專利名稱：微移動(dòng)器件、晶片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由微機(jī)械加工技術(shù)生產(chǎn)的微移動(dòng)器件。也涉及一種用于 制造微移動(dòng)器件的晶片，以及制造該晶片的方法。
背景技術(shù)：
近來，微機(jī)械加工器件被用于很多應(yīng)用中。這些器件包括諸如角速度傳 感器、加速度傳感器或微鏡器件等微振蕩元件，該微振蕩元件具有微移動(dòng)部 分或振蕩部分。角速度傳感器和加速度傳感器例如應(yīng)用于攝像機(jī)或裝有攝像 頭的移動(dòng)電話中，用于針對使用者的手的動(dòng)作而穩(wěn)定圖像，還應(yīng)用于汽車導(dǎo) 航系統(tǒng)、氣囊釋放定時(shí)系統(tǒng)、或機(jī)器人中，用于控制其姿態(tài)。微鏡器件例如 在光盤技術(shù)或光通信技術(shù)領(lǐng)域中用以進(jìn)行光反射。這種微移動(dòng)器件通常包含 固定部分、可移位的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)、和連接該固定部分和可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的連接部 分。這樣配置的微移動(dòng)器件例如可以在下列專利文獻(xiàn)1至3中找到專利文獻(xiàn)l: JP-A-2003-19700 專利文獻(xiàn)2: JP-A-2004-341364 專利文獻(xiàn)3: JP-A-2006-72252圖13描述了微移動(dòng)器件X2，其是現(xiàn)有的微移動(dòng)器件的實(shí)例。微移 動(dòng)器件X2包括固定部分81和可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82，并且該微移動(dòng)器件X2被 設(shè)計(jì)為執(zhí)行預(yù)定功能。固定部分81和可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82經(jīng)由圖13中未示出 的連接部分連接。例如，將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82設(shè)置為進(jìn)行如圖13中箭頭D 所示的移位。圖14示出微移動(dòng)器件X2的一些制造工藝。為了制造微移動(dòng)器件X2， 首先要制備圖14 (a)所示的材料基板90，該材料基板90是所謂的絕緣 體上硅(以下稱為SOI)晶片，并具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括硅層 91、硅層92、和設(shè)置于它們之間的中間層93。該中間層93的厚度大約 為1,。然后，如圖14 (b)所示，經(jīng)由預(yù)定掩模而在硅層91上執(zhí)行各向異 性干蝕刻工藝，以便形成將要設(shè)置于硅層91上的部分(例如在固定部分 81、可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82和連接部分中的一部分)。
如圖14 (c)所示，經(jīng)由預(yù)定掩模，在硅層92上執(zhí)行另一各向異性 干蝕刻工藝，以便形成將要設(shè)置于硅層92上的部分(例如固定部分81 的一部分)。
接下來轉(zhuǎn)到圖14 (d)，在中間層93上執(zhí)行各向同性蝕刻工藝，以 去除其暴露的部分和位于固定部分81與可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82之間的部分。通 過包含這些工藝的方法，即可獲得微移動(dòng)器件X2。
在微移動(dòng)器件X2中，在之前參照圖14 (d)而描述的蝕刻工藝后， 或在器件工作時(shí)，如圖15所示，該可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82可能會(huì)意外地與固定 部分81粘連。這種粘連會(huì)抑制可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82的移位，從而導(dǎo)致微移動(dòng) 器件X2不能正常工作。
為了避免這種粘連，在參照圖14 (d)所述的蝕刻工藝后，主要是對 固定部分81中與可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82相對的表面81a、以及可移動(dòng)結(jié)構(gòu)82中 與固定部分81相對的表面82a執(zhí)行預(yù)定的各向同性干蝕刻或各向同性濕 蝕刻工藝，從而使表面81a和表面82a粗糙化。而通過給表面81a和表 面82a提供一定的粗糙度，就可以避免粘連?；蛘撸趨⒄請D14 (d)所 述的蝕刻工藝之后，主要是對表面81a和表面82a進(jìn)行防水硅垸化涂覆 工藝，以避免粘連。
