微機電結構制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種微機電結構制作方法，該方法不需使用額外的粘著劑，而包括：先在第一基板上制作微機電結構；在第一或第二基板上形成覆蓋液體容置空間；及以壓力將第二基板固定到第一基板等步驟。在加壓之前，將兩基板翻轉，使得覆蓋液體包圍兩基板的接觸面。
【專利說明】微機電結構制作方法

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明是涉及一種微機電結構的制作方法，特別是涉及內容納流體的微機電結構 的制作方法，并且本發(fā)明公開一種以該方法制作的微機電結構。

【背景技術】
[0002] 在微機電結構中，有時需要在結構中容納流體，以利用該流體的特性，提供一定的 功能。此種微機電結構包括一般稱為"液體電容式傾斜微感測器"（liquid capacitive micro inclinometer)的產品。
[0003] 以液體電容式傾斜微感測器為例，在制作時需要先在基板上制作包括傾斜感測器 機構的結構。該結構還可能包括相關的感測電路。其次，需要在另一個基板，通常是玻璃基 板上，制作包括容置空間的結構。接著，在該傾斜感測器結構內或該容置空間的結構內加入 流體，再將兩結構結合，固著，即形成所需的傾斜感測器。其他使用流體的微機電結構，也可 使用與上述方法基本相同的工序制作。此種制作方法及以該方法制成的結構，可參考同申 請人所申請的臺灣專利第101135550號專利申請案"液體電容式傾斜微感測器"的內容。
[0004] 上述微機電結構制作方法必須使用粘膠，以結合該感測器側的結構與該容置空間 的結構。雖然許多類型及種類的粘膠可以使用在這種微機電結構，但是由于該感測器側的 結合界面可能包括多種材料，其物理、化學性質各異；而該容置空間側的結合界面通?？墒?用光阻材料，以便利制作。所選用的粘膠未必能夠與該結合界面所包括的材質完全相容。在 此種微小的尺寸下，一些微小的不相容可能導致在制作、保管、運送或使用中發(fā)生流體泄漏 的問題。
[0005] 此外，在結合該感測器側的結構與該容置空間的結構時，需要使用高溫或高壓已 達成接合、固化或退火的目的。但高溫或高壓容易導致結構中的流體汽化，產生高壓而泄 漏。流體泄漏的結果除了增加制作上的清理成本外，制成的微機電元件功能或精確度將受 到一定的影響。故而降低生產的合格率。
[0006] 因此目前業(yè)界亟須提供一種改良的微機電結構制作方法，該方法不需使用粘膠， 即可結合感測器側的結構與容置空間的結構，形成完整的微機電結構。
[0007] 同時也需要一種新穎的微機電結構制作方法，該方法可防止流體在結構制作過程 中泄漏。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是在提供一種改良的微機電結構制作方法，該方法不需使用粘 膠，即可結合感測器側的結構與容置空間的結構，形成完整的微機電結構。
[0009] 本發(fā)明的目的也在提供一種不需使用粘膠，即可結合感測器側的結構與容置空間 的結構，形成容納流體微機電結構的方法，從而簡化工藝，降低成本。
[0010] 本發(fā)明之目的也在提供一種新穎的微機電結構制作方法，該方法可防止流體在結 構制作過程中泄漏。 toon] 一種微機電結構制作方法，包括以下步驟：
[0012] 在第一基板上制作微機電結構；
[0013] 在所述第一基板上制作隔板，以形成包括所述微機電結構的容置空間；
[0014] 在所述容置空間內注入流體；
[0015] 用第二基板覆蓋所述容置空間；
[0016] 翻轉所述第一基板與第二基板形成的組件，使所述隔板與第二基板的接觸面位于 所述流體表面下方；
[0017] 對所述第一基板和所述第二基板加壓，使所述接觸面形成熔接。
[0018] 一種微機電結構制作方法，包括以下步驟：
[0019] 在第一基板上制作微機電結構；
[0020] 在第二基板上制作隔板，以形成容置空間；
[0021] 在所述微機電結構內或所述容置空間內，注入流體；
