TW200414574A - Piezoelectric actuator for tunable electronic components - Google Patents

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TW200414574A TW092129028A TW92129028A TW200414574A TW 200414574 A TW200414574 A TW 200414574A TW 092129028 A TW092129028 A TW 092129028A TW 92129028 A TW92129028 A TW 92129028A TW 200414574 A TW200414574 A TW 200414574A
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Description

玖、發明說明： 本文件係有關於該待審的以及一般讓渡的專利申請案 文件，在U· S.序號為No.10/421，302，標題為‘‘用於寬帶 調諧微帶共振器及濾波器之可變電容膜，，，以及在U. S.序 5 號為No.10/421，327，標題為“用於可調式電子組件之壓電 開關”。該等相關應用在此係做為參考文獻。 I：發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明係有關於用於共振器之調諧的致動器。更特別 10 地，本發明係有關於用於可調式電子組件之壓電致動器。 【先前技術3 發明背景 本發明係所欲用於微波組件，該微波組件諸如帶通遽 波器及共振器（微帶、帶狀線或梳形帶)對於一共振頻率的範 15園係為可調式的。該技術現今利用外部元件用於調譜，該 外部元件諸如可變電抗器或p-i-η二極真空管。對於可★周式 頻率的全部範圍’ 5亥4方法本質上有損耗且無法維持一古 _Q或品質因素。這些限制因素可藉由膜調諧而克服，該膜 係為一金屬化膜，懸掛在該可調式組件之上，由一 ★隙八 2〇隔。該調諸係藉由移動自可調式組件較近或較遠的膜改變 該玎調式組件的電容負載來達成。 ' 在過去’用於膜偏移的許多方法已被利用。 習知技藝中致動裝置之第-形式係'利職電堆疊用於 膜偏移。一壓電堆疊由50-100個壓電層所組成。在一壓電 5 堆疊中，該層的厚度(T)通常大於該橫向的尺寸，即長度(L) 或寬度(W)。根據一致動電壓的應用，該堆疊沿著其厚度縮 短或延長。為了使該膜達到顯著的移動，該壓電堆疊必須 為數公分高。其使得該結構體積龐大，且難於結合該膜及 電路。例如，參見 Kondo，S ; Yoshimura，S-I ; Saito，N ;
Tanioka，K;Esashi，M等人在微電機械系統2001年第14屆 IEEE國際性討論會第248-251頁所揭露之“藉由層妨-詹 致動一堆疊ed壓電致動器之小移位的精確控制，，。 致動裝置之第二形式使用靜電技術用於膜偏移。該靜 電技術涉及在該膜(頂部電極)及基板(底部電極)上，薄金屬 電極的沈積’因此提供微形化的可能性。然而，當間隔變 小時，由於在該偏移力一非線性的增加使該技術在膜的移 動範圍上具有一嚴重的限制。當分隔係大約係原裂口的1/3 時，將造成該膜在該基板上倒塌，妨礙該膜位置的準確控 制。此嚴重地限制了該組件的調諧範圍，當間隔變小時， 該組件的調諧範圍強烈地取絕於該膜的位置。參見，例如， M. Yamaguchi ’ S. Kawamura，κ 施如，以及 m 如也 等人，在微電機械系統之IEEE討論會（1993年2月7_i〇曰 第18-23頁）所揭露的“分散式靜電微致動器”。 為了減少該非直線性的作用，及部份解決該問題，該 頂部及底部電極位置可橫向的抵銷。然而，此需要一顯著 較高的致動電壓則科能提供_位置之精確的控制。此 外’其他該電路設計的觀點在電極的位置上可能有迫切的 限制’該電極使該技術不可實行。參見，例如，扭祖§㈣ 200414574 及Stephen D. Senturia等人在微電子系統第1999年第8冊 第4號第497-505頁之“延長類比-調諧靜電致動器的移動範 圍，，。 美國專利第5,994,821號，Imada等揭露雙壓電晶片懸臂 5 樑的使用，以達到變曲的振動，其可用於光偏移。然而， 在Imada揭露内容中，該等懸臂樑係主要為一級的結構，其 需二個預先-製造的壓電層之結合。此外，在Imada揭露内 谷中所揭露的方法並不適用於晶圓級的光微影術技術。在 Imada揭露内容中一進一步的缺點係當該產生的力相當小 10 時，該等懸臂樑不能設計用來作為致動器，以產生靜電膜 偏移。 