TWI753298B - 微機電系統聲學傳感器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種微機電系統聲學傳感器，包括：具有一腔體之基板；一被支撐在基板上並包括多數個通孔之背板；至少一個從背板朝向基板突出之錨體；以及一由至少被一個錨體所支撐並且藉由從外部通過腔體引入的聲波而變形之隔膜，其中變形的隔膜的任何部分都不與基板接觸。

Description

微機電系統聲學傳感器

本發明是有關一種在微機電系統(MEMS)中所應用的聲學傳感器，更具體地說，是有關一種用於感測一柔性隔膜和一背板之間的可變電容的微機電系統聲學傳感器。

通常，諸如一電容式麥克風的聲學傳感器係由於外部聲壓所引起之一隔膜的變形而引起的電容變化轉換為電力信號。其連接到麥克風，電話，移動電話，錄影機等。特別地，近年來，這種聲學傳感器可以藉由微機電系統(MEMS)技術而被實現，從而提供大規模生產和小型化。

微機電系統聲學傳感器具有響應於聲壓而移動的隔膜和聲學透明的固定相對元件。隔膜用來作為電容式麥克風的移動電極，相對元件則作為麥克風電容器的固定電極。此外，微機電系統聲學傳感器也具有一用以檢測和測量麥克風電容器的電容變化的機構。隔膜在元件的半導體基板上方成為薄膜，並懸掛於設置在半導體基板背面 的聲系腔體上。相對元件則位於隔膜的上方或下方，以便面向隔膜。

使用半導體製造程序製造這種微機電系統聲學傳感器在生產成本、可重複性和尺寸減小方面具有顯著優勢。該程序可以用於各種應用場合，例如通信、音頻、超聲波範圍、成像和運動檢測系統，可以有或沒有一些修正。

通常，為了在小型化的微機電系統聲學傳感器中實現寬帶寬和高靈敏度，需要形成具有小尺寸和高靈敏度的隔膜結構。儘管可以藉由改變隔膜的材料、厚度和褶皺結構來改善隔膜的柔韌性，但是必須給予足夠的輸入聲壓以振動這些微機電系統聲學傳感器的隔膜。此外，有一個限制，即微機電系統聲學傳感器同時提供高訊號比(SNR)和高靈敏度。

另外，當藉由使用半導體微機電系統程序將傳統的微機電系統聲學傳感器小型化至1mm或更小時，傳統的微機電系統聲學傳感器可能在低頻範圍內劣化。特別地，微機電系統聲學傳感器的一般頻率響應特性在振動隔膜的面積寬時在低頻帶中表現出高靈敏度，而在面積窄時雖然可以覆蓋高頻帶但是靈敏度低。考慮到對這種微機電系統聲學傳感器的特性的要求，有正在進行的研究以改善整個封裝構造或振動隔膜本身的形狀。

第1圖顯示傳統微機電系統聲學傳感器5的操作的示意圖。此微機電系統聲學傳感器5可以使用在不同的場合，諸如微機電系統麥克風、接收器、揚聲器、微機電系統壓力傳感器、微機電系統泵等。微機電系統聲學傳感器5可檢測具有穿透通孔的背板2與一振動薄膜或一振動隔膜3之間的耦合電容的變化，其中該變化由聲壓引起。這種電容變化是由隔膜3和背板2之間的氣隙變化引起的，該氣隙隨聲壓而變化。兩者之間隔開以具有此種的可變氣隙，並且隔膜3的外側由合適的支撐構件6a和6b支撐。這些支撐構件6a和6b形成在基板1上，並且基板1設置有用於引入聲波的腔體4。諸如點支撐，夾具支撐或彈簧支撐的各種方式皆可以作為支撐構件。

如此，在傳統的微機電系統聲學傳感器中，諸如錨體的支撐構件形成在基板上，並且還藉由基板形成用以引入聲波的腔體。因此，隔膜的可移動區域也取決於腔體的尺寸而受到限制，並且諸如錨體的支撐構件必須位於除了腔體之外的區域中。這種結構不僅限制了設計的自由度，而且還可以限制傳感器尺寸或腔體尺寸。

