CN1703932A - 膜层及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在一种制造用于一装置，例如麦克风的一膜层(120)的方法中，首先，乃提供一基板(100)，而在其上则是设置一对电极(104)。一牺牲层(106)乃设置于该对电极(104)远离该基板(100)的表面上，然后，该牺牲层(106)远离该对电极(104)的该表面乃进行结构化以在该表面中形成多个凹陷，进而同时定义一或数个抗黏组件以及一或数个皱折沟。然后于该牺牲层(106)该已结构化表面(108)上沉积一膜层材质(120)，接着，该牺牲层(106)即被移除，以形成具有一或数个皱折沟(124)以及一或数个抗黏组件(126)的膜层(120)。

Description

膜层及其制造方法
技术领域
本发明相关于一种膜层以及其制造方法，以及，在此，特别地相关于一种具有皱折沟(corrugation grooves)以及抗黏组件(antistick element)的膜层，以及一种产生该膜层的方法，特别地是，本发明相关于一种用于一麦克风的膜层，举例而言，一硅麦克风(silicon microphone)。
背景技术
一个由微机械方式形成之硅麦克风的中心组件乃是在其中所使用的膜层，而该膜层则适用于在声域(sound field)中进行振动，且此膜层的前提是，其要尽可能的敏感，但是却不可以在强烈的偏斜下黏附于对电极以及造成与该对电极的一接触，其中，如此强烈之偏斜，举例而言，乃是藉由高声级(high sound level)，一静电吸引，或是流体之表面张力所造成。
在习知技术中，已知有数种方法用以改善，一方面，该膜层的敏感度，以及用以避免，另一方面，该膜层的沾黏。
一种用于理想化该敏感度的方法是，理想化该膜层的层特性以及侧向设计，举例而言，藉由所谓的弹簧膜层(spring membrane)，然而，此方法的缺点却在于，该膜层由于该理想化所造成的面积减少也会降低该膜层的容量。
另一个改善用于一硅麦克风之一膜层之敏感度的方法是，在该膜层中提供所谓的皱折沟，如此的一种方法，举例而言，乃是由Zou，Quanbo et al.在“Design and Fabrication of Silicon CondenserMicrophone Using Corrugated Diaphragm Technique”in Journalof Microelectromechanical Systems，vol.5，No.3，September1996中进行叙述，而根据此方法，V型的沟渠乃会被形成在一硅基板中，以在该膜层之接续形成中产生所需的皱折沟。
一种用于避免该膜层对一对电极之一不可逆沾黏的方法是，提供所谓的抗黏组件(抗黏凸块/凹陷)，其中，这些抗黏组件乃是在该膜层中的针状结构，且其乃会在与该对电极接触的期间显著地减少接触区域，正如Brauer，et al.在“Silicon Microphone Based onSurface and Bulk Micromachining”，Journal of Micromechnicsand Microengineering，11(2001)，pp.319-322中所叙述的一样，不过，此方法的缺点却是，该等针状结构的产生即代表着额外的程序努力。
有关于在习知技术中所已知的解决方案，必须要注意的是，它们教示了，一方面，用于产生该等抗黏组件，以及，另一方面，用于增加该膜层之敏感度的独立程序。
由此习知技术着手，本发明的一个目的即在于提供一种用于制造一膜层的改进方法，以及一改进的装置，其中，藉由减少的程序技术生产努力，该膜层的一敏感度可以获得改善，同时，该膜层对于一对电极的沾黏也同样可以加以避免。
该目的乃是藉由权利要求1所述的方法，以及权利要求11所述之装置而加以达成。
发明内容
本发明提供一种制造用于一装置之一膜层的方法，包括下列步骤：
(a)提供一基板，在其上乃设置一对电极，其中，一牺牲层乃设置于该对电极远离该基板的表面上；
(b)结构化该牺牲层远离该对电极的该表面，以在该表面中形成多个凹陷，进而同时定义一或数个抗黏组件以及一或数个皱折沟；
(c)在该牺牲层之该已结构化表面上沉积一膜层材质；以及
(d)移除该牺牲层，以形成具有一或数个皱折沟以及一或数个抗黏组件的该膜层。
根据本发明的一较佳实施例，该等抗黏组件乃是加以定义为位在该牺牲层相对于该对电极之一中心区域的一区域中，并且，在此实施例中，该等皱折沟乃是加以定义为位在该牺牲层相对于该对电极之一边缘区域的一区域中，因此，在该膜层对该对电极的一偏斜期间，仅会有该一或数个抗黏组件会接触到该对电极。
根据本发明的一另一较佳实施例中，一另一牺牲层乃会被沉积于该牺牲层(106)进行结构化之后的该已结构化表面上，且其所具有之厚度乃会比该牺牲层之厚度更小，因此，该牺牲层的该已结构化表面即会映像(mapped)到该另一牺牲层远离该牺牲层的表面上，其中，在步骤(c)中，该膜层材质乃被沉积于该另一牺牲层之该已结构化表面上，以及，该另一牺牲层乃于步骤(d)中同时被移除。
较佳地是，该牺牲层于步骤(d)中进行移除，因而使得该牺牲层的一部分会剩余在该对电极外侧的一区域中，进而定义出由该对电极所隔开之支持该膜层的一结构。
较佳地是，该等皱折沟乃会进行结构化，因而使得它们为独立、且会环绕抗黏组件，该等皱折沟乃可以加以定义为一环状形式、一多边形串行(polygon train)形式、或是任何其它形式。
较佳地是，该等定义该等抗黏组件的凹陷乃具有一比该等定义该等皱折沟之凹陷的一侧向尺寸更小的侧向尺寸，因此，当沉积该膜层材质、或是该另一牺牲层时，该等定义该等抗黏组件的凹陷将会再次完全地、或是几乎完全地被关闭，根据该凸块所需的形式。
再者，本发明提供一种装置，包括：
一基板，在其上乃设置有一对电极；以及
一膜层，乃受到支撑而与该对电极相互隔开、且与该对电极相对，
其中，该膜层乃在该膜层的一中心区域中具有一或数个抗黏组件，以及在该膜层环绕该中心区域的一边缘区域中具有一或数个皱折沟，因此，在该膜层对该对电极的一偏斜期间，仅有该一或数个抗黏组件会接触到该对电极。
较佳地是，该装置为一麦克风，举例而言，一硅麦克风，以及该膜层乃是一麦克风膜，或者，二者择一地，该装置亦可以为一压力传感器。
本发明所具有的一优点为，该敏感度仅藉由在该膜层中的一或数个皱折沟即获得改善，其中，该等皱折沟乃会于该膜层中形成一垂直环绕波结构，因此，根据本发明，一或数个环结构(皱折沟)以及一或数个孔洞结构(凸块，抗黏组件)乃加以定义于用于决定在电容式麦克风(condenser microphone)中间隔距离的该牺牲氧化层中，而可以在该膜层的沈积沈积期间作为其模型，以造成所需的结构。
根据本发明，该制造方法的一改进藉由于一个程序步骤中同时产生该等皱折沟以及该等抗黏组件而加以达成，因此，在习知技术中，需要不同方法以及生产程序以用于分别产生该等皱折沟以及产生该等抗黏组件的缺点，即可以加以避免。
本发明的一个优点在于，现在，该等皱折沟的产生乃可以利用与到目前为止用来产生该等抗黏组件相同的技术来进行，因此，根据本发明，并不需要额外的程序步骤。
再者，由于该膜层的面积并未进行结构化，也因此并未为了增加该敏感度而被减少，所以，该容量可以完全维持一样。
此外，根据本发明之该已皱折膜层在敏感度上的增加，相较于藉由羽毛膜层(feather membrane)所获得者，可以额外地藉由皱折沟的数量而进行调整。
附图说明
本发明的较佳实施例将以所附图式做为参考而于之后进行讨论，它们显示：
图1A至图1D：其显示根据本发明之用于制造一麦克风膜层的实施例；
图2A：其显示根据在图1所述之该方法所产生之该麦克风膜层的一上视图；
图2B：其显示在图2A中，该膜层之一部分的一详细图式；
图3：其显示依照皱折沟之数量而表示根据本发明之该麦克风膜层的改善的图表；
图4A：其显示具有需要用于决定该敏感度之参数的一皱折膜层的一表示图；以及
图4B：其显示图4A之一膜层的一皱折沟的一剖面表示图。
具体实施方式
接下来，根据本发明之用于制造一硅麦克风的一实施例将会以图1A至图1D做为参考而进行详细地叙述，其中，具有抗黏组件(凸块)以及皱折沟之一膜层的制造于之后加以举例说明，而该膜层乃可以是一电容性麦克风的部分，其中，该膜层会形成圆盘电容器(disccapacitor)的一电极，以及一第二静态电极乃置于其上。
在图1A中，具有一第一主表面102的一基板100加以显示，而在该基板100的该主表面102上，一对电极104乃至少会部分地加以形成，接着，一第一牺牲氧化层106乃被设置于该对电极104远离该基板100的一表面上，且其中，其乃是被形成在图1A中所显示之该实施例中，因而使得其会完全地覆盖该对电极，以及更进一步地延伸至该基板100的该第一主表面102。
在该第一牺牲氧化层106远离该基板100的一表面100中，一第一多个凹陷110以及一第二多个凹陷112乃会加以形成，其中，为了清晰的理由，在图1A中，仅该等凹陷的个别数个被提供以参考数字，再者，该等凹陷110，112会藉由一适当的蚀刻程序而被导入该第一牺牲氧化层106的该表面108，其中，该等凹陷110乃是加以建构以定义将在该膜层中形成之该等皱折沟的结构，以及，该等凹陷110则是建构以定义被提供在该膜层中之该等抗黏组件的结构，并且，该等凹陷110，112的侧向几何乃会加以选择为，让用于定义该等抗黏组件之该等凹陷112相当的窄，举例而言，在1μm的范围中，而使得该等凹陷112将会再次地于一接续氧化沉积，举例而言，具有一大约600nm厚度，中几乎关闭，因此，该等凹陷112的该侧向尺寸乃大约会落在该待接续沉积之氧化层的厚度范围中，相较之下，该等用于定义该等皱折沟的凹陷100则是会加以设计为显著地比由一氧化沉积所产生之一接续层的厚度更宽，其中，该等凹陷110的该尺寸可以为，举例而言，5μm。
正如图1B所示，一第二牺牲氧化层116加以沉积在该第一牺牲氧化层的该已结构化表面108上，以圆滑在图1A所示的该结构，其中，相较于该第一牺牲氧化层的厚度，该第二牺牲氧化层的厚度较小，且在所举例说明的例子中，大约为600nm，再者，正如上述以图1A做为参考所叙述的一样，该等用于定义该等抗黏组件之凹陷112的尺寸乃会加以选择为使得该等凹陷112的侧向尺寸会落在该另一牺牲氧化层116之厚度的范围中，而此所导致的事实则会是，在沉积完该第二牺牲氧化层116之后，该等凹陷112，即该等所谓的凸决孔洞，仅会剩余一尖锐凹洞，正如在图1B中由参考数字118所显示者。
由于该等用于定义在该第一牺牲氧化层116之该表面中之该等皱折沟的凹陷110的尺寸显著地大于该氧化层116的厚度，因此，乃会造成该等凹陷110进入该第二牺牲氧化层的一相对应映像(mapping)。
在一接续步骤中，正如图1C所示，该膜层材质乃会进行沉积，以产生该膜层120，而在所举例说明的实施例中，该用于产生该膜层120的膜层材质乃会被沉积为具有一大约200nm的厚度，再者，正如在图1C中由参考数字122所举例说明的，在该第二牺牲氧化层116中所形成的该等凹洞118亦会于该膜层材质的沉积期间被映像进入该膜层120，在此同时，由于沉积乃是于该等凹陷110的轮廓之下进行，因此，该等皱折沟124乃会形成在该牺牲氧化层116之该表面中的该膜层中。
在一最终方法步骤中，该第一牺牲氧化层106以及该第二牺牲氧化层116乃会部分地被移除，举例而言，藉由一适当的蚀刻程序，因而形成分别在该膜层120、该基板100以及该对电极104间，具有一凹洞128的结构，如图1D所示，其中，该等牺牲层106，116乃加以移除为使得部分该等牺牲层会剩余在该对电极104外部的一区域中，以定义由该对电极104所隔开之一支持该膜层120的一结构129，而正如可由图1D中看出，由于该牺牲氧化层106的移除，即会产生具有包括该等皱折沟124以及多个抗黏组件(抗沾黏凸块)126的该膜层120的配置。
根据本发明，已经利用此简单之方法所产生的一麦克风膜层，一方面，会由于该等皱折沟而具有一获得改善的敏感度，以及，另一方面，会由于该等所提供的抗黏组件，而在朝向该对电极的一偏斜时，不会沾黏该对电极，并且，正如前述，本发明所具有的优点在于，不需要任何不同的生产程序来产生该等皱折沟以及抗黏凸块，且它们乃可以在根据本发明的一共同生产步骤中被产生。
在图1所显示的该实施例中，一所产生的结构乃会形成具有该等抗黏组件设置于该膜层120之一中心区域的一硅麦克风，其中，该等皱折沟124乃被设置于该膜层120围绕该具有该等抗黏组件中心区域、并更进一步被连接至该支持结构129的一边缘区域中，而此结构所具有的效果则是，在该膜层120的一强烈偏斜期间，该具有该等抗黏组件126的中心区域可以偏斜到接触该对电极104，其中，在此，由于该接触区域已因该等所提供的抗黏组件120而获得足够的缩减，所以，一黏着可以加以避免。
在图2A中，显示该膜层120的一上视图，而其则是根据图1所叙述之方法所加以产生。
