CN104058366A - 微机电结构制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微机电结构制作方法，该方法不需使用额外的粘着剂，而包括：先在第一基板上制作微机电结构；在第一或第二基板上形成覆盖液体容置空间；及以压力将第二基板固定到第一基板等步骤。在加压之前，将两基板翻转，使得覆盖液体包围两基板的接触面。

Description

微机电结构制作方法

技术领域

本发明是涉及一种微机电结构的制作方法，特别是涉及内容纳流体的微机电结构的制作方法，并且本发明公开一种以该方法制作的微机电结构。

背景技术

在微机电结构中，有时需要在结构中容纳流体，以利用该流体的特性，提供一定的功能。此种微机电结构包括一般称为“液体电容式倾斜微感测器”（liquid capacitive micro inclinometer）的产品。

以液体电容式倾斜微感测器为例，在制作时需要先在基板上制作包括倾斜感测器机构的结构。该结构还可能包括相关的感测电路。其次，需要在另一个基板，通常是玻璃基板上，制作包括容置空间的结构。接着，在该倾斜感测器结构内或该容置空间的结构内加入流体，再将两结构结合，固着，即形成所需的倾斜感测器。其他使用流体的微机电结构，也可使用与上述方法基本相同的工序制作。此种制作方法及以该方法制成的结构，可参考同申请人所申请的台湾专利第101135550号专利申请案“液体电容式倾斜微感测器”的内容。

上述微机电结构制作方法必须使用粘胶，以结合该感测器侧的结构与该容置空间的结构。虽然许多类型及种类的粘胶可以使用在这种微机电结构，但是由于该感测器侧的结合界面可能包括多种材料，其物理、化学性质各异；而该容置空间侧的结合界面通常可使用光阻材料，以便利制作。所选用的粘胶未必能够与该结合界面所包括的材质完全相容。在此种微小的尺寸下，一些微小的不相容可能导致在制作、保管、运送或使用中发生流体泄漏的问题。

此外，在结合该感测器侧的结构与该容置空间的结构时，需要使用高温或高压已达成接合、固化或退火的目的。但高温或高压容易导致结构中的流体汽化，产生高压而泄漏。流体泄漏的结果除了增加制作上的清理成本外，制成的微机电元件功能或精确度将受到一定的影响。故而降低生产的合格率。

因此目前业界亟须提供一种改良的微机电结构制作方法，该方法不需使用粘胶，即可结合感测器侧的结构与容置空间的结构，形成完整的微机电结构。

同时也需要一种新颖的微机电结构制作方法，该方法可防止流体在结构制作过程中泄漏。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种改良的微机电结构制作方法，该方法不需使用粘胶，即可结合感测器侧的结构与容置空间的结构，形成完整的微机电结构。

本发明的目的也在提供一种不需使用粘胶，即可结合感测器侧的结构与容置空间的结构，形成容纳流体微机电结构的方法，从而简化工艺，降低成本。

本发明之目的也在提供一种新颖的微机电结构制作方法，该方法可防止流体在结构制作过程中泄漏。

一种微机电结构制作方法，包括以下步骤：

在第一基板上制作微机电结构；

在所述第一基板上制作隔板，以形成包括所述微机电结构的容置空间；

在所述容置空间内注入流体；

用第二基板覆盖所述容置空间；

翻转所述第一基板与第二基板形成的组件，使所述隔板与第二基板的接触面位于所述流体表面下方；

对所述第一基板和所述第二基板加压，使所述接触面形成熔接。

一种微机电结构制作方法，包括以下步骤：

在第一基板上制作微机电结构；

在第二基板上制作隔板，以形成容置空间；

在所述微机电结构内或所述容置空间内，注入流体；

将所述第一基板与所述第二基板对准接合，使所述容置空间包括所述微机电结构；

选择性翻转所述第一基板与所述第二基板形成的组件，使所述隔板与所述第一基板的接触面位于所述流体表面下方；

对所述第一基板和第二基板加压，使所述接触面形成熔接。

其中，该第一基板上可形成电路结构，与该微机电结构连接。其中，该微机电结构可以是感测器结构，且该电路结构可以是感测器电路结构。

在本发明的优选实例中，该隔板可使用任何可维持该容置空间内压力的材料，其中以半导体工艺中所使用的光阻材料为佳。该第二基板可为硅、玻璃、金属、金属氧化物、塑胶、橡胶、树脂或其组合。该容置空间内可另形成润滑层，该润滑层的材料可为任何界面活性剂，而以铁氟龙为佳。

