專利名稱：可變電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變電容器及其制造方法，特別是涉及使用了MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)且具有對(duì)置的可動(dòng)電極的可變電容器及其制造方法。
背景技術(shù)：
可變電容器是在包含可變頻率振蕩器、調(diào)諧放大器、移相器、阻抗匹配電路等的電路中重要的部件，近年來，越來越多地將其安裝在便攜設(shè)備中。與現(xiàn)在主要使用的變?nèi)荻O管相比，使用MEMS技術(shù)制作的可變電容器具有損耗小、可提高Q值這樣的優(yōu)點(diǎn)，正在快速地進(jìn)行其開發(fā)。
圖1(a)、(b)是示出現(xiàn)有的可變電容器的結(jié)構(gòu)的剖面圖、平面圖(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。該可變電容器形成了用焊料凸點(diǎn)14鍵合了具有單壓電晶片型的壓電致動(dòng)器12和可動(dòng)電極13的可動(dòng)電極用基板11與設(shè)置了固定電極16的固定電極用基板15以使可動(dòng)電極13與固定電極16對(duì)置的結(jié)構(gòu)。利用壓電致動(dòng)器12的驅(qū)動(dòng)使可動(dòng)電極13移動(dòng)、使可動(dòng)電極13與固定電極16間的距離變動(dòng)來控制電容器的電容。
非專利文獻(xiàn)1Jan Y.Park，et al.，“MICROMACHINED RFMEMS TUNABLE CAPACITORS USING PIEZOELECTRICACTUATORS”，IEEE International Microwave Symposium，2001但是，在上述的現(xiàn)有的可變電容器中，存在以下那樣的問題。由于用焊料凸點(diǎn)14鍵合了可動(dòng)電極13與固定電極16，故兩電極間的距離由焊料凸點(diǎn)14來控制，無法使該距離減小到接近于零的狀態(tài)，無法使壓電致動(dòng)器12處于初始狀態(tài)時(shí)的電容器的靜電電容較大。
在電容器的靜電電容C與構(gòu)成電容器的電極間的距離d之間存在C＝ε0εrS/d(ε0真空中的介電常數(shù)，εr相對(duì)介電常數(shù)，S電極的面積)的關(guān)系，在圖2中示出靜電電容C與電極間的距離d的關(guān)系。在圖2中，用初始狀態(tài)的C和d對(duì)縱軸和橫軸的刻度進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。在壓電致動(dòng)器的變化量為恒定的情況下，與兩電極離開較遠(yuǎn)的狀態(tài)相比，兩電極接近的狀態(tài)的靜電電容的變化率大。因而，無法使初始狀態(tài)時(shí)的靜電電容較大(小)這一點(diǎn)就意味著無法使靜電電容的變化較大(小)。
在該現(xiàn)有例的可變電容器中，如圖1(b)中所示，用扭桿17連接了可動(dòng)電極13與壓電致動(dòng)器12，一體地構(gòu)成并電連接了可動(dòng)電極13與壓電致動(dòng)器12用的驅(qū)動(dòng)電極。由于在到構(gòu)成電容器的可動(dòng)電極13為止的線路中包含寬度窄的扭桿17，故該部分成為等效串聯(lián)電阻(ESREquivalent Series Resistance)而產(chǎn)生電阻損耗，而且，由于兼用了與可變電容器電連接的信號(hào)線路和壓電致動(dòng)器12用的驅(qū)動(dòng)電極，故該信號(hào)線路與作為高介電常數(shù)的電介質(zhì)的壓電元件接觸而產(chǎn)生介電損耗，存在Q值變得非常小的問題。此外，到可動(dòng)電極13為止的線路在不進(jìn)行阻抗匹配的情況下產(chǎn)生已輸入的能量的損耗、即插入損耗。因此，本發(fā)明人推進(jìn)了用于解決該問題的技術(shù)開發(fā)。
再有，本發(fā)明人提出了具有對(duì)置的2個(gè)電極都能用壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)的可變電容器(特開2004-127973號(hào)公報(bào))。在形成使這樣的2個(gè)可動(dòng)電極對(duì)置的結(jié)構(gòu)的可變電容器中，由于未設(shè)置凸點(diǎn)，可容易地減小兩電極間的距離，故可起到下述的效果即使是小型的結(jié)構(gòu)也能得到大的靜電電容，同時(shí)可使靜電電容的變化較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而進(jìn)行的，其目的在于提供下述的可變電容器及其制造方法即使是小型的結(jié)構(gòu)也能增大靜電電容，同時(shí)可增大靜電電容的變化率，也可進(jìn)行靜電電容的微調(diào)整，而且Q值高。
本發(fā)明的另一目的在于提供可防止從外部輸入的信號(hào)的能量損耗(插入損耗)的可變電容器及其制造方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供即使減小壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓也能得到大的靜電電容和靜電電容的大的變化的可變電容器及其制造方法。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器是一種對(duì)置的電極可移動(dòng)的可變電容器，其特征在于具備基板；具有第1電極部和第2電極部的可動(dòng)電極；以及驅(qū)動(dòng)上述可動(dòng)電極的多個(gè)壓電致動(dòng)器，上述可動(dòng)電極對(duì)置地構(gòu)成了電容器，上述可動(dòng)電極與信號(hào)焊盤電連接。
