TWI545969B - 整合ｃｍｏｓ／ｍｅｍs麥克風晶片 - Google Patents

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Description

整合CMOS/MEMS麥克風晶片
本發明係有關於MEMS麥克風晶粒，特別是一種基於CMOS技術(CMOS-based technologies)所製作之MEMS麥克風晶粒。
在1960年代，微電子領域的從業人員，最早在微小的機械結構中開發一系列的製程步驟，包含材料層沉積在矽基板表面上，接著使用選擇性蝕刻去掉部分的沉積材料。到了1980年代，業界開始轉向使用多晶矽作為機械層，並在矽基表面作為微加工技術上。然而，多晶矽在製程微機電系統(MEMS)中已被證明為有效元件，但由於機械特性、電性和熱性質不同，使得CMOS的製程技術較MEMS多晶矽基板製程技術工作效率來的佳，因此現有技術中，將獨立的晶片製程在傳統MEMS控制電路上，當CMOS和多晶矽製程整成功的整合於單一晶片上，但混合型多晶矽CMOS裝置因為設計時間長和製程要求複雜而不太理想。
最近，業者試圖使用標準的CMOS材料而不是使用傳統材料在多晶矽基板MEMS結構的製程，在標準的CMOS製程中，電晶體形成在矽晶片的表面和電子通道透過反覆沉積法和選擇性移除金屬層和介電材料建立於電晶體上，在一個整合的CMOS/MEMS晶片中，CMOS電路同時作為連接部分晶片，金屬圖層和介電材料在另一部份的晶片可以形成複雜的MEMS結構，當所有階層被建立完成，MEMS結構被“釋放”-即可利用蝕刻液去除環繞MEMS結構之犧牲介電材料，例如vHF(蒸氣氫氟酸)，殘留MEMS結構的機械元件能夠自由移動。其它犧牲蝕刻液可採用濕“蝕刻墊(pad etch)”電漿(等離子)、或RIE乾蝕刻、或他們的任何組合，某些犧牲蝕刻液侵蝕氮化矽鈍化層。聚亞胺，包括一些COMS在鈍化層上加工可以降低對氮化矽的侵蝕。
為了簡化的設計與製造，因此不需使用特殊的製作程序和材料以提供不同需求的混合型多晶矽CMOS晶片，然而，作為結構的基礎元件，薄的 金屬層在釋放後會彎曲，但使用CMOS金屬層缺乏結構MEMS元件所需的剛性，此外，薄的金屬層在釋放後會趨於彎曲，雖然這些問題可以透過建立金屬堆疊層具有金屬通道與其他金屬層連接來解決，但仍然有許多其他問題沒有被解決。
首先，當複數金屬層MEMS可能為剛性結構，在一些實例中，MEMS的剛性結構應該為非等方性(即在一軸運動為剛性，而在另軸運動為彈性)，例如很多MEMS結構利用彈簧去控制運動；使用複數金屬層的彈簧結構可以增加剛度以防止彈簧彎曲，但限制了結構中彈簧x-、y-、和z-軸的有效剛度。
第二，許多類型的MEMS在密閉氣室被釋放，所以無論是需要安裝的蓋晶圓(cap wafer)或需在最上層產生孔洞，以利於蝕刻液達到介電材料，前者的狀況下，安裝蓋晶圓為非標準的CMOS(non-standard CMOS)程序及成本，使得焊墊更具挑戰性也增加了晶片的高度，後者情況下，蝕刻步驟、金屬及材料被沉積後密封孔洞，該風險為不慎導入密封材料進入腔室，可能會影響機械元件的運作。
第三，為了去除介電材料，vHF(或其他犧牲蝕刻液)與材料會造成接觸，狹窄的堆積結構vHF容易移除介電材料，然而，較寬的背板(例如，麥克風的背板)vHF需要相當長的時間才能抵達極板內部，並且可能導致從其他部分的MEMS結構中除去超乎預期的介電材料。
第四，較寬的背板即使移除金屬層之間的介電材料後，極板的質量具有顯著的差異，亦可以導致共震頻率降低，因而產生麥克風頻率響應之負面影響。
第五，如上所示，單一層的金屬相對較脆弱，其中未加強金屬層覆蓋包含MSME結構的密閉氣室，因真空腔室中會造成最頂層呈現內彎，增加MEMS結構和頂層的空間可避免頂層干擾結構干擾MEMS，但增加了晶片的高度。
