TWI912971B - 微機電感測裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種微機電感測裝置，包含一基板、多個支撐結構以及一感測結構。所述多個支撐結構設置於基板上。感測結構受所述多個支撐結構支撐並設置於基板上方。感測結構包含一第一介電層、一電極層、一感測層以及一第二介電層。第一介電層具有一介電頂面，介電頂面與每一支撐結構的支撐頂面共平面。電極層設置於所述第一介電層上，且直接接觸所述多個支撐結構。感測層設置於所述第一介電層上且朝所述基板方向的投影不重疊於所述支撐結構。所述第二介電層設置於所述電極層及所述感測層上，其中所述第一介電層及第二介電層的材質相同。

Description

微機電感測裝置及其製造方法

本發明係關於一種微機電感測裝置及其製造方法。

微機電感測裝置係指具有感測功能的微機電系統(Microelectromechanical System，MEMS)，其操作範圍及尺寸在微米尺度內。一般的感測元件，例如用於量測溫度的紅外線感測元件，時常需要特殊的支撐結構(如錨點)來懸浮於基板之上，以降低傳導散熱，並以真空包裝降低空氣的對流散熱。

傳統上，錨點(anchor)往往被設計為具有較大的接觸面積搭配大幅傾斜角度的細長型支撐腳，使薄膜穩定沉積於有高低差的結構表面。此製程與結構的缺點在於，錨點占用了較大的面積(超過5微米乘以5微米)，因此並不符合對現今元件尺寸(約12至25微米)的要求。

鑒於上述，本發明提供一種微機電感測裝置及其製造方法。

依據本發明一實施例的微機電感測裝置，包含一基板、多個支撐結構以及一感測結構。所述多個支撐結構設置於所述基板上，且每一支撐結構具有分別位於兩相反端的一支撐底面及一支撐頂面，所述支撐底面連接所述基板。所述感測結構受所述多個支撐結構支撐並設置於所述基板上方。所述感測結構包含一第一介電層、一電極層、一感測層以及一第二介電層。所述第一介電層具有一介電頂面，所述介電頂面與所述多個支撐結構的每一者的支撐頂面共平面。所述電極層設置於所述第一介電層上，且直接接觸所述多個支撐結構。所述感測層設置於所述第一介電層上且朝所述基板方向的投影不重疊於所述多個支撐結構。所述第二介電層設置於所述電極層及所述感測層上，其中所述第一介電層及第二介電層的材質相同。

依據本發明一實施例的微機電感測裝置的製造方法，包含：於一基板上形成一犧牲層；於所述犧牲層上形成一第一介電層；於所述犧牲層及所述第一介電層嵌入多個支撐結構，使所述多個支撐結構的每一者的一支撐底面連接於所述基板，且使所述多個支撐結構的每一者的支撐頂面與所述第一介電層的介電頂面共平面，其中所述支撐底面與支撐頂面分別位於兩相反端；於所述第一介電層上形成一電極層及一感測層，其中所述電極層直接接觸所述多個支撐結構，且所述感測層朝所述基板方向的投影不重疊於所述多個支撐結構；於所述電極層及所述感測層上形成一第二介電層，其中所述第二介電層與所述第一介電層的材質相同；以及於所述第一介電層、所述電極層及所述第二介電層開孔以釋放所述犧牲層。

藉由上述結構，本案所揭示的微機電感測裝置透過兩層具有相同材質的介電層相對於電極層及感測層設置，可具有應力平衡的效果，維持整體高度的均勻程度。本案所揭示的微機電感測裝置的製造方法可以提供簡化的製程，藉此可降低生產困難度，提升晶片的製作良率。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

本文一或多個實施例所述的微機電感測裝置可以不限於特定的感測用途，可根據不同的感測用途選擇選擇適當的材料層作為感測層，例如溫度感測、氣體感測、壓力感測及光感測等。

請參考圖1及圖2，圖1係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置的立體結構圖，圖2係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置的上視圖。

