MEMS结构及其形成方法、集成芯片与流程

mems结构及其形成方法、集成芯片
技术领域
1.本发明的实施例涉及mems结构及其形成方法、集成芯片。


背景技术：

2.微电子机械系统(mems)是将小型化的机械和电子机械元件集成在集成芯片上的技术。mems器件通常使用微制造技术来制造。近年来，mems器件已经发现了广泛的应用。例如，在手机(例如，加速度计、陀螺仪、数字罗盘等)、压力传感器、微流体元件(例如阀、泵)、光学开关(例如，反射镜)等中找到mems器件。


技术实现要素：

3.本发明的实施例提供了一种微电子机械系统(mems)结构，包括：第一衬底；第二衬底，位于所述第一衬底上面；第三衬底，位于所述第二衬底上面，其中，所述第一衬底、所述第二衬底和所述第三衬底至少部分地限定腔，并且其中，所述第二衬底包括位于所述腔中并且位于所述第一衬底和所述第三衬底之间的可移动块；以及复合弹簧，从所述第二衬底的外围区域延伸至所述可移动块，其中，所述复合弹簧配置为将所述可移动块悬置在所述腔中，并且其中，所述复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，所述第一弹簧层包括第一晶体取向，所述第二弹簧层包括与所述第一晶体取向不同的第二晶体取向。
4.本发明的另一实施例提供了一种集成芯片，包括：微电子机械系统(mems)衬底，包括锚定结构和设置为与所述锚定结构相邻的可移动元件；载体衬底，位于所述微电子机械系统衬底下面，其中，所述微电子机械系统衬底和所述载体衬底至少部分地限定腔，所述可移动元件位于所述腔内；以及复合弹簧，从所述锚定结构连续地延伸至所述可移动元件，其中，所述复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，所述第一弹簧层包括单晶硅，所述第二弹簧层包括多晶硅。
5.本发明的又一实施例提供了一种用于形成微电子机械系统(mems)结构的方法，包括：提供包括单晶硅的微电子机械系统衬底；在所述微电子机械系统衬底内形成多晶硅层；将所述微电子机械系统衬底接合至载体衬底；以及图案化所述微电子机械系统衬底以描绘所述微电子机械系统衬底的复合弹簧和所述微电子机械系统衬底的可移动块，其中，所述复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，所述第一弹簧层包括所述微电子机械系统衬底的至少一段，所述第二弹簧层包括多晶硅层，其中，所述复合弹簧从所述微电子机械系统衬底的外围区域连续地延伸至所述可移动块。
附图说明
6.当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
7.图1示出了微电子机械系统(mems)结构的一些实施例的截面图，该mems结构包括
腔内的复合弹簧和可移动块。
8.图2示出了沿着图1中的线a
‑
a’截取的图1的mems结构的顶视图的一些实施例。
9.图3a至图3k示出了图2的复合弹簧的部分的各种可选实施例的顶视图。
10.图4a示出了mems结构的一些实施例的截面图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。
11.图4b示出了沿着图4a中的线a
‑
a’截取的图4a的mems结构的顶视图的一些实施例。
12.图5a至图5f示出了图4b的复合弹簧的部分的各种可选实施例的顶视图。
13.图6a示出了mems结构的一些实施例的截面图，该mems结构包括复合弹簧结构和腔内的可移动块。
14.图6b示出了沿着图6a中的线a
‑
a’截取的图6a的mems结构的顶视图的一些实施例。
15.图7a至图7h示出了图6b的复合弹簧的部分的各种可选实施例的顶视图。
16.图8a示出了mems结构的一些实施例的截面图，该mems结构包括复合弹簧结构和腔内的可移动块。
17.图8b示出了沿着图8a中的线a
‑
a’截取的图8a的mems结构的顶视图的一些实施例。
18.图9a至图9f示出了图8b的复合弹簧的部分的各种可选实施例的顶视图。
19.图10a示出了mems结构的一些实施例的截面图，该mems结构包括复合弹簧结构和腔内的可移动块。
20.图10b示出了沿着图10a中的线a
‑
a’截取的图10a的mems结构的顶视图的一些实施例。
21.图11a至图11f示出了图10b的复合弹簧的部分的各种可选实施例的顶视图。
22.图12示出了具有mems结构的集成电路(ic)的一些实施例的截面图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块，其中mems结构位于专用集成电路(asic)衬底上面。
23.图13至图20示出了形成mems结构的第一方法的一些实施例的各种视图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。
24.图21至图28示出了形成mems结构的第二方法的一些实施例的各种视图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。
25.图29至图39示出了形成mems结构的第三方法的一些实施例的各种视图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。
26.图40至图49示出了形成mems结构的第四方法的一些实施例的各种视图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。
27.图50至图60示出了形成mems结构的第五方法的一些实施例的各种视图，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。
28.图61以流程图形式示出方法，该方法示出了用于形成包括腔内的复合弹簧和可移动块的mems结构的一些实施例。
具体实施方式
29.本发明提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成
的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
30.此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在
…
下方”、“在
…
下面”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间相对描述符可以同样地作相应地解释。
31.微电子机械系统(mems)器件可以包括mems衬底。mems衬底包括一个或多个弹簧和设置在腔内的可移动块。mems衬底可以设置在载体衬底和覆盖衬底之间，使得腔被限定在载体衬底和覆盖衬底之间。可移动块通过弹簧附接至mems衬底的外围区域，使得弹簧配置为使可移动块悬置在腔内。在mems器件的操作期间，可移动块与施加到可移动块上的诸如运动或声波的外部刺激成比例地偏转，从而可以通过测量偏转来量化外部刺激。弹簧配置为向可移动块提供运动，使得它们可以从mems衬底的外围区域拉伸和/或压缩。因此，可移动块的偏转可以通过设置在可移动块上的可移动感测电极和与可移动感测电极相邻的固定感测电极之间的电容的变化来测量。
32.每个弹簧可以包括从mems衬底的外围区域延伸至可移动块的单一连续材料。例如，单一连续材料可以是多晶硅。在这样的实施例中，当可移动块响应于外部刺激而偏转时，弹簧弯曲。借助于包括多晶硅的弹簧，弹簧可以相对较薄(例如，小于约30微米)，使得通过弯曲在弹簧上引起的应力较高。这可能会导致弹簧断裂，从而导致器件故障。在另一个示例中，单一连续材料可以是硅(例如，单晶硅、单一晶体硅等)。借助于包括单晶硅的弹簧，弹簧可以相对较厚(例如，大于30微米)，使得弹簧在断裂之前可以承受较高程度的弯曲应力。然而，由于单晶硅包括单一的均匀晶体取向(例如100晶体取向)，因此，如果在弹簧的表面产生小的裂纹，则该裂纹会通过弹簧的晶格传播。这可能会导致弹簧断裂，从而导致器件故障。
33.因此，本发明涉及一种包括复合弹簧结构和在腔内的可移动块的mems器件，以及用于形成mems器件的相关方法。例如，mems器件包括设置在载体衬底和覆盖衬底之间的mems衬底，使得在载体衬底和覆盖衬底之间限定腔。可移动块通过复合弹簧结构悬置在腔内。复合弹簧结构可以包括一个或多个复合弹簧，每个复合弹簧从mems衬底的外围区域延伸至可移动块。每个复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，第一弹簧层包括第一材料(例如，单晶硅)，第二弹簧层包括与第一材料不同的第二材料(例如，多晶硅)。第一弹簧层和第二弹簧层配置为增加复合弹簧在断裂之前可承受的弯曲应力。例如，如果由于弯曲应力而在第一弹簧层的表面上出现裂纹，则该裂纹可以通过第一弹簧层传播并且在第二弹簧层处停止。这部分是因为第二弹簧层例如可以具有与第一弹簧层不同的晶体取向。因此，复合弹簧结构配置为增加mems器件的耐久性、可靠性和性能。
34.图1示出了微电子机械系统(mems)结构100的一些实施例的截面图，该微电子机械系统结构100包括位于腔111内的复合弹簧108和可移动块110。
35.mems结构100包括设置在载体衬底102和覆盖衬底116之间的mems衬底106。在一些
