CN107986225A - 微机电系统装置以及制作微机电系统的方法 - Google Patents

微机电系统装置以及制作微机电系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微机电系统(MEMS)装置以及制作微机电系统的方法。该微机电系统装置包括衬底、介电支撑层、隔膜、背板。所述衬底具有与隔膜区对应的衬底开口。所述介电支撑层安置于所述衬底上，具有与所述衬底开口对应的介电开口以形成所述隔膜区。位于所述介电开口内的所述隔膜在周边处由所述介电支撑层固持。所述背板安置于所述介电支撑层上，具有多个通孔，所述多个通孔连接至所述介电开口。所述背板包括导电层及在与所述隔膜相对的第一侧处覆盖在所述导电层上的保护层，其中所述导电层的第二侧面对所述隔膜且不被所述保护层覆盖。

Description

微机电系统装置以及制作微机电系统的方法
技术领域
本发明涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)装置。更具体地说，本发明涉及具有提高的感测能力的微机电系统装置的结构及制作方法。
背景技术
例如微机电系统麦克风等微机电系统装置与传统的ECM麦克风相比由于具有极好的特征而一直流行。微机电系统麦克风的特征包括：薄且小型；表面可安装装置(surfacemountable device，SMD)，通过销售流程来指示简单的组装；以及高稳定性及环境抵抗力。特别地，具有大大降低的大小的微机电系统麦克风适合于各种应用。
微机电系统装置的传统结构是基于硅衬底。所述衬底具有与隔膜区对应的开口以暴露出隔膜。位于所述衬底上的介电支撑层具有开口以界定所述隔膜区。在所述介电支撑层上安置有保护层。所述介电支撑层固持背板及隔膜。所述背板具有多个通孔。在所述隔膜与所述背板之间形成有腔室。所述保护层还具有开口以暴露出所述隔膜。
对于例如微机电系统麦克风等的微机电系统装置的传统结构，对所述隔膜及所述背板施加两个运行电压电平，以在运行期间形成为电容。所述隔膜感测声信号(acousticsignal)的压力并改变所述电容，从而使所述声信号被转换成在电子电路中使用的电信号。
然而，微机电系统装置的设计在改善性能方面发展仍不充分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微机电系统装置，所述微机电系统装置可具有改善的性能，例如对声信号的灵敏性、电信号的直线性等。
为达上述目的，本发明提供一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括衬底、介电支撑层、隔膜、背板。所述衬底具有与隔膜区对应的衬底开口。所述介电支撑层安置于所述衬底上，具有与所述衬底开口对应的介电开口以形成所述隔膜区。位于所述介电开口内的隔膜在周边处由所述介电支撑层固持。所述背板安置于所述介电支撑层上，具有多个通孔，所述多个通孔连接至所述介电开口。所述背板包括导电层及在与所述隔膜相对的第一侧处覆盖在所述导电层上的保护层，其中所述导电层的第二侧面对所述隔膜且不被所述保护层覆盖。
本发明还提供一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括衬底、介电支撑层、隔膜、背板。所述衬底具有与隔膜区对应的衬底开口。所述介电支撑层安置于所述衬底上，具有与所述衬底开口对应的介电开口以形成所述隔膜区。所述隔膜位于所述介电开口内，且在周边处由所述介电支撑层固持。所述背板安置于所述介电支撑层上，具有多个通孔，所述多个通孔连接至所述介电开口。所述背板包括导电层及在与所述隔膜相对的侧处被所述导电层覆盖的保护层，其中所述保护层具有中心部分及周边部分。所述中心部分对应于所述隔膜区以提供防粘结构。所述周边部分位于所述介电支撑层上并被所述导电层的周边部分覆盖。
本发明还提供一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括衬底、介电支撑层、隔膜、第一背板、第二背板。所述衬底具有与隔膜区对应的衬底开口。所述介电支撑层安置于所述衬底上，具有介电开口以形成所述隔膜区。所述隔膜在周边处由所述介电支撑层固持。所述第一背板安置于所述介电支撑层上，具有多个第一通孔，所述多个第一通孔连接至所述介电开口。所述第一背板包括导电层及在与所述隔膜相对的第一侧处覆盖在所述导电层上的保护层。位于所述介电开口内的所述导电层的第二侧面对所述隔膜且不被所述保护层覆盖。所述第二背板位于所述衬底与所述隔膜之间且在周边处由所述介电支撑层固持，所述第二背板具有多个第二通孔，所述多个第二通孔连接于所述衬底开口与所述介电开口之间。
本发明还提供一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括衬底、介电支撑层、隔膜、第一背板、第二背板。所述衬底具有与隔膜区对应的衬底开口。所述介电支撑层安置于所述衬底上，具有介电开口以形成所述隔膜区。所述隔膜在周边处由所述介电支撑层固持。所述第一背板安置于所述介电支撑层上，具有多个第一通孔，所述多个第一通孔连接至所述介电开口。所述第一背板包括导电层及在与所述隔膜相对的侧处被所述导电层覆盖的保护层。所述保护层具有中心部分及周边部分，所述中心部分对应于所述隔膜区，以提供防粘结构。所述周边部分位于所述介电支撑层上并被所述导电层的周边部分覆盖。所述第二背板位于所述衬底与所述隔膜之间且在周边处由所述介电支撑层固持，所述第二背板具有多个第二通孔，所述多个第二通孔连接于所述衬底开口与所述介电开口之间。
本发明还提供一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括衬底、介电支撑层、隔膜、第一背板及第二背板。所述衬底具有与隔膜区对应的衬底开口。所述隔膜在周边处由所述介电支撑层固持。所述介电支撑层安置于所述衬底上，具有介电开口以形成所述隔膜区。所述第一背板安置于所述介电支撑层上，具有多个第一通孔，所述多个第一通孔连接至所述介电开口，其中所述第一背板即为保护层。所述第二背板在周边处由所述介电支撑层固持，所述第二背板具有多个第二通孔，所述多个第二通孔连接于所述衬底开口与所述介电开口之间。
