微机电系统及其制造方法与流程
- 国知局
- 2024-07-27 12:30:10
本发明一些教示涉及一种微机电系统及其制造方法。
背景技术:
对于半导体制造(尤其是微机电系统(micro-electromechanicalsystems,mems)的制造)的许多情况,期望将单独制造的装置接合到半导体衬底上。mems的应用范围很广泛。举例来说,mems出现在如下装置中:手持式装置(例如加速计、陀螺仪、数字罗盘)、压力传感器(例如碰撞传感器)、微流控元件(例如阀门、泵)、光学开关(例如镜)以及光探测和测距(lightdetectionandranging,lidar)。
技术实现要素:
本发明教示的一些方面涉及一种微机电系统,所述系统包含具有第一凹穴的半导体衬底。半导体衬底形成与第一凹穴相邻的底座。装置上覆于底座且通过第一凹穴内的金属接合到半导体衬底。多个第二凹穴形成于装置下方的底座的表面中,其中第二凹穴小于第一凹穴。
本发明教示的一些方面涉及一种微机电系统。所述系统包含:半导体衬底和装置,所述装置通过接合区域中的金属接合结构接合到半导体衬底。装置接触于与接合区域相邻的支撑区域中的半导体衬底上方。半导体衬底在支撑区域中具有底座结构。第一装置抵靠带刻痕的底座结构的上表面。
本发明教示的一些方面涉及一种微机电系统的制造方法,所述方法包含:在半导体衬底上方形成介电基质。第一装置结构容纳于介电基质内。将介电基质图案化为具有开口和与所述开口相邻的介电基质的区域中的多个缝隙。开口比缝隙宽。将介电基质用作掩模来刻蚀半导体衬底以在开口和与开口相邻的底座下方形成凹穴,其中底座刻有由蚀穿缝隙而产生的沟槽。随后通过刻蚀从底座去除介电基质。将第二装置置放于凹穴和底座上方的半导体衬底上,且使用凹穴中的金属将所述第二装置接合到半导体衬底以制造其中第二装置抵靠底座的结构。
附图说明
根据结合附图阅读的以下详细描述最佳地理解本公开的各个方面。根据行业中的标准惯例,各个特征未按比例绘制。此外,为了便于说明或进行强调,个别附图内的各个特征的尺寸可相对于彼此任意地增大或减小。
图1示出根据本公开的一些方面的微机电系统(mems)的横截面视图。
图2到图10根据本公开的一些方面示出在mems的制造工艺期间各阶段的横截面视图。
图11根据本公开的一些方面示出制造mems装置的方法的流程图。
具体实施方式
本公开提供用于实施本公开的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述了组件和布置的具体实例来简化本公开。当然,这些仅仅是实例而并非旨在作为限制。举例来说,在以下描述中,在第二特征上方或在第二特征上形成第一特征可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例,并且还可包含在第一特征与第二特征之间可形成有额外特征,使得第一特征与第二特征可以不直接接触的实施例。
本文中可能使用例如“在…下方(beneath)”、“在…下面(below)”、“下部(lower)”、“在…上方(above)”、“上部(upper)”等空间相对术语来描述如图中所示出的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。除图中所描绘的定向之外,这些空间相对术语旨在涵盖装置或设备在使用或操作时的不同定向。装置或设备可被另外定向(旋转90度或处于其它定向),而本文中所使用的空间相对描述词因此可相应地作出解释。术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是通用标识符,且因此可在各种实施例中互换。举例来说,虽然元件(例如开口)在一些实施例中可被称为“第一”元件,但所述元件在其它实施例中可被称为“第二”元件。
