CN103430260B - 具有可变电容元件的电子设备及其制造方法 - Google Patents
具有可变电容元件的电子设备及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103430260B CN103430260B CN201180069245.4A CN201180069245A CN103430260B CN 103430260 B CN103430260 B CN 103430260B CN 201180069245 A CN201180069245 A CN 201180069245A CN 103430260 B CN103430260 B CN 103430260B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- fixed
- movable electrode
- electronic equipment
- variable
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 63
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 16
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 14
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 12
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101100162186 Mus musculus Slc25a4 gene Proteins 0.000 description 3
- 101100313194 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) CCT4 gene Proteins 0.000 description 3
- 101100536259 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) TAF14 gene Proteins 0.000 description 3
- 101150084439 anc1 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019819 Cr—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008458 Si—Cr Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000637 aluminium metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
- H01G5/18—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes due to change in inclination, e.g. by flexing, by spiral wrapping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明提供一种能够可靠地控制可动电极的动作的可变电容元件。具有可变电容元件的电子设备具有：给予物理性支承的支承基板；一对固定部件，其被形成在支承基板上，并且具有与支承基板表面垂直方向的支承部；可动电极，其被一对固定部件的支承部支承，对置的第一侧面和第二侧面构成电极面，并且至少一部分能够弹性变形；第一固定电极，其被支承在支承基板上，具有与可动电极的第一侧面对置的第一电极面；以及第二固定电极，其被支承在支承基板上，具有与可动电极的第二侧面对置的第二电极面。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及具有可变电容元件的电子设备及其制造方法。
背景技术
可变电容元件一般的构成是将固定电极和可动电极对置配置，通过使可动电极位移来使电容变化。可动电极通过压电驱动、静电驱动等能够发生位移。在便携式用电子设备等中被要求小型轻量化，从而正在开发使用了MEMS（microelectro-mechanicalsystem）的可变电容元件。
公知一种在支承基板上形成固定电极并且在其上方借助可挠性梁等支承可动电极，通过控制电极间距离来使电容变化的构成（例如，参照日本特开2006－147995号公报）。
图7A是表示这样的可变电容元件的构成例。可变电容元件由使一方电极可动的基于平行平板构造的可变电容元件和对该可变电容元件进行密封的容器构造构成。
在硅等半导体基板101上隔着绝缘层102形成固定电极103和固定部件106。固定部件106借助U字形的可挠性梁105在固定电极103上方对板状的可动电极104进行支承。以包围可变电容元件的外周那样的形状形成包含侧壁110、顶部111的容器。通过该容器，在稀有气体等惰性气体环境中和被减压的环境中，能够对可变电容元件进行密封，如果由金属材料形成容器，则还能够进行电屏蔽。
