防止濕清洗工藝之后的粘滯的微機電系統（mems）結構的制作方法
【專利摘要】提供了用于制造具有犧牲支撐件以防止粘滯的微機電系統(MEMS)結構的方法。實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以在腔體中形成犧牲支撐件。實施熱氧化工藝以氧化犧牲支撐件，并且以形成作為上表面的襯墊并且包括氧化的犧牲支撐件的氧化物層。通過氧化物層將位于載體襯底上方的MEMS襯底接合至載體襯底。實施至MEMS襯底內的第二蝕刻以形成位于腔體上面并且由氧化的犧牲支撐件支撐的可移動塊。實施至氧化物層內的第三蝕刻以橫向地蝕刻氧化的犧牲支撐件和以去除氧化的犧牲支撐件。也提供了具有抗粘滯凸塊的MEMS結構。本發明實施例涉及防止濕清洗工藝之后的粘滯的微機電系統(MEMS)結構。
【專利說明】
防止濕清洗工藝之后的粘滯的微機電系統(MEMS)結構
技術領域
[0001]本發明實施例涉及防止濕清洗工藝之后的粘滯的微機電系統(MEMS)結構。【背景技術】
[0002]已經發現微機電系統(MEMS)器件，諸如加速計、壓力傳感器、和麥克風，廣泛應用于許多現代電子器件中。例如，MEMS加速計通常發現于汽車中(例如，在安全氣囊系統中)、 平板電腦或智能手機中。對于許多應用，MEMS器件電連接至專用集成電路(ASIC)以形成完整的MEMS系統。
【發明內容】
[0003]根據本發明的一些實施例，提供了一種微機電系統(MEMS)結構，包括:載體襯底，限定腔體的下表面，其中，所述載體襯底包括沿著所述下表面布置的第一抗粘滯凸塊和第二抗粘滯凸塊；氧化物層，作為所述載體襯底的上表面及所述腔體的側壁的襯墊；以及 MEMS器件，布置在所述載體襯底上方并且通過所述氧化物層接合至所述載體襯底，其中，所述MEMS器件包括懸置在所述第一抗粘滯凸塊上方的所述腔體中的可移動塊，并且所述可移動塊從所述第二抗粘滯凸塊橫向偏移。
[0004]根據本發明的另一些實施例，提供了一種用于制造微機電系統(MEMS)結構的方法，所述方法包括:實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以在腔體中形成犧牲支撐件； 實施熱氧化工藝以氧化所述犧牲支撐件，并且以形成作為所述上表面的襯墊并且包括氧化的犧牲支撐件的氧化物層；通過所述氧化物層將位于所述載體襯底上方的MEMS襯底接合至所述載體襯底；實施至所述MEMS襯底內的第二蝕刻以形成位于所述腔體上面并且由所述氧化的犧牲支撐件支撐的可移動塊；以及實施至所述氧化物層內的第三蝕刻以橫向地蝕刻所述氧化的犧牲支撐件和以去除所述氧化的犧牲支撐件。
[0005]根據本發明的另一些實施例，還提供了一種微機電系統(MEMS)結構，包括:載體襯底，具有布置在所述載體襯底的上表面內的下腔體，其中，所述載體襯底包括沿著所述下腔體的下表面布置的抗粘滯凸塊;MEMS器件，布置在所述載體襯底上方，其中，所述MEMS器件包括懸置在所述抗粘滯凸塊上方的可移動塊；犧牲阻擋件，布置在所述抗粘滯凸塊和所述可移動塊周圍的所述下腔體的外圍處，并且從所述下腔體的下表面延伸至所述MEMS器件；以及集成電路(1C)，布置在所述MEMS器件上方。【附圖說明】
[0006]當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明的實施例。 應該強調的是，根據工業中的標準實踐，對各種部件沒有按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實際上，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。
[0007]圖1A示出了具有抗粘滯凸塊的微機電系統(MEMS)結構的一些實施例的截面圖。
[0008]圖1B示出了圖1A的MEMS結構的一些實施例的放大的截面圖。
[0009]圖2示出了用于制造MEMS結構的方法的一些實施例的流程圖，MEMS結構具有犧牲支撐件以防止粘滯。
[0010]圖3至圖14示出了根據圖2的方法的處于各個制造階段的MEMS結構的一些實施例的一系列截面圖。【具體實施方式】
[0011]以下公開內容提供了許多用于實現所提供主題的不同特征的不同實施例或實例。 下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發明可在各個實例中重復參考標號和/或字母。該重復是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關系。
