TWI610879B - 具有防止訊號衰減功能之微機電裝置及其製造方法與防止訊號衰減的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種具有防止訊號衰減功能的微機電裝置以及其製造方法和防止訊號衰減的方法。微機電裝置包含一基板、一絕緣層和一感測單元。絕緣層設置於基板上，而感測單元設置於絕緣層的上方。基板具有一摻雜區，且在摻雜區中主體之導電載子的極性與當感測單元感測到一外力時所產生的一電訊號的極性相同。

Description

具有防止訊號衰減功能之微機電裝置及其製造方法與防止訊號衰減的方法

本發明係關於一種微機電裝置，特別是一種具有防止訊號衰減功能之微機電裝置及其製造方法與防止訊號衰減的方法，藉以防止一電訊號發生訊號損失的情形。

在半導體製程中，大多數的元件製作皆自金屬層與氧化層的連續製程而來。其中，微機電（Micro-Electro-Mechanical-System，以下簡稱MEMS）元件為一種常見且使用金屬層與氧化層相互堆疊形成的半導體元件。以半導體製程製作的MEMS元件其最大的優點為整合特殊用途積體電路（Application-Specific Integrated Circuit, ASIC）與MEMS於同一平面，省去了複雜的封裝方式，但最主要的難題即為存在於MEMS元件與周邊結構材料之間的寄生效應。

在MEMS元件的製程中，要考量的不只有機械結構，必須也將機械結構轉換成為電子電路模型，而後再與ASIC結合的結構作為整體的衡量，以達到單晶片系統之目的。但是MEMS元件大多選擇矽材料作為基板，以將MEMS元件建構於矽基板之上方，故當電子訊號傳遞於MEMS元件時，MEMS元件與矽基板之間就會產生寄生電容的效應，導致有機會使部分比例的電子訊號流失至矽基板，也就是常見的訊號損失（Loss）。

一般而言，目前各種已用於習知技術中之MEMS元件大多具有矽基板之寄生電容的效應，其造成傳遞於MEMS元件中的電子訊號之強度衰減，使得電子訊號的輸出功率降低，同時也增加了後續的訊號處理電路之複雜度。

本發明在於提供一種具有防止訊號衰減功能之微機電裝置及其製造方法與防止訊號衰減的方法，藉由使基板的極性與在感測單元中傳輸的一電訊號的極性相同，在基板和感測單元之間產生互斥效應，進而防止電訊號發生訊號損失。

根據本發明所提供之一實施例之具有防止訊號衰減功能的一微機電裝置，微機電裝置包含一基板、一絕緣層和一感測單元。基板具有一摻雜區，在此摻雜區中摻雜有多個雜質。絕緣層位於基板上，感測單元則位於絕緣層上方。感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件。所述多個可動電極分別地與所述多個固定電極面對面相隔。所述多個彈性元件支撐質量塊，質量塊耦接所述多個可動電極，以及質量塊和所述多個可動電極因應一外力而振動。當質量塊和所述多個可動電極振動時，一電訊號會對應地產生並在感測單元中傳輸。此時，電訊號的極性與摻雜區中主體之導電載子的極性相同。

在另一實施例中，前述之微機電裝置的質量塊的材料含有多晶矽，以及彈性元件的材料為金屬。

在再一實施例中，前述之微機電裝置中被摻雜的該些雜質的材料為III族或V族材料。

在再一實施例中，前述之微機電裝置更包含一控制器。控制器電性連接基板和感測單元，用以判斷質量塊在沒有該外力的情況下是否偏離質量塊的一預設位置。當質量塊在沒有該外力的情況下已偏離預設位置時，控制器提供一控制電壓，以使質量塊恢復至預設位置。

在再一實施例中，前述之微機電裝置的控制器進一步判斷所述多個固定電極和所述多個可動電極之間的每一電容值是否不同於其對應之一預設電容值。當所述多個固定電極和所述多個可動電極之間的每一個電容值不同於其對應之預設電容值時，控制器判定此質量塊在沒有外力的情況下已偏離預設位置。

