TW201537155A - 壓力感測器 - Google Patents

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TW201537155A
TW201537155A TW103146133A TW103146133A TW201537155A TW 201537155 A TW201537155 A TW 201537155A TW 103146133 A TW103146133 A TW 103146133A TW 103146133 A TW103146133 A TW 103146133A TW 201537155 A TW201537155 A TW 201537155A
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pressure sensor
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TW103146133A
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Kazuaki Okamoto
Hideaki Fukuzawa
Yoshihiko Fuji
Akiko Yuzawa
Akio Hori
Kei Masunishi
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Toshiba Kk
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    • G—PHYSICS
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    • G01L9/16—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in the magnetic properties of material resulting from the application of stress
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Abstract

根據一實施例，本發明揭示一種壓力感測器，其包含一支撐區段、一膜區段及一應變感測元件。該膜區段由該支撐區段支撐且可變形。該膜區段包含一第一膜及一第二膜。該第一膜包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域。該第二膜設置於該第一區域上。該應變感測元件設置於該第二區域之部分上。該應變感測元件包含一第一磁性層、一第二磁性層及一中間層。該第一磁性層之磁化回應於該第二區域之變形而改變。該中間層設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。

Description

壓力感測器 [相關申請案之交叉參考]
本申請案基於及主張2014年3月20日申請之日本專利申請案第2014-058312號之優先權權利；該案之全部內容以引用方式併入本文中。
本文所描述之實施例大體上係關於一種壓力感測器。
使用MEME(微機電系統)技術之壓力感測器包含(例如)壓阻變化型及電容型之壓力感測器。另一方面，已提出使用自旋技術之壓力感測器。使用自旋技術之壓力感測器根據應變而感測電阻變化。例如，期望改良用於(例如)使用自旋技術之壓力感測器中之一應變感測元件之靈敏度。
50‧‧‧應變感測元件
50a‧‧‧應變感測元件
50b‧‧‧應變感測元件
50c‧‧‧應變感測元件
50d‧‧‧應變感測元件
50e‧‧‧應變感測元件
50f‧‧‧應變感測元件
50g‧‧‧重心
51‧‧‧第一磁性層/磁化自由層
51a‧‧‧第一磁化自由層
51b‧‧‧第二磁化自由層
51m‧‧‧磁化
52‧‧‧第二磁性層/第一磁化固定層
52a‧‧‧下第一磁化固定層
52b‧‧‧上第一磁化固定層
52m‧‧‧磁化
53‧‧‧中間層
53a‧‧‧下中間層
53b‧‧‧上中間層
54‧‧‧基礎層
55‧‧‧釘紮層
55a‧‧‧下釘紮層
55b‧‧‧上釘紮層
56‧‧‧第二磁化固定層
56a‧‧‧下第二磁化固定層
56b‧‧‧上第二磁化固定層
57‧‧‧磁性耦合層
57a‧‧‧下磁性耦合層
57b‧‧‧上磁性耦合層
58‧‧‧罩蓋層
64‧‧‧膜區段
64a‧‧‧第一膜
64b‧‧‧第二膜
64c‧‧‧邊界
64d‧‧‧點
64e‧‧‧中心點
64f‧‧‧點
64m‧‧‧中央部分
64n‧‧‧周邊部分
65‧‧‧膜區段
65c‧‧‧邊界
66‧‧‧膜區段
66a‧‧‧第一膜
66b‧‧‧第二膜
66c‧‧‧邊界
66m‧‧‧中央部分
66n‧‧‧周邊部分
70‧‧‧空腔區段/空間區段
71‧‧‧支撐區段/基底區段/支柱區段
72‧‧‧感測器區段
80‧‧‧外部壓力
81‧‧‧應變
111‧‧‧絕緣層
113‧‧‧硬偏壓層
120a‧‧‧磁化
310‧‧‧壓力感測器
310e‧‧‧偵測元件
311‧‧‧壓力感測器
312‧‧‧壓力感測器
351‧‧‧端
352‧‧‧端
410‧‧‧麥克風
420‧‧‧個人數位助理
421‧‧‧顯示區段
430‧‧‧聲音麥克風
431‧‧‧印刷電路板
433‧‧‧蓋罩
435‧‧‧聲音孔
439‧‧‧聲音
440‧‧‧血壓感測器
441‧‧‧動脈血管
443‧‧‧皮膚
450‧‧‧觸控面板
451‧‧‧第一佈線
452‧‧‧第二佈線
453‧‧‧控制區段
453a‧‧‧第一佈線電路
453b‧‧‧第二佈線電路
455‧‧‧控制電路
511‧‧‧第一佈線
511a‧‧‧部分
512‧‧‧第二佈線
640‧‧‧膜
641‧‧‧膜
641a‧‧‧遮罩
641b‧‧‧遮罩
641c‧‧‧遮罩
650‧‧‧膜
651a‧‧‧遮罩
651b‧‧‧遮罩
651c‧‧‧遮罩
700‧‧‧突出部
710‧‧‧基板/基底區段
810a‧‧‧應變
810b‧‧‧應變
cs‧‧‧壓縮應力
E1‧‧‧下電極
E2‧‧‧上電極
R1‧‧‧第一區域
R2‧‧‧第二區域
R3‧‧‧離子
S101‧‧‧步驟
S103‧‧‧步驟
S105‧‧‧步驟
S107‧‧‧步驟
S109‧‧‧步驟
S111‧‧‧步驟
S201‧‧‧步驟
S203‧‧‧步驟
S205‧‧‧步驟
S207‧‧‧步驟
S209‧‧‧步驟
ts‧‧‧拉伸應力
圖1A及圖1B係繪示根據一第一實施例之一壓力感測器及一應變感測元件的示意性透視圖；圖2A至圖2C係繪示根據第一實施例之壓力感測器的示意性截面圖；圖3A至圖3C係繪示根據第一實施例之膜區段之形狀的示意性截面圖；圖4A至圖4C係繪示根據第一實施例之膜區段之形狀的示意性截 面圖；圖5A至圖5D係繪示根據第一實施例之壓力感測器之膜區段的示意性平面圖；圖6A至圖6C係繪示根據第一實施例之應變感測元件之操作的示意性透視圖；圖7係繪示根據第一實施例之應變感測元件的一示意性透視圖；圖8A及圖8B係繪示根據實施例之應變感測元件之替代實例的示意性透視圖；圖9A至圖9D係繪示根據第一實施例之可藉由製造方法而製作之替代應變感測元件的示意性透視圖；圖10係繪示第一實施例之壓力感測器之功能的一示意性截面圖；圖11A及圖11B係展示使第一實施例之壓力感測器之膜區段向外中凸地翹曲時之膜區段之位移的示意性截面圖；圖12係用於描述將一外部壓力施加至第一實施例之壓力感測器時之產生於膜區段中之應力之分佈的一示意性截面圖；圖13係展示第一實施例之壓力感測器之膜區段上之應變感測元件之放置位置的一示意性截面圖；圖14係繪示用於製造根據第一實施例之一壓力感測器之方法的一流程圖；圖15A至圖15D係繪示用於製造一壓力感測器之方法的示意性程序圖；圖16A至圖16D係用於形成第一實施例之壓力感測器中之一壓力感測器(其包含圖2A之膜區段)的示意性程序圖；圖17A至圖17D係用於形成第一實施例之壓力感測器中之一壓力感測器(其包含圖2B之膜區段)的示意性程序圖； 圖18係繪示根據一第二實施例之一壓力感測器的一示意性透視圖；圖19係繪示根據第二實施例之壓力感測器的一示意性截面圖；圖20係繪示第二實施例之壓力感測器之功能的一示意性截面圖；圖21A及圖21B係展示使第二實施例之壓力感測器之膜區段向外中凸地翹曲時之膜區段之位移的示意圖；圖22係繪示用於製造根據第二實施例之一壓力感測器之方法的一流程圖；圖23A至圖23D係用於使用離子植入技術來形成一膜區段的示意性截面圖；圖24A至圖24D係用於在複數個步驟中藉由膜形成而形成一膜區段的示意性程序圖；圖25係繪示根據一第三實施例之一壓力感測器的一示意性透視圖；圖26A至圖26C係繪示根據第三實施例之壓力感測器的示意性截面圖；圖27A至圖27C係繪示根據第三實施例之膜區段之形狀的示意性截面圖；圖28A至圖28C係繪示根據第三實施例之膜區段之形狀的示意性截面圖；圖29係繪示第三實施例之壓力感測器之功能的一示意圖；圖30A及圖30B係展示使第三實施例之壓力感測器之膜區段向外中凸地翹曲時之膜之位移的示意性截面圖；圖31係繪示根據一第四實例之一麥克風的一示意性平面圖；圖32係繪示根據一第五實例之一聲音麥克風的一示意性截面 圖；圖33A及圖33B係繪示根據一第六實施例之一血壓感測器的示意圖；及圖34係繪示根據一第七實施例之一觸控面板的一示意性平面圖。
一般而言，根據一實施例，一種壓力感測器包含一支撐區段、一膜區段及一應變感測元件。該膜區段由該支撐區段支撐且可變形。該膜區段包含一第一膜及一第二膜。該第一膜包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域。該第二膜設置於該第一區域上。該應變感測元件設置於該第二區域之部分上。該應變感測元件包含一第一磁性層、一第二磁性層及一中間層。該第一磁性層之磁化回應於該第二區域之變形而改變。該中間層設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
現將參考圖式來描述本發明之實施例。
圖式係示意性或概念性的。例如，各部分之厚度與寬度之間的關係及該等部分之間的尺寸比未必相同於實際關係及尺寸比。此外，相同部分可展示為具有因圖而異之尺寸或比率。
在本說明書及圖式中，類似於先前參考前圖所描述之組件的組件標記有相同參考元件符號，且適當地省略其詳細描述。
(第一實施例)
圖1A及圖1B係繪示根據一第一實施例之一壓力感測器及一應變感測元件的示意性透視圖。
圖1A係繪示根據實施例之壓力感測器的一示意性透視圖。圖1B係繪示根據實施例之應變感測元件的一示意性透視圖。
為使繪示清楚，圖1A中未展示絕緣部分，且主要描繪導電部 分。為使繪示清楚，圖1B中描繪應變感測元件50之一者。此外，如後文所描述，膜區段64之中央部分64m(參閱圖2A至圖2C)之厚度不同於膜區段64之周邊部分64n(參閱圖2A至圖2C)之厚度。
如圖1A中所展示，壓力感測器310包含一支撐區段71及一感測器區段72。感測器區段72設置於支撐區段71上。感測器區段72包含一膜區段64及一應變感測元件50。如圖1A中所展示，複數個應變感測元件50可放置於膜區段64上。
膜區段64係由支撐區段71支撐之一可變形膜。膜區段64包含一第一膜64a及一第二膜64b。第一膜64a包含一第一區域R1(參閱圖2A至圖2C)及一第二區域R2(參閱圖2A至圖2C)。第一區域R1位於膜區段64之一中央部分64m中。第二區域R2位於膜區段64之一周邊部分64n(圍繞第一區域R1之周邊部分)中。第二膜64b設置於第一區域R1上。在垂直於第一膜64a及第二膜64b之方向上，膜區段64具撓性，即，可翹曲。在施加外部壓力之後，膜區段64翹曲且在設置於其上之應變感測元件50中產生一應變。該外部壓力可為由(例如)音波、超音波或壓緊力引起之一壓力。即，在施加外部壓力之後使膜區段64變形。
膜區段64可連續地形成於藉由外部壓力而翹曲之部分外。在本說明書中，膜區段64被界定為比某一膜厚度之固定端薄且藉由外部壓力而翹曲之一部分。
膜區段64可由一絕緣材料(諸如氧化矽及氮化矽)形成。替代地，膜區段64可由一半導體材料(諸如矽)或一金屬材料形成。在實施例中，第二膜64b與第一膜64a一體成形。更具體言之，由相同於第一膜64a之材料形成之第二膜64b與第一膜64a一體成形。
一空腔區段70可存在於膜區段64下方。空腔區段70可填充有一氣體(諸如空氣及惰性氣體)，或可填充有液體。
如圖1B中所展示，根據實施例之應變感測元件50包含一第一磁性層51、一第二磁性層52及一中間層53。
例如，自第一磁性層51朝向第二磁性層52之方向指稱Z軸方向(堆疊方向)。垂直於Z軸方向之一方向指稱X軸方向。垂直於Z軸方向及X軸方向之方向指稱Y軸方向。
第一磁性層51在堆疊方向上與第二磁性層52隔開。中間層53設置於第一磁性層51與第二磁性層52之間。
第一磁性層51係(例如)一磁化自由層。當在施加應力至應變感測元件50之後於應變感測元件50中發生一應變時，改變第一磁性層51之磁化。例如，第一磁性層51之磁化之改變比第二磁性層52之磁化之改變容易。此改變第一磁性層51之磁化與第二磁性層52之磁化之間的相對角。
第二磁性層52係(例如)一參考層。一磁化固定層用作為該參考層。替代地，一磁化自由層用作為該參考層。
圖2A至圖2C係繪示根據第一實施例之壓力感測器的示意性截面圖。
