CN113603053A - 微机电系统装置 - Google Patents

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Abstract

一种微机电系统装置，在后续形成一气密腔的区域内设置至少一个接合面积较小的接合部，以及在接合部的接合表面设置金属吸收剂。依据此结构，在基板接合定义出气密腔时，因接合面积较小的接合部承受较大的接合压力，使得金属吸收剂被挤出接合位置并填充于基板的限制槽内，被挤出的金属吸收剂经活化即可吸收气密腔内的水气，并且限制槽避免金属吸收剂接触到固定电极。依据上述装置，无需额外增加制程即可移除气密腔内的水气。

Description

微机电系统装置
本申请是申请人于2018年1月23日提交的、申请号为“201810065286.X”的发明名称为“微机电系统装置及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
本发明是有关一种微机电系统装置，特别是一种包含一气密腔的微机电系统装置。
【背景技术】
自1970年代微机电系统(Microelectromechanical System，MEMS)装置概念成形起，微机电系统装置已从实验室的探索对象进步至成为高阶系统整合的对象，并已在大众消费性装置中有广泛的应用，展现了惊人且稳定的成长。微机电系统装置包含一可动的微机电系统组件，借由感测或控制可动的微机电系统组件的运动物理量可实现微机电系统装置的各项功能。
为了感测不同的物理量，一些微机电系统装置需包含一气密腔。举例而言，压力传感器包含一气密腔，随着外部环境的压力变化，气密腔与外部环境间的压力差即驱动薄膜产生形变，并感测薄膜的变化量即可计算出外部环境的压力。依据上述感测原理可知，气密腔的气密程度以及气密腔内的水气将会影响压力传感器的可靠度。
有鉴于此，如何以较少的制程移除微机电系统装置的气密腔内的水气便是目前极需努力的目标。
【发明内容】
本发明提供一种微机电系统装置，其是在气密腔内设置至少一个接合面积较小的接合部，并在接合部的接合表面设置金属吸收剂，如此一来，在基板接合时，因接合面积较小的接合部承受较大的接合压力，使得金属吸收剂被挤出接合位置，被挤出的金属吸收剂经活化即可吸收气密腔内的水气。依据上述制程，本发明的制造方法无需额外增加制程即可移除气密腔内的水气。
本发明一实施例的微机电系统装置包含一第一基板、一第二基板以及一金属吸收剂。第一基板包含一有源面，其中，有源面包含一第一导电接点、至少一第二导电接点、至少一第三导电接点、一固定电极以及至少一限制槽设置于该第二导电接点以及该固定电极之间。第二基板包含一第一表面、与第一表面相对的一第二表面、一第一接合部、至少一第二接合部以及一可动组件，其中，第一接合部以及第二接合部设置于第二基板的第一表面，第一接合部环绕可动组件，第二接合部设置于第一接合部以及可动组件之间，且第二基板以第一接合部以及第二接合部对应接合于第一基板的第一导电接点以及第二导电接点，使可动组件对应于固定电极，且第一基板、第二基板以及第一接合部定义出一气密腔。金属吸收剂设置于第二接合部以及第二导电接点之间并向外延伸，该限制槽限制该金属吸收剂的一延伸范围。
以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【附图说明】
图1为一示意图，显示本发明一实施例的微机电系统装置。
图2为一俯视示意图，显示本发明一实施例的微机电系统装置的局部相对位置。
图3为一示意图，显示本发明另一实施例的微机电系统装置。
图4为一示意图，显示本发明又一实施例的微机电系统装置。
图5a至图5i为一示意图，显示本发明一实施例的微机电系统装置的制造方法。
【符号说明】
10 第一基板
11 有源面
111 第一导电接点
112 第二导电接点
113 第三导电接点
114 固定电极
115 限制槽
20 第二基板
20a 第一表面
20b 第二表面
21 凹槽
22 可动组件
23 第一接合部
231 接合材料
24 第二接合部
241 金属吸收剂
30 第三基板
31 凹部
32 流道
V 电压
【具体实施方式】
以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。
