TW201617618A - 具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法 - Google Patents

具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201617618A
TW201617618A TW103139411A TW103139411A TW201617618A TW 201617618 A TW201617618 A TW 201617618A TW 103139411 A TW103139411 A TW 103139411A TW 103139411 A TW103139411 A TW 103139411A TW 201617618 A TW201617618 A TW 201617618A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
cover
airtight cavity
layer
disposed
Prior art date
Application number
TW103139411A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI513981B (zh
Inventor
蘇中源
郭秦輔
李宗璟
黃肇達
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW103139411A priority Critical patent/TWI513981B/zh
Priority to CN201410784817.2A priority patent/CN105776122B/zh
Priority to US14/588,983 priority patent/US9586815B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI513981B publication Critical patent/TWI513981B/zh
Publication of TW201617618A publication Critical patent/TW201617618A/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0242—Gyroscopes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • 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
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0109—Bonding an individual cap on the substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

本申請提出一種具多重氣密空腔的微機電裝置與其製作方法，可將多種感測元件整合在單一裝置中。例如，本申請的微機電裝置可提供具有不同的氣壓的兩個氣密空腔，以分別使微機電氣壓計及微機電加速度計能在最佳的氣壓環境下進行操作。

Description

具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法
本申請是有關於一種微機電裝置，且特別是有關於一種氣密式的整合型微機電裝置。
一般而言，設置於微機電感測器(MEMS sensor)中的感測元件(sensing element)需在特定的環境下操作，才能具有最佳的作動方式。因此，不同功能的微機電感測器，其感測元件所處的環境亦須隨之變化，才能確保微機電感測器在進行感測時，具有良好的準確度。舉例而言，有些微機電感測器(例如陀螺儀)需要考慮震動阻尼對振動頻率與訊號雜訊比之影響，因此會將感測元件(例如陀螺儀的可動質量塊)設置於真空的氣密空腔中，以降低空氣阻尼所造成的影響。另外，有些感測元件(例如加速度計的可動質量塊)在量測加速度而產生震動時，需要適當的空氣阻尼，才能得到正確的量測結果。因此，這些感測元件(例如加速度計的可動質量塊)需設置在特定氣壓的氣密空腔中。除此之外，還有些微機電感 測元件(例如是壓力計的感測薄膜)需要包覆一具有特定氣壓或真空的氣密空腔，才能量測壓力計所在環境的壓力大小。
然而，在市場對於電子產品小尺寸與低成本的要求下，具不同功能之感測器的整合已成為未來微機電感測器市場的主流趨勢。因此，如何開發出具多重氣密空腔的微機電裝置，以提供不同感測元件能在不同氣壓的環境中，進行最佳的作動，已成為整合多種微機電感測器時的重要關鍵技術。
本申請提供一種氣密式的整合型微機電裝置，整合了不同功能的微機電感測元件，以同時量測不同的物理量，例如壓力或慣性等。以壓力計與加速度計為例，壓力計需要較薄的結構層做為變形薄膜以提高感測靈敏度，而加速度計或是其他慣性元件需要較厚的結構層作為感測質量塊以提高靈敏度。此外，為了量測絕對壓力以及避免溫度對壓力的影響，壓力計需要較高真空度的操作環境，然而加速度計在過高真空度的環境中會有輸出不穩定的問題。此兩種元件對操作環境的氣壓要求並不相同。
在本申請的一實施例中，微機電裝置包括基板、第一蓋體、第一感測單元以及第二蓋體。基板具有第一表面，第一蓋體設置於基板上，且第一蓋體與基板定義第一氣密空腔。第一感測單元包含懸浮於基板上方的可動質量塊。第二蓋體設置於基板上，且第二蓋體與基板定義第二氣密空腔。所述第一感測單元設 置於第二氣密空腔之外，且第一氣密空腔包覆第一感測單元。
在本申請的一實施例中，微機電裝置包括基板、第一蓋體、第一感測單元以及第二蓋體。基板具有第一表面，第一蓋體設置於基板上，且第一蓋體與基板定義第一氣密空腔。第一感測單元包含懸浮於基板上方的可動質量塊。第二蓋體設置於基板上，且第二蓋體與基板定義第二氣密空腔。在本實施例中，第一感測單元設置於第二氣密空腔之外，第一氣密空腔包覆第一感測單元及第二蓋體，且第一氣密空腔中的氣壓與第二氣密空腔中的氣壓不同。
在本申請的一實施例中，微機電裝置包括基板、第一蓋體、第一感測單元、第二蓋體。基板具有第一表面，第一蓋體設置於基板上，且第一蓋體與基板定義第一氣密空腔。第一感測單元包含懸浮於基板上方的可動質量塊。第二蓋體設置於基板上，且第二蓋體與基板定義第二氣密空腔。在本實施例中，第一感測單元設置於第二氣密空腔之外，第一氣密空腔包覆第一感測單元及第二蓋體。此外，可動質量塊下表面至第一表面的距離實質上等於第二蓋體頂壁之下表面至第一表面的距離，且可動質量塊的厚度實質上等於第二蓋體的厚度。
