具多重气密空腔的微机电装置及其制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种具多重气密空腔的微机电装置及其制作方法，可将多种感测元件整合在单一装置中。例如，本发明专利技术的微机电装置可提供具有不同的气压的两个气密空腔，以分别使微机电气压计及微机电加速度计能在最佳的气压环境下进行操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微机电装置，且特别是涉及一种气密式的整合型微机电装置。
技术介绍
一般而言，设置于微机电感测器(MEMSsensor)中的感测元件(sensingelement)需在特定的环境下操作，才能具有最佳的作动方式。因此，不同功能的微机电感测器，其感测元件所处的环境也需随之变化，才能确保微机电感测器在进行感测时，具有良好的准确度。举例而言，有些微机电感测器(例如陀螺仪)需要考虑震动阻尼对振动频率与信噪比的影响，因此会将感测元件(例如陀螺仪的可动质量块)设置于真空的气密空腔中，以降低空气阻尼所造成的影响。另外，有些感测元件(例如加速度计的可动质量块)在量测加速度而产生震动时，需要适当的空气阻尼，才能得到正确的量测结果。因此，这些感测元件(例如加速度计的可动质量块)需设置在特定气压的气密空腔中。除此之外，还有些微机电感测元件(例如是压力计的感测薄膜)需要包覆一具有特定气压或真空的气密空腔，才能量测压力计所在环境的压力大小。然而，在市场对于电子产品小尺寸与低成本的要求下，具不同功能的感测器的整合已成为未来微机电感测器市场的主流趋势。因此，如何开发出具多重气密空腔的微机电装置，以提供不同感测元件能在不同气压的环境中，进行最佳的作动，已成为整合多种微机电感测器时的重要关键技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气密式的整合型微机电装置，整合了不同功能的微机电感测元件，以同时量测不同的物理量，例如压力或惯性等。以压力计与加速度计为例，压力计需要较薄的结构层做为变形薄膜以提高感测灵敏度，而加速度计或是其他惯性元件需要较厚的结构层作为感测质量块以提高灵敏度。此外，为了量测绝对压力以及避免温度对压力的影响，压力计需要较高真空度的操作环境，然而加速度计在过高真空度的环境中会有输出不稳定的问题。此两种元件对操作环境的气压要求并不相同。为达上述目的，在本专利技术的一实施例中，微机电装置包括基板、第一盖体、第一感测单元以及第二盖体。基板具有第一表面，第一盖体设置于基板上，且第一盖体与基板定义第一气密空腔。第一感测单元包含悬浮于基板上方的可动质量块。第二盖体设置于基板上，且第二盖体与基板定义第二气密空腔。所述第一感测单元设置于第二气密空腔之外，且第一气密空腔包覆第一感测单元。在本专利技术的一实施例中，微机电装置包括基板、第一盖体、第一感测单元以及第二盖体。基板具有第一表面，第一盖体设置于基板上，且第一盖体与基板定义第一气密空腔。第一感测单元包含悬浮于基板上方的可动质量块。第二盖体设置于基板上，且第二盖体与基板定义第二气密空腔。在本实施例中，第一感测单元设置于第二气密空腔之外，第一气密空腔包覆第一感测单元及第二盖体，且第一气密空腔中的气压与第二气密空腔中的气压不同。