(57)【要約】【課題】本発明は圧電アクチュエータをＲＦ信号ラインより先に形成する構造に改善し、従来のように基板の裏面を無理にエッチングする工程を解消するとともに、工程の制約性を解消する圧電型ＭＥＭＳスイッチを提供する。【解決手段】基板１０１と、基板１０１の上面に所定の間隔部Ｇを挟んで互いに対称に形成された第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５と、間隔部に第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５と同一線上に設置され、基板に一端が保持され上下駆動する圧電アクチュエータ１３０と、圧電アクチュエータ１３０の上面に少なくとも一側が連結され、第１固定信号ライン１０３又は第２固定信号ライン１０５のうちいずれか一つに一端が連結され、その他端が第１固定信号ライン１０３又は第２固定信号ライン１０５のうちいずれか一つと接触又は離脱される可動信号ライン１５０と、を含んでいる。【選択図】図２
2007273451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に所定の間隔部を挟んで互いに対称に形成された第１固定信号ライン及び第２固定信号ラインと、
前記間隔部に前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインと同一線上に設置され、前記基板に一端が保持され上下駆動する圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの上面に少なくとも一側が連結され、前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つに一端が連結され、その他端が前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つと接触又は分離される可動信号ラインと、
を含むことを特徴とする圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項２】
前記基板の前記間隔部の下には前記圧電アクチュエータが下部へ移動できるように第１キャビティが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項３】
前記第１キャビティの一側には前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つの一端を浮遊させるように第２キャビティが形成されたことを特徴とする請求項２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項４】
前記可動信号ラインは、
前記第２キャビティによって浮遊された前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つの一端に接触されるとともに、前記可動信号ラインの一端を前記圧電アクチュエータから所定の間隔を隔てて保持する第１保持部と、
前記可動信号ラインの他端を前記圧電アクチュエータの上面に所定の間隔を隔てて保持する第２保持部と、
前記可動信号ラインの他端に延長して形成され、前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つに選択的に接触される接触部と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータは、
下部電極層と、
前記下部電極層の上に形成された圧電層と、
前記圧電層の上に形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に形成された剛性層と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項６】
前記圧電アクチュエータは、前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインの長手方向に沿う複数のスリットがさらに形成されたことを特徴とする請求項５に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項７】
前記上部電極層及び前記下部電極層に駆動電圧を供給する駆動電圧供給ユニットがさらに含まれたことを特徴とする請求項５に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項８】
前記駆動電圧供給ユニットは前記基板の一側に設けられ、前記圧電アクチュエータの下部電極層と連結される下部電極駆動電圧パッドと、
前記圧電アクチュエータの一側に設けられ、前記圧電アクチュエータの上部電極層に電圧を供給する上部電極駆動電圧パッドと、
前記上部電極駆動電圧パッド及び前記圧電アクチュエータの上部電極層を連結する連結パッドと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項９】
前記上部電極駆動電圧パッド及び前記下部電極駆動電圧パッドは、前記圧電アクチュエータと同様の４つの層を含むことを特徴とする請求項８に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１０】
前記可動信号ラインは、前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つとの頻繁な接触動作によって変形されることが防止可能な剛性を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチ。
【請求項１１】
基板に第１キャビティ及び第２キャビティを形成するステップと、
前記基板に形成された前記第１キャビティ及び前記第２キャビティに第１犠牲層を形成するステップと、
前記第１キャビティの一側に第１固定信号ラインを形成し、前記第２キャビティの上側にその一端部が位置し、前記第１固定信号ラインと対称に第２固定信号ラインを形成するステップと、
前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインと同一直線をなすように前記第１キャビティの上に圧電アクチュエータを形成するステップと、
前記圧電アクチュエータと接触して連結され、前記第１固定ライン又は前記第２固定ラインの一端と接触連結される可動信号ラインを形成するステップと、
