TWI534071B - 複合感測型式的微機電元件之製造方法及所製作之複合感測型式的微機電元件 - Google Patents

Description

複合感測型式的微機電元件之製造方法及所製作之複合感測型式的微機電元件

本發明有關於一種複合感測型式的微機電元件製造方法，特別為接合結構層於積體電路晶圓之頂面後，利用半導體製程於結構層上形成微機電結構之微機電元件製造方法，以及此方法所製作之複合感測型式的微機電元件。

微機電元件常用於運動或壓力感測，例如加速感測器，陀螺儀等。一般微機電元件僅具有單一感測型式。美國專利US 2013/0001710揭露一種複合感測型式的微機電元件之製造方法，其中微機電元件10(參照第1E圖)之製造步驟如第1A~1E圖所示。第1A圖顯示提供一結構層11以及一封蓋12。結構層11上已形成第一感測型式之微機電動作部110(藉由溝槽111示意其所在位置)，而封蓋12上具有介電材料121。第1B圖顯示接合後之結構層11與封蓋12。第1C圖顯示已接合之結構層11與封蓋12，以及一積體電路晶圓13。結構層11底面具有複數個凸點112，而積體電路晶圓13頂面具有對應之複數個接合區131。第1D圖顯示複數個凸點112接合於複數個接合區131，以連結結構層11與積體電路晶圓13。第1E圖顯示於已接合之結構層11與封蓋12中形成一凹槽14，使結構層11在圈示的位置形成薄膜113，以提供壓力感測等之需求。如第1E圖所示，複合感測型式的微機電元件10具有兩種不同型式的微機電元件感測區10a與10b。

前述之微機電元件10以及其製造步驟具有幾項缺點。首先，因結構層11與封蓋12先接合後再結合積體電路晶圓13，而結構層11與積體電路晶圓13之接合之精準度較差，需有較大容許裕度，但此裕度可能造成困擾，例如：當積體電路晶圓13之頂面需要設置感應區(未示出)，以感測微機電動作部110之運動時，微機電動作部110難以與感應區精準定位，易造成感測誤差；又例如，當接合區131具有訊號連接之功能需求時，若接合區131面積太小，有可能無法正確達成訊號連接之功能，而若為確保達成訊號連接之功能而使接合區131面積較大，則會造成元件尺寸不易微縮、且可能造成寄生效應而影響訊號傳遞並易於產生高雜訊。

美國專利US 2012/0326248也提出類似於前述微機電元件10之技術內容，而此技術也具有類似之困擾。

本發明提出解決上述困擾的方法。

就其中一個觀點，本發明提供一種複合感測型式的微機電元件之製造方法，包含：提供一積體電路晶圓；提供一結構層，接合於該積體電路晶圓之頂面；於該結構層上定義至少一第一感測型式微機電動作部與一第二感測型式微機電動作部；以及提供一封蓋，與該結構層接合，形成至少一封閉工作空間以及至少一非封閉工作空間，以分別容納該第一感測型式微機電動作部與該第二感測型式微機電動作部。

一實施例中，提供該封蓋之步驟包含：於該非封閉工作空間上方之該封蓋形成至少一開孔。

一實施例中，該封蓋又包含一環狀凸牆，該環狀凸牆環繞於該開孔之周圍。

一實施例中，方法更包含：經由該非封閉工作空間之開孔蝕刻該結構層，而進一步定義該第二感測型式微機電動作部之形狀或厚度。

一實施例中，方法更包含：形成複數個導電栓，貫穿該結構 層而至該積體電路晶圓之頂面，以電連接該結構層與該積體電路晶圓。

一實施例中，該封蓋藉由共晶、熱熔、或黏接方式與該結構層接合。

如一實施例中，方法更包含：於該封閉工作空間上方之該封蓋形成至少一往下的隔牆或凸柱。

一實施例中，方法更包含：在該非封閉工作空間上方的該封蓋上提供濾網結構。

一實施例中，方法更包含：在該積體電路晶圓之頂面形成止擋塊。

本發明也提供以上述方法所製造的複合感測形式的微機電元件。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧微機電元件

