CN112312294B - 微机电系统麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微机电系统麦克风，包括一基板、一背板以及一振膜。前述背板和前述振膜设置在前述基板的同一侧，且在前述振膜与前述背板之间形成有一气隙，其中前述振膜包括多个掺杂部，且前述掺杂部具有不同的平均掺杂浓度。

Description

微机电系统麦克风
技术领域
本发明涉及一种声能传感器(acoustic transducer)，特别是涉及一种微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)麦克风。
背景技术
目前的趋势是制造纤薄、小巧、轻便和高性能的电子装置，包括麦克风。麦克风可以用于接收声波并将声信号转换为电信号。麦克风被广泛应用于日常生活以及安装在例如电话、手机和录音笔等电子产品中。在一电容式麦克风(capacitive microphone)中，声压(acoustic pressure)的变化(即，由声波导致的环境大气压力的局部压力偏差)迫使振膜(diaphragm)相应地变形，并且振膜的变形引起了电容变化。因此，可以通过检测由电容变化引起的电压差来得到声波的声压变化。
与传统驻极体电容式麦克风(electret condenser microphones(ECM))的不同在于，微机电系统(MEMS)麦克风的机械和电子元件可以利用集成电路(IC)技术整合在一半导体材料上来制造微型麦克风。MEMS麦克风具有例如小尺寸、轻巧和低功耗等优点，因此已成为微型麦克风的主流。
虽然现有的MEMS麦克风已经足以应付其需求，然而仍未全面满足。举例来说，在MEMS麦克风中可检测到的声波的兼容(compatible)声压范围(即，动态范围)仍然需要改进。动态范围与最大兼容声压(即，声学载点(acoustic overload point)，下文中简称作“AOP”)有关，其由MEMS麦克风的谐波失真率(即，总谐波失真(total harmonicdistortion)，下文中简称作“THD”)决定。另一方面，如果振膜的弹性系数较小(即，刚性(stiffness)较低)，它可以用来感测较小的声压(即，具有较高的灵敏度)，但振膜的THD将相应地被牺牲(即，AOP将降低)。因此，无法同时实现MEMS麦克风的高AOP和高灵敏度(即，无法实现更宽的动态范围)。
发明内容
有鉴于前述现有问题点，本发明的一目的在于提供一种微机电系统(MEMS)麦克风，其可以同时实现高AOP和高灵敏度(sensitivity)。
本发明一些实施例提供一种微机电系统(MEMS)麦克风，其主要包括一基板、一背板以及一振膜，前述背板设置在前述基板的一侧，前述振膜活动地设置在前述基板的前述侧，且在前述振膜与前述背板之间形成有一气隙，其中前述振膜包括多个掺杂部，且前述些掺杂部具有不同的平均掺杂浓度。
在一些实施例中，前述些掺杂部具有不同的掺杂浓度-深度分布曲线。
在一些实施例中，前述振膜定义有一坐标系统，且前述些掺杂部对称于前述坐标系统的一原点。
在一些实施例中，前述坐标系统为一圆柱坐标系统或一直角坐标系统。
在一些实施例中，前述些掺杂部的掺杂浓度介于1E16cm-3(/cm3)至1E23cm-3之间。
依据上述的微机电系统麦克风，其中前述些掺杂部的掺杂浓度分别具有一峰值，且前述些峰值间的差异超过0.1E16cm-3。
在一些实施例中，前述些掺杂部具有p-型或n-型掺杂物。
在一些实施例中，在前述振膜的一环状区域内形成有多个彼此分离的长孔。
在一些实施例中，在前述振膜上形成有多个彼此分离的通气孔。
在一些实施例中，前述微机电系统麦克风还包括一附加绝缘层，连接在前述背板与前述振膜之间。
在一些实施例中，前述些掺杂部包括一第一掺杂部以及一第二掺杂部，前述第二掺杂部围绕前述第一掺杂部，且前述第二掺杂部的掺杂浓度高于前述第一掺杂部的掺杂浓度。
在一些实施例中，前述些掺杂部包括两个第一掺杂部，前述第二掺杂部位于前述些第一掺杂部之间，且前述第二掺杂部的掺杂浓度高于前述第一掺杂部的掺杂浓度。
在一些实施例中，前述些掺杂部包括以同心圆方式设置的多个第一掺杂部以及多个第二掺杂部，且前述些第二掺杂部的掺杂浓度高于前述些第一掺杂部的掺杂浓度。
在一些实施例中，前述些第一掺杂部的其中之一设置于前述振膜的中心。
在一些实施例中，前述些第二掺杂部的掺杂浓度彼此不同。
在一些实施例中，前述些掺杂部包括一第一掺杂部以及多个第二掺杂部，且前述些第二掺杂部以放射状的方式相对于前述振膜的中心排列。
在一些实施例中，前述第一掺杂部包围前述些第二掺杂部。
在一些实施例中，前述些第二掺杂部分别具有一扇形结构。
在一些实施例中，前述些第二掺杂部延伸至前述振膜的一边缘。
本发明一些实施例还提供一种制造如前述的微机电系统麦克风的方法，其中前述些掺杂部包含一第一掺杂部以及一第二掺杂部，前述方法包括：提供一牺牲层；在前述牺牲层上形成一感测层；在前述感测层定义一第一掺杂区，并且在前述第一掺杂区内掺入一第一掺杂物以构成前述第一掺杂部；在前述感测层定义一第二掺杂区，并且在前述第二掺杂区内掺入一第二掺杂物以构成前述第二掺杂部，其中前述第一掺杂部中的前述第一掺杂物的掺杂浓度不同于前述第二掺杂部中的前述第二掺杂物的掺杂浓度；以及，移除前述牺牲层的一部分以形成一开口，从而使前述感测层形成前述振膜，其中前述振膜横越前述开口。