若对固定电极103和可动电极104之间施加电压V，则可动电极104会被静电力吸引向固定电极103。当可动电极104向固定电极103侧位移时，可挠性梁105挠曲，通过与位移量成正比的复原力，要将可动电极104向相反方向返回的力发挥作用。可动电极104位移到静电力和复原力平衡的位置，只要施加电压V就会被保持在平衡的位置。
若使电压V为零，则可动电极104返回原始位置。因此，由固定电极103和可动电极104构成的电容元件作为能够通过施加电压V控制静电电容的可变电容元件发挥作用。
图7B是表示可变电容元件的其他构成例的剖视图。在硅等半导体基板101上隔着绝缘层102形成有固定电极103，以覆盖固定电极103的方式在绝缘层102上形成有绝缘层112。在绝缘层112上形成固定部件106。固定部件106借助可挠性梁105在固定电极103上方隔着绝缘层112支承板状的可动电极104。以包围可变电容元件的外周的形状形成包括侧壁110和顶部111的容器。固定电极103的表面被绝缘层112覆盖，能够抑制电极彼此的短路、粘附（stick）。
在数字型的可变电容元件中，在可动电极从固定电极离开的状态下形成电容为最小值（OFF状态），在可动电极隔着介电膜与固定电极接触的状态下形成电容为最大值（ON状态）。在这2个状态下使用可变电容。
电容元件的电极不仅与基板表面平行地形成，还能够与基板表面垂直地形成（例如，参照日本特开2001－304868号）。例如，能够使用在单晶硅基板上表面上隔着作为结合层的氧化硅膜设置单晶硅层的SOI（silicon－on－insulator）基板，形成具有与基板表面垂直的电极的可变电容。
在单晶硅层掺杂磷、硼等杂质使单晶硅层低电阻化。在单晶硅层上形成抗蚀掩模，以反应性离子蚀刻等对单晶硅层进行蚀刻，在氧化硅膜上保留固定部件、各种梳齿状电极以及各种焊盘部等。将梳齿状电极叉指形（interdigitalshape）组合来形成电容。各电极与硅基板表面垂直地形成。
将氧化硅膜用氢氟酸水溶液等选择性地蚀刻除去，将有源Si层从支承Si基板分离，而能够给予位移的自由度。能够形成振子、梁、梳齿状电极等。在各种焊盘部上蒸镀铝等形成电极焊盘。形成在基板上方的各部分由与基板绝缘的低电阻层构成，并且振子、梁、梳齿状电极等能够得到位于距离基板浮起规定距离的位置并且通过固定部件以可振动的方式被基板支承的构造。
专利文献1:日本特开2006－147995号公报
专利文献2:日本特开2001－304868号公报
发明内容
本发明的一个目在于提供一种能够可靠地控制可动电极的动作的可变电容元件。
根据本发明的1观点，提供一种具有可变电容元件的电子设备，具有：支承基板，所述支承基板给予物理性支承；一对固定部件，所述一对固定部件被形成在所述支承基板上，具有与在所述支承基板表面垂直的方向的支承部；可动电极，所述可动电极被所述一对固定部件的支承部支承，对置的第一侧面和第二侧面构成电极面，所述可动电极的至少一部分能够弹性变形；第一固定电极，所述第一固定电极被支承在所述支承基板上，具有与所述可动电极的第一侧面对置的第一电极面；以及第二固定电极，所述第二固定电极被支承在所述支承基板上，具有与所述可动电极的第二侧面对置的第二电极面。
根据本发明的其他观点，提供一种制造具有可变电容的电子设备的方法，其包括如下步骤：准备在支承基板上具有牺牲层的基板，形成具有与所述基板的表面对置的固定电极形状的开口的第一掩模，对在所述第一掩模的开口露出的所述牺牲层进行蚀刻，来形成固定电极收纳用的沟道，在所述基板的表面，形成具有配置在所述固定电极间的可动电极形状的狭缝状开口的第二掩模，对在所述狭缝状开口露出的所述牺牲膜进行蚀刻，来形成可动电极收纳用的狭缝，在所述沟道内以及所述狭缝内堆积金属材料。
附图说明
图1A、1B是概略表示第一实施例的可变电容元件的构成的俯视图以及剖视图，图1C、1D是表示动作的俯视图。
图2A、2B、2C是表示具有第二实施例的可变电容元件的电子设备的概略的立体图，以及表示可变电容元件的2个状态的俯视图。
图3A～3L是表示具有第二实施例的可变电容元件的电子设备的制造工序的剖视图。
图4A～4E是图3C、3D、3E、3J、3K的状态的俯视图。
图5A、5B是表示具有可变电容元件的电子设备的应用电路的2例的等效电路图。
图6A～6D是表示具有具备限位器的可变电容元件的电子设备的概略俯视图。
图7A、7B是表示以往技术的可变电容元件的构成例的剖视图。
具体实施方式
即使在固定电极被介电膜覆盖的情况下，在反复开关动作时也会产生如下现象：介电膜带电，即使使外部电源关闭可动电极也不从介电膜离开。虽然基于驱动波形的对策也正在研究，但尚未得到解决。
另外，在将高频信号的包络用信号波形进行调制并施加到可动电极的情况下，存在可动电极根据基于信号波形的电位差而活动的被称为“自驱动”的现象。为了防止自驱动，存在根据接通信号的电力来提高驱动电压的方法。若提高驱动电压，则更容易产生粘附现象。另外，为了确保更高的电压也有时需要升压电路。
本发明人他们考虑在可动电极的两侧配置第一固定电极和第二固定电极，在导通（ON）状态下可动电极隔着绝缘膜被第一固定电极吸引，在截止（OFF）状态下可动电极隔着绝缘膜被第二固定电极吸引的构成。无论是在导通状态下还是在截止状态下，可动电极都被2个固定电极中的一方所吸引，电容不发生变化。
