本申請(qǐng)為2013年10月14日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?01310478753.9的、發(fā)明名稱為“具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件，特別是其中構(gòu)成微機(jī)電結(jié)構(gòu)的最上金屬層具有多個(gè)獨(dú)立金屬段、及/或其中構(gòu)成微機(jī)電結(jié)構(gòu)的最下金屬層具有連續(xù)結(jié)構(gòu)的微機(jī)電元件。

背景技術(shù)：

參照?qǐng)D1，其中顯示一現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電元件10的示意圖，其可作為一定子(stator)或一動(dòng)子(rotor)。微機(jī)電元件10包含微機(jī)電結(jié)構(gòu)101和電訊號(hào)傳遞線路102，其中微機(jī)電結(jié)構(gòu)101產(chǎn)生電訊號(hào)，通過電訊號(hào)傳遞線路102來傳遞。當(dāng)微機(jī)電元件10為定子時(shí)，微機(jī)電結(jié)構(gòu)101例如可通過固定結(jié)構(gòu)103而連接至基板sub，當(dāng)微機(jī)電元件10為動(dòng)子時(shí)，則微機(jī)電結(jié)構(gòu)101例如可通過撓性結(jié)構(gòu)(例如彈簧，未示出)來連接。微機(jī)電元件10例如可利用cmos半導(dǎo)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(gòu)成所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電元件10有以下的結(jié)構(gòu)特征：1.最上金屬層mt為連續(xù)的結(jié)構(gòu)。2.電訊號(hào)傳遞線路102使用第一金屬層m1的一部份m1s構(gòu)成，因此為了避免訊號(hào)受影響、以及避免在制作和動(dòng)作過程產(chǎn)生沾黏(stiction)等現(xiàn)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(huì)損及微機(jī)電結(jié)構(gòu)101的剛性。

當(dāng)微機(jī)電結(jié)構(gòu)101的剛性不足時(shí)，很容易產(chǎn)生彎翹變形。例如，當(dāng)工作環(huán)境溫度上升時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電元件10會(huì)產(chǎn)生明顯的熱變形以致影響微機(jī)電元件10的功能操作。

詳言之，圖6a顯示圖1中微機(jī)電元件10受熱后的變化，水平軸x為參照?qǐng)D1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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與元件操作的正確性等。

有鑒于此，本發(fā)明即針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件，其可減少因?yàn)闇囟然蚱渌驅(qū)е碌淖冃?，防止黏?stiction)、使結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，且使元件在電訊號(hào)傳遞上有較佳的表現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件，其可減少因?yàn)闇囟然蚱渌驅(qū)е碌淖冃危乐桂ぶ?stiction)、使結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，且使元件在電訊號(hào)傳遞上有較佳的表現(xiàn)。

為達(dá)上述目的，根據(jù)其中一個(gè)觀點(diǎn)，本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件，包含：一微機(jī)電結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)金屬層，具有一最上金屬層，該最上金屬層包含多個(gè)獨(dú)立金屬段；以及一電訊號(hào)傳遞線路，位于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方，其中該微機(jī)電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電訊號(hào)，通過該電訊號(hào)傳遞線路來傳遞；其中，該多個(gè)獨(dú)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(dú)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(shè)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(fā)明的一實(shí)施例中，該具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件更包含一固定結(jié)構(gòu)或一撓性結(jié)構(gòu)，與該微機(jī)電結(jié)構(gòu)連接。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，該固定結(jié)構(gòu)連接于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)側(cè)方。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方、對(duì)應(yīng)于該電訊號(hào)傳遞線路的上方處，具有一挖空區(qū)域。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，該微機(jī)電結(jié)構(gòu)的最低金屬層在對(duì)應(yīng)于該電訊號(hào)傳遞線路的上方處、延伸往該固定結(jié)構(gòu)的方向，為連續(xù)而不斷開。

