TWI704100B - Ｍｅｍｓ裝置與製程 - Google Patents
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Abstract
本案描述一種MEMS傳感器，其包含設置於一膜片材料層之一表面上的一導電材料層。該導電材料層包含第一及第二區域，其中該/每一第一及第二區域之厚度及/或電導率不同。
Description
本發明係關於微機電系統(MEMS)裝置與製程，尤其是關於與例如電容式麥克風之傳感器相關的MEMS裝置與製程。
各種MEMS裝置正變得愈來愈流行。MEMS傳感器及尤其MEMS電容式麥克風正愈來愈多地用於諸如行動電話及攜帶型計算裝置之攜帶型電子裝置中。
使用MEMS製造製程形成之麥克風裝置通常包含一或多個膜片，具有用於讀出/驅動沈積於膜片及/或基板上之電極。在這種MEMS壓力感測器及麥克風之情況中，通常藉由量測一對電極之間的電容來實現讀出，該電容將隨著電極之間的距離回應於入射於膜片表面上之聲波進行改變而變化。
圖1a及圖1b分別展示已知電容式MEMS麥克風裝置100之示意圖及透視圖。電容式麥克風裝置100包含膜片層101，該膜片層形成回應由聲波產生之壓力差而自由移動的可撓性膜片。第一電極102機械耦接至可撓性膜片，且其一起形成電容式麥克風裝置之第一電容板。第二電極103機械耦接至大體上剛性之結構層或背板104，該兩者一起形成電容式麥克風裝置之第二電容板。在圖1a中所示之實例中，第二電極103嵌入於背板結構104內。
電容式麥克風形成於基板105(例如，矽晶圓)上，該基板上 形成有上部氧化物層106及下部氧化物層107。在基板中且在任何上覆層中之空腔108(在下文中被稱作基板空腔)係設置於膜片下方，且可使用「背蝕(back-etch)」貫穿基板105而形成。基板空腔108連接至位於膜片正下方之第一空腔109。此等空腔108及109可共同地提供聲學容積，因此允許膜片回應於聲學刺激而移動。在第一電極102與第二電極及103之間插入有第二空腔110。
可在製造製程期間使用第一犧牲層(亦即，使用用以界定第一空腔的可隨後被移除之材料)且在第一犧牲材料上方沈積膜片層101來形成第一空腔109。使用犧牲層來形成第一空腔109意謂基板空腔108之蝕刻在界定膜片之直徑方面不起任何作用。實情為，膜片之直徑係由第一空腔109之直徑(其又由第一犧牲層之直徑界定)結合第二空腔110之直徑(其又可由第二犧牲層之直徑界定)而界定。相比使用濕式蝕刻或乾式蝕刻執行之背蝕製程的直徑，可更準確地控制使用第一犧牲層形成之第一空腔109的直徑。因此，蝕刻基板空腔108將在下伏於膜片101之基板之表面中界定開口。
在下文中被稱作放氣孔111之複數個孔連接第一空腔109與第二空腔110。
如所提及，可藉由在第一犧牲材料上方沈積至少一個膜片層101來形成膜片。以此方式，膜片層之材料可延伸至支撐膜片的支撐結構(亦即，側壁)中。膜片層及背板層可由彼此實質上相同的材料形成，例如膜片及背板兩者可藉由沈積氮化矽層形成。膜片層可經尺寸設定以具有所需可撓性，而背板可沈積得較厚且因此為較剛性結構。另外，可在形成背板104時使用各種其他材料層以控制其性質。使用氮化矽材料系統在許多方面係有利的，但可使用其他材料，例如，使用多晶矽膜片之MEMS傳感器為已 知的。
在一些應用中，麥克風在使用中可經配置以使得經由背板來接收入射聲音。在此等情況下，另外複數個孔(在下文中被稱作聲學孔112)係配置於背板104中，以便允許空氣分子自由移動，以使得聲波可進入第二空腔110。第一空腔109及第二空腔110結合基板空腔108允許膜片101回應於經由背板104中之聲學孔112進入的聲波而移動。在此等情況下，基板空腔108通常被稱為「背部容積(back volume)」，且其可被實質上密封。
