TWI706911B - 微機電系統元件及其靜電接合方法 - Google Patents

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Abstract

一種微機電系統元件，包含一基板，其中該基板是由一半導體材料所構成，且具有一可動構件；一玻璃基板，與該基板接合，並於該可動構件與該玻璃基板一上表面間，定義有一空腔；以及一靜電偏壓層，設於該可動構件與該玻璃基板間，其中該靜電偏壓層與該可動構件完全重疊。

Description

微機電系統元件及其靜電接合方法
本發明係有關於微機電系統技術領域，特別是有關於一種微機電系統元件及其靜電接合方法。
已知，晶片接合技術常用於微機電系統元件的封裝。為了能達到良好的封裝氣密性，接合方式可選擇直接接合技術，例如陽極接合或靜電接合，或介質(或中間層)接合技術，例如共晶接合。
其中，靜電接合技術通常須以高溫或通入非常高的直流電壓而達到接合目的。然而，高電壓易導致微機電系統元件內部可動構件的損壞。
本發明的主要目的在提供一種改良的微機電系統元件。
本發明另一目的在提供一種微機電系統元件的靜電接合方法，可以避免上述先前技藝的問題與缺點。
本發明一實施例，披露一種微機電系統元件，包含一基板，其中該基板是由一半導體材料所構成，且具有一可動構件；一玻璃基板，與該基板接合，並於該可動構件與該玻璃基板一上表面間，定義有一空腔；以及一靜電偏壓層，設於該可動構件與該玻璃基板間，其中該靜電偏壓層與該可動構件完全重疊。
本發明另一實施例披露一種微機電系統元件的靜電接合方法。首先提供一基板，其中該基板具有一可動構件。提供一玻璃基板，其中該玻璃基板上設有一靜電偏壓層。在該基板與該玻璃基板間施加一預定直流電壓，使該基板與該 玻璃基板接合。該靜電偏壓層設於該可動構件與該玻璃基板間，且該靜電偏壓層與該可動構件完全重疊。該靜電偏壓層與該基板等電位。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1、2、3:微機電系統元件
6:用於靜電接合的設備
10:基板
11:玻璃基板
11a:上表面
12:靜電偏壓層
20:靜電偏壓網路
30:穿矽通孔
61:第一基板
61a:上表面
62:第二基板
102:可動構件
104:空腔
122:中央部位
124:引線
202:電極
302:絕緣層
304:導電層
600:處理室
601:第一固定裝置
601a:加熱裝置
602:第二固定裝置
603:真空泵
612:靜電偏壓層
612a:中央部位
612b:引線
622:可動構件
624:空腔
630:第一電源
631:陰極電極
632:陽極電極
640:第二電源
641:可伸縮電極
A:元件區域
第1圖為依據本發明一實施例所繪示的微機電系統元件的剖面示意圖。
第2圖為微機電系統元件的上視示意圖。
第3圖為依據本發明另一實施例所繪示的晶圓級接合方法的示意圖。
第4圖為依據本發明另一實施例所繪示的微機電系統元件的剖面示意圖。
第5圖為依據本發明又另一實施例所繪示的微機電系統元件的剖面示意圖。
第6圖為依據本發明又另一實施例所繪示的一種用於靜電接合的設備及各組件配置示意圖。
在下文中，將參照附圖說明細節，該些附圖中之內容亦構成說明書細節描述的一部份，並且以可實行該實施例之特例描述方式來繪示。下文實施例已描述足夠的細節俾使該領域之一般技藝人士得以具以實施。當然，亦可採行其他的實施例，或是在不悖離文中所述實施例的前提下作出任何結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文之細節描述不應被視為是限制，反之，其中所包含的實施例將由隨附的申請專利範圍來加以界定。
請參閱第1圖及第2圖。第1圖為依據本發明一實施例所繪示的微機電系統元件的剖面示意圖，第2圖為微機電系統元件的上視示意圖，其中第2圖中為方便說明並未明顯繪示出基板。
如第1圖及第2圖所示，本發明一種微機電系統元件1，包含一基板10，其上具有一可動構件102，其中基板10是由一半導體材料所構成，例如，矽、單晶矽或多晶矽，但不限於此。
根據本發明一實施例，可動構件102可以包含一由所述半導體材料所構成的膜片，且可動構件102與基板10在結構上為一體成型。
根據本發明一實施例，微機電系統元件1另包含一玻璃基板11，與基板10接合在一起。根據本發明一實施例，可動構件102與玻璃基板11一上表面11a之間，定義有一空腔104。根據本發明一實施例，空腔104可以是透過蝕刻基板10而形成。根據本發明一實施例，空腔104可以是一真空空腔，但不限於此。在其它實施例中，空腔104可以是一填充有特定氣體的空腔。
根據本發明一實施例，微機電系統元件1另包含一靜電偏壓層12，設於可動構件102與玻璃基板11間。根據本發明一實施例，靜電偏壓層12係設置在玻璃基板11的上表面11a上。