无论是从截止状态向导通状态转移，还是从导通状态向截止状态转移，都是通过对可动电极和第一固定电极或者第二固定电极之间施加的电压而产生的静电引力来积极地进行的。在产生了一方固定电极吸引可动电极即使电源断开可动电极也不离开的粘附现象的情况下，通过对另一方固定电极和可动电极之间施加电压，利用静电引力来分开可动电极变得容易。容易抑制粘附。除了过渡状态之外，可动电极不发生位移，所以基本上也能够防止自驱动。实现驱动可靠性的提高和驱动电压的低电压化。
第一固定电极和第二固定电极中的一方可以是在电路上不发挥功能的伪电极。当然导通/截止也可以作为对照的2个可变电容积极地利用。
若将第一固定电极和第二固定电极平行配置，将可动电极配置成1端靠近第一固定电极而另一端靠近第二固定电极，则还能够得到更进一步的效果。在可动电极被第一固定电极吸引的情况下，若对第二固定电极和可动电极之间施加电压，则在可动电极和第二固定电极近的区域（可动电极另一端），该电压产生与距离成反比的强静电引力。因此，从另一端说明可动电极。在可动电极被第二固定电极吸引的情况下，通过对第一固定电极和可动电极之间施加电压，从而通过同样的原理从可动电极的一端离开可动电极变得容易。
在半导体基板表面上形成板状电极的情况下，不容易形成存在相对于固定电极表面倾斜的关系的可动电极，但使用SOI基板制作与半导体基板表面几乎垂直的方向的电极的情况下，平行电极间的倾斜电极也仅以图案形状的变更就能够实现。
以下，参照附图来说明实施例的可变电容元件。
图1A、1B是表示实施例的可变电容元件的基本构成的概略俯视图以及概略剖视图。在固定部件ANC1、ANC2之间支承有至少局部具有可挠部的可动电极ME。如图1B所示，固定部件ANC1、ANC2被支承在支承基板SS上，由导电体形成。可动电极ME由例如能够进行与支承基板SS表面垂直地取向的弹性变形的金属片材形成，被固定部件ANC1、ANC2支承。在可动电极ME的下边和支承基板SS之间形成间隙，能够使可动电极位移。如图1A所示，在可动电极ME的两侧配置有具有与可动电极的两电极面对置的侧面并在对置侧面上具有绝缘层IF1、IF2的固定电极FE1、FE2，并且被支承基板SS支承。在可动电极ME和固定电极FE1、FE2之间形成在图1A中以CV表示的内腔CV（自由空间），确保可动电极能够位移的空间。
对这样的构成来说，通过例如在支承基板上，对由抗蚀掩模划定的空间进行镀敷而形成固定电极，形成绝缘膜，通过再次在支承基板上对用抗蚀掩模划定的空间进行镀敷而形成并制成固定部件和可动电极。此外，金属薄片可以包含层叠金属层，还可以包含合金层。
如图1C所示，若对固定电极FE1和可动电极ME之间施加直流电压，则在固定电极FE1和可动电极ME之间产生静电引力，将可动电极ME向固定电极FE1吸引。通过将可动电极ME形成为能够充分变形的形状，而与固定电极FE1对置的可动电极ME的大部分面积隔着绝缘膜IF1与固定电极FE1紧贴。
如图1D所示，使固定电极FE1和可动电极ME之间的偏置电源断开，对固定电极FE2和可动电极ME之间施加直流电压。可动电极ME和固定电极FE1之间的静电引力消失，在可动电极ME和固定电极FE2之间新产生静电引力。可动电极ME离开固定电极FE1，隔着绝缘膜IF2被吸引并紧贴到固定电极FE2。
与以往仅通过可动电极的弹性复原力使可动电极离开固定电极的情况相比，通过弹性复原力和静电引力使可动电极强制地离开固定电极，因此会提高动作的可靠性。
在图1C的状态下可动电极ME位于从第二固定电极FE2离开的位置，在图1D的状态下可动电极ME处于从第一电极FE1离开的位置。若距离增大，则静电引力减少。如果可动电极的一部分限制在靠近第一固定电极的位置，另一部分限制在靠近第二固定电极的位置，则能够可靠地确保静电引力发挥作用的位置。
图2A是第二实施例的可变电容元件的概略立体图。使用在支承Si基板51上将有源Si层53以接合氧化硅膜52结合的SOI（silicononinsulator）基板。例如，支承Si基板51具有300μm～500μm的厚度，接合氧化硅膜52具有2μm～7μm的厚度。有源Si层53是500Ωcm以上的高电阻率的单晶Si层，具有20μm～30μm的厚度。
埋入贯通有源Si层53的整个厚度的沟道，固定电极11、12夹持可动电极10，使对置侧面平行地形成。可动电极10、固定电极11、12的对置侧面的高度为与有源Si层53的厚度相同的20μm～30μm。固定电极11、12例如长度500μm，隔开20μm的距离对置配置。固定电极11、12之间的有源Si层53被除去，在其空间内配置有可动电极10。可动电极10收纳空间下的接合氧化硅膜52被除去，而确保可动电极10的自由度。可动电极10例如厚度为2μm～5μm，具有比固定电极11、12长的长度。
可动电极10在两端被固定部件16、17支承。可动电极10、固定电极11、12、固定部件16、17例如以Au或者Cu为主成分，在同一镀敷工序下形成。可变电容由固定电极11、12、可动电极10、支承可动电极的固定部件16、17构成。在一方的固定电极11的与可动电极不对置的上表面（作为电容为侧面）上形成厚度0.2μm～0.5μm的氧化硅、氮化硅、氧化铝等介电膜18，在其上形成以Au、Al等为主成分的电极19，而形成固定电容。进而，形成从固定电极11、12的上表面向外部延伸的Si－Cr合金膜的电阻元件21、22，在电阻元件的另一端连接有电极23、24。固定部件16与高频信号线路31、32间的电极25连接。
