微机电系统装置及其形成方法及微机电系统结构与流程

本发明实施例涉及一种微机电系统装置及其形成方法及微机电系统结构。

背景技术：

微机电系统(microelectromechanicalsystem，mems)装置(例如，加速度计、压力传感器、麦克风及换能器(transducer))已广泛地用于许多现代电子装置中。举例来说，mems加速度计及换能器通常存在于汽车(例如，气囊展开系统(airbagdeploymentsystem))、平板电脑或医疗装置中。mems装置可具有用于检测运动并将运动转换成电信号的可移动的部件。举例来说，mems加速度计包括将加速移动转化成电信号的可移动的部件。换能器包括将声波转化成电信号的可移动的膜(moveablemembrane)。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种微机电系统装置，其包括衬底、内连结构、微机电系统衬底、介电结构以及导电接合结构。内连结构上覆在衬底上。微机电系统衬底上覆在内连结构上，其中微机电系统衬底包括可移动的膜。介电结构设置在内连结构与微机电系统衬底之间。导电接合结构夹置在内连结构与微机电系统衬底之间。导电接合结构在介电结构的侧壁之间在侧向上间隔开。导电接合结构、微机电系统衬底及内连结构至少局部地界定第一空腔，其中可移动的膜上覆在第一空腔上且在导电接合结构的侧壁之间在侧向上间隔开。

本发明实施例提供一种微机电系统结构，其包括衬底、内连结构、微机电系统衬底、导电接合环结构以及介电结构。内连结构上覆在衬底上，其中内连结构包括导电接合层。微机电系统衬底上覆在内连结构上，其中微机电系统衬底包括可移动的膜。导电接合环结构夹置在内连结构与微机电系统衬底之间。导电接合环结构接触内连结构的导电接合层。导电接合环结构、微机电系统衬底及内连结构至少局部地界定第一空腔。可移动的膜上覆在第一空腔上且在导电接合环结构的侧壁之间在侧向上间隔开。介电结构夹置在内连结构与微机电系统衬底之间。导电接合环结构在介电结构的内侧壁之间在侧向上间隔开。介电结构的厚度小于导电接合环结构的厚度。

本发明实施例提供一种形成微机电系统装置的方法，方法包括：在衬底之上形成内连结构；在内连结构之上形成具有第一厚度的介电层堆叠；将介电层堆叠图案化，以沿内连结构的上表面界定介电结构及一个或多个停止件结构；在微机电系统衬底上形成可移动的膜；在微机电系统衬底之上形成隔离介电层；在微机电系统衬底之上形成导电接合环结构，其中导电接合环结构具有比第一厚度大的第二厚度；以及执行共晶接合工艺，以将导电接合环结构接合到内连结构，其中共晶接合工艺密封设置在导电接合环结构的内侧壁之间的第一空腔。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1示出具有被介电结构环绕的导电接合结构的微机电系统(mems)装置的一些实施例的剖视图。

图2a到图2b示出图1所示mems装置的一些替代实施例的俯视图。

图3示出包括mems装置的集成芯片的一些实施例的剖视图，mems装置具有在侧向上环绕导电接合结构的介电结构。

图4示出图3所示mems装置的一些替代实施例的俯视图。

图5a示出具有上覆在空腔上的可移动的膜的mems装置的一些实施例的剖视图。

图5b到图5c示出图5a所示mems装置的部分的一些实施例的剖视图。

图6示出具有被介电结构环绕的导电接合结构的mems装置的一些实施例的剖视图，其中导电接合结构在侧向上包围电极。

图7到图13示出形成具有被介电结构环绕的导电接合结构的mems装置的方法的一些实施例的剖视图。

图14示出形成具有被介电结构环绕的导电接合结构的mems装置的方法的一些实施例。

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的实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本公开。当然，这些仅为实例而非旨在进行限制。举例来说，以下说明中将第一特征形成在第二特征之上或第二特征上可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征从而使得所述第一特征与所述第二特征可不直接接触的实施例。另外，本公开可能在各种实例中重复使用参考编号和/或字母。这种重复使用是出于简明及清晰的目的，而不是自身指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，为易于说明，本文中可能使用例如“在...之下(beneath)”、“在...下方(below)”、“下部的(lower)”、“在...上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。设备可具有其他取向(旋转90度或处于其他取向)，且本文中所使用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。

用于声学应用的微机电系统(mems)装置(例如，电容式微机械超声换能器(capacitivemicro-machinedultrasonictransducer，cmut))常常包括设置在空腔上方和/或空腔内的可移动的膜。空腔是界定在mems衬底与载体衬底之间。mems衬底包括位于空腔之上的可移动的膜以及设置在可移动的膜下方的空腔电极。在运行期间，超声波可使可移动的膜朝空腔电极或远离空腔电极移动，使得可检测到膜电极与空腔电极之间的电容变化。电容的此种变化可被转换成电信号且可被转移到与空腔电极和/或膜电极电耦合的接触电极。可被mems装置感测到的电容值的范围由空腔(即，感测间隙)的高度界定。mems装置的感测间隙可针对每一应用而为特定的，其中具有不准确的感测间隙可能会对mems装置的性能和/或灵敏度产生不利影响。