正如可由图2A中看出，该膜层120以及该支持结构120乃加以设计为一环状形式，而未显示于图2A中的该基板也是一样，并且，在该膜层120之该边缘区域中的该六个皱折沟124加以形成为环状形式，且为独立的结构，其中，内部的皱折沟乃会环绕在该膜层20支该中心区域中的该等抗黏组件126。
图2B为在图2A中所显示之具有该等皱折沟124以及该等凸块126的该膜层的一放大表示图，其中，该等皱折沟具有一大约5μm的宽度，以及该等凸块具有一大约1μm的宽度，而较佳地则是，该对电极包括有多个开口以及该等凸块的配置相符于这些开口。
虽然本发明在已经藉由在图1以及图2中之较佳实施例做为参考而加以叙述，但并不受限于这些实施例，更确切地是，该膜层120亦可以具有其它的形式，例如，方形形式，以及该等皱折沟124也不受限于所叙述的环状设计，更确切地说，该等皱折沟也可以藉由一横切线(traverse)、或是藉由数个彼此分开的部分而加以形成。
再者，于上述的实施例中已经举例说明，一第二牺牲氧化层116乃被沉积于该第一牺牲氧化层上，而在一另一实施例中，该膜层则也是可以直接地被沉积在该第一牺牲氧化层106上。
虽然上述之实施例的叙述乃是有关于一硅麦克风，但应该要注意地是，本发明并不受限于此应用，更确切地说，本发明乃适用于被提供以需要具有一程度之敏感度之一膜层、且对于一对电极之黏着被避免的装置，至于其它的应用领域则包括，举例而言，压力传感器等。
接下来，将以图3做为参考而更详细地讨论一膜层之敏感度因该等皱折沟而获得改善的情形。该膜层120处于主要决定该膜层120之该敏感度的一拉伸应力(tensile stress)之下，而该皱折沟则用以舒缓此层应力，在此，其可以看出，敏感度的增加乃会于大范围中正比于被导入皱折沟的数量Nc，而在图3中所举例说明之以FEM分析(FEM＝finite element method有限元分析)作为基础的该图表中，在敏感度上的增加乃是显示为相关于一环状膜层120的其一，正如，举例而言，其于图2中所显示的一样，再者，正如可以由在图3中所显示之该举例说明所看出的，仅藉由使用两条皱折沟(Nc＝2)，该敏感度即已经加倍。
而为了对一皱折膜层之敏感度有一更精确的叙述，则其必须要考虑其几何。在图4A中，一环形皱折膜层加以举例说明，类似于在图2中所显示者，且其中，于图4A中所描绘的乃为该膜层120的半径R。在图4A所显示的该实施例中，该膜层包括四个皱折沟124，再者，该距离Rc在图4A中表示该皱折膜层120之一边缘与相邻于该边缘之第一皱折沟的距离，亦即，最外层之皱折沟以及该膜层120之边缘间的距离。
在图4B中，举例说明于图4A中所形成之一皱折沟的一剖面图，其中，Wc指示该皱折沟的宽度，hc为该皱折沟的高度，t为该膜层120之厚度，以及bc/2表示该在考虑中之皱折沟与相邻皱折沟间之距离的一半。
藉由上述亦标示于图4中的标记，则于图4A所示之该膜层120中，有效张力的一关系式乃可以表示如下：
σ 0 = σ 0 1 + 2,55 · h c 2 t 2 · ( b c + w c ) · N c R - R c - ( b c + w c ) · N c
在上述的方程式中，σ0为该膜层材质的层张力。而正如可由该方程式看出，一皱折膜层之敏感度的增加乃是以在该膜层120中之一较低有效机械张力作为基础。
组件符号说明
100                             基板
102                             基板表面
104                             对电极
106                             第一氧化层
108                             第一牺牲氧化层之表面
110                             第一多个凹陷
112                             第二多个凹陷
116                             第二牺牲氧化层
118                             第二牺牲氧化层之凹陷
120                             膜层
