KR100661349B1

KR100661349B1 - Ｍｅｍｓ 스위치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100661349B1
Application number: KR1020040107857A
Authority: KR
Inventors: 신형재; 김규식; 권순철; 이상훈; 김재흥
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: KR20060068914A; EP1672661A2; EP1672661A3; JP4108708B2; US7548144B2; JP2006173133A; US20060131147A1

Abstract

개시된 마이크로스위치는 기판과, 기판상에 형성되며 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호라인과, 기판상에 형성되되 신호라인들의 사이에 형성된 복수의 고정전극과, 기판상에 소정의 높이로 돌출되게 마련된 복수의 앵커와, 앵커에 지지되어 상하 유동가능하게 설치되되 동일 평면상에 설치되는 적어도 두개의 작동빔과, 작동빔들을 연결하는 연결유닛과, 연결유닛을 지지하도록 기판에 마련된 지지유닛 및 작동빔의 저면에 설치되어 스위칭접점부와 접촉하는 접촉부재를 포함한다. 이러한 구성을 통해 스틱션 페일이 발생되는 것을 효과적으로 해소함과 아울러서 저전압 구동이 가능하다.

마이크로 스위치, MEMS, 스틱션, RF, 전극, 신호라인

Description

ＭＥＭＳ 스위치 및 그 제조 방법{Micro Mechanical Electro System Switch and the Method of it}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 MEMS 스위치의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, SP3T형 마이크로 스위치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 상기 도 1의 구성을 분리해서 도시한 분리 사시도,

도 3은 상기 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따른 단면도,

도 4a, 4b는 본 발명에 의한 MEMS 스위치가 동작되는 상태를 도시한 동작상태들,

도 5a 내지 도 5i는 마이크로 스위치를 제조하는 과정을 나타낸 도면들로서, 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취해진 단면도상에서 제조되는 과정을 나타낸 도면들, 그리고,

도 6은 본 발명의 다르 실시 예를 MEMS 스위치의 구조를 도시한 도면으로서, 하나의 입력라인을 통해 입력된 신호가 N개의 출력라인으로 나누어지는 SPNT 타입의 일 예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : MEMS 스위치 11 : 기판

13 : 앵커 15 : 지지유닛

15a,15b,15c : 지지돌기 16 : 금속층

20 : 신호라인 21 : 입력라인

23,25,27 : 출력라인 23a,25a,27a : 제 1,2,3스위칭접점부

30(31 ~34) : 고정전극 50 : 작동빔

51,53,55 : 제 1,2,3작동빔 51a,53a,55a : 제 1,2,3절연막

51b,53b,55b : 연결바 51c,53c,55c : 제 1,2,3전극

51e,53e,55e : 제 1,2,3접촉부재 51f,53f,55f : 제 1,2,3지지바

60 : 연결유닛 81 : 제 1희생층

83 : 제 2희생층 83a : 접촉부재관통홀

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System)스위치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저전압 구동이 가능하고, 스틱션 페일(Stiction Fail)이 발생되는 것을 해소하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)스위치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

고주파 대역에서 사용되는 많은 전자 시스템은 초소형화, 초경량화, 고성능화가 되어가고 있다. 따라서, 지금까지 이러한 시스템들에서 신호를 제어하기 위해서 사용되고 있는 FET(Field Effect Transistor)나 핀다이오드(Pin Diode)와 같은 반도체 스위치들을 대체하기 위해서 마이크로 머시닝(Micro Maching)이라는 새로운 기술을 이용한 초소형 마이크로 스위치가 널리 연구되고 있다.

MEMS 기술을 이용한 RF 소자 중 현재 가장 널리 제작되고 있는 것은 스위치이다. RF 스위치는 마이크로파나 밀리미터파 대역의 무선통신 단말기 및 시스템에서 신호의 선별 전송이나 임피던스 정합 회로 등에서 많이 응용되는 소자이다.

이러한 MEMS 스위치에 관한 것으로서, 미국특허 번호 US 6,307,169가 개시된 바 있다.