[0022] 將所述第一基板與所述第二基板對準接合，使所述容置空間包括所述微機電結 構；
[0023] 選擇性翻轉所述第一基板與所述第二基板形成的組件，使所述隔板與所述第一基 板的接觸面位于所述流體表面下方；
[0024] 對所述第一基板和第二基板加壓，使所述接觸面形成熔接。
[0025] 其中，該第一基板上可形成電路結構，與該微機電結構連接。其中，該微機電結構 可以是感測器結構，且該電路結構可以是感測器電路結構。
[0026] 在本發(fā)明的優(yōu)選實例中，該隔板可使用任何可維持該容置空間內壓力的材料，其 中以半導體工藝中所使用的光阻材料為佳。該第二基板可為硅、玻璃、金屬、金屬氧化物、塑 膠、橡膠、樹脂或其組合。該容置空間內可另形成潤滑層，該潤滑層的材料可為任何界面活 性劑，而以鐵氟龍為佳。
[0027] 適用在本發(fā)明的流體，可為任何適用在微機電制作及應用的流體。該流體通常是 液體或粘稠物質。該流體可為導電性流體或介電性流體。在本發(fā)明的實例中，該流體為硅 酮油。
[0028] 適用在本發(fā)明接合步驟的壓力，可依據該流體的種類、成分，該隔板的材質與該接 觸面所在材料層的材質決定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1示出使用本發(fā)明方法所制作的液體電容式傾斜微感測器。
[0030] 圖2示出本發(fā)明微機電結構制作方法第一實施例的流程圖。
[0031] 圖3示出本發(fā)明液體電容式傾斜微感測器制作過程的示意圖。
[0032] 圖4示出本發(fā)明微機電結構制作方法第二實施例的流程圖。
[0033] 符號說明
[0034] 10 第一基板
[0035] lla、llb、llc、lld 介電層
[0036] 12a、12b、12c、12d 金屬層
[0037] 13a、13b、13c 導通孔
[0038] 15 潤滑層
[0039] 24 支撐結構
[0040] 25 隔板
[0041] 26 第二基板
[0042] 27 容置空間
[0043] 28 覆蓋液體
[0044] 30 讀取電路
[0045] 28 覆蓋液體

【具體實施方式】
[0046] 以下將以實施例說明本發(fā)明的構造與制法。唯需要說明的是：所使用的實施例僅 例示本發(fā)明的可能或優(yōu)選實施方式，不得用以限制本發(fā)明的范圍。
[0047] 本發(fā)明的微機電結構制作方法可以適用在任何包含流體的微機電結構。該微機電 結構可以是一種感測器，而該流體則可以是一種液體。適用的微機電結構即包括使用液體 感測傾斜角度的液體電容式傾斜微感測器。因此，以下的說明將以該液體電容式傾斜微感 測器為例，說明本發(fā)明微機電結構制作方法的實施例。
[0048] 圖1表示使用本發(fā)明方法所制作的液體電容式傾斜微感測器。如圖所示，該液體 電容式傾斜微感測器1〇〇,是形成在第一基板10上。圖中所顯示的基板10,是使用在標準 CMOS工藝當中的基板，即硅質基板。在該基板10上，以標準CMOS工藝形成多層介電層11a、 1113、11(：、11(1，多層金屬層12&、1213、12(3、12(1，以及多個導通孔13&、1313、13(3等。
[0049] 該感測器100具有一對差動電極。在圖1所示的感測器構造中，該三個電極(未圖 示）共同形成在同一金屬層，即第三層金屬層12c上。在該三個電極所在區(qū)域周圍，以多層 介電層、多層金屬層及多個導通孔形成支撐結構24。在該支撐結構24上方形成隔板25,隔 板25上方覆蓋第二基板26,使該三個電極所在的金屬層、該支撐結構24、隔板25與第二基 板26定義容置空間27。覆蓋液體28即密封在該容置空間27中。
[0050] 在本發(fā)明的優(yōu)選實例中，該隔板25是使用光阻材料制作，該第二基板26是玻璃材 質。但本發(fā)明可適用的材料并不限于此例所示。
[0051] 在本例中，該三個電極是形成在單一的金屬層內，但是在其他實例中，該三個電極 是形成在多數的金屬層內。也即，在標準CMOS工藝中所形成，中間夾有介電層的多個金屬 層。