在本發(fā)明中，由于在同一基板上設(shè)置了可動(dòng)電極和驅(qū)動(dòng)可動(dòng)電極的壓電致動(dòng)器，故是小型的結(jié)構(gòu)。此外，由于可移動(dòng)各可動(dòng)電極，故可減小兩可動(dòng)電極間的距離，可實(shí)現(xiàn)大的靜電電容和靜電電容的大的變化，靜電電容的微調(diào)整也是容易的。此外，由于與到構(gòu)成電容器的第2電極部為止的線路(信號(hào)線)相當(dāng)?shù)牡?電極部與用于驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電極進(jìn)行了電隔離，故第1電極部不與壓電致動(dòng)器的壓電體(高介電常數(shù)的電介質(zhì))接觸，可抑制插入損耗，可謀求Q值的提高。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的特征在于上述可動(dòng)電極具有上述第1電極部和第2電極部，在上下配置了上述可動(dòng)電極。
在本發(fā)明中，由于在與至構(gòu)成電容器的第2電極部的線路相當(dāng)?shù)牡?電極部中不包含現(xiàn)有例那樣的寬度窄的扭桿，故可減小等效串聯(lián)電阻，可謀求Q值的提高。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的特征在于上述多個(gè)壓電致動(dòng)器分別包含驅(qū)動(dòng)電極和在該驅(qū)動(dòng)電極間設(shè)置的壓電元件，上述驅(qū)動(dòng)電極與上述可動(dòng)電極是分開形成的。
在本發(fā)明中，由于分開地構(gòu)成了電容器用的可動(dòng)電極和壓電致動(dòng)器用的驅(qū)動(dòng)電極，故不象現(xiàn)有例那樣線路部與壓電元件(高介電常數(shù)的電介質(zhì))接觸，可謀求Q值的提高。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的特征在于在上述可動(dòng)電極的第1電極部的兩側(cè)設(shè)置了上述壓電致動(dòng)器，利用上述第1電極部和上述壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成了CPW型線路。
在本發(fā)明中，由于通過調(diào)整CPW型線路中的第1電極部的寬度和第1電極部與壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電極的間隔可容易地進(jìn)行阻抗匹配，故沒有插入損耗，可謀求Q值的提高。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的特征在于在上述可動(dòng)電極的對(duì)置的上述第2電極部間設(shè)置了電介質(zhì)層。
在本發(fā)明中，由于在構(gòu)成電容器的第2電極部間設(shè)置了電介質(zhì)層，故可謀求靜電電容及其變化量的進(jìn)一步的增大。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的特征在于將上述可動(dòng)電極的至少一個(gè)與接地電極連接。
在本發(fā)明中，通過使一側(cè)可動(dòng)電極與接地電極連接來抑制浮置電容。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的特征在于電隔離了上述可動(dòng)電極的任一個(gè)上述第1電極部與上述第2電極部之間的邊界部附近。
在本發(fā)明中，由于在第1電極部與第2電極部之間的邊界部附近電隔離了一側(cè)可動(dòng)電極，故不會(huì)產(chǎn)生對(duì)一側(cè)第1電極部輸入的信號(hào)通過第2電極部到達(dá)另一側(cè)第1電極部的端部并在該處反射這樣的情況，減少了輸入信號(hào)的能量損耗(插入損耗)。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器是一種具備在對(duì)置方向上可移動(dòng)的可動(dòng)電極和驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極的多個(gè)壓電致動(dòng)器的可變電容器，其特征在于具備對(duì)上述可動(dòng)電極間施加電壓的電壓施加單元，構(gòu)成為在利用上述壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)使上述可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下，利用上述電壓施加單元對(duì)上述可動(dòng)電極間施加電壓。
在本發(fā)明中，在利用壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)使一對(duì)可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下，通過對(duì)一對(duì)可動(dòng)電極間施加電壓，利用在一對(duì)可動(dòng)電極間產(chǎn)生的靜電引力，進(jìn)一步減小兩可動(dòng)電極間的距離。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的制造方法是一種電極隨壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)的可變電容器的制造方法，其特征在于具有下述工序在基板上形成多個(gè)上述壓電致動(dòng)器的工序；在上述基板上形成具有第1電極部和第2電極部的可動(dòng)電極的工序；形成用于在上述可動(dòng)電極間形成間隙的犧牲層的工序；除去上述犧牲層的除去工序；以及從上述基板分離除上述多個(gè)壓電致動(dòng)器的端部和上述可動(dòng)電極的第1電極部的端部外的部分的分離工序。
