TWI227045B - Method of manufacturing an accelerometer - Google Patents

Description

1227045 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於微機電和 法，特別是關於需要懸垂質 計或是迴轉儀；本發明也相 所製作的裝置提供封裝與密 電和微電子裝置製作電性連 【先前技術】 現時，微機電慣性裝置 車輛安全氣囊、慣性導航及 氣囊的應用，比如說像加速 具精確度及低價格二者。 微機電加速度計是使用 驟來形成於基板上，又微機 函數結合於一裝置中。微機 矽層及諸如二氧化矽或矽玻 處理，藉由多晶矽層一層一 結構，一旦該結構完成後， 而釋出作為微機電裝置操作 機電加速度計中的犧牲材料 釋放触刻來從加速度計的底 種釋放蝕刻對於樑件部分的 度計的效能均會造成不利。 微機電和微電子裝置最 裝及密封，亦即做為該裝置 微電子裝置以及它們的製造方 量體的慣性裝置，例如加速度 關於對具有深隔離溝槽之晶圓 封的方法，以及相關於對微機 接的方法。 持續被製造以大量應用在包括 導引系統中，而對於車輛安全 度計之慣性裝置，是有需要兼 類似或同於積體電路的製程步 電裝置是將電子與機械的功能 電裝置的製作一般是基於多晶 璃荨犧牲材料呈交替的製造鱼 層的建造與圖案化形成該裝置 犧牲材料將藉由餘刻程序移除 部分的多晶♦層構件。一些微 之移除是包括使用等方向性的 面釋放加速度計的樑件，但這 蝕離、檢測質量的減低及加速 好在晶圓製作階段一併進行封 製作的部分。#而，要得到高

第7頁 1227045 五、發明說明（2) 度密封效果的封裝有困難， 各 ^^一 溝槽不是位於該裴置的頂部平面二：M隔離電通道的深 再者’於習用技術中，用描 ::通道，往往需用到要在晶圓上；外部端子 ^ =路線，於此區域有需要溝槽來隔 近=空區域的 ;外需求的晶圓區域要更大。就此問題道，造成 有一些實例提出使用例如由雙金屬 二雖…、、在習用技術 、而要鈍化及有些情況需要介電層的棧來因應， 進一步的複雜化及更多的問題。 一化，如此引入 【發明内容】 本發明第一實施例的目的在於提供一 低習用技術中蝕刻與形成樑結構之一些 J由至少能降 加速度計或其他慣性裝置。 喊的方法所製之 本發明第二貫施例的目的在於提供一 晶圓製作之裝置的方法，特別是對 隔封由 圓裝置所作的封裝及密封方法。 有冰隔離溝槽之晶 步署ί ΐ Γ第三實施例的目的在於提供'種使晶圓製作之 裝置具有相互父越電性隔離導電轨道的製作方法。 ，發明第四實施例的目的在於提供一種製作及封裝藉 由複數晶圓金屬層合併具有深隔離溝槽及 微機電和微電子裝置的方法。 乂越導電執道之 廣義言之，本發明之一觀點係包括製作一加速度叶之 t法，該方法包含的步驟有：在基板的頂部至少蝕刻一凹 穴、將一材料層結合在基板頂部上、將用以作電性連結的 第8頁 1227045 五、發明說明（3) =屬層沉積在該材料層上及蝕刻該材料層 面形成至少兩組獨立的樑。 隹各凹八上 基板最好是為一絕緣材質，基板理想上是由玻 其他相等性質的材質製成。 璃或疋 各組獨立的樑最好是固結在基板上。 樑：J好是包括有能允許樑從樑的一端作左右移動之 ^。，該此允許樑移動之裝置理想上是彈簧或是繫結裝 加速度計之製造方法最好是在對基板作蝕刻 進—步包括有對基板實施遮蔽層的步驟。 •剛， 加速度計的製造方法最好是進一步的包括有使 照相技術使遮蔽層形成圖案化的步驟。 〜 較為適當的材料層是為矽材質。 較為適當的材料層是薄化至所需求的厚度。 、隹一 ΐ ϊ ί計之製造方法最好是在對樑作蝕刻的步驟前， 括有對適當的材料層實施遮蔽層的步驟。 計之製造方法最好是先於韻刻樑組的步驟前， 進一步包括有圖案化遮蔽層在樑之圖案的步驟。 度計之製造方法最好是在樑組被蝕刻的步驟後， 進一括貫施一回蝕步驟以將不需要的遮蔽層移除。 廣f言之，本發明進一步的觀點係包含一加速度計， 該加速度计包括有一位於底部的基板層、至少一凹穴在底 部基板層上、一頂層、至少兩組樑形成在頂層並懸垂於凹 穴上及至少一適合的點電連接到各組樑其中凹穴之形成

1227045 五、發明說明（4) 是在被懸垂的樑形成前已完成。 在另一觀點方面，廣義言之，本發明是結合一蓋晶圓 到一裝置晶圓上的方法，裝置晶圓具有一基板及一被製作 在基板一面的個別裝置圖案，該方法係包含有下列依序說 明的步驟： (a 在盖晶 準裝置 別裝置 (b 個別裝 兩晶圓 (c 預定的 (d 環； )在該盍晶圓的一面形成一玻璃結合環，該結合環 圓上並有作預定的尺寸安排與配置，使當蓋晶圓對 晶圓時，結合環能各自的對應包圍裝置晶圓上的個 j )以蓋晶圓具結合環圖案的面鄰近裝置晶圓形成有 =圖案的面，將蓋晶圓對準置放於裝置晶圓上，該 疋由結合環各自的包固個別裝置而對準； ^將對準晶圓曝露在真空下，並提昇晶圓溫 結合溫度； )施力以激勵兩對準的晶圓結合在一起並壓制結合 c e )降低晶圓的溫度到室^ ^ ^ ^ ^ 於第一箱〜α 至，風，並當晶圓的溫度降到低 第的溫度後，將施加的力移除；Α ]低 大翕〇初虽晶圓的溫度降到低於第二預定的溫度後，通至 大瑕i以解除真空。 又攸，逋至 或多層Ά之圖型最好是藉由晶圓基板的-面 在办=ΐ並於最外面層設置有開放的溝槽。 蓋晶圓：自的：ia)到(f:步驟後，*好以結合環連民 为獒供各自的封裝於個別裝置之周圍上。

