用于双压mems器件的密封和屏蔽的方法
【专利摘要】本发明涉及MEMS衬底。在一些实施例中，MEMS衬底包括具有微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底以及定位在邻近MEMS器件的位置处的器件衬底上方的接合材料的层。盖衬底具有设置在邻接接合材料的层的表面内的凹陷。盖衬底内的凹陷形成垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且邻接MEMS器件的室。一个或多个压力调节通道垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且从室的侧壁向外横向延伸。本发明的实施例还涉及用于双压MEMS器件的密封和屏蔽的方法。
【专利说明】用于双压MEMS器件的密封和屏蔽的方法
[0001]相关申请的引用
[0002]本申请是2013年8月29日提交的美国申请第14/013155号的部分继续申请案。
技术领域
[0003]本发明的实施例涉及集成电路器件，更具体地，涉及用于双压MEMS器件的密封和屏蔽的方法。
【背景技术】
[0004]诸如加速计、压力传感器、陀螺仪等的MEMS (微电子机械系统)器件已经广泛用于许多现代电子器件中。例如，MEM加速计常见于汽车(例如，安全气囊系统中)、平板电脑、手机等中。
[0005]近年来，微电子机械系统(MEMS)器件合并入通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺形成的集成芯片越来越常见。MEMS器件(例如，传感器、集成光学器件、生物芯片等)合并入CMOS工艺允许以高生产量制造的MEM器件的广泛使用。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例提供了一种MEMS(微电子机械系统)衬底，包括:器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件；接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方；盖衬底，包括设置在邻接所述接合材料的层的表面内的凹陷，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室；以及一个或多个压力调节通道，垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且从所述室的侧壁向外横向延伸。
[0007]本发明的另一实施例提供了一种MEMS(微电子机械系统)衬底，包括:器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件；接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方；盖衬底，包括设置在表面内的凹陷并且邻接所述接合材料的层，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室；密封件，设置在所述室和周围环境之间；以及导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。
[0008]本发明的又一实施例提供了一种在共享的衬底上形成多个MEMS器件的方法，包括:提供器件衬底，所述器件衬底包括多个微电子机械系统(MEMS)器件；在具有第一压力的第一周围环境下将盖衬底接合在所述器件衬底上，其中，所述接合形成邻接所述多个MEMS器件的多个室；形成延伸穿过所述盖衬底至与所述多个室连通的位置的一个或多个通气孔；在具有第二压力的第二周围环境下在所述一个或多个通气孔内形成密封件；选择性地去除所述密封件以暴露所述盖衬底的上表面的部分；以及形成从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面的导电屏蔽层。
【附图说明】
[0009]图1A和图1B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS (微电子机械系统)器件的衬底的一些实施例。
[0010]图2A和图2B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些额外的实施例。
[0011]图3A和图3B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0012]图4A和图4B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0013]图5A和图5B示出具有多层密封件的MEMS衬底的一些实施例。
[0014]图6A至图7B示出具有位于密封件层上面的屏蔽层的MEMS衬底的一些实施例。
[0015]图8A和图8B示出具有设置在一个或多个通气孔内的额外的覆盖结构的MEMS衬底的一些实施例。
[0016]图9示出在衬底上形成具有邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的方法的一些实施例的流程图。
[0017]图10至图19示出衬底的一些实施例，其中，对衬底实施形成邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的方法。
【具体实施方式】
[0018]参照附图作出本文中的描述，其中，在整个描述中，相同的参考字符一般用于指相同的元件，并且其中，各个结构不必按比例绘制。在一些描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以方便理解。然而，对本领域技术人员可能是显而易见的，可以在较少程度的这些具体细节的情况下实践本文中描述的一个或多个方面。在其他情况下，以框图形式示出已知的结构和器件以方便理解。
[0019]通常以取决于器件周围的环境的方式操作MEMS器件。例如，为了测量角动量，MEMS振动陀螺仪可以通过利用科里奥利(Cor1lis)效应测量角速度。为了改进MEMS器件的操作，可能期望在具有特定压力的周围环境内操作MEMS器件，该特定压力使期望的参数的改进的测量成为可能。例如，在MEMS振动陀螺仪的情况下，具有相对较低的压力(即，更高的真空)的周围环境是期望的，因为这提供更好的测量，因为这增强转换为信号的位移。相反，在MEMS加速计的情况下，具有相对较高的压力的周围环境是期望的，因为这减小由于转换成噪音的背景干扰引起的位移。
[0020]因此，MEMS器件通常邻接保持在可控压力水平下的气密密封的室，这使器件的优化的操作成为可能。取决于器件类型，压力水平可以在从真空(例如，I毫托)至几个大气压(例如，2atm)的范围内。当在晶圆上存在一个MEMS器件(例如，加速计)时，晶圆级方法可以用于形成一定压力下的腔。然而，当在相同晶圆上存在多个不同类型的MEMS器件(例如，加速计和陀螺仪)时，晶圆级方法不能将MEMS器件封装为邻接保持在单独的压力下的室。
[0021]因此，本发明涉及在相同的衬底上形成分别邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的方法以及相关的装置。在一些实施例中，该方法包括提供具有多个微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底。在具有第一压力的第一周围环境中将盖衬底接合至器件衬底。该接合形成邻接多个MEMS器件的多个室。在多个室中的一个室的侧壁中形成一个或多个压力调节通道。可以在具有不同的第二压力的第二周围环境内形成穿过盖衬底的与一个或多个压力调节通道连通的通气孔。一个或多个通气孔将多个室中的那一个室暴露于第二压力。然后密封一个或多个压力调节通道，从而使第二室保持在第二压力下。产生的衬底包括保持在第一压力下的第一室和保持在不同的第二压力下的第二室。
[0022]图1A和图1B示出包括邻接保持在不同压力下的室的两个MEMS(微电子机械系统)器件的衬底的一些实施例。
[0023]图1A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图1B的剖面线100a’ )的一些实施例的截面图1OOa的框图。
[0024]衬底包括器件衬底102，器件衬底102具有嵌入在其中的多个MEMS (微电子机械系统)器件104a和104b。例如，在一些实施例中，MEMS器件104a和104b的一个或多个可以包括MEMS陀螺仪(例如，振动陀螺仪或压电板陀螺仪)、MEMS加速计和MEMS压力传感器。
[0025]盖衬底108设置在覆盖器件衬底102的位置处。盖衬底108通过接合材料106粘附至器件衬底102。盖衬底108包括定位在与MEMS器件104a和104b的位置对应的位置处的多个凹陷111以形成室112a和112b。将理解，如本文中使用的，术语‘衬底’通常是指任何尺寸或形状的衬底。例如，盖衬底108可以包括晶圆或晶圆的部分或子集(例如，管芯)。
[0026]室112a和112b邻接MEMS器件104a和104b (例如，第一 MEMS器件104a邻接第一室112a，并且第二 MEMS器件104b邻接第二室112b)。在一些实施例中，第一室112a可以包括顶面和侧壁，顶面包括盖衬底108，侧壁包括盖衬底108和接合材料106。在一些实施例中，密封件110设置为覆盖盖衬底108并且从盖衬底108的顶部延伸至形成第二室112b的内表面的位置。在一些实施例中，MEMS器件104a和104b可以具有与室112a和112b接触的可移动组件。
[0027]第一室112a保持在第一压力下，并且第二室112b保持在可能与第一压力不同的第二压力下。一个或多个压力调节通道114垂直设置在器件衬底102和盖衬底108之间并且从第二室112b的侧壁向外横向延伸。密封件110延伸至压力调节通道114内以从周围环境气密密封第二室112b。
[0028]将理解，虽然图1A的衬底示出为具有保持在不同压力下的两个室112a和112b，但是公开的衬底不限于这样的配置。例如，在其他实施例中，公开的衬底可以包括多于两个室，其中，两个或多个室可以保持在相同的压力下。此外，虽然衬底示出为具有2个MEMS器件，但是将理解，可以切割衬底以提供分别具有一个或多个MEMS器件的两个单独的MEMS衬底。例如，如框116所示，可以切割衬底以提供具有邻接第二室112b的单个MEMS器件(例如，第二 MEMS器件104b)的衬底。
[0029]图1B示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底的一些实施例的顶视图1OOb的框图。
[0030]如顶视图1OOb所示，第一室112a和第二室112b由接合材料106横向分隔开。第二室112b包括从第二室112b的侧壁向外延伸的一个或多个压力调节通道114。在一些实施例中，一个或多个压力调节通道114可以由接合材料106限定(例如，由形成在盖衬底的基本上平坦的部分上的图案化的接合材料)，从而使得一个或多个压力调节通道114的高度等于接合材料106的厚度(例如，从而使得一个或多个压力调节通道114的高度小于室112的高度)。在其他实施例中，一个或多个压力调节通道114可以包括器件衬底102和/或盖衬底108内的凹陷，从而使得一个或多个压力调节通道114的高度取决于凹陷的深度。
[0031]图2A和图2B示出包括具有保持在不同压力下的腔的多个MEMS器件的衬底的一些更细节的实施例。
[0032]图2A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图2B的剖面线200a’ )的一些实施例的截面图200a。
[0033]衬底包括器件衬底102，器件衬底102具有多个MEMS器件104a和104b。MEMS器件104a和104b横向定位在接合材料的第一层202的部分之间，接合材料的第一层202设置在器件衬底102的上表面201上。在一些实施例中，多个MEMS器件104a和104b的一个或多个可以包括诸如振动陀螺仪或压电板陀螺仪的MEMS陀螺仪。在其他实施例中，多个MEMS器件104a和104b的一个或多个可以包括MEMS加速计。在一些实施例中，接合材料的第一层202可以包括铝或锗(用于共晶接合)、氧化物(用于熔融接合)或金属或聚合物(用于热压接合)。
