CN1947209B - 可变电容器及其制造方法 - Google Patents

可变电容器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1947209B
CN1947209B CN2004800429257A CN200480042925A CN1947209B CN 1947209 B CN1947209 B CN 1947209B CN 2004800429257 A CN2004800429257 A CN 2004800429257A CN 200480042925 A CN200480042925 A CN 200480042925A CN 1947209 B CN1947209 B CN 1947209B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
electrode
movable electrode
actuator
piezo
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.)
Active
Application number
CN2004800429257A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1947209A (zh
Inventor
岛内岳明
今井雅彦
中谷忠司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of CN1947209A publication Critical patent/CN1947209A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1947209B publication Critical patent/CN1947209B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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 OR LIGHT-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
    • H01G5/01—Details
    • H01G5/011—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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
    • H01G5/01—Details
    • H01G5/015—Current collectors

Abstract

将具有两端侧的线路部(35a、35a)和中央侧的电容器部(35b)的下部可动电极(35)以及具有两端侧的线路部(37a、37a)和中央侧的电容器部(37b)的上部可动电极(37)配置成使电容器部(35b、37b)对置，与下部可动电极(35)和上部可动电极(37)电隔离地设置驱动下部可动电极(35)的下部可动电极用致动器(27a、27b、27c、27d)和驱动上部可动电极(37)的上部可动电极用致动器(29a、29b、29c、29d)的驱动电极。利用这些致动器(27a～27d和/或29a～29d)使下部可动电极(35)和/或上部可动电极(37)移动，调整两电容器部(35b、37b)间的距离来控制静电电容。

Description

可变电容器及其制造方法 
技术领域
本发明涉及可变电容器及其制造方法，特别是涉及使用了MEMS(微电子机械系统)技术且具有对置的可动电极的可变电容器及其制造方法。 
背景技术
可变电容器是在包含可变频率振荡器、调谐放大器、移相器、阻抗匹配电路等的电路中重要的部件，近年来，越来越多地将其安装在便携设备中。与现在主要使用的变容二极管相比，使用MEMS技术制作的可变电容器具有损耗小、可提高Q值这样的优点，正在快速地进行其开发。 
图1(a)、(b)是示出现有的可变电容器的结构的剖面图、平面图(例如，参照非专利文献1)。该可变电容器形成了用焊料凸点14键合了具有单压电晶片型的压电致动器12和可动电极13的可动电极用基板11与设置了固定电极16的固定电极用基板15以使可动电极13与固定电极16对置的结构。利用压电致动器12的驱动使可动电极13移动、使可动电极13与固定电极16间的距离变动来控制电容器的电容。 
非专利文献1：Jan Y.Park，et al.，“MICROMACHINED RFMEMS TUNABLE CAPACITORS USING PIEZOELECTRICACTUATORS”，IEEE International Microwave Symposium，2001 
但是，在上述的现有的可变电容器中，存在以下那样的问题。由于用焊料凸点14键合了可动电极13与固定电极16，故两电极间的距离由焊料凸点14来控制，无法使该距离减小到接近于零的状态，无法使压电致动器12处于初始状态时的电容器的静电电容较大。
在电容器的静电电容C与构成电容器的电极间的距离d之间存在C＝ε0εrS/d(ε0：真空中的介电常数，εr：相对介电常数，S：电极的面积)的关系，在图2中示出静电电容C与电极间的距离d的关系。在图2中，用初始状态的C和d对纵轴和横轴的刻度进行了标准化。在压电致动器的变化量为恒定的情况下，与两电极离开较远的状态相比，两电极接近的状态的静电电容的变化率大。因而，无法使初始状态时的静电电容较大(小)这一点就意味着无法使静电电容的变化较大(小)。 
