TWI622552B - 微機電系統設備與製程 - Google Patents

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提傑爾克 何克斯塔
史考特 利亞爾 卡吉爾
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Abstract

本申請案說明對(微機電系統)訊號轉換器(100)的改善，該訊號轉換器具有一帶有一振膜電極(302)的彈性振膜(301)，特別是其中該振膜是結晶或多晶的，及該振膜電極是金屬或一金屬合金的。此些訊號轉換器典型地可包括一背板，其具有至少一被耦合至一背板電極(303)的背板層(304)，具有對應複數個貫穿該背板之背板孔洞(312)之複數個在該背板電極中的孔洞(314)。在本案發明的諸實施方式中，該振膜電極包括至少一在該振膜電極中的開口(313)，其中，至少該開口區域的部分在一垂直於該振膜的方向上對應至少一背板孔洞的區域，且在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞。可有複數個此些開口。該等開口能有效地允許在振膜電極材料(例如是金屬)之數量上的減少，該材料可經歷塑性變形及永久地變形該振膜。該等開口係至少部分地和該等背板孔洞對齊，以最小化任何電容損失。

Description

微機電系統設備與製程
本案發明係有關一種微機電系統(MEMS)設備及製程，且特別是有關微機電系統訊號轉換器及製造特別是一微機電系統電容式麥克風的方法。
各種不同的微機電系統設備越來越受到歡迎。微機電系統訊號轉換器及特別是微機電系統電容式麥克風越來越多被使用在例如是行動電話及可攜式計算設備的可攜式電子設備中。
某些使用微機電系統製造方法形成的訊號轉換器包括有一彈性振膜，其具有一被沉積在該振膜上用於讀出/驅動的電極，及在一橫向方向中相對該振膜電極被分隔開地支撐的另一電極，其典型地係被支撐在一被稱為背板的結構層上。在微機電系統壓力感測器及麥克風的實例中，讀出通常是藉由量測介於該等電極之間的電容被完成的。該振膜係藉由空氣壓差而移動，空氣壓差造成該彈性振膜相對固定背板而移動，且因而改變電容。
圖1a及1b分別地顯示一已知電容式微機電系統麥克風設備100的一剖面及一立體視圖，及圖1c顯示其振膜及振膜電極的一平面視圖。該電容式微機電系統麥克風設備100包括有一振膜層101，其形成響應由聲 波所產生之壓差而自由移動的一彈性振膜。一振膜電極102被機械式地耦合至該彈性振膜101，以形成該電容式麥克風設備的一第一電容式板片。一背板電極103，其被機械式地耦合至一被稱為背板層104的一般剛性結構層中，形成該電容式麥克風設備的一第二電容式板片。在圖1a所顯示的範例中，該背板電極103被鑲嵌在該背板結構104中，雖然其他的配置是可能的，例如該背板電極103在相對該振膜電極102的一橫向方向上，被機械式地附接至該背板結構104的一表面上。
在某些應用中，該麥克風100可被配置以使用於，使得入射的聲音經由該背板104被接收。在此些實施方式中，複數個孔洞112(以下被稱為音孔)被配置在該背板104中，以允許空氣分子自由的移動，以致聲波能進入一介於該振膜101及該背板104之間的空腔110中。在該振膜的另一側，一介於該振膜及基板之間的另一空腔109和一基板空腔108連結，以允許該振膜101能響應經由在該背板104中的該等音孔112進入的聲波而移動。在此些實例中，該基板空腔108慣常被稱為〝背腔體積〞，且其可大體上被密封。
在其他的應用中，該麥克風可被配置成使得聲音可經由在使用中的該基板空腔108被接收。在此些應用中，該背板104典型地仍具有複數個音孔，以使空氣能自由地移動於該第二空腔及在該背板上方的另一體積之間。在此範例中，該基板空腔作為一前腔體積，及另一體積作為一背腔體積。
在使用上，響應入射在該麥克風100上的一壓力波，該振膜101從其平衡或靜止位置偏斜。介於該振膜電極102及該背板電極103之間 的距離被對應地改變，引起介於該二電極102及103之間之電容的改變，其接著被電子電路(圖未顯示)偵測出。貫穿該振膜101的洩流孔111使在空腔108/109及110中的壓力在相當長的時間尺度(以音頻用詞)能均等，其減少低頻率壓力變化的作用，例如是從溫度變化及類似者所引起的，但不會影響對所欲之音頻的靈敏度。
在某些微機電系統麥克風100中，該彈性振膜層101是一薄層的結晶或多晶材料，雖然在實用上其可藉由數層材料在連續步驟中被沉積而形成。該彈性振膜101可由例如氮化矽Si3N4或多晶矽所形成的。結晶及多晶材料具有高強度及低塑性變形，二者在一振膜結構中皆是非常有利的。在此些麥克風中的該振膜電極102典型地是一薄層金屬，例如是鋁，其如在圖1c中所示係被設置在該振膜101的中間，亦即在該振膜位移最遠的那個部分。熟習相關技術者應了解到該振膜電極可由一例如是鋁矽的合金所形成。該振膜電極可例如覆蓋該振膜中央區域的約40%。然而具有此種材料系統的一問題為該振膜電極102的金屬可能承受具有相當高程度的塑性變形或重複位移，亦即該振膜電極的該金屬可能會變形，以致其將不會回到完全相同的起始點。由於該彈性振膜101及該振膜電極102彼此被機械式地耦接，此會導致在該彈性振膜101之靜止位置中的一全面的改變及/或在該整個振膜101/102之應力特徵中的改變。
典型地，該振膜層101及該振膜電極102可被製造成在該靜止位置為大致是平坦的，亦即沒有越過該振膜的壓差，如同圖1a所示。該振膜層可被形成，以便大致是平行於在此靜止位置的該背板層，以致該振膜電極102係平行於該背板電極103。然而如同所提及的，由於該金屬振膜 電極102的特性，該整個振膜101/102可隨著時間的經過從此靜止位置變成永久地變形。
圖2說明發生在該振膜101/102之靜止位置的永久變形，其係以虛線標示。經過使用，該金屬電極102已經塑性變形，導致一在應力分佈中的改變及該整個振膜結構101/102的翹曲變形。
可看出因而在其靜止位置之該振膜電極102，在緊接著製造之後，其與該背板電極103的間隔將因此不同於該背板電極103與最初靜止位置的間隔。由於在該靜止位置的電容並不相同，此會導致在來自此種訊號轉換器之量測信號中的一直流偏差。此外，此種變形可能會導致在該整個振膜101/102之應力特徵中的改變，其會影響該振膜101/102如何回應一給定的信號位準，而導致在靈敏度上的改變。
本案發明之實施方式係有關一種可至少減輕上述之某些缺點的微機電系統設備及製程。
因此依據本案發明之一態樣提供有一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜；及一背板，其包括至少一被耦合至一背板電極的背板層，具有對應複數個貫穿該背板之背板孔洞之複數個在該背板電極中的孔洞；其中該振膜電極包括至少一在該振膜電極中的開口，其中至少該開口區域的部分在一垂直於該振膜的方向上對應至少一背板孔洞的區域，且在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞。
