专利名称：悬吊梁结构及电路芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种悬吊梁结构，尤指应用于微机电系统中的悬吊梁结构。
背景技术：
微机电系统(MicroElectro-Mechanical Systems,简称 MEMS)主要是利用半导体工艺于硅芯片上制造出机械结构，进而开发出以机械和电子元件所结合成的半导体传感器。请参见图1，其为微机电系统中常见的悬吊梁结构俯视图，其中悬吊梁(suspendedbeam) 10的一端101固定至硅基板1，另一端100则悬空。而此类悬吊梁结构可广泛应用于多种传感器元件中，例如利用两相邻悬吊梁的距离变化便可完成可变电容，进而完成加速度计等传感器元件。但目前已知的悬吊梁结构并不利于整合至控制电路芯片中，而如何改善此类不足，便是发展本发明的主要目的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种悬吊梁结构，其包括基板；悬吊梁主体，其一端固定至基板，另一端悬空；以及第一金属导线结构，镶嵌于悬吊梁主体之中，第一金属导线结构的宽度小于悬吊梁主体的宽度。在本发明的实施例中，上述基板为硅基板。在本发明的实施例中，上述悬吊梁主体是由一层介电层或多层介电层所构成。在本发明的实施例中，上述介电层的材料为氧化硅。在本发明的实施例中，上述第一金属导线结构镶嵌于上述悬吊梁主体的部分顶面并外露。在本发明的实施例中，上述第一金属导线结构镶嵌于上述悬吊梁主体的顶面周缘并外露。在本发明的实施例中，上述第一金属导线结构镶嵌于上述悬吊梁主体的内部且不外露。在本发明的实施例中，还包括第二金属导线结构，上述第二金属导线结构镶嵌于上述悬吊梁主体中且透过至少一透孔金属与上述第一金属导线结构完成连接。本发明的又一目的在于提出一种电路芯片，其包括基板；集成电路元件构造，形成于该基板上方，其具有多层结构；微机电系统构造区，形成于该基板上方，其中至少具有悬吊梁结构，该悬吊梁结构包括悬吊梁主体，其一端固定至该基板，另一端悬空；以及第一金属导线结构，镶嵌于该悬吊梁主体之中，该第一金属导线结构的宽度小于该悬吊梁主体的宽度。
图1为微机电系统中常见的悬吊梁结构俯视图。图2A为悬吊梁结构的一种实施例的俯视图。
图2B为图2A的悬吊梁结构沿线段AA的示例剖面图。图2C为图2A的悬吊梁结构沿线段AA的另一示例剖面图。图3A为本发明的悬吊梁结构的另一种实施例的俯视图。图3B为图3A的悬吊梁结构沿线段BB的示例剖面图。图3C为图3A的悬吊梁结构沿线段BB的另一示例剖面图。图3D为图3A的悬吊梁结构沿线段BB的又一示例剖面图。图4A为本发明的悬吊梁结构的再一种实施例的俯视图。图4B为图4A的悬吊梁结构沿线段CC的示例剖面图。图4C为图4A的悬吊梁结构沿线段CC的另一示例剖面图。图4D为图4A的悬吊梁结构沿线段CC的又一示例剖面图。图5A为本发明的悬吊梁结构的又一种实施例的俯视图。图5B为图5A的悬吊梁结构沿线段DD的示例剖面图。图5C为图5A的悬吊梁结构沿线段DD的另一示例剖面图。图为图5A的悬吊梁结构沿线段DD的又一示例剖面图。图6为将本发明悬吊梁结构整合至集成电路芯片中的构造剖面示意图。附图标记说明
.1:硅基板10:悬吊梁
. 100:悬吊梁的一端101:悬吊梁的另一端
.2:硅基板20:悬吊梁200:悬吊梁的一端201:悬吊梁的另一端
202:金属层203:介电层
204:金属层205:介电层
3:娃基板30:悬吊梁
300:悬吊梁的一端301:悬吊梁的另一端
3020:金属导线结构303:介电层
3040:金属导线结构305:介电层
308:透孔金属4:娃基板
40:悬吊梁400:悬吊梁的一端
401:悬吊梁的另一端 4020:金属导线结构 403:介电层4040:金属导线结构
405:介电层408:透孔金属
5:娃基板50:悬吊梁
500:悬吊梁的一端501:悬吊梁的另一端
5020:金属导线结构503:介电层 5040:金属导线结构505:介电层
508:透孔金属6:娃基板
60:集成电路元件构造 600:多层结构 61: MEMS构造区62:硬掩模
63:悬吊梁结构69:空间
