TWI736428B - Mems結構及其形成方法 - Google Patents

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TWI736428B
TWI736428B TW109133023A TW109133023A TWI736428B TW I736428 B TWI736428 B TW I736428B TW 109133023 A TW109133023 A TW 109133023A TW 109133023 A TW109133023 A TW 109133023A TW I736428 B TWI736428 B TW I736428B
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蔡尚穎
毛威智
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Abstract

一種包含複合彈簧的微機電系統結構。第一基底位於第 二基底之下。第三基底上覆於第二基底。第一基底、第二基底以及第三基底至少部分地限定空腔。第二基底包括位於空腔中及第一基底與第三基底之間的可移動塊。複合彈簧自第二基底的周邊區延伸至可移動塊。複合彈簧經組態以使可移動塊懸置於空腔中。複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，第一彈簧層包括第一晶體定向，第二彈簧層包括不同於第一晶體定向的第二晶體定向。

Description

MEMS結構及其形成方法
本發明實施例是有關於一種微機電系統(MEMS)結構及其形成方法。
微機電系統(Microelectromechanical system；MEMS)為將小型化機械及機電部件整合於積體晶片上的技術。通常使用微製造技術來製成MEMS元件。近年來，已在廣泛範圍的應用中發現MEMS元件。舉例而言，在下述者中發現了MEMS元件：行動電話(例如，加速計、陀螺儀、數位羅盤等)、壓力感測器、微流部件(例如，閥、泵)、光開關(例如，反射鏡)等。
本發明實施例提供一種微機電系統結構，包括：第一基底；第二基底，上覆於所述第一基底；第三基底，上覆於所述第二基底，其中所述第一基底、所述第二基底以及所述第三基底至少部分地限定空腔，且其中所述第二基底包含位於所述空腔中及所述第一基底與所述第三基底之間的可移動塊；以及複合彈簧，自所述第二基底的周邊區延伸至所述可移動塊，其中所述複合彈 簧經組態以使所述可移動塊懸置於所述空腔中，且其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括第一晶體定向，所述第二彈簧層包括不同於所述第一晶體定向的第二晶體定向。
本發明實施例提供一種積體晶片，包括：微機電系統(MEMS)基底，包含錨定器結構及鄰近所述錨定器結構安置的可移動部件；載體基底，位於所述MEMS基底之下，其中所述MEMS基底及所述載體基底至少部分地限定空腔，所述可移動部件位於所述空腔內；以及複合彈簧，自所述錨定器結構連續延伸至所述可移動部件，其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括單晶矽，所述第二彈簧層包括多晶矽。
本發明實施例提供一種形成微機電系統(MEMS)結構的方法，所述方法包含：設置包括單晶矽的MEMS基底；在所述MEMS基底內形成多晶矽層；將所述MEMS基底接合至載體基底；以及圖案化所述MEMS基底以刻劃出所述MEMS基底的複合彈簧及所述MEMS基底的可移動塊，其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括所述MEMS基底的至少一區段，所述第二彈簧層包括所述多晶矽層，其中所述複合彈簧自所述MEMS基底的周邊區連續延伸至所述可移動塊。
100、400、600、800、1000:微機電系統結構
102:載體基底
104:下部接合結構
106:MEMS基底
106f:正面
108:複合彈簧
108s:區段
109:複合結構
109a:第一彈簧層
109b:第二彈簧層
109c:第三彈簧層
110:可移動塊
111:空腔
112:接觸電極
114:上部接合結構
116:封蓋基底
200、300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h、300i、300j、300k、500a、500b、500c、500d、500e、500f、700a、700b、700c、700d、700e、700f、700g、700h、900a、900b、900c、900d、900e、900f、1100a、1100b、1100c、1100d、1100e、1100f、1900b、2700b、3800b、4800b、5900b:俯視圖
202:錨定器結構
301:實質上直線
502、1302、2102、2902、3202、4002、5002、5302:開口
1200:積體電路
1202:特殊應用積體電路結構
1204:ASIC基底
1206:半導體元件
1208:內連線結構
1210:內連線介電結構
1212:源極/汲極區
1214:閘極結構
1216:導通孔
1218:導電線
1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900a、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700a、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400、3500、3600、3700、3800a、3900、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800a、4900、5000、5100、5200、5300、5400、5500、5600、5700、5800、5900a、6000:橫截面視圖
1402、2202、3302、4102、5402:多晶矽層
3002、4202、5102:介電層
6100:方法
6102、6104a、6104b、6104c、6106a、6106b、6106c、6106d、6106e、6108、6110、6112、6114:動作
d1、d2:距離
h1、h2:高度
w1、w2、w3、w4:寬度
A-A':線
Ti:原始厚度
Ts:厚度
θ:角
結合隨附圖式閱讀以下實施方式時會最佳地理解本揭露內容的態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。事實上，為論述清楚起見，可任意增大或減小各種特徵 的尺寸。
圖1示出包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的微機電系統(MEMS)結構的一些實施例的橫截面視圖。
圖2示出沿圖1中的線A-A'截取的圖1的MEMS結構的俯視圖的一些實施例。
圖3A至圖3K示出圖2的複合彈簧的區段的各種替代性實施例的俯視圖。
圖4A示出包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的一些實施例的橫截面視圖。
圖4B示出沿圖4A中的線A-A'截取的圖4A的MEMS結構的俯視圖的一些實施例。
圖5A至圖5F示出圖4B的複合彈簧的區段的各種替代性實施例的俯視圖。
圖6A示出包含空腔內的複合彈簧結構及可移動塊的MEMS結構的一些實施例的橫截面視圖。
圖6B示出沿圖6A中的線A-A'截取的圖6A的MEMS結構的俯視圖的一些實施例。
圖7A至圖7H示出圖6B的複合彈簧的區段的各種替代性實施例的俯視圖。
圖8A示出包含空腔內的複合彈簧結構及可移動塊的MEMS結構的一些實施例的橫截面視圖。
圖8B示出沿圖8A中的線A-A'截取的圖8A的MEMS結構的俯視圖的一些實施例。
圖9A至圖9F示出圖8B的複合彈簧的區段的各種替代性實 施例的俯視圖。
圖10A示出包含空腔內的複合彈簧結構及可移動塊的MEMS結構的一些實施例的橫截面視圖。
圖10B示出沿圖10A中的線A-A'截取的圖10A的MEMS結構的俯視圖的一些實施例。
圖11A至圖11F示出圖10B的複合彈簧的區段的各種替代性實施例的俯視圖。
圖12示出具有包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的積體電路(integrated circuit；IC)的一些實施例的橫截面視圖，其中MEMS結構上覆於特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit；ASIC)基底。
圖13至圖20示出形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第一方法的一些實施例的各種視圖。
圖21至圖28示出形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第二方法的一些實施例的各種視圖。
圖29至圖39示出形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第三方法的一些實施例的各種視圖。
圖40至圖49示出形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第四方法的一些實施例的各種視圖。
圖50至圖60示出形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第五方法的一些實施例的各種視圖。
圖61以流程圖格式示出一方法，所述方法示出形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的一些實施例。
本揭露內容提供用於實施本揭露內容的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置的具體實例以簡化本揭露內容。當然，此等具體實例僅為實例且並不意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵之上或第二特徵上形成可包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包含額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。此外，本揭露內容可在各種實例中重複附圖標號及/或字母。此重複是出於簡單及清楚的目的，且本身並不規定所論述的各種實施例及/或組態之間的關係。