本发明还提供一种在衬底上制作微机电系统装置的方法。所述方法包括：在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述第一背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层；从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。
本发明还提供一种在衬底上制作微机电系统装置的方法。所述方法包括：在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述第一背板即为保护层；从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。
本发明还提供一种在衬底上制作微机电系统装置的方法。所述方法包括：在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜，其中所述隔膜被图案化成具有沿周边区分布的多个凹陷；在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述第一背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层；从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。所述介电开口还暴露出所述隔膜的所述凹陷中的每一者的内侧部分。
本发明还提供一种在衬底上制作微机电系统装置的方法。所述方法包括：在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层，其中所述第一背板的所述保护层包括周边部分，所述周边部分环绕所述导电层的在最终状态中将被所述介电支撑层固持的周边部分；从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。所述介电开口还暴露出所述隔膜的所述凹陷中的每一者的内侧部分。
应理解，以上大体说明及以下详细说明二者均为示例性的，且旨在对如要求的本发明提供进一步解释。
附图说明
包括附图是为了提供对本发明的进一步理解，且所述附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。所述附图说明本发明的实施例并与所述说明一起阐释本发明的原理。
图1是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图2是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图3是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图4是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图5是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图6是基于图1中的微机电系统装置示意性地说明在所述装置中正在运行的隔膜的剖视图；
图7是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的俯视图；
图8是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构在图7中沿I-I处的切割线的剖视图；
图9是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图10是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图11是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图12是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图13是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图14是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图；
图15A至图15I是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图；
图16A至图16D是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图；
图17A至图17K是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图；
图18A至图18B是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图；
图19A至图19E是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图；
图20A至图20D是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。
符号的说明
400、500、600、700：衬底
401、520、630：衬底开口
402：介电支撑层
404：隔膜
406、442、446、504、508、582、604、618、704、714、720、740：导电层
408、440、448、514、606、624、709、734：保护层
410、650：背板
412：通孔
414：介电开口
416、420、224a、224b、444、452、454、715：防粘结构
422：防粘结构424：区
426：侧壁
430：凹陷形部分
449：突出元件
450：介电突出
460：背板
470：背板
472：通孔
502、602、702、706：介电层
506、510、516、522、584、608、616、620、626、632、708、710、716、730、736：光致抗蚀剂层
512、518、612、622、628、738：开口
570、712、718、732：凹陷
580：局部区
610：背板
614：导电层
具体实施方式
在本发明中，提出一种新颖的微机电系统装置，至少所述微机电系统装置的灵敏性可得到提高。提供若干实施例是为了阐述本发明。然而，本发明并不仅限于所述实施例。
