TWI476142B - 微機電感測元件及微機電感測元件的製作方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種感測元件，且特別是一種微機電感測元件及其製作方法。
微機電系統(Micro Electromechanical System，MEMS)技術的發展開闢了一個全新的技術領域和產業，其應用領域廣闊，例如常常用於加速計或陀螺儀等微機電慣性感測器中。在這些感測器中，通常需要一個微機電彈簧元件來將其移動結構的一端連接固定於一側壁上，以使此移動結構可在某方向上往復運動。而習知的微機電彈簧元件一般是矽材料或金屬層與氧化層交替堆疊所構成。
然而，由於金屬層與氧化層的熱膨脹係數不同，因此在後續進行高溫製程時，金屬層與氧化層會發生不同程度的熱膨脹，導致微機電彈簧元件彎曲變形，從而影響其工作性能。因此，如何避免微機電彈簧元件在其所處之環境發生溫度變化時彎曲變形，以確保微機電彈簧元件之工作性能，實為相關領域之人員所重視的議題之一。
此外，習知之微機電彈簧元件通常是往水平方向進行設計，如此一來，基板上的各元件可使用面積便會被降低。換言之，如何避免有效地提高基板上的使用面積或更加地縮小元件尺寸，實為相關領域之人員所重視的議題之一。
本發明提供一種微機電感測元件，其可有效地提高基板之使用面積的利用率外，並同時可降低應力與熱效應的影響。
本發明另提供一種微機電感測元件的製作方法，其具有就為簡易的步驟與較為低廉的製作成本。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種微機電感測元件，其包括一基板、一半導體層、一支撐柱、一第一懸浮臂、一第一連接部、一第二懸浮臂以及一主質量塊。半導體層配置於基板上。支撐柱配置於半導體層上。第一懸浮臂配置於支撐柱上，且支撐柱連接第一懸浮臂的一部份。第一連接部直接或間接地連接第一懸浮臂的另一部份。第二懸浮臂具有一第一表面與一相對第一表面的一第二表面，且第一連接部連接第一表面的一部份。主質量塊連接第二懸浮臂，且第二懸浮臂之一部分構成主質量塊的一部份。
在本發明之一實施例中，第一懸浮臂具有一第三表面與一相對於第三表面的第四表面，且支撐柱連接第三表面的一部份。
在本發明之一實施例中，第一連接部直接地連接第四表面的一部份或第三表面的另一部份。在本發明之一實施例中，第一連接部直接地連接第三表面的另一部份時，第一連
接部的膜層至少與支撐柱的部分膜層屬於同一位階的膜層。在本發明之一實施例中，第一連接部直接地連接第四表面的一部份時，主質量塊的部分膜層可與第一連接部的部分膜層屬於相同位階的膜層。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件更包括一第二連接部以及一第三懸浮臂。第二連接部直接地連接第一懸浮臂的第三表面的另一部份。第三懸浮臂具有一第五表面與一相對第五表面的一第六表面，且第二連接部連接於第五表面的一部份，其中第一連接部連接於第五表面的另一部份，以使第一連接部間接地連接第一懸浮臂的另一部份。在本發明之一實施例中，第一連接部的膜層與第二連接部的膜層至少與支撐柱的部分膜層屬於同一位階的膜層。在本發明之一實施例中，主質量塊的部分膜層可與第一連接部的部分膜層、第二連接部的部分膜層或支撐柱的部分膜層屬於相同位階的膜層。
在本發明之一實施例中，支撐柱、第一連接部以及主質量塊係由至少二導電層堆疊而成。
在本發明之一實施例中，主質量塊的這些導電層間係可選擇性地夾設有一介電層或是保持有一空隙。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件更包括一蝕刻阻擋結構，配置於基板上並位於支撐柱、第一懸浮臂、第一連接部、第二懸浮臂以及主質量塊之周邊。在本發明之一實施例中，蝕刻阻擋結構係由至少二導電層堆疊而成。在本發明之一實施例中，蝕刻阻擋結構的膜層係包含了半導體層、支撐柱、第一懸浮臂、第一連接部、第二懸浮臂以及主質量塊
之膜層位階。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件更包括一上電極，設置於主質量塊的上方。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件更包括一下電極設置於主質量塊的下方。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件更包括一壓電材料層，配置於第二懸浮臂。
