TWI506249B - 微機電感測裝置 - Google Patents

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Li Chi Pan
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Description

微機電感測裝置
本發明是有關於一種感測裝置及其製作方法，且特別是有關於一種具有以堆疊多重實體基板所形成的腔體的感測裝置及其製作方法。
一般而言，微機電感測裝置內的感測元件應在所屬之特定環境條件的感測腔體中作動，以確保感測元件穩定運作，並可得到精準的感測輸出結果。基於不同感測裝置的感測機制設計需求，用來容置感測元件的感測腔體內的環境條件亦隨之變化。舉例而言，有些感測裝置需要考慮到感測元件之震動阻尼對振動頻率與感測訊號雜訊比之效應，因此會將感測元件設置在高負壓或真空的氣密腔體環境下來作動，以降低空氣阻尼所造成的能量損耗。另外，有些感測元件需要適當之震動時的空氣阻尼協助，以得到適當穩定即時輸出，因此將所述感測裝置的感測元件設置在特定壓力(如一大氣壓)的腔體內作動。除此之外，還有些感測元件需要在具有特定比例混合成分或特定單一氣體的感測腔體內作動，以達到特定感測特性的改善或補償。
前述所提到的腔體為密封腔體，即感測腔體內的環境條件不會與外界環境相通或相互流通。然，除了封閉式腔體之外，另有與外界環境相通的開放腔體，使腔體內的感測元件可與外界相互接觸或反應，以感測外界環境之特定 物理量，如壓力計、氣體感測器等等。
現有感測裝置皆有相應之獨立構裝技術來完成單一感測元件之構裝，以滿足感測元件各自所需的腔體環境條件。然而，不同的腔體環境條件卻相對限制了不同類型的感測元件的整合。當要將兩個以上具有不同的腔體環境條件要求的感測元件整合在同一個半導體基材上時，如何在同一個半導體基材上製作多個獨立且具有不同環境條件的感測腔體，是現有技術上的難點。
另一方面，以往多是以回焊焊料或是沉積填充材料等方式來填實腔體的對外通道，以形成密封腔體。然而，此種方式容易導致填充材料沉積在感測元件上或污染腔體內部，而導致感測元件無法正常作動。此外，此類焊料或密封材料因結構鬆散，因而無法使密封腔體達到良好的密封性，也無法確保密封腔體內的環境條件。
本發明提供一種感測裝置，在同一第一基板(如晶片)上整合了不同環境條件的腔體，以容置不同類型的感測元件，因此，於不同腔體環境條件，包含不同之腔體壓力、不同之腔體內含氣體成份和不同之腔體格式，結構簡單，且製作容易，不需要額外的填孔製程，有助於增加製程良率，並且可降低製作成本。
本發明提供一種感測裝置，於實體基板來密封腔體的通道，因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料，可以提供 良好的密封性，有利於腔體內的環境條件的控制。
本發明更提出前述之感測裝置的製作方法，係以堆疊多重實體基板的方式來形成不同環境條件的腔體，以容置不同類型的感測元件，其中腔體內的環境條件可以由接合基板時的製程環境來決定。而且本發明的製作方法製程簡易，不需要額外的填孔製程，有助於增加製程良率，並且可降低製作成本。
具體而言，本發明提出的感測裝置包括一第一基板、一第二基板以及多個感測元件。第一基板具有一承載面。第二基板具有一第一表面以及相對於第一表面的一第二表面。第二基板以第一表面接合至第一基板的承載面，以在第二基板與第一基板之間具有相互獨立的多個腔體。第二基板密封所述腔體中的一第一腔體，且第二基板具有至少一第一通道連通其餘的腔體至第二表面。所述多個感測元件分別設置於腔體內。
此外，本發明提出的感測裝置的製作方法先在第一基板的承載面上製作所述多個感測元件。之後，將第二基板接合至承載面上，以在第二基板與第一基板之間形成所述多個腔體。其中，被密封的該第一腔體內的環境條件取決於接合第二基板至第一基板時的製程環境。
本發明更可在第二基板的第二表面上選擇性地堆疊一或多個第四基板以及一第二蓋板，用以密封相應的腔體，使所述多個腔體具有不同的環境條件，例如具有不同的腔壓、不同的內含氣體成份，或不同的腔體格式(如開放 腔體或封閉腔體)。藉由所形成的多個具有不同環境條件的腔體，可以將不同類型的感測元件整合於同一半導體基材上，並滿足各感測元件所處之腔體的環境條件要求。
本發明另提供一種感測裝置，可提供具有良好密封性以及可靠度的密封腔體。
本發明更提出感測裝置的製作方法，係採用實體基板來密封腔體的通道，因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料，可以提供良好的密封性，有利於腔體內的環境條件的控制。
具體而言，本發明提出的感測裝置包括一第一基板、一第二基板以及一第二蓋板。第一基板具有一承載面。第二基板具有一第一表面以及相對於第一表面的一第二表面。第二基板以第一表面接合至第一基板的承載面，且第二基板與第一基板之間具有一腔體，感測元件設置於腔體內。第二基板具有一通道連通腔體至第二表面。第二蓋板接合於第二基板的第二表面上，且第二蓋板覆蓋通道，以密封腔體，其中通道不會填入其他用來密封通道的材料。
此外，本發明提出的感測裝置的製作方法先在一第一基板的一承載面上形成一第二基板，其中第二基板與第一基板之間形成有一腔體以及位於腔體內的一感測元件。第二基板具有一通道連通腔體至第二基板外。之後，接合一第二蓋板於第二基板上，以覆蓋通道，並且密封腔體。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
於此先行說明，本發明各實施例對於相同或類似元件之編號可能為相同。
