TW201327722A - 具多重電性通道的微機電裝置及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種具多重電性通道的微機電裝置，包括支撐座與質量塊。支撐座的絕緣層將其分成上、下導電層。隔絕溝槽設置於支撐座的下導電層且貫穿至絕緣層，將下導電層分成電性絕緣的內、外導電部。導電通孔設置於支撐座且貫穿絕緣層，並連接上導電層及外導電部。質量塊的絕緣層將其分成上、下導電層。隔絕溝槽設置於質量塊的下導電層且貫穿至絕緣層，並將下導電層分成電性絕緣的兩個導電部。質量塊的兩個導電部分別電性連接兩個支撐座的內導電部。導電通孔貫穿絕緣層且連接質量塊的上導電層及二個導電部之一。上述的微機電裝置的製作方法也被提出。

Description

具多重電性通道的微機電裝置及其製作方法

本發明是有關於一種微機電裝置，且特別是一種具多重電性通道的微機電裝置。

目前全球衛星定位系統(GPS)技術已廣泛應用於汽車導航裝置及個人導航裝置。但因衛星訊號易受例如地型、天候及建築物等之遮蔽效應影響，導致GPS定位失效。

為解決上述問題，產業界已提出了結合GPS及慣性元件(例如加速度計或陀螺儀)的解決方案。當GPS因遮蔽效應影響而造成訊號不良或收不到訊號時(例如進入地下停車場)，藉著加速度計偵測加速度，陀螺儀偵測角速度，經過計算，可以繼續求得汽車或個人的位置，使導航裝置繼續能正常的發揮導航的功能。但利用加速度及角速度計算汽車或個人的位置時，常會累積大量的計算誤差，因而無法持續求得汽車或個人的正確位置。

請參照圖1，在傳統單軸磁力計10中，電流I通過扭轉板12上的線圈14。電流I與磁力B產生勞倫茲力F，勞倫茲力F會使扭轉板12產生轉動。因此，扭轉板12下的感應電極(未繪示)將偵測到電容值的變化。藉此，可以計算磁力計10所處位置的磁力大小。若有三個單軸磁力計10設置在三個垂直的軸向上，則可組成一三軸磁力計。算出地磁在此三軸磁力計之三個軸向上的分量，即可進而推算出此三軸磁力計所處位置的方位，發揮類似羅盤般的功能。

利用磁力計求出的方位資訊，可以作為陀螺儀計算旋轉角度時的校正依據，以防止大量計算誤差的累積，使導航裝置繼續能正確的發揮導航的功能。因此，結合GPS、加速度計、陀螺儀及磁力計的導航裝置，才能使汽車導航裝置及個人導航裝置不受遮蔽效應影響。

隨著MEMS慣性感測元件於智慧型手機及導航裝置的創新應用，導航裝置的使用範圍，也逐漸從戶外的平面道路，逐漸擴大到室內的停車場或大型購物中心。因此，能利MEMS技術製作出來的MEMS磁力計，便成了下一代汽車導航裝置及個人導航裝置的關鍵元件。

目前MEMS磁力計常採用單一導電線圈的設計。但此種MEMS磁力計需要較大的元件尺寸或需要較大驅動電流才能測得磁力大小，因此無法滿足手機產品尺寸小及低耗能的要求。

另外一種MEMS磁力計常採用多重導電線圈的設計。請參照圖2，改良式的傳統磁力計20有多圈線圈22，但線圈22需要利用額外的導電層26與絕緣層28所形成的跨線結構24達成電性連結。如此一來，製程步驟隨之增加，製程成本更是增加，也增加了製程風險。

另一方面，MEMS微鏡面(MEMS Micro-Mirror)則是MEMS技術的另一應用。請參照圖3，在MEMS微鏡面30中，同樣是利用通過扭轉板上線圈32的電流與永久磁鐵38相互感應後，所產生的勞倫茲力，使扭轉板產生轉動，同時帶動扭轉板上的鏡面34跟著轉動。然而，線圈32還是需要利用跨線結構36達成電性連結。相似地，製程步驟隨之增加，製程成本更是增加，也增加了製程風險。

圖4A是中華民國專利申請號099145427申請案的具電性絕緣結構之微機電裝置之上視圖，又圖4B是沿圖4A中2-2剖面線之剖面圖。如圖4A與圖4B所示，質量塊41的電性訊號是透過彈簧的上導電部421、框架43的上導電部431及彈簧之上導電部441到達支撐座45，再由導電通柱455連接支撐座45之外導電區4521而傳導至基板46上之線路(圖未示)，如箭頭a所示。框架43的電性訊號則是透過彈簧之下導電部442到達支撐座45之內導電區4522而傳導至基板46上之另一線路(圖未示)，如箭頭b所示。但是，質量塊41無法同時變成可讓電流經過的電性通道及具電位差的電極板。

因此，如何設計出一種具有多重電性通道的微機電裝置且無需增加額外的製程，就成了開發高靈敏度及低成本微機電裝置的重大技術挑戰。

本發明提供一種具多重電性通道的微機電裝置及其製作方法。

本發明的一實施例提出一種具多重電性通道的微機電裝置，包括一質量塊以及一基板。質量塊包含一第二絕緣層、一第二隔絕溝槽以及第二導電通孔。第二絕緣層將質量塊分隔成一基礎導電層與一目標導電層。第二隔絕溝槽設置於目標導電層且貫穿目標導電層至第二絕緣層，並將目標導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部。第二導電通孔貫穿第二絕緣層且連接基礎導電層及第一導電部。基板包含至少一電極塊，設置於基板的上表面。在工作狀態時，基礎導電層、第二導電通孔及第一導電部有一電流經過且第二導電部與電極塊之間有一電位差。

