TW201343533A - 微電機系統裝置以及其形成之方法 - Google Patents

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Abstract

一種微電機系統(MEMS)裝置可包括一於一第一基材上之微電機系統結構，微電機系統結構包括一中央靜態元件、一可移動元件、以及一外側靜態元件。一接合材質之部份位於中央靜態元件以及第一基材之間。一第二基材為於微電機系統結構上。一介電層之部份位於中央靜態元件以及第二基材之間。一支撐柱包括前述部份之接合材質、中央靜態元件、以及前述部份之介電材料。

Description

微電機系統裝置以及其形成之方法
本發明主要關於一種微電機系統裝置，尤指一種具有支撐柱結構之微電機系統裝置。
微電機系統(MEMS)為形成微米級(一公尺之百萬分之一)微結構之技術。前述技術之重點在於可使用積體電路(integrated circuit,IC)技術。大部分之微電機系統裝置建立於矽晶圓上，並以薄膜(thin film)材料來實現。於MEMS技術中具有三個基本的建構模塊(building block)，其為於一基材上沈積薄膜材料、設置一圖案化之光罩於薄膜之上以進行微影(photolithographic imaging)製程，以及依據光罩選擇性的蝕刻薄膜。MEMS製程一般為依據前述操作所建立之順序來形成實際之裝置。
MEMS之應用包括慣性感測器之應用，例如運動感測器、加速度計和陀螺儀。其他MEMS之應用可包括光學上之應用，例如可移動之鏡子，或是射頻(RF)應用，如射頻開關(RF switch)以及諧振器(resonator)。
於一實施例中，形成微電機系統(MEMS)裝置之方法，包括下列步驟。於一第一基材形成一微電機系統結構，其中微電機系統結構包括一可移動元件和一相鄰的靜態元件。形成一環繞於可移動元件之腔體。於一第二基材上形 成一內連接結構。於內連接結構上沈積一第一介電層，以及接合微電機系統結構於第一介電層，其中靜態元件於腔體內形成一第一支撐柱，第一支撐柱用以支撐第二基材。
於另一實施例中，形成一微電機系統裝置之方法，包括下列步驟。於第一基材上形成一內連接結構。於內連接結構沈積上一介電層。圖案化介電層以形成一中央部以及兩外側部。接合或沈積一微電機系統晶圓於前述圖案化之介電層。圖案化微電機系統晶圓以形成一可移動元件、一中央靜態元件、以及一外側靜態元件。可移動元件環繞中央靜態元件，以及外側靜態元件環繞可移動元件。於中央靜態元件以及外側靜態元件上沈積一第一接合材質。前述之方法更包括於一第二基材中形成兩個凹槽，其中該等凹槽具有一第二基材之中央隆起部以及兩個第二基材之外側隆起部。於第二基材之中央隆起部以及外側隆起部沈積一第二接合材質。接合微電機系統晶圓於第二基材，其中介電層之中央部、中央靜態元件、中央靜態元件上之第一接合材質、中央隆起部上之第二接合材質、以及中央隆起部形成一第一支撐柱。
於另一實施例中，一微電機系統裝置包括一於一第一基材上之微電機系統結構，其中微電機系統結構包括一可移動元件、一中央靜態元件、以及一外側靜態元件，前述可移動元件懸掛(suspend)於第一基材之上，可移動元件與外側靜態元件側向分離於一第一間隔空間，以及可移動元件與中央靜態元側向分離於一第二間隔空間，一接合材質之一中央部位於第一基材以及中央靜態元件之一下表面之 間。微電機系統裝置更包括一位於微電機系統結構上之第二基材，一第一介電層之一中央部位於第二基材以及中央靜態元件之一上表面。一支撐柱，包括接合材質之中央部、中央靜態元件以及第一介電層之中央部。
以下形成微電機系統裝置(microelectromechanical system device,MEMS device)之各種步驟配合第1a圖至第1k圖進行說明。對應圖式之實施例均有詳細之說明。於圖式或說明書中相同之標號盡可能代表者相同之相同或是相似的元件。圖式中之形狀或是厚度可能為了更為清楚和方便之目的而被誇大。依照本說明書之揭露，本案直接特別針對元件之形成的方法以及裝置進行說明。可以理解的是，未被特別繪製或是描述之元件可能具有多種對於此領域中具有技術之人為已知之形式。因此，經由本說明書之揭露，於此領域中具有技術之人可輕易地對前述之元件進行多種替代或是修正。
本說明書全文中所提及關於“一實施例”的意思是指有關於本實施例中所提及特定的特徵(feature)、結構、或特色包含於本發明的至少一實施例中。因此，本說明書全文中各處所出現的“在一實施例中”等用語所指的並不全然表示為相同的實施例。再者，特定的特徵、結構、或特色能以任何適當方式而與一或多個實施例作結合。可以理解的是以下的圖式並未依照比例繪示，而僅提供說明之用。