在本申請的一實施例中，微機電裝置包括基板、第一蓋體、第一感測單元、第二蓋體。基板具有第一表面，且包含薄膜以及貫穿孔。第一蓋體設置於基板上，且第一蓋體與基板定義第一氣密空腔。第一感測單元包含懸浮於基板上方的可動質量塊。 第二蓋體設置於基板上，且第二蓋體與基板定義第二氣密空腔。在本實施例中，第一感測單元設置於第二氣密空腔之外，且第一氣密空腔包覆第一感測單元及第二蓋體。薄膜的上表面暴露於第二氣密空腔內，且薄膜的下表面覆蓋貫穿孔。
本申請提出的一種微機電裝置的製作方法，包括下列步驟。首先，提供第一基板，並且在第一基板上形成固定電極。接著，提供第二基板，並且蝕刻第二基板，以形成多個凸部及多個凹部。然後，接合第二基板至第一基板的第一表面，以形成第二氣密空腔。並且，蝕刻第二基板，以形成包覆第二氣密空腔的第二蓋體及第一感測單元。之後，接合第一蓋體至第一基板的第一表面，以形成第一氣密空腔。本實施例的第一感測單元包含至少一懸浮於固定電極上方的可動質量塊。第一氣密空腔內的氣壓為第一氣壓，第二氣密空腔內的氣壓為第二氣壓，且第一氣壓不等於第二氣壓。第一感測單元設置於第二氣密空腔之外，第一氣密空腔包覆第一感測單元及第二蓋體。
基於上述，本申請提出一種利用單一製程平台整合兩種以上的微機電感測元件的結構設計與製作方法，可將兩種以上的感測元件整合在單一裝置中，克服不同感測元件因操作環境與結構差異而難以整合的問題。例如，本申請的微機電裝置可以提供相互獨立的第一氣密空腔與第二氣密空腔，並使其具有不同的氣壓，以分別適應前述壓力計以及加速度計所需的操作環境。此外，透過氣密包覆式的設計，可將感測元件的電性導線與電極包覆在 氣密空腔中，避免電性導線與電極被外界水氣與化學物質所腐蝕。
為讓本申請的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。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧(第一)基板
110a‧‧‧基板的第一表面
112‧‧‧導電接合部
114‧‧‧第一導電密封環
116‧‧‧第二導電密封環
118‧‧‧導電通孔
120‧‧‧第一蓋體
130‧‧‧第二蓋體
130a‧‧‧第二蓋體之頂壁的下表面
132‧‧‧第二蓋體之頂壁
134‧‧‧第二蓋體之側壁
140‧‧‧第一感測單元
142‧‧‧可動質量塊
142a‧‧‧可動質量塊之下表面
144‧‧‧固定座
146‧‧‧固定電極
150‧‧‧第一氣密空腔
160‧‧‧第二氣密空腔
170‧‧‧壓力計
172‧‧‧薄膜
172a‧‧‧薄膜的上表面
172b‧‧‧薄膜的下表面
173‧‧‧可動電極
174‧‧‧貫穿孔
175‧‧‧導電線路
192‧‧‧導電層
192a‧‧‧開口(或槽)
194‧‧‧半導體層
196‧‧‧第一絕緣層
198‧‧‧第二絕緣層
198a‧‧‧開口
198b‧‧‧通孔
D1、D2‧‧‧距離
T1、T2‧‧‧厚度
P1、P2‧‧‧環境氣壓
220‧‧‧第二基板
222‧‧‧處理層
224‧‧‧元件層
226‧‧‧絕緣層
224a‧‧‧凸部
224b‧‧‧凹部
228‧‧‧導電接合層
圖1繪示依照本申請之一實施例的一種微機電裝置。
圖2~16繪示依照本申請之一實施例的微機電裝置的製作方法。
圖1繪示依照本申請之一實施例的一種微機電裝置100，其適於同時量測壓力及慣性物理量。在此，所述壓力例如是液體或氣體的壓力，而慣性物理量為利用質量塊的慣性所量測出來的物理量，例如是加速度、角速度、地磁磁力、共振頻率等。換言之，本實施例的微機電裝置可依據使用目的，在同一微機電裝置中，整合兩種以上的慣性感測器。舉例而言，在本實施例可將壓力計與加速度計整合在同一微機電裝置中以應用於偵測車輛輪胎的胎壓。本實施例亦可將壓力計與陀螺儀或磁力計整合在同一微機電裝置中。
如圖1所示，微機電裝置100包括基板110、第一蓋體120、第二蓋體130以及第一感測單元140。基板110具有第一表 面110a，而第一蓋體120設置於基板110上，且第一蓋體120與基板110定義第一氣密空腔150。第二蓋體130設置於基板110上，且第二蓋體130與基板110定義第二氣密空腔160。在此，第二蓋體130具有頂壁132以及連接頂壁132的側壁134。此外，前述「第一蓋體120設置於基板110上」所描述的結構可以包含：第一蓋體120直接設置於基板110上(中間沒有隔著其他膜層，如下文提及的第二絕緣層198、導電層192及半導體層194等)，或者，第一蓋體120間接設置於基板110上(中間隔著其他膜層，例如下文提及的第二絕緣層198、導電層192及半導體層194等)。
第一感測單元140包含懸浮於基板110上方的可動質量塊142，且可動質量塊142設置於第二氣密空腔160之外。在此，第一感測單元140懸浮於基板110上方，因此，第一感測單元140與基板110之間可不存在其他膜層。第一氣密空腔150至少包覆第一感測單元140，或者同時包覆第一感測單元140及第二蓋體130。換言之，第一蓋體120可以如本實施例所示，同時覆蓋第二蓋體130以及第一感測單元140。或者，在其他未繪示的實施例中，第一蓋體120可能只覆蓋第一感測單元140，而第二蓋體130位於第一蓋體120之外。
在本實施例中，第一氣密空腔150與第二氣密空腔160相互獨立，而可提供不同的操作環境。例如，以整合壓力計與加速度計的設計為例，本實施例可以使第一氣密空腔150與第二氣密空腔160具有不同的氣壓，以分別提供壓力計以及加速度計所 需的操作環境。當然，本申請並不限制感測元件的種類。本技術領域中具有通常知識者在參酌下文的說明之後，當可依據現有技術水平在不脫離本申請的保護範圍內對所揭露的結構進行可能的調整。舉例而言，所述加速度計亦可被置換為陀螺儀、磁力計、震盪器或前述任兩者以上的組合。
以下參照圖1對具體結構進行詳細的說明。所述第一感測單元140例如是加速度計，包括固定座144、可動質量塊142以及固定電極146。可動質量塊142耦接於固定座144，而具有至少一個軸向的運動自由度。固定電極146對應於可動質量塊142，以形成電容。當微機電裝置100在進行特定軸向的加速度量測時，可動質量塊142會產生相應的運動，使得可動質量塊142與固定電極146間的電容發生改變。因此，微機電裝置100可藉著感測電容的改變，然後透過特用積體電路(ASIC)的計算，求得加速度的大小。由於第一感測單元140被第一氣密空腔150包覆，因此可以選擇讓第一氣密空腔150具有適應於加速度感測的特定氣壓，以提供正確且靈敏的量測結果。
