TWI488800B - 微機電系統薄膜 - Google Patents

Description

微機電系統薄膜

本發明是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種微機電系統薄膜。

微機電系統(Microelectromechanical system,MEMS)元件是一種微型電子機械元件，其製作技術相當類似於製造積體電路的技術。因此，隨著電子產業的蓬勃發展，以及積體電路的製作技術的躍進，利用微機電系統技術所製作的微機電系統元件的種類相當多，包括加速度計、開關、電容器、感應器以及麥克風等極小的電子機械元件。微機電系統元件具有重量輕、體積小以及品質佳等優點，故被廣泛地應用於電子產品中。舉例來說，採用微機電系統技術所製作的微機電系統麥克風已為微型麥克風的主流，被應用於手機、數位相機、免持聽筒、筆記型電腦、助聽器以及電子耳等產品中。

一般來說，微機電系統薄膜包括下電極、部分懸空於下電極上方的上電極以及介於上電極與下電極之間的介電層。在微機電系統薄膜的製程中，在基底上依序形成下電極、介電材料層以及具有孔洞的上電極後，會使氫氟酸等蝕刻劑通過上電極的孔洞而移除部份的介電材料層，以形成部分配置於上電極與下電極之間的介電層。如此一來，上電極懸空於下電極上方而具有可振動的特性。舉例來說，當上電極受到聲波的擾動而振動時， 上電極與下電極之間的電容值會產生變化，使得微機電系統薄膜將聲波轉換為電訊號。

然而，在以蝕刻劑移除部份的介電材料層的過程中，蝕刻劑可能會過度移除介電材料層，甚至破壞微機電系統薄膜周圍的電子元件。如此一來，使得微機電系統薄膜以及電子元件的元件特性受到影響。

本發明提供一種微機電系統薄膜，其包括具有開口的第一導體層，其中開口的尺寸隨著其所在位置接近第一導體層的邊緣而縮小。

本發明另提供一種微機電系統薄膜，其包括具有開口的第一導體層，其中具有第一尺寸的開口與具有第二尺寸的開口彼此交錯配置。

本發明提出一種微機電系統薄膜，其包括第一導體層、第二導體層以及第一介電層。第一導體層配置於基底上，第一導體層具有多個開口，開口的尺寸隨著其所在位置接近第一導體層的邊緣而縮小。第二導體層配置於第一導體層與基底之間。第一介電層部分地配置於第一導體層與第二導體層之間，以使部份的第一導體層懸空。

本發明提出另一種微機電系統薄膜，其包括第一導體層、第二導體層以及第一介電層。第一導體層配置於基底上，第一導體層具有多個開口，其中具有第一尺寸的開口與具有第二尺寸的開口彼此交錯配置，且第一尺 寸不等於第二尺寸。第二導體層配置於第一導體層與基底之間。第一介電層部分地配置於第一導體層與第二導體層之間，以使部份的第一導體層懸空。

本發明提出又一種微機電系統薄膜，其包括第一導體層、第二導體層以及第一介電層。第一導體層配置於基底上，第一導體層具有多個開口，其中這些開口的尺寸皆相同，且相鄰的開口之間的間距隨著其所在位置接近第一導體層的邊緣而增加。第二導體層配置於第一導體層與基底之間。第一介電層部分地配置於第一導體層與第二導體層之間，以使部份的第一導體層懸空。

在本發明的一實施例中，上述之第一導體層呈網狀。

在本發明的一實施例中，上述之第一導體層包括多個圖案，開口位於圖案之間。

在本發明的一實施例中，上述之各圖案為彎曲型導線。

在本發明的一實施例中，上述之彎曲型導線的線寬為相同或不同。

在本發明的一實施例中，上述之微機電系統薄膜更包括第二介電層，至少部分地配置於第二導體層與基底之間，以使部分的第二導體層懸空。

在本發明的一實施例中，上述之開口包括多個具有第一尺寸的第一開口以及多個具有第二尺寸的第二開口，其中第一尺寸小於第二尺寸，且第一開口與第一導體層的邊緣之間的距離小於一特定值，第二開口與第一導體層的邊緣之間的距離大於所述特定值。

在本發明的一實施例中，上述之間距包括多個具有第一尺寸的第一間距以及多個具有第二尺寸的第二間距，第一尺寸小於第二尺寸，且第一間距與第一導體層的邊緣之間的距離小於一特定值，第二間距與第一導體層的邊緣之間的距離大於所述特定值。