根據本發明所提供之一實施例之微機電裝置的製造方法，此製造方法包含以下步驟：設置一基板，基板具有一摻雜區，在摻雜區中摻雜有多個雜質；設置一絕緣層於基板上；以及設置一感測單元於絕緣層上方。感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件。可動電極相隔於固定電極且分別面對固定電極。質量塊耦接可動電極，以及彈性元件支撐質量塊。當質量塊和可動電極因應施加於微機電裝置的一外力而振動時，一電訊號會對應地產生並在感測單元中傳輸。此時，電訊號的極性與摻雜區中主體之導電載子的極性相同。

在另一實施例中，前述之製造方法中的質量塊的材料含有多晶矽，以及彈性元件的材料為金屬。

在再一實施例中，前述之製造方法中被摻雜的該些雜質的材料為III族或V族材料。

在再一實施例中，前述之製造方法更包含設置一控制器，此控制器電性連接基板和感測單元並用以供應一控制電壓至基板，控制電壓的極性與前述之電訊號的極性相同。

根據本發明所提供之一實施例之具有防止訊號衰減功能的另一微機電裝置，微機電裝置包含一基板、一絕緣層以及一感測單元。絕緣層位於基板上，感測單元則位於絕緣層上方。基板接收一控制電壓。感測單元位於絕緣層上方，感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件。可動電極相隔於固定電極並分別與固定電極面對面。彈性元件支撐質量塊，質量塊耦接可動電極，以及質量塊和可動電極會因應一外力而振動。當質量塊和可動電極振動時，一電訊號會對應地產生並在感測單元中傳輸，電訊號的極性與摻雜區中主體之導電載子的極性相同。

在另一實施例中，前述之微機電裝置更包含一控制器。控制器電性連接基板和感測單元。控制器判斷質量塊在無外力的情況下是否已偏離其預設位置，並且當質量塊在無外力的情況下已偏離其預設位置時，控制器調整控制電壓，使質量塊恢復至其預設位置。

在再一實施例中，前述之微機電裝置的控制器判斷固定電極和可動電極之間的每一電容值是否不同於其各別的預設電容值。當固定電極和可動電極之間的每一電容值不同於其各別的預設電容值時，控制器則判定質量塊在無外力的情況下已偏離其預設位置。

在再一實施例中，前述之微機電裝置的質量塊的材料含有多晶矽，以及彈性元件的材料為金屬。

根據本發明所提供之一實施例之防止訊號衰減的方法，其適用於一微機電裝置，此微機電裝置包含一基板、一絕緣層和一感測單元。絕緣層位於基板上，感測單元位於絕緣層上方。感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件。可動電極與固定電極相隔且分別地與固定電極面對面。彈性元件支撐質量塊，質量塊耦接可動電極。質量塊和可動電極會因應施加於微機電裝置的一外力而振動。此防止訊號衰減的方法包含當此外力作用於微機電裝置時，供應一控制電壓至基板，並且此控制電壓的極性與在感測單元中產生並傳輸之一電訊號的極性相同。

在另一實施例中，前述之防止訊號衰減的方法更包含判斷質量塊在無外力的情況下是否已偏離一預設位置；以及當質量塊在無外力的情況下已偏離預設位置時，調整控制電壓，使質量塊恢復至預設位置。

在再一實施例中，前述之防止訊號衰減的方法中判斷質量塊在無外力的情況下是否已偏離預設位置的步驟包含：判斷固定電極和可動電極之間的每一電容值是否不同於其預設電容值；以及當固定電極和可動電極之間的每一電容值不同於其預設電容值時，判定質量塊在無外力的情況下已偏離預設位置。

在再一實施例中，前述之防止訊號衰減的方法中基板具有一摻雜區，在此摻雜區中摻雜有雜質，使得摻雜區中主體的導電載子的極性與前述之電訊號的極性相同。

在再一實施例中，前述之防止訊號衰減的方法中前述被摻雜的雜質的材料為III族或V族材料。

因此，本發明所提供之可藉由在基板的摻雜區中摻雜雜質原子，使摻雜區的極性與在感測單元中傳輸的電訊號的極性相同，或者也可藉由直接供應具有與電訊號有相同極性的一控制電壓至基板，進而在基板和感測單元之間產生互斥效應。藉此，電訊號可避免訊號損失於基板的情形發生，而能維持其原有的訊號強度及輸出功率。並且，後續用以處理此電訊號的訊號處理電路也可因此而簡化。