を含むことを特徴とする圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１２】
前記圧電アクチュエータを形成するステップは、
前記第１キャビティに形成された前記第１犠牲層の上面及び前記基板の上面に下部電極層、圧電層、上部電極層、剛性層を順次に積層した後、上から順に所望する圧電アクチュエータの形態にエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１３】
前記可動信号ラインを形成するステップは、
前記圧電アクチュエータ及び前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインの上面に第２犠牲層を形成するステップと、
前記圧電アクチュエータ及び前記第２固定信号ラインの一部を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
前記第２犠牲層の上面及び前記コンタクトホールの内部にメッキシード層を形成するステップと、
前記メッキシード層の上面に第３犠牲層を形成するステップと、
前記メッキシード層の一部を露出させる可動信号ラインキャビティを形成するステップと、
前記可動信号ラインキャビティによって露出されたメッキシード層にメッキを行って可動信号ラインを形成するステップと、
前記第３犠牲層及び前記第３犠牲層の下側に積層されたメッキシード層を除去するステップと、
前記第２犠牲層を除去するステップと、
前記第１キャビティ及び前記第２キャビティに埋め立てられた第１犠牲層を除去するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１４】
前記圧電アクチュエータは、前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインの長手方向に沿って複数のスリットをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１５】
前記圧電アクチュエータを形成するステップは、前記下部電極層及び前記上部電極層に駆動電圧を印加する駆動電圧供給ユニットをさらに形成することを特徴とする請求項１２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１６】
前記圧電アクチュエータを形成するステップは、前記第１キャビティに形成された第１犠牲層及び前記基板の上に下部電極層、圧電層、上部電極層を順次に積層するステップと、
前記下部電極層、圧電層、上部電極層が蒸着された状態で、上から順に所望する前記圧電アクチュエータ、下部電極駆動電圧パッド、及び上部電極駆動電圧パッドの形態にエッチングするステップと、
前記圧電アクチュエータ、前記下部電極駆動電圧パッド、及び前記上部電極駆動電圧パッドが形成された前記基板の上面に剛性層を形成するステップと、
前記圧電アクチュエータを構成する前記剛性層の部分に前記上部電極層を露出する第１ビアホールを形成し、前記上部電極駆動電圧パッドを構成する剛性層、又は剛性層／上部電極層／圧電層の部分に前記上部電極層又は前記下部電極層を露出する第２ビアホールを形成するステップと、
前記第１ビアホール及び前記第２ビアホールを介して埋め立てられ、前記圧電アクチュエータを構成する上部電極層及び前記上部電極駆動電圧パッドの前記上部電極層又は前記下部電極層を連結する連結パッドを形成するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１７】
前記圧電層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、バリウムチタネート、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちのいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項１２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１８】
前記上部電極層及び下部電極層は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔａ、Ａｕ、Ｍｏ、及びＡｕＰｔのうちのいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項１２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項１９】
前記剛性層は、シリコン窒化物、窒化アルミニウム、ポリシリコン、テトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ）、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、及びＲｈのうちのいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項１２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項２０】
前記第１犠牲層は、ポリシリコン、低温酸化物（ＬＴＯ：Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）、及びテトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ：ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）のうちのいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項１２に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項２１】
前記第２犠牲層及び第３の犠牲層は、フォトレジストから形成されることを特徴とする請求項１３に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【請求項２２】
