电容式机械波感测装置、阵列与机械波收发装置制造方法及图纸

一种电容式机械波感测装置，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及至少一基底电极，该基底电极的形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。

Capacitive mechanical wave sensing device, array and mechanical wave transceiver

A capacitive mechanical wave sensing device comprises: a movable element layer including a first conductive layer with at least one mechanical wave sensing element area; a plurality of supporting columns arranged below the movable element layer, defining at least one mechanical wave sensing element area according to the shape of a mechanical wave sensing element, and the supporting columns arranged at the corners of the mechanical wave sensing element area, and Electrically connected with the first conductive layer; and at least one base electrode, the shape of which is configured on the opposite side of the at least one mechanical wave sensing element area of the movable element layer according to the definition of the mechanical wave sensing element shape, and is isolated from the support columns, and the at least one base electrode is isolated from the first conductive layer to form at least one capacitance structure.

【技术实现步骤摘要】
电容式机械波感测装置、阵列与机械波收发装置
本专利技术是关于一种机械波感测元件，特别关于一种电容式机械波感测元件、支撑柱及机械波收发装置。
技术介绍
定义上，机械波（Mechanicalwave）是机械振动后所产生，其须通过介质来传播，例如空气与水。而机械波在空气中的传递，依据人类可听到或不可听到而区分为有声波、超音波两个类别。机械波的产生与感测元件，目前有巨观的元件制造与微观的元件制造方法，这两类方法分别可制造出尺度为公分级与微米级的机械波产生元件。其中，微观的机械波元件制造，目前有两种方式，一种为运用微机电(MEMS)技术，第二种为运用金属氧化半导体制程(CMOS)技术。这两种不同的技术由于制程不同，开发人员往往会因为制程的差异而限制了元件的开发。因为，这两类不同的技术因为制程的差异性，导致其所能制造出来的结构是不同的。其中，运用MEMS制程制作出来的机械波感测元件，分别有电容式、压电式感测元件。其中，声波感测元件最具代表性的厂商为美商楼式（Knowles）与英飞凌（Infineon），其主要运用MEMS制程来制作电容式声波感测元件；而超声波感测元件最具代表性的厂商为美商高通（Qualcomm），其主要运用MEMS制程来制作压电式超音波感测元件。此外，汤博凯（2010,CMOS微电容式式超音波感测器,CMOSMicromachinedCapacitiveUltrasonicSensors）运用了CMOS制程制作出电容式超音波感测器。无论是运用MEMS制程或CMOS制程所制作出来的机械波感测器，当中的必要结构就是前述可动元件的部分。此可动元件都需要有一定的支撑力，让可动元件可以稳固地产生预期的物理变化(如：形变或位移等)，并于物理变化的过程产生所需要的感应讯号。前述的楼式、英飞凌、高通或汤博凯的解决方案，其可动元件的结构，均为周边支撑型的结构。换言之，在机械波感测薄膜的周围（圆形或方形可动元件）提供完整包覆式的支撑，让感测薄膜得以被控制其形变，进而控制感测薄膜的频率响应。若要将前述的机械波感测元件整合成机械波感测阵列，以周边支撑型前述的技术来说，就必须将每个元件排列起来一起制作，并制作成阵列，例如加州大学教授DavidHorsley于2017年4月28的研讨会文章(PiezoelectricMicromachinedUltrasonicTransducersinConsumerElectronicstheNextLittleThing，Seminar,TohokuUniversity)指出，1996年Simens运用了电容式微机电超音波传感器(CapacitiveMicromachinedUltrasoundTransducers,cMUT)制作出超音波传感器阵列，而此处的cMUT元件，即为采用封闭式环型支撑结构(Anchor)的电容式微机电超音波传感器。Horsley教授本身，则采用压电式微机电超音波传感器(PiezoelectricMicromachinedUltrasoundTransducers,pMUT)，其同样采用封闭式环型支撑结构。在机械波感测薄膜的设计上，若为运用到液体的应用(water-coupled)，则机械波感测薄膜需为封闭者，且可动元件下方的空腔为抽取真空的状态。目前，运用pMUT或cMUT元件所制作的超音波感测阵列，均采取单颗元件整合出来的阵列为主要方式。例如，美国专利US2017128983A所揭示的第3图即为一例；YongqiangQiu(PiezoelectricMicromachinedUltrasoundTransducer(PMUT)ArraysforIntegratedSensing,ActuationandImaging,Sensors2015,15,8020-8041;doi:10.3390/s150408020)等人于第3图、第7图、第13图所揭露的阵列结构等等。以上的现有技术，运用到液体或者医疗(固态目标物)用途上时，往往需要用到机械波感测阵列。而以目前的机械波感测阵列的技术来看，由于每个机械波感测元件都是独立的，因此，在与控制积体电路(ControllerIC)的整合上，也必须以贴合或焊接的方式来执行，无法整合于同一个半导体制程。例如，美国专利公开号US20150357375A、US20160262727A所揭示者。此外，机械波感测阵列的元件密度，也会受限于每个机械波感测的环型封闭支撑结构所限制，进而降低了其阵列解析度。因此，如何能够开发出一种可整合半导体制程，将应用于固态、液态目标物的机械波感测阵列可直接与控制IC整合于单一制程，并且，提高机械波感测阵列的整体解析度，成为机械波感测元件与阵列开发的一个重要方向。
