專利名稱：懸吊梁結構及電路芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種懸吊梁結構，尤指應用于微機電系統中的懸吊梁結構。
背景技術：
微機電系統(MicroElectro-Mechanical Systems,簡稱 MEMS)主要是利用半導體工藝于硅芯片上制造出機械結構，進而開發出以機械和電子元件所結合成的半導體傳感器。請參見圖1，其為微機電系統中常見的懸吊梁結構俯視圖，其中懸吊梁(suspendedbeam) 10的一端101固定至硅基板1，另一端100則懸空。而此類懸吊梁結構可廣泛應用于多種傳感器元件中，例如利用兩相鄰懸吊梁的距離變化便可完成可變電容，進而完成加速度計等傳感器元件。但目前已知的懸吊梁結構并不利于整合至控制電路芯片中，而如何改善此類不足，便是發展本發明的主要目的。
發明內容
本發明的目的在于提出一種懸吊梁結構，其包括基板；懸吊梁主體，其一端固定至基板，另一端懸空；以及第一金屬導線結構，鑲嵌于懸吊梁主體之中，第一金屬導線結構的寬度小于懸吊梁主體的寬度。在本發明的實施例中，上述基板為硅基板。在本發明的實施例中，上述懸吊梁主體是由一層介電層或多層介電層所構成。在本發明的實施例中，上述介電層的材料為氧化硅。在本發明的實施例中，上述第一金屬導線結構鑲嵌于上述懸吊梁主體的部分頂面并外露。在本發明的實施例中，上述第一金屬導線結構鑲嵌于上述懸吊梁主體的頂面周緣并外露。在本發明的實施例中，上述第一金屬導線結構鑲嵌于上述懸吊梁主體的內部且不外露。在本發明的實施例中，還包括第二金屬導線結構，上述第二金屬導線結構鑲嵌于上述懸吊梁主體中且透過至少一透孔金屬與上述第一金屬導線結構完成連接。本發明的又一目的在于提出一種電路芯片，其包括基板；集成電路元件構造，形成于該基板上方，其具有多層結構；微機電系統構造區，形成于該基板上方，其中至少具有懸吊梁結構，該懸吊梁結構包括懸吊梁主體，其一端固定至該基板，另一端懸空；以及第一金屬導線結構，鑲嵌于該懸吊梁主體之中，該第一金屬導線結構的寬度小于該懸吊梁主體的寬度。
圖1為微機電系統中常見的懸吊梁結構俯視圖。圖2A為懸吊梁結構的一種實施例的俯視圖。
圖2B為圖2A的懸吊梁結構沿線段AA的示例剖面圖。圖2C為圖2A的懸吊梁結構沿線段AA的另一示例剖面圖。圖3A為本發明的懸吊梁結構的另一種實施例的俯視圖。圖3B為圖3A的懸吊梁結構沿線段BB的示例剖面圖。圖3C為圖3A的懸吊梁結構沿線段BB的另一示例剖面圖。圖3D為圖3A的懸吊梁結構沿線段BB的又一示例剖面圖。圖4A為本發明的懸吊梁結構的再一種實施例的俯視圖。圖4B為圖4A的懸吊梁結構沿線段CC的示例剖面圖。圖4C為圖4A的懸吊梁結構沿線段CC的另一示例剖面圖。圖4D為圖4A的懸吊梁結構沿線段CC的又一示例剖面圖。圖5A為本發明的懸吊梁結構的又一種實施例的俯視圖。圖5B為圖5A的懸吊梁結構沿線段DD的示例剖面圖。圖5C為圖5A的懸吊梁結構沿線段DD的另一示例剖面圖。圖為圖5A的懸吊梁結構沿線段DD的又一示例剖面圖。圖6為將本發明懸吊梁結構整合至集成電路芯片中的構造剖面示意圖。附圖標記說明
.1:硅基板10:懸吊梁
. 100:懸吊梁的一端101:懸吊梁的另一端
.2:硅基板20:懸吊梁200:懸吊梁的一端201:懸吊梁的另一端
202:金屬層203:介電層
204:金屬層205:介電層
3:娃基板30:懸吊梁
300:懸吊梁的一端301:懸吊梁的另一端
3020:金屬導線結構303:介電層
3040:金屬導線結構305:介電層
308:透孔金屬4:娃基板
40:懸吊梁400:懸吊梁的一端
401:懸吊梁的另一端 4020:金屬導線結構 403:介電層4040:金屬導線結構
405:介電層408:透孔金屬
5:娃基板50:懸吊梁
500:懸吊梁的一端501:懸吊梁的另一端
5020:金屬導線結構503:介電層 5040:金屬導線結構505:介電層
508:透孔金屬6:娃基板
60:集成電路元件構造 600:多層結構 61: MEMS構造區62:硬掩模
63:懸吊梁結構69:空間
