[发明专利]半导体微机电结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别设计一种半导体微机电结构的制造方法。

背景技术

现有的半导体微机电系统包含各种不同的半导体微结构，例如：不可动的探针、流道、孔穴结构，或是一些可动的弹簧、连杆、齿轮(刚体运动或是挠性形变)等结构。

将上述不同的结构和相关的半导体电路相互整合，即可构成各种不同的半导体应用。故如何藉由制造方法以提升微机械结构各种不同的功能，是未来半导体微机电系统的关键指针，也是未来进一步研究芯片时的严峻挑战。若能研发改进已知的技术，未来的发展前景无法预先估计。

目前制作微机电传感器和启动器系统经常需要在硅基衬底上制作悬浮式结构。前述制程必须采用先进的半导体技术，例如：高深宽比干蚀刻工艺和牺牲层(sacrificial-layer)去除工艺等专用的微机电系统(MEMS：Micro-Electro-Mechanical Systems)。

常见的技术，如美国发明专利说明书US6458615B1(授权日：2002年10月1日)中公开的技术，都是在一硅基衬底上表面形成至少一内具微机电结构的绝缘电路层，接着从上表面逐层蚀刻，并且经过微机电结构侧边缘后，再进行等向性(isotropic etching)硅基衬底的干法蚀刻，达到微机电结构的悬浮状态。

上面介绍的常见技术虽然能够制作悬浮微机电结构，但是却会产生下面几项缺陷：

一是其采用非等向性化学蚀刻(anisotropic dry chemical etching)方式，利用化学反应的方式来移除绝缘层材料，但是由于经过微机电结构侧边缘后，仍要再进行等向性化学蚀刻将硅基衬底大量蚀刻掉，故这种技术会发生严重的侧蚀现象(under cut)；

二是这种常用技术的制程中，该微机电结构一开始就曝露在制程之中，长时间多层制程处理之后，经常会存在微机电结构受到污染、损伤，造成良率过低；

三是这种制程技术在蚀刻作业完成之后，该微机电结构已能悬浮运作，但是却又要以特殊机械工具将该微机电结构表面封装以阻绝空气，但是由于该微机电结构必须确保处于悬浮状态，先前是利用特殊模具罩设在产品表面，再精密制作不碰触悬浮微机电结构的封装护膜，而这一表面封装技术较为复杂且成本高，且无法与一般集成电路IC的封装进行整合。

微机电结构制作技术的发展十分迅速，为了改进上述诸多问题，美国发明专利说明书US6712983B2(授权日：2004年3月30日)中提出了使用离子蚀刻(Reactive Ion Etching，以下简称RIE)技术，这种技术虽然能大幅降低侧蚀现象(under cut)，但是由于其同样是由上而下逐层进行蚀刻，且最后一次的硅基衬底大量蚀刻工作必须运用横向蚀刻技术才能达成，故这一改进的技术过于麻烦复杂，且仍然通过该微机电结构进行大量蚀刻及横向蚀刻仍会有侧蚀现象(under cut)，且上面所述点微机电结构曝露、不易于进行封装的问题仍然未获得改善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微机电结构的制造方法，该方法其能有效避免侧蚀现象，降低微机电结构曝露在外而受到损伤的机率，并减少封装成本。

为解决上述技术问题，本发明的微机电结构的制造方法，其于一硅基衬底上表面制备至少一内具微机电结构的绝缘电路层，并且于绝缘电路层上表面由内而外依次制作一牺牲层及一阻挡层，接着在硅基衬底的下背面制作一层蚀刻阻挡层，并从硅基衬底的下背面进行深反应离子蚀刻或者湿法蚀刻出相应的微机电结构的空间，再依次进行绝缘电路层、牺牲层的蚀刻，实现微机电结构的悬浮。

本发明的制作方法优点有：

(1)本发明利用从硅基衬底的下背面进行深反应离子蚀刻的技术，可让经过微机电结构的蚀刻工艺的时间减少、侧壁的蚀刻量降低，且配合干式的深活性离子蚀刻(Deep Reactive Ion Etching-简称DRIE)及干式的离子蚀刻(Reactive Ion Etching-简称RIE)技术，有效避免微机电结构部位出现侧蚀。先于绝缘电路层上表面由内而外依序制作一牺牲层及一阻挡层，并从硅基衬底之下背面进行深反应离子蚀刻形成相应该微机电结构之空间，再依序进行绝缘电路层、牺牲层的蚀刻，达成微机电之悬浮时仍保有绝缘电路层上表面的阻挡层。

(2)本发明利用从硅基衬底的下背面进行深反应离子蚀刻的技术，该绝缘电路层内的微机电结构从刻蚀制程开始到悬浮时，皆保证有绝缘电路层上表面的阻挡层，故本发明的制作方法能有效避免微机电结构曝露在外、降低受到损伤的机率；