圖1A繪示依照本發明之一實施例的感測裝置100。如圖1A所示，該感測裝置100包括第一基板110、第二基板120及第二蓋板150，第二基板120係設置在第一基板110上，而第二蓋板150係設置在第二基板120上。
本發明感測裝置之實施例一是，第一基板110可為一半導體基板。第二基板120具有多數腔體132、134、136，腔體132、134、136之形狀可為幾何形狀。亦即第一基板110與第二基板120共同形成三個獨立的第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136，其中第二基板120具有第一表面120a以及相對於第一表面120a的第二表面120b，且第二基板120是以第一表面120a接合至第一基板110的承載面110a。第一基板110與第二基板120的第一表面120a具有用以形成第一、第二、第三腔體132~136的第一、第二、第三凹陷部122~126。第一基板110與第二基板120密封第一腔體132，且第二基板120具有第一通道192與第二通道194分別連通第二腔體134與第三腔體136至第二表面120b外。此處所述的第一通道192與第二通道194依據本發明感測裝置100的實施例結構，可包括一或多個孔洞。第一感測元件142、第二感測元件144以及第三感測元件146分別設置於第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136內。
此外，實施例一的感測裝置100更例如具有一第二蓋板150設置於第二基板120的第二表面120b上，且第二蓋板150進一步覆蓋與第二腔體134相互連通的第一通道192，以密封第二腔體134。另外，第二蓋板150具有一第三通道152貫穿第二蓋板150並且連通第二通道194以及第三腔體136。此處所述的第三通道152依據本發明感測裝置100的實施例結構，可包括一或多個孔洞。換言之，實施例一藉由第二基板120來形成密封的第一腔體132，及藉由第二蓋板150來形成密封的第二腔體134，且第二蓋板150設有第三通道152用以將第三腔體136連通至外界。據此，實施例一可以提供三種不同環境條件的第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136，用以容置不同類型的第一感測元件142、第二感測元件144以及第三感測元件146。第一腔體132內的環境條件可取決於第二基板120接合至第一基板110時的製程環境，第二腔體134內的環境條件可取決於第二蓋板150接合至第二基板120時的製程環境，而第三腔體136內的環境條件即為感測裝置100所處的外界環境條件。
如上實施例一中，第一、第二、第三感測元件142~146例如是以微機電製程製作的感測元件，依該領域泛用之設計而言，該感測元件可分為可動件與固定件兩結構部分，且通常該可動件是設置於固定件結構上而可活動者。(可動件與固定件係為熟習該項技術者所能知悉，在此並未繪圖表示，並不代表僅限於本實施例範圍，舉凡相關類似感測 元件結構均包含在本發明之發明精神領域內。)舉例，實施例一中為固定件設置於第一基板110上，並使得設置在固定件上之可動件可懸浮或浮置於第一基板110的承載面110a上方。更具體而言，第一腔體132或第二腔體134為密封腔體，因此第一腔體132或第二腔體134的腔壓可被控制在特定壓力下，而第一腔體132或第二腔體134內含的氣體成份可能為一般大氣氣體、特定單一氣體或是特定兩個以上比例混合之多元氣體。此時，適於設置在第一腔體132或第二腔體134內的第一感測元件142或第二感測元件144例如是加速度計或射頻開關，或其他可能的元件。此外，第一腔體132或第二腔體134也可能為真空環境，即第一腔體132或第二腔體134的腔壓實質上為真空壓力。此時，適於設置在第一腔體132或第二腔體134內的第一感測元件142或第二感測元件144例如是石英晶體、震盪計、參考壓力計、射頻開關或陀螺儀，或其他可能的元件。另外，第三腔體136經由第三通道152連通至外界，因此第三腔體136的腔壓例如是環境壓力。適於設置在第三腔體136內的第三感測元件146例如是壓力計、溼度計、氣體感測器、影像感測器或光線感測器，或其他可能的元件。
如圖1B所示，本發明感測裝置之實施例二是，第一基板110可為一半導體基板。第二基板120包括有第一蓋板121與第三基板123，第三基板123具有多數通孔125、127、129，通孔125、127、129之形狀可為幾何形狀。本 發明進一步包括第一蓋板121與第三基板123設置在第二基板120上，例如第三基板123設置在第一基板110上，第一蓋板121設置在第三基板123上，因此，使形成三個腔體包括第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136。其中第二基板120具有第一表面120a以及相對於第一表面120a的第二表面120b，且第二基板120是以第一表面120a接合至第一基板110的承載面110a。亦即第二基板120之第一表面120a為第三基板123之第一表面。而第二基板120之第二表面120b為第一蓋板121之第二表面。所以於實施例二中，第一腔體132係由第一基板110、第三基板123及第一蓋板121共同堆疊形成。因此，第三基板123之通孔125、127、129與第一蓋板121堆疊共同形成第一腔體132、第二腔體134、第三腔體136。第一蓋板121相對於第二腔體134與第三腔體136的位置上設置有第一通道192與第二通道194分別連通第二腔體134與第三腔體136。此處所述的第一通道192與第二通道194依據本發明感測裝置100的實施例結構，可包括一或多個孔洞。第一感測元件142、第二感測元件144以及第三感測元件146分別設置於第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136內，且設置於該第一基板110上。