前記第１固定信号ライン、第２固定信号ライン、及び前記可動信号ラインは、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、ＡｕＮｉ、Ａｕのうちのいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項１１に記載の圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチ及びその製造方法に関し、より詳細には、圧電体を用いてスイッチ駆動する圧電型ＭＥＭＳ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波帯域で使われる多くの電子システムは、超小型化、超軽量化、高性能化になりつつある。従って、従来から様々な電子システムにおいて信号を制御するために使われているＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やピンダイオード（Ｐｉｎ  Ｄｉｏｄｅ）のような半導体スイッチを代替するために、近年、マイクロマシニング（Ｍｉｃｒｏ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）という新しい技術を利用した超小型マイクロスイッチが広く研究されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を利用したＲＦ素子の中で、現在一番幅広く製造されているのはスイッチである。ＲＦスイッチは、マイクロ波やミリメートル波帯域の無線通信端末機及びシステムにおいて信号の選別伝送やインピーダンス整合回路などでよく応用される素子である。
ＭＥＭＳ技術を用いたＲＦスイッチに使われる駆動メカニズムは、電磁気（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）、磁気（ｍａｇｎｅｔｉｃ）、圧電気（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）、静電気（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ）など様々である。
【０００４】
従来の静電気方式のＭＥＭＳスイッチは、固定電極にＤＣ電圧が印加されると、これらの間で帯電が起こり、静電引力によって可動電極が基板側に引かれるようになる。可動電極が引かれることで、可動電極に設けられたコンタクト部材が基板上に設けられた信号ラインに接触され、スイッチングオンまたはオフの動作を行う。
【０００５】
しかし、前述のような静電引力を発生させスイッチング動作を行う従来のＭＥＭＳスイッチは駆動電圧が高いという問題点がある。
【０００６】
また、構造物の製造時、ウエハ全体で位置に応じて形がバラバラになるため均一性が落ち、製造工程数が多くて歩留まりが低下する問題点がある。ここで、均一性とは、例えば無数のウエハ上の各セルに形成される可動電極及び固定電極間の間隔を一定にすることを意味する。
【０００７】
また、コンタクト部材の接触力が不安定であり、頻繁なスイッチング動作によって接触ロスが増加するという問題点がある。
【０００８】
図１は、従来技術に係る圧電体を用いたＭＥＭＳスイッチの構成を示す平面図である。同図に示すように、上方駆動方式のチタン酸ジルコン酸鉛（ｌｅａｄ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ；ＰＺＴ；Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）を用いたＲＦメムススイッチ２０が例示される。
【０００９】
圧電方式のＲＦＭＥＭＳスイッチ２０は、ＲＦ入力信号ライン２２ａとＲＦ出力信号ライン２２ｂがメッキされた基板１と、ＲＦ信号ライン２２ａ、２２ｂのすぐ下に離隔して配置された接続パッド（ｃｏｎｔａｃｔ  ｍｅｔａｌ）２２を保持する多数のカンチレバー２１ａ〜２１ｄと、を含んで構成されている。
【００１０】
カンチレバー２１ａ〜２１ｄは、図示していない上部電極層、圧電層（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌａｙｅｒ）、下部電極層、メンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）から構成される。駆動ライン２４ａ、２４ｂを介してカンチレバー２１ａ〜２１ｄの電極層にＤＣ電圧が印加されると、カンチレバー２１ａ〜２１ｄがキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）２３ａの中で上方に曲がる（ｕｐ  ｂｅｎｄｅｄ）ようになる。すると、カンチレバー２１ａ〜２１ｄの先端に形成された接続パッド２２がＲＦ信号ライン２２ａ、２２ｂに接触し、切れているＲＦ信号ライン２２ａ、２２ｂが連結されＲＦ信号が伝送される。このような圧電方式のＲＦＭＥＭＳスイッチ２０は、３Ｖ以下の電圧でも駆動でき、例えばカンチレバーの長さが約１００μｍであるとき約１．８μｍの変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を起こすことができ消費電力が殆どない。
【００１１】
しかし、このような上方駆動方式の圧電ＲＦＭＥＭＳスイッチ２０は、その製造工程が複雑であるため、製造が難しい。大体の圧電ＲＦＭＥＭＳスイッチは、カンチレバーの圧電層やメンブレインがかなり高い温度の工程で製造される。これにより、圧電層やメンブレインはＲＦ信号ラインなどを含むＣＰＷ（ｃｏｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）配線ラインより先に形成する必要がある。もし、基板にＣＰＷ配線を形成してその上に圧電薄膜物質を製造すると、高温で金属が拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）されたり、シリサイド（ｓｉｌｉｃｉｄｅ）が形成されたりする。このような制約により、圧電ＲＦＭＥＭＳスイッチは図１に示すように、カンチレバー２１ａ〜２１ｄを上方に曲がるようにし、そのカンチレバー２１ａ〜２１ｄの上側に別のウエハまたは基板１を設けてＣＰＷ配線ラインを形成しなければならなかった。この場合、基板の裏面（下面）を無理にエッチングせざるをえない。図１に示された上方駆動方式の圧電ＲＦ  ＭＥＭＳスイッチ２０も、基板１の上部面にメッキでＲＦ信号ライン２２ａ、２２ｂを形成した後、その基板１の裏面を完全にエッチングしてカンチレバー２１ａ〜２１ｄを形成したものである。
【特許文献１】米国特許第６３６００３６号明細書
