CN103809285B - 自对准垂直式梳状传感器及其制作方法 - Google Patents
自对准垂直式梳状传感器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103809285B CN103809285B CN201310374199.XA CN201310374199A CN103809285B CN 103809285 B CN103809285 B CN 103809285B CN 201310374199 A CN201310374199 A CN 201310374199A CN 103809285 B CN103809285 B CN 103809285B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- tooth
- element layer
- wafer
- barrier layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 77
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 45
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
- B81C1/00555—Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
- B81C1/00603—Aligning features and geometries on both sides of a substrate, e.g. when double side etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
- B81C1/0015—Cantilevers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/04—Optical MEMS
- B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0136—Comb structures
Abstract
一种自对准垂直式梳状传感器及其制作方法，是将一具有阻挡层、第一元件层及第一屏蔽层的第一晶圆与一具有第二元件层、第二屏蔽层的第二晶圆接合，其中阻挡层介于第一元件层与第二元件层之间，且在两晶圆接合前，先图案化阻挡层以形成联集图案用以定义预定在第一元件层形成的第一齿状部及预定在第二元件层形成的第二齿状部的结构。借由阻挡层作为蚀刻第一元件层及蚀刻第二元件层时的蚀刻屏蔽，使第一齿状部构成的梳状结构与第二齿状部构成的梳状结构上下自对准，且呈上下两排错位排列。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂直式梳状传感器及其制作方法，特别是涉及一种自对准垂直式梳状传感器的制作方法及以该方法制成的垂直式梳状传感器。
背景技术
目前在光学微机电领域中以微扫描面镜(micro scanning mirror)为应用最广泛的关键元件，而且常见以垂直式梳状传感器(vertical comb drive actuator)致动。由于垂直式梳状传感器上下两排的梳齿结构需要精确对准，使上下两排梳齿结构能相对运动且相对运动时能保持一定间隙，以避免在相对运动时产生受力不均而出现不稳定的运动行为，因而大幅降低传感器效能。
一般制作垂直梳状传感器大多是由一晶圆的两面分别以黄光微影制程定义上下两排的梳齿结构，再分别由该晶圆两面所定义的图形蚀刻而形成梳齿结构，然而此方法容易存在对准误差，使上下两排的梳齿结构无法完全精确对准。因此已有人提出以自对准方式来制作垂直式梳状传感器的方法，例如美国专利US6612029及美国专利公开案US20070241076所揭露者。现有自对准方式的制法通常先在一晶圆表面经由两次黄光微影制程制造出两层不同材质而具有不同蚀刻选择比的蚀刻阻挡层，再分段利用所述蚀刻阻挡层来形成上下两排梳齿结构。但是此种方法在梳齿结构的深宽比因元件性能需求日益增加而提高时，当其由晶圆的同一表面进一步蚀刻形成第二排梳齿结构，会因为第二排梳齿结构较远离定义图形的蚀刻阻挡层，在经过长距离的蚀刻后使得第二排梳齿结构的线宽会与原先定义的宽度产生落差，而使得第二排梳齿结构的外形不如原本预期的外形。此外，例如US20070241076所公开的第二实施例中，其在两层元件层之间夹置一绝缘层，在移除该绝缘层时会因蚀刻离子难以进入高深宽比的沟槽结构而造成该绝缘层难以蚀刻，进而导致第二排梳齿结构无法或难以精确定义。若用其它等向性蚀刻方式来移除该绝缘层，则是会造成该绝缘层侧向蚀刻，也会使第二排梳齿结构的外形不如原本预期的外形。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种适合制作高深宽比结构且能自对准的垂直式梳状传感器的制作方法。
本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法，步骤包含：
提供一第一晶圆，该第一晶圆具有一第一元件层、一被覆于该第一元件层的一侧的第一屏蔽层及一被覆于该第一元件层另一侧的阻挡层；
图案化该阻挡层，形成多个分别贯穿该阻挡层且相间隔排列的穿槽；
