本發(fā)明實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件及其形成方法，更具體地涉及微機(jī)電器件及其形成方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(“mems”)正變得越來(lái)越流行，特別是隨著這樣的器件的小型化并且將它們集成到集成電路制造工藝中。然而，mems器件將它們獨(dú)特的需求引入集成工藝中。電互連mems器件是獨(dú)特挑戰(zhàn)的一個(gè)方面。特別地，將不同的mems器件集成到同一集成電路制造工藝中面臨挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于形成微機(jī)電(mems)器件的方法，該方法包括：圖案化第一襯底的介電層以通過(guò)所述介電層暴露導(dǎo)電部件和底部層，所述第一襯底包括所述介電層和所述底部層，所述導(dǎo)電部件設(shè)置在靠近所述底部層的所述介電層中；將第二襯底的第一表面接合至所述介電層；圖案化所述第二襯底以形成膜和可移動(dòng)元件；在所述第二襯底的第二表面上形成多個(gè)第一金屬接合件，其中，所述第二表面與所述第一表面相對(duì)；在覆蓋晶圓的表面上形成多個(gè)第二金屬接合件；通過(guò)將所述多個(gè)第二金屬接合件接合至所述多個(gè)第一金屬接合件來(lái)將所述覆蓋晶圓接合至所述第二襯底，其中，將所述覆蓋晶圓接合至所述第二襯底形成包括所述可移動(dòng)元件的第一密封腔以及形成以所述膜部分地為界的第二密封腔；以及去除所述覆蓋晶圓的部分以將所述第二密封腔暴露于環(huán)境壓力。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種用于形成微機(jī)電(mems)器件的方法，包括：圖案化第一襯底的介電層以創(chuàng)建第一腔和第二腔，所述第一襯底包括所述介電層和底部層，在所述第一腔中的所述底部層上設(shè)置第一電極并且在所述第二腔中的所述底部層上設(shè)置第二電極；圖案化所述介電層以暴露多個(gè)導(dǎo)體，所述導(dǎo)體設(shè)置在所述底部層上的所述介電層中；將第二襯底的第一表面接合至所述介電層，所述接合密封所述第二腔；形成從所述導(dǎo)體延伸穿過(guò)所述第二襯底的多個(gè)貫通孔；圖案化所述第二襯底以創(chuàng)建可移動(dòng)部件，所述可移動(dòng)部件設(shè)置在所述第一電極上；圖案化所述第二襯底以創(chuàng)建膜，所述膜設(shè)置在所述第二電極上；在第三襯底中形成開口；以位于所述第三襯底中的所述開口設(shè)置在所述膜上方的方式將所述第三襯底接合至所述第二襯底，其中，將所述第三襯底接合至所述第二襯底形成第三密封腔和第四密封腔，所述第三密封腔包括所述可移動(dòng)部件和所述第一腔，以及所述第四腔以所述膜部分地為界；以及去除所述第三襯底的部分以通過(guò)所述第三襯底中的所述開口將所述第四密封腔暴露于環(huán)境壓力。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種微機(jī)電(mems)器件，包括：第一襯底，包括：底部層；介電層，位于所述底部層上方；上部層，位于所述介電層上方；第一腔，設(shè)置在所述介電層中，所述第一腔以所述底部層部分地為界并且以由所述上部層形成的膜部分地為界，其中，第一導(dǎo)電部件設(shè)置在所述第一腔中并且所述第一腔具有第一壓力；第二導(dǎo)電部件，設(shè)置在第二腔中，可移動(dòng)元件設(shè)置在所述第二導(dǎo)電部件上方，所述第二腔具有第二壓力；以及覆蓋晶圓，接合至所述第一襯底，其中，所述覆蓋晶圓和所述第一襯底限定具有環(huán)境壓力的第三腔，并且所述第三腔以所述膜部分地為界，并且其中，所述第二腔穿過(guò)所述第一襯底的所述上部層延伸至所述底部層。

附圖說(shuō)明

為了更全面地理解本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中：

圖1至圖26是根據(jù)一些實(shí)施例的制造mems器件的中間階段的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。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以直接接觸的方式形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為了便于描述，在此可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且在此使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。

圖1至圖26示出制造具有壓力傳感器和加速計(jì)的mems器件2500(見圖26)的中間階段的截面圖。使用相同的集成電路(ic)芯片和工藝制造壓力傳感器和加速計(jì)。因此，通過(guò)圖1至圖26示出的各種實(shí)施例允許在單個(gè)芯片上制造mems壓力傳感器器件和加速計(jì)的平滑集成。

