TWI815537B - 微機電裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種微機電(MEMS)裝置，包含支撐基板、空腔、停止部件、微機電結構和鍵合介電層。空腔位於支撐基板的頂面，停止部件與空腔相鄰，停止部件的頂面與支撐基板的頂面在同一高度。微機電結構設置於支撐基板上，微機電結構包含質量塊和懸臂，質量塊設置在停止部件正上方，懸臂設置在空腔正上方，鍵合介電層設置在支撐基板的頂面和微機電結構的底面之間。

Description

微機電裝置及其製造方法

本揭露係關於微機電(MEMS)裝置，特別是包含對應於質量塊的停止部件之微機電裝置及其製造方法。

近年來，微機電(micro-electro-mechanical systems，MEMS)裝置已經是能夠實現的技術，並且MEMS裝置在微電子產業的應用上也越來越受到關注。MEMS裝置包含的元件例如為陀螺儀(gyroscopes)、加速計(accelerometers)、共振器(resonators)、壓力感測器等。MEMS裝置可包含感測質量(sense mass)和支撐感測質量的臂構件(beam)，感測質量和臂構件通常會設置在密封腔室中，並且懸置在半導體基底的空腔上方。在MEMS裝置的操作期間，感測質量和臂構件的位置可以產生位移，或者在密封腔室中振動。通常使用微機械加工製程來形成臂構件和感測質量，微機械加工製程可選擇性地蝕刻掉薄化的裝置基板的一部分。然而，在薄化的裝置基板的蝕刻過程中，很難同時形成具有均勻圖案(例如均勻的寬度/間距)且較薄的支撐臂構件和較重的感測質量，通常較薄的支撐臂構件的圖案會不均勻，導致MEMS裝置的生產良率和可靠度下降。因此，業界亟需改良的MEMS裝置及其製造方法來克服上述問題。

有鑑於此，本揭露的實施例提供改良的微機電(MEMS)裝置及其製造方法。此微機電裝置包含具有均勻圖案的懸臂部件(suspension beam)，且在懸臂部件的側壁處沒有條痕(striation)產生。此外，微機電裝置還包含在質量塊(proof mass)與停止部件(stopper)之間被精確地控制尺寸的間隙。本揭露的實施例可提高微機電裝置的可靠度和生產良率，並且增加微機電裝置之產品調整的靈活度(flexibility)。

根據本揭露的一實施例，提供一種微機電(MEMS)裝置，包括支撐基板、空腔、停止部件、微機電結構和鍵合介電層。空腔位於支撐基板的頂面，停止部件與空腔相鄰，其中停止部件的頂面與支撐基板的頂面在同一高度。微機電結構設置於支撐基板上，其中微機電結構包括質量塊和懸臂部件，質量塊設置在停止部件正上方，懸臂部件設置在空腔正上方，鍵合介電層設置在支撐基板的頂面和微機電結構的底面之間。

根據本揭露的一實施例，提供一種微機電(MEMS)裝置的製造方法，包括以下步驟：提供支撐基板，並且蝕刻支撐基板，以在支撐基板的頂面形成空腔和停止部件；在支撐基板的頂面和停止部件的頂面上形成鍵合介電層；在鍵合介電層上設置微機電裝置層，其中微機電裝置層鍵合到停止部件和支撐基板。將微機電裝置層圖案化，以形成微機電結構，其中微機電結構包括質量塊和懸臂部件，質量塊鍵合到停止部件，且懸臂部件形成在空腔正上方；去除鍵合介電層位於停止部件和質量塊之間的一部分，以在停止部件和質量塊之間形成間隙。

為了讓本揭露之特徵明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本揭露提供了數個不同的實施例，可用於實現本揭露的不同特徵。為簡化說明起見，本揭露也同時描述了特定構件與佈置的範例。提供這些實施例的目的僅在於示意，而非予以任何限制。舉例而言，下文中針對「第一特徵形成在第二特徵上或上方」的敘述，其可以是指「第一特徵與第二特徵直接接觸」，也可以是指「第一特徵與第二特徵間另存在有其他特徵」，致使第一特徵與第二特徵並不直接接觸。此外，本揭露中的各種實施例可能使用重複的參考符號和/或文字註記。使用這些重複的參考符號與註記是為了使敘述更簡潔和明確，而非用以指示不同的實施例及/或配置之間的關聯性。