개시된 MEMS 스위치는 기판상에서 멤브레인타입의 전극을 지지하는 힌지(hinge)를 갖는다. 힌지는 앵커에 의해 기판과 연결되는 제어전극(control electrode 과, 힌지컬러(hinge collar)와, 힌지암 세트를 갖는다. 제어전극은 기판상에 형성된 제어전극으로부터 분리됨과 아울러서 연결되는 단락바(shorting bar)를 갖는다. 이에 더하여, 기판과 제어전극의 사이에는 트레블스톱(travel stop)이 마련되어 스틱션이 발생되는 것을 방지하도록 한다.

MEMS 스위치의 또 다른 예로 일본공개특허공보(공개번호 : 특개2001-143595호)가 개시된 바 있다.

개시된 MEMS 스위치는 스프링 현가장치상에 현가된 마이크로플레이트프레임 구조를 이용하고, 기판상에 형성된다. 스프링현가장치는 일단부에 앵커가 부착되고, 신호라인상에 실질적으로 직교하는 방향으로 신장된다. 마이크로플레이트프레임은 신호라인내의 간폭에 대향해서 배치된 단락편을 갖고, 전기접점포스트가 신호라인상에 형성되어서 콘덴서구조를 형성한다. 그 콘덴서구조는 선택된 전압이 인가되어 정전기에 의해 하부전극의 방향으로 당겨진다.

상술한 바와 같은 MEMS 스위치의 결점은 정전력을 사용함으로써 구동전압이 크고 스틱션(stiction) 현상이 발생하는 것이다. 스틱션 현상이란 마이크로 구조물의 표면에 의도하지 않는 접착(adhesion)이 발생하여 회복하려는 힘이 모세관(Caplilary)힘, 반 데르 발스(Van der Walls)힘, 정전력(electrostatic force)과 같은 표면에 작용하는 힘을 극복하지 못하고 영구적으로 붙어있는 현상을 말한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 저전압 구동이 가능하고, 스틱션 페일을 감소시키는 MEMS 스위치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 상술한 MEMS 스위치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점을 따르면, 기판; 상기 기판상에 형성되며 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호라인; 상기 기판상에 형성되되 상기 신호라인들의 사이에 형성된 복수의 고정전극; 상기 기판상에 소정의 높이로 돌출되게 마련된 복수의 앵커; 상기 앵커에 지지되어 상하 유동가능하게 설치되되 동일 평면상에 설치되는 적어도 두개의 작동빔; 상기 작동빔들을 연결하는 연결유닛; 상기 연결유닛을 지지하도록 상기 기판에 마련된 지지유닛; 및 상기 작동빔의 저면에 설치되어 상기 스위칭접점부와 접촉하는 접촉부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치가 제공된다.

상기 연결유닛은 상기 작동빔과 동일 평면을 유지하며 상기 작동빔과 일체로 형성된 연결바이고; 상기 지지유닛은 상기 기판상에 소정높이로 돌출되게 형성되며 상기 연결바와 대응된 위치로 형성된 지지돌기인 것이 바람직하다.

상기 앵커 및 상기 지지돌기는 동일한 높이로 형성되고; 상기 작동빔 및 상기 연결바는 상기 앵커 및 지지돌기로부터 소정간격 이격되도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 연결바는 소정의 간격을 두고 복수개로 마련되고; 상기 지지돌기는 상기 연결바와 교차하도록 소정의 간격을 두고 복수개로 마련된 것이 바람직하다.

상기 신호라인들은 하나의 입력라인과 복수개의 출력라인들로 이루어지되 기판의 중심으로부터 방사향을 이루고; 상기 신호라인들과 대응하여 상기 작동빔들이 소정의 각도를 이루며 배치된 것이 바람직하다.

상기 작동빔은 절연막과, 상기 절연막의 상면에 소정두께로 형성된 전극으로 된 것이 바람직하며, 상기 절연막은 실리콘나이트라이드층으로 하고, 상기 전극은 알루미늄층인 것이 더욱 바람직하다.

