具pn界面的微機電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明是有關于一種微機電裝置，且特別是有關于一種具有PN界面(PN-化nction)的微機電裝置。
[000引先前技術
[0003] 近年來受惠于智慧型手機、平板電腦、體感游戲機等相關電子產品的帶動下，使得 微機電感測元件，例如加速度計與磁力感測計等，其市場需求均呈現逐年大幅度地成長， 因此，國際大廠皆投入大量的研究資源，W開發高性能低成本的微機電感測器。目前微機 電感測裝置最新的市場趨勢是將能供方向資訊的微機電慣性感測器與全球導航定位系統 (Global化sitioningSystem，GPS)結合，W應用于可自動翻轉電子地圖的智慧型手機或 不受地形與天候限制的汽車導航裝置。此外，目前各國際大廠的微機電慣性感測器的技 術研究趨勢是在于如何將加速度計與能提供方向資訊的磁力感測計整合在同一感測器上 (亦即共用質量塊的多軸感測技術），W減少感測器的體積，因應現行各種電子產品的輕薄 化趨勢。此外，不同感測器整合的同時，也需使各軸的量測信號不互相干擾，W提高信號量 測的準確度，已成為開發新一代微機電慣性感測器的重要技術關鍵之一。
[0004] 圖1是已知Y軸微機電磁力計的簡化示意圖。圖2是已知Z軸微機電加速度計的 簡化示意圖。請參考圖1，傳統的Y軸微機電磁力計10可簡化為由旋轉梁12與可動質量塊 11所組成。Y軸微機電磁力計10包括可動質量塊11、旋轉梁12、感應線圈13、感應電極14 W及基板15。可動質量塊11通過旋轉梁12息浮于基板15及感應電極14上方。可動質量 塊11適于繞旋轉梁12所連成的一軸線進行旋轉。在工作狀態下，交流電流輸入至感應線 圈13,此電流頻率與可動質量塊11的自然頻率一致。當外界有磁場B存在時，感應線圈13 與磁場B會將產生勞倫茲力F(LorentzForce),此力F將推動可動質量塊11使其產生振 動。所產生勞倫茲力F的大小可由下述公式得知：
[0005] F= 1?(lxb)
[0006] 其中I為電流大小，L為感應線圈13與磁場B方向垂直的向量長度，B為外界的磁 場大小。接著，通過感應電極14偵測可動質量塊11與感應電極14之間電容的變化，W計 算磁力大小。由于感應線圈13是電性禪接至交流電源，因此其電流方向與電壓正負大小皆 隨相位作周期性改變。當輸入的交流電壓為正電壓時，電流由感應線圈13電性禪接至交流 電源的一端流入，然后流過可動質量塊11上的感應線圈13,接著流至感應線圈13電性連結 接地端GND的另一端。可動質量塊11的感應線圈13與基板15之間的電位差，會產生正電 荷并累積于可動質量塊11的下表面，而負電荷累積于基板15的感應電極14上。隨著交流 電壓的上升與下降，累積于可動質量塊11下表面與感應電極14上的電荷數目也隨之增減。 當電壓相位改變時（相位角為180°時），交流電壓轉變為負電壓，交流電流的方向變為由 感應線圈13電性連結接地端GND的一端流向感應線圈13電性禪接于交流電源的另一端。 由于交流電壓的改變，使可動質量塊11下表面的電位低于基板15,因而造成正電荷累積于 基板15的感應電極14上，負電荷累積于可動質量塊11的下表面。在交流電壓正負轉換的 瞬間，可動質量塊11下表面的與基板15的感應電極14上的帶電電荷數量減少，。因而在 感應電極14上產生電流。此感應電流會造成讀取電路輸出的電壓信號的改變，進而使Y軸 微機電磁力計10感測出錯誤的磁力大小。
[0007] 請參考圖2,傳統的Z軸微機電加速計20包括可動質量塊21、扭轉梁22、23固定 座（圖未示）W及感應電極24。旋轉梁22位置偏離可動質量塊21的中也線，且可動質量 塊21可繞旋轉梁22與固定座23所連成的軸線旋轉。當加速度計在Z軸產生加速度Az時， 可動質量塊21會W扭轉梁22、23與固定座所連成的軸線為旋轉軸（Y軸)，產生類似翅翅板 的旋轉。接著，通過偵測因可動質量塊21與感應電極24間的電容改變，即可計算出在Z軸 方向上的加速度大小。