另外，針對本揭露中所提及的空間相關的敘述詞彙，例如：「在...之下」，「低」，「下」，「上方」，「之上」，「上」，「頂」，「底」和類似詞彙時，為便於敘述，其用法均在於描述圖式中一個元件或特徵與另一個（或多個）元件或特徵的相對關係。除了圖式中所顯示的擺向外，這些空間相關詞彙也用來描述半導體裝置在使用中以及操作時的可能擺向。隨著半導體裝置的擺向的不同（旋轉90度或其它方位），用以描述其擺向的空間相關敘述亦應透過類似的方式予以解釋。

雖然本揭露使用第一、第二、第三等等用詞，以敘述種種元件、部件、區域、層、及/或區塊(section)，但應了解此等元件、部件、區域、層、及/或區塊不應被此等用詞所限制。此等用詞僅是用以區分某一元件、部件、區域、層、及/或區塊與另一個元件、部件、區域、層、及/或區塊，其本身並不意含及代表該元件有任何之前的序數，也不代表某一元件與另一元件的排列順序、或是製造方法上的順序。因此，在不背離本揭露之具體實施例之範疇下，下列所討論之第一元件、部件、區域、層、或區塊亦可以第二元件、部件、區域、層、或區塊之詞稱之。

本揭露中所提及的「約」或「實質上」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」或「實質上」的情況下，仍可隱含「約」或「實質上」之含義。

雖然下文係藉由具體實施例以描述本揭露的發明，然而本揭露的發明原理亦可應用至其他的實施例。此外，為了不致使本發明之精神晦澀難懂，特定的細節會被予以省略，該些被省略的細節係屬於所屬技術領域中具有通常知識者的知識範圍。

本揭露係關於微機電(MEMS)裝置及其製造方法，MEMS裝置包含慣性測量單元(inertial measurement unit，IMU)，例如加速計、陀螺儀等。MEMS裝置的支撐基板包含位於支撐基板的頂面之空腔和停止部件，MEMS裝置的MEMS結構包含質量塊和連接到質量塊的懸臂部件，質量塊和懸臂部件係藉由蝕刻製程將MEMS裝置層圖案化而形成。在蝕刻過程中，質量塊通過鍵合介電層而鍵合到停止部件，並且被停止部件支撐，藉此可避免質量塊向下移動，從而在對MEMS裝置層進行圖案化時，防止懸臂部件移動。因此，MEMS裝置的懸臂部件會具有均勻的圖案，並且避免在懸臂部件的側壁形成條痕。之後，去除鍵合介電層位於質量塊和停止部件之間的一部分，以得到MEMS裝置的質量塊和停止部件之間的間隙，且此間隙的尺寸受到精確地控制。因此，本揭露之實施例可提高MEMS裝置的可靠度和生產良率，並且增加MEMS裝置之產品調整的靈活度。

第1圖是根據本揭露的一些實施例所繪示的MEMS裝置100的俯視示意圖，第2圖是根據本揭露的一些實施例所繪示的沿著第1圖的剖面線T-T之MEMS裝置100A和100B的剖面示意圖。參閱第1圖，MEMS裝置100包含設置在支撐基板101上的MEMS結構120，其中MEMS裝置100的停止部件103和空腔107的俯視圖在第1圖中以虛線表示。MEMS結構120包含質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件)125和多個固定部127。如第1圖所示，懸臂部件123的一端與左邊的固定部127連接，懸臂部件123的另一端與質量塊121連接。另外，右邊的固定部127包含梳狀部分127-1和主要部分127-2，懸置梳狀部件125從質量塊121延伸，並且與固定部127的梳狀部分127-1指狀交叉設置。第1圖中所繪示的質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125和固定部127的形狀和配置係作為示範說明，本揭露之實施例不限於此。此外，懸臂部件123連接至質量塊121的數量可依照實際需求調整，並且根據不同的設計要求，懸置梳狀部件125可以被置換為懸臂部件123。在MEMS裝置的操作過程中，當MEMS結構120受到外力而移動或旋轉時，懸臂部件123可能會像彈簧一樣變形(例如壓縮或伸展)，進而導致固定部127與質量塊121之間的距離發生變化。由於梳狀部分127-1和懸置梳狀部件125之間的距離與梳狀部分127-1和懸置梳狀部件125之間的電容值成反比關係，因此可以藉由測量梳狀部分127-1和懸置梳狀部件125之間的電容值變化，來得到MEMS結構120的加速度和/或角速度。