상기 연결유닛은 상기 작동빔을 이루는 절연막상에 일체로 형성된 것이 바람직하다.

상기 작동빔들은 상기 연결유닛이 마련된 반대쪽에 상기 앵커의 상면에 지지되는 지지바를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 기판상에 복수개의 앵커 및 지지유닛을 형성하는 단계; 상기 앵커 및 지지유닛이 형성된 상기 기판의 상면에 금속층을 증착하 는 단계; 상기 금속층을 통하여 복수의 고정전극 및 신호라인을 패터닝하는 단계; 상기 복수의 고정전극, 신호라인 및 지지부재를 덮는 제 1희생층을 형성하는 단계; 상기 제 1희생층을 소정 두께로 평탄화하는 단계; 상기 평탄화된 제 1희생층의 상측에 제 2희생층을 소정두께로 증착하고, 접촉부재관통홀을 패터닝 하는 단계; 상기 제 2희생층의 상측에 접촉부재층을 증착한 후 상기 접촉부재관통홀에 매몰된 접촉부재를 패터닝하는 단계; 상기 접촉부재가 형성된 상기 제 2희생층의 상측에 작동빔층을 형성한 후 적어도 두개의 작동빔 및 상기 작동빔들을 연결하는 연결유닛을 패터닝하는 단계; 및 상기 제 1,2희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법이 제공된다.

상기 앵커 및 지지유닛을 형성하는 단계에서, 상기 앵커 및 지지유닛은 상기 기판을 에칭하여 상기 기판상에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 지지유닛은 상기 앵커와 동일한 높이로 형성되며, 소정의 간격을 두고 4각 기둥형태의 지지돌기로 형성되고; 상기 연결유닛은 상기 지지돌기와 교차되도록 소정의 간격을 두고 복수개의 연결바로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제 1희생층 평탄화 단계에서 상기 제 1희생층은 상기 앵커 및 지지돌기의 상면과 소정의 간격을 유지하는 두께로 평탄화 되는 것이 바람직하다.

상기 제 1희생층의 평탄화는 에치 백(ETCH BACK)에 의하는 것이 바람직하다.

상기 작동빔을 형성하는 단계는 작동빔 패턴에 대응되는 절연막이 형성되는 단계; 및 상기 절연막의 상측에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 절연막 형성단계에서 상기 연결유닛이 상기 절연막과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 고정전극 및 신호라인을 패터닝하는 단계에서, 상기 신호라인은 상기 기판의 중심으로부터 방사형으로 형성되되 소정의 간격을 두고 갭을 형성하는 스위칭접점부가 형성되고, 고정전극은 상기 신호라인의 사이에 개재되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 작동빔은 상기 신호라인의 상방향에 위치하도록 기판의 중심으로부터 소정의 각도로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 작동빔 및 연결유닛을 패터닝하는 단계에서, 상기 연결유닛이 형성된 반대쪽의 작동빔 단부에는 상기 앵커의 상면에 지지되는 지지바를 패터닝하는 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 MEMS 스위치의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, SP3T(Single Pole 3 Through)형 마이크로 스위치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 구성을 분리해서 도시한 분리 사시도이고, 도 3은 상기 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 마이크로스위치(1)는 크게 기판(11), 신호라인(20), 고정전극(30), 작동빔(50)으로 구성된다.

기판(11)은 고저항 특성을 갖는 예컨대, 실리콘 웨이퍼 등으로 이루어지며, 기판(11)의 외곽측에는 복수개의 앵커(13)가 마련된다. 앵커(13)는 후술될 3개의 작동빔(50)의 한쪽 끝(일단)을 지지하기 위한 것으로서, 기판(11)의 외곽측 3개소에 각각 한쌍을 이루도록 설치된다, 기판(11)의 내부에는 지지유닛(15)을 이루는 제 1,2,3지지돌기(15a,15b,15c)가 형성된다. 여기서, 앵커(13) 및 제 1,2,3지지돌기(15a,15b,15c)의 높이는 동일한 높이로 이루어진다.

