TW201306116A - 防止感應器上腐蝕的方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種用於防止感應器上腐蝕之裝置及一種製造其之方法，其中該裝置包含覆蓋矽感應器之金屬化層(300)之絕緣層(400)及黏著層(200)，且耐腐蝕層(100)位於該黏著層(200)上。
Description
本文所揭示標的物係關於基於半導體微機電之感應器(semiconductor microelectromechanical based sensor,MEMS)，其可用於檢測自機械應力、化學-機械應力、熱應力、電磁場及諸如此類生成之小的力或彎曲。更具體而言，本文所揭示標的物係關於一種用於防止該等感應器上腐蝕的方法及裝置。
基於半導體微電子之感應器之進步已極大地促使該等感應器之大小及成本降低。已充分記載矽微型感應器之電及機械特性。矽微機械及半導體微電子技術已發展成為具有眾多實際應用之重要感應器工業。舉例而言，眾所周知微機械矽壓力感應器、加速度感應器、流量感應器、濕度感應器、麥克風、機械振盪器、光學及RF開關及衰減器、微型閥、噴墨印刷頭、原子力顯微鏡針尖及諸如此類已進入大容量醫療、航空、工業及汽車市場之各種應用中。矽之高屈服強度、室溫彈性及硬度特性使得其成為用於可(例如)用於電子頻率控制之共振結構或感應器結構之理想基礎材料。甚至消費者物品(例如，鐘錶、潛水設備及手持式輪胎壓力錶)亦可納入矽微機械感應器。
對矽感應器在不斷擴大之使用領域中之需求繼續刺激對針對具體環境及應用最佳化之新的及不同矽微型感應器幾何形狀及組態的需要。許多應用要求該等感應器在苛刻
環境條件(例如，高濕度或酸性條件)內操作並經受該等條件，該等苛刻環境條件可導致矽感應器之金屬化層(例如，提供至感應器之導電性及自其之導電性之連接及線接合墊)腐蝕。該腐蝕可致使感應器不精確、失靈及甚至故障。為防止該腐蝕發生，一些感應器利用耐腐蝕固體金之金屬化層。然而，金係易於刮擦及損壞之軟金屬。許多感應器另外利用接合至矽基板層之玻璃層以使裝置與其包裝絕緣。金金屬化之使用對傳統製造製程之影響在於，完成矽-至-玻璃接合之後不能使用濕式蝕刻技術處理金金屬化層。此外，在實施矽-至-玻璃接合之前處理金金屬化層將需要降低接合品質之技術以防止金擴散至矽中。
因此，業內需要用於製造矽感應器上耐腐蝕電連接之低成本裝置及方法，該裝置不僅耐久而且該方法促進使用高品質矽-至-玻璃接合技術。
僅提供以上討論用於一般背景資訊，且並不意欲作為確定所主張標的物之範圍之輔助。
本發明揭示一種用於防止感應器上腐蝕之裝置及一種製造其之方法，其中該裝置包含覆蓋矽感應器之金屬化層之絕緣層及黏著層，且耐腐蝕層位於該黏著層之上。在所闡述裝置及製造方法之一些實施例之實踐中可實現之優勢係，在適合使用金作為耐腐蝕層的同時能夠使用習用矽-至-玻璃接合技術。
在一個例示性實施例中，揭示用於防止感應器上腐蝕
之方法。該方法包含以下步驟：在具有包括矽之基板層之感應器之金屬化層上沈積絕緣層，穿過絕緣層蝕刻至少一個接觸通道以暴露金屬化層之一部分，在絕緣層之一部分及至少一個接觸通道之內表面上沈積黏著層，黏著層接觸絕緣層之一部分及金屬化層之一部分，及在黏著層上沈積耐腐蝕層。