第10頁 1227045 五、發明說明（5) 就上述裝置溝槽的整體寬度部分是被各自的結合環部分所 交叉並作實質上的填滿。 上述步驟（a )最好是包含下列依序說明所實施的（g )到（η )步驟： (g )以玻璃粉末與溶液混合製備玻璃糊； (h) 在蓋晶圓的一面上塗覆一層玻璃糊； (i) 在一預燒的溫度預燒玻璃糊； (j) 在玻璃糊層上塗覆一抗蝕層； (k )軟烤抗蝕層； (1 )以微影照相技術將被塗覆的抗蝕層圖案化並顯 (m)硬烤已顯影的抗蝕層；及 (η )對玻璃糊層進行蝕 結合環，該結合環在蓋晶圓 置，使當蓋晶圓對準裝置晶 置晶圓上的個別裝置。 在還有的另一觀點方面 裝置，該裝置是在基板一面 及有一蓋藉由結合環結合在 圍並封裝該裝置至少一操作 刻製程以在蓋晶圓上形成玻璃 上並有作預定的尺寸安排與配 圓時，結合環能各自地包圍裝 ，廣義言之，本發明是一封裝 由一層或多層的形成來製作， 所述層的最外面，該結合環包 部分。 在尚有的另一觀點方面，廣義言之，本發明是一晶圓 製作的裝置之製造方法，其包含有下列步驟： (〇)在基板的一側沉積一第一金屬層； (ρ)選擇性的蝕刻第一金屬層以提供包括至少一導電

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五、發明說明（6) 軌道的圖案； (q )在一晶圓的第一面選擇性的蝕刻至少一四a · 一% ;在：：T刻的晶圓第一面結合到基板的頂部使凹 八®覆在该至少一個導電執道上·， ，便凹 〉：；在已結合的晶圓外側面沉積一第二金屬層· 通路的4擇=餘刻第二金屬層以提供包括至少二導電 J圖案，该導電通路無電性連接的疊覆在導電軌道電 (U)選擇性的餘刻#晶圓以提供一 |置結構。 本發明可進一步的說，係包 的部分或特徵之任何可替換的結合，示 代的已知内容，雖然未特別加；; 是被包括的。 ，1一應視為 【實施方式】 企圖:結構形成、系統與方法，將經由| 貫施例參照所附圖式來進-步說明，其中:、，、 蓋有='示一2性絕緣材料的基板κ該基板頂面覆 成例ίΐ: 可由任何合適的電性絕緣材料形 璃、_耐熱玻璃或其他有相同特性的材料。 電材=1顯示一可選取的晶圓佈置，其中基板2是由導 體材料形成，於此佈置的基板2 於圖1Α中的基如頂面或是圖1β中的絕緣層3頂面沉積

第12頁 氧化物ί電性，、’邑緣層3，該絕緣層的合適材料包括有 物、氮化物、填矽玻璃、玻璃質等。

IRM 1227045 五、發明說明（7) 有遮蔽層4，該遮蔽層4用光罩圖案化使基板1上（圖1A* 的晶圓）或是絕緣層3及基板2上（圖1 B中的晶圓）形成 凹穴，該遮蔽層也可用光罩圖案化以利於往後步驟的排列 對準目的，又遮蔽層是可藉由鉻或由其他例如多晶矽的合 適材料形成。在圖2中顯示有該已被圖案化的遮蔽層，而 關於遮蔽層的圖案化製作是可使用如先前技術已知的及晶 圓製造工業共同使用的微影照相製程。 〆圖3中顯不有蝕刻入基板1之凹穴5，就此蝕刻的實施 是可使用任何合適的製程，例如非等方向性蝕刻，而在凹 穴5蝕刻完成後移除殘餘的遮蔽層。 接著，如圖4中所示，將一由像矽半導體材料形成的 頂層6結合在基板丨上，任何合適的結合技術可用來組合頂 層6與基板1，舉如陽極化、共晶或是熱壓結合技術，且其 他可替換的=何合適的技術也可被使用。如果該頂層6的 厚度較感測器所需求的較為厚時，則將其薄化到所需求的 厚度，用以薄化頂層厚度的方法有溼式化學蝕刻、背面研 磨、精研、化學機械拋光或是這些方式與其他技術的組 合。 圖5中顯示具有要求厚度的頂層6與基板丨結合在一 起，此=層的厚度決定感測器之樑的厚度，而形成的感測 器電容量亦相關於樑的厚度，且感測H對於加速力的敏感 f也，樑的厚度有關。樑的厚度越厚，給定樑位移下的電 谷電荷也越大，較厚的樑之其他影響是感測器之較大震動 或檢測質量，這也提昇了感測器對於低重力的敏感度。

