Mems器件及mems器件形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包括內(nèi)含微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的MEMS晶圓的器件。所述MEMS器件包括可移動元件，以及在所述MEMS晶圓中的第一開口。所述可移動元件設(shè)置在所述第一開口中。載體晶圓接合到MEMS晶圓。所述載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口，其中所述第二開口包括自所述載體晶圓的表面延伸入所述載體晶圓的入口部分，以及比所述入口部分寬的內(nèi)部部分，其中所述內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深。本發(fā)明還公開了微機電系統(tǒng)(MEMS)器件以及MEMS器件形成方法。
【專利說明】MEMS器件及MEMS器件形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)器件以及MEMS器件形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電系統(tǒng)(MEMS)器件可用于各種應(yīng)用中，例如麥克風、加速計、噴墨式打印機等。常用類型的MEMS器件包括具有可移動元件(有時稱作質(zhì)量塊(proof mass))作為一個電容板，以及固定的元件作為另一個電容板的的MEMS電容器?？梢苿釉囊苿訒?dǎo)致電容器的電容量的變化。電容量的變化可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓?，因而MEMS器件可用于麥克風、加速計或相類似物。
[0003]當操作MEMS器件時，MEMS器件的可移動元件可在氣腔(air_cavity)中移動。在氣腔中空氣(或來自相應(yīng)芯片的脫氣氣體)對可移動元件的阻力是較小的。阻力與氣腔中的壓力相關(guān)。為減少阻力，氣腔中的壓力應(yīng)該為小。通過提高腔的體積可實現(xiàn)空氣壓力的減小。然而，這種方法存在工藝方面的困難。
[0004]氣腔可形成在MEMS器件所處的MEMS晶圓中。當腔擴大時，然而用于將MEMS晶圓接合到另一個晶圓的接合面積卻減少了，這是因為接合形成在未形成腔的MEMS晶圓的部分上。減少接合面積可導(dǎo)致犧牲了接合的可靠性。
[0005]氣腔也可形成在用來保護MEMS晶圓的帽式晶圓中。然而，為了對接合焊盤進行引線接合，需要去除帽式晶圓的一部分以便暴露出MEMS晶圓中的接合焊盤。去除帽式晶圓的這些部分以及在帽式晶圓中形成腔需要獨立的光刻掩模，因而導(dǎo)致高生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種器件，包括:
[0007]微機電系統(tǒng)(MEMS)晶圓，其中包括MEMS器件，所述MEMS器件包括:可移動元件；位于所述MEMS晶圓中的第一開口，所述可移動元件位于所述第一開口中；
[0008]接合到所述MEMS晶圓的載體晶圓，其中所述載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口，所述第二開口包括:自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分；以及，比所述入口部分寬的內(nèi)部部分，其中所述內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深。
[0009]在可選實施例中，所述第二開口的入口部分包括基本垂直的側(cè)壁，所述側(cè)壁與所述載體晶圓的表面基本垂直，以及所述第二開口的內(nèi)部部分的側(cè)壁是彎曲的。
[0010]在可選實施例中，所述載體晶圓在其中沒有互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。[0011 ] 在可選實施例中，所述器件還包括接合到所述MEMS晶圓的CMOS晶圓，所述CMOS晶圓和所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，并且所述CMOS晶圓在其中包括CMOS器件。[0012]在可選實施例中，所述CMOS晶圓包括接合焊盤，所述載體晶圓不與所述接合焊盤對準，并且與所述接合焊盤相鄰的所述載體晶圓的邊緣基本上是直的。
