專利名稱：微機(jī)電的結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與制造方法，且特別是有關(guān)于一種用以制造微機(jī) 電的結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)包含各種不同的微結(jié)構(gòu)，將不同的微結(jié)構(gòu)與相關(guān)的電路整合連接，并 利用不同的加工技術(shù)，即可構(gòu)成不同的應(yīng)用。例如，將微結(jié)構(gòu)與互補(bǔ)型金屬氧化物半晶體管 電路結(jié)合，再利用濕式蝕刻使微結(jié)構(gòu)形成懸浮式結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于感測(cè)芯片。然而，在微結(jié)構(gòu) 的形成過程中，容易有微結(jié)構(gòu)中金屬層被掏空與氧化物殘留的問題。如圖1所示，其繪示微結(jié)構(gòu)與電路的剖面圖。其中微結(jié)構(gòu)110兩旁具有由金屬層 122與各層導(dǎo)孔層124交替堆疊形成的蝕刻道120。然而由于導(dǎo)孔層124違反一般晶圓廠的 寬度設(shè)計(jì)原則，而將導(dǎo)孔層124設(shè)計(jì)為將整層鋪滿。因此在一開始沉積導(dǎo)孔層124時(shí)，沉積 材料容易只沉積在通道側(cè)邊，形成中央凹陷的通道層，而無法如預(yù)期把整個(gè)通道填滿，導(dǎo)致 沉積出表面不平整的通道層。由于一開始的沉積制程所沉積出的導(dǎo)孔層表面就已不平整， 導(dǎo)致后續(xù)所有制程皆受不平整的影響，使得各層金屬層122與各層導(dǎo)孔層124皆具有不平 整的表面，甚至使蝕刻道120與微結(jié)構(gòu)110接觸的表面不平整。因此在制造懸浮的微結(jié)構(gòu) 的過程中，容易產(chǎn)生氧化硅等殘留物，也使得形成的微結(jié)構(gòu)外表不平整。此外，如圖1所示，微結(jié)構(gòu)110外圍以氧化硅116保護(hù)，氧化硅頂端并無阻擋層保 護(hù)，且氧化硅116頂端與蝕刻道120頂端位于同一平面。因此，在晶圓廠進(jìn)行制程時(shí)會(huì)由于 過蝕刻，在去除覆蓋于蝕刻道上的氧化硅130的同時(shí)，也易一并去除微結(jié)構(gòu)頂端的氧化硅 116，不僅裸露蝕刻道中的金屬層122，也同時(shí)造成微結(jié)構(gòu)中的金屬層112裸露。所以利用濕 式蝕刻法去除蝕刻道120中的金屬層122的同時(shí)，也容易意外移除微結(jié)構(gòu)110中的金屬層 112，造成微結(jié)構(gòu)的掏空，形成如圖2所示的結(jié)果。綜上所述，需要一種制造微機(jī)電的新的結(jié)構(gòu)及方法，可在微機(jī)電形成過程中，保護(hù) 微結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬層不被掏空，且形成壁面平整的微機(jī)電結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一目的在于提供一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)，在制造懸浮的微結(jié)構(gòu)的過程中， 可保護(hù)微結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬層不被掏空，并可形成壁面平整的微機(jī)電。本發(fā)明的另一目的在于提供一種可形成壁面平整，且去除蝕刻道中殘留氧化層的 微機(jī)電制造方法。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提出一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)。其在基板上具有微結(jié)構(gòu)與蝕刻道。微 結(jié)構(gòu)為利用金屬層及導(dǎo)電層相連而形成，且以氧化硅包覆在微結(jié)構(gòu)周圍，并在氧化硅頂端 具有阻擋層。蝕刻道為金屬層與氧化層交互堆疊而成。其中，氧化層兩邊具有信道，且微結(jié) 構(gòu)的阻擋層與蝕刻道最上層的金屬層非同一平面。依照本發(fā)明的上述目的，提出一種微機(jī)電制造方法。其步驟為以濕式蝕刻法移除蝕刻道中的金屬層，其中，蝕刻道中的金屬層與氧化層交互堆疊，而氧化層兩邊具有通道。 