本發明是為改進微機電系統聲學傳感器的結構並優化錨體位置以增加隔膜和背板之間的耦合電容的變化並且增加隔膜對殘餘應力的機械穩定性，以適應溫度的 變化。

本發明並提供了一種改進的隔膜構造，用於在微機電系統聲學傳感器中表現出高靈敏度。

本發明藉由消除由微機電系統製程產生的隔膜中產生的熱應力或熱變形效應以提供微機電系統聲學傳感器的感測穩定性。

然而，本發明的效益不限於本文所述。藉由參考下列對本發明的詳細描述，本發明的上述和其他方面對於本發明所屬領域的普通技術人員將變得更加明顯。

依照本發明的一項主要目的，本發明提供了一種微機電系統聲學傳感器，包括：一具有一腔體的基板、一背板，支撐在基板上並包括多數個通孔、至少一個從背板突出而朝向基板的錨體、以及由至少一個錨體所支撐，並且藉由從外部通過空腔引入的聲壓而變形之隔膜，其中變形的隔膜的任何部分都不直接或通過錨體與基板接觸。

根據本發明之一個特點，在微機電系統聲學傳感器中，可以使隔膜具有比在基板中所形成的腔體更大的有效可移動區域，因此可以在尺寸有限的微機電系統聲學傳感器中實現相對高的傳感器靈敏度。

根據本發明之另外一個特點，在微機電系統聲學傳感器中，用以支撐隔膜的支撐構件可以形成在期望的位置，而不管腔體的尺寸或位置如何。因此，不僅可以提 高設計的自由度，而且可以容易地實現令人感到興趣的振動模式。

根據本發明的又一個特點，在微機電系統聲學傳感器中，可以藉由消除在微機電系統製程之前和之後於隔膜中產生的熱應力或熱變形來最小化微機電系統聲學傳感器的傳感誤差。

1:基板

2:背板

3:隔膜

4:腔體

5:微機電系統聲學傳感器

6a、6b:支撐結構

10:隔膜

20:背板

21a、21b:通孔

22:側壁

31a、31b、33:頂部電極

32a、32b:底部電極

40、41、40a、40b、A:錨體

50、50':微機電系統聲學傳感器

60:支撐板

61、62:結合線

63:基板

65:空腔

70:帽蓋構件

75:前室

77:後室

80:積體電路

90:晶圓基板

91:絕緣層

92:電極

93:第一犧牲層

93a:非貫通凹口

93b:貫通凹口

94a、94b、94c:多晶矽層

95:第二犧牲層

95a、95b、95c:凹口

95d:貫通凹口

95e:非貫通凹口

96:多晶矽層

96a、96b、96c、96d:頂部電極

97:背板層

97a:貫通凹口

97b:通孔

98a、98b、98c、98d:電極墊

99:氣隙

100:傳感器晶片

110:隔膜

110a、110b、110c、110d:隔膜子區域

115a、115b、115c、115d:線性切割線

115e:切割線

140a、140b、140c、140d:錨體

150:微機電系統聲學傳感器

210:隔膜

210a、210b、210c、210d:子區域

211a、212a、211b、212b:附加切割線

215:切口線

215a、215b、215c、215d:線性切割線

215e:軸

241a、241b、241c、241d、242a、242b、242c、242d:錨體

310:隔膜

340:矩形錨體

350:微機電系統聲學傳感器

410:隔膜

411a、411b、411c、411d、412a、412b、412c、412d:切口線

440:矩形錨體

450:微機電系統聲學傳感器

510:矩形隔膜

513a：513b：513c：513d:彈簧臂

515a：515b：515c：515d:切割線

540a、540b、540c、540d:矩形錨體

550:微機電系統聲學傳感器

610:隔膜

611a、611b:主連桿

612a、612b:附加連桿

613a、613b:彈簧臂

615a、615b:切口線

615c:附加切口線

640a、640b:錨體

650:微機電系統聲學傳感器

B:延伸部

藉由參考附圖詳細描述本發明的例示性實施例，本發明的上述和其他方面和特點將變得更加明顯，其中：第1圖係傳統微機電系統聲學傳感器的操作示意圖。

第2圖係根據本發明第一實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第3A至3C圖係第2圖所示微機電系統聲學傳感器的仰視圖。