本發明的一實施例提出一種具多重電性通道的微機電裝置，用於量測磁力，包括一第一支撐座、一第二支撐座、一質量塊以及二個扭轉彈簧。第一支撐座包括一第一支撐座之絕緣層、一第一支撐座之隔絕溝槽以及一第一導電通孔。第一支撐座之絕緣層將第一支撐座分隔成一第一支撐座之上導電層與一第一支撐座之一下導電層。第一支撐座之隔絕溝槽設置於第一支撐座之下導電層且貫穿第一支撐座之下導電層至第一支撐座之絕緣層，並將第一支撐座之下導電層分隔成相互電性絕緣的一第一支撐座之內導電部及一第一支撐座之外導電部。第一導電通孔設置於第一支撐座中且貫穿第一支撐座之絕緣層，並連接第一支撐座之上導電層及第一支撐座之外導電部。第二支撐座包括一第二支撐座之絕緣層以及一第二支撐座之隔絕溝槽。第二支撐座之絕緣層將第二支撐座分隔成一第二支撐座之上導電層與一第二支撐座之下導電層。第二支撐座之隔絕溝槽設置於第二支撐座之下導電層且貫穿第二支撐座之下導電層至第二支撐座之絕緣層，並將第二支撐座之下導電層分隔成相互電性絕緣的一第二支撐座之內導電部及一第二支撐座之外導電部。質量塊包括一第二絕緣層、一第二隔絕溝槽以及一第二導電通孔。第二絕緣層將質量塊分隔成一基礎導電層與一目標導電層。第二隔絕溝槽為一具開口之多邊環狀隔絕溝槽，設置於目標導電層且貫穿目標導電層至第二絕緣層，並將目標導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部。第二導電通孔貫穿第二絕緣層且連接基礎導電層及第一導電部。每一扭轉彈簧包括一第三絕緣層，將每一扭轉彈簧分隔成一扭轉彈簧之上導電層與一扭轉彈簧之下導電層。基礎導電層為至少一圈的螺旋式導電線路。其中之一的扭轉彈簧之上導電層連接第一支撐座之上導電層及基礎導電層，且這個其中之一的扭轉彈簧之下導電層連接第一支撐座之內導電部及質量塊之第二導電部。另一扭轉彈簧之下導電層連接第二支撐座之內導電部及質量塊的第一導電部。

本發明的一實施例提出一種具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，包括下列步驟。提供一絕緣層覆矽晶圓。絕緣層覆矽晶圓包含依序堆疊之一元件層、一絕緣層及一處理層。蝕刻元件層，以形成一凹部及多個凸部。將凸部與一基板結合。移除處理層。在絕緣層上形成多個上導電層。圖案化元件層與絕緣層，以將凸部形成為多個支撐座的多個下導電層，將凹部形成為一質量塊的一下導電層及至少一扭轉彈簧之下導電層，並將絕緣層形成支撐座之絕緣層、質量塊之絕緣層與扭轉彈簧之絕緣層。

本發明的一實施例提出一種具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，包括下列步驟。提供一絕緣層覆矽晶圓。絕緣層覆矽晶圓包含依序堆疊之一元件層、一絕緣層及一處理層。蝕刻元件層，以形成一凹部及多個凸部。凹部用以形成一質量塊的一下導電層及至少一扭轉彈簧之下導電層。凸部用以形成多個支撐座的多個下導電層。於各凸部蝕刻出一第一隔絕溝槽及於凹部蝕刻出一第二隔絕溝槽。第一隔絕溝槽及第二隔絕溝槽延伸至絕緣層。第一隔絕溝槽將支撐座的下導電層分隔成相互電性絕緣的一內導電部及一外導電部。第二隔絕溝槽將質量塊的下導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部。將凸部與一基板結合。移除處理層。在絕緣層形成一第一通孔與一第二通孔，以使其中之一的凸部的一部份暴露於第一通孔中，且凹部的一部份暴露於第二通孔中。在絕緣層上形成多個上導電層。上導電層填入第一通孔與第二通孔以形成一第一導電通孔與一第二導電通孔。第二導電通孔貫穿絕緣層且電性連接質量塊的上導電層及質量塊的第一導電部。第一導電部電性連接支撐座中之一的一第二支撐座的內導電部。第二導電部電性連接支撐座中之一的一第一支撐座的內導電部，且第一導電通孔貫穿絕緣層且連接第一支撐座之上導電層及第一支撐座之外導電部。圖案化元件層與絕緣層，以將凸部形成為支撐座的下導電層，並將凹部形成為質量塊的下導電層及至少一扭轉彈簧之下導電層且將絕緣層形成支撐座之絕緣層、質量塊之絕緣層與扭轉彈簧之絕緣層。