參閱第2圖，在一實施例中，MEMS裝置100A包含支撐基板101，支撐基板101可以是矽(Si)晶圓或其他合適的半導體晶圓。支撐基板101的材料包含單晶半導體材料，例如矽、藍寶石或其他合適的半導體材料。舉例而言，支撐基板101的材料可包含元素半導體，例如Ge；支撐基板101的材料還可包含化合物半導體，例如GaN、SiC、GaAs、GaP、InP、InAs和/或InSb等；支撐基板101的材料還包含合金半導體，例如 SiGe、GaAsP、AlInAs、AlN、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP；或者支撐基板101的材料可包含前述之組合。在支撐基板101的頂面(或稱為第一表面)形成有空腔107，此外，在支撐基板101的頂面之空腔107中還形成有停止部件103，並且停止部件103與空腔107相鄰。停止部件103與支撐基板101整合在一起，且停止部件103的頂面與支撐基板101的頂面在同一高度。如第2圖的MEMS裝置100A所示，空腔107的深度D1實質上等於停止部件103在空腔107的底面以上的高度H1。在一些實施例中，停止部件103與支撐基板101為一體成型結構。

MEMS裝置100A還包含設置在支撐基板101上的MEMS結構120，MEMS結構120可以由矽晶圓、多晶矽層或其他合適的半導體層形成。在一些實施例中，MEMS結構120包含質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125、與懸臂部件123相鄰的固定部127、以及與懸置梳狀部件125相鄰的另一固定部127。其中，質量塊121設置在停止部件103的正上方，懸臂部件123和懸置梳狀部件125設置在空腔107的正上方，固定部127設置在支撐基板101之圍繞空腔107的區域的正上方。

參閱第2圖，MEMS裝置100A還包含設置在支撐基板101的頂面和MEMS結構120的底面之間的鍵合介電層111，鍵合介電層111可以是氧化矽層。MEMS結構120的固定部127通過鍵合介電層111而鍵合至支撐基板101，鍵合介電層111設置於支撐基板101的頂面，且不延伸至空腔107的側壁及底面，鍵合介電層111也沒有覆蓋停止部件103，亦即鍵合介電層111沒有延伸到停止部件103的側壁和頂面上。此外，在MEMS裝置100A的停止部件103和質量塊121之間具有間隙109，根據本揭露的實施例，在MEMS裝置100A的高度方向上，例如第2圖所示的Z軸方向上，間隙109的尺寸與鍵合介電層111的厚度大致相同。例如，間隙109的尺寸和鍵合介電層111的厚度可約為1微米(μm)至約5μm，但不限於此。根據本揭露的一些實施例，可以藉由調整鍵合介電層111的厚度來精確地控制MEMS裝置的間隙109的尺寸，通常需要適當地控制間隙109的尺寸，使得質量塊121在MEMS裝置100A的操作期間能夠懸置在停止部件103上方。此外，當外力沿Z軸突然作用在MEMS裝置100A時，停止部件103可用來阻止質量塊121在Z軸方向的移動，藉此可提高MEMS裝置100A的效能。

此外，支撐基板101還包含形成於支撐基板101的底面之對位標記(alignment marks)105，在MEMS結構120被鍵合到支撐基板101時，對位標記105可用於幫助MEMS結構120與支撐基板101之間的對準。

如第2圖的MEMS裝置100A所示，在一些實施例中，MEMS結構120還包含設置在固定部127上的突出部128，以及順向性地設置在突出部128上的導線129。在MEMS裝置100A作為加速計或陀螺儀的情況下，質量塊121可以用作可移動的質量塊。在MEMS裝置100A的操作過程中，當外力作用於MEMS裝置100A時，可移動的質量塊121可能會從原來的位置移位，懸臂部件123則可能會以共振頻率振動，且懸置梳狀部件125可能會相對於固定部127的梳狀部分127-1產生位移。可移動的質量塊121、懸臂部件123和懸置梳狀部件125的位移程度會被轉換成電性信號，然後通過導線129傳送到外部電路。