[0034]在一些实施例中，器件衬底102可以包括配置为将MEMS器件104a和104b连接至使MEMS器件104a和104b运行的一个或多个逻辑器件(例如，CMOS晶体管)的电互连件(未示出)。例如，在一些实施例中，器件衬底102可以是包括一个或多个CMOS器件(例如，MOSFET器件)的CMOS衬底。在这样的实施例中，MEMS器件104a和104b可以沿着器件衬底102的上表面构建(例如，在半导体材料内或在位于CMOS器件上面的层间介电层内)。在其他实施例中，包括MEMS器件104a和104b的器件衬底102可以接合至下面的包括一个或多个CMOS器件的CMOS衬底。在又其他实施例中，器件衬底102可以包括一个或多个堆叠的衬底(例如，2.5D集成芯片)，其中，堆叠衬底的一个或多个包括使MEMS器件104a和104b运行的一个或多个逻辑器件。
[0035]盖衬底206位于器件衬底102上方。盖衬底206包括面向器件衬底102的上表面201的下表面205。在一些实施例中，下表面205包括作为负突起的延伸至盖衬底206的下表面205内的多个凹陷111。在这样的实施例中，多个凹陷111可以包括多个器件腔。在一些实施例中，多个凹陷111还可以包括从多个器件腔的一个或多个向外延伸的一个或多个压力调节腔。多个凹陷111横向定位在接合材料的第二层204之间，接合材料的第二层204设置在盖衬底206的表面205上。在一些实施例中，接合材料的第二层204可以包括铝或锗(用于共晶接合)、氧化物(用于熔融接合)或金属或聚合物(用于热压接合)。在其他实施例中，盖衬底206的下表面205可以是基本上平坦的。
[0036]盖衬底206延伸在器件衬底102的部分上方。在一些实施例中，由于在制造期间以一定角度切割盖衬底206，盖衬底206从器件衬底102的边缘向回设置(例如，距离210)。在一些实施例中，盖衬底206具有成角度的侧壁206s。在一些实施例中，成角度的侧壁206s具有在约45°和约90°之间的范围内的角度Φ。一个或多个压力调节通道114位于盖衬底206的成角度的侧壁下面的位置处。一个或多个通气孔212延伸穿过盖衬底206至与一个或多个压力调节通道114连通的位置。密封件208设置在盖衬底206上方并且延伸至一个或多个通气孔212内的位置。在一些实施例中，密封件208可以包括金属和/或介电材料(例如，金属层、介电层、金属/电介质堆叠件、电介质/金属/电介质堆叠件等)。
[0037]接合材料的第一层202和第二层204定位为彼此接触以形成第一室112a和第二室112b。第二室112b连接至一个或多个压力调节通道114。在盖衬底206的下表面205包括多个凹陷111的实施例中，室112和/或压力调节通道114可以包括多个凹陷111 (即，从而使得室112和/或压力调节通道114延伸至盖衬底206内)。在盖衬底的下表面205是平坦的实施例中，通过图案化接合材料的第一层202和/或接合材料的第二层204来形成室112和/或压力调节通道114。
[0038]第一MEMS器件104a邻接第一室112a，第一室112a保持在第一压力下。第二 MEMS器件104b邻接第二室112b，第二室112b保持在第二压力下。在一些实施例中，第一压力不同于第二压力。第一室112a和第二室112b的不同的压力允许MEMS器件104a和104b包括不同类型的MEMS器件。例如，在一些实施例中，第一 MEMS器件104a包括邻接保持在第一压力下的第一室112a的加速计，而第二 MEMS器件104b包括邻接保持在第二压力下的第二室112b的陀螺仪。
[0039]图2B示出在图2A的截面图200a中示出的衬底的一些实施例的顶视图200b (其中，沿着剖面线200a’示出图2A)。
[0040]衬底包括第一室112a和第二室112b。第一室112a由接合材料的第二层204围绕。在一些实施例中，第一室112a由设置为基本上矩形图案的接合材料的第二层204围绕。第二室112b由接合材料的第二层204围绕。在一些实施例中，第二室112b由设置为基本上矩形图案的接合材料的第二层204围绕，其中，压力调节通道114作为导管(例如，作为指状导管)从矩形图案向外延伸。将理解，接合材料的第二层204的矩形图案是非限制性实施例，并且在其他实施例中，接合材料的第二层204可以设置为另一矩形图案。
[0041]在一些实施例中，一个或多个通气孔212可以包括延伸超出多个压力调节通道114的沟槽。沟道定位为使得盖衬底206配置为覆盖第一室112a和第二室112b，但是暴露压力调节通道114的部分。密封件208设置在沟槽内，从而使得第二室112b通过密封件208与周围环境分隔开。
[0042]图3A和图3B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0043]图3A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图3B的剖面线300a’ )的一些实施例的截面图300a。
[0044]衬底包括设置在器件衬底102上方的盖衬底302。盖衬底302具有与器件衬底102的边缘对准的垂直侧壁。一个或多个通气孔304垂直延伸穿过盖衬底302至压力调节通道114。在一些实施例中，一个或多个通气孔304具有宽度为^的第一开口，宽度w 本上等于晶圆锯片的宽度(例如，介于约5μηι和约100 μm之间)。在其他实施例中，一个或多个通气孔304具有第一开口 304a和位于第一开口 304a下面的第二开口 304b。第一开口 304a具有第一宽度wb，并且第二开口 304b具有小于第一宽度Wb的第二宽度w e，以给予一个或多个通气孔304阶梯侧壁。密封件306延伸至一个或多个通气孔304内以填充一个或多个通气孔304并且从而气密密封第二室112b。
[0045]图3B示出在图3A的截面图300a中示出的衬底的一些实施例的顶视图300b。
[0046]图4A和图4B示出包括具有通过蚀刻工艺形成的开口的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0047]图4A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图4B的剖面线400a’ )的一些实施例的截面图400a。
[0048]如截面图400a所示，衬底包括设置在器件衬底102上方的盖衬底402。一个或多个通气孔404垂直延伸穿过盖衬底402至压力调节通道114。一个或多个通气孔404具有延伸穿过盖衬底402的基本上垂直的侧壁。在一些实施例中，一个或多个通气孔404的宽度w/j、于晶圆锯片的宽度W bo
[0049]图4B示出在图4A的截面图400a中示出的衬底的一些实施例的顶视图400b。如顶视图400b所示，一个或多个通气孔404分别位于压力调节通道114上方。在一些实施例中，一个或多个通气孔404彼此分隔开。在其他实施例中，一个或多个通气孔可以包括延伸在多个压力调节通道114上方的沟槽。
[0050]图5A和图5B示出包括配置为密封一个或多个压力调节通道的多层密封件的MEMS器件的截面图。多层密封件改进密封件的能力以填充具有高高宽比的开口(例如，深度/宽度比大于或等于约I)。例如，具有金属层和介电层的多层密封件提供更好的密封和更高的可靠性。
[0051]图5A示出包括配置为密封盖衬底502内的一个或多个通气孔506的多层密封件504的MEMS衬底500。多层密封件504包括金属层504a和介电层504b。在一些实施例中，金属层504a可以位于介电层504b上面，而在其他实施例中，介电层504b可以位于金属层504a上面。在各个实施例中，金属层504a可以包括铝和/或铜，并且介电层504b可以包括氧化物和/或氮化物。
[0052]图5B示出包括配置为密封盖衬底502内的一个或多个通气孔506的多层密封件510的MEMS衬底508。多层密封件510包括夹层结构，夹层结构包括设置在第一介电层510a和第二介电层510c之间的金属层510b。在各个实施例中，第一介电层510a和第二介电层510c可以包括氧化物或氮化物，并且金属层510b可以包括铝和/或铜。
[0053]图6A和图6B示出包括屏蔽层的MEMS衬底的一些实施例的截面图600a和600b。
[0054]MEMS衬底包括设置在密封件602上方的屏蔽层606，密封件602延伸至盖衬底206中的一个或多个通气孔内。屏蔽层606包括在MEMS器件104a和104b上方横向延伸的导电材料。例如，在一些实施例中，屏蔽层可以包括诸如铝和/或铜的金属。屏蔽层606可以邻接盖衬底206和密封件602。通过邻接盖衬底206，屏蔽层606与盖衬底206形成电连接，从而允许屏蔽层606接地。
[0055]通过使屏蔽层606接地，屏蔽层606能够通过使电磁场的能量消散来实施电磁屏蔽。电磁屏蔽允许屏蔽层提供屏蔽而免受由MEMS器件104和外部电路之间的电磁辐射的相互作用引起的干扰。例如，在一些实施例中，MEMS衬底可以集成在具有其他电子组件的电子器件(例如，手机、计算机等)内。其他电子组件可以生成干扰MEMS器件104的操作的电磁辐射和/或可以使它们的操作受到由MEMS器件104生成的电磁辐射的干扰。屏蔽层606使由外部或内部电磁场生成的电流消散，并且因此减轻电磁干扰。
[0056]在一些实施例中，在图6A的截面图600a中示出，屏蔽层606a垂直延伸穿过密封件602a中的开口 604以邻接盖衬底206的上表面。开口 604与通气孔212横向偏移。在一些实施例中，开口 604可以延伸至盖衬底206的上表面207内一段距离d，以在盖衬底206的顶面内形成凹陷。在一些实施例中，开口 604可以包括具有介于5 μπι和100 μm之间的宽度W的沟槽。在其他实施例中，开口 604可以包括较小的宽度W。
[0057]在其他实施例中，在图6B的截面图600b中示出，沿着与密封件602b的上表面共享的基本上平坦的表面暴露盖衬底206的上表面207。屏蔽层606b沿着该平坦表面设置，从而使得屏蔽层606b邻接盖衬底206和密封件602b的上表面以及盖衬底206的一个或多个侧壁。
[0058]图7A和图7B示出包括屏蔽层的MEMS衬底的一些可选的实施例的截面图700a和700bο如图7A和图7B所示，屏蔽层706邻接盖衬底302的上表面并且延伸至具有阶梯侧壁的通气孔304内。在一些实施例中，屏蔽层706可以延伸穿过密封件702a中的开口 704 (图7A的截面图700a中示出)，而在其他实施例中，屏蔽层可以邻接盖衬底302和密封件702b的上表面(图7B的截面图700b中示出)。将理解，图6A和图6B与图7A和图7B的截面图是屏蔽层配置的非限制性实例。
[0059]图8A和图8B示出具有设置在一个或多个通气孔内的额外的覆盖结构的MEMS衬底的截面图800a和800b的一些实施例。
[0060]额外的覆盖结构804形成在位于密封件802上面的位置处的一个或多个通气孔404内。屏蔽层806形成在密封件802和额外的覆盖结构804上方。在一些实施例中，腔808可以布置在横向位于密封件802的侧壁之间和垂直位于密封件802和额外的覆盖结构804之间的位置处的一个或多个通气孔404内。额外的覆盖结构804防止来自随后的处理步骤的碎片累积在一个或多个通气孔404内。在一些实施例中，额外的覆盖结构804可以包括聚合物材料。
[0061]在一些实施例中，在图8A的截面图800a中示出，额外的覆盖结构804a从一个或多个通气孔404内向外延伸至位于密封件802a的上表面上面的位置。在其他实施例中，在图8B的截面图800b中示出，额外的覆盖结构804b的上表面与盖衬底402和密封件802b的上表面基本上对准。在这样的实施例中，屏蔽层806b是基本上平坦的。
[0062]图9示出在衬底上形成具有不同压力的室的多个MEMS器件的方法900的一些实施例的流程图。
[0063]虽然公开的方法900在下文中示出和描述为一系列的步骤或事件，但是将理解，这些步骤或事件的示出的顺序不应解释为限制意义。例如，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步骤或事件同时发生。此外，并非所有示出的步骤对于实施本文中描述的一个或多个方面或实施例都是必需的。此外，本文中示出的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中实施。
[0064]在步骤902中，在具有多个MEMS器件的器件衬底上选择性图案化接合材料的第一层。多个MEMS器件设置在选择性图案化的接合材料的第一层之间。
[0065]在步骤904中，提供具有图案化的接合材料的第二层的盖衬底。
