TW201428921A - 微機電裝置 - Google Patents

Abstract

本揭露為一種微機電裝置，其包括一基板、一氧化層、及多個懸臂。多個懸臂分別設置於基板的周圍與氧化層的周圍之間，且多個懸臂用以支撐氧化層。基板包含多個第一電極與多個第二電極，氧化層包含多個第三電極與多個第四電極。其中多個第一電極與多個第三電極彼此交叉相對，多個第二電極與多個第四電極彼此交叉相對。藉由氧化層或是氧化層包覆連接層的方式以做為質量塊的結構，可使結構本身運動不受到溫度變化的影響。

Description

微機電裝置

本揭露係關於一種微機電裝置，特別是一種透過氧化層或是氧化層包覆連接層的方式以做為質量塊的微機電裝置。

在半導體製程中，大多數的元件製作皆自金屬層與氧化層的連續製程而來，其中金屬層多由物理性方式所沉積形成，故金屬層通常具有張應力，而氧化層多由化學性方式所沉積形成，故氧化層通常具有壓應力。微機電(MEMS)元件為一種常見且使用金屬層與氧化層相互堆疊形成的半導體元件，所以MEMS元件的殘留應力是一個具有壓應力與張應力所組合而成的等效應力值。以半導體製程製作的MEMS元件其最大的優點為整合特殊用途積體電路(ASIC)與MEMS於同一平面，省去了複雜的封裝方式，但最大的難題即為MEMS結構的殘留應力。

常見的XY軸加速度計即為MEMS元件的應用，因為金屬層具有張應力(結構呈上彎曲)，而氧化層具有壓應力(結構呈下彎曲)，其中氧化層是透過化學方式產生鍵結再由鍵結產生薄膜，此氧化層的沉積溫度高且鍵結與鍵結間的力量造成氧化層的殘留應力大於金屬的殘留應力，故殘留應力以氧化層為主並使MEMS結構呈下彎曲。此時，雖可使用快速退火(RTA)系統以進行殘留應力的釋放，然而尚有複合材料的熱膨脹係數必須進行考量，例如金屬鋁的熱膨脹係數是23 ppm/℃，而氧化層的熱膨脹係數是0.5 ppm/℃，兩種不同材料的堆疊造成熱膨脹係數約有46倍的差距。如此一來，當MEMS結構受到溫度的變化時，除了本身的殘留應力之外，仍必須再考量兩種不同材料堆疊時的熱膨脹現象。

一般而言，目前各種已用於習知技術中之MEMS元件結構的材料大多具有高膨脹係數，其造成MEMS元件結構在受到溫度的變化時而呈現翹曲的現象。

本揭露提供一種微機電裝置，係透過氧化層或是氧化層包覆連接層的方式以做為質量塊的結構，可使結構本身運動不受到溫度變化的影響，進而達成高穩定性之功效。

根據本揭露之一實施例的一種微機電裝置，其包括一基板、一氧化層、及多個懸臂。基板包含多個第一電極、多個第二電極、一第一區、一第二區、及一蝕刻區。多個第一電極位於第一區，多個第二電極位於第二區，蝕刻區位於基板的中央，且第一區與第二區彼此相對。氧化層設置於蝕刻區的中央，此氧化層包含多個第三電極、多個第四電極、一第一側邊、及一第二側邊，多個第三電極位於第一側邊，多個第四電極位於第二側邊，且第一側邊與第二側邊彼此相對。多個懸臂分別設置於基板的周圍與氧化層的周圍之間，且多個懸臂用以支撐氧化層。其中多個第一電極與多個第三電極彼此交叉相對，多個第二電極與多個第四電極彼此交叉相對。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用 以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本揭露之觀點，但非以任何觀點限制本揭露之範疇。

請參照『第1圖』，係為根據本揭露之一實施例之一種微機電裝置100，其包括一基板110、一氧化層120、及多個懸臂130。基板110包含多個第一電極111、多個第二電極112、一第一區113、一第二區114、及一蝕刻區115。多個第一電極111位於第一區113，多個第二電極112位於第二區114，蝕刻區115位於基板110的中央，且第一區113與第二區114彼此相對。在部份實施例中，基板110的材料可為矽，但不以此為限，而第一電極111與第二電極112的數目可為八個，亦不以此為限。

如『第1圖』所示，氧化層120設置於蝕刻區115的中央，此氧化層120包含多個第三電極121、多個第四電極122、一第一側邊123、及一第二側邊124，多個第三電極121位於第一側邊123，多個第四電極122位於第二側邊124，且第一側邊123與第二側邊124彼此相對。在部份實施例中，氧化層120可為二氧化 矽且氧化層120的熱膨脹係數可為0.5 ppm/℃，但不以此為限，而第三電極121與第四電極122的數目可為八個，亦不以此為限。此外，氧化層120更包括一連接層(未繪示於圖中)，在部份實施例中，此連接層的材料可為鎢且連接層的熱膨脹係數可為4 ppm/℃，但不以此為限。

如『第1圖』所示，多個懸臂130分別設置於基板110的周圍與氧化層120的周圍之間，且多個懸臂130用以支撐氧化層120。在部份實施例中，此懸臂130的數量可為二、四、或是六個，但不以此為限，而懸臂130的材料可為金屬。其中多個第一電極111與多個第三電極121彼此交叉相對，多個第二電極112與多個第四電極122彼此交叉相對。