在另一例示性實施例中，揭示一種用於防止感應器上腐蝕之裝置。該裝置包含絕緣層，其位於具有包括矽之基板層之感應器之金屬化層上；至少一個接觸通道，其延伸穿過絕緣層以暴露金屬化層之一部分；黏著層，其位於絕緣層之一部分及至少一個接觸通道之內表面上，黏著層接觸絕緣層之一部分及金屬化層之一部分；及耐腐蝕層，其位於黏著層上。
在另一例示性實施例中，該裝置包含絕緣層，其包含二氧化矽且位於感應器之包括鋁之金屬化層上，該感應器具有包括矽之基板層；玻璃層，其接合至基板層之底部；至少一個接觸通道，其延伸穿過絕緣層以暴露金屬化層之一部分；黏著層，其包含鈦鎢且位於絕緣層之一部分及至少一個接觸通道之內表面上，黏著層接觸絕緣層之一部分及金屬化層之一部分；及耐腐蝕層，其包含金且位於黏著層上。
此[發明內容]僅欲提供本文根據一或多個說明性實施例所揭示標的物之簡要概述，且不應作為解釋申請專利範圍或界定或限制本發明之範圍之導引，本發明之範圍僅由
隨附申請專利範圍界定。提供此[發明內容]從而以簡化形式介紹於下文之[實施方式]中進一步闡述之概念之說明性選擇。此[發明內容]並不意欲識別所主張標的物之關鍵特徵或基本特徵，其亦不意欲用作確定所主張標的物之範圍之輔助。所主張標的物並不限於解決背景中所提及之任一或所有缺點之實施方案。
可參照某些實施例以可理解本發明特徵之方式詳細說明本發明，該等實施例中之一些說明於隨附圖式中。然而，應注意，該等圖式僅說明本發明之某些實施例，且因此不得視為限定其範圍，因為本發明之範圍涵蓋其他等效實施例。該等圖式未必符合比例尺，重點通常在於圖解說明本發明某些實施例之特徵。在該等圖式中，貫穿各個視圖使用相同編號表示相同部件。因此，為進一步理解本發明，可參考下文詳細說明並結合圖式閱讀。
本發明揭示一種用於防止感應器上之腐蝕之裝置及一種製造相同裝置之方法，其中該裝置包含覆蓋矽感應器之金屬化層之絕緣層及黏著層，且耐腐蝕層位於黏著層之上。在所闡述裝置及製造方法之一些實施例之實踐中可實現之優勢係，在適合使用金作為耐腐蝕層的同時能夠使用習用矽-至-玻璃接合技術。在製造期間，需要足夠的熱來產生高品質矽-至-玻璃陽極接合。因此，若藉助習用技術使用固體金之金屬化層將玻璃層接合至基板層，則產生高品質陽極接合之所需熱可致使金擴散至矽中。藉由使用較
低溫度改變矽-至-玻璃接合製程可導致較低品質接合。另一選擇為，若將玻璃層接合至基板層，然後使用金進行習用金屬化，則金金屬化層之存在將使得在圖案化金屬化層中不能使用濕式處理技術，此乃因玻璃將與該濕式處理化學不相容。
在所闡述裝置及製造方法之一些實施例之實踐中可實現之另一優勢係，絕緣層不僅如同耐腐蝕層一樣耐腐蝕，且亦耐刮擦。因此，使用絕緣層可改良所得感應器之整體耐久性，尤其在易遭受來自(例如)導線或其他物理連接刮擦之接合墊接面處。在所闡述裝置及製造方法之一些實施例之實踐中可實現之再一優勢係，可將耐腐蝕層製作得極薄。在使用金作為耐腐蝕材料之情形下，此可降低製造感應器所需之金量並降低其總成本，此乃因金屬化層可保留(例如)較低成本之鋁。
圖1展示本發明之例示性實施例中之感應器之接合墊10之剖面圖。接合墊10可提供矽感應器之金屬化層300與各種外部組件(例如，導線或接觸接針)之間之電連接。接合墊10可包含具有鈍化層600之矽基板層700。在一個實施例中，基板層700可係可具有n型或p型摻雜之矽晶圓，且可具有符合所製造矽感應器之設計及操作要求之適宜厚度。鈍化層600可由(例如)二氧化矽層、氮化矽層或二者之組合組成。鈍化層600可為基板層700提供電絕緣及保護。