第4圖係第2圖所示之微機電系統聲學傳感器作成為一傳感器晶片與其封裝之例示。

第5A圖係根據本發明第二實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第5B圖係根據本發明第二實施例的振動隔膜的所需振動模式的模擬結果。

第6A圖係根據本發明第三實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第6B圖係根據本發明第三實施例的振動隔膜的所需振動模式的模擬結果。

第7A圖係根據本發明第四實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第7B圖係根據本發明第四實施例的振動膜的所需振動模式的模擬結果。

第8A圖係根據本發明第五實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第8B圖係根據本發明第五實施例的振動隔膜的所需振動模式的模擬結果。

第9圖係根據本發明第六實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第10圖係根據本發明第七實施例的微機電系統聲學傳感器的平面圖。

第11A至11N圖用以說明根據本發明之實施例的微機電系統聲學傳感器的製造程序。

參考以下較佳具體實施例的詳細描述和附圖，可以更容易地理解本發明的優點和特徵以及其實現方 法。然而，本發明可以用許多不同的形式實施，並且不應被解釋為限於所述的實施例。相反地，提供這些實施例是為了使本發明之揭示徹底和完整，並將本發明的構思完全傳達給本領域之技術人員，並且，本發明將僅由所附申請專利範圍來限定。在整個說明書中，附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。

在一些實施例中，將不詳細描述眾所周知的步驟、構造和技術以避免模糊本發明。

以下使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，並不意圖限制本發明。如所使用的單數形式“一”，“一個”和“該”旨在也包括複數形式，除非上下文另有明確說明。當在本說明書中使用時，將進一步理解，術語“包括”和/或“包含”表示所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除存在或者添加一個或多數個其他特徵、整體、步驟、操作、元素、組件和/或群組。如在此之使用，術語“和/或”包括一個或多數個相關所列項目的任何和所有組合。

在此參考作為本發明的理想化實施例之示意圖的平面圖和橫截面圖以描述本發明的實施例。因此，可以預期由於例如製造技術和/或公差導致的圖示形狀的變化。因此，本發明的實施例不應被解釋為限於這裡示出的區域的特定形狀，而是包括例如由製造導致的形狀偏差。 在附圖中，為了便於說明，可以放大或縮小各個部件的尺寸。

在下文中，將參考附圖描述根據本發明實施例的微機電系統聲學傳感器。

第2圖係根據本發明第一實施例的微機電系統聲學傳感器50的平面圖。微機電系統聲學傳感器50可包括：基板60，其上形成空腔65；一背板20，設置在基板60上，並具有多數個通孔21a和21b；錨體40a和40b，作為支撐結構而形成在背板20且朝向基板突出；並且，一隔膜10為錨體40a和40b所支撐，並藉由穿過空腔引入的聲波而變形。這裡，變形的隔膜10之任何部分都不與基板60直接接觸。

隔膜10可以由例如圓形或矩形的多晶矽材料製成，並且可以優選地具有正方形形狀。然而，不限於此，且自然地，隔膜10可以由具有柔性的其他材料製成，或者可以由除了圓形或正方形之外的多邊形形成。此外，隔膜10和錨體40a和40b之間的耦合使得隔膜10可直接或藉由中間材料連接到錨體40a和40b。

如第2圖所示，隔膜10由形成在背板20上的錨體40a和40b支撐，並且不與基板60有任何接觸。因此，錨體40a和40b的位置可以自由地配置在背板20上，而不管空腔65的位置和尺寸，使得隔膜10的有效可移動區域 能夠大於空腔65的有效可移動區域。此外，藉由使用錨體40a和40b，隔膜10的有效可移動區域可以延伸到至少一個錨體的外面。而且，不僅在錨體40a和40b的內側(錨體之間的空間)，而且在錨體40a和40b的外側也可以設置隔膜10。因此，延伸的隔膜10可以在隔膜和背板之間具有更大的電容，並且可以導致微機電系統聲學傳感器之靈敏度的增加。

隔膜10係電性連接到形成在背板20上的電極，而不是連接到基板60。因此，不僅對隔膜10進行機械錨固而且對背板20進行電性連接，而非對基板60，因此無論空腔的位置和尺寸如何，錨體的位置都可以自由地設置在背板上。