在实施例中，本发明已提出具有双背板的微机电系统装置以在隔膜的两侧上形成两个电容器。电容可变为原来的约两倍且在所述隔膜两侧上的电力可在经改良的条件下得到平衡。因此，所述微机电系统装置的性能可得到改善。
本发明还另外地提出了所述背板的结构，所述背板的所述结构可为单背板自身的结构或可组合应用以替换双背板中的一个背板。提供更多的实施例来阐述单背板中的结构或双背板中的结构。
如前所述，尽管提供多个实施例来阐述本发明，但本发明并不仅限于所提供的实施例。还可作出实施例之间的恰当组合。
图1是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图1，提供单背板中的微机电系统装置用于说明。所述微机电系统装置包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、及背板410。例如硅衬底或半导体衬底等衬底400具有在预期位置处与预定的隔膜区对应的衬底开口401。实际上包括多个子层的介电支撑层402安置于衬底400上，具有与衬底开口401对应的介电开口414以形成所述隔膜区。位于介电开口414内的隔膜404在周边处由介电支撑层402固持。背板410安置于介电支撑层402上，具有多个通孔412，所述多个通孔412连接至介电开口414。背板410包括导电层406以及在与隔膜404相对的第一侧处覆盖在导电层406上的保护层408。导电层406的第二侧面对隔膜404且不被保护层408覆盖。
在实施例中，保护层408可为例如氮化硅而介电支撑层402可为例如氧化硅。保护层408提高导电层406的硬度，以一起形成具有多个通孔412的背板。介电开口414释放隔膜404。
此外在另一实例中，图2是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图2，提供单背板中的微机电系统装置用于说明。与图1中的微机电系统装置相似的微机电系统装置包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、及背板410。图2与图1的区别为背板410的结构。在图2所示的实施例中，防粘结构416进一步形成在背板410的导电层406的第二侧上。本实施例中的防粘结构416在环绕通孔412的剖视图中可为类T的结构。
此外在另一实施例中，图3是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。在图3中，与图1中的微机电系统装置相似的微机电系统装置包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、及背板410。与图1所示的微机电系统装置相比，图3中的微机电系统装置与图1的区别为防粘结构416。在本实施例中，背板410的导电层406进一步包括防粘结构416，防粘结构416从导电层406的第二侧突出，以朝隔膜404突出。
此外在另一实施例中，图4是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。在图4中，与图1中的微机电系统装置相似的微机电系统装置包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、及背板410。与图1所示的微机电系统装置相比，图4中的微机电系统装置与图1的区别为防粘结构420。在本实施例中，隔膜404可另外地形成于隔膜404上的面对背板410的表面处。在此种情形中，背板410不需要另一防粘结构。实例中的防粘结构420可仅为具有与隔膜404相同的材料的突出棒，且在制作隔膜404的过程中另外地形成。
此外在另一实施例中，图5是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。在图5中，与图1中的微机电系统装置相似的微机电系统装置包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、及背板410。与图1所示的微机电系统装置相比，图5中的微机电系统装置与图1的区别为防粘结构420(如同图4中的防粘结构)及防粘结构422。在本实施例中，实例中的防粘结构420可仅为具有与隔膜404相同的材料的突出棒，且在制作隔膜404的过程中另外地形成。然而，所述背板的导电层406进一步包括附加防粘结构422，附加防粘结构422从导电层406的第二侧突出且与隔膜404的防粘结构420对应。在此种情形中的防粘结构422是由例如氮化硅等与保护层408相同的介电材料制成。实例中的防粘结构422可仅提供小的平坦表面，用于接触防粘结构420。
本发明已进一步考虑到隔膜404的结构且注意到对所述隔膜造成损坏的问题。图6是基于图1中的微机电系统装置示意性地说明在所述装置中正在运行的隔膜的剖视图。在图6中，在所述微机电系统装置中运行的隔膜404将感测声信号的振动。因此，隔膜404正随着所述声信号振动。当隔膜404振动时，隔膜404处于凹的情形中，如同例如图6中的结构。然而，隔膜404的周边在区424处由介电支撑层402通过高应力牢固地固持。隔膜404在被介电开口414暴露出的边缘区处容易破损，例如破裂。
为了解决图6中所陈述的问题，本发明对隔膜404提供附加结构。图7是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的俯视图。图8是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构在图7中沿I-I处的切割线的剖视图。
参照图7及图8，实例中的隔膜404为圆形隔膜，以感测由声信号造成的空气压力。然而，隔膜404并不仅限于所述圆形隔膜。可采用任何合适的几何形状。以所述圆形隔膜作为实例，多个凹陷形部分430形成于隔膜404的周边区处。举例来说，所述凹陷形部分沿所述周边区均匀地分布。介电开口414的侧壁426横跨凹陷形部分430。因此，介电支撑层402仅覆盖凹陷形部分430的外侧部。换句话说，介电开口414暴露出凹陷形部分430中的每一者的内侧部。
由于凹陷形部分430，隔膜404的周边区处的机械强度得到提高且可抵抗应力而不出现破裂。此外，尽管所述实例示出为向下凹进(indent)，但凹陷形部分430可向上凹进或向下凹进。