本公开涉及一种微机电系统(mems),所述微机电系统包含:使用接合工艺(例如压缩接合、固液扩散接合(solid-liquidinter-diffusionbonding,slid)等)附接到半导体衬底的装置。装置和衬底可以锁与钥布置(lockandkeyarrangement)的形式配置在一起,其中衬底上的凹穴提供锁,而装置上的金属凸块提供钥。所述装置可放置在由衬底的与凹穴相邻的部分所形成的底座上。
根据本发明教示的一些方面,底座刻有紧密相邻的开口。当在衬底中刻蚀凹穴时,这些开口对应于形成在作为掩模的层中的开口。开口在掩模提供层上覆于底座的位置处减小掩模提供层的与刻蚀工艺相关的临界尺寸。在那些位置处减小掩模提供层的临界尺寸使得能够用简化的刻蚀工艺从底座区域去除掩模提供层。简化用于从底座去除掩模提供层的刻蚀工艺可避免在去除工艺期间附带地对其它结构造成的损坏。
如在本公开中所使用的,与刻蚀工艺相关的临界尺寸表征出通过刻蚀去除结构所花费的时间的近似值,且此花费的时间正比于所述结构的任何部分距离最接近的暴露表面的最大深度。立方体的临界尺寸将为侧面长度的二分之一。球体的临界尺寸将为其半径。只有一侧曝光的固态膜的临界尺寸将为膜的厚度。固态膜的临界尺寸可通过将膜图案化为具有临界尺寸比膜厚度小的图案而减小。举例来说,如果将膜分段为具有比膜厚度小的沟槽到沟槽的间距(trench-to-trenchspacing)的周期性间隔开的沟槽,则临界尺寸减小为沟槽到沟槽的间距的二分之一。
本发明教示的一些方面涉及一种将第二装置接合到衬底的方法,在所述衬底上形成有第一装置。在一些教示中,第一装置形成于衬底上的介电基质内。介电基质可以是氧化物。所述工艺包含:在介电基质上方形成掩模,其中所述掩模包含用于形成凹穴的开口和与凹穴开口相邻的底座区域中的多个较小开口。掩模用于刻蚀介电基质中的对应图案。随后,蚀穿经图案化的介电基质,将凹穴形成于衬底中。较小开口可产生与具有刻痕表面的底座,且此底座相邻于凹穴。在形成凹穴之后从底座区域去除介电基质。较小开口减少如下阶段所需的时间:通过减小待去除的介电基质的所述部分的临界尺寸来进行处理的阶段。处理时间减少和相邻于底座区域的介电基质的横向刻蚀的减少有关,这可以提升所产生的装置的功能。在一些实施例中,第一装置是波导管,所述波导管从介电基质延伸到在底座区域上方形成的介电基质中的开口中。减少横向刻蚀可减少所述开口内的所述波导管的悬伸,这又可便于维持波导管的适当定向。
第二装置可在从底座区域去除介电基质之后接合到衬底。在一些教示中,第二装置包含当将第二装置置放于衬底上时插入到凹穴中的金属凸块。在一些教示中,在抵靠衬底而加压第二装置时使金属扩散或流动。在完成接合工艺之前,第二装置将会抵靠在底座上,从而通过底座高度来确定第二装置与第一装置竖直对齐。在一些教示中,第二装置是激光装置,第一装置是波导管,且竖直定位将激光装置与波导管对齐。在所产生的结构中,第二装置通过容纳于凹穴内的金属接合结构结合到衬底。在一些教示中,接合工艺包含slid接合。
图1示出根据本发明教示的一些方面的mems100。mems100包含衬底115。介电基质119形成于衬底115上方。波导管117或其它装置可形成于介电基质119内。第二装置(装置109)接合到介电基质119中的开口101内的半导体衬底115。装置109通过凹穴105内的金属接合结构107接合到衬底115,所述金属接合结构已形成于接合区域123内的衬底115中。在一些教示中,装置109是激光装置。在一些教示中,金属接合结构107包含两种金属的共熔混合物(eutecticmixture)。
装置109抵靠衬底115的与接合区域123相邻的支撑区域125内的底座103。底座103是衬底115的与凹穴105相邻的区域。在使装置109放置于底座103上的情况下,装置109的输出装置111与波导管117对齐。波导管117从介电基质119突出距离112。根据一些教示,距离112比介电基质119的厚度114小。在一些教示中,厚度114在1微米到40微米的范围内。在一些教示中,厚度114在2微米到20微米(例如5微米)的范围内。在一些教示中,距离112是厚度114的二分之一或小于二分之一。在一些教示中,距离112是厚度114的四分之一或小于四分之一。在一些教示中,距离112是厚度114的十分之一或小于十分之一。缩短距离112将使波导管117的悬伸部分下陷(sag)而影响波导管117与输出装置111对齐的任何可能性降到最低。
