微机电系统及其制造方法技术方案

本发明专利技术一些方面提供一种微机电系统，其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。

【技术实现步骤摘要】
微机电系统及其制造方法
本专利技术一些教示涉及一种微机电系统及其制造方法。
技术介绍
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)。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术教示的一些方面，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。本专利技术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示出根据本专利技术教示的一些方面的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内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电系统，包括：/n半导体衬底，具有第一凹穴；/n底座，由与所述第一凹穴相邻的区域中的所述半导体衬底形成；/n装置，上覆于所述底座且通过所述第一凹穴内的金属接合到所述半导体衬底；以及/n多个第二凹穴，形成于所述装置下方的所述底座的表面中，其中所述第二凹穴小于所述第一凹穴。/n

【技术特征摘要】
20190522 US 16/419,3141.一种微机电系统，包括：
半导体衬底，具有第一凹穴；
底座，由与所述第一凹穴相邻的区域中的所述半导体衬底形成；
装置，上覆于所述底座且通过所述第一凹穴内的金属接合到所述半导体衬底；以及
多个第二凹穴，形成于所述装置下方的所述底座的表面中，其中所述第二凹穴小于所述第一凹穴。


2.根据权利要求1所述的微机电系统，其中所述第二凹穴是空隙。


3.根据权利要求1所述的微机电系统，其中所述第一凹穴中的所述金属包括共熔混合物。


4.一种微机电系统，包括：
半导体衬底；以及
其中装置通过接合区域中的金属接合结构接合到半导体衬底；以及
所述装置接触于与所述接合区域相邻的支撑区域中的所述半导体衬底上方；
所述半导体衬底在所述支撑区域中具有底座结构；以及
所述第一装置抵靠带刻痕的所述底座结构的上表面。


5.根据权利要求4所述的微机电系统，其中：
所述金属接合结构形成于所述半导体结构中的凹穴内；
所述凹穴具有宽度；以及
所述底座结构的所述上表面刻有具有比所述凹穴的所述宽度小的宽度的沟槽。


6.根据权利要求5所述的微机电系统，其中：
所述凹穴具有深度；以及
所述沟槽具有比所述凹穴的所述深度小的深度。


7.根据权利要求4所述的微机电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾李全，谢元智，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71