以下之實施例針對特定之內容進行描述，即具有一支 撐柱結構之微電機系統運動感測裝置(MEMS motion sensor device)。於其他實施例中，可應用於如加速度計(accelerometer)以及陀螺儀(gyroscope)等微電機系統裝置。
第1a圖為一微電機系統裝置1於製程之一中間階段的剖視示意圖。微電機系統(MEMS)裝置1包括於一晶圓100上之一介電層(dielectric layer)101。晶圓100可包括一大塊矽晶圓(bulk silicon wafer)。於另一實施例中，晶圓100可包括任何半導體基材(semiconductor substrate)、陶瓷基材(ceramic substrate)、石英基材(quartz substrate)或是前述相似之基材。於一些實施例中，晶圓100包括一矽基絕緣體(silicon-on-insulator,SOI)或是其他復合晶圓。其他之基材可使用於多層基材(multi-layered substrate)、梯度基材(gradient substrate)、或是組合定向基材(hybrid orientation substrate)等基材。
晶圓100可包括主動和被動裝置(未示於第1a圖)。於此領域中具有技術之人可瞭解如電晶體、電容、電阻、前述元件之結合、以及前述相似之元件等各式各樣的主動和被動裝置可使用於滿足微電機系統裝置1之設計中結構或是功能上的要求。前述之主動和被動裝置可以任何之合適的方法製作。
介電層101形成於晶圓100。介電層101可由一種或是多種合適之介電材料所製成，例如氧化矽(silicon oxide)、氮化矽(silicon nitride)、如碳摻雜氧化矽(carbon doped oxides)等低介電常數介電質(low-k dielectric)、如多孔碳摻雜二氧化矽(porous carbon doped silicon dioxide)等 超低介電常數介電質(extremely low-k dielectric)、如聚醯亞胺(polyimide)等聚合物(polymer)、或是前述材質之組合。介電層101可透過如化學汽相沈積(chemical vapor deposition,CVD)、旋轉塗佈玻璃法(spin-on-glass process)、或是其他任何適合之製程進行沈積。如第1f圖所示，一上腔體102形成於介電層101中。
第1b圖繪製了藉由於介電層101上形成開孔(opening)完成圖案化(patterning)之介電層101。圖案化製程(patterning process)可藉由沈積如光阻(photoresist)或是氧化矽(silicon oxide)等一般使用之遮罩材料(mask material)(圖未示)於介電層101上。於遮罩材料被圖案化後，介電層101依照遮罩材料所形成之圖案蝕刻。
如第1c所示，一保護元件201沈積於介電層101中之開孔，以及一晶圓200放置於介電層101以及保護元件201之上。於本實施例中，保護元件201沈積於介電層101中之開孔，保護元件201以及介電層101可經由如化學機械研磨製程(chemical mechanical processing,CMP)等製程平面化(planarized)，且晶圓200可放置於介電層101和保護元件201之上表面。於本實施例中，保護元件201可包括鋁、銅、鋁銅合金、鈦鎢合金、多晶矽(polysilicon)、或是其前述材料之組合。晶圓200可包括相似於晶圓100之材質，例如一大塊矽晶圓、任何之半導體基材、陶瓷基材、石英基材、或是前述相似之材料，且晶圓100和晶圓200並不需要為相同之材質。晶圓200以及介電層101可經由直接晶圓接合(direct wafer bonding)方法接合。前述之接 合方法(bonding process)可經由加熱或加壓等應用加以改良或促進(expedited)。於另一實施例中，晶圓200可由介電層101或保護元件201之上表面共晶生長(epitaxially grown)。由於接合方法為一習知技術，於此並不加以詳細說明。晶圓200可透過植入製程(implantation process)以引進(introduce)P-型或是N-型雜質(impurities)於晶圓200中加以摻雜，或是當晶圓200之材料生長時利用原位摻雜(in-situ doping)製程加以摻雜。於又一實施例中，晶圓200可由半導體材料所形成，且沈積於介電層101或保護元件201之上表面。半導體材料可包括矽(silicon)、鍺(germanium)、其他相似之材料、或是其前述材料之組合。晶圓200透過前述之植入製程加以摻雜。
