CN100339738C - 具有多组梳状电极的微机电致动器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关一种具有多组梳状电极的微机电致动器及其制法，而该微机电致动器为一微机电组件，包括一具有梳状电极的可动件，及二具有梳状电极的固定件，且彼此间对齐堆栈但由一绝缘层而电性绝缘；而可动件为一对扭转式枢纽支撑而悬置于一腔体中，使可动件能以该枢纽为转轴而摆动；又可动件的梳状电极与一固定件的梳状电极在一平面上互相交叉，而形成一水平梳状电极驱动致动器；而可动件的梳状电极亦与另一固定件的梳状电极在一垂直面上互相交叉，而形成一垂直梳状电极驱动致动器；由此，该微机电组件为一水平兼垂直的梳状致动器，或一多组致动器。本发明并包括制造上述梳状致动器的制造方法。
Description
技术领域
本发明是有关于一种具有多组梳状电极的微机电致动器及其制造方法，其为一种微机电组件，尤指一种水平兼垂直的梳状致动器，或一多组致动器。
背景技术
微机电镜面(MEMS mirror)在光学应用的广大领域中具有极大潜力，包括光通讯(optical communication)，共焦显微镜(confocal microscope)、激光雷达(laser radar)、条形码扫瞄(bar code scanning)、激光打印(laser printing)及投影显示(projection display)等；而在一些光学扫瞄应用如激光打印(laserprinting)及扫瞄投影显示(scanning projection display)中，镜面须达成在特殊频率具大光学扫瞄角度，而大光学角度亦是光学分辨率及缩小产品材积的关键；而对扫瞄镜面而言，设计一能产生大作动力的致动器具有挑战性或困难性。目前已有很多不同型态微机电致动器设计被提出以引导或扫瞄光束作各种运用；而为达成微型组件在芯片面外的偏斜或移动，已知有设计一具电极的可动件及一具相反电极的固定件而使可动件可由电力而被驱动，其中：如US6,595,055，揭示一微机电组件具有摆动体及外框或固定层而位于同一芯片面，电容形成在摆动体侧面及外框层之间，且当电容改变时摆动体由一枢轴而在芯片面外摆动，而其结构是由一绝缘层及一载板支撑并悬置而容许该摆动体能有面外(out-of-plane)动作；而在“量子电学选题”(Selected Topics in Quantum Electronics)2000年第6卷第5期的期刊由“Large Deflection Micromechanical Scanning Mirrors for Laser Scan andPattern Generation(大偏斜微机电扫瞄镜面为线性扫瞄及产生型态)”中述有扫瞄镜面能在低驱动电压及低频率而大角度扫瞄；然而，活动式梳状电极位于镜面周边将增加镜面或致动器的动态变形；而在高速扫瞄运用装置上如打印或扫瞄显示，扫瞄镜面过多的动态变形将增加反射光的偏差量及明显变差的光学分辨率；而且可能须要与结构绝缘的额外电极，以干扰结构的对称性，而能快速激活镜面摆动。更且，该结构只容许其致动器进行模拟操作(扫瞄)而无法进行数字操作(静止角度定位)。
再如美国专利申请案US2003/0019832“STAGGERED TORSIONALELECTROSTATIC COMBDRIVE AND METHOD OF FORMING SAME”，揭示一梳状驱动的致动器及其制造，而该致动器具有一固定梳状牙组(stationary comb teeth assembly)，及一活动梳状牙组(moving comb teethassembly)，而一镜面及一对扭转式枢纽则设有活动梳状牙组；而在停止状态时，活动梳状牙组全部位于固定梳状牙组上方一预先设定的垂直距离处。而致动器能以相对高频扫瞄且镜面动态变形低于Rayleigh限制。然而，不论是否引用相对高驱动电压，其影响光学分辨率的光学扫瞄角度却明显小于US6,595,055；而其另一设计是由一额外的固定梳状牙组堆栈在原固定梳状牙组上方，用以作为感应活动与固定梳状牙组间的电容及调变可动件的扫瞄频率目的(虽然调频方法未述)。而在制造步骤中，其中须要一步骤为开设校正窗，其是由蚀刻穿过顶部芯片并抵至绝缘氧化层，再移除氧化层，以利用位于底部芯片上长片为后续步骤的校正；而若顶部芯片为减少动态变形目的而设计较厚，则上述步骤会耗时且因而昂贵。