本發明的微機電系統薄膜的第一導體層具有多個開口，開口的尺寸隨著其所在位置接近第一導體層的邊緣而縮小，或者是，具有第一尺寸的開口與具有第二尺寸的開口彼此交錯配置。值得注意的是，在微機電系統薄膜的製程中，開口的配置方式能夠防止蝕刻劑過度移除微機電系統薄膜之介電材料層以及破壞微機電系統薄膜周圍的電子元件。故，微機電系統薄膜以及位於其周圍的電子元件具有良好的元件特性。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

【第一實施例】

圖1A為依照本發明第一實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。圖1B為圖1A之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。

請同時參照圖1A與圖1B，微機電系統薄膜10與電子元件20分別配置於基底100的相鄰區域上。微機電系統薄膜10包括第一導體層110、第二導體層120、介電 層130以及介電層140。第一導體層110配置於基底100上。第一導體層110具有多個開口S，開口S的尺寸A1、A2、A3、A1’、A2’、A3’隨著其所在位置接近第一導體層110的邊緣P而縮小，也就是A1<A2<A3、A1’<A2’<A3。其中，A1可以等於A1’、A2可以等於A2’以及A3可以等於A3’，本發明未加以限制。在本實施例中，第一導體層110例如是呈網狀。第一導體層110的材料例如是多晶矽、多晶矽化金屬、鋁、鎢、鈦、銅等導電材料。第二導體層120配置於第一導體層110與基底100之間，其材料例如是多晶矽、多晶矽化金屬、鋁、鎢、鈦、銅等導電材料。在本實施例中，第二導體層120是以一整片的導體層為例，但在其他實施例中(未繪示)，第二導體層120也可以呈網狀或其他形狀。

在本實施例中，介電層130部分地配置於第一導體層110與第二導體層120之間，以使一部分的第一導體層110懸空。介電層140配置於第二導體層120與基底100之間。當然，在其他實施例中(未繪示)，介電層140也可以部分地配置於第二導體層120與基底100之間，以使第二導體層120部分懸空於基底100上方。介電層130以及介電層140的材料可以是氧化矽、無摻雜矽玻璃(USG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、磷矽玻璃(PSG)等介電材料。

在本實施例中，電子元件20例如是互補式金屬氧化物半導體(CMOS)元件，其配置於微機電系統薄膜10的周圍。換句話說，微機電系統薄膜10的邊緣P與電子元件20相鄰。電子元件20包括配置於基底100上的閘 極202、與閘極202電性連接的內連線層204、介電層206以及介電層208。其中，介電層206配置於閘極202與內連線層204之間，介電層208配置於閘極202與基底100之間。介電層206以及介電層208的材料例如是與介電層130以及介電層140的材料相同，舉例來說，介電層206的材料可以是氧化矽、無摻雜矽玻璃(USG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、磷矽玻璃(PSG)等介電材料氧化矽，介電層208的材料可以是氧化矽。

一般來說，在微機電系統薄膜10的製程中，在基底100上依序形成第二導體層120、介電材料層(未繪示)以及第一導體層110之後，會利用氫氟酸等蝕刻劑通過第一導體層110的開口S來移除部份的介電材料層，以形成部分配置於第一導體層110與第二導體層120之間的介電層130，使得部分的第一導體層110懸空。在本實施例中，由於開口S的尺寸隨著其所在位置接近第一導體層110的邊緣P而縮小，因此，可以有效地避免蝕刻劑對介電材料層過度蝕刻，以及避免蝕刻劑蝕刻電子元件20的介電層206。換句話說，第一導體層之開口的配置方式能避免蝕刻劑破壞微機電系統薄膜以及位於其周圍的電子元件，使得微機電系統薄膜以及電子元件具有良好的元件特性。此外，第一導體層之開口的尺寸變化可以增加第一導體層的膜應力(membrane stress)，進而提升微機電系統薄膜的元件特性。

【第二實施例】

圖2A為依照本發明第二實施例之微機電系統薄膜 的剖面示意圖。圖2B為圖2A之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10a的結構與第一實施例中所述的微機電系統薄膜10的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請同時參照圖2A與圖2B，第一導體層110包括多個圖案112以及多個配置於圖案112之間的開口S。其中，開口S的尺寸A1、A2、A3、A1’、A2’、A3’隨著其所在位置接近第一導體層110的邊緣P而縮小，也就是A1<A2<A3且A1’<A2’<A3’。其中，A1可以等於A1’、A2可以等於A2’以及A3可以等於A3’，本發明未加以限制。值得注意的是，在本實施例中，圖案112是以條狀為例，但本發明不限於此，在其他實施例中(未繪示)，圖案112也可以具有其他形狀。