以上具有单背板的实施例可用于具有双背板的微机电系统装置中。所述实施例还可合适地进行组合，而不仅限于单个实施例自身。所述背板的结构可被应用至双背板。具有所述凹陷形部分的隔膜404可被应用至所有的实施例。提供将所述单背板应用至双背板的若干实施例用于说明。然而，本发明并不仅限于所提供的实施例。
图9是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图9，具有双背板的微机电系统装置可包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、第一背板410、及第二背板470。衬底400具有与隔膜区对应的衬底开口401。介电支撑层402安置于衬底400上，具有介电开口414以形成所述隔膜区。隔膜404在周边处由介电支撑层402固持。第一背板410安置于介电支撑层402上，具有多个第一通孔412，所述多个第一通孔412连接至介电开口414。第一背板410包括导电层406以及在与隔膜404相对的第一侧处覆盖在导电层406上的保护层408。位于介电开口414内的导电层406的第二侧面对隔膜404且不被保护层408覆盖。第二背板470位于衬底400与隔膜404之间且在周边处由介电支撑层402固持，第二背板470具有多个第二通孔472，所述多个第二通孔472连接于衬底开口401与介电开口414之间。第二背板470是导电层446与保护层448的堆叠层。实例中的保护层448的材料为不同于介电支撑层402的介电材料的氮化硅，因此保护层448覆盖充当导电支撑层的导电层446。
基于图9中的微机电系统装置的结构，可通过应用用于背板及单背板自身中的隔膜的前面实施例而在背板410、470及/或隔膜404上进一步形成各种种类的防粘结构。
图10是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图10，基于图9中的微机电系统装置的结构，在实施例中从隔膜404的两侧处形成防粘结构224a、224b。实例中的防粘结构224a、224b在制作过程期间为隔膜404的一部分。防粘结构224a、224b的材料与例如隔膜404的材料相同，但并不仅限于所述实施例。
此外在另一实施例中，图11是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图11，如同图9中的结构，具有双背板的微机电系统装置可包括衬底400、介电支撑层402、隔膜404、第一背板410、及第二背板470。然而，还包括防粘结构。对第一背板410及第二背板470进行修改以添加所述防粘结构。
根据第一背板410，第一背板410的保护层440包括周边部分，所述周边部分环绕导电层442的由介电支撑层402固持的周边部分。在此种情形中，位于所述周边区处的导电层442不直接接触介电支撑层402但受到保护层440的保护。
另外，保护层440的位于隔膜区内的一部分已进一步形成有位于导电层442的第二侧上的防粘结构444，所述防粘结构444朝隔膜404突出。包括介电突出450及保护层448的突出元件449的另一防粘结构形成于第二背板470中。此处，保护层448的突出元件449位于隔膜内且介电突出450在导电层446与保护层448之间被完全覆盖，从而使介电突出450致使突出元件449呈共形形状。
一般来说，所述两个防粘结构可被视为第一防粘结构及第二防粘结构。所述第一防粘结构形成于第一背板410或隔膜404上，且位于隔膜404与第一背板410之间。所述第二防粘结构形成于第二背板470或隔膜404上，且位于隔膜404与第二背板470之间。因此，隔膜404粘连至所述第一背板或所述第二背板的可能性可得到有效的降低。
图12是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图12，根据图11中的微机电系统装置的结构，再一实施例已修改了所述两个防粘结构的位置。作为所述第一防粘结构的防粘结构444形成于第一背板410上而不改变。然而，作为所述第二防粘结构的防粘结构452形成于隔膜404上。防粘结构444可参考到图2中具有类T结构的防粘结构416。在所述实施例中，防粘结构452如同图4中的结构，形成于隔膜404上，但朝第二背板470突出。防粘结构452代替第二背板470中的防粘结构，第二背板470在本实施例中没有防粘结构。本实施例中的导电层442的周边区由保护层440环绕。
图13是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图13，根据图12中的微机电系统装置的结构，再一实施例已修改了所述两个防粘结构的位置。作为第一防粘结构的防粘结构454形成于第一背板410上，朝隔膜404突出，如同图3中陈述的防粘结构。实例中的防粘结构454是导电层442的一部分。防粘结构452如同图4中的结构，形成于隔膜404上，但朝第二背板470突出。本实施例中的导电层442的周边区被保护层440环绕。
图14是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的结构的剖视图。参照图14，根据图9中的微机电系统装置的结构，再一实施例已修改了第一背板460。在所述实施例中，第一背板460即为保护层，(例如氮化硅)而不包括导电层。第一背板460被图案化而形成多个通孔412。作为导电层446与保护层448的堆叠层的第二背板也已被图案化为具有多个通孔以连接介电开口与衬底开口。
如前面所陈述，可恰当地组合以上实施例以具有另一实施例。所述防粘结构可用于具有单背板或双背板的微机电系统装置中。一个实施例中的背板结构可由另一实施例修改。
微机电系统装置的结构为半导体结构且可通过不同的半导体制作工艺来制作。以下说明提供制作所述微机电系统装置的方法的多个实施例。
所述微机电系统装置通常在例如半导体衬底或硅衬底等衬底上制作。图15A至图15I是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。参照图15A，提供衬底500作为基底。接着，在衬底500上沉积介电层502，所述介电层将被制作为介电支撑层。介电层502为例如氧化硅。参照图15B，在介电层502上进一步沉积导电层504。导电层504是由金属形成且将在最终结构中充当隔膜。