附图说明
图1A为本发明中的一些实施例，一微机电系统(MEMS)麦克风的剖视图；
图1B为本发明中的另一些实施例，一微机电系统(MEMS)麦克风的剖视图；
图1C为本发明中的另一些实施例，一微机电系统(MEMS)麦克风的剖视图；
图2A、图2B为振膜14中一扇形部分的立体图；
图3为本发明一实施例的振膜14形成有围绕其中心C的多个长孔141的示意图；
图4A为本发明一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图4B为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图4C为图4B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS4的对应关系示意图；
图4D为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图4E为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图4F为图4E中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS4’的对应关系示意图；
图4G为本发明另一实施例的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS4’(图4E)的对应关系示意图；
图5A为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图5B为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图5C为图5B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS5的对应关系示意图；
图5D为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图5E为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图5F为图5E中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS5’的对应关系示意图；
图5G为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图5H为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图5I为图5H中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS5”的对应关系示意图；
图6A为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图6B为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图6C为图6B中的振膜14的离子掺杂浓度振膜14的半径LS6的对应关系示意图；
图7A为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图7B为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图7C为图7B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS7的对应关系示意图；
图7D为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图7E为本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图；
图7F为图7E中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS7’的对应关系示意图；
图8A～图8E为利用半导体制作工艺技术制造一微机电系统(MEMS)麦克风的振膜的示意图；
图8F为本发明另一实施例的感测层12(振膜)上形成有与开口L10相通的若干通气孔142的示意图。
符号说明
10:MEMS结构
11:基板
11A:开口部分
12:介电层
12A:开口部分
13:背板
13A:声孔
131:导电层
132:绝缘层
1321:第一绝缘层
1322:第二绝缘层
133:(第一)绝缘突起
134:第二绝缘突起
14:振膜
141:长孔
142:通气孔
15:电极层
16:保护层
17:附加绝缘层
C:中心
D:凹槽
D1:掺杂部
D11:圆形区域
D1a-D1f:掺杂部
D2:掺杂部