由 Gokhan Percin 及 Butrus T. Khuri-Yakub 等人在 1997 年IEEE超音波研討會的論文“微機械2-D陣列壓電致動彎 曲伸張換能器’’第959-962頁中揭示，壓電致動器與、 15 聚矽或鋁膜結合。描述之該結構係用於作為一超音波的換 能器，當施加一 100 V之致動電壓時，會給予極小的靜電 偏移（大約0.02微米）。由於較大的（大約20微米）偏移係所 欲的，此使得該致動器無用於調譜的應用。當該臈材料在 該等尺寸為易碎的，該結構擴大到約10毫米的橫向尺寸也 2〇 無法作用。相對的，用於厚度大約4微米，橫向尺寸約2〇 毫米時，聚酰胺膜仍非常的堅固耐用。 美國專利第5,406,233號揭露一可調式帶狀線裝置，其 利用至少一帶狀導電器及至少一接地平面，藉由一電介質 基板分隔。一壓電材料層係位在鄰接該接地平面的位置， 7 且一電壓施加至該壓電層，造成其尺寸的改變，並提供該 基板及該接地平面之間的一改變空隙。其第一個缺點係藉 由δ亥壓電層造成之移動僅係單方向的。第二個缺點係該基 板與該接地平面之間的改變空隙係非一致的。第三個缺點 是該裝置係與微型化及無塵室程序無法並立相容，致使用 於該致動器之訂製的橫向及縱向尺寸無法製造。 【潑^明内容】 發明概要 本發明係利用一層狀壓電致動器防止以上的問題。該 致動器具有用於小致動器尺寸之一適當的偏移。此外，該 致動器可標準的材料生產及光微影術技術來製造。造 成一小尺寸的結合之致動器，提供一相對較大的膜移動。 根據第一方面，本發明提供一用於調諧一電路之致動 總成，該總成包含：一膜，該膜具有-頂部及-底部，該 膜覆蓋欲被調諧的電路；—導電元件，該元件與該膜的底 4連接’料電％件覆蓋欲被觸的電路；以及-壓電裝 配配置在雜的了貞部，其巾改變該壓電裝配的形狀容許該 膜的移動及料電元件之相對應的向上或向下移動，以 及/、中S任何時間，在一導電元件及該欲被調譜的電路 之間形成一大體上-致的間隔。 欲被調諧的電路，形 康第方面，本發明提供一用於調諧微波組件之可 變電谷之電容器，該電容器包括：一 成：電4$的下部平面；—導電元件，形成該電容器的上 I5平面’ ϋ接4導電元件的膜；一連接該膜之壓電裝配； 以及一連接該壓電裝配之電壓來源，其中改變來自該電壓 來源之電壓，即改變該壓電裝配之形狀，藉以移動該膜及 該導電元件，因此變化該電容器的電容。 根據第三方面，本發明提供一用於調諧微波組件的方 5法’該方法的步驟包括：提供一欲被調諧的微波組件；提 供一具有一頂部部份及一底部部份的膜；連接一導電元件 與該膜的底部部份；在該膜的頂部之一第一寬周圍區域上 配置一第一壓電致動器及在該膜的頂部之一第二寬周圍區 域上配置一第二壓電致動器，該第一及第二壓電致動器分 10別包括一第一致動層及第二致動層，該第二致動層位於該 第一致層的上方；以及連接該第一及第二致動層與一電壓 來源，其中：當無來自該電壓來源施加的電壓時，該第一 及第二壓電致動器不會造成該膜偏移；當由該電壓來源施 加具有一第一極性之電壓時，該第一及第二壓電致動器造 15成該膜在一第一方向的偏移；及當由該電壓來源施加具有 一相對於第一極性的的第二極性之電壓時，該第一及第一 壓電致動器造成δ亥臈在一第二方向的偏移。 根據第四方面，本發明提供一結合一壓電裝配與一膜 之方法，該方法的步驟包括：（a)在一第一基板上形成一、、籌 20槽；作)在該溝槽中沈積一金屬電路，且形成該金屬電路曰 案；（C)在該第一基板及該金屬電路上沈積一聚酰胺層田 提供一帶有—膜及—導電元件m· (e)連接二第⑷ 基板與該第一基板；以及(f)連接該壓電裝配至該祺。 9 根據第五方面，本發明提供一用於形成一含有一膜之 載體基板、二導電層及—壓電致動器的方法，該方法的步 驟ο括（）kt、在履部面具有一底部保護層，及在一丁員 部面上祕刻的料之純；（b)在該純的頂部面上沈積 一頂部保護層；（e)在該頂部保護層上沈積-第-導電層； ⑷形成該第—導電層的®案；（e)形成狐部保護層的圖案 以形成與該形成圖案的第一導電層對準的一蝕刻光罩；（f) 在該基板的頂部面上形成—壓電結構；⑻沿著該基板的頂 部面及該壓電結構的上方沈積一膜層；（h)固化該膜層；⑴ 在該經固化的臈層上沈積一第二導電層；⑴在該第二導電 層上沈積一保護光敏抗蝕劑層；（k)形成圖案及嚴苛的烘烤 該光敏抗敍劑層⑴由該基板的底部面移除該基板的一部 份，在该基板上形成一蝕刻的開口；（m)移除該頂部保護層 的一部份；（η)移除該第二導電層的一部份以形成一形成圖 案的第二導電層；以及(0)移除該形成圖案的光敏抗蝕劑層。 