具體實施例方式請參見圖2A，其為懸吊梁結構的一種實施例的俯視圖，由圖中可清楚看出，懸吊梁20的一端201固定至硅基板2，另一端200則懸空。而懸吊梁20與硅基板2的頂面則覆蓋金屬層202，金屬層202用以完成電容的電極板。而沿線段AA的剖面圖則如圖2B或圖2C的所示，其中圖2B為兩層結構，懸吊梁20由介電層203與金屬層202所構成，而圖2C為四層結構，懸吊梁20由介電層203、205與金屬層202、204所構成，至于懸吊梁20底部的硅基板則是被蝕刻掏空而讓懸吊梁20懸空。本實施例僅由介電層與金屬層來構成，簡單結構將有利于整合至一般集成電路芯片中。但由于介電層與金屬層的材料特性差異過大，導致經過后續高溫工藝時，金屬層容易彎曲而使懸吊梁20將產生不預期的形變，導致后續完成的傳感器元件無法正常運作。于是，發明人再提出另一實施例來改善此不足，請參見圖3A，其發明人所發展出關于懸吊梁結構的第二種實施例的俯視圖，由圖中可清楚看出，懸吊梁30的一端301固定至硅基板3，另一端300則因懸吊梁30底部的硅基板3被蝕刻掏空而讓懸吊梁30懸空。而在本實施例中，懸吊梁30的頂面將不完全被金屬覆蓋，而是被金屬導線結構3020所環繞，金屬導線結構3020用以完成電容中的電極板。懸吊梁30沿線段BB的剖面圖可如圖3B的所示，其中懸吊梁30主體由介電層303完成，至于金屬導線結構3020可由鑲嵌于介電層303中的金屬來完成。與圖2A及圖2B所示的實施例相較，本實施例的金屬導線結構3020僅環繞于懸吊梁30的頂面周緣，因此使得金屬導線結構3020因高溫工藝而導致懸吊梁30產生形變的效應大幅下降。
另外，懸吊梁30沿線段BB的剖面圖也可如圖3C或圖3D的所示，懸吊梁30可由多層介電層303、305與多層金屬導線結構3020、3040所構成，圖3C與圖3D兩者的不同在于圖3D中的金屬導線結構3020、3040間具有透孔金屬308完成連接。請參見圖4A，其為發明人所提出關于懸吊梁結構的再一種實施例的俯視圖，由圖中可清楚看出，懸吊梁40的一端401固定至娃基板4,另一端400則懸空。而在本實施例中，懸吊梁40的頂面也不完全被金屬覆蓋，而是被金屬導線結構4020所覆蓋，金屬導線結構4020用以完成電容中的電極板。懸吊梁40沿線段CC的剖面圖可如圖4B的所示，其中懸吊梁40主體由介電層403完成，至于金屬導線結構4020可由鑲嵌于介電層403中的金屬來完成。與圖2A及圖2B所示的實施例相較，本實施例的金屬導線結構4020僅鑲嵌于介電層403的部分頂面及周緣且寬度皆小于介電層403的寬度，因此使得金屬導線結構4020因高溫工藝而導致懸吊梁40產生形變的效應大幅下降。另外，懸吊梁40沿線段CC的剖面圖也可如圖4C或圖4D的所示，懸吊梁40可由多層介電層403、405與多層金屬導線結構4020、4040所構成，圖4C與圖4D兩者的不同在于圖4D中的金屬導線結構4020、4040間具有透孔金屬408完成連接。再請參見圖5A，其為發明人所提出關于懸吊梁結構的又一種實施例的俯視圖，由圖中可清楚看出，懸吊梁50的一端501固定至硅基板5，另一端500則懸空。而在本實施例中，懸吊梁50的頂面完全不被金屬導線覆蓋，至于完成電容中的電極板所需的金屬導線結構5020鑲嵌于介電層503中且不外露。懸吊梁50沿線段DD的剖面圖可如圖5B的所示，其中懸吊梁50主體由介電層503完成，至于金屬導線結構5020可由鑲嵌于介電層503中且不外露的金屬來完成。與圖2A及圖2B所示的實施例相較，本實施例的金屬導線結構5020僅鑲嵌于介電層503的內部且寬度皆小于介電層503的寬度，因此使得金屬導線結構5020因高溫工藝而導致懸吊梁50產生形變的效應大幅下降。另外，懸吊梁50沿線段DD的剖面圖也可如圖5C或圖的所示，懸吊梁50可由多層介電層503、505與多層金屬導線結構5020、5040所構成，圖5C與圖兩者的不同在于圖中的金屬導線結構5020、5040間具有透孔金屬508完成連接。再請參見圖6，其是將本發明懸吊梁結構整合至集成電路芯片中的構造剖面示意圖，由圖中可看出，娃基板6上完成有集成電路兀件構造60,而集成電路兀件構造60中具有多層介電層與導線層交錯堆疊的多層結構600，而于由下而上完成這些多層結構600的同時，也可在微機電系統(MEMS)構造區61形成如上述實施例的各式金屬鑲嵌結構，然后利用硬掩模62所定義出來的開口圖案來對微機電系統(MEMS)構造區61中的金屬鑲嵌結構進行蝕刻并將底部的硅基板6掏出空間69，進而定義出多個平行的懸吊梁結構63。