微机电装置制造方法

文档序号:5270944阅读:98来源:国知局
微机电装置制造方法
【专利摘要】本发明为一种微机电装置,其包括基板、质量块及多个悬臂。悬臂分别设置于基板的周围与质量块的周围之间且用以支撑氧化层。基板包含平行一轴向多个第一电极和多个第二电极,分别自基板上相对两区延伸而出。基板中央另有蚀刻区,设置于其中央的质量块包含平行同一轴向的多个第三电极与多个第四电极,分别自质量块的相对两侧边延伸而出。第一电极与第三电极交叉相对,第二电极与第四电极交叉相对。本发明以氧化层选择性包覆连接层或硅基板选择性搭配披覆层的方式作为质量块,使微机电装置的结构不受温度变化的影响。
【专利说明】微机电装置
【技术领域】
[0001]本发明关于一种微机电(microelectromechanicalsystems,简称 MEMS)装置,特别是一种以氧化层选择性包覆连接层或硅基板选择性搭配披覆层的方式作为质量块的微机电装置。
【背景技术】
[0002]在半导体工艺中,大多数的组件制作皆自金属层与氧化层的连续工艺而来,其中金属层多由物理性方式所沉积形成,故金属层通常具有张应力,而氧化层多由化学性方式所沉积形成,故氧化层通常具有压应力。微机电组件为一种常见且使用金属层与氧化层相互堆栈形成的半导体组件,所以MEMS组件的残留应力是一个具有压应力与张应力所组合而成的等效应力值。以半导体工艺制作的微机电组件其最大的优点为整合特殊用途集成电路(application-specificintegrated circuit,简称 ASIC)与微机电于同一平面,省去了复杂的封装方式,但最大的难题即为微机电结构的残留应力。
[0003]常见的X — Y轴加速度计即为微机电组件的应用,因为金属层具有张应力(结构呈上弯曲),而氧化层具有压应力(结构呈下弯曲),其中氧化层是通过化学方式产生键结再由键结产生薄膜,此氧化层的沉积温度高且键结与键结间的力量造成氧化层的残留应力大于金属的残留应力,故残留应力以氧化层为主并使微机电结构呈下弯曲。此时,虽可使用快速退火(rapid thermal anneal,简称RTA)系统以进行残留应力的释放,然而尚有复合材料的热膨胀系数必须进行考虑,例如金属铝的热膨胀系数是23ppm/°C,而氧化层的热膨胀系数是0.5ppm/°C,两种不同材料的堆栈造成热膨胀系数约有46倍的差距。如此一来,当微机电结构受到温度的变化时,除了本身的残留应力之外,仍必须再考虑两种不同材料堆栈时的热膨胀现象。
[0004]一般而言,目前各种已用于公知技术中的微机电组件结构的材料大多具有高膨胀系数,其造成微机电组件结构在受到温度的变化时而呈现翘曲的现象。

【发明内容】

[0005]本发明提供一种微机电装置,以氧化层选择性包覆连接层或硅基板选择性搭配披覆层的方式作为质量块使微机电装置结构本身运动不受到温度变化的影响,进而达成高稳定性的功效。
[0006]本发明提供一种微机电装置,其包括一基板、一质量块及多个悬臂。基板包含多个第一电极、多个第二电极、一第一区、一第二区及一蚀刻区。该蚀刻区位于该基板的中央,该第一区与该第二区相对,该些第一电极等距地位于该第一区,该些第二电极等距地位于该第二区。质量块设置于该蚀刻区的中央,包含多个第三电极、多个第四电极、一第一侧边及一第二侧边。该第一侧边与该第二侧边相对,该些第三电极等距地位于该第一侧边,该些第四电极等距地位于该第二侧边。该些悬臂分别设置于基板的周围与氧化层的周围之间且用以支撑氧化层,使该质量块与该基板相隔一第一距离。每一该第一电极平行于一轴向且沿该轴向自该第一区朝该第一侧边延伸出一第二距离,每一该第三电极平行于该轴向且沿该轴向自该第一侧边朝该第一区延伸出一第三距离,该些第一电极与该些第三电极交叉相对,该第二距离和该第三距离大于一半的该第一距离且不大于该第一距离。每一该第二电极平行于该轴向且沿该轴向自该第二区朝该第二侧边延伸出该第二距离,每一该第四电极平行于该轴向且沿该轴向自该第二侧边朝该第二区延伸出该第三距离,该些第二电极与该些第三电极交叉相对。
[0007]在一实施例中,该基板的材料为硅。
