具有自適應(yīng)性襯底間接合的mems結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有自適應(yīng)性襯底間接合的MEMS結(jié)構(gòu)。公開了一種包含多個(gè)結(jié)合的襯底的MEMS結(jié)構(gòu)和形成該MEMS結(jié)構(gòu)的方法。示例性MEMS結(jié)構(gòu)包括具有底面的第一襯底和具有與第一襯底的底面基本上平行的頂面的第二襯底。第一襯底的底面通過錨固件與第二襯底的頂面連接，從而使得錨固件未延伸穿過第一襯底的底面或第二襯底的頂面。該MEMS結(jié)構(gòu)可以包括接觸第一襯底的底面并且被塑造成至少部分地包圍錨固件的接合層。
【專利說明】具有自適應(yīng)性襯底間接合的MEMS結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及MEMS結(jié)構(gòu)，更具體而言，涉及包含一個(gè)以上的接合襯底的結(jié)構(gòu)以及形成該結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。在IC發(fā)展過程中，功能密度(即每芯片面積上互連器件的數(shù)量)通常增加而幾何尺寸(即使用制造工藝可以做出的最小的元件(或線))降低。通常這種按比例縮小工藝通過提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本而帶來益處。然而，這種按比例縮小也伴隨著包含這些IC的器件的設(shè)計(jì)和制造方面的復(fù)雜度的增加，因此，為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，在器件設(shè)計(jì)方面需要同樣的發(fā)展。
[0003]與功能密度方面的進(jìn)步同時(shí)發(fā)生的是，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件方面的發(fā)展已經(jīng)帶來了尺寸比以前可實(shí)現(xiàn)的尺寸小得多的全新的器件和結(jié)構(gòu)?？梢詷?gòu)造MEMS器件以執(zhí)行各種任務(wù)，包括發(fā)電、光投射、力感應(yīng)、轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)。形成這些器件可能涉及在傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中很少見到的技術(shù)，該技術(shù)可以結(jié)合多個(gè)襯底和各種新穎的工藝和材料。同樣，進(jìn)步取決于器件設(shè)計(jì)和制造方面的不斷發(fā)展。
[0004]僅僅作為一個(gè)實(shí)例，一些MEMS器件包含多個(gè)襯底。取決于如何接合襯底，連接點(diǎn)和連接結(jié)構(gòu)可能實(shí)施嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則。雖然用于接合襯底和形成包含多個(gè)襯底的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)在大體上已經(jīng)是足夠的，但是它們?cè)谒蟹矫嫔胁皇峭耆钊藵M意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種MEMS器件，包括:具有底面的第一襯底；和具有與所述第一襯底的底面基本上平行的頂面的第二襯底，其中所述第一襯底的底面通過錨固件與所述第二襯底的頂面連接，以及其中所述錨固件未延伸穿過所述第一襯底的底面或所述第二襯底的頂面。
[0006]所述的器件還包括接觸所述第一襯底的底面的接合層，其中所述接合層至少部分地包圍所述錨固件。在上述器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述錨固件和所述接合層每一個(gè)都包括
多晶娃。
[0007]在所述的器件中，所述錨固件限定所述第一襯底的懸掛部分。在上述器件的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一襯底的懸掛部分是懸臂式的。
[0008]在所述的器件中，所述第一襯底還具有與所述底面相對(duì)的頂面；電路器件還包括具有與所述第一襯底的頂面基本上平行的底面的第三襯底；其中所述第三襯底的底面通過第二錨固件與所述第一襯底的頂面連接。在上述器件的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第二錨固件包括共晶接合材料。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種形成MEMS器件的方法，包括:接收第一襯底；接收具有一個(gè)或多個(gè)介電層的第二襯底；蝕刻所述一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層以限定凹槽；在所述一個(gè)或多個(gè)介電層上形成接合層，其中形成所述接合層包括形成被所述凹槽限定的錨固件；將所述第一襯底結(jié)合至所述接合層；以及去除所述一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層以釋放所述第一襯底的一部分。