【特許文献２】大韓民国特許出願公開２００４−０１０３０３９
【特許文献３】大韓民国特許出願公開２００４−０１０３０５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前記問題点を解決するために提案されたもので、本発明の第１の目的は圧電アクチュエータをＲＦ信号ラインより先に形成する構造に改善し、従来のように基板の裏面を無理にエッチングする工程を解消するとともに、工程の制約性を解消する圧電型ＭＥＭＳスイッチを提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の目的は圧電アクチュエータの駆動性を向上させる圧電型ＭＥＭＳスイッチを提供することにある。
【００１４】
本発明の第３の目的はＲＦ信号ラインの接触構造を改善し、ＲＦロスを減少させる圧電型ＭＥＭＳスイッチを提供することにある。
【００１５】
本発明の第４の目的は前述した圧電型ＭＥＭＳスイッチを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するための本発明に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチは、基板と、前記基板に所定の間隔部を挟んで互いに対称に形成された第１固定信号ライン及び第２固定信号ラインと、前記間隔部に前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインと同一線上に設置され、前記基板に一端が保持され上下駆動する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの上面に少なくとも一側が連結され、前記第１固定信号ライン又は第２固定信号ラインのうちのいずれか一つに一端が連結され、その他端が前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つと接触又は離脱される可動信号ラインと、を含む。
【００１７】
前記基板の前記間隔部の下には前記圧電アクチュエータが下部へ移動できるように第１キャビティが形成されることができる。
【００１８】
前記第１キャビティの一側には前記第１固定信号ライン又は第２固定信号ラインのうちのいずれか一つの一端を浮遊させるように第２キャビティが形成されることができる。
【００１９】
前記可動信号ラインは、前記第２キャビティによって浮遊された前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つの一端に接触されるとともに、前記可動信号ラインの一端を前記圧電アクチュエータから所定の間隔を隔てて保持する第１保持部と、前記可動信号ラインの他端を前記圧電アクチュエータの上面に所定の間隔を隔てて保持する第２保持部と、前記可動信号ラインの他端に延長形成され、前記第１固定信号ライン又は第２固定信号ラインのうちいずれか一つに選択的に接触される接触部と、を含むことができる。
【００２０】
前記圧電アクチュエータは、下部電極層と、前記下部電極層の上に形成された圧電層と、前記圧電層の上に形成された上部電極層と、前記上部電極層の上に形成された剛性層と、を含むことができる。
【００２１】
前記圧電アクチュエータは、前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインの長手方向に沿う複数のスリットがさらに形成されることができる。
【００２２】
前記上部電極層及び前記下部電極層に駆動電圧を供給する駆動電圧供給ユニットがさらに含まれることができる。
【００２３】
前記駆動電圧供給ユニットは前記基板の一側に設けられ、前記圧電アクチュエータの下部電極層と連結される下部電極駆動電圧パッドと、前記圧電アクチュエータの一側に設けられ、前記圧電アクチュエータの上部電極層に電圧を供給する上部電極駆動電圧パッドと、前記上部電極駆動電圧パッド及び前記圧電アクチュエータの上部電極層を連結する連結パッドと、を含むことができる。
【００２４】
前記可動信号ラインは、前記第１固定信号ライン又は前記第２固定信号ラインのうちのいずれか一つとの頻繁な接触動作によって変形されることが防止可能な剛性を有するように形成されたことが好ましい。
【００２５】
本発明の他の実施形態に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチの製造方法は、基板に第１キャビティ及び第２キャビティを形成するステップと、前記基板の前記第１キャビティ及び前記第２キャビティに第１犠牲層を形成するステップと、前記第１キャビティの一側に第１固定信号ラインを形成し、前記第２キャビティの上側にその一端部が位置し、前記第１固定信号ラインと対称に第２固定信号ラインを形成するステップと、前記第１固定信号ライン及び第２固定信号ラインと同一直線をなすように前記第１キャビティの上に圧電アクチュエータを形成するステップと、前記圧電アクチュエータと接触して連結され、前記第１固定ライン又は前記第２固定ラインの一端と接触連結される可動信号ラインを形成するステップと、を含む。
【００２６】
前記圧電アクチュエータを形成するステップは、前記第１キャビティに形成された前記第１犠牲層の上面及び前記基板の上面に下部電極層、圧電層、上部電極層、剛性層を順次に積層した後、上から順に所望する圧電アクチュエータの形態にエッチングすることで行うことができる。
【００２７】
前記可動信号ラインを形成するステップは、前記圧電アクチュエータ及び前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインの上面に第２犠牲層を形成するステップと、前記圧電アクチュエータ及び前記第２固定信号ラインの一部を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、前記第２犠牲層の上面及び前記コンタクトホールの内部にメッキシード層を形成するステップと、前記メッキシード層の上面に第３犠牲層を形成するステップと、前記メッキシード層の一部を露出させる可動信号ラインキャビティを形成するステップと、前記可動信号ラインキャビティによって露出されたメッキシード層にメッキを行って可動信号ラインを形成するステップと、前記第３犠牲層及び前記第３犠牲層の下側に積層されたメッキシード層を除去するステップと、前記第２犠牲層を除去するステップと、前記第１キャビティ及び前記第２キャビティに埋め立てられた第１犠牲層を除去するステップと、を含むことができる。