[0052] 為抑制該覆蓋液體28因毛細作用粘附在該三個電極表面，可在該三個電極表面 全部或選定的部分施以潤滑層（未圖示)。該潤滑層的材質為本領域技術人員所熟知，例如 可為鐵氟龍。
[0053] 具有以上特征的傾斜角度偵測器，可以利用標準CMOS工藝制作，因此可與讀取電 路制作在相同基板上，并同時完成。足以簡化生產并降低成本。此外，并可解決現(xiàn)有技術偵 測器與讀取電路不易整合的難題。
[0054] 以下以實例說明本發(fā)明液體電容式傾斜微感測器的制造方法。圖2顯示本發(fā)明微 機電結構制作方法第一實施例的流程圖。圖3則顯示本發(fā)明液體電容式傾斜微感測器制作 過程示意圖。如圖2所示，本實施例在制作微機電結構時，首先在步驟201制作第一基板 10。該第一基板10的材質并無任何限制，但通常而言可使用一般應用在標準CMOS工藝的 基板材質，即硅質基板。以便使該微機電結構可以利用CMOS工藝制作。但使用其他堅固的 材質，或其他適合使用在CMOS工藝的材質，也可得到相同的效果。
[0055] 其次，于202在該第一基板10上形成材料層。該材料層可能包括：形成在該基板 10上方的介電層11a，形成在該介電層11a上方，互相交替的多層金屬層12a、12b、12c、12d 與介電層lib、11c、lld，以及位在其內的導通孔13a、13b、13c。這些材料層當中包括傾斜角 感測器100以及讀取電路30。適合制作該材料層的方法，包括任何商業(yè)上用來形成電路結 構和/或微型結構的工藝，其中較適的則為標準的CMOS工藝。
[0056] 該讀取電路30可以是以商用電路設計工具完成的電路結構，例如為CMOS工藝所 制得的多層電路層。用來偵測電容值并將該電容值轉變成傾斜角度值的電路，可以使用任 何現(xiàn)有技術的電路設計。對于此行業(yè)的專家而言，設計具有上述功能的電路，并以適用的工 藝形成在該第一基板10上，應該是顯而易見的，在此無需贅述相關技術細節(jié)。
[0057] 至于該偵測器100部份的制作，在本實例中是形成于該材料層當中的至少一個金 屬層，例如第三層金屬層12c。其制作方法包括在形成該金屬層12c后，以蝕刻等方法，形成 適用的電極。在該第三層金屬層12c形成電極板圖型，屬于現(xiàn)有技術。此外，在相同平面或 實質相同平面上形成多對差動電極，也可利用已知的技術達成。此行業(yè)人士在閱讀本案專 利說明書與圖式后，當仍輕易完成。相關技術細節(jié)，在此也不贅述。
[0058] 在該材料層中也可包括以多層金屬層、多層介電層與多個導通孔共同形成的支撐 結構24。該支撐結構24通常是以導通孔貫穿多層介電層與金屬層，以提高其強度。如此完 成足以支撐將要形成的容置空間的結構。制作此種支撐結構的技術，也可使用上述CMOS工 藝，與該讀取電路及電極板在相同工藝步驟中完成。相關技術細節(jié)，也無庸贅述。所完成的 結構即如圖3A所示。
[0059] 其次，在步驟203移除該電極板上方的介電層，直到電極板暴露出來。所得結果如 圖3B所示。在步驟204中在該電極板表面施加潤滑層15。該潤滑層15的材質可為任何可 以消除或降低該電極板表面毛細作用的材質。在本發(fā)明的優(yōu)選實例中，是采用鐵氟龍。當 然，其他可以提供相同或類似功能的材料，均可適用。其施加方法也無任何技術上的限制， 但以旋模涂覆方法，較為可行，效果也好。該潤滑層15厚度并無限制，但不宜太厚，以免影 響偵測效果。所形成的材料層即如圖3C所示。
[0060] 接著，在步驟205中在該材料層上方形成隔板25,以在該材料層上方形成包括該 偵測器100部份的容置空間27。在形成該容置空間27時，首先在該材料層上方形成隔板 材料層。該隔板材料層的材質并無任何限制。但考慮到工藝便利，在本發(fā)明的優(yōu)選實例中， 是以光阻材料制作。適用的光阻材料包括SU-8等。該隔板材料層25可以任何方式形成在 該第一基板的材料層上，其厚度也無任何限制，但以能形成足夠的容積，以容納覆蓋液體為 宜。通常而言，約可在100至2,000um之間，優(yōu)選在200至l，000um之間。其次，在該隔板 材料層25內形成容置空間27,以作用來容納覆蓋液體的腔室。形成容置空間27的方法，主 要是除去該格板材料層一部份，例如以蝕刻方法形成。但以其他方式，例如燒除等技術，也 非所禁。如有必要，可另形成切割線(未圖示)。形成后的材料層包括該第一基板10,該偵測 器100部份，該讀取電路30,及定義該容置空間27的隔板25。如圖3D所示。