基於上述，在本發明的上述實施例中，於質量塊上利用絕緣層、隔絕溝槽及導電孔形成貫穿絕緣層之電性互連通道(Through Insulation Electrical Interconnection)。此電性互連通道可取代跨線結構，無需增加額外的製程，從而減少了導電層與絕緣層的使用。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明主要是提出一種具多重電性通道的微機電裝置，包括一質量塊、一第二導電通孔以及一基板。質量塊包含一第二絕緣層以及一第二隔絕溝槽。第二絕緣層將質量塊分隔成一基礎導電層與一目標導電層。第二隔絕溝槽設置於目標導電層且貫穿目標導電層至第二絕緣層，並將目標導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部。第二導電通孔貫穿第二絕緣層且連接基礎導電層及第一導電部。基板包含至少一電極塊，設置於基板的上表面。在工作狀態時，基礎導電層、第二導電通孔及第一導電部有一電流經過且第二導電部與電極塊之間有一電位差。如此一來，本實施例的微機電裝置提供了兩條彼此獨立的電性通道，而不需要跨線結構，從而減少了導電層與絕緣層的使用。要強調的是，目標導電層可以是位於絕緣層與基板之間的下導電層，目標導電層也可以是位於絕緣層遠離基板的一面上的上導電層。圖5A是依照本發明一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。圖5B是圖5A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。請同時參考圖5A與圖5B，在本實施例中，具多重電性通道的微機電裝置100是一個微機電磁力計。微機電裝置100包括兩個支撐座110、一質量塊120、兩個扭轉彈簧130與一基板140。兩個支撐座110固定在基板140上。質量塊120藉由兩個扭轉彈簧130而連接在兩個支撐座110之間。換言之，扭轉彈簧130與支撐座110使得質量塊120懸空於基板140上方而可旋轉。

每個支撐座110(如圖所示的第一支撐座110A與第二支撐座110B)，包括一第一絕緣層112與一第一隔絕溝槽114，且第一支撐座110A還包括一第一導電通孔116。在另一個實施例中，第二支撐座110B也可包括一第一導電通孔116。在此以第一支撐座110A為例說明。第一絕緣層112將支撐座110分隔成一支撐座110的上導電層118A與一支撐座110的下導電層118B。第一隔絕溝槽114設置於支撐座110的下導電層118B且貫穿支撐座110的下導電層118B至支撐座110的第一絕緣層112。第一隔絕溝槽114並將支撐座的下導電層118B分隔成相互電性絕緣的一內導電部118B1及一外導電部118B2。第一導電通孔116設置於第一支撐座110A中且貫穿第一支撐座110A的第一絕緣層112。第一導電通孔116並連接第一支撐座110A的上導電層118A及外導電部118B2。第一隔絕溝槽114內可填充一電性絕緣填充材114A以形成一電性絕緣結構。

質量塊120包括一第二絕緣層122、一第二隔絕溝槽124與一第二導電通孔126。第二絕緣層122將質量塊120分隔成一基礎導電層128A與一目標導電層128B。第二隔絕溝槽124設置於目標導電層128B，且第二隔絕溝槽124貫穿目標導電層128B至質量塊120的第二絕緣層122，第二隔絕溝槽124並將目標導電層128B分隔成相互電性絕緣的一第一導電部128B1及一第二導電部128B2。本實施例的基礎導電層128A是位於第二絕緣層122遠離基板140的一面上的上導電層，而目標導電層128B是位於第二絕緣層122與基板140之間的下導電層，但本發明不以此為限。第二隔絕溝槽124是位於目標導電層128B。第二隔絕溝槽124為U字形隔絕溝槽。由圖5A的上視圖觀看，質量塊120呈矩形。U字形的第二隔絕溝槽124包括依序相連接的第一段124A、第二段124B與第三段124C，第一段124A平行於第三段124C且從質量塊120之目標導電層128B的同一個邊緣開始延伸。第一段124A的一端位於目標導電層128B靠近第二支撐座110B的一側。第一段124A的另一端連接第二段124B。第三段124C的一端位於目標導電層128B靠近第二支撐座110B的一側，且第三段124C的一端與第一段124A的一端位於目標導電層128B的同一側。第三段124C的另一端連接第二段124B。第二段124B實質上垂直於剖面線A-A’。換言之，U字形的第二隔絕溝槽124的兩個末段是指向第二支撐座110B。第二隔絕溝槽124內可填充一電性絕緣填充材124A以形成一電性絕緣結構。

由另一觀點來看，U字形的第二隔絕溝槽124為眾多具開口之多邊環狀隔絕溝槽中的一種。此眾多具開口之多邊環狀隔絕溝槽的開口二端延伸至目標導電層128B的同一側邊緣。

第二導電通孔126貫穿質量塊120的第二絕緣層122，且第二導電通孔126連接基礎導電層128A及第一導電部128B1。質量塊120的第二絕緣層122的一部份被基礎導電層128A所覆蓋。基礎導電層128A為至少一圈的螺旋式導電線路。因此，通過基礎導電層128A的電流與磁力作用會產生勞倫茲力，使得質量塊120相對於支撐座110產生轉動。

在圖6的實施例中，質量塊120的基礎導電層128C為環繞質量塊120的周邊的單圈螺旋式導電線路。通過基礎導電層128C的電流與磁力作用同樣會產生勞倫茲力，使得質量塊120相對於支撐座110產生轉動。