圖2A至圖2C係沿圖1A之線A1-A2截取之截面圖。
為使繪示清楚，圖2A至圖2C中未展示絕緣部分及導電部分。
膜區段64包含一第一膜64a及一第二膜64b。第一膜64a包含一第一區域R1及一第二區域R2。第一區域R1位於膜區段64之一中央部分64m中。第二區域R2位於膜區段64之一周邊部分64n(圍繞第一區域R1之周邊部分)中。第二膜64b設置於第一區域R1上。膜區段64之中央部分64m(第一膜64a與第二膜64b之組合之第一區域R1之部分)之厚度比膜區段64之周邊部分64n(第一膜64a之第二區域R2之部分)之厚度厚。此處，膜區段64之凸形狀可存在於空腔區段70側上，如圖2A中所展示。替代地，膜區段64之凸形狀可存在於與空腔區段70相對之膜 區段64之側上，如圖2B中所展示。替代地，膜區段64之凸形狀可存在於空腔區段70側及與空腔區段70相對之側兩者上，如圖2C中所展示。
可將第一膜64a之厚度t1設定為(例如)大於等於50奈米(nm)且小於等於3微米(μm)。在此情況中，可將厚度t1較佳地設定為大於等於200奈米且小於等於1.5微米。
若膜區段64之平面形狀係圓形(如圖1A中所繪示)，則可將膜區段64之直徑尺寸設定為(例如)大於等於1微米且小於等於600微米。在此情況中，可將膜區段64之直徑尺寸較佳地設定為大於等於60微米且小於等於600微米。若膜區段64之平面形狀係正方形，則可將膜區段64之一邊之長度設定為(例如)大於等於1微米且小於等於650微米。在此情況中，可將膜區段64之一邊之長度較佳地設定為大於等於50微米且小於等於550微米。若膜區段64之平面形狀係矩形，則可將膜區段64之短邊之長度設定為(例如)大於等於1微米且小於等於500微米。在此情況中，可將膜區段64之短邊之長度較佳地設定為大於等於50微米且小於等於400微米。
可將膜區段64之中央部分64m之厚度(即，第一膜64a之厚度t1及第二膜64b之厚度t2(就圖2C而言，t21+t22)之總厚度)與膜區段64之周邊部分64n之厚度(即，第一膜64a之厚度t1)之比率設定為(例如)大於等於1.1倍且小於等於4倍。在此情況中，可將該比率較佳地設定為大於等於1.5倍且小於等於3倍。膜區段64之中央部分64m之厚度與膜區段64之周邊部分64n之厚度之間的關係與上述範圍相適應。此足以達成由設置於中央部分64m與周邊部分64n之間的膜厚度差引起之改良感測器之效能之下述效應。此外，此可抑制使壓力感測器310加速時所產生之感測器之雜訊。
圖3A至圖4C係繪示根據第一實施例之膜區段之形狀的示意性截 面圖。
膜區段64之第二膜64b可階梯式地接合至膜區段64之第一膜64a，如圖2A至圖2C中所展示。替代地，膜區段64之第二膜64b可經由一傾斜而接合至膜區段64之第一膜64a，如圖3A至圖3C中所展示。替代地，膜區段64之第二膜64b可經由一彎曲而逐漸地接合至膜區段64之第一膜64a，如圖4A至圖4C中所展示。若使膜區段64如圖3A至圖4C中所展示般塑形，則第一膜64a之第一區域R1與第一膜64a之第二區域R2之間的邊界被界定為其中將膜區段64之最大厚度與膜區段64之最小厚度之間的差值△T(就圖3C及圖4C而言，差值△T1+△T2)等分之部分(邊界64c)。
圖5A至圖5D係繪示根據第一實施例之壓力感測器之膜區段的示意性平面圖。
膜區段64可為圓形(如圖5A中所展示)、橢圓形(如圖5B中所展示)、正方形(如圖5C中所展示)或矩形(如圖5D中所展示)。若膜區段64呈一正方形或矩形形狀，則角隅可為尖角(如圖5C及圖5D中所展示)或可為倒弧角。
鑑於在放置於膜區段64上之複數個應變感測元件50中對稱地產生應變，膜區段64之第二膜64b之形狀在幾何上較佳地類似於第一膜64a之形狀，如圖5A至圖5D中所展示。然而，第二膜64b之形狀可在幾何上不類似於第一膜64a之形狀。
圖6A至圖6C係繪示根據第一實施例之應變感測元件之操作的示意性透視圖。
圖6A對應於經受一拉伸應力ts之應變感測元件50之狀態(拉伸狀態STt)。圖6B對應於無應變之應變感測元件50之狀態(無應變狀態ST0)。圖6C對應於經受一壓縮應力cs之應變感測元件50之狀態(壓縮狀態STc)。
為使繪示清楚，圖6A至圖6C中描繪第一磁性層51、第二磁性層52及中間層53。在此實例中，第一磁性層51係一磁化自由層，且第二磁性層52係一磁化固定層。
用作一應變感測器之應變感測元件之操作係基於「反磁致伸縮效應」及「磁阻效應」之施加。在用於磁化自由層中之一鐵磁性層中獲得「反磁致伸縮效應」。在磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之一堆疊膜中發展「磁阻效應」。
「反磁致伸縮效應」係其中藉由產生於一鐵磁體中之應變而改變該鐵磁體之磁化的一現象。更具體言之，當將一外部應變施加至應變感測元件之堆疊體時，磁化自由層之磁化方向改變。因此，磁化自由層之磁化與參考層(例如磁化固定層)之磁化之間的相對角改變。此藉由「磁阻效應(MR效應)」而誘發電阻之變化。MR效應包含(例如)GMR(巨磁阻)效應或TMR(穿隧磁阻)效應。藉由使一電流在堆疊體中通過而將磁化方向之相對角之變化讀取為一電阻變化。此發展MR效應。例如，在堆疊體(應變感測元件)中發生一應變。藉由該應變而改變磁化自由層之磁化方向。此改變磁化自由層之磁化方向與參考層(例如磁化固定層)之磁化方向之間的相對角。即，藉由反磁致伸縮效應而發展MR效應。
用於磁化自由層中之鐵磁性材料可具有一正磁致伸縮係數。在此情況中，磁化方向改變以便減小磁化方向與拉伸應變之方向之間的角度且增大磁化方向與壓縮應變之方向之間的角度。用於磁化自由層中之鐵磁性材料可具有一負磁致伸縮係數。在此情況中，磁化方向改變以便增大磁化方向與拉伸應變之方向之間的角度且減小磁化方向與壓縮應變之方向之間的角度。
磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊體之材料之組合可具有一正磁阻效應。在此情況中，若磁化自由層與磁化固定 層之間的相對角較小，則電阻減小。磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊體之材料之組合可具有一負磁阻效應。在此情況中，若磁化自由層與磁化固定層之間的相對角較小，則電阻增大。
在下文中，參考一實例性情況來描述磁化之一實例性變化。在此情況中，用於磁化自由層及參考層(例如磁化固定層)中之鐵磁性材料各具有一正磁致伸縮係數。此外，包含磁化自由層、中間層及參考層(例如磁化固定層)之堆疊體具有一正磁阻效應。
如圖6B中所展示，在無應變之無應變狀態ST0(例如初始狀態)中，將第一磁性層(磁化自由層)51之磁化51m與第二磁性層(例如磁化固定層)52之磁化52m之間的相對角設定為一指定值。藉由(例如)磁性層之硬偏壓或形狀各向異性而設定第一磁性層(磁化自由層)51之初始狀態中之磁性層之磁化51m之方向。在此實例中，第一磁性層(磁化自由層)51之磁化51m與第二磁性層(例如磁化固定層)52之磁化52m交叉。
如圖6A中所展示，在拉伸狀態STt中，在施加一拉伸應力ts之後，在應變感測元件50中發生取決於拉伸應力ts之一應變。此時，第一磁性層(磁化自由層)51之磁化51m自無應變狀態ST0改變以便減小磁化51m與拉伸應力ts之方向之間的角度。在圖6A中所展示之實例中，當施加拉伸應力ts時，第一磁性層(磁化自由層)51之磁化51m與第二磁性層(例如磁化固定層)52之磁化52m之間的相對角小於無應變狀態ST0中之相對角。此相對於無應變狀態ST0中之電阻而減小應變感測元件50中之電阻。
如圖6C中所展示，在壓縮狀態STc中，在施加一壓縮應力cs之後，第一磁性層(磁化自由層)51之磁化51m自無應變狀態ST0改變以便增大磁化51m與壓縮應力cs之方向之間的角度。在圖6C中所展示之 實例中，當施加壓縮應力cs時，第一磁性層(磁化自由層)51之磁化51m與第二磁性層(例如磁化固定層)52之磁化52m之間的相對角大於無應變狀態ST0中之相對角。此增大應變感測元件50中之電阻。
因此，在應變感測元件中，將產生於應變感測元件中之應變之變化變換成電阻之變化。在上述操作中，每單位應變(dε)之電阻之變化量(dR/R)指稱靈敏係數(GF)。藉由使用具有高靈敏係數之一應變感測元件而獲得具有高靈敏度之一應變感測器。
圖7係繪示根據第一實施例之應變感測元件的一示意性透視圖。
如圖7中所展示，用於實施例中之應變感測元件50包含一下電極E1、一基礎層54、一釘紮層55、一第二磁化固定層56、一磁性耦合層57、一第一磁化固定層(第二磁性層)52、一中間層53、一磁化自由層(第一磁性層)51、一罩蓋層58及一上電極E2。第一磁化固定層52對應於第二磁性層。磁化自由層51對應於第一磁性層。基礎層54設置於下電極E1與上電極E2之間。釘紮層55設置於基礎層54與上電極E2之間。第二磁化固定層56設置於釘紮層55與上電極E2之間。磁性耦合層57設置於第二磁化固定層56與上電極E2之間。第一磁化固定層52設置於磁性耦合層57與上電極E2之間。中間層53設置於第一磁化固定層52與上電極E2之間。磁化自由層51設置於中間層53與上電極E2之間。罩蓋層58設置於磁化自由層51與上電極E2之間。
基礎層54由(例如)Ta/Ru製成。此Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)係(例如)3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2奈米。
釘紮層55係(例如)具有7奈米之一厚度之一IrMn層。
第二磁化固定層56係(例如)具有2.5奈米之一厚度之Co75Fe25層。
磁性耦合層57係(例如)具有0.9奈米之一厚度之一Ru層。
第一磁化固定層52係(例如)具有3奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。
中間層53係(例如)具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
磁化自由層51由(例如)具有4奈米之一厚度之Co40Fe40B20製成。
罩蓋層58由(例如)Ta/Ru製成。此Ta層之厚度係(例如)1奈米。此Ru層之厚度係(例如)5奈米。
下電極E1及上電極E2由(例如)鋁(Al)、鋁銅合金(Al-Cu)、銅(Cu)、銀(Ag)及金(Au)之至少一者製成。因此，下電極E1及上電極E2由具有相對較低電阻之此一材料製成。相應地，可使電流在應變感測元件50中有效率地通過。下電極E1及上電極E2可由一非磁性材料製成。
下電極E1及上電極E2可包含(例如)用於下電極E1及上電極E2之一基礎層(圖中未展示)、用於下電極E1及上電極E2之一罩蓋層(圖中未展示)、及設置於該基礎層與該罩蓋層之間的Al、Al-Cu、Cu、Ag及Au之至少一者之一層。例如，下電極E1及上電極E2由鉭(Ta)/銅(Cu)/鉭(Ta)或其類似者製成。將Ta用於下電極E1及上電極E2之基礎層改良(例如)膜區段64與下電極E1及上電極E2之黏著性。用於下電極E1及上電極E2之基礎層可由(例如)鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)製成。
將Ta用於下電極E1及上電極E2之罩蓋層可防止罩蓋層下方之銅(Cu)或其類似者氧化。用於下電極E1及上電極E2之罩蓋層可由(例如)鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)製成。
基礎層54可基於(例如)包含一緩衝層(圖中未展示)及一晶種層(圖中未展示)之一堆疊結構。此緩衝層緩解(例如)下電極E1或膜區段64之表面之粗糙化且改良堆疊於此緩衝層上之層之結晶度。該緩衝層由(例如)選自由鉭(Ta)、鈦(Ti)、釩(V)、鎢(W)、鋯(Zr)、鉿(Hf)及鉻(Cr)組成之群組之至少一者製成。該緩衝層可由包含選自此等材料之至少一材料之一合金製成。
較佳地，基礎層54之緩衝層之厚度大於等於1奈米且小於等於10 奈米。更佳地，緩衝層之厚度大於等於1奈米且小於等於5奈米。若緩衝層之厚度過薄，則緩衝效應受損。若緩衝層之厚度過厚，則使應變感測元件50之厚度過度變厚。一晶種層可形成於緩衝層上。該晶種層可達成緩衝效應。在此情況中，可省略緩衝層。緩衝層係(例如)具有3奈米之一厚度之一Ta層。
基礎層54之晶種層控制堆疊於此晶種層上之層之晶體定向。晶種層控制堆疊於此晶種層上之層之晶粒直徑。此晶種層由(例如)具有fcc結構(面心立方結構)、hcp結構(六方最密堆積結構)或bcc結構(體心立方結構)之一金屬製成。
基礎層54之晶種層可由具有hcp結構之釕(Ru)、具有fcc結構之NiFe或具有fcc結構之Cu製成。因此，例如，可將晶種層上之自旋閥膜之晶體定向設定為fcc(111)定向。晶種層係(例如)具有2奈米之一厚度之一Cu層或具有2奈米之一厚度之一Ru層。若增強形成於晶種層上之層之晶體定向，則晶種層之厚度較佳地大於等於1奈米且小於等於5奈米。更佳地，晶種層之厚度大於等於1奈米且小於等於3奈米。此足以發展用於改良晶體定向之晶種層之功能。
另一方面，例如，若無需設置形成於晶種層上之層中之晶體定向(例如，若形成一非晶磁化自由層)，則可省略晶種層。晶種層係(例如)具有2奈米之一厚度之一Cu層。