另一方面，本實施例可以選擇讓第二氣密空腔160可具有較高真空度，以提供適合壓力計量測絕對壓力時之的操作環境。本實施例也可以選擇讓第二氣密空腔160可具有一特定的氣壓值，以提供適合壓力計量測相對壓力時之的操作環境。本實施例的基板110包含薄膜172及貫穿基板110的貫穿孔174，其中薄膜172的上表面172a可導電且暴露於第二氣密空腔160內，且薄 膜172的下表面172b覆蓋貫穿孔174，並藉由貫穿孔174連通到外界。所述第二蓋體130、薄膜172及第二氣密空腔160構成壓力計170，用以量測外界的氣壓。
在本實施例中，基板110具有多層膜結構，用以形成薄膜172以及其他可能的電極或線路等元件。更具體而言，基板110具有導電層192、半導體層194、設置於導電層192與半導體層194之間的第一絕緣層196以及位於基板110底部的第一絕緣層196。本實施例的薄膜172例如是由部分導電層192、部分半導體層194以及部分第一絕緣層196的多層膜結構所構成。部分導電層192暴露於第二氣密空腔160內，而部分半導體層194覆蓋貫穿孔174。部分第一絕緣層196設置於部分導電層192與部分半導體層194之間。此外，導電層192上更覆蓋有第二絕緣層198，以隔絕第一感測單元140的固定電極146與導電層192。換言之，導電層192設置於第一絕緣層196與第二絕緣層198之間，而固定電極146設置於第二絕緣層198上，且第二絕緣層198在第二氣密空腔160內暴露出部分導電層192。
前述半導體層194可為P型半導體層或N型半導體層。並且，若基板110為半導體基板，且選擇在基板110進行離子摻雜(ion inplant)來形成半導體層194時，半導體層194的導電形態可取決於基板110的類型。舉例而言，當基板110為N型半導體基板時，半導體層194可為P型半導體層，而當基板110為P型半導體基板時，半導體層194可為N型半導體層。
承上述，在本實施例中，由於薄膜172的部分導電層192與外界之間隔著半導體層194以及第一絕緣層196，因此可以有效防止導電層192接觸到外界水氣或化學物質而氧化或被腐蝕。特別是，導電層192還可用於製作微機電裝置100的內埋式電性線路。因此，不論以導電層192作為壓力計170的可動電極173或是用於製作電性線路175，都能得到絕佳的保護效果。此外，由於第一蓋體120覆蓋薄膜172與可動質量塊142，因此當第一蓋體120為導電體且電性連接至電性接地用之導電層時，第一蓋體120可防止壓力計170與第一感測單元140受外部電磁波干擾而產生錯誤訊號。
另外，薄膜172可由三種材料層構成用以調整薄膜172的剛性(stiffness)。不同剛性的薄膜可適應不同環境的壓力感測。例如胎壓計與高度計所採用之薄膜就具有不同之剛性。更具體而言，導電層192可以選用例如多晶矽(polysilicon)。半導體層194可以是摻雜硼的矽的P型半導體層。第一絕緣層196的材料可以是氮化矽(Silicon Nitride)。由於此三者之間的熱膨脹係數差異(CTE mismatch)較小，因此可降低薄膜172內的遇熱時產生的熱應力。此外，由上述三種材料層構成的薄膜172具有良好的剝離強度(peeling strength)，有效避免材料層之間因應力作用而相互剝離，進而提升了微機電裝置100的可靠度。
另一方面，第一感測單元140的固定電極146的材料例如為銅或其他導電材料。在本實施例中，固定電極146與薄膜172 的導電層192分別屬於不同的材料層。換言之，固定電極146與導電層192不在同一平面上。
如前述，固定電極146與導電層192之間具有第二絕緣層198，其材料可以是氮化矽(Silicon Nitride)。此由金屬(銅)/氮化矽/多晶矽形成的三層結構可提高電性線路設計的彈性。例如，導電層192可形成一位於第二絕緣層198下方的電性線路。如此，當第一蓋體120在與基板110接合時，便能採用不同的接合方法，如玻璃介質接合(Glass Frit Bonding)或是金屬接合(Metal Bonding等)。此外，當基板為互補式金屬氧化物半導體積體電路(CMOS IC)晶片時，微機電裝置100就成為了垂直整合的微機電裝置。此外，本實施例的可動質量塊142與第二蓋體130可以由同一元件材料層(例如是半導體層)來製作，如此所形成的可動質量塊142的下表面142a至基板110之第一表面110a的距離D1實質上會等於第二蓋體130頂壁132之下表面130a至第一表面110a的距離D2，且可動質量塊142的厚度T1實質上等於第二蓋體130的厚度T2。
圖2~16進一步繪示依照本申請之一實施例的前述微機電裝置100的製作方法。在本實施例中，盡可能採用相同或類似的元件符號來表示相同或類似的元件，以具體說明每個製程步驟，然其並非用以限定本申請的技術方案。本技術領域中具有通常知識者在參酌下文的說明之後，當可依據現有技術水平在不脫離本申請的保護範圍內對相關製程步驟中所採用的材料、製程條件、步驟順序，進行可能的變更、置換或省略。
首先，如圖2所示，提供第二基板220，其例如是絕緣層覆矽(Silicon On Insulator,SOI)晶圓，包括處理層(handle layer)222、元件層(device layer)224以及位於處理層222與元件層224之間的絕緣層(insulation layer)226。在此，處理層222與元件層224的材料為矽，而絕緣層226的材料是二氧化矽(SiO2)。接著，如圖3所示，藉由蝕刻或其他圖案化製程移除部分的元件層224，以在元件層224上形成多個凸部224a與多個凹部224b。並且，如圖4所示，在凸部224a的頂面形成導電接合層228。
之後，如圖5所示，提供第一基板110，並且在第一基板110的表面110a上進行離子摻雜(ion implant)，以形成半導體層194。在此，第一基板110例如是N型半導體基板，而所進行的離子摻雜步驟例如為P型離子摻雜，以形成P型的半導體層194。當然，若第一基板110為P型半導體基板，則可進行N型離子摻雜，以形成N型的半導體層194接著，如圖6所示，在半導體層194上進行氮化矽(silicon nitride)的沉積，以形成第一絕緣層196。並且，如圖7所示，在第一絕緣層196上進行多晶矽(poly-sillicon)的沉積，以形成導電層192。在圖6的步驟中，由於是對第一基板110進行氮化矽的沉積，因此可能在第一基板110的底面同時形成另一第一絕緣層196。