此外，實施例二的感測裝置100更例如具有一第二蓋板150設置於第一蓋板121上，且第二蓋板150進一步覆蓋與第二腔體134相互連通的第一通道192，以密封第二腔體134。另外，第二蓋板150具有第三通道152貫穿第 二蓋板150，使第三通道152連通第二通道194以及第三腔體136。此處所述的第三通道152依據感測裝置100的實施例結構，可包括一或多個孔洞。換言之，實施例二藉由第一基板110、第三基板123與第一蓋板121堆疊來形成密封的第一腔體132，及藉由第一基板110、第三基板123、第一蓋板121與第二蓋板150來形成密封的第二腔體134，且第二蓋板150設有第三通道152使將第三腔體136連通至外界。據此，實施例二可以提供三種不同環境條件的第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136，用以容置不同類型的第一感測元件142、第二感測元件144以及第三感測元件146。第一腔體132內的環境條件可取決於第二基板120接合至第一基板110時的製程環境，第二腔體134內的環境條件可取決於第二蓋板150接合至第二基板120時的製程環境，而第三腔體136內的環境條件即為感測裝置100所處的外界環境條件。
所以實施例一與實施例二的差異在於：實施例一的第二基板120一體成型地形成第一、第二、第三腔體132、134、136，而實施例二是將實施例一中的第二基板120利用第三基板123與第一蓋板121堆疊形成。因此，實施例二中之第一、第二、第三腔體132、134、136是由第一基板110、第三基板123、第一蓋板121、第二蓋板150堆疊形成。
如上各實施例的第一基板110、第二基板120、第三基板123、第一蓋板121與第二蓋板150的材質例如是半 導體材質。舉實施例一而言，第一基板110、第二基板120以及第二蓋板150例如分別是獨立的三個晶片，如此只需在第一基板110上堆疊第二基板120以及第二蓋板150，便可密封相應的第一腔體132與第二腔體134。實施例一可讓第二蓋板150覆蓋第一通道192便可密封第二腔體134，而不需額外在第一通道192內填入任何焊料或密封材料，即第一通道192不被任何材料所填實，故可避免第二腔體134內的相關元件或孔洞內壁被密封材料污染而影響第二感測元件144的正常作動。此外，實施例一用來密封第二腔體134的第二蓋板150的結構遠較焊料或密封材料扎實，因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料，可以提供良好的密封性，有利於第二腔體134內的環境條件的控制。而實施例二亦有如上功效與作用。
下文進一步說明感測裝置100的製作方法。圖2A-2E依序繪示依照前述感測裝置100之實施例一的製作流程。此外，為了清楚表達實施例一藉由第二基板120與第二蓋板150來密封第一腔體132以及第二腔體134的技術特點，圖3A-3C分別繪示圖2A、2C與2E所示之結構的上視圖。
首先，如圖2A與3A所示，提供第一基板110，且第一基板110的承載面110a上製作有第一感測元件142、第二感測元件144以及第三感測元件146。接著，提供如圖2B所示的第二基板120’，並且在第二基板120’的第一表面120a上以例如蝕刻等方式製作出凹陷部122~126、第一 通道預留孔192’以及第二通道預留孔194’。然後，如圖2C與3B所示，接合第二基板120’於第一基板110的承載面110a上，以在第二基板120’與第一基板110之間形成第一腔體132、第二腔體134以及第三腔體136。在圖2C所示的步驟中，通常伴隨著由第二基板120’的背面來進行的薄化製程，以形成第二基板120，並打開第一通道192與第二通道194。此處所提到的薄化製程包括藉由研磨(grinding)、蝕刻(etching)或雷射燒蝕(laser buring)等技術來移除部份的第二基板120’。第一通道192與第二通道194分別連通第二腔體134與第三腔體136，而第一腔體132被密封於第二基板120與第一基板110之間。此時，第一腔體132內的環境條件會與接合第二基板120’於第一基板110時的製程條件相同。此外，如圖3B的上視圖所示，第一通道192與第二通道194會分別暴露出第二腔體134內的第二感測元件144與第三腔體136內的第三感測元件146。
接著，如圖2D所示，接合第二蓋板150’至第二基板120的第二表面120b。此第二蓋板150’的一側預先形成有第三通道預留孔152’，並且以具有第三通道預留孔152’的該側接合至第二基板120的第二表面120b。之後，如圖2E所示，由第二蓋板150’的背面來進行類似前述的薄化製程，以形成第二蓋板150，露出第三通道152。此時，如圖3C的上視圖所示，第二基板120的第一通道192會被第二蓋板150所覆蓋，使第二感測元件144被密封於第二腔體 134內。此時，第二腔體134內的環境條件會與接合第二蓋板150’於第二基板120時的製程條件相同。並且，由於第一腔體132已經在之前被密封，因此其內部的環境條件不會受到此製程條件的影響。此外，第二通道194與第二蓋板150的第三通道152連通，以使第二蓋板150暴露出第三腔體136內的感測元件146。