釘紮層55藉由(例如)將單向各向異性提供至形成於釘紮層55上之第二磁化固定層56(鐵磁性層)而固定第二磁化固定層56之磁化。釘紮層55係(例如)一反鐵磁性層。釘紮層55由(例如)選自由Ir-Mn、Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Ru-Mn、Rh-Mn、Ru-Rh-Mn、Fe-Mn、Ni-Mn、Cr-Mn-Pt及Ni-O組成之群組之至少一者製成。釘紮層55可由其中將一添加元素進一步添加至Ir-Mn、Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Ru-Mn、Rh-Mn、Ru-Rh-Mn、Fe-Mn、Ni-Mn、Cr-Mn-Pt及Ni-O之一合金製成。釘紮層55 之厚度經適當地設定以提供足夠強度之單向各向異性。
在施加磁場下藉由熱處理而固定與釘紮層55接觸之鐵磁性層之磁化。將與釘紮層55接觸之鐵磁性層之磁化固定為熱處理期間所施加之磁場之方向。將退火溫度設定為等於或高於(例如)用於釘紮層55之反鐵磁性材料之磁化固定溫度。若使用包含Mn之一反鐵磁性材料，則Mn可擴散至除釘紮層55之外的層中且降低MR變化率。因此，可期望將退火溫度設定為等於或低於發生Mn之擴散時之溫度。例如，可將退火溫度設定為大於等於200度(℃)且小於等於500度(℃)。較佳地，可將退火溫度設定為大於等於250度(℃)且小於等於400度(℃)。
若釘紮層55由PtMn或PdPtMn製成，則釘紮層55之厚度較佳地大於等於8奈米且小於等於20奈米。更佳地，釘紮層55之厚度大於等於10奈米且小於等於15奈米。若釘紮層55由IrMn製成，則釘紮層55可具有使用比由PtMn製成之釘紮層55薄之一厚度之單向各向異性。在此情況中，釘紮層55之厚度較佳地大於等於4奈米且小於等於18奈米。更佳地，釘紮層55之厚度大於等於5奈米且小於等於15奈米。釘紮層55係(例如)具有7奈米之一厚度之一Ir22Mn78層。
釘紮層55可為一硬磁性層。該硬磁性層由(例如)具有相對較高磁性各向異性及矯頑磁性之一硬磁性材料(諸如Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd)製成。該硬磁性層可由其中將一添加元素進一步添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd之一合金製成。例如，該硬磁性層可由CoPt(Co之比率大於等於50原子%且小於等於85原子%)、(CoxPt100-x)100-yCry(x大於等於50原子%且小於等於85原子%，且y大於等於0原子%且小於等於40原子%)或FePt(Pt之比率大於等於40原子%且小於等於60原子%)製成。
第二磁化固定層56由(例如)CoxFe100-x合金(x大於等於0原子%且小於等於100原子%)、NixFe100-x合金(x大於等於0原子%且小於等於 100原子%)、或其中添加一非磁性元素之一材料製成。第二磁化固定層56由(例如)選自由Co、Fe及Ni組成之群組之至少一者製成。第二磁化固定層56可由包含選自此等材料之至少一材料之一合金製成。替代地，第二磁化固定層56可由(CoxFe100-x)100-yBy合金(x大於等於0原子%且小於等於100原子%，且y大於等於0%且小於等於30%)製成。第二磁化固定層56可由(CoxFe100-x)100-yBy之一非晶合金製成。即使應變感測元件50之尺寸較小，此可抑制應變感測元件50之特性之變動。
第二磁化固定層56之厚度較佳地(例如)大於等於1.5奈米且小於等於5奈米。此可進一步加強(例如)由釘紮層55引起之單向各向異性磁場之強度。例如，可經由形成於第二磁化固定層56上之磁性耦合層57而進一步加強第二磁化固定層56與第一磁化固定層52之間的反鐵磁性耦合磁場之強度。例如，較佳地，第二磁化固定層56之磁性膜厚度(飽和磁化量Bs與厚度t之乘積(Bs．t))實質上等於第一磁化固定層52之磁性膜厚度。
一薄膜中之Co40Fe40B20之飽和磁化量係約1.9T(特斯拉)。例如，第一磁化固定層52可為具有3奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。接著，第一磁化固定層52之磁性膜厚度係1.9特斯拉×3奈米=5.7特斯拉奈米。另一方面，Co75Fe25之飽和磁化量係約2.1特斯拉。達成等於上述磁性膜厚度之一磁性膜厚度之第二磁化固定層56之厚度係5.7特斯拉奈米/2.1特斯拉=2.7奈米。在此情況中，第二磁化固定層56較佳為具有約2.7奈米之一厚度之一Co75Fe25層。第二磁化固定層56係(例如)具有2.5奈米之一厚度之Co75Fe25層。
應變感測元件50係基於由第二磁化固定層56、磁性耦合層57及第一磁化固定層52製成之一合成釘紮結構。相反地，應變感測元件50可基於由一單一磁化固定層製成之一單一釘紮結構。若使用單一釘紮結構，則磁化固定層係(例如)具有3奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。 用於單一釘紮結構之磁化固定層之鐵磁性層可由相同於第二磁化固定層56之上述材料的材料製成。
磁性耦合層57引起第二磁化固定層56與第一磁化固定層52之間的反鐵磁性耦合。磁性耦合層57形成一合成釘紮結構。磁性耦合層57由(例如)Ru製成。磁性耦合層57之厚度較佳地(例如)大於等於0.8奈米且小於等於1奈米。磁性耦合層57可由除Ru之外的一材料製成，只要該材料可引起第二磁化固定層56與第一磁化固定層52之間的足夠反鐵磁性耦合。可將磁性耦合層57之厚度設定為大於等於0.8奈米且小於等於1奈米之一厚度，該厚度對應於RKKY(魯德曼-基特爾-糟谷-良田(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida))耦合之第二峰值(2nd峰值)。替代地，可將磁性耦合層57之厚度設定為大於等於0.3奈米且小於等於0.6奈米之一厚度，該厚度對應於RKKY耦合之第一峰值(1st峰值)。磁性耦合層57由(例如)具有0.9奈米之一厚度之Ru製成。此穩固地達成具有高可靠性之耦合。
用於第一磁化固定層52之磁性層直接促成MR效應。第一磁化固定層52由(例如)Co-Fe-B合金製成。具體言之，第一磁化固定層52可由(CoxFe100-x)100-yBy合金(x大於等於0原子%且小於等於100原子%，且y大於等於0原子%且小於等於30原子%)製成。第一磁化固定層52可由(CoxFe100-x)100-yBy之一非晶合金製成。即使應變感測元件50之尺寸較小，此可抑制(例如)歸因於晶粒之元素之間的變動。
第一磁化固定層52可使形成於第一磁化固定層52上之一層(例如穿隧絕緣層(圖中未展示))平坦化。該穿隧絕緣層之平坦化可減小該穿隧絕緣層之缺陷密度。此可基於一較低面積電阻而達成一較高MR變化率。例如，該穿隧絕緣層之材料可為MgO。在此情況中，第一磁化固定層52可由(CoxFe100-x)100-yBy之一非晶合金製成。此可增強形成於該穿隧絕緣層上之MgO層之(100)定向。MgO層之一較高(100)定向導 致一較高MR變化率。用在退火期間充當一模板之MgO層之(100)表面來使(CoxFe100-x)100-yBy合金結晶。此達成MgO與(CoxFe100-x)100-yBy合金之間的良好晶體匹配。良好晶體匹配導致一較高MR變化率。
除Co-Fe-B合金之外，第一磁化固定層52亦可由(例如)Fe-Co合金製成。
若第一磁化固定層52較厚，則獲得一較高MR變化率。對於一較高固定磁場，第一磁化固定層52較佳為較薄。MR變化率與固定磁場之間存在第一磁化固定層52之厚度之一權衡。若第一磁化固定層52由Co-Fe-B合金製成，則第一磁化固定層52之厚度較佳地大於等於1.5奈米且小於等於5奈米。更佳地，第一磁化固定層52之厚度大於等於2.0奈米且小於等於4奈米。
除上述材料之外，第一磁化固定層52由具有fcc結構之Co90Fe10合金、具有hcp結構之Co、或具有hcp結構之Co合金製成。第一磁化固定層52由(例如)選自由Co、Fe及Ni組成之群組之至少一者製成。第一磁化固定層52由包含選自此等材料之至少一材料之一合金製成。第一磁化固定層52可由具有bcc結構之一FeCo合金材料、具有大於等於50%之一鈷組分之一Co合金、或具有大於等於50%之一Ni組分之一材料(Ni合金)製成。此達成(例如)一較高MR變化率。
第一磁化固定層52可為(例如)一霍氏(Heusler)磁性合金層，諸如Co2MnGe、Co2FeGe、Co2MnSi、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2FeAl、Co2MnGa0.5Ge0.5及Co2FeGa0.5Ge0.5。例如，第一磁化固定層52係(例如)具有3奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。
中間層53中斷(例如)第一磁性層51與第二磁性層52之間的磁性耦合。中間層53由(例如)金屬、絕緣體或半導體製成。該金屬係(例如)Cu、Au或Ag。若中間層53由金屬製成，則中間層53之厚度較佳地(例如)大於等於約1奈米且小於等於約7奈米。該絕緣體或半導體係(例如) 氧化鎂(諸如MgO)、氧化鋁(諸如Al2O3)、氧化鈦(諸如TiO)、氧化鋅(諸如ZnO)或氧化鎵(Ga-O)。若中間層53由絕緣體或半導體製成，則中間層53之厚度較佳地(例如)大於等於約0.6奈米且小於等於約2.5奈米。中間層53可為(例如)一CCP(電流限制路徑)間隔層。若該間隔層係一CCP間隔層，則該間隔層係基於其中(例如)一銅(Cu)金屬路徑形成於氧化鋁(Al2O3)之一絕緣層中之一結構。例如，中間層53係具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
磁化自由層51由一鐵磁性材料製成。磁化自由層51可由包含(例如)Fe、Co及Ni之一鐵磁性材料製成。磁化自由層51之材料係(例如)FeCo合金或NiFe合金。替代地，磁化自由層51由Co-Fe-B合金、Fe-Co-Si-B合金、具有大λs(磁致伸縮常數)之Fe-Ga合金、Fe-Co-Ga合金、Tb-M-Fe合金、Tb-M1-Fe-M2合金、Fe-M3-M4-B合金、Ni、Fe-Al或肥粒鐵製成。在上述Tb-M-Fe合金中，M係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組之至少一者。在上述Tb-M1-Fe-M2合金中，M1係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組之至少一者。M2係選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組之至少一者。在上述Fe-M3-M4-B合金中，M3係選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組之至少一者。M4係選自由Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及Er組成之群組之至少一者。上述肥粒鐵可為(例如)Fe3O4或(FeCo)3O4。磁化自由層51之厚度(例如)大於等於2奈米。
磁化自由層51可由含有硼之一磁性材料製成。磁化自由層51可由(例如)包含選自由Fe、Co及Ni及硼(B)組成之群組之至少一元素之一合金製成。例如，磁化自由層51可由Co-Fe-B合金或Fe-B合金製成。例如，磁化自由層51可由Co40Fe40B20合金製成。若磁化自由層51由包含選自由Fe、Co及Ni及硼(B)組成之群組之至少一元素之一合金製成，則該合金可添加有(例如)Ga、Al、Si或W作為用於促進高磁致 伸縮之一元素。例如，磁化自由層51可由Fe-Ga-B合金、Fe-Co-Ga-B合金或Fe-Co-Si-B合金製成。使用含有硼之此一磁性材料減弱磁化自由層51之矯頑磁性(Hc)且促進回應於應變之磁化之變化。此可達成高應變靈敏度。
磁化自由層51中之硼濃度(例如硼之組成比)較佳地大於等於5原子%(原子百分比)。此促進獲得一非晶結構。磁化自由層51中之硼濃度較佳地小於等於35原子%。例如，若硼濃度過高，則磁致伸縮常數減小。磁化自由層51中之硼濃度較佳地(例如)大於等於5原子%且小於等於35原子%。更佳地，磁化自由層51中之硼濃度大於等於10原子%且小於等於30原子%。
磁化自由層51之磁性層之部分可由Fe1-yBy(0<y0.3)或(FeaX1-a)1-yBy(X=Co或Ni，0.8a<1，0<y0.3)製成。此促進大磁致伸縮常數λ與低矯頑磁性之間的相容性。因此，此尤其有利於獲得高靈敏係數。例如，磁化自由層51可由Fe80B20(4奈米)製成。磁化自由層51可由Co40Fe40B20(0.5奈米)/Fe80B20(4奈米)製成。
磁化自由層51可具有一多層結構。中間層53可為MgO之一穿隧絕緣層。在此情況中，一層Co-Fe-B合金較佳地設置於與中間層53接觸之磁化自由層51之部分中。此達成高磁阻效應。在此情況中，該層Co-Fe-B合金設置於中間層53上，且具有大磁致伸縮常數之另一磁性材料設置於該層Co-Fe-B合金上。若磁化自由層51具有一多層結構，則磁化自由層51由(例如)Co-Fe-B(2奈米)/Fe-Co-Si-B(4奈米)製成。