【００２８】
前記圧電アクチュエータは、前記第１固定信号ライン及び前記第２固定信号ラインの長手方向に沿って複数のスリットをさらに含むようにエッチングされることができる。
【００２９】
前記圧電アクチュエータを形成するステップは、前記下部電極層及び前記上部電極層に駆動電圧を印加する駆動電圧供給ユニットをさらに形成することができる。
【００３０】
前記駆動電圧供給ユニットは、前記下部電極層、圧電層、上部電極層が蒸着された状態で、上から順に所望する前記圧電アクチュエータ、前記下部電極駆動電圧パッド及び前記上部電極駆動電圧パッドの形態にエッチングするステップと、前記圧電アクチュエータ、前記下部電極駆動電圧パッド及び前記上部電極駆動電圧パッドが形成された前記基板の上面に剛性層を形成するステップと、前記圧電アクチュエータを構成する前記剛性層の部分に前記上部電極層を露出する第１ビアホールを形成し、前記上部電極駆動電圧パッドを構成する剛性層又は剛性層／上部電極層／圧電層の部分に前記上部電極層又は前記下部電極層を露出する第２ビアホールを形成するステップと、前記第１ビアホール及び前記第２ビアホールを介して埋め立てられ、前記圧電アクチュエータを構成する上部電極層及び前記上部電極駆動電圧パッドの前記上部電極層又は前記下部電極層を連結する連結パッドを形成するステップと、を含むことができる。
【００３１】
前記圧電層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、バリウムチタネート、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちのいずれか一つから形成されることができる。
【００３２】
前記上部電極層及び前記下部電極層は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔａ、Ａｕ、Ｍｏ、及びＡｕＰｔのうちのいずれか一つから形成されることができる。
【００３３】
前記剛性層は、シリコン窒化物、窒化アルミニウム、ポリシリコン、テトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ）、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、及びＲｈのうちのいずれか一つから形成されることができる。
【００３４】
前記第１犠牲層は、ポリシリコン、低温酸化物（ＬＴＯ：Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）、及びテトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ：Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）のうちのいずれか一つから形成されることができる。
【００３５】
前記第２犠牲層及び前記第３犠牲層は、フォトレジストから形成されることができる。
【００３６】
前記第１固定信号ライン、前記第２固定信号ライン、及び前記可動信号ラインは、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、ＡｕＮｉ、及びＡｕのうちのいずれか一つで形成されることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る圧電型ＭＥＭＳスイッチによると、圧電アクチュエータが先に形成された後、ＲＦ信号ラインが配線されるので、基板の裏面を無理にエッチングする工程上の煩わしさを解消することができる。
【００３８】
また、可動信号ラインの一端が第２固定信号ラインの一端に接触保持され、可動信号ラインの他端が第１固定信号ラインに選択的に接触されるようにするワンポイント接触構造を取ることにより、ＲＦ信号の損失を最小化することができる。
【００３９】
また、可動信号ラインが圧電アクチュエータの上部に所定の間隔を隔てて保持されることにより、可動信号ラインを通過するＲＦ信号が圧電アクチュエータを介して基板上に漏れることを減少させることができる。
【００４０】
また、可動信号ラインの一端が浮遊する第２固定信号ライン上に保持されるように構成することにより、圧電アクチュエータが下側に駆動する時、可動信号ラインが柔軟に動きことができるので、駆動性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
図２は本発明の一実施形態に係る下方に駆動する圧電方式のＭＥＭＳスイッチの構成を示す平面図であり、図３Ａは図２のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図であり、図３Ｂは図３Ａの状態でＭＥＭＳスイッチが動作する状態を示す図である。
【００４３】
図２〜図３Ｂに示すように、本発明の一実施形態に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチ１００は、基板１０１と、基板１０１の上面に所定の間隔部（Ｇ）を置いて互いに対称的に形成された第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５と、間隔部（Ｇ）に第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５と同一線上に設置され、基板１０１に一端が保持されて上下駆動する圧電アクチュエータ１３０と、圧電アクチュエータ１３０の上面に少なくとも一側が連結され、第１固定信号ライン１０３又は第２固定信号ライン１０５のうちのいずれか一つに一端が連結され、その他端が第１固定信号ライン１０３又は第２固定信号ライン１０５と接触又は分離される可動信号ラインと、を含む。なお、図面においては、可動信号ライン１５０の一端が第２固定信号ライン１０５の上面に連結されていることを示している。
【００４４】
基板１０１の間隔部（Ｇ）には圧電アクチュエータ１３０が下向くように第１キャビティ１０１ａが形成され、第１キャビティ１０１ａの一側には第２固定信号ライン１０５の一端を浮遊させるように第２キャビティ１０１ｂが形成される。
【００４５】