如此，可大致上完成感測裝置100的製作。
在前述圖2C與3B所示的步驟中，若是用於製作如實施例二所述的感測裝置100，則是先堆疊具有通孔125、127、129的第三基板123於第一基板110的承載面110a上，再堆疊第一蓋板121於第三基板123上，以形成第一腔体132、第二腔体132以及第三腔体136。第一蓋板121上具有第一通道預留孔192’以及第二通道預留孔194’，由第一蓋板121的背面來進行薄化製程後，可打開第一通道192與194。第一通道192與第二通道194分別連通第二腔體134與第三腔體136，而第一腔體132被密封於第二基板120與第一基板110之間。
其它則依圖2D以後所示之步驟依序完成而形成實施例二之感測裝置。
前述實施例一可藉由晶片接合技術來接合第二基板120至第一基板110以及接合第二蓋板150至第二基板120。所述晶片接合技術可包括陽極接合、滲透接合(diffusion bonding)或電漿改良表面接合(plasma enhanced bonding)等直接接合技術，或是利用中間接合層 (intermediate bonding layer)作為接合媒介的間接接合技術。換言之，第一基板110與第二基板120之間以及第二基板120與第二蓋板150之間可如圖1A之實施例一所示為直接接觸。或是，如圖4的實施例三所示，感測元件400的第一基板410與第二基板420之間可能還具有中間接合層432，而第二基板420與第二蓋板450之間可能還具有另一中間接合層434。所述中間接合層432與434的材質例如是導體、非導體或有機聚合物。
圖5的感測裝置500為另繪示圖1之感測裝置100的實施例四。圖5的感測裝置500與圖1的感測裝置100類似，其中感測裝置500的感測元件542、544與546是內埋於第一基板510內。換言之，感測元件542、544與546可能是採用CMOS製程或增層堆疊(build-up stacking)製程與第一基板510整合製作，使得感測元件542、544與546的高度低於第一基板510的承載面510a。此時，凹陷部512、514與516位於第一基板510的承載面510a，而與第二基板520共同形成三個獨立的腔體532、534與536。藉由設置在第二基板520的第一通道592以及第二通道594分別連通腔體534與536。而第二蓋板550則設置於該第二基板520上。
圖6繪示依照本發明之實施例五的感測裝置600。圖6的感測裝置600與圖1的感測裝置100在結構與製作方法上類似，其中感測裝置600相較於感測裝置100，省略了開放式的第三腔體136及位於第三腔體136內的第三感 測元件146。換言之，感測裝置600具有封閉式的兩個腔體，包括第一腔體632以及第二腔體634。第一感測元件642以及第二感測元件644分別設置於第一腔體632以及第二腔體634內。第二蓋板650覆蓋第二基板620的第一通道692，而第一腔體632內以及第二腔體634內的環境條件可如前述實施例所述。
在實施例五中，第二基板可利用第三基板與第一蓋板堆疊形成，如圖1B中之實施例二結構。
圖7繪示依照本發明之實施例六的感測裝置700。實施例六的感測裝置700相較於感測裝置100，增加了一個封閉式的腔體，並且在第二蓋板750與第二基板720之間***一第四基板770，以形成總共四個具有不同環境條件的腔體732、734、736、738。更具體而言，如圖7所示，第一基板710與第二基板720共同形成四個獨立的第一腔體732、第二腔體734、第三腔體736以及第四腔體738，其中第二基板720具有第一表面720a以及相對於第一表面720a的第二表面720b，且第二基板720是以第一表面720a接合至第一基板710的承載面710a。
在實施例六中，第二基板720的第一表面720a具有用以形成腔體732~738的凹陷部722~728。第二基板720密封第一腔體732，且第二基板720具有第一通道792、第二通道794與第三通道796分別連通第二腔體734、第三腔體736以及第四腔體738至第二表面720b。此處所述的第一通道792、第二通道794與第三通道796依據感測裝 置700的實施例結構，可包括一或多個孔洞。第一感測元件742、第二感測元件744、第三感測元件746以及第四感測元件748分別設置於第一腔體732、第二腔體734、第三腔體736以及第四腔體738內。
此外，第四基板770配置於第二基板720的第二表面720b上，且第四基板770進一步覆蓋與第二腔體734相互連通的第一通道792，以密封第二腔體734。另外，第四基板770還具有第四通道772與第五通道774，分別貫穿第四基板770並且連接第二通道794與第三通道796，使第三腔體736以及第四腔體738可分別經由第二通道794與第三通道796連通至第四通道772與第五通道774。此處所述的第四通道772與第五通道774依據感測裝置700的實施例結構，可包括一或多個孔洞。
另外，第二蓋板750配置於第四基板770上，且第二蓋板750進一步覆蓋與第三腔體736相互連通的第四通道772，以密封第三腔體736。第二蓋板750具有一第六通道752貫穿第二蓋板750並且連通第五通道774、第三通道796以及第四腔體738。此處所述的第六通道752依據感測裝置700的實施例結構，可包括一或多個孔洞。