[0010]所述的方法還包括蝕刻所述第一襯底以限定懸掛結(jié)構(gòu)，其中，去除所述一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層釋放所述懸掛結(jié)構(gòu)的一部分。
[0011]在所述的方法中，結(jié)合所述第一襯底包括在所述接合層和所述第一襯底之間形成熔融接合。
[0012]所述的方法還包括:在所述第一襯底上形成襯底連接件；以及通過所述襯底連接件將第三襯底結(jié)合至所述第一襯底。在上述方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，結(jié)合所述第三襯底包括實(shí)施共晶結(jié)合工序以將所述襯底連接件結(jié)合至所述第三襯底。
[0013]所述的方法還包括在將所述第一襯底結(jié)合至所述接合層之前蝕刻所述接合層。在上述方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述蝕刻限定接觸所述第二襯底的釋放部分的阻止件。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成MEMS器件的方法，包括:接收具有底面的第一襯底和具有頂面的第二襯底；以及通過錨固件將所述第一襯底的底面結(jié)合至所述第二襯底的頂面從而使得所述第一襯底的底面與所述第二襯底的頂面基本上平行，其中所述接合包括:蝕刻所述第二襯底的犧牲層以形成蝕刻凹槽；在所述蝕刻凹槽內(nèi)至少部分地形成所述錨固件，其中所述錨固件未延伸穿過所述第一襯底的底面或所述第二襯底的頂面；以及去除所述犧牲層。
[0015]在所述的方法中，去除所述犧牲層建立所述第一襯底的懸掛區(qū)。在上述方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第一襯底的懸掛區(qū)是懸臂式的。
[0016]在所述的方法中，所述結(jié)合還包括將所述第一襯底熔融接合至所述錨固件。
[0017]所述的方法還包括:在所述第一襯底上形成襯底連接件；以及通過所述襯底連接件將第三襯底結(jié)合至所述第一襯底。在上述方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，結(jié)合所述第三襯底包括實(shí)施共晶接合工序以將所述襯底連接件結(jié)合至所述第三襯底。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對(duì)各種部件沒有按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的多方面的MEMS結(jié)構(gòu)的一部分的透視圖。
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明的多方面的形成MEMS元件的方法的流程圖。
[0021]圖3至圖10是根據(jù)本發(fā)明的多方面的經(jīng)歷形成方法的MEMS元件的截面?zhèn)纫晥D。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明大體上涉及MEMS結(jié)構(gòu)，更具體而言，涉及包含一個(gè)以上的接合襯底的結(jié)構(gòu)以及形成該結(jié)構(gòu)的方法。
[0023]為了說明本文的發(fā)明構(gòu)思，以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。在下面描述元件和布置的特定?shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不打算限定。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括其中可以在第一和第二部件之間形成額外的部件，使得第一和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參照數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定所述各種實(shí)施例和/或配制之間的關(guān)系。