D2a-D2e:掺杂部
G:气隙
L1:牺牲层
L2:感测层
L10:开口
LS4:半径
LS4’:半径
LS5:半径
LS5’:半径
LS5”:半径
LS6:半径
LS7:半径
LS7’:半径
M:MEMS麦克风
P1:外侧孔
P2:内侧孔
r:最大半径
r1:最大半径
r2:最大半径
具体实施方式
以下说明本发明的优选实施例。此说明的目的在于提供本发明的总体概念而并非用以局限本发明的范围。本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
在以下说明中，所称的方位“上”、“下”，仅是用来表示相对的位置关系，并非用来限制本创作。当述及一第一元件位于一第二元件上时，可能包括第一元件与第二元件直接接触或间隔有一或更多其他元件的情形。
另外，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。为了简单和清楚起见，各种特征可能以不同比例任意绘制。再者，在实施例中未绘示或描述的元件为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。
在本发明中，根据各种示例性实施例，提供一种用于检测声波并可将声波(声信号)转换为电信号的微机电系统(MEMS)麦克风。特别地，本发明实施例中的MEMS麦克风可以通过以下描述的各种特征来同时实现高AOP(即，实现更宽的动态范围)和高灵敏度。下面讨论了一些实施例的变化。在各个附图和说明性实施例中，相同的参考符号用于表示相同的元件。
图1A显示根据一些实施例，一MEMS麦克风M的剖视图。要了解的是，为了清楚起见，图1A中所描绘的MEMS麦克风M是被简化的，以更好地理解本发明的发明概念。在一些实施例中，可以在MEMS麦克风M中加入其他附加特征，并且在MEMS麦克风M的其他实施例中也可以替换或消除下面描述的一些特征。如图1A所示，MEMS麦克风M为一电容式麦克风且包括一MEMS结构10，MEMS结构10包括一基板11、一介电层12、一背板13、一振膜14以及一电极层15。
基板11是配置用以在其一侧上支撑介电层12、背板13、振膜14以及电极层15。基板11可具有一开口部分11A，其允许由MEMS麦克风M接收的声波(例如图1A中所示的箭头)通过及/或进入MEMS结构10。基板11可以由硅或类似的材料制成。
介电层12设置在基板11与振膜14之间以及在振膜14与背板13之间，从而可以在基板11、振膜14以及背板13之间提供彼此的部分隔离。此外，介电层12围绕背板13和振膜14设置，使得背板13和振膜14的边缘处可以被介电层12夹持(clamped)。再者，介电层12可具有对应于基板11的开口部分11A的一开口部分12A，以便允许声波通过振膜14和背板13然后离开MEMS结构10。介电层12可以由氧化硅或类似的材料制成。
背板13设置在基板11的一侧的固定元件。背板13可以具有足够的刚性(stiffness)，使得当声波通过背板13时它不会弯曲或移动。在一些实施例中，背板13是一坚硬的多孔元件，包括多个声孔(acoustic holes)13A，每个声孔13A穿过背板13(例如图1A所示)。声孔13A配置成允许声波通过。
在一些实施例中，如图1A所示，背板13包括一导电层131以及覆盖导电层131以进行保护的一绝缘层132。导电层131和绝缘层132分别位于背板13面向振膜14的一第一侧S1以及背板13的与第一侧S1相对的一第二侧S2。导电层131可以由多晶硅或类似的材料制成，且绝缘层132可以由氮化硅或类似的材料制成。
在一些实施例中，MEMS结构10通过电极层15的若干电极垫(pads)电连接到一电路(图未示)，电极层15设置在背板13上并电连接到导电层131和振膜14。在一些实施例中，电极层15的材料包括铜、银、金、铝或其合金。
振膜14可相对于背板13移动或移位。振膜14是配置用以感测由MEMS麦克风M接收的声波。
振膜14相对于背板13的位移变化引起了振膜14与背板13之间的电容变化。然后，通过与振膜14和背板13连接的一电路将电容变化转换成一电信号，并且通过电极层15将电信号从MEMS麦克风M传出。
在一些实施例中，如图1A所示，一第一绝缘突起(first insulating protrusion)133设置或形成在背板13面向振膜14的第一侧S1上，并且第一绝缘突起133永久性地(permanently)连接并固定到振膜14。在一些实施例中，第一绝缘突起133与绝缘层132是一体成形并朝向振膜14突出。第一绝缘突起133可为连接到背板13和振膜14(例如，振膜14的中心)的一实心柱(solid column)，使得第一绝缘突起133可以支撑振膜14并且增加振膜14的刚性，从而增加MEMS麦克风M的AOP。
在一些实施例中，一附加(additional)绝缘层17也设置并连接在第一绝缘突起133与振膜14之间，如图1A所示。附加绝缘层17可以包括与介电层12相同的材料或另一种绝缘材料。然而，在不同实施例中也可能省略附加绝缘层17。