请参照图1，本发明的一实施例的微机电系统装置包含一第一基板10、一第二基板20以及一金属吸收剂241。第一基板10包含一有源面11，且有源面11设有一第一导电接点111、至少一第二导电接点112、至少一第三导电接点113以及一固定电极114。于图1所示的实施例中，第一基板10包含多个金属层，且彼此以内连接结构连接而形成所需的电路。最上层的金属层部分曝露于第一基板10的表面，以作为第一导电接点111、第二导电接点112、第三导电接点113以及固定电极114。
第二基板20包含一第一表面(即图1所示的第二基板20的下表面)、与第一表面相对的一第二表面20b、一第一接合部23、至少一第二接合部24以及一可动组件22。图1所示的实施例中，于第二基板20的第二表面20b形成一凹槽21即可定义可动组件22的厚度。但不限于此，请参照图3，于一实施例中，于第二基板20的第一表面(即图3所示的第二基板20的下表面)形成一凹槽21亦可定义可动组件22的厚度。
请再参照图1，接续上述说明，第一接合部23以及第二接合部24设置于第二基板20的第一表面，其中，第一接合部23环绕可动组件22设置，而第二接合部24设置于第一接合部23以及可动组件22之间。第二基板20以第一接合部23以及第二接合部24与第一基板10接合，其中，第二基板20的第一接合部23接合于第一基板10的第一导电接点111，以及第二基板20的第二接合部24接合于第一基板10的第二导电接点112。可以理解的是，第二基板20的可动组件22对应于第一基板10的固定电极114以形成一感测电容，且第一基板10、第二基板20以及第一接合部23定义出一气密腔。举例而言，本发明的微机电系统装置可为一压力传感器。气密腔以及外部环境的压力差造成可动组件22产生相对应的形变，借由感测可动组件22以及固定电极114间的感测电容变化量，即可量测外部环境的压力。可以理解的是，为了提高量测准确度，可设置参考组件以及与参考组件相对应的参考电极以形成一参考电容。一般而言，参考电容不会随着外部环境的压力变化而改变，因此，通过与参考电容比较可以获得较为准确的感测电容变化量。相关组件的详细结构并非为本发明的主要技术特征，故在此不再赘述。
接续上述说明，金属吸收剂241设置于第二接合部24以及第二导电接点112之间并向外延伸，亦即金属吸收剂241超出第二接合部24对应于第二导电接点112的投影范围。举例而言，金属吸收剂241是在第二基板20接合于第一基板10时受到挤压而向外延伸。于一实施例中，第一基板10的有源面11包含至少一限制槽115，其设置于第二导电接点112以及固定电极114之间。限制槽115可限制金属吸收剂241受到挤压时向外延伸的一延伸范围，以避免金属吸收剂241接触到固定电极114，如图2所示。金属吸收剂241经过活化后即可吸收气密腔内的水气。举例而言，金属吸收剂241可通过第三导电接点113导入电流而电致活化。于一实施例中，金属吸收剂241的材料可为但不限于锗、铝、铟、金、锡、钛、铬、铜或以上的组合。
于一实施例中，第一接合部23的一接合表面大于第二接合部24的一接合表面。依据此结构，第二基板20接合于第一基板10时，第二接合部24以及第二导电接点112之间将产生较大的压力，以挤压出第二接合部24以及第二导电接点112间的金属吸收剂241。请参照图2，于一实施例中，第二接合部24可为一连续结构，且环绕可动组件22设置。依据此结构，第一基板10、第二基板20以及第二接合部24定义出另一气密腔。内层气密腔再围绕一外层气密腔，则内层气密腔的气密可靠度将可大幅提升。
请再参照图1，于一实施例中，本发明的微机电系统装置更包含一第三基板30。第三基板30包含一凹部31以及一流道32，其中，流道32连通凹部31至一外部。于图1所示的实施例中，第三基板30接合至第二基板20的第二表面20b，且凹部31对应于第二基板20的可动组件22。第三基板30可作为一盖体，以保护可动组件22。由于凹部31通过曲折的流道32与外部连通，因此，可动组件22仍可随着外部环境的压力变化而产生相对应的形变，且不易受到外部环境的粒子的污染。请参照图4，于一实施例中，第三基板30亦可接合至第一基板10的有源面11。