又如美国专利申请案US2003/0073261“SELF-ALIGNED VERTICALCOMBDRIVE ACTUATOR AND METHOD OF FABRICATION”，揭示一垂直梳状驱动致动器，其为增加的扭转倾斜而在梳状牙之间设具有一小间隙，一双边式垂直梳状驱动致动器供双模式活动(dual·mode actuation)，一垂直活塞及扫瞄，以及上述组件的制造。姑不论所揭示制造步骤容许嵌入的梳状牙组自动校正，垂直梳状驱动致动器须要高度熟练的技术去蚀刻底部梳状牙及底部载板(substrate)上两倍深硅沟槽的蚀刻。而对双模式梳状驱动活动而言，制造步骤开始于一硅绝缘体(Silicon-On-Insulator)芯片上装置层中深硅沟槽的蚀刻，再熔接于另一硅芯片，由而成为一复杂的五层结构，二层绝缘氧化物层及三层硅层。而且为形成底部梳状牙，高度熟练的自动校正蚀刻技术及两倍深硅沟槽的蚀刻仍是需要的。
发明内容
本发明的目的在提供一微机电致动器及其制造方法，而该微机电致动器(MEMS actuator)由水平(in-plane)及垂直梳状电极所构成，且该垂直梳状电极以增加致动器上可动件的驱动力(actuation force)。具体地说，该微机电致动器包括：一第一半导体层，其由一可动件及一固定件组成，而该可动件由一对扭转枢纽支撑而可绕一转轴转动，且在转轴相对边设有二组梳状电极；而该固定件与可动件电性隔离，并设有梳状电极，而固定件的梳状电极与可动件的梳状电极交叉排列；一电性隔离层，其支撑第一半导体层，并介于第一、二半导体层间以电性隔离第一、二半导体层；以及一第二半导体层，其上设有一腔体；该第二半导体层的腔体具适当深度，而成为可动件的转动挡止点，以防止可动件过度摆动倾斜而造成机械损坏；并且，该第二半导体层上设有一组固定梳状电极，该固定梳状电极位于可动件转轴的一边，并与可动件的梳状电极交叉排列。
本发明的再一目的在提供一微机电致动器及其制造方法，而该致动器(MEMS actuator)由水平(in-plane)及双边垂直(dual-sid evertical)梳状电极所构成，而该双边垂直梳状电极以增加致动器上可动件的驱动力(actuation force)。具体地说，该微机电致动器包括：一第一半导体层，其由一可动件及一固定件组成，而该可动件由一对扭转枢纽支撑而可绕一转轴转动，且在转轴相对边设有二组梳状电极；而该固定件与可动件电性隔离，并设有梳状电极，而固定件的梳状电极与可动件的梳状电极交叉排列；一电性隔离层，其支撑第一半导体层，并介于第一、二半导体层间以电性隔离第一、二半导体层；以及一第二半导体层，其上设有一腔体及二组电性绝缘的梳状电极，该二组梳状电极分别位于转轴一边，且与可动件的梳状电极交叉排列。
本发明的另一目的在提供一种支撑及从垂直梳状电极中引出底部电极(the bottom electrodes of the vertical comb electrodes)的方法。
本发明的另一目的在提供一种具有内建(built-in)额外电极的扭转式枢纽(torsional hinge)，而该内建(built-in)电极用以增加枢纽的有效扭转刚性，使致动器中的可动件的共振频率(resonance frequency)能被调整。
本发明的另一目的在提供一种减小扭转式枢纽有效扭转刚性的方法，使致动器中的可动件的共振频率(resonance frequency)能被调整。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的，特征，和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中：
图1A、1B、1C：为本发明MEMS致动器一实施例的顶层、中间层及底层的俯视图。
图1D、1E、1F：为图1A、1B、1C的制造步骤流程图。
图1G、1H：为图1A、1B及1C的另一制造步骤流程图。
图2A-2D：为图1所示实施例的另一侧视图，并表示当顶层可动件在摆动时水平及垂直梳状电极的活动力关系，而底层的垂直梳状电极仅在扭转枢纽的一边。
图3：为图2所示MEMS致动器的镜面倾斜角相位与使用电压源相位间的关系图。
图4：为本发明可动件由一对扭转枢纽支撑且由水平及垂直梳状电极驱动的立体示意图。
