＶＤで、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜５５’をスパッタリングで、ＰＺＴ膜５３’をゾルゲル法で順番に成膜する。なお、ＰＺＴ膜５３’は、スパッタリングまたはＣＶＤで成膜してもよい。
【００３８】
次に図２（Ｄ）に示すように、ＰＺＴ膜５３’上にＰｔ／Ｔｉの電極膜からなる第１の電極層５１をスパッタリングにより形成する。
【００３９】
その後、ＰＺＴ膜５３’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜５５’及びＳｉＮ膜５７’を所定のパターンに順番にエッチングして、第１の電極層５１、圧電薄膜層５３、第２の電極層５５及び補足層５７からなる可動梁５の固定端部５ａ、可動接点形成部５ｂ及び本体部５ｃ並びに封止部１５の積層部１５ａを形成する。ＰＺＴ膜５３’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜５５’及びＳｉＮ膜５７’は、第１の電極層５１が形成されていない部分がエッチングされる。また、第２の電極層５５は、固定端部５ａの第１の電極層５１及び圧電薄膜層５３を２つに分割する露出部５５ａが残るようにエッチングされる。本実施の形態では、可動梁５の固定端部５ａ、可動接点形成部５ｂ及び本体部５ｃ並びに封止部１５の圧電薄膜層５３、第２の電極層５５及び補足層５７をエッチングにより同時に形成している（図２（Ｅ）〜（Ｇ））。
【００４０】
次に、シリコン基板３の表面３ａ側にＣｕをスパッタリングしてシード膜Ｓを形成し（図２（Ｈ））、シード膜Ｓが形成された可動接点形成部５ｂ上にＡｕからなる可動接点部７をメッキにより形成し（図２（Ｉ））、固定端部５ａの分割された２つの第１の電極層５１及び層封止部１５上にＡｕのバンプ部９ａ、１５ｂがそれぞれメッキにより形成される（図２（Ｊ））。
【００４１】
Ａｕのバンプの形成後シード層Ｓをエッチングにより除去し（図２（Ｋ））、シリコン基板３の可動梁５と対向する部分のうち、固定端部５ａ以外の部分を等方エッチングして、凹部３ｂを形成する（図２（Ｌ））。
【００４２】
そして、表面１１ａに形成されたパッド部９ｂ、パッド部１５ｃを、バンプ部９ａ及びバンプ部１５ｂにそれぞれ接合することにより、表面１１ａに固定接点部１３が形成されたＬＳＩ基板１１をシリコン基板３に接合する（図２（Ｍ））。
【００４３】
図３は本実施の形態の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の第２の製造工程を示す図である。
【００４４】
まず、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、シリコン基板３の表面３ａ上に、ＳｉＮ膜５７’をＬＰ−ＣＶＤで、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜５５’をスパッタリングで、ＰＺＴ膜５３’をゾルゲル法で順番に成膜する。なお、ＰＺＴ膜５３’は、スパッタリングまたはＣＶＤで成膜してもよい。
【００４５】
次に図３（Ｄ）に示すように、ＰＺＴ膜５３’上にＰｔ／Ｔｉの電極膜からなる第１の電極層５１をスパッタリングにより形成する。
【００４６】
その後、ＰＺＴ膜５３’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜５５’及びＳｉＮ膜５７’を所定のパターンに順番にエッチングして、第１の電極層５１、圧電薄膜層５３、第２の電極層５５及び補足層５７からなる可動梁５の固定端部５ａ、可動接点形成部５ｂ及び本体部５ｃ並びに封止部１５の積層部１５ａを形成する。ＰＺＴ膜５３’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜５５’及びＳｉＮ膜５７’は、第１の電極層５１が形成されていない部分がエッチングされる。また、第２の電極層５５は、固定端部５ａの第１の電極層５１及び圧電薄膜層５３を２つに分割する露出部５５ａが残るようにエッチングされる。本実施の形態では、可動梁５の固定端部５ａ、可動接点形成部５ｂ及び本体部５ｃ並びに封止部１５の圧電薄膜層５３、第２の電極層５５及び補足層５７をエッチングにより同時に形成している（図３（Ｅ）〜（Ｇ））。
【００４７】
次に、可動接点形成部５ｂ上にＡｕからなる可動接点部７をメッキにより形成するとともに、積層部１５ａ上及び固定端部５ａの分割された２つの第１の電極層５１上にメッキによりシード膜Ｓを形成し（図３（Ｈ））、シリコン基板３の可動梁５と対向する部分のうち、固定端部５ａ以外の部分を等方エッチングして、凹部３ｂを形成する（図３（Ｉ））。
【００４８】
そして、固定接点部と、パッド部と、バンプ部と、オン信号発生回路と、可動梁駆動回路とを備えた集積回路基板の、可動梁駆動回路を接続用電極に接続し、上側電極パターンの封止領域をバンプ部に接続する。（図３（Ｊ））。
【００４９】