[0008]在一实施例中,该质量块为二氧化硅,其热膨胀系数可为0.5ppm/°C。在此实施例中,该质量块更可包含以钨为材料的一连接层,该连接层的热膨胀系数可为4ppm/°C。
[0009]在一实施例中,该质量块的热膨胀系数为3ppm/°C,且更可包含以金属或氧化物为材料的一披覆层,该披覆层的热膨胀系数可为0.5ppm/°C。
[0010]在一实施例中,该些悬臂的材料为金属。[0011]以上关于本
【发明内容】
及以下关于实施方式的说明系用以示范与阐明本发明的精神与原理,并提供对本发明的申请专利范围更进一步的解释。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附附图的说明如下:
[0013]图1为根据本发明一实施例的一微机电装置;
[0014]图2A至图2E所绘示为图1的微机电装置的制造流程示意图;
[0015]图3A至图3E所绘示为图1的微机电装置的制造流程示意图。
[0016]其中,附图标记:
[0017]100微机电装置110基板
[0018]111第一电极112第二电极
[0019]113 第一区114 第二区
[0020]115蚀刻区120质量块
[0021]121第三电极122第四电极
[0022]123第一侧边124第二侧边
[0023]130悬臂210基板
[0024]220氧化层230光阻
[0025]240蚀刻区310基板
[0026]320披覆层330光阻
[0027]340硅基板
【具体实施方式】
[0028]以下在实施方式中叙述本发明的详细特征,其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施,且依据本说明书所的内容、申请专利范围及附图,任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下实施例系进一步说明本发明的诸面向,但非以任何面向限制本发明的范畴。[0029]请参照“图1”,为根据本发明的一实施例的一种微机电装置100,其包括一基板110、一氧化层120、及多个悬臂130。基板110包含多个第一电极111、多个第二电极112、第一区113、第二区114及蚀刻区115。诸第一电极111等距地位于第一区113,诸第二电极112等距地位于第二区114,蚀刻区115位于基板110的中央,且第一区113与第二区114彼此相对。在部份实施例中,基板110的材料可为硅,但不以此为限,而第一电极111与第二电极112的数目可为八个,亦不以此为限。
[0030]如“图1”所示,质量块120设置于蚀刻区115的中央,此质量块120包含多个第三电极121、多个第四电极122、第一侧边123及第二侧边124,诸第三电极121等距地位于第一侧边123,诸第四电极122等距地位于第二侧边124,且第一侧边123与第二侧边124彼此相对。第三电极121与第四电极122的数目可为八个,但不以此为限。
[0031]在部份实施例中,质量块120可为二氧化硅且其热膨胀系数可为0.5ppm/°C。此夕卜,氧化层120更包括一连接层(未绘示于图中),在部份实施例中,此连接层的材料可为钨且连接层的热膨胀系数可为4ppm/°C,但不以此为限。
[0032]在另一些实施例中,质量块120作为硅基板的热膨胀系数为3ppm/°C。此外,质量块120更包括一披覆层(未绘示于图中),在部份实施例中,此披覆层的材料可为金属或是氧化物且披覆层的热膨胀系数可为0.5ppm/°C,但不以此为限。
[0033]如“图1”所示,诸悬臂130分别设置于基板110的周围与质量块120的周围之间,且诸悬臂130用以支撑质量块120,使质量块120与基板110相隔。在部份实施例中,此悬臂130的数量可为二、四、或是六个,但不以此为限,而悬臂130的材料可为金属。每一第一电极111平行于一轴向且沿此轴向自第一区113朝第一侧边123延伸,每一第三电极121平行于同一轴向且沿此轴向自第一侧边123朝第一区113延伸,每一第一电极111和每一第三电极121延伸出的距离都大于质量块120与基板110间距的一半但不大于质量块120与基板110间距本身,因此诸第一电极111与诸第三电极121彼此交叉相对。同理,每一第二电极112平行于同一轴向且沿此轴向自第二区114朝第二侧边124延伸,每一第四电极122亦平行于此轴向且沿此轴向自第二侧边124朝第二区114延伸,每一第二电极112和每一第四电极122延伸出的距离都大于质量块120与基板110间距的一半但不大于质量块120与基板110间距本身,因此诸第二电极112与诸第四电极122彼此交叉相对。
