专利名称：电容传感器及其制造方法和具该电容传感器的多功能元件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种微机电系统(MEMS),且特别是涉及一种电容传感器(capacitivetransducer)、其制造方法以及具此种电容传感器的多功能元件。
背景技术：
随着近年来电子产品逐渐朝向多功能、小体积的趋势发展，各界均致力于发展整合性更佳以及成本更低的产品。为了能够有效地缩减产品的体积，微机电系统装置已广泛地应用于各类产品中。在各种微机电系统装置中，利用薄膜感测压力变化产生振动的电容传感器，能将压力变化信号转换为电性信号，以进行各种压力范围的感测，例如微机电式麦克风、压力计等。在这种具有薄膜感测机制的微机电元件装置中，因其薄膜本身的材料与其结构容易受环境温度与制作工艺应力变异影响时导致形变，进而影响到微机电元件的灵敏度。此外，当电容传感器在使用期间若因装置掉落而承受极大冲击力时，往往会导致感测薄膜损伤，进而影响到微机电元件的灵敏度与感测品质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电容传感器，其可因环境温度变异时产生形变进而释放因温度变异时所衍生的残留应力与减缓受掉落冲击时所承受的冲击力。本发明另一目的在于提供一种多功能元件，能在同一基材上具有不同功能的电容传感器。本发明再一目的在于提供一种电容传感器的制造方法，用以制作出上述电容传感器。为达上述目的，本发明提出一种电容传感器，其包括一基材、第一电极、第二电极与至少一支承梁结构。上述基材具有一开口，而第二电极是相对基材配置，其中第二电极具有相对上述开口的一中央部位及其周围的一周边部位，且中央部位与周边部位是不连续结构。至于第一电极是悬置于基材的开口与第二电极的中央部位之间，且第一电极与上述第二电极之间具有一间隙。支承梁结构则连结基材并支撑第二电极的中央部位以及第一电极。在本发明的一实施例中，上述的至少一支承梁结构可包括单一或多个支承梁结构。在本发明的一实施例中，上述电容传感器还可在支承梁结构与第二电极之间包括
一第二介电层。在本发明的一实施例中，上述电容传感器还可在支承梁结构与第一电极之间包括
一第一介电层。 在本发明的一实施例中，上述支承梁结构与第一电极之间是直接接触的。在本发明的一实施例中，上述第一电极还可具有数个孔槽，用以释放第一电极上的残留应力(residual stress)。在本发明的一实施例中，上述支承梁结构的材料至少包括金属或氮化硅。在本发明的一实施例中，上述第一电极的材料至少包括多晶硅。在本发明的一实施例中，上述电容传感器可用于麦克风。在本发明的一实施例中，上述第二电极的中央部位可具有数个开孔。在本发明的一实施例中，上述电容传感器还可包括设置于第二电极上的有机/无机材料，用以密封第二电极。由此，上述电容传感器可用于压力计或超声波元件。本发明另提出一种多功能元件，具有数个上述的电容传感器，其中设置在同一基材上的这些电容传感器中包括至少一麦克风以及至少一压力计或超声波元件。在本发明的另一实施例中，上述多功能元件中的麦克风可由阵列排列的多个电容传感器所组成。本发明再提出一种电容传感器的制造方法，包括在一基材上形成露出部分基材的第一电极。在基材上形成一支承梁结构，且其与第一电极部分重叠。然后，在基材上形成一层介电层覆盖支承梁结构，并于第一电极上方的介电层上形成第二电极。所述第二电极的一中央部位与其周围的一周边部位是不连续结构，且这层介电层会自第二电极露出。接着，去除部分基材，以形成对应第二电极的中央部位的位置的一开口并露出第一电极。然后再去除自第二电极露出与对应第二电极的中央部位的介电层，以制作出一悬浮结构。在本发明的再一实施例中，在基材上形成支承梁结构之前，还可在基材上先形成另一层介电层完全覆盖第一电极。而且，在制作出悬浮结构的步骤中可去除自第一电极外露出的上述另一层介电层。在本发明的再一实施例中，在基材上形成第一电极的步骤还可包括在第一电极的形成多个孔槽，用以释放第一电极上的残留应力。在本发明的再一实施例中，形成第二电极的步骤包括使第二电极的中央部位形成有多个开孔。在本发明的再一实施例中，形成第二电极的步骤例如在上述介电层上依序形成一导电层。在本发明的再一实施例中，制作出悬浮结构之后还可利用一有机材料或一无机材料密封所述第二电极。基于上述，本发明利用一支承梁结构连接第一与第二电极，使其皆被悬吊且通过悬吊结构与外部分开，使其受温度变异时可形变释放应力与减缓受掉落冲击时所承受的冲击力。此外，本发明可将不同功能的多个电容传感器设置于同一基材上，因此能得到多功能元件。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