罩蓋層58保護設置於罩蓋層58下方之一層。罩蓋層58由(例如)複數個金屬層製成。罩蓋層58係基於(例如)一Ta層及一Ru層之一雙層結構(Ta/Ru)。此Ta層之厚度係(例如)1奈米。此Ru層之厚度係(例如)5奈米。罩蓋層58不是由該Ta層及該Ru層製成，而是可由另一金屬層製成。罩蓋層58之組態係任意的。例如，罩蓋層58可由一非磁性材料 製成。罩蓋層58可由另一材料製成，只要其可保護設置於罩蓋層58下方之層。
若磁化自由層51由含有硼之一磁性材料製成，則氧化物材料或氮化物材料之一防擴散層(圖中未展示)可設置於磁化自由層51與罩蓋層58之間以防止硼擴散。使用由氧化物層或氮化物層製成之一防擴散層可抑制含於磁化自由層51中之硼之擴散且保持磁化自由層51之非晶結構。具體言之，用於該防擴散層之氧化物材料或氮化物材料可為包含諸如Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Sn、Cd及Ga之一元素之氧化物材料或氮化物材料。此處，該防擴散層係不促成磁阻效應之一層。因此，其面積電阻較佳地較低。例如，將該防擴散層之面積電阻較佳地設定為低於促成磁阻效應之中間層53之面積電阻。鑑於減小該防擴散層之面積電阻，具有低障壁高度之Mg、Ti、V、Zn、Sn、Cd或Ga之氧化物或氮化物係較佳的。對於抑制硼擴散之功能，具較強化學耦合之氧化物係較佳的。例如，該氧化物可為1.5奈米之MgO。可將氮氧化物視為氧化物或氮化物。
若防擴散層由氧化物材料或氮化物材料製成，則鑑於足夠地發展防止硼擴散之功能，防擴散層之膜厚度較佳地大於等於0.5奈米。鑑於減小面積電阻，防擴散層之膜厚度較佳地小於等於5奈米。即，防擴散層之膜厚度較佳地大於等於0.5奈米且小於等於5奈米。特定言之，防擴散層之膜厚度較佳地大於等於1奈米且小於等於3奈米。
防擴散層可由選自由鎂(Mg)、矽(Si)及鋁(Al)組成之群組之至少一者製成。防擴散層可由包含此等輕元素之一材料製成。此等輕元素藉由與硼耦合而產生一化合物。例如，Mg-B化合物、Al-B化合物及Si-B化合物之至少一者形成於包含防擴散層與磁化自由層51之間的界面之部分中。此等化合物抑制硼之擴散。
另一金屬層或其類似者可***於防擴散層與磁化自由層51之間。然而，若防擴散層與磁化自由層51之間的距離過大，則硼在防擴散層與磁化自由層51之間擴散。此減小磁化自由層51中之硼濃度。因此，防擴散層與磁化自由層51之間的距離較佳地小於等於10奈米。更佳地，該距離小於等於3奈米。
圖8A及圖8B係繪示根據實施例之應變感測元件之替代實例的示意性透視圖。
如圖8A中所繪示，應變感測元件50a包含一絕緣層111。更具體言之，彼此隔開之兩個絕緣層(絕緣部分)111設置於下電極E1與上電極E2之間。一堆疊體放置於兩個絕緣層111之間。該堆疊體放置於下電極E1與上電極E2之間。圖8A中所展示之堆疊體係圖7中所展示之堆疊體。即，絕緣層111設置成相對於該堆疊體之側壁。
絕緣層111可由(例如)氧化鋁(例如Al2O3)或氧化矽(例如SiO2)製成。絕緣層111可抑制圍繞堆疊體之洩漏電流。
如圖8B中所繪示，應變感測元件50b進一步包含一硬偏壓層113。更具體言之，彼此隔開之兩個硬偏壓層(硬偏壓部分)113設置於下電極E1與上電極E2之間。一堆疊體放置於兩個硬偏壓層113之間。一絕緣層111放置於硬偏壓層113與該堆疊體之間。此外，在此實例中，絕緣層111延伸於硬偏壓層113與下電極E1之間。
硬偏壓層113藉由硬偏壓層113之磁化而將磁化自由層(第一磁性層)51之磁化設定為一所要方向。當未將力施加至基板(膜區段64)時，硬偏壓層113可將磁化自由層(第一磁性層)51之磁化設定為一所要方向。
硬偏壓層113由(例如)具有相對較高磁性各向異性及矯頑磁性之一硬磁性材料(諸如Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd)製成。硬偏壓層113可由其中將一添加元素進一步添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd之 一合金製成。例如，硬偏壓層113可由CoPt(Co之比率大於等於50原子%且小於等於85原子%)、(CoxPt100-x)100-yCry(x大於等於50原子%且小於等於85原子%，且y大於等於0原子%且小於等於40原子%)或FePt(Pt之比率大於等於40原子%且小於等於60原子%)製成。若使用此一材料，則可藉由施加大於硬偏壓層113之矯頑磁性之一外部磁場而將硬偏壓層113之磁化方向設定(固定)為施加外部磁場之方向。硬偏壓層113之厚度(例如，沿自下電極E1朝向上電極E2之方向之長度)(例如)大於等於5奈米且小於等於50奈米。
如圖8B中所展示，絕緣層111可放置於下電極E1與上電極E2之間。在此情況中，絕緣層111之材料可為SiOx或AlOx。此外，一基礎層(圖中未展示)可設置於絕緣層111與硬偏壓層113之間。若硬偏壓層113由具有相對較高磁性各向異性及矯頑磁性之一硬磁性材料(諸如Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd)製成，則用於硬偏壓層113之基礎層之材料可為(例如)Cr或Fe-Co。上述硬偏壓層113適用於此實施例中所描述之應變感測元件之任何者。
硬偏壓層113可具有堆疊於用於硬偏壓層113之一釘紮層上之一結構(圖中未展示)。在此情況中，可藉由硬偏壓層113與用於硬偏壓層113之該釘紮層之間的交換耦合而設定(固定)硬偏壓層113之磁化方向。在此情況中，硬偏壓層113可由一鐵磁性材料製成，該鐵磁性材料包含：Fe、Co及Ni之至少一者；或一合金，其包含Fe、Co及Ni之至少一者。在此情況中，硬偏壓層113可由(例如)CoxFe100-x合金(x大於等於0原子%且小於等於100原子%)、NixFe100-x合金(x大於等於0原子%且小於等於100原子%)、或其中添加一非磁性元素之一材料製成。硬偏壓層113可由如同上述第一磁化固定層52之一材料製成。用於硬偏壓層113之該釘紮層可由如同應變感測元件50中之上述釘紮層55之一材料製成。若設置用於硬偏壓層113之一釘紮層，則如同參考 基礎層54所描述之材料之一基礎層可設置於用於硬偏壓層113之該釘紮層下方。用於硬偏壓層113之該釘紮層可設置於硬偏壓層113下方或硬偏壓層113上方。在此情況中，可藉由磁場中之熱處理而判定硬偏壓層113之磁化方向，如參考應變感測元件50中之釘紮層55所描述。
上文所描述之硬偏壓層113及絕緣層111適用於此實施例中所描述之應變感測元件之任何者。若使用硬偏壓層113及用於硬偏壓層113之釘紮層之上述堆疊結構，則可將一大外部磁場瞬時施加至硬偏壓層113。即使在此情況中，可容易地維持硬偏壓層113之磁化方向。
圖9A至圖9D係繪示根據第一實施例之可藉由製造方法而製作之替代應變感測元件的示意性透視圖。
如圖9A中所展示，用於實施例中之應變感測元件50c包含一下電極E1、一基礎層54、一磁化自由層(第一磁性層)51、一中間層53、一第一磁化固定層(第二磁性層)52、一磁性耦合層57、一第二磁化固定層56、一釘紮層55、一罩蓋層58及一上電極E2。磁化自由層51對應於第一磁性層。第一磁化固定層52對應於第二磁性層。
基礎層54設置於下電極E1與上電極E2之間。磁化自由層51設置於基礎層54與上電極E2之間。中間層53設置於磁化自由層51與上電極E2之間。第一磁化固定層52設置於中間層53與上電極E2之間。磁性耦合層57設置於第一磁化固定層52與上電極E2之間。第二磁化固定層56設置於磁性耦合層57與上電極E2之間。釘紮層55設置於第二磁化固定層56與上電極E2之間。罩蓋層58設置於釘紮層55與上電極E2之間。在此實例中，應變感測元件50c與圖7中所展示之應變感測元件50之不同點為具有一頂部自旋閥結構。
基礎層54由(例如)Ta/Cu製成。此Ta層之厚度係(例如)3奈米。此Cu層之厚度係(例如)5奈米。
磁化自由層51由(例如)Co40Fe40B20(4奈米)製成。
中間層53係(例如)具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
第一磁化固定層52由(例如)Co40Fe40B20/Fe50Co50製成。此Co40Fe40B20層之厚度係(例如)2奈米。此Fe50Co50層之厚度係(例如)1奈米。
磁性耦合層57係(例如)具有0.9奈米之一厚度之一Ru層。
第二磁化固定層56係(例如)具有2.5奈米之一厚度之一Co75Fe25層。
釘紮層55係(例如)具有7奈米之一厚度之一IrMn層。
罩蓋層58由Ta/Ru製成。此Ta層之厚度係(例如)1奈米。此Ru層之厚度係(例如)5奈米。
在上述實例之頂部自旋閥型之應變感測元件50c中，第一磁化固定層(第二磁性層)52形成於磁化自由層(第一磁性層)51下方。包含於應變感測元件50c中之各層之材料可基於垂直反向結構。參考圖7中所展示之應變感測元件50所描述之防擴散層亦可設置於圖9A之應變感測元件50c中之基礎層54與磁化自由層51之間。
如圖9B中所展示，用於實施例中之應變感測元件50d包含一下電極E1、一基礎層54、一釘紮層55、一第一磁化固定層(第二磁性層)52、一中間層53、一磁化自由層(第一磁性層)51、一罩蓋層58及一上電極E2。基礎層54設置於下電極E1與上電極E2之間。釘紮層55設置於基礎層54與上電極E2之間。第一磁化固定層52設置於釘紮層55與上電極E2之間。中間層53設置於第一磁化固定層52與上電極E2之間。磁化自由層51設置於中間層53與上電極E2之間。罩蓋層58設置於磁化自由層51與上電極E2之間。
上文所描述之應變感測元件係基於使用第一磁化固定層52、磁性耦合層57及第二磁化固定層56之結構。圖9B中所展示之應變感測元件50d係基於使用一單一磁化固定層之一單一釘紮結構。
基礎層54由(例如)Ta/Ru製成。此Ta層之厚度係(例如)3奈米。此Ru層之厚度係(例如)2奈米。
釘紮層55係(例如)具有7奈米之一厚度之一IrMn層。
第一磁化固定層52係(例如)具有3奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。
中間層53係(例如)具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
磁化自由層51由(例如)Co40Fe40B20(4奈米)製成。
罩蓋層58由Ta/Ru製成。此Ta層之厚度係(例如)1奈米。此Ru層之厚度係(例如)5奈米。
亦在單一釘紮型之上述應變感測元件50d中，可使包含於該應變感測元件中之各層之材料類似於參考圖7之應變感測元件50所描述之材料。
如圖9C中所展示，用於實施例中之應變感測元件50e包含一下電極E1、一基礎層54、一下釘紮層55a、一下第二磁化固定層56a、一下磁性耦合層57a、一下第一磁化固定層(第二磁性層)52a、一下中間層53a、一磁化自由層(第一磁性層)51、一上中間層53b、一上第一磁化固定層(第二磁性層)52b、一上磁性耦合層57b、一上第二磁化固定層56b、一上釘紮層55b、一罩蓋層58及一上電極E2。
基礎層54設置於下電極E1與上電極E2之間。下釘紮層55a設置於基礎層54與上電極E2之間。下第二磁化固定層56a設置於下釘紮層55與上電極E2之間。下磁性耦合層57a設置於下第二磁化固定層56a與上電極E2之間。下第一磁化固定層(第二磁性層)52a設置於下磁性耦合層57a與上電極E2之間。下中間層53a設置於下第一磁化固定層(第二磁性層)52a與上電極E2之間。磁化自由層(第一磁性層)51設置於下中間層53a與上電極E2之間。上中間層53b設置於磁化自由層(第一磁性層)51與上電極E2之間。上第一磁化固定層(第二磁性層)52b設置 於上中間層53b與上電極E2之間。上磁性耦合層57b設置於上第一磁化固定層(第二磁性層)52b與上電極E2之間。上第二磁化固定層56b設置於上磁性耦合層57b與上電極E2之間。上釘紮層55b設置於上第二磁化固定層56b與上電極E2之間。罩蓋層58設置於上釘紮層55b與上電極E2之間。
基礎層54由(例如)Ta/Ru製成。此Ta層之厚度(Z軸方向上之長度)係(例如)3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2奈米。
下釘紮層55a係(例如)具有7奈米之一厚度之一IrMn層。
下第二磁化固定層56a係(例如)具有2.5奈米之一厚度之一Co75Fe25層。
下磁性耦合層57a係(例如)具有0.9奈米之一厚度之一Ru層。
下第一磁化固定層52a係(例如)具有3奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。
下中間層53a係(例如)具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
磁化自由層51由(例如)具有4奈米之一厚度之Co40Fe40B20製成。
上中間層53b係(例如)具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