然後，如圖8所示，藉由蝕刻或其他可能的方式對導電層192進行圖案化(patterning)，以形成多個開口(或槽)192a。此多個開口(或槽)192a貫穿導電層192而至第一絕緣層196，可定義出 壓力計170所需的可動電極173以及內埋式的導電線路175。此處的可動電極173可以為圓形、方形或其他可能的形狀。
接著，如圖9所示，在導電層192上進行氮化矽的沉積，以形成第二絕緣層198。更詳細地說，第二絕緣層198覆蓋可動電極173及導電線路。此外，第二絕緣層198覆蓋曝露於多個開口(或槽)192a中的第一絕緣層196。並且，如圖10所示，藉由蝕刻或其他可能的方式對第二絕緣層198進行圖案化，以形成暴露出可動電極173的開口198a以及提供不同層線路連接路徑的通孔198b。
然後，如圖11所示，形成圖案化金屬層，其材料例如為銅或其他金屬。具體而言，例如是先全面沉積電極材料層，如銅層，於基板110上，再藉由蝕刻或其他可能的方式對電極材料層進行圖案化，以在第二絕緣層198上形成固定電極146、多個導電接合部112、第一導電密封環114以及第二導電密封環116。同時，在通孔198b(如圖10所示)內形成導電通孔118，使導電通孔118連接導電接合部112及導電層192，進而使導電接合部112電性連接導電層192。
接著，如圖12所示，將第二基板220接合至第一基板110，其中導電接合層228對應連接導電接合部112以及第二導電密封環116。此時，第二氣密空腔160形成於第一基板110與第二基板220之間，而第二氣密空腔160內的氣壓即為進行此製程步驟時的環境氣壓P2。應注意的是，為了形成完整的第二氣密空腔160，除了在第一基板110上設置第二導電密封環116之外，在圖 3所示的移除部分元件層224的製程步驟中，對所形成的凹部224b的形狀與位置做了考量。例如，在對應形成第二氣密空腔160的位置上形成凹部224b，以在第二基板220接合至第一基板110之後，使凹部224b與第二導電密封環116所圍繞的空間共同形成所述第二氣密空腔160。
之後，如圖13所示，對第一基板110進行背蝕刻(back etching)製程，使用例如氫氧化鉀(KOH)溶液蝕刻第一基板110底部，以形成貫穿第一基板110的貫穿孔174，且貫穿孔174暴露出部分的P型半導體層194。此時，薄膜172被形成。
接著，如圖14所示，移除第二基板220的處理層222與絕緣層226，再如圖15所示，藉由蝕刻或其他圖案化製程移除部分的元件層224，以定義出第二蓋體130以及第一感測單元140的可動質量塊142、固定座144等。
之後，如圖16所示，接合第一蓋體120至第一基板110上的第一導電密封環114，以形成第一氣密空腔150。此時，第一氣密空腔150內的氣壓即為進行此製程步驟時的環境氣壓P1。如此，大致完成微機電裝置100的製作。在此步驟中，可以選擇讓第一蓋體120同時覆蓋第二蓋體130以及第一感測單元140，也就是讓第二蓋體130以及第一感測單元140共同位於第一氣密空腔150中。或者，在其他未繪示的實施例中，也可以選擇讓第一蓋體120只覆蓋第一感測單元140，而讓第二蓋體130位於第一蓋體120之外。
基於上述，本實施例可以依據圖12與圖16的接合步驟中的製程環境氣壓來決定第一氣密空腔150內的氣壓P1與第二氣密空腔160內的氣壓P2。因此，前述微機電裝置100的製作方法可依據不同感測元件的功能，使第一氣密空腔150與第二氣密空腔160具有相同或不同氣壓。如此，即能整合例如壓力計、加速度計、陀螺儀、磁力計或振盪器等感測元件於單一的微機電裝置中。
此外，薄膜172包含部分導電層192、部分半導體層194以及部分第一絕緣層196。由於部分導電層192與外界之間隔著半導體層194以及第一絕緣層196，因此可以有效防止部分導電層192接觸到外界水氣或化學物質而氧化或被腐蝕。因此，由多種材料構成的薄膜172可以對可動電極173或導電線路175提供良好的保護效果。同時，本實施例也可以在製作薄膜172的過程中改變導電層192、半導體層194以及第一絕緣層196的材料、厚度等等，以調整薄膜172的剛性(stiffness)。不同剛性的薄膜172可以應用於不同環境的壓力量測，例如可分別應用於胎壓計或3D導航用之高度計。
另外，本實施例的製作方法選擇對元件層214進行圖案化，以同時形成可動質量塊142與第二蓋體130，因此可動質量塊142與第二蓋體130會具有大致相同的高度與厚度。更具體而言，如圖1所示，可動質量塊142的下表面142a至基板110之第一表面110a的距離D1實質上會等於第二蓋體130頂壁之下表面130a 至第一表面110a的距離D2。可動質量塊142的厚度T1實質上等於第二蓋體130的厚度T2。
雖然本申請已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本申請，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本申請的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本申請的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧基板
110a‧‧‧基板的第一表面
120‧‧‧第一蓋體
130‧‧‧第二蓋體
130a‧‧‧第二蓋體之頂壁的下表面
132‧‧‧第二蓋體之頂壁
134‧‧‧第二蓋體之側壁
140‧‧‧第一感測單元
142‧‧‧可動質量塊
142a‧‧‧可動質量塊之下表面
144‧‧‧固定座
146‧‧‧固定電極
150‧‧‧第一氣密空腔
160‧‧‧第二氣密空腔
170‧‧‧壓力計
172‧‧‧薄膜
172a‧‧‧薄膜的上表面
172b‧‧‧薄膜的下表面
173‧‧‧可動電極
174‧‧‧貫穿孔
175‧‧‧導電線路
192‧‧‧導電層
194‧‧‧半導體層
196‧‧‧第一絕緣層
198‧‧‧第二絕緣層
D1、D2‧‧‧距離
T1、T2‧‧‧厚度

Claims (31)

