具有對稱差分電容的微機電元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有對稱差分電容的微機電元件，包含：一基板；一上相對電極；一下相對電極；一質(zhì)量結(jié)構(gòu)，具有一上電極與一下電極，分別與該上相對電極和該下相對電極形成一上電容結(jié)構(gòu)與一下電容結(jié)構(gòu)；一上相對電極延伸壁，其上端連接該上相對電極，下端與該基板連接；以及一下相對電極延伸壁，其下端經(jīng)由該下相對電極連接該基板；其中該下相對電極延伸壁的上端不與該上相對電極連接，且該上相對電極延伸壁和該上相對電極面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總表面積和、與該下相對電極延伸壁和該下相對電極面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總表面積和，為彼此相當。
【專利說明】具有對稱差分電容的微機電元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微機電元件，特別是其中一上相對電極延伸壁與一下相對電極延伸壁，其面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總表面積為彼此相當?shù)奈C電元件。
【背景技術(shù)】
[0002]出平面?zhèn)鞲衅鳛槲C電元件的其中一種形式，用以感測垂直于平面的移動。參照圖1A，其中顯示一現(xiàn)有技術(shù)的微機電出平面?zhèn)鞲衅?0的示意圖。微機電出平面?zhèn)鞲衅?0包含一翹翹板11，其支點為P。當微機電出平面?zhèn)鞲衅?0沿方向A移動時，翹翹板11因支點P偏于一側(cè)而導致擺動。位于翹翹板11的上電極E13與位于基板12的下電極E11、E12形成一差分形式(differential mode)的電容架構(gòu),根據(jù)此結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的電容值差異(一電容值增加，另一電容值降低)，可推算出移動量。此現(xiàn)有技術(shù)需精確制造翹翹板11的結(jié)構(gòu)，因此技術(shù)難度高。
[0003]請參照圖1B，其中顯示另一現(xiàn)有技術(shù)的微機電出平面?zhèn)鞲衅?0的示意圖。微機電出平面?zhèn)鞲衅?0包含一質(zhì)量結(jié)構(gòu)21，設(shè)置于基板22上方，通過一錨點P而連接于彈簧。位于質(zhì)量結(jié)構(gòu)21的上電極E23與位于基板22上的下電極E21、E22形成同向的可變電容結(jié)構(gòu)。當微機電出平面?zhèn)鞲衅?0沿方向A移動時，兩組電容的變化為同步變大或變小。此現(xiàn)有技術(shù)因非差分形式結(jié)構(gòu)，其感測值受結(jié)構(gòu)的影響而精確度較低。
[0004]請參照圖1C，其中顯示基于圖1A、1B的缺失而提出的另一現(xiàn)有技術(shù)的微機電出平面?zhèn)鞲衅?0的剖面示意圖。微機電出平面?zhèn)鞲衅?0包含一質(zhì)量結(jié)構(gòu)31，此質(zhì)量結(jié)構(gòu)31具有一上電極E32以及一下電極E31。上電極E32與上相對電極E34形成一上電容結(jié)構(gòu)Ctop、且下電極E31與下相對電極E33形成一下電容結(jié)構(gòu)Cbot。此現(xiàn)有技術(shù)亦為差分電極形式的電容架構(gòu)，當微機電出平面?zhèn)鞲衅?0沿方向A移動時，上電容結(jié)構(gòu)Ctop和下電容結(jié)構(gòu)Cbot的電容值會反向變化。然而，除了上下電容結(jié)構(gòu)Ctop、Cbot外，上相對電極E34與基板32間的延伸壁W會與質(zhì)量結(jié)構(gòu)31產(chǎn)生衍生電容C’，以及此延伸壁W也會與下相對電極E33產(chǎn)生衍生電容C”。衍生電容C’、C”造成上電容結(jié)構(gòu)Ctop與下電容結(jié)構(gòu)Cbot的電容值偏差，且衍生電容C’、C”所造成的偏差影響不相等，導致感測效果不佳。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種微機電元件與出平面?zhèn)鞲衅?，其具有差分形式的電容結(jié)構(gòu)、電容值偏差影響小、且易于制造。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種具有對稱差分電容的微機電元件，該微機電元件與出平面?zhèn)鞲衅鳎渚哂胁罘中问降碾娙萁Y(jié)構(gòu)、電容值偏差影響小、且易于制造。