根據第六方面，本發明揭露一結合一壓電裝配與一膜 的方法，該方法的步驟包括：（a)在一第一基板上形成一溝 槽；（b)在該溝槽中沈積一金屬電路，且形成該金屬電路圖 案，（c)提供一帶有一膜及一導電元件之一第二基板；（d)在 該第一基板及該第二基板之間至少一基板上沈積一金層； (e)連接該第二基板與該第一基板；以及⑴連接該壓電裝配 與該膜。 本發明之第一個優點係該層狀的壓電致動器可被結合 至一膜結構。該致動器與該膜結構之間的結合方法，與商 200414574 業上可利用的壓電致動器及在製造時可被沈積之薄膜致動 裔兩者係為可並立相容的。 本發明之第二個優點係該致動器的設計提供最佳化該 膜移位之撓性及響應時間，其可符合該特定應用之所需。 5 本發明之弟二個優點係在該等需冷卻至低溫（例如77 °K)的組件之應用中，不會造成問題，例如任何熱錯位係被 減少，使該致動器可以一薄膜形式形成(例如1〇微米的厚 度）。 此外，該致動器晶圓程度的製造方法使其可容易的同 10時製造數百或數千的元件。更特別地，本發明可與微型化 及無塵室加工技術並立相容。其能夠在單一晶圓上製造數 百或數千的膜致動器組件，顯著地降低成本。該最終的橫 向尺寸可為次毫米。本發明與無塵室加工技術之可並立相 容性，大大的使得用於該膜及壓電致動器之訂製的橫向及 15垂直尺寸的製造成為容易。因在匕，該致動器的厚度可被最 佳化，以達到一實質上垂直移動的範圍（大約± 5〇微米）， 同時維持相對小的該橫向尺寸（大約5]〇毫米）。此顯著地 增加該裝置的調諧能力。習知技藝中並未指出任何擴大的 移動範圍之能力。 20 纟發明更進一步的優點係藉由提供該膜位置由該基板 任意地小的分開之精確控制，顯著的擴大用於微波組件之 調諧的範圍。 此外，本發明可與不同組件的微型化並立相容，藉以 顯著的減少用於該調諸方法的響應時間，以及擴大較^頻 11 200414574 率之應用的適用性。更特別地，可最佳化設計該等壓電層 且支持在該膜的邊緣以防止任何的質量負載。此提供用於 該膜-致動器總成一較高共振頻率，藉以提供用於該調諧方 法之短的響應時間。 5 本發明之更進一步的優點係其可致動該膜在兩個方向 偏移，致使該膜可自該下面的電路移動靠近及遠離。此係 與習知技藝中的單向移動形成對比。 此外，本發明能夠移動該膜的一特定部份平行至該基 板，藉以在該膜及該基板之間形成一界限清楚且一致的間 10 隔。其在該膜及基板之間依次造成一界限清楚的電容耦 合，藉以提供該調諧方法之較大控制。而習知技藝並未提 供一致且平行的空隙。 圖式簡單說明 本發明之特徵及優點藉由以下的敘述、申請專利範圍 15 及圖式將更為了解，其中 第1圖係顯示根據本發明之第一具體實施例的膜致動 器之前截面圖； 第2圖係顯示根據本發明之第一具體實施例的該膜及 該致動器之頂部平面圖； 20 第3圖係顯示根據本發明之第二具體實施例的膜致動 器之前截面圖； 第4圖係顯示根據本發明之第二具體實施例的該膜及 該致動器之頂部平面圖； 12 200414574 第5(a)-5(c)圖顯示依照本發明所使用的一具有平行極 化方向之雙層的壓電致動器的概要圖； 第6(a)-6(e)圖顯示根據本發明，用於配裝一商業性壓 電致動器及一膜之方法；以及 5 第7(a)-7(f)圖及第8(a)-8(f)圖顯示用於配裝一具有一薄 膜聚酰胺膜之自製的壓電致動器之方法。 t實施方式1 較佳實施例之詳細說明 第1圖顯示一膜1，例如一聚酰胺膜，覆蓋一欲被調諧 10 的電路。該電路2係放置在一基板3上。橫向部份20、21 支持該膜1。該膜1攜帶一金屬薄膜4，該金屬薄膜4放置 在該膜1的底部，其作為該調諧元件。該電路2的調諧可 藉由該金屬薄膜4及該電路2之間的電容耦合來達成。特 別是，在該金屬薄膜4及該電路2之間形成一平行的平面 15 的電容器。由於用於一平行的平面電容器的電容變化與該 電容器之上部平面及下部平面之間的間隔尺寸相反，該電 路2可藉由控制該膜的偏移被調諧。 該膜1的位置的偏移及控制係藉由沈積在該膜1的頂 部之壓電致動器5獲得。該致動器5使該膜1及相對應地 20 金屬薄膜4向上或向下移動。在該較佳具體實施例中，每 個致動器5包括二層10及11。該等層10及11將根據施加 至該等層之電壓的信號向上或向下彎曲。本發明之一第一 具體實施例提供由一壓電材料製造的雙層，即該兩層為活 化層。本發明之一第二具體實施例提供雙層中只有一層為 13 200414574 /舌化層。在该第二具體實施例中，該活化層可為該頂部層 1〇或該底部層11。 本發明可較佳的配置該等致動器，以便避免該膜之質 畺負載。泫膜1的質量負載會減緩該調諧裝置的響應時間。 5第1圖顯示配置該等致動器5的第一種方式，即沿著該膜i 的寬周圍。沿著該膜的周圍沈積該等致動器5使該等致動 器5的一部份可藉由該橫向部份2〇及21的水平組件支持。 