另外，為易於描述，可在本文中使用諸如「在......之下」、「在......下方」、「下部」、「在......上方」、「上部」以及類似者的空間相對術語來描述如圖式中所示出的一個部件或特徵與另一部件或特徵的關係。除圖式中所描繪的定向之外，空間相對術語意欲涵蓋元件在使用或操作中的不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)且本文中所使用的空間相對描述詞可同樣相應地進行解譯。
微機電系統(MEMS)元件可包含MEMS基底。MEMS基底包含安置於空腔內的一或多個彈簧及可移動塊。MEMS基底可安置於載體基底與封蓋基底之間，使得空腔被限定在載體基底與封蓋基底之間。可移動塊藉助於彈簧附接至MEMS基底的周邊區，使得彈簧經組態以使可移動塊懸置於空腔內。在MEMS元件的操作期間，可移動塊與施加於可移動塊的諸如運動或聲波的外部刺激成比例偏轉，藉此可藉由量測所述偏轉來量化外部刺激。 彈簧經組態以向可移動塊提供運動，使得所述彈簧可自MEMS基底的周邊區拉伸及/或壓縮。因此，可移動塊的偏轉可藉由安置於可移動塊上的可移動感測電極與相鄰於可移動感測電極的固定感測電極之間的電容的變化來量測。
彈簧可各自包括自MEMS基底的周邊區延伸至可移動塊的單一連續材料。舉例而言，單一連續材料可為多晶矽。在此類實施例中，當可移動塊回應於外部刺激而偏轉時，彈簧為彎曲的。由於彈簧包括多晶矽，故彈簧可相對較薄(例如，小於約30微米)，使得因彎曲而在彈簧上誘發的應力較高。此可能引起彈簧斷裂，由此導致元件故障。在另一實例中，單一連續材料可為矽(例如，單晶矽、單晶體矽等)。由於彈簧包括單晶體矽，故彈簧可相對較厚(例如，大於30微米)，使得彈簧可在斷裂之前承受較高程度的彎曲應力。然而，由於單晶體矽包括單一均一晶體定向(例如，100晶體定向)，故若在彈簧的表面處發生較小裂紋，則所述裂紋可經由彈簧的晶格傳播。此可能引起彈簧斷裂，由此導致元件故障。
因此，本揭露內容是關於一種包含空腔內的複合彈簧結構及可移動塊的MEMS元件，以及形成所述MEMS元件的相關聯方法。舉例而言，MEMS元件包含安置於載體基底與封蓋基底之間的MEMS基底，使得空腔被限定在載體基底與封蓋基底之間。可移動塊藉助於複合彈簧結構懸置於空腔內。複合彈簧結構可包括一或多個複合彈簧，其各自自MEMS基底的周邊區延伸至可移動塊。複合彈簧各自包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括第一材料(例如，單晶體矽)，所述第二彈簧層包括不同 於第一材料的第二材料(例如，多晶矽)。第一彈簧層及第二彈簧層經組態以增大複合彈簧在斷裂之前可承受的彎曲應力。舉例而言，若裂紋因彎曲應力而發生於第一彈簧層的表面上，則所述裂紋可經由第一彈簧層傳播且停止於第二彈簧層處。此部分是由於第二彈簧層可例如具有與第一彈簧層不同的晶體定向。因此，複合彈簧結構經組態以提高MEMS元件的耐久性、可靠性以及效能。
圖1示出包含空腔111內的複合彈簧108及可移動塊110的微機電系統(MEMS)結構100的一些實施例的橫截面視圖。
MEMS結構100包含安置於載體基底102與封蓋基底116之間的MEMS基底106。在一些實施例中，載體基底102及/或封蓋基底116可例如為或包括諸如塊狀矽基底的塊狀半導體基底，或絕緣層上矽(silicon-on-insulator；SOI)基底、具有積體電路(未繪示)的互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)晶圓、具有積體被動元件(未繪示)的晶圓，或具有CMOS影像感測器(未繪示)的晶圓，或具有基底穿孔(through substrate via；TSV)的晶圓、具有其他半導體元件的另一類似基底，或前述的任何組合。在另外的實施例中，MEMS基底106可例如為或包括單晶矽(亦即，單晶體矽)、固有單晶矽、塊狀矽基底、SOI基底、另一合適的半導體材料，或類似者。下部接合結構104安置於載體基底102與MEMS基底106之間。上部接合結構114安置於封蓋基底116與MEMS基底106之間。空腔111被限定在載體基底102與封蓋基底116之間。
MEMS結構100可例如經組態為運動感測器、壓力感測器、麥克風、致動器或另一合適的元件。在一些實施例中，MEMS 基底106包含安置於空腔111內的複合彈簧108及可移動塊110(例如，檢測品質塊(proof mass))。複合彈簧108使可移動塊110連接至MEMS基底106的周邊區(例如，連接至由MEMS基底106限定的一或多個錨定器結構)，且使可移動塊110懸置於空腔111內及載體基底102之上。在操作期間，可移動塊110與施加於可移動塊110的諸如運動或聲波的外部刺激成比例偏轉，由此可藉由量測所述偏轉來量化外部刺激。在一些實施例中，所述偏轉使用由可移動塊110支撐的可移動感測電極(未繪示)與相鄰於可移動感測電極的固定感測電極(未繪示)之間的電容性耦接來量測。在此類實施例中，MEMS結構100可經組態為致動器，其中固定電極及可移動電極(未繪示)可提供使可移動塊110移動的靜電力。接觸電極112安置於MEMS基底106的周邊區之上且可經組態以便於量測可移動感測電極與固定感測電極之間的電容的變化。舉例而言，接觸電極112可電耦接至可移動感測電極及/或固定感測電極。因此，接觸電極112可經組態以輸出包括與可移動塊110的偏轉相關的資料的訊號。
在一些實施例中，複合彈簧108各自包括複合結構109。複合結構109包括兩個或大於兩個層，所述兩個或大於兩個層各自包括彼此不同的半導體材料。在一些實施例中，複合結構109包含第一彈簧層109a及第二彈簧層109b。第一彈簧層109a可包括第一半導體材料(例如，矽、單晶矽、單晶體矽等)，且第二彈簧層109b可包括不同於第一半導體材料的第二半導體材料(例如，多晶矽)。在一些實施例中，第一彈簧層109a為MEMS基底106的一部分，使得第一彈簧層109a包括與MEMS基底106及可 移動塊110相同的材料。在另外其他實施例中，第二半導體材料可例如為或包括多晶矽、金屬(諸如多晶金屬)、另一合適的材料，或前述的任何組合。
第一半導體材料可具有第一晶體定向，且第二半導體材料可具有不同於第一晶體定向的第二晶體定向。在一些實施例中，第一彈簧層109a及第二彈簧層109b的第一晶體定向及第二晶體定向可以米勒指數(Miller indices)來描述。舉例而言，第一彈簧層109a的第一晶體定向可為在第一彈簧層109a中連續延伸的單晶體定向。第一彈簧層109a的單晶體定向可由包含(1,1,1)的值的米勒指數來描述。在其他實施例中，第一彈簧層109a的單晶體定向可藉由包含諸如(1,1,0)、(0,0,1)、(1,0,0)、(0,1,0)的不同值或另一合適的值的米勒指數來描述。在另外的實施例中，第一晶體定向可為在第一彈簧層109a中延伸的單晶體定向(例如，(1,1,1))，而第二晶體定向可包括在第二彈簧層109b中延伸的多個不同晶體定向(例如，(1,1,0)、(0,0,1)、(1,0,0)、(0,1,0)及/或另一合適的值)。在此類實施例中，第二晶體定向可包括具有(1,0,0)定向的第一區及不同於第一區的具有(1,1,0)定向的第二區。當可移動塊110回應於外部刺激而偏轉時，複合彈簧108為彎曲的。此可在複合彈簧108的複合結構109中誘發應力。在一些實施例中，所誘發的應力可能導致沿第一彈簧層109a的表面的裂紋。歸因於第一彈簧層109a的晶格的均一性，裂紋可例如經由第一彈簧層109a的晶格傳播。然而，歸因於第二彈簧層109b的不同的第二晶體定向，裂紋可能不經由第二彈簧層109b傳播，使得第二彈簧層109b充當裂紋停止結構。此可防止複合彈簧108回 應於外部刺激而斷裂。因此，包括複合結構109的複合彈簧108可提高複合彈簧108的機械堅固性。此提高MEMS結構100的可靠性及耐久性。
在另外的實施例中，材料的撓曲強度可定義為在材料因施加於材料的彎曲力而斷裂及/或碎裂之前材料中的應力。在一些實施例中，第一彈簧層109a的第一半導體材料(例如，矽、單晶矽、單晶體矽等)具有第一撓曲強度，且第二彈簧層109b的第二半導體材料(例如，多晶矽)具有不同於第一撓曲強度的第二撓曲強度。由於複合結構109包括第一彈簧層109a及第二彈簧層109b，故在一些實施例中，複合結構109的經合併撓曲強度大於第一撓曲強度且大於第二撓曲強度。因此，複合彈簧108的耐久性提高，藉此提高MEMS結構100的效能。
圖2示出沿圖1中的線A-A'截取的圖1的MEMS結構100的俯視圖200的一些實施例。在另外的實施例中，可沿圖2的俯視圖200的線A-A'截取圖1的MEMS結構100的橫截面視圖。
如圖2的俯視圖200中所示出，可移動塊110藉助於複合彈簧108附接至錨定器結構202處的MEMS基底106的周邊區。錨定器結構202可為MEMS基底106的區段。接觸電極112鄰接錨定器結構202且可例如電耦接至可移動塊110。複合彈簧108包括複合結構109。在一些實施例中，複合結構109包含第一彈簧層109a及第二彈簧層109b。第二彈簧層109b可例如在第一彈簧層109a的兩個區段之間橫向地間隔開。另外，第一彈簧層109a及第二彈簧層109b自錨定器結構202連續橫向地延伸至可移動塊110。在另外的實施例中，第一彈簧層109a、錨定器結構202以及 可移動塊110包括相同材料(例如，單晶矽)。另外，複合彈簧108的區段108s在可移動塊110與錨定器結構202之間橫向地間隔開。
圖3A至圖3K示出圖2的複合彈簧108的區段108s的一些替代性實施例的俯視圖300a至俯視圖300k。
如由圖3A的俯視圖300a所示出，第一彈簧層109a安置於第二彈簧層109b的相對側面上。在一些實施例中，第一彈簧層109a的寬度w1例如在約0.5微米至50微米、約0.5微米至25微米、約25微米至50微米範圍內，或為另一合適的值。在一些實施例中，第二彈簧層109b的寬度w2例如在約0.1微米至5微米、約0.1微米至2.5微米、約2.5微米至5微米範圍內，或為另一合適的值。
如由圖3B的俯視圖300b所示出，第二彈簧層109b經組態呈柵格結構，所述柵格結構包括在第一方向上延伸的多個細長第一區段及在與第一方向正交的第二方向上延伸的多個第二區段。細長第一區段彼此平行且第二區段彼此平行。另外，第一彈簧層109a橫向地安置於第二彈簧層109b的細長第一區段與第二區段之間。
如由圖3C的俯視圖300c所示出，第一彈簧層109a包括第一多個細長區段且第二彈簧層109b包括第二多個細長區段，所述第二多個細長區段交替地在第一彈簧層109a的第一多個細長區段之間橫向地間隔開。
