TW201434734A - 訊號增強裝置與訊號增強方法 - Google Patents

Abstract

一種應用於微機電之訊號增強裝置與訊號增強的方法。訊號增強裝置包括一基板、一氧化層、及一訊號傳輸層。基板具有一摻雜區，且摻雜區具有複數個導電載子，此複數個導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同。氧化層位於基板上。訊號傳輸層位於氧化層上，此訊號傳輸層可用以接收並增強電子訊號。

Description

訊號增強裝置與訊號增強方法

本發明係關於一種應用於微機電之訊號增強裝置與訊號增強的方法，特別是一種可隔絕電子訊號損耗之路徑的訊號增強裝置與訊號增強的方法。

在半導體製程中，大多數的元件製作皆自金屬層與氧化層的連續製程而來。其中，微機電(Micro-Electro-Mechanical-System，以下簡稱MEMS)元件為一種常見且使用金屬層與氧化層相互堆疊形成的半導體元件。以半導體製程製作的MEMS元件其最大的優點為整合特殊用途積體電路(Application-Specific Integrated Circuit,ASIC)與MEMS於同一平面，省去了複雜的封裝方式，但最主要的難題即為存在於MEMS元件與周邊結構材料之間的寄生效應。

在MEMS元件的製程中，要考量的不只有機械結構，必須也將機械結構轉換成為電子電路模型，而後再與ASIC結合的結構作為整體的衡量，以達到單晶片系統之目的。但是MEMS元件大多選擇矽材料作為基板，以將MEMS元件建構於矽基板之上方，故當電子訊號傳遞於MEMS元件時，MEMS元件與矽基板之間就會產生寄生電容的效應，導致有機會使部分比例的電子訊號流失至矽基板，也就是常見的訊號損失(Loss)。

一般而言，目前各種已用於習知技術中之MEMS元件大多具有矽基板之寄生電容的效應，其造成傳遞於MEMS元件中的電子訊號之強度衰減，使得電子訊號的輸出功率降低，同時也增加了後續的訊號處理電路之複雜度。

本發明提供一種訊號增強裝置與訊號增強方法，藉以隔絕電子訊號損耗的路徑，並增強電子訊號的強度與輸出功率。

根據本發明之一實施例，一種訊號增強裝置適於一微機電裝置，此訊號增強裝置包括一基板、一氧化層、及一訊號傳輸層。基板具有一摻雜區，且摻雜區具有複數個導電載子，此複數個導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同。氧化層位於基板上。訊號傳輸層位於氧化層上，且訊號傳輸層用以接收並增強此電子訊號。

根據本發明之一實施例，一種訊號增強方法適於一微機電裝置，此訊號增強方法包括下列步驟。將複數個摻雜原子植入一基板，以致使此基板上形成一摻雜區，且此摻雜區具有複數個導電載子，此複數個導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同。接著，形成一氧化層於基板上以及形成一訊號傳輸層於氧化層上，且訊號傳輸層用以接收並增強此電子訊號。

本發明所提供的訊號增強裝置與訊號增強方法，藉由將摻雜原子植入於基板，以致使基板表面形成摻雜區，並藉由摻雜區中的導電載子與訊號傳輸層中的電子訊號彼此之間的相同電荷極性，來達成同電相斥。如此一來，可有效隔絕電子訊號損耗的路徑，並進而增強電子訊號的 強度，以增加電子訊號的輸出功率，亦同時降低了訊號處理電路之複雜度。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

100‧‧‧訊號增強裝置

110‧‧‧基板

111‧‧‧摻雜區

112‧‧‧摻雜原子

120‧‧‧氧化層

130‧‧‧訊號傳輸層

132‧‧‧質量塊

134‧‧‧懸臂

第1A圖係為本發明之訊號增強裝置的示意圖。

第1B圖係為第1A圖之寄生等效電路的示意圖。

第2圖係為本發明之訊號增強方法的步驟流程圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照『第1A圖』，係為根據本發明之一實施例之訊號增強裝置的示意圖。本實施例之訊號增強裝置100適於一微機電裝置，例如可適於麥克風、壓力計、高度計、流量計、或是觸覺感測器，亦即可透過此訊號增強裝置100以作為微機電裝置的元件結構。此訊號增強裝置100包括一基板110、一氧化層120、及一訊號傳輸層130。

