專利名稱：微電子機(jī)械系統(tǒng)mems結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體封裝系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)以及形成MEMS結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。在IC材料以及設(shè)計(jì)方面的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了若干代IC產(chǎn)品，其中每一代IC產(chǎn)品比前一代具有更小更復(fù)雜的電路。在IC逐步進(jìn)步的歷程中，功能密度(即，每芯片面積中互連器件的數(shù)量)大體上得到了提升，然而幾何尺寸(即，使用制造工藝所能創(chuàng)造的最小部件)在減小。這些進(jìn)步增加了加工及制造IC的復(fù)雜性，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，需要在IC加工及制造方面同樣發(fā)展。微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件是在集成電路技術(shù)領(lǐng)域的最新發(fā)展，包括使用半導(dǎo)體技術(shù)形成機(jī)械和電子部件來(lái)制造器件。MEMS器件的實(shí)例包括齒輪、控制桿、閥門以及鉸鏈。MEMS器件的通常應(yīng)用包括加速計(jì)、壓力傳感器、制動(dòng)器、鏡子、加熱器以及打印機(jī)噴頭。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種器件，所述器件包括:蓋式襯底；以及襯底結(jié)構(gòu)，與所述蓋式襯底接合，所述襯底結(jié)構(gòu)包括:集成電路結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上的頂部金屬層；以及至少一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件，設(shè)置在所述頂部金屬層以及所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方。在可選實(shí)施例中，所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)直接接觸所述頂部金屬層。在可選實(shí)施例中，所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)包括至少一種選自由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅以及碳氮化硅組成的組中的材料。在可選實(shí)施例中，所述蓋式襯底通過(guò)所述蓋式襯底的支柱部分接合到所述襯底結(jié)構(gòu)，所述支柱部分延伸穿過(guò)所述襯底結(jié)構(gòu)的開口并接觸到所述頂部金屬層。在可選實(shí)施例中，所述蓋式襯底通過(guò)融熔接合或者共晶接合而接合到所述襯底結(jié)構(gòu)。在可選實(shí)施例中，所述蓋式襯底接合到所述襯底結(jié)構(gòu)的表面，所述襯底結(jié)構(gòu)的所述表面大體與所述至少一個(gè)MEMS器件的表面齊平或高于所述至少一個(gè)MEMS器件的表面。在可選實(shí)施例中，所述器件還包括:氣體消除結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)的上方，其中所述氣體消除結(jié)構(gòu)配置成吸收和/或消耗被所述蓋式襯底以及所述襯底結(jié)構(gòu)密封的氣體的至少一部分。

在可選實(shí)施例中，所述氣體消除結(jié)構(gòu)包括至少一種配置成通過(guò)流過(guò)所述氣體消除結(jié)構(gòu)的電流進(jìn)行氧化的金屬材料。在可選實(shí)施例中，所述氣體消除結(jié)構(gòu)包括熔絲結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)，包括:第一襯底結(jié)構(gòu)，所述第一襯底結(jié)構(gòu)包括:氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)，設(shè)置在介電材料上方；以及頂部金屬層，設(shè)置在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方；第二襯底結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第一襯底結(jié)構(gòu)上方，所述第二襯底結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)MEMS器件；以及第三襯底結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第二襯底結(jié)構(gòu)上方。在可選實(shí)施例中，所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)直接接觸所述頂部金屬層。在可選實(shí)施例中，所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)包括至少一種選自由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅以及碳氮化硅組成的組中的材料。在可選實(shí)施例中，所述第三襯底結(jié)構(gòu)通過(guò)所述第三襯底結(jié)構(gòu)的支柱部分接合到所述第一襯底結(jié)構(gòu)，所述支柱部分延伸穿過(guò)所述第二襯底結(jié)構(gòu)的開口并接觸所述頂部金屬層。在可選實(shí)施例中，所述第三襯底結(jié)構(gòu)接合到所述第二襯底結(jié)構(gòu)。在可選實(shí)施例中，所述器件還包括:氣體消除結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方，其中所述氣體消除結(jié)構(gòu)配置成吸收和/或消耗由所述第一襯底結(jié)構(gòu)、所述第二襯底結(jié)構(gòu)以及所述第三襯底結(jié)構(gòu)密封的氣體的至少一部分。