具有增強結構強度的微機電元件的制作方法

本申請為2013年10月14日提交的、申請號為201310478753.9的、發明名稱為“具有增強結構強度的微機電元件”的申請的分案申請。

本發明涉及一種具有增強結構強度的微機電元件，特別是其中構成微機電結構的最上金屬層具有多個獨立金屬段、及/或其中構成微機電結構的最下金屬層具有連續結構的微機電元件。

背景技術：

參照圖1，其中顯示一現有技術的微機電元件10的示意圖，其可作為一定子(stator)或一動子(rotor)。微機電元件10包含微機電結構101和電訊號傳遞線路102，其中微機電結構101產生電訊號，通過電訊號傳遞線路102來傳遞。當微機電元件10為定子時，微機電結構101例如可通過固定結構103而連接至基板sub，當微機電元件10為動子時，則微機電結構101例如可通過撓性結構(例如彈簧，未示出)來連接。微機電元件10例如可利用cmos半導體制程來制作，在基板sub上通過交替沉積多層金屬層(m1-mt)和介電層、并以支持柱連接金屬層而構成所設計的結構。

現有技術的微機電元件10有以下的結構特征：1.最上金屬層mt為連續的結構。2.電訊號傳遞線路102使用第一金屬層m1的一部份m1s構成，因此為了避免訊號受影響、以及避免在制作和動作過程產生沾黏(stiction)等現象，第二金屬層m2須于該部分m1s的上方挖空以留下足夠的緩沖空間，但此挖空部份會損及微機電結構101的剛性。

當微機電結構101的剛性不足時，很容易產生彎翹變形。例如，當工作環境溫度上升時，現有技術的微機電元件10會產生明顯的熱變形以致影響微機電元件10的功能操作。

詳言之，圖6a顯示圖1中微機電元件10受熱后的變化，水平軸x為參照圖1中x方向的延伸距離，y軸為變形量，其中溫度t2高于t1。如圖所示，溫度t2造成的熱變形高于溫度t1造成的熱變形，且沿x方向的熱變形逐漸增大，此變形足以影響結構的穩定與元件操作的正確性等。

有鑒于此，本發明即針對上述現有技術的不足，提出一種具有增強結構強度的微機電元件，其可減少因為溫度或其它原因導致的變形，防止黏著(stiction)、使結構保持穩定，且使元件在電訊號傳遞上有較佳的表現。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足和缺陷，提出一種具有增強結構強度的微機電元件，其可減少因為溫度或其它原因導致的變形，防止黏著(stiction)、使結構保持穩定，且使元件在電訊號傳遞上有較佳的表現。

為達上述目的，根據其中一個觀點，本發明提供一種具有增強結構強度的微機電元件，包含：一微機電結構，包括多個金屬層，具有一最上金屬層，該最上金屬層包含多個獨立金屬段；以及一電訊號傳遞線路，位于該微機電結構下方，其中該微機電結構產生電訊號，通過該電訊號傳遞線路來傳遞；其中，該多個獨立金屬段分別通過至少一支持柱以連接至相鄰的金屬層，且在該最上層獨立金屬段與該相鄰的金屬層之間除了支持柱外，無介電層設置于其中；除該最上金屬層外，其余金屬層分別通過至少一支持柱及一介電層而與相鄰的金屬層彼此連接。

本發明的一實施例中，該具有增強結構強度的微機電元件更包含一固定結構或一撓性結構，與該微機電結構連接。

本發明的一實施例中，該固定結構連接于該微機電結構側方。

本發明的一實施例中，該微機電結構下方、對應于該電訊號傳遞線路的上方處，具有一挖空區域。

本發明的一實施例中，該微機電結構的最低金屬層在對應于該電訊號傳遞線路的上方處、延伸往該固定結構的方向，為連續而不斷開。

在上述實施例中，較佳地，該電訊號傳遞線路不包含金屬層，而是在金屬層以下的位階中以導電材料走線所構成。

本發明的一實施例中，該固定結構連接于該微機電結構下方。

在上述實施例中，較佳地，該微機電結構下方、對應于該電訊號傳遞線路的上方處，具有一挖空區域，且該挖空區域相較于該固定結構而言較遠離該微機電結構的中心點。

為達上述目的，根據另一觀點，本發明提供一種具有增強結構強度的微機電元件，包含：一微機電結構，包括多個金屬層；一固定結構，連接于該微機電結構側方；以及一電訊號傳遞線路，位于該微機電結構下方，其中該微機電產生電訊號，通過該電訊號傳遞線路來傳遞，其中，該微機電結構的最低金屬層在對應于該電訊號傳遞線路的上方處、延伸往該固定結構的方向，為連續而不斷開，且其中該電訊號傳遞線路不包含金屬層，而是在金屬層以下的位階中以導電材料走線所構成。

