CN117401644A - 微机电装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种微机电装置，包含支撑基板、空腔、停止部件、微机电结构和键合介电层。空腔位于支撑基板的顶面，停止部件与空腔相邻，停止部件的顶面与支撑基板的顶面在同一高度。微机电结构设置于支撑基板上，微机电结构包含质量块和悬臂，质量块设置在停止部件正上方，悬臂设置在空腔正上方，键合介电层设置在支撑基板的顶面和微机电结构的底面之间。

Description

微机电装置及其制造方法

技术领域

本发明是关于微机电(MEMS)装置，特别是包含对应于质量块的停止部件的微机电装置及其制造方法。

背景技术

近年来，微机电(micro-electro-mechanical systems，MEMS)装置已经是能够实现的技术，并且MEMS装置在微电子产业的应用上也越来越受到关注。MEMS装置包含的元件例如为陀螺仪(gyroscopes)、加速计(accelerometers)、共振器(resonators)、压力传感器等。MEMS装置可包含感测质量(sense mass)和支撑感测质量的臂构件(beam)，感测质量和臂构件通常会设置在密封腔室中，并且悬置在半导体基底的空腔上方。在MEMS装置的操作期间，感测质量和臂构件的位置可以产生位移，或者在密封腔室中振动。通常使用微机械加工制程来形成臂构件和感测质量，微机械加工制程可选择性地蚀刻掉薄化的装置基板的一部分。然而，在薄化的装置基板的蚀刻过程中，很难同时形成具有均匀图案(例如均匀的宽度/间距)且较薄的支撑臂构件和较重的感测质量，通常较薄的支撑臂构件的图案会不均匀，导致MEMS装置的生产良率和可靠度下降。因此，业界亟需改良的MEMS装置及其制造方法来克服上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供改良的微机电(MEMS)装置及其制造方法。此微机电装置包含具有均匀图案的悬臂部件(suspension beam)，且在悬臂部件的侧壁处没有条痕(striation)产生。此外，微机电装置还包含在质量块(proof mass)与停止部件(stopper)之间被精确地控制尺寸的间隙。本发明的实施例可提高微机电装置的可靠度和生产良率，并且增加微机电装置的产品调整的灵活度(flexibility)。

根据本发明的一实施例，提供一种微机电(MEMS)装置，包括支撑基板、空腔、停止部件、微机电结构和键合介电层。空腔位于支撑基板的顶面，停止部件与空腔相邻，其中停止部件的顶面与支撑基板的顶面在同一高度。微机电结构设置于支撑基板上，其中微机电结构包括质量块和悬臂部件，质量块设置在停止部件正上方，悬臂部件设置在空腔正上方，键合介电层设置在支撑基板的顶面和微机电结构的底面之间。

根据本发明的一实施例，提供一种微机电(MEMS)装置的制造方法，包括以下步骤：提供支撑基板，并且蚀刻支撑基板，以在支撑基板的顶面形成空腔和停止部件；在支撑基板的顶面和停止部件的顶面上形成键合介电层；在键合介电层上设置微机电装置层，其中微机电装置层键合到停止部件和支撑基板。将微机电装置层图案化，以形成微机电结构，其中微机电结构包括质量块和悬臂部件，质量块键合到停止部件，且悬臂部件形成在空腔正上方；去除键合介电层位于停止部件和质量块之间的一部分，以在停止部件和质量块之间形成间隙。

为了让本发明的特征明显易懂，下文特举出实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

为了使下文更容易被理解，在阅读本发明时可同时参考附图及其详细文字说明。通过本文中的具体实施例并参考相对应的附图，以详细解说本发明的具体实施例，并用以阐述本发明的具体实施例的作用原理。此外，为了清楚起见，附图中的各特征可能未按照实际的比例绘制，因此某些附图中的部分特征的尺寸可能被刻意放大或缩小。

图1是根据本发明的一些实施例所绘示的微机电(MEMS)装置的俯视示意图。

图2A和图2B是根据本发明的一些实施例所绘示的MEMS装置的剖面示意图。

图3A和图3B是根据本发明的一些其他实施例所绘示的MEMS装置的剖面示意图。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的MEMS装置与CMOS晶圆键合后的结构的剖面示意图。

