199_090-023AP-TW
發佈日期 :
2009-04-29
| 發明專利說明書 | |
| ※申請案號： 090125375 | |
| ※申請日期： 20011015 ※ＩＰＣ分類： Int.Cl.(7) B82B 3/00 |
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| 一、發明名稱： (中文/英文) | |
克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程及護具(全文下載)
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| 二、申請人： 共 1 人
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| 1 . 姓名或名稱：(中文/英文) 國立成功大學 / NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY 代 表 人：(中文/英文) / 住居所或營業所地址：(中文/英文) 台南巿大學路一號 / 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
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| 三、發明人： 共 3 人
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| 1 . 姓名：(中文/英文) 方炎坤 / FANG, YAN-KUEN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW 2 . 姓名：(中文/英文) 謝明君 / SHIE, MING-JIUN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW 3 . 姓名：(中文/英文) 吳倍銘 / WU, BEI-MING 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
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四、聲明事項 |
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| □主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實發生日期為：年 月 日
□申請前已向下列國家(地區)申請專利: 【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】
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| □ 有主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
□無主張專利法第二十七條第一項國際優先權： |
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| □ 主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】
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□ 主張專利法第三十條生物材料： □ 須寄存生物材料者： 國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】 國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】 |
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| □ 不須寄存生物材料者: 所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。 |
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| 五、中文發明摘要： | |
| 本發明係關於一種克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程及護具，其主要係利用一機械式單面蝕刻護具，取代傳統罩幕來保護元件，僅讓蝕刻液或氣體侵蝕欲蝕刻凹槽的那一面顯露於外，再進行蝕刻製程，藉以使元件主體不會被破壞，並利用此項製程技術及該護具的設計，除防止主體材料被蝕刻液或氣體侵蝕而導致元件的破壞外，且僅需成長單面的保護罩幕，節省了成長另一面保護罩幕的時間、降低製程複雜性與困難度，及可重複使用，且能應用於微機電系統中，因製程的簡化以及護具結構簡易操作簡便，進而提高其製程良率者。 | |
| 六、英文發明摘要： | |
| 七、指定代表圖： | |
| （一）本案指定代表圖為： | |
| （二）本代表圖之元件符號簡單說明：