為達上述目的，根據另一觀點，本發明提供一種具有增強結構強度的微機電元件，包含：一微機電結構，包括多個金屬層；一固定結構，連接于該微機電結構下方；以及一電訊號傳遞線路，位于該微機電結構下方，其中該微機電產生電訊號，通過該電訊號傳遞線路來傳遞，其中，該微機電結構下方、對應于該電訊號傳遞線路的上方處，具有一挖空區域，且該挖空區域相較于該固定結構而言較遠離該微機電結構的中心點。

下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。

附圖說明

圖1顯示現有技術的微機電元件；

圖2顯示本發明一實施例的具有增強結構強度的微機電元件；

圖3顯示本發明一實施例的具有增強結構強度的微機電元件；

圖4顯示本發明一實施例的具有增強結構強度的微機電元件；

圖5顯示本發明一實施例的具有增強結構強度的微機電元件；

圖6a～6e分別顯示圖1～5的微機電元件的變形量；

圖7顯示本發明一實施例的具有增強結構強度的微機電元件。

圖中符號說明

10、20、30、40、50、70微機電元件

22挖空區域

101、201、301、401、501微機電結構

102、202、302、402、502電訊號傳遞線路

103、203、303、403、503固定結構

m1第一金屬層

m11第一層獨立金屬段

m1s第一金屬層的一部分

m2第二金屬層

mt-1緊接最上金屬層下方的金屬層

mt最上金屬層

mt1最上層獨立金屬段

t1、t2溫度

s導電材料

sub基板

v接觸層

x水平方向

具體實施方式

有關本發明的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加圖式的方向。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間的功能作用關系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。

參照圖2，其中為本發明一實施例提供的一種具有增強結構強度的微機電元件20的示意圖。微機電元件20包含：微機電結構201和位于微機電結構201下方的電訊號傳遞線路202，其中微機電結構201與其它部份的相對移動產生電訊號，通過電訊號傳遞線路202來傳遞。微機電結構201包含多個金屬層m2-mt、亦即第二金屬層m2至最上金屬層mt，其中最上金屬層mt包含多個最上層獨立金屬段mt1，最上層獨立金屬段mt1彼此之間不直接相連且由至少一支持柱而連接至相鄰(緊接下方)的金屬層mt-1，須特別注意的是最上層獨立金屬段mt1與相鄰的金屬層mt-1之間除了支持柱外，無介電層設置于其中。其余相鄰的多個金屬層(例如第二金屬層m2至金屬層mt-1)分別通過至少一支持柱及一介電層而互相連接，介電層可填滿(至少部份填滿，圖示為完全填滿)相鄰金屬層間除支持柱外的空隙，微機電元件20借助此設計可增強結構強度，特別為當工作溫度上升時，此設計可降低熱變形。

圖6b顯示圖2中微機電元件20受熱后的變形量，相對于圖6a，其熱變形的情形改善許多。由于改善了熱變形，因此可防止黏著、使結構保持穩定，此外元件在電訊號傳遞上也有較佳的表現。

此外，圖2的微機電元件20的設計可應用于定子或動子。當應用于定子時，微機電結構201例如可通過固定結構203而連接至基板sub，當應用于動子時，則微機電結構201例如可通過撓性結構(例如彈簧，未示出)來與其它部份連接。固定結構203例如可由多個金屬層m1-mt和介電層來構成；需注意圖標僅是舉例，固定結構203可為其它形狀或高度，例如可不包含最上金屬層mt及其下方的介電層。在本實施例中，微機電結構201的下方、對應于電訊號傳遞線路202的上方處，設有一挖空區域22以構成緩沖空間，亦即微機電結構201的最低金屬層(本實施例中為m2)在電訊號傳遞線路202的上方處斷開(最低介電層可斷開或不斷開，本實施例為斷開)。電訊號傳遞線路202由第一金屬層m1的一部份m1s所構成。

參照圖3，其中顯示本發明另一實施例的一具有增強結構強度的微機電元件30的示意圖。與微機電元件20相較，微機電元件30主要差異為取消了挖空區域、而電訊號傳遞線路302改在接觸層v的位階中以導電材料s走線所構成。因電訊號傳遞線路302不包含第一金屬層，而是在金屬層以下的位階中以導電材料走線所構成，這增加了緩沖空間，故最低金屬層(本實施例為第二金屬層m2)在電訊號傳遞線路302的上方、延伸往固定結構301的方向，可為連續而不須斷開，如此增加了結構的剛性。所謂“接觸層”，在cmos半導體制程的技術用語中，是指基板sub至第一金屬層m1之間的連接層，而第一金屬層m1以上的連接層則慣稱為“通道層”。本實施例的特點為取消挖空區域，可提升微機電元件30的強度，進而降低熱變形。導電材料s可為鎢、鈦等金屬或金屬化合物，其可在基板sub的上縱橫水平延伸，而非僅為柱狀。