기판(11)의 상면에는 하나의 입력라인(21) 및 3개의 제1,2,3출력라인(23,25,27)으로 구성된 신호라인(20)이 마련되고, 각 신호라인(21,23,25,27)의 양측에는 그라운드 전극인 고정전극(30 : 31,32,33,34)들이 형성된다. 여기서, 출력라인(23,25,27)의 선로상에는 소정의 갭을 두고 형성된 제1,2,3스위칭접점부(23a,25a,27a)가 마련된다. 입력라인(21) 및 제1,2,3출력라인(23,25,27)은 기판(11)의 중심(C)으로부터 방사상으로 형성된다. 이러한 구조에 의해 신호라인(20 : 21,23,25,27)이 보다 간략하게 구성되어 신호전달 손실률을 줄이게 된다.

출력라인들(23,25,27)의 상부에는 기판(11)의 최 외곽에 마련된 앵커(13)에 의해 작동빔(50) 즉, 3개의 제 1,2,3작동빔(51,53,55)이 지지된다. 이때, 제 1,2,3작동빔(51,53,55)들은 동일 평면상에 설치되며, 제 1,2,3작동빔들(51,53,55)의 사이는 연결유닛(60)인 제 1,2,3연결바(51b,53b,55b)를 통해 연결된다.

제 1,2,3작동빔들(51,53,55)은 고정전극(30 : 31,32,33,34)과의 전기적 연결을 차단하는 제 1,2,3절연막(51a,53a, 55a)과, 제1,2,3절연막(51a,53a,55a)의 상면에 소정두께로 형성되어 구동 전압이 인가되는 제 1,2,3전극(51c,53c,55c)과, 제 1,2,3절연막(51a,53a,55a)의 하면에 설치되어 제 1,2,3스위칭접점부(23a,25a,27a)와 접촉되는 제 1,2,3접촉부재( 51e,53e, 55e: contacting plate)로 구성된다.

한편, 제1,2,3연결바(61,63,63)가 형성된 제 1,2,3절연막(51a,53a,55a)의 반대쪽 단부에는 앵커(13)의 상면에 접촉되어 제 1,2,3작동빔(51,53,55)의 일단을 힌지 가능하게 지지하는 제 1,2,3지지바(51f,53f,55f)들이 마련되고, 앵커(13)역시 제 1,2,3지지바(51f,53f,55f)과 대응하는 위치에 복수개가 마련된다.

상술한 신호라인(20) 주위의 그라운드(고정전극 : 30(31~34))은 신호라인(20)과 함께 신호라인(20)을 통한 RF신호의 도파로를 제공한다.

제 1,2,3절연막(51,53a,55a)은 스위치가 온되었을 때 신호가 그라운드 즉 고정전극(30)측으로 흘러가는 것을 방지한다.

상술한 바와 같이 구성된 작동빔(50)은 도 3에 도시된 바와 같이 전극(51c,53c,55c)에 전압이 인가되지 않은 초기상태에서는 지지돌기(15a,15b,15c)의 상면으로부터 소정의 거리(d) 떨어진 상태를 유지한다.

다음은 상술한 바와 같이 구성된 MEMS 스위치(1)의 작용에 대해서 설명한다.

도 4a, 4b는 본 발명에 의한 MEMS 스위치가 동작되는 상태를 도시한 동작상태들이다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 제 1작동빔(51)의 제 1전극(51c)을 통해 전압이 인가되면, 제 1작동빔(51)과 그라운드전극인 고정전극(31,32)의 사이의 정전기력에 의해 제 1작동빔(51)이 아래로 휘어지면서 제 1접촉부재(51e)가 제 1스위칭접점부(23a)에 접촉된다. 따라서, 제 1접촉부재(51e)와 제 1출력라인(23)간의 저항 변화가 일어난다. 즉, 제 1접촉부재(51e)가 정상적인 위치(도 3의 상태)에 있을 때에는 임피던스가 높고, 반대로 제1 접촉부재(51e)가 정전기력에 의해서 제 1스위칭 접점부(23a)에 접촉된 상태가 되면 임피던스가 낮아지게 되어 스위치 온(ON) 상태가 된다.