提供一第二晶圆，该第二晶圆具有一第二元件层及一被覆于该第二元件层的一侧的第二屏蔽层，并将该第二晶圆的该第二元件层与该第一晶圆的图案化的该阻挡层面对面相对接合；
图案化该第一屏蔽层，以定义预定蚀刻该第一元件层的区域；
图案化该第二屏蔽层，以定义预定蚀刻该第二元件层的区域；及
分别蚀刻该第一元件层及该第二元件层，以分别在该第一元件层形成多个第一齿状部及在该第二元件层形成多个第二齿状部，使所述第二齿状部与所述第一齿状部上下错位排列，并可相对运动，其中蚀刻步骤包含
以该第一屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻该第一元件层，
以该第二屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻该第二元件层，
以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第一元件层，及
以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第二元件层。
前述步骤的实施顺序可以调整，并不以本说明书描述步骤的前后顺序为限。
本发明所述自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其中，该阻挡层连接于所述第一齿状部及所述第二齿状部的部分进一步被移除，而在所述第一齿状部及所述第二齿状部之间形成一气隙。
本发明所述自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其中，所述第一齿状部的宽度朝该阻挡层的方向渐缩及/或所述第二齿状部的宽度朝该阻挡层的方向渐缩。
进一步地，该制作方法的步骤还包含：提供一第三晶圆与移除该第一屏蔽层后的该第一元件层面对面接合，而该第三晶圆也可预先形成一凹槽以提供可动结构额外的运动空间。
本发明的另一目的，提供一种垂直式梳状传感器。
本发明垂直式梳状传感器，包含：多个彼此间隔排成一排的第一齿状部及多个彼此间隔排成一排的第二齿状部，所述第一齿状部与所述第二齿状部呈上下两排错位排列且上下间隔一气隙而在垂直方向及水平方向不重叠，而且所述第一齿状部及/或所述第二齿状部的宽度朝向该气隙方向渐缩。
本发明所述垂直式梳状传感器，其中，两两相邻的第一齿状部与第二齿状部之间在水平方向的间距皆相同。
本发明所述垂直式梳状传感器，其中，第一齿状部、气隙及第二齿状部在垂直方向的高度总和与两两相邻的第一齿状部与第二齿状部之间在水平方向的间距的比值介于10-80。
本发明的有益效果在于：本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法能够使所述第一齿状部构成的梳状结构与所述第二齿状部构成的梳状结构自对准，且使第一齿状部与第二齿状部在高深宽比结构下能具有预期的外形，并能克服介于上下梳状结构之间的绝缘层难以移除的制程限制，以满足垂直式梳状传感器大位移量与低操作电压的需求。进一步地，该制造方法能使所述第一齿状部及所述第二齿状部的宽度朝向该气隙方向渐缩，从而使垂直式梳状传感器若用于致动时能减少驱动电压，而若用于感测时则能增加感测的电容变化。
附图说明
图1至图11是说明本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法的第一较佳实施例的实施步骤的流程示意图；
图12至图14是说明本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法的第二较佳实施例的一部分实施步骤的流程示意图；
图15是截取图14中部分区域的放大图，说明本发明垂直式梳状传感器的一较佳实施例；及
图16至图20是说明本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法的第三较佳实施例的实施步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
图1至图11为说明本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法的第一较佳实施例的实施步骤的流程示意图。该第一较佳实施例的步骤包含：
参阅图1，提供一第一晶圆1，该第一晶圆1具有一第一基层11、一第一元件层12、一夹置于该第一基层11与该第一元件层12之间的第一屏蔽层13及一被覆于该第一元件层12另一侧的阻挡层14。
参阅图2，图案化该阻挡层14，形成多个分别贯穿该阻挡层14且相间隔排列的穿槽141及多个分别介于两两相邻的穿槽141之间的挡止部142，所述穿槽141用以定义沟槽区，所述挡止部142用以定义齿状区。此外，在该阻挡层14所形成的图案中还包括了后续步骤中其它层所需的对准键(未图示)，以提供后续各层对准时的基准。由于最关键的齿状结构线宽与相对位置已由此步骤用单一光罩定义完成自对准，使后续对准与线宽要求较宽松而容易执行。
参阅图3，以该阻挡层14做为蚀刻屏蔽蚀刻该第一元件层12，形成多个分别对应所述穿槽141位置并贯穿该第一元件层12的第一沟槽121，及多个分别对应所述挡止部142而介于两两相邻的第一沟槽121之间的第一齿状部122。
参阅图4，提供一第二晶圆2，该第二晶圆2具有一第二基层21、一第二元件层22及一夹置于该第二基层21与该第二元件层22之间的第二屏蔽层23，并将该第二晶圆2的第二元件层22与该第一晶圆1的图案化的该阻挡层14面对面相对接合。此步骤中用以接合的方法可采用晶圆融接接合或电浆辅助接合。