在其他應用中，麥克風可經配置使得可在使用中經由基板空腔108來接收聲音。在此等應用中，背板104通常仍具備複數個孔，以允許空氣在第二空腔與背板上方的另一容積之間自由地移動。
亦應注意，儘管圖1展示背板104正支撐於膜片的與基板105對置之側上，但如下配置係已知的：背板104係以膜片層101支撐於其上方的方式最接近於基板而形成。
在使用中，回應於與入射於麥克風上之壓力波對應的聲波，膜片自其均衡或靜態位置稍微變形。膜片電極102與背板電極103之間的距離相應地變更，從而引起兩個電極之間的電容之改變，該改變隨後藉由電子電路系統(未圖示)來偵測。放氣孔允許第一空腔及第二空腔中之壓力在相對長的時間標度內均衡(就聲頻而言)，此減小(例如)起因於溫度變化及其類似者的低頻壓力變化之效應，但不影響所要聲頻下之敏感度。
MEMS傳感器之膜片層且因此可撓性膜片通常包含薄的介電材料層，諸如晶體或多晶材料之層。實際上，膜片層可由在連續步驟中沈積之若干材料層形成。因此，可撓性膜片101可例如由氮化矽Si3N4或多晶矽形成。晶體及多晶材料具有高強度及低塑性變形，該兩種材料在建構膜片時高度理想。MEMS傳感器之膜片電極102通常為薄金屬層(例如， 鋁)，該金屬層通常位於可能性膜片101之中心，亦即，膜片之位移最多之部分。熟習此項技術者應瞭解，膜片電極可例如藉由沈積諸如鋁-矽之金屬合金而形成。膜片電極可通常覆蓋(例如)膜片之面積之約40%，通常在膜片之中心區域中。
因此，已知的傳感器膜片結構係由兩個不同材料層組成，該兩個不同材料層通常為介電層(例如，SiN)及導電層(例如，AlSi)。
通常，可能性膜片層101及膜片電極102可製造為在靜態位置中實質上平坦，亦即，膜片上無壓力差，如圖1a中所說明。可能性膜片層可形成為在此靜態位置中實質上平行於背板層，使得膜片電極102平行於背板電極103。然而，隨時間推移，膜片結構可(例如)由於相對高或反覆之位移而變形，使得膜片結構將不會返回至完全相同之開始位置。
數個問題與先前考慮之傳感器設計相關聯。詳言之，膜片與膜片電極兩者在製造之後將遭受本質機械應力，此係(例如)由於在幾百攝氏度之相對高溫下沈積及需要返回至室溫以收縮不同量(歸因於明顯不同之熱膨脹係數)，從而被緊密地機械耦接在一起。在不能夠即刻耗散歸因於應力之儲存能量(亦即，不能夠藉由獨立機械收縮來充分釋放應力)的情況下，電極與膜片之複合結構將傾向於變形，其類似於雙金屬條恆溫感測器之熟知操作。在長時間內，尤其在經受對使用中之麥克風膜片為典型的反覆機械運動時，金屬電極層尤其可在其退火以減小其所儲存應力能量(其不能以任何其他方式釋放)時經受蠕變或塑性變形。因此，包含可撓性膜片及膜片電極之膜片結構的均衡或靜態位置一開始即對製造條件敏感且亦可隨時間改變。
圖2說明在膜片101/102之靜態位置隨時間可發生的永久變形。可看到，膜片之靜態位置且因此背板電極103與膜片電極102之間的 間距因此自其緊接在製造之後的位置(由虛線展示)改變至經變形靜態位置。由於靜態位置下之電容不相同，此變化可在來自此傳感器之量測信號中引起DC偏移。更重要地，對於交流音訊信號，電容改變引起用於給定聲學刺激(亦即，麥克風之聲電敏感度)之信號電荷的變化。
另外，複合電極-膜片結構101/102之彈性對電極及膜片層之機械應力敏感。製造條件之任何變化以及經由金屬蠕變或其類似者的後續應力釋放將影響此等層之應力之值。歸因於應力失配之變形亦將直接影響靜態應力之值。
因此，可瞭解，膜片結構及關聯傳感器可經歷初始敏感度之增加的製造變化，且此外隨時間推移經歷敏感度之改變或漂移，此意謂傳感器效能無法保持恆定。
此外，膜片電極之金屬可由於自靜態/均衡位置之相對高或反覆之位移而經歷某一塑性變形。因此，膜片電極之金屬可變形，因此其將不會返回至其原始位置。由於可撓性膜片101及膜片電極102彼此機械地耦接，故此亦可引起可撓性膜片101之靜態位置之整體改變及/或應力性質且因此整個膜片結構之彈性之改變。