上第一磁化固定層52b由(例如)Co40Fe40B20/Fe50Co50製成。此Co40Fe40B20層之厚度係(例如)2奈米。此Fe50Co50層之厚度係(例如)1奈米。
上磁性耦合層57b係(例如)具有0.9奈米之一厚度之一Ru層。
上第二磁化固定層56b係(例如)具有2.5奈米之一厚度之一Co75Fe25層。
上釘紮層55b係(例如)具有7奈米之一厚度之一IrMn層。
罩蓋層58由(例如)Ta/Ru製成。此Ta層之厚度係(例如)1奈米。此Ru層之厚度係(例如)5奈米。
亦在上述應變感測元件50e中，可使包含於該應變感測元件50e中 之各層之材料類似於參考圖7之應變感測元件50所描述之材料。
如圖9D中所展示，用於實施例中之應變感測元件50f包含一下電極E1、一基礎層54、一第一磁化自由層(第一磁性層)51a、一中間層53、一第二磁化自由層(第二磁性層)51b、一罩蓋層58及一上電極E2。基礎層54設置於下電極E1與上電極E2之間。第一磁化自由層51a設置於基礎層54與上電極E2之間。中間層53設置於第一磁化自由層51a與上電極E2之間。第二磁化自由層51b設置於中間層53與上電極E2之間。罩蓋層58設置於第二磁化自由層51b與上電極E2之間。
上文所描述之應變感測元件係基於使用第一磁化固定層52及磁化自由層51之結構。圖9D中所展示之應變感測元件50f係基於使用兩個磁化自由層之一雙層自由結構。
基礎層54由(例如)Ta/Cu製成。此Ta層之厚度係(例如)3奈米。此Cu層之厚度係(例如)5奈米。
第一磁化自由層51a係(例如)具有4奈米之一厚度之一Co40Fe40B20層。
中間層53係(例如)具有1.6奈米之一厚度之一MgO層。
第二磁化自由層51b由(例如)Co40Fe40B20(4奈米)製成。
罩蓋層58由Cu/Ta/Ru製成。此Cu層之厚度係(例如)5奈米。此Ta層之厚度係(例如)1奈米。此Ru層之厚度係(例如)5奈米。
亦在上述雙層自由結構中，可使包含於應變感測元件50f中之各層之材料類似於參考圖7之應變感測元件50所描述之材料。
圖10係繪示第一實施例之壓力感測器之功能的一示意性截面圖。
圖10係沿圖1A之線A1-A2截取之一截面圖。
膜區段64之端接合至支撐區段71。因此，如圖10中所展示，當一外部壓力80經施加使得膜區段64之中心附近凸起時，藉由應變81而 將一壓縮應力施加至放置於膜區段端處之應變感測元件50。當一外部壓力80經施加使得膜區段64凹進時，將一拉伸應力施加至放置於膜區段端處之應變感測元件50。
當將由膜區段64之翹曲產生之一應變81施加至應變感測元件50時，藉由上文所描述之反磁致伸縮效應而產生MR效應。壓力感測器310藉由將由MR效應產生之應變感測元件50之電阻之變化讀取為一信號而工作。
應變81越大，應變感測元件50之電阻變化越大。因此，可藉由設置膜區段64而增強壓力感測器310之靈敏度，膜區段64具有使得一大應變81回應於外部壓力80而產生之一形狀。膜區段64之中央部分64m之厚度比膜區段64之周邊部分64n之厚度厚。膜區段64之中央部分64m之硬度比膜區段64之周邊部分64n之硬度硬。因此，應變不大可能發生於中央部分64m中。該應變集中於其中放置應變感測元件50之支撐區段71端附近。因此，應變81大於其中膜區段64之中央部分64m與膜區段64之周邊部分64n之間無厚度差之情況中之應變。
圖11A及圖11B係展示使第一實施例之壓力感測器之膜區段向外中凸地翹曲時之膜區段之位移的示意性截面圖。
圖11A及圖11B係沿圖1A之線A1-A2截取之截面圖。
圖11B展示其中膜區段64之第二膜64b之面積與膜區段64之總面積之比率大於圖11A之比率之情況。換言之，圖11B展示其中第一區域R1之面積與第一膜64a之總面積之比率大於圖11A之比率之情況。為簡單地展示中央部分64m比周邊部分64n更不易出現應變，將圖中之中央部分64m描繪為處於無應變之一平坦狀態中。此外，圖11A與圖11B之間的膜區段64之中心自初始狀態之位移L略有不同。然而，為簡單起見，圖11A及圖11B中描繪相等位移L。
比較圖11A與圖11B，圖11B中之其中放置應變感測元件50之位置 (在此實例中，第一膜64a之第二區域R2)處之膜之曲率較大。此指示：圖11B中之由膜區段64之應變產生之應變81大於圖11A中之應變。將自膜區段64之重心至第一膜64a之第一區域R1與第一膜64a之第二區域R2之間的邊界64c之距離標示為距離a。將自膜區段64之重心至支撐區段71之最近端之距離標示為距離b。可將距離a與距離b之比率(a/b)設定為大於等於0.5且小於等於0.97。在此情況中，可將該比率較佳地設定為大於等於0.6且小於等於0.93。
圖12係用於描述將一外部壓力施加至第一實施例之壓力感測器時之產生於膜區段中之應力之分佈的一示意性截面圖。
如圖12中所展示，自空腔區段70側施加一外部壓力80。在此情況中，使膜區段64在中央部分周圍中凸地翹曲，此係因為膜區段64固定於支撐區段71端處。使膜區段64在支撐區段71附近凹進地翹曲。因此，使施加至膜區段64之應變之方向在支撐區段71附近之一點64f處反向(參閱圖12中所展示之應變810a及應變810b)。
為將一大應力施加至應變感測元件50，應變感測元件50需要放置於點64d與點64f之間。點64d係膜區段64與支撐區段71之間的一邊界點，或係膜區段64與支撐區段71之連接點。點64d與點64f之間的間隔相對較短。在圖11B中，第一區域R1之面積與第一膜64a之面積之比率較大，且應變810a較大。在此情況中，點64d與點64f之間的間隔較短。因此，基於一典型壓電元件之一應變感測元件難以放置於點64d與點64f之間。相比而言，實施例之應變感測元件50之空間解析度較優越。因此，應變感測元件50可放置於點64d與點64f之間。
圖13係展示第一實施例之壓力感測器之膜區段上之應變感測元件之放置位置的一示意性截面圖。
為將一大應變81施加至應變感測元件50，例如，應變感測元件50經放置使得應變感測元件50之重心50g位於支撐區段71之中心點64e 與點64d(端部分)之間。中心點64e係將第一膜64a之第一區域R1與第一膜64a之第二區域R2之間的邊界64c連接至最接近於邊界64c之支撐區段71之點64d(端部分)之直線之中心點。較佳地，應變感測元件50經放置以便完全安裝於支撐區段71之中心點64e與點64d之間。應變感測元件50之此放置位置亦適用於其他實施例。
(第一實施例之製程)
接著，描述用於製造第一實施例之一壓力感測器之一方法。
圖14係繪示用於製造根據第一實施例之一壓力感測器之方法的一流程圖。
圖15A至圖15D係繪示用於製造一壓力感測器之方法的示意性程序圖。
圖16A至圖16D係用於形成第一實施例之壓力感測器中之一壓力感測器(其包含圖2A之膜區段)的示意性程序圖。
圖17A至圖17D係用於形成第一實施例之壓力感測器中之一壓力感測器(其包含圖2B之膜區段)的示意性程序圖。
在圖15A至圖15D中，為使繪示清楚，自圖1A之形狀及尺寸適當地改變各組件之形狀及尺寸。假定：膜區段64之形狀係圓形。
如圖14、圖15A及圖16A中所展示，形成構成一膜區段64之一膜640(步驟S101)。使膜640形成於構成一基底區段71之一基板710上。基板710係(例如)一矽基板。
如圖14及圖15B中所展示，形成一第一佈線511(步驟103)。例如，如圖15B中所展示，使一導電膜形成於膜640上。將此導電膜處理成一指定形狀以形成一第一佈線511。為使繪示清楚，圖15B中描繪複數個第一佈線511之部分。
如圖14及圖15C中所展示，形成一感測元件50(步驟105)。例如，如圖15C中所展示，形成第一佈線511之一空腔區段70。接著，使 一感測元件50形成於位於膜區段64上之部分511a(參閱圖15B)上。構成感測元件50之膜經循序地形成以形成一堆疊膜。將此堆疊膜處理成一指定形狀以形成一感測元件50。
如圖14及圖15D中所展示，形成一第二佈線512(步驟107)。例如，如圖15D中所展示，一絕緣膜(圖中未展示)經形成以便覆蓋感測元件50。此絕緣膜之部分經移除以暴露感測元件50之上表面。使一導電膜形成於該絕緣膜上且將該導電膜處理成一指定形狀以形成一第二佈線512。
只要技術上可行，則可同時或依一不同順序執行步驟S101至步驟S107之至少部分。
接著，如圖14、圖16A至圖17D中所展示，形成一空腔區段70及一膜區段64(步驟S109)。若形成圖2C之膜區段64，則使用圖16A至圖16D及圖17A至圖17D兩者之步驟。為使繪示清楚，圖中未展示第一佈線511、第二佈線512及感測元件50。圖中展示構成膜區段64之膜640及基板710。
圖16A係一示意性截面圖。在圖16A中，使一遮罩641a及一遮罩641b形成於不同於其上形成有膜640之表面的基板710之表面上。
遮罩641a覆蓋在處理之後構成一基底區段71之基板710之部分。使遮罩641b形成於橫跨基板710之膜640之部分上，該部分在處理之後構成第一區域R1。
圖16B係一示意性截面圖。在圖16B中，自圖16A之狀態蝕刻基板710達一固定時間。接著，移除遮罩641a及遮罩641b。
此時，使由遮罩614b引起之一突出部700形成於基板710中，如圖16B中所展示。
圖16C係一示意性截面圖。在圖16C中，自圖16B之狀態再次形成一遮罩614a。
圖16D係一示意性截面圖。在圖16D中，自其中已形成遮罩614a之圖16C之狀態再次執行蝕刻。因此，蝕刻基板710，直至將膜640暴露於其中不存在突出部700之部分中。接著，移除遮罩614a。
此時，膜640構成一第一膜64a。由突出部700引起之突出形狀構成一第二膜64b。因此，使一中央部分64m及一周邊部分64n形成於膜區段64中。
圖17A係一示意性截面圖。在圖17A中，使一膜641形成於膜640上，膜640形成於基底區段710上。使一遮罩641c形成於膜641上。
使遮罩641c形成於構成第一區域R1之膜區段64之部分上。
圖17B係一示意性截面圖。在圖17B中，自圖17A之狀態蝕刻膜641。在暴露膜640之後，移除遮罩641c。
僅保留覆蓋有遮罩641c之膜641之部分。因此，形成一第二膜64b。
圖17C係一示意性截面圖。在圖17C中，使一遮罩641a形成於不同於其上形成有膜640之表面的基底區段710之表面上。
遮罩641a覆蓋在處理之後構成一基底區段71之基板710之部分。
圖17D係一示意性截面圖。在圖17D中，蝕刻基板710，直至自圖17C之狀態暴露膜640。
在處理之後，膜640構成一第一膜64a。只要技術上可行，則可同時或依一不同順序執行圖17A至圖17D之步驟。
在圖17A及圖17B中，在形成膜641之後，藉由修整一不必要部分而形成第二膜64b。然而，膜640可在其上形成有第二膜64b之部分外覆蓋有一遮罩。因此，可藉由在形成膜641之後移除該遮罩而形成第二膜64b。
只要技術上可行，則可在步驟S101至步驟S107期間執行圖14中所展示之步驟S109。只要技術上可行，則可同時或依一不同順序執行 步驟S101至步驟S107之至少部分。
可藉由(例如)深RIE程序(深反應性離子蝕刻程序)或波希(Bosch)程序而執行蝕刻處理。
可在藉由循序地形成構成感測元件50之膜而形成堆疊膜之後的任何時間執行藉由退火而固定磁化固定層之磁化120a(步驟S111)。然而，較佳地，在將堆疊膜處理成一指定形狀之前執行固定。
(第二實施例)
圖18係繪示根據一第二實施例之一壓力感測器的一示意性透視圖。
為使繪示清楚，圖18中未展示絕緣部分，且主要描繪導電部分。此外，為使繪示清楚，圖中描繪應變感測元件50之部分。此外，如後文所描述，膜區段65之中央部分中之第一區域R1之材料不同於膜區段65之周邊部分中之第二區域R2之材料。在圖中，使用(例如)影線來表示膜之材料差異。
除膜區段65之外的第二實施例之壓力感測器311之結構類似於除膜區段64之外的第一實施例之壓力感測器310之結構。第二實施例之壓力感測器311之膜區段65對應於第一實施例之壓力感測器310之膜區段64。
圖19係繪示根據第二實施例之壓力感測器的一示意性截面圖。
為使繪示清楚，圖19中未展示絕緣部分及導電部分。膜區段65之第一區域R1之材料不同於膜區段65之第二區域R2之材料。
在用於製造壓力感測器311之程序期間產生於膜區段65中之應力可在製造之後保留。在此情況中，保留於膜區段65之第一區域R1中之應力之值不同於保留於膜區段65之第二區域R2中之應力之值。更具體言之，保留於膜區段65之第一區域R1中之應力之值比保留於膜區段65之第二區域R2中之應力之值相對更拉伸。此處，若壓縮膜區 段，則膜區段之殘留應力經界定以具有一負值，且若拉伸膜區段，則膜區段之殘留應力經界定以具有一正值，約為值「0(零)」。其中保留於第一區域R1中之應力之值比保留於第二區域R2中之應力之值相對更拉伸之狀態指示：自保留於第一區域R1中之應力之值減去保留於第二區域R2中之應力之值導致一正值。
替代地，膜區段65之第一區域R1之楊氏模量(Young's modulus)不同於膜區段65之第二區域R2之楊氏模量。更具體言之，膜區段65之第一區域R1之楊氏模量大於膜區段65之第二區域R2之楊氏模量。