[0013]在可選實施例中，所述CMOS晶圓包括接合焊盤，所述載體晶圓不與所述接合焊盤對準，并且與所述接合焊盤相鄰的所述載體晶圓的邊基本上是彎曲彎曲的。
[0014]在可選實施例中，所述載體晶圓是帽式晶圓，所述帽式晶圓包括:蓋子部分；以及連接到所述蓋子部分的環(huán)形邊緣，其中，所述蓋子部分與所述MEMS器件對準，所述蓋子部分和環(huán)形邊緣限定了所述第二開口，所述蓋子部分包括暴露給所述第二開口的內(nèi)表面，以及所述邊緣部分包括暴露給所述第二開口的內(nèi)部邊緣，并且所述內(nèi)表面以及所述邊緣部分是彎曲的。
[0015]在可選實施例中，所述載體晶圓是CMOS晶圓，所述CMOS晶圓包括:半導(dǎo)體襯底；以及，互連結(jié)構(gòu)，包括:介電層；和位于所述介電層中的金屬線和通孔，其中，所述第二開口延伸進所述介電層以及所述半導(dǎo)體襯底。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種器件，包括:
[0017]微機電系統(tǒng)(MEMS)晶圓，其中包括MEMS器件，所述MEMS器件包括:可移動元件；和，位于所述MEMS晶圓中的第一開口，所述可移動元件位于所述第一開口中；
[0018]位于所述MEMS晶圓下方并接合到所述MEMS晶圓的載體晶圓，其中所述載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口，并且所述第二開口包括:自所述載體晶圓的表面延伸進所述截體晶圓的入口部分，其中所述入口部分具有基本直立的側(cè)壁；和，在所述載體晶圓中比所述入口部分深的內(nèi)部部分，所述內(nèi)部部分包括彎曲的底部和彎曲的側(cè)壁；以及
[0019]位于所述MEMS晶圓上方并連接到所述MEMS晶圓的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓，所述CMOS晶圓以及所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，所述CMOS晶圓在其中包括CMOS器件。
[0020]在可選實施例中，所述內(nèi)部部分具有大于所述入口部分的第二橫向尺寸的第一橫向尺寸。
[0021]在可選實施例中，所述載體晶圓還包括覆蓋所述第二開口的內(nèi)部部分并位于所述MEMS器件下方的懸置部分。
[0022]在可選實施例中，所述懸置部分包括半導(dǎo)體材料。
[0023]在可選實施例中，所述器件還包括介電層，所述介電層包括位于所述懸置部分的相對側(cè)并接觸所述懸置部分的部分，其中所述介電層延伸進所述第二開口的內(nèi)部部分。
[0024]在可選實施例中，所述CMOS晶圓包括接合焊盤,所述載體晶圓不與所述接合焊盤對準，并且與所述接合焊盤相鄰的所述載體晶圓的邊緣是彎曲邊緣。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種方法，包括:
[0026]對載體晶圓進行各向異性蝕刻以形成包括基本垂直的側(cè)壁的多個第一開口 ；
[0027]在所述多個第一開口中形成保護層，其中，所述保護層包括位于所述多個第一開口的基本垂直的側(cè)壁上的側(cè)壁部分，并且所述多個第一開口的底部不被所述保護層覆蓋；
[0028]進行各向同性蝕刻以擴大所述多個第一開口，其中所述多個第一開口中的每一個都包括:自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分；和，比所述入口部分寬的內(nèi)部部分，其中所述內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深；
[0029]將另一晶圓接合到所述載體晶圓；以及[0030]蝕刻所述另一晶圓以在所述另一晶圓中形成微機電系統(tǒng)(MEMS)器件，其中所述MEMS器件位于包括所述多個第一開口的腔中。
[0031 ] 在可選實施例中，在所述各向同性蝕刻后，所述多個第一開口相互互連。
[0032]在可選實施例中，所述的方法還包括將互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓連接到所述MEMS晶圓，其中所述CMOS晶圓以及所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，其中所述方法還包括焊盤開放步驟，所述焊盤開放步驟包括:去除所述載體晶圓的邊緣部分以露出所述CMOS晶圓的接合焊盤。
[0033]在可選實施例中，所述方法還包括:
[0034]將互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓接合到所述MEMS晶圓，其中，所述CMOS晶圓以及所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，其中所述方法還包括焊盤開放步驟，所述焊盤開放步驟包括:
[0035]將所述載體晶圓減薄以去除所述載體晶圓的一部分，從而露出所
[0036]述CMOS晶圓的接合焊盤。
[0037]在可選實施例中，在所述各向同性蝕刻之后，所述載體晶圓位于所述多個第一開口和所述MEMS器件之間的部分未被蝕刻。
[0038]在可選實施例中，所述載體晶圓包括CMOS晶圓，所述CMOS晶圓進一步包括:半導(dǎo)體襯底；以及互連結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)包括:介電層；和位于所述介電層中的金屬線和通孔，其中在所述各向異性蝕刻期間，所述介電層被蝕刻，而在所述各向同性蝕刻期間，所述介電層被所述保護層所保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為更完整地理解實施例及其優(yōu)點，現(xiàn)將結(jié)合附圖進行的以下描述作為參考，其中:
[0040]圖1A到圖1I是根據(jù)一些不例性實施例的在生產(chǎn)包括微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的封裝件的中間階段的截面圖以及俯視圖，其中通過各向異性蝕刻后進行各向同性蝕刻在MEMS晶圓中形成氣腔；
[0041 ] 圖2A到圖21是根據(jù)可選示例性實施例的在生產(chǎn)包括MEMS器件的封裝件的中間階段的截面圖以及俯視圖，其中通過各向異性蝕刻后進行各向同性蝕刻在MEMS晶圓中形成氣腔，以及使用圖案負載效應(yīng)來形成焊盤開放；
[0042]圖3A到圖3F是根據(jù)可選示例性實施例的在生產(chǎn)包括MEMS器件的封裝件的中間階段的截面圖，其中通過各向異性蝕刻后進行各向同性蝕刻在帽式晶圓中形成氣腔；以及
[0043]圖4A到圖4G是根據(jù)可選示例性實施例的在生產(chǎn)包括MEMS器件的封裝件的中間階段的截面圖，其中通過各向異性蝕刻后進行各向同性蝕刻在互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓中形成氣腔。
【具體實施方式】
[0044]下面詳細討論本發(fā)明各實施例的制造和使用。然而，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。[0045]根據(jù)各實施例提供了微機電系統(tǒng)(MEMS)器件以及形成MEMS器件的方法。示例說明了制造本發(fā)明優(yōu)選實施例的中間階段，然后討論了各實施例的變化。對于本申請中的各視圖及例示的實施例，相同的參考數(shù)字用于表示相同的元件。在本申請中，術(shù)語“開口”以及“腔”可交換使用。另外，在本申請中，在各實施例中接合到MEMS晶圓的晶圓40和60(例如圖11、21以及4G)以及晶圓78(例如圖3F)統(tǒng)稱為載體晶圓。
[0046]圖1A到圖1I是根據(jù)一些示例性實施例的在生產(chǎn)包括MEMS器件的封裝件過程中的中間階段的截面圖。提供了晶圓40。晶圓40可以是例如硅晶圓。晶圓40中沒有源器件例如晶體管，并可以有或者沒有無源器件例如電阻器、電容器及電感器。氧化層42例如通過使用等離子化學氣相沉積(PECVD)的沉積步驟或氧化晶圓40來形成。然后使用各向異性蝕刻方法對氧化層42以及晶圓40進行圖案化以在晶圓40和氧化層42中形成開口 46。在一些實施例中，例如，開口具有在大約Iym到大約25 μ m之間的寬度Wl。例如，開口的深度Dl在大約5 μ m到大約50 μ m之間。然而，應(yīng)當理解，在本公開中列舉的值僅是示例性的，可以變更成不同的值。開口 46相互相鄰，并可布置成不同的圖案，包括但不限于陣列圖案、蜂房圖案或類似圖案。
[0047]在圖1A中，也示出了形成在氧化層42上的掩模層43的俯視圖及截面圖。俯視圖及截面圖分別在圖1A的上部及下部，其中截面圖是自俯視圖中沿截面線45A-45A而獲取的截面圖。掩模層43被用作蝕刻掩模，以圖案化氧化層42以及在晶圓40的表面中蝕刻開口
46。在一些實施例中，掩模層43由與氧化層42的材料不同的材料(例如氮化物)形成，并且可通過例如使用PECVD進行沉積而形成。然后可進行光刻膠涂覆、光刻圖案化以及蝕刻步驟以留下剩下的掩模層作為掩模層43。在可選實施例中，掩模層43由光刻膠形成，然后對光刻膠進行圖案化以留下剩余的部分作為掩模層43。在圖案化氧化層42之后可將掩模層43去除。