基板110具有一摻雜區111，且摻雜區111具有複數個導電載子，此複數個導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同。在 本實施例中，摻雜區111包括複數個摻雜原子112，且這些摻雜原子112例如可為五族元素或是三族元素。此外，這些對應之導電載子例如可為電子或是電洞，亦即若摻雜區111中的摻雜原子112為三族元素，可使這些導電載子為電洞。相反而言，若摻雜區111中的摻雜原子112為五族元素，則可使這些導電載子為電子。

在本實施例中，基板110例如可為P型矽基板，但不以此為限，基板110亦可為N型矽基板。此外，氧化層120位於基板110上，此氧化層120例如可藉由薄膜沉積的製程方式，來形成於基板110上。訊號傳輸層130則位於氧化層120上，且訊號傳輸層130用以接收並增強前述之電子訊號。

進一步來說，訊號傳輸層130包括一質量塊132與複數個懸臂134，這些懸臂134係耦接於質量塊132，且前述之電子訊號係經由質量塊132而傳遞至這些懸臂134。其中，質量塊132的材料例如可為多晶矽，而懸臂134的材料例如可為金屬。但本實施例不限於此，質量塊132亦可使用其他熱膨脹係數小的材料來實施，而懸臂134亦可使用其他類似金屬的材料來實施。

舉例來說，可藉由例如離子佈植機或是雜質擴散機，以將五族元素的摻雜原子112植入此摻雜區111。但本實施例不限於此，此摻雜區111的製作亦可使用其他類似可做摻雜製程的機台來實施。由於五族元素的摻雜原子112具有多數載子為電子的特性，可使摻雜區111的導電載子為電子並使電荷極性為負。同時，將位於前述之訊號傳輸層130中的電子訊號利用電路設計的方式，以使電子訊號帶有負電的電荷極性，可致使此 電子訊號與基板110彼此之間產生同電相斥的現象，以進而使電子訊號只傳遞於訊號傳輸層130中。

藉由上述之具有摻雜區111的訊號增強裝置100，可避免位於基板110與訊號傳輸層130之間的氧化層120產生寄生電容，並可進而防止電子訊號流失至基板110而造成訊號損失，以達成增強電子訊號的強度。

請接著參照『第1B圖』，係為根據『第1A圖』之寄生等效電路的示意圖。基板110例如可等效為寄生電阻R1與寄生電容C1。氧化層120例如可等效為寄生電容C2。訊號傳輸層130例如可等效為寄生電阻R2、寄生電阻R3、及寄生電容C3。其中，寄生電阻R2由質量塊132所形成，而寄生電阻R3則由複數個懸臂134所形成。此外，各寄生電阻R1、R2、R3與各寄生電容C1、C2、C3的耦接關係，可參考如『第1B圖』所示，故在此不再贅述。

進一步來說，此訊號增強裝置100例如可使電子訊號於訊號傳輸層130中進行傳輸，而避免電子訊號流向基板110。亦即，此電子訊號的傳遞路徑為經由寄生電阻R2、寄生電容C3、寄生電阻R3傳遞至輸出端，而電子訊號並不會經由寄生電容C2、寄生電阻1R1與寄生電容C1、寄生電阻R1與寄生電容C1、寄生電容C2傳遞至輸出端。如此一來，可有效防止訊號傳遞損失，並增強電子訊號的強度與輸出功率。

請接著參照『第2圖』，係為根據本發明之一實施例之訊號增強方法的步驟流程圖。首先，將複數個摻雜原子112植入一基板110，以致使基板110上形成一摻雜區111(步驟S210)。在本實施例中，此基板110例如可為矽基板。另一方面，可藉由例如一植入裝置以將這些摻雜原子112 植入於基板110中。其中，前述之植入裝置例如可為離子佈植機或是雜質擴散機，但本實施例不限於此，植入裝置亦可使用其他類似可做摻雜製程的機台來實施。