[0034]在本实施例中此微机电装置100作为一加速度计。此微机电装置100的运作上主要是当外在环境变化时,将驱使质量块120接收到一加速度,进而带动诸第三电极121与诸第四电极122接收到此加速度。由于诸第一电极111与诸第三电极121彼此交叉相对,因此诸第一电极111与诸第三电极121彼此之间具有重叠的耦合面积,将形成耦合电容的效应。利用质量块120在接收加速度之前与接收加速度之后的差异,可检测诸第一电极111与诸第三电极121之间的前后耦合电容的差值。同理,诸第二电极112与诸第四电极122彼此之间亦形成耦合电容的效应,亦可检测诸第二电极112与诸第四电极122之间的前后耦合电容的差值,以作为加速度计的检测。
[0035]在一实施例中,微机电装置100是以氧化层作为质量块120的结构,此氧化层可为二氧化硅且其热膨胀系数可为0.5ppm/°C。此外,亦可以氧化层包覆连接层的方式作为质量块120的结构,此连接层的材料可为钨且连接层的热膨胀系数可为4ppm/°C。前述质量块的结构相较于公知以铝的材料作为质量块的结构而言,因铝的热膨胀系数为23ppm/°C,而氧化层与连接层的热膨胀系数分别为0.5ppm/°C与4ppm/°C,故以氧化层或是氧化层包覆连接层的方式所制成的质量块,将可避免例如翘曲的不稳定的现象而导致无法作为加速度计检测的应用。
[0036]请参照“图2A”至“图2E”所绘示为“图1”的微机电装置100的制造流程示意图,如“图2A”所示,首先,于基板210上利用薄膜沉积的方式成长氧化层220,在本实施例中,基板210的材料为硅,而氧化层220为二氧化硅且氧化层220的热膨胀系数为0.5ppm/°C。另一方面,亦可于基板210上成长氧化层220与连接层(未绘示于图中),亦即氧化层220包覆连接层的结构,在本实施例中,此连接层的材料为钨且连接层的热膨胀系数为4ppm/ V。
[0037]接着,如“图2B”所示,先将光阻230涂布于前述的氧化层220的上方,通过光罩再经由曝光与显影的微影工艺将定义出硬屏蔽(Hard Mask),此硬屏蔽所遮蔽的区域即为欲保留且不被破坏的区域。接着,如“图2C”所示,使用干式蚀刻(dry etching)以移除未被光阻230覆盖的氧化层220,而被光阻230覆盖的氧化层220将保留。在本实施例中,干式蚀刻可通过反应式离子蚀刻(reactive-1on etching,简称RIE)或是感应式稱合电衆(inductively coupled plasma,简称ICP)蚀刻等方式,但不以此为限,以达成非等向性的蚀刻。接着,如“图2D”所示,利用被光阻230覆盖的氧化层220作为屏蔽,继续使用前述的干式蚀刻移除氧化层220下方的基板210,使氧化层220的结构悬浮并形成蚀刻区240。最后,如“图2E”所示,利用前述的干式蚀刻移除位于氧化层220上方的光阻230 (如图2D所示),此时,即可完成“图1”的微机电装置100的工艺。
[0038]在另一实施例中,微机电装置100是以硅基板作为质量块120的结构,硅基板的热膨胀系数可为3ppm/°C。此外,亦可以硅基板搭配披覆层的方式作为质量块120的结构,此披覆层的材料可为金属或是氧化物且披覆层的热膨胀系数可为0.5ppm/°C。前述质量块的结构相较于公知以铝的材料作为质量块的结构而言,因铝的热膨胀系数为23ppm/°C,而硅基板120与披覆层的热膨胀系数分别为3ppm/°C与0.5ppm/°C,故以娃基板或是娃基板搭配披覆层的方式所制成的质量块,将可避免例如翘曲的不稳定的现象而导致无法作为加速度计检测的应用。