이와 같이 제 1작동빔(51)이 하강하여 스위치 온 되면, 제 1연결바(51b)는 제 1지지돌기(15a)의 상면 모서리부에 걸려서 화살표 방향을 (←)따라 당겨진다. 따라서, 제 2작동빔(53)은 화살표 방향을 (←)따라 당겨져서 비록 제 2작동빔(53)에 스틱션 현상이 발생되었더라도, 자동적으로 오프 상태가 유발되어 스틱션 페일 현상이 해소된다. 한편, 제 3작동빔(53)과, 제 1작동빔(51)을 연결하는 제 3연결바(55b) 또한 화살표 방향을 (←)따라 당겨져서 제 3작동빔(55) 또한 자동적으로 오프 상태가 유발되어 스틱션 페일 현상이 해소된다.(도 1,2참조)

한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 제 1작동빔(51)의 전압이 해제되고, 제 2작동빔(53)의 제 2전극(53c)을 통해 구동전압이 인가되면, 상술한 동작 원리와 동일한 원리에 의해 제 2작동빔(53)이 하강하고, 제 1연결바(51b)는 화살표(→)방향으로 당겨져서 제 1작동빔(51)은 자동적으로 오프 상태가 유발되어 또한 스틱션 페일러 현상을 해소할 수 있게된다. 이때에도, 제 2연결바(53b) 또한 화살표 방향 (→)을 따라 당겨져서 제 3작동빔(55) 또한 자동적으로 오프 상태가 유발되어 스틱션 페일 현상이 해소된다.(도 1,2참조)

이와 같이 N개의 스위치부중 어느 하나의 스위치가 동작하면, 나머지 부분은 자동적으로 오프 상태가 유발되는 구조를 취함에 따라 저전압 구동을 실시하여도 스틱션 페일 발생되는 것을 해소할 수 있다. 따라서, MEMS 스위치가 추구하는 저전압 구동을 더욱 효율적으로 실현할 수 있다.

다음은 본 발명에 의한 마이크로 스위치(1)의 제조 과정에 대하여 좀더 상세히 설명한다.

도 5a 내지 도 5i는 마이크로 스위치(1)를 제조하는 과정을 나타낸 도면들로서, 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 취해진 단면도상에서 나타낸 도면들이다. 이하의 설명에 있어서, 도 5a 내지 도 5i에 나타나지 제 3작동빔(55)이 설치된 부분 역시 제 1,2작동빔(51,53) 구조와 동일한 구조를 취하는 것이므로 도 2와 더불어서 도시되지 않은 제 3작동빔(55)이 형성되는 부분도 함께 설명하기로 한다.

도 2,5a를 참조하면, 예컨대, 실리콘웨이퍼와 같은 고저항 기판(11)상에 복수의 앵커(13)및 지지유닛(15)인 지지돌기(15a,15b,15c)가 형성된다. 이때, 앵커(13) 및 지지돌기(15a)는 에칭(etching)에 의해 식각되며, 그 높이가 동일하게 형성된다. 여기서, 앵커(13)는 도 2에 도시된 바와 같이 후술될 작동빔(50)의 일단을 지지하는 것으로서, 기판(11)의 외곽측 3개소에 각각 한 쌍을 이루도록 형성되고, 지지돌기(15)는 작동빔(50)의 연결유닛(60:51b,53b,55b)측을 지지하기 위한 것으로서, 기판(11)의 중심부 3개소에 각각 한 쌍을 이루도록 형성된다.

