JPH07123157B2 - Micro mechanical switch - Google Patents
Micro mechanical switchInfo
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- JPH07123157B2 JPH07123157B2 JP3333784A JP33378491A JPH07123157B2 JP H07123157 B2 JPH07123157 B2 JP H07123157B2 JP 3333784 A JP3333784 A JP 3333784A JP 33378491 A JP33378491 A JP 33378491A JP H07123157 B2 JPH07123157 B2 JP H07123157B2
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ・メカニカル
・スイッチ、特に半導体集積回路で切替回路等に使用さ
れるマイクロ・メカニカル・スイッチに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro mechanical switch, and more particularly to a micro mechanical switch used for a switching circuit or the like in a semiconductor integrated circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体回路の集積度は飛躍的に向
上しているが、集積度が上がるにつれて半導体回路中に
欠陥ができる確率が増加し、この結果半導体回路の歩留
りが悪化するという問題点を生じる。このような問題点
を解決するために、前記半導体回路中にあらかじめ冗長
回路を形成しておき、欠陥のある回路が生じた場合、こ
の欠陥回路を冗長回路に切替え、欠陥回路を切離して前
記半導体回路全体を作動させる方法が使用されている。2. Description of the Related Art In recent years, the degree of integration of semiconductor circuits has dramatically improved, but as the degree of integration increases, the probability of defects in the semiconductor circuits increases, and as a result, the yield of semiconductor circuits deteriorates. Give rise to points. In order to solve such a problem, a redundant circuit is formed in advance in the semiconductor circuit, and when a defective circuit occurs, the defective circuit is switched to the redundant circuit and the defective circuit is cut off to disconnect the semiconductor circuit. A method of operating the entire circuit has been used.
【０００３】前述のような回路の切替えを行うために、
半導体回路に配線されたヒューズをレーザ装置を使用し
て、レーザによりこのヒューズを焼き切ってこの切替え
を行う方法が、現在使用されている。例えば、ＤＲＡＭ
回路では、現在このようなヒューズが数千個も使用され
ている。In order to switch the circuit as described above,
A method is currently used in which a fuse wired in a semiconductor circuit is used in a laser device, and the fuse is burnt out by a laser to perform this switching. For example, DRAM
Thousands of such fuses are currently used in circuits.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述のようなレーザ装
置のレーザスポットを用いてヒューズを焼き切る方法に
は下記のような問題点がある。The method of burning the fuse by using the laser spot of the laser device as described above has the following problems.
【０００５】（１）回路の切替えに前述のレーザ装置を
使用すると、高出力のレーザを細く絞り、高精度でヒュ
ーズの焼き切る場所に当てなければならないので、大が
かりな装置が必要となる。(1) If the above-mentioned laser device is used for switching the circuit, a high-power laser must be narrowed down and applied to a place where the fuse is burned out with high accuracy, so a large-scale device is required.
【０００６】（２）レーザでヒューズを焼き切った後、
配線状態がフロート状態となるので論理回路への応用が
非常に限られる。(2) After the fuse is burnt out with a laser,
Since the wiring state is floated, its application to logic circuits is very limited.
【０００７】（３）ヒューズをレーザで切断する場合、
ヒューズが完全に切断されたかどうかを回路側で検知す
る必要がある。この場合、現在使用されている検知方法
では、ヒューズに電流を常に流していなければならな
い。このことが低消費電力化の障害となっている。(3) When cutting the fuse with a laser,
It is necessary for the circuit side to detect whether or not the fuse is completely blown. In this case, the sensing method currently used requires that the fuse always be energized. This is an obstacle to reducing power consumption.
【０００８】（４）また、ヒューズをレーザで切断する
場合、レーザの熱を使ってヒューズを切断するので、こ
の切断が不完全なことがある。切断に失敗するとそのチ
ップは不良品となり使用できなくなる。現在のところの
切断の成功率は９９％程度である。(4) Further, when the fuse is cut by the laser, the heat of the laser is used to cut the fuse, so that the cutting may be incomplete. If the cutting fails, the chip becomes defective and cannot be used. At present, the success rate of cutting is about 99%.