再參閱第2圖，根據本揭露的另一實施例，提供MEMS裝置100B，MEMS裝置100B與MEMS裝置100A的差異在於，MEMS裝置100B包含多個停止部件，例如兩個停止部件103設置在MEMS結構120的質量塊121正下方。這兩個停止部件103也設置在支撐基板101的空腔107中，且與空腔107相鄰。另外，在MEMS裝置100B的高度方向上，這兩個停止部件103的頂面與支撐基板101的頂面處於同一高度。此外，在MEMS裝置100B的高度方向上，左邊的停止部件103與質量塊121之間的間隙的尺寸，以及右邊的停止部件103與質量塊121之間的另一間隙的尺寸也大致上與鍵合介電層111的厚度相同。在一些實施例中，這兩個停止部件103與支撐基板101為一體成型結構。

第3圖是根據本揭露的一些其他實施例所繪示的MEMS裝置的剖面示意圖。參閱第3圖，在一實施例中，提供MEMS裝置100C，MEMS裝置100C與MEMS裝置100A的差異在於，MEMS裝置100C還包含介電層113，介電層113設置於MEMS結構120的底面與鍵合介電層111之間，介電層113可為氧化矽層。MEMS裝置100C包含在停止部件103與質量塊121之間的間隙109，在本實施例中，間隙109在MEMS裝置100C的高度方向上的尺寸與鍵合介電層111和介電層113的總厚度大致上相同，且MEMS裝置100C的間隙109的尺寸由鍵合介電層111的厚度和介電層113的厚度兩者精確地控制。

再參閱第3圖，在另一實施例中，提供MEMS裝置100D，MEMS裝置100D與MEMS裝置100A的差異在於，MEMS裝置100D的鍵合介電層111進一步延伸以圍繞支撐基板101的側壁和底面。此外，MEMS裝置100D的MEMS結構120可以不同於MEMS裝置100A的MEMS結構120。例如，MEMS裝置100D的MEMS結構120的質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125和固定部127的圖案可以與MEMS裝置100A的MEMS結構120的質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125和固定部127的圖案不同。此外，MEMS裝置100D的MEMS結構120的突出部128的剖面形狀和導線129的配置位置也可不同於MEMS裝置100A的MEMS結構120的突出部128的剖面形狀和導線129的配置位置。

第4圖是根據本揭露的一實施例所繪示的包含與互補式金屬氧化物半導體(CMOS)晶圓鍵合的MEMS裝置之結構的剖面示意圖。參閱第4圖，結構200包含與CMOS晶圓130鍵合的MEMS裝置100，MEMS裝置100可以是第2圖和第3圖中所繪示的MEMS裝置100A、100B、100C和100D中的任何一個，或者是前述MEMS裝置的變化實施例。CMOS晶圓130包含半導體基底131，以及形成在半導體基底131上的互連層(interconnect layer)132，半導體基底131包含形成在其中的多個CMOS電晶體和其他半導體元件，互連層132由多個金屬層、多個介電層和多個導通孔(vias)構成，用於電連接到半導體基底131中的CMOS電晶體和半導體元件。互連層132的最頂層金屬層可以用作接合墊(bonding pad)133，MEMS裝置100的導線129接合至CMOS晶圓130的互連層132中的接合墊133。因此，MEMS裝置100的電性信號可通過導線129和互連層132傳遞到CMOS晶圓130。

第5圖、第6圖和第7圖是根據本揭露的一實施例所繪示的MEMS裝置的製造方法的一些階段的剖面示意圖。參閱第5圖，首先，提供支撐基板101。支撐基板101可以是矽晶圓，但不限於此。接著，在步驟S301，蝕刻支撐基板101，以在支撐基板101的頂面形成空腔107，並且在空腔107中形成停止部件103，停止部件103與空腔107相鄰。在一些實施例中，停止部件103和空腔107在同一道蝕刻製程步驟中一起形成。此外，停止部件103的頂面與支撐基板101的頂面在同一高度，如第5圖的虛線TS所示。以空腔107的底面為基準，空腔107的深度與停止部件103的高度大致上相同。在本實施例中，停止部件103與支撐基板101為一體成型結構。此外，可以通過蝕刻製程在支撐基板101的底面上形成多個對位標記105。然後，在步驟S303，於支撐基板101上、空腔107內和停止部件103上順向性地形成鍵合介電層111，例如為氧化矽層。鍵合介電層111圍繞支撐基板101的頂面、側壁和底面，鍵合介電層111也延伸到空腔107的側壁和底面上，並且還延伸到停止部件103的側壁和頂面上。可以藉由熱生長製程(例如熱氧化製程或熱氮化製程)、使用四乙氧基矽烷(tetraethoxy silane，TEOS)的電漿增強型化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor disposition，PECVD)製程、或者原子層沉積等製程來形成鍵合介電層111，但不限於此。在一些實施例中，鍵合介電層111的厚度可以在約1μm至約5μm的範圍內，但不限於此。