适用在本发明的流体，可为任何适用在微机电制作及应用的流体。该流体通常是液体或粘稠物质。该流体可为导电性流体或介电性流体。在本发明的实例中，该流体为硅酮油。

适用在本发明接合步骤的压力，可依据该流体的种类、成分，该隔板的材质与该接触面所在材料层的材质决定。

附图说明

图1示出使用本发明方法所制作的液体电容式倾斜微感测器。

图2示出本发明微机电结构制作方法第一实施例的流程图。

图3示出本发明液体电容式倾斜微感测器制作过程的示意图。

图4示出本发明微机电结构制作方法第二实施例的流程图。

符号说明

10 第一基板

11a、11b、11c、11d 介电层

12a、12b、12c、12d 金属层

13a、13b、13c 导通孔

15 润滑层

24 支撑结构

25 隔板

26 第二基板

27 容置空间

28 覆盖液体

30 读取电路

28 覆盖液体

具体实施方式

以下将以实施例说明本发明的构造与制法。唯需要说明的是：所使用的实施例仅例示本发明的可能或优选实施方式，不得用以限制本发明的范围。

本发明的微机电结构制作方法可以适用在任何包含流体的微机电结构。该微机电结构可以是一种感测器，而该流体则可以是一种液体。适用的微机电结构即包括使用液体感测倾斜角度的液体电容式倾斜微感测器。因此，以下的说明将以该液体电容式倾斜微感测器为例，说明本发明微机电结构制作方法的实施例。

图1表示使用本发明方法所制作的液体电容式倾斜微感测器。如图所示，该液体电容式倾斜微感测器100，是形成在第一基板10上。图中所显示的基板10，是使用在标准CMOS工艺当中的基板，即硅质基板。在该基板10上，以标准CMOS工艺形成多层介电层11a、11b、11c、11d，多层金属层12a、12b、12c、12d，以及多个导通孔13a、13b、13c等。

该感测器100具有一对差动电极。在图1所示的感测器构造中，该三个电极（未图示）共同形成在同一金属层，即第三层金属层12c上。在该三个电极所在区域周围，以多层介电层、多层金属层及多个导通孔形成支撑结构24。在该支撑结构24上方形成隔板25，隔板25上方覆盖第二基板26，使该三个电极所在的金属层、该支撑结构24、隔板25与第二基板26定义容置空间27。覆盖液体28即密封在该容置空间27中。

在本发明的优选实例中，该隔板25是使用光阻材料制作，该第二基板26是玻璃材质。但本发明可适用的材料并不限于此例所示。

在本例中，该三个电极是形成在单一的金属层内，但是在其他实例中，该三个电极是形成在多数的金属层内。也即，在标准CMOS工艺中所形成，中间夹有介电层的多个金属层。

为抑制该覆盖液体28因毛细作用粘附在该三个电极表面，可在该三个电极表面全部或选定的部分施以润滑层（未图示）。该润滑层的材质为本领域技术人员所熟知，例如可为铁氟龙。

具有以上特征的倾斜角度侦测器，可以利用标准CMOS工艺制作，因此可与读取电路制作在相同基板上，并同时完成。足以简化生产并降低成本。此外，并可解决现有技术侦测器与读取电路不易整合的难题。

以下以实例说明本发明液体电容式倾斜微感测器的制作方法。图2显示本发明微机电结构制作方法第一实施例的流程图。图3则显示本发明液体电容式倾斜微感测器制作过程示意图。如图2所示，本实施例在制作微机电结构时，首先在步骤201制作第一基板10。该第一基板10的材质并无任何限制，但通常而言可使用一般应用在标准CMOS工艺的基板材质，即硅质基板。以便使该微机电结构可以利用CMOS工艺制作。但使用其他坚固的材质，或其他适合使用在CMOS工艺的材质，也可得到相同的效果。

其次，于202在该第一基板10上形成材料层。该材料层可能包括：形成在该基板10上方的介电层11a，形成在该介电层11a上方，互相交替的多层金属层12a、12b、12c、12d与介电层11b、11c、11d，以及位在其内的导通孔13a、13b、13c。这些材料层当中包括倾斜角感测器100以及读取电路30。适合制作该材料层的方法，包括任何商业上用来形成电路结构和/或微型结构的工艺，其中较适的则为标准的CMOS工艺。

该读取电路30可以是以商用电路设计工具完成的电路结构，例如为CMOS工艺所制得的多层电路层。用来侦测电容值并将该电容值转变成倾斜角度值的电路，可以使用任何现有技术的电路设计。对于此行业的专家而言，设计具有上述功能的电路，并以适用的工艺形成在该第一基板10上，应该是显而易见的，在此无需赘述相关技术细节。