更特別地，該致動器5之該等層1〇及n係位於該臈工 及該橫向部份20及21的上方，每層1〇及n的第一部份 1〇將平放在該膜1及該橫向部份20及21的上方，且每層^ 及11的第二部份將只平放在該膜丨的上方。在其上應用一 電壓，該第-部份將提供該所需的支持，沒有質量負載至 该膜，且該第二部份將提供用於移動該膜i所需的向上/向 下的彎曲。 15 20 此外，在其上應用—電壓，該膜1的形狀將實質上維 持平行於該基板3的基部。更特別地，該膜！放置在対 譜或導電科4上方的部份經歷—平行該基板的移動，藉 以在該臈及該基板之間形成一界限清楚且實質上; ^其中‘‘-致，，係意指該導電元件4的所有區域在任何時 =質上與欲被調諧的電路之距離料相同的。調譜裝配 ^移、力及響應時間係該等致動器尺寸的_函數。 14 I：,™ 200414574 根據本發明，也可能具有多於二個致動層之多層的結 構，但非為最佳，其複雜化該製造方法，在膜偏移方面也 未提供較多的優點。 為了澄清目的，電氣連結至該等致動器並未顯示。其 5 後描述的第五圖，將顯示電氣連接該致動器之一實例。 根據本發明之較佳具體實施例，該等層10及11每個 厚度係大約20微米，該膜1的厚度係大約10微米，且該 膜1及電路2之間的距離大約50微米。 第2圖係關於第1圖之具體實施例顯示該膜1及該等 10 致動器5之頂部平面圖，較佳的敘述關於該膜1之該等致 動器5的較佳位置。該膜1長度可為約10毫米，且寬度可 約6毫米，同時該等致動器長度可為大約4毫米，且寬度 可為大約3毫米。 第3及4圖相當於第1及32圖，顯示該等致動器任擇 15 的具體實施例，其中該等致動器105，雖然被放置在不同於 該膜的周圍之區域，仍然防止該膜101的質量負載。特別 是，在此具體實施例中，每個致動器的第一部份平放在該 膜101及該基板的橫向部份上，且每個致動器的第二部份 只平放在該膜上。 20 第2及4圖顯示致動器5及105,當由該頂部看時，該 等致動器具有一實質上矩形的形狀。此形狀雖然為較佳， 但僅為解釋的目的而顯示。其他的形狀也是可行的，只要 該膜的質量負載可以減少或防止。 15 200414574 第5(a)至5(c)圖顯示一雙層的壓電致動器的概要圖， 該等壓電致動器顯示具有根據本發明所使用之平行的極化 方向。該極化方向係藉由描繪在每層中的小箭頭所表示。 顯示在第5(a)至5(c)圖之致動器包括一上層10及一下層 5 11。電極12、13及14係間隔層10及11。在該等電極之間 施加電壓，該層10及Η會偏移。在選擇用於該電極之該 適合的極性時，一張力Τ1或推力Τ2可在該等層1〇及η 的平面產生。該等力Τ1及Τ2將在該等層10及η的中間 部份產生一偏移。諸如ΡΖΤ或PLZT可作為壓電材料，偏 10移的量及力取決於該等層的尺寸，其可調諧以符合特定應 用的需求。 如弟5(a)圖所示，當無施加電壓時，該致動器不能造 成該膜被偏移。如第5(b)圖所示，當施加具有一第一極的 電壓時，例如一正極，該致動器造成該膜在_第一方向被 15偏移，例如向上。如第5(c)圖所示，當施加具有一第二極 的電壓時，例如一負極，該致動器造成該膜在一第二方向 被偏移，例如向下。 本發明也揭示一用於結合一壓電致動器的方法，例如 第1-5圖所顯示的具有一聚酰胺膜之該等致動器5。 20 根據本方法之第一具體實施例，將商業上所購得之該 致動器與該膜結合。商業上可購得的致動器（例如一朽陶竟 的PL-122.251致動器，厚度大約0.5毫米）可藉一厚度大約 1微米的黏性之薄層與該膜之結合而獲得。該黏性之薄層的 使用將在第6(c)(1)詳細的描述。 16 200414574 根據本方法之第二具體實施例，在製造過程中該致動 器係自製且與該膜結合成一體。需注意的是，顯示在第1-4 圖的該致動總成可藉由其他有別於下述的方法製造。更進 一步的，雖然下述的圖描述多數個別的製造步驟，任擇的 5 製造方法可容許數個個別的步驟與少數步驟的結合。最 後，任擇的製造方法可使用不同步驟的順序。 第6(a)至6(e)圖係顯示根據本發明之第一具體實施例 的方法，其中一商業的壓電致動器係與一膜組合。在該方 法的每個步驟，係使用一般習知的微製造技術，諸如遮蔽、 10 蝕刻、沈積及卸下。 第6(a)圖顯示一第一步驟，其中一具有溝槽深度的溝 槽41在該矽晶圓基板3上形成圖案。該溝槽深度等於該膜 (如第1圖之膜）與欲被調諧的電路(如第1圖的電路2)之間 的該空隙之高度（例如在約10及約100微米之間）。 15 第6(b)圖顯示一第二步驟，其中在該溝槽中沈積該金 屬電路2及形成圖案。 