图5、图6和图7是根据本发明的一实施例所绘示的MEMS装置的制造方法的一些阶段的剖面示意图。

图8、图9和图10是根据本发明的另一实施例所绘示的MEMS装置的制造方法的一些阶段的剖面示意图。

附图标记说明如下：

100、100A、100B、100C、100D…MEMS装置

101…支撑基板

103…停止部件

105…对位标记

107…空腔

109…间隙

111…键合介电层

113…介电层

120…MEMS结构

121…质量块

122…MEMS晶圆

123…悬臂部件

124…MEMS装置层

125…悬置梳状部件

127…固定部

127-1…梳状部分

127-2…主要部分

128…突出部

129…导线

130…CMOS晶圆

131…半导体基底

132…互连层

D1…深度

H1…高度

200…结构

TS…虚线

T1、T2…厚度

S301、S303、S305、S306、S307、S309、S311、S313…步骤

具体实施方式

本发明提供了数个不同的实施例，可用于实现本发明的不同特征。为简化说明起见，本发明也同时描述了特定构件与布置的范例。提供这些实施例的目的仅在于示意，而非予以任何限制。举例而言，下文中针对“第一特征形成在第二特征上或上方”的叙述，其可以是指“第一特征与第二特征直接接触”，也可以是指“第一特征与第二特征间还存在有其他特征”，致使第一特征与第二特征并不直接接触。此外，本发明中的各种实施例可能使用重复的附图标记和/或文字注记。使用这些重复的附图标记与注记是为了使叙述更简洁和明确，而非用以指示不同的实施例及/或配置之间的关联性。

另外，针对本发明中所提及的空间相关的叙述词汇，例如：“在...之下”，“低”，“下”，“上方”，“之上”，“上”，“顶”，“底”和类似词汇时，为便于叙述，其用法均在于描述附图中一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的相对关系。除了附图中所显示的摆向外，这些空间相关词汇也用来描述半导体装置在使用中以及操作时的可能摆向。随着半导体装置的摆向的不同(旋转90度或其它方位)，用以描述其摆向的空间相关叙述也应通过类似的方式予以解释。

虽然本发明使用第一、第二、第三等等用词，以叙述种种元件、部件、区域、层、及/或区块(section)，但应了解这些元件、部件、区域、层、及/或区块不应被这些用词所限制。这些用词仅是用以区分某一元件、部件、区域、层、及/或区块与另一个元件、部件、区域、层、及/或区块，其本身并不意含及代表该元件有任何之前的序数，也不代表某一元件与另一元件的排列顺序、或是制造方法上的顺序。因此，在不背离本发明的具体实施例的范畴下，下列所讨论的第一元件、部件、区域、层、或区块也可以以第二元件、部件、区域、层、或区块表示。

本发明中所提及的“约”或“实质上”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数量为大约的数量，也即在没有特定说明“约”或“实质上”的情况下，仍可隐含“约”或“实质上”的含义。

虽然下文是通过具体实施例以描述本发明，然而本发明的发明原理也可应用至其他的实施例。此外，为了不致使本发明的精神晦涩难懂，特定的细节会被予以省略，这些被省略的细节是属于所属技术领域中具有通常知识者的知识范围。

本发明关于微机电(MEMS)装置及其制造方法，MEMS装置包含惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)，例如加速计、陀螺仪等。MEMS装置的支撑基板包含位于支撑基板的顶面的空腔和停止部件，MEMS装置的MEMS结构包含质量块和连接到质量块的悬臂部件，质量块和悬臂部件是通过蚀刻制程将MEMS装置层图案化而形成的。在蚀刻过程中，质量块通过键合介电层而键合到停止部件，并且被停止部件支撑，由此可避免质量块向下移动，从而在对MEMS装置层进行图案化时，防止悬臂部件移动。因此，MEMS装置的悬臂部件会具有均匀的图案，并且避免在悬臂部件的侧壁形成条痕。之后，去除键合介电层位于质量块和停止部件之间的一部分，以得到MEMS装置的质量块和停止部件之间的间隙，且此间隙的尺寸受到精确地控制。因此，本发明的实施例可提高MEMS装置的可靠度和生产良率，并且增加MEMS装置的产品调整的灵活度。