在該背板電極中之各該等孔洞的區域可較各該等複數個背 板孔洞的區域大。
該彈性振膜可包括一結晶或多晶材料，例如是氮化矽。該彈性振膜可具有內應力。該振膜電極可包括金屬或一金屬合金，例如鋁，可能帶有矽。
可有複數個在該振膜電極中的開口，其中，對在該振膜電極中的各該等複數個開口而言，該開口之區域的至少部分在一垂直於該振膜的方向上對應至少一背板孔洞的區域，且在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞。在該振膜電極中的該等複數個開口的至少某些可包括一在該振膜電極中的孔洞。在該振膜電極中的該等複數個開口之至少某些係和在該背板電極中的該等複數個孔洞之至少某些可有大致相同的形狀及/或大致相同的尺寸。
在該振膜電極中的該等複數個開口之至少某些的區域，在一垂直於該振膜的方向上，可和在該背板電極中的該等複數個孔洞之至少某些的區域對齊。在該振膜電極中的該等複數個開口之至少某些的區域可大於在該背板電極中的該等複數個孔洞之至少某些的區域，及/或在該振膜電極中的該等複數個開口之至少某些的區域係小於在該背板電極中的該等複數個孔洞之至少某些的區域。該振膜電極中的該等複數個開口之至少某些的寬度可不同於在該背板電極中的該等複數個孔洞之至少某些的寬度達2微米。
在該振膜電極中的該等複數個開口中之至少一個的形狀可大致為圓形及/或在該振膜電極中的該等複數個開口之至少一個的形狀可為非圓形。
在某些實例中，在該振膜電極中的該等複數個開口之至少一個並未完全由電極材料所界限住。
在該振膜電極中之該等複數個開口的分佈可被建構成在該振膜屈曲時提供均勻的應力。
在某些實施方式中，小於在該彈性振膜-振膜電極結構中之應力的20%係由於該彈性振膜及，及/或小於該彈性振膜之表面區域的25%係由電極材料所覆蓋。該電極外周邊可包圍一大於該振膜區域之35%的振膜區域。
該振膜電極可具有一不大於100nm的厚度。
該訊號轉換器可為一電容式訊號轉換器及/或可為一麥克風。該訊號轉換器可被封裝在一罩殼中。在一實施方式中，該封裝包括：一基板，其包括：複數層，至少一層包括一導電材料，及至少一層包括一非導電材料，其中該微機電系統訊號轉換器被電性地耦合至該基板。可有複數個電性接點，用於將該微機電系統訊號轉換器電性地耦合至在該封裝外部的電路。該封裝亦可具有一覆蓋，其被機械式地耦合至該基板，其中該微機電系統訊號轉換器被包封在由該基板及該覆蓋所產生的體積中；及一埠，用於使訊號能激發該微機電系統訊號轉換器。
該微機電系統訊號轉換器可被連接至一用於讀出及/或驅動該訊號轉換器的積體電路。
該微機電系統訊號轉換器可被使用在一音頻設備中，該設備為至少以下之一：一可攜式設備；一通信設備；一計算裝置；一電池供電的設備；一音頻播放器；一視頻播放器；一遊戲設備；一行動電話；一膝 上型電腦、筆記型電腦或平板電腦。
本案發明亦提供一種製造一微機電系統(MEMS)訊號轉換器的方法，其包括：形成至少一被耦合至一振膜電極的振膜層，以提供一於使用中的彈性振膜；形成至少一被耦合至一背板電極的背板層，以提供一於使用中具有複數個貫穿該至少一背板層及背板電極之背板孔洞的剛性背板；其中，形成至少一被耦合至一振膜電極的振膜層包括形成一具有至少一開口的振膜電極；其中，至少該開口區域的部分在一垂直於該振膜的方向上對應至少一背板孔洞的區域，且在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞。
形成該振膜電極可包括沉積一層振膜電極材料及圖案化該層振膜電極，以提供該至少一開口。
在另一態樣中，提供有一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；及一電極，其被耦合至該彈性振膜；其中，該電極包括複數個在該電極中的開口，其中，在該電極中的該等開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞。
另一態樣提供有一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜，其包括一第一材料；及一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜，包括一第二材料；其中，在該振膜電極的外邊界內之該第一材料的區域係較在該振膜電極的外邊界內之該第二材料的區域大。
該第一材料佔據在該振膜電極之外邊界內的整個區域。
在另一態樣中，提供有一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一振膜，其包括至少一彈性振膜層及一振膜電極；及一背板，其具有複數個於其中的音孔；其中，該振膜電極具有複數個至少部分地和該等音孔對齊的開口，且其並不形成一貫穿該振膜之孔洞的部分。
在又一態樣中，提供有一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；一背板，其包括至少一音孔，其中該彈性振膜及該背板在一第一方向上相對彼此而分隔開，該第一方向係大致係垂直於該彈性振膜的平面；及一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜，其中，有至少一缺少電極材料的區域在該電極中，其在一垂直於該振膜之方向上對應該至少一音孔。
本案發明進一步提供一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜，其中該振膜電極具有複數個振膜電極開口；及一背板，其關於該彈性振膜被分隔開，該背板具有複數個背板孔洞；其中，該等複數個振膜電極開口及該等複數個背板孔洞係被設置在大致相同的位置，且大致係為相同的尺寸。
在又一態樣中，提供有一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；及一電極，其被耦合至該彈性振膜；其中，該電極被圖案化有複數個開口。
該電極可被圖案化有該等開口，以減少該電極的扭轉潛變及/或應力消除。
100‧‧‧電容式微機電系統麥克風設備/麥克風/微機電系統訊號轉換器
101‧‧‧振膜層/彈性振膜/振膜
102‧‧‧振膜電極/金屬電極
103‧‧‧背板電極
104‧‧‧背板層/背板結構/背板
105‧‧‧基板
106‧‧‧上氧化層
107‧‧‧下氧化層
108‧‧‧板空腔
109‧‧‧空腔/第一空腔
110‧‧‧空腔/第二空腔
111‧‧‧洩流孔
112‧‧‧孔洞/音孔
301‧‧‧彈性振膜/振膜結構/彈性振膜層
302‧‧‧振膜電極/振膜結構/板片/振膜電極材料
303‧‧‧背板電極/板片/第二電極
304‧‧‧背板
312‧‧‧音孔/背板孔洞
313‧‧‧開口/孔洞
314‧‧‧孔洞
324‧‧‧線性電場分量
615‧‧‧導電軌/引導軌
801‧‧‧路徑
803‧‧‧路徑
901‧‧‧彈性振膜