第13頁 1227045 五、發明說明（8) 在基板1與頂層6結合的步驟及將該頂層6進行薄化的 步驟後（如果有需要），接著沉積一金屬層7在頂層6上。 金屬層7用以形成電連接點，並使得電子部件能進一步的 連接到感測器，在圖7中顯示有用以形成電連接點的金屬 層7圖案。 ‘ 。 於該製程的下一步驟是沉積一遮蔽層8在金屬層7與頂 層6上，該再一次圖案化的遮蔽層8是使用例如微影照才目技 術的合適製程，如圖8中所示，遮蔽層已被圖案化的形成 感測器構造。於此實施例中，加速度計的感測器構造是包 含兩組位於凹穴各邊側的梳狀物結構體及一在各邊側 ，狀物結構體的中心樑，從中心樑延伸的各梳狀物結構體 疋與另一或其他梳狀物結構體呈相互錯合（在圖丨丨中有 示）。然:而其他合適的感測器結構也可被圖案化 刻.ί遮：層被圖案化後，如圖9所示，對遮蔽層進行# X I程以產生懸垂於基板i之凹穴5上的减測器妗 、二 刻製程可使用非等方向性蝕刻來實施。該頂層。冓，攻蝕 刻對感測器之樑下方作姓刻以從基板心：工 向性#刻會消耗掉過多樑的厚度因而降低』ΐ器 <敏感度及電容量的問題。 午瓜级/則器 f在這製程中最後的步驟，如圖丨〇所示s 1 > 從感測器頂部移除不需要的遮蔽芦又、、隹疋+仃回蝕而 增g，又進一步可選擇的

第14頁 1227045 五、發明說明（9) 步驟是提供 具有機能， 片以形成各 圖11係 11所不，感 四組被固定 容板呈梳狀 樑是結合至 這組電容板 的多數細樑 定塊12，彈 向移動，又 可使用。 上述各 觸點，該等 塊1 0或1 2。 圓底部的絕 絕緣。而在 構被懸垂且 許由力使得 被感測。 圖1 2與 術形成之裝 程，該晶圓 二鈍化保護層在金屬層上。現在該感測器已經 並可在晶圓平面上被進行封裝而使晶圓能作切 自的晶片。 使用本發明方法形成之感測器的頂視圖。如圖 測Is結構是懸垂在凹穴5上，感測器結構包括 於基板1之固定塊10上的定位電容板，每組電 佈置的包含一組結合於—寬樑一端的樑，而寬 固定塊10上；一第二組電容板如圖號15所指， 是有一中心寬樑及從該寬樑兩侧朝垂直向延伸 ，该組電容板的寬樑是藉彈簧裝置13繫結於固 簧裝置13允許電容板15在圖中箭頭16所指的方 任何允許電容板在同一方向移動的合適裝置都 固定塊10或12包括一金屬層7區域用以做電接 接觸點亦可設置在晶圓其他區域以連接到固定 雖然所有的固定塊被安置在同一基板上，但晶 緣特性保持各固定塊與其他固定塊之間的電2 晶圓底部位於結構下方的凹穴5允許感測器結 能自由反應平行於晶圓表面的加速力這就容 移動板相對於固定板移位所產生之電容量改變 圖13中顯示上述加速度計或其他由晶圓製作技 ^ 了藉由晶圓蓋加以覆蓋及封骏的製造方法流 蓋疋利用玻璃結合環結合並密封於裝置上。就

第15頁 1227045 五'發明說明（10) " "~" -- 此方法以下有更進一步的描述。 ★上ΐΐ本：：的方式或是其他習用晶圓製作技術已 成有矩陣或加速度計或是其他裝 置圖案的衣置日日圓，此製程如圖12之1 2-1步驟所示。 半取$成、:二J衣圖案在一蓋晶圓的一面，如圖12之12-2 :::示=晶圓的較佳實施例是石夕材質晶圓，*玻璃 ϊ m:圓上，f是當蓋晶圓與裝置晶圓對準時能至少 ]裝置的一操作部分，又結合環形成 # j : m q μ $ i t 2-2步驟）所使用的較佳光微影技術 方法在圖13的1程中有進一步的描述。 ，於圖13,特別是的步驟，是預備—由玻璃質 末狀的玻璃f或鐵玻璃混合成的玻璃糊，例如將 至^ 液倒入i5〇gm的玻璃質或鐵玻璃粉末中充份混合 / 2鐘，玻璃粉末的公稱粒子大小最好於 二適用的粉末是15 _公稱粒子大小的鐵玻璃 通常，所選擇之粉末粒子大小是配合要進行 封裝之^置頂面溝槽或是溝道的寬度與高度而定。 在蓋晶圓的一面塗覆一層玻璃糊（圖13之13_2步驟 ，該步驟可用製作晶圓習用技術中所熟知的技術來 二涂t1如可用一種適合的屏蔽印製技術對整面晶圓作全面 θ祐田又最好是用新鮮的預備玻璃糊塗覆蓋晶圓，特別 I使用當日所準備的玻璃糊。 在介於約350 °C至425 °c之間的溫度預燒所塗覆的玻璃