[0012] 而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對術語，以便于描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關系。除了圖中所示的方位外，空間相對術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，而在此使用的空間相對描述符可以同樣地作相應的解釋。
[0013]根據用于制造微機電系統(MEMS)器件的一些方法，實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以形成腔體，并且形成作為上表面和腔體的襯墊的介電層。然后通過介電層，將 MEMS襯底熔融接合至載體襯底。此外，實施至MEMS襯底內的第二蝕刻以形成具有位于腔體上面的可移動塊的MEMS器件。在形成可移動塊的情況下，實施清洗工藝(例如，濕清洗工藝)，以去除第二蝕刻的殘留材料。然而，清洗工藝可以導致可移動塊在X，Y，Z方向上粘至鄰近的表面。例如，這樣的粘滯進而降低了約5%的產量。
[0014] 鑒于以上所示，本發明涉及用于制造具有防止粘滯的犧牲支撐件的MEMS器件的方法以及所產生的MEMS結構。根據該方法，實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以形成腔體，并且在腔體中形成犧牲支撐件和犧牲阻擋件。實施熱氧化工藝以氧化犧牲支撐件和犧牲阻擋件，和從而形成內襯于上表面并且包括氧化的犧牲支撐件和氧化的犧牲阻擋件的氧化物層。然后通過氧化物層將MEMS襯底熔融接合到載體，并且實施至MEMS襯底內的第二蝕刻以形成具有位于腔體上面并且由氧化的犧牲支撐件支撐的可移動塊的MEMS器件。在形成可移動塊的情況下，實施清洗工藝以去除來自第二蝕刻的殘留材料。并且實施至位于氧化的犧牲支撐件和氧化的犧牲阻擋件之間的氧化物層內的第三蝕刻。第三蝕刻橫向地蝕刻氧化物層，并且去除氧化的犧牲支撐件和至少部分的氧化的犧牲阻擋件，以釋放可移動塊。
[0015]有利地，在清洗工藝期間，氧化的犧牲支撐件防止可移動塊粘至腔體的下表面，并防止可移動塊在X，Y和Z方向上的其他粘滯。這反過來又提高了產量。此外，氧化的犧牲阻擋件在第三蝕刻期間有利地保護腔體的邊緣周圍的熔融接合。通過在第三蝕刻期間保護熔融接合，進一步提高了產量。甚至更多，熱氧化工藝沿著腔體的下表面在載體襯底中以及在氧化的犧牲支撐件和氧化的犧牲阻擋件下方有利地留下抗粘滯凸塊。在第三蝕刻期間，暴露出這些抗粘滯凸塊，并且隨后用作可移動塊的停止件。抗粘滯凸塊具有在一點處達到頂點的輪廓，并且因此減小了可移動塊粘附和粘滯的可能性。
[0016]參考圖1A，提供了具有抗粘滯凸塊102a、102b的MEMS結構的一些實施例的截面圖100A。將抗粘滯凸塊102a、102b集成至載體襯底104內，并且布置為沿著載體襯底104 的表面106,表面106相對于載體襯底104的上表面108凹進。此外，抗粘滯凸塊102a、102 突出至下腔體110內，下腔體110被限定在載體襯底104上方。抗粘滯凸塊102a、102b包括布置在下腔體110的中心區域內的一個或多個中心抗粘滯凸塊102a，和/或布置在下腔體110的外圍區域處的一個或多個外圍抗粘滯凸塊102b，下腔體110的外圍區域橫向地設置在下腔體110的中心區域和下腔體110的側壁之間。在一些實施例中，中心抗粘滯凸塊 102a是線形(在截面圖100A中不可見)的和平行延伸，和/或外圍抗粘滯凸塊102b是環形的并且布置在中心抗粘滯凸塊l〇2a周圍。如后文中可知，抗粘滯凸塊102a、102b是用于形成MEMS結構的方法的副產物，并且有利地用作停止件以降低載體襯底104的凹進的表面 106和位于下腔體110上面的可移動塊112之間的粘滯。例如，載體襯底104可以是塊狀半導體襯底，諸如塊狀硅襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底。