然而，上述的措施可能并不適用于例如表面81a和82a過大之時(shí)， 因?yàn)樵谶@種情況下，很難對相對的表面81a和82a進(jìn)行充分粗糙化或充 分涂覆。另外，鑒于上述措施是在微移動(dòng)器件X2各個(gè)部分制造完成后額 外執(zhí)行的，從微移動(dòng)器件X2制造產(chǎn)量的角度出發(fā)，是不希望執(zhí)行這些額 外工藝的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況而提出本發(fā)明。因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種微 移動(dòng)器件，其被配置為可以防止粘連并以高產(chǎn)率來制造。本發(fā)明的其他 目的是提供一種用于制造這種微移動(dòng)器件的晶片，以及制造這種晶片的方法。
本發(fā)明的第一方面提供一種微移動(dòng)器件。該微移動(dòng)器件通過加工多 層結(jié)構(gòu)的材料基板而獲得，該多層結(jié)構(gòu)包括第一層；第二層，在其位
于該第一層一側(cè)的表面上具有微細(xì)(finely)粗糙區(qū)；以及中間層，其設(shè) 置在該第一層與該第二層之間。該微移動(dòng)器件包含形成于第一層中的第 一結(jié)構(gòu)和形成于第二層中的第二結(jié)構(gòu)，其中該第二結(jié)構(gòu)包括經(jīng)由間隙與 第一結(jié)構(gòu)相對的、并在其位于第一結(jié)構(gòu)一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)的部分。第 二結(jié)構(gòu)相對于第一結(jié)構(gòu)可移位(例如，移近或遠(yuǎn)離該第一結(jié)構(gòu))。該微 移動(dòng)器件可以用作角速度傳感器或加速度傳感器的一部分。
例如，通過在第一層上執(zhí)行各向異性干蝕刻工藝以部分暴露具有上 述多層結(jié)構(gòu)的材料基板的中間層，而在第一層中形成微移動(dòng)器件的第一 結(jié)構(gòu)。例如，通過在第二層上執(zhí)行各向異性干蝕刻工藝，而在第二層中 形成第二結(jié)構(gòu)。然后，再執(zhí)行例如各向同性濕蝕刻工藝，去除位于該第 一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)之間的中間層的一部分，從而使得第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié) 構(gòu)經(jīng)由間隙而彼此相對。第二結(jié)構(gòu)中位于第一結(jié)構(gòu)一側(cè)的表面(其原先 是材料基板的一部分)就是該第二層中位于第一層一側(cè)的微細(xì)粗糙區(qū)的 一部分，因此而具有微細(xì)粗糙結(jié)構(gòu)。在該微移動(dòng)器件中，由于第二結(jié)構(gòu) 上設(shè)置的這種微細(xì)粗糙區(qū)，就可防止該第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)彼此之間意 外粘連。
此外，在微移動(dòng)器件的制造工藝中，因?yàn)橛糜诜乐拐尺B的微細(xì)粗糙 結(jié)構(gòu)在形成第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)之前已經(jīng)存在，這就消除了在形成第一 結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)其中至少一個(gè)之后、為防止粘連而執(zhí)行蝕刻或涂覆工藝 的需要。這種設(shè)置有利于以更高產(chǎn)量制造微移動(dòng)器件。
因此，根據(jù)本發(fā)明第一方面的微移動(dòng)器件適用于防止第一和第二結(jié) 構(gòu)的粘連，以及以高產(chǎn)量進(jìn)行制造。
本發(fā)明的第二方面提供一種晶片。該晶片具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié) 構(gòu)包括第一層、在位于第一層一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)的第二層和設(shè)置于該 第一層與第二層之間的中間層。這種晶片可作為用于制造根據(jù)第一方面 的微移動(dòng)器件的材料基板。
在本發(fā)明的第一和第二方面中，優(yōu)選地，通過在第二層上沉積多晶硅和非晶硅其中之一，或通過在第二層的表面上執(zhí)行蝕刻工藝，從而在 第二層上設(shè)置微細(xì)粗糙區(qū)。這些方法可以在第二層上形成防止粘連的適 當(dāng)?shù)奈⒓?xì)粗糙結(jié)構(gòu)。第二層的微細(xì)粗糙區(qū)的表面粗糙度例如不小于
10nm，且不超過中間層厚度的20%。