901a‧‧‧振膜
901b‧‧‧振膜
902a‧‧‧振膜電極
902b‧‧‧振膜電極
903a‧‧‧背板電極
903b‧‧‧背板電極
904a‧‧‧背板
904b‧‧‧背板
905‧‧‧基板
908‧‧‧背腔體積
1017‧‧‧音孔
1018‧‧‧基板
1019‧‧‧罩蓋或蓋子
1020‧‧‧音埠
1024‧‧‧接點
1117‧‧‧音埠
1118‧‧‧基板
1119‧‧‧罩蓋或蓋子
1120‧‧‧音埠
1124‧‧‧接點
1125‧‧‧積體電路
本案發明現將僅藉由範例參考隨附圖式被說明，其中 圖1a、1b及1c以設備剖斷面、平面視圖及振膜平面視圖圖示說明已知的微機電系統訊號轉換器；圖2圖示說明一振膜如何可被塑性變形；圖3圖示說明在依據本案發明之一實施方式的一振膜電極中的開口；圖4a及4b圖示說明在依據本案發明之另一實施方式的一振膜電極中的開口；圖5圖示說明在該電極振膜中的該等開口在一依據本案發明之一實施方式的偏移結構；圖6圖示說明依據本案發明之一實施方式的一振膜電極的一平面視圖，其顯示在該振膜電極中之該等開口的配置；圖7圖示說明在該振膜中的諸開口的另一種配置；圖8a、8b及8c圖示說明在該振膜中的諸開口的其他種配置；圖9圖示說明位在同一基板中的一列微機電系統訊號轉換器；圖10圖示說明一微機電系統封裝；及圖11a及11b圖示說明其他的微機電系統封裝。
本案發明將就為一微機電系統電容式麥克風之形式的一微機電系統訊號轉換器做說明。然而應了解到，本案發明係可同等地被應用在包括電容式類型之訊號轉換器之其他類型的微機電系統訊號轉換器。
如先前針對具有一被提供在一彈性振膜層(特別是一為一結晶材料的振膜層)上之金屬振膜電極的微機電系統感測器所論及的，在使用中之該金屬的塑性變形可意指，該振膜的靜止位置及/或應力特徵會經使用 隨著時間的經過而改變。此會造成不想要的直流偏差及/或在該感測器之靈敏度上的改變，且隨後被重製之聲音信號的品質可會明顯地下降。
典型地，該振膜電極是相當地薄，例如是約為60nm左右的等級，且使用一較薄之振膜電極層有可能對習用的微機電系統製程是不可能或不實用的。使用一較小直徑的電極在該振膜上，會減少金屬量來經歷塑性變形，但亦會造成靈敏度上的損失，因為電容是連結在電極區域的。此是不想要的，特別是在一微機電系統感測器的電容無論如何是相當地小。
本案發明的實施方式係有關一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一振膜電極，其耦合至一彈性振膜，及一背板，其包括至少一被耦合至一背板電極的背板層，該背板具有複數個貫穿該背板之背板孔洞。該彈性振膜及該背板可以相對彼此分隔開的關係被支撐，以便是大致平行的(在該靜止位置)。在本案發明的諸實施方式中，該振膜電極包括至少一開口，其中至少該開口區域的部分在一垂直於該振膜的方向上對應一背板孔洞的區域。換言之，在該振膜電極中的該開口之至少部分的區域(在一垂直於該振膜的方向上)，係和一背板孔洞之區域的至少部分對齊。在本案發明的諸實施方式中，在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中之孔洞，亦即該彈性振膜在該振膜電極中之開口的區域可為連續的，及該振膜電極的區域並非一貫穿該整個振膜之孔洞的部分。在某些實施方式中，可能有複數個此種開口在該振膜電極中。
在該振膜電極中的該等開口為大致上沒有任何振膜電極之材料的區域，且因而可形成在該振膜電極材料亦即該金屬中的空腔、小孔或孔洞。藉由提供此些在該振膜電極中的開口，相較於具有一較小尺寸直 徑但沒有此些開口的一振膜電極，形成在該振膜電極中之金屬的總量可被減少，亦即具有此些開口的該振膜電極提供對該彈性振膜較少的覆蓋。
如同先前所提及的，形成在該振膜電極中的該等開口不須對應在該振膜中的孔洞，且因而該等開口可被看成一缺少電極材料的區域(但至少部分地由電極材料所包圍)，該處仍有該彈性振膜的連續材料，亦即一孔洞僅在該振膜電極材料中，但不在該彈性振膜中。
在該振膜電極中的該等開口較佳地可被配置成使得此些開口，亦即是缺少振膜電極材料的區域，至少大致是部分地和在該背板中例如是音孔的該等孔洞對齊。由於該等音孔呈現為貫穿該整個背板，因此至少某些在該背板中的音孔，不論是全部或部分，對應至在該背板電極中的孔洞，亦即是缺少背板電極的區域。在該振膜電極中的該等開口及在該背板電極中的該等孔洞，在一橫向上，亦即在一垂直於該振膜的方向上，係部分地或完全地對齊。如同此處所使用的，垂直於該振膜的用詞應意指，大致是垂直於由該振膜之包圍邊緣所界定出之平面的一方向。顯然地，在使用中，該振膜可能偏移，且垂直於該振膜之部分之局部的方向可能改變，但是垂直於該整個振膜的方向仍會被看成是垂直於包括該振膜之固定邊緣之平面的方向。
在一微機電系統電感式感測器中，被發展於該等背板電極及振膜電極之間的電感，會依據介於該等電極之間的分隔，亦會依據該等電極的面積。應了解到，在該背板中的音孔的出現清楚地意指，有複數個在該背板電極中的孔洞。因此，針對例如是在圖1a及1c中所圖示說明的一連續的振膜電極，該處會有在一垂直於該振膜的方向上被設置於在該背板中 的一音孔位置中之振膜電極的區域。
如同熟習相關技術者會了解到的，在一被充電或被偏壓的平行板片電容中，會有一從一板片行進至另一板片於一垂直於該等板片之方向上的電場分量。然而，在該等音孔的區域中，沒有背板電極，且因而沒有垂直場分量。本案發明的諸實施方式因而提供在振膜電極中的開口，在通常是對應在該背板中的孔洞及因而對應在該背板電極中的孔洞之位置的位置，換言之，係在使得一背板孔洞的區域是至少部分地和在該背板電極中的一開口的區域重疊的區域中。在此些區域中，因為缺少背板電極，不會有垂直場分量，即使有振膜電極材料存在。提供在該振膜電極中的諸開口於此些區域中，可因而在該感測器的結果電容上有一受限的影響，及因而在該感測器的靈敏度上有一受限的影響。
具有此些開口在該振膜電極中的優點為，可使用較其他實例少的振膜電極材料，但不會對結果電容有任何明顯的損害。較少之例如是金屬的振膜電極材料被形成在該彈性振膜上的結果造成，易受塑性變形影響的材料量減少，且振膜材料對電極材料的比例增加。因此所導致的整個振膜結構較不會有附帶隨之而來之缺點的塑性變形，但卻不會犧牲掉靈敏度或訊雜比。
此外，在該振膜電極中之該等開口能有效地將該振膜電極的整個面積分解成較小的面積。換言之，該振膜電極在任何方向的最大連續範圍可因為該等開口而相當低(及相較於一沒有開口的振膜電極減小)。例如考慮到該等開口包括有一陣列在該振膜電極中的孔洞。介於孔洞之間的為狹窄片段的振膜電極。就較不易變形下面的振膜而言，相較於較寬的片段， 狹窄片段的金屬可提供對細長部分較佳的響應。因此以開口圖案化該振膜電極會是有利的，不僅在於減少振膜電極的總量，亦能提供一種較不會造成該彈性振膜變形的振膜電極圖案。具有開口之振膜電極的圖案化能因此減低應力消除/扭轉潛變，亦即減低金屬扭轉潛變的影響。