接著，參閱第6圖，在步驟S305，提供MEMS晶圓122，MEMS晶圓122例如是矽晶圓，其係用於在後續製程步驟中形成MEMS結構。MEMS晶圓122具有厚度T1，例如約200μm至約1000μm，但不限於此。然後，在步驟S307，先使用融合鍵合製程，通過鍵合介電層111將MEMS晶圓122鍵合到支撐基板101和停止部件103上。然後，通過背面研磨製程和化學機械拋光/平坦化(chemical mechanical polishing/planarization，CMP)製程將MEMS晶圓122減薄，以形成MEMS裝置層124，MEMS裝置層124的厚度T2小於MEMS晶圓122的厚度T1，MEMS裝置層124的厚度T2例如為約10μm至約500μm，但不限於此。

接著，參閱第7圖，在步驟S309，蝕刻MEMS裝置層124，以在MEMS裝置層124的頂面形成多個突出部128，例如為支座(stand-off)結構。然後，在突出部128上順向性地形成導線129，可以藉由沉積導電材料層，例如金屬層或半導體層，然後將導電材料層圖案化來形成導線129。

之後，仍參閱第7圖，在步驟S311，藉由微影和蝕刻製程將MEMS裝置層124圖案化，以形成質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125和固定部127，藉此構成MEMS結構120。根據本揭露的實施例，在形成質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125和固定部127的圖案化過程中，對MEMS裝置層124施加蝕刻劑，例如HF蒸氣，但不限於此，使得被圖案化遮罩(未繪示)暴露出的MEMS裝置層124的一些部份可以被蝕刻劑逐漸蝕刻掉。當MEMS裝置層124被持續地圖案化時，MEMS裝置層124的這些部分被蝕刻穿透，藉此形成線條型的懸臂部件123和懸置梳狀部件125，此時較重的質量塊121會被停止部件103支撐，且鍵合到停止部件103，以避免質量塊121產生移動。因此，可避免形成懸臂部件123和懸置梳狀部件125的側壁時產生條痕(striation)，並且懸臂部件123和懸置梳狀部件125的圖案均勻。具有均勻圖案的懸臂部件123和懸置梳狀部件125有助於提高MEMS裝置的可靠度和生產良率，進而降低橫跨整個晶圓的多個MEMS結構在電性特性和機械性能上的差異。

接著，仍參閱第7圖，在步驟S313，藉由蝕刻製程去除鍵合介電層111位於質量塊121和停止部件103之間的一部分，以形成間隙109。同時，MEMS結構120的質量塊121也會被釋放成為可移動的質量塊。在本實施例中，間隙109在高度方向上的尺寸可由鍵合介電層111的厚度精確地控制。此外，當質量塊121的重量增加時，鍵合介電層111的厚度會隨之增加。根據本揭露的實施例，懸臂部件123和懸置梳狀部件125的製造不會受到質量塊121的限制。此外，即使質量塊121的重量增加或減少，間隙109的尺寸也可以有更大的設計靈活度，從而增加了本揭露的MEMS裝置之產品調整的靈活度。另外，鍵合介電層111在空腔107的側壁和底面上，以及在停止部件103的側壁上的其他部分也可藉由形成間隙109的相同蝕刻製程步驟被去除，此蝕刻製程例如為蒸氣氫氟酸(vapor hydrofluoric acid，VHF)釋放製程(release process)。在一實施例中，鍵合介電層111在支撐基板101的側壁和底面上的另一部分可以藉由其他蝕刻製程，例如乾式蝕刻或濕式蝕刻製程而被去除。最後，鍵合介電層111的剩餘部分位於支撐基板101的頂面與MEMS結構120的底面之間，以得到MEMS裝置100A。

