TWI814443B - 微機電系統結構及其形成方法 - Google Patents

微機電系統結構及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI814443B
TWI814443B TW111122150A TW111122150A TWI814443B TW I814443 B TWI814443 B TW I814443B TW 111122150 A TW111122150 A TW 111122150A TW 111122150 A TW111122150 A TW 111122150A TW I814443 B TWI814443 B TW I814443B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
slit
substrate
mems
base
mechanical block
Prior art date
Application number
TW111122150A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202332091A (zh
Inventor
陳亭蓉
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202332091A publication Critical patent/TW202332091A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI814443B publication Critical patent/TWI814443B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • B81B1/002—Holes characterised by their shape, in either longitudinal or sectional plane
    • B81B1/004—Through-holes, i.e. extending from one face to the other face of the wafer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00158—Diaphragms, membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00523—Etching material
    • B81C1/00531—Dry etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00555—Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/006—Interconnection of transducer parts
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/03—Assembling devices that include piezoelectric or electrostrictive parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/019—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement characterized by their profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0353—Holes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0369—Static structures characterized by their profile
    • B81B2203/0392—Static structures characterized by their profile profiles not provided for in B81B2203/0376 - B81B2203/0384
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/07—Interconnects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B81C2201/0132—Dry etching, i.e. plasma etching, barrel etching, reactive ion etching [RIE], sputter etching or ion milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/05—Temporary protection of devices or parts of the devices during manufacturing
    • B81C2201/056—Releasing structures at the end of the manufacturing process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0109—Bonding an individual cap on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)

Abstract

本揭示之各種實施例係指向一微機電系統(MEMS)裝置，於其中，在MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。MEMS裝置例如可為一揚聲器、一致動器、或類似者。狹縫從頂部至底部延伸通過可移動塊，且具有一寬度，其從可移動塊之底部至緊鄰可移動塊之頂部係一致的或實質上一致的。再者，依據頂部凹口狹縫輪廓，MEMS基體之頂部角落部分於狹縫中係凹口的，使得狹縫之一寬度在可移動塊之頂部凸起。頂部凹口狹縫輪廓例如可增加用於在形成MEMS裝置時從狹縫移除一黏著劑的製程窗口。

Description

微機電系統結構及其形成方法
本發明實施例係關於一種用於MEMS裝置之頂部凹口狹縫輪廓。
微機電系統(MEMS)裝置係感測物理量及/或作用於周圍環境之積體機械和電子部件之微觀裝置。近年來，MEMS裝置已變得愈來愈普遍，例如，MEMS揚聲器普遍可見於助聽器、入耳式耳機、家用揚聲器、電視揚聲器、及類似者。
本發明的一實施例係關於一種結構，包含：一基體；以及一微機電系統裝置，於該基體上，其中該微機電系統裝置包含形成於該基體中之一機械塊(mechanical mass)；其中該基體在該機械塊具有一狹縫，其中該狹縫從該機械塊之一頂部表面延伸通過該基體至該機械塊之一底部表面，其中該基體於該狹縫中具有一第一側壁及一第二側壁且佈置成邊緣對邊緣，其中該第一側壁從該機械塊之該底部表面至該第二側壁之一邊緣係實質上垂直，且其中該第二側壁從該第二側壁之該邊緣向外弧彎至該機械塊之該頂部表面。
本發明的一實施例係關於一種結構，包含：一基體；以及一微機電系統裝置，於該基體上，其中該微機電系統裝置包含形成於該基體中之一機械塊；其中該基體在該機械塊具有一狹縫，其中該狹縫係從該機械塊之一頂部表面設置通過該基體至該機械塊之一底部表面，其中該狹縫之一寬度從該機械塊之該底部表面至從該機械塊之該頂部表面與該底部表面偏置和介於該機械塊之該頂部表面與該底部表面之間之一高程係實質上一致的，且其中該狹縫之該寬度從該高程凸起至該機械塊之該頂部表面。
本發明的一實施例係關於一種方法，包含：實行一第一蝕刻至一基體之一第一側中以形成一凹口延伸至該基體中至一第一深度；實行一第二蝕刻至該基體之該第一側中以形成一溝槽延伸至該基體中至一第二深度，該第二深度大於該第一深度，其中該溝槽重疊於該凹口且具有小於該凹口之寬度；以填充該凹口及該溝槽之一黏著劑連結一載體基體至該基體之該第一側且罩蓋該基體之該第一側；從該基體相對於該第一側之一第二側薄化該基體；以及在該薄化步驟之後移除該載體基體及該黏著劑。
100:剖面圖
102:狹縫
102’:單一狹縫
102a:(第一)狹縫
102b:(第二)狹縫
104:可移動塊
104s:區段
106:MEMS基體
106b:後側半導體層
106bs:後側
106f:前側半導體層
106fs:前側
106i:絕緣體層
106ls:下部側壁
106ms:中間側壁
106us:上部側壁
108:空腔
108l:下部空腔
108u:上部空腔
110:鈍化層
112:致動器結構
112f:致動器薄膜
114:基體介電層
116:底部電極
116l:底部電極層
118:壓電結構
118l:壓電層
120:頂部電極
120l:頂部電極層
122:致動器障壁層
124:致動器介電層
126b:底部電極襯墊
126t:頂部電極襯墊
128b:底部電極穿孔
128t:頂部電極穿孔
130b:底部電極襯墊開口
130t:頂部電極襯墊開口
200:剖面圖
300A:剖面圖
300B:剖面圖
300C:剖面圖
300D:剖面圖
300E:剖面圖
300F:剖面圖
300G:剖面圖
400:剖面圖
500:頂部佈局視圖
600:頂部佈局視圖
700A:剖面圖
700B:剖面圖
700C:剖面圖
700D:剖面圖
800:剖面圖
802:MEMS裝置
804:印刷電路板(PCB)
806:黏著層
808:導線連結
810:積體電路(IC)晶片
812:聲音
814:上蓋結構
816u:上部PCB襯墊
816l:下部PCB襯墊
818:PCB穿孔
900:剖面圖
902:MEMS裝置
904:上蓋基體
906:IC晶片
908:黏著層
910:接點
912:半導體基體
914:半導體裝置
916:互連結構
918:導電特徵
920:互連介電層
1000:剖面圖
1100:剖面圖
1200A:剖面圖
1200B:頂部佈局視圖
1202:中央區域
1300:剖面圖
1400A:剖面圖
1400B:頂部佈局視圖
1500:剖面圖
1600A:剖面圖
1600B:頂部佈局視圖
1602:遮罩
1700:剖面圖
1800:剖面圖
1900:剖面圖
2000:剖面圖
2002:載體基體
2004:黏著層
2100:剖面圖
2200:剖面圖
2300:剖面圖
2400:方塊圖
2402:動作
2404:動作
2406:動作
