Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6747786B2 - MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6747786B2 - MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch - Google Patents

MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch Download PDF

Info

Publication number
JP6747786B2
JP6747786B2 JP2015160500A JP2015160500A JP6747786B2 JP 6747786 B2 JP6747786 B2 JP 6747786B2 JP 2015160500 A JP2015160500 A JP 2015160500A JP 2015160500 A JP2015160500 A JP 2015160500A JP 6747786 B2 JP6747786 B2 JP 6747786B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
transmission line
layer
mems
silicon substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015160500A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017041304A (en
Inventor
田中 秀治
秀治 田中
雅昭 森山
雅昭 森山
敬彦 佐々木
敬彦 佐々木
一哉 小森
一哉 小森
利幸 平木
利幸 平木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Hokuriku Electric Industry Co Ltd filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2015160500A priority Critical patent/JP6747786B2/en
Publication of JP2017041304A publication Critical patent/JP2017041304A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6747786B2 publication Critical patent/JP6747786B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Micromachines (AREA)

Description

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。 The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical System) device, a MEMS switch, and a method for manufacturing a MEMS switch.

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。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-342803 discloses a MEMS device in which a seal glass serving as a protective cover is bonded onto a module substrate via a frame-shaped seal metal layer (sealing portion) surrounding a MEMS element portion. In this MEMS device, an interlayer insulating layer having a two-layer structure of SiO 2 and SiO formed by a CVD method is formed so as to cross a signal transmission wiring (metal transmission line), and a seal is formed on the interlayer insulating layer. A metal layer (sealing portion) is formed.

特開2005−342803号公報JP, 2005-342803, A

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。 However, it has been found that the interlayer insulating layer formed by the CVD method or the like as in the past has poor adhesion to the metal transmission line. If the adhesion of this portion is poor, there is a problem in that, when wet etching or the like is performed at the time of manufacturing, a part of the interlayer insulating layer is destroyed and a leakage path of the etching solution is formed.

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。 An object of the present invention is to provide a MEMS device and a MEMS switch that have high adhesion to a transmission line and an insulating layer.

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。 A method of the present invention is to provide a method of manufacturing a MEMS switch having high adhesion to a transmission line and an insulating layer.

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。 The present invention relates to a device substrate in which a device driven, controlled, or read by an electric signal is arranged on the surface of a first substrate, and a transmission line substrate in which a metal transmission line is arranged on the surface of a second substrate. , An insulating layer formed by a thin film forming technique and etching on the surface of the second substrate so as to cross the transmission line, and hermetically sealing the device by being arranged between the insulating layer and the surface of the first substrate As described above, the target is a MEMS device including a sealing portion that joins the first substrate and the second substrate. In particular, in the present invention, a thin film adhesion layer made of a material having an insulation property and having a higher (high frequency) insulation property than the insulation layer is formed on the transmission line so as to adhere to both the transmission line and the insulation layer. ing.

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。 According to the present invention, by providing the thin film adhesion layer made of a material that adheres to both the transmission line and the insulating layer, the adhesion between the high frequency transmission line and the insulating layer can be made higher than before. The leakage path of the etching liquid is not formed between the transmission line and the insulating layer. Therefore, it is possible to provide a MEMS device with higher reliability than ever before. In particular, since the thin film adhesion layer is formed of a material having a higher (high frequency) insulating property than the insulating layer, an advantage of suppressing transmission loss can be obtained.

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。 The thin film adhesion layer can be formed from an aluminum oxide film. The thickness may be 200 nm or less. When the thickness of the thin film adhesion layer is 200 nm or less, sufficient adhesion can be ensured and the film formation does not take longer than necessary. In particular, aluminum oxide can be formed inexpensively and easily by a thin film forming technique, so that a highly reliable MEMS device can be provided without increasing the price of the MEMS device.

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。 The first substrate and the second substrate can each be formed from a silicon substrate. The transmission line is preferably made of Au or Cu having a thickness of 1 μm or more. The insulating layer can be formed of SiO 2 having a thickness of 3 μm or more. Of course, the insulating layer may have a two-layer structure of SiO 2 and SiO.