可動信号ライン１５０は、第２キャビティ１０１ｂによって浮遊された第２固定信号ライン１０５の一端の上面に接触されると共に、可動信号ライン１５０の一端を圧電アクチュエータ１３０の上面から所定の間隔（Ｄ１）を隔てて保持する第１保持部１５１と、可動信号ライン１５０の他端を圧電アクチュエータ１３０の上面に所定の間隔（Ｄ１）を隔てて保持する第２保持部１５３と、可動信号ラインの他端に延長して形成され、第１固定信号ライン１０３の上面に接触される接触部１５５と、を含む。接触部１５５は、圧電アクチュエータ１３０の一端から突出され第１固定信号ライン１０３の一端側の上部に位置する。
【００４６】
可動信号ライン１５０は、圧電アクチュエータ１３０の上下駆動によって接触部１５５が第１固定信号ライン１０３に接触される動作を繰り返すことによる変形を考慮し、所定の剛性を有するように構成される。そのために、可動信号ライン１５０は第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５の厚さより厚く形成される。例えば、第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５の厚さは１．５μｍで、可動信号ライン１５０の厚さは２〜３μｍである。
【００４７】
このように可動信号ライン１５０は、剛性を維持するためにその厚さが厚くなり上下移動時に駆動性が低下することがある。
【００４８】
これを解消するために、第２キャビティ１０１ｂ上に第２固定信号ライン１０５の一端を浮遊させ、その浮遊された第２固定信号ライン１０５の上面に可動信号ライン１５０の第１保持部１５１が連結され、可動信号ライン１５０が上下移動する時に柔軟に動くことができる（図３Ｂ参照）。
【００４９】
一方、可動信号ライン１５０は、圧電アクチュエータ１３０から所定の間隔（Ｄ１）を隔てて形成され、ＲＦ信号が圧電アクチュエータ１３０を介して基板１０１を通じて消失されることを減少させる。
【００５０】
また、前述した可動信号ライン１５０は接触部１５５が第１固定信号ライン１０３の上面に接触されるワンポイント接触構造を取ることによりＲＦ信号の損失を減少させることができる。
【００５１】
図４は図２のＩＩ−ＩＩ’線に沿って切断した断面図であり、図５は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切断した断面図である。
【００５２】
図４及び図５に示すように、圧電アクチュエータ１３０は下部電極層１３１、圧電層１３３、上部電極層１３５、及び剛性層１３７を含む。
【００５３】
この構成を通じて上部電極層１３５及び下部電極層１３１にＤＣ駆動電圧が印加されると、圧電層１３３に電場が形成され、圧電層１３３に双極子モメント（ｄｉｐｏｌｅ  ｍｏｍｅｎｔ）が発生する。この時、剛性層１３７が上部に位置するため、圧電アクチュエータ１３０は下側に曲がるようになる。
【００５４】
圧電アクチュエータ１３０は、第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５の長手方向に沿って複数のスリット１３９が形成される（図２、図３Ａ、図３Ｂ参照）。スリット１３９を介してＹ軸の方向に変形される区間を複数に分割して圧電アクチュエータ１３０が基板１０１側、即ち、Ｚ軸の方向に変形されることを誘導して下方駆動性を向上させる。
【００５５】
圧電アクチュエータ１３０の下部電極層１３１及び上部電極層１３５には、駆動電圧を供給するための駆動電圧供給ユニット１７０が設けられる。
【００５６】
駆動電圧供給ユニット１７０は、基板１０１の一側に設けられた下部電極駆動電圧パッド１７１、上部電極駆動電圧パッド１７３、及び連結パッド１７５を含む。
【００５７】
ここで、下部電極駆動電圧パッド１７１は、圧電アクチュエータ１３０に連結され、上部電極駆動電圧パッド１７３は圧電アクチュエータ１３０から離隔された状態で形成され、連結パッド１７５を介して連結される。
【００５８】
下部電極駆動電圧パッド１７１及び上部電極駆動電圧パッド１７３は、圧電アクチュエータ１３０の４層構造と同様に形成することができる。ここで、本発明の理解を容易なものとするために、上部電極駆動電圧パッド１７３をなす側の層を別の参照符号１３１’、１３３’、１３５’、１３７’として説明する。
【００５９】
連結パッド１７５は、圧電アクチュエータ１３０の剛性層１３７に形成された第１ビアホール１３７ａと、上部電極駆動電圧パッド１７３側の剛性層１３７’に形成された第２ビアホール１３７ａ’を介して埋め立てられる。
【００６０】
ここで、第２ビアホール１３７ａ’は誘電層、即ち圧電層１３３’まで貫通するように形成され、連結パッド１７５が下部電極層１３１’と接触されるように構成することもできる。
【００６１】
次に、以上のように構成された圧電方式のＭＥＭＳスイッチの動作原理について詳細に説明する。
【００６２】
まず、下部電極駆動電圧パッド１７１及び上部電極駆動電圧パッド１７３を介して圧電アクチュエータ１３０の下部電極層１３１及び上部電極層１３５にＤＣ電圧が印加される。
【００６３】
その結果、圧電層１３３の双極子モーメントが発生して下側に曲がるようになる。この時、圧電アクチュエータ１３０の上部に保持された可動信号ライン１５０がともに移動され、可動信号ライン１５０の接触部１５５が第１固定信号ライン１０３の上面に当たってＲＦ信号が流れる。
【００６４】
この時、可動信号ライン１５０の第１保持部１５１は浮遊している第２固定信号ライン１０５の上面に連結され下向駆動に妨げられず柔軟に駆動することができる。
【００６５】
次に、上記ＭＥＭＳスイッチを製造する過程について詳細に説明する。
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｆは、本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【００６７】
図６Ａに示すように、基板１０１上に第１キャビティ１０１ａ及び第２キャビティ１０１ｂを形成する。
【００６８】
ここで、基板１０１は、例えば高抵抗シリコンウエハ、一般シリコンウエハ、ガラス系のウエハ、クォーツ、溶融シリカ（ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ）などのウエハを使うことができる。
【００６９】
第１キャビティ１０１ａ及び第２キャビティ１０１ｂはエッチングによって形成することができる。
【００７０】
図６Ｂに示すように、基板１０１の上面に第１犠牲層２０１を蒸着した後、平坦化する処理を行う。
【００７１】