  1. 一種微機電裝置，適用於同時量測壓力及慣性物理量，該微機電裝置包括：基板，具有第一表面；第一蓋體，設置於該基板上，且該第一蓋體與該基板定義第一氣密空腔；第一感測單元，包含懸浮於該基板上方的可動質量塊；第二蓋體，設置於該基板上，且該第二蓋體與該基板定義第二氣密空腔；其中，該第一氣密空腔包覆該第一感測單元，該第一感測單元設置於該第二氣密空腔之外。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該第一氣密空腔中的氣壓與該第二氣密空腔中的氣壓不同。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的微機電裝置，其中該可動質量塊之下表面至該第一表面的距離實質上等於該第二蓋體的頂壁之下表面至該第一表面的距離，該可動質量塊的厚度實質上等於該第二蓋體的厚度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的微機電裝置，其中該基板另包含薄膜及貫穿孔，該薄膜的上表面可導電且暴露於該第二氣密空腔內，且該薄膜的下表面覆蓋該貫穿孔。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的微機電裝置，其中該基板更 包括：半導體層，設置於該第一表面；第一絕緣層，覆蓋該半導體層；導電層，設置於該第一絕緣層上；第二絕緣層，覆蓋該導電層；以及固定電極，設置於該第二絕緣層上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的微機電裝置，其中該薄膜包含：部分該導電層，暴露於該第二氣密空腔內；部分該半導體層，覆蓋該貫穿孔；以及部分該第一絕緣層，設置於該部分該導電層與該部分該半導體層之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的微機電裝置，其中該固定電極的材料為銅，且該導電層的材料為多晶矽(polysilicon)。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的微機電裝置，其中該第二蓋體、該薄膜及該第二氣密空腔構成一氣壓計。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該第一感測單元是至少下列感測器之一：加速度計、陀螺儀、磁力計、震盪器。
  10. 一種微機電裝置，包括：基板，具有第一表面；第一蓋體，設置於該基板上，且該第一蓋體與該基板定義第 一氣密空腔；第一感測單元，包含懸浮於該基板上方的可動質量塊；第二蓋體，設置於該基板上，且該第二蓋體與該基板定義第二氣密空腔；其中，該第一氣密空腔包覆該第一感測單元及該第二蓋體，該第一感測單元設置於該第二氣密空腔之外，該第一氣密空腔中的氣壓與該第二氣密空腔中的氣壓不同。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的微機電裝置，其中該可動質量塊之下表面至該第一表面的距離實質上等於該第二蓋體的頂壁之下表面至該第一表面的距離，該可動質量塊的厚度實質上等於該第二蓋體的厚度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的微機電裝置，其中該基板另包含薄膜及貫穿孔，其中該薄膜的上表面可導電且暴露於該第二氣密空腔內，該薄膜的下表面覆蓋該貫穿孔。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的微機電裝置，其中該基板更包括：半導體層，設置於該第一表面；第一絕緣層，覆蓋該半導體層；導電層，設置於該第一絕緣層上；第二絕緣層，覆蓋該導電層；以及固定電極，設置於該第二絕緣層上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的微機電裝置，其中該薄膜 包含：部分該導電層，暴露於該第二氣密空腔內；部分該半導體層，覆蓋該貫穿孔；以及部分該第一絕緣層，設置於該部分該導電層與該部分該半導體層之間。
  15. 一種微機電裝置，包括：基板，具有第一表面；第一蓋體，設置於該基板上，且該第一蓋體與該基板定義第一氣密空腔；第一感測單元，包含懸浮於該基板上方的可動質量塊；第二蓋體，設置於該基板上，且該第二蓋體與該基板定義第二氣密空腔；其中，該第一氣密空腔包覆該第一感測單元及該第二蓋體，該第一感測單元設置於該第二氣密空腔之外，該可動質量塊下表面至該第一表面的距離實質上等於該第二蓋體頂壁之下表面至該第一表面的距離，該可動質量塊的厚度實質上等於該第二蓋體的厚度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的微機電裝置，其中該基板另包含薄膜及貫穿孔，其中該薄膜的上表面暴露於該第二氣密空腔內，該薄膜的下表面覆蓋該貫穿孔。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的微機電裝置，其中該基板更包括：半導體層，設置於該第一表面； 第一絕緣層，覆蓋該半導體層；導電層，設置於該第一絕緣層上；第二絕緣層，覆蓋該導電層；以及固定電極，設置於該第二絕緣層上。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的微機電裝置，其中該薄膜包含：部分該導電層，暴露於該第二氣密空腔內；部分該半導體層，覆蓋該貫穿孔；以及部分該第一絕緣層，設置於該部分該導電層與該部分該半導體層之間。
  19. 一種微機電裝置，包括：基板，具有第一表面，包含：薄膜；以及貫穿孔；第一蓋體，設置於該基板上，且該第一蓋體與該基板定義第一氣密空腔；第一感測單元，包含懸浮於該基板上方的可動質量塊；第二蓋體，配置於該基板上，且該第二蓋體與該基板定義第二氣密空腔；其中，該第一氣密空腔包覆該第一感測單元及該第二蓋體，該第一感測單元設置於該第二氣密空腔之外，該薄膜的上表面暴露於該第二氣密空腔內，且該薄膜的下表面覆蓋該貫穿孔。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的微機電裝置，其中該基板更包括：半導體層，設置於該第一表面；第一絕緣層，覆蓋該半導體層；導電層，設置於該第一絕緣層上；第二絕緣層，覆蓋該導電層；以及固定電極，設置於該第二絕緣層上。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的微機電裝置，其中該薄膜包含：部分該導電層，暴露於該第二氣密空腔內；部分該半導體層，覆蓋該貫穿孔；以及部分該第一絕緣層，設置於該部分該導電層與該部分該半導體層之間。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的微機電裝置，其中該第一氣密空腔中的氣壓與該第二氣密空腔中的氣壓不同。