硬掩模62除可利用阻擋能力優選的金屬掩模外，也可直接用多層結構600中的最上層金屬導線層完成，上述硬掩模62于上述懸吊梁結構63定義完成后通常已大致耗盡，但也有可能會有殘余，但厚度通常已經很薄，并不會對結構產生影響，故可留下不處理，當然也可以予以剝除。而上述介電層可用氧化硅來完成，至于金屬層或金屬導線結構則可為常見的銅導線或是鋁、鎢等金屬材料，或金屬材料的合金等。綜上所述，在本發明對技術進行改良后，已可有效改善已知手段的問題。雖然本發 明已以優選實施例披露如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域一般技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求所界定為準。
權利要求
1.一種懸吊梁結構，包括 基板； 懸吊梁主體，其一端固定至該基板，另一端懸空；以及 第一金屬導線結構，鑲嵌于該懸吊梁主體之中，該第一金屬導線結構的寬度小于該懸吊梁主體的寬度。
2.如權利要求I所述的懸吊梁結構，其中該基板為硅基板。
3.如權利要求I所述的懸吊梁結構，其中該懸吊梁主體是由一層介電層或多層介電層 所構成。
4.如權利要求3所述的懸吊梁結構，其中該介電層的材料為氧化硅。
5.如權利要求I所述的懸吊梁結構，其中該第一金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體的部分頂面并外露。
6.如權利要求I所述的懸吊梁結構，其中該第一金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體的頂面周緣并外露。
7.如權利要求I所述的懸吊梁結構，其中該第一金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體的內部且不外露。
8.如權利要求I所述的懸吊梁結構，其中還包括第二金屬導線結構，該第二金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體中且透過至少一透孔金屬與該第一金屬導線結構完成連接。
9.一種電路芯片，包括 基板； 集成電路元件構造，形成于該基板上方，具有多層結構； 微機電系統構造區，形成于該基板上方，至少具有一懸吊梁結構，該懸吊梁結構包括 懸吊梁主體，其一端固定至該基板，另一端懸空；以及 第一金屬導線結構，鑲嵌于該懸吊梁主體之中，該第一金屬導線結構的寬度小于該懸吊梁主體的寬度。
10.如權利要求9所述的電路芯片，其中該懸吊梁主體是由一層介電層或多層介電層所構成。
11.如權利要求9所述的電路芯片，其中該第一金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體的部分頂面并外露。
12.如權利要求9所述的電路芯片，其中該第一金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體的頂面周緣并外露。
13.如權利要求9所述的電路芯片，其中該第一金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體的內部且不外露。
14.如權利要求9所述的電路芯片，其中還包括第二金屬導線結構，該第二金屬導線結構鑲嵌于該懸吊梁主體中且透過至少一透孔金屬與該第一金屬導線結構完成連接。
15.如權利要求9所述的電路芯片，其中該懸吊梁結構構成電容的一部分。
16.如權利要求9所述的電路芯片，其中該第一金屬導線結構的材料為銅、鋁或鎢。
全文摘要
本發明提出一種懸吊梁結構及包括該懸吊梁結構的電路芯片。該懸吊梁結構包括基板；懸吊梁主體，其一端固定至基板，另一端懸空；以及第一金屬導線結構，鑲嵌于懸吊梁主體之中，第一金屬導線結構的寬度小于懸吊梁主體的寬度。
文檔編號B81B3/00GK102887476SQ201110205238
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者楊進盛 申請人:聯華電子股份有限公司