図４（Ａ）は、本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の第２の実施の形態としてのスイッチユニット１０１においてＬＳＩ基板１１１を除いた状態の平面図であり、図４（Ｂ）は集積回路を含んだ状態における図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図である。図５は、第２の実施の形態の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。なお、図４（Ａ）においては理解を容易にするために、スイッチユニットを備えた集積回路装置を構成する部品の一部を透視した状態を示している。また、図４及び図５に示す第２の実施の形態のうち、図１及び図２に示す第１の実施の形態と共通する部分には、第１の実施の形態に付した符号に１００の数を加えた符号を付して説明を省略する。
【００５０】
本実施の形態のスイッチユニット１０１では、シリコン基板１０３の表面１０３ａ上に、ＳｉＯ２からなる厚さ１μｍの絶縁保護膜１２１が形成されており、可動梁１０５及び封止部１１５は、絶縁保護膜１２１上に形成されている。
【００５１】
可動梁１０５の窒化ケイ素からなる補足層１５７の表面には、第１の実施の形態と同様に、それぞれ１μｍの厚さを有する第１の電極層１５１、圧電薄膜層（第１の圧電薄膜層）１５３及び第２の電極層１５５が順番に積層されている。本実施の形態の可動梁１０５では、補足層１５７の裏面にも、それぞれ１μｍの厚さを有する電極層（第３の電極層）１６１、圧電薄膜層（第２の圧電薄膜層）１６３及び電極層（第４の電極層）１６５が順番に積層されている。第３の電極層１６１及び第４の電極層１６５は、第１の電極層１５１及び第２の電極層１５５と同様に、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜により構成されている。また第２の圧電薄膜層１６３は、第１の圧電薄膜層１５３と同様に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構成されている。
【００５２】
固定端部１０５ａの第３の電極層１６１は、補足層１５７等が積層されない露出部１６１ａを有している。また固定端部１０５ａの第４の電極層１６５は、第３の電極層１６１６及び第２の圧電薄膜層１６３等が積層されない露出部１６５ａを有している。
【００５３】
第３の電極層１６１及び第４の電極層１６５は、ＬＳＩ基板１１１の表面に形成された可動梁駆動回路（図示せず）に電気的に接続されている。本実施の形態では、第３の電極層１６１は、ＬＳＩ基板１１１の表面に形成された可動梁駆動回路に第２の電極層１５５を電気的に接続する接続電極１０９により、可動梁駆動回路に電気的に接続される。そのため第３の電極層１６１には、第２の電極層１５５と同じ電圧が印加される。また本実施の形態では、第４の電極層１６５には、第１の電極層１５１と同じ電圧が印加されるように構成されている。
【００５４】
封止部１１５の積層部１１５ａは、可動梁１０５と同様の積層構造を有しており、絶縁保護膜１２１、第４の電極層１６５、第２の圧電薄膜層１６３、第３の電極層１６１、補足層１５７、第１の電極層１５１、第１の圧電薄膜層１５３及び第２の電極層１５５が絶縁保護膜１２１上に順番に積層されて構成されている。
【００５５】
本実施の形態のスイッチユニット１０１では、第１の圧電薄膜層１５３及び第２の圧電薄膜層１６３の駆動時における伸びの方向と縮む方向とが逆となり、可動梁１０５はバイモルフ構造を有していることとなる。そのため本実施の形態では、圧電薄膜層が１層の場合よりも、可動梁１０５を大きく駆動させることが可能となる。
【００５６】
図５は本実施の形態の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。
【００５７】
まず、図５（Ａ）〜（Ｇ）に示すように、シリコン基板１０３の表面３ａ上に、ＳｉＯ２の絶縁膜１２１’を熱酸化で、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜１６５’スパッタリングで、ＰＺＴ膜１６３’をゾルゲル法で、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜１６１’をスパッタリングで、ＳｉＮ膜１５７’をＬＰ−ＣＶＤで、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜１５５’をスパッタリングで、ＰＺＴ膜１５３’をゾルゲル法で順番に成膜する。なお、ＰＺＴ膜１６３’及びＰＺＴ膜１５３’は、スパッタリングまたはＣＶＤで成膜してもよい。
【００５８】
次に図５（Ｈ）に示すように、ＰＺＴ膜１５３’上にＰｔ／Ｔｉの電極膜からなる第１の電極層１５１をスパッタリングにより形成する。
【００５９】
その後、ＰＺＴ膜１５３’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜１５５’、ＳｉＮ膜１５７’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜１６１’ＰＺＴ膜１６３’、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜１６５’を所定のパターンで順番にエッチングして、第１の圧電薄膜層１５３、第２の電極層１５５、補足層１５７、第３の電極層１６１、第２の圧電薄膜層１６３及び第４の電極層１６５からなる可動梁１０５の固定端部１０５ａ、可動接点形成部１０５ｂ及び本体部１０５ｃ並びに封止部１１５の積層部１１５ａを形成する。第２の電極層１５５、第３の電極層１６１及び第４の電極層１６５は、露出部１５５ａ、１６１ａ及び１６５ａが残るようにエッチングされる。（図５（Ｉ）〜（Ｎ））
