CN101993033A - 微机电的结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微机电结构，在基板上具有微结构与蚀刻道。微结构为金属层及导电层相连形成，且以氧化硅包覆在微结构周围，并在氧化硅顶端具有阻挡层。蚀刻道为金属层与氧化层交互堆叠而成，且氧化层两边具有通道。其中，微结构的阻挡层与蚀刻道最上层的金属层非同一平面；借此在利用蚀刻移除蚀刻道的金属层时，不会同时将微结构的金属层移除。本发明还提供一种微机电制造方法，以湿式蚀刻法移除前述蚀刻道中的金属层，再以震荡或蚀刻将蚀刻道中残余的氧化层移除，并利用深反应离子蚀刻及背蚀刻悬浮微结构，以形成蚀刻道壁面平整、无残留的悬浮微机电结构。

Description

微机电的结构及制造方法

技术领域

本发明是有关于一种半导体结构与制造方法，且特别是有关于一种用以制造微机电的结构及方法。

背景技术

微机电系统包含各种不同的微结构，将不同的微结构与相关的电路整合连接，并利用不同的加工技术，即可构成不同的应用。例如，将微结构与互补型金属氧化物半晶体管电路结合，再利用湿式蚀刻使微结构形成悬浮式结构，可应用于感测芯片。然而，在微结构的形成过程中，容易有微结构中金属层被掏空与氧化物残留的问题。

如图1所示，其绘示微结构与电路的剖面图。其中微结构110两旁具有由金属层122与各层导孔层124交替堆叠形成的蚀刻道120。然而由于导孔层124违反一般晶圆厂的宽度设计原则，而将导孔层124设计为将整层铺满。因此在一开始沉积导孔层124时，沉积材料容易只沉积在通道侧边，形成中央凹陷的通道层，而无法如预期把整个通道填满，导致沉积出表面不平整的通道层。由于一开始的沉积制程所沉积出的导孔层表面就已不平整，导致后续所有制程皆受不平整的影响，使得各层金属层122与各层导孔层124皆具有不平整的表面，甚至使蚀刻道120与微结构110接触的表面不平整。因此在制造悬浮的微结构的过程中，容易产生氧化硅等残留物，也使得形成的微结构外表不平整。

此外，如图1所示，微结构110外围以氧化硅116保护，氧化硅顶端并无阻挡层保护，且氧化硅116顶端与蚀刻道120顶端位于同一平面。因此，在晶圆厂进行制程时会由于过蚀刻，在去除覆盖于蚀刻道上的氧化硅130的同时，也易一并去除微结构顶端的氧化硅116，不仅裸露蚀刻道中的金属层122，也同时造成微结构中的金属层112裸露。所以利用湿式蚀刻法去除蚀刻道120中的金属层122的同时，也容易意外移除微结构110中的金属层112，造成微结构的掏空，形成如图2所示的结果。

综上所述，需要一种制造微机电的新的结构及方法，可在微机电形成过程中，保护微结构内的金属层不被掏空，且形成壁面平整的微机电结构。

发明内容

因此本发明的一目的在于提供一种微机电结构，在制造悬浮的微结构的过程中，可保护微结构内的金属层不被掏空，并可形成壁面平整的微机电。

本发明的另一目的在于提供一种可形成壁面平整，且去除蚀刻道中残留氧化层的微机电制造方法。

根据本发明一实施例，提出一种微机电结构。其在基板上具有微结构与蚀刻道。微结构为利用金属层及导电层相连而形成，且以氧化硅包覆在微结构周围，并在氧化硅顶端具有阻挡层。蚀刻道为金属层与氧化层交互堆叠而成。其中，氧化层两边具有信道，且微结构的阻挡层与蚀刻道最上层的金属层非同一平面。

依照本发明的上述目的，提出一种微机电制造方法。其步骤为以湿式蚀刻法移除蚀刻道中的金属层，其中，蚀刻道中的金属层与氧化层交互堆叠，而氧化层两边具有通道。接着，以超音波震荡将蚀刻道中残余的氧化层移除。之后利用深反应离子蚀刻及背蚀刻悬浮微结构。在深反应离子蚀刻后，背蚀刻前，可加上覆盖层于微结构上方，以保护微结构。且在背蚀刻前，在基板下沉积一层光阻层，以定义背蚀刻区域，并保护其它不须蚀刻的区域。上述覆盖层可为氧化硅、金属、玻璃或硅基。

