TW201912558A - 微機械裝置及對應的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種微機械裝置及一種對應的製造方法。該微機械裝置包含:一基底基板(2),其具有一前側(V)及一背側(R);一罩蓋基板(2a);至少一個環形具不均勻側壁(3a)之溝槽(3)形成在該基底基板(2)之該前側(V)中;該基底基板(2)之該前側(V)及該溝槽(3)包覆有至少一個金屬層(4、4a);該溝槽(3)之該等不均勻側壁(3a)被該金屬(4、4a)非共形地覆蓋,使得該等側壁並不沿垂直於該前側(V)延伸之一方向形成一電流路徑;以及一密封構件,詳言之一玻璃密封件(5),其在該溝槽(3)區域中形成於該基底基板(2)與該罩蓋基板(2a)之間。
Description
本發明係關於一種微機械裝置及一種對應的製造方法。
儘管可使用任何所要微機械組件,但將藉助於具有微晶片之組件闡述本發明及其根本問題。
對於微晶片提出關於密封性的嚴格需求。舉例而言,它們必須耐受所謂的水分測試而不發生例如氧還反應之腐蝕,例如晶片之鋸切小面上曝露之鋁-銀金屬堆疊的金屬間腐蝕。如例如自DE 10 2005 040 789 A1所已知,金屬堆疊不斷沈積,亦即跨越整個晶片表面之表面寬度,且因此亦係密封玻璃接合之基底。若此金屬堆疊在水分之影響下腐蝕,則密封玻璃接合自接合基底移除,且充分的密封性有可能受損。如例如在DE 103 42 155 A1中所描述,根據先前技術之一個對策應為外部晶片區域中金屬的局部移除。
本發明揭示一種如申請專利範圍第1項之微機械裝置及一種如申請專利範圍第8項之對應的製造方法。
該微機械裝置包含:一罩蓋基板,至少一個環形具不均勻側壁之溝槽形成在該基底基板之該前側中;該基底基板之該前側及該溝槽包覆有至少 一個金屬層;該溝槽之該等不均勻側壁被該金屬非共形地覆蓋,使得該等側壁並不沿垂直於該前側延伸之一方向形成一電流路徑;以及一密封構件,詳言之一玻璃密封件,其在該溝槽區域中形成於該基底基板與該罩蓋基板之間。
各別附屬申請專利範圍係關於較佳改進。
本發明提供製造具有降低之敏感度的微機械裝置的可能性,其中周圍環境與經囊封內部之間的金屬腐蝕路徑(電流路徑)間雜有溝槽結構,使得周圍環境與經囊封內部係直流隔離,而不必分開地構造金屬層。該金屬層因此在內部保持完好,且在溝槽之不均勻側壁上間斷。以此方式,可尤其有利地提高微機械裝置針對水分及各種環境影響之穩固性。
根據本發明,根據微機械裝置之一個較佳改進,該金屬層包含至少一種來自由以下各者組成的群組之金屬:鋁、銀及金。藉由此等金屬,可尤其有利地實現微機械裝置之諸多功能性需求。
根據本發明,根據微機械裝置之一個較佳改進,該基底基板之該前側及該溝槽包覆有兩個不同金屬層。此產生大量額外應用,且同時避免諸如可在使用具極其不同之電化學電勢之金屬,諸如銀/鋁的應用中發生之金屬間腐蝕。
根據本發明,根據微機械裝置之一個較佳改進,該基底基板及該溝槽包覆有一銀金屬層,其上塗覆有一鋁金屬層。以此方式,可藉由微晶片尤其有利地實現微機械裝置之諸多需求,同時可避免金屬間腐蝕。
根據本發明,根據微機械裝置之一個較佳改進,該溝槽具有自10微米至100微米之一寬度,及自20微米至200微米之一深度。藉由此等尺寸之選擇,可有效地間斷溝槽之兩側之間的電流路徑。