除此以外，透過適用於微機電裝置的防止訊號衰減的方法，當質量塊發生非預期的位移時，本發明可藉由供應一可變的控制電壓至基板來提升基板和感測單元之間的互斥效應，使質量塊恢復至其預設位置。如此一來，即使前述的彈性元件在其使用壽命期間逐漸失去彈性，基板和感測單元之間的互斥效應仍足以避免訊號洩漏至基板的情形發生。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

本發明涉及一種微機電系統（MEMS）裝置，這裡所述之MEMS裝置可例如為但不限於聲音感測器（acoustic sensor）、壓力感測器（pressure sensor）、高度計（altimeter）、流量計（flowmeter）或觸覺感測器（tactile sensor）。聲音感測器可例如為但不限於麥克風。在一示例中，電容型的MEMS裝置係為一種用以將輸入的外力（input force）轉成感測訊號的裝置。這裡的外力可例如為但不限於聲音、壓力等。並且，電容型的MEMS裝置的運作是基於採用兩種相互面對面之電極之電容器的原理。其中一種電極是固定在一基板上，而另一種電極則是浮動於空中。藉此，電容型的MEMS裝置中的一隔膜（diaphragm）會因應輸入的外力而移動。當感受到輸入的外力時，隔膜會振動，使得兩種電極之間的間隔改變，進而改變兩電極之間的電容值。因此，當流經兩電極所形成的等效電容的電荷流，亦即電訊號，被取樣並在後續階段中進一步被處理時，此外力即被轉化成可被讀取的電容值而形成一感測訊號。

請參考圖1 A至圖1C。圖1A為根據本發明之一實施例所繪示之微機電裝置的剖面示意圖，圖1B為根據本發明之一實施例所繪示之感測單元的上視圖，以及圖1C為根據本發明之一實施例所繪示之感測單元中多個固定電極和多個可動電極沿著剖面線A-A’的剖面示意圖。如圖所示，微機電裝置 100是藉由MEMS技術製造，並且具有防止訊號衰減功能。微機電裝置 100可例如為但不限於一麥克風、壓力感測器、高度計、流量計或觸覺感測器。微機電裝置 100至少包含一基板110、一絕緣層120和一感測單元130。

基板110具有一摻雜區 111，且摻雜區 111中摻雜有多個雜質原子（impurity atom） 112（或稱為雜質），因此當一電訊號因應一輸入的外力而生並傳輸於感測單元130中時，摻雜區111中主體的導電載子的極性與此電訊號的極性相同。換句話說，基板110具有與此電訊號相同的極性。舉例來說，當摻雜區111中被摻雜的雜質原子112的材料可例如為但不限於III族或V族材料時，摻雜區111中主體的導電載子可為電洞或電子。在一實施例中，當摻雜區111 中被摻雜的雜質原子112是屬於III族材料時，前述的導電載子為電洞；或者，在另一實施例中，當 摻雜區111 中被摻雜的雜質原子112是屬於V族材料時，前述的導電載子為電子。基板110可例如為但不限於P型或N型矽基板。

絕緣層120可位於基板110的上面或上方，用以為微機電系統帶來屏蔽效應（shielding effect）。在一實施例中，絕緣層120可藉由薄膜沉積（thin film deposition）技術來實現。在一實施例中，絕緣層120的材料可為介電質材料，例如但不限於氧化材料或氮化材料。

感測單元130可位於絕緣層120上面或上方，可用以在被供電的情況下，感測一外力的輸入。感測單元130至少包含一質量塊132（也可被理解為膈膜或鼓膜（membrane））、多個彈性元件134、一外環136、多個可動電極1321和多個固定電極1361a和1361b（統稱為固定電極 1361）。彈性元件134耦接質量塊132，外環136耦接彈性元件134，可動電極1321耦接於質量塊132，以及固定電極 1361耦接於外環136。在一實施例中，質量塊132可有一或多個通孔（through hole）。