本發(fā)明的第三方面是提供一種具有多層結(jié)構(gòu)的晶片的制造方法，該 多層結(jié)構(gòu)包括第一層，在位于第一層一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)的第二層、和 設(shè)置于第一層與第二層之間的中間層。該方法包括在預(yù)備第二層 (pre-second layer)的表面上沉積多晶硅或非晶硅，或在預(yù)備第二層的表 面上執(zhí)行蝕刻工藝，從而形成微細(xì)粗糙區(qū)。然后，在預(yù)備第二層的微細(xì) 粗糙區(qū)上形成預(yù)備中間層。預(yù)備第二層和預(yù)備第一層經(jīng)由在微細(xì)粗糙區(qū) 上形成的預(yù)備中間層相互連接。
本發(fā)明的第四方面是提供另外一種具有多層結(jié)構(gòu)的晶片的制造方 法，該多層結(jié)構(gòu)包括第一層、在位于第一層一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)的第二 層、和設(shè)置于第一層與第二層之間的中間層。該方法包括在預(yù)備第二 層的表面上沉積多晶硅或非晶硅，或在預(yù)備第二層的表面上執(zhí)行蝕刻工 藝，從而形成微細(xì)粗糙區(qū)。然后，在預(yù)備第二層的微細(xì)粗糙區(qū)上形成預(yù) 備中間層。然后，通過在預(yù)備中間層上沉積材料，形成第一層。
在本發(fā)明第三和第四方面中，優(yōu)選地，預(yù)備中間層可以是絕緣層， 比如氧化硅層、氮化硅層或氧化鋁層。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的陀螺儀傳感器的局部平面圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的陀螺儀傳感器的另一局部平面圖3是沿圖i中in-m線的剖面圖4是沿圖1中IV-IV線的剖面圖； 圖5是沿圖1中V-V線的剖面圖6是沿圖1中VI-VI線的剖面圖； 圖7是沿圖1中VII-VII線的剖面圖8是沿圖i中vni-vm線的剖面圖9以剖面圖示出在如圖1所示的陀螺儀傳感器的制造工藝中的一些步驟；
圖10示出在制造過程中，圖9所示的步驟之后的一些步驟； 圖ll示出在制造過程中，圖IO所示的步驟之后的一些步驟； 圖12示出另一晶片的制造工藝； 圖13是示出現(xiàn)有的微移動(dòng)器件的剖面圖14以截面圖示出在圖13所示的微移動(dòng)器件的制造工藝中的一些 步驟；以及
圖15是示出圖13所示的微移動(dòng)器件發(fā)生粘連時(shí)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1至8示出根據(jù)本發(fā)明的陀螺儀傳感器X1。圖1是陀螺儀傳感器 Xl的局部平面圖，圖2是陀螺儀傳感器X1的另一局部平面圖。圖3至
8分別是沿圖i中的線ni-ni、 iv-iv、 v國v、 vi-vi、 vii-vii和vni-vni
的剖面圖。
陀螺儀傳感器X1被用作角速度傳感器，其包含焊接塊(land)部分 10、內(nèi)框架20、外框架30、 一對連接部分40、 一對連接部分50、檢測 電極61 (圖1中未示出)、檢測電極62A和62B (圖2中未示出)、以 及驅(qū)動(dòng)電極71A、 71B、 72A、 72B。該陀螺儀傳感器XI屬于通過使用體 塊(bulk)微機(jī)械加工技術(shù)(如MEMS技術(shù))加工晶片(該晶片即所謂 的SOI基板)而制造的傳感器類型。該晶片具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu) 例如包括第一硅層和第二硅層，以及設(shè)置于這兩個(gè)硅層之間的絕緣層， 其中通過摻入雜質(zhì)而賦予該晶片預(yù)定的導(dǎo)電性。圖1中的陰影部分表示 得自第一硅層且與絕緣層相比更靠近觀察者的部分。圖2中的陰影部分 表示得自第二硅層且與絕緣層相比更靠近觀察者的部分。
焊接塊部分IO是得自第一硅層的部分。如圖3和圖5所示，該焊接 塊部分IO包含埋設(shè)在其中的導(dǎo)電插栓11。
例如，如圖3所示，內(nèi)框架20具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括得自 第一硅層的第一層部分21、得自第二硅層的第二層部分22和設(shè)置在它們 之間的絕緣層23。如圖1所示，第一層部分21包含區(qū)塊21a、 21b、 21c、 21d、 21e、 21f。區(qū)塊21a至21f通過間隙相互隔離。例如圖3和圖4所示，外框架30具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括得 自第一硅層的第一層部分31、得自第二硅層的第二層部分32、和設(shè)置在 它們之間的絕緣層33。如圖1所示，第一層部分31包含區(qū)塊31a、 31b、 31c、 31d、 31e、 31f、 31g、 31h。區(qū)塊31a至31h通過間隙相互隔離，并 組成陀螺儀傳感器X1中用于外部連接的端部。