如圖1所示，結(jié)構(gòu)100包括襯底102。襯底102可由硅或諸如硅鍺、碳化硅、它們的組合等其他材料形成。襯底102可由低電阻率的硅形成。在一些實(shí)施例中，襯底102可以是絕緣體上硅(soi)襯底。soi襯底可包括在絕緣層(例如，掩埋氧化物)上方形成的半導(dǎo)體材料層(例如，硅、鍺等)，半導(dǎo)體材料層形成在硅襯底中。此外，可使用包括多層襯底、梯度襯底、混合取向襯底等其他襯底。

在襯底102的上方形成金屬化層104。金屬化層104可包括mems器件的電組件。例如，金屬化層104可包括用于一個(gè)或多個(gè)mems器件的一個(gè)或多個(gè)傳感器(諸如用于加速計(jì)的傳感器104a和用于壓力傳感器的傳感器104b)。金屬化層104還包括mems器件的組件之間以及與外部器件和組件之間的電連接。

可使用任何合適的方法形成金屬化層104。例如，在一些實(shí)施例中，金屬化層104的形成包括在襯底102上形成介電層106。在一些實(shí)施例中，介電層106由可使用光刻圖案化的聚合物形成，該聚合物可以是諸如聚苯并惡唑(pbo)、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(bcb)、合金或它們的組合等的光敏材料。在其他實(shí)施例中，介電層106由諸如氮化硅的氮化物、諸如氧化硅的氧化物、磷硅酸鹽玻璃(psg)、硼硅酸鹽玻璃(bsg)、硼摻雜的磷硅酸鹽玻璃(bpsg)、合金或它們的組合等形成?？梢酝ㄟ^(guò)旋涂、層壓、化學(xué)汽相沉積(cvd)等或它們的組合形成介電層106。然后圖案化介電層106以在將形成的金屬化層104中形成開口。在由光敏材料形成介電層106的實(shí)施例中，通過(guò)根據(jù)所期望的圖案暴露介電層106來(lái)實(shí)施圖案化并且顯影以去除不期望的材料，從而暴露金屬化層104的期望的位置。諸如使用圖案化的掩模和蝕刻的其他方法也可以用于圖案化介電層106。

在介電層106上方并且在形成于介電層106中的開口中形成晶種層(未示出)。在一些實(shí)施例中，晶種層是金屬層，其可為單層或包括由不同材料形成的多個(gè)子層的復(fù)合層。在一些實(shí)施例中，晶種層為金屬層，其可為單層或包括由不同材料形成的多個(gè)子層的復(fù)合層。晶種層可由銅、鈦、鎳、金、合金或它們的組合等制成。在一些實(shí)施例中，晶種層包括鈦層和位于鈦層上方的銅層。例如，可以使用物理汽相沉積(pvd)、化學(xué)汽相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、合金或它們的組合等形成晶種層。

然后在晶種層上并且在形成于介電層106中的開口中形成導(dǎo)電材料?？赏ㄟ^(guò)諸如電鍍或化學(xué)鍍等的鍍形成導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以包括諸如銅、鈦、鎢、鋁、合金或它們的組合等的金屬。接下來(lái)，例如使用研磨或化學(xué)機(jī)械拋光(cmo)或諸如濕蝕刻或干蝕刻的可接受的蝕刻工藝去除位于介電層106中的開口上方的多余的導(dǎo)電材料和晶種層的沒(méi)有設(shè)置在介電層106的開口中的部分。晶種層和導(dǎo)電材料的剩余部分形成了金屬化層104的電連接。

接下來(lái)，參照?qǐng)D2，在介電層106上方沉積光刻膠層200并且圖案化光刻膠層200。光刻膠層200的圖案化暴露了介電層106的位于金屬化層104之上的將形成mems腔的區(qū)域。下文中將更詳細(xì)地解釋，每個(gè)mems加速計(jì)和mems壓力傳感器都包括腔(傳感器設(shè)置在腔中)。圖案化光刻膠層200以暴露介電層106的位于傳感器104a和傳感器104b上方并且圍繞傳感器104a和傳感器104b的將創(chuàng)建腔的位置。圖案化光刻膠層200以暴露介電層106的貫通孔將要定位的區(qū)域。下文中將更詳細(xì)地討論，襯底800將接合至介電層106的與襯底102的相對(duì)側(cè)上的介電層106(見圖8)。貫通孔將提供金屬化層104和位于襯底800的另一側(cè)上的接觸件之間的電連接。