在该现有例的可变电容器中，如图1(b)中所示，用扭杆17连接了可动电极13与压电致动器12，一体地构成并电连接了可动电极13与压电致动器12用的驱动电极。由于在到构成电容器的可动电极13为止的线路中包含宽度窄的扭杆17，故该部分成为等效串联电阻(ESR：Equivalent Series Resistance)而产生电阻损耗，而且，由于兼用了与可变电容器电连接的信号线路和压电致动器12用的驱动电极，故该信号线路与作为高介电常数的电介质的压电元件接触而产生介电损耗，存在Q值变得非常小的问题。此外，到可动电极13为止的线路在不进行阻抗匹配的情况下产生已输入的能量的损耗、即插入损耗。因此，本发明人推进了用于解决该问题的技术开发。 
再有，本发明人提出了具有对置的2个电极都能用压电致动器驱动的结构的可变电容器(特开2004-127973号公报)。在形成使这样的2个可动电极对置的结构的可变电容器中，由于未设置凸点，可容易地减小两电极间的距离，故可起到下述的效果：即使是小型的结构也能得到大的静电电容，同时可使静电电容的变化较大。 
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而进行的，其目的在于提供下述的可变电容器及其制造方法：即使是小型的结构也能增大静电电容，同时可增大静电电容的变化率，也可进行静电电容的微调整，而且Q值高。 
本发明的另一目的在于提供可防止从外部输入的信号的能量损 耗(插入损耗)的可变电容器及其制造方法。 
本发明的又一目的在于提供即使减小压电致动器的驱动电压也能得到大的静电电容和静电电容的大的变化的可变电容器及其制造方法。 
与本发明有关的可变电容器是一种对置的电极可移动的可变电容器，其特征在于具备：基板；具有第1电极部和第2电极部的可动电极；以及驱动上述可动电极的多个压电致动器，上述可动电极对置地构成了电容器，上述可动电极与信号焊盘电连接。 
在本发明中，由于在同一基板上设置了可动电极和驱动可动电极的压电致动器，故是小型的结构。此外，由于可移动各可动电极，故可减小两可动电极间的距离，可实现大的静电电容和静电电容的大的变化，静电电容的微调整也是容易的。此外，由于与到构成电容器的第2电极部为止的线路(信号线)相当的第1电极部与用于驱动压电致动器的驱动电极进行了电隔离，故第1电极部不与压电致动器的压电体(高介电常数的电介质)接触，可抑制插入损耗，可谋求Q值的提高。 
与本发明有关的可变电容器的特征在于：上述可动电极具有上述第1电极部和第2电极部，在上下配置了上述可动电极。 
在本发明中，由于在与至构成电容器的第2电极部的线路相当的第1电极部中不包含现有例那样的宽度窄的扭杆，故可减小等效串联电阻，可谋求Q值的提高。 
与本发明有关的可变电容器的特征在于：上述多个压电致动器分别包含驱动电极和在该驱动电极间设置的压电元件，上述驱动电极与上述可动电极是分开形成的。 
在本发明中，由于分开地构成了电容器用的可动电极和压电致动器用的驱动电极，故不象现有例那样线路部与压电元件(高介电常数的电介质)接触，可谋求Q值的提高。 
与本发明有关的可变电容器的特征在于：在上述可动电极的第1电极部的两侧设置了上述压电致动器，利用上述第1电极部和上述压 电致动器的驱动电极构成了CPW型线路。 
在本发明中，由于通过调整CPW型线路中的第1电极部的宽度和第1电极部与压电致动器的驱动电极的间隔可容易地进行阻抗匹配，故没有插入损耗，可谋求Q值的提高。 
与本发明有关的可变电容器的特征在于：在上述可动电极的对置的上述第2电极部间设置了电介质层。 
在本发明中，由于在构成电容器的第2电极部间设置了电介质层，故可谋求静电电容及其变化量的进一步的增大。 
与本发明有关的可变电容器的特征在于：将上述可动电极的至少一个与接地电极连接。 
在本发明中，通过使一侧可动电极与接地电极连接来抑制浮置电容。 
与本发明有关的可变电容器的特征在于：电隔离了上述可动电极的任一个上述第1电极部与上述第2电极部之间的边界部附近。 
在本发明中，由于在第1电极部与第2电极部之间的边界部附近电隔离了一侧可动电极，故不会产生对一侧第1电极部输入的信号通过第2电极部到达另一侧第1电极部的端部并在该处反射这样的情况，减少了输入信号的能量损耗(插入损耗)。 
与本发明有关的可变电容器是一种具备在对置方向上可移动的可动电极和驱动该可动电极的多个压电致动器的可变电容器，其特征在于：具备对上述可动电极间施加电压的电压施加单元，构成为在利用上述压电致动器的驱动使上述可动电极接近的状态下，利用上述电压施加单元对上述可动电极间施加电压。 
在本发明中，在利用压电致动器的驱动使一对可动电极接近的状态下，通过对一对可动电极间施加电压，利用在一对可动电极间产生的静电引力，进一步减小两可动电极间的距离。 
与本发明有关的可变电容器的制造方法是一种电极随压电致动器的驱动可移动的可变电容器的制造方法，其特征在于具有下述工序：在基板上形成多个上述压电致动器的工序；在上述基板上形成具有第 1电极部和第2电极部的可动电极的工序；形成用于在上述可动电极间形成间隙的牺牲层的工序；除去上述牺牲层的除去工序；以及从上述基板分离除上述多个压电致动器的端部和上述可动电极的第1电极部的端部外的部分的分离工序。 
在本发明中，在同一基板上容易地形成一对可动电极和驱动该一对可动电极的压电致动器。 
与本发明有关的可变电容器的制造方法是一种电极随压电致动器的驱动可移动的可变电容器的制造方法，其特征在于，具有下述工序：在基板上形成多个上述压电致动器的工序；在上述基板上形成具有第1电极部和第2电极部的可动电极的工序；在上述可动电极间形成电介质层的工序；形成用于在上述可动电极的任一个与上述电介质层间形成间隙的牺牲层的工序；除去上述牺牲层的除去工序；以及从上述基板分离除上述多个压电致动器的端部和上述可动电极的第1电极部的端部外的部分的分离工序。 
在本发明中，在同一基板上容易地形成一对可动电极、驱动该一对可动电极的压电致动器和一对可动电极间的电介质层。 
与本发明有关的可变电容器的制造方法的特征在于：同时进行上述除去工序和上述分离工序。 