第16頁 1227045 五、發明說明（11) 糊層（圖13之13-3步 近。 然後可對玻璃層 度，該玻璃層厚度對 30 //m至40 //m之間深 m間較佳，一般而言， 度大2 0 % ,而特別好 度。 而結合J哀即是沿 微影製程從玻璃層形 在已預燒的玻璃 驟），預燒溫度最好是在4〇〇 °C附 的厚度加以調整使確認達成合適的厚 於溝槽（以下有更進一步的說明）為 度的實例中是取約介於8〇 至120 // 該玻璃層較佳厚度是至少比溝槽深 的玻璃層厚度是約兩倍於溝槽的深 用習知晶圓製作技術所熟知的基本光 成。 層上塗覆一抗蝕層（圖13之13-4步騍 軟烤抗蝕層（圖13之13_5步驟），軟烤的溫度最好 9〇C，又抗蝕層的厚度最好約在^“瓜。 以光照相曝光製程使抗蝕層形成結合環圖案（圖1 3 13-6步驟），該結合環所形成的圖案是當蓋晶圓與裝^ =準時，各結合環具有能圍住裝置晶圓上之個別力 ΐί他裝置之至少一操作部分的各自•廓，X' 结合環^ 寬疋介於325/zm至350/zm之間最好。 皇 顯影抗蝕層（圖13之13-7步驟），然後硬烤抗蝕 (圖13之13-8步驟），硬烤的溫度最好在1〇〇。 曰 ⑽餘刻已燒的玻璃糊（圖13之13-9步驟）以形成妹入 環，該步驟是藉由習用技術所熟知的蝕刻方法來進^ δ 如使用1 5 : 1濃縮的硝酸進行濕蝕刻以形成結合環例 蓋晶

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it & μ ‘ 1 ^ ί術所印製的結合環寬度可加以調整以確認 違成所要的寬度值。 斟進ϋ :ί f中未？不，1旦蓋晶圓是可被鋸切修整用以提供 ' ^ 、 、·，且蓋晶圓背面（即形成結合環之面的相對面 )疋可被預鋸以因應最終的晶粒切片。 、、:後，對於疋成的蓋晶圓可上釉色（圖中未視出）用 、驅除任何殘留的濕氣，例如由确酸餘刻製程所留下的。 如=斤述的，圖13中之13—丨至13_9步驟提供一較佳的製程 :订圖12之12〜2的步驟。接著對圖12中之12-3至12-9的 步驟作進一步說明。 將形成有結合環圖案的蓋晶圓與具矩陣佈置之個別裝 ^ =裝置晶圓對準（圖12的圖12_3步驟），且併置蓋晶圓 ^置晶圓使蓋晶圓具結合環圖案的面與裝置晶圓具矩陣 之個別裝置的面相鄰近。 ^將受夾盤支持的對準晶圓置於結合反應室内，並對反 應至内抽氣使晶圓曝露至真空（圖12的圖12-4步驟），該 反應室内的氣壓是降低至5mb左右的壓力並穩定約2· 5分 鐘，以清除淨化反應室與晶圓的氣體（圖12的圖12_5步驟 維持真空並提昇溫度（圖12的圖1 2-6步驟），使溫度 f室溫提昇至一初期440 °c約超過2分鐘，然後進一步提高 飢度至一結合的溫度，這結合的攝氏溫度值最好是較圖Η 之13〜3步驟的預燒攝氏温度高10%左右，而其最好的結合

1227045 五、發明說明（13) '" 溫度大約為4 5 0 °C。 下降一柱塞至晶圓的頂部且施加一偏壓促使兩晶圓姓 合在一起（圖12的圖12-7步驟），當到達結合的溫度時/ 結合環將軟化形成半固體的型悲，使得結合環的玻璃材料 在偏壓的施加下會流動進入任何被環材料交叉的溝槽或開 放溝道内。 汗 此溝槽可被提供在要進行覆蓋之裝置頂層或多數層 上，這些層是由導體或是半導體形成，而該等溝槽能提昇 鄰近各溝槽邊側的這些層之殘留部分間的電絕緣性。切製 如此的溝槽以便它們向下延伸到覆蓋的絕緣基板或絕緣層 的技術是熟知的，例如上述之加速度計的基板1或絕緣層 3，這些溝槽典型上是具有介於50/zni至GOem的寬度及約 3 0 // m的深度。 施加的偏壓是漸進增加以便結合環能調整到適應於裳 置的外形，且結合環的完整性能被維持，這樣能夠降低結 合環破裂的可能性。 在一較佳的實施方法，是施加1 〇牛嘲的初期偏壓並維 持15秒，而後昇到1〇〇牛噸並維持15秒，接著，連續性的 增加至 1 000、1 300、1 600、1 900、2100、2400 及 2700 牛 嘲，並在各偏壓階段維持丨〇秒直到次高的偏壓，最後昇到 3 5 0 0牛噸並約維持2 7分鐘。 接著，關閉加熱裝置（圖12的圖12-8步驟），並將晶 圓冷卻至外界溫度，即冷卻至室溫。 當晶圓溫度下降到第一預定的溫度後，例如350 °C，

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將枉塞上幵以移除所施加的偏壓。 當晶圓溫度已下降刭去扣μ rn〇n ^ ^ ^ ^到未超過第二預定的溫度時々 250C，通氣進入結合；5座〜咖 A 又町，士 牛驟〉/曰m反應至内以解除真空（圖12的圖 ^ P ，日日尚未冷卻至低溫時，最好不要將直办 釋放，以便降低因為室溫如务认2丨 μ /丄 文肝具空 工乳的引入可旎升> 成熱衝擊1生士 晶圓損害的可能性。 1 I &成 曰兩晶圓藉由結合環結合在一起該結合環與形 置晶圓上的各裝置頂面相合而能提供有效的封裝。、 在兩晶圓結合之德 胳1 j. * 便，將該組合後的成品晶圓進行 以提供有密合封裝的個別裝置。 片 上述覆蓋的方法藉由各自的結合環使蓋晶圓能 =於個f的裝置上，這封裝的部分達成是藉由玻填； 〇 %才料之〃IL動或相合於任何和結合環交叉的 位於裝置頂部的不平處。 〜他 對於上述方法步驟的順序說明並未排除其它中間 明步驟是可了解的，例如部分的餘刻製程包括有一個或多 個清洗步驟是被熟知的，而修整晶圓以提供一對準的參考 邊緣也是被熟知的，如此的步驟雖然未被作特別的說明， 但其並沒有被排除在本發明該方法的描述及主張的範圍之 外是可明瞭的。 圖1 4中顯不單一裝置20之加速度計佈局，而多數如此 的裝置呈矩陣的製作在單一晶圓上是可由習知晶圓製作技 術來了解的。圖1 4中並顯示有結合環2丨的位置，該結合環 包圍著該裝置的操作部分2 2，而由金屬層提供的導電執道