第六，當MEMS結構中機械元件表面相互接觸，產生表面力，就是常說的“靜摩擦”造成表面相互摩擦而損害設備的機械功能。
因此，急需一種結構及方法，以利解決已知CMOS/MEMS晶片的製造問題。
在本發明的一項實例中在具體實例中，該蝕刻液透過從晶片底部的孔洞導入至入內部的晶片粒，而不是從晶片頂部導入蝕刻液，完成蝕刻完成步驟後，將封裝晶片例如矽或玻璃，封裝可以連接至晶片底部，例如矽或玻璃，該方法比為增加最頂端晶圓的圖案化蓋晶圓圖案化晶圓蓋在最頂端的晶圓上或採取預防措施去以防止封裝材料從EMES腔室進入透過最上層表面孔洞進入EMES腔室中來的簡單及低成本，此外，封裝晶片底部不受焊盤頂部表面的影響，並且所述的封裝晶片可研磨至較薄的整體厚度結構。
本發明的一項實例中，極板由複數交替層的金屬和介電材料組成，在金屬層間具有金屬通道，至少一個金屬層具有多個開口，並將蝕刻液透過開口快速達介電材料，到並且移除金屬層之間的介電材料，所得的結構容易被製程因為蝕刻液能夠迅速到達介電材料，此外相較於複合極板具有連續金屬層，透過本發明極板接近剛性但質量明顯降低。
在本發明的一項實例中，頂層金屬層在晶片和頂層金屬層之間覆蓋密封腔室，包括MEMS結構、結構支撐以提供支撐頂部的金屬層，該支撐結構可為單獨的支柱或部分固定本身MEMS結構，以提供支撐頂部金屬層中避免在真空腔室向內彎。
在本發明的一項實例中，金屬複數交替層和介電材料，在金屬層間具有金屬通道，構成一個彈簧用於活塞式MEMS麥克風隔板(piston-type MEMS microphone diagram)，該彈簧高大於寬，以便去除層間的介電材料，其彈簧水平方向較垂直方向剛性來的大，因此支撐隔板中本發明彈簧相較於等向性彈簧電容可增加50%以上在音量訊號的偵測上。
在本發明的一項實例中，金屬複數交替層和介電材料在金屬層間具有金屬通道，構成一個彈簧用於活塞式MEMS麥克風隔板(piston-type MEMS microphone diagram)，在隔板一側，該頂部金屬層隔板從鄰近的金屬層的支撐結構偏移，當隔板向下移時，金屬層隔板與金屬層的支撐結構相r接觸，以防止隔板進一步向下移動，在隔板另一側，金屬層底部隔板受到相鄰近屬層支撐結構的偏移，當隔板向上移動時，金屬層隔板與支撐金屬層接觸，以避免隔板向上移動。
在本發明的一項實例中，一些排列的通道不需形成於金屬層上，看起來像石筍洞，同樣地，一些排列的通道不需形成於金屬層下方，看起來像 鐘乳石洞，當一個移動元件和一支撐結構的元件彼此互相影響而偏移，類似前方所述實例，當鐘乳石通道與下方金屬層接觸或當石筍通道與金屬層上方接觸時，運動會受到限制，或另一種結構中，鐘乳石與下方的石筍接觸時，運動將會受到限制，消除一層或兩層的金屬層能夠使先前裝置有不同的移動範圍，其中當運動停止時，為金屬層與金屬層之間的接觸，此外消除一個或兩個金屬層可減輕裝置的重量，除此之外，由於接觸面只和通道而不是整個金屬層一樣寬，因此可大幅減少兩個元件之間的靜摩擦力。
1000‧‧‧MEMS彈簧結構
1001、1002、1003、1008、1009、3001、3002、4002、4003、4007、4008、4003b、4002b、4002a、4011、4013、4014、5005、5015、5025、7007、2006‧‧‧金屬層
1004、1005、1010、1011、3003‧‧‧金屬間層
1006、4005a、4005b‧‧‧通道
1007‧‧‧彈簧結構
2000‧‧‧MEMS真空密封晶片
2001、2001a、5006、5016、5026‧‧‧MEMS結構
2002、5003、5013、5023‧‧‧腔室
2003‧‧‧介電材料層
2004、3007、4006、6005‧‧‧支撐結構
2005、5004、5014、5024、7006‧‧‧晶粒晶圓
2007、7008、8003‧‧‧鈍化層