在本发明中，通过同时进行牺牲层的除去工序和除端部外的可动电极和压电致动器的从基板的分离工序来提高作业效率。 
在本发明中，可提供即使是小型的结构也能增大静电电容，同时可增大静电电容的变化率，也可进行静电电容的微调整，在耐冲击性方面优良的可变电容器。此外，由于电隔离了可动电极与压电致动器，没有成为等效串联电阻的原因的扭杆结构，到电容器形成部(第2电极部)为止确保了宽度宽的线路部(第1电极部)，故可得到高的Q值。 
此外，在本发明中，由于作成了将电容器形成部分及其周围部分从基板浮置到空中的状态，故没有基板等的介电常数的影响，可得到高的Q值。
此外，在本发明中，由于在第1电极部与第2电极部之间的边界部附近电隔离了一侧可动电极，故可防止从外部输入的信号的能量损耗(插入损耗)。 
再者，在本发明中，由于在利用压电致动器的驱动使一对可动电极接近的状态下对一对可动电极间施加电压，故可利用在一对可动电极间产生的静电引力进一步减小两可动电极间的距离，可得到大的静电电容和静电电容的大的变化。此外，由于在利用压电致动器的驱动使一对可动电极接近的状态下产生静电引力，故用小的驱动电压可产生大的静电引力。 
附图说明
图1是示出现有的可变电容器的结构的剖面图和平面图。 
图2是示出电容器静电电容与电极间距离的关系的曲线图。 
图3是与第1实施形态有关的可变电容器的斜视图。 
图4是与第1实施形态有关的可变电容器的分解斜视图。 
图5是图3的B-B线和C-C线的剖面图。 
图6是示出与第1实施形态有关的可变电容器的制造工序的剖面图。 
图7是示出与第1实施形态有关的可变电容器的制造工序的剖面图。 
图8是示出与第1实施形态有关的可变电容器的制造工序的变形例的剖面图。 
图9是与第1实施形态有关的可变电容器的变形例的分解斜视图。 
图10是与第2实施形态有关的可变电容器的分解斜视图。 
图11是示出与第2实施形态有关的可变电容器的制造工序的剖面图。 
图12是示出与第2实施形态有关的可变电容器的制造工序的剖面图。
图13是与第3实施形态有关的可变电容器(只是可动电极和压电致动器)的分解斜视图。 
图14是示出与第3实施形态有关的可变电容器的制造工序的一例的剖面图。 
图15是示出与第3实施形态有关的可变电容器的制造工序的另一例的剖面图。 
图16用于说明与第3实施形态有关的可变电容器中的电介质层的效果。 
图17是与第4实施形态有关的可变电容器的俯视图和放大图。 
图18是与第5实施形态有关的可变电容器的俯视图。 
图19用于说明双压电晶片型的压电致动器。 
(符号的说明) 
21基板 
23绝缘层 
27、27a、27b、27c、27d下部可动电极用致动器 
29、29a、29b、29c、29d上部可动电极用致动器 
31致动器用下部电极 
33致动器用上部电极 
34压电层 
35下部可动电极 
37上部可动电极 
35a、37a线路部(第1电极部) 
35b、37b电容器部(第2电极部) 
40开口 
41牺牲层 
44接地电极 
45信号焊盘 
46电介质层
47空腔 
48电源电路 
50空间 
51第2牺牲层 
具体实施方式
参照示出其实施形态的附图具体地说明本发明。再有，本发明不限定于以下的实施形态。 
(第1实施形态) 
图3是与第1实施形态有关的可变电容器的斜视图，图4是与上述相同的可变电容器的分解斜视图。图中，21是用硅、化合物半导体等形成的基板。在基板21的中央部设置了十字状的开口40，在基板21的上面设置了绝缘层23。 
图中，35、37是都由Al(铝)构成的下部可动电极和上部可动电极。下部可动电极35由作为第1电极部的两端侧的线路部35a、35a和作为第2电极部的中央的电容器部35b构成，一侧线路部35a的端部与从外部的高频信号源(未图示)输入信号的信号焊盘45连接，另一侧线路部35a的端部连接到绝缘层23上，与接地电极44电隔离。利用这些端部将下部可动电极35支撑在基板21上，除了这些端部外的下部可动电极35的其它部分位于开口40上。此外，上部可动电极37由作为第1电极部的两端侧的线路部37a、37a和作为第2电极部的中央的电容器部37b构成，两个线路部37a、37a的端部都与接地电极44连接。利用这些端部将上部可动电极37支撑在基板21上，除了这些端部外的上部可动电极37的其它部分位于开口40上。 
这些下部可动电极35和上部可动电极37与基板21的开口40相一致地配置成十字状，下部可动电极35的电容器部35b与上部可动电极37的电容器部37b隔着空气层对置。利用该对置的电容器部35b和电容器部37b起到电容器的功能。再有，也可在使该互相电隔离的下部可动电极35和上部可动电极37都从地浮置的状态下使用，但为了抑制浮置电容，将上部可动电极37与接地电极44连接。 
下部可动电极35和上部可动电极37分别由4个下部可动电极用致动器27a、27b、27c、27d和上部可动电极用致动器29a、29b、29c、29d来驱动。这些下部可动电极用致动器27a～27d和上部可动电极用致动器29a～29d面对基板21的开口40。下部可动电极用致动器27(在代表性地说明1个下部可动电极用致动器时，仅简单使用参照符号27)和上部可动电极用致动器29(在代表性地说明1个上部可动电极用致动器时，仅简单使用参照符号29)是压电致动器，形成了从下方起顺序层叠了绝缘层23、致动器用下部电极31、压电层34和致动器用上部电极33的单压电晶片型的结构。致动器用下部电极31由Pt/Ti(铂/钛)形成，致动器用上部电极33由Pt形成，都是与下部可动电极35、上部可动电极37分开形成的。从高频信号源(未图示)对信号焊盘45输入的信号通过下部可动电极35的线路部35a、从电容器部35b经空气层并经过与电容器部35b对置的上部可动电极37的电容器部37b、线路部37a流入接地电极44。通过使下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29的各自的压电层34的极化方向相反，使致动器驱动时的移动方向相反。 