在圖案化光刻膠層200之后，蝕刻介電層106?？墒褂弥T如濕蝕刻或干蝕刻的任何可接受的蝕刻工藝。在圖3中示出蝕刻的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，該蝕刻是淺蝕刻并且該蝕刻不穿透介電層106并且不暴露金屬化層104。然后去除光刻膠層200。可通過(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層200，因此增加光刻膠層200的溫度直到光刻膠層200分解并且可以被去除。在去除光刻膠層200之后，在圖4中示出所得到的結(jié)構(gòu)。

接下來(lái)，參照?qǐng)D5，沉積并圖案化光刻膠層500。正如光刻膠層200，光刻膠層500的圖案化暴露了介電層106的位于金屬化層104之上的將形成mems腔的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可以期望保留介電層106的位于計(jì)劃的mems腔內(nèi)、金屬化層104上方的段。這些段可以用作各種目的。例如，在一些實(shí)施例中，這些段可以形成限制mems器件中的可移動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)的機(jī)械凸塊。這些段也可用作抗粘滯凸塊。這樣，在計(jì)劃的mems腔上方以保留光刻膠層500的段502的方式圖案化光刻膠層500。段502在后續(xù)的蝕刻步驟中將防止介電層106下面的區(qū)域被去除。圖案化光刻膠層500以暴露介電層106的貫通孔將要定位的區(qū)域。

在圖案化光刻膠層500之后，再次蝕刻介電層106?？墒褂弥T如濕蝕刻或干蝕刻的任何可接受的蝕刻工藝。在圖6中示出蝕刻的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，該蝕刻暴露了金屬化層104的段，特別是傳感器104a和104b。該蝕刻也暴露了圍繞傳感器104a和傳感器104b且將形成貫通孔的位置處的襯底102。然后，去除光刻膠層500，在圖7中示出留下的結(jié)構(gòu)?？赏ㄟ^(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層500，因此增加光刻膠層500的溫度直到光刻膠層500分解并且可以被去除。

接下來(lái)，參照?qǐng)D8，將襯底800接合至結(jié)構(gòu)100。將襯底800接合至與介電層106的與介電層106和襯底102的界面相對(duì)的表面。襯底800可由硅或諸如硅鍺、碳化硅、合金或它們的組合等其他材料形成。襯底800可由低電阻率的硅形成。在一些實(shí)施例中，襯底800可以是絕緣體上硅(soi)襯底。soi襯底可包括在絕緣層(例如，掩埋氧化物)上方形成的半導(dǎo)體材料層(例如，硅、鍺等)，半導(dǎo)體材料層形成在硅襯底中。此外，可使用包括多層襯底、梯度襯底、混合取向襯底等的其他襯底。

可使用諸如熔融接合、陽(yáng)極接合、共晶接合等任何適合的技術(shù)來(lái)將襯底800接合至結(jié)構(gòu)100。例如，在各種實(shí)施例中，可使用薄多晶硅層(未示出)作為接合界面來(lái)將襯底800熔融接合至結(jié)構(gòu)100。在一些實(shí)施例中，通過(guò)沉積工藝形成接合界面。一旦形成，襯底800與結(jié)構(gòu)100對(duì)齊并且襯底800和結(jié)構(gòu)100接觸在一起以開始襯底800與結(jié)構(gòu)100的接合。一旦已經(jīng)通過(guò)襯底800與結(jié)構(gòu)100的接觸開始接合，可通過(guò)將襯底800和結(jié)構(gòu)100加熱至一定溫度來(lái)強(qiáng)化接合工藝。在一些實(shí)施例中，溫度可是從100度到600度。在一些實(shí)施例中，對(duì)襯底800和結(jié)構(gòu)100施加接合力以強(qiáng)化接合工藝。在一些實(shí)施例中，可以施加從1kn至50kn的力。

襯底800與結(jié)構(gòu)100的接合創(chuàng)建了可在其中形成mems器件的腔。例如，在接合之后，在腔內(nèi)設(shè)置加速計(jì)傳感器104a，也可以設(shè)置壓力傳感器104b。

參考圖9，將襯底800削薄至期望的厚度t1。削薄工藝可以包括研磨或cmp工藝、回蝕刻工藝或可對(duì)襯底800的表面實(shí)施的其他可接受的工藝。由于削薄工藝，襯底800可以具有從約10μm至約50μm(諸如約30μm)的厚度t1。

接下來(lái)，如圖10所示，沉積并圖案化光刻膠層1000。光刻膠層1000中的開口暴露襯底800的將形成貫通孔的區(qū)域。貫通孔提供了從金屬化層104至接觸件(隨后將在襯底800的頂面上形成)的電連接。