根據本發明一實施例，如第2圖所示，靜電偏壓層12包含一中央部位122，直接設置在可動構件102正下方，以及至少一引線124，從中央部位122的一邊緣向外延伸。在第2圖的例子中，中央部位122具有一矩形輪廓，包含四個邊，分別有四條引線124從四個邊向元件的週邊延伸。從第2圖也可明顯看出，靜電偏壓層12與可動構件102完全重疊。
根據本發明一實施例，引線124係介於基板10與玻璃基板11之間，並且直接接觸基板10與玻璃基板11。由於引線124的線寬及厚度為微米或奈米等級，其相對於基板10與玻璃基板11的厚度而言均非常的細小，故不會影響到基板10與玻璃基板11的接合。
請進一步參閱第3圖，其為依據本發明另一實施例所繪示的晶圓級接合方法的示意圖。如第3圖所示，透過如第1圖及第2圖的結構設計，本發明可應用於 微機電系統元件的晶圓級接合及封裝製程。
例如，在玻璃基板11上可以利用金屬濺度鍍及微影蝕刻等製程，預先在各個元件區域A內形成靜電偏壓層12佈局圖案，且使元件區域A之間透過從中央部位122向外延伸出來的引線124互相電連接，在玻璃基板11上構成一靜電偏壓網路20。在晶圓週邊可以另設置一電極202，其電連接至引線124及靜電偏壓網路20，藉以在靜電接合製程過程中能提供靜電偏壓網路20一預定電位。透過提供靜電偏壓網路20預定電位，可以避免可動構件102遭受電場效應而損壞。
請參閱第4圖，其為依據本發明另一實施例所繪示的微機電系統元件的剖面示意圖，其中相同的元件、區域或層沿用相同的符號表示。如第4圖所示，微機電系統元件2與第1圖的微機電系統元件1的差異在於，微機電系統元件2的靜電偏壓層12係埋設在玻璃基板11的上表面11a內。因此，靜電偏壓層12的上表面會約略與玻璃基板11的上表面11a共平面。這樣的結構可以透過，例如銅鑲嵌製程及化學機械研磨製程，來達成。
請參閱第5圖，其為依據本發明又另一實施例所繪示的微機電系統元件的剖面示意圖，其中相同的元件、區域或層沿用相同的符號表示。如第5圖所示，微機電系統元件3與第4圖的微機電系統元件2的差異在於，微機電系統元件3另包含一穿矽通孔30，設置在基板10中，並貫穿基板10的整個厚度，使穿矽通孔30電連接至靜電偏壓層12，例如，電連接至靜電偏壓層12的引線124。
根據本發明一實施例，穿矽通孔30可以在製作微機電系統元件3的過程中同時製作(或預先製作)在基板10中。例如，穿矽通孔30可以包含一絕緣層302以及一導電層304，其中絕緣層302可以包含矽氧層，但不限於此，而導電層304可以包含鎢、銅、氮化鈦等金屬。
請參閱第6圖，其為依據本發明又另一實施例所繪示的一種用於靜電接合的設備及各組件配置示意圖。如第6圖所示，用於靜電接合的設備6包含一 處理室600。在處理室600中設置有一第一固定裝置601及一第二固定裝置602，其中第一固定裝置601及第二固定裝置602在處理室600中，彼此上、下相對設置。
根據本發明一實施例，第一固定裝置601及第二固定裝置602係分別固定第一基板61及第二基板62，例如，第一基板61係為一玻璃基板，第二基板62係為一矽晶圓。
根據本發明一實施例，第一基板61上同樣設有一靜電偏壓層612，其結構特徵已分別描述在第1圖至第5圖中。
根據本發明一實施例，第二基板62包含一可動構件622。可動構件622與第一基板61的一上表面61a之間，定義有一空腔624，其中，靜電偏壓層612與可動構件622完全重疊。
根據本發明一實施例，用於靜電接合的設備6可另包含一真空泵603，耦合到處理室600，用於對處理室600進行減壓或抽真空，例如達到一高度真空狀態。
根據本發明一實施例，用於靜電接合的設備6可另包含一加熱裝置601a，耦合到第一固定裝置601。舉例來說，第一固定裝置601可以是一配置有加熱盤的晶圓固定座。
根據本發明一實施例，用於靜電接合的設備6可另包含一第一電源630，用於在第一基板61及第二基板62之間施加一預定直流電壓，例如200V至1000V，其中第一電源61包括耦合到第二固定裝置602的陽極電極632與耦合到第一固定裝置601的陰極電極631。
根據本發明一實施例，用於靜電接合的設備6可另包含一可伸縮電極641，設於處理室600中，並電耦合到一第二電源640。可伸縮電極641在進行靜電接合過程中與靜電偏壓層612接觸，使得第一基板61上的靜電偏壓層612與耦合到第一電源630的陽極電極632的第二固定裝置602等電位。
根據本發明一實施例，靜電偏壓層612包含一中央部位612a以及至少一向外延伸的引線612b，其中，可伸縮電極641在靜電接合過程中與引線612b接觸，如此靜電偏壓層612可以保護與其完全重疊的可動構件622，使可動構件622不受靜電的破壞。
此外，根據本發明另一實施例，若矽晶圓採用的是如第5圖中所示的結構，則可以省略可伸縮電極641，因為第二固定裝置602可直接接觸到位於第二基板62內的穿矽通孔，並透過第二基板62內的穿矽通孔電耦合到靜電偏壓層612。
以上該僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1:微機電系統元件
10:基板
11:玻璃基板
11a:上表面
12:靜電偏壓層
102:可動構件
104:空腔
122:中央部位
124:引線