可將膜區段65之厚度設定為(例如)大於等於50奈米且小於等於3微米。在此情況中，可將膜區段65之厚度較佳地設定為大於等於200奈米且小於等於1.5微米。若膜區段65之平面形狀係圓形(如圖18中所展示)，則可將膜區段65之直徑尺寸設定為(例如)大於等於1微米且小於等於600微米。在此情況中，可將膜區段65之直徑尺寸較佳地設定為大於等於60微米且小於等於600微米。若膜區段65之平面形狀係正方形，則可將膜區段65之一邊之長度設定為(例如)大於等於1微米且小於等於650微米。在此情況中，可將膜區段65之一邊之長度較佳地設定為大於等於50微米且小於等於550微米。若膜區段65之平面形狀係矩形，則可將膜區段65之短邊之長度設定為(例如)大於等於1微米且小於等於500微米。在此情況中，可將膜區段65之短邊之長度較佳地設定為大於等於50微米且小於等於400微米。
如同上文參考圖5A至圖5D所描述之膜區段64，實施例之膜區段65可為圓形、橢圓形、正方形或矩形。若膜區段65呈一正方形或矩形形狀，則角隅可為尖角或可為倒弧角。膜區段65之第一區域R1之形狀較佳地相同於膜區段65之形狀。然而，第一區域R1之形狀可不同於膜區段65之形狀。
實施例之壓力感測器311之功能係如上文參考圖10所描述。此 處，第二實施例之壓力感測器311之膜區段65對應於第一實施例之壓力感測器310之膜區段64。
圖20係繪示第二實施例之壓力感測器之功能的一示意性截面圖。
圖20係沿圖18之線A1-A2截取之一截面圖。
膜區段65之端接合至支撐區段71。因此，如圖20中所展示，當一外部壓力80經施加使得膜區段65之中心附近凸起時，藉由應變81而將一壓縮應力施加至放置於膜區段端處之應變感測元件50。當一外部壓力80經施加使得膜區段65凹進時，將一拉伸應力施加至放置於膜區段端處之應變感測元件50。
應變81越大，應變感測元件50之電阻變化越大。因此，可藉由設置膜區段65而增強壓力感測器311之靈敏度，膜區段65具有使得一大應變81回應於外部壓力80而產生之一形狀。膜區段65之第一區域R1之楊氏模量大於膜區段65之第二區域R2之楊氏模量。換言之，保留於膜區段65之第一區域R1中之應力之值大於保留於膜區段65之第二區域R2中之應力之值。因此，應變不大可能發生於第一區域R1中。應變集中於其中放置應變感測元件50之支撐區段71端附近。因此，應變81大於其中膜區段65之第一區域R1與膜區段65之第二區域R2之間無楊氏模量差之情況中之應變。換言之，應變81大於其中保留於膜區段65之第一區域R1中之應力之值與保留於膜區段65之第二區域R2中之應力之值之間無差異之情況中之應變。
圖21A及圖21B係展示使第二實施例之壓力感測器之膜區段向外中凸地翹曲時之膜區段之位移的示意圖。
圖21A及圖21B係沿圖18之線A1-A2截取之截面圖。
圖21B展示其中膜區段65之第一區域R1之面積與膜區段65之總面積之比率大於圖21A之比率之情況。為簡單地展示第一區域R1比第二 區域R2更不易出現應變，將圖中之第一區域R1描繪為處於無應變之一平坦狀態中。此外，圖21A與圖21B之間的膜區段65之中心自初始狀態之位移L略有不同。然而，為簡單起見，圖21A及圖21B中描繪相等位移L。
比較圖21A與圖21B，圖21B中之其中放置應變感測元件50之位置(在此實例中，膜區段65之第二區域R2)處之膜之曲率較大。此指示：圖21B中之由膜區段65之應變產生之應變81大於圖21A中之應變。當未將外部壓力80施加至膜區段65時，將自膜區段65之重心至膜區段65之第一區域R1與膜區段65之第二區域R2之間的邊界65c之距離標示為距離a。將自膜區段65之重心至支撐區段71之最近端之距離標示為距離b。可將距離a與距離b之比率(a/b)設定為大於等於0.5且小於等於0.97。在此情況中，可將該比率較佳地設定為大於等於0.6且小於等於0.93。
第二實施例之應變感測元件50之放置位置類似於第一實施例之應變感測元件50之放置位置。即，第二實施例之應變感測元件50之放置位置係如上文參考圖12及圖13所描述。此處，第二實施例之壓力感測器311之膜區段65對應於第一實施例之壓力感測器310之膜區段64。
(第二實施例之製程)
接著，描述用於製造第二實施例之一壓力感測器之一方法。
圖22係繪示用於製造根據第二實施例之一壓力感測器之方法的一流程圖。
圖23A至圖23D係用於使用離子植入技術來形成一膜區段的示意性截面圖。
圖24A至圖24D係用於在複數個步驟中藉由膜形成而形成一膜區段的示意性程序圖。
如圖22及圖23A中所展示，形成構成一膜區段65之一膜650(步驟 S201)。使膜650形成於構成一基底區段71之一基板710上。基板710係(例如)一矽基板。圖14中所展示之步驟S103至步驟S107之製程亦適用於第二實施例(步驟S203至步驟S207)。
接著，如圖22、圖23A至圖24D中所展示，形成一空腔區段70及一膜區段65(步驟S209)。為使繪示清楚，圖中未展示第一佈線511、第二佈線512及感測元件50。圖中展示構成膜區段65之膜650及基底區段710。
圖23A係展示藉由離子植入技術而將離子R3植入至膜650中之步驟的一示意性截面圖。
此時，在完成程序之後，將離子R3植入至構成膜區段65之第一區域R1之區域中。由於植入離子R3，所以將膜650分成圖23B中所展示之一第一區域R1及一第二區域R2。
圖23C係一示意性截面圖。在圖23C中，使一遮罩651a形成於不同於膜650之表面之基底區段710之表面上。
自其上形成有遮罩651a之表面執行蝕刻。
圖23D係一示意性截面圖。在圖23D中，執行蝕刻，直至暴露膜650。
藉由蝕刻而形成一空腔區段70及一支撐區段71。藉由蝕刻而暴露之膜650構成一膜區段65。
只要技術上可行，則可同時或依一不同順序執行圖23A至圖23D之步驟。
在完成程序之後，可將離子R3植入至構成第一區域R1之區域中，如圖23A中所展示且如上文所描述。替代地，在完成程序之後，可將離子R3植入至構成第二區域R2之區域中。
可藉由(例如)深RIE程序(深反應性離子蝕刻程序)或波希程序而執行蝕刻處理。
較佳地，保留於膜之第一區域R1中之應力大於保留於膜之第二區域R2中之應力。若藉由將離子植入至膜中而減小膜之體積，則將一拉伸殘留應力施加至膜。相反地，若使膜之體積膨脹，則將一壓縮殘留應力施加至膜。因此，若包含(例如)Si之一膜用於膜650，則植入至第一區域R1中之離子R3通常為(例如)氫(H)、氦(He)、鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氖(Ne)、鈉(Na)、鎂(Mg)及鋁(Al)之至少一者之離子。在此情況中，較佳地使用具有接近於矽之價電子數之價電子數的硼。植入至第二區域R2中之離子R3係(例如)磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、氬(Ar)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及砷(As)之至少一者之離子。在此情況中，較佳地使用具有接近於矽之價電子數之價電子數的磷或砷。然而，可藉由調整甚至用於相同離子之離子植入能量而使由離子植入引起之膜之殘留應力之變化為正(拉伸)或負(壓縮)。因此，可將植入至第一區域R1中之離子植入至第二區域R2中。
除保留於膜中之應力之外，由離子植入技術引起之膜之物理量之變化包含膜之楊氏模量。因此，離子植入技術可用於使第一區域R1之楊氏模量大於第二區域R2之楊氏模量之目的。
圖24A係一示意性截面圖。在圖24A中，使一遮罩651b形成於基板710上之構成第一區域R1之部分外。
圖24B係一示意性截面圖。在圖24B中，使構成第一區域R1之一膜形成於在圖24A中其上存在有遮罩651b之表面上。接著，移除遮罩651b。
使膜僅形成於其中不存在遮罩651b之部分上。因此，形成一第一區域R1，如圖中所展示。
圖24C係一示意性截面圖。在圖24C中，使一遮罩651c形成於第 一區域R1上。
圖24D係一示意性截面圖。在圖24D中，使構成第二區域R2之一膜形成於在圖24C中其上存在有遮罩651c之表面上。接著，移除遮罩651c。
使膜僅形成於其中不存在遮罩651c之部分上。因此，形成一第二區域R2，如圖中所展示。
只要技術上可行，則可同時或依一不同順序執行圖24A至圖24D之步驟。
第一區域R1之膜未完全形成於基板上，而是部分地形成於基板上。在用於此目的之一方法中，當形成一遮罩時，僅其中將形成膜之部分未覆蓋有該遮罩，如圖24A及圖24B中所展示。在一替代方法中，使一膜完全形成於基板上，且接著藉由蝕刻而移除不必要部分，如圖17A及圖17B中所展示。
只要技術上可行，則任一方法可用於製造膜區段之程序中。此亦適用於其他實施例。
藉由圖24A至圖24D之方法而形成第一區域R1及第二區域R2。接著，形成膜區段65、支柱區段71及空間區段70。此形成方法類似於圖23C及圖23D之形成方法。
膜區段65之第一區域R1與膜區段65之第二區域R2之一膜組合係一金屬膜(第一區域)與一絕緣體膜或半導體膜(第二區域)之一組合。此處，該金屬膜可由諸如金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)及鉬(Mo)之一材料形成。該絕緣體膜或半導體膜可由諸如矽(Si)、氧化矽及氮化矽之一材料形成。在使用此組合時，儘管非晶矽(a-Si)並非為一金屬，但其可用於第一區域R1之膜。
一替代組合係具有構成第一區域R1及第二區域R2之相同原子組分，但具有不同組成比之膜之一組合。例如，氮化矽(SiN)膜可用於 第一區域R1及第二區域R2中。在此情況中，第二區域R2之膜比第一區域R1之膜更富含氮(N)(富含N=壓縮膜=第二區域)。
一替代組合(第一組合)係之第一區域R1之一純膜(其未與雜質混合)與第二區域R2之一膜(其中將雜質混合於用於第一區域R1中之該膜中)之一組合。該純膜之一實例由(例如)矽製成。該雜質係植入至第二區域R2中之離子之上述元素之至少一者。
一替代組合(第二組合)係第二區域R2之一純膜(其未與雜質混合)與第一區域R1之一膜(其中將雜質混合於用於第二區域R2中之該膜中)之一組合。該純膜之一實例由(例如)矽製成。該雜質係植入至第一區域R1中之離子之上述元素之至少一者。
一替代組合係一組合，其中第二區域R2由用於上述第一組合中之第二區域R2之含雜質膜製成，且第一區域R1由用於上述第二組合中之第一區域R1之含雜質膜製成。
(第三實施例)
圖25係繪示根據一第三實施例之一壓力感測器的一示意性透視圖。
為使繪示清楚，圖25中未展示絕緣部分，且主要描繪導電部分。此外，為使繪示清楚，圖中描繪應變感測元件50之部分。此外，如後文所描述，膜區段66之中央部分66m(參閱圖26A至圖26C)之厚度不同於膜區段66之周邊部分66n(參閱圖26A至圖26C)之厚度。此外，保留於第二膜66b中之應力之值比保留於第一膜66a中之應力之值相對更拉伸。此外，第二膜66b之楊氏模量大於第一膜66a之楊氏模量。在圖25中，為使繪示清楚，使用(例如)影線來表示此等差異。
除膜區段66之外的第三實施例之壓力感測器312之結構類似於除膜區段64之外的第一實施例之壓力感測器310之結構。第三實施例之壓力感測器312之膜區段66對應於第一實施例之壓力感測器310之膜區 段64。
圖26A至圖26C係繪示根據第三實施例之壓力感測器的示意性截面圖。
圖26A至圖26C係沿圖25之線A1-A2截取之截面圖。
為使繪示清楚，圖26A至圖26C中未展示絕緣部分及導電部分。膜區段66之凸形狀可存在於空腔區段70側上，如圖26A中所展示。替代地，膜區段66之凸形狀可存在於與空腔區段70相對之膜區段66之側上，如圖26B中所展示。替代地，膜區段66之凸形狀可存在於空腔區段70側及與空腔區段70相對之側兩者上，如圖26C中所展示。
膜區段66包含一第一膜66a及一第二膜66b。第一膜66a包含一第一區域R1及一第二區域R2。第一區域R1位於膜區段66之一中央部分66m中。第二區域R2位於膜區段66之一周邊部分66n(圍繞第一區域R1之周邊部分)中。第二膜66b設置於第一區域R1上。第二膜66b可包含形成於其內之複數個膜。膜區段66之中央部分66m(第一膜66a與第二膜66b之組合之第一區域R1之部分)之厚度比膜區段66之周邊部分66n(第一膜66a之第二區域R2之部分)之厚度厚。
在用於製造壓力感測器311之程序期間產生於膜區段66中之應力可在製造之後保留。在此情況中，保留於第二膜66b中之應力之值不同於保留於第一膜66a中之應力之值。更具體言之，保留於第二膜66b中之應力之值大於保留於第一膜66a中之應力之值。此處，若膜區段之殘留應力具有一負值，則膜區段之殘留應力係壓縮的，或若膜區段之殘留應力具有一正值(約為值「0(零)」)，則膜區段之殘留應力係拉伸的。
替代地，第二膜66b之楊氏模量不同於第一膜66a之楊氏模量。更具體言之，第二膜66b之楊氏模量大於第一膜66a之楊氏模量。
可將膜區段66之中央部分66m之厚度(即，第一膜66a之厚度t1及 第二膜66b之厚度t2(就圖26C而言，t21+t22)之總厚度)與膜區段66之周邊部分66n之厚度t1(即，第一膜66a之厚度t1)之比率設定為(例如)大於等於1.1倍且小於等於4倍。在此情況中，可將該比率較佳地設定為大於等於1.5倍且小於等於3倍。膜區段66之中央部分66m之厚度與膜區段66之周邊部分66n之厚度之間的關係適合與上述範圍相適應。此足以達成由設置於中央部分66m與周邊部分66n之間的膜厚度差引起之改良感測器之效能之下述效應。此外，此可抑制使壓力感測器312加速時所產生之感測器之雜訊。