如由圖3D的俯視圖300d所示出，第二彈簧層109b包括在第一彈簧層109a的長度中橫向地間隔開的多個區段。第二彈簧層109b的區段各自在第一彈簧層109a的寬度中連續延伸。在一 些實施例中，第二彈簧層109b的區段彼此橫向地間隔開距離d1，所述距離d1可例如在約0.5微米至100微米、0.5微米至50微米、50微米至100微米範圍內，或為另一合適的值。在另外的實施例中，第二彈簧層109b包括兩個或大於兩個區段。
如由圖3E的俯視圖300e所示出，第二彈簧層109b包括在第一彈簧層109a的長度中橫向地間隔開的多個區段。第二彈簧層109b的區段各自在第一彈簧層109a的寬度中連續延伸。在一些實施例中，第二彈簧層109b的區段彼此橫向地間隔開距離d2，所述距離d2可例如在約0.1微米至33微米、0.1微米至16微米、16微米至33微米範圍內，或為另一合適的值。在另外的實施例中，第二彈簧層109b包括四個或大於四個區段。
如由圖3F及圖3G的俯視圖300f及俯視圖300g所示出，第二彈簧層109b包括在第一彈簧層109a的長度中橫向地間隔開的多個傾斜區段。第二彈簧層109b的傾斜區段在第一彈簧層109a的寬度中延伸。在一些實施例中，角西塔(theta)θ被限定在實質上直線301與第二彈簧層109b的傾斜區段中的每一者的側壁之間。實質上直線301可與第一彈簧層109a的側壁對準。在另外的實施例中，角西塔θ在約1度至89度、約1度至45度、約45度至89度範圍內，或為另一合適的值。
如由圖3H的俯視圖300h所示出，第二彈簧層109b包括在第一彈簧層109a的長度中橫向地間隔開的多個傾斜區段。傾斜區段各自包括沿第一彈簧層109a的第一側壁安置的第一部分及沿第一彈簧層109a的第二側壁安置的第二部分。實質上直線301沿第一彈簧層109a的寬度的中心安置。第二彈簧層109b的每一傾 斜區段的第一部分及第二部分自實質上直線301傾斜角西塔θ。在一些實施例中，角西塔θ在約1度至89度、約1度至45度、約45度至89度範圍內，或為另一合適的值。
如由圖3I及圖3J的俯視圖300i及俯視圖300j所示出，第二彈簧層109b包括第一多個傾斜區段及第二多個傾斜區段。第一多個傾斜區段沿第一彈簧層109a的第一側壁安置，且第二多個傾斜區段沿第一彈簧層109a的與第一側壁相對的第二側壁安置。
如由圖3K的俯視圖300k所示出，第二彈簧層109b包括第一多個傾斜區段、第二多個傾斜區段以及細長區段。第一多個傾斜區段沿第一彈簧層109a的第一側壁安置，且第二多個傾斜區段沿第一彈簧層109a的與第一側壁相對的第二側壁安置。第二彈簧層109b的細長區段安置於第一彈簧層109a的寬度的中心處且沿第一彈簧層109a的長度連續延伸，使得第一多個傾斜區段及第二多個傾斜區段自細長區段延伸至第一彈簧層109a的相對側壁。
儘管圖3A至圖3K各自示出與圖2的複合彈簧108的區段108s的不同差異，但應瞭解，圖3A至圖3K中所示出的區段108s的佈局可各自在複合彈簧108中的每一者的整個長度及/或寬度中自相應的錨定器結構202連續延伸至圖2的可移動塊110。
圖4A及圖4B示出根據圖1及圖2的MEMS結構100的一些替代性實施例的MEMS結構400的一些實施例的各種視圖。圖4A示出MEMS結構400的橫截面視圖的一些實施例且圖4B示出MEMS結構400的俯視圖的一些實施例。圖4A示出沿圖4B的俯視圖的線A-A'截取的MEMS結構400的一些實施例的橫截面視圖。另外，圖4B示出沿圖4A的橫截面視圖的線A-A'截取的MEMS 結構400的一些實施例的俯視圖。
如由圖4A及圖4B所示出，複合彈簧108的複合結構109包括第一彈簧層109a及第二彈簧層109b。參考圖4A的橫截面視圖，第一彈簧層109a在第二彈簧層109b的細長區段之間橫向地間隔開，使得第二彈簧層109b安置於第一彈簧層109a的相對側面上。
圖5A至圖5F示出圖4B的複合彈簧108的區段108s的一些替代性實施例的俯視圖500a至俯視圖500f。
如由圖5A的俯視圖500a所示出，第二彈簧層109b安置於第一彈簧層109a的相對側壁上。第二彈簧層109b沿第一彈簧層109a的相對側壁連續橫向地延伸。
如由圖5B的俯視圖500b所示出，第二彈簧層109b沿第一彈簧層109a的相對側壁安置。在一些實施例中，第二彈簧層109b自第一彈簧層109a的中心區橫向地偏移非零距離，使得第二彈簧層109b在第一彈簧層109a的中心區中不連續。
如由圖5C的俯視圖500c所示出，第二彈簧層109b沿第一彈簧層109a的相對側壁安置，使得第一彈簧層109a的中心區段的側壁與第二彈簧層109b的外側壁對準。
圖5D的俯視圖500d示出圖5A的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例，其中多個開口502安置於第一彈簧層109a內。在另外的實施例中，開口502中的每一者的中心與第一彈簧層109a的寬度的中心對準。另外，第二彈簧層109b橫向地封閉每一開口502。在一些實施例中，每一開口502的寬度w3例如在約0.5微米至100微米、約0.5微米至50微米、約50微米至100 微米範圍內，或為另一合適的值。如圖5D中所示出，開口502各自具有方形及/或矩形形狀，然而，開口502可具有其他形狀，諸如圓形及/或橢圓形狀。
圖5E的俯視圖500e示出圖5B的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例，其中開口502安置於第一彈簧層109a的中心區內。另外，第二彈簧層109b連續橫向地封閉開口502。
圖5F的俯視圖500f示出圖5C的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例，其中開口502安置於第一彈簧層109a的中心區段內。另外，第二彈簧層109b連續橫向地封閉開口502。
儘管圖5A至圖5F各自示出與圖4B的複合彈簧108的區段108s的不同差異，但應瞭解，圖5A至圖5F中所示出的區段108s的佈局可各自在複合彈簧108中的每一者的整個長度及/或寬度中自相應的錨定器結構202連續延伸至圖4B的可移動塊110。
圖6A及圖6B示出根據圖1及圖2的MEMS結構100的一些替代性實施例的MEMS結構600的一些實施例的各種視圖。圖6A示出MEMS結構600的橫截面視圖的一些實施例且圖6B示出MEMS結構600的俯視圖的一些實施例。圖6A示出沿圖6B的俯視圖的線A-A'截取的MEMS結構600的一些實施例的橫截面視圖。另外，圖6B示出沿圖6A的橫截面視圖的線A-A'截取的MEMS結構600的一些實施例的俯視圖。
如由圖6A及圖6B所示出，複合結構109包括第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c。在一些實施例中，第三彈簧層109c沿第一彈簧層109a的相對側壁安置。在另外的實施例中，第三彈簧層109c自相應的錨定器結構202連續橫 向地延伸至可移動塊110。在各種實施例中，第三彈簧層109c包括不同於第一彈簧層109a的第一半導體材料及第二彈簧層109b的第二半導體材料的第三半導體材料。在另外的實施例中，第三半導體材料可例如為或包括非晶形矽、非晶形二氧化矽、金屬(例如，諸如非晶形金屬材料)、聚合物、另一合適的材料，或前述的任何組合。因此，第三半導體材料可具有不同於第一半導體材料的第一晶體定向及第二半導體材料的第二晶體定向的非晶形結構。舉例而言，非晶形結構可包含第三彈簧層109c中的原子的連續隨機網絡(continuous random network)。因此，在一些實施例中，第三彈簧層109c具有非晶結構。由於非晶形結構不同於第一晶體定向及第二晶體定向，故形成於第一彈簧層109a及/或第二彈簧層109b上及/或經由第一彈簧層109a及/或第二彈簧層109b傳播的由應力誘發的裂紋可能不經由第三彈簧層109c傳播。此可防止複合彈簧108回應於外部刺激而斷裂。因此，包括第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c的複合結構109可提高複合彈簧108的機械堅固性。此提高MEMS結構600的可靠性及耐久性。
在另外的實施例中，第三彈簧層109c包括不同於第一彈簧層109a的第一撓曲強度且不同於第二彈簧層109b的第二撓曲強度的第三撓曲強度。由於複合結構109包括第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c，故在一些實施例中，複合結構109的經合併撓曲強度大於第一撓曲強度、大於第二撓曲強度且大於第三撓曲強度。因此，複合彈簧108的耐久性提高，藉此提高MEMS結構600的效能。在另外其他實施例中，複合結構 109的彈簧層中的至少一者可例如為或包括金屬、有機聚合物，或具有與複合結構109內的其他彈簧層不同的晶體結構的另一材料。在一些實施例中，若複合結構109的彈簧層中的至少一者包括金屬，則所述金屬可藉由例如電鍍、化學鍍或另一合適的沈積或生長製程來沈積。此可使得複合結構109的撓曲強度增大。
圖7A至圖7H示出圖6B的複合彈簧108的區段108s的一些替代性實施例的俯視圖700a至俯視圖700h。
圖7A至圖7H的俯視圖700a至俯視圖700h分別示出圖3A至圖3E、圖3H、圖3I以及圖3K的俯視圖300a至俯視圖300e、俯視圖300h、俯視圖300i以及俯視圖300k的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例，其中第三彈簧層109c沿第一彈簧層109a的外相對側壁安置。在一些實施例中，第三彈簧層109c具有寬度w4，所述寬度w4例如在約0.1微米至2微米、0.1微米至1微米、約1微米至2微米範圍內，或為另一合適的值。
儘管圖7A至圖7H各自示出與圖6B的複合彈簧108的區段108s的不同差異，但應瞭解，圖7A至圖7H中所示出的區段108s的佈局可各自在複合彈簧108中的每一者的整個長度及/或寬度中自相應的錨定器結構202連續延伸至圖6B的可移動塊110。
圖8A及圖8B示出根據圖4A及圖4B的MEMS結構400的一些替代性實施例的MEMS結構800的一些實施例的各種視圖。圖8A示出MEMS結構800的橫截面視圖的一些實施例且圖8B示出MEMS結構800的俯視圖的一些實施例。圖8A示出沿圖8B的俯視圖的線A-A'截取的MEMS結構800的一些實施例的橫截面視圖。另外，圖8B示出沿圖8A的橫截面視圖的線A-A'截取 的MEMS結構800的一些實施例的俯視圖。