接著，以超音波震蕩將蝕刻道中殘余的氧化層移除。之后利用深反應(yīng)離子蝕刻及背蝕刻懸 浮微結(jié)構(gòu)。在深反應(yīng)離子蝕刻后，背蝕刻前，可加上覆蓋層于微結(jié)構(gòu)上方，以保護(hù)微結(jié)構(gòu)。且 在背蝕刻前，在基板下沉積一層光阻層，以定義背蝕刻區(qū)域，并保護(hù)其它不須蝕刻的區(qū)域。 上述覆蓋層可為氧化硅、金屬、玻璃或硅基。依照本發(fā)明另一實(shí)施例，提出一種微機(jī)電制造方法。其步驟為以濕式蝕刻法移除 蝕刻道中的金屬層，其中，蝕刻道中的金屬層與氧化層交互堆疊，而氧化層兩邊具有通道， 并以支撐層支撐金屬層。接著，以蝕刻將蝕刻道中殘余的氧化層移除，最后利用深反應(yīng)離子 蝕刻及背蝕刻懸浮微結(jié)構(gòu)。在深反應(yīng)離子蝕刻后，背蝕刻前，可加上覆蓋層于微結(jié)構(gòu)上方， 以保護(hù)微結(jié)構(gòu)。且在背蝕刻前，在基板下沉積光阻層，以定義背蝕刻區(qū)域，并保護(hù)其它不須 蝕刻的區(qū)域。上述覆蓋層可為氧化硅、金屬、玻璃或硅基。因此，應(yīng)用本發(fā)明的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，信道位于氧化層兩邊，且通道的設(shè)計(jì)符合一般晶 圓廠的寬度設(shè)計(jì)原則。因此在沉積通道層時(shí)，可沉積出外表平整的通道層，以保持蝕刻道表 面以及蝕刻道壁面平整。且于濕式蝕刻移除蝕刻道的金屬層的同時(shí)，并不會(huì)掏空微結(jié)構(gòu)的 金屬層。此外，應(yīng)用本發(fā)明的微機(jī)電制造方法，可完全移除蝕刻道中殘留的氧化層，且形成 壁面平整的懸浮式微機(jī)電。進(jìn)而可用來制造許多低成本的傳感器和致動(dòng)器。



明如下
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說
圖1為先前技術(shù)的微結(jié)構(gòu)與電路的結(jié)構(gòu)剖面圖； 圖2是繪示先前技術(shù)的微結(jié)構(gòu)經(jīng)過濕式蝕刻后的剖面圖； 圖3是繪示依照本發(fā)明一實(shí)施方式的一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)剖面圖； 圖4是繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施方式的一種微機(jī)電制造方法流程圖； 圖5至圖10是繪示依照?qǐng)D4步驟的一種微機(jī)電制造方法步驟剖面圖。主要組件符號(hào)說明110微結(jié)構(gòu)112金屬層
114導(dǎo)電層116氧化硅
120蝕刻道122金屬層
124導(dǎo)電層130氧化硅
140電路200基板
210微結(jié)構(gòu)212金屬層
214導(dǎo)電層216氧化硅
218阻擋層220蝕刻道
222金屬層224氧化層
226通道230電路
240打線區(qū)域242保護(hù)層
250覆蓋層260光阻層
300懸浮式微結(jié)構(gòu)400方法
402、404、406、408 步驟
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D3，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施方式的一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)的剖面圖。微機(jī)電結(jié) 構(gòu)為在基板200上具有微結(jié)構(gòu)210與蝕刻道220。微結(jié)構(gòu)210為多層金屬層212間以導(dǎo)電層214連接而形成。微結(jié)構(gòu)210外圍以氧 化硅216包覆，且氧化硅216頂端具有阻擋層218。其中，導(dǎo)電層214可為導(dǎo)孔(via)，用來 連接金屬層212。而阻擋層218為金屬沉積而成，可抵擋離子蝕刻以保護(hù)底下的微結(jié)構(gòu)，使 得在裸露蝕刻道時(shí)，不會(huì)同時(shí)將包覆于微結(jié)構(gòu)外的氧化硅216移除，造成微結(jié)構(gòu)210中的金 屬層212裸露。進(jìn)而避免于濕式蝕刻移除蝕刻道220的同時(shí)，意外移除微結(jié)構(gòu)210中的金 屬層212。蝕刻道220位于以氧化硅216包覆的微結(jié)構(gòu)210旁。