在本發明之一實施例中，第二懸浮臂的材質包括一壓電材料。
本發明之另一實施例提出一種微機電感測元件的製作方法，其至少包括以下步驟。首先，提供一基板。之後，形成一半導體材料層於基板上。而後，圖案化半導體材料層，以形成一半導體層於基板上。接著，重複地於基板上依序形成一介電層、一第一圖案化金屬層以及一圖案化第二圖案化金屬層，其中每一第一圖案化金屬層透過每一介電層的至少一開口而與第二圖案化金屬層或半導體層實體連接。然後，移除位於基板上的這些介電層，以形成一支撐柱、一第一懸浮臂、一第一連接部、一第二懸浮臂以及一主質量塊於基板上，其中支撐柱配置於半導體層上，第一懸浮臂配置於支撐柱上，且支撐柱連接第一懸浮臂的一部份，第一連接部直接或間接地連接第一懸浮臂的另一部份，第二懸浮臂具有一第一表面與一相對第一表面的一第二表面，且第一連接部連接第一表面的一部份，主質量塊連接第二懸浮臂，且第二懸浮臂之一部分構成主質量塊的一部份。
在本發明之一實施例中，第一懸浮臂與第二懸浮臂相對於基板可為相同位階高度或不同位階高度的這些第二圖案化金屬層。
在本發明之一實施例中，支撐柱、第一連接部或主質量塊包括至少一第一圖案化金屬層以及至少一第二圖案化金屬層。
在本發明之一實施例中，第一懸浮臂具有一第三表面與一相對於第三表面的第四表面，且支撐柱連接第三表面的一部份。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件的製作方法更包括：在移除基板上的這些介電層後，形成一第二連接部與一第三懸浮臂，其中第二連接部直接地連接第一懸浮臂的第三表面的另一部份，第三懸浮臂具有一第五表面與一相對第五表面的一第六表面，且第二連接部連接於第五表面的一部份，其中第一連接部連接於第五表面的另一部份，以使第一連接部間接地連接第一懸浮臂的另一部份。
在本發明之一實施例中，微機電感測元件的製作方法更包括：在移除基板上的這些介電層後，形成一電極，其中電極位於主質量塊的下方或上方，且電極與主質量塊係屬於不同位階高度的第二圖案化金屬層。
基於上述，在本發明之微機電感測元件中，連接主質量塊的彈性結構係利用連接部將位於不同位階高度的第一懸浮臂與第二懸浮臂連接，以充分地利用了Z軸方向上的使用空間，如此除了可有效地提高基板之使用面積的利用率外，
並同時可降低應力與熱效應對此彈性結構的影響。另外，本彈性結構係透過標準CMOS製程進行製作，因此可有效地降低微機電感測元件之製作成本並具有較為簡單的製作步驟。
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。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1為本發明一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。請參考圖1，本實施例之微機電感測元件100包括一基板110、一半導體層120、一支撐柱130、一第一懸浮臂140、一第一連接部150、一第二懸浮臂160以及一主質量塊170，其中支撐柱130、第一懸浮臂140、第一連接部150、第二懸浮臂160以及主質量塊170係可透過連續堆疊一第一圖案化金屬層M1與一第二圖案化金屬層M2所構成，亦即支撐柱130、第一懸浮臂140、第一連接部150、第二懸浮臂160以及主質量塊170可各自包含第一圖案化金屬層M1與第二圖案化金屬層M2至少其一。
在本實施例中，半導體層120配置於基板110上，其中基
板110可以是選用P型半導體基板，而半導體層120可為多晶材料。具體來說，基板110與半導體層120的材質可以是選用相同的材質，如：矽。換言之，基板110可以是P型矽基板，而半導體層120可為多晶矽。於一實施例中，基板110亦可選用N型半導體基板，此部分可視使用者的需求而定。詳細而言，當半導體層120選用多晶矽之材質，其阻值相對於導體而言便會較大，如此便可用來作為絕緣之用，而避免不必要的元件電性連接。此外，為了提高絕緣效果，半導體層120的下方亦可摻雜有異於基板110極性的離子，如：N型離子，從而可形成一N型井層180。