第１犠牲層２０１はポリシリコン（ｐｏｌｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ）、低温酸化物（ＬＴＯ：Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）、テトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ：Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）のうちの少なくともいずれか一つから形成されることができる。
【００７２】
第１犠牲層２０１は次の工程において形成される圧電アクチュエータ１３０が高温工程で形成されることを考慮し、高温で耐えられる材質を選択することが好ましい。
【００７３】
平坦化処理は、例えば化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）にて行うことができる。
【００７４】
図６Ｃに示すように、下部電極層１３１、圧電層１３３、上部電極層１３５、剛性層１３７を順次に蒸着した後、上から順にエッチングして所望する形態の圧電アクチュエータ１３０を形成する。この時、圧電アクチュエータ１３０の長手方向に沿って複数のスリット１３９がさらにエッチングされることができる（図２参照）。
【００７５】
ここで、下部電極層１３１及び上部電極層１３５は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔａ、Ａｕ、Ｍｏ、及びＡｕＰｔのうちの少なくともいずれか一つから形成されることができる。下部電極層１３１及び上部電極層１３５の蒸着方法は、例えば、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、Ｅビーム蒸着（Ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、物理的気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、電解、無電解メッキなどによって蒸着することができる。
【００７６】
圧電層１３３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、バリウムチタネート（Ｂａｒｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ：ＢａＴｉＯ３）、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの少なくともいずれか一つから形成されることができる。圧電層１３３の蒸着はスパッタリングや化学気相蒸着法を用いて蒸着した後、急速熱処理（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を行うかそれともゾルゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）法を用いて燒結させた後、急速熱処理を行うことができる。
【００７７】
剛性層１３７は、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ポリシリコン（ｐｏｌｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ）、テトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、及びロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくともいずれか一つから形成することができる。その蒸着法は、例えばスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、化学的気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、物理的気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ゾルゲル（Ｓｏｌ−ｇｅｌ）法を用いた燒結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式、熱酸化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を使うことができる。
【００７８】
一方、前述のように圧電アクチュエータ１３０を形成する間に駆動電圧供給ユニット１７０をさらに形成することができる。
【００７９】
図２、図４、及び図５に示すように、駆動電圧供給ユニット１７０は圧電アクチュエータ１３０を形成するステップにおいて同時に形成することができる。つまり、圧電アクチュエータ１３０を形成するために下部電極層１３１、圧電層１３３、上部電極層１３５を順次に積層した状態で、所望する圧電アクチュエータ１３０及び駆動電圧供給ユニット１７０の形態にエッチングする。
【００８０】
駆動電圧供給ユニット１７０は、下部電極駆動電圧パッド１７１及び上部電極駆動電圧パッド１７３から構成され、下部電極駆動電圧パッド１７１は圧電アクチュエータ１３０と連結された状態でエッチングされる（図５参照）。
【００８１】
上部電極駆動電圧パッド１７３は、圧電アクチュエータ１３０と分離された状態でエッチングされる（図４参照）。
【００８２】
このような状態で剛性層１３７を蒸着する。その後、圧電アクチュエータ１３０の剛性層１３７に第１ビアホール１３７ａを形成し、上部電極駆動電圧パッド１７３側の剛性層１３７’に第２ビアホール１３７ａ’を形成した後、連結パッド１７５を形成する（図５参照）。
【００８３】
ここで、第２ビアホール１３７ａ’が剛性層１３７’のみを貫通したことを例示したが、誘電層、即ち、圧電層１３３’まで延長形成して圧電アクチュエータ１３０の上部電極層１３５と上部電極駆動電圧パッド１７３側の下部電極層１３１’とが連結されるようにすることもできる。
【００８４】
図６Ｄに示すように、ＲＦ信号が入力、出力される第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５を形成する。この時、第２固定信号ライン１０５は、第２キャビティ１０１ｂに埋め立てられた第１犠牲層２０１の上面に一端が重なるように形成する。
【００８５】
