專利名稱：微機電傳感器與制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機電傳感器，特別有關(guān)于壓力傳感器；本發(fā)明亦有關(guān)于此種微機電傳感器的制作方法，其與CMOS制程兼容。
背景技術(shù)：
微機電元件有各種應用，其中一種應用為制作絕對或相對式的壓力傳感器，如血 壓計、麥克風等等。美國專利第6，012，336號案、美國專利第6，536，281號案、美國專利 第6，928，879號案、美國專利第7，121，146號案、美國專利第6，743，654號案、美國專利第 7，135，149號案等揭露了相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容，但其制程或是過于復雜，或是需要非標準CMOS 制程的特殊材料或機臺設(shè)備，并不理想。因此，業(yè)界甚為需要一種結(jié)構(gòu)和制程與CMOS制程 充分兼容的微機電傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種微機電傳感器，其制 程可完全與目前的CMOS制程整合。本發(fā)明的另一目的在于，提出一種制作上述微機電傳感器的制程。為達上述目的，就本發(fā)明的其中一個觀點而言，提供了一種微機電傳感器制作方 法，包含提供一個基板；在該基板上形成內(nèi)連線，該內(nèi)連線的一部分構(gòu)成一待蝕刻結(jié)構(gòu) 體，將該微機電傳感器的懸浮結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)至少部分區(qū)隔開；蝕刻該基板的背部，露出該 待蝕刻結(jié)構(gòu)體；以及蝕刻去除該待蝕刻結(jié)構(gòu)體。為達上述目的，就本發(fā)明的另一個觀點而言，提供了一種微機電傳感器，包含部 分挖空的基板；位于基板挖空部分上方的懸浮結(jié)構(gòu)；以及與懸浮結(jié)構(gòu)至少部分區(qū)隔開的上 方結(jié)構(gòu)，其中該懸浮結(jié)構(gòu)與上方結(jié)構(gòu)通過包含金屬蝕刻的步驟而區(qū)隔開。上述微機電傳感器與制作方法中，可使用氣密材料封閉該基板的背部，構(gòu)成絕對 式傳感器。該氣密材料例如為硅或玻璃。傳感器中可更包含包圍該懸浮結(jié)構(gòu)的防護環(huán)。下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其 所達成的功效。


圖1A-1E標出本發(fā)明的一個實施例。圖中符號說明11 第零層硅基板12a接觸層12b通道層13 金屬層
14介電層15連接墊16防護層17氣密層
20待蝕刻結(jié)構(gòu)體(分離空間)30外側(cè)金屬結(jié)構(gòu)體40懸浮結(jié)構(gòu)
具體實施例方式本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示制程步驟以及各層之間的上下次序關(guān) 系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。首先說明本發(fā)明的其中一個實施例。請參閱圖1A，在本實施例中首先提供一個第 零層晶圓基板11，此基板11例如可為硅基板，以與CMOS制程兼容。接著在基板11上以 CMOS制程制作晶體管元件等(未示出)，再依序以沉積、微影、蝕刻等制程制作內(nèi)連線，如圖 IA中的接觸層12a，金屬層13，通道層12b等。各層金屬圖案通過介電層14來予以隔離。 此外，并在最上層金屬層中形成連接墊(bond pad) 15的圖案，且在整體結(jié)構(gòu)的最上方形成 防護層(passivation) 16。其中，接觸層12a與通道層12b例如可使用鎢來制作，金屬層13 例如可使用鋁來制作，介電層14材料例如可使用氧化物如二氧化硅。但當然，使用其它導 電與介電材料來制作內(nèi)連線也是可行的，且金屬層數(shù)目當然也可以更多，圖標僅是舉例。圖標結(jié)構(gòu)中，在最內(nèi)部的第一層金屬層13的外側(cè)、圖標最外側(cè)金屬結(jié)構(gòu)體(圖IC 的30，以下亦稱為上方結(jié)構(gòu))的內(nèi)側(cè)，形成了一個由接觸層12a，金屬層13，通道層12b所構(gòu) 成的待蝕刻結(jié)構(gòu)體20。此待蝕刻結(jié)構(gòu)體20的目的在于界定微機電元件中的懸浮結(jié)構(gòu)，此點 參閱后述制程步驟即可明白。至于最外側(cè)金屬結(jié)構(gòu)體則例如可提供防護環(huán)(guard ring) 的作用，以避免外圍電路被蝕刻，或作為上電極(容后詳述)。請參閱圖1B，接下來對第零層晶圓基板11的背部進行蝕刻，其方式例如可使用 ICPdnductively Coupled Plasma) DRIE (Deep ReactiveIon Etch)，感應耦合電漿深式反 應離子蝕刻，將基板11的一部分挖空，使待蝕刻結(jié)構(gòu)體20暴露出來。再請參閱圖1C，接下來對待蝕刻結(jié)構(gòu)體20進行蝕刻，將其去除后形成如圖的分離 空間20，將懸浮結(jié)構(gòu)40與微機電元件的其它結(jié)構(gòu)區(qū)隔開。蝕刻方式例如可使用硫酸加上雙 氧水的濕式蝕刻。注意所謂“區(qū)隔開”是指“至少部分分離”但不必須“完全分離”；在本剖 面圖所未顯示的位置，懸浮結(jié)構(gòu)40仍與第零層晶圓基板11相連。在其中一種應用方式中， 懸浮結(jié)構(gòu)40擔任下電極的作用，其固定于基板，且在進行感測時不產(chǎn)生形變。相對之，上方 結(jié)構(gòu)30則作為上電極，其最上層金屬13、或其與介電層14和防護層16的復合層構(gòu)成薄膜 結(jié)構(gòu)，可感測聲壓或氣壓的變化而變形造成電容值變化。