在可選實(shí)施例中，所述氣體消除結(jié)構(gòu)包括至少一種配置成通過(guò)流過(guò)所述氣體消除結(jié)構(gòu)的電流進(jìn)行氧化的金屬材料。在可選實(shí)施例中，所述氣體消除結(jié)構(gòu)包括熔絲結(jié)構(gòu)。根據(jù) 本發(fā)明的又一個(gè)方面，還提供了一種用于形成微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS結(jié)構(gòu))的方法，所述方法包括:提供第一襯底結(jié)構(gòu)，其中所述第一襯底結(jié)構(gòu)包括與頂部金屬層接觸的氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)；將第二襯底結(jié)構(gòu)與所述第一襯底結(jié)構(gòu)接合，所述第二襯底結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)MEMS器件；以及將第三襯底結(jié)構(gòu)與所述第一襯底結(jié)構(gòu)或所述第二襯底結(jié)構(gòu)接合。在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方形成至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)，其中所述氣體消除結(jié)構(gòu)配置成吸收和/或消耗由所述第一襯底結(jié)構(gòu)、所述第二襯底結(jié)構(gòu)和所述第三襯底結(jié)構(gòu)密封的氣體的至少一部分。在可選實(shí)施例中，所述氣體消除結(jié)構(gòu)包括至少一種配置成通過(guò)流過(guò)所述氣體消除結(jié)構(gòu)的電流進(jìn)行氧化的金屬材料。


結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述能夠更完整地理解本發(fā)明。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件未按比例繪制，只是用來(lái)示范性。實(shí)際上，為了清楚起見(jiàn)，各種部件的尺寸可任意地增加或減少。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的一示范性MEMS結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的另一示范性MEMS結(jié)構(gòu)的示范性的截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的包括至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)的一示范性MEMS結(jié)構(gòu)的示范性截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的示范性氣體消除結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的包括至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)的另一示范性MEMS結(jié)構(gòu)的示范性的截面圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的制造MEMS結(jié)構(gòu)的示范性方法的流程圖。圖7A-7C是使用一示范性方法形成MEMS結(jié)構(gòu)的不同階段的截面圖。
具體實(shí)施例方式通常，MEMS封裝系統(tǒng)具有多個(gè)相互接合的襯底。在MEMS封裝系統(tǒng)中，MEMS器件設(shè)置在由接合的襯底密閉的空間里?？臻g是真空的使得在所述空間中的MEMS器件的操作較少受到影響。襯底具有多種用于形成集成電路的介電材料。已發(fā)現(xiàn)氣體可能從所述介電材料泄出而進(jìn)入所述空間。所述氣體可能改變MEMS器件周圍的環(huán)境以及影響MEMS器件的操作。以下公開提供了多種不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用到?shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下將描述組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明。另夕卜，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考符號(hào)和/或字符。這種重復(fù)用到簡(jiǎn)化和清楚，并且其本身不表示所述多個(gè)實(shí) 施例和/或配置之間的關(guān)系。此外，在本發(fā)明以下描述中，一部件形成在另一部件上，一部件連接到另一部件和/或耦合到另一部件可包括所述部件直接接觸的實(shí)施例，也可包括另外的部件形成在所述部件之間使得所述部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)，例如，“低于”、“高于”、“水平于”、“垂直于”、“之上”、“之下”、“上面”、“下面”、“頂部”、“底部”等，以及它們的衍生詞(例如:“水平地”、“向下地”、“向上地”等)被用于說(shuō)明本發(fā)明中一部件與另一部件的關(guān)系?？臻g關(guān)系術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋包含各部件的器件的不同方向。本發(fā)明涉及MEMS結(jié)構(gòu)以及形成MEMS結(jié)構(gòu)的方法。MEMS結(jié)構(gòu)包括氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)，配置成減少?gòu)脑贛EMS器件周圍設(shè)置的半導(dǎo)體材料的氣體外泄。下面描述不同的示范性MEMS結(jié)構(gòu)及其形成方法。應(yīng)當(dāng)理解以下描述的MEMS結(jié)構(gòu)以及方法僅是示范性的。本發(fā)明的范圍并不受其限制。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的示范性微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)的截面示意圖。在圖1中，襯底結(jié)構(gòu)130與襯底結(jié)構(gòu)105相接合。