图1是根据本发明的一些实施例所绘示的MEMS装置100的俯视示意图，图2A和图2B是根据本发明的一些实施例所绘示的沿着图1的剖面线T-T的MEMS装置100A和100B的剖面示意图。参阅图1，MEMS装置100包含设置在支撑基板101上的MEMS结构120，其中MEMS装置100的停止部件103和空腔107的俯视图在图1中以虚线表示。MEMS结构120包含质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和多个固定部127。如图1所示，悬臂部件123的一端与左边的固定部127连接，悬臂部件123的另一端与质量块121连接。另外，右边的固定部127包含梳状部分127-1和主要部分127-2，悬置梳状部件125从质量块121延伸，并且与固定部127的梳状部分127-1指状交叉设置。图1中所绘示的质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和固定部127的形状和配置是作为示范说明的，本发明的实施例不限于此。此外，悬臂部件123连接至质量块121的数量可依照实际需求调整，并且根据不同的设计要求，悬置梳状部件125可以被置换为悬臂部件123。在MEMS装置的操作过程中，当MEMS结构120受到外力而移动或旋转时，悬臂部件123可能会像弹簧一样变形(例如压缩或伸展)，进而导致固定部127与质量块121之间的距离发生变化。由于梳状部分127-1和悬置梳状部件125之间的距离与梳状部分127-1和悬置梳状部件125之间的电容值成反比关系，因此可以通过测量梳状部分127-1和悬置梳状部件125之间的电容值变化，来得到MEMS结构120的加速度和/或角速度。

参阅图2A，在一实施例中，MEMS装置100A包含支撑基板101，支撑基板101可以是硅(Si)晶圆或其他合适的半导体晶圆。支撑基板101的材料包含单晶半导体材料，例如硅、蓝宝石或其他合适的半导体材料。举例而言，支撑基板101的材料可包含元素半导体，例如Ge；支撑基板101的材料还可包含化合物半导体，例如GaN、SiC、GaAs、GaP、InP、InAs和/或InSb等；支撑基板101的材料还包含合金半导体，例如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlN、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP；或者支撑基板101的材料可包含前述的组合。在支撑基板101的顶面(或称为第一表面)形成有空腔107，此外，在支撑基板101的顶面的空腔107中还形成有停止部件103，并且停止部件103与空腔107相邻。停止部件103与支撑基板101整合在一起，且停止部件103的顶面与支撑基板101的顶面在同一高度。如图2A的MEMS装置100A所示，空腔107的深度D1实质上等于停止部件103在空腔107的底面以上的高度H1。在一些实施例中，停止部件103与支撑基板101为一体成型结构。

MEMS装置100A还包含设置在支撑基板101上的MEMS结构120，MEMS结构120可以由硅晶圆、多晶硅层或其他合适的半导体层形成。在一些实施例中，MEMS结构120包含质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125、与悬臂部件123相邻的固定部127、以及与悬置梳状部件125相邻的另一固定部127。其中，质量块121设置在停止部件103的正上方，悬臂部件123和悬置梳状部件125设置在空腔107的正上方，固定部127设置在支撑基板101的围绕空腔107的区域的正上方。