本發明係關於MEMS傳感器與製程，尤其是藉由提供最初且隨時間推移展現敏感度或效能之經改良一致性的傳感器來試圖緩解前述之一些缺點。
根據本發明之第一態樣，提供一種MEMS傳感器，其包含：具有一空腔之一基板；相對於該基板設置之一膜片材料層，其中該膜片材料在該空腔上方延伸； 設置於該膜片材料層之一表面上的一導電材料層；該導電材料層包含具有一第一厚度及一第一電導率的至少一個第一區域以及具有一第二厚度及一第二電導率的至少一個第二區域，其中該第一區域及該第二區域之該厚度及/或該電導率不同。
應瞭解，可由不同材料形成之該第一區域及該第二區域在膜片之表面上形成一「電連續」導電層。該電連續層可包含一導電材料薄片，或可包含一導電層，在該導電層內具有一或多個穿孔或孔隙。
該傳感器包含一膜片材料層，其可相對於下伏基板成固定關係受支撐且在該基板中之空腔上方延伸。在該空腔上方延伸之該膜片之區域可被視為形成該傳感器之該可撓性膜片。因此，安置於可撓性膜片區域之表面上的任何導電材料可被視為形成傳感器之膜片電極，其用於感測可撓性膜片之移動。
根據本發明之實例，該導電層之該第一區域展現與第二區域之同一材料性質相比不同的至少一個材料性質。較佳地，設置於該膜片表面上之該導電材料之該第一區域及該第二區域的材料性質經選擇以便有助於/達成膜片之不同區域中的不同效能要求。根據較佳實例，該第一區域及該第二區域/其中之每一者之厚度及/或電導率不同。結果，該第一區域及該第二區域之電導可不同。
根據一個實例，該第二區域中之該導電材料的厚度(亦即，導電層之z尺寸)可大於該第一區域中之該導電材料的厚度。因此，該/每一第一區域可被視為導電材料之「較薄」區域，而該/每一第二區域可被視為導電材料之「較厚」區域。
替代或另外地，導電層之不同區域可由具有不同本質電導率之不同材料形成。舉例而言，形成導電層之該/每一第二區域之導電材料的 電導率可大於形成導電層之該/每一第一區域之導電材料的電導率。舉例而言，該導電層之該第一區域可由導電性介電質(諸如，氮化鈦、多晶矽、碳化矽、非晶矽或氮化鉭)形成。該導電層之該第二區域可由諸如鋁之金屬或諸如鋁-矽合金或氮化鈦之金屬合金形成。
在上覆於空腔且形成空腔之可撓性膜片的膜片層之區域中，導電層充當電容板或膜片電極。因此，藉由膜片電極與背板電極之間的電容改變來量測膜片位置之改變。在此區域中，出現緩解膜片及導電性電極之機械特性之間的機械失配的需要，以便(例如)減輕MEMS傳感器之時間相依漂移。
根據該導電層之該/每一第一區域比該導電層之該/每一第二區域薄的實例，該導電層之該第一區域需要包含導電材料沈積於上覆於基板空腔上的可撓性膜片區域的區域之至少一部分。應瞭解，由於導電層與下伏膜片層之間的機械耦合而出現的材料應變與導電材料之量/體積相對於毗鄰膜片層之表面面積的比率成比例。因此，根據此實例，由於膜片及導電層之機械性質之間的失配而出現之應力及/或變形可得到緩解。
導電性介電質(諸如上文所建議之彼等介電質)通常展現比金屬之電導率小若干數量級的電導率。然而，當用作上覆於空腔從而形成膜片電極的膜片層之區域上的導電層之第一區域時，藉由相對大面積之材料來減低下部電導。此外，導電性介電質提供使得該等介電質有益於形成導電層之部分，詳言之有益於形成膜片電極的數個性質。舉例而言，與金屬相比，導電性介電質傾向於展現更緊密匹配毗鄰膜片層之熱膨脹係數的熱膨脹係數。因此，出現於雙層結構中之機械應力減小，且結構隨時間經歷敏感度漂移之易感性亦減小。
能夠形成展現較低固有應力之複合膜片電極結構有利地允 許電極之面積增大，從而使得傳感器結構之總電容能夠增大。
除了在可撓性膜片上形成導電性電極之外，導電層亦可形成用於將信號自膜片電極輸送至用於將傳感器電耦接至讀出用電路系統之區域的導軌。導軌區域相對較小，且因而需要此區域之電導相對較高。根據本發明之一個實例，導軌可由導電層之第二區域形成，該第二區域與第一區域相比較厚及/或展現比第一區域高的導電性。