第1d圖繪製了藉由晶圓200之圖案化，使其形成一可移動元件203以及複數個靜態元件202。前述之圖案化製程可藉由沈積如光阻或是氧化矽等一般使用之遮罩材料(圖未示)於介電層101(或晶圓100)上。於遮罩材料被圖案化後，晶圓200依照遮罩材料所形成之圖案被蝕刻。當可移動元件203還在於第1d圖中之介電層101上時，並不可移動。
第1e圖繪製了於靜態元件202和可移動元件203上圖案化之接合材質204及其構造。接合材質204可由鋁銅(aluminum copper)、鍺(germanium)、金、前述相似之材料、或是前述材料之組合所製成。接合材質204可作為用於後續接合製程(bonding processes)之共晶(eutectic)接合材質。接合材質204可經由物理汽相沉積(physical vapor deposition,PVD)製程來形成，例如，如濺鍍(sputtering)、蒸發(evaporation)、前述相似之製程、前述製程之組合、或是其他可接受之方法，並且可經由可適當之微影技術(lithography techniques)來圖案化。
如第1f圖所示，上腔體102經由移除一部分之介電層101而形成，以使得前述微電機系統裝置1之可移動元件203形成於上腔體102上，並可沿至少一軸自由移動。可移動元件203可經由從靜態元件202所延伸出之絞鏈(hinge)、彈簧(spring)、樑(beam)、或前述相似之元件(圖未示)所支撐。於一實施例中，介電層101之部份可經由蝕刻製程(etch process)移除。前述之蝕刻製程可為以稀氢氟酸(diluted hydrofluoric acid,DHF)處理法(treatment)或是氫氟酸蒸氣(vapor hydrofluoric acid,VHF)處理法處理一段適當之時間。蝕刻製程之種類於介電層101、晶圓200以及晶圓100之間具有高選擇性，因此晶圓100以及晶圓200並不會於移除部份介電層101之期間受到侵蝕。此外，保護元件201於溼蝕刻製程中保護了靜態元件202下之部份介電層101。
第1g圖繪製了於製程中間階段之一晶圓300’。晶圓300’可包括一接觸墊302、於晶圓300上之一內連接結構301、以及於內連接結構301上之一介電層303。晶圓300’包括晶圓100、200之相似材料，例如大塊矽晶圓、任何之半導體基材、陶瓷基材、石英基材、或是相似於前述之基材，但不需要為相同之材料。
晶圓300’可包括主動和被動裝置(未繪製於第1g圖)。 於此領域中具有技術之人可瞭解如電晶體、電容、電阻、前述元件之結合、以及前述相似之元件等各式各樣的主動和被動裝置可使用於滿足微電機系統裝置1之設計中結構或是功能上的要求。前述之主動和被動裝置可以任何之合適的方法製作。
接觸墊302可形成於晶圓300之上表面且電性接觸內連接結構301以提供主動和被動裝置、可移動元件203和靜態元件202之外部連接。接觸墊302可包括鋁、銅、前述相似之材料、或是前述材料之組合。接觸墊302經由如濺鍍(sputtering)等沈積製程(deposition process)所製成。經由沈積製程可形成一層之材料(圖未示)，且部份前述層之材料可經由適當之製程(例如微影之光罩以及蝕刻製程)進行部份移除以形成接觸墊302。此外，其他適合之製程以可利用來形成接觸墊302。
內連接結構301可形成於晶圓300之上表面。內連接結構301可提供與主動和被動裝置、可移動元件203、靜態元件202之間的電性或是物理上之連接，外部裝置(external device)透過接觸墊403以及穿基材通孔(through substrate via,TSV)400，其亦可稱為穿半導體通孔(through semiconductor via)或是穿矽通孔(through silicon via)(如第1k圖所示)。於本說明書所述之通孔(Via)可定義為填充導電材質之通孔，亦可稱為連通柱、層間連接點、金屬柱等名稱。內連接結構301可包括任何數目或組合之金屬化層(metallization layer)、金屬間介電質層(inter-metal介電質，IMD)層、通孔(Via)、以及鈍化層(passivation layer)。繪製 於第1g圖之內連接結構301包括於金屬間介電質(IMD)層間之三層金屬化層(所於圖式中所繪製之金屬化層之連接，並非表示為特定之連接)。於金屬間介電質層中，通孔形成於金屬化層之間。金屬化層可經由下列之製程所形成。首先，沈積一IMD層。使用如適當之微影技術於IMD層上蝕刻出對應於金屬化層之金屬化圖案(metallization pattern)。沈積導電材料於IMD層以完成金屬化，以及經由如化學機械研磨製程(CMP)移除任何多餘之導電材料。前述微影技術可包括一單鑲嵌製程(damascene process)或是雙嵌製程，特別是當形成通過金屬間介電質至一下層金屬化層(underlying metallization)的通孔。