接合墊10可進一步包含金屬化層300。金屬化層300可提供自矽感應器之外表面至感應元件之導電性，且可包括
(例如)鋁。金屬化層300可由絕緣層400覆蓋，該絕緣層可包含(例如)低溫氧化物層(例如，耐刮擦二氧化矽)。絕緣層400之特性可經選擇以使得其可於相對較低溫度(例如400℃)下沈積於金屬化層300上，以使其塗佈金屬化層300之整個暴露表面而防止金屬化層300之腐蝕及刮擦。由於絕緣層400可不具有導電性，因此可蝕刻一或多個接觸通道450穿過絕緣層400以經由絕緣層400接達金屬化層300。
接合墊10可進一步包含黏著層200，其可沈積於絕緣層400之一部分上且沈積至接觸通道450中，以使黏著層200覆蓋接觸通道450之內表面，如圖1所示。在一些實施例中，黏著層200可僅沈積於接觸通道450內。此外，耐腐蝕層100可沈積於黏著層200上，以使得黏著層200位於耐腐蝕層100與絕緣層400及金屬化層300組合之間，如圖1所示。黏著層200可包括(例如)鈦鎢層(TiW)或任何其他適宜合金層，且不僅可充當耐腐蝕層100之黏著層，且亦作為障壁來防止耐腐蝕層100擴散至基板層700中。黏著層200可具有導電性。耐腐蝕層100可係(例如)金層或可具有導電性且不易因環境因素(例如，高濕度或酸性)而腐蝕之其他材料層。耐腐蝕層100可經放置以與外部組件(例如，導線或接觸接針(未顯示))實體接觸，以提供接合墊10與外部組件之間之導電性。
參照圖1至6闡釋用於製造如圖1圖解說明之接合墊10之例示性製程。圖2係在本發明之一個實施例中用於製造感應器之接合墊10之例示性流程900。圖3係本發明之例示性
實施例中之基板層700、鈍化層600及金屬化層300之例示性剖面圖。參照圖3，在圖2之製程步驟910中，金屬化層300可沈積於矽晶圓50之期望部分上。矽晶圓50可包含具有鈍化層600之基板層700。基板層700可係可具有n型或p型摻雜之矽，且具有符合所製造矽感應器之設計及製造要求之適宜厚度。基板層700可係任一裝置或矽感應器之其他層。鈍化層600可由(例如)二氧化矽層、氮化矽層或二者之組合組成。在製造及操作期間，鈍化層600可為基板層700提供電絕緣及保護。金屬化層300可使用濺射或蒸發技術沈積，且可包括(例如)鋁。金屬化層300可經沈積達適應裝置設計及製造要求之任一期望厚度。
在圖2之製程步驟920中，將金屬化層300蝕刻並圖案化以符合所製造矽感應器之設計規格。使用光阻遮罩及乾式或濕式蝕刻技術(例如，DRIE、利用KOH或TMAH之濕式蝕刻或諸如此類)將金屬化層300圖案化。圖4係本發明之例示性實施例中之基板層700及鈍化層600以及經覆蓋於絕緣層400中之經蝕刻金屬化層300之例示性剖面圖。在圖2之製程步驟930中，絕緣層400(例如，諸如二氧化矽等低溫氧化物)可沈積於金屬化層300及鈍化層600上，如圖4所示。可使用低壓化學氣相沈積(LPCVD)來沈積絕緣層400，此提供金屬化層300之適宜階梯覆蓋。
圖5係本發明之例示性實施例中之基板層700、鈍化層600及經覆蓋於具有接觸通道450之經蝕刻絕緣層400中之經蝕刻金屬化層300之例示性剖面圖。在圖2之製程步驟
940中，使用光阻遮罩500及乾式或濕式蝕刻技術(例如，DRIE、利用KOH或TMAH之濕式蝕刻或諸如此類)將絕緣層400蝕刻並圖案化，如圖5所示。在製程步驟940期間所實施之蝕刻可在距金屬化層300之所選距離處將絕緣層400自鈍化層600之表面移除。此外，可使用(例如)濕式或乾式蝕刻技術形成一或多個垂直接觸通道450，接觸通道450可係延伸穿過絕緣層400向下至金屬化層300之中空腔。接觸通道450可藉助接觸通道450提供金屬化層300之一部分之暴露。