参照图2B。为了防止电极间的短路，在固定电极的表面形成有绝缘膜13。例如用氮化硅的绝缘膜13覆盖固定电极11、12的表面，来防止可动电极10和固定电极11、12间的短路。在本实施例，在固定部件16、17的表面也形成绝缘膜13，来促进可变电容的电极和周围的有源Si层53之间的绝缘。在可动电极10的表面未形成绝缘膜，从而确保了可动电极的柔软性并避免了绝缘膜的剥离。
可动电极10在平行地配置的固定电极11、12的侧壁间，非对称地在图中左侧低而右侧高地配置。可动电极10按照从固定部件16的图中下端延伸到固定部件17的图中上端的方式形成。即，靠近固定部件16的可动电极10左部分配置成比固定电极11靠近固定电极12，靠近固定部件17的可动电极10右部分配置成比固定电极12靠近固定电极11。
若对可动电极10和固定电极12之间施加电压，则通过静电引力可动电极10被固定电极12吸引。在距离近的可动电极10的左部分，可动电极10被固定电极12吸引，接着可动电极10的右侧部分也被固定电极12吸引。可动电极10的右端配置成比固定电极12靠近固定电极11，所以从固定电极12离开。
参照图2C。若对可动电极10和固定电极11之间施加电压，则通过静电引力可动电极10被固定电极11吸引。可动电极10的右端配置成比固定电极12靠近固定电极11，所以迅速地被固定电极11吸引，接着可动电极10的左侧部分也被固定电极11吸引。
这样，在被取向配置的固定电极11、12间，可动电极在一方靠近固定电极11，在另一方靠近固定电极12，倾斜地配置，所以无论在被哪个固定电极吸引的情况下，都有引力容易作用的部分，可迅速进行变更动作。
以下，参照图3A～3L，对包含图2A所示的可变电容元件的半导体装置的制造方法的主要工序进行说明。
如图3A所示，准备例如在厚度300μm～500μm的Si基板51上，隔着例如厚度约为5μm的接合氧化硅膜52来结合具有500Ωcm以上的高电阻率且厚度为25μm的有源Si层53而成的SOI基板。
如图3B所示，有源Si层53上形成具有划定固定电极收纳用的沟道TR1、TR2的开口的抗蚀剂图案PR1。抗蚀剂图案PR1也具有划定固定部件的开口。以抗蚀剂图案为掩模，例如通过深层RIE对有源Si层53的总厚度进行蚀刻。深层RIE使用CF4（+O2）、SF6（+O2或者+H2）作为Si蚀刻气体。然后，除去抗蚀剂图案PR1。
如图4A所示，例如沟道TR1、TR2具有以距离20μm对置配置的长度500μm的平行侧面。右侧的沟道TR2宽幅是为了在其上形成固定电容。固定部件用沟道TR3、TR4具有在固定电极间支承可动电极的构成。上侧的固定部件连接电极。
如图3C所示，通过使用甲硅烷、乙硅烷等硅烷系气体和氨气的CVD或者低压（LP）CVD，在基板表面上堆积厚度为0.1μm～0.5μm的氮化硅膜54。露出的有源Si层53、接合氧化硅膜52表面被氮化硅膜54覆盖。该氮化硅膜54作为覆盖固定电极表面的绝缘膜发挥作用。图4A是透视的形态，表示在沟道表面堆积的氮化硅膜54。
如图3D所示，在氮化硅膜54上，形成具有划定可动电极的开口的抗蚀剂图案PR2，通过深层RIE对在开口内露出的有源Si层53的总厚度进行蚀刻。图4B表示开口的平面形状。在氮化硅膜54堆积后形成可动电极用的狭缝，由此在可动电极表面不形成绝缘膜。通过与固定部件形成用沟道侧壁的一部分重叠，而确保可动电极和固定部件的电导通。
除去抗蚀剂图案PR2而为图3E、4C所示的状态。沟道TR1～TR4除去有源Si层53的总厚度，并在其内面上堆积有氮化硅膜54。狭缝S不具有氮化硅膜54，而以一定宽度例如约2μm来贯通有源Si层53的总厚度。
如图3F所示，在基板表面将例如Ti层堆积厚度50nm左右，并在其上将Au层堆积厚度500nm左右而形成种子层55。也能够代替Ti层，而使用厚度50nm左右的Cr层。种子层55为电镀时的馈电层。
如图3G所示，形成对无需镀敷部分的种子层55进行覆盖的抗蚀剂图案PR3，通过电镀堆积Au层56，而回填沟道TR、狭缝S。此外，也能够代替Au而对Cu进行镀敷。然后，除去抗蚀剂图案PR3，通过蚀刻或者铣削等除去露出的种子层55。
如图3H所示，在形成电极的基板上，形成介电膜图案成型用的抗蚀剂图案PR4，将氧化硅膜、氮化硅膜或者氧化铝膜等介电膜18以厚度0.2μm～0.5μm进行溅射堆积，堆积在抗蚀剂图案PR4上的介电膜与抗蚀剂图案PR4一同剥离。
如图3I所示，在除去了抗蚀剂图案PR4的基板上，形成电阻元件图案成型用的抗蚀剂图案PR5，以溅射堆积Cr－Si合金膜，抗蚀剂图案PR5上的Cr－Si合金膜进行剥离除去。例如，使用Si（70－90）：Cr（30－10）的溅射靶形成厚度0.2μm左右（片电阻300－600Ω□）的Si－Cr合金膜，形成电阻元件21、22。此外，也可以在介电膜形成前形成电阻膜。
如图3J所示，在除去了抗蚀剂图案PR5的基板上形成电极图案成型用的抗蚀剂图案PR6，以溅射堆积厚度1μm左右的Ti／Au层叠或者Ti／Al层叠的电极，抗蚀剂图案PR6上的电极被剥离除去。图4D所示的电极19、23、24、25这样形成。
如图3K所示，将在固定电极间的区域具有开口的抗蚀剂图案PR7形成在基板上，以使用CHF3气体的干式蚀刻对氮化硅膜54进行蚀刻，通过使用SF6气体和CF4气体的深层RIE除去露出的硅层。在图4E中，标斜线的区域为蚀刻对象区域。
如图3L所示，以使用CF4气体的干式蚀刻除去露出的氧化硅膜52。此外，氧化硅膜的蚀刻也能够以使用了缓冲氢氟酸的湿式蚀刻、基于缓冲氢氟酸的气相蚀刻除去。若以具有各向同性的蚀刻除去氧化硅膜，则通过侧面蚀刻，从露出区域进入周围的区域地除去氧化硅膜。这样一来，能够制成具有图2A所示的可变电容的半导体装置。