IMD層可以為一氧化介電質，例如二氧化矽(SiO2)、硼磷矽玻璃(borophosphosilicate glass,BPSG)、或是其他之介電材料。金屬化層之導電材料可為如銅、鎳、鋁、銅鋁、鎢、鈦、金、銀、前述材料之組合(如合金)、或是前述相似之材料。金屬化層可包括阻絕層(barrier layers)以及其他介電層。阻絕層位於導電材料以及IMD材料之間。其他介電層可為形成於IMD層之間之蝕刻終止層(etch stop layer)，其可由氮化矽(silicon nitride)所製成。
介電層303形成於內連接結構301上。介電層303可由一種或是多種合適之介電材料所製成，例如氧化矽、氮化矽、如碳摻雜氧化矽等低介電常數介電質、如多孔碳摻雜二氧化矽等超低介電常數介電質、如聚醯亞胺等聚合物、或是前述材質之組合。介電層101可透過如化學汽相沈積(CVD)、旋轉塗佈玻璃法、或是其他任何適合之方法 來沈積。
第1h圖繪製了於介電層303上之接合材質304的構造以及圖案。接合材質304可由鋁銅、鍺、金、前述相似之材料、或是前述材料之組合所製成。接合材質304可經由物理汽相沉積(PVD)製程來形成，例如，如濺鍍、蒸發、前述相似之製程、前述製程之組合、或是其他可接受之方法，並且可經由可接受之微影技術來圖案化。
如第1i圖所示，包括晶圓100與200之結構接合於包括晶圓300’之結構。這兩個結構可經由將接合材質204(於晶圓200上)以及接合材質304(於晶圓300’上)之間以共晶接合(eutectic bonding)的方法接合。前述之共晶接合製程於前述兩結構之間形成密封(hermetic seal)以及電性連接，以允許可移動元件203以及靜態元件202與外部元件形成電性連接，例如可透過如第1K圖所示之晶圓300上之接觸墊403以及穿基材通孔(TSV)400。大於35kN之接合力(bond force)以及大於400℃之溫度可提供良好之結合強度。於一實施例中，一真空腔可當作一接合腔(bonding chamber)使用。然而，於另一實施例中，接合腔可具有大氣壓力(atmospheric pressure)。
如第1i所示之結構，一微電機系統結構包括一可移動元件203、一靜態元件202、以及上腔體102之上部和一下腔體305之下部。上腔體102形成於介電層101被移除之部份，且下腔體305形成於接合材質204、304之間。腔體之壓力位準(pressure level)經由接合製程控制。於一實施例中，上腔體102和下腔體305由於位於一真空腔內進行接 合製程，因此上腔體102和下腔體305內可為真空。上腔體102以及下腔體305於靜態元件202以及可移動元件203之間的空間連接。換句話說，上腔體102以及下腔體305於可移動元件203之周圍形成一單一之腔體，亦即上腔體102可為前述腔體之上部，下腔體305可為前述之腔體之底部。支撐柱500包括中央部份之接合材質204、304、中央靜態元件202、中央部份之介電層101、以及中央部份之保護元件201。支撐柱500位於包上腔體102以及下腔體305之腔體內。
第1j圖繪製了經過接合製程後之薄化(thinning)晶圓100、300。薄化製程(thinning process)可包括研磨(grinding)以及CMP製程、深蝕刻(etch back)製程、或是其他適當的製程。晶圓300可經由薄化以減少後續TSV成形製程之製程時間。再者，晶圓100、300可因為薄化而減少微電機系統裝置1之整體封裝尺寸。於一實施例中，晶圓100之厚度可被薄化至大約300 μm至100 μm之間，且晶圓300之厚度可被薄化至少於100 μm，例如80 μm。