去除待蝕刻結(jié)構(gòu)體20后，如圖ID所示，可通過微影蝕刻方式去除防護層16的一 部分或全部，打開內(nèi)連線頂層的連接墊15。如欲使用上方結(jié)構(gòu)30作為上電極，且希望降低 薄膜厚度，則可將上電極上方的防護層16、或連同介電層14 一同蝕刻去除。當所要制作的是相對式傳感器，例如微聲壓傳感器、加速度計等時，制程可在此告 一段落。當所要制作的是絕對式傳感器時，則宜再進行圖IE的步驟，從第零層晶圓基板11的背部進行氣密封裝(hermatical package)，以一層氣密層17為氣密封裝的材料而進行 封裝，此層的材質(zhì)例如可為玻璃或硅。以上制程完全與CMOS制程兼容，故可利用現(xiàn)有的標準CMOS制程，在CMOS晶圓廠 中制作微機電元件，將MEMS元件和CMOS元件整合在單一芯片之上。因此，本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有 技術(shù)。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，當可在本發(fā) 明精神內(nèi)，立即思及各種等效變化。舉例而言，以上所述各實施例中的材料、金屬層數(shù)、蝕刻 方式皆為舉例，還其它有各種等效變化的可能。又如，外側(cè)金屬結(jié)構(gòu)體30不必須形成封閉 的防護環(huán)。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括于本發(fā)明的權(quán)利 要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種微機電傳感器制作方法，其特征在于，包含提供一個基板；在該基板上形成內(nèi)連線，該內(nèi)連線包含一金屬結(jié)構(gòu)、一懸浮結(jié)構(gòu)、及一待蝕刻結(jié)構(gòu)體，該待蝕刻結(jié)構(gòu)體用以將該金屬結(jié)構(gòu)與該懸浮結(jié)構(gòu)至少部分區(qū)隔開；蝕刻該基板的背部，露出該待蝕刻結(jié)構(gòu)體；以及蝕刻去除該待蝕刻結(jié)構(gòu)體。
2.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，在蝕刻該基板背部時，不露出該 金屬結(jié)構(gòu)與該懸浮結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，還包含以氣密封裝的方式封閉 該基板的背部。
4.如權(quán)利要求3所述的微機電傳感器制作方法，其中，該氣密封裝的材料為硅或玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，還包含在內(nèi)連線上方形成防護 層，以及蝕刻該防護層，露出內(nèi)連線頂層的連接墊。
6.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，該內(nèi)連線更形成一防護環(huán)，此防 護環(huán)將該懸浮結(jié)構(gòu)包圍在內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，該內(nèi)連線包含含鋁的金屬層和 含鎢的接觸層與通道層，且該蝕刻去除待蝕刻結(jié)構(gòu)體的步驟使用硫酸加雙氧水。
8.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，該基板為硅基板，且該蝕刻基板 背部的步驟使用感應耦合電漿蝕刻。
9.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，該金屬結(jié)構(gòu)與該懸浮結(jié)構(gòu)分別 構(gòu)成上下電極。
10.如權(quán)利要求5所述的微機電傳感器制作方法，其中，還包含蝕刻去除該金屬結(jié)構(gòu) 上方的防護層。
11.如權(quán)利要求1所述的微機電傳感器制作方法，其中，還包含在該基板上形成介電 層，以及蝕刻去除該金屬結(jié)構(gòu)上方的介電層。
12.—種微機電傳感器，其特征在于，包含部分挖空的基板；位于基板挖空部分上方的懸浮結(jié)構(gòu)；以及與懸浮結(jié)構(gòu)區(qū)至少部分隔開的上方結(jié)構(gòu)，其中該懸浮結(jié)構(gòu)與上方結(jié)構(gòu)通過包含金屬蝕刻的步驟而區(qū)隔開。
13.如權(quán)利要求12所述的微機電傳感器，其中，還包含包圍該懸浮結(jié)構(gòu)的防護環(huán)。
14.如權(quán)利要求12所述的微機電傳感器，其中，還包含氣密封閉該基板挖空部分的氣 密層。
15.如權(quán)利要求12所述的微機電傳感器，其中，該上方結(jié)構(gòu)與懸浮結(jié)構(gòu)分別構(gòu)成上下 電極。
16.如權(quán)利要求12所述的微機電傳感器，其中，該上方結(jié)構(gòu)可彈性變形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機電傳感器與制作方法。本發(fā)明的微機電傳感器包含部分挖空的基板；位于基板挖空部分上方的懸浮結(jié)構(gòu)；以及與懸浮結(jié)構(gòu)至少部分區(qū)隔開的上方結(jié)構(gòu)，其中該懸浮結(jié)構(gòu)與上方結(jié)構(gòu)通過包含金屬蝕刻的步驟而區(qū)隔開。
文檔編號B81B7/02GK101811657SQ20091000788
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者王傳蔚 申請人:原相科技股份有限公司