圖6係本發明之例示性實施例中之玻璃層800、基板層700、鈍化層600及覆蓋於經蝕刻絕緣層400中之經蝕刻金屬化層300之例示性剖面圖，經蝕刻絕緣層400具有由黏著層200及耐腐蝕層100覆蓋之接觸通道450。在圖2之製程步驟950中，使用矽-至-玻璃接合技術(例如，陽極接合)將玻璃層800接合至基板層700之底部側。玻璃層800可將基板層700之矽與可環繞成品感應器之裝置包裝隔開。
在圖2之製程步驟960中，可將硬遮罩850(例如，陰影遮罩)置於接合墊10上，以使硬遮罩850之開口部分使經蝕刻絕緣層400之一部分及接觸通道450暴露，如圖6所示。當硬遮罩850放置於適當位置時，可使用濺射或蒸發製程將黏著層200沈積於絕緣層400之暴露部分及接觸通道450之內表面上，如圖6所示。在一些實施例中，黏著層200可僅沈積於接觸通道450內。黏著層200可包括(例如)鈦鎢層(TiW)或任一其他適宜導電合金層，且不僅可充當耐腐蝕
層100之黏著層，其亦可作為障壁以防止耐腐蝕層100擴散至矽中。可將黏著層200沈積達符合設計規格之任一厚度，且若需要可製作得極薄，例如100埃(Angstrom)。
最後，在圖2之製程步驟970中，可使用濺射或蒸發製程將耐腐蝕層100沈積於黏著層200之暴露部分及接觸通道450上，如圖6所示。耐腐蝕層100可包括(例如)金或其他耐腐蝕導電材料之層。耐腐蝕層100可係薄的，例如約0.1 μm，但可沈積達符合所給設計參數之任一厚度。黏著層200及耐腐蝕層100一起提供自接合墊10之上部表面至金屬化層300之導電路徑。黏著層200及耐腐蝕層100之形狀可由絕緣層400之厚度及接觸通道450之大小、形狀及數量決定。當耐腐蝕層100已沈積時，可移除硬遮罩850。
提供以上詳細闡述來說明例示性實施例且並非意欲限制。儘管已關於涉及接合墊之實施例展示並闡述用於製造耐腐蝕感應器之方法，但彼等熟習此項技術者應瞭解，可使用類似技術來防止矽感應器金屬化或電觸點之任何形式上之腐蝕。因此，應認識到本文中所闡述之裝置及製造方法可用於本文中未明確闡述之各種其他應用。彼等熟習此項技術者亦應瞭解，在本發明範圍內進行許多修改及變化係可能的。此外，如彼等熟習此項技術者將認識到，在所闡述之例示性方法及結構之範圍內可使用許多其他材料及製程。另外，彼等熟習此項技術者應瞭解，在各例示性實施例中所識別及闡述之步驟順序無需以所闡述之順序出現，且在其他實施例中，可將各步驟組合，以不同次序連
續、非連續或並行實施且仍達成相同結果。
此書面說明使用實例來揭示本發明，包括最佳模式，且亦使得任一熟習此項技術者能夠實踐本發明，包括製造並使用任何裝置或系統以及實施任何納入方法。本發明可獲得專利權之範圍係由申請專利範圍界定，且可包括對於熟習此項技術者而言存在之其他實例。若該等其他實例具有不同於申請專利範圍之字面語言之結構元件，或若該等其他實例包括與申請專利範圍之字面語言具有非實質性差異之等效結構元件，則該等其他實例意欲在申請專利範圍之範圍內。
10‧‧‧接合墊
50‧‧‧矽晶圓
100‧‧‧耐腐蝕層
200‧‧‧黏著層
300‧‧‧金屬化層/經蝕刻金屬化層
400‧‧‧絕緣層/經蝕刻絕緣層