晶圓300以及晶圓100之薄化可減少微電機系統裝置1之整體強度微電機系統裝置1。發明人發現支撐柱500之構造可減少晶圓300’之變形，其可能經由腔體與外在區域、製程應變(process strain)、和外在應力之間的壓力不同而造成。支撐柱500可減少80%以上應變(strain)對於晶片的衝擊。支撐柱500可經由絞鏈、彈簧、樑、或其他相似之元件提供可移動元件203定位(anchored)於靜態元件202之額外支點(point)。於一實施例中，可移動元件203可定 位於外側之靜態元件202。於另一實施例中，可移動元件可只定位於支撐柱500的中央靜態元件202上。於又一實施例中，可移動元件203可定位於外側以及中央之靜態元件202。這種彈性設定(configuration flexibility)可允許較為彈性之主動和被動裝置的佈局(layout)以及內連接結構301和晶圓300之內部連接。
如第1k圖所示，TSV 400以及接觸墊403形成於晶圓300之背側。TSV 400由晶圓300之一背面延伸至設置於晶圓300之上表面之接觸墊302。接觸墊403可耦接、直接或是間接設置於內連接結構301內之金屬內連接結構(metal interconnect)。TSV 400可經由如蝕刻、研磨(milling)、雷射技術、前述相似之製程、或是前述製程之組合，於晶圓300形成一凹槽(recess)(開孔)而形成。薄阻絕層(barrier layer)401可經由如CVD、原子層沈積(atomic layer deposition,ALD)、PVD、熱氧化(thermal oxidation)、前述相似之製程、或是前述製程之組合，沈積於晶圓300之背面。阻絕層401可包括氮化物(nitride)或是氮矽化物(oxynitride)，例如氮化鈦、氧氮化鈦、氮化鉭、氧氮化鉭(tantalum oxynitride)、氮化鎢、前述相似之材質、或前述材質之組合。一導電材料可沈積於阻絕層401以及凹槽(開孔)內。導電材料可經由電化學電鍍製程(electro-chemical plating process)、CVD、ALD、PVD、前述相似之製程、或是前述製程之組合所形成。舉例而言，導電材料可為銅、鎢、鋁、銀、金、前述材料之組合(如合金)、或是前述相似之材料。導電材料可被圖案化以形成接觸墊403和TSV 導電材料402。
第2圖繪製了靜態元件202、可移動元件203、支撐柱500之中央靜態元件202的俯視圖。如第2圖所示，外側之靜態元件202環繞(encircle)於可移動元件203，並經由一位於可移動元件203以及外側之靜態元件202之間的間隔空間與可移動元件203相互間隔。同理，可移動元件203環繞支撐柱500之中央靜態元件202。如前所述，可移動元件203可經由從靜態元件202所延伸出之絞鏈(hinge)、彈簧(spring)、樑(beam)、或其他相似之元件(圖未示)所支撐。
雖然本實施例描述了關於運動感測器(motion sensor)，然而其他形式之微電機系統裝置亦為本說明書所揭露之範圍。例如，包括支撐柱之裝置結構可應用於一加速度計裝置或是一陀螺儀裝置。再者，前述之裝置結構亦可應用於任何之具有一低壓腔體或是一薄覆蓋晶圓(thin capping wafer)。
第3a圖至第3e圖繪製了形成微電機系統裝置1之方法之另一實施例。本實施例與前述實施例之相似之處，在此不另加重複描述。於本實施例中，晶圓200以及晶圓300’先成形後再接合於晶圓100，以形成環繞於可移動元件203之腔體。藉由於晶圓100上形成凹槽以形成上腔體102，且下腔體305經由移除部份之介電層303所形成。
第3a圖繪製了於製程中之一中間階段之晶圓100。如第3a圖所示於晶圓100形成凹槽，且形成圖案化之接合材質105。晶圓100藉由形成凹槽以形成上腔體102。凹槽可 藉由前述討論過之蝕刻、研磨、或是其他適合之製程所形成。於另一選擇性之實施例中，凹槽可由晶圓100上之上表面共晶(epitaxially)生長晶圓100之隆起部(raised portion)所形成，前述之隆起部位於晶圓100上之圖案化層(patterned layer)中的槽溝或是開孔。接合材質105可類似於第1e圖中之接合材質204之形成方式以及圖案化。
另於第3a圖中可看出於晶圓100內形成至少一凹槽(上腔體102)，凹槽位於晶圓100之一中央隆起部(位於第3a圖中之上腔體102的中央)以及晶圓100之二外側隆起部(位於第3a圖中之上腔體102的兩相對側壁)之間。
於第3b圖中，如前所述，晶圓300’於製程中之一中間階段，其中一內連接結構301形成於晶圓300之上，如前所述。於一實施例中，如前所述，介電層303可經由適當的顯影技術形成。
