可移动微器件的制作方法

专利名称：可移动微器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及可移动微器件，例如可变微电容器和微传感器件，其通过微 机械加工技术制造并具有微小可移动部件。
背景技术：
近年来，通过微机械加工技术制造的可移动微器件已在各种各样的技术 领域引起了注意，并且己有人努力应用这些具有微结构的器件。微器件包括 可变微电容器和微传感器件这类器件，它们具有微小可移动部件或振荡部件。可移动微器件举例来说公开于以下专利文献1至3中。 专利文献l: JP-A-2002-373829; 专利文献2: JP-A-2004-505788; 专利文献3:美国专利第5,959,516号。图16至图19示出可变微电容器X4，作为传统可移动微器件的示例。图 16是可变微电容器X4的俯视图。图17是可变微电容器X4的另一俯视图。图18和图19分别是沿图16中线xvm-xvin和xix-xix取得的剖视图。可变微电容器X4包括可移动部件40、框架50以及一对连接部件60。 可变微电容器X4是通过微机械加工技术如MEMS技术，由所谓绝缘体上硅(silicon on insulator, SOI)材料衬底制造的。上述材料衬底具有层叠结构， 该层叠结构包括第一硅层和第二硅层、及位于上述硅层之间的绝缘层。每个 硅层掺有杂质并具有预定水平的导电率。图16是俯视图，主要是要用来明确 由第一硅层形成的结构。为了明确起见，图16中，由第一硅层形成的那些部 分标以阴影线。图17中，由第二硅层形成的部分标以阴影线。可移动部件40完全由第一硅层形成，具有可移动主要部分41和梳齿形 电极42、 43，并且相对于框架50是可摆动或可旋转的。梳齿形电极42是以 从可移动主要部分41延伸的多个电极齿42a设置的。梳齿形电极43是以从 可移动主要部分41延伸的多个电极齿43a设置的。框架50包括框架主要部分51和梳齿形电极52、 53。具有层叠结构的框 架主要部分51围绕可移动部件40，上述层叠结构包括上述的第一硅层和第 二硅层以及位于这些硅层之间的绝缘层。梳齿形电极52是以从框架主要部分 51延伸的多个电极齿52a设置的。梳齿形电极53是以从框架主要部分51延 伸的多个电极齿53a设置的。框架主要部分51形成为在由第一硅层和第二硅 层所形成的部分中的预定位置具有间隙51a。因为间隙51a和硅层之间的绝 缘层，所以梳齿形电极42、 43与梳齿形电极52、 53电隔离，并且框架50 中梳齿形电极52与梳齿形电极53电隔离。可移动部件40的梳齿形电极42与框架50的梳齿形电极52在可变微电 容器X4中构成一对电容器电极。在初始位置，梳齿形电极42的电极齿42a 和梳齿形电极52的电极齿52a具有其彼此相对的侧表面。可移动部件40的梳齿形电极43与框架50的梳齿形电极53在可变微电 容器X4中构成一对驱动器电极。梳齿形电极43是由第一硅层形成的，而梳 齿形电极53是由第二硅层形成的。各连接部件60连接可移动部件40和框架50。这对连接部件60限定了 可移动部件40相对于框架50的旋转位移的轴线A4。还有，各连接部件60 将框架主要部分51的部件与可移动部件40电连接。具有梳齿形电极42、 43 的可移动部件40经由连接部件60接地。图20和图21示出一种用于制造可变微电容器X4的方法。图20和图21 顺序示出以下步骤的剖视图形成可移动主要部分41，形成梳齿形电极42、 43，形成框架主要部分51，形成梳齿形电极52、 53，以及形成连接部件60。 图中示出的截面是概念性的合成物，代表来自执行微机械加工的材料衬底(晶 片)的不同截面的各个部分。在可变电容器X4的制造中，首先，制备如图20 (a)所示的材料衬底 300。材料衬底300是所谓的SO1，并具有包括硅层301、 302以及位于上述 硅层之间的绝缘层303的层叠结构。接下来，如图20 (b)所示，在硅层301上形成抗蚀剂图案304。抗蚀剂 图案304针对要由可变微电容器X4中的硅层301形成的部分提供图案。接下来，如图20 (c)所示，在硅层302上形成抗蚀剂图案305。抗蚀剂 图案305针对要由可变微电容器X4中的硅层302形成的部分提供图案。接下来，如图21 (a)所示，利用抗蚀剂图案304作为掩模，对硅层301 执行各向异性干法蚀刻，由此形成可移动主要部分41、梳齿形电极42或电 极齿42a、梳齿形电极43或电极齿43a、框架主要部分51的部件、梳齿形电 极52或电极齿52a以及连接部件60。接下来，如图21 (b)所示，利用抗蚀剂图案305作为掩模，对硅层302 执行各向异性干法蚀刻，由此形成框架主要部分51的部件以及梳齿形电极 53或电极齿53a。