換言之，實施例六藉由第二基板720來形成密封的第一腔體732，藉由第四基板770來形成密封的第二腔體734，藉由第二蓋板750來形成密封的第三腔體736，且第二蓋板750設有第六通道752用以將第四腔體738連通至外界。據此，實施例六可以提供四種不同環境條件的第一 腔體732、第二腔體734、第三腔體736以及第四腔體738，用以分別容置不同類型的第一感測元件742、第二感測元件744、第三感測元件746以及第四感測元件748。第一腔體732內的環境條件可取決於第二基板720接合至第一基板710時的製程環境，第二腔體734內的環境條件可取決於第四基板770接合至第二基板720時的製程環境，第三腔體736內的環境條件可取決於第二蓋板750接合至第四基板770時的製程環境，而第四腔體738內的環境條件即為感測裝置700所處的外界環境條件。
在實施例六中，第一至第四感測元件742~748例如是以微機電製程製作的感測元件，依該領域泛用之設計而言，該感測元件可分為可動件與固定件兩結構部分，且通常該可動件是設置於固定件結構上。(可動件與固定件係為熟習該項技術者所能知悉，在此並未繪圖表示，並不代表僅限於本實施例範圍，舉凡相關類似感測元件結構均包含在本發明之發明精神領域內。)舉例，本實施例中為固定件設置於第一基板710上，並使得設置於固定件上之可動件懸浮或浮置地活動於第一基板710的承載面710a上方。更具體而言，第一腔體732、第二腔體734或第三腔體736為密封腔體，因此第一腔體732、第二腔體734或第三腔體736的腔壓可被控制在特定壓力下，而第一腔體732、第二腔體734或第三腔體736內含的氣體成份可能為一般大氣氣體、特定單一氣體或是特定兩個以上比例混合之多元氣體。此時，適於設置在第一腔體732、第二腔體734 或第三腔體736內的第一感測元件742、第二感測元件744或第三感測元件746例如是加速度計或射頻開關，或其他可能的元件。此外，第一腔體732、第二腔體734或第三腔體736也可能為真空環境，即第一腔體732、第二腔體734或第三腔體736的腔壓實質上為真空壓力。此時，適於設置在第一腔體732、第二腔體734或第三腔體736內的第一感測元件742、第二感測元件744或第三感測元件746例如是石英晶體、震盪計、參考壓力計、射頻開關或陀螺儀，或其他可能的元件。另外，第四腔體738經由第三通道796、第五通道774、第六通道752連通至外界，因此第四腔體738的腔壓例如是環境壓力。適於設置在第四腔體738內的第三感測元件748例如是壓力計、溼度計、氣體感測器、影像感測器或光線感測器，或其他可能的元件。
在實施例六中，第二基板720可利用第三基板與第一蓋板堆疊形成，如圖1B中之實施例二結構。
類似於圖4的實施例所示，實施例六可藉由晶片接合技術來接合第二基板720至第一基板710、接合第四基板770至第二基板720以及接合第二蓋板750至第四基板770。所述晶片接合技術如同先前實施例所述，可以包括陽極接合、滲透接合或電漿改良表面接合等直接接合技術，或是利用導體、非導體或有機聚合物等中間接合層作為接合媒介的間接接合技術。此外，實施例六的第一腔體732、第二腔體734、第三腔體736以及第四腔體738的形成方 式與相應的凹陷部722~728的位置也可以有如圖5所示之實施例的變化，此處不再贅述。
實施例六的第二基板720、第四基板770與第二蓋板750的材質例如是半導體材質。舉例而言，第一基板710、第二基板720、第四基板770以及第二蓋板750例如分別是獨立的四個晶片，如此只需在第一基板710上堆疊第二基板720、第四基板770以及第二蓋板750，便可密封相應的第一腔體732、第二腔體734以及第三腔體736。實施例六可讓第四基板770覆蓋第一通道792便可密封第二腔體734，而不需額外在第一通道792內填入任何填充材料。同理，第二蓋板750覆蓋第二通道794與第四通道772可密封第三腔體736，而不需額外在第二通道794以及第四通道772內填入任何焊料或密封材料，即第四通道772以及第二通道794不被任何材料所填實，故可避免第二腔體734以及第三腔體736內的相關構件或孔洞內壁被密封材料污染而影響第二感測元件744以及第三感測元件746的正常作動。
此外，實施例六用來密封第二腔體734的第四基板770以及密封第三腔體736的第二蓋板750的結構遠較焊料或密封材料扎實，因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料，可以提供良好的密封性，有利於第二腔體734以及第三腔體736內的環境條件的控制。
下文進一步說明感測裝置700的製作方法。圖8A-8G依序繪示依照前述感測裝置700的製作流程。此外，為了 清楚表達實施例六藉由第二基板720、第四基板770與第二蓋板750來密封第一腔體732、第二腔體734以及第三腔體736的技術特點，圖9A-9D分別繪示圖8A、8C、8E與8G所示之結構的上視圖。
首先，如圖8A與9A所示，提供第一基板710，且第一基板710的承載面710a上製作有第一感測元件742、第二感測元件744、第三感測元件746以及第四感測元件748。接著，提供如圖8B所示的第二基板720’，並且在第二基板720’的第一表面720a上以例如蝕刻等方式製作出凹陷部722~728以及第一通道預留孔792’、第二通道預留孔794’與第三通道預留孔796’。然後，如圖8C與9B所示，接合第二基板720’於第一基板710的承載面710a上，以在第二基板720’與第一基板710之間形成第一腔體732、第二腔體734、第三腔體736以及第四腔體738。在圖9C所示的步驟中，通常伴隨著由第二基板720’的背面來進行的類似於前述的薄化製程，以形成第二基板720，露出第一通道792、第二通道794與第三通道796。第一通道792、第二通道794與第三通道796分別連通第二腔體734、第三腔體736與第四腔體738，而第一腔體732被密封於第二基板720與第一基板710之間。此時，第一腔體732內的環境條件會與接合第二基板720’於第一基板710時的製程條件相同。此外，如圖9B的上視圖所示，第一通道792、794與796會分別暴露出第二腔體734內的第二感測元件744、第三腔體736內的第三感測元件746以及第四腔體 738內的第四感測元件748。