如圖1及圖2所示，微機電感測裝置1包含一基板11、多個支撐結構12以及一感測結構13。基板11可以但不限於是包含電路結構(例如讀取電路層)的矽基板。多個支撐結構12可包含分別設置於微機電感測裝置1的兩對角角落的兩支撐柱，且可為導電材質，例如但不限於是金屬材質。多個支撐結構12的支撐柱的數量、設置位置、形狀及面積可根據實際應用調整以穩定支撐感測結構13的力學結構，本案不予以限制。感測結構13可被區分為兩側區域及中央區域。感測結構13的兩側區域直接與支撐結構12相連且具有細長型通道，主要用於作為訊號連接的路徑以及用於釋放犧牲層。感測結構13的中央區域懸空於基板11上方，且具有感測層，主要用於感測環境變化(如溫度、氣體、壓力、光等的變化)以產生感測電訊號，並且在支撐結構12以導電材質實現的實施例中，可以透過感測結構13的兩側區域及支撐結構12將所述感測電訊號傳輸至基板11的讀取電路層。進一步來說，圖1及圖2所示之位於中央區域的梳狀區域可以為對應設置感測層的區域。於此要特別說明的是，圖1及圖2僅示例性地繪示感測結構13的幾何形狀，其可依實際所需調整設計。

以下將著重描述微機電感測裝置1的各層體之間沿著基板11的方向(法向量)上的堆疊關係。請參考圖3，圖3係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置沿圖2截線A-A’的剖面示意圖。

如圖3所示，微機電感測裝置1的多個支撐結構12的每一者設置於基板11上，且可以為導電材質的實心柱體。每一支撐結構12具有分別位於兩相反端的一支撐底面121及一支撐頂面122，其中支撐底面121連接於基板11。感測結構13受支撐結構12的支撐頂面122支撐並設置於基板11上方。基板11例如為矽基板，可以包含一讀取電路層111，其中讀取電路層111可包含讀取晶片(Readout integrated circuit，ROIC)。支撐結構12可為導電材質，特別是可為鎢(tungsten)金屬，使得支撐結構12可以直接電性連接於電極層132及讀取電路層111。支撐結構12較佳具有小的傾斜角度，更佳為大致垂直於基板11，藉此可以具有小的佔地面積，使得感測結構13的懸浮高度容易被控制。

感測結構13包含一第一介電層131、一電極層132、一感測層133以及一第二介電層134。第一介電層131具有一介電頂面1310，所述介電頂面1310與支撐結構12的支撐頂面122共平面。電極層132設置於第一介電層131上，且直接接觸支撐結構12。感測層133設置於第一介電層131上且朝基板11的方向的投影不重疊於支撐結構12。透過兩層具有相同材質的第一介電層131及第二介電層134相對於電極層132及感測層133設置，感測結構13可具有形成應力平衡的效果，維持微機電感測裝置1整體高度的均勻程度。特別是在支撐結構12處，第一介電層131及第二介電層134可以電極層132為軸大致對稱，提供更佳的應力平衡效果。另需要注意的是，圖3示例性地繪示電極層132設置於感測層133上，然於其他實施例中，感測層133可以設置於電極層132上，也就是說，本案對於電極層132與感測層133的堆疊順序不予限制。第二介電層134設置於電極層132及感測層133上，其中第一介電層131及第二介電層134的材質相同。

進一步來說，第一介電層131及第二介電層134可同為單一材料層或複合材料層。於以複合材料層實現第一介電層131及第二介電層134的實施例中，第一介電層131包含多個第一子層，第二介電層134包含多個第二子層，且第一子層沿堆疊方向的材質組成同於該些第二子層沿堆疊方向的相反方向的材質。所述堆疊方向可以指第一介電層131、電極層132及第二介電層134的堆疊方向。優選地，第一介電層131與第二介電層134可具有相同的厚度以形成對稱結構。