次に、シリコン基板１０３の表面１０３ａ側にＣｕをスパッタリングしてシード膜Ｓを形成し（図５（Ｏ））、シード膜Ｓが形成された可動接点形成部１０５ｂ上に可動接点部１０７をメッキにより形成し（図５（Ｐ））、固定端部１０５ａの第１の電極層１５１、第２の電極層１５５の露出部１５５ａ、第３の電極層１６１の露出部１６１ａ及び第４の電極層１６５の露出部１６５ａ並びに封止部１１５の積層部１１５ａ上にＡｕのバンプ部１０９ａ、１１５ｂがそれぞれメッキにより形成される（図５（Ｑ））。
【００６０】
Ａｕのバンプの形成後シード層Ｓをエッチングにより除去し（図５（Ｒ））、シリコン基板１０３及び絶縁膜１２１’の可動梁１０５と対向する部分のうち、固定端部１０５ａ以外の部分をエッチングして、凹部１０３ｂを形成する（図５（Ｓ））。
【００６１】
そして、表面１１１ａに形成されたパッド１０９ｂ、パッド部１１５ｃを、バンプ１０９ａ及びバンプ部１１５ｂにそれぞれ接合することにより、表面１１１ａに固定接点部１１３が形成されたＬＳＩ基板１１１をシリコン基板１０３に接続する（図５（Ｔ））。
【００６２】
図６（Ａ）は、本発明の圧電型ＭＥＭＳスイッチを備えた集積回路装置の第３の実施の形態としてのスイッチユニット２０１においてＬＳＩ基板２１１を除いた状態の平面図であり、図６（Ｂ）は集積回路を含んだ状態における図６（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。図７は、第３の実施の形態の圧電型ＭＥＭＳスイッチユニットの製造方法の製造工程を示す図である。また、図６及び図７に示す第３の実施の形態のうち、図１及び図２に示す第１の実施の形態と共通する部分には、第１の実施の形態に付した符号に２００の数を加えた符号を付して説明を省略する。
【００６３】
本実施の形態のスイッチユニット２０１では、厚さ１μｍの第１の電極層２５１の上に、それぞれ１μｍの厚さを有する第２の圧電薄膜層２６３、第３の電極層２６１、第２の補足層２６７が順番に積層されている。第３の電極層２６１は、第１の電極層及び第２の電極層と同様に、Ｐｔ／Ｔｉの電極膜により構成されている。また第２の圧電薄膜層２６３は、第１の圧電薄膜層２５３と同様に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構成されている。第２の補足層２６７は、第１の補足層２５７と同様に窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）から構成されている。
【００６４】
固定端部２０５ａの第３の電極層２６１は、補足層２６７が積層されない露出部２６１ａを有している。また固定端部２０５ａの第１の電極層２５１及び第２の電極層２５５も同様に、露出部２５１ａ及び２５３ａをそれぞれを有している。
【００６５】
第３の電極層２６１は、ＬＳＩ基板２１１の表面に形成された可動梁駆動回路（図示せず）に電気的に接続されている。本実施の形態では、第３の電極層２６１には、第２の電極層２５５と同じ電圧が印加されるように構成されている。
【００６６】
封止部２１５の積層部２１５ａは、第３の電極層２６１、第２の圧電薄膜層２６３、第１の電極層２５１、第１の圧電薄膜層２５３、第２の電極層２５５、補足層２５７が順番に積層されて構成されている。
【００６７】
本実施の形態のスイッチユニット２０１では、第１の圧電薄膜層２５３及び第２の圧電薄膜層２６３の駆動時における伸びの方向と縮む方向とが逆となり、可動梁２０５はバイモルフとして作用する。特に本実施の形態では、可動梁２０５の両面に補足層２５７及び２６７が設けられているので、駆動電圧が印加されなくなったときに、可動梁２０５を変形前の形状により確実に戻すことができる。
【００６８】
上記実施の形態では、可動梁が備える圧電薄膜層の数が１または２の場合の集積回路装置について説明をしたが、３以上の圧電薄膜層を備える可動梁としてもよい。
【００６９】
また、上記実施の形態では、圧電薄膜層をＰＺＴ膜から構成しているが、他の材料から構成してもよいのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、可動空間の厚み寸法が１０μｍ以上になるように封止部を構成するバンプが形成されている。そのため本発明では、可動梁に起因した大きな寄生容量等がＬＳＩ基板に発生することがなくなる。そのため、集積回路基板に設けられた集積回路が高周波で動作する場合において、大きな寄生容量等によって集積回路の動作が大きく妨害されることがない。また、大きな寄生容量等が発生しないので、信号伝送損失が大きくなることがない。また可動梁の補足層が、残留応力を制御しやすい窒化ケイ素から構成されているので、補足層に発生する残留応力を小さくすることができ、可動梁を正確に動作させることができる。その結果、本発明によれば、高周波領域における集積回路の動作の妨害及び信号伝送損失を小さくして、しかも正確にスイッチを動作させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  スイッチユニット