【０００９】本発明は、半導体回路等の回路切替えに使
用するマイクロ・メカニカル・スイッチをマイクロマシ
ニング技術を用いて製造することを目的としている。An object of the present invention is to manufacture a micro mechanical switch used for circuit switching of a semiconductor circuit or the like by using a micro machining technique.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ・
メカニカル・スイッチは、基板上に形成された電気回路
の領域及びスイッチ群の領域からなる半導体チップにお
いて、前記スイッチ群の領域の各スイッチ領域の基板上
の端部に積層され、所定の空間によって隔離された絶縁
体層と、この絶縁体層上に形成され、前記各スイッチ領
域の前記基板上の一端の絶縁体層に向かう方向に急激に
細くなる任意の形状を有する接片とからなり、切替状態
では、前記接片の細くなった部分に破断を発生させ、前
記接片の破断部分は前記各スイッチ領域の前記基板に接
触されたままの状態に保持されるようにしたものであ
る。[Means for Solving the Problems]
A mechanical switch is a semiconductor chip formed of an electric circuit region and a switch group region formed on a substrate, and is stacked at an end portion on the substrate of each switch region of the switch group region and isolated by a predetermined space. And a contact piece having an arbitrary shape which is formed on the insulator layer and sharply narrows in a direction toward the insulator layer at one end of the switch region on the substrate. In the state, the thin portion of the contact piece is broken, and the broken portion of the contact piece is kept in contact with the substrate in each of the switch regions.
【００１１】[0011]
【実施例】まず、本発明の実施例を説明する前に、本発
明のマイクロ・メカニカル・スイッチを製造する場合に
使用されるマイクロマシニング技術について述べる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, before describing the embodiments of the present invention, a micromachining technique used when manufacturing the micro mechanical switch of the present invention will be described.
【００１２】このマイクロマシニング技術は、最近、注
目されている技術で、半導体加工技術を使ってシリコン
ウエハ上に微小な機械部品を形成する技術である。この
技術は下記のような特徴がある。すなわち、（１）半導
体加工技術を使用しているため、原理的には半導体回路
と微小機械部品を同時に加工することが可能である。従
って電気回路と機械部品を同時に同一チップ上に形成す
ることができる。（２）半導体加工技術を使用している
ため微小な機械部品を高精度に形成することができる。
現在、この技術を使用すれば、サブミクロンでの加工が
可能である。This micromachining technique is a technique that has recently been drawing attention, and is a technique for forming a minute mechanical component on a silicon wafer by using a semiconductor processing technique. This technology has the following features. That is, since (1) the semiconductor processing technology is used, it is possible in principle to simultaneously process a semiconductor circuit and a micro mechanical component. Therefore, the electric circuit and the mechanical component can be simultaneously formed on the same chip. (2) Since semiconductor processing technology is used, minute mechanical parts can be formed with high precision.
Currently, using this technology, sub-micron processing is possible.
【００１３】このようなマイクロマシニング技術を使っ
て、既に歯車、リンク機構、スライダーのような機構部
品や、回転型モータ、リニアモータのようなアクチュエ
ータが形成されている。また、この技術を使用して形成
されたセンサは既に商品化されている。Mechanical components such as gears, link mechanisms and sliders, and actuators such as rotary motors and linear motors have already been formed using such micromachining technology. Also, sensors formed using this technology have already been commercialized.
