台湾专利TW201310734A 包含一金屬實證質量及一壓電組件之微電機系統裝置

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本發明提供用於電機裝置之系統、設備及裝置及製造方法。在一實施方案中，一設備包含作為一MEMS裝置之部分之一金屬實證質量及一壓電組件。此設備可對MEMS陀螺儀裝置尤其有用。例如，可具有為矽之密度的若干倍之一密度之該金屬實證質量能夠減小一MEMS陀螺儀裝置中之正交及偏移誤差，且能夠增加該MEMS陀螺儀裝置之靈敏度。
公开号:TW201310734A
申请号:TW101108741
申请日:2012-03-14
公开日:2013-03-01
发明作者:Justin Phelps Black；Srinivasan Kodaganallur Ganapathi；Philip Jason Stephanou；Kurt Edward Petersen；Cenk Acar；Ravindra Vaman Shenoy；Nicholas Ian Buchan
申请人:Qualcomm Mems Technologies Inc；
IPC主号:H01L41-00

专利说明:
包含一金屬實證質量及一壓電組件之微電機系統裝置
本發明係關於電機系統裝置，且更特定言之係關於包含一金屬實證質量之微電機系統裝置。
本發明主張在2011年3月15日申請之標題為「MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM DEVICE INCLUDING A METAL PROOF MASS AND A PIEZOELECTRIC COMPONENT」且讓渡給其受讓人之美國專利申請案第13/048,798號之優先權。先前申請案之揭示內容被視為本發明之部分且以引用方式併入本發明中。
電機系統包含具有電元件及機械元件、致動器、傳感器、感測器、光學組件(例如，鏡子)及電子器件之裝置。電機系統可以多種尺度製造，包含(但不限於)微尺度及奈米尺度。例如，微電機系統(MEMS)裝置可包含具有在約1微米至數百微米或更大之範圍內之大小之結構。奈米電機系統(NEMS)裝置可包含具有小於一微米之大小(包含例如小於數百奈米之大小)之結構。可使用沈積、蝕刻、微影術及/或蝕除基板及/或經沈積材料層之部分或添加層之其他微機械加工方法產生電機元件以形成電裝置及電機裝置。
一種類型的電機系統裝置稱為干涉量測調變器(IMOD)。如本文使用，術語干涉量測調變器或干涉量測光調變器指代使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射光之一裝置。在一些實施方案中，一干涉量測調變器可包含一對導電板，該對導電板之一者或兩者可為全部或部分透明及/或具反射性且能夠在施加一適當電信號之後相對運動。在一實施方案中，一板可包含沈積於一基板上之一靜止層，且另一板可包含藉由一氣隙與該靜止層分離之一反射膜。一板相對於另一板之位置可改變入射在該干涉量測調變器上之光之光學干涉。干涉量測調變器裝置具有廣泛的應用，且預期用於改良現有產品及產生新產品，尤其係具有顯示能力之產品。
一些MEMS裝置經組態以感測線性加速(例如，一加速度計)或旋轉加速(例如，一陀螺儀)。此等MEMS裝置依賴於一實證質量(其係MEMS裝置之部分)對線性或旋轉加速之回應。相比於具有一小質量之一實證質量，具有一大質量之一實證質量通常將在MEMS裝置中產生一較大回應。
本發明之系統、方法及裝置各具有若干發明態樣，該若干發明態樣之單單一者不單獨作為本文揭示之所要屬性。
本文揭示之實施方案涉及一種具有表示一實證質量之一金屬層及經組態以回應於一電場或回應於一機械力之一壓電層之設備。在一些實施方案中，該設備係一電機裝置之部分。在一些實施方案中，該設備係一電機陀螺儀裝置之部分。
在一實施方案中，一設備包含一金屬層。一第一介電質層係佈置在該金屬層上。一第一電極層係佈置在該第一介電質層上。一壓電層係佈置在該第一電極層上。該壓電層經組態以回應於一電場或回應於一機械力。一第二電極層係佈置在該壓電層上。該第一電極層及該第二電極層經組態以跨該壓電層施加一電場或感測藉由該壓電層歸因於該機械力而產生之一電場。一第二介電質層係佈置在該第二電極層上。
在一實施方案中，一電機陀螺儀裝置包含組態為該電機陀螺儀裝置之一驅動組件之一第一設備。該第一設備包含一金屬層。一第一介電質層係佈置在該金屬層上。一第一電極層係佈置在該第一介電質層上。一壓電層係佈置在該第一電極層上。該壓電層經組態以回應於一電場。一第二電極層係佈置在該壓電層上。該第一電極層及該第二電極層經組態以跨該壓電層施加一電場。一第二介電質層係佈置在該第二電極層上。
在一實施方案中，一電機裝置之一設備包含一金屬層。一第一介電質層係佈置在該金屬層上。一第一電極層係佈置在該第一介電質層上。一第一壓電層係佈置在該第一電極層上。該第一壓電層經組態以回應於一機械力。一第二電極層係佈置在該第一壓電層上。該第一電極層及該第二電極層經組態以感測藉由該第一壓電層回應於該機械力而產生之一第一電場。一第二壓電層係佈置在該第二電極層上。該第二壓電層經組態以回應於該機械力。一第三電極層係佈置在該第二壓電層上。該第二電極層及該第三電極層經組態以感測藉由該第二壓電層回應於該機械力而產生之一第二電場。能夠藉由所感測之第一電場與所感測之第二電場之組合而提供一差動信號。一第二介電質層係佈置在該第三電極層上。
在一實施方案中，一方法包含：在一基板上形成一犧牲層；在該犧牲層上形成一第一介電質層；在該第一介電質層上形成一第一電極層；在該第一電極層上形成一壓電層；在該壓電層上形成一第二電極層；在該第二電極層上形成一第二介電質層；及在該第二介電質層上形成一金屬層。
在一實施方案中，一設備包含一電機系統裝置。該電機系統裝置包含一第一介電質層。一第一電極層係佈置在該第一介電質層上。一壓電層係佈置在該第一電極層上。該壓電層經組態以回應於一電場或一機械力之至少一者。一第二電極層係佈置在該壓電層上。該第一電極層及該第二電極層經組態以跨該壓電層施加一電場或感測藉由該壓電層歸因於該機械力而產生之一電場。一第二介電質層係佈置在該第二電極層上。一金屬層係佈置在該第二介電質層上。
在隨附圖式及下文描述中闡述本說明書中描述之標的之一或多個實施方案之細節。自描述、圖式及申請專利範圍將明白其他特徵、態樣及優點。注意，下列圖式之相對尺寸可不按比例繪製。
所包含之圖式係為闡釋性目的且僅用以提供用於電機系統裝置(其等包含包含一金屬實證質量及一電壓組件之機構)之所揭示製程、設備及系統之可能結構及製程步驟之實例。
在各種圖式中，相似的參考數字及符號指示相似元件。