[0017]介電層114作為下腔體110周圍的載體襯底104的上表面108的襯墊，和布置在下腔體110中的載體襯底104的側壁的襯墊。此外，介電層114作為下腔體110的外圍周圍的載體襯底104的凹進的表面106的襯墊。在一些實施例中，介電層114的厚度為約1微米至約2.5微米。此外，在一些實施例中，該介電層114包括一個或多個犧牲阻擋件116。 犧牲阻擋件116布置在載體襯底104的一個或多個突出件上方，載體襯底104的一個或多個突出件從載體襯底104的凹進的表面106向外延伸。例如，在一些實施例中，該犧牲阻擋件116可以布置在處于下腔體110的外圍處的一個或多個外圍抗粘滯凸塊102b上方。犧牲阻擋件116從載體襯底104的凹進的表面106垂直地延伸至大約與介電層114的上表面 118平齊處。犧牲阻擋件116通常為環形形狀的(在截面圖100A中不可見)和在下腔體 110的外圍周圍延伸。如后文可知，犧牲阻擋件116在制造MEMS結構期間有利地保護介電層114和上面的MEMS器件之間的界面。
[0018]MEMS器件120布置在介電層114和載體襯底104上方，并且通過介電層114接合至載體襯底104。例如，MEMS器件120可以是運動傳感器、壓力傳感器、或麥克風，并且包括 MEMS襯底122。例如，MEMS襯底122可以是塊狀半導體襯底，諸如塊狀硅襯底、SOI襯底或絕緣體上多晶硅(P0I)襯底。在一些實施例中，MEMS襯底122可以包括一個或多個彈簧124 和可移動塊112。彈簧124將可移動塊112連接至MEMS襯底122的外圍區域，并且使可移動塊112懸置在下腔體110和中心抗粘滯凸塊102a上方，中心抗粘滯凸塊102a位于外圍抗粘滯凸塊l〇2b之間(S卩，從而使得可移動塊112自外圍抗粘滯凸塊102b橫向偏移)。在操作中，可移動塊112的偏轉與施加于可移動塊112的諸如運動或聲波的外部刺激成正比， 由此，可以通過測量偏轉來對外部刺激定量。在一些實施例中，使用由可移動塊112支撐的可移動感測電極(未顯示)和鄰近可移動感測電極的固定感測電極(未顯示)之間的電容耦合測量偏轉。
[0019]一個或多個MEMS接合焊盤126和MEMS接合環128布置在MEMS襯底122上方。在一些實施例中，MEMS接合焊盤126和MEMS接合環128布置在MEMS襯底122的相對于可移動塊112的上表面132升高的上表面130上方。MEMS接合環128環繞限定在可移動塊112上方的上腔體134,并且通常環繞MEMS接合焊盤126。MEMS接合焊盤126電連接至導體， 諸如布置在MEMS襯底122內和/或MEMS襯底122下面的可移動感測電極，和/或電路。 MEMS接合環128和MEMS接合焊盤126布置在一個或多個接合層136、138內。例如，接合層136、138可以是鋁、銅、鋁銅或鍺。
[0020]集成電路(1C) 140布置在MEMS器件120和上腔體134上方，并且接合至MEMS器件 120。1C 140支持MEMS操作并且可以是例如專用集成電路(AISC)。1C 140包括布置在1C 140的背側146和1C 140的后段制程(BE0L)金屬化堆疊件148之間的1C 140的1C襯底 144中的器件區142。例如，器件區142包括電子元件(未顯示)，諸如一個或多個晶體管、 電容器、電阻器、電感器和二極管。例如，1C襯底144可以是塊狀半導體襯底或SOI襯底。
[0021]BE0L金屬化堆疊件148包括堆疊在層間介電(ILD)層152內的電介質內金屬化層 150,和布置在ILD層152上的與1C襯底144相對的電介質外金屬化層154。電介質內金屬化層150包括金屬線156,并且電介質外金屬化層154包括一個或多個1C接合焊盤158和 1C接合環160。1C接合焊盤158和1C接合環160通常與MEMS接合焊盤126和MEMS接合環128垂直對準，并且通過MEMS接合焊盤126和MEMS接合環128將IC140接合至MEMS器件120。BE0L金屬化堆疊件148的接觸件162從電介質內金屬化層150延伸至器件區142。 此外，BE0L金屬化堆疊件148的通孔164在電介質內金屬化層150和電介質外金屬化層154 之間延伸以互連金屬化層150、154。例如，ILD層152可以是低k電介質(即，具有小于約 3.9的介電常數的電介質)或氧化物。例如，金屬化層150、154、接觸件162和通孔16可以是錯銅或鍺。