一對連接部分40得自第一硅層，并用以連接焊接塊部分10和內(nèi)框 架20。每個(gè)連接部分40均包含兩個(gè)扭力桿41。如圖1所示，將一個(gè)連 接部分40的各扭力桿41連接至焊接塊部分10，以及連接至內(nèi)框架20 的第一層部分21的區(qū)塊21a，使得焊接塊部分10和區(qū)塊21a電連接。將 另一連接部分40的各扭力桿41連接至焊接塊部分10，以及連接至內(nèi)框 架20的第一層部分21的區(qū)塊21d，使得焊接塊部分10和區(qū)塊21d電連 接。這樣配置的一對連接部分40定義了焊接塊部分10的振蕩運(yùn)動(dòng)的軸 向中心A1。每個(gè)連接部分40包含兩個(gè)扭力桿41，并且在這兩個(gè)扭力桿 41之間限定的間隙從內(nèi)框架20向焊接塊部分10逐步增大，從而有利于 抑制在焊接塊部分10的振蕩運(yùn)動(dòng)中的不必要的位移分量。
一對連接部分50得自第一硅層，并用以連接內(nèi)框架20和外框架30。 每個(gè)連接部分50包含三個(gè)扭力桿51、 52、 53。如圖l所示，將一個(gè)連接 部分50中的扭力桿51連接至內(nèi)框架20的第一層部分21的區(qū)塊21a，以 及連接至外框架30的第一層部分31的區(qū)塊31a，從而將區(qū)塊21a和區(qū)塊 3la電連接。將扭力桿52連接至內(nèi)框架20的第一層部分21的區(qū)塊21b， 以及連接到外框架30的第一層部分31的區(qū)塊31b，從而將區(qū)塊21b和區(qū) 塊31b電連接。將扭力桿53連接至內(nèi)框架20的第一層部分21的區(qū)塊21c， 以及連接到外框架30的第一層部分31的區(qū)塊31c，從而將區(qū)塊21c和區(qū) 塊31c電連接。將另一連接部分50中的扭力桿51連接到內(nèi)框架20的第 一層部分21的區(qū)塊21d，以及連接至外框架30的第一層部分31的區(qū)塊 31d，使得區(qū)塊21d和區(qū)塊31d電連接。將扭力桿52連接至內(nèi)框架20的 第一層部分21的區(qū)塊2le，以及連接至外框架30的第一層部分31的區(qū) 塊31e，使得區(qū)塊21e和區(qū)塊31e電連接。將扭力桿53連接至內(nèi)框架20 的第一層部分21的區(qū)塊21f，以及連接至外框架30的第一層部分31的 區(qū)塊31f，使得區(qū)塊21f和區(qū)塊31f電連接。這樣配置的一對連接部分50定義了內(nèi)框架20的振蕩運(yùn)動(dòng)的軸向中心A2。每個(gè)連接部分50包含兩個(gè) 扭力桿51、 53，并且這兩個(gè)扭力桿51、 53之間限定的間隙從外框架30 向內(nèi)框架20逐步增大，從而有利于抑制在內(nèi)框架20的振蕩運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn) 的不必要的位移分量。
檢測電極61是得自第二硅層的部分，并對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的第二結(jié) 構(gòu)。檢測電極61包含微細(xì)粗糙區(qū)61a，例如，如圖4和圖5中以放大尺 寸所示出的那樣。微細(xì)粗糙區(qū)61a的表面粗糙度(Rz)例如是10至200nm。 同時(shí)參照圖3和圖5，檢測電極61經(jīng)由得自絕緣層的絕緣層部分12連接 到焊接塊部分10，并通過貫穿該焊接塊部分IO和絕緣層部分12的導(dǎo)電 插栓11電連接到焊接塊部分10。
檢測電極62A是得自第一硅層的部分，并對應(yīng)于本發(fā)明的第一結(jié)構(gòu)。 如圖5所示，檢測電極62A包含從內(nèi)框架20的第一層部分21的區(qū)塊21b 朝向焊接塊部分10而延伸的部分，使得該部分與檢測電極61相對。檢 測電極62A包含多個(gè)開口。
檢測電極62B是得自第一硅層的部分，并對應(yīng)于本發(fā)明的第一結(jié)構(gòu)。 如圖5所示，檢測電極62B包含從內(nèi)框架20的第一層部分21的區(qū)塊21e 朝向焊接塊部分10延伸的部分，使得該部分與檢測電極61相對。檢測 電極62B包含多個(gè)開口。
如圖1所示，驅(qū)動(dòng)電極71A是得自第一硅層的梳齒狀電極，并包含 從內(nèi)框架20的區(qū)塊21c延伸出來的多個(gè)電極齒71a。例如圖1和圖6所 示，電極齒71a相互平行。
驅(qū)動(dòng)電極71B是得自第一硅層的梳齒狀電極，并包含從內(nèi)框架20的 區(qū)塊21f延伸出來的多個(gè)電極齒71b。電極齒71b相互平行。
驅(qū)動(dòng)電極72A是得自第一硅層的梳齒狀電極，且與驅(qū)動(dòng)電極71A相 對而設(shè)。該驅(qū)動(dòng)電極72A包含從外框架30的區(qū)塊31g延伸出來的多個(gè)電 極齒72a。例如，如圖1和圖6所示，電極齒72a相互平行，并且還與驅(qū) 動(dòng)電極71A的電極齒71a相互平行。