2408:動作
2410:動作
2412:動作
2412a:動作
2412b:動作
2414:動作
2416:動作
2418:動作
2420:動作
2422:動作
2500:剖面圖
2600:剖面圖
2700:剖面圖
2800:剖面圖
2900:剖面圖
3000:剖面圖
3100:剖面圖
3200:方塊圖
3202:動作
3202a:動作
3202b:動作
3204:動作
3206:動作
3208:動作
3210:動作
3212:動作
AX:垂直軸
BX:盒框
D:距離
EL:高程
EL1:第一高程
EL2:第二高程
EWm:有效寬度
EWs:有效寬度
Tm:厚度
Tp:厚度
Wm:寬度
Ws:寬度
當結合附圖閱讀時，自以下詳細描述最佳瞭解本揭露之態樣。應注意，根據業界中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。具體言之，為了清楚論述起見，可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1例示一微機電系統(MEMS)裝置之一些實施例的剖面圖，於其中，在MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。
圖2例示圖1之狹縫之一些實施例的放大的剖面圖。
圖3A至圖3G例示圖1之狹縫之一些替代的實施例的剖面圖。
圖4例示圖1之MEMS裝置之一些實施例的擴展的剖面圖，於其中，MEMS裝置之一致動器結構環繞可移動塊。
圖5例示圖4之MEMS裝置之一些實施例的頂部佈局視圖。
圖6例示圖4之MEMS裝置之一些替代的實施例的頂部佈局視圖。
圖7A至圖7D例示圖4之MEMS裝置之一些替代的實施例的剖面圖700A至700D。
圖8例示一MEMS封裝之一些實施例的剖面圖，於其中，圖4之MEMS裝置係封裝於一印刷電路板(PCB)上。
圖9例示一MEMS封裝之一些替代的實施例的剖面圖，於其中，在一MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。
圖10例示圖9之狹縫之一些實施例的放大的剖面圖。
圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23例示用於形成一MEMS裝置之方法之一些實施例的一系列的剖面圖，於其中，在一MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。
圖24例示圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23之方法之一些實施例的方塊圖。
圖25至圖31例示用於形成一MEMS裝置之方法之一些替代的實施例的一系列的剖面圖，於其中，在一MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。
圖32例示圖25至圖31之方法之一些實施例的方塊圖。
本申請案主張2022年1月18日申請之美國專利申請案序號63/300,346之優先權，該案揭露之全文特此以引用的方式併入。
本揭露內容提供用於實施所提供標的物之不同特徵之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不旨在限制。例如，在下列描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成直接連接之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接連接之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的，且本身不指示所論述之各項實施例及/或組態之間之一關係。
此外，為便於描述，可在本揭露中使用諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」及類似者之空間相對術語來描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中繪示。空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其它方式定向(旋轉90度或按其它定向)且本揭露中使用之空間相對描述符同樣可相應地解釋。
一微機電系統(MEMS)揚聲器可包含一壓電結構，其於一MEMS基體之一前側上於MEMS基體上方。壓電結構延伸圍繞形成於MEMS基體中之一可移動塊且被配置成響應電場之施加而移動可移動塊以產生聲音。為了有助於移動可移動塊及產生聲音，一空腔從MEMS基體之一後側延伸至MEMS基體中並至可移動塊，前述後側係相對於MEMS基體之前側。再者，具有一垂直輪廓之一狹縫從基體之前側延伸通過MEMS基體至在可移動塊之空腔。
依據用於形成MEMS揚聲器之方法，一載體基體係以一黏著劑層連結至MEMS基體之前側，黏著劑層填充狹縫。之後從MEMS基體之後側實行一蝕刻至MEMS基體以形成空腔。在形成空腔之後，移除載體基體及黏著劑層以從MEMS基體解連結(debond)載體基體。
由於黏著劑層及狹縫之寬度，可能會出現對所述方法之挑戰。特定言之，人耳對低頻聲音並不敏感，因此低頻聲音取決於空氣之大的位移。再者，狹縫導致低頻聲音的洩漏，從而減少空氣的位移。據此，狹縫之寬度愈小，低頻聲音洩漏愈少空氣之位移愈大。然而，狹縫之寬度愈小，愈難以從狹縫移除黏著劑層。未能從狹縫移除黏著劑層可能導致MEMS揚聲器失效且可能因此減少MEMS揚聲器之批量製造良率。事實上，如果狹縫之寬度變得太小，批量製造良率可能會達到零。
加劇上述挑戰的是，一鈍化層可能沉積襯裹縫隙且可能導致在狹縫之一頂部徑縮(bottlenecking)及/或擠壓斷離(pinching off)。於沉積期間，鈍化層的材料可能會以比在狹縫之其它地方更快的速率累積在狹縫中之MEMS基體之一頂部角落。如此，鈍化層可能在頂部角落比狹縫中之其它地方更厚，並且可能會減少狹縫的有效寬度。這種徑縮及/或擠壓斷離難以控制及解決，並且增加從狹縫移除黏著劑層的難度。
本揭示之各種實施例係指向一MEMS裝置，於其中，在MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。MEMS裝置例如可為一MEMS揚聲器、一MEMS致動器、或一些其它合適型式之MEMS裝置。狹縫從可移動塊之一頂部至可移動塊之一底部延伸通過可移動塊，且具有一寬度，其從可移動塊之底部至緊鄰可移動塊之頂部的點係一致的或實質上一致的。再者，依據頂部凹口狹縫輪廓，MEMS基體之頂部角落部分於狹縫中係凹口的，使得狹縫之寬度在可移動塊之頂部凸起。
因為頂部凹口狹縫輪廓，狹縫在可移動塊之頂部係較寬於其它地方。在可移動塊之頂部增加的寬度增加黏著劑層可在MEMS裝置之製造期間從狹縫移除的容易性。因此，可放大用於移除黏著劑層之一製程窗口。再者，因為增加的寬度，相較於如果狹縫具有一垂直輪廓的情況，於狹縫中之MEMS基體之頂部角落離狹縫的寬度方向中心更遠。因此，對於鈍化層沉積襯裹狹縫且以比狹縫中之其它地方更快的速率沉積於頂部角落上而言，在狹縫之頂部之增加的寬度可防止鈍化層徑縮及/或擠壓斷離狹縫，這可進一步放大用於移除黏著劑層的製程窗口。
因為放大的製程窗口，可增加MEMS裝置的批量製造良率。再者，狹縫可能比其它地方更窄。於MEMS裝置係為一揚聲器之至少一些實施例中，減少的寬度可減少低頻聲音通過狹縫的洩漏，這又可導致空氣之大的位移且增加人耳對低頻聲音的可聽度。
參照圖1，其係為一MEMS裝置之一些實施例的剖面圖100，於其中，在MEMS裝置之一可移動塊104之一狹縫102a具有一頂部凹口狹縫輪廓。MEMS裝置係於一MEMS基體106上且例如可為或包含一MEMS揚聲器或一些其它合適型式的MEMS裝置。
可移動塊104係形成於MEMS基體106中且係於MEMS基體106之一前側106fs上。於至少一些實施例中，可移動塊104亦可稱之為一可移動膜。再者，可移動塊104覆蓋一空腔108，空腔108從MEMS基體106之一後側106bs延伸至MEMS基體106中，後側106bs相對於MEMS基體106之前側106fs。MEMS基體106例如可為一矽塊基體或一些其它合適型式的半導體材料。替代地，MEMS基體106例如可為一絕緣體上半導體(SOI)基體或一些其它合適型式的半導體基體。對於MEMS基體106係為一SOI基體而言，SOI基體之半導體材料例如可為矽或一些其它合適型式的半導體材料。
狹縫102a係在可移動塊104且從可移動塊104之一頂部表面至可移動塊104之一底部表面延伸通過MEMS基體106，使得狹縫102a流體連通於空腔108。再者，狹縫102a係被一鈍化層110共形地(conformally)襯裹，鈍化層110具有一底部表面，其相對於可移動塊104之底部表面高起。於替代的實施例中，鈍化層110之底部表面與可移動塊104之底部表面是齊平的。鈍化層110例如可為或包含氮化矽及/或一些其它合適的介電材料。
參照圖2，其係為圖1之狹縫102a之一些實施例的放大的剖面圖200。放大的剖面圖200例如可取自圖1之盒框BX。狹縫102a之一寬度Ws從可移動塊104之底部表面至垂直地於可移動塊104之底部表面與可移動塊104之頂部表面之間之一高程EL係為一致的或實質上一致的。再者，依據狹縫102a之頂部凹口狹縫輪廓，於狹縫102a中之MEMS基體106的頂部角落部分係凹口的或凹入的。如此，狹縫102a之寬度Ws在可移動塊104之頂部表面凸起。狹縫102a例如可具有一Y形狀剖面輪廓或一些其它合適的剖面輪廓。
因為頂部凹口狹縫輪廓，狹縫102a在可移動塊104之頂部較寬於狹縫102a中之其它地方。增加的寬度增加黏著劑層可在MEMS裝置之製造期間從狹縫102a移除的容易性。因此，可放大用於移除黏著劑層之一製程窗口。再者，因為增加的寬度，相較於如果狹縫102a具有一垂直輪廓的情況，於狹縫102a中之MEMS基體106之頂部角落離狹縫102a的寬度方向中心更遠。因此，對於鈍化層110以比狹縫102a中之其它地方更快的速率沉積於頂部角落上而言，在狹縫102a之頂部之增加的寬度可防止鈍化層110徑縮及/或擠壓斷離狹縫102a，這可進一步放大用於移除黏著劑層的製程窗口。
因為放大的製程窗口，可增加MEMS裝置的批量製造良率。再者，狹縫102a在可移動塊104之一底部可能比其它地方更窄。於MEMS裝置係為一揚聲器之至少一些實施例中，減少的寬度可減少低頻聲音通過狹縫102a的洩 漏，這又可在揚聲器之使用期間增加空氣位移且可因此增加人耳對低頻聲音的可聽度。