在本發(fā)明中，在同一基板上容易地形成一對(duì)可動(dòng)電極和驅(qū)動(dòng)該一對(duì)可動(dòng)電極的壓電致動(dòng)器。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的制造方法是一種電極隨壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)的可變電容器的制造方法，其特征在于，具有下述工序在基板上形成多個(gè)上述壓電致動(dòng)器的工序；在上述基板上形成具有第1電極部和第2電極部的可動(dòng)電極的工序；在上述可動(dòng)電極間形成電介質(zhì)層的工序；形成用于在上述可動(dòng)電極的任一個(gè)與上述電介質(zhì)層間形成間隙的犧牲層的工序；除去上述犧牲層的除去工序；以及從上述基板分離除上述多個(gè)壓電致動(dòng)器的端部和上述可動(dòng)電極的第1電極部的端部外的部分的分離工序。
在本發(fā)明中，在同一基板上容易地形成一對(duì)可動(dòng)電極、驅(qū)動(dòng)該一對(duì)可動(dòng)電極的壓電致動(dòng)器和一對(duì)可動(dòng)電極間的電介質(zhì)層。
與本發(fā)明有關(guān)的可變電容器的制造方法的特征在于同時(shí)進(jìn)行上述除去工序和上述分離工序。
在本發(fā)明中，通過同時(shí)進(jìn)行犧牲層的除去工序和除端部外的可動(dòng)電極和壓電致動(dòng)器的從基板的分離工序來提高作業(yè)效率。
在本發(fā)明中，可提供即使是小型的結(jié)構(gòu)也能增大靜電電容，同時(shí)可增大靜電電容的變化率，也可進(jìn)行靜電電容的微調(diào)整，在耐沖擊性方面優(yōu)良的可變電容器。此外，由于電隔離了可動(dòng)電極與壓電致動(dòng)器，沒有成為等效串聯(lián)電阻的原因的扭桿結(jié)構(gòu)，到電容器形成部(第2電極部)為止確保了寬度寬的線路部(第1電極部)，故可得到高的Q值。
此外，在本發(fā)明中，由于作成了將電容器形成部分及其周圍部分從基板浮置到空中的狀態(tài)，故沒有基板等的介電常數(shù)的影響，可得到高的Q值。
此外，在本發(fā)明中，由于在第1電極部與第2電極部之間的邊界部附近電隔離了一側(cè)可動(dòng)電極，故可防止從外部輸入的信號(hào)的能量損耗(插入損耗)。
再者，在本發(fā)明中，由于在利用壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)使一對(duì)可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下對(duì)一對(duì)可動(dòng)電極間施加電壓，故可利用在一對(duì)可動(dòng)電極間產(chǎn)生的靜電引力進(jìn)一步減小兩可動(dòng)電極間的距離，可得到大的靜電電容和靜電電容的大的變化。此外，由于在利用壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)使一對(duì)可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下產(chǎn)生靜電引力，故用小的驅(qū)動(dòng)電壓可產(chǎn)生大的靜電引力。


圖1是示出現(xiàn)有的可變電容器的結(jié)構(gòu)的剖面圖和平面圖。
圖2是示出電容器靜電電容與電極間距離的關(guān)系的曲線圖。
圖3是與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的斜視圖。
圖4是與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的分解斜視圖。
圖5是圖3的B-B線和C-C線的剖面圖。
圖6是示出與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的剖面圖。
圖7是示出與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的剖面圖。
圖8是示出與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的變形例的剖面圖。
圖9是與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的變形例的分解斜視圖。
圖10是與第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的分解斜視圖。
圖11是示出與第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的剖面圖。
圖12是示出與第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的剖面圖。
圖13是與第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器(只是可動(dòng)電極和壓電致動(dòng)器)的分解斜視圖。
圖14是示出與第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的一例的剖面圖。
圖15是示出與第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的制造工序的另一例的剖面圖。
圖16用于說明與第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器中的電介質(zhì)層的效果。
圖17是與第4實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的俯視圖和放大圖。
圖18是與第5實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的俯視圖。
圖19用于說明雙壓電晶片型的壓電致動(dòng)器。
(符號(hào)的說明)21 基板23 絕緣層27、27a、27b、27c、27d 下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29、29a、29b、29c、29d 上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器31 致動(dòng)器用下部電極33 致動(dòng)器用上部電極34 壓電層35 下部可動(dòng)電極37 上部可動(dòng)電極35a、37a 線路部(第1電極部)35b、37b 電容器部(第2電極部)40 開口41 犧牲層44 接地電極45 信號(hào)焊盤46 電介質(zhì)層