第6(c)(1)圖顯示一第三步驟，其中一聚酰胺的薄層 44，厚度大約1微米，例如PIX-1400，係環繞該晶圓3及 該金屬電路2。該聚酰胺層44將作為一黏著劑，將基部基 20 板(該基板包括該電路）、該載體基板（該基板載運該膜及該 致動器）結合在一起。 第6(c)(2)圖顯示一第三步驟，代替第6(c)(1)圖所顯示 的第三步驟，其中一聚酰胺層44係環繞一個別試驗的晶圓 (未顯示在圖中），且隨後該層係藉由衝壓該基部的基板3 17 200414574 至該測試晶圓，轉移到該基部的基板3上，及隨後將其卸 下或滑下。一金薄層代替該聚酰胺層44，例如一具有厚度 l“m的層可被沈積在該基板3上。 若接著第6⑷⑴圖的步驟，在該電路上的黏著劑之薄 5層不會造成關於邊裝置執行的問題。在接下來的步驟，將 假定第6(c)(2)圖的第三步驟接著進行。 第6(d)圖顯不一第四步驟，其中一載體基板45攜帶該 膜1，且該金屬膜4係對準並衝壓在該基部基板3上。在該 載體基板45及該基部基板3之間獲得結合，例如藉由在大 10約l〇0°C下預烘乾約120秒，隨後藉由在大約12(TC下嚴苛 的烘烤約1小時。假使使用一金層，如上述所揭示，該層 可存在該基板3上、在該基板45上或在其兩者以上。當使 用金時，該結合的方法較佳地需要一將該基板3及45衝壓 在一起的第一步驟，及在較佳地包括2〇〇°C及400°C之間的 15 溫度加熱之第二步驟。 第6(e)圖顯示一第五步驟，其中該等雙層的致動器5 係與該膜1連接。 該連接係藉由在該等商業上的壓電致動器5上旋轉或 轉移一聚酰胺的層而得。該等致動器5係隨後對準且小心 20 的衝壓在該膜1的邊緣，隨後藉由在大約120°C下嚴苛的 烘烤約1小時，以強化該結合。該等致動器5係因此被固 定在該膜上。如先前關於第1-4圖的解釋，一第一、内部 的該等致動器5的部份係只藉由該膜所支持，同時一第二、 外部的該等致動器5的部份係藉由該膜及該基板所支持。 18 200414574 第至7(f)圖及帛8⑷至8(f)圖係顯示根據本發明之 第二具體實施例的方法，其中在該製造過程中，一薄膜自 製的壓電致動器係與該聚酰胺膜結合。該方法較佳地係根 據該第二具體實施例，因為與商業上可利用的致動器相 較，本發明之薄賴電致動器在該致動器之最適厚度及橫 向尺寸上提供更多撓性。在該方法的每個步驟，係使用一 般習知的微製造技術，諸如遮蔽、蝕刻、沈積及卸下。 第7⑻至7(f)圖係根據本發明之第二具體實施例顯示 該方法之一第一連續的步驟。 10 第7(a)圖顯示一第一步驟，其中一矽晶圓51具有一沈 積在該底部的保護層52(例如SiN層）及在該頂部沈積钱刻 的溝槽53。例如該層52厚度約〇 5微米。該溝槽％的深 度係實質上等同於後來獲得之薄膜壓電致動器的厚度。 第7(b)圖顯示一第二步驟，其中一保護層叫例如一 15
SiN層)大約0.5微米，且一 〇 5微米的⑽金屬膜55係 沈積在遠珍晶圓51的頂部。 第7(c)圖顯示一第二舟驟 示—步驟，其中该Tl_Pt臈55係形成 矩形墊56的圖案。 笫7(d)圖顯示 20 弟四步驟，其中在該晶圓的底部之該 保護層52係形成圖案以形成—用於該㈣刻之光罩57。以 該光罩57形成之該窗係彻—紅外絲罩對㈣仔細地對 準於在《部的金屬塾。紅外線對準輯於熟習此技藝者 所習知，在本發明中不再詳細描述。 " 19 200414574 第7(e)圖顯不一第五步驟，係形成該雙層的壓電致動 m構5例如’ 4壓電結構包括雙層麼電膜與三層金屬電極 互相盤繞。例如，若雙層係、活化的，即一麼電材料之製造， 該底部電極可由Ti_Pt製成、該中間的電極可由Ti-Pt製造， 5且該頂部可由任何金屬製造。為了清楚的目 的，該金屬電 極並未在第7(e)圖中顯示。為了該金屬電極之一概要性陳 述，可以構成參考，例如第5⑻至5(幻圖之元件12至14。 該金屬電極可具有臂，為了清楚的目的第7(e)圖並未顯 示，該臂延伸出該溝槽以容許其進入。 1〇 第7⑴圖顯示一第六步驟，其係旋轉一聚酰胺層59(形 成第1圖中的膜1)以達所欲之厚度（通常約4至3〇微米）。 此外，該聚酰胺層59係在大約2〇〇°c至400°C之間的溫度 硬化，較佳係約300°C，以在該聚酰胺中堅固地埋置該壓電 致動結構。 15 第8(a)至8(〇圖係根據本發明之第二具體實施例顯示 該方法之一第二連續的步驟。 第8(a)圖顯示一第七步驟，接著第7(〇圖的第六步驟， 例如在該硬化的聚酰胺59上一沈積Ti-Au膜。該金屬臈6〇 最後將如第1圖的金屬膜4被形成圖案在一調諧的電極上。 20 第8(b)圖顯示一第八步驟，其中光敏抗蝕劑61係旋轉 形成圖案且在該膜60上嚴苛的烘烤，以作為一保護層抵抗 在接著的第十步驟所使用的金屬蝕刻。 第8(c)圖顯示一第九步驟，其中矽藉由在一定做的晶 圓支牦架上架設該晶圓由該晶圓的背面被蝕刻，且於一約 20 200414574