該/每一第二區域可包含設置於膜片之一區域(其橫向地在上覆於空腔之膜片之區域外)上的至少一區域。替代或另外地，該第二區域可包含上覆於下伏膜片層之拓樸的任何改變(例如，在膜片層之上部層與下部層之間的台階改變處)的至少一區域。
導電層可替代或另外地包含上覆於空腔之膜片之一區域上的一或多個較厚及/或較高導電性區域。此等區域因此形成膜片電極之部分。因此，該導電層之該第二區域可包含一或多個元件或互連導軌，其設置於上覆於空腔之膜片之區域上。因此，該第二區域可形成複數個離散元件或互連導軌/脈絡。此實例可藉由將導電材料之第一子層沈積至膜片表面上來形成，由此形成該第二區域之最終元件或導軌之幾何形狀/圖案。接著，可隨後沈積導電材料之一第二子層，以將導電材料之第一區域形成為連續層或選擇性地沈積以併入一或多個開口(例如，為晶格)，使得導電材料之該第二子層沈積在該第一子層上的區域將形成導電區域之較厚區域(且根據本發明之實例，將形成「第二區域」之部分)，且導電材料之該第二子層直接沈積在該膜片之表面上的區域將形成導電材料之較薄區域(且根據本發明之實例，將形成第一區域之部分)。
根據導電材料層包含不同厚度之區域的實例，應瞭解，該導電材料層可以多種方法形成。舉例而言，該導電材料層可包含在不同階段 沈積的複數個導電材料子層。該等子層可包含相同或不同的材料。因此，有可能例如自多於一個沈積層建置導電層之較厚區域。該等子層中之一或多者可被視為在x-y平面中經圖案化。因此，該等子層中之一或多者可包含一導電層，在該導電層內具有一或多個穿孔或孔隙。
替代地，有可能移除先前沈積之導電材料以形成導電材料之一或多個較薄區域。
考慮該導電材料層之不同區域相對於其在由該膜片材料層之可撓性膜片區域之平面界定的x/y平面中之投影位置的定位係便利的。因此，根據本發明之實例，該第一及該第二區域可設置於相對於該可撓性膜片之平面的不同投影位置處。
根據本發明之另一態樣，提供一種MEMS傳感器，其包含一膜片材料層及設置於一膜片材料層之一表面上的一導電材料層，其中該導電材料層包含第一及第二區域，且其中該/每一第一及第二區域之厚度及/或電導率不同。
根據本發明之另一態樣，提供一種形成具有一可撓性膜片之一MEMS傳感器之方法，該方法包含：在該膜片之表面上形成一導電材料層，選擇性地移除該導電材料層之一些以形成厚度減小的一或多個區域。
根據本發明之另一態樣，提供一種形成具有相對於一基板而支撐之一膜片材料層的一MEMS傳感器之方法，該方法包含：用以在該膜片材料層之一表面上沈積一導電材料層的第一及第二沈積步驟，該導電材料層包含至少一個第一區域及至少一個第二區域。
該第一沈積步驟可包含沈積具有一第一電導率之一第一材料，且該第二沈積步驟可包含沈積具有一第二電導率之一第二導電材料。
該傳感器可包含一背板結構，其中該可撓性膜片層相對於該背板結構而支撐。該背板結構可包含貫穿該背板結構之複數個孔。
該傳感器可為一電容式感測器，諸如一麥克風。該傳感器可包含讀出(亦即，放大)電路系統。該傳感器可位於具有一聲音埠(亦即，一聲學埠)之一封裝內。該傳感器可實施於一電子裝置中，該電子裝置可為以下各者中之至少一者：一攜帶型裝置；一電池供電式裝置；一音訊裝置；一計算裝置；一通信裝置；一個人媒體播放器；一行動電話；一平板電腦裝置；一遊戲裝置；以及一語音控制式裝置。
任何給定態樣之特徵可與任何其他態樣之特徵組合，且本文中所描述之各種特徵可以任何組合實施於給定實例中。
針對以上態樣中之每一者提供製造MEMS傳感器之關聯方法。
10‧‧‧膜片材料層
100‧‧‧電容式MEMS麥克風裝置
101‧‧‧膜片層/膜片
102‧‧‧第一電極/膜片電極
103‧‧‧第二電極/背板電極
104‧‧‧結構層或背板/背板結構
105‧‧‧基板
106‧‧‧上部氧化物層