请参照图5a至图5i，以说明本发明图1所示的实施例的微机电系统装置的制造方法。首先，提供一第一基板10，其包含一有源面11。第一基板10包含驱动电路及/或感测电路等。于第一基板10中可使用模拟及/或数字电路，其通常是以特殊应用集成电路(ASIC)设计的组件实施。第一基板10亦可称为电极基板。于本发明的一实施例中，第一基板10可为任何具有适宜机械刚性的基板，包括互补式金氧半导体(CMOS)基板、玻璃基板等。虽然该多个剖面图中仅显示单一装置，但可以理解的是，于单一基板上可制造多个管芯。因此，该多个图中所示的单一装置仅为代表，并非用以限制本发明于单一装置的制造方法。于本说明书中将更完整的描述以晶圆级制程于一基板上制造多个管芯或装置。于制造装置后，再利用切割(dicing)与切单(singulation)技术产生单独的装置封装以于各种应用中使用。第一基板10的有源面11设有一第一导电接点111、至少一第二导电接点112、至少一第三导电接点113以及一固定电极114，如图5a所示。举例而言，依据所需的设计，部分移除介电层使最上层的金属层部分曝露于第一基板10的表面，即可作为第一导电接点111、第二导电接点112、第三导电接点113以及固定电极114。于一实施例中，通过适当的设计，亦可在移除介电层后形成所需的限制槽115。于一实施例中，金属层的材料可包含铝、铜、铝-铜-硅的合金、钨、或氮化钛。
接着，提供一第二基板20，其包含一第一表面20a以及与第一表面20a相对的一第二表面20b，并于第二基板20的第二表面20b形成一凹槽21，如图5b所示，以定义可动组件22(如图1所示)。可以理解的是，制作图3所示的实施例，则是于第二基板20的第一表面20a形成凹槽21来定义可动组件。
接着，请参照图5c，提供一第三基板30，并在第三基板30形成所需的一凹部31以及一流道32，其中，流道32连通凹部31至一外部。接着，接合第三基板30至第二基板20的第二表面20b，其中，第三基板30的凹部31对应于第二基板20的可动组件22，如图5d所示。举例而言，第三基板30与第二基板20的接合是以共晶键合(eutectic bonding)、熔接(fusionbond)、焊接以及粘合至少其中之一加以实现。
请参照图5e，接着，以一研磨(grinding)及/或其它薄化(thinning)程序对第二基板20进行薄化，以定义可动组件22的厚度。举例而言，薄化后的第二基板20的厚度小于或等于10μm至100μm。指定的厚度可用传统薄化技术如化学机械研磨(CMP)及/或反应性离子蚀刻(RIE)达成。假如没有精准的控制，则薄化程序可能产生比指定厚度要薄或厚的第二基板20，因而影响后续所制造的微机电系统装置的性能。本领域中具有通常知识者应能辨认许多本发明的变化、修改以及置换。
请参照图5f，接着，于第二基板20的第一表面20a形成一第一接合部23以及至少一第二接合部24，其中，第一接合部23环绕可动组件22，而第二接合部24设置于第一接合部23以及可动组件22之间。举例而言，第一接合部23以及第二接合部24能够以沉积适当材料至第二基板20的第一表面20a而形成，但不限于此，移除部分第二基板20亦能够形成突出状的第一接合部23以及第二接合部24。于一实施例中，第一接合部23的一接合表面大于第二接合部24的一接合表面。需注意的是，图2所示的实施例中，第二接合部24为一连续结构，但不限于此，多个非连续结构的第二接合部24亦可达到后续承载金属吸收剂241的目的。
请参照图5g，接着，形成一接合材料231于第一接合部23的接合表面，以及形成一金属吸收剂241于第二接合部24的接合表面。举例而言，接合材料231的材料可包含锗、铝或铜。于其它实施例中，接合材料231亦可使用其它材料，例如金、铟，以及其它提供底部粘着以及湿润改良金属堆栈的焊料。金属吸收剂241可为但不限于锗、铝、铟、金、锡、钛、铬、铜或以上的组合。为了简化制程，接合材料231以及金属吸收剂241可为相同材料。
请参照图5h，接着，接合第一基板10以及第二基板20，其中，第二基板20的第一接合部23与第一基板10的第一导电接点111连接，第二基板20的第二接合部24与第一基板10的第二导电接点112连接，使第一基板10、第二基板20以及第一接合部23定义出一气密腔。举例而言，第一基板10与第二基板20的接合是以共晶键合或熔接加以实现。可以理解的是，第二基板20的可动组件22对应于第一基板10的固定电极114以形成一感测电容。由于第一接合部23的接合表面大于第二接合部24的接合表面，因此，接合第二基板20至第一基板10时，在相同的接合压力下，第二接合部24以及第二导电接点112之间的压力会大于第一接合部23以及第一导电接点111之间的压力，如此，第二接合部24以及第二导电接点112间的金属吸收剂241即被挤出第二接合部24的接合表面并向外延伸。于一实施例中，金属吸收剂241填充于第一基板10的限制槽115内。