2008、3005‧‧‧開口
2009‧‧‧矽晶圓
3000‧‧‧MEMS電容式感應背板
3004、4005‧‧‧鎢通道
3006、6003、6002、6004、7004‧‧‧彈簧
4001‧‧‧MEMS電容式隔板
4000a、4000b‧‧‧機械式停止裝置
4009‧‧‧懸臂
5001、5021‧‧‧MEMS支撐結構晶片
5022、5002、5012‧‧‧支撐支柱
6001‧‧‧六角隔板
6006、6007‧‧‧壓力停止裝置
6000、7000‧‧‧MEMS電容式麥克風晶粒
6011、6010‧‧‧襯墊
6012‧‧‧COMS電路
6013‧‧‧基板
6009‧‧‧保護電極
6008、8001‧‧‧背板
7001‧‧‧固定梳
7002‧‧‧移動梳
7003‧‧‧周圍結構
7005‧‧‧固定器/支柱
7009、8005‧‧‧封裝晶片
8000‧‧‧MEMS結構液體壓力感測晶片
8002、8002a‧‧‧隔板
8004‧‧‧電洞
第1圖係三層彈簧結構視角圖。
第2圖係五層彈簧結構視角圖。
第3圖係在釋放前真空密封晶片剖面圖。
第4圖係在釋放後真空密封晶片剖面圖。
第5圖係一部份剛性電容感應板剖面圖。
第6圖係剛性電容感應板做為活塞式麥克風隔板視角圖。
第7圖係內置一個機械停止裝置在可移動的MEMS結構剖面圖(靜止)。
第8圖係內置一個機械停止裝置在可移動的MEMS結構剖面圖(向上延伸至停止點)。
第9圖係內置一個機械停止裝置在可移動的MEMS結構剖面圖(向下延伸至停止點)。
第10圖係一個通道和金屬層的機械停止裝置之剖面圖(靜止)。
第11圖係一個通道和金屬層的機械停止裝置之剖面圖(延伸至停止點)。
第12圖係一個相反通道的機械停止裝置剖面圖(延伸至停止點)。
第13圖係一個不使用偏移金屬層的機械停止裝置剖面圖。
第14圖係一個支柱包含單一串連通道結構剖面圖。
第15圖係一個支柱包含多金屬層和多個通道結構剖面圖。
第16圖係一個支柱整合MEMS結構剖面圖。
第17圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS麥克風晶片隔板的視角圖。
第18圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS麥克風晶片隔 板的第二視角圖。
第19圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS麥克風晶片視角圖。
第20圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS共振腔晶片視角圖。
第21圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS共振腔晶片第二視角圖。
第22圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS壓力感測晶片視角圖。
第23圖係一個使用本發明的結構與方法示範製程MEMS壓力感測晶片第二視角圖。
以下各節闡述了本發明中具體實際方案的各種優點，這些並非傾向於發明實際的例子，而是發明的實例可以結合多種方式，以不離開本發明為原則。
一般製程技術
在公開的實例中，可使用本領域技術人員所知道的標準次微米CMOS製程技術(sub-micron CMOS fabrication techniques)來製造，例如：
1.使用電晶體配置於部分矽基板，透過標準COMS技術來製造電晶體，不觸及在部分晶片中製造MEMS結構區域，留下場氧化區域。
2.在整個晶片上沉積SiO2層。
3.將圖案化遮罩在具有開口之SiO2層上，上述開口利於電晶體內連線所需的電通道，和利於MEMS結構中之金屬間層所需的通道。
4.利用反應性離子蝕刻(RIE)蝕刻SiO2。