接下來(lái)，仍參照?qǐng)D11，通過(guò)光刻膠層1000中的開口蝕刻襯底800。可使用諸如濕蝕刻或干蝕刻的任何可接受的蝕刻工藝。如圖11所示，蝕刻創(chuàng)建了位于襯底800中且穿透襯底800的開口。位于襯底800中的開口設(shè)置在先前創(chuàng)建于介電層106中的貫通孔開口上方。然后去除光刻膠層1000?？赏ㄟ^(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層1000，因此增加光刻膠層1000的溫度直到光刻膠層1000分解并且可以被去除。

參照?qǐng)D12，在開口中形成貫通孔1200。例如，通過(guò)在襯底800上方形成導(dǎo)電的晶種層(未示出)來(lái)形成貫通孔1200。在一些實(shí)施例中，晶種層是金屬層，其可為單層或包括由不同材料形成的多個(gè)子層的復(fù)合層。晶種層可由銅、鈦、鎳、金、合金或它們的組合等制成。在一些實(shí)施例中，晶種層包括鈦層和位于鈦層上方的銅層。例如，可以使用pvd、cvd、ald、它們的組合等形成晶種層。

接下來(lái)，例如，使用化學(xué)鍍工藝或電化學(xué)鍍工藝?yán)脤?dǎo)電材料填充開口，從而創(chuàng)建貫通孔1200。貫通孔1200可包括銅、鋁、鎢、鎳、焊料、合金或它們的組合。貫通孔1200的頂視圖形狀可以為矩形、正方形、圓形等。

接下來(lái)，參照?qǐng)D13，實(shí)施諸如cmp工藝的蝕刻步驟或研磨工藝以去除晶種層的位于襯底800上方的暴露的部分和位于貫通孔1200上方的任何多余的導(dǎo)電材料?？梢允褂萌魏魏线m的蝕刻或研磨工藝。在圖13中示出所得到的結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)晶種層用于形成貫通孔(由與貫通孔1200類似或相同的材料形成)時(shí)，晶種層可以與貫通孔合并并且中間沒(méi)有可區(qū)分的界面。在一些實(shí)施例中，在晶種層與貫通孔1200之間存在可區(qū)分的界面。

接下來(lái)，參考圖14，在襯底800上方形成接觸件1400。接觸件1400可由鋁銅(alcu)形成并且用于后續(xù)工藝步驟中的共晶接合。在一些實(shí)施例中，適合于共晶接合的諸如ge、au等，或它們的組合或它們的合金的不同的導(dǎo)電材料可用來(lái)代替。

可以使用形成接觸件1400的任何合適的方法。在一些實(shí)施例中，可在襯底800上方沉積晶種層(未示出)。隨后可沉積并且圖案化光刻膠層，光刻膠層中開口的位置暴露了接觸件1400所期望的位置。例如，使用化學(xué)鍍工藝或電化學(xué)鍍工藝?yán)脤?dǎo)電材料填充開口，從而創(chuàng)建接觸件1400。接觸件1400的頂視圖形狀可以為矩形、正方形、圓形等。接下來(lái)，可實(shí)施諸如cmp工藝的蝕刻步驟或研磨步驟以去除接觸件1400上方的任何多余的導(dǎo)電材料?？梢允褂萌魏魏线m的蝕刻或研磨工藝。然后可以去除光刻膠層?？沙练e并且圖案化另一光刻膠掩模，光刻膠層中的開口的位置暴露了晶種層的沒(méi)有在接觸件1400之下的部分?？梢晕g刻晶種層的暴露的部分，并且可以去除光刻膠層，留下圖14中示出的結(jié)構(gòu)。形成接觸件1400的其他方法是可能的。

接下來(lái)，如圖15所示，在襯底800和接觸件1400上方沉積光刻膠層1500并圖案化光刻膠層1500。圖15中的開口暴露了襯底800的位于傳感器104b上方的將形成壓力傳感膜的段。然后，使用任何可接受的蝕刻方法對(duì)襯底800的通過(guò)光刻膠層1500暴露的區(qū)域?qū)嵤┪g刻。在圖16中示出蝕刻的結(jié)構(gòu)。如圖16所見，蝕刻創(chuàng)建的膜1600與傳感器104b一起工作以用作mems壓力傳感器。在一些實(shí)施例中，膜1600可具有介于約0.5μm至約10μm之間(諸如約5μm)之間的厚度t2。蝕刻后，去除光刻膠層1500?？赏ㄟ^(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層1500，因此增加光刻膠層1500的溫度直到光刻膠層1500分解并且可以被去除。