[0022]參考圖1B，提供了圖1A的MEMS結構的一些實施例的放大的截面圖100B。如圖所示，載體襯底104的抗粘滯凸塊102a、102b具有在下腔體110內逐漸變尖細的寬度。例如，抗粘滯凸塊l〇2a、102b可以具有三角形輪廓或半圓形的輪廓。因為抗粘滯凸塊102a、 102b在下腔體110內具有逐漸變尖細的寬度，所以抗粘滯凸塊102a、102b減小了可移動塊112(見圖1A)粘附至其的表面區域，并且因此降低了粘滯的可能性。此外，抗粘滯凸塊 102a、102b具有高度H和寬度％。例如，抗粘滯凸塊102a、102b的高度H可以為約1微米到約2微米，或約1微米到約2.5微米。例如，抗粘滯凸塊102a、102b的寬度1可以為約 2微米到約4微米，或約1微米到約5微米。
[0023]也如圖所示，犧牲阻擋件116布置在相應的抗粘滯凸塊上方并且具有寬度W2。犧牲阻擋件116的寬度W2通常為抗粘滯凸塊102a、102b的寬度W i的約2倍。例如，犧牲阻擋件116的寬度^可以為約4微米到約8微米。
[0024]參考圖2,提供了用于制造具有犧牲支撐件以防止粘滯的MEMS結構的方法的一些實施例的流程圖200。
[0025]在步驟202中，提供載體襯底。
[0026]在步驟204中，實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以在腔體中形成犧牲支撐件和犧牲阻擋件。犧牲阻擋件布置在犧牲支撐件周圍的腔體的外圍處。
[0027]在步驟206中，實施熱氧化工藝以氧化犧牲支撐件和犧牲阻擋件。此外，實施熱氧化工藝以形成內襯于載體襯底的上表面并且包括氧化的犧牲支撐件和氧化的犧牲阻擋件的氧化物層。有利的是，熱氧化工藝沿著腔體的下表面產生抗粘滯凸塊。
[0028]在步驟208中，通過氧化物層將MEMS襯底熔融接合至載體襯底。
[0029]在步驟210中，實施至MEMS襯底內的化學機械拋光(CMP)以減薄MEMS襯底。
[0030]在步驟212中，在MEMS襯底上方形成接合層。[0031 ]在步驟214中，實施至接合層內的第二蝕刻以在MEMS襯底上方形成接合焊盤和接合環。
[0032]在步驟216中，實施至MEMS襯底內的第三蝕刻以凹進接合焊盤和接合環周圍的 MHMS襯底。
[0033]在步驟218中，實施至MEMS襯底內的第四蝕刻以形成MEMS器件，從而包括通過氧化的犧牲支撐件支撐在腔體上方的可移動塊。
[0034]在步驟220中，實施濕清洗工藝以去除來自第四蝕刻的殘留物。有利的是，支撐結構在濕清洗工藝期間固定可移動塊的位置，從而防止在濕清洗工藝期間的在X，Y和Z方向上的粘滯。
[0035]在步驟222中，實施至氧化物層內的第五蝕刻以橫向地蝕刻位于氧化的犧牲阻擋件和氧化的犧牲支撐件之間的氧化物層，并且去除氧化的犧牲支撐件。有利的是，當在橫向地蝕刻掉氧化的犧牲支撐件時，氧化的犧牲阻擋件保護腔體的邊緣周圍的熔融接合。
[0036]在步驟224中，通過接合焊盤和接合環將集成電路共晶接合至MEMS襯底。
[0037]雖然在本文中通過流程圖200描述的方法被示出和描述為一系列的行為或事件， 但是應當理解，所示出的這些行為或事件的順序不應解釋為限制意義。例如，一些行為可以以不同的順序發生和/或與除了本文中示出和/或描述的行為或事件的其他行為或事件同時發生。此外，并非所有示出的行為都是實施本發明的一個或多個方面或本發明的實施例所必須的，并且，可以以一個或多個單獨的行為和/或階段來執行本文中示出的一個或多個方面。
[0038]參考圖3至圖14,提供了處于各個制造階段的MEMS結構的一些實施例的截面圖以示出圖2的方法。雖然結合方法來描述圖3至圖14,但是應當理解，在圖3至圖14中公開的方法不限制于該方法，相反可以單獨地表示獨立于該方法的結構。類似地，雖然結合圖3 至圖14來描述該方法，但是應當理解，該方法不限制于在圖3至圖14中公開的結構，但是相反可以單獨地代表獨立于在圖3至圖14中公開的結構。
[0039]圖3示出了對應于步驟202的一些實施例的截面圖300。如圖所示，提供載體襯底 104’。例如，載體襯底104’可以是塊狀半導體襯底，諸如塊狀硅襯底或SOI襯底。
