CN103137385A - 电子器件及其制造方法 - Google Patents

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CN103137385A CN201210400808XA CN201210400808A CN103137385A CN 103137385 A CN103137385 A CN 103137385A CN 201210400808X A CN201210400808X A CN 201210400808XA CN 201210400808 A CN201210400808 A CN 201210400808A CN 103137385 A CN103137385 A CN 103137385A
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Abstract

本申请提供一种电子器件，包括：基材；横梁，可弹性变形以向上弯曲，并且具有由形成在该基材中的缝隙部分限定的轮廓；导电图案，设置在该横梁的顶面上；接触电极，设置在该导电图案上方，该接触电极能接触该导电图案；以及可弹性变形的桥电极，该桥电极将该导电图案和该基材的位于该轮廓之外的部分连接。

Description

电子器件及其制造方法
技术领域
本文讨论的实施例涉及一种电子器件及其制造方法。
背景技术
在诸如移动电话等电子装置中，对MEMS（微电子机械系统）技术的应用日益增长，以进一步小型化其上安装的电子器件。应用MEMS技术制造的电子器件例如可以包括MEMS开关、微镜片元件和加速度传感器等。
在这些部件之中，MEMS开关与半导体开关相比具有如下优越特性：实现较小的信号损耗；具有更好的绝缘特性；以及导致信号失真的可能性更小。优选地，使这类MEMS开关的这些特性得到进一步提高。
在日本特开第2004-281412号公报和日本特开第2007-188866号公报的文献中公开了涉及背景技术的技术。
发明内容
本发明的目的在于在电子器件及该电子器件的制造方法领域中提高电子器件的特性。
根据本文所讨论的一个方案，提供一种电子器件，包括：基材；横梁，可弹性变形以向上弯曲，并且具有由形成在该基材中的缝隙部分限定的轮廓；导电图案，设置在该横梁的顶面上；接触电极，设置在该导电图案上方，该接触电极能接触（come into contact with）该导电图案；以及可弹性变形的桥电极，该桥电极将该导电图案和该基材的位于该轮廓之外的部分连接。
此外，根据本文所讨论的另一个方案，提供一种电子器件，包括：基材；横梁，可弹性变形以向上弯曲，并具有固定至该基材的一个端部和另一个端部，该横梁包括靠近该一个端部的第一部分和靠近该另一个端部的第二部分；导电图案，设置在该横梁的第二部分的顶面上；以及接触电极，设置在该导电图案的上方，并且能接触该导电图案，其中该横梁的第二部分的厚度小于该第一部分的厚度，且该横梁的第二部分的长度小于该第一部分的长度。
另外，根据本文所讨论的再一个方案，提供一种制造电子器件的方法，包括以下步骤：在基材中形成缝隙，以通过该缝隙限定横梁的部分轮廓，该横梁可弹性变形以向上弯曲；在该横梁的顶面上形成导电图案；在该导电图案的上方形成接触电极，该接触电极能接触该导电图案；以及形成桥电极，该桥电极可弹性变形并且将该导电图案和该基材的位于该轮廓之外的部分连接。
附图说明
图1是示出具有两个触点的MEMS开关的实例的分解立体图；
图2是示出仅具有一个触点的MEMS开关的实例的立体图；
图3是根据第一实施例的电子器件的立体图；
图4是根据第一实施例的电子器件的放大平面图；
图5是根据第一实施例的电子器件的总体平面图；
图6是用于解释根据第一实施例的电子器件的开关操作的剖视图；
图7是在开关接通（on）状态下沿图5中的线III-III截取的剖视图；
图8是用于计算横梁和桥电极各自的弹簧常数的模型的立体图；
图9A至图9M的每一个均是在根据第一实施例的电子器件的制造过程中的电子器件的剖视图；
图10A至图10D的每一个均是在根据第一实施例的电子器件的制造过程中的电子器件的平面图；
图11是根据第一实施例的比较例的电子器件的平面图；
图12是根据第二实施例的电子器件的平面图；
图13是用于解释根据第二实施例的电子器件的操作的剖视图；
图14是根据第三实施例的电子器件的平面图；
图15是根据第四实施例的电子器件的平面图；
图16是沿图15中的线V-V截取的剖视图；
图17是根据第五实施例的电子器件的平面图；
图18是用于解释根据第五实施例的电子器件的开关操作的剖视图；
图19A至图19E的每一个均是在根据第五实施例的电子器件的制造过程中的电子器件的剖视图；
图20A至图20C的每一个均是在根据第五实施例的电子器件的制造过程中的电子器件的平面图；
图21是根据第五实施例的比较例的电子器件的平面图；
图22是根据第六实施例的电子器件的平面图；
图23是沿图22中的线IX-IX截取的剖视图；
图24是示出减小第六实施例中的横梁厚度的方法的实例的剖视图；
图25是示出根据第六实施例的电子器件的另一个实例的平面图；以及
图26是沿图25中的线X-X截取的剖视图。
具体实施方式
在描述实施例之前，先对本发明的实施例进行初步解释。
图1是示出具有两个触点的MEMS开关的实例的分解立体图。
这种MEMS开关1包括基板2、接地图案3、以及第一信号线5和第二信号线6。
另外，在该第一信号线5和第二信号线6上方设置由可移动电极7支撑的触点部8。
在MEMS开关1中，当在接地图案3与可移动电极7之间给定电势差时，在这些电极之间会产生静电引力。因此，电极7向下弯曲，且触点部8与第一信号线5和第二信号线6接触，从而开关导通。
