[发明专利]多柱结构

说明书

背景技术

本发明涉及微机电结构(MEMS)器件的半导体加工。MEMS器件包括宽范围的可以用作多种功能的器件，诸如流体喷射器、加速计、传感器、麦克风、过滤器、光调制器以及其他这样的器件。这些器件的尺寸通常在几到几百微米的尺度内。MEMS器件包括具有各种几何结构的三维特征的微机械部分，诸如壁、膜、臂状物以及特征之间的通道和沟槽。诸如蚀刻、研磨、抛光、结合(bonding)以及沉积的半导体加工技术可以用来形成具有多层的复杂结构，这些多层具有不同的性能、材料或物理特性。

发明内容

使用本文描述的技术可以形成具有复杂多层结构的微机械器件。

总体上，在一个方面，本发明描述了一种形成柱结构组件的方法。第一衬底结合至第二衬底，其中实现该结合而不使用结合层。第二衬底被图案化，其中该图案化留下第二衬底的材料的第一部分和第二衬底的材料的第二部分并且除去第二衬底的第一部分与第二部分之间的材料，第一部分形成多个结构，第二部分形成一组件，该组件为其中具有多个孔(aperture)的整体结构(unitary structure)。第二衬底的第二部分与第一衬底分离，其中第二部分不包括该结构。

本发明的实施方式可以包括一个或多个以下特征。两个衬底可以包含硅。第二衬底可以具有一厚度，并且图案化第二衬底可以包括图案化形成贯穿第二衬底的厚度的一个或多个通孔。图案化可以通过深反应离子蚀刻来完成。两个硅衬底可以熔融结合在一起。该组件可被退火使得第一衬底和该结构永久结合在一起。退火步骤可以形成在结构与第一衬底之间基本上没有氧化物的组件。第三衬底可以结合至结构的顶面。该第三衬底可以退火至结构的顶面。结合第三衬底可以包括将具有形成于其中的一个或多个孔或凹部(recess)的衬底结合至结构的顶面。图案化多个结构可以包括图案化形成多个柱，诸如圆形柱、多边形柱、中空柱、或截面为具有至少一个弯曲边(curved side)的形状的柱。

诸如第一衬底和第二衬底的多个衬底可以熔融结合在一起。如果硅衬底没有被退火，则熔融结合可以提供稳定的但非永久的结合。熔融结合的非永久特性使得可以在第一衬底中形成特征，并且在使该特征和基础衬底之间永久结合之前除去部分的第一衬底。在加工过程中，该第一衬底可以保护第二衬底。第二衬底的被第一衬底覆盖的区域可以防止在蚀刻工艺过程中蚀刻剂接触第二衬底。当两个衬底分离时，在蚀刻工艺期间被覆盖的部分，被覆盖的第二衬底的剖面(profile)可以基本上与蚀刻工艺之前相同。

本发明的一个或多个实施方式的细节在下面的附图和描述中进行阐述。

附图说明

图1是衬底和柱的组件的截面侧视图。

图2是两个衬底的组件的截面侧视图。

图3是其中一个衬底被蚀刻的组件的截面侧视图。

图4是衬底组件的平面图。

图5是机械结合衬底分离器件的顶视图。

图6是机械结合衬底分离器件的截面侧视图。

图7是分离的两个衬底的截面图。

图8是蚀刻的组件的平面图。

图9是蚀刻和分离的组件的平面图。

图10和图11是具有柱的衬底组件的截面侧视图。

图12和图13是衬底之间的柱组件的截面侧视图。

图14是衬底和各种柱形状的组件的顶视图。

图15是具有内层的三维结构的透视图。

图16是描述了形成结构的流程。

各附图中相同的参考标号表示相同的元件。

具体实施方式

可以使用各种技术来形成具有整体结构和精确成形特征的微机械器件。特征的精度可以导致包括在微机械器件中的每一结构的期望行为。可以使用与下述相同或类似的技术来形成各种微机械器件。

参照图1，示出了具有多柱结构120的基础衬底(base substrate)110的组件。多柱结构120和基础衬底110由包括硅的材料诸如元素硅、氧化硅或二氧化硅形成。在一些实施方式中，基础衬底110和柱结构120由纯硅即晶体硅形成。多柱结构120和基础衬底110可以由相同的材料形成并且可以整合在一起，使得在多柱结构120和基础衬底110之间实际上未形成有与形成多柱结构120和基础衬底110的材料不同的材料或层。备选地，在组件的硅部分之间可以存在氧化硅或二氧化硅的层。柱结构120可以是实心的，或者具有中空核心。柱结构可以具有几乎任何几何结构，诸如圆形、矩形，或者当从结构的顶部观察时，柱可以具有几乎任何期望的截面形状，如下面进一步描述的。