於第3c圖中，一保護元件201沈積於介電層303之開孔，以及一晶圓200放置於介電層303以及保護元件201之上。晶圓200經由圖案化形成一可移動元件203、複數個靜態元件202以及下腔體305。晶圓200可包括於前述實施例所揭露之相似材料。如前所述，於一選擇性的實施例中，腔體305可經由於介電層303上沈積或是共晶生長晶圓200、圖案化晶圓200、以及選擇性地蝕刻部份之介電層303來形成。
第3d圖繪製了通孔(via)205之構造，以及圖案化之接合材質204及其結構。通孔205貫穿靜態元件202以及介電層303至內連接結構301上表面上之一金屬內連接結 構。通孔205可提供晶圓200以及內連接結構301之間的電性和物性連接，藉以透過接觸墊403、TSV 400(如第3f所示)連接至外部裝置。通孔205可經由如前所描述之相似製程或是材質所形成。接合材質204形成以及圖案化於晶圓200。接合材質204可經由如前所描述之相似製程或是材質所形成。
如第3e圖所示，如前所述，下腔體305經由移除一部分之介電層303而形成，以使微電機系統裝置1之可移動元件203形成於下腔體305上，並可沿至少一軸自由移動。前述之蝕刻製程如前所述，於此不加以重複。
如第3f圖所示之結構包括晶圓200、300’接合於晶圓100以形成支撐柱500。接合材質105和接合材質204之間之接合製程相似於先前實施利所描述之製程。支撐柱500包括晶圓100之隆起部，中央之接合材質105、204、中央之靜態元件202、以及中央之介電層303。於接合製程後，晶圓100以及晶圓300可經由如前所述之方法薄化。阻絕層401、TSV 400、TSV導電材料402、以及接觸墊403可如前所述之方法形成，並藉以連接外部裝置。
如第3f圖所示，上腔體102以及下腔體305於靜態元件202以及可移動元件203之間的空間連接。上腔體102以及下腔體305形成一環繞於可移動元件203以及支撐柱500之單一腔體。
第4圖繪製了微電機系統裝置1之另一實施例。於此實施例中，於晶圓100以及晶圓300’之間進行接合製程。晶圓200形成於介電層303上，前述介電層303形成於晶 圓300’之內連接結構301。晶圓200以及介電層303經由圖案化後將位於晶圓300’之邊緣上的部份移除，以使晶圓100和晶圓300’能直接連接。此部份詳細之說明如同先前之實施例所述，於此不加以重複描述。
第5圖繪製了微電機系統裝置1之另一實施例。於此實施例中，微電機系統裝置1包括複數個支撐柱500。支撐柱500可側向間彼此相鄰。上腔體102以及下腔體305可於環繞於可移動元件203和支撐柱500之間形成一單一腔體。此部份詳細之說明如同先前之實施例所述，於此不加以重複描述。
第6a圖繪製了第5圖之實施例之靜態元件202、可移動元件203、中央之支撐柱500(如第5圖所示)之靜態元件202。如第6a圖所示，可移動元件203之圖案可允許兩支撐柱500形成於晶圓100以及晶圓300’之間(如第5圖所示)。如先前之討論，可移動元件203可經由從靜態元件202所延伸出之絞鏈、彈簧、樑、或其他相似之元件(圖未示)所支撐。於一實施例中，可移動元件203只支撐於外側之靜態元件202。
第6b圖繪製了第5圖之另一實施例之靜態元件202、可移動元件203、支撐柱500之中央靜態元件202(如第5圖所示)。如第6b所示，可移動元件203之圖案可允許四個支撐柱500形成於晶圓100以及晶圓300’之間(如第5圖所示)。如先前之討論，可移動元件203可經由從靜態元件202所延伸出之絞鏈、彈簧、樑、或其他相似之元件(圖未示)所支撐。於一實施例中，可移動元件203只支撐於外側 之靜態元件202。雖然本案之實施例針對具有1個、兩個或是4個支撐柱之微電機系統裝置進行描述，然而，其他支撐柱之配置亦包括在本說明書之範圍。
於一實施例中，形成微電機系統(MEMS)裝置之方法，包括下列步驟。於一第一基材形成一微電機系統結構，其中微電機系統結構包括一可移動元件和一相鄰的靜態元件。形成一環繞於可移動元件之腔體。於一第二基材上形成一內連接結構。於內連接結構上沈積一第一介電層，以及接合微電機系統結構於第一介電層，其中靜態元件於腔體內形成一第一支撐柱，第一支撐柱用以支撐第二基材。
於另一實施例中，形成一微電機系統裝置之方法，包括下列步驟。於第一基材上形成一內連接結構。於內連接結構沈積上一介電層。圖案化介電層以形成一中央部以及兩外側部。接合或沈積一微電機系統晶圓於前述圖案化之介電層。圖案化微電機系統晶圓以形成一可移動元件、一中央靜態元件、以及一外側靜態元件。可移動元件環繞中央靜態元件，以及外側靜態元件環繞可移動元件。於中央靜態元件以及外側靜態元件上沈積一第一接合材質。前述之方法更包括於一第二基材中形成兩個凹槽，其中該等凹槽具有一第二基材之中央隆起部以及兩個第二基材之外側隆起部。於第二基材之中央隆起部以及外側隆起部沈積一第二接合材質。接合微電機系統晶圓於第二基材，其中介電層之中央部、中央靜態元件、中央靜態元件上之第一接合材質、中央隆起部上之第二接合材質、以及中央隆起部形成一第一支撐柱。