[0040]圖4示出了對應于步驟204的一些實施例的截面圖400。如圖所示，在載體襯底 104’(見圖3)內實施第一蝕刻以形成下腔體110’，并且以在下腔體110’中形成一個或多個犧牲支撐件402和一個或多個犧牲阻擋件116’。犧牲支撐件402和犧牲阻擋件116’從下腔體110’的下表面106’延伸至下腔體110’內。在一些實施例中，犧牲支撐件402和/ 或犧牲阻擋件116’具有約2微米至約4微米的寬度W3。此外，在一些實施例中，犧牲支撐件402是線形(在截面圖400不可見)的和平行延伸，和/或犧牲阻擋層件116’是環形 (在截面圖400不可見)的并且環繞犧牲支撐件402。犧牲支撐件402通常布置在下腔體 110’的中心區域內，并且犧牲阻擋件116’通常沿著下腔體110’的外圍區域布置，下腔體 110’的外圍區域橫向地設置在下腔體110’的中心區域和下腔體110’的側壁之間。例如， 犧牲阻擋件116’可以包括布置在犧牲支撐件402的相對兩側上的一對犧牲阻擋件。在一些實施例中，犧牲支撐件402和犧牲阻擋件116’中間的間隔的寬度W4為約2微米至約50微米。
[0041]用于實施第一蝕刻的工藝可以包括形成選擇性地掩蔽載體襯底104’的第一光刻膠層404。然后，根據第一光刻膠層404的圖案，將蝕刻劑406應用于載體襯底104’，從而在下腔體110’中形成犧牲支撐件402和犧牲阻擋件116’。在施加蝕刻劑406之后，可以去除第一光刻膠層404。
[0042]圖5示出了對應于步驟206的一些實施例的截面圖500。如圖所示，對MEMS結構實施熱氧化工藝。例如，通過在升高的溫度下將MEMS結構暴露于氧化劑來實施該熱氧化工〇
[0043]熱氧化工藝中氧化剩余的載體襯底104”(見圖4)的暴露區域，包括氧化犧牲支撐件402(見圖4)和犧牲阻擋件116’(見圖4)，以形成氧化物層114’。在一些實施例中，氧化物層114’的厚度為約1微米至約2.5微米。氧化物層114’布置在保留的載體襯底104 上方，作為保留的下腔體110”的襯墊，并且包括氧化的犧牲支撐件402’和氧化犧牲阻擋件 116。通常情況下，熱氧化工藝大約使犧牲支撐件402和犧牲阻擋件116’的寬度加倍。例如，氧化的犧牲支撐件402’和/或氧化的犧牲阻擋件116可以具有約4微米至約8微米的寬度。
[0044]此外，熱氧化工藝形成了位于氧化的犧牲支撐件402’和氧化的犧牲阻擋件116下面的抗粘滯凸塊l〇2a、102b。抗粘滯凸塊102a、102b包括布置在氧化的犧牲支撐件402’下方的保留的下腔體110”的中心處的一個或多個中心抗粘滯凸塊l〇2a。此外，抗粘滯凸塊 102a、102b包括布置在氧化的犧牲阻擋件116下方的保留的下腔體110”的外圍處的一個或多個外圍抗粘滯凸塊l〇2b。抗粘滯凸塊102a、102b具有在保留的下腔體110”內逐漸變尖細的寬度，并且通常具有三角形的輪廓或半圓形的輪廓。在一些實施例中，抗粘滯凸塊 102a、102b具有約1微米到約2微米的高度，和/或具有約2微米到約4微米的寬度。如上所述，抗粘滯凸塊l〇2a、102b有利地用作將形成在抗粘滯凸塊102a、102b上方的可移動塊的停止件。
[0045]圖6示出了對應于步驟208的一些實施例的截面圖600。如圖所示，通常通過熔融接合，通過氧化物層114’將MEMS襯底122’接合至剩余的載體襯底104。例如，MEMS襯底 122’可以是塊狀半導體襯底，諸如塊狀硅襯底、SOI襯底或P0I襯底。
[0046]圖7示出了對應于步驟210的一些實施例的截面圖700。如圖所示，對MEMS襯底 122’(見圖6)實施CMP以減小MEMS襯底122’的厚度。例如，MEMS襯底122’的厚度可以減小至約30微米。在一些實施例中，額外地或可選地實施回蝕刻。
[0047]圖8示出了對應于步驟212的一些實施例的截面圖800。如圖所示，將一個或多個接合層136’、138’堆疊在剩余的MEMS襯底122”上方。可以使用諸如旋涂汽相沉積的沉積工藝來形成一個或多個接合層136’、138’。此外，接合層136’、138’可以由例如鋁、銅、鋁銅或鍺形成。
[0048]圖9示出了對應于步驟214的一些實施例的截面圖900。如圖所示，實施至接合層 136’、138’(見圖8)內的第二蝕刻以在剩余的MEMS襯底122”上方形成一個或多個MEMS 接合焊盤126和MEMS接合環128。MEMS接合環128圍繞保留的下腔體110”，并且通常圍繞 MEMS接合焊盤126。在一些實施例中，MEMS接合焊盤126電連接至布置在剩余的MEMS襯底122”內和/或剩余的MEMS襯底122”下面的導體和/或電路。
[0049]用于實施第二蝕刻的工藝可以包括形成選擇性地掩蔽接合層136’、138’的第二光刻膠層902。然后可以根據第二光刻膠層902的圖案將蝕刻劑904應用于接合層136’、 138’，從而形成MEMS接合焊盤126和MEMS接合環128。在應用蝕刻劑904之后，可以去除第二光刻膠層902。
