[发明专利]具有低膨胀系数差异的微机电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电装置，特别是利用其中较大区单材堆叠结构以降低因温度差而产生的翘曲，进而提升感测效果的微机电装置。

背景技术

微机电装置的一例可参阅图1所示的加速传感器10，目前微机电装置经常采用CMOS(互补式金氧半导体)制程来进行制作，直接利用CMOS中同高度位置的氧化层与金属层来堆叠出微机电装置的结构体，如此，微机电装置在制造上较易于达成，因其制造成本较低、材料较易取得、相关制程技术上也较简易。图2为图1中剖面线AA’所剖切加速传感器10的局部剖面示意图，其中显示加速传感器10为氧化层与金属层交互多层堆叠而形成的结构。

然而，微机电装置无论制程(例如沉积、溅镀、烘烤、退火等)或使用环境都面临冷热温度交替的挑战，例如微机电装置中铝、二氧化硅、以及钨为主要组成材料。其中，铝(膨胀系数约2*10^-51/℃)、二氧化硅(膨胀系数约5*10^-71/℃)、以及钨(膨胀系数约5*10^-61/℃)的邻接结构常因冷热膨胀造成严重翘曲。因铝、二氧化硅、以及钨的膨胀系数差异甚大，同样的温度差下铝与二氧化硅膨胀值相差约50倍，这是冷热膨胀造成严重翘曲的主要原因。

参考图3，图3为显示现有技术的微机电装置中的金属层(主要成分为铝)、氧化层(主要成分为二氧化硅)、以及通道层(主要成分为钨)在结构中的配置剖面示意图，其对应于图1中的剖面线aa’（但宽度未按照比例）。当中铝、二氧化硅、以及钨相邻接触范围横跨大部分的微机电装置，故温度变异时会因膨胀值不同而产生严重翘曲。且加速传感器10的结构在可动部分，为了增加质量进而增加感测的敏感度，通常会在容许范围内增加堆叠层，如此会使翘曲量更加严重。一般使用环境的温差下，微机电装置甚至可造成10μm的翘曲量，此外也可能因翘曲造成尺寸变化而导致感测讯号失真。虽然金属层与氧化层交替的三明治夹层方式可降低部分翘曲，然对制程的要求难度却增加，对于各层的厚度控制须十分精准，否则翘曲依然十分严重。所以当温度变动时，无论结构的可靠度或输出的电容式感测值都偏差许多，进而严重影响微机电装置的效能。

美国专利US 7258012提出一种在CMOS结构下方保留硅基材以增加结构刚性来抵抗热变形的方法，但其制程方法较复杂且困难。

故此，如何在成本考虑下，根据原有制程以改善微机电装置因温度变化所产生的翘曲，实为相关领域的人员所重视的议题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有低膨胀系数差异的微机电装置。

为达上述目的，本发明提供一种具有低膨胀系数差异的微机电装置，采用互补式金氧半导体制程所制作，该微机电装置包含：一固定单元，包括一第一电容感应区和一固定结构区；一活动单元，包括一第二电容感应区和一质量块区，其中该第一电容感应区可和第二电容感应区构成电容，且该质量块区为单一材料结构；以及一连接结构，用以连接固定该活动单元，此连接结构容许该活动单元可相对于该固定单元而移动。

就另一观点言，本发明提供一种具有低膨胀系数差异的微机电装置，采用互补式金氧半导体制程所制作，该微机电装置包含：一固定单元，包括一第一电容感应区和一固定结构区；一活动单元，包括一第二电容感应区，其中该第一电容感应区可和第二电容感应区构成电容，且从俯视图视之，该活动单元的面积中超过50%，自顶表面至底表面间为单一材料结构；以及一连接结构，用以连接固定该活动单元，此连接结构容许该活动单元可相对于该固定单元而移动。

在本发明的一实施例中，该质量块区或该活动单元可具有多个通孔。

在本发明的一实施例中，该单一材料可为绝缘材料，例如包含二氧化硅。

在本发明的一实施例中，该固定结构区为单一材料结构。

在本发明的一实施例中，从俯视图视之，该固定单元的面积中超过50%，自顶表面至底表面间为单一材料结构。

在本发明的一实施例中，该固定单元可具有多个通孔。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为传统式微机电装置的立体示意图；

图2为根据图1中AA’剖面线的剖面示意图；

图3为传统式微机电装置根据图1中aa’剖面线的剖面示意图；

图4为本发明一实施例的微机电装置的剖面示意图，对应于图5中bb’剖面线；

图5为本发明一实施例的微机电装置的立体示意图；

图6为根据图5中BB’剖面线的剖面示意图；