具体实施例方式请参见图2A，其为悬吊梁结构的一种实施例的俯视图，由图中可清楚看出，悬吊梁20的一端201固定至硅基板2，另一端200则悬空。而悬吊梁20与硅基板2的顶面则覆盖金属层202，金属层202用以完成电容的电极板。而沿线段AA的剖面图则如图2B或图2C的所示，其中图2B为两层结构，悬吊梁20由介电层203与金属层202所构成，而图2C为四层结构，悬吊梁20由介电层203、205与金属层202、204所构成，至于悬吊梁20底部的硅基板则是被蚀刻掏空而让悬吊梁20悬空。本实施例仅由介电层与金属层来构成，简单结构将有利于整合至一般集成电路芯片中。但由于介电层与金属层的材料特性差异过大，导致经过后续高温工艺时，金属层容易弯曲而使悬吊梁20将产生不预期的形变，导致后续完成的传感器元件无法正常运作。于是，发明人再提出另一实施例来改善此不足，请参见图3A，其发明人所发展出关于悬吊梁结构的第二种实施例的俯视图，由图中可清楚看出，悬吊梁30的一端301固定至硅基板3，另一端300则因悬吊梁30底部的硅基板3被蚀刻掏空而让悬吊梁30悬空。而在本实施例中，悬吊梁30的顶面将不完全被金属覆盖，而是被金属导线结构3020所环绕，金属导线结构3020用以完成电容中的电极板。悬吊梁30沿线段BB的剖面图可如图3B的所示，其中悬吊梁30主体由介电层303完成，至于金属导线结构3020可由镶嵌于介电层303中的金属来完成。与图2A及图2B所示的实施例相较，本实施例的金属导线结构3020仅环绕于悬吊梁30的顶面周缘，因此使得金属导线结构3020因高温工艺而导致悬吊梁30产生形变的效应大幅下降。
另外，悬吊梁30沿线段BB的剖面图也可如图3C或图3D的所示，悬吊梁30可由多层介电层303、305与多层金属导线结构3020、3040所构成，图3C与图3D两者的不同在于图3D中的金属导线结构3020、3040间具有透孔金属308完成连接。请参见图4A，其为发明人所提出关于悬吊梁结构的再一种实施例的俯视图，由图中可清楚看出，悬吊梁40的一端401固定至娃基板4,另一端400则悬空。而在本实施例中，悬吊梁40的顶面也不完全被金属覆盖，而是被金属导线结构4020所覆盖，金属导线结构4020用以完成电容中的电极板。悬吊梁40沿线段CC的剖面图可如图4B的所示，其中悬吊梁40主体由介电层403完成，至于金属导线结构4020可由镶嵌于介电层403中的金属来完成。与图2A及图2B所示的实施例相较，本实施例的金属导线结构4020仅镶嵌于介电层403的部分顶面及周缘且宽度皆小于介电层403的宽度，因此使得金属导线结构4020因高温工艺而导致悬吊梁40产生形变的效应大幅下降。另外，悬吊梁40沿线段CC的剖面图也可如图4C或图4D的所示，悬吊梁40可由多层介电层403、405与多层金属导线结构4020、4040所构成，图4C与图4D两者的不同在于图4D中的金属导线结构4020、4040间具有透孔金属408完成连接。再请参见图5A，其为发明人所提出关于悬吊梁结构的又一种实施例的俯视图，由图中可清楚看出，悬吊梁50的一端501固定至硅基板5，另一端500则悬空。而在本实施例中，悬吊梁50的顶面完全不被金属导线覆盖，至于完成电容中的电极板所需的金属导线结构5020镶嵌于介电层503中且不外露。悬吊梁50沿线段DD的剖面图可如图5B的所示，其中悬吊梁50主体由介电层503完成，至于金属导线结构5020可由镶嵌于介电层503中且不外露的金属来完成。与图2A及图2B所示的实施例相较，本实施例的金属导线结构5020仅镶嵌于介电层503的内部且宽度皆小于介电层503的宽度，因此使得金属导线结构5020因高温工艺而导致悬吊梁50产生形变的效应大幅下降。另外，悬吊梁50沿线段DD的剖面图也可如图5C或图的所示，悬吊梁50可由多层介电层503、505与多层金属导线结构5020、5040所构成，图5C与图两者的不同在于图中的金属导线结构5020、5040间具有透孔金属508完成连接。再请参见图6，其是将本发明悬吊梁结构整合至集成电路芯片中的构造剖面示意图，由图中可看出，娃基板6上完成有集成电路兀件构造60,而集成电路兀件构造60中具有多层介电层与导线层交错堆叠的多层结构600，而于由下而上完成这些多层结构600的同时，也可在微机电系统(MEMS)构造区61形成如上述实施例的各式金属镶嵌结构，然后利用硬掩模62所定义出来的开口图案来对微机电系统(MEMS)构造区61中的金属镶嵌结构进行蚀刻并将底部的硅基板6掏出空间69，进而定义出多个平行的悬吊梁结构63。