專利名稱：同平面?zhèn)鞲衅髋c制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種同平面?zhèn)鞲衅髋c制作方法，特別是一種能降低殘 留應力對工藝影響的同平面?zhèn)鞲衅髋c制作方法。
背景技術：
同平面?zhèn)鞲衅鞯淖饔檬歉袦y兩電極間因平面距離變化所產(chǎn)生的電 容值變化，以產(chǎn)生對應的訊號，其例如可應用于制作加速度計(accelerometer)或陀螺儀(gyro sensor)等等。有關同平面?zhèn)鞲衅骰蚱渲谱?方法的現(xiàn)有技術，例如可參閱美國專利第5,326,726號、第5,847,280 號、第5,880,369號、第6，877，374號、第6,892,576號。上述各現(xiàn)有技術都具有相同的問題，說明如下。請參閱圖1，此類 微機電元件通常包含有一個或多個固定結構50和一個移動結構60，固 定結構50包含多個固定臂(fixed finger) 52，每個固定臂52本身為懸浮， 但藉由固定端58而固定，固定臂52之間彼此通過固定端58和連接部 56而連接導通。固定端58固定于下方的基體(未示出)上。移動結構 60貝U包含本體(proof mass) 62延伸臂(extended finger或movable finger) 64、連接部66和固定端(anchor)68。除固定端68 (亦固定于下方基體 上)之外，移動結構60的其它部份(包含本體62、延伸臂64、連接 部66)是懸浮的，當整體元件運動時，移動結構60的懸浮部分相對于 固定結構50會產(chǎn)生相對移動，使固定臂52和延伸臂64之間的距離發(fā) 生改變，當固定臂52和延伸臂64分別為電容的兩電極時，其電容值 即產(chǎn)生變化，因此，通過偵測該電容值變化，即可計算出運動的方向、 速度、加速度等，其應用可視該微機電元件的設計目的而定。請參閱圖2 (此為從圖1的X--X剖面往右方視的所得的剖視圖 6由于固定臂52和延伸臂64均為懸浮結構，在半導體工藝中很容易造 成彎翹，此時固定臂52和延伸臂64的重疊面積顯著降低，使有效電 容值下降。因此，有必要針對此類微機電元件的結構進行改良，以降 低工藝的影響度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提出一種能 降低殘留應力對工藝影響的同平面?zhèn)鞲衅?。本發(fā)明的第二目的在于，提出一種同平面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒?。為達上述目的，就本發(fā)明的其中一個觀點而言，提供了一種同平 面?zhèn)鞲衅?，包? 一固定結構，此固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，該固定臂具有支撐端和懸浮端，支撐端與固定端連接，懸浮端為懸??；以及一移動結構，此移動結構至少包括彼此連接的本體與 延伸臂，其中，該固定臂的支撐端比懸浮端更靠近本體。再者，就本發(fā)明的另一個觀點而言，提供了一種同平面?zhèn)鞲衅鳎?包含 一固定結構，此固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，該 固定臂具有支撐端和懸浮端，支撐端與固定端連接，懸浮端為懸浮； 以及一移動結構，此移動結構至少包括本體、延伸本體與延伸臂，本 體和延伸本體通過延伸臂而彼此連接。上述兩種同平面?zhèn)鞲衅髦?，該本體縱橫任一方向上的連續(xù)長度宜 不大于一上限值，例如60/mi (微米) 100/mi。上述兩種同平面?zhèn)鞲衅髦械囊苿咏Y構可更包含有一彈簧，該彈簧 宜在其較長的方向上具有至少一個曲折處。此外，為達上述目的，就本發(fā)明的另一個觀點而言，提供了一種同平面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒ǎ撏矫鎮(zhèn)鞲衅靼还潭ńY構與一移動 結構，固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，且移動結構至少包 括彼此連接的本體與延伸臂，制作方法包含提供一個基板，在該基 板上已沉積至少一層接觸層與至少一層金屬層，且已通過該至少一層 接觸層與至少一層金屬層而形成該固定結構的固定端，此固定端為第 一待蝕刻區(qū)域所圍繞；沉積并定義金屬層與通道層，以形成該固定結 構的固定臂，及該移動結構的本體與延伸臂，所述固定結構的固定臂， 及移動結構的本體與延伸臂，為第二待蝕刻區(qū)域所圍繞；以及去除該 第一和第二待蝕刻區(qū)域。上述方法中，該第一和第二待蝕刻區(qū)域可一次去除，或分為兩或 更多步驟去除。上述方法中，該去除該第一和第二待蝕刻區(qū)域的步驟可包含以下 步驟沉積一層防護層；沉積一層硬屏蔽；定義該硬屏蔽與防護層的 圖案；及蝕刻該第一和第二待蝕刻區(qū)域。以上步驟中，在定義該硬屏 蔽與防護層的圖案后，可再沉積一層屏蔽。下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技 術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。