而且，接地图案3形成为围绕第一信号线5和第二信号线6。由此接地图案3以及第一信号线5和第二信号线6形成共面结构。这样，通过适当调整接地图案3与对应的第一信号线5和第二信号线6中之一之间的寄生电容，可以很容易地将第一信号线5和第二信号线6的每一个的阻抗调整为期望值。
然而，在MEMS开关1中存在这种情形，即，即使MEMS开关1从接通状态关断，触点部8仍与第一信号线5和第二信号线6粘在一起。这种现象被称为粘连（sticking），且是导致MEMS开关1故障的原因之一。
当使用诸如金等柔软的粘性材料作为触点部8以及第一信号线5和第二信号线6的材料时，会明显地发生粘连。具体而言，在此实例中，触点部8中有两个触点，这两个触点分别接触第一信号线5和第二信号线6。这样，与具有一个触点的情形相比，触点部8接收到更大的粘合力。因而，这个实例会导致很可能发生粘连这样的结构。
同时，图2是示出仅具有一个触点的MEMS开关的实例的立体图。
这种MEMS开关10包括基板11、第一信号线12、第二信号线13以及可移动部19。
在这些部件中，可移动部19通过将下部电极15、压电膜16、上部电极17和金属膜18按此顺序堆叠而形成。此外，除了端部19a被固定至该基板11之外，可移动部19远离基板11而设置。
另外，根据可移动部19的形状，第一信号线12的一部分远离基板11而设置，且该第一信号线12的端部连接至金属膜18。
在上述MEMS开关10中，通过在下部电极15与上部电极17之间施加电势差，在压电膜16中产生应力，由此可移动部19朝向基板11弯曲（如箭头所示）。因此，第一信号线12和第二信号线13彼此接触，从而开关导通。
此时，第一信号线12和第二信号线13只在一个触点P处彼此接触。这样，作用在第一信号线12和第二信号线13上的粘合力小于如图1所示有两个触点的情形下的粘合力，因而发生粘连的可能性较小。
然而，在MEMS开关10中，可移动部19和第一信号线12的每一个均具有三维形状，以使得可移动部19能够向下弯曲。因此，很难围绕第一信号线12形成接地图案。
这样，就不能实现如图1所示的共面结构，也难以将第一信号线12和第二信号线13的阻抗设成期望值。
下面将描述实施例。
（第一实施例）
图3是根据第一实施例的电子器件的立体图。
这种电子器件30是MEMS开关，并且包括诸如SOI（绝缘体上硅）基板之类的基材31、供RF（射频）信号流过的导电图案40、桥电极45以及接触电极47。在这种电子器件中，RF信号是被开关的对象。
在这些部件中，桥电极45的两端分别连接至导电图案40和基材31，并且可弹性变形以向上弯曲（这一点稍后将描述）。
此外，接触电极47具有单个突起47a，该突起47a被配置为当开关处于接通状态时与导电图案40接触。该接触电极47还作为供RF信号流过的信号路径的一部分。
而且，在基材31上围绕导电图案40设置第一接地图案41和第二接地图案42，该第一接地图案41和第二接地图案42与导电图案40一起构成共面结构。
桥形第一接地电极46的端部46x和46y分别连接至第二接地图案42的顶面和第一接地图案41的顶面。另外，电子器件30包括第二接地电极48。该第二接地电极48的端部48x和48y也分别连接至第二接地图案42和第一接地图案41。
进而，第一接地图案41和第二接地图案42通过第一接地电极46和第二接地电极48而保持为地电势。
图4是电子器件30的放大平面图。须注意，在图4中省略了第一接地电极46和第二接地电极48以避免附图过于复杂。
如图4所示，在桥电极45和接触电极47的每一个的顶面上设置焊料凸块（solder bump）以作为外部连接端子29。该外部连接端子29用于输入和输出被作为开关对象的RF信号S。
此外，在基材31中形成缝隙34a，且横梁（beam）34x的一部分轮廓由该缝隙34a限定。横梁34x具有固定至基材31的一个端部34c以及另一个端部34d，而且可弹性变形以在这些端部之间向上和向下弯曲。
另外，横梁34x包括靠近一个端部34c的第一部分P1和靠近另一个端部34d的第二部分P2。在本实施例中，第一部分P1的宽度W1宽于第二部分P2的宽度W2。因此，第二部分P2的刚性（stiffness）低于第一部分P1的刚性，使得横梁34x能够容易地在第一部分P1中弹性变形以向上弯曲。
上述宽度没有特别限制。例如，第一部分P1的宽度W1是150μm，而第二部分P2的宽度W2是30μm。另外，例如，第一部分P1的长度X1是300μm，而第二部分P2的长度X2是400μm。
此外，在横梁34x的第一部分P1中形成压电元件Q。
该压电元件Q是通过将下部电极36a、压电膜37和上部电极38a按此顺序堆叠而形成的。当施加电压时，压电元件Q产生向上弯曲横梁34x的驱动力。电压经由分别形成在下部电极36a顶面和上部电极38a顶面上的外部连接端子29而施加至压电元件Q。
压电元件Q的材料没有特别限制。在本实施例中，采用PZT（锆钛酸铅）作为压电膜37的材料，而铂被用作下部电极36a和上部电极38a的材料。
同时，导电图案40以容纳于横梁34x的第二部分P2内的尺寸形成在第二部分P2中。
导电图案40的延伸方向没有特别限制。在本实施例中，导电图案40形成为沿导电图案40旁边的缝隙34a的延伸方向D1延伸。而且，导电图案40的端部通过桥电极45机械连接至基材31的位于横梁34x的轮廓之外的部分。
桥电极45的延伸方向D2没有特别限制。在本实施例中，延伸方向D2是与缝隙34a的延伸方向D1正交的方向。
这个延伸方向允许沿延伸方向D1流过导电图案40的RF信号S在该导电图案40中经由桥电极45沿延伸方向D2而被引出。
导电图案40具有将RF信号S引出至不会干扰接触电极47这种位置的功能。当RF信号S如上所述在该导电图案40中通过桥电极45而被引出时，引出RF信号S所需的导电图案40的长度L1可以更短。