底座103刻有开口102。刻痕是周期性的,由此在底座103的上表面中反映出的图案的临界尺寸大约是相邻开口102之间的距离126的二分之一。在一些教示中,距离126在0.1微米到10微米的范围内。
凹穴105具有适合于容纳将装置109接合到衬底115的金属接合结构107的尺寸。在一些教示中,凹穴105具有在10微米到2000微米的范围内的宽度108。在一些教示中,凹穴105具有在0.5微米到20微米的范围内的深度110。开口102可具有比深度110小的深度128。在一些教示中,深度128是深度110的75%或小于75%。开口102具有比凹穴105的宽度108小得多的宽度124。在一些教示中,宽度124在0.1微米到10微米的范围内。底座103具有适合于支撑装置109的宽度122。底座103可具有额外宽度,以使将装置109定位于凹穴105上方时底座103可具有一些灵活性以支撑装置109的位于凹穴105任一侧的一些部分。在一些教示中,底座103具有在5微米到2000微米的范围内的宽度122。在一些教示中,底座103具有在10微米到200微米(例如50微米)的范围内的宽度122。
硬掩模121可存在于介电基质119上方。硬掩模121可在形成凹穴105和底座103的工艺期间保护介电基质119和介电基质119内的装置。形成于介电基质119内的装置可包含波导管117。在一些教示中,波导管117是氮化硅(sin)。在一些教示中,用介电基质119形成可经操作以改变波导管117内的折射率的加热器。此加热器可用于相位调谐(phasetuining)或相位扫描(phasescanning)。介电基质119还可包含装置,例如光学偏转装置(opticaldelectiondevice)、衍射光栅(diffractiongrating)、光束发射器、相位调谐器、光学相控阵(opticalphasedarray)、光探测器等。虽然mems100可以是任何类型的mems装置,但在一些教示中,mems100是光探测和测距系统(lightdetectionandrangingsystem,lidar)或飞行时间(atime-of-flight,tof)深度相机。在一些教示中,mems100是无线通信装置。在一些教示中,mems100包含光学开关。在一些教示中,mems100包含用于处理由光探测器产生的数据的电路。
在一些教示中,衬底115是块状硅衬底。衬底115还可以是二元半导体衬底(例如gaas)、三元半导体衬底(例如algaas)、更多元的半导体衬底、或甚至蓝宝石衬底。在一些教示中,衬底115是绝缘体上覆半导体(semiconductor-on-insulator,soi)衬底(例如绝缘体上覆硅衬底)。
装置109可以是可适宜接合到衬底115的任何类型的装置。在一些教示中,装置109是相对于衬底115上的其它装置竖直对齐以增强mems100功能的装置。在一些教示中,装置109包含半导体衬底。在一些教示中,装置109是激光装置。在一些教示中,装置109是激光二极管。
在一些教示中,金属接合结构107包含铜(cu)、锡(sn)、金(au)、铟(in)、钛(ti)、其合金、其组合等中的一种或多种。在一些教示中,金属接合结构107包含前述物质中的两种或多于两种。举例来说,金属接合结构107可包含cusn、ausn或auln。在一些教示中,金属接合结构107包含cusn-cu键结(bond)、cusn-cusn键结、ausn-au键结、auln-au键结等。在一些教示中,金属接合结构107包含具有300℃或低于300℃的熔点温度的一种或多种材料。低熔点能够实现较低温度的接合工艺。
图2到图10根据本公开的一些方面示出在mems装置的各个制造阶段下的一系列横截面视图(横截面视图200到横截面视图1000)。尽管参照一系列动作描述了图2到图10,但应了解,这些动作的顺序可在某些状况下变更,且这一系列动作可适用于除所示出的结构外的结构。在一些实施例中,这些动作中的一些可完全或部分地省略。此外,应了解,图2到图10所示的结构不限于制造方法,而是可单独作为独立于所述方法的结构。
如图2的横截面视图200所示出,根据本公开的工艺可从衬底115开始,在所述衬底115上方,已在介电基质119内形成波导管117或其它装置。在一些实施例中,衬底115在此加工阶段呈晶片(wafer)形式且在与装置109接合之前不进行分割。在呈晶片形式时,衬底115可具有例如1英寸(25毫米);2英寸(51毫米);3英寸(76毫米);4英寸(100毫米);5英寸(130毫米)或125毫米(4.9英寸);150毫米(5.9英寸,通常被称作“6英寸”);200毫米(7.9英寸,通常被称作“8英寸”);300毫米(11.8英寸,通常被称作“12英寸”);或450毫米(17.7英寸,通常被称作“18英寸”)的直径。
介电基质119可包含一层或多层的不同介电质。在一些教示中,介电基质119包含氧化物,例如二氧化硅。介电基质119可以是低介电常数(低κ)介电质。如本文中所使用,低κ介电质是具有小于约3.9的介电常数κ的介电材料。介电质119可以是极低k介电质,所述极低k介电质可以是具有减小整体介电常数的孔隙的低κ介电质。除波导管117之外或替代波导管117,介电基质119可包含任何数目的任何合适类型的装置。在一些教示中,在介电基质119内形成有后段工艺(back-end-of-line,beol)金属内连线结构。
如图3的横截面视图300所示出,可于介电基质119上方形成并图案化硬掩模121。硬掩模121可以由任何合适材料形成。合适的材料可为sin。可通过光刻或任何其它方法图案化硬掩模121,以使硬掩模121包含开口301,所述开口301定义出装置附接区域。开口301可具有在100微米到10,000微米的范围内的宽度。可将开口301定位成具有在波导管117的外边缘处或稍微超出与波导管117的外边缘对齐的位置302的边缘303。
如图4的横截面视图400所示出,掩模层401形成于介电基质119和硬掩模121上方。掩模层401可以是光刻胶或可使用光刻胶进行图案化的另一种类型的掩模。
如图5的横截面视图500所示出,掩模层401经图案化为具有凹穴开口501和分段开口503。凹穴开口501具有在10微米到2000微米的范围内的宽度。分段开口503形成于凹穴开口501的任一侧的底座区域505中。底座区域505可具有在5微米到2000微米的范围内的宽度。分段开口503可具有在0.1微米到10微米的范围内的宽度。分段开口503可呈沟槽或其它形状形式。分段开口503可分布在整个底座区域505中以使底座区域505中的掩模层401图案化,从而得到在0.05微米到5微米的范围内的临界尺寸。
如图6的横截面视图600所示出,进行刻蚀以将掩模层401的图案转印到介电基质119中。在一些教示中,刻蚀工艺是各向异性刻蚀工艺。在一些教示中,用于此图案转印的刻蚀工艺是干式刻蚀工艺,例如等离子刻蚀。刻蚀化学物质(etchchemistry)可用于选择性地氧化物,而使氮化物保留下来。在一些教示中,刻蚀工艺是用于自对准接触氧化物刻蚀的工艺。刻蚀工艺可暴露波导管117的端部。掩模401可在此刻蚀工艺之后剥除。掩模401可通过灰化或任何其它合适的工艺进行剥除。
如图7的横截面视图700所示出,进行其中介电基质119作为掩模以便刻蚀衬底115的另一刻蚀工艺。在一些教示中,用于刻蚀衬底115的刻蚀工艺是干式刻蚀工艺。在一些教示中,刻蚀工艺是各向异性刻蚀工艺。刻蚀化学物质可用于选择性地去除硅,而使氧化物与氮化物保留下来。此刻蚀工艺在衬底115中制造凹穴105且在凹穴105的侧面的底座区域(底座103)中产生开口102。由于底座区域103中的开口的高宽比(aspectratio)较小,因此开口102具有比凹穴105的深度110小的深度128。刻蚀工艺可包含使用氟化学物质的等离子刻蚀。