如圖1B所示，彈性元件134被設置於質量塊132和外環136之間，用以支撐質量塊132。質量塊132和可動電極1321分別與絕緣層120和外環136之間有間隙，並且可動電極1321分別與固定電極 1361和外環136之間有間隙。因此，質量塊132和可動電極1321可因應前述的外力而一起振動，而可動電極1321和固定電極 1361之間會等效形成電容CP₁ 和CP₂ ，如圖1C所示。本發明並未限制質量塊132的材料和形狀、外環136的材料和形狀、彈性元件134的材料和形狀、彈性元件134耦接於外環136和質量塊132的配置關係、可動電極1321的配置、材料和形狀、固定電極 1361的配置、材料和形狀、質量塊132和外環136之間的距離長短以及質量塊132和絕緣層120之間的距離長短，並且本領域具有通常知識者可根據實際的需求來設計上述特徵。

在一實施例中，感測單元130電性連接一類比數位轉換器（analog to digital convertor，ADC）。當一第一電壓供應至可動電極1321以及一第二電壓供應至固定電極 1361後，並且輸入的外力施加於感測單元130時，質量塊132將因應此外力而振動，可動電極1321和固定電極 1361之間會等效形成電容CP₁ 和CP₂ 並且電容CP₁ 和CP₂ 會因質量塊132的振動而改變。因此，一電訊號會流經質量塊132、彈性元件134、固定電極 1361和外環136，並且類比數位轉換器會將此電訊號轉成一感測訊號作為後續的應用。

舉例來說，質量塊132的材料可為但不限於包含多晶矽或其他可能之具有較小熱膨脹係數（thermal expansion coefficient）的材料，彈性元件134的材料可為但不限於金屬或類金屬。舉例來說，彈性元件134可為彈簧（spring）。

以雜質原子112的材料為五族元素的實施例來說，可藉由離子佈植機（ion implanter）或雜質擴散機（impurity diffuser）將雜質原子112摻入摻雜區111中，然而本發明並不限於上述的方法。由於屬於五族材料的雜質原子112會呈現電子的特性，因此在摻雜區111中主體的導電載子為電子且具有負極性，進而導致摻雜區111的極性也大致為負極性。在上述的等效電路中，當所述之帶負電荷之電訊號在感測單元130中流動時，由於電訊號和基板110之間會產生互斥（repulsion）的情形，使得從此電訊號流至基板110的漏電量會減少。因此，上述之電訊號可幾乎只傳輸於感測單元130而不會漏至基板110。

透過上述微機電裝置 100中之摻雜區111的設計，可避免在基板110和感測單元130之間的絕緣層120中形成會導致訊號洩漏至基板110的寄生電容，進而使傳輸於感測單元130中的電訊號能維持其原有的強度而不會衰減。

請參考圖1D，其中繪示有圖1A中的寄生等效電路。基板110可等效為一寄生電阻R1和一寄生電容C1。絕緣層120可等效為一寄生電容C2。感測單元130可等效為一寄生電阻R2、一寄生電阻R3和一寄生電容C3。進一步來說，寄生電阻R2的形成是基於質量塊132，寄生電阻R3的形成是基於彈性元件134，而寄生電容C3的形成是基於質量塊132、彈性元件134和外環136。寄生電阻R1、R2和R3與寄生電容C1、C2和C3之間的連接關係可參考圖1D所示，於此不再贅述。

對於微機電裝置 100來說，由於上述的電訊號可僅在感測單元130中傳輸，使得電訊號不會洩露至基板110。也就是說，電訊號會藉由寄生電阻R2、寄生電容C3和寄生電阻R3傳輸至輸出端，而不會藉由寄生電容C2、寄生電阻R1和寄生電容C1來傳輸。藉此，電訊號可避免產生訊號損失，使得電訊號的強度及輸出功率可維持在其各別的原有值。

另一方面，在一個微機電裝置製造完成後，此微機電裝置之感測單元中的質量塊和外環大體上為共平面（coplanar）或在相同的水平上。然而，由於在此微機電裝置的使用期間，耦接於質量塊和外環的多個彈性元件可能會隨著時間逐漸失去其彈性，使得質量塊和外環因而偏離原初的共平面或變得位於不同水平位置。詳細地說，質量塊的位置可能變得低於外環所在的水平位置。換句話說，質量塊在無任何外力作用於此微機電裝置的情況下已經偏離其預設位置。這將會使前述的互斥效應變弱，恐導致無法防止訊號洩漏至基板的情形發生，進而導致後續之感測訊號出現雜訊或誤差的情形。為此，本發明另提供具有恢復質量塊位置之功能的微機電裝置的實施態樣，其細節如下。並且，為了簡要地闡明本發明，以下關於感測單元的各個實施例係以質量塊、多個可動電極、多個固定電極和外環被設置在相同水平上的實施態樣作為說明範例。