在本专利技术的一实施例中，微机电装置包括基板、第一盖体、第一感测单元、第二盖体。基板具有第一表面，第一盖体设置于基板上，且第一盖体与基板定义第一气密空腔。第一感测单元包含悬浮于基板上方的可动质量块。第二盖体设置于基板上，且第二盖体与基板定义第二气密空腔。在本实施例中，第一感测单元设置于第二气密空腔之外，第一气密空腔包覆第一感测单元及第二盖体。此外，可动质量块下表面至第一表面的距离实质上等于第二盖体顶壁的下表面至第一表面的距离，且可动质量块的厚度实质上等于第二盖体的厚度。在本专利技术的一实施例中，微机电装置包括基板、第一盖体、第一感测单元、第二盖体。基板具有第一表面，且包含薄膜以及贯穿孔。第一盖体设置于基板上，且第一盖体与基板定义第一气密空腔。第一感测单元包含悬浮于基板上方的可动质量块。第二盖体设置于基板上，且第二盖体与基板定义第二气密空腔。在本实施例中，第一感测单元设置于第二气密空腔之外，且第一气密空腔包覆第一感测单元及第二盖体。薄膜的上表面暴露于第二气密空腔内，且薄膜的下表面覆盖贯穿孔。本专利技术提出的一种微机电装置的制作方法，包括下列步骤。首先，提供第一基板，并且在第一基板上形成固定电极。接着，提供第二基板，并且蚀刻第二基板，以形成多个凸部及多个凹部。然后，接合第二基板至第一基板的第一表面，以形成第二气密空腔。并且，蚀刻第二基板，以形成包覆第二气密空腔的第二盖体及第一感测单元。之后，接合第一盖体至第一基板的第一表面，以形成第一气密空腔。本实施例的第一感测单元包含至少一悬浮于固定电极上方的可动质量块。第一气密空腔内的气压为第一气压，第二气密空腔内的气压为第二气压，且第一气压不等于第二气压。第一感测单元设置于第二气密空腔之外，第一气密空腔包覆第一感测单元及第二盖体。基于上述，本专利技术提出一种利用单一制作工艺平台整合两种以上的微机电感测元件的结构设计与制作方法，可将两种以上的感测元件整合在单一装置中，克服不同感测元件因操作环境与结构差异而难以整合的问题。例如，本专利技术的微机电装置可以提供相互独立的第一气密空腔与第二气密空腔，并使其具有不同的气压，以分别适应前述压力计以及加速度计所需的操作环境。此外，通过气密包覆式的设计，可将感测元件的电性导线与电极包覆在气密空腔中，避免电性导线与电极被外界水气与化学物质所腐蚀。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术的一实施例的一种微机电装置；图2～图16为本专利技术的一实施例的微机电装置的制作方法。符号说明100：电子装置110：(第一)基板110a：基板的第一表面112：导电接合部114：第一导电密封环116：第二导电密封环118：导电通孔120：第一盖体130：第二盖体130a：第二盖体的顶壁的下表面132：第二盖体的顶壁134：第二盖体的侧壁140：第一感测单元142：可动质量块142a：可动质量块的下表面144：固定座146：固定电极150：第一气密空腔160：第二气密空腔170：压力计172：薄膜172a：薄膜的上表面172b：薄膜的下表面173：可动电极174：贯穿孔175：导电线路192：导电层192a：开口(或槽)194：半导体层196：第一绝缘层198：第二绝缘层198a：开口198b：通孔D1、D2：距离T1、T2：厚度P1、P2：环境气压220：第二基板...