因而，与没有设置桥电极45的情形相比，导电图案40的电阻得以降低，且能够抑制RF信号S中的损耗。不仅在RF信号S情形下，而且在DC（直流）信号流过导体图案40的情形下，均能够通过降低电阻而实现对损耗的抑制。
图5是电子器件30的总体平面图。
如图5所示，第一接地电极46在横梁34x上方从第一接地图案41和第二接地图案42延伸。类似地，第二接地电极48在横梁34x上方从第一接地图案41和第二接地图案42延伸。
用于使第一接地图案41和第二接地图案42接地的外部连接端子29被设置在第二接地电极48的顶面上。
第一接地图案41和第二接地图案42与导电图案40一起形成共面结构。因而，通过调整第一接地图案41与导电图案40之间的间隙以及第二接地图案42与导电图案40之间的间隙，能够调整RF信号S流过的路径的阻抗。
下面将描述电子器件30的开关操作。
图6是用于解释电子器件30的开关操作的剖视图，且对应于沿图5中的线I-I截取的剖面。在图6中，外部连接端子29被省略。
如图6所示，基材31是通过在硅基板32上将氧化硅膜33和硅膜34按此顺序堆叠而形成的SOI基板。
在该基材31中，硅基板32和氧化硅膜33的位于横梁34x下方的部分被移除。这样，横梁34x不会接收到氧化硅膜33的张紧力（straining force），从而能够弹性变形以上下弯曲。
而且，在硅膜34上形成作为底层（underlying）绝缘膜35的热氧化膜，并在该底层绝缘膜35上形成前述的压电元件Q。
在实际应用中，直流电源E连接在压电元件Q的下部电极36a与上部电极38a之间，并且在这些电极之间施加约为10V的驱动电压V。因此压电膜37由于压电效应而沿面内方向收缩。
因此，横梁34x向上弯曲，并且导电图案40接触到接触电极47的突起47a。因而电子器件30导通。在横梁34x的最大弯曲部分，横梁34x的由弯曲导致的上升量约为1μm。
须注意，可以通过停止施加驱动电压V来关断电子器件30。
图7是在开关接通状态下沿着图4中的线III-III截取的剖视图。须注意，图7中省略了外部连接端子29。
如图7所示，当开关导通且横梁34x弯曲时，连接至导电图案40的桥电极45也会弯曲。这样，横梁34x的移动不受桥电极45的限制。
图8是用于计算横梁34x和桥电极45各自的弹簧常数的模型的立体图。
横梁34x被如下配置。长度X1+X2是700μm，宽度W是30μm，厚度t1是15μm，以及横梁34x的材料是硅。而且，横梁34x的端部34c和34d是固定端。
同时，桥电极45被如下配置。长度BW1是80μm，宽度BP1是30μm，厚度t2是15μm，并且桥电极45的材料是金。而且，桥电极45的一个端部45x是固定端，而其另一个端部45y是自由端。
通过使用这样的模型来计算弹簧常数。其结果是，横梁34x的弹簧常数是1605.8N/m，而桥电极45的弹簧常数是34N/m。根据这一结果，可知桥电极45的弹簧常数远远小于横梁34x的弹簧常数。
这样，如图7所示，横梁34x的移动不会受到桥电极45的限制。因而，用来驱动横梁34x的驱动电压V大致等于没有桥电极45的情形，并且该桥电极45能够在低驱动电压V下被驱动。
在如上所述的本实施例的电子器件30中，如图4所示，流过导电图案40的RF信号S经由桥电极45被引到外部。这样，导电图案40的长度L1可以较小。从而能够减小导电图案40的电阻，并抑制由导电图案40造成的RF信号S中的损耗。
而且，横梁34x的第一部分P1的宽度W1宽于第二部分P2的宽度W2。这样，能够在第一部分P1的大区域中形成压电元件Q，因此增加由压电元件Q产生的驱动力。
另外，通过减小第二部分P2的宽度W2，使得第二部分P2的刚性小于第一部分P1的刚性。这样，能够降低施加至压电元件Q以向上弯曲横梁34x的驱动电压V。
此外，如图5所示，被设成地电势的第一接地电极46被设置在接触电极47旁边，这样接触电极47和第一接地电极46形成共面结构。因此，通过调节第一接地电极46与接触电极47之间的间隙，能够容易地调节RF信号S流过的路径的阻抗。因此，很容易实现与外部器件的阻抗匹配。
同样地，第二接地电极48与桥电极45一起形成共面结构。这样，通过调节第二接地电极48与桥电极45之间的间隙，能够调节路径的阻抗。
而且，在接触电极47中仅设置一个突起47a。因而，能够使得接触电极47与导电图案40之间的粘合力小于设置多个突起47a的情形。因而能够抑制接触电极47粘住导电图案40的粘连。
接下来，描述电子器件30的制造方法。
图9A至图9M的每一个均是在根据本实施例的电子器件30的制造过程中电子器件30的剖视图。
在图9A至图9M中，与上述元件相同的元件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。而且，在图9A至图9M的每一个中，第一剖面对应于沿图5中的线I-I截取的剖面，而第二剖面对应于沿图5中的线II-II截取的剖面。另外，第三剖面对应于沿图5中的线III-III截取的剖面。
如下所述通过应用MEMS技术来制造电子器件30。
首先，如图9A所示，制备SOI基板以作为基材31。
基材中的硅基板32的厚度约为525μm，而氧化硅膜33的厚度约为4μm。而且，硅膜34的厚度约为15μm。
如上述，硅膜34被用作桥电极45的底层。因此，为了防止流过桥电极45的RF信号S流进硅膜34中，通过控制硅膜34中的杂质而优选将硅膜34的电阻系数设成尽可能高，例如为100Ωcm或更高。
接下来，描述为了获得如图9B所示的剖面结构而执行的步骤。
首先，通过对硅膜34的表面进行热氧化，形成厚度约为500nm的热氧化膜以作为底层绝缘膜35。热氧化也发生在硅基板32的背面，因而在该背面中也形成了底层绝缘膜35。
然后，通过溅射法，在底层绝缘膜35上按顺序形成厚度约为50nm的钛膜和厚度约为200nm的铂膜。这些堆叠的膜被用作第一导电膜36。第一导电膜36中的钛膜用作紧粘膜（tight adhesion film）。