图1A、图2A、图3A、图4A与图6A是本发明的第一实施例的一种电容传感器的制造流程的上视图；图1B、图2B、图3B、图4B与图6B分别是与其上视图的B-B线段的剖视图1C是第一实施例中采用具有孔槽的第一电极的上视图；图2C是第一实施例中采用多个支承梁结构的上视图；图5是图4A与图6A之间的步骤的剖视图；图7是本发明第一实施例的电容传感器的另一种应用的剖视图；图8是本发明的第二实施例的一种电容传感器的剖视图；图9是本发明的第三实施例的一种多功能元件的示意图；图10是本发明的第四实施例的另一种多功能元件的示意图。主要元件符号说明100、904:基材102:氧化层104、IO6:第一电极104a:孔槽108:第一介电层110:支承梁结构112:第二介电层114:第二电极114a:中央部位114b:周边部位116:开孔118:绝缘层120:开口122:悬浮结构124:间隙126:有机/无机材料600、800、1002b:电容传感器900、1000:多功能元件90如、1004:麦克风902b g、1002a:压力计或超声波元件
具体实施例方式下文请参照附图来了解本发明，然而本发明可用多种不同形式来实现，并不局限于实施例的描述。而在附图中，为明确起见可能未按比例绘制各层以及区域的尺寸以及相对尺寸。当文中以一构件或层是“位于另一构件或层上”时，如无特别说明，则表示其可直接位于另一构件或层上，或两者之间可存在中间构件或层。另外，文中使用如
“于......上”、“于......下方”及其类似的空间相对用语，来描述附图中的构件与另一
(或多个)构件的关系。然此空间相对用语除附图显示的状态外，还可包括使用中或操作中的构件的方向。举例而言，若将图中的构件翻转，则被描述为位于其他构件或特征“下方”或“之下”的构件接着将定向成位于其他构件或特征“上方”。
此外，本文虽使用“第一”、“第二”等来描述各种构件、区域或层，但是此用语用以将一构件、区域或层与另一构件、区域或层作区别。因此，在不背离本发明的情况下，下文所述的第一构件、区域或层也可视为第二构件、区域或层。本发明的概念是利用一支承梁结构同时将微机电电容传感器的第一电极与第二电极悬空，以使其结构悬吊且与外部切开，进而形变释放应力，并能在元件受掉落冲击时减缓冲击力，增加元件可靠度。以下列举数个实施例来说明本发明的装置及其可运用的制作工艺。图1A至图6B是依照本发明的第一实施例的一种电容传感器的制造流程示意图，其中图1A、图2A、图3A、图4A与图6A是上视图；图1B、图2B、图3B、图4B与图6B是其上视图的B-B线段的剖视图。图5是图4A与图6A之间的步骤的剖视图。请先参照图1A与图1B，在一基材100上选择性地形成一层氧化层102，其中基材100的材料可以是硅晶或其他适合的材料，而氧化层102可以是热氧化层、化学气相沉积(CVD)氧化层等。然后，在氧化层102上形成第一电极104和106，且第一电极104与其周围的第一电极106并不相连,其中第一电极104的材料可以是多晶娃或其他适合的材料。根据现有技术，第一电极104与106的利记博彩app通常是先沉积一整层，再以光刻蚀刻之类的制作工艺将其图案化成为两个互不相连的结构；甚至是只留下第一电极104的部分。此外，第一电极104部分还可如图1C所75,在第一电极104具有数个孔槽104a,用以释放第一电极104上的残留应力(residual stress)。而孔槽104a部分可在上述图案化步骤时同时形成，且孔槽104a的形状不仅图1C的形状，尚可参考中国台湾专利公开号第200926864号所揭露的感测薄膜的特征，在此以引用的方式将该申请案并入本文之中。接着，请参照图2A与图2B，在基材100上选择性地形成一第一介电层108，覆盖第一电极104与106以及氧化层102，其中第一介电层108的材料譬如BPSG、Si02、PSG、SAUSG、SOG等。随后，于基材100上的第一介电层108上形成一支承梁结构110，其中支承梁结构110的材料譬如金属或氮化硅等材料，但不限于此。而且，支承梁结构110的位置例如是稍微覆盖到第一电极104的边缘上方。此外，图2A的支承梁结构110明显是环状的单一结构，但本实施例并不局限于此。请见图2C的上视图，其是由多个支承梁结构111构成。然后，请参照图3A与图3B，在基材100上形成一第二介电层112，覆盖第一介电层108以及支承梁结构110，其中第二介电层112的材料譬如BPSG、Si02、PSG、SAUSG、S0G等。之后，于第二介电层112上形成一第二电极114。