第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５は導電性金属で、例えばＡｕ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、及びＡｕＮｉのうちの少なくともいずれか一つから形成することができる。第１固定信号ライン１０３及び第２固定信号ライン１０５の蒸着方法は、圧電アクチュエータ１３０をなす上下部電極層１３５、１３１と同様に、例えばスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、電子ビーム蒸着（Ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、物理的気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、電解、無電解メッキなどの方法によって蒸着することができる。
【００８６】
図６Ｅに示すように、圧電アクチュエータ１３０、第１固定信号ライン１０３、及び第２固定信号ライン１０５が形成された基板１０１の上面に第２犠牲層２０３を蒸着し、コンタクトホール２０３ａ、２０３ｂを形成する。ここで、第２犠牲層２０３は、可動信号ライン１５０を圧電アクチュエータ１３０の上面から離隔させるための犠牲層であって、例えばフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を使うことができる。フォトレジストは、例えばスピンコーティングによって塗布されることができる。
【００８７】
図６Ｆに示すように、第２犠牲層２０３の上面にメッキシード層２０５を蒸着した後、第３犠牲層２０７を蒸着する。第３犠牲層２０７は可動信号ライン１５０を形成するためのマスクの役割を果たすものであって、可動信号ライン１５０の形状に対応する可動信号ラインキャビティ２０７ａが形成される。
【００８８】
図６Ｇに示すように、メッキして可動信号ライン１５０を形成する。ここで、可動信号ラインキャビティ２０７ａによって露出された部分にメッキされ所望する可動信号ライン１５０の厚さで蒸着される。
【００８９】
図６Ｈに示すように、第３犠牲層２０７及び第３犠牲層２０７の下部に位置するメッキシード層２０５を除去する。
【００９０】
図６Ｉに示すように、第２犠牲層２０３を除去して可動信号ライン１５０を完成する。
【００９１】
図６Ｊに示すように、第１犠牲層２０１を除去してスイッチ構造物を完成する。ここで、第１犠牲層２０１は、例えばフッ化キセノン（ＸｅＦ２）気化エッチング工程によって除去することができる。
【００９２】
以上、本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰もが多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、圧電方式のＭＥＭＳスイッチに関する技術分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】従来の技術に係る圧電体を用いたＭＥＭＳスイッチの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る下方に駆動する圧電方式のＭＥＭＳスイッチの構成を示す平面図である。
【図３Ａ】図２のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの状態でＭＥＭＳスイッチが動作する状態を示す動作状態図である。
【図４】図２のＩＩ−ＩＩ’線に沿って切断した断面図である。
【図５】図２のIII−III’線に沿って切断した断面図である。
【図６Ａ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｂ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｃ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｄ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｅ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｆ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｇ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｈ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｉ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６Ｊ】本発明に係る圧電方式のＭＥＭＳスイッチの製造過程を示す工程図である。
【符号の説明】
【００９５】
１００    圧電型ＭＥＭＳスイッチ、
１０１    基板、
１０３    第１、２固定信号ライン、
１０５    第２固定信号ライン
１３０    圧電アクチュエータ、
１３１    下部電極層、
１３３    圧電層、
１３５    上部電極層、
１３７    剛性層、
１５０    可動信号ライン、
１５１    第１保持部、
１５３    第２保持部、
１５５    接触部、
１７０    駆動電圧供給ユニット、
１７１    下部電極駆動電圧パッド、
１７３    上部電極駆動電圧パッド。
【図１】
2007273451.tif 000003
【図２】
2007273451.tif 000004
【図３Ａ】
2007273451.tif 000005
【図３Ｂ】
2007273451.tif 000006
【図４】
2007273451.tif 000007
【図５】
2007273451.tif 000008
【図６Ａ】
2007273451.tif 000009
【図６Ｂ】
2007273451.tif 000010
【図６Ｃ】
2007273451.tif 000011
【図６Ｄ】
2007273451.tif 000012
【図６Ｅ】
2007273451.tif 000013
【図６Ｆ】
2007273451.tif 000014
【図６Ｇ】
2007273451.tif 000015
【図６Ｈ】
2007273451.tif 000016
【図６Ｉ】
2007273451.tif 000017
【図６Ｊ】
2007273451.tif 000018