参阅图2A，MEMS装置100A还包含设置在支撑基板101的顶面和MEMS结构120的底面之间的键合介电层111，键合介电层111可以是氧化硅层。MEMS结构120的固定部127通过键合介电层111而键合至支撑基板101，键合介电层111设置于支撑基板101的顶面，且不延伸至空腔107的侧壁及底面，键合介电层111也没有覆盖停止部件103，也即键合介电层111没有延伸到停止部件103的侧壁和顶面上。此外，在MEMS装置100A的停止部件103和质量块121之间具有间隙109，根据本发明的实施例，在MEMS装置100A的高度方向上，例如图2A所示的Z轴方向上，间隙109的尺寸与键合介电层111的厚度大致相同。例如，间隙109的尺寸和键合介电层111的厚度可约为1微米(μm)至约5μm，但不限于此。根据本发明的一些实施例，可以通过调整键合介电层111的厚度来精确地控制MEMS装置的间隙109的尺寸，通常需要适当地控制间隙109的尺寸，使得质量块121在MEMS装置100A的操作期间能够悬置在停止部件103上方。此外，当外力沿Z轴突然作用在MEMS装置100A时，停止部件103可用来阻止质量块121在Z轴方向的移动，由此可提高MEMS装置100A的效能。

此外，支撑基板101还包含形成于支撑基板101的底面的对位标记(alignmentmarks)105，在MEMS结构120被键合到支撑基板101时，对位标记105可用于帮助MEMS结构120与支撑基板101之间的对准。

如图2A的MEMS装置100A所示，在一些实施例中，MEMS结构120还包含设置在固定部127上的突出部128，以及顺向性地设置在突出部128上的导线129。在MEMS装置100A作为加速计或陀螺仪的情况下，质量块121可以用作可移动的质量块。在MEMS装置100A的操作过程中，当外力作用于MEMS装置100A时，可移动的质量块121可能会从原来的位置移位，悬臂部件123则可能会以共振频率振动，且悬置梳状部件125可能会相对于固定部127的梳状部分127-1产生位移。可移动的质量块121、悬臂部件123和悬置梳状部件125的位移程度会被转换成电性信号，然后通过导线129传送到外部电路。

再参阅图2B，根据本发明的另一实施例，提供MEMS装置100B，MEMS装置100B与MEMS装置100A的差异在于，MEMS装置100B包含多个停止部件，例如两个停止部件103设置在MEMS结构120的质量块121正下方。这两个停止部件103也设置在支撑基板101的空腔107中，且与空腔107相邻。另外，在MEMS装置100B的高度方向上，这两个停止部件103的顶面与支撑基板101的顶面处于同一高度。此外，在MEMS装置100B的高度方向上，左边的停止部件103与质量块121之间的间隙的尺寸，以及右边的停止部件103与质量块121之间的另一间隙的尺寸也大致上与键合介电层111的厚度相同。在一些实施例中，这两个停止部件103与支撑基板101为一体成型结构。

图3A和图3B是根据本发明的一些其他实施例所绘示的MEMS装置的剖面示意图。参阅图3A，在一实施例中，提供MEMS装置100C，MEMS装置100C与MEMS装置100A的差异在于，MEMS装置100C还包含介电层113，介电层113设置于MEMS结构120的底面与键合介电层111之间，介电层113可为氧化硅层。MEMS装置100C包含在停止部件103与质量块121之间的间隙109，在本实施例中，间隙109在MEMS装置100C的高度方向上的尺寸与键合介电层111和介电层113的总厚度大致上相同，且MEMS装置100C的间隙109的尺寸由键合介电层111的厚度和介电层113的厚度两者精确地控制。

再参阅图3B，在另一实施例中，提供MEMS装置100D，MEMS装置100D与MEMS装置100A的差异在于，MEMS装置100D的键合介电层111进一步延伸以围绕支撑基板101的侧壁和底面。此外，MEMS装置100D的MEMS结构120可以不同于MEMS装置100A的MEMS结构120。例如，MEMS装置100D的MEMS结构120的质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和固定部127的图案可以与MEMS装置100A的MEMS结构120的质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和固定部127的图案不同。此外，MEMS装置100D的MEMS结构120的突出部128的剖面形状和导线129的配置位置也可不同于MEMS装置100A的MEMS结构120的突出部128的剖面形状和导线129的配置位置。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的包含与互补式金属氧化物半导体(CMOS)晶圆键合的MEMS装置的结构的剖面示意图。参阅图4，结构200包含与CMOS晶圆130键合的MEMS装置100，MEMS装置100可以是图2A、图2B、图3A和图3B中所绘示的MEMS装置100A、100B、100C和100D中的任何一个，或者是前述MEMS装置的变化实施例。CMOS晶圆130包含半导体基底131，以及形成在半导体基底131上的互连层(interconnect layer)132，半导体基底131包含形成在其中的多个CMOS晶体管和其他半导体元件，互连层132由多个金属层、多个介电层和多个导通孔(vias)构成，用于电连接到半导体基底131中的CMOS晶体管和半导体元件。互连层132的最顶层金属层可以用作接合垫(bonding pad)133，MEMS装置100的导线129接合至CMOS晶圆130的互连层132中的接合垫133。因此，MEMS装置100的电性信号可通过导线129和互连层132传递到CMOS晶圆130。