驅(qū)動(dòng)電極72B是得自第一硅層的梳齒狀電極，且與驅(qū)動(dòng)電極71B相 對而設(shè)。驅(qū)動(dòng)電極72B包含從外框架30的區(qū)塊31h延伸出來的多個(gè)電極 齒72b。電極齒72b相互平行，并且還與驅(qū)動(dòng)電極71B的電極齒71b相互平行。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)陀螺儀傳感器X1時(shí)，使得可移動(dòng)部分(焊接塊部分10、內(nèi) 框架20、驅(qū)動(dòng)電極61、 62A、 62B)以預(yù)先確定的頻率或周期繞著軸向 中心A2振蕩。這樣的振蕩運(yùn)動(dòng)可通過在驅(qū)動(dòng)電極71A和72A之間、以 及在驅(qū)動(dòng)電極71B和72B之間交替重復(fù)施加電壓而實(shí)現(xiàn)。在此操作中， 可以通過外框架30的區(qū)塊31c、 一個(gè)連接部分50中的扭力桿53和內(nèi)框 架20的區(qū)塊21c而將電位提供至驅(qū)動(dòng)電極71A。可以通過外框架30的 區(qū)塊31f、另一連接部分50中的扭力桿53和內(nèi)框架20的區(qū)塊21f而將 電位提供至驅(qū)動(dòng)電極71B?？梢酝ㄟ^外框架30的區(qū)塊31g而將電位提供 至驅(qū)動(dòng)電極72A?？梢酝ㄟ^外框架30的區(qū)塊31h而將電位提供至驅(qū)動(dòng)電 極72B。在本實(shí)施例中，例如，使驅(qū)動(dòng)電極71A和71B接地，通過交替 重復(fù)地給驅(qū)動(dòng)電極72A和驅(qū)動(dòng)電極72B提供電位，就可以使可移動(dòng)部分 發(fā)生振蕩。
在使得可移動(dòng)部分進(jìn)行例如如上所述的振蕩或振動(dòng)的狀態(tài)下，將預(yù) 定的角速度或加速度作用于陀螺儀傳感器X1，并因而作用于其可移動(dòng)部 分時(shí)，焊接塊部分10與驅(qū)動(dòng)電極61 —起繞著軸向中心Al旋轉(zhuǎn)移位至預(yù) 定程度，從而改變檢測電極61中的與檢測電極62A相對的部分與該檢測 電極62A之間的間隙量，并改變檢測電極61中的與檢測電極62B相對 的部分與該檢測電極62A之間的間隙量(檢測電極61和檢測電極62A、 62B之間可以彼此移近或遠(yuǎn)離)。這些間隙量值的改變導(dǎo)致檢測電極61、 62A之間、以及檢測電極61、 62B之間的靜態(tài)電容量的改變。根據(jù)該檢 測電極61、 62A之間、以及該檢測電極61、 62B之間的靜態(tài)電容量的改 變，就可以檢測到焊接塊部分IO和驅(qū)動(dòng)電極61的旋轉(zhuǎn)位移量。然后， 這樣獲得的檢測結(jié)果被用于計(jì)算作用于可移動(dòng)部分或陀螺儀傳感器XI 的角速度或加速度。
圖9至圖ll示出陀螺儀檢測器Xl的制造方法。該方法描述了應(yīng)用 微機(jī)械加工技術(shù)來制造陀螺儀傳感器X1的實(shí)例。圖9 (a)至11 (d)以 特定剖面圖的截面變化的形式，依次示出在圖11 (d)中所示的焊接塊部 分L、框架F1和F2、連接部分C1和C2、以及電極E1、 E2、 E3、 E4的 形成過程。在待加工的晶片中，這種特定剖面圖是多個(gè)預(yù)定部分中的一個(gè)部分的橫截面示意性演示模型，其中該多個(gè)預(yù)定部分是包含在陀螺儀 傳感器的單個(gè)加工區(qū)中的。焊接塊部分L對應(yīng)于焊接塊部分10的一部分?？蚣蹻1對應(yīng)于內(nèi)框架20，并表示內(nèi)框架20的預(yù)定位置的橫截面。框架 F2對應(yīng)于外框架30，并表示外框架30的預(yù)定位置的橫截面。連接部分 Cl對應(yīng)于連接部分40，并表示扭力桿41的橫截面。連接部分C2對應(yīng)于 連接部分50，并表示扭力桿51、 52、 53的其中之一的縱截面。電極E1 對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)電極61的一部分。電極E2對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)電極62A、 62B。電極 E3對應(yīng)于檢測電極71A、 71B。電極E4對應(yīng)于檢測電極72A、 72B。為了制造陀螺儀傳感器X1，首先，如圖9 (a)所示， 一方面在晶片 101上形成絕緣層102，另一方面則在晶片103上依次形成表面粗糙化層 103A和絕緣層104。晶片101對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)備第一層，并例如由摻入雜質(zhì)而賦 予導(dǎo)電性的硅材料組成。適用的雜質(zhì)實(shí)例包括p型雜質(zhì)(比如B)和n 型雜質(zhì)(比如P和Sb)。