另一方面，为了增加振膜14的灵敏度，还可以在振膜14中设置多个长孔(longapertures)141。在一些实施例中，在振膜14中的长孔141以同心圆排列且位于介电层12附近(例如位于背板13的导电层131与介电层12之间)，并且相邻圆中的长孔为交替排列(参照图1A及图2A)，使得所述长孔141可以用作为振膜14中的弹簧以减少振膜14的刚性。在一些替代实施例中，由长孔141形成的同心圆的数量可以多于两个。通过此种结构特征，可以实现MEMS麦克风M的高灵敏度。
另外，在振膜14中的长孔141也可用于减轻(relieve)振膜14上的应力(stress)。
在一些实施例中，如图1A所示，多个第二绝缘突起134也设置或形成在背板13的第一侧S1上，且在振膜14与每一第二绝缘突起134之间形成有一气隙(air gap)G。此外，在振膜14与每个第二绝缘突起134之间的气隙G大小可能相同(但不限于此)。
请继续参阅的图1A，为了形成第一绝缘突起133和所述第二绝缘突起134，背板13的绝缘层132可以包括一第一绝缘层1321以及堆迭在第一绝缘层1321上的一第二绝缘层1322。在一些实施例中，第一、第二绝缘层1321和1322可以包括相同的材料或不同的材料。在一些实施例中，还设置一保护层16以覆盖一凹槽D，凹槽D形成于第二侧S2上并对应于第一绝缘突起133。保护层16可以包括导电材料(例如铝)或其他种材料。
图1B显示根据本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的剖视图。在一些替代实施例中，也可以省略前述第一绝缘突起(例如图1A中所示的第一绝缘突起133)，并改将上述附加绝缘层17设置且连接在背板13的第一侧S1与振膜14之间，以支撑振膜14的中央区域及增加振膜的AOP。
图1C显示根据本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的剖视图。如图1C所示，在图1A、图1B中所示的附加绝缘层17也可以被省略，并使振膜14和每一个第二绝缘突起134之间都形成有气隙G。此外，如图1A、图1B中所示的长孔141也可以被多个形成于振膜14上的通气孔142所取代。
图2A、图2B显示振膜14中一扇形部分的立体图。如图2A、图2B所示，本实施例中的振膜14具有一扁薄的圆形结构，且在前述振膜14上形成有多个长孔141，其中前述长孔141包含多个环绕着振膜14的中心C排列的外侧孔P1以及内侧孔P2。当振膜14受到外界声波所产生的声压作用时，空气可朝下(图2A)或朝上(图2B)流动并穿过前述长孔141，用于减轻(relieve)振膜14上的应力(stress)，并可有助于承受振膜14上的风荷载(wind load)。
图3显示本发明一实施例的振膜14形成有围绕其中心C的多个长孔141的示意图。如图3所示，前述外侧孔P1以及内侧孔P2以同心圆的方式排列设置于振膜14的一环状区域内，并且环绕振膜14的中心C。需特别说明的是，本实施例中的外侧孔P1以及内侧孔P2相对于振膜14的中心C交错排列。
图4A显示本发明一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图4A所示，本发明一实施例的振膜14具有一圆形结构，且其包括有两个掺杂部D1以及一掺杂部D2，其中前述掺杂部D2位于两个掺杂部D1之间。需特别说明的是，前述振膜14可定义一圆柱坐标系统，且该些掺杂部D1、D2对称于前述圆柱坐标系统的原点(例如振膜14的中心C)。在一些实施例中，前述振膜14也可以定义一直角坐标系统，且该些掺杂部D1、D2对称于前述直角坐标系统的原点(例如振膜14的中心C)。
应了解的是，前述外侧孔P1以及内侧孔P2形成于位于外侧且环绕掺杂部D2的掺杂部D1上，而位于内侧的另一掺杂部D1则形成有一较小的圆形区域D11，其中该圆形区域D11连接附加绝缘层17(如图1A、图1B所示)。
在本实施例中，前述振膜14可被掺入p-型或n-型掺杂物(dopant)，例如磷或硼，且该些掺杂部D1、D2的掺杂浓度介于1E16cm-3至1E23cm-3之间。需特别说明的是，前述掺杂部D2的掺杂浓度-深度分布曲线和掺杂部D1的掺杂浓度-深度分布曲线不尽相同，其中掺杂部D2的平均掺杂浓度高于掺杂部D1的平均掺杂浓度。如此一来，振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AcousticOverload Point,AOP)以及信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)。在一些实施例中，该些掺杂部D1、D2的掺杂浓度分别具有一峰值，且该些峰值之间的差异超过0.1E16cm-3。