[0048]圖1B示出了如何形成側(cè)壁保護層47。在蝕刻開口 46后，沿開口 46的側(cè)壁及底部形成氧化層以覆蓋晶圓40的表面。氧化層可通過PECVD或?qū)A40進行氧化而形成。在形成氧化層后，進行背部蝕刻步驟以去除位于開口 46底部的氧化層，從而留下側(cè)壁保護層47。
[0049]圖1C示出了晶圓40的各向同性蝕刻。在各向同性蝕刻期間，側(cè)壁保護層47保護晶圓40中的開口 46的側(cè)壁46。晶圓40位于開口 46底部的部分未受到保護，因此被蝕刻。由于各向同性蝕刻，開口 46的底部水平地并且垂直地擴展，因而形成如圖1C所示的輪廓。最終得到的開口 46包括入口部分46A，其具有較小寬度例如W1’ ；以及內(nèi)部部分46B，具有大于寬度W1’及Wl的寬度W2。由于各向異性蝕刻(圖1A)，入口部分46A的側(cè)壁基本上是垂直的，基本上垂直于晶圓40的頂面40A。由于各向同性蝕刻，內(nèi)部部分46B的側(cè)壁呈彎曲狀。相鄰開口 46可互連以形成更大的開口。晶圓40的殘留部分40’未受到蝕刻并相互互連。因此，盡管圖1C顯示殘留部分40’未連接，實際上在沿截面線45B-45B的平面中它們是互連的。殘留部分40’的厚度Tl可大于大約5 μ m,以致殘留部分40’具有足夠的機械強度而不會斷裂。
[0050]由于各向異性蝕刻以及各向同性蝕刻，開口 46的底部寬度W2大于頂部寬度W1。因此，無需增加頂部寬度Wl就增大了開口 46的體積。因而，不至于因為開口 46體積的增大卻導(dǎo)致不利地縮小了可用于晶圓接合到例如MEMS晶圓48 (圖1D)的晶圓40的面積。[0051 ] 參考圖1D，晶圓40接合到MEMS晶圓48，MEMS晶圓48由導(dǎo)電材料形成。晶圓48可以是娃晶圓，以及可慘雜P型或η型雜質(zhì)以提聞傳導(dǎo)性。另外，晶圓48可以是未形成CMOS器件于其中的均厚晶圓(blanket wafer)。接合可以是熱鍵合(fusion bonding)。在接合之后，可減薄MEMS晶圓48至期望厚度。
[0052]參考圖1E，形成接合層50，例如可使用物理氣相沉積(PVD)以及光刻步驟來形成接合層50。從晶圓48的俯視圖來看，接合層50可形成一個或多個環(huán)形。在一些實施例中，接合層50是鋁層、鍺層、銦層、金層或錫層。接合層50的材料能夠與接合層70 (圖1H) —起形成共晶合金。因此，相對應(yīng)地接選擇合層50的材料與接合層70的材料。
[0053]如圖1F所示，對MEMS晶圓48進行圖案化以形成MEMS器件52。在一些實施例中，MEMS器件52包括可移動元件54 (有時稱為質(zhì)量塊)，以及用來支持可移動元件54的彈簧56。MEMS晶圓48的圖案化導(dǎo)致在MEMS晶圓48中形成開口 58，其中開口 58連接開口 46。
[0054]接下來，如圖1G所示，進行附加蝕刻步驟(優(yōu)選濕蝕刻)以去除氧化層42的一些部分。也可去除側(cè)壁保護層47 (由氧化物形成)的部分。在圖1G中的步驟導(dǎo)致包括開口46及58的組合腔的進一步擴大。通過例如控制蝕刻時間來控制附加蝕刻步驟，以便在晶圓40和48之間保留足夠的接合面積，并且晶圓40和48保持可靠地相互接合。
[0055]圖1H示出了 MEMS晶圓48至互補金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)晶圓60的接合。CMOS晶圓60可包括襯底62。襯底62可包括半導(dǎo)體材料例如硅，但也可使用其它半導(dǎo)體材料。CMOS器件63 (例如晶體管)形成在襯底62的表面。另外，形成互連結(jié)構(gòu)64以電連接到CMOS器件63。互連結(jié)構(gòu)64可包括介電層66,介電層66進一步包括低k介電層、非低k介電層例如鈍化層，以及類似物。金屬線及通孔68形成在介電層66中，金屬線及通孔68可由銅、鋁以及它們的組合來形成。通過共晶結(jié)合將CMOS晶圓60接合到MEMS晶圓48。例如，金屬層70接合到接合層50，金屬層70可以是鋁層或鍺層。金屬層70盡管示出為各獨立層，然而可以形成環(huán)形并覆蓋接合層50的環(huán)形。
[0056]在接下來步驟中，進行焊盤開放步驟。例如在蝕刻步驟或研磨開口步驟中去除晶圓40的部分40’。圖1I中示出了最終形成的結(jié)構(gòu)。晶圓40因而不再覆蓋晶圓60中的接合焊盤72，并因此可在接合焊盤72上進行接合。例如，接合焊盤72可用于引線接合。在一些實施例中，蝕刻是各向異性的，因而晶圓40的邊緣40B基本上是垂直的?？蛇x地，可通過研磨開口步驟去除部分40’，其中研磨輪或刀片用于清除部分40’。因而完成了包括MEMS器件的封裝件的形成。