至于该侦测器100部份的制作，在本实例中是形成于该材料层当中的至少一个金属层，例如第三层金属层12c。其制作方法包括在形成该金属层12c后，以蚀刻等方法，形成适用的电极。在该第三层金属层12c形成电极板图型，属于现有技术。此外，在相同平面或实质相同平面上形成多对差动电极，也可利用已知的技术达成。此行业人士在阅读本案专利说明书与图式后，当仍轻易完成。相关技术细节，在此也不赘述。

在该材料层中也可包括以多层金属层、多层介电层与多个导通孔共同形成的支撑结构24。该支撑结构24通常是以导通孔贯穿多层介电层与金属层，以提高其强度。如此完成足以支撑将要形成的容置空间的结构。制作此种支撑结构的技术，也可使用上述CMOS工艺，与该读取电路及电极板在相同工艺步骤中完成。相关技术细节，也无庸赘述。所完成的结构即如图3A所示。

其次，在步骤203移除该电极板上方的介电层，直到电极板暴露出来。所得结果如图3B所示。在步骤204中在该电极板表面施加润滑层15。该润滑层15的材质可为任何可以消除或降低该电极板表面毛细作用的材质。在本发明的优选实例中，是采用铁氟龙。当然，其他可以提供相同或类似功能的材料，均可适用。其施加方法也无任何技术上的限制，但以旋模涂覆方法，较为可行，效果也好。该润滑层15厚度并无限制，但不宜太厚，以免影响侦测效果。所形成的材料层即如图3C所示。

接着，在步骤205中在该材料层上方形成隔板25，以在该材料层上方形成包括该侦测器100部份的容置空间27。在形成该容置空间27时，首先在该材料层上方形成隔板材料层。该隔板材料层的材质并无任何限制。但考虑到工艺便利，在本发明的优选实例中，是以光阻材料制作。适用的光阻材料包括SU-8等。该隔板材料层25可以任何方式形成在该第一基板的材料层上，其厚度也无任何限制，但以能形成足够的容积，以容纳覆盖液体为宜。通常而言，约可在100至2,000um之间，优选在200至1,000um之间。其次，在该隔板材料层25内形成容置空间27，以作用来容纳覆盖液体的腔室。形成容置空间27的方法，主要是除去该格板材料层一部份，例如以蚀刻方法形成。但以其他方式，例如烧除等技术，也非所禁。如有必要，可另形成切割线（未图示）。形成后的材料层包括该第一基板10，该侦测器100部份，该读取电路30，及定义该容置空间27的隔板25。如图3D所示。

接着，在步骤206中在该容置空间27内注入覆盖液体28。该覆盖液体28可为导电性液体或介电液体。如果是导电材料，则可为电解液、磁性液体、液态金属、含纳米金属颗粒的液体等材料。如果是介电液体，则以比重较高且粘性较低的材料较适用，例如硅酮油即其适例。所加入的覆盖液体28量并无任何限制，但以充满该容置空间27容积的半数左右为宜。

其后，在步骤207中，将第二基板26覆盖在所形成的材料层上。该第二基板26的材质并无任何限制，但以坚硬、容易加工为宜。在本发明的优选实例中，该第二基板26为玻璃基板。但是其他材料，例如塑胶、树脂、玻璃纤维、金属、陶瓷或其复合材料，均可适用。在步骤208中翻转该第一基板10（及其材料层）与第二基板26所形成的组件，使隔板25与第二基板26的接触面位于该覆盖液体28的液面以下。在此步骤视需要使用治具，使该覆盖液体28不致从该隔板25与第二基板26的接触面泄漏。将该覆盖液体28维持在该容置空间27内的方法，可以使用任何已知方法，包括在翻转时夹紧该第一基板10与该第二基板26。

在步骤209加压该第一基板10与该第二基板26，使该接触面形成熔接，使两表面固着。其后，如有必要，可在步骤210加热，使该熔接退火。该退火步骤的加热温度、维持时间与次数可视需要而定。

虽不欲为任何理论所限制，但发明人发现，负光阻剂特别适用作为本发明的隔板25。推其原因，可能因为负光阻剂在进行曝光时会使光阻内部分子结构产生交链，进而使其结构强化。而在加热的过程将会使其产生交链的结构更为坚固。换言之，在进行加压加热的过程中，借着光阻本身交链的反应与元件表面产生粘合的力量。经实验结果，杜邦公司所代理的PerMX干膜SU-8负光阻剂，提供的粘合特性特别适用在本发明。