[0008] 然而，若欲在同一結構體上結合上述磁力大小與加速度偵測的功能時，磁力感測 信號與加速度的感測信號會產生禪合現象。換言之，當基板上的感應電極在偵測由于Y軸 磁力所造成的電容值改變時，也同時偵測到由于Z軸加速度所造成的電容值改變，此將使 得磁力感測信號與加速度感測信號互相禪合。換言之，同一量測信號同時包括磁力與加速 度量測信號，必須進一步將信號解禪合W獲得分別的信號量測值，因而增加電路處理的復 雜度。
[0009] 另一方面，圖3A為美國專利編號US2004/0158439的一種可同時量測磁場與加速 度的共構感測器。圖3B為圖3A共構感測器的沿A-A'線的截面示意圖。請參考圖3A與 3B。圖3A的共構感測器包括第一與第二可動結構31、32。第一與第二可動結構31、32分別 包括彈黃31a、32a用W分別支撐質量塊31b、32b。其中第一與第二可動結構31、32互相平 行地排列于X-Y平面上。然后在兩塊質量塊31a、3化上給予不同方向的電流。當在相同的 磁場(例如在X方向上的磁場：Bx)下，兩塊質量塊31a、3化會分別產生方向相反但大小相 同的位移（+b，-b)。當有加速度Az時，兩質量塊3化，3化產生方向相同且大小相同的位移 (-a,-a)。因此，當在同時有磁場與加速度存在的環境下，質量塊3化的位移總和為-a+b，質 量塊32b的位移總和為-a-b。計算W上兩質量塊位移形成的方程式，即可分別求出磁力與 加速度所造成的位移，進而分別計算出磁力的大小與加速度的大小。
【發明內容】
[0010] 本申請提出的一種微機電裝置包括基板、可動質量塊、第一導電層W及第一絕緣 層。基板包含設置在其上表面的電極。可動質量塊設置于電極上方并包含第一P型半導體 層、第一N型半導體層W及第一PN界面。其中第一N型半導體層連接第一P型半導體層， 且第一PN界面形成于第一P型半導體層與第一N型半導體層之間的連接面。此外，第一絕 緣層設置于可動質量塊與第一導電層之間。
[0011] 本發明提出的另一種微機電裝置適于偵測磁力。此微機電裝置包括基板、第一絕 緣層、第一導電層W及第一彈黃。基板包含設置在其上表面的電極。可動質量塊設置在電 極上方且適于繞軸線旋轉，可動質量塊包括第一P型半導體層、第一N型半導體層W及第一 PN界面。第一P型半導體層的下表面面向電極，第一N型半導體層的下表面與第一P型半 導體層的上表面連接，并且第一PN界面形成于第一P型半導體層與第一N型半導體層的連 接面。第一絕緣層設置于第一N型半導體的上表面，且第一導電層設置于第一絕緣層上。第 一彈黃沿軸線平行的方向連接可動質量塊并且包括第二P型半導體層、第二N型半導體層 W及第二PN界面，其中第二P型半導體層連接第一P型半導體層，第二N半導體層的下表 面與第二P型半導體層的上表面連接，且第二PN界面形成于第二P型半導體層與第二N型 半導體層的連接面。
[0012] 本發明提出的的另一種微機電裝置包括基板、框架，第一絕緣層、第一導電層、第 一彈黃W及第二彈黃。基板包含設置在其上表面的電極。框架設置在電極上方且適于繞軸 線旋轉。框架包含第一P型半導體層、第一N型半導體層W及第一PN界面。其中第一P型 半導體層的下表面面向電極，第一N型半導體層的下表面與第一P型半導體層的上表面相 連接，且第一PN界面形成于第一P型半導體層與第一N型半導體層的連接面。第一絕緣層 設置于第一N型半導體層的上表面。第一導電層設置于第一絕緣層上。第一彈黃沿與軸線 平行的方向連接框架。第二彈黃設置于框架內，并沿與軸線平行的方向連接框架，且第二彈 黃與第一彈黃位于同一直線的延伸方向上。