從背板20延伸的側壁22支撐在基板60上，並且空腔65形成在基板60的中心。因此，從外部引入的聲波在隔膜10上施加外部壓力。因此，隔膜10可能會變形。當在垂直於隔膜10表面的方向上發生變形時，隔膜10和背板20之間的距離的變化乃引起電容的變化。

在本發明的一實施例中，可以在隔膜10和背板20之間測量電容，但是不限於此，並且可以在隔膜10和基板60之間測量電容。此外，其可以在隔膜10和背板20之間以及隔膜10和基板60之間測量，以更精確地檢測耦合電容。因此，如第2圖所示，多數個電極31a、31b和 33(頂部電極)可以佈置在背板20上，並且多數個電極32a和32b(底部電極)可以佈置在基板60上。

第3A至3C圖是第2圖的微機電系統聲學傳感器50的仰視圖，係從下方(從基板60的下表面)觀察的。如第3A圖所示，空腔65形成在基板60的中心。

第3B圖為第3A圖所示微機電系統聲學傳感器50的視圖。在第3B圖中，基板60被移除。與背板20接觸的外壁22形成在背板20的外側，並且具有切口線115的隔膜10由錨體40和41支撐在背板20內的空間中。這些錨體40和41可以由電性連接到隔膜10形成錨體40，以及簡單地固定隔膜10的錨體41所組成。

第3C圖是從第3B圖的微機電系統聲學傳感器50’移除隔膜10的視圖。從背板20延伸到基板60的多數個錨體40和41形成在背板20中。另外，多數個頂電極31a、31b、31c和31d可以形成在背板20的表面上。第3C圖所示的錨體40和41以及頂部電極31a、31b、31c和31d僅是一個實施例。其數量，尺寸，形狀和位置可根據設計目的而改變。

第4圖為第2圖所示微機電系統聲學傳感器50之實施例的視圖。其中，第2圖所示的傳感器晶片100被封裝並實現為傳感器晶片100。傳感器晶片100被分成兩個部分。一個是形成在基板63和支撐板60上的聲音入 口，即，空腔65和隔膜10之間的空間，其被稱為前室75；隔膜10的另一側被稱為後室77。在底部端口型傳感器晶片100中，微機電系統聲學傳感器50直接位於空腔65上方。積體電路80分別藉由結合線61和62連接到多數個電極焊墊，感測其間的電容變化，並將感測的可變電容轉換成電性信號。這種電性信號可以是例如數位(Pulse Density Modulation，PDM，脈衝密度調節)或類比信號。

一帽蓋構件70乃與支撐板60組裝在一起，以容納微機電系統聲學傳感器50、基板63、積體電路80等。在性能、穩定性和防止直接衝擊方面，這些部件較佳的是容納在微機電系統聲學傳感器晶片(封裝)內。或者，代替在基板63和支撐板60上設置空腔65，傳感器晶片可以是頂部端口型傳感器晶片，在帽蓋構件70中具有空腔。在這種情況下，前室和後室的位置，相較於底部端口類型的傳感器晶片100，乃彼此相對。

如上所述，在微機電系統聲學傳感器50中，背板20設置在支撐板60上，並且背板20設置有錨體40a和40b，錨體40a和40b朝向支撐板60向下突出並向下延伸，從而支撐錨體40a和40b上的柔性隔膜10。即使在如此的微機電系統聲學傳感器50中，隔膜10的結構和形狀也可進行各種修改，從而實現了與設計目的更一致的結果。第5A至10圖顯示具有各種不同結構之隔膜的微機電系 統聲學傳感器的實施例。

第5A圖顯示根據本發明第二實施例的微機電系統聲學傳感器150的平面圖。此微機電系統聲學傳感器150包括自背板(未示出)向基板(未示出)的方向突出的四個錨體140a、140b、140c和140d。此處，形成在基板中的空腔65可以具有各種形狀和尺寸。然而，考慮到矩形隔膜110的振動模式，較佳的是，其與矩形隔膜110交錯的為菱形形狀。

在隔膜110的中心處形成十字形切口線115，隔膜110由四個錨體140a、140b、140c和140d支撐在十字形切口線115的一端之間的區域中。並且，隔膜110的邊緣與其正交。