[0066]在步骤906中，选择性图案化盖衬底以在位于图案化的接合材料的第二层之前的位置处形成多个器件腔。在一些实施例中，盖衬底可以图案化为也形成一个或多个压力调节腔。
[0067]在步骤908中，在第一压力下将盖衬底接合至器件衬底。将盖衬底接合至器件衬底形成多个室以及一个或多个压力调节通道。通过在具有第一压力的第一周围环境下将接合材料的第一层桥接至与接合材料的第二层接触来将盖衬底接合至器件衬底。
[0068]在步骤910中，在盖衬底内形成一个或多个通气孔。一个或多个通气孔与压力调节通道的一个或多个连通，并且将多个室的一个或多个暴露于具有第二压力的第二周围环境。
[0069]在步骤912中，在一些实施例中，通过切割接合的结构(即，盖衬底和器件衬底)而去除盖衬底的部分来形成一个或多个通气孔。在步骤914中，然后蚀刻切割的接合的结构以形成一个或多个通气孔，一个或多个通气孔将多个室的一个或多个暴露于具有第二压力的第二周围环境。在其他实施例中，可以通过根据掩蔽层选择性地蚀刻盖衬底来形成一个或多个通气孔。
[0070]在步骤916中，将一个或多个通气孔密封在第三压力下。在一些实施例中，通过在具有第三压力的第三周围环境内在一个或多个通气孔内沉积密封件来密封一个或多个室。在一些实施例中，第二压力(即，在步骤910中的开口工艺期间的第二周围环境的压力)可以与第三压力(S卩，在步骤916中的密封工艺期间的周围环境的压力)相同。在其他实施例中，第二压力和第三压力可以不同。
[0071]在步骤918中，在一些实施例中，可以在一个或多个通气孔内形成额外的覆盖结构。
[0072]在步骤920中，去除密封件的部分以暴露盖衬底的上表面。
[0073]在步骤922中，导电屏蔽层形成在盖衬底的上表面和密封件的上表面上并且与盖衬底的上表面和密封件的上表面直接接触。
[0074]在步骤924中，可以切割接合的结构。在一些实施例中，切割接合的结构以在第一管芯上形成第一 MEMS器件和在第二管芯上形成第二 MEMS器件。在其他实施例中，切割接合的结构以在相同的管芯上形成第一 MEMS器件和第二 MEMS器件。
[0075]图10至图19示出衬底的一些实施例，其中，实施在衬底上形成具有不同压力的室的多个MEMS器件的方法900。虽然关于方法900描述了图10至图19，但是将理解，图10至图19中公开的结构不限于这样的方法，而是可以单独作为结构。
[0076]图10示出了对应于步骤902的截面图1000(沿着剖面线1000a)和顶视图1002的一些实施例。如图所示，提供具有多个MEMS器件104a和104b的器件衬底102。在一些实施例中，器件衬底102可以包括硅晶圆。在一些实施例中，器件衬底102可以包括具有CMOS器件(例如，MOSFET器件)的CMOS衬底。在一些实施例中，多个MEMS器件104a和104b可以包括MEMS陀螺仪(例如，振动陀螺仪)或MEMS加速计。在其他实施例中，多个MEMS器件104a和104b可以包括MEMS加速计或MEMS压力传感器。
[0077]MEMS器件104a和104b横向定位在接合材料的第一层202之间，接合材料的第一层202设置在器件衬底102的顶面上。在一些实施例中，接合材料的第一层202可以是用于共晶接合的铝或锗、用于熔融接合的氧化物或用于热压接合的金属或聚合物。在其他实施例中，可以省略接合材料的第一层202 (例如，对于包括氧化物的接合材料的第二层和和硅之间的熔融接合)。
[0078]图11示出对应于步骤904的截面图1100(沿着剖面线1100a)和顶视图1104的一些实施例。如截面图1100所示，在盖衬底1102上方选择性地形成接合材料的第二层204。在一些实施例中，盖衬底1102可以包括硅晶圆。在一些实施例中，接合材料的第二层204可以包括用于共晶接合的铝或锗、用于熔融接合的氧化物或用于热压接合的金属或聚合物。在其他实施例中，可以省略接合材料的第二层204(例如，对于包括氧化物的接合材料的第一层和和硅之间的熔融接合)。
[0079]如顶视图1104所示，接合材料的第二层204以第一图案和第二图案设置在盖衬底1102上方，第一图案包括基本上矩形图案，第二图案包括具有从矩形图案向外延伸的指状导管(对应于步骤908中形成的压力调节通道)的基本上矩形图案。在其他实施例中，可以以非矩形的第一图案和第二图案设置接合材料的第二层204。
[0080]图12示出对应于步骤906的截面图1200 (沿着剖面线1200a)和顶视图1208的一些实施例。
[0081]如截面图1200所示，选择性图案化盖衬底1102以在盖衬底1102的表面内形成多个凹陷。在一些实施例中，可以使用干反应离子蚀刻(DRIE)工艺选择性图案化盖衬底1102。例如，可以在盖衬底1102上形成掩蔽层(未示出)，然后可以将盖衬底1102的未被掩蔽层掩蔽的区域暴露于选择性去除盖衬底1102的部分的干蚀刻剂1202。
[0082]在一些实施例中，多个凹陷可以包括多个器件腔1204。在一些额外的实施例中，多个凹陷还可以包括从多个器件腔1204的一个或多个向外延伸的一个或多个压力调节腔1206。在一些实施例中，一个或多个压力调节腔1206可以包括指状腔。在其他实施例中，一个或多个压力调节腔1206可以包括其他形状(例如，非指状腔)。
[0083]图13示出对应于步骤908的截面图1300 (沿着剖面线1300a)和顶视图1302的一些实施例。
[0084]如截面图1300所示，在具有第一压力的第一周围环境内将盖衬底1102接合至器件衬底102以形成接合的结构。接合的结构包括保持在第一压力下的第一室112a、第二室112b以及一个或多个压力调节通道114。通过将接合材料的第一层202桥接至与接合材料的第二层204接触，将盖衬底1102接合至器件衬底102。在一些实施例中，第一压力可以在约I毫托(mtorr)和约2个大气压之间的范围内。在各个实施例中，盖衬底1102可以通过熔融接合工艺、共晶接合工艺或热压接合工艺接合至器件衬底102。
[0085]在一些实施例中，一个或多个压力调节通道114可以包括压力调节腔。在其他实施例中，一个或多个压力调节通道114可以由图案化的接合材料形成(例如，接合材料的第一层202和第二层204)，图案化的接合材料形成设置在盖衬底1102和器件衬底102之间的一个或多个压力调节通道114。
[0086]图14A至图14C示出对应于步骤910的形成一个或多个通气孔的工艺的各个实施例。
[0087]图14A示出使用以倾斜切割机实施的切割工艺和随后的蚀刻工艺形成一个或多个通气孔的工艺的一些实施例。
[0088]如截面图1400所示，通过具有倾斜角度Φ (对应于盖衬底1402的侧壁角度)的主轴的倾斜切割机沿着划线1404切割盖衬底1402(注意，成角度侧壁之间的盖衬底的平坦部分对应于剖面线1400’的垂直部分)。在一些实施例中，角度Φ介于约45°和90°的范围内。切割工艺去除盖衬底1402的部分，从而为盖衬底1402提供位于一个或多个压力调节通道114上面的成角度的侧壁。在一些实施例中，在顶视图1406中示出，切割工艺去除盖衬底1402的部分，使得盖衬底1402的成角度的侧壁从器件衬底102的边缘向回设置。
[0089]如截面图1408所示，在切割之后，将盖衬底206暴露于毯状(即，未掩蔽)蚀刻工艺。毯状蚀刻工艺将盖衬底206的上表面暴露于蚀刻剂1410，蚀刻剂1410去除盖衬底206的部分以形成一个或多个通气孔212，一个或多个通气孔212将一个或多个压力调节通道114连接至保持在第二压力下的第二周围环境。如截面图1408所示，在一些实施例中，压力调节通道114使得盖衬底206的部分保留在通气孔212的右边。在其他实施例中，可以去除通气孔212的右边的盖衬底206。如顶视图1412所示，一个或多个通气孔212可以包括延伸在多个压力调节通道114上方的沟槽。
[0090]在一些实施例中，蚀刻剂1410可以包括干蚀刻剂。在一些实施例中，干蚀刻剂可以使用包括例如氯气(Cl2)或六氟化硫(SF6)的蚀刻化学物质。由于毯状蚀刻工艺将盖衬底1402暴露于蚀刻剂1410，盖衬底1410的厚度从第一厚度^减小至第二厚度12(其中，
七2〈"^1) °
[0091]通过形成将一个或多个压力调节通道114连接至第二周围环境的一个或多个通气孔212，可以使第二室112b产生与第一压力不同的第二压力。
[0092]图14B示出使用以非倾斜切割机实施的切割工艺和随后的蚀刻工艺形成一个或多个通气孔的工艺的一些可选实施例。
[0093]如截面图1416所示，通过非倾斜切割刀片1420切割盖衬底1418。非倾斜切割刀片1420在盖衬底1418内形成基本上垂直于盖衬底1418的上表面的切口。切割工艺去除盖衬底1418的部分以在位于一个或多个压力调节通道114上面的盖衬底1418内形成凹陷1422。
[0094]如顶视图1424所示，通过非倾斜切割刀片1420去除盖衬底1418的部分形成沟槽，该沟槽在多个压力调节通道114之间延伸。
[0095]如截面图1426所示，在切割之后，将盖衬底302暴露于毯状(即，未掩蔽)蚀刻工艺。毯状蚀刻工艺将盖衬底302的上表面暴露于蚀刻剂1428，蚀刻剂1428去除盖衬底302的部分以形成一个或多个通气孔304，一个或多个通气孔304将一个或多个压力调节通道114连接至保持在第二压力下的第二周围环境。如截面图1426所示，在一些实施例中，压力调节腔1206使得盖衬底302的部分保留在通气孔304的右边。在其他实施例中，可以去除通气孔304右边的盖衬底302。通过形成将一个或多个压力调节通道114连接至第二周围环境的一个或多个通气孔304，可以使第二室112b产生与第一压力不同的第二压力。
[0096]图14C示出使用蚀刻工艺形成一个或多个通气孔的工艺的一些可选实施例。
[0097]如截面图1432所示，在盖衬底1102的上表面上选择性地形成掩蔽层1434。掩蔽层1434包括限定一个或多个通气孔的位置的一个或多个开口 1436。如顶视图1438所示，可以在每个压力调节通道114上方形成单独的开口。
[0098]如截面图1440所示，将盖衬底402的未被掩蔽层1434掩蔽的区域选择性暴露于蚀刻剂1442。蚀刻剂1442配置为去除盖衬底402的部分以形成一个或多个通气孔404，一个或多个通气孔404将一个或多个压力调节通道114连接至保持在第二压力下的第二周围环境。通过形成将一个或多个压力调节通道114连接至第二周围环境的一个或多个通气孔404，第二室112b暴露于第二压力。
[0099]图15A至图15C示出对应于步骤916的截面图1500a_1500c的一些实施例。
[0100]如截面图1500a所示，在具有第三压力的第三周围环境内，在通过倾斜切割工艺(如图14A所示)形成的一个或多个通气孔212内形成密封件208。在一些实施例中，密封件208可以包括金属或介电材料。在一些实施例中，密封件208可以包括堆叠在介电层上的金属层。在其他实施例中，密封件208可以包括具有设置在两个介电层之间的金属层的夹层结构。在一些实施例中，可以通过沉积技术(例如，化学汽相沉积、物理汽相沉积等)沉积密封件208的层。在各个实施例中，第二压力和第三压力可以相同，或者第二压力和第三压力可以不同。
[0101]如截面图1500b所示，在具有第三压力的第三周围环境内，在通过非倾斜切割工艺(如图14B所示)形成的一个或多个通气孔304内形成密封件306。在各个实施例中，密封件306可以包括金属和/或介电材料。
[0102]如截面图1500c所示，在具有第三压力的第三周围环境内，在通过蚀刻工艺(如图14C所示)形成的一个或多个通气孔404内形成密封件406。在各个实施例中，密封件406可以包括金属和/或介电材料。
[0103]图16示出对应于步骤918的截面图1600的一些实施例。
[0104]如截面图1600所示，在一个或多个通气孔404内形成额外的覆盖结构1602。额外的覆盖结构1602可以包括形成在一个或多个通气孔404内的聚合物材料(例如，环氧树脂)。额外的覆盖结构1602防止来自随后的处理步骤的碎片累积在一个或多个通气孔404内。在一些实施例中，额外的覆盖结构1602可以包括通过例如丝网印刷工艺形成的聚合物基膜。在一些可选实施例中，可以在图17A至图17C的步骤之后形成额外的覆盖结构1602。
[0105]图17A至图17C示出对应于步骤920的截面图1700a_1700c的一些实施例。如图17A至图17C所示，去除密封件的部分以暴露盖衬底的上表面。密封件的去除可以是选择性的或非选择性的。在图17A至图17C中示出的各个实施例中，密封件示出为通过切割(图17A)、蚀刻(图17B)或研磨(图17C)而被去除，然而，本领域普通技术人员将理解，其他方法可以用于去除密封件。