該彈性振膜包括一結晶或多晶材料及該振膜電極包括一金屬是特別有利的，該結晶或多晶材料例如是一或多層氮化矽Si3N4，而該金屬例如是鋁、鈦、金或銅、或其等的合金。在此些材料系統中，該彈性振膜層可被形成，以便具有一想要的內應力，且該該振膜電極的任何塑性變形可改變該感測器的響應。
更確切的解釋及分析將包括非垂直邊緣靜電場的作用，該電場係從在背板電極中之一孔洞的邊緣延伸到對應至該音孔之區域的任何振膜電極區域。然而，此邊緣電場可能僅側向地延伸約1至2μm，且該音孔的區域可較大些，例如是約10μm的等級，或是在直徑上如是的等級，因此此作用不會實質地影響該論點。
因而應了解到在本案發明的諸實施方式中，在該背板及該背板電極中的該等音孔對應在該振膜電極中的該等開口。藉由對應其意指，當從一垂直於該振膜(或該背板電極)的方向觀看，在該振膜中之該等開口的位置大致是相同於在該振膜電極中的該等孔洞的位置。因此，該等音孔的區域在此方向被投射到該振膜上，該等被投射之孔洞的區域會至少部分地映射至在該振膜電極中之該等開口的區域。
在該振膜電極中之該等開口及在該背板中的該等音孔或更特別地是在該背板電極中的該等孔洞的尺寸，在某些實施方式中，會大致 是相同的尺寸，及可能亦會是相同的形狀。因此，在該振膜電極中之該等開口能在尺寸及位置上，對應到在該背板中的該等孔洞(或在該背板電極中的孔洞)。然而該等振膜開口及背板孔洞的尺寸及/或形狀並不需要相同(且其中一個可較另一個大數個比例因數)，然而就位置而言其等仍能對應，且就此意義而言，例如，數個開口可位在一個孔洞下方。
本案發明的諸實施方式因而提供複數個在該振膜電極中的開口，其等至少部分地和在該背板中的孔洞及因而在該背板電極中的孔洞對齊，且其等不會形成在該振膜中之一孔洞的部分。然而應了解到，額外地，可能會有其他在該振膜電極中之開口，其等不會和任何背板孔洞對齊，及/或其等確實形成貫穿該振膜之一孔洞的部分。例如可能有貫穿該振膜之一或多個洩流孔洞或其他的壓力釋放孔，且有些可能會被提供在該振膜電極的區域中。
圖3圖示說明本案發明的一實施方式。圖3顯示一形成在一彈性振膜301上的振膜電極302。該振膜電極302具有複數個在該振膜電極302中的開口313，該處沒有該振膜301的覆蓋。此些開口(或缺乏的區域)313減少被沉積在該振膜301上之振膜電極302的量(針對一給定直徑的電極)，且因而相較於沒有此些開口之電極，增加了振膜材料對電極材料的比例。此繼而會導致一具有減少塑性變形的振膜結構301/302。在使用中，相較於一沒有開口的振膜電極，此結構301/302變形較少，並改善了該微機電系統訊號轉換器100的操作。
圖3亦顯示具有音孔312貫穿其等的背板304及背板電極303。此些音孔312可使介於該振膜及該背板之間的空腔之間能有聲音通 訊，及在該振膜的另一側能有一體積(其可為一音埠或一背腔體積)。該音孔312延伸貫穿過該背板304及該背板電極303二者，且因而有貫穿整個背板結構303/304的孔洞。應注意到在背板電極303中的諸孔洞314可具有和其等對應之該音孔312相同的尺寸，但此並非總是這樣，且在該背板電極303中的該等孔洞314可如所圖示說明的是較大的，例如是使得沒有背板電極材料303被暴露在該等音孔312的側壁中。
在圖3中所顯示的實施方式中，在該背板電極303中的該等孔洞314直接地覆蓋在該振膜電極301中的該等開口313。換言之，在該振膜電極302中之該等開口313的尺寸及位置大致地對應(在該靜止位置)在該背板電極303中的該等孔洞314的尺寸及位置。此意指(在該靜止位置)，對有任何振膜電極302之大致所有區域，亦覆蓋有背板電極303(假設該背板電極303周圍的整體尺寸及位置至少匹配該振膜電極302的尺寸及位置)。然而對在該振膜電極302中之一開口313中的任何區域而言，可能沒有覆蓋背板電極303。
在使用中，一電場被產生在該背板電極303及該振膜電極302之間。此電場可包括有在一垂直於該等電極的方向上之從一電極行至另一電極的一線性電場分量324(為清楚起見不只有一段線性電場分量324被顯示在圖3中)。此外，邊緣電場分量(未被圖示說明)亦可能發生，彎折入介於該等音孔312及在該振膜電極302中的該等開口313之間。
在一平行板片電容的實例中，該線性電場分量324會在一垂直於該等板片的方向上從一板片延伸至另一板片，形成等電位表面。此產生一均勻的電場，其將二板片302、303彼此電容式地耦合。顯示在圖3中 的配置確保該振膜電極材料302，一般而言是被提供在能為一線性電場分量324的區域處，但一般而言在可能沒有線性電場分量324的區域係被省略掉。此種配置能明顯地減少被提供在一彈性振膜層301之振膜電極材料302的量，但不會有在電容上明顯的減低。
當然會了解到，一振膜電極302通常僅會被沉積在該振膜301的中間部分。因此可能會有在任何情況都不會覆蓋任何振膜電極302之在該背板電極303/304中的音孔312。如果該背板電極303係較該振膜電極302大，則亦可能會有絕不會和任何振膜電極302重疊之在該背板電極303中的孔洞313。應瞭解到在該振膜電極302中之該等開口313為至少部分地由在該振膜電極材料302所包圍的區域。
在一實施方式中，諸開口313可被提供在該振膜電極302中，使得在該背板電極303/304中置於對應該振膜電極302之外圍的一中間區域之大部分的孔洞312具有在該振膜電極302中之一相關聯的開口313。換言之，可能僅有相當少比例在該背板電極312中的孔洞對應至在該背板電極303上沒有一開口的位置。如同將於以下被說明的，此能相對一沒有任何開口之電極顯著地減少該振膜電極302覆蓋的範圍。
應注意到，被顯示在圖3中的實施方式圖示說明，該彈性振膜層301不包含任何對應在該振膜電極302中之該等開口313的孔洞，亦即該彈性振膜層301之例如是氮化矽的材料在該振膜電極302中之該等開口313的區域是連續的。在某些微機電系統電感式感測器中，可能會有貫穿該振膜結構的孔洞。如先前就圖1所討論的，洩流孔111可被提供用於低頻壓力均等化，且當此些洩流孔111典型地被設置在被耦合至該振膜電極302 之振膜301的區域的時候，此並不需要是該種情況，且該處可有洩流孔111或其他貫穿該振膜電極302及彈性振膜層301的孔洞。此些貫穿該整個振膜結構302/303的孔洞，會因而提供在該振膜電極302中但僅和在該彈性振膜層301中的一孔洞結合的開口。此外，任何此等貫穿該振膜302/303的孔洞可能不特別地和背板孔洞312對齊。對應貫穿該整個振膜結構之洩流孔或其他的孔洞之任何貫穿該振膜電極的孔洞，因而是除開上述之在該振膜電極中之開口的。
亦應注意到，即使沒有該振膜電極302的材料亦即金屬或合金在該等開口313中，此些開口313不必要是沒有任何材料。例如，在該彈性振膜層301的頂部可有一額外的振膜層，其至少是部分地填充在該振膜電極302中的該等開口313。此外，或替代式地，該等開口313可至少部分地被填充有一介電材料。