10a、10b‧‧‧微機電元件感測區

11‧‧‧結構層

110‧‧‧第一感測型式微機電動作部

111‧‧‧溝槽

112‧‧‧凸點

113‧‧‧薄膜

12‧‧‧封蓋

121‧‧‧介電材料

13‧‧‧積體電路晶圓

131‧‧‧接合區

14‧‧‧凹槽

20‧‧‧複合感測型式的微機電元件

20a、20b‧‧‧微機電元件感測區

21‧‧‧結構層

211‧‧‧第一感測型式微機電動作部

2111‧‧‧質量塊

212‧‧‧第二感測型式微機電動作部

22‧‧‧封蓋

221‧‧‧封閉工作空間

222‧‧‧非封閉工作空間

223‧‧‧環狀凸牆

224‧‧‧隔牆或凸柱

225‧‧‧氣孔

23‧‧‧積體電路晶圓

231‧‧‧接合區

232‧‧‧感應區

233‧‧‧止擋塊

24‧‧‧導電栓

30‧‧‧微機電元件

35‧‧‧薄膜

LA‧‧‧第一黏著層

T‧‧‧貫穿溝槽

UA‧‧‧第二黏著層

第1A~1E圖顯示先前技術之微機電元件製造方法。

第2圖顯示根據本發明一實施例之微機電元件製造方法所製作之微機電元件。

第3A~3E圖顯示根據本發明一實施例之微機電元件製造方法。

第4圖顯示根據本發明另一實施例之微機電元件製造方法所製作之微機電元件。

第5圖顯示根據本發明另一實施例之微機電元件製造方法所製作之微機電元件。

第6圖顯示根據本發明另一實施例之微機電元件製造方法所製作之微機電元件。

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。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

參照第2圖，其顯示根據本發明之一觀點所提供之一種微機電元件製造方法所製作之複合感測型式的微機電元件20，複合感測型式的微機電元件20包含一結構層21、一封蓋22、以及一積體電路晶圓23。結構層21藉由複數個導電栓24以分別接合積體電路晶圓23上之複數個接合區231，此導電栓24用以定位結構層21於積體電路晶圓23上，也可為導電材料所製成以作為電性連接之用途。而封蓋22包覆於結構層21上，以形成一封閉工作空間221以及一非封閉工作空間222，然圖式中封閉工作空間221以及非封閉工作空間222之配置與數量僅為示意，實施時可依需要而調整。在封閉工作空間221中，例如可由結構層21的一部分構成一第一感測型式微機電動作部211，又在非封閉工作空間222中，例如可由結構層21的另一部分構成一第二感測型式微機電動作部212。藉此，於複合感測型式的微機電元件20中形成了兩種不同型式的微機電元件感測區20a與20b，例如微機電元件感測區20a為加速度感測計而微機電元件感測區20b為麥克風或壓力感測計。微機電動作部211中，舉例而言可包含一質量塊2111。

參考第3A~3E圖，顯示根據本發明之一種複合感測型式微機電元件製造方法之一實施例，其可用於製作複合感測型式的微機電元件20。此複合感測型式微機電元件的製作方法基本上包含：提供一積體電路晶圓23，其具有複數個接合區231以及複數個感應區232(第3A圖)；提供一結構層21，接合於積體電路晶圓23之頂面，其中該結構層21例如但不限於藉由一第一黏著層LA而與該積體電路晶圓23接合(第3B圖)；於結構層21上定義至少一第一感測型式微機電動作部211與一第二感測型式微 機電動作部212(第3C圖)，圖式中僅顯示一第一感測型式微機電動作部211與一第二感測型式微機電動作部212、且厚度相同，然而實施時可依需要調整數目、厚度及/或步驟次序，於後詳述之；為提供積體電路晶圓23與結構層21之訊號連接，在結構層21上可形成電連接之結構，例如複數個導電栓24(第3D圖)；提供一封蓋22，例如但不限於藉由一第二黏著層UA而與結構層21接合(第3E圖)；於封蓋22與結構層21接合後，形成至少一封閉工作空間221以及至少一非封閉工作空間222，以分別容納第一感測型式微機電動作部211和第二感測型式微機電動作部212(參閱第2圖)。

上述各步驟的實施方式之細節，舉例說明如下，但本發明並不侷限於此。參照第3A圖，其所顯示之積體電路晶圓23，具有複數個接合區231以及複數個感應區232。接合區231係用以接合前述之導電栓24，而感應區232為感測前述第一感測型式微機電動作部211或第二感測型式微機電動作部212(參閱第2圖)之運動，以傳送感測訊號至積體電路晶圓23中的積體電路(未示出)。

參照第3B圖，接著在積體電路晶圓23之頂面提供第一黏著層LA，以接合結構層21。

參照第3C圖，以蝕刻方式形成複數個貫穿溝槽T，這些貫穿溝槽T垂直貫穿結構層21、黏著層LA、至積體電路晶圓23頂面之接合區231。此外，蝕刻步驟也在結構層21上定義了第一感測型式微機電動作部211和第二感測型式微機電動作部212，這兩微機電動作部211、212之構形可依需要而決定，例如第一感測型式微機電動作部211可包含一質量塊2111等。然而，並非所有微機電動作部皆須於此階段形成，例如第4圖所示之微機電元件30，其中之薄膜35可在後續之封蓋22與結構層21接合後，經由非封閉工作空間222之開孔蝕刻結構層21而形成薄膜35；或是，可經由非封閉工作空間222之開孔蝕刻結構層21，而進一步改變薄膜35(或第2圖中之第二感測型式微機電動作部212)的頂視形狀。由此可知，各微機電動作部之形成順序可依需要而定。