【００１４】通常、ＤＲＡＭ等の半導体チップは、基板
上に形成された電気回路の領域及びスイッチ群の領域か
らなる。図１は、このスイッチ群の領域の各スイッチ領
域に形成された本発明のマイクロ・メカニカル・スイッ
チの構造を拡大して示した図である。図１（ａ）は、こ
のスイッチの側面を、図１（ｂ）は、このスイッチの上
面をそれぞれ示す。図において、基板１は平面な板で、
ここではこの基板として例えばシリコンウエハが使用さ
れている。基板１上の端部に形成され、所定の空間４で
離隔された絶縁体層２は、ある種の液体で溶解可能で、
ここではこの絶縁体層として例えば酸化シリコンが使用
されている。この絶縁体層２上には図１（ｂ）に示すよ
うな形状の接片３が形成される。この接片３は、導電性
で、かつある種の液体で侵食されない材料で構成され、
ここではこの材料として例えばドープされたポリシリコ
ンが使用されている。Generally, a semiconductor chip such as a DRAM is composed of an electric circuit area and a switch group area formed on a substrate. FIG. 1 is an enlarged view showing the structure of the micro mechanical switch of the present invention formed in each switch area of this switch group. FIG. 1A shows a side surface of the switch, and FIG. 1B shows a top surface of the switch. In the figure, the substrate 1 is a flat plate,
Here, for example, a silicon wafer is used as this substrate. The insulator layer 2 formed at the end portion on the substrate 1 and separated by the predetermined space 4 is soluble in a certain liquid,
Here, for example, silicon oxide is used as the insulator layer. A contact piece 3 having a shape as shown in FIG. 1B is formed on the insulating layer 2. The contact piece 3 is made of a material that is electrically conductive and is not corroded by a certain liquid.
Here, for example, doped polysilicon is used as this material.
【００１５】次に、上述のような構造のスイッチの製造
方法について述べる。この製造方法には、いくつかの方
法があるが、ここでは、そのうちの２つの例が示されて
いる。Next, a method of manufacturing the switch having the above structure will be described. There are several manufacturing methods, but two of them are shown here.
【００１６】１．１ マスク法 この１マスクプロセスは図２に示されている。この工程
は下記のように行われる。なお、ここでは基板１として
シリコンウエハ、絶縁体層として酸化シリコン、接片と
してドープされたポリシリコンをそれぞれ使用した例の
工程が示されている。 （１）シリコンウエハ１上に酸化シリコン層２、ドープ
されたポリシリコン層の順序で積層する（図２
（ａ））。 （２）リソグラフィーを行って、ドープされたポリシリ
コン層のエッチングを行うことにより、図示のような形
状を有する接片３を形成する（図２（ｂ））。 （３）フッ酸（ＨＦ）を使用して酸化シリコン層２のエ
ッチングを行うことにより、所定の空間４が形成される
ので、接片３は宙に浮いた構造をとる(図２（ｃ）)。1.1 Mask Method This one mask process is shown in FIG. This step is performed as follows. Here, the steps of an example using a silicon wafer as the substrate 1, silicon oxide as the insulator layer, and doped polysilicon as the contact piece are shown. (1) A silicon oxide layer 2 and a doped polysilicon layer are laminated in this order on a silicon wafer 1 (FIG. 2).
(A)). (2) Lithography is performed to etch the doped polysilicon layer, thereby forming the contact piece 3 having the shape shown in the figure (FIG. 2B). (3) Since the predetermined space 4 is formed by etching the silicon oxide layer 2 using hydrofluoric acid (HF), the contact piece 3 has a floating structure (FIG. 2 (c)). ).
【００１７】なお、図２において、図２（ｂ）が上面図
である以外は、全て側面図である。2 is a side view except that FIG. 2B is a top view.
【００１８】２．２ マスク法 この２マスクプロセスは、接片３を形成する材料が１マ
スクプロセスの場合と同様であり、その他の材料は、１
マスクプロセスと違って、シリコンウエハ、窒化シリコ
ン、酸化シリコンが必須である。この工程は、下記のよ
うに行われる。 （１）シリコンウエハ１上に窒化シリコン層を堆積する
（図３（ａ））。 （２）リソグラフィーを行い、図示のように窒化シリコ
ン層５、シリコンウエハ１をエッチングする（図３
（ｂ））。なお、図において、上側は側面図、下側は上
面図である。 （３）熱酸化を行い、シリコンウエハ１のうちの表面に
露出している部分だけを酸化して、酸化シリコン層２を
形成する（図３（ｃ））。なお、酸化シリコン層２が形
成されると、体積が膨張し、表面が平坦になる。 （４）この表面にスイッチの接片３を形成する導電性
層、例えばドープされたポリシリコン層を堆積させる
（図３（ｄ））。 （５）リソグラフィーを行い、ポリシリコン層のエッチ
ングを行うことにより、図示のような形状を有するスイ
ッチの接片３を形成する（図３（ｅ））。なお、この図
３（ｅ）は、上面図を示している。 （６）フッ酸（ＨＦ）を使用して、酸化シリコン層２を
除去する（図３（ｆ））。2.2 Mask Method This two mask process is the same as the case where the material forming the contact piece 3 is one mask process, and the other materials are one mask process.