圖4a及4b圖示說明二種其他可能的實施方式，於其中，該振膜電極301的該等開口313仍對應貫穿過該背板304及該第二電極303的該等音孔312，然而在該背板電極303中之音孔312的圖案並不完全對應至在該振膜電極302中之該等開口313的圖案。
在顯示於圖4a及4b之二個實施方式中，介於該振膜電極302及該背板電極303之間一程度的重疊，提供了在使用中會具有一介於其等之間之線性電場324的電極區域。在圖4a及4b的諸實施方式中，至少有該振膜電極302的某些區域未被該背板電極303重疊，或是該背板電極303的某些區域未被該振膜電極302重疊。電極302/303之此些〝未被重疊〞的區域仍可經由邊緣電場促成電容，該等邊緣電場會從一電極的邊緣延伸至 另一電極的至少某些未被重疊的部分。
圖4a圖示說明一實施方式，其中，在該振膜電極302中的該等開口313的寬度較貫穿該背板電極303之該等開口314的寬度小，換言之，在該振膜電極302中的該等開口313係較在該背板304中的該開口312及在該背板電極303中的該開口314小。在此實施方式中，除了介於該背板電極303及該振膜電極302之間的該線性電場分量324之外，在使用中，亦可有邊緣電場分量(未被圖示說明出)介於該背板電極303的邊緣及該振膜電極302的至少部分之間，位於在該背板電極303中的該等孔洞312/314的區域內。典型地，此些邊緣電場在實用上可在一側向上延伸約1至2微米。因此，在該振膜電極302中的該等開口313可具有一直徑，該直徑係較在該背板電極303中之該等孔洞314的直徑小稱1至2微米之一在達到2微米之範圍中的量。在此種實施方式中，相較於一沒有開口的電極，可能沒有在靈敏度上的掉落，因為促進電容之該振膜電極的整個面積在各種情況下可能大致是相同的。換言之，配置在離在該背板電極303中之該等孔洞314的邊緣約2微米內之一區域中的電極材料303，無論如何可能不會明顯地促進該電容。
圖4b顯示一替代式實施方式，其中，在該振膜電極313中的該等開口的寬度係較貫穿該背板電極303之該等孔洞314的寬度大。此實施方式因而提供開口較大於在圖3中所顯示的開口(對在該背板電極中之給定尺寸的孔洞而言)，且因而此實施方式提供一具有甚至較少振膜電極材料的振膜電極302。此會進一步減少整個振膜會塑性地變形或任何塑性變形之程度的可能性。介於在該振膜電極302中的該等開口及在該背板電極303 中的該等孔洞314之寬度間的差異可能再次為1至2微米的等級，且相似於在圖4a中的該實施方式，邊緣電場(未被圖示說明出)會從未被重疊的背板電極303延伸至該振膜電極302。
在參考圖3及4a及4b所說明的實施方式中，在該振膜電極302中的該等開口313被大致置中地設置於在該背板電極303中的該等孔洞314的中心上。然而在某些實施方式中，在該振膜電極302中的該等開口313可相對在該背板電極303中的該等孔洞314偏離開(不論在該振膜電極302中的該等開口313是否相同於或有一不同於在該背板電極303中的該等孔洞314的尺寸)，如同圖5中所圖示說明的。當然其他的配置是可能的。在某些實施方式中，以一特別的方式圖案化在該振膜電極301中的該等開口313可能是想要的，例如是用以達成一想要的應力分佈，其造成一介於在該振膜電極302中的該等開口313及在該背板電極303中的該等孔洞314的偏離，及/或可能會想要將該等開口從在靜止位置中的該等孔洞偏移開，以致在該振膜301/302被一入射的壓力波偏移時會有一較佳的對齊度。
應注意到，該等開口的尺寸，及/或該等開口相對在該背板電極中之該等孔洞的對齊度可隨越過該振膜電極而改變。因此，在該振膜電極的一部分中，一特別的尺寸/對齊度可被使用，例如是在圖3中所顯示的那樣，但在該振膜電極的另一部分，一不同的尺寸/對齊可被使用，例如是在圖4a或4b或圖5中所顯示的那樣。
圖6圖示說明一微機電系統訊號轉換器之一實施方式的該振膜301及振膜電極302的一平面視圖。如同先前所說明的，該振膜電極302可被沉積在該振膜301的中央部分，及該振膜電極30的外邊界可包圍 該振膜之中央部分的一區域，該區域是該振膜區域之40%左右的等級。圖6顯示被形成在該振膜電極302中之該等開口313的平面視圖。該導電軌615亦被顯示在圖6中，其將該振膜電極302連接至相連結的電路(未被顯示出)。該導電軌615典型地係由和該振膜電極302相同的材料所形成的。被顯示在圖6中之該等開口313形成在該振膜電極302的外邊界內之為一六角形圖案的一陣列。在此實施方式中，亦有形成在周邊上亦即該振膜電極的外邊界中的開口。此些開口並未完全地被振膜電極材料所包圍，因為在該背板電極中之該對應的孔洞可能並未完全地落在該振膜電極的外邊界內，該等開口能依據其等被設置在該陣列中的位置在尺寸上改變。
注意如此處所使用的，該振膜電極的外邊界係指，若沒有在該振膜中的開口該電極會有的一般周邊，亦即在此實施方式中，該外邊界會是一大致為圓形的周邊。籠統地說，該振膜電極的外邊界可被想成是完全地環繞該振膜電極的一周邊，且其具有大致是最小可能的長度。因此，在圖6所顯示的實施方式中，該外邊界會跟隨該電極的圓形周邊，直到一開口的唇部被該外邊界觸及，該外邊界隨後會成為一越過該開口之唇部之大致是直的線，於該處其隨後將再次跟隨該電極的該圓形周邊。該導電軌615通常不會被認為是該振膜電極的部分，但在某些實例中，該導電軌的端部及該電極的起點可能不會被清楚地界定出。
應了解到，在該振膜電極中之該等開口存在於該振膜電極的外邊界內，該處沒有孔洞在該彈性振膜中，因此意指設置在該振膜電極的外邊界內之彈性振膜材料的區域係大於形成該振膜電極之材料的區域。在某些實施方式中，該彈性振膜的材料佔據在該振膜電極的外邊界內的整個 區域。
在圖6所圖示說明的實施方式中，有和大致所有在該背板電極中的該等音孔連結之一在該振膜電極中的開口，至少部分地落在該振膜電極的外邊界內。在一實施方式中，該等開口的直徑可為約10μm的等級，具有介於鄰接開口之間最短的距離為約5μm的等級。
諸開口的此密度顯著地減少形成該振膜電極的材料量。典型地，一振膜電極的外周邊可包圍該振膜之至少35%的一區域。例如考慮一第一直徑的振膜電極，使得該振膜電極的外邊界包圍該振膜中央之約40%的一區域。沒有任何在該振膜電極中的開口，該振膜被該電極的覆蓋率因此是約40%。具有約10μm直徑之等級分隔開約5μm的開口，該振膜的覆蓋程度掉落到約25%或更少。
此改變了該彈性振膜層301及該電極302對該振膜結構之整體應力的相對分配。在具有一例如鋁或例如是矽化鋁之合金的金屬，電極覆蓋約一結晶亦即氮化矽或多晶振膜的約40%之習知的訊號轉換器中，該振膜電極302分攤所有應力的約三分之一。藉由減少該振膜電極302的覆蓋率，於此特別的實例中，例如從約40%至低於25%，由於該振膜電極302之應力分攤被降低。若例如是氮化矽之該振膜301的內應力被調整，以補償來提供相同的整體應力，則該振膜電極302會分攤少於對整體應力之20%。
應注意到，圖6顯示該等開口313為分離式的開口。然而在某些實施方式中，至少某些開口可藉由在該振膜電極302中的狹窄通道(未被圖示說明出)被彼此相連結。