請繼續參考圖1，支撐柱130配置於半導體層120上。在本實施例中，支撐柱130可為第一圖案化金屬層M1與第二圖案化金屬層M2之堆疊結構，而形成一導電支撐柱，如圖1所示。本實施例係以第一圖案化金屬層M1的材質採用鎢，而第二圖案化金屬層M2則可以選用鋁為例，於其他實施例中，第一圖案化金屬層M1與第二圖案化金屬層M2的材質亦可選擇其他適當的材質，如：金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鎢、鉬、釹、鈦、鉭、鋅等金屬。
另外，第一懸浮臂140配置於支撐柱130上，且支撐柱130連接第一懸浮臂140的一部份，如圖1所示。具體而言，第一懸浮臂140可具有一第三表面S3與一相對於第三表面S3的第四表面S4，其中支撐柱130連接第三表面S3的一部份。在本實施例中，第一懸浮臂140可為一單層或多層的第二圖案化金屬層M2。第一懸浮臂140所採用的材質可為金、銀、銅、
錫、鉛、鉿、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅等金屬，其中本實施例係以鋁作為舉例說明，但不限於此。
請繼續參考圖1，第一連接部150可直接或間接地連接第一懸浮臂140的另一部份，其中本實施例係以直接連接的實施態樣進行舉例說明，而關於間接地連接方式將於後續的段落中進行詳述。在本實施例中，第一連接部150直接地連接第一懸浮臂140的第四表面S4的一部份，且第一連接部150可為第一圖案化金屬層M1與第二圖案化金屬層M2之堆疊結構，而形成一第一導電連接部，如圖1所示。需要說明的是，支撐柱130與第一連接部150係分別相對於基板110而位於不同的位階高度，亦即第一連接部150相對於基板110係位於支撐柱130之上方。
另外，第二懸浮臂160具有一第一表面S1與一相對第一表面S1的一第二表面S2，且第一連接部150連接第二懸浮臂160的第一表面S1之一部份，如圖1所示。在本實施例中，第二懸浮臂160可為一單層或多層的第二圖案化金屬層M2，且第二懸浮臂160所採用的材質可為金、銀、銅、錫、鉛、鉿、鉬、釹、鈦、鉭、鋁、鋅等金屬，其中本實施例係以鋁作為舉例說明，但不限於此。需要說明的是，第一懸浮臂140與第二懸浮臂160係分別相對於基板110位於不同的位階高度，亦即第二懸浮臂160相對於基板110係位於第一懸浮臂140之上方。
請繼續參考圖1，主質量塊170連接第二懸浮臂160，且第二懸浮臂160之一部分構成主質量塊170的一部份。在本實
施例中，主質量塊170的部分膜層M1、M2可選擇性地與第一連接部150的至少部分膜層M1、M2屬於相同位階高度的膜層，如圖1所示。在本實施例中，主質量塊170的這些導電層M1、M2之間係可選擇性地夾設有一後續段落中提及之介電層120a(如圖7所繪示)，或者是保持有一空隙。
另外，微機電感測元件100更包括一下電極190，其設置於主質量塊170的下方並與主質量塊170最下層的第二圖案化金屬層M2形成一電容C1，如圖1所示。詳細來說，當主質量塊170受一外力而沿一方向P1(如：平行於基板110之表面的法線方向N1)移動時，則主質量塊170與下電極190所形成的電容C1之電容值便會改變，如此便可推算該外力的加速度值。換言之，本實施例之微機電感測元件100可為一Z軸(平行於基板110之表面的法線方向N1)加速度計，特別的是，連接主質量塊170的彈性結構係利用連接部150將位於不同位階高度的第一懸浮臂140與第二懸浮臂160連接，從而充分地利用了Z軸方向(平行於基板110之表面的法線方向N1)上的使用面積，如此便可有效地減少基板110水平方向的使用面積，並同時降低應力與熱效應對此彈性結構的影響。
值得一提的是，微機電感測元件100可包括有一蝕刻阻擋結構ST1，其配置於基板110上並位支撐柱130、第一懸浮臂140、第一連接部150、第二懸浮臂160以及主質量塊170之周邊，如圖1所示。在本實施例中，蝕刻阻擋結構係由至少二導電層(如前述的第一圖案化金屬層M1與第二圖案化金屬層M2)堆疊而成。具體而言，蝕刻阻擋結構ST1的膜層係