接下来，如图21 (c)所示，除去抗蚀剂图案304、 305，并除去绝缘层 303的暴露部分。通过这些步骤，就能够制造可变微电容器X4。在可变微电容器X4中，能够通过将预定电位施加到梳齿形电极53，来 按需要围绕轴线A4摇动或旋转位移可移动部件40。由于预定电位施加到梳 齿形电极53，在梳齿形电极43、 53之间产生了预定静电引力(请注意在本 例中梳齿形电极43接地)，因此梳齿形电极43被牵引向梳齿形电极53。结 果，可移动部件40围绕轴线A4摇动，并旋转位移到一定角度，在此角度下， 静电引力被连接部件60中扭应力的总和所平衡。由这种摇动操作而引起的旋 转位移量可通过调整施加到梳齿形电极53的电位来加以调整(对于旋转位移 量的调整可通过控制梳齿形电极43、 53之间的电位差来进行，无需将梳齿形 电极43接地)。通过对旋转位移量的调整，能够调整梳齿形电极42、 52之 间相对的面积量(电极齿42a与电极齿52a彼此相对的侧表面的面积)，并 且因此而能够调整用作电容器电极的梳齿形电极42、 52之间的静电容量。另 一方面，如果除去梳齿形电极43、 53之间的静电引力，每个连接部件60释 放其内部保持的扭应力，从而返回到其自然状态，使可移动部件40或梳齿形 电极42得以返回至其初始位置。一般在电容器器件中，其电容器电极具有小电阻的电容器器件往往会具 有高Q值。但是，在通过上述方法由S0I衬底制造的传统可变微电容器X4 中， 一对电容器电极(梳齿形电极42、 52)是由导电硅材料制成的，并且上 述导电硅材料一般具有比例如金属材料更高的电阻率。出于这一原因，在可 变微电容器X4 (可移动微器件)中有时不可能取得足够高的Q值。发明内容本发明是在上述情况下提出的，因此本发明的目的即为提供一种适于取得高Q值的可移动微器件。本发明的第一方案提供了一种可移动微器件，其包括可移动部件、框架以及连接部件，具体如下本发明器件中的可移动部件具有可移动主要部分、 第一电容器梳齿形电极及第一驱动器梳齿形电极，其中第一电容器梳齿形电 极具有从可移动主要部分延伸的多个电极齿，第一驱动器梳齿形电极具有从 可移动主要部分延伸的多个电极齿。框架具有第二电容器梳齿形电极及第二 驱动器梳齿形电极，其中第二电容器梳齿形电极具有朝向可移动部件的第一 电容器梳齿形电极延伸的多个电极齿，第二驱动器梳齿形电极具有朝向第一 驱动器梳齿形电极延伸的多个电极齿。连接部件连接可移动部件和框架。第 一电容器梳齿形电极和第二电容器梳齿形电极是由金属材料制成的，并且当 处于其初始位置时电极齿交叠。第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形 电极是在同一材料层中制成，并且当处于其初始位置时没有电极齿交叠，或 者说当处于其初始位置不使得电极齿交叠。可移动部件可旋转位移，以供第 一驱动器梳齿形电极与第二驱动器梳齿形电极之间的电极齿交叠，并改变第 一驱动器梳齿形电极与第二驱动器梳齿形电极之间电极齿交叠的程度。在本 发明中，电极齿交叠是指在一对梳齿形电极(一对电容器梳齿形电极或一对 驱动器梳齿形电极)中，其中一个梳齿形电极中的电极齿处于其它梳齿形电 极的电极齿之间，因此其中一个梳齿形电极中的电极齿与其它梳齿形电极中 的电极齿具有彼此相对的侧表面。本发明的可移动微器件包括由金属材料制成的第一电容器梳齿形电极和 第二电容器梳齿形电极作为一对电容器电极。金属材料一般具有比硅材料更 低的电阻率。所以，本发明的可移动微器件例如与传统可变微电容器X4相 比，更适于取得更高的Q值，在传统可变微电容器X4中电容器元件是以导 电硅材料制成的一对电容器电极设置的。另外，本发明的可移动微器件适于在一对驱动器电极之间产生大驱动力， 其中这一对驱动器电极是以第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极设置的。其中理由如下在上述传统可变微电容器X4的制造工艺中，梳齿形电极43 (为一对驱动器电极中的一个部件)和梳齿形电极53(为一对驱动器电极中的另一部件) 形成于SOI衬底即材料衬底300内不同的层(硅层301、 302)中。具体地说， 如参考图21 (a)所描述的，梳齿形电极43是利用抗蚀剂图案304作为掩模， 通过对硅层301执行各向异性蚀刻来形成的。梳齿形电极53则如参考图21 (b)所描述的，是利用抗蚀剂图案305作为掩模，通过对硅层302执行各向 异性蚀刻来形成的。抗蚀剂图案304 (包括用于梳齿形电极43的掩模)形成 于硅层301上，而抗蚀剂图案305 (包括用于梳齿形电极53的掩模)形成于 硅层302上，其为材料衬底300中远离硅层301的一侧。