[0106]如截面图1700a所示，通过切割工艺(例如，使用切割刀片1702)去除密封件1706的部分以形成延伸穿过密封件1706的开口 1704，从而暴露盖衬底402的上表面的部分。开口 1704的宽度基本上等于切割刀片的宽度(例如，介于约5 μπι和约100 μπι之间)。
[0107]如截面图1700b所示，通过蚀刻工艺去除密封件1712的部分以暴露盖衬底402的上表面的部分。通过在密封件1712上方形成掩蔽层1714来实施蚀刻工艺。在一些实施例中，掩蔽层1714可以包括根据光刻工艺图案化的光刻胶层。随后根据掩蔽层1714将密封剂1712暴露于蚀刻剂1710。蚀刻剂1710去除密封件1712的暴露部分以形成延伸穿过密封件1712至下面的盖衬底402的开口 1708。
[0108]如截面图1700c所示，通过研磨工艺去除密封件1718的部分以暴露盖衬底402的上表面的部分。在一些实施例中，研磨工艺可以包括化学机械抛光(CMP)工艺。在其他实施例中，研磨工艺可以包括机械研磨工艺，机械研磨工艺在去除密封件的同时去除聚合物材料和硅。CMP工艺或机械研磨工艺形成基本上平坦的表面1716，表面1716沿着盖衬底402的上表面延伸并且沿着密封件1718的上表面延伸。
[0109]图18示出对应于步骤922的截面图1800的一些实施例。
[0110]如截面图1800所示，导电屏蔽层806a形成在盖衬底402的上表面和密封件802a的上表面上，并且与盖衬底402的上表面和密封件802a的上表面直接接触。在一些实施例中，可以通过汽相沉积技术(例如，化学汽相沉积、物理汽相沉积等)沉积导电屏蔽层806a。例如，在各个实施例中，导电屏蔽层806a可以包括诸如铝或铜的金属。
[0111]图19示出对应于步骤924的截面图1900和1904的一些实施例。如图所示，可以使用非倾斜切割锯片沿着一条或多条划线1902切割衬底，以形成包括分别邻接具有不同压力的室的多个MEMS器件104a和104b的一个或多个的单个的管芯1906。例如，可以切割衬底以形成第一管芯1906a和第二管芯1906b，第一管芯1906a包括邻接保持在第一压力下的第一室112a的第一 MEMS器件104a，第二管芯1906b包括邻接保持在第二压力下的第二室112b的第二 MEMS器件104b。
[0112]将理解，虽然贯穿本文件在讨论本文中描述的方法的方面中对示例性结构(例如，当讨论图9中阐述的方法时，图10至图19中呈现的结构)作出参考，但是那些方法不受呈现的相应结构的限制。相反，方法(和结构)被认为彼此独立并且能够独立并且在没有图中示出的任何特定方面的情况下实践。此外，可以以任何合适的方式形成本文中描述的层，诸如旋涂、溅射、生长和/或沉积技术等。
[0113]而且，基于阅读说明书和附图，本领域技术人员可以想到等同改变和/或更改。本文的公开内容包括所有这样的更改和改变并且通常不旨在限制于此。例如，虽然本文中提供的图示出和描述为具有特定掺杂类型，但是将理解，如本领域普通技术人员将理解的，可以利用可选的掺杂类型。
[0114]此外，虽然仅关于若干实施方式的一种公开了特定部件或方面，这样部件或方面可以与一个或多个其他部件和/或期望的其他实施方式的方面组合。此外，在本文中所使用术语“包括”、“有”、“具有”、“带有”和/或其变化等应该理解为开放式的，这种属于意指“包括”。而且，“示例性”意思是仅用作实例，而不是最佳的。也应该理解，为了简单和易于理解的目的，本文中示出的部件、层和/或元件示出为具有相对于彼此的特定尺寸和/或方位，但是实际尺寸和/或方位可以与本文中示出的显著不同。
[0115]本发明涉及具有电磁屏蔽层的MEMS(微电子机械系统)衬底和相关的形成方法，电磁屏蔽层位于分别邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件上面。
[0116]在一些实施例中，本发明涉及MEMS (微电子机械系统)衬底。MEMS衬底包括具有微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底以及定位在邻近MEMS器件的位置处的器件衬底上方的接合材料的层。MEMS衬底还包括盖衬底，盖衬底包括设置在邻接接合材料的层的表面内的凹陷，该凹陷形成垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且邻接MEMS器件的室。垂直设置在器件衬底和盖衬底之间的一个或多个压力调节通道从室的侧壁向外横向延伸。
[0117]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内。
[0118]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，其中，所述密封件包括金属或介电材料。
[0119]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。
[0120]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面，第一开口，从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底，其中所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。
[0121]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面，其中，所述盖衬底的上表面与所述密封件的上表面基本上共面；以及其中，所述导电屏蔽层邻接所述盖衬底的上表面和所述密封件的上表面。
[0122]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，额外的覆盖结构，设置在所述一个或多个通气孔内。
[0123]在上述衬底中，其中，所述压力调节通道的高度基本上等于所述接合材料的层的高度。
[0124]在上述衬底中，其中，所述一个或多个压力调节通道的侧壁包括所述盖衬底以及垂直设置在所述盖衬底和所述器件衬底之间的接合层。在其他实施例中，本发明涉及MEMS (微电子机械系统)衬底。MEMS衬底包括具有微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底以及定位在邻近MEMS器件的位置处的器件衬底上方的接合材料的层。包括设置在表面内的凹陷的盖衬底邻接接合材料的层，以形成垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且邻接MEMS器件的室。密封件设置在室和周围环境之间，并且导电屏蔽层从密封件的上表面延伸至盖衬底的上表面。
[0125]在上述衬底中，还包括:一个或多个压力调节通道，从所述室的侧壁向外横向延伸。
[0126]在上述衬底中，还包括:一个或多个压力调节通道，从所述室的侧壁向外横向延伸，一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置。
[0127]在上述衬底中，其中，所述密封件包括邻接金属层的介电材料。
[0128]在上述衬底中，其中，所述密封件包括设置在第一介电材料和第二介电材料之间的金属层。
[0129]在上述衬底中，还包括:第一开口，从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底，其中所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。
[0130]在又其他实施例中，本发明涉及在共享的衬底上形成多个MEMS器件的方法。该方法包括提供器件衬底，器件衬底包括多个微电子机械系统(MEMS)器件。该方法还包括在具有第一压力的第一周围环境下将盖衬底接合在器件衬底上，其中，该接合形成邻接多个MEMS器件的多个室。该方法还包括形成延伸穿过盖衬底至与多个室连通的位置的一个或多个通气孔。该方法还包括在具有第二压力的第二周围环境下在一个或多个通气孔内形成密封件。该方法还包括选择性地去除密封件以暴露盖衬底的上表面的部分，以及形成从密封件的上表面延伸至盖衬底的上表面的导电屏蔽层。
[0131]在上述方法中，其中，将所述盖衬底接合在所述器件衬底上产生从所述多个室的一个或多个向外延伸的一个或多个压力调节通道。
[0132]在上述方法中，其中，在去除所述密封件的部分之后，所述密封件的上表面与所述盖衬底的上表面基本上共面。
[0133]在上述方法中，其中，选择性地去除所述密封件形成第一开口，所述第一开口从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底；以及其中，所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。
[0134]在上述方法中，其中，形成所述一个或多个通气孔包括:在所述盖衬底上方形成掩蔽层；以及根据所述掩蔽层蚀刻所述盖衬底以形成所述一个或多个通气孔。
【主权项】
1.一种MEMS (微电子机械系统)衬底，包括: 器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件； 接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方； 盖衬底，包括设置在邻接所述接合材料的层的表面内的凹陷，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室；以及 一个或多个压力调节通道，垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且从所述室的侧壁向外横向延伸。2.根据权利要求1所述的衬底，还包括: 一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及 密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内。3.根据权利要求2所述的衬底，其中，所述密封件包括金属或介电材料。4.根据权利要求2所述的衬底，还包括: 导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。5.根据权利要求4所述的衬底，还包括: 第一开口，从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底，其中所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。6.根据权利要求4所述的衬底， 其中，所述盖衬底的上表面与所述密封件的上表面基本上共面；以及 其中，所述导电屏蔽层邻接所述盖衬底的上表面和所述密封件的上表面。7.根据权利要求2所述的衬底，还包括: 额外的覆盖结构，设置在所述一个或多个通气孔内。8.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述压力调节通道的高度基本上等于所述接合材料的层的高度。9.一种MEMS (微电子机械系统)衬底，包括: 器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件； 接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方； 盖衬底，包括设置在表面内的凹陷并且邻接所述接合材料的层，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室； 密封件，设置在所述室和周围环境之间；以及 导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。10.一种在共享的衬底上形成多个MEMS器件的方法，包括: 提供器件衬底，所述器件衬底包括多个微电子机械系统(MEMS)器件； 在具有第一压力的第一周围环境下将盖衬底接合在所述器件衬底上，其中，所述接合形成邻接所述多个MEMS器件的多个室； 形成延伸穿过所述盖衬底至与所述多个室连通的位置的一个或多个通气孔； 在具有第二压力的第二周围环境下在所述一个或多个通气孔内形成密封件； 选择性地去除所述密封件以暴露所述盖衬底的上表面的部分；以及 形成从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面的导电屏蔽层。
【文档编号】B81B7/00GK106082104SQ201510800507