於一些實施例中，狹縫102a之寬度Ws從高程EL至可移動塊104之頂部表面連續地及/或離散地增加。額外地，於一些實施例中，狹縫102a之寬度Ws在可移動塊104之底部表面是最小的及/或在可移動塊104之底部表面小於可移動塊104之頂部表面。狹縫102a之寬度Ws於高程EL與可移動塊104之底部表面之間具有一最大寬度值，且進一步於高程EL與MEMS基體106之頂部表面之間具有一寬度值(例如一平均寬度值、一最小寬度值、或類似者)。於一些實施例中，最大寬度值與寬度值之間的差異係大於約10%、20%、30%、40%、或一些其它合適的寬度值的百分比。於一些實施例中，最大寬度值與寬度值之間的差異係約10%至20%、約20%至30%、約30%至40%、或一些其它合適的寬度值的百分比。
如上所述，鈍化層110襯裹及部分地填充狹縫102a，從而部分地填充狹縫102a。如此，狹縫102a具有一有效寬度EWs，其小於狹縫102a之寬度Ws。於一些實施例中，狹縫102a之有效寬度EWs在鈍化層110之底部表面最小及/或在鈍化層110之底部表面小於鈍化層110之頂部表面。於一些實施例中，狹縫102a之有效寬度EWs具有一最小值，其係約0.5至5微米、約0.5至2.5微米、約2.5至5.0微米、或一些其它合適的值。如果狹縫102a之有效寬度EWs具有一太小的最小值(例如小於0.5微米)，由於例如難以從狹縫102a移除黏著劑層，批量製造良率可能是低的。對於MEMS裝置係為一揚聲器、且狹縫102a之有效寬度EWs具有一太大的最小值(例如大於5微米)而言，低頻聲音通過狹縫102a的洩漏可能是高的。如此，揚聲器可能對低頻聲音具有低的敏感度。
於一些實施例中，鈍化層110之一厚度Tp係約0.05至0.5微米、約0.05至0.25微米、約0.25至0.5微米、或一些其它合適的值。如果鈍化層110之厚 度Tp太小(例如小於0.05微米)，狹縫102a之有效寬度EWs可能具有如上所描述之一太大的最小值。對於MEMS裝置係為一揚聲器、且鈍化層110之厚度Tp太大(例如大於0.5微米)而言，狹縫102a之有效寬度EWs可能具有如上所描述之一太小的最小值。於一些實施例中，狹縫102a之寬度Ws係等於鈍化層110之厚度Tp加上狹縫102a之有效寬度EWs的兩倍。
MEMS基體106於狹縫102a中具有一對下部側壁106ls及一對上部側壁106us。下部側壁106ls係分別地於狹縫102a之相對側上，且上部側壁106us覆蓋下部側壁106ls並佈置成分別地與下部側壁106ls邊緣對邊緣。下部側壁106ls從可移動塊104之底部表面延伸至高程EL，且上部側壁106us從高程EL延伸至可移動塊104之頂部表面。
下部側壁106ls係垂直的或實質上垂直的。藉由實質上垂直，其意味著下部側壁106ls係在約5度、10度、或其它合適之垂直的值內。垂直例如可對應於垂直於可移動塊104之頂部表面及/或垂直於MEMS基體106之一底部表面。上部側壁106us分別地從下部側壁106ls向上及向外延伸至可移動塊104之頂部表面。向外是指遠離狹縫102a之一寬度方向中心。下部側壁106ls例如可具有一平坦輪廓及/或一些其它合適的輪廓，其/或上部側壁106us例如可具有彎曲輪廓、弧彎(arcing)輪廓、凹入輪廓、凹口輪廓、一些其它合適的輪廓、或前述者之任何組合。於一些實施例中，狹縫102a繞著在狹縫102a之一寬度方向中心之一垂直軸AX對稱
於一些實施例中，可移動塊104之一厚度Tm係約2至20微米、約2至11微米、約11至20微米、或一些其它合適的值。如果可移動塊104之厚度Tm太小(例如小於2微米)，可移動塊104可能於MEMS裝置之使用期間易於發生結構失效。如果可移動塊104之厚度Tm太大(例如大於20微米)，可移動塊104可能會 過於剛性，例如，對於MEMS裝置係為一揚聲器而言，揚聲器可能會具有低的敏感度。
於一些實施例中，高程EL相對於可移動塊104之頂部表面凹陷達一距離D。於一些實施例中，距離D係約0.05至0.5微米、約0.05至0.25微米、約0.25至0.5微米、或一些其它合適的值。於一些實施例中，可移動塊104之厚度Tm對距離D之比例係約4：1至200：1、約4：1至102：1、約102：1至200：1、或一些其它合適的比例。如果距離D太小(例如小於0.05微米)、或比例太大(例如大於200：1)，用於從狹縫102a移除黏著劑層之製程窗口在具有頂部凹口狹縫輪廓上可能看不到什麼改進。對於MEMS裝置係為一揚聲器、且距離D太大(例如大於0.5微米)或比例太小(例如小於約4：1)而言，低頻聲音通過狹縫102a的洩漏可能會高的且揚聲器對低頻聲音可能會具有低的敏感度。
回參圖1，一致動器結構112覆蓋MEMS基體106且藉由一基體介電層114從MEMS基體106分開。致動器結構112包含一底部電極116、覆蓋底部電極116之一壓電結構118、及覆蓋壓電結構118之一頂部電極120。於至少一些實施例中，致動器結構112亦可稱之為一金屬-壓電-金屬(metal-piezoelectric-metal，MPM)結構。底部電極116及頂部電極120係被配置成施加一電場橫越壓電結構118，且壓電結構118係被配置成響應於電場而移動。再者，藉由壓電結構118之移動係被配置成移動可移動塊104以例如產生聲音。
一致動器障壁層122覆蓋致動器結構112及基體介電層114。致動器障壁層122係被配置成阻擋氫離子及/或其它合適的錯誤材料從致動器障壁層122上方擴散至壓電結構118。於一些實施例中，致動器障壁層122可視為一氫障壁層。擴散至壓電結構118之氫離子可能會積聚於壓電結構118中且引發壓電結構118之分層及崩潰，因而MEMS裝置可能會失效。因此，藉由阻擋氫離子擴散至壓電結構118，致動器障壁層122可防止MEMS裝置可能失效。
一致動器介電層124覆蓋致動器障壁層122，一頂部電極襯墊126t覆蓋致動器介電層124，且鈍化層110覆蓋頂部電極襯墊126t。頂部電極襯墊126t之一第一端部覆蓋頂部電極120且藉由從頂部電極襯墊126t延伸、並通過致動器障壁層122及致動器介電層124、並至頂部電極120之一頂部電極穿孔128t電性地耦接至頂部電極120。頂部電極襯墊126t之一第二端部係遠離致動器結構112且係藉由一頂部電極襯墊開口130t於鈍化層110中暴露。
於一些實施例中，致動器障壁層122係為一金屬氧化物或一些其它合適的材料。金屬氧化物例如可為或包含氧化鋁(例如Al2O3)、氧化鈦(例如TiO2)、氧化鐵(例如Fe2O3)、氧化鋯(例如ZrO2)、氧化鋅(例如ZnO)、氧化銅(例如CuO)、氧化鉭(例如Ta2O5)、一些其它合適型式的金屬氧化物、或前述者之任何組合。於一些實施例中，致動器障壁層122係為介電質及/或係為結晶質。
於一些實施例中，基體介電層114係為或包含氧化矽及/或一些其它合適的介電質。於一些實施例中，致動器介電層124係為或包含氧化矽及/或一些其它合適的介電質。於一些實施例中，基體介電層114及致動器介電層124係為或包含一相同材料。於一些實施例中，基體介電層114係為不同於致動器介電層124之材料。於一些實施例中，鈍化層110係為或包含氮化矽及/或一些其它合適的介電質。
於一些實施例中，壓電結構118係為或包含鋯鈦酸鉛(例如PZT)及/或一些其它合適的壓電材料。於一些實施例中，底部電極116係為或包含氧化鈦、鉑、一些其它合適的金屬或導電材料、或前述者之任何組合。於一些實施例中，頂部電極120係為或包含氧化鈦、鉑、一些其它合適的金屬或導電材料、或前述者之任何組合。於一些實施例中，底部電極116及頂部電極120係為或包含一相同材料。於一些實施例中，底部電極116係為不同於頂部電極120之材料。
於一些實施例中，頂部電極襯墊126t係為或包含銅、鋁銅、鋁、一些其它合適的金屬或導電材料、或前述者之任何組合。於一些實施例中，頂部電極穿孔128t係為或包含銅、鋁銅、鋁、一些其它合適的金屬或導電材料、或前述者之任何組合。於一些實施例中，頂部電極襯墊126t及頂部電極穿孔128t係為相同材料。於一些實施例中，頂部電極襯墊126t係為不同於頂部電極穿孔128t之材料。於一些實施例中，致動器障壁層122係被配置成阻擋頂部電極襯墊126t之材料從頂部電極襯墊126t擴散至壓電結構118。此種材料例如可為或包含銅及/或一些其它合適的材料。
參照圖3A至圖3G，其係為圖1之狹縫102a之一些替代的實施例的放大的剖面圖300A至300G。放大的剖面圖300A至300G例如可取自圖1之盒框BX。
於圖3A中，MEMS基體106之下部側壁106ls從高程EL向內傾斜至可移動塊104之底部表面。向內是指朝向狹縫102a之寬度方向中心。
於圖3B中，從狹縫102a省略鈍化層110。據此，狹縫102a之寬度Ws及狹縫102a之有效寬度EWs係為相同。
於圖3C中，MEMS基體106之上部側壁106us具有平坦的或實質上平坦的輪廓。如此，狹縫102a之寬度Ws分別地從MEMS基體106之下部側壁106ls連續地且線性地或實質上線性地增加至MEMS基體106之頂部表面。
於圖3D中，MEMS基體106之上部側壁106us具有彎曲的輪廓，其分別地從MEMS基體106之下部側壁106ls弧彎至MEMS基體106之頂部表面。如此，狹縫102a之寬度Ws分別地從MEMS基體106之下部側壁106ls連續地且非線性地增加至MEMS基體106之頂部表面。
於圖3E中，MEMS基體106之下部側壁106ls係側向地介於MEMS基體106之上部側壁106us之間且從MEMS基體106之上部側壁106us偏置。再者， 狹縫102a之寬度Ws在高程EL從下部側壁106ls離散地增加至上部側壁106us。高程EL例如可對應於下部側壁106ls之頂部邊緣及/或上部側壁106us之底部邊緣。據此，狹縫102a之相對側各具有一階級輪廓(stepped profile)。
於圖3F中，狹縫102a之相對側各具有如圖3E所示之階級輪廓。然而，相反於圖3E，各階級輪廓具有額外的階級。據此，MEMS基體106進一步於狹縫102a中具有一對中間側壁106ms，分別地於狹縫102之相對側上。MEMS基體106之上部側壁106us從MEMS基體106之頂部表面延伸至於MEMS基體106之頂部表面與可移動塊104之底部表面之間之一第一高程EL1。MEMS基體106之中間側壁106ms係側向地於上部側壁106us之間且從上部側壁106us偏置。再者，中間側壁106ms從第一高程EL1延伸至於第一高程EL1與可移動塊104之底部表面之間之一第二高程EL2。MEMS基體106之下部側壁106ls係側向地於中間側壁106ms之間且從中間側壁106ms偏置。再者，下部側壁106ls從第二高程EL2延伸至可移動塊104之底部表面。