依照本发明另一实施例，提出一种微机电制造方法。其步骤为以湿式蚀刻法移除蚀刻道中的金属层，其中，蚀刻道中的金属层与氧化层交互堆叠，而氧化层两边具有通道，并以支撑层支撑金属层。接着，以蚀刻将蚀刻道中残余的氧化层移除，最后利用深反应离子蚀刻及背蚀刻悬浮微结构。在深反应离子蚀刻后，背蚀刻前，可加上覆盖层于微结构上方，以保护微结构。且在背蚀刻前，在基板下沉积光阻层，以定义背蚀刻区域，并保护其它不须蚀刻的区域。上述覆盖层可为氧化硅、金属、玻璃或硅基。

因此，应用本发明的微机电结构，信道位于氧化层两边，且通道的设计符合一般晶圆厂的宽度设计原则。因此在沉积通道层时，可沉积出外表平整的通道层，以保持蚀刻道表面以及蚀刻道壁面平整。且于湿式蚀刻移除蚀刻道的金属层的同时，并不会掏空微结构的金属层。此外，应用本发明的微机电制造方法，可完全移除蚀刻道中残留的氧化层，且形成壁面平整的悬浮式微机电。进而可用来制造许多低成本的传感器和致动器。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为先前技术的微结构与电路的结构剖面图；

图2是绘示先前技术的微结构经过湿式蚀刻后的剖面图；

图3是绘示依照本发明一实施方式的一种微机电结构剖面图；

图4是绘示依照本发明另一实施方式的一种微机电制造方法流程图；

图5至图10是绘示依照图4步骤的一种微机电制造方法步骤剖面图。

【主要组件符号说明】

110：微结构        112：金属层

114：导电层        116：氧化硅

120：蚀刻道        122：金属层

124：导电层        130：氧化硅

140：电路          200：基板

210：微结构        212：金属层

214：导电层        216：氧化硅

218：阻挡层        220：蚀刻道

222：金属层        224：氧化层

226：通道          230：电路

240：打线区域      242：保护层

250：覆盖层        260：光阻层

300：悬浮式微结构  400：方法

402、404、406、408：步骤

具体实施方式

请参照图3，其绘示依照本发明一实施方式的一种微机电结构的剖面图。微机电结构为在基板200上具有微结构210与蚀刻道220。

微结构210为多层金属层212间以导电层214连接而形成。微结构210外围以氧化硅216包覆，且氧化硅216顶端具有阻挡层218。其中，导电层214可为导孔(via)，用来连接金属层212。而阻挡层218为金属沉积而成，可抵挡离子蚀刻以保护底下的微结构，使得在裸露蚀刻道时，不会同时将包覆于微结构外的氧化硅216移除，造成微结构210中的金属层212裸露。进而避免于湿式蚀刻移除蚀刻道220的同时，意外移除微结构210中的金属层212。

蚀刻道220位于以氧化硅216包覆的微结构210旁。蚀刻道220为金属层222与氧化层224交互堆叠而形成，且氧化层224两旁具有通道226。通道226可为导孔或触孔(contact)。或者是，在蚀刻道220底部具有整层触孔，其上具有金属层、氧化层与导孔，以金属层与氧化层交互堆叠，且氧化层两旁具有导孔，以形成蚀刻道，使氧化层可悬浮。氧化层除可为氧化硅外，也可为其它氧化物。

由于本发明的微机电结构中的信道226的宽度设计符合一般晶圆厂的设计原则，因此通道226在沉积制程时可以确实被沉积材料填满，而不会产生表面不平整的通道226。此外，在标准的互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)的制程中，没有通道226或金属层222的位置，会被氧化硅填满，因此通道226间会被氧化硅填满形成氧化层224。

上述微结构210外的氧化硅216顶端的阻挡层218，以及蚀刻道220中最上层的金属层222非同一平面。根据一实施例，蚀刻道220的顶端金属层较微结构210顶端的阻挡层218为低，以减少移除蚀刻道后，氧化硅等氧化层的残留。此外，如果接续步骤有需要再次移除氧化物，以露出蚀刻金属孔，蚀刻道220的顶端金属层较微结构210顶端的阻挡层218为低可降低后续蚀刻制程内外圈所产生的蚀刻速度误差。