[0007]為達上述目的，本發(fā)明提供一種具有對稱差分電容的微機電兀件，包含:一基板；一上相對電極；一下相對電極；一質(zhì)量結(jié)構(gòu)，具有一上電極與一下電極，分別與該上相對電極和該下相對電極形成一上電容結(jié)構(gòu)與一下電容結(jié)構(gòu)；一上相對電極延伸壁，其上端連接該上相對電極，下端與該基板連接；以及一下相對電極延伸壁，其下端經(jīng)由該下相對電極連接該基板；其中該下相對電極延伸壁的上端不與該上相對電極連接，且該上相對電極延伸壁和該上相對電極面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總表面積和、與該下相對電極延伸壁和該下相對電極面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總表面積和，為彼此相當。
[0008]在一較佳實施例中，該上相對電極延伸壁與該下相對電極延伸壁的面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的表面積為彼此相等。
[0009]在一較佳實施例中，該上、下相對電極延伸壁分別位于相對該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的對稱位置。
[0010]在一較佳實施例中，該質(zhì)量結(jié)構(gòu)設(shè)置于該上下相對電極延伸壁之間，或該上下相對電極延伸壁主要設(shè)置于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。
[0011]在一較佳實施例中，該微機電兀件具有多個上相對電極延伸壁和多個下相對電極延伸壁。
[0012]在一較佳實施例中，該多個上相對電極延伸壁和多個下相對電極延伸壁分別位于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的至少相對兩側(cè)，且該兩側(cè)的任一側(cè)既設(shè)有上相對電極延伸壁也設(shè)有下相對電極延伸壁。
[0013]在一較佳實施例中，該上相對電極延伸壁上端具有至少一錨邊,并以該錨邊連接該上相對電極；該下相對電極延伸壁上端具有延伸至與該錨邊等高的至少一凸邊。
[0014]在一較佳實施例中，由俯視圖觀之，該微機電兀件設(shè)有多個錨邊與凸邊，彼此對應設(shè)置于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)相對的兩側(cè)。
[0015]在一較佳實施例中，由俯視圖觀之，該微機電兀件設(shè)有多個錨邊與凸邊，設(shè)置于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)相對的兩側(cè)，且位于兩側(cè)的錨邊總面積彼此相當、或位于兩側(cè)的凸邊總面積彼此相當、或錨邊與凸邊的總面積彼此相當。
[0016]下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達成的功效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1A、1B、1C顯示現(xiàn)有技術(shù)的三種微機電元件的示意圖；
[0018]圖2A顯示本發(fā)明一實施例的微機電元件的立體示意圖；
[0019]圖2B顯示圖2A中根據(jù)FF’剖切線的立體剖面示意圖；
[0020]圖2C顯示圖2A中根據(jù)FF’剖切線的剖面示意圖；
[0021]圖3顯示本發(fā)明另一實施例的微機電元件的剖面示意圖；
[0022]圖4顯示本發(fā)明一實施例的錨邊與凸邊安排的俯視示意圖；
[0023]圖5顯示本發(fā)明另一實施例的錨邊與凸邊安排的俯視示意圖。
[0024]圖中符號說明
[0025]10、20、30、40、50微機電傳感器
[0026]11翹翹板
[0027]12、22、32、42、52基板
[0028]21、31、41、51質(zhì)量結(jié)構(gòu)
[0029]A移動方向
[0030]An錨邊
[0031]Ctop上電容結(jié)構(gòu)
[0032]Cbot下電容結(jié)構(gòu)