图4B显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图4B所示，本实施例的振膜14与图4A中的振膜14的主要不同之处在于：图4A中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D2上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图4C显示图4B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS4的对应关系示意图。如图4B、图4C所示，位于前述振膜14内侧的掺杂部D1具有一最大半径r1，且前述振膜14的掺杂部D2具有一最大半径r2，而振膜14本身则具有一最大半径r，其中r>r2>r1。在本实施例中，由于掺杂部D2的平均离子掺杂浓度高于其他两个掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，因此振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图4D显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图4D所示，本实施例的振膜14与图4A中的振膜14的主要不同之处在于：图4D中的振膜14仅具有一个掺杂部D1以及一个掺杂部D2，且前述掺杂部D2环绕掺杂部D1。
图4E显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图4E所示，本实施例的振膜14与图4D中的振膜14的主要不同之处在于：图4E中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D2上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图4F显示图4E中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS4’的对应关系示意图。如图4E、图4F所示，前述振膜14的掺杂部D1具有一最大半径r1，而振膜14本身则具有一最大半径r，其中r>r1。在本实施例中，由于掺杂部D2的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，因此振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图4G显示本发明另一实施例的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS4’(图4E)的对应关系示意图。如图4G所示，在另一实施例中，也可以使前述掺杂部D1的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D2的平均离子掺杂浓度，如此一来振膜14的掺杂部D1可以较掺杂部D2具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。需特别说明的是，前述图4F、图4G所揭示的对应关系曲线可以选择性地应用在如图4D、图4E所示的振膜14结构上，其中在该振膜14上可形成有多个长孔141(图4D)或通气孔142(图4E)。
图5A显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图5A所示，本实施例的振膜14与图4A中的振膜14的主要不同之处在于：图5A中的振膜14具有多个掺杂部D1以及多个掺杂部D2，其中前述掺杂部D1、D2以同心圆的方式排列，且多个长孔141形成于位于最外侧的掺杂部D1上。从图5A中可以看出，位于振膜14最外侧的掺杂部D1围绕所有的掺杂部D2，而位于振膜14最内侧的掺杂部D1则形成有一较小的圆形区域D11，其中该圆形区域D11连接附加绝缘层17(如图1A、图1B所示)。
应了解的是，前述掺杂部D2的平均掺杂浓度高于掺杂部D1的平均掺杂浓度。在一些实施例中，该些掺杂部D1、D2的掺杂浓度分别具有一峰值，且任一掺杂部D1与任一掺杂部D21间的掺杂浓度峰值差异超过0.1E16cm-3。
图5B显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图5B所示，本实施例的振膜14与图5A中的振膜14的主要不同之处在于：图5A中的长孔141是被多个形成于振膜14的掺杂部D2上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图5C显示图5B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS5的对应关系示意图。如图5B、图5C所示，前述振膜14具有一最大半径r，且在图5C中呈现出一规则的锯齿状曲线。应了解的是，由于掺杂部D2的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，因此振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图5D显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图5D所示，本实施例的振膜14与图5A中的振膜14的主要不同之处在于：前述外侧孔P1以及内侧孔P2形成于位于振膜14最外侧且环绕所有掺杂部D1的一掺杂部D2上。