晶圓支托架並未顯 習知，去除該KOH 100 C之KOH溶液中浸泡該支托架。該 示在該圖中，但其係為熟習此技藝者所 溶液密封該聚酰胺邊。 在此方法申，蝕刻該矽基板形成一開口 62。較佳地， 5該金屬塾56的橫向尺寸（大約100微米）係恰好小於該開口 62的橫向尺寸。該橫向尺寸係該矩形的(當由頂部看 時)Ti_Pt膜墊56的長度及寬度。該墊％的橫向尺寸係較佳 地小於該開口 62的橫向尺寸，以使可移動該Ti_pt墊。一 Ti Pt塾的使用係較佳的使在⑦晶圓上用於該等聚酰胺膜的 ίο製造方法更確實可靠。在此具體實施例之該Ti_Pt墊也可能 不旎移動。在該等具體實施例中，該Ti_pt墊將形成該電極 的其中之一。 第8(d)圖顯示一第十步驟，其係蝕刻去除一部份保護 層54、一部份Ti-Au層60及該等矩形墊56，例如藉由連 15續地在緩衝的氧化物蝕刻劑(ΗΟΕ)溶液與一金屬蝕刻溶液 中浸泡該晶圓，及藉由乾蝕刻。如此步驟的結果，形成第1 圖之該金屬膜4。反之，該等矩形墊56可被保留，用來作 為一部份的底部電極。 第8(e)圖顯示一第十一步驟，其去除殘餘的光敏抗蝕 20劑61，係如藉由塗佈丙酮及旋轉乾燥。在此方法中，一載 體基板含有一聚酰胺膜59、一金屬膜4及致動器5。 第8(f)圖顯示一步驟，其中該獲得的載體基板藉由第 7(a)至8(e)圖所述之方法結合至一如第6(c)(2)圖所揭示的 21 200414574 基部基板，以形成根據本發明之可調式裝置。也如第6d圖 所示之具體實施例所揭示，金可用於結合該兩基板。 關於第6(e)及8(f)圖，其皆顯示一雙層的球狀結構，其 中該第一層包括一具有膜及致動器的晶圓，及該第雙層包 5 括一具有一電路圖案或組件的晶圓。該結構只含有雙層， 該結構可被微型化用於標準無塵室製程的技術。 雖然，本發明之許多說明的具體實施例已被顯示及描 述，很多的變化及任擇的具體實施例將在習知技術中發 生。但該等變化及任擇的具體實施例係未離開本發明所界 10 定的申請專利範圍的範轉。 【圖式簡單說明】 本發明之特徵及優點藉由以下的敘述、申請專利範圍 及圖式將更為了解，其中 第1圖係顯示根據本發明之第一具體實施例的膜致動 15 器之前截面圖； 第2圖係顯示根據本發明之第一具體實施例的該膜及 該致動器之頂部平面圖； 第3圖係顯示根據本發明之第二具體實施例的膜致動 器之前截面圖； 20 第4圖係顯示根據本發明之第二具體實施例的該膜及 該致動器之頂部平面圖； 第5(a)-5(c)圖顯示依照本發明所使用的一具有平行極 化方向之雙層的壓電致動器的概要圖； 22 200414574 第6(a)-6(e)圖顯示根據本發明，用於配裝一商業性壓 電致動器及一膜之方法；以及 第7(a)-7(f)圖及第8(a)-8(f)圖顯示用於配裝一具有一薄 膜聚酰胺膜之自製的壓電致動器之方法。 5 【圖式之主要元件代表符號表】 1···· .膜 2…· .電路 3…. .基板 4···. .金屬薄膜 5…· .致動器 10... .層 11.·. .•層 12·· ..電極 13·· • •電極 14.. ..電極 20.. ..橫向部份 21·· ..橫向部份 101. • •膜 102. ...電路 103. ..基板 104. 金屬薄膜 105. ..致動器 110. • •層 111. •.層 120. ...橫向部份 121. ..橫向部份 T1.. ..張力 T2.. ..推力 41·. "溝槽 44,,,,聚酰胺層 45·· ..載體基板 51.· ..砍晶圓 52·· • •層 53·· ..溝槽 54·. ..保護層 55·· ..Ti-Pt金屬膜 56.. ..矩形墊 57·· ..光罩 59._ ..聚酰胺層 60.. ..金屬膜 61.. .光敏抗蚀劑 23

Claims (1)

  1. 200414574 拾、申請專利範圍： 1. 一種致動總成，用於調諧一電路，其包括： 一膜，該膜具有一頂部及一底部且覆蓋該欲被調諧的電 路； 5 一導電元件，其與該膜的底部連接且覆蓋該欲被調諧的 電路；以及 一壓電裝配，其沈積在該膜的頂部，其中改變該壓電裝 配的形狀容許該膜之移動，及該導電元件之相對的可控 制之向上或向下的移動，且其中在任何時間，在該導電 10 元件與該欲被調諧的電路之間形成一實質上一致的間 隙。 2. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中該壓電裝配包 括一壓電材料層。 3. 