圖1標出現(xiàn)有技術的同平面?zhèn)鞲衅鹘Y構的一例；圖2說明現(xiàn)有技術的問題；圖3標出本發(fā)明的一個實施例；圖4說明本發(fā)明可解決先前技術的問題；圖5A、 5B標出本發(fā)明的兩個實施例；圖6A、 6B、 6C標出本發(fā)明的三個實施例；圖7A-7H標出本發(fā)明的工藝實施例，其中圖第7A、 7C、 7E-7G 為沿圖3中A—A剖面所得的剖面圖；圖7B、 7D、 7H為沿圖3中B—B剖面所得的剖面圖；圖8A-8C、圖9A-9C標出本發(fā)明的另兩個工藝實施例。圖中符號說明11第零層硅基板12a接觸層12b-12f通道層13a陽13f金屬層14氧化物區(qū)域(空心區(qū)域)17氧化物區(qū)域(空心區(qū)域)18屏蔽18a防護層18b硬屏蔽18c光阻19屏蔽30固定結構32固定臂32a懸浮端32b支撐端38固定端40移動結構42本體43延伸本體44延伸臂45開孔46, 46，彈簧(連接部)46a曲折處48固定部50固定結構52固定臂58 固定端60 移動結構62 本體64 延伸臂66 連接部68 固定端100,200,300 微機電區(qū)域具體實施方式
本說明書的圖標均屬示意，其維度并未完全按照比例繪示。請參閱圖3，在本發(fā)明的第一實施例中，同平面?zhèn)鞲衅鞯奈C電結 構100中包含有至少一個固定結構30和一個移動結構40。移動結構 40包含本體42、延伸臂44、連接部46和固定部48，彼此互相連接； 其中本體42、延伸臂44、連接部46為懸浮結構，固定部48為固定結 構，其意即，除固定部48固定于下方的基體(未示出)上之外，彼此 連接的本體42、延伸臂44、連接部46為懸浮。在其中一個實施例中， 連接部46為彈簧，可以彈性伸縮。固定結構30包含多個固定臂32， 每個固定臂32本身為懸浮，其具有懸浮端32a與支撐端32b，支撐端 32b通過與固定端38連接而固定。至于各固定端38之間，則可借助底 層基體或更上層的內(nèi)聯(lián)機來互相導通(導通關系以虛線表示)。本發(fā)明 特點之一在于，支撐端32b較懸浮端32a更接近本體42，且與本體42 位于同一側，而懸浮端32a則位于另一側。因此如圖4所示，即使因工 藝問題造成彎翹，由于固定臂32的懸浮端32a和延伸臂44的外緣位于 同一側，工藝造成的彎翹問題對兩者的影響度相近，因此固定臂32和 延伸臂44仍具有相當大的重疊面積，不影響原先所設計的電容值。圖5A標出本發(fā)明的另一實施例，在本實施例中，同平面?zhèn)鞲衅鞯?微機電結構200中同樣包含有至少一個固定結構30和一個移動結構40。本實施例的特點在于，移動結構40除了包含本體42、延伸臂44、 連接部46和固定部48之外，還包含了延伸本體43。由于延伸本體43 的存在，使延伸臂44的兩端都與較大質量連接，因此可以增加質量。 在本實施例中，固定臂32的支撐端32b可以與本體42位于同一側(如 圖所示)，也可以與延伸本體43位于同一側(未示)。本實施例結構中 的其它部分與上一實施例相似，不另說明。圖5B標出本發(fā)明的又另一實施例，圖中省略繪示固定結構30， 在本實施例的微機電結構300中，不但提供延伸本體43，且本體42和 延伸本體43在縱向上都個別被分割成若干塊，不過所有的本體42和 延伸本體43都連接在一起?？v向分割的作用是減低本體42和延伸本 體43在縱向上的連續(xù)長度，以減少彎翹，所述連續(xù)長度的上限例如可 為60/mi (微米) 100/rni。圖6A標出本發(fā)明的再一實施例，圖中僅畫出本體42，其它部分 省略。在本實施例中，本體42并非完整的一整塊質量塊，而是包含許 多鏤空的大開孔45。開孔的第一個作用是在工藝上，便于蝕刻位于 本體42下方的材料層；第二個作用是使質量塊在縱向、橫向、或兩 者上(本實施例中僅設計于縱向上)，不至于有連續(xù)過長的長度。詳言 之，如圖6A所示，本體42的縱向長度Y被分成若干個段落Yl， Y2,...， 每一個段落的縱向長度都限制在某個長度之下，其上限例如為60/mi lOO;mi。此種安排方式的目的是減少彎翹，由于將連續(xù)長度限制在一預 設長度之下，因此在該方向上彎翹的程度就可以降低。