如上所述，形成于 彼此相对而远离的表面上的抗蚀剂图案304、305在其形成的相对位置方面不 具有高水平精度，亦即它们的对准精度相对低。抗蚀剂图案304、 305之间的 对准精度较低，导致利用抗蚀剂图案304、 305的一部分作为掩模形成的梳齿 形电极43、 53的位置精度较低(例如在以形成梳齿形电极43的位置作为参 考位置的情况下，形成梳齿形电极53的位置就是不精确的)。这样就难以针 对电极齿43a、 53a之间电极齿交叠的状态，在梳齿形电极43、 53之间设计 小间隙(为了避免在电极齿43a、 53a之间间隙较小的情况下，在梳齿形电极 43、 53之间产生被称为拉入(pull-in)现象的问题，必须在形成梳齿形电极 43、 53的位置方面取得较高的精度)。为了在一对梳齿形电极之间产生大静 电引力(驱动力)，有效的是设计成在电极齿交叠的状态下，梳齿形电极的 电极齿之间的间隙小。但在制造工艺中，抗蚀剂图案304、 305之间的对准精 度相对低的情况下，通常难以针对电极齿交叠的状态，在可变微电容器X4 中将梳齿形电极43、 53的电极齿43a、 53a之间的间隙设计得如此之小。所 以，传统可变微电容器X4难以在一对驱动器梳齿形电极43、 53之间产生大 静电引力(驱动力)。另一方面，本发明的可移动微器件中以第一和第二驱动器梳齿形电极来 设置的一对驱动器电极是在同一材料层中制成的。因此，用于第一驱动器梳 齿形电极的掩模或包含该掩模的第一掩模图案，以及用于第二驱动器梳齿形 电极的掩模或包含该掩模的第二掩模图案，能够在材料层的同一表面上形成， 并且这两个电极例如可利用上述掩模图案，通过对材料层执行各向异性蚀刻 来成形。形成于材料层的同一表面上的第一掩模图案和第二掩模图案能够具 有相对高的对准精度。关于第一掩模图案和第二掩模图案，如果第一掩模图案和第二掩模图案包含于在材料层的同一表面上形成的同一单个掩模图案 中，则通过相同的光刻操作，理论上没有任何对准误差，即可实现第一掩模 图案和第二掩模图案的形成。使用如上所述的第一掩模图案和第二掩模图案， 即能形成具有相对高位置精度的第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形 电极，从而易于针对第一和第二驱动器梳齿形电极之间电极齿的交叠状态， 将电极齿之间的间隙设计为小。因此，本发明的可移动微器件适于在一对驱动器电极之间产生大驱动力， 其中这一对驱动器电极是以第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极 来设置的。如上所述本发明的可移动微器件适于减少要施加到一对驱动器电 极(第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极)的驱动电压。优选地，第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极是在以导电硅 材料设置的同一材料层中形成的。优选地，第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极是通过对材料层执行深反应离子蚀刻(Deep Reactive Ion Etching, DRIE)操作而同时形成的。这些配置适于精确地形成第一驱动器梳 齿形电极和第二驱动器梳齿形电极。优选地，第一电容器梳齿形电极和/或第二电容器梳齿形电极包含金属， 该金属选自Au、 Ag、 Cu及Al组成的组。优选地，第一电容器梳齿形电极 和/或第二电容器梳齿形电极是通过电镀形成的。这些配置适于形成具有小电 阻率的第一 电容器梳齿形电极和/或第二电容器梳齿形电极。本发明的第二方案提供了一种可移动微器件，其包括可移动部件、框架 以及连接部件如下在本发明的器件中，可移动部件具有可移动主要部分、 第一 电容器梳齿形电极及第一驱动器梳齿形电极，其中第一 电容器梳齿形电 极具有从可移动主要部分延伸的多个电极齿，第一驱动器梳齿形电极具有从 可移动主要部分延伸的多个电极齿。框架具有第二电容器梳齿形电极及第二 驱动器梳齿形电极，其中第二电容器梳齿形电极具有朝向第一电容器梳齿形 电极延伸的多个电极齿，第二驱动器梳齿形电极具有朝向第一驱动器梳齿形 电极延伸的多个电极齿。连接部件连接可移动部件和框架。第一电容器梳齿 形电极和第二电容器梳齿形电极是由金属材料制成的，并且具有当处于其初 始位置时交叠的电极齿。第一驱动器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极是 由金属材料制成的，并且具有当处于其初始位置时交叠的电极齿，或具有当处于其初始位置时交叠的电极齿。