此外，摻雜區111具有複數個導電載子，這些導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同。在本實施例中，前述之摻雜原子112例如可為五族元素或是三族元素，而對應之導電載子例如可為電子或是電洞。亦即若摻雜區111中的摻雜原子112為三族元素，可使這些導電載子為電洞。相反而言，若摻雜區111中的摻雜原子112為五族元素，則可使這些導電載子為電子。

接著，形成一氧化層120於前述之基板110上，此氧化層120例如可藉由薄膜沉積的製程方式，來形成於基板110上(步驟S220)。最後，形成一訊號傳輸層130於氧化層120上，且此訊號傳輸層130用以接收並增強前述之電子訊號(步驟S230)。在本實施例中，訊號傳輸層130包括一質量塊132與複數個懸臂134，這些懸臂134係耦接於質量塊132，且前述之電子訊號係經由質量塊132而傳遞至這些懸臂134。其中，質量塊132的材料例如可為多晶矽，而懸臂134的材料例如可為金屬。但本實施例不限於此，質量塊132亦可使用其他熱膨脹係數小的材料來實施，而懸臂134亦可使用其他類似金屬的材料來實施。

藉由上述之訊號增強的方法，可避免位於基板110與訊號傳輸層130之間的氧化層120產生寄生電容，並可進而防止電子訊號流失至基板110而造成訊號損失，以達成增強電子訊號的強度。

綜上所述，本發明之實施例所揭露的訊號增強裝置與訊號 增強方法，藉由將摻雜原子植入於基板，以致使基板表面形成摻雜區，並藉由摻雜區中的導電載子與訊號傳輸層中的電子訊號彼此之間的相同電荷極性，來達成同電相斥。如此一來，可有效隔絕電子訊號損耗的路徑，並進而增強電子訊號的強度，以增加電子訊號的輸出功率，亦同時降低了訊號處理電路之複雜度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100‧‧‧訊號增強裝置

110‧‧‧基板

111‧‧‧摻雜區

112‧‧‧摻雜原子

120‧‧‧氧化層

130‧‧‧訊號傳輸層

132‧‧‧質量塊

134‧‧‧懸臂

Claims (10)

1. 一種訊號增強裝置，適於一微機電裝置，該訊號增強裝置包括：一基板，具有一摻雜區，該摻雜區具有複數個導電載子，該些導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同；一氧化層，位於該基板上；以及一訊號傳輸層，位於該氧化層上，該訊號傳輸層用以接收並增強該電子訊號。
2. 如請求項1所述之訊號增強裝置，其中該訊號傳輸層包括一質量塊與複數個懸臂，該些懸臂係耦接於該質量塊，且該電子訊號係經由該質量塊而傳遞至該些懸臂。
3. 如請求項2所述之訊號增強裝置，其中該質量塊的材料為多晶矽，該些懸臂的材料為金屬。
4. 如請求項1所述之訊號增強裝置，其中該摻雜區包括複數個摻雜原子，該些摻雜原子為五族元素或是三族元素。
5. 如請求項1所述之訊號增強裝置，其中該些導電載子為電子或是電洞。
6. 一種訊號增強方法，適於一微機電裝置，該訊號增強方法包括下列步驟：將複數個摻雜原子植入一基板，以致使該基板上形成一摻雜區，其中該摻雜區具有複數個導電載子，該些導電載子的電荷極性係與一電子訊號的電荷極性相同；形成一氧化層於該基板上；以及形成一訊號傳輸層於該氧化層上，該訊號傳輸層用以接收並增強該 電子訊號。
7. 如請求項6所述之訊號增強方法，其中該訊號傳輸層包括一質量塊與複數個懸臂，該些懸臂係耦接於該質量塊，且該電子訊號係經由該質量塊而傳遞至該些懸臂。
8. 如請求項7所述之訊號增強方法，其中該質量塊的材料為多晶矽，該些懸臂的材料為金屬。
9. 如請求項6所述之訊號增強方法，其中該些摻雜原子為五族元素或是三族元素。
10. 如請求項6所述之訊號增強方法，其中該些導電載子為電子或是電洞。