【第三實施例】

圖3A為依照本發明第三實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。圖3B為圖3A之微機電系統薄膜中每一個圖案112的上視示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10b的結構與第一實施例中所述的微機電系統薄膜10的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請同時參照圖3A與圖3B，在本實施例中，第一導體層110包括多個陣列排列的圖案112以及多個配置於圖案112之間的開口S。開口S的尺寸A1、A2、A3、A1’、A2’、A3’隨著其所在位置接近第一導體層110的邊緣P而縮小，也就是A1<A2<A3且A1’<A2’<A3’。其中，A1可以等於A1’、A2可以等於A2’以及A3可以 等於A3’，本發明未加以限制。此外，在本實施例中，各圖案112包括彎曲型(winding)導線114與開口T。在本實施例中，在各圖案112中，是以導線114的線寬W與開口T的尺寸皆固定為例，但本發明不限於此。詳言之，開口T的尺寸可以隨著導線114的線寬W變化而變化。舉例來說，當導線114與開口T所佔有的總面積固定時，隨著導線114的線寬W漸增時，開口T的尺寸漸小，反之亦然。如此一來，可以進一步調整第一導體層的膜應力(membrane stress)，進而提升微機電系統薄膜的元件特性。本實施例是以這些圖案112的尺寸相同為例來說明之，但本發明並不以此為限。熟知本技藝者應暸解，這些圖案112的尺寸也可以依設計需求而調整為不同。

【第四實施例】

圖4A為依照本發明第四實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。圖4B為圖4A之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10c的結構與第一實施例中所述的微機電系統薄膜10的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請同時參照圖4A與圖4B，在本實施例中，第一導體層110具有多個開口S。其中，具有第一尺寸A1的開口S與具有第二尺寸A2的開口S彼此交錯配置，且第一尺寸A1不等於第二尺寸A2。詳言之，由第一導體層110的邊緣P算起，開口S的尺寸依序為A1/A2/A1/A2/A1/A2、、、。在本實施例中，是以第一尺 寸A1小於第二尺寸A2為例，但在另一實施例中(未繪示)，第一尺寸A1也可以大於第二尺寸A2。值得注意的是，在本實施例中是以開口具有兩種尺寸為例，但本發明不限於此，在其他實施例中(未繪示)，開口也可以具有兩種以上的尺寸，舉例來說，由第一導體層的邊緣算起，開口的尺寸依序為A1/A2/A3/A1/A2/A3、、、或者是A1/A2/A3/A4/A1/A2/A3/A4/、、、。再者，開口的尺寸也可以不完全相同，舉例來說，由第一導體層的邊緣算起，開口S的尺寸可以依序為A1/A2/A1’/A2’/A1”/A2”/A1/A2/A1’/A2’/A1”/A2”、、、，其中A1<A2、A1’<A2’以及A1”<A2”。

在本實施例中，由於具有小尺寸的開口與具有大尺寸的開口彼此交錯配置，因此，可以控制蝕刻劑經由開口進入介電材料層的流速與流量。故，能有效地避免蝕刻劑對邊緣P處的介電材料層過度蝕刻，以及避免蝕刻劑蝕刻電子元件20的介電層206。換句話說，開口的配置方式能避免蝕刻劑破壞微機電系統薄膜以及位於其周圍的電子元件，使得微機電系統薄膜以及電子元件具有良好的元件特性。此外，第一導體層之開口的尺寸變化可以增加第一導體層的膜應力(membrane stress)，進而提升微機電系統薄膜的元件特性。

【第五實施例】

圖5為依照本發明第五實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10d的結構與第四實施例中所述的微機電系統薄膜10c的結構相 似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請參照圖5，在本實施例中，第一導體層110包括多個圖案112以及多個配置於圖案112之間的開口S。其中，具有第一尺寸A1的開口S與具有第二尺寸A2的開口S彼此交錯配置，且第一尺寸A1不等於第二尺寸A2。詳言之，由第一導體層110的邊緣P算起，開口S的尺寸依序為A1/A2/A1/A2/A1/A2、、、。值得注意的是，在本實施例中是以開口S具有兩種尺寸A1、A2為例，但本發明不限於此，在其他實施例中，開口也可以具有兩種以上的尺寸，開口的排列方式可參照第四實施例中所述，於此不贅述。再者，圖案112可以呈圖2B所繪示的條狀、圖3B所繪示的彎曲狀或其他形狀，可以參照第二實施例與第三實施例中所述的圖案112，於此不贅述。