[0057]在圖1I所示的實施例中，MEMS器件52的可移動單元54所處的腔包括開口 46、58以及74，開口 46、58以及74互連。使用各向同性蝕刻擴大開口 46，因而腔的總體積增大。因此，減少了腔中的空氣壓力，也減少對可移動元件54的阻力。
[0058]圖2A到4G示出了根據(jù)可選實施例的形成包括MEMS器件的封裝件過程中的中間階段的截面圖及俯視圖。除非特別說明，在這些實施例中各元件的材料及形成方法本質(zhì)上等同于通過圖1A到圖1I示出實施例中的相似參考號來示出的相類似元件。因而關(guān)于圖2A到圖4G中所示的各元件的形成工藝及材料的細節(jié)可在圖1A到圖1I中所示實施例的討論中找到。
[0059]除了如圖1I中所示的焊盤開放步驟是通過圖案化負載效應(yīng)來進行外，在圖2A到圖4G中所示的實施例與在圖1A到圖1I中所示的實施例相類似。因此，可用晶圓減薄步驟來代替在圖1I中示出的蝕刻步驟。參考圖2A，使用各向異性蝕刻來形成開口 46。在開口46形成時，也形成了焊盤開口 76。焊盤開口 76的橫向尺寸大于開口 46的橫向尺寸W1。由于開口 46最初是相互分隔開的，開口 46的水平尺寸小于焊盤開口 74的水平尺寸，由于圖案負載效應(yīng)，焊盤開口 76的深度D2大于開口 46的深度Dl，但在合并之后開口 46的組合橫向尺寸大于焊盤開口 74的橫向尺寸。因此，通過起初將開口 46分開以及后來通過各向同性蝕刻將開口 46合并，出現(xiàn)了反向圖案負載效應(yīng)，這種反向圖案化負載效應(yīng)正是焊盤開放步驟(圖21)所期望的。在一些實施例中，深度之間的差距(D2-D1)大于大約30um。
[0060]接下來，如圖2B所示，側(cè)壁保護層47形成在開口 46以及焊盤開口 76中。圖2C示出了各向同性蝕刻以在橫向擴大開口 46和76。因此，在沒有增大頂部寬度Wl的情況下擴大了開口 46的體積。在圖2D中，通過例如熱鍵合將MEMS晶圓48接合到晶圓40。接下來，參考圖2E，在MEMS晶圓48上形成接合層50。圖2F示出了通過蝕刻MEMS晶圓48來形成MEMS器件52。接下來，如圖2G所示，進行附加蝕刻以去除氧化層42的一部分。當側(cè)壁保護層47由氧化物形成時，也可蝕刻側(cè)壁保護層47的一部分或全部。圖2H中示出了將CMOS晶圓60接合到晶圓48。圖2B到圖2H的細節(jié)可參考圖1B到圖1I中的實施例。
[0061]然后,通過減薄晶圓40來進行焊盤開放步驟,減薄晶圓40可通過研磨晶圓40來進行。晶圓40的部分40’因而被去除。圖21中示出了最終形成的結(jié)構(gòu)。在最終形成的結(jié)構(gòu)中，晶圓40的邊40B是彎曲的，因為通過圖2C中的各向異性蝕刻形成。由于焊盤開口76 (圖2H)比開口 46深，垂直對準接合焊盤72的40’部分被研磨后，依然還存在被開口 46覆蓋的晶圓40的殘留部分，晶圓40的殘留部分使開口 46封閉。通過采用減薄步驟來打開通往接合焊盤72的通道，省略了用于焊盤開放步驟的光刻掩模。
[0062]圖3A到圖3F示出了根據(jù)可選實施例的在包括MEMS器件的封裝件的形成的中間階段的截面圖。在這些實施例中，各向異性蝕刻及各向同性蝕刻用于在帽式晶圓中形成腔。參考圖3A，提供了帽式晶圓78。帽式晶圓78可以是硅晶圓，但也可用其它類型的半導(dǎo)體晶圓、介電晶圓或類似物。在帽式晶圓78上形成介電層75以及接合層50。在帽式晶圓78的俯視圖中，介電層75和接合層50可形成環(huán)形。
[0063]參考圖3B，形成并圖案化光刻膠82。接下來，進行各向異性蝕刻以在帽式晶圓78中形成開口 46和焊盤開口 76。開口 46和焊盤開口 76分別具有寬度Wl和W3，寬度W3大于寬度W1。相應(yīng)地，深度D2大于深度Dl。參考圖3C，進行各向同性蝕刻例如濕蝕刻以擴大開口 46，以致開口 46互連從而形成大開口，其在下文中稱為開口 80。晶圓78的在開口 46上方的部分最終被全部去除，與圖1A到圖21中所示的實施例不同，沒有晶圓78的部分在互連的開口 46上方。由于形成的大開口 80中包括多個開口 46，帽式晶圓78具有蓋子的外形。最終形成的帽式晶圓78包括蓋子部分78A和連接到蓋子部分78A的環(huán)形邊緣78B。蓋子部分78A的內(nèi)表面79在開口 80中，由于經(jīng)由各向同性而形成，蓋子部分78A的內(nèi)表面79包括多個彎曲部分。此外，由于經(jīng)由各向同性而形成，環(huán)形邊緣78B的邊及內(nèi)表面也是彎曲的。