[0061] 接著，在步驟206中在該容置空間27內注入覆蓋液體28。該覆蓋液體28可為導 電性液體或介電液體。如果是導電材料，則可為電解液、磁性液體、液態(tài)金屬、含納米金屬顆 粒的液體等材料。如果是介電液體，則以比重較高且粘性較低的材料較適用，例如硅酮油即 其適例。所加入的覆蓋液體28量并無任何限制，但以充滿該容置空間27容積的半數左右 為宜。
[0062] 其后，在步驟207中，將第二基板26覆蓋在所形成的材料層上。該第二基板26的 材質并無任何限制，但以堅硬、容易加工為宜。在本發(fā)明的優(yōu)選實例中，該第二基板26為玻 璃基板。但是其他材料，例如塑膠、樹脂、玻璃纖維、金屬、陶瓷或其復合材料，均可適用。在 步驟208中翻轉該第一基板10 (及其材料層）與第二基板26所形成的組件，使隔板25與 第二基板26的接觸面位于該覆蓋液體28的液面以下。在此步驟視需要使用治具，使該覆 蓋液體28不致從該隔板25與第二基板26的接觸面泄漏。將該覆蓋液體28維持在該容置 空間27內的方法，可以使用任何已知方法，包括在翻轉時夾緊該第一基板10與該第二基板 26。
[0063] 在步驟209加壓該第一基板10與該第二基板26,使該接觸面形成熔接，使兩表面 固著。其后，如有必要，可在步驟210加熱，使該熔接退火。該退火步驟的加熱溫度、維持時 間與次數可視需要而定。
[0064] 雖不欲為任何理論所限制，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，負光阻劑特別適用作為本發(fā)明的隔板 25。推其原因，可能因為負光阻劑在進行曝光時會使光阻內部分子結構產生交鏈，進而使其 結構強化。而在加熱的過程將會使其產生交鏈的結構更為堅固。換言之，在進行加壓加熱 的過程中，借著光阻本身交鏈的反應與元件表面產生粘合的力量。經實驗結果，杜邦公司所 代理的PerMX干膜SU-8負光阻劑，提供的粘合特性特別適用在本發(fā)明。
[0065] 經上述步驟所形成的微機電結構，即如圖3E所示。
[0066] 在本發(fā)明另一實施例中，該隔板25是先制作在該第二基板26上。此種方法同樣 也可以得到適用的微機電結構。圖4即表示本發(fā)明微機電結構制作方法第二實施例的流程 圖。
[0067] 如圖所示，在步驟401中制作第一基板10。其次，在步驟402中在該第一基板10 上形成材料層。該材料層包括：形成在該基板10上方的介電層1 la，形成在該介電層1 la上 方，互相交替的多層金屬層12a、12b、12c、12d與介電層lib、11c、lid,以及位在其內的導通 孔13a、13b、13c。該材料層可包括偵測器100部份與讀取電路30部分。其次，在步驟403 中移除該電極板上方的介電層，直到電極板暴露出來。在步驟404中在該電極板表面施加 潤滑層15。
[0068] 接著，在步驟405中在第二基板26上形成隔板材料層25。該隔板材料層的材質、 厚度與第一實施例相同。其次，在步驟406中在該隔板材料層25內形成容置空間27,以作 用來容納覆蓋液體28的腔室。形成容置空間27的方法也與第一實施例相同。如有必要， 可另形成切割線(未圖示)。
[0069] 其后，在步驟407中，將覆蓋液體28注入該第一基板10材料層的暴露部分內，或 該第二基板26的容置空間27內。所加入的覆蓋液體28量并無任何限制，但以加工后，能 充滿該容置空間27容積的半數左右為宜。在步驟408中將該第二基板26覆蓋在該第一基 板10的材料層上(在步驟207中是將液體28注入該第一基板10材料層的暴露部分內時） 或將該該第一基板10的材料層覆蓋在第二基板26上(在步驟207中是將液體28注入該第 二基板10材料層的容置空間27內時)，使第一基板10材料層的暴露部分面對該容置空間 27,而使該第一基板10的材料層與該容置空間27共同定義密閉空間。