5.利用物理蒸氣沈積(PVD)來填充鎢通道。
6.使用化學機械研磨(CMP)將表面平坦化。
7.使用濺鍍將Ti沉積在附著層。
8.使用濺鍍將TiN沉積在障壁層。
9.使用濺鍍將鋁/銅合金(1%的銅)沉積在金屬層。
10.將圖案化遮罩應用於金屬層上，以利於形成電路及MEMS結構之內連線。
11.利用RIE蝕刻金屬層。
12.重複步驟2-11的要求製作複數金屬層。
13.沉積Si3N4之鈍化層，若有必要圖案化和乾式蝕刻鈍化層。
14.或者，根據需求增加聚醯亞胺層的鈍化和圖案開口。
15.或者，在MEMS結構下形成一個或多個矽晶片開口。
16.導入vHF(或其他蝕刻)透過鈍化層和/或矽晶片的開口蝕刻MEMS結構中部份的SiO2(移除MEMS結構暴露於vHF中時間長短與隨待移除SiO2的多寡與vHF的濃度、溫度和壓力有關)。
17.將矽晶片切割。
各元件參數可根據需求而改變，例如：金屬層的厚度範圍從約0.5μm到1.0μm，但每一層的厚度不需與其它層相同，通道的範圍從0.2μm到0.5μm，通道之間相距0.5μm到5.0μm，而通道不須要統一的規格和間距，任何一層中的通道可以排成行及列，或彼此之間相互偏移，一層的通道可以從直接從上方至下方，或他們可以偏移下方的通道，而SiO2金屬層的厚度範圍從0.80μm到1.0μm，而每一層金屬層上SiO2的厚度不須要相同。
此外，亦可採用其他CMOS製程常見材料，除了鋁/銅(1%)合金外之金屬也可應用於金屬層，例如銅或不同比例的鋁/銅合金，除了SiO2以外的介電質也可應用於金屬層，例如聚合物，並使用不同的蝕刻液，除了矽材料外，只要能夠與CMOS製程相容即可應用於基板上。
此外，移除步驟中，除了透過時間、溫度及壓力來控制蝕刻的深度，也可利用包含物理阻障結構阻止蝕刻劑進一步滲透。
此外，可以改變上述的步驟，以滿足製程所需要求，非MEMS晶片元件的製程需求，或特定MEMS結構製程上的需求，以下將描述特殊MEMS結構所需額外的製程。
異向性的MEMS彈簧結構
在較佳MEMS彈簧結構實施案例中1000，如第1圖係三層彈簧結構視角圖，金屬層1001、1002、1003由鋁 組成，皆接近寬1.0μm和0.555μm厚，在金屬層之間1001、1002和1003是金屬間層1004和1005，其中約1μm寬和0.85μm厚，通道1006約0.26μm2，由鎢所組成的等距間約1.0μm的間隔。
彈簧結構1000使用標準次微米CMOS製程技術所製成，例如上文所述的“標準製成流程”。
下方表格為相同尺寸的固態金屬結構與彈簧結構1000進行比較：
彈簧結構1007，如第2圖所示，不同於彈簧結構1000之處在於彈簧結構1007包括兩個額外的金屬層1008、1009和兩個額外的金屬間層1010、1011，下方表格為相同尺寸的固態金屬結構與彈簧結構1007進行比較：
根據MEMS元件之彈簧結構目的，金屬層長度可以改變，例如，在MEMS麥克風晶片中使用支撐活塞式隔膜，其長度約100μm，但當應用在其他地方，例如加速器或閥，其長度可根據不同的裝置結構和移動元件的質量而不同，同樣地，多金屬層和/或彈簧的寬度依據MEMS裝置中彈簧需求增加或減少彈簧的剛度，一般而言，彈簧的彈性變化為長度的三次方(成反比)，寬度為線性，並且為長度的三次方。
真空密封MEMS晶片
在最佳的真空密封晶片2000實例中，如第3圖為移除前截面圖，第4圖為移除後並封蓋，金屬層與未移除的介電材料構成未移除MEMS結構 2001並留在腔室2002，MEMS結構2001可以為加速器、共振器、陀螺儀、或其他結構，移除之前，介電材料層2003充滿整個腔室的空間2002，支撐結構2004可以為金屬層或介電材料層，圍繞著腔室2002和支撐結構2004具有其他特徵和目的，這無須描述確切實例，結構2001和2004和介電材料2003所有都在晶粒2005上，金屬層2006，由1.0μm厚的鋁層所組成，支撐結構2004及腔室2002沉積在上方，鈍化層2007由Si3N4組成，沉積在頂層金屬層2006的上方，開口2008貫穿晶片2005到腔室2002。