[0064]然后去除光刻膠82，圖3D中示出了最終形成的結(jié)構(gòu)。接下來，如圖3E所示，帽式晶圓78接合到MEMS晶圓48，MEMS晶圓48進一步接合到CMOS晶圓60。晶圓48和CMOS晶圓60本質(zhì)上可與圖1A到21中所示的實施例中的相同。晶圓48和60的形成可包括通過例如熱鍵合將均厚MEMS晶圓48接合到晶圓60上，以及減薄并蝕刻MEMS晶圓48以形成MEMS器件52以及開口 58。晶圓48包括在其中的MEMS器件52，MEMS器件52進一步包括可移動元件54和彈簧56。大開口 80覆蓋了 MEMS器件52。因此，移動元件54可在MEMS器件52操作過程中移入大開口 80中。帽式晶圓78將其中的開口 80和58封閉。
[0065]圖3F示出了焊盤開放步驟，焊盤開放步驟通過將帽式晶圓78減薄來進行。通過減薄過程，可去除部分78’(圖3E)，因而露出了在CMOS晶圓60中的接合焊盤72。由于開口 80和76 (圖3E)之間的深度的差異，在去除部分78’后，還有帽式晶圓78的殘留部分，殘留部分覆蓋并封閉開口 58以及80。
[0066]圖4A到圖4G示出了根據(jù)可選實施例的包括MEMS器件的封裝件的形成的中間階段的截面圖和俯視圖。在這些實施例中，使用各向異性蝕刻及各向同性蝕刻以在CMOS晶圓60中形成腔。參考圖4A，提供了 CMOS晶圓60。CMOS晶圓60包括半導(dǎo)體襯底62 (例如硅襯底)，以及在半導(dǎo)體襯底62表面的CMOS器件63。互連結(jié)構(gòu)64形成在CMOS器件63的上方并連接到CMOS器件63。
[0067]在一些實施例中，接合材料86形成在CMOS晶圓60的頂面，接下來形成掩模層88。接合材料86可包括選自由鋁、鍺、銦、金、錫和其組合組成的組中的材料。接合材料86也可形成環(huán)形。掩模88可由介電材料例如氧化硅、氮化硅或類似物來形成。
[0068]接下來，如圖4B所示，通過各向異性蝕刻對掩模層88、位于互連結(jié)構(gòu)中的介電層66以及襯底62進行蝕刻，以便最終形成的開口 46延伸進襯底62中。開口 46可與互連結(jié)構(gòu)64的不包括金屬線及通孔的部分對準。因而，在開口 46的形成中，互連結(jié)構(gòu)64中的金屬線及通孔未被蝕刻。開口 46具有基本上垂直的側(cè)壁46C。接下來，如圖4C所示，側(cè)壁保護層47形成在開口 46中，以及形成在介電層66的側(cè)壁上和襯底62的側(cè)壁上，襯底62的側(cè)壁位于開口 46中。開口 46的一些底部未被側(cè)壁保護層47所覆蓋，由于側(cè)壁保護層通過背部蝕刻步驟去除從而去除了在開口 46底部上的側(cè)壁保護層47的部分。
[0069]參考圖4D，進行各向異性蝕刻例如濕蝕刻以從側(cè)面垂直地擴大開口 46。在開口 46中的襯底62的側(cè)壁受側(cè)壁保護層47保護，因而未被蝕刻。盡管圖4D示出了擴大后的開口46是相互分隔開的獨立開口，然而與圖1I所示的實施例相似，擴大后的開口 46可以是互連的。
[0070]在圖4E中，掩模層88被去除，并露出接合材料86。在后面的步驟中，如圖4F所示，通過共晶接合將CMOS晶圓60接合到MEMS晶圓48，其中接合材料86接合到接合層70，接合層70可包括例如鋁(或鋁銅)。通過例如熱鍵合(氧化層42和晶圓48之間的接合)進一步將MEMS晶圓48接合到晶圓40?？稍贑MOS晶圓60接合到MEMS晶圓48之前或之后進行MEMS晶圓48到晶圓40的接合。示例性接合工藝可包括在晶圓40上形成氧化層42，圖案化氧化層42以及晶圓40以形成開口 90，以及將均厚晶圓48接合到氧化層42。在均厚晶圓48接合到晶圓40之后，以及在進一步CMOS晶圓60接合到晶圓48之前，進行圖案化步驟以在MEMS晶圓48中形成MEMS器件52。當形成MEMS器件52時，可去除覆蓋接合焊盤72的晶圓48的部分。
[0071]圖4G示出了焊盤開放步驟，其中在圖4E中，對晶圓40和氧化層42的覆蓋接合焊盤72的部分進行蝕刻或研磨開口，因而露出接合焊盤72。從而形成了包括MEMS器件的封裝件。在圖4A到圖4G的工藝中，開口 46 (其形成包括各向異性蝕刻以及各向異性蝕刻后的各向同性蝕刻)形成為腔的一部分，MEMS器件52的可移動元件52位于腔中。[0072]在一些實施例中，通過進行各向異性蝕刻形成開口，在開口中形成側(cè)壁保護層以及進行各向異性蝕刻，最終形成的開口具有較大的內(nèi)部尺寸以及較小的入口。因此，并不會由于開口的擴大而不利地縮小晶圓的接合區(qū)域。這維持了含MEMS器件的封裝件中涉及的晶圓接合的可靠性。擴大開口導(dǎo)致MEMS器件所在的腔的總體積得以增大。由于減少了腔中空氣壓力，因而提高了 MEMS器件的性能。