Claims (14)

  1. 一種微機電系統元件，包含：一基板，其中該基板是由一半導體材料所構成，且具有一可動構件；一玻璃基板，與該基板接合，並於該可動構件與該玻璃基板一上表面間，定義有一空腔；以及一靜電偏壓層，設於該玻璃基板的該上表面上並且位於該可動構件與該玻璃基板間，其中該靜電偏壓層與該可動構件互相重疊並且由該空腔區隔開。
  2. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該半導體材料包含矽。
  3. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該可動構件包含一由該半導體材料所構成的膜片。
  4. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該可動構件與該基板在結構上為一體成型。
  5. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該空腔為一真空空腔。
  6. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該靜電偏壓層係埋設在該玻璃基板的該上表面內。
  7. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中另包含：一穿矽通孔，電連接至該靜電偏壓層。
  8. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該靜電偏壓層包含一中央部位，直接設置在該可動構件正下方，以及至少一引線，從該中央部位的一邊緣向外延伸。
  9. 如請求項1所述的微機電系統元件，其中該至少一引線係介於該基板與該玻璃基板之間。
  10. 一種微機電系統元件的靜電接合方法，包含：提供一基板，其中該基板具有一可動構件；提供一玻璃基板，其中該玻璃基板上設有一靜電偏壓層；以及在該基板與該玻璃基板間施加一預定直流電壓，使該基板與該玻璃基板接合，其中該靜電偏壓層設於該可動構件與該玻璃基板間，且該靜電偏壓層與該可動構件完全重疊，其中該靜電偏壓層與該基板等電位。
  11. 如請求項10所述的微機電系統元件的靜電接合方法，其中該可動構件與該玻璃基板一上表面間，定義有一空腔。
  12. 如請求項10所述的微機電系統元件的靜電接合方法，其中另包含：以一可伸縮電極與該靜電偏壓層接觸，使該靜電偏壓層與該基板等電位。
  13. 如請求項12所述的微機電系統元件的靜電接合方法，其中該靜電偏壓層包含一中央部位以及至少一向外延伸的引線，其中該可伸縮電極係與該引線接觸。
  14. 如請求項10所述的用於微機電系統元件的靜電接合方法，其中該玻璃基板係設置在一配置有加熱盤的晶圓固定座上。
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