等离子可用以下物质产生:四氟化碳(cf4)、三氯甲烷(chf3)、二氟甲烷(例如ch2f2)、六氟化硫(sf6)、六氟乙烷(c2f6)、六氟丙烯(c3f6)、八氟环丁烷(c4f8)、八氟环戊烷(c5f8)、另一(些)合适的氟化合物、前述的任何组合等。还可以将氩气、氧气以及其它合适的气体包含在刻蚀化学物质中。在一些教示中,刻蚀工艺是用于形成高高宽比的等离子刻蚀工艺,例如波什刻蚀工艺(boschetchingprocess)。波什刻蚀工艺是包含用六氟化硫(sf6)等刻蚀衬底115和用八氟环丁烷(c4f8)等在用于提供掩模的介电基质119上产生保护层的交替步骤的循环工艺。
如图8的横截面视图800所示出,进行刻蚀工艺以从底座103上方的区域去除介电基质119。此刻蚀增大开口101的尺寸和波导管117悬伸出开口101的距离112。距离112的增大可受限为开口101内的介电基质119的临界尺寸,此可受限为开口102之间的间距的二分之一(见图7)。在一些教示中,刻蚀工艺是各向同性刻蚀工艺。在一些教示中,刻蚀工艺是湿式刻蚀。在一些教示中,湿式刻蚀工艺包含用氢氟酸(hf)刻蚀。
如图9的横截面视图900所示出,接合工艺可通过将金属901引入凹穴105中而开始。金属901可以是用于将装置109结合到衬底115的金属接合结构107的全部或一部分(见图1)。在一些教示中,金属901是晶种层。在一些教示中,金属901是铜(cu)。沉积金属901可包含物理气相沉积、化学气相沉积、电镀或任何其它合适的工艺中的一种或多种。可沉积到凹穴105中的其它金属包含(但不限于)锡(sn)、金(au)、铟(in)、钛(ti)、其合金等。
如图10的横截面视图1000所示出,随后将装置109置放于凹穴105上方。在一些教示中,在将装置109置放于凹穴105上方之前,金属凸块1001形成于装置109上。在一些教示中,金属凸块1001装配在凹穴105内并且有助于将装置109正确定位于衬底115上。在一些教示中,金属凸块1001包含形成金属接合结构107(见图1)的所有金属,除了在将装置109置放于凹穴105上方之前引入到凹穴105中的金属901。在加工阶段,装置109可以是随后经分割的晶片、晶片芯片(waferchip)或另一装置结构的一部分。可将装置109置放于底座103上,但在一些教示中,金属凸块1001防止装置109在接合工艺之前放置于底座103上。
图1示出将接合工艺应用于图10的横截面视图1000所示出的结构的结果。接合工艺可使金属901和金属凸块1001通过流动(flowing)、混合(mixing)和/或扩散(inter-diffusing)而组合。如图1中所示,在接合工艺结束时,装置109抵靠底座103,从而得到装置109的期望的竖直对齐。接合工艺可包含:使装置109抵靠衬底115而被按压。用于此接合的合适工艺的实例包含:压缩接合、固液扩散接合(slid)等。接合工艺可包含加热。在一些教示中,加热包含以高于用以形成金属接合结构107的一些部分的两个金属的共熔点的温度来加热。在一些教示中,将温度限制为低于形成共熔混合物的金属中的一种的熔点。
图11提供根据本公开的一些方面的工艺1100的流程图,所述过程可用于制造根据本公开的mems装置。虽然在本文中将工艺1100示出且描述为一系列动作或事件,但应了解,不应以限制意义来解释此类动作或事件的所示出的排序。举例来说,除本文中所示出和/或所描述的动作或事件之外,一些动作可与其它动作或事件以不同次序和/或同时出现。另外,可能需要并非所有的所示出动作以实施本文中的所描述的一个或多个方面或实施例。另外,本文中所描绘的动作中的一个或多个可以一个或多个单独动作和/或阶段进行。
工艺1100从动作1101开始,在衬底115上形成具有嵌入式装置的介电层以制造结构,所述结构例如是如图2的横截面视图200所示出的结构。动作1101可包含前段工艺(front-end-of-line,feol)加工和beol加工。feol加工可包含:掺杂衬底115中或所述衬底上的区域且形成晶体管和类似装置。beol加工可包含:在介电基质119内形成多级金属内连线结构。嵌入式装置可包含波导管117。