参照图15C，通过光刻工艺(photolithographic process)及刻蚀工艺将导电层504图案化，其中光致抗蚀剂层506作为刻蚀掩模在预定的隔膜区处覆盖导电层504的一部分。导电层504的不被光致抗蚀剂层506覆盖的一部分被刻蚀掉以暴露出介电层502。参照图15D，移除光致抗蚀剂层506。在前面介电层之上进一步沉积附加介电层，从而形成介电层502。导电层504的其余部分以当前状态嵌置于介电层502中。在介电层502上形成导电层508。导电层508将充当背板的一部分。
参照图15E，通过光刻工艺及刻蚀工艺将导电层508图案化，其中光致抗蚀剂层510作为具有预期图案的刻蚀掩模覆盖导电层508。导电层508的不被光致抗蚀剂层510覆盖的一部分被刻蚀掉，从而在导电层508中形成在最终结构中充当通孔的多个开口512，以暴露出介电层502。
参照图15F，移除光致抗蚀剂层510。接着，在衬底500之上以顶表面结构的共形形状沉积保护层514。因此，开口512的底部及侧壁被保护层514覆盖。保护层514的材料不同于介电层502且期望更硬。实例中的保护层514为氮化硅。保护层514将在稍后的结构中充当背板的一部分。
参照图15G，在具有开口518的保护层514上形成光致抗蚀剂层516，开口518与将在最终形成的通孔对应。在刻蚀工艺之后，覆盖在开口518的底部上的保护层514被刻蚀掉，以再次暴露出介电层502。
参照图15H，移除光致抗蚀剂层516且在另一侧处的衬底500上形成具有开口的另一光致抗蚀剂层522。在对衬底500的刻蚀工艺之后，在衬底500中形成衬底开口520，衬底开口520对应于隔膜区。衬底开口520还暴露出在另一侧表面处的介电层502。
参照图15I，移除光致抗蚀剂层522。可注意，介电层502的当前状态为在两侧处被暴露出，其中衬底开口520暴露出介电层502的一侧且充当通孔的开口518暴露出介电层502的另一侧。接着，执行各向同性刻蚀工艺以经由开口518及衬底开口520选择性地刻蚀介电层502的介电材料。实例中介电层502的介电材料为不同于氮化硅的氧化硅，从而使由氮化硅形成的保护层保留且也充当刻蚀掩模。开口518变为背板的通孔。所述背板包括导电层508及保护层514。在隔膜区处的导电层504被释放或暴露出以充当所述隔膜。
图15I中的微机电系统装置的结构与图1中的微机电系统装置的结构相似，但在制作的方式中使用另一组参考编号来指示结构元件。至于防粘结构的制作，将采取更多过程但此处未示出。然而，所属领域中的普通技术人员可理解此种情况。防粘结构的制作还将在具有双背板的微机电系统装置中进行阐述。
图16A至图16D是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。阐述了制作如图7及图8中所示的具有凹陷形部分的隔膜404的方法。参照图16A，在衬底500上形成介电层502。通过光刻工艺及刻蚀工艺将介电层502图案化以形成凹陷570。还示出了凹陷570的俯视图中的局部区580。
参照图16B，在移除光致抗蚀剂层506之后，以共形形状在介电层502之上形成导电层582，其中仍保留有凹陷570。参照图16C，在导电层582上形成另一光致抗蚀剂层584，以覆盖导电层582的一部分，在导电层582的一部分中将形成隔膜。执行刻蚀工艺以移除不被光致抗蚀剂层584覆盖的导电层582。因此，导电层582的其余部分将在周边区处充当具有凹陷形部分的隔膜。
参照图16D，在前面的介电层之上沉积另一介电层，以形成介电层502，介电层502也充当图8中的介电支撑层402，以在周边处固持隔膜。图16D中的导电层582充当图8中的隔膜404。通过参照如图7及图15中所示的制作中的前面实施例可知形成背板、将衬底500图案化以及释放导电层582的后续工艺，且不再对其予以赘述。
以下说明提供制作具有双背板的微机电系统装置的实施例。还制作防粘结构。图17A至图17K是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。参照图17A，在衬底600上形成介电层602。参照图17B，在介电层602上形成导电层604。在导电层604上形成保护层606。导电层604与保护层606堆叠为堆叠层，以在最终结构中提供第二背板。
参照图17C，经由光致抗蚀剂层608将导电层604及保护层606图案化。在导电层604及保护层606的背板610中形成开口612，以暴露出介电层602。
参照图17D，在移除光致抗蚀剂层608之后，在前面的介电层之上沉积另一介电层，以形成新的介电层602。充当背板610的导电层604及保护层606在当前状态处嵌置于介电层602中。在介电层602上形成将稍后充当隔膜的导电层614。
参照图17E，利用光致抗蚀剂层616作为刻蚀掩模来刻蚀导电层614。因此，导电层614的其余部分将被用作隔膜。
参照图17F，在前面的介电层602之上沉积另一介电材料以具有新的介电层602。因此，614嵌置于介电层602中。接着，在介电层602上形成另一导电层618。
作为与其他实施例结合的实例，图16A至图16D中的过程可与图17A至图17F中的过程结合，以形成具有在周边区处分布的凹陷形部分的导电层614当作隔膜。
参照图17G，利用光致抗蚀剂层620作为刻蚀掩模将导电层618图案化，以在导电层618中形成开口622来暴露出介电层602。
参照图17H，在导电层618之上沉积另一保护层624，所述另一保护层624与顶表面结构共形。介电层602的被导电层618中的开口622暴露出的区还被保护层624覆盖。导电层618及保护层624稍后将形成第一背板650。
参照图17I，光致抗蚀剂层626用作刻蚀掩模，因此形成充当背板650中的通孔的开口628以暴露出介电层602。
参照图17J，利用光致抗蚀剂层632作为刻蚀掩模从另一侧将衬底600图案化，以形成衬底开口630来暴露出另一侧处的介电层602。在当前状态中，通过背板650中的衬底开口630及开口628在两侧处暴露出介电层602。