技术实现思路
为达上述目的，本专利技术提供一种电容式机械波感测装置、感测阵列与机械波收发装置，运用以支撑柱来定义机械波感测元件区的技术，让支撑柱上方的整层可动元件层与支撑柱下方的数个类蜂槽式基底电极形成数个电容式机械波感测矩阵。如此，可让机械波感测矩阵于单一的半导体制程制作出来，并且，可进一步于机械波感测矩阵下方进行控制IC的制作，进而达到高解析度、高整合性、低制造成本的机械波感测矩阵。进一步地，可让机械波感测矩阵大幅运用于各种固态、液态的应用领域。本专利技术提供一种电容式机械波感测装置，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；数个支撑柱，配置于该可动元件层之下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及至少一基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层之该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。本专利技术另提供一种电容式机械波感测阵列，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区，且该些机械波感测元件区构成一矩阵(D)；数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区(A)，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落(B)，且与该第一导电层电性连接；及数个基底电极，该基底电极的形状依据该机械波感测元件形状定义(C)，配置于该可动元件层的该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构的数量由该些基底电极的数量定义。本专利技术还提供一种机械波收发装置，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区；数个支撑柱，配置于该可动元件层之下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及数个基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层之该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构之数量由该些机械波感测元件区定义；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式机械波感测装置，其特征在于，其包含：/n一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；/n数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及/n至少一基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容式机械波感测装置，其特征在于，其包含：
一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；
数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及
至少一基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。


2.如权利要求1所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该可动元件层还包含一调整层，该调整层选自钛材料层、氮化钛材料层、铬材料层、二氧化硅材料层、钛铬合金材料层、硅化钨合金材料层。


3.如权利要求1所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该机械波感测元件形状为规则对称形状。


4.如权利要求1所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该可动元件层上还包含至少一平面弹簧结构，该平面弹簧结构形成于该可动元件层的表面。


5.如权利要求4所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该平面弹簧结构形成于该机械波感测元件区当中或之间。


6.一种电容式机械波感测阵列，其特征在于，其包含：
一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区，且该些机械波感测元件区构成一矩阵(D)；
数个支撑柱，配置于该可动元件层之下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及
数个基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构的数量由该些基底电极的数量定义。


7.如权利要求6所述的电容式机械波感测阵列，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁贻德，张管青，吴强，林晓逸，
申请(专利权)人：风起科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;TW