請再同時參考圖5A與圖5B，扭轉彈簧130連接支撐座110與質量塊120。扭轉彈簧130為一扭轉樑，使得質量塊120可以相對於支撐座110產生轉動。各扭轉彈簧130包括一第三絕緣層132。第三絕緣層132將圖5A與圖5B中左側的扭轉彈簧130(扭轉彈簧130A)分隔成一扭轉彈簧130A的上導電層134與一扭轉彈簧130A的下導電層136。圖5A與圖5B中左側的扭轉彈簧130(扭轉彈簧130A)的上導電層134連接基礎導電層128A及第一支撐座110A的上導電層118A。圖5A與圖5B中右側的扭轉彈簧130(扭轉彈簧130B)的下導電層136連接第二支撐座110B的內導電部118B1及質量塊120的第一導電部128B1，使得質量塊120的第一導電部128B1電性連接第二支撐座110B的內導電部118B1。圖5A與圖5B中左側的扭轉彈簧130(扭轉彈簧130A)的下導電層136連接第一支撐座110A)的內導電部118B1及質量塊120的第二導電部128B2，使得質量塊120的第二導電部128B2電性連接第一支撐座110A的內導電部118B1。

基板140包括至少一個電極塊142與多個導電層144。本實施例是以兩個電極塊142分別設置於基板140上且位於質量塊120的兩側的下方。具體而言，以兩個支撐座110的連線為對稱線，兩個電極塊142為線對稱地配置而遠離兩個支撐座110的連線。導電層144設置於基板140上且位於支撐座110的下方。微機電裝置100更包括多個導電接合層146。基板140上具有多個導電層144。支撐座110的外導電部118B2與內導電部118B1分別透過導電接合層146與基板140上的不同導電層144電性連接。具體而言，支撐座110A的外導電部118B2透過導電接合層146A與基板140上的導電層144A連接。支撐座110A的內導電部118B1透過導電接合層146B與基板140上的導電層144B連接。支撐座110B的外導電部118B2透過導電接合層146C與基板140上的導電層144C連接。支撐座110B的內導電部118B1透過導電接合層146D與基板140上的導電層144D連接。各個導電層144A、144B、144C與144D是彼此分離的。導電接合層146例如是由銀膠或其他適當材料構成。

請繼續參考圖5A與圖5B，具體而言，在工作狀態時，電流可以從位於支撐座110B的外導電部118B2下方的導電層144A流入後，依序流經位於第一導電通孔116下方的導電接合層146A、第一支撐座110A的外導電部118B2、第一支撐座110A的第一導電通孔116、第一支撐座110A的上導電層118A、扭轉彈簧130A的上導電層134、基礎導電層128A、質量塊120的第二導電通孔126、目標導電層128B的第一導電部128B1、扭轉彈簧130B的下導電層136，而後由第二支撐座110B之內導電部118B1、導電接合層146D與導電層144D流出。通過基礎導電層128A的電流會與磁力產生勞倫茲力，進而帶動質量塊120相對於支撐座110產生轉動。第一支撐座110A之外導電部118B1與第一支撐座110A之內導電部118B2，分別透過一導電接合層146A、146B與基板140上的不同的導電層144A,144B連接，而形成二個電性相互絕緣的電性通道。

在工作狀態時，第一電位會存在於目標導電層128B的第二導電部128B2。第二電位會存在於基板140的電極塊142。兩個電位之間存在電位差，因此兩個電極塊142與質量塊之第二導電部128B2會構成兩個電容。當通過基礎導電層128A的電流與磁力所產生的勞倫茲力使得質量塊120相對於支撐座110產生轉動時，質量塊120的第二導電部128B2與兩個電極塊142所構成的兩個電容所儲存的電容值會不同。計算兩個電容所儲存的電容值的變化量，就可以推知微機電裝置100所處位置的磁力大小。

以下將列舉其他實施例以作為說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了與圖5A與圖5B之實施例相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖7A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。圖7B是圖7A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。請同時參考圖7A與圖7B，在本實施例中，具多重電性通道的微機電裝置200是一個微機電微鏡面。微機電裝置200更包括一鏡面層210，設置於質量塊120的上表面。鏡面層210的形狀可以是矩形、圓形或其他任意形狀。微機電裝置200更包括兩個永久磁鐵220。由圖7A觀之，兩個支撐座110位於質量塊120的相對兩側且大致沿剖面線A-A’排列，而兩個永久磁鐵220設置於質量塊120的旁邊且位於支撐座的連線(例如剖面線A-A’)所垂直的軸線上。也就是，質量塊120位於兩個永久磁鐵220之間，質量塊120也位於兩個支撐座110之間。兩個永久磁鐵220的相異磁極彼此相對。例如，圖7A中上方的永久磁鐵220的S極朝向圖7A中下方的永久磁鐵220的N極。調整通過基礎導電層128A的電流的大小，就可以調整電流與磁力交互感應後所產生的勞倫茲力的大小，進而達成控制質量塊120相對於支撐座110的轉動的角度的目的，以將照射到鏡面層210的光線反射往所要的方向。鏡面層210的材質可以是鋁、銀或其他適當材質。

圖8A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。圖8B是圖8A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。請同時參考圖8A與圖8B，在本實施例中，具多重電性通道的微機電裝置300是一個微機電磁力計。然而，本實施例的質量塊310為中央挖空之框架，亦即質量塊310具有挖空區312。選擇性地，框架的上下二邊寬度相同，且框架的左右二邊寬度相同。質量塊310採用中央挖空的設計可提升微機電裝置300感應磁力時的靈敏度。