通过利用下部可动电极驱动焊盘49将来自下部可动电极驱动用电源(未图示)的电压施加于下部可动电极用致动器27的致动器用上部电极33，下部可动电极35朝向上部可动电极37一侧独立地移动，通过利用上部可动电极驱动焊盘43将来自上部可动电极驱动用电源(未图示)的电压施加于上部可动电极用致动器29的致动器用上部电极33，上部可动电极37朝向下部可动电极35一侧独立地移动。于是，通过驱动下部可动电极用致动器27和/或上部可动电极用致动器29，可使上部可动电极37(电容器部37b)与下部可动电极35(电容器部35b)的距离变化，可得到所希望的静电电容。 
在本发明中，使来自高频信号源的信号流过的线路部和电容器部与用于驱动致动器的驱动电极电隔离。因此，线路部和电容器部不与致动器中的压电层(高介电常数的电介质)接触，而且，由于周围是空气，故没有介电损耗，可提高Q值。图5示出了图3的B-B线和C-C线的剖面。用与接地电极44连接的致动器用下部电极31夹住下部可动电极35的线路部35a和上部可动电极37的线路部37a。即，这些线路部35a和线路部37a成为CPW型的线路，通过调节致动器用下部电极31与线路部35a或线路部37a的间隔w1和线路部35a或线路部37a的宽度w2，使线路部35a或线路部37a的阻抗成为50Ω，由此消除了插入损耗。 
其次，参照图6和图7，说明具有上述结构的可变电容器的制造方法。再有，在图6和图7中，示出了图3的A-A线的剖面。 
在将硅作为材料的基板21上，利用LPCVD(低压化学汽相淀积)法形成低应力的氮化硅层23a，其后，依次形成Pt/Ti(例如，厚度0.5μm/50nm)层31a、将铌酸锂、钛酸钡、钛酸铅、钛酸锆酸铅、钛酸铋等作为材料的压电层34a(例如，厚度0.5μm)(图6(a))。 
然后，利用光刻技术的构图处理，由压电层34a、Pt/Ti层31a形成规定形状的压电层34、致动器用下部电极31(图6(b)、(c))。在此时的构图处理中，使用采用了Cl2/Ar(氯/氩)系气体的RIE(反应离子刻蚀)装置或离子铣装置等。 
利用光刻技术，在压电层34上形成Pt制的致动器用上部电极33(图6(d))，同时对氮化硅层23a进行构图，得到绝缘层23(图6(e))。再有，作为绝缘层23，除了氮化硅层外，也可利用由溅射法、热氧化法、CVD法形成的氧化硅层。 
其次，在基板21上形成了由规定形状的Al构成的下部可动电极35后(图7(f))，形成由抗蚀剂材料构成的规定形状的牺牲层41(图7(g))，在与下部可动电极35对置的位置上形成由规定形状的Al构成的上部可动电极37(图7(h))。 
然后，利用DRIE(深度反应离子刻蚀)装置从其背面起刻蚀下部可动电极35、上部可动电极37、下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29等各部分周边的基板21，形成开40(图7(i))。利用该刻蚀，从基板21分离除下部可动电极35和上部可动电极37 的各线路部35a和37a的端部以及下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29的各端部外剩余的部分。再有，该处理中的刻蚀气体例如使用SF6(六氟化硫)，用于形成开口40的掩模是抗蚀剂。 
最后，利用刻蚀除去牺牲层41，通过在下部可动电极35与上部可动电极37之间确保间隙42来制作可变电容器(图7(j))。 
再有，可与上述的制造顺序不同，在图7(h)的工序后，首先除去牺牲层41，在下部可动电极35与上部可动电极37之间确保了间隙42之后刻蚀基板21以形成开口40。此外，作为牺牲层41的材料，除了上述的抗蚀剂外，也可利用MgO(氧化镁)等的氧化物，在该情况的刻蚀剂中使用醋酸或硝酸即可。 
图8示出了可变电容器的制造方法的变形例。该变形例中的前半部分的制造工序与上述的例子(图6(a)～图7(f))相同。形成由与基板21为同一材料的硅构成的规定形状的牺牲层41(图8(a))，在与下部可动电极35对置的位置上形成由规定形状的Al构成的上部可动电极37(图8(b))。 
然后，从基板21的表面一侧例如使用SF6气体同时刻蚀牺牲层41和基板21，形成空腔47(图8(c))。利用该刻蚀，从基板21分离除下部可动电极35和上部可动电极37的各线路部35a和37a的端部以及下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29的各端部外剩余的部分，这一点与上述的例子是同样的，但由于从基板21的表面一侧刻蚀，故不象上述的例子那样成为开口，而是形成空腔47。 
在图9中示出利用该变形例制作的可变电容器的分解斜视图。在基板21的中央部设置了十字状的空腔47。再有，在图9中，对于与图3、图4相同的部分附以同一符号，省略其说明。 
(第2实施形态) 
图10是与第2实施形态有关的可变电容器的分解斜视图，图11和图12是示出该可变电容器的制造工序的剖面图。 
在第2实施形态中，在下部可动电极35、上部可动电极37、下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29的周边中，在下 部可动电极35、上部可动电极37以及绝缘层23与基板21之间具有空间50。此外，基板21不是硅制的，而是由玻璃、蓝宝石、氧化铝、玻璃陶瓷、镓砷等的材料形成。除此以外的结构与第1实施形态是同样的，对同一部分附以同一符号。 
例如在将玻璃作为材料的基板21上在利用溅射法形成了由硅构成的第2牺牲层51后，与第1实施形态同样，依次形成氮化硅层23a、Pt/Ti层31a、压电层34a(图11(a))。然后，与第1实施形态同样，得到规定形状的压电层34、致动器用下部电极31、致动器用上部电极33和绝缘层23(图11(b)～(e))。 