接下来，通过溶胶-凝胶（sol-gel）法，在第一导电膜36上形成PZT膜以作为压电膜37。在该溶胶-凝胶法中，PZT涂膜的形成及其烘烤（baking）被执行多次，直到压电膜37的厚度达到约1μm为止。在烘烤期间基板温度约为450°C。
然后，通过溅射法，在压电膜37上形成厚度约为200nm的铂膜以作为第二导电膜38。
此后，在基板温度约为650°C下，对压电膜37进行RTA（迅速热退火），从而压电膜37中的PZT得以结晶。因而可以改善压电膜37的压电特性。
接下来，如图9C所示，通过离子铣削（ion milling），第二导电膜38被图案化，因此形成上部电极38a。
然后，通过使用缓冲氢氟酸溶液作为蚀刻剂，并使用未示出的抗蚀剂图案作为掩模，对压电膜37进行湿蚀刻，从而压电膜37被图案化。
接下来，通过离子铣削，第一导电膜36被图案化，因此形成下部电极36a。
通过执行上述步骤，得以形成按顺序堆叠下部电极36a、压电膜37和上部电极38a而形成的压电元件Q。
此后，通过使用缓释氢氟酸溶液作为蚀刻剂进行湿蚀刻，移除作为底层绝缘膜35而形成的热氧化膜。这样，底层绝缘膜35仅保留位于压电元件Q下方的部分。须注意，在湿蚀刻时压电元件Q被未示出的抗蚀剂图案遮蔽，并在完成湿蚀刻后移除该抗蚀剂图案。
图10A是完成这一步骤之后的平面图。在上述图9C中，第一剖面对应于沿图10A中的线I-I截取的剖面，而第二剖面对应于沿图10A中的线II-II截取的剖面。此外，图9C的第三剖面对应于沿图10A中的线III-III截取的剖面。
须注意，在图10A中省略了底层绝缘膜35。稍后将描述的图10B至图10D也同样如此。
如图10A所示，下部电极36a、压电膜37和上部电极38a的每一个在平面图中均具有矩形形状。
接下来，如图9D所示，通过溅射法，在硅膜34的远离压电元件Q的多个部分上按顺序形成厚度约为50nm的钛膜和厚度约为500nm的金膜，以作为导电图案40以及第一接地图案41和第二接地图案42。
通过使用未示出的抗蚀剂图案执行剥离法（lift-off meth），将钛膜和金膜图案化成导电图案40以及第一接地图案41和第二接地图案42的形状。而且，在这个步骤中形成的钛膜被用作紧粘膜。
图10B是完成这一步骤之后的平面图。在上述图9D中，第一剖面对应于沿图10B中的线I-I截取的剖面，而第二剖面对应于沿图10B中的线II-II截取的剖面。而且，图9D的第三剖面对应于沿图10B中的线III-III截取的剖面。
如图10B所示，导电图案40被形成为在平面图中具有延长形状（elongated shape），且第一接地图案41和第二接地图案42分别形成在该导电图案40的两侧。
然后，如图9E所示，将光致抗蚀剂涂覆（apply）在基材31的整个顶面上，并且通过曝光和显影该光致抗蚀剂，形成第一抗蚀剂图案38。此后，通过使用第一抗蚀剂图案38作为掩模，对硅膜34进行干蚀刻，从而在硅膜34中形成宽度约为2μm的缝隙34a。
优选地，采用允许蚀刻的高各向异性的深度-RIE（深反应离子蚀刻）作为干蚀刻。在深度-RIE中，在蚀刻环境（etching atmosphere）中交替供应SF6和C4F8会导致蚀刻以及由沉积物实现的侧壁保护交替进行，并且能够形成与基材31的顶面垂直的间隙34a的侧壁。
从而，通过形成缝隙34a，硅膜34的一部分被限定为横梁34x。
此后，移除第一抗蚀剂图案38。
图10C是完成这一步骤之后的平面图。在上述图9E中，第一剖面对应于沿图10C中的线I-I截取的剖面，而第二剖面对应于沿图10C中的线II-II截取的剖面。而且，图9E的第三剖面对应于沿图10C中的线III-III截取的剖面。
如图10C所示，形成两个缝隙34a，并在这两个缝隙34a之间设置压电元件Q和导电图案40。
随后，如图9F所示，通过等离子体CVD法，在基材31的整个顶面上形成厚度约为5μm的氧化硅膜以作为牺牲绝缘膜43。
然后，通过光刻和蚀刻，在该牺牲绝缘膜43中形成彼此隔开的第一和第二凹部43a和43b以及第一至第四开口部43c至43f。
在这些部件中，第二凹部43b形成为比第一凹部43a更深，并且第一至第四开口部43c至43f形成为比第一和第二凹部43a和43b的任何一个都更深。
光刻和蚀刻的每一个都被执行多次，以形成如上所述不同深度的凹部和开口。
凹部和开口部的每一个的深度都没有特别限制。在本实施例中，第一凹部43a的深度约为1.7μm，而第二凹部43b的深度约为3.7μm。此外，第一至第四开口43c至43f的每一个的深度约为5μm，这与牺牲绝缘膜43的厚度相同。
接下来，如图9G所示，通过溅射法，按顺序在牺牲绝缘膜43的顶面、第一和第二凹部43a和43b的内表面、以及第一至第四开口43c至43f的内表面上形成厚度约为50nm的钼膜和厚度约为500nm的金膜，以作为种子层39。
接下来，描述为了获得如图9H所示的剖面结构而执行的步骤。
首先，在种子层39上涂覆光致抗蚀剂，并通过曝光和显影该光致抗蚀剂而形成第二抗蚀剂图案52。该第二抗蚀剂图案52包括与上述第一开口43c和第四开口43f重叠的窗口（window）52a。
然后，通过使用种子层39作为供电层进行电镀，在窗口52a中生长厚度约为3μm的金膜。该金膜被用作桥电极45。
如第三剖面中的虚线圈所示，第二抗蚀剂图案52形成在第一开口43c和第四开口43f的侧面的没有形成桥电极45的部分中。因而，在这些部分中不生长金膜。
此后，移除第二抗蚀剂图案52。
接下来，如图9I所示，在种子层39上再次涂覆光致抗蚀剂，并通过曝光和显影该光致抗蚀剂而形成第三抗蚀剂图案53。
然后，通过使用种子层39作为供电层进行电镀，在该种子层39上的未覆盖有第三抗蚀剂图案53的部分中生长金膜。这一金膜被用作第一接地电极46、接触电极47和第二接地电极48。