因為於狹縫102a之階級輪廓中之額外的階級，狹縫102之寬度Ws在第一高程EL1從MEMS基體106之上部側壁106us離散地減少至MEMS基體106之中間側壁106ms。第一高程EL1例如可對應於中間側壁106ms之頂部邊緣及/或上部側壁106us之底部邊緣。額外地，狹縫102之寬度Ws在第二高程EL2從MEMS基體106之中間側壁106ms離散地減少至MEMS基體106之下部側壁106ls。第二高程EL2例如可對應於下部側壁106ls之頂部邊緣及/或中間側壁106ms之底部邊緣。
於圖3G中，MEMS基體106之下部側壁106ls具有扇形輪廓且MEMS基體106之上部側壁106us具有彎曲輪廓，其分別地從下部側壁106ls弧彎至MEMS基體106之頂部表面。下部側壁106ls之扇形輪廓例如可由使用波希蝕刻(Bosch etch)或類似者形成狹縫102a來產生。
參照圖4，其係為圖1之MEMS裝置之一些實施例的擴展的剖面圖400，於其中，致動器結構112環繞可移動塊104。如此，致動器結構112具有個別的區段，分別地於可移動塊104之相對側上。
頂部電極襯墊126t及一底部電極襯墊126b係分別地於可移動塊104之相對側上。頂部電極襯墊126t之一第一端部覆蓋頂部電極120且藉由從頂部電極襯墊126t延伸至頂部電極120之一頂部電極穿孔128t電性地耦接至頂部電極120。頂部電極襯墊126t之一第二端部係遠離頂部電極襯墊126t之第一端部且藉由一頂部電極襯墊開口130t於鈍化層110中暴露。於一些實施例中，頂部電極襯墊126t及頂部電極穿孔128t係藉由一共同層來形成。底部電極襯墊126b之一第一端部覆蓋底部電極116且藉由從底部電極襯墊126b延伸至底部電極116之一底部電極穿孔128b電性地耦接至底部電極116。底部電極襯墊126b之一第二端部係遠離底部電極襯墊126b之第一端部且藉由一底部電極襯墊開口130b於鈍化層110中暴露。於一些實施例中，底部電極襯墊126b及底部電極穿孔128b係藉由一共同層來形成。
致動器結構112覆蓋MEMS基體106，其係為包含一後側半導體層106b之一絕緣體上半導體(SOI)結構，一絕緣體層106i覆蓋後側半導體層106b，且一前側半導體層106f覆蓋絕緣體層106i。於替代的實施例中，MEMS基體106可為一矽塊基體或一些其它合適型式的塊基體。後側半導體層106b及前側半導體層106f係為或包含矽及/或一些其它合適的半導體材料。絕緣體層106i係為或包含氧化矽及/或一些其它合適的介電材料。
可移動塊104係形成於前側半導體層106f中且具有一有效寬度EWm。有效寬度EWm係為可移動塊104之一寬度Wm加上兩倍的鈍化層110之厚度Tp，因為鈍化層110襯裹可移動塊104之側壁。於一些實施例中，可移動塊104之有效寬度EWm係為約500至5000微米、約500至2750微米、約2750至5000微米、 或一些其它合適的值。再者，於一些實施例中，可移動塊104之寬度Wm係為約500至5000微米、約500至2750微米、約2750至5000微米、或一些其它合適的值。
狹縫102及一額外的狹縫102b係佈置在可移動塊104並從前側半導體層106f之一頂部表面延伸通過前側半導體層106f至空腔108。再者，狹縫102a及額外的狹縫102b係分別地於可移動塊104之相對側上且被鈍化層110襯裹。狹縫102a及額外的狹縫102b例如亦可稱為一第一狹縫102a及一第二狹縫102b，或反之亦然。額外的狹縫102b如同關於圖1及圖2所例示及描述之狹縫102a，因而額外的狹縫102b與狹縫102a共享相同的剖面輪廓。於替代的實施例中，額外的狹縫102b及狹縫102a具有不同的剖面輪廓。
雖然圖3A至圖3G描述數種圖1之狹縫102a的變化，這些變化亦可應用於圖4之狹縫102a及/或圖4之額外的狹縫102b，例如，圖4之狹縫102a及/或圖4之額外的狹縫102b可替代地具有如圖3A及圖3C至圖3G之任何者的剖面輪廓。
如關於圖2所描述，狹縫102a具有一有效寬度EWs。於一些實施例中，可移動塊104之有效寬度EWm對於狹縫102a之有效寬度EWs的比例係約3：1至1.02：1、約3：1至2.01：1、約2.01：1至1.02：1、或一些其它合適的比例。如果比例太小(例如小於1.02：1)、且MEMS裝置係為一揚聲器，揚聲器會具有低的敏感度及/或可聽度。如果比例太大(例如大於3：1)，狹縫102a會如上所述太小及/或可移動塊104會在結構上較弱且易於失效(例如由於崩塌)。
空腔108延伸通過後側半導體層106b及絕緣體層106i，且進一步延伸至前側半導體層106f之一底部中。再者，後側半導體層106b、絕緣體層106i、及前側半導體層106f形成一對共同側壁。共同側壁係分別地於空腔108之相對側上且係傾斜的。
參照圖5，其係為圖4之MEMS裝置之一些實施例的頂部佈局視圖500。圖4之剖面圖400例如可沿著線A-A’取得，且例示於圖4之剖面圖400中的MEMS裝置之部分例如可對應於線A-A’的實線部分，而不是線A-A’的虛線部分。
可移動塊104具有一方形頂部幾何，且複數個狹縫102延伸通過可移動塊104。於替代的實施例中，可移動塊104具有一圓形頂部幾何或一些其它合適的頂部幾何。狹縫102分別地從可移動塊104之四個角落朝向可移動塊104之中心延伸，且各如同例示及描述於圖1及圖2之狹縫102a。如此，狹縫102共享相同的剖面輪廓。於替代的實施例中，狹縫102具有不同的剖面輪廓。再者，狹縫102圓周向地圍繞可移動塊104之中心平均地間隔開。於其它實施例中，狹縫102可圓周向地圍繞可移動塊104之中心不平均地間隔開。再者，於其它實施例中，更多或更少的狹縫102延伸通過可移動塊104。
致動器結構112(其組成以虛線顯示)具有一方形環狀頂部幾何，其於圍繞可移動塊104之一封閉路徑中延伸。於替代的實施例中，致動器結構112具有一些其它合適的頂部幾何。再者，頂部電極襯墊126t及底部電極襯墊126b(兩者以虛線顯示)分別地從頂部電極穿孔128t及底部電極穿孔128b延伸且分別地至從致動器結構112側向地偏置之位置。
參照圖6，其係為圖5之MEMS裝置之一些替代的實施例的頂部佈局視圖600，於其中，一單一狹縫102’延伸通過可移動塊104且具有一交叉形狀頂部幾何。如此，圖4之狹縫102a及圖4之額外的狹縫102b對應於單一狹縫102’之區段。於替代的實施例中，單一狹縫102’可具有一些其它合適的頂部幾何。
參照圖7A至圖7D，其係為圖4之MEMS裝置之一些替代的實施例的剖面圖700A至700D。
於圖7A中，MEMS基體106於空腔108中之個別的側壁係垂直的。如此，側壁垂直於MEMS基體106之一頂部表面及/或致動器結構112之一頂部表面延伸。
於圖7B中，從狹縫102a及額外的狹縫102b省略鈍化層110，因而可移動塊104之有效寬度EWm及可移動塊104之寬度Wm係相同的。再者，鈍化層110、基體介電層114、致動器障壁層122、及致動器介電層124形成一對共同側壁，彼此面向且被致動器結構112環繞。再者，共同側壁係分別地於可移動塊104之相對側上。
於圖7C中，狹縫102a及額外的狹縫102b係分別地在基體介電層114之相對側壁。再者，狹縫102a及額外的狹縫102b各具有圖3C中之狹縫102a的剖面輪廓。
於圖7D中，狹縫102a及額外的狹縫102b部分地位於基體介電層114下面。再者，狹縫102a及額外的狹縫102b各具有圖3C中之狹縫102a的剖面輪廓。
參照圖8，其係為MEMS封裝之一些實施例的剖面圖800，於其中，如圖4中之一MEMS裝置802覆蓋且黏著至一印刷電路板(PCB)804。MEMS裝置802係藉由於PCB 804與MEMS裝置802之間之一黏著層806黏著至PCB 804，且MEMS裝置802之空腔延伸通過PCB 804及黏著層806。
一導線連結808從MEMS裝置802之底部電極襯墊126b(例如見圖4)延伸至一積體電路(IC)晶片810，IC晶片810覆蓋且安裝至相鄰於MEMS裝置802之PCB 804。再者，雖然未顯示，一額外的導線連結可從MEMS裝置802之頂部電極襯墊126t(例如見圖4)延伸至IC晶片810及/或PCB 804。對於MEMS裝置802係為一揚聲器而言，IC晶片810例如可被配置成控制MEMS裝置802產生聲音812。
一上蓋結構814完全地罩蓋IC晶片810且部分地罩蓋MEMS裝置802。關於後者，上蓋結構814在MEMS裝置802之一周圍部分地罩蓋MEMS裝置802，而不罩蓋MEMS裝置802之可移動塊104(例如見圖4)。再者，上蓋結構814係通過上部PCB襯墊816u安裝至PCB 804。上部PCB襯墊816u佈置於PCB 804頂部，於PCB 804與下部PCB襯墊816l之相對側上，且PCB穿孔818分別地從上部PCB襯墊816u延伸並分別地至一些下部PCB襯墊816l。
參照圖9，其係為MEMS封裝之一些實施例的剖面圖900，於其中，在一MEMS裝置902之一可移動塊104之複數個狹縫102各具有一頂部凹口狹縫輪廓。MEMS裝置902例如可為或包含一MEMS致動器或一些其它合適型式的MEMS裝置。
可移動塊104係形成於MEMS基體106中且具有藉由狹縫102彼此分開之複數個區段104s。區段104s例如可具有指形(finger-shaped)頂部幾何或一些其它合適的頂部幾何。再者，可移動塊104係被配置成於一下部空腔108l及一上部空腔108u內移動。上部空腔108u覆蓋MEMS基體106並延伸至覆蓋且連結至MEMS基體106之一上蓋基體904之一底部中。下部空腔108l位於MEMS基體106下面，於MEMS基體106與位於MEMS基體106下面且連結至MEMS基體106之一IC晶片906之間。MEMS基體106例如可為一矽塊基體或一些其它合適型式的半導體材料、一絕緣體上半導體(SOI)基體、或一些其它合適型式的基體。
狹縫102係在可移動塊104且各從可移動塊104之一頂部表面延伸通過MEMS基體106至可移動塊104之一底部表面。如此，狹縫102互連下部空腔108l及上部空腔108u。再者，狹縫102區分可移動塊104之區段104s且係各如例示及描述於圖1及圖2之狹縫102a，除了於狹縫102中沒有鈍化層110。於替代的實施例中，每一個、一些、或全部狹縫102可為如例示及描述於圖3A至圖3G之任何者之狹縫102a。
參照圖10，其係為圖9之狹縫102之一些實施例的放大的剖面圖1000。狹縫102具有個別的寬度Ws，其從可移動塊104之底部表面至於可移動塊104之底部表面與可移動塊104之頂部表面之間垂直之一高程EL係為一致的或實質上一致的。再者，依據狹縫102之頂部凹口狹縫輪廓，於狹縫102中之MEMS基體106之頂部角落部分係凹口的或凹入的。如此，狹縫102之個別的寬度Ws在可移動塊104之頂部表面凸起。再者，狹縫102之各區段104s在可移動塊104之頂部表面具有一向上突起。狹縫102例如可具有一Y形剖面輪廓或一些其它合適的剖面輪廓。