参阅图5，移除该第一基层11以露出该第一屏蔽层13。
参阅图6，图案化该第一屏蔽层13，以定义预定蚀刻该第一元件层12的区域，其中对应所述第一齿状部122的分布区域中，一部分的所述第一齿状部122预定被蚀刻、其余所述第一齿状部122被保护，预定被蚀刻与被保护的区域交错设置，且相邻预定被蚀刻的第一齿状部122两侧的第一沟槽121被露出。在此步骤图案化该第一屏蔽层13的对准与线宽要求较宽松。
参阅图7，以该第一屏蔽层13做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层14做为蚀刻停止层蚀刻该第一元件层12，以移除已预定被蚀刻的第一齿状部122而对应露出该阻挡层14的挡止部142，也就是说蚀刻移除部分在两两相邻的第一沟槽121之间的该第一元件层12。并进一步以该阻挡层14做为蚀刻屏蔽蚀刻该第二元件层22，形成多个分别通过露出的所述穿槽141蚀刻而成的第二沟槽221及多个分别介于两两相邻第二沟槽221之间的第二齿状部222。
参阅图8，移除该第一屏蔽层13，再提供一第三晶圆3与该第一元件层12面对面接合，且该第三晶圆3预先形成一凹槽31以提供可动结构运动的空间。此步骤中用以接合晶圆的方法可采用晶圆阳极接合、晶圆融接接合、及晶圆共晶接合。
参阅图9，移除该第二基层21以露出该第二屏蔽层23后，图案化该第二屏蔽层23，以定义预定蚀刻该第二元件层22的区域，其中位于未被蚀刻的所述第一齿状部122上的所述第二齿状部222预定被蚀刻，其余所述第二齿状部222被保护。在此步骤图案化该第二屏蔽层23的对准与线宽要求也较宽松。
参阅图10，以该第二屏蔽层23做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层14做为蚀刻停止层蚀刻该第二元件层22，蚀刻移除部分在两两相邻的第二沟槽221(见图9)之间的该第二元件层22，以移除位于未被蚀刻的所述第一齿状部122上的所述第二齿状部222，使未被蚀刻的所述第二齿状部222与未被蚀刻的所述第一齿状部122上下错位排列。
参阅图11，释放可动结构，使所述第二齿状部222可相对所述第一齿状部122运动。也就是说将第二屏蔽层23及露出的阻挡层14移除，使可动结构能自由运动，即形成垂直式梳状传感器100。移除露出的阻挡层14后，在所述第二齿状部222与所述第一齿状部122可相对运动的结构之间形成一均匀的气隙G，另外在垂直式梳状传感器100的固定端(未图示)阻挡层14被保留以用于绝缘。
详细而言，在本实施例，该第一晶圆1是以一SOI晶圆(silicon on insulatorwafer)为基材并于其表面沉积阻挡层14所形成。第二晶圆2也是一SOI晶圆。其中第一屏蔽层13、阻挡层14、第二屏蔽层23皆以二氧化硅(SiO2)制成，各层厚度约为1-2微米(μm)。第一元件层12、第二元件层22的厚度约为100微米。第一基层11、第二基层21、第三晶圆3的厚度约为400微米。当然，前述材质及尺寸皆可依据实际需求调整，例如第一屏蔽层13、阻挡层14、第二屏蔽层23的材质也可以采用光阻材料或氮化硅(Si3N4)，不以本实施例为限。
此外，蚀刻第一沟槽121及第二沟槽221时，可以利用感应耦合电浆蚀刻(Inductively Coupled Plasma，ICP)技术或深反应离子蚀刻(Deep reactive-ionetching，DRIE)技术来进行，能够形成高深宽比的结构。前述步骤利用在阻挡层14即先形成预定用来定义第一齿状部122及第二齿状部222结构的联集图形，并利用阻挡层14与第二晶圆2接合，使得在形成第一沟槽121及第二沟槽221时，都能由阻挡层14来定义结构。可以避免现有方法中最深的蚀刻处离定义于晶圆表面的蚀刻屏蔽太远而产生线宽的落差，并且可以使第一沟槽121及第二沟槽221自对准(self-aligned)。换句话说，借此能使第一齿状部122构成的梳状结构与第二齿状部222构成的梳状结构自对准，且第一齿状部122与第二齿状部222能具有预期的外形。如此也能克服梳状结构在高深宽比的情况下介于上下梳状结构之间的绝缘层难以移除的制程限制。
再者，由于已借由阻挡层14形成第一齿状部122与第二齿状部222的精确结构尺寸且使上下排结构自对准，再利用图案化第一屏蔽层13及第二屏蔽层23来分别定义欲进一步移除的第一齿状部122与第二齿状部222时，可定义较宽松的图形且能借由阻挡层14作为蚀刻停止层，使制程可以较容易进行。
如图11所示，在本实施例，第二齿状部222为可动结构的一部份，其它例如微扫描面镜223的可动结构部分，也能在此制程中一并形成。参阅图6至图11，微扫描面镜223的结构可在进一步移除部分第一齿状部122与第二齿状部222时一起定义出来。
在本实施例中，第一基层11、第二基层21及第三晶圆3皆为制作过程中的支撑结构。
参阅图12至图14，为说明本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法的第二较佳实施例的流程图，该第二较佳实施例的实施步骤与第一较佳实施例大致相同，所以在本实施例仅示出部分步骤来说明。该第二较佳实施例与该第一较佳实施例的差异仅在于：参阅图12与图13，蚀刻形成第一沟槽121及第二沟槽221时借由蚀刻条件调整，使所述第一沟槽121的宽度由该阻挡层14往该第一屏蔽层13的方向渐缩及所述第二沟槽221的宽度由该阻挡层14往该第二屏蔽层23的方向渐缩，而使所述第一齿状部122的宽度朝该阻挡层14的方向渐缩及所述第二齿状部222的宽度朝该阻挡层14的方向渐缩。