[0039]请参照“图3A”至“图3E”所绘示为“图1”的一种微机电装置100的制造流程示意图,如“图3A”所示,首先,于基板310上利用薄膜沉积的方式成长披覆层320,在本实施例中,基板310的材料为硅,而披覆层320可为金属或氧化物且热膨胀系数可为0.5ppm/°C,本实施例的披覆层320是以氧化物为举例,但不以此为限。
[0040]接着,如“图3B”所不,利用化学机械研磨(chemical-mechanical planarization,简称CMP)以磨薄基板310,当然亦可于前述的成长披覆层320的前即磨薄基板310。接着,如“图3C”所示,先将光阻330涂布于前述的披覆层320的上方以及基板310的背面,通过光罩再经由曝光与显影的微影工艺将定义出硬屏蔽,此硬屏蔽所遮蔽的区域即为欲保留且不被破坏的区域。接着,如“图3D”所示,使用干式蚀刻以移除未被光阻330覆盖的披覆层320,而被光阻330覆盖的披覆层320将保留。在本实施例中,干式蚀刻可通过反应式离子蚀刻或是感应式耦合电浆蚀刻等方式,但不以此为限,以达成非等向性的蚀刻。
[0041]接着,如“图3E”所示,利用被光阻330覆盖的基板310作为屏蔽,继续使用前述的干式蚀刻由基板310背面移除未被光阻覆盖的基板310,直至未被光阻覆盖的基板310被蚀刻贯穿为止,此时未被蚀刻的基板310即形成硅基板340。最后,继续利用前述的干式蚀刻移除位于披覆层320上方以及硅基板340背面的光阻330,此时,即可完成“图1”的微机电装置100的工艺。
[0042]综上所述,相较于公知技术,由于此微机电装置系以氧化层选择性包覆连接层或硅基板选择性搭配披覆层的方式作为质量块使微机电装置结构本身运动不受到温度变化的影响,进而达成高稳定性的功效。
【权利要求】
1.一种微机电装置,其特征在于,包含: 一基板,包含多个第一电极、多个第二电极、一第一区、一第二区及一蚀刻区,该蚀刻区位于该基板的中央,该第一区与该第二区相对,该些第一电极等距地位于该第一区,该些第二电极等距地位于该第二区; 一质量块,设置于该蚀刻区的中央,该质量块包含多个第三电极、多个第四电极、一第一侧边及一第二侧边,该第一侧边与该第二侧边相对,该些第三电极等距地位于该第一侧边,该些第四电极等距地位于该第二侧边;以及 多个悬臂,分别设置于该基板的周围与该质量块的周围之间,该些悬臂用以支撑该质量块,使该质量块与该基板相隔一第一距离; 其中每一该第一电极平行于一轴向且沿该轴向自该第一区朝该第一侧边延伸出一第二距离,每一该第三电极平行于该轴向且沿该轴向自该第一侧边朝该第一区延伸出一第三距离,该些第一电极与该些第三电极交叉相对,该第二距离和该第三距离大于一半的该第一距离且不大于该第一距离; 其中每一该第二电极平行于该轴向且沿该轴向自该第二区朝该第二侧边延伸出该第二距离,每一该第四电极平行于该轴向且沿该轴向自该第二侧边朝该第二区延伸出该第三距离,该些第二电极与该些第三电极交叉相对。
2.如权利要求1所述的微机电装置,其特征在于,该基板的材料为硅。
3.如权利要求1所述的微机电装置,其特征在于,该质量块为二氧化硅。
4.如权利要求3所述的微机电装置,其特征在于,该质量块的热膨胀系数为0.5ppm/°C ο
5.如权利要求4所述的微机电装置,其特征在于,该质量块更包含一连接层,该连接层的材料为鹤。
6.如如权利要求5所述的微机电装置,其特征在于,该连接层的热膨胀系数为4ppm/°C ο
7.如权利要求1所述的微机电装置,其特征在于,该质量块的热膨胀系数为3ppm/°C。
8.如权利要求7所述的微机电装置,其特征在于,该质量块更包含一披覆层,该披覆层的材料为金属或氧化物。
9.如权利要求8所述的微机电装置,其特征在于,该披覆层的热膨胀系数为0.5ppm/°C ο
10.如权利要求1所述的微机电装置,其特征在于,该些悬臂的材料为金属。
【文档编号】B81B3/00GK103910323SQ201410009937
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】刘茂诚, 周文介, 吕柏纬, 翁淑怡, 王竣杰 申请人:先技股份有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1