蝕刻道220為金屬層222與 氧化層224交互堆疊而形成，且氧化層224兩旁具有通道226。通道226可為導(dǎo)孔或觸孔 (contact)?；蛘呤?，在蝕刻道220底部具有整層觸孔，其上具有金屬層、氧化層與導(dǎo)孔，以 金屬層與氧化層交互堆疊，且氧化層兩旁具有導(dǎo)孔，以形成蝕刻道，使氧化層可懸浮。氧化 層除可為氧化硅外，也可為其它氧化物。由于本發(fā)明的微機(jī)電結(jié)構(gòu)中的信道226的寬度設(shè)計(jì)符合一般晶圓廠的設(shè)計(jì)原則， 因此通道226在沉積制程時(shí)可以確實(shí)被沉積材料填滿，而不會(huì)產(chǎn)生表面不平整的通道226。 此外，在標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)的制程中，沒有通道226或金屬層222的位置，會(huì)被氧化硅填滿，因此通道226間會(huì)被 氧化硅填滿形成氧化層224。上述微結(jié)構(gòu)210外的氧化硅216頂端的阻擋層218，以及蝕刻道220中最上層的 金屬層222非同一平面。根據(jù)一實(shí)施例，蝕刻道220的頂端金屬層較微結(jié)構(gòu)210頂端的阻 擋層218為低，以減少移除蝕刻道后，氧化硅等氧化層的殘留。此外，如果接續(xù)步驟有需要 再次移除氧化物，以露出蝕刻金屬孔，蝕刻道220的頂端金屬層較微結(jié)構(gòu)210頂端的阻擋層 218為低可降低后續(xù)蝕刻制程內(nèi)外圈所產(chǎn)生的蝕刻速度誤差。再者，基板200的微機(jī)電結(jié)構(gòu)旁，具有互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體電路230，用來控 制整個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)。此處所指的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體電路為一般已知所了解的互補(bǔ)型 金屬氧化物半導(dǎo)體電路，因此不在此詳細(xì)描述。由上述可知，應(yīng)用本發(fā)明的微機(jī)電結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)點(diǎn)第一，在微結(jié)構(gòu)外圍具有氧化硅包覆，且氧化硅頂端具有阻擋層，因此，以濕式蝕 刻移除蝕刻道的金屬層時(shí)，并不會(huì)將微結(jié)構(gòu)中的金屬層掏空。第二，蝕刻道中借氧化層形成于導(dǎo)孔或觸孔間，由于通道的寬度設(shè)計(jì)符合一般晶 圓廠的設(shè)計(jì)原則，使得導(dǎo)孔或觸孔可以確實(shí)填滿其凹洞，進(jìn)而保持蝕刻道表面與壁面的平 整。第三，蝕刻道的頂端金屬層較微結(jié)構(gòu)頂端的阻擋層為低，可減少移除蝕刻道后，氧 化硅等氧化層的殘留。請(qǐng)參照?qǐng)D4，是繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施方式的一種微機(jī)電制造方法的流程圖。首 先，方法400以濕式蝕刻法移除蝕刻道的金屬層(步驟402)。接著，去除蝕刻道中殘留的氧化層(步驟404)。再利用深反應(yīng)離子蝕刻法蝕刻基板至一定深度(步驟406)。最后，進(jìn)行 背蝕刻，造成微結(jié)構(gòu)懸浮(步驟408)。進(jìn)行上述步驟402前，可在基板上形成微結(jié)構(gòu)外氧化硅頂端的阻擋層與蝕刻道 頂端不在同一平面的結(jié)構(gòu)，造成高低差，以防止后續(xù)濕式蝕刻移除蝕刻道金屬層時(shí)(步驟 402)，同時(shí)意外移除微結(jié)構(gòu)中的金屬層。此外，如果后續(xù)步驟有需要再次移除氧化物以露出 蝕刻金屬孔，氧化硅頂端的阻擋層與蝕刻道頂端不在同一平面的結(jié)構(gòu)也可降低后續(xù)蝕刻制 程內(nèi)外圈所產(chǎn)生的蝕刻速度誤差。另外，進(jìn)行背蝕刻(步驟408)前，可在芯片上方形成一覆蓋層，以保護(hù)微結(jié)構(gòu)。也 可在步驟408前，在基板下方形成光阻層，以定義背蝕刻區(qū)域。請(qǐng)參照?qǐng)D5至圖10，是繪示利用圖4的微機(jī)電制造方法步驟的剖面圖。首先，形 成如前述圖3的微機(jī)電結(jié)構(gòu)。