[0073]根據(jù)一些實施例，一種器件，包括在其中具有MEMS器件的MEMS晶圓。所述MEMS器件包括可移動元件，以及在所述MEMS晶圓中的第一開口。所述可移動元件設(shè)置在所述第一開口中。載體晶圓接合到所述MEMS晶圓。載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口，其中所述第二開口包括自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分，以及比所述入口部分寬的內(nèi)部部分，其中所述內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深。
[0074]根據(jù)其它一些實施例，一種器件，包括在其中具有MEMS器件的MEMS晶圓。所述MEMS器件包括可移動元件，以及在所述MEMS晶圓中的第一開口。所述可移動元件設(shè)置在所述第一開口中。將載體晶圓設(shè)置在MEMS晶圓的下方并接合至所述MEMS晶圓，其中所述載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口。所述第二開口包括自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分，其中所述入口部分具有基本筆直的側(cè)壁，以及在所述載體晶圓中的比所述入口部分更深的內(nèi)部部分。所述內(nèi)部部分具有彎曲的底部及彎曲的側(cè)壁。MOS晶圓覆蓋并接合到所述MEMS晶圓，其中所述CMOS晶圓以及載體晶圓在所述MEMS晶圓的相對側(cè)。所述CMOS晶圓包括在其中的CMOS器件。
[0075]根據(jù)又一些實施例，一種方法，包括對載體晶圓進行各向異性蝕刻以形成多個第一開口，所述多個第一開口具有基本垂直的側(cè)壁，以及在多個第一開口中形成保護層，其中所述保護層包括在多個第一開口的基本垂直的側(cè)壁上的側(cè)壁部分。所述保護層未覆蓋多個第一開口的底部。進行各向同性蝕刻以擴大多個第一開口。多個第一開口中的每一個開口包括自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分，以及比所述入口部分更寬的內(nèi)部部分。內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深。將另一晶圓接合到所述載體晶圓。對該另一晶圓進行蝕刻以在該另一晶圓中形成MEMS器件。所述MEMS器件位于包括多個第一開口的腔中。
[0076]盡管已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應(yīng)該理解為，在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，可以做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不旨在僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造，材料組分、器件、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從說明書中應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有或今后開發(fā)的基本與在此描述的相應(yīng)實施例相比實現(xiàn)相同的功能或者獲得相同結(jié)果的工藝、機器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟也可以使用。