圖9A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。圖9B是圖9A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。請同時參考圖9A與圖9B，在本實施例中，具多重電性通道的微機電裝置400是一個微機電磁力計與一個雙軸加速度計的組合。本實施例的質量塊410為中央挖空之框架。選擇性地，框架的上下二邊寬度相同，且框架的左右二邊寬度相同。本實施例的微機電裝置400更包括一內框架452與一內質量塊454。內框架452設置於框架中且經由多個第一彈簧456連接框架。內質量塊454設置於內框架452中，且內質量塊454經由多個第二彈簧458連接內框架452。內質量塊454經由第二彈簧458、內框架452及第一彈簧456而電性連接至目標導電層128B。另外，內框架452及內質量塊454的外圍都具有移動電極460。本實施例的基板140上同樣具有如圖5A所示的兩個電極塊142，但圖9A中省略了電極塊142以使其他結構易於辨識。基礎導電層128A使本實施例的微機電裝置400具有磁力計的功能。內框架452、內質量塊454、第一彈簧456與第二彈簧458使本實施例的微機電裝置400具有雙軸加速度計的功能。

圖10A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。圖10B是圖10A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。請同時參考圖10A與圖10B，在本實施例中，具多重電性通道的微機電裝置500是一個微機電振盪器。本實施例的微機電裝置500的質量塊120的基礎導電層522為一電阻。根據韋氏(Webster’s)字典的定義，電阻是「An electrical device that resists the flow of electrical current.」。電流在通過基礎導電層522時會因為基礎導電層522存在一定的電阻值，導致基礎導電層522隨著電流的通過而發熱。為基礎導電層522選擇符合加熱需求的電阻值(例如，選用適當的基礎導電層，使其電組值大於目標導電層的電阻值)，就可使基礎導電層522所產生的溫度符合設計的需求。本實施例的微機電裝置500更包括一驅動電極550與一感應電極560，設置於基板140上。由圖10A觀之，驅動電極550與感應電極560位於質量塊120的相對兩側。驅動電極550與感應電極560會驅使質量塊120在驅動電極550與感應電極560之間規律地振盪。另外，振盪器的振盪週期會因為質量塊120的溫度變化而改變。但在本實施例的微機電裝置500中，因為具有基礎導電層522可發熱而使質量塊120可在固定溫度的工作環境下規律地振盪，也就可以確保振盪器的振盪頻率不隨環境溫度的變化而改變。

圖11A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。圖11B是圖11A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。請同時參考圖11A與圖11B，在本實施例中，具多重電性通道的微機電裝置600是一個微型電感。本實施例的微機電裝置600沒有如圖5A所示的兩個電極塊142與兩個扭轉彈簧130。本實施例的微機電電感同樣不需要跨線結構，從而減少了導電層與絕緣層的使用。

圖12A至圖12H繪示本發明之一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的製造流程。。請先參考圖12A至圖12C，首先提供一絕緣層覆矽晶圓P10。絕緣層覆矽晶圓P10包含元件層P1(device layer)、處理層P2(handle layer)以及夾置在元件層P1與處理層P2之間的絕緣層P3。絕緣層P3的材質可以是二氧化矽(SiO₂)。

接著，蝕刻元件層P1以形成用以做為支撐座的多個凸部S1與用以做為質量塊與扭轉彈簧的一凹部S2。然後，於各凸部S1蝕刻出一第一隔絕溝槽114，並於凹部S2蝕刻出一第二隔絕溝槽124。第一隔絕溝槽114及第二隔絕溝槽124延伸至絕緣層P3。另外，第一隔絕溝槽114及第二隔絕溝槽124內可填充電性絕緣填充材114A與124A以形成電性絕緣結構。

接著請參考圖12D與圖12E，將導電接合層146沉積於在各凸部S1，再將凸部S1藉由導電接合層146接合至基板140上的導電層144。導電接合層146例如是銀膠。基板140可以是表面具有金屬線路之玻璃基板或矽基板，亦可以是一表面具有金屬線路之電路晶片。本實施例亦可採晶圓至晶圓(wafer-to-wafer)之金屬接合(metal bonding)製程。接合完成後，可將SO1晶片的處理層P2去除。

接著請參考圖12F與圖12G，去除部分的絕緣層P3，以在絕緣層P3形成的一第一通孔H1與一第二通孔H2，以使其中之一個凸部S1的一部份暴露於第一通孔H1中，且凹部S2的一部份暴露於第二通孔H2中。然後，在絕緣層P3上形成多個上導電層118A、128A與134。部份上導電層118A填入第一通孔H1，以行成第一導電通孔116；部份上導電層(或稱基礎導電層)128A填入第二通孔H2，以行成第二導電通孔126。

最後請參考圖12G與圖12H，圖案化元件層P1與絕緣層P3，以將凸部S1形成為支撐座110的下導電層118B及支撐座之絕緣層，並將凹部S2形成為質量塊120的下導電層(或稱目標導電層)128B及質量塊之絕緣層且將凹部S2形成為扭轉彈簧130的下導電層136及扭轉彈簧之絕緣層132。具體而言，圖12H中所完成的微機電裝置100與圖5B的微機電裝置100相同。

請再參照圖7B，微機電裝置200的製作方法與圖12A至圖12H類似，差異僅是在圖12F所示的步驟中同時挖空凹部S2上方的絕緣層P3的中央，之後在挖空的部分形成鏡面層210。