３  シリコン基板
３ａ  表面
３ｂ  凹部
５  可動梁
５ａ  固定端部
５ｂ  可動接点形成部
５ｃ  本体部
７  可動接点部
９  接続電極
９ａ  バンプ部
９ｂ  パッド部
１１  ＬＳＩ基板
１１ａ  表面
１３  固定接点部
１５  封止部
１５ａ  積層部
１５ｂ  バンプ部
１５ｃ  パッド部
５１  第１の電極層
５３  圧電薄膜層
５５  第２の電極層
５５ａ  露出部
５７  補足層
ＩＣ  集積回路
Ｓ  シード膜
【図１】
2015088339.tif 000003
【図２（Ａ）】
2015088339.tif 000004
【図２（Ｂ）】
2015088339.tif 000005
【図２（Ｃ）】
2015088339.tif 000006
【図２（Ｄ）】
2015088339.tif 000007
【図２（Ｅ）】
2015088339.tif 000008
【図２（Ｆ）】
2015088339.tif 000009
【図２（Ｇ）】
2015088339.tif 000010
【図２（Ｈ）】
2015088339.tif 000011
【図２（Ｉ）】
2015088339.tif 000012
【図２（Ｊ）】
2015088339.tif 000013
【図２（Ｋ）】
2015088339.tif 000014
【図２（Ｌ）】
2015088339.tif 000015
【図２（Ｍ）】
2015088339.tif 000016
【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
2015088339.tif 000018
【図３（Ｃ）】
2015088339.tif 000019
【図３（Ｄ）】
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【図３（Ｅ）】
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【図３（Ｆ）】
2015088339.tif 000022
【図３（Ｇ）】
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【図３（Ｈ）】
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【図３（Ｉ）】
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【図３（Ｊ）】
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【図４】
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【図５（Ａ）】
2015088339.tif 000028
【図５（Ｂ）】
2015088339.tif 000029
【図５（Ｃ）】
2015088339.tif 000030
【図５（Ｄ）】
2015088339.tif 000031
【図５（Ｅ）】
2015088339.tif 000032
【図５（Ｆ）】
2015088339.tif 000033
【図５（Ｇ）】
2015088339.tif 000034
【図５（Ｈ）】
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【図５（Ｉ）】
2015088339.tif 000036
【図５（Ｊ）】
2015088339.tif 000037
【図５（Ｋ）】
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【図５（Ｌ）】
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【図５（Ｍ）】
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【図５（Ｎ）】
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【図５（Ｏ）】
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【図５（Ｐ）】
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【図５（Ｑ）】
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【図５（Ｒ）】
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【図５（Ｓ）】
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【図５（Ｔ）】
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