TWI673230B - 微機電裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種製造方法，用於一微機電結構，包含有對一結構晶圓實施一表面改質製程，以在該微機電結構的表面形成一變質層；對該結構晶圓實施一抗黏附鍍膜前清潔製程，以清除該微機電結構的表面中面朝一特定方向的表面上的該變質層；以及對該結構晶圓實施一抗黏附鍍膜製程，以在該微機電結構的表面鍍覆一單分子層。

Description

微機電裝置的製造方法
本發明係指一種微機電(Micro-Electro-Mechanical Systems)裝置的製造方法，尤指一種能夠同時改善微機電結構的黏附失效及氣密失效的製造方法。
隨著科技的進步，消費性電子產品不斷地朝向小型化發展，同時其效能與功能亦不斷地在提升。為了滿足產品設計需求，消費性電子產品中的感應器(如用於偵測壓力、聲波或加速度的感應器)多以微機電裝置來實現。微機電裝置經常遇到的失效模式包含有黏附失效(Stiction Failure)及氣密失效(Hermeticity Failure)。
通常來說，為了避免微機電裝置發生黏附失效，現有技術會於微機電裝置內的微機電結構上鍍覆一單分子層(Monolayer)，來防止微機電結構相互黏附；舉例而言，中國專利CN1314086C、美國專利6906845、7045170及20060246631各自提出了鍍覆單分子層的方式來改善微機電結構以避免發生黏附失效。相對地，為了避免微機電裝置發生氣密失效，現有技術會於接合微機電裝置與其上蓋前，對兩者的接合環(Bonding Ring)進行一清潔製程，以利於進行後續的接合製程，同時達到防止水氣及灰塵進入微機電裝置內部和維持其元件可靠度之目的。然而，現有技術中用來避免黏附失效及氣密失效的製程會相互影響，從 而無法同時改善黏附失效及氣密失效。
舉例而言，請參考第1圖，第1圖為現有技術中製造微機電裝置相關製程的流程圖。如第1圖所示，微機電裝置中微機電結構可由一結構晶圓(Structure Wafer)及一上蓋晶圓(Cap Wafer)組成，而在進行一共晶接合(Eutectic Bond)製程來接合上蓋晶圓及結構晶圓之前，上蓋晶圓及結構晶圓都會進行清潔製程，以清潔上蓋晶圓及結構晶圓上的接合環，以避免微機電裝置發生氣密失效。 然而，清潔製程會傷害一抗黏附鍍膜製程所鍍覆的單分子層，從而可能使得完成的微機電裝置發生黏附失效。
請參考第2圖，第2圖為現有技術中製造微機電裝置相關製程的流程圖。相較於第1圖的製程，若結構晶圓改於在執行表面改質製程前進行清潔製程，即可避免清潔製程傷害單分子層，以避免微機電裝置發生黏附失效。然而，在對結構晶圓進行一抗黏附鍍膜製程來鍍覆單分子層之前，結構晶圓會進行一表面改質製程來改變微機電結構的表面質地，以利於將單分子層鍍覆在微機電結構的表面。該表面改質製程會使得接合環劣化，從而使得結構晶圓與上蓋晶圓接合後容易發生氣密失效。
由上述可知，現有技術中改善微機電結構的黏附失效及氣密失效的製程會相互影響，從而使得微機電結構容易發生黏附失效及氣密失效其中至少一者。因此，如何同時改善微機電結構的黏附失效及氣密失效問題，便成為業界亟欲探討的議題。
為了解決上述的問題，本發明提供了一種能夠同時改善微機電裝置的黏附失效及氣密失效問題的製造方法。
在一方面，本發明揭露一種用於一微機電結構的製造方法。此製造方法包含有對一結構晶圓實施一表面改質製程，以在該微機電結構的表面形成一變質層；對該結構晶圓實施一抗黏附鍍膜前清潔製程，以清除該微機電結構的表面中面朝一特定方向的表面上的該變質層；以及對該結構晶圓實施一抗黏附鍍膜製程，以在該微機電結構的表面鍍覆一單分子層。
30‧‧‧製造方法
302~306‧‧‧步驟
第1圖為現有技術中製造微機電裝置相關製程的流程圖。
第2圖為現有技術中製造微機電裝置相關製程的流程圖。
第3圖為本發明實施例中製造一微機電裝置的製造方法的流程圖。
第4圖為本發明實施例中製造微機電裝置相關製程的流程圖。
第5圖為本發明實施例中一微機電結構的示意圖。
