CN101027741B - 双压电晶片元件、双压电晶片开关、密勒元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种双压电晶片元件，具备：氧化硅层；高膨胀率层，其形成在氧化硅层上且具有较此氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；以及变形防止层，其覆盖氧化硅层的表面，以防止氧化硅层由于经常变化所形成的变形。变形防止层相对于水份和氧的透过率亦可较氧化硅层还低，变形防止层亦可以是一种以较形成氧化硅层时还高的能量来进行成膜时所形成的氧化硅，变形防止层亦可为氮化硅层或金属层。

Description

双压电晶片元件、双压电晶片开关、密勒元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种双压电晶片元件，双压电晶片开关以及具备双压电晶片元件的密勒元件及其制造方法。本申请案与下记的日本申请案相关联。就藉由文献的参照而确认可编入的指定国而言，藉由参照下记的申请案中所记载的内容而编入本申请案中，以作为本申请案的记载的一部份。

1.特愿2004-254810  申请日  西元2004年09月01日

背景技术

近年来，双压电晶片开关成为半导体制程中所制造的微型元件的一种例子已为人所知。双压电晶片开关具有2种热膨胀率不同的层，此2层以加热区来加热而发生弯曲现象。可动接点设置在弯曲发生的部份中，藉由该可动接点的相面对的位置中设置一固定接点，则可构成一种在电性上可切换成ON/OFF的开关(例如，请参阅专利文献1和专利文献2)。

专利文献1：特开2004-55410号公报

专利文献2：WO2004/024618号公报

然而，双压电晶片开关等的双压电晶片元件会有以下的问题：由于构成二个层中的一层所用的氧化硅层的内部应力经常发生变化，则元件的形状亦会经常发生变化。因此，施加所期望的位移至双压电晶片元件时所需的输入电力会有”每个元件中都有偏差”此种问题存在。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可解决上述问题的双压电晶片元件，双压电晶片开关以及密勒元件及其制造方法。此目的藉由申请专利范围第1项中所记载的特征的组合来达成。又，申请专利范围各附属项规定了本发明更有利的具体实施例。

解决问题用的手段

为了解决上述问题，本发明的第1实施形式中提供一种双压电晶片元件，其具备：氧化硅层；高膨胀率层，其形成在该氧化硅层上且具有较该氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；以及变形防止层，其覆盖该氧化硅层的表面，以防止该氧化硅层由于经常变化所造成的变形，在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端。

上述变形防止层的水份和氧的透过率亦可较该氧化硅层还低。

本发明的第2实施形式提供一种双压电晶片开关，其具备电路基板和双压电晶片元件，此电路基板在上面具有固定接点，此双压电晶片元件具有：氧化硅层；高膨胀率层，其形成在该氧化硅层上且具有较该氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；变形防止层，其覆盖该氧化硅层的表面，以防止该氧化硅层由于经常变化所造成的变形，在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端；加热区，其对高膨胀率层和氧化硅层进行加热；以及可动接点，其面向上述的固定接点而设置着。此种可动接点在上述加热区对该高膨胀率层和氧化硅层进行加热时可与上述的固定接点在电性上相连接。

本发明的第3实施形式提供一种具备双压电晶片元件的密勒元件，此双压电晶片元件具有：氧化硅层；高膨胀率层，其形成在该氧化硅层上且具有较该氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；变形防止层，其覆盖该氧化硅层的表面，以防止该氧化硅层由于经常变化所造成的变形，在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端；加热区，其对高膨胀率层和氧化硅层进行加热；以及镜面，其在该双压电晶片元件的表面上在该高膨胀率层和氧化硅层进行加热时设置在方向已变化的位置中以使光反射。

本发明的第4实施形式提供一种双压电晶片元件的制造方法，此双压电晶片元件具备氧化硅层和形成在此氧化硅层上的高膨胀率层，此种制造方法包括以下各阶段：高膨胀率层形成阶段，所形成的高膨胀率层具有较该氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；氧化硅层形成阶段，此氧化硅层形成在该高膨胀率层之上；以及变形防止层形成阶段，此变形防止层覆盖该氧化硅层的表面，以防止该氧化硅层由于经常变化所造成的变形，在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端。

又，上述发明的概要未列举本发明的必要的特征的全部，这些特征群的下位组合(sub-combination)亦属本发明。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1是本实施形式的第1实施例所属的双压电晶片开关100的断面图。