如第一剖面中所示，第一接地电极46形成在第一凹部43a中，并且第一接地电极46与上部电极38a之间的距离可以通过调节第一凹部43a的深度而调节。
同时，在接触电极47中形成反映第二凹部43b的突起47a。
而且，如第三剖面中所示，桥电极45的形成在第四开口43f之外的部分被第三抗蚀剂图案53覆盖。因而，这一部分的膜厚度不会通过新形成的金膜而增加，因而可以保持桥电极45的柔韧性（flexibility）。
另外，接触电极47的形成在第四开口43f中的部分的膜厚度通过新形成的金膜而增加，因而此部分的强度得以增加。
此外，如第二剖面中所示，接触电极47的形成在第二开口43d和第三开口43e中的部分分别用作将桥形接触电极47固定至硅膜34的第一锚定件（anchor）47x和第二锚定件47y。
接触电极47的厚度没有特别限定。在本实施例中，通过将在此步骤中形成的金膜的厚度设成大约20μm，接触电极47的位于缝隙34a上方的部分的厚度T1设成约为20μm。
须注意，在缝隙34a上方的部分中，如上所述被第三抗蚀剂图案53覆盖的桥电极45的厚度T2约为3μm，其小于接触电极47的厚度T1。
图10D是完成这一步骤之后的平面图。在上述图9I中，第一剖面对应于沿图10D中的线I-I截取的剖面，而第二剖面对应于沿图10D中的线II-II截取的剖面。而且，图9I的第三剖面对应于沿图10D中的线III-III截取的剖面。
接下来，描述为了获得如图9J所示的剖面结构而执行的步骤。
首先，通过使用碘和碘化钾的混合溶液作为蚀刻剂进行湿蚀刻，来移除暴露于牺牲绝缘膜43的顶面上的种子层39。
然后，将光致抗蚀剂涂覆至硅基板32的背面，并通过曝光和显影该光致抗蚀剂而形成第四抗蚀剂图案54。
然后，使用第四抗蚀剂图案54作为掩模，通过深度RIE对硅基板32进行干蚀刻，移除硅基板32的部分区域R。干蚀刻中使用的蚀刻气体没有特别限制。在本实施例中，将SF6和C4F8交替供应至蚀刻环境中以作为蚀刻气体。
在形成第四抗蚀剂图案54之前，可以通过使用氢氟酸溶液预先移除留在硅基板32的背面上的热氧化膜，以防止该热氧化膜被用作此步骤中的干蚀刻的掩模。
接下来，如图9K所示，再次使用第四抗蚀剂图案54作为掩模，通过使用CF4气体作为蚀刻气体进行干蚀刻，移除部分区域R中的氧化硅膜33。因而，硅膜34的背面在部分区域R中暴露。
此后，移除第四抗蚀剂图案54。
然后，如图9L所示，通过使用氢氟酸蒸汽进行蚀刻，移除牺牲绝缘膜43。
因此，横梁34x脱离氧化硅膜33的约束力，因此可以弹性变形。
此后，如图9M所示，通过使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液作为蚀刻剂进行湿蚀刻，仅移除留在接触电极47下方的种子层39中的钼膜。
作为这一蚀刻的结果，具有低电阻的金膜暴露在接触电极47的突起47a中。因此，当横梁34x弹性变形以向上弯曲时，能够减小在导电图案40与接触电极47之间的接触电阻。
在这个步骤完成之后，突起47a与导电图案40之间的距离约为0.3μm。
这样就完成了根据本实施例的电子器件30的基本结构。此后，执行将焊料凸块接合至电子器件30的所需部位以作为外部连接端子29（参见图4）的步骤。然而，这里省略了这个步骤的细节。
接下来，描述本实施例的比较例。
图11是根据该比较例的电子器件81的平面视图。在图11中，与本实施例相同的元件由本实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
如图11所示，电子器件81是横梁34x通过压电元件Q弯曲这种类型的MEMS开关。电子器件81包括接地图案49，其与上述导电图案40一起形成共面结构。
电子器件81与本实施例的不同之处在于其没有如图5所示的桥电极45、第一接地电极46或第二接地电极48。
由于没有桥电极45，流过导电图案40的RF信号S不能横跨缝隙34a而被引至外部。因而，需要在导电图案40的末端提供焊盘（pad）40a，并从焊盘40a提取RF信号S。
因而，导电图案40在横梁34x的第二部分P2的整个长度上延伸，从而导电图案40的长度比本实施例中的长度更长。因此，导电图案40的电阻增加，且在RF信号S中产生损耗。
可以想到通过增加导电图案40的膜厚度来减小电阻。然而，当膜厚度增加时，会由于作为导电图案40材料的金而在导电图案40中出现强的拉伸应力（tensile stress）。这样，即使在开关被设成关断状态时，横梁34x也会向上翘曲（warp），从而不能足够保持突起47a与导电图案40之间的距离。
同时，当增加导体图案40的线宽以减小导电图案40的电阻时，横梁34x在第二部分P2中的宽度也需要增加。这样，第二部分P2的刚性会增大，由此弯曲横梁34x所需的驱动电压也增大。
而且，在电子器件81中，在接触电极47旁边没有设置第一接地电极46（参见图5）。这样就不能通过调节接触电极47与第一接地电极46之间的距离来调节RF信号S的信号路径的阻抗。
（第二实施例）
如下文所述，第二实施例的电子器件是与第一实施例相比能够降低驱动电压这样的MEMS开关。
图12是根据本实施例的电子器件60的平面图。在图12中，与第一实施例中描述的元件相同的元件由第一实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
如图12所示，在本实施例中，下部电极36a延伸至第一实施例中形成第一和第二接地图案41和42（参见图5）的部位。下部电极36a被配置为还能作为第一和第二接地图案41和42。
图13是用于解释电子器件60的操作的剖视图，并对应于沿图12中的线IV-IV截取的剖面。