接下來(lái)，參照?qǐng)D17，在襯底800上方沉積光刻膠層1700并且圖案化光刻膠層1700。圖案化后，光刻膠層1700中的開口暴露了襯底800的位于傳感器104a上方的區(qū)域。接下來(lái)，通過(guò)層1700中的開口對(duì)襯底800實(shí)施蝕刻。可使用諸如濕蝕刻或干蝕刻的任何可接受的蝕刻工藝。在圖18中示出蝕刻的結(jié)構(gòu)。蝕刻創(chuàng)建了可移動(dòng)塊1800?？梢苿?dòng)塊1800與傳感器104a一起工作以提供mems加速計(jì)。例如，使用設(shè)置在可移動(dòng)塊1800和襯底800的其他區(qū)域之間的彈簧(未示出)將可移動(dòng)塊1800附接至襯底800的其他區(qū)域。彈簧將可移動(dòng)塊1800附接至整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)允許可移動(dòng)塊1800移動(dòng)。

接下來(lái)，去除光刻膠層1700?？赏ㄟ^(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層1700，因此增加光刻膠層1700的溫度直到光刻膠層1700分解并且可以被去除。在圖19中示出所得到的結(jié)構(gòu)。

接下來(lái)，將覆蓋晶圓接合至結(jié)構(gòu)100。圖20至圖24示出制造包含在完整的mems器件2500中的覆蓋晶圓2000的各種中間步驟。圖20中示出的覆蓋晶圓2000可以是或可以不是半導(dǎo)體晶圓(例如，cmos晶圓)，其可以具有或可以不具有電路(未示出)。特別地，覆蓋晶圓2000可以包括諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等的各種有源器件?？苫ミB電路以實(shí)施適用于特定應(yīng)用的一種或更多功能，其可以與或可以不與mems器件2500相關(guān)聯(lián)。

參照?qǐng)D21，圖案化覆蓋晶圓2000以創(chuàng)建多個(gè)接合區(qū)2100。接合區(qū)2100是覆蓋晶圓2000將接合至結(jié)構(gòu)100的區(qū)域。可使用包括上述那些的任何合適的蝕刻技術(shù)在覆蓋晶圓2000中創(chuàng)建接合區(qū)2100。例如，可在覆蓋晶圓2000上方沉積光刻膠層并且圖案化光刻膠層，光刻膠層中的開口的位置暴露覆蓋晶圓2000的將蝕刻的區(qū)域?？墒褂弥T如濕蝕刻或干蝕刻的任何合適的蝕刻工藝實(shí)施蝕刻。例如，通過(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層，因此增加光刻膠層的溫度直到光刻膠層分解并且可以被去除。

可根據(jù)需要重復(fù)這些步驟以實(shí)現(xiàn)根據(jù)特定的封裝設(shè)計(jì)來(lái)確定的覆蓋晶圓2000的所期望的形狀。

接下來(lái)，參照?qǐng)D22，在覆蓋晶圓2000上方沉積光刻膠層2200。圖案化光刻膠層2200以創(chuàng)建暴露覆蓋晶圓2000的段的開口(將在其中創(chuàng)建孔)。如將在下文中解釋的，在將覆蓋晶圓2000接合至結(jié)構(gòu)100之后，將在覆蓋晶圓2000和壓力傳感膜1600之間創(chuàng)建腔。覆蓋晶圓2000的后續(xù)削薄將通過(guò)覆蓋晶圓2000中的孔(見圖26)將內(nèi)腔暴露于環(huán)境壓力。

參照?qǐng)D23，通過(guò)光刻膠層2200中的開口在覆蓋晶圓2000中蝕刻孔?？墒褂弥T如干蝕刻或濕蝕刻的任何可接受的蝕刻工藝。通過(guò)蝕刻創(chuàng)建的孔不穿透覆蓋晶圓2000并且孔終止在覆蓋晶圓2000內(nèi)。

在孔蝕刻入覆蓋晶圓2200內(nèi)之后，去除光刻膠層2200?？赏ㄟ^(guò)諸如溶解在化學(xué)溶液中、等離子體灰化或其他方法的工藝去除光刻膠層2200，因此增加光刻膠層2200的溫度直到光刻膠層2200分解并且可以被去除。

接下來(lái)，參照?qǐng)D24，在覆蓋晶圓2000的頂面上方形成接合材料層2400(可選地稱為接合件2400)。使用例如pvd和光刻/蝕刻毯式沉積以及圖案化接合材料層2400。接合材料層2400可由位于鍺層下面的alcu層制成，但是也可以使用諸如金的其他金屬材料。接合材料層2400可用作后續(xù)接合工藝的共晶接合材料。接合材料層2400可以或可以不電接合至覆蓋晶圓2000內(nèi)的導(dǎo)線。