其次，在第2牺牲层51上形成了由规定形状的Al构成的下部可动电极35后(图12(f))，在全部区域上形成由抗蚀剂材料构成的牺牲层41(图12(g))，在与下部可动电极35对置的位置上形成由规定形状的Al构成的上部可动电极37(图12(h))。 
然后，利用刻蚀除去牺牲层41，在下部可动电极35与上部可动电极37之间确保间隙42(图12(i))，此外，利用刻蚀除去第2牺牲层51，通过在基板21与下部可动电极35以及绝缘层23之间确保空间50来制作可变电容器(图12(j))。再有，也可使牺牲层41和第2牺牲层51的材料相同，同时进行该牺牲层41的刻蚀和第2牺牲层51的刻蚀。 
在第2实施形态中，由于可利用第2牺牲层51的刻蚀使下部可动电极35从基板21浮置到空中，故没有必要刻蚀基板21，可增加作为基板21可使用的材料的种类。例如，也可将介电常数低、难以刻蚀的玻璃陶瓷等的材料作为基板21来利用。由此，可进一步提高Q值。 
(第3实施形态) 
图13是与第3实施形态有关的可变电容器(只是可动电极和压电致动器)的分解斜视图，图14和图15是示出该可变电容器的制造工序的剖面图。 
在第3实施形态中，在下部可动电极35(电容器部35b)与上部可动电极37(电容器部37b)之间设置了电介质层46。其它的结构与 第1实施形态是同样的，对同一部分附以同一符号，省略其说明。 
如图13中所示，该电介质层46可设置在上部可动电极37(电容器部37b)一侧，虽然未图示，但也可设置在下部可动电极35(电容器部35b)一侧。因电介质层46的设置增加了可动部分的质量，故引起共振频率的一些下降或可动速度的一些下降等，但如后述那样，可大幅度地增大静电电容及其变化率。 
图16示出电介质层46的效果。说明如图16(a)中所示在上部可动电极37的电容器部37b一侧设置电介质层46的情况。如果将电介质层46的厚度定为d1、将电介质层46与下部可动电极35的电容器部35b之间形成的空气层的厚度定为d2，则电容器部37b与电容器部35b之间的距离d＝d1+d2。 
图16(b)是示出使电容器部35b和/或电容器部37b移动、使空气层的厚度d2变化的情况的静电电容C的变化的曲线图。电容器部35b和电容器部37b是正方形(每边：230μm)，将初始状态的电极间距离d和空气层的厚度d2定为d＝0.75μm和d2＝0.3μm(d2/d＝0.4)，电介质层46使用了作为介电损耗小的材料的Al2O3(氧化铝)(介电常数ε＝10)。此外，在图16(b)中也合并示出只在不设置这样的电介质层这一点上不同的比较例中的静电电容C的变化。 
如图16(b)中所示，在设置了电介质层46的本发明例的可变电容器中，在初始状态下具有约1.36pF的静电电容，在电容器部35b与电介质层46相接的状态下具有约10.4pF的静电电容，其变化率约为7.6倍。这样，通过设置电介质层46，可极大地增大静电电容及其可变范围。 
图14是示出第3实施形态的可变电容器的制造工序的一例(在上部可动电极37(电容器部37b)一侧设置电介质层46)的剖面图。前半部分的工序与上述的第1实施形态的工序(图6(a)～图7(g))相同。 
利用光刻技术，在牺牲层41上构图形成将Al2O3作为材料的电介质层46(图14(a))，与下部可动电极35对置的位置上形成由规 定形状的Al构成的上部可动电极37(图14(b))。然后，利用DRIE装置从其背面起刻蚀下部可动电极35、上部可动电极37、下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29等各部分周边的基板21，形成开口40(图14(c))。最后，利用刻蚀除去牺牲层41，通过在下部可动电极35与电介质层46之间确保间隙42来制作可变电容器(图14(d))。 
图15是示出第3实施形态的可变电容器的制造工序的另一例(在下部可动电极35(电容器部35b)一侧设置电介质层46)的剖面图。前半部分的工序与上述的第1实施形态的工序(图6(a)～图7(f))相同。 
利用光刻技术，在下部可动电极35上构图形成将Al2O3作为材料的电介质层46(图15(a))。将由抗蚀剂材料或MgO构成的牺牲层41形成为规定形状(图15(b))，与下部可动电极35对置的位置上形成由规定形状的Al构成的上部可动电极37(图15(c))。然后，利用DRIE装置从其背面起刻蚀下部可动电极35、上部可动电极37、下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29等各部分周边的基板21，形成开口40(图15(d))。最后，利用刻蚀除去牺牲层41，通过在电介质层46与上部可动电极37之间确保间隙42来制作可变电容器(图15(e))。 
再有，也可与上述的图14、图15的制造顺序不同，在图14(b)、图15(c)的工序后首先除去牺牲层41以确保间隙42之后刻蚀基板21以形成开40。此外，在该第3实施形态中，也可如上所述(参照图8)那样使牺牲层41的材料与基板21的材料相同，顺序地或同时地从基板21的表面一侧起刻蚀牺牲层41和基板21。 
(第4实施形态) 
图17示出了第4实施形态，图17(a)是与第4实施形态有关的可变电容器的俯视图，图17(b)是图17(a)的D部的放大图。 
在第4实施形态中，在一侧线路部35a与信号焊盘45连接的下部可动电极35中，电隔离了其电容器部35b与另一侧线路部35a。即， 从信号焊盘45来看，在经过了下部可动电极35与上部可动电极37对置地构成了电容器的部分(电容器部35b与电容器部37b的对置部分)时，下部可动电极35被电隔离为2个部分。此外，也可使被隔离的线路部35a连接接地电极44，成为接地电位。 