  23. 一種微機電裝置的製作方法，包括：提供第一基板，並且在該第一基板上形成固定電極；提供第二基板，並且蝕刻該第二基板，以形成多個凸部及多個凹部；接合第二基板至該第一基板上，以形成第二氣密空腔；蝕刻該第二基板，以形成第一感測單元以及包覆該第二氣密空腔的第二蓋體，其中該第一感測單元包含至少一懸浮於該固定 電極上方的可動質量塊，；以及接合第一蓋體至該第一基板的該第一表面，以形成第一氣密空腔；其中，該第一氣密空腔內的氣壓為第一氣壓，該第二氣密空腔內的氣壓為第二氣壓，該第一氣壓不等於該第二氣壓，該第一氣密空腔包覆該第一感測單元及該第二蓋體，該第一感測單元設置於該第二氣密空腔之外。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的微機電裝置的製作方法，其中形成該第二蓋體及該可動質量塊的方法另包含：使該可動質量塊之下表面至該基板之該第一表面的距離等於該第二蓋體之下表面至該基板之該第一表面的距離，且使該可動質量塊的厚度等於該第二蓋體的厚度。
  25. 如申請專利範圍第23項所述的微機電裝置的製作方法，其中提供第一基板的方法另包含：在該第一基板形成薄膜及貫穿孔，其中該貫穿孔貫穿該第一基板，該薄膜覆蓋該貫穿孔。
  26. 如申請專利範圍第23項所述的微機電裝置的製作方法，其中形成該薄膜的方法包括：形成P型半導體層於該第一基板的第一表面；形成第一絕緣層於該P型半導體層上；形成導電層於該第一絕緣層上；形成第二絕緣層於該導電層上，且該第二絕緣層覆蓋該第一 絕緣層及該導電層；以及圖案化該第二絕緣層，使該該導電層的一部分暴露於該第二氣密空腔內。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的微機電裝置的製作方法，其中形成該固定電極的方法包括：形成電極材料層於圖案化的該第二絕緣層上；以及圖案化該電極材料層，以形成該固定電極。
  28. 如申請專利範圍第23項所述的微機電裝置的製作方法，其中該第二基板包括元件層、處理層以及設置於該元件層與該處理層之間的絕緣層，且所述的微機電裝置的製作方法更包括：蝕刻該元件層，以形成該些凸部及該些凹部；以及形成導電接合層於該些凸部。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的微機電裝置的製作方法，其中接合該第二基板至該第一基板的方法包括：將該第二基板的該元件層朝向該第一基板，並使該導電接合層連接該第一基板上的多個導電接合部。
  30. 如申請專利範圍第29項所述的微機電裝置的製作方法，其中在接合該第二基板至該第一基板的該第一表面之後，更包括移除該第二基板的該處理層以及該絕緣層。
  31. 如申請專利範圍第30項所述的微機電裝置的製作方法，其中形成該第二蓋體以及該第一感測單元的方法包括蝕刻該第二基板的該元件層。
TW103139411A 2014-11-13 2014-11-13 具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法 TWI513981B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103139411A TWI513981B (zh) 2014-11-13 2014-11-13 具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法
CN201410784817.2A CN105776122B (zh) 2014-11-13 2014-12-17 具多重气密空腔的微机电装置及其制作方法
US14/588,983 US9586815B2 (en) 2014-11-13 2015-01-05 Micro-electromechanical apparatus with multiple chambers and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103139411A TWI513981B (zh) 2014-11-13 2014-11-13 具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI513981B TWI513981B (zh) 2015-12-21
TW201617618A true TW201617618A (zh) 2016-05-16

Family

ID=55407870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103139411A TWI513981B (zh) 2014-11-13 2014-11-13 具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9586815B2 (zh)
CN (1) CN105776122B (zh)
TW (1) TWI513981B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10011476B1 (en) 2016-12-29 2018-07-03 Industrial Technology Research Institute MEMS apparatus having impact absorber
TWI629233B (zh) * 2016-12-29 2018-07-11 財團法人工業技術研究院 具衝擊吸收器的微機電裝置
US10730744B2 (en) 2018-12-28 2020-08-04 Industrial Technology Research Institute MEMS device with movable stage
TWI702183B (zh) * 2018-12-28 2020-08-21 財團法人工業技術研究院 具可移動平台微機電裝置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10082438B2 (en) * 2015-04-30 2018-09-25 Nxp Usa, Inc. Multi-sensor system and method of forming same
TWI557527B (zh) * 2015-12-28 2016-11-11 財團法人工業技術研究院 具儲熱元件的微機電溫度控制系統
US9926190B2 (en) 2016-01-21 2018-03-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices and methods of forming the same
TW201728905A (zh) * 2016-02-03 2017-08-16 智動全球股份有限公司 加速度計