实施例中，载体衬底102和/或覆盖衬底116可以例如是或包括体半导体衬底(诸如体硅衬底或绝缘体上硅(soi)衬底)、具有集成电路的互补金属氧化物半导体(cmos)晶圆(未示出)、具有集成无源器件的晶圆(未示出)、具有cmos图像传感器的晶圆(未示出)、具有衬底通孔(tsv)的晶圆、具有其他半导体器件的另一相似衬底或前述的任意组合。在进一步的实施例中，mems衬底106可以例如是或包括单晶硅(即，单晶体硅)、本征单晶硅、体硅衬底、soi衬底、另一合适的半导体材料等。下部接合结构104设置在载体衬底102和mems衬底106之间。上部接合结构114设置在覆盖衬底116和mems衬底106之间。在载体衬底102和覆盖衬底116之间限定腔111。
36.mems结构100可以例如配置为运动传感器、压力传感器、麦克风、致动器或另一合适的器件。在一些实施例中，mems衬底106包括设置在腔111内的复合弹簧108和可移动块110(例如，检测块)。复合弹簧108将可移动块110连接至mems衬底106的外围区域(例如，至由mems衬底106限定的一个或多个锚定结构，并且将可移动块110悬置在腔111内和载体衬底102上方。在操作期间，可移动块110与施加到可移动块110的外部刺激(例如运动或声波)成比例地偏转，从而可以通过测量偏转来量化外部刺激。在一些实施例中，使用由可移动块110支撑的可移动感测电极(未示出)和与可移动感测电极相邻的固定感测电极(未示出)之间的电容耦合来测量偏转。在这样的实施例中，mems结构100可以配置为致动器，其中固定电极和可移动电极(未示出)可以提供静电力以移动可移动块110。接触电极112设置在mems衬底106的外围区域上方，并且可以配置为促进测量可移动感测电极和固定感测电极之间的电容的变化。例如，接触电极112可以电耦合至可移动感测电极和/或固定感测电极。因此，接触电极112可以配置为输出包括与可移动块110的偏转有关的数据的信号。
37.在一些实施例中，复合弹簧108的每个包括复合结构109。复合结构109包括两层或更多层，每层包括彼此不同的半导体材料。在一些实施例中，复合结构109包括第一弹簧层109a和第二弹簧层109b。第一弹簧层109a可以包括第一半导体材料(例如，硅、单晶硅、单晶体硅等)，并且第二弹簧层109b可以包括与第一半导体材料不同的第二半导体材料(例如，多晶硅)。在一些实施例中，第一弹簧层109a是mems衬底106的部分，使得第一弹簧层109a包括与mems衬底106和可移动块110相同的材料。在又一些实施例中，例如，第二半导体材料可以是或包括多晶硅、金属(例如多晶金属)、另一种合适的材料或前述的任意组合。
38.第一半导体材料可以具有第一晶体取向，并且第二半导体材料可以具有与第一晶体取向不同的第二晶体取向。在一些实施例中，第一弹簧层109a和第二弹簧层109b的第一晶体取向和第二晶体取向可以通过米勒指数来描述。例如，第一弹簧层109a的第一晶体取向可以是在第一弹簧层109a上连续地延伸的单晶取向。第一弹簧层109a的单晶取向可以通过米勒指数来描述，该米勒指数包括值(1，1，1)。在其他实施例中，第一弹簧层109a的单晶取向可以通过米勒指数来描述，该米勒指数包括不同的值，诸如(1，1，0)、(0，0，1)、(1，0，0)、(0，1，0)或其他合适的值。在进一步的实施例中，第一晶体取向可以是在第一弹簧层109a上延伸的单晶取向(例如(1，1，1))，而第二晶体取向可以包括在第二弹簧层109b上延伸的多个不同的晶体取向(例如，(1，1，0)、(0，0，1)、(1，0，0)、(0，1，0)和/或另一个合适的值)。在这样的实施例中，第二晶体取向可以包括具有(1，0，0)取向的第一区域和具有与第一区域不同的取向(1，1，0)的第二区域。当可移动块110响应于外部刺激而偏转时，复合弹簧108弯曲。这可以在复合弹簧108的复合结构109中引起应力。在一些实施例中，所引起的
应力可以沿着第一弹簧层109a的表面引起裂纹。由于第一弹簧层109a的晶格的均匀性，裂纹例如可以通过第一弹簧层109a的晶格传播。然而，由于第二弹簧层109b的不同的第二晶体取向，所以裂纹可能不会传播通过第二弹簧层109b，使得第二弹簧层109b用作裂纹停止结构。这可以防止复合弹簧108响应于外部刺激而断裂。因此，包括复合结构109的复合弹簧108可以提高复合弹簧108的机械强度。这增加了mems结构100的可靠性和耐久性。
39.在其他实施例中，材料的弯曲强度可以限定为在材料由于施加到材料的弯曲力而破裂和/或断裂之前的材料中的应力。在一些实施例中，第一弹簧层109a的第一半导体材料(例如，硅、单晶硅、单晶体硅等)具有第一弯曲强度，并且第二弹簧层109b的第二半导体材料(例如，多晶硅)具有不同于第一弯曲强度的第二弯曲强度。因为复合结构109包括第一弹簧层109a和第二弹簧层109b，所以在一些实施例中，复合结构109的组合弯曲强度大于第一弯曲强度并且大于第二弯曲强度。因此，增加了复合弹簧108的耐久性，从而提高了mems结构100的性能。
40.图2示出了沿着图1中的线a
‑
a’截取的图1的mems结构100的顶视图200的一些实施例。在进一步的实施例中，可以沿着图2的顶视图200的线a
‑
a’截取图1的mems结构100的截面图。
41.如图2的顶视图200所示，可移动块110通过复合弹簧108在锚定结构202处附接至mems衬底106的外围区域。锚定结构202可以是mems衬底106的部分。接触电极112邻接锚定结构202，并且例如可以电耦合至可移动块110。复合弹簧108包括复合结构109。在一些实施例中，复合结构109包括第一弹簧层109a和第二弹簧层109b。第二弹簧层109b可以例如在第一弹簧层109a的两个段之间横向地间隔开。此外，第一弹簧层109a和第二弹簧层109b从锚定结构202连续地横向延伸至可移动块110。在其他实施例中，第一弹簧层109a、锚定结构202和可移动块110包括相同的材料(例如，单晶硅)。此外，复合弹簧108的部分108s在可移动块110和锚定结构202之间横向间隔开。
42.图3a至图3k示出了图2的复合弹簧108的段108s的一些可选实施例的顶视图300a
‑
300k。
43.如图3a的顶视图300a所示，第一弹簧层109a设置在第二弹簧层109b的相对侧上。在一些实施例中，第一弹簧层109a的宽度w1例如在约0.5至50微米、约0.5到25微米、约25至50微米的范围或另一合适的值。在一些实施例中，第二弹簧层109b的宽度w2例如在约0.1至5微米、约0.1至2.5微米、约2.5至5微米的范围或另一合适的值。
44.如图3b的顶视图300b所示，第二弹簧层109b以网格结构配置，该网格结构包括在第一方向上延伸的多个伸长的第一段和在与第一方向正交的第二方向上延伸的多个第二段。伸长的第一段彼此平行，并且第二段彼此平行。此外，第一弹簧层109a横向设置在第二弹簧层109b的伸长的第一段和第二段之间。
45.如图3c的顶视图300c所示，第一弹簧层109a包括第一多个伸长段，并且第二弹簧层109b包括在第一弹簧层109a的第一多个伸长段之间横向交替间隔开的第二多个伸长段。
46.如图3d的顶视图300d所示，第二弹簧层109b包括在第一弹簧层109a的长度上横向间隔开的多个段。第二弹簧层109b的段的每个在第一弹簧层109a的宽度上连续地延伸。在一些实施例中，第二弹簧层109b的段彼此横向间隔开距离d1，该距离d1可以例如在约0.5至100微米、0.5至50微米、50至100微米的范围内或另一个合适的值。在进一步的实施例中，第
二弹簧层109b包括两个或多个段。
47.如图3e的顶视图300e所示，第二弹簧层109b包括在第一弹簧层109a的长度上横向间隔开的多个段。第二弹簧层109b的段的每个在第一弹簧层109a的宽度上连续地延伸。在一些实施例中，第二弹簧层109b的段彼此横向间隔开距离d2，该距离d2可以例如在约0.1至33微米、0.1至16微米、16至33微米的范围内或另一个合适的值。在进一步的实施例中，第二弹簧层109b包括四个或更多个段。
48.如图3f和图3g的顶视图300f和300g所示，第二弹簧层109b包括在第一弹簧层109a的长度上横向间隔开的多个倾斜段。第二弹簧层109b的倾斜段在第一弹簧层109a的宽度上延伸。在一些实施例中，角度θ限定在大致直线301与第二弹簧层109b的每个倾斜段的侧壁之间。大致直线301可以与第一弹簧层109a的侧壁对准。在进一步的实施例中，角度θ在约1度至89度、约1度至45度、约45度至89度的范围内或另一个合适的值。
49.如图3h的顶视图300h所示，第二弹簧层109b包括在第一弹簧层109a的长度上横向间隔开的多个倾斜段。每个倾斜段包括沿着第一弹簧层109a的第一侧壁设置的第部分和沿着第一弹簧层109a的第二侧壁设置的第二部分。大致直线301沿着第一弹簧层109a的宽度的中心设置。第二弹簧层109b的每个倾斜段的第一部分和第二部分从大致直线301倾斜角度θ。在一些实施例中，角度θ在约1度至89度、约1度至45度、约45度至89度的范围内或另一合适的值。
50.如图3i和图3j的顶视图300i和300j所示，第二弹簧层109b包括第一多个倾斜段和第二多个倾斜段。第一多个倾斜段沿着第一弹簧层109a的第一侧壁设置，并且第二多个倾斜段沿着与第一侧壁相对的第一弹簧层109a的第二侧壁设置。
51.如图3k的顶视图300k所示，第二弹簧层109b包括第一多个倾斜段、第二多个倾斜段和伸长段。第一多个倾斜段沿着第一弹簧层109a的第一侧壁设置，并且第二多个倾斜段沿着与第一侧壁相对的第一弹簧层109a的第二侧壁设置。第二弹簧层109b的伸长段设置在第一弹簧层109a的宽度的中心处，并且沿着第一弹簧层109a的长度连续地延伸，使得第一多个倾斜段和第二多个倾斜段从伸长段延伸至第一弹簧层109a的相对侧壁。