第6圖為本發明實施例中一微機電結構的示意圖。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例中一製造方法30的流程圖。製造方法30可用於電子產品中如偵測壓力、聲波或加速度等的微機電裝置，且不限於此。如第3圖所示，製造方法30包含有：步驟302：實施一表面改質製程。
步驟304：實施一抗黏附鍍膜前清潔製程。
步驟306：實施一抗黏附鍍膜製程。
關於製造方法30的詳細過程，請參考第4圖及以下敘述。首先，為了使一結構晶圓上的微機電結構易於鍍覆用來抗黏附的一單分子層(Monolayer)，一具有等向性(Isotropic)的表面改質製程會被實施，以改變結構晶圓上的微機電結構的表面材質。在一實施例中，表面改質製程可為不具有基底偏壓(Substrate Bias)的氧氣電漿(Oxygen Plasma)處理製程，且不限於此。
由於表面改質製程不具有基底偏壓，因此表面改質製程所使用的氣體粒子的移動不具有特定方向性，即為等向性，從而使表面改質製程可改變微機電結構所有表面的材質來形成一變質層。以上述氧氣電漿處理製程為例，因結構晶圓不具有基底偏壓的緣故，所使用的氧離子相互之間具有較多碰撞，移動時具有較差的線性度和較短的平均自由徑，因此氧離子可有效對微機電結構上各個方向的表面(包含側壁表面及被遮蔽的表面)進行改質。請參考第5圖，第5圖為本發明實施例所能製造的一微機電結構的示意圖，其中結構晶圓上的微機電結構包含有一可動元件及一用來接合上蓋晶圓的接合環。如第5圖所示，經過表面改質製程後，微機電結構上各個方向的表面(包含側壁、被可動元件遮蔽的表面及接合環的表面)都可被改質形成變質層(如氧化層)。
接下來，一具非等向性(Anisotropic)的抗黏附鍍膜前清潔製程會被實施，來去除微機電結構中面朝一特定方向(如面朝上方)的表面的變質層。 舉例來說，抗黏附鍍膜前清潔製程可為具有基底偏壓的惰性氣體(如氬(Argon))電漿清潔製程。
需注意的是，由於具有基底偏壓，在抗黏附鍍膜前清潔製程所使用的氣體粒子的移動具有特定方向性，即為非等向性，從而可去除朝向特定方向的表面的變質層。以上述惰性氣體電漿清潔製程為例，透過在微機電結構下方施加基底偏壓(如一負電壓)，所使用的氬離子相互之間具有較少碰撞，移動時具有較佳的線性度和較長的平均自由徑，因此氬離子可有效對微機電結構上特定方向的表面進行清潔，以避免影響微機電結構的其他表面。請參考第6圖，第6圖為本發明實施例中一微機電結構的示意圖。在第6圖所示實施例中，透過在微機電結構下方施加基底偏壓，可使氣體粒子往下方移動，從而使抗黏附鍍膜前清潔製程可去除微機電結構面朝上方的表面上的變質層。在此狀況下，由於微機電結構中接合環朝上方的表面上的變質層被清除，從而使得接合環可良好地與上蓋晶圓接合。此外，面朝其他方向的表面(如側壁)或上方被其他物體(如可動元件)遮蔽的表面上的變質層不會受到大幅度的影響。如此一來，在實施抗黏附鍍膜製程時，單分子層仍可良好地鍍覆於微機電結構的表面上，從而避免微機電結構發生黏附失效。
請再參考第4圖，接著對結構晶圓實施一抗黏附鍍膜製程來在微機電結構的表面形成單分子層，抗黏附鍍膜製程可為採用二氯二甲矽烷(Dichlorodimethylsilane，DDMS)、十八烷基三氯矽烷(Octadecyltrichlorosilane，OTS)、全氟十二烷基三氯矽烷(1H 1H 2H 2H-Pertluorodecyltrichlorosilane，FDTS)或全氟辛基三氯矽烷(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane，FOTS)材料的化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)製程(如常壓化學氣相沉積(Atmospheric Pressure CVD，APCVD)、低壓化學氣相沉積(Low-Pressure CVD，LPCVD)、電漿增強化學氣相沉積(Plasma-Enhanced CVD，PECVD))，且不限於此。