47 空腔48 電源電路50 空間51 第2犧牲層具體實(shí)施方式
參照示出其實(shí)施形態(tài)的附圖具體地說明本發(fā)明。再有，本發(fā)明不限定于以下的實(shí)施形態(tài)。
(第1實(shí)施形態(tài))圖3是與第1實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的斜視圖，圖4是與上述相同的可變電容器的分解斜視圖。圖中，21是用硅、化合物半導(dǎo)體等形成的基板。在基板21的中央部設(shè)置了十字狀的開口40，在基板21的上面設(shè)置了絕緣層23。
圖中，35、37是都由Al(鋁)構(gòu)成的下部可動(dòng)電極和上部可動(dòng)電極。下部可動(dòng)電極35由作為第1電極部的兩端側(cè)的線路部35a、35a和作為第2電極部的中央的電容器部35b構(gòu)成，一側(cè)線路部35a的端部與從外部的高頻信號(hào)源(未圖示)輸入信號(hào)的信號(hào)焊盤45連接，另一側(cè)線路部35a的端部連接到絕緣層23上，與接地電極44電隔離。利用這些端部將下部可動(dòng)電極35支撐在基板21上，除了這些端部外的下部可動(dòng)電極35的其它部分位于開口40上。此外，上部可動(dòng)電極37由作為第1電極部的兩端側(cè)的線路部37a、37a和作為第2電極部的中央的電容器部37b構(gòu)成，兩個(gè)線路部37a、37a的端部都與接地電極44連接。利用這些端部將上部可動(dòng)電極37支撐在基板21上，除了這些端部外的上部可動(dòng)電極37的其它部分位于開口40上。
這些下部可動(dòng)電極35和上部可動(dòng)電極37與基板21的開口40相一致地配置成十字狀，下部可動(dòng)電極35的電容器部35b與上部可動(dòng)電極37的電容器部37b隔著空氣層對(duì)置。利用該對(duì)置的電容器部35b和電容器部37b起到電容器的功能。再有，也可在使該互相電隔離的下部可動(dòng)電極35和上部可動(dòng)電極37都從地浮置的狀態(tài)下使用，但為了抑制浮置電容，將上部可動(dòng)電極37與接地電極44連接。
下部可動(dòng)電極35和上部可動(dòng)電極37分別由4個(gè)下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27a、27b、27c、27d和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29a、29b、29c、29d來驅(qū)動(dòng)。這些下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27a～27d和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29a～29d面對(duì)基板21的開口40。下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27(在代表性地說明1個(gè)下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器時(shí)，僅簡(jiǎn)單使用參照符號(hào)27)和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29(在代表性地說明1個(gè)上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器時(shí)，僅簡(jiǎn)單使用參照符號(hào)29)是壓電致動(dòng)器，形成了從下方起順序?qū)盈B了絕緣層23、致動(dòng)器用下部電極31、壓電層34和致動(dòng)器用上部電極33的單壓電晶片型的結(jié)構(gòu)。致動(dòng)器用下部電極31由Pt/Ti(鉑/鈦)形成，致動(dòng)器用上部電極33由Pt形成，都是與下部可動(dòng)電極35、上部可動(dòng)電極37分開形成的。從高頻信號(hào)源(未圖示)對(duì)信號(hào)焊盤45輸入的信號(hào)通過下部可動(dòng)電極35的線路部35a、從電容器部35b經(jīng)空氣層并經(jīng)過與電容器部35b對(duì)置的上部可動(dòng)電極37的電容器部37b、線路部37a流入接地電極44。通過使下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29的各自的壓電層34的極化方向相反，使致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)方向相反。
通過利用下部可動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)焊盤42將來自下部可動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)用電源(未圖示)的電壓施加于下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27的致動(dòng)器用上部電極33，下部可動(dòng)電極35朝向上部可動(dòng)電極37一側(cè)獨(dú)立地移動(dòng)，通過利用上部可動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)焊盤43將來自上部可動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)用電源(未圖示)的電壓施加于上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29的致動(dòng)器用上部電極33，上部可動(dòng)電極37朝向下部可動(dòng)電極35一側(cè)獨(dú)立地移動(dòng)。于是，通過驅(qū)動(dòng)下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和/或上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29，可使上部可動(dòng)電極37(電容器部37b)與下部可動(dòng)電極35(電容器部35b)的距離變化，可得到所希望的靜電電容。