52.虽然图3a至图3k的每个示出了与图2的复合弹簧108的段108s的不同的变化，应当理解，图3a至图3k中所示的段108s的布局的每个可从相应的锚定结构202到图2的可移动块110在每个复合弹簧108的整个长度和/或宽度上连续地延伸。
53.图4a和图4b示出了根据图1和图2的mems结构100的一些可选实施例的mems结构400的一些实施例的各种视图。图4a示出了mems结构400的截面图的一些实施例，并且图4b示出了mems结构400的顶视图的一些实施例。图4a示出了沿着图4b的顶视图的线a
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a’截取的mems结构400的一些实施例的截面图。此外，图4b示出了沿着图4a的截面图的线a
‑
a’截取的mems结构400的一些实施例的顶视图。
54.如图4a和图4b所示，复合弹簧108的复合结构109包括第一弹簧层109a和第二弹簧层109b。参考图4a的截面图，第一弹簧层109a在第二弹簧层109b的伸长段之间横向地间隔开，使得第二弹簧层109b设置在第一弹簧层109a的相对侧上。
55.图5a至图5f示出了图4b的复合弹簧108的段108s的一些可选实施例的顶视图500a
‑
500f。
56.如图5a的顶视图500a所示，第二弹簧层109b设置在第一弹簧层109a的相对侧壁
上。第二弹簧层109b沿着第一弹簧层109a的相对侧壁连续地横向延伸。
57.如图5b的顶视图500b所示，第二弹簧层109b沿着第一弹簧层109a的相对侧壁设置。在一些实施例中，第二弹簧层109b与第一弹簧层109a的中心区域横向偏移非零距离，使得第二弹簧层109b在第一弹簧层109a的中心区域上不连续。
58.如图5c的顶视图500c所示，第二弹簧层109b沿着第一弹簧层109a的相对侧壁设置，使得第一弹簧层109a的中心段的侧壁与第二弹簧层109b的外侧壁对准。
59.图5d的顶视图500d示出了图5a的复合弹簧108的段108s的可选实施例，其中多个开口502设置在第一弹簧层109a内。在进一步的实施例中，每个开口502的中心与第一弹簧层109a的宽度的中心对准。此外，第二弹簧层109b横向地包围每个开口502。在一些实施例中，每个开口502的宽度w3例如在约0.5至100微米、约0.5至50微米、约50至100微米的范围内或其他合适的值。如图5d所示，每个开口502具有正方形和/或矩形形状，然而，开口502可以具有其他形状，诸如圆形和/或椭圆形。
60.图5e的顶视图500e示出了图5b的复合弹簧108的段108s的可选实施例，其中开口502设置在第一弹簧层109a的中心区域内。此外，第二弹簧层109b连续地横向地包围开口502。
61.图5f的顶视图500f示出了图5c的复合弹簧108的部分108s的可选实施例，其中开口502设置在第一弹簧层109a的中心段内。此外，第二弹簧层109b连续地横向包围开口502。
62.虽然图5a至图5f中的每个示出了对图4b的复合弹簧108的段108s的不同变化，但是应当理解，图5a至图5f中所示的段108s的布局的每个可以从相应的锚定结构202到图4b的可移动块110在每个复合弹簧108的整个长度和/或宽度上连续地延伸。
63.图6a和图6b示出了根据图1和图2的mems结构100的一些可选实施例的mems结构600的一些实施例的各种视图。图6a示出了mems结构600的截面图的一些实施例，并且图6b示出了mems结构600的顶视图的一些实施例。图6a示出了沿着图6b的顶视图的线a
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a’截取的mems结构600的一些实施例的截面图。此外，图6b示出了沿着图6a的截面图的线a
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a’截取的mems结构600的一些实施例的顶视图。
64.如图6a和图6b所示，复合结构109包括第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c。在一些实施例中，第三弹簧层109c沿着第一弹簧层109a的相对侧壁设置。在进一步的实施例中，第三弹簧层109c从相应的锚定结构202连续地横向延伸至可移动块110。在各个实施例中，第三弹簧层109c包括与第一弹簧层109a的第一半导体材料和第二弹簧层109b的第二半导体材料不同的第三半导体材料。在进一步的实施例中，第三半导体材料可以例如是或包括非晶硅、非晶二氧化硅、金属(例如，诸如非晶金属材料)、聚合物、另一合适的材料或前述的任意组合。因此，第三半导体材料可以具有与第一半导体材料的第一晶体取向和第二半导体材料的第二晶体取向不同的非晶结构。例如，非晶结构可以包括第三弹簧层109c中的原子的连续随机网络。因此，在一些实施例中，第三弹簧层109c具有非晶结构。因为非晶结构不同于第一晶体取向和第二晶体取向，所以在第一弹簧层109a和/或第二弹簧层109b上形成和/或通过第一弹簧层109a和/或第二弹簧层109b传播的应力引起的裂纹可以不通过第三弹簧层109c传播。这可以防止复合弹簧108响应于外部刺激而断裂。因此，包括第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c的复合结构109可以增加复合弹簧108的机械强度。这增加了mems结构600的可靠性和耐久性。
65.在进一步的实施例中，第三弹簧层109c包括不同于第一弹簧层109a的第一弯曲强度并且不同于第二弹簧层109b的第二弯曲强度的第三弯曲强度。因为复合结构109包括第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c，所以在一些实施例中，复合结构109的组合弯曲强度大于第一弯曲强度、大于第二弯曲强度并且大于第三弯曲强度。因此，增加了复合弹簧108的耐久性，从而增强了mems结构100的性能。在又一实施例中，复合结构109的至少一个弹簧层可以例如是或包括金属、有机聚合物或具有与复合结构109内的其他弹簧层不同的晶体结构的另一种材料。在一些实施例中，如果复合结构109的至少一个弹簧层包括金属，则可以通过以下方式沉积该金属：例如电镀、化学镀或其他合适的沉积或生长工艺。这可以产生复合结构109的增强的弯曲强度。
66.图7a至图7h示出了图6b的复合弹簧108的段108s的一些可选实施例的顶视图700a
‑
700h。
67.图7a至图7h的顶视图700a
‑
700h分别示出了图3a至图3e、图3h、图3i和图3k的顶视图300a
‑
300e、300h、300i和300k的复合弹簧108的段108s的可选实施例，其中第三弹簧层109c沿着第一弹簧层109a的相对的外侧壁设置。在一些实施例中，第三弹簧层109c的宽度w4例如在约0.1至2微米、0.1至1微米、约1至2微米的范围内或另一合适的值。
68.虽然图7a至图7h的每个示出了与图6b的复合弹簧108的段108s不同的变化，将理解的是，图7a至图7h所示的段108s的布局的每个可以从相应的锚定结构202至图6b的可移动块110在每个复合弹簧108的整个长度和/或宽度上连续地延伸。
69.图8a和图8b示出了根据图4a和图4b的mems结构400的一些可选实施例的mems结构800的一些实施例的各种视图。图8a示出了mems结构800的截面图的一些实施例，并且图8b示出了mems结构800的顶视图的一些实施例。图8a示出了沿着图8b的顶视图的线a
‑
a’截取的mems结构800的一些实施例的截面图。此外，图8b示出了沿着图8a的截面图的线a
‑
a’截取的mems结构800的一些实施例的顶视图。
70.如图8a和图8b所示，复合弹簧108的复合结构109包括第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c，其中第三弹簧层109c沿着第二弹簧层109b的相对外侧壁设置。
71.图9a至图9f示出了图8b的复合弹簧108的段108s的一些可选实施例的顶视图900a
‑
900f。例如，顶视图900a
‑
900f示出了图5a至图5f的顶视图500a
‑
500f的复合弹簧108的段108s的各种可选实施例，其中第三弹簧层109c沿着第二弹簧层109b的相对外侧壁设置和/或沿着第一弹簧层109a的相对外侧壁设置。在一些实施例中，图9a的顶视图900a示出了图5a的复合弹簧108的段108s的可选实施例。在进一步的实施例中，图9b至图9d的顶视图900b
‑
900d示出了图5b的复合弹簧108的段108s的各种可选实施例。在进一步的实施例中，图9e的顶视图900e示出了图5c的复合弹簧108的段108s的可选实施例。在各个实施例中，图9f的顶视图900f示出了图5d的复合弹簧108的段108s的可选实施例，其中第三弹簧层109c横向地包围每个开口502，并且第三弹簧层109c沿着第二弹簧层109b的相对外侧壁设置。
72.虽然图9a至图9f的每个示出了与图8b的复合弹簧108的段108s不同的变化，应当理解，图9a至图9f所示的段108s的布局的每个可以从相应的锚定结构202至图8b的可移动块110在每个复合弹簧108的整个长度和/或宽度上连续地延伸。