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五、發明說明（15) 通過結合環的下方用以連接位於結合環内側之穿 卩分至位於結合環外側之連接墊24，溝槽25是鄰近的= ;連接軌道2 3之間以及鄰近的介於連接墊2 &之間 ' ；1 Tί Γ f及鄰近連接墊間的電性隔離，•接線路力 圖中未視）疋被結合到連接墊以連接 件或引線到導線架。 他線路構 顯=蓋之裝置的局部，*具有裝置基to輿 f他合適的材料製成，，電執道32是藉 的：：： 屬層形成在装置層31上，而裝置層31是被刻 心=Γ:3上之；溝槽33提供該装置層相鄰殘留部；間 J匕巧結合之導電軌道32間的隔離，蓋晶圓 =35結合在裝置上，該結合環35與裝置頂部的溝；3藉: 3α #介於蓋34與基板3〇晶圓間 心 有效密合封裝。 卜口丨刀杈供 相合從31::?，結合環材料與裝置晶圓上不平的面 :於置晶圓與蓋晶圓=合2 Τ %装置上的操作部分作密合的封裝。 心的上寬述产被提/的結合環是被印製具有大約325㈣至35〇 及盆覆蓋夂的制。而，^結合環的寬度在結合環的製作過程 ’、 的製私中是會縮減，此縮減是因蝕刻製程中的底

第21頁 ΙΗ 1227045 五、發明說明（16) 切作用，以及因為在溫度的上昇 玻璃糊除去至少-些容力的下降影響下會從 =衣f :!Γ受壓時，#合寬度的縮減量多 可:二二Λ期間會有大約h5倍的寬度增加量是 ::預期的’该結合環的寬度目標大約在325 _至35〇_ 接的速度計操作部分22與接合塾24間用以形成電連 軌道23,纟-些實例中採取避免與其他導電軌道 接的迴繞線路型式，•圖14中所示的加速度計 2特別棱出。如此迴繞線路型式雖然能避免提供第二金屬 層的需要，但是它卻需要在晶圓上具有大的架空區域且 它所需求的架空區域較其他型式所需要的特別大。對於此 額外需要的區域需求，如果在於由矽層及結合之金屬層形 成的導電通道相鄰間還要利用溝槽隔離的話，由於溝槽配 置空間的需要將使得額外區域需求會更為惡化。 現將就關於加速度計及圖1 6所揭示之提供雙金屬層以 允許導電軌道交越並形成電性隔離的方法作說明。該使用 雙金屬層形成交越連接的製作亦能實施在其他的裝置上是 可瞭解的，而就加速度計的應用提出僅是為了說明這製造 方法為目的。 在諸如上面所述的加速度計之製作期間，於耐熱玻璃 基板1上#刻凹穴5的步驟之前或之後，就如關於圖3中所 討論的製程之前或之後，濺鍍一層例如鉻上鍍金所形成的

Him 第22頁 1227045 五、發明酬(17Γ~ ------! 金屬層於基板的頂面上，然後藉由晶圓製作之習用技術已 知的適當方法將濺鍍層圖案化及蝕刻用以提供第—金屬軌 道層。 對於例如圖4或圖5所示之半導體矽晶圓6的底面圖案 化及作濕蝕刻或乾蝕刻以形成一個或多個凹穴，然後將該 矽晶圓6結合於基板丨上，並對準晶圓與基板以使晶圓底°面 的凹穴對準在基板頂面的第一金屬層軌道上。 如果需要的話，可接著縮減矽晶圓的厚度，例如用濕 式化學钱刻、精研、背面研磨、化學機械拋光或是這些^ 其他技術的結合，如之前關於圖4與圖5所述的。 一 ^ 接著在矽晶圓頂部沉積第二金屬層，並藉由例如微影 技術製程將其圖案化以形成第二導電軌道層。 〜 然後藉由例如已知的微影技術製程將矽晶圓圖案化以 形成加速度計的感測器結構及電通道，該電通道連^於减 測器與提供外部連接點作連結的連接墊之間，並於石夕層1 提供向下延伸到基板的溝槽用以隔離電通道。 該石夕層電通道能被單獨使用來提供電連接，或者^由 第二金屬層提供覆蓋的軌道以降低電連接的電阻而加^ 電性。 圖16中顯示玻璃基板30的局部，其上藉由如賤鍵技術 以沉積有金屬層，再藉由習用製作晶圓已知的適當方法^ 行圖案化及蝕刻製程，用以提供第一金屬執道層3丨，3^。 再準備一片一面餘刻有凹穴33、34的石夕晶圓，該晶圓 以具有凹穴的面鄰近於基板之具有金屬軌道的面結合至某