可移动部件是可旋转位移的，用以提供第 一驱动器梳齿形电极与第二驱动器梳齿形电极之间的电极齿交叠并改变第一 驱动器梳齿形电极与第二驱动器梳齿形电极之间电极齿交叠的程度。本发明的可移动微器件包括作为一对电容器电极的第一电容器梳齿形电 极和第二电容器梳齿形电极，第一 电容器梳齿形电极和第二电容器梳齿形电 极是由金属材料制成的。因此，本发明的可移动微器件也适于取得较高Q值， 如同根据本发明第一方案的可移动微器件。在本发明的第一和第二方案中，优选地，第一驱动器梳齿形电极的电极 齿在远离第一电容器梳齿形电极的电极齿的一侧从可移动主要部分延伸。但 是，第一驱动器梳齿形电极的电极齿可在与第一电容器梳齿形电极的电极齿 相同的一侧从可移动主要部分延伸。优选地，连接部件包括与可移动部件的第一电容器梳齿形电极电连接的 导电部分。如上所述的这种配置能够适当地将第一电容器梳齿形电极与预定 的外部电路连接。优选地，第一 电容器梳齿形电极和/或第二电容器梳齿形电极具有未设置 介电膜的表面。如果在电容器梳齿形电极的表面上具有介电膜，在介电膜的 表面上电荷就会以特定的能级被捕获，并且当介电膜进入高电场(例如106V/cm或更高)时，表面上捕获的电荷随即被注入介电膜内的缺陷能级。 在介电膜中，注入电荷的弛豫时间常数可以相当大，而这在可移动微器件操 作时能够增大介电膜中的的电荷累积量，导致电荷累积量不再会减少的状态。 这种电荷捕获和注入介电膜中的现象是不希望有的，因为这能扰乱可移动微 器件的适当操作。优选地，根据第一或第二方案的可移动微器件制成为可变电容器，用以 改变第一 电容器梳齿形电极与第二电容器梳齿形电极之间的静电容量。作为 另一选项，根据第一或第二方案的可移动微器件可制成为传感器件，用以检 测第一 电容器梳齿形电极与第二电容器梳齿形电极之间的静电容量。优选地，本发明的可移动微器件是利用电绝缘低粘性液体或电绝缘低粘 性气体作为填充剂来封装的。这样一种配置使其能够提供良好的封装。


图1是根据本发明第一实施例的可移动微器件的俯视图。图2是根据本发明第一实施例的可移动微器件的另一俯视图。图3是图1的局部放大图。图4是图2的局部放大图。图5是沿图1中的线V-V取得的放大剖视图。图6是沿图1中的线VI-VI取得的放大的局部剖视图。图7示出用以制造图1所示可移动微器件的方法中的步骤。图8示出在图7中所示那些步骤之后的步骤。图9示出在图8中所示那些步骤之后的步骤。图10示出在图9中所示那些步骤之后的步骤。图11示出可移动部件被旋转移位的状态。图12是根据本发明第二实施例的可移动微器件的俯视图。图13是沿图12中的线xm-xm取得的剖视图。图14是根据本发明第三实施例的可移动微器件的俯视图。图15是沿图14中的线XV-XV取得的剖视图。图16是传统可移动微器件的俯视图。图17是图16所示可移动微器件的另一俯视图。图18是沿图16中的线xvni-xvm取得的剖视图。图19是沿图16中的线XIX-XIX取得的剖视图。图20示出用以制造图16所示传统可移动微器件的方法中的步骤。图21示出在图20中所示那些步骤之后的步骤。
具体实施方式
图1至图6示出根据本发明第一实施例的可移动微器件X1。图1和图2 是可移动微器件X1的俯视图。图3是图1的局部放大图，而图4是图2的 局部放大图。图5是沿图1中的线V-V取得的剖视图。图6是沿线VI-VI取 得的局部的放大剖视图。可移动微器件XI包括可移动部件10、框架20以及一对连接部件30。 可移动微器件X1是通过如MEMS技术等微机械加工技术由预定的材料衬底制造的，并且总体上具有层叠结构，主要包括第一层101，以硅材料设置， 此硅材料掺有杂质并具有预定水平的电导率；第二层102，以金属材料如Au、Ag、 Cu和Al制成；以及绝缘层103，位于第一层101与第二层102之间。 为了明确起见，在图1中将第二层102标以阴影线，而在图2中将第一层101 标以阴影线。可移动部件10包括可移动主要部分11和梳齿形电极12、 13，并且能够 以摆动或旋转方式，相对于框架20位移。如图5和图6所示，可移动主要部 分ll具有层叠结构，此层叠结构包括部分lla，此部分是第一层101的一 部分；部分llb，此部分是第二层102的一部分；以及绝缘层llc，绝缘层 11c是绝缘层103的一部分。还有，如图6所示，可移动主要部分ll设置有 穿透绝缘层llc的导电通孔(或导通孔)lld，用以建立部分lla与部分llb 之间的电连接。梳齿形电极12是第二层102的一部分，并且是以从可移动主 要部分11彼此平行地延伸的多个电极齿12a设置的。电极齿12a的延伸长度 例如为5pm至5000^im。梳齿形电极13是第一层101的一部分，并且是以从 可移动主要部分11彼此平行地延伸而远离电极齿12a的多个电极齿13a设置 的。