如由圖8A及圖8B所示出，複合彈簧108的複合結構109包括第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c，其中第三彈簧層109c沿第二彈簧層109b的外相對側壁安置。
圖9A至圖9F示出圖8B的複合彈簧108的區段108s的一些替代性實施例的俯視圖900a至俯視圖900f。舉例而言，俯視圖900a至俯視圖900f示出圖5A至圖5F的俯視圖500a至俯視圖500f的複合彈簧108的區段108s的各種替代性實施例，其中第三彈簧層109c沿第二彈簧層109b的外相對側壁安置及/或沿第一彈簧層109a的外相對側壁安置。在一些實施例中，圖9A的俯視圖900a示出圖5A的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例。在另外的實施例中，圖9B至圖9D的俯視圖900b至俯視圖900d示出圖5B的複合彈簧108的區段108s的各種替代性實施例。在另外其他實施例中，圖9E的俯視圖900e示出圖5C的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例。在各種實施例中，圖9F的俯視圖900f示出圖5D的複合彈簧108的區段108s的替代性實施例，其中第三彈簧層109c橫向地封閉開口502中的每一者，且第三彈簧層109c沿第二彈簧層109b的外相對側壁安置。
儘管圖9A至圖9F各自示出與圖8B的複合彈簧108的區段108s的不同差異，但應瞭解，圖9A至圖9F中所示出的區段108s的佈局可各自在複合彈簧108中的每一者的整個長度及/或寬度中自相應的錨定器結構202連續延伸至圖8B的可移動塊110。
圖10A及圖10B示出根據圖8A及圖8B的MEMS結構800的一些替代性實施例的MEMS結構1000的一些實施例的各種 視圖。圖10A示出MEMS結構1000的橫截面視圖的一些實施例且圖10B示出MEMS結構1000的俯視圖的一些實施例。圖10A示出沿圖10B的線A-A'截取的MEMS結構1000的一些實施例的橫截面視圖。另外，圖10B示出沿圖10A的線A-A'截取的MEMS結構1000的一些實施例的俯視圖。
如由圖10A及圖10B所示出，複合彈簧108的複合結構109包括第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c。在一些實施例中，第三彈簧層109c的中部區段橫向地安置於第一彈簧層109a的第一對區段之間，第一彈簧層109a的第一對區段安置於第二彈簧層109b的一對區段之間，第二彈簧層109b的所述一對區段安置於第一彈簧層109a的第二對區段之間，且第一彈簧層109a的第二對區段安置於第三彈簧層109c的一對外區段之間。
圖11A至圖11F示出圖10B的複合彈簧108的區段108s的一些替代性實施例的俯視圖1100a至俯視圖1100f。
如由圖11A的俯視圖1100a所示出，第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c分別包括交替地彼此鄰近的多個區段。
如由圖11B的俯視圖1100b所示出，省略第三彈簧層109c。另外，第一彈簧層109a及第二彈簧層109b分別包括交替地彼此鄰近堆疊的多個區段。
如由圖11C的俯視圖1100c所示出，第二彈簧層109b及第三彈簧層109c各自包括安置於第一彈簧層109a內的多個傾斜區段。因此，第一彈簧層109a橫向地封閉第二彈簧層109b的傾 斜區段且橫向地封閉第三彈簧層109c的傾斜區段。第三彈簧層109c的多個傾斜區段與第一彈簧層109a的寬度的中心對準，且第二彈簧層109b的一對傾斜區段安置於第三彈簧層109c的每一傾斜區段的相對側面上。另外，第三彈簧層109c包括沿第一彈簧層109a的相對側壁安置的外區段。
圖11D示出對應於圖11C的俯視圖1100c的替代性實施例的俯視圖1100d，其中第二彈簧層109b的多個傾斜區段與第一彈簧層109a的寬度的中心對準，且第三彈簧層109c的一對傾斜區段安置於第三彈簧層109c的每一傾斜區段的相對側面上。
圖11E示出對應於圖11A的俯視圖1100a的替代性實施例的俯視圖1100e，其中第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c分別包括交替地彼此鄰近的多個區段。
如由圖11F的俯視圖1100f所示出，第三彈簧層109c沿第一彈簧層109a的相對側壁連續橫向地延伸，且包括自第一彈簧層109a的相對側壁延伸的多個傾斜突出部。另外，第二彈簧層109b包括安置於第三彈簧層109c的相鄰對傾斜突出部之間的多個傾斜區段。
儘管圖11A至圖11F各自示出與圖10B的複合彈簧108的區段108s的不同差異，但應瞭解，圖11A至圖11F中所示出的區段108s的佈局可各自在複合彈簧108中的每一者的整個長度及/或寬度中自相應的錨定器結構202連續延伸至圖10B的可移動塊110。
圖12示出具有安置於載體基底102與特殊應用積體電路(ASIC)結構1202之間的MEMS基底106的積體電路(IC)1200 的一些實施例的橫截面視圖。
在一些實施例中，ASIC結構1202包含上覆於ASIC基底1204的內連線結構1208。在一些實施例中，ASIC基底1204可例如為或包括塊狀矽基底、SOI基底，或另一合適的基底材料。在另外的實施例中，多個半導體元件1206安置於ASIC基底1204內及/或ASIC基底1204之上。半導體元件1206可經組態為電晶體。因此，在一些實施例中，半導體元件1206各自包括上覆於ASIC基底1204的閘極結構1214，以及安置於ASIC基底1204內及閘極結構1214的相對側面上的源極/汲極區1212。在另外的實施例中，閘極結構1214包括上覆於閘極介電層的閘電極。
內連線結構1208包含內連線介電結構1210、多個導電線1218以及多個導通孔1216。導通孔1216及導電線1218安置於內連線介電結構1210內且經組態以將半導體元件1206電耦接至安置於IC 1200內的其他元件(未繪示)。舉例而言，導通孔1216及導電線1218可將接觸電極112電耦接至半導體元件1206，使得可在半導體元件1206處存取因可移動塊110的偏轉所致的電容的變化。在一些實施例中，導通孔1216及/或導電線1218可例如分別為或包括銅、鋁、氮化鈦、氮化鉭，或前述的任何組合。在另外的實施例中，內連線介電結構1210可例如為或包括二氧化矽、低k介電材料、極低k介電材料、另一合適的介電材料，或前述的任何組合。
在一些實施例中，圖12示出圖1的替代性實施例，其中用ASIC結構1202替換封蓋基底116。應瞭解，ASIC結構1202可替換圖4A、圖6A、圖8A及/或圖10A的MEMS結構的封蓋基 底116。
圖13至圖20示出根據本揭露內容的形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第一方法的一些實施例的各種視圖1300至視圖2000。儘管參考第一方法描述圖13至圖20中所繪示的各種視圖1300至視圖2000，但應瞭解，圖13至圖20中所繪示的結構不限於第一方法，而是可獨立於所述方法。此外，儘管將圖13至圖20描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作不受限制，而在其他實施例中可更改動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可整個或部分地省略所示出及/或所描述的一些動作。
如圖13的橫截面視圖1300中所繪示，提供MEMS基底106且隨後圖案化MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口1302。在一些實施例中，MEMS基底106可例如為或包括單晶矽(亦即，單晶體矽)、固有單晶矽、塊狀矽基底、SOI基底、另一合適的半導體材料，或類似者。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定出開口1302；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或深反應性離子蝕刻(deep reactive-ion etching；DRIE)製程。
如圖14的橫截面視圖1400中所繪示，於MEMS基底106之上形成多晶矽層1402，藉此填充開口(圖13的開口1302)。在一些實施例中，多晶矽層1402可例如為或包括多晶矽、本徵多晶矽、摻雜多晶矽、另一材料，或類似者。在另外的實施例中，多 晶矽層1402包括不同於MEMS基底106的材料。在另外其他實施例中，多晶矽層1402可藉由例如化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)製程、物理氣相沈積(physical vapor deposition；PVD)製程、原子層沈積(atomic layer deposition；ALD)製程或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖15的橫截面視圖1500中所繪示，對多晶矽層(圖14的多晶矽層1402)進行平坦化製程(例如，化學機械平坦化製程(chemical mechanical planarization；CMP))直至到達MEMS基底106的正面106f為止，藉此在MEMS基底106中形成第二彈簧層109b。
如圖16的橫截面視圖1600中所繪示，提供載體基底102及下部接合結構104。隨後，將MEMS基底106的正面106f接合至下部接合結構104。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，載體基底102可例如為或包括塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、單晶矽基底、絕緣層上矽(SOI)基底，或某一其他合適的基底。在另外的實施例中，下部接合結構104可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的材料。
如圖17的橫截面視圖1700中所繪示，對MEMS基底106進行薄化製程以將MEMS基底106的原始厚度Ti減小至厚度Ts。在一些實施例中，藉由機械研磨製程、CMP製程、某一其他薄化製程或前述的任何組合來進行薄化製程。舉例而言，可完全藉由機械研磨製程來進行薄化製程。