图5、图6和图7是根据本发明的一实施例所绘示的MEMS装置的制造方法的一些阶段的剖面示意图。参阅图5，首先，提供支撑基板101。支撑基板101可以是硅晶圆，但不限于此。接着，在步骤S301，蚀刻支撑基板101，以在支撑基板101的顶面形成空腔107，并且在空腔107中形成停止部件103，停止部件103与空腔107相邻。在一些实施例中，停止部件103和空腔107在同一道蚀刻制程步骤中一起形成。此外，停止部件103的顶面与支撑基板101的顶面在同一高度，如图5的虚线TS所示。以空腔107的底面为基准，空腔107的深度与停止部件103的高度大致上相同。在本实施例中，停止部件103与支撑基板101为一体成型结构。此外，可以通过蚀刻制程在支撑基板101的底面上形成多个对位标记105。然后，在步骤S303，在支撑基板101上、空腔107内和停止部件103上顺向性地形成键合介电层111，例如为氧化硅层。键合介电层111围绕支撑基板101的顶面、侧壁和底面，键合介电层111也延伸到空腔107的侧壁和底面上，并且还延伸到停止部件103的侧壁和顶面上。可以通过热生长制程(例如热氧化制程或热氮化制程)、使用四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)的电浆增强型化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor disposition，PECVD)制程、或者原子层沉积等制程来形成键合介电层111，但不限于此。在一些实施例中，键合介电层111的厚度可以在约1μm至约5μm的范围内，但不限于此。

接着，参阅图6，在步骤S305，提供MEMS晶圆122，MEMS晶圆122例如是硅晶圆，其用于在后续制程步骤中形成MEMS结构。MEMS晶圆122具有厚度T1，例如约200μm至约1000μm，但不限于此。然后，在步骤S307，先使用融合键合制程，通过键合介电层111将MEMS晶圆122键合到支撑基板101和停止部件103上。然后，通过背面研磨制程和化学机械抛光/平坦化(chemical mechanical polishing/planarization，CMP)制程将MEMS晶圆122减薄，以形成MEMS装置层124，MEMS装置层124的厚度T2小于MEMS晶圆122的厚度T1，MEMS装置层124的厚度T2例如为约10μm至约500μm，但不限于此。

接着，参阅图7，在步骤S309，蚀刻MEMS装置层124，以在MEMS装置层124的顶面形成多个突出部128，例如为支座(stand-off)结构。然后，在突出部128上顺向性地形成导线129，可以通过沉积导电材料层，例如金属层或半导体层，然后将导电材料层图案化来形成导线129。

之后，仍参阅图7，在步骤S311，通过微影和蚀刻制程将MEMS装置层124图案化，以形成质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和固定部127，由此构成MEMS结构120。根据本发明的实施例，在形成质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和固定部127的图案化过程中，对MEMS装置层124施加蚀刻剂，例如HF蒸气，但不限于此，使得被图案化遮罩(未绘示)暴露出的MEMS装置层124的一些部分可以被蚀刻剂逐渐蚀刻掉。当MEMS装置层124被持续地图案化时，MEMS装置层124的这些部分被蚀刻穿透，由此形成线条型的悬臂部件123和悬置梳状部件125，此时较重的质量块121会被停止部件103支撑，且键合到停止部件103，以避免质量块121产生移动。因此，可避免形成悬臂部件123和悬置梳状部件125的侧壁时产生条痕(striation)，并且悬臂部件123和悬置梳状部件125的图案均匀。具有均匀图案的悬臂部件123和悬置梳状部件125有助于提高MEMS装置的可靠度和生产良率，进而降低横跨整个晶圆的多个MEMS结构在电性特性和机械性能上的差异。