[0033]C’、C”、Ctop’、Cbot’衍生電容
[0034]Ex凸邊
[0035]P支點
[0036]E11、E12、E21、E22、E31、E41、E51 下電極
[0037]E13、E23、E32、E42、E52上電極
[0038]E33、E43、E53下相對電極
[0039]E34、E44、E54上相對電極
[0040]FF’剖切線
[0041]Sff外側(cè)隔離壁
[0042]Wb下相對電極延伸壁
[0043]Wt上相對電極延伸壁
[0044]W延伸壁
【具體實施方式】
[0045]有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實施例中所提到的方向用語，例如:上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加圖式的方向。本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間的功能作用關(guān)系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。
[0046]參照圖2A、2B、2C，其中為本發(fā)明一實施例提供的一種微機電元件40的立體示意圖、立體剖面示意圖、以及剖面示意圖，圖2B為根據(jù)圖2A中FF’剖面線的一剖面示意圖。微機電兀件40包含一質(zhì)量結(jié)構(gòu)41、一上相對電極E44、一下相對電極E43、一上相對電極延伸壁Wt,以及一下相對電極延伸壁Wb。質(zhì)量結(jié)構(gòu)41具有一上電極E42與一下電極E41,且上下電極E42、E41分別與上相對電極E44與下相對電極E43形成一上電容結(jié)構(gòu)Ctop與一下電容結(jié)構(gòu)Cbot。上相對電極延伸壁Wt上端具有至少一錨邊An以連接上相對電極E44，下端與一基板42連接。下相對電極延伸壁Wb的下端經(jīng)由下相對電極E43連接至基板42，且上端具有延伸至與錨邊An等高的至少一凸邊Ex ;其中下相對電極延伸壁Wb的上端不與上相對電極E44連接，且上相對電極延伸壁Wt和上相對電極E44面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的總導電部分表面積和、與下相對電極延伸壁Wb和下相對電極E43面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的總導電部分表面積和，為彼此相當(大致相等但容許10%的差距，較佳在5%以內(nèi))。以上所述“面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的導電部分表面積”意指“能與質(zhì)量結(jié)構(gòu)41有效構(gòu)成電容的表面積”。由于總表面積彼此相當，且下相對電極延伸壁Wb的上端不與上電極E42連接，因此質(zhì)量結(jié)構(gòu)41分別與上下相對電極延伸壁Wt、Wb形成的衍生電容Ctop’、Cbot’的電容值相當。換言之，可解決現(xiàn)有技術(shù)中因為衍生電容不相等而造成感測值偏差的問題。一實施例中，上相對電極延伸壁與下相對電極延伸壁的面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總表面積為彼此相等。上相對電極延伸壁與下相對電極延伸壁可分別為單個或多個；上、下相對電極延伸壁宜分別位于相對該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的對稱位置，例如相對兩側(cè)，但此非必須，僅需使差分電容的電容值彼此相當，亦即使衍生電容Ctop’、Cbot’所造成的影響彼此相當，即可。
[0047]當微機電元件40沿移動方向A移動時，上電容結(jié)構(gòu)Ctop與下電容結(jié)構(gòu)Cbot形成一差分形式(differential mode)的電容架構(gòu)，即當中一電容值增加時,另一電容值降低，根據(jù)此變化可進行對移動的感測。
[0048]電極E41與電極E42可設(shè)計為相同電位或不同電位，均屬可行，僅需使上電容結(jié)構(gòu)Ctop與下電容結(jié)構(gòu)Cbot形成差分電容架構(gòu)即可。