可变电容表示在导通状态和截止状态下，例如0.9pF（截止状态）～5.6pF（导通状态）左右的电容变化。
图5A是表示这样构成的可变电容的应用电路的1例的等效电路图。在高频线路31－25－32的节点25连接可动电极10，在固定电极11、12之间形成有可变电容33、34。固定电极11经由固定电容35接地，并且经由电阻元件21与开关SW的端子24连接。另一方的固定电极12经由电阻元件22与开关SW的另一端子23连接，构成可变电容电路39。在开关SW的切换端子和高频线路之间连接直流电源36和电感37的串联连接。为了实际防止漏电，电阻元件21、22为10kΩ以上，电感约为100nH以上。
在高频信号线路31－25－32连接可变电容33、34，在可变电容33和地线之间连接固定电容35，在可变电容33、34和外部电源36之间连接电阻元件21、22。在外部电源36的另一极和高频信号线路31－25－32之间连接电感37，从而屏蔽高频分量。通过电阻元件21、22，防止流向高频信号线路31－25－32的信号向外部电源36泄漏。通过固定电容35防止外部电源和地线之间短路。以可动电极10被固定电极11侧吸引，还是被固定电极12侧吸引而选择2个数字状态中的一方。
图5B是表示应用电路的其他构成例的等效电路图。在高频信号线路31－25－32连接有多个可变电容电路39－1、…39－i，经由外部电源36－1、…36－i连接在共用电感37。多个可变电容电路在电容值有差，与多个位对应。是适用于多位电路的构成。
在第二实施例中，通过固定部件和可动电极的连接位置，将可动电极倾斜地配置在对置固定电极间的空间中，使可动电极的位置变更变得容易。而且，还能够设置限制可动电极的移动范围的限位器。
如图6A所示，与固定部件16、17并列地配置限位器41a、41b。限位器41a使固定可动电极10与固定部件16一起配置在固定电极12附近的空间内。限位器41b使可动电极10与固定部件17一起配置在固定电极11附近的空间内。换而言之，可动电极10在靠近固定电极11的右端部分，可动电极10和固定电极12之间配置限位器41b，防止可动电极10靠近固定电极12。在可动电极10靠近固定电极12的左端部分，可动电极10和固定电极11之间配置限位器41a，防止可动电极10靠近固定电极11。
通过确保配置在各固定电极附近的宽度，能够在驱动时可靠地对可动电极施加驱动力。限位器41通过变更图3B所示的蚀刻时的图案而能够形成。在图3C、4A所示的工序中在限位器表面形成绝缘膜。此外，若使限位器为4棱柱形状，则也存在棱角部对可动电极施加过度的应力，而使可动电极变形的可能性。
如图6B所示，磨圆棱角部，若图6C所示使之为圆柱形，或如图6D所示使之为多棱柱形状，也能够缓和可能施加给可动电极的应力。
以上，按照实施例说明了本发明，但本发明并不限于此。作为例示给出的材料、数值并没有限定。例如，也可以取代SOI基板，使用在支承基板上具有蚀刻特性不同的双层的牺牲层的层叠基板，进行如图3A～3L所示那样的工序，来制造图1A、图2A所示那样的构成。在该情况下，使图2A所示的接合氧化硅膜52、有源硅层53为蚀刻特性不同的牺牲膜。也能够使用通过利用控制蚀刻等在支承基板上具有单层的牺牲膜的层叠基板。也能够获取各种公知技术。此外，能够进行各种变更、置换、改进、修正、组合等对本领域技术人员来说是不言而喻的。
Claims (17)
1.一种具有可变电容元件的电子设备，其中，所述电子设备具有：
支承基板，所述支承基板给予物理性支承；
一对固定部件，所述一对固定部件被形成在所述支承基板上，具有与所述支承基板表面垂直的方向的支承部；
可动电极，所述可动电极被所述一对固定部件的支承部支承，所述可动电极的对置的第一侧面和第二侧面构成电极面，所述可动电极的至少一部分能够弹性变形；
第一固定电极，所述第一固定电极被支承在所述支承基板上，具有与所述可动电极的第一侧面对置的第一电极面；
第二固定电极，所述第二固定电极被支承在所述支承基板上，具有与所述可动电极的第二侧面对置的第二电极面；
第一绝缘膜，所述第一绝缘膜被配置在所述第一固定电极的第一电极面上；以及
第二绝缘膜，所述第二绝缘膜被配置在所述第二固定电极的第二电极面上，
所述可动电极由金属片材形成，
在所述第一固定电极的第一电极面与所述第二固定电极的第二电极面之间的空间中，所述可动电极的一端被配置成比所述第二电极面靠近所述第一电极面，所述可动电极的另一端被配置成比所述第一电极面靠近所述第二电极面。
2.根据权利要求1所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
所述一对固定部件的一方支承部被配置成比所述第二电极面靠近所述第一电极面，所述一对固定部件的另一方支承部被配置成比所述第一电极面靠近所述第二电极面，支承所述可动电极。
3.根据权利要求1所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
所述第一电极面和所述第二电极面平行，所述一对固定部件在所述第一电极面和所述第二电极面之间的空间中，将所述可动电极相对于所述第一电极面和第二电极面倾斜地配置。
4.根据权利要求1所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
所述第一固定电极、第二固定电极、所述一对固定部件以及所述可动电极由同一金属材料形成。