图2是由图1的双压电晶片开关100上面所看到的俯视图。

图3是本实施形式的第2实施例所属的微型开关200的断面图。

图4是本实施形式的第3实施例所属的密勒元件300的断面图。

100：双压电晶片开关      102：可动接点

104：固定接点            106：氧化硅层

108：双压电晶片部        110：支持部

112：加热电极       126：基板

128：加热区         130：高膨胀率层

132：固定接点电压   150：变形防止层

200：微型元件       300：密勒元件

302：镜面

具体实施方式

为以下，依据本发明的实施形式来说明本发明，但以下的实施形式不是对申请专利范围所属的发明的一种限制。又，各实施形式中所说明的特征的组合的全部不限于发明的解决手段所必需。

实施例1

图1是本实施形式的第1实施例所属的双压电晶片开关100的断面图。图2是由图1的双压电晶片开关100上面所看到的俯视图。图1的断面图对应于图2的A-A断面。双压电晶片开关100例如是一种悬臂(cantilever)状(即，具有薄片的梁状)的开关。双压电晶片开关100具备基板126，双压电晶片部108以及支持部110。双压电晶片部108是本发明的双压电晶片元件的一例。支持部110固定在基板126上且支持着双压电晶片部108的一端。基板126例如是一种玻璃基板。基板126亦可为硅基板。本实施形式的双压电晶片开关100的特点是双压电晶片部108的形状在室温时不会经常地变化。

双压电晶片部108具有支持在支持部110上的固定端以及由固定端延伸的自由端。双压电晶片部108由固定端向自由端反转向上。双压电晶片部108具备：氧化硅层106；高膨胀率层130，其形成在该氧化硅层106上且具有较该氧化硅层106的热膨胀率还高的热膨胀率；以及变形防止层150，其覆盖该氧化硅层106的表面且对水份和氧的透过率亦较该氧化硅层106还低。

双压电晶片部经常变化的主因大体上特别是可分二种来考虑。第1个主因是氧化硅层的未反应部份发生氧化，以及由膨胀所造成的氧化硅层的变形。然后，第2个主因是高膨胀率层是金属层时双压电晶片部108由于内部应力经常缓和所产生的变形。本实施形式的目的是防止上述2种主因所造成的双压电晶片形状的经常变更。

变形防止层150是一种氮化硅层。氮化硅形成一种较氧化硅更致密的层而可更确实地遮断水份和氧。或，变形防止层150即使在形成氧化硅层106时亦可为一种在更高的能量中进行成膜时所形成的氧化硅。藉由氧化硅成膜时能量的提高，则已成膜的氧化硅的致密性会提高，可使水份和氧更确实地被遮断。此时，由于能以和氧化硅层106相同的材料使变形防止层150成膜，则双压电晶片部108的制造更容易。因此，双压电晶片部108由于具有此变形防止层150，则可藉由氧化硅层106经常变化来防止上述膨胀的发生。于是，双压电晶片部108的形状可更精确-且良好地保持着。

又，双压电晶片部108具有可动接点102和加热区128。可动接点102设置在双压电晶片部108的前端的下面，即，设在面向基板126的面上。加热区128是依据一种对该高膨胀率层130和氧化硅层106进行效率良好的加热时所用的图样而形成的导电体。例如，加热区128以大略平行的方式而设置在高膨胀率层130和氧化硅层106之间。高膨胀率层130是金属等的导电体时，藉由以氧化硅层等的绝缘体来覆盖该加热区128的周围而使加热区128和高膨胀率层130绝缘。另一方面，基板126在与可动接点102相面对的位置上具有一固定接点104。常温时此双压电晶片部108保持着该可动接点102使离开该固定接点104一定的距离。本实施例的双压电晶片部108的长度是600微米，由可动接点102的中央部份至固定接点104的高度大约是50微米。

加热电极112是一种在电性上与加热区128相连接的金属电极。若经由加热电极112以供给电力至加热区128，则高膨胀率层130和氧化硅层106几乎同时被加热。于是，高膨胀率层130延伸的程度会较氧化硅层106还大。结果，双压电晶片部108使可动接点102与固定接点104相接触。于是，可动接点102与固定接点104在电性上相接触。可动接点102与固定接点104是一种位于双压电晶片开关100中的开关接点。可动接点102与固定接点104例如以白金或金等的金属来形成。