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年11月19日
【发明人】张贵松
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司
【专利摘要】本发明涉及MEMS衬底。在一些实施例中，MEMS衬底包括具有微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底以及定位在邻近MEMS器件的位置处的器件衬底上方的接合材料的层。盖衬底具有设置在邻接接合材料的层的表面内的凹陷。盖衬底内的凹陷形成垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且邻接MEMS器件的室。一个或多个压力调节通道垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且从室的侧壁向外横向延伸。本发明的实施例还涉及用于双压MEMS器件的密封和屏蔽的方法。
【专利说明】用于双压MEMS器件的密封和屏蔽的方法
[0001]相关申请的引用
[0002]本申请是2013年8月29日提交的美国申请第14/013155号的部分继续申请案。
技术领域
[0003]本发明的实施例涉及集成电路器件，更具体地，涉及用于双压MEMS器件的密封和屏蔽的方法。
【背景技术】
[0004]诸如加速计、压力传感器、陀螺仪等的MEMS (微电子机械系统)器件已经广泛用于许多现代电子器件中。例如，MEM加速计常见于汽车(例如，安全气囊系统中)、平板电脑、手机等中。
[0005]近年来，微电子机械系统(MEMS)器件合并入通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺形成的集成芯片越来越常见。MEMS器件(例如，传感器、集成光学器件、生物芯片等)合并入CMOS工艺允许以高生产量制造的MEM器件的广泛使用。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例提供了一种MEMS(微电子机械系统)衬底，包括:器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件；接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方；盖衬底，包括设置在邻接所述接合材料的层的表面内的凹陷，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室；以及一个或多个压力调节通道，垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且从所述室的侧壁向外横向延伸。
[0007]本发明的另一实施例提供了一种MEMS(微电子机械系统)衬底，包括:器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件；接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方；盖衬底，包括设置在表面内的凹陷并且邻接所述接合材料的层，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室；密封件，设置在所述室和周围环境之间；以及导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。
[0008]本发明的又一实施例提供了一种在共享的衬底上形成多个MEMS器件的方法，包括:提供器件衬底，所述器件衬底包括多个微电子机械系统(MEMS)器件；在具有第一压力的第一周围环境下将盖衬底接合在所述器件衬底上，其中，所述接合形成邻接所述多个MEMS器件的多个室；形成延伸穿过所述盖衬底至与所述多个室连通的位置的一个或多个通气孔；在具有第二压力的第二周围环境下在所述一个或多个通气孔内形成密封件；选择性地去除所述密封件以暴露所述盖衬底的上表面的部分；以及形成从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面的导电屏蔽层。
【附图说明】
[0009]图1A和图1B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS (微电子机械系统)器件的衬底的一些实施例。
[0010]图2A和图2B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些额外的实施例。
[0011]图3A和图3B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0012]图4A和图4B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0013]图5A和图5B示出具有多层密封件的MEMS衬底的一些实施例。
[0014]图6A至图7B示出具有位于密封件层上面的屏蔽层的MEMS衬底的一些实施例。
[0015]图8A和图8B示出具有设置在一个或多个通气孔内的额外的覆盖结构的MEMS衬底的一些实施例。
[0016]图9示出在衬底上形成具有邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的方法的一些实施例的流程图。
[0017]图10至图19示出衬底的一些实施例，其中，对衬底实施形成邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的方法。
【具体实施方式】
[0018]参照附图作出本文中的描述，其中，在整个描述中，相同的参考字符一般用于指相同的元件，并且其中，各个结构不必按比例绘制。在一些描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以方便理解。然而，对本领域技术人员可能是显而易见的，可以在较少程度的这些具体细节的情况下实践本文中描述的一个或多个方面。在其他情况下，以框图形式示出已知的结构和器件以方便理解。
[0019]通常以取决于器件周围的环境的方式操作MEMS器件。例如，为了测量角动量，MEMS振动陀螺仪可以通过利用科里奥利(Cor1lis)效应测量角速度。为了改进MEMS器件的操作，可能期望在具有特定压力的周围环境内操作MEMS器件，该特定压力使期望的参数的改进的测量成为可能。例如，在MEMS振动陀螺仪的情况下，具有相对较低的压力(即，更高的真空)的周围环境是期望的，因为这提供更好的测量，因为这增强转换为信号的位移。相反，在MEMS加速计的情况下，具有相对较高的压力的周围环境是期望的，因为这减小由于转换成噪音的背景干扰引起的位移。
[0020]因此，MEMS器件通常邻接保持在可控压力水平下的气密密封的室，这使器件的优化的操作成为可能。取决于器件类型，压力水平可以在从真空(例如，I毫托)至几个大气压(例如，2atm)的范围内。当在晶圆上存在一个MEMS器件(例如，加速计)时，晶圆级方法可以用于形成一定压力下的腔。然而，当在相同晶圆上存在多个不同类型的MEMS器件(例如，加速计和陀螺仪)时，晶圆级方法不能将MEMS器件封装为邻接保持在单独的压力下的室。
[0021]因此，本发明涉及在相同的衬底上形成分别邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的方法以及相关的装置。在一些实施例中，该方法包括提供具有多个微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底。在具有第一压力的第一周围环境中将盖衬底接合至器件衬底。该接合形成邻接多个MEMS器件的多个室。在多个室中的一个室的侧壁中形成一个或多个压力调节通道。可以在具有不同的第二压力的第二周围环境内形成穿过盖衬底的与一个或多个压力调节通道连通的通气孔。一个或多个通气孔将多个室中的那一个室暴露于第二压力。然后密封一个或多个压力调节通道，从而使第二室保持在第二压力下。产生的衬底包括保持在第一压力下的第一室和保持在不同的第二压力下的第二室。
[0022]图1A和图1B示出包括邻接保持在不同压力下的室的两个MEMS(微电子机械系统)器件的衬底的一些实施例。
[0023]图1A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图1B的剖面线100a’ )的一些实施例的截面图1OOa的框图。
[0024]衬底包括器件衬底102，器件衬底102具有嵌入在其中的多个MEMS (微电子机械系统)器件104a和104b。例如，在一些实施例中，MEMS器件104a和104b的一个或多个可以包括MEMS陀螺仪(例如，振动陀螺仪或压电板陀螺仪)、MEMS加速计和MEMS压力传感器。
[0025]盖衬底108设置在覆盖器件衬底102的位置处。盖衬底108通过接合材料106粘附至器件衬底102。盖衬底108包括定位在与MEMS器件104a和104b的位置对应的位置处的多个凹陷111以形成室112a和112b。将理解，如本文中使用的，术语‘衬底’通常是指任何尺寸或形状的衬底。例如，盖衬底108可以包括晶圆或晶圆的部分或子集(例如，管芯)。
[0026]室112a和112b邻接MEMS器件104a和104b (例如，第一 MEMS器件104a邻接第一室112a，并且第二 MEMS器件104b邻接第二室112b)。在一些实施例中，第一室112a可以包括顶面和侧壁，顶面包括盖衬底108，侧壁包括盖衬底108和接合材料106。在一些实施例中，密封件110设置为覆盖盖衬底108并且从盖衬底108的顶部延伸至形成第二室112b的内表面的位置。在一些实施例中，MEMS器件104a和104b可以具有与室112a和112b接触的可移动组件。
[0027]第一室112a保持在第一压力下，并且第二室112b保持在可能与第一压力不同的第二压力下。一个或多个压力调节通道114垂直设置在器件衬底102和盖衬底108之间并且从第二室112b的侧壁向外横向延伸。密封件110延伸至压力调节通道114内以从周围环境气密密封第二室112b。
[0028]将理解，虽然图1A的衬底示出为具有保持在不同压力下的两个室112a和112b，但是公开的衬底不限于这样的配置。例如，在其他实施例中，公开的衬底可以包括多于两个室，其中，两个或多个室可以保持在相同的压力下。此外，虽然衬底示出为具有2个MEMS器件，但是将理解，可以切割衬底以提供分别具有一个或多个MEMS器件的两个单独的MEMS衬底。例如，如框116所示，可以切割衬底以提供具有邻接第二室112b的单个MEMS器件(例如，第二 MEMS器件104b)的衬底。
[0029]图1B示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底的一些实施例的顶视图1OOb的框图。
[0030]如顶视图1OOb所示，第一室112a和第二室112b由接合材料106横向分隔开。第二室112b包括从第二室112b的侧壁向外延伸的一个或多个压力调节通道114。在一些实施例中，一个或多个压力调节通道114可以由接合材料106限定(例如，由形成在盖衬底的基本上平坦的部分上的图案化的接合材料)，从而使得一个或多个压力调节通道114的高度等于接合材料106的厚度(例如，从而使得一个或多个压力调节通道114的高度小于室112的高度)。在其他实施例中，一个或多个压力调节通道114可以包括器件衬底102和/或盖衬底108内的凹陷，从而使得一个或多个压力调节通道114的高度取决于凹陷的深度。
[0031]图2A和图2B示出包括具有保持在不同压力下的腔的多个MEMS器件的衬底的一些更细节的实施例。
[0032]图2A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图2B的剖面线200a’ )的一些实施例的截面图200a。
[0033]衬底包括器件衬底102，器件衬底102具有多个MEMS器件104a和104b。MEMS器件104a和104b横向定位在接合材料的第一层202的部分之间，接合材料的第一层202设置在器件衬底102的上表面201上。在一些实施例中，多个MEMS器件104a和104b的一个或多个可以包括诸如振动陀螺仪或压电板陀螺仪的MEMS陀螺仪。在其他实施例中，多个MEMS器件104a和104b的一个或多个可以包括MEMS加速计。在一些实施例中，接合材料的第一层202可以包括铝或锗(用于共晶接合)、氧化物(用于熔融接合)或金属或聚合物(用于热压接合)。