圖25示出堆疊的mems器件2500，其中，覆蓋晶圓2000被翻轉(zhuǎn)和堆疊在結(jié)構(gòu)100上方。可通過(guò)接合材料層2400和接觸件1400之間的共晶接合來(lái)將覆蓋晶圓2000接合至結(jié)構(gòu)100。如圖25所示，通過(guò)共晶結(jié)合工藝，可移動(dòng)元件(例如，可移動(dòng)塊1800)可定位于加速計(jì)傳感器104a和覆蓋晶圓2000之間。此外，對(duì)齊覆蓋晶圓2000和結(jié)構(gòu)100，從而使得傳感器104a設(shè)置在通過(guò)共晶結(jié)合限定的密封腔中。

在圖26中，實(shí)施研磨工藝以去除覆蓋晶圓2000的部分。研磨也可以稱為暴露覆蓋晶圓2000的部分的開口焊盤研磨(opg)并且可以使用已知的研磨技術(shù)進(jìn)行。去除覆蓋晶圓2000的部分可包括諸如cmp、回蝕刻、它們的組合等已知的去除技術(shù)。

在一些實(shí)施例中，覆蓋晶圓2000的opg暴露覆蓋晶圓2000內(nèi)的金屬線(未示出)的部分。金屬線的這些暴露的部分可用作將覆蓋晶圓2000中的電路電連接至外部電路(未示出)的輸入/輸出焊盤。此外，研磨可將腔2600暴露于環(huán)境壓力。即，將腔2600暴露于開口空氣環(huán)境。

圖26示出根據(jù)各種實(shí)施例的完整的mems器件2500。mems器件2500包括壓力傳感器2602。壓力傳感器2602包括膜(即，襯底800的區(qū)域1600)和傳感器104b。將膜1600的一個(gè)表面暴露于環(huán)境壓力(例如，通過(guò)腔2600)并且將膜1600的其他表面暴露于密封壓力(例如，通過(guò)密封腔2606)。腔2600部分地以膜1600為界。通過(guò)介電層106和襯底800之間的熔融接合工藝的條件限定密封腔2606的壓力。例如，在具有一定壓力電平的室中實(shí)施熔融接合工藝以將密封腔限定在合適的壓力電平。例如，密封腔2606可具有從約1mbar至約300(諸如10mbar)的壓力。因此，壓力傳感器2602可通過(guò)對(duì)比腔2600和密封腔2606之間的差異來(lái)檢測(cè)環(huán)境壓力。

mems器件2500也包括加速計(jì)，加速計(jì)通過(guò)在密封腔2608(具有通過(guò)共晶接合限定的壓力)中的加速計(jì)傳感器104a上方設(shè)置可移動(dòng)塊1800來(lái)檢測(cè)加速度。例如，可移動(dòng)塊1800的移動(dòng)與加速計(jì)的整體運(yùn)動(dòng)相關(guān)，因此，導(dǎo)致傳感器104a的電容改變并且允許處理器(圖26中未示出)從可移動(dòng)塊1800的移動(dòng)來(lái)確定加速度。可根據(jù)加速計(jì)2604的期望的功能選擇密封腔2608的壓力。通過(guò)接合材料層2400和接觸件1400之間的接合工藝的條件限定密封腔2608的壓力。例如，可在具有一定壓力電平的室內(nèi)實(shí)施共晶接合工藝以限定密封腔的合適的壓力電平。例如，密封腔2608可具有從約1mbar至約1100mbar(諸如700mbar)的壓力。

因此，使用圖1至圖26示出的各種形成步驟，可利用最低的額外成本使用相同的mems制造工藝在單個(gè)芯片上形成壓力傳感器和加速計(jì)。本文中描述的工藝和器件可以提供具有較小尺寸的集成mems器件。本文中描述的工藝和器件也可以提供利用減少的成本生產(chǎn)的集成mems器件。