Unlike the mask process, silicon wafer, silicon nitride and silicon oxide are essential. This step is performed as follows. (1) A silicon nitride layer is deposited on the silicon wafer 1 (FIG. 3A). (2) Lithography is performed to etch the silicon nitride layer 5 and the silicon wafer 1 as shown in FIG.
(B)). In the figure, the upper side is a side view and the lower side is a top view. (3) Thermal oxidation is performed to oxidize only the exposed portion of the silicon wafer 1 to form the silicon oxide layer 2 (FIG. 3C). When the silicon oxide layer 2 is formed, the volume expands and the surface becomes flat. (4) On this surface is deposited a conductive layer forming the switch contact piece 3, for example a doped polysilicon layer (FIG. 3 (d)). (5) Lithography is performed to etch the polysilicon layer to form the contact piece 3 of the switch having the shape shown in the figure (FIG. 3E). Note that FIG. 3E shows a top view. (6) The silicon oxide layer 2 is removed using hydrofluoric acid (HF) (FIG. 3 (f)).
【００１９】なお、図３において、図３（ｂ）の下側及
び図３（ｅ）以外の図面は、全て側面図である。In FIG. 3, all the drawings except the lower side of FIG. 3 (b) and FIG. 3 (e) are side views.
【００２０】以上のように１マスク法及び２マスク法の
いずれを使用してスイッチを製造しても図１（ａ）に示
されるような構造のスイッチが形成される。As described above, whichever of the one-mask method and the two-mask method is used to manufacture the switch, the switch having the structure shown in FIG. 1A is formed.
【００２１】次に、図４を用いて本発明のスイッチの切
替動作を説明する。上述の方法でスイッチの製造が終了
された段階では、図（ａ）に示すような状態にある。Next, the switching operation of the switch of the present invention will be described with reference to FIG. When the manufacturing of the switch is completed by the above-mentioned method, the state is as shown in FIG.
【００２２】いま、この状態にあるスイッチの切替を動
作させるとする。この場合、図４（ｂ）に示すように、
接片３と接地されている基板１間に高電圧Ｖが印加され
る。高電圧Ｖが印加されると、非常に大きな静電気力
（又はクーロン力）Ｆが発生され、スイッチの接片３が
切断され、基板１に接触する（図４（ｃ））。なお、こ
の状態では、高電圧Ｖは印加されたままである。この場
合、接片３と基板１の接触する接触点では、接触してい
る接片３の面と基板１の面は共に鏡面であり、この接触
点を通して過大な電流が流れるために、２つの面は焼き
付いて、たとえ印加電圧Ｖを切っても離れなくなる。こ
のようにして切替動作を終了する。なお、スイッチの切
替動作をさせない場合は、何もしないで図４（ａ）に示
すような状態にしておく。Now, assume that the switching of the switch in this state is operated. In this case, as shown in FIG.
A high voltage V is applied between the contact piece 3 and the substrate 1 which is grounded. When a high voltage V is applied, a very large electrostatic force (or Coulomb force) F is generated, the contact piece 3 of the switch is cut, and the contact piece 3 contacts the substrate 1 (FIG. 4C). In this state, the high voltage V is still applied. In this case, at the contact point where the contact piece 3 and the substrate 1 contact each other, the surface of the contact piece 3 and the surface of the substrate 1 that are in contact are both mirror surfaces, and an excessive current flows through this contact point, so two The surface is seized and does not separate even if the applied voltage V is cut off. In this way, the switching operation is completed. When the switching operation of the switch is not performed, nothing is done and the state shown in FIG.