1227045 五、發明說明（18) 板上。 〖儿積第二金屬層在已結合的矽晶圓外部面上，然後對 其圖案化及蝕刻以提供導電執道37、38。 接著可對♦層圖案化、蝕刻及其他製程處理以形成加 速度計或其他裝置，而溝槽可被形成介於矽晶圓的區域間 用以提供電性隔離。 圖16中顯示石夕晶圓被溝槽分割成兩導軌通道35、36， 而導電軌道37、38是可被形成在個別的通道35、36上例 如要增大通道所提供的導電性時。又凹穴33 34已先在晶 圓結合於基板30前藉由對晶圓蝕刻提供在通道底部。 如圖16中所示，位於通道35的凹穴“覆蓋於較低的金 屬轨道31，使得低的執道31與帶有頂部軌道”的通道託之 旦是’因為通道36並無提供凹穴以覆蓋較低 =盘==”材質提供一居間的電連接於低 的軌道31與咼的執道38間。 同樣的，如圖16中所示位在诵、音 ，位在通道36的凹穴34覆蓋於 較低的金屬軌道32,使得低的軌道3 通道36之間無電連接，以目A、s2有頂補道38的 覆1鲂低的鈾、酋W 拚s ’因為通道35並無提供凹穴以 覆盍較低的執道32，所u通道35的矽材一 連接介於低的軌道32與高的轨道37間。、k供一居間的電 如此，在有凹穴位於矽晶圓底^以 道之處，％成在矽晶圓頂部的第二執 屬層軌 越覆蓋在第一層轨道上。 匕句…、電連接的交 對照下，在底部無凹穴形产：^ a 1227045

1227045 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 圖1 A係顯示一帶有遮蔽層的玻璃基板。 圖1 B係顯示一帶有絕緣層與遮蔽層的基板 圖2係顯示帶有被圖案化之遮蔽層的基板。 圖3係顯示帶有蝕刻入基板之凹穴的基板。 圖4係顯示結合在基板上的頂層。 圖5係顯示頂層被薄化到需求的厚度f。 圖6係顯示在頂層上的金屬層沉積。 圖7係顯示將金屬層圖案化以形成電連接。 圖8係顯示一遮蔽層在頂層上及金屬層被圖案化形成加速 度計感應器的圖案。 圖9係顯示蝕刻溝槽以產生加速度計感應器圖案的結果。 圖1 0係顯示回餘以移除遮蔽層的結果。 圖11係使用本發明的方法以形成加速度計的頂視圖。 圖1 2係覆蓋諸如加速度計之裝置的方法流程圖。 圖1 3係圖1 2 - 2步驟進一步細節的流程圖。 圖1 4係一裝置晶圓的佈局圖，顯示有藉結合環組合於加速 度計之裝置上。 圖1 5係沿圖1 4之X _ X線對覆蓋晶圓所作的局部剖視圖。 圖16係一對結合的晶圓之小部分透視圖，顯示高的導電軌 道與低的導電軌道之間的電隔離及交叉跨越過電連接 點的電連接情況。 (元件中英文對照表）

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第27頁 圖式簡單說明 1 substrate 基板 10 anchor block 固定塊 12 anchor block 固定塊 13 spring means 彈簧裝置 15 capacitive plates 電容板 16 arrow 箭頭 2 substrate 基板 20 device 裝置 21 bond ring 結合環 22 operational part 操作部分 23 conductive track 導電執道 24 connecting pad 連接墊 25 trench 溝槽 3 insulating layer 絕緣層 4 masking layer 遮蔽層 5 cavity 凹穴 6 * top layer 頂層 7 metallization 金屬層 8 masking layer 遮蔽層 9 masking layer 遮蔽層 圖1 5圖號部分： 30 substrate 基板 31 device layer 裝置層 32 conductive track 導電軌道 1227045

圖式簡早說明 33 trench 溝槽 34 cap wafer 盖晶圓 35 圖1 6圖號部分： bond ring 結合環 30 substrate 基板 31 track 軌道 32 track f 軌道 33 cavity 凹穴 34 cavity 凹穴 35 runner 通道 36 runner 通道 37 track 執道 38 track 軌道 第28頁

Claims (1)

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六、申請專利範圍 1、一種結合蓋晶圓（3 4 )於裝置晶圓之方法 晶圓具有基板（3 0 ) &製作於基板上被圖案^ ^ 置，該方法包括下列依順執行之步驟： 5们別破 (a )在該蓋晶圓的一面形成一玻璃結合環 1 2 — 2 )，該結合環在蓋晶圓上並有作 包圍裝置晶圓上之個別裝置； 自的 (b )將蓋晶圓對準並放置於裝置晶圓上（1 2 一 i，曰ί蓋晶圓^面鄰近基板形成個別裝置®案的一面，該 、日曰圓以結合環各自包圍個別裝置而對準； 摇显(曰C )將對準的晶圓曝露在真空下（1 2-4)，並 棱昇曰a圓的溫度（12 — 6)至一預定的結合溫度； Id)施加一偏愿（"19 Γ7 X . ^ ^ 起並壓制結合環； 7)促使兩晶圓結合在一 、、B声(p%)政下降晶圓溫度（1 2 - 8 )至室溫，且當晶圓 ^ f到低於第一預定溫度時，移除施加的偏壓；及 通翁U ^ w當/曰圓溫度已下降到低於一第二預定溫度時， 通亂以解除真空（12一9)。 11 β ^ 1依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置晶 其中在上述（a )到（f )步驟後，結合環連 的密=。的其他部分在個別裝置周圍及上方以提供各自 RI β I ^依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置晶 /，其中個別裝置圖案係在基板（3〇)上形成一

