(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン基板の表面上に電気信号により駆動制御されるＭＥＭＳスイッチ素子をＭＥＭＳ形成技術により形成するデバイス基板製造ステップと、
第２のシリコン基板の表面に金属製の伝送線路を薄膜形成技術により形成する伝送線路基板製造ステップと、
前記伝送線路の上に、薄膜密着層をスパッタリングまたは真空蒸着により形成する密着層形成ステップと、
前記伝送線路及び薄膜密着層を横切るように前記第２のシリコン基板の前記表面上に絶縁する絶縁層を薄膜形成技術とエッチングにより形成する絶縁層形成ステップと、
前記絶縁層と前記第１のシリコン基板の前記表面との間に配置されて前記ＭＥＭＳスイッチ素子を気密封止するように前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板を金属接合により接合する封止部を形成する封止部形成ステップとからなり、
前記薄膜密着層が前記絶縁層よりも絶縁性が高い材料からなることを特徴とするＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項２】
前記伝送線路は厚みが１μｍ以上のＡｕからなり、
前記絶縁層は厚みが３μｍ以上のＳｉＯ2からなり、
前記薄膜形成技術はＣＶＤ法であり、
前記封止部形成ステップでは、前記第１のシリコン基板にはスパッタリングにより第１の金属層を形成し、第２のシリコン基板には電解メッキにより第２の金属層を形成し、その後前記第１の金属層と前記第２の金属層を金属接合して前記封止部を形成する請求項１に記載のＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項３】
第１の基板の表面上に電気信号により駆動、制御または読み出されるデバイスが配置されたデバイス基板と、
第２の基板の表面に金属製の伝送線路が配置された伝送線路基板と、
前記伝送線路を横切るように前記第２の基板の前記表面上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層と第１の基板の前記表面との間に配置されて前記デバイスを気密封止するように前記第１の基板と前記第２の基板を接合する封止部とからなるＭＥＭＳデバイスであって、
前記伝送線路の上に、前記伝送線路及び前記絶縁層の双方と密着する、絶縁性を有し且つ前記絶縁層よりも絶縁性が高い材料からなる薄膜密着層が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記伝送線路が、高周波伝送線路である請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記第１の基板及び第２の基板は、それぞれシリコン基板からなる請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記伝送線路は、厚みが１μｍ以上のＡｕまたはＣｕからなる請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記絶縁層が３μｍ以上のＳｉＯ2からなる請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記封止部は、前記伝送線路による段差を平坦化する金属層であり、その厚みが前記伝送線路の厚さより１μｍ以上大きい請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
前記薄膜密着層が、酸化アルミニウム膜からなる請求項４または５に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１０】
前記薄膜密着層の厚みが、２００ｎｍ以下である請求項９に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１１】
前記デバイスが、ＭＥＭＳスイッチ素子である請求項３乃至１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
第１のシリコン基板の表面上に電気信号により駆動制御されるＭＥＭＳスイッチ素子が配置されたデバイス基板と、
第２のシリコン基板の表面に厚みが１μｍ以上のＡｕからなる伝送線路が配置された伝送線路基板と、
前記伝送線路を横切るように前記第２のシリコン基板の前記表面上に形成されたＳｉＯ2からなる厚み３μｍ以上の絶縁層と、
前記絶縁層と第１のシリコン基板の前記表面との間に配置されて前記ＭＥＭＳスイッチ素子を気密封止するように前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板を金属接合により接合する封止部とを備え、