如圖18的橫截面視圖1800中所繪示，於MEMS基底106 之上形成接觸電極112。在一些實施例中，用於形成接觸電極112的製程可包含：在MEMS基底106之上(例如，藉由CVD、PVD、濺鍍、電鍍、化學鍍等)沈積導電層；在導電層之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來圖案化導電層，藉此限定出接觸電極112；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，接觸電極112可例如為或包括鋁、銅、鈦、另一合適的導電材料，或前述的任何組合。
如圖19A的橫截面視圖1900a及圖19B的俯視圖1900b中所繪示，圖案化MEMS基底106，藉此限定出複合結構109的可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106及接觸電極112之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定出可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
圖19B示出沿圖19A的線A-A'截取的對應於圖19A的橫截面視圖1900a的一些實施例的俯視圖1900b。圖19B示出自相應的錨定器結構202延伸至可移動塊110的複合彈簧108的佈局。在另外的實施例中，圖19A的橫截面視圖1900a的圖案化製程可進一步限定錨定器結構202。在另外其他實施例中，可各自形成及/或限定第一彈簧層109a及第二彈簧層109b，使得複合結構109的俯視圖佈局對應於圖3A至圖3K的俯視圖300a至俯視圖300k中的任何者。
如圖20的橫截面視圖2000中所繪示，提供封蓋基底116 及上部接合結構114。隨後，封蓋基底116藉助於上部接合結構114接合至MEMS基底106。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在另外的實施例中，封蓋基底116可例如為或包括諸如塊狀矽基底的塊狀半導體基底，或絕緣層上矽(SOI)基底，或另一合適的基底材料。在另外其他實施例中，上部接合結構114可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的介電材料。在一些實施例中，在形成封蓋基底116之後，接觸電極112可藉由一或多個接合結構(未繪示)、延伸穿過封蓋基底116以接觸接觸電極112的一或多個TSV(未繪示)電耦接至另一積體晶片(未繪示)，或可使用另一合適的方法及/或結構來將接觸電極112耦接至另一積體晶片(未繪示)。
圖21至圖28示出根據本揭露內容的形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第二方法的一些實施例的各種視圖2100至視圖2800。儘管參考第二方法描述圖21至圖28中所繪示的各種視圖2100至視圖2800，但應瞭解，圖21至圖28中所繪示的結構不限於第二方法，而是可獨立於所述方法。此外，儘管將圖21至圖28描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作不受限制，而在其他實施例中可更改動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可整個或部分地省略所示出及/或所描述的一些動作。
如圖21的橫截面視圖2100中所繪示，提供MEMS基底106且隨後圖案化所述MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口2102。在一些實施例中，MEMS基底106可例如為 或包括單晶矽(亦即，單晶體矽)、固有單晶矽、塊狀矽基底、SOI基底、另一合適的半導體材料，或類似者。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定開口2102；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
如圖22的橫截面視圖2200中所繪示，於MEMS基底106之上形成多晶矽層2202，藉此填充開口(圖21的開口2102)。在一些實施例中，多晶矽層2202可例如為或包括多晶矽、本徵多晶矽、摻雜多晶矽、另一合適的材料，或類似者。在另外的實施例中，多晶矽層2202包括不同於MEMS基底106的材料。在另外其他實施例中，多晶矽層2202可藉由例如CVD製程、PVD製程、ALD製程或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖23的橫截面視圖2300中所繪示，對多晶矽層(圖22的多晶矽層2202)進行平坦化製程(例如，CMP製程)直至到達MEMS基底106的正面106f為止，藉此在MEMS基底106中形成第二彈簧層109b。
如圖24的橫截面視圖2400中所繪示，提供載體基底102及下部接合結構104。隨後，將MEMS基底106的正面106f接合至下部接合結構104。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，載體基底102可例如為或包括塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、單晶矽基底、SOI基底，或某一其他合適的基底。在另外的實施例中，下部接合結構104可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物， 或另一合適的材料。
如圖25的橫截面視圖2500中所繪示，對MEMS基底106進行薄化製程以將MEMS基底106的原始厚度Ti減小至厚度Ts。在一些實施例中，藉由機械研磨製程、CMP製程、某一其他薄化製程或前述的任何組合來進行薄化製程。舉例而言，可完全藉由機械研磨製程來進行薄化製程。
如圖26的橫截面視圖2600中所繪示，於MEMS基底106之上形成接觸電極112。在一些實施例中，用於形成接觸電極112的製程可包含：在MEMS基底106之上(例如，藉由CVD、PVD、濺鍍、電鍍、化學鍍等)沈積導電層；在導電層之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來圖案化導電層，藉此限定出接觸電極112；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，接觸電極112可例如為或包括鋁、銅、鈦、另一合適的導電材料，或前述的任何組合。
如圖27A的橫截面視圖2700a及圖27B的俯視圖2700b中所繪示，圖案化MEMS基底106，藉此限定出複合結構109的可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106及接觸電極112之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
圖27B示出沿圖27A的線A-A'截取的對應於圖27A的橫截面視圖2700a的一些實施例的俯視圖2700b。圖27B示出自相 應的錨定器結構202延伸至可移動塊110的複合彈簧108的佈局。在另外的實施例中，圖27A的橫截面視圖2700a的圖案化製程可進一步限定錨定器結構202。在另外其他實施例中，可各自形成及/或限定第一彈簧層109a及第二彈簧層109b，使得複合結構109的俯視圖佈局對應於圖5A至圖5F的俯視圖500a至俯視圖500f中的任何者。
如圖28的橫截面視圖2800中所繪示，提供封蓋基底116及上部接合結構114。隨後，封蓋基底116藉助於上部接合結構114接合至MEMS基底106。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在另外的實施例中，封蓋基底116可例如為或包括諸如塊狀矽基底的塊狀半導體基底、絕緣層上矽(SOI)基底，或另一合適的基底材料。在另外其他實施例中，上部接合結構114可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的介電材料。
圖29至圖39示出根據本揭露內容的形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第三方法的一些實施例的各種視圖2900至視圖3900。儘管參考第三方法描述圖29至圖39中所繪示的各種視圖2900至視圖3900，但應瞭解，圖29至圖39中所繪示的結構不限於第三方法，而是可獨立於所述方法。此外，儘管將圖29至圖39描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作不受限制，而在其他實施例中可更改動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可整個或部分地省略所示出及/或所描述的一些動作。
如圖29的橫截面視圖2900中所繪示，提供MEMS基底 106且隨後圖案化所述MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口2902。在一些實施例中，MEMS基底106可例如為或包括單晶矽(亦即，單晶體矽)、固有單晶矽、塊狀矽基底、SOI基底、另一合適的半導體材料，或類似者。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定開口2902；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
此外，可形成每一開口2902，使得其具有高度h1。在一些實施例中，高度h1可例如在約25微米至200微米範圍內、在約5微米至500微米範圍內、在約0.5微米至100微米範圍內、在約0.5微米至50微米範圍內、在約50微米至100微米範圍內，或小於約5微米。應瞭解，高度h1的其他值亦在本揭露內容的範圍內。
如圖30的橫截面視圖3000中所繪示，於MEMS基底106之上形成介電層3002，藉此填充開口(圖29的開口2902)。在一些實施例中，介電層3002可例如為或包括非晶形矽、非晶形二氧化矽，或類似者。在另外的實施例中，介電層3002包括不同於MEMS基底106的材料。在另外其他實施例中，介電層3002可藉由例如CVD製程、PVD製程、熱氧化或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖31的橫截面視圖3100中所繪示，對介電層(圖30的介電層3002)進行平坦化製程(例如，CMP製程)直至到達MEMS基底106的正面106f為止，藉此在MEMS基底106中形成 第三彈簧層109c。