107‧‧‧下部氧化物層
108‧‧‧基板空腔
109‧‧‧第一空腔
110‧‧‧第二空腔
111‧‧‧放氣孔
112‧‧‧聲學孔
115‧‧‧導電材料層/導電軌
116‧‧‧導電軌
120‧‧‧開口
A‧‧‧第一區域
B‧‧‧第二區域
C‧‧‧第三區域
Z1‧‧‧初始厚度
Z2‧‧‧厚度
為了更好地理解本發明以及展示可如何實現本發明，現將以舉例方式參考附圖，在附圖中：圖1a及圖1b以截面圖及透視圖說明已知電容式MEMS傳感器；圖2說明膜片可如何變形；圖3a至圖3d各自展示穿過各種實例結構之截面圖；圖4說明圖3a至圖3c中所示之結構的俯視圖；圖5展示導電層之穿孔子層之實例；圖6a展示根據另一實例之導電層之一部分的平面圖；圖6b展示穿過圖6a中所示之線X-X的截面圖；圖6c展示穿過具有三個子層之導電層之截面；圖7展示另一實例之截面圖；且 圖8a及圖8b展示另外的實例結構。
圖3a至圖3d各自展示穿過各種實例結構之截面圖，該等實例結構包含跨形成於基板105中之空腔延伸而形成可撓性膜片101的膜片材料層10，及沈積於膜片材料層之表面上的導電材料層115。在每一實例中，導電層包含具有一第一厚度及一第一電導率的至少一個第一區域A以及具有一第二厚度及一第二電導率的至少一個第二區域B。在此實例中，第二區域B之厚度大於第一區域。
如所見，第一及第二區域係相對於可撓性膜片之x/y平面設置於不同位置處。
根據圖3a中所示之實例，導電層最初沈積為具有初始厚度Z1之單層。接著在上覆於基板空腔之區域中自導電材料層選擇性地移除導電材料之一些。所得第一區域具有厚度Z2，其小於Z1。
如說明圖3a至圖3c中所示之結構之俯視圖的圖4中所示，導電層之較厚第二區域B在可撓性膜片之周邊形成導電軌116。該導電軌將由上覆於基板空腔之區域中的導電層形成之膜片電極連接至傳感器之周邊處的區域C以用於將該電極電耦接至電路系統(未圖示)。如虛線所指示，膜片層展現上部膜片層(其在基板空腔上方延伸)與下部膜片層之間的階梯式改變。因此，由導電層之區域B形成之導電軌係設置於包括階梯不連續性的膜片材料層之區域上。
根據圖3b及圖3c中所示之實例，導電層係藉由兩個分開的沈積步驟由兩個子層形成。在圖3b中，包含沈積導電材料之第一子層的第一沈積步驟導致導電層之第二區域B部分形成。包含沈積導電材料之第二子層(導電材料在此實例中與在第一沈積步驟中沈積之導電材料相同)的第 二沈積步驟導致具有厚度Z1的導電層之第二區域B完全及具有厚度Z2的第一區域A形成。
在圖3c中，包含沈積導電材料之第一子層的第一沈積步驟導致導電層之第一區域A形成及第二區域B部分形成。包含沈積導電材料之第二子層的第二沈積步驟導致導電層之第二區域B完全。
圖3d展示導電層之另一實例。根據此實例，導電層之第二區域B形成導電軌115以及形成跨可撓性膜片區域延伸的複數個輔助導電軌116。應瞭解，圖3d展示穿過傳感器結構之截面圖，且複數個輔助導軌116實際上互連且可例如由導電材料之穿孔子層形成。
根據圖3d實例，導電層之子層中之一者係藉由延伸穿過導電材料之子層的複數個穿孔或開口而經圖案化，同時另一子層形成導電層之第一區域A。穿孔子層之實例係展示於圖5中。然而，應瞭解，子層均可為穿孔的。
導電層之第一區域係藉由沈積導電材料之較薄子層而形成。在此實例中，如同圖3b，第一區域係藉由在第一沈積步驟之後的第二沈積步驟而形成，該第二沈積步驟部分地形成第二區域且判定第二區域之幾何形狀/圖案。
複數個輔助導電軌116用來補充/增強可撓性膜片之區域中的導電層之電容，且因此改良傳感器之敏感度。該等輔助導電軌因此可被視為形成膜片電極之一部分。因此，膜片電極(至少包含安置於可撓性膜片上方的導電層之部分)包含相對薄的第一區域A以及相對厚的第二區域B。
圖6a展示根據另一實例之導電層之一部分的平面圖。如圖6a中所示，導電層係由第一及第二子層形成，其中兩個子層具備導電性子層中之開口120。導電材料之第一及第二子層可被視為形成導電層之第一區 域A及第二區域B。