再者，基板200的微机电结构旁，具有互补型金属氧化物半导体电路230，用来控制整个微机电系统。此处所指的互补型金属氧化物半导体电路为一般已知所了解的互补型金属氧化物半导体电路，因此不在此详细描述。

由上述可知，应用本发明的微机电结构具有下列优点：

第一，在微结构外围具有氧化硅包覆，且氧化硅顶端具有阻挡层，因此，以湿式蚀刻移除蚀刻道的金属层时，并不会将微结构中的金属层掏空。

第二，蚀刻道中借氧化层形成于导孔或触孔间，由于通道的宽度设计符合一般晶圆厂的设计原则，使得导孔或触孔可以确实填满其凹洞，进而保持蚀刻道表面与壁面的平整。

第三，蚀刻道的顶端金属层较微结构顶端的阻挡层为低，可减少移除蚀刻道后，氧化硅等氧化层的残留。

请参照图4，是绘示依照本发明另一实施方式的一种微机电制造方法的流程图。首先，方法400以湿式蚀刻法移除蚀刻道的金属层(步骤402)。接着，去除蚀刻道中残留的氧化层(步骤404)。再利用深反应离子蚀刻法蚀刻基板至一定深度(步骤406)。最后，进行背蚀刻，造成微结构悬浮(步骤408)。

进行上述步骤402前，可在基板上形成微结构外氧化硅顶端的阻挡层与蚀刻道顶端不在同一平面的结构，造成高低差，以防止后续湿式蚀刻移除蚀刻道金属层时(步骤402)，同时意外移除微结构中的金属层。此外，如果后续步骤有需要再次移除氧化物以露出蚀刻金属孔，氧化硅顶端的阻挡层与蚀刻道顶端不在同一平面的结构也可降低后续蚀刻制程内外圈所产生的蚀刻速度误差。

另外，进行背蚀刻(步骤408)前，可在芯片上方形成一覆盖层，以保护微结构。也可在步骤408前，在基板下方形成光阻层，以定义背蚀刻区域。

请参照图5至图10，是绘示利用图4的微机电制造方法步骤的剖面图。首先，形成如前述图3的微机电结构。其中，微结构210外的氧化硅216顶端的阻挡层218，与蚀刻道220中最上层的金属层222非同一平面，形成高低差，以防止在后续步骤中，意外移除微结构中的金属层212。再者，接续步骤需再次移除氧化物以露出蚀刻金属孔时，此高低差结构也可降低后续蚀刻制程内外圈所产生的蚀刻速度误差。

接着，以湿式蚀刻法移除蚀刻道的金属层(步骤402)。如图5所示，此时，蚀刻道中的氧化层224也会因金属层的移除而一并去除，仅剩下最底层与基板连接的氧化层224。此外，在步骤402中，也会一并移除微结构外围氧化硅216顶端的阻挡层，以及打线区域240上的部分保护层242。

如图6所示，进行湿式蚀刻后，在打线区域240上仍留有一层保护层242，以确保后续步骤不会对打线区域造成伤害。接着，通过湿式蚀刻法去除蚀刻道的金属层后，利用干式蚀刻移除蚀刻道中残留的氧化层(步骤406)。

请参照图7，利用深反应离子蚀刻法蚀刻基板200至一定深度(步骤406)，以益于后续对基板进行背蚀刻。并且，可选择性的在整个芯片上方加上覆盖层250，以在后续制程中保护微结构210。覆盖层250可为氧化硅、金属、玻璃或硅基。

请参照图8，在基板下方沉积一层光阻层260，以定义背蚀刻的区域，并保护其它不需蚀刻的区域。

请参照图9，对基板进行背蚀刻(步骤208)，移除微结构210底下的部份基板200，再移除基板200下方的光阻层260，造成悬浮式微结构300。同时，为避免覆盖层250厚度太薄，而出现翘曲现象，因此可将覆盖层250切割为单一晶粒大小。并且此举可使打线区域240露出。