在mems装置的制作期间，上述结构可能会出现挑战。mems衬底可通过设置在mems衬底与载体衬底之间的介电接合结构而熔合接合到载体衬底。介电接合结构的厚度可界定空腔和/或感测间隙的高度。由于当前处理工具的限制，可能难以准确地界定介电接合结构的期望厚度。在介电接合结构的制作期间，在载体衬底之上沉积多个介电层。在沉积所述多个介电层之后，对所述多个介电层执行平坦化工艺(例如，化学机械平坦化(chemicalmechanicalplanarization，cmp)工艺)，以实现介电接合结构的期望厚度并界定介电接合结构的实质上平的上表面。实质上平的上表面被配置成有利于mems衬底与介电接合结构之间的强的接合。然而，由于处理工具的限制，可能难以控制平坦化工艺来界定具有期望厚度(例如，介于约2,400埃到2,800埃的范围内)及实质上平的上表面的介电接合结构。

举例来说，所述多个介电层可具有实质上大于期望厚度的初始厚度(例如，大于6,000埃)。平坦化工艺可具有约1,000埃的公差(tolerance)，使得在执行平坦化工艺之后，介电接合结构的厚度可介于约1,600埃到3,600埃的范围内。无法准确地设定介电接合结构的厚度可能会导致可移动的膜与空腔电极之间的不良和/或不准确的感测间隙，从而降低mems装置的灵敏度。此外，如果不具有平坦化工艺，介电接合结构的上表面可能不是实质上平的。这转而可导致介电接合结构与mems衬底之间的不良接合界面，从而导致mems衬底与载体衬底之间的抬升(lifting)和/或分层(delamination)。此外，在一些实施例中，沉积工艺及平坦化工艺可重复进行多于一次，以实现介电接合结构的实质上平的上表面及合适的厚度。这会增加与形成mems装置相关联的时间及成本。

在一些实施例中，本公开涉及具有准确界定的感测间隙的mems装置。举例来说，mems装置包括上覆在载体衬底上的mems衬底。导电接合结构设置在mems衬底与载体衬底之间。介电结构在侧向上环绕导电接合结构且位于mems衬底与载体衬底之间。空腔设置在mems衬底与载体衬底之间，其中可移动的膜上覆在空腔上。空腔电极沿空腔的下表面设置在可移动的膜下面。在形成mems装置的工艺期间，通过具有高厚度控制(highthicknesscontrol)的沉积工艺(例如，高密度等离子体(highdensityplasma，hdp)化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd))来沉积介电结构。这转而有助于准确地界定介电结构的厚度(例如，介于目标厚度的+/-5％的范围内)且会减少与制作介电结构相关联的成本及时间(例如，省略cmp工艺)。mems衬底通过共晶接合(eutecticbond)接合到载体衬底，其中介电结构被配置成在共晶接合期间用作接合停止结构。因此，空腔的高度由介电结构的厚度界定。由于介电结构的厚度易于控制，因此可移动的膜与空腔电极之间的感测间隙可被容易地设定。这转而会在减少与形成mems装置相关联的时间及成本的同时增大mems装置的灵敏度。

图1示出具有被介电结构130环绕的导电接合结构122的微机电系统(mems)装置100的一些实施例的剖视图。

mems装置100包括上覆在衬底102上的内连结构104。内连结构104包括内连介电结构106、多条导电线108、多个导通孔110及重布线层112。在一些实施例中，在衬底102上和/或衬底102内设置有半导体装置(例如，晶体管、电容器、电阻器等)(未示出)，且所述半导体装置电耦合到导电线108、导通孔110及重布线层112。导电线108的上部层108ul包括导电接合层108b及空腔电极108a。

mems衬底134上覆在内连结构104上且沿mems衬底134的下表面设置隔离介电层132。在隔离介电层132的下表面与内连结构104的上表面之间界定空腔120。在一些实施例中，空腔电极108a设置在内连介电结构106内且位于空腔120之下。在内连结构104与隔离介电层132之间设置有介电结构130。介电结构130包括上覆在内连介电结构106上的第一介电层124、上覆在第一介电层124上的第二介电层126以及上覆在第二介电层126上的第三介电层128。在一些实施例中，介电结构130具有从第三介电层128的上表面到第一介电层124的下表面界定的厚度t1。在一些实施例中，厚度t1介于约2,400埃到2,800埃的范围内。在另一些实施例中，厚度t1可例如介于约100纳米到约1微米的范围内。在一些实施例中，厚度t1取决于客户指定的值。导电接合结构122在侧向上偏离介电结构130且设置在导电接合层108b与隔离介电层132之间。空腔120界定在导电接合结构122的侧壁之间以及隔离介电层132的下表面与内连结构104的上表面之间。在一些实施例中，导电接合结构122的侧壁是从剖视图中界定的。举例来说，当从上方观察时，如果导电接合结构122是环形形状或圆形/椭圆形，则当从上方观察时，所述侧壁是单个连续侧壁，因此“侧壁”是指当在剖视图中绘示时此单个连续侧壁的性质。另外，当从上方观察时，如果导电接合结构122是环形形状、圆形或椭圆形，则结构和/或层的与包括导电接合结构122的剖视图相关联的任何长度和/或宽度分别对应于圆的直径或界定在椭圆主轴上的两个顶点之间的长度。

在一些实施例中，在mems衬底134内设置有可移动的膜136。举例来说，在一些实施例中，可移动的膜136可为mems衬底134的掺杂区。在此种实施例中，mems衬底134可包括第一掺杂类型(例如，p型)，且可移动的膜136可包括与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型(例如，n型)。在另一些实施例中，可移动的膜136可为沿mems衬底134的下表面或上表面设置的导电电极(未示出)(参见例如图5a)。在mems装置100的运行期间，可移动的膜136被配置成朝空腔电极108a或远离空腔电极108a移动，使得可检测到可移动的膜136与空腔电极108a之间的电容变化。电容变化可被转换成电信号且可通过内连结构104传输到设置在衬底102上的半导体装置和/或其他半导体装置(未示出)。举例来说，可移动的膜136的位置可能会因设置在mems装置100上的声波(例如，超声波信号)而移位。在此种实施例中，mems装置100可被配置为电容式微机械超声换能器(cmut)。