[0050]圖10示出了對應于步驟216的一些實施例的截面圖1000。如圖所示，實施至剩余的MEMS襯底122”(見圖9)內的第三蝕刻以使位于MEMS接合焊盤126和MEMS接合環128 周圍的剩余的MEMS襯底122”凹進。
[0051]用于實施第三蝕刻的工藝可以包括形成選擇性地掩蔽MEMS接合焊盤126和MEMS 接合環128的第三光刻膠層1002。然后可以根據第三光刻膠層1002的圖案將蝕刻劑1004 應用于剩余的MEMS襯底122”。在應用蝕刻劑1004之后，可以去除第三光刻膠層1002。
[0052]圖11示出了對應于步驟218的一些實施例的截面圖1100。如圖所示，實施至剩余的MEMS襯底122”’(參見圖10)內的第四蝕刻以形成MEMS器件120，MEMS器件120包括通過氧化的犧牲支撐件402’和一個或多個彈簧124支撐在其上方的可移動塊112。有利地， 氧化的犧牲支撐件402’防止可移動塊112在在X，Y或Z方向上進行移動，從而防止粘滯。
[0053]用于實施第四蝕刻的工藝可以包括形成選擇性地掩蔽剩余的MEMS襯底122”’的第四光刻膠層1102。然后可以根據第四光刻膠層1102的圖案將蝕刻劑1104應用于剩余的 MEMS襯底122”’。在應用蝕刻劑1104之后，可以去除第四光刻膠層1102。
[0054]圖12示出了對應于步驟220的一些實施例的截面圖1200。如圖所示，實施清洗工藝以去除來自第四蝕刻的殘留物。清洗工藝通常是濕清洗工藝，并且可以包括例如對MEMS 結構應用濕清洗溶液。有利地，氧化的犧牲支撐件402’防止在清洗工藝期間的可移動塊 112的粘滯。
[0055]圖13示出了對應于步驟222的一些實施例的截面圖1300。如圖所示，通過將位于氧化的犧牲支撐件402’(見圖12)和氧化的犧牲阻擋件116之間的氧化物層114’暴露于蝕刻劑1302來實施至氧化物層114’(見圖12)內的第五蝕刻。通常蝕刻劑1302是蒸氣氫氟酸(VHF)。
[0056]第五蝕刻橫向地蝕刻氧化物層114’以去除氧化的犧牲支撐件402’，并且以暴露位于可移動塊112下面的中心抗粘滯凸塊102a。通過去除氧化的犧牲支撐件402’，可移動塊112被釋放，并變得可移動。此外，第五蝕刻至少部分地去除氧化的犧牲阻擋件116以至少部分地暴露外圍抗粘滯凸塊102b。可以通過控制對氧化的犧牲支撐件402’的蝕刻百分比來控制氧化的犧牲阻擋件116被去除的程度。犧牲氧化的犧牲阻擋件116以保護位于 MEMS器件120和剩余的下腔體110”的邊緣周圍的剩余的載體襯底104之間的接合界面。 這進而可以通過提高MEMS結構的強度而提高產量。
[0057]圖14示出了對應于步驟224的一些實施例的截面圖1400。如圖所示，IC140布置在MEMS器件120上方并且接合至MEMS器件120。通常地，IC140通過MEMS接合焊盤126 和MEMS接合環128共晶接合到MEMS器件120。
[0058]1C 140包括布置在1C 140的背側146和1C 140的后段制程(BE0L)金屬化堆疊件148之間的1C 140的1C襯底144中的器件區142。例如，器件區142包括電子元件(未顯示)，諸如一個或多個晶體管、電容器、電阻器、電感器和二極管。例如，1C襯底144可以是塊狀半導體襯底或SOI襯底。BE0L金屬化堆疊件148包括堆疊在ILD層152內的電介質內金屬化層150，和布置在ILD層152上的與IC襯底144相對的電介質外金屬化層154。BEOL金屬化堆疊件148的接觸件162從電介質內金屬化層150延伸至器件區142。此外，BEOL金屬化堆疊件148的通孔164在電介質內金屬化層150和電介質外金屬化層154之間延伸以互連金屬化層150、154。例如，ILD層152可以是低κ電介質或氧化物。例如，金屬化層150、154、接觸件162和通孔16可以是鋁銅或鍺。
[0059]因此，從上文可以理解，本發明提供了一種MEMS結構。載體襯底限定腔體的下表面。載體襯底包括沿著下表面布置的第一抗粘滯凸塊和第二抗粘滯凸塊。氧化物層作為載體襯底的上表面和腔體的側壁的襯墊。MEMS器件布置在載體襯底上方并且通過氧化物層接合至載體襯底。MEMS器件包括懸置在第一抗粘滯凸塊上方的腔體中的可移動塊，并且可移動塊從第二抗粘滯凸塊橫向偏移。