如圖32的橫截面視圖3200中所繪示，圖案化MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口3202。在一些實施例中，每一開口3202在第三彈簧層109c的相鄰區段之間橫向地間隔開。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定開口3202；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
此外，可形成每一開口3202，使得其具有高度h2。在一些實施例中，高度h2可例如在約25微米至200微米範圍內、在約5微米至500微米範圍內、在約0.5微米至100微米範圍內、在約0.5微米至50微米範圍內、在約50微米至100微米範圍內，或小於約5微米。應瞭解，高度h2的其他值亦在本揭露內容的範圍內。
如圖33的橫截面視圖3300中所繪示，於MEMS基底106之上形成多晶矽層3302，藉此填充開口(圖32的開口3202)。在一些實施例中，多晶矽層3302可例如為或包括多晶矽、本徵多晶矽、摻雜多晶矽、另一材料，或類似者。在另外的實施例中，多晶矽層3302包括不同於MEMS基底106及/或不同於第三彈簧層109c的材料。在另外其他實施例中，多晶矽層3302可藉由例如CVD製程、PVD製程、ALD製程或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖34的橫截面視圖3400中所繪示，對多晶矽層(圖 33的多晶矽層3302)進行平坦化製程(例如，CMP製程)直至到達MEMS基底106的正面106f為止，藉此在MEMS基底106中形成第二彈簧層109b。
如圖35的橫截面視圖3500中所繪示，提供載體基底102及下部接合結構104。隨後，將MEMS基底106的正面106f接合至下部接合結構104。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，載體基底102可例如為或包括塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、單晶矽基底、SOI基底，或某一其他合適的基底。在另外的實施例中，下部接合結構104可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的材料。
如圖36的橫截面視圖3600中所繪示，對MEMS基底106進行薄化製程以將MEMS基底106的原始厚度Ti減小至厚度Ts。在一些實施例中，厚度Ts可例如在約25微米至200微米範圍內，或在約5微米至500微米範圍內。應瞭解，厚度Ts的其他值亦在本揭露內容的範圍內。在一些實施例中，藉由機械研磨製程、CMP製程、某一其他薄化製程或前述的任何組合來進行薄化製程。舉例而言，可完全藉由機械研磨製程來進行薄化製程。因此，在一些實施例中，第二彈簧層109b的厚度可例如在約25微米至200微米範圍內、在約5微米至500微米範圍內，或為另一合適的厚度值。另外，在一些實施例中，第三彈簧層109c的厚度可例如在約25微米至200微米範圍內、在約5微米至500微米範圍內，或為另一合適的厚度值。
如圖37的橫截面視圖3700中所繪示，於MEMS基底106 之上形成接觸電極112。在一些實施例中，用於形成接觸電極112的製程可包含：在MEMS基底106之上(例如，藉由CVD、PVD、濺鍍、電鍍、化學鍍等)沈積導電層；在導電層之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來圖案化導電層，藉此限定出接觸電極112；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，接觸電極112可例如為或包括鋁、銅、鈦、另一合適的導電材料，或前述的任何組合。
如圖38A的橫截面視圖3800a及圖38B的俯視圖3800b中所繪示，圖案化MEMS基底106，藉此限定出複合結構109的可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106及接觸電極112之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
圖38B示出沿圖38A的線A-A'截取的對應於圖38A的橫截面視圖3800a的一些實施例的俯視圖3800b。圖38B示出自相應的錨定器結構202延伸至可移動塊110的複合彈簧108的佈局。在另外的實施例中，圖38A的橫截面視圖3800a的圖案化製程可進一步限定錨定器結構202。在另外的實施例中，可各自形成及/或限定第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c，使得複合結構109的俯視圖佈局對應於圖7A至圖7H的俯視圖700a至俯視圖700h中的任何者。
如圖39的橫截面視圖3900中所繪示，提供封蓋基底116 及上部接合結構114。隨後，封蓋基底116藉助於上部接合結構114接合至MEMS基底106。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，接合製程可例如將空腔111限定在載體基底102與封蓋基底116之間，使得空腔111具有第一氣體壓力。在另外的實施例中，封蓋基底116可例如為或包括諸如塊狀矽基底的塊狀半導體基底，或SOI基底。在另外其他實施例中，上部接合結構114可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的介電材料。
圖40至圖49示出根據本揭露內容的形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第四方法的一些實施例的各種視圖4000至視圖4900。儘管參考第四方法描述圖40至圖49中所繪示的各種視圖4000至視圖4900，但應瞭解，圖40至圖49中所繪示的結構不限於第四方法，而是可獨立於所述方法。此外，儘管將圖40至圖49描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作不受限制，而在其他實施例中可更改動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可整個或部分地省略所示出及/或所描述的一些動作。
如圖40的橫截面視圖4000中所繪示，提供MEMS基底106且隨後圖案化所述MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口4002。在一些實施例中，MEMS基底106可例如為或包括單晶矽(亦即，單晶體矽)、固有單晶矽、塊狀矽基底、SOI基底、另一合適的半導體材料，或類似者。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定開口4002；以及進 行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
如圖41的橫截面視圖4100中所繪示，於MEMS基底106之上形成多晶矽層4102，藉此鑲襯開口4002。在一些實施例中，多晶矽層4102可例如為或包括多晶矽、本徵多晶矽、摻雜多晶矽、另一材料，或類似者。在另外的實施例中，多晶矽層4102包括不同於MEMS基底106的材料。在另外其他實施例中，多晶矽層4102可藉由例如CVD製程、PVD製程或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖42的橫截面視圖4200中所繪示，於MEMS基底106及多晶矽層4102之上形成介電層4202，藉此填充開口(圖41的開口4002)。在一些實施例中，介電層4202可例如為或包括非晶形矽、非晶形二氧化矽、另一材料，或類似者。在另外的實施例中，介電層4202包括不同於MEMS基底106及/或不同於多晶矽層4102的材料。在另外其他實施例中，介電層4202可藉由例如CVD製程、PVD製程、ALD製程、熱氧化或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖43的橫截面視圖4300中所繪示，對介電層(圖42的介電層4202)進行圖案化製程，藉此限定出第三彈簧層109c。在一些實施例中，圖案化介電層(圖42的介電層4202)包含進行濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程、另一合適的蝕刻製程，或前述的任何組合。
如圖44的橫截面視圖4400中所繪示，對多晶矽層4102進行平坦化製程(例如，CMP製程)直至到達MEMS基底106的 正面106f為止，藉此移除多晶矽層4102的至少一部分。
如圖45的橫截面視圖4500中所繪示，提供載體基底102及下部接合結構104。隨後，將MEMS基底106的正面106f接合至下部接合結構104。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，載體基底102可例如為或包括塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、單晶矽基底、SOI基底，或某一其他合適的基底。在另外的實施例中，下部接合結構104可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的材料。
如圖46的橫截面視圖4600中所繪示，對MEMS基底106進行薄化製程以將MEMS基底106的原始厚度Ti減小至厚度Ts。在一些實施例中，藉由機械研磨製程、CMP製程、某一其他薄化製程或前述的任何組合來進行薄化製程。舉例而言，可完全藉由機械研磨製程來進行薄化製程。在另外的實施例中，薄化製程移除多晶矽層4102的至少一部分。
如圖47的橫截面視圖4700中所繪示，於MEMS基底106之上形成接觸電極112。在一些實施例中，用於形成接觸電極112的製程可包含：在MEMS基底106之上(例如，藉由CVD、PVD、濺鍍、電鍍、化學鍍等)沈積導電層；在導電層之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來圖案化導電層，藉此限定出接觸電極112；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，接觸電極112可例如為或包括鋁、銅、鈦、另一合適的導電材料，或前述的任何組合。