請參考圖3，其繪示有一微機電裝置 200。微機電裝置200至少包含一基板110、一絕緣層120、一感測單元130和一控制器240。微機電裝置200中的基板110、絕緣層120和感測單元130與微機電裝置 100中的基板110、絕緣層120和感測單元130相同，因此微機電裝置200中的基板110、絕緣層120和感測單元130的細節可參考圖1A和圖1B所示之微機電裝置 100的相關論述。

控制器240電性連接基板110和感測單元130。控制器240判斷質量塊132在無任何外力施加的情況下是否已偏離其預設位置。例如，控制器240判斷在無任何外力施加的情況下，質量塊132的位置是否低於外環136的位置。當質量塊132的位置在無任何外力施加的情況下已偏離其預設位置時，控制器240將提供一控制電壓至基板110，此控制電壓的極性與前述之電訊號的極性相同，藉此使質量塊132的位置恢復至預設位置。在此實施例或其他的實施例中，控制電壓的位準可根據質量塊132偏離其預設位置的程度來設定。

在一實施例中，由於可動電極1321耦接於質量塊132以及固定電極 1361耦接於外環136，因此判斷質量塊132在無任何外力作用下是否已偏離其預設位置的方法可藉由判斷可動電極1321和固定電極 1361是否在相同水平的方式來完成。此外，在一實施例中，若控制器240的儲存元件儲存有可動電極1321與每一個固定電極 1361之間的一預設電容值的資料時，控制器240可透過此資料來判斷可動電極1321和固定電極 1361是否在相同水平上。也就是說，控制器240會判斷這些可動電極1321和固定電極 1361之間當前的電容值是否實質上等於其各別的預設電容值。當該些可動電極1321和固定電極 1361之間的當前電容值不同於其各別的預設電容值時，控制器240將判定此時的質量塊132在無任何外力作用下已偏離其預設位置。

圖2為根據本發明之一實施例所繪示之微機電裝置的製造方法的流程圖。為簡要地陳明本發明，此製造方法係以適用於前述微機電裝置200作為示例，並且基板110也以一矽基板作為示例。首先，在步驟S210中，將前述的雜質原子112 摻雜進基板110的摻雜區111中。在一實施例中，雜質原子112可藉由摻雜裝置（例如但不限於離子佈植機或雜質擴散機）摻雜進基板110中。

在此示例中，摻雜區 111中主體的導電載子的極性與前述的電訊號的極性相同。被摻雜的雜質原子112的材料可為III族材料或V族材料，因此主體的導電載子可為電洞或電子。也就是說，當被摻雜的雜質原子112為III族材料時，主體的導電載子為電洞；以及當被摻雜的雜質原子112為V族材料時，主體的導電載子為電子。

接著，在步驟S220中，在基板110上設置絕緣層120。在一實施例中，絕緣層120可藉由薄膜沉積的方式來製作。最後，在步驟S230中，在絕緣層120上或上方，設置至少包含質量塊132、彈性元件134、可動電極1321、固定電極 1361和外環136的感測單元130。可動電極1321與固定電極 1361相隔並且分別地與固定電極 1361面對面。質量塊132耦接於可動電極1321，彈性元件134可支撐質量塊132。當質量塊132和可動電極1321因應施加於微機電裝置 100的外力而一起振動時，一電訊號會產生並在感測單元130中傳輸，並且此電訊號的極性與摻雜區111中主體的導電載子的極性相同。具有防止訊號衰減功能之微機電裝置 100的其他細節可參考圖1A和圖1B中相關的敘述。

如此一來，微機電裝置 100的絕緣層120中可降低寄生電容的產生，因而電訊號可避免訊號洩漏至基板110的情形發生而能維持其訊號強度。

然後，在步驟S240中，設置一控制器240，此控制器240電性連接基板110和感測單元130。透過控制器240的運作，即使彈性元件134隨著時間逐漸失去其彈性時，前述的互斥效應仍足以避免訊號洩漏至基板110的情形發生。