根據(jù)一定實(shí)施例，提供了一種形成微機(jī)電(mems)器件的方法。該方法包括圖案化第一襯底的介電層以通過(guò)介電層暴露導(dǎo)電部件和底部層。第一襯底包括介電層和底部層。在接近底部層的介電層中設(shè)置導(dǎo)電部件。將第二襯底的第一表面接合至介電層。圖案化第二襯底以形成膜和可移動(dòng)元件。在第二襯底的第二表面上形成多個(gè)第一金屬接合件，這里第二表面與第一表面相對(duì)。在覆蓋晶圓的表面上形成多個(gè)第二金屬接合件。通過(guò)將多個(gè)第二金屬接合件接合至多個(gè)第一金屬接合件來(lái)將覆蓋晶圓接合至第二襯底。將覆蓋晶圓接合至第二襯底形成了包括可移動(dòng)元件的第一密封腔并且第二密封腔部分地以膜為界。去除覆蓋晶圓的部分以將第二密封腔暴露于環(huán)境壓力。

根據(jù)一定的實(shí)施例，提供了一種用于形成微機(jī)電(mems)器件的方法。該方法包括圖案化第一襯底的介電層以創(chuàng)建第一腔和第二腔。第一襯底包括介電層和底部層。在第一腔中的底部層上設(shè)置第一電極并且在第二腔中的底部層上設(shè)置第二電極。圖案化介電層以暴露多個(gè)導(dǎo)體，在底部層上的介電層中設(shè)置導(dǎo)體。將第二襯底的第一表面接合至介電層，該接合密封了第二腔。形成從導(dǎo)體通過(guò)第二襯底延伸的多個(gè)貫通孔。圖案化第二襯底以創(chuàng)建可移動(dòng)部件，在第一電極上方設(shè)置可移動(dòng)部件。圖案化第二襯底以創(chuàng)建膜，在第二電極上方設(shè)置膜。在第三襯底中形成開口。將第三襯底以在膜上方設(shè)置位于第三襯底中的開口的方式接合至第二襯底，在第三襯底接合至第二襯底的位置形成了第三密封腔和第四密封腔。第三密封腔包括可移動(dòng)部件和第一腔。第四腔以膜部分地為界。去除第三襯底的部分以通過(guò)第三襯底中的開口將第四密封腔暴露于環(huán)境壓力。

根據(jù)一定的實(shí)施例，提供了一種微機(jī)電(mems)器件。器件包括第一襯底。第一襯底包括底部層、位于底部層上方的介電層和位于介電層上方的上部層部分地為界。第一腔設(shè)置在介電層中。第一腔以底部層部分地為界并且以由上部層形成的膜為界。第一導(dǎo)電部件設(shè)置在第一腔中并且第一腔具有第一壓力。第二導(dǎo)電部件設(shè)置在第二腔中。可移動(dòng)元件設(shè)置在第二導(dǎo)電部件上方。第二腔具有第二壓力。覆蓋晶圓接合至第一襯底。覆蓋晶圓和第一襯底限定具有環(huán)境壓力的第三腔。第三腔以膜部分地為界。第二腔穿過(guò)第一襯底的上部層延伸至覆蓋晶圓。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于形成微機(jī)電(mems)器件的方法，該方法包括：圖案化第一襯底的介電層以通過(guò)所述介電層暴露導(dǎo)電部件和底部層，所述第一襯底包括所述介電層和所述底部層，所述導(dǎo)電部件設(shè)置在靠近所述底部層的所述介電層中；將第二襯底的第一表面接合至所述介電層；圖案化所述第二襯底以形成膜和可移動(dòng)元件；在所述第二襯底的第二表面上形成多個(gè)第一金屬接合件，其中，所述第二表面與所述第一表面相對(duì)；在覆蓋晶圓的表面上形成多個(gè)第二金屬接合件；通過(guò)將所述多個(gè)第二金屬接合件接合至所述多個(gè)第一金屬接合件來(lái)將所述覆蓋晶圓接合至所述第二襯底，其中，將所述覆蓋晶圓接合至所述第二襯底形成包括所述可移動(dòng)元件的第一密封腔以及形成以所述膜部分地為界的第二密封腔；以及去除所述覆蓋晶圓的部分以將所述第二密封腔暴露于環(huán)境壓力。