圖7顯示開口313的一替代式圖案，其形成一矩形圖案(再次由該振膜電極302所包圍)。此實施方式如圖6圖示說明，並不具有在該振膜電極302之周圍中的開口313。換言之，該等開口313僅被提供在對應於該背板電極中的孔洞之該振膜電極302中，其等完全落在該振膜電極的外邊界內。
圖8a顯示在該等開口313中的另一替代式陣列，其中該等開口313具有正方形的形狀，且被配置成由圓形的振膜電極邊界所包圍。在該振膜電極中的該等開口能具有任何想要的形狀，如同該背板相關聯的那些孔洞(音孔或電極孔)所能具有的。
如所討論的，在該振膜電極302中的該等開口313的特別配置可被選擇，以便提供一用於該振膜302/303之想要的應力特徵。例如在該振膜電極中之複數個開口的分佈可被配置成，在振膜撓曲時提供均勻的應力。在某些實施方式中，該等音孔的配置可因而被設計成符合在該振膜電極中的該等開口之一想要的圖案。
圖8b及8c顯示在該振膜電極中的諸開口之另外的範例。圖8b顯示該彈性振膜301及該電極302及引導軌615的一平面視圖。於此範例中，有一系列在該振膜電極中的弧形開口313。該等有效的弧形開口313將該振膜電極分割成一系列同心的環段及一中間的圓形部分。如同清楚顯示的，該振膜電極的不同部分必須被電性地連接，該弧形開口313並未完全地分開該振膜電極區段，且一路徑801連接該振膜電極的所有部分。在某些實施方式中，可能想要的是，該振膜電極的圖案通常是對稱的(可轉動地及或繞著一軸線)，且因而其他路徑803亦能包括該振膜電極的材料。
該等弧形開口313的位置及尺寸相對在該背板電極中的該等孔洞314被配置，以使該等開口和一些孔洞314對齊。為清楚起見，僅少數在該背板電極中之孔洞314的位置被顯示。在此實施方式中，該振膜電極的外邊界會是該外環段的周邊。
圖8c顯示另一實施方式，於其中該振膜電極302具有螺旋進入該振膜電極之一單獨連續的開口313。因此，該造成的振膜電極圖案類似一在該彈性振膜層301上的一螺旋。再次地，該螺旋開口313的路徑及尺寸被配置成和在該背板電極中的數個孔洞314一致。此振膜電極因而在所有的點處相當地窄小，具有減小金屬扭轉潛變的優點。在此實施方式中，該振膜電極的外邊界會行過該螺旋開口的嘴部(如虛線所標示的)，並隨後沿著該電極的周圍。
先前所討論的該等實施方式已參考微機電系統訊號轉換器被說明，於其中，支撐相對該振膜及該振膜電極被分隔開之該背板電極的背板，具有複數個穿通該背板的音孔。如先前所說明的，在該振膜電極中的該等開口可和在該背板電極中的該等孔洞對齊，以便減少在該振膜電極中的金屬量，而不會有一對電容明顯的影響。
本案發明的諸實施方式亦應用在例如是壓力感測器的訊號轉換器中，於其中該背板(其可形成一基板的部分)並未被提供有複數個音孔。在此種實例中，仍有在本案發明的諸實施方式中之在該振膜電極中的複數個開口。如同先前所討論的，相較於一不具開口之振膜電極，提供在該振膜電極中的諸開口，能在減少所需求的金屬量上有助益。若該等開口313係相當地小，例如是在一直徑約1至4微米的等級，可能會沒有在電容 上的明顯掉落，因為從在該振膜電極中的該等開口之該等邊緣的邊緣電場會延伸至沒有線性電場分量之背板電極的區域。因此該感測器的整體靈敏度可能不會被明顯地影響，但是金屬量及因而的塑性變形程度可能會被減小。若有需要能使用大型開口，可能會有在靈敏度上一小的掉落，但是較少有在使用中之直流偏差或靈敏度改變的機會。
圖9圖示說明一實施方式，其中二訊號轉換器被形成在同一基板905中。二振膜(901a及901b)被顯示出，各具有一個別的振膜電極(902a及902b)、背板電極(903a及903b)及背板(904a及904b)。該背腔體積908因而被二訊號轉換器所共用。此些訊號轉換器在某些實施方式中，能被調節成在彼此不同的頻率下工作。不同的訊號轉換器可具有不同的振膜及電極特性，例如尺寸、相對面積、間隔等等，以〝調節〞該等訊號轉換器。亦有可能其中一個訊號轉換器可為一輸出訊號轉換器(亦即一發送器)，而另一個可為一輸入訊號轉換器(亦即一接收器)。圖9僅顯示本案發明之一可能的實施方式的一橫剖面，事實上，可有任何數目成一陣列之訊號轉換器遍及該基板的表面。在其他實施方式中，多個被形成在同一基板中之訊號轉換器的某些或全部可具有分別的背腔體積，或該等訊號轉換器的次組可各分享各別的背腔體積。二維陣列。
圖10、11a及11b圖示說明本案發明的諸實施方式，其中該訊號轉換器被封裝，例如是被封裝在一罩殼中，以形成一微機電系統封裝。圖10顯示被裝設在一(封裝)基板1018的該訊號轉換器，該基板1018具有一被耦合至該基板1018的保護罩蓋或蓋子1019。該罩蓋或蓋子1019可屏蔽該訊號轉換器，例如提供避免電磁干擾的保護及/或防塵/水氣的保護。在某些 實施方式中，該罩蓋1019可具有一音孔1017，以讓壓力波通達該訊號轉換器，於該實例中，該封裝基板1018可為實心的，因此覆蓋形成在該訊號轉換器之基板中的背腔體積(雖然至少位在該訊號轉換器之下之該基板的部分能具有一空腔，以增加背腔體積的區域)。替代性地，該訊號轉換器能被配置有一貫穿該基板1018的音埠1020，於該實例中，該罩蓋1019可被密封。為提供連至該訊號轉換器及任何讀出電路的連接，該封裝可具有經由例如是導通孔之適當的軌道被連接的接點1024。
如圖11a中所顯示的，相關聯的積體電路1125亦可被罩護在該微機電系統封裝中。該相關聯的積體電路1125可被直接電性地連接至該二電極(902及903)，且可偏壓該微機電系統訊號轉換器。此外，該相關聯的積體電路可放大由造成該彈性振膜901移動之該入射壓力波所產生的訊號。在圖11a所圖示說明的實施方式中，該封裝可由一層板類型的結構被形成，其包括一基板1118及一罩蓋或蓋子1119，該罩蓋或蓋子1119由分隔件側壁和該基板1118分隔開。再次，該音埠可被提供在該基板中或在該罩蓋中。
圖11b圖示說明另一實施方式，其中該微機電系統訊號轉換器被裝設在該罩蓋1119上，且可被設置在音埠1117下方。在此結構中，介於該音埠及該彈性振膜之間的體積形成必要的背腔體積。或者，一音埠1120可被形成在該基板1118中。在此結構中，該基板接點1124係在和該微機電系統訊號轉換器相對的基板上，且適當的電性連接可能沿著該封裝的側壁行進。
亦有可能將微機電系統訊號轉換器裝設在該封裝(1018、 1019、1118或1119)的兩側，以該背板而非該等基板905為被物理性地附接的側邊。
該等保護元件(1018、1019、1118或1119)作為保護該微機電系統訊號轉換器避開外部來源的損害。在某些實例中，該封裝亦可提供電磁屏蔽。該封裝，例如該基板及/或罩蓋，可部分地或完全地由一導電材料或金屬所製成。藉由具有至少某些金屬(或導電材料)於該保護元件中，一法拉第柵欄可環繞該微機電系統訊號轉換器被形成，將任何外部的電磁輻射從微機電系統訊號轉換器隔離開。印刷電路板材料或陶瓷亦可被使用在該等保護元件的製造中。