参照图17K，通过例如湿式刻蚀等各向同性刻蚀工艺来刻蚀衬底600及形成于衬底600上的结构，以从衬底开口630及开口628选择性地刻蚀介电层602的例如氧化硅等介电材料。第二背板610还具有将充当通孔的开口612，且允许刻蚀工艺抵达隔膜的导电层614。因此，在隔膜区处暴露出隔膜的导电层614、第一背板650及第二背板610。形成了与例如图9中具有双背板的微机电系统装置相似的微机电系统装置。
如果预期得到防粘结构，则可对制作方法中的过程进行修改以形成所述防粘结构。提供制作所述防粘结构的若干实施例以用于进一步说明，但本发明并不仅限于所述实施例。
图18A至图18B是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。参照图18A，在衬底700上形成介电层702。在介电层702上形成导电层704。在导电层704上沉积被图案化之前的介电层706。接着利用光致抗蚀剂层708作为刻蚀掩模将介电层706图案化。因此，介电层706的其余部分为突出结构。
参照图18B，在移除光致抗蚀剂层708之后，在导电层704及介电层706之上进一步形成保护层709。由于介电层706提供所述突出结构，因此保护层709也具有突出结构以充当防粘结构。此防粘结构可被应用至图18中的微机电系统装置，所述防粘结构与背板470对应。可连续地执行后续过程，但此处不再对其进行阐述。因此，隔膜得到释放。
此外，图19A至图19E是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。参照图19A，基于具有其中已嵌置有背板的介电层702的结构，可通过首先经由光致抗蚀剂层710将介电层702图案化而在隔膜上形成防粘结构。因此，在介电层702的表面上形成凹陷712。
参照图19B，在移除光致抗蚀剂层710之后，在介电层702之上形成导电层714，其中凹陷712也被导电层714填充以具有防粘结构715，所述防粘结构715与图10中的防粘结构224a相似。
参照图19C，在导电层714之上形成介电层702的另一部分。接着利用光致抗蚀剂层716作为刻蚀掩模再次将介电层702图案化，以具有另一凹陷718来暴露出导电层714。
参照图19D，在移除光致抗蚀剂层716之后，在介电层702之上形成另一导电层720并填充凹陷718，以接触导电层714。
参照图19E，通过例如回蚀(etching back)工艺或抛光工艺来移除介电层702上的导电层720。导电层720的剩余部分恰好填充凹陷718，以充当另一防粘结构。在两侧处具有两个防粘结构的导电层714将在最终结构中充当隔膜，例如图10中的微机电系统装置的隔膜结构。此处不再对后续过程予以赘述。因此，隔膜得到释放。
此外，图20A至图20D是示意性地说明根据本发明实施例的微机电系统装置的制作流程的剖视图。参照图20A，基于具有其中已嵌置有背板的介电层702的结构，可通过首先经由光致抗蚀剂层730将介电层702图案化而在第一背板上形成防粘结构。因此，在介电层702的顶表面上形成凹陷732。
参照图20B，在介电层702上形成保护层734且保护层734还填充凹陷732。
参照图20C，利用光致抗蚀剂层736作为刻蚀掩模来将保护层734图案化。光致抗蚀剂层736具有开口738，开口738暴露出保护层734的部分，但所述部分不是与凹陷732对应的部分。在经由光致抗蚀剂层736的刻蚀掩模刻蚀保护层734之后，对应于凹陷732形成保护层734在剖视图中的类T的结构。
参照图20D，在移除光致抗蚀剂层736之后，在介电层702及保护层734之上形成导电层740。因此，可通过包括导电层740及在与隔膜相对的一侧处被导电层740覆盖的保护层734来形成顶背板。保护层734具有中心部分及周边部分。所述中心部分对应于隔膜区以提供防粘结构。所述周边部分位于介电层702上且被导电层740的周边部分覆盖。
可进一步执行后续过程以在实施例中具有微机电系统装置的最终结构。此处，仅阐述在实施例中在顶背板上形成防粘结构的部分。因此，隔膜得到释放。
本发明已提出了具有单背板或双背板的微机电系统装置。此外，还公开了防粘结构。在制作方法的实施例中，通过包括以下的方法在衬底上制作微机电系统装置，所述方法包括：在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层，其中所述第一背板的所述保护层包括周边部分，所述周边部分环绕所述导电层的在最终状态中将被所述介电支撑层固持的周边部分；从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。所述介电开口还暴露出所述隔膜的所述凹陷中的每一者的内侧部分。
此外，在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第一背板之间在所述第一背板或所述隔膜上形成第一防粘结构。所述第一防粘结构在执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。在所述衬底与所述隔膜之间形成嵌置于所述介电支撑层中的第二背板，其中所述第二背板具有多个第二通孔。所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤还经由所述第二通孔刻蚀所述介电材料。
此外，在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第二背板之间在所述第二背板或所述隔膜上形成第二防粘结构。所述第二防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
在不背离本发明的范围或精神的前提下，可对本发明的结构作出各种润饰及变型，这对所属领域中的技术人员而言将显而易见。有鉴于以上说明，如果对本发明的润饰及变型落入以上权利要求书及其等效形式的范围内，则预期本发明覆盖对本发明的润饰及变型。

Claims (37)

1.一种微机电系统装置，包括：
衬底，具有与隔膜区对应的衬底开口；
介电支撑层，安置于所述衬底上，具有与所述衬底开口对应的介电开口以形成所述隔膜区；
隔膜，位于所述介电开口内，在周边处由所述介电支撑层固持；以及
背板，安置于所述介电支撑层上，具有多个通孔，所述多个通孔连接至所述介电开口，其中所述背板包括导电层及在与所述隔膜相对的第一侧上覆盖在所述导电层上的保护层，其中所述导电层的第二侧面对所述隔膜且不被所述保护层覆盖。