圖27A至圖28C係繪示根據第三實施例之膜區段之形狀的示意性截面圖。
膜區段66之第二膜66b可階梯式地接合至膜區段66之第一膜66a，如圖26A至圖26C中所展示。替代地，膜區段66之第二膜66b可經由一傾斜而接合至膜區段66之第一膜66a，如圖27A至圖27C中所展示。替代地，膜區段66之第二膜66b可經由一彎曲而逐漸地接合至膜區段66之第一膜66a，如圖28A至圖28C中所展示。若使膜區段66如圖27A至圖28C中所展示般塑形，則第一膜66a之第一區域R1與第一膜66a之第二區域R2之間的邊界被界定為其中將膜區段66之最大厚度與膜區段66之最小厚度之間的差異△T(就圖27C及圖28C而言，差異△T1+△T2)等分之部分(邊界66c)。
可將膜區段66之第一膜66a之厚度設定為(例如)大於等於50奈米且小於等於3微米。在此情況中，可將該厚度較佳地設定為大於等於200奈米且小於等於1.5微米。若膜區段66之平面形狀係圓形(如圖25中所繪示)，則可將膜區段66之直徑尺寸設定為(例如)大於等於1微米且小於等於600微米。在此情況中，可將膜區段66之直徑尺寸較佳地設定為大於等於60微米且小於等於600微米。若膜區段66之平面形狀係正方形，則可將膜區段66之一邊之長度設定為(例如)大於等於1微 米且小於等於650微米。在此情況中，可將膜區段66之一邊之長度較佳地設定為大於等於50微米且小於等於550微米。若膜區段66之平面形狀係矩形，則可將膜區段66之短邊之長度設定為(例如)大於等於1微米且小於等於500微米。在此情況中，可將膜區段66之短邊之長度較佳地設定為大於等於50微米且小於等於400微米。
如同上文參考圖5A至圖5D所描述之膜區段64，實施例之膜區段66可為圓形、橢圓形、正方形或矩形。若膜區段66呈一正方形或矩形形狀，則角隅可為尖角或可為倒弧角。較佳地，膜區段66之第一區域R1之形狀相同於膜區段66之形狀。然而，第一區域R1之形狀可不同於膜區段66之形狀。
實施例之壓力感測器312之功能係如上文參考圖10所描述。此處，第三實施例之壓力感測器312之膜區段66對應於第一實施例之壓力感測器310之膜區段64。
圖29係繪示第三實施例之壓力感測器之功能的一示意圖。
圖29係沿圖25之線A1-A2截取之一截面圖。
膜區段66之端接合至支撐區段71。因此，如圖29中所展示，當一外部壓力80經施加使得膜區段66之中心附近凸起時，藉由應變81而將一壓縮應力施加至放置於膜區段端處之應變感測元件50。當一外部壓力80經施加使得膜區段66凹進時，將一拉伸應力施加至放置於膜區段端處之應變感測元件50。
應變81越大，應變感測元件50之電阻變化越大。因此，可藉由設置膜區段66而增強壓力感測器312之靈敏度，膜區段66具有使得一大應變81回應於外部壓力80而產生之一形狀。膜區段66之中央部分66m之厚度比膜區段66之周邊部分66n之厚度厚。保留於膜區段66之第二膜66b中之應力之值大於保留於膜區段66之第一膜66a中之應力之值。替代地，膜區段66之第二膜66b之楊氏模量大於膜區段66之第一 膜66a之楊氏模量。因此，應變不大可能發生於中央部分66m及第二膜66b中。應變集中於其中放置應變感測元件50之支撐區段71端附近。因此，應變81大於其中膜區段66之中央部分66m與膜區段66之周邊部分66n之間無厚度差或第一膜66a與第二膜66b之間無楊氏模量或殘留應力差之情況中之應變。
圖30A及圖30B係展示使第三實施例之壓力感測器之膜區段向外中凸地翹曲時之膜之位移的示意性截面圖。
圖30A及圖30B係沿圖25之線A1-A2截取之截面圖。
圖30B展示其中膜區段66之第二膜66b之面積與膜區段66之總面積之比率大於圖30A之比率之情況。換言之，圖30B展示其中第一區域R1之面積與第一膜66a之總面積之比率大於圖30A之比率之情況。為簡單地展示中央部分66m比周邊部分66n更不易出現應變或第二膜66b比第一膜66a更不易出現應變，將圖中之中央部分66m描繪為處於無應變之一平坦狀態中。此外，圖30A與圖30B之間的膜區段66之中心自初始狀態之位移L略有不同。然而，為簡單起見，圖30A及圖30B中描繪相等位移L。
比較圖30A與圖30B，圖30B中之其中放置應變感測元件50之位置(在此實例中，第一膜66a之第二區域R2)處之膜之曲率較大。此指示：圖30B中之由膜區段66之應變產生之應變81大於圖30A中之應變。當未將外部壓力80施加至膜區段66時，將自膜區段66之重心至第一膜66a之第一區域R1與第一膜66a之第二區域R2之間的邊界66c之距離標示為距離a。將自膜區段66之重心至支撐區段71之最近端之距離標示為距離b。可將距離a與距離b之比率(a/b)設定為大於等於0.5且小於等於0.97。在此情況中，可將該比率較佳地設定為大於等於0.6且小於等於0.95。
第三實施例之應變感測元件50之放置位置類似於第一實施例之 應變感測元件50之放置位置。即，第三實施例之應變感測元件50之放置位置係如上文參考圖12及圖13所描述。此處，第三實施例之壓力感測器312之膜區段66對應於第一實施例之壓力感測器310之膜區段64。
(第三實施例之製程)
鑑於形狀特徵，可藉由相同於第一實施例之壓力感測器310之製程而製造第三實施例之壓力感測器312。此處，圖16A至圖17D之膜區段64、膜64a及膜64b分別對應於膜區段66、膜66a及膜66b。
膜區段66之膜66a與膜區段66之膜66b之一組合係上文所描述之壓力感測器311之膜區段65之第一區域R1與第二區域R2之膜組合。此處，膜區段66之膜66b對應於膜區段65之第一區域R1之膜。膜區段66之膜66a對應於膜區段65之第二區域R2之膜。
(第四實施例)
圖31係繪示根據一第四實例之一麥克風的一示意性平面圖。
如圖31中所展示，麥克風410包含根據上述實施例之一任意壓力感測器(例如壓力感測器310)或根據上述實施例之變型之一壓力感測器。在下文中，將包含壓力感測器310之麥克風410繪示為一實例。
將麥克風410併入於一個人數位助理420之端部分中。可使設置於麥克風410中之壓力感測器310之膜區段64實質上平行於(例如)其上設置有顯示區段421之個人數位助理420之表面。膜區段64之放置不受限於所繪示之放置，而是可適當地改變。
麥克風410包含壓力感測器310及其類似者。因此，麥克風410可對一寬頻率範圍具有高靈敏度。
參考其中將麥克風410併入於個人數位助理420中之情況來繪示實施例。然而，實施例不限於此。可將麥克風410併入於(例如)一IC記錄器或一接腳式麥克風中。
(第五實施例)
該實施例係關於基於上述實施例之壓力感測器之一聲音麥克風。
圖32係繪示根據一第五實例之一聲音麥克風的一示意性截面圖。
根據實施例之聲音麥克風430包含一印刷電路板431、一蓋罩433及一壓力感測器310。印刷電路板431包含一電路，諸如一放大器。蓋罩433具有一聲音孔435。一聲音439透過聲音孔435而傳播至蓋罩433中。
壓力感測器310係參考上述實施例及其變型所描述之壓力感測器之一者。
聲音麥克風430感測聲壓。可藉由使用具有高靈敏度之壓力感測器310而獲得具有高靈敏度之聲音麥克風430。例如，壓力感測器310安裝於印刷電路板431上。電信號線設置於壓力感測器310上。蓋罩433設置於印刷電路板431上以便覆蓋壓力感測器310。
實施例可提供具有高靈敏度之一聲音麥克風。
(第六實施例)
該實施例係關於基於上述實施例之壓力感測器之一血壓感測器。
圖33A及圖33B係繪示根據一第六實施例之一血壓感測器的示意圖。
圖33A係繪示一動脈血管上方之人之皮膚的一示意性平面圖。圖33B係沿圖33A之線H1-H2截取之一截面圖。
在實施例中，應用壓力感測器310作為一血壓感測器440。此壓力感測器310係參考上述實施例及其變型所描述之壓力感測器之一者。
此實現藉由具有一小尺寸之一壓力感測器而高靈敏度地感測壓 力。將壓力感測器310按壓至動脈血管441上方之皮膚443上。因此，血壓感測器440可連續量測血壓。
此實施例可提供具有一高靈敏度之一血壓感測器。
(第七實施例)
該實施例係關於基於上述實施例之壓力感測器之一觸控面板。
圖34係繪示根據一第七實例之一觸控面板的一示意性平面圖。
在實施例中，壓力感測器310用於一觸控面板450。此壓力感測器310係參考上述實施例及其變型所描述之壓力感測器之一者。在觸控面板450中，壓力感測器310安裝於一顯示器之內部及外部之至少一者中。
例如，觸控面板450包含複數個第一佈線451、複數個第二佈線452、複數個壓力感測器310及一控制區段453。
在此實例中，沿Y軸方向配置複數個第一佈線451。複數個第一佈線451之各者沿X軸方向延伸。沿X軸方向配置複數個第二佈線452。複數個第二佈線452之各者沿Y軸方向延伸。
複數個壓力感測器310之各者設置於複數個第一佈線451之一者與複數個第二佈線452之一者之交叉部分處。一壓力感測器310構成用於偵測之一偵測元件310e。此處，交叉部分包含第一佈線451與第二佈線452之交叉位置及其周圍之一區域。
複數個壓力感測器310之各者之一端351連接至複數個第一佈線451之一者。複數個壓力感測器310之各者之另一端352連接至複數個第二佈線452之一者。
控制區段453連接至複數個第一佈線451及複數個第二佈線452。
例如，控制區段453包含：一第一佈線電路453a，其連接至複數個第一佈線451；一第二佈線電路453b，其連接至複數個第二佈線452；及一控制電路455，其連接至第一佈線電路453a及第二佈線電路 453b。
具有一小尺寸之壓力感測器310能夠高靈敏度地感測壓力。因此，可實現一高清晰度觸控面板。
除上述應用之外，根據上述實施例之壓力感測器適用於各種壓力感測器裝置，諸如一氣壓感測器及一胎壓感測器。
實施例可提供具有高靈敏度之一應變感測元件、一壓力感測器、一麥克風、一血壓感測器及一觸控面板。
上文已參考實例來描述本發明之實施例。然而，本發明不受限於此等實例。例如，各種組件(諸如包含於應變感測元件、壓力感測器、麥克風、血壓感測器及觸控面板中之膜區段、應變感測元件、第一磁性層、第二磁性層、中間層及偏壓層)之任何特定組態包含於本發明之範疇內，只要熟習技術者可類似地實踐本發明且藉由自習知組態適當地選擇此等組態而達成類似效應。
此外，在不脫離本發明之精神之一範圍內，一技術上可容許之範圍內之各自特定實例之兩個或兩個以上組件之組合亦包含於本發明之範疇內。
另外，在不脫離本發明之精神之一範圍內，基於上文描述為本發明之實施例之應變感測元件、壓力感測器、麥克風、血壓感測器及觸控面板，熟習技術者可藉由一適當設計修改方案而獲得之所有應變感測元件、壓力感測器、麥克風、血壓感測器及觸控面板亦包含於本發明之範疇內。
熟習技術者可在本發明之精神內設想各種其他變動及修改，且應瞭解，此等變動及修改亦包含於本發明之範疇內。
儘管已描述某些實施例，但此等實施例僅供例示，且不意欲限制本發明之範疇。其實，本文所描述之新穎實施例可體現為各種其他形式；此外，可在不脫離本發明之精神之情況下對本文所描述之實施 例進行各種省略、置換及形式改變。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋將落於本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
[其他實施例]
上文已描述本發明之實施例。然而，亦可在下文所描述之態樣中實踐本發明。
[態樣1]
一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含一第一膜及一第二膜，該第一膜包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，且該第二膜設置於該第一區域上；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
[態樣2]
如態樣1之壓力感測器，其中該第二膜與該第一膜一體成形。
[態樣3]
如態樣1之壓力感測器，其中該第一區域中之該第一膜之膜厚度與該第二膜之膜厚度之總和(a)與該第二區域之膜厚度(b)之比率(a/b)大於等於1.1且小於等於4。
[態樣4]
如態樣1之壓力感測器，其中該第二膜之材料不同於該第一膜之材料。
[態樣5]
如態樣1之壓力感測器，其中該第二膜之楊氏模量(Young's modulus)大於該第一膜之楊氏模量。
[態樣6]
如態樣1之壓力感測器，其中保留於該第二膜中之應力之值比保留於該第一膜中之應力之值相對更拉伸。
[態樣7]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第一膜包含選自由半導體、絕緣體、氧化物及氮化物組成之群組之至少一材料。
[態樣8]
如態樣1至7中任一項之壓力感測器，其中該第一膜包含選自由矽、氧化矽及氮化矽組成之群組之至少一材料。
[態樣9]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第二膜包含一金屬。
[態樣10]
如態樣1至6及9中任一項之壓力感測器，其中該第二膜包含選自由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)及鉬(Mo)組成之群組之至少一金屬。