絕緣層102可以由氧化硅層、氮化硅層或氧化 鋁層組成。通過例如CVD或?yàn)R射工藝，該絕緣層102可以在晶片101上 沉積預(yù)定的材料來形成。晶片103對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)備第二層，并例如由摻入雜質(zhì)而賦 予導(dǎo)電性的硅材料組成。適用的雜質(zhì)實(shí)例包括p型雜質(zhì)(比如B) 、 n型 雜質(zhì)(比如P和Sb)。表面粗糙化層103A例如由多晶硅或非晶硅組成， 并包含微細(xì)粗糙區(qū)103a。晶片103的厚度例如是100至525 u m。表面粗 糙化層103A的厚度例如是1至2"m，微細(xì)粗糙區(qū)103a的表面粗糙度 (Rz)優(yōu)選為10nm或更多，例如為10至200nm。通過例如CVD工藝， 表面粗糙化層103A可以在晶片103上沉積多晶硅或非晶硅來形成。絕緣 層104可以用與絕緣層102相同的材料、并通過相同的工藝來形成。然后參照圖9 (b)，經(jīng)過上述工藝的晶片101和晶片103被連接。 該連接方法的實(shí)例包括所謂的直接接合和室溫接合。這種工藝提供多層 結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括得自晶片101的硅層201、得自晶片103與表面粗 糙化層103A并包括微細(xì)粗糙區(qū)103a的硅層202、以及在接合絕緣層102、 104時(shí)形成的絕緣層203。絕緣層203的厚度例如是1至2um。微細(xì)粗 糙區(qū)103a的表面粗糙度Rz優(yōu)選為等于或小于絕緣層203厚度的20%。然后如圖9 (c)所示，執(zhí)行拋光工藝，以減小硅層201的厚度。在 這種情況下，例如可以采用CMP工藝。在這種工藝之后，硅層201的厚 度變成例如IO至100um。通過圖9 (a)至9 (c)的一系列步驟，即可 獲得SOI晶片200。接下來轉(zhuǎn)到圖10 (a)，形成通孔201a，使其穿透硅層201和絕緣 層203。更具體地，在硅層201上形成具有預(yù)定開口的抗蝕劑圖案(未示 出)之后，以該抗蝕劑圖案作為掩模，執(zhí)行深度反應(yīng)離子蝕刻(下文稱 為DRIE)工藝，從而在硅層201上執(zhí)行各向異性干蝕刻工藝，直至絕緣 層203被部分暴露。在對側(cè)壁交替執(zhí)行蝕刻和保護(hù)的博施(Bosch)工藝 中，DIRE工藝有助于各向異性干蝕刻工藝的正確執(zhí)行。對于此處及隨后 的DRIE工藝，可采用博施工藝。然后通過不同的蝕刻工藝(例如，應(yīng)用 由氟酸和氟化氨組成的氫氟酸緩沖液的濕蝕刻，該氫氟酸緩沖液在下文 中為BHF)去除絕緣層203的暴露部分。由此，就可以獲得通孔201a。參照圖10 (b)，形成導(dǎo)電插栓11。在這種情況下，通過用導(dǎo)電材 料填充通孔201a以設(shè)置導(dǎo)電插栓11。然后參照圖10 (c)，在硅層201上形成氧化物層圖案204和抗蝕劑 圖案205，并在硅層202上形成氧化物層圖案206。該氧化物層圖案204 具有對應(yīng)于焊接塊部分L、框架F1和F2，連接部分C1和C2、以及電極 E2和E4的圖案形狀。該抗蝕劑圖案205具有對應(yīng)于電極E3的圖案形狀。 該氧化物層圖案206具有對應(yīng)于框架F1、 F2和電極E1的圖案形狀。為了形成氧化物層圖案204，首先執(zhí)行CVD工藝以在硅層201的表 面上沉積氧化硅，直至其厚度達(dá)到例如lum。然后用預(yù)定的抗蝕劑圖案 作為掩模來執(zhí)行蝕刻工藝，使得在硅層201上的氧化物層成形為預(yù)定的 圖案。也可以在蝕刻工藝之前，通過沉積氧化物材料，并在該氧化物層 形成抗蝕劑圖案，從而在硅層202上形成氧化物層圖案206。另一方面， 為了形成抗蝕劑圖案205，首先通過旋轉(zhuǎn)涂覆法而在硅層201上沉積預(yù)定 的液態(tài)光致抗蝕劑。然后在曝光和顯影工藝后，圖案化該光致抗蝕劑。接下來轉(zhuǎn)至圖10 (d)，使用氧化物層圖案204、 205作為掩模來執(zhí) 行DRIE工藝，因此而在硅層201上執(zhí)行蝕刻，直至硅層201達(dá)到預(yù)定的 深度和厚度。該深度對應(yīng)于電極E3 (驅(qū)動(dòng)電極71A、 71B)的高度。在去除如圖11 (a)所示的抗蝕劑圖案205之后，使用氧化物層圖案 204作為掩模來執(zhí)行DRIE工藝，因此而在如圖11 (b)所示的硅層201 上進(jìn)行蝕刻。在這個(gè)階段，獲得焊接塊部分L，并獲得框架F1的一部分、 框架F2的一部分、連接部分C1和C2、以及電極E2、 E3、和E4。然后參照圖ll (c)，使用氧化物層圖案206作為掩模來執(zhí)行DRIE 工藝，因此而在硅層202上進(jìn)行蝕刻。在這個(gè)階段，獲得框架F1、 F2的 剩余部分和電極E1。最后參照圖11 (d)，通過蝕刻去除絕緣層203和氧化物層204、 206 的暴露部分。這里，干蝕刻或濕蝕刻都可被使用。在使用干蝕刻的情況 下，例如，可采用CHF3作為蝕刻氣體。