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。 The sealing portion is preferably formed of a metal layer that flattens the step due to the transmission line. The thickness of the sealing portion is preferably 1 μm or more larger than the thickness of the transmission line. In this way, the step due to the transmission line is absorbed and the sealing portion can be reliably formed.

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。 The device is arbitrary, but when the device is a MEMS switch element, the MEMS switch can be specifically configured as follows. That is, the MEMS switch includes a device substrate in which a MEMS switch element driven and controlled by an electric signal is arranged on the surface of the first silicon substrate, and a transmission made of Au having a thickness of 1 μm or more on the surface of the second silicon substrate. A transmission line substrate on which the line is arranged, an insulating layer made of SiO 2 and having a thickness of 3 μm or more formed on the surface of the second silicon substrate so as to cross the transmission line, and the insulating layer and the first silicon substrate. A sealing portion that is disposed between the first silicon substrate and the second silicon substrate by metal bonding so as to hermetically seal the MEMS switch element, is provided between the surface and the high frequency transmission line made of Au. A thin film adhesion layer of aluminum oxide having a thickness of 200 nm or less is formed.

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。 Further, as a manufacturing method of the MEMS switch, it is preferable to adopt the following method. That is, a device substrate manufacturing step of forming a MEMS switch element which is driven and controlled by an electric signal on the surface of the first silicon substrate by a MEMS forming technique, and a transmission of Au having a thickness of 1 μm or more on the surface of the second silicon substrate. A transmission line substrate manufacturing step of forming the line by a thin film forming technique; an adhesion layer forming step of forming a thin film adhesion layer made of aluminum oxide and having a thickness of 200 nm or less on the transmission line made of Au by the thin film forming technique; And an insulating layer forming step of forming an insulating layer of SiO 2 having a thickness of 3 μm or more formed on the surface of the second silicon substrate so as to cross the thin film adhesion layer by a thin film forming technique such as a CVD method; A sealing portion is provided between the first silicon substrate and the surface of the first silicon substrate to join the first silicon substrate and the second silicon substrate by metal bonding so as to hermetically seal the MEMS switch element. A first metal layer is formed on the substrate by sputtering, a second metal layer is formed on the second silicon substrate by electrolytic plating, and then the first metal layer and the second metal layer are metal-bonded to each other. It is preferable to manufacture the MEMS switch from the step of forming the sealing portion. According to this method, the MEMS switch can be manufactured at low cost.

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。 According to the MEMS device and the MEMS switch of the present invention, the adhesion between the transmission line and the insulating layer is high, and a part of the interlayer insulating layer is not destroyed to form a leakage path of the etching solution. Can be realized without a significant increase in cost. Further, according to the manufacturing method of the MEMS switch of the present invention, such a MEMS switch can be manufactured at low cost.

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。FIG. 3 is an end view showing a main part of one embodiment of the MEMS switch of the present invention, taken along the line II′ of FIG. 2. 図1の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the embodiment of FIG. 図1の実施の形態の第2の基板を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd board|substrate of embodiment of FIG. 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。FIG. 3 is a step diagram for manufacturing the device substrate according to the embodiment of FIG. 1 and an end view showing the device substrate. (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。(A) And (B) is a high frequency line manufacturing step drawing of embodiment of FIG. 1, respectively, and is an AA' end view and a BB' end view of FIG. (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。(A) And (B) is an adhesion layer formation step drawing similar to FIG. 5, respectively. (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。5A and 5B are insulating layer formation step diagrams similar to FIG. (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。(A) And (B) is a sealing part formation step drawing (the 1) similar to FIG. 5, respectively. (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。(A) And (B) is a sealing part formation step drawing (the 2) similar to FIG. 5, respectively.

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。 Hereinafter, embodiments of a MEMS device, a MEMS switch, and a manufacturing method of the MEMS switch according to the present invention will be described.

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。 1 and 2 show a cross-sectional view and an assembly schematic diagram of one embodiment of a MEMS switch according to the present invention. FIG. 3 is a plan view showing the second substrate 20 and each layer formed on the surface of the second substrate 20 in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 in the same embodiment. FIG. 3 is an end view showing the first substrate 10 and each layer formed on the surface of the first substrate 10.