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)105包括至少一個(gè)襯底結(jié)構(gòu)，例如，相互接合的襯底結(jié)構(gòu)110和120。在一些實(shí)施例中，將襯底結(jié)構(gòu)105和130組裝以形成密閉的或非密閉的封裝系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)110、120和130分別包括襯底112、122和132。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)130被稱為蓋式襯底結(jié)構(gòu)。襯底132被稱為蓋式襯底。襯底122被稱為MEMS襯底。襯底112被稱為集成電路襯底。在一些實(shí)施例中，襯底112、122和132每一個(gè)都包括相同或不同的材料，以及可能包括任何合適的材料組合。例如，襯底112、122和132可以是半導(dǎo)體襯底，包括:諸如硅和/或鍺的元素半導(dǎo)體；諸如碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦的復(fù)合半導(dǎo)體；諸如 SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP 和 / 或 GaInAsP 的合金半導(dǎo)體；或它們的組合。合金半導(dǎo)體襯底可以具有梯度SiGe部件，其中Si和Ge的成分從在梯度SiGe部件的某處的一個(gè)比率變化到在另一處的另一個(gè)比率。在硅襯底上方可形成合金SiGe。SiGe襯底可以是應(yīng)變的。此外，襯底112、122和/或132可以是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)。在一些實(shí)例中，襯底112、122和/或132包括摻雜的外延層。在其他的一些實(shí)例中，襯底112、122和/或132包括多層復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?？蛇x地，襯底112、122和/或132包括非半導(dǎo)體材料，例如玻璃、熔融石英或氟化鈣。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)110、120和/或130包括至少一個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS集成電路，至少一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)電路，至少一中介結(jié)構(gòu)，其它的集成電路和/或任何它們的組合。在一些實(shí)施例中，中介結(jié)構(gòu)表示可僅包括用于電連接的導(dǎo)線布線而不包括任何有源器件的襯底。例如，如圖1所示，襯底結(jié)構(gòu)105包括形成在襯底112上方的集成電路結(jié)構(gòu)111。在一些實(shí)施例中，集成 電路結(jié)構(gòu)111例如使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)來(lái)形成。集成電路結(jié)構(gòu)111包括但不限于，例如，邏輯電路、模擬電路、混合信號(hào)電路和/或任何合適的集成電路。在一些實(shí)施例中，集成電路結(jié)構(gòu)111包括形成在襯底112上方的互連金屬結(jié)構(gòu)(未標(biāo)出)?；ミB金屬結(jié)構(gòu)配置成為在襯底112和/或122上和/或上方形成的有源器件和/或無(wú)源器件之間提供電互連。在一些實(shí)施例中，互連金屬結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)介電層，例如，介電層114以及金屬間介電材料MD材料119。在一些實(shí)施例中，介電層114和MD材料119每個(gè)都包括至少一種材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、低介電常量(低k)介電材料，超低k介電材料、其它介電材料或任何它們的組合。在一些使用熔融接合的實(shí)施例中，介電層114與襯底122接觸，這導(dǎo)致襯底122和介電層114由于原子引力(例如，范德華力)而保持在一起。襯底122和介電層114可經(jīng)受退火工藝，退火工藝之后在襯底122和介電層114之間形成緊固接合。在一些實(shí)施例中，互連金屬結(jié)構(gòu)包括多個(gè)金屬層,例如，金屬層112和116。金屬層112和116通過(guò)至少一個(gè)通孔插塞結(jié)構(gòu)(例如，通孔插塞結(jié)構(gòu)118)而相互電連接。在一些實(shí)施例中，互連金屬結(jié)構(gòu)至少由一種材料制成，例如鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈷(Co)、鉬(Pt)、硅(Si)、鍺(Ge)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、金(Au)、鎳(Ni)、錫(Sn)、其它合適的金屬材料和/或任何它們的組合。在一些實(shí)施例中，金屬層116稱為頂部金屬層。頂部金屬層可部分暴露在由襯底結(jié)構(gòu)105以及130形成封閉的空間113中。金屬層116包括至少一個(gè)焊盤結(jié)構(gòu)，例如焊盤結(jié)構(gòu)117。焊盤結(jié)構(gòu)117配置成與襯底結(jié)構(gòu)130的焊盤結(jié)構(gòu)134接合。焊盤結(jié)構(gòu)117和134每個(gè)都包括適于接合的接合材料。例如，焊盤結(jié)構(gòu)134包括至少一種半導(dǎo)體材料，例如Ge、S1、硅鍺(SixGe1J、其它半導(dǎo)體材料和/或任何它們的組合。焊盤結(jié)構(gòu)117包括至少一種金屬材料，例如，Al、Cu、T1、Ta、Au、N1、Sn、其它金屬材料和/或任何它們的組合。在其它實(shí)施例中，焊盤結(jié)構(gòu)117和134每個(gè)包括至少一種金屬材料，例如Al、Cu、T1、Ta、Au、N1、Sn、其它金屬材料和/或任何它們的組合。再參考圖1，襯底結(jié)構(gòu)120包括至少一種MEMS器件，例如，MEMS器件124。在一些實(shí)施例中，MEMS器件124包括多個(gè)由金屬、多晶硅、電介質(zhì)和/或其它材料形成的多個(gè)元件。MEMS器件124可包括典型地用于CMOS制造工藝的材料。