下列詳細描述係關於用於描述發明態樣之目的之某些實施方案。然而，本文中的教示可以許多不同方式應用。所描述之實施方案可在經組態以顯示無論係動態(例如，視訊)或靜態(例如，靜止影像)及無論係文字、圖形或圖像之一影像之任何裝置中實施。更特定言之，預期該等實施方案可在多種電子裝置中實施或與多種電子裝置相關聯，該等電子裝置諸如(但不限於)：行動電話、啟用多媒體網際網路之蜂巢式行動電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧型手機、藍芽裝置、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、掌上型或可攜式電腦、小筆電、筆記型電腦、智慧型筆電、平板電腦、印表機、影印機、掃描儀、傳真裝置、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、攝錄影機、遊戲主控台、腕錶、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子書閱讀器)、電腦監視器、汽車顯示器(例如，里程表顯示器等等)、駕駛艙控制器件及/或顯示器、攝影機取景顯示器(例如，車輛中之一後視攝影機之顯示器)、電子相冊、電子廣告牌或標牌、投影儀、建築結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、卡帶錄攝影機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、可攜式記憶體晶片、洗衣器、乾衣器、洗衣器/乾衣器、停車計時器、包裝(例如，MEMS及非MEMS)、美學結構(例如，一件珠寶上之影像顯示器)及多種電機系統裝置。本文中的教示亦可用於非顯示器應用中，諸如(但不限於)電子切換裝置、射頻濾波器、感測器、加速度計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、消費型電子器件之慣性組件、消費型電子器件產品之零件、變容二極體、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、製造程序、電子測試設備。因此，該等教示不旨在限於僅在圖式中描繪之實施方案、而是如一般技術者將容易明白般具有廣泛適用性。
本文揭示的係MEMS裝置之機構及形成MEMS裝置之機構之方法。在一些實施方案中，構成一機構之材料層包含用作為一實證質量之一金屬層及一壓電層。該壓電層可夾置在兩個電極之間，且該等電極可藉由介電質層而與除該壓電層外之層絕緣。例如，一些實施方案包含一金屬層、佈置於該金屬層上之一第一介電質層、佈置於該第一介電質層上之一第一電極層、佈置於該第一電極層上之一壓電層、佈置於該壓電層上之一第二電極層及佈置於該第二電極層上之一第二介電質層。該壓電層可經組態以回應於一電場或回應於一機械力。該第一電極層及該第二電極層可經組態以跨該壓電層施加一電場或感測藉由該壓電層歸因於該機械力而產生之一電場。可在電機陀螺儀及加速度計裝置中使用此等機構(例如)作為感測及/或驅動組件。
可實施本發明中描述之標的之特定實施方案以實現下列潛在優點之一或多者。使用一金屬實證質量來代替(例如)矽實證質量可減小誤差並增加一些MEMS裝置之靈敏度。用於實證質量之金屬可具有為矽之密度的若干倍之一密度，從而導致一更大實證質量。如本文描述，此等金屬實證質量可產生一較大輸出且因此增強MEMS裝置(諸如陀螺儀)之效能。與其他材料/技術相比，用作為一MEMS裝置中之一致動器或驅動組件之一壓電材料使用一較低驅動電壓且提供線性轉導。壓電材料亦可回應於一機械力而展現一廣泛動態範圍之輸出信號。如本文描述，使用壓電材料作為MEMS裝置中之感測器或感測組件可導致MEMS裝置之增加靈敏度、較低雜訊且較低成本。
如上所述，採用一實證質量之一MEMS裝置係一陀螺儀。一種類型的MEMS陀螺儀係一振動結構陀螺儀，亦稱為一柯氏(Coriolis)振動陀螺儀。一振動結構陀螺儀根據以下物理原理而操作：即使在旋轉一振動物件(例如，一實證質量)之支撐結構時，該振動物件亦趨向於使振動保持在相同平面中。當旋轉其中實證質量正振盪之平面時，此平面趨向於保持固定，從而導致該實證質量相對該支撐結構之平面外運動。此平面外運動係歸因於運動方程式中之柯氏項(即，柯氏力)。藉由用一傳感器量測該實證質量之平面外運動之量值而判定旋轉之角速率。柯氏力係與實證質量之質量成比例且與該實證質量振動之振幅及頻率成比例。
圖1A及1B展示圖解說明包含一MEMS裝置之一顯示裝置之系統方塊圖之實例，該MEMS裝置具有包含一金屬實證質量及一壓電組件之一機構。在一些實施方案中，該MEMS裝置係一MEMS陀螺儀裝置。然而，顯示裝置40之相同組件或其輕微變體亦係對各種類型的顯示裝置(諸如，電視、電子書閱讀器及可攜式媒體播放器)之闡釋。
該顯示裝置40包含一外殼41、一顯示器30、一天線43、一揚聲器45、一輸入裝置48及一麥克風46。該外殼41可由多種製造程序(包含射出成型及真空成形)之任一者形成。此外，該外殼41可由多種材料(包含(但不限於)：塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其等之組合)之任一者製成。該外殼41可包含可移除部分(未展示)，該可移除部分可與不同色彩或含有不同標誌、圖像或符號之其他可移除部分互換。
如本文描述，該顯示器30可為多種顯示器之任一者，包含一雙穩態或類比顯示器。該顯示器30亦可經組態以包含一平板顯示器(諸如，電漿、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或一非平板顯示器(諸如，一CRT或其他顯像管裝置)。此外，如本文描述，該顯示器30可包含一干涉量測調變器顯示器。
圖1B中示意地圖解說明該顯示裝置40之組件。該顯示裝置40包含一外殼41且可包含至少部分圍封在該外殼41中之額外組件。例如，該顯示裝置40包含一網路介面27，該網路介面27包含耦合至一收發器47之一天線43。該收發器46係連接至一處理器21，該處理器21係連接至調節硬體52。該調節硬體52可經組態以調節一信號(例如，過濾一信號)。該調節硬體52係連接至一揚聲器45及一麥克風46。該處理器21亦係連接至一輸入裝置48及一驅動器控制器29。該驅動器控制器29係耦合至一圖框緩衝器28及一陣列驅動器22，該陣列驅動器22繼而耦合至一顯示陣列30。一電源供應器50可將電力提供至如特定顯示裝置40設計所需之所有組件。
該網路介面27包含該天線43及該收發器47，使得該顯示裝置40可經由一網路與一或多個裝置通信。該網路介面27亦可具有一些處理能力以舒解(例如)該處理器21之資料處理要求。該天線43可發射並接收信號。在一些實施方案中，該天線43根據IEEE 16.11標準(包含IEEE 16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11標準(包含IEEE 802.11a、b、g或n)發射及接收射頻(RF)信號。在一些其他實施方案中，該天線43根據藍芽(BLUETOOTH)標準發射及接收RF信號。在一蜂巢式電話之情況中，該天線43經設計以接收分碼多重存取(CDMA)、分頻多重存取(FDMA)、分時多重存取(TDMA)、全球行動通信系統(GSM)、GSM/通用封包無線電服務(GPRS)、增強型資料GSM環境(EDGE)、陸地中繼無線電(TETRA)、寬頻CDMA(W-CDMA)、演進資料最佳化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速封包存取(HSPA)、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、高速上行鏈路封包存取(HSUPA)、演進型高速封包存取(HSPA+)、長期演進技術(LTE)、AMPS或用以在一無線網路(諸如利用3G或4G技術之一系統)內通信之其他已知信號。該收發器47可預處理自該天線43接收之信號，使得該處理器21可接收並進一步操縱信號。該收發器47亦可處理自該處理器21接收之信號，使得該等信號可經由該天線43自該顯示裝置40發射。