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。 In each figure, on the surface (upper surface in FIG. 4, lower surface in FIG. 1) of a first silicon substrate made of Si, that is, first substrate 10, a first metal layer 12 made of Au and a cantilever 14 made of a piezoelectric thin film are formed. And are stacked. The cantilever 14 is fixed to the surface of the first substrate 10 near the left end (fixed end) in FIGS. 1 and 2, and the right end is above the recess 11 formed on the surface of the first substrate 10. It is a free end that extends. A drive control electrode connecting portion 16 made of Au is formed on the surface near the left end of the cantilever 14, and a switch contact 18 made of Au is formed on the surface near the right end by sputtering.

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。 A frame-shaped first metal layer 12 made of Au is formed by sputtering together with the drive control electrode connecting portion 16 and the switch contact portion 18. As shown in FIG. 2, the first metal layer 12 forms a continuous rectangular enclosure (or frame) when viewed in the plane of the first substrate 10. The shape of is the same as the shape of the second metal layer 25 made of Au formed by electrolytic plating on the side of the second substrate 20 described later. Therefore, by metal-bonding the first metal layer 12 and the second metal layer 25, it is possible to form a sealed space that protects the movable portion of the device.

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。 Such a device substrate can be formed by a conventional MEMS forming technique. For example, the step of forming the concave portion 11 in the first substrate 10, the step of flattening the concave portion 11 with resin and patterning into the shape of the cantilever 14, the first metal layer 12, the drive control electrode connecting portion 16, It can be formed through a step of forming the switch contact portion 18 and a step of removing the resin in the concave portion 11 in order to make the free end of the cantilever 14 movable.

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。 The thickness of the first metal layer 12 made of Au formed by sputtering is, for example, about 2 μm, the thickness of the drive control electrode connecting portion 16 and the switch contact portion 18 is, for example, about 0.8 μm, and the thickness of the cantilever 14 is, for example, It is about 1.2 μm.

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。 Note that the thickness of each layer in each drawing is different from the actual thickness and is exaggerated for convenience of description. Therefore, in some cases, it is thicker than the ratio of the form actually manufactured.

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。 The device substrate of this embodiment is a cantilever (cantilever) type RF-MEMS switch substrate. However, in other embodiments, a double-supported beam type or thin film type switch substrate may be used, and further, a sensor substrate such as an acceleration sensor or a pressure sensor, or a device substrate such as a reading probe for a recording medium may be used.

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。 On the surface of the second silicon substrate 20 made of Si, the surface of which is thermally oxidized, that is, the second substrate 20, a high frequency line 21 made of Au and a drive control electrode 22 are arranged to form a transmission line substrate. An insulating layer 24 is formed on the surface of the second substrate 20 so as to cross the high-frequency line 21 via a thin film adhesion layer 23. A second metal layer 25 that joins the first substrate 10 and the second substrate 20 is provided between the insulating layer 24 and the surface of the first substrate 10 so as to hermetically seal the device. .. The second metal layer 25 is a thin film of Au formed by electrolytic plating. The drive control electrode 22 and the drive control electrode connection portion 16 are connected by a drive control electrode connection bump 26.

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。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9B, there is an insulating property between the high frequency line 21 and the insulating layer 24 and a higher (high frequency) insulating property than the insulating layer 24. A thin film adhesion layer 23 made of a material is formed. Thus, by providing the thin film adhesion layer 23 made of a material that adheres to both the high frequency line 21 and the insulating layer 24, the adhesion between the high frequency line 21 and the insulating layer 24 can be made higher than before. As a result, no leakage path is formed between the high frequency line 21 and the insulating layer 24. Therefore, it is possible to provide a MEMS switch with higher reliability than before. In particular, since the thin film adhesion layer 23 is formed of a material having a higher (high frequency) insulating property than the insulating layer 24, an advantage of suppressing transmission loss can be obtained.

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。 The thin film adhesion layer 23 can be formed of an aluminum oxide film. The thickness may be 200 nm or less. When the thickness of the thin film adhesion layer 23 is 200 nm or less, sufficient adhesion can be ensured and the film formation does not take longer than necessary. In particular, aluminum oxide can be formed inexpensively and easily by the thin film forming technique, so that a highly reliable MEMS switch can be realized without increasing the price of the MEMS device.