當然，開孔的 位置并不局限于如圖6A所示，例如圖6B也同樣可行。圖6A、 6B兩 實施例中，長度限制僅設計于縱向上，但本領域技術人員自可在本發(fā) 明的揭示后，自行應用于橫向、或縱橫向兩者上。且此種鏤空結構不 僅可設計在本體42上，當然亦可設計在延伸本體43上。在以上各實施例中，彈簧46的結構并不限于圖3、 5A、 5B所示， 例如請見圖6C，圖中對照顯示圖3、 5A、 5B所示的簡單彈簧結構(上11方彈簧46，僅示出右半邊)，與較復雜型式的彈簧結構(下方彈簧46'， 僅示出右半邊)，彈簧46，在彈簧46較長的方向上(圖中的X方向)， 增設至少一個曲折處46a，以增加彈簧的實際有效長度。由此可降低彈 簧的彈性系數(shù)，增加傳感器的靈敏度。以下將參照圖7A — 7H，并以圖3為例來說明本發(fā)明的同平面?zhèn)鞲?器的工藝。需說明的是，以下工藝是以六層金屬工藝為例，但本發(fā)明 當然并不局限于使用六層金屬工藝，其金屬層可為任何層數(shù)，且工藝 當然可適用于圖5A、 5B、 6A、 6B及所有在本發(fā)明概念下的結構。請 參閱圖7A、 7B，其中圖7A為沿圖3中A--A剖面、圖7B為沿圖3中 B--B剖面所得的剖面圖。在本實施例中首先提供一個第零層晶圓基板 11,此基板11例如可為硅基板，以與CMOS工藝兼容。接著在基板11 上以CMOS工藝制作晶體管元件等(未示出)，再依序以沉積、微影、 蝕刻等工藝制作內(nèi)聯(lián)機，如圖7B中的接觸層12a，第一層金屬層13a， 第一層通道層12b，第二層金屬層13b，第二層通道層12c等，此時也 同時制作出圖3中的固定端38。圖中所示的下方結構使用兩層金屬制 作，其接觸層與通道層材料例如可使用鎢，且在沉積鎢之前可先沉積 多晶硅或氮化層，金屬層材料則可使用鋁，介電材料可使用氧化物如 二氧化硅。但當然，使用其它導電與介電材料來制作內(nèi)聯(lián)機也是可行 的，且金屬層數(shù)目當然也可以改變，圖標僅是舉例而已。各層12a-12c 與13a-13b的圖案中，包含重疊的氧化物區(qū)域14 (第一待蝕刻區(qū)域)； 微機電結構區(qū)域100之外的部份并未繪示，以求簡化圖面。氧化物區(qū) 域14的材料例如可以使用二氧化硅。為求未來蝕刻氧化物區(qū)域14時 不致?lián)p及其它區(qū)域，宜將氧化物區(qū)域14包圍在一個防護環(huán)(未示出) 之內(nèi)，該防護環(huán)可在各層12a-12c與13a-13b形成圖案時一并形成。接下來在基板上方沉積若干層的內(nèi)聯(lián)機結構，包括通道層12d-12f 與金屬層13c-13f。為了機電電路功能的需求，必須將某些區(qū)域彼此隔 離，圖中舉例顯示以氧化物區(qū)域17來隔離，此氧化物區(qū)域17可在形 成通道層12d-12f與金屬層13c-13f時一并形成。接續(xù)圖7A與7B，再請參閱圖7C與7D，在其中一種較佳實施型 態(tài)中，可在基板上方沉積一層屏蔽18并定義圖案，使氧化物區(qū)域17 (第二待蝕刻區(qū)域)暴露出來，此層屏蔽18例如可為光阻，以顯影方 式形成圖案，或亦可采用其它材質，例如金屬層或非晶硅層等。采用 金屬層或非晶硅層作為屏蔽的實施例，容后說明。接續(xù)圖7C，接著見圖7E，在屏蔽18的遮蓋下進行氧化物蝕刻， 去除區(qū)域17內(nèi)的氧化物。蝕刻的方式例如可為非等向性(anisotropic) 反應式離子蝕刻(RIE， reactive ion etch)。在蝕刻過程中，屏蔽18大致 上已接近完全耗損。請注意，以上自圖7C至圖7E的步驟，屬選項而非必要；可省略 之而在圖7A、 7B步驟后，直接銜接圖7F的步驟。接著見圖7F，不論屏蔽18是否已完全耗損，再沉積一層屏蔽19， 此屏蔽的材質例如為光阻，并對氧化物區(qū)域14進行氧化物蝕刻，其方 式例如可使用氫氟酸蒸氣蝕刻(HF vapor etch)、或將整體基板浸入酸 槽內(nèi)以緩沖氧化物蝕刻(BOE， buffered oxide etch)方式進行濕式蝕刻。最后如圖7G所示，將光阻18、 19一齊去除，即可得到所欲的微 機電元件，由于剖面位置的關系，圖中僅可見到移動結構40。圖7H 顯示沿圖3中B--B剖面所見的結構，可見到固定結構30 (包含固定臂 32與固定端38)和移動結構40的一部分(本體42)。圖8A接續(xù)圖7A，顯示釆用金屬層或非晶硅層作為屏蔽的實施例， 在本實施例中，宜在最上層金屬層13f上先沉積防護層18a (防護層可 為氮化層或氧化層加氮化層的雙層結構)，之后在其上沉積硬屏蔽層 18b (硬屏蔽層可為金屬層或非晶硅層)。