根據(jù)期望的功能，MEMS器件124的任何配置都是可能的。所描述的一種或多種元件可被設(shè)計(jì)成用于提供MEMS機(jī)械結(jié)構(gòu)。MEMS機(jī)械結(jié)構(gòu)可包括操作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)或元件。MEMS器件124可使用在CMOS制造采用的工藝來(lái)形成,例如,光刻法、蝕刻工藝(如,濕蝕刻、干蝕刻,等離子體蝕刻)、沉積工藝、電鍍工藝和/或其它合適的工藝，其可使用一個(gè)或多個(gè)掩模以及圖案化步驟。在一些實(shí)施例中，MEMS器件124包括運(yùn)動(dòng)傳感器(例如，陀螺儀、加速計(jì)等)，射頻(RF)MEMS器件(例如，RF開關(guān)、濾波器等)，振蕩器，MEMS微音器或任何其它的MEMS器件。在一些實(shí)施例中，形成插口(凹處)/支柱結(jié)構(gòu)以接合襯底結(jié)構(gòu)105和130。例如，如圖1所示，襯底結(jié)構(gòu)130包括支柱結(jié)構(gòu)135。在襯底結(jié)構(gòu)105中形成有插口 126 (也稱為開口、溝槽或凹處)。在一些實(shí)施例中，圍繞MEMS器件124布置插口 126。如圖1所示，襯底結(jié)構(gòu)130的支柱結(jié)構(gòu)135設(shè)置為進(jìn)入襯底結(jié)構(gòu)105的插口 126內(nèi)，使得焊盤結(jié)構(gòu)117和134相互接觸以形成接合。在一些實(shí)施例中，插口 126包括任何合適的尺寸，例如長(zhǎng)度和寬度，并為襯底結(jié)構(gòu)105的支柱結(jié)構(gòu)135與襯底結(jié)構(gòu)110接合提供貫通結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，插口 126的尺寸與支柱結(jié)構(gòu)135的尺寸大體相似。插口 126可與用于形成MEMS器件124的圖案化工藝同時(shí)形成或單獨(dú)形成。在一些實(shí)施例中，在MEMS器件124圖案化工藝期間，同時(shí)形成插口126 (例如，使用同一掩模)。如所述的，支柱結(jié)構(gòu)135可以包括任何合適的尺寸，例如長(zhǎng)度和寬度，以及可大體上與插口 126的尺寸相似。在一些實(shí)施例中，支柱結(jié)構(gòu)135和插口 126具有使支柱結(jié)構(gòu)135可剛好放入插口 126中以接合襯底結(jié)構(gòu)105和130的尺寸。示范性尺寸可包括支柱結(jié)構(gòu)135具有大約50 μ m的·長(zhǎng)度以及大約50 μ m的寬度，以及插口 126具有小于50 μ m的長(zhǎng)度和大于50 μ m的寬度，例如大約80 μ m。如圖1所示，支柱結(jié)構(gòu)135的一部分被放入插口 126中，使得焊盤結(jié)構(gòu)134與117相互接觸以通過(guò)任何合適的接合工藝(例如熔融或共晶接合工藝)來(lái)形成接合，。在一些實(shí)施例中，當(dāng)襯底結(jié)構(gòu)130接合到襯底結(jié)構(gòu)105時(shí)(即焊盤結(jié)構(gòu)134接觸焊盤結(jié)構(gòu)117)，支柱結(jié)構(gòu)135和插口 126的尺寸使得襯底結(jié)構(gòu)105和130之間保留有空間(未標(biāo)出)。插口 126和支柱結(jié)構(gòu)135之間的空間為接合工藝期間因合金受壓引起的溢出物提供了空間。支柱結(jié)構(gòu)/凹處結(jié)構(gòu)因而可有效地容納溢出物。再參考圖1，集成電路結(jié)構(gòu)111包括設(shè)置在金屬層116和MEMS器件124下方的氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115。在一些實(shí)施例中，氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115與金屬層116直接接觸。在一些實(shí)施例中，至少氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115的一部分暴露在由接合的襯底結(jié)構(gòu)105和130封閉的空間113中。氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115配置成阻止氣體(例如，氧氣、二氧化碳、其它氣體和/或任何它們的組合)從集成電路結(jié)構(gòu)111的金屬間介電材料MD材料119泄出。通過(guò)阻止氣體從MD材料119泄出，被密封在空間113中的MEMS器件124的周圍環(huán)境可保持期望狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115具有低于集成電路結(jié)構(gòu)111的IMD材料119的氣體允許度。氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)可包括選自由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅以及碳氮化硅組成的組中的至少一種材料。在一些實(shí)施例中，氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115包括單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115包括至少一部分，其覆蓋介電層114的側(cè)壁的至少一部分。圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的另一示范性MEMS結(jié)構(gòu)的示范性截面圖。與圖1中部件相同或相似的圖2中的部件用相同的參考號(hào)標(biāo)識(shí)或者增加圖1部件的標(biāo)號(hào)的基礎(chǔ)上增加100來(lái)標(biāo)識(shí)。相同或相似部件不再重復(fù)詳細(xì)描述。在圖2中，襯底結(jié)構(gòu)205和230相互接合以形成密閉空間213。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)205包括相互接合的襯底結(jié)構(gòu)210和220。襯底結(jié)構(gòu)210,220和230分別包括襯底212,222和232。