在一些實施方案中，收發器47可由一接收器取代。此外，網路介面27可由一影像源取代，該影像源可儲存或產生待發送至處理器21之影像資料。處理器21可控制顯示裝置40之總體操作。處理器21接收資料(諸如來自該網路介面27或一影像源之壓縮影像資料)並將資料處理為原始影像資料或易於處理為原始影像資料之一格式。處理器21可將經處理之資料發送至驅動器控制器29或圖框緩衝器28以進行儲存。原始資料通常指代識別一影像內之每一位置處之影像特性之資訊。例如，此等影像特性可包含色彩、飽和度及灰階度。
處理器21可包含用以控制顯示裝置40之操作之一微控制器、CPU或邏輯單元。調節硬體52可包含用於將信號發射至揚聲器45及用於自麥克風46接收信號之放大器及濾波器。該調節硬體52可為顯示裝置40內之離散組件，或可併入處理器21或其他組件內。
驅動器控制器29可直接自處理器21或自圖框緩衝器28取得由處理器21產生之原始影像資料且可適當地重新格式化原始影像資料以使其高速發射至陣列驅動器22。在一些實施方案中，該驅動器控制器29可將該原始影像資料重新格式化為具有類光柵格式之一資料流，使得該原始影像資料具有適合跨顯示陣列30掃描之一時序。接著，該驅動器控制器29將經格式化之資訊發送至該陣列驅動器22。雖然一驅動器控制器29(諸如一LCD控制器)通常係作為一獨立積體電路(IC)而與系統處理器21相關聯，但是此等控制器可以許多方式實施。例如，控制器可作為硬體嵌入於處理器21中、作為軟體嵌入於處理器21中或與陣列驅動器22完全整合於硬體中。
陣列驅動器22可自該驅動器控制器29接收經格式化之資訊且可將視訊資料重新格式化為一組平行波形，該組平行波形係每秒多次地施加至來自顯示器之x-y像素矩陣之數百及有時數千個(或更多)引線。
在一些實施方案中，驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30係適合本文描述之任何類型的顯示器。例如，該驅動器控制器29可為一習知顯示控制器或一雙穩態顯示控制器(例如，一IMOD控制器)。此外，該陣列驅動器22可為一習知驅動器或一雙穩態顯示驅動器(例如，一IMOD顯示驅動器)。此外，該顯示陣列30可為一習知顯示陣列或一雙穩態顯示陣列(例如，包含一IMOD陣列之一顯示器)。在一些實施方案中，該驅動器控制器29可與該陣列驅動器22整合。此一實施方案在高度整合系統(諸如蜂巢式電話、手錶及其他小面積顯示器)中較為常見。
在一些實施方案中，輸入裝置48可經組態以容許(例如)一使用者控制顯示裝置40之操作。該輸入裝置48可包含一小鍵盤(諸如一QWERTY鍵盤或一電話小鍵盤)、一按鈕、一開關、一搖桿、一觸敏螢幕或一壓敏膜或熱敏膜。麥克風46可組態為顯示裝置40之一輸入裝置。在一些實施方案中，透過該麥克風46之語音命令可用於控制該顯示裝置40之操作。
該電源供應器50可包含如此項技術中熟知的多種能量儲存裝置。例如，該電源供應器50可為一可充電電池，諸如一鎳鎘電池或一鋰離子電池。該電源供應器50亦可為一可再生能源、一電容器或一太陽能電池(包含一塑膠太陽能電池或一太陽能電池漆)。該電源供應器50亦可經組態以自一壁式插座接收電力。
在一些實施方案中，控制可程式化性駐留在可位於電子顯示系統中之若干位置中之驅動器控制器29中。在一些其他實施方案中，控制可程式化性駐留在陣列驅動器22中。可在任何數目個硬體及/或軟體組件及各種組態中實施上述最佳化。
圖2A及圖2B展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之橫截面視圖之實例。機構201包含以如圖2A中圖解說明之順序堆疊之一金屬層202、一第一介電質層204、一第一電極層206、一壓電層208、一第二電極層210及一第二介電質層212。該第一介電質層204係佈置於金屬層202之頂部上。該第一電極層206係佈置於該第一介電質層204之頂部上。該壓電層208係佈置於該第一電極層206之頂部上。該第二電極層210係佈置於該壓電層208之頂部上。該第二介電質層212係佈置於該第二電極層210之頂部上。在一些實施方案中，該金屬層202之厚度大於該第一介電質層204、該第一電極層206、該壓電層208、該第二電極層210及該第二介電質層212之組合厚度。在該金屬層202之厚度大於其他層之組合厚度之情況下，在一些實施方案中，密度大於該等其他層之金屬層202提供具有一相對較大質量之一實證質量。在一些實施方案中，厚金屬層202亦形成一高品質因數(即，Q因數)諧振器之部分。高品質因數諧振器在一較小範圍的頻率下振盪且比低品質因數諧振器更穩定。
在一些實施方案中，該金屬層覆蓋約1.5毫米×1.5毫米或更小之一面積。該金屬層可為一正方形、矩形、多邊形或其他形狀。作為一MEMS裝置之機構201之部分之金屬層之區域可為該金屬層202之整個區域之一部分。作為該機構201之部分之金屬層202之區域係藉由下文描述之製造程序定義。
金屬層202用作為一MEMS裝置(諸如一加速度計或陀螺儀)之一實證質量。金屬層202可包含若干不同金屬之一或多者或其等之組合。當具有金屬層之一MEMS裝置中之一組件之部分振動或以其他方式運動時，金屬層202包含具有適當機械性質(例如、模數、屈服強度、抗疲勞性、機械黏性及蠕變抗性)之一金屬，使其並不以將干涉MEMS裝置之操作之一方式而屈服、破裂或變形。例如，在各種實施方案中，該金屬層之金屬為鎳、鎳與錳之一合金或鎳與鈷之一合金。在一些實施方案中，歸因於鎳合金之更佳機械性質而使用該鎳合金來代替鎳。鎳及基於鎳之合金具有為矽之密度的若干倍之一密度；此等合金之一金屬實證質量在小於將藉由相同質量的矽之一實證質量佔據之一體積中提供一大質量。在一些實施方案中，該金屬層包含鋁或銅。其他金屬亦可用於該金屬層。更高密度金屬提供具有更少金屬之一更大實證質量。在一些實施方案中，該金屬層具有在約5微米至25微米之範圍中之一厚度。在一些其他實施方案中，該金屬層具有大於約5微米之一厚度。
金屬層202之頂部上之第一介電質層204用作為一絕緣體。第二電極層210之頂部上之第二介電質層212亦用作為一絕緣體。該等介電質層可包含若干不同材料及其等之組合。例如，在各種實施方案中，該等介電質層為氧化物，包含氧化矽、低應力氮化物或任何其他適當材料。在一些實施方案中，該第一介電質層及該第二介電質層之各者之厚度係在約100奈米至300奈米之範圍中。
如下文關於圖3描述，該第一電極層206及該第二電極層210用以跨該壓電層208施加一電場或感測藉由該壓電層208產生之一電場。當該機構201係一MEMS陀螺儀裝置之一壓電驅動組件之部分時，該第一電極層206及該第二電極層210用以跨該壓電層208施加一電場。該驅動組件係引起實證質量振動之組件。當該機構201係一MEMS陀螺儀裝置之一壓電感測組件之部分時，該第一電極層206及該第二電極層210用以量測藉由該壓電層208產生之一電場。該感測組件係量測MEMS裝置中之實證質量之平面外運動之組件。用於施加一電場及感測一電場二者之第一電極層206及第二電極層210之組態在一些實施方案中係類似的。