在圖標實施例中，硬屏蔽層 18b和防護層18a先經(jīng)過一次圖案定義，以打開微機電結構的區(qū)域100。由于已設置了硬屏蔽18b,因此光阻18C并不必然需要，可視工藝所需而決定是否再沉積光阻18c，圖標以沉積光阻18c為例，換言之在此作法中需要兩次定義圖案。但本發(fā)明并不局限于此種作法，亦可直接一次定義其圖案，如圖9A所示。接著見圖8B與9B，先進行一次氧化物蝕刻，以去除區(qū)域17內(nèi)的 氧化物。蝕刻的方式例如可為異向性(anisotropic)反應式離子蝕亥iJ(RIE, reactive ion etch)。在蝕刻過程中，光阻18c大致上已接近完全耗損， 但硬屏蔽18b尙留存。同樣地，此蝕刻步驟屬選項，可省略之而直接 進行圖8C與9C的步驟。接著見圖8C與9C，對氧化物區(qū)域14進行氧化物蝕刻，其方式例如 可使用氫氟酸蒸氣蝕刻(HF vapor etch)、或將整體基板浸入酸槽內(nèi)以緩 沖氧化物蝕刻(BOE, buffered oxide etch)方式進行濕式蝕刻。如此，即 可得到所欲的微機電元件，其中圖8C與9C的差別在于區(qū)域100內(nèi)，微 機電結構的上方是否留存防護層18a和硬屏蔽18b。如有必要，可再以光 阻蝕刻工藝去除之，以及去除區(qū)域100外的硬屏蔽18b，其步驟不予贅述。以上工藝以制作圖3結構為例，但當然也可用以制作圖5A、 5B、 6A、 6B等的結構。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，以上所述，僅為使本領域 技術人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容而，并非用來限定本發(fā)明的權利范圍。 對于本領域技術人員，當可在本發(fā)明精神內(nèi)，立即思及各種等效變化。 舉例而言，除圖6A、 6B外，達成同樣的目的，可以有各種開孔的方式。 又如，彈簧除圖6C所示的兩種結構外，可為其它任何結構。再如，雖 然實施例所述金屬以鋁為例、介電材料以二氧化硅為例，但本發(fā)明也 可應用銅和低介電常數(shù)材料來制作。除以上所述外，還其它有各種等 效變化的可能。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為之均等變化或修飾， 均應包括于本發(fā)明的權利要求書的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種同平面?zhèn)鞲衅?，其特征在于，包含一固定結構，此固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，該固定臂具有支撐端和懸浮端，支撐端與固定端連接，懸浮端為懸浮；以及一移動結構，此移動結構至少包括彼此連接的本體與延伸臂，其中，該固定臂的支撐端比懸浮端更靠近本體。
2. 如權利要求l所述的同平面?zhèn)鞲衅鳎渲?，該移動結構還包含 連接部與固定部，本體經(jīng)由連接部而與固定部連接，且該固定部與固 定結構同固定于一基板。
3. 如權利要求2所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該連接部為彈簧。
4. 如權利要求3所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該彈簧在其較長的方向上具有至少一個曲折處。
5. 如權利要求l所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該本體具有開孔。
6. 如權利要求l所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該本體縱橫任一方 向上的連續(xù)長度小于一預設長度。
7. 如權利要求l所述的同平面?zhèn)鞲衅鳎渲?，該移動結構還包含 有延伸本體，經(jīng)由延伸臂而與本體連接。
8. 如權利要求7所述的同平面?zhèn)鞲衅鳎渲?，該延伸本體上具有 開孔。
9. 如權利要求7所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該移動結構包含有多個本體與多個延伸本體，經(jīng)由延伸臂而連接成一體。
10. —種同平面?zhèn)鞲衅?，其特征在于，包含一固定結構，此固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，該固 定臂具有支撐端和懸浮端，支撐端與固定端連接，懸浮端為懸浮；以 及一移動結構，此移動結構至少包括本體、延伸本體與延伸臂，本 體和延伸本體通過延伸臂而彼此連接。