图5E显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图5E所示，本实施例的振膜14与图5D中的振膜14的主要不同之处在于：图5D中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D2上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图5F显示图5E中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS5’的对应关系示意图。如图5E、图5F所示，前述振膜14具有一最大半径r，且在图5F中呈现出一规则的锯齿状曲线。应了解的是，由于掺杂部D2的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，因此振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图5G显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图5G所示，本实施例的振膜14与图5A中的振膜14的主要不同之处在于：图5G中的振膜14具有多个掺杂部D1a-D1f以及多个掺杂部D2a-D2e，其中前述掺杂部D1a-D1f、D2a-D2e以同心圆的方式排列，且前述掺杂部D1a-D1f、D2a-D2e具有不同的离子掺杂浓度，其中掺杂部D2a-D2e的掺杂浓度高于掺杂部D1a-D1f的掺杂浓度。
图5H显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图5H所示，本实施例的振膜14与图5G中的振膜14的主要不同之处在于：图5G中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D1f上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图5I显示图5H中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS5”的对应关系示意图。如图5H、图5I所示，前述振膜14具有一最大半径r，且在图5I中呈现出一不规则的锯齿状曲线。应了解的是，由于掺杂部D2a-D2e的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D1a-D1f的平均离子掺杂浓度，因此振膜14的掺杂部D2a-D2e可以较掺杂部D1a-D1f具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图6A显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图6A所示，本实施例的振膜14与图5A中的振膜14的主要不同之处在于：振膜14主要包括一掺杂部D1以及设置于掺杂部D1内部的多个圆形的掺杂部D2，其中每一掺杂部D2的平均掺杂浓度都高于掺杂部D1的平均掺杂浓度。此外，掺杂部D1形成有一较小的圆形区域D11，其中该圆形区域D11连接附加绝缘层17(如图1A、图1B所示)。
图6B显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图6B所示，本实施例的振膜14与图6A中的振膜14的主要不同之处在于：图6A中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D1上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图6C显示图6B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS6的对应关系示意图。如图6B、图6C所示，前述振膜14具有一最大半径r，且在图6C中呈现出一规则的锯齿状曲线。应了解的是，由于每一掺杂部D2的平均离子掺杂浓度都高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，因此振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图7A显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图7A所示，本实施例的振膜14与图4A中的振膜14的主要不同之处在于：多个扇形的掺杂部D2以放射状的方式相对于振膜14的中心C环绕设置，且该些掺杂部D2被掺杂部D1包围。此外，掺杂部D1形成有一较小的圆形区域D11，其中该圆形区域D11连接附加绝缘层17(如图1A、图1B所示)。