在一MEMS裝置中之機構201之一些實施方案中，一單一金屬層具有充當一驅動組件之兩個相關聯電極層及一壓電層以及充當一感測組件之兩個額外相關聯電極層及一額外壓電層。例如，一些實施方案可包含具有一大表面積之一金屬層202。在該金屬層202之某些區域上，可存在包含如圖2A中所示充當驅動組件之層204至212之機構。在該金屬層之其他區域上，可進一步存在包含如圖2A中所示充當感測組件之層204至212之機構。例如，一金屬層可包含佈置於該金屬層之相同側上充當驅動組件之多個機構及充當感測組件之多個機構。作為另一實例，一金屬層可包含佈置於該金屬層之一側上充當驅動組件之多個機構及佈置於該金屬層之另一側上充當感測組件之多個機構。
在一MEMS裝置中之機構201之一些其他實施方案中，一第一金屬層具有如圖2A中所示充當一驅動組件之兩個相關聯電極層206及210以及一壓電層208。該MEMS裝置亦包含一第二金屬層，該第二金屬層具有如圖2A中所示充當一感測組件之兩個相關聯電極層206及210以及一壓電層208。該第一金屬層及該第二金屬層可並排定位於該MEMS裝置中之相同平面中。在此實施方案中，在第一金屬層及第二金屬層並排定位於相同平面中之情況下，該第一金屬層與該第二金屬層可用機械撓曲件耦合在一起。例如，一機械撓曲件可使該第一金屬層之一邊緣連接至該第二金屬層之一邊緣。在一些實施方案中，該機械撓曲件係可彈性變形使得一MEMS裝置中之兩個金屬層可在第一金屬層及第二金屬層之平面內及在第一金屬層及第二金屬層之平面外彼此相對移動之一材料樑。該機械撓曲件之厚度可與該第一金屬層或該第二金屬層相同，且可為與該第一金屬層或該第二金屬層相同之金屬。
在作為一感測組件之部分之一機構之一些實施方案中，電極206及210以及壓電層208可定位於一MEMS裝置之一區域(其中期望於壓電層中產生一大的應變)中。此一區域可為(例如)一樑。壓電層中之一大應變將產生將由電極量測之一大電場。在一些實施方案中，壓電層具有錐形尺寸以在該壓電層中提供均勻應力分佈。
在作為一驅動組件之部分之一機構之一些實施方案中，電極206及210以及壓電層208可定位於一MEMS裝置中之一機械懸架內之樑上。該等電極及該壓電層可經定位使得該壓電層可產生引起實證質量振動之一大的力矩臂。
在一些實施方案中，可改變一MEMS裝置中之實證質量或諸實證質量之厚度以增加輸出信號之振幅。例如，作為一MEMS裝置中之一驅動組件之部分之一機構可具有比作為一感測組件之部分之一機構厚之一金屬層，以增加該MEMS裝置對線性加速或角旋轉之回應。
第一電極層206及第二電極層210可包含若干不同金屬之一或多者或其等之組合。例如，在各種實施方案中，該等電極層係釕、鎢、鉑、鉬、鋁、鈦及/或金。在一些實施方案中，該第一電極層206及該第二電極層210之各者之厚度係在約100奈米至300奈米之範圍中。
壓電層208可包含若干不同壓電材料。例如，在各種實施方案中，該壓電層208係氮化鋁、鋯鈦酸鉛、砷化鎵及/或氧化鋅。在一些其他實施方案中，將單晶材料(包含石英、鈮酸鋰及/或鉭酸鋰)用於該壓電層208。在其中該壓電層208係氮化鋁之實施方案中，該等電極層可為鉑、鉬、鎢或鋁。該壓電層回應於在該壓電層中產生一應變之一施加機械力而產生一電場。相反，該壓電層回應於一施加電場產生一機械力；即，該壓電層回應於一施加電壓而膨脹及收縮。
在一些實施方案中，該壓電層之厚度係在約0.5微米至3微米之範圍中。再者，在一些實施方案中，一壓電晶種層經晶體定向，且其均方根粗糙度小於約1奈米。該壓電晶種層之一下表面粗糙度產生氮化鋁層中之一高結晶度(其對應於氮化鋁之良好壓電特性)。在一些實施方案中，氮化鋁晶體具有垂直於電極層之其等結晶c軸。在一些其他實施方案中，氮化鋁晶體具有平行於電極層之其等結晶c軸。當機構係一陀螺儀或加速度計MEMS裝置之部分時，壓電層之壓電係數及損耗正切係待考慮之性質。
如下文所述，可藉由使用不同技術形成及/或沈積層來製造本文揭示之機構。例如，在一些實施方案中，製造機構201包含：形成金屬層202；於該金屬層202上形成第一介電質層204；於該第一介電質層204上形成第一電極層206；於該第一電極層206上形成壓電層208；於該壓電層208上形成第二電極層210；及於該第二電極層210上形成第二介電質層212。
圖2B展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之一橫截面視圖之一實例。機構251包含一第一介電質層252、一第一電極層254、一壓電層256、一第二電極層258、一第二介電質層260及一金屬層262。圖2B類似於圖2A，惟與圖2A之機構201相比圖2B之機構251中之諸層之順序顛倒(即，如圖2B中所示，代替金屬層202，介電質層252係在底部上)除外。機構251中之介電質層、電極層、壓電層及金屬層可類似於或相同於機構201中之介電質層、電極層、壓電層及金屬層。可藉由使用不同技術形成及/或沈積該等層來製造本文揭示之機構；下文進一步描述用於形成及/或沈積諸層之不同技術。例如，在一些實施方案中，製造機構251包含：形成第一介電質層252；於該第一介電質層252上形成第一電極層254；於該第一電極層254上形成壓電層256；於該壓電層256上形成第二電極層258；於該第二電極層258上形成第二介電質層260；及於該第二介電質層260上形成金屬層262。
圖2C展示併有圖2B中展示之機構之一MEMS裝置之一俯視圖之一示意圖之一實例。在圖2C中，該MEMS裝置係一MEMS陀螺儀裝置271。該MEMS陀螺儀裝置271包含一金屬層262、兩個下伏驅動機構276及277、兩個下伏感測機構274及275以及兩個下伏錨定機構278及279。下文進一步描述，該金屬層262具有側壁283、285、287及289。該等驅動機構276及277以及該等感測機構274及275皆包含機構251。歸因於藉由該兩個驅動機構276及277之壓電層產生之機械力，該金屬層262之未藉由錨定機構278及279附接至一下伏基板(圖2D中展示)之部分經組態以在圖2C之頁面之平面中振動。例如，金屬層262之未附接至一下伏基板之部分可在該頁面之平面中左右振動、在該頁面之平面中上下振動或圍繞垂直於該頁面之平面之一軸振動。金屬層262之未藉由該等錨定機構278及279附接至下伏基板之部分亦可經組態以在圖2C之頁面之平面外移動；歸因於由於此平面外運動而於壓電材料中引發之應變，該兩個感測機構274及275之壓電層可產生一電壓。在一些實施方案中，金屬層262係用一機械撓曲件耦合至該等錨定機構278及279。在一些實施方案中，機械撓曲件係可彈性變形使得金屬層262能夠移動或振動之材料樑。機械撓曲件可包含一金屬層或若干金屬層。在一些實施方案中，來自一感測組件或至一驅動組件之電信號可透過錨定進行傳達。在一些其他實施方案中，電信號係透過一打線接合或透過其他繞線方式進行傳達。
在一些實施方案中，一驅動或感測機構在一側上係約幾百微米或更大。一驅動或感測機構可為若干不同形狀，包含(例如)矩形、多邊形或圓錐截面。在一些實施方案中，一驅動或感測機構可符合一MEMS裝置中之一機械懸架之一樑之尺寸且可定位於該樑上。