第二电极114具有一中央部位114a及其周围的一周边部位114b，且中央部位114a与周边部位114b是不连续结构。上述第二电极114例如是导电层，如金属或是多晶硅。另外，为了配合后续制作工艺与应用，第二电极114的中央部位114a还可具有多个开孔116。然后，请参照图4A与图4B，在第二电极114上形成暴露出第二介电层112的绝缘层118，并可通过定义绝缘层118的蚀刻步骤继续蚀刻部分第二介电层112。之后，请参照图5，对基材100进行开口 120 (即背腔)定义与氧化层102的蚀刻，譬如利用感应耦合等离子体(ICP)蚀刻及气化氢氟酸(Vapor-HF)干蚀刻。蚀刻后会露出整面的第一电极104与部分的第一电极106，且开口 120与第二电极114的中央部位114a的位置是相对应的。最后，请参照图6A与图6B，利用如湿式蚀刻的制作工艺，去除自第二电极114露出和对应中央部位114a的第二介电层112与自第一电极104与106之间露出的第一介电层108,以制作出悬浮结构122,而成为电容传感器600,同时使第一电极104与第二电极114的中央部位114a之间具有一间隙124。至于电连接则可通过如介层窗(via)之类的内连线(未绘示)，将作为上、下电极用的第一电极104及第二电极114的中央部位114a的电性向外导通。因此，本实施例的上述电容传感器600可用于麦克风。由于只凭借一个支承梁结构110连接第一电极104与第二电极114的中央部位114a，使第一电极104及第二电极114的中央部位114a与其它部位分开，使其受环境温度变异时可形变进而释放应力，还可减缓受掉落冲击时所承受的冲击力，增加元件可靠度。图7是第一实施例的电容传感器的另一种应用的剖视图，其中使用与图6B相同的元件符号来代表相同或相似的构件。在图7中，可于第二电极114上覆盖有机/无机材料126,譬如氮化娃(SiN)、二氧化娃(SiO2)、聚对二甲苯(Parylene)等，以密封第二电极114,使得电容传感器可用于压力计或超声波元件，但须维持第一电极104与第二电极114的中央部位114a之间有间隙124，且一般在压力计及超声波元件的应用上，是不需以图1C的开槽方式制作第一电极104。本文中的“有机/无机材料”是指有机材料或者无机材料。图8则是依照本发明的第二实施例的一种电容传感器的剖视图，其中使用与第一实施例相同的兀件符号来代表相同或相似的构件。在图8中的电容传感器800与第一实施例不同处在于，支承梁结构110与第一电极104之间是直接接触的，其间不含介电层。以上制作工艺仅是用来说明本发明是可实施的，并非用以限制本发明的结构。图9是依照本发明的第三实施例的一种多功能元件的示意图。在图9中，多功能元件900具有设置在同一基材904上的数个电容传感器902a g，其中包括麦克风902a以及数个压力计或超声波元件902b g。在本实施例中的电容传感器902a g可以是上述各实施例中的电容传感器，由于电容传感器902a g的制作工艺可以相同，差别仅在兀件尺寸以及压力计及超声波元件902b g需多一道密封第二电极的步骤，故能整合不同功能的元件于同一基材904。另外，图10是依照本发明的第四实施例的另一种多功能元件的示意图。在图10中，多功能元件1000包括压力计或超声波元件1002a以及由阵列排列的电容传感器1002b组成的麦克风1004。而设置在同一基材904上的电容传感器1002a b在元件尺寸可以相同或接近，且可运用上述第一至第二实施例中的电容传感器。综上所述，本发明的电容传感器通过支承梁结构，使其中的第一电极及第二电极皆被悬吊并与外部构件分开，因此在第一电极及/或第二电极受环境温度变异时，可形变进而释放应力。另外，支承梁结构来能在元件掉落时，减缓其受冲击所承受的冲击力。此外，如将不同功能的电容传感器制作在同一基材上，还能达多功能之效。虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种电容传感器,其特征在于所述电容传感器包括: 基材，具有开口 ； 第二电极，相对该基材配置，其中该第二电极具有相对该开口的一中央部位及其周围的一周边部位，且该中央部位与该周边部位是不连续结构； 第一电极，悬置于该基材的该开口与该第二电极之间，且该第一电极与该第二电极之间具有一间隙；以及 至少一支承梁结构，连结该基材并支撑该第二电极的该中央部位以及该第一电极。
2.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于该至少一支承梁结构包括单一或多数个支承梁结构。