而在使用濕蝕刻的情況下，例如 可采用BHF作為蝕刻溶液。經(jīng)過上述步驟，就形成了焊接塊部分L、框架Fl和F2、連接部分 C1禾卩C2、以及電極E1至E4，并得到陀螺儀傳感器X1。例如，如圖5所示，在陀螺儀傳感器X1中，檢測電極61的位于檢 測電極62A、 62B —側(cè)的表面(微細(xì)粗糙區(qū)61a)(其原先是SOI晶片 200的一部分)是硅層202的微細(xì)粗糙區(qū)103a的一部分，并具有微細(xì)粗 糙結(jié)構(gòu)。在該陀螺儀傳感器X1中，正是由于設(shè)置在檢測電極61上的該 微細(xì)粗糙區(qū)61a，就能夠防止檢測電極61和檢測電極62A、 62B彼此之 間的意外粘連。此外，在陀螺儀傳感器X1的制造過程中，用于防止粘連的微細(xì)粗糙 結(jié)構(gòu)在形成檢測電極61和檢測電極62A、 62B之前已經(jīng)存在，這就消除 了在形成檢測電極61和檢測電極62A、 62B中的至少一個(gè)之后、為了防 止粘連而執(zhí)行蝕刻工藝或涂覆工藝的必要性。這樣配置的陀螺儀傳感器 XI有利于以更高產(chǎn)量進(jìn)行制造。因此，根據(jù)本發(fā)明的陀螺儀傳感器XI，適用于防止檢測電極61和 檢測電極62A、 62B之間發(fā)生粘連，并適于以更高產(chǎn)量來制造。圖12示出在陀螺儀傳感器X1的制造工藝中，可取代上述SOI晶片 200的SOI晶片的制造方法。首先參見圖12 (a)， 一方面在晶片301上形成絕緣層302，另一方 面則在晶片303上形成微細(xì)粗糙區(qū)303a，其后，在該微細(xì)粗糙區(qū)303a上形成絕緣層304。晶片301對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)備第一層，并例如由摻入雜質(zhì)而賦 予導(dǎo)電性的硅材料組成。適用的雜質(zhì)實(shí)例例如包括p型雜質(zhì)(比如B)、 n型雜質(zhì)(比如P和Sb)。絕緣層302可以由氧化硅層、氮化硅層或氧 化鋁層組成。絕緣層302可以用與上述的絕緣層102相同的材料、并通 過相同的工藝來形成。晶片303對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)備第二層，并例如由摻入雜質(zhì)而賦 予導(dǎo)電性的硅材料組成?？梢酝ㄟ^在晶片303的表面上執(zhí)行蝕刻工藝而 形成微細(xì)粗糙區(qū)303a。在這種情況下，可采用SF6作為蝕刻氣體來執(zhí)行 各向同性干蝕刻工藝，或者采用氟硝酸(fluoronitric add)和乙酸的混 合液作為蝕刻溶液來執(zhí)行濕蝕刻工藝。微細(xì)粗糙區(qū)303a的表面粗糙度 (Rz)優(yōu)選為10nm或更多，例如為10至200nm。絕緣層304可以用與 絕緣層102相同的材料、并通過相同的工藝來形成。然后參見圖12 (b)，經(jīng)過上述工藝的晶片301和303被連接。該連接方法的實(shí)例包括所謂的直接接合和室溫接合。這種工藝提供多層結(jié)構(gòu)，該多 層結(jié)構(gòu)包括得自晶片301的硅層401、得自晶片303且具有微細(xì)粗糙區(qū)303a 的硅層402、以及在接合絕緣層302、 304時(shí)形成的絕緣層403。絕緣層403 的厚度例如是1至2 n m。微細(xì)粗糙區(qū)303a的表面粗糙度Rz優(yōu)選為等于或 小于絕緣層403的厚度的20%。接下來轉(zhuǎn)到圖12 (c)，執(zhí)行拋光工藝，以減小硅層401的厚度。在 這種情況下，例如可以采用CMP工藝。在該工藝之后，硅層201的厚度 變成例如IO至lOOum。通過圖12 (a)至12 (c)所示的一系列步驟， 即可獲得SOI晶片400。在參照圖10 (a)至11 (d)描述的制造工藝中， 用SOI晶片400取代SOI晶片200，可等效地得到陀螺儀傳感器XI。通過在具有圖9 (a)所示的表面粗糙化層103A和絕緣層104的晶 片103上沉積預(yù)定材料，也可以得到用于制造陀螺儀傳感器X1的晶片。 在這種情況下，例如，在表面粗糙化層103A上可以形成具有足夠厚度的 絕緣層104，然后，應(yīng)用CMP等進(jìn)行拋光以使之平坦化，之后，可在絕 緣層104上沉積諸如多晶硅或多晶鍺硅等多晶硅材料，使其達(dá)到預(yù)定的 厚度。通過在具有圖12 (a)所示的微細(xì)粗糙區(qū)303a和絕緣層304的晶片 303上沉積預(yù)定材料，也可以得到用于制造陀螺儀傳感器X1的晶片。在 這種情況下，例如，可以在微細(xì)粗糙區(qū)303a上形成具有足夠厚度的絕緣 層304，然后，應(yīng)用CMP等進(jìn)行拋光以使之平坦化，之后，可在絕緣層 304上沉積諸如多晶硅或多晶鍺硅多晶硅材料，使其達(dá)到預(yù)定的厚度。
權(quán)利要求