도 2, 5b, 5c를 참조하면, 앵커(13) 및 지지돌기(15a,15b,15c)가 형성된 상측에 금속층(16)이 증착되고, 신호라인(20)들 및 그라운드전극인 고정전극(30 : 31~34)들이 패터닝된다. 여기서, 신호라인(20)들은 하나의 입력라인(21)을 통해 입력된 신호가 3개의 출력라인(23,25,27)들로 나누어지도록 된 것으로서, 기판(11)의 중심(C)으로부터 방사형을 취하도록 형성된다. 각 출력라인(23,25,27)들은 소정의 갭을 두고 형성된 스위칭접점부(23a,25a,27a)를 갖도록 형성된다. 한편, 고정전극 (30(31~34))은 각 신호라인(20: 21,23,25,27)들의 사이에 개재되도록 형성된다.

다음, 도 2, 5d를 참조하면, 고정전극(30 : 31 ~ 34) 및 지지유닛(15)를 이루는 지지돌기(15a,15b,15c)를 덮는 제 1희생층(81)이 형성된다. 여기서, 제 1희생층(81)은 다음 공정에서 형성될 작동빔(50: 51,53,55)들 및 연결유닛(60 : 51b,53b,55b)이 지지돌기(15a,15b,15c)의 상면으로부터 소정간격(d : 도 3참조) 이격된 상태로 형성되어 상하 유동되도록 하기 위한 공간을 제공하기 위한 것이다. 제 1희생층(81)은 포토레지스트(Photoresist)로 되고, 스핀 코팅(Spin Coating)등에 의해 기판(11)상에 도포된다.

다음, 도 2, 5e를 참조하면, 제 1희생층(81: first sacrificial layer)의 상면을 예컨대, 에치 백(Etch Back)법에 의해 평탄화(Planarization)한다. 이때, 지지돌기(15a,15b,15c)의 상면으로부터 소정거리를 유지하는 두께로 평탄화된다. 이는 동일 평면 상태로 형성되는 작동빔(50)들 및 연결유닛(60 : 51b,53b,55b)을 소정간격 이격(d)된 상태로 형성시키기 위한 것(도 3참조)이다.

다음, 도 5f를 참조하면, 평탄화 과정을 거친 제 1희생층(81)의 상면에 소정두께로 포토레지스트층인 제 2희생층(83)을 도포하고, 제 1,2,3출력라인(23,25,27)의 제 1,2,3스위칭접점부(23a,25a,27a)와 대응되는 위치로 하여 제 2희생층(83)을 패터닝하여 접촉부재관통홀(83a)을 패터닝한다. 여기서, 접촉부재관통홀(83a)은 제 1,2,3스위칭접점부(23a,25a,27a)와 접촉되어 제1,2,3접촉부재(51e,53e,55e)가 매몰될 부분으로서, 포토리소그래피(Photo-Lithography) 방법에 의해 패터닝된다.

이어, 도 2, 5g를 참조하면, 제 2희생층(83)의 상면에 박막장치 예컨대 CVD(Chemical Vapor Deposition : 화학기상증착)장치등을 통해 접촉부재층을 증착하고, 식각(Etching)장치를 통해 제 1,2,3접촉부재(51e,53e,55e)를 패터닝한다. 여기서, 제1,2,3접부재(51e,53e,55e)는 접촉부재관통홀(83a)을 통해 매립된 부분만 남겨지도록 패터닝된 것으로서, 제 1,2,3출력라인(21,23,25)의 제1,2,3스위칭접점부(21a,23a,25a)와 접촉되는 부분이다. 제 1,2,3접촉부재(51e,53e,55e)는 금속층으로 이루어진다.

다음, 도 2,5h를 참조하면, 작동빔(50: 51,53,55)을 구성하는 것으로서, 일차로 예컨대, 실리콘나이트라이드(SiN)로 된 절연층이 증착된 후 제1,2,3절연막(51a,53a,55a)이 제 1,2,3작동빔(51,53,55)의 대응된 형상으로 패터닝된다. 이어서, 예컨대, 알루미늄과 같은 도전성 재료로 된 전극층이 증착된 후 제 1,2,3작동빔(51,53,55)와 대응된 형상으로 전극(51c,53c,55c)이 패터닝되어 제 1,2,3작동빔(51,53,55)을 완성한다.