圖2D展示圖2C之MEMS裝置之一橫截面視圖之一實例。即，圖2D係一MEMS陀螺儀裝置271透過圖2C之線1-1得到之一側視圖。在MEMS陀螺儀裝置271之此視圖中，展示金屬層262、錨定機構278及279、驅動機構276及277以及基板281。驅動機構276及277之各者包含一機構251。為進一步論述MEMS陀螺儀裝置，參見Cenk Acar及Andrei Shkel之「MEMS Vibratory Gyroscopes：Structural Approaches to Improve Robustness」(2008年10月23日，第二版，Springer)，其之全文以引用方式併入本文中。
壓電驅動機構276及277可經設計以激發金屬層262之平面內運動，例如，圖2D之頁面之平面內或平面外運動或圖2D中左至右運動。壓電驅動機構亦可經設計以引發金屬層262之平面外運動，例如，圖2D中上下運動。在壓電驅動機構能夠激發一金屬層之平面內及平面外運動之情況下，可建構y軸MEMS陀螺儀裝置及z軸MEMS陀螺儀裝置兩者。
在一些實施方案中，金屬層262之側壁283及285具有一設定幾何形狀。例如，該等側壁283及285可垂直於基板281。在一些實施方案中，該等側壁283及285係對稱的。即，該等側壁283及285之定向可為彼此之鏡像；例如，當側壁283垂直於基板281時，側壁285亦可垂直於基板281。作為另一實例，當側壁283具有一彎曲表面時，側壁285可具有相同輪廓且為側壁283之一鏡像。金屬層262之側壁287及289可具有類似於側壁283及285之相對定向；即，在一些實施方案中，側壁287及289可垂直於基板281或側壁287及289可對稱(即，側壁287及289之定向可為彼此之鏡像)。在一些實施方案中，指定金屬層262之側壁283、285、287及289之幾何形狀以在MEMS裝置處於操作中時減小正交誤差。如關於圖6描述，可在製造程序中控制該金屬層262之側壁283、285、287及289之幾何形狀。
圖3展示用作為一驅動機構之一壓電層及用作為一感測機構之一壓電層之橫截面視圖之實例。在302中，當在z方向上於該等電極206與210之間施加一電場304時，在x方向上於該壓電層208中產生一應變306。在312中，當歸因於彎曲而在該壓電層208中引發一應變314時，在該等電極206與210之間產生一電場316。應變314表示應變在x方向上之一分量。電場316表示電場之垂直分量。318根據跨壓電層208之厚度之位置指示應變314之量值；接近電極206之應變小於接近電極210之應變。電場分量320指示跨該壓電層208之厚度之電場之垂直分量之振幅；接近電極206之電場小於接近電極210之電場。
圖4展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之一橫截面視圖之一實例。圖4中之機構係貫穿該等層之厚度(即，水平地)對稱。機構401類似於機構201，惟於第二電極層212上佈置用作為一第二實證質量之第二金屬層402除外。該第二金屬層402可包含相同於金屬層202之金屬且可以類似於金屬層202之一方式進行幾何組態。
在一些實施方案中，相較於金屬層202，以一不同方式幾何組態第二金屬層402以：抑制振動之寄生模式；藉由使(若干)實證質量變厚而在一機械撓曲件之樑中提供更多柔度以增加藉由壓電層產生之信號；或藉由使(若干)實證質量變厚而增加至實證質量之動量傳遞。
在其中第二金屬層402具有與金屬層202相同之質量及質量分佈時，機構401實質上關於沿該機構之截面之一中性軸(藉由虛線406指示)對稱。當驅動一MEMS陀螺儀裝置之此一機構以使其振動時，歸因於諸層之對稱性，所得振動運動未促成在一MEMS陀螺儀裝置中將感測為角旋轉之平面外運動。
圖5展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之一橫截面視圖之一實例。機構501包含用作為一實證質量之一金屬層202、一第一介電質層204、一第一電極層206、一第一壓電層208、一第二電極層210、一第二壓電層502、一第三電極層504及一第二介電質層506。該第一介電質層204係佈置於該金屬層202上。該第一電極層206係佈置於該第一介電質層204上。該第一壓電層208係佈置於該第一電極層206上。該第二電極層210係佈置於該第一壓電層208上。該第二壓電層502係佈置於該第二電極層210上。該第三電極層504係佈置於該第二壓電層502上。該第二介電質層506係佈置於該第三電極層504上。該機構501中之額外層(即，該第二壓電層502、該第三電極層504及該第二介電質層506)可類似於或相同於該機構中之其他壓電層、電極層及介電質層。
一壓電材料在拉伸時產生具有一極性之一電場，且在壓縮時產生具有相反極性之一電場。因此，當機構501係一MEMS陀螺儀裝置之一壓電感測組件之部分時，兩個壓電層可經組態以產生一差動信號，從而導致更精確地感測實證質量之平面外運動。例如，在包含該機構501之一MEMS陀螺儀裝置之操作期間，當第一壓電層208處於拉伸狀態時，第二壓電層502可處於壓縮狀態，從而產生一差動信號。
在一些實施方案中，機構501包含用作為一第二實證質量之一第二金屬層512。該第二金屬層512係佈置於該第二介電質層506上。在一些實施方案中，在添加第二金屬層512之情況下，類似於機構401，機構501可貫穿諸層厚度而關於藉由虛線510指示之一中性軸對稱。
機構之進一步實施方案亦係可行的。例如，一機構可包含一金屬層，其中介電質層、電極層及一壓電層係處於該金屬層之頂部及底部上。此一機構可被用作為一裝置(諸如一MEMS裝置)之一感測組件或一驅動組件。在一些實施方案中，此一機構可對稱，且該機構可增加在被組態為一驅動組件時所產生之力，從而導致金屬層之振動之一較大振幅。當被組態為一感測組件時，此一機構可產生一較大電信號。
MEMS裝置可併有本文揭示之任何機構。在一些實施方案中，機構可用作為裝置之一感測組件或一驅動組件。在其中一或多個機構用作為驅動組件之一些實施方案中，一或多個機構亦可用作為感測組件。對於一些MEMS陀螺儀裝置，驅動組件用以驅動實證質量使得該實證質量振動。對於一些MEMS陀螺儀裝置，感測組件用以感測振動實證質量之平面內或平面外運動。例如，一y軸MEMS陀螺儀裝置可具有在平面內驅動實證質量之驅動組件及感測振動實證質量之平面外運動之感測組件。或者，一y軸MEMS陀螺儀裝置可具有在平面外驅動實證質量之驅動組件及感測振動實證質量之平面內運動之感測組件。一z軸MEMS陀螺儀裝置可具有在平面內驅動實證質量之驅動組件及感測振動實證質量之平面內運動之感測組件。
在一些實施方案中，MEMS陀螺儀裝置驅動及感測頻率可偏移幾百赫茲。在MEMS陀螺儀裝置之一些實施方案中，一或多個機構用作為驅動組件且靜電電容器端子用作為感測組件。例如，在一y軸MEMS陀螺儀裝置之一實施方案中，藉由用作為一實證質量之金屬層及該金屬層下方之基板上之一平坦金屬電極形成一靜電電容器端子。在另一實例中，在一z軸MEMS陀螺儀裝置中，藉由該MEMS陀螺儀裝置之周長周圍之側向指叉型或封閉間隙型電容器形成一靜電電容器端子。一般技術者將容易認知此等側向指叉型或封閉間隙型電容器。在使用靜電電容器端子作為感測組件之實施方案中，可藉由以下步驟而在MEMS陀螺儀裝置中偵測角旋轉：使用遠離驅動頻率之一頻率之一載波信號量測電極電容之變化；簡化控制電路。例如，可使用兆赫茲數量級之一頻率之一載波信號量測電極電容之變化。此等靜電傳感器亦可用於主動正交校正，其中一回饋迴路減小耦合至感測圖框之正交信號量。