[0013] 本發明提出的另一種微機電裝置適于偵測磁力與加速度。此微機電裝置包括基 板、可動質量塊、第一絕緣層、第一導電層W及控制與切換單元。基板包含設置于其上表面 的電極。可動質量塊設置于電極上方且適于繞軸線旋轉，可動質量塊包括第一P型半導體 層、第一N型半導體層W及第一PN界面。第一P型半導體層的下表面面向電極，第一N型 半導體層的下表面與第一P型半導體的上表面連接，且第一PN界面形成于第一P型半導體 層與第一N型半導體層的連接面。第一絕緣層設置于第一N型半導體層的上表面。第一導 電層設置于第一絕緣層上。控制與切換單元單元控制第一導電層的電流供應。
【附圖說明】
[0014] 圖1是已知Y軸微機電磁力計結構的示意圖。
[0015] 圖2是已知Z軸微機電加速度計結構的示意圖。
[0016] 圖3A是美國專利US2004/0158493的一種微機電裝置的結構示意圖。
[0017] 圖3B是圖3A微機電裝置結構沿A-A'線的剖面示意圖。
[001引圖4是根據本發明一實施例繪示的微機電裝置的示意圖。
[0019] 圖5A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。
[0020] 圖5B是圖5A的微機電裝置沿A-A'線的剖面示意圖。
[0021] 圖6A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。
[0022] 圖她是圖6A的微機電裝置沿B-B'線的剖面示意圖。
[0023] 圖6C是圖6A的微機電裝置沿C-C'線的剖面示意圖。
[0024] 圖抓是根據本發明另一實施例繪7]^的電路系統架構圖。
[0025] 圖6E是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的剖面示意圖。
[0026] 圖7A是根據本發明另一實施例繪示的微機電裝置的俯視圖。
[0027] 圖7B是圖7A的微機電裝置沿D-D'線的剖面示意圖。
[002引符號說明
[0029] 10 ;Y軸微機電磁力計
[0030] 11、21、120、220、320 ;可動質量塊
[0031] 12、22;旋轉梁
[0032] 13;導電線圈
[0033] 14、24;感測電極
[0034] 15、25、110、210、310 ;基板
[00巧]20 ;Z軸微機電加速計[003引 23;固定座
[0037] 30 ;支撐盤
[0038] 31 ;第一可動結構
[00測 3化；第一質量塊
[0040] 3la、32a、262 ;彈黃
[0041] 32;第二可動結構
[004引32b;第二質量塊
[0043] 33;輸入電極
[0044] 34;電性接地電極
[0045] 35、36;共用電極
[004引 37 ;第一感測電極
[0047] 38;第二感測電極
[0048] 100、200、300、300'、400、500 ;微機電裝置
[0049] 111、211、311 :電極
[0050] 130、270、370 ;第一絕緣層
[0051] 121、221、321 ;第一P型半導體層
[0052] 122、222、322 ;第一N型半導體層
[0053] 123、223、323 ;第一PN界面
[0054] 140、230、330 ;第一導電層
[00巧]140a、230a、330a;第一端
[0056] 140b、230b、330b;第二端
[0057] 240、340、350、340，、350,；第一固定座
[0058] 240a、340a，；第一外固定座
[0059] 240b、340b' ；第一內固定座
[0060] 241、341' ；第一溝槽
[0061] 242、342 ;第一導電柱
[0062] 250、350;固定座
[0063] 250a、350a;外固定座
[0064] 250b、350b:內固定座
[0065] 25U351 ;溝槽
[00