接著，如圖8D所示，接合第四基板770’至第二基板720的第二表面720b。此第四基板770’的一側預先形成有第四通道預留孔772’與第五通道預留孔774’，並且以具有第四通道772與第五通道774的該側接合至第二基板720的第二表面720b。之後，如圖8E所示，由第四基板770’的背面來進行如同前述的薄化製程，以形成第四基板770，露出第四通道772與第五通道774。此時，如圖9C的上視圖所示，第二基板720的第一通道792會被第四基板770所覆蓋，使第二感測元件744被密封於第二腔體734內。此時，第二腔體734內的環境條件會與接合第四基板770’於第二基板720時的製程條件相同。並且，由於第一腔體732已經在之前被密封，因此其內部的環境條件不會受到此製程條件的影響。此外，第二通道794與第三通道796會分別與第四基板770的第四通道772與第五通道774連通，以使第四基板770暴露出第三腔體736內的感測元件746以及第四腔體738內的感測元件748。
接著，如圖8F所示，接合第二蓋板750’至第四基板770上。此第二蓋板750’的一側預先形成有第六通道預留孔752’，並且以具有第六通道預留孔752’的該側接合至第四基板770上。之後，如圖8G所示，由第二蓋板750’的背面來進行類似前述的薄化製程，以形成第二蓋板750，露出第六通道752。此時，如圖9D的上視圖所示，第四基板770的第四通道772會被第二蓋板750所覆蓋，使第三 感測元件746被密封於第三腔體736內。此時，第三腔體736內的環境條件會與接合第二蓋板750’於第四基板770時的製程條件相同。並且，由於第一腔體732以及第二腔體734已經在之前被密封，因此其內部的環境條件不會受到此製程條件的影響。此外，第五通道774與第二蓋板750的第六通道752連通，以使第二蓋板750暴露出第四腔體738內的感測元件748。
如此，可大致上完成感測裝置700的製作。
藉由上述實施例，可以得知本發明可以在第二蓋板與腔體型成基板之間***第四基板，來額外獲得具有不同環境條件的腔體。更進一步而言，本發明並不限定腔體以及第四基板的數量，而可以視需求來決定需要堆疊多少數量的基板，且伴隨著對接合基板時的製程環境的調整，可以決定所形成的腔體內的環境條件。
另一方面，本發明係採用實體基板來密封腔體的通道，因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料，可以提供良好的密封性，有利於腔體內的環境條件的控制。
當然，基於前述可提供良好密封性以及有利於腔體內的環境條件控制的效果，本發明以堆疊多重實體基板來形成密封腔體的方式亦可以應用於單一腔體結構上。
圖10繪示依照本發明之實施例七的感測裝置800。相關已出現在前述多個實施例的相同或類似地技術手段，在本實施例中將不再贅述。
如圖10所示，實施例七的感測裝置800包括一第一 基板810、一第二基板820以及一第二蓋板850。第一基板810具有承載面810a。第二基板820具有第一表面820a以及相對於第一表面820a的一第二表面820b。此外，第二基板820以第一表面820a接合至第一基板810的承載面810a，且第二基板820與第一基板810之間具有一腔體832。感測元件842設置於腔體832內。第二基板820具有一通道892連通腔體832至第二表面820b。此外，第二蓋板850接合於第二基板820的第二表面820b上。第二蓋板850覆蓋通道892，以密封腔體832，且通道892不會填入其他用來密封通道892的材料。換言之，實施例七的通道892藉由第二蓋板850與第二基板820之間的接合力來密封。
如前述多個實施例所示，實施例七所形成之密封的腔體832內的環境條件可以為：(1)特定壓力之大氣氣體、(2)特定壓力之特定氣體組成以及(3)真空壓力等三種環境條件中的一種。在環境條件(1)或(2)下，感測元件842可能是加速度計或射頻開關，或其他可能的元件。此外，在環境條件(3)下，感測元件842可能是石英晶體、震盪計、參考壓力計、射頻開關或陀螺儀，或其他可能的元件。
在製作方法上，實施例七例如是先在第一基板810的承載面810a上藉由第二基板820來形成所述腔體832以及位於腔體832內的感測元件842。此外，經由第二基板820的通道892可以釋放感測元件842，使其成為動件。然而，在釋放感測元件842之後，必須密封通道892與腔體832。 因此，接合第二蓋板850於第二基板820上，以覆蓋通道892，並且密封腔體832。腔體832內的環境條件如同前述，會在接合第二蓋板850與第二基板820時被決定。
圖11繪示依照本發明之各實施例的適於進行前述各實施例的基板接合製程的機台。為形成前述具有不同環境條件的密封腔體，本實施例的機台900內設有控制器910，其可依據接合第一基板940與第二基板950所需製程的環境條件來控制環境條件選擇裝置920以及進氣裝置930，以調整機台900內的氣壓與氣體等成份。此處的第一基板940與第二基板950可以是前述多個實施例的第一基板、第二基板、第四基板以及第二蓋板中對應接合的兩者。如圖11所示，環境條件選擇裝置920可選擇的環境條件如前述，可以包括：(1)特定壓力之大氣氣體、(2)特定壓力之特定氣體組成以及(3)真空壓力等，而進氣閥420可通入一般大氣氣體、特定單一氣體或是特定兩個以上比例混合之多元氣體，並控制機台900內的壓力。藉由機台900，前述多個實施例的感測元件可在接合堆疊相應的實體基板以形成密封腔體時，選擇密封腔體所需的環境條件，如氣壓與氣體成份等，以符合不同類型之感測元件的需求。
