复合材料的微机电装置与其制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种复合材料的微机电装置及其制作方法。该微机电装置包括一振动单元、一第一材料以及一第二材料。振动单元用以沿一第一轴向来回振动，其中振动单元包括一刚性元件。刚性元件包括一第一表面、一第二表面以及连接第一表面与第二表面的一第三表面，其中第一表面面向第一轴向的一第一方向，第二表面面向第一轴向相反于第一方向的一第二方向。第一材料设置于第一表面与第二表面上。第二材料为导电材料且设置于第一材料上并延伸至刚性元件，使第二材料电性连接到刚性元件。
【专利说明】复合材料的微机电装置与其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种微机电装置与其制作方法，且特别是有关于一种复合材料的微机电装置与其制作方法。
【背景技术】
[0002]近年来，受益于智能型手机、平板计算机、体感游戏机等相关电子产品的带动，以及电子产品与无线通信与宽带网络的整合之下，微机电惯性传感器，例如加速度计、陀螺仪与振荡器，大量应用于这些电子产品中，使其市场需求呈现逐年大幅地成长。这些微机电惯性传感器的使用环境会有大幅的温度变化。因此，设计出能适应不同环境温度的微机电惯性传感器成为目前的微机电惯性传感器的技术趋势。
[0003]图1A是现有的一种加速度计的振动单元的示意图。图1B是现有的一种振荡器的振动单元的示意图。请参考图1A与图1B，常见的微机电惯性传感器可简化为由可挠曲元件及质量块组成的振动单元。
[0004]另一方面，振动单元的共振频率可由下述公式得知:
[0005]
【权利要求】
1.一种复合材料的微机电装置，其特征在于，包括: 振动单元，用以沿第一轴向来回振动，其中该振动单元包括: 刚性兀件，包括第一表面、第二表面以及第三表面，其中该第一表面面向该第一轴向的第一方向，该第二表面面向该第一轴向的第二方向，其中该第一方向相反于该第二方向，该第三表面连接该第一表面与该第二表面； 第一材料，设置于该刚性兀件的该第一表面与该第二表面上；以及 第二材料，为导电材料且设置于该第一材料上并延伸至该刚性元件，使该第二材料电性连接至该1? Ij性元件， 其中，温度变化时，该第一材料的杨氏系数变化方向与该刚性元件的杨氏系数变化方向相反。
2.根据权利要求1所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料延伸至该刚性元件的该第三表面，使该第二材料电性连接至该刚性元件的该第三表面。
3.根据权利要求1所述的复合材料的微机电装置，其中该刚性元件的材料为硅且该第一材料包括二氧化硅。
4.根据权利要求3所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料包括多晶硅。
5.一种复合材料的微机电装置，其特征在于，包括: 振动单元，包括: 质量块，该质量块为刚性元件，用以沿第一轴向来回振动，其中该质量块包括第一表面、第二表面以及第三表面，其中该第一表面面向该第一轴向的一第一方向，该第二表面面向该第一轴向的第二方向，其中该第一方向相反于该第二方向，该第三表面连接该第一表面与该第二表面；以及 可挠曲元件，连接到该质量块； 第一材料，设置于该质量块的该第一表面与该第二表面上；以及 第二材料，为导电材料且设置于该第一材料并延伸至该质量块，使该第二材料电性连接至该质量块， 其中，温度变化时，该第一材料的杨氏系数变化方向与该质量块的杨氏系数变化方向相反。
6.根据权利要求5所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料延伸至该质量块的该第三表面，使该第二材料电性连接至该质量块的该第三表面。
7.根据权利要求5所述的复合材料的微机电装置，其中该质量块的材料为硅且该第一材料是二氧化硅。
8.根据权利要求7所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料包括多晶硅。
9.根据权利要求7所述的复合材料的微机电装置，其中该第一材料覆盖整个该第一表面及整个该第二表面且该质量块的断面宽度《I与该第一材料的断面宽度《2满足下列方程式: f3Λ ……=Ct，其中Ct为温度常数。.W2 + 2mK J
10.根据权利要求5所述的复合材料的微机电装置，其特征在于，还包括:电极，沿该第一轴向设置于该质量块的两侧； 第三材料，设置于该电极沿该第一轴向来回振动方向的外表面；以及 第四材料，为导电材料且设置于该第三材料并延伸至该电极的下表面， 其中，该第三材料包括二氧化硅且第四材料包括多晶硅。
11.根据权利要求5所述的复合材料的微机电装置，其特征在于，还包括: 固定座，其中，该可挠曲元件连接该固定座及该质量块的节点。