经上述步骤所形成的微机电结构，即如图3E所示。

在本发明另一实施例中，该隔板25是先制作在该第二基板26上。此种方法同样也可以得到适用的微机电结构。图4即表示本发明微机电结构制作方法第二实施例的流程图。

如图所示，在步骤401中制作第一基板10。其次，在步骤402中在该第一基板10上形成材料层。该材料层包括：形成在该基板10上方的介电层11a，形成在该介电层11a上方，互相交替的多层金属层12a、12b、12c、12d与介电层11b、11c、11d，以及位在其内的导通孔13a、13b、13c。该材料层可包括侦测器100部份与读取电路30部分。其次，在步骤403中移除该电极板上方的介电层，直到电极板暴露出来。在步骤404中在该电极板表面施加润滑层15。

接着，在步骤405中在第二基板26上形成隔板材料层25。该隔板材料层的材质、厚度与第一实施例相同。其次，在步骤406中在该隔板材料层25内形成容置空间27，以作用来容纳覆盖液体28的腔室。形成容置空间27的方法也与第一实施例相同。如有必要，可另形成切割线（未图示）。

其后，在步骤407中，将覆盖液体28注入该第一基板10材料层的暴露部分内，或该第二基板26的容置空间27内。所加入的覆盖液体28量并无任何限制，但以加工后，能充满该容置空间27容积的半数左右为宜。在步骤408中将该第二基板26覆盖在该第一基板10的材料层上（在步骤207中是将液体28注入该第一基板10材料层的暴露部分内时）或将该该第一基板10的材料层覆盖在第二基板26上（在步骤207中是将液体28注入该第二基板10材料层的容置空间27内时），使第一基板10材料层的暴露部分面对该容置空间27，而使该第一基板10的材料层与该容置空间27共同定义密闭空间。

接着，在步骤409中视需要翻转该第一基板10（及其材料层）与第二基板26所形成的组件，使隔板25与第一基板10材料层的接触面位于该覆盖液体28的液面以下。换言之，如在步骤408的结果已经使该接触面位于该覆盖液体28的液面以下，即不须翻转。在此步骤视需要使用治具，使该覆盖液体28不致从该隔板25与第一基板10的接触面泄漏。

在步骤410中加压该第一基板10与该第二基板26，使该接触面形成熔接。其方法与反应条件、参数等，均与第一实施例相同。如有必要，可在步骤411加热，使该熔接退火。如此即完成本发明的微机电结构，如图3E所示。

在上述实例中，适用的流体可为任何适用在微机电制作及应用的流体。该流体通常是液体或粘稠物质。该流体可为导电性流体或介电性流体。在本发明的实例中，该流体为硅油。

本发明所揭示的微机电结构制作方法不但步骤简单，容易制作，且可节省粘着剂的成本，并避免覆盖液体在家工、保存、运送与使用中泄漏。

Claims (15)

1.一种微机电结构制作方法，包括以下步骤：

在第一基板上制作微机电结构；

在所述第一基板上制作隔板，以形成容纳所述微机电结构的容置空间；

在所述容置空间内注入流体；

用第二基板覆盖所述容置空间；

翻转所述第一基板与所述第二基板形成的组件，使所述隔板与所述第二基板的接触面位于所述流体表面下方；以及

对所述第一基板和所述第二基板加压，使所述接触面形成熔接。

2.一种微机电结构制作方法，包括以下步骤：

在第一基板上制作微机电结构；

在第二基板上制作隔板，以形成容置空间；

在所述微机电结构内或所述容置空间内，注入流体；

将所述第一基板与所述第二基板对准接合，使所述容置空间容纳所述微机电结构；

选择性翻转所述第一基板与所述第二基板形成的组件，使所述隔板与所述第一基板的接触面位于所述流体表面下方；以及

对所述第一基板和所述第二基板加压，使所述接触面形成熔接。

3.如权利要求1或2所述的方法，还包括：使所述熔接退火的步骤。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一基板上形成电路结构，该电路结构与所述微机电结构连接。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述微机电结构是感测器结构，且所述电路结构是感测器电路结构。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述隔板包括半导体工艺中所使用的光阻材料。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述隔板包括负光阻剂。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二基板是选自硅、玻璃、金属、金属氧化物、塑胶、橡胶和树脂这些材料中的至少一种。

9.如权利要求1或2所述的方法，还包括：在所述容置空间内形成润滑层的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述润滑层的材料是铁氟龙。

11.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述流体是液体。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述流体是导电性液体。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述流体是介电性液体。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述流体是硅酮油。

15.一种以权利要求1至14中任意一种方法制作的微机电结构。