在一些实施例中，可移动的膜136与空腔电极108a之间的电容值的范围可由距离ds界定。距离ds界定在第三停止件结构118c的上表面与可移动的膜136之间。电容值的范围随着距离ds的增大而增大，且电容值的范围随着距离ds的减小而减小。在一些实施例中，在mems装置100的制作期间，通过将介电结构130的厚度t1设定成预定值来界定距离ds。通过将介电结构130的厚度t1准确地设定成预定值，可界定mems装置100的灵敏度(即，电容值的范围)。然而，如果介电结构130的厚度t1被不准确地界定，则mems装置100的灵敏度可能不适用于特定应用。这转而可对特定应用的mems装置100的性能产生不利影响。

在一些实施例中，省略导电接合结构122(未示出)，且介电结构130可被配置为介电接合结构。在此种实施例中，为实现与隔离介电层132的强的接合界面，对介电结构130执行平坦化工艺(例如，化学机械平坦化(cmp)工艺)，使得介电结构130具有实质上平的上表面。然而，由于处理工具的限制(例如，cmp工艺的公差)，可能难以在准确地界定厚度t1的同时形成实质上平的上表面。因此，在根据本公开的一些实施例中，为实现衬底102与mems衬底134之间的强的接合以及准确的厚度t1，可利用具有高厚度控制的沉积工艺来沉积介电结构130，且通过共晶接合将导电接合结构122接合到内连结构104。举例来说，介电结构130的形成可包括对厚度t1具有高度控制(即，将介电结构130形成为预定厚度，其误差介于+/-5％的范围内)的沉积工艺(例如，高密度等离子体(hdp)化学气相沉积(cvd))。此外，通过共晶接合将导电接合结构122接合到导电接合层108b，从而实现mems衬底134与衬底102之间的强的接合。在共晶接合工艺期间，随着导电接合结构122与导电接合层108b接合，导电接合结构122的厚度可减小。当隔离介电层132的下表面接触介电结构130的上表面时，导电接合结构的厚度的减小停止。因此，介电结构130充当接合停止结构，使得厚度t1可界定距离ds。因此，在准确地界定距离ds的同时，导电接合结构122与导电接合层108b之间可实现强的接合。这转而会增大mems装置100的可靠性、结构完整性及灵敏度。

在一些实施例中，可沿内连介电结构106的上表面设置多个停止件结构118a、118b、118c(或可描述为停止件结构118a-118c)。在mems装置100的运行期间，停止件结构118a-118c各自被配置成防止可移动的膜136粘到和/或贴合到内连介电结构106。在一些实施例中，停止件结构118a-118c中的每一者可具有粗糙的上表面，所述粗糙的上表面被配置成防止与隔离介电层132和/或可移动的膜136的粘连。这转而可防止可移动的膜136响应于声波而被粘住和/或无法移动，从而增加mems装置100的耐用性、可靠性及性能。第一停止件结构118a及第二停止件结构118b各自包括位于第二停止件层116之下的第一停止件层114。在一些实施例中，第三停止件结构118c包含与第一停止件层114相同的材料。

图2a示出沿线a-a’截取的图1所示mems装置100的一些替代实施例的俯视图200a。图1示出沿线a-a’截取的图2a所示俯视图200a的剖视图的一些实施例。

沟槽202在侧向上环绕可移动的膜136。在一些实施例中，沟槽202被配置成将可移动的膜136与设置在mems衬底134上的其他区、结构和/或层(未示出)电隔离和/或机械隔离。在另一些实施例中，沟槽202延伸穿过mems衬底134的整个厚度。如图2a中所示，当从上方观察时，可移动的膜136可包括具有圆形形状或椭圆形形状的中心本体(centralbody)136a，且还包括从中心本体136a延伸的修圆突出部(roundedprotrusion)136b。

图2b示出沿线b-b’截取的图1所示mems装置100的一些替代实施例的俯视图200b。在一些实施例中，在图1所示剖视图中，线b-b’沿介电结构130的上表面设置。图1示出沿线b-b’截取的图2b所示俯视图200b的剖视图的一些实施例。

如图2b中所示，介电结构130包括具有圆形形状和/或椭圆形形状的中心本体及从中心本体延伸的修圆突出部。在修圆突出部内设置有接触通孔204，且接触通孔204电耦合到可移动的膜(图1所示136)。沟槽202连续地环绕介电结构130。介电结构130连续地环绕导电接合结构122。在一些实施例中，当从上方观察时，导电接合结构122是环形形状且可被配置成以第一气体压力对空腔(图1所示120)进行密封。当从上方观察时，第一停止件结构118a及第二停止件结构118b可具有环形形状，且第三停止件结构118c可具有圆形形状或椭圆形形状。