因為頂部凹口狹縫輪廓，狹縫102在可移動塊104之頂部係較寬於狹縫102中之其它地方。在可移動塊104之頂部之增加的寬度增加於製造MEMS裝置902期間從狹縫102移除黏著層的容易性。因此，可放大用於移除黏著層之一製程窗口且可增加批量製造良率。再者，因為狹縫102之增加的寬度，MEMS裝置902於操作期間係更為彈性的。特定言之，增加的寬度減少於可移動塊104之區段104s之間發生碰撞時損壞可移動塊104的可能性。再者，增加的寬度減少可移動塊104之頂部表面區域，其減少上蓋基體904(例如見圖9)與可移動塊104之間之靜摩擦(stiction)的可能性。
回參圖9，上蓋基體904覆蓋MEMS基體106且通過一黏著層908連結至MEMS基體106。再者，IC晶片906位於MEMS基體106下面且通過接點910連結至MEMS基體106。接點910係導電的且形成從IC晶片906至MEMS裝置902之導電路徑，因而IC晶片906可被配置成控制MEMS裝置902。
IC晶片906包含一半導體基體912、複數個半導體裝置914、及一互連結構916。半導體裝置914覆蓋半導體基體912且至少部分地形成於半導體基體912中。半導體裝置914例如可為或包含金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFETs)、鰭式場效電晶體(finFETs)、閘極全環場效電晶體(GAA FETs)、一 些其它合適的半導體裝置、或前述者之任何組合。互連結構916覆蓋半導體裝置914且電性地耦接至半導體裝置914。再者，互連結構916包含複數個導電特徵918，堆疊於一互連介電層920中，以形成互連半導體裝置914及/或從半導體裝置914延伸至接點910之複數個導電路徑。導電特徵918例如可為或包含導線、穿孔、襯墊、類似者、或前述者之任何組合。
雖然圖10係描述關於圖9之MEMS裝置902，需理解到圖10之結構並不限於MEMS裝置且可在MEMS裝置之外找到應用。特定言之，圖10中之狹縫102的頂部凹口狹縫輪廓可在包含下述之封裝製程中找到應用：1)使用填充狹縫102之一黏著劑連結MEMS基體106(更普遍地稱為MEMS裝置之範圍之外的基體)至一載體基體；以及2)隨後解連結載體基體且從狹縫102移除黏著劑。
參照圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23，其係為用於形成一MEMS裝置之方法之一些實施例的一系列的剖面圖，於其中，在MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。標示有”A”字尾或沒有字尾的圖面對應於剖面圖，且標示有”B”字尾的圖面對應於帶有”A”字尾之相似編號描繪的頂部佈局視圖。標示有”A”字尾之圖面的剖面圖例如可取自標示有”B”字尾之對應圖面之頂部佈局視圖中的線A-A’之實線部分。方法例如可用於形成圖4之MEMS裝置或一些其它合適的MEMS裝置。再者，方法之MEMS裝置例如可為一揚聲器或一些其它合適的MEMS裝置。
如藉由圖11之剖面圖1100所例示，一基體介電層114係沉積於一MEMS基體106上方。MEMS基體106係為一SOI基體且包含一後側半導體層106b、覆蓋後側半導體層106b之一絕緣體層106i、及覆蓋絕緣體層106i之一前側半導體層106f。於替代的實施例中，MEMS基體106係為一塊半導體基體或一些其它合適型式的半導體基體。
亦如藉由圖11之剖面圖1100所例示，一致動器薄膜112f係沉積於基體介電層114上方且包含一底部電極層116l、覆蓋底部電極層116l之一壓電層118l、及覆蓋壓電層118l之一頂部電極層120l。致動器薄膜112f例如可藉由物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、一些其它合適的沉積製程、或前述者之任何組合來沉積。
如藉由圖12A之剖面圖1200A及圖12B之頂部佈局視圖1200B所例示，致動器薄膜112f(例如見圖11)係圖案化以形成一致動器結構112，其具有一環狀頂部幾何且於圍繞一中央區域1202之一封閉路徑中延伸。於替代的實施例中，致動器結構112可具有於圍繞中央區域1202之一封閉路徑中延伸之一些其它合適的頂部幾何。致動器結構112包含一底部電極116、覆蓋底部電極116之一壓電結構118、及覆蓋壓電結構118之一頂部電極120。
於一些實施例中，用於實行圖案化的製程包含：1)使用一第一遮罩實行一第一光刻/蝕刻製程至頂部電極層120l中以形成頂部電極120；2)使用一第二遮罩實行一第二光刻/蝕刻製程至壓電層118l中以形成壓電結構118；以及3)使用一第三遮罩實行一第三光刻/蝕刻製程至底部電極層116l中以形成底部電極116。於替代的實施例中，一些其它合適的製程可被實行來圖案化。
如藉由圖13之剖面圖1300所例示，一致動器障壁層122係沉積罩覆致動器結構112及基體介電層114。致動器障壁層122係被配置成阻擋氫及/或其它合適的錯誤材料從致動器障壁層122上方擴散至壓電結構118。藉由阻擋錯誤材料(例如氫離子)擴散至壓電結構118，致動器障壁層122可防止要被形成之MEMS裝置失效。
於一些實施例中，致動器障壁層122係為介電質。於一些實施例中，致動器障壁層122係為一金屬氧化物或一些其它合適的材料。金屬氧化物例如可為或包含氧化鋁(例如Al2O3)、氧化鈦(例如TiO2)、氧化鐵(例如Fe2O3)、氧化 鋯(例如ZrO2)、氧化鋅(例如ZnO)、氧化銅(例如CuO)、氧化鉭(例如Ta2O5)、一些其它合適型式的金屬氧化物、或前述者之任何組合。於一些實施例中，致動器障壁層122係藉由不將壓電結構118暴露至氫離子及/或其它合適的錯誤材料之製程來沉積，例如，壓電結構118可藉由PVD、ALD、或一些其它合適的沉積製程來沉積。
亦如藉由圖13之剖面圖1300所例示，一致動器介電層124係沉積罩覆致動器障壁層122。致動器介電層124例如可為或包含四乙基正矽酸鹽(TEOS)氧化物及/或一些其它合適的介電質。於一些實施例中，致動器介電層124係藉由將致動器障壁層122暴露至氫離子及/或其它錯誤材料之沉積製程來沉積。於此種實施例中，致動器障壁層122阻擋錯誤材料(例如氫離子)積聚於壓電結構118中。
如藉由圖14A之剖面圖1400A及圖14B之頂部佈局視圖1400B所例示，形成複數個襯墊及複數個穿孔。一頂部電極襯墊126t及一底部電極襯墊126b覆蓋致動器結構112且分別地於致動器結構112之相對側上。頂部電極襯墊126t覆蓋頂部電極120，且一頂部電極穿孔128t從頂部電極襯墊126t延伸至頂部電極120。底部電極襯墊126b覆蓋底部電極116，且一底部電極穿孔128b從底部電極襯墊126b延伸至底部電極116。
於一些實施例中，用於形成襯墊及穿孔之製程包含：1)圖案化致動器介電層124及致動器障壁層122以形成一對穿孔開口，分別地暴露頂部電極120及底部電極116；2)沉積一導電層罩覆致動器介電層124並填充穿孔開口，以於穿孔開口中形成底部電極穿孔128b及頂部電極穿孔128t；以及3)實行一光刻/蝕刻製程以圖案化導電層為底部電極襯墊126b及頂部電極襯墊126t。於替代的實施例中，一些其它合適的製程可被實行來形成襯墊及穿孔。
如藉由圖15之剖面圖1500所例示，致動器介電層124、致動器障壁層122、及基體介電層114係圖案化以在被致動器結構112環繞之中央區域1202暴露MEMS基體106。圖案化例如可藉由一光刻/蝕刻製程或一些其它合適的圖案化製程來實行。
如藉由圖16A之剖面圖1600A及圖16B之頂部佈局視圖1600B所例示，形成一遮罩1602覆蓋圖15之結構且於遮罩1602就位下實行一第一蝕刻至MEMS基體106中。第一蝕刻凹口MEMS基體106之一頂部表面以在被致動器結構112環繞之中央區域1202部分地形成複數個狹縫102。換言之，第一蝕刻形成複數個凹口延伸至MEMS基體106之頂部表面中，且複數個凹口分別地及部分地形成複數個狹縫102。部分地形成之狹縫102之各者個別地具有一等向性頂部凹口輪廓並且底切(undercut)遮罩1602。於替代的實施例中，狹縫102之各者個別地具有一些其它合適的輪廓。額外地，如於圖16B中較佳可見，狹縫102從中央區域1202之角落朝向中央區域1202之一中心延伸。於替代的實施例中，狹縫102在中央區域1202之中心直接地接觸以形成具有一交叉形狀頂部幾何之一共同狹縫。圖6提供了這些替代的實施例之非限制性範例。
於一些實施例中，遮罩1602係為光阻且藉由光刻來形成。於替代的實施例中，遮罩1602係為一硬遮罩，藉由沉積一硬遮罩層並隨後藉由一光刻/蝕刻製程或一些其它合適的圖案化製程圖案化硬遮罩層來形成。於又另外替代的實施例中，遮罩1602係為一些其它合適型式的遮罩及/或藉由一些其它合適的製程來形成。於一些實施例中，第一蝕刻藉由一等向性蝕刻製程來實行，例如，第一蝕刻可藉由六氟化硫(例如SF6)電漿蝕刻或一些其它合適型式的電漿蝕刻、濕蝕刻、或一些其它合適型式的蝕刻來實行。
如藉由圖17之剖面圖1700所例示，於圖16A及圖16B之遮罩1602就位下實行一第二蝕刻至MEMS基體106中以延伸狹縫102至MEMS基體106之絕 緣體層106i。換言之，第二蝕刻形成複數個溝槽與藉由第一蝕刻所形成之凹口重疊，且複數個凹口及複數個溝槽共同地形成複數個狹縫102。相反於第一蝕刻，藉由第二蝕刻所形成之狹縫102的溝槽部分的寬度小於藉由第一蝕刻所形成之凹口部分的寬度。再者，溝槽部分延伸至MEMS基體106中至一深度，其大於凹口部分之深度。於至少一些實施例中，這是由於第一蝕刻是等向性的，且第二蝕刻是異向性的。
於一些實施例中，第二蝕刻藉由一電漿蝕刻來實行，電漿蝕刻利用由六氟化硫(例如SF6)、氯(例如Cl2)、四氟化碳(例如CF4)、三氟甲烷(例如CHF3)、二氟甲烷(例如CH2F2)、溴化氫(例如HBr)、一些其它合適型式的化合物、或前述者之任何組合形成之電漿來蝕刻MEMS基體106。於至少一些前述的實施例中，藉由第二蝕刻來蝕刻之MEMS基體106之前側半導體層106f係為或包含矽及/或一些其它合適的半導體材料。於一些實施例中，第一蝕刻及第二蝕刻兩者藉由六氯化硫電漿蝕刻來實行，但是第二蝕刻使用一較大的直流電(DC)偏壓電壓，所以第二蝕刻是更垂直的。於替代的實施例中，第二蝕刻藉由一波希蝕刻或一些其它合適型式的蝕刻來實行。