参阅图14与图15，在本实施例所形成的垂直式梳状传感器100即包含：多个彼此间隔排成一排的第一齿状部122及多个彼此间隔排成一排的第二齿状部222，所述第一齿状部122与所述第二齿状部222呈上下两排错位排列且上下间隔一气隙G而在垂直方向Y及水平方向X不重叠，而且两两相邻的第一齿状部122与第二齿状部222之间在水平方向X的间距W皆相同。此外，所述第一齿状部122及所述第二齿状部222的宽度朝向该气隙G方向渐缩。借由所述第一齿状部122及所述第二齿状部222的宽度朝向该气隙G方向渐缩的结构外形，若垂直式梳状传感器100用于致动时能减少驱动电压，而若用于感测时则能增加感测的电容变化。再者，借由本发明的制作方法，能够制作出高深宽比的梳状结构，可使第一齿状部122、气隙G及第二齿状部222在垂直方向Y的高度总和L与两两相邻的第一齿状部122与第二齿状部222之间在水平方向X的间距W的比值达到介于10-80，以满足大位移量与低操作电压的需求。
虽然在本实施例所述第一齿状部122及所述第二齿状部222的宽度均朝向该气隙G方向渐缩，但是也可以选择仅使所述第一齿状部122或所述第二齿状部222的宽度朝向该气隙G方向渐缩，也能具有用于致动时能减少驱动电压，而用于感测时则能增加感测的电容变化的优点。
前述第一、第二较佳实施例的第二晶圆2也可采用非SOI晶圆，而仅具有一第二元件层22及一被覆于第二元件层22的一侧的第二屏蔽层23。也就是说，第二晶圆2也可以不具有第二基层21。如此，可以省略移除第二基层21的步骤，而其余实施步骤则与前述第一、第二较佳实施例相同。
图16至图20为说明本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法的第三较佳实施例的流程图。
参阅图16与图17，第一晶圆1与第二晶圆2也可在图案化阻挡层14后即接合在一起。再移除第一基层11以露出第一屏蔽层13。
参阅图18，图案化该第一屏蔽层13，并以该第一屏蔽层13做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层14做为蚀刻停止层，蚀刻该第一元件层12形成部分第一齿状部122的粗略形状，且露出该阻挡层14的部分挡止部142。在此步骤图案化该第一屏蔽层13的对准与线宽要求较宽松。进一步以该阻挡层14做为蚀刻屏蔽蚀刻该第二元件层22，形成多个分别通过露出的所述穿槽141蚀刻贯穿该第二元件层22的第二沟槽221。且借由露出的挡止部142精确定义第二齿状部222。
参阅图19，移除第一屏蔽层13并可一并移除预定形成微扫描面镜223(见图20)的区域的阻挡层14，以便于形成可动结构。再接合第三晶圆3。
参阅图20，移除该第二基层21以图案化该第二屏蔽层23。并以该第二屏蔽层23做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层14做为蚀刻停止层，蚀刻移除部分在两两相邻的第二沟槽221之间的该第二元件层22，形成可动的第二齿状部222。在此步骤图案化该第二屏蔽层23的对准与线宽要求也较宽松。进一步地以该阻挡层14做为蚀刻屏蔽蚀刻该第一元件层12，也就是说以移除第二元件层22后所露出的挡止部142做为蚀刻屏蔽蚀刻，精确定义第一齿状部122。借此，利用阻挡层14分别定义第一齿状部122及第二齿状部222，使上下两排第一齿状部122及第二齿状部222能够自对准。在本实施例，完成此步骤即能释放可动结构，而第二屏蔽层23以及阻挡层14中连接第一齿状部122及第二齿状部222的部分可以选择移除或保留。
前述第三较佳实施例的第一晶圆1及第二晶圆2也可采用非SOI晶圆，其中第一晶圆1可不具有第一基层11，第二晶圆2可不具有第二基层21。换句话说，第一晶圆1可以仅具有一第一元件层12及分别被覆于第一元件层12两相反侧的一第一屏蔽层13与一阻挡层14。而且，第二晶圆2可以仅具有一第二元件层22及一被覆于第二元件层22的一侧的第二屏蔽层23。如此，可以省略移除第一基层11、第二基层21的步骤，其余实施步骤则与前述第三较佳实施例相同。
综上所述，本发明自对准垂直式梳状传感器的制作方法能够使第一齿状部122构成的梳状结构与第二齿状部222构成的梳状结构自对准，且使第一齿状部122与第二齿状部222在高深宽比结构下能具有预期的外形，并能克服介于上下梳状结构之间的绝缘层难以移除的制程限制，以满足垂直式梳状传感器100大位移量与低操作电压的需求。进一步地，该制造方法能使所述第一齿状部122及所述第二齿状部222的宽度朝向该气隙G方向渐缩，从而使垂直式梳状传感器100若用于致动时能减少驱动电压，而若用于感测时则能增加感测的电容变化。
Claims (12)
1.一种自对准垂直式梳状传感器的制作方法；其特征在于：该制作方法包含以下步骤：
提供一第一晶圆，该第一晶圆具有一第一元件层、一被覆于该第一元件层的一侧的第一屏蔽层及一被覆于该第一元件层另一侧的阻挡层；
图案化该阻挡层，形成多个分别贯穿该阻挡层且相间隔排列的穿槽；