【００２３】次に、スイッチの切替動作が行われている
か否かを回路側で検知する必要がある。この検知動作に
ついて図５によって説明する。 （１）切替動作が行われていない場合、 図５（ａ）に示すようにスイッチの左側の接片３に電圧
ｖ（前述の高電圧Ｖよりも十分に低い電圧）を印加する
と、出力側には電圧ｖが現れ、スイッチの切替動作が行
われていないことが検知される。なお、この場合、印加
される電圧ｖは十分に低いので、このスイッチが切断動
作をおこすことはない。 （２）切替動作が行われている場合 図５（ｂ）に示すようにスイッチの左側の接片３に電圧
ｖを印加しても、接片３は基板１に接触しているので、
出力側には電圧０が現れ、スイッチの切替動作が行われ
ていることが検知される。以上のようにして、切替動作
が検知される。Next, it is necessary for the circuit side to detect whether or not the switching operation of the switch is being performed. This detection operation will be described with reference to FIG. (1) When the switching operation is not performed, if the voltage v (voltage sufficiently lower than the above-mentioned high voltage V) is applied to the contact piece 3 on the left side of the switch as shown in FIG. A voltage v appears on the output, and it is detected that the switching operation of the switch is not performed. In this case, since the applied voltage v is sufficiently low, this switch does not cause the disconnection operation. (2) When the switching operation is performed Even if the voltage v is applied to the contact piece 3 on the left side of the switch as shown in FIG. 5B, the contact piece 3 is in contact with the substrate 1,
A voltage of 0 appears on the output side, and it is detected that the switching operation of the switch is being performed. The switching operation is detected as described above.
【００２４】なお、このスイッチの切替動作は一度しか
行うことができない。また、上記実施例では、機械的に
破断を生じさせて、スイッチの接片３を切断している
が、過大な電流を流して、熱的に破断を生じさせて、ス
イッチの接片３を切断しても上記実施例と同様な効果を
奏する。The switching operation of this switch can be performed only once. Further, in the above embodiment, the switch contact piece 3 is mechanically broken to cut the switch contact piece 3. However, an excessive current is caused to flow to thermally break the switch contact piece 3 and the switch contact piece 3 is cut. Even if it is cut, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
【００２５】また、上記実施例ではスイッチの接片３の
形状として図１（ｂ）に示すような形状を使用している
が、切替動作を行おうとした場合、印加される機械的な
力又は熱的な力によって破断を生じるような形状であれ
ば、どのような形状であってもよい。Further, in the above embodiment, the shape of the contact piece 3 of the switch is as shown in FIG. 1B, but when the switching operation is attempted, the mechanical force applied or Any shape may be used as long as it is fractured by thermal force.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように本発明のスイッチ
は、小型にかつ大量に生産されるので安価に製造できる
効果がある。また、このスイッチをＣＰＵの周辺汎用チ
ップに組み込むことにより、大量生産されたコストの安
いチップをユーザの多様な仕様に対応させることがで
き、かつプロセスコストの大幅削減ができる効果があ
る。As described above, the switch of the present invention is small in size and mass-produced, so that the switch can be manufactured at low cost. Further, by incorporating this switch into a peripheral general-purpose chip of the CPU, a mass-produced low-cost chip can be adapted to various specifications of the user, and the process cost can be significantly reduced.
【図１】本発明のスイッチの構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of a switch of the present invention.
【図２】本発明のスイッチの製造工程の一例を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the switch of the present invention.
【図３】本発明のスイッチの製造工程の他の例を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing another example of the manufacturing process of the switch of the present invention.
【図４】本発明のスイッチの切替動作を説明するための
図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a switching operation of the switch of the present invention.
【図５】本発明のスイッチの切替の検知動作を説明する
ための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a switch switching detection operation of the present invention.