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。 In the RF-MEMS switch according to the present embodiment, the cantilever 14 having flexibility is bent downward by passing a current through the drive control electrode 22, so that the switch contact portion 18 arranged near the free end is 3 times. The middle high-frequency line 21 of the book can be connected to perform operations such as switching the circuit configuration.

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。 In this embodiment, each of the first substrate 10 and the second substrate 20 is a silicon substrate, but in other embodiments, it may be a glass substrate. The high-frequency line 21 may be Au having a thickness of 1 μm or more, but may be Cu. The insulating layer 24 can be formed of SiO 2 having a thickness of 3 μm or more. Of course, in other embodiments, the insulating layer may have a two-layer structure of SiO 2 and SiO.

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。 In the present embodiment, the second metal layer 25 is formed of an Au layer that flattens the step due to the high frequency line 21, but Cu or another metal can also be used. The thickness of the second metal layer 25 is larger than the thickness of the high-frequency line 21 by 1 μm or more. In this way, the step due to the high-frequency line 21 is absorbed and the second metal layer 25 can be reliably formed.

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。 Although the MEMS device of this embodiment is an RF-MEMS switch, the MEMS device to which the present invention is applied is optional as described above. When the MEMS device is the MEMS switch element of this embodiment, the MEMS switch manufacturing method of this embodiment described with reference to FIG.

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。 That is, the MEMS switch of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3 includes a device substrate in which a MEMS switch element driven and controlled by an electric signal is arranged on the surface of a first substrate 10 made of silicon, and a silicon substrate. A transmission line substrate in which a high frequency line 21 made of Au having a thickness of 1 μm or more is arranged on the surface of the second substrate 20, and SiO 2 formed on the surface of the second substrate 20 so as to cross the high frequency line 21. An insulating layer 24 having a thickness of 3 μm or more, and a sealing portion which is disposed between the insulating layer 24 and the surface of the first substrate 10 and hermetically seals the MEMS switch element. The first metal layer 12 made of Au is provided on the first substrate 10, the second metal layer 25 made of Au is provided on the second substrate 20, and the aluminum oxide is formed on the high frequency line 21 made of Au. The thin film adhesion layer 23 having a thickness of 200 nm or less is formed.

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。 First, in the device substrate manufacturing step of FIG. 4, a device substrate in which a MEMS switch element driven and controlled by an electric signal is arranged on the surface of the first substrate 10 made of silicon is formed by a conventional MEMS forming technique. The fact that the first metal layer 12 made of Au is formed on the first substrate 10 by sputtering is as described above. In each manufacturing step of the second substrate 20 shown in FIGS. 5 to 9, the first metal layer 12 made of Au and the second metal layer 25 made of Au are finally joined to form a sealing portion. However, by the time when the MEMS switch as shown in FIG. 1 is almost completed, it is performed before, after, or in parallel with the device substrate manufacturing step of FIG.

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。 In the high frequency line manufacturing step of FIGS. 5A and 5B, the high frequency line 21 made of Au having a thickness of 1 μm or more and the drive control electrode 22 are formed on the surface of the second substrate 20 by electrolytic plating.

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。 In the adhesion layer forming step of FIGS. 6A and 6B, a thin film adhesion layer 23 made of aluminum oxide and having a thickness of 200 nm or less is formed on the high frequency line 21 made of Au and the drive control electrode 22 by a thin film forming technique. Form.

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。 In the insulating layer forming step of FIGS. 7A and 7B, a thickness of 3 μm made of SiO 2 is formed on the surface of the second substrate 20 so as to cross the high frequency line 21, the drive control electrode 22 and the thin film adhesion layer 23. The above insulating layer 24 is formed by a thin film forming technique such as a CVD method.

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。 8A and 8B, the Au layer is laminated on the insulating layer 24 formed on the surface of the second substrate 20 by electrolytic plating to form the second metal layer 25. Form. Prior to this, a part of the thin film adhesion layer 23 and the insulating layer 24 laminated on the surface of the drive control electrode 22 is removed and flattened by the Au layer which is the second metal layer to connect the drive control electrode. The bumps 26 are formed simultaneously with the second metal layer 25.