请参照图5i，最后，移除部分第二基板20以及第三基板30以曝露出第一基板10的第三导电接点113，并通过第三导电接点113提供电压V以活化金属吸收剂241，使金属吸收剂241吸收气密腔内的水气。依据图5a至图5i所示的制造方法，本发明以原有的制程即可设置金属吸收剂于气密腔内，而无需额外增加制程，因此能够大幅缩短制程以及制造成本。
需说明的是，依据不同的微机电系统装置的设置，图5a至图5i所示的制造方法可调整制造步骤的顺序或修改制程之内容。举例而言，制造图3所示的微机电系统装置时，可先将第二基板20接合至第一基板10，薄化第二基板20至指定厚度后，再接合第三基板30至第二基板20。或者，制造图4所示的微机电系统装置时，是先接合第一基板10以及第二基板20后，再接合第三基板30至第一基板。
综合上述，本发明的微机电系统装置及其制造方法是在气密腔内设置至少一个接合面积较小的接合部，并在接合部的接合表面设置金属吸收剂，使金属吸收剂在基板接合时，因接合面积较小的接合部承受较大的接合压力而被挤出接合位置。被挤出的金属吸收剂经活化即可吸收气密腔内的水气。因此，本发明的制造方法无需额外增加制程即可利用金属吸收剂移除气密腔内的水气。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种微机电系统装置，其特征在于，包含：
一第一基板，其包含一有源面，其中该有源面包含一第一导电接点、至少一第二导电接点、至少一第三导电接点、一固定电极以及至少一限制槽设置于该第二导电接点以及该固定电极之间；
一第二基板，其包含一第一表面、与该第一表面相对的一第二表面、一第一接合部、至少一第二接合部以及一可动组件，其中，该第一接合部以及该第二接合部设置于该第二基板的该第一表面，该第一接合部环绕该可动组件，该第二接合部设置于该第一接合部以及该可动组件之间，且该第二基板以该第一接合部以及该第二接合部分别接合于该第一基板的该第一导电接点以及该第二导电接点，使该可动组件对应于该固定电极，且该第一基板、该第二基板以及该第一接合部定义出一气密腔；以及
一金属吸收剂，其设置于该第二接合部以及该第二导电接点之间并向外延伸，该限制槽限制该金属吸收剂的一延伸范围。
2.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该第一接合部的一接合表面大于该第二接合部的一接合表面。
3.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该第二接合部为一连续结构，且环绕该可动组件。
4.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该金属吸收剂是通过该第三导电接点电致活化。
5.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该金属吸收剂与该第一接合部以及该第一导电接点间的一接合材料为相同材料。
6.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该金属吸收剂的材料包含锗、铝、铟、金、锡、钛、铬、铜或以上的组合。
7.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，更包含：
一第三基板，其包含一凹部以及一流道，其中，该流道连通该凹部至一外部，该第三基板接合至该第二基板的该第二表面或该第一基板的该有源面，且该凹部对应于该可动组件。
8.如权利要求7所述的微机电系统装置，其特征在于，该第三基板与该第二基板的接合是以共晶键合、熔接、焊接以及粘合至少其中之一加以实现。
9.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该第二基板的该第二表面设置一凹槽，以定义出该可动组件。
10.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，该第一基板与该第二基板的接合是以共晶键合或熔接加以实现。
11.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，其为一压力传感器。
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