[0024]另外，為了便于描述可以在本文中使用空間相對(duì)位置的術(shù)語，例如“在...之下”、“在...下方”、“下”、“在...上方”、“上”等以說明附圖中示出的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(些)元件或部件的關(guān)系。這些空間相對(duì)術(shù)語意圖涵蓋使用或操作中的器件的除了附圖中描繪的方位之外的不同方位。例如，如果附圖中的器件發(fā)生翻轉(zhuǎn)，描述為在其他元件或部件“下方”或“之下”的元件的方向可以被定為在其他元件或部件的“上方”。因此，示例性的術(shù)語“在...下方”可以涵蓋上方和下方兩種方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)并且可以同樣地對(duì)本發(fā)明使用的空間相對(duì)描述符做出相應(yīng)的解釋。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的多方面的MEMS結(jié)構(gòu)的一部分的透視圖。為了簡(jiǎn)明簡(jiǎn)化了圖1。MEMS結(jié)構(gòu)100僅僅是其中兩個(gè)或兩個(gè)以上的襯底被結(jié)合起來的一類MEMS元件的一個(gè)實(shí)例。雖然本發(fā)明通常涉及的是在掛梁結(jié)構(gòu)(suspended beam)的情況下,但是本文公開的原理同樣適用于包含結(jié)合的襯底的其他MEMS結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這些原理的應(yīng)用，而且這些應(yīng)用和結(jié)構(gòu)都被考慮在內(nèi)和提供。
[0026]MEMS結(jié)構(gòu)100是在微加速計(jì)、微陀螺儀、壓力傳感器、開關(guān)、共振器和其他應(yīng)用中出現(xiàn)的典型元件。在示出的實(shí)施例中，由MEMS襯底104形成的掛梁102或懸臂與載體襯底106和電路襯底或覆蓋襯底108連接，其可以包括一個(gè)或多個(gè)金屬布線層。錨固件(anchor) 110和112 (示出的兩種類型)固定和支撐彼此相關(guān)的襯底。在一些實(shí)施例中，錨固件被配置成允許掛梁102相對(duì)于電路襯底108和載體襯底106彎曲。彎曲可以以在電路襯底108的表平面中，遠(yuǎn)離襯底108的表平面，和/或與襯底108的表面平行的方式發(fā)生。在一些實(shí)施例中，在電路襯底108和/或載體襯底106中形成腔114以實(shí)現(xiàn)掛梁102的較大運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，諸如包含彎曲梁102的那些實(shí)施例，錨固件110和112被設(shè)計(jì)和配置成承受由梁102的運(yùn)動(dòng)引起的力和變形。在一些實(shí)施例中，代替將錨固件沉入襯底內(nèi)，錨固件與襯底的平坦表面一起齊平。這種設(shè)計(jì)可以避免襯底蝕刻步驟和CMP步驟。它們還可以避免由蝕刻導(dǎo)致的弱化襯底的完整性，這是電氣故障和結(jié)構(gòu)故障的已知原因。由于襯底未受損，可以放寬設(shè)計(jì)規(guī)則從而帶來新的錨固件形狀和新的MEMS結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)勢(shì)僅僅是示例性的，而且沒有一個(gè)優(yōu)勢(shì)與任何特定的實(shí)施例相關(guān)或是任何特定的實(shí)施例所必需的。
[0027]參照?qǐng)D2至圖10公開了形成MEMS元件的方法以及該元件本身。圖2是根據(jù)本發(fā)明的多方面形成MEMS元件的方法200的流程圖。應(yīng)該理解，可以在方法200之前、期間和之后提供其他步驟，而且對(duì)于該方法的其他實(shí)施例，所描述的一些步驟可以被替換或刪除。圖3至圖10是根據(jù)本發(fā)明的多方面的經(jīng)歷形成方法的MEMS元件300的截面?zhèn)纫晥D。
[0028]參照框202和圖3，接收載體襯底106。載體襯底106用于輔助其他晶圓的加工，并且可以基于機(jī)械剛度、熱力學(xué)相容性、表面質(zhì)量、組成和/或其他特性選擇載體襯底106。載體襯底106可以包括諸如硅或鍺的元素半導(dǎo)體和/或諸如硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、氮化鎵和磷化銦的化合物半導(dǎo)體。其他示例性材料包括合金半導(dǎo)體，諸如碳化硅鍺、磷化砷鎵和磷化銦鎵。載體襯底106可以具有限定在其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)層。在一些實(shí)施例中，襯底層包括外延層。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，襯底包括位于塊狀半導(dǎo)體上面的外延層。其他層狀襯底包括絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底。在一個(gè)這樣的SOI襯底中，襯底106包括通過諸如注氧隔離(SMOX)的工藝形成的埋氧(BOX)層。載體襯底106可以包括非半導(dǎo)體材料，包括鈉鈣玻璃、熔融石英、熔凝石英、氟化鈣(CaF2)和/或其他合適的材料。