在本發(fā)明中，使來自高頻信號(hào)源的信號(hào)流過的線路部和電容器部與用于驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電極電隔離。因此，線路部和電容器部不與致動(dòng)器中的壓電層(高介電常數(shù)的電介質(zhì))接觸，而且，由于周圍是空氣，故沒有介電損耗，可提高Q值。圖5示出了圖3的B-B線和C-C線的剖面。用與接地電極44連接的致動(dòng)器用下部電極31夾住下部可動(dòng)電極35的線路部35a和上部可動(dòng)電極37的線路部37a。即，這些線路部35a和線路部37a成為CPW型的線路，通過調(diào)節(jié)致動(dòng)器用下部電極31與線路部35a或線路部37a的間隔w1和線路部35a或線路部37a的寬度w2，使線路部35a或線路部37a的阻抗成為50Ω，由此消除了插入損耗。
其次，參照?qǐng)D6和圖7，說明具有上述結(jié)構(gòu)的可變電容器的制造方法。再有，在圖6和圖7中，示出了圖3的A-A線的剖面。
在將硅作為材料的基板21上，利用LPCVD(低壓化學(xué)汽相淀積)法形成低應(yīng)力的氮化硅層23a，其后，依次形成Pt/Ti(例如，厚度0.5μm/50nm)層31a、將鈮酸鋰、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈦酸鋯酸鉛、鈦酸鉍等作為材料的壓電層34a(例如，厚度0.5μm)(圖6(a))。
然后，利用光刻技術(shù)的構(gòu)圖處理，由壓電層34a、Pt/Ti層31a形成規(guī)定形狀的壓電層34、致動(dòng)器用下部電極31(圖6(b)、(c))。在此時(shí)的構(gòu)圖處理中，使用采用了Cl2/Ar(氯/氬)系氣體的RIE(反應(yīng)離子刻蝕)裝置或離子銑裝置等。
利用光刻技術(shù)，在壓電層34上形成Pt制的致動(dòng)器用上部電極33(圖6(d))，同時(shí)對(duì)氮化硅層23a進(jìn)行構(gòu)圖，得到絕緣層23(圖6(e))。再有，作為絕緣層23，除了氮化硅層外，也可利用由濺射法、熱氧化法、CVD法形成的氧化硅層。
其次，在基板21上形成了由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的下部可動(dòng)電極35后(圖7(f))，形成由抗蝕劑材料構(gòu)成的規(guī)定形狀的犧牲層41(圖7(g))，在與下部可動(dòng)電極35對(duì)置的位置上形成由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的上部可動(dòng)電極37(圖7(h))。
然后，利用DRIE(深度反應(yīng)離子刻蝕)裝置從其背面起刻蝕下部可動(dòng)電極35、上部可動(dòng)電極37、下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29等各部分周邊的基板21，形成開口40(圖7(i))。利用該刻蝕，從基板21分離除下部可動(dòng)電極35和上部可動(dòng)電極37的各線路部35a和37a的端部以及下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29的各端部外剩余的部分。再有，該處理中的刻蝕氣體例如使用SF6(六氟化硫)，用于形成開口40的掩模是抗蝕劑。
最后，利用刻蝕除去犧牲層41，通過在下部可動(dòng)電極35與上部可動(dòng)電極37之間確保間隙42來制作可變電容器(圖7(j))。
再有，可與上述的制造順序不同，在圖7(h)的工序后，首先除去犧牲層41，在下部可動(dòng)電極35與上部可動(dòng)電極37之間確保了間隙42之后刻蝕基板21以形成開口40。此外，作為犧牲層41的材料，除了上述的抗蝕劑外，也可利用MgO(氧化鎂)等的氧化物，在該情況的刻蝕劑中使用醋酸或硝酸即可。
圖8示出了可變電容器的制造方法的變形例。該變形例中的前半部分的制造工序與上述的例子(圖6(a)～圖7(f))相同。形成由與基板21為同一材料的硅構(gòu)成的規(guī)定形狀的犧牲層41(圖8(a))，在與下部可動(dòng)電極35對(duì)置的位置上形成由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的上部可動(dòng)電極37(圖8(b))。
然后，從基板21的表面一側(cè)例如使用SF6氣體同時(shí)刻蝕犧牲層41和基板21，形成空腔47(圖8(c))。利用該刻蝕，從基板21分離除下部可動(dòng)電極35和上部可動(dòng)電極37的各線路部35a和37a的端部以及下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29的各端部外剩余的部分，這一點(diǎn)與上述的例子是同樣的，但由于從基板21的表面一側(cè)刻蝕，故不象上述的例子那樣成為開口，而是形成空腔47。
在圖9中示出利用該變形例制作的可變電容器的分解斜視圖。在基板21的中央部設(shè)置了十字狀的空腔47。再有，在圖9中，對(duì)于與圖3、圖4相同的部分附以同一符號(hào)，省略其說明。
(第2實(shí)施形態(tài))圖10是與第2實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的分解斜視圖，圖11和圖12是示出該可變電容器的制造工序的剖面圖。