包含了半導體層120、支撐柱130、第一懸浮臂140、第一連接部150、第二懸浮臂160以及主質量塊170之膜層M1、M2位階。換言之，蝕刻阻擋結構ST1係可透過金屬堆疊而形成該結構，其中當蝕刻阻擋結構ST1環設支撐柱130、第一懸浮臂140、第一連接部150、第二懸浮臂160以及主質量塊170之周邊時，使用者便可透過蝕刻方式將蝕刻阻擋結構ST1所包圍之範圍內的介電層移除，藉以形成懸浮的第一懸浮臂140、第二懸浮臂160及主質量塊170。
圖2為本發明另一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。請同時參考圖1與圖2，本實施例之微機電感測元件100a與前述的微機電感測元件100所採用的概念相似，二者不同處在於：第一連接部150是直接地連接第一懸浮臂140的第三表面S3的另一部份，其中第一連接部150的膜層M1、M2至少與支撐柱130的部分膜層M1、M2可屬於同一位階的膜層，如圖2所示。
同樣地，在微機電感測元件100a中，當主質量塊170受外力而沿方向P1(如：平行於基板110之表面的法線方向N1)移動時，則主質量塊170與下電極190所形成的電容C1之電容值便會改變，如此便可推算該外力的加速度值。換言之，本實施例之微機電感測元件100a亦為一Z軸加速度計。由於微機電感測元件100a係採用相似於前述之微機電感測元件100之概念，因此微機電感測元件100a同樣地具有前述微機電感測元件100所提及之優點，在此便不再贅述。
圖3為本發明又一實施例之微機電感測元件的局部剖
示圖。請同時參考圖1與圖3，本實施例之微機電感測元件100b與前述的微機電感測元件100所採用的概念相似，二者不同處在於：微機電感測元件100b更包括一第二連接部210以及一第三懸浮臂220。詳細來說，第二連接部210直接地連接第一懸浮臂140的第三表面S3的另一部份，而第三懸浮臂220具有一第五表面S5與一相對第五表面S5的一第六表面S6，且第二連接部210連接於第三懸浮臂220之第五表面S5的一部份。在本實施例中，第一連接部150連接於第五表面S5的另一部份，因此，第一連接部150係為間接地連接第一懸浮臂140的另一部份。
在微機電感測元件100b中，第一連接部150的膜層M1、M2與第二連接部210的膜層M1、M2至少可與支撐柱130的部分膜層M1、M2屬於同一位階的膜層。另外，主質量塊170的部分膜層M1、M2可選擇性地與第一連接部150的部分膜層M1、M2、第二連接部210的部分膜層M1、M2或支撐柱130的部分膜層M1、M2屬於相同位階的膜層。
類似地，在微機電感測元件100b中，當主質量塊170受外力而沿方向P1(如：平行於基板110之表面的法線方向N1)移動時，則主質量塊170與下電極190所形成的電容C1之電容值便會改變，如此便可推算該外力的加速度值。換言之，本實施例之微機電感測元件100b亦為一Z軸加速度計。由於微機電感測元件100b係採用相似於前述之微機電感測元件100之概念，因此微機電感測元件100b同樣地具有前述微機電感測元件100所提及之優點，在此便不再贅述。
圖4為本發明再一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。請同時參考圖1與圖4，本實施例之微機電感測元件100c與前述的微機電感測元件100所採用的概念相似，二者不同處在於：微機電感測元件100c可包括一壓電材料層230，不一定需使用下電極190之結構，其中壓電材料層230配置於第二懸浮臂160上，如圖4所示。
詳細來說，當主質量塊170受外力而沿方向P1(如：平行於基板110之表面的法線方向N1)移動時，則位於第二懸浮臂160上的壓電材料層230便會受到形變而具有不同的電性表現，如此便可藉由所產生的不同電性而推算該外力的加速度值。換言之，本實施例之微機電感測元件100c亦可為一Z軸加速度計。由於微機電感測元件100c係採用相似於前述之微機電感測元件100之概念，因此微機電感測元件100c同樣地具有前述微機電感測元件100所提及之優點，在此便不再贅述。