如申請專利範圍第2項之致動總成，其中該壓電裝配更 15 進一步包括： 一導電材料層，該導電材料層連接至壓電材料層；以及 一電壓來源，該電壓來源連接至該導電材料層，該壓電 材料對應來自該電壓來源的電壓改變其形狀。 4. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中該壓電裝配包 20 括一具有一第一致動層及設置在該第一致動層上之第 二致動層之雙層的結構，其中該第一致動層及第二致動 層其中之一層係以壓電材料製成。 5. 如申請專利範圍第4項之致動總成，其中該壓電裝配更 進一步包括： 24 200414574 一導電材料的第一層，其位於在該第二致動層上方； 一導電材料的第雙層，其位於在該第二致動層下方且在 第一致動層的下方； 一導電材料的第三層，其位於在該第一致動層下方；以 5 及 一電壓來源，其連接至該導電材料的第一、第二及第三 層，該第一致動層及第二致層對應來自該電壓來源的電 壓改變其形狀。 6. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中藉由該壓電裝 10 配產生的張力或推力造成該壓電裝配的形狀改變。 7. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中該壓電裝配係 沿者該膜的周圍區域設置。 8. 如申請專利範園第1項之致動總成，其中該壓電裝配包 括一沿著該膜之第一周區域沈積之第一致動部份，及沿 15 著該膜之第二周區域沈積之第二致動部份，該第二致動 部份與該第一致動部份分離。 9. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中該膜包括一接 觸一位於該膜下方之基板的第一膜片段及未接觸該基 板之第二膜片段，且其中該壓電裝配係部份位於該第一 20 膜片段上方及部份位於該第二膜上方。 10. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中該膜包括長周 圍區域與寬周圍區域，且該壓電裝配包括一設置在一該 膜之第一寬周圍區域之第一壓電裝配，及一設置在一該 膜之第二寬周圍區域之第二壓電裝配。 25 200414574 11.如申請專利範圍第10項之致動總成，其中該第一壓電 裝配部份及第二壓電裝配部份各包括一壓電材料之第 一致動層及一第二致動層，該第一致動層及第二致動層 之一係設置在另一第一致動層及第二致動層之上方。 5 12.如申請專利範圍第11項之致動總成，其中該第二致動 層係以壓電材料製成。 13. 如申請專利範圍第1項之致動總成，其中該膜係一聚酰 胺膜。 14. 一種用於調諧微波組件之可變電容電容器，包括： 10 一欲被調諧之電路，形成該電容器的下部平板； 一導電元件，形成該電容器的上部平板； 一膜，其與該導電元件連接； 一壓電裝配，其與該膜連接；以及 一電壓來源，其與該壓電裝配連接。 15 其中改變來自該電壓來源的電壓，改變該壓電裝配的形 狀，藉以移動該膜與該導電元件，因此改變該電容器的 電容。 15. 如申請專利範圍第14項之可變電容電容器，其中該壓 電裝配包括： 20 一第一致動層；以及 一第二致動層，該第二致動層設置在該第一致動層上 方0 26 200414574 16. 如申請專利範圍第15項之可變電容電容器，其中該膜 包括一寬周圍區域，該第一及第二致動層被沿著該寬周 圍區域設置。 17. 如申請專利範圍第14項之可變電容電容器，其中膜包 括一接觸一位於該膜下方之基板的第一膜片段及未接 觸該基板之第二膜片段，且其中該壓電裝配係部份位於 該第一膜片段上方及部份位於該第二膜上方。 18. —種用於調諧微波組件方法，其步驟包括： 提供一欲被調諧的微波組件； 提供一具有一頂部部份及底部部份的膜； 連接一導電元件與該膜之底部部份； 在該膜之頂部部份的一第一寬周圍區域設置一第一壓 電致動器，及在該膜之頂部部份的一第二寬周圍區域設 置一第二壓電致動器，該第一及第二壓電致動器分別包 括第一致動層及第二致動層，該第二致動層位於該第一 致動層的上方；以及 連接該第一及第二致動層與一電壓來源，其中： 該電壓來源未施加電壓時，該第一及第二壓電致動器不 能^造成該膜的偏移； 當由該電壓來源施加具有一第一極性的電壓，該第一及 第>壓電致動器造成該膜在一第一方向的偏移；以及 當由該電壓來源施加具有一相對於該第一極性之第二 極性的電壓時，該第一及第二壓電致動器造成該臈在一 第；方向的偏移。 27 200414574 19. 