图5A、5B、5C：为本发明另一实施例的顶层、中间层及底层的俯视图，其中在底层上的垂直梳状电极是对半而电性隔离在扭转枢纽的不同边，而可使用三电压源以达成对可动件的较大驱动力。
图5D：为图5C所示底层的另一实施例，其中两组电性隔离的垂直梳状电极是由薄膜沉积步骤而补强及连接。
图6A-6D：为图5A、5B、5C所示实施例的制造步骤流程图。
图7A-7F：为图5A、5B、5D所示实施例的另一制造步骤流程图。
图8A-8D：为图5所示实施例的一侧视图，并表示当顶层可动件在摆动时水平及垂直梳状电极的活动力关系，而底层的垂直梳状电极是电性隔离在扭转枢纽的每一边。
图9：为图8所示MEMS致动器的镜面倾斜角相位与使用电压源相位间的关系图。
图10A、10B、10C：为图1及图5所示活动体中在底层的两组电性隔离垂直梳状电极的连接方法。
图11：为本发明另一实施例的上视图，其中在致动器的扭转枢纽及顶层的固定件上各增加额外水平梳状电极，而应用于额外水平梳状电极上的电压差可增加扭转枢纽的有效刚性。
图12：为扭转枢纽具突出部的上视示意图，其中该突出部可由激光或其它方式移除以减小扭转枢纽的扭转刚性。
具体实施方式
参阅图1A、1B、1C所示，其中，该顶层10如图1A所示，由一固定件11及一可动件12组成，而固定件11及可动件12皆是以导电材做成，通常是单晶硅(single crystal silicon)；而可动件12包括梳状电极13是由一对扭转枢纽(multiple torsional hinge)14支撑，并与固定件11电性隔离。而固定件11设有梳状电极15，该梳状电极15与可动件12的梳状电极13在同一水平面上交叉排列，使顶层形成一水平梳状电极驱动致动(in-planecomb-drive actuator)。该中间层20如图1B所示，是以非导电材做成，通常是二氧化硅(silicon dioxide)；底层30如图1C所示，包含一腔体31及位在扭转枢纽14一边的固定梳状电极32，是以导电材做成，通常为单晶硅；而底层30上的固定梳状电极32与顶层10可动件12的梳状电极13交叉排列，使可动件12与底层30形成一垂直梳状电极驱动致动器(verticalcomb-drive actuator)。而中间层20及底层30可支撑顶层10，且中间层20可隔离顶层10及底层30；而由上述结构，则制作成型的微机电致动器1(MEMS actuator，micro electronic mechanic system actuator)具有水平及垂直梳状电极驱动致动器(in-plane and vertical comb-drive actuator)的功能。
又MEMS致动器1中，该顶层10的可动件12通常是接地GND(electrical ground)，而顶层10的固定件11连接一电压源AC1，底层30则连接另一电压源AC2；图3即镜面倾斜(或扭转)角与使用电压源AC1、AC2之间的相位及振幅关系图；而电压源AC1、AC2的波形可为方形、三角形、正弦曲线(sinusoidal)、半正弦曲(half-sinusoidal)线、或其它形状以符合特殊角速度(angular velocity)的需要。
再参阅图1D、1E、1F所示，是图1A、1B、1C所示MEMS致动器的制造步骤流程图，其中，第一步骤如图1D所示，开始先在一芯片40(即底层40)的背面41蚀刻或制作出一对准图案(pattern for alignment)44，而该芯片40(即底层40)可为单晶硅(single crystal silicon)；然后再利用深反应离子蚀刻(deep reactive ion etching，DRIE)方式蚀刻该芯片40(即底层40)的前面42，并使前面所为的蚀刻型状43与背面41的对准图案(pattem foralignment)44校准；第二步骤如图1E所示，熔接(fusion bond)上述前、背42、41两面已蚀刻过的芯片40(即底层40)到另一芯片50(即顶层50)上，该另一芯片50(即顶层50)上并涂覆一层二氧化硅层60(即中间层60)，并经焠火处理以增加熔接强度，而熔接完成后的芯片70成为一包括顶层50、中间层60、底层40的三层结构体，而其顶层50可予以研磨并抛光成所欲厚度及所须的表面品质；第三步骤如图1F所示，该顶层50再利用DRIE方式向下蚀刻到中间层60，并使顶层50所为的蚀刻型状51与背面41的对准图案44校准，则只要再移除与固定件45连结的二氧化硅(中间层60)，三层结构体中的可动件52即制作成型。