11. 如權利要求io所述的同平面?zhèn)鞲衅鳎渲?，該移動結構還包含連接部與固定部，本體經(jīng)由連接部而與固定部連接，且該固定部與 固定結構同固定于一基板。
12. 如權利要求ll所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該連接部為彈簧。
13. 如權利要求12所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該彈簧在其較長 的方向上具有至少一個曲折處。
14. 如權利要求IO所述的同平面?zhèn)鞲衅鳎渲?，該本體與延伸本體至少其中之一具有開孔。
15. 如權利要求IO所述的同平面?zhèn)鞲衅鳎渲?，該本體縱橫任一 方向上的連續(xù)長度小于一預設長度。
16. 如權利要求IO所述的同平面?zhèn)鞲衅?，其中，該移動結構包含 有多個本體與多個延伸本體，經(jīng)由延伸臂而連接成一體。
17. —種同平面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒?，該同平面?zhèn)鞲衅靼还潭?結構與一移動結構，固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，且移 動結構至少包括彼此連接的本體與延伸臂，其特征在于，該方法包含提供一個基板，在該基板上已沉積至少一層接觸層與至少一層金 屬層，且已通過該至少一層接觸層與至少一層金屬層而形成該固定結 構的固定端，此固定端為第一待蝕刻區(qū)域所圍繞；沉積并定義金屬層與通道層，以形成該固定結構的固定臂，及該 移動結構的本體與延伸臂，所述固定結構的固定臂，及移動結構的本 體與延伸臂，為第二待蝕刻區(qū)域所圍繞；以及去除該第一和第二待蝕刻區(qū)域。
18. 如權利要求17所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒ǎ渲?，該第?和第二待蝕刻區(qū)域以氧化物制作。
19. 如權利要求17所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該去除該第一和第二待蝕刻區(qū)域的步驟包含使用氫氟酸蒸氣蝕刻或緩沖氧 化物蝕刻方式一次去除第一和第二待蝕刻區(qū)域。
20. 如權利要求17所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒ǎ渲?，該去除該第一和第二待蝕刻區(qū)域的步驟包含使用異向性反應式離子蝕刻方 式去除第二待蝕刻區(qū)域，再使用氫氟酸蒸氣蝕刻或緩沖氧化物蝕刻方 式去除第一待蝕刻區(qū)域。
21. 如權利要求17所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該去除該第一和第二待蝕刻區(qū)域的步驟包含 沉積一層防護層； 沉積一層硬屏蔽；定義該硬屏蔽與防護層的圖案；以及 蝕刻該第一和第二待蝕刻區(qū)域。
22. 如權利要求21所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該去?該第一和第二待蝕刻區(qū)域的步驟還包含在定義該硬屏蔽與防護層的 圖案后，沉積一層屏蔽。
23. 如權利要求17所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該接觸 層的材料包括鎢。
24. 如權利要求23所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該接觸 層的沉積步驟包括先沉積一層多晶硅或氮化層，再沉積鴿。
25. 如權利要求17所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該通?層的材料包括鎢。
26. 如權利要求25所述的同平面?zhèn)鞲衅髦谱鞣椒?，其中，該通?層的沉積步驟包括先沉積一層多晶硅或氮化層，再沉積鴿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同平面?zhèn)鞲衅?，該同平面?zhèn)鞲衅靼还潭ńY構，此固定結構包括彼此連接的固定臂與固定端，該固定臂具有支撐端和懸浮端，支撐端與固定端連接，懸浮端為懸浮；以及一移動結構，此移動結構至少包括彼此連接的本體與延伸臂，其中，該固定臂的支撐端比懸浮端更靠近本體。
文檔編號B81B3/00GK101590995SQ200810108149
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權日2008年5月27日
發(fā)明者李昇達, 王傳蔚 申請人:原相科技股份有限公司