73.图10a和图10b示出了根据图8a和图8b的mems结构800的一些可选实施例的mems结构1000的一些实施例的各种视图。图10a示出了mems结构1000的截面图的一些实施例，并且
图10b示出了mems结构1000的顶视图的一些实施例。图10a示出了沿着图10b的线a
‑
a’截取的mems结构1000的一些实施例的截面图。此外，图10b示出了沿着图10a的线a
‑
a’截取的mems结构1000的一些实施例的顶视图。
74.如图10a和图10b所示，复合弹簧108的复合结构109包括第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c。在一些实施例中，第三弹簧层109c的中间段横向设置在第一弹簧层109a的第一对段之间，第一弹簧层109a的第一对段设置在第二弹簧层109b的一对段之间，第二弹簧层109b的这对段设置在第一弹簧层109a的第二对段之间，并且第一弹簧层109a的第二对段设置在第三弹簧层109c的外部的一对段之间。
75.图11a至图11f示出了图10b的复合弹簧108的段108s的一些可选实施例的顶视图1100a
‑
1100f。
76.如图11a的顶视图1100a所示，第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c分别包括彼此交替相邻的多个段。
77.如图11b的顶视图1100b所示，省略了第三弹簧层109c。此外，第一弹簧层109a和第二弹簧层109b分别包括彼此交替相邻堆叠的多个段。
78.如图11c的顶视图1100c所示，第二弹簧层109b和第三弹簧层109c的每个包括设置在第一弹簧层109a内的多个倾斜段。因此，第一弹簧层109a横向地包围第二弹簧层109b的倾斜段，并且横向地包围第三弹簧层109c的倾斜段。第三弹簧层109c的多个倾斜段与第一弹簧层109a的宽度的中心对准，并且第二弹簧层109b的一对倾斜段设置在第三弹簧层109c的每个倾斜段的相对侧上。此外，第三弹簧层109c包括沿着第一弹簧层109a的相对侧壁设置的外部段。
79.图11d示出了对应于图11c的顶视图1100c的可选实施例的顶视图1100d，其中第二弹簧层109b的多个倾斜段与第一弹簧层109a的宽度的中心对准，并且第三弹簧层109c的一对倾斜段设置在第二弹簧层109b的每个倾斜段的相对侧上。
80.图11e示出了对应于图11a的顶视图1100a的可选实施例的顶视图1100e，其中第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c分别包括彼此交替相邻的多个段。
81.如图11f的顶视图1100f所示，第三弹簧层109c沿着第一弹簧层109a的相对侧壁连续横向延伸，并且包括从第一弹簧层109a的相对侧壁延伸的多个倾斜突起。此外，第二弹簧层109b包括设置在第三弹簧层109c的相邻的成对的倾斜突起之间的多个倾斜段。
82.虽然图11a至图11f的每个示出了图10b的复合弹簧108的段108s的不同变化，但是应当理解，图11a至图11f所示的段108s的布局的每个可以从相应的锚定结构202到图10b的可移动块110在每个复合弹簧108的整个长度和/或宽度上连续地延伸。
83.图12图示了集成电路(ic)1200的一些实施例的截面图，该集成电路1200具有设置在载体衬底102和专用集成电路(asic)结构1202之间的mems衬底106。
84.在一些实施例中，asic结构1202包括位于asic衬底1204上面的互连结构1208。在一些实施例中，asic衬底1204可以例如是或包括体硅衬底、soi衬底或其他合适的衬底材料。在进一步的实施例中，多个半导体器件1206设置在asic衬底1204内和/或上方。半导体器件1206可以配置为晶体管。因此，在一些实施例中，半导体器件1206的每个包括位于asic衬底1204上面的栅极结构1214和设置在asic衬底1204内并且设置在栅极结构1214的相对侧上的源极/漏极区域1212。在进一步的实施例中，栅极结构1214包括位于栅极介电层上面
的栅电极。
85.互连结构1208包括互连介电结构1210、多条导线1218和多个导电通孔1216。导电通孔1216和导线1218设置在互连介电结构1210内，并且配置为将半导体器件1206电耦合至设置在ic 1200内的其他器件(未示出)。例如，导电通孔1216和导线1218可以将接触电极112电耦合至半导体器件1206，使得可以在半导体器件1206处存取由于可移动块110的偏转而引起的电容变化。在一些实施例中，导电通孔1216和/或导线1218可以例如分别是或包括铜、铝、氮化钛、氮化钽或前述的任意组合。在进一步的实施例中，互连介电结构1210可以例如是或包括二氧化硅、低k介电材料、极低k介电材料、另一种合适的介电材料或前述的任意组合。
86.在一些实施例中，图12示出了图1的可选实施例，其中，覆盖衬底116被asic结构1202代替。应当理解，asic结构1202可以替代图4a、图6a、图8a和/或图10a的mems结构的覆盖衬底116。
87.图13至图20示出了根据本发明的形成mems结构的第一方法的一些实施例的各种视图1300
‑
2000，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。虽然参考第一方法描述了图13至图20所示的各种视图1300
‑
2000，应该理解，图13至图20所示的结构不限于第一方法，而是可以单独地独立于该方法。此外，虽然将图13至图20描述为一系列动作，应该理解，这些动作不限于此，在其他实施例中可以改变动作的顺序，并且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可以完全或部分省略示出和/或描述的一些动作。
88.如图13的截面图1300所示，提供mems衬底106，并且随后图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口1302。在一些实施例中，mems衬底106可以例如是或包括单晶硅(即，单晶体硅)、本征单晶硅、体硅衬底、soi衬底、另一种合适的半导体材料等。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口1302；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或深反应离子蚀刻(drie)工艺。
89.如图14的截面图1400所示，在mems衬底106上方形成多晶硅层1402，从而填充开口(图13的1302)。在一些实施例中，多晶硅层1402可以例如是或包括多晶硅、本征多晶硅、掺杂的多晶硅、另一种材料等。在进一步的实施例中，多晶硅层1402包括与mems衬底106不同的材料。在又一些实施例中，多晶硅层1402可以通过例如化学气相沉积(cvd)工艺、物理气相沉积(pvd)工艺、原子层沉积(ald)工艺或其他合适的生长或沉积工艺来沉积。
90.如图15的截面图1500所示，对多晶硅层(图14的1402)执行平坦化工艺(例如，化学机械平坦化工艺(cmp))，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而在mems衬底106中形成第二弹簧层109b。
91.如图16的截面图1600所示，提供了载体衬底102和下部接合结构104。随后，将mems衬底106的前侧106f接合至下部接合结构104。在一些实施例中，接合工艺可以例如是熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，载体衬底102可以例如是或包括体衬底(例如，体硅衬底)、单晶硅衬底、绝缘体上硅(soi)衬底或一些其他合适的衬底。在进一步的实施例中，下部接合结构104可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的材料。
92.如图17的截面图1700所示，对mems衬底106执行减薄工艺以将mems衬底106的初始
厚度ti减小到厚度ts。在一些实施例中，通过机械研磨工艺、cmp工艺、一些其他减薄工艺或前述的任意组合来执行减薄工艺。例如，减薄工艺可以完全通过机械研磨工艺来执行。
93.如图18的截面图1800所示，在mems衬底106上方形成接触电极112。在一些实施例中，用于形成接触电极112的工艺可以包括：在mems衬底106上方沉积(例如，通过cvd、pvd、溅射、电镀、化学镀等)导电层；在导电层上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层图案化导电层，从而限定接触电极112；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，接触电极112可以例如是或包括铝、铜、钛、另一种合适的导电材料或前述的任意组合。
94.如图19a的截面图1900a和图19b的顶视图1900b所示，图案化mems衬底106，从而限定可移动块110、复合弹簧108和复合结构109的第一弹簧层109a。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106和接触电极112上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定可移动块110、复合弹簧108和第一弹簧层109a；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