5.根据权利要求4所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
所述金属材料包含Au或者Cu。
6.根据权利要求1所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
在所述一对固定部件的内侧区域，还具有将所述可动电极的位置限制到所述第一固定电极侧以及所述第二固定电极侧的第一限位器以及第二限位器。
7.根据权利要求6所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
所述第一限位器以及第二限位器包含形成在所述支承基板上的接合氧化硅膜和形成在所述接合氧化硅膜上的硅层。
8.根据权利要求1所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
还具有与所述第一固定电极和第二固定电极中的一方连接的固定电容。
9.根据权利要求1所述的具有可变电容元件的电子设备，其中，
还具有与所述第一固定电极和第二固定电极连接的第一电阻元件和第二电阻元件。
10.一种制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，包括如下步骤：
准备在支承基板上具有牺牲层的基板，
形成具有与所述基板的表面对置的固定电极形状的开口的第一掩模，
对在所述第一掩模的开口露出的所述牺牲层进行蚀刻，来形成固定电极收纳用的沟道，
在所述基板的表面，形成具有配置在所述固定电极间的可动电极形状的狭缝状开口的第二掩模，
对在所述狭缝状开口露出的所述牺牲膜进行蚀刻，来形成可动电极收纳用的狭缝，
在所述沟道内以及所述狭缝内堆积金属材料。
11.根据权利要求10所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，
在形成所述沟道后，在所述沟道内面上形成绝缘膜，
之后形成所述第二掩模，形成所述狭缝。
12.根据权利要求11所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，
在堆积所述金属材料时，
形成所述沟道和覆盖所述沟道内面的种子层，
在不需要的部分上形成抗蚀剂图案，
进行金属材料的电镀，
除去抗蚀剂图案，
除去露出的种子层。
13.根据权利要求12所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，
在堆积了所述金属材料后，
在所述固定电极的一方上形成介电膜，
在所述介电膜上形成导电层来形成固定电容。
14.根据权利要求13所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，
在形成所述导电层前，形成与所述固定电极连接的电阻元件，
在形成所述导电层时，还形成与所述电阻元件连接的电极。
15.根据权利要求14所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，
在所述介电膜的形成、所述导电层的形成、所述电阻元件的形成中的至少一个中：
形成具有规定形状的开口的抗蚀剂图案，
通过溅射来形成所述电阻元件的层、所述介电膜或者所述导电层，
除去所述抗蚀剂图案，并且剥离所述抗蚀剂图案上的膜。
16.根据权利要求13所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中
所述牺牲层是蚀刻特性不同的下部牺牲膜和上部牺牲层的层叠，
在形成所述导电层后，
对所述固定电极间的所述上部牺牲层进行蚀刻除去，
通过对露出的下部牺牲膜进行包含侧面蚀刻的蚀刻，来在所述可动电极和所述支承基板之间形成空间。
17.根据权利要求16所述的制造具有可变电容的电子设备的方法，其中，
所述下部牺牲膜由氧化硅形成，所述上部牺牲层由硅层形成。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2011/001542 WO2012123991A1 (ja) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | 可変容量素子を有する電子機器とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103430260A CN103430260A (zh) | 2013-12-04 |
| CN103430260B true CN103430260B (zh) | 2016-03-30 |
Family
ID=46830131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201180069245.4A Expired - Fee Related CN103430260B (zh) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | 具有可变电容元件的电子设备及其制造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9312071B2 (zh) |
| JP (1) | JP5545410B2 (zh) |
| CN (1) | CN103430260B (zh) |