請再參照圖8B，微機電裝置300的製作方法與圖12A至圖12H類似，差異僅是在圖12C所示的步驟中，於蝕刻元件層P1以形成凸部S1與凹部S2的同時，挖空凹部S2的中央。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，具多重電性通道的微機電裝置，包括一質量塊、一第二導電通孔以及一基板。質量塊包含一第二絕緣層以及一第二隔絕溝槽。第二絕緣層將質量塊分隔成一基礎導電層與一目標導電層。第二隔絕溝槽設置於目標導電層且貫穿目標導電層至第二絕緣層，並將目標導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部。第二導電通孔貫穿第二絕緣層且連接基礎導電層及第一導電部。基板包含至少一電極塊，設置於基板的上表面。在工作狀態時，基礎導電層、第二導電通孔及第一導電部有一電流經過且第二導電部與電極塊之間有一電位差。如此一來，本實施例的微機電裝置提供了兩條彼此獨立的電性通道，而不需要跨線結構，從而減少了導電層與絕緣層的使用。要強調的是，在本發明的上述實施例中，目標導電層可設置在第二絕緣層的上表面或設置在第二絕緣層的下表面。圖13A的微機電裝置700A為本發明的簡化示意圖，其目標導電層728A設置在第二絕緣層722的上表面，換言之，目標導電層728A是位於絕緣層722與基板140的電極塊142之間的下導電層。絕緣層722將質量塊720A分隔成基礎導電層726A與目標導電層728A。目標導電層728A被隔絕溝槽724A分隔成相互電性絕緣的一第一導電部728A1及一第二導電部728A2。第二導電通孔730貫穿第二絕緣層722且連接基礎導電層726A及第一導電部728A1。

另一方面，圖13B所示的微機電裝置700B為本發明的另一簡化示意圖，其目標導電層728B設置在第二絕緣層722的上表面，也就是說，目標導電層728B是位於絕緣層722遠離基板140的電極塊142的一面上的上導電層。絕緣層722將質量塊720B分隔成基礎導電層726B與目標導電層728B。目標導電層728B被隔絕溝槽724B分隔成相互電性絕緣的一第一導電部728B1及一第二導電部728B2。第二導電通孔730貫穿第二絕緣層722且連接基礎導電層726B及第一導電部728B1。

從另一方面來看，在本發明的上述實施例中，於質量塊、扭轉彈簧及支撐座上利用上下導電層、絕緣層、隔絕溝槽及導電通孔形成貫穿絕緣層之電性互連通道。如此一來，本實施例的微機電裝置不需要跨線結構，從而減少了導電層與絕緣層的使用。此微機電裝置可應用於微機電磁力計、微機電微鏡面、微機電磁力計及雙軸加速度計的組合、微機電振盪器與微型電感。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20．．．傳統磁力計

12．．．扭轉板

14．．．線圈

I．．．電流

B．．．磁力

F．．．勞倫茲力

22、32．．．線圈

24、36．．．跨線結構

26．．．導電層

28．．．絕緣層

30．．．傳統MEMS鏡面

34．．．鏡面

38．．．永久磁鐵

41．．．質量塊

421、431、441．．．上導電部

43．．．框架

45．．．支撐座

442．．．下導電部

4521．．．外導電區

4522．．．內導電區

455．．．導電通柱

46．．．基板

100、200、300、400、500、600、700A、700B．．．微機電裝置

110．．．支撐座

110A．．．第一支撐座

110B．．．第二支撐座

112．．．第一絕緣層

114．．．第一隔絕溝槽

114A、124A．．．電性絕緣填充材

116．．．第一導電通孔

118A、128C、134、522．．．上導電層

118B、136．．．下導電層

118B1．．．內導電部

118B2．．．外導電部

120、310、410、720A、720B．．．質量塊

122．．．第二絕緣層

124．．．第二隔絕溝槽

124A．．．第二隔絕溝槽的第一段

124B．．．第二隔絕溝槽的第二段

124C．．．第二隔絕溝槽的第三段

126、730．．．第二導電通孔

128A．．．上導電層、基礎導電層

128B．．．下導電層、目標導電層

128B1、728A1、728B1．．．第一導電部

128B2、728A2、728B2．．．第二導電部

130、130A、130B．．．扭轉彈簧

132．．．第三絕緣層

140．．．基板

142．．．電極塊

144、144A、144B、144D．．．導電層

146、146A、146B、146D．．．導電接合層

210．．．鏡面層

220．．．永久磁鐵

312．．．挖空區

452．．．內框架

454．．．內質量塊

456．．．第一彈簧

458．．．第二彈簧

460．．．移動電極

550．．．驅動電極

560．．．感應電極

722．．．絕緣層

728A、728B．．．目標導電層

726A、726B．．．基礎導電層

P1．．．元件層

P2．．．處理層

P3．．．絕緣層

P10．．．絕緣層覆矽晶圓

S1．．．凸部

S2．．．凹部

H1．．．第一通孔

H2．．．第二通孔

圖1與圖2是兩種傳統磁力計的示意圖。

圖3是一種傳統MEMS微鏡面的示意圖。

圖4A是中華民國專利申請號099145427申請案的具電性絕緣結構之微機電裝置之上視圖。

圖4B是沿圖4A中2-2剖面線之剖面圖。

圖5A是依照本發明一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖5B是圖5A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。

圖6是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖7A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖7B是圖7A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。

圖8A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖8B是圖8A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。

圖9A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖9B是圖9A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。

圖10A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖10B是圖10A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。