再参阅图1G、1H所示，是图1A、1B及1C所示MEMS致动器的另一制造步骤流程图，其中，如图1G所示，开始先利用DRIE方式从一附绝缘硅芯片(SOI，silicon-on-insulator wafer)80的背面81蚀刻至二氧化硅中间层82；再如图1H所示，再从SOI芯片80的前面83蚀刻至二氧化硅中间层82，则只要再移除与固定件84连结的二氧化硅(中间层)，三层结构体中的可动件85即制作成型。
再参阅图2A-2D及图3所示，为图1所示MEMS致动器1主动作状态示意图，其中，如图2A所示，可动件12是接地GND，而顶层10的固定梳状电极15及底层30的固定梳状电极32是分别连接交流电源(ACvoltage source)的第一及第二(AC1)电压源AC1、AC2，使顶层10固定件11及可动件12形成一水平梳状电极驱动致动器(in-plane comb-driveactuator)，而底层30固定件32与顶层10可动件12则形成一垂直梳状电极驱动致动器(vertical comb-drive actuator)，而可动件12可由水平梳状驱动致动器的静电力(electrostatic force)不平衡或垂直梳状驱动致动器产生的静电吸引力(electrostatic attraction)，相对于扭转枢纽14开始摆动；再如图2A、2B所示，在水平梳状驱动电极间的不平衡力可由制造裕度或特意设计构造而产生，而垂直梳状驱动电极间的静电吸引力(如图2A中箭头所示)可使可动件12以扭转枢纽14为转轴而转动至最大倾斜角；再如图2B、2C所示，在可动件转动达到最大倾斜角之后，来自水平梳状驱动电极间的静电吸引力可作用到可动件(如图2B中箭头所示)，使可动件12回复至水平位置；再如图2C、2D所示，当可动件12继续转动而达到另一最大倾斜角，来自水平梳状驱动电极间的静电吸引力又作用到可动件12，使可动件12再回复成水平位置，而完成一摆动循环(cycle)。
再参阅图3所示，可动件12通常设计以或接近主要共振频率来摆动，而可动件12的梳状电极13为接地GND，而第一电压源AC1是应用于顶层10固定件11的水平梳状电极15，第二电压源AC2是应用于底层30固定梳状电极32；又第一电压源AC1的频率通常是两倍于可动件12的摆动频率，而第二电压源AC2的频率通常是相等于可动件12的摆动频率；而第一、二电压源AC1、AC2的波形(waveform)可为多种形状，以使可动件达成所欲的角速度(angular velocity)；而通常当波形为方形时，在电压源AC1、AC2已给的振幅下，可以最佳效率驱动可动件12至最大转角。而如图4所示，为本发明MEMS致动器1的可动件12转动至最大转角的立体示意图。
由上所述，可知本发明MEMS致动器1是结合水平及垂直梳状驱动电极的致动器，以驱动可动件12以高频率且大转角摆动；并且，位在底层30的腔体31如图1D、1E、1F所示，该腔体31深度可适当设计而成为可动件12的挡止点，以防止可动件12的过度摆动倾斜，以避免MEMS致动器的机械损坏。
参阅图5A、5B、5C所示，为本发明另一实施例MEMS致动器2的三层结构的上视图，其中，该顶层90如图5A所示，由一固定件91及一可动件92组成，而固定件91及可动件92皆以导电材做成，通常是单晶硅(single crystal silicon)；而可动件92包括梳状电极93是由复数扭转枢纽94(multiple torsional hinge)支撑，并与固定件91电性隔离；而固定件91设有梳状电极95，该梳状电极95与可动件92的梳状电极93在同一水平面上交叉，使顶层90形成一水平梳状电极驱动致动器(in-plane comb-driveactuator)。该中间层100如图5B所示，以非导电材做成，通常是二氧化硅(silicon dioxide)；底层110如图5C所示，包含一腔体111及固定梳状电极112，以导电材做成，通常为单晶硅；而底层110上的固定梳状电极112是电性隔离成二对半部分112’、112”，并分别位在扭转枢纽94的不同侧，而且底层110上的固定梳状电极112是与顶层90可动件92的梳状电极93交叉，使可动件92与底层110形成一具有双向驱动功能(dual-sidedriving capability)的垂直梳状电极驱动致动器(vertical comb-driveactuator)。而中间层100及底层110可支撑顶层90，但中间层100可隔离顶层90及底层110；而由上述结构，则制作成型的微机电致动器(MEMSactuator)2具有水平及垂直梳状电极驱动致动器(in-plane and verticalcomb-drive actuator)的功能。