於另一實施例中，一微電機系統裝置包括一於一第一基材上之微電機系統結構，其中微電機系統結構包括一可移動元件、一中央靜態元件、以及一外側靜態元件，前述可移動元件懸掛(suspend)於第一基材之上，可移動元件與外側靜態元件側向分離於一第一間隔空間，以及可移動元件與中央靜態元側向分離於一第二間隔空間，一接合材質之一中央部位於第一基材以及中央靜態元件之一下表面之間。微電機系統裝置更包括一位於微電機系統結構上之第二基材，一第一介電層之一中央部位於第二基材以及中央靜態元件之一上表面。一支撐柱，包括接合材質之中央部、中央靜態元件以及第一介電層之中央部。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。舉例來說，任何所屬技術領域中具有通常知識者可輕易理解此處所述的許多特徵、功能、製程及材料可在本發明的範圍內作更動。再者，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大體相同功能或獲得大體相同結果皆可使用於本發明中。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。
1‧‧‧微電機系統裝置
100‧‧‧晶圓(基材)
101‧‧‧介電層
102‧‧‧上腔體
105‧‧‧接合材質
200‧‧‧晶圓(基材)
201‧‧‧保護元件
202‧‧‧靜態元件(中央靜態元件、外側靜態元件)
203‧‧‧可移動元件
204‧‧‧接合材質
205‧‧‧通孔
300’‧‧‧晶圓
300‧‧‧晶圓(基材)
301‧‧‧內連接結構
302‧‧‧接觸墊
303‧‧‧介電層
304‧‧‧接合材質
305‧‧‧下腔體
400‧‧‧穿基材通孔
401‧‧‧薄阻絕層
402‧‧‧導電材料
403‧‧‧接觸墊
500‧‧‧支撐柱
第1a圖至第1k圖為微電機系統裝置之剖視示意圖，其繪製了微電機系統裝置之第一實施例之製作步驟；第2圖為微電機系統裝置之一實施例之俯視圖；第3a圖至第3f圖為微電機系統裝置之剖視示意圖，其繪製了微電機系統裝置之第二實施例之製作步驟；第4圖為微電機系統裝置之第三實施例之剖視示意圖；第5圖為微電機系統裝置之第四實施例之剖視示意圖；以及第6a、6b圖為第5圖中之微電機系統裝置之實施例之俯視圖。
1‧‧‧微電機系統裝置
100‧‧‧晶圓
101‧‧‧介電層
102‧‧‧上腔體
200‧‧‧晶圓
201‧‧‧保護元件
202‧‧‧靜態元件
203‧‧‧可移動元件
204‧‧‧接合材質
300、300’‧‧‧晶圓
301‧‧‧內連接結構
302‧‧‧接觸墊
303‧‧‧介電層
304‧‧‧接合材質
305‧‧‧下腔體
400‧‧‧穿基材通孔
401‧‧‧薄阻絕層
402‧‧‧導電材料
403‧‧‧接觸墊
500‧‧‧支撐柱

Claims (10)

  1. 一種形成微電機系統裝置之方法，包括：於一第一基材上形成一微電機系統結構，其中該微電機系統結構包括一可移動元件和一相鄰的靜態元件；形成一環繞於該可移動元件之腔體；於一第二基材上形成一內連接結構；於該內連接結構上沈積一第一介電層；以及接合該微電機系統結構於該第一介電層，其中該靜態元件於該腔體內形成於一第一支撐柱，該第一支撐柱用以支撐該第二基材。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之形成微電機系統裝置之方法，其中於接合該微電機系統結構於該第一介電層之步驟中，更進一步於該腔體內形成一第二支撐柱，其中該第二支撐柱側向間隔於該第一支撐柱，且該第二支撐柱用以支撐該第二基材。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之形成微電機系統裝置之方法，更進一步包括：於形成該內連接結構之前，於該第二基材之一上表面形成一接觸墊；薄化該第二基材之一背側；於該第二基材之背側形成一開孔，其中該開孔之一下表面鄰接(adjoin)該接觸墊；於該第二基材之該背側以及該開孔內沈積一導電材料；以及 圖案化該導電材料以於該第二基材之該背側上之該開孔以及該接觸墊之間形成一通孔(via)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之形成微電機系統裝置之方法，其中於接合該微電機系統結構於該第一介電層之步驟中，更包括：於該微電機系統結構上沈積一第一接合材質；於該第一介電層上沈積一第二接合材質；使得該第一接合材質以及該第二接合材質相互接觸；使該第一接合材質以及該第二接合材質之間形成密封和電性連接；以及使該腔體成為真空。