如圖48A的橫截面視圖4800a及圖48B的俯視圖4800b 中所繪示，圖案化MEMS基底106及多晶矽層(圖47的多晶矽層4102)，藉此限定出複合結構109的可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a及第二彈簧層109b。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106及多晶矽層(圖47的多晶矽層4102)包含：在MEMS基底106及接觸電極112之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定出可移動塊110、複合彈簧108、第一彈簧層109a以及第二彈簧層109b；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
圖48B示出沿圖48A的線A-A'截取的對應於圖48A的橫截面視圖4800a的一些實施例的俯視圖4800b。圖48B示出自相應的錨定器結構202延伸至可移動塊110的複合彈簧108的佈局。在另外的實施例中，圖48A的橫截面視圖4800a的圖案化製程可進一步限定錨定器結構202。在另外的實施例中，可各自形成及/或限定第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c，使得複合結構109的俯視圖佈局對應於圖9A至圖9F的俯視圖900a至俯視圖900f中的任何者。
如圖49的橫截面視圖4900中所繪示，提供封蓋基底116及上部接合結構114。隨後，封蓋基底116藉由上部接合結構114接合至MEMS基底106。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，接合製程可例如將空腔111限定在載體基底102與封蓋基底116之間，使得空腔111具有第一氣體壓力。在另外的實施例中，封蓋基底116可例如為或包括諸如塊狀矽基底的塊狀半導 體基底，或SOI基底。在另外其他實施例中，上部接合結構114可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的介電材料。
圖50至圖60示出根據本揭露內容的形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的第五方法的一些實施例的各種視圖5000至視圖6000。儘管參考第五方法描述圖50至圖60中所繪示的各種視圖5000至視圖6000，但應瞭解，圖50至圖60中所繪示的結構不限於第五方法，而是可獨立於所述方法。此外，儘管將圖50至圖60描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作不受限制，而在其他實施例中可更改動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可整個或部分地省略所示出及/或所描述的一些動作。
如圖50的橫截面視圖5000中所繪示，提供MEMS基底106且隨後圖案化所述MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口5002。在一些實施例中，MEMS基底106可例如為或包括單晶矽(亦即，單晶體矽)、固有單晶矽、塊狀矽基底、SOI基底、另一合適的半導體材料，或類似者。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定開口5002；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
如圖51的橫截面視圖5100中所繪示，於MEMS基底106之上形成介電層5102，藉此填充開口(圖50的開口5002)。在一些實施例中，介電層5102可例如為或包括非晶形矽、非晶形二氧化矽，或類似者。在另外的實施例中，介電層5102包括不同於 MEMS基底106的材料。在另外其他實施例中，介電層5102可藉由例如CVD製程、PVD製程、熱氧化或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖52的橫截面視圖5200中所繪示，對介電層(圖51的介電層5102)進行平坦化製程(例如，CMP製程)直至到達MEMS基底106的正面106f為止，藉此在MEMS基底106中形成第三彈簧層109c。
如圖53的橫截面視圖5300中所繪示，圖案化MEMS基底106以限定出MEMS基底106內的多個開口5302。在一些實施例中，每一開口5302在第三彈簧層109c的相鄰區段之間橫向地間隔開。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定開口5302；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
如圖54的橫截面視圖5400中所繪示，於MEMS基底106之上形成多晶矽層5402，藉此填充開口(圖53的開口5302)。在一些實施例中，多晶矽層5402可例如為或包括多晶矽、本徵多晶矽、摻雜多晶矽，或類似者。在另外的實施例中，多晶矽層5402包括不同於MEMS基底106及/或不同於第三彈簧層109c的材料。在另外其他實施例中，多晶矽層5402可藉由例如CVD製程、PVD製程、ALD製程或另一合適的生長或沈積製程來沈積。
如圖55的橫截面視圖5500中所繪示，對多晶矽層(圖54的多晶矽層5402)進行平坦化製程(例如，CMP製程)直至到 達MEMS基底106的正面106f為止，藉此在MEMS基底106中形成第二彈簧層109b。
如圖56的橫截面視圖5600中所繪示，提供載體基底102及下部接合結構104。隨後，將MEMS基底106的正面106f接合至下部接合結構104。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，載體基底102可例如為或包括塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、單晶矽基底、SOI基底，或某一其他合適的基底。在另外的實施例中，下部接合結構104可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的材料。
如圖57的橫截面視圖5700中所繪示，對MEMS基底106進行薄化製程以將MEMS基底106的原始厚度Ti減小至厚度Ts。在一些實施例中，藉由機械研磨製程、CMP製程、某一其他薄化製程或前述的任何組合來進行薄化製程。舉例而言，可完全藉由機械研磨製程來進行薄化製程。
如圖58的橫截面視圖5800中所繪示，於MEMS基底106之上形成接觸電極112。在一些實施例中，用於形成接觸電極112的製程可包含：在MEMS基底106之上(例如，藉由CVD、PVD、濺鍍、電鍍、化學鍍等)沈積導電層；在導電層之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來圖案化導電層，藉此限定出接觸電極112；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，接觸電極112可例如為或包括鋁、銅、鈦、另一合適的導電材料，或前述的任何組合。
如圖59A的橫截面視圖5900a及圖59B的俯視圖5900b 中所繪示，圖案化MEMS基底106，藉此限定出複合結構109的可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a。在一些實施例中，圖案化MEMS基底106包含：在MEMS基底106及接觸電極112之上形成罩幕層(未繪示)；根據罩幕層來進行蝕刻製程，藉此限定可移動塊110、複合彈簧108以及第一彈簧層109a；以及進行移除製程以移除罩幕層。在一些實施例中，蝕刻製程包含進行乾式蝕刻製程，諸如電漿蝕刻製程及/或DRIE製程。
圖59B示出沿圖59A的線A-A'截取的對應於圖59A的橫截面視圖5900a的一些實施例的俯視圖5900b。圖59B示出自相應的錨定器結構202延伸至可移動塊110的複合彈簧108的佈局。在另外的實施例中，圖59A的橫截面視圖5900a的圖案化製程可進一步限定錨定器結構202。在另外的實施例中，可各自形成及/或限定第一彈簧層109a、第二彈簧層109b以及第三彈簧層109c，使得複合結構109的俯視圖佈局對應於圖11A至圖11F的俯視圖1100a至俯視圖1100f中的任何者。
如圖60的橫截面視圖6000中所繪示，提供封蓋基底116及上部接合結構114。隨後，封蓋基底116藉由上部接合結構114接合至MEMS基底106。在一些實施例中，接合製程可例如為熔融接合製程、混合接合製程，或另一合適的接合製程。在一些實施例中，接合製程可例如將空腔111限定在載體基底102與封蓋基底116之間，使得空腔111具有第一氣體壓力。在另外的實施例中，封蓋基底116可例如為或包括諸如塊狀矽基底的塊狀半導體基底，或SOI基底。在另外其他實施例中，上部接合結構114可例如為或包括諸如二氧化矽的氧化物，或另一合適的介電材料。
圖61示出根據本揭露內容的形成包含空腔內的複合彈簧及可移動塊的MEMS結構的方法6100。儘管方法6100經示出及/或描述為一系列動作或事件，但應瞭解，所述方法不限於所示出的次序或動作。因此，在一些實施例中，所述動作可以與所示出次序不同的次序實現及/或可同時實現。另外，在一些實施例中，所示出的動作或事件可細分成多個動作或事件，其可在不同時間實現或與其他動作或子動作同時實現。在一些實施例中，可省略一些所示出的動作或事件，且可包含其他未示出的動作或事件。
在動作6102處，提供微機電系統(MEMS)基底。MEMS基底包括例如單晶矽(亦即，單晶體矽)或另一合適的半導體材料。圖13、圖21、圖29、圖40以及圖50示出對應於動作6102的各種實施例的橫截面視圖1300、橫截面視圖2100、橫截面視圖2900、橫截面視圖4000以及橫截面視圖5000。
在動作6104a處，圖案化MEMS基底，藉此形成MEMS基底內的多個開口。圖13及圖21示出對應於動作6104a的各種實施例的橫截面視圖1300及橫截面視圖2100。
在動作6104b處，於MEMS基底之上及開口內形成多晶矽層。圖14及圖22示出對應於動作6104b的各種實施例的橫截面視圖1400及橫截面視圖2200。
在動作6104c處，對多晶矽層進行平坦化製程，藉此限定出MEMS基底中的第二彈簧層。圖15及圖23示出對應於動作6104c的各種實施例的橫截面視圖1500及橫截面視圖2300。
在動作6106a處，圖案化MEMS基底，藉此形成MEMS基底內的多個開口。圖29、圖40以及圖50示出對應於動作6106a 的各種實施例的橫截面視圖2900、橫截面視圖4000以及橫截面視圖5000。