| WO (1) | WO2012123991A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101272983B1 (ko) * | 2011-12-20 | 2013-06-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 커패시터 |
| JP7123881B2 (ja) * | 2019-08-28 | 2022-08-23 | 株式会社東芝 | センサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101231910A (zh) * | 2007-01-26 | 2008-07-30 | 富士通株式会社 | 可变电容器 |
| CN101950671A (zh) * | 2009-07-10 | 2011-01-19 | 株式会社东芝 | 可变电容元件 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5901031A (en) * | 1995-02-01 | 1999-05-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Variable capacitor |
| US6065341A (en) * | 1998-02-18 | 2000-05-23 | Denso Corporation | Semiconductor physical quantity sensor with stopper portion |
| JP3489534B2 (ja) | 2000-04-20 | 2004-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | センサ装置及びセンサ素子 |
| US6597560B2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-07-22 | Rochester Institute Of Technology | Micro-electro-mechanical varactor and a method of making and using thereof |
| EP1343190A3 (en) * | 2002-03-08 | 2005-04-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Variable capacitance element |
| JP2004074341A (ja) * | 2002-08-15 | 2004-03-11 | Murata Mfg Co Ltd | 半導体装置 |
| US7085121B2 (en) * | 2002-10-21 | 2006-08-01 | Hrl Laboratories, Llc | Variable capacitance membrane actuator for wide band tuning of microstrip resonators and filters |
| JP2005209625A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-08-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｍｅｍｓスイッチ |
| JP4410085B2 (ja) | 2004-11-24 | 2010-02-03 | 日本電信電話株式会社 | 可変容量素子及びその製造方法 |
| JP4484778B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2010-06-16 | 富士フイルム株式会社 | 微小薄膜可動素子および微小薄膜可動素子アレイ並びに微小薄膜可動素子の駆動方法 |
| JP5352975B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2013-11-27 | オムロン株式会社 | 素子集合体及びその製造方法 |
| JP2009233836A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Yamaha Corp | Ｍｅｍｓおよびｍｅｍｓ製造方法 |
| JP5098770B2 (ja) * | 2008-04-10 | 2012-12-12 | 富士通株式会社 | スイッチング素子製造方法およびスイッチング素子 |
| JP2010199241A (ja) | 2009-02-24 | 2010-09-09 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JP2010199214A (ja) * | 2009-02-24 | 2010-09-09 | Oki Semiconductor Co Ltd | Ｍｅｍｓチューナブルキャパシタ |
| JP5204066B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2013-06-05 | 株式会社東芝 | Ｍｅｍｓデバイス |