在第4实施形态中，从信号焊盘45输入的信号通过一侧线路部35a并通过电容器部35b到达另一侧线路部35a的与信号焊盘45相反一侧的端部，由于在该处没有被反射的情况，可除去这样的反射信号，故可防止输入信号的能量损耗。 
(第5实施形态) 
图18是与第5实施形态有关的可变电容器的俯视图。在图18中，在信号焊盘45与接地电极44之间设置了电源电路48，可在信号焊盘45(下部可动电极35)与接地电极44(上部可动电极37)之间施加电压。 
第5实施形态涉及调整下部可动电极35(电容器部35b)与上部可动电极37(电容器部37b)的间隔的方法。在驱动下部可动电极用致动器27和/或上部可动电极用致动器29、减小了电容器部35b与电容器部37b的间隔后，利用电源电路48在下部可动电极35与上部可动电极37之间施加电压，用在两电极间产生的静电引力进一步减小两电极间的距离。 
这样，在第5实施形态中，进行压电致动器驱动和静电致动器(引力)驱动这样的2阶段的距离控制，可使两可动电极更接近，可得到静电电容的更大的变化。由于在用压电致动器使两可动电极接近的状态下产生静电引力，故起到可得到大的静电电容和电容变化的效果。此外，由于利用压电致动器在两可动电极接近的状态下产生静电引力，故可用小的驱动电压产生大的静电引力。 
再有，在上述的例子中，下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29是单压电晶片型的，但不限定于此。例如，可以是图19(a)中示出的并列连接型的双压电晶片或图19(b)中示出的串联连接型的双压电晶片。在图19(a)、(b)中，在中间电极63的上 下设置了在图示的箭头方向上极化的压电元件54a、54b。在压电元件54a中设置了下部驱动电极53，在压电元件54b中设置了上部驱动电极55。然后，如图示那样，通过施加直流电压V，双压电晶片变形。在将下部可动电极用致动器27和上部可动电极用致动器29定为双压电晶片型的情况下，在上述的各实施形态中，不需要与致动器用下部电极31相接的绝缘层23。 
本发明不限定于上述的各实施形态或变形例，包含其它的各种实施形态或变形例。例如，在上述的例子中，将压电致动器驱动为减小两个可动电极间的距离或者可动电极与电介质层之间的距离(静电电容增大)，但也可与其相反，将压电致动器驱动为增大这些距离(静电电容减小)。在该情况下，使单压电晶片型的压电致动器变形的方向相反即可。此外，可将上述的实施形态或变形例中的可变电容器容纳在陶瓷制的封装体中。在这样的情况下，用焊丝或凸点等的连接构件连接在封装体中设置的外部连接端子与在基板21上设置的信号焊盘45等的各种焊盘。

Claims (9)

1.一种可变电容器，其对置的电极是可移动的，其特征在于具备：
基板；
第1、第2可动电极，分别具有连接电极部和电容器电极部；以及
第1、第2压电致动器，分别驱动上述第1、第2可动电极，
上述第1、第2可动电极各自的电容器电极部相互对置而构成了电容器，
上述第1、第2压电致动器分别含有：致动器用下部电极、形成在上述致动器用下部电极上的压电层、以及形成在上述压电层上的致动器用上部电极，
上述第1、第2可动电极与上述致动器用下部电极及上述致动器用上部电极电气分离。
2.如权利要求1中所述的可变电容器，其特征在于：
上下配置了上述第1、第2可动电极。
3.如权利要求1或2所述的可变电容器，其特征在于：
在上述第1、第2可动电极的对置的上述电容器电极部之间设置了电介质层。
4.如权利要求1或2所述的可变电容器，其特征在于：
将上述第1、第2可动电极的至少一个与接地电极连接。
5.如权利要求1或2所述的可变电容器，其特征在于：
上述第1、第2可动电极中的任一个的上述连接电极部与上述电容器电极部之间的边界部附近是被电气隔离的。
6.一种可变电容器，具备在其对置方向上可移动的第1、第2可动电极、上述第1、第2可动电极各自具有的连接电极部及电容器电极部、和分别驱动上述第1、第2可动电极的第1、第2压电致动器，其特征在于：
具备对上述第1、第2可动电极之间施加电压的电压施加单元，
构成为在利用上述第1、第2压电致动器的驱动使上述第1、第2可动电极接近的状态下，利用上述电压施加单元对上述第1、第2可动电极之间施加电压，
上述第1、第2压电致动器分别含有致动器用下部电极及致动器用上部电极、以及设置在该致动器用下部电极及致动器用上部电极之间的压电层，
上述第1、第2可动电极与上述致动器用下部电极及致动器用上部电极电气分离。
7.一种可变电容器的制造方法，其电极可随压电致动器的驱动而移动，其特征在于，具有下述工序：
在基板上形成多个上述压电致动器的工序；在上述基板上形成具有第1电极部和第2电极部的可动电极的工序；形成用于在上述可动电极间形成间隙的牺牲层的工序；除去上述牺牲层的除去工序；以及从上述基板分离除了上述多个上述压电致动器的端部和上述可动电极的第1电极部的端部之外的部分的分离工序。
8.一种可变电容器的制造方法，其电极可随压电致动器的驱动而移动，其特征在于，具有下述工序：
在基板上形成多个上述压电致动器的工序；在上述基板上形成具有第1电极部和第2电极部的可动电极的工序；在上述可动电极间形成电介质层的工序；形成用于在上述可动电极的任一个与上述电介质层间形成间隙的牺牲层的工序；除去上述牺牲层的除去工序；以及从上述基板分离除了上述多个上述压电致动器的端部和上述可动电极的第1电极部的端部之外的部分的分离工序。
9.如权利要求7或8中所述的可变电容器的制造方法，其特征在于：
同时进行上述除去工序和上述分离工序。
CN2004800429257A 2004-05-31 2004-05-31 可变电容器及其制造方法 Active CN1947209B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2004/007493 WO2005117042A1 (ja) 2004-05-31 2004-05-31 可変キャパシタ及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1947209A CN1947209A (zh) 2007-04-11