如图13所示，为了让电子器件60导通，将电压值约为7V的直流电源E连接至上部电极38a，且下部电极36a被设成地电势。
这会导致在下部电极36a与上部电极38a之间施加第一驱动电压V1，且在上部电极38a与第一接地电极46之间施加第二驱动电压V2。
当以这样的方式使用两个驱动电压V1和V2时，压电元件Q被第一驱动电压V1驱动，此外，通过第二驱动电压V2在上部电极38a与第一接地电极46之间还会出现静电引力F。因此，横梁34x也通过这一静电引力F而弯曲。
这样，即使在施加至压电元件Q的第一驱动电压降低时，横梁34x也得以充分弯曲。因而，与第一实施例相比，可以降低进行开关所需的驱动电压。
虽然由于使用的是单个直流电源E，第一驱动电压V1和第二驱动电压V2的值相同，但本实施例不局限于这种配置。例如，可以通过利用多个直流电源E给下部电极36a、上部电极38a和第一接地电极46独立地施加电压，使第一和第二驱动电压V1和V2的值不同。
此外，作为对上述降低驱动电压的替代，第一直流电源E的电压值可以设成约为10V，其与第一实施例中的驱动电压V的值相同。这会导致静电引力F和压电元件Q的驱动力这两者都作用于突起47a上，从而突起47a被强力压向导电图案40。这样，即使由于长期使用而在突起47a的表面上形成了有机材料等的膜，这个膜也会通过开关的导通而破裂。因而，防止了由此膜造成的电阻的增加。且电子器件60的寿命能够得以延长。
（第三实施例）
在第三实施例中，描述能够制造得比第一实施例更小的电子器件。
图14是根据本实施例的电子器件65的平面图。在图14中，与第一实施例中描述的元件相同的元件由第一实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
电子器件65是MEMS开关，并且包括位于横梁34x的端部34d中的窄部Pn，该窄部Pn的宽度Wn窄于第二部分P2的宽度W2。
具有窄宽度Wn的窄部Pn的刚性低于第二部分P2的刚性。这样，即使长度L2(其为第二部分P2和窄部Pn的总长)减小，第二部分P2也能很容易地通过压电元件Q的驱动力弹性变形以向上弯曲。因而，器件能够被制造得更小。
（第四实施例）
第四实施例的电子器件是如下文所述寿命可以变得更长的MEMS开关。
图15是根据本实施例的电子器件68的平面图。在图15中，与第一实施例中描述的元件相同的元件由第一实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
在电子器件68中，在横梁34x的比第二部分P2更接近其他端部34d的部分中形成第三部分P3，该第三部分P3的宽度W3宽于第二部分P2的宽度W2。在第三部分P3中也设置有压电元件Q。
第三部分P3中的横梁34x的形状类似于第一部分P1中的横梁34x的形状。使宽度W3比第二部分P2的宽度W2更宽，这将允许压电元件Q形成在第三部分P3的大区域中，因此增加压电元件Q的驱动力。
而且，形成在平面图中大体呈方形的导电图案40，并且在导电图案40上方布置桥电极45和接触电极47。在本实施例中，桥电极45和接触电极47沿着RF信号S的信号路径而排成一行。
图16是沿图15中的线V-V截取的剖视图。
在第一实施例中，形成将接触电极47固定至硅膜34的第一锚定件47x和第二锚定件47y（参见图9I）。然而，在本实施例中，仅形成第一锚定件47x，而接触电极47的靠近突起47a的端部是自由端。
在上述电子器件68中，如图15所示，形成两个压电元件Q。这样，与仅有一个压电元件Q的情形相比，接触电极47的突起47a被更为强力地压向导电图案40。如第二实施例中所述，这种压力的增大会抑制由于电子器件的长期使用而造成的电阻的增加。因而，本实施例中的电子器件的寿命能够得以延长。
（第五实施例）
在第一至第四实施例的每一个中，描述的是横梁34x由压电元件Q驱动的电子器件。
作为对比，在本实施例中，描述横梁34x由静电引力驱动的电子器件。
图17是根据本实施例的电子器件70的平面图。在图17中，与第一至第四实施例中描述的元件相同的元件由这些实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
电子器件70是MEMS开关，并包括位于第一部分P1中的横梁34x的顶面上的第一驱动电极71，其还包括位于第一驱动电极71上方的第二驱动电极72。
另外，焊料凸块被接合至第一驱动电极71的顶面以作为外部连接端子29，并且在第一接地电极46中形成暴露外部连接端子29的开口46a。
接下来，描述电子器件70的开关操作。
图18是用于解释电子器件70的开关操作的剖视图，其对应于沿图17中的线VI-VI截取的剖面。
在实际应用中，将直流电源E连接至第一驱动电极71与第二驱动电极72之间，并且在这些电极之间施加约为10V的驱动电压V以在这些电极之间产生静电引力F。横梁34x因此而向上弯曲，且接触电极47的突起47a接触到导电图案40。因此电子器件70导通。须注意，可以通过停止施加驱动电压V而使电子器件70关断。
在上述本实施例中，如图17所示，没有形成第一实施例的压电元件Q。因此，压电元件Q的形成步骤就没有必要，且电子器件70的成本可以降低。
另外，如第一实施例中那样，RF信号S从导电图案40的中部经由桥电极45而被引向外部。这样，能够减小导电图案40的长度L3，并因此而抑制RF信号S中的损耗。
而且，第一接地电极46和第二接地电极48与桥电极45和接触电极47一起形成共面结构。这样，如第一实施例中那样，能够很容易地调节RF信号S流过的路径的阻抗。
接下来，描述电子器件70的制造方法。
图19A至图19E的每一个均是在根据本实施例的电子器件70的制造过程中的电子器件70的剖视图。
在图19A至图19E中，与第一至第四实施例中描述的元件相同的元件由这些实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