电极齿13a的延伸长度例如为5nm至5000pm。框架20包括主要框架部分21和梳齿形电极22、 23。如图5和图6所示， 主要框架部分21具有层叠结构，此层叠结构包括部分21a，此部分是第一 层101的一部分；部分21b，此部分是第二层102的一部分；以及绝缘层21c， 绝缘层21c是绝缘层103的一部分。主要框架部分围绕可移动部件10。梳齿 形电极22是第二层102的一部分，并且是以从主要框架部分21朝向可移动 部件10的梳齿形电极12彼此平行地延伸的多个电极齿22a来设置的。电极 齿22a的延伸长度例如为5pm至5000pm。梳齿形电极23是第一层101的一 部分，并且是以从主要框架部分21朝向梳齿形电极13彼此平行地延伸的多 个电极齿23a来设置的。电极齿23a的延伸长度例如为5pm至5000pm。可移动部件10的梳齿形电极12与框架20的梳齿形电极22在微型可变 器件X1中构成一对电容器电极，并且如图3和图5所示，梳齿形电极12的 电极齿12a和梳齿形电极22的电极齿22a具有在其初始位置彼此相对的侧表 面。换言之，梳齿形电极12、 22具有在其初始位置彼此交叠的电极齿。可移动部件10的梳齿形电极13与框架20的梳齿形电极23在微型可变器件XI中构成一对电容器电极。举例来说如图4和图5所示，根据本实施 例，梳齿形电极13、 23不具有在其初始位置彼此交叠的电极齿。梳齿形电极 13、 23可具有在其初始位置彼此交叠的电极齿。可移动部件10中的梳齿形 电极12、 13、梳齿形电极22以及梳齿形电极23彼此电隔离。如图6所示，每个连接部件30包括主要部分31和导电部分32，并且连 接可移动部件10和框架20。各连接部件30中的导电部分32包含诸如Au、 Ag、 Cu和Al之类金属，提供可移动主要部分11的部分lib与主要框架部 分21的部分21b之间的电连接。在本实施例中，包括梳齿形电极12、 13的 可移动部件10经由连接部件30或导电部分32接地。连接部件30可设置有 彼此电隔离的多个导电部分32。这对连接部件30限定了可移动部件10相对 于框架20旋转位移的轴线A1。图7至图10示出用于制造可移动微器件XI的方法。图7至图10顺序 地示出以下步骤的剖视图形成上述的可移动主要部分ll，形成梳齿形电极 12、 13，形成框架主要部分21，形成梳齿形电极22、 23，以及形成连接部件 30。图中示出的截面是概念性的合成物，代表来自执行微机械加工的材料衬 底(晶片)的不同截面的各个部分。在可移动微器件X1的制造中，首先，制备如图7 (a)所示的材料衬底 200。材料衬底200是所谓的绝缘体上硅(SOI)衬底，并具有包括硅层201、 202以及位于上述硅层之间的绝缘层203的层叠结构。硅层201掺有杂质， 且因此而具有预定水平的电导率。绝缘层203例如由氧化硅制成。硅层201 例如具有50|im至600pm的厚度。硅层202例如具有l(im至100|am的厚度。 绝缘层203例如具有0.5pm至50pm的厚度。接下来，如图7 (b)所示，在硅层201的表面上形成氧化物膜204。还 形成连接部件30的主要部分31。氧化物膜204可通过CVD法，即通过在硅 层201的表面上形成厚度达lpm的氧化硅膜来形成。例如，可通过首先在硅 层202上形成预定的抗蚀剂图案(图中未示)，且随后利用抗蚀剂图案作为 掩模，对硅层202执行深反应离子蚀刻(DRIE)，来实现主要部分31的形 成。在DRIE操作中，可利用博仕(Bosch)工艺(其中蚀刻与侧壁保护彼此 交替地进行)来执行良好的各向异性蚀刻。在此步骤和以下将描述的其它步 骤中的DRIE操作可通过Bosch工艺来执行。接下来，如图7 (c)所示，形成绝缘膜图案203'。具体地说，在绝缘层 203上形成抗蚀剂图案(图中未示)，且随后利用蚀剂图案作为掩模对绝缘 层203执行蚀刻。绝缘膜图案203'具有多个预定开口，包括用于形成导电通 孔lld的开口 203a。接下来，在硅层201上形成用于电镀的底层膜(图中未示)，以覆盖绝 缘膜图案203'和主要部分31，并且此后，形成如图7 (d)所示的抗蚀剂图案 205。底层膜可通过溅射方法，举例来说即通过首先形成厚度为50nm的Ti 膜，且随后在此Ti膜上形成厚度为500nm的Cu膜来形成。抗蚀剂图案205 具有开口 205a和开口 205b。接下来，如图8 (a)所示，执行电镀以在开口 203a、 205a、 205b中生 长金属。这一步骤产生了导电通孔lld和导电部分32。在此步骤中使用的金 属材料选自Au、 Ag、 Cu及Al组成的组，或包含上述金属的合金。