其中，微結(jié)構(gòu)210外的氧化硅216頂端的阻擋層218，與蝕刻 道220中最上層的金屬層222非同一平面，形成高低差，以防止在后續(xù)步驟中，意外移除微 結(jié)構(gòu)中的金屬層212。再者，接續(xù)步驟需再次移除氧化物以露出蝕刻金屬孔時(shí)，此高低差結(jié) 構(gòu)也可降低后續(xù)蝕刻制程內(nèi)外圈所產(chǎn)生的蝕刻速度誤差。接著，以濕式蝕刻法移除蝕刻道的金屬層(步驟402)。如圖5所示，此時(shí)，蝕刻道 中的氧化層224也會(huì)因金屬層的移除而一并去除，僅剩下最底層與基板連接的氧化層224。 此外，在步驟402中，也會(huì)一并移除微結(jié)構(gòu)外圍氧化硅216頂端的阻擋層，以及打線區(qū)域240 上的部分保護(hù)層242。如圖6所示，進(jìn)行濕式蝕刻后，在打線區(qū)域240上仍留有一層保護(hù)層242，以確保后 續(xù)步驟不會(huì)對(duì)打線區(qū)域造成傷害。接著，通過濕式蝕刻法去除蝕刻道的金屬層后，利用干式 蝕刻移除蝕刻道中殘留的氧化層(步驟406)。請(qǐng)參照?qǐng)D7，利用深反應(yīng)離子蝕刻法蝕刻基板200至一定深度(步驟406)，以益于 后續(xù)對(duì)基板進(jìn)行背蝕刻。并且，可選擇性的在整個(gè)芯片上方加上覆蓋層250，以在后續(xù)制程 中保護(hù)微結(jié)構(gòu)210。覆蓋層250可為氧化硅、金屬、玻璃或硅基。請(qǐng)參照?qǐng)D8，在基板下方沉積一層光阻層260，以定義背蝕刻的區(qū)域，并保護(hù)其它 不需蝕刻的區(qū)域。 請(qǐng)參照?qǐng)D9，對(duì)基板進(jìn)行背蝕刻(步驟208)，移除微結(jié)構(gòu)210底下的部份基板200， 再移除基板200下方的光阻層260，造成懸浮式微結(jié)構(gòu)300。同時(shí)，為避免覆蓋層250厚度 太薄，而出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，因此可將覆蓋層250切割為單一晶粒大小。并且此舉可使打線區(qū)域 240露出。最后，如圖10所示，以蝕刻去除打線區(qū)域240的保護(hù)層242，以供后續(xù)進(jìn)行封裝打
線，傳輸信號(hào)。這種懸浮式微結(jié)構(gòu)300在微機(jī)電系統(tǒng)中，當(dāng)搖動(dòng)或晃動(dòng)整個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)時(shí)，懸浮 式微結(jié)構(gòu)300便觸動(dòng)旁邊的電路230。因此，可用來制造傳感器或致動(dòng)器，例如壓力計(jì)、加速 計(jì)(accelerometer)、生化傳感器等等。本發(fā)明的微機(jī)電制造方法的另一實(shí)施方式與上述實(shí)施方式相似。不同之處在于， 以濕式蝕刻法去除蝕刻道的金屬層后，改用超音波震蕩移除蝕刻道中殘留的氧化層，同樣 可完全移除氧化層，形成外壁面平整且無殘留物的微機(jī)電結(jié)構(gòu)。其中，超音波震蕩器內(nèi)需具 有溶液，此溶液可為水、丙酮或異丙醇。然而，利用超音波震蕩將殘余氧化層移除，會(huì)造成芯片上方具有水氣，因此需將芯片經(jīng)過烘烤或者是旋干，以去除芯片上方的水氣，保持芯片干 燥。并在后續(xù)對(duì)基板進(jìn)行深反應(yīng)離子蝕刻法蝕刻與背蝕刻，形成外壁平整、無殘留物的懸浮 微機(jī)電結(jié)構(gòu)。由上述本發(fā)明的實(shí)施方式可知，應(yīng)用本發(fā)明的微機(jī)電制造方法的優(yōu)點(diǎn)為于濕式蝕 刻移除之后，再進(jìn)行震蕩或干式蝕刻，可完全移除殘留的氧化層。并以后續(xù)的深反應(yīng)離子蝕 刻法與背蝕刻形成外壁平整、無殘留物的懸浮式微機(jī)電結(jié)構(gòu)。進(jìn)而可用來制造傳感器和致 動(dòng)器。雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù) 的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范 圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電的制造方法，其特征在于，該方法的步驟包含a.濕式蝕刻法移除一基板上的一微結(jié)構(gòu)旁的一蝕刻道中多層金屬層，其中該些金屬層 與氧化硅交互堆疊，且氧化硅兩邊具有一通道；b.超音波震蕩去除該蝕刻道中殘留的氧化硅；c.利用深反應(yīng)離子蝕刻法蝕刻該基板；以及d.對(duì)該基板進(jìn)行背蝕刻，以形成一懸浮式微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電的制造方法，其特征在于，在步驟b中使用一溶液進(jìn)行 超音波震蕩，該溶液是水、丙酮或異丙醇。
