TW201602542A - 壓力感應器 - Google Patents

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TW201602542A
TW201602542A TW104112279A TW104112279A TW201602542A TW 201602542 A TW201602542 A TW 201602542A TW 104112279 A TW104112279 A TW 104112279A TW 104112279 A TW104112279 A TW 104112279A TW 201602542 A TW201602542 A TW 201602542A
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岡本和晃
堀昭男
福澤英明
藤慶彥
湯澤亞希子
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東芝股份有限公司
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Abstract

根據一實施例之壓力感應器包含：支撐部件；由該支撐件支撐且具有撓性之膜；及形成於該膜上之應變檢測元件。該應變檢測元件包含形成於該膜上且具有磁化之第一磁性層、具有磁化之第二磁性層及形成於該第一磁性層與該第二磁性層之間之中間層。該第一磁性層之該磁化及該第二磁性層之該磁化中至少一者之方向相對於另一者的方向端視該膜之應變而發生改變。另外，該膜包含含有鋁之氧化物層。

Description

壓力感應器 相關申請案之交叉參考
本申請案係基於並主張2014年6月2日提出申請之先前日本專利申請案第2014-136503號之優先權權益，其全部內容以引用方式併入本文中。
本說明書中所闡述之實施例係關於一種壓力感應器。
近年來，已提出採用旋轉技術之壓力感應器。採用旋轉技術之壓力感應器係使用以下原理量測壓力之裝置：複數個磁性層中之磁化方向因壓力發生改變而相對改變，藉此元件之電阻值發生改變。此一壓力感應器具有採用旋轉技術且配置於膜(形成於支撐部件上)上之應變檢測元件；且將由壓力引起之膜應變轉變成應變檢測元件之電阻改變，由此檢測施加至膜之壓力。
已提出此一壓力感應器具有複數個採用旋轉技術且配置於一個因壓力而彎曲之膜上之應變檢測元件之結構。包含該複數個應變檢測元件之壓力感應器期望顯示應變檢測元件之特性並不發生非故意變化之反應。
為達成此一壓力感應器之性能改良，包含一定膜厚度之膜之特性較佳地係均勻的。然而，在採用習用膜材料之壓力感應器中，難以使膜特性均勻，因此不易於改良壓力感應器之性能。
65a‧‧‧較大彎曲
65b‧‧‧較大彎曲
72‧‧‧蝕刻氣體
80‧‧‧施加電壓/施加壓力
110‧‧‧基板
110A‧‧‧壓力感應器
111‧‧‧中空部分
111R‧‧‧殘餘部分
120‧‧‧膜
120c‧‧‧點
120d‧‧‧邊界點
120e‧‧‧區域
120P1‧‧‧質心
120P2‧‧‧點
120P3‧‧‧點
120P4‧‧‧點
120P5‧‧‧點
120P6‧‧‧點
120P7‧‧‧中心點
120S‧‧‧最小外切矩形
120S1‧‧‧區域
120S2‧‧‧區域
120S3‧‧‧區域
120S4‧‧‧區域
120S11‧‧‧線段
121‧‧‧振動部分
122‧‧‧支撐部分
123‧‧‧樑
124‧‧‧電極
131‧‧‧第一膜
132‧‧‧中間膜
133‧‧‧第二膜
134‧‧‧第三膜
135‧‧‧第四膜
150‧‧‧麥克風
151‧‧‧印刷板
152‧‧‧電子電路
153‧‧‧蓋套
154‧‧‧聲孔
155‧‧‧音波
160‧‧‧血壓感應器
165‧‧‧手臂
166‧‧‧動脈
170‧‧‧觸控面板
171‧‧‧第一線路
172‧‧‧第二線路
173‧‧‧控制單元
174‧‧‧第一控制電路
175‧‧‧第二控制電路
176‧‧‧第三控制電路
200‧‧‧應變檢測元件
200A‧‧‧應變檢測元件
200B‧‧‧應變檢測元件
200C‧‧‧應變檢測元件
200D‧‧‧應變檢測元件
200E‧‧‧應變檢測元件
201‧‧‧第一磁性層
202‧‧‧第二磁性層
203‧‧‧中間層
204‧‧‧下部電極
205‧‧‧基礎層
206‧‧‧釘紮層
207‧‧‧第二磁化固定層
208‧‧‧磁性耦合層
209‧‧‧第一磁化固定層
210‧‧‧磁化自由層
211‧‧‧頂蓋層
212‧‧‧上部電極
213‧‧‧絕緣層(絕緣部分)
214‧‧‧硬偏磁層(硬偏磁部分)
221‧‧‧下部釘紮層
222‧‧‧下部第二磁化固定層
223‧‧‧下部磁性耦合層
224‧‧‧下部第一磁化固定層
225‧‧‧下部中間層
226‧‧‧磁化自由層
227‧‧‧上部中間層
228‧‧‧上部第一磁化固定層
229‧‧‧上部磁性耦合層
230‧‧‧上部第二磁化固定層
231‧‧‧上部釘紮層
241‧‧‧第一磁化自由層
242‧‧‧第二磁化自由層
300‧‧‧金襯墊
301‧‧‧絕緣膜
302‧‧‧應變檢測元件嵌入絕緣膜
303‧‧‧下部電極嵌入絕緣膜
304‧‧‧絕緣膜
305‧‧‧黏著膜
306‧‧‧磁性體
A-A’‧‧‧線
B-B’‧‧‧橫截面
C1‧‧‧線路
C2‧‧‧線路
D‧‧‧位移量
h1‧‧‧膜厚度
h2‧‧‧膜厚度
h3‧‧‧膜厚度
hc1‧‧‧深度差
hc3‧‧‧膜厚度差
M1‧‧‧量測夾具/力矩
M2‧‧‧板/力矩
M3‧‧‧雷射顯微鏡/力矩
M4‧‧‧力矩
M11‧‧‧氣密式中空部分
M21‧‧‧孔
P1‧‧‧較大拉伸力
P1‧‧‧襯墊
P2‧‧‧襯墊
Ps‧‧‧力
R1‧‧‧第一區域
t1‧‧‧整體厚度
Tc‧‧‧膜厚度
Te‧‧‧膜厚度
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
Σ‧‧‧殘餘應力
σ1‧‧‧殘餘應力
σ2‧‧‧殘餘應力
σ3‧‧‧殘餘應力
圖1係顯示第一實施例之壓力感應器之構形之示意性透視圖。
圖2係顯示同一壓力感應器之構形之示意性剖面圖。
圖3A係顯示同一壓力感應器之構形之示意性平面圖。
圖3B係顯示同一壓力感應器之構形之示意性平面圖。
圖3C係顯示同一壓力感應器之構形之示意性平面圖。
圖3D係顯示同一壓力感應器之構形之示意性平面圖。
圖3E係顯示應變檢測元件200之膜120上之放置位置之示意性平面圖。
圖4係顯示第一實施例之應變檢測元件之構形之示意性透視圖。
圖5A至5C係闡釋應變檢測元件200之操作之示意圖。
圖6係顯示同一應變檢測元件之一構形實例之示意性透視圖。
圖7係顯示同一應變檢測元件之一構形實例之示意性透視圖。
圖8係顯示同一應變檢測元件之另一構形實例之示意性透視圖。
圖9係顯示同一應變檢測元件之另一構形實例之示意性透視圖。
圖10係顯示同一應變檢測元件之另一構形實例之示意性透視圖。
圖11係顯示同一應變檢測元件之另一構形實例之示意性透視圖。
圖12係顯示同一應變檢測元件之另一構形實例之示意性透視圖。
圖13A係顯示第一實施例之壓力感應器110A中中空部分111之處理步驟中之問題的示意性剖面圖。
圖13B係顯示第一實施例之壓力感應器110A中中空部分111之處理步驟中之問題的示意性剖面圖。
圖14係闡釋膜120之變形方式之概念圖。
圖15A、15B顯示在蝕刻基板110以形成中空部分111時之製造步驟。
圖16A係顯示關於矽之蝕刻選擇性之表。
圖16B係闡釋用於評估對膜120中振動部分121之施加壓力之敏感性之裝置且由此闡釋評估方法的示意圖。
圖16C係在施加施加壓力80時膜120之形狀變化之示意圖。
圖17A係在採用濺鍍沈積之氧化鋁(AlOx)作為膜120之材料之情形下，顯示在並不施加來自外部之施加壓力80之初始狀態中雷射顯微鏡M3之量測結果的實際影像數據。
圖17B係藉由顏色對比顯示圖17A之影像數據中所顯示膜120之垂直方向(Z軸方向)中之高度分佈的視圖。
圖17C顯示在向膜120施加各種施加電壓80之情形下藉由雷射顯微鏡M3量測圖17A之B-B’橫截面中之形狀變化的結果。
圖17D係在圖17C之情形下假設水平軸為施加壓力80且垂直軸為膜120之質心120P1之位移量D的圖形。
圖18係在第二實施例之壓力感應器中沿圖1之線A-A’截取之剖面圖。
圖19係顯示構形膜120之第一膜131、中間膜132及第二膜133之膜厚度h1、h2及h3及第一膜131、中間膜132及第二膜133之殘餘應力σ1、σ2及σ3的示意圖。
圖20A至20C係闡釋在並不施加來自外部之壓力之狀態中膜120中所生成彎曲可由第二實施例中三層結構化膜120阻抑之原因的示意圖。
圖21A顯示第二實施例之修改實例。
圖21B係在採用濺鍍沈積之AlOx作為第一膜131及第二膜133之材料且採用CVD(化學氣相沈積)沈積之SiNx膜作為中間膜132之材料之 情形下，顯示在並不施加來自外部之施加壓力之初始狀態中雷射顯微鏡M3之量測結果的實際影像數據。
圖21C係藉由顏色對比顯示圖21B之影像數據中所顯示膜120之垂直方向(Z軸方向)中之高度分佈的視圖。
圖21D顯示在向膜120施加各種施加電壓之情形下藉由雷射顯微鏡M3量測圖21B之B-B’橫截面中之形狀變化的結果。
圖21E係在圖21D之情形下假設水平軸為施加壓力80且垂直軸為膜120之質心120P1之位移量D的圖形。
圖22係在第三實施例之壓力感應器中沿圖1之線A-A’截取之剖面圖。
圖23係在第四實施例之壓力感應器中沿圖1之線A-A’截取之剖面圖。
圖24A顯示第一至第四實施例之壓力感應器110A之設計之一實例。
圖24B顯示第一至第四實施例之壓力感應器110A之設計之另一實例。
圖24C係在使用第一實施例中所顯示種類之膜120之情形下壓力感應器110A之橫截面結構的示意圖。
圖24D係在使用第二實施例中所顯示種類之膜120之情形下壓力感應器110A之橫截面結構的示意圖。
圖25係顯示第五實施例之麥克風之構形之示意性剖面圖。
圖26係顯示第六實施例之血壓感應器之構形之示意圖。
圖27係如自H1-H2看到之同一血壓感應器之示意性剖面圖。
圖28係顯示第七實施例之觸控面板之構形之示意性電路圖。
下文所闡述實施例之壓力感應器包含：支撐部件；由該支撐件 支撐且具有撓性之膜；及形成於該膜上之應變檢測元件。該應變檢測元件包含形成於該膜上且具有磁化之第一磁性層、具有磁化之第二磁性層及形成於該第一磁性層與該第二磁性層之間之中間層。該第一磁性層之該磁化及該第二磁性層之該磁化中至少一者之方向相對於另一者的方向端視該膜之應變而發生改變。另外，該膜包含含有鋁之氧化物層。
下文參照圖式闡述各實施例之壓力感應器。應注意，各圖式係示意性或概念性，且每一部分之膜厚度及寬度之關係、各部分之間之大小比率等未必與彼等實際情形相同。另外，即使在表達相同部分時，彼等部分亦有時端視圖式表達為相互不同之尺寸或比率。應注意，在說明書及本申請案之每一圖式中，類似於先前針對已闡述圖式所提及元件之元件將指定為與先前所指定相同之參考符號，且該元件之詳細說明適當刪除。
(第一實施例)
首先，參照圖1闡述第一實施例之壓力感應器，以此類推。
圖1係例示第一實施例之壓力感應器110A及應變檢測元件200之示意性透視圖。應注意，為使圖1更容易地觀看，圖1僅顯示應變檢測元件200之部分，另外刪除絕緣部分之圖解說明，且主要繪示導電部分。
另外，圖2係自圖1之A-A’觀看之示意性剖面圖。此外，圖3包含顯示壓力感應器110A之構形之示意性平面圖。另外，圖4係顯示應變檢測元件200之構形之示意性透視圖，且圖5係用於闡釋壓力感應器110A之操作之示意性透視圖。
如圖2中所顯示，壓力感應器110A包含：膜120；及形成於膜120上之應變檢測元件200。膜120具有撓性，藉此其因應於來自外部之壓力而發生彎曲。應變檢測元件200因應於膜120之彎曲而發生應變，且 根據此應變改變其電阻值。因此，藉由檢測應變檢測元件200之電阻值之變化，檢測來自外部之壓力。應注意，壓力感應器110A可檢測音波或超音波。在此情形下，壓力感應器110A用作麥克風或超音波感應器。
如圖1中所顯示，壓力感應器110A包含：基板110；提供於基板110之一個表面上之膜120；及提供於膜120上之應變檢測元件200。另外，在膜120上提供連結至應變檢測元件200之線路C1、襯墊P1、線路C2及襯墊P2。在下文中，垂直於基板110之方向假設為Z方向。另外，垂直於此Z方向之某一方向假設為X方向，且垂直於Z方向及X方向之方向假設為Y方向。
如圖2中所顯示，基板110係包含中空部分111之板樣基板，且用作支撐膜120之支撐部件，從而膜120因應於外部壓力而發生彎曲。在本實施例中，中空部分111係具有(例如)圓柱形形狀(其可具有另一形狀，如下文所提及)之穿透基板110之孔。基板110係構形自(例如)半導體材料(例如矽)、導電材料(例如金屬)或絕緣材料。另外，舉例而言，基板110可包含氧化矽(SiOx)或氮化矽(SiNx)之類似物。另一方面，膜120係由包含鋁之氧化物(例如氧化鋁)形成。
中空部分111係藉由在基板110上實施蝕刻以處理基板110直至暴露膜120為止所形成。
中空部分111之內側經設計以容許膜120在(例如)垂直於基板110之主平面之方向(Z軸方向)上發生彎曲。舉例而言，中空部分111之內側可處於解壓縮狀態或真空狀態。另外，中空部分111之內側可填充有氣體(例如空氣或惰性氣體)或液體。另外，中空部分111可與外部連通。
如圖2中所顯示，膜120以薄於基板110之形式形成。另外，膜120包含：振動部分121，其直接定位於中空部分111上方且因應於外 部壓力而發生彎曲；及支撐部分122，其與振動部分121整體形成且由基板110支撐。如(例如)圖3A中所顯示，支撐部分122環繞振動部分121。在下文中，直接定位於膜120之中空部分111上方之區域稱為第一區域R1。振動部分121及支撐部分122皆係由包含鋁(Al)之氧化物(作為一實例，氧化鋁)形成。應注意，膜120之整體厚度t1可設定於(例如)不小於50奈米(nm)且不大於3微米(μm)。在此情形下，其可較佳地設定於不小於100nm且不大於2μm。
第一區域R1可以各種形式形成。舉例而言，第一區域R1可以以實質上真圓形形狀形成(如圖3A中所顯示)，可以橢圓形形狀(例如扁圓形形狀)形成(如圖3B中所顯示)，可以實質上正方形形狀形成(如圖3C中所顯示)，或可以矩形形狀形成(如圖3D中所顯示)。另外，第一區域R1亦可形成為多邊形或規則多邊形。此外，第一區域R1可為上述形狀之組合。應注意，在第一區域R1係矩形、正方形及多邊形之類似形狀之情形下，其拐角部分可尖銳地形成，或其拐角部分可提供有圓度。
亦如下文實施例中所顯示，在應變檢測元件採用旋轉技術之情形下，膜120之形狀更佳係在向膜施加壓力時膜中所生成應變之X-Y各向異性有所增加之形狀。舉例而言，其較佳係接近矩形形狀之形狀。此使得可配置大量採用旋轉技術之應變檢測元件。其亦改良根據元件數量N之信號雜訊比(SNR)。在假設個別應變檢測元件顯示相同輸出時，採用N個元件時之SNR之改良效應為20logN。亦即，隨著數量N增加，SNR有所改良。此乃因實際上在應變檢測元件各自串聯連結時，而信號與元件數量N成比例地增加N倍，同時雜訊與根據元件數量N N成比例地增加，因此SNR有效地改良20log(N/N)=20logN。
應注意，在第一區域R1之平面形狀完全為圓形形狀時，第一區 域R1之直徑可設定為(例如)不小於1μm且不大於1000μm。在此情形下，其可較佳地設定於不小於60μm且不大於600μm。
在第一區域R1之平面形狀為正方形時，第一區域R1之一側之長度可設定於(例如)不小於1μm且不大於650μm。在此情形下，其可較佳地設定於不小於50μm且不大於550μm。在第一區域R1之平面形狀為矩形時，第一區域R1之短側之長度可設定於(例如)不小於1μm且不大於500μm。在此情形下，其可較佳地設定於不小於50μm且不大於400μm。
圖3E係顯示應變檢測元件200之膜120之放置位置之示意性平面圖。作為一實例，採用拐角部分提供有圓度之矩形作為第一區域R1之形狀。以此方式，第一區域R1之形狀之拐角部分提供有圓度。出於下列原因提供拐角部分之圓化。亦即，在膜藉由RIE(反應性離子蝕刻)經受蝕刻製程或諸如此類時，中心部分及拐角部分具有不同蝕刻速率。圓化拐角部分可阻抑由膜120之膜厚度分佈所致之負面影響。
此情形下拐角部分之圓度R亦取決於膜120之面積，但期望設計係設定R=30-100μm。適宜地設定R=約70μm以均勻實施蝕刻處理，同時維持較大X-Y各向異性應變。
適宜地，將應變檢測元件200配置於第一區域R1之邊緣處。如圖3E中所顯示，「第一區域R1之邊緣」在本文中指示以下二者之間之位置：支撐部分122及振動部分121之邊界上之點120P6；及連接第一區域R1之質心120P1及點120P6之線段之中心點120P7。此係由於在第一區域R1之邊緣處，振動部分121之應變容易生成，且產生應變之檢測敏感性。此外，此係由於應變檢測元件200藉由磁性層中之磁化旋轉來檢測應變，因此在應變檢測元件200定位於第一區域R1之邊緣處時可更容易地區分應變之方向性。然而，在如圖3B(橢圓)及圖3D(矩 形)之上下方向及左右方向之尺寸不同之情形下，可將應變檢測元件200配置於接近第一區域R1之中心處而非配置於第一區域R1之邊緣處。
另外，如圖3E中所顯示，在膜120之第一區域R1突出於平行於第一區域R1之平面(例如X-Y平面)時，可在由點120P2、120P3、120P4及120P5環繞之區域中形成第一區域R1之最小外切矩形120S。最小外切矩形120S包含：藉由使用線段連接點120P2、點120P3及質心120P1形成之區域120S1；藉由使用線段連接點120P4、點120P5及質心120P1形成之區域120S2；藉由使用線段連接點120P3、點120P4及質心120P1形成之區域120S3；及藉由使用線段連接點120P2、點120P5及質心120P1形成之區域120S4。
另外，如圖3E中所顯示，膜120中第一區域R1及區域120S1重疊之區域具有複數個配置於其上之應變檢測元件200。此外，第一區域R1及區域120S1重疊之區域中所配置複數個應變檢測元件200中之至少兩者在平行於連接點120P2及點120P3之線段120S11的方向上彼此不同。
接下來，參照圖4闡述本實施例之應變檢測元件200之示意性構形。圖4係顯示第一實施例之應變檢測元件200之構形之示意性透視圖。如圖4中所顯示，本實施例之應變檢測元件200包含第一磁性層201、第二磁性層202及提供於第一磁性層201與第二磁性層202之間之中間層203。第一磁性層201及第二磁性層202皆具有磁化，且彼此經由中間層203分開配置。
在應變檢測元件200發生應變時，磁性層201及202中至少一者之磁化方向相對於另一者之磁化發生改變。與此相伴，磁性層201及202之間之電阻值發生改變。因此，藉由檢測電阻值之此改變，可檢測應變檢測元件200中所發生之應變。
在本實施例中，第一磁性層201係自鐵磁體構形且用作(例如)磁化自由層。另外，第二磁性層202亦係自鐵磁體構形且用作(例如)參考層。第二磁性層202可為磁化固定層或可為磁化自由層。亦即，僅需要較第二磁性層202之磁化變化第一磁性層201之磁化變化更為容易。
應注意，舉例而言，亦可能在XY平面中所形成之第一磁性層201大於第二磁性層202。另外，亦可分割第一磁性層201及第二磁性層202中之一者。
接下來，闡述本實施例之應變檢測元件200之操作。
圖5A至5C係例示第一實施例之應變檢測元件200之操作之示意性透視圖。
圖5A對應於在向應變檢測元件200施加拉伸力ts且發生應變時之狀態(拉伸狀態)。圖5B對應於在應變檢測元件200並不具有應變時之狀態(未應變狀態)。圖5C對應於在向應變檢測元件200施加壓縮力cs且發生應變時之狀態(壓縮狀態)。
為更容易地觀看圖式，圖5A至5C繪示第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203。在此實例中，第一磁性層201係磁化自由層，且第二磁性層202係磁化固定層。
應變檢測元件200用作應變感應器之操作係基於「反磁阻效應」及「磁阻效應」之施加。在磁化自由層中所採用之鐵磁層中獲得「反磁阻效應」。「磁阻效應」表現於磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊膜中。
「反磁阻效應」係鐵磁體之磁化因在鐵磁體中發生應變而發生改變之現象。亦即，在向應變檢測元件之堆疊體施加外部應變時，磁化自由層之磁化方向發生改變。因此，磁化自由層之磁化及參考層(例如磁化固定層)之磁化之間的相對角度發生改變。此時，藉由「磁 阻效應(MR效應)」引起電阻變化。MR效應包含(例如)GMR(巨大磁阻)效應或TMR(穿隧磁阻)效應等。MR效應係藉由使電流通過堆疊體且讀取磁化之相對傾斜角變化作為電阻變化來表示。舉例而言，在堆疊體(應變檢測元件)中發生應變，磁化自由層之磁化方向因應變而發生改變，且磁化自由層之磁化方向及參考層(例如磁化固定層)之磁化方向之間的相對角度發生改變。亦即，因反磁阻效應而表現MR效應。
在磁化自由層中所採用之鐵磁材料具有正磁阻係數時，磁化方向發生改變，從而磁化方向及拉伸應變方向之間之角度變得更小，且磁化方向及壓縮應變方向之間之角度變得更大。在磁化自由層中所採用之鐵磁材料具有負磁阻係數時，磁化方向發生改變，從而磁化方向及拉伸應變方向之間之角度變得更大，且磁化方向及壓縮應變方向之間之角度變得更小。
在磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊體之材料組合具有正磁阻效應之情形下，在磁化自由層與磁化固定層之間之相對角度較小時，電阻降低。在磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊體之材料組合具有負磁阻效應之情形下，在磁化自由層與磁化固定層之間之相對角度較小時，電阻增加。
下文闡述在(例如)磁化層及參考層(例如磁化固定層)中所採用之鐵磁材料各自具有正磁阻常數且包含磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊體具有正磁阻效應之情形下的磁化變化實例。
如圖5B中所表現，在並無應變之未應變狀態STo(例如初始狀態)中，將第一磁性層(磁化自由層)201之磁化及第二磁性層(例如磁化固定層)202之磁化之間的相對角度設定於某一值。藉由(例如)磁性層之硬偏磁或形狀各向異性等來設定第一磁性層201之初始狀態中磁性層 之磁化方向。此時，由硬偏磁設定之初始磁化方向之一較佳實例係設定相對於施加應力方向以實質上45度傾斜之方向。對於增寬範圍而言，傾斜角度較佳為30至60度。此使得可獲得線性改變之輸出信號，不論發生拉伸力ts抑或壓縮力cs之情形。在此實例中，第一磁性層201之磁化及第二磁性層202之磁化在初始狀態中彼此交叉。
如圖5A中所顯示，在拉伸狀態STt中施加拉伸力ts時，在應變檢測元件200中發生對應於拉伸力ts之應變。此時，拉伸狀態STt中第一磁性層201之磁化自未應變狀態Sto發生改變，從而磁化自由層210之磁化及拉伸力ts方向之間之相對角度變得更小。在圖5A中所顯示之實例中，在施加拉伸力ts之情形下，與未應變狀態STo中相比，第一磁性層201之磁化及第二磁性層202之磁化之間的相對角度變得更小。因此，與在未應變狀態STo期間之電阻相比，應變檢測元件200中之電阻有所降低。
另一方面，如圖5C中所顯示，在壓縮狀態STc中施加壓縮力cs時，壓縮狀態STc中第一磁性層201之磁化自未應變狀態STo發生改變，從而第一磁性層201之磁化及壓縮力cs方向之間的角度變得更大。
在圖5C中所顯示之實例中，在施加壓縮力cs之情形下，與未應變狀態STo中相比，第一磁性層201之磁化及第二磁性層202之磁化之間的相對角度變得更大。因此，應變檢測元件200中之電阻有所增加。
因此，在應變檢測元件200中，將應變檢測元件200中所發生之應變變化轉變成應變檢測元件200之電阻變化。在上述操作中，每單位應變(dε)之電阻變化(dR/R)之量稱為量規因子(GF)。採用具有高量規因子之應變檢測元件使得可獲得具有高敏感性之應變感應器。
接下來，參照圖6至12闡述本實施例之應變檢測元件200之構形實例。在下文中應注意，「材料A/材料B」之闡述指示將材料B之層 提供於材料A之層上之狀態。
圖6係顯示應變檢測元件200之一種構形實例200A之示意性透視圖。如圖6中所顯示，應變檢測元件200A經構形其中自下部依次堆疊有：下部電極204；基礎層205；釘紮層206；第二磁化固定層207；磁性耦合層208；第一磁化固定層209(第二磁性層202)；中間層203；磁化自由層210(第一磁性層201)；頂蓋層211；及上部電極212。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。另外，下部電極204連結至(例如)線路C1(圖1)，且上部電極212連結至(例如)線路C2(圖1)。然而，在(例如)分割第一磁性層201時，連結至第一磁性層201中之一者之上部電極可連結至線路C1(圖1)且連結至第一磁性層201中之另一者之上部電極可連結至線路C2(圖1)。類似地，在(例如)分割第二磁性層202時，連結至第二磁性層202中之一者之下部電極可連結至線路C1(圖1)且連結至第二磁性層202中之另一者之下部電極可連結至線路C2(圖1)。
在基礎層205中採用(例如)鉭及釕(Ta/Ru)之堆疊膜。其Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)為(例如)3奈米(nm)。其Ru層之厚度為(例如)2nm。在釘紮層206中採用(例如)厚度為7nm之IrMn層。在第二磁化固定層207中採用(例如)厚度為2.5nm之Co75Fe25層。在磁性耦合層208中採用(例如)厚度為0.9nm之Ru層。在第一磁化固定層209中採用(例如)厚度為3nm之Co40Fe40B20層。在中間層203中採用(例如)厚度為1.6nm之MgO層。在磁化自由層210中採用(例如)厚度為4nm之Co40Fe40B20。在頂蓋層211中採用(例如)Ta/Ru。其Ta層之厚度為(例如)1nm。其Ru層之厚度為(例如)5nm。
在下部電極204及上部電極212中採用(例如)鋁(Al)、鋁銅合金(Al-Cu)、銅(Cu)、銀(Ag)及金(Au)中之至少一者。採用該等具有相對較小電阻之材料作為下部電極204及上部電極212使得電流可有效通過 應變檢測元件200A。可在下部電極204及上部電極212中採用非磁性材料。
下部電極204及上部電極212可(例如)包含：專用於下部電極204及上部電極212之基礎層(未圖解說明)；專用於下部電極204及上部電極212之頂蓋層(未圖解說明)；及Al、Al-Cu、Cu、Ag及Au中之至少一者之層，其提供於基礎層與頂蓋層之間。舉例而言，在下部電極204及上部電極212中採用鉭(Ta)/銅(Cu)/鉭(Ta)之類似物。舉例而言，採用Ta作為專用於下部電極204及上部電極212之基礎層使得基板110與下部電極204及上部電極212之間之黏著有所改良。可採用鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)等作為專用於下部電極204及上部電極之基礎層。
採用Ta作為專用於下部電極204及上部電極212之頂蓋層使得可避免頂蓋層下方之銅(Cu)之類似物的氧化。可採用鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)等作為專用於下部電極204及上部電極212之頂蓋層。
在基礎層205中採用(例如)包含緩衝層(未圖解說明)及晶種層(未圖解說明)之堆疊結構。舉例而言，此緩衝層減小下部電極204或膜120等之表面粗糙度，且改良此緩衝層上所堆疊層之結晶度。採用(例如)選自鉭(Ta)、鈦(Ti)、釩(V)、鎢(W)、鋯(Zr)、鉿(Hf)及鉻(Cr)之群之至少一者作為緩衝層。包含至少一種選自該等材料之材料之合金可作為緩衝層。
基礎層205中緩衝層之厚度較佳地不小於1nm且不大於10nm。緩衝層之厚度更佳地不小於1nm且不大於5nm。若緩衝層過薄，則損失緩衝效應。若緩衝層過厚，則應變檢測元件200A變得過厚。晶種層形成於緩衝層上，且該晶種層可具有緩衝效應。在此情形下，可刪除緩衝層。在緩衝層中採用(例如)厚度為3nm之Ta層。
基礎層205中之晶種層控制晶種層中所堆疊層之結晶取向。晶種層控制晶種層中所堆疊層之結晶粒徑。採用fcc結構(面心立方體結 構)、hcp結構(六方緊密堆積結構)或bcc結構(體心立方體結構)之金屬類似物作為晶種層。
採用hcp結構釕(Ru)或fcc結構NiFe或fcc結構Cu作為基礎層205中之晶種層使得可將晶種層上旋轉閥門膜之結晶取向設定為fcc(111)取向。在晶種層中採用(例如)厚度為2nm之Cu層或厚度為2nm之Ru層。在提高晶種層上所形成層之結晶取向時，晶種層之厚度較佳地不小於1nm且不大於5nm。晶種層之厚度更佳地不小於1nm且不大於3nm。因此，晶種層足以顯示改良結晶取向之功能。
另一方面，在(例如)無需需要引起晶種層上所形成層之結晶取向時(在(例如)形成非晶型磁化自由層等時)，可刪除晶種層。舉例而言，採用厚度為2nm之Cu層作為晶種層。
釘紮層206對釘紮層206上所形成之第二磁化固定層207(鐵磁層)產生單向各向異性，且由此固定第二磁化固定層207之磁化。在釘紮層206中採用(例如)反鐵磁層。在釘紮層206中採用(例如)選自Ir-Mn、Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Ru-Mn、Rh-Mn、Ru-Rh-Mn、Fe-Mn、Ni-Mn、Cr-Mn-Pt及Ni-O之群之至少一者。亦可採用具有另外添加至Ir-Mn、Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Ru-Mn、Rh-Mn、Ru-Rh-Mn、Fe-Mn、Ni-Mn、Cr-Mn-Pt及Ni-O中之其他元素之合金。釘紮層206之厚度經適當設定以得到足夠強之單向各向異性。
為固定接觸釘紮層206之鐵磁層之磁化，在磁場施加期間實施熱處理。將接觸釘紮層206之鐵磁層之磁化固定於在熱處理期間所施加磁場之方向上。將退火溫度設定於(例如)大於或等於釘紮層206中所採用反鐵磁材料之磁化固定溫度之溫度。另外，在採用包含Mn之反鐵磁層時，Mn有時擴散至除釘紮層206外之層以降低MR改變速率。因此，期望將退火溫度設定於小於或等於Mn發生擴散之溫度的溫度。退火溫度可設定於(例如)不小於200℃且不大於500℃。較佳地， 其可設定於(例如)不小於250℃且不大於400℃。
在採用PtMn或PdPtMn作為釘紮層206時，釘紮層206之厚度較佳地不小於8nm且不大於20nm。釘紮層206之厚度更佳地不小於10nm且不大於15nm。在採用IrMn作為釘紮層206時，可藉由薄於採用PtMn作為釘紮層206時之釘紮層206來給予單向各向異性。在此情形下，釘紮層206之厚度較佳地不小於4nm且不大於18nm。釘紮層105之厚度更佳地不小於5nm且不大於15nm。在釘紮層206中採用(例如)厚度為7nm之Ir22Mn78層。
可採用硬磁性層作為釘紮層206。採用(例如)具有相對較高磁性各向異性及矯頑性之硬磁性材料(例如Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd、Fe-Pd等)作為硬磁性層。另外，可採用具有另外添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd中之其他元素之合金。舉例而言，採用以下物質作為硬磁性層：CoPt(其中Co百分比不小於50at.%且不大於85at.%)、(CoxPt100-x)100-yCry(其中x小於50at.%且不大於85at.%，且y不小於0at.%且不大於40at.%)或FePt(其中Pt百分比不小於40at.%且不大於60at.%)等。
在第二磁化固定層207中採用(例如)CoxFe100-x合金(其中x不小於0at.%且不大於100at.%)、NixFe100-x合金(其中x不小於0at.%且不大於100at.%)或向該等合金中添加非磁性元素之材料。採用(例如)選自Co、Fe及Ni之群之至少一者作為第二磁化固定層207。亦可採用包含至少一種選自該等材料之材料之合金作為第二磁化固定層207。亦可採用(CoxFe100-x)100-yBy合金(其中x不小於0at.%且不大於100at.%，且y不小於0at.%且不大於30at.%)作為第二磁化固定層207。採用(CoxFe100-x)100-yBy之非晶型合金作為第二磁化固定層207使得即使在應變檢測元件之大小較小時亦可阻抑應變檢測元件200A之特性變化。
舉例而言，第二磁化固定層207之厚度較佳地不小於1.5nm且不 大於5nm。因此，舉例而言，由釘紮層206產生之單向各向異性磁場之強度可更大程度地強化。舉例而言，經由形成於第二磁化固定層207上之磁性耦合層，第二磁化固定層207與第一磁化固定層209之間之反鐵磁耦合磁場之強度可更大程度地強化。舉例而言，第二磁化固定層207之磁性膜厚度(飽和磁化Bs及厚度t之乘積(Bs．t))較佳地實質上等於第一磁化固定層209之磁性膜厚度。
具有薄膜之Co40Fe40B20之飽和磁化大約為1.9T(特斯拉)。舉例而言，在採用厚度為3nm之Co40Fe40B20層作為第一磁化固定層209時，第一磁化固定層209之磁性膜厚度為1.9T×3nm，亦即5.7Tnm。另一方面，Co75Fe25之飽和磁化大約為2.1T。可獲得等於上文所闡述者之磁性膜厚度之第二磁化固定層207之厚度為5.7Tnm/2.1T，亦即2.7nm。在此情形下，較佳地在第二磁化固定層207中採用厚度大約為2.7nm之Co75Fe25層。採用(例如)厚度為2.5nm之Co75Fe25層作為第二磁化固定層207。
在應變檢測元件200A中，採用第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209之合成釘紮結構。可代之以採用自單一磁化固定層構形之單一釘紮結構。在採用單一釘紮結構時，採用(例如)厚度為3nm之Co40Fe40B20層作為磁化固定層。可採用與第二磁化固定層207之上述材料相同之材料作為單一釘紮結構磁化固定層中所採用之鐵磁層。
磁性耦合層208在第二磁化固定層207與第一磁化固定層209之間生成反鐵磁耦合。磁性耦合層208形成合成釘紮結構。採用(例如)Ru作為磁性耦合層208之材料。舉例而言，磁性耦合層208之厚度較佳地不小於0.8nm且不大於1nm。可採用除Ru外之材料作為磁性耦合層208，前提係其係在第二磁化固定層207與第一磁化固定層209之間生成足夠反鐵磁耦合之材料。磁性耦合層208之厚度可設定於厚度不小 於0.8nm且不大於1nm，此對應於RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)耦合之第二峰。另外，磁性耦合層208之厚度可設定於厚度不小於0.3nm且不大於0.6nm，此對應於RKKY耦合之第一峰。採用(例如)厚度為0.9nm之Ru作為磁性耦合層208之材料。因此，可更穩定地獲得高度可靠之耦合。
第一磁化固定層209(第二磁性層202)中所採用之磁性層直接有助於MR效應。採用(例如)Co-Fe-B合金作為第一磁化固定層209。具體而言，亦可採用(CoxFe100-x)100-yBy合金(其中x不小於0at.%且不大於100at.%，且y不小於0at.%且不大於30at.%)作為第一磁化固定層209。在採用(CoxFe100-x)100-yBy之非晶型合金作為第一磁化固定層209時，由結晶顆粒所致之元件間變化即使在(例如)應變檢測元件200A之大小較小時亦可得以阻抑。
形成於第一磁化固定層209上之層(例如隧道絕緣層(未圖解說明))可平面化。隧道絕緣層之平面化使得可減小隧道絕緣層之缺陷密度。因此，可藉由較低薄片電阻率獲得較大MR改變速率。舉例而言，在採用Mg-O作為隧道絕緣層之材料時，採用(CoxFe100-x)100-yBy之非晶型合金作為第一磁化固定層209使得可強化形成於隧道絕緣層上之Mg-O層之(100)取向。更大程度地提高Mg-O層之(100)取向使得能夠獲得甚至更大之MR改變速率。採用Mg-O層之(100)表面作為模板，(CoxFe100-x)100-yBy合金在退火期間發生結晶。因此，可在Mg-O與(CoxFe100-x)100-yBy合金之間獲得良好晶體一致性。獲得良好晶體一致性使得能夠獲得甚至更大之MR改變速率。
除Co-Fe-B合金外，亦可採用(例如)Fe-Co合金作為第一磁化固定層209。
若第一磁化固定層209較厚，則獲得較大MR改變速率。為獲得較大固定磁場，更佳地第一磁化固定層209較薄。第一磁化固定層209之 厚度在MR改變速率與固定磁場之間存在折中關係。在採用Co-Fe-B合金作為第一磁化固定層209時，第一磁化固定層209之厚度較佳地不小於1.5nm且不大於5nm。第一磁化固定層209之厚度更佳地不小於2.0nm且不大於4nm。
除上述材料外，在第一磁化固定層209中採用fcc結構Co90Fe10合金或hcp結構Co或hcp結構Co合金。採用選自Co、Fe及Ni之群之至少一者作為第一磁化固定層209。採用包含至少一種選自該等材料之材料之合金作為第一磁化固定層209。採用bcc結構FeCo合金材料、包含50%鈷或更高組成之Co合金或具有50%或更高Ni組成之材料(Ni合金)作為第一磁化固定層209使得(例如)獲得較大MR改變速率。
亦可採用(例如)Co2MnGe、Co2FeGe、Co2MnSi、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2FeAl、Co2MnGa0.5Ge0.5及Co2FeGa0.5Ge0.5之類似物之Heusler磁性合金層作為第一磁化固定層209。舉例而已，採用厚度為3nm之Co40Fe40B20層作為第一磁化固定層209。
舉例而已，中間層203將第一磁性層201與第二磁性層202之間之磁性耦合去耦合。在中間層203之材料中採用(例如)金屬或絕緣體或半導體。採用(例如)Cu、Au或Ag等作為金屬。在採用金屬作為中間層203時，中間層之厚度為(例如)約不小於1nm且不大於7nm。採用(例如)氧化鎂(MgO等)、氧化鋁(Al2O3等)、氧化鈦(TiO等)、氧化鋅(Zn-O等)或氧化鎵(Ga-O)之類似物作為絕緣體或半導體。在採用絕緣體或半導體作為中間層203時，中間層203之厚度為(例如)約不小於0.6nm且不大於2.5nm。亦可採用(例如)CCP(限定電流路徑)間隔層作為中間層203。在採用CCP間隔層作為間隔層時，採用(例如)在氧化鋁(Al2O3)之絕緣層中形成銅(Cu)金屬路徑之結構。舉例而言，採用厚度為1.6nm之MgO層作為中間層。
在磁化自由層210(第一磁性層201)中採用鐵磁體材料。在磁化自 由層210中可採用(例如)鐵磁體材料(包含Fe、Co及Ni)。採用(例如)FeCo合金、NiFe合金等作為磁化自由層210之材料。另外，在磁化自由層210中採用Co-Fe-B合金、Fe-Co-Si-B合金、大λs(磁阻常數)之Fe-Ga合金、Fe-Co-Ga合金、Tb-M-Fe合金、Tb-M1-Fe-M2合金、Fe-M3-M4-B合金、Ni、Fe-Al或鐵氧體之類似物。在先前所提及Tb-M-Fe合金中，M係選自Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er之群之至少一者。在先前所提及Tb-M1-Fe-M2合金中，M1係選自Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er之群之至少一者。M2係選自Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta之群之至少一者。在先前所提及Fe-M3-M4-B合金中，M3係選自Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta之群之至少一者。M4係選自Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及Er之群之至少一者。先前所提及鐵氧體之實例包含Fe3O4、(FeCo)3O4等。磁化自由層210之厚度為(例如)2nm或更大。
在磁化自由層210中採用含有硼之磁性材料。可在磁化自由層210中採用(例如)包含至少一種選自Fe、Co及Ni及硼(B)之群之元素之合金。舉例而言，可採用Co-Fe-B合金或Fe-B合金之類似物。舉例而言，可採用Co40Fe40B20合金。在磁化自由層210中採用包含至少一種選自Fe、Co及Ni及硼(B)之群之元素之合金時，可添加Ga、Al、Si或W之類似物作為促進高磁阻之元素。舉例而言，可採用Fe-Ga-B合金、Fe-Co-Ga-B合金或Fe-Co-Si-B合金。採用含有硼之此一磁性材料使得應變檢測元件200之矯頑性(Hc)有所降低且促進磁化方向關於應變之變化。此使得能夠獲得高應變敏感性。
磁化自由層210中之硼濃度(例如硼組成比率)較佳地不小於5at.%(原子百分比)。此使得更易於獲得非晶型結構。磁化自由層中之硼濃度較佳地不大於35at.%。舉例而已，若硼濃度過高，則磁阻常數降低。舉例而言，磁化自由層中之硼濃度較佳地不小於5at.%且不大於 35at.%且更佳地不小於10at.%且不大於30at.%。
在磁化自由層210之磁性層之一部分中採用Fe1-yBy(其中0<y≦0.3)或(FeaX1-a)1-yBy(其中X=Co或Ni，0.8≦a<1，且0<y≦0.3)使得易於獲得大磁阻常數λ及低矯頑性，因此自獲得高量規因子之角度考慮尤佳。舉例而言，可採用Fe80B20(4nm)作為磁化自由層210。可採用Co40Fe40B20(0.5nm)/Fe80B20(4nm)作為磁化自由層。
磁化自由層210可具有多層結構。在採用MgO之隧道絕緣層作為中間層203時，磁化自由層210中接觸中間層203之一部分較佳地提供有Co-Fe-B合金層。因此，獲得高磁阻效應。在此情形下，在中間層203上提供Co-Fe-B合金層，且在Co-Fe-B合金層上提供具有大磁阻常數之另一磁性材料。在磁化自由層210具有多層結構時，在磁化自由層210中採用(例如)Co-Fe-B(2nm)/Fe-Co-Si-B(4nm)之類似物。
頂蓋層211保護提供於頂蓋層211下方之層。在頂蓋層211中採用(例如)複數個金屬層。在頂蓋層211中採用(例如)Ta層及Ru層之雙層結構(Ta/Ru)。此Ta層之厚度為(例如)1nm，且此Ru層之厚度為(例如)5nm。可提供另一金屬層代替Ta層或Ru層作為頂蓋層211。頂蓋層211可具有任一構形。舉例而言，可採用非磁性材料作為頂蓋層211。可採用另一材料作為頂蓋層211，前提係該材料能夠保護提供於頂蓋層211下方之層。
在磁化自由層210中採用含有硼之磁性材料時，可在磁化自由層210與頂蓋層211之間提供氧化物材料或氮化物材料之擴散防止層(未圖解說明)以防止硼擴散。採用自氧化物層或氮化物層構形之擴散防止層使得可阻抑磁化自由層210中所包含之硼發生擴散且維持磁化自由層210之非晶型結構。具體而言，可採用包含諸如Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Sn、Cd、Ga等元素之氧化物材料或氮化物材 料作為擴散防止層中所採用之氧化物材料或氮化物材料。
現在，因擴散防止層並不有助於磁阻效應，故其薄片電阻率較佳地較低。舉例而言，擴散防止層之薄片電阻率較佳地設定於低於有助於磁阻效應之中間層之薄片電阻率。自降低擴散防止層之薄片電阻率之角度考慮，障壁高度較低之Mg、Ti、V、Zn、Sn、Cd及Ga之氧化物或氮化物較佳。具有較強化學鍵結以用於阻抑硼擴散之氧化物較佳。舉例而言，可採用1.5nm之MgO。另外，氮氧化物可視為氧化物或氮化物。
在擴散防止層中採用氧化物材料或氮化物材料時，擴散防止層之膜厚度較佳地不小於0.5nm(自足夠顯示防止硼擴散之功能之角度考慮)且較佳地不大於5nm(自降低薄片電阻率之角度考慮)。換言之，擴散防止層之膜厚度較佳地不小於0.5nm且不大於5nm及更佳地不小於1nm且不大於3nm。
可採用選自鎂(Mg)、矽(Si)及鋁(Al)之群之至少一者作為擴散防止層。可採用包含該等輕元素之材料作為擴散防止層。該等輕元素與硼鍵結以生成化合物。舉例而言，在包含擴散防止層及磁化自由層210之間之界面之部分中形成Mg-B化合物、Al-B化合物及Si-B化合物中之至少一者。該等化合物阻抑硼擴散。
可將另一金屬層等插入擴散防止層與磁化自由層210之間。然而，若擴散防止層與磁化自由層210之間之距離變得過大，則硼在該等層之間發生擴散，藉此磁化自由層210中之硼濃度最終發生降低，因此擴散防止層與磁化自由層210之間之距離較佳地不大於10nm及更佳地不大於3nm。
圖7係顯示應變檢測元件200A之一構形實例之示意性透視圖。如圖7中所顯示，應變檢測元件200A可包含填充於下部電極204與上部電極212之間之絕緣層(絕緣部分)213。
可絕緣層213中採用(例如)氧化鋁(例如Al2O3)或氧化矽(例如SiO2)等。可藉由絕緣層213阻抑應變檢測元件200A之洩漏電流。
圖8係顯示應變檢測元件200A之另一構形實例之示意性透視圖。如圖8中所顯示，應變檢測元件200A可包含：兩個硬偏磁層(硬偏磁部分)214，其彼此分開提供於下部電極204與上部電極212之間；及絕緣層213，其填充於下部電極204與硬偏磁層214之間。
硬偏磁層214藉由硬偏磁層214之磁化將磁化自由層210(第一磁性層201)之磁化方向設定於期望方向。硬偏磁層214使得可在並不向膜施加來自外部之壓力之狀態中將磁化自由層210(第一磁性層201)之磁化方向設定於期望方向。
在硬偏磁層214中採用(例如)具有相對較高磁性各向異性及矯頑性之硬磁性材料，例如Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd、Fe-Pd等。另外，可採用將其他元素另外添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd中之合金。在硬偏磁層214中採用(例如)CoPt(其中Co之百分比不小於50at.%且不大於85at.%)、(CoxPt100-x)100-yCry(其中x不小於50at.%且不大於85at.%，且y不小於0at.%且不大於40at.%)或FePt(其中Pt百分比不小於40at.%且不大於60at.%)等。在採用該等材料時，向硬偏磁層214施加大於硬偏磁層214之矯頑性之外部磁場使得可將硬偏磁層214之磁化方向設定(固定)於外部磁場的施加方向。硬偏磁層214之厚度(例如沿自下部電極204朝向上部電極212之方向之長度)為(例如)不小於5nm且不大於50nm。
在將絕緣層213配置於下部電極204與上部電極212之間時，可採用SiOx或AlOx作為絕緣層213之材料。另外，可將基礎層(未圖解說明)提供於絕緣層213與硬偏磁層214之間。在硬偏磁層214中採用具有相對較高磁性各向異性及矯頑性之硬磁性材料(例如Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd、Fe-Pd等)時，可採用Cr或Fe-Co之類似物作為用於硬偏磁層 214之基礎層之材料。亦可將上述硬偏磁層214施加至任一下述應變檢測元件中。
硬偏磁層214可具有堆疊於硬偏磁層專用釘紮層(未圖解說明)上之結構。在此情形下，硬偏磁層214之磁化方向可由在硬偏磁層214與硬偏磁層專用釘紮層之間之交換耦合來設定(固定)。在此情形下，可在硬偏磁層214中採用自Fe、Co及Ni中之至少一者或自包含該等金屬中之至少一種之合金構形的鐵磁材料。在此情形下，可在硬偏磁層214中採用(例如)CoxFe100-x合金(其中x不小於0at.%且不大於100at.%)、NixFe100-x合金(其中x不小於0at.%且不大於100at.%)或向該等合金中添加非磁性元素之材料。可採用類似於先前所提及第一磁化固定層209之材料作為硬偏磁層214。另外，可在硬偏磁層專用釘紮層中採用類似於應變檢測元件200A中之先前所提及釘紮層206之材料。另外，在提供硬偏磁層專用釘紮層時，可在硬偏磁層專用釘紮層下方提供與基礎層205中所採用類似之材料之基礎層。另外，可將硬偏磁層專用釘紮層提供至硬偏磁層之下部部分中，或可提供至硬偏磁層之上部部分中。類似於釘紮層206之情形，可藉由伴隨磁場之熱處理來測定此情形下硬偏磁層214之磁化方向。
亦可將上述硬偏磁層214及絕緣層213施加至本實施例中所闡述之任一應變檢測元件200中。另外，在採用硬偏磁層214及硬偏磁層專用釘紮層之上述堆疊結構時，即使在向硬偏磁層214瞬間施加大外部磁場時，硬偏磁層214之磁化取向亦可容易地維持。
圖9係顯示應變檢測元件200之另一構形實例200B之示意性透視圖。應變檢測元件200B與應變檢測元件200A之不同之處在於具有頂部旋轉閥門型結構。亦即，如圖9中所顯示，應變檢測元件200B經構形其中自下部依次堆疊有：下部電極204；基礎層205；磁化自由層210(第一磁性層201)；中間層203；第一磁化固定層209(第二磁性層 202)；磁性耦合層208；第二磁化固定層207；釘紮層206；頂蓋層211；及上部電極212。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。另外，下部電極204連結至(例如)線路C1(圖1)，且上部電極212連結至(例如)線路C2(圖1)。
在基礎層205中採用(例如)鉭及銅(Ta/Cu)之堆疊膜。其Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)為(例如)3nm。其Cu層之厚度為(例如)5nm。在磁化自由層210中採用(例如)厚度為4nm之Co40Fe40B20。在中間層203中採用(例如)厚度為1.6nm之MgO層。在第一磁化固定層209中採用(例如)Co40Fe40B20/Fe50Co50。其Co40Fe40B20層之厚度為(例如)2nm。其Fe50Co50層之厚度為(例如)1nm。在磁性耦合層208中採用(例如)厚度為0.9nm之Ru層。在第二磁化固定層207中採用(例如)厚度為2.5nm之Co75Fe25層。在釘紮層206中採用(例如)厚度為7nm之IrMn層。在頂蓋層211中採用(例如)Ta/Ru。其Ta層之厚度為(例如)1nm。其Ru層之厚度為(例如)5nm。
在先前所提及之底部旋轉閥門型應變檢測元件200A中，第一磁化固定層209(第二磁性層202)係較磁化自由層210(第一磁性層201)更向下(-Z軸方向)形成。與之相比，在頂部旋轉閥門型應變檢測元件200B中，第一磁化固定層209(第二磁性層202)較磁化自由層210(第一磁性層201)更向上(+Z軸方向)形成。因此，藉由以上下方式倒轉，可使用應變檢測元件200A中所包含每一層之材料作為應變檢測元件200B中所包含每一層之材料。另外，可將上述擴散防止層提供於應變檢測元件200B之基礎層205與磁化自由層210之間。
圖10係顯示應變檢測元件200之另一構形實例200C之示意性透視圖。應變檢測元件200C施加有採用單一磁化固定層之單一釘紮結構。亦即，如圖10中所顯示，應變檢測元件200C經構形其中自下部依次堆疊有：下部電極204；基礎層205；釘紮層206；第一磁化固定 層209(第二磁性層202)；中間層203；磁化自由層210(第一磁性層201)；頂蓋層211；及上部電極212。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。另外，下部電極204連結至(例如)線路C1(圖1)，且上部電極212連結至(例如)線路C2(圖1)。
在基礎層205中採用(例如)Ta/Ru。其Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)為(例如)3nm。其Ru層之厚度為(例如)2nm。在釘紮層206中採用(例如)厚度為7nm之IrMn層。在第一磁化固定層209中採用(例如)厚度為3nm之Co40Fe40B20層。在中間層203中採用(例如)厚度為1.6nm之MgO層。在磁化自由層210中採用(例如)厚度為4nm之Co40Fe40B20。在頂蓋層211中採用(例如)Ta/Ru。其Ta層之厚度為(例如)1nm。其Ru層之厚度為(例如)5nm。
可採用類似於應變檢測元件200A中每一層之彼等產率之材料作為應變檢測元件200C中每一層之材料。
圖11係顯示應變檢測元件200之另一構形實例200D之示意性透視圖。如圖11中所顯示，應變檢測元件200D經構形其中自下部依次堆疊有：下部電極204；基礎層205；下部釘紮層221；下部第二磁化固定層222；下部磁性耦合層223；下部第一磁化固定層224；下部中間層225；磁化自由層226；上部中間層227；上部第一磁化固定層228；上部磁性耦合層229；上部第二磁化固定層230；上部釘紮層231；頂蓋層211；及上部電極212。下部第一磁化固定層224及上部第一磁化固定層228對應於第二磁性層202。磁化自由層226對應於第一磁性層201。另外，下部電極204連結至(例如)線路C1(圖1)，且上部電極212連結至(例如)線路C2(圖1)。
在基礎層205中採用(例如)Ta/Ru。其Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)為(例如)3奈米(nm)。其Ru層之厚度為(例如)2nm。在下部釘紮層 221中採用(例如)厚度為7nm之IrMn層。在下部第二磁化固定層222中採用(例如)厚度為2.5nm之Co75Fe25層。在下部磁性耦合層223中採用(例如)厚度為0.9nm之Ru層。在下部第一磁化固定層224中採用(例如)厚度為3nm之Co40Fe40B20層。在下部中間層225中採用(例如)厚度為1.6nm之MgO層。在磁化自由層226中採用(例如)厚度為4nm之Co40Fe40B20。在上部中間層227中採用(例如)厚度為1.6nm之MgO層。在上部第一磁化固定層228中採用(例如)Co40Fe40B20/Fe50Co50。其Co40Fe40B20層之厚度為(例如)2nm。其Fe50Co50層之厚度為(例如)1nm。在上部磁性耦合層229中採用(例如)厚度為0.9nm之Ru層。在上部第二磁化固定層230中採用(例如)厚度為2.5nm之Co75Fe25層。在上部釘紮層231中採用(例如)厚度為7nm之IrMn層。在頂蓋層211中採用(例如)Ta/Ru。其Ta層之厚度為(例如)1nm。其Ru層之厚度為(例如)5nm。
可採用類似於應變檢測元件200A中每一層之彼等產率之材料作為應變檢測元件200D中每一層之材料。
圖12係顯示應變檢測元件200之一種構形實例200E之示意性透視圖。如圖12中所顯示，應變檢測元件200E經構形其中自下部依次堆疊有：下部電極204；基礎層205；第一磁化自由層241(第一磁性層201)；中間層203；第二磁化自由層242(第二磁性層202)；頂蓋層211；及上部電極212。第一磁化自由層241對應於第一磁性層201。第二磁化自由層242對應於第二磁性層202。另外，下部電極204連結至(例如)線路C1(圖1)，且上部電極212連結至(例如)線路C2(圖1)。
在基礎層205中採用(例如)Ta/Cu。其Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)為(例如)3nm。其Cu層之厚度為(例如)5nm。在第一磁化自由層241中採用(例如)厚度為4nm之Co40Fe40B20。在中間層203中採用(例如)厚度為4nm之Co40Fe40B20。在頂蓋層211中採用(例如)Cu/Ta/Ru。 其Cu層之厚度為(例如)5nm。其Ta層之厚度為(例如)1nm。其Ru層之厚度為(例如)5nm。
可採用類似於應變檢測元件200A中每一層之彼等產率之材料作為應變檢測元件200E中每一層之材料。另外，可採用類似於(例如)應變檢測元件200A(圖6)之磁化自由層210之材料作為第一磁化自由層241及第二磁化自由層242之材料。
(第一實施例之優點)
第一實施例之膜120(振動部分121及支撐部分122)各自藉由包含鋁(Al)之氧化物(作為一實例，氧化鋁)形成。如先前所提及，藉由在基板110上實施蝕刻以處理基板110直至暴露膜120為止來形成中空部分111。然而，存在如下問題：若在彼時膜120經蝕刻，則經暴露膜120之膜厚度最終端視蝕刻程度隨位置有所不同，藉此不能獲得膜120之期望特性，從而使得壓力感應器110A之精確度有所降低。此問題將參照圖13至17予以闡釋。
圖13A係顯示第一實施例中壓力感應器110A之中空部分111之處理步驟中之問題的示意圖。為簡化圖解說明，僅在膜120上顯示檢測元件200，且並不顯示線路等。
藉由使用RIE方法蝕刻基板110來形成中空部分111。在處理期間，藉由蝕刻氣體72實施蝕刻且基板110與其接觸並引起化學反應。
中空部分111之處理繼續進行，且隨著中空部分111之深度增加，在中空部分111底部蝕刻氣體72之易於到達點出現差異。通常，與中空部分111之中心部分相比，蝕刻氣體72更難以到達其邊緣。
因如上文所闡述在處理中空部分111期間在中空部分111底部蝕刻氣體72之易於到達點出現差異，故蝕刻速度亦端視中空部分111底部中之位置出現差異。因此，若(例如)與中空部分111底部之中心部分相比蝕刻氣體72更難以到達其邊緣，則如圖13B中所顯示，在中空 部分111處理之後膜120之中心部分之膜厚度Tc薄於其邊緣之膜厚度Te。
因此，如圖14中所顯示，在自中空部分111側施加施加壓力80且膜120之中心部分以凸形形狀發生變形(亦即邊緣以凹形形狀發生變形)時，膜120之邊緣處之支撐部分122固定於基板110之上表面處。因此，施加至應變檢測元件200之力由膜120之形狀變化所致之傾斜以點120c為約束發生倒轉。力Ps在自膜120及基板110之邊界點120d至點120c之窄範圍內顯示較大值。另外，即使在點120d與點120c之間藉由使膜120變形施加至應變檢測元件200之力的等級亦具有一定分佈，且存在力變得最大之極窄區域120e。
與使用壓電元件之常用應變檢測元件相比，本實施例之應變檢測元件200具有較小體積，因此具有極佳空間解析度。因此，如圖14中所顯示，應變檢測元件200可精確地配置於點120c與點120d之間施加至應變檢測元件200之力值在膜120上變得較大之區域120e中，藉此可最大程度地使用應變檢測元件200之性能且可提高壓力感應器之敏感性。
如上文所提及，藉由使用採用旋轉技術之應變檢測元件，可顯示優於使用習用壓電元件作為應變檢測元件之情形下之性能。然而，即使在使用壓電元件時，在壓力膜彎曲中採用氧化鋁之本發明技術顯示改良效應。具體而言，可在圖18、22及23種類實施例之膜120上採用在以PZT、AlN等方式施加應變時藉由絕緣材料電子之偏振效應生成電壓之元件作為壓電元件。在此情形下，本發明之氧化鋁膜120亦顯示改良效應。
可藉由理論計算知曉膜120上之那一部分對應於區域120e,。在實施理論計算時，在膜120之模型中採用膜厚度均勻之結構。然而，實際上，膜120之膜厚度存在一定分佈，如圖13B中所示。若膜120之實 際形狀此時極為不同於計算中所使用之模型，則膜120上區域120e之位置與藉理論計算導出之位置並不吻合。因此，不能最大程度地使用應變檢測元件200之性能，且最終本實施例之壓力感應器不能充分地發揮性能。因此，需要使膜120之形狀較為接近膜厚度均勻之狀態，亦即，接近理論計算之模型。作為一實例，膜120之最小膜厚度Tc與最大膜厚度Te之比率(Tc/Te)可設定於(例如)0.9或更大及較佳地0.95或更大。
為使膜120之形狀變成膜厚度均勻之形狀，必須提高在形成中空部分111期間膜120對RIE之耐受性。圖15A及15B顯示在蝕刻基板110以形成中空部分111時之製造步驟。
如圖15A中所顯示，在藉由RIE處理基板110且形成中空部分111時，膜120對RIE之耐受性較低，因此中空部分111由蝕刻氣體易於到達點差異所致之深度最終隨位置大大不同。圖15A顯示(作為一實例)蝕刻氣體72較中空部分111之邊緣更易於到達中空部分111之中心部分之情形，因此蝕刻更快且中空部分111在中心部分之深度增加程度大於中空部分111之邊緣。此時，中空部分111中最淺部分之深度與最深部分之深度之間之差假設為hc1。
舉例而言，即使蝕刻已到達中空部分111之中心部分處之膜120之下表面，亦必須藉由蝕刻去除殘餘部分111R以使得振動部分121達成其功能。然而，如圖15B中所顯示，在試圖藉由蝕刻去除此殘餘部分111R時，除殘餘部分111R外，接近中空部分111之中心部分之膜120亦最終部分地蝕刻。亦即，膜120之膜厚度並不均勻，且根據出現位置膜厚度差hc3。如先前所提及，自壓力感應器之敏感性之角度考慮此並不期望。
因此，在本實施例中，膜120(振動部分121及支撐部分122)各自構形為藉由包含鋁(Al)之氧化物(作為一實例，氧化鋁(AlOx))形成之 單一膜。包含鋁氧化物具有關於矽之高蝕刻選擇性。在藉由包含單一鋁之氧化物形成膜120時，膜厚度可設定於不小於100nm且不大於2μm。
圖16A係顯示關於矽之蝕刻選擇性之表。在採用RIE之蝕刻係在相同條件下於矽及試樣A上實施之情形下，在試樣A之蝕刻量為矽之1/X時，關於試樣A之矽之蝕刻選擇性假設為X。在以上述方式定義關於矽之蝕刻選擇性時，關於氧化矽膜(SiOx)及氧化鋁(AlOx)之矽之蝕刻選擇性如圖16A中所顯示。如圖16A中所顯示，氧化鋁顯示1050之關於矽之高蝕刻選擇性。
因此，在膜120係藉由氧化鋁構形之情形下，膜120之膜厚度自中空部分111向上維持實質上均勻，即使在藉由蝕刻去除殘餘部分111R且在區域R1中實施用於形成中空部分111之蝕刻直至暴露膜120為止時。因此，膜120之膜厚度可設定於所設計值，且可改良壓力感應器110A之敏感性。另外，藉由氧化鋁形成之膜120亦在用於形成形成於膜120上之應變檢測元件200之蝕刻中具有高耐受性，因此確保上表面之平面化，藉此維持膜120之膜厚度均勻性。因此，可最大程度地使用應變檢測元件200之性能且可提高壓力感應器110A之敏感性。
如圖3A至3D中所顯示，有時將複數個應變檢測元件200配置於壓力感應器110A之膜120上。因此，可如先前所提及達成SNR之改良。以此方式串聯或並聯電連結N個應變檢測元件200使得能夠獲得20logN之SNR之改良效應。與在配置單一應變檢測元件200時相比，壓力感應器110A之敏感性可進一步提高。在試圖藉由此方法提高壓力感應器之敏感性時，需要調整來自所配置個別應變檢測元件200之輸出，亦即，均勻調整所配置個別應變檢測元件200之性能。就此而言，藉由氧化鋁形成且能夠均勻調整整個膜120之膜厚度之膜120亦充分匹配壓力感應器110A。
圖16B係闡釋用於評估膜120中振動部分121之施加壓力之敏感性之裝置且由此闡釋評估方法之示意圖。圖16B顯示用於評估振動部分121之敏感性之裝置之示意性構形。壓力感應器110A固定於板M2上。板M2具有與振動部分121具有大致相同大小且其中打開之孔M21，且壓力感應器110A經固定以便壓力感應器110A之中空部分111在孔M21上方。固定壓力感應器110A之板M2附接至量測夾具M1。板M2構形量測夾具M1之蓋，且氣密式中空部分M11可藉由附接板M2達成。此時，板M2附接至量測夾具M1，從而附接至板M2之壓力感應器110A存在於中空部分M11之相對表面上。
壓力生成器(未圖解說明)附接至中空部分M11，且可在中空部分M11內生成設定等級之施加壓力80。亦將施加壓力80施加至壓力感應器110A中經由孔M21連接至中空部分M11之振動部分121。膜120之形狀因施加至振動部分121之施加壓力80而發生改變。使用直接提供於壓力感應器110A上方之雷射顯微鏡M3量測膜120之此形狀變化。圖16C係在施加施加壓力80時膜120之形狀變化之示意圖。振動部分121因經由中空部分M11施加至膜120之施加壓力80而發生彎曲。此時，藉由雷射顯微鏡M3量測振動部分121之質心120P1自在並不施加施加壓力80時之初始狀態在垂直於膜120之方向(Z軸方向)上的位移量D。在對振動部分121之施加壓力之敏感性良好時，位移量D之值即使在施加壓力80之等級較小時亦較大。另外，在施加壓力80之值在小範圍內改變時，位移量D之值之變化亦較大。
圖17A至17D將闡述使用包含鋁之氧化物作為膜120對於壓力感應器110A之有效程度。
圖17A係在採用濺鍍沈積之氧化鋁(AlOx)作為膜120之材料之情形下，顯示在未自外部施加壓力80之初始狀態中雷射顯微鏡M3之量測結果的實際影像數據。將在處理中空部分111之前之膜120之殘餘應 力調節至適當值且採用圓形作為振動部分121之形狀。另外，將振動部分121之直徑設定於530μm，且將膜120之厚度設定於500nm。應注意，簡單起見，圖17A顯示並不具有應變檢測元件200或連結至配置於其上之應變檢測元件200之電極之類似物的膜120。在圖17A中，圓形部分之內側對應於振動部分121，且圓形部分之外側對應於支撐部分122。
圖17B係藉由顏色對比顯示圖17A之影像數據中所顯示膜120之垂直方向(Z軸方向)中之高度分佈的視圖。自圖17B之顏色均勻之事實發現，膜120在初始狀態中較為平坦。如下文所提及，有時，在初始狀態中於膜120中發生較大彎曲時，應變檢測元件200無法充分顯示其性能。
圖17C顯示在將施加至膜120之壓力80之值調節至-10kPa、-5kPa、-1kPa、-0.5kPa、0kPa、0.5kPa、1kPa、5kPa及10kPa之情形下，藉由雷射顯微鏡M3量測圖17A之B-B’橫截面中之形狀變化的結果。發現由膜120之質心120P1所約束向左及向右之膜之形狀相等，且在振動部分121發生變形時施加至配置於振動部分121邊緣處之應變檢測元件200之力相等。
圖17D係在圖17C之情形下假設水平軸為所施加壓力80且垂直軸為膜120之質心120P1之位移量D的圖形。自此圖形發現，振動部分121之質心120P1之位移量D顯示來自外部之施加壓力80之小範圍急劇變化。換言之，膜120以良好敏感性對施加壓力之變化作出反應。將隨每單位施加壓力之位移量D變化之位移傾斜(μm/kPa)定義為位移量D變化之陡峭度指數。圖17A中所顯示之膜120在-0.5kPa至0.5kPa施加壓力之範圍內具有3.0μm/kPa之位移傾斜。在採用本發明裝置作為聲音感應器及麥克風時，所用壓力範圍係較小範圍，因此可在此一壓力範圍中具有極大位移傾斜且以高敏感性檢測微弱聲音。
自圖17C及17D中所顯示之量測結果發現，在採用包含鋁之氧化物作為膜120時，可產生具有如下膜之壓力感應器110A：其中初始狀態中之彎曲較小，另外其中在發生彎曲時之膜形狀對稱且以良好敏感性對施加壓力作出反應。
(第二實施例)
接下來，參照圖18闡述第二實施例之壓力感應器。此第二實施例之壓力感應器具有不同於第一實施例之膜120構形。其他構形類似於第一實施例之彼等構形。在圖18中，使用與彼等指定於第一實施例中之參考符號相同之參考符號來指定與第一實施例之彼等構形相同的構形，且下文刪除其詳細闡述。
圖18係圖1之A-A’橫截面之示意性剖面圖。如圖18中所顯示，藉由第一膜131(定位於應變檢測元件200側)、第二膜133(定位於基板110側)及中間膜132(位於第一膜131與第二膜133之間)之三層結構來形成膜120。如下文將提及，採用此一三層結構使得可提供平坦膜120，其中在並不施加來自外部之施加壓力時在初始狀態中並不發生彎曲。在一較佳實施例中，自阻抑殘餘應力之角度考慮，將第一膜131之膜厚度與第二膜133之膜厚度之間的差設定於某一值或更小。
藉由包含鋁(Al)之氧化物形成第一膜131及第二膜133。在第一實施例中，藉由包含鋁之氧化物形成整個膜120，但在此第二實施例中，藉由包含鋁之氧化物僅形成膜120之上表面及下表面。因第一膜131(膜120之上表面)及第二膜133(膜120之下表面)係自包含鋁之氧化物構形，故第二實施例之壓力感應器110A可確保膜120之膜厚度均勻性且改良壓力感應器110A之精確度，此類似於第一實施例之上述優點。另外，在第二實施例之情形下，可藉由選擇中間膜132之材料來將膜120之物理性質(例如楊氏模數(Young’s modulus)或泊松係數(Poisson coefficient))控制至用於壓力感應器110A之較佳值。應注 意，可將第一膜131及第二膜133之膜厚度設定於不小於10nm且不大於300nm。在此情形下，膜厚度可較佳地設定於不小於30nm且不大於150nm。
除包含鋁之氧化物外，中間膜132可自至少一種選自包含矽之氧化物及包含矽之氮化物之群的材料形成。除該等材料外，亦可使用諸如聚合物材料等有機材料作為中間膜132之材料。聚合物材料之實例包含下列材料。舉例而言，可採用下列材料，亦即丙烯腈丁二烯苯乙烯、環烯烴聚合物、彈性體乙烯丙烯、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯并咪唑、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚乙烯醚酮、聚醚醯亞胺、聚乙烯亞胺、聚乙烯萘、聚酯、聚碸、聚對苯二甲酸乙二酯、苯酚甲醛、聚醯亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚甲醛、聚丙烯、間-苯基醚、聚對-苯基硫化物、對-醯胺、聚苯乙烯、聚碸、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基、乙烯丙烯氟化物、聚四氟乙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯、聚二氟亞乙烯、三聚氰胺甲醛、液晶聚合物或脲甲醛。中間膜132之膜厚度可設定於不小於100nm且不大於1μm。在此情形下，膜厚度可較佳地設定於不小於150nm且不大於800nm。
應注意，緩衝膜或諸如此類(刪除其圖解說明)可夾置於中間膜132與第一膜131或第二膜133之間。另外，中間膜132有時係單層膜且有時係具有堆疊結構之膜。
膜120之整體厚度t1可設定於(例如)不小於50奈米(nm)且不大於3微米(μm)。在此情形下，整體厚度t1可較佳地設定於不小於300nm且不大於1.5μm。
圖19係顯示構形膜120之第一膜131、中間膜132及第二膜133之膜厚度h1、h2及h3及第一膜131、中間膜132及第二膜133之殘餘應力σ1、σ2及σ3的示意圖。為簡化闡述，圖19顯示在形成中空部分111之 後之狀態，但殘餘應力σ1、σ2及σ3係在形成中空部分111之前分別出現於第一膜131、中間膜132及第二膜133中之殘餘應力。為向應變檢測元件200施加關於來自外部之壓力之較大應變且提高壓力感應器110A之敏感性，期望膜120之殘餘應力σ之值接近0MPa。藉由下式使用第一膜131、中間膜132及第二膜133膜之厚度h1至h3及殘餘應力σ1至σ3計算自堆疊結構構形之膜120之平均殘餘應力σ平均。
[數學表達式1]σ平均=(h1*σ1+h2*σ2+h3*σ3)/(h1+h2+h3)
在藉由濺鍍沈積包含鋁之氧化物以形成第一膜131及第二膜133時，可藉由調節濺鍍氣體之壓力來控制第一膜131及第二膜133之殘餘應力σ1及σ3。此時，第一膜131及第二膜133沈積為非晶型氧化鋁。
應注意，第一膜131因用於處理定位於第一膜131上方之應變檢測元件200之研磨而發生蝕刻，而第二膜133因在處理中空部分111時之RIE方法而發生蝕刻。若第一膜131之膜厚度h1及第二膜133之膜厚度h3最終因蝕刻而發生改變，則如自式[數學表達式1]所理解，膜120之平均殘餘應力σ平均之值最終發生改變。
然而，藉由包含鋁(Al)之氧化物形成之第一膜131及第二膜133對於研磨及RIE具有強耐受性，因此膜厚度在製造製程之前及之後並不改變。因此，採用如圖18中所顯示中間膜132由第一膜131及第二膜133夾持之結構使得可容易地控制膜120之平均殘餘應力σ平均之值。
下文參照圖20闡述初始狀態中膜120之彎曲可由上述三層結構阻抑之原因。在下文參照圖20之闡述中，殘餘應力σ之值表示如下。亦即，在膜120中發生拉伸殘餘應力時之殘餘應力σ表示為正值，且與之相反，在膜120中發生壓縮殘餘應力時之殘餘應力σ表示為負值，且其中為0MPa。應注意，圖20顯示在並不向膜120施加來自外部之壓力時膜120之初始狀態中之形狀。