122                             膜层中之凹陷
124                             皱折沟
126                             抗黏组件
128                             凹洞
129                             支持结构

Claims (11)

1.一种制造用于一装置的一膜层(120)的方法，包括下列步骤：
(a)提供一基板(100)，在其上乃设置一对电极(104)，其中，一牺牲层(106)乃设置于该对电极(104)远离该基板的表面上；
(b)结构化该牺牲层(106)远离该对电极(104)的该表面，以在该表面中形成多个凹陷(110，112)，进而同时定义一或数个抗黏组件以及一或数个皱折沟；
(c)在该牺牲层(106)的该已结构化表面(108)上沉积一膜层材质(120)；以及
(d)移除该牺牲层(106)，以形成具有一或数个皱折沟(124)以及一或数个抗黏组件(126)的该膜层(120)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在该步骤(b)中，该等抗黏组件乃是在该牺牲层(106)相对于该对电极(104)的一中心区域的一区域中定义，以及其中，该等皱折沟乃是定义为位在该牺牲层(106)相对于该对电极(104)的一边缘区域的一区域中，因此，在该膜层(120)对该对电极(104)的一偏斜期间，仅会有该一或数个抗黏组件(126)会接触到该对电极(104)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，在该步骤(b)以及该步骤(c)间更包括下列步骤：
在该牺牲层(106)的该已结构化表面(108)上沉积具有比该牺牲层(106)的厚度更小的厚度的一另一牺牲层(116)，因此，该牺牲层(106)的该已结构化表面(108)乃会映像(mapped)到该另一牺牲层(116)远离该牺牲层(106)的表面上，
其中，在步骤(c)中，该膜层材质(120)乃沉积于该另一牺牲层(116)的该已结构化表面上；以及
其中，该另一牺牲层(116)乃会于步骤(d)中同时被移除。
4.根据权利要求1至3其一所述的方法，其中，该牺牲层(106)乃于步骤(d)中进行移除，因而使得该牺牲层(106)的一部分会残留在该对电极(104)外侧的一区域中，进而定义出由该对电极所隔开而支持该膜层(120)的一结构。
5.根据权利要求1至4其一所述的方法，其中，该牺牲层(106)乃于步骤(b)进行结构化，进以定义出独立且环绕抗黏组件的皱折沟。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，该等皱折沟(124)乃加以定义为一环状形式、或是一多边形串行(polygon train)形式。
7.根据权利要求1至6其一所述的方法，其中，该等定义该等抗黏组件的凹陷(112)乃具有比该等定义该等皱折沟凹陷的一侧向尺寸更小的侧向尺寸，因此，当沉积该膜层材质、或是该另一牺牲层(116)时，该等定义该等抗黏组件的凹陷将会再次地被关闭。
8.根据权利要求1至7其一所述的方法，其中，该膜层材质(120)乃为硅。
9.根据权利要求1至8其一所述的方法，其中，该装置乃是一麦克风，以及其中，该膜层(120)乃是一麦克风膜。
10.一种装置，包括：
一基板(100)，在其上乃设置有一对电极(104)；以及
一膜层(120)，乃受到支撑而与该对电极(104)相互隔开、且与该对电极(104)相对，
其中，该膜层(120)乃在该膜层(120)的一中心区域中具有一或数个抗黏组件(126)，以及在该膜层(120)环绕该中心区域的一边缘区域中具有一或数个皱折沟(124)，因此，在该膜层(120)对该对电极(104)的一偏斜期间，仅有该一或数个抗黏组件(126)会接触到该对电极(104)。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，该装置乃是一麦克风，以及其中，该膜层(120)乃是一麦克风膜。
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