前記Ａｕからなる伝送線路の上に、酸化アルミニウムからなる厚み２００ｎｍ以下の薄膜密着層が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）デバイス、ＭＥＭＳスイッチ及びＭＥＭＳスイッチの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−３４２８０３号公報には、ＭＥＭＳ素子部分を囲む枠形状のシールメタル層（封止部）を介して保護カバーとなるシールガラスをモジュール基板上に接合したＭＥＭＳデバイスが開示されている。このＭＥＭＳデバイスでは、信号伝達配線（金属製の伝送線路）を横切るようにＣＶＤ法等により形成されたＳｉＯ2とＳｉＯの二層構造の層間絶縁層が形成され、この層間絶縁層の上にシールメタル層（封止部）が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４２８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来のようにＣＶＤ法等により形成された層間絶縁層は、金属製の伝送線路との密着性が悪いことが判った。この部分の密着性が悪いと、製造時にウエットエッチング等を行う際に、層間絶縁層の一部が破壊されてエッチング液の漏れ経路が形成される問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、伝送線路及び絶縁層との密着性が高いＭＥＭＳデバイス及びＭＥＭＳスイッチを提供することにある。
【０００６】
また本発明の方法は、伝送線路及び絶縁層との密着性が高いＭＥＭＳスイッチ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】
【０００７】
本発明は、第１の基板の表面上に電気信号により駆動、制御または読み出されるデバイスが配置されたデバイス基板と、第２の基板の表面に金属製の伝送線路が配置された伝送線路基板と、伝送線路を横切るように第２の基板の表面上に薄膜形成技術とエッチングにより形成された絶縁層と、この絶縁層と第１の基板の表面との間に配置されてデバイスを気密封止するように第１の基板と第２の基板を接合する封止部とからなるＭＥＭＳデバイスを対象とする。特に、本発明では、伝送線路の上に、伝送線路及び絶縁層の双方と密着する、絶縁性を有し且つ絶縁層よりも（高周波の）絶縁性が高い材料からなる薄膜密着層が形成されている。
【０００８】
本発明によれば、伝送線路及び絶縁層の双方と密着する材料からなる薄膜密着層を設けたことにより、高周波伝送線路と絶縁層との密着性を従来よりも高いものとすることができて、伝送線路と絶縁層との間にエッチング液の漏れ経路が形成されることがない。したがって従来よりも信頼性の高いＭＥＭＳデバイスを提供することができる。特に薄膜密着層が前記絶縁層よりも（高周波の）絶縁性が高い材料から形成されるため、伝送損失の抑制という利点が得られる。
【０００９】
薄膜密着層は、酸化アルミニウム膜から形成することができる。そしてその厚みは、２００ｎｍ以下でよい。薄膜密着層の厚みが２００ｎｍ以下であれば、密着性は十分に確保することができ、しかも膜形成に必要以上の時間がかかることはない。特に、酸化アルミニウムは、薄膜形成技術により安価に且つ簡単に形成できるので、ＭＥＭＳデバイスの価格を上げることなく、信頼性の高いＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【００１０】
第１の基板及び第２の基板は、それぞれシリコン基板から形成することができる。そして伝送線路は、厚みが１μｍ以上のＡｕまたはＣｕから形成するのが好ましい。また絶縁層は、３μｍ以上のＳｉＯ2から形成することができる。なお絶縁層は、ＳｉＯ2とＳｉＯの二層構造を有していてもよいのは勿論である。
【００１１】
封止部は、伝送線路による段差を平坦化する金属層から形成するのが好ましい。封止部の厚みは、伝送線路の厚さより１μｍ以上大きいことが好ましい。このようにすると伝送線路による段差が吸収されて封止部を確実に形成することができる。
【００１２】
デバイスは任意であるが、デバイスがＭＥＭＳスイッチ素子の場合には、具体的にＭＥＭＳスイッチは以下のように構成することができる。すなわち、ＭＥＭＳスイッチは、第１のシリコン基板の表面上に電気信号により駆動制御されるＭＥＭＳスイッチ素子が配置されたデバイス基板と、第２のシリコン基板の表面に厚みが１μｍ以上のＡｕからなる伝送線路が配置された伝送線路基板と、伝送線路を横切るように第２のシリコン基板の表面上に形成されたＳｉＯ2からなる厚み３μｍ以上の絶縁層と、この絶縁層と第１のシリコン基板の表面との間に配置されてＭＥＭＳスイッチ素子を気密封止するよう第１のシリコン基板と第２のシリコン基板を金属接合により接合する封止部とを備え、Ａｕからなる高周波伝送線路の上に、酸化アルミニウムからなる厚み２００ｎｍ以下の薄膜密着層が形成されている。