[0029]雖然載體襯底106通常被認(rèn)為是在加工過程中使用的支撐件，但是在一些實(shí)施例中，載體襯底106包括在其上形成的一種或多種有源器件。因此,載體襯底106可以包括摻雜區(qū)、柵極結(jié)構(gòu)、隔離結(jié)構(gòu)、互連層和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他有源器件元件。
[0030]載體襯底106可以具有在襯底106上形成的一個(gè)或多個(gè)介電層。在示出的實(shí)施例中，介電層包括內(nèi)介電層302、阻擋介電層304和犧牲介電層306。介電層可以包括諸如氧化硅的氧化物材料；諸如氮化硅或氮氧化硅的含氮材料；非晶碳材料；碳化硅；原硅酸四乙酯(TEOS);其他合適的材料；和/或這些的組合。形成介電層的常用方法包括旋涂沉積、物理汽相沉積(PVD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、高密度等離子體CVD (HDP-CVD)、原子層沉積(ALD)和/或其他合適的沉積工藝。在一實(shí)施例中，介電層是可選擇性蝕刻的。也就是說，可以允許蝕刻第一介電層(例如犧牲介電層306)而不蝕刻第二層(例如阻擋介電層304)?？梢酝ㄟ^為介電層選擇不同的材料實(shí)現(xiàn)選擇性蝕刻能力。例如，可以使用緩沖氫氟酸選擇性地蝕刻氧化硅，而可以使用磷酸選擇性地蝕刻氮化硅。因此，在一實(shí)施例中，內(nèi)介電層302包含氧化硅，阻擋介電層304包含氮化硅，以及犧牲介電層306包含氧化硅。作為另一實(shí)例，相對(duì)于其他可能的電介質(zhì)，灰化可去除電介質(zhì)(ARD)對(duì)灰化工藝(例如，O2灰化，N2灰化或H2灰化)更敏感。因此，介電層可以包含ARD。出于本發(fā)明的目的，蝕刻包括灰化工藝。作為另一實(shí)例，可以通過控制諸如蝕刻時(shí)間或濃度的蝕刻工藝參數(shù)選擇性地蝕刻一些介電材料。
[0031]在框204,蝕刻一個(gè)或多個(gè)介電層。蝕刻可以包括光刻圖案化工藝,其中對(duì)襯底施用光刻膠涂層，曝光和顯影該光刻膠涂層以暴露將被蝕刻的材料部分。光刻工藝可以包括施用光刻膠涂層(例如旋涂涂層)、軟烘、掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影光刻膠、沖洗和干燥(例如硬烘)?？蛇x地，可以用諸如無掩模光刻、電子束寫入和離子束寫入的其他方法實(shí)施、補(bǔ)充或代替光刻工藝。在光刻膠形成和塑造成形之后，利用曝光和顯影的光刻膠蝕刻一個(gè)或多個(gè)介電層。合適的蝕刻工藝包括干法蝕刻、濕法蝕刻和/或其他蝕刻方法(例如反應(yīng)離子蝕刻)。在示出的實(shí)施例中，對(duì)犧牲介電層306進(jìn)行選擇性蝕刻。一些蝕刻區(qū)域(例如蝕刻凹槽308)限定隨后將載體襯底306結(jié)合至另一襯底的錨固件。
[0032]參照框206和圖4，在載體襯底106上形成接合層402。部分接合層402 (諸如形成在蝕刻凹槽308中的部分)可以限定錨固件110。當(dāng)接合層402可以用于隨后的熔融接合工藝時(shí)，可以基于接合性能和機(jī)械完整性選擇接合層402中使用的材料。在錨固件110將形成在載體襯底106上的有源器件電連接至其他襯底上的器件的實(shí)施例中，部分地基于導(dǎo)電性來選擇接合層材料。在一些實(shí)施例中使用的示例性材料是多晶硅，諸如外延生長(zhǎng)的多晶硅(印1-poly)。因此，在一些實(shí)施例中，接合層402包含多晶硅。接合層402可以通過合適的工藝形成并形成為具有任何合適的厚度。形成接合層402的典型工藝包括利用諸如四氯化硅的原料氣的汽相外延(VPE)和利用諸如硅烷的原料氣的CVD工藝。其他合適的技術(shù)包括旋轉(zhuǎn)涂覆、PVD、其他CVD工藝、HDP-CVD和/或ALD。形成接合層402可以包括化學(xué)-機(jī)械拋光/平坦化(CMP)工藝從而為熔融接合創(chuàng)建合適的表面。在一實(shí)施例中，利用CVD工藝形成多晶硅接合層402至其在外介電層(例如在示出的實(shí)施例中的犧牲介電層306)之上具有4μπι的示例性厚度。如圖所示，在對(duì)應(yīng)于錨固件110的區(qū)域中，多晶硅接合層402可以更厚。