第29頁 1227045

六、申請專利範圍 f或多層（3 1 )而成，並於最外層具有開放溝槽（3 3 4、 依據申請專利範圍第3項之結合蓋 圓之方法，其中，$置上各溝槽的整個寬度部 的結合環（35)部分交叉及實質的填滿。刀-破各自 5、 依據申請專利範圍第i項之結合蓋晶圓 :之方法，其中上述步，（a )包含 到？置:曰 依順執行之步驟： S )到（Π ) (g)以玻璃粉末與溶液混合製備玻璃糊（] )； 、丄 cJ — 1 3-2 h)在蓋晶圓的一面上塗覆一層玻璃糊 (i )在一預燒的溫度預燒玻璃糊（i 3〜3 (j )在玻璃糊層塗覆一抗蝕層（丄3 一 4 ， (k)軟烤抗餘層（13 一 5); (1 )以微影照相技術使抗蝕層圖案化 並顯影（1 3 _ 7 ); ” 、丄4〜6 及 (m )硬烤已圖案化且顯影的抗蝕層 (n )對預燒的玻璃糊層進行蝕刻製程 以在蓋晶圓上形成玻璃結合環，肖結合 ~ 作預”尺寸安排與配置，*當蓋晶圓對準“曰 =有 結合％旎各自地包圍裝置晶圓上的個別裴置。s夺， 6、依據申請專利範圍第5項之結^蓋晶圓於裝置晶 IHI咖 第30頁 1227045

第31頁 1227045 六、申請專利範圍 1 6、依據申請專利範圍第1 5項之結合蓋晶圓於裝 置晶圓之方法，其中硝酸的濃度約為1 5 : 1 。 1 7、依據申請專利範圍第5項之結合蓋晶圓於裝置 晶圓之方法，其中結合的攝氏溫度值是較預燒的攝氏溫度 至少高1 0 % 。 1 8、依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置 晶圓之方法，其中真空室的壓力約為5mb 。 1 9、依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置 晶圓之方法，其中（c )步驟的溫度上昇前，維持真空約 2 . 5分鐘在一預定間隔時間。 2 0、依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置 晶圓之方法，其中在（c )步驟，晶圓的溫度初期是提昇 至約4 4 0 °C並約超過2分鐘。 2 1、依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置 晶圓之方法，其中結合溫度大約是4 5 0 °C。 2 2、依據申請專利範圍第1項之結合蓋晶圓於裝置 晶圓之方法，其中所述偏壓是漸進的增加到一預定的大 小 〇 2 3、依據申請專利範圍第2 2項之結合蓋晶圓於裝 置晶圓之方法，其中預定的偏壓大小是介於3 0 0 0至4 0 0 0牛噸之間。 2 4、依據申請專利範圍第2 3項之結合蓋晶圓於裝 置晶圓之方法，其中預定的偏壓約為3 5 0 0牛噸。 2 5、依據申請專利範圍第2 2項之結合蓋晶圓於裝

第32頁 1227045 六、申請專利範圍 置晶圓之方法，其中所述偏壓是在預定的壓力 定期間。 2 6、依據申請專利範 置晶圓之方法，其中預定的 間。 2 7、依據申請專利範 置晶圓之方法，其中預定的 2 8、依據申請專利範 晶圓之方法，其中所述的壓 0牛噸，並在大約1 0牛噸 2 9、依據申請專利範 置晶圓之方法，其中所述的 0牛噸並在大約100牛噸 3 0、依據申請專利範 置晶圓之方法，其中所述的 00牛噸並在大約3500 3 1、依據申請專利範 晶圓之方法，其中所述的第 3 2、依據申請專利範 晶圓之方法，其中第二預定 3 3、依據申請專利範 晶圓之方法，其中蓋晶圓與 的直徑。 圍第2 5項之結合 期間是介於2 〇至 之結合 3 0分 結合蓋 的0牛 1 5秒 之結合 #的上 1 5秒 之結合 #的上 維持2 結合蓋 約為3 結合蓋 5 0 °c 結合蓋 各具有 圍第2 6項 期間大約是 圍第1項之 力是從初期 階段維持約 圍第2 8項 壓力是進一 階段維持約 圍第2 9項 壓力是進一 牛噸階段約 圍第1項之 一預定溫度 圍第1項之 溫度約為2 圍第1項之 裝置基板是 之下維持預 蓋晶圓於裴 4 0分鐘之 蓋晶圓於裝 0 晶圓於裝置 噸至大約1 〇 蓋晶圓於裝 昇到約1 〇 〇 蓋晶圓於裝 昇到約3 5 7分鐘。 晶圓於裝置 5 0。。。 晶圓於裝置 〇 晶圓於裝置 大約6英吋 基板（3 0 4、 一種封裝裝置，其被形成在一具有