波希蝕刻例如可藉由重複實行一波希循環來實行，波希循環包含：1)沉積一鈍化薄膜襯裹狹縫102；2)蝕刻鈍化薄膜之一底部以暴露MEMS基體106；以及3)蝕刻暴露於狹縫102中之MEMS基體106。沉積例如可藉由八氟環丁烷(例如C4F8)電漿沉積製程或一些其它合適的沉積製程來實行。蝕刻例如可藉由在蝕刻至鈍化薄膜及蝕刻至MEMS基體106之期間分別地具有一相對高的和低的DC偏壓電壓之電漿蝕刻來實行。電漿蝕刻例如可如上所述，因而電漿蝕刻例如可利用由六氟化硫(例如SF6)、氯(例如Cl2)、四氟化碳(例如CF4)、三氟甲烷(例如CHF3)、二氟甲烷(例如CH2F2)、溴化氫(例如HBr)、一些其它合適型式的化合物、或前述者之任何組合形成之電漿來蝕刻。於狹縫102係藉由如上所述之波希 蝕刻來形成之一些實施例中，狹縫102可具有一扇形輪廓。圖3G提供了此種扇形輪廓之非限制性範例。
藉由延伸狹縫102通過MEMS基體106之前側半導體層106f至MEMS基體106之絕緣體層106i，第二蝕刻形成一可移動塊104。可移動塊104例如可具有如圖5或圖6中之頂部幾何，或者例如可具有一些其它合適的頂部幾何。注意到儘管其名稱，可移動塊104尚未被釋放，因此尚非可移動。
如藉由圖18之剖面圖1800所例示，圖17之遮罩1602係被移除，例如，遮罩1602可藉由蝕刻及/或一些其它合適的製程來移除。於遮罩1602係為光阻之至少一些實施例中，遮罩1602可藉由電漿灰化(ashing)或類似者來移除。
亦如藉由圖18之剖面圖1800所例示，沉積一鈍化層110罩覆MEMS基體106及致動器結構112。再者，鈍化層110係沉積襯裹狹縫102。鈍化層110例如可為或包含氮化矽及/或一些其它合適的材料。
如藉由圖19之剖面圖1900所例示，鈍化層110係圖案化以形成一頂部電極襯墊開口130t及一底部電極襯墊開口130b，分別地暴露頂部電極襯墊126t及底部電極襯墊126b。再者，鈍化層110係圖案化以從可移動塊104之頂部清除鈍化層110。圖案化例如可藉由一光刻/蝕刻製程或藉由一些其它合適的製程來實行。
如藉由圖20之剖面圖2000所例示，以一黏著層2004連結一載體基體2002至MEMS基體106之一前側。黏著層2004填充狹縫102且於至少一些實施例中可額外地或替代地被視為膠水或類似者。
如藉由圖21之剖面圖2100所例示，圖20之結構係垂直地翻轉。再者，薄化MEMS基體106之後側半導體層106b，使得後側半導體層106b相較於圖20具有一減少的厚度。薄化例如可藉由一化學機械拋光(CMP)製程及/或一些其它合適的薄化製程來實行。
如藉由圖22之剖面圖2200所例示，MEMS基體106係圖案化以形成一空腔108。空腔108延伸通過MEMS基體106之後側半導體層106b及MEMS基體106之絕緣體層106i。再者，空腔108延伸至前側半導體層106f中。於形成空腔108時，圖案化暴露可移動塊104。圖案化例如可藉由一光刻/蝕刻製程或藉由一些其它合適的製程來實行。
於一些實施例中，圖案化進一步使鈍化層110相對於可移動塊104凹陷，從而部分地清除狹縫102。對於圖案化包含蝕刻而言，此部分清除可導因於鈍化層110相對於可移動塊104之蝕刻具有一更高的蝕刻速率。
如藉由圖23之剖面圖2300所例示，圖22之結構係垂直地翻轉。再者，載體基體2002係從MEMS基體106之前側解連結且黏著層2004從狹縫102移除。黏著層2004例如可藉由剝離或類似者來移除。藉由解連結載體基體2002及移除黏著層2004，MEMS裝置之可移動塊104係被釋放，因而可移動塊104可移動。
因為關於圖16A及圖16B所描述之第一蝕刻形成具有一頂部凹口狹縫輪廓之狹縫102，狹縫102在可移動塊104之一頂部於寬度上凸起。在可移動塊104之頂部於寬度上凸起增加可從狹縫102移除黏著層2004之容易性。因此，可放大用於移除黏著層2004之一製程窗口。再者，因為在可移動塊104之頂部於寬度上凸起，與如果狹縫102從頂部至底部具有垂直的輪廓相比，於狹縫102中之MEMS基體106的頂部角落會遠離狹縫102之寬度方向中心。因此，對於鈍化層110以比狹縫102中之其它地方更快的速率沉積於頂部角落上而言，在可移動塊104之頂部於寬度上凸起可防止鈍化層110徑縮及/或擠壓斷離狹縫102a。這可進一步放大用於移除黏著層2004之製程窗口。
因為放大的製程窗口，可增加MEMS裝置的批量製造良率。再者，狹縫102在可移動塊104的底部可以比其它地方更窄。於MEMS裝置係為一 揚聲器之至少一些實施例中，狹縫102之減少的寬度可降低低頻聲音通過狹縫102的洩漏。這又可在揚聲器之使用期間改善空氣位移且可因此增加人耳對低頻聲音的可聽度。
雖然圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23係參考一方法來描述，需理解到於這些圖面中所顯示之結構並不限於所述方法，而是可獨立於所述方法。雖然圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23係描述為一系列的動作，需理解到動作的順序於其它實施例中可以改變。雖然圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23例示及描述為一特定組的動作，例示及/或描述的一些動作於其它實施例中可以省略。再者，未例示及/或描述的動作於其它實施例中可被含括。
參照圖24，其係為圖11、圖12A、圖12B、圖13、圖14A、圖14B、圖15、圖16A、圖16B、及圖17至圖23之方法之一些實施例的方塊圖2400。
於動作2402，沉積一致動器薄膜覆蓋一MEMS基體且藉由一基體介電層從MEMS基體分開。例如見圖11。
於動作2404，圖案化致動器薄膜以形成一致動器結構延伸於圍繞一中央區域之一封閉路徑中。例如見圖12A及圖12B。
於動作2406，沉積一致動器障壁層及一致動器介電層罩覆致動器結構。例如見圖13。
於動作2408，形成一對襯墊及一對穿孔，其中襯墊分別地覆蓋致動器結構之一頂部電極及致動器結構之一底部電極且分別地藉由穿孔連接至致動器結構之頂部電極及致動器結構之底部電極。例如見圖14A及圖14B。
於動作2410，圖案化基體介電層、致動器障壁層、及致動器介電層以在被致動器結構環繞之中央區域暴露MEMS基體。例如見圖15。
於動作2412，圖案化MEMS基體以在被致動器結構環繞之中央區域形成一狹縫延伸至MEMS基體中。於動作2412a，實行一第一蝕刻至MEMS基體中以凹口MEMS基體之一頂部表面及部分地形成狹縫。例如見圖16A及圖16B。於動作2412b，之後實行一第二蝕刻至MEMS基體中以將狹縫延伸至MEMS基體更深處，其中藉由第二蝕刻所形成之狹縫的延伸具有一寬度，其小於藉由第一蝕刻所形成之凹口的寬度，因而狹縫在狹縫之一頂部於寬度中凸起。例如見圖17。於一些實施例中，第一蝕刻係等向性的且第二蝕刻係異向性的。
於動作2414，形成一鈍化層罩覆致動器結構且襯裹狹縫，其中鈍化層具有多個襯墊開口分別地暴露襯墊。例如見圖18及圖19。
於動作2416，以填充狹縫之一黏著層連結一載體基體至MEMS基體。例如見圖20。
於動作2418，薄化MEMS基體。例如見圖21。
於動作2420，圖案化MEMS基體以形成一空腔在狹縫暴露一可移動塊。例如見圖22。
於動作2422，從MEMS基體移除載體基體及黏著層，其中狹縫中之黏著層於移除完成後被清除，且其中在狹縫之頂部於寬度中之凸起放大用於移除黏著層之一製程窗口。例如見圖23。
雖然圖24之方塊圖2400於此處係例示及描述為一系列的動作或事件，需理解到這些動作或事件之例示的順序不應被解釋為限制的意義，例如，一些動作可在不同的順序發生及/或與除了此處所例示及/或描述的那些動作或事件之外的其它動作或事件同時地發生。再者，並非所有例示的動作皆需要來實行此處描述之一或多個態樣或實施例，且此處描述之一或多個動作可以一或多個分開的動作及/或階段來執行。
參考圖25至圖31，其係為用於形成一MEMS封裝之方法之一些實施例的一系列的剖面圖，於其中，在一MEMS裝置之一可移動塊之一狹縫具有一頂部凹口狹縫輪廓。所述方法例如可採用來形成圖9之MEMS封裝或一些其它合適的MEMS封裝。再者，所述方法之MEMS裝置例如可為一致動器或一些其它合適的MEMS裝置。
如藉由圖25之剖面圖2500所例示，形成一遮罩1602覆蓋一MEMS基體106。MEMS基體106例如可為一矽塊基體或一些其它合適型式的半導體材料、一SOI基體、或一些其它合適型式的半導體基體。
亦如藉由圖25之剖面圖2500所例示，於遮罩1602就位下實行一第一蝕刻至MEMS基體106中。第一蝕刻凹口MEMS基體106之一頂部表面以在MEMS基體106之一中央區域1202部分地形成複數個狹縫102。部分地形成之狹縫102之各者個別地具有一等向性頂部凹口輪廓並且底切遮罩1602。於替代的實施例中，狹縫102之各者個別地具有一些其它合適的輪廓。遮罩1602例如可為關於圖16及圖16B所描述者及/或例如可如關於圖16及圖16B所描述來形成。再者，第一蝕刻例如可如關於圖16及圖16B所描述來實行，例如，第一蝕刻可藉由一等向性製程及/或藉由六氟化硫(例如SF6)電漿蝕刻來實行。
如藉由圖26之剖面圖2600所例示，於圖25之遮罩1602就位下實行一第二蝕刻至MEMS基體106中以延伸狹縫102通過MEMS基體106。相反於第一蝕刻，藉由第二蝕刻所形成之狹縫102的部分的寬度小於藉由第一蝕刻所形成之狹縫102的部分的寬度，因而狹縫102在MEMS基體106之一頂部於寬度中凸起。於至少一些實施例中，這是由於第一蝕刻是等向性的，且第二蝕刻是異向性的。第一蝕刻例如可如關於圖17所描述來實行，例如，第二蝕刻可藉由一異向性製程及/或藉由一波希蝕刻來實行。
藉由延伸狹縫102通過MEMS基體106，第二蝕刻形成要被形成之MEMS裝置902之可移動塊104。可移動塊104包括複數個區段104s，其藉由狹縫102彼此分開。於一些實施例中，可移動塊104之區段104s之各者個別地具有一指形頂部幾何。於其它實施例中，可移動塊104之區段104s之各者個別地具有一些其它合適的頂部幾何。
如藉由圖27之剖面圖2700所例示，以一黏著層2004連結一載體基體2002至MEMS基體106之一上側。黏著層2004填充狹縫102且於至少一些實施例中可額外地或替代地被視為膠水或類似者。
如藉由圖28之剖面圖2800所例示，圖27之結構係垂直地翻轉。再者，薄化MEMS基體106，使得MEMS基體106相較於圖27具有一減少的厚度。薄化例如可藉由一CMP製程及/或一些其它合適的薄化製程來實行。