在上述方法中，將所述覆蓋晶圓接合至所述第二襯底包括共晶接合工藝，其中，通過(guò)所述共晶接合工藝來(lái)限定所述接合后的所述第一密封腔的壓力電平。

在上述方法中，將所述第二襯底接合至所述第一襯底包括熔融接合工藝。

在上述方法中，還包括形成從所述介電層中的所述導(dǎo)電部件穿過(guò)所述第二襯底延伸的貫通孔。

在上述方法中，還包括在所述導(dǎo)電部件的一個(gè)上方形成多個(gè)抗粘滯凸塊。

在上述方法中，所述抗粘滯凸塊設(shè)置在所述可移動(dòng)元件下面。

在上述方法中，所述第二襯底包括低電阻率的硅。

在上述方法中，所述的去除所述覆蓋晶圓的部分以將所述第二密封腔暴露于環(huán)境壓力包括在所述覆蓋晶圓中形成開口以將所述第二密封腔暴露于周圍環(huán)境。

在上述方法中，將所述第二襯底的所述第一表面接合至所述介電層創(chuàng)建第三密封腔，其中，通過(guò)所述接合工藝限定所述接合后的所述第三密封腔的壓力電平。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種用于形成微機(jī)電(mems)器件的方法，包括：圖案化第一襯底的介電層以創(chuàng)建第一腔和第二腔，所述第一襯底包括所述介電層和底部層，在所述第一腔中的所述底部層上設(shè)置第一電極并且在所述第二腔中的所述底部層上設(shè)置第二電極；圖案化所述介電層以暴露多個(gè)導(dǎo)體，所述導(dǎo)體設(shè)置在所述底部層上的所述介電層中；將第二襯底的第一表面接合至所述介電層，所述接合密封所述第二腔；形成從所述導(dǎo)體延伸穿過(guò)所述第二襯底的多個(gè)貫通孔；圖案化所述第二襯底以創(chuàng)建可移動(dòng)部件，所述可移動(dòng)部件設(shè)置在所述第一電極上；圖案化所述第二襯底以創(chuàng)建膜，所述膜設(shè)置在所述第二電極上；在第三襯底中形成開口；以位于所述第三襯底中的所述開口設(shè)置在所述膜上方的方式將所述第三襯底接合至所述第二襯底，其中，將所述第三襯底接合至所述第二襯底形成第三密封腔和第四密封腔，所述第三密封腔包括所述可移動(dòng)部件和所述第一腔，以及所述第四腔以所述膜部分地為界；以及去除所述第三襯底的部分以通過(guò)所述第三襯底中的所述開口將所述第四密封腔暴露于環(huán)境壓力。

在上述方法中，通過(guò)所述第三襯底和所述第二襯底之間的接合工藝限定所述第三密封腔的壓力電平。

在上述方法中，將所述第二襯底的所述第一表面接合至所述介電層包括熔融接合。

在上述方法中，還包括在所述第一電極上方形成多個(gè)抗粘滯凸塊。

在上述方法中，將所述第三襯底接合至所述第二襯底包括設(shè)置在所述第二襯底上的多個(gè)第一接合件和設(shè)置在所述第三襯底上的多個(gè)第二接合件之間的共晶接合工藝。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種微機(jī)電(mems)器件，包括：第一襯底，包括：底部層；介電層，位于所述底部層上方；上部層，位于所述介電層上方；第一腔，設(shè)置在所述介電層中，所述第一腔以所述底部層部分地為界并且以由所述上部層形成的膜部分地為界，其中，第一導(dǎo)電部件設(shè)置在所述第一腔中并且所述第一腔具有第一壓力；第二導(dǎo)電部件，設(shè)置在第二腔中，可移動(dòng)元件設(shè)置在所述第二導(dǎo)電部件上方，所述第二腔具有第二壓力；以及覆蓋晶圓，接合至所述第一襯底，其中，所述覆蓋晶圓和所述第一襯底限定具有環(huán)境壓力的第三腔，并且所述第三腔以所述膜部分地為界，并且其中，所述第二腔穿過(guò)所述第一襯底的所述上部層延伸至所述底部層。

在上述微機(jī)電器件中，還包括位于所述第二導(dǎo)電部件上方的多個(gè)抗粘滯凸塊。

在上述微機(jī)電器件中，所述覆蓋晶圓是包括有源電路的半導(dǎo)體晶圓。

在上述微機(jī)電器件中，所述覆蓋晶圓包括將所述第三腔暴露于環(huán)境壓力的開口。

在上述微機(jī)電器件中，使用共晶接合工藝將所述覆蓋晶圓接合至所述第一襯底的所述上部層。

在上述微機(jī)電器件中，所述可移動(dòng)部件由所述上部層形成。

盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了實(shí)施例和它們的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離所附權(quán)利要求限定的實(shí)施例的精神和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明作出各種變化、替代和修改。此外，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、工具、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地從本發(fā)明中理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的或今后將被開發(fā)的，實(shí)施與本文所述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大致相同的功能或?qū)崿F(xiàn)大致相同的結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、工具、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、工具、方法或步驟包括在它們的范圍內(nèi)。此外，每一個(gè)權(quán)利要求都構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例，且不同權(quán)利要求和實(shí)施例的組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。