CN103204456A - 用于mems结构中的tsv的支撑结构 - Google Patents

Abstract

实施例是一种形成微机电系统(MEMS)器件的方法。该方法包括在第一衬底上方形成MEMS结构，其中，该MEMS结构包括活动元件；在第一衬底上方形成接合结构；以及在第一衬底上方形成支撑结构，其中，该支撑结构从接合结构突出。该方法另外包括将MEMS结构与第二衬底相接合；以及在第二衬底的背面上形成衬底通孔(TSV)，其中，上面的TSV与接合结构以及支撑结构对准。本发明提供用于MEMS结构中的TSV的支撑结构。

Description

用于MEMS结构中的TSV的支撑结构

相关申请的交叉参考

本发明要求于2012年1月16日提交的名称为“Support Structure forTSV in MEMS Structure”的第61/587,009号美国临时申请的优先权。该专利申请的全部公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及MEMS结构中的TSV的支撑结构。

背景技术

微机电系统(MEMS)是一种形成具有微米级(米的百万分之一)尺寸的微结构的技术。该技术的主要部分源于集成电路(IC)技术。大部分器件构建在硅晶圆上并且以材料薄膜实现。MEMS技术具有三个基础构成要素，这些构成要素是能够在衬底上沉积材料薄膜，通过光刻成像在膜上应用图案化的掩模，并且选择性地将膜蚀刻成掩模的能力。MEMS工艺通常是这些用于形成实际器件的操作的有条理的顺序。

MEMS应用包括惯性传感器应用，诸如，运动传感器、加速计，以及陀螺仪。其他MEMS应用包括光学应用(诸如，活动反射镜)以及RF应用，诸如，RF开关和振荡器。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种形成微机电系统(MEMS)器件的方法，包括：在第一衬底上方形成MEMS结构，其中，所述MEMS结构包括活动元件；在所述第一衬底上方形成接合结构；在所述第一衬底上方形成支撑结构，其中，所述支撑结构从所述接合结构横向地突出；将所述MEMS结构接合至第二衬底；以及在所述第二衬底的背面上形成衬底通孔(TSV)，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准。

在上述方法中，其中，所述接合结构和所述支撑结构包括相同的材料。

在上述方法中，其中，所述支撑结构以大约1um至大约20um的宽度围绕上面的TSV的投影。

在上述方法中，其中，以相同的工艺同时形成所述支撑结构和所述接合结构。

在上述方法中，其中，形成所述支撑结构包括：在所述MEMS结构上沉积第一材料；图案化所述第一材料；在所述第二衬底上方沉积第二材料；以及图案化所述第二材料。

在上述方法中，其中，形成所述支撑结构包括在所述MEMS结构上沉积第一材料和图案化所述第一材料。

在上述方法中，其中，形成所述MEMS结构进一步包括：在所述第一衬底上沉积第一介电层；在所述第一介电层中蚀刻凹槽；在所述第一介电层上熔融接合晶圆；以及蚀刻所述晶圆以形成所述活动元件。

在上述方法中，其中，形成所述MEMS结构进一步包括：在所述第一衬底中蚀刻凹槽；在所述第一衬底上熔融接合晶圆；以及蚀刻所述晶圆从而形成所述活动元件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体器件，包括：接合结构，位于第一衬底上方；支撑结构，位于所述第一衬底上方，其中，所述支撑结构从所述接合结构横向地突出；以及第二衬底，位于所述接合结构和所述支撑结构上方。

在上述半导体器件中，其中，所述接合结构和所述支撑结构包括相同的材料。

在上述半导体器件中，进一步包括延伸穿过所述第二衬底的背面的TSV，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准。

在上述半导体器件中，进一步包括延伸穿过所述第二衬底的背面的TSV，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准，其中，所述支撑结构以大约1um至大约20um的宽度围绕上面的TSV的投影。

在上述半导体器件中，进一步包括：第一介电层，位于所述第一衬底上；第一凹槽，位于所述第一介电层中；以及MEMS结构，位于所述第一介电层和所述第一凹槽上方，其中，所述MEMS结构包括活动元件和相邻的静止元件，所述接合结构和所述支撑结构位于所述静止元件上。

在上述半导体器件中，进一步包括：第一介电层，位于所述第一衬底上；第一凹槽，位于所述第一介电层中；以及MEMS结构，位于所述第一介电层和所述第一凹槽上方，其中，所述MEMS结构包括活动元件和相邻的静止元件，所述接合结构和所述支撑结构位于所述静止元件上，进一步包括：互连结构，位于所述第二衬底的正面上；第二介电层，位于所述互连结构和所述MEMS结构之间；第二凹槽，位于所述第二介电层中；以及TSV，延伸穿过所述第二衬底的背面，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准，所述TSV与所述互连结构相连接。

在上述半导体器件中，进一步包括多个位于所述第二衬底的背面上的TSV，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准。

在上述半导体器件中，进一步包括多个位于所述第二衬底的背面上的TSV，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准，其中，所述半导体器件包括四个边，所述四个边中的每个都包括多个TSV中的至少一个。

根据本发明的又一方面，还提供了一种MEMS器件，包括：MEMS结构，位于第一衬底上方，其中，所述MEMS结构包括活动元件和相邻的静止元件；接合结构，位于所述静止元件上方；第二衬底，位于所述MEMS结构上方，其中，所述第一衬底、所述接合结构以及所述第二衬底形成围绕所述MEMS结构的腔；以及TSV，延伸穿过所述第二衬底的背面，其中，所述接合结构被配置成支撑上面的TSV。

在上述MEMS器件中，其中，所述腔包括位于所述第一衬底中的第一凹槽以及位于所述第二衬底中的第二凹槽。

在上述MEMS器件中，其中，所述接合结构以大约1um至大约20um的宽度完全包围上面的TSV的投影。

在上述MEMS器件中，其中，上面的TSV可以是圆形的，所述接合结构共形地围绕所述上面的TSV的投影。

附图说明

为了更全面地理解本发明的实施例及其优势，现将结合附图所进行的描述作为参考，其中：

图1a以截面图示出MEMS器件的示例性实施例；

图1b至图1d以俯视图示出MEMS器件的示例性实施例；

图2a至图2d以截面图示出根据一个实施例加工示例性MEMS器件的步骤；

图3a至图3c以截面图示出根据一个实施例加工示例性盖晶圆(capwafer)的步骤；

图4a至图4b以截面图示出根据一个实施例接合MEMS器件晶圆和盖晶圆的步骤；

图5a至图5c以截面图示出根据另一个实施例加工示例性MEMS器件晶圆的步骤；

图6示出根据另一个实施例接合MEMS器件晶圆和盖晶圆。

具体实施方式

现将详细参考附图中所示的实施例。在任何情况下，使用在图和说明书中的相同的参考标号涉及的是相同的或类似的部分。在图中，出于清楚和方便可以对形状和厚度进行夸大。该说明将具体地涉及形成根据本公开的方法和装置的部分的元件或更直接地与其相互协作的元件。可以理解，没有具体示出或描述的元件可以采用本领域技术人员所公知的各种形式。一旦理解了本公开，那么对本领域的技术人员而言多种变化和更改都是显而易见的。

将借助具体的环境，即，MEMS器件中的硅通孔(TVS)支撑结构来描述多个实施例。然而，也可以向其他包括有TVS的封装器件应用其他实施例。

整个说明书中的“一个实施例”或“实施例”的参考指的是根据实施例所描述的具体的部件、结构或特性均包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现在各处的“在一个实施例中”或“在实施例中”不必均涉及相同的实施例。另外，具体的部件、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应该理解，下面的附图没有按照比例绘制，这些附图仅仅用于说明。

现参考图1a，示出了MEMS器件1的截面图。MEMS器件1包括了晶圆100、MEMS晶圆200，以及盖晶圆300。晶圆100包括位于衬底102上的介电层104。在该实施例中，衬底102可以是半导体衬底，诸如硅，而在其他实施例中，包括硅锗(SiGe)、碳化硅、陶瓷衬底、石英衬底等，或其组合。其他可以使用的衬底包括多层衬底、渐变衬底，或混合取向衬底。凹槽106(见图2b)可以形成在介电层104中。

晶圆100可以包括有源和无源器件(图1a中未示出)。本领域的普通技术人员将意识到，可以使用广泛多样的有源和无源器件(诸如，晶体管、电容器、电阻器，这些的组合等)来产生MEMS器件1的设计的结构和功能需求。可以使用任意适合的方法来形成该有源和无源器件。

MEMS晶圆200包括活动元件206和静止元件204。MEMS晶圆200可以包括与衬底102类似的材料，然而衬底102和MEMS晶圆200两者的材料不必是相同的。MEMS晶圆200与晶圆100相接合。在一个实施例中，接合工艺可以是熔融接合。在其他实施例中，该接合工艺可以包括热压接合、直接接合、胶合剂接合、共晶接合等。图案化和蚀刻MEMS晶圆200来在凹槽106上方形成活动元件206并且在介电层104的顶面上形成静止元件204。

盖晶圆300包括位于衬底302上的互连结构304、位于互连结构304上的介电层308，位于衬底302的顶面上的金属部件306，以及衬底通孔(“TSV”)312(也公知为“半导体通孔”或“硅通孔”)。在该实施例中，衬底302可以是硅，而在其他实施例中，包括硅锗(SiGe)、碳化硅、任意半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等，或这些的组合。其他可以使用的衬底包括多层衬底、渐变衬底，或混合取向衬底。

盖晶圆300可以包括有源和无源器件(图1a中未示出)。如本领域的普通技术人员将意识到的那样，可以使用广泛多样的有源和无源器件(诸如，晶体管、电容器、电阻器，这些的组合等)来产生MEMS器件1的设计的结构和功能需求。可以使用任意适合的方法来形成有源和无源器件。

可以在衬底302的顶面上形成互连结构304。该互连结构304可以通过金属部件306和TSV 312在有源和无源器件、活动元件206、静止元件204以及外部器件之间提供和/或为其提供电连接和物理连接。

在互连结构304顶上形成介电层308，而在介电层308中形成凹槽310(见图3c)。介电层308可以包括用于在MEMS结构的互连结构304、活动元件206以及静止元件204之间提供电连接和物理连接的金属通孔。

然后，将盖晶圆300与由晶圆100和MEMS晶圆200所形成的MEMS结构相接合。在实施例中，接合结构402可以包括一种材料，诸如，用于粘合剂接合工艺、玻璃粉接合工艺，或类似的工艺的聚合物、粘合剂、玻璃焊料等。在其他实施例中，该接合结构402可以包括两种单独的材料，一种形成在盖晶圆300上而一种形成在MEMS晶圆200上。在该实施例中，用于接合结构402的材料可以包括导电材料，诸如，Al、AlCu、Cu、Ge、AlGe等并且可以在共晶接合工艺、热压接合工艺，或类似的工艺中接合在一起。

穿过衬底302的背面形成TSV 312并且该TSV 312与衬底302的顶面上的金属部件306保持电接触和物理接触。接合结构402包括支撑结构404(见图1c)，该支撑结构包围着TVS 312并且为其提供结构支撑。可以通过在衬底302的背面中蚀刻凹槽，然后在凹槽中沉积阻挡层和导电材料来形成TSV 312。

图1b示出了MEMS器件1的俯视图，而图1c示出了放大的俯视图，该图中包括TSV 312，接合结构402和支撑结构404。接合结构402的内边缘可以比TSV 312的内边缘更加向外，从而使围绕活动元件206的腔中的MEMS区域最大化。如图1b和图1c所示，支撑结构404从接合结构402的内边缘突出。突出的支撑结构404以1um至20um的宽度406包围着上面的TSV 312的投影(见图1c)。突出的支撑结构404可以共形地包围上面的TSV312的投影，从而以最小的增大来为接合结构402提供支撑。在该实施例中，TSV 312和接合结构402的内边缘基本上可以是圆形的，然而，其他实施例也可以考虑其他形状，诸如，正方形、矩形、或八边形。

图1d示出了MEMS器件1的另一个实施例，在此具有六个TSV 312，而不是之前所示的两个。可以与之前所描述的工艺类似的工艺来形成TSV312。尽管在图1b和图1d中所示的TSV仅仅处在MEMS器件1的左侧和右侧，但他们也可以处在MEMS器件的顶侧和底侧。这些TSV 312也可以包括突出的支撑结构404，从而完全包围和支撑上面的TSV 312的投影。如本领域的普通技术人员将理解的那样，TSV 312可以彼此相应地改变尺寸。为此可以相应地增大支撑结构404，当支撑结构在接合结构402上突起时可以完全地包围和支撑TSV 312。

图2a至图4b示出了根据一个实施例形成MEM器件1的工艺。尽管该实施例是利用以特定顺序执行的步骤来论述的，但可以任意逻辑顺序执行这些步骤。

现参考图2a至图2d，示出了处理所示的晶圆100和MEMS晶圆200的步骤。图2a示出了衬底102上的介电层104在处理的中间阶段的截面图。衬底102可以是硅、SiGe、碳化硅、任意半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等，或这些的组合。衬底102可以包括体硅(掺杂的或未掺杂的)或绝缘体上硅(SOI)衬底的有源层。可以使用的其他衬底包括多层衬底、渐变衬底，或混合取向衬底。

介电层104可以形成在衬底102上。介电层104可以由一种或多种适合的介电材料形成，诸如，氧化硅、氮化硅、低k电介质(诸如，碳掺杂的氧化物)、超低k电介质(诸如，多孔的碳掺杂的二氧化硅)、聚合物(诸如，聚酰亚胺)等，或这些的组合。可以通过诸如，化学汽相沉积(CVD)或类似的工艺来沉积介电层104，然而也可以使用任意可接受的工艺。在图2b中，凹槽106形成在介电层104中。可以通过，例如，蚀刻、铣削、激光技术、这些的组合，或类似的工艺形成凹槽106。

图2c示出了MEMS晶圆200在凹槽106上方与介电层104的顶面的接合。MEMS晶圆200可以包括与衬底102类似的材料，诸如，硅、SiGe、碳化硅、任意半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等，或这些的组合，然而衬底102和MEMS晶圆200两者不需要是相同的材料。MEMS晶圆200和介电层104可以通过直接接合、熔融接合、热压接合、胶合剂接合、共晶接合等相接合。可以通过应用热量和压力来改善或加快接合工艺并且该接合工艺具有约为4um的覆盖误差。可以通过注入工艺掺杂MEMS晶圆200，从而将p型或n型杂质引入到MEMS晶圆200中。

图2d示出了将MEMS晶圆200图案化成活动元件206和静止元件204。可以通过在MEMS晶圆200上方沉积通用的掩模材料(未示出)(诸如，光刻胶或氧化硅)来实现该图案化工艺。然后，图案化掩模材料并且根据图案来蚀刻MEMS晶圆200。所得到的结构是具有形成在凹槽106上方的允许在至少一个轴线上自由移动的活动元件的MEMS器件1。可以通过可以从静止元件204处延伸的铰链、弹簧、横梁或类似的(未示出)来支撑活动元件206。在可选的实施例中，可以通过首先形成凹槽106并且利用牺牲氧化物(未示出)来填充凹槽来形成活动元件206、静止元件204和凹槽106。在该实施例中，随后可以如上述那样将MEMS晶圆200与介电层104相接合并且进行图案化。然后，可以通过湿式蚀刻工艺(诸如，稀释的氢氟酸(DHF)处理或汽相氢氟酸(VHF)处理)来去除牺牲氧化物(未示出)，从而在凹槽106上方形成活动元件206。

在另一个实施例中，可以通过在介电层104的顶面上沉积半导体层(例如，硅层)和在凹槽106中沉积牺牲氧化物(未示出)来形成MEMS结构。然后，可以通过上述光刻技术或其他可接受的方法将硅层图案化成活动元件206和静止元件204。活动元件206在此处并不是活动的，因为他们仍处在介电层104上。然后，可以通过湿式蚀刻(诸如，DHF处理或VHF处理)来去除牺牲氧化物(未示出)，从而在凹槽106上方形成活动元件206。

图3a至图3c示出了根据一个实施例处理盖晶圆300。在图3a中，盖晶圆300处在中间处理阶段中。盖晶圆300可以包括位于衬底302上的互连结构304以及位于衬底302的顶面上的金属部件306。衬底302可以包括与衬底102以及MEMS晶圆200类似的材料，诸如，硅、SiGe、碳化硅、任意半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等，或这些的组合，然而该材料不需要与衬底102或MEMS晶圆200的材料相同。

衬底302可以包括有源和无源器件(图3a中未示出)。如本领域的普通技术人员将意识到的那样，可以使用广泛多样的有源和无源器件(诸如，晶体管、电容器、电阻器，这些的组合等)来产生MEMS器件1的设计的结构和功能需求。可以使用任意适合的方法来形成有源和无源器件。

金属部件306可以形成在衬底302的顶面上并且与互连结构304电接触，从而为有源和无源器件、活动元件206，以及静止元件204提供外部连接。金属部件306可以包括铜、镍、铝、铜铝、钨、钛、氮化钛、金、银、这些的组合，诸如，合金等。可以使用用于形成材料层(未示出)的沉积工艺(诸如，溅射)来形成金属部件306，然后通过适合的工艺(诸如，光刻掩蔽和蚀刻)来去除部分材料层从而形成金属部件306。然而，也可以使用任意其他适合的工艺来形成金属部件306。

在衬底302的顶面上可以形成互连结构304。互连结构304可以通过TSV 312在有源和无源器件、活动元件206、静止元件204、金属部件306、以及外部器件之间提供和/或为其提供电连接和物理连接(见图4b)。互连结构304可以包括任意数量的金属化层、金属间介电(IMD)层、通孔以及钝化层或其组合。在IMD层中的金属化层之间形成了通孔。可以通过沉积IMD层，使用例如，可接受的光刻技术在IMD层中蚀刻层的金属化图案，为IMD中的金属化沉积导电材料，并且通过例如，化学机械剖光(CMP)去除任何过量的导电材料来形成金属化层。光刻技术可以包括单镶嵌工艺或双镶嵌工艺，尤其是形成穿过IMD直达下面的金属化层的通孔时。

IMD层可以是氧化物电介质，诸如，二氧化硅(SiO₂)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或其他介电材料。金属化层的导电材料可以是，例如，铜、镍、铝、铜铝、钨、钛、金、银、这些的组合(诸如，合金)，或类似的。金属化层可以包括位于导电材料和IMD材料之间的阻挡层，而其他的介电层，诸如，由例如，氮化硅所形成的蚀刻停止层可以形成在IMD层之间。

在图3b中，介电层308形成在互连结构304上。介电层308可以由一种或多种适合的材料(诸如，氧化硅、氮化硅、低k介电材料，诸如，碳掺杂的氧化物，超低k电介质，诸如，多孔的碳掺杂的二氧化物，聚合物，诸如，聚酰亚胺，这些的组合或类似的)形成。可以通过诸如，CVD、原子层沉积(ALD)、热处理，或类似的工艺来沉积介电层308，然而也可以使用其他任意可接受的工艺。介电层308可以包括金属通孔，从而在MEMS结构的互连结构304、活动元件206以及静止元件204之间提供电连接和物理连接。图3c示出了介电层308中的凹槽310的形成。凹槽310可以通过，例如，蚀刻、铣削、激光技术，这些的组合或类似的工艺形成。

图4a至图4b提供了将包括有晶圆100和MEMS晶圆200的结构与盖晶圆308相接合的说明性工艺。该接合结构402可以形成在静止元件204和介电层308之间。在实施例中，接合结构402可以包括一种材料，诸如，用于粘合剂接合工艺、玻璃粉接合工艺，或类似的工艺的聚合物、粘合剂、玻璃焊料等。在其他实施例中，该接合结构402可以包括两种单独的材料，一种形成在盖晶圆300上而一种形成在MEMS晶圆200上。在该实施例中，用于接合结构402的材料可以包括导电材料，诸如，Al、AlCu、Cu、Ge、AlGe等并且可以在共晶接合工艺、热压接合工艺，或类似的工艺中接合在一起。如图1c所述，接合结构402包括支撑结构404，从而包围着上面的TSV312的投影并且为其提供结构支撑。

在接合工艺之后可以减薄盖晶圆300和晶圆100的背面。该减薄工艺可以包括研磨和CMP工艺，回蚀工艺，或其他可接受的工艺。可以减薄盖晶圆300来减少后续的TSV形成工艺的处理时间。另外，可以减薄晶圆100和盖晶圆300来减小MEMS器件1的整体封装尺寸。

图4b示出盖晶圆300中的TSV 312的形成。TSV 312从衬底302的背面延伸至位于衬底302的顶面上的金属部件306。金属部件306可以直接地或间接地与互连结构304中的金属互连相连接。可以通过例如蚀刻、铣削、激光技术，这些的组合等在衬底302中形成凹槽来形成TSV 312。可以通过CVD、ALD或类似的工艺在衬底302的背面上方和凹槽中共形地沉积薄的阻挡层(未示出)。阻挡层可以包括氮化物或氮氧化物，诸如，氮化钛、氮氧化钛、氮化钽、氮氧化钽、氮化钨、二氧化硅、这些的组合等。可以在薄的阻挡层上方和凹槽中沉积导电材料。可以通过电化学镀工艺、CVD、ALD、物理汽相沉积(PVD)、这些的组合等形成导电材料。导电材料的实例有铜、钨、铝、银、金、锗、这些的组合(诸如，合金)等。可以图案化导电材料来形成TSV 312导电材料。

图5a至图6示出了另一个形成MEMS器件1的实施例的方法。在此将不再重复与之前所描述的那些实施例类似的、关于该实施例的细节。在该实施例中，晶圆500和MEMS晶圆600接合在一起并且随后与盖晶圆300相接合。衬底502和介电层308中形成了围绕着MEMS结构的凹槽。

图5a至图5c示出了根据一个实施例处理晶圆500和MEMS晶圆600。在图5a中，衬底502处在处理的中间阶段。衬底502具有形成在顶面上的凹槽504。可以通过，例如，蚀刻、铣削、激光工艺、这些的组合或类似的工艺形成凹槽504。

图5b示出了在凹槽504上方将MEMS晶圆600与衬底502的顶面相接合。MEMS晶圆600可以包括与衬底502类似的材料，然而衬底502和MEMS晶圆600的材料无需是相同的。可以通过直接接合、熔融接合、热压接合、胶合剂接合、共晶接合等接合MEMS晶圆600和衬底502。可以通过应用热量和压力来改善或加快接合工艺。在另一个实施例中，MEMS晶圆600可以包括位于衬底502的顶面上的沉积层以及沉积在凹槽504中的牺牲氧化物(未示出)。由于上面已经描述过该工艺，此处不再重复其细节。可以通过注入工艺掺杂MEMS晶圆600，从而将p型或n型杂质引入到MEMS晶圆600中，或在材料生长时另外使用原位掺杂。

图5c示出了将MEMS晶圆600图案化成活动元件606和静止元件604。可以通过在MEMS晶圆600上方沉积通用的掩模材料(未示出)(诸如，光刻胶或氧化硅)来实现该图案化工艺。然后，图案化掩模材料并且根据图案来蚀刻MEMS晶圆600。所得到的结构是具有形成在凹槽504上方的允许在至少一个轴线上自由移动的活动元件606的MEMS器件1。可以通过可从静止元件604处延伸的铰链、弹簧、横梁等(未示出)来支撑活动元件606。在可选的实施例中，可以通过首先形成凹槽504并且利用牺牲氧化物(未示出)来填充凹槽来形成活动元件606、静止元件604和凹槽504。在该实施例中，随后可以将MEMS晶圆600与衬底502相接合并且如上述那样进行图案化。然后，可以通过湿式蚀刻工艺(诸如，DHF处理或VHF处理)来去除牺牲氧化物(未示出)，从而在凹槽504上方形成活动元件606。

图6示出了用于将包括有晶圆500和MEMS晶圆600的结构与盖晶圆300相接合的工艺。可以通过与图3a至图3c所示的相同的方法和材料形成盖晶圆300。可以在静止元件604和介电层308之间形成接合结构402。在实施例中，接合结构402可以包括一种用于粘合剂接合工艺、玻璃粉接合工艺，或类似的工艺的聚合物、粘合剂、玻璃焊料等。在其他实施例中，该接合结构402可以包括两种单独的材料，一种形成在盖晶圆300上而一种形成在MEMS晶圆600上。在该实施例中，用于接合结构402的材料可以包括导电材料，诸如，Al、AlCu、Cu、Ge、AlGe等并且可以在共晶接合工艺、热压接合工艺，粘合剂接合或类似的工艺中接合在一起。如图1c所示，接合结构402包括支撑结构404，从而包围上面的TSV 312的投影并且为其提供结构支撑。

可以在接合工艺之后减薄盖晶圆300和晶圆500的背面。该减薄工艺可以包括研磨和CMP工艺、回蚀工艺，或其他可接受的工艺。可以减薄盖晶圆300来减小后续的TSV形成工艺的处理时间。另外，可以减薄晶圆500和盖晶圆300来减小MEMS器件1的整体封装尺寸。TSV 312的形成之前已经描述过在此不再重复。

多个实施例可以实现多种优势。MEMS器件可以在不占用MEMS结构区域的情况下支撑TSV。另外，TSV的支撑结构仅最小地增大了接合区域。因此，支撑结构不会不利地影响接合强度。

一个实施例是一种形成微机电系统(MEMS)器件的方法。该方法包括在第一衬底上方形成MEMS结构，其中，该MEMS结构包括活动元件；在第一衬底上方形成接合结构；以及在第一衬底上方形成支撑结构，其中，该支撑结构从接合结构突出。该方法另外包括将MEMS结构与第二衬底相接合；以及在第二衬底的背面上形成衬底通孔(TSV)，其中，上面的TSV与接合结构和支撑结构对准。

另一个实施例是一种半导体器件，包括第一衬底；位于第一衬底上的接合结构、位于第一衬底上的支撑结构，其中，该支撑结构从接合结构横向地突出，以及位于接合结构和支撑结构上方的第二衬底。

又一个实施例是一种MEMS器件，包括位于第一衬底上方的MEMS结构，其中，该MEMS结构包括活动元件和相邻的静止元件；位于静止元件上方的接合结构，位于MEMS结构上方的第二衬底，其中，第一衬底、接合结构以及第二衬底形成了围绕MEMS结构的腔，以及延伸穿过第二衬底的背面的TSV，其中，接合结构被配置成支撑上面的TSV。

尽管已经详细地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。

Claims (10)

1.一种形成微机电系统(MEMS)器件的方法，包括：

在第一衬底上方形成MEMS结构，其中，所述MEMS结构包括活动元件；

在所述第一衬底上方形成接合结构；

在所述第一衬底上方形成支撑结构，其中，所述支撑结构从所述接合结构横向地突出；

将所述MEMS结构接合至第二衬底；以及

在所述第二衬底的背面上形成衬底通孔(TSV)，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合结构和所述支撑结构包括相同的材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支撑结构以大约1um至大约20um的宽度围绕上面的TSV的投影。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，以相同的工艺同时形成所述支撑结构和所述接合结构。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述支撑结构包括：

在所述MEMS结构上沉积第一材料；

图案化所述第一材料；

在所述第二衬底上方沉积第二材料；以及

图案化所述第二材料。

6.一种半导体器件，包括：

接合结构，位于第一衬底上方；

支撑结构，位于所述第一衬底上方，其中，所述支撑结构从所述接合结构横向地突出；以及

第二衬底，位于所述接合结构和所述支撑结构上方。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述接合结构和所述支撑结构包括相同的材料。

8.根据权利要求6所述的半导体器件，进一步包括延伸穿过所述第二衬底的背面的TSV，其中，上面的TSV与所述接合结构以及所述支撑结构对准。

9.一种MEMS器件，包括：

MEMS结构，位于第一衬底上方，其中，所述MEMS结构包括活动元件和相邻的静止元件；

接合结构，位于所述静止元件上方；

第二衬底，位于所述MEMS结构上方，其中，所述第一衬底、所述接合结构以及所述第二衬底形成围绕所述MEMS结构的腔；以及

TSV，延伸穿过所述第二衬底的背面，其中，所述接合结构被配置成支撑上面的TSV。

10.根据权利要求9所述的MEMS器件，其中，所述腔包括位于所述第一衬底中的第一凹槽以及位于所述第二衬底中的第二凹槽。

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