【技术保护点】
一种微机电装置，适用于同时量测压力及惯性物理量，该微机电装置包括：基板，具有第一表面；第一盖体，设置于该基板上，且该第一盖体与该基板定义第一气密空腔；第一感测单元，包含悬浮于该基板上方的可动质量块；第二盖体，设置于该基板上，且该第二盖体与该基板定义第二气密空腔；其中，该第一气密空腔包覆该第一感测单元，该第一感测单元设置于该第二气密空腔之外。

【技术特征摘要】
2014.11.13 TW 1031394111.一种微机电装置，适用于同时量测压力及惯性物理量，该微机电装置
包括：
基板，具有第一表面；
第一盖体，设置于该基板上，且该第一盖体与该基板定义第一气密空腔；
第一感测单元，包含悬浮于该基板上方的可动质量块；
第二盖体，设置于该基板上，且该第二盖体与该基板定义第二气密空腔；
其中，该第一气密空腔包覆该第一感测单元，该第一感测单元设置于该
第二气密空腔之外。
2.如权利要求1所述的微机电装置，其中该第一气密空腔中的气压与该
第二气密空腔中的气压不同。
3.如权利要求2所述的微机电装置，其中该可动质量块的下表面至该第
一表面的距离等于该第二盖体的顶壁的下表面至该第一表面的距离，该可动
质量块的厚度等于该第二盖体的厚度。
4.如权利要求3所述的微机电装置，其中该基板还包含薄膜及贯穿孔，
该薄膜的上表面可导电且暴露于该第二气密空腔内，且该薄膜的下表面覆盖
该贯穿孔。
5.如权利要求4所述的微机电装置，其中该基板还包括：
半导体层，设置于该第一表面；
第一绝缘层，覆盖该半导体层；
导电层，设置于该第一绝缘层上；
第二绝缘层，覆盖该导电层；以及
固定电极，设置于该第二绝缘层上。
6.如权利要求5所述的微机电装置，其中该薄膜包含：
部分该导电层，暴露于该第二气密空腔内；
部分该半导体层，覆盖该贯穿孔；以及
部分该第一绝缘层，设置于该部分该导电层与该部分该半导体层之间。
7.如权利要求6所述的微机电装置，其中该固定电极的材料为铜，且该
导电层的材料为多晶硅。
8.如权利要求4所述的微机电装置，其中该第二盖体、该薄膜及该第二

\t气密空腔构成一气压计。
9.如权利要求1所述的微机电装置，其中该第一感测单元是至少下列感
测器之一：加速度计、陀螺仪、磁力计、震荡器。
10.一种微机电装置，包括：
基板，具有第一表面；
第一盖体，设置于该基板上，且该第一盖体与该基板定义第一气密空腔；
第一感测单元，包含悬浮于该基板上方的可动质量块；
第二盖体，设置于该基板上，且该第二盖体与该基板定义第二气密空腔；
其中，该第一气密空腔包覆该第一感测单元及该第二盖体，该第一感测
单元设置于该第二气密空腔之外，该第一气密空腔中的气压与该第二气密空
腔中的气压不同。
11.如权利要求10所述的微机电装置，其中该可动质量块的下表面至该
第一表面的距离等于该第二盖体的顶壁的下表面至该第一表面的距离，该可
动质量块的厚度等于该第二盖体的厚度。
12.如权利要求11所述的微机电装置，其中该基板还包含薄膜及贯穿
孔，其中该薄膜的上表面可导电且暴露于该第二气密空腔内，该薄膜的下表
面覆盖该贯穿孔。
13.如权利要求12所述的微机电装置，其中该基板还包括：
半导体层，设置于该第一表面；
第一绝缘层，覆盖该半导体层；
导电层，设置于该第一绝缘层上；
第二绝缘层，覆盖该导电层；以及
固定电极，设置于该第二绝缘层上。
14.如权利要求13所述的微机电装置，其中该薄膜包含：
部分该导电层，暴露于该第二气密空腔内；
部分该半导体层，覆盖该贯穿孔；以及部分该第一绝缘层，设置于该部
分该导电层与该部分该半导体层之间。
15.一种微机电装置，包括：
基板，具有第一表面；
第一盖体，设置于该基板上，且该第一盖体与该基板定义第一气密空腔；
第一感测单元，包含悬浮于该基板上方的可动质量块；
第二盖体，设置于该基板上，且该第二盖体与该基板定义第二气密空腔；
其中，该第一气密空腔包覆该第一感测单元及该第二盖体，该第一感测
单元设置于该第二气密空腔之外，该可动质量块下表面至该第一表面的距离
等于该第二盖体顶壁的下表面至该第一表面的距离，该可动质量块的厚度等
于该第二盖体的厚度。
16.如权利要求15所述的微机电装置，其中该基板还包含薄膜及贯穿
孔，其中该薄膜的上表面暴露于该第二气密空腔内，该薄膜的下表面覆盖该
贯穿孔。
17.如权利要求16所述的微机电装置，其中该基板还包括：
半导体层，设置于该第一表面；
第一绝缘层，覆盖该半导体层；
导电层，设置于该第一绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏中源，郭秦辅，李宗璟，黄肇达，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71