與圖2實施例相同地，微機電元件30的設計可應用于定子或動子。當應用于定子時，微機電結構301例如可通過固定結構303而連接至基板sub，當應用于動子時，則微機電結構301例如可通過撓性結構(例如彈簧，未示出)來與其它部份連接。所謂“取消了挖空區域”，亦可視為微機電結構301的最下層金屬層m2與固定結構303或撓性結構直接且完全連接。此外，圖2、3實施例中，微機電結構的最低金屬層是以第二金屬層m2為例做說明，然而實施時并不限于此，也可為第三或更高層金屬層，其端視需要而定。

參照圖6c，其中顯示圖3中微機電元件30受熱后的變形量，相較于圖6a，微機電元件30熱變形的情形改善許多，且相較于圖6b更為改善。

需說明的是，圖3實施例中，取消挖空區域的設計也可單獨存在，而不限于必須搭配不直接相連的最上層獨立金屬段mt1，亦即圖3實施例中，微機電結構301的最上金屬層mt亦可為連續的一體。

參照圖4，根據另一觀點，本發明提供一種具有增強結構強度的微機電元件40，其包含：微機電結構401、電訊號傳遞線路402和固定結構403，其中微機電結構401包含多個金屬層m2-mt、亦即第二金屬層m2至最上金屬層mt，其中最上金屬層mt包含多個最上層獨立金屬段mt1，最上層獨立金屬段mt1彼此之間不直接相連且由至少一支持柱而連接至相鄰(緊接下方)的金屬層mt-1，最上層獨立金屬段mt1與相鄰的金屬層mt-1之間除了支持柱外，無介電層設置于其中。其余相鄰的多個金屬層(例如第二金屬層m2至金屬層mt-1)分別通過至少一支持柱及一介電層而互相連接，介電層可填滿(至少部份填滿，圖示為完全填滿)相鄰金屬層間除支持柱外的空隙。在本實施例中，固定結構403非如圖2實施例般設置于微機電結構401的側方，而是設置于微機電結構401的下方，由俯視圖方向視之，固定結構403設置于微機電結構401的內部。固定結構403包含第一金屬層m1的一部分(第一層獨立金屬段m11)、介電層、以及將微機電結構401電連接于基板sub的支持柱(包含第一層獨立金屬段m11的上方與下方，圖標位置僅是舉例，支持柱的位置與數目可依電性、機械性和布局的需求來設計安排)。微機電結構401的下方、對應于電訊號傳遞線路402的上方處，仍然設有一挖空區域22以構成緩沖空間，但此挖空區域22或緩沖空間相較于固定結構403而言較遠離微機電結構401的中心點(在圖2實施例中，挖空區域22或緩沖空間相較于固定結構203而言較靠近微機電結構201的中心點)。

參考圖5，其中顯示另一實施例的微機電元件50，與圖4實施例的差異是：微機電元件50包含多個(圖示為兩個，可為更多個)第一層獨立金屬段m11或多個固定結構503。與圖4實施例相似地，微機電結構501的下方、對應于電訊號傳遞線路502的上方處，仍然設有一挖空區域22以構成緩沖空間，挖空區域22或緩沖空間相較于固定結構503而言較遠離微機電結構501的中心點。

參照圖6d、6e，其中顯示圖4中微機電元件40與圖5中微機電元件50受熱后的變形量，其不僅優于圖6a，相較于圖6b，微機電元件40、50的熱變形也更加改善。亦即，圖6d、6e顯示微機電元件的結構更加穩定，因此元件在電訊號傳遞上也有更佳的表現。

在圖4、5實施例中，微機電結構的最低金屬層是以第二金屬層m2為例做說明，然而實施時并不限于此，也可為第三或更高層金屬層，其視需要而定。在此情況下，固定結構403、503可對應地包含第一金屬層m1的一部分、第二金屬層m2的一部分(必要時還包含更上方金屬層的一部分)、介電層、以及將微機電結構401、501電連接于基板sub的支持柱。

需說明的是，圖4、5實施例中，使挖空區域22或緩沖空間相較于固定結構503而言較遠離微機電結構501的中心點，此設計也可單獨存在，而不限于必須搭配不直接相連的最上層獨立金屬段mt1，亦即圖4、5實施例中，微機電結構401、501的最上金屬層mt亦可為連續的一體。

圖7顯示另一實施例的微機電元件70，與圖2實施例的差異是：電訊號傳遞線路202并未緊鄰固定結構203而可與固定結構203相距一段距離(因此圖中未顯示固定結構203，表示有一段距離)。舉例而言，此距離d可大于固定結構203在該維度上的長度三倍。在此實施例中，固定結構203可以如圖2實施例般設置于固定結構203的側方，或是如圖4、5實施例般設置于固定結構203的下方。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，只是以上所述，僅為使本領域技術人員易于了解本發明的內容，并非用來限定本發明的權利范圍。對于本領域技術人員，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化。例如，支持柱的數目與位置、金屬層和介電層的層數等，都可變化。故凡依本發明的概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括于本發明的權利要求范圍內。