3.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电容传感器还包括第一介电层，位于该支承梁结构与该第一电极之间。
4.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电容传感器还包括第二介电层，位于该支承梁结构与该第二电极之间。
5.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于该支承梁结构与该第一电极之间是直接接触的。
6.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于该第一电极具有多数个孔槽，用以释放该第一电极上的残留应力。
7.如权利要求1所述的电容传 感器，其特征在于该至少一支承梁结构的材料至少包括 金属或氮化娃。
8.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于该第一电极的材料至少包括多晶硅。
9.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电容传感器用于麦克风。
10.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于该第二电极的该中央部位包括多数个开孔。
11.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电容传感器还包括有机材料，设置于该第二电极上，用以密封该第二电极。
12.如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电容传感器还包括无机材料，设置于该第二电极上，用以密封该第二电极。
13.如权利要求11或12所述的电容传感器，其特征在于所述电容传感器用于压力计或超声波元件。
14.一种多功能元件，其特征在于:所述多功能元件具有多数个如权利要求1 13中任一项所述的电容传感器，其中设置在同一基材上的该些电容传感器包括至少一麦克风以及至少一压力计。
15.如权利要求14所述的多功能元件，其特征在于该麦克风包括由阵列排列的该些电容传感器所组成。
16.一种电容传感器的制造方法，其特征在于所述制造方法包括: 在一基材上形成一第一电极，该第一电极露出部分该基材； 在该基材上形成一支承梁结构，该支承梁结构与该第一电极部分重叠； 在该基材上形成一介电层覆盖该支承梁结构； 在该第一电极上方的该介电层上形成一第二电极，该第二电极的一中央部位与其周围的一周边部位是不连续结构，且该介电层自该第二电极露出； 去除部分该基材，以形成对应该第二电极的该中央部位的位置的一开口，并露出该第一电极；以及 去除自该第二电极露出与对应该第二电极的该中央部位的该介电层，以制作出一悬浮结构。
17.如权利要求16所述的电容传感器的制造方法，其特征在于在该基材上形成该支承梁结构之前，还包括在该基材上形成另一介电层完全覆盖该第一电极。
18.如权利要求17所述的电容传感器的制造方法，其特征在于制作出该悬浮结构的步骤包括去除自该第二电极外露出的该另一介电层。
19.如权利要求16所述的电容传感器的制造方法，其特征在于在该基材上形成该第一电极的步骤，还包括在该第一电极形成多数个孔槽，用以释放该第一电极上的残留应力。
20.如权利要求16所述的电容传感器的制造方法，其特征在于在该介电层上形成该第二电极的步骤包括:使该第二电极的该中央部位形成有数个开孔。
21.如权利要求16所述的电容传感器的制造方法，其特征在于在该介电层上形成该第二电极的步骤包括:在该介电层上形成一导电层。
22.如权利要求16所述的电容传感器的制造方法，其特征在于制作出该悬浮结构之后还包括利用有机材料或无机材料 密封该第二电极。
全文摘要
本发明公开一种电容传感器、其制造方法以及具此种电容传感器的多功能元件。其中的电容传感器包括一基材、第一电极与第二电极与至少一支承梁结构。上述基材具有一开口，而第二电极是相对基材配置，其中第二电极具有相对上述开口的一中央部位及其周围的一周边部位，且中央部位与周边部位是不连续结构。至于第一电极是悬置于基材的开口与第二电极之间，且第一电极与上述第二电极之间具有一间隙。支承梁结构则连结基材并支撑第二电极的中央部位及第一电极。
文档编号G01D5/24GK103175552SQ20121006546
公开日2013年6月26日 申请日期2012年3月13日 优先权日2011年12月26日
发明者陈建铭, 黄进文, 王钦宏, 李新立 申请人:财团法人工业技术研究院