이때, 상기 절연막(51a,53a,55a)를 패터닝할 때에 대략 원형으로 패터닝되고, 제 1,2,3절연막(51a,53a,55a)의 사이를 연결하는 연결유닛(60)인 연결바(51b,53b,55b)가 패터닝된다. 이에 더하여 연결바(51b,53b,55b)가 형성된 반대쪽의 절연막(51a,53a,55a)은 제 1,2,3작동빔(51,53,55)의 상하 유동성을 향상시키도록 제 1,2,3지지바(51f,53f,55f)가 추가로 패터닝됨이 바람직하다.

도 2, 5i를 참조하면, 예컨대, 애싱(Ashing)장비에 의해 제 1,2희생층(81,83)층이 제거되어 MEMS 스위치 제조를 마친다.

상술한 설명에 있어서, 하나의 입력라인을 통해 입력된 신호가 3부분으로 나 누어지는 형태를 설명하였으나, 하나의 입력라인을 통해 입력된 신호가 2부분으로 나누어지는 SPDT는 물론 하나의 입력라인을 통해 입력된 신호가 N개의 부분으로 나누어지는 SPNT에 적용될 수 있음은 물론이다.

도 6은 하나의 입력라인을 통해 입력된 신호가 N개의 출력라인으로 나누어지는 SPNT(Single Pole N Through) 타입의 마이크로 스위치를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 그 기본적 구성은 앞서 설명한 도 1 내지 도 3의 구조와 유사한 구조를 취하여 복수개의 기판(111)상에 하나의 입력라인(121)과 N개의 출력라인(123)이 형성되고, 그 출력라인(123)들과 대응된 위치로 하여 각 출력라인(123)들의 상측에는 복수개의 작동빔(150)들이 동일 평면상에 배치된다. 또한, 각 작동빔(150)들이 연결바(151)를 통해 연결되고, 기판(111)상에는 연결바(151)들을 지지하는 지지돌기(115)가 추가로 마련된다. 이러한 구성은 도 1 내지 도 3의 구성과 동일한 구조를 취하며, 그 제조 과정 또한 도 5a 내지 도 5i의 과정을 따르므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 MEMS 스위치는 복수개의 작동빔들이 동일평면상에 형성되어 하나의 스위치가 온 동작을 실시할 경우 나머지 스위치가 자동적으로 오프상태가 유도되어 스틱션 페일이 발생되는 것을 효과적으로 줄이는 이점이 있다.

또한, 상술한 바와 같이 하나의 스위치가 온 동작을 실시하는 동안 나머지 스위치들이 자동적으로 오프 상태가 유도됨에 따라 저전압 구동이 가능한 이점이 있다.

또한, 각 신호라인들을 기판의 중심으로부터 방사형으로 배치하고, 그에 대응하여 작동빔들을 동일 평면상에 소정의 각도를 두고 배치함에 따라 신호라인의 간략화에 따른 신호 전달 손실률을 효과적으로 줄이는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

기판;

상기 기판상에 형성되며 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호라인;

상기 기판상에 형성되되 상기 신호라인들의 사이에 형성된 복수의 고정전극;

상기 기판상에 소정의 높이로 돌출되게 마련된 복수의 앵커;

상기 앵커에 지지되어 상하 유동가능하게 설치되어 동일 평면상에 설치되는 적어도 두개의 작동빔;

상기 작동빔의 저면에 설치되어 상기 스위칭접점부와 접촉하는 접촉부재;

상기 작동빔들을 연결하는 연결유닛; 및

상기 접촉부재가 상기 스위칭접점부를 향하여 이동시 상기 연결유닛을 지지하도록 상기 기판에 마련된 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 연결유닛은 상기 작동빔과 동일 평면을 유지하며 상기 작동빔과 일체로 형성된 연결바이고;