參考圖2，襯底結(jié)構(gòu)205包括集成電路結(jié)構(gòu)211。集成電路結(jié)構(gòu)211包括互連金屬結(jié)構(gòu)(未標(biāo)出)?；ミB金屬結(jié)構(gòu)包括至少一條金屬線，例如，金屬線212和216,以及至少一個(gè)通孔插塞結(jié)構(gòu),例如,通孔插塞結(jié)構(gòu)218。集成電路結(jié)構(gòu)211包括至少一個(gè)介電層，例如，與襯底222接合的介電層214。襯底結(jié)構(gòu)205包括氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)215。氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)215設(shè)置在金屬層216下方。在一些實(shí)施例中，氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)215接觸金屬層216。正如所述，氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)215配置成阻止氣體(例如，氧氣、二氧化碳、其它氣體和/或任何它們的組合)從在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)215下方設(shè)置的集成電路結(jié)構(gòu)211的IMD材料219泄出。通過(guò)阻止氣體從MD材料219泄出，被密封在空間213內(nèi)的MEMS器件224周圍的環(huán)境可保持期望狀態(tài)。參考圖2，襯底結(jié)構(gòu)220包括至少一個(gè)MEMS器件224。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)220包括至少一個(gè)圍繞MEMS器件224設(shè)置的焊盤結(jié)構(gòu)227。焊盤結(jié)構(gòu)227配置成與襯底結(jié)構(gòu)230的焊盤結(jié)構(gòu)234相接合。在一些實(shí)施例中，焊盤結(jié)構(gòu)227的材料與上面結(jié)合圖1描述的焊盤結(jié)構(gòu)117的材料相同或相似。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)230接合到襯底結(jié)構(gòu)205的表面220a。如圖2所示，在焊盤結(jié)構(gòu)227和234之間的界面220a高于MEMS器件224的表面224a。在其它實(shí)施例中，焊盤結(jié)構(gòu)234直接接合到襯底222的表面。焊盤結(jié)構(gòu)234與襯底222之間的界面與MEMS器件224的表面224a基本齊平。圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的包括至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)的示范性MEMS結(jié)構(gòu)的示范性截面圖。在圖3 中，MEMS結(jié)構(gòu)300包括至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)，例如，氣體消除結(jié)構(gòu)310。氣體消除結(jié)構(gòu)310設(shè)置在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115的上方。氣體消除結(jié)構(gòu)310配置成吸收和/或消耗被襯底結(jié)構(gòu)105和130密封的氣體的至少一部分。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310包括至少一種材料，例如鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈷(Co)、鉬(Pt)、硅(Si)、鍺(Ge)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、金(Au)、鎳(Ni)、錫(Sn)，其它合適的金屬材料和/或任何它們的組合。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310是金屬層116的一部分。在其它實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310使用與金屬層116不同的材料制造。如所述的，氣體消除結(jié)構(gòu)310配置成吸收和/或消耗被襯底結(jié)構(gòu)105和130密封的氣體的至少一部分。例如，氣體消除結(jié)構(gòu)310包括銅，其易于與由襯底結(jié)構(gòu)105和130形成的密閉空間中的氧氣反應(yīng)。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310包括如圖4所示的熔絲結(jié)構(gòu)。在圖4中，氣體消除結(jié)構(gòu)310包括電極節(jié)點(diǎn)310a和310b和在電極節(jié)點(diǎn)310a和310b之間的部分310c。通過(guò)提供從電極310a到電極310b的電流，部分310c被加熱并且易于與例如氧氣發(fā)生反應(yīng)從而生成金屬氧化物。應(yīng)當(dāng)理解，在圖4中示出的氣體消除結(jié)構(gòu)310的布置僅是示范性的。本發(fā)明的申請(qǐng)范圍并不受此限定。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310包括至少一個(gè)金屬帶、線，其它金屬結(jié)構(gòu)和/或任何它們的組合。應(yīng)當(dāng)理解，圖3中示出的氣體消除結(jié)構(gòu)310的位置僅是示范性的。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310設(shè)置在襯底122的表面122a的上方。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310設(shè)置為靠近襯底132面向空間113的表面。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310在介電層114側(cè)壁的至少一部分上延伸。