接着，仍参阅图7，在步骤S313，通过蚀刻制程去除键合介电层111位于质量块121和停止部件103之间的一部分，以形成间隙109。同时，MEMS结构120的质量块121也会被释放成为可移动的质量块。在本实施例中，间隙109在高度方向上的尺寸可由键合介电层111的厚度精确地控制。此外，当质量块121的重量增加时，键合介电层111的厚度会随之增加。根据本发明的实施例，悬臂部件123和悬置梳状部件125的制造不会受到质量块121的限制。此外，即使质量块121的重量增加或减少，间隙109的尺寸也可以有更大的设计灵活度，从而增加了本发明的MEMS装置之产品调整的灵活度。另外，键合介电层111在空腔107的侧壁和底面上，以及在停止部件103的侧壁上的其他部分也可通过形成间隙109的相同蚀刻制程步骤被去除，此蚀刻制程例如为蒸气氢氟酸(vapor hydrofluoric acid，VHF)释放制程(release process)。在一实施例中，键合介电层111在支撑基板101的侧壁和底面上的另一部分可以通过其他蚀刻制程，例如干式蚀刻或湿式蚀刻制程而被去除。最后，键合介电层111的剩余部分位于支撑基板101的顶面与MEMS结构120的底面之间，以得到MEMS装置100A。

图8、图9和图10是根据本发明的另一实施例所绘示的MEMS装置的制造方法的一些阶段的剖面示意图。在图5的步骤S301和S303之后，参阅图8，在步骤S305，提供MEMS晶圆122，MEMS晶圆122例如是硅晶圆，其用于在后续制程步骤中形成MEMS结构。MEMS晶圆122具有厚度T1，例如约200μm至约1000μm，但不限于此。然后，在步骤S306，在MEMS晶圆122上顺向性地形成介电层113，例如氧化硅层，介电层113围绕MEMS晶圆122的顶面、侧壁和底面。可以通过热生长制程(例如热氧化制程或热氮化制程)、使用四乙氧基硅烷(TEOS)的电浆增强型化学气相沉积(PECVD)制程或原子层沉积制程来形成介电层113，但不限于此。在一些实施例中，介电层113的厚度可以在约1μm至约5μm的范围内，但不限于此。

接着，参阅图9，在步骤S307，施行融合键合(fusion bonding)，通过键合介电层111和介电层113，以将MEMS晶圆122键合至支撑基板101和停止部件103，其中键合介电层111和介电层113之间具有介电质-介电质键合(dielectric-to-dielectric bonding)。然后，通过研磨制程和CMP制程将MEMS晶圆122减薄，以形成MEMS装置层124。MEMS装置层124的厚度T2小于MEMS晶圆122的厚度T1，MEMS装置层124的厚度T2例如为约10μm至约500μm，但不限于此。此外，在将MEMS晶圆122减薄以形成MEMS装置层124之后，介电层113在MEMS晶圆122的顶面和侧壁上的那些部分也被去除，使得介电层113的剩余部分在MEMS装置层124的底面和键合介电层111之间。

之后，仍参阅图9，在步骤S309，蚀刻MEMS装置层124，以在MEMS装置层124的顶面形成多个突出部128，例如为支座结构。然后，通过沉积和图案化制程，顺向性地形成导线129于突出部128上。