CN1947209B true CN1947209B (zh) 2011-04-27

Family

ID=35451118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2004800429257A Active CN1947209B (zh) 2004-05-31 2004-05-31 可变电容器及其制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7446994B2 (zh)
JP (1) JP4571127B2 (zh)
CN (1) CN1947209B (zh)
DE (1) DE112004002785B4 (zh)
TW (1) TWI258778B (zh)
WO (1) WO2005117042A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006210843A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Fujitsu Ltd 可変キャパシタ及びその製造方法
JP4713990B2 (ja) * 2005-09-13 2011-06-29 株式会社東芝 半導体装置とその製造方法
JP5399075B2 (ja) * 2005-12-22 2014-01-29 エプコス アクチエンゲゼルシャフト 直列接続されたキャパシタを有するｍｅｍｓデバイス装置
JP2007273932A (ja) * 2006-03-06 2007-10-18 Fujitsu Ltd 可変キャパシタおよび可変キャパシタ製造方法
JP5232378B2 (ja) * 2006-10-31 2013-07-10 株式会社アドバンテスト 可変容量素子、共振器および変調器
JP4594340B2 (ja) * 2007-02-26 2010-12-08 富士通株式会社 マイクロ可動デバイス
US7742275B2 (en) * 2007-08-31 2010-06-22 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS capacitor with conductively tethered moveable capacitor plate
JP5363005B2 (ja) * 2008-02-20 2013-12-11 富士通株式会社 可変容量素子、整合回路素子、および携帯端末装置
US20100295634A1 (en) 2009-05-20 2010-11-25 Tamrat Akale Tunable bandpass filter
JP5338615B2 (ja) * 2009-10-27 2013-11-13 富士通株式会社 可変容量デバイスおよび可変容量素子の駆動方法
EP2674392B1 (en) * 2012-06-12 2017-12-27 ams international AG Integrated circuit with pressure sensor and manufacturing method
TWI523808B (zh) * 2014-01-29 2016-03-01 先技股份有限公司 微機電氣體感測裝置
US20170316901A1 (en) * 2014-11-10 2017-11-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Input device

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4675960A (en) * 1985-12-30 1987-06-30 Motorola, Inc. Method of manufacturing an electrically variable piezoelectric hybrid capacitor
US5075600A (en) * 1990-06-07 1991-12-24 General Electric Company Piezoelectrically actuated variable capacitor
US5526172A (en) * 1993-07-27 1996-06-11 Texas Instruments Incorporated Microminiature, monolithic, variable electrical signal processor and apparatus including same
JPH07335491A (ja) * 1994-06-06 1995-12-22 Murata Mfg Co Ltd 可変容量素子
JPH10149951A (ja) * 1996-11-15 1998-06-02 Murata Mfg Co Ltd 可変容量コンデンサ
JPH10189393A (ja) * 1996-12-19 1998-07-21 Murata Mfg Co Ltd 可変容量コンデンサ
US5982608A (en) * 1998-01-13 1999-11-09 Stmicroelectronics, Inc. Semiconductor variable capacitor
US6396677B1 (en) * 2000-05-17 2002-05-28 Xerox Corporation Photolithographically-patterned variable capacitor structures and method of making