在微機電結構的表面形成單分子層後，一密封(Hermeticity seal)製程(如使用鋁鍺(Al/Ge)材料的共晶接合(Eutectic Bond)製程)被實施，以接合一上蓋晶圓及結構晶圓，來完成微機電裝置。其中，該上蓋晶圓較佳於該密封製程前實施一上蓋清潔製程，上蓋清潔製程同樣可為具有基底偏壓的惰性氣體電漿清潔製程。藉此，可在實施該密封製程前預先清潔上蓋晶圓上的接合環，有助於進行後續的密封製程，進而提升微機電裝置的接合氣密性。
透過採用第3圖所示製造方法30，微機電結構表面上的單分子層不會受到後續製程傷害，從而防止微機電裝置發生黏附失效。此外，微機電結構上用來接合上蓋晶圓的接合環可保持利於進行接合，從而使微機電裝置不易發生氣密失效。也就是說，本發明提出的製造方法30可同時改善微機電裝置的黏附失效及氣密失效問題。根據不同應用及設計理念，製造方法30可被合適地更動及修改。舉例來說，在實施表面改質製程前，可對結構晶圓另實施一清潔製程，以進一步改善微機電裝置的氣密失效。
再者，在本發明另一實施例中，可於該表面改質製程前再實施一結構清潔製程，結構清潔製程同樣可為具有基底偏壓的惰性氣體電漿清潔製程。 藉此，可在實施該表面改質製程前預先清潔結構晶圓上的微機電結構之表面及接合環，有助於進行後續的密封製程，進而提升微機電裝置的接合氣密性。
綜上所述，上述實施例揭露的製造方法透過在對微機電結構實施表面改質製程及抗黏附鍍膜製程之間新增一抗黏附鍍膜前清潔製程，使得用於接合的接合環不受表面改質製程影響，而利於進行後續接合製程。並且，經過抗 黏附鍍膜前清潔製程後，抗黏附鍍膜製程仍可良好地將單分子層鍍覆於微機電結構的表面。因此，上述實施例揭露的製造方法可同時改善微機電裝置的黏附失效及氣密失效問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (11)

  1. 一種微機電裝置的製造方法，用於一微機電結構，包含有：對一結構晶圓實施一表面改質製程，以在該微機電結構的表面形成一變質層；對該結構晶圓實施一抗黏附鍍膜前清潔製程，以清除該微機電結構的表面中面朝一特定方向的表面上的該變質層；以及對該結構晶圓施一抗黏附鍍膜製程，以在該微機電結構的表面鍍覆一單分子層。
  2. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，其中該結構晶圓包含該微機電結構的一接合環，該抗黏附鍍膜前清潔製程清除該接合環面朝該特定方向的變質層。
  3. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，其中該表面改質製程具等向性。
  4. 如請求項3所述的微機電裝置的製造方法，其中該表面改質製程為一不具有基底偏壓的氧氣電漿(Oxygen Plasma)處理製程。
  5. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，其中該變質層為氧化層。
  6. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，其中該抗黏附鍍膜前清潔製程具有非等向性。
  7. 如請求項6所述的微機電裝置的製造方法，其中該抗黏附鍍膜前清潔製程為一具有基底偏壓的惰性氣體電漿清潔製程。
  8. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，其中該抗黏附鍍膜製程可為採用二氯二甲矽烷、十八烷基三氯矽烷、全氟十二烷基三氯矽烷及全氟辛基三氯矽烷其中一者的化學氣相沉積製程。
  9. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，另包含有：在實施該表面改質製程之前，對該結構晶圓實施一結構清潔製程。
  10. 如請求項1所述的微機電裝置的製造方法，另包含有：在該抗黏附鍍膜製程後實施一密封製程，以接合一上蓋晶圓及結構晶圓。
  11. 如請求項10所述的微機電裝置的製造方法，另包含有：在實施該密封製程之前，對該上蓋晶圓實施一上蓋清潔製程。
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