圖11A是依照本發明另一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的上視圖。

圖11B是圖11A的微機電裝置沿剖面線A-A’的側視圖。

圖12A至圖12H繪示本發明之一實施例的一種具多重電性通道的微機電裝置的製造流程。

圖13A與圖13B是本發明兩種微機電裝置簡化的剖面側視圖。

100．．．微機電裝置

110．．．支撐座

110A．．．第一支撐座

110B．．．第二支撐座

112．．．第一絕緣層

114．．．第一隔絕溝槽

114A、124A．．．電性絕緣填充材

116．．．第一導電通孔

118A、134．．．上導電層

118B、136．．．下導電層

118B1．．．內導電部

118B2．．．外導電部

120．．．質量塊

122．．．第二絕緣層

124．．．第二隔絕溝槽

126．．．第二導電通孔

128A．．．上導電層、基礎導電層

128B．．．下導電層、目標導電層

128B1．．．第一導電部

128B2．．．第二導電部

130、130A、130B．．．扭轉彈簧

132．．．第三絕緣層

140．．．基板

142．．．電極塊

144、144A、144B、144D．．．導電層

146、146A、146B、146D．．．導電接合層

Claims (21)

1. 一種具多重電性通道的微機電裝置，包括：一質量塊，包含：一第二絕緣層，將該質量塊分隔成一基礎導電層與一目標導電層；一第二隔絕溝槽，設置於該目標導電層且貫穿該目標導電層至該第二絕緣層，並將該目標導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部；一第二導電通孔，貫穿該第二絕緣層且連接該基礎導電層及該第一導電部；以及一基板，包含：至少一電極塊，設置於該基板的上表面；其中，在工作狀態時，該基礎導電層、該第二導電通孔及該第一導電部有一電流經過且該第二導電部與該電極塊之間有一電位差。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具多重電性通道的微機電裝置，另包括一第一支撐座，包括：一第一絕緣層，將該第一支撐座分隔成一第一支撐座的上導電層與一第一支撐座的下導電層；一第一隔絕溝槽，設置於該第一支撐座的下導電層且貫穿該第一支撐座的下導電層至該第一絕緣層，並將該第一支撐座的下導電層分隔成相互電性絕緣的一第一支撐座的內導電部及一第一支撐座的外導電部；其中，該第一支撐座的內導電部電性連接該第二導電部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具多重電性通道的微機電裝置，另包括至少一第一導電通孔，設置於該第一支撐座中且貫穿該第一絕緣層，並連接該第一支撐座的上導電層及該第一支撐座的外導電部。
4. 如申請專利範圍第2項所述之具多重電性通道的微機電裝置，更包括至少一彈簧，其中該至少一彈簧包含：一第三絕緣層，將該至少一彈簧分隔成一彈簧的上導電層與一彈簧的下導電層，其中該彈簧的下導電層連接該第一支撐座的內導電部及該質量塊的第二導電部，該彈簧的上導電層連接該第一支撐座的上導電層及該基礎導電層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具多重電性通道的微機電裝置，其中該質量塊之該第二絕緣層的一部份被該基礎導電層所覆蓋，且該基礎導電層為至少一圈的螺旋式導電線路。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具多重電性通道的微機電裝置，該第二隔絕溝槽為一具開口之多邊環狀隔絕溝槽。
7. 如申請專利範圍第2項所述之具多重電性通道的微機電裝置，更包括一電性絕緣填充材，填充於該第一隔絕溝槽及第二隔絕溝槽以形成電性絕緣結構。
8. 如申請專利範圍第2項所述之具多重電性通道的微機電裝置，更包括至少一導電接合層，其中該基板上具有至少一導電層，該第一支撐座的外導電部透過該導電接合層與該導電層連接。
9. 如申請專利範圍第2項所述之具多重電性通道的微機電裝置，更包括兩個永久磁鐵與一第二支撐座，其中該第一支撐座與該第二支撐座位於該質量塊的相對兩側，該些永久磁鐵位於該質量塊旁且位於該第一支撐座與該第二支撐座的連線所垂直的軸線上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具多重電性通道的微機電裝置，其中該質量塊為中央挖空之框架。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具多重電性通道的微機電裝置，更包括：一內框架，設置於該框架中且經由多個第一彈簧連接該框架；以及一內質量塊，設置於該內框架中且經由多個第二彈簧連接至該內框架；其中，該內質量塊經由該些第二彈簧、該內框架及該些第一彈簧而電性連接至該框架的該目標導電層。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具多重電性通道的微機電裝置，其中該基礎導電層之電阻值大於該目標導電層之電阻值。