工艺1100继续进行动作1103:形成硬掩模121且使所述硬掩模图案化(如图3的横截面视图300所示出的)。硬掩模121将介电基质119中的开口101限制于敞开以附接装置109的区域。硬掩模121在根据本公开的工艺中是选择性设置的。如图5和图6中所示,掩模401可在将底座103上方的介电基质119分段的期间保护介电基质119的开口101以外的的区域。底座103上方的介电基质119的分段允许用持续时间过短而不足以蚀穿介电基质119的刻蚀工艺去除介电基质119的一些部分。参看图7和图8,如果不存在硬掩模121,那么在仅从衬底115上方的其它位置处的介电基质119的顶部去除较薄的层时可去除介电基质119的分段式部分。
工艺1100继续进行动作1105:形成如图4所示的掩模401;和动作1107:将掩模401图案化为具有用于形成凹穴105的开口501和用于将底座103上方的介电基质119分段的开口503(如图5中所示)。掩模401可以是光刻胶掩模并且可使用光刻或任何其它方法图案化掩模401。
工艺1100继续进行动作1107:使用掩模401来使介电基质119图案化(如图6的横截面视图600所示出的)。图案化可以是刻蚀工艺。刻蚀工艺可以是各向异性干式刻蚀工艺,例如各向异性等离子刻蚀。此图案化在介电基质119的凹穴105期望位置处形成开口,并且可于底座103的期望位置上方将介电基质119分段。可在此步骤结束时剥除掩模401。
工艺1100继续进行动作1109,将介电基质119用作掩模来刻蚀衬底115(如图7的横截面视图700所示出的)。刻蚀工艺可以是各向异性干式刻蚀工艺,例如各向异性等离子刻蚀。此刻蚀利用开口102在凹穴105中形成带刻痕的底座区域103。
工艺1100继续进行动作1109:刻蚀以从底座103上去除介电基质119的分段式部分(如图8的横截面视图800所示出的)。刻蚀工艺可以是各向同性湿式刻蚀工艺。对分段介电基质11的先前加工显著地加快了此刻蚀工艺。在一些实施例中,此刻蚀工艺暴露波导管117。如果已暴露波导管117,那么此刻蚀可增大波导管117悬伸出开口101的程度。在一些教示中,此刻蚀在一小时或小于一小时内完成。
工艺1100继续进行一系列动作1113、动作1115、动作1117以及动作1119,通过这些动作使装置109放置于底座103上并经由凹穴105中的金属接合结构107接合到衬底115。不同顺序的不同动作可提供相同功能。在一些教示中,这些动作提供锁与钥工艺(lock-and-keyprocess),其中附接到装置109的金属接合结构107的一部分提供钥,而凹穴105提供锁。在一些教示中,在将装置109置放于衬底115上方之前将金属接合结构107的一部分引入到凹穴105中。动作1113提供实例。动作1113是在凹穴105中形成金属901的晶种层(如图9的横截面视图900所示出的)。晶种层(金属901)可以是铜(cu)或任何其它金属。晶种层(金属901)可通过溅镀或任何其它合适的工艺形成。金属接合结构107的一部分还可以通过在将装置109置放于衬底115上方之前形成于装置109上的金属凸块1001来设置。动作1117是将装置109与金属凸块1001置放于衬底115上方(如图10的横截面视图1000所示出的)。在金属凸块1001与晶种层(金属901)之间,可通过动作1117的结束来将用于将装置109接合到衬底115的所有金属接合结构107引入到凹穴105中。
动作1119是在使装置109放置于底座103上的同时施加热和压力以使金属凸块1001和晶种层(金属901)软化、混合并扩散以形成金属接合结构107,从而制造与图1所示出的装置100类似的产物。在一些教示中,此接合工艺是低温热压缩接合工艺。低温是300℃或低于300℃。可以使用任何合适的工艺。在一些教示中,动作119包含金属扩散接合。金属扩散接合可包含类似金属,实例包含铝金(al-au)、铜(cu-cu)等。在一些教示中,所使用的工艺包含共熔接合。共熔接合可在铜与锡(cu-sn)、金与锡(au-sn)、锡与铅(sn-pd)等之间产生。还可使用这些金属的合金和三种金属层结构。所产生的金属接合结构107可包含具有不同组合物的不同层,所述层包含至少一层共熔混合物和至少另一层纯金属或具有不同于共熔混合物的混合比例的混合物。