-
2011
- 2011-03-16 CN CN201180069245.4A patent/CN103430260B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-03-16 WO PCT/JP2011/001542 patent/WO2012123991A1/ja active Application Filing
- 2011-03-16 JP JP2013504402A patent/JP5545410B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-08-22 US US13/973,165 patent/US9312071B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101231910A (zh) * | 2007-01-26 | 2008-07-30 | 富士通株式会社 | 可变电容器 |
| CN101950671A (zh) * | 2009-07-10 | 2011-01-19 | 株式会社东芝 | 可变电容元件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130342954A1 (en) | 2013-12-26 |
| US9312071B2 (en) | 2016-04-12 |
| JP5545410B2 (ja) | 2014-07-09 |
| JPWO2012123991A1 (ja) | 2014-07-17 |
| WO2012123991A1 (ja) | 2012-09-20 |
| CN103430260A (zh) | 2013-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100726436B1 (ko) | 정전기력 및 압전력에 의해 구동되는 멤스 스위치 | |
| JP3890952B2 (ja) | 容量可変型キャパシタ装置 | |
| US6597560B2 (en) | Micro-electro-mechanical varactor and a method of making and using thereof | |
| US20100015744A1 (en) | Micro-Electromechanical Device and Method of Making the Same | |
| JP4580745B2 (ja) | 圧電駆動型ｍｅｍｓ装置 | |
| CN104671186B (zh) | Mems器件 | |
| JP4879760B2 (ja) | マイクロスイッチング素子およびマイクロスイッチング素子製造方法 | |
| US8901709B2 (en) | Electrical device having movable electrode | |
| CN108217581A (zh) | 一种mems压电传感器及其制作方法 | |
| TW201524889A (zh) | 微機械構件與製造微機械構件的方法 | |
| CN103430260B (zh) | 具有可变电容元件的电子设备及其制造方法 | |
| US9214622B2 (en) | Size-controllable opening and method of making same | |
| JP4117450B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN103137385B (zh) | 电子器件及其制造方法 | |
| JP5724141B2 (ja) | 静電駆動マイクロメカニカルスイッチングデバイス | |
| KR20140091574A (ko) | 희생 실리콘 슬랩을 이용한 와이드 트렌치 형성 방법 | |
| US10276419B1 (en) | Pick and place device with interdigitated electrodes for micro scale device | |
| US7270868B2 (en) | Micromechanical component | |
| CN111627759B (zh) | 一种基于驻极体的可重构驱动电压rf mems开关及其制备方法 | |
| JP2010225654A (ja) | 半導体装置 | |
| CN103843100B (zh) | Mems开关 | |
| JP2013089482A (ja) | Ｍｅｍｓスイッチおよびその製造方法 | |
| US20220250901A1 (en) | Micromechanical component for a sensor device | |
| WO2022153696A1 (ja) | Ｍｅｍｓスイッチ | |
| JP2010021252A (ja) | 可変容量素子およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160330 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |