TWI466814B - 微機電系統裝置及製程 - Google Patents

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Colin Robert Jenkins
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Wolfson Microelectronics Plc
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Description

微機電系統裝置及製程
本發明是關於一種微機電系統(MEMS)裝置及製程，且特別是關於一種與傳感器有關的MEMS裝置及製程，例如一電容式麥克風。
消費性電子產品隨著科技的進步而持續小型化，並且效能與功能亦不斷地提升，此可由用於例如行動電話、膝上型電腦、MP3播放器與個人數位助理(PDA)等消費性電子產品的科技清楚地見證。以行動電話產業要求為例，其驅使相關元件小型化且具有更多功能與低成本。因此，整合多種電子電路功能並將其結合於例如麥克風與揚聲器的傳感器裝置，實為所求。
此種需求的結果是發展出以微機電系統(MEMS)為基礎的傳感器裝置，例如，用於偵測及/或產生壓力/聲波的電容式傳感器或用於偵測加速度的電容式傳感器。藉由傳感器與電子電路間介面的移除以及這些裝置與用以運算與處理MEMS裝置資訊的必要電子電路的整合 而降低這些裝置的大小與成本是持續的趨勢。達成這些目標的其中一項挑戰就是要在MEMS裝置製程中克服與用於製造互補式金屬氧化半導體(CMOS)電子裝置的標準製程的相容性困難，而這需要允許MEMS裝置與傳統電子元件以相同材料與相同製造機器直接整合。
使用MEMS製程形成的麥克風裝置一般包含一或多層的薄膜沉積於薄膜及/或基板而用於讀取/驅動(read-out/drive)的電極。就MEMS壓力感測器與麥克風而言，讀取通常是藉由量測電極之間的電容值所達成。就傳感器而言，裝置是藉由於電極之間所提供電位差所驅動。
圖1與圖2分別繪示習知電容式麥克風裝置的剖面示意圖與外觀示意圖。此電容式麥克風元件包含可隨聲波所產生的壓力差而自由移動的可撓薄膜1。第一電極3機構性連接至薄膜1，並且二者共同形成電容式麥克風裝置的第一電容板。第二電極5機構性連接至通常為硬式的結構層或背板7，並且二者共同構成電容式麥克風裝置的第二電容板。
電容式麥克風係形成於基板9，例如一矽晶圓之上。薄膜1下方具有一背腔11，係利用”背面蝕刻”基板9所形成。複數個開口13，以下稱為音孔，形成於背板7以容許空氣分子自由進出，因此聲波可進入薄膜1上方的凹穴15。複數個開口17，以下稱為通氣孔，可用 於連接凹穴15與背腔11。凹穴15與背腔11讓薄膜1可因應於經由背板7音孔13進入的聲波而移動。
因此，當因應於聲波的壓力波進入麥克風時，薄膜1會稍微偏離它的平衡位置。下部電極3與上部電極5的間距隨之改變，引起兩電極之間後續將由電子電路(未繪示於圖中)偵測出來的電容值的變化。
圖2繪示如圖1所示MEMS裝置變形的外觀示意圖。
圖3繪示如圖1與圖2所示傳統MEMS裝置簡化的剖面示意圖。如前文所述，一第一電極(未繪示於圖中)形成部分的可撓薄膜1，並且一第二電極(未繪示於圖中)於薄膜1上方被附加至或嵌入硬式背板7。背板7與薄膜1皆可由例如氮化矽所形成，並且基板由矽形成。但是，矽的熱膨漲係數大於氮化矽，導致在這兩種不同材料介面的應力。
圖3結構可以藉由沉積層的多種處理與後續再次選擇地乾或濕蝕刻去除部份的該些層而形成，這通常包含使用犧牲層或可在後續處理部步驟移除的部份，而且這些處理在相對低溫進行(在10~400℃範圍)。沉積該些層時，在這結構沒有顯著的本有應力集中，而藉由移除犧牲層得到這結構時，沉積層的張應力會在背板側壁造成扭轉動量，如此導致張應力集中在側壁邊緣外部且壓應力集中在側壁邊緣內部。相似的應力可在在薄膜1中發現。
應力集中通常會在圖3標示的點A與B產生爆裂，而且會導致MEMS裝置失效。應力也會讓MEMS裝置在製造時更容易失敗。例如，當多個MEMS裝置製造在單一晶圓並且後續利用切割技術予以分割時，在點A與B會讓這裝置爆裂且失效，而這些點的失效讓傳感器失去功用。
因此本發明目的是提供一種沒有前文所述缺點的MEMS裝置。
根據本發明，提供一種微機電系統(MEMS)裝置而包含：一薄膜層；形成於該薄膜層上之一背板層；其中該薄膜層包含：一外部；相對於該外部而突起之一內部；以及一側壁，係用於連接該內部與該外部；其中該側壁係非垂直於該外部。
根據本發明其他方面，提供一種製造具有一薄膜層之微機電系統(MEMS)裝置之方法，該薄膜層具有一內部以及一外部，該方法包含以下步驟：沉積一犧牲層；塑形該犧牲層以留下部分之犧牲材料供定義該薄膜層之該內部，其中該部分之犧牲材料之邊緣係傾斜的；以及沉積該薄膜層於該部分之犧牲材料之上。
根據本發明其他方面，提供一種製造具有一背板層之微機電系統MEMS)裝置之方法，該背板層具有一上部以及一下部，該方法包含 以下步驟：沉積一犧牲層；塑形該犧牲層以留下部分之犧牲材料供定義該薄膜層之該內部，其中該部分之犧牲材料之邊緣係傾斜的；以及沉積該背板層。
根據本發明其他方面，提供一種微機電系統(MEMS)裝置而包含：一薄膜層；形成於該薄膜層上之一背板層，該背板層包含一內部以及一外部，以及連接該內部與該外部之一側壁；其中該背板層之該內部係間隔於該薄膜層，並且其中該薄膜層係至少連接至該背板層之該側壁。
根據本發明其他方面，提供一種製造一微機電系統(MEMS)裝置之方法。該方法包含以下步驟：形成具有一內部、一外部以及連接該內部與該外部之一側壁之一薄膜層；沉積一犧牲層於該薄膜層之該內部之上；以及沉積該背板層於該薄膜層之該犧牲層、該側壁以及該外部之上。
為了使本發明達到易於理解與閱讀的效果，現在將參照所附圖式說明經由僅作為例示之目的的特定實施例。
在以下實施例之敘述中，任何方向(文字與圖形二者)皆只作為例示。更進一步，任何應力值與目標的參考預設為參考到結果層/特性 應力而用於完整製程的MEMS裝置，並且只作為例示。
圖4繪示根據本發明第一方面之MEMS裝置剖面示意圖。配合圖3，MEMS裝置包含由基板9支撐的薄膜層1，以及位於薄膜層1上方的背板層7。但是，與圖3的MEMS裝置不同的是，背板層7與薄膜層1以傾斜或有角度的側壁形成以減少MEMS裝置的應力集中，以下詳細說明。
背板層包含由薄膜層1支撐的下部7b(該”下部”是背板的外部部分)。背板層也包含用於支撐一電極(未繪示於圖中)的上部7a，而”上部”是背板的內部部分。背板層7的上部7a間隔於薄膜層1，並且經由側壁7c連接到下部7b。但是，與其垂直於下部7b，背板層7的側壁7c係非垂直於下部7b。側壁7c係傾斜或有角度而讓在角落A的最大應力相較於圖3之結構被降低。
薄膜層1也以與背板層7相似的方式傾斜。薄膜層1因此包含用於支撐一電極(未繪示於圖中)的上部(或內部)1a。薄膜層的上部(或內部)1a經由側壁1c而由下部(或外部)1b支撐。但是，與其垂直於下部1b，薄膜之側壁1c係非垂直於下部1b。側壁1c因此傾斜或有角度而讓在角落B的最大應力相較於圖3之結構被降低。
MEMS裝置具有大致上的圓形剖面(例如繪示於圖2的裝置)，薄膜層1與背板層7的內部與側壁形成中空的截面體。但是，MEMS 裝置不需要具有圓形剖面是可理解的。
圖4薄膜1是以與圖3薄膜相似的方式使用一連串製造步驟而形成，因此犧牲層係先沉積在基板層9形成薄膜層上部的區域，然後在沉積薄膜層後移除犧牲層。根據本發明，薄膜層有角度的側壁1c係藉由第一次沉積犧牲層時產生，並且塑形犧牲層以留下部分的犧牲材料供定義薄膜層內部，其中部分的犧牲材料的邊緣係傾斜的。薄膜層接著均勻沉積在犧牲層上，因此產生傾斜或有角度之側壁1c。
請參閱圖5a至5d，根據本發明一方面，部分的犧牲材料的傾斜邊緣係藉由先在基板層9沉積犧牲層15(如圖5a所繪示)，然後蝕刻犧牲層15以留下犧牲材料中間部分15a(如圖5b所繪示)，接著熱處理犧牲材料之中間部分15a，例如固化，以形成包含傾斜邊緣的犧牲材料中間部分15b(如圖5c所繪示)。傾斜邊緣之形成係收縮犧牲材料中間部分15a的結果，因此中間部分15a之上表面相較於下表面可以在水平方向更自由地收縮，下表面則因為與基板9接觸而受限。薄膜層接著均勻沉積在犧牲層上，因此在薄膜層1產生傾斜或有角度的側壁1c(如圖5d所繪示)。
另外，犧牲層15，例如一聚亞醯胺層，可感光，也就是可以藉由紫外線曝曬而直接圖案化。犧牲層在此例中旋轉塗佈為所需厚度，通常以150℃烘烤並曝曬。犧牲層接著被製作以移除多餘聚亞醯胺。 以較高溫度的最終固化，例如350至450℃持續30分鐘，以確保所有溶劑蒸發與材料的交互作用，並且在此步驟的材料收縮產生有角度的側壁。
根據本發明其他方面，具有傾斜邊緣之部分之犧牲材料可使用圖6a至6d所示方法形成。首先，一抗蝕層16，例如一光阻層，沉積在犧牲層15上(如圖6a所繪示)。光阻層16接著以一圖案曝曬、製作與熱處理而留下部分之光阻材料16a(如圖6b所繪示)。所產生具有傾斜邊緣的部分的光阻材料16a係於形成該部分16a時收縮光阻層而產生。換言之，以前述相似方式，傾斜邊緣形成在該部分16a係收縮光阻層之結果，因此光阻材料中間部分的上表面可以在水平方向收縮，而下部部分因為與犧牲層15接觸而在收縮時受到限制。
部分的光阻材料16a形成後，犧牲層15與部分的光阻材料16a均由蝕刻處理決定，例如電漿蝕刻(如圖6c所繪示)。犧牲層15與部分的光阻材料16a係同時蝕刻。一開始，在部分的光阻材料16a下方的犧牲層15的區域將不蝕刻。但是，當蝕刻材料經過犧牲層與部分的光阻材料16a外部區域向下滲透時，犧牲層的內部區域在部分的光阻材料16a傾斜邊緣蝕刻後開始蝕刻。
部分的光阻材料16a之塑形結果係大致上轉印到犧牲層15，因此產生具有傾斜邊緣的部份的犧牲材料15a。
光阻層16與犧牲層15的厚度可以依據它們個別的蝕刻率選定。例如，如果犧牲層15與光阻層16由相同蝕刻率的材料製成，這兩層可以選定大致上相同的厚度。但是，如果光阻層選用的蝕刻率大於犧牲層的，則光阻層可以較厚，反之亦然。
根據用以理解前述方法之一例示，聚亞醯胺層在基板旋轉塗佈至所需厚度。聚亞醯胺層可包含熱固化的聚亞醯胺材料，其係以大約350℃之最大固化溫度沉積後加熱固化。例如Shipley SPR 220-7的光阻材料旋轉塗佈至大約8微米之厚度，接著以預定圖案曝曬製作與熱處理而產生具有例如70度角的傾斜側壁的光阻部份，所產生的塑形的光阻部份接著使用例如RIE 80與氧氣電漿的電漿蝕刻器蝕刻至聚亞醯胺，結果光阻部分的傾斜側壁因此轉印至聚亞醯胺。
製造薄膜層傾斜側壁的其他方法係使用”灰階”蝕刻罩。也就是，一般是藉由放置符合所需圖案的蝕刻罩在犧牲層之上而圖案化犧牲層，接著施加蝕刻劑到裝置，並且因為該蝕刻罩，因此只有對蝕刻劑開放的區域才蝕刻。灰階蝕刻罩附加於”開放”區域時，犧牲層完全蝕刻掉，並且對於”封閉”區域，不進行任何蝕刻，其具有包含不同尺寸與數量的孔洞的”灰化”區域。蝕刻劑以藉由這些孔洞數量及/或尺寸所決定的速率通過這些孔洞至犧牲層。因此，犧牲層上幾乎完全被蝕刻的灰化區域較多及/或較大於較不積極被蝕刻的灰化區域。
因此，關於本發明，傾斜側壁可以藉由使用具有稍微不同數量及/或尺寸的孔洞的灰階蝕刻罩來產生。
圖4背板7也可利用與圖3背板相似方式而使用一連串製造步驟形成，因此犧牲層先沉積在薄膜層形成背板層上部7a的區域，然後犧牲層在沉積背板層7後移除。
根據本發明，背板層有角度的側壁7c係藉由第一次沉積犧牲層而產生，並且塑形犧牲層以留下部分的犧牲材料供定義背板層內部，其中部分的犧牲材料邊緣係傾斜的。背板層接著均勻沉積在犧牲層上方，因此在背板層1產生傾斜的或有角度的側壁7c。
背板層的傾斜側壁7c可以使用與前述關於形成薄膜的相似技術來形成，例如使用圖5a至5d、6a至6d所繪示或灰階蝕刻罩技術。
在此一提，雖然背板層7的下部7b由薄膜層1直接支撐，MEMS裝置可在背板層與薄膜層之間包含一或多的其他層，例如一介電層或一蝕刻停止層。以相似方式，雖然薄膜層1之下部1b由基板層9直接支撐，MEMS裝置可在薄膜層與基板層之間包含一或多的其他層，例如一介電層或一蝕刻停止層。
最後，MEMS裝置可藉由移除犧牲層(例如以蝕刻)而”釋放”，讓薄膜層1相關於背板層而自由移動。可選擇地，這個步驟可包含至少留下部份的犧牲層在原地以強化結構。例如，在薄膜層及/或背板層 側壁下的部分的犧牲層可留下而強化側壁與降低應力。
本發明也應用於如前文所述且只有薄膜層或背板層被製造之MEMS裝置。
圖7繪示根據本發明第二方面之MEMS裝置。MEMS裝置包含由基板9支撐的薄膜層1，以及位於薄膜層1上方的背板層7。背板層7可以使用與薄膜層1相同的材料而形成，讓背板層7與薄膜層1熔合在一起而形成單一結構(如圖7由虛線所示)。另外，背板層7可以使用與薄膜層1不同的材料而形成。
圖7的MEMS裝置係藉由沉積並如配合圖4所述前文選擇地蝕刻犧牲層而形成。例如，一第一犧牲層可沉積與蝕刻以產生薄膜層上部的凹穴。一第二犧牲層可在薄膜層1上方沉積與蝕刻，讓蝕刻處理不過度突出該薄膜層1之上部1a後，部分的犧牲層仍然保留。較佳地，具有一有角度的側壁之犧牲層類似薄膜而形成。有角度的側壁可以使用前述任一技術而形成。因此，當背板層在薄膜層上方形成(包含在薄膜上部1a之上的犧牲材料)，部分的側壁7c與薄膜的側壁1c熔合在一起而構成一個較強固的背板結構。
薄膜層與背板層可由例如氮化矽製成，其他合適的材料可被使用也是可理解的，所產生的背板層由薄膜層1支撐其下部7b(也就是，薄膜層15下部1b位於背板層下部7b之下)。背板層也包含用於支撐 電極(圖中未繪示)的上部7a，其係間隔於薄膜層1，並且經由側壁7c而由下部7b支撐。薄膜層1也包含用於支撐電極(圖中未繪示)的上部1a，其係經由側壁1c而由下部1b支撐。
如前文所述，薄膜層1的側壁1c相鄰於背板層7的側壁7c，讓這兩個側壁1c與7c熔合。
在此一提，雖然薄膜層1的下部1b係由基板層直接支撐，MEMS裝置可在薄膜層與基板層之間包含一或多的其他層，例如一介電層或一蝕刻停止層。
根據本發明其他方面，背板的厚度可增加，讓背板層的厚度大於背板層從下部7b到上部7a的階高，因此提供較小的扭動動量並增強對於水平與垂直負載二者的支撐。
當背板層的厚度大於背板層階高時，從背板產生一個水平視線，這對於背板同時提供了水平與垂直支撐，並且具有讓背板非常堅硬的附加優點而有助於獲得精確的訊號。
圖8繪示根據本發明其他方面之MEMS裝置。
圖8所繪示之MEMS裝置大致上相似於圖7。事實上，圖8繪示製造後之MEMS裝置，讓薄膜層1熔合於背板層7。另外，由犧牲層沉積所產生而位於背板層7與薄膜層1的縫隙有點窄，以供背板層7側壁的內表面大致上對齊於薄膜層1的內表面。
換言之，用於形成背板7犧牲層的直徑稍微小於薄膜層頂部，並且導致背板7包覆於薄膜。可以理解的是，雖然圖8未繪示，相對應的步階存在於背板的外部側壁。
熟知該項技藝者應可理解對於較佳實施例之前述說明可用於任何MEMS裝置，例如MEMS麥克風或壓力傳感器。本發明尚可用於其他傳感器，例如大量設置於薄膜的加速計。
因此，關於薄膜因應於壓力差而移動的實施例已如前述，並且特別對於由聲波造成的壓力差，薄膜也可設置為因應於絕對壓力而移動。
另外，MEMS裝置在前述多個實施例包含一或多個額外的層將可被理解。
在整個前文中，所參考到的薄膜與背板的”上部”與”下部”，係相關於形成多層於其上的基板。讀者應可理解這些個別的對應於薄膜與背板的上部與下部，係相關於裝置的中間軸。
此外，本發明包含具有前述MEMS傳感器之一電子封裝。另外，該電子封裝可包含定義於2007年8月17日所申請而審查中之GB0716187.0號申請案之具有一凹槽之基板，其中該MEMS傳感器位於該凹槽。該電子封裝尚可包含一上蓋，其中該封裝形成一RF盒。
本發明可用於多種應用。這些應用包含但不限於消費電子應用、 醫療應用、工業應用與汽車應用。例如，典型的消費電子應用包含膝上型電腦、行動電話、個人數位助理(PDAs)與個人電腦，典型的醫療應用包含聽力輔助，其他應用包含主動的雜訊消除，並且典型的汽車應用包含免持聽筒、爆音感測器與主動的雜訊消除。
本發明所揭露上述實施例並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明所申請專利範圍內可為多種替代實施例。”包含”字樣並不排除未列於申請專利範圍之組成或步驟，”a”或”an”字樣並不排除複數，並且單一圖式或其他單元可滿足申請專利範圍所述幾個單元的功能。申請專利範圍中任何參考標號將不用來論斷而限制申請專利範圍。
1‧‧‧薄膜、薄膜層
1a‧‧‧薄膜層上部、內部
1b‧‧‧薄膜層下部、外部
1c‧‧‧薄膜層側壁
3‧‧‧第一電極
5‧‧‧第二電極
7‧‧‧背板、背板層
7a‧‧‧背板層上部、內部
7b‧‧‧背板層下部、外部
7c‧‧‧背板層側壁
9‧‧‧基板、基板層
11‧‧‧背腔
13、17‧‧‧開口、音孔、通氣孔
15‧‧‧凹穴、犧牲層
15a‧‧‧犧牲材料中間部分
15b‧‧‧包含傾斜邊緣之犧牲材料中間部分
16‧‧‧抗蝕層、光阻層
16a‧‧‧具有傾斜邊緣之部分光阻材料
A、B‧‧‧點
圖1繪示習知MEMS麥克風之剖面示意圖；圖2係圖1習知MEMS麥克風剖面之外觀示意圖；圖3係基本MEMS結構剖面之簡化示意圖；圖4係根據本發明第一型態之MEMS結構之剖面示意圖；圖5a至5d繪示根據本發明一方法之圖4傾斜側壁之形成過程；圖6a至6d繪示根據本發其他方法之圖4傾斜側壁之形成過程；圖7係根據本發明第二形態之MEMS裝置之剖面示意圖； 圖8係根據本發明另一型態之MEMS裝置之剖面示意圖。
1a‧‧‧薄膜層上部/內部
1b‧‧‧薄膜層下部/外部
1c‧‧‧薄膜層側壁
7a‧‧‧背板層上部
7b‧‧‧背板層下部
7c‧‧‧背板層側壁
9‧‧‧基板
11‧‧‧背腔
A、B‧‧‧點

Claims (43)

  1. 一種微機電系統(MEMS)裝置，包含：一薄膜層，包含一內部，一外部以及一側壁用以連接該內部與及外部；一背板層，係形成於該薄膜層上，該背板層包含一內部以及一外部，以及連接該內部與該外部之一側壁；其中該背板層之該內部係間隔於該薄膜層，並且其中該薄膜層係連接至該背板層之該側壁之至少一部份。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該薄膜層之該側壁係至少支撐部分之該背板層之該側壁。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之微機電系統裝置，其中該薄膜層以及該背板層係由不同材料形成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之微機電系統裝置，其中該薄膜層以及該背板層係由相同材料形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該背板層之厚度係大於該背板層在該內部之階高。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該薄膜層側壁不垂直於該外部。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該背板層之該內部位於平行於該外部平面之一平面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該背板層之側壁不垂直於該外部。
  9. 一種製造微機電系統(MEMS)裝置之方法，該方法包含以下步驟：形成具有一內部、一外部以及連接該內部與該外部之一側壁之一薄膜層；沉積一犧牲層於該薄膜層之該內部之上；以及沉積該背板層於該薄膜層之該犧牲層、該側壁以及該外部之上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該沉積該犧牲層步驟包含固化該犧牲層前蝕刻該犧牲層之步驟，使得該犧牲層包含有角度之側壁。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該製造薄膜層之方法包含以下步驟：沉積一犧牲層；塑形該犧牲層以留下部分之犧牲材料供定義該薄膜層之該內部，其中該部分之犧牲材料之邊緣係傾斜的；以及沉積該薄膜層於該部分之犧牲材料之上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該塑形步驟包含：放置一蝕刻罩於該犧牲層之上，該蝕刻罩包含至少一個定義該部分之犧牲材料之邊緣之灰階部份；以及透過該蝕刻罩施加蝕刻劑至該犧牲層。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該塑形步驟包含：蝕刻該犧牲層以留下犧牲材料之中間部分；以及固化該犧牲材料之中間部分以形成包含傾斜邊緣之該部分之犧牲材料。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該塑形步驟包含：沉積一抗蝕層於該犧牲層之上；塑形該抗蝕層以留下部分之抗蝕材料供定義部分之犧牲材料，其中該部分之抗蝕材料之邊緣係傾斜的；以及施加蝕刻劑至該犧牲層以及該部分之抗蝕材料，以留下部分之犧牲材料供定義該薄膜層之該內部。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該塑形該抗蝕層步驟包含：圖案化該抗蝕層以留下抗蝕材料之中間部分；以及熱處理該抗蝕材料之中間部分以形成包含傾斜邊緣之該部分之抗蝕材料。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該施加蝕刻劑步驟包含同時蝕刻掉該犧牲層以及該部分之抗蝕材料之步驟，因此該部分之抗蝕材料之形狀係大致上轉印至該部分之犧牲材料。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該抗蝕材料包含一光阻材料。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含：沉積該薄膜層後，移除至少一部份之該部分之犧牲材料。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中至少一部份之該部分之犧牲材料係保留在該薄膜層之該側壁之下。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，包含：沉積該薄膜層後，移除全部該部分之犧牲材料。
  21. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該沉積一犧牲層之步驟更包含以下步驟：塑形該犧牲層以使該部分之犧牲材料之側壁係傾斜的。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該塑形步驟包含：放置一蝕刻罩於該犧牲層之上，該蝕刻罩包含至少一個定義該部分之犧牲材料之邊緣之灰階部份；以及透過該蝕刻罩施加蝕刻劑至該犧牲層。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該塑形步驟包含： 蝕刻該犧牲層以留下犧牲材料之中間部分；以及固化該犧牲材料之中間部分以形成包含傾斜邊緣之該部分之犧牲材料。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該塑形步驟包含：沉積一抗蝕層於該犧牲層之上；塑形該抗蝕層以留下部分之抗蝕材料供定義部分之犧牲材料，其中該部分之抗蝕材料之邊緣係傾斜的；以及施加蝕刻劑至該犧牲層以及該部分之抗蝕材料，以留下部分之犧牲材料供定義該背板層之該內部。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該塑形該抗蝕層步驟包含：圖案化該抗蝕層以留下抗蝕材料之中間部分；以及熱處理該抗蝕材料之中間部分以形成包含傾斜邊緣之該部分之抗蝕材料。
  26. 如申請專利範圍第24或25項所述之方法，其中該施加蝕刻劑步驟包含同時蝕刻掉該犧牲層以及該部分之抗蝕材料之步驟，因此該部分之抗蝕材料之形狀係大致上轉印至該部分之犧牲材料。
  27. 如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該抗蝕材料包含一光阻材料。
  28. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含：沉積該背板層後，移除至少一部份之該部分之犧牲材料。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中至少一部份之該部分之犧牲材料係保留在該背板層之該側壁之下。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之方法，包含：沉積該背板層後，移除全部該部分之犧牲材料。
  31. 一種通訊裝置，包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  32. 一種可攜式電話裝置，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之可攜式電話裝置，其中該傳感器用於一雜訊消除處理。
  34. 一種音響裝置，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之音響裝置，其中該傳感器用於一雜訊消除處理。
  36. 一種電腦裝置，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  37. 一種車輛，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1所 述之微機電系統(MEMS)裝置。
  38. 一種醫療裝置，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  39. 一種工業裝置，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  40. 一種封裝，包含一傳感器，該傳感器包含如申請專利範圍第1項所述之微機電系統(MEMS)裝置。
  41. 如申請專利範圍第40項所述之封裝，其中該電子封裝包含具有一凹槽之一基板，並且該傳感器位於該凹槽。
  42. 如申請專利範圍第40或41項所述之封裝，其中該封裝包含一上蓋。
  43. 如申請專利範圍第40項所述之封裝，其中該封裝形成一射頻(RF)盒。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026682A1 (de) 2009-06-03 2010-12-09 Robert Bosch Gmbh Bauelement mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112012005578B4 (de) * 2012-01-05 2019-11-07 Tdk Corporation Differenzielles Mikrofon und Verfahren zum Ansteuern eines differenziellen Mikrofons
CN105324329A (zh) * 2013-05-02 2016-02-10 罗伯特·博世有限公司 单片cmos-mems麦克风及制造方法
GB2565375A (en) * 2017-08-11 2019-02-13 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd MEMS devices and processes
JP2019201263A (ja) * 2018-05-15 2019-11-21 凸版印刷株式会社 Ｍｅｍｓマイクロフォン
WO2020251915A1 (en) * 2019-06-10 2020-12-17 Butterfly Network, Inc. Curved micromachined ultrasonic transducer membranes
EP3793213A1 (en) 2019-09-13 2021-03-17 ams International AG Microstructure and method of producing a microstructure

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0561566A2 (en) * 1992-03-18 1993-09-22 Knowles Electronics, Inc. Solid state condenser and microphone
DE19607379A1 (de) * 1995-03-01 1996-09-05 Fujitsu Ltd Dünnfilm-Magnetkopfgleiter und elektrostatischer Stellantrieb für den Antrieb eines Kopfelementes desselben
WO2002015636A2 (en) * 2000-08-11 2002-02-21 Knowles Electronics, Llc Miniature broadband transducer
TW535452B (en) * 2000-12-20 2003-06-01 Shure Inc Condenser microphone assembly
TWI235010B (en) * 2003-09-29 2005-06-21 Taiwan Carol Electronics Co Lt Micro-type single-chip microphone and its manufacturing method
TW200626946A (en) * 2004-09-27 2006-08-01 Idc Llc MEMS device having deformable membrane characterized by mechanical persistence
TW200626484A (en) * 2004-09-27 2006-08-01 Idc Llc Device having patterned spacers for backplates and method of making the same
TWI268115B (en) * 2005-07-26 2006-12-01 Taiwan Carol Electronics Co Lt The diaphragm chip of a silicon-based microphone and its manufacturing method
GB2435544A (en) * 2006-02-24 2007-08-29 Oligon Ltd MEMS device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW252211B (zh) * 1993-04-12 1995-07-21 Cauldron Ltd Parthership
US5573679A (en) * 1995-06-19 1996-11-12 Alberta Microelectronic Centre Fabrication of a surface micromachined capacitive microphone using a dry-etch process
EP1196349A1 (en) * 1999-06-29 2002-04-17 Regents Of The University Of Minnesota Micro-electromechanical devices and methods of manufacture
CA2312636A1 (en) * 2000-06-28 2001-12-28 Hubert Jerominek Microbridge structures equipped with sloped legs and produced using grey-scale mask technology
JP4087081B2 (ja) * 2001-05-21 2008-05-14 日本放送協会 Ｉｃマイクの振動板形成方法
KR100512960B1 (ko) * 2002-09-26 2005-09-07 삼성전자주식회사 플렉서블 ｍｅｍｓ 트랜스듀서와 그 제조방법 및 이를채용한 플렉서블 ｍｅｍｓ 무선 마이크로폰
KR20050083777A (ko) * 2002-10-16 2005-08-26 조지아 테크 리서치 코오포레이션 중합체, 그의 사용 방법, 및 그의 분해 방법
JP2005342817A (ja) * 2004-06-01 2005-12-15 Sony Corp 中空構造素子およびその製造方法ならびに電子機器
US20060151207A1 (en) * 2004-12-02 2006-07-13 Brian Redman RF shielding structure
US7152481B2 (en) * 2005-04-13 2006-12-26 Yunlong Wang Capacitive micromachined acoustic transducer
US7449356B2 (en) * 2005-04-25 2008-11-11 Analog Devices, Inc. Process of forming a microphone using support member
TWI260940B (en) * 2005-06-17 2006-08-21 Ind Tech Res Inst Method for producing polymeric capacitive ultrasonic transducer

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0561566A2 (en) * 1992-03-18 1993-09-22 Knowles Electronics, Inc. Solid state condenser and microphone
DE19607379A1 (de) * 1995-03-01 1996-09-05 Fujitsu Ltd Dünnfilm-Magnetkopfgleiter und elektrostatischer Stellantrieb für den Antrieb eines Kopfelementes desselben
WO2002015636A2 (en) * 2000-08-11 2002-02-21 Knowles Electronics, Llc Miniature broadband transducer
TW535452B (en) * 2000-12-20 2003-06-01 Shure Inc Condenser microphone assembly
TWI235010B (en) * 2003-09-29 2005-06-21 Taiwan Carol Electronics Co Lt Micro-type single-chip microphone and its manufacturing method
TW200626946A (en) * 2004-09-27 2006-08-01 Idc Llc MEMS device having deformable membrane characterized by mechanical persistence
TW200626484A (en) * 2004-09-27 2006-08-01 Idc Llc Device having patterned spacers for backplates and method of making the same
TWI268115B (en) * 2005-07-26 2006-12-01 Taiwan Carol Electronics Co Lt The diaphragm chip of a silicon-based microphone and its manufacturing method
GB2435544A (en) * 2006-02-24 2007-08-29 Oligon Ltd MEMS device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WO01//00523A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009037456A2 (en) 2009-03-26
US8482088B2 (en) 2013-07-09
TW200914364A (en) 2009-04-01
GB0718308D0 (en) 2007-10-31
GB2452941B (en) 2012-04-11
WO2009037456A3 (en) 2010-04-01
US20100244162A1 (en) 2010-09-30
GB2452941A (en) 2009-03-25

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