在第2實(shí)施形態(tài)中，在下部可動(dòng)電極35、上部可動(dòng)電極37、下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29的周邊中，在下部可動(dòng)電極35、上部可動(dòng)電極37以及絕緣層23與基板21之間具有空間50。此外，基板21不是硅制的，而是由玻璃、藍(lán)寶石、氧化鋁、玻璃陶瓷、鎵砷等的材料形成。除此以外的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施形態(tài)是同樣的，對(duì)同一部分附以同一符號(hào)。
例如在將玻璃作為材料的基板21上在利用濺射法形成了由硅構(gòu)成的第2犧牲層51后，與第1實(shí)施形態(tài)同樣，依次形成氮化硅層23a、Pt/Ti層31a、壓電層34a(圖11(a))。然后，與第1實(shí)施形態(tài)同樣，得到規(guī)定形狀的壓電層34、致動(dòng)器用下部電極31、致動(dòng)器用上部電極33和絕緣層23(圖11(b)～(e))。
其次，在第2犧牲層51上形成了由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的下部可動(dòng)電極35后(圖12(f))，在全部區(qū)域上形成由抗蝕劑材料構(gòu)成的犧牲層41(圖12(g))，在與下部可動(dòng)電極35對(duì)置的位置上形成由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的上部可動(dòng)電極37(圖12(h))。
然后，利用刻蝕除去犧牲層41，在下部可動(dòng)電極35與上部可動(dòng)電極37之間確保間隙42(圖12(i))，此外，利用刻蝕除去第2犧牲層51，通過在基板21與下部可動(dòng)電極35以及絕緣層23之間確?？臻g50來制作可變電容器(圖12(j))。再有，也可使?fàn)奚鼘?1和第2犧牲層51的材料相同，同時(shí)進(jìn)行該犧牲層41的刻蝕和第2犧牲層51的刻蝕。
在第2實(shí)施形態(tài)中，由于可利用第2犧牲層51的刻蝕使下部可動(dòng)電極35從基板21浮置到空中，故沒有必要刻蝕基板21，可增加作為基板21可使用的材料的種類。例如，也可將介電常數(shù)低、難以刻蝕的玻璃陶瓷等的材料作為基板21來利用。由此，可進(jìn)一步提高Q值。
(第3實(shí)施形態(tài))圖13是與第3實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器(只是可動(dòng)電極和壓電致動(dòng)器)的分解斜視圖，圖14和圖15是示出該可變電容器的制造工序的剖面圖。
在第3實(shí)施形態(tài)中，在下部可動(dòng)電極35(電容器部35b)與上部可動(dòng)電極37(電容器部37b)之間設(shè)置了電介質(zhì)層46。其它的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施形態(tài)是同樣的，對(duì)同一部分附以同一符號(hào)，省略其說明。
如圖13中所示，該電介質(zhì)層46可設(shè)置在上部可動(dòng)電極37(電容器部37b)一側(cè)，雖然未圖示，但也可設(shè)置在下部可動(dòng)電極35(電容器部35b)一側(cè)。因電介質(zhì)層46的設(shè)置增加了可動(dòng)部分的質(zhì)量，故引起共振頻率的一些下降或可動(dòng)速度的一些下降等，但如后述那樣，可大幅度地增大靜電電容及其變化率。
圖16示出電介質(zhì)層46的效果。說明如圖16(a)中所示在上部可動(dòng)電極37的電容器部37b一側(cè)設(shè)置電介質(zhì)層46的情況。如果將電介質(zhì)層46的厚度定為d1、將電介質(zhì)層46與下部可動(dòng)電極35的電容器部35b之間形成的空氣層的厚度定為d2，則電容器部37b與電容器部35b之間的距離d＝d1+d2。
圖16(b)是示出使電容器部35b和/或電容器部37b移動(dòng)、使空氣層的厚度d2變化的情況的靜電電容C的變化的曲線圖。電容器部35b和電容器部37b是正方形(每邊230μm)，將初始狀態(tài)的電極間距離d和空氣層的厚度d2定為d＝0.75μm和d2＝0.3μm(d2/d＝0.4)，電介質(zhì)層46使用了作為介電損耗小的材料的Al2O3(氧化鋁)(介電常數(shù)ε＝10)。此外，在圖16(b)中也合并示出只在不設(shè)置這樣的電介質(zhì)層這一點(diǎn)上不同的比較例中的靜電電容C的變化。
如圖16(b)中所示，在設(shè)置了電介質(zhì)層46的本發(fā)明例的可變電容器中，在初始狀態(tài)下具有約1.36pF的靜電電容，在電容器部35b與電介質(zhì)層46相接的狀態(tài)下具有約10.4pF的靜電電容，其變化率約為7.6倍。這樣，通過設(shè)置電介質(zhì)層46，可極大地增大靜電電容及其可變范圍。
圖14是示出第3實(shí)施形態(tài)的可變電容器的制造工序的一例(在上部可動(dòng)電極37(電容器部37b)一側(cè)設(shè)置電介質(zhì)層46)的剖面圖。前半部分的工序與上述的第1實(shí)施形態(tài)的工序(圖6(a)～圖7(g))相同。
利用光刻技術(shù)，在犧牲層41上構(gòu)圖形成將Al2O3作為材料的電介質(zhì)層46(圖14(a))，與下部可動(dòng)電極35對(duì)置的位置上形成由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的上部可動(dòng)電極37(圖14(b))。然后，利用DRIE裝置從其背面起刻蝕下部可動(dòng)電極35、上部可動(dòng)電極37、下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29等各部分周邊的基板21，形成開口40(圖14(c))。最后，利用刻蝕除去犧牲層41，通過在下部可動(dòng)電極35與電介質(zhì)層46之間確保間隙42來制作可變電容器(圖14(d))。
圖15是示出第3實(shí)施形態(tài)的可變電容器的制造工序的另一例(在下部可動(dòng)電極35(電容器部35b)一側(cè)設(shè)置電介質(zhì)層46)的剖面圖。前半部分的工序與上述的第1實(shí)施形態(tài)的工序(圖6(a)～圖7(f))相同。