【第六實施例】

圖6為依照本發明第六實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10e的結構與第二實施例中所述的微機電系統薄膜10a的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請參照圖6，在本實施例中，第一導體層110包括多個圖案112以及多個配置於圖案112之間的開口S。特別注意的是，在本實施例中，開口S分為兩種尺寸A1、A2，其中A1<A2。與第一導體層110的邊緣P之間的距離小於特定值d的開口S的尺寸皆為A1，與第一導體層110的邊緣P之間的距離大於特定值d的開口S的尺寸為A2。換句話說，與第一導體層110的邊緣P較近的一群 開口S的尺寸皆較小，而與第一導體層110的邊緣P較遠的另一群開口的尺寸皆較大。當然，在本實施例中是以所有的開口只具有兩種尺寸為例，但本發明不限於此，在其他實施例中(未繪示)，也可以將所有的開口分為多組，其中與第一導體層的邊緣的距離越近的開口組別具有越小的尺寸。此外，圖案112可以呈圖2B所繪示的條狀、圖3B所繪示的彎曲狀或其他形狀，可以參照第二實施例與第三實施例中所述的圖案112，於此不贅述。

【第七實施例】

圖7為依照本發明第七實施例之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10f的結構與第一實施例中所述的微機電系統薄膜10的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請參照圖7，在本實施例中，開口S分為兩種尺寸A1、A2，其中A1<A2。與第一導體層110的邊緣P之間的距離小於特定值d的開口S的尺寸皆為A1，與第一導體層110的邊緣P之間的距離大於特定值d的開口S的尺寸為A2。換句話說，與第一導體層110的邊緣P較近的一群開口S的尺寸皆較小，而與第一導體層110的邊緣P較遠的另一群開口的尺寸皆較大。當然，在本實施例中是以所有的開口只具有兩種尺寸為例，但本發明不限於此，在其他實施例中(未繪示)，也可以將所有的開口分為多組，其中與第一導體層的邊緣的距離越近的開口組別具有越小的尺寸。

【第八實施例】

圖8為依照本發明第八實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10g的結構與第二實施例中所述的微機電系統薄膜10a的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請參照圖8，在本實施例中，第一導體層110包括多個圖案112以及多個配置於圖案112之間的開口S。特別注意的是，開口S的尺寸皆為A1。然而，圖案112的尺寸B1、B2、B3、B4會隨著其所在位置接近第一導體層110的邊緣P而漸大，即B1>B2>B3>B4。當然，在另一實施例中(未繪示)，圖案112可以具有兩種尺寸B1、B2，其中B1>B2。當圖案112所在位置與第一導體層110的邊緣P之間的距離小於特定值d時，圖案112的尺寸為B1，而當圖案112所在位置與第一導體層110的邊緣P之間的距離小於特定值d時，圖案112的尺寸為B2。此外，圖案112可以呈圖2B所繪示的條狀、圖3B所繪示的彎曲狀或其他形狀，可以參照第二實施例與第三實施例中所述的圖案112，於此不贅述。

【第九實施例】

圖9為依照本發明第九實施例之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。在本實施例中，微機電系統薄膜10h的結構與第一實施例中所述的微機電系統薄膜10的結構相似，以下僅針對其主要不同處進行說明。

請參照圖9，在本實施例中，開口S的尺寸皆為A1。然而，相鄰的開口S之間的間距116會隨著其所在位置接近第一導體層110的邊緣P而漸大，即B1>B2>B3 >B4。在另一實施例中(未繪示)，相鄰的開口S之間的間距116可以具有兩種數值B1、B2，其中B1>B2。當間距116所在位置與第一導體層110的邊緣P之間的距離小於特定值d時，間距116的尺寸為B1，而當間距116所在位置與第一導體層110的邊緣P之間的距離小於特定值d時，間距116的尺寸為B2。

特別一提的是，在其他實施例中，微機電系統薄膜包括多個次單元，次單元可以是構成微機電系統薄膜的最小單位。其中，每一個次單元包括上述的開口或圖案。

綜上所述，本發明之微機電系統薄膜的第一導體層具有不同尺寸的開口。其中，開口的尺寸隨著其所在位置接近第一導體層的邊緣而縮小，或者是具有小尺寸的開口與具有大尺寸的開口彼此交錯配置。開口的配置方式能夠防止蝕刻劑過度移除微機電系統薄膜之介電材料層以及破壞微機電系統薄膜周圍的電子元件。此外，開口的尺寸變化也可以增加第一導體層的膜應力，以進一步提升微機電系統薄膜的元件特性。故，微機電系統薄膜以及位於其周圍的電子元件具有良好的元件特性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h‧‧‧微 機電系統薄膜