提供一第二晶圆，该第二晶圆具有一第二元件层及一被覆于该第二元件层的一侧的第二屏蔽层，并将该第二晶圆的该第二元件层与该第一晶圆的图案化的该阻挡层面对面相对接合；
图案化该第一屏蔽层，以定义预定蚀刻该第一元件层的区域；
图案化该第二屏蔽层，以定义预定蚀刻该第二元件层的区域；及
分别蚀刻该第一元件层及该第二元件层，以分别在该第一元件层形成多个第一齿状部及在该第二元件层形成多个第二齿状部，使所述第二齿状部与所述第一齿状部上下错位排列，并可相对运动，其中蚀刻步骤包含
以该第一屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻该第一元件层，
以该第二屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻该第二元件层，
以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第一元件层，及
以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第二元件层。
2.根据权利要求1所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：该阻挡层连接于所述第一齿状部及所述第二齿状部的部分进一步被移除，而在所述第一齿状部及所述第二齿状部之间形成一气隙。
3.根据权利要求1所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：所述第一齿状部的宽度朝该阻挡层的方向渐缩及/或所述第二齿状部的宽度朝该阻挡层的方向渐缩。
4.根据权利要求1所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：该制作方法还包含：提供一第三晶圆与移除该第一屏蔽层后的该第一元件层面对面接合。
5.根据权利要求4所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：该第三晶圆还预先形成一凹槽以提供可动结构运动的空间。
6.根据权利要求1所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：蚀刻该第一元件层及该第二元件层的步骤包含如下顺序：
在接合该第一晶圆与该第二晶圆之前，以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第一元件层，通过所述穿槽形成多个分别贯穿该第一元件层的第一沟槽，
接合该第一晶圆与该第二晶圆之后，以该第一屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻移除部分在两两相邻的第一沟槽之间的该第一元件层，形成所述第一齿状部，
进一步以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第二元件层，形成多个分别通过露出的所述穿槽蚀刻贯穿该第二元件层的第二沟槽，
再以该第二屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻移除部分在两两相邻的第二沟槽之间的该第二元件层，形成所述第二齿状部。
7.根据权利要求1所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：蚀刻该第一元件层及该第二元件层的步骤包含如下顺序：
接合该第一晶圆与该第二晶圆之后，以该第一屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻该第一元件层形成部分所述第一齿状部的粗略形状，
进一步以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第二元件层，形成多个分别通过露出的所述穿槽蚀刻贯穿该第二元件层的第二沟槽，
再以该第二屏蔽层做为蚀刻屏蔽配合该阻挡层做为蚀刻停止层，蚀刻移除部分在两两相邻的第二沟槽之间的该第二元件层，形成所述第二齿状部，
进一步以该阻挡层做为蚀刻屏蔽蚀刻该第一元件层，形成所述第一齿状部。
8.根据权利要求1所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：该第一晶圆还具有一第一基层，且该第一屏蔽层夹置于该第一基层与该第一元件层之间，在该第一晶圆与该第二晶圆接合后且在图案化该第一屏蔽层之前移除该第一基层。
9.根据权利要求8所述的自对准垂直式梳状传感器的制作方法，其特征在于：该第二晶圆还具有一第二基层，且该第二屏蔽层夹置于该第二基层与该第二元件层之间，在该第一晶圆与该第二晶圆接合后且在图案化该第二屏蔽层之前移除该第二基层。
10.一种垂直式梳状传感器，包含：多个彼此间隔排成一排的第一齿状部及多个彼此间隔排成一排的第二齿状部，其特征在于：所述第一齿状部由一第一晶圆的一第一元件层所形成，所述第二齿状部由一第二晶圆的一第二元件层所形成，且该第二元件层与该第一晶圆上的一被覆于该第一元件层的图案化的阻挡层面对面相对接合，所述第一齿状部与所述第二齿状部沿所述第一晶圆、第二晶圆的表面垂直方向延伸，并呈上下两排错位排列，且上下间隔一气隙而在垂直方向及水平方向不重叠，该气隙是由移除图案化的阻挡层的连接于所述第一齿状部及所述第二齿状部的部分而在所述第一齿状部及所述第二齿状部之间形成的，而且所述第一齿状部及所述第二齿状部的宽度朝向该气隙方向渐缩。