接着，参阅图10，在步骤S311，通过蚀刻制程将MEMS装置层124图案化，以形成质量块121、悬臂部件123、悬置梳状部件125和固定部127，由此构成MEMS结构120。此外，位于MEMS装置层124底面的介电层113也通过形成MEMS结构120的此蚀刻制程而被图案化。根据本发明的实施例，当MEMS装置层124被持续地图案化，以形成悬臂部件123和悬置梳状部件125的细微线条时，较重的质量块121会被停止部件103支撑，且键合至停止部件103，以避免质量块产生移动。因此，避免条痕形成于悬臂部件123和悬置梳状部件125的侧壁，并且悬臂部件123和悬置梳状部件125的图案均匀。均匀图案的悬臂部件123和悬置梳状部件125有助于提高MEMS装置的可靠度和生产良率。此外，根据本发明的实施例，悬臂部件123和悬置梳状部件125的制造不会受到质量块121的限制，进而增加了MEMS装置的产品调整的灵活度。

接着，仍参阅图10，在步骤S313，通过蚀刻制程去除在质量块121和停止部件103之间的键合介电层111的一部分和介电层113的一部分，以形成间隙109，由此释放MEMS结构120的质量块121。在本实施例中，间隙109在高度方向上的尺寸由键合介电层111的厚度和介电层113的厚度精确地控制。此外，当质量块121的重量增加时，键合介电层111和介电层113的总厚度也会随之增加。即使质量块121的重量增加或减少，间隙109的尺寸也可以有更大的设计灵活度，进而增加了本发明的MEMS装置在产品调整上的灵活度。此外，键合介电层111在空腔107的侧壁和底面上，以及在停止部件103的侧壁上的其他部分，以及介电层113在对应于空腔107的区域中的其他部分，也可通过形成间隙109的相同蚀刻制程步骤而被去除，此蚀刻制程例如是蒸气氢氟酸(VHF)释放制程。在一实施例中，键合介电层111在支撑基板101的侧壁和底面上的另一部分可以通过其他蚀刻制程，例如干式蚀刻或湿式蚀刻制程而被去除。最后，键合介电层111的剩余部分和介电层113的剩余部分皆设置在支撑基板101的顶面与MEMS结构120的底面之间，由此得到MEMS装置100C。

在图2A、图2B、图3A和图3B中所绘示的MEMS装置100A、100B、100C和100D的MEMS结构120是作为示范说明的，本发明的实施例不限于此。本发明的MEMS装置可包含惯性测量单元(IMU)、惯性传感器、压力传感器、微流体元件、其他微型元件或前述的组合，且惯性测量单元可包含加速计、陀螺仪或前述的组合。

根据本发明的实施例，在制造过程中，MEMS结构的质量块会被停止部件支撑且键合至停止部件，以避免在蚀刻MEMS装置层时质量块向下移动，使得所形成的MEMS结构的其他部分，例如悬臂部件和悬置梳状部件的微细图案，在MEMS结构的制造过程中不会受到质量块重量的限制，并且由此增加MEMS装置的产品调整的灵活度。另外，停止部件还可作为机械性停止部件，以抵抗施加到MEMS装置的冲击。

此外，根据本发明的实施例，避免MEMS结构的悬臂部件和悬置梳状部件在其侧壁上产生条痕，并且具有均匀的图案，进而提高了MEMS装置的生产良率和可靠度。另外，质量块与停止部件之间的间隙尺寸可通过键合介电层的厚度，或者键合介电层和介电层两者的总厚度得到精确地控制和更灵活地调整，因此在本发明的实施例的MEMS装置中，位于质量块与停止部件之间的间隙是可调变的。此外，本发明的实施例还可以通过相同的蚀刻制程步骤，在支撑基板中一起形成停止部件和空腔，而无需额外的光罩和蚀刻制程，从而减少了MEMS装置的制造时间和成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种微机电装置，其特征在于，包括：

一支撑基板；

一空腔，位于所述支撑基板的一顶面；

一停止部件，与所述空腔相邻，所述停止部件的一顶面与所述支撑基板的所述顶面在同一高度；

一微机电结构，设置在所述支撑基板上，所述微机电结构包括一质量块和一悬臂部件，其中所述质量块设置在所述停止部件的正上方，且所述悬臂部件设置在所述空腔的正上方；以及

一键合介电层，设置在所述支撑基板的所述顶面和所述微机电结构的一底面之间。

2.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述停止部件与所述质量块之间具有一间隙，所述间隙在高度方向上的尺寸与所述键合介电层的厚度相同。