感測結構13的材質可以根據應用而調整。以紅外光感測以量測溫度之應用為例，第一介電層131與第二介電層134各為紅外光吸收層，可同由二氧化矽或/及氮化矽組成。電極層132的材質可例如為氮化鈦(TiN)。感測層133可為隨溫度改變電阻的材質。透過上述結構，此實施例的第一介電層131及第二介電層134吸收目標物發出的紅外光並改變溫度，感測層133之溫度發生改變後其電阻值隨之改變，讀取電路層111再透過具導電材質的支撐結構12及電極層132讀取到電阻值變化後將訊號轉換為對應的溫度變化，以達到溫度感測之功能。

優選地，微機電感測裝置1不包含除了第一介電層131及第二介電層134以外的介電層。另外，多個支撐結構12的每一者之位於基板11與第一介電層131之間的部分較佳為不受非導電材質包覆。上述結構設計中的任一者可以使得製程變得更簡化並提升良率。

請參考圖4，圖4係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置的製造方法的流程圖。如圖4所示，微機電感測裝置的製造方法包含，步驟S1：於一基板上形成一犧牲層；步驟S2：於犧牲層上形成一第一介電層；步驟S3：於犧牲層及第一介電層嵌入多個支撐結構，使多個支撐結構的每一者的一支撐底面連接於基板，使多個支撐結構的支撐頂面與第一介電層的一介電頂面共平面，其中支撐底面與支撐頂面分別位於兩相反端；步驟S4：於第一介電層上形成一電極層及一感測層，其中電極層直接接觸多個支撐結構，且感測層朝基板方向的投影不重疊於多個支撐結構；步驟S5：於電極層及感測層上形成一第二介電層，其中第二介電層與第一介電層的材質相同；以及步驟S6：於第一介電層、電極層及第二介電層開孔以釋放犧牲層。

請結合圖4參照圖5，圖5係依據圖4中步驟S1及S2所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。在步驟S1中，可先準備包含一讀取電路層111的基板11，並於基板11的讀取電路層111上形成一犧牲層14，其中讀取電路層111可透過標準互補式金屬氧化物半導體(Complementary metal oxide semiconductor，CMOS)製程程序形成於基板11，且讀取電路層中可設置有讀取晶片1111。上述形成的犧牲層14的厚度可以為1.4微米至2.5微米，其中犧牲層14的材料可例如但不限制為非晶矽(Amorphous silicon)材料，且其形成方法可採用沉積製程。在步驟S2中，可於犧牲層14上以沉積製程形成第一介電層131。在作為紅外光感測元件的微機電感測裝置中，第一介電層131將作為下層輻射吸收層。

請結合圖4參照圖6及圖7，圖6及圖7係依據圖4中步驟S3所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。在步驟S3中，可包含：於犧牲層14及第一介電層131形成至少一貫通孔15；於至少一貫通孔15中沉積一材料；以及以第一介電層131的介電頂面1310為停止面進行平坦化製程以移除部分所述材料。上述貫通孔15可透過蝕刻製程形成，其中蝕刻製程停止於讀取電路層111的讀取晶片1111的最上層。透過步驟S3，可將支撐結構12的材料(特別為導電材料，例如鎢金屬)沉積於貫通孔15中，使支撐結構12電性連接於基板11的讀取電路層111的讀取晶片1111，並以第一介電層131的介電頂面1310為停止面進行化學平坦化(Chemical mechanical polishing，CMP)製程去除多餘材料並停止在第一介電層131的介電頂面1310，以使支撐結構12的支撐頂面122與第一介電層131的介電頂面1310共平面。