11.根据权利要求10所述的垂直式梳状传感器，其特征在于：两两相邻的第一齿状部与第二齿状部之间在水平方向的间距皆相同。
12.根据权利要求10所述的垂直式梳状传感器，其特征在于：第一齿状部、气隙及第二齿状部在垂直方向的高度总和与两两相邻的第一齿状部与第二齿状部之间在水平方向的间距的比值介于10-80。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW101141129 | 2012-11-06 | ||
| TW101141129A TWI493743B (zh) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Self - aligned vertical comb - shaped sensor and its manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103809285A CN103809285A (zh) | 2014-05-21 |
| CN103809285B true CN103809285B (zh) | 2017-03-22 |
Family
ID=50622101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310374199.XA Active CN103809285B (zh) | 2012-11-06 | 2013-08-26 | 自对准垂直式梳状传感器及其制作方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9382113B2 (zh) |
| CN (1) | CN103809285B (zh) |
| TW (1) | TWI493743B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022006910A1 (zh) * | 2020-07-10 | 2022-01-13 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 一种具有初始位置偏置的梳齿结构及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200425323A (en) * | 2003-05-06 | 2004-11-16 | Walsin Lihwa Corp | Selective etch method for side wall protection and structure formed using the method |
| TW200528387A (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Opus Microsystems Corp | Micromechanical actuator with multiple-plane comb electrodes and methods of making |
| CN101056072A (zh) * | 2006-04-12 | 2007-10-17 | Jds尤尼弗思公司 | 错列垂直梳状驱动器加工方法 |
| CN101907769A (zh) * | 2010-07-01 | 2010-12-08 | 西北工业大学 | 一种基于soi晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6713367B2 (en) * | 2001-08-28 | 2004-03-30 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Self-aligned vertical combdrive actuator and method of fabrication |
| KR100468853B1 (ko) * | 2002-08-30 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | 절연 물질에 구현된 ｍｅｍｓ 콤브 액추에이터와 그제조방법 |
| JP2005098891A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Matsushita Electric Works Ltd | 静電容量式センサ |
| JP2009175611A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置、光走査装置の製造方法、振動ミラーおよび画像形成装置 |
| US9036231B2 (en) * | 2010-10-20 | 2015-05-19 | Tiansheng ZHOU | Micro-electro-mechanical systems micromirrors and micromirror arrays |
-
2012
- 2012-11-06 TW TW101141129A patent/TWI493743B/zh active
-
2013
- 2013-08-26 CN CN201310374199.XA patent/CN103809285B/zh active Active