圖5為本發明更一實施例之微機電感測元件的局部上視圖，圖6A為圖5之AA’線所繪示之微機電感測元件的剖面示意圖，而圖6B為圖5之BB’線所繪示之微機電感測元件的剖面示意圖。請同時參考圖1、圖5、圖6A與圖6B，本實施例之微機電感測元件300係採用前述的微機電感測元件100所提及的概念與結構並延伸應用。具體來說，微機電感測元件300係利用四個彈性結構310連接九個主質量塊170並將這些主質量塊170支撐住，且這些彈性結構310分別地位於相對兩側。詳細來說，每一彈性結構310
包括有前述的半導體層120、前述的支撐柱130、前述的第一懸浮臂140、前述的第一連接部150以及前述的第二懸浮臂160，其中主質量塊170係與第二懸浮臂160所連接，如圖5、圖6A與圖6B所示。另外，微機電感測元件300除了具有上述的下電極190之結構外，其亦具有上電極240之結構，其中上電極240設置於主質量塊170的上方並與主質量塊170最上層的第二圖案化金屬層M2形成一電容C2，如此一來，當微機電感測元件300受外力而沿一方向P1(如：平行於基板110之表面的法線方向N1)移動時，則主質量塊170分別與上電極240及下電極190所形成的電容C2、C1之電容值便會跟著改變，如此則可推算該外力的加速度值。
在微機電感測元件300中，由於每一彈性結構310係採用前述微機電感測元件100中所提及之概念及連接方式，因此微機電感測元件300便可有效地減少基板110水平方向的使用面積(亦即有效地提供基板的利用率)，並可同時降低應力與熱效應對此彈性結構的影響。
基於上述，本發明亦提供一種製作微機電感測元件100、100a~100c、300的方法，其中本實施例係以製作微機電感測元件100作為舉例說明，而製作微機電感測元件100a~100c、300亦可採用如下之方法。
首先，提供前述的基板110後，形成一半導體層120於基板110上，其中形成半導體層120的方式例如是先形成一半導體材料層於基板110上後圖案化半導體材料層。接著，重複地於基板110上依序形成一介電層120a、一第一圖案化金屬
層M1以及一圖案化第二圖案化金屬層M2，其中每一第一圖案化金屬層M1透過每一介電層120a的至少一開口120’而與第二圖案化金屬層M2或半導體層120實體連接，如圖7所示。
然後，移除位於基板110上的這些介電層120a後，便可形成前述的支撐柱130、前述的第一懸浮臂140、前述的第一連接部150、前述的第二懸浮臂160以及前述的主質量塊170於基板110上，如圖1所示。在本實施例中，移除介電層120a的方式例如是採用氫氟酸(vapor HF)的方式進行介電層120a的移除。至此便可完成一種製作微機電感測元件100的步驟。
同樣地，若欲製作製作微機電感測元件100a~100c、300時，仍是重複地於基板110上依序形成介電層120a、第一圖案化金屬層M1以及圖案化第二圖案化金屬層M2，不同的是，介電層120a的開口位置，或是第一圖案化金屬層M1與圖案化第二圖案化金屬層M2具有不同圖樣設計或位置。
圖8A~圖8E為本發明之彈性結構具有不同實施態樣的立體圖。請先參考圖8A~圖8C，圖8A~圖8C係為連接第一懸浮臂140與第二懸浮臂160的第一連接部150的數量為一個，且該第一連接部150位於第一懸浮臂140之一端時的實施態樣。詳細來說，圖8A係繪示第二懸浮臂160位於第一懸浮臂140之正上方的實施態樣；圖8B與圖8C則是分別繪示第二懸浮臂160不在第一懸浮臂140之正上方的實施態樣，其中圖8C之第二懸浮臂160先是沿一方向延伸後彎折延伸至另一方向，而圖8B之第二懸浮臂
160則是僅沿一方向延伸，其中該方向與第一懸浮臂140的延伸方向不同。
請接著看圖8D與圖8E，圖8D係繪示連接第一懸浮臂140與第二懸浮臂160的第一連接部150的數量為二個，且這二個第一連接部150分別位於第一懸浮臂之各一端，而第二懸浮臂160則是位於第一懸浮臂140之正上方；圖8E係繪示連接第一懸浮臂140與第二懸浮臂160的第一連接部150的數量為一個，且該第一連接部150係位於第一懸浮部140之兩端之間，而第二懸浮臂160則是位於第一懸浮臂140之正上方。
基於上述可知，前述的微機電感測元件100、100a~100c、300之連接主質量塊的彈性結構亦可選擇性地使用如圖8A~圖8E所繪示之實施態樣。