在图19A至图19E的每一个中，第一剖面对应于沿图17中的线VI-VI截取的剖面，而第二剖面对应于沿图17中的线VII-VII截取的剖面。而且，第三剖面对应于沿图17中的线VIII-VIII截取的剖面。
如下所述通过使用MEMS技术制造电子器件70。
首先，如图19A所示，制备SOI基板31。然后，通过溅射法，在SOI基板31的硅膜34上按顺序形成钛膜和金膜。此后，通过剥离方法来图案化这些膜，因此形成导电图案40、第一和第二接地图案41和42、以及第一驱动电极71。
钛膜和金膜的厚度没有特别限制。在本实施例中，钛膜形成为具有约50nm的厚度，而金膜形成为具有约500nm的厚度。
图20A是完成这一步骤之后的平面图。在上述图19A中，第一剖面对应于沿图20A中的线VI-VI截取的剖面，而第二剖面对应于沿图20A中的线VII-VII截取的剖面。此外，图19A的第三剖面对应于沿图20A中的线VIII-VIII截取的剖面。
接下来，如图19B所示，通过干蚀刻，在硅基板34中形成多个缝隙34a，每个缝隙34a的宽度约为2μm。部分硅膜34通过缝隙34a被限定为横梁34x。
由于形成缝隙34a的方法与第一实施例中描述的方法（参见图9E）相同，这里省略其描述。
图20B是完成这一步骤之后的平面图。在上述图19B中，第一剖面对应于沿图20B中的线VI-VI截取的剖面，而第二剖面对应于沿图20B中的线VII-VII截取的剖面。而且，图19B的第三剖面对应于沿图20B中的线VIII-VIII截取的剖面。
如图20B所示，轮廓由缝隙34a部分限定的横梁34x包括第一部分P1和第二部分P2。导电图案40形成为足够小，以容纳在这些部分中的第二部分P2内。
第一驱动电极71的一部分形成在第一部分P1中。
而且，如第一实施例中那样，形成第一部分P1以使其宽度W1宽于第二部分P2的宽度W2。
接下来，如图19C所示，通过遵循第一实施例的图9F至图9H中的步骤，在基材31上形成牺牲绝缘膜43和桥电极45。如第一实施例所述，桥电极45是通过将种子层39用作供电层进行电镀而形成的。
随后，如图19D所示，在种子层39上形成第三抗蚀剂图案53。
然后，通过使用种子层39作为供电层进行电镀，在种子层39的未被第三抗蚀剂图案53覆盖的部分上生长金膜。该金膜被用作第一接地电极46、接触电极47、第二接地电极48和第二驱动电极72。
金膜的厚度没有特别限制。在本实施例中，金膜形成为具有约20μm的厚度。而且，在这样形成的第一接地电极46中，利用第三抗蚀剂图案53作为喷镀的掩模而形成开口46a。
此后，执行第一实施例中描述的图9J至图9L的步骤，因此而形成如图19E所示可弹性变形以上下弯曲的横梁34x。
图20C是完成这一步骤之后的平面图。在上述图19E中，第一剖面对应于沿图20C中的线VI-VI截取的剖面，而第二剖面对应于沿图20C中的线VII-VII截取的剖面。而且，图19E的第三剖面对应于沿图20C中的线VIII-VIII截取的剖面。
这样就完成了根据本实施例的电子器件70的基本结构。
此后，执行将作为外部连接端子29（参见图17）的焊料凸块接合至诸如从开口部46a暴露的第一驱动电极71的顶面等部位的步骤。然而，这里省略了这个步骤的细节。
接下来，描述本实施例的比较例。
图21是根据该比较例的电子器件82的平面图。在图21中，与本实施例相同的元件由本实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
如图21所示，电子器件82是这种类型的MEMS开关，其横梁34x通过第一驱动电极71与第二驱动电极72之间产生的静电引力而弯曲。而且，电子器件82包括接地图案49，其与上述导电图案40一起形成共面结构。
然而，电子器件82与本实施例的不同之处在于没有如图17所示的桥电极、第一接地电极46和第二接地电极48。
由于没有桥电极45，流过导电图案40的RF信号S不能横跨电子器件82中的缝隙34a而被引至外部。因而，需要在导电图案40的末端提供焊盘40a，并从焊盘40a引出RF信号S。
这样，导电图案40在横梁34x的第二部分P2的整个长度上延伸，因而导电图案40的长度L3比本实施例中的长度更长。因此，导电图案40的电阻增加，且在RF信号S中产生损耗。
（第六实施例）
在第一至第五实施例的每一个中，通过提供桥电极45而减小了导电图案40的长度，因此抑制了RF信号的损耗。
在第六实施例中，描述不需要桥电极45的电子器件。
图22是根据第六实施例的电子器件90的平面图。在图22中，与第一至第五实施例中描述的元件相同的元件由这些实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
电子器件90是MEMS开关，其中横梁34x通过如第一实施例中的压电元件Q的驱动力而弯曲，但其与第一实施例的不同之处在于没有桥电极45（参见图5）。
图23是沿图22中的线IX-IX截取的剖视图。
如图23所示，在本实施例中，横梁34x在第二部分P2中的厚度小于其在第一部分P1中的厚度，因而第二部分P2的刚性低于第一部分P1的刚性。
通过此方式降低刚性，即，保持横梁43x的柔韧性所需的第二部分P2的长度X2小于第一部分P1的长度X1。其结果是，能够使得形成在第二部分P2中的导电图案40的长度比其在第一实施例中的长度小。因而，即使RF信号S没有经由桥电极45（参见图5）引出，也能抑制由导电图案40的电阻导致的RF信号S中的损耗。
减小横梁34x在第二部分P2中的厚度的方法没有特别限制。
图24是示出减小厚度的方法的实例的剖视图。
在此方法中，在第一实施例中的图9A的步骤之前，在基材31的表面上形成第四抗蚀剂图案95。然后，通过使用SF6气体作为蚀刻气体，并使用第四抗蚀剂图案95作为掩模进行RIE，将硅膜34半蚀刻，因此硅膜34的与第二部分P2对应的部分的厚度减至约10μm。