此外，可以基於切口線115將隔膜110劃分為四個子區域110a、110b、110c和110d。特別地，切口線115包括線性切口線115a、115b、115c和115d，每條切口線分隔兩個相鄰的子區域。在線性切口線115a、115b、115c和115d相交的切口線115e的中心，四個子區域110a、110b、110c和110d全部分開。

四個子區域僅在隔膜110邊緣的中心附近連接。隔膜由錨體140a、140b、140c和140d支撐。隔膜110不連接到基板的任何部分，並且藉由錨體140a、140b、140c和140d連接到背板。因此，諸如隔膜110的中心或邊緣的 不同部分可以自由移動。

考慮第5A圖中所示的錨體140a、140b、140c與140d，以及隔膜110的結構，可以預期隔膜110具有蹺蹺板運動。

第5B圖顯示根據本發明第二實施例的隔膜110所需振動模式的模擬結果。所需的振動模式是四個子區域110a、110b、110c和110d具有同步的蹺蹺板運動的模式。如第5B圖所示，隔膜110的尺寸為700×700μm，切口線的寬度為1μm，錨體尺寸為10×10μm。

第6A圖顯示根據本發明第三實施例的微機電系統聲學傳感器250的平面圖。

此微機電系統聲學傳感器250包括在基板(未示出)的方向上從矩形隔膜210與背板(未示出)突出的八個錨體241a至241d與242a至242d。考慮到矩形隔膜210的振動模式，形成在基板中的空腔65可以具有與矩形隔膜210交錯的菱形形狀。

與根據第二實施例的隔膜110不同，此隔膜210完全分成四個子區域210a、210b、210c和210d。因此，切口線215包括線性切口線215a、215b、215c和215d，每個線性切口線界定兩個相鄰的子區域。隔膜210藉由在中心215e處交叉的四條線性切口線215a、215b、215c和215d完全分成四個子區域210a、210b、210c和210d。

每個子區域210a、210b、210c和210d由相應的一對錨體241a和242a，241b和242b，241c和242c，241d和242d獨立地支撐。特別地，該對錨體可以沿對角線方向配置，該對角線方向不包括子區域中的兩條對角線以外之隔膜210的中心215e。

此外，為了增加隔膜210的位移，每一對圍繞每個錨體的附加切口線211a和212a、211b和212b、211c和212c、211d和212d乃具有“U形”，而形成在子區域210a、210b、210c和210d中。如此的一對附加切口線被佈置成當隔膜210振動時，提供彈簧結構並且沿著連接相關聯的一對錨體的假想線彼此面對。

隔膜210不連接到基板的任何部分，並且藉由這樣的一對錨體連接到背板。因此，諸如隔膜210的中心或邊緣的各個部分可以自由移動。另外，由於構成隔膜210的四個子區域210a、210b、210c和210d彼此完全分離，因此它們具有獨立的振動模式。

第6B圖顯示根據本發明第三實施例的隔膜210所需振動模式的模擬結果。如第6B圖所示，隔膜210的尺寸為700×700μm，切口線的寬度均為1μm，直徑為16μm。

如第6B圖所示，所需的振動模式是如此的模式，其中四個子區域210a、210b、210c和210d係獨立地 振動，以便相對於連接一對錨體的假想線具有蹺蹺板運動。

第7A圖顯示根據本發明第四實施例的微機電系統聲學傳感器350的平面圖。

在第四實施例中，矩形隔膜310沒有設置分離的切口線，而是由位於中心的單個矩形錨體340所支撐。此處，形成在基板中的空腔(未示出)可以具有矩形形狀，其具有與隔膜310的面積相似的面積，並且以堆疊的方式佈置，而不是如上所述的菱形形狀。

隔膜310不連接到基板的任何部分，並且藉由該單一錨體340連接到背板。因此，隔膜310可以自由移動，除了與錨體340耦合的中心部分。

第7B圖顯示根據本發明第四實施例的隔膜310所需振動模式的模擬結果。如第7B圖所示，隔膜310的尺寸為700×700μm，並且錨體的尺寸為170×170μm。

第8A圖顯示根據本發明第五實施例的微機電系統聲學傳感器450的平面圖。

如第四實施例所示，在第五實施例中，隔膜410也由其中心的單一矩形錨體440支撐。然而，隔膜410具有多數個切口線411a和412a、411b和412b、411c和412c、411d和412d，其從中心錨體440的轉角朝向隔膜410的邊緣延伸。

這些切口線可以在垂直於隔膜410的邊緣的方 向上從矩形錨體440的轉角延伸，並且可以由具有一個切口線的一對具有預定間距w的平行切口線(例如，411a和412a)中的四個組成。當隔膜410振動時，這些切口線用作彈簧結構。

隔膜410未連接到基板的任何部分，並且藉由該單一錨體440連接到背板。因此，除了與錨體440耦接的中心部分之外，隔膜410可以自由移動。

第8B圖顯示根據本發明第五實施例的隔膜410的所需振動模式的模擬結果。如第8B圖所示，隔膜410的尺寸為700×700μm。此外，如第8B圖所示，錨體的尺寸為30×30μm。又如第8B圖所示，平行切口線之間的間距w為14μm。

第9圖顯示根據本發明第六實施例的微機電系統聲學傳感器550的平面圖。

此微機電系統聲學傳感器550包括從矩形隔膜510和背板(未示出)沿基板(未示出)的方向突出的四個矩形錨體540a、540b、540c和540d。此處，考慮到矩形隔膜510(參見第9圖)的振動模式，形成在基板中的空腔65可以具有與矩形隔膜510交錯的菱形形狀，或者可以為具有矩形形狀，且具有與隔膜510相似的面積，且以堆疊的方式佈置。

然而，為了在由固定器540a、540b、540c和 540d支撐隔膜510的部分處形成彈簧臂513a、513b、513c、513d，四個平行的切口線515a、515b、515c和515d，同時以規則的間隔與隔膜510的邊緣間隔開。這四個切口可以相對於彼此而螺旋地相對於隔膜510的中心配置。

隔膜510不連接到基板的任何部分，並且藉由如此的一對錨體連接到背板。因此，諸如隔膜510的中心或邊緣的各個部分可以自由移動。特別地，當隔膜510由於外部聲波在垂直於由隔膜510形成的平面的方向上移位時，彈簧臂513a，513b，513c和513d在垂直方向上移位，並支撐隔膜510。

第10圖顯示根據本發明第七實施例的微機電系統聲學傳感器650的平面圖。

此微機電系統聲學傳感器650包括兩個矩形錨體640a和640b，其在基板(未示出)的方向上從矩形隔膜610和背板(未示出)突出。此處，考慮到矩形隔膜610的振動模式(參見第10圖)，形成在基板中的空腔65可以具有菱形形狀，或者具有矩形形狀，其具有與隔膜610的面積相似的面積並且以堆疊的方式配置。

為了在由錨體640a和640b支撐隔膜610的部分處形成彈簧臂613a和613b，形成了兩條平行的切口線615a和615b，同時規則的與隔膜610的邊緣間隔。這兩條切口線615a和615b形成在彼此面對的位置，以分別提供 彈簧臂613a和613b。另外，在彈簧臂613a和613b的端部形成有在垂直於彈簧臂613a和613b的方向上連接到每個錨體640a和640b的主連桿611a和611b。因此，當隔膜610在垂直於由隔膜610形成的平面的方向上移位時，主連桿611a和611b用作扭轉彈簧。

另外，隔膜610可以在主連桿611a和611b的相對邊緣上在平行於邊緣的方向上設置有附加切口線615c。因此，附加連桿612a和612b在平行於主連桿611a和611b的方向上形成在附加傾斜線615c和兩個切口線615a和615b之間。當隔膜610移位時，附加連桿612a和612b也用作扭轉彈簧。

作為一個整體，當隔膜610藉由聲波移位時，主連桿611a和611b發生一次扭轉(扭曲)，並且藉由附加連桿612a和612b發生二次扭轉(扭轉)。此初級和次級扭轉是彼此相反方向的旋轉運動。由於此兩級扭轉，隔膜610可能具有非常大的位移，這可能導致耦合電容的增加以及靈敏度的增加。

如上所述，本發明的實施例為隔膜提供最小的支撐，以允許隔膜的最大自由移動，從而表現出對熱應力或熱變形的穩健性以及耦合電容的增加。特別地，在根據如上所述的實施例的情況下，當隔膜具有切口線時，由切口線劃分的兩個區域可以獨立地伸展和收縮。因此，可以 更清楚地提供這種熱應力或熱變形的釋放效果。

第11A至11N圖顯示根據本發明的實施例的微機電系統聲學傳感器的製造過程的例示圖。

如第11A圖所示，首先在晶圓基板90上沉積絕緣層91，晶圓基板90例如由N型6英寸晶圓製成。可以例如以氮化物，氧化物和氮化物的順序沉積並形成絕緣層91。可以使用化學氣相沉積製程(CVD)來沉積該絕緣層91。

接著，在絕緣層91上，沉積用以形成底部電極的多晶矽層(約11μm)，並藉由蝕刻，將電極92圖案化(參見第11B圖)。例如，反應離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)可以用作這種圖案化技術。

然後，犧牲層93沉積在電極92和絕緣層91上(參見第11C圖)。考慮到其在最後步驟中將藉由蝕刻去除，該犧牲層93使用具有良好蝕刻選擇性的材料為宜。可以使用氧化矽膜作為犧牲層93在以這種方式沉積犧牲層93之後，藉由部分蝕刻，形成一非貫通凹口93a，並且藉由完全蝕刻形成一貫通凹口93b(參見第11C圖)。

接下來，在犧牲層93上沉積用於形成隔膜的多晶矽層94a、94b和94c，然後藉由蝕刻將其圖案化(參見第11D圖)。根據所需隔膜的厚度，可以將這種多晶矽層沉積至約1至2μm的厚度。非貫通凹口93a和貫通凹 口93b也藉由沉積，填充有多晶矽層。特別地，在貫通凹口93b中，多晶矽層也電連接到電極92。

然後，再次沉積一第二犧牲層95(參見第11E圖)。第二犧牲層95可以由與第一犧牲層93相同的材料製成。在沉積多晶矽層以形成頂部電極之前，蝕刻第二犧牲層95以形成必要的凹口95a、95b和95c(參見第11F圖)。

在第二犧牲層95中形成凹口95a、95b和95c之後，一作為頂部電極的多晶矽層96乃堆疊在第二犧牲層95上(參見第11G圖)。其後，蝕刻多晶矽層96以形成頂部電極96a、96b、96c和96d(參見第11H圖)。之後，在第二犧牲層95中再次形成貫通凹口95d和非貫通凹口95e(參見第11I圖)。

接下來，在第二犧牲層95和頂部電極96a、96b、96c和96d上沉積絕緣材料(例如，氮化物)以形成背板層97(參見第11J圖)。其後，蝕刻背板層97以形成作為電極連接的貫通凹口97a和作為背板之空氣通道的通孔97b(參見第11K圖)。

接下來，在貫通凹口97a中形成多數個電極墊98a、98b、98c和98d。其中，電極墊98a與底部電極92電性連接，電極墊98b位於多晶矽層94c所涵蓋的區域，並與作為隔膜的多晶矽層94c經錨體A電性連接；該多晶矽層94c更包括有一延伸部B，該延伸部B從多晶矽層94c 的背面延伸至電極墊98b，該延伸部B的垂直方向則貼抵該錨體A的側邊，電極墊98c與頂部電極96d電性連接。此外，電極墊98d形成為與基板91自身電性連接。由於隔膜層94c藉由電極墊98b電性連接，因此其可以不在基板和隔膜層94c之間形成直接電性連接。

其後，從下方蝕刻晶圓基板90的中心部分和絕緣層91以形成空腔65(參見第11M圖)。最後，藉由例如蒸汽HF(蒸汽氫氟酸)蝕刻去除第一犧牲層93和第二犧牲層95(參見第11N圖)。藉由蝕刻第一和第二犧牲層93和95，在隔膜層94c和背板層97之間形成氣隙99。然而，第一和第二犧牲層93和95的一部分仍留在外部隔膜94c，形成支撐側壁。

在總結詳細描述時，熟悉本領域之技術人員將理解，可以對較佳實施例進行許多變化和修改，而基本上不脫離本發明的原理。因此，所公開的本發明較佳實施例僅用於一般性和描述性意義，而不是用以限制本發明之目的。因此，需陳明者，本發明並不限於上述實施例，在不脫離本發明之精神的情況下，可以作各種修改。