接下来，通过进一步在抗蚀剂图案205上形成抗蚀剂材料膜，或通过首 先除去抗蚀剂图案205且随后重新形成抗蚀剂材料膜，来形成如图8 (b)所 示的抗蚀剂膜206。接下来，如图8 (c)所示，将氧化物膜204图案化以形成氧化物膜图案 204'，并且此后形成具有多个预定开口的抗蚀剂图案207。氧化物膜图案204' 是用以形成可移动主要部分11、梳齿形电极13、主要框架部分21、及梳齿 形电极23的图案。接下来，如图8 (d)所示，利用抗蚀剂图案207作为掩模，对硅层201 执行DRIE，直到到达硅层201中的厚度中点为止。接下来，如图9 (a)所示，通过在抗蚀剂图案207上进一步形成抗蚀剂 材料膜，或通过首先除去抗蚀剂图案207且随后重新形成抗蚀剂材料膜，来 形成抗蚀剂膜208。接下来，如图9(b)所示，将抗蚀剂膜206图案化以形成抗蚀剂图案206'。 抗蚀剂图案206'具有用以在可移动微器件X1中形成第二层102(可移动主要 部分11的部分llb、梳齿形电极12、主要框架部分21的部分21b以及梳齿 形电极22)的开口 206a。接下来，如图9 (c)所示，执行电镀以在开口 206a中生长金属材料， 且由此而形成可移动主要部分11的部分llb、梳齿形电极12或电极齿12a、主要框架部分21的部分21b、及梳齿形电极22或电极齿22a。在此步骤中使 用的金属材料选自Au、 Ag、 Cu及Al组成的组，或包含上述金属的合金。接下来，如图9 (d)所示，除去抗蚀剂图案206'和抗蚀剂膜208。抗蚀 剂图案206'和抗蚀剂膜208的除去可通过预定的去除剂来进行。此后，除去 为了电镀而形成的底层膜(图中未示)的暴露部分。通过以预定的蚀刻剂进 行的湿法蚀刻或通过离子铣(ionmilling)，即可实现底层膜的部分除去。接下来，如图10 (a)所示，形成具有预定开口的抗蚀剂图案209。接下 来，如图10 (b)所示，利用抗蚀剂图案209作为掩模，对于硅层201从形 成有抗蚀剂图案209的这一侧执行DRIE，直到到达硅层201中的厚度中点 为止。然后，如图10 (c)所示，利用氧化物膜图案204'作为掩模，对于硅层 201从形成有氧化物膜图案204'的这一侧执行DRIE。这一步骤在可移动微器 件X1中产生了第一层101 (可移动主要部分11的部分lla、梳齿形电极13 或电极齿13a、主要框架部分21的部分21a、及梳齿形电极23或电极齿23a)。接下来，如图10 (d)所示，蚀刻掉绝缘层203的暴露部分和氧化物膜 图案204'。通过上述的系列步骤，即能制造可移动微器件X1。在可移动微器件X1中，能够通过将预定电位施加到梳齿形电极23，来 按需要围绕轴线Al摇动或旋转位移可移动部件10。因为将预定电位施加到 梳齿形电极23，所以梳齿形电极13、 23之间产生预定的静电引力(请注意 本实施例中的梳齿形电极13接地)，并且梳齿形电极13因此被牵引向梳齿 形电极23。结果，举例来说如图11所示，可移动部件10围绕轴线A4摇动， 并旋转位移到一定角度，在此角度下静电引力被连接部件30中扭应力的总和 所平衡。由这种摇动操作引起的旋转位移量可通过调整施加到梳齿形电极23 的电位来加以调整。通过对旋转位移量的调整，即能调整梳齿形电极12、 22 之间相对的面积量(电极齿12a与电极齿22a彼此相对的侧表面的面积)， 并且因此而能调整用作一对电容器电极的梳齿形电极12、 22之间的静电容 量。另一方面，如果除去梳齿形电极13、 23之间的静电引力，每个连接部件 60就会释放其内部保持的扭应力，从而返回到其自然状态，使可移动部件IO 或梳齿形电极12得以返回至其初始位置。根据可移动微器件XI ， 一对电容器电极是以金属材料制成的梳齿形电极12、 22设置的。金属材料一般具有比硅材料更低的电阻率。所以，可移动微 器件X1更适于取得比传统的可变微电容器X4 (其中电容器电极是由导电硅 材料制成的)更高的Q值。另外，可移动微器件X1适于在由梳齿形电极13、 23设置的驱动器电极 对之间产生大驱动力。如上所述，利用在硅层201上形成的氧化物膜图案204' 作为掩模，通过DRIE由相同的材料层(硅层201)，在可移动微器件X1中 形成用作一对驱动器电极的梳齿形电极13、 23。抗蚀剂图案204'包括用于梳 齿形电极13的第一掩模图案和用于梳齿形电极23的第二掩模图案。以相对 高的对准精度形成掩模图案，如在材料层的同一表面上形成的第一掩模图案 和第二掩模图案。第一掩模图案和第二掩模图案的图案包含在材料层的同一 表面上形成的同一单个掩模图案(抗蚀剂图案204')中，从而可通过同一光 刻操作来形成，因此理论上没有对准误差。