金屬實證質量可減小本文揭示之MEMS陀螺儀裝置中之正交誤差及偏移誤差二者。金屬實證質量亦可增加一MEMS陀螺儀裝置之靈敏度；在一些實施方案中，實證質量之金屬及金屬合金具有為矽之密度的若干倍之一密度，從而增加針對一給定角旋轉速率之實證質量之平面外運動。
圖6展示描繪形成包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之之一方法之一流程圖之一實例。如下文闡述，方法601包含用於形成圖2B之機構251之操作。注意，方法601之操作可經組合及/或重新配置以形成本文揭示之機構之任一者。亦注意，如下所述之不同層之圖案化及蝕刻可經執行以在一MEMS裝置之不同區域中達成諸層之不同圖案。在一MEMS裝置之一些實施方案中，如上所述，作為一MEMS裝置之機構之部分之金屬層之區域可為由該金屬層覆蓋之整個區域之一部分。介電質層部分用以使電極層絕緣，且電極層部分用以施加一電壓至壓電層或感測來自該壓電層之一電壓。在未包含壓電層之金屬層之部分中，其他層(即，介電質層及電極層)可不與金屬層之此等部分相關聯；使用圖案化及蝕刻操作界定金屬層之部分(其等係一MEMS裝置之一機構之部分)。
在一些實施方案中，該機構係形成於一基板上或與該基板相關聯。在一些實施方案中，該基板係矽晶圓。在進一步實施方案中，該基板係一平板玻璃基板。因為該方法601之操作可在約室溫至400℃之範圍中執行(例如，該方法之程序係在400℃或更低溫度下執行)，所以該方法601可與平板顯示玻璃技術相容。
在方塊602中，於該基板上形成一犧牲層。在該基板上形成該犧牲層之前，可將鉻或金金屬化沈積在該基板上。當將鉻或金金屬化沈積在該基板上時，可將氧化物沈積在該鉻或金金屬化上以覆蓋該鉻或金金屬化。在一些實施方案中，該鉻或金金屬化用作為一些MEMS裝置中之第一電極與第二電極之電接觸點。
在一些實施方案中，一銅層係用作為該犧牲層。該銅層可濺鍍、蒸鍍或電鍍在該基板上。在各種實施方案中，該銅層之厚度係在約0.1微米至20微米之範圍中。在一些實施方案中，一鋁層係用作為該犧牲層。該鋁層可濺鍍或蒸鍍在該基板上。在各種實施方案中，該鋁層之厚度係在約0.1微米至10微米之範圍中。在進一步實施方案中，一鉬層或一非晶矽層係用作為該犧牲層。該鉬層或非晶矽層可濺鍍或蒸鍍在該基板上。在各種實施方案中，該鉬層或非晶矽層之厚度係在約0.1微米至10微米之範圍中。
在一些實施方案中，接著圖案化及蝕刻該犧牲層。可用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之光阻圖案化該犧牲層且接著蝕刻該犧牲層。可用一濕式蝕刻程序使用基於過氧化氫及乙酸之蝕刻劑或使用氨化過硫酸鈉(ammonical sodium persulfate)溶液蝕刻銅。可用一濕式蝕刻程序使用基於鹼之蝕刻劑蝕刻鋁。基於鹼之蝕刻劑包含(例如)氫氧化鉀或氫氧化鈉。可用一乾式反應性蝕刻程序使用基於氟之電漿來蝕刻鉬或非晶矽。
在方塊604中，於該犧牲層上形成第一介電質層252。在一些實施方案中，使用一濺鍍程序、一化學氣相沈積程序、一電漿增強型化學氣相沈積程序或一物理氣相沈積程序形成由氧化物、低應力氮化物或其他適當材料製成之第一介電質層252。在一些其他實施方案中，藉由沈積一矽層及隨後使該層氧化而形成由氧化矽製成之第一介電質層。在一些實施方案中，接著，圖案化及蝕刻該第一介電質層252。在一些實施方案中，可使用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之程序圖案化及蝕刻該第一介電質層。
在方塊606中，於該第一介電質層252上形成第一電極層254。在一些實施方案中，用一濺鍍程序、一電子束蒸鍍程序或一蒸鍍程序形成由釕、鎢、鉑、鉬、鋁、鈦、金或其他適當材料製成之第一電極層254。在一些實施方案中，接著，圖案化及蝕刻該第一電極層254。可使用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之程序圖案化及蝕刻該第一電極層254。
在方塊608中，於該第一電極層254上形成壓電層256。在一些實施方案中，用一反應性離子濺鍍程序或一直流(DC)濺鍍程序形成可包含氮化鋁、鋯鈦酸鉛、砷化鎵、氧化鋅或其他適當材料之壓電層256。當壓電層係氮化鋁時，此等程序之兩者皆能夠在具有正交於基板平面之一001 c軸定向之一層中產生氮化鋁。如上所述，在一些實施方案中，具有此結晶定向在形成具有良好壓電特性之氮化鋁層方面係非常重要的。在一些實施方案中，接著，圖案化及蝕刻該壓電層256。可使用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之程序圖案化及蝕刻該壓電層256。
在一些實施方案中，尤其在將氮化鋁用於該壓電層256時，可期望其上形成壓電層之電極具有一低表面粗糙度。在方法601中，在壓電層係形成於第一電極層上之情況下，此將意謂基板、犧牲層、第一介電質層及第一電極層皆具有低表面粗糙度。為達成此目的，可用產生少量表面粗糙度之程序形成該等層，此係因為該第一電極層之粗糙度將受下伏層影響。
在方塊610中，於該壓電層256上形成第二電極層258。可用類似於用以形成該第一電極層254之程序之一程序形成該第二電極層258。可使用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之程序圖案化及蝕刻第二電極層。
在方塊612中，於該第二電極層258上形成第二介電質層260。可用類似於用以形成該第一介電質層之程序之一程序形成該第二介電質層260。可使用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之程序圖案化及蝕刻該第二介電質層。
在方塊614中，於該第二介電質層260上形成金屬層262。金屬層262可組態為(例如)一電機陀螺儀裝置中之一實證質量。用一電鍍程序或一濺鍍程序形成可包含鎳、鎳與錳之一合金、鎳與鈷之一合金或其他適當金屬之金屬層262。在一些實施方案中，金屬層262及犧牲層具有使得移除該犧牲層(下文所述)並不亦移除該金屬層262之性質。例如，因為用以移除該犧牲層之程序亦可能移除該金屬層之全部或一部分，所以當將銅用於該犧牲層時，不會亦將銅用於該金屬層262。在其中使用一電鍍程序形成金屬層262之一些實施方案中，需要一晶種層。可在第二介電質層上形成該晶種層。在一些實施方案中，在一電鍍程序之前使用一濺鍍程序、一電子束蒸鍍程序或一蒸鍍程序形成該晶種層。
在一些實施方案中，使用一光阻層來界定其上將形成金屬層262之第二介電質層260上之區域。可使用用於微電子製造中之電鍍之光阻。例如，可將KMPR高縱橫比光阻(麻薩諸塞州，牛頓市，MicroChem公司)用於金屬電鍍。可使用KMPR光阻以形成厚度高達約100微米且側壁實質上筆直之一光阻層。KMPR光阻可與各種電鍍化學品相容。作為另一實例，可將SU-8光阻(薩諸塞州，牛頓市，MicroChem公司)用於金屬電鍍。可使用SU-8光阻以形成厚度高達約100微米且側壁實質上筆直之一光阻層。SU-8光阻亦可與各種電鍍化學品相容。作為一進一步實例，可將WBR2050膜類型光阻(德拉瓦州，威爾明頓，DuPont^TM)用於金屬電鍍。WBR2050光阻可層壓在一晶圓或一基板上以形成厚度在約25微米至50微米之範圍中且側壁實質上筆直之一光阻層。