95.图19b示出了与沿着图19a的线a
‑
a’截取的图19a的截面图1900a的一些实施例对应的顶视图1900b。图19b示出了从相应的锚定结构202延伸至可移动块110的复合弹簧108的布局。在进一步的实施例中，图19a的截面图1900a的图案化工艺可以进一步限定锚定结构202。在进一步的实施例中，第一弹簧层109a和第二弹簧层109b的每个可以形成和/或限定为使得复合结构109的顶视图布局对应于图3a至图3k的任何顶视图300a
‑
300k。
96.如图20的截面图2000所示，提供了覆盖衬底116和上部接合结构114。随后，通过上部接合结构114将覆盖衬底116接合至mems衬底106。在一些实施例中，接合工艺可以是例如熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在进一步的实施例中，覆盖衬底116可以例如是或包括体半导体衬底(诸如体硅衬底)、绝缘体上硅(soi)衬底或另一种合适的衬底材料。在进一步的实施例中，上部接合结构114可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的介电材料。在一些实施例中，在形成覆盖衬底116之后，接触电极112可以通过一个或多个接合结构(未示出)电连接至另一集成芯片(未示出)，延伸穿过覆盖衬底116以接触接触电极112的一个或多个tsv(未示出)或者另一种合适的方法和/或结构可以用于将接触电极112耦合至另一集成芯片(未示出)。
97.图21至图28示出了根据本发明的形成mems结构的第二方法的一些实施例的各种视图2100
‑
2800，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。虽然参考第二方法描述图21至图28所示的各种视图2100
‑
2800，应当理解，图21至图28所示的结构不限于第二方法，而是可以单独地独立于该方法。此外，虽然将图21至图28描述为一系列动作，将理解，这些动作不限于此，在其他实施例中可以改变动作的顺序，并且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可以完全或部分省略示出和/或描述的一些动作。
98.如图21的截面图2100所示，提供mems衬底106，并且随后图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口2102。在一些实施例中，mems衬底106可以用于例如是或包括单晶硅(即，单晶体硅)、本征单晶硅、体硅衬底、soi衬底、另一种合适的半导体材料等。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口2102；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
99.如图22的截面图2200所示，在mems衬底106上方形成多晶硅层2202，从而填充开口(图21的2102)。在一些实施例中，多晶硅层2202可以例如是或包括多晶硅、本征多晶硅、掺杂的多晶硅、另一种合适的材料等。在进一步的实施例中，多晶硅层2202包括与mems衬底106不同的材料。在又一些实施例中，多晶硅层2202可以通过例如cvd工艺、pvd工艺、ald工艺或其他合适的生长或沉积工艺来沉积。
100.如图23的截面图2300所示，对多晶硅层(图22的2202)执行平坦化工艺(例如cmp工艺)，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而在mems衬底106中形成第二弹簧层109b。
101.如图24的截面图2400所示，提供了载体衬底102和下部结合结构104。随后，将mems衬底106的前侧106f接合至下部接合结构104。在一些实施例中，接合工艺可以例如是熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，载体衬底102可以例如是或包括体衬底(例如，体硅衬底)、硅衬底、soi衬底或一些其他合适的衬底。在进一步的实施例中，下部接合结构104可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的材料。
102.如图25的截面图2500所示，对mems衬底106执行减薄工艺，以将mems衬底106的初始厚度ti减小到厚度ts。在一些实施例中，通过机械研磨工艺、cmp工艺、一些其他的减薄工艺或前述的任意组合来执行减薄工艺。例如，减薄工艺可以完全通过机械研磨工艺来执行。
103.如图26的截面图2600所示，在mems衬底106上方形成接触电极112。在一些实施例中，用于形成接触电极112的工艺可以包括：在mems衬底106上方沉积(例如，通过cvd、pvd、溅射、电镀、化学镀等)导电层；在导电层上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层图案化导电层，从而限定接触电极112；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，接触电极112可以例如是或包括铝、铜、钛、另一种合适的导电材料或前述的任意组合。
104.如图27a的截面图2700a和图27b的顶视图2700b所示，图案化mems衬底106，从而限定可移动块110、复合弹簧108和复合结构109的第一弹簧层109a。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106和接触电极112上方形成掩模层(未示出)；以及根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定可移动块110、复合弹簧108和第一弹簧层109a；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
105.图27b示出了与沿着图27a的线a
‑
a’截取的图27a的截面图2700a的一些实施例对应的顶视图2700b。图27b示出了从相应的锚定结构202延伸至可移动块110的复合弹簧108的布局。在进一步的实施例中，图27a的截面图2700a的图案化工艺可以进一步限定锚定结构202。在进一步的实施例中，第一弹簧层109a和第二弹簧层109b的每个可以形成和/或限定为使得复合结构109的顶视图布局对应于图5a至图5f的任何顶视图500a
‑
500f。
106.如图28的截面图2800所示，提供了覆盖衬底116和上部接合结构114。随后，通过上部接合结构114将覆盖衬底116接合至mems衬底106。在一些实施例中，接合工艺可以是例如熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在进一步的实施例中，覆盖衬底116可以例如是或包括体半导体衬底(诸如体硅衬底)、绝缘体上硅(soi)衬底或另一种合适的衬底材料。在进一步的实施例中，上部接合结构114可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的介电材料。
107.图29至图39示出了根据本发明的形成mems结构的第三方法的一些实施例的各种
视图2900
‑
3900，该mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。虽然参考第三方法描述了图29至图39所示的各种视图2900
‑
3900，可以理解，图29至图39所示的结构不限于第三方法，而是可以单独地独立于该方法。此外，虽然将图29至图39描述为一系列动作，将理解，这些动作限于此，在其他实施例中可以改变动作的顺序，并且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可以完全或部分省略示出和/或描述的一些动作。
108.如图29的截面图2900所示，提供mems衬底106，并且随后图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口2902。在一些实施例中，mems衬底106可以例如是或包括单晶硅(即，单晶体硅)、本征单晶硅、体硅衬底、soi衬底、另一种合适的半导体材料等。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口2902；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
109.另外，每个开口2902可以形成为具有高度h1。在一些实施例中，高度h1可以例如在约25至200微米的范围内，在约5至500微米的范围内，在约0.5至100微米的范围内，在约0.5至50微米的范围内，在约50至100微米的范围内，或小于约5微米。将理解，高度h1的其他值也在本发明的范围内。
110.如图30的截面图3000所示，在mems衬底106上方形成介电层3002，从而填充开口(图29的2902)。在一些实施例中，介电层3002可以例如是或包括非晶硅、非晶二氧化硅等。在进一步的实施例中，介电层3002包括不同于mems衬底106的材料。在又一些实施例中，可以通过例如cvd工艺、pvd工艺、热氧化或其他合适的生长或沉积工艺来沉积介电层3002。
