(57)【要約】      （修正有）【課題】  信頼性の高いマイクロマシンスイッチを提供する。【解決手段】  基板上にギャップを隔てて設けられた二つの高周波信号線の導通と非導通を制御するマイクロマシンスイッチにおいて、前記二つの高周波信号線に接触と非接触を繰り返す金属層で形成された片持ちアームと、制御電極が前記片持ちアーム下部の空隙を介して配置されかつ前記二つの高周波信号線より下方に位置するように溝内部に配置されたことを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にギャップを隔てて設けられた二つの高周波信号線の導通と非導通を制御するマイクロマシンスイッチにおいて、前記二つの高周波信号線に接触と非接触を行う金属層から成る片持ちアームと、制御電極が前記片持ちアーム下部の空隙を介して配置されかつ前記二つの高周波信号線より下方に位置するように溝内部に配置されたことを特徴とするマイクロマシンスイッチ。
【請求項２】
前記片持ちアームは一方の高周波信号線に接着支持されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンスイッチ。
【請求項３】
前記片持ちアームは金属が被着された誘電体であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＤＣ（直流）からギガヘルツ以上の広い信号周波数を導通、非導通することのできるマイクロマシンスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】  マイクロマシンスイッチの従来技術を図を用いて説明する。図１２はマイクロマシンスイッチの平面図を示し、図１３は図１２のＹ−Ｙ′における断面図を示す。マイクロマシンスイッチは図１３に示すように基板１１０上に分離された二つの高周波信号線１１１、１１２を有し、一方の高周波信号線１１１に接着支持された片持ちアーム１１７を上下に駆動させてもう一方の高周波信号線１１２への導通と非導通を行うものである。片持ちアーム１１７の駆動は、その下方に配置された制御電極１１４と片持ちアームとの電圧差により静電引力を発生し、片持ちアーム１１７が制御電極１１４に引き寄せられて、金属バンプ１１６が高周波信号線１１２に接触する。ここで片持ちアーム１１７は電極１１１に固定支持されるようにメッキによる金属層で形成される。この例では厚さ約７μｍの厚いＡｕの金属層である。高周波信号線の電極１１１、１１２と制御電極１１４は電子ビーム蒸着法などにより薄いＡｕ／Ｃｒの金属層を形成し、厚さは０．３μｍである。【０００３】  マイクロマシンスイッチの構造および動作原理は上述の如くであるが、良好な高周波特性を確保できるよう構造的な工夫もなされている。図１２には片持ちアーム１１３とのコンタクト用電極１１５が設けられている。図１４はこの部分を取り出して示したものだが、コンタクト用電極１１５の幅Ｅは６μｍ程度と小さなものである。この電極と片持ちアームとの間に静電容量があるので、スイッチがオフの時に高周波エネルギーの漏れが生じ、スイッチのアイソレーション特性が悪化する。したがってこの静電容量を最小化することが必要であり、電極１１５は最小の面積としている。また片持ちアームと高周波信号線との接触を確実にするために図１３に示す金属バンプ１１６を設けているが、直径１μｍで厚さが０．３μｍと小さなものであり、製作においては寸法の制御性が要求される。【０００４】  マイクロマシンスイッチをＤＣからギガヘルツ以上まで使用する場合、とくにＤＣ動作での信頼性が問題となる。例えばＤＣ動作での電流を１０ｍＡとし、コンタクト用電極の厚さと幅が前述のものであれば、この部分を流れる電流密度は５．５×１０７Ａ／ｃｍ２となり高い値である。マイグレーションによる断線故障がマイクロマシンスイッチの短寿命をもたらすことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  以上に説明したようにマイクロマシンスイッチで良好な高周波特性を確保するためには、片持ちアームと高周波信号線が並行平板のように重なる面積を最小にすることが必要である。上述の従来例では図１４に示す小面積のコンタクト用電極１１５を設けて片持ちアームとの接触を図っている。しかしスイッチのＤＣ動作時にコタンクト用電極を流れる電流密度はマイグレーションを加速するに十分な値であり、マイクロマシンスイッチの信頼性を著しく低下させることになる。【０００６】  この対策として、コンタクト用電極をメッキなどにより厚く形成することが可能である。