【００１３】
またＭＥＭＳスイッチの製造方法としては、以下のように方法を採用するのが好ましい。すなわち第１のシリコン基板の表面上に電気信号により駆動制御されるＭＥＭＳスイッチ素子をＭＥＭＳ形成技術により形成するデバイス基板製造ステップと、第２のシリコン基板の表面に厚みが１μｍ以上のＡｕからなる伝送線路を薄膜形成技術により形成する伝送線路基板製造ステップと、Ａｕからなる伝送線路の上に、酸化アルミニウムからなる厚み２００ｎｍ以下の薄膜密着層を薄膜形成技術により形成する密着層形成ステップと、伝送線路及び薄膜密着層を横切るように第２のシリコン基板の表面上に形成されたＳｉＯ2からなる厚み３μｍ以上の絶縁層をＣＶＤ法等の薄膜形成技術により形成する絶縁層形成ステップと、絶縁層と第１のシリコン基板の表面との間に配置されてＭＥＭＳスイッチ素子を気密封止するように第１のシリコン基板と第２のシリコン基板を金属接合により接合する封止部を、第１のシリコン基板にはスパッタにより第１の金属層を形成し、第２のシリコン基板には電解メッキにより第２の金属層を形成し、その後第１の金属層と第２の金属層を金属接合して形成する封止部形成ステップとからＭＥＭＳスイッチを製造することが好ましい。この方法によれば、安価にＭＥＭＳスイッチを製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＭＥＭＳデバイス及びＭＥＭＳスイッチによると、伝送線路及び絶縁層との密着性が高く、層間絶縁層の一部が破壊されてエッチング液の漏れ経路が形成されることのないＭＥＭＳデバイス及びＭＥＭＳスイッチを、コストの大幅な上昇を伴うことなく、実現することができる。また本発明のＭＥＭＳスイッチの製造方法によると、そのようなＭＥＭＳスイッチを安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のＭＥＭＳスイッチの一つの実施の形態の要部を示す、図２のＩ−Ｉ´線に沿って切断した端面図である。
【図２】図１の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】図１の実施の形態の第２の基板を示す平面図である。
【図４】図１の実施の形態のデバイス基板製造ステップ図であり、デバイス基板を示す端面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１の実施の形態の高周波線路製造ステップ図であり、図３のＡ−Ａ´端面図、及びＢ−Ｂ´端面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図５と同様の密着層形成ステップ図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図５と同様の絶縁層形成ステップ図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図５と同様の封止部形成ステップ図（その１）である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図５と同様の封止部形成ステップ図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るＭＥＭＳデバイス、ＭＥＭＳスイッチ及びＭＥＭＳスイッチの製造方法の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１及び図２は、本発明に係るＭＥＭＳスイッチの一つの実施の形態の断面図及び組み立て模式図を示す。図３は、図１及び図２に示した実施の形態における第２の基板２０及び第２の基板２０の表面上に形成される各層を表す平面図であり、図４は同じ実施の形態における第１の基板１０及び第１の基板１０表面上に形成される各層を示す端面図である。
【００１８】
各図において、Ｓｉ製の第１のシリコン基板即ち第１の基板１０の表面（図４では上面、図１では下面）には、Ａｕ製の第１の金属層１２と圧電薄膜製のカンチレバー１４とが積層されている。カンチレバー１４は、図１及び図２で見て左端（固定端）近くが第１の基板１０の表面に固定されており、右端は第１の基板１０の表面に形成された凹部１１の上に延びる自由端になっている。カンチレバー１４の左端近くの表面にはＡｕ製の駆動制御用電極接続部１６が形成され、右端近くの表面にはＡｕ製のスイッチ接点１８がスパッタリングにより形成されている。
【００１９】
駆動制御用電極接続部１６及びスイッチ接点部１８と一緒に、Ａｕから形成される枠状の第１の金属層１２がスパッタリングにより形成されている。図２に表されているように、第１の金属層１２は、第１の基板１０の平面で見て方形の連続する囲い（または枠）を形成しており、この第１の金属層１２の形状は後述する第２の基板２０側の電解メッキにより形成されたＡｕからなる第２の金属層２５の形状と一致している。よって第１の金属層１２と第２の金属層２５を金属接合することにより、デバイスの可動部を保護する密封空間を構成することができる。