[0049]一實施例中，微機電元件40可利用CMOS制程所堆疊制造，而圖2A、2B、2C也以CMOS制程為例說明,其中,最下方深灰色層為CMOS制程中的接觸層(contact layer)或同位階的介電層(視電性設(shè)計與剖面在布局上的位置而定)、其它深灰色層為CMOS制程中的通道層(via layer)或同位階的介電層(視電性設(shè)計與剖面在布局上的位置而定)、白色部分為金屬層(metal layer)。然微機電元件40的制作不限于CMOS制程，微機電元件40也可用堿制程來制作，此為已有技術(shù)，于此不詳述。
[0050]圖2A、2B中所顯示的外側(cè)隔離壁SW是為了隔離微機電元件40和基板42上的其它元件；如果不需要進行隔離，則外側(cè)隔離壁SW可以省略。
[0051]須特別注意，上下相對電極延伸壁Wt、Wb間無直接電性連接。
[0052]在圖2A-2C的實施例中，質(zhì)量結(jié)構(gòu)41設(shè)置于上下相對電極延伸壁Wt、Wb之間。圖3顯示本發(fā)明另一實施例的微機電元件50，其中質(zhì)量結(jié)構(gòu)51設(shè)置于上下相對電極延伸壁Wt,Wb的外部，此情況也同樣可以適用本發(fā)明。
[0053]詳言之，請參照圖3，上下相對電極延伸壁Wt、Wb的大部分設(shè)置于質(zhì)量結(jié)構(gòu)51的內(nèi)側(cè)(上下相對電極延伸壁Wt、Wb可能有少部分位于質(zhì)量結(jié)構(gòu)51外部)，質(zhì)量結(jié)構(gòu)51可移動于上下相對電極延伸壁Wt、Wb外側(cè)。質(zhì)量結(jié)構(gòu)51具有一上電極E52與一下電極E51,且上下電極E52、E51分別與一上相對電極E54與一下相對電極E53形成一上電容結(jié)構(gòu)Ctop與一下電容結(jié)構(gòu)Cbot。上相對電極延伸壁Wt具有至少一錨邊An以連接上相對電極E54，另一側(cè)與一基板52連接。下相對電極延伸壁Wb經(jīng)由下相對電極E53連接至基板52且具有延伸至與錨邊An等高的至少一凸邊Ex ;其中下相對電極延伸壁Wb的上端不與上相對電極E54連接，且上相對電極延伸壁Wt和上相對電極E54面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)51的總導電部分表面積和、與下相對電極延伸壁Wb和下相對電極E53面向于質(zhì)量結(jié)構(gòu)51的總導電部分表面積和，為彼此相當，換言之，上電容結(jié)構(gòu)Ctop加上衍生電容Ctop’的電容值總和與下電容結(jié)構(gòu)Cbot加上衍生電容Cbot’的電容值總和相當，可解決現(xiàn)有技術(shù)中因為衍生電容不相等而造成感測值偏差的問題。電極E51與電極E52可設(shè)計為相同電位或不同電位，均屬可行，僅需使上電容結(jié)構(gòu)Ctop與下電容結(jié)構(gòu)Cbot形成差分電容架構(gòu)即可。其余技術(shù)內(nèi)容可參照前實施例的說明，于此不詳述。
[0054]為使電容感測具有更佳的效果，上下相對電極延伸壁Wt、Wb可均為多個，例如可參閱圖2B，其中顯示多個上相對電極延伸壁Wt和多個下相對電極延伸壁Wb，且在質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的同一側(cè)既設(shè)有上相對電極延伸壁Wt也設(shè)有下相對電極延伸壁Wb (但當然，如在質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的同一側(cè)僅設(shè)有上下相對電極延伸壁Wt、Wb其中之一、且上下相對電極延伸壁Wt、Wb均為單個，亦屬可行)。本實施例中，在質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的兩側(cè)都設(shè)有上相對電極延伸壁Wt和下相對電極延伸壁Wb，在此情況下，請參閱圖4的俯視圖，于較佳實施型態(tài)中，錨邊An與凸邊Ex可以彼此相對設(shè)置(對應設(shè)置于相對的兩側(cè))，且位于兩側(cè)的錨邊An總面積彼此相當(圖中上方單一錨邊An的面積與下方兩錨邊An的面積和相當)、位于兩側(cè)的凸邊Ex總面積彼此相當、(圖中上方兩凸邊Ex的面積和與下方單一凸邊Ex的面積相當)、而錨邊An與凸邊Ex的總面積彼此相當(圖中三錨邊An的面積和與三凸邊Ex的面積和相當)。當然，以上僅是較佳實施方式，本發(fā)明的實施不限于此，并不需要符合以上所有條件。