しかし厚く形成したとしても高々０．３μｍの二倍か三倍程度のものであり、信頼性を著しく向上させるとは考え難い。さらにこの構造変更は、片持ちアームとコンタクト用電極のギャップを大きく変更することになるため、片持ちアームと制御電極とのギャップも大きくなる方向に変更することになる。このことはマイクロマシンスイッチの駆動電圧について、その設計値を大きく変えることを意味する。【０００７】  片持ちアームの先端部に配置した金属バンプの寸法制御性、すなわち金属バンプの高さのバラツキは前述のように片持ちアームの変位量を変えることになり、マイクロマシンスイッチの駆動電圧にバラツキをもたらすことになる。【０００８】  以上の点を踏まえると、図１２に示す高周波信号線１１２に小面積のコンタクト用電極１１５を配置することなく、かつ片持ちアームに金属バンプを形成することなく、良好な高周波特性と高い信頼性を確保できる対策が望まれるのである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上述の問題を解決するため、本発明は、基板上にギャップを隔てて設けられた二つの高周波信号線の導通と非導通を制御するマイクロマシンスイッチにおいて、前記二つの高周波信号線に接触と非接触を行う金属層から成る片持ちアームと、制御電極が前記片持ちアーム下部の空隙を介して配置されかつ前記二つの高周波信号線より下方に位置するように溝内部に配置されたことを特徴とするマイクロマシンスイッチを提供するものである。【００１０】  マイクロマシンスイッチの構造をこのようにすることにより、高周波信号線と片持ちアームの間の静電容量を最小にするコンタクト電極の工夫を片持ちアームに持たせることが可能になり、かつ片持ちアームには金属バンプを設けることなく確実な接触が図れるものである。
【発明の効果】
【００１１】  以上のように本発明の構造を採用することにより、製作工程が容易になり、かつ信頼性の高いマイクロマシンスイッチの設計を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるマイクロマシンスイッチの平面図を示し、図２はＸ−Ｘ′で切断した時の断面図を示す。マイクロマシンスイッチの基板１は半絶縁性ＧａＡｓ基板で構成している。片持ちアームは図１の５、６、７の部分から構成され、５の部分は高周波信号線２に接着支持される。７の部分は制御電極４との間に静電引力が必要となるため、設計された面積を有し、６の部分は高周波信号線３との接触を図り、かつ静電容量を最小にするために面積を小さくしたコンタクト用電極である。高周波信号線３は高周波設計で決められた線幅を維持し、形状の変化を設けていない。また図２の断面図からも分かるように、従来例で見られた金属バンプを必要とすることなく片持ちアームのコンタクト用電極６は高周波信号線３に接触できる。この理由は、制御電極４が半絶縁性ＧａＡｓ基板の溝部８に配置されているためであり、金属バンプが無くても片持ちアーム７が制御電極４に接触する懸念が無いからである。片持ちアーム７と制御電極４のギャップは溝部８の深さで決めることが出来る。【００１３】  この実施例の目的の一つとして、従来技術で説明したマイクロマシンスイッチの主要な寸法を取り入れたうえで、本発明による構造が容易に製作できることを示すことにある。図３は図２を拡大し、各部の構造が分かるようにしたものである。片持ちアームは電解メッキによりＡｕ層を構成し、厚さは従来例に合わせて約７μｍとしている。また高周波信号線３と制御電極４はＡｕ／Ｃｒで構成し、厚さＣを０．３μｍとした。Ｂは片持ちアーム７と制御電極４とのギャップを示し、従来例では特に明記しなかったが０．８μｍ程度のものであり、Ａは約０．２μｍである。したがって溝部８の深さＤは０．６μｍとなり、半絶縁性ＧａＡｓ基板の溝部の加工としては平易なものである。【００１４】  以下では本発明の実施形態を製作工程を示しながら説明する。図４は、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、制御電極形成予定域をエッチングにより形成した断面図である。フォトレジストを半絶縁性ＧａＡｓ基板上に塗布し、熱処理を行った後、マスクを介して露光し、現像することにより制御電極予定域８を開口する。その後に過酸化水素を混合したリン酸系溶液でＧａＡｓ結晶を０．５μｍの深さにエッチングする。次にフォトレジストを除去する。