[0060]在其他實施例中，本發明提供一種制造MEMS結構的方法。實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以在腔體中形成犧牲支撐件。實施熱氧化工藝以氧化犧牲支撐件，并且以形成作為上表面的襯墊并且包括氧化的犧牲支撐件的氧化物層。通過氧化物層將位于載體襯底上方的MEMS襯底接合至載體襯底。實施至MEMS襯底內的第二蝕刻以形成位于腔體上面并且由氧化的犧牲支撐件支撐的可移動塊。實施至氧化物層內的第三蝕刻以橫向地蝕刻氧化的犧牲支撐件和以去除氧化的犧牲支撐件。
[0061]在又其他實施例中，本發明提供了一種MEMS結構。載體襯底具有布置在載體襯底的上表面內的下腔體。載體襯底包括沿著下腔體的下表面布置的抗粘滯凸塊。MEMS器件布置在載體襯底上方。MEMS器件包括懸置在抗粘滯凸塊上方的可移動塊。犧牲阻擋件布置在抗粘滯凸塊和可移動塊周圍的下腔體的外圍處，并且從下腔體的下表面延伸至MEMS器件。IC布置在MEMS器件上方。
[0062]根據本發明的一些實施例，提供了一種微機電系統(MEMS)結構，包括:載體襯底，限定腔體的下表面，其中，所述載體襯底包括沿著所述下表面布置的第一抗粘滯凸塊和第二抗粘滯凸塊；氧化物層，作為所述載體襯底的上表面及所述腔體的側壁的襯墊；以及MEMS器件，布置在所述載體襯底上方并且通過所述氧化物層接合至所述載體襯底，其中，所述MEMS器件包括懸置在所述第一抗粘滯凸塊上方的所述腔體中的可移動塊，并且所述可移動塊從所述第二抗粘滯凸塊橫向偏移。
[0063]在上述MEMS結構中，所述氧化物層包括布置在所述腔體中的犧牲阻擋件，所述犧牲阻擋件從所述可移動塊橫向偏移，并且其中，所述犧牲阻擋件從所述腔體的下表面朝向所述MEMS器件延伸。
[0064]在上述MEMS結構中，所述犧牲阻擋件位于所述第二抗粘滯凸塊上面。
[0065]在上述MEMS結構中，所述犧牲阻擋件的寬度為約4微米至約8微米。
[0066]在上述MEMS結構中，所述犧牲阻擋件是氧化物，并且其中，所述第一抗粘滯凸塊和所述第二抗粘滯凸塊是硅。
[0067]在上述MEMS結構中，所述第一抗粘滯凸塊或所述第二抗粘滯凸塊突出至所述腔體內，并且具有在一點處達到頂點的輪廓。
[0068]在上述MEMS結構中，所述第一抗粘滯凸塊或所述第二抗粘滯凸塊的寬度為約2微米至約4微米，并且所述第一抗粘滯凸塊或所述第二抗粘滯凸塊的高度為約I微米至約2微米。
[0069]在上述MEMS結構中，還包括:集成電路(IC)，布置在所述MEMS器件上方并且接合至所述MEMS器件。
[0070]在上述MEMS結構中，所述MEMS器件包括使所述可移動塊懸置在所述腔體上方的彈貪O
[0071]根據本發明的另一些實施例，提供了一種用于制造微機電系統(MEMS)結構的方法，所述方法包括:實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以在腔體中形成犧牲支撐件；實施熱氧化工藝以氧化所述犧牲支撐件，并且以形成作為所述上表面的襯墊并且包括氧化的犧牲支撐件的氧化物層；通過所述氧化物層將位于所述載體襯底上方的MEMS襯底接合至所述載體襯底；實施至所述MEMS襯底內的第二蝕刻以形成位于所述腔體上面并且由所述氧化的犧牲支撐件支撐的可移動塊；以及實施至所述氧化物層內的第三蝕刻以橫向地蝕刻所述氧化的犧牲支撐件和以去除所述氧化的犧牲支撐件。
[0072]在上述方法中，還包括:實施熱氧化工藝以形成與所述載體襯底集成并且位于所述氧化的犧牲支撐件下面的抗粘滯凸塊，其中，所述抗粘滯凸塊的寬度為約2微米至約4微米，并且所述抗粘滯凸塊的高度為約I微米至約2微米。
[0073]在上述方法中，還包括:形成具有約2微米至約4微米的寬度的所述犧牲支撐件。
[0074]在上述方法中，還包括:形成具有約4微米至約8微米的寬度的所述氧化的犧牲支撐件。
[0075]在上述方法中，還包括:實施第一蝕刻以在所述腔體的外圍處形成犧牲阻擋件并且所述犧牲阻擋件從所述犧牲支撐件橫向偏移；實施所述熱氧化工藝以氧化所述犧牲阻擋件，并且以形成包括所述氧化的犧牲阻擋件的所述氧化物層；以及在所述氧化的犧牲支撐件和所述氧化的犧牲阻擋件之間實施第三蝕刻以至少部分地去除所述氧化的犧牲阻擋件。
[0076]在上述方法中，還包括:形成從所述犧牲支撐件橫向偏移約2微米至約50微米的距離的所述犧牲阻擋件。
[0077]在上述方法中，還包括:形成具有約2微米至約4微米的寬度的所述犧牲阻擋件。
[0078]在上述方法中，還包括:形成具有線性形狀并且在所述腔體的相對側壁之間平行延伸的所述犧牲支撐件和所述犧牲阻擋件。