图3示出包括mems装置302的集成芯片300的一些实施例的剖视图，mems装置302具有在侧向上环绕导电接合结构122的介电结构130。

集成芯片300包括上覆在衬底102上的内连结构104。在一些实施例中，衬底102可为或可包括例如块状衬底(例如，块状硅衬底)、绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)衬底或一些其他合适的衬底。在替代实施例中，衬底102可被配置成载体衬底或半导体衬底。内连结构104包括内连介电结构106、多条导电线108、多个导通孔110及重布线层112。内连介电结构106可包括一个或多个层间介电(inter-leveldielectric，ild)层。在一些实施例中，所述一个或多个ild层可为或可包含例如二氧化硅、低介电常数介电材料、极低介电常数介电材料、前述的组合或另一合适的介电材料。导电线108和/或导通孔110可为或可包含例如铝、铜、铝铜、钨、钛、钽、前述的组合等。重布线层112可为或可包含例如铝、铜、钨、前述的组合等。导电线108包括在垂直方向上位于重布线层112上方的上部层108ul。导电线108的上部层108ul包括导电接合层108b及空腔电极108a。在一些实施例中，导电接合层108b可为或可包含铝、铜、铝铜等。

mems装置302包括可移动的膜136、空腔120、介电结构130、导电接合结构122、多个停止件结构118a-118c、一个或多个接触通孔204及空腔电极108a。mems衬底134上覆在内连结构上且沿mems衬底134的下表面设置隔离介电层132。空腔120界定在隔离介电层132的下表面与内连结构104的上表面之间。介电结构130设置在内连结构104与隔离介电层132之间。介电结构130包括第一介电层124、第二介电层126及第三介电层128。在一些实施例中，第一介电层124可为或可包含例如氧化铝(例如，al2o3)、另一金属氧化物等，和/或可具有约300埃或者介于约285埃到315埃的范围内的厚度t3。在一些实施例中，第二介电层126可为或可包含例如氮化硅、碳化硅等，和/或可具有约300埃或者介于约285埃到315埃的范围内的厚度t4。在另一些实施例中，第三介电层128可为或可包含例如氧化物(例如二氧化硅、另一合适的氧化物等)，和/或可具有约2,000埃或者介于约1,900埃到2,100埃的范围内的厚度t5。在一些实施例中，内连介电结构106的上部区106ur可具有约200埃、大于约100埃或介于约190埃到210埃的范围内的厚度t2。在一些实施例中，如果厚度t2大于约100埃，则内连介电结构106的上部区106ur可被配置成防止对导电线108的上部层108ul产生应力和/或损坏。在一些实施例中，介电结构130具有厚度t1。

在一些实施例中，内连介电结构106的上部区106ur的厚度t2、第一介电层124的厚度t3和/或第二介电层126的厚度t4可例如分别被固定成初始值。在此种实施例中，可通过将第三介电层128的厚度t5改变成合适的值来调整介电结构130的厚度t1。因此，可通过适当地设定第三介电层128的厚度t5来设定可移动的膜136与第三停止件结构118c之间的距离ds。在另一些实施例中，由于第三介电层128是通过对厚度t5具有高度控制(即，将第三介电层128形成为预定厚度，其误差介于+/-5％的范围内)的沉积工艺(例如，高密度等离子体(hdp)化学气相沉积(cvd))形成，因此距离ds可被形成为误差介于目标值的约+/-5％的范围内的目标值。这转而会增大mems装置302的性能及灵敏度。

导电接合结构122设置在隔离介电层132与导电接合层108b之间。在一些实施例中，介电结构130连续地环绕导电接合结构122的外周边(outerperimeter)。在一些实施例中，导电接合结构122可为或可包含例如锗、另一合适的导电材料等。在一些实施例中，在集成芯片300的制作期间，导电接合结构122可接合到导电接合层108b，从而以第一气体压力密封空腔120。

可移动的膜136设置在mems衬底134内且上覆在空腔120上。沟槽202在侧向上环绕可移动的膜136，且可被配置成将可移动的膜136与设置在mems衬底134内和/或mems衬底134上的其他装置电隔离。沟槽202从mems衬底134的上表面连续地延伸到第一介电层124的底表面，使得内连介电结构106的上表面被暴露出。一个或多个接触通孔204从内连结构104中的导电线108延伸穿过介电结构130，以接触可移动的膜136。所述一个或多个接触通孔204被配置成将可移动的膜136电耦合到导电线108及导通孔110。

可移动的膜136与空腔120的下表面分隔开距离ds。空腔电极108a设置在内连介电结构106内且通过内连介电结构106的上部区106ur而与空腔120分隔开。所述多个停止件结构118a-118c设置在空腔120内且上覆在空腔电极108a上。第一停止件结构118a及第二停止件结构118b各自包括第一停止件层114及第二停止件层116。在一些实施例中，第一停止件层114可为或可包含例如氧化铝(例如，al2o3)、另一金属氧化物等。在另一些实施例中，第二停止件层116可为或可包含例如氮化硅、碳化硅等。第三停止件结构118c可为或可包含例如氧化铝(例如，al2o3)、另一金属氧化物等。在一些实施例中，第三停止件结构118c可例如具有与第一介电层124相同的厚度(未示出)。在一些实施例中，每一停止件结构118a-118c的上表面可为粗糙的和/或可包括多个突出部，所述多个突出部被配置成防止与隔离介电层132和/或可移动的膜136的粘连。在另一些实施例中，第三停止件结构118c被配置成感测电极，使得可检测到第三停止件结构118c与可移动的膜136之间的电容。

图4示出沿线c-c’截取的图3所示集成芯片300的一些替代实施例的俯视图400。图3示出沿线c-c’截取的图4所示俯视图400的一部分的剖视图的一些实施例。

如图4所示俯视图400中所示，多个mems装置402a、402b、402c、402d、402e、402f(或可描述为mems装置402a-402f)被设置成包括行及列的阵列。在一些实施例中，每一mems装置402a-402f被配置成图3所示mems装置302。沟槽202在侧向上环绕每一mems装置402a-402f的外周边，且被配置成将mems装置402a-402f彼此电隔离。此外，多个接触接垫404在侧向上偏离mems装置402a-402f。接触接垫404被配置成通过例如接合导线(未示出)将mems装置402a-402f电耦合到另一半导体装置(未示出)。接触接垫404各自包括接触接垫本体408及接触接垫通孔410。在一些实施例中，接触接垫通孔410延伸到mems衬底134中，以接触内连结构(图3所示104)的金属特征(例如，图3所示导电线108、图3所示导通孔110等)。此外，接触接垫404可通过内连结构(图3所示104)电耦合到mems装置402a-402f。另外，接触接垫沟槽406在侧向上环绕每一接触接垫本体408及接触接垫通孔410，其中接触接垫沟槽406被配置成将接触接垫404与设置在mems衬底134内和/或mems衬底134上的其他装置电隔离。在一些实施例中，接触接垫本体408和/或接触接垫通孔410各自可为或可包含例如铝、铜、铝铜等。

图5a示出根据图3所示集成芯片300的一些替代实施例的集成芯片500的剖视图。

如图5a中所示，可移动的膜136可被配置成可移动的膜电极，使得可移动的膜136可为或可包含铝、铜、铝铜、钛、钽、前述的组合等。此外，上部隔离层502可上覆在mems衬底134上。在此种实施例中，mems衬底134、上部隔离层502及隔离介电层132可被配置成绝缘体上硅(soi)衬底。在一些实施例中，上部隔离层502可为或可包含例如氧化物(例如二氧化硅、另一合适的介电材料等)。此外，可移动的膜136的下表面可沿mems衬底134的上表面134us设置。在一些实施例中，可移动的膜136的上表面可沿mems衬底134的下表面134ls设置(未示出)。在另一些实施例中，可移动的膜136的下表面可沿mems衬底134的下表面134ls设置。

图5b示出由虚线框指示的图5a所示导电接合结构122与导电接合层108b之间的界面的特写的剖视图504。

在一些实施例中，导电接合结构122的底表面122bs可包括在导电接合层108b的上表面108us下方延伸的多个突出部。此外，导电接合结构122可包括侧向段122ls1、122ls2，侧向段122ls1、122ls2分别在侧向上从导电接合结构122的侧壁122sw1、122sw2延伸到上表面108us之上。在一些实施例中，侧向段122ls1、122ls2可能是由于在集成芯片500的制作期间施加在导电接合结构122上的力和/或温度而引起的。

图5c示出图5a所示第二停止件层116的上表面116us的剖视图506。如图5c中所示，第二停止件层116的上表面116us可包括多个突出部，所述多个突出部被配置成减小与隔离介电层132的粘连。在一些实施例中，停止件结构118a-118c中的每一者的上表面可被配置成上表面116us(未示出)。

图6示出具有被介电结构130环绕的导电接合结构122的微机电系统(mems)装置600的一些实施例的剖视图，其中导电接合结构122在侧向上包围上部电极602。

在一些实施例中，距离ds界定在可移动的膜136与上部电极602的上表面602us之间。上部电极602邻接空腔120。可移动的膜136与上部电极602之间的电容变化可被检测到。上部电极602可例如电耦合到内连结构104中的导电线108。在另一些实施例中，上部电极602的厚度可等于第一介电层124的厚度，和/或上部电极602与第一介电层124可包含相同的材料(例如，金属氧化物)。

图7到图13示出根据本公开的方面的形成具有被介电结构环绕的导电接合结构的微机电系统(mems)装置的方法的一些实施例的剖视图700到剖视图1300。尽管参照方法阐述图7到图13中所示的剖视图700到剖视图1300，然而应理解，图7到图13中所示的结构并不仅限于所述方法，而是可单独地独立于所述方法。尽管图7到图13被阐述为一系列动作，然而应理解，这些动作不是限制性的，所述动作的次序可在其他实施例中进行更改，且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可整体地或部分地省略所示和/或所阐述的一些动作。

如图7所示剖视图700中所示，提供衬底102且在衬底102的前侧表面之上形成内连结构。内连结构104包括内连介电结构106、多条导电线108、多个导通孔110及重布线层112。在一些实施例中，内连介电结构106可为或可包括一个或多个层间介电(ild)层。所述一个或多个ild层可为或可包含例如氧化物(例如二氧化硅)、低介电常数介电材料或另一合适的介电材料。在一些实施例中，形成内连结构104的工艺包括通过单镶嵌工艺(singledamasceneprocess)或双镶嵌工艺(dualdamasceneprocess)形成导电线108、重布线层112和/或导通孔110。在一些实施例中，导电线108和/或导通孔110可为或可包含例如铝、铜、铝铜、钨、钛、前述的组合等。导电线108的上部层108ul包括导电接合层108b及空腔电极108a。

如图8所示剖视图800中所示，在内连结构104之上形成介电层堆叠801。在一些实施例中，介电层堆叠801包括第一介电层124、第二介电层126及第三介电层128。在一些实施例中，第一介电层124可为或可包含例如氧化铝(例如，al2o3)、另一金属氧化物等，和/或可具有约300埃或者介于约285埃到315埃的范围内的厚度t3。在一些实施例中，第二介电层126可为或可包含例如氮化硅、碳化硅等，和/或可具有约300埃或者介于约285埃到315埃的范围内的厚度t4。在另一些实施例中，第三介电层128可为或可包含例如氧化物(例如二氧化硅、另一合适的氧化物等)，和/或可具有约2,000埃或者介于约1,900埃到2,100埃的范围内的厚度t5。在一些实施例中，介电层堆叠801具有厚度t1。在一些实施例中，介电层堆叠801内的介电层可各自通过物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)、化学气相沉积(cvd)、等离子体增强型化学气相沉积(plasma-enhancedchemicalvapordeposition，pecvd)、热氧化或另一合适的沉积或生长工艺形成。

在一些实施例中，第一介电层124、第二介电层126和/或第三介电层128可各自通过对层的厚度具有例如+/-5％工艺控制的cvd工艺形成。举例来说，如果第三介电层128的目标厚度是2,000埃，则可通过高密度等离子体(hdp)cvd工艺形成第三介电层128，使得第三介电层128的厚度t5介于约1,900埃到2,100埃的范围内。因此，介电层堆叠801的厚度t1可被精确地形成，使得厚度t1具有目标厚度的+/-5％的公差。

如图9所示剖视图900中所示，对图8所示结构执行一种或多种刻蚀工艺，以界定介电结构130及多个停止件结构118a-118c，并暴露出导电接合层108b的上表面。所述一种或多种刻蚀工艺可包括执行第一刻蚀工艺以界定介电结构130。第一刻蚀工艺可包括：在第三介电层128之上形成掩模层(未示出)；将第三介电层128及下伏的层的未被遮罩的区暴露于一种或多种刻蚀剂，从而界定介电结构130；以及执行移除工艺以移除掩模层。此外，所述一种或多种刻蚀工艺可包括执行第二刻蚀工艺以界定第一停止件结构118a和/或第二停止件结构118b。第二刻蚀工艺可包括：在第三介电层128之上形成掩模层(未示出)；将第三介电层128及下伏的层的未被遮罩的区暴露于一种或多种刻蚀剂，从而界定第一停止件结构118a及第二停止件结构118b；以及执行移除工艺以移除掩模层。此外，可执行第三刻蚀工艺以界定第三停止件结构118c。在又一些实施例中，第三刻蚀工艺可移除第三停止件结构118c且可暴露出空腔电极108a的上表面(未示出)。此外，可执行第四刻蚀工艺以暴露出导电接合层108b的上表面。

在一些实施例中，第一停止件结构118a及第二停止件结构118b各自包括第一停止件层114及第二停止件层116。在一些实施例中，第一停止件层114可为或可包含例如氧化铝(例如，al2o3)、另一金属氧化物等。在另一些实施例中，第二停止件层116可为或可包含例如氮化硅、碳化硅等。第三停止件结构118c可为或可包含例如氧化铝(例如，al2o3)、另一金属氧化物等。在一些实施例中，每一停止件结构118a-118c的上表面可为粗糙的上表面和/或可包括多个突出部，所述多个突出部被配置成防止粘连，使得停止件结构118a-118c可被配置成防粘连结构。

如图10所示剖视图1000中所示，提供牺牲衬底1002且通过上部隔离层502将mems衬底134接合到牺牲衬底1002。在一些实施例中，牺牲衬底1002可为例如块状衬底(例如，块状硅衬底)或一些其他合适的衬底。上部隔离层502可为或可包含例如氧化物(例如二氧化硅)或另一合适的介电材料，和/或可通过cvd、pvd、热氧化或另一合适的沉积工艺形成。提供mems衬底134且随后将mems衬底134接合到上部隔离层502。在一些实施例中，mems衬底134可为例如块状衬底(例如，块状硅衬底)或一些其他合适的衬底。在一些实施例中，接合工艺可包括执行熔合接合工艺(fusionbondprocess)。在mems衬底134内形成可移动的膜136。在一些实施例中，可通过选择性离子注入工艺形成可移动的膜136。选择性离子注入工艺可包括：在mems衬底134之上形成掩模层(未示出)；选择性地将掺质(例如，n型掺质)注入到mems衬底134的未被遮罩的区中；以及执行移除工艺以移除掩模层。在另一些实施例中，可通过例如cvd、pvd、无电镀覆、溅镀或另一合适的生长或沉积工艺(未示出)形成可移动的膜136。在又一些实施例中，可移动的膜136可形成在mems衬底134之上(未示出)且可包含铝、铜、钛、钽等。

此外，如图10所示剖视图1000中所示，在mems衬底134和/或可移动的膜136之上形成隔离介电层132。在一些实施例中，隔离介电层132可为或可包含例如氧化物(例如二氧化硅)、另一合适的介电材料等。在隔离介电层132之上形成导电接合层1004。在一些实施例中，可通过例如cvd、pvd、无电镀覆、溅镀或其他合适的沉积或生长工艺形成导电接合层1004。此外，在一些实施例中，导电接合层1004可为或可包含例如锗、金、镍、前述的组合等，和/或可具有约3,800埃或者介于约3,610埃到3,980埃的范围内的厚度tcb。

如图11所示剖视图1100中所示，将导电接合层(图10所示1004)图案化，从而界定导电接合结构122。导电接合结构122具有厚度tcb。在一些实施例中，将导电接合层(图10所示1004)图案化可包括：在导电接合层(图10所示1004)之上形成掩模层(未示出)；将导电接合层(图10所示1004)的未被遮罩的区暴露于一种或多种刻蚀剂，从而界定导电接合结构122；以及执行移除工艺以移除掩模层。