前述之微機電裝置 200用以避免電訊號發生訊號衰減的方法可歸結於下列之防止訊號衰減的方法。

圖4為根據本發明之一實施例所繪示之應用於微機電裝置200的防止訊號衰減的方法的流程圖。如圖所示之防止訊號衰減的方法包含下列步驟。在步驟S410中，偵測質量塊132是否發生非期望的位移。也就是說，判斷質量塊132在無任何外力的情況下是否已偏離其預設位置。當質量塊132發生非期望的位移時，供應一控制電壓至基板110，如步驟S420所示。此控制電壓的極性與當外力施加於微機電裝置200時在感測單元130中產生並傳輸之一電訊號的極性相同。然後，在步驟S430中，偵測是否仍發生非期望的位移。若質量塊132已恢復至其預設位置時，控制電壓則維持在當前的位準，如步驟S440所述。若質量塊132之非期望的位移仍存在時，控制電壓則會被不斷地校正直到質量塊132恢復至其預設位置為止，或者控制電壓則會被不斷地校正直到控制電壓到達其極限值為止，如步驟S450所示。關於如何偵測質量塊132是否發生非預期位移的細節以及關於微機電裝置200之結構的細節請參考前面相關的敘述。

除了如上述藉由摻雜基板的方式來控制基板的極性，本發明也可藉由其他方式來控制基板的極性，如下所述。請參考圖5，圖5為根據本發明之再一實施例所繪示之微機電裝置300的示意圖。微機電裝置300與微機電裝置200相似。微機電裝置300至少包含一基板310、一絕緣層120、一感測單元130和一控制器340。微機電裝置300中的絕緣層120和感測單元130與微機電裝置 100中的絕緣層120和感測單元130相同，因此微機電裝置300中的絕緣層120和感測單元130可參考圖1A至圖1C中相關的敘述。然而，不同於微機電裝置200的是微機電裝置300在基板上的設計以及控制器340的設置。基板310可設置有一摻雜區或不設置摻雜區。控制器340可直接並持續供應一控制電壓給基板310，此控制電壓的極性與在感測單元130中因應一外力的輸入而產生並傳遞的一電訊號的極性相同。因此，感測單元130和基板310之間會產生互斥效應，使得在感測單元130傳遞的電訊號不會洩漏至基板310。

此外，控制器340會判斷質量塊132在無外力作用下是否已偏離其預設位置。當質量塊132在無外力作用下已偏離其預設位置時，控制器340將調校（例如，提升或減少）控制電壓，使質量塊132得以恢復至其預設位置。因此，感測訊號可避免因質量塊132的非預期位移所造成的雜訊或誤差。

關於如何判斷質量塊132的位置、前述控制電壓的控制和微機電裝置300的內部元件和運作的細節可參考前面相關實施例。

如上所述之微機電裝置 300用以避免電訊號發生訊號衰減的方法可歸結於以下的防止訊號衰減的方法。

請參考圖6，其繪示有適用於前述微機電裝置 300的防止訊號衰減的方法的流程圖。此防止訊號衰減的方法包含以下步驟。在步驟S610中，提供一控制電壓至基板310，並且此控制電壓的極性與當外力施加於微機電裝置300時在感測單元130產生並傳遞的電訊號的極性相同。在步驟S620中，判斷質量塊132是否發生非預期的位移。若質量塊132已在其預設位置時，控制電壓則維持在當前的位準，如步驟S630所示。若質量塊132之非預期的位移發生時，則持續調校控制電壓直到質量塊132回到其預設位置為止或者直到控制電壓到達其極限值為止，如步驟S640所示。關於如何偵測質量塊132之非預期位移的發生的詳細說明以及微機電裝置300的細部說明請參考前面相關敘述。

綜上所述，本發明所提供之具有防止訊號衰減功能之微機電裝置及其製造方法與防止訊號衰減的方法，可藉由在基板的摻雜區中摻雜雜質原子，使摻雜區的極性與在感測單元中傳輸的電訊號的極性相同，或者也可藉由直接供應具有與電訊號有相同極性的一控制電壓至基板，進而使基板和感測單元之間產生互斥效應。藉此，電訊號可避免訊號損失於基板的情形發生，而能維持其原有的訊號強度及輸出功率。並且，後續用以處理此電訊號的訊號處理電路也可因此而簡化。