在MEMS晶粒2000製程中未移除的結構2001，蝕刻透過開口2008導入腔室2002中，蝕刻移除腔室2002中的介電材料2003，包含任何暴露於介電材料的移除中(now-released)MEMS結構2001a和支撐結構2004，支撐結構2004中介電質的蝕刻程度由蝕刻時間所控制，如第4圖，移除後，密封矽晶圓2009與晶圓底部2005結合。
真空密封MEMS裝置2000使用標準次微米COMS製程科技所製成，例如根據上文“一般製造技術”所產生的以下變化：
17.在真空中，連接密封矽晶片至底部晶片使用技術如下，靜電接合、共晶接合、或玻璃融合。
18.減少密封晶片的厚度接近約100μm，使用技術例如磨光、研磨、拋光、化學機械研磨(CMP)、或此些技術之組合。
19.切割矽晶圓。
輕型但剛性(Lightweight-but-Rigid)電容式感應背板
部份輕型但剛性(Lightweight-but-Rigid)電容式感應背板3000，如第5圖，各金屬層3001和3002約0.5μm厚，並且最好由鋁/銅合金組成，金屬內間層3003在金屬層3001和3002之間，約0.850μm厚並由氧化矽組成，鎢通道3004約0.26平方微米，間隔大約1.0μm，並且在金屬層3001和3002之間，單個金屬層3001為寬約600μm六邊形固體，當單個金屬層3002形狀和大小一樣，但為格子狀，具有等邊三角形的開口3005，遍布約10μm大小和間距。
感測背板3000使用標準次微米CMOS製程技術，例如，上方所描述“一般製程技術”。
依據第6圖，當彈簧3006連接支撐結構3007的感測背板3000十分適合作為活塞式電容麥克風隔膜，並且不需沉積額外的導電材料作為電容背板，包括金屬層3001和3002，此外，因為金屬層3001和3002藉由通道3004連接，其得以有效發揮固態元件功能，然而，金屬內層3003透過三角型開口3005被移除，此結構較固態元件輕，並具有較高的共振頻率。
背板的形狀及大小依據背板的應用做變化，例如做為電容感測器背板時，其形狀為矩形並且延伸至周圍感測器結構的支撐璧，此外，當使用電容感測器背板時，金屬層3001被穿孔形成透聲(acoustically transparent)；另外，透過開口3005穿過金屬層3001，在金屬層3001和/和3002中開口3005形狀可以為規則或不規則的多邊形、圓形、或橢圓形，背板的形狀可以為規則或不規則的多邊形、圓形、或橢圓形，並且包含附加的金屬層。
機械式停止裝置
在最佳的電容式隔板4001中的機械式停止裝置4000a和4000b，如圖第7圖，隔板4001之底層金屬層4002每一邊緣自頂層金屬層4003每一邊緣具有些微的偏移(約10μm)，以交替模式環繞在六邊形感測器模版4001，也就是金屬層4002三邊緣延伸超出金屬層4003，並且金屬層4003其他三邊緣的延伸超出金屬層4002，金屬層4002和4003厚度約0.5μm，並且由鋁/銅合金組成，在金屬層4002和4003之間的金屬間層(未顯示，因蝕刻移除)厚度約接近0.85μm，多個鎢通道4005約0.26平方微米，與金屬層4002和4003間隔約1.0μm間距。
在與感應隔板4001金屬層4002和4003邊緣之相反模式中，支撐結構4006包含至少兩個金屬層4007和4008偏移的邊緣，其相鄰金屬層4002和4003的偏移邊緣，也就是，金屬層4007三邊緣延伸超出金屬層4008，並且金屬層4008其他三邊緣延伸超出金屬層4007，這樣的金屬層4007和4008邊緣作為機械式停止裝置能夠防止感測器隔板4001過大的運動。