利用如上所述的第一掩模图案和 第二掩模图案，即能形成具有高相对位置精度的梳齿形电极13、 23，从而易 于针对用作一对驱动器电极的梳齿形电极13、 23之间交叠的电极齿，设计出 电极齿13a、 23a之间的窄间隙。所以，可移动微器件XI适于在以梳齿形电 极13、 23设置的驱动器电极对之间产生大驱动力。如上所述的可移动微器件 XI适于减少要施加到这个驱动器电极对(梳齿形电极13、 23)的驱动电压。根据可移动微器件X1，用作一对电容器电极的梳齿形电极12、 22在其 表面没有介电膜。这样就能够避免发生于介电膜中的电荷捕获和注入。在可移动微器件X1中，第一层101 (可移动主要部分11的部分lla、 梳齿形电极13、主要框架部分21的部分21a以及梳齿形电极23)并非必须 由导电硅材料制成，而是可由金属材料形成。上述金属材料优选为选自Au、 Ag、 Cu和Al组成的组的金属，或包含上述金属的合金。作为可移动微器件 Xl中的另一变化，整个可移动部件10可形成为连续的金属结构。无论采用 哪一种配置，可移动微器件XI都适于取得高Q值。以上所描述的可移动微器件XI可设计成可变电容器，用以改变梳齿形 电极12、 22之间的静电容量，或设计成传感器件，用以检测梳齿形电极12、 22之间的静电容量。图12和图13示出根据本发明第二实施例的可移动微器件X2。图12是可移动微器件X2的俯视图。图13是沿图12中的线xm-xni取得的剖视图。可移动微器件X2包括可移动部件IOA、框架20A及一对连接部件30， 不同于可移动微器件XI之处在于，可移动部件10和框架20分别由可移动 部件10A和框架20A替代。可移动部件10A不同于可移动微器件XI的可移动部件10之处在于，可 移动部件10A具有可移动主要部分11和梳齿形电极12、 13、 14，即可移动 部件IOA额外地具有梳齿形电极14。如图13所示，梳齿形电极14是第二层 102的一部分，并且是以多个电极齿14a来设置的，上述多个电极齿14a在 与电极齿13a相同的一侧从可移动主要部分11彼此平行地延伸。电极齿14a 的延伸长度例如为5pm至5000pm。可移动部件10A中的可移动主要部分11 和梳齿形电极12、13与可移动部件10中的可移动主要部分11和梳齿形电极 12、 13相同。框架20A具有主要框架部分21和梳齿形电极22、 23，不同于可移动微 器件X1的框架20之处在于，框架20A额外地具有梳齿形电极24。如图13 所示，梳齿形电极24是第二层102的一部分，并且是以多个电极齿24a来设 置的，上述多个电极齿24a从主要框架部分21朝向梳齿形电极14彼此平行 地延伸。电极齿24a的延伸长度例如为5pm至5000iam。框架20A中的主要 框架部分21和梳齿形电极22、 23与框架20中的主要框架部分21和梳齿形 电极22、 23相同。可移动部件10A的梳齿形电极12与框架20A的梳齿形电极22在可移动 微器件X2中构成一对电容器电极。此外，可移动部件10A的梳齿形电极14 与框架20A的梳齿形电极24构成另一对电容器电极。在其初始位置，梳齿 形电极12的电极齿12a与梳齿形电极22的电极齿22a具有彼此相对的侧表 面，而梳齿形电极14的电极齿14a与梳齿形电极24的电极齿24a具有彼此 相对的侧表面。换言之，梳齿形电极12、 22具有在初始位置交叠的电极齿且 梳齿形电极14、 24也具有在初始位置交叠的电极齿。如上所述，可移动微器 件X2包括两对电容器电极。可移动部件10A中的梳齿形电极12、 13、 14， 梳齿形电极22，梳齿形电极23以及梳齿形电极24彼此电隔离。可移动微器件X2的所有其它方面与上述可移动微器件XI相同。 可移动微器件X2适于取得高Q值，如同可移动微器件X1，并且适于在 用作一对驱动器电极的梳齿形电极13、 23之间产生大驱动力。另外，具有两对电容器电极的可移动微器件X2作为电容器器件适于取得大静电容量。图14和图15示出根据本发明第三实施例的可移动微器件X3。图14是 可移动微器件X3的俯视图。图15是沿图14中的线XV-XV取得的剖视图。可移动微器件X3实质上包括两个可移动微器件XI 。具体地说，可移动 微器件X3包括主要框架部分21，其被两个可移动微器件X1部分地共用； 两对电容器电极(每个电容器电极对是以梳齿形电极12、 22来设置的)；以 及两对驱动器电极(每个驱动器电极对是以梳齿形电极13、 23来设置的)。 可移动微器件X3可用这种方式来控制每个可移动部件10将进行相同的旋 转位移，或每个可移动部件10各自进行旋转位移。所述可移动微器件X3适于取得高Q值，如同可移动微器件X1，并且适 于在梳齿形电极13、 23之间产生大驱动力。另夕卜，具有两对电容器电极的可 移动微器件X3作为电容器器件适于取得大静电容量。