此外，也可以透過上述之微機電裝置及其製造方法與防止訊號衰減的方法，當質量塊發生非預期的位移時，可藉由供應一可變的控制電壓至基板來提升基板和感測單元之間的互斥效應，使質量塊恢復至其預設位置。如此一來，即使前述的彈性元件隨著時間逐漸失去彈性，基板和感測單元之間的互斥效應仍足以防止訊號洩漏至基板的情形發生。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100、200、300‧‧‧微機電裝置
110、310‧‧‧基板
111‧‧‧摻雜區
112‧‧‧雜質原子
120‧‧‧絕緣層
130‧‧‧感測單元
132‧‧‧質量塊
1321‧‧‧可動電極
134‧‧‧彈性元件
136‧‧‧外環
1361a、1361b‧‧‧固定電極
240、340‧‧‧控制器
C1、C2、C3‧‧‧寄生電容
CP₁、CP₂‧‧‧電容
R1、R2、R3‧‧‧寄生電阻

圖1A為根據本發明之一實施例所繪示之微機電裝置的剖面示意圖。 圖1B為根據本發明之一實施例所繪示之感測單元的上視圖。 圖1C為根據本發明之一實施例所繪示之感測單元中多個固定電極和多個可動電極沿著剖面線A-A’的剖面示意圖。 圖1D為根據本發明之一實施例所繪示之圖1A中之寄生等效電路的示意圖。 圖2為根據本發明之一實施例所繪示之微機電裝置的製造方法的流程圖。 圖3為根據本發明之另一實施例所繪示之微機電裝置的示意圖。 圖4為根據本發明之一實施例所繪示之應用於微機電裝置的防止訊號衰減的方法的流程圖。 圖5為根據本發明之再一實施例所繪示之微機電裝置的示意圖。 圖6為根據本發明之另一實施例所繪示之應用於微機電裝置的防止訊號衰減的方法的流程圖。

100‧‧‧微機電裝置

110‧‧‧基板

111‧‧‧摻雜區

112‧‧‧雜質原子

120‧‧‧絕緣層

130‧‧‧感測單元

132‧‧‧質量塊

134‧‧‧彈性元件

136‧‧‧外環

Claims (16)