[0055]舉例而言，請參照圖5，其中顯示錨邊An與凸邊Ex安排的另一實施例，其中錨邊An與凸邊Ex并沒有彼此相對設(shè)置。若有需要，也可另行安排其它錨邊An與凸邊Ex的排列方式與位置、或是以不同方式設(shè)計錨邊An與凸邊Ex的面積?？傊?，本發(fā)明的重點在于使差分電容的電容值彼此相當，亦即使衍生電容Ctop’、Cbot’所造成的影響彼此相當。錨邊An與凸邊Ex安排方式僅是較佳實施方式但非必須。
[0056]以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，當可在本發(fā)明精神內(nèi)，立即思及各種等效變化。舉例而言，上下相對電極延伸壁Wt、Wb不限于僅設(shè)置在于質(zhì)量結(jié)構(gòu)41的兩側(cè)，亦可以設(shè)置在其四個方向上，等等，而錨邊與凸邊可以對應地設(shè)置。再舉例而言，同一個上相對電極延伸壁Wt可以具有多個錨邊An，又同一個下相對電極延伸壁Wb可以具有多個凸邊Ex。此外，本發(fā)明不受限于應用在出平面?zhèn)鞲衅?，亦可應用于其它形式的傳感器。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有對稱差分電容的微機電兀件，其特征在于，包含: 一基板； 一上相對電極； 一下相對電極； 一質(zhì)量結(jié)構(gòu)，具有一上電極與一下電極，分別與該上相對電極和該下相對電極形成一上電容結(jié)構(gòu)與一下電容結(jié)構(gòu)； 一上相對電極延伸壁，其上端連接該上相對電極，下端與該基板連接；以及 一下相對電極延伸壁，其下端經(jīng)由該下相對電極連接該基板； 其中該下相對電極延伸壁的上端不與該上相對電極連接，且該上相對電極延伸壁和該上相對電極面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總導電部分表面積和、與該下相對電極延伸壁和該下相對電極面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的總導電部分表面積和，為彼此相當。
2.如權(quán)利要求1所述的具有對稱差分電容的微機電兀件，其中，該上相對電極延伸壁與該下相對電極延伸壁的面向于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的表面積為彼此相等。
3.如權(quán)利要求1所述的微機電元件，其中，該上、下相對電極延伸壁分別位于相對該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的對稱位置。
4.如權(quán)利要求1所述的具有對稱差分電容的微機電元件，其中，該質(zhì)量結(jié)構(gòu)設(shè)置于該上下相對電極延伸壁之間，或該上下相對電極延伸壁主要設(shè)置于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的具有對稱差分電容的微機電兀件，其中，該微機電兀件具有多個上相對電極延伸壁和多個下相對電極延伸壁。
6.如權(quán)利要求4所述的具有對稱差分電容的微機電兀件,其中，該多個上相對電極延伸壁和多個下相對電極延伸壁分別位于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)的至少相對兩側(cè)，且該兩側(cè)的任一側(cè)既設(shè)有上相對電極延伸壁也設(shè)有下相對電極延伸壁。
7.如權(quán)利要求1所述的具有對稱差分電容的微機電兀件，其中，該上相對電極延伸壁上端具有至少一錨邊，并以該錨邊連接該上相對電極；該下相對電極延伸壁上端具有延伸至與該錨邊等高的至少一凸邊。
8.如權(quán)利要求7所述的具有對稱差分電容的微機電元件，其中，由俯視圖觀之，該微機電元件設(shè)有多個錨邊與凸邊，彼此對應設(shè)置于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)相對的兩側(cè)。
9.如權(quán)利要求7所述的具有對稱差分電容的微機電元件，其中，由俯視圖觀之，該微機電元件設(shè)有多個錨邊與凸邊，設(shè)置于該質(zhì)量結(jié)構(gòu)相對的兩側(cè)，且位于兩側(cè)的錨邊總面積彼此相當、或位于兩側(cè)的凸邊總面積彼此相當、或錨邊與凸邊的總面積彼此相當。
【文檔編號】B81C1/00GK104445048SQ201310425232
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】蔡明翰 申請人:原相科技股份有限公司