图7B显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图7B所示，本实施例的振膜14与图7A中的振膜14的主要不同之处在于：图7A中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D2上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图7C显示图7B中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS7的对应关系示意图。如图7B、图7C所示，前述振膜14具有一最大半径r，其中每一掺杂部D2的平均离子掺杂浓度都高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度。如此一来，振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图7D显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图7D所示，本实施例的振膜14与图7A中的振膜14的主要不同之处在于：多个扇形的掺杂部D2延伸到振膜14的边缘，此外掺杂部D1形成有一较小的圆形区域D11，其中该圆形区域D11连接附加绝缘层17(如图1A、图1B所示)。
图7E显示本发明另一实施例的微机电系统(MEMS)麦克风M的振膜14示意图。如图7E所示，本实施例的振膜14与图7D中的振膜14的主要不同之处在于：图7E中的长孔141被多个形成于振膜14的掺杂部D2上的通气孔142所取代，且在振膜14的中心C和第二绝缘突起134之间形成有如图1C所示的气隙G。
图7F显示图7E中的振膜14的离子掺杂浓度与振膜14的半径LS7’的对应关系示意图。如图7E、图7F所示，前述振膜14具有一最大半径r，其中每一掺杂部D2的平均离子掺杂浓度都高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度。如此一来，振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性，从而能够提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
图8A～图8E显示利用半导体制作工艺技术制造一微机电系统(MEMS)麦克风的振膜的示意图。首先，提供一牺牲层L1，并在该牺牲层L1上形成一感测层L2(图8A)，其中该感测层L2的材质例如可包含多晶硅(Polycrystalline silicon)；接着，如图8B所示，在该感测层L2上植入第一掺杂物，该第一掺杂物可为p-型或n-型掺杂物(例如磷或硼)，至此可在该感测层L2上定义出一第一掺杂区。
在完成前述离子掺杂程序后，接着可在感测层L2上的特定区域中植入第二掺杂物，并于该感测层L2上定义出不同于前述第一掺杂区的一第二掺杂区，其中该第二掺杂物同样可为p-型或n-型掺杂物(例如磷或硼)。至此，如图8C所示，在前述感测层L2上可形成至少一掺杂部D1(第一掺杂部)以及一掺杂部D2(第二掺杂部)，其中前述掺杂部D2的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，且在掺杂部D1中的该第一掺杂物的掺杂浓度不同于掺杂部D2中的该第二掺杂物的掺杂浓度。
需特别说明的是，植入感测层L2的前述第一、第二掺杂物的掺杂剂量介于1E10cm-2到1E19cm-2之间。在一些实施例中，前述掺杂剂量具有一最大值以及一最小值，其中该最大值与该最小值间的差异超过0.1E15cm-2。
如图8D所示，在完成前述步骤后，即可移除牺牲层L1的一部分以形成一开口L10，从而使该感测层L2形成一振膜(例如前述各实施例中所揭示的振膜14)，其中该振膜横越该开口L10。在一些实施例中，如图8E所示，多个长孔141可形成于感测层L2(振膜)上并且与开口L10相连通；或者，在一些实施例中，也可将多个通气孔142形成于感测层L2(振膜)上并且与开口L10相连通。如此一来，当感测层L2(振膜)受到外界声波所产生的声压作用时，空气可流动并穿过前述长孔141或通气孔142，以减轻感测层L2(振膜)上的应力(stress)，并可有助于承受振膜14上的风荷载(wind load)。
应了解的是，在前述各实施例的振膜14中可植入p-型或n-型掺杂物(例如磷或硼)，并使振膜14的掺杂部D1、D2的掺杂浓度介于1E16cm-3至1E23cm-3之间。此外，在一些实施例中，前述掺杂部D1、D2的掺杂浓度分别具有一峰值，且该些峰值之间的差异超过0.1E16cm-3。
综上所述，本发明主要通过使前述振膜14的掺杂部D2的平均离子掺杂浓度高于掺杂部D1的平均离子掺杂浓度，从而使振膜14的掺杂部D2可以较掺杂部D1具有更高的可挠性。如此一来，不仅微机电系统(MEMS)麦克风M的灵敏度和感测的线性度可以获得显著改善，同时也能够有效提升微机电系统(MEMS)麦克风M的声学载点(AOP)以及信噪比(SNR)。