此后，执行在第一实施例中描述的图9B至图9M的步骤，从而完成如图23所示的电子器件90的基本结构。
已经对横梁34x由压电元件Q弯曲的这种类型的上述电子器件90加以描述。然而，本实施例不限于此类型。
图25是示出横梁34x由静电引力弯曲的这种类型的电子器件97的平面图。图26是沿图25中的线X-X截取的剖视图。在图25和图26中，与第一至第五实施例中描述的元件相同的元件由这些实施例中使用的相同附图标记表示，且在下文中省略其描述。
在电子器件97中，如第五实施例中那样，横梁34x通过在第一驱动电极71与第二驱动电极72之间产生的静电引力而弯曲，因此开关导通。
如图26所示，同样在电子器件97中，通过使得横梁34x在第二部分P2中的厚度小于其在第一部分P1中的厚度，能够使得第二部分P2的长度X2小于第一部分P1的长度X1。这样，如在上述电子器件90（参见图23）中那样，无须桥电极45，就能够抑制由导电图案40的电阻造成的RF信号S中的损耗。

Claims (20)

1.一种电子器件，包括：
基材；
横梁，可弹性变形以向上弯曲，并且具有由形成在该基材中的缝隙部分地限定的轮廓；
导电图案，设置在该横梁的顶面上；
接触电极，设置在该导电图案的上方，该接触电极能接触该导电图案；以及
可弹性变形的桥电极，该桥电极将该导电图案与该基材的位于该轮廓之外的部分连接。
2.根据权利要求1所述的电子器件，还包括：
接地图案，形成在该基材的位于该轮廓之外的部分中；以及
接地电极，在该横梁上方从该接地图案延伸。
3.根据权利要求2所述的电子器件，其中
设置多个所述接地图案，以及
所述多个接地图案通过该接地电极彼此连接。
4.根据权利要求2所述的电子器件，其中
该横梁具有固定至该基材的一个端部和另一个端部，并且该横梁包括靠近该一个端部的第一部分和靠近该另一个端部的第二部分，以及
该第一部分的宽度宽于该第二部分的宽度。
5.根据权利要求4所述的电子器件，其中该导电图案以容纳于该横梁的第二部分内的尺寸设置。
6.根据权利要求4所述的电子器件，其中该另一个端部设置有宽度窄于该第二部分的窄部。
7.根据权利要求4所述的电子器件，其中该横梁的第一部分设置有通过将下部电极、压电膜和上部电极按上述顺序堆叠而形成的压电元件。
8.根据权利要求7所述的电子器件，其中该下部电极还被用作所述接地图案。
9.根据权利要求7或8所述的电子器件，其中在该横梁的比该第二部分更靠近该另一个端部的部分中设置第三部分，该第三部分的宽度宽于该第二部分。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的电子器件，其中
该接地电极位于该上部电极的上方，
在该下部电极与该上部电极之间施加第一驱动电压，以及
在该上部电极与该接地电极之间施加第二驱动电压。
11.根据权利要求2所述的电子器件，还包括：
第一驱动电极，设置在该横梁的第一部分的顶面上；以及
第二驱动电极，设置在该第一驱动电极的上方，在该第二驱动电极与该第一驱动电极之间施加驱动电压。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的电子器件，其中该桥电极的延伸方向与该桥电极下方的缝隙的延伸方向正交。
13.根据权利要求12所述的电子器件，其中所述导电图案的延伸方向与该桥电极的延伸方向正交。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的电子器件，其中该桥电极在位于该缝隙上方的区域中的厚度小于该接触电极在位于该缝隙上方的区域中的厚度。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的电子器件，其中
该基材是SOI(绝缘体上硅)基板，在该SOI基板中氧化硅膜和硅膜按上述顺序形成在硅基板上，以及
该横梁是该硅膜的一部分，并且通过移除位于该横梁下方的硅基板和氧化硅膜而形成。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的电子器件，其中该接触电极具有接触该导电图案的单个突起。
17.一种电子器件，包括：
基材；
横梁，可弹性变形以向上弯曲，并且具有固定至该基材的一个端部和另一个端部，该横梁包括靠近该一个端部的第一部分和靠近该另一个端部的第二部分；
导电图案，设置在该横梁的第二部分的顶面上；以及
接触电极，设置在该导电图案的上方，并且能接触该导电图案，其中
该横梁的第二部分的厚度小于该第一部分的厚度，且该横梁的第二部分的长度小于该第一部分的长度。
18.根据权利要求17所述的电子器件，其中该横梁的第一部分设置有压电元件，在该压电元件中下部电极、压电膜和上部电极按上述顺序形成。
19.一种制造电子器件的方法，包括以下步骤：
在基材中形成缝隙，以通过该缝隙限定横梁的部分轮廓，该横梁可弹性变形以向上弯曲；
在该横梁的顶面上形成导电图案；
在该导电图案的上方形成接触电极，该接触电极能接触该导电图案；以及
形成桥电极，该桥电极可弹性变形并且将该导电图案与该基材的位于该轮廓之外的部分连接。
20.根据权利要求19所述的制造电子器件的方法，其中形成桥电极的步骤包括以下步骤：
在形成该导电图案后，在该基材上形成牺牲绝缘膜；
在该导电图案上的牺牲绝缘膜中形成第一开口；
在该牺牲绝缘膜的远离该第一开口的部分中形成第二开口；
在该第一开口中、该第二开口中、以及该牺牲绝缘膜的位于该第一开口与该第二开口之间的顶面的一部分上形成该桥电极；
增加在该第二开口中的桥电极的膜厚度；以及
移除该牺牲绝缘膜。
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