第一區域A係由單一的導電材料子層形成，且因此比導電層之第二區域B薄。第二區域B係由導電材料之兩個子層形成。
圖6b展示穿過圖6a之線X-X之截面圖。
在本發明之上下文內，據設想，導電層可包含三個或大於三個區域，其中每一區域之厚度及/或電導率不同。因此，如圖6c中所示，應瞭解，根據本發明之另一實例，導電層可包含將形成導電層之第三區域C的第三子層。舉例而言，第三子層可包含連續的導電材料薄片，其隨第三沈積步驟而沈積於第一及第二先前沈積之子層兩者上。第三子層將形成第三區域C且亦將形成下伏第一及第二區域之一部分。
圖7展示穿過另一結構之截面圖，該另一結構體現本發明且包含跨形成於基板105中之空腔延伸從而形成可撓性膜片101的膜片材料層10及沈積於膜片材料層之表面上之導電材料層105。該導電層包含具有一第一電導率的至少一個第一區域A及具有一第二電導率的至少一個第二區域B。在此實例中，第二區域B係由電導率大於形成區域A之材料的材料形成。舉例而言，第二區域B可有利地由金屬或金屬合金(諸如，鋁)形成，而第一區域A可有利地由導電性介電材料形成，諸如包括氮化鈦、多晶矽、碳化矽、非晶矽、氮化鉭。針對相同厚度，TiN之電阻係鋁-矽的約2至3倍。
圖8a及圖8b展示另外實例，其中金屬子層係形成於膜片表面上且經圖案化而包含複數個開口。金屬子層因此在膜片層10之表面上形成經圖案化第二區域B，其包含元件或互連導軌之一圖案。接著提供導電性介電材料，以便實質上填充設置於經圖案化第二層中之開口。如圖8a中所示，所得導電層之上部表面可經平坦化，以在整個導電層上提供均勻 厚度。替代地，如圖8b中所示，由於導電性介電材料沈積至下伏經圖案化金屬層上，導電層可展現厚度之變化。
根據此處所描述之實例的MEMS傳感器可包含電容式感測器，例如麥克風。
根據此處所描述之實例的MEMS傳感器可進一步包含例如讀出電路系統，其中該讀出電路系統可包含類比及/或數位電路系統，諸如低雜訊放大器、用於提供較高電壓偏壓之電壓參考及電荷泵、類比至數位轉換或輸出數位介面，或更複雜之類比或數位信號處理。因此，可提供包含如本文中之實例中之任一者中所描述的MEMS傳感器的積體電路。
根據此處所描述之實例的一或多個MEMS傳感器可位於封裝內。此封裝可具有一或多個聲音埠。根據此處所描述之實例的MEMS傳感器可與包含讀出電路系統之單獨積體電路一起位於封裝內，該讀出電路系統可包含類比及/或數位電路系統，諸如低雜訊放大器、用於提供較高電壓偏壓之電壓參考及電荷泵、類比至數位轉換或輸出數位介面，或更複雜之類比或數位信號處理。
根據此處所描述之實例的MEMS傳感器可位於具有聲音埠之封裝內。
根據另一態樣，提供一種電子裝置，其包含根據本文中所描述之實例中之任一者的MEMS傳感器。舉例而言，電子裝置可包含以下各者中之至少一者：一攜帶型裝置；一電池供電式裝置；一音訊裝置；一計算裝置；一通信裝置；一個人媒體播放器；一行動電話；一遊戲裝置；以及一語音控制式裝置。
根據另一態樣，提供一種製造如本文中之實例中之任一者中所描述的MEMS傳感器的方法。
儘管各種實例描述MEMS電容式麥克風，但本文中所描述之實例亦適用於除麥克風外的任何形式之MEMS傳感器，例如壓力感測器或超音波傳輸器/接收器。
實例可有效地實施於一系列不同材料系統中，然而，本文中所描述之實例對具有包含氮化矽之膜片層的MEMS傳感器特別地有利。
在上文所描述之實例中，應注意，對傳感器元件之提及可包含各種形式之傳感器元件。舉例而言，傳感器元件可包含單一的膜片與背板組合。在另一實例中，傳感器元件包含複數個個別傳感器，例如多個膜片/背板組合。傳感器元件之個別傳感器可類似或以不同方式組態，使得傳感器以不同方式對聲學信號作出回應，例如，該等元件可具有不同敏感度。傳感器元件亦可包含經定位以自不同聲道接收聲學信號之不同個別傳感器。