以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，对本发明可作出各种变化、替代和修改。例如，本领域技术人员将容易理解的是，本文叙述的许多特征、功能、制作工艺及材料可被改变，而仍然在本发明的范围内。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的制作工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本发明中理解，根据本发明，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本发明所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的制作工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些制作工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种微机电系统麦克风，其特征在于，包括：
基板；
背板，设置在该基板的一侧；
振膜，活动地设置在该基板的该侧，且在该振膜与该背板之间形成有气隙，其中该振膜包括多个掺杂部，且该些掺杂部具有不同的平均掺杂浓度，
其中，多个外侧孔以及多个内侧孔以同心圆的方式排列设置于该振膜的一环状区域内，并且环绕该振膜的中心，该多个外侧孔以及该多个内侧孔相对于该振膜的该中心交错排列，该多个外侧孔以及该多个内侧孔每个具有C形形状，且该多个外侧孔的C形形状的开口方向相反于该多个内侧孔的C形形状的开口方向。
2.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部具有不同的掺杂浓度-深度分布曲线。
3.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该振膜定义有坐标系统，且该些掺杂部对称于该坐标系统的一原点。
4.如权利要求3所述的微机电系统麦克风，其中该坐标系统为圆柱坐标系统或直角坐标系统。
5.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部的掺杂浓度介于1E16cm-3至1E23cm-3之间。
6.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部的掺杂浓度分别具有一峰值，且该些峰值间的差异超过0.1E16cm-3。
7.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部具有p-型或n-型掺杂物。
8.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该微机电系统麦克风还包括附加绝缘层，连接在该背板与该振膜之间。
9.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部包括第一掺杂部以及第二掺杂部，该第二掺杂部围绕该第一掺杂部，且该第二掺杂部的掺杂浓度高于该第一掺杂部的掺杂浓度。
10.如权利要求9所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部包括两个第一掺杂部，该第二掺杂部位于该些第一掺杂部之间，且该第二掺杂部的掺杂浓度高于该第一掺杂部的掺杂浓度。
11.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部包括以同心圆方式设置的多个第一掺杂部以及多个第二掺杂部，且该些第二掺杂部的掺杂浓度高于该些第一掺杂部的掺杂浓度。
12.如权利要求11所述的微机电系统麦克风，其中该些第一掺杂部的其中之一设置于该振膜的该中心。
13.如权利要求11所述的微机电系统麦克风，其中该些第二掺杂部的掺杂浓度彼此不同。
14.如权利要求1所述的微机电系统麦克风，其中该些掺杂部包括第一掺杂部以及多个第二掺杂部，且该些第二掺杂部以放射状的方式相对于该振膜的该中心排列。
15.如权利要求14所述的微机电系统麦克风，其中该第一掺杂部包围该些第二掺杂部。
16.如权利要求15所述的微机电系统麦克风，其中该些第二掺杂部分别具有扇形结构。
17.如权利要求14所述的微机电系统麦克风，其中该些第二掺杂部延伸至该振膜的边缘。
18.一种制造如权利要求1所述的微机电系统麦克风的方法，其中该些掺杂部包含第一掺杂部以及第二掺杂部，该方法包括：
提供牺牲层；
在该牺牲层上形成感测层；
在该感测层定义第一掺杂区，并且在该第一掺杂区内掺入第一掺杂物以构成该第一掺杂部；
在该感测层定义第二掺杂区，并且在该第二掺杂区内掺入第二掺杂物以构成该第二掺杂部，其中该第一掺杂部中的该第一掺杂物的掺杂浓度不同于该第二掺杂部中的该第二掺杂物的掺杂浓度；以及
移除该牺牲层的一部分以形成开口，从而使该感测层形成该振膜，其中该振膜横越该开口。
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