在上述實(shí)施例中，較佳地，該電訊號(hào)傳遞線路不包含金屬層，而是在金屬層以下的位階中以導(dǎo)電材料走線所構(gòu)成。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，該固定結(jié)構(gòu)連接于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方。

在上述實(shí)施例中，較佳地，該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方、對(duì)應(yīng)于該電訊號(hào)傳遞線路的上方處，具有一挖空區(qū)域，且該挖空區(qū)域相較于該固定結(jié)構(gòu)而言較遠(yuǎn)離該微機(jī)電結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)。

為達(dá)上述目的，根據(jù)另一觀點(diǎn)，本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件，包含：一微機(jī)電結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)金屬層；一固定結(jié)構(gòu)，連接于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)側(cè)方；以及一電訊號(hào)傳遞線路，位于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方，其中該微機(jī)電產(chǎn)生電訊號(hào)，通過該電訊號(hào)傳遞線路來傳遞，其中，該微機(jī)電結(jié)構(gòu)的最低金屬層在對(duì)應(yīng)于該電訊號(hào)傳遞線路的上方處、延伸往該固定結(jié)構(gòu)的方向，為連續(xù)而不斷開，且其中該電訊號(hào)傳遞線路不包含金屬層，而是在金屬層以下的位階中以導(dǎo)電材料走線所構(gòu)成。

為達(dá)上述目的，根據(jù)另一觀點(diǎn)，本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件，包含：一微機(jī)電結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)金屬層；一固定結(jié)構(gòu)，連接于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方；以及一電訊號(hào)傳遞線路，位于該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方，其中該微機(jī)電產(chǎn)生電訊號(hào)，通過該電訊號(hào)傳遞線路來傳遞，其中，該微機(jī)電結(jié)構(gòu)下方、對(duì)應(yīng)于該電訊號(hào)傳遞線路的上方處，具有一挖空區(qū)域，且該挖空區(qū)域相較于該固定結(jié)構(gòu)而言較遠(yuǎn)離該微機(jī)電結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)。

下面通過具體實(shí)施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。

附圖說明

圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電元件；

圖2顯示本發(fā)明一實(shí)施例的具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件；

圖3顯示本發(fā)明一實(shí)施例的具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件；

圖4顯示本發(fā)明一實(shí)施例的具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件；

圖5顯示本發(fā)明一實(shí)施例的具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件；

圖6a～6e分別顯示圖1～5的微機(jī)電元件的變形量；

圖7顯示本發(fā)明一實(shí)施例的具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件。

圖中符號(hào)說明

10、20、30、40、50、70微機(jī)電元件

22挖空區(qū)域

101、201、301、401、501微機(jī)電結(jié)構(gòu)

102、202、302、402、502電訊號(hào)傳遞線路

103、203、303、403、503固定結(jié)構(gòu)

m1第一金屬層

m11第一層獨(dú)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(dú)立金屬段

t1、t2溫度

s導(dǎo)電材料

sub基板

v接觸層

x水平方向

具體實(shí)施方式

有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)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(fā)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(guān)系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。

參照?qǐng)D2，其中為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件20的示意圖。微機(jī)電元件20包含：微機(jī)電結(jié)構(gòu)201和位于微機(jī)電結(jié)構(gòu)201下方的電訊號(hào)傳遞線路202，其中微機(jī)電結(jié)構(gòu)201與其它部份的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生電訊號(hào)，通過電訊號(hào)傳遞線路202來傳遞。微機(jī)電結(jié)構(gòu)201包含多個(gè)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(gè)最上層獨(dú)立金屬段mt1，最上層獨(dú)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(dú)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(shè)置于其中。其余相鄰的多個(gè)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(jī)電元件20借助此設(shè)計(jì)可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，特別為當(dāng)工作溫度上升時(shí)，此設(shè)計(jì)可降低熱變形。

圖6b顯示圖2中微機(jī)電元件20受熱后的變形量，相對(duì)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(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，此外元件在電訊號(hào)傳遞上也有較佳的表現(xiàn)。

此外，圖2的微機(jī)電元件20的設(shè)計(jì)可應(yīng)用于定子或動(dòng)子。當(dāng)應(yīng)用于定子時(shí)，微機(jī)電結(jié)構(gòu)201例如可通過固定結(jié)構(gòu)203而連接至基板sub，當(dāng)應(yīng)用于動(dòng)子時(shí)，則微機(jī)電結(jié)構(gòu)201例如可通過撓性結(jié)構(gòu)(例如彈簧，未示出)來與其它部份連接。固定結(jié)構(gòu)203例如可由多個(gè)金屬層m1-mt和介電層來構(gòu)成；需注意圖標(biāo)僅是舉例，固定結(jié)構(gòu)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(shí)施例中，微機(jī)電結(jié)構(gòu)201的下方、對(duì)應(yīng)于電訊號(hào)傳遞線路202的上方處，設(shè)有一挖空區(qū)域22以構(gòu)成緩沖空間，亦即微機(jī)電結(jié)構(gòu)201的最低金屬層(本實(shí)施例中為m2)在電訊號(hào)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(shí)施例為斷開)。電訊號(hào)傳遞線路202由第一金屬層m1的一部份m1s所構(gòu)成。

參照?qǐng)D3，其中顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的一具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件30的示意圖。與微機(jī)電元件20相較，微機(jī)電元件30主要差異為取消了挖空區(qū)域、而電訊號(hào)傳遞線路302改在接觸層v的位階中以導(dǎo)電材料s走線所構(gòu)成。因電訊號(hào)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(dǎo)電材料走線所構(gòu)成，這增加了緩沖空間，故最低金屬層(本實(shí)施例為第二金屬層m2)在電訊號(hào)傳遞線路302的上方、延伸往固定結(jié)構(gòu)301的方向，可為連續(xù)而不須斷開，如此增加了結(jié)構(gòu)的剛性。所謂“接觸層”，在cmos半導(dǎo)體制程的技術(shù)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(shí)施例的特點(diǎn)為取消挖空區(qū)域，可提升微機(jī)電元件30的強(qiáng)度，進(jìn)而降低熱變形。導(dǎo)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(shí)施例相同地，微機(jī)電元件30的設(shè)計(jì)可應(yīng)用于定子或動(dòng)子。當(dāng)應(yīng)用于定子時(shí)，微機(jī)電結(jié)構(gòu)301例如可通過固定結(jié)構(gòu)303而連接至基板sub，當(dāng)應(yīng)用于動(dòng)子時(shí)，則微機(jī)電結(jié)構(gòu)301例如可通過撓性結(jié)構(gòu)(例如彈簧，未示出)來與其它部份連接。所謂“取消了挖空區(qū)域”，亦可視為微機(jī)電結(jié)構(gòu)301的最下層金屬層m2與固定結(jié)構(gòu)303或撓性結(jié)構(gòu)直接且完全連接。此外，圖2、3實(shí)施例中，微機(jī)電結(jié)構(gòu)的最低金屬層是以第二金屬層m2為例做說明，然而實(shí)施時(shí)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?qǐng)D6c，其中顯示圖3中微機(jī)電元件30受熱后的變形量，相較于圖6a，微機(jī)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(shí)施例中，取消挖空區(qū)域的設(shè)計(jì)也可單獨(dú)存在，而不限于必須搭配不直接相連的最上層獨(dú)立金屬段mt1，亦即圖3實(shí)施例中，微機(jī)電結(jié)構(gòu)301的最上金屬層mt亦可為連續(xù)的一體。

參照?qǐng)D4，根據(jù)另一觀點(diǎn)，本發(fā)明提供一種具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的微機(jī)電元件40，其包含：微機(jī)電結(jié)構(gòu)401、電訊號(hào)傳遞線路402和固定結(jié)構(gòu)403，其中微機(jī)電結(jié)構(gòu)401包含多個(gè)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(gè)最上層獨(dú)立金屬段mt1，最上層獨(dú)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(dú)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(shè)置于其中。其余相鄰的多個(gè)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(shí)施例中，固定結(jié)構(gòu)403非如圖2實(shí)施例般設(shè)置于微機(jī)電結(jié)構(gòu)401的側(cè)方，而是設(shè)置于微機(jī)電結(jié)構(gòu)401的下方，由俯視圖方向視之，固定結(jié)構(gòu)403設(shè)置于微機(jī)電結(jié)構(gòu)401的內(nèi)部。固定結(jié)構(gòu)403包含第一金屬層m1的一部分(第一層獨(dú)立金屬段m11)、介電層、以及將微機(jī)電結(jié)構(gòu)401電連接于基板sub的支持柱(包含第一層獨(dú)立金屬段m11的上方與下方，圖標(biāo)位置僅是舉例，支持柱的位置與數(shù)目可依電性、機(jī)械性和布局的需求來設(shè)計(jì)安排)。微機(jī)電結(jié)構(gòu)401的下方、對(duì)應(yīng)于電訊號(hào)傳遞線路402的上方處，仍然設(shè)有一挖空區(qū)域22以構(gòu)成緩沖空間，但此挖空區(qū)域22或緩沖空間相較于固定結(jié)構(gòu)403而言較遠(yuǎn)離微機(jī)電結(jié)構(gòu)401的中心點(diǎn)(在圖2實(shí)施例中，挖空區(qū)域22或緩沖空間相較于固定結(jié)構(gòu)203而言較靠近微機(jī)電結(jié)構(gòu)201的中心點(diǎn))。

參考圖5，其中顯示另一實(shí)施例的微機(jī)電元件50，與圖4實(shí)施例的差異是：微機(jī)電元件50包含多個(gè)(圖示為兩個(gè)，可為更多個(gè))第一層獨(dú)立金屬段m11或多個(gè)固定結(jié)構(gòu)503。與圖4實(shí)施例相似地，微機(jī)電結(jié)構(gòu)501的下方、對(duì)應(yīng)于電訊號(hào)傳遞線路502的上方處，仍然設(shè)有一挖空區(qū)域22以構(gòu)成緩沖空間，挖空區(qū)域22或緩沖空間相較于固定結(jié)構(gòu)503而言較遠(yuǎn)離微機(jī)電結(jié)構(gòu)501的中心點(diǎn)。

參照?qǐng)D6d、6e，其中顯示圖4中微機(jī)電元件40與圖5中微機(jī)電元件50受熱后的變形量，其不僅優(yōu)于圖6a，相較于圖6b，微機(jī)電元件40、50的熱變形也更加改善。亦即，圖6d、6e顯示微機(jī)電元件的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，因此元件在電訊號(hào)傳遞上也有更佳的表現(xiàn)。

在圖4、5實(shí)施例中，微機(jī)電結(jié)構(gòu)的最低金屬層是以第二金屬層m2為例做說明，然而實(shí)施時(shí)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(jié)構(gòu)403、503可對(duì)應(yīng)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(shí)還包含更上方金屬層的一部分)、介電層、以及將微機(jī)電結(jié)構(gòu)401、501電連接于基板sub的支持柱。

需說明的是，圖4、5實(shí)施例中，使挖空區(qū)域22或緩沖空間相較于固定結(jié)構(gòu)503而言較遠(yuǎn)離微機(jī)電結(jié)構(gòu)501的中心點(diǎn)，此設(shè)計(jì)也可單獨(dú)存在，而不限于必須搭配不直接相連的最上層獨(dú)立金屬段mt1，亦即圖4、5實(shí)施例中，微機(jī)電結(jié)構(gòu)401、501的最上金屬層mt亦可為連續(xù)的一體。

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

以上已針對(duì)較佳實(shí)施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，當(dāng)可在本發(fā)明精神內(nèi)，立即思及各種等效變化。例如，支持柱的數(shù)目與位置、金屬層和介電層的層數(shù)等，都可變化。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為之均等變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。