在動作6106b處，於MEMS基底之上及開口內形成介電層。圖30、圖42以及圖51示出對應於動作6106b的各種實施例的橫截面視圖3000、橫截面視圖4200以及橫截面視圖5100。
在動作6106c處，對介電層進行平坦化製程或圖案化製程，藉此限定出MEMS基底中的第三彈簧層。圖31、圖43以及圖52示出對應於動作6106c的各種實施例的橫截面視圖3100、橫截面視圖4300以及橫截面視圖5200。
在動作6106d處，於MEMS基底之上及MEMS基底內形成多晶矽層。圖33、圖41以及圖54示出對應於動作6106d的各種實施例的橫截面視圖3300、橫截面視圖4100以及橫截面視圖5400。
在動作6106e處，對多晶矽層進行平坦化製程或圖案化製程，藉此限定出MEMS基底中的與第三彈簧層橫向地相鄰的第二彈簧層。圖34、圖44及圖48A以及圖55示出對應於動作6106e的各種實施例的橫截面視圖3400、橫截面視圖4400及橫截面視圖4800A以及橫截面視圖5500。
在動作6108處，將MEMS基底接合至載體基底。圖16、圖24、圖35、圖45以及圖56示出對應於動作6108的各種實施例的橫截面視圖1600、橫截面視圖2400、橫截面視圖3500、橫截面視圖4500以及橫截面視圖5600。
在動作6110處，對MEMS基底進行薄化製程。圖17、圖25、圖36、圖46以及圖57示出對應於動作6110的各種實施 例的橫截面視圖1700、橫截面視圖2500、橫截面視圖3600、橫截面視圖4600以及橫截面視圖5700。
在動作6112處，對MEMS基底進行蝕刻製程，藉此限定出可移動塊、複合彈簧以及第一彈簧層。第一彈簧層為MEMS基底的一部分。此外，複合彈簧各自包括複合結構，所述複合結構包含第一彈簧層、第二彈簧層及/或第三彈簧層。圖19A至圖19B、圖27A至圖27B、圖38A至圖38B、圖48A至圖48B以及圖59A至圖59B示出對應於動作6112的各種實施例的各種視圖1900A至視圖1900B、視圖2700A至視圖2700B、視圖3800A至視圖3800B、視圖4800A至視圖4800B以及視圖5900A至視圖5900B。
在動作6114處，將MEMS基底接合至封蓋基底，藉此限定出載體基底與封蓋基底之間的空腔。可移動塊及複合彈簧安置於空腔內。圖20、圖28、圖39、圖49以及圖60示出對應於動作6114的各種實施例的橫截面視圖2000、橫截面視圖2800、橫截面視圖3900、橫截面視圖4900以及橫截面視圖6000。
因此，在一些實施例中，本揭露內容是關於一種包括MEMS基底的MEMS結構。MEMS基底包括安置於空腔內的複合彈簧及可移動塊。複合彈簧經組態以使可移動塊懸置於空腔內且包括複合結構，所述複合結構包含兩個或大於兩個彈簧層。所述兩個或大於兩個彈簧層各自包括彼此不同的半導體材料。
在一些實施例中，本申請案提供一種微機電系統(MEMS)結構，包含：第一基底；第二基底，上覆於所述第一基底；第三基底，上覆於所述第二基底，其中所述第一基底、所述第二基底以及所述第三基底至少部分地限定空腔，且其中所述第二基底包 含位於所述空腔中及所述第一基底與所述第三基底之間的可移動塊；以及複合彈簧，自所述第二基底的周邊區延伸至所述可移動塊，其中所述複合彈簧經組態以使所述可移動塊懸置於所述空腔中，且其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括第一晶體定向，所述第二彈簧層包括不同於所述第一晶體定向的第二晶體定向。
在一些實施例中，所述第一彈簧層為所述第二基底的區段，使得所述第二基底及所述可移動塊分別包括所述第一晶體定向。在一些實施例中，所述第一彈簧層的所述第一晶體定向為在所述第一彈簧層中連續延伸的單晶定向，且其中所述第二彈簧層的所述第二晶體定向包括多個不同晶體定向。在一些實施例中，所述第一彈簧層包括第一材料且所述第二彈簧層包括不同於所述第一材料的第二材料。在一些實施例中，所述第一材料包括單晶矽且所述第二材料包括多晶矽。在一些實施例中，所述第一彈簧層沿所述第二彈簧層的相對側壁安置。在一些實施例中，所述第二彈簧層沿所述第一彈簧層的相對側壁安置。在一些實施例中，所述複合彈簧更包括：第三彈簧層，包括不同於所述第一晶體定向及所述第二晶體定向的非晶結構。在一些實施例中，所述第三彈簧層包括非晶形二氧化矽、金屬或聚合物。
在一些實施例中，本申請案提供一種積體晶片，包含：微機電系統(MEMS)基底，包含錨定器結構及鄰近所述錨定器結構安置的可移動部件；載體基底，位於所述MEMS基底之下，其中所述MEMS基底及所述載體基底至少部分地限定空腔，所述可移動部件位於所述空腔內；以及複合彈簧，自所述錨定器結構連 續延伸至所述可移動部件，其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括單晶矽，所述第二彈簧層包括多晶矽。
在一些實施例中，所述複合彈簧更包括：第三彈簧層，包括非晶形材料。在一些實施例中，所述非晶形材料包括非晶形二氧化矽。在一些實施例中，所述第一彈簧層沿所述第二彈簧層的相對側壁安置，其中所述第三彈簧層沿所述第一彈簧層的相對側壁安置。在一些實施例中，所述第一彈簧層包括第一多個區段且所述第二彈簧層包括第二多個區段，所述第二多個區段交替地在所述第一彈簧層的所述第一多個區段之間橫向地間隔開。在一些實施例中，所述微機電系統基底及所述可移動部件分別包括單晶矽。
在一些實施例中，本申請案提供一種用於形成微機電系統(MEMS)結構的方法，所述方法包含：設置包括單晶矽的MEMS基底；在所述MEMS基底內形成多晶矽層；將所述MEMS基底接合至載體基底；以及圖案化所述MEMS基底以刻劃出所述MEMS基底的複合彈簧及所述MEMS基底的可移動塊，其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括所述MEMS基底的至少一區段，所述第二彈簧層包括所述多晶矽層，其中所述複合彈簧自所述MEMS基底的周邊區連續延伸至所述可移動塊。
在一些實施例中，形成所述多晶矽層包括：圖案化所述微機電系統基底以限定所述微機電系統基底內的多個開口；在所述微機電系統基底之上沈積所述多晶矽層，使得所述多晶矽層填 充所述多個開口；以及在所述多晶矽層中進行平坦化製程，直至到達所述微機電系統基底的正面為止。在一些實施例中，在將所述微機電系統基底接合至所述載體基底之後，對所述微機電系統基底進行薄化製程，直至到達所述多晶矽層的上部表面為止。在一些實施例中，形成微機電系統結構的方法更包括：在所述微機電系統基底內形成第三彈簧層，其中所述第三彈簧層為所述複合彈簧的一部分且包括非晶形材料。在一些實施例中，圖案化所述微機電系統基底包含進行深反應性離子蝕刻製程。
前文概述若干實施例的特徵，使得所屬技術領域中具有通常知識者可更好地理解本揭露內容的態樣。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，其可易於使用本揭露內容作為設計或修改用於實現本文中所介紹的實施例的相同目的及/或達成相同優點的其他製程及結構的基礎。所屬技術領域中具有通常知識者亦應認識到，此類等效構造並不脫離本揭露內容的精神及範圍，且所屬技術領域中具有通常知識者可在不脫離本揭露內容的精神及範圍的情況下在本文中作出各種改變、替代以及更改。
100:微機電系統結構
102:載體基底
104:下部接合結構
106:MEMS基底
108:複合彈簧
109:複合結構
109a:第一彈簧層
109b:第二彈簧層
110:可移動塊
111:空腔
112:接觸電極
114:上部接合結構
116:封蓋基底
A-A':線

Claims (10)

  1. 一種微機電系統結構，包括：第一基底；第二基底，上覆於所述第一基底；第三基底，上覆於所述第二基底，其中所述第一基底、所述第二基底以及所述第三基底至少部分地限定空腔，且其中所述第二基底包括位於所述空腔中及所述第一基底與所述第三基底之間的可移動塊；以及複合彈簧，自所述第二基底的周邊區延伸至所述可移動塊，其中所述複合彈簧經組態以使所述可移動塊懸置於所述空腔中，且其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括第一晶體定向，所述第二彈簧層包括不同於所述第一晶體定向的第二晶體定向。
  2. 如請求項1之微機電系統結構，其中所述第一彈簧層為所述第二基底的區段，使得所述第二基底及所述可移動塊分別包括所述第一晶體定向。
  3. 如請求項1之微機電系統結構，其中所述第一彈簧層的所述第一晶體定向為在所述第一彈簧層中連續延伸的單晶定向，且其中所述第二彈簧層的所述第二晶體定向包括多個不同晶體定向。
  4. 如請求項1之微機電系統結構，其中所述第一彈簧層沿所述第二彈簧層的相對側壁安置。
  5. 如請求項1之微機電系統結構，其中所述第二彈簧層沿所述第一彈簧層的相對側壁安置。
  6. 如請求項1之微機電系統結構，其中所述複合彈簧更包括：第三彈簧層，包括不同於所述第一晶體定向及所述第二晶體定向的非晶結構。
  7. 一種積體晶片，包括：微機電系統基底，包括錨定器結構及鄰近所述錨定器結構安置的可移動部件；載體基底，位於所述微機電系統基底之下，其中所述微機電系統基底及所述載體基底至少部分地限定空腔，所述可移動部件位於所述空腔內；以及複合彈簧，自所述錨定器結構連續延伸至所述可移動部件，其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層，所述第一彈簧層包括單晶矽，所述第二彈簧層包括多晶矽，且所述第一彈簧層與所述第二彈簧層具有不同晶體定向。
  8. 如請求項7之積體晶片，其中所述複合彈簧更包括：第三彈簧層，包括非晶形材料。
  9. 一種形成微機電系統結構的方法，包括：提供包括單晶矽的微機電系統基底；在所述微機電系統基底內形成多晶矽層；將所述微機電系統基底接合至載體基底；以及圖案化所述微機電系統基底以刻劃出所述微機電系統基底的複合彈簧及所述微機電系統基底的可移動塊，其中所述複合彈簧包含第一彈簧層及第二彈簧層且所述第一彈簧層與所述第二彈簧層具有不同晶體定向，所述第一彈簧層包括所述微機電系統基底 的至少一區段，所述第二彈簧層包括所述多晶矽層，其中所述複合彈簧自所述微機電系統基底的周邊區連續延伸至所述可移動塊。
  10. 如請求項9之形成微機電系統結構的方法，其中形成所述多晶矽層包括：圖案化所述微機電系統基底以限定所述微機電系統基底內的多個開口；在所述微機電系統基底之上沈積所述多晶矽層，使得所述多晶矽層填充所述多個開口；以及在所述多晶矽層中進行平坦化製程，直至到達所述微機電系統基底的正面為止。
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