10‧‧‧隔膜

20‧‧‧背板

21a、21b‧‧‧通孔

22‧‧‧側壁

31a、31b、33‧‧‧頂部電極

32a、32b‧‧‧底部電極

40a、40b‧‧‧錨體

50‧‧‧微機電系統聲學傳感器

60‧‧‧支撐板

65‧‧‧空腔

Claims (16)

1. 一種微機電系統聲學傳感器，包括：一基板，具有一空腔；一背板，係支撐在基板上並包括有多數個通孔；至少一個錨體，係從背板向基板突出；以及一隔膜，係由該至少一個錨體所支撐，並藉由從外部引入之聲波變形；其中隔膜變形後的任何部分都不與基板接觸；其中，所述背板上設有一電極墊，該電極墊係金屬片體，且位於所述隔膜所涵蓋的區域，該電極墊並通過所述背板上之該至少一個錨體與所述隔膜電性連接；以及其中，所述隔膜更包括有一延伸部，該延伸部係從隔膜的背面延伸到該電極墊，而且該延伸部的垂直方向貼抵該至少一個錨體的側邊。
2. 如申請專利範圍第1項之微機電系統聲學傳感器，其中至少一個頂部電極配置在所述背板上，及/或至少一個底部電極配置在所述基板上，使得所述背板和所述隔膜之間及/或基板和隔膜之間的耦合電容可被測量。
3. 如申請專利範圍第1項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜的有效可移動區域大於所述空腔。
4. 如申請專利範圍第1項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜為矩形形狀。
5. 如申請專利範圍第4項之微機電系統聲學傳感器，其中所述空腔具有與所述隔膜交錯的部份為菱形形狀。
6. 如申請專利範圍第4項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜的切口線為十字形切口線，所述十字形切口線從所述隔膜的中心向與所述隔膜的邊緣正交的方向上延伸。
7. 如申請專利範圍第6項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜由所述之至少一個錨體支撐在所述十字形切口線的一端和與其正交之隔膜的邊緣之間的區域中。
8. 如申請專利範圍第4項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜的切口線為具有十字形切口線，所述十字形切口線從所述隔膜的中心向與所述隔膜的邊緣正交的方向延伸，並且將所述隔膜分成四個子區域。
9. 如申請專利範圍第8項之微機電系統聲學傳感器，其中，所述之至少一個錨體，係包括支撐每一個所述四個子區域中的一對錨體； 其中，所述該一對錨體係設置在對角線方向，所述對角線不包括所述子區域中兩條對角線中之所述隔膜的中心。
10. 如申請專利範圍第9項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜的切口線包括一對U形切口線，每個切口線分別圍繞一對對角配置的錨體，其中所述一對U形切口線對向配置。
11. 如申請專利範圍第4項之微機電系統聲學傳感器，其中所述之至少一個錨體為支撐所述隔膜之中心的單一矩形錨體。
12. 如申請專利範圍第11項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜的切口線包括四對平行切口線，所述切口線從所述矩形錨體的轉角向與所述隔膜的邊緣正交的方向延伸。
13. 如申請專利範圍第4項之微機電系統聲學傳感器，其中所述之至少一個錨體係包括四個錨體；其中隔膜包括四條以規則的間隔平行於隔膜的邊緣形成之切口線，並且該四個錨體係分別連接到由四條切口線所形成之四臂的端部。
14. 如申請專利範圍第4項之微機電系統聲學傳感器，其中所述之至少一個錨體係包括兩個錨體；其中所述隔膜包括沿著該隔膜相對邊緣平行形成的兩條切口線，由兩條切口線形成之兩臂的端部係分別 藉由垂直於兩臂的兩個主連桿連接到該兩個錨體。
15. 如申請專利範圍第14項之微機電系統聲學傳感器，其中所述隔膜尚包括在與所述兩條切口線正交的方向上所形成之一附加切口線，並且在該附加切口線和該兩條切口線之間形成垂直於所述兩條切口線的附加連桿。
16. 如申請專利範圍第15項之微機電系統聲學傳感器，其中當所述隔膜藉由聲波變形時，所述隔膜藉由所述主連桿和所述附加連桿作兩個階段的扭轉變形。

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