1.一種微移動(dòng)器件，其通過加工多層結(jié)構(gòu)的材料基板而獲得，所述多層結(jié)構(gòu)包括第一層；第二層，在其位于該第一層一側(cè)的表面上具有微細(xì)粗糙區(qū)；以及中間層，其設(shè)置在該第一層與該第二層之間，該微移動(dòng)器件包括第一結(jié)構(gòu)，其形成在該第一層中，以及；第二結(jié)構(gòu)，其形成在該第二層中，并相對于該第一結(jié)構(gòu)而可移位，該第二結(jié)構(gòu)包括經(jīng)由間隙面向該第一結(jié)構(gòu)、并在其位于該第一結(jié)構(gòu)的一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)的部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的微移動(dòng)器件，其中通過在該第二層上沉積多 晶硅或非晶硅、或者通過蝕刻該第二層的表面而設(shè)置該微細(xì)粗糙區(qū)。
3. 如權(quán)利要求1所述的微移動(dòng)器件，其中該微細(xì)粗糙區(qū)的表面粗糙 度不小于10nm，并且不超過該中間層的厚度的20%。
4. 如權(quán)利要求1所述的微移動(dòng)器件，其被配置為角速度傳感器或加 速度傳感器。
5. —種包括多層結(jié)構(gòu)的晶片，該多層結(jié)構(gòu)包括 第一層；第二層，在其位于該第一層的一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)；以及 中間層，其設(shè)置在該第一層與該第二層之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的晶片，其中通過在該第二層上沉積多晶硅或 非晶硅、或者通過蝕刻該第二層的表面而設(shè)置該微細(xì)粗糙區(qū)。
7. 如權(quán)利要求5所述的晶片，其中該微細(xì)粗糙區(qū)的表面粗糙度不小 于10nm，并且不超過該中間層的厚度的20%。
8. —種具有多層結(jié)構(gòu)的晶片的制造方法，該多層結(jié)構(gòu)包括第一層； 第二層，在其位于該第一層的一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)；以及中間層，其設(shè) 置在該第一層與該第二層之間，該方法包括如下步驟通過在預(yù)備第二層的表面上沉積多晶硅或非晶硅、或者通過蝕刻該 預(yù)備第二層的表面而形成該微細(xì)粗糙區(qū)；在該預(yù)備第二層的微細(xì)粗糙區(qū)上形成預(yù)備中間層；以及經(jīng)由在該微細(xì)粗糙區(qū)上形成的預(yù)備中間層來連接該預(yù)備第二層和一 預(yù)備第一層。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該預(yù)備中間層是氧化硅層、氮化 硅層和氧化鋁層其中之一。
10. —種具有多層結(jié)構(gòu)的晶片的制造方法，該多層結(jié)構(gòu)包括第一層; 第二層，在其位于該第一層的一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)；以及中間層，其設(shè) 置在該第一層與該第二層之間，該方法包括如下步驟通過在預(yù)備第二層的表面上沉積多晶硅或非晶硅、或者通過蝕刻該 預(yù)備第二層的表面而形成該微細(xì)粗糙區(qū)；在該預(yù)備第二層的微細(xì)粗糙區(qū)上形成預(yù)備中間層；以及 通過在該預(yù)備中間層上沉積材料來形成該第一層。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中該預(yù)備中間層是氧化硅層、氮 化硅層和氧化鋁層其中之一。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微移動(dòng)器件、晶片及其制造方法。該微移動(dòng)器件通過加工多層結(jié)構(gòu)的材料基板而獲得，該多層結(jié)構(gòu)包括第一層；第二層，在其位于該第一層一側(cè)的表面上具有微細(xì)粗糙區(qū)；以及中間層，其設(shè)置在該第一層與該第二層之間，該微移動(dòng)器件包括在該第一層中形成的第一結(jié)構(gòu)和在該第二層中形成的第二結(jié)構(gòu)。該第二結(jié)構(gòu)包括經(jīng)由間隙與第一結(jié)構(gòu)相對的、并在其位于第一結(jié)構(gòu)一側(cè)具有微細(xì)粗糙區(qū)的部分，且該第二結(jié)構(gòu)相對于該第一結(jié)構(gòu)可相對移位。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101274741SQ200810090308
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者中澤文彥, 井上廣章, 山地隆行, 石川寬, 勝木隆史 申請人:富士通株式會(huì)社;富士通媒體部品株式會(huì)社