綜上所述，本發明之微機電感測元件及其製作方法至少具有下列特點。首先，在微機電感測元件中，連接主質量塊的彈性結構係利用連接部將位於不同位階高度的第一懸浮臂與第二懸浮臂連接，以充分地利用了Z軸方向上的使用空間，如此除了可有效地提高基板之使用面積的利用率外，並同時可降低應力與熱效應對此彈性結構的影響。另外，本彈性結構係透過標準CMOS製程進行製作，因此可有效地降低製作成本並具有較為簡單的製作步驟。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍
屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100、100a~100c、300‧‧‧微機電感測元件
110‧‧‧基板
120‧‧‧半導體層
120a‧‧‧介電層
120’‧‧‧開口
130‧‧‧支撐柱
140‧‧‧第一懸浮臂
150‧‧‧第一連接部
160‧‧‧第二懸浮臂
170‧‧‧主質量塊
180‧‧‧N型井層
190‧‧‧下電極
210‧‧‧第二連接部
220‧‧‧第三懸浮臂
230‧‧‧壓電材料層
310‧‧‧彈性結構
AA’、BB’‧‧‧線
C1、C2‧‧‧電容
M1‧‧‧第一圖案化金屬層
M2‧‧‧第二圖案化金屬層
P1‧‧‧方向
N1‧‧‧法線方向
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
S5‧‧‧第五表面
S6‧‧‧第六表面
ST1‧‧‧蝕刻阻擋結構
圖1為本發明一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。
圖2為本發明另一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。
圖3為本發明又一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。
圖4為本發明再一實施例之微機電感測元件的局部剖示圖。
圖5為本發明更一實施例之微機電感測元件的局部上視圖。
圖6A為圖5之AA’線所繪示之微機電感測元件的剖面示意圖。
圖6B為圖5之BB’線所繪示之微機電感測元件的剖面示意圖。
圖7為本發明一實施例之製作微機電感測元件的剖示圖。
圖8A~圖8E為本發明之彈性結構具有不同的態樣的立體圖。
100‧‧‧微機電感測元件
110‧‧‧基板
120‧‧‧半導體層
130‧‧‧支撐柱
140‧‧‧第一懸浮臂
150‧‧‧第一連接部
160‧‧‧第二懸浮臂
170‧‧‧主質量塊
180‧‧‧N型井層
190‧‧‧下電極
C1‧‧‧電容
M1‧‧‧第一圖案化金屬層
M2‧‧‧第二圖案化金屬層
P1‧‧‧方向
N1‧‧‧法線方向
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
ST1‧‧‧蝕刻阻擋結構
Claims (23)
- 一種微機電感測元件，包括：一基板；一半導體層，配置於該基板上；一支撐柱，配置於該半導體層上；一第一懸浮臂，配置於該支撐柱上，且該支撐柱連接該第一懸浮臂的一部份；一第一連接部，直接或間接地連接該第一懸浮臂的另一部份；一第二懸浮臂，具有一第一表面與一相對該第一表面的一第二表面，且該第一連接部連接該第一表面的一部份；以及一主質量塊，連接該第二懸浮臂，且該第二懸浮臂之一部分構成該主質量塊的一部份。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，其中該第一懸浮臂具有一第三表面與一相對於該第三表面的第四表面，且該支撐柱連接該第三表面的一部份。
- 如申請專利範圍第2項所述之微機電感測元件，其中該第一連接部直接地連接該第四表面的一部份或該第三表面的另一部份。
- 如申請專利範圍第3項所述之微機電感測元件，其中該第一連接部直接地連接該第三表面的另一部份時，該第一連接部的膜層至少與該支撐柱的部分膜層屬於同一位階的膜層。
- 如申請專利範圍第3項所述之微機電感測元件，其 中該第一連接部直接地連接該第四表面的一部份時，該主質量塊的部分膜層可與該第一連接部的部分膜層屬於相同位階的膜層。
- 如申請專利範圍第2項所述之微機電感測元件，更包括：一第二連接部，直接地連接該第一懸浮臂的該第三表面的另一部份；以及一第三懸浮臂，具有一第五表面與一相對該第五表面的一第六表面，且該第二連接部連接於該第五表面的一部份，其中該第一連接部連接於該第五表面的另一部份，以使該第一連接部間接地連接該第一懸浮臂的另一部份。