111.如图31的截面图3100所示，对介电层(图30的3002)执行平坦化工艺(例如，cmp工艺)，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而在mems衬底106中形成第三弹簧层109c。
112.如图32的截面图3200所示，图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口3202。在一些实施例中，每个开口3202在第三弹簧层109c的相邻段之间横向间隔开。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口3202；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
113.另外，每个开口3202可以形成为具有高度h2。在一些实施例中，高度h2可以例如在约25至200微米的范围内，在约5至500微米的范围内，在约0.5至100微米的范围内，在约0.5至50微米的范围内，在约50至100微米的范围内，或小于约5微米。应当理解，高度h2的其他值也在本发明的范围内。
114.如图33的截面图3300所示，在mems衬底106上方形成多晶硅层3302，从而填充开口(图32的3202)。在一些实施例中，多晶硅层3302可以例如是或包括多晶硅、本征多晶硅、掺杂的多晶硅、另一种材料等。在进一步的实施例中，多晶硅层3302包括不同于mems衬底106和/或不同于第三弹簧层109c的材料。在又一些实施例中，可以通过例如cvd工艺、pvd工艺、ald工艺或另一种合适的生长或沉积工艺来沉积多晶硅层3302。
115.如图34的截面图3400所示，对多晶硅层(图33的3302)执行平坦化工艺(例如，cmp工艺)，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而在mems衬底106中形成第二弹簧层109b。
116.如图35的截面图3500所示，提供了载体衬底102和下部接合结构104。随后，将mems衬底106的前侧106f接合至下部接合结构104。在一些实施例中，接合工艺可以例如是熔融
接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，载体衬底102可以例如是或包括体衬底(例如，体硅衬底)、单晶硅衬底、soi衬底或一些其他合适的衬底。在进一步的实施例中，下部接合结构104可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的材料。
117.如图36的截面图3600所示，对mems衬底106执行减薄工艺，以将mems衬底106的初始厚度ti减小到厚度ts。在一些实施例中，厚度ts可以例如在约25至200微米的范围内，或在约5至500微米的范围内。将理解的是，厚度ts的其他值也在本发明的范围内。在一些实施例中，通过机械研磨工艺、cmp工艺、一些其他的减薄工艺或前述的任意组合来执行减薄工艺。例如，减薄工艺可以完全通过机械研磨工艺来执行。因此，在一些实施例中，第二弹簧层109b的厚度可以例如在约25至200微米的范围内，在约5至500微米的范围内或另一合适的厚度值。此外，在一些实施例中，第三弹簧层109c的厚度可以例如在约25至200微米的范围内，在约5至500微米的范围内或另一合适的厚度值。
118.如图37的截面图3700所示，在mems衬底106上方形成接触电极112。在一些实施例中，用于形成接触电极112的工艺可以包括：在mems衬底106上方沉积(例如，通过cvd、pvd、溅射、电镀、化学镀等)导电层；在导电层上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层图案化导电层，从而限定接触电极112；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，接触电极112可以例如是或包括铝、铜、钛、另一种合适的导电材料或前述的任意组合。
119.如图38a的截面图3800a和图38b的顶视图3800b所示，图案化mems衬底106，从而限定可移动块110、复合弹簧108和复合结构109的第一弹簧层109a。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106和接触电极112上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定可移动块110、复合弹簧108和第一弹簧层109a；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
120.图38b示出了与沿着图38a的线a
‑
a’截取的图38a的截面图3800a的一些实施例对应的顶视图3800b。图38b示出了从相应的锚定结构202延伸至可移动块110的复合弹簧108的布局。在进一步的实施例中，图38a的截面图3800a的图案化工艺可以进一步限定锚定结构202。在进一步的实施例中，第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c的每个可以形成和/或限定为使得复合结构109的顶视图布局对应于图7a至图7h的任何顶视图700a
‑
700h。
121.如图39的截面图3900所示，提供了覆盖衬底116和上部接合结构114。随后，通过上部接合结构114将覆盖衬底116接合至mems衬底106。在一些实施例中，接合工艺可以是例如熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，接合工艺可以例如在载体衬底102和覆盖衬底116之间限定腔111，使得腔111具有第一气压。在进一步的实施例中，覆盖衬底116可以例如是或包括体半导体衬底(诸如体硅衬底)或soi衬底。在进一步的实施例中，上部接合结构114可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的介电材料。
122.图40至图49示出了根据本发明的用于形成mems结构的第四方法的一些实施例的各种视图4000
‑
4900，mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。虽然参考第四方法描述了图40至图49所示的各种视图4000
‑
4900，应该理解，图40至图49中所示的结构不限于第四方
法，而是可以单独地独立于该方法。此外，虽然将图40至图49描述为一系列动作，将理解的是，这些动作不限于此，在其他实施例中可以改变动作的顺序，并且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可以完全或部分省略示出和/或描述的一些动作。
123.如图40的截面图4000所示，提供mems衬底106，并且图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口4002。在一些实施例中，mems衬底106可以例如是或包括单晶硅(即，单晶体硅)、本征单晶硅、体硅衬底、soi衬底、另一种合适的半导体材料等。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口4002；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
124.如图41的截面图4100所示，在mems衬底106上方形成多晶硅层4102，从而衬里开口4002。在一些实施例中，多晶硅层4102可以例如是或包括多晶硅、本征多晶硅、掺杂的多晶硅、另一种材料等。在进一步的实施例中，多晶硅层4102包括与mems衬底106不同的材料。在又一些实施例中，可以通过例如cvd工艺、pvd工艺或另一种合适的生长或沉积工艺来沉积多晶硅层4102。
125.如图42的截面图4200所示，在mems衬底106和多晶硅层4102上方形成介电层4202，从而填充开口(图41的4002)。在一些实施例中，介电层4202可以例如是或包括非晶硅、非晶二氧化硅、另一种材料等。在进一步的实施例中，介电层4202包括不同于mems衬底106和/或不同于多晶硅层4102的材料。在又一些实施例中，可以通过例如cvd工艺、pvd工艺、ald工艺、热氧化或其他合适的生长或沉积工艺来沉积介电层4202。
126.如图43的截面图4300所示，对介电层(图42的4202)执行图案化工艺，从而限定第三弹簧层109c。在一些实施例中，图案化介电层(图42的4204)包括执行湿蚀刻工艺、干蚀刻工艺、另一合适的蚀刻工艺或前述的任意组合。
127.如图44的截面图4400所示，对多晶硅层4102执行平坦化工艺(例如，cmp工艺)，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而去除多晶硅层4102的至少部分。
128.如图45的截面图4500中所示，提供了载体衬底102和下部接合结构104。随后，将mems衬底106的前侧106f接合至下部接合结构104。在一些实施例中，接合工艺可以例如是熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，载体衬底102可以例如是或包括体衬底(例如，体硅衬底)、单晶硅衬底、soi衬底或一些其他合适的衬底。在进一步的实施例中，下部接合结构104可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的材料。