20‧‧‧電子元件

100‧‧‧基底

110‧‧‧第一導體層

112‧‧‧圖案

114‧‧‧導線

116‧‧‧間距

120‧‧‧第二導體層

130‧‧‧介電層

140‧‧‧介電層

202‧‧‧閘極

204‧‧‧內連線層

206‧‧‧介電層

208‧‧‧介電層

A1、A2、A3、A1’、A2’、A3’、B1、B2、B3、B4‧‧‧尺寸

P‧‧‧邊緣

S、T‧‧‧開口

W‧‧‧線寬

圖1A為依照本發明第一實施例之微機電系統薄膜 的剖面示意圖。

圖1B為圖1A之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。

圖2A為依照本發明第二實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。

圖2B為圖2A之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。

圖3A為依照本發明第三實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。

圖3B為圖3A之微機電系統薄膜中每一個圖案112的局部上視示意圖。

圖4A為依照本發明第四實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。

圖4B為圖4A之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。

圖5為依照本發明第五實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。

圖6為依照本發明第六實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。

圖7為依照本發明第七實施例之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。

圖8為依照本發明第八實施例之微機電系統薄膜的剖面示意圖。

圖9為依照本發明第九實施例之微機電系統薄膜的局部上視示意圖。

10‧‧‧微機電系統薄膜

20‧‧‧電子元件

100‧‧‧基底

110‧‧‧第一導體層

120‧‧‧第二導體層

130‧‧‧介電層

140‧‧‧介電層

202‧‧‧閘極

204‧‧‧內連線層

206‧‧‧介電層

208‧‧‧介電層

A1、A2、A3、A1’、A2’、A3’‧‧‧尺寸

P‧‧‧邊緣

S‧‧‧開口

Claims (14)

1. 一種微機電系統薄膜，包括：一第一導體層，配置於一基底上，該第一導體層具有多個開口，該些開口的尺寸隨著其所在位置接近該第一導體層的邊緣而縮小，其中該第一導體層的開口率為中央大而邊緣小；一第二導體層，配置於該第一導體層與該基底之間；以及一第一介電層，部分地配置於該第一導體層與該第二導體層之間，以使部份的該第一導體層懸空。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統薄膜，其中該第一導體層呈網狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統薄膜，其中該第一導體層包括多個圖案，該些開口位於該些圖案之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之微機電系統薄膜，其中各該圖案為彎曲型導線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之微機電系統薄膜，其中該些彎曲型導線的線寬為相同或不同。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統薄膜，更包括一第二介電層，至少部分地配置於該第二導體層與該基底之間，以使部分的該第二導體層懸空。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統薄膜，其中該些開口包括多個具有第一尺寸的第一開口以及多個具有第二尺寸的第二開口，該第一尺寸小於該第 二尺寸，且該些第一開口與該第一導體層的邊緣之間的距離小於一特定值，該些第二開口與該第一導體層的邊緣之間的距離大於該特定值。
8. 一種微機電系統薄膜，包括：一第一導體層，配置於一基底上，該第一導體層具有多個開口，其中該些開口的尺寸皆相同，且相鄰的開口之間的間距隨著其所在位置接近該第一導體層的邊緣而增加，其中該第一導體層的開口率為中央大而邊緣小；一第二導體層，配置於該第一導體層與該基底之間；以及一第一介電層，部分地配置於該第一導體層與該第二導體層之間，以使部份的該第一導體層懸空。
9. 如申請專利範圍第8項所述之微機電系統薄膜，其中該第一導體層呈網狀。
10. 如申請專利範圍第8項所述之微機電系統薄膜，其中該第一導體層包括多個圖案，該些開口位於該些圖案之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之微機電系統薄膜，其中各該圖案為彎曲型導線。
12. 如申請專利範圍第11項所述之微機電系統薄膜，其中該些彎曲型導線的線寬為相同或不同。
13. 如申請專利範圍第8項所述之微機電系統薄膜，更包括一第二介電層，至少部分地配置於該第二導體層與該基底之間，以使部分的該第二導體層懸空。
14. 如申請專利範圍第8項所述之微機電系統薄 膜，其中該些間距包括多個第一間距以及多個第二間距，該些第一間距大於該些第二間距，且該些第一間距與該第一導體層的邊緣之間的距離小於一特定值，該些第二間距與該第一導體層的邊緣之間的距離大於該特定值。