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。 In the sealing portion forming step (2) of FIGS. 9A and 9B, the insulating layer 24 other than the portion covered by the second metal layer 25 is removed, so that the steps shown in FIGS. A square enclosure is formed as shown.

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。 Finally, as shown in FIG. 1, the device substrate shown in FIG. 4 and the high-frequency line substrate shown in FIGS. 9A and 9B are turned upside down, and the second metal layer 25 and the first metal layer 12 are provided. Are overlapped with each other so as to be coincident with each other, and the both are metal-bonded to each other to complete the step of forming the sealing portion and complete the sealing.

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。 According to the method of manufacturing the MEMS switch according to the present embodiment, the high-frequency line 21 and the insulating layer 24 have high adhesiveness, and therefore, the MEMS switch in which the leakage path of the etching liquid is hard to be formed can be manufactured at low cost.

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。 According to the present invention, by providing the thin film adhesion layer made of a material that adheres to both the transmission line and the insulating layer, the adhesion between the high frequency transmission line and the insulating layer can be made higher than before. The leakage path of the etching liquid is not formed between the transmission line and the insulating layer. Therefore, it is possible to provide a more reliable MEMS device and MEMS switch than ever before.

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
10 First Substrate 11 Recess 12 First Metal Layer 14 Cantilever 16 Drive Control Electrode Connection 18 Switch Connection 20 Second Substrate 21 High Frequency Line 22 Drive Control Electrode 23 Thin Film Adhesion Layer 24 Insulating Layer 25 Second Metal layer 26 Drive control electrode connection bump

Claims (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。
A device substrate manufacturing step of forming a MEMS switch element, which is driven and controlled by an electric signal, on the surface of the first silicon substrate by a MEMS forming technique;
A transmission line substrate manufacturing step of forming a metal transmission line on the surface of the second silicon substrate by a thin film forming technique;
An adhesion layer forming step of forming a thin film adhesion layer on the transmission line by sputtering or vacuum deposition,
An insulating layer forming step an insulating layer you insulation on said surface of said second silicon substrate so as to traverse the transmission line and the thin film adhesion layer formed by a thin film forming technique and etching,
The first silicon substrate and the second silicon substrate are bonded by metal bonding so as to be arranged between the insulating layer and the surface of the first silicon substrate to hermetically seal the MEMS switch element. And a sealing portion forming step of forming a sealing portion,
The method for manufacturing a MEMS switch, wherein the thin film adhesion layer is made of a material having higher insulation than the insulation layer.
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。
The transmission line is made of Au having a thickness of 1 μm or more,
The insulating layer is made of SiO 2 having a thickness of 3 μm or more,
The thin film forming technique is a CVD method,
In the step of forming the sealing portion, a first metal layer is formed on the first silicon substrate by sputtering, a second metal layer is formed on the second silicon substrate by electrolytic plating, and then the first metal layer is formed. 2. The method of manufacturing a MEMS switch according to claim 1, wherein the metal layer and the second metal layer are metal-bonded to each other to form the sealing portion.
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。
A device substrate on which a device driven, controlled, or read by an electric signal is arranged on the surface of the first substrate;
A transmission line substrate in which a metal transmission line is arranged on the surface of the second substrate;
An insulating layer formed on the surface of the second substrate so as to cross the transmission line;
A MEMS device comprising a sealing portion that is disposed between the insulating layer and the surface of the first substrate and that joins the first substrate and the second substrate so as to hermetically seal the device. There
On the transmission line, a thin film adhesion layer made of a material having an insulation property and having a higher insulation property than the insulation layer, which is in close contact with both the transmission line and the insulation layer, is formed. MEMS device to do.
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。 The MEMS device according to claim 3, wherein the transmission line is a high-frequency transmission line. 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。 The MEMS device according to claim 3, wherein each of the first substrate and the second substrate is a silicon substrate. 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。 The MEMS device according to claim 3, wherein the transmission line is made of Au or Cu having a thickness of 1 μm or more. 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。 The MEMS device according to claim 3, wherein the insulating layer is made of SiO 2 having a thickness of 3 μm or more. 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。 The MEMS device according to claim 3, wherein the sealing portion is a metal layer that flattens a step due to the transmission line, and has a thickness greater than the thickness of the transmission line by 1 μm or more. 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。 The MEMS device according to claim 4, wherein the thin film adhesion layer is made of an aluminum oxide film. 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。 The MEMS device according to claim 9, wherein the thin film adhesion layer has a thickness of 200 nm or less. 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。 The MEMS device according to claim 3, wherein the device is a MEMS switch element. 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。
A device substrate in which a MEMS switch element driven and controlled by an electric signal is arranged on the surface of the first silicon substrate;
A transmission line substrate in which a transmission line made of Au having a thickness of 1 μm or more is arranged on the surface of the second silicon substrate;
An insulating layer made of SiO 2 and having a thickness of 3 μm or more formed on the surface of the second silicon substrate so as to cross the transmission line;
A seal that is disposed between the insulating layer and the surface of the first silicon substrate to bond the first silicon substrate and the second silicon substrate by metal bonding so as to hermetically seal the MEMS switch element. With a stop,
A MEMS switch, wherein a thin film adhesion layer made of aluminum oxide and having a thickness of 200 nm or less is formed on the transmission line made of Au.
JP2015160500A 2015-08-17 2015-08-17 MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch Expired - Fee Related JP6747786B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015160500A JP6747786B2 (en) 2015-08-17 2015-08-17 MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015160500A JP6747786B2 (en) 2015-08-17 2015-08-17 MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017041304A JP2017041304A (en) 2017-02-23
JP6747786B2 true JP6747786B2 (en) 2020-08-26