US6377438B1 (en) * 2000-10-23 2002-04-23 Mcnc Hybrid microelectromechanical system tunable capacitor and associated fabrication methods
TW469657B (en) * 2000-11-30 2001-12-21 Ind Tech Res Inst Piezoelectric-actuated adjustable electronic device
US6649852B2 (en) * 2001-08-14 2003-11-18 Motorola, Inc. Micro-electro mechanical system
JP3890952B2 (ja) * 2001-10-18 2007-03-07 ソニー株式会社 容量可変型キャパシタ装置
FR2831705B1 (fr) * 2001-10-25 2004-08-27 Commissariat Energie Atomique Micro-condensateur variable a fort rapport et faible tension d'actionnement
JP3712123B2 (ja) 2002-03-25 2005-11-02 富士通メディアデバイス株式会社 可変キャパシタ及びその製造方法
US6897537B2 (en) * 2002-06-13 2005-05-24 Wispry, Inc. Micro-electro-mechanical system (MEMS) variable capacitor apparatuses and related methods
JP3696193B2 (ja) * 2002-09-30 2005-09-14 富士通メディアデバイス株式会社 可変キャパシタ及びその製造方法
US6909589B2 (en) * 2002-11-20 2005-06-21 Corporation For National Research Initiatives MEMS-based variable capacitor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP平10-149951A 1998.06.02

Also Published As

Publication number Publication date
JP4571127B2 (ja) 2010-10-27
CN1947209A (zh) 2007-04-11
TWI258778B (en) 2006-07-21
US7446994B2 (en) 2008-11-04
JPWO2005117042A1 (ja) 2008-04-03
TW200539204A (en) 2005-12-01
WO2005117042A1 (ja) 2005-12-08
DE112004002785T5 (de) 2007-06-14
DE112004002785B4 (de) 2014-03-13
US20070025050A1 (en) 2007-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100477313C (zh) 可调电容器
US7446994B2 (en) Variable capacitor and manufacturing method thereof
KR101092536B1 (ko) 압전형 ｒｆ 멤스 소자 및 그 제조방법
US7459827B2 (en) Piezoelectric-driven MEMS device and method for manufacturing the same
CN100555669C (zh) 微电动机械系统可变电容器的制造方法
JP4763358B2 (ja) マイクロ電気機械式可変コンデンサ
JP4834443B2 (ja) 圧電駆動型ｍｅｍｓアクチュエータ
CN102859734B (zh) 压电致动器以及压电致动器的制造方法
US20180312394A1 (en) Mems device and process for rf and low resistance applications
US20070182520A1 (en) Variable inductor element and mobile wireless apparatus
US20050270128A1 (en) Switch
JP2004172504A (ja) 可変キャパシタ、それを備えたパッケージ及び可変キャパシタの製造方法
JP4504237B2 (ja) ウエットエッチング方法、マイクロ可動素子製造方法、およびマイクロ可動素子
US7297571B2 (en) Electrostatically actuated low response time power commutation micro-switches
CN1898814B (zh) 电子器件
US7960900B2 (en) Assembly of a microswitch and of an acoustic resonator
TWI573164B (zh) 靜電致動式微機械開關裝置
JP3696193B2 (ja) 可変キャパシタ及びその製造方法
KR100798981B1 (ko) 가변 커패시터 및 그 제조 방법
JP2005313274A (ja) 圧電駆動型ｍｅｍｓ素子

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