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| 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： | |
| 九、發明說明： | |
| 本發明係關於一種克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程及護具，尤指一種應用於製作懸臂式或懸橋式微機電結構之製程中，可克服防止主體材料被蝕刻液或氣體侵蝕而導致元件的破壞之蝕刻製程及護具設計。 目前微機電系統MEMS(Micro-electro -mechanicalSystem)技術已廣泛地被應用於微小元件之製作上，而為了增加其矽基板之絕熱性及元件之靈敏度，往往必須將主要感測部份蝕刻成懸臂式或懸橋式結構，然而，在一般蝕刻的過程中，不論是利用濕蝕刻或乾蝕刻方式，晶片往往都必須整個浸泡於蝕刻液或暴露於蝕刻氣體的環境中，故一旦元件之主體感測部分完成後，進行背面濕蝕刻的製程時，由於其中一面是欲蝕刻凹槽的圖樣，另一面則為已具有感測器的主體材料成長於矽基板上，故在蝕刻的過程中，主體極易受到傷害。 因此，為了避免前述問題發生，傳統之解決方法概有以下兩種具體實施方式，其一者係在成長主體部分之前，先行完成懸橋結構部份再進行；其二者則是利用整面式成長保護罩幕，來防止主體材料被蝕刻液或氣體侵蝕而導致元件的破壞。 惟，前述第一種方式在成長主體部分時，因其已完成之懸橋結構同樣易被破壞，而造成元件的損壞，因此，現今多採用第二種利用成長保護罩幕的方法。然而，該方法在罩幕的製作上，一般需先經過微影製程的光阻覆蓋(coating)、曝光與顯影等三步驟，而為了加強精確性與可靠性，在整個微影製程還需包括去水烘烤(dehydrationbake)、塗底(priming)、軟烤(soft bake)和硬烤(hardbake)等步驟，最後再利用這層光阻為罩幕，以便對其底下的基材進行選擇性蝕刻，致使其整個製程的複雜性相對增加，且有製程速度慢及成本高等問題。 上述傳統技術之缺點，除製程過於複雜，且增加不必要之製造成本外，由於元件基材四側周邊並無法同時受到保護，且光阻有時會發生邊緣剝離與龜裂，或因與元件基材間之附著性不佳等情形，無法將元件基材予以完全地遮蔽，使得元件主體浸泡於蝕刻液或暴露於蝕刻氣體中，造成非特定區域之部位被破壞，且可能傷及積體電路中其他已製作完成之元件單元，致使降低整個元件對直流信號的靈敏度與對交流信號的響應速度等缺點，而影響整個系統之功能。 有鑑於此，本發明之主要目的即在於：提供一種可以克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程及護具，藉以利用該機械性單面蝕刻之新穎製程及護具設計，取代傳統整面成長蝕刻罩幕等複雜技術，縮短製程時間，且可有效防止主體材料被蝕刻液侵蝕而導致元件的破壞。此外，且利用該簡易的製程與護具設計，作多次重複性利用，以降低製造成本、提高製程良率(Yield)，而達到高效率產能之目標。 為達成前揭目的，本發明所提出之製程設計概係將已定義欲蝕刻區域的元件基板，以顯微鏡對準固定於耐蝕性護具，利用護具作為保護元件之主體，並僅顯露該元件所欲蝕刻之部分，次將元件連同護具進行蝕刻，以得所要之圖案結構，待蝕刻完成後，卸下護具，元件進行後續工作，而完成元件的蝕刻製程，藉此，防止主體材料被蝕刻液或氣體侵蝕而導致元件的破壞，且僅需成長單面的保護罩幕，降低製程複雜性與困難度，縮短製程時間。 本發明依據前述製程所設計的機械式單面蝕刻護具設計，係由兩塊耐蝕材料製成的可拆組模所組成，用以遮蓋元件欲保護之區域，作為元件保護的主體，另可在護具與元件基板間之夾層中利用密合墊圈來增加其緊密性，復配合固接元件或其他夾掣或固定方式結合，藉此，使其具有成本低廉、可重複使用等優點。 為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之具體設計及其他目的，茲 附以圖式詳細說明如后： 圖式簡單說明 第一圖：係本發明使用之機械性單面蝕刻護具之分解示意圖。 第二圖A、B：係分別本發明使用之械性單面蝕刻護具中之上模之底視及側視剖面示意圖。 第三圖A、B：係分別本發明使用之械性單面蝕刻護具中之下模俯視及側視剖面示意圖。 第四圖：係本發明使用之機械性單面蝕刻護具組設於元件外側之組合示意圖。 第五A~I圖：係懸橋式微機電結構SiGeC紅外線感測元件之製程步驟流程圖。 主要元件符號說明 (1)．．．護具 (10)．．．模 (12)．．．貫孔 (20)．．．模 (22)．．．定位環槽 (30)．．．第一密合墊圈 (32)．．．第三密合墊圈 (40)．．．固接元件 (50)．．．元件 (60)．．．基板 (62)．．．氮化矽 (64)．．．金屬線 (11)．．．定位孔 (21)．．．貫孔 (23)．．．定位環槽 (31)．．．第二密合墊圈 (61)．．．光阻 (64)．．．氮化矽 （三）附件部份： 一、懸橋式微機電結構之正視圖與背面圖。 