參考第8圖，當壓力移動感應隔板4001向上，建立一個機械式停止裝置4000a，當金屬層4002頂部與金屬層4007底部相接觸時，使感應器隔板4001停止向上移動，如第9圖顯示，當感應器隔板4001向下移動，建立一 個機械式停止裝置4000b，金屬層4003底部與金屬層4008頂部相接觸時，使感應器隔板4001停止向上移動。
具有機械停止裝置4000a和4000b的感測器可使用標準次微米CMOS技術製程，例如，上述所述的“一般製程技術”。
在其他較佳的實施方案中，懸臂4009之金屬層4003b，如圖第10圖，包含自金屬層4003b向下延伸的一排通道4005a，但金屬層4002b並不延伸至底部的通道4005a，使得4005a的通道像山洞裡的鐘乳石，所有金屬層約厚0.5μm並由鋁/銅合金所組成，在金屬之間的金屬間層(未顯示，因蝕刻移除)約厚0.850μm，所有通道約0.26平方微米並且金屬層之間的間隔約1.0μm間距。
如圖第11，當懸臂4009朝向組件4010向下彎曲，通道4005a與組件4010中金屬層4002a接觸時，運動受到限制，在本變化實例中，如第12圖，一排通道4005a從金屬層4003b向下延伸，而一排通道4005b從金屬層4002a向上延伸，當懸臂4009朝向組件4010向下彎曲，通道4005a與通道4005b接觸時，運動受到限制。
在其他較佳的實施方案中，如第13圖，移動組件4011之向上運動將被限制，當組件4011之頂部金屬層與機械式停止裝置的金屬層4013接觸，移動組件4011向下運動將被限制，當組件底部金屬層與機械式停止裝置的金屬層4014接觸，在此配置中，元件4011之頂部與底部邊緣彼此之間不需要相互偏移。
一個機械式停止感應器的製程部分使用標準次微米COMS製程技術，例如，在上方所顯示“一般製程技術”，然而，標準的COMS製程“規則”通常並不允許通道上方和下方無金屬層，並且此規則在製程中被重複(並沒有實際上禁止製造此等通道)。
第7圖至第12圖實際範例中，上下文中描述該發明機械式停止裝置的活塞型電容式感應器和懸臂，與機械式停止裝置相似可以用來限制MEMS結構中其他機械元件的運動，經由範例和非限制方式，任何實施方案的中停止裝置可以被用來限制隔板、彈簧、背板、懸臂、閥門、反射鏡、微夾鉗等的運動。
MEMS裝置中的支撐結構
在MEMS晶片的支撐結構5001最佳實例中，如第14圖，一個支撐結構5002，約0.26平方微米並且由金屬層補片(patches of metallic layers)組成並單排對齊的鎢通道，位於腔室5003內，且形成在裝置晶圓5004和金屬層5005之間，腔室5003延伸於晶粒晶圓5004和金屬層5005之間，一個MEMS結構5006(如圖所示)也在腔室中。
在MEMS晶片的支撐結構5011第二個實例中，如第15第14圖，支撐支柱5012，由金屬層及金屬間層(未顯示，因蝕刻移除)交錯組成，具有金屬通道在金屬層之間，位於腔室5013中，，並且由晶粒晶圓5014和金屬層5015所組成，腔室5013延伸在晶粒晶圓5014和金屬層5015之間，支柱5012的金屬層約1μm和5平方微米，厚度約0.55μm，並由鋁組成，支柱5012的金屬間層約0.26平方微米，間距大約1μm的間距，由鎢所組成，各金屬層之間的通道可以改變以達到支柱的必要強度，一個MEMS結構5006(如圖所示)也在腔室中。
在MEMS晶片的支撐結構5021第三個實例中，如第16圖，支撐支柱5022，由金屬層及金屬間層(未顯示，因蝕刻移除)交錯組成，具有金屬通道在金屬層之間，位於腔室5023中，，並且形成於MEMS結構5026(如圖所示)固定部分和金屬層5015之間，腔室5023延伸在晶粒晶圓5024和金屬層5025之間，支柱5022的金屬層約1μm和5平方微米及厚約0.5μm，並由鋁組成，支柱5022的金屬內間層約厚0.85μm，支柱通道5022約0.26平方微米，由鎢組成。