本案發明的諸實施方式可使用標準的微機電系統處理技術被生產。例如，回溯圖1a，一電容式麥克風可被形成在一基板105上，例如一矽晶圓可具有被形成在其上面的上及下氧化層106、107。一在該基板中或在任何下方之層中的空腔108(以下稱為一基板空腔)被提供在該振膜101之下，且可使用一〝背蝕刻〞貫穿基板105被形成。該基板空腔108連接至一直接位在該振膜下方的第一空腔109。此些空腔108及109可共同地提供一音腔體積，因而使該振膜能響應一音頻刺激而移動。被設置介於振膜電極及背板電極102及103之間的為一第二空腔110。
該第一空腔109可在製造程序期間使用一第一犧牲層被形成，亦即使用一接著能被移除之用於界定該第一空腔的材料，及將該振膜層101沉基在該第一犧牲層材料上。使用一犧牲層形成該第一空腔109意指該基板空腔108之接續的蝕刻並不扮演界定該振膜之直徑中的任何部分。反而是，該振膜的直徑是由該第一空腔109(其依次係由該第一犧牲層的直 徑所界定)的直徑結合該第二空腔110(其依次可由一第二犧牲層的直徑所界定)的直徑所界定的。使用該第一犧牲層被形成之該第一空腔109的直徑可較使用一濕式蝕刻或一乾式蝕刻被執行之背蝕刻製程的直徑被更精確地控制。蝕刻該基板空腔108因而會界定一在該振膜101下方之該基板表面中的開口。
如所提及的，該振膜101可由在一第一犧牲層上方沉積至少一振膜層101而被形成。以此方式，該(等)振膜層的材料可延伸進入該支撐結構，亦即支撐該振膜的側壁。該振膜101可藉由沉積一或多氮化矽層被形成。該振膜層可被尺寸化以具有所需要的彈性。該振膜電極隨後可被沉積在該振膜層上，且被圖案化成具有複數個如先前所討論之於其中的開口。該振膜電極可藉由沉積一材料層在所需要的整個區域中及蝕刻開口進入該振膜被圖案化，或者藉由在沉積該電極材料之前圖案化該該振膜而被圖案化。
該振膜電極的金屬及該振膜層的氮化矽共同地提供了該整體振膜結構之一想要的應力特性。在本案發明的諸實施方式中，相較於一習用的訊號轉換器，較少的金屬被使用，該彈性振膜層的應力可較大以作補償。熟習相關技術者會知道，該應力可以不同的方式被控制，例如改變沉積的溫度。
該背板層可藉由沉積另一犧牲材料層以界定一介於該振膜及該背板之間的空腔，及接著沉積該(等)背板層及背板電極而被形成。該背板亦可由氮化矽所形成，但可被沉積成一較厚及因而較該振膜更剛性的結構。此外，各種不同之其他的材料層可被使用來形成該背板104，以控制其 特性。雖然可使用其他的材料，但使用一氮化矽材料系統在許多方面是有利的。
在其他的應用中，該麥克風可被配置成，使得某些聲音構件可經由該基板空腔108被接收，其其他的聲音構件可經由該背板104被接收。
顯示在圖1a及b中的該訊號轉換器被圖示說明成具有支撐和該背板104分隔開之該振膜層101的斜壁。垂直壁可被使用但會給予沉積製程性質，此會導致一高應力集中在被形成在形成該振膜之材料層中的角落。
其他類型的微機電系統設備可利用先前所說明的諸實施方式，此些包括但不限於壓力感測器、超音波訊號轉換器、加速監測及訊號產生訊號轉換器。
應注意到，上述之諸實施方式可被使用在一範圍的設備，包括但不限於：類比麥克風、數位麥克風、壓力感測器或超音波訊號轉換器。本案發明亦可被使用在多種應用中，包括但不限於：消費者應用、醫藥應用、工業應用及自動化應用。例如典型的消費者應用包括音頻播放器、膝上型電腦、行動電話、PDAs及個人電腦。諸實施方式亦可被使用在聲音啟動或聲音控制的設備中。典型的醫藥應用包括助聽器。典型的工業應用包括主動噪音消除。典型的自動化應用包括免手動設定、碰撞感測器及主動噪音消除。
應注意到，上述之諸實施方式圖示說明而非限制本案發明，且熟習相關技術者將能設計出許多不會脫離隨附申請專利範圍之範疇的替代式實施方式。該用字〝包括〞並不排除那些列述在一申請專利範圍中之 元件及步驟以外的元件及步驟。〝一〞或〝一個〞並不排除複數個，且一單獨的特徵或其他的單元可完成被界定在該等申請專利範圍中之數個單元的諸功能。在該等申請專利範圍的所有參考符號皆不應被解釋而限制了其等的範圍。

Claims (38)

  1. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜；一背板，其包括至少一被耦合至一背板電極的背板層，具有對應複數個貫穿該背板之背板孔洞之複數個在該背板電極中的孔洞；其中，該振膜電極包括複數個在該振膜電極中的開口，其中，對在該振膜電極中的該等開口之每一者而言，至少該開口的區域的部分在一垂直於該振膜的方向上對應至少一背板孔洞的區域，且在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞；其中，對在該振膜電極中的該等開口之至少部分而言，該振膜電極中的該開口的區域在一垂直於該振膜的方向上和在該背板電極中的該等孔洞之一的區域對齊，且具有大致相同的尺寸。
  2. 根據申請專利範圍第1項的微機電系統訊號轉換器，其中在該背板電極中之該等孔洞中之每一者的區域係較該等背板孔洞中之每一者的區域大。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該彈性振膜包括一結晶或多晶材料。
  4. 根據申請專利範圍第3項的微機電系統訊號轉換器，其中該彈性振膜包括氮化矽。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該彈性振膜具有內應力。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該振膜電極包括金屬或一金屬合金。
  7. 根據申請專利範圍第6項的微機電系統訊號轉換器，其中該振膜電極包括鋁。
  8. 根據申請專利範圍第7項的微機電系統訊號轉換器，其中該振膜電極包括矽。
  9. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少部分包括一在該振膜電極中的孔洞。
  10. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少部分係和在該背板電極中的該等孔洞之至少部分有大致相同的形狀。
  11. 根據申請專利範圍第1項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少部分的區域係大於在該背板電極中的該等孔洞之至少部分的區域。
  12. 根據申請專利範圍第1項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少部分的區域係小於在該背板電極中的該等孔洞之至少部分的區域。
  13. 根據申請專利範圍第11或12項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少部分的寬度係不同於在該背板電極中的該等孔洞之至少部分的寬度達2微米。
  14. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口中之至少一個的形狀係大致為圓形。