[0033]在框208中，參照?qǐng)D5，可以對(duì)接合層402實(shí)施蝕刻。在一些實(shí)施例中，這也包括蝕刻一個(gè)或多個(gè)介電層。蝕刻可以包括光刻圖案化工藝，該工藝可以依次包括施用光刻膠涂層(例如旋涂涂布)、軟烘、掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影光刻膠、沖洗和干燥(例如硬烘)?？蛇x地，可以用諸如無掩模光刻、電子束寫入和離子束寫入的其他方法實(shí)施、補(bǔ)充或代替光刻工藝。在光刻膠形成和塑造成形之后，利用曝光和顯影的光刻膠蝕刻接合層402和(在一些實(shí)施例中)一個(gè)或多個(gè)介電層。合適的蝕刻工藝包括干法蝕刻、濕法蝕刻和/或其他蝕刻方法(例如反應(yīng)離子蝕刻)。在示出的實(shí)施例中，蝕刻工藝形成凹槽502。凹槽502可以用于控制懸掛結(jié)構(gòu)的硬度和/或靈活程度。凹槽502還可以限定諸如懸臂阻止件(例如圖9中示出的懸臂阻止件906)和/或抗黏滯結(jié)構(gòu)(ant1-stiction structures)的MEMS結(jié)構(gòu)。
[0034]參照框210和圖6，MEMS襯底在載體襯底106的對(duì)面與接合層402連接。MEMS襯底104可以包括諸如硅或鍺的元素半導(dǎo)體和/或諸如硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、氮化鎵和磷化銦的化合物半導(dǎo)體。其他示例性材料包括合金半導(dǎo)體，諸如碳化硅鍺、磷化砷鎵和磷化銦鎵。MEMS襯底104可以具有限定在其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)層。在一些實(shí)施例中，襯底層包括外延層。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，襯底包括位于塊狀半導(dǎo)體上面的外延層。其他層狀襯底包括絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底。在一個(gè)這樣的SOI襯底中，MEMS襯底104包括通過諸如注氧隔離(SIMOX)的工藝形成的埋氧(BOX)層。在一些實(shí)施例中，MEMS襯底包含金屬，諸如鋁、銅、鈦、鉭、鎢、鑰、氮化鉭、硅化鎳、硅化鈷、TiN, WN、TiAUTiAlN, TaCN, TaC, TaSiN,金屬合金、其他合適的材料、和/或這些的組合。MEMS襯底104內(nèi)的示例性金屬結(jié)構(gòu)包括金屬跡線、金屬接觸件和金屬層。
[0035]MEMS襯底104通過諸如熔融接合的工藝與接合層402連接。熔融接合利用溫度和壓力結(jié)合半導(dǎo)體材料。例如，在室溫接合工藝中，接合器件迫使MEMS襯底104和載體襯底106結(jié)合在一起。然后進(jìn)行退火工藝以增加接合強(qiáng)度。在另一接合工藝中，熔融接合器對(duì)襯底實(shí)施等離子體處理，對(duì)準(zhǔn)襯底，然后施加力以接合襯底。也可以在該接合工藝之后進(jìn)行退火工藝。在一些示例性實(shí)施例中，多晶硅接合層402與硅、鍺、或硅鍺化合物MEMS襯底104熔融接合。
[0036]參照框212和圖7，通過在MEMS襯底104上形成襯底連接件702開始第二類型的錨固件112。作為錨固件，襯底連接件702預(yù)期結(jié)合一個(gè)或多個(gè)襯底，因此可以基于材料的剛度和其對(duì)由MEMS襯底的運(yùn)動(dòng)引起的應(yīng)力的回彈性來選擇合適的材料。在一些實(shí)施例中，襯底連接件702電連接襯底，因此可以進(jìn)一步基于材料的導(dǎo)電性來選擇合適的材料。作為進(jìn)一步的考慮，在一些實(shí)施例中，襯底連接件702是共晶接合的一部分，因此基于材料形成共晶系統(tǒng)的能力來選擇用于襯底連接件702的材料。共晶接合材料在低于純組分的熔點(diǎn)的溫度下形成合金。在正確選擇接合材料時(shí)，共晶接合具有以下優(yōu)勢(shì):形成的錨固件112具有可預(yù)見的形狀并且在器件上其它地方不存在熔化組分。合適的共晶材料包括化合物形式的銅、金和鋁，諸如AlCu、AlCu/TiN和/或AlCu/Ge。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到其他合適的材料。將所選擇的一種或多種材料施用到MEMS襯底104并且塑造成形以形成襯底連接件702。在一些實(shí)施例中，通過諸如PVD、CVD、HDP-CVD、電鍍、濺射的工藝和/或其他沉積工藝沉積材料，然后進(jìn)行光刻工藝以及蝕刻不用的材料來形成襯底連接件702。剩余的材料形成襯底連接件702。
