CN103796148B

CN103796148B - 微机电装置与制作方法

Info

Publication number: CN103796148B
Application number: CN201210425846.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡明翰
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN103796148A

Abstract

本发明提供一种微机电装置，其包含至少一基板、一电极、以及一振膜。其中，电极设置于基板上且具有多个孔位。振膜设置于电极上方且平行于电极，且与电极形成一电容式传感器，振膜上方及／或下方具有多个突肋，多个突肋对应于多个孔位而错位设置且不接触电极。此外，本发明亦提供此微机电装置的一制作方法。

Description

微机电装置与制作方法

技术领域

本发明涉及一种微机电装置，特别是利用其中振膜上多个突肋以提升振膜平面度，进而提升感测外来声压效果的微机电装置。

背景技术

微机电装置因体积小、灵敏度高、耗功率低，已多应用于日常生活，例如Wii游戏杆、汽车操控系统、电子产品等。以电容式微机电麦克风为例，一般多应用于手持式产品，例如智能型手机等。参考图1，其为传统式微机电装置10的剖面示意图，微机电装置10例如传统式电容式微机电麦克风等可包含有基板11、电极12、间隔壁13、以及振膜14。其中，振膜14为接受外来声压而产生振动，振膜14与基板11上电极12所形成的电容(电极12与振膜14平行且相间隔形成一感应电容)因此产生电容值变化，据此可判断接收声音的大小与频率。然而，在制作的过程中，半导体制程中的步骤如沉积、溅镀、烘烤等皆提高各部位的温度，加上退火等降温制程，交替升降温可导致振膜14内应力释放而造成翘曲。此外，为增加判断的鉴别效果，振膜14宜具有大面积和薄厚度以增强讯号输出，但输出效果虽改善却加重振膜14的翘曲严重程度。振膜14翘曲可能导致振膜14刚性增加过高，造成频率响应特性变化，以及振膜14振动效果下降等不良效果。

故此，如何在刚性的容许变化范围内降低振膜翘曲，实为相关领域的人员所重视的议题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种微机电装置，利用其中振膜上多个突肋以提升振膜平面度，进而提升感测外来声压效果。同时还提出该微机电装置的制作方法。

为达上述目的，本发明提供一种微机电装置，其包含至少一基板；一电极，设置于该基板上且具有多个孔位；以及一振膜，设置于该电极上方且与该电极形成一电容式传感器，该振膜上方及／或下方具有多个突肋，该些突肋对应于该些孔位而设置且不接触该电极，并由俯视图观之不与该电极重叠。

根据本发明的一实施例中，突肋以金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅等导电材料制成。另一实施例中，突肋各具有至少一通道层以及一金属层。另一实施例中，通道层为导电材料并包围一内部空间，该内部空间为一中空结构或充填一介电材料。

本发明的一实施例中，其中突肋可具有底部开孔或顶部开孔。

本发明的一实施例中，该些突肋的排列方式是：于该振膜的中心排列密度较高，周围的排列密度较低。

本发明的一实施例中，靠近中心的孔位面积较大、靠近周围的孔位面积较小。

本发明的一实施例中，该微机电装置又具有一间隔壁，用以定义振膜的范围于其内，以及一支持环，该支持环环设于该振膜的边缘以及该间隔壁之间。

本发明的一实施例中，该支持环连续环设或间隔地设置于振膜的边缘。

本发明提供一种微机电装置制作方法，其包含：提供一个基板；在基板上形成一电极，且在该电极中形成多个孔位；在该基板上形成一间隔壁；以及在间隔壁上形成一振膜而与该电极构成电容，并在该振膜上方及／或下方形成与该振膜相连的多个突肋，该些突肋对应于该些孔位而设置且不接触电极，并由俯视图观之不与该电极重叠。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1显示传统式微机电装置的剖面示意图；

图2显示本发明一实施例的微机电装置的剖面示意图；

图3显示本发明另一实施例的微机电装置的剖面示意图；

图4显示本发明一实施例的突肋结构的剖面示意图；

图5显示本发明另两实施例的突肋结构的剖面示意图；

图6显示本发明一实施例的微机电装置的立体剖面示意图；

图7显示本发明另一实施例的微机电装置的剖面示意图；

图8显示本发明另一实施例的微机电装置的剖面示意图；

图9显示本发明另一实施例的微机电装置的剖面示意图。

图中符号说明

10、20、30、40、80、90 微机电装置

11、21 基板

12、22、32 电极

13、23 间隔壁

14、24、34、44 振膜

221、321 孔位

241、241’、341、341’、441、841、941 突肋

2411’、3411’ 底部开孔

3411 介电材料

4411 顶部开孔

9411 底部开孔

M1、M2、Mn 金属层

N 垂直方向

S 支持环

V1、V2、Vn 通道层

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。本发明中的图式均属示意，主要意在表示各装置以及各元件之间的功能作用关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。