支撐通道5002、支柱5012、和支柱5022製程使用標準次微米COMS製程技術，例如上述中“一般製程技術”，具有特殊形狀、位置、和多個支座5002、5012、5022能夠依據MEMS結構5006、5016、5026的形狀、位置、及目的而改變。
應用範例-電容麥克風
第17圖、第18圖、和第19圖顯示使用本發明結構所製之實際MEMS電容麥克風晶粒6000，六角隔板6001以固態金屬層、晶格金屬層(lattice metallic layers)，及複數金屬通道在兩金屬層之間所製作，彈簧6002、6003、和6004貼附隔板6001連接至環繞隔板6001之支撐結構6005。彈簧6002、6003、和6004由三層金屬層構成，每一具有寬度和高度比約1.0：3.6，隔板6001和支撐結構6005包含壓力停止裝置6006和6007，背板6008以兩晶格金屬層所製，在兩層 間具有多個金屬通道，保護電極6009在隔板6001和背板6008之間，由COMS電路驅動，以減少位於隔板和背板間的支撐結構之雜散偶合電容，襯墊6010和6011提供晶粒和外部電路的連接，6012區域(未被MEMS結構佔據之晶粒部分)包含支持麥克風的操作之COMS電路(例如電壓、控制器、放大器、類比/數位轉換器等)。
在操作中，聲波撞擊隔板6001，隔板6001上下移動，如結構6005中的活塞，改變在隔板6001和背板6008間之電容，彈簧6002、6003、和6004以恢復波前間之間隔板6001的位置，壓力停止裝置6006和6007回應過大的壓力或物理衝擊，以限制隔板6001的運動。
在本實例中，背板6008位於基板6013上方，隔板6001位於背板6008上方。另類選擇，麥克風晶粒6000被製作，使得隔板6001位於基板6013上方，而背板6008位於隔板6001上方，在其他實例中，聲波會撞擊隔板6001無論是從頂部還是底部，取決於麥克風晶粒6000如何安裝於麥克風封裝中，安裝麥克風晶粒6000於封裝的各種配置記載於U.S.Pat.No.8,121,331，本發明可完整引用與參考之。
應用範例-共振器
第20圖和第21圖顯示實際MEMS電容麥克風晶片7000製程使用本發明和結構，固定梳(Fixed combs)7001和移動梳(moving combs)7002建立於五金屬層和負數金屬通道在其他層之間，固定梳7001為結構7003的延伸，移動梳7002並與彈簧7004連接，又與固定器7005連接，固定器/支柱7005在金屬層被建立，並在每一層具有多個通道，併入部分MEMS固定結構，固定器/支柱7005固定在晶片7006底端和金屬層7007頂端的位置，鈍化層7008覆蓋在頂層晶片，釋放蝕刻液達到孔洞(並未顯示)在晶片7006上，將被封裝晶片7009覆蓋，建立真空腔室由晶片7006、金屬層7007和周圍結構7003組成。
在操作中，當交流電應用於共振器中，移動梳7002指令移動到固定梳7001之間，他的共振頻率在兩個元件之間產生最小阻抗，透過真空的腔室，固定器/支柱7005避免金屬層7007因為運動得移動梳7002造成彎曲和潛在的干擾，因此，腔室中不需要額外的空間去產生彎曲，且共振器7000會比現有的共振器更薄，此外，金屬層7007將作為屏障來保護共振器不受電磁的干擾。
應用範例-液體壓力感測器
第22圖和第23圖示實際MEMS液體壓力感測器晶片8000，背板8001被建立於三層晶格金屬層，每一層之間具有複數金屬通道，隔板8002建立頂層金屬層上方的背板8001，並且鈍化層由Si3N4組成在頂部隔板8002上。
在第23圖顯示，外部份的隔板8002包含第二金屬層8002a，金屬層8002a增加堅固型的隔板8002，並且大小變化，已改變感應器的敏感度，遵守隔板釋放蝕刻的過程來降低敏感度，並且在隔板周圍侵蝕支撐結構的介電質。