最后，如图10所示，以蚀刻去除打线区域240的保护层242，以供后续进行封装打线，传输信号。

这种悬浮式微结构300在微机电系统中，当摇动或晃动整个微机电系统时，悬浮式微结构300便触动旁边的电路230。因此，可用来制造传感器或致动器，例如压力计、加速计(accelerometer)、生化传感器等等。

本发明的微机电制造方法的另一实施方式与上述实施方式相似。不同之处在于，以湿式蚀刻法去除蚀刻道的金属层后，改用超音波震荡移除蚀刻道中残留的氧化层，同样可完全移除氧化层，形成外壁面平整且无残留物的微机电结构。其中，超音波震荡器内需具有溶液，此溶液可为水、丙酮或异丙醇。然而，利用超音波震荡将残余氧化层移除，会造成芯片上方具有水气，因此需将芯片经过烘烤或者是旋干，以去除芯片上方的水气，保持芯片干燥。并在后续对基板进行深反应离子蚀刻法蚀刻与背蚀刻，形成外壁平整、无残留物的悬浮微机电结构。

由上述本发明的实施方式可知，应用本发明的微机电制造方法的优点为于湿式蚀刻移除之后，再进行震荡或干式蚀刻，可完全移除残留的氧化层。并以后续的深反应离子蚀刻法与背蚀刻形成外壁平整、无残留物的悬浮式微机电结构。进而可用来制造传感器和致动器。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种微机电的制造方法，其特征在于，该方法的步骤包含：

a.湿式蚀刻法移除一基板上的一微结构旁的一蚀刻道中多层金属层，其中该些金属层与氧化硅交互堆叠，且氧化硅两边具有一通道；

b.超音波震荡去除该蚀刻道中残留的氧化硅；

c.利用深反应离子蚀刻法蚀刻该基板；以及

d.对该基板进行背蚀刻，以形成一悬浮式微结构。

2.根据权利要求1所述的微机电的制造方法，其特征在于，在步骤b中使用一溶液进行超音波震荡，该溶液是水、丙酮或异丙醇。

3.一种微机电的制造方法，其特征在于，该方法的步骤包含：

a.湿式蚀刻法移除一基板上的一微结构旁的一蚀刻道中多层金属层，其中该些金属层与氧化硅交互堆叠，且氧化硅两旁具有一通道；

b.蚀刻去除该蚀刻道中残留的氧化硅；

c.利用深反应离子蚀刻法蚀刻该基板；以及

d.对该基板进行背蚀刻，以形成一悬浮式微结构。

4.一种微机电的制造方法，其特征在于，该方法的步骤包含：

a.形成一微结构与一蚀刻道于一基板上，其中该蚀刻道中包含多层金属层与多层氧化层交互堆叠，且该些氧化层两边具有一信道，而该微结构顶端与该蚀刻道顶端非同一平面；

b.湿式蚀刻法移除该蚀刻道中该些金属层；

c.去除该蚀刻道中残留的该些氧化层；

d.利用深反应离子蚀刻法蚀刻该基板；以及

e.对该基板进行背蚀刻，形成一悬浮式微结构。

5.根据权利要求4所述的微机电的制造方法，其特征在于，进行步骤c的方法是超音波震荡法或蚀刻法。

6.根据权利要求4所述的微机电的制造方法，其特征在于，进行步骤e前，还包含：

形成一覆盖层，于该基板上方，以保护微结构。

7.根据权利要求4所述的微机电的制造方法，其特征在于，进行步骤d前，还包含：

沉积一光阻层，于该基板下方，以定义背蚀刻区域。

8.一种微机电结构，其特征在于，为权利要求4所述的步骤a中所形成的结构，包含：

一基板；

一微结构，于该基板上，该微结构外围具有一氧化硅包覆，并于该氧化硅顶端具有一阻挡层；以及

一蚀刻道，于该微结构旁，该蚀刻道为多层金属层与多层氧化层交互堆叠，且该些氧化层两旁具有一信道，其中该微结构外围的该氧化硅顶端的该阻挡层，与该蚀刻道顶端的金属层非同一平面。

9.根据权利要求8所述的微机电结构，其特征在于，该信道为导孔或触孔。

10.根据权利要求8所述的微机电结构，其特征在于，该微结构为多层金属层间以多层导电层相连。

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