参阅图6A-6D所示，为图5A-5C所示MEMS致动器2的制造步骤流程图，其中，第一步骤如图1D所示，开始先在一半导体芯片120(即底层120)的背面121蚀刻或其它方法制作出对准图案(pattern foralignment)124，而该芯片120可为单晶硅(single crystal silicon)；然后再利用DRIE方式(deep reactive ion etching，深反应离子蚀刻)蚀刻该芯片120的前面122，并使前面122的蚀刻型状123与背面121的对准图案124校准；而腔体125尺寸及深度，及固定垂直梳状电极126均已制作完成。第二步骤如图6B所示，熔接上述前、背两面已蚀刻过的芯片120到另一芯片130(即顶层130)上，该另一芯片130上并涂覆一层二氧化硅层140(即中间层140)，并再经焠火处理以增加熔接强度；而熔接完成后的芯片150成为一三层结构体，而其顶层130可予以研磨并抛光成所欲厚度及所须的表面品质；第三步骤如图6C所示，于熔接后的芯片150的背面(即底层120的背面121)再利用DRIE方式分开成二对半部分150’、150”。而由于底层120与顶层130熔接，故三层结构体可保持结构安定与完整(intact)。第四步骤如图6D所示，该顶层130再利用DRIE方式向下蚀刻到中间层140，并使顶层130的蚀刻型状131与背面121的对准图案124校准，则只要再移除与固定垂直梳状电极126连结的二氧化硅(即中间层140)，三层结构体(即MEMS致动器2)中的可动件132即制作成型。
又图5A-5C所示MEMS致动器2亦可利用图1G、1H所示的制造步骤流程图来制造，首先如图1G所示，开始先利用DRIE方式从一附绝缘硅芯片(SOI，silicon-on-insulator wafer)160的底层的背面161，蚀刻至二氧化硅中间层162，并将底层分隔成二电性绝缘的部分；而由于底层是与顶层熔接，故三层结构体可保持结构安定与完整。然后如图1H所示，再从SOI芯片的前面163蚀刻至二氧化硅中间层162，则只要再移除连结至固定件164的二氧化硅，三层结构体中的可动件即制作成型。
再参阅图5D所示，为图5C所示底层110的另一实施例，其中，该底层170被电性隔离成二对半部分170’、170”，并由薄膜沉积材171而补强，而补强用材须是非导电材如二氧化硅。而由图5A、5B及5D所示顶层90、中间层100、底层170三层所构成的MEMS致动器，可经由图7A-7F所示的制造步骤流程图而制造成型；而制造步骤7A-7C相同于制造步骤6A-6C，而如图7C所示在芯片180的背面181被蚀刻而隔离成二部分182、182，之后，再如图7D所示，电性绝缘材如二氧化硅可利用薄膜制造(thin film processes)被沉积在背面181及隔离用开口槽183上；再如图7E所示，另一层材料184(1ayer of material)，如复晶硅(或多晶硅，polysilicon)，被再沉积在背面181及开口槽183上而完成补强连接二部分182、182’；而在背面181上的薄膜材可由研磨或抛光(polishing)而移除；再如图7F所示，该顶层185再利用DRIE方式向下蚀刻到中间层186，并使顶层185的蚀刻型状187与背面181的对准图案188校准，则只要再移除与固定件连结的二氧化硅(中间层)，三层结构体中的可动件189即制作成型。
再参阅图8及图9所示，为图5所示MEMS致动器的动作状态示意图，其中，如图8A所示，顶层90的可动件92是接地GND，但顶层90的固定梳状电极95则连接交流电源(AC voltage source)的第一电压源AC1；而底层110两组隔离固定梳状电极112分别连接交流电源(AC voltagesource)的第二电压源AC2及第三电压源AC3，而可动件92即可由水平梳状电极93、95间的静电力(electrostatic force)不平衡，或垂直梳状电极112的静电吸引力(electrostatic attraction)，而相对于扭转枢纽94开始摆动；而在水平梳状驱动致动器中的不平衡力可由制造裕度或特意设计构造而产生。再如图8A-8B所示，来自垂直梳状驱动电极间一边的静电吸引力(如图8A中箭头所示)可使可动件92以扭转枢纽94为转轴而转动至最大倾斜角；再如图8B-8C所示，在可动件92转动达到最大倾斜角之后，来自水平梳状驱动电极间的静电吸引力(如图8B中箭头所示)可作用到可动件92，使可动件92回复至水平位置；再如图8C-8D所示，来自垂直梳状电极另一边的静电吸引力可转动可动件92达到另一最大倾斜角；再如图8D-8A所示，在可动件92转动达到另一最大倾斜角之后，来自水平梳状驱动电极间的静电吸引力(如图8D中箭头所示)将再作用到可动件，使可动件回复至水平位置，而完成一摆动循环(cycle)。
再参阅图9所示，为图5所示MEMS致动器2的镜面倾斜角相位与使用电压源相位间的关系图，其中，可动件92通常设计以或接近主要共振频率来摆动，而可动件92包括顶层90活动梳状电极93是接地GND，而第一电压源AC1是应用于顶层90固定结构中的水平梳状电极95，第二电压源AC2是应用于底层110中一组固定梳状电极112(112’)，而第三电压源AC3是应用于底层中另一组固定梳状电极112(112”)；又第一电压源AC1的频率通常是两倍于可动件92的摆动频率，而第二电压源AC2及第三电压源AC3的频率通常是相等于可动件92的摆动频率，但不同相位；而第一、二、三电压源AC1、AC2、AC3的波形(waveform)可为多种形状以使可动件达成所欲的角速度(angular velocity)；而通常当波形为方形时，且电压源AC1、AC2、AC3在已给的振幅下，则可以最佳效率驱动可动件至最大转角。
再参阅图10A所示，其显示在一MEMS致动器2结构上形成与其致动器2底层110电性连接的方法，其中该MEMS致动器2可利用SOI芯片(silicon-on-insulator wafer，附绝缘硅芯片)成型；其利用DRIE方式(deepreactive ion etching，深反应离子蚀刻)如图1F、1H、6D或7F所示，在顶层90蚀刻额外开口190，使露出到中间层100的通路(access)，然后在结构成型制造中同时移除在开口190区域中的中间层100电性绝缘材，即可进行接线(如图10A中左右各一条箭头线所示)；而底层110的电性连接可由传统集成电路封装方法，如沉积一金属接触板后再进行接线(wire-bonding)。
再参阅图10B、10C所示，其显示在一MEMS致动器2结构上形成与其致动器2底层110电性连接的另一方法，其中，致动器2是由一导电材层200而连接至一载板(substrate)201，而该导电材层200分隔成二对半部200’、200”以避免电性桥接(electrical bridging)，而导电材层200可为导电胶(paste)、导电薄膜(film)、焊胶(solder paste)等；而载板(substrate)201为底层梳状电极的引出(fan-out)作业而被定型；而绝缘材料(或介质材)202被布设在载板201上，以隔离载板201上的金属导体垫203。而引出(fan-out)作业可从载板201上的顶面导体垫203进行如图10B所示，或从载板201的底面导体垫204由穿孔205而连接至顶面导体垫203。
参阅图11所示，是用以说明本发明可由增加扭转枢纽的有效扭转刚性来调整可动件的结构共振频率；该扭转枢纽211是设计具有一组梳状电极212，且与顶层210固定结构上一组额外梳状电极213交叉排列，而该组额外梳状电极213是连接至一直流电电压源(DC)，并与顶层210其它梳状电极214所接电压源AC1绝缘隔离；当可动件215(为接地GND)进行摆动时，直流电电压源(DC)与接地(GND)间的电压差将在额外梳状电极212、213间产生静电吸引力，而可对扭转枢纽211具额外梳状电极212的部分段的扭力转动产生制动(或压制，suppressing)效果；则由调整直流电电压源(DC)与接地(GND)间的电压差，可相对增加扭转枢纽211的有效扭转刚性，从而可调整可动件的共振频率。
再参阅图12所示，为本发明可动件的结构共振频率的另一调整方式，其对一扭转枢纽220上的突出部221进行部分打薄或部分修剪作业，以调整可动件的共振频率；而扭转枢纽220上突出部221的选择性移除作业可利用如激光修剪、电子束印刷术(E-beam lithography)等技术来达成，而不会破坏结构的完整性，则扭转枢纽的有效扭转刚性减小，使可动件的共振频率得以调整。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。任何熟习此技艺人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定的为准。
Claims (17)
1、一种具有多组梳状电极的微机电致动器，包括：
一第一半导体层，其由一可动件及一固定件组成，而该可动件由一对扭转枢纽支撑而可绕一转轴转动，且在转轴相对边设有二组梳状电极；而该固定件与可动件电性隔离，并设有梳状电极，而固定件的梳状电极与可动件的梳状电极交叉排列；
一电性隔离层，其支撑第一半导体层，并介于第一、二半导体层间以电性隔离第一、二半导体层；以及一第二半导体层，其上设有一腔体；
该第二半导体层的腔体具适当深度，而成为可动件的转动挡止点，以防止可动件过度摆动倾斜而造成机械损坏；
并且，该第二半导体层上设有一组固定梳状电极，该固定梳状电极位于可动件转轴的一边，并与可动件的梳状电极交叉排列。
2、如权利要求1所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该可动件导接地(GND)，而第一半导体层的固定件导接至第一电压源，而第二半导体层的固定梳状电极导接至第二电压源。
3、如权利要求1所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该第一半导体层上额外设一具梳状电极的额外固定件，且额外固定件上的梳状电极与可动件及固定件电性绝缘隔离，又于扭转枢纽上增设一组梳状电极，使其与额外固定件的梳状电极交叉排列。
4、如权利要求3所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该额外固定件导接至一直流电压源，以调整可动件的结构共振频率。
5、如权利要求1所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该扭转枢纽上可设突出部，且该突出部可被打薄或部分修剪，以调整可动件的共振频率。
6、一种具有多组梳状电极的微机电致动器，包括：
一第一半导体层，其由一可动件及一固定件组成，而该可动件由一对扭转枢纽支撑而可绕一转轴转动，且在转轴相对边设有二组梳状电极；而该固定件与可动件电性隔离，并设有梳状电极，而固定件的梳状电极与可动件的梳状电极交叉排列；
一电性隔离层，其支撑第一半导体层，并介于第一、二半导体层间以电性隔离第一、二半导体层；以及
一第二半导体层，其上设有一腔体及二组电性绝缘的梳状电极，该二组梳状电极分别位于转轴一边，且与可动件的梳状电极交叉排列。
7、如权利要求6所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该第二半导体层的腔体具适当深度，而成为可动件的转动挡止点，以防止可动件过度摆动倾斜而造成机械损坏。
8、如权利要求6所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该可动件导接地，而第一半导体层的固定件导接至第一电压源，而第二半导体层上二组电性绝缘的梳状电极分别导接至第二电压源及第三电压源压源。
9、如权利要求6所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该第一半导体层上额外设一具梳状电极的额外固定件，且额外固定件上的梳状电极与可动件及固定件电性绝缘隔离，又于扭转枢纽上增设一组梳状电极，使其与额外固定件的梳状电极交叉排列。
10、如权利要求9所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该额外固定件导接至一直流电压源，以调整可动件的结构共振频率。
11、如权利要求6所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该扭转枢纽上可设突出部，且该突出部可被打薄或部分修剪，以调整可动件的共振频率。
12、一种权利要求1所述具有多组梳状电极的微机电致动器的制造方法，包括下列步骤：
利用蚀刻法，在第一半导体芯片的背面制作一对准图案，以供后续步骤校准使用；
蚀刻第一半导体芯片的前面至特定深度，以形成一腔体及固定梳状电极，且在前面所为的蚀刻型状由背面的对准图案校准；
对一第二半导体芯片的至少一表面上进行涂覆，以形成一电性绝缘的氧化层；
熔接上述第一、二半导体芯片，并使第二半导体芯片的氧化层面对第一半导体芯片上蚀刻成的腔体及固定梳状电极；
蚀刻第二半导体芯片以形成可动件及固定件，且由第一半导体芯片背面对准图案的校准，使可动件的梳状电极与固定件的梳状电极交叉排列，而该固定件的梳状电极叠置在第一半导体芯片的固定梳状电极上方，由氧化层而电性绝缘隔离。
13、一种权利要求1所述具有多组梳状电极的微机电致动器的制造方法，包括下列步骤：
蚀刻一绝缘硅芯片(SOI，silicon-on-insulator wafer)的背面，以形成一腔体、固定梳状电极及一对准图案，该对准图案是供后续步骤校准使用；
蚀刻上述绝缘硅芯片的前面，以形成可动件及固定件，且背面上对准图案的校准，使可动件的梳状电极与固定件的梳状电极交叉排列，而该固定件的梳状电极叠置在固定梳状电极上方，由绝缘硅芯片的氧化层而电性绝缘隔离。
14、一种权利要求6所述具有多组梳状电极的微机电致动器的制造方法，包括下列步骤：
利用蚀刻法，在第一半导体芯片的背面制作一对准图案，以供后续步骤校准使用；
蚀刻第一半导体芯片的前面，以形成一腔体及固定梳状电极，且在前面所为的蚀刻型状由背面的对准图案校准；
在一第二半导体芯片的至少一表面上进行涂覆，以形成一电性绝缘的氧化层；
熔接上述第一、二半导体芯片，并使第二半导体芯片的氧化层面对第一半导体芯片上蚀刻成的腔体及固定梳状电极；
在第一半导体芯片的背面蚀刻一开口槽，使第一半导体芯片分成电性绝缘的二部分；
蚀刻第二半导体芯片以形成可动件及固定件，且由第一半导体芯片背面上对准图案的校准，使可动件的梳状电极与固定件的梳状电极交叉排列，而该固定件的梳状电极叠置在第一半导体芯片的固定梳状电极上方，由氧化层而电性绝缘隔离。
15、一种权利要求6所述具有多组梳状电极的微机电致动器的制造方法，包括下列步骤：
利用蚀刻法，在第一半导体芯片的背面制作一对准图案，以供后续步骤校准使用；
蚀刻第一半导体芯片的前面，以形成一腔体及固定梳状电极，且在前面所为的蚀刻型状由背面的对准图案校准；
在一第二半导体芯片的至少一表面上进行沉积，以形成一电性绝缘的氧化层；
熔接上述第一、二半导体芯片，并使第二半导体芯片的氧化层面对第一半导体芯片上蚀刻成的腔体及固定梳状电极；
在第一半导体芯片的背面蚀刻一开口槽，使第一半导体芯片隔成电性绝缘的二部分；
沉积或产生一绝缘层如二氧化硅，在分隔第一半导体芯片成二部分的开口槽上；
沉积一层薄膜材料如多晶硅(polysilicon)，在第一半导体芯片的背面及开口槽上，以使第一半导体芯片被分隔的二部分连接，由前步骤的绝缘层而仍电性绝缘；
移除在第一半导体芯片背面上的多晶硅、绝缘层及保护层；
蚀刻第二半导体芯片以形成可动件及固定件，且由第一半导体芯片背面上对准图案的校准，使可动件的梳状电极与固定件的梳状电极交叉排列，而该固定件的梳状电极叠置在第一半导体芯片的固定梳状电极上方，由氧化层而电性绝缘隔离。
16、一种具有多组梳状电极的微机电致动器，包括：
一载板(substrate)，其一面上具有二电性绝缘的导电体，且该二导电体部分显露于外，供可分别向外导接电压源；
一具有多组梳状电极的微机电致动器，其底层由电性绝缘的二部分构成；以及
一粘着层，其以导电材料构成，并分成电性绝缘的二部分；
由此，使载板与致动器由该粘着层而连结成一体，并使载板上二电性绝缘的导电体分别电性导接至致动器底层的二电性绝缘部分的各部分上。
17、如权利要求16所述的具有多组梳状电极的微机电致动器，其特征在于，其中该载板进一步可设置导通用穿孔(via hole)，使载板一面上二电性绝缘的导电体可由穿孔而电性导接至载板另一面，供分别向外导接电压源。
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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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070926 Termination date: 20210312 |