綜上所述，本發明可以將多個不同環境條件的腔體整合在同一個第一基板(如晶片)上，以容置不同類型的感測元件，其中腔體內的環境條件可以由接合基板時的製程環境來決定。本發明所提之不同腔體環境條件，包含不同之腔體壓力(如真空、低壓壓力、大氣壓)、不同之腔體內含 氣體成份(如一般大氣氣體、特定單一氣體、特定兩個以上比例混合之之多元氣體)和不同之腔體格式(如封閉空腔、開放空腔)等等。另外，本發明所提出的此種感測元件的結構簡單，且製作容易，不需要額外的填孔製程，有助於增加製程良率，並且可降低製作成本。此外，本發明採用實體基板來密封腔體的通道，因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料，可以提供良好的密封性，有利於腔體內的環境條件的控制。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧感測元件
110‧‧‧第一基板
110a‧‧‧第一基板的承載面
120、120’‧‧‧第二基板
120a‧‧‧第二基板的第一表面
120b‧‧‧第二基板的第二表面
122、124、126‧‧‧第二基板的凹陷部
125、127、129‧‧‧通孔
132、134、136‧‧‧腔體
142、144、146‧‧‧感測元件
150、150’‧‧‧第二蓋板
152‧‧‧第二蓋板的第三通道
152’‧‧‧第三通道預留孔
192‧‧‧第二基板的第一通道
194‧‧‧第二基板的第二通道
192’‧‧‧第一通道預留孔
194’‧‧‧第二通道預留孔
400‧‧‧感測元件
410‧‧‧第一基板
420‧‧‧第二基板
432‧‧‧中間接合層
434‧‧‧中間接合層
450‧‧‧第二蓋板
500‧‧‧感測元件
510‧‧‧第一基板
510a‧‧‧第一基板的承載面
512、514、516‧‧‧第一基板的凹陷部
532、534、536‧‧‧腔體
542、544、546‧‧‧感測元件
592‧‧‧第二基板的第一通道
594‧‧‧第二基板的第二通道
600‧‧‧感測元件
620‧‧‧第二基板
632、634‧‧‧腔體
642、644‧‧‧感測元件
650‧‧‧第二蓋板
692‧‧‧第二基板的第一通道
700‧‧‧感測元件
710‧‧‧第一基板
710a‧‧‧第一基板的承載面
720、720’‧‧‧第二基板
720a‧‧‧第二基板的第一表面
720b‧‧‧第二基板的第二表面
722、724、726、728‧‧‧第二基板的凹陷部
732、734、736、738‧‧‧腔體
742、744、746、748‧‧‧感測元件
750、750’‧‧‧第二蓋板
752‧‧‧第二蓋板的第六通道
752’‧‧‧第三通道預留孔
770、770’‧‧‧第四基板
772‧‧‧第四基板的第四通道
774‧‧‧第四基板的第五通道
772’‧‧‧第四通道預留孔
774’‧‧‧第五通道預留孔
792‧‧‧第二基板的第一通道
794‧‧‧第二基板的第二通道
796‧‧‧第二基板的第三通道
792’‧‧‧第一通道預留孔
794’‧‧‧第二通道預留孔
796’‧‧‧第三通道預留孔
800‧‧‧感測元件
810‧‧‧第一基板
810a‧‧‧第一基板的承載面
820‧‧‧第二基板
820a‧‧‧第二基板的第一表面
820b‧‧‧第二基板的第二表面
832‧‧‧腔體
842‧‧‧感測元件
850‧‧‧第二蓋板
892‧‧‧第一通道
900‧‧‧機台
910‧‧‧控制器
920‧‧‧氣壓調整裝置
930‧‧‧進氣裝置
940‧‧‧第一基板
950‧‧‧第二基板
圖1A、1B繪示依照本發明之實施例一與二的感測裝置示意圖。
圖2A-2E依序繪示依照本發明之實施例一的感測裝置的製作流程圖。
圖3A-3C分別繪示圖2A、2C與2E所示之結構的上視圖。
圖4繪示圖1之感測裝置的實施例三示意圖。
圖5繪示圖1之感測裝置的實施例四示意圖。
圖6繪示依照本發明之實施例五的感測裝置示意圖。
圖7繪示依照本發明之實施例六的感測裝置示意圖。
圖8A-8G依序繪示依照本發明之實施例六的感測裝置的製作流程圖。
圖9A-9D分別繪示圖9A、9C、9E與9G所示之結構的上視圖。
圖10繪示依照本發明之實施例七的感測裝置示意圖。
圖11繪示依照本發明之各實施例的製程機台。
100‧‧‧感測裝置
110‧‧‧第一基板
110a‧‧‧第一基板的承載面
120‧‧‧第二基板
120a‧‧‧第二基板的第一表面
120b‧‧‧第二基板的第二表面
122、124、126‧‧‧第二基板的第一、第二、第三凹陷部
132、134、136‧‧‧腔體
142、144、146‧‧‧第一、第二、第三感測元件
150‧‧‧第二蓋板
152‧‧‧第二蓋板的第三通道
192‧‧‧第二基板的第一通道
194‧‧‧第二基板的第二通道

Claims (17)