【００２０】
このようなデバイス基板は、従来のＭＥＭＳ形成技術により形成可能である。例えば第１の基板１０に凹部１１を形成するステップと、凹部１１を樹脂により平坦化し、カンチレバー１４の形状にパターニングするステップと、スパッタリングにより第１の金属層１２、駆動制御用電極接続部１６及びスイッチ接点部１８を形成するステップと、カンチレバー１４の自由端を可動にするために凹部１１内の樹脂を除去するステップを経て形成することができる。
【００２１】
スパッタリングにより形成したＡｕからなる第１の金属層１２の厚さは例えば約２μｍ、駆動制御用電極接続部１６及びスイッチ接点部１８の厚さは例えば約０．８μｍ、カンチレバー１４の厚さは例えば約１．２μｍである。
【００２２】
なお各図における各層の厚さは、実際上の厚さとは異なり、説明の便宜のために誇張した厚みになっている。そのため、実際に製造される形態の比率に比してより厚く、表されている場合もある。
【００２３】
本実施の形態のデバイス基板はカンチレバー（片持ち梁）型ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチ基板である。しかし他の実施の形態では両持ち梁型や薄膜型のスイッチ基板でもよく、さらに加速度センサや圧力センサ等のセンサ類、記録媒体の読み出しプローブ等のデバイス基板でもよい。
【００２４】
表面が熱酸化されたＳｉ製の第２のシリコン基板即ち第２の基板２０の表面には、Ａｕ製の高周波線路２１及び駆動制御用電極２２が配置されて伝送線路基板が構成されている。第２の基板２０の表面上には、薄膜密着層２３を介して、高周波線路２１を横切るように絶縁層２４が形成されている。絶縁層２４と第１の基板１０の表面との間には、デバイスを気密封止するように第１の基板１０と第２の基板２０を接合する第２の金属層２５が設けられている。第２の金属層２５は、電解メッキにより形成したＡｕの薄膜である。駆動制御用電極２２と駆動制御用電極接続部１６との間は、駆動制御用電極接続バンプ２６により接続されている。
【００２５】
本実施の形態では、図９（Ｂ）に示されているように、高周波線路２１と絶縁層２４との間に、絶縁性を有し且つ絶縁層２４よりも（高周波の）絶縁性が高い材料からなる薄膜密着層２３が形成されている。このように、高周波線路２１及び絶縁層２４の双方と密着する材料からなる薄膜密着層２３を設けたことにより、高周波線路２１と絶縁層２４との密着性を従来よりも高いものとすることができて、よって高周波線路２１と絶縁層２４との間に漏れ経路が形成されることがない。したがって従来よりも信頼性の高いＭＥＭＳスイッチを提供することができる。特に薄膜密着層２３が絶縁層２４よりも（高周波の）絶縁性が高い材料から形成されるため、伝送損失の抑制という利点が得られる。
【００２６】
薄膜密着層２３は、酸化アルミニウム膜から形成することができる。そしてその厚みは、２００ｎｍ以下でよい。薄膜密着層２３の厚みが２００ｎｍ以下であれば、密着性は十分に確保することができ、しかも膜形成に必要以上の時間がかかることはない。特に、酸化アルミニウムは、薄膜形成技術により安価に且つ簡単に形成できるので、ＭＥＭＳデバイスの価格を上げることなく、信頼性の高いＭＥＭＳスイッチを実現できる。
【００２７】
本実施の形態のＲＦ−ＭＥＭＳスイッチは、駆動制御用電極２２に電流を流すことにより、可撓性を有するカンチレバー１４が下方に湾曲して、自由端近くに配置されたスイッチ接点部１８が３本のうち中間の高周波線路２１を接続し、これにより回路構成を切り換える等の動作を行わせることができる。
【００２８】
本実施の形態において、第１の基板１０及び第２の基板２０はそれぞれシリコン基板であるが、他の実施の形態ではガラス基板であってもよい。高周波線路２１は、厚みが１μｍ以上のＡｕでよいが、Ｃｕでもよい。また絶縁層２４は、厚さ３μｍ以上のＳｉＯ2から形成することができる。他の実施の形態では、絶縁層は、ＳｉＯ2とＳｉＯの二層構造を有していてもよいのは勿論である。
【００２９】
本実施の形態では、第２の金属層２５は、高周波線路２１による段差を平坦化するＡｕ層から形成しているが、Ｃｕや他の金属も使用可能である。第２の金属層２５の厚みは、高周波線路２１の厚さより１μｍ以上大きい。このようにすると高周波線路２１による段差が吸収されて第２の金属層２５を確実に形成することができる。
【００３０】
本実施の形態のＭＥＭＳデバイスはＲＦ−ＭＥＭＳスイッチであるが、本発明の適用されるＭＥＭＳデバイスは任意であることは前述の通りである。ＭＥＭＳデバイスが本実施の形態のＭＥＭＳスイッチ素子の場合には、図５以下を用いて説明する本実施の形態であるＭＥＭＳスイッチの製造方法により、本実施の形態のＭＥＭＳスイッチが構成される。