[0034]在一些实施例中，器件衬底102可以包括配置为将MEMS器件104a和104b连接至使MEMS器件104a和104b运行的一个或多个逻辑器件(例如，CMOS晶体管)的电互连件(未示出)。例如，在一些实施例中，器件衬底102可以是包括一个或多个CMOS器件(例如，MOSFET器件)的CMOS衬底。在这样的实施例中，MEMS器件104a和104b可以沿着器件衬底102的上表面构建(例如，在半导体材料内或在位于CMOS器件上面的层间介电层内)。在其他实施例中，包括MEMS器件104a和104b的器件衬底102可以接合至下面的包括一个或多个CMOS器件的CMOS衬底。在又其他实施例中，器件衬底102可以包括一个或多个堆叠的衬底(例如，2.5D集成芯片)，其中，堆叠衬底的一个或多个包括使MEMS器件104a和104b运行的一个或多个逻辑器件。
[0035]盖衬底206位于器件衬底102上方。盖衬底206包括面向器件衬底102的上表面201的下表面205。在一些实施例中，下表面205包括作为负突起的延伸至盖衬底206的下表面205内的多个凹陷111。在这样的实施例中，多个凹陷111可以包括多个器件腔。在一些实施例中，多个凹陷111还可以包括从多个器件腔的一个或多个向外延伸的一个或多个压力调节腔。多个凹陷111横向定位在接合材料的第二层204之间，接合材料的第二层204设置在盖衬底206的表面205上。在一些实施例中，接合材料的第二层204可以包括铝或锗(用于共晶接合)、氧化物(用于熔融接合)或金属或聚合物(用于热压接合)。在其他实施例中，盖衬底206的下表面205可以是基本上平坦的。
[0036]盖衬底206延伸在器件衬底102的部分上方。在一些实施例中，由于在制造期间以一定角度切割盖衬底206，盖衬底206从器件衬底102的边缘向回设置(例如，距离210)。在一些实施例中，盖衬底206具有成角度的侧壁206s。在一些实施例中，成角度的侧壁206s具有在约45°和约90°之间的范围内的角度Φ。一个或多个压力调节通道114位于盖衬底206的成角度的侧壁下面的位置处。一个或多个通气孔212延伸穿过盖衬底206至与一个或多个压力调节通道114连通的位置。密封件208设置在盖衬底206上方并且延伸至一个或多个通气孔212内的位置。在一些实施例中，密封件208可以包括金属和/或介电材料(例如，金属层、介电层、金属/电介质堆叠件、电介质/金属/电介质堆叠件等)。
[0037]接合材料的第一层202和第二层204定位为彼此接触以形成第一室112a和第二室112b。第二室112b连接至一个或多个压力调节通道114。在盖衬底206的下表面205包括多个凹陷111的实施例中，室112和/或压力调节通道114可以包括多个凹陷111 (即，从而使得室112和/或压力调节通道114延伸至盖衬底206内)。在盖衬底的下表面205是平坦的实施例中，通过图案化接合材料的第一层202和/或接合材料的第二层204来形成室112和/或压力调节通道114。
[0038]第一MEMS器件104a邻接第一室112a，第一室112a保持在第一压力下。第二 MEMS器件104b邻接第二室112b，第二室112b保持在第二压力下。在一些实施例中，第一压力不同于第二压力。第一室112a和第二室112b的不同的压力允许MEMS器件104a和104b包括不同类型的MEMS器件。例如，在一些实施例中，第一 MEMS器件104a包括邻接保持在第一压力下的第一室112a的加速计，而第二 MEMS器件104b包括邻接保持在第二压力下的第二室112b的陀螺仪。
[0039]图2B示出在图2A的截面图200a中示出的衬底的一些实施例的顶视图200b (其中，沿着剖面线200a’示出图2A)。
[0040]衬底包括第一室112a和第二室112b。第一室112a由接合材料的第二层204围绕。在一些实施例中，第一室112a由设置为基本上矩形图案的接合材料的第二层204围绕。第二室112b由接合材料的第二层204围绕。在一些实施例中，第二室112b由设置为基本上矩形图案的接合材料的第二层204围绕，其中，压力调节通道114作为导管(例如，作为指状导管)从矩形图案向外延伸。将理解，接合材料的第二层204的矩形图案是非限制性实施例，并且在其他实施例中，接合材料的第二层204可以设置为另一矩形图案。
[0041]在一些实施例中，一个或多个通气孔212可以包括延伸超出多个压力调节通道114的沟槽。沟道定位为使得盖衬底206配置为覆盖第一室112a和第二室112b，但是暴露压力调节通道114的部分。密封件208设置在沟槽内，从而使得第二室112b通过密封件208与周围环境分隔开。
[0042]图3A和图3B示出包括邻接保持在不同压力下的室的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0043]图3A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图3B的剖面线300a’ )的一些实施例的截面图300a。
[0044]衬底包括设置在器件衬底102上方的盖衬底302。盖衬底302具有与器件衬底102的边缘对准的垂直侧壁。一个或多个通气孔304垂直延伸穿过盖衬底302至压力调节通道114。在一些实施例中，一个或多个通气孔304具有宽度为^的第一开口，宽度w 本上等于晶圆锯片的宽度(例如，介于约5μηι和约100 μm之间)。在其他实施例中，一个或多个通气孔304具有第一开口 304a和位于第一开口 304a下面的第二开口 304b。第一开口 304a具有第一宽度wb，并且第二开口 304b具有小于第一宽度Wb的第二宽度w e，以给予一个或多个通气孔304阶梯侧壁。密封件306延伸至一个或多个通气孔304内以填充一个或多个通气孔304并且从而气密密封第二室112b。
[0045]图3B示出在图3A的截面图300a中示出的衬底的一些实施例的顶视图300b。
[0046]图4A和图4B示出包括具有通过蚀刻工艺形成的开口的MEMS器件的衬底的一些可选的实施例。
[0047]图4A示出包括邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件的衬底(沿着图4B的剖面线400a’ )的一些实施例的截面图400a。
[0048]如截面图400a所示，衬底包括设置在器件衬底102上方的盖衬底402。一个或多个通气孔404垂直延伸穿过盖衬底402至压力调节通道114。一个或多个通气孔404具有延伸穿过盖衬底402的基本上垂直的侧壁。在一些实施例中，一个或多个通气孔404的宽度w/j、于晶圆锯片的宽度W bo
[0049]图4B示出在图4A的截面图400a中示出的衬底的一些实施例的顶视图400b。如顶视图400b所示，一个或多个通气孔404分别位于压力调节通道114上方。在一些实施例中，一个或多个通气孔404彼此分隔开。在其他实施例中，一个或多个通气孔可以包括延伸在多个压力调节通道114上方的沟槽。
[0050]图5A和图5B示出包括配置为密封一个或多个压力调节通道的多层密封件的MEMS器件的截面图。多层密封件改进密封件的能力以填充具有高高宽比的开口(例如，深度/宽度比大于或等于约I)。例如，具有金属层和介电层的多层密封件提供更好的密封和更高的可靠性。
[0051]图5A示出包括配置为密封盖衬底502内的一个或多个通气孔506的多层密封件504的MEMS衬底500。多层密封件504包括金属层504a和介电层504b。在一些实施例中，金属层504a可以位于介电层504b上面，而在其他实施例中，介电层504b可以位于金属层504a上面。在各个实施例中，金属层504a可以包括铝和/或铜，并且介电层504b可以包括氧化物和/或氮化物。
[0052]图5B示出包括配置为密封盖衬底502内的一个或多个通气孔506的多层密封件510的MEMS衬底508。多层密封件510包括夹层结构，夹层结构包括设置在第一介电层510a和第二介电层510c之间的金属层510b。在各个实施例中，第一介电层510a和第二介电层510c可以包括氧化物或氮化物，并且金属层510b可以包括铝和/或铜。
[0053]图6A和图6B示出包括屏蔽层的MEMS衬底的一些实施例的截面图600a和600b。
[0054]MEMS衬底包括设置在密封件602上方的屏蔽层606，密封件602延伸至盖衬底206中的一个或多个通气孔内。屏蔽层606包括在MEMS器件104a和104b上方横向延伸的导电材料。例如，在一些实施例中，屏蔽层可以包括诸如铝和/或铜的金属。屏蔽层606可以邻接盖衬底206和密封件602。通过邻接盖衬底206，屏蔽层606与盖衬底206形成电连接，从而允许屏蔽层606接地。
[0055]通过使屏蔽层606接地，屏蔽层606能够通过使电磁场的能量消散来实施电磁屏蔽。电磁屏蔽允许屏蔽层提供屏蔽而免受由MEMS器件104和外部电路之间的电磁辐射的相互作用引起的干扰。例如，在一些实施例中，MEMS衬底可以集成在具有其他电子组件的电子器件(例如，手机、计算机等)内。其他电子组件可以生成干扰MEMS器件104的操作的电磁辐射和/或可以使它们的操作受到由MEMS器件104生成的电磁辐射的干扰。屏蔽层606使由外部或内部电磁场生成的电流消散，并且因此减轻电磁干扰。
[0056]在一些实施例中，在图6A的截面图600a中示出，屏蔽层606a垂直延伸穿过密封件602a中的开口 604以邻接盖衬底206的上表面。开口 604与通气孔212横向偏移。在一些实施例中，开口 604可以延伸至盖衬底206的上表面207内一段距离d，以在盖衬底206的顶面内形成凹陷。在一些实施例中，开口 604可以包括具有介于5 μπι和100 μm之间的宽度W的沟槽。在其他实施例中，开口 604可以包括较小的宽度W。
[0057]在其他实施例中，在图6B的截面图600b中示出，沿着与密封件602b的上表面共享的基本上平坦的表面暴露盖衬底206的上表面207。屏蔽层606b沿着该平坦表面设置，从而使得屏蔽层606b邻接盖衬底206和密封件602b的上表面以及盖衬底206的一个或多个侧壁。
[0058]图7A和图7B示出包括屏蔽层的MEMS衬底的一些可选的实施例的截面图700a和700bο如图7A和图7B所示，屏蔽层706邻接盖衬底302的上表面并且延伸至具有阶梯侧壁的通气孔304内。在一些实施例中，屏蔽层706可以延伸穿过密封件702a中的开口 704 (图7A的截面图700a中示出)，而在其他实施例中，屏蔽层可以邻接盖衬底302和密封件702b的上表面(图7B的截面图700b中示出)。将理解，图6A和图6B与图7A和图7B的截面图是屏蔽层配置的非限制性实例。
[0059]图8A和图8B示出具有设置在一个或多个通气孔内的额外的覆盖结构的MEMS衬底的截面图800a和800b的一些实施例。
[0060]额外的覆盖结构804形成在位于密封件802上面的位置处的一个或多个通气孔404内。屏蔽层806形成在密封件802和额外的覆盖结构804上方。在一些实施例中，腔808可以布置在横向位于密封件802的侧壁之间和垂直位于密封件802和额外的覆盖结构804之间的位置处的一个或多个通气孔404内。额外的覆盖结构804防止来自随后的处理步骤的碎片累积在一个或多个通气孔404内。在一些实施例中，额外的覆盖结构804可以包括聚合物材料。
[0061]在一些实施例中，在图8A的截面图800a中示出，额外的覆盖结构804a从一个或多个通气孔404内向外延伸至位于密封件802a的上表面上面的位置。在其他实施例中，在图8B的截面图800b中示出，额外的覆盖结构804b的上表面与盖衬底402和密封件802b的上表面基本上对准。在这样的实施例中，屏蔽层806b是基本上平坦的。
[0062]图9示出在衬底上形成具有不同压力的室的多个MEMS器件的方法900的一些实施例的流程图。
[0063]虽然公开的方法900在下文中示出和描述为一系列的步骤或事件，但是将理解，这些步骤或事件的示出的顺序不应解释为限制意义。例如，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步骤或事件同时发生。此外，并非所有示出的步骤对于实施本文中描述的一个或多个方面或实施例都是必需的。此外，本文中示出的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中实施。
[0064]在步骤902中，在具有多个MEMS器件的器件衬底上选择性图案化接合材料的第一层。多个MEMS器件设置在选择性图案化的接合材料的第一层之间。