2.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中进一步包括位于所述背板的所述导电层的所述第二侧上的防粘结构。
3.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述背板的所述导电层包括从所述第二侧突出的防粘结构。
4.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述隔膜包括朝所述背板突出的防粘结构。
5.根据权利要求4所述的微机电系统装置，其中，所述背板的所述导电层包括从所述第二侧突出并与所述隔膜的所述防粘结构对应的附加防粘结构。
6.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中，所述隔膜包括分布在所述周边处的多个凹陷形部分，其中所述介电开口暴露出所述凹陷形部分中的每一者的内侧部。
7.一种微机电系统装置，包括：
衬底，具有与隔膜区对应的衬底开口；
介电支撑层，安置于所述衬底上，具有与所述衬底开口对应的介电开口以形成所述隔膜区；
隔膜，位于所述介电开口内，在周边处由所述介电支撑层固持；以及
背板，安置于所述介电支撑层上，具有多个通孔，所述多个通孔连接至所述介电开口，其中所述背板包括导电层及在与所述隔膜相对的侧处被所述导电层覆盖的保护层，其中所述保护层具有中心部分及周边部分，所述中心部分对应于所述隔膜区以提供防粘结构，且所述周边部分位于所述介电支撑层上并被所述导电层的周边部分覆盖。
8.一种微机电系统装置，包括：
衬底，具有与隔膜区对应的衬底开口；
介电支撑层，安置于所述衬底上，具有介电开口以形成所述隔膜区；
隔膜，在周边处由所述介电支撑层固持；
第一背板，安置于所述介电支撑层上，具有多个第一通孔，所述多个第一通孔连接至所述介电开口，其中所述第一背板包括导电层及在与所述隔膜相对的第一侧处覆盖在所述导电层上的保护层，其中位于所述介电开口内的所述导电层的第二侧面对所述隔膜且不被所述保护层覆盖；以及
第二背板，位于所述衬底与所述隔膜之间，在周边处由所述介电支撑层固持，具有多个第二通孔，所述多个第二通孔连接于所述衬底开口与所述介电开口之间。
9.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其中，所述第一背板的所述导电层还包括位于所述第二侧上的第一防粘结构。
10.根据权利要求9所述的微机电系统装置，其中，进一步包括位于所述第二背板上的第二防粘结构，所述第二防粘结构朝所述第一防粘结构突出。
11.根据权利要求10所述的微机电系统装置，其中，所述第二背板包括导电层与介电层的堆叠，其中所述介电层面对所述隔膜且所述第二防粘结构由所述介电层形成。
12.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其中，所述第一背板的所述保护层包括周边部分，所述周边部分环绕所述导电层的被所述介电支撑层固持的周边部分。
13.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其中，所述第一背板的所述导电层包括从所述第二侧突出的第一防粘结构，其中所述隔膜进一步包括朝所述第二背板突出的第二防粘结构。
14.根据权利要求13所述的微机电系统装置，其中，所述第一背板的所述保护层包括位于所述导电层的所述第二侧上的第一防粘结构。
15.根据权利要求14所述的微机电系统装置，其中，所述隔膜包括朝所述第一背板突出的第二防粘结构。
16.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其中，所述隔膜具有第一表面及第二表面，且包括从所述第一表面朝所述第一背板突出的第一防粘结构以及从所述第二表面朝所述第二背板突出的第二防粘结构。
17.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其中，所述第一背板的所述导电层包括朝所述隔膜突出的第一防粘结构，且所述隔膜具有朝所述第二背板突出的第二防粘结构。
18.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其中，所述隔膜包括分布在所述周边处的多个凹陷形部分，其中所述介电开口暴露出所述凹陷形部分中的每一者的内侧部。
19.一种微机电系统装置，包括：
衬底，具有与隔膜区对应的衬底开口；
介电支撑层，安置于所述衬底上，具有介电开口以形成所述隔膜区；
隔膜，在周边处由所述介电支撑层固持；
第一背板，安置于所述介电支撑层上，具有多个第一通孔，所述多个第一通孔连接至所述介电开口，其中所述第一背板包括导电层及在与所述隔膜相对的侧处被所述导电层覆盖的保护层，其中所述保护层具有中心部分及周边部分，所述中心部分对应于所述隔膜区，以提供防粘结构，且所述周边部分位于所述介电支撑层上并被所述导电层的周边部分覆盖；以及
第二背板，位于所述衬底与所述隔膜之间，在周边处由所述介电支撑层固持，具有多个第二通孔，所述多个第二通孔连接于所述衬底开口与所述介电开口之间。
20.一种微机电系统装置，包括：
衬底，具有与隔膜区对应的衬底开口；
隔膜，在周边处由所述介电支撑层固持；
介电支撑层，安置于所述衬底上，具有介电开口以形成所述隔膜区；
第一背板，安置于所述介电支撑层上，具有多个第一通孔，所述多个第一通孔连接至所述介电开口，其中所述第一背板即为保护层；以及
第二背板，位于所述隔膜与所述衬底之间，在周边处由所述介电支撑层固持，具有多个第二通孔，所述多个第二通孔连接于所述衬底开口与所述介电开口之间。
21.根据权利要求20所述的微机电系统装置，其中，第一防粘结构在所述隔膜与所述第一背板之间位于所述第一背板或所述隔膜上，且第二防粘结构在所述隔膜与所述第二背板之间位于所述第二背板或所述隔膜上。
22.一种用于在衬底上制作微机电系统装置的方法，包括：
在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；
在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述第一背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层；