13. 一種具多重電性通道的微機電裝置，用於量測磁力，包括：一第一支撐座，該第一支撐座包括：一第一支撐座之絕緣層，將該第一支撐座分隔成一第一支撐座之上導電層與一第一支撐座之一下導電層；一第一支撐座之隔絕溝槽，設置於該第一支撐座之下導電層且貫穿該第一支撐座之下導電層至該第一支撐座之絕緣層，並將該第一支撐座之下導電層分隔成相互電性絕緣的一第一支撐座之內導電部及一第一支撐座之外導電部；一第一導電通孔，設置於該第一支撐座中且貫穿該第一支撐座之絕緣層，並連接該第一支撐座之上導電層及該第一支撐座之外導電部；一第二支撐座，該第二支撐座包括：一第二支撐座之絕緣層，將該第二支撐座分隔成一第二支撐座之上導電層與一第二支撐座之下導電層；一該第二支撐座之隔絕溝槽，設置於該第二支撐座之下導電層且貫穿該第二支撐座之下導電層至該第二支撐座之絕緣層，並將該第二支撐座之該下導電層分隔成相互電性絕緣的一第二支撐座之內導電部及一第二支撐座之外導電部；一質量塊，包括：一第二絕緣層，將該質量塊分隔成一基礎導電層與一目標導電層；一第二隔絕溝槽，為一具開口之多邊環狀隔絕溝槽，設置於該目標導電層且貫穿該目標導電層至第二絕緣層，並將該目標導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部；以及一第二導電通孔，貫穿該第二絕緣層且連接該基礎導電層及該第一導電部；二個扭轉彈簧，每一該扭轉彈簧包括：一第三絕緣層，將每一該扭轉彈簧分隔成一扭轉彈簧之上導電層與一扭轉彈簧之下導電層；其中，該基礎導電層為至少一圈的螺旋式導電線路；該二個扭轉彈簧中，其中之一的該扭轉彈簧之上導電層連接該第一支撐座之上導電層及該基礎導電層，該其中之一的該扭轉彈簧之下導電層連接該第一支撐座之內導電部及該質量塊之第二導電部；該二個扭轉彈簧中，另一扭轉彈簧之下導電層連接該第二支撐座之內導電部及該質量塊的第一導電部。
14. 如申請專利範圍第13項所述之具多重電性通道的微機電裝置，在工作狀態時，該至少一電極塊與該質量塊之該第二導電部具有一電位差。
15. 如申請專利範圍第13項所述之具多重電性通道的微機電裝置，在工作狀態時，有一電流由該第一支撐座之外導電部流入後，依序流經該第一導電通孔、該第一支撐座之上導電層、該扭轉彈簧之上導電層、該基礎導電層、該第二導電通孔、該第一導電部及另一該扭轉彈簧之下導電層，而後由該第二支撐座之內導電部流出。
16. 如申請專利範圍第13項所述之具多重電性通道的微機電裝置，其中該質量塊為中央挖空之框架。
17. 一種具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，包括：提供一絕緣層覆矽晶圓，其中該絕緣層覆矽晶圓包含依序堆疊之一元件層、一絕緣層及一處理層；蝕刻該元件層，以形成一凹部及多個凸部；將該些凸部與一基板結合；移除該處理層；在該絕緣層上形成多個上導電層；以及圖案化該元件層與該絕緣層，以將該些凸部形成為多個支撐座的多個下導電層，將該凹部形成為一質量塊的一下導電層及至少一扭轉彈簧之下導電層，並將該絕緣層形成該些支撐座之絕緣層、該質量塊之絕緣層與該扭轉彈簧之絕緣層。
18. 如申請專利範圍第17項所述之具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，更包括於各該凸部蝕刻出一第一隔絕溝槽及於該凹部蝕刻出一第二隔絕溝槽，其中該些第一隔絕溝槽及該第二隔絕溝槽延伸至該絕緣層。
19. 如申請專利範圍第17項所述之具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，更包括在該絕緣層形成一第一通孔與一第二通孔，以使其中之一的該些凸部的一部份暴露於該第一通孔中，且該凹部的一部份暴露於該第二通孔中。
20. 如申請專利範圍第19項所述之具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，其中該些上導電層填入該第一通孔與該第二通孔。
21. 一種具多重電性通道的微機電裝置的製作方法，包括：提供一絕緣層覆矽晶圓，其中該絕緣層覆矽晶圓包含依序堆疊之一元件層、一絕緣層及一處理層；蝕刻該元件層，以形成一凹部及多個凸部，其中該凹部用以形成一質量塊的一下導電層及至少一扭轉彈簧之下導電層，該些凸部用以形成多個支撐座的多個下導電層；於各該凸部蝕刻出一第一隔絕溝槽及於該凹部蝕刻出一第二隔絕溝槽，其中該些第一隔絕溝槽及該第二隔絕溝槽延伸至該絕緣層，該些第一隔絕溝槽將該支撐座的該下導電層分隔成相互電性絕緣的一內導電部及一外導電部，該第二隔絕溝槽將該質量塊的該下導電層分隔成相互電性絕緣的一第一導電部及一第二導電部；將該些凸部與一基板結合；移除該處理層；在該絕緣層形成一第一通孔與一第二通孔，以使其中之一的該些凸部的一部份暴露於該第一通孔中，且該凹部的一部份暴露於該第二通孔中；在該絕緣層上形成多個上導電層，其中該些上導電層填入該第一通孔與該第二通孔以形成一第一導電通孔與一第二導電通孔，該第二導電通孔貫穿該絕緣層且電性連接該質量塊的該上導電層及該質量塊的該第一導電部，該第一導電部電性連接該些支撐座中之一的一第二支撐座的該內導電部，該第二導電部電性連接該些支撐座中之一的一第一支撐座的該內導電部，且該第一導電通孔貫穿該絕緣層且連接該第一支撐座之上導電層及該第一支撐座之外導電部；以及圖案化該元件層與該絕緣層，以將該些凸部形成為該些支撐座的該些下導電層，並將該凹部形成為該質量塊的該下導電層及該至少一扭轉彈簧之下導電層且將該絕緣層形成該些支撐座之絕緣層、該質量塊之絕緣層與該扭轉彈簧之絕緣層。