在一些實施方案中，可在該第二介電質層260之表面上形成光阻。在該第二介電質層260之表面上形成光阻之後，可使該光阻在一預曝光烘焙中曝露於一高溫以自該光阻移除過量光阻溶劑。接著，可使該光阻層之部分曝露於一適當強光。該光取決於該光阻是否係一正光阻或一負光阻而影響該光阻。在一正光阻之情況中，可在一顯影溶液中溶解該光阻之曝露部分。相反，在一負光阻之情況中，可在一顯影溶液中溶解該光阻之未曝露部分。當使光阻曝露於光時，可控制若干個參數，包含光強度、曝光時間、焦距深度及曝光步驟之數目。在使光阻曝露於光之後，可使該光阻在一後曝光烘焙中曝露於一高溫。接著，可使該光阻曝露於顯影液以移除光阻層之所要部分。
藉由該顯影液移除之光阻層之部分界定其上可形成金屬層262之第二介電質層260之表面上之部分。預曝光烘焙程序及後曝光烘焙程序、光參數(包含光強度、曝光時間、焦距深度及曝光步驟之數目)以及光阻類型可經定製以獲得金屬層之一所要側壁幾何形狀。
在其中金屬層為鎳或一鎳合金之一些實施方案中，藉由透過光阻圖案(若存在)在第二介電質層上電鍍鎳或鎳合金而形成實證質量。可使用(例如)來自Amerimade、Semitool、Nexx Systems或Novellus之晶圓或基板電鍍工具。在此等工具中，在一鎳金屬陽極之情況下，該晶圓或基板可為浸入一電鍍溶液內部之一陰極。用於電鍍一鎳層之電鍍溶液可包含胺基磺酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、糖精及硼酸。為電鍍一鎳合金金屬層之目的，將適當金屬鹽添加至電鍍溶液。例如，為電鍍一鎳鈷合金，將硫酸鈷或氯化鈷添加至該電鍍溶液。作為另一實例，為電鍍一鎳錳合金，將氯化錳添加至該電鍍溶液。
在方塊614中形成該金屬層262之後，移除任何光阻(若存在)。使用如一般技術者所知之積體電路製造中使用之程序移除該光阻。例如，若存在SU-8光阻，則可用一乾式反應性離子蝕刻程序移除此光阻。
在方塊616中，移除犧牲層。若該犧牲層係一銅層，則可用一濕式蝕刻程序使用基於過氧化氫及乙酸之蝕刻劑或使用氨化過硫酸鈉溶液來移除該銅層。此等蝕刻劑皆展現一良好銅移除速率，但並未蝕刻鎳或鎳合金。若該犧牲層係一鋁層，則可用一濕式蝕刻程序使用基於鹼之蝕刻劑移除該鋁層。基於鹼之蝕刻劑展現一良好鋁移除速率，但並未蝕刻鎳或鎳合金。基於鹼之蝕刻劑之兩個實例係氫氧化鉀及氫氧化鈉。若該犧牲層係一鉬層或非晶矽層，則可用一乾式反應性蝕刻程序使用基於氟之電漿來移除此等層。
熟習此項技術者可容易明白對本發明中描述之實施方案之各種修改，且在不脫離本發明之精神或範疇之情況下，本文定義之一般原理可應用於其他實施方案。因此，申請專利範圍不旨在限於本文展示之實施方案，但符合與本文所揭示之本發明、原理及新穎特徵一致之最廣範疇。字詞「例示性」在本文中係專用於意謂「用作為一實例、例項或圖解」。在本文中描述為「例示性」之任何實施方案未必理解為比其他實施方案較佳或有利。此外，一般技術者將容易了解，術語「上」及「下」有時係為便於描述圖式且指示對應於一適當定向頁面上之圖式定向之相對位置而使用，且可能不反映如所實施之IMOD之適當定向。
於本說明書中在個別實施方案之背景內容下描述之特定特徵亦可在一單一實施方案中組合實施。相反，在一單一實施方案之背景下描述之各種特徵亦可在多個實施方案中單獨實施或以任何適當子組合實施。此外，雖然上文可將特徵描述為以特定組合起作用且即使最初如此主張，但在一些情況中，來自所主張之組合之一或多個特徵可自組合中切除且所主張的組合可關於一子組合或一子組合之變體。
類似地，雖然在圖式中以一特定順序描繪操作，但是此不應理解為需要以所展示之特定順序或循序順序執行此等操作，或執行所有經圖解說明之操作以達成所要結果。進一步言之，圖式可以一流程圖之形式示意地描繪一或多個例示性程序。然而，未經描繪之其他操作可併入於經示意性圖解說明之例示性程序中。例如，可在經圖解說明之操作之任一者之前、之後、之同時或之間執行一或多個額外操作。在特定境況中，多重任務處理及並行處理可為有利。此外，在上述實施方案中之各種系統組件之分離不應理解為在所有實施方案中皆需要此分離，且應理解為所描述之程式組件及系統通常可一起整合於一單一軟體產品中可封裝至多個軟體產品。此外，其他實施方案係在下列申請專利範圍之範疇內。在一些情況中，申請專利範圍中敘述之動作可以一不同順序執行且仍達成所要結果。
結合本文揭示之實施方案進行描述之各種闡釋性邏輯、邏輯塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。已在功能性方面大體上描述且在上述各種闡釋性組件、方塊、模組、電路及步驟中圖解說明硬體及軟體之可互換性。是否在硬體或軟體中實施此功能性取決於特定應用及強加於整個系統之設計限制。
可使用以下各者實施或執行用以實施結合本文揭示之態樣進行描述之各種闡釋性邏輯、邏輯塊、模組及電路之硬體及資料處理設備：一通用單晶片或多晶片處理器、一數位信號處理器(DSP)、一特定應用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其等經設計以執行本文描述之功能之任何組合。一通用處理器可為一微處理器或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。一處理器亦可實施為計算裝置之一組合(例如，一DSP與一微處理器之一組合)、複數個微處理器、結合一DSP核心之一或多個微處理器或任何其他此組態。在一些實施方案中，可藉由專用於一給定功能之電路執行特定步驟及方法。
21‧‧‧處理器
22‧‧‧陣列驅動器
27‧‧‧網路介面
28‧‧‧圖框緩衝器
29‧‧‧驅動器控制器
30‧‧‧顯示器/顯示陣列
40‧‧‧顯示裝置
41‧‧‧外殼
43‧‧‧天線
45‧‧‧揚聲器
46‧‧‧麥克風
47‧‧‧收發器
48‧‧‧輸入裝置
50‧‧‧電源供應器
52‧‧‧調節硬體
201‧‧‧機構
202‧‧‧金屬層
204‧‧‧第一介電質層
206‧‧‧第一電極層/電極
208‧‧‧壓電層
210‧‧‧第二電極層/電極
212‧‧‧第二介電質層
251‧‧‧機構
252‧‧‧第一介電質層
254‧‧‧第一電極層
256‧‧‧壓電層
258‧‧‧第二電極層
260‧‧‧第二介電質層
262‧‧‧金屬層
271‧‧‧微電機系統(MEMS)陀螺儀裝置
274‧‧‧下伏感測機構
275‧‧‧下伏感測機構
276‧‧‧下伏驅動機構/壓電驅動機構
277‧‧‧下伏驅動機構/壓電驅動機構
278‧‧‧下伏錨定機構
279‧‧‧下伏錨定機構
281‧‧‧基板
283‧‧‧側壁
285‧‧‧側壁
287‧‧‧側壁
289‧‧‧側壁
304‧‧‧電場
306‧‧‧應變
314‧‧‧應變
316‧‧‧電場
320‧‧‧電場分量
401‧‧‧機構
402‧‧‧第二金屬層
406‧‧‧中性軸
501‧‧‧機構
502‧‧‧第二壓電層
504‧‧‧第三電極層
506‧‧‧第二介電質層
510‧‧‧中性軸
512‧‧‧第二金屬層
圖1A及圖1B展示圖解說明包含一MEMS裝置之一顯示裝置之系統方塊圖之實例，該MEMS裝置具有包含一金屬實證質量及一壓電組件之一機構。
圖2A及圖2B展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之橫截面視圖之實例。