1. 一種具有防止訊號衰減功能之微機電裝置，包含：一基板，具有一摻雜區，在該摻雜區中摻雜有雜質；一絕緣層，位於該基板上；一感測單元，位於該絕緣層上方，該感測單元與該基板相分離，該感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件，該些可動電極分別地與該些固定電極相隔且面對該些固定電極，該些彈性元件支撐該質量塊，該質量塊耦接該些可動電極，以及該質量塊和該些可動電極因應一外力而振動；以及一控制器，電性連接該基板和該感測單元，用以判斷當無外力作用在該質量塊時，該質量塊是否偏離一預設位置，並且當該質量塊在沒有外力作用的情況下已偏離該預設位置時，該控制器提供一控制電壓至該基板，以使該質量塊恢復至該預設位置，該控制電壓的極性與該電訊號的極性相同；其中當兩不同電位分別作用在該固定電極和該可動電極上時，一電訊號會在該感測單元中對應地產生，該電訊號的極性與該摻雜區中主體之導電載子的極性相同。
2. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該質量塊的材料含有多晶矽，以及該些彈性元件的材料為金屬。
3. 如請求項1所述之微機電裝置，其中被摻雜的該雜質的材料為III族或V族材料。
4. 如請求項3所述之微機電裝置，其中該控制器判斷該些固定電極和該些可動電極之間的每一電容值是否不同於其對應之一預設電容值，以判斷當無外力作用在該質量塊時，該質量塊是否偏離該預設位置；以及當該些固定電極和該些可動電極之間的每一該電容值不同於其對應之該預設電容值時，該控制器判定該質量塊在沒有外力作用的情況下已偏離該預設位置。
5. 一種微機電裝置的製造方法，包含：設置一基板，該基板具有一摻雜區，在該摻雜區中摻雜有雜質；設置一絕緣層於該基板上；設置一感測單元於該絕緣層上方，該感測單元與該基板相分離，該感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件，該些可動電極相隔於該些固定電極且分別面對該些固定電極，該質量塊耦接該些可動電極，以及該些彈性元件支撐該質量塊；以及設置一控制器，該控制器電性連接該基板和該感測單元並用以判斷當無外力作用在該質量塊時，該質量塊是否偏離一預設位置，以及用以當該質量塊在沒有外力作用的情況下已偏離該預設位置時，供應一控制電壓至該基板，使該質量塊恢復至該預設位置，其中該控制電壓的極性與該電訊號的極性相同； 其中當兩個不同電位分別作用在該固定電極和該可動電極時，一電訊號會在該感測單元中對應地產生，該電訊號的極性與該摻雜區中主體之導電載子的極性相同。
6. 如請求項5所述之製造方法，其中該質量塊的材料含有多晶矽，以及該些彈性元件的材料為金屬。
7. 如請求項5所述之製造方法，其中被摻雜的該雜質的材料為III族或V族材料。
8. 一種具有防止訊號衰減功能之微機電裝置，包含：一基板，用以接收一控制電壓；一絕緣層，位於該基板上；以及一感測單元，位於該絕緣層上方且與該基板相分離，該感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件，該些可動電極分別相隔於該些固定電極並面對該些固定電極，該些彈性元件用以支撐該質量塊，該質量塊耦接該些可動電極，並且該質量塊和該些可動電極因應一外力而振動；其中當兩個不同電位分別作用在該固定電極和該可動電極振動時，一電訊號會在該感測單元中對應地產生，該電訊號的極性與該控制電壓的極性相同。
9. 如請求項8所述之微機電裝置，更包含： 一控制器，電性連接該基板和該感測單元，用以判斷該質量塊在無外力作用的情況下是否已偏離一預設位置，並且當該質量塊在無外力作用的情況下已偏離該預設位置時，該控制器調整該控制電壓，使該質量塊恢復至該預設位置。
10. 如請求項9所述之微機電裝置，其中該控制器判斷該些固定電極和該些可動電極之間的每一電容值是否不同於其對應之一預設電容值，以判斷該質量塊在無外力作用的情況下是否偏離該預設位置；以及當該些固定電極和該些可動電極之間的每一該電容值不同於其對應之該預設電容值時，該控制器判定該質量塊在無外力作用的情況下已偏離該預設位置。
11. 如請求項8所述之微機電裝置，其中該質量塊的材料含有多晶矽，以及該些彈性元件的材料為金屬。
12. 一種防止訊號衰減的方法，適用於一微機電裝置，該微機電裝置包含一基板、一絕緣層和一感測單元，該絕緣層設置於該基板上，該感測單元設置於該絕緣層的上方，該感測單元包含一質量塊、多個可動電極、多個固定電極和多個彈性元件，該些可動電極相隔於該些固定電極且分別地面對該些固定電極，該些彈性元件支撐該質量塊，該質量塊耦接該些可動電極，該質量塊和該些可動電極用以因應施加於該微機電裝置的一外力而振動，該防止訊號衰減的方法包含： 提供一控制電壓至該基板，該控制電壓的極性與一電訊號的極性相同，該電訊號係當兩個不同電位分別作用在該固定電極和該可動電極時在該感測單元中所產生，其中該感測單元與該基板相分離。
13. 如請求項12所述之防止訊號衰減的方法，更包含：判斷該質量塊在無外力作用的情況下是否已偏離一預設位置；以及當該質量塊在無外力作用的情況下已偏離該預設位置時，調整該控制電壓，以使該質量塊恢復至該預設位置。
14. 如請求項13所述之防止訊號衰減的方法，其中判斷該質量塊在無外力作用的情況下是否已偏離該預設位置的步驟包含：判斷該些固定電極和該些可動電極之間的每一電容值是否不同於其對應之一預設電容值；以及當該些固定電極和該些可動電極之間的每一該電容值在無外力作用於該質量塊的情況下不同於其對應之該預設電容值時，判定該質量塊在無外力作用的情況下已偏離該預設位置。
15. 如請求項12所述之防止訊號衰減的方法，其中該基板具有一摻雜區，在該摻雜區中摻雜有雜質，且在該摻雜區中主體之導電載子的極性與該電訊號的極性相同。
16. 如請求項15所述之防止訊號衰減的方法，其中被摻雜的該雜質的材料為III族或V族材料。