本实施例中，支持部110是一种形成在基板126表面上的氧化硅层。本实施例中支持部110只支持着双压电晶片部108的一端。在另一实施例中，支持部110亦可支持着双压电晶片部108的两端。

又，高膨胀率层130亦可为钛铜和铍铜等的析出硬化型的合金。钛铜和铍铜等的析出硬化型的铜合金由于应力缓和特性较优良，则双压电晶片部108变形时所产生的歪斜较小。因此，其效果是双压电晶片部108的形状不易经常地变化。

图2是由双压电晶片开关100上面所看到的俯视图。本实施形式中，双压电晶片开关100具备多个固定接点104。双压电晶片开关100藉由在电性上与多个固定接点104各别地相连接且与图1相关连的已说明的可动接点102相连接而可在电性上连接多个固定接点104。双压电晶片开关100是一种2接点型的开关，其可在多个固定接点104之间使信号接通或遮断。双压电晶片开关100可在多个固定接点104之间使信号接通或遮断。又，双压电晶片开关100更可具备多个固定接点104所对应的多个固定接点电极132。多个固定接点电极132中的各电极分别对应于多个固定接点中之一。固定接点电极132在电性上与相对应的固定接点104相连接。固定接点电极132与相对应的固定接点104一体形成。

以下将说明双压电晶片部108的制造方法的一例。双压电晶片部108的制造方法包含：高膨胀率层形成阶段，退火(annealing)阶段，加热区形成阶段，氧化硅层形成阶段，变形防止层形成阶段，可动接点形成阶段以及牺牲层除去阶段。首先，在高膨胀率层形成阶段中，例如在由氧化硅所构成的牺牲层之上在常温下溅镀-且堆积铜或铝等之类的金属，以形成高膨胀率层。

其次，在退火阶段中，对该牺牲层之上已形成的高膨胀率层130进行退火。在牺牲层之上已形成的高膨胀率层130中残留着由于溅镀而形成堆积时所产生的内部应力。因此，此种内部应力藉由退火而趋于缓和。退火的温度较形成该高膨胀率层130用的金属的再结晶温度及后述的电浆CVD的温度还高。例如，高膨胀率层130的材料使用铜时，退火的温度可达400℃的程度。又，高膨胀率层130的材料使用铝时，退火的温度可达350℃的程度。退火的时间大约15分钟时是适当的。

藉由上述的退火过程，高膨胀率层130的原子会再结晶，格子间的缺陷会减少。因此，高膨胀率层130的内部应力会趋于缓和，双压电晶片部108的形状经常变化的主因之一可被去除。又，藉由退火阶段中高膨胀率层130的内部应力已趋于缓和，则随后在氧化硅层形成阶段的电浆CVD过程中又达到300℃的温度时，可防止高膨胀率层130的变形。因此，能以CVD来进行积层时的瓦特数而很精确地对双压电晶片部108制造时的初期弯曲量和氧化层106进行管理。

其次，在加热区形成阶段中，高膨胀率层130的表面上首先形成一种绝缘层。绝缘层例如在CVD过程中藉由氧化硅层的堆积而形成。然后，藉由白金等的金属在常温时以溅镀方式进行堆积以形成加热区128。其次，在氧化硅层形成阶段中，藉由使用TEOS的电浆CVD过程，以便在加热区形成阶段中所形成的绝缘层上及加热区128的上面堆积氧化硅。本实施形式的氧化硅层形成阶段中例如使电浆CVD的输出调整成130瓦，300℃的状态以沉积氧化硅而形成氧化硅层106。又，高膨胀率层130是以金属制成时，在高膨胀率层130之上依序形成铬层和钛层，其上较佳是形成氧化硅层106。因此，可使氧化硅层106和高膨胀率层130的密着强度提高。

其次，在变形防止层形成阶段中，氧化层106的表面上在电浆CVD过程中藉由氮化硅的沉积以形成该变形防止层150。或，亦可在较氧化硅层形成阶段中还高的能量的电浆CVD过程中藉由氧化硅层的沉积以形成该变形防止层150。以氧化硅来形成此变形防止层150时，在使电浆CVD的输出例如调整成150瓦的状态下沉积氧化硅以形成该变形防止层150。在较氧化硅层形成阶段中还高的能量的电浆CVD过程中藉由氧化硅的沉积，则变形防止层150的氧化硅可形成一种较氧化硅层106的氧化硅更致密的层。