圖2C展示併有圖2B中展示之機構之一MEMS裝置之一俯視圖之一示意圖之一實例。
圖2D展示圖2C之MEMS裝置之一橫截面視圖之一實例。
圖3展示用作為一驅動機構之一壓電層及用作為一感測機構之一壓電層之橫截面視圖之實例。
圖4展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之一橫截面視圖之一實例。
圖5展示包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之一橫截面視圖之一實例。
圖6展示描繪形成包含一金屬層及一壓電層之一MEMS裝置之一機構之一方法之一流程圖之一實例。
251‧‧‧機構
262‧‧‧金屬層
271‧‧‧微電機系統(MEMS)陀螺儀裝置
276‧‧‧下伏驅動機構/壓電驅動機構
277‧‧‧下伏驅動機構/壓電驅動機構
278‧‧‧下伏錨定機構
279‧‧‧下伏錨定機構
281‧‧‧基板
283‧‧‧側壁
285‧‧‧側壁

权利要求:
Claims (37)
[1] 一種設備，其包括：一金屬層；一第一介電質層，其佈置於該金屬層上；一第一電極層，其佈置於該第一介電質層上；一壓電層，其佈置於該第一電極層上，該壓電層經組態以回應於一電場或一機械力之至少一者；一第二電極層，其佈置於該壓電層上，該第一電極層及該第二電極層經組態以跨該壓電層施加該電場或感測藉由該壓電層歸因於該機械力而產生之一電場；及一第二介電質層，其佈置於該第二電極層上。
[2] 如請求項1之設備，其中該金屬層係組態為一實證質量。
[3] 如請求項1之設備，其進一步包括：一第二金屬層，其佈置於該第二介電質層上。
[4] 如請求項1之設備，其中該金屬層之一厚度大於約5微米。
[5] 如請求項1之設備，其中該壓電層之一厚度係在約0.5微米至3微米之範圍中。
[6] 如請求項1之設備，其中該第一電極層之一厚度或該第二電極層之一厚度之至少一者係在約100奈米至300奈米之範圍中。
[7] 如請求項1之設備，其中該第一介電質層之一厚度或該第二介電質層之一厚度之至少一者係在約100奈米至300奈米之範圍中。
[8] 如請求項1之設備，其中該金屬層之一厚度大於該第一介電質層、該第一電極層、該壓電層、該第二電極層及該第二介電質層之一組合厚度。
[9] 如請求項1之設備，其中該金屬層包含鎳、鎳錳合金及鎳鈷合金之至少一者。
[10] 如請求項1之設備，其中該壓電層包含氮化鋁。
[11] 如請求項1之設備，其中該第一電極層及該第二電極層包含選自由銅、鉑、鉬、鎢、釕、金及鋁組成之群組之一金屬。
[12] 如請求項1之設備，其中該第一介電質層及該第二介電質層包含氧化矽。
[13] 如請求項1之設備，其中該壓電層之一均方根粗糙度小於約1奈米。
[14] 一種電機陀螺儀設備，其包括：一第一裝置，其組態為該電機陀螺儀設備之一驅動組件，該第一裝置包含：一金屬層；一第一介電質層，其佈置於該金屬層上；一第一電極層，其佈置於該第一介電質層上；一壓電層，其佈置於該第一電極層上，該壓電層經組態以回應於一電場；一第二電極層，其佈置於該壓電層上，該第一電極層及該第二電極層經組態以跨該壓電層施加一電場；及一第二介電質層，其佈置於該第二電極層上。
[15] 如請求項14之設備，其進一步包括：一第二裝置，其組態為該電機陀螺儀設備之一感測組件，該第二裝置包含該金屬層、該第一介電質層、該第一電極層、該壓電層、該第二電極層及該第二介電質層；其中該壓電層進一步經組態以回應於一機械力，且其中該第一電極層及該第二電極層進一步經組態以感測藉由該壓電層歸因於該機械力而產生之一電場。
[16] 如請求項14之設備，其中該金屬層係組態為一實證質量。
[17] 如請求項14之設備，其中該金屬層之一厚度大於約5微米。
[18] 如請求項14之設備，其中該金屬層之一厚度大於該第一介電質層、該第一電極層、該壓電層、該第二電極層及該第二介電質層之一組合厚度。
[19] 一種一電機裝置之設備，該設備包括：一金屬層；一第一介電質層，其佈置於該金屬層上；一第一電極層，其佈置於該第一介電質層上；一第一壓電層，其佈置於該第一電極層上，該第一壓電層經組態以回應於一機械力；一第二電極層，其佈置於該第一壓電層上，該第一電極層及該第二電極層經組態以感測藉由該第一壓電層回應於該機械力而產生之一第一電場；一第二壓電層，其佈置於該第二電極層上，該第二壓電層經組態以回應於該機械力；一第三電極層，其佈置於該第二壓電層上，該第二電極層及該第三電極層經組態以感測藉由該第二壓電層回應於該機械力而產生之一第二電場，能夠藉由該所感測之第一電場與該所感測之第二電場之組合而提供一差動信號；及一第二介電質層，其佈置於該第三電極層上。
[20] 如請求項19之設備，其進一步包括：一第二金屬層，該第二金屬層佈置於該第二介電質層上。
[21] 如請求項19之設備，其中該金屬層係組態為一實證質量。
[22] 如請求項19之設備，其中該金屬層之一厚度大於約5微米。
[23] 如請求項19之設備，其中該金屬層之一厚度大於該第一介電質層、該第一電極層、該壓電層、該第二電極層及該第二介電質層之一組合厚度。
[24] 一種方法，其包括：於一基板上形成一犧牲層；於該犧牲層上形成一第一介電質層；於該第一介電質層上形成一第一電極層；於該第一電極層上形成一壓電層；於該壓電層上形成一第二電極層；於該第二電極層上形成一第二介電質層；及於該第二介電質層上形成一金屬層。
[25] 如請求項24之方法，其中該金屬層係組態為一實證質量。
[26] 如請求項24之方法，其中該金屬層係用一電鍍程序形成。
[27] 如請求項24之方法，其中該金屬層係用一濺鍍程序形成。
[28] 如請求項24之方法，其中該壓電層係用一濺鍍程序形成。
[29] 如請求項24之方法，其進一步包括：於該第二介電質層上提供一光阻層；在形成該金屬層之前圖案化該光阻層；及在形成該金屬層之後移除該光阻層。
[30] 如請求項24之方法，其進一步包括：在形成該金屬層之後移除該犧牲層。
[31] 一種設備，其包括：一電機系統裝置，該電機系統裝置包含：一第一介電質層；一第一電極層，其佈置於該第一介電質層上；一壓電層，其佈置於該第一電極層上，該壓電層經組態以回應於一電場或一機械力之至少一者；一第二電極層，其佈置於該壓電層上，該第一電極層及該第二電極層經組態以跨該壓電層施加該電場或感測藉由該壓電層歸因於該機械力而產生之一電場；一第二介電質層，其佈置於該第二電極層上；及一金屬層，其佈置於該第二介電質層上。
[32] 如請求項31之設備，其進一步包括：一顯示器；一處理器，其經組態以與該顯示器通信，該處理器經組態以處理影像資料；及一記憶體裝置，其經組態以與該處理器通信。
[33] 如請求項32之設備，其進一步包括：一驅動器電路，其經組態以發送至少一信號至該顯示器。
[34] 如請求項33之設備，其進一步包括：一控制器，其經組態以發送該影像資料之至少一部分至該驅動器電路。
[35] 如請求項32之設備，其進一步包括：一影像源模組，其經組態以發送該影像資料至該處理器。
[36] 如請求項35之設備，其中該影像源模組包含一接收器、收發器及發射器之至少一者。
[37] 如請求項32之設備，其進一步包括：一輸入裝置，其經組態以接收輸入資料並傳達該輸入資料至該處理器。

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