在處理/形成中空部分111之前在膜120中沿Z軸方向(垂直於膜120之方向)上具有殘餘應力分佈之情形下，在處理/形成中空部分111之後在某一方向上生成使得膜120之殘餘應力σ有所增加之力矩作用。
首先，如圖20A中所顯示，考慮以下情形：第一膜131之膜厚度h1與第二膜133之膜厚度h3之厚度差較大，且沿Z軸方向(自中空部分111側朝向應變檢測元件200側之方向)發生使得膜120之殘餘應力有所增加之分佈。在此情形下，如圖20A中所顯示，在膜120中生成在Z方向上向上傾斜之力矩M1。
圖20A顯示(作為一實例)h1>>h3且σ1>σ2之情形。另外，亦假設因h1>>h3，故並無來自殘餘應力σ3之貢獻。
因膜120具有向上傾斜之力矩M1，故膜120在初始狀態中之較大彎曲65a下具有凸形形狀。因此，將較大壓縮力Ps施加至應變檢測元件200。
接下來，如圖20B中所顯示，考慮以下情形：第一膜131之膜厚度h1與第二膜133之膜厚度h3之厚度差較大，且沿Z軸方向(自中空部分111側朝向應變檢測元件200側之方向)發生使得膜120之殘餘應力有所降低之分佈。在此情形下，如圖20B中所顯示，在膜120中生成在Z方向上向下傾斜之力矩M2。圖20B顯示(作為一實例)h1>>h3且σ1<σ2之情形。另外，亦假設因h1>>h3，故並無來自殘餘應力σ3之貢獻。因膜120具有向下傾斜之力矩M2，故膜120在初始狀態中之較大彎曲65b下具有凹形形狀。因此，將較大拉伸力P1施加至應變檢測元件200。
在將較大力Ps及P1施加至來自初始狀態之應變檢測元件200時，並不足夠引起由磁阻效應所致之磁性層之磁化變化且壓力感應器110A並不產生敏感性，即使在膜120之殘餘應力σ之值較小且膜120對來自外部之壓力的敏感性良好時。
接下來，參照圖20C，考慮以下情形：第一膜131之膜厚度h1與第二膜133之膜厚度h3之厚度差較小，殘餘應力σ隨著自膜120之中間膜132接近中空部分111側有所增加，且殘餘應力σ隨著自膜120之中間膜132接近應變檢測元件200側有所增加。在此情形下，在膜120中生成分別由第一膜131之殘餘應力σ1與中間膜132之殘餘應力σ2及第二膜133之殘餘應力σ3與中間膜132之殘餘應力σ2引起的力矩M3及力矩M4。圖20C顯示(作為一實例)σ1>σ2且σ3>σ2之情形。在σ1<σ2且σ3<σ2時，力矩M3及力矩M4之各別傾斜發生倒轉。因力矩M3及M4係生成於彼此抵消之方向上，故膜120之初始狀態中之彎曲經阻抑。因此，施加至初始狀態中之應變檢測元件200之力經構形較為微小。
應注意，一些應變檢測元件200可在並不施加來自外部之壓力之初始狀態中並不施加拉伸或壓縮力時獲得最高敏感性，且一些其他應變檢測元件200可在施加微小拉伸或壓縮力時獲得最高敏感性。此取決於構形應變檢測元件200之膜之厚度或材料。
一種向初始狀態中之應變檢測元件200施加微小力之方法係向初始狀態中之膜120提供微小彎曲。在膜120如圖18中在Z軸方向上具有實質上對稱之三層結構，可藉由調節膜厚度h1、h2及h3之等級來微調力矩M3及M4中之每一者之等級，藉此可以良好精確度控制膜120之初始狀態中之彎曲等級。
對該實施例之壓力感應器實施退火以固定製造製程中磁性層之磁化。在不同熱膨脹係數之情形下，在第一膜131與中間膜132之間之界面處或在中間膜132與第二膜133之間之界面處生成熱應力。亦可藉由如圖18中在Z軸方向上向膜120提供對稱性來減輕因自該等熱應力生成之力矩所致之對膜120之初始狀態的影響。
另外，如圖21A中所顯示，在第一膜131與中間膜132之間之界面處及在中間膜132與第二膜133之間之界面處，第三膜134或第四膜135 可新形成於藉由遷移構形膜120之元件來修改組成之部分處。第三膜134或第四膜135中所發生之殘餘應力之值可與第一膜131或第二膜133之彼等值不同。亦可藉由如圖18中在Z軸方向上向膜120提供對稱性來減輕因自第三膜134或第四膜135之殘餘應力生成之力矩所致之對膜120之初始狀態的影響。
(第二實施例之優點)
如上文所闡述，在第二實施例之壓力感應器110A中，膜120之上表面及下表面係藉由包含鋁之氧化物構形。因此，可確保膜120之膜厚度均勻性且可改良壓力感應器110A之敏感性，此類似於第一實施例之上述優點。亦即，第二膜133用作用於形成中空部分111之蝕刻中之阻止膜，且第一膜131用作用於濺鍍應變檢測元件200之蝕刻中之阻止膜。
此外，藉由採用膜120中之上述三層結構，第二實施例之壓力感應器110A使得能夠控制膜120之物理性質(例如殘餘應力)，且使得能夠阻抑或調節初始狀態中之膜120之彎曲，藉此可改良壓力感應器之敏感性。
另外，參照圖21B至21E闡述自第二實施例之第一膜131、中間膜132及第二膜133構形之膜120對於壓力感應器110A之有效程度。利用圖16B中所顯示之評估裝置及評估方法來評估膜120。
圖21B係在採用濺鍍沈積之AlOx作為第一膜131及第二膜133之材料且採用CVD(化學氣相沈積)沈積之SiNx膜作為中間膜132之材料之情形下，顯示在並不施加來自外部之施加壓力之初始狀態中雷射顯微鏡M3之量測結果的實際影像數據。將在處理中空部分111之前之膜之殘餘應力調節至適當值且採用圓形作為振動部分121之形狀。另外，將振動部分121之直徑設定於530μm，且將第一膜131之膜厚度設定於100nm，將第二膜133之膜厚度設定於50nm，且將中間膜132之膜厚 度設定於550nm。另外，圖21B顯示並不具有應變檢測元件200或連結至配置於其上之應變檢測元件200之電極之類似物的膜120。在圖21B中，圓形部分之內側對應於振動部分121，且圓形部分之外側對應於支撐部分122。
圖21C係藉由顏色對比顯示圖21B之影像數據中所顯示膜120之垂直方向(Z軸方向)中之高度分佈的視圖。自圖21C之顏色均勻之事實發現，膜120在初始狀態中較為平坦。如先前所提及，有時，在初始狀態中於膜120中發生較大彎曲時，應變檢測元件200不能足夠顯示其性能。
圖21D顯示在向膜120施加-10kPa、-5kPa、-1kPa、-0.5kPa、-0.2kPa、0kPa、0.2kPa、0.5kPa、1kPa、5kPa及10kPa之施加壓力之情形下，藉由雷射顯微鏡M3量測圖21B之B-B’橫截面中之形狀變化的結果。發現由膜120之質心120P1所約束向左及向右之膜之形狀相等，且在振動部分121發生變形時施加至配置於振動部分121邊緣處之應變檢測元件200之力相等。
圖21E係在圖21D之情形下假設水平軸為所施加壓力80且垂直軸為膜120之質心120P1之位移量D的圖形。自此圖形發現，振動部分121之質心120P1之位移量D顯示來自外部之施加壓力80之小範圍急劇變化。換言之，膜120以良好敏感性對施加壓力之變化作出反應。圖21B中所顯示之膜120在-0.2kPa至0.2kPa之施加壓力範圍內具有3.6μm/kPa之位移傾斜。
自圖21D及21E中所顯示之量測結果發現，在採用膜120(其中利用濺鍍沈積之AlOx作為第一膜131及第二膜133之材料且採用CVD沈積之SiNx膜作為中間膜132之材料)之情形下，可產生具有如下膜之壓力感應器110A：其中初始狀態中之彎曲較小，另外其中在發生彎曲時之膜形狀對稱，且以良好敏感性對施加壓力作出反應。
(第三實施例)
接下來，參照圖22闡述第三實施例之壓力感應器。此第三實施例之壓力感應器具有不同於第一實施例之膜120之構形。其他構形類似於第一實施例之彼等構形。在圖22中，使用與彼等指定於第一實施例中之參考符號相同之參考符號來指定與第一實施例之彼等構形相同的構形，且下文刪除其詳細闡述。
圖22係圖1之A-A’橫截面之示意性剖面圖。如圖22中所顯示，藉由膜133(配置於基板110側)及膜132(配置膜133上方)之兩層結構來形成膜120。膜133係類似於第二實施例之膜133由包含鋁之氧化物構形，且膜132係自與第二實施例之中間膜132相同之材料構形。亦即，此第三實施例之膜120採用自第二實施例之膜120去除第一膜131之構形。換言之，在第三實施例之膜120中，僅用作支撐部件之基板110之一側之第一表面係自包含鋁之氧化物構形。以又一方式表達此情形，第三實施例之膜120包含：包含含有鋁之氧化物之第一膜；及第三膜，且第三膜定位於第一膜與應變檢測元件之間。應注意，膜133之膜厚度可設定於不小於10μm且不大於300μm及更佳地不小於20nm且不大於200nm。
(第三實施例之優點)
如上所述，在第三實施例之壓力感應器110A中，膜120之下表面(膜133)係藉由包含鋁之氧化物構形。在膜120之上表面上並無包含鋁之氧化物之膜，因此膜120之上表面處之平坦性略有損失，但在膜120之下表面處，可使膜133用作用於形成中空部分111之蝕刻之阻止膜。因此，膜120之膜厚度均勻性可得以確保且可獲得類似於第一實施例之彼等優點的優點。
(第四實施例)
接下來，參照圖23闡述第四實施例之壓力感應器。此第四實施 例之壓力感應器具有不同於先前所提及實施例之膜120之構形。其他構形類似於先前所提及實施例之彼等構形。在圖23中，使用與彼等指定於先前所提及實施例中之參考符號相同之參考符號來指定與先前所提及實施例之彼等構形相同的構形，且下文刪除其詳細闡述。
圖23係圖1之A-A’橫截面之示意性剖面圖。如圖23中所顯示，膜120係藉由膜131(上面配置有應變檢測元件200)及膜132(配置於膜131下方)之兩層結構形成。膜131係類似於第二實施例之膜131由包含鋁之氧化物構形，且膜132係自與第二實施例之中間膜132相同之材料構形。亦即，此第四實施例之膜120採用自第二實施例之膜120去除第二膜133之構形。換言之，在第四實施例之膜120中，僅應變檢測元件200之一側之第二表面係自包含鋁之氧化物構形。以又一方式表達此情形，第四實施例之膜120包含：包含含有鋁之氧化物之第二膜；及第三膜，且第二膜定位於第三膜與應變檢測元件之間。應注意，膜131之膜厚度可設定於不小於10μm且不大於300μm及更佳地不小於20nm且不大於200nm。
(第四實施例之優點)
如上所述，在第四實施例之壓力感應器110A中，膜120之上表面(膜131)係藉由包含鋁之氧化物構形。在膜120之下表面上並無包含鋁之氧化物之膜，因此膜120之下表面處之平坦性略有損失，但在膜120之上表面處，可使膜131用作用於形成應變檢測元件200之蝕刻之阻止膜。因此，膜120之膜厚度均勻性可得以確保且可獲得類似於第一實施例之彼等優點的優點。
圖24A顯示第一至第四實施例之壓力感應器110A之設計之一實例。
圖24A係採用圓形作為振動部分121之形狀之情形之一實例，且將振動部分121之直徑設計為530μm。應變檢測元件200之一側之長度 為10μm，且在一個振動部分121上分兩個位置配置總共20或更多、在所圖解說明實例中總共30個應變檢測元件200。連結至應變檢測元件200之電極124經路由以儘可能通過支撐部分122上方以並不阻礙振動部分121之移動。可改變振動部分121上之樑123之形狀以匹配應變檢測元件200之放置方法，且有時亦去除樑123。
圖24B係採用矩形作為振動部分121之形狀之情形之一實例，且將振動部分121之長側之長度設計為578μm並將振動部分121之短側之長度設計為376μm。應變檢測元件200之一側之長度為10μm，且接近振動部分121上之兩個長側平行配置總共30個應變檢測元件200。連結至應變檢測元件200之電極124經路由以儘可能通過支撐部分122上方以並不阻礙振動部分121之移動。可改變振動部分121上之樑123之形狀以匹配應變檢測元件200之放置方法，且有時亦去除樑123。
應注意，在圖24A及24B中，將樑123提供於因壓力而發生彎曲之膜120上，但該等樑123未必存在。樑120藉由不同於膜120之材料形成於膜120上。
圖24C係在膜120中使用第一實施例中所顯示種類之藉由包含鋁之氧化物所形成單一膜之情形下壓力感應器110A之橫截面結構的示意圖。下部電極204及上部電極212經配置以便Z軸方向(垂直於膜120之方向)上之電流在應變檢測元件200中流動下部電極204及上部電極212部分存在於振動部分121上。因此，在下部電極204及上部電極212中採用能夠降低殘餘應力之材料以並不阻礙振動部分121之移動。