在本實施例中，此微機電裝置100作為一加速度計，而氧化層120作為一質量塊。此微機電裝置100的運作上主要是當外在環境變化時，將驅使氧化層120接收到一加速度，進而帶動多個第三電極121與多個第四電極122接收到此加速度。由於多個第一電極111與多個第三電極121彼此交叉相對，因此多個第一電極111與多個第三電極121彼此之間具有重疊的耦合面積，將形成耦合電容的效應。利用此氧化層120在接收加速度之前與接收加速度之後的差異，可偵測多個第一電極111與多個第三電極121之間的前後耦合電容的差值。同理，多個第二電極112與多個第四電極122彼此之間亦形成耦合電容的效應，亦可偵測多個第二電極112與多個第四電極122之間的前後耦合電容的差值，以作 為加速度計的偵測。

在本實施例中，此微機電裝置100是以氧化層120作為質量塊的結構，此氧化層120可為二氧化矽且氧化層120的熱膨脹係數可為0.5 ppm/℃。此外，亦可以氧化層120包覆連接層的方式作為質量塊的結構，此連接層的材料可為鎢且連接層的熱膨脹係數可為4 ppm/℃。前述質量塊的結構相較於習知以鋁的材料作為質量塊的結構而言，因鋁的熱膨脹係數為23 ppm/℃，而氧化層120與連接層的熱膨脹係數分別為0.5 ppm/℃與4 ppm/℃，故以氧化層120或是氧化層120包覆連接層的方式所製成的質量塊，將可避免例如翹曲之不穩定的現象而導致無法作為加速度計偵測的應用。

請參照『第2A圖』至『第2E圖』所繪示係為『第1圖』之一種微機電裝置100的製造流程示意圖，如『第2A圖』所示，首先，於基板210上利用薄膜沉積的方式成長氧化層220，在本實施例中，基板210的材料為矽，而氧化層220為二氧化矽且氧化層220的熱膨脹係數為0.5 ppm/℃。另一方面，亦可於基板210上成長氧化層220與連接層(未繪示於圖中)，亦即氧化層220包覆連接層的結構，在本實施例中，此連接層的材料為鎢且連接層的熱膨脹係數為4 ppm/℃。

接著，如『第2B圖』所示，先將光阻230塗佈於前述的氧化層220之上方，透過光罩再經由曝光與顯影之微影製程將定義出硬遮罩(Hard Mask)，此硬遮罩所遮蔽的區域即為欲保留且不被破 壞的區域。接著，如『第2C圖』所示，使用乾式蝕刻(Dry Etching)以移除未被光阻230覆蓋之氧化層220，而被光阻230覆蓋之氧化層220將保留。在本實施例中，乾式蝕刻可透過反應式離子蝕刻(RIE)或是感應式耦合電漿(ICP)蝕刻等方式，但不以此為限，以達成非等向性之蝕刻。接著，如『第2D圖』所示，利用被光阻230覆蓋之氧化層220做為遮罩，繼續使用前述的乾式蝕刻移除氧化層220下方的基板210，使氧化層220的結構懸浮並形成蝕刻區240。最後，如『第2E圖』所示，利用前述的乾式蝕刻移除位於氧化層220上方的光阻230(如第2D圖所示)，此時，即可完成『第1圖』之微機電裝置100的製程。

綜上所述，相較於習知技術，由於此微機電裝置係透過氧化層或是氧化層包覆連接層的方式以做為質量塊的結構，可使結構本身運動不受到溫度變化的影響，進而達成高穩定性之功效。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100‧‧‧微機電裝置

110、210‧‧‧基板

111‧‧‧第一電極

112‧‧‧第二電極

113‧‧‧第一區

114‧‧‧第二區

115、240‧‧‧蝕刻區

120、220‧‧‧氧化層

121‧‧‧第三電極

122‧‧‧第四電極

123‧‧‧第一側邊

124‧‧‧第二側邊

130‧‧‧懸臂

230‧‧‧光阻

第1圖係為根據本揭露之一實施例之一種微機電裝置。

第2A圖至第2E圖所繪示係為第1圖之一種微機電裝置的製造流程示意圖。

100‧‧‧微機電裝置

110‧‧‧基板

111‧‧‧第一電極

112‧‧‧第二電極

113‧‧‧第一區

114‧‧‧第二區

115‧‧‧蝕刻區

120‧‧‧氧化層

121‧‧‧第三電極

122‧‧‧第四電極

123‧‧‧第一側邊

124‧‧‧第二側邊

130‧‧‧懸臂

Claims (7)

1. 一種微機電裝置，其包括：一基板，包含多個第一電極、多個第二電極、一第一區、一第二區、及一蝕刻區，該些第一電極位於該第一區，該些第二電極位於該第二區，該蝕刻區位於該基板的中央，該第一區與該第二區彼此相對；一氧化層，設置於該蝕刻區的中央，該氧化層包含多個第三電極、多個第四電極、一第一側邊、及一第二側邊，該些第三電極位於該第一側邊，該些第四電極位於該第二側邊，該第一側邊與該第二側邊彼此相對；以及多個懸臂，分別設置於該基板的周圍與該氧化層的周圍之間，該些懸臂用以支撐該氧化層；其中該些第一電極與該些第三電極彼此交叉相對，該些第二電極與該些第四電極彼此交叉相對。
2. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該基板的材料為矽。
3. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該氧化層為二氧化矽。
4. 如請求項3所述之微機電裝置，其中該氧化層的熱膨脹係數為0.5 ppm/℃。
5. 如請求項4所述之微機電裝置，其中該氧化層更包括一連接層，該連接層的材料為鎢。
6. 如請求項5所述之微機電裝置，其中該連接層的熱膨脹係數為4 ppm/℃。
7. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該些懸臂的材料為金屬。