- 2013-11-04 US US14/070,732 patent/US9382113B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200425323A (en) * | 2003-05-06 | 2004-11-16 | Walsin Lihwa Corp | Selective etch method for side wall protection and structure formed using the method |
| TW200528387A (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Opus Microsystems Corp | Micromechanical actuator with multiple-plane comb electrodes and methods of making |
| CN101056072A (zh) * | 2006-04-12 | 2007-10-17 | Jds尤尼弗思公司 | 错列垂直梳状驱动器加工方法 |
| CN101907769A (zh) * | 2010-07-01 | 2010-12-08 | 西北工业大学 | 一种基于soi晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI493743B (zh) | 2015-07-21 |
| TW201419563A (zh) | 2014-05-16 |
| US9382113B2 (en) | 2016-07-05 |
| CN103809285A (zh) | 2014-05-21 |
| US20140126031A1 (en) | 2014-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5494861B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法及び半導体力学量センサ | |
| CN103534195B (zh) | 形成具有改变的应力特性的膜的方法 | |
| JP4737276B2 (ja) | 半導体力学量センサおよびその製造方法 | |
| EP3052901B1 (en) | Inertial and pressure sensors on single chip | |
| TWI624954B (zh) | 在單一晶片上的慣性和壓力感測器 | |
| JP2010175482A (ja) | Ｍｅｍｓセンサ | |
| JP2007248147A (ja) | 加速度センサの構造及びその製造方法 | |
| JP2007033355A (ja) | 半導体センサの製造方法及び半導体センサ | |
| US9446938B2 (en) | SOI substrate, physical quantity sensor, SOI substrate manufacturing method, and physical quantity sensor manufacturing method | |
| JP6020341B2 (ja) | 容量式物理量センサおよびその製造方法 | |
| US8792153B2 (en) | Micromechanical component, intermediate product produced by a manufacturing method, and manufacturing method for a micromechanical component | |
| JP5067209B2 (ja) | ファブリペロー干渉計 | |
| CN103809285B (zh) | 自对准垂直式梳状传感器及其制作方法 | |
| KR101198288B1 (ko) | 소자 웨이퍼 및 소자 웨이퍼의 제조방법 | |
| TW201447992A (zh) | 用於面外間隔體界定電極的磊晶式多晶矽蝕刻停止 | |
| JP2010199374A (ja) | 接点デバイスの製造方法及び接点デバイス | |
| TWI606007B (zh) | 採用複合基材的微機電元件以及其製作方法 | |
| TWI531525B (zh) | 製造具有充填層及光罩層的微機械構件的方法 | |
| JP2008039595A (ja) | 静電容量型加速度センサ | |
| US9507142B2 (en) | Precise definition of transducer electrodes | |
| JP2011245584A (ja) | Ｍｅｍｓ構造体 | |
| JP6032046B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2011152592A (ja) | Ｍｅｍｓ構造体 | |
| JP4752078B2 (ja) | 半導体力学量センサ | |
| KR20120016426A (ko) | 압저항형 압력센서 및 그의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |