CN103373695A - Mems器件结构及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及MEMS器件结构及其形成方法。其中，一种微机电系统(MEMS)器件可以包括在第一衬底上方的MEMS结构。MEMS结构包括中心静态元件、可移动元件和外静态元件。在中心静态元件与第一衬底之间的接合材料部分。在MEMS结构上方的第二衬底而介电层的部分在中心静态元件与第二衬底之间。支撑柱包括接合材料部分、中心静态元件和电介质材料部分。

Description

MEMS器件结构及其形成方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及MEMS器件结构及其形成方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)是形成尺度为微米级(一米的一百万分之一)的微结构的技术。已经从集成电路(IC)技术采用该技术的大量部分。很多器件都是在硅晶片上构建并且在材料薄膜中实现的。在MEM技术中有三个基本构建块，它们是在衬底上沉积薄膜材料、通过光刻成像在薄膜顶部上涂敷图案化的掩模、并且将膜有选择地蚀刻成掩模的能力。MEMS工艺通常是用于形成实际器件的这些操作的结构化序列。
MEMS应用包括惯性传感器应用(比如，运动传感器、加速度计、和陀螺仪)。其它MEMS应用包括光学应用(比如，可移动镜)和RF应用(比如，RF开关和谐振器)。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于形成微机电系统(MEMS)器件的方法，包括：在第一衬底上方形成MEMS结构，其中，MEMS结构包括可移动元件和相邻的静态元件；形成包围可移动元件的空腔；在第二衬底上形成互连结构；在互连结构上沉积第一介电层；以及将MEMS结构接合到第一介电层，其中，静态元件形成空腔中的第一支撑柱，第一支撑柱被配置成支撑第二衬底。
其中，接合还在空腔中形成第二支撑柱，第二支撑柱与第一支撑柱横向隔开，第二支撑柱被配置成支撑第二衬底。
其中，可移动元件不被第一支撑柱支撑。
该方法进一步包括：在形成互连结构之前，在第二衬底的顶面上形成接触焊盘；减薄第二衬底的背侧；在第二衬底的背侧中形成开口，其中，开口的底面与接触焊盘邻接；在第二衬底的背侧上以及开口中沉积传导材料；以及图案化传导材料，以在开口中和第二衬底的背侧的接触焊盘上形成通孔。
其中，接合进一步包括：在MEMS结构上沉积第一接合材料；在第一介电层上沉积第二接合材料；使第一接合材料和第二接合材料接触；在第一接合材料与第二接合材料之间产生真空密封和电连接；以及在空腔中产生真空。
其中，第一支撑柱包括：第一接合材料的一部分；第二接合材料的一部分；以及MEMS结构的静态元件。
该方法进一步包括：形成MEMS结构进一步包括：在第一衬底上沉积第二介电层；在第二介电层中形成开口；在开口中沉积保护部件；将MEMS晶片接合到第二介电层；图案化MEMS晶片以形成可移动元件，其中，可移动元件围绕中心静态元件，可移动元件被外部静态元件围绕；以及形成空腔进一步包括：去除第二介电层位于可移动元件与第一衬底之间的部分，其中，第二介电层的被去除部分不受保护部件的保护，去除步骤在第一衬底与中心静态元件之间形成第二介电层的中心部分。
其中，第二介电层的中心部分位于两个保护部件之间。
其中，形成空腔进一步包括：使第一衬底凹陷；以及去除第一介电层的一部分。
此外，还提供了一种形成MEMS器件的方法，包括：在第一衬底上形成互连结构；在互连结构上沉积介电层；图案化介电层以形成中心部分和两个外部部分；将MEMS晶片接合到图案化的介电层；图案化MEMS晶片以形成可移动元件、中心静态元件和外部静态元件，可移动元件围绕中心静态元件，外部静态元件围绕可移动元件；在中心静态元件和外部静态元件上沉积第一接合材料；在第二衬底中形成两个凹陷，其中，凹陷形成第二衬底的中心凸起部分和第二衬底的两个外部凸起部分；在第二衬底的中心凸起部分和外部凸起部分上沉积第二接合材料；以及将MEMS晶片接合到第二衬底，其中，介电层的中心部分、中心静态元件、中心静态元件上的第一接合材料、中心凸起部分上的第二接合材料以及中心凸起部分形成第一支撑柱。
该方法进一步包括：在形成互连结构之前，在第一衬底的顶面上形成接触焊盘；减薄第一衬底的背侧；减薄第二衬底的背侧；在第一衬底的背侧中形成开口，开口的底面与接触焊盘邻接；在第一衬底的背侧上以及在开口中沉积传导材料；以及图案化传导材料，以在开口中和第一衬底的背侧的接触焊盘上形成通孔。
其中，接合进一步包括：在MEMS晶片上方和下方形成空腔，空腔包围第一支撑柱。
其中，将MEMS晶片接合到第二衬底的步骤在空腔中形成第二支撑柱，其中，第二支撑柱与第一支撑柱横向隔开。
此外，还提供了一种MEMS器件，包括：MEMS结构，位于第一衬底上方，其中，MEMS结构包括可移动元件、中心静态元件和外部静态元件，其中，可移动元件悬置于第一衬底上方，可移动元件与外部静态元件通过第一空间横向间隔，可移动元件与中心静态元件通过第二空间横向间隔；接合材料的中心部分，位于第一衬底与中心静态元件的底面之间；第二衬底，位于MEMS结构上方；第一介电层的中心部分，位于第二衬底与中心静态元件的顶面之间；以及支撑柱，支撑柱包括：接合材料的中心部分、中心静态元件以及第一介电层的中心部分。
该MEMS器件进一步包括：第一介电层的第一外部部分，第一外部部分位于外部静态元件与第二衬底之间；第一介电层的第二外部部分，第二外部部分位于外部静态元件与第二衬底之间；保护部件的第一外部部分，保护部件的第一外部部分位于外部静态元件与第二衬底之间，并且保护部件的第一外部部分与介电层的第一外部部分相邻；保护部件的第二外部部分，保护部件的第二外部部分位于外部静态元件与第二衬底之间，并且保护部件的第二外部部分与第一介电层的第二外部部分相邻；以及保护部件的第一内部部分和第二内部部分，保护部件的第一内部部分和第二内部部分与第一介电层的中心部分的相对侧邻接。
该MEMS器件进一步包括：空腔的上部部分，上部部分位于可移动元件上方；以及空腔的下部部分，下部部分位于可移动元件下方，其中，下部部分在第一空间和第二空间中与上部部分邻接。
其中，可移动元件不被支撑柱支撑。
其中，可移动元件围绕中心静态元件，外部静态元件围绕可移动元件。
该MEMS器件进一步包括：互连结构，位于第一衬底的顶面上；
第二介电层，位于互连结构上，第二介电层位于互连结构与接合材料的中心部分之间；以及衬底通孔(TSV)，位于第一衬底中，TSV电连接到互连结构中的金属部件。
其中，支撑柱进一步包括第二衬底的凸起部分，凸起部分位于第一介电层的中心部分上方。
附图说明
为了更完整理解当前实施例及其优点，现在参照与以下附图接合的下文进行描述，其中：
图1a至图1k示出了MEMS器件的一个示例性实施例的制造中的步骤；
图2在平面图中示出了相同MEMS器件的一个示例性实施例；
图3a至图3f示出了MEMS器件的第二示例性实施例的制造中的步骤；
图4示出了MEMS器件的第三实施例；
图5示出了MEMS器件的第四实施例；以及
图6a和图6b在平面图中示出了图5中的MEMS器件的示例性实施例。
具体实施方式
将参照图1a至图1k描述MEMS器件的形成中的各种步骤。现在将具体参照附图中所示实施例。只要有可能，相同标号在附图和说明书中用来指代相同或者相似部分。在附图中，为了清楚和便利，可能会夸大形状和厚度。本说明书将具体涉及如下要素，这些要素形成根据本公开内容的方法和装置的部分或者与这些方法和装置更直接配合。应理解，具体示出或者描述的要素可以采用本领域技术人员公知的各种形式。本领域技术人员一旦受本公开内容启发就将清楚许多替代和修改。
在本说明书全文中引用“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例描述的具体特征、结构或者特性包含于至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”出现于本说明书全文各处未必都指代相同实施例。此外，可以在一个或者多个实施例中以任何适当方式组合具体特征、结构或者特性。应当理解以下图未按比例绘制；实际上，这些图仅用于示例。
将关于具体背景(即，具有支撑柱结构的MEMS运动传感器器件)描述实施例。然而，其它实施例也可以应用于其它MEMS器件(比如，加速度计和陀螺仪)。
参照图1a，示出了MEMS器件1在中间加工阶段的横截面图。MEMS器件1包括晶片100上的介电层101。晶片100可以包括体硅晶片。在其它实施例中，晶片100可以包括任何半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等。在一些实施例中，晶片100包括绝缘体上硅(SOI)或者其它复合晶片。可以使用的其它衬底包括多层衬底、梯度衬底、或者混合定向衬底。
晶片100可以包括有源和无源器件(图1a中未示出)。本领域普通技术人员应理解，诸如晶体管、电容器、电阻器、这些器件的组合等的多种有源和无源器件可以用来生成用于MEMS器件1的设计的结构和功能要求。可以使用任何适当方法来形成有源和无源器件。
介电层101形成于晶片100上。介电层101可以由一种或者多种适当电介质材料(比如氧化硅、氮化硅、低k电介质(比如碳掺杂氧化物)、极低k电介质(比如多孔碳掺杂二氧化硅)、聚合物(比如聚酰亚胺)或者其组合)制成。可以通过比如化学气相沉积(CVD)、玻璃旋涂工艺这样的工艺沉积介电层101，但是可以利用任何可接受的工艺。上空腔102正是形成于介电层101中(见图1f)。
图1b示出了图案化介电层101以在介电层101中形成开口。可以通过在介电层101之上沉积常用掩模材料(未示出)(比如光阻剂或者氧化硅)来实现图案化工艺。然后图案化掩模材料并且根据图案蚀刻介电层101。
在图1c中，保护部件201沉积于介电层101中的开口中，并且晶片200置于介电层101和保护部件201上面。在一个实施例中，保护部件201沉积于介电层101中的开口中，可以通过比如化学机械工艺(CMP)这样的工艺平坦化保护部件201和介电层101，并且晶片200可以放置于介电层101和保护部件201的顶面上。在这一实施例中，保护部件201可以包括铝、铜、铝铜合金、钛钨合金、多晶硅或者其组合。晶片200可以包括与晶片100相似的诸如体硅晶片、任何半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等材料，但是晶片100和晶片200无需二者为相同材料。可以通过直接晶片接合来接合晶片200和介电层101。可以通过施加热或者压力来改进或者加速接合工艺。在另一实施例中，晶片200可以从介电层101和保护部件201的顶面外延生长。由于该工艺在本领域中已知，所以本文不再重复细节。可以通过注入工艺掺杂晶片200以向晶片200中引入p型或者n型杂质或者另外通过在生长材料时原位掺杂。在又一实施例中，晶片200可以由半导体材料形成并且沉积于介电层101和保护部件201的顶面上。半导体材料可以包括硅、锗等或者其组合。可以通过如上文讨论的注入方法掺杂晶片200。
图1d示出了将晶片200图案化成可移动元件203和静态元件202。可以通过在晶片100之上沉积常用掩模材料(未示出)(比如光阻剂或者氧化硅)来实现图案化工艺。然后，图案化掩模材料并且根据图案蚀刻晶片200。可移动元件203在图1d中不可移动，因为它仍然在介电层101的顶面上。
图1e示出了在静态元件202和可移动元件203上形成和图案化接合材料204。接合材料204可以由铝铜、锗、金等或者其组合制成。接合材料204可以充当用于后续接合工艺的共晶(eutectic)接合材料。可以使用物理气相沉积(PVD)(比如溅射或者蒸发等、其组合或者其它可接受的方法)来形成并且可以使用可接受的光刻技术来图案化接合材料204。
在图1f中，通过去除介电层101的部分来形成上空腔102。所得结构是具有可移动元件203的MEMS器件1，该元件形成于上空腔102之上以允许在至少一个轴上的自由移动。可移动元件203可以由从静态元件202延伸的铰链、弹簧、梁等(未示出)支撑。在一个实施例中，可以通过蚀刻工艺去除介电层101的部分。蚀刻工艺可以是持续适当时间的稀释氢氟酸(DHF)处理或者气相氢氟酸(VHF)处理。这些类型的蚀刻工艺具有在介电层101、晶片200、和晶片100之间的高选择性，从而在去除介电层101期间未明显侵袭晶片100和晶片200。还要注意，保护部件201在湿蚀刻工艺期间保护介电层101的在静态元件202之下的部分。
在图1g中，示出了在中间加工阶段的晶片300。晶片300可以包括接触焊盘302、在晶片300上的互连结构301和在互连结构301上的介电层303。晶片300可以包括与晶片100和200相似的的材料，诸如体硅晶片、任何半导体衬底、陶瓷衬底、石英衬底等、但是无需是相同材料。
晶片300可以包括有源和无源器件(图1g中未示出)。本领域普通技术人员应理解，诸如晶体管、电容器、电阻器、这些器件的组合等多种有源和无源器件可以用来生成用于MEMS器件1的设计的结构和功能要求。可以使用任何适当方法来形成有源和无源器件。
接触焊盘302可以形成于晶片300的顶面上并且与互连结构301电接触以便提供与有源和无源器件、可移动元件203、以及静态元件202的外部连接。接触焊盘302可以包括铝、铜等或者其组合。可以使用沉积工艺(比如溅射)来形成接触焊盘302以形成材料层(未示出)，然后可以通过适当工艺(比如光刻掩蔽和蚀刻)去除材料层的部分以形成接触焊盘302。然而，任何其它适当工艺可以用来形成接触焊盘302。
互连结构301可以形成于晶片300的顶面上。互连结构301可以经过接触焊盘403和衬底通孔(“TSV”)400(也称为“半导体通孔”或者“硅通孔”)(见图1k)提供在有源和无源器件、可移动元件203、以及静态元件202与外部器件之间和/或与有源和无源器件、可移动元件203、以及静态元件202与外部器件相连的电和物理连接。互连结构301可以包括任何数目或者组合的金属层、金属间电介质(IMD)层、通孔、和钝化层。图1g中所示互连结构301包括IMD层中的三个金属化层(图中的金属化层中所示连接并非旨在示出具体连接)。通孔形成于IMD层中的金属化层之间。通过沉积IMD层、使用例如可接受的光刻技术蚀刻IMD层中的层的金属化图案、在IMD中沉积用于金属化的传导材料、并且通过例如CMP去除任何过量传导材料来形成金属化层。特别是在经过IMD形成通孔通向下层金属化层时，光刻技术可以包括单波形花纹工艺或者双波形花纹工艺。
IMD层可以是氧化物电介质(比如二氧化硅(SiO2)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或者其它电介质材料)。金属化层的传导材料可以例如是铜、镍、铝、铜铝、钨、钛、金、银、这些材料的组合(比如合金)等。金属化层可以包括在传导材料与IMD材料之间的阻挡层，并且其它介电层(比如由例如氮化硅制成的蚀刻阻止层)可以形成于IMD层之间。
介电层303形成于互连结构301上。介电层303可以由一种或者多种适当电介质材料(比如氧化硅、氮化硅、低k电介质(比如碳掺杂氧化物)、极低k电介质(比如多孔碳掺杂二氧化硅)、聚合物(比如聚酰亚胺)或者其组合)制成。可以通过比如化学气相沉积(CVD)、玻璃旋涂工艺这样的工艺沉积介电层303，当然，还可以利用任何可接受的工艺。
图1h示出了在介电层303上形成和图案化接合材料304。接合材料304可以由铝铜、锗、金等或者其组合制成。可以使用诸如溅射或者蒸发等的PVD、其组合、或者其它可接受的方法来形成接合材料304。可以使用可接受的光刻技术来图案化接合材料304。
在图1i中，包括晶片100和200的结构被接合到晶片300结构。两个结构可以通过在接合材料204(在晶片200上)与接合材料304(在晶片300上)之间的共晶接合来接合在一起。共晶接合工艺可以在两个结构之间形成密闭密封和电连接，从而允许可移动元件203和静态元件202经过例如晶片300上的接触焊盘403和TSV400(见图1k)形成与外部部件的电连接。可以施加大于35kN的接合力和大于400℃的温度以获得良好接合强度。在一个实施例中，真空室可以用作接合室。然而，在另一实施例中，接合室具有大气压强。
如图1i中所示，所得结构示出了如下MEMS结构，该结构包括可移动元件203和静态元件202而上空腔102在上方以及下空腔305在下方。通过去除介电层101的部分来形成上空腔102，并且下空腔由接合材料204和304形成。空腔的压强水平可以由接合工艺控制。在一个实施例中，空腔102和305由于在真空室中接合而处于真空。上和下空腔102和305在静态元件202与可移动元件203之间的空间中邻接。上空腔102和下空腔305形成包围可移动元件203的单个空腔。支撑柱500包括接合材料204和304的中心部分、中心静态元件202、介电层101的中心部分、以及保护部件201的中心部分。支撑柱500在包括上空腔102和下空腔305的空腔中。
图1j示出了在接合工艺之后减薄晶片100和300。减薄工艺可以包括研磨和CMP工艺、回蚀工艺或者其它可接受的工艺。可以减薄晶片300以减少用于后续TSV形成工艺的加工时间量。另外，可以减薄晶片100和300以减少MEMS器件1的总封装尺寸。在一个实施例中，晶片100可以减薄至约300μm与100μm之间的厚度，而晶片300可以减薄至少于100μm的厚度(比如80μm)。
晶片300和晶片100的减薄可以减少MEMS器件1的总强度。发明人发现支撑柱500的形成可以减少在空腔与外部区域之间的压强差、工艺应变、和外力可能引起的晶片300的变形。支撑柱500可以将对晶片300的应变冲击最多减少至80％。支撑柱500也可以提供用于可移动元件203通过铰链、弹簧、梁等锚定到静态元件202的附加点。在一个实施例中，可移动元件203可以仅锚定到外静态元件202。在另一实施例中，可移动元件可以仅锚定到支撑柱500的中心静态元件202。在又一实施例中，可移动元件203可以锚定到外静态元件202和中心静态元件202。这一配置灵活性也可以允许有源和无源器件以及在互连结构303和晶片300中的互连件的布局灵活性。
在图1k中，TSV400和接触焊盘403形成于晶片300的背侧上。TSV400从晶片300的背侧表面向晶片300的顶面上的接触焊盘302延伸。接触焊盘403可以直接或者间接耦合到互连结构301中的金属互连。可以通过例如蚀刻、碾磨、激光技术等或者其组合在晶片300中形成凹陷来形成TSV400。薄阻挡层401可以通过比如CVD、原子层沉积(ALD)、PVD、热氧化等或者其组合来共形地沉积于晶片300的背侧之上和凹陷中。阻挡层401可以包括诸如氮化钛、氮氧化钛、氮化钽、氮氧化钽、氮化钨等氮化物或者氮氧化物等或者其组合。传导材料可以沉积于薄阻挡层之上和凹陷中。可以通过电化学镀制工艺、CVD、ALD、PVD等或者其组合来形成传导材料。传导材料的实例是铜、钨、铝、银、金、这些材料的组合(比如合金)等。可以图案化传导材料以形成接触焊盘403和TSV传导材料402。
图2示出了静态元件202、可移动元件203和支撑柱500的中心静态元件202的平面图。如图2中所示，外静态元件202围绕可移动元件203而在可移动元件203与外静态元件202之间有空间。类似地，可移动元件203围绕支撑柱500的中心静态元件202。如上文讨论的那样，可移动元件293可以由从静态元件202延伸的铰链、弹簧、梁等(未示出)支撑。
虽然结合运动传感器描述了本实施例，但是其它类型的MEMS器件也在本公开内容的设想范围内。例如，包括支撑柱的器件结构可以应用于加速计器件或者陀螺仪器件。另外，器件结构可以应用于具有低压空腔或者薄盖层晶片的任何MEMS器件结构。
图3a至3c示出了形成MEMS器件1的另一实施例的方法。本文不再重复关于这一实施例的与用于先前描述的实施例的细节相似的细节。在这一实施例中，晶片200和晶片300一起形成，然后接合到晶片100，以形成包围可移动元件203的空腔。通过使晶片100凹陷来形成上空腔102，并且通过去除介电层303的部分来形成下空腔305。
图3a示出了在中间加工阶段的晶片100。在图3a中，示出了凹陷晶片100以及形成和图案化接合材料105。可以凹陷晶片100以形成上空腔102。可以如上文讨论的那样通过蚀刻、碾磨、或者其它可接受的工艺形成凹陷。在一个备选实施例中，可以通过在晶片100顶部上的图案化层中形成的沟槽或者开口内从晶片100的顶面外延生长晶片100的凸起部分来形成凹陷。在晶片100上形成和图案化与图1e中的接合材料204相似的接合材料。
在图3b中，晶片300的加工处于中间加工阶段，其中，如先前已经描述的那样，互连结构301形成于晶片300顶部上。在一个实施例中，可以如先前已经描述的那样形成介电层303，并且使用可接受的光刻技术来图案化该介电层以在介电层303中形成开口。
在图3c中，保护部件201沉积于介电层303中的开口中，并且晶片200放置于介电层303和保护部件201顶部上。图案化晶片200以形成可移动元件203、静态元件202、和下空腔305。晶片200可以包括与先前实施例中描述的材料相似的材料。在一个备选实施例中，可以如先前已经描述的那样通过在介电层303上沉积或者外延生长晶片200、图案化晶片200、并且有选择地蚀刻介电层303的部分来形成空腔305。
图3d示出了形成通孔205以及形成和图案化接合材料204。经过静态元件202和介电层303形成通孔205，通向互连结构301的顶面上的金属互连件。通孔205可以提供在晶片200与互连结构301之间的电和物理连接，该连接可以允许经过接触焊盘403和TSV400(见图3f)连接到外部器件。可以通过与先前已经描述的工艺和材料相似的工艺和材料形成通孔205。在晶片200上形成和图案化接合材料204。可以通过与先前已经描述的工艺和材料相似的工艺和材料形成和图案化接合材料204。
在图3e中，通过去除介电层303的部分来形成下腔305。如先前已经描述的那样，所得结构是具有可移动元件203的MEMS器件1，该元件形成于下空腔305之上以允许在至少一个轴中的自由移动。关于蚀刻工艺的细节与先前描述的细节相似，故本文不再重复细节。
在图3f中，包括晶片200和300的结构接合到晶片100从而形成支撑柱500。在接合材料105与接合材料204之间的接合工艺与在先前实施例中描述的工艺相似。支撑柱500包括晶片100的凸起部分、接合材料105和204的中心部分、中心静态元件202、以及介电层303的中心部分。在接合工艺之后，可以通过如先前描述的方法减薄晶片100和晶片300。可以如先前描述的那样形成阻挡层401、TSV400、TSV传导材料402、和接触焊盘403，以实现与外部器件的连接。
如图3f中所示，上和下空腔102和305在静态元件202与可移动元件203之间的空间中邻接。上和下空腔102和305形成包围可移动元件203和支撑柱500的单个空腔。
图4示出了MEMS器件1的又一实施例。在这一实施例中，接合工艺在晶片100与晶片300之间。晶片200形成于在晶片300的互连结构301上形成的介电层303上。图案化晶片200和介电层303以从晶片300的边缘去除它们，以允许在晶片100与晶片300之间的直接连接。本文不再重复描述关于这一实施例的与用于先前描述的实施例的细节相似的细节。
图5示出了MEMS器件1的另一实施例。在这一实施例中，器件包括多个支撑柱500。支撑柱500彼此横向相邻。上空腔102和下空腔305形成包围可移动元件203和支撑柱500的单个空腔。本文不再重复关于这一实施例的与用于先前描述的实施例的细节相似的细节。
图6a示出了图5中所示实施例的静态元件202、可移动元件203、和支撑柱500的中心静态元件202的平面图。如图6a中所示，已经图案化可移动元件以允许两个支撑柱500形成于晶片100与晶片300之间(见图5)。如上文讨论的那样，可移动元件203可以由从静态元件202延伸的铰链、弹簧、梁等(未示出)支撑。在一个实施例中，可以仅从外静态元件202支撑可移动元件。
图6b示出了图5中所示实施例的静态元件202、可移动元件203、和支撑柱500的中心静态元件202的另一平面图。如图6b中所示，已经图案化可移动元件以允许四个支撑柱500形成于晶片100与晶片300之间(见图5)。如上文描述的那样，可移动元件203可以由从静态元件202延伸的铰链、弹簧、梁等(未示出)支撑。在一个实施例中，可以仅从外静态元件202支撑可移动元件。虽然已经参照一个、两个、或者四个支撑柱的MEMS器件描述当前实施例，但是支撑柱的其它配置也在本公开内容的设想范围内。
一个实施例是一种用于形成微机电系统(MEMS)器件的方法，该方法包括：在第一衬底之上形成MEMS结构，其中MEMS结构包括可移动元件和相邻静态元件；形成包围可移动元件的空腔；在第二衬底上形成互连结构；在互连结构上沉积第一介电层；并且将MEMS结构接合到第一介电层，其中静态元件形成空腔中的第一支撑柱，第一支撑柱被配置成支撑第二衬底。
另一实施例是一种形成MEMS器件的方法，该方法包括：在第一衬底上形成互连结构；在互连结构上沉积介电层；图案化介电层以形成中心部分和两个外部分；将MEMS晶片接合或者沉积到图案化的介电层；图案化MEMS晶片以形成可移动元件、中心静态元件和外静态元件，可移动元件围绕中心静态元件，并且外静态元件围绕可移动元件；并且在中心静态元件和外静态元件上沉积第一接合材料。该方法还包括：在第二衬底中形成两个凹陷，其中凹陷形成第二衬底的中心凸起部分和第二衬底的两个外凸起部分；在第二衬底的中心凸起部分和外凸起部分上沉积第二接合材料；并且将MEMS晶片接合到第二衬底，其中介电层的中心部分、中心静态元件、在中心静态元件上的第一接合材料、在中心凸起部分上的第二接合材料和中心凸起部分形成第一支撑柱。
又一实施例是一种MEMS器件，该器件包括：在第一衬底上方的MEMS结构，其中MEMS结构包括可移动元件、中心静态元件和外静态元件，其中可移动元件悬置于第一衬底上方，可移动元件从外静态元件横向分离第一间距，并且可移动元件从中心静态元件横向分离第二间距；以及接合材料的中心部分，在第一衬底与中心静态元件的底面之间。该器件还包括：在MEMS结构上方的第二衬底；第一介电层的中心部分，在第二衬底与中心静态元件的顶面之间；以及支撑柱，支撑柱包括接合材料的中心部分、中心静态元件和第一介电层的中心部分。
虽然已经具体描述当前实施例及其优点，但是应当理解这里可以做出各种改变、替换和变更而未脱离如所附权利要求限定的本公开内容的精神实质和范围。另外，本申请的范围并非旨在于限于在说明书中描述的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法和步骤的具体实施例。如本领域普通技术人员将根据本公开内容容易理解的那样，可以根据本公开内容利用执行与这里描述的对应实施例基本上相同功能或者实现基本上相同结果的、目前存在或者以后待开发的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或者步骤。因而所附权利要求旨在于在它们的范围内包括这样的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种用于形成微机电系统(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结构包括可移动元件和相邻的静态元件；
形成包围所述可移动元件的空腔；
在第二衬底上形成互连结构；
在所述互连结构上沉积第一介电层；以及
将所述MEMS结构接合到所述第一介电层，其中，所述静态元件形成所述空腔中的第一支撑柱，所述第一支撑柱被配置成支撑所述第二衬底。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合还在所述空腔中形成第二支撑柱，所述第二支撑柱与所述第一支撑柱横向隔开，所述第二支撑柱被配置成支撑所述第二衬底。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动元件不被所述第一支撑柱支撑。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在形成所述互连结构之前，在所述第二衬底的顶面上形成接触焊盘；
减薄所述第二衬底的背侧；
在所述第二衬底的背侧中形成开口，其中，所述开口的底面与所述接触焊盘邻接；
在所述第二衬底的背侧上以及所述开口中沉积传导材料；以及
图案化所述传导材料，以在所述开口中和所述第二衬底的背侧的接触焊盘上形成通孔。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合进一步包括：
在所述MEMS结构上沉积第一接合材料；
在所述第一介电层上沉积第二接合材料；
使所述第一接合材料和所述第二接合材料接触；
在所述第一接合材料与所述第二接合材料之间产生真空密封和电连接；以及
在所述空腔中产生真空。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一支撑柱包括：
所述第一接合材料的一部分；
所述第二接合材料的一部分；以及
所述MEMS结构的静态元件。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
形成所述MEMS结构进一步包括：
在所述第一衬底上沉积第二介电层；
在所述第二介电层中形成开口；
在所述开口中沉积保护部件；
将MEMS晶片接合到所述第二介电层；
图案化所述MEMS晶片以形成所述可移动元件，其中，所述可移动元件围绕中心静态元件，所述可移动元件被外部静态元件围绕；以及
形成所述空腔进一步包括：
去除所述第二介电层位于所述可移动元件与所述第一衬底之间的部分，其中，所述第二介电层的被去除部分不受所述保护部件的保护，去除步骤在所述第一衬底与所述中心静态元件之间形成所述第二介电层的中心部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二介电层的中心部分位于两个保护部件之间。
9.一种形成MEMS器件的方法，包括：
在第一衬底上形成互连结构；
在所述互连结构上沉积介电层；
图案化所述介电层以形成中心部分和两个外部部分；
将MEMS晶片接合到图案化的介电层；
图案化所述MEMS晶片以形成可移动元件、中心静态元件和外部静态元件，所述可移动元件围绕所述中心静态元件，所述外部静态元件围绕所述可移动元件；
在所述中心静态元件和所述外部静态元件上沉积第一接合材料；
在第二衬底中形成两个凹陷，其中，所述凹陷形成所述第二衬底的中心凸起部分和所述第二衬底的两个外部凸起部分；
在所述第二衬底的所述中心凸起部分和所述外部凸起部分上沉积第二接合材料；以及
将所述MEMS晶片接合到所述第二衬底，其中，所述介电层的中心部分、所述中心静态元件、所述中心静态元件上的所述第一接合材料、所述中心凸起部分上的所述第二接合材料以及所述中心凸起部分形成第一支撑柱。
10.一种MEMS器件，包括：
MEMS结构，位于第一衬底上方，其中，所述MEMS结构包括可移动元件、中心静态元件和外部静态元件，其中，所述可移动元件悬置于所述第一衬底上方，所述可移动元件与所述外部静态元件通过第一空间横向间隔，所述可移动元件与所述中心静态元件通过第二空间横向间隔；
接合材料的中心部分，位于所述第一衬底与所述中心静态元件的底面之间；
第二衬底，位于所述MEMS结构上方；
第一介电层的中心部分，位于所述第二衬底与所述中心静态元件的顶面之间；以及
支撑柱，所述支撑柱包括：
所述接合材料的中心部分、所述中心静态元件以及所述第一介电层的中心部分。
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