DE102017131076A1 (de) * 2017-12-22 2019-06-27 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Inline-Sensor und Fluidleitungssystem
KR102466332B1 (ko) * 2018-01-02 2022-11-15 삼성전자주식회사 가스 센서 패키지
CN111377388B (zh) * 2018-12-28 2023-05-30 财团法人工业技术研究院 具有可移动平台的微机电装置
US10962427B2 (en) * 2019-01-10 2021-03-30 Nextinput, Inc. Slotted MEMS force sensor
CN113120851A (zh) * 2019-12-30 2021-07-16 财团法人工业技术研究院 具有气密空腔的微机电装置
DE102020123160B3 (de) * 2020-09-04 2021-10-14 Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG Halbleiterdie mit Druck- und Beschleunigungssensorelement
EP4191985A4 (en) * 2020-11-06 2024-01-24 Samsung Electronics Co Ltd ELECTRONIC DEVICE WITH NOISE DETECTION MODULE
CN112909024B (zh) * 2021-02-03 2022-08-02 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 显示面板及其制备方法、显示装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1522521B1 (en) 2003-10-10 2015-12-09 Infineon Technologies AG Capacitive sensor
DE102005008512B4 (de) * 2005-02-24 2016-06-23 Epcos Ag Elektrisches Modul mit einem MEMS-Mikrofon
US7825484B2 (en) * 2005-04-25 2010-11-02 Analog Devices, Inc. Micromachined microphone and multisensor and method for producing same
US7518493B2 (en) 2005-12-01 2009-04-14 Lv Sensors, Inc. Integrated tire pressure sensor system
US20080128901A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Peter Zurcher Micro-electro-mechanical systems device and integrated circuit device integrated in a three-dimensional semiconductor structure
US8409901B2 (en) * 2008-03-11 2013-04-02 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Low temperature wafer level processing for MEMS devices
US8220330B2 (en) * 2009-03-24 2012-07-17 Freescale Semiconductor, Inc. Vertically integrated MEMS sensor device with multi-stimulus sensing
US8387464B2 (en) * 2009-11-30 2013-03-05 Freescale Semiconductor, Inc. Laterally integrated MEMS sensor device with multi-stimulus sensing
US8637943B1 (en) 2010-01-04 2014-01-28 MCube Inc. Multi-axis integrated MEMS devices with CMOS circuits and method therefor
US8316718B2 (en) 2010-08-23 2012-11-27 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS pressure sensor device and method of fabricating same
US8216882B2 (en) * 2010-08-23 2012-07-10 Freescale Semiconductor, Inc. Method of producing a microelectromechanical (MEMS) sensor device
TWI414478B (zh) 2010-09-09 2013-11-11 Domintech Co Ltd 可同時量測加速度及壓力之微機電感測器
CN102476786B (zh) * 2010-11-22 2015-01-14 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 加速度和压力传感器单硅片集成芯片及制作方法
TWI506249B (zh) * 2011-04-15 2015-11-01 Ind Tech Res Inst 微機電感測裝置
KR101273700B1 (ko) 2011-09-15 2013-06-12 삼성전기주식회사 Ｍｅｍｓ 소자
TWI518804B (zh) 2012-02-14 2016-01-21 Asia Pacific Microsystems Inc Monolithic compound sensor and its package
US9046546B2 (en) * 2012-04-27 2015-06-02 Freescale Semiconductor Inc. Sensor device and related fabrication methods