129.如图46的截面图4600所示，对mems衬底106执行减薄工艺，以将mems衬底106的初始厚度ti减小到厚度ts。在一些实施例中，通过机械研磨工艺、cmp工艺、一些其他的减薄工艺或前述的任意组合来执行减薄工艺。例如，减薄工艺可以完全通过机械研磨工艺来执行。在进一步的实施例中，减薄工艺去除多晶硅层4102的至少部分。
130.如图47的截面图4700所示，在mems衬底106上方形成接触电极112。在一些实施例中，用于形成接触电极112的工艺可以包括：在mems衬底106上方沉积(例如，通过cvd、pvd、溅射、电镀、化学镀等)导电层；在导电层上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层图案化导电层，从而限定接触电极112；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，接触电极112可以例如是或包括铝、铜、钛、另一种合适的导电材料或前述的任意组合。
131.如图48a的截面图4800a和图48b的顶视图4800b所示，图案化mems衬底106和多晶硅层(图47的4102)，从而限定可移动块110、复合弹簧108以及复合结构109的第一弹簧层109a和第二弹簧层109b。在一些实施例中，图案化mems衬底106和多晶硅层(图47的4102)包括：在mems衬底106和接触电极112上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定可移动块110、复合弹簧108、第一弹簧层109a和第二弹簧层109b；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
132.图48b示出了与沿着图48a的线a
‑
a’截取的图48a的截面图4800a的一些实施例对应的顶视图4800b。图48b示出了从相应的锚定结构202延伸至可移动块110的复合弹簧108的布局。在进一步的实施例中，图48a的截面图4800a的图案化工艺可以进一步限定锚定结构202。在进一步的实施例中，第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c的每个可以形成和/或限定为使得复合结构109的顶视图布局对应于图9a至图9f的任何顶视图900a
‑
900f。
133.如图49的截面图4900所示，提供了覆盖衬底116和上部接合结构114。随后，通过上部接合结构114将覆盖衬底116接合至mems衬底106。在一些实施例中，接合工艺可以是例如熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，接合工艺可以例如在载体衬底102和覆盖衬底116之间限定腔111，使得腔111具有第一气压。在进一步的实施例中，覆盖衬底116可以例如是或包括体半导体衬底(诸如体硅衬底)或soi衬底。在进一步的实施例中，上部接合结构114可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的介电材料。
134.图50至图60示出了根据本发明的用于形成mems结构的第五方法的一些实施例的各种视图5000
‑
6000，mems结构包括腔内的复合弹簧和可移动块。虽然参考第五方法描述了图50至图60所示的各种视图5000
‑
6000，可以理解，图50至图60中所示的结构不限于第五方法，而是可以单独地独立于该方法。此外，虽然将图50至图60描述为一系列动作，将理解的是，这些动作不限于此，在其他实施例中可以改变动作的顺序，并且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可以完全或部分省略示出和/或描述的一些动作。
135.如图50的横截面视图5000所示，提供mems衬底106，并且随后图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口5002。在一些实施例中，mems衬底106可以例如是或包括单晶硅(即，单晶体硅)、本征单晶硅、体硅衬底、soi衬底、另一种合适的半导体材料等。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口5002；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
136.如图51的截面图5100所示，在mems衬底106上方形成介电层5102，从而填充开口(图50的5002)。在一些实施例中，介电层5102可以例如是或包括非晶硅、非晶二氧化硅等。在进一步的实施例中，介电层5102包括与mems衬底106不同的材料。在又一些实施例中，可以通过例如cvd工艺、pvd工艺、热氧化或其他合适的生长或沉积工艺来沉积介电层5102。
137.如图52的截面图5200所示，对介电层(图51的5102)执行平坦化工艺(例如，cmp工艺)，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而在mems衬底106中形成第三弹簧层109c。
138.如图53的截面图5300所示，图案化mems衬底106以在mems衬底106内限定多个开口
5302。在一些实施例中，每个开口5302在第三弹簧层109c的相邻段之间横向间隔开。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定开口5302；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
139.如图54的截面图5400所示，在mems衬底106上方形成多晶硅层5402，从而填充开口(图53的5302)。在一些实施例中，多晶硅层5402可以例如是或包括多晶硅、本征多晶硅、掺杂的多晶硅等。在进一步的实施例中，多晶硅层5402包括不同于mems衬底106和/或不同于第三弹簧层109c的材料。在又一些实施例中，可以通过例如cvd工艺、pvd工艺、ald工艺或另一种合适的生长或沉积工艺来沉积多晶硅层5402。
140.如图55的截面图5500所示，对多晶硅层(图54的5402)执行平坦化工艺(例如，cmp工艺)，直到到达mems衬底106的前侧106f，从而在mems衬底106中形成第二弹簧层109b。
141.如图56的截面图5600所示，提供了载体衬底102和下部结合结构104。随后，将mems衬底106的前侧106f接合至下部接合结构104。在一些实施例中，接合工艺可以例如是熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，载体衬底102可以例如是或包括体衬底(例如，体硅衬底)、单晶硅衬底、soi衬底或一些其他合适的衬底。在进一步的实施例中，下部接合结构104可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的材料。
142.如图57的截面图5700所示，对mems衬底106执行减薄工艺以将mems衬底106的初始厚度ti减小到厚度ts。在一些实施例中，通过机械研磨工艺、cmp工艺、一些其他的减薄工艺或前述的任意组合来执行减薄工艺。例如，减薄工艺可以完全通过机械研磨工艺来执行。
143.如图58的截面图5800所示，在mems衬底106上方形成接触电极112。在一些实施例中，用于形成接触电极112的工艺可以包括：在mems衬底106上方沉积(例如，通过cvd、pvd、溅射、电镀、化学镀等)导电层；在导电层上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层图案化导电层，从而限定接触电极112；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，接触电极112可以例如是或包括铝、铜、钛、另一种合适的导电材料或前述的任意组合。
144.如图59a的截面图5900a和图59b的顶视图5900b所示，图案化mems衬底106，从而限定可移动块110、复合弹簧108和复合结构109的第一弹簧层109a。在一些实施例中，图案化mems衬底106包括：在mems衬底106和接触电极112上方形成掩模层(未示出)；根据掩模层执行蚀刻工艺，从而限定可移动块110、复合弹簧108和第一弹簧层109a；以及执行去除工艺以去除掩模层。在一些实施例中，蚀刻工艺包括执行干蚀刻工艺，诸如等离子体蚀刻工艺和/或drie工艺。
145.图59b示出了与沿着图59a的线a
‑
a’截取的图59a的截面图5900a的一些实施例对应的顶视图5900b。图59b示出了从相应的锚定结构202延伸至可移动块110的复合弹簧108的布局。在其他实施例中，图59a的截面图5900a的图案化工艺可以进一步限定锚定结构202。在进一步的实施例中，第一弹簧层109a、第二弹簧层109b和第三弹簧层109c的每个可以形成和/或限定为使得复合结构109的顶视图布局对应于图11a至图11f的任何顶视图1100a
‑
1100c。
146.如图60的截面图6000所示，提供了覆盖衬底116和上部接合结构114。随后，通过上部接合结构114将覆盖衬底116接合至mems衬底106。在一些实施例中，接合工艺可以是例如