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之形成微電機系統裝置之方法，更包括：於形成該微電機系統結構之步驟更包括：於該第一基材上沈積一第二介電層；於該第二介電層中形成複數個開孔；於該等開孔中沈積一保護元件；接合一微電機系統晶圓於該第二介電層；圖案化該微電機系統晶圓以形成該可移動元件，其中該可移動元件環繞一中央靜態元件，且該可移動元件被一外側靜態元件所環繞；以及於形成該腔體之步驟中更包括：於該可移動元件以及該第一基材之間移除部份之該第二介電層，其中被移除之該部份之該第二介電層並未被該 等保護元件所保護，且移除位於該第一基材以及該中央靜態元件之間的該第二介電層之中央部份。
  6. 一種形成微電機系統裝置之方法，包括：於一第一基材形成一內連接結構；於該內連接結構上沈積一介電層；圖案化該介電層以形成一中央部以及兩外側部；接合一微電機系統晶圓於圖案化之介電層；圖案化該微電機系統晶圓以形成一可移動元件、一中央靜態元件、以及一外側靜態元件，其中該可移動元件環繞該中央靜態元件，且該外側靜態元件環繞該可移動元件；於該中央靜態元件以及該外側靜態元件上沈積一第一接合材質；於一第二基材內形成至少一凹槽，其中該凹槽位於該第二基材之一中央隆起部以及該第二基材之二外側隆起部之間；於該第二基材之該中央隆起部以及該等外側隆起部沈積一第二接合材質；以及接合該微電機系統晶圓於該第二基材，其中該介電層之該中央部、該中央靜態元件、該中央靜態元件上之該第一接合材質、該中央隆起部上之該第二接合材質、以及該中央隆起部形成一第一支撐柱。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之形成微電機系統裝置之方法，更包括：於形成該內連接結構之前，於該第一基材上之一上表面形成一接觸墊； 薄化該第一基材之一背側；薄化該第二基材之一背側；於該第一基材之該背側形成一開孔，其中該開孔之一下表面鄰接該接觸墊；於該第一基材之該背側以及該開孔內沈積一導電材料；以及圖案化該導電材料以於該第一基材之該背側上之該開孔以及該接觸墊之間形成一通孔。
  8. 一種微電機系統裝置，包括：一微電機系統結構，位於一第一基材上，其中該微電機系統結構包括一可移動元件、一中央靜態元件、以及一外側靜態元件，其中該可移動元件懸掛於該第一基材上，該可移動元件經由一第一間隔空間側向間隔於該外側靜態元件，且該可移動元件經由一第二間隔空間側向間隔於該中央靜態元件；一接合材質之一中央部位於該第一基材以及該中央靜態元件之一下表面之間；一第二基材，位於該微電機系統結構之上；一第一介電層之一中央部位於該第二基材以及該中央靜態元件之一上表面；以及一支撐柱，包括該接合材質之該中央部、該中央靜態元件、以及該第一介電層之該中央部。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之微電機系統裝置，更包括一保護元件，且該第一介電層包括 一第一外側部，且該第一外側部位於該外側靜態元件以及該第二基材之間；一第二外側部，且該第二外側部位於該外側靜態元件以及該第二基材之間；以及該保護元件包括；一第一外側部，且該保護元件之該第一外側部位於該外側靜態元件以及該第二基材之間，且該保護元件之該第一外側部相鄰於該介電層之該第一外側部；一第二外側部，且該保護元件之該第二外側部位於該外側靜態元件以及該第二基材之間，且該保護元件之該第二外側部相鄰於該第一介電層之該第二外側部；以及一第一內部以及一第二內部，且該保護元件之該第一內部和該第二內部鄰接於該第一介電層之該中央部之兩相反側。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之微電機系統裝置，更包括：一內連接結構，設置於該第一基材之一上表面；一第二介電層，設置於該內連接結構，且該第二介電層位於該內連接結構以及該接合材質之該中央部；以及一穿基材通孔(TSV)，於該第一基材內，且該穿基材通孔電性耦接於該內連接結構之一金屬內連接結構。
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