其次，在可动接点形成阶段中，金等的耐腐蚀性高的金属例如以溅镀方式而沉积在变形防止层150的表面上，藉由蚀刻以除去可动接点102以外的范围的金属而形成可动接点。最后，在牺牲层除去阶段中，藉由蚀刻以除去该支持高膨胀率层130所用的牺牲层。然后，对应于氧化层106和高膨胀率层130的内部应力的差而在双压电晶片部108中产生朝向高膨胀率层130的弯曲现象。此时所产生的弯曲的大小是由氧化硅层形成阶段中的电浆CVD的能量(即，瓦特数的大小)来决定。电浆CVD的瓦特数高时，双压电晶片部108的弯曲量变大。本实施形式的双压电晶片部108中适当的弯曲量如前所述是藉由氧化硅层形成阶段的电浆CVD的输出调节成130瓦的大小时得到。这样所得到的双压电晶片部108藉由上下反转而得到如图1中所示形式的双压电晶片部108。

由氮化硅所构成的变形防止层150形成一种较氧化硅更致密的层，可更确实地遮断水份和氧。又，以较氧化硅层形成阶段还高的能量的电浆CVD使氧化硅层沉积而形成的变形防止层150由于具有较氧化硅层106的氧化硅更致密的层，则可由氧化硅层106来遮断水份及氧。此时，由于能以和氧化硅层106相同的材料来对该变形防止层150进行成膜过程，于是可使制程较容易。

即，双压电晶片开关100由于具有该变形防止层150，则可防止氧化硅层106经常变化时所造成的膨胀。因此，可很精确地维持着双压电晶片部108的形状，固定接点104和可动接点102的接点间隙(Gap)即可确定。于是，为了使开关切换而输入至加热区128中的电力以及切换的应答速率此二者都可达到”安定”的效果。

又，本发明的双压电晶片元件亦可为一种微型感测器等的微型机械。

实施例2

图3是本实施形式的第2实施例所属的微型开关200的构成图。图3(a)显示微型开关200的断面图。图3(b)是已由微型开关200取出该基板216后的状态的基板140的斜视图。微型开关200是本发明的双压电晶片开关的一例。本实施例中与第1实施例有相同的构成时以相同的符号来表示而不再说明。

微型开关200藉由半导体制程而制成且在电性上与外部相连接而动作。微型开关200具备：基板140，其上形成各贯通孔208和210；双压电晶片部108，其一端固定在支持部110且另一端可自由地保持在该贯通孔208内；配线基板212，其与基板140大约平行且与双压电晶片部108相隔开而设置着；固定接点104和电极垫114；导电性构件的加热电极112，其一端固定至基板140，另一端在贯通孔210的方向中延伸，藉由向基板140的面外方向形成弯曲，使导电性构件在电性上连接至电极垫114；基板216，其设在基板140的上面；以及接地电极220，其设在配线基板212上。支持部110是基板140的一部份。设有基板216，使贯通孔208和210在基板216和配线基板212之间被密封。贯通孔208和贯通孔210是由基板140的上面藉由除去基板140的一部份而形成。又，配线基板212面对该基板140的下面而设置着。接地电极220设在固定接点104的附近。

本实施例的双压电晶片部108以氧化硅分别覆盖高膨胀率层130和加热区128的周围。因此，高膨胀率层130和加热区128在以氧化硅来绝缘的状态中大约平行相面对而设置着。加热区128的下面形成氧化硅层106。氧化硅层106的表面设有由氮化硅所构成的变形防止层150。或，亦可藉由较氧化硅层106还高的能量的电浆CVD过程中氧化硅的沉积以形成上述的变形防止层150。又，此变形防止层150亦可以金属来形成。又，亦可形成此变形防止层150以作为硅或碳化硅等的半导体膜或作为高分子膜。

双压电晶片部108的前端的下面在与固定接点104相面对处设有可动接点102。加热电极112和电极垫114在贯通孔210的中央附近以可导电方式相连接。加热电极112连接至加热区128，以供给该加热区128加热时所需的电力。本实施例中所示的微型开关200的制造例如可藉由WO2004/024618中所揭示的制造方法的图1中所说明的双压电晶片部108的制造方法的组合来达成。本实施例的微型开关200由于在双压电晶片部108的氧化硅层106的表面上具有该变形防止层150，则藉由经常变化即可防止氧化硅层106的膨胀。因此，双压电晶片部108的形状在室温时即不易经常变化。于是，施加所期望的位移至双压电晶片部108中时所需要的需入电力在每一元件中的偏差值即可减低。