[0070] 接著，在步驟409中視需要翻轉該第一基板10 (及其材料層）與第二基板26所形 成的組件，使隔板25與第一基板10材料層的接觸面位于該覆蓋液體28的液面以下。換言 之，如在步驟408的結果已經使該接觸面位于該覆蓋液體28的液面以下，即不須翻轉。在 此步驟視需要使用治具，使該覆蓋液體28不致從該隔板25與第一基板10的接觸面泄漏。
[0071] 在步驟410中加壓該第一基板10與該第二基板26,使該接觸面形成熔接。其方法 與反應條件、參數等，均與第一實施例相同。如有必要，可在步驟411加熱，使該熔接退火。 如此即完成本發(fā)明的微機電結構，如圖3E所示。
[0072] 在上述實例中，適用的流體可為任何適用在微機電制作及應用的流體。該流體通 常是液體或粘稠物質。該流體可為導電性流體或介電性流體。在本發(fā)明的實例中，該流體 為娃油。
[0073] 本發(fā)明所揭示的微機電結構制作方法不但步驟簡單，容易制作，且可節(jié)省粘著劑 的成本，并避免覆蓋液體在家工、保存、運送與使用中泄漏。
【權利要求】
1. 一種微機電結構制作方法，包括以下步驟： 在第一基板上制作微機電結構； 在所述第一基板上制作隔板，以形成容納所述微機電結構的容置空間； 在所述容置空間內注入流體； 用第二基板覆蓋所述容置空間； 翻轉所述第一基板與所述第二基板形成的組件，使所述隔板與所述第二基板的接觸面 位于所述流體表面下方；以及 對所述第一基板和所述第二基板加壓，使所述接觸面形成熔接。
2. -種微機電結構制作方法，包括以下步驟： 在第一基板上制作微機電結構； 在第二基板上制作隔板，以形成容置空間； 在所述微機電結構內或所述容置空間內，注入流體； 將所述第一基板與所述第二基板對準接合，使所述容置空間容納所述微機電結構； 選擇性翻轉所述第一基板與所述第二基板形成的組件，使所述隔板與所述第一基板的 接觸面位于所述流體表面下方；以及 對所述第一基板和所述第二基板加壓，使所述接觸面形成熔接。
3. 如權利要求1或2所述的方法，還包括：使所述熔接退火的步驟。
4. 如權利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一基板上形成電路結構，該電路結構 與所述微機電結構連接。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，所述微機電結構是感測器結構，且所述電路結構是 感測器電路結構。
6. 如權利要求1或2所述的方法，其中，所述隔板包括半導體工藝中所使用的光阻材 料。
7. 如權利要求6所述的方法，其中，所述隔板包括負光阻劑。
8. 如權利要求1或2所述的方法，其中，所述第二基板是選自硅、玻璃、金屬、金屬氧化 物、塑膠、橡膠和樹脂這些材料中的至少一種。
9. 如權利要求1或2所述的方法，還包括：在所述容置空間內形成潤滑層的步驟。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，所述潤滑層的材料是鐵氟龍。
11. 如權利要求1或2所述的方法，其中，所述流體是液體。
12. 如權利要求11所述的方法，其中，所述流體是導電性液體。
13. 如權利要求11所述的方法，其中，所述流體是介電性液體。
14. 如權利要求11所述的方法，其中，所述流體是硅酮油。
15. -種以權利要求1至14中任意一種方法制作的微機電結構。
【文檔編號】B81C3/00GK104058366SQ201310087534
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月19日 優(yōu)先權日:2013年3月19日
【發(fā)明者】陳榮祥, 陳政賜, 陳柏廷 申請人:碩英股份有限公司