3.一種微機(jī)電的制造方法，其特征在于，該方法的步驟包含a.濕式蝕刻法移除一基板上的一微結(jié)構(gòu)旁的一蝕刻道中多層金屬層，其中該些金屬層 與氧化硅交互堆疊，且氧化硅兩旁具有一通道；b.蝕刻去除該蝕刻道中殘留的氧化硅；c.利用深反應(yīng)離子蝕刻法蝕刻該基板；以及d.對(duì)該基板進(jìn)行背蝕刻，以形成一懸浮式微結(jié)構(gòu)。
4.一種微機(jī)電的制造方法，其特征在于，該方法的步驟包含a.形成一微結(jié)構(gòu)與一蝕刻道于一基板上，其中該蝕刻道中包含多層金屬層與多層氧 化層交互堆疊，且該些氧化層兩邊具有一信道，而該微結(jié)構(gòu)頂端與該蝕刻道頂端非同一平b.濕式蝕刻法移除該蝕刻道中該些金屬層；c.去除該蝕刻道中殘留的該些氧化層；d.利用深反應(yīng)離子蝕刻法蝕刻該基板；以及e.對(duì)該基板進(jìn)行背蝕刻，形成一懸浮式微結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微機(jī)電的制造方法，其特征在于，進(jìn)行步驟c的方法是超音波 震蕩法或蝕刻法。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微機(jī)電的制造方法，其特征在于，進(jìn)行步驟e前，還包含 形成一覆蓋層，于該基板上方，以保護(hù)微結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微機(jī)電的制造方法，其特征在于，進(jìn)行步驟d前，還包含 沉積一光阻層，于該基板下方，以定義背蝕刻區(qū)域。
8.一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，為權(quán)利要求4所述的步驟a中所形成的結(jié)構(gòu)，包含 一基板；一微結(jié)構(gòu)，于該基板上，該微結(jié)構(gòu)外圍具有一氧化硅包覆，并于該氧化硅頂端具有一阻 擋層；以及一蝕刻道，于該微結(jié)構(gòu)旁，該蝕刻道為多層金屬層與多層氧化層交互堆疊，且該些氧化 層兩旁具有一信道，其中該微結(jié)構(gòu)外圍的該氧化硅頂端的該阻擋層，與該蝕刻道頂端的金 屬層非同一平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，該信道為導(dǎo)孔或觸孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微機(jī)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，該微結(jié)構(gòu)為多層金屬層間以多層 導(dǎo)電層相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)，在基板上具有微結(jié)構(gòu)與蝕刻道。微結(jié)構(gòu)為金屬層及導(dǎo)電層相連形成，且以氧化硅包覆在微結(jié)構(gòu)周圍，并在氧化硅頂端具有阻擋層。蝕刻道為金屬層與氧化層交互堆疊而成，且氧化層兩邊具有通道。其中，微結(jié)構(gòu)的阻擋層與蝕刻道最上層的金屬層非同一平面；借此在利用蝕刻移除蝕刻道的金屬層時(shí)，不會(huì)同時(shí)將微結(jié)構(gòu)的金屬層移除。本發(fā)明還提供一種微機(jī)電制造方法，以濕式蝕刻法移除前述蝕刻道中的金屬層，再以震蕩或蝕刻將蝕刻道中殘余的氧化層移除，并利用深反應(yīng)離子蝕刻及背蝕刻懸浮微結(jié)構(gòu)，以形成蝕刻道壁面平整、無殘留的懸浮微機(jī)電結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B81B7/02GK101993033SQ20091016646
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者劉政諺, 葉力墾, 邱奕翔, 陳曉翔 申請(qǐng)人:微智半導(dǎo)體股份有限公司