應注意，在本文中所描述之實例中，傳感器元件可包含例如包含一或多個膜片之麥克風裝置，該一或多個膜片具有沈積於膜片及/或基板或背板上的用於讀出/驅動之電極。在MEMS壓力感測器及麥克風之狀況下，電輸出信號可藉由量測與電極之間的電容相關之信號來獲得。然而，應注意，該等實例亦意欲涵蓋輸出信號係藉由監測壓阻性或壓電性元件或實際上監測光源而導出。該等實例亦意欲涵蓋如下情形：傳感器元件係電容式輸出傳感器，其中膜片係藉由使施加在電極上之電位差變化而產生的靜電力來移動，包括輸出傳感器之實例，其中壓電性元件係使用MEMS技術製造且受刺激以引起可撓性部件之運動。
應注意，上文所描述之實例可在一系列裝置中使用，該等裝置包括但不限於：類比麥克風、數位麥克風、壓力感測器或超音波傳感器。本發明亦可在數個應用中使用，該等應用包括但不限於消費型應用、醫學 應用、工業應用及汽車應用。舉例而言，典型的消費型應用包括攜帶型音訊播放器、可穿戴裝置、膝上型電腦、行動電話、PDA及個人電腦。實例亦可在語音啟動或語音控制式裝置中使用。典型的醫學應用包括助聽器。典型的工業應用包括主動雜訊消除。典型的汽車應用包括免提設置、聲學碰撞感測器及主動雜訊消除。
應理解，術語上部不應以任何方式被理解為限於傳感器在任何製造步驟期間之任何特定定向及/或其在任何封裝中之定向，或實際上封裝在任何設備中之定向。相對術語下部、上方、下方、下側、之下等應相應地予以解釋。
應注意，上文所提及之實例說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠在不背離所附申請專利範圍之範疇的情況下設計許多替代實例。詞「包含」不排除技術方案中所列之元件或步驟以外的元件或步驟之存在，「一」不排除複數個，且單一特徵或其他單元可實現申請專利範圍中所陳述之若干單元的功能。申請專利範圍中之任何參考符號不應視為限制其範疇。
10‧‧‧膜片材料層
101‧‧‧膜片層/膜片
105‧‧‧基板
116‧‧‧導電軌
A‧‧‧第一區域
B‧‧‧第二區域
C‧‧‧第三區域
Claims (27)
- 一種MEMS傳感器，其包含：具有一空腔之一基板；一第一層，包含相對於該基板設置之一膜片材料層，其中該膜片材料在該空腔上方延伸；及一第二層，包含附著於該膜片材料層之一表面上的至少一導電材料連續層，其中該第二層的該導電材料連續層包含具有一第一厚度及一第一電導率的至少一個第一區域以及具有一第二厚度及一第二電導率的至少一個第二區域，其中該/每一第一及第二區域之該厚度及/或該電導率不同。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該導電材料之該第一區域及該第二區域展現不同厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該第一及該第二區域在該膜片之該表面上形成一電連續導電層。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該導電材料連續層之該第二區域包含導電材料之第一及第二子層。
- 如申請專利範圍第4項所述之MEMS傳感器，其中該等子層中之至少一者包含具有至少一個開口之一導電材料層。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中至少一個第一區域係設置於上覆於該基板空腔的該膜片之一區域上。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中形成該第一區域之該導電材料包含導電材料之一連續薄片。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中形成該第一區域之該導電材料包含具有至少一個開口之一導電材料層。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該導電材料連續層形成該傳感器之一膜片電極。