- 如申請專利範圍第6項所述之微機電感測元件，其中該第一連接部的膜層與該第二連接部的膜層至少與該支撐柱的部分膜層屬於同一位階的膜層。
- 如申請專利範圍第6項所述之微機電感測元件，其中該主質量塊的部分膜層可與該第一連接部的部分膜層、該第二連接部的部分膜層或該支撐柱的部分膜層屬於相同位階的膜層。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，其中該支撐柱、該第一連接部以及該主質量塊係由至少二導電層堆疊而成。
- 如申請專利範圍第9項所述之微機電感測元件，其中該主質量塊的該些導電層間係可選擇性地夾設有一介電層或是保持有一空隙。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，更包括：一蝕刻阻擋結構，配置於該基板上並位於該支撐柱、該第一懸浮臂、該第一連接部、該第二懸浮臂以及該主質量塊之周邊。
- 如申請專利範圍第11項所述之微機電感測元件，其中該蝕刻阻擋結構係由至少二導電層堆疊而成。
- 如申請專利範圍第12項所述之微機電感測元件，其中該蝕刻阻擋結構的膜層係包含了該半導體層、該支撐柱、該第一懸浮臂、該第一連接部、該第二懸浮臂以及該主質量塊之膜層位階。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，更包括：一上電極，設置於該主質量塊的上方。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，更包括：一下電極，設置於該主質量塊的下方。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，更包括：一壓電材料層，配置於該第二懸浮臂。
- 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測元件，其中該第二懸浮臂的材質包括一壓電材料。
- 一種微機電感測元件的製作方法，包括提供一基板； 形成一半導體材料層於該基板上；圖案化該半導體材料層，以形成一半導體層於該基板上；重複地於該基板上依序形成一介電層、一第一圖案化金屬層以及一第二圖案化金屬層，其中每一該第一圖案化金屬層透過每一該介電層的至少一開口而與該第二圖案化金屬層或該半導體層實體連接；以及移除位於該基板上的該些介電層，以形成一支撐柱、一第一懸浮臂、一第一連接部、一第二懸浮臂以及一主質量塊於該基板上，其中該支撐柱配置於該半導體層上，該第一懸浮臂配置於該支撐柱上，且該支撐柱連接該第一懸浮臂的一部份，該第一連接部直接或間接地連接該第一懸浮臂的另一部份，該第二懸浮臂具有一第一表面與一相對該第一表面的一第二表面，且該第一連接部連接該第一表面的一部份，該主質量塊連接該第二懸浮臂，且該第二懸浮臂之一部分構成該主質量塊的一部份。
- 如申請專利範圍第18項所述之微機電感測元件的製作方法，其中該第一懸浮臂與該第二懸浮臂相對於該基板可為相同位階高度或不同位階高度的該些第二圖案化金屬層。
- 如申請專利範圍第18項所述之微機電感測元件的製作方法，其中該支撐柱、該第一連接部或該主質量塊包括至少一該第一圖案化金屬層以及至少一該第二圖案化金屬層。
- 如申請專利範圍第18項所述之微機電感測元件的製作方法，其中該第一懸浮臂具有一第三表面與一相對於該第三表面的第四表面，且該支撐柱連接該第三表面的一部份。
- 如申請專利範圍第18項所述之微機電感測元件的製作方法，更包括：在移除該基板上的該些介電層後，形成一第二連接部與一第三懸浮臂，其中該第二連接部直接地連接該第一懸浮臂的該第三表面的另一部份，該第三懸浮臂具有一第五表面與一相對該第五表面的一第六表面，且該第二連接部連接於該第五表面的一部份，其中該第一連接部連接於該第五表面的另一部份，以使該第一連接部間接地連接該第一懸浮臂的另一部份。
- 如申請專利範圍第18項所述之微機電感測元件的製作方法，更包括：在移除該基板上的該些介電層後，形成一電極，其中該電極位於該主質量塊的下方或上方，且該電極與該主質量塊係屬於不同位階高度的第二圖案化金屬層。
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