硬掩模62除可利用阻挡能力优选的金属掩模外，也可直接用多层结构600中的最上层金属导线层完成，上述硬掩模62于上述悬吊梁结构63定义完成后通常已大致耗尽，但也有可能会有残余，但厚度通常已经很薄，并不会对结构产生影响，故可留下不处理，当然也可以予以剥除。而上述介电层可用氧化硅来完成，至于金属层或金属导线结构则可为常见的铜导线或是铝、钨等金属材料，或金属材料的合金等。综上所述，在本发明对技术进行改良后，已可有效改善已知手段的问题。虽然本发 明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。
权利要求
1.一种悬吊梁结构，包括 基板； 悬吊梁主体，其一端固定至该基板，另一端悬空；以及 第一金属导线结构，镶嵌于该悬吊梁主体之中，该第一金属导线结构的宽度小于该悬吊梁主体的宽度。
2.如权利要求I所述的悬吊梁结构，其中该基板为硅基板。
3.如权利要求I所述的悬吊梁结构，其中该悬吊梁主体是由一层介电层或多层介电层 所构成。
4.如权利要求3所述的悬吊梁结构，其中该介电层的材料为氧化硅。
5.如权利要求I所述的悬吊梁结构，其中该第一金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体的部分顶面并外露。
6.如权利要求I所述的悬吊梁结构，其中该第一金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体的顶面周缘并外露。
7.如权利要求I所述的悬吊梁结构，其中该第一金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体的内部且不外露。
8.如权利要求I所述的悬吊梁结构，其中还包括第二金属导线结构，该第二金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体中且透过至少一透孔金属与该第一金属导线结构完成连接。
9.一种电路芯片，包括 基板； 集成电路元件构造，形成于该基板上方，具有多层结构； 微机电系统构造区，形成于该基板上方，至少具有一悬吊梁结构，该悬吊梁结构包括 悬吊梁主体，其一端固定至该基板，另一端悬空；以及 第一金属导线结构，镶嵌于该悬吊梁主体之中，该第一金属导线结构的宽度小于该悬吊梁主体的宽度。
10.如权利要求9所述的电路芯片，其中该悬吊梁主体是由一层介电层或多层介电层所构成。
11.如权利要求9所述的电路芯片，其中该第一金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体的部分顶面并外露。
12.如权利要求9所述的电路芯片，其中该第一金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体的顶面周缘并外露。
13.如权利要求9所述的电路芯片，其中该第一金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体的内部且不外露。
14.如权利要求9所述的电路芯片，其中还包括第二金属导线结构，该第二金属导线结构镶嵌于该悬吊梁主体中且透过至少一透孔金属与该第一金属导线结构完成连接。
15.如权利要求9所述的电路芯片，其中该悬吊梁结构构成电容的一部分。
16.如权利要求9所述的电路芯片，其中该第一金属导线结构的材料为铜、铝或钨。
全文摘要
本发明提出一种悬吊梁结构及包括该悬吊梁结构的电路芯片。该悬吊梁结构包括基板；悬吊梁主体，其一端固定至基板，另一端悬空；以及第一金属导线结构，镶嵌于悬吊梁主体之中，第一金属导线结构的宽度小于悬吊梁主体的宽度。
文档编号B81B3/00GK102887476SQ201110205238
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者杨进盛 申请人:联华电子股份有限公司