根據本發明,根據微機械裝置之一個較佳改進,該溝槽之該等不均勻側壁具有大量凹痕,較佳地具有自1微米至10微米之一深度。以此方式,可 尤其可靠地間斷溝槽之兩側之間的電流路徑。
根據本發明,根據微機械裝置之一個較佳改進,該玻璃密封件完全覆蓋該溝槽。
下文將藉助於圖式之示意圖中所指示的例示性實施例更詳細地解釋本發明,在諸圖中:圖1:以橫截面示出示意性圖示,以解釋根據本發明之第一實施例之微機械裝置;圖2:以平面視圖示出示意性圖示,以解釋根據本發明之第一實施例之微機械裝置,示出為無罩蓋基板;以及圖3:示出示意圖流程圖,以解釋根據第二實施例之一種用於製造微機械裝置之方法。
在諸圖中,相同的元件符號指代相同或在功能上等效的元件。
圖1係以橫截面形式之示意性圖示,以解釋根據本發明之第一實施例之微機械裝置。
在圖1中,元件符號1指示微機械裝置,其具有具前側V及背側R之基底基板2。元件符號2a指示罩蓋基板,3指示環形溝槽,3a指示溝槽3之不均勻側壁,4指示第一金屬層且4a指示第二金屬層,5指示玻璃密封件,以及6指示不均勻側壁3a上由於金屬層4、4a之非共形形成之間斷電流路徑。
直流隔離一金屬層及/或複數個金屬層之一種已知方法係選擇性 移除某些區域中之金屬,亦即例如藉助於微影及後續蝕刻構造金屬。
此實施例之中心構思係藉由在基底基板2之前側V上塗覆第一金屬層4及額外金屬層4a之前已形成的具有不均勻側壁3a之環形溝槽3而避免此種微影及蝕刻步驟,該等不均勻側壁3a在第一金屬層4及額外金屬層4a之後續沈積期間被非共形地覆蓋。舉例而言,35微米寬及90微米深之溝槽3藉助於開槽或DRIE,在基底基板2之前側V區域中經周向蝕刻入矽中。
此溝槽3之該等側壁3a具有用於此開槽製程之典型凹痕。在此等局部凹痕中,藉助於濺鍍製程塗覆之第一金屬4及第二金屬4a被非共形地沈積,亦即僅沈積在凹痕之下部側上。以此方式,周圍環境與經囊封內部之間的電流路徑6係間斷的,且導致例如金屬間腐蝕之氧還反應因此無法在內部發生。
基底基板2之此預構造的優勢係避開製造抗蝕劑遮罩所要之工作步驟,諸如包覆、曝露、顯影、製程過程中的控制、烘烤,且不需要金屬蝕刻,這節省製程成本,且避開移除抗蝕劑遮罩所要之工作步驟,諸如氧電漿灰化、特殊濕法清潔、製程過程中的控制或烘烤。省略上述處理步驟導致該金屬層之應力減小。以此方式,有可能防止雜質、表面之提高粗糙度、局部初期蝕刻、污染物、經修改的光學特性、熱應力、刮痕、經修改的化學特性,例如歸因於抗蝕劑遮罩灰化期間氧自由基之侵蝕。此外,在基底基板2之諸多製程狀態中,微影係不可能的,且因此完全避免對金屬構造之此需求。
藉助於反應性離子蝕刻、DRIE或開槽製程產生之溝槽3在其側壁3a上具有微尺度之局部凹痕,該等凹痕在不同金屬4及4a藉助於陰極濺鍍之沈積期間未被覆蓋,以此方式溝槽3之兩側之間的電流路徑被間斷或具有高阻抗。相較於無溝槽3情況下的2歐姆電阻,對應電阻量測示出溝槽結構之約600千歐姆的電阻。
圖2係以平面視圖形式之示意性圖示,以解釋根據本發明之第一 實施例之微機械裝置,示出為無罩蓋基板。
本發明利用溝槽3之上述功能,以分離曝露於環境影響之周圍環境與密閉密封地封裝的內部之間的電流路徑。如同銀/鋁堆疊之情形,在第一金屬沈積為第一金屬層4及第二金屬沈積為第二金屬層4a時,基底基板2與含電解質介質,例如NaCl溶液之接觸可例如導致金屬間腐蝕。因此,由於所要之電子轉移被間斷,因此在內部可以不再發生金屬間腐蝕。在電化學含義中,腐蝕尤其涉及金屬在水、鹽溶液及酸之影響下,以及在不同金屬之間的氧還反應。