熔融接合工艺、混合接合工艺或另一种合适的接合工艺。在一些实施例中，接合工艺可以例如在载体衬底102和覆盖衬底116之间限定腔111，使得腔111具有第一气压。在进一步的实施例中，覆盖衬底116可以例如是或包括体半导体衬底(诸如体硅衬底)或soi衬底。在进一步的实施例中，上部接合结构114可以例如是或包括氧化物(诸如二氧化硅)或另一种合适的介电材料。
147.图61示出了根据本发明的形成包括腔内的复合弹簧和可移动块的mems结构的方法6100。虽然将方法6100示出和/或描述为一系列动作或事件，但是应当理解，该方法不限于所示出的顺序或动作。因此，在一些实施例中，可以以与所示出的顺序不同的顺序执行动作，和/或可以同时执行动作。此外，在一些实施例中，可以将所示出的动作或事件细分为多个动作或事件，它们可以在单独的时间进行或与其他动作或子动作同时进行。在一些实施例中，可以省略一些示出的动作或事件，并且可以包括其他未示出的动作或事件。
148.在动作6102处，提供微电子机械系统(mems)衬底。mems衬底包括例如单晶硅(即，单晶体硅)或另一种合适的半导体材料。图13、图21、图29、图40和图50示出了对应于动作6102的各个实施例的截面图1300、2100、2900、4000和5000。
149.在动作6104a处，图案化mems衬底，从而在mems衬底内形成多个开口。图13和图21示出了对应于动作6104a的各个实施例的截面图1300和2100。
150.在动作6104b处，在mems衬底上方和开口内形成多晶硅层。图14和图22示出了对应于动作6104b的各个实施例的截面图1400和2200。
151.在动作6104c处，对多晶硅层执行平坦化工艺，从而在mems衬底中限定第二弹簧层。图15和图23示出了对应于动作6104c的各个实施例的截面图1500和2300。
152.在动作6106a处，图案化mems衬底，从而在mems衬底内形成多个开口。图29、图40和图50示出了对应于动作6106a的各个实施例的截面图2900、4000和5000。
153.在动作6106b处，在mems衬底上方和开口内形成介电层。图30、图42和图51示出了对应于动作6106b的各个实施例的截面图3000、4200和5100。
154.在动作6106c处，对介电层执行平坦化工艺或图案化工艺，从而在mems衬底中限定第三弹簧层。图31、图43和图52示出了对应于动作6106c的各个实施例的截面图3100、4300和5200。
155.在动作6106d处，在mems衬底上方和内形成多晶硅层。图33、图41和图54示出了对应于动作6106d的各个实施例的截面图3300、4100和5400。
156.在动作6106e处，对多晶硅层执行平坦化工艺或图案化工艺，从而在mems衬底中限定第二弹簧层，该第二弹簧层与第三弹簧层横向相邻。图34、图44和图48a和图55示出了对应于动作6106e的各个实施例的截面图3400、4400和4800a以及5500。
157.在动作6108处，将mems衬底接合至载体衬底。图16、图24、图35、图45和图56示出了对应于动作6108的各个实施例的截面图1600、2400、3500、4500和5600。
158.在动作6110处，对mems衬底执行减薄工艺。图17、图25、图36、图46和图57示出了对应于动作6110的各个实施例的截面图1700、2500、3600、4600和5700。
159.在动作6112处，对mems衬底执行蚀刻工艺，从而限定可移动块、复合弹簧和第一弹簧层。第一弹簧层是mems衬底的部分。另外，每个复合弹簧包括复合结构，该复合结构包括第一弹簧层、第二弹簧层和/或第三弹簧层。图19a至图19b、图27a至图27b、图38a至图38b、
图48a至图48b和图59a至图59b示出了对应于动作6112的各个实施例的各种视图1900a
‑
1900b、2700a
‑
2700b、3800a
‑
3800b、4800a
‑
4800b和5900a
‑
5900b。
160.在动作6114处，将mems衬底接合至覆盖衬底，从而在载体衬底和覆盖衬底之间限定腔。可移动块和复合弹簧设置在腔内。图20、图28、图39、图49和图60示出了对应于动作6114的各个实施例的截面图2000、2800、3900、4900和6000。
161.因此，在一些实施例中，本发明涉及一种包括mems衬底的mems结构。mems衬底包括设置在腔内的复合弹簧和可移动块。复合弹簧配置为将可移动块悬置在腔内，并且包括复合结构，复合结构包括两个或多个弹簧层。两个或多个弹簧层的每个包括彼此不同的半导体材料。
162.在一些实施例中，本申请提供了一种微电子机械系统(mems)结构，包括：第一衬底；第二衬底，位于第一衬底上面；第三衬底，位于第二衬底上面，其中，第一衬底、第二衬底和第三衬底至少部分地限定腔，并且其中，第二衬底包括位于腔中以及位于第一衬底和第三衬底之间的可移动块；以及复合弹簧，从第二衬底的外围区域延伸至可移动块，其中该复合弹簧配置为将可移动块悬置在腔中，并且其中该复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，该第一弹簧层包括第一晶体取向，第二弹簧层包括不同于第一晶体取向的第二晶体取向。
163.在上述mems结构中，其中，所述第一弹簧层是所述第二衬底的段，使得所述第二衬底和所述可移动块分别包括所述第一晶体取向。
164.在上述mems结构中，其中，所述第一弹簧层的所述第一晶体取向是在所述第一弹簧层上连续地延伸的单晶取向，并且其中，所述第二弹簧层的所述第二晶体取向包括多个不同的晶体取向。
165.在上述mems结构中，其中，所述第一弹簧层包括第一材料，并且所述第二弹簧层包括与所述第一材料不同的第二材料。
166.在上述mems结构中，其中，所述第一弹簧层包括第一材料，并且所述第二弹簧层包括与所述第一材料不同的第二材料，其中，所述第一材料包括单晶硅，并且所述第二材料包括多晶硅。
167.在上述mems结构中，其中，所述第一弹簧层沿着所述第二弹簧层的相对侧壁设置。
168.在上述mems结构中，其中，所述第二弹簧层沿着所述第一弹簧层的相对侧壁设置。
169.在上述mems结构中，其中，所述复合弹簧还包括：第三弹簧层，包括与所述第一晶体取向和所述第二晶体取向不同的非晶结构。
170.在上述mems结构中，其中，所述复合弹簧还包括：第三弹簧层，包括与所述第一晶体取向和所述第二晶体取向不同的非晶结构，其中，所述第三弹簧层包括非晶二氧化硅、金属或聚合物。
171.在一些实施例中，本申请提供了一种集成芯片，包括：微电子机械系统(mems)衬底，包括锚定结构和设置为与锚定结构相邻的可移动元件；载体衬底，位于mems衬底下面，其中，mems衬底和载体衬底至少部分地限定腔，可移动元件位于腔内；以及复合弹簧，从锚定结构连续地延伸至可移动元件，其中复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，第一弹簧层包括单晶硅，第二弹簧层包括多晶硅。
172.在上述集成芯片中，其中，所述复合弹簧还包括：第三弹簧层，包括非晶材料。
173.在上述集成芯片中，其中，所述复合弹簧还包括：第三弹簧层，包括非晶材料，其中，所述非晶材料包括非晶二氧化硅。
174.在上述集成芯片中，其中，所述复合弹簧还包括：第三弹簧层，包括非晶材料，其中，所述第一弹簧层沿着所述第二弹簧层的相对侧壁设置，其中，所述第三弹簧层沿着所述第一弹簧层的相对侧壁设置。
175.在上述集成芯片中，其中，所述第一弹簧层包括第一多个段，并且所述第二弹簧层包括在所述第一弹簧层的所述第一多个段之间横向交替地间隔开的第二多个段。
176.在上述集成芯片中，其中，所述微电子机械系统衬底和所述可移动元件分别包括单晶硅。
177.在一些实施例中，本申请提供了一种用于形成微电子机械系统(mems)结构的方法，该方法包括：提供包括单晶硅的mems衬底；在mems衬底内形成多晶硅层；将mems衬底接合至载体衬底；以及图案化mems衬底以描绘mems衬底的复合弹簧和mems衬底的可移动块，其中该复合弹簧包括第一弹簧层和第二弹簧层，第一弹簧层包括mems衬底的至少一段，第二弹簧层包括多晶硅层，其中复合弹簧从mems衬底的外围区域连续地延伸至可移动块。
178.在上述方法中，其中，形成所述多晶硅层包括：图案化所述微电子机械系统衬底以在所述微电子机械系统衬底内限定多个开口；在所述微电子机械系统衬底上方沉积所述多晶硅层，使得所述多晶硅层填充所述多个开口；以及对所述多晶硅层执行平坦化工艺，直到到达所述微电子机械系统衬底的前侧。
179.在上述方法中，其中，在将所述微电子机械系统衬底接合至所述载体衬底之后，对所述微电子机械系统衬底执行减薄工艺，直到到达所述多晶硅层的上表面。
180.在上述方法中，还包括：在所述微电子机械系统衬底内形成第三弹簧层，其中，所述第三弹簧层是所述复合弹簧的部分，并且包括非晶材料。
181.在上述方法中，其中，图案化所述微电子机械系统衬底包括执行深反应离子蚀刻(drie)工艺。
182.本发明概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基底来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同配置并且不面向远离本发明的精神和范围，并且在不面向远离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。