請結合圖4參照圖8，圖8係依據圖4中步驟S4及S5所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。在步驟S4中，可於第一介電層131及支撐結構12上形成一電極層132及一感測層133，其中電極層132直接接觸支撐結構12，且感測層133朝基板11的方向的投影不重疊於支撐結構12。需要注意的是，圖8示出感測層133被沉積於電極層132之上的例子，不過於其他實施例中，感測層133也可被沉積於第一介電層131之上且於電極層132之下。在步驟S5中，可於電極層132及感測層133上形成一第二介電層134，其中第二介電層134與第一介電層131的材質相同。需要注意的是，雖然圖8的第二介電層134的上表面被呈現為平坦的形式，但本案不限於此，例如第二介電層134於對應於感測層133的位置可向上凸起而具有較高的高度。至此，可於支撐結構12上以兩相同材質的第一介電層131及第二介電層134形成包覆支撐頂面的膜層結構，確保懸浮時結構穩定、不變形。電極層132與支撐結構12直接相接，無需額外金屬層。

請結合圖4參照圖9及圖10，圖9及圖10係依據圖4中步驟S6所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。在步驟S6中，可於第一介電層131、電極層132及第二介電層134先定義並蝕刻紅外光感測裝置(微機電感測裝置)的外型，包含細長型通道、輻射吸收面等，以形成開孔16。接著，再透過蝕刻去除犧牲層14，使紅外光感測裝置(微機電感測裝置)的感測結構13懸浮。

優選地，在上述微機電感測裝置的製造方法的流程中，可不包含形成第一介電層131及第二介電層134以外的介電層，以保持包覆支撐頂面的膜層結構，確保懸浮時結構穩定、不變形，並簡化製程。於上述流程中，第一介電層131及第二介電層134可各為一紅外光吸收層，且感測層133為隨溫度改變電阻的材質。支撐結構12為導電材質，具體可為鎢金屬，且支撐結構12為實心柱體，且所述製造方法不包含於支撐結構12之位於基板11與第一介電層131之間的部分包覆非導電材質。

請參考圖11，圖11係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的結構示意圖。如圖11所示，第一介電層131包含多個第一子層1311、1312及1313，第二介電層134包含多個第二子層1341、1342及1343，且所述多個第一子層1311、1312及1313沿一堆疊方向D的材質組成同於所述多個第二子層1341、1342及1343沿堆疊方向D的相反方向的材質組成。也就是說，第一子層1311與第二子層1341的材質相同；第一子層1312與第二子層1342的材質相同；第一子層1313與第二子層1343的材質相同。具體而言，第一子層1311與第二子層1341的材質可為二氧化矽；第一子層1312與第二子層1342的材質可為氮化矽；第一子層1313與第二子層1343的材質可為二氧化矽。透過上述的複合膜層，可使提升介電層對於紅外光的吸收率。在此實施例中，第一子層1311與第二子層1341的材料相同(二氧化矽)，且第一子層1311與第二子層1341的材料相同(二氧化矽)，但本案不限於此。另外，在此實施例中，第一子層1311與第二子層1341的厚度大致相同(例如40奈米)；第一子層1312與第二子層1342的厚度大致相同(例如165奈米)；第一子層1313與第二子層1343的厚度大致相同(例如40奈米)。此材料以及厚度對稱的結構可使複合膜層的應力平衡，保持感測結構穩定。

請參考圖12a至圖12e，圖12a至圖12e示出了本發明的微機電感測裝置的支撐結構的多種實施態樣。在此實施例中，作為支撐結構的金屬柱於訊號溝通上用於導通下方連接的讀取電路層與上方的感測層，以讀取電阻值變化。透過上述平坦化以及包覆結構的設計，金屬柱的支撐頂面(上表面)及輻射吸收面(第二介電層之上表面)均為平坦面(高低差小於2奈米)，符合CMOS製程需求。本案的製程可避免結構高低差，造成薄膜沉積不均勻，或是光阻、製程副產物等的殘留。本案的製程的薄膜堆疊包覆金屬柱的上端，亦增強懸浮結構的強度。

圖12a示出了具有矩形截面的金屬柱的排列方向與細長型通道大致相互垂直的支撐結構12以及周遭的感測結構13。圖12b示出了具有矩形截面的金屬柱的排列方向與細長型通道大致相互平行的支撐結構12以及周遭的感測結構13。圖12c示出了具有小面積(1微米乘上1微米)的正方形截面的金屬柱的支撐結構12，特別適用於元件整體尺寸較小的情形。圖12d及圖12e示出了具有複數金屬柱的支撐結構12以及周遭的感測結構13，其中圖12d的支撐結構12於一角包含兩個金屬柱，圖12e的支撐結構12於一角包含六個金屬柱。此複數金屬柱的支撐結構12特別適用於使元件在特定打線頻率下仍能保持較穩定的整體結構。

請參考圖13及圖14，圖13係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的剖面示意圖，圖14係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的立體結構示意圖。如圖13及圖14所示，包含基板11、支撐結構12及感測結構13的微機電感測裝置1’可更包含一封裝上蓋17，覆蓋於感測結構13與支撐結構12共同形成的一感測陣列SA上方，且與基板11之間密封形成一容置空間S，其中，封裝上蓋17之面向容置空間S的一內表面及相對於該內表面的一外表面中的至少一者上具有多個柱狀結構171。

在本實施例中感測結構13是由陣列排列的多個感測單元130構成；每一感測單元130都包括部分的第一介電層、部分的第二介電層、部分的電極層及部分的感測層。感測單元130與支撐結構12共同形成感測陣列SA。

在本實施例中，微機電感測裝置1的結構與圖1的微機電感測裝置1可基本相同。封裝上蓋17的材料可為透紅外光材料，如矽材料。封裝上蓋17可透過金屬接合方式覆蓋於感測陣列SA上方，且與基板11之間形成一容置空間S。在本例中，封裝上蓋17的相對於所述內表面的一外表面中上具有多個柱狀結構171，然而在其他實施例中，也可以是封裝上蓋17的內表面上具有多個柱狀結構，或內表面及外表面上皆具有多個柱狀結構，本案不限於此。多個柱狀結構171可具有不同尺寸，例如由寬到窄的柱狀結構171a、171b、171c、171d可沿著封裝上蓋17的半徑方向產生週期性排列，但不限於此。

特別來說，封裝上蓋17係以晶圓級封裝(wafer level packaging, WLP)技術對微機電感測裝置1’進行封裝，且容置空間S可為一真空空間。如此，本案透過在晶圓級封裝的封裝上蓋17上形成用於成像的多個柱狀結構，可避免將體積較大的額外的透鏡組與感測裝置進行封裝整合，達成使整體微機電感測裝置1’的尺寸達到微縮化之效果。

請參考圖15，圖15係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的製造方法的流程圖。如圖15所示，微機電感測裝置的製造方法於前述步驟S6之後可更包含：步驟S7：提供一封裝上蓋；步驟S8：於所述封裝上蓋的一內表面及相對於所述內表面的一外表面中的至少一者上蝕刻多個柱狀結構；以及步驟S9：將所述封裝上蓋覆蓋於所述感測陣列上方，且使所述封裝上蓋與所述共同基板之間密封形成一容置空間。

請結合圖15參考圖16至圖20，圖16至圖20係依據圖15中步驟S6至S9所繪示的微機電感測裝置的製造過程中的狀態示意圖。如圖16所示，在步驟S6中，經過釋放犧牲層後可形成微機電感測裝置1’的未封裝部分，其中感測結構13的多個感測單元130形成一感測陣列。基板11可為一晶圓，且基板11可設置於一電路板PCB上。如圖17所示，在步驟S7中，可以提供一封裝上蓋17。如圖18所示，在步驟S8中，可以於封裝上蓋17的一內表面及相對於所述內表面的一外表面中的至少一者上蝕刻多個柱狀結構171。如圖19所示，在步驟S9中，可以將封裝上蓋17覆蓋於所述感測陣列上方，且使封裝上蓋17與基板11之間密封形成一容置空間，其中，所述內表面係面向所述容置空間。具體而言，封裝上蓋17的上蓋連接部172a、172b可透過金屬接合方式彼此結合形成連接部172，以密封形成一容置空間。

特別來說，蝕刻形成多個柱狀結構的步驟S8和進行晶圓級封裝的步驟S9的執行順序可以對調。舉例而言，圖18描述在封裝上蓋17的內表面上形成多個柱狀結構171的實施例，此時可以先進行蝕刻再進行封裝。在另一例子中，若欲在封裝上蓋17的外表面上形成多個柱狀結構，則可先進行封裝再進行蝕刻。或者，如圖20的例子所示，若欲同時在封裝上蓋17的外表面及內表面上都形成多個柱狀結構171，則可先對封裝上蓋17的內表面進行蝕刻、再封裝，接著再對封裝上蓋17的外表面進行蝕刻。

上述以蝕刻形成柱狀結構的方式具體可透過乾式蝕刻或濕式蝕刻實現，本案不多加限制。以下示例性描述形成多個柱狀結構在設計上需要考慮的幾何參數以滿足成像需求，然本案不以此為限。請參考關係式(1)，關係式(1)描述封裝上蓋的表面上各個位置設置的柱狀結構於成像平面(感測陣列)上產生的相位差的公式。在關係式(1)中，∆𝜑為相位差，為入射光波長，r為該柱狀結構距離中心點的距離，f為多個柱狀結構的成像焦距。

關係式(1)：

從關係式(1)可以得出，位於不同位置(r不同)的柱狀結構會產生不同的相位差(∆𝜑)。進一步，根據這些不同位置的柱狀結構所具有的不同的相位差，可決定這些不同位置的柱狀結構的幾何尺寸。請參考圖21，圖21依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的柱狀結構的尺寸與相位角之間的關係圖表。圖21之圖表係根據形狀為「長方柱體」的柱狀結構的柱寬與相位角之間的關係。在其他實施例中，也可以取得其他形狀之柱狀結構的尺寸與相位角之間的關係，本案不限於此。如圖21所示，其描繪了柱高(H)在分別為9.8、10、10.2微米的三種情況下，柱寬與相位角之間的關係。根據本圖表以及上述關係式(1)，可以決定不同位置的柱狀結構的幾何尺寸，即，所述多個柱狀結構的每一者的尺寸可根據所述成像焦距(f)及所述位置(r)決定。

舉例而言，圖19的柱狀結構是包括四種不同柱寬的柱狀結構171a、171b、171c、171d，排列構成-至的相位差週期，距離原點O最近的相位差週期由2個柱狀結構171a、1個柱狀結構171b、2個柱狀結構171c及1個柱狀結構171d構成；接著，距離原點次遠的相位差週期，是由柱狀結構171a、柱狀結構171b、柱狀結構171c及柱狀結構171d各一個構成；最後，距離原點最遠的相位差週期則是由柱狀結構171a、柱狀結構171c及柱狀結構171d各一個構成；因此距離原點O越遠則構成單一相位差週期的長度越短，換言之，距離原點O較遠的相位差週期內，柱狀結構在較窄的範圍內排列，柱狀結構的數量可能較少，或者相位差週期內的柱狀結構的柱寬種類較少。大致而言，基於上述關係式(1)，隨著柱狀結構的位置偏離中心點越多(r越大)，其柱狀結構的尺寸變化可以越加劇烈。本實施例是以微機電感測裝置1’的幾何中心為原點O，但原點可依據需求有不同的位置設計，不以幾何中心為限。

藉由上述結構，本案所揭示的微機電感測裝置透過兩層具有相同材質的介電層相對於電極層及感測層設置，可具有應力平衡的效果，維持整體高度的均勻程度。本案所揭示的微機電感測裝置的製造方法可以提供簡化的製程，藉此可降低生產困難度，提升晶片的製作良率。另外，透過採用金屬材質製成且不被額外介電材料包覆的支撐結構，可在支撐用途以外，用於導通電極層與基板中的讀取晶片以作為讀取訊號通道。以複合材質形成的介電層亦可提升紅外光吸收率。本案所揭示的微機電感測裝置的製造方法，透過將支撐結構的支撐頂面與第一介電層的介電頂面設置為共平面的平坦化設計製程，可降低生產困難度，提升晶片的製作良率。本案所揭示的微機電感測裝置及其製造方法可利用晶圓級封裝技術進行封裝，並在封裝上蓋的表面蝕刻多個柱狀結構，以調製入射光波前相位並成像於感測結構形成的感測陣列，而無需額外加裝光學透鏡。如此，可避免將體積較大的透鏡組與感測裝置進行封裝整合，達成使整體光學影像感測器的尺寸達到微縮化之效果。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1,1’:微機電感測裝置 11:基板 111:讀取電路層 1111:讀取晶片 12:支撐結構 121:支撐底面 122:支撐頂面 13:感測結構 130:感測單元 131:第一介電層 1310:介電頂面 1311,1312,1313:第一子層 132:電極層 133:感測層 134:第二介電層 1341,1342,1343:第二子層 14:犧牲層 15:貫通孔 16:開孔 17:封裝上蓋 171、171a、171b、171c、171d:柱狀結構 172:連接部 172a,172b:上蓋連接部 SA:感測陣列 A-A’:截線 D:方向 O:原點 PCB:電路板 S1-S6,S7-S9:步驟

圖1係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置的立體結構圖。 圖2係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置的上視圖。 圖3係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置沿圖2截線A-A’的剖面示意圖。 圖4係依據本發明一實施例所繪示的微機電感測裝置的製造方法的流程圖。 圖5係依據圖4中步驟S1及S2所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。 圖6及圖7係依據圖4中步驟S3所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。 圖8係依據圖4中步驟S4及S5所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。 圖9及圖10係依據圖4中步驟S6所繪示的微機電感測裝置的狀態示意圖。 圖11係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的結構示意圖。 圖12a至圖12e示出了本發明的微機電感測裝置的支撐結構的多種實施態樣。 圖13係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的剖面示意圖。 圖14係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的立體結構示意圖。 圖15係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的製造方法的流程圖。 圖16至圖20係依據圖15中步驟S6至S9所繪示的微機電感測裝置的製造過程中的狀態示意圖。 圖21係依據本發明另一實施例所繪示的微機電感測裝置的柱狀結構的尺寸與相位角之間的關係圖表。

11:基板

111:讀取電路層

12:支撐結構

121:支撐底面

122:支撐頂面

13:感測結構

131:第一介電層

1310:介電頂面

132:電極層

133:感測層

134:第二介電層

Claims (18)

1. 一種微機電感測裝置，包含： 一基板； 數個支撐結構，設置於該基板上，並該些支撐結構的每一者具有分別位於兩相反端的一支撐底面及一支撐頂面，該支撐底面連接該基板；以及 一感測結構，受該些支撐結構支撐並設置於該基板上方，且該感測結構包含： 一第一介電層，具有一介電頂面，該介電頂面與該些支撐結構的每一者的該支撐頂面共平面； 一電極層，設置於該第一介電層上，且直接接觸該些支撐結構； 一感測層，設置於該第一介電層上且朝該基板的方向的投影不重疊於該些支撐結構；以及 一第二介電層，設置於該電極層及該感測層上，其中該第一介電層與該第二介電層的材質相同， 其中該些支撐結構為導電材質，電性連接於該電極層。
2. 如請求項1所述的微機電感測裝置，其中該第一介電層包含多個第一子層，該第二介電層包含多個第二子層，且該些第一子層沿一堆疊方向的材質組成同於該些第二子層沿該堆疊方向的相反方向的材質組成。
3. 如請求項1所述的微機電感測裝置，不包含該第一介電層及該第二介電層以外的介電層。
4. 如請求項1所述的微機電感測裝置，其中該第一介電層及該第二介電層各為一紅外光吸收層，且該感測層為隨溫度改變電阻的材質。
5. 如請求項1所述的微機電感測裝置，其中該些支撐結構的每一者為實心柱體，且該些支撐結構的每一者之位於該基板與該第一介電層之間的部分不受非導電材質包覆。
6. 如請求項1所述的微機電感測裝置，其中該感測結構與該些支撐結構形成一感測陣列，且該微機電感測裝置更包含： 一封裝上蓋，覆蓋於該感測陣列上方，且與該基板之間密封形成一容置空間， 其中，該封裝上蓋之面向該容置空間的一內表面及相對於該內表面的一外表面中的至少一者上具有多個柱狀結構。
7. 如請求項6所述的微機電感測裝置，其中該容置空間為一真空空間。
8. 如請求項6所述的微機電感測裝置，其中該些柱狀結構具有一焦距，該些柱狀結構的每一者具有一位置，且該些柱狀結構的每一者的尺寸係根據該焦距及該位置決定。
9. 如請求項6所述的微機電感測裝置，其中該封裝上蓋之該內表面及該外表面上皆具有該些柱狀結構。
10. 一種微機電感測裝置的製造方法，包含： 於一基板上形成一犧牲層； 於該犧牲層上形成一第一介電層； 於該犧牲層及該第一介電層嵌入數個支撐結構，使該些支撐結構的每一者的一支撐底面連接於該基板，且使該些支撐結構的每一者的一支撐頂面與該第一介電層的一介電頂面共平面，其中該支撐底面與該支撐頂面分別位於兩相反端，其中該些支撐結構為導電材質； 於該第一介電層上形成一電極層及一感測層，其中該電極層直接接觸該些支撐結構，且該感測層朝該基板方向的投影不重疊於該些支撐結構， 於該電極層及該感測層上形成一第二介電層，其中該第二介電層與該第一介電層的材質相同；以及 於該第一介電層、該電極層及該第二介電層開孔以釋放該犧牲層。
11. 如請求項10所述的微機電感測裝置的製造方法，其中於該犧牲層嵌入該些支撐結構，使該些支撐結構的每一者的該支撐底面連接於該基板，且使該些支撐結構的每一者的與該支撐底面位於相反端的該支撐頂面與該第一介電層的該介電頂面共平面包含： 於該犧牲層及該第一介電層形成至少一貫通孔； 於該至少一貫通孔中沉積一材料；以及 以該第一介電層的該介電頂面為停止面進行平坦化製程以移除部分該材料。
12. 如請求項10所述的微機電感測裝置的製造方法，其中於該犧牲層上形成該第一介電層包含於該犧牲層上沿一堆疊方向形成多個第一子層，於該電極層及該感測層上形成該第二介電層包含於該電極層及該感測層上沿該堆疊方向形成多個第二子層，且該些第一子層沿一堆疊方向的材質組成同於該些第二子層沿該堆疊方向的相反方向的材質組成。
13. 如請求項10所述的微機電感測裝置的製造方法，不包含形成該第一介電層及該第二介電層以外的介電層。
14. 如請求項10所述的微機電感測裝置的製造方法，其中該第一介電層及該第二介電層各為一紅外光吸收層，且該感測層為隨溫度改變電阻的材質。
15. 如請求項10所述的微機電感測裝置的製造方法，其中該些支撐結構的每一者為實心柱體，且該製造方法不包含於該些支撐結構的每一者之位於該基板與該第一介電層之間的部分包覆非導電材質。
16. 如請求項10所述的微機電感測裝置的製造方法，更包含： 提供一封裝上蓋； 於該封裝上蓋的一內表面及相對於該內表面的一外表面中的至少一者上蝕刻多個柱狀結構；以及 將該封裝上蓋覆蓋於一感測陣列上方，且使該封裝上蓋與該基板之間密封形成一容置空間，其中，該內表面係面向該容置空間。
17. 如請求項16所述的微機電感測裝置的製造方法，其中具有一焦距，該些柱狀結構的每一者具有一位置，且該些柱狀結構的每一者的尺寸係根據該焦距及該位置決定。
18. 如請求項16所述的微機電感測裝置的製造方法，其中該容置空間為一真空空間。