為製造內部與周圍環境之間的氣密密封件,使用例如玻璃密封件5,其在連接製程期間由內聚力牽引至溝槽3中,且藉此形成水密密封件。
圖3係示意流程圖,以解釋根據第二實施例之一種用於製造具有對於金屬腐蝕之敏感度降低之微晶片的微機械裝置之方法。
在步驟S01中,提供基底基板2。在此基底基板2中,在步驟S02中形成具有不均勻側壁3a的至少一個環形溝槽3,且在步驟S03中基底基板2及溝槽3包覆有例如銀之第一金屬層4。在步驟S04中,還可包覆包含不同於第一金屬4之金屬的金屬(例如鋁)的至少一個另外金屬層4a,且在步驟S05中隨後以本身已知之方式在溝槽3之區域中形成玻璃密封件5。
儘管上文已藉助於較佳例示性實施例而描述本發明,但本發明不限於此。詳言之,所提及之材料及拓樸結構僅為範例,而不限於所解釋之實施例。
根據本發明,微機械裝置之更佳另外應用係例如在增加之環境影響或化學反應氛圍情況下之應用。
Claims (8)
- 一種微機械裝置(1),其包含一基底基板(2),其具有一前側(V)及一背側(R);一罩蓋基板(2a),具有不均勻側壁(3a)之至少一個環形溝槽(3),其形成在該基底基板(2)之該前側(V)中;該基底基板(2)之該前側(V)及該溝槽(3)包覆有至少一個金屬層(4、4a);該溝槽(3)之該等不均勻側壁(3a)非共形地被該金屬(4、4a)覆蓋,使得該等側壁並不沿垂直於該前側(V)延伸之一方向形成一電流路徑;以及一密封構件,詳言之一玻璃密封件(5),其在該溝槽(3)區域中形成於該基底基板(2)與該罩蓋基板(2a)之間。
- 如請求項1所述之微機械裝置(1),其中該金屬層(4、4a)包含至少一種來自由以下各者組成的群組之金屬:鋁、銀及金。
- 如請求項1或2所述之微機械裝置(1),其中該基底基板(2)之該前側及該溝槽(3)包覆有兩個不同金屬層(4、4a)。
- 如請求項3所述之微機械裝置(1),其中該基底基板(2)之該前側及該溝槽(3)包覆有一銀金屬層(4),該銀金屬層上塗覆有一鋁金屬層(4a)。
- 如前述請求項中任一項所述之微機械裝置(1),其中該溝槽(3)具有自10微米至100微米之一寬度,及自20微米至200微米之一深度。
- 如前述請求項中任一項所述之微機械裝置(1),其中該溝槽(3)之該等不均勻側壁(3a)具有大量凹痕,較佳地具有自1微米至10微米之一深度。
- 如前述請求項中任一項所述之微機械裝置(1),其中該玻璃密 封件(5)完全覆蓋該溝槽(3a)。
- 用於製造一微機械裝置(1)之方法,其具有以下步驟:提供一基底基板(2),其具有一前側(V)及一背側(R);提供一罩蓋基板(2a),具有不均勻側壁(3a)之至少一個環形溝槽(3)形成在該基底基板(2)之該前側(V)中;該基底基板(2)之該前側(V)及該溝槽(3)包覆有至少一個金屬層(4、4a);該溝槽(3)之該等不均勻側壁(3a)非共形地被該金屬(4、4a)覆蓋,使得該等側壁並不沿垂直於該前側(V)延伸之一方向形成一電流路徑;以及一密封構件,詳言之一玻璃密封件(5)在該溝槽(3)區域中形成於該基底基板(2)與該罩蓋基板(2a)之間。
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