[0065]在步骤904中，提供具有图案化的接合材料的第二层的盖衬底。
[0066]在步骤906中，选择性图案化盖衬底以在位于图案化的接合材料的第二层之前的位置处形成多个器件腔。在一些实施例中，盖衬底可以图案化为也形成一个或多个压力调节腔。
[0067]在步骤908中，在第一压力下将盖衬底接合至器件衬底。将盖衬底接合至器件衬底形成多个室以及一个或多个压力调节通道。通过在具有第一压力的第一周围环境下将接合材料的第一层桥接至与接合材料的第二层接触来将盖衬底接合至器件衬底。
[0068]在步骤910中，在盖衬底内形成一个或多个通气孔。一个或多个通气孔与压力调节通道的一个或多个连通，并且将多个室的一个或多个暴露于具有第二压力的第二周围环境。
[0069]在步骤912中，在一些实施例中，通过切割接合的结构(即，盖衬底和器件衬底)而去除盖衬底的部分来形成一个或多个通气孔。在步骤914中，然后蚀刻切割的接合的结构以形成一个或多个通气孔，一个或多个通气孔将多个室的一个或多个暴露于具有第二压力的第二周围环境。在其他实施例中，可以通过根据掩蔽层选择性地蚀刻盖衬底来形成一个或多个通气孔。
[0070]在步骤916中，将一个或多个通气孔密封在第三压力下。在一些实施例中，通过在具有第三压力的第三周围环境内在一个或多个通气孔内沉积密封件来密封一个或多个室。在一些实施例中，第二压力(即，在步骤910中的开口工艺期间的第二周围环境的压力)可以与第三压力(S卩，在步骤916中的密封工艺期间的周围环境的压力)相同。在其他实施例中，第二压力和第三压力可以不同。
[0071]在步骤918中，在一些实施例中，可以在一个或多个通气孔内形成额外的覆盖结构。
[0072]在步骤920中，去除密封件的部分以暴露盖衬底的上表面。
[0073]在步骤922中，导电屏蔽层形成在盖衬底的上表面和密封件的上表面上并且与盖衬底的上表面和密封件的上表面直接接触。
[0074]在步骤924中，可以切割接合的结构。在一些实施例中，切割接合的结构以在第一管芯上形成第一 MEMS器件和在第二管芯上形成第二 MEMS器件。在其他实施例中，切割接合的结构以在相同的管芯上形成第一 MEMS器件和第二 MEMS器件。
[0075]图10至图19示出衬底的一些实施例，其中，实施在衬底上形成具有不同压力的室的多个MEMS器件的方法900。虽然关于方法900描述了图10至图19，但是将理解，图10至图19中公开的结构不限于这样的方法，而是可以单独作为结构。
[0076]图10示出了对应于步骤902的截面图1000(沿着剖面线1000a)和顶视图1002的一些实施例。如图所示，提供具有多个MEMS器件104a和104b的器件衬底102。在一些实施例中，器件衬底102可以包括硅晶圆。在一些实施例中，器件衬底102可以包括具有CMOS器件(例如，MOSFET器件)的CMOS衬底。在一些实施例中，多个MEMS器件104a和104b可以包括MEMS陀螺仪(例如，振动陀螺仪)或MEMS加速计。在其他实施例中，多个MEMS器件104a和104b可以包括MEMS加速计或MEMS压力传感器。
[0077]MEMS器件104a和104b横向定位在接合材料的第一层202之间，接合材料的第一层202设置在器件衬底102的顶面上。在一些实施例中，接合材料的第一层202可以是用于共晶接合的铝或锗、用于熔融接合的氧化物或用于热压接合的金属或聚合物。在其他实施例中，可以省略接合材料的第一层202 (例如，对于包括氧化物的接合材料的第二层和和硅之间的熔融接合)。
[0078]图11示出对应于步骤904的截面图1100(沿着剖面线1100a)和顶视图1104的一些实施例。如截面图1100所示，在盖衬底1102上方选择性地形成接合材料的第二层204。在一些实施例中，盖衬底1102可以包括硅晶圆。在一些实施例中，接合材料的第二层204可以包括用于共晶接合的铝或锗、用于熔融接合的氧化物或用于热压接合的金属或聚合物。在其他实施例中，可以省略接合材料的第二层204(例如，对于包括氧化物的接合材料的第一层和和硅之间的熔融接合)。
[0079]如顶视图1104所示，接合材料的第二层204以第一图案和第二图案设置在盖衬底1102上方，第一图案包括基本上矩形图案，第二图案包括具有从矩形图案向外延伸的指状导管(对应于步骤908中形成的压力调节通道)的基本上矩形图案。在其他实施例中，可以以非矩形的第一图案和第二图案设置接合材料的第二层204。
[0080]图12示出对应于步骤906的截面图1200 (沿着剖面线1200a)和顶视图1208的一些实施例。
[0081]如截面图1200所示，选择性图案化盖衬底1102以在盖衬底1102的表面内形成多个凹陷。在一些实施例中，可以使用干反应离子蚀刻(DRIE)工艺选择性图案化盖衬底1102。例如，可以在盖衬底1102上形成掩蔽层(未示出)，然后可以将盖衬底1102的未被掩蔽层掩蔽的区域暴露于选择性去除盖衬底1102的部分的干蚀刻剂1202。
[0082]在一些实施例中，多个凹陷可以包括多个器件腔1204。在一些额外的实施例中，多个凹陷还可以包括从多个器件腔1204的一个或多个向外延伸的一个或多个压力调节腔1206。在一些实施例中，一个或多个压力调节腔1206可以包括指状腔。在其他实施例中，一个或多个压力调节腔1206可以包括其他形状(例如，非指状腔)。
[0083]图13示出对应于步骤908的截面图1300 (沿着剖面线1300a)和顶视图1302的一些实施例。
[0084]如截面图1300所示，在具有第一压力的第一周围环境内将盖衬底1102接合至器件衬底102以形成接合的结构。接合的结构包括保持在第一压力下的第一室112a、第二室112b以及一个或多个压力调节通道114。通过将接合材料的第一层202桥接至与接合材料的第二层204接触，将盖衬底1102接合至器件衬底102。在一些实施例中，第一压力可以在约I毫托(mtorr)和约2个大气压之间的范围内。在各个实施例中，盖衬底1102可以通过熔融接合工艺、共晶接合工艺或热压接合工艺接合至器件衬底102。
[0085]在一些实施例中，一个或多个压力调节通道114可以包括压力调节腔。在其他实施例中，一个或多个压力调节通道114可以由图案化的接合材料形成(例如，接合材料的第一层202和第二层204)，图案化的接合材料形成设置在盖衬底1102和器件衬底102之间的一个或多个压力调节通道114。
[0086]图14A至图14C示出对应于步骤910的形成一个或多个通气孔的工艺的各个实施例。
[0087]图14A示出使用以倾斜切割机实施的切割工艺和随后的蚀刻工艺形成一个或多个通气孔的工艺的一些实施例。
[0088]如截面图1400所示，通过具有倾斜角度Φ (对应于盖衬底1402的侧壁角度)的主轴的倾斜切割机沿着划线1404切割盖衬底1402(注意，成角度侧壁之间的盖衬底的平坦部分对应于剖面线1400’的垂直部分)。在一些实施例中，角度Φ介于约45°和90°的范围内。切割工艺去除盖衬底1402的部分，从而为盖衬底1402提供位于一个或多个压力调节通道114上面的成角度的侧壁。在一些实施例中，在顶视图1406中示出，切割工艺去除盖衬底1402的部分，使得盖衬底1402的成角度的侧壁从器件衬底102的边缘向回设置。
[0089]如截面图1408所示，在切割之后，将盖衬底206暴露于毯状(即，未掩蔽)蚀刻工艺。毯状蚀刻工艺将盖衬底206的上表面暴露于蚀刻剂1410，蚀刻剂1410去除盖衬底206的部分以形成一个或多个通气孔212，一个或多个通气孔212将一个或多个压力调节通道114连接至保持在第二压力下的第二周围环境。如截面图1408所示，在一些实施例中，压力调节通道114使得盖衬底206的部分保留在通气孔212的右边。在其他实施例中，可以去除通气孔212的右边的盖衬底206。如顶视图1412所示，一个或多个通气孔212可以包括延伸在多个压力调节通道114上方的沟槽。
[0090]在一些实施例中，蚀刻剂1410可以包括干蚀刻剂。在一些实施例中，干蚀刻剂可以使用包括例如氯气(Cl2)或六氟化硫(SF6)的蚀刻化学物质。由于毯状蚀刻工艺将盖衬底1402暴露于蚀刻剂1410，盖衬底1410的厚度从第一厚度^减小至第二厚度12(其中，
七2〈"^1) °
[0091]通过形成将一个或多个压力调节通道114连接至第二周围环境的一个或多个通气孔212，可以使第二室112b产生与第一压力不同的第二压力。
[0092]图14B示出使用以非倾斜切割机实施的切割工艺和随后的蚀刻工艺形成一个或多个通气孔的工艺的一些可选实施例。
[0093]如截面图1416所示，通过非倾斜切割刀片1420切割盖衬底1418。非倾斜切割刀片1420在盖衬底1418内形成基本上垂直于盖衬底1418的上表面的切口。切割工艺去除盖衬底1418的部分以在位于一个或多个压力调节通道114上面的盖衬底1418内形成凹陷1422。
[0094]如顶视图1424所示，通过非倾斜切割刀片1420去除盖衬底1418的部分形成沟槽，该沟槽在多个压力调节通道114之间延伸。
[0095]如截面图1426所示，在切割之后，将盖衬底302暴露于毯状(即，未掩蔽)蚀刻工艺。毯状蚀刻工艺将盖衬底302的上表面暴露于蚀刻剂1428，蚀刻剂1428去除盖衬底302的部分以形成一个或多个通气孔304，一个或多个通气孔304将一个或多个压力调节通道114连接至保持在第二压力下的第二周围环境。如截面图1426所示，在一些实施例中，压力调节腔1206使得盖衬底302的部分保留在通气孔304的右边。在其他实施例中，可以去除通气孔304右边的盖衬底302。通过形成将一个或多个压力调节通道114连接至第二周围环境的一个或多个通气孔304，可以使第二室112b产生与第一压力不同的第二压力。
[0096]图14C示出使用蚀刻工艺形成一个或多个通气孔的工艺的一些可选实施例。
[0097]如截面图1432所示，在盖衬底1102的上表面上选择性地形成掩蔽层1434。掩蔽层1434包括限定一个或多个通气孔的位置的一个或多个开口 1436。如顶视图1438所示，可以在每个压力调节通道114上方形成单独的开口。
[0098]如截面图1440所示，将盖衬底402的未被掩蔽层1434掩蔽的区域选择性暴露于蚀刻剂1442。蚀刻剂1442配置为去除盖衬底402的部分以形成一个或多个通气孔404，一个或多个通气孔404将一个或多个压力调节通道114连接至保持在第二压力下的第二周围环境。通过形成将一个或多个压力调节通道114连接至第二周围环境的一个或多个通气孔404，第二室112b暴露于第二压力。
[0099]图15A至图15C示出对应于步骤916的截面图1500a_1500c的一些实施例。
[0100]如截面图1500a所示，在具有第三压力的第三周围环境内，在通过倾斜切割工艺(如图14A所示)形成的一个或多个通气孔212内形成密封件208。在一些实施例中，密封件208可以包括金属或介电材料。在一些实施例中，密封件208可以包括堆叠在介电层上的金属层。在其他实施例中，密封件208可以包括具有设置在两个介电层之间的金属层的夹层结构。在一些实施例中，可以通过沉积技术(例如，化学汽相沉积、物理汽相沉积等)沉积密封件208的层。在各个实施例中，第二压力和第三压力可以相同，或者第二压力和第三压力可以不同。
[0101]如截面图1500b所示，在具有第三压力的第三周围环境内，在通过非倾斜切割工艺(如图14B所示)形成的一个或多个通气孔304内形成密封件306。在各个实施例中，密封件306可以包括金属和/或介电材料。
[0102]如截面图1500c所示，在具有第三压力的第三周围环境内，在通过蚀刻工艺(如图14C所示)形成的一个或多个通气孔404内形成密封件406。在各个实施例中，密封件406可以包括金属和/或介电材料。
[0103]图16示出对应于步骤918的截面图1600的一些实施例。
[0104]如截面图1600所示，在一个或多个通气孔404内形成额外的覆盖结构1602。额外的覆盖结构1602可以包括形成在一个或多个通气孔404内的聚合物材料(例如，环氧树脂)。额外的覆盖结构1602防止来自随后的处理步骤的碎片累积在一个或多个通气孔404内。在一些实施例中，额外的覆盖结构1602可以包括通过例如丝网印刷工艺形成的聚合物基膜。在一些可选实施例中，可以在图17A至图17C的步骤之后形成额外的覆盖结构1602。