如图12所示剖视图1200中所示，将图11所示结构旋转180度且随后将导电接合结构122接合到导电接合层108b，从而以第一气体压力密封空腔120。在另一些实施例中，接合工艺还可以第二气体压力密封外部空腔1204。外部空腔1204界定在介电结构130的内侧壁与导电接合结构122的外侧壁之间。在一些实施例中，接合工艺包括执行共晶接合。在此种实施例中，共晶接合可达到约420摄氏度或500摄氏度的最大接合温度。在另一些实施例中，共晶接合可包括朝衬底102向牺牲衬底1002的上表面施加接合力。在一些实施例中，接合力可例如介于约30千牛顿(kilonewton，kn)到40千牛顿的范围内。在一些实施例中，在共晶接合期间，最大接合温度和/或接合力可导致导电接合结构122的厚度tcb减小。这部分可能是由于导电接合结构122压靠在导电接合层108b上，且来自导电接合结构122的材料被迫沿导电接合层108b的上表面108us在侧向上推动(例如，参见虚线框1202)。在另一些实施例中，导电接合结构122的底表面122bs可在垂直方向上设置在导电接合层108b的上表面下方。在又一些实施例中，在共晶接合期间，介电结构130可充当接合停止结构，使得当隔离介电层132的下表面接触介电结构130的上表面时，导电接合结构122的厚度tcb的减小停止。因此，可移动的膜136与第三停止件结构118c之间的距离ds由介电结构130的厚度t1界定。在又一些实施例中，如果省略介电结构130(未示出)，则距离ds的准确控制被减轻或消除。因此，通过将介电结构130的厚度t1准确地界定(例如，通过利用图8所示沉积工艺)成合适的值，距离ds可被准确地界定。

虚线框1202示出共晶接合工艺之后导电接合结构122与导电接合层108b之间的界面的特写的一些实施例。导电接合结构122的底表面122bs可包括在导电接合层108b的上表面108us下方延伸的多个突出部。此外，导电接合结构122可包括侧向段122ls1、122ls2，侧向段122ls1、122ls2分别在侧向上从导电接合结构122的侧壁122sw1、122sw2延伸到上表面108us之上。在一些实施例中，侧向段122ls1、122ls2可能是由于接合力和/或最大接合压力而使来自导电接合结构122的本体的材料在侧向上被推至侧壁122sw1、122sw2的外侧所导致的。此转而可导致厚度tcb的减小。在一些实施例中，第二停止件层116可例如被配置成阻挡物(barrier)和/或墙壁，以防止导电接合结构122的侧向段122ls1、122ls2侧向延伸至空腔电极108a之上。此转而可例如防止可移动的膜136和/或空腔电极108a与侧向段122ls1、122ls2之间的电短路。

如图13所示剖视图1300中所示，执行移除工艺以移除牺牲衬底(图12所示1002)和/或上部隔离层(图12所示502)。在一些实施例中，移除工艺可包括执行刻蚀工艺(例如，毯覆式刻蚀(blanketetch))、平坦化工艺(例如，cmp工艺)、研磨工艺(例如，机械研磨工艺)、前述的组合或另一合适的移除工艺。

图14示出根据本公开的形成具有被介电结构环绕的导电接合结构的微机电系统(mems)装置的方法1400。尽管方法1400被示出和/或阐述为一系列动作或事件，然而应理解，所述方法不限于所示次序或动作。因此，在一些实施例中，可以与所示次序不同的次序施行所述动作和/或可同时施行所述动作。此外，在一些实施例中，可将所示动作或事件细分成多个动作或事件，所述多个动作或事件可分次单独施行或与其他动作或子动作同时施行。在一些实施例中，可省略一些所示动作或事件，且可包括其他未示出的动作或事件。

在动作1402处，在衬底之上形成内连结构。内连结构包括导电接合层。图7示出与动作1402的一些实施例对应的剖视图700。

在动作1404处，在内连结构之上形成具有第一厚度的介电层堆叠。图8示出与动作1404的一些实施例对应的剖视图800。

在动作1406处，将介电层堆叠图案化，以沿内连结构的上表面界定介电结构及一个或多个停止件结构。图9示出与动作1406的一些实施例对应的剖视图900。

在动作1408处，在mems衬底上形成可移动的膜。图10示出与动作1408的一些实施例对应的剖视图1000。

在动作1410处，在mems衬底之上形成隔离介电层。图10示出与动作1410的一些实施例对应的剖视图1000。

在动作1412处，在mems衬底之上形成导电接合环结构。导电接合环结构具有比第一厚度大的第二厚度。图10及图11示出与动作1412的一些实施例对应的剖视图1000及剖视图1100。

在动作1414处，执行共晶接合工艺，以将导电接合环结构接合到导电接合层。共晶接合工艺密封设置在导电接合环结构的内侧壁之间的第一空腔。图12示出与动作1414的一些实施例对应的剖视图1200。

因此，在一些实施例中，本公开涉及一种具有被介电结构环绕的导电接合结构的微机电系统(mems)装置，其中导电接合结构通过共晶接合而接合到下伏的内连结构。

在一些实施例中，本申请提供一种微机电系统(mems)装置，所述微机电系统装置包括：衬底；内连结构，上覆在所述衬底上；mems衬底，上覆在所述内连结构上，其中所述mems衬底包括可移动的膜；介电结构，设置在所述内连结构与所述mems衬底之间；以及导电接合结构，夹置在所述内连结构与所述mems衬底之间，其中所述导电接合结构在所述介电结构的侧壁之间与所述介电结构的侧壁侧向间隔开，其中所述导电接合结构、所述mems衬底及所述内连结构至少局部地界定空腔，其中所述可移动的膜上覆在所述空腔上且在所述导电接合结构的侧壁之间与导电接合结构的侧壁在侧向上间隔开。

在上述微机电系统装置中，所述导电接合结构直接接触设置在所述内连结构内的导电接合层，其中所述导电接合层的上表面界定所述第一空腔的底表面。

在上述微机电系统装置中，所述导电接合结构在侧向上延伸跨越所述导电接合层的所述上表面。

在上述微机电系统装置中，所述导电接合结构包含锗且所述导电接合层包含铝铜。

在上述微机电系统装置中，所述介电结构上覆在所述导电接合层上。

在上述微机电系统装置中，所述介电结构的厚度小于所述导电接合结构的厚度。

在上述微机电系统装置中，所述介电结构包括：第一介电层，上覆在所述内连结构上；第二介电层，上覆在所述第一介电层上；以及第三介电层，上覆在所述第二介电层上，其中所述第一介电层、所述第二介电层及所述第三介电层包含彼此不同的介电材料。

在上述微机电系统装置中，还包括：第二空腔，界定在所述导电接合结构的外周边与所述介电结构的内侧壁之间。

在上述微机电系统装置中，还包括：空腔介电层，沿所述内连结构的上表面设置，其中所述空腔介电层邻接所述第一空腔且位于所述可移动的膜之下。

在上述微机电系统装置中，还包括：一个或多个停止件结构，上覆在所述内连结构的上表面上且设置在所述第一空腔内，其中所述停止件结构位于所述可移动的膜之下。

在一些实施例中，本申请提供一种微机电系统(mems)结构，所述微机电系统结构包括：衬底；内连结构，上覆在所述衬底上，其中所述内连结构包括导电接合层；mems衬底，上覆在所述内连结构上，其中所述mems衬底包括可移动的膜；导电接合环结构，夹置在所述内连结构与所述mems衬底之间，其中所述导电接合环结构接触所述内连结构的所述导电接合层，其中所述导电接合环结构、所述mems衬底及所述内连结构至少局部地界定第一空腔，其中所述可移动的膜上覆在所述第一空腔上且在所述导电接合环结构的侧壁之间在侧向上间隔开；介电结构，夹置在所述内连结构与所述mems衬底之间，其中所述导电接合环结构在所述介电结构的内侧壁之间在侧向上间隔开；以及防粘连结构，沿所述内连结构的上表面设置且设置在所述第一空腔内，其中所述防粘连结构包括朝所述mems衬底延伸的一个或多个突出部，其中所述防粘连结构包含与所述介电结构相同的材料。

在上述微机电系统结构中，所述介电结构包括第一介电层、第二介电层及第三介电层，其中所述第二介电层设置在所述第一介电层与所述第三介电层之间，其中所述第一介电层、所述第二介电层及所述第三介电层各自包含彼此不同的介电材料，且其中所述防粘连结构包括上覆在所述第一介电层上的所述第二介电层。

在上述微机电系统结构中，其中所述导电接合环结构的侧向段延伸跨越所述导电接合层的上表面且直接接触所述导电接合层的所述上表面，其中所述导电接合环结构的下表面包括在垂直方向上设置在所述导电接合层的所述上表面下方的一个或多个突出部。

在上述微机电系统结构中，还包括：沟槽，延伸穿过所述微机电系统衬底，其中所述沟槽在侧向上环绕所述可移动的膜的外周边；以及一个或多个接触通孔，从所述内连结构延伸到所述可移动的膜。

在一些实施例中，本申请提供一种形成微机电系统(mems)装置的方法，所述方法包括：在衬底之上形成内连结构，其中所述内连结构包括导电接合层；在所述内连结构之上形成具有第一厚度的介电层堆叠；将所述介电层堆叠图案化，以沿所述内连结构的上表面界定介电结构及一个或多个停止件结构；在mems衬底上形成可移动的膜；在所述mems衬底之上形成隔离介电层；在所述mems衬底之上形成导电接合环结构，其中所述导电接合环结构具有比所述第一厚度大的第二厚度；以及执行共晶接合工艺，以将所述导电接合环结构接合到所述导电接合层，其中所述共晶接合工艺密封设置在所述导电接合环结构的内侧壁之间的第一空腔。

在上述方法中，所述导电接合环结构的所述第二厚度在所述共晶接合工艺期间减小，其中当所述隔离介电层的下表面接触所述介电结构的上表面时，所述第二厚度的所述减小停止。

在上述方法中，形成所述介电层堆叠的工艺包括：在所述内连结构之上沉积具有第一介电厚度的第一介电层，其中所述第一介电层是通过化学气相沉积工艺进行沉积；在所述第一介电层之上沉积具有所述第一介电厚度的第二介电层，其中所述第二介电层是通过化学气相沉积工艺进行沉积；以及在所述第二介电层之上沉积具有比所述第一介电厚度大的第二介电厚度的第三介电层，其中所述第三介电层是通过高密度等离子体化学气相沉积工艺进行沉积。

在上述方法中，所述导电接合环结构包含锗。

在上述方法中，所述共晶接合工艺以第一气体压力密封所述第一空腔且以第二气体压力密封第二空腔，其中所述第二空腔界定在所述导电接合环结构的外周边与所述介电结构的侧壁之间。

以上概述了若干实施例的特征，以使所属领域中的技术人员可更好地理解本公开的各个方面。所属领域中的技术人员应理解，他们可容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺及结构的基础来施行与本文中所介绍的实施例相同的目的和/或实现与本文中所介绍的实施例相同的优点。所属领域中的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本公开的精神及范围，而且他们可在不背离本公开的精神及范围的条件下在本文中作出各种改变、代替及变更。