  15. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少一個的形狀為非圓形。
  16. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中的該等開口之至少一個並未完全由電極材料所界限住。
  17. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在該振膜電極中之該等開口的分佈被建構成在當該振膜屈曲時提供均勻的應力。
  18. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中在彈性振膜-振膜電極結構中之小於20%的應力係由於該彈性振膜。
  19. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中小於該彈性振膜之表面區域的25%係由電極材料所覆蓋。
  20. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該電極外周邊包圍一大於該振膜區域之35%的振膜區域。
  21. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該振膜電極具有一不大於100nm的厚度。
  22. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該微機電系統訊號轉換器為一電容式訊號轉換器。
  23. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該微機電系統訊號轉換器為一麥克風。
  24. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該微機電系統訊號轉換器被封裝在一罩殼中。
  25. 根據申請專利範圍第1或2項的微機電系統訊號轉換器，其中該微 機電系統訊號轉換器被連接至一用於讀出及/或驅動該訊號轉換器的積體電路。
  26. 一種封裝，其係用於罩護一如申請專利範圍第1至25項中任一項之微機電系統訊號轉換器，其中該封裝包括：一基板，其包括：複數層，至少一層包括一導電材料，及至少一層包括一非導電材料，其中該微機電系統訊號轉換器被電性地耦合至該基板；及複數個電性接點，用於將該微機電系統訊號轉換器電性地耦合至在該封裝外部的電路；一覆蓋，其被機械式地耦合至該基板，其中該微機電系統訊號轉換器被包封在由該基板及該覆蓋所產生的體積中；及一埠，用於使訊號能激發該微機電系統訊號轉換器。
  27. 一種音頻設備，其包括一如申請專利範圍第1至25項中任一項的微機電系統訊號轉換器。
  28. 根據申請專利範圍第27項的音頻設備，其中該設備為至少以下之一：一可攜式設備；一通信設備；一計算裝置；一電池供電的設備；一音頻播放器；一視頻播放器；一遊戲設備；一行動電話；一膝上型電腦、筆記型電腦或平板電腦。
  29. 一種製造一微機電系統(MEMS)訊號轉換器的方法，其包括：形成至少一被耦合至一振膜電極的振膜層，以提供一於使用中的彈性振膜；形成至少一被耦合至一背板電極的背板層，以提供一於使用中具有複 數個貫穿該至少一背板層及背板電極之背板孔洞的剛性背板；其中，形成至少一被耦合至一振膜電極的振膜層包括形成一具有複數個開口的振膜電極；其中，對在該振膜電極中的該等開口之每一者而言，至少該開口的區域的部分在一垂直於該振膜的方向上對應至少一背板孔洞的區域，且在該振膜電極中的該開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞；及其中，對在該振膜電極中的該等開口之至少部分而言，該振膜電極中的該開口的區域在一垂直於該振膜的方向上和在該背板電極中的該等孔洞之一的區域對齊，且具有大致相同的尺寸。
  30. 根據申請專利範圍第29項的方法，其中形成該振膜電極包括沉積一層振膜電極材料及圖案化該層振膜電極，以提供該至少一開口。
  31. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；及一電極，其被耦合至該彈性振膜，其中該電極係僅配置於該彈性振膜的中央區域之中；其中，該電極包括複數個在該電極中的開口，其中，在該電極中的該等開口處沒有在該彈性振膜中的孔洞。
  32. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜，其包括一第一材料；及一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜，包括一第二材料，其中該振膜電極係僅配置於該彈性振膜的中央區域之中，以使得該振膜電極的外邊界係位於該彈性振膜的外邊界之內；其中，在該振膜電極的該外邊界內之該第一材料的區域係較在該振膜 電極的該外邊界內之該第二材料的區域大。
  33. 根據申請專利範圍第32項的微機電系統訊號轉換器，其中該第一材料佔據在該振膜電極之該外邊界內的整個區域。
  34. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一振膜，其包括至少一彈性振膜層及一振膜電極，其中該振膜電極係僅配置於該彈性振膜層的中央區域之中；及一背板，其具有複數個於其中的音孔；其中，該振膜電極具有複數個至少部分地和該等音孔對齊的開口，且其並不形成一貫穿該振膜之孔洞的部分。
  35. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；一背板，其包括至少一音孔，其中該彈性振膜及該背板在一第一方向上關於彼此被分隔開，該第一方向係大致係垂直於該彈性振膜的平面；及一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜，其中，至少有一缺少電極材料的區域在該電極中，其在一垂直於該振膜之方向上和該至少一音孔對齊，且在尺寸上對應於該至少一音孔。
  36. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；一振膜電極，其被耦合至該彈性振膜，其中該振膜電極具有複數個振膜電極開口；及一背板，其關於該彈性振膜被分隔開，該背板具有複數個背板孔洞；其中，該等振膜電極開口及該等背板孔洞係被設置在大致相同的位 置，且大致係為相同的尺寸。
  37. 一種微機電系統(MEMS)訊號轉換器，其包括：一彈性振膜；及一電極，其被耦合至該彈性振膜，其中該電極係僅配置於該彈性振膜的中央區域之中；其中，該電極被圖案化有複數個開口。
  38. 根據申請專利範圍第37項的微機電系統訊號轉換器，其中該電極被圖案化有該等開口，以減少該電極的扭轉潛變及/或應力消除。
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