3.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述键合介电层不延伸到所述空腔中。

4.如权利要求1所述的微机电装置，其中所述键合介电层不覆盖所述停止部件。

5.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，还包括一介电层，设置在所述微机电结构的所述底面和所述键合介电层之间。

6.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构还包括一固定部，所述悬臂部件的一端连接到所述固定部，所述悬臂部件的另一端连接到所述质量块。

7.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构还包括一悬置梳状部件和一固定部，所述悬置梳状部件从所述质量块延伸，并配置成与所述固定部指状交叉。

8.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构包括惯性测量单元，且所述惯性测量单元包括加速计、陀螺仪或前述的组合。

9.如权利要求1所述的微机电装置，还包括一互补式金属氧化物半导体晶圆与所述微机电结构键合，其中所述微机电结构还包括一突出部和设置于所述突出部上的一导线，且所述导线与所述互补式金属氧化物半导体晶圆的一接合垫接合。

10.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述停止部件与所述支撑基板为一体成型结构。

11.一种微机电装置的制造方法，其特征在于，包括：

提供一支撑基板；

蚀刻所述支撑基板，以在所述支撑基板的一顶面形成一空腔和一停止部件；

在所述支撑基板的所述顶面和所述停止部件的一顶面上形成一键合介电层；

在所述键合介电层上设置一微机电装置层，且所述微机电装置层键合至所述停止部件和所述支撑基板；

图案化所述微机电装置层，以形成一微机电结构，其中所述微机电结构包括一质量块和一悬臂部件，所述质量块键合至所述停止部件，且所述悬臂部件形成在所述空腔的正上方；以及

移除所述键合介电层位于所述停止部件与所述质量块之间的一部分，以在所述停止部件与所述质量块之间形成一间隙。

12.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，所述停止部件的所述顶面与所述支撑基板的所述顶面在同一高度。

13.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，在所述悬臂部件形成之后，通过一蚀刻制程去除在所述停止部件上的所述键合介电层的所述部分。

14.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，形成所述键合介电层包括一热氧化制程或一沉积制程，且所述键合介电层顺向性地形成在所述空腔的侧壁和底面上，以及在所述支撑基板的侧壁和底面上。

15.如权利要求14所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，在所述空腔的侧壁和底面上的所述键合介电层的一第一部分，以及在所述支撑基板的侧壁和底面上的所述键合介电层的一第二部分，与在所述停止部件上的所述键合介电层的所述部分一起通过一相同的蚀刻制程被去除。

16.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，所述间隙在高度方向上的尺寸与所述键合介电层的厚度相同。

17.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，还包括：

提供一微机电晶圆；

键合所述微机电晶圆到所述支撑基板；

减薄所述微机电晶圆，以形成所述微机电装置层；

在形成所述质量块之前，蚀刻所述微机电装置层，以形成所述微机电结构的一突出部；

在所述微机电结构的所述突出部上形成一导线；

提供一互补式金属氧化物半导体晶圆，且在所述互补式金属氧化物半导体晶圆上包含一互连层；以及

键合所述微机电结构到所述互补式金属氧化物半导体晶圆，其中所述导线电性耦接到所述互连层。

18.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，图案化所述微机电装置层以形成所述微机电结构还包括形成一固定部和一悬置梳状部件，且所述悬置梳状部件从所述质量块延伸出，并配置成与所述固定部指状交叉。

19.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，图案化所述微机电装置层以形成所述微机电结构还包括形成一固定部，且所述悬臂部件的一端与所述固定部连接，所述悬臂部件的另一端与所述质量块连接。

20.如权利要求11所述的微机电装置的制造方法，其特征在于，在将所述微机电装置层设置在所述键合介电层上之前，还包括在所述微机电装置层上形成一介电层，其中在将所述微机电装置层设置在所述键合介电层上之后，所述介电层位于所述微机电装置层和所述键合介电层之间。