参照图2，其中为本发明一实施例的微机电装置20的剖面示意图，其包含至少一基板21、一电极22、以及一振膜24。其中，电极22设置于基板21上且具有多个孔位221。振膜24设置于电极22上方且平行于电极22，且与电极22形成一电容式传感器，振膜24具有多个突肋241，多个突肋241对应于多个孔位221而设置且不接触电极22。电极22可由基板21的一部分所形成、或金属层M1的一部分所形成、或金属层M1以及基板21的一部分所形成，图示为电极22由金属层M1及基板21构成的态样。当振膜24接收一外来声压，振膜24会随声压的振幅大小(声压强弱)以及频率而产生振动，而振膜24与电极22的间距随振膜24的振动而改变，其间形成的电容式传感器的电容值也随之变化。振膜24与电极22可外接电路以传送一电容值变化讯号以代表微机电装置20所接收到外来声压的频率与强弱等特征。基板21上设有一间隔壁23，此间隔壁23用以定义振膜的范围于其内，间隔壁23可为金属层、或介电层与金属层的组合，视使用需要及制造需求而决定其材质。突肋241为至少依序一通道层V2以及一金属层M2的组合，依需要(例如增加电容感应、振膜的刚性等)可再包含其它层数的通道层以及金属层等，例如图3中突肋241依序包含通道层V2、金属层M2、通道层V1、金属层M1等，本发明实施时不受限于通道层与金属层的数量。金属层M1、M2、通道层V1、V2的材料可包含金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅等材料，而其中金属可例如为铝、铜、钛、钽、钨、钼等材料。此外，因振膜24与电极22形成一电容效应，多个突肋241可对应于多个孔位221而错位设置且不接触电极22，亦即从俯视图观之突肋241不与电极22重叠。振膜24与电极22可主要由导电材料例如金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅等材料所制造。

参考图3，其中显示本发明一实施例的微机电装置30的剖面示意图。微机电装置30具有基板31、电极32、间隔壁33、振膜34。电极32可由基板31的一部分所形成、或金属层M1的一部分所形成、或金属层M1以及基板31的一部分所形成，图示为电极32由金属层M1及基板31构成的态样。振膜34具有多个突肋341、电极32具有多个孔位321，突肋341与孔位321为彼此错位设置，即突肋341与电极32为彼此不接触、且从俯视图观之突肋341不与电极32重叠。换一角度言，错位方式可根据垂直方向N进行视角观察，其中多个突肋341设置于对应的孔位321的内部。以上错位安排方式的作用是：为突肋341所属的振膜34需与电极32形成一电容式感应器，因此必须有间隙；另一作用是，湿蚀刻制程可利用来形成突肋341，而突肋341与孔位321须保持距离以避免制造时蚀刻液黏着于突肋341与孔位321之间。

参考图4，其中为突肋341的通道层V1、V2与金属层M1、M2的结构剖面示意图。通道层V1、V2除金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅等导电材料外，通道层V1、V2导电材料所包围的一内部空间，其可为一中空结构或可充填一介电材料(如符号3411所示)，此介电材料可为SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、Al₂O₃、HfO₂、或高分子等材料所制作。其内部空间可依制程的特性、振膜的刚性与质量、振膜与电极的感应电容效应、振膜对应声压的振动特性等因素设计为一中空结构或充填介电材料。当然，突肋341亦可整体皆由金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅等导电材料构成。

参考图5，其中显示突肋另两实施例的剖面示意图。其中突肋241’代表具有一通道层V2以及一金属层M2的结构，以及贯穿通道层V2以及金属层M2的一底部开孔2411’。而突肋341’代表具有两通道层V1、V2以及两金属层M1、M2的结构，以及贯穿通道层V1、V2以及金属层M1、M2的一底部开孔3411’，其开孔的设计可依制程的特性、振膜的刚性与质量、振膜与电极间的感应电容效应、振膜对应声压的振动特性等因素进行调整。

此外，突肋排列设置于振膜的底面的排列方式可为任意方式，举例而言可依平均排列如放射状排列、棋盘式等距平均排列等，排列方式可依使用需求而决定。在一较佳实施方式中，其排列方式可为中心排列密度较高、周围的排列密度较低，此因振膜一般接收外来声压产生振动时，振膜中心部位振幅会大于周围振幅，相对于排列于中心部分的孔位所需排气空间亦大于排列于周围的孔位，如此各孔位所预留的排气量为相近似。在另一较佳实施方式中，则可使靠近中心的孔位面积较大、靠近周围的孔位面积较小，也可达成相似的效果。当然，以上孔位排列的实施方式和孔位面积的实施方式可以组合而不限于仅实施其一。

参照图6，其中显示微机电装置一实施例的立体剖面示意图。当中振膜的边缘具有一支持环S，此支持环S环设于振膜的边缘以及基板上的一间隔壁之间。此支持环S设置方式可为连续环设于振膜的边缘，或如图所示间隔地设置（亦可视为在支持环S上间隔地开孔）。其支持环S设置的目的为调整振膜的刚性，使支持环S保持某程度的弹性，也可增加电容值变化讯号的敏感度。

参照图7，其中显示另一实施例的微机电装置40，微机电装置40包含具有多个突肋441的一振膜44，而多个突肋441分别具有贯穿至少一通道层的一顶部开孔4411。顶部开孔4411可具有吸收振膜44因冷热制程交替造成的内应力释放而减缓振膜44翘曲的效果。

参照图8，其中显示另一实施例的微机电装置80，其与前述图2实施例的差异是：微机电装置80包含多个往振模24上方的突肋841，其中每一突肋841例如可包含至少一通道层Vn与一金属层Mn（n表示通道层Vn与金属层Mn可以是第一层金属层M1以上的任何一层，而不限于为次序上紧接的次一通道层与金属层）。本实施例显示，突肋亦可往上方延伸。当然，如结合图2和图8而使突肋往上下双方延伸，自亦属本发明的范围，因此权利要求书中的文字“在振膜上方及／或下方”的范围包括“在振膜上方或下方其中之一”以及“在振膜上方或下方两者兼有”。

又，参照图3可知，图8实施例中的通道层与金属层，不限于仅为一层。

参照图9，其中显示另一实施例的微机电装置90，其与前述图7实施例的差异是：微机电装置90包含多个往振模24上方的突肋941，其中每一突肋941例如可包含底部开孔9411。本实施例同样显示，突肋亦可往上方延伸。

又，参照图5可知，图9实施例中的通道层与金属层，不限于仅为一层，且突肋941除了底部开孔9411外，也可以具有顶部开孔（将图5的结构上下反转）。此外，如结合图7和图9而使突肋往上下双方延伸，则突肋可以上下封闭而具有中空结构、或具有底部开孔、或具有顶部开孔、或底部开孔和顶部开孔兼具，以上皆属本发明的范围。

此外，本发明另提供一种微机电装置制作方法，其包含：提供一个基板；在基板上形成一电极，且在电极中形成多个孔位；在基板上形成一间隔壁；以及在间隔壁上形成一振膜与电极构成电容，并在振膜上方及／或下方形成与振膜相连的多个突肋，突肋对应于孔位而设置且不接触电极，并由俯视图观之不与电极重叠。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。举例而言，多个突肋分别具有较多的通道层与金属层，例如三层通道层与三层金属层等，又或多个突肋的通道层与金属层的数目非相等，例如靠近振膜中心区域数目高于靠近边缘区域等，皆符合本发明的特征。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种微机电装置，其特征在于，包含：

一基板；

一电极，设置于该基板上且具有多个孔位；以及

一振膜，设置于该电极上方且与该电极形成一电容式传感器，该振膜上方及/或下方具有多个突肋，根据垂直于该基板的方向进行视角观察，该些突肋对应于该些孔位而设置于其内部且不接触该电极，该些突肋与该些孔位边缘保持间隙/距离，且不与该电极重叠，突肋与孔位为彼此错位设置。

2.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该些突肋以导电材料制成，该导电材料包括：金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅。

3.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该些突肋各具有至少一通道层以及一金属层。

4.如权利要求3所述的微机电装置，其中，该通道层为导电材料并包围一内部空间，该内部空间为一中空结构或充填一介电材料。

5.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该些突肋具有底部开孔或顶部开孔。

6.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该些突肋的排列方式是：于该振膜的中心排列密度较高，周围的排列密度较低。

7.如权利要求1所述的微机电装置，其中，靠近中心的孔位面积较大、靠近周围的孔位面积较小。

8.如权利要求1所述的微机电装置，其中，该微机电装置又具有一间隔壁，用以定义振膜的范围于其内，以及一支持环，该支持环环设于该振膜的边缘以及该间隔壁之间。

9.如权利要求8所述的微机电装置，其中，该支持环连续环设或间隔地设置于振膜的边缘。

10.一种微机电装置制作方法，其特征在于，包含：

提供一个基板；

在该基板上形成一电极，且在该电极中形成多个孔位；

在该基板上形成一间隔壁；以及

在间隔壁上形成一振膜而与该电极构成电容，并在该振膜上方及/或下方形成与该振膜相连的多个突肋，根据垂直于该基板的方向进行视角观察，该些突肋对应于该些孔位而设置于其内部且不接触电极，该些突肋与该些孔位边缘保持间隙/距离，且不与该电极重叠，突肋与孔位为彼此错位设置。

11.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，该些突肋以导电材料制成，该导电材料包括：金属、金属化合物、导电高分子或多晶硅。

12.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，该些突肋各具有至少一通道层以及一金属层。

13.如权利要求12所述的微机电装置制作方法，其中，该通道层为导电材料并包围一内部空间，该内部空间为一中空结构或充填一介电材料。

14.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，该些突肋具有底部开孔或顶部开孔。

15.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，该些突肋的排列方式是：于该振膜的中心排列密度较高，周围的排列密度较低。

16.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，靠近中心的孔位面积较大、靠近周围的孔位面积较小。

17.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，该微机电装置又具有一间隔壁，用以定义振膜的范围于其内，以及一支持环，该支持环环设于该振膜的边缘以及该间隔壁之间。

18.如权利要求10所述的微机电装置制作方法，其中，该微机电装置又具有一支持环，该支持环连续环设或间隔地设置于振膜的边缘。