从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及
执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第一背板之间在所述第一背板或所述隔膜上形成第一防粘结构，
其中所述第一防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，进一步包括：
在所述衬底与所述隔膜之间形成嵌置于所述介电支撑层中的第二背板，其中所述第二背板具有多个第二通孔，
其中所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤还经由所述第二通孔刻蚀所述介电材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第一背板之间在所述第二背板或所述隔膜上形成第二防粘结构，
其中所述第二防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
26.一种在衬底上制作微机电系统装置的方法，包括：
在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；
在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述第一背板即为保护层；
从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及
执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第一背板之间在所述第一背板或所述隔膜上形成第一防粘结构，
其中所述第一防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，进一步包括：
在所述衬底与所述隔膜之间形成嵌置于所述介电支撑层中的第二背板，其中所述第二背板具有多个第二通孔，
其中所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤还经由所述第二通孔刻蚀所述介电材料。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第二背板之间在所述第二背板或所述隔膜上形成第二防粘结构，
其中所述第二防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
30.一种在衬底上制作微机电系统装置的方法，其中，包括：
在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜，其中所述隔膜被图案化成具有沿周边区分布的多个凹陷；
在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述第一背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层；
从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及
执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜，
其中所述介电开口还暴露出所述隔膜的所述凹陷中的每一者的内侧部分。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第一背板之间在所述第一背板或所述隔膜上形成第一防粘结构，
其中所述第一防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，进一步包括：
在所述衬底与所述隔膜之间形成嵌置于所述介电支撑层中的第二背板，其中所述第二背板具有多个第二通孔，
其中所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤还经由所述第二通孔刻蚀所述介电材料。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第二背板之间在所述第二背板或所述隔膜上形成第二防粘结构，
其中所述第二防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
34.一种在衬底上制作微机电系统装置的方法，包括：
在所述衬底上形成介电支撑层，其中所述介电支撑层嵌置有隔膜；
在所述介电支撑层上形成第一背板，其中所述第一背板已被图案化成具有多个通孔及预定的隔膜区，其中所述背板包括位于所述介电支撑层上的导电层及覆盖在所述导电层上的保护层，其中所述第一背板的所述保护层包括周边部分，所述周边部分环绕所述导电层的在最终状态中将被所述介电支撑层固持的周边部分；
从与所述介电支撑层相对的侧将所述衬底图案化，以形成衬底开口来暴露出所述介电支撑层；以及
执行各向同性刻蚀工艺，以经由所述通孔及所述衬底开口移除所述介电支撑层的介电材料的一部分，从而使所述介电支撑层具有介电开口以暴露出所述隔膜区内的所述隔膜，
其中所述介电开口还暴露出所述隔膜的所述凹陷中的每一者的内侧部分。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第一背板之间在所述第一背板或所述隔膜上形成第一防粘结构，
其中所述第一防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，进一步包括：
在所述衬底与所述隔膜之间形成嵌置于所述介电支撑层中的第二背板，其中所述第二背板具有多个第二通孔，
其中所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤还经由所述第二通孔刻蚀所述介电材料。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，进一步包括：
在嵌置于所述介电支撑层中的所述隔膜与所述第二背板之间在所述第二背板或所述隔膜上形成第二防粘结构，
其中所述第二防粘结构在所述执行所述各向同性刻蚀工艺的步骤中被暴露出。
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