상기 지지유닛은 상기 기판상에 소정높이로 돌출되게 형성되며 상기 연결바와 대응된 위치로 형성된 지지돌기;인 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 앵커 및 상기 지지돌기는 동일한 높이로 형성되고;

상기 작동빔 및 상기 연결바는 상기 앵커 및 지지돌기로부터 소정간격 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 2항에 있어서, 상기 연결바는 소정의 간격을 두고 복수개로 마련되고;

상기 지지돌기는 상기 연결바와 교차하도록 소정의 간격을 두고 복수개로 마련된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 신호라인들은 하나의 입력라인과 복수개의 출력라인들로 이루어지되 기판의 중심으로부터 방사형을 이루고;

상기 신호라인들과 대응하여 상기 작동빔들이 소정의 각도를 이루며 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 작동빔은 절연막과, 상기 절연막의 상면에 소정두께로 형성된 전극으로 된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 6항에 있어서, 상기 절연막의 재질은 실리콘나이트라이드인 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 6항에 있어서, 상기 전극의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 6항에 있어서, 상기 연결유닛은 상기 작동빔을 이루는 절연막상에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 작동빔들은 상기 연결유닛이 마련된 반대쪽에 상기 앵커의 상면에 지지되는 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
기판상에 복수개의 앵커 및 지지유닛을 형성하는 단계;

상기 앵커 및 지지유닛이 형성된 상기 기판의 상면에 금속층을 증착하는 단계;

상기 금속층을 통하여 복수의 고정전극 및 신호라인을 패터닝하는 단계;

상기 복수의 고정전극, 신호라인 및 지지부재를 덮는 제 1희생층을 형성하는 단계;

상기 제 1희생층을 소정 두께로 평탄화하는 단계;

상기 평탄화된 제 1희생층의 상측에 제 2희생층을 소정두께로 증착하고, 접촉부재관통홀을 패터닝하는 단계;

상기 제 2희생층의 상측에 접촉부재층을 증착한 후 상기 접촉부재관통홀에 매몰된 접촉부재를 패터닝하는 단계;

상기 접촉부재가 형성된 상기 제 2희생층의 상측에 작동빔층을 형성한 후 적어도 두개의 작동빔 및 상기 작동빔들을 연결하는 연결유닛을 패터닝하는 단계; 및

상기 제 1,2희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 앵커 및 지지유닛을 형성하는 단계에서, 상기 앵커 및 지지유닛은 상기 기판을 에칭하여 상기 기판상에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 지지유닛은 상기 앵커와 동일한 높이로 형성되며, 소정의 간격을 두고 4각 기둥형태의 지지돌기로 형성되고;

상기 연결유닛은 상기 지지돌기와 교차되도록 소정의 간격을 두고 복수개의 연결바로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 13항에 있어서, 상기 제 1희생층 평탄화 단계에서, 상기 제 1희생층은 상기 앵커 및 지지돌기의 상면과 소정의 간격을 유지하는 두께로 평탄화 되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 제 1희생층의 평탄화는 에치 백(ETCH BACK)에 의하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 작동빔을 형성하는 단계는 작동빔 패턴에 대응되는 절연막이 형성되는 단계; 및

상기 절연막의 상측에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 16항에 있어서, 상기 절연막 형성단계에서, 상기 연결유닛이 상기 절연막과 일체로 패터닝되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 고정전극 및 신호라인을 패터닝하는 단계에서, 상기 신호라인은 상기 기판의 중심으로부터 방사형으로 형성되되 소정의 간격을 두고 갭을 형성하는 스위칭접점부가 형성되고, 상기 고정전극은 상기 신호라인의 사이에 개재되도록 형성되는 것을 특징으로하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 18항에 있어서, 상기 작동빔은 상기 신호라인의 상방향에 위치하도록 기판의 중심으로부터 소정의 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 작동빔 및 연결유닛을 패터닝하는 단계에서, 상기 연결유닛이 형성된 반대쪽의 작동빔 단부에는 상기 앵커의 상면에 지지되는 지지바를 패터닝하는 단계;가 더 포함된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.