[0037]參照框214和圖8，可以蝕刻MEMS襯底104以形成諸如掛梁102和支撐柱802的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解，這些僅僅是實(shí)例，并且其他類型的MEMS結(jié)構(gòu)也在預(yù)期范圍內(nèi)并被提供。通常在蝕刻之前先進(jìn)行光刻工藝，光刻工藝保護(hù)MEMS襯底104的不打算進(jìn)行蝕刻的區(qū)域。光刻工藝可以包括施用光刻膠涂層(例如旋涂涂布)、軟烘、掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影光刻膠、沖洗和干燥(例如硬烘)、其他合適的工藝和/或這些的組合。然后使用掩模元件蝕刻MEMS襯底?？蛇x地，可以用諸如無掩模光刻、電子束寫入和離子束寫入的其他合適方法實(shí)施或代替光刻工藝。蝕刻工藝可以包括干法蝕刻、濕法蝕刻和/或其他蝕刻方法(例如反應(yīng)離子蝕刻)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以以其他順序執(zhí)行方法200的一些步驟。例如,在一些實(shí)施例中,在如框212中所公開的形成襯底連接件702之前，如框214中所公開的蝕刻MEMS襯底104。
[0038]參照框216和圖9，從載體襯底106釋放MEMS襯底104。這可以通過選擇性地蝕刻在載體襯底106上形成的一個(gè)或多個(gè)介電層來實(shí)施。在一實(shí)施例中，這包括選擇性地蝕刻犧牲層306。在一些實(shí)施例中，選擇性蝕刻使得某些結(jié)構(gòu)未被蝕刻，諸如錨固件110和/或懸臂阻止件906。如圖所示，釋放MEMS襯底104不一定使MEMS襯底104與載體襯底106斷開連接。這些襯底通過錨固件110保持連接。
[0039]參照?qǐng)D9，可以識(shí)別和描述襯底間錨固件110。與其中錨固件結(jié)構(gòu)延伸至結(jié)合的襯底中的設(shè)計(jì)相比，錨固件110從第一襯底的底部平坦表面902延伸至第二襯底的頂部平坦表面904，表面902和904基本上平行。錨固件110在平坦表面902和904處結(jié)束而不延伸至襯底中。在一些實(shí)施例中，這免除了可能使襯底變差或?qū)е码姎夤收系囊r底蝕刻步驟。在一些實(shí)施例中，這實(shí)現(xiàn)錨固件形狀和放置方面的更大自由。錨固件110可以作為接合層402的一部分形成從而使得接合層402部分地包圍錨固件110。作為接合層402的一部分形成錨固件110可以增加更大的結(jié)構(gòu)完整性并進(jìn)一步增強(qiáng)接合。
[0040]參照框218和圖10，MEMS襯底104和載體襯底106與電路襯底(或覆蓋襯底)108連接。電路襯底108可以包括諸如娃或鍺的元素半導(dǎo)體和/或諸如娃鍺、碳化娃、砷化鎵、砷化銦、氮化鎵和磷化銦的化合物半導(dǎo)體。其他示例性材料包括合金半導(dǎo)體，諸如碳化硅鍺、磷化砷鎵和磷化銦鎵。電路襯底108可以具有限定在其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)層。在一些實(shí)施例中，襯底層包括外延層。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，襯底包括位于塊狀半導(dǎo)體上面的外延層。其他層狀襯底包括絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底。在一個(gè)這樣的SOI襯底中，電路襯底108包括通過諸如注氧隔離(SMOX)的工藝形成的埋氧(BOX)層。電路襯底108可以包括非半導(dǎo)體材料，包括鈉鈣玻璃、熔融石英、熔凝石英、氟化鈣(CaF2)和/或其他合適的材料。
[0041]在多個(gè)實(shí)施例中，電路襯底108具有形成在電路襯底108上的一個(gè)或多個(gè)有源器件。因此，取決于本領(lǐng)域已知的設(shè)計(jì)需求，襯底108可以包括各種摻雜區(qū)(例如P型阱或η型阱)。摻雜區(qū)可以摻雜有P型摻雜物，諸如磷或砷；和/或η型摻雜物，諸如硼或BF2。摻雜區(qū)可以直接形成在襯底上、P阱結(jié)構(gòu)中、N阱結(jié)構(gòu)中、雙阱結(jié)構(gòu)中或利用凸起的結(jié)構(gòu)形成。半導(dǎo)體襯底還可以包括各種有源區(qū)，諸如配置用于N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管器件(稱為NM0S)的區(qū)域和配置用于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管器件(稱為PM0S)的區(qū)域。應(yīng)該理解，可以通過CMOS技術(shù)加工形成有源器件，并因此一些工藝在本文中沒有進(jìn)行詳細(xì)描述。除了有源器件，電路襯底108可以包括一個(gè)或多個(gè)互連層，這些互連層包含連接有源器件的導(dǎo)電跡線。
[0042]電路襯底108可以被塑造成容納MEMS襯底104的一個(gè)或多個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)。例如，在一些實(shí)施例中，電路襯底108包括對(duì)準(zhǔn)以允許掛梁102的較大運(yùn)動(dòng)的腔114。在一些實(shí)施例中，電路襯底108包括被配置成控制圍繞MEMS襯底104的一部分的大氣的腔114。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，腔114維持部分真空圍繞掛梁102。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，腔114維持特定氣體組成圍繞掛梁102。在一些實(shí)施例中，腔114限定出通向在MEMS襯底104上形成的壓力傳感器的室。
[0043]在圖10示出的實(shí)施例中，電路襯底包括互補(bǔ)襯底連接件1002。這種連接件1002可以由選擇用于與襯底連接件702形成共晶接合的材料形成。實(shí)例包括Ge、AlCu、AlCu/TiN和/或AlCu/Ge。因此，在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，框218的連接包括將MEMS襯底104結(jié)合至電路襯底108的共晶接合工藝。在另一個(gè)缺少互補(bǔ)襯底連接件1002的實(shí)施例中，框218的連接包括將襯底連接件702結(jié)合至電路襯底108的材料的共晶接合工藝。作為重新排列方法200的步驟的順序的其他實(shí)例，在一些實(shí)施例中，在框218中公開的接合之后，如框216中所公開的從載體襯底106釋放MEMS襯底104。
[0044]因此，本發(fā)明提供了一種包含結(jié)合的襯底的MEMS結(jié)構(gòu)和形成該結(jié)構(gòu)的方法。在一些示例性實(shí)施例中，MEMS器件包括:具有底面的第一襯底；和具有與第一襯底的底面基本上平行的頂面的第二襯底，其中第一襯底的底面通過錨固件與第二襯底的頂面連接，以及其中錨固件未延伸穿過第一襯底的底面或第二襯底的頂面。在一些這樣的實(shí)施例中，該器件還包括接觸第一襯底的底面的接合層，其中接合層至少部分地包圍錨固件。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，錨固件和接合層每一個(gè)均包括多晶硅。在一些這樣的實(shí)施例中，錨固件限定第一襯底的懸掛部分。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一襯底的懸掛部分是懸臂式的。在一些這樣的實(shí)施例中，第一襯底還具有與底面相對(duì)的頂面；電路器件還包括具有與第一襯底的頂面基本上平行的底面的第三襯底，并且第三襯底的底面通過第二錨固件與第一襯底的頂面連接。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第二錨固件包括共晶接合材料。
[0045]在另一示例性實(shí)施例中，形成MEMS器件的方法包括:接收第一襯底；接收具有一個(gè)或多個(gè)介電層的第二襯底；蝕刻該一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層以限定凹槽；在該一個(gè)或多個(gè)介電層上形成接合層，其中形成接合層包括形成被凹槽限定的錨固件；將第一襯底結(jié)合至接合層；以及去除該一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層以釋放第一襯底的一部分。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，方法還包括蝕刻第一襯底以限定懸掛結(jié)構(gòu)；以及去除該一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層釋放懸掛結(jié)構(gòu)的一部分。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，結(jié)合第一襯底包括在接合層和第一襯底之間形成熔融接合。在一些這樣的實(shí)施例中，方法還包括在第一襯底上形成襯底連接件以及通過襯底連接件將第三襯底結(jié)合至第一襯底。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合第三襯底包括實(shí)施共晶結(jié)合工序以將襯底連接件結(jié)合至第三襯底。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，方法還包括在將第一襯底結(jié)合至接合層之前蝕刻接合層。在又一個(gè)這樣的實(shí)施例中，蝕刻限定接觸第二襯底的釋放部分的阻止件。