利用光刻技術(shù)，在下部可動(dòng)電極35上構(gòu)圖形成將Al2O3作為材料的電介質(zhì)層46(圖15(a))。將由抗蝕劑材料或MgO構(gòu)成的犧牲層41形成為規(guī)定形狀(圖15(b))，與下部可動(dòng)電極35對(duì)置的位置上形成由規(guī)定形狀的Al構(gòu)成的上部可動(dòng)電極37(圖15(c))。然后，利用DRIE裝置從其背面起刻蝕下部可動(dòng)電極35、上部可動(dòng)電極37、下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29等各部分周邊的基板21，形成開口40(圖15(d))。最后，利用刻蝕除去犧牲層41，通過在電介質(zhì)層46與上部可動(dòng)電極37之間確保間隙42來制作可變電容器(圖15(e))。
再有，也可與上述的圖14、圖15的制造順序不同，在圖14(b)、圖15(c)的工序后首先除去犧牲層41以確保間隙42之后刻蝕基板21以形成開口40。此外，在該第3實(shí)施形態(tài)中，也可如上所述(參照?qǐng)D8)那樣使?fàn)奚鼘?1的材料與基板21的材料相同，順序地或同時(shí)地從基板21的表面一側(cè)起刻蝕犧牲層41和基板21。
(第4實(shí)施形態(tài))圖17示出了第4實(shí)施形態(tài)，圖17(a)是與第4實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的俯視圖，圖17(b)是圖17(a)的D部的放大圖。
在第4實(shí)施形態(tài)中，在一側(cè)線路部35a與信號(hào)焊盤45連接的下部可動(dòng)電極35中，電隔離了其電容器部35b與另一側(cè)線路部35a。即，從信號(hào)焊盤45來看，在經(jīng)過了下部可動(dòng)電極35與上部可動(dòng)電極37對(duì)置地構(gòu)成了電容器的部分(電容器部35b與電容器部37b的對(duì)置部分)時(shí)，下部可動(dòng)電極35被電隔離為2個(gè)部分。此外，也可使被隔離的線路部35a連接接地電極44，成為接地電位。
在第4實(shí)施形態(tài)中，從信號(hào)焊盤45輸入的信號(hào)通過一側(cè)線路部35a并通過電容器部35b到達(dá)另一側(cè)線路部35a的與信號(hào)焊盤45相反一側(cè)的端部，由于在該處沒有被反射的情況，可除去這樣的反射信號(hào)，故可防止輸入信號(hào)的能量損耗。
(第5實(shí)施形態(tài))圖18是與第5實(shí)施形態(tài)有關(guān)的可變電容器的俯視圖。在圖18中，在信號(hào)焊盤45與接地電極44之間設(shè)置了電源電路48，可在信號(hào)焊盤45(下部可動(dòng)電極35)與接地電極44(上部可動(dòng)電極37)之間施加電壓。
第5實(shí)施形態(tài)涉及調(diào)整下部可動(dòng)電極35(電容器部35b)與上部可動(dòng)電極37(電容器部37b)的間隔的方法。在驅(qū)動(dòng)下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和/或上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29、減小了電容器部35b與電容器部37b的間隔后，利用電源電路48在下部可動(dòng)電極35與上部可動(dòng)電極37之間施加電壓，用在兩電極間產(chǎn)生的靜電引力進(jìn)一步減小兩電極間的距離。
這樣，在第5實(shí)施形態(tài)中，進(jìn)行壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)和靜電致動(dòng)器(引力)驅(qū)動(dòng)這樣的2階段的距離控制，可使兩可動(dòng)電極更接近，可得到靜電電容的更大的變化。由于在用壓電致動(dòng)器使兩可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下產(chǎn)生靜電引力，故起到可得到大的靜電電容和電容變化的效果。此外，由于利用壓電致動(dòng)器在兩可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下產(chǎn)生靜電引力，故可用小的驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生大的靜電引力。
再有，在上述的例子中，下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29是單壓電晶片型的，但不限定于此。例如，可以是圖19(a)中示出的并列連接型的雙壓電晶片或圖19(b)中示出的串聯(lián)連接型的雙壓電晶片。在圖19(a)、(b)中，在中間電極63的上下設(shè)置了在圖示的箭頭方向上極化的壓電元件54a、54b。在壓電元件54a中設(shè)置了下部驅(qū)動(dòng)電極53，在壓電元件54b中設(shè)置了上部驅(qū)動(dòng)電極55。然后，如圖示那樣，通過施加直流電壓V，雙壓電晶片變形。在將下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器27和上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器29定為雙壓電晶片型的情況下，在上述的各實(shí)施形態(tài)中，不需要與致動(dòng)器用下部電極31相接的絕緣層23。