[0105]图17A至图17C示出对应于步骤920的截面图1700a_1700c的一些实施例。如图17A至图17C所示，去除密封件的部分以暴露盖衬底的上表面。密封件的去除可以是选择性的或非选择性的。在图17A至图17C中示出的各个实施例中，密封件示出为通过切割(图17A)、蚀刻(图17B)或研磨(图17C)而被去除，然而，本领域普通技术人员将理解，其他方法可以用于去除密封件。
[0106]如截面图1700a所示，通过切割工艺(例如，使用切割刀片1702)去除密封件1706的部分以形成延伸穿过密封件1706的开口 1704，从而暴露盖衬底402的上表面的部分。开口 1704的宽度基本上等于切割刀片的宽度(例如，介于约5 μπι和约100 μπι之间)。
[0107]如截面图1700b所示，通过蚀刻工艺去除密封件1712的部分以暴露盖衬底402的上表面的部分。通过在密封件1712上方形成掩蔽层1714来实施蚀刻工艺。在一些实施例中，掩蔽层1714可以包括根据光刻工艺图案化的光刻胶层。随后根据掩蔽层1714将密封剂1712暴露于蚀刻剂1710。蚀刻剂1710去除密封件1712的暴露部分以形成延伸穿过密封件1712至下面的盖衬底402的开口 1708。
[0108]如截面图1700c所示，通过研磨工艺去除密封件1718的部分以暴露盖衬底402的上表面的部分。在一些实施例中，研磨工艺可以包括化学机械抛光(CMP)工艺。在其他实施例中，研磨工艺可以包括机械研磨工艺，机械研磨工艺在去除密封件的同时去除聚合物材料和硅。CMP工艺或机械研磨工艺形成基本上平坦的表面1716，表面1716沿着盖衬底402的上表面延伸并且沿着密封件1718的上表面延伸。
[0109]图18示出对应于步骤922的截面图1800的一些实施例。
[0110]如截面图1800所示，导电屏蔽层806a形成在盖衬底402的上表面和密封件802a的上表面上，并且与盖衬底402的上表面和密封件802a的上表面直接接触。在一些实施例中，可以通过汽相沉积技术(例如，化学汽相沉积、物理汽相沉积等)沉积导电屏蔽层806a。例如，在各个实施例中，导电屏蔽层806a可以包括诸如铝或铜的金属。
[0111]图19示出对应于步骤924的截面图1900和1904的一些实施例。如图所示，可以使用非倾斜切割锯片沿着一条或多条划线1902切割衬底，以形成包括分别邻接具有不同压力的室的多个MEMS器件104a和104b的一个或多个的单个的管芯1906。例如，可以切割衬底以形成第一管芯1906a和第二管芯1906b，第一管芯1906a包括邻接保持在第一压力下的第一室112a的第一 MEMS器件104a，第二管芯1906b包括邻接保持在第二压力下的第二室112b的第二 MEMS器件104b。
[0112]将理解，虽然贯穿本文件在讨论本文中描述的方法的方面中对示例性结构(例如，当讨论图9中阐述的方法时，图10至图19中呈现的结构)作出参考，但是那些方法不受呈现的相应结构的限制。相反，方法(和结构)被认为彼此独立并且能够独立并且在没有图中示出的任何特定方面的情况下实践。此外，可以以任何合适的方式形成本文中描述的层，诸如旋涂、溅射、生长和/或沉积技术等。
[0113]而且，基于阅读说明书和附图，本领域技术人员可以想到等同改变和/或更改。本文的公开内容包括所有这样的更改和改变并且通常不旨在限制于此。例如，虽然本文中提供的图示出和描述为具有特定掺杂类型，但是将理解，如本领域普通技术人员将理解的，可以利用可选的掺杂类型。
[0114]此外，虽然仅关于若干实施方式的一种公开了特定部件或方面，这样部件或方面可以与一个或多个其他部件和/或期望的其他实施方式的方面组合。此外，在本文中所使用术语“包括”、“有”、“具有”、“带有”和/或其变化等应该理解为开放式的，这种属于意指“包括”。而且，“示例性”意思是仅用作实例，而不是最佳的。也应该理解，为了简单和易于理解的目的，本文中示出的部件、层和/或元件示出为具有相对于彼此的特定尺寸和/或方位，但是实际尺寸和/或方位可以与本文中示出的显著不同。
[0115]本发明涉及具有电磁屏蔽层的MEMS(微电子机械系统)衬底和相关的形成方法，电磁屏蔽层位于分别邻接保持在不同压力下的室的多个MEMS器件上面。
[0116]在一些实施例中，本发明涉及MEMS (微电子机械系统)衬底。MEMS衬底包括具有微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底以及定位在邻近MEMS器件的位置处的器件衬底上方的接合材料的层。MEMS衬底还包括盖衬底，盖衬底包括设置在邻接接合材料的层的表面内的凹陷，该凹陷形成垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且邻接MEMS器件的室。垂直设置在器件衬底和盖衬底之间的一个或多个压力调节通道从室的侧壁向外横向延伸。
[0117]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内。
[0118]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，其中，所述密封件包括金属或介电材料。
[0119]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。
[0120]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面，第一开口，从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底，其中所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。
[0121]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面，其中，所述盖衬底的上表面与所述密封件的上表面基本上共面；以及其中，所述导电屏蔽层邻接所述盖衬底的上表面和所述密封件的上表面。
[0122]在上述衬底中，还包括:一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内，额外的覆盖结构，设置在所述一个或多个通气孔内。
[0123]在上述衬底中，其中，所述压力调节通道的高度基本上等于所述接合材料的层的高度。
[0124]在上述衬底中，其中，所述一个或多个压力调节通道的侧壁包括所述盖衬底以及垂直设置在所述盖衬底和所述器件衬底之间的接合层。在其他实施例中，本发明涉及MEMS (微电子机械系统)衬底。MEMS衬底包括具有微电子机械系统(MEMS)器件的器件衬底以及定位在邻近MEMS器件的位置处的器件衬底上方的接合材料的层。包括设置在表面内的凹陷的盖衬底邻接接合材料的层，以形成垂直设置在器件衬底和盖衬底之间并且邻接MEMS器件的室。密封件设置在室和周围环境之间，并且导电屏蔽层从密封件的上表面延伸至盖衬底的上表面。
[0125]在上述衬底中，还包括:一个或多个压力调节通道，从所述室的侧壁向外横向延伸。
[0126]在上述衬底中，还包括:一个或多个压力调节通道，从所述室的侧壁向外横向延伸，一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置。
[0127]在上述衬底中，其中，所述密封件包括邻接金属层的介电材料。
[0128]在上述衬底中，其中，所述密封件包括设置在第一介电材料和第二介电材料之间的金属层。
[0129]在上述衬底中，还包括:第一开口，从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底，其中所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。
[0130]在又其他实施例中，本发明涉及在共享的衬底上形成多个MEMS器件的方法。该方法包括提供器件衬底，器件衬底包括多个微电子机械系统(MEMS)器件。该方法还包括在具有第一压力的第一周围环境下将盖衬底接合在器件衬底上，其中，该接合形成邻接多个MEMS器件的多个室。该方法还包括形成延伸穿过盖衬底至与多个室连通的位置的一个或多个通气孔。该方法还包括在具有第二压力的第二周围环境下在一个或多个通气孔内形成密封件。该方法还包括选择性地去除密封件以暴露盖衬底的上表面的部分，以及形成从密封件的上表面延伸至盖衬底的上表面的导电屏蔽层。
[0131]在上述方法中，其中，将所述盖衬底接合在所述器件衬底上产生从所述多个室的一个或多个向外延伸的一个或多个压力调节通道。
[0132]在上述方法中，其中，在去除所述密封件的部分之后，所述密封件的上表面与所述盖衬底的上表面基本上共面。
[0133]在上述方法中，其中，选择性地去除所述密封件形成第一开口，所述第一开口从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底；以及其中，所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。
[0134]在上述方法中，其中，形成所述一个或多个通气孔包括:在所述盖衬底上方形成掩蔽层；以及根据所述掩蔽层蚀刻所述盖衬底以形成所述一个或多个通气孔。
【主权项】
1.一种MEMS (微电子机械系统)衬底，包括: 器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件； 接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方； 盖衬底，包括设置在邻接所述接合材料的层的表面内的凹陷，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室；以及 一个或多个压力调节通道，垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且从所述室的侧壁向外横向延伸。2.根据权利要求1所述的衬底，还包括: 一个或多个通气孔，延伸穿过所述盖衬底至与所述一个或多个压力调节通道连通的位置；以及 密封件，从所述盖衬底上方延伸至所述一个或多个通气孔内。3.根据权利要求2所述的衬底，其中，所述密封件包括金属或介电材料。4.根据权利要求2所述的衬底，还包括: 导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。5.根据权利要求4所述的衬底，还包括: 第一开口，从所述密封件的上表面延伸穿过所述密封件至所述盖衬底，其中所述导电屏蔽层延伸穿过所述第一开口以邻接所述盖衬底。6.根据权利要求4所述的衬底， 其中，所述盖衬底的上表面与所述密封件的上表面基本上共面；以及 其中，所述导电屏蔽层邻接所述盖衬底的上表面和所述密封件的上表面。7.根据权利要求2所述的衬底，还包括: 额外的覆盖结构，设置在所述一个或多个通气孔内。8.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述压力调节通道的高度基本上等于所述接合材料的层的高度。9.一种MEMS (微电子机械系统)衬底，包括: 器件衬底，具有微电子机械系统(MEMS)器件； 接合材料的层，定位在邻近所述MEMS器件的位置处的所述器件衬底上方； 盖衬底，包括设置在表面内的凹陷并且邻接所述接合材料的层，所述凹陷形成垂直设置在所述器件衬底和所述盖衬底之间并且邻接所述MEMS器件的室； 密封件，设置在所述室和周围环境之间；以及 导电屏蔽层，从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面。10.一种在共享的衬底上形成多个MEMS器件的方法，包括: 提供器件衬底，所述器件衬底包括多个微电子机械系统(MEMS)器件； 在具有第一压力的第一周围环境下将盖衬底接合在所述器件衬底上，其中，所述接合形成邻接所述多个MEMS器件的多个室； 形成延伸穿过所述盖衬底至与所述多个室连通的位置的一个或多个通气孔； 在具有第二压力的第二周围环境下在所述一个或多个通气孔内形成密封件； 选择性地去除所述密封件以暴露所述盖衬底的上表面的部分；以及 形成从所述密封件的上表面延伸至所述盖衬底的上表面的导电屏蔽层。
【文档编号】B81B7/00GK106082104SQ201510800507
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年11月19日
【发明人】张贵松
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司
再多了解一些
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