[態樣11]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第二膜包含非晶矽。
[態樣12]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第二膜包含其中將一雜質添加至該第一膜之一膜。
[態樣13]
如態樣1至6及12中任一項之壓力感測器，其中該第一膜包含矽(Si)，且該第二膜包含添加有選自由氫(H)、氦(He)、鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氖(Ne)、鈉(Na)、鎂(Mg)及鋁(Al)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)。
[態樣14]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第一膜包含其中將一雜質添加至該第二膜之一膜。
[態樣15]
如態樣1至6及14中任一項之壓力感測器，其中該第二膜包含矽(Si)，且該第一膜包含添加有選自由磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、氬(Ar)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及砷(As)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)。
[態樣16]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第一膜包含添加有選自由磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、氬(Ar)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及砷(As)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)，且該第二膜包含添加有選自由氫(H)、氦(He)、鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氖(Ne)、鈉(Na)、鎂(Mg)及鋁(Al)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)。
[態樣17]
如態樣1至6中任一項之壓力感測器，其中該第一膜及該第二膜包含氮化矽(Si-N)，且含於該第二膜中之氮之含量低於含於該第一膜中之氮之含量。
[態樣18]
一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，該第一區域之材料不同於該第二區域之材料；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
[態樣19]
一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，該第一區域之楊氏模量大於該第二區域之楊氏模量；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
[態樣20]
一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二 區域，保留於該第一區域之應力之值比保留於該第二區域之應力之值相對更拉伸；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
[態樣21]
如態樣1至20中任一項之壓力感測器，其中自該第一區域之中心至該第一區域與該第二區域之間的邊界之距離(c)與自該第一區域之該中心至該等支撐區段之一最近者之距離(d)之比率(c/d)大於等於0.5且小於等於0.97。
[態樣22]
如態樣1至21中任一項之壓力感測器，其中該應變感測元件放置於將該第一區域與該第二區域之間的一邊界連接至具有相距於該邊界之最近距離之該支撐區段之一端部分的一直線之一中心點與該端部分之間。
[態樣23]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第二區域之該膜區段包含選自由半導體、絕緣體、氧化物及氮化物組成之群組之至少一材料。
[態樣24]
如態樣18至23中任一項之壓力感測器，其中該第二區域之該膜區段包含選自由矽、氧化矽及氮化矽組成之群組之至少一材料。
[態樣25]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜 區段包含一金屬。
[態樣26]
如態樣18至22及25中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜區段包含選自由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)及鉬(Mo)組成之群組之至少一金屬。
[態樣27]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜區段包含非晶矽。
[態樣28]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜區段包含一材料，在該材料中，將一雜質添加至構成該第二區域之該膜區段的一材料。
[態樣29]
如態樣18至22及28中任一項之壓力感測器，其中該第二區域之該膜區段包含矽(Si)，且該第一區域之該膜區段包含添加有選自由氫(H)、氦(He)、鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氖(Ne)、鈉(Na)、鎂(Mg)及鋁(Al)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)。
[態樣30]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第二區域之該膜區段包含一材料，在該材料中，將一雜質添加至構成該第一區域之該膜區段的一材料。
[態樣31]
如態樣18至22及30中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜區段包含矽(Si)，且該第二區域之該膜區段包含添加有選自由磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、氬(Ar)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩 (V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及砷(As)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)。
[態樣32]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜區段包含添加有選自由氫(H)、氦(He)、鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氖(Ne)、鈉(Na)、鎂(Mg)及鋁(Al)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)，且該第二區域之該膜區段包含添加有選自由磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、氬(Ar)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鎵(Ga)、鍺(Ge)及砷(As)組成之群組之至少一雜質的矽(Si)。
[態樣33]
如態樣18至22中任一項之壓力感測器，其中該第一區域之該膜區段及該第二區域之該膜區段包含氮化矽(Si-N)，且含於該第一區域之該膜區段中之氮之含量低於含於該第二區域之該膜區段中之氮之含量。
[態樣34]
如態樣1至33中任一項之壓力感測器，其中該應變感測元件進一步包含設置於該第一磁性層與該膜區段之間的一電極。
[態樣35]
如態樣1至34中任一項之壓力感測器，其中設置複數個該應變感測元件。
[態樣36]
一種麥克風，其包括如態樣1至34中任一項之壓力感測器。
[態樣37]
一種血壓感測器，其包括如態樣1至34中任一項之壓力感測器。
[態樣38]
一種觸控面板，其包括如態樣1至34中任一項之壓力感測器。
50‧‧‧應變感測元件
51‧‧‧第一磁性層/磁化自由層
52‧‧‧第二磁性層/第一磁化固定層
53‧‧‧中間層
64‧‧‧膜區段
64a‧‧‧第一膜
64b‧‧‧第二膜
70‧‧‧空腔區段/空間區段
71‧‧‧支撐區段/基底區段/支柱區段
72‧‧‧感測器區段
310‧‧‧壓力感測器

Claims (20)

  1. 一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含一第一膜及一第二膜，該第一膜包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，且該第二膜設置於該第一區域上；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
  2. 一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，該第一區域之材料不同於該第二區域之材料；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
  3. 一種壓力感測器，其包括：一支撐區段； 一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，該第一區域之楊氏模量(Young's modulus)大於該第二區域之楊氏模量；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
  4. 一種壓力感測器，其包括：一支撐區段；一膜區段，其由該支撐區段支撐，可變形，且包含位於一中央部分中之一第一區域及位於圍繞該第一區域之一周邊部分中之一第二區域，保留於該第一區域之應力之值比保留於該第二區域之應力之值相對更拉伸；及一應變感測元件，其設置於該第二區域之部分上且包含：一第一磁性層，其具有回應於該第二區域之變形而改變之一磁化；一第二磁性層；及一中間層，其設置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。
  5. 如請求項1之感測器，其中該第二膜與該第一膜一體成形。
  6. 如請求項1之感測器，其中該第二膜之材料不同於該第一膜之材料。
  7. 如請求項1之感測器，其中該第二膜之楊氏模量大於該第一膜之楊氏模量。
  8. 如請求項1之感測器，其中保留於該第二膜中之應力之值比保留 於該第一膜中之應力之值相對更拉伸。
  9. 如請求項1之感測器，其中該應變感測元件進一步包含設置於該第一磁性層與該膜區段之間的一電極。
  10. 如請求項1之感測器，其中該應變感測元件放置於將該第一區域與該第二區域之間的一邊界連接至具有相距於該邊界之最近距離之該支撐區段之一端部分的一直線之一中心點與該端部分之間。
  11. 如請求項1之感測器，其中設置複數個該應變感測元件。
  12. 如請求項1之感測器，其中該第一區域中之該第一膜之膜厚度與該第二膜之膜厚度之總和(a)與該第二區域之膜厚度(b)之比率(a/b)大於等於1.1且小於等於4。
  13. 如請求項1之感測器，其中該第一膜包含選自由半導體、絕緣體、氧化物及氮化物組成之群組之至少一材料。
  14. 如請求項1之感測器，其中該第一膜包含選自由矽、氧化矽及氮化矽組成之群組之至少一材料。
  15. 如請求項1之感測器，其中該第二膜包含一金屬。
  16. 如請求項1之感測器，其中該第一膜及該第二膜包含氮化矽(Si-N)，且含於該第二膜中之氮之含量低於含於該第一膜中之氮之含量。
  17. 如請求項1之感測器，其中自該第一區域之中心至該第一區域與該第二區域之間的邊界之距離(c)與自該第一區域之該中心至該等支撐區段之一最近者之距離(d)之比率(c/d)大於等於0.5且小於等於0.97。
  18. 如請求項1之感測器，其中該第二膜包含選自由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)及鉬(Mo)組成之群組之至少一金屬。
  19. 如請求項1之感測器，其中該第二膜包含非晶矽。
  20. 如請求項1之感測器，其中該第二膜包含其中將一雜質添加至該第一膜之一膜。
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TWI664510B (zh) * 2018-03-31 2019-07-01 原見精機股份有限公司 力感應裝置、力陣列感應模組及其力感應元件

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