另一方面，在支撐部分122上，使金襯墊300附接至下部電極204及上部電極212。為防止電流洩漏，下部電極204、上部電極212及應變檢測元件200之周邊由下部電極嵌入絕緣膜303、應變檢測元件嵌入絕緣膜302、絕緣膜301(其環繞(除外接觸應變檢測元件200之部分)上部電極212)及絕緣膜304保護。在形成膜120之包含鋁之氧化物顯示絕 緣性質之情形下，可在絕緣膜301、302、303及304中使用類似於膜120之材料。換言之，絕緣膜301、302、303及304亦能夠降低殘餘應力。另外，亦可避免(例如)藉由膜120及下部電極嵌入絕緣膜303之界面處之材料差異生成之膜剝離問題。
另外，為增加基板110與膜120之黏著，有時將黏著膜305提供於膜120與基板110之間。黏著膜305係薄膜，因此在中空部分111處理期間於振動部分121之區域中刮除。因此，黏著膜305從不對振動部分121之機械特性施加影響。有時將磁性體306配置於應變檢測元件200之周邊。採用CoPt、CoCrPt及FePt之類似物之硬磁性體作為磁性體306，且作為用於施加至應變檢測元件之偏磁層。因此，顯示作為應變檢測元件之穩定特性，且亦可減小雜訊。一較佳實施例係將應變檢測元件之初始磁化方向設定於與應力施加方向實質上呈45度。亦考慮角失準等之類似情形，設定於30至60度代表設計之實際實例。
圖24D係在採用第二實施例中所顯示種類之膜120之構形之情形下壓力感應器110A之橫截面結構的示意圖。下部電極204及上部電極212經配置以便Z軸方向(垂直於膜120之方向)上之電流在應變檢測元件200中流動。下部電極204及上部電極212部分存在於振動部分121上。因此，在下部電極204及上部電極212中採用能夠降低殘餘應力之材料以並不阻礙振動部分121之移動。為防止電流洩漏，下部電極204、上部電極212及應變檢測元件200之周邊由下部電極嵌入絕緣膜303、應變檢測元件嵌入絕緣膜302、絕緣膜301(其環繞(除接觸應變檢測元件200之部分外)上部電極212)及絕緣膜304保護。
在形成第一膜131之包含鋁之氧化物顯示絕緣性質之情形下，可在絕緣膜301、302、303及304中使用類似於第一膜131之材料。因此，亦可避免諸如藉由在第一膜131與下部電極嵌入絕緣膜303之界面處之材料差異生成之膜剝離等問題。為增加基板110及膜120之黏著， 有時將黏著膜305提供於膜120與基板110之間。黏著膜305係薄膜，因此在中空部分111處理期間於振動部分121之區域中刮除。因此，黏著膜305從不對振動部分121之機械特性施加影響。有時將磁性體306配置於應變檢測元件200之周邊。採用CoPt、CoCrPt及FePt之類似物之硬磁性體作為磁性體306，且作為用於施加至應變檢測元件之偏磁層。因此，顯示作為應變檢測元件之穩定特性，且亦可減小雜訊。一較佳實施例係將應變檢測元件之初始磁化方向設定於與應力施加方向實質上呈45度。亦考慮角失準等之類似情形，設定於30至60度代表設計之實際實例。可向上述硬磁性體中添加其他元素。
(第五實施例)
接下來，參照圖25闡述第五實施例。圖25係顯示本實施例之麥克風150之構形之示意性剖面圖。舉例而言，可在麥克風中安裝第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器110A。
麥克風150本實施例之包含：安裝有壓力感應器110A之印刷板151；安裝於印刷板151上之電子電路152；及覆蓋壓力感應器110A及電子電路152以及印刷板151之蓋套153。壓力感應器110A係第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器。
蓋套153提供有使音波155進入之聲孔154。在音波155進入蓋套153內側時，音波155由壓力感應器110A檢測。舉例而言，電子電路152使電流通過安裝於壓力感應器110A中之應變檢測元件且檢測壓力感應器110A之電阻值變化。另外，電子電路152可藉由放大器電路等放大此電流值。
第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器具有高敏感性，因此安裝其之麥克風150可以良好敏感性檢測音波155。
(第六實施例)
接下來，參照圖26及27闡述第六實施例。圖26係顯示第六實施 例之血壓感應器160之構形之示意圖。圖27係如自H1-H2看到之血壓感應器160之示意性剖面圖。舉例而言，在血壓感應器160中可安裝第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器110A。
如圖26中所顯示，舉例而言，將血壓感應器160固定於人類之手臂165之動脈166上方。另外，如圖27中所顯示，血壓感應器160安裝有第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器110A，藉此可量測血壓。
第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器110A具有高敏感性，因此安裝其之血壓感應器160可以良好敏感性連續檢測血壓。
(第七實施例)
接下來，參照圖28闡述第七實施例。圖28係顯示第七實施例之觸控面板170之構形之示意性電路圖。觸控面板170安裝於顯示器(未圖解說明)之內側或外側中之至少一者中。
觸控面板170包含：複數個以矩陣形式配置之壓力感應器110A；複數個第一線路171，其大量配置於Y方向上且分別連結至複數個配置於X方向上之壓力感應器110A之一端；複數個第二線路172，其大量配置於X方向上且分別連結至複數個配置於Y方向上之壓力感應器110A之另一端；及控制單元173，其控制複數個第一線路171及複數個第二線路172。壓力感應器110A係第一至第四實施例之壓力感應器。
另外，控制單元173包含：第一控制電路174，其控制第一線路171；第二控制電路175，其控制第二線路172；及第三控制電路176，其控制第一控制電路174及第二控制電路175。
舉例而言，控制單元173使電流經由複數個第一線路171及複數個第二線路172通過壓力感應器110A。現在，在按壓未圖解說明之觸 控表面時，壓力感應器110A之應變檢測元件根據該壓力改變電阻值。控制單元173藉由檢測電阻值之此變化來指定壓力感應器110A中檢測到由按壓所致之壓力之位置。
第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器110A具有高敏感性，因此安裝其之觸控面板170可以良好敏感性檢測由按壓所致之壓力。另外，壓力感應器110A極小，且可製得高解析度觸控面板170。
應注意，除壓力感應器110A外，觸控面板170可包含用於檢測觸控之檢測元件。
(其他應用實例)
上文參照具體實例闡述第一至第四實施例之安裝有應變檢測元件200之壓力感應器110A之應用實例。然而，除所顯示之第五至第七實施例外，可將壓力感應器110A應用至各種壓力感應器裝置(例如大氣壓感應器或輪胎氣壓感應器等)中。
另外，就每一元件(例如膜、應變檢測元件、應變檢測元件200中所包含之第一磁性層、第二磁性層及中間層、壓力感應器110A、麥克風150、血壓感應器160及觸控面板170)之具體構形而言，該等具體構形包含於本發明範圍中，前提係其可類似地由熟習此項技術者藉由適當地自公開已知範圍進行選擇來實施且前提係其使得可獲得類似優點。
另外，每一具體實例之兩個或更多個元件之技術可能範圍之組合亦包含於本發明範圍內，前提係其屬本發明精神內。
此外，熟習此項技術者基於上文本發明實施例所提及之應變檢測元件、壓力感應器110A、麥克風150、血壓感應器160及觸控面板170藉由適當設計變化能夠實施之所有應變檢測元件、壓力感應器110A、麥克風150、血壓感應器160及觸控面板170亦屬本發明範圍 內，前提係其屬本發明精神內。
儘管已闡述了本發明之某些實施例，但該等實施例僅以實例方式呈現，且並非意欲限制本發明範圍。實際上，本文所闡述之新穎方法及系統可體現為多種其他形式；另外，可在不背離本發明精神之情況下對本文所闡述之方法及系統之形式作出各種省略、替代及改變。意欲使隨附申請專利範圍及其等效形式涵蓋如將歸屬於本發明之範圍及精神內之該等形式或修改。
110‧‧‧基板
110A‧‧‧壓力感應器
111‧‧‧中空部分
120‧‧‧膜
121‧‧‧振動部分
122‧‧‧支撐部分
200‧‧‧應變檢測元件
A-A’‧‧‧線
C1‧‧‧線路
C2‧‧‧線路
P1‧‧‧襯墊
P2‧‧‧襯墊
R1‧‧‧第一區域
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向

Claims (18)

  1. 一種壓力感應器，其包括：支撐部件；膜，其由該支撐件支撐且具有撓性；及應變檢測元件，其形成於該膜上，該應變檢測元件包含形成於該膜上且具有磁化之第一磁性層、具有磁化之第二磁性層及形成於該第一磁性層與該第二磁性層之間之中間層，且該第一磁性層之該磁化及該第二磁性層之該磁化中至少一者之方向相對於另一者的方向端視該膜之應變而發生改變，且該膜包含含有鋁之氧化物層。
  2. 如請求項1之壓力感應器，其中該膜包括：第一膜，其安裝有該應變檢測元件且包含含有鋁之氧化物；第二膜，其定位於該支撐件之一側且包含含有鋁之氧化物；及第三膜，其夾持於該第一膜與該第二膜之間。
  3. 如請求項1之壓力感應器，其中該膜包括：第一膜，其包含含有鋁之氧化物；及第三膜，且該第三膜定位於該第一膜與該應變檢測元件之間。
  4. 如請求項1之壓力感應器，其中該膜包括：第二膜，其包含含有鋁之氧化物；及第三膜，且該第二膜定位於該第三膜與該應變檢測元件之間。
  5. 如請求項2至4中任一項之壓力感應器，其中採用藉由包含SiNx之材料形成之膜作為該第三膜。
  6. 如請求項2之壓力感應器，其中該第一膜之膜厚度不小於10μm且不大於300μm。
  7. 如請求項2之壓力感應器，其中該第二膜之膜厚度不小於10μm且不大於300μm。
  8. 如請求項1之壓力感應器，其中該膜係自包含含有鋁之氧化物之單一膜構形。
  9. 如請求項8之壓力感應器，其中：自包含鋁之氧化物構形之該膜之膜厚度不小於100nm且不大於2μm。
  10. 如請求項1之壓力感應器，其中該應變檢測元件配置於以下兩個點之間之位置：該支撐件與該膜之邊界上之點及連接該膜之質心及該邊界上之該點之線段的中心點。
  11. 如請求項1之壓力感應器，其中在一個膜上配置20或更多個應變檢測元件。
  12. 如請求項1之壓力感應器，其中該膜具有矩形形狀。
  13. 如請求項1之壓力感應器，其中外切該膜之形狀之最小外切矩形包含：第一側；第二側，其與該第一側間隔開；第三側，其連結至該第一側之一端及該第二側之一端；第四側，其連結至該第一側之另一端及該第二側之另一端；及該最小外切矩形之質心，且該等應變檢測元件配置於該膜上，且與該第一側平行對準， 該等應變檢測元件配置於該膜上與自該第一側及連接該第一側之兩端及該最小外切矩形之該質心之線段構形之區域重疊的區中。
  14. 如請求項1之壓力感應器，其中進而將硬磁性體毗鄰配置於具有撓性之該膜上之該應變檢測元件之周邊。
  15. 如請求項14之壓力感應器，其中採用包含CoPt或FePt之材料作為該硬磁性體。
  16. 如請求項1之壓力感應器，其中配置於具有撓性之該膜上之該應變檢測元件由包含顯示絕緣性質之鋁的氧化物層包埋。
  17. 一種壓力感應器，其包括：支撐部件；膜，其由該支撐件支撐且具有撓性；及應變檢測元件，其形成於該膜上，該膜包括：第一膜，其包含含有鋁之氧化物；第二膜，其包含含有鋁之氧化物；及第三膜，其夾持於該第一膜與該第二膜之間，且該應變檢測元件包含在施加應變時電壓發生改變之壓電元件。
  18. 如請求項17之壓力感應器，其中該第三膜包含氮化矽膜。
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