权利要求
1.一种可移动微器件，包括可移动部件，包括可移动主要部分、第一电容器梳齿形电极以及第一驱动器梳齿形电极，所述第一电容器梳齿形电极具有从所述可移动主要部分延伸的多个电极齿，所述第一驱动器梳齿形电极具有从所述可移动主要部分延伸的多个电极齿；框架，包括第二电容器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极，所述第二电容器梳齿形电极具有朝向所述第一电容器梳齿形电极延伸的多个电极齿，所述第二驱动器梳齿形电极具有朝向所述第一驱动器梳齿形电极延伸的多个电极齿；以及连接部件，将所述可移动部件与所述框架彼此连接；其中所述第一电容器梳齿形电极和所述第二电容器梳齿形电极是由金属材料制成，并且具有在初始位置交叠的电极齿，其中所述第一驱动器梳齿形电极和所述第二驱动器梳齿形电极是在同一材料层中制成，并且其中所述可移动部件是可旋转的，用以改变所述第一驱动器梳齿形电极与所述第二驱动器梳齿形电极之间所述电极齿交叠的程度。
2. 根据权利要求1所述的可移动微器件，其中所述第一驱动器梳齿形电 极和所述第二驱动器梳齿形电极是在导电硅材料的同一材料层中制成。
3. 根据权利要求1所述的可移动微器件，其中所述第一驱动器梳齿形电 极和所述第二驱动器梳齿形电极是通过对所述材料层执行深反应离子蚀刻操 作而同时形成。
4. 根据权利要求1所述的可移动微器件，其中所述第一电容器梳齿形电 极和所述第二电容器梳齿形电极至少其中之一包含选自Au、 Ag、 Cu及Al 的金属。
5. 根据权利要求1所述的可移动微器件，其中所述第一电容器梳齿形电 极和所述第二电容器梳齿形电极至少其中之一是通过电镀形成。
6. —种可移动微器件，包括可移动部件，包括可移动主要部分、第一电容器梳齿形电极以及第一驱动器梳齿形电极，所述第一电容器梳齿形电极具有从所述可移动主要部分延 伸的多个电极齿，所述第一驱动器梳齿形电极具有从所述可移动主要部分延 伸的多个电极齿；框架，包括第二电容器梳齿形电极和第二驱动器梳齿形电极，所述第二 电容器梳齿形电极具有朝向所述第一 电容器梳齿形电极延伸的多个电极齿， 所述第二驱动器梳齿形电极具有朝向所述第一驱动器梳齿形电极延伸的多个电极齿；以及连接部件，将所述可移动部件与所述框架彼此连接；其中所述第一电容器梳齿形电极和所述第二电容器梳齿形电极是由金属 材料制成，并且具有在初始位置交叠的电极齿，其中所述第一驱动器梳齿形电极和所述第二驱动器梳齿形电极是由金属 材料制成，并且其中所述可移动部件是可旋转的，用以改变所述第一驱动器梳齿形电极 与所述第二驱动器梳齿形电极之间所述电极齿交叠的程度。
7. 根据权利要求1或6所述的可移动微器件，其中所述第一驱动器梳齿 形电极的电极齿从所述可移动主要部分的远离所述第一电容器梳齿形电极的 电极齿的一侧延伸。
8. 根据权利要求1或6所述的可移动微器件，其中所述第一驱动器梳齿 形电极的电极齿与所述第一电容器梳齿形电极的电极齿从所述可移动主要部 分的同一侧延伸。
9. 根据权利要求1或6所述的可移动微器件，其中所述连接部件包括与 所述可移动部件的所述第一电容器梳齿形电极电连接的导电部分。
10. 根据权利要求1或6所述的可移动微器件，其中所述第一电容器梳 齿形电极和所述第二电容器梳齿形电极至少其中之一具有未设置介电膜的表 面。
11. 根据权利要求1或6所述的可移动微器件，设置为可变电容器，用 以改变所述第一 电容器梳齿形电极与所述第二电容器梳齿形电极之间的静电
12. 根据权利要求1或6所述的可移动微器件，设置为传感器件，用以 检测所述第一电容器梳齿形电极与所述第二电容器梳齿形电极之间的静电容13.根据权利要求1或6所述的可移动微器件，利用电绝缘低粘性液体 或电绝缘低粘性气体作为填充剂来封装。
全文摘要
一种可移动微器件，包括可移动部件、框架及连接部件。可移动部件具有主要部分、第一电容器电极及第一驱动器电极。电容器电极和驱动器电极具有从主要部分延伸的电极齿。框架包括第二电容器电极和第二驱动器电极，其中第二电容器电极具有朝向第一电容器电极延伸的电极齿，而第二驱动器电极具有朝向第一驱动器电极延伸的电极齿。连接部件将可移动部件连接到框架。第一电容器电极和第二电容器电极的电极齿在其初始位置交叠。可移动部件可旋转以改变第一驱动器电极与第二驱动器电极之间交叠的程度。
文档编号H01G5/00GK101256899SQ20081008133
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月25日 优先权日2007年2月26日
发明者上田知史, 今井雅彦, 宓晓宇, 岛内岳明 申请人:富士通株式会社