[发明专利]一种整合式微机电元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种整合式微机电元件及其制造方法，且特别是关于一种先进行微机电结构晶圆与电路晶圆接合，之后再将牺牲层移除，以形成整合式微机电元件的制造方法。

背景技术

将微机电结构与电路芯片进行整合是一重要的技术，特别在微机电数组元件的应用上至为关键，能让例如电容式超音波换能器(CMUT，Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)、反射式光学微镜数组(Reflective Micromirror Array)等数组元件的各个微机电结构单元透过与电路芯片的整合，达成最有效率的电性连接与控制。例如目前已广泛应用在许多领域上的光学数组元件，其主要是由众多微小的微机电反射镜片所购成，且这些反射镜片是可相对于一固定轴进行旋转，借由这些旋转可导引光线往所欲的方向射出，以形成对光进行导引的作用。请参照图1，图1所绘示为美国专利US5083857所揭露的一种光学数组元件的结构。此光学数组元件10包括一反射镜片11与一可挠结构15，此反射镜片11是经由一固定结构(anchor)12与可挠结构15稳固的连接。另外，于光学数组元件10中还设置有电极14，与可挠结构15共同形成一致动单元。借由输入控制信号予电极14，便可控制可挠结构15的形变，进而控制反射镜片11的倾斜角度(如图中虚线所表示的11a与11b)。而借由调整反射镜片11的倾斜角度，便可以调整反射光出射的方向，产生所需的光学效果。其中为了使反射镜片11表面尽量平整，以最大化有效入射光面积，可挠结构15是设计在完全隐藏在反射镜片11的下方。此使得元件效能提升，但制程的限制与困难也随之增加。另外，从图1中可看出，在反射镜片11正中央处形成有一凹穴13，此为固定结构12制程过程所衍生的形状，其会使得射入到此凹穴13的光线无法有效被反射，而降低元件效能。而且，在制造该光学数组元件10时，其是在电路晶圆上进行后续微加工制程，以形成反射镜片(详细的制造流程可参照美国专利US5083857的图7a至图7d)。而因电路晶圆完成后，为了避免对电路晶圆上的电路造成影响，须限制后续制程的温度与材料，如使用低温成型材料如金属等制作光学数组元件，然而，结构可靠度便相对较差，表面粗糙度、表面形貌不易优化等，因而影响了光学数组元件10完成后整体上的质量。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明其中一目的在于提供一种整合式微机电元件的制造方法，其较佳是在制程中使用了多个牺牲层，借由不同牺牲层的蚀刻选择性差异，可解决于牺牲层移除时电路晶圆上的膜层材料同时被蚀刻破坏的问题。因此，能形成能具有极平坦表面结构、及隐藏于表面结构下如转轴、可挠性元件、致动元件、或传感元件等结构。进一步地，该微机电结构能包含单晶硅与多晶硅等高压阻系数材料，因此能结合压阻传感功能，使得该方法与结构能应用于含开路致动、回馈式致动或传感元件微机电数组元件的应用，如微超音波换能器(MUT， Micromachined ultrasonic transducers)、反射式光学微镜数组(reflective micromirror array)的特性需求。

基于上述目的与其他目的，本发明提供一种整合式微机电元件的制造方法，其包括以下的步骤。首先，提供一元件晶圆，该元件晶圆具有一第一表面(例如：晶圆正面)，及与该第一表面相对的一第二表面(例如：晶圆背面)。接着，形成并图案化一第一牺牲层与一第一结构层于元件晶圆的第一表面上，且该第一牺牲层是支撑着第一结构层。再来，形成并图案化一第二结合层于第一结构层上。之后，提供一电路晶圆，该电路晶圆一表面上至少具有一图案化的第一结合层。然后，将元件晶圆与电路晶圆相对接，以使第一结合层与第二结合层相接合。再来，由晶圆背面图案化元件晶圆，以形成一图案化的第二结构层，该第二结构层形成多个开口，以露出部分的第一牺牲层。接着，移除对应到该开口的第一牺牲层。其中，第一结构层与第二结构层是由硅材质所构成，该硅材质视需要有不同的导电率。例如，需制作静电致动应用的元件时，硅材质需要高掺杂(亦即：掺杂高浓度的n型或p型掺杂物)以使其具有高导电率。若是需制作压阻感測的元件時，则硅材质需有区域化的多个低掺杂的压阻区与高掺杂的接线区。第二结合层与第一结合层是由可接合之导电材质，如金、银、铜、锡、铝、硅、锗所构成；第一牺牲层则主要是由与硅之间具有高蚀刻选择比的材料所构成，如：氧化硅。