如藉由圖29之剖面圖2900所例示，形成一IC晶片906。IC晶片906包含一半導體基體912、複數個半導體裝置914、及一互連結構916。半導體裝置914覆蓋半導體基體912且至少部分地形成於半導體基體912中。互連結構916覆蓋半導體裝置914且電性地耦接至半導體裝置914。再者，互連結構916包含複數個導電特徵918，堆疊於一互連介電層920中，以形成互連半導體裝置914及/或從半導體裝置914延伸之複數個導電路徑。
亦如藉由圖29之剖面圖2900所例示，圖28之結構係垂直地翻轉且通過接點910連結及電性地耦接至IC晶片906。接點910將MEMS裝置902與IC晶片906分隔，從而於MEMS裝置902與IC晶片906之間形成一下部空腔108l。
如藉由圖30之剖面圖3000所例示，載體基體2002從MEMS基體106解連結且從狹縫102移除黏著層2004。黏著層2004例如可藉由剝離或類似者來移除。藉由解連結載體基體2002及移除黏著層2004，MEMS裝置之可移動塊104係被釋放，因而可移動塊104可移動。
因為關於圖25所描述之第一蝕刻形成具有頂部凹口狹縫輪廓之狹縫102，狹縫102在可移動塊104之一頂部於寬度上凸起。在可移動塊104之頂部於寬度上凸起增加可從狹縫102移除黏著層2004之容易性。因此，可放大用於移除黏著層2004之一製程窗口，且因此可增加MEMS裝置之批量製造良率。額外地，因為狹縫102之增加的寬度，MEMS裝置902於操作期間係更為彈性的。增加的寬度減少於可移動塊104之區段104s之間發生碰撞時損壞可移動塊104的可能性。再者，增加的寬度減少可移動塊104之頂部表面區域，其減少之後形成的一上蓋基體與可移動塊104之間之靜摩擦的可能性。
如藉由圖31之剖面圖3100所例示，佈置具有一底部凹陷之一上蓋基體904於MEMS基體106上方且通過一黏著層908連結至MEMS基體106，從而藉由形成一上部空腔108u覆蓋可移動塊104。在狹縫102之頂部於寬度中凸起減少可移動塊104之頂部表面區域，從而減少可移動塊104與上蓋基體904之間之靜摩擦的可能性。
雖然圖25至圖31係參考一方法來描述，需理解到於這些圖面中所顯示之結構並不限於所述方法，而是可獨立於所述方法。雖然圖25至圖31係描述為一系列的動作，需理解到動作的順序於其它實施例中可以改變。雖然圖25至圖31例示及描述為一特定組的動作，例示及/或描述的一些動作於其它實施例中可以省略。再者，未例示及/或描述的動作於其它實施例中可被含括。
參照圖32，其係為圖25至圖31之方法之一些實施例的方塊圖3200。
於動作3202，圖案化一MEMS基體以在一MEMS裝置之一可移動塊形成一狹縫延伸通過MEMS基體。更特定言之，於動作3202a，實行一第一蝕刻至MEMS基體中以凹口MEMS基體之一頂部表面及部分地形成狹縫。例如見圖25。再者，於動作3202b，實行一第二蝕刻至MEMS基體中以將狹縫延伸通過 MEMS基體，其中藉由第二蝕刻所形成之狹縫的延伸具有一寬度，其小於藉由第一蝕刻所形成之凹口的寬度，因而狹縫在狹縫之一頂部於寬度中凸起。例如見圖26。
於動作3204，以填充狹縫之一黏著層連結一載體基體至MEMS基體。例如見圖27。
於動作3206，薄化MEMS基體。例如見圖28。
於動作3208，IC晶片在作為載體基體之MEMS基體的相對側上連結至MEMS基體，其中IC晶片係通過導電接點連結至MEMS基體。例如見圖29。
於動作3210，從MEMS基體移除載體基體及黏著層，其中狹縫中之黏著層於移除完成後被清除，且其中在狹縫之頂部於寬度中之凸起放大用於移除黏著層之一製程窗口。例如見圖30。
於動作3212，一上蓋基體在作為IC晶片之MEMS基體之相對側上連結至MEMS基體。例如見圖31。
雖然圖32之方塊圖3200於此處係例示及描述為一系列的動作或事件，需理解到這些動作或事件之例示的順序不應被解釋為限制的意義，例如，一些動作可在不同的順序發生及/或與除了此處所例示及/或描述的那些動作或事件之外的其它動作或事件同時地發生。再者，並非所有例示的動作皆需要來實行此處描述之一或多個態樣或實施例，且此處描述之一或多個動作可以一或多個分開的動作及/或階段來執行。
於一些實施例中，本揭示係提出一種結構，包括：一基體；以及一MEMS裝置，於該基體上，其中該MEMS裝置包括形成於該基體中之一機械塊；其中該基體在該機械塊具有一狹縫，其中該狹縫從該機械塊之一頂部表面延伸通過該基體至該機械塊之一底部表面，其中該基體於該狹縫中具有一第一側壁及一第二側壁且佈置成邊緣對邊緣，其中該第一側壁從該機械塊之該底部 表面至該第二側壁之一邊緣係實質上垂直，且其中該第二側壁從該第二側壁之該邊緣向外弧彎至該機械塊之該頂部表面。於一些實施例中，該邊緣相較於該機械塊之該底部表面更靠近於該機械塊之該頂部表面。於一些實施例中，該基體具有一第二狹縫，從該機械塊之該頂部表面延伸通過該基體至該機械塊之該底部表面，其中該基體之一部分係介於該狹縫與該第二狹縫之間且暴露於該狹縫與該第二狹縫中，且其中該基體之該部分在該基體之一頂部角落部分具有一向上突起。於一些實施例中，該狹縫具有繞著在該狹縫之一寬度方向中心之一垂直軸的一對稱輪廓。於一些實施例中，該MEMS裝置包括一壓電結構，於圍繞該機械塊之一封閉路徑中延伸且配置成振動該機械塊。於一些實施例中，該縫隙係從該機械塊之一角落朝向該機械塊之一中心側向地伸長。於一些實施例中，該結構進一步包括：一上蓋基體，覆蓋該基體；一半導體基體，位於該基體下面；以及一互連結構，介於該半導體基體與該基體之間；其中該機械塊係被配置成於該上蓋基體與該互連結構之間之一空腔中移動。
於一些實施例中，本揭示係提出另一種結構，包括：一基體；以及一MEMS裝置，於該基體上，其中該MEMS裝置包括形成於該基體中之一機械塊；其中該基體在該機械塊具有一狹縫，其中該狹縫係從該機械塊之一頂部表面設置通過該基體至該機械塊之一底部表面，其中該狹縫之一寬度從該機械塊之該底部表面至從該機械塊之該頂部表面與該底部表面偏置和介於該機械塊之該頂部表面與該底部表面之間之一高程係實質上一致的，且其中該狹縫之該寬度從該高程凸起至該機械塊之該頂部表面。於一些實施例中，該狹縫之該寬度以一第一速率從該機械塊之該底部表面增加至該高程，其中該狹縫之該寬度以一第二速率從該高程增加至該機械塊之該頂部表面，該第二速率大於該第一速率。於一些實施例中，該基體之一頂部角落部分於該狹縫中係凹入的。於一些實施例中，該狹縫從該機械塊之個別的角落側向地延伸至該機械塊之一中心以 形成一交叉形狀。於一些實施例中，該MEMS裝置包括一底部電極、覆蓋該底部電極之一壓電結構、及覆蓋該壓電結構之一頂部電極，其中該底部電極、該頂部電極及該壓電結構沿著該機械塊之一周圍於圍繞該機械塊之個別的封閉路徑中延伸。於一些實施例中，該結構進一步包括一鈍化層，罩蓋該MEMS裝置且襯裹該狹縫，其中該鈍化層之一底部表面係於該狹縫中且係相對於該機械塊之一底部表面高起。
於一些實施例中，本揭示係提出一種方法，包括：實行一第一蝕刻至一基體之一第一側中以形成一凹口延伸至該基體中至一第一深度；實行一第二蝕刻至該基體之該第一側中以形成一溝槽延伸至該基體中至一第二深度，該第二深度大於該第一深度，其中該溝槽重疊於該凹口且具有小於該凹口之寬度；以填充該凹口及該溝槽之一黏著劑連結一載體基體至該基體之該第一側且罩蓋該基體之該第一側；從該基體相對於該第一側之一第二側薄化該基體；以及在該薄化步驟之後移除該載體基體及該黏著劑。於一些實施例中，該第一蝕刻係藉由一等向性蝕刻來實行，其中該第二蝕刻係藉由一異向性蝕刻來實行。於一些實施例中，該方法進一步包括形成一遮罩於該基體之該第一側上覆蓋該基體，其中該第一蝕刻及該第二蝕刻係於該遮罩對位下來實行，以形成該凹口及該溝槽於該遮罩中之一開口下面。於一些實施例中，該基體包括一第一半導體層、覆蓋該第一半導體層之一絕緣體層、及覆蓋該絕緣體層之一第二半導體層，其中該第一蝕刻及該第二蝕刻係實行至該第二半導體層中，其中該第一蝕刻於到達該絕緣體層之前停止，且其中該第二蝕刻在該絕緣體層停止。於一些實施例中，該方法進一步包括：於該基體之該第一側上沉積一壓電層於該基體上方；以及圖案化該壓電層以形成一壓電結構，該壓電結構具有一環狀佈局，其中該凹口及該溝槽形成在被該壓電結構環繞之一中央區域。於一些實施例中，該方法進一步包括從該基體之該第二側實行一第三蝕刻至該基體中以於薄 化與移除之間形成暴露該溝槽之一空腔。於一些實施例中，該方法進一步包括：形成一互連結構覆蓋一半導體基體；連結該基體之該第二側至該互連結構，使得該基體之該第二側係位於該互連結構與該基體之該第一側之間，其中該連結步驟係於該薄化步驟與該移除步驟之間來實行；以及在該移除步驟之後連結一上蓋基體至該基體之該第一側；其中該第一蝕刻及該第二蝕刻形成一機械塊，配置成於該互連結構與該上蓋基體之間之一空腔中移動。
以上概述了數個實施方式的特徵，以便本領域具有通常知識者可較佳地瞭解本揭示內容的各方面。本領域具有通常知識者將瞭解，他們可能容易地使用本揭示內容，作為其它製程與結構之設計或修改的基礎，以實現與在此介紹的實施方式之相同的目的，及/或達到相同的優點。本領域具有通常知識者亦會瞭解，與這些均等的建構不脫離本揭示內容的精神與範圍，並且他們可能在不脫離本揭示內容的精神與範圍的情況下，進行各種改變、替換、與變更。
100:剖面圖
102a:(第一)狹縫
104:可移動塊
106:MEMS基體
106bs:後側
106fs:前側
108:空腔
110:鈍化層
112:致動器結構
114:基體介電層
116:底部電極
118:壓電結構
120:頂部電極
122:致動器障壁層
124:致動器介電層
126t:頂部電極襯墊
128t:頂部電極穿孔
130t:頂部電極襯墊開口
BX:盒框

Claims (10)

  1. 一種微機電系統結構，包含：一基體；以及一微機電系統裝置，於該基體上，其中該微機電系統裝置包含形成於該基體中之一機械塊；其中該基體在該機械塊具有一狹縫，其中該狹縫從該機械塊之一頂部表面延伸通過該基體至該機械塊之一底部表面，其中該基體於該狹縫中具有一第一側壁及一第二側壁且佈置成邊緣對邊緣，其中該第一側壁從該機械塊之該底部表面至該第二側壁之一邊緣係實質上垂直，且其中該第二側壁從該第二側壁之該邊緣向外弧彎至該機械塊之該頂部表面。
  2. 如請求項1所述之微機電系統結構，其中該基體具有一第二狹縫，從該機械塊之該頂部表面延伸通過該基體至該機械塊之該底部表面，其中該基體之一部分係介於該狹縫與該第二狹縫之間且暴露於該狹縫與該第二狹縫中，且其中該基體之該部分在該基體之一頂部角落部分具有一向上突起。
  3. 如請求項1所述之微機電系統結構，其中該結構進一步包含：一上蓋基體，覆蓋該基體；一半導體基體，位於該基體下面；以及一互連結構，介於該半導體基體與該基體之間；其中該機械塊係被配置成於該上蓋基體與該互連結構之間之一空腔中移動。