12.—种复合材料的微机电装置,其特征在于,包括: 振动单元，包括: 质量块，用以沿一第一轴向来回振动； 可挠曲元件，其中该可挠曲元件为刚性元件，连接到该质量块，该可挠曲元件包括延展部，其中该延展部包括第一表面、第二表面以及第三表面，该第一表面面向该第一轴向的第一方向，该第二表面面向该第一轴向的第二方向，其中该第一方向相反于该第二方向，该第三表面连接该第一表面与该第二表面；以及连接部，连接到该延展部； 第一材料，设置于该第一表面与该第二表面上；以及 第二材料，为导电材料且设置于该第一材料上，并延伸至该可挠曲元件，使该第二材料电性连接至该可挠曲元件， 其中，温度变化时，该第一材料的杨氏系数变化方向与该可挠曲元件的杨氏系数变化方向相反。
13.根据权利要求12所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料延伸至该延展部的该第三表面，使该第二材料电性连接至该延展部的该第三表面。
14.根据权利要求12所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料延伸至该连接部，使该第二材料电性连接至该连接部。
15.根据权利要求12所述的复合材料的微机电装置，其中该可挠曲元件的材料为硅且该第一材料包括二氧化硅。
16.根据权利要求15所述的复合材料的微机电装置，其中该第二材料包括多晶硅。
17.根据权利要求12所述的复合材料的微机电装置，其中该质量块为框架。
18.一种复合材料微机电装置制造方法，其特征在于，包括: 提供第一基底，其中该第一基底包括至少元件层、绝缘层与处理层； 通过图案化阻障层刻蚀该元件层，以形成多个第一沟槽并暴露部分该绝缘层的表面；移除该图案化阻障层后，在该元件层上沉积第一材料，以形成与该元件层共形的第一材料层，其中该第一材料至少形成于该些第一沟槽的内侧； 沉积第二材料于该元件层上，并填满该些第一沟槽，并使在该些第一沟槽内的该第二材料被该第一材料层所包覆； 平坦化该元件层，借以移除位于该些第一沟槽之外的该第二材料以及该第一材料； 沉积该第二材料，并与填充于该些第一沟槽内的该第二材料形成第二材料层； 提供第二基底，在该第二基底上形成一凹穴； 贴合该第一基底与该第二基底，其中该第一基底的该元件层面对该第二基底的该凹穴；移除在该些第一沟槽内的部分该第二材料层直到贯穿该元件层，以形成一复合材料的微机电装置的振动单元的质量块，其中该第一材料层设置于该质量块的第一表面与第二表面上，且温度变化时，该第一材料层的杨氏系数变化方向与该质量块的杨氏系数变化方向相反，而该第二材料层为导电材料且设置于该第一材料层上，并延伸至该质量块的该第三表面，使该第二材料层电性连接至该质量块的该第三表面。
19.一种复合材料的微机电装置制造方法，其特征在于，包括: 提供第一基底，其中该第一基底包括兀件层、绝缘层与一处理层； 通过图案化阻障层刻蚀该元件层，以形成多个第一沟槽暴露部分该绝缘层的表面； 移除该图案化阻障层后，在该元件层上沉积第一材料，以形成与该元件层共形的该第一材料层，其中该第一材料至少形成于该些第一沟槽的内侧； 沉积第二材料于该元件层上，并填满该些第一沟槽，并使在该些第一沟槽内的该第二材料被该第一材料层所包覆； 平坦化该元件层，借以移除位于该些第一沟槽之外的该第二材料以及该第一材料； 沉积该第二材料，并与填充于该些第一沟槽内的该第二材料形成第二材料层； 提供第二基底，在该第二基底上形成凹穴； 贴合该第一基底与该第二基底，其中该第一基底的该元件层面对该第二基底的该凹穴； 移除在该些第一沟槽内的部分该第二材料层直到贯穿该元件层。
20.根据权利要求19所述的复合材料微机电装置制造方法，其中在移除在该些第一沟槽内的部分该第二材料层直到贯穿该元件层的步骤后，该第一基底与该第二基底形成复合材料的微机电装置的振动单元的质量块，其中该第一材料层设置于该质量块的第一表面与第二表面上，且温度变化时，该第一材料层的杨氏系数变化方向与该质量块的杨氏系数变化方向相反，其中该第一材料层覆盖整个该第一表面及整个该第二表面且该质量块的断面宽度《I与该第一材料层的断面宽度《2满足下列方程式:
，其中cT为温度常数。
21.根据权利要求19所述的复合材料微机电装置制造方法，其中在贴合该第一基底与该第二基底的步骤后，先对该第一基底的该处理层进行研磨以薄化该处理层的厚度。
22.根据权利要求21所述的复合材料微机电装置制造方法，其中还包括移除该处理层与该绝缘层以暴露在该些第一沟槽的该第一材料层及该第二材料层。
【文档编号】B81C1/00GK104071740SQ201310198204
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年5月24日 优先权日:2013年3月25日
【发明者】苏中源, 黄肇达, 李宗璟, 许郁文 申请人:财团法人工业技术研究院