WO2014004700A1 (en) 2012-06-26 2014-01-03 Wispry, Inc. Mems die and methods with multiple-pressure sealing
US8350346B1 (en) 2012-07-03 2013-01-08 Invensense, Inc. Integrated MEMS devices with controlled pressure environments by means of enclosed volumes
US8952465B2 (en) 2012-07-13 2015-02-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices, packaged MEMS devices, and methods of manufacture thereof
US9266717B2 (en) * 2013-03-15 2016-02-23 Versana Micro Inc Monolithically integrated multi-sensor device on a semiconductor substrate and method therefor
CN103674112A (zh) * 2013-12-05 2014-03-26 上海天沐自动化仪表有限公司 一体化硅压阻式传感器芯片的制备方法及传感器芯片
CN103792036B (zh) * 2014-03-05 2016-01-20 中国电子科技集团公司第三十八研究所 气压与加速度传感器相集成的mems芯片及其制作方法
CN104062464B (zh) * 2014-06-13 2017-04-12 浙江工业大学 一种mems压阻式加速度、压力集成传感器及制造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10011476B1 (en) 2016-12-29 2018-07-03 Industrial Technology Research Institute MEMS apparatus having impact absorber
TWI629233B (zh) * 2016-12-29 2018-07-11 財團法人工業技術研究院 具衝擊吸收器的微機電裝置
US10730744B2 (en) 2018-12-28 2020-08-04 Industrial Technology Research Institute MEMS device with movable stage
TWI702183B (zh) * 2018-12-28 2020-08-21 財團法人工業技術研究院 具可移動平台微機電裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105776122A (zh) 2016-07-20
US9586815B2 (en) 2017-03-07
US20160137491A1 (en) 2016-05-19
CN105776122B (zh) 2018-10-26
TWI513981B (zh) 2015-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI513981B (zh) 具多重氣密空腔的微機電裝置及其製作方法
US9046546B2 (en) Sensor device and related fabrication methods
US9726561B2 (en) Differential pressure sensor with a capacitive read out system
US9709451B2 (en) Micromechanical pressure sensor device and corresponding manufacturing method
US8779536B2 (en) Hybrid integrated pressure sensor component
JP5677694B2 (ja) 可動ｚ−軸感知要素を備えたｍｅｍｓセンサ
US9926188B2 (en) Sensor unit including a decoupling structure and manufacturing method therefor
US9518877B2 (en) Micromechanical component for a capacitive sensor device, and manufacturing method for a micromechanical component for a capacitive sensor device
US11287486B2 (en) 3D MEMS magnetometer and associated methods
TWI552945B (zh) 具多重電極的微機電裝置及其製作方法
JP2008046078A (ja) 微小電気機械システム素子およびその製造方法
KR20160106754A (ko) 마이크로 기계 압력 센서 장치 및 그 제조 방법
TW201604121A (zh) 微電機構件以及製造微電機構件的方法
JP2016125849A (ja) センサおよびその製造方法
US9714165B1 (en) MEMS sensor
TW201408582A (zh) 混合整合構件及其製造方法
JP6258977B2 (ja) センサおよびその製造方法
CN114062714A (zh) 具有改善的对应力稳定性的微机电传感器器件
JP2016170089A (ja) Ｍｅｍｓ装置及びｍｅｍｓシステム
CN104819730A (zh) 一种mems惯性传感器及其制造方法
US10082438B2 (en) Multi-sensor system and method of forming same
JP6401728B2 (ja) 慣性センサおよびその製造方法
US11981560B2 (en) Stress-isolated MEMS device comprising substrate having cavity and method of manufacture
JP6542860B2 (ja) 可動ｚ軸検知素子を備えるＭＥＭＳセンサ
JP2016061672A (ja) シリコンデバイスの製造方法