【００３１】
すなわち図１〜図３に示した本実施の形態のＭＥＭＳスイッチは、シリコン製の第１の基板１０の表面上に電気信号により駆動制御されるＭＥＭＳスイッチ素子が配置されたデバイス基板と、シリコン製の第２の基板２０の表面に厚みが１μｍ以上のＡｕからなる高周波線路２１が配置された伝送線路基板と、高周波線路２１を横切るように第２の基板２０の表面上に形成されたＳｉＯ2からなる厚み３μｍ以上の絶縁層２４と、この絶縁層２４と第１の基板１０の表面との間に配置されてＭＥＭＳスイッチ素子を気密封止するための封止部を形成するために、第１の基板１０上にＡｕからなる第１の金属層１２を備え、第２の基板２０上にＡｕからなる第２の金属層２５を備え、Ａｕからなる高周波線路２１の上に、酸化アルミニウムからなる厚み２００ｎｍ以下の薄膜密着層２３が形成されている。
【００３２】
まず、図４のデバイス基板製造ステップにおいて、シリコン製の第１の基板１０の表面上に電気信号により駆動制御されるＭＥＭＳスイッチ素子が配置されたデバイス基板が、従来のＭＥＭＳ形成技術により形成されること及び第１の基板１０上にスパッタリングによりＡｕからなる第１の金属層１２が形成されることは、前述の通りである。図５から図９に示す第２の基板２０の各製造ステップは、最終的にＡｕからなる第１の金属層１２とＡｕからなる第２の金属層２５とを接合して封止部を形成し、図１のようなＭＥＭＳスイッチがほぼ完成するステップまでに、図４のデバイス基板製造ステップと前後して、または並行して実施される。
【００３３】
図５（Ａ）及び（Ｂ）の高周波線路製造ステップにおいては、第２の基板２０の表面に厚みが１μｍ以上のＡｕからなる高周波線路２１及び駆動制御用電極２２が電解メッキにより形成される。
【００３４】
図６（Ａ）及び（Ｂ）の密着層形成ステップにおいては、Ａｕからなる高周波線路２１及び駆動制御用電極２２の上に、酸化アルミニウムからなる厚み２００ｎｍ以下の薄膜密着層２３を薄膜形成技術により形成する。
【００３５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）の絶縁層形成ステップにおいては、高周波線路２１、駆動制御用電極２２及び薄膜密着層２３を横切るように第２の基板２０の表面上にＳｉＯ2からなる厚み３μｍ以上の絶縁層２４をＣＶＤ法等の薄膜形成技術により形成する。
【００３６】
図８（Ａ）及び（Ｂ）の封止部形成ステップにおいては、第２の基板２０の表面に形成した絶縁層２４の上に電解メッキによりＡｕ層を積層して第２の金属層２５を形成する。これに先立って、駆動制御用電極２２の表面に積層した薄膜密着層２３及び絶縁層２４の一部を除去しておき、第２の金属層であるＡｕ層により平坦化し、駆動制御用電極接続バンプ２６が第２の金属層２５と同時に形成される。
【００３７】
図９（Ａ）及び（Ｂ）の封止部形成ステップ（その２）においては、第２の金属層２５が覆っている部分以外の絶縁層２４を除去することにより、図２及び図３に示されているような方形の囲いが形成される。
【００３８】
最後に、図１に示すように、上下反転させた図４のデバイス基板と、図９（Ａ）及び（Ｂ）の高周波線路基板とを、第２の金属層２５と第１の金属層１２とが一致するように重ね合わせて、両者を金属接合して封止部形成ステップが終了し、封止が完了する。
【００３９】
本実施の形態によるＭＥＭＳスイッチの製造方法によれば、高周波線路２１と絶縁層２４との密着性が高く、よってエッチング液の漏れ経路が形成されにくいＭＥＭＳスイッチを安価に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、伝送線路及び絶縁層の双方と密着する材料からなる薄膜密着層を設けたことにより、高周波伝送線路と絶縁層との密着性を従来よりも高いものとすることができて、伝送線路と絶縁層との間にエッチング液の漏れ経路が形成されることがない。したがって従来よりも信頼性の高いＭＥＭＳデバイス、ＭＥＭＳスイッチを提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  第１の基板
１１  凹部
１２  第１の金属層
１４  カンチレバー
１６  駆動制御用電極接続部
１８  スイッチ接続部
２０  第２の基板
２１  高周波線路
２２  駆動制御用電極
２３  薄膜密着層
２４  絶縁層
２５  第２の金属層
２６  駆動制御用電極接続バンプ
【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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