第8圖、第9圖和第10圖是根據本揭露的另一實施例所繪示的MEMS裝置的製造方法的一些階段的剖面示意圖。在第5圖的步驟S301和S303之後，參閱第8圖，在步驟S305，提供MEMS晶圓122，MEMS晶圓122例如是矽晶圓，其係用於在後續製程步驟中形成MEMS結構。MEMS晶圓122具有厚度T1，例如約200μm至約1000μm，但不限於此。然後，在步驟S306，在MEMS晶圓122上順向性地形成介電層113，例如氧化矽層，介電層113圍繞MEMS晶圓122的頂面、側壁和底面。可以藉由熱生長製程(例如熱氧化製程或熱氮化製程)、使用四乙氧基矽烷(TEOS)的電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)製程或原子層沉積製程來形成介電層113，但不限於此。在一些實施例中，介電層113的厚度可以在約1μm至約5μm的範圍內，但不限於此。

接著，參閱第9圖，在步驟S307，施行融合鍵合(fusion bonding)，通過鍵合介電層111和介電層113，以將MEMS晶圓122鍵合至支撐基板101和停止部件103，其中鍵合介電層111和介電層113之間具有介電質-介電質鍵合(dielectric-to-dielectric bonding)。然後，藉由研磨製程和CMP製程將MEMS晶圓122減薄，以形成MEMS裝置層124。MEMS裝置層124的厚度T2小於MEMS晶圓122的厚度T1，MEMS裝置層124的厚度T2例如為約10μm至約500μm，但不限於此。此外，在將MEMS晶圓122減薄以形成MEMS裝置層124之後，介電層113在MEMS晶圓122的頂面和側壁上的那些部分也被去除，使得介電層113的剩餘部分在MEMS裝置層124的底面和鍵合介電層111之間。

之後，仍參閱第9圖，在步驟S309，蝕刻MEMS裝置層124，以在MEMS裝置層124的頂面形成多個突出部128，例如為支座結構。然後，藉由沉積和圖案化製程，順向性地形成導線129於突出部128上。

接著，參閱第10圖，在步驟S311，藉由蝕刻製程將MEMS裝置層124圖案化，以形成質量塊121、懸臂部件123、懸置梳狀部件125和固定部127，藉此構成MEMS結構120。此外，位於MEMS裝置層124底面的介電層113也藉由形成MEMS結構120的此蝕刻製程而被圖案化。根據本揭露的實施例，當MEMS裝置層124被持續地圖案化，以形成懸臂部件123和懸置梳狀部件125的細微線條時，較重的質量塊121會被停止部件103支撐，且鍵合至停止部件103，以避免質量塊產生移動。因此，避免條痕形成於懸臂部件123和懸置梳狀部件125的側壁，並且懸臂部件123和懸置梳狀部件125的圖案均勻。均勻圖案的懸臂部件123和懸置梳狀部件125有助於提高MEMS裝置的可靠度和生產良率。此外，根據本揭露的實施例，懸臂部件123和懸置梳狀部件125的製造不會受到質量塊121的限制，進而增加了MEMS裝置之產品調整的靈活度。

接著，仍參閱第10圖，在步驟S313，藉由蝕刻製程去除在質量塊121和停止部件103之間的鍵合介電層111的一部分和介電層113的一部分，以形成間隙109，藉此釋放MEMS結構120的質量塊121。在本實施例中，間隙109在高度方向上的尺寸由鍵合介電層111的厚度和介電層113的厚度精確地控制。此外，當質量塊121的重量增加時，鍵合介電層111和介電層113的總厚度也會隨之增加。即使質量塊121的重量增加或減少，間隙109的尺寸也可以有更大的設計靈活度，進而增加了本揭露的MEMS裝置在產品調整上的靈活度。此外，鍵合介電層111在空腔107的側壁和底面上，以及在停止部件103的側壁上的其他部分，以及介電層113在對應於空腔107的區域中的其他部分，也可藉由形成間隙109的相同蝕刻製程步驟而被去除，此蝕刻製程例如是蒸氣氫氟酸(VHF)釋放製程。在一實施例中，鍵合介電層111在支撐基板101的側壁和底面上的另一部分可以藉由其他蝕刻製程，例如乾式蝕刻或濕式蝕刻製程而被去除。最後，鍵合介電層111的剩餘部分和介電層113的剩餘部分皆設置在支撐基板101的頂面與MEMS結構120的底面之間，藉此得到MEMS裝置100C。