有關本發明克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程之具體實施設計，其包括：提供欲進行蝕刻的元件基材；於元件基材上定義出欲蝕刻的區域；提供一組可固定元件基材的護具，該護具包括二塊利用機械精密加工將耐蝕材料製成對應元件上下所欲保護之特定區域相同圖區的模，該二模的尺寸係視元件基材大小而定；將護具以顯微鏡對準元件，作為保護元件之主體，並僅顯露該元件所欲蝕刻之部分；將元件連同護具進行蝕刻，依預定時間得到所要之圖案結構，前述蝕刻可用濕蝕刻或乾蝕刻技術來完成；待蝕刻完成後，卸下護具，元件進行後續工作，即可克服非薄膜成長特定區之污染問題，而護具則待下次使用，以降低其製作成本。 又，本發明依據前述製程設計所提出之機械性單面蝕刻護具，如第一圖所示，其主要包括一組耐蝕材料依元件結構、尺寸製成之護具(1)，用以配合顯微鏡裝設於待蝕刻元件(50)外側，作為保護元件(50)之主體，並僅顯露該元件(50)所欲蝕刻之區域。 前述護具(1)係包括二塊利用機械精密加工將耐蝕材料製成對應元件上下所欲保護之特定區域相同圖區的模(10)(20)、該二模(10)(20)的尺寸係視元件(50)大小而定，其上模(10)中央形成對應元件(50)大小的定位孔(11)，該定位孔(11)為上端孔徑小、下端孔徑大的階級孔，且上模(10)、下模(20)周邊各設數相對應的貫孔(12)(21)，提供螺絲之類的固接元件(40)貫穿組設其中。 前述中，為了增加護具(1)與元件(50)間組合後的緊密性，且對元件不造成破壞，於護具(1)與元件(50)間設置具緩衝彈性的密合墊圈(30)(31)(32)作為緩衝層，避免對元件(50)之傷害。 如第二A、B圖所示，前述密合墊圈包括有一個大於待蝕刻元件外形的第一密合墊圈(30)，以及二個不小於元件欲蝕刻區域的第二、第三密合墊圈(31)(32)，前述第一、第二、第三密合墊圈(30)(31)(32)為耐蝕性彈性材料所製成，用以裝設於護具中相對於待蝕刻元件(50)外側及頂、底面處，增加護具與元件間之緊密性，且利用對元件不造成破壞的密合墊圈，作為護具與元件間之緩衝層。 如第三A、B圖所示，前述護具之下模(20)頂面設有提供第一密合墊圈(30)及第二密合墊圈(31)組裝定位的定位環槽(22)(23)。 請參閱第四圖所示，本發明之護具(1)係以顯微鏡或其他對準設備對準元件(50)，並配合密合墊圈(30)(31)(32)、固接元件(40)組設於元件(50)外側，以該護具(1)作為保護元件之主體，僅露出元件所欲蝕刻之部分，又因護具、密合墊圈及固接元件等構件為耐蝕性材料所製成，不會被酸、鹼所腐蝕，故將已為單面蝕刻護具保護之元件，浸入蝕刻液中，將不會造成主體之破壞，再依所需之時間，得到所要之結構，且待蝕刻完成後，卸下護具，元件依需要接續進行其它之製程，護具則可留待下次使用。 為進一步充分說明本發明之精神及技術特徵和內容，以下特舉一最佳實施例來說明之。以一種具有懸橋式微機電結構SiGeC紅外線感測元件為例。請參閱第五A～I圖所示，其中係用n(100)的雙面拋光矽晶片，作為元件基板(60)，電阻率為100hm－Cm，厚度為325±25um（如第五A圖所示）。其製作程序內容如下：在n(100)矽基板(60)上以光阻定義出Si 1-x-y Ge x C y 熱敏電阻的位置與圖樣，利用RTCVD，以MethySilane成長Si 1-x-y Ge x C y 薄膜，成長溫度為550℃，成長時間為10分鐘，所成長薄膜厚度約0.12μm。 上光阻(61)於熱敏電阻所在基板(60)之背面，以定義出欲蝕刻為平膜的區域（如第五B圖所示）。 以氮氣次乾，迅速送入真空腔中濺鍍氮化矽(Si 3 N 4 )(62)，再置入丙酮中將光阻上之氮化矽(Si3N4)舉離（如第五C圖所示）。 上光阻於熱敏電阻所在基板(60)面，以定義出欲蝕穿矽基板而成為懸橋的區域(A)（如第五D圖所示），以氮氣次乾，迅速送入真空腔中濺鍍氮化矽Si 3 N 4 (63)，再置入丙酮中將光阻上之Si 3 N 4 舉離（如第五E圖所示）。 使用單面蝕刻護具（圖未示）裝置於基板(60)外側，並使基板(60)欲蝕刻面朝外，次浸入KOH溶液中蝕刻熱敏電阻所在基板(60)面之背面，完成一蝕刻凹槽(B)與平膜結構（如第五F圖所示）。 將單面蝕刻護具卸除，直接將矽基板(60)置入KOH溶液中作雙面蝕刻，蝕刻完成即可獲得一懸橋結構(C)（如第五G圖所示）。 上光阻，定出金屬導線(D)(metal line)位置與圖樣，再將元件置入蒸著機中鍍鋁，連接熱敏電阻的四個端點（如第五H圖所示）。 作金屬線(64)電性連接(Wire-bonding)，元件完成（如第五I圖所示），如附件一所示即為本實驗具懸橋式微機電結構之紅外線感測元件完成後之正面圖及背面圖。 經由前述說明後，相較於傳統成長雙面蝕刻罩幕之缺點，本發明機械性單面蝕刻之新穎製程具有下列之特點與功效：1、應用製程簡單、成本低廉的方法即可製作出數種機械性單面蝕刻護具，具有成本低廉、可大面積製作等優點。 2、可改善傳統成長雙面蝕刻罩幕之複雜微影製程，節省了成長另一面蝕刻罩幕的時間，降低製程複雜性與困難度 。 俾於VLSI(Very－Large－Scale Integration) 電路及MEMS(Micro－electro－mechanical System)中，因結構與製程之簡易而提高其良率 (Yield)。 3、由於晶片的側邊四面亦連同受到保護，可減少對元件所造成不必要的破壞，而影響其工作效率與壽命。 4、微機電系統中之濕蝕刻，所需成本低，結構製程亦較簡單；同時，可將元件之主要感測部份，重複製作成數個懸橋結構，形成陣列式感測元件，其性能可大大提高，深具開發潛力。 5、元件體積大幅縮小，除可降低消耗功率外，尚可配合將元件積體電路化(VLSI;Very－Large － ScaleIntegration)，並整合其它不同功能之元件，製作在同一塊基板上成為特殊用途（或專用）的積體電路(ASIC)晶片。 6、應用製程簡單、成本低廉的方法即可製作出積體式之光電元件，其中使用低溫成長SiGeC材料具有成本低廉，可大面積製作等優點，且使用以矽為基礎之材料，可與目前之積體電路(VLSI)技術相容。 本發明依據前述製程所提出之機械性單面蝕刻之護具設計所具備的特點與功效係包括：1、應用的製程簡單、成本低廉的方法即可製作出該機械性單面蝕刻護具，具有成本低廉、可大面積製作等優點。 2、相較於傳統成長雙面蝕刻罩幕之方法，此種機械性單面蝕刻護具可重複使用，可降低製作成本。 綜上所述，本發明藉由前揭發明設計確可提供一克服現今製作懸橋式微機電結構之蝕刻製程，主體材料非特定區域被蝕刻液過度侵蝕之問題，而提供一種更具產業利用性之設計，並符合發明專利之要件，爰依法具文提出申請
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| 十、申請專利範圍： | |
| 1.一種克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程，其包括：提供欲進行蝕刻的元件基材；於元件基材上定義出欲蝕刻的區域；提供一組可固定元件基材的護具，將護具以顯微鏡對準元件基材，作為保護元件之主體，並僅顯露該元件所欲蝕刻之部分；將元件連同護具進行蝕刻，依預定時間得到所要之圖案結構，前述蝕刻可用濕蝕刻或乾蝕刻技術來完成；待蝕刻完成後，卸下護具，元件進行後續工作，而完成元件的蝕刻製程。 2.如申請專利範圍第1項所述之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程，其中進行蝕刻時可利用濕式蝕刻技術來完成。 3.如申請專利範圍第1項所述之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程，其中進行蝕刻時可利用乾式蝕刻技術來完成。 4.一種克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其主要係由一組耐蝕材料依元件結構、尺寸製成之護具配合密合墊圈組合而成，用以裝設於待蝕刻元件外側，作為保護元件之主體，並使元件僅顯露其所欲蝕刻之區域。 5.如申請專利範圍第4項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具係包括二塊利用機械精密加工將耐蝕材料製成對應元件上下所欲保護之特定區域相同圖區的模、該二模的尺寸係視元件大小而定，其上模中央形成對應元件大小的定位孔，該定位孔為上端孔徑小、下端孔徑大的階級孔。 6.如申請專利範圍第4或5項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具可由鐵弗龍材料所製成。 7.如申請專利範圍第4或5項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具可由耐蝕性塑膠材料所製成。 8.如申請專利範圍第4或5項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具可由耐蝕性木材所製成。 9.如申請專利範圍第4或5項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具可由耐蝕金屬材料所製成。 10.如申請專利範圍第4或5項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中密合墊圈包括有一個大於待蝕刻元件外形的第一密合墊圈，以及二個不小於元件欲蝕刻區域的第二、第三密合墊圈，前述第一、第二、第三密合墊圈為耐蝕性彈性材料所製成，用以裝設於護具中相對於待蝕刻元件外側及頂、底面處，以增加護具與元件間之緊密性，且作為護具與元件間之緩衝層。 11.如申請專利範圍第10項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具之下模頂面設有提供第一密合墊圈及第二密合墊圈組裝定位的定位環槽。 12.如申請專利範圍第4或5項所示之克服主體材料被過度侵蝕之微機電結構蝕刻製程用護具，其中護具的上模、下模周邊各設數相對應的貫孔，使護具可利用耐蝕性固接元件貫穿組合。 |
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| 十一、圖式： | |
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