[0046]在又一示例性實(shí)施例中，形成MEMS器件的方法包括:接收具有底面的第一襯底和具有頂面的第二襯底；以及通過錨固件將第一襯底的底面結(jié)合至第二襯底的頂面從而使得第一襯底的底面與第二襯底的頂面基本上平行，其中結(jié)合包括:蝕刻第二襯底的犧牲層以形成蝕刻凹槽；至少部分地在蝕刻凹槽內(nèi)形成錨固件，其中該錨固件未延伸穿過第一襯底的底面或第二襯底的頂面；以及去除犧牲層。在一些這樣的實(shí)施例中，去除犧牲層建立第一襯底的懸掛區(qū)。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一襯底的懸掛區(qū)是懸臂式的。在一些這樣的實(shí)施例中，結(jié)合還包括將第一襯底熔融接合至錨固件。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，方法還包括在第一襯底上形成襯底連接件；以及通過襯底連接件將第三襯底結(jié)合至第一襯底。在又一個(gè)這樣的實(shí)施例中，結(jié)合第三襯底包括實(shí)施共晶接合工序以將襯底連接件結(jié)合至第三襯底。
[0047]上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這些等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS器件，包括: 具有底面的第一襯底；和 具有與所述第一襯底的底面基本上平行的頂面的第二襯底， 其中所述第一襯底的底面通過錨固件與所述第二襯底的頂面連接，以及 其中所述錨固件未延伸穿過所述第一襯底的底面或所述第二襯底的頂面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括接觸所述第一襯底的底面的接合層，其中所述接合層至少部分地包圍所述錨固件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述錨固件限定所述第一襯底的懸掛部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件， 其中所述第一襯底還具有與所述底面相對(duì)的頂面； 電路器件還包括具有與所述第一襯底的頂面基本上平行的底面的第三襯底； 其中所述第三襯底的底面通過第二錨固件與所述第一襯底的頂面連接。
5.一種形成MEMS器件的方法，包括: 接收第一襯底； 接收具有一個(gè)或多個(gè)介電層的第二襯底； 蝕刻所述一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層以限定凹槽； 在所述一個(gè)或多個(gè)介電層上形成接合層，其中形成所述接合層包括形成被所述凹槽限定的錨固件； 將所述第一襯底結(jié)合至所述接合層；以及 去除所述一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層以釋放所述第一襯底的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括蝕刻所述第一襯底以限定懸掛結(jié)構(gòu)，其中，去除所述一個(gè)或多個(gè)介電層中的至少一個(gè)介電層釋放所述懸掛結(jié)構(gòu)的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 在所述第一襯底上形成襯底連接件；以及 通過所述襯底連接件將第三襯底結(jié)合至所述第一襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在將所述第一襯底結(jié)合至所述接合層之前蝕刻所述接合層。
9.一種形成MEMS器件的方法，包括: 接收具有底面的第一襯底和具有頂面的第二襯底；以及 通過錨固件將所述第一襯底的底面結(jié)合至所述第二襯底的頂面從而使得所述第一襯底的底面與所述第二襯底的頂面基本上平行，其中所述接合包括: 蝕刻所述第二襯底的犧牲層以形成蝕刻凹槽； 在所述蝕刻凹槽內(nèi)至少部分地形成所述錨固件，其中所述錨固件未延伸穿過所述第一襯底的底面或所述第二襯底的頂面；以及去除所述犧牲層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括: 在所述第一襯底上形成襯底連接件；以及 通過所述襯底連接件將第三襯底結(jié)合至所述第一襯底。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103848390SQ201310067441
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】梁凱智, 李久康, 林宗賢, 李德浩, 朱家驊 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司