TW200804781A - Micro electrical mechanical systems pressure sensor - Google Patents

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200804781 九、發明說明： I：發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明係有關於微電子機械系統壓力感測器。 【先前技術2 發明背景 微電子機械系統(Μ E M S)裝置係為微機械及微電子系 統的一結合’錯由將該等系統結合在一起幾乎為每一產品 種類的徹底改革。MEMS裝置典型地包括一可移動的微機 10 15 20 械結構以及石夕基微電子元件。所熟知的其中之一型式的 MEMS裝置係為一MEMS轉換器。電容式MEMS轉換器可於 一氣囊(air-bag)系統中使用供碰撞探測。例如，使 轉換器中相關的微電子元件藉由監控MEMS轉換器中機械 結構之移動而探測碰撞。轉換器中的機械結構通常包括— 相對於一固定電容板而配置的動態電容板。電容板之間的 電容，至少部分地，係取決於其_轉。#移動動態電 容板時，因動態電容板相對於固定電容板的相對變化導欸 電容上的變化。藉由微電子元件探測此電容上的變化Y ， 若該變化係足夠大及/或突然的，則微電子元件啟動广真又 微電子機械系統(MEMS)亦能夠用以盡斗 " i生小型且靈毓 的麗力感卿。該等感廳傳統上㈢於錢測試作業、 流體力學實驗、感測器陣列、助聽器以及^ 叹而要小型壓力今 振動感測器的其他應用。 MEMS轉換器經常地係由一單一 θ 早曰曰函構成。該等轉槔 5 200804781 器之機械結構係藉由在一矽晶圓上沉積一多晶矽層而構 成’典型地僅有數微米厚。多數現存的MEMS壓力感測器 需與互補性氧化金屬半導體(CMOS)電路一體成型或是需 要諸如接合多重基板的複雜製造技術。複雜的製造技術需 5 要昂貴的機械及材料，並且潛在地會降低功能性裝置的生 產量。 MEMS壓力感測器亦已使用附裝至一膜片的壓電電阻 器。壓電電阻器對於製造而言並不昂貴並能夠在標準的石夕 晶圓加工作業下建構而成。然而，該等裝置的靈敏性係受 1〇限於藉由MEMS膜片所產生的小量應變。 【發明内容】 發明概要 微電子機械系統(MEMS)壓力感測器包括一基底結 構’界定一開口、複數之與該基底結構耦合的支撐構件、 15 一藉由支撐構件所支撐的薄膜式膜片、以及與至少一支撐 構件結合的至少一應變靈敏性構件。 圖式簡單說明 該等伴隨的圖式圖示本示範系統及方法的不同具體實 施例並係為說明書之一部分。所圖示之具體實施例僅係為 20 本示範系統及方法的實例，並不限定其之範轉。 第1圖係為一示範具體實施例的一增強靈敏性mems 壓力感測器的一概略俯視圖。 第2圖係為一示範具體實施例的一增強靈敏性 壓力感測器的一概略橫截面視圖。 6 200804781 第3圖係為用以增加一示範具體實施例的一 Μ E M S壓 力感測器的靈敏性的一應變計之一概略視圖。 第4圖係為一示範具體實施例之一結合散佈式壓電電 阻器的增強靈敏性MEMS壓力感測器的一概略俯視圖。 5 第5圖係為一示範具體實施例之一結合散佈式壓電電 阻器的增強靈敏性MEMS壓力感測器的一進一步概略橫截 面視圖。 第6圖係為用以增強一示範具體實施例的一MEMS壓 力感測器的靈敏性的一測量電路之一概略視圖。 10 第7圖係為一示範具體實施例之一結合一電容器的增 強靈敏性MEMS壓力感測器的一概略橫截面視圖。 第8A及8B圖係為不同示範具體實施例的一 MEMS壓 力感測器所用的壓力等化機構的概略視圖。 所有圖式中，相同的代表符號標示相似但非必要為相 15 同的構件。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 本說明書詳細說明具有增強靈敏性的一 Μ E M S壓力感 測器。感測構件，測量複數之與應變有關影響的至少其中 20 之一影響，係配置位在形成高應變的位置處，諸如位在支 撐構件上或其中或是與基板中的一開口鄰接處。具體地， 根據一示範具體實施例，感測構件接近一結構中的一中斷 部分或是一撓性構件經歷放大應力，並必然地經歷較膜片 上所產生的應變而為放大的應變。當一膜片藉由一施加的 7 200804781 壓力而致動時，一相對大的膜片之運動係傳動至一更小的 撓性構件。應變上的合成增加，局部化在應變測量之該等 點處，提供較高靈敏性的壓力感測器。以下相關於該等圖 式提供不同示範系統及方法的進一步細節。 5 就於本說明書及附加的申請專利範圍中所使用而言， ‘‘微電子機械系統(MEMS)，，一詞係意指大體上瞭解為包括 任何具有電子及機械功能的顯微鏡裝置，其能夠以一批式 加工方式(batch process)製造。 就本說明書及附加的申请專利範圍中所使用而言，“鄰 10 接(adjacent)”一詞係定義為包括任何空間配置，其中第一 構件係接近(near)、緊鄰(next to)、接近於(cl〇se t〇)或最 近於(proximate)—第二構件或特徵，但並非必需與一第 二構件或特徵接觸。 於以下的說明中，為了說明的目的，複數之具體細節 15經提出為了提供對本MEMS壓力感測器系統及方法有徹底 的瞭解。然而，熟知此技藝之人士應顯而易見的是無該等 具體細節亦能夠實踐本系統及方法。於說明書中參考“一具 體實施例（one embodiment或an embodiment)，，意指相關於具 體實施例說明的一特定特徵、結構或特性係包括在至少一 20 具體實施例中。於本說明書中，在不同位置處出現的“於一 具體實施例中”並非必需皆參考相同的具體實施例。 第1圖係為一示範具體實施例的一微電子機械(MEMS) 壓力感測器構形（100)之一俯視圖，該感測器於高應力之位 置處使用應變靈敏性構件。如第1圖中所示，系範的壓力感 8 200804781 測器構形包括一基底基板（10)以及構成位在該基底基板上 的薄膜基板（11)。如第1圖中所示，薄膜基板（11)界定至少 一開口（14)以及於基底基板（10)中構成一腔室（22)。此外， 一撓性支撐構件（13)係構成在該等開口（14)之間。一膜片構 5件（12)係附裝至基板(1〇)或薄膜基板(11)。再者，如第】圖中 所示，應變靈敏性構件（18)係配置位在撓性支撐構件（13)上 或與之鄰接，及/或與一開口（14)鄰接。以下將提供第丨圖之 示範壓力感測器構形的每一組件之細節。 如荊所述’基板（10)構成本示範壓力感測器構形所用 10之基底結構。基板（1〇)係為一大體上堅硬的材料，能夠於結 構上支撐附加的系統特徵並界定諸如開口、間隙及通道的 特徵。特別地，基板（1 〇)可為一單一晶體結構或是一多結晶 結構材料。根據一示範具體實施例，可使用複數之基板用 以實踐本構形，包括但非限定在矽、鍺、砷化鎵、其他半 15導體材料以及非半導體材料諸如玻璃或是氧化鋁。 繼續參考第1圖，至少一薄膜基板(11)係接合至基板(10) 之表面。儘管至少一薄膜基板（11)係為固定性的，但一或更 多薄膜基板（11)層亦可使用作為一光罩用以蝕刻基板 do)。至少一開口（14)係經構成穿過薄膜基板（11)，以及一 2 0 腔室（22)係界定位在薄膜基板(H)下方基板（10)中。根據第1 圖之示範具體實施例，薄膜基板（11)係經構形致使介於開口 (14)間的一部分構成至少一撓性支撐構件（13)。撓性支撐構 件（13)可包括薄膜基板(11)之一部分、基板(10)及/或任何的 附加層。基板（1〇)之位在撓性支撐構件（13)下方的部分係經 9 200804781 去除，因此除了撓性支撐構件（13)之末端處外，撓性支撐構 件（13)並未附裝至基板（1〇)。基板（10)中的腔室（22)亦可延 伸超過開口（14)之邊緣。 一膜片（12)，於第1圖中以一虛線矩形表示，係經支撐 5 距薄膜基板(11)一段第一距離。根據本示範系統及方法，膜 片（12)係為一大體上平坦具充分彎曲可撓性的材料層，並在 感應一施加的力量後產生實質的應變。儘管本示範系統及 方法於說明膜片（12)之内容中其大體上為矩形，但附加的具 體實施例可使用其他幾何形狀的膜片（12)，包括但不限定在 10圓形、三角形、多邊形或大體上對稱、非對稱或是其他形 狀。膜片（12)之表面積可與薄膜基板（11)中開口（14)相似或 實質上較大。 周圍支撐構件(28)將膜片（12)固定在薄膜基板(11)之邊 緣上或是接近該邊緣。如圖所示，根據一示範具體實施例， 15周圍支撐構件(28)可延伸橫過膜片（12)之每一邊緣，將膜片 (12)之整個周圍附裝至基板（1〇)或薄膜基板（11)。交替地， 複數之周圍支撐構件(28)可沿著膜片（12)之周圍分佈，若有 的話包括角落，致使膜片（12)之邊緣並未於所有點處固定至 基板（10)或薄膜基板(Π)。 20 如第2圖中所示，位在薄膜基板(11)之邊緣處，周圍支 撐構件(2 8)將膜片（12)懸掛在薄膜基板(11)上方的一段第一 距離(D)。根據第2圖之示範具體實施例，膜片（12)係經支撐 位在薄膜基板（11)上方並大體上與薄膜基板（ιι)平行的一 平面中。附加的示範具體實施例可支撐膜片（12)，因此膜片 200804781 角度，致使膜 (12)係經支撐與薄膜基板(11)之表面成一第 片（12)與薄膜基板(11)並未平行。 再次參考㈣，至少-運動平移切構件⑽將膜片 (12)上的至少一點肖•生支撑構件（13)上#至少一點耦 合L如於第1圖之示範具體實施例中所示，撓性支撐構件⑽ 係藉由-運動平移切構件（丨5)與位錢片⑽上的一大 體上中心點耦合。 於作動期間，當外力將膜片（12)撓曲時，力量經由一 運動平移支撐構件⑽魏至—祕切構件⑽，2亦產 10生運動。由撓性支撐構件（13)所經歷的應變係集中在開口 (14)之邊緣以及撓性支撐構件（13)之端部處。 因此，如第1圖中所示，一或更多的應變靈敏性構件⑽ 係配置位在撓性支撐構件（13)上或與之鄰接，及/或與一開 口（14)鄰接。第1圖之具體實施例圖示一或更多的應變靈敏 15性構件（18)可包括，但絕非限定在應變計，其係經配置與開 口（14)及撓性支撐構件（13)鄰接。附加的具體實施例可包括 與至少一撓性支撐構件（13)耦合或是與至少一撓性支撐構 件（13) —體成型的應變靈敏性構件。 形成涵蓋相對為大的膜片（12)的應變會經傳送並集中 20在更小的撓性支撐構件（13)之邊緣處以及在撓性支撐構件 (13)中。應變靈敏性構件（18)策略性地定位在撓性支撐構件 (13)上或與之鄰接，及/或與一開口（14)鄰接，容許系统探測 膜片（12)之小移動。於一示範的具體實施例中，該等應變靈 敏性構件（18)係經定位用以探測複數之方向上的應變，如應 11 200804781 變靈敏性構件（18)上的箭頭所示。 當膜片（12)及撓性支撐構件（13)經歷應變時，應變靈敏 性構件（18)產生一與所經歷的應變程度相對應的電信號。複 數之應變靈敏性構件（18)可併入在撓性支撐構件（13)上或 5與之鄰接，及/或與一開口（14)鄰接。具體地，應變靈敏性 構件（18)可經構形用以測量任何數目之與該等影響有關的 應全’包括但絕不限定在測量電磁、電伸縮、熱電的、壓 電的、壓電電阻的、光電的、光學的、電容的或是其他應 全相關作用’包括跨導(transc〇n(juctance)、電場及/或電荷 10 载體移動率之變化。 一示範具體實施例使用與第3圖中所示者相似的壓電 電阻式應變計作為應變靈敏性構件（18)。使用壓電電阻式應 變計處，可將一偏位電壓設定為一名義輸出電壓值。當至 少一壓電電阻器上的應變改變時，至少一壓電電阻器之電 15阻相應地改變，有效地改變輸出電壓信號。應變計亦能夠 構形為一惠斯登電橋形式，如第6圖之測量電路中所示，用 以進一步增加於輸出所反映的靈敏性。 如第3圖中所示，可於一示範具體實施例之本MEMS壓 力感測器構形（1〇〇)中使用一菊花形壓電電阻式應變計。如 20第3圖中所示，一示範的應變計（18)可包括一或更多壓電電 阻器（19)。壓電電阻器（19)可包括單晶矽、多晶矽或是其他 材料。第3圖中所示之具體實施例包括三壓電電阻式裝置 (19); 一壓電電阻器經定向大體上相對於一第二壓電電 阻器（19)為垂直的，一第三壓電電阻器（19)大體上將第一與 12 200804781 第二壓電電阻器（19)之間的角度二等分。 如圖所示，每一示範的壓電電阻器（19)沿著其之縱軸 探測應變，#箭頭(27)所示代表每一壓電電阻器（19)之應變 靈敏性…起地，壓電電阻器（19)之多重定向能夠在多重方 5 向上探測應變。 根據一示範具體實施例，壓電電阻器（19)可接合至 MEMS壓力感測器構形⑽)之表面，散佈進入基板(1〇 ;第 2圖），或是併人任何裝置層。可以複數之構形完成壓電電 阻器（19)之電連接，包括但非p艮定在將壓電電阻器連續地連 1〇接在一起，或將每一壓電電阻器（19)個別地與至少一測 路連接。 本MEMS壓力感測為構形之另一示範具體實施例使用 一應變靈敏性構件（18)，測量人射至—撓性支撐構件（13)的 光線反射。特別地，相關支撑構件⑽上的應變係顯示為入 15射至撓性支撐構件的光線反射角之變化。由於撓性支撐構 件（13)上的應變所造成的反射角之變化因而可經測量，用以 探測裝置上的入射壓力。 於另一示範具體實施例中，包括但非限定在一電晶體 或二極體的一半導體裝置係配置位在撓性支撐構件（13) 2〇上、其中或與之接近，以及半導體裝置之至少一特性經測 里用以顯示裝置之鄰近區域中應變的變化。 如所提及，第2圖係為一示範具體實施例的 力感測器的一橫截面視圖。第2圖之橫截面視圖係為沿著虛 線(23;第1圖)所取第1圖之MEMS壓力感測器（1〇〇)的一橫截面。 13 200804781 如第2圖中所示，於薄膜基板（n)下方將基板（1〇)之一 部分去除，用以產生一腔室（22)。亦將薄膜基板（11)的該等 部分去除用以產生開口（14)。撓性支撐構件（13)除了在連接 點處’撓性支撐構件之末端處外未接合至基板。再者，撓 5性支撐構件（13)係夠薄並當經由運動平移支撐構件（15)施 加力量時彈性地彎曲。 於作動期間，壓力波(16)入射至膜片（12)造成膜片（12) 位移。所產生的位移因而經由一運動平移支撺構件（15)傳送 至撓性支撐構件(13)。作用在示範的MEMS壓力感測器構形 1〇 (1〇0)上的壓力波（16)，可源自於複數之來源而傳送至膜片 (12)，包括但非限定在聲波或其他於空氣或是另外氣體中傳 播的壓縮波、經由水傳播的振動、或經由一固態介質傳送 的複數之振動。 儘管根據一示範具體實施例於此所說明的示範MEMS 15壓力感測器構形（100)可於複數之壓力感測應用中使用，但 本示範MEMS壓力感測器構形係於一麥克風應用中使用。 具體地，根據一示範具體實施例，當與傳統式壓力感測器 構形比較時，於此所說明的示範MEMS壓力感測器構形(100) 提供對於聲波的增強靈敏性。 2〇 根據第2圖中所示的示範構形，撓性支撐構件（13)及膜 片（12)之撓曲的方向大體上係與基板（10)垂直，如箭頭（17) 所不。藉由將應變靈敏性構件（18)配置在高應力位置，諸如 第1圖中所示接近撓性支撐構件（13)與基板（1〇)間的接合 處，應變靈敏性構件（18)所經歷的應變與膜片（12)之邊緣處 14 200804781 的應變相較係為擴大的。當與傳統式構形相較時，應變靈 敏性構件（18)上擴大的應變增㊣了最終MEMs壓力感測器 構形的靈敏性。 在一基板上構成一應變計係為業界所熟知的。具體 5地，美國專利第6,739，199號說明構成具有一應變計供一 MEMS裝置所用的一基板之方法。 如以上所說明，所圖示的示範應變計係僅供示範目的 所用，並且絕非限定可用以實踐本示範裝置的應變靈敏性 裝置（18)之範_。此外，以上提供的細節絕非意指限定本示 10範MEMS壓力靈敏性構形（1〇〇)之用途。 如以上所提及，示範MEMS壓力靈敏性構形（1〇〇)之壓 力感測組件能夠以複數種方式配置於其上。經由實例，第4 圖係為一示範具體實施例之一結合散佈式壓電電阻器的 MEMS壓力感測器（400)的一俯視圖。根據第4圖中所示的示 15範具體實施例，至少一散佈式壓電電阻器（20、21)係與一基 板（10)—體成型。散佈於示範MEMS壓力靈敏性構形(400) 中的壓電電阻器可包括η型壓電電阻器（2〇)及/或卩型壓電電 阻器（21)。於一特定示範具體實施例中，MEMS壓力靈敏性 構形(400)包括複數之散佈式壓電電阻器（2〇、21)，包含二n 20型壓電電阻器（20)及二p型壓電電阻器（21)。於本示範具體 .實施例中的散佈式壓電電阻器（20、21)可為示範性應變靈敏 性構件（18 ;第1圖），其可以其他具體實施例中的其他應變 靈敏性構件取代。 如第4圖中所示，一薄膜基板（11)係與基板（1〇)耦合。 15 200804781 去除薄膜基板(11)之該等部分用以界定間隙(25)，讓撓性支 撐構件（13)將薄膜基板(11)之邊緣與裝置之中心連接。於一 示範具體實施例中，於薄膜基板（11)中產生四間隙(25)用以 界定四撓性支撐構件（13)。然而，視所需的用途及情況而 5定，可任擇的示範具體實施例可包括較少的或附加的間隙 (25)以及較少的或附加的撓性支撐構件（13)。 亦去除基板（10)之一部分用以在MEMS壓力靈敏性構 形(400)之中心下方產生一腔室（22)。具體地，腔室（22)係配 置位在撓性支撐構件（13)及薄膜間隙(25)下方。撓性支撐構 10件（13)固持在下面基板（10)之一部分，充分地容許任何散佈 式壓電電阻器（20、21)與撓性支撐構件（13)結合。儘管在一 些具體實施例中對於每一撓性支撐構件（13)包括一壓電電 阻器係為有利的，但本示範系統及方法決不限定在每一撓 性支撐構件（13)恰好地包括一壓電電阻器（2〇、21)。再者， 15 一些撓性支撐構件（13)並未包括任一壓電電阻器（20、21)以 及一些撓性支撐構件（13)可包括多個壓電電阻器（2〇、21)。 如第5圖中所示，一膜片（12)，第4圖中係一虛線矩形 表示，係經支撐距薄膜基板（11) 一段第一距離(D)。與第2 圖之具體貫施例相似，第4及5圖之具體實施例的膜片（12) 20係經支撐位在基板（10)及薄膜基板（11)上方並且大體上與 之平行。膜片（12)大體係為一平坦層具充分的可撓性用以彎 曲並在感應一施加的力量後產生實質的應變。 根據第4及5圖之示範具體實施例，一運動平移支撐構 件（15)將一膜片（12)附裝至支撐構件（13)之接合部分。附加 16 200804781 的周圍支撐構件(28 ;第5圖）可將膜片（12)之邊緣固定至薄 膜基板（11)或是基板（10)。周圍支撐構件(28)可以複數之定 向加以配置。於一些示範具體實施例中，周圍支撐構件(28) 係相關於膜片（12)之邊緣及/或角落對稱地配置。另一具體 5 實施例沿著膜片（12)之整個周圍將膜片（12)固定至薄膜基 板。儘管一圖示的具體實施例使用一大體上為矩形的膜片 (12)，但附加的具體實施例可使用其他幾何形狀的膜片 (12) ’包括但非限定在圓形、三角形、多邊形或大體上對稱 或是不對稱的形狀。 1〇 第5圖係為一示範具體實施例之一結合第4圖之散佈式 壓電電阻器的MEMS壓力感測器（400)的一橫截面視圖。第5 圖表示沿著虛線(26;第4圖）所截取的第4圖之一橫截面視 圖。如圖所示，根據第5圖之具體實施例，一壓電電阻器 (20、21)係嵌入於每一撓性支撐構件（13)中，將基板（1〇)之 15邊緣與中心支撐構件（15)連接。然而，本示範壓力感測器構 形決不限定在於每一支撐構件（13)中包括一壓電電阻器。然 而，在該等具體實施例之間能夠顯著地改變支撐構件及/或 壓電電阻器的數目。 如第5圖中所示，當伴隨而來的力量或是壓力波（16)沿 2〇著大體上與基板⑽垂直的一軸讓膜片⑽撓曲時，中心支 撐構件（I5)及撓性支撐構件（13)亦經歷應變。膜片中形成的 應欠係*中在更小的包括一體成型壓電電阻器（2〇、川的撓 欧支撐構件(I3)巾。藉由撓性切構件⑴)而於壓電電阻器 (U中所引起的應變，將與所引起的應變量成比例地改 17 200804781 變壓電電阻器（20、21)之電阻。因此，根據一示範具體實施 例，可使用一電路用以將壓電電阻器（20、21)之電阻變化轉 換成一應變量。第6圖，以下的詳細說明係為可用以將電阻 變化轉換成所引起的應變。 5 如所提及，第6圖係為一示範具體實施例的一併入壓力 靈敏性MEMS構件的一示範性測量電路。如第6圖中所示， 二對電阻係以一惠斯登電橋構形而連接。根據一特定的具 體實施例，η型壓電電阻器（20)及p型壓電電阻器（21)係為電 阻性構件。於電路中，倘若電路之左及右側邊每一側邊包 10含一η型壓電電阻器（20)及一ρ型壓電電阻器（21)，並且針對 母一側邊電阻之大小係為不同，貝η型壓電電阻器（20)及ρ 型壓電電阻器（21)之位置可為相反的。由於η型壓電電阻养 (20)及ρ型壓電電阻器（21)係於相反方向變化電阻同時經歷 相同的應變，所以二輸出終端(3〇)間的電壓差異將為顯著的。 15 《替地，取代二對壓電電阻器，可於電路中以單-對 壓電電阻器與一對固定電阻―同使用。冑阻性構件(2〇)可以 η型或嫂壓電電阻器取代，以及電阻性構件(21)可以固定電 阻構件取代。同樣地，固定電阻構件可經連接作為電阻性 構件(20)以及壓電電阻器可經連接作為電阻性構件⑼。同 20時’應變計(18;第3圖)可經-體成型而為電路之電阻性組件。 一對終端⑽接收電路之輪出。只要所經歷的應變係 為較至少其中-電阻性構件的主要因素，輸出電壓即與 電阻性構件上的應變相關聯。根據_示範具體實施例，— 直流電壓源⑼可用以提供電力至惠斯登電橋構形。偏位電 18 200804781 壓的大小係視輸出電壓之範圍以及針對電路所選定的組件 而定。 除了上述應變感測機構之外，亦可藉由本示範系統及 5

方法而結合電容性感測機構。具體地，第7圖係為一示範具 體實施例之一結合一電容性感測機構的一增強靈敏性 MEMS壓力感測器⑽）。與第2及5圖之示範具體實施例相 似，第7圖之示範具體實施例包括—膜片（12)其藉由周圍支 撐構件(2_裝至-薄膜基板⑴)及基板⑽。就上述說明 的具體實施例而言，在一膜片(12)上產生的運動係經由至少 10 -運動平移支撐構件(I5)傳送至至少—撓性支擇構件⑴）。

與先前的示範具體實施例相似，第7圖之增強靈敏性 MEMS壓力感測器（7〇〇)包括一應變靈敏性構件;第丄 圖），其於第7圖之示範具體實施例中包括至少二電容板 (710)。如圖所示，至少一板可為不動的，同時另一板可與 15至沙一撓性支撐構件（13)耦合。當撓性支撐構件（13)經歷藉 由一接收的壓力源所產生的應變時，二電容板(71〇)之間的 距離在感應壓力後發生變化，導致板之電容中的一可測量 的變化。板(710)之電容中上的變化係為在至少一撓性支撐 構件（13)上的應變之一可測量的指示，依次反映在膜片（12) 20 上入射的壓力。 除了上述說明的示範性組件外，第8A及8B圖係為不同 具體實施例的—MEMS壓力感測器所用的壓力等化機構。 特別地’本系統及方法的不同具體實施例可用於經歷與所 需測量之壓力無關的壓力顯著變化的環境中使用。因此， 19 200804781 第8A及8B圖圖示示範系統，其在因感測環境而需要時，可 將一MEMS感測裝置中的壓力等化。 第8A圖圖示具有一穿過膜片（12)的長蜿蜒等化通道 (810)的一膜片（12)的一部分。根據一示範具體實施例，通 5道(81〇)之直徑與膜片（12)之尺寸相較係相對地為小，因此 緩慢地發生涵蓋膜片（12)之壓力等化。如圖所示，通道(81〇) 可包括複數之方向相反的路徑，致使通道(81〇)之總長度係 更長於膜片（12)之寬度。 第8B圖圖示與一MEMS壓力感測器一體成型的一壓力 10等化系統的另一具體實施例。於第8A圖之示範具體實施例 中’一小通道（820)提供一通過一基板（1〇)的壓力等化路 徑。可使用一閥（830)藉由一閥控制機構(840)選擇性地開啟 或閉合通道(820)。 本示範具體實施例揭示一高靈敏性感測器，其藉由將 15所產生的應變集中在應變靈敏性裝置之鄰近區域，能夠排 除複雜的製程及材料之需求。特別地，應變感測器係集中 在能夠利用應變計、壓電電阻器及其他感測器而測量放大 應變的支撐構件處以及接近基板開口處。如以上所說明， 在咼應力及應變處配置應變靈敏性裝置，增加一MEMS壓 2〇力感測器的靈敏性。利用一適合的測量電路，能夠探測壓 力的些微變化。 已提出的前述說明僅用以圖示及說明本方法及裝置。 本說明書並不意欲徹底地或是將揭示内容限定在所揭示的 任何明確形式上。根據上述講授内容能夠作複數的修改及 20 200804781 . 5 變化。本說明書所意欲的是藉由以下的申請專利範圍界定 揭示内容之範疇。 【圖式簡單說明】 第1圖係為一示範具體實施例的一增強靈敏性MEMS 壓力感測器的一概略俯視圖。 第2圖係為一示範具體實施例的一增強靈敏性MEMS 壓力感測器的一概略橫截面視圖。 第3圖係為用以增加一示範具體實施例的一 Μ E M S壓 力感測器的靈敏性的一應變計之一概略視圖。 10 第4圖係為一示範具體實施例之一結合散佈式壓電電 阻器的增強靈敏性MEMS壓力感測器的一概略俯視圖。 第5圖係為一示範具體實施例之一結合散佈式壓電電 阻器的增強靈敏性MEMS壓力感測器的一進一步概略橫截 面視圖。 ^ 15 • 第6圖係為用以增強一示範具體實施例的一 Μ E M S壓 力感測器的靈敏性的一測量電路之一概略視圖。 第7圖係為一示範具體實施例之一結合一電容器的增 強靈敏性MEMS壓力感測器的一概略橫截面視圖。 第8A及8B圖係為不同示範具體實施例的一 MEMS壓力 20 感測器所用的壓力等化機構的概略視圖。 【主要元件符號說明】 10…基底反 11…薄膜基板 12...膜片構件 21 200804781 13…撓性支撐構件 14…開口 15…運動平移支撐構件/中心支樓構件 16···壓力波 17…箭頭 18…應變靈敏性構件 19.. .壓電電阻器 20.. .η型壓電電阻器/電阻性構件 21.. .ρ型壓電電阻器/電阻性構件 22…腔室 23…虛線 25.. .間隙 27…箭頭 28.. .周圍支撐構件 30…輸出終端 31.. .直流電壓源 100.. .MEMS壓力感測器構形 400…MEMS壓力感測器 700…增強靈敏性MEMS壓力感測器 Ή0…電容板 810，820…通道 830…閥 840…閥控制機構 22

Claims (1)

1. 200804781 十、申請專利範圍： 5 1· 一種微電子機械系統(MEMS)壓力感測裝置，其勹八 一基底結構，該基底結構界定至少一開D · S 複數之支撐構件，其與該基底結構輛合； 一薄膜結構構成一感應壓力的膜片 分地藉由該支撐構件所支撐；以及 該犋片 至少部 至少

   10 ‘應變靈敏性構件，其係與該複數之 的至少-支撐構件搞合。 足撐構 2·如申請專利範圍第1項之MEMS壓力感測裝置， 膜片大體上係與該基底材料平行。 3·如申請專利範圍第1項之MEMS壓力感測裝置， 膜片之一中心係與該複數之支撐構件的至少 件耦合。 件 其中讀 其中該 支撐構 15

   4·如申清專利範圍第1項之MEMS壓力感测裳置，其中1 至 應堯重敏性構件係配置位在該支樓構件上| 開口鄰接。 ” 該 5·如申清專利範圍第1項之MEMS壓力感測裝置，其進一 步包含-包括複數之電阻構件的惠斯登電橋，其中該惠 20 斯登電橋之該至少_電阻構件包括該應變靈敏性裝置。 6·如申清專利範圍第1項之MEMS壓力感測裝置，其中該 膜片之運動係傳送至該複數之支撐構件的至少一支撐 構件。 ?·如申凊專利範圍第1項之MEMS壓力感測袭i，其進一 v匕3壓力等化構件其經構形用以將該膜片上的壓 23 200804781 力等化。 8. —種微電子機械系統(MEMS)壓力感測裝置，其包含： 一基底結構，該基底結構界定至少一開口； 複數之支撐構件，其與該基底結構耦合； 5 一薄膜結構構成一感應壓力的膜片，該膜片藉由該 支撐構件所支撐；以及 至少一應變靈敏性構件，其中該至少一應變靈敏性 構件係配置位在該壓力感測裝置之一應力集中點上。 9. 如申請專利範圍第8項之MEMS壓力感測裝置，其中該 10 應變靈敏性構件包含一應變計或是壓電電阻器的其中 之一者。 10. 如申請專利範圍第8項之MEMS壓力感測裝置，其中該 應變靈敏性構件經構形用以測量在該裝置上應變之電 磁影響、電伸縮影響、熱電影響、壓電影響、壓電電阻 15 影響、光電影響、光學影響、電容影響的其中之一者。 24