- 如申請專利範圍第9項所述之MEMS傳感器，其中該導電材料連續層形成一導電軌，其在該膜片電極與一區域之間延伸以用於將該膜片電極電耦接至用於讀出之電路系統。
- 如申請專利範圍第10項所述之MEMS傳感器，其中該導軌至少部分地由至少一個第二區域形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該導電材料之至少一個第二區域係設置於該膜片材料層之該表面之一區域上，該區域橫向地在上覆於該空腔之該膜片材料層之該區域外。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該膜片材料層展現一第一層級與一第二層級之間的至少一個階梯，且其中至少一個第二區域係設置於包括該階梯的該膜片材料層之一區域上。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該第二區域包含設置於上覆於該空腔的該膜片材料層之一區域上的一或多個元件或互連導軌。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該導電材料之該第一區域及該第二區域展現不同的電導率。
- 如申請專利範圍第15項所述之MEMS傳感器，其中該第一區域展現比該第二區域低的一電導率。
- 如申請專利範圍第16項所述之MEMS傳感器，其中該第一區域包含一導電性介電材料。
- 如申請專利範圍第15項所述之MEMS傳感器，其中該第二區域包含 一金屬材料或一金屬合金材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該膜片包含一晶形或多晶形材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該導電層包含三個或大於三個區域，每一區域具有不同於該等其他區域之一厚度及/或電導。
- 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器，其中該傳感器包含一電容式感測器，諸如一電容式麥克風。
- 如申請專利範圍第21項所述之MEMS傳感器，其進一步包含讀出電路系統，其中該讀出電路系統可包含類比及/或數位電路系統。
- 一種電子裝置，其包含如申請專利範圍第1項所述之一MEMS傳感器，其中該裝置係以下各者中之至少一者：一攜帶型裝置；一電池供電式裝置；一音訊裝置；一計算裝置；一通信裝置；一個人媒體播放器；一行動電話；一遊戲裝置；以及一語音控制式裝置。
- 一種形成具有一可撓性膜片以形成一第一層之一MEMS傳感器之方法，該方法包含：在該膜片之表面上形成包含至少一導電材料連續層的一第二層，選擇性地移除該導電材料連續層之一些以在該導電材料連續層內形成厚度減小的一或多個區域。
- 一種形成具有相對於一基板而支撐之一膜片材料層以形成一第一層的一MEMS傳感器之方法，該方法包含：用以在該膜片材料層之一表面上沈積包含至少一導電材料連續層的一第二層的第一及第二沈積步驟，該第二層的該導電材料連續層包含 至少一個第一區域及至少一個第二區域。
- 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該/每一第二區域之厚度大於該/每一第一區域之厚度。
- 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該第一沈積步驟包含沈積具有一第一電導率之一第一材料，且該第二沈積步驟包含沈積具有一第二電導率之一第二導電材料。
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