在操作中，測器晶片8000透過液體或氣體改變隔板8002和背板8001電容之間的施加壓力，隔板8002與壓力的量成比例，COMS電路(未顯示)在晶片8000檢測出電容的變化和可用的外部信號轉換，因此，隔板8002由金屬層組成，也可作為低電阻電磁干擾屏蔽，為了保護晶片受到電磁干擾。
第22圖和第23圖功能實例中絕對壓力感測器，從釋放的步驟，蝕刻液直接進入釋放的電洞8004，蝕刻後，電洞8004採用密封晶片8005覆蓋，晶片在真空中被建立，作為替代的實例，感測器晶片8000能夠在沒有密封晶片8005中建立，其作用與壓力感測器不同。
6000‧‧‧MEMS電容麥克風晶片
6001‧‧‧隔板
6008‧‧‧背板
6009‧‧‧保護電極
6010‧‧‧緩衝襯墊
6011‧‧‧緩衝襯墊
6012‧‧‧COMS電路
6013‧‧‧基板

Claims (6)

  1. 一CMOS MEMS電容式麥克風晶粒隔板，包含：一第一平面的金屬層，具有頂表面及底表面；一第二平面的金屬層，與該第一平面的金屬層有相同的大小與形狀，該第一平面的金屬層具有頂表面及底表面，並且位置與該第一平面的金屬層相互平行且垂直對齊；及一第一多通道，配置於該第一平面的金屬層與該第二平面的金屬層之間，該通道連接該第一平面的金屬層頂表面和該第二平面的金屬層底表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之CMOS MEMS電容式麥克風晶粒隔板：該第一平面的金屬層從一端到另一端為固態；及該第二平面的金屬層在頂表面和底表面之間具有多個開口。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之CMOS MEMS電容式麥克風晶粒隔板：沿著該第一平面的金屬層周邊部分定義為該第一平面的金屬層的第一邊緣；沿著該第二平面的金屬層周邊部分定義為該第二平面的金屬層的第一邊緣；該第二平面的金屬層的第一邊緣大小與形狀與該第一平面的金屬層的第一邊緣大致相同；及該第一平面的金屬層的第一邊緣與第二平面的金屬層的第一邊緣相互對齊垂直，不同之處在於該第一平面的金屬層的第一邊緣水平延伸，相對於該第一平面的金屬層的水平幾何中心而言，超出該第二平面的金屬層的第一邊緣。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之CMOS MEMS電容式麥克風晶粒隔板：沿著該第一平面的金屬層部分邊緣定義了該第一平面的金屬層的第二邊緣，該第一平面的金屬層的第二邊緣與該第一平面的金屬層的第一邊緣有部份不同； 沿著該第二平面的金屬層部分邊緣定義為該第二平面的金屬層的第二邊緣，該第二平面的金屬層的第二邊緣與該第二平面的金屬層的第一邊緣有部份不同；該第二平面的金屬層的第二邊緣大小和形狀與該第二平面的金屬層的第一邊緣相同；及該第二平面的金屬層的第二邊緣與該第一平面的金屬層的第二邊緣互相對齊垂直，不同之處在於該第二平面的金屬層的第二邊緣水平延伸，相對於該第一平面的金屬層的水平幾何中心而言，超出該第一平面的金屬層的第二邊緣。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之CMOS MEMS電容式麥克風晶粒隔板：多個第二通道沿著該第一平面的金屬層第一邊緣向上延伸，其中該第一平面的金屬層的第一邊緣延伸超出該第二平面的金屬層的第一邊緣。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之CMOS MEMS電容式麥克風晶粒隔板：多個第三通道沿著該第二平面的金屬層第二邊緣向下延伸，其中該第二平面的金屬層的第二邊緣延伸超出該第一平面的金屬層的第二邊緣。
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