  1. 一種微機電感測裝置，包括：一第一基板，具有一承載面，該第一基板在該承載面具有多個第一凹陷部，該第一基板為一半導體基板；一第二基板，具有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面，該第二基板以該第一表面接合至該第一基板的該承載面，且該第二基板與該第一基板之間包括多個腔體，該些腔體形成於該些第一凹陷部與該第一表面之間，該第二基板密封該些腔體中的一第一腔體，且該第二基板具有至少一通道連通該些腔體中的一第二腔體至該第二表面；多個感測元件，分別設置於該些腔體內；以及一第二蓋板，配置於該第二基板的該第二表面上，該至少一通道包括一第一通道與一第二通道，所述第一通道連通該第二腔體以及該第二通道連通該些腔體之一第三腔體，該第二蓋板覆蓋該第一通道，以密封該第二腔體，且該第二蓋板具有一第三通道貫穿該第二蓋板並且連通該第二通道以及該第三腔體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測裝置，其中該第一腔體內的環境條件為(1)特定壓力之大氣氣體、(2)特定壓力之特定氣體組成以及(3)真空壓力等三種環境條件中的一種。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測裝置，其中位於該第一腔體內的該感測元件包括一加速度計、一射 頻開關、一石英晶體、一震盪計、一參考壓力計或一陀螺儀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測裝置，其中該第二基板在該第一表面具有多個第二凹陷部，該些腔體形成於該些第二凹陷部與該些第一凹陷部之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測裝置，其中該第一腔體內的環境條件不同於該第二腔體內的環境條件，且該第一腔體或該第二腔體內的環境條件為(1)特定壓力之大氣氣體、(2)特定壓力之特定氣體組成以及(3)真空壓力等三種環境條件中的一種。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微機電感測裝置，其中位於該第一腔體或該第二腔體內的該感測元件包括一加速度計、一射頻開關、一石英晶體、一震盪計、一參考壓力計或一陀螺儀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測裝置，其中該第三腔體內的環境條件與外界環境相同。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之微機電感測裝置，其中位於該第三腔體內的該感測元件包括一壓力計、一溼度計、一氣體感測器、一影像感測器或一光線感測器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之微機電感測裝置，其中該感測元件直接接觸該第一基板。
  10. 一種微機電感測裝置，包括：一第一基板，具有一承載面，該第一基板為一半導體基板； 一第二基板，具有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面，該第二基板以該第一表面接合至該第一基板的該承載面，且該第二基板與該第一基板之間包括多個腔體，該第二基板密封該些腔體中的一第一腔體，且該第二基板具有至少一通道連通該腔體至該第二表面；多個感測元件，分別設置於該些腔體內；一第四基板，配置於於該第二基板的第二表面上，該至少一通道包括一第一、第二、第三通道，使該第一、第二、第三通道分別連通該些腔體中的一第二腔體、一第三腔體以及一第四腔體，該第四基板覆蓋該第一通道，以密封該第二腔體，且該第四基板具有第四、第五通道貫穿該第四基板並且分別連通該第二、第三通道以及該第三腔體與該第四腔體；以及一第二蓋板，配置於該第四基板上，該第二蓋板覆蓋該第四基板之第四通道，以密封該第三腔體，且該第二蓋板之第六通道貫穿該第二蓋板並且連通該第五通道以及該第四腔體。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之微機電感測裝置，其中該第一腔體內的環境條件、該第二腔體內的環境條件與該第三腔體內的環境條件各不相同，且該第一腔體內的環境條件、該第二腔體內的環境條件或該第三腔體內的環境條件為(1)特定壓力之大氣氣體、(2)特定壓力之特定氣體組成以及(3)真空壓力等三種環境條件中的一種。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之微機電感測裝 置，其中位於該第一腔體、該第二腔體或該第三腔體內的該感測元件包括一加速度計、一射頻開關一石英晶體、一震盪計、一參考壓力計或一陀螺儀。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之微機電感測裝置，其中該第四胺體內的環境條件與外界環境相同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之微機電感測裝置，其中位於該第四腔體內的該感測元件包括一壓力計、一溼度計、一氣體感測器、一影像感測器或一光線感測器。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之微機電感測裝置，其中該第二基板包括一第三基板與一第一蓋板，使該第一蓋板堆疊於該第三基板上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之微機電感測裝置，其中該第三基板包括多個通孔。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之微機電感測裝置，其中該感測元件直接接觸該第一基板。
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