  4. 一種微機電系統結構，包含：一基體；以及一微機電系統裝置，於該基體上，其中該微機電系統裝置包含形成於該基體中之一機械塊； 其中該基體在該機械塊具有一狹縫，其中該狹縫係從該機械塊之一頂部表面設置通過該基體至該機械塊之一底部表面，其中該狹縫之一寬度從該機械塊之該底部表面至從該機械塊之該頂部表面與該底部表面偏置和介於該機械塊之該頂部表面與該底部表面之間之一高程係實質上一致的，且其中該狹縫之該寬度從該高程凸起至該機械塊之該頂部表面。
  5. 如請求項4所述之微機電系統結構，其中該狹縫之該寬度以一第一速率從該機械塊之該底部表面增加至該高程，且其中該狹縫之該寬度以一第二速率從該高程增加至該機械塊之該頂部表面，該第二速率大於該第一速率。
  6. 如請求項4所述之微機電系統結構，進一步包含：一鈍化層，罩蓋該微機電系統裝置且襯裹該狹縫，其中該鈍化層之一底部表面係於該狹縫中且係相對於該機械塊之一底部表面高起。
  7. 一種形成微機電系統的方法，包含：實行一第一蝕刻至一基體之一第一側中以形成一凹口延伸至該基體中至一第一深度；實行一第二蝕刻至該基體之該第一側中以形成一溝槽延伸至該基體中至一第二深度，該第二深度大於該第一深度，其中該溝槽重疊於該凹口且具有小於該凹口之寬度；以填充該凹口及該溝槽之一黏著劑連結一載體基體至該基體之該第一側且罩蓋該基體之該第一側；從該基體相對於該第一側之一第二側薄化該基體；以及在該薄化步驟之後移除該載體基體及該黏著劑。
  8. 如請求項7所述之方法，進一步包含：形成一遮罩於該基體之該第一側上覆蓋該基體，其中該第一蝕刻及該第二蝕刻係於該遮罩對位下來實行，以形成該凹口及該溝槽於該遮罩中之一開口下面。
  9. 如請求項7所述之方法，進一步包含：於該基體之該第一側上沉積一壓電層於該基體上方；以及圖案化該壓電層以形成一壓電結構，該壓電結構具有一環狀佈局，其中該凹口及該溝槽形成在被該壓電結構環繞之一中央區域。
  10. 如請求項7所述之方法，進一步包含：形成一互連結構覆蓋一半導體基體；連結該基體之該第二側至該互連結構，使得該基體之該第二側係位於該互連結構與該基體之該第一側之間，其中該連結步驟係於該薄化步驟與該移除步驟之間來實行；以及在該移除步驟之後連結一上蓋基體至該基體之該第一側；其中該第一蝕刻及該第二蝕刻形成一機械塊，配置成於該互連結構與該上蓋基體之間之一空腔中移動。
TW111122150A 2022-01-18 2022-06-15 微機電系統結構及其形成方法 TWI814443B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202263300346P 2022-01-18 2022-01-18
US63/300,346 2022-01-18
US17/722,577 US20230232159A1 (en) 2022-01-18 2022-04-18 Top notch slit profile for mems device
US17/722,577 2022-04-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202332091A TW202332091A (zh) 2023-08-01
TWI814443B true TWI814443B (zh) 2023-09-01

Family

ID=86256735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111122150A TWI814443B (zh) 2022-01-18 2022-06-15 微機電系統結構及其形成方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230232159A1 (zh)
KR (1) KR20230111563A (zh)
CN (1) CN116101969A (zh)
DE (1) DE102022109879A1 (zh)
TW (1) TWI814443B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8975107B2 (en) * 2011-06-16 2015-03-10 Infineon Techologies Ag Method of manufacturing a semiconductor device comprising a membrane over a substrate by forming a plurality of features using local oxidation regions
US20150158716A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Mechanism for forming mems device
CN112441553A (zh) * 2019-09-03 2021-03-05 台湾积体电路制造股份有限公司 微机电系统装置及其形成方法及集成芯片

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3307328B2 (ja) 1998-05-11 2002-07-24 株式会社デンソー 半導体力学量センサ
US6571628B1 (en) 2000-10-16 2003-06-03 Institute Of Microelectronics Z-axis accelerometer
US8987059B2 (en) 2012-01-04 2015-03-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices and methods of forming same
DE102013114826A1 (de) 2013-12-23 2015-06-25 USound GmbH Mikro-elektromechanischer Schallwandler mit schallenergiereflektierender Zwischenschicht
WO2017075413A1 (en) 2015-10-28 2017-05-04 Georgia Tech Research Corporation Comb-driven substrate decoupled annulus pitch/roll baw gyroscope with slanted quadrature tuning electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8975107B2 (en) * 2011-06-16 2015-03-10 Infineon Techologies Ag Method of manufacturing a semiconductor device comprising a membrane over a substrate by forming a plurality of features using local oxidation regions
US20150158716A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Mechanism for forming mems device
CN112441553A (zh) * 2019-09-03 2021-03-05 台湾积体电路制造股份有限公司 微机电系统装置及其形成方法及集成芯片

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022109879A1 (de) 2023-07-20
CN116101969A (zh) 2023-05-12
TW202332091A (zh) 2023-08-01
KR20230111563A (ko) 2023-07-25
US20230232159A1 (en) 2023-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI611531B (zh) 封閉的ｍｅｍｓ裝置之內部電接觸
US10107830B2 (en) Method of forming capacitive MEMS sensor devices
TWI472000B (zh) 微機電系統裝置及其製造方法
US8587078B2 (en) Integrated circuit and fabricating method thereof
TWI592030B (zh) MEMS microphone and its formation method
TWI544808B (zh) 整合式麥克風結構及製造麥克風之方法
TWI739121B (zh) 微機電系統裝置及其形成方法
TWI570942B (zh) 壓力感測器以及其製造方法
JP2008546240A (ja) シリコンマイクロフォン
TWI621242B (zh) 具有紅外線吸收結構層的氮化鋁（ａｉｎ）裝置
CN111151431A (zh) 压电微机械超声换能器及其制造方法
TWI511276B (zh) 具有雙向垂直致動的積體結構
JP2008517523A (ja) シリコンマイクロホン
US8865500B2 (en) Method of fabricating a MEMS microphone with trenches serving as vent pattern
TW201743371A (zh) 用於具有雙鑲嵌所形成的電極之微機電裝置的方法和系統
TW201833020A (zh) 微機電系統封裝及其製造方法
JP6422991B2 (ja) Ｃｍｕｔデバイス及び製造方法
TWI814443B (zh) 微機電系統結構及其形成方法
TWI691105B (zh) 壓電裝置、形成壓電裝置的方法及形成壓電結構的方法
US20200145762A1 (en) Acoustic device and method of forming the same
JP2015182158A (ja) Ｍｅｍｓデバイス
TW202235361A (zh) 微機電系統及其製造方法
TWI542019B (zh) 壓力感測器以及其製造方法
TWI475642B (zh) 積體電路及其製造方法
TWI815726B (zh) 半導體結構的製造方法