【００１５】  図５は、前記半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、高周波信号線２、３と制御電極４を形成した時の断面図を示す。フォトレジストを半絶縁性ＧａＡｓ基板上面に塗布し、マスク露光と現像を行い、高周波信号線予定域と制御電極予定域を開口し、電子ビーム蒸着装置によりＣｒを５００Å、Ａｕを２５００Å被着し、リフトオフにより図５の断面図を得る。【００１６】  図６と図７は、電解メッキにより片持ちアームを形成するための選択メッキの工程を示したものである。図６に示すように、フォトレジスト９を塗布し、マスク露光と現像を行い高周波信号線２の領域を開口する。このＧａＡｓ基板上面に電子ビーム蒸着装置によりＡｕを１０００Å堆積し、これを電解メッキの取り出し電極（陽極）１１とする（図７）。続いてフォトレジスト１２により、片持ちアーム形成予定域を開口した形��を作る。【００１７】  図８は、前記ＧａＡｓ基板にＡｕの電解メッキ１３を行った図である。【００１８】  図９は、フォトジストを除去し、露出した電解メッキの取り出し電極をエッチング除去し、ＧａＡｓ基板裏面にＡｕ１０を形成してマイクロマシンスイッチが完成した図である。【００１９】  以上で本発明による一つの実施例を説明したが、同様の効果が得られる別の実施例について説明する。【００２０】  図１０は、半絶縁性ＧａＡｓ基板に代わってＳｉ基板を使用した具体例である。Ｓｉ基板１４の上に厚さ０．６μｍのＳｉＯ２膜を形成し、図に示すように制御電極が配置する領域のＳｉＯ２膜をエッチング除去し、溝部１６を形成する。この後は、前述の実施例と同様の製作工程を行い、高周波信号線２、３と制御電極４、電解メッキにより片持ちアーム、そして基板裏面にＡｕ１０を形成してマイクロマシンスイッチが完成する。ここでＳｉＯ２膜の厚さを０．６μｍに限定はしない。１μｍであっても１０μｍであっても本発明の効果を損なうことは無い。本発明では、制御電極が高周波信号線より下方に位置するように溝部が形成され、そこに制御電極が配置されることを特徴としている。【００２１】  図１１は、片持ちアーム７が高周波信号線２、３に接着支持されていない構造への実施例である。片持ちアーム７の下方の溝部８に制御電極４が配置され、片持ちアームの先端部には二つのコンタクト用電極６が形成され、高周波信号線２、３に接触、非接触を行うものである。【００２２】  以上に説明した実施例は、金属層から成る片持ちアームを有するマイクロマシンスイッチであるが、片持ちアームが金属層を被着したＳｉＯ２、ＳｉＮ、あるいはＳｉ結晶などの誘電体から成る構造体でも同様の効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクマシンスイッチの平面図
【図２】本発明によるマイクマシンスイッチの断面図
【図３】本発明によるマイクマシンスイッチの部分拡大図
【図４】本発明によるマイクマシンスイッチの製作工程図
【図５】本発明によるマイクマシンスイッチの製作工程図
【図６】本発明によるマイクマシンスイッチの製作工程図
【図７】本発明によるマイクマシンスイッチの製作工程図
【図８】本発明によるマイクマシンスイッチの製作工程図
【図９】本発明によるマイクマシンスイッチの製作工程図
【図１０】本発明によるマイクマシンスイッチの実施例
【図１１】本発明によるマイクマシンスイッチの実施例
【図１２】従来技術によるマイクマシンスイッチの平面図
【図１３】従来技術によるマイクマシンスイッチの断面図
【図１４】従来技術によるマイクマシンスイッチの部分拡大図
【符号の説明】
１…半絶縁性ＧａＡｓ基板      ２、３、１１１、１１２…高周波信号線
４、１１４…制御電極      ５…片持ちアームの支持部分
６…片持ちアームのコンタクト用電極部分      ７…片持ちアームの制御電極対向部分
８、１６…溝部      ９…基板裏面の金属      １０…膜膜金属
１１、１２…フォトレジスト      １３…メッキによる金属層
１４…Ｓｉ基板      １５…ＳｉＯ２膜      １１０…基板
１１３、１１７…片持ちアーム      １１５…コンタクト用電極
１１６…金属バンプ
Ａ…片持ちアームと高周波信号線とのギャップ
Ｂ…片持ちアームと制御電極とのギャップ
Ｃ…高周波信号線の電極厚さ      Ｄ…溝部の深さ      Ｅ…コタンクト用電極の幅
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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