因此，所附權(quán)利要求旨在將這樣的工藝、機器、制造、材料組分、器件、方法或步驟包括在范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 微機電系統(tǒng)(MEMS)晶圓，其中包括MEMS器件，所述MEMS器件包括: 可移動元件； 位于所述MEMS晶圓中的第一開口，所述可移動元件位于所述第一開口中； 接合到所述MEMS晶圓的載體晶圓，其中所述載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口，所述第二開口包括: 自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分；以及 比所述入口部分寬的內(nèi)部部分，其中所述內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述第二開口的入口部分包括基本垂直的側(cè)壁，所述側(cè)壁與所述載體晶圓的表面基本垂直，以及所述第二開口的內(nèi)部部分的側(cè)壁是彎曲的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述載體晶圓在其中沒有互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，還包括接合到所述MEMS晶圓的CMOS晶圓，所述CMOS晶圓和所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，并且所述CMOS晶圓在其中包括CMOS器件。
5.一種器件，包括: 微機電系統(tǒng)(MEMS)晶圓，其中包括MEMS器件，所述MEMS器件包括: 可移動元件；和 位于所述MEMS晶圓中的第一開口，所述可移動元件位于所述第一開口中； 位于所述MEMS晶圓下方并接合到所述MEMS晶圓的載體晶圓，其中所述載體晶圓包括連接到所述第一開口的第二開口，并且所述第二開口包括: 自所述載體晶圓的表面延伸進所述截體晶圓的入口部分，其中所述入口部分具有基本直立的側(cè)壁；和 在所述載體晶圓中比所述入口部分深的內(nèi)部部分，所述內(nèi)部部分包括彎曲的底部和彎曲的側(cè)壁；以及 位于所述MEMS晶圓上方并連接到所述MEMS晶圓的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓，所述CMOS晶圓以及所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，所述CMOS晶圓在其中包括CMOS器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述內(nèi)部部分具有大于所述入口部分的第二橫向尺寸的第一橫向尺寸。
7.一種方法，包括: 對載體晶圓進行各向異性蝕刻以形成包括基本垂直的側(cè)壁的多個第一開口； 在所述多個第一開口中形成保護層，其中，所述保護層包括位于所述多個第一開口的基本垂直的側(cè)壁上的側(cè)壁部分，并且所述多個第一開口的底部不被所述保護層覆蓋； 進行各向同性蝕刻以擴大所述多個第一開口，其中所述多個第一開口中的每一個都包括: 自所述載體晶圓的表面延伸進所述載體晶圓的入口部分；和比所述入口部分寬的內(nèi)部部分，其中所述內(nèi)部部分在所述載體晶圓中比所述入口部分深; 將另一晶圓接合到所述載體晶圓；以及 蝕刻所述另一晶圓以在所述另一晶圓中形成微機電系統(tǒng)(MEMS)器件，其中所述MEMS器件位于包括所述多個第一開口的腔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在所述各向同性蝕刻后，所述多個第一開口相互互連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括將互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓連接到所述MEMS晶圓，其中所述CMOS晶圓以及所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，其中所述方法還包括焊盤開放步驟，所述焊盤開放步驟包括: 去除所述載體晶圓的邊緣部分以露出所述CMOS晶圓的接合焊盤。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 將互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓接合到所述MEMS晶圓，其中，所述CMOS晶圓以及所述載體晶圓位于所述MEMS晶圓的相對側(cè)，其中所述方法還包括焊盤開放步驟，所述焊盤開放步驟包括: 將所述載體晶圓減薄以去除所述載體晶圓的一部分， 從而露出所述CMOS晶圓的接合焊盤。
【文檔編號】B81C1/00GK103569937SQ201210451121
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】朱家驊, 鄭鈞文, 李德浩, 林宗賢 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司