在第2圖和第3圖中所繪示的MEMS裝置100A、100B、100C和100D的MEMS結構120係作為示範說明，本揭露之實施例不限於此。本揭露的MEMS裝置可包含慣性測量單元(IMU)、慣性感測器、壓力感測器、微流體元件、其他微型元件或前述之組合，且慣性測量單元可包含加速計、陀螺儀或前述之組合。

根據本揭露的實施例，在製造過程中，MEMS結構的質量塊會被停止部件支撐且鍵合至停止部件，以避免在蝕刻MEMS裝置層時質量塊向下移動，使得所形成的MEMS結構的其他部分，例如懸臂部件和懸置梳狀部件的微細圖案，在MEMS結構的製造過程中不會受到質量塊重量的限制，並且藉此增加MEMS裝置的產品調整之靈活度。另外，停止部件還可作為機械性停止部件，以抵抗施加到MEMS裝置的衝擊。

此外，根據本揭露的實施例，避免MEMS結構的懸臂部件和懸置梳狀部件在其側壁上產生條痕，並且具有均勻的圖案，進而提高了MEMS裝置的生產良率和可靠度。另外，質量塊與停止部件之間的間隙尺寸可通過鍵合介電層的厚度，或者鍵合介電層和介電層兩者的總厚度得到精確地控制和更靈活地調整，因此在本揭露的實施例之MEMS裝置中，位於質量塊與停止部件之間的間隙是可調變的。此外，本揭露的實施例還可以藉由相同的蝕刻製程步驟，在支撐基板中一起形成停止部件和空腔，而無需額外的光罩和蝕刻製程，藉此減少了MEMS裝置的製造時間和成本。 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。

100、100A、100B、100C、100D:MEMS裝置 101:支撐基板 103:停止部件 105:對位標記 107:空腔 109:間隙 111:鍵合介電層 113:介電層 120:MEMS結構 121:質量塊 122:MEMS晶圓 123:懸臂部件 124:MEMS裝置層 125:懸置梳狀部件 127:固定部 127-1:梳狀部分 127-2:主要部分 128:突出部 129:導線 130:CMOS晶圓 131:半導體基底 132:互連層 D1:深度 H1:高度 200:結構 TS:虛線 T1、T2:厚度 S301、S303、S305、S306、S307、S309、S311、S313:步驟

為了使下文更容易被理解，在閱讀本揭露時可同時參考圖式及其詳細文字說明。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式，俾以詳細解說本揭露之具體實施例，並用以闡述本揭露之具體實施例之作用原理。此外，為了清楚起見，圖式中的各特徵可能未按照實際的比例繪製，因此某些圖式中的部分特徵的尺寸可能被刻意放大或縮小。 第1圖是根據本揭露的一些實施例所繪示的微機電(MEMS)裝置的俯視示意圖。 第2圖是根據本揭露的一些實施例所繪示的MEMS裝置的剖面示意圖。 第3圖是根據本揭露的一些其他實施例所繪示的MEMS裝置的剖面示意圖。 第4圖是根據本揭露的一實施例所繪示的MEMS裝置與CMOS晶圓鍵合後的結構之剖面示意圖。 第5圖、第6圖和第7圖是根據本揭露的一實施例所繪示的MEMS裝置的製造方法的一些階段的剖面示意圖。 第8圖、第9圖和第10圖是根據本揭露的另一實施例所繪示的MEMS裝置的製造方法的一些階段的剖面示意圖。

100、100A、100B:MEMS裝置

101:支撐基板

103:停止部件

105:對位標記

107:空腔

109:間隙

111:鍵合介電層

120:MEMS結構

121:質量塊

123:懸臂部件

125:懸置梳狀部件

127:固定部

128:突出部

129:導線

D1:深度

H1:高度

Claims (20)

