[发明专利]微结构制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种半导体的装置及制造方法，且特别是有关于一种微型悬浮结构及其制造方法。

背景技术

现今微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)包含各种不同的微结构。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、齿轮等结构。将上述不同的微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。半导体电路例如互补式金属氧化层半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)。而通过制造方法与结构设计提升微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。因此，若能研发改进已知的技术，未来的发展性实无法预估。

目前微机电装置中的传感器及致动器皆独立于半导体组件之外制造，且必须利用湿蚀刻、干蚀刻和牺牲层(sacrificial-layer)去除等专用的微机电作业在硅基底上制作出悬浮式结构。其中，湿蚀刻是一种快速有效的蚀刻方式，主要利用蚀刻剂与材料间的化学反应来达到蚀刻的效果，且所使用的蚀刻剂通常仅会与特定材料进行反应，因此对于不同材料具有相当高的“选择性”(selectivity)。然而，由于化学反应并不会对特定方向有任何的偏好，所以湿蚀刻本质上属于一种“等向性蚀刻”(isotropic etching)。等向性蚀刻意味着湿蚀刻不但会在纵向进行蚀刻，也会有横向的蚀刻效果。而横向的蚀刻效果则会导致所谓“侧蚀”(undercut)的现象发生。

而干蚀刻，例如等离子蚀刻，则是利用部分解离的气体来进行，最大优点即是干蚀刻为“非等向性蚀刻”(anisotropic etching)。然而，由于干蚀刻主要是利用离子的撞击移除材料，属于一种物理作用，因此干蚀刻对于不同的材料其选择性较湿蚀刻低。

常用微结构中，其金属电路为埋设于绝缘层内，而需利用金属连接层将金属电路与其它外部导体结构电性连接，使得金属连接层为直接暴露于绝缘层外。此外，通常会在形成微结构的同时，在微结构周侧布设金属堆叠结构，再利用后续蚀刻金属堆叠结构达到微结构悬浮。如此一来，当进行微结构悬浮的金属蚀刻过程中，金属连接层便容易同时受侵蚀而遭受破坏。

再者，在蚀刻过程中，蚀刻液也容易直接侵蚀不受保护的微结构，而使结构受到破坏。此外，微机电技术通常会使用光罩来保护不被蚀刻的区域，但随着微机电技术的设计越来越精细，也造成光掩膜的制造越来越不容易。因此，于蚀刻过程中如何让金属连接层及微结构受到保护，且如何采用替代性光掩膜即可进行精密蚀刻为目前极欲解决的重点所在。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种可整合半导体制程的微机电前处理制造方法，以避免用于与外部导体电性连接的金属连接层被不当蚀刻，而受到破坏。

依据本发明的上述目的，提出一种应用于半导体制程的微结构制造方法。此微结构制造方法包括以下步骤。首先形成内含有微结构、多个金属电路与金属连接层的绝缘层于硅基底上。其中微结构与金属电路平行并排于绝缘层内，金属连接层与金属电路电性连接，且金属连接层外露于绝缘层表面。之后，在金属连接层与绝缘层表面沉积保护层，并以蚀刻使微结构达成悬浮。

本发明的另一目的在于提供一种可整合半导体制程的微机电前处理制造方法，不论利用由上而下蚀刻，或是由下而上蚀刻，皆可以避免微结构被不当蚀刻而免于受到破坏。并且利用保护层取代光掩膜进行蚀刻，简化一般制程中使用精密光罩所需的成本。

依据本发明的上述目的，提出一种应用于半导体制程的微结构制造方法。此微结构制造方法包括以下步骤。首先形成内含有微结构、多个金属电路、多个金属堆叠与金属连接层的绝缘层于硅基底上。其中微结构与金属电路平行并排于绝缘层内，金属堆叠位于微结构的周侧，金属连接层与金属电路电性连接，且金属连接层外露于绝缘层表面。接着，在金属连接层与绝缘层表面沉积保护层，再蚀刻移除相对应位于金属堆叠与微结构上的保护层。蚀刻去除金属堆叠，以形成贯通绝缘层的蚀刻空间，再由蚀刻空间蚀刻硅基底，使蚀刻空间延伸至硅基底。接着，在保护层上设置保护盖后，由硅基底底面蚀刻硅基底，以使蚀刻空间贯穿硅基底令微结构悬浮。最后，移除相对应位于金属连接层上的保护盖，再以蚀刻去除位于金属连接层上的保护层，以使金属连接层外露于绝缘层表面，并利用打线电性连接金属连接层与外部导体。