圖5是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的包括至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)的另一示范性MEMS結(jié)構(gòu)的示范性截面圖。在圖5中，MEMS結(jié)構(gòu)500包括至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)，例如，氣體消除結(jié)構(gòu)510。氣體消除結(jié)構(gòu)510設(shè)置在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)215的上方。氣體消除結(jié)構(gòu)510配置成吸收和/或消耗由襯底結(jié)構(gòu)205以及230密封的氣體的至少一部分。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)510與結(jié)合圖3和圖4描述的氣體消除結(jié)構(gòu)310相同或相似。下面描述形成結(jié)合圖1-5描述的不同MEMS結(jié)構(gòu)的示范性工藝。圖6提供了示出制造MEMS結(jié)構(gòu)的示范性方法700的流程圖。圖7A-7C是采用方法600形成MEMS結(jié)構(gòu)的各階段的截面圖。應(yīng)當(dāng)理解，可在方法600之前，中間，以及之后采用另外的步驟，以及下述的一些步驟可在此方法的另外實(shí)施例中被替代或被刪減。還應(yīng)理解，可在MEMS結(jié)構(gòu)100中增加另外的部件，以及下述一些部件在MEMS結(jié)構(gòu)100的另外實(shí)施例中可被替代或被刪減。方法600以及相應(yīng)的MEMS結(jié)構(gòu)100僅是示范性，并不旨在限制本發(fā)明。參考圖6，在框610，提供了第一襯底結(jié)構(gòu)，例如圖7A中示出的襯底結(jié)構(gòu)110。如所述的，襯底結(jié)構(gòu)110包括襯底112。襯底112可以是半導(dǎo)體襯底，包括:諸如硅和/或鍺的元素半導(dǎo)體；諸如氧化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦的復(fù)合半導(dǎo)體；諸如 SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP 和 / 或 GaInAsP 的合金半導(dǎo)體；或它們的組合。合金半導(dǎo)體襯底可具有梯度SiGe部件，其中Si與Ge的成分從在梯度SiGe部件的某處的一比率變化到在另一處的另一比率。合金SiGe可形成在硅襯底的上方。SiGe襯底可以是應(yīng)變的。另外，襯底可以是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)。在一些實(shí)施例中，襯底112包括摻雜的外延層。在另一實(shí)例中，襯底112包括多層復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?？蛇x地，襯底112包括非半導(dǎo)體材料，例如玻璃、熔·融石英或氟化鈣。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)110包括集成電路結(jié)構(gòu)111。集成電路結(jié)構(gòu)111包括存儲(chǔ)單元、模擬電路、邏輯電路和/或混合信號(hào)電路(未示出)。集成電路結(jié)構(gòu)111可包括無(wú)源元件，例如，電阻器、電容器、電感器和/或熔絲；以及有源元件，例如P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)、N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(CMOS)、高壓晶體管和/或高頻晶體管；其它合適的元件和/或它們的組合。在一實(shí)例中，襯底110包括一個(gè)或多個(gè)CMOS器件，例如晶體管(如NMOS和/或PMOS晶體管)。在一些實(shí)施例中，集成電路結(jié)構(gòu)111包括與晶體管相關(guān)聯(lián)的電路，例如，互連層(如金屬線和通孔)和層間介電層(ILD)。在一些實(shí)施例中，集成電路結(jié)構(gòu)111還包括絕緣結(jié)構(gòu)和/或與集成電路關(guān)聯(lián)的任何其它元件。在一些實(shí)施例中，方法600包括在MD材料119上方形成氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115。然后在氣體外泄結(jié)構(gòu)115上方形成金屬層116。形成氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115可使用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、原子層沉積(ALD)工藝，高密度等離子體CVD(HDPCVD)工藝，其它合適的方法和/或任何它們的組合。在一些實(shí)施例中，介電層114形成在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115的上方。
參考圖6，在框620，將第二襯底結(jié)構(gòu)與第一襯底結(jié)構(gòu)接合。例如，如圖7A所示，襯底結(jié)構(gòu)110與襯底結(jié)構(gòu)120接合。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)120包括全部或部分的MEMS器件124。應(yīng)當(dāng)理解，可在襯底結(jié)構(gòu)120與襯底結(jié)構(gòu)110接合之前或之后構(gòu)造MEMS器件124。在一些實(shí)施例中，MEMS器件124包括由金屬、多晶硅、電介質(zhì)和/或其它材料形成的多個(gè)元件。MEMS器件124可包括在CMOS制造工藝中使用的材料。根據(jù)期望的功能，任何MEMS器件124的配置都有可能。上述的一個(gè)或多個(gè)元件可被設(shè)計(jì)為用于提供MEMS機(jī)械結(jié)構(gòu)。MEMS機(jī)械結(jié)構(gòu)可包括用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)操作的結(jié)構(gòu)或元件?？墒褂肅MOS制造中采用的工藝形成MEMS器件124，例如，光刻、蝕刻工藝(如濕蝕刻、干蝕刻、等離子體蝕刻),沉積工藝，電鍍工藝和/或其它合適的工藝。