450‧‧‧接觸通道
500‧‧‧光阻遮罩
600‧‧‧鈍化層
700‧‧‧基板層/矽基板層
800‧‧‧玻璃層
850‧‧‧硬遮罩
圖1係本發明之例示性實施例中之感應器之接合墊之例示性剖面圖；圖2係展示製造本發明之例示性實施例中之感應器之接合墊之步驟之例示性製程流程；圖3係本發明之例示性實施例中之基板層、鈍化層及金屬化層之例示性剖面圖；圖4係本發明之例示性實施例中之基板層及鈍化層以及覆蓋於絕緣層中之經蝕刻金屬化層之例示性剖面圖；圖5係本發明之例示性實施例中之基板層、鈍化層及覆蓋於具有接觸通道之絕緣層中之經蝕刻金屬化層之例示性剖面圖；且圖6係本發明之例示性實施例中之基板層、鈍化層及覆蓋於經蝕刻絕緣層中之經蝕刻金屬化層之例示性剖面圖，
經蝕刻絕緣層具有由黏著層及耐腐蝕層覆蓋之接觸通道。
10‧‧‧接合墊
100‧‧‧耐腐蝕層
200‧‧‧黏著層
300‧‧‧金屬化層
400‧‧‧絕緣層
450‧‧‧接觸通道
600‧‧‧鈍化層
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800‧‧‧玻璃層
Claims (15)
- 一種用於防止感應器上腐蝕之裝置，其包含：絕緣層(400)，其位於具有包括矽之基板層(700)之該感應器之金屬化層(300)上；至少一個接觸通道(450)，其延伸穿過該絕緣層(400)以暴露該金屬化層(300)之一部分；黏著層(200)，其位於該絕緣層(400)之一部分及該至少一個接觸通道(450)之內表面上，該黏著層(200)接觸該絕緣層(400)之一部分及該金屬化層(300)之一部分；及耐腐蝕層(100)，其位於該黏著層(200)上。
- 如請求項1之裝置，其進一步包含接合至該基板層(700)之底部之玻璃層(800)。
- 如請求項1之裝置，其中該絕緣層(400)包括二氧化矽。
- 如請求項1之裝置，其中該金屬化層(300)包括鋁。
- 如請求項1之裝置，其中該耐腐蝕層(100)包括金。
- 如請求項1之裝置，其中該黏著層(200)包括鈦鎢。
- 如請求項1之裝置，其中該裝置係接合墊(10)。
- 如請求項1之裝置，其中該裝置係電觸點。
- 一種用於防止感應器上腐蝕之方法，其包含以下步驟：在具有包括矽之基板層(700)之該感應器之金屬化層(300)上沈積絕緣層(400)；穿過該絕緣層(400)形成至少一個接觸通道(450)以暴露該金屬化層(300)之一部分；在該絕緣層(400)之一部分及該至少一個接觸通道 (450)之內表面上沈積黏著層(200)，該黏著層(200)接觸該絕緣層(400)之一部分及該金屬化層(300)之一部分；及在該黏著層(200)上沈積耐腐蝕層(100)。
- 如請求項9之方法，其中形成該至少一個接觸通道(450)之該步驟進一步包括將玻璃層(800)接合至該感應器之該基板層(700)之步驟。
- 如請求項9之方法，其中該絕緣層(400)包括二氧化矽。
- 如請求項9之方法，其中該金屬化層(300)包括鋁。
- 如請求項9之方法，其中該耐腐蝕層(100)包括金。
- 如請求項9之方法，其中該黏著層(200)包括鈦鎢。
- 如請求項9之方法，其中沈積黏著層(200)之該步驟及沈積該耐腐蝕層(100)之該步驟係使用硬遮罩及濺射製程來實施。
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