本发明教示的一些方面涉及一种微机电系统,所述系统包含具有第一凹穴的半导体衬底。半导体衬底形成与第一凹穴相邻的底座。装置上覆于底座且通过第一凹穴内的金属接合到半导体衬底。多个第二凹穴形成于装置下方的底座的表面中,其中第二凹穴小于第一凹穴。在一些教示中,第二凹穴是空隙。在一些教示中,第一凹穴中的金属包括共熔混合物。此结构涉及一种微机电系统的制造方法,其中将提供掩模以刻蚀第一凹穴的层分段为使得能够容易地从底座上方的区域去除掩模提供层。
本发明教示的一些方面涉及一种微机电系统。所述系统包含:半导体衬底和装置,所述装置通过接合区域中的金属接合结构接合到半导体衬底。装置接触于与接合区域相邻的支撑区域中的半导体衬底上方。半导体衬底在支撑区域中具有底座结构。第一装置抵靠带刻痕的底座结构的上表面。在一些教示中,金属接合结构形成于半导体结构中的凹穴内,所述凹穴具有一宽度,且底座结构的上表面刻有具有比凹穴的宽度小的宽度的沟槽。在一些教示中,凹穴具有一深度,且沟槽具有比凹穴的深度小的深度。
在一些教示中,金属接合结构低于底座结构的上表面的高度。在一些教示中,底座结构的上表面与金属接合结构的顶部对齐。在一些教示中,金属接合结构是固液扩散接合的产物。在一些教示中,第二装置形成于半导体衬底中或形成于半导体衬底上,且微机电系统的功能取决于所述第一装置与所述第二装置之间的竖直对齐。在一些教示中,波导管形成于在半导体衬底上方形成的介电基质内,且第一装置是激光装置。在一些教示中,介电基质具有一厚度,波导管从介电基质伸出到介电基质中的开口中,激光装置位于所述开口内,且波导管以比介电基质的厚度小的距离伸出到开口中。
本发明教示的一些方面涉及一种微机电系统的制造方法,所述方法包含:在半导体衬底上方形成介电基质。第一装置结构容纳于介电基质内。将介电基质图案化为具有开口和与所述开口相邻的介电基质的区域中的多个缝隙。开口比缝隙宽。将介电基质用作掩模来刻蚀半导体衬底以在开口和与开口相邻的底座下方形成凹穴,其中底座刻有由蚀穿缝隙而产生的沟槽。随后通过刻蚀从底座去除介电基质。将第二装置置放于凹穴和底座上方的半导体衬底上,且使用凹穴中的金属将所述第二装置接合到半导体衬底以制造其中第二装置抵靠底座的结构。
在一些教示中,所述方法包含:在接合工艺期间至少直到第二装置抵靠底座之后,将第二装置和半导体衬底压在一起。在一些教示中,缝隙将底座上方的介电基质的临界尺寸减小到小于介电基质的厚度。在一些教示中,所述方法包含:在第二装置上形成金属凸块,且将第二装置接合到半导体衬底包含:使用来自金属凸块的金属进行接合。在一些教示中,将第二装置接合到半导体衬底包含固液扩散接合(solid-liquidinter-diffusionalbonding)。在一些教示中,缝隙减少待完成的从底座去除介电基质的刻蚀所需的时间。在一些教示中,缝隙以比介电基质的厚度小的间距周期性地形成在底座上方的介电基质上。在这些教示内容中的一些中,介电基质是氧化物。
前文概述若干实施例的特征以使本领域的技术人员可更好地理解本公开的各方面。本领域的技术人员应了解,其可以易于使用本发明作为设计或修改用于进行本文中所介绍的实施例的相同目的和/或获得相同优势的其它方法和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到,此类等效构造并不脱离本公开的精神和范围,且本领域的技术人员可在不脱离本公开的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代以及更改。
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