參考第3D圖，在複數個貫穿溝槽T(第3C圖)中，形成複數個導電栓24，以分別電連接結構層21以及積體電路晶圓23。結構層21 與積體電路晶圓23間之電性連接不限於導電栓24填充貫穿溝槽T之方式，亦可利用其他方式形成結構層21與積體電路晶圓23間之電性連接，例如透過結構層21與積體電路晶圓23外部的其他結構來達成。

參考第3E圖，其顯示結構層21上可形成第二黏著層UA用以接合封蓋22，且導電栓24的上方例如可以絕緣材料來包覆。封蓋22可藉由第二黏著層UA以共晶、熱熔、或黏接方式接合結構層21。封蓋22在非封閉工作空間222上方的開孔，可以事先形成，或是在封蓋22與結構層21接合之後形成。

第4圖顯示本發明所提供另一實施例之微機電元件30，相較於第2圖，其主要差異為：封蓋22包含一環狀凸牆223、結構層21經過蝕刻而形成厚度較低的薄膜35、且封閉工作空間221中之封蓋22具有往下的隔牆或凸柱224。環狀凸牆223之目的為防止灌膠(molding)時，灌膠之熔融液體流入非封閉工作空間222。厚度較低的薄膜35較便利於振動。隔牆或凸柱224可用以調整封閉工作空間221之體積、及/或形成不同的動作區、、及/或提供止擋塊的功能。

第5圖顯示可以在積體電路晶圓23上形成止擋塊233，例如可藉由沉積一材料層之後，以光阻定義圖案再予以蝕刻而形成。

參考第6圖，顯示本發明所提供另一實施例之微機電元件40，相較於第2、4、5圖，其差異為：非封閉工作空間222並非透過單一大尺寸的開孔與外部溝通，而是經由封蓋22上所提供的複數氣孔225來與外部溝通。複數氣孔225之目的例如可供提升感測時的敏感度、或是藉由減小開孔尺寸來防止雜質進入非封閉工作空間222。後者情況也可視為：在非封閉工作空間222上方的封蓋22上提供濾網結構。

簡言之，若與先前技術相較，本發明之微機電元件之精準度高，尺寸較小、雜訊低、感測穩定度較高。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化。例如，微機電動作部之數量、感測器之型式種類等皆可改變。故凡依 本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。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。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。

20‧‧‧複合感測型式的微機電元件

20a、20b‧‧‧微機電元件感測區

21‧‧‧結構層

211‧‧‧第一感測型式微機電動作部

2111‧‧‧質量塊

212‧‧‧第二感測型式微機電動作部

22‧‧‧封蓋

221‧‧‧封閉工作空間

222‧‧‧非封閉工作空間

23‧‧‧積體電路晶圓

231‧‧‧接合區

24‧‧‧導電栓

Claims (10)

1. 一種複合感測型式的微機電元件之製造方法，包含：提供一積體電路晶圓；提供一結構層，接合於該積體電路晶圓之頂面；於該結構層上定義至少一第一感測型式微機電動作部與一第二感測型式微機電動作部；以及提供一封蓋，與該結構層接合，形成至少一封閉工作空間以及至少一非封閉工作空間，以分別容納該第一感測型式微機電動作部與該第二感測型式微機電動作部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合感測型式的微機電元件之製造方法，其中提供該封蓋之步驟包含：於該非封閉工作空間上方之該封蓋形成至少一開孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述之複合感測型式的微機電元件之製造方法，其中該封蓋又包含一環狀凸牆，該環狀凸牆環繞於該開孔之周圍。
4. 如申請專利範圍第2項所述之複合感測型式的微機電元件製造方法，更包含：經由該非封閉工作空間之開孔蝕刻該結構層，而進一步定義該第二感測型式微機電動作部之形狀或厚度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之複合感測型式的微機電元件之製造方法，更包含：形成複數個導電栓，貫穿該結構層而至該積體電路晶圓之頂面，以電連接該結構層與該積體電路晶圓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之複合感測型式的微機電元件之製造方法，其中該封蓋藉由共晶、熱熔、或黏接方式與該結構層接合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之複合感測型式的微機電元件之製造方法，更包含：於該封閉工作空間上方之該封蓋形成至少一往下的隔牆或凸柱。
8. 如申請專利範圍第1項所述之複合感測型式的微機電元件製造方 法，更包含：在該非封閉工作空間上方的該封蓋上提供濾網結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之複合感測型式的微機電元件之製造方法，更包含：在該積體電路晶圓之頂面形成止擋塊。
10. 一種以申請專利範圍第1至9項任一項方法所製造之複合感測型式的微機電元件。