1. 一種微機電裝置，包括： 一支撐基板； 一空腔，位於該支撐基板的一頂面； 一停止部件，與該空腔相鄰，該停止部件的一頂面與該支撐基板的該頂面在同一高度； 一微機電結構，設置在該支撐基板上，該微機電結構包括一質量塊和一懸臂部件，其中該質量塊設置在該停止部件的正上方，且該懸臂部件設置在該空腔的正上方；以及 一鍵合介電層，設置在該支撐基板的該頂面和該微機電結構的一底面之間。
2. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該停止部件與該質量塊之間具有一間隙，該間隙在高度方向上的尺寸與該鍵合介電層的厚度相同。
3. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該鍵合介電層不延伸到該空腔中。
4. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該鍵合介電層不覆蓋該停止部件。
5. 如請求項1所述之微機電裝置，更包括一介電層，設置在該微機電結構的該底面和該鍵合介電層之間。
6. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該微機電結構還包括一固定部，該懸臂部件的一端連接到該固定部，該懸臂部件的另一端連接到該質量塊。
7. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該微機電結構還包括一懸置梳狀部件和一固定部，該懸置梳狀部件從該質量塊延伸，並配置成與該固定部指狀交叉。
8. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該微機電結構包括慣性測量單元，且該慣性測量單元包括加速計、陀螺儀或前述之組合。
9. 如請求項1所述之微機電裝置，更包括一互補式金屬氧化物半導體晶圓與該微機電結構鍵合，其中該微機電結構還包括一突出部和設置於該突出部上的一導線，且該導線與該互補式金屬氧化物半導體晶圓的一接合墊接合。
10. 如請求項1所述之微機電裝置，其中該停止部件與該支撐基板為一體成型結構。
11. 一種微機電裝置的製造方法，包括： 提供一支撐基板； 蝕刻該支撐基板，以在該支撐基板的一頂面形成一空腔和一停止部件； 在該支撐基板的該頂面和該停止部件的一頂面上形成一鍵合介電層； 在該鍵合介電層上設置一微機電裝置層，且該微機電裝置層鍵合至該停止部件和該支撐基板； 圖案化該微機電裝置層，以形成一微機電結構，其中該微機電結構包括一質量塊和一懸臂部件，該質量塊鍵合至該停止部件，且該懸臂部件形成在該空腔的正上方；以及 移除該鍵合介電層位於該停止部件與該質量塊之間的一部分，以在該停止部件與該質量塊之間形成一間隙。
12. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中該停止部件的該頂面與該支撐基板的該頂面在同一高度。
13. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中在該懸臂部件形成之後，藉由一蝕刻製程去除在該停止部件上的該鍵合介電層的該部分。
14. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中形成該鍵合介電層包括一熱氧化製程或一沉積製程，且該鍵合介電層順向性地形成在該空腔的側壁和底面上，以及在該支撐基板的側壁和底面上。
15. 如請求項14所述之微機電裝置的製造方法，其中在該空腔的側壁和底面上的該鍵合介電層的一第一部分，以及在該支撐基板的側壁和底面上的該鍵合介電層的一第二部分，與在該停止部件上的該鍵合介電層的該部分一起藉由一相同的蝕刻製程被去除。
16. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中該間隙在高度方向上的尺寸與該鍵合介電層的厚度相同。
17. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，更包括： 提供一微機電晶圓； 鍵合該微機電晶圓到該支撐基板； 減薄該微機電晶圓，以形成該微機電裝置層； 在形成該質量塊之前，蝕刻該微機電裝置層，以形成該微機電結構的一突出部； 在該微機電結構的該突出部上形成一導線； 提供一互補式金屬氧化物半導體晶圓，且在該互補式金屬氧化物半導體晶圓上包含一互連層；以及 鍵合該微機電結構到該互補式金屬氧化物半導體晶圓，其中該導線電性耦接到該互連層。
18. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中圖案化該微機電裝置層以形成該微機電結構還包括形成一固定部和一懸置梳狀部件，且該懸置梳狀部件從該質量塊延伸出，並配置成與該固定部指狀交叉。
19. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中圖案化該微機電裝置層以形成該微機電結構還包括形成一固定部，且該懸臂部件的一端與該固定部連接，該懸臂部件的另一端與該質量塊連接。
20. 如請求項11所述之微機電裝置的製造方法，其中在將該微機電裝置層設置在該鍵合介電層上之前，還包括在該微機電裝置層上形成一介電層，其中在將該微機電裝置層設置在該鍵合介電層上之後，該介電層位於該微機電裝置層和該鍵合介電層之間。

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