[0079]在上述方法中，還包括:形成具有約4微米至約8微米的寬度的所述氧化的犧牲阻擋件。
[0080]根據本發明的另一些實施例，還提供了一種微機電系統(MEMS)結構，包括:載體襯底，具有布置在所述載體襯底的上表面內的下腔體，其中，所述載體襯底包括沿著所述下腔體的下表面布置的抗粘滯凸塊;MEMS器件，布置在所述載體襯底上方，其中，所述MEMS器件包括懸置在所述抗粘滯凸塊上方的可移動塊；犧牲阻擋件，布置在所述抗粘滯凸塊和所述可移動塊周圍的所述下腔體的外圍處，并且從所述下腔體的下表面延伸至所述MEMS器件；以及集成電路(1C)，布置在所述MEMS器件上方。
[0081]在上述MEMS結構中，所述犧牲阻擋件位于所述載體襯底的突出件上面，所述載體襯底的突出件從所述下腔體的下表面向外延伸。
[0082]上面概述了若干實施例的部件、使得本領域技術人員可以更好地理解本發明的方面。本領域技術人員應該理解、他們可以容易地使用本發明作為基礎來設計或修改用于實現與在此所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優勢的其他工藝和結構。本領域技術人員也應該意識到、這種等同構造并不背離本發明的精神和范圍、并且在不背離本發明的精神和范圍的情況下、在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。
【主權項】
1.一種微機電系統(MEMS)結構，包括:載體襯底，限定腔體的下表面，其中，所述載體襯底包括沿著所述下表面布置的第一抗 粘滯凸塊和第二抗粘滯凸塊；氧化物層，作為所述載體襯底的上表面及所述腔體的側壁的襯墊；以及MEMS器件，布置在所述載體襯底上方并且通過所述氧化物層接合至所述載體襯底，其 中，所述MEMS器件包括懸置在所述第一抗粘滯凸塊上方的所述腔體中的可移動塊，并且所 述可移動塊從所述第二抗粘滯凸塊橫向偏移。2.根據權利要求1所述的MEMS結構，其中，所述氧化物層包括布置在所述腔體中的犧 牲阻擋件，所述犧牲阻擋件從所述可移動塊橫向偏移，并且其中，所述犧牲阻擋件從所述腔 體的下表面朝向所述MEMS器件延伸。3.根據權利要求2所述的MEMS結構，其中，所述犧牲阻擋件位于所述第二抗粘滯凸塊上面。4.根據權利要求2所述的MEMS結構，其中，所述犧牲阻擋件的寬度為約4微米至約8 微米。5.根據權利要求2所述的MEMS結構，其中，所述犧牲阻擋件是氧化物，并且其中，所述 第一抗粘滯凸塊和所述第二抗粘滯凸塊是硅。6.根據權利要求1所述的MEMS結構，其中，所述第一抗粘滯凸塊或所述第二抗粘滯凸 塊突出至所述腔體內，并且具有在一點處達到頂點的輪廓。7.根據權利要求1所述的MEMS結構，其中，所述第一抗粘滯凸塊或所述第二抗粘滯凸 塊的寬度為約2微米至約4微米，并且所述第一抗粘滯凸塊或所述第二抗粘滯凸塊的高度 為約1微米至約2微米。8.根據權利要求1所述的MEMS結構，還包括:集成電路(1C)，布置在所述MEMS器件上方并且接合至所述MEMS器件。9.一種用于制造微機電系統(MEMS)結構的方法，所述方法包括:實施至載體襯底的上表面內的第一蝕刻以在腔體中形成犧牲支撐件；實施熱氧化工藝以氧化所述犧牲支撐件，并且以形成作為所述上表面的襯墊并且包括 氧化的犧牲支撐件的氧化物層；通過所述氧化物層將位于所述載體襯底上方的MEMS襯底接合至所述載體襯底；實施至所述MEMS襯底內的第二蝕刻以形成位于所述腔體上面并且由所述氧化的犧牲 支撐件支撐的可移動塊；以及實施至所述氧化物層內的第三蝕刻以橫向地蝕刻所述氧化的犧牲支撐件和以去除所 述氧化的犧牲支撐件。10.—種微機電系統(MEMS)結構，包括:載體襯底，具有布置在所述載體襯底的上表面內的下腔體，其中，所述載體襯底包括沿 著所述下腔體的下表面布置的抗粘滯凸塊；MEMS器件，布置在所述載體襯底上方，其中，所述MEMS器件包括懸置在所述抗粘滯凸 塊上方的可移動塊；犧牲阻擋件，布置在所述抗粘滯凸塊和所述可移動塊周圍的所述下腔體的外圍處，并 且從所述下腔體的下表面延伸至所述MEMS器件；以及集成電路(1C)，布置在所述MEMS器件上方。
【文檔編號】B81B7/00GK106082103SQ201510735507
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年11月2日
【發明人】周仲彥
【申請人】臺灣積體電路制造股份有限公司