在一實(shí)施例中，MEMS器件124包括運(yùn)動(dòng)傳感器(如陀螺儀、加速計(jì)等)，射頻(RF)MEMS器件(如RF開關(guān)、濾波器等)，振蕩器，MEMS微音器或任何其它MEMS器件。在一些實(shí)施例中，使用任何合適的方法將襯底結(jié)構(gòu)110和120結(jié)合在一起，諸如融熔或共晶接合工藝。例如，融熔接合工藝涉及將襯底110和120緊密接觸，這使得襯底110和120由于原子吸引力(例如，范德華力)而保持在一起。然后襯底110和120經(jīng)受退火工藝，在退火工藝后，在襯底結(jié)構(gòu)110和120之間形成牢固接合。退火工藝的溫度可以是任何合適的溫度，例如在大約200°C和大約350°C之間。融熔接合工藝可實(shí)施為Si02/Si接合、Si/Si接合和/或其它合適的接合。在一些實(shí)施例中，介電層114可包括高密度等離子體(HDP)氧化物、正硅酸乙酯(TEOS)氧化物、等離子體增強(qiáng)TEOS(PETEOS)氧化物。在一些其它實(shí)施例中，可在任何適合接合溫度界限條件的合金之間應(yīng)用共晶結(jié)合工藝。例如，共晶結(jié)合工藝包括金屬/金屬接合和/或金屬/半導(dǎo)體結(jié)合，諸如Ge/Al接合、Ge/Au接合、Si/Au接合、Si/Al接合和/或其它合適的接合。如果接合工藝涉及包括CMOS器件的襯底，可以將接合溫度控制在接近或低于CMOS器件溫度。共晶結(jié)合工藝可發(fā)生在高壓以及任何合適的溫度(例如在大約400°C和500°C之間)的情況下。再參考圖6，在框630，將第三襯底結(jié)構(gòu)與第一襯底結(jié)構(gòu)接合。例如，提供了如圖7B示出的襯底結(jié)構(gòu)130。如 所述的，襯底結(jié)構(gòu)130包括支柱結(jié)構(gòu)135以及焊盤結(jié)構(gòu)134。在一些實(shí)施例中，使用在CMOS制造中采用的典型工藝形成支柱結(jié)構(gòu)135，例如，光刻法、蝕刻工藝(如，濕蝕亥IJ、干蝕亥IJ、等離子體蝕刻)，沉積工藝，電鍍工藝和/或其它合適的工藝。只使用單次掩模以在襯底132上形成支柱結(jié)構(gòu)135可有助于減少生產(chǎn)成本以及時(shí)間。參考圖7C，襯底結(jié)構(gòu)130與襯底結(jié)構(gòu)110接合。將支柱結(jié)構(gòu)135的一部分直接接觸襯底結(jié)構(gòu)110的焊盤結(jié)構(gòu)117的一部分以通過(guò)任何合適的接合工藝形成接合，諸如上述的融熔接合和共晶結(jié)合工藝。在一些實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)110以及130彼此共晶接合。在一些實(shí)施例中，可在任何適合接合溫度界限條件的合金之間應(yīng)用共晶接合工藝。例如，共晶結(jié)合工藝可包括金屬/金屬接合和/或金屬/半導(dǎo)體結(jié)合，諸如Ge/Al接合、Ge/Au接合、Si/Au接合、Si/Al接合和/或其它合適的接合。如果接合工藝涉及包括CMOS器件的襯底，可以將接合溫度控制在接近或低到CMOS器件溫度界限。共晶結(jié)合工藝可發(fā)生在高壓以及任何合適的溫度(例如在大約400°C和500°C之間)的情況下。在其它實(shí)施例中，第三襯底結(jié)構(gòu)與第二襯底結(jié)構(gòu)接合。例如，如圖2所示，襯底結(jié)構(gòu)230和襯底結(jié)構(gòu)220通過(guò)共晶接合或融熔接合工藝接合。在一些實(shí)施例中，形成上面結(jié)合圖3描述的MEMS結(jié)構(gòu)中的氣體消除結(jié)構(gòu)310，方法600進(jìn)一步包括在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)115上方形成氣體消除結(jié)構(gòu)310。在一些實(shí)施例中，氣體消除結(jié)構(gòu)310是金屬層116的一部分?？捎脠D案化金屬層116的光刻和蝕刻工藝對(duì)氣體消除結(jié)構(gòu)310進(jìn)行圖案化。在本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例中，一種器件，包括與襯底結(jié)構(gòu)接合的蓋式襯底。所述襯底結(jié)構(gòu)包括集成電路結(jié)構(gòu)。所述集成電路結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上的頂部金屬層。至少一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件設(shè)置在所述頂部金屬層以及所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方。在本發(fā)明的第二示范性實(shí)施例中，一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)，包括第一襯底結(jié)構(gòu)。所述第一襯底結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在介電材料上方的氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)。頂部金屬層設(shè)置在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方。第二襯底結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一襯底結(jié)構(gòu)上方。所述第二襯底結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)MEMS器件。第三襯底結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第二襯底結(jié)構(gòu)上方。在本發(fā)明的第三示范性實(shí)施例中，一種用于形成微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)的方法，包括提供第一襯底結(jié)構(gòu)。所述第一襯底結(jié)構(gòu)包括與頂部金屬層接觸的氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)。第二襯底結(jié)構(gòu)與所述第一襯底接合。第三襯底結(jié)構(gòu)與第一或第二襯底結(jié)構(gòu)接合。以上概述了一些實(shí)施例的特征，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以很容易地將本申請(qǐng)公開的內(nèi)容作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或更改其他的工藝和結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)與本申請(qǐng)介紹的實(shí)施例相同的目的和實(shí)現(xiàn)同樣的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明精神和范圍，以及在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下 ，可做各種改變、替代和更改。
權(quán)利要求
1.一種器件，所述器件包括 蓋式襯底；以及 襯底結(jié)構(gòu)，與所述蓋式襯底接合，所述襯底結(jié)構(gòu)包括 集成電路結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上的頂部金屬層；以及至少一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件，設(shè)置在所述頂部金屬層以及所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)直接接觸所述頂部金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)包括至少一種選自由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅以及碳氮化硅組成的組中的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件,其中所述蓋式襯底通過(guò)所述蓋式襯底的支柱部分接合到所述襯底結(jié)構(gòu)，所述支柱部分延伸穿過(guò)所述襯底結(jié)構(gòu)的開口并接觸到所述頂部金屬層。
5.一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu),包括 第一襯底結(jié)構(gòu)，所述第一襯底結(jié)構(gòu)包括 氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)，設(shè)置在介電材料上方；以及 頂部金屬層，設(shè)置在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方； 第二襯底結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第一襯底結(jié)構(gòu)上方，所述第二襯底結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)MEMS器件；以及 第三襯底結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述第二襯底結(jié)構(gòu)上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)直接接觸所述頂部金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)包括至少一種選自由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅以及碳氮化硅組成的組中的材料。
8.一種用于形成微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS結(jié)構(gòu))的方法，所述方法包括 提供第一襯底結(jié)構(gòu)，其中所述第一襯底結(jié)構(gòu)包括與頂部金屬層接觸的氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)； 將第二襯底結(jié)構(gòu)與所述第一襯底結(jié)構(gòu)接合，所述第二襯底結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)MEMS器件；以及 將第三襯底結(jié)構(gòu)與所述第一襯底結(jié)構(gòu)或所述第二襯底結(jié)構(gòu)接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括 在所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上方形成至少一個(gè)氣體消除結(jié)構(gòu)，其中所述氣體消除結(jié)構(gòu)配置成吸收和/或消耗由所述第一襯底結(jié)構(gòu)、所述第二襯底結(jié)構(gòu)和所述第三襯底結(jié)構(gòu)密封的氣體的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣體消除結(jié)構(gòu)包括至少一種配置成通過(guò)流過(guò)所述氣體消除結(jié)構(gòu)的電流進(jìn)行氧化的金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種器件，所述器件包括與襯底結(jié)構(gòu)接合的蓋式襯底。所述襯底結(jié)構(gòu)包括集成電路結(jié)構(gòu)。所述集成電路結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)上的頂部金屬層。至少一個(gè)MEMS器件設(shè)置在所述頂部金屬層和所述氣體外泄阻止結(jié)構(gòu)的上方。本發(fā)明還公開了一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)以及形成MEMS結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103253625SQ201310001220
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者徐家保, 洪嘉明, 戴文川, 王鴻森, 陳相甫, 亞歷克斯·卡爾尼茨基 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司