一種用於結合壓電裝配與膜的方法，該步驟包括： (a) 在一第一基板形成一溝槽； (b) 在該溝槽沈積一金屬電路及形成該金屬電路圖案； (c) 在該第一基板及該金屬電路上沈積一聚酰胺層； 5 (d)提供一帶有一膜及一導電元件之第二基板； (e)連接該第二基板與該第一基板；以及 ⑴連接該壓電裝配至該膜。 20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該步驟(c)係以步 驟(c’）替代，其中（c’)在該第三基板上沈積一聚酰胺層且 10 由該第三基板轉移該沈積的聚酰胺層至該第一基板。 21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該第一基板與該 第二基板的連接係藉由在約l〇〇°C下預烘烤大約120秒 而獲得，隨後在約120°C下嚴苛的烘烤約1小時而獲得。 22. 如申請專利範圍第19項之方法，其中連接一壓電裝配 15 至該膜的步驟包含在該膜上沈積一聚酰胺層。 23. —種用於形成載體基板的方法，該載體基板包含一膜、 一導電層及壓電致動器，該步驟包括： (a)提供一在一底部具有一底部保護層及頂部具有蝕刻 溝槽的基板； 20 (b)在該基板的頂部沈積一頂部保護層； (c) 在該頂部保護層沈積一第一導電層； (d) 形成該第一導電層的圖案； (e) 形成該底部保護層的圖案，以形成一與該經形成圖案 的第一導電層對準的蝕刻光罩； 28 200414574 ⑴在該基板的頂部形成一壓電結構； (g) 沿著該基板的頂部及在該壓電結構上沈積一膜層； (h) 固化該膜層； (i) 在該經固化的膜層上沈積一第二導電層； 5 ⑴在該第二導電層上沈積一保護光敏抗蝕劑層； (k) 將該光敏抗蝕劑層形成圖案且嚴苛的烘烤； (l) 由該基板的底部移除該基板的一部份，在該基板上形 成一餘刻開口； (m) 移除該頂部保護層的一部份； 10 (η)移除該第二導電層的一部份以形成一經形成圖案的 第二導電層；以及 (〇)移除該經形成圖案的光敏抗蝕劑層。 24.如申請專利範圍第23項之方法，更進一步的包括一移 除該經形成圖案的第一導電層。 15 25.如申請專利範圍第23項之方法，其中該壓電結構係一 雙層的壓電結構。 26. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該頂部保護層係 一 SiN 層。 27. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該底部保護層係 20 一 SiN 層。 28. 如申請專利範圍第23項之方法，其中在固化該膜的步 驟中，該膜層係在約300°C的溫度下固化。 29. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該第一導電層係 一 Ti-Pt金屬薄膜。 29 200414574 30·如申請專利範圍第23項之方法，其中在步驟(d)形成圖 案之該第一導電層係形成矩形墊的圖案。 31.如申請專利範圍第30項之方法，其中在該基板上之該 矩形墊及該經钱刻的開口具有一橫向尺寸，在該基板上 5 矩形墊的橫向尺寸小於經蝕刻的開口的橫向尺寸。 32_如申請專利範圍第23項之方法，其中該第二導電層係 一 Ti-Pt 薄膜。 33.如申請專利範圍第23項之方法，其中步驟⑴係藉由在 約100°c的KOH溶液中浸泡該基板而完成。 1〇 34.如申請專利範圍第23項之方法，其中步驟(m)&(n)係藉 由在一緩衝的氧化物蝕刻劑與金屬蝕刻劑溶液中連續 的浸泡該基板而完成。 35·如申請專利範圍第23項之方法 ，其中步驟(m)及(η)係藉 由在-緩衝的氧化物餘刻劑溶液_連續浸泡及藉由乾 由在一 餘刻而完成。
    佈丙酮及旋轉乾燥而完成。
    胺膜。
    至一含有一溝槽及一 38項之方法，其中結合該載體基板 金屬電路的基板之步驊，包括提供 30 200414574 在該載體基板及一含有一溝槽及一金屬電路的基板之 間至少一基板上，提供一金層。 40. 如申請專利範圍第38項之方法，其中結合該載體基板 與一含有一溝槽及一金屬電路的基板的步驟，更進一步 5 包括衝壓該載體基板至該含有一溝槽及一金屬電路的 基板及加熱該等經衝壓的基板的步驟。 41. 一種用來結合壓電裝配與膜的方法，該等步驟包括： (a) 在一第一基板形成一溝槽； (b) 在該溝槽沈積一金屬電路及形成該金屬電路圖案； 10 (c)提供一帶有一膜及一導電元件之第二基板； (d) 在該第一基板及該第二基板之間至少一基鎮板上沈 積一金層； (e) 連接該第二基板與該第一基板；以及 (f) 連接該壓電裝配至該膜。 31
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