１ 基板 ２ 絶縁体層 ３ 接片 ４ 空間 1 substrate 2 insulator layer 3 contact piece 4 space
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新島 秀人 東京都千代田区三番町５−19 日本アイ・ ビー・エム株式会社 東京基礎研究所内 (56)参考文献 特開 平１−295440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−55955（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−231350（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hideto Niijima 5-19 Sanbancho, Chiyoda-ku, Tokyo IBM Japan, Ltd. Tokyo Research Laboratory (56) Reference JP-A-1-295440 (JP , A) JP-A-63-55955 (JP, A) JP-A-60-231350 (JP, A)
Claims (10)
たマイクロ・メカニカル・スイッチであって、 上記基板上で所定の距離離隔して形成された二つの絶縁
構造体と、 上記二つの絶縁構造体上および上記二つの絶縁構造体間
を跨ぎ連続して形成され、上記二つの絶縁構造体間を跨
ぐ部分は上記基板との間に所定の空間を隔て、局部的に
断面積の小さい切り欠き部分を有している通電切片と、 上記通電体の一点に電圧を付与して上記通電体に機械的
な力を作用せしめる電圧手段と、 を具備するマイクロ・メカニカル・スイッチ。1. A micro mechanical switch formed on a substrate grounded at one point, comprising two insulating structures formed on the substrate at a predetermined distance from each other, and the two insulating structures. A notch having a small cross-sectional area is locally formed on the body and continuously between the two insulating structures, and the portion straddling between the two insulating structures separates a predetermined space from the substrate. A micro mechanical switch comprising: a current-carrying segment having a portion; and voltage means for applying a voltage to one point of the current-carrying body to exert a mechanical force on the current-carrying body.
て、機械的に破断すること特徴とする請求項１記載のマ
イクロ・メカニカル・スイッチ。2. The micro mechanical switch according to claim 1, wherein the current-carrying piece is mechanically broken at the cutout portion.
われるようにしたことを特徴とする請求項２記載のマイ
クロ・メカニカル・スイッチ。3. The micro mechanical switch according to claim 2, wherein the mechanical breaking is performed by Coulomb force.
を印加することによって上記通電切片と上記基板との間
に発生することを特徴とする請求項３記載のマイクロ・
メカニカル・スイッチ。4. The micro-machine according to claim 3, wherein the mechanical force is generated between the energizing section and the substrate by applying a voltage to the voltage applying means.
Mechanical switch.
着されることを特徴とする請求項２のマイクロ・メカニ
カル・スイッチ。5. The micro mechanical switch according to claim 2, wherein the current-carrying piece is fixed to the substrate after the breaking.
れる短絡電流による上記通電切片の一部の溶融によって
生じることを特徴とする請求項５のマイクロ・メカニカ
ル・スイッチ。6. The micro mechanical switch according to claim 5, wherein the fixing is caused by melting of a part of the current-carrying piece due to a short-circuit current flowing from the current-carrying piece to the substrate.
基板と所定の空間を隔てて形成された通電可能な両端固
定ばりに機械的な力を作用させて上記両端固定ばりに設
けられた切り欠き部で破断を生ぜしめ、上記両端固定ば
りの破断端部を基板に接触させる、回路の切り離し方
法。7. A double-sided fixed beam, which is connected to a circuit on a substrate of a semiconductor device and is spaced apart from the substrate by a predetermined space, is provided on the double-sided fixed beam by applying a mechanical force. A method for disconnecting a circuit in which a cutout portion causes breakage, and the breakage end portions of the above-described fixed-end burrs are brought into contact with a substrate.
ばりとの間に作用するクーロン力である請求項７の回路
の切り離し方法。8. The method for disconnecting a circuit according to claim 7, wherein the mechanical force is a Coulomb force acting between the substrate and the fixed beams at both ends.
された高電圧によって、接地された上記基板との間に生
じることを特徴とする請求項７の回路の切り離し方法。9. The method for disconnecting a circuit according to claim 7, wherein the mechanical force is generated between the substrate and the grounded substrate by a high voltage applied to the fixed beam at both ends.
短絡電流により上記両端固定ばりが上記基板上で溶融す
ることにより上記接触が生じることを特徴とする請求項
７の回路の切り離し方法。10. The method for disconnecting a circuit according to claim 7, wherein the contact is caused by melting the fixed-end burr on the substrate by a short-circuit current flowing from the fixed-end burr to the substrate.
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1991
- 1991-12-18 JP JP3333784A patent/JPH07123157B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05259404A (en) | 1993-10-08 |
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