第33頁 置 置 1227045 六、申請專利範圍 )之裝置晶圓的八 、， 置晶圓的部分站Ό刀，並被製作於該基板的 的部分是藉結合:,晶圓（3 4 )的部分覆蓋 該結合環密封兮=置3 5 )結合於裝置晶圓的 面的一層或多翁子表裝置，其是由形成於基板 )結合於所述厚層所製作，並具有藉結合環（ 且密封該裂ilT最外表面的蓋（34)，該 3 β 分至父一褲作部分（2 2 )。 蓋是-矽晶專利範圍第3 5項之封裝 置，其；蓋ϊί:?專利範圍第3 5或3 611 置，其中蓋是·U利範圍第3 5或3 6項 種方法結合於；：：專利範圍$ 1項至第3 3 3 9、依據J層4最外表面。 其中結合環是UK圍第“或… Ρ裝範圍第34或35項 ^板"ίΤΓϊί:十之製造方法，包括有 在基;te 的頂部蝕刻至少一凹穴（5 板頂部上結合材料頂声 =頂層上沉積—金屬；（7;;及 一材料頂層以形成懸垂於各凹穴上的 —面，而裝 ，該盖晶圓 部分上，且 (30)-2 1,35 結合環包圍 裝置，其中 之封裝裝 最外表面D 之封裝裝 項中任何— 之封裝裝 之封裝裝 下列步驟： 1227045 六、申請專利範圍 造。 4 2、依據申請專利範圍第4 1項之加速度計之製造 方法，其中基板是絕緣材質。 4 3、依據申請專利範圍第4 1項之加速度計之製造 方法，其中基板上覆蓋有一絕緣材質層（3 )。 4 4、依據申請專利範圍第4 1，4 2或4 3項之加 速度計之製造方法，其中在各蝕刻步驟前，進一步將基板 遮蔽的步驟。 4 5、依據申請專利範圍第4 4項之加速度計之製造 方法，其中進一步包括有對遮蔽層（4)實施圖案化的步 驟。 4 6、依據申請專利範圍第4 4項之加速度計之製造 方法，其中在蝕刻材料頂層以形成感測器構造之前，進一 步包括有圖案化遮蔽層在樑之圖案的步驟。 4 7、依據申請專利範圍第4 4項之加速度計之製造 方法，其中在各蝕刻步驟後，進一步包括一回蝕的步驟以 移除不需要的遮蔽層。 4 8、一種加速度計，包括： 一底部基板層（1); 一頂層（6 )，其結合於底部基板層； 至少一凹穴（5 )，其係在頂層（6 )結合在底部基 板層之前形成於底部基板層； 一電容性感測器構造，其形成在頂層並懸垂於凹穴 上；及

第35頁 1227045 園 六、申清專利範 至少一點 構造的各部分 0 其適當的電連接到電容性感測器 ^ a σ 、依據申請專利範圍第4 8項之加速度計，其中 頂層疋由矽材料形成。 ^ 5 0、依據申請專利範圍第* 8或4 9項之加速度 計，其中底層是由絕緣材料形成。 5 1、依據申請專利範圍第4 8.或4 9項所述之加速 度冲，其中底層是覆蓋有一絕緣材料層（3 )。 5 2、依據申請專利範圍第3 4, 3 5或3 6項之封 裝裝置，其中裝置是申請專利範圍第41項至43項中之 一方法所製的加速度計。 5 3、依據申請專利範圍第34，3 5或3 6項之封 裝裝置，其中裝置是申請專利範圍第48項至49項中之 /所述的加速度計。 5 4、一種晶圓製作的裝置之製造方法，包括下列步 驊： (〇 )在基板（3 〇 )的一側沉積一第一金屬層； (ρ)選擇性蝕刻該沉積的第一金屬層以提供包括至 少/導電軌道（31， 32)的圖案； (α )在一晶圓（3 5， 3 6 )的第一面選擇性的飯 W凹穴（ 3 3, 3 4 ); 的餘 (r )將已姓刻的晶圓第一面結合到基板的頂部使 四穴燊覆在该至少具有的導電軌道上； (s )在結合的晶圓外面沉積一第二金屬層；

第36頁 1227045 六 申請專利範圍 (t )選擇性的蝕刻第二金屬層以提供包 電通路（37， 38)的圖案，該導電通路無；一導 疊覆在導電轨道上；及 “、、電链連接的 (u )選擇性的蝕刻晶圓以提供一裝置結構。 5 5、依據申請專利範圍第5 4項之晶=。 之製造方法，其中基板是一絕緣材料。 1作的裝置 5 6、依據申請專利範圍第5 5項之晶圓 之製造方法，其中基板是玻璃。 彳乍的裝置 5 7、依據申請專利範圍第5 4項之晶圓製 之製造方法，其中晶圓是矽晶圓。 的裝置 58、 一種加速度計之製造方法，包括以下步 在基板的頂部餘刻至少一凹穴； ” 在基板頂部上結合一材料頂層，· 在該材料頂層上沉積金屬層； 蝕刻該材料頂層使各凹穴上形成懸垂的感測器、 形成一加速度裝置晶圓； ° ^ ^ 在一蓋晶圓的一面形成玻璃結合環，該結合環在蓋曰 圓上並有作預定的尺寸安排與配置，使當蓋晶圓對準加= 度裝置晶圓時，結合環能各自地包圍加速度裝置晶圓上' 個別裝置； 以蓋晶圓之鄰近基板形成個別裝置圖案的一面，將蓋 晶圓對準並放置於裝置晶圓上，使該兩晶圓以結合環各自 包圍個別裝置而對準； 將對準的晶圓曝露在真空下，並提昇晶圓的溫度至一

第37頁 1227045 六、申請專利範圍 預定的結合溫度； 施加一偏壓促使兩晶圓結合在一起並壓制結人产· 下降晶圓溫度至室溫，且當晶圓溫度已下=於 一預定溫度時，移除施加的偏壓；及 』低於第 解除當真晶空圓溫度已下降到低於-第二預定溫度時，通氣以 方法5 :中==利範圍第5 8項之加速度計之製造 項中之卞速又^括使用申請專利範圍第54項至 ίή所製作之晶圓製作的裝置 晶圓之方法依ΪΙΪ專利範圍第2項之結合蓋晶圓於事置 1或多i’S 2置圖案係在基板（30)上= 3 )。 成，並於最外層具有開放溝槽（3 置晶圓之方m專利範圍第6 〇項之結合蓋晶圓於裝 各自的結合環5; ί度部分是被 I刀又又及實質的填滿。

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