本發(fā)明不限定于上述的各實(shí)施形態(tài)或變形例，包含其它的各種實(shí)施形態(tài)或變形例。例如，在上述的例子中，將壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)為減小兩個(gè)可動(dòng)電極間的距離或者可動(dòng)電極與電介質(zhì)層之間的距離(靜電電容增大)，但也可與其相反，將壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)為增大這些距離(靜電電容減小)。在該情況下，使單壓電晶片型的壓電致動(dòng)器變形的方向相反即可。此外，可將上述的實(shí)施形態(tài)或變形例中的可變電容器容納在陶瓷制的封裝體中。在這樣的情況下，用焊絲或凸點(diǎn)等的連接構(gòu)件連接在封裝體中設(shè)置的外部連接端子與在基板21上設(shè)置的信號(hào)焊盤45等的各種焊盤。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)置的電極可移動(dòng)的可變電容器，其特征在于具備基板；具有第1電極部和第2電極部的可動(dòng)電極；以及驅(qū)動(dòng)上述可動(dòng)電極的多個(gè)壓電致動(dòng)器，上述可動(dòng)電極對(duì)置地構(gòu)成了電容器，上述可動(dòng)電極與信號(hào)焊盤電連接。
2.如權(quán)利要求1中所述的可變電容器，其特征在于上述可動(dòng)電極具有上述第1電極部和第2電極部，在上下配置了上述可動(dòng)電極。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的可變電容器，其特征在于上述多個(gè)壓電致動(dòng)器分別包含驅(qū)動(dòng)電極和在該驅(qū)動(dòng)電極間設(shè)置的壓電元件，上述驅(qū)動(dòng)電極與上述可動(dòng)電極是分開形成的。
4.如權(quán)利要求3中所述的可變電容器，其特征在于在上述可動(dòng)電極的第1電極部的兩側(cè)設(shè)置了上述壓電致動(dòng)器，利用上述第1電極部和上述壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成了CPW型線路。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)中所述的可變電容器，其特征在于在上述可動(dòng)電極的對(duì)置的上述第2電極部間設(shè)置了電介質(zhì)層。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)中所述的可變電容器，其特征在于將上述可動(dòng)電極的至少一個(gè)與接地電極連接。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)中所述的可變電容器，其特征在于電隔離了上述可動(dòng)電極的任一個(gè)上述第1電極部與上述第2電極部之間的邊界部附近。
8.一種可變電容器，具備在對(duì)置方向上可移動(dòng)的可動(dòng)電極和驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極的多個(gè)壓電致動(dòng)器，其特征在于具備對(duì)上述可動(dòng)電極間施加電壓的電壓施加單元，構(gòu)成為在利用上述壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)使上述可動(dòng)電極接近的狀態(tài)下，利用上述電壓施加單元對(duì)上述可動(dòng)電極間施加電壓。
9.一種可變電容器的制造方法，其電極可隨壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)而移動(dòng)，其特征在于，具有下述工序在基板上形成多個(gè)上述壓電致動(dòng)器的工序；在上述基板上形成具有第1電極部和第2電極部的可動(dòng)電極的工序；形成用于在上述可動(dòng)電極間形成間隙的犧牲層的工序；除去上述犧牲層的除去工序；以及從上述基板分離除上述多個(gè)壓電致動(dòng)器的端部和上述可動(dòng)電極的第1電極部的端部外的部分的分離工序。
10.一種可變電容器的制造方法，其電極可隨壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)而移動(dòng)，其特征在于，具有下述工序在基板上形成多個(gè)上述壓電致動(dòng)器的工序；在上述基板上形成具有第1電極部和第2電極部的可動(dòng)電極的工序；在上述可動(dòng)電極間形成電介質(zhì)層的工序；形成用于在上述可動(dòng)電極的任一個(gè)與上述電介質(zhì)層間形成間隙的犧牲層的工序；除去上述犧牲層的除去工序；以及從上述基板分離除上述多個(gè)壓電致動(dòng)器的端部和上述可動(dòng)電極的第1電極部的端部外的部分的分離工序。
11.如權(quán)利要求9或10中所述的可變電容器的制造方法，其特征在于同時(shí)進(jìn)行上述除去工序和上述分離工序。
全文摘要
將具有兩端側(cè)的線路部(35a、35a)和中央側(cè)的電容器部(35b)的下部可動(dòng)電極(35)以及具有兩端側(cè)的線路部(37a、37a)和中央側(cè)的電容器部(37b)的上部可動(dòng)電極(37)配置成使電容器部(35b、37b)對(duì)置，與下部可動(dòng)電極(35)和上部可動(dòng)電極(37)電隔離地設(shè)置驅(qū)動(dòng)下部可動(dòng)電極(35)的下部可動(dòng)電極用致動(dòng)器(27a、27b、27c、27d)和驅(qū)動(dòng)上部可動(dòng)電極(37)的上部可動(dòng)電極用致動(dòng)器(29a、29b、29c、29d)的驅(qū)動(dòng)電極。利用這些致動(dòng)器(27a～27d和/或29a～29d)使下部可動(dòng)電極(35)和/或上部可動(dòng)電極(37)移動(dòng)，調(diào)整兩電容器部(35b、37b)間的距離來控制靜電電容。
文檔編號(hào)H01G5/015GK1947209SQ20048004292
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2004年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者島內(nèi)岳明, 今井雅彥, 中谷忠司 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社