实施例3

图4是本实施形式的第3实施例所属的密勒元件300的断面图。以下，在与第1实施例具有相同的构成时设有相同的参考符号而不再另外说明。本实施例的密勒元件300具备一种镜面302以取代上述的可动接点102和固定接点104，此点与第1实施例不同。镜面302形成在双压电晶片部108的自由端侧的前端近傍。例如，图4的密勒元件300在双压电晶片部108的自由端侧的前端近傍的变形防止层150的表面上具有镜面302。密勒元件300在双压电晶片部108的自由端侧的前端近傍的高膨胀率层130的表面上亦可具有镜面302。镜面302可藉由溅镀或蒸镀时铬等的反射率高的金属的沉积而形成。镜面元件300使入射至镜面302的光反射至与镜面302的方向相适应的方向中。密勒元件300对应于加热电极112所入射的电力而使双压电晶片部108的弯曲量发生变化，以使信号光的反射方向发生变化。

本实施例的密勒元件300在双压电晶片部108的氧化硅层106的表面上具有变形防止层150。在密勒元件300中，此变形防止层150亦可为铜，金和铝等的金属膜。金属膜较氧化硅层106更致密，由氧化硅层106可确实遮断水份和氧。密勒元件300由于具有上述的变形防止层150，则可防止双压电晶片部108经常变化所造成的变形。因此，可使镜面302中的信号光的反射方向的精确度向上提升，同时，变更该反射方向至所期望的方向中时所需要的电力在每一元件中的偏差值即可减低。

产业上的可利用性

依据本发明的双压电晶片元件，双压电晶片开关，密勒元件及其制造方法，则可防止双压电晶片元件的形状的经常变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种双压电晶片元件，其特征在于具备：

氧化硅层；

高膨胀率层，其形成在氧化硅层上且具有较此氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率，以及

变形防止层，其是氮化硅层且覆盖氧化硅层的表面，以防止氧化硅层由于经常变化所形成的变形，

在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端。

2.根据权利要求1所述的双压电晶片元件，其特征在于其中所述的变形防止层对水份和氧的透过率较该氧化硅层还低。

3.根据权利要求1所述的双压电晶片元件，其特征在于其中所述的高膨胀率层是由铜所构成。

4.一种具备电路基板和双压电晶片元件的双压电晶片开关，其特征在于，

此电路基板在上面具有固定接点，

此双压电晶片元件具有：

氧化硅层；

高膨胀率层，其形成在氧化硅层上且具有较此氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；

变形防止层，其是氮化硅层且覆盖氧化硅层的表面，以防止氧化硅层由于经常变化所形成的变形，在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端；

加热区，其对该高膨胀率层和氧化硅层进行加热，以及

可动接点，其面向该固定接点而设置着，

此可动接点在该加热区对该高膨胀率层和氧化硅层进行加热时在电性上与该固定接点相连接。

5.一种具备双压电晶片元件的密勒元件，其特征在于，

此双压电晶片元件具有：

氧化硅层；

高膨胀率层，其形成在氧化硅层上且具有较此氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；

变形防止层，其是氮化硅层且覆盖氧化硅层的表面，以防止氧化硅层由于经常变化所形成的变形，在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端；

加热区，其对该高膨胀率层和氧化硅层进行加热，以及

光反射用的镜面，在该双压电晶片元件的表面上在该加热区对该高膨胀率层和氧化硅层进行加热时此镜面设置在方向已变化的位置中。

6.一种双压电晶片元件的制造方法，其特征在于此双压电晶片元件具备氧化硅层和形成在氧化硅层上的高膨胀率层，此制造方法具备以下各步骤：

高膨胀率层形成阶段，用来形成高膨胀率层，其具有较氧化硅层的热膨胀率还高的热膨胀率；

氧化硅层形成阶段，其在该高膨胀率层上形成氧化硅层，以及

变形防止层形成阶段，用来形成该变形防止层，其是氮化硅层且覆盖该氧化硅层的表面，以防止氧化硅层由于经常变化所造成的变形，

在所述双压电晶片元件的断面中，所述变形防止层覆盖所述氧化硅层的一端直到所述氧化硅层的另一端。

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