Family

ID=58203002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015160500A Expired - Fee Related JP6747786B2 (en) 2015-08-17 2015-08-17 MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6747786B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4804546B2 (en) * 2002-08-08 2011-11-02 富士通コンポーネント株式会社 Micro relay
JP2005166622A (en) * 2003-12-01 2005-06-23 Deiakkusu:Kk Micro machine switch
JP5912048B2 (en) * 2012-02-15 2016-04-27 アルプス電気株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP6247501B2 (en) * 2013-10-30 2017-12-13 国立大学法人東北大学 Method for manufacturing integrated circuit device having piezoelectric MEMS switch

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017041304A (en) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5344336B2 (en) Semiconductor device
JP4588753B2 (en) Electronic device package manufacturing method and electronic device package
CN102749091B (en) The manufacture method of function element, sensor element, electronic equipment and function element
JP5222947B2 (en) MEMS sensor
JP2005201818A (en) Pressure sensor
US20160297675A1 (en) Semiconductor device, and method of manufacturing device
JP2019211229A (en) Temperature sensor and piezoelectric vibration device including the same
JP2015057838A (en) Electronic components
JP2010238921A (en) Mems sensor
JP6247501B2 (en) Method for manufacturing integrated circuit device having piezoelectric MEMS switch
JP6022792B2 (en) Integrated device and manufacturing method of integrated device
JP6747786B2 (en) MEMS device, MEMS switch, and manufacturing method of MEMS switch
JP5684233B2 (en) Silicon wiring embedded glass substrate and manufacturing method thereof
JP2018006577A (en) Manufacturing method for semiconductor device
JP5627669B2 (en) MEMS sensor
US20240317579A1 (en) Mems sensor, and method for manufacturing mems sensor
JP2010509087A (en) Method and apparatus for localized coupling
JP2013171930A (en) Electronic component package and method for manufacturing the same
JP5771921B2 (en) SEALED DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP4443438B2 (en) Electromechanical switch
WO2011118788A1 (en) Method for manufacturing silicon substrate having glass embedded therein
JP2011204950A (en) Metal embedded glass substrate and method of manufacturing the same, and mems device
JP2013036829A (en) Silicone embedded glass substrate and manufacturing method therefor, silicone embedded glass multilayer substrate and manufacturing method therefor, and electrostatic acceleration sensor
JP2010021252A (en) Variable capacitance element, and method of manufacturing the same
JP2012128907A (en) Electronic component

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180705

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190412

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190416

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190604

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190903

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200721

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200806

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6747786

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees