本發(fā)明實(shí)施例大體涉及用于將一對半導(dǎo)體襯底粘合在一起的方法。

背景技術(shù)：

熔融粘合(又稱為直接粘合)是一種用于在無中間層的情況下連接表面的方法。方法是基于當(dāng)表面足夠平坦、干凈并且光滑時在表面之間形成化學(xué)鍵。熔融粘合在半導(dǎo)體制造工業(yè)中具有許多應(yīng)用。舉例來說，熔融粘合可以用于封裝微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanicalsystems，mems)裝置，如加速計(jì)、壓力傳感器以及陀螺儀，或用于制造半導(dǎo)體襯底，如絕緣層上硅(silicon-on-insulator，soi)襯底。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于將一對半導(dǎo)體襯底粘合在一起的方法。用硅烷預(yù)處理第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面。將第一氧化物層和第二氧化物層分別布置于第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底上。將水施用到第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面。使第一氧化物層的表面和第二氧化物層的表面直接接觸。使第一氧化物層和第二氧化物層退火。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，從以下實(shí)施方式最好地理解本發(fā)明實(shí)施例的各方面。應(yīng)注意，根據(jù)行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)慣例，各種特征未按比例繪制。實(shí)際上，為了論述清楚起見，可以任意增大或減小各種特征的尺寸。

圖1-圖9說明用硅烷預(yù)處理將一對襯底熔融粘合在一起的方法的一些實(shí)施例的一系列截面視圖；

圖10說明圖1-圖9的方法的一些實(shí)施例的流程圖；

圖11說明用于執(zhí)行圖1-圖9中的硅烷預(yù)處理的工藝工具；

圖12說明具有根據(jù)圖1-圖9的方法熔融粘合的一對襯底的微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanicalsystems，mems)封裝的一些實(shí)施例的截面視圖；

圖13-圖21說明用于形成圖12的mems封裝的方法的一些實(shí)施例的一系列截面視圖；

圖22說明圖13-圖21的方法的一些實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

本說明內(nèi)容提供用于實(shí)施本發(fā)明的不同特征的許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下文描述組件以和布置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明實(shí)施例。當(dāng)然，這些組件和布置僅為實(shí)例并且并不意圖為限制性的。舉例來說，在以下描述中第一特征在第二特征上方或上的形成可以包含第一特征和第二特征直接接觸地形成的實(shí)施例，并且還可以包含額外特征可以在第一特征和第二特征之間形成使得第一特征和第二特征可以不直接接觸的實(shí)施例。另外，實(shí)施例可能在各個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。這種重復(fù)是出于簡化和清楚的目的并且本身并不指示所論述的各種實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了易于描述，可以使用例如“在……下方”、“在……下”、“下部”、“在……上”、“上部”等的空間相關(guān)術(shù)語，以描述如圖中所說明的一個元件或特征相對于另一元件或特征的關(guān)系。除圖中所描繪的定向以外，空間相關(guān)術(shù)語意圖包涵在使用中的裝置或操作的不同定向。設(shè)備可以按其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它定向)，并且本文中所使用的空間相關(guān)描述詞同樣可以相應(yīng)地進(jìn)行解釋。

一些微機(jī)電系統(tǒng)(mems)裝置根據(jù)使用外延沉積的方法而封裝。在這類方法中，凹槽形成于硅襯底中，第一氧化物層加襯硅襯底和凹槽而形成，并且凹槽用第二氧化物層填充。于第二氧化物層中進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(chemicalmechanicalpolish，cmp)，以共平坦化氧化物層的上表面，并且在硅襯底和氧化物層上通過外延形成硅層。具有所形成的硅層，進(jìn)行第一刻蝕以形成暴露第二氧化物層的開口，并且進(jìn)行第二刻蝕以通過開口去除第二氧化物層。但是，這種封裝mems裝置的方法復(fù)雜并且需要昂貴的光掩模以暴露第二氧化物層。

其它mems裝置根據(jù)使用熔融粘合的方法來封裝。在這類方法中，凹槽形成于第一硅襯底中，并且第一氧化物層加襯硅襯底和凹槽而形成。第二硅襯底布置于第一硅襯底和第一氧化物層的上方，并且通過第一氧化物層熔融粘合到第一硅襯底。在熔融粘合期間，第二襯底上的原生氧化物的第二氧化物層的表面被活化，并且第二氧化物層的表面或第一氧化物層的表面覆蓋于水中。隨后第一氧化物層的表面和第二氧化物層的表面接觸并且退火。

雖然熔融粘合方法可以在比外延方法使用的光掩模少的情況下進(jìn)行，但由于第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面上的硅烷醇基團(tuán)的密度較低，因此粘合強(qiáng)度可能較弱。當(dāng)薄化第二硅襯底時和/或當(dāng)非粘合區(qū)域(例如，凹槽)較大時，這反過來可能導(dǎo)致剝落。此外，粘合的晶片間(wafer-to-wafer，w2w)均一性可能較低，從而在批量制造期間產(chǎn)生不良的產(chǎn)率。

本申請是針對一種用硅烷預(yù)處理將一對襯底熔融粘合在一起的方法。在一些實(shí)施例中，用硅烷預(yù)處理第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面。將第一氧化物層和第二氧化物層分別布置于第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底上。將水施用到第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面，并且第一氧化物層的表面和第二氧化物層的表面以直接接觸的方式布置。在第一氧化物層的表面和第二氧化物層的表面直接接觸下，使第一氧化物層和第二氧化物層退火。有利的是，通過用硅烷預(yù)處理第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面，所述表面上的硅烷醇基團(tuán)的密度較高。這反過來引起強(qiáng)的粘合和低的剝落可能性(即，粘合失敗)。此外，通過用硅烷預(yù)處理第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面，在批量制造期間，所述表面上的硅烷醇基團(tuán)的密度在工件之間基本上均一。這反過來產(chǎn)生良好的w2w均一性和產(chǎn)率。

參考圖1-圖9，一系列截面視圖100-900說明用硅烷預(yù)處理將一對襯底熔融粘合在一起的方法的一些實(shí)施例。如將看到，硅烷預(yù)處理有利的增加硅烷醇基團(tuán)以增加親水性和粘合強(qiáng)度。

如通過圖1的截面視圖100所說明，第一氧化物層102形成于第一半導(dǎo)體襯底104上。在一些實(shí)施例中，第一氧化物層102直接形成于第一半導(dǎo)體襯底104上，和/或具有厚度t超過約50納米。第一氧化物層102包括表面106，所述表面在第一氧化物層102的與第一半導(dǎo)體襯底104相對的側(cè)面上，并且具有空硅鍵位點(diǎn)108、空硅鍵位點(diǎn)110(即，懸空的硅鍵)。第一氧化物層102可以是例如二氧化硅或一些其它氧化物。第一半導(dǎo)體襯底104可以是例如元素硅的體硅襯底或純硅的體硅襯底。在一些實(shí)施例中，第一氧化物層102通過熱氧化或氣相沉積、例如化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition，cvd)或物理氣相沉積(physicalvapordeposition，pvd)來形成。

如通過圖2的截面視圖200所說明，提供支撐第二氧化物層204的第二半導(dǎo)體襯底202。第二半導(dǎo)體襯底202可以是例如元素硅的體硅襯底或純硅的體硅襯底。第二氧化物層204是通過熱氧化在第二半導(dǎo)體襯底202上自發(fā)生長的原生氧化物層。舉例來說，在第二半導(dǎo)體襯底202暴露于不受控環(huán)境的同時，第二氧化物層204可能已經(jīng)生長。在一些實(shí)施例中，第二氧化物層204是二氧化硅或一些其它氧化物，和/或具有厚度t小于或等于約5納米，如小于或等于約2納米。

污染物206、污染物208布置于第二氧化物層204的表面210上，所述表面在第二氧化物層204的與第二半導(dǎo)體襯底202相對的側(cè)面上。污染物206、污染物208通過例如占據(jù)第二氧化物層204的表面210的硅鍵位點(diǎn)212來抑制熔融粘合，所述硅鍵位點(diǎn)另外可以通過硅烷醇基團(tuán)和/或通過分隔待一起熔融粘合的表面210來占據(jù)。污染物206、污染物208可以是例如顆粒污染物206，如塵粒；有機(jī)污染物208；離子污染物或前述的任何組合。有機(jī)污染物208可以例如通過有機(jī)鍵、如碳-氧(c-o)鍵或碳-氫(c-h)鍵粘合到第二氧化物層204的表面210。此外，有機(jī)污染物208可以是例如烴，如甲烷(ch4)。

也通過圖2的截面視圖200說明，第二氧化物層204的表面210經(jīng)過預(yù)處理以增強(qiáng)表面210的親水性。第二氧化物層204的表面210通過將表面210暴露于包括甲硅烷216(sih4)的預(yù)處理劑214同時將熱施用到表面210來預(yù)處理。在一些實(shí)施例中，預(yù)處理劑214更包括與甲硅烷(sih4)216混合的氧化物(o2)218，和/或第二氧化物層204的表面210在約400攝氏度-450攝氏度的溫度下暴露于預(yù)處理劑214。舉例來說，第二氧化物層204的表面210可以在約420攝氏度的溫度下暴露于預(yù)處理劑214。而且在一些實(shí)施例中，預(yù)處理劑214是氣體。在第二氧化物層204的表面210暴露于預(yù)處理劑214期間，甲硅烷(sih4)216根據(jù)以下反應(yīng)分解成硅和氫氣：sih4→si+2h2。隨后氫氣與第二氧化物層204的表面210上的硅220反應(yīng)，以在表面210上形成硅烷醇基團(tuán)222。在一些實(shí)施例中，改變預(yù)處理劑214的氣體流動速率以控制反應(yīng)并且因此控制預(yù)處理的程度。

有利的是，歸因于對表面210的預(yù)處理，第二氧化物層204的表面210具有高密度的硅烷醇基團(tuán)222(即，高親水性)。這反過來引起強(qiáng)的熔融粘合和低的剝落可能性(即，粘合失敗)。此外，歸因于對表面210的預(yù)處理，在批量制造期間，第二氧化物層204的表面210上的硅烷醇基團(tuán)222的密度在工件之間基本上均一。這反過來產(chǎn)生良好的w2w均一性和產(chǎn)率。

雖然預(yù)處理劑214施用到第二氧化物層204的表面210，但預(yù)處理劑214可以另外地或可替代地施用到圖1中的第一氧化物層102的表面106。此外，雖然預(yù)處理劑214描述為包括甲硅烷216，但預(yù)處理劑214可以包括一些其它硅烷來代替甲硅烷216。其它硅烷可以例如具有一個或大于一個硅原子，其中每一硅原子具有四個鍵，并且四個鍵中的每一個鍵結(jié)到氫原子或另一硅原子上。此外，其它硅烷可以是例如直鏈硅烷、分支鏈硅烷或環(huán)狀硅烷。直鏈硅烷具有sinh2n+2的形式，其中n大于或等于一。舉例來說，直鏈硅烷可以是乙硅烷(si2h6)或丙硅烷(si3h8)。分支鏈硅烷可以是例如正五硅烷(n-pentasilane)、異五硅烷(isopentasilane)以及新五硅烷(neopentasilane)，其中n大于或等于一。而且，其它硅烷可以是例如氫硅烷或有機(jī)硅烷。氫硅烷可以是例如氯硅烷、碘硅烷或三溴硅烷。有機(jī)硅烷可以是例如甲基硅烷、3-(三甲基硅烷基)丙酸或三甲基(三氟甲基)硅烷。而且，雖然預(yù)處理劑214描述為包括硅烷，但預(yù)處理劑214可以包括例如硅酸鈣(silene)、雜硅烷、有機(jī)雜硅烷、硅烷醇、硅烷酮(silanone)或氟硅烷來代替硅烷。

如通過圖3的截面視圖300所說明，第二氧化物層204的表面210通過等離子體處理來活化，其中第二氧化物層204的表面210暴露于等離子體302。在一些實(shí)施例中，等離子體處理通過介電阻擋放電(dielectricbarrierdischarge，dbd)方法、反應(yīng)性離子刻蝕(reactiveionetching，rie)方法、遠(yuǎn)程等離子體或順序等離子體(sequentialplasma，spab)方法來進(jìn)行。此外，在一些實(shí)施例中，等離子體302是氬等離子體、氧等離子體或氮等離子體，和/或等離子體由處理氣體混合物形成，所述處理氣體混合物包括氬氣、氫氣、氧氣、氮?dú)饣蚯笆鰵怏w的任何組合。等離子體處理從第二氧化物層204的表面210去除污染物206、污染物208(參見圖2)，這可以增加第二氧化物層204的表面210上的空的硅鍵位點(diǎn)212、空硅鍵位點(diǎn)304的數(shù)目。舉例來說，通過去除污染物206、污染物208，先前由污染物208占據(jù)的硅鍵位點(diǎn)212、硅鍵位點(diǎn)304空出，使得可以在硅鍵位點(diǎn)212、硅鍵位點(diǎn)304處形成額外硅烷醇基團(tuán)。

雖然表面活化描述為通過等離子體處理進(jìn)行，但表面活化可以通過cmp、化學(xué)清洗、等離子體處理、表面活化的一些其它方法或前述的任何組合來進(jìn)行。此外，雖然表面活化受限于第二氧化物層204的表面210，但第一氧化物層102的表面106(參見圖1)可以另外或替代地經(jīng)活化。這類活化可以如上文關(guān)于等離子體處理的描述而進(jìn)行和/或使用表面活化的一種或大于一種其它方法進(jìn)行。

在一些實(shí)施例中，在預(yù)處理表面106、表面210與活化表面106、表面210之間，在第一氧化物層102的表面106和/或第二氧化物層204的表面210上執(zhí)行清洗程序。清洗程序可以是例如rca清洗程序，其包括順序施用第一清洗溶液和/或第二清洗溶液。第一清洗溶液可以包括例如氫氧化銨、過氧化氫、去離子水或前述的任何組合。第二清洗溶液可以包括例如氯化氫、過氧化氫、去離子水或前述的任何組合。此外，在一些實(shí)施例中，在活化表面106、表面210之后，可以沖洗第一氧化物層102的表面106和/或第二氧化物層204的表面210。舉例來說，第一氧化物層102的表面106和/或第二氧化物層204的表面210可以用去離子水沖洗。

如通過圖4的截面視圖400所說明，將水402(即，h2o)施用到第一氧化物層102的表面106。水402與第一氧化物層102的表面106上的空硅鍵位點(diǎn)108、空硅鍵位點(diǎn)110(參見圖1)反應(yīng)，以封端空硅鍵位點(diǎn)108、空硅鍵位點(diǎn)110，并且在表面106上形成硅烷醇基團(tuán)404、硅烷醇基團(tuán)406。在一些實(shí)施例中，水402是去離子水。

如通過圖5的截面視圖500所說明，將水502(即，h2o)施用到第二氧化物層204的表面210。水502與第二氧化物層204的表面210上的空的硅鍵位點(diǎn)212、空硅鍵位點(diǎn)304(參見圖3)反應(yīng)，以封端空的硅鍵位點(diǎn)212、空的硅鍵位點(diǎn)304，并且在表面210上形成額外硅烷醇基團(tuán)504、硅烷醇基團(tuán)506。在一些實(shí)施例中，水502是去離子水。

雖然圖4和圖5描述水402、水502施用到第一氧化物層102的表面106和第二氧化物層204的表面210，但水402、水502可以替代地施用到表面106、表面210中的一個而非另一表面106、表面210。舉例來說，水可以施用到第一氧化物層102的表面106，而非第二氧化物層204的表面210。

如通過圖6的截面視圖600所說明，第一氧化物層102的表面106和第二氧化物層204的表面210以直接接觸的方式放置，從而在第一氧化物層102的表面106與第二氧化物層204的表面210之間形成弱的鍵602。第二氧化物層204的表面210上的硅烷醇基團(tuán)222、硅烷醇基團(tuán)504、硅烷醇基團(tuán)506通過中間的水分子604鍵結(jié)到第一氧化物層102的表面106上的硅烷醇基團(tuán)404、硅烷醇基團(tuán)406，使得水分子604在表面106、表面210之間形成橋。此外，在一些實(shí)施例中，第一氧化物層102和第二氧化物層204的硅烷醇基團(tuán)222、硅烷醇基團(tuán)404、硅烷醇基團(tuán)406、硅烷醇基團(tuán)504、硅烷醇基團(tuán)506通過范德瓦耳斯力(vanderwaalsforce)開始鍵結(jié)。為便于說明，通過范德瓦耳斯力的鍵結(jié)不顯示于圖6中，因?yàn)槠湓谙挛乃枋龅耐嘶鹌陂g更顯要。

如通過圖7的截面視圖700所說明，使第一氧化物層102和第二氧化物層204退火以加強(qiáng)第一氧化物層102的表面106與第二氧化物層204的表面210之間的鍵602。在一些實(shí)施例中，退火在約100攝氏度-約500攝氏度下和/或在氣態(tài)氣氛或真空中進(jìn)行。舉例來說，退火可以是在約400攝氏度下進(jìn)行。在退火期間，第一氧化物層102的表面106與第二氧化物層204的表面210之間的水分子604(參見圖6)擴(kuò)散于第一氧化物層102和第二氧化物層204中。這反過來使得第一氧化物層102的表面106和第二氧化物層204的表面210上的硅烷醇基團(tuán)222、硅烷醇基團(tuán)404、硅烷醇基團(tuán)406、硅烷醇基團(tuán)504、硅烷醇基團(tuán)506通過范德華力鍵結(jié)。此外，在一些實(shí)施例中，水分子604與第一氧化物層102的表面106和第二氧化物層204的表面210上的硅反應(yīng)，以在表面106、表面210上形成額外硅烷醇基團(tuán)。

如通過圖8的截面視圖800所說明，第一氧化物層102和第二氧化物層204的退火繼續(xù)。隨著繼續(xù)退火，第一氧化物層102的表面106和第二氧化物層204的表面210上的硅烷醇基團(tuán)222、硅烷醇基團(tuán)404、硅烷醇基團(tuán)406、硅烷醇基團(tuán)504、硅烷醇基團(tuán)506(參見圖7)聚合，以在表面106與表面210之間形成硅氧烷分子802和水分子804。硅烷醇基團(tuán)222、硅烷醇基團(tuán)404、硅烷醇基團(tuán)406、硅烷醇基團(tuán)504、硅烷醇基團(tuán)506可以例如根據(jù)以下等式聚合：si-oh+oh-si→si-o-si+h2o。此外，第一氧化物層102的表面106與第二氧化物層204的表面210之間的所得水分子804從鍵602擴(kuò)散于第一氧化物層102和第二氧化物層204中。

如通過圖9的截面視圖900所說明，擴(kuò)散通過第一氧化物層102和第二氧化物層204的水分子604、水分子804到達(dá)第二半導(dǎo)體襯底202。當(dāng)水分子604、水分子804到達(dá)第二半導(dǎo)體襯底202時，水分子604、水分子804與第二半導(dǎo)體襯底202根據(jù)以下等式反應(yīng)以形成二氧化硅分子902和氫氣分子904：si+2h2o→sio2+2h2。所得二氧化硅分子902使第二氧化物層204膨脹并且進(jìn)一步加強(qiáng)鍵602。舉例來說，可以增加第二氧化物層204的厚度。所得氫氣分子904不與第一氧化物層102和第二氧化物層204以及第一半導(dǎo)體襯底104和第二半導(dǎo)體襯底202反應(yīng)，并且溶解于第一氧化物層102和第二氧化物層204中。

雖然水分子604、水分子804描述為擴(kuò)散到第二半導(dǎo)體襯底202，但水分子604、水分子804可以另外地或可替代地擴(kuò)散到第一半導(dǎo)體襯底104。但是，由于第一氧化物層102的厚度相對于第二氧化物層204增加，因此水分子604、水分子804到達(dá)第一半導(dǎo)體襯底104的可能性小于到達(dá)第二半導(dǎo)體襯底202的可能性。

參看圖10，提供圖1-圖9的方法的一些實(shí)施例的流程圖1000。

在動作1002處，第一氧化物層形成于第一襯底上。參見例如圖1。

在動作1004處，第二襯底上的第二氧化物層的表面通過將表面暴露于硅烷來預(yù)處理。第二氧化物層是原生氧化物。參見例如圖2。有利的是，歸因于對表面的預(yù)處理，第二氧化物層的表面具有高密度的硅烷醇基團(tuán)(即，高親水性)。這反過來引起強(qiáng)的熔融粘合和低的剝落可能性。此外，歸因于對表面的預(yù)處理，在批量制造期間，第二氧化物層表面上的硅烷醇基團(tuán)的密度在工件之間基本上均一，使得w2w均一性和產(chǎn)率較高。

在動作1006處，第二氧化物層的表面通過等離子體處理來活化。參見例如圖3。在替代實(shí)施例中，第二氧化物層的表面通過表面活化的其它方法來活化。

在動作1008處，水施用到第一氧化物層的表面或施用到第二氧化物層的表面。參見例如圖4和圖5。

在動作1010處，第一氧化物層的表面和第二氧化物層的表面以直接接觸的方式布置。參見例如圖6。

在動作1012處，第一氧化物層和第二氧化物層經(jīng)退火。參見例如圖7到圖9。

雖然通過流程圖1000所描述的方法在本文中經(jīng)說明并且描述為一系列動作或事件，但應(yīng)了解不應(yīng)以限制意義來解譯這類動作或事件的所說明的排序。舉例來說，除本文中所說明和/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其它動作或事件以不同次序及/或同時出現(xiàn)。此外，并非需要所有所說明的動作來實(shí)施本文中的描述的一個或大于一個方面或?qū)嵤├?，并且可以在一個或大于一個單獨(dú)動作和/或階段中執(zhí)行本文中所描繪的動作中的一者或大于一者。

參看圖11，提供用于硅烷預(yù)處理的工藝工具的一些實(shí)施例的截面視圖1100。工藝工具可以例如用以執(zhí)行圖10的動作1004。如所說明，殼體的上部組件1102和殼體的下部組件1104限定由第一加熱器1108側(cè)向圍繞的反應(yīng)器腔室1106。排氣出口1110布置于殼體中并且經(jīng)配置以通過排氣出口管線1114將氣體從反應(yīng)器腔室1106提供到排氣泵1112。氣體入口1116布置于殼體中并且經(jīng)配置以通過相對應(yīng)的氣體入口管線1120從一個或大于一個氣體源1118提供氣體。在一些實(shí)施例中，對應(yīng)于氣體入口管線1120的閥門1122沿著氣體入口管線1120布置，并且經(jīng)配置以控制氣體向氣體入口1116的流動(例如，流動速率)。此外，在一些實(shí)施例中，氣體是硅烷(例如，sih4)或硅烷的功能均等物。

氣體分布管線1124和相對應(yīng)的噴嘴1126布置于反應(yīng)器腔室1106中，并且從氣體入口1116延伸。氣體分布管線1124和噴嘴1126經(jīng)配置以將氣體引入反應(yīng)器腔室1106中。此外，工件座1128布置于反應(yīng)器腔室1106中，并且經(jīng)配置以在多個不同位置處支撐多個工件1130。工件1130可以例如包括圖2的第二半導(dǎo)體襯底202。工件座1128進(jìn)一步經(jīng)配置以支撐布置于工件1130下的第二加熱器1132。工件座1128布置于致動器1134上方并且通過軸1136連接到致動器1134。致動器1134經(jīng)配置以將工件座1128從反應(yīng)器腔室1106移進(jìn)和移出，同時加載和卸載反應(yīng)器腔室1106。

參看圖12，提供具有根據(jù)圖1-圖9的方法和/或圖10的方法熔融粘合的一對襯底1202、襯底1204的mems封裝的一些實(shí)施例的截面視圖1200。如所說明，支撐裝置1206包括布置于支撐襯底1210的上表面上的裝置區(qū)域1208，和覆蓋裝置區(qū)域1208和支撐襯底1210的互連結(jié)構(gòu)1212。裝置區(qū)域1208包括電子裝置1214、電子裝置1216、電子裝置1218，如晶體管、光電二極管、存儲器單元等。支撐襯底1210可以是例如體半導(dǎo)體襯底，如體硅襯底或絕緣層上硅(soi)襯底。

互連結(jié)構(gòu)1212將裝置區(qū)域1208中的電子裝置1214、電子裝置1216、電子裝置1218互連。導(dǎo)電層1220、導(dǎo)電層1222的堆疊布置于介電區(qū)1224內(nèi)，所述介電區(qū)包括多個層間介電(inter-layerdielectric，ild)層和鈍化層(未單獨(dú)展示)。導(dǎo)電層1220、導(dǎo)電層1222包括個別部件1226、個別部件1228，如管線和墊子，并且最頂端導(dǎo)電層1222包括支撐粘合環(huán)1230和經(jīng)固定傳感電極1232。支撐粘合環(huán)1230側(cè)向延伸以包圍覆蓋支撐裝置1206的空穴1234，并且經(jīng)固定傳感電極1232布置于空穴1234下。通孔1236、通孔1238布置于介電區(qū)1224中，在導(dǎo)電層1220與導(dǎo)電層1222之間，以使導(dǎo)電層1220、導(dǎo)電層1222互連。類似地，接觸件1240布置于介電區(qū)1224中，在最底導(dǎo)電層(未標(biāo)記)與裝置區(qū)域1208之間，以將裝置區(qū)域1208連接到最底導(dǎo)電層。導(dǎo)電層1220、導(dǎo)電層1222、通孔1236、通孔1238以及接觸件1240可以是例如金屬，如銅、鋁銅或鎢，或一些其它導(dǎo)電材料。介電區(qū)1224可以是例如氧化物、低κ介電質(zhì)(即，介電常數(shù)小于約3.9的介電質(zhì))或一些其它介電材料，或另外包含例如氧化物、低κ介電質(zhì)(即，介電常數(shù)小于約3.9的介電質(zhì))或一些其它介電材料。

支撐isd層1242和裝置粘合環(huán)1244堆疊在支撐裝置1206上方，在支撐裝置1206與mems裝置襯底1202之間。支撐isd層1242和裝置粘合環(huán)1244側(cè)向地包圍空穴1234，并且在支撐粘合環(huán)1230與裝置粘合環(huán)1244之間的界面處將mems裝置襯底1202粘合到支撐裝置1206。支撐isd層1242布置于裝置粘合環(huán)1244上方，在裝置粘合環(huán)1244與mems裝置襯底1202之間。支撐isd層1242可以是例如熱氧化物或一些其它介電材料。裝置粘合環(huán)1244下伏于支撐isd層1242并且與支撐粘合環(huán)1230以界面方式相連接。在一些實(shí)施例中，裝置粘合環(huán)1244在共晶粘合處與支撐粘合環(huán)1230以界面方式相連接。此外，裝置粘合環(huán)1244與支撐粘合環(huán)1230重疊，并且具有與支撐粘合環(huán)1230的環(huán)形覆蓋區(qū)的大小(例如，就面積來說)類似或相同的環(huán)形覆蓋區(qū)。裝置粘合環(huán)1244可以是例如鍺或一些其它導(dǎo)電材料。

mems裝置襯底1202布置于支撐裝置1206上方，并且通過支撐isd層1242和裝置粘合環(huán)1244粘合到支撐裝置1206。mems裝置襯底1202包括固定區(qū)域1246和可移動元件1248(即，可移動區(qū)域)，并且可以是例如元素硅的體半導(dǎo)體襯底或純硅的體半導(dǎo)體襯底。固定區(qū)域1246對應(yīng)于相對于可移動元件1248固定的mems裝置襯底1202的區(qū)域。可移動元件1248對應(yīng)于懸浮在空穴1234內(nèi)在經(jīng)固定傳感電極1232上方的mems裝置襯底1202的區(qū)域，并且經(jīng)配置以在空穴1234內(nèi)與外部刺激如加速度成比例地移動?？梢苿釉?248通過將可移動元件1248連接到固定區(qū)域1246的一個或大于一個懸臂梁或彈簧(未圖示)懸浮。此外，可移動元件1248包括可移動傳感電極(未圖示)，其通過襯底穿孔(throughsubstratevias，tsv)1250、襯底穿孔1252電耦合到支撐裝置1206，所述襯底穿孔1250、襯底穿孔1252延伸通過mems裝置襯底1202和支撐isd層1242到達(dá)例如裝置粘合環(huán)1244。tsv1250、tsv1252可以例如包括金屬或一些其它導(dǎo)電材料。

帽蓋襯底1204布置于mems裝置襯底1202上方，并且通過加襯帽蓋襯底1204的下表面的帽蓋isd層1254粘合到mems裝置襯底1202。在一些實(shí)施例中，帽蓋isd層1254保形地加襯下表面。帽蓋襯底通過在帽蓋isd層1254與mems裝置襯底1202之間的界面處的熔融粘合1256粘合到mems裝置襯底1202。熔融粘合1256可以例如根據(jù)圖1-圖9的方法和/或圖10的方法形成，使得熔融粘合1256具有高強(qiáng)度和w2w均一性。帽蓋襯底1204界定空穴1234的上表面，并且在一些實(shí)施例中包括界定空穴1234的上部區(qū)域的下部凹槽1258。帽蓋襯底1204可以是例如元素硅的體半導(dǎo)體襯底或純硅的體半導(dǎo)體襯底。

在操作中，可移動元件1248在空穴1234內(nèi)與外部刺激如加速度成比例地移動。舉例來說，mems封裝加速時，可移動元件1248在空穴1234內(nèi)與加速度成比例地移動。隨后在經(jīng)固定傳感電極1232與可移動傳感電極(未圖示)之間的電容耦合件用以測量可移動元件1248的移動并且用以間接測量外部刺激。

雖然可移動元件1248的位置說明并且描述為如通過在圖12中的傳感電極之間的電容耦合件所確定，但可以使用其它方法來感測可移動元件1248在空穴1234內(nèi)的位置。舉例來說，可以使用光學(xué)方法來感測可移動元件1248在空穴1234下的位置。此外，雖然可移動元件1248說明并且描述為懸浮在支撐裝置1206與帽蓋襯底1204之間的空穴1234內(nèi)，但在其它實(shí)施例中可移動元件1248可以是覆蓋空穴1234的柔性膜。在這類實(shí)施例中，可移動元件1248界定空穴1234的上表面并且經(jīng)配置以與外部刺激如壓力成比例地偏轉(zhuǎn)。此外，帽蓋襯底1204、帽蓋isd層1254以及支撐粘合環(huán)1230以及裝置粘合環(huán)1244被忽略，并且mems裝置襯底1202在支撐裝置1206與支撐isd層1242之間的界面處熔融粘合到支撐裝置1206。熔融粘合可以例如根據(jù)圖1-圖9的方法和/或圖10的方法形成，使得熔融粘合具有高強(qiáng)度和w2w均一性。

參考圖13-圖21，提供用于形成圖12的mems封裝的方法的一些實(shí)施例的一系列截面視圖1300-截面視圖2100。

如通過圖13的截面視圖1300所說明，于帽蓋襯底1204中進(jìn)行第一刻蝕以在帽蓋襯底1204的表面中形成凹槽1258。帽蓋襯底1204可以是例如元素硅的體硅襯底或純硅的體硅襯底。在一些實(shí)施例中，用于進(jìn)行第一刻蝕的方法包括在帽蓋襯底1204上方沉積并且圖案化第一光刻膠層1302。舉例來說，第一光刻膠層1302可以經(jīng)圖案化以遮蔽沿著帽蓋襯底1204的邊緣的帽蓋襯底1204的區(qū)域。此后，將一種或大于一種刻蝕劑1304，如濕潤刻蝕劑或干燥刻蝕劑，施用到帽蓋襯底1204，同時使用第一光刻膠層1302作為掩模。進(jìn)行第一刻蝕后，去除或另外剝除第一光刻膠層1302。

如通過圖14的截面視圖1400所說明，帽蓋isd層1254加襯帽蓋襯底1204的表面、包含凹槽1258而形成。在一些實(shí)施例中，帽蓋isd層1254是二氧化硅或一些其它氧化物。此外，在一些實(shí)施例中，帽蓋isd層1254通過熱氧化或氣相沉積(例如cvd或pvd)形成。

如通過圖15的截面視圖1500所說明，mems裝置襯底1202布置于帽蓋襯底1204上方，并且通過帽蓋isd層1254粘合到帽蓋襯底1204。mems裝置襯底1202根據(jù)圖1-圖9的方法和/或圖10的方法通過用硅烷預(yù)處理進(jìn)行的熔融粘合來粘合到帽蓋襯底1204。舉例來說，帽蓋襯底1204可以對應(yīng)于圖1-圖9中的第一半導(dǎo)體襯底104，帽蓋isd層1254可以對應(yīng)于圖1-圖9中的第一氧化物層102，mems裝置襯底1202可以對應(yīng)于圖1-圖9中的第二半導(dǎo)體襯底202，并且mems裝置襯底1202上的原生氧化物層(未圖示)可以對應(yīng)于第二氧化物層204。mems裝置襯底1202可以是例如元素硅的體硅襯底或純硅的體硅襯底。

如通過圖16的截面視圖1600所說明，在mems裝置襯底1202與帽蓋isd層1254之間的界面處形成熔融粘合1256之后，mems裝置襯底1202薄化到所需的厚度t。在一些實(shí)施例中，mems裝置襯底1202通過cmp和/或回蝕而薄化。此外，支撐isd層1242形成于mems裝置襯底1202的上方。在一些實(shí)施例中，支撐isd層1242是二氧化硅或一些其它氧化物。此外，在一些實(shí)施例中，支撐isd層1242通過熱氧化形成。

如通過圖17的截面視圖1700所說明，于支撐isd層1242中進(jìn)行第二刻蝕以去除上覆于帽蓋襯底1204的凹槽1258的支撐isd層1242的區(qū)域(即，以形成開口)。在一些實(shí)施例中，所述區(qū)域受限于直接處于凹槽1258上方。此外，在一些實(shí)施例中，用于進(jìn)行第二刻蝕的方法包括在支撐isd層1242上方沉積并且圖案化第二光刻膠層1702。舉例來說，第二光刻膠層1702可以經(jīng)圖案化以遮蔽側(cè)向地圍繞凹槽1258的支撐isd層1242的區(qū)域。此后，將一種或大于一種刻蝕劑1704施用到支撐isd層1242，同時使用第二光刻膠層1702作為掩模。在進(jìn)行第二刻蝕之后，去除或另外剝除第二光刻膠層1702。

如通過圖18的截面視圖1800所說明，粘合環(huán)層1802形成于支撐isd層1242和mems裝置襯底1202的上方。粘合環(huán)層1802可以由例如鍺或能夠共晶粘合的一些其它材料形成。在一些實(shí)施例中，粘合環(huán)層1802使用氣相沉積技術(shù)或原子層沉積來形成。

如通過圖19的截面視圖1900所說明，于粘合環(huán)層1802(參見圖18)中進(jìn)行第三刻蝕，以形成側(cè)向地包圍凹槽1258的裝置粘合環(huán)1244。在一些實(shí)施例中，用于進(jìn)行第三刻蝕的方法包括在粘合環(huán)層1802上方沉積并且圖案化第三光刻膠層1902。舉例來說，第三光刻膠層1902可以經(jīng)圖案化以遮蔽對應(yīng)于裝置粘合環(huán)1244的粘合環(huán)層1802的區(qū)域。此后，將一種或大于一種刻蝕劑1904施用到粘合環(huán)層1802，同時使用第三光刻膠層1902作為掩模。在進(jìn)行第三刻蝕之后，去除或另外剝除第三光刻膠層1902。

如通過圖20的截面視圖2000所說明，于mems裝置襯底1202中進(jìn)行第四刻蝕，以形成在凹槽1258上方的可移動元件1248。在一些實(shí)施例中，用于進(jìn)行第四刻蝕的方法包括在支撐isd層1242和mems裝置襯底1202的上方沉積并且圖案化第四光刻膠層2002。舉例來說，第四光刻膠層2002可以經(jīng)圖案化以遮蔽對應(yīng)于可移動元件1248的mems裝置襯底1202的區(qū)域，以及側(cè)向地圍繞凹槽1258的mems裝置襯底1202的區(qū)域和支撐isd層1242的區(qū)域。在下文，將一種或大于一種刻蝕劑2004施用到mems裝置襯底1202，同時使用第四光刻膠層2002作為掩模。在進(jìn)行第四刻蝕之后，去除或另外剝除第四光刻膠層2002。

如通過圖21的截面視圖2100所說明，mems裝置襯底1202和帽蓋襯底1204旋轉(zhuǎn)180度并且粘合到支撐裝置1206。支撐裝置1206可以是例如ic或體半導(dǎo)體襯底。在一些實(shí)施例中，mems裝置襯底1202通過支撐裝置1206的支撐粘合環(huán)1230共晶粘合到支撐裝置1206。支撐粘合環(huán)1230具有與裝置粘合環(huán)1244相同或類似的覆蓋區(qū)，并且可以是例如鋁銅或能夠共晶粘合的一些其它材料。

參看圖22，提供圖13-圖21的方法的一些實(shí)施例的流程圖2200。

在動作2202處，于帽蓋襯底中進(jìn)行第一刻蝕以在帽蓋襯底的表面中形成凹槽。參見例如圖13。

在動作2204處，第一氧化物層加襯帽蓋襯底的表面而形成。參見例如圖14。

在動作2206處，帽蓋襯底用硅烷預(yù)處理熔融粘合到mems裝置襯底。參見例如圖15。熔融粘合和/或硅烷預(yù)處理可以例如如圖1到圖10的方法中所描述。

在動作2208處，mems裝置襯底經(jīng)過薄化并且第二氧化物層形成于mems裝置襯底的與帽蓋襯底相對的側(cè)面上。參見例如圖16。

在動作2210處，于第二氧化物層中進(jìn)行第二刻蝕以去除覆蓋凹槽的第二氧化物層的區(qū)域。參見例如圖17。

在動作2212處，裝置粘合環(huán)形成于第二氧化物層上。參見例如圖18和圖19。

在動作2214處，于mems裝置襯底中進(jìn)行第三刻蝕以在凹槽上方形成可移動元件。參見例如圖20。

在動作2216處，帽蓋襯底和mems裝置襯底通過第二氧化物層和裝置粘合環(huán)共晶粘合到支撐裝置。參見例如圖21。

雖然通過流程圖2200所描述的方法在本文中經(jīng)說明并且描述為一系列動作或事件，但應(yīng)了解不應(yīng)以限制意義來解譯這類動作或事件的所說明的排序。舉例來說，除本文中所說明和/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其它動作或事件以不同次序及/或同時出現(xiàn)。此外，并非需要所有所說明的動作來實(shí)施本文中的描述的一個或大于一個方面或?qū)嵤├?，并且可以在一個或大于一個單獨(dú)動作和/或階段中執(zhí)行本文中所描繪的動作中的一者或大于一者。

在一些實(shí)施例中，圖22的動作經(jīng)擴(kuò)增以形成壓力傳感器。將氧化物層如通過動作2208所描述形成于mems裝置襯底上，并且如通過動作2210所描述而刻蝕。隨后如動作2206中所描述，將mems裝置襯底通過氧化物層熔融粘合到支撐裝置?？梢岳绺鶕?jù)圖1到圖10的方法用硅烷預(yù)處理來進(jìn)行熔融粘合。此外，如動作2208中所描述，mems裝置襯底經(jīng)薄化。

因此，如可以從上文了解，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于將一對半導(dǎo)體襯底粘合在一起的方法。用硅烷預(yù)處理第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面。將第一氧化物層和第二氧化物層分別布置于第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底上。將水施用到第一氧化物層的表面或第二氧化物層的表面。使第一氧化物層的表面和第二氧化物層的表面直接接觸。使第一氧化物層和第二氧化物層退火。

在其它實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于形成mems封裝的方法。在帽蓋襯底上形成氧化物層。通過將裝置襯底暴露于硅烷來預(yù)處理裝置襯底。在將裝置襯底暴露于硅烷之后，裝置襯底通過氧化物層熔融粘合到帽蓋襯底。在裝置襯底中形成可移動元件。將裝置襯底粘合到在裝置襯底的與帽蓋襯底相對的側(cè)面上的支撐裝置。

在另外其它實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于將一對半導(dǎo)體襯底粘合在一起的方法。在第一半導(dǎo)體襯底上形成氧化物層。用硅烷預(yù)處理原生氧化物層的表面。在第二半導(dǎo)體襯底上布置原生氧化物層。以直接接觸的方式布置氧化物層的表面和原生氧化物層的表面。使氧化物層和原生氧化物層退火。

在其它實(shí)施例中，用硅烷預(yù)處理所述第一氧化物層的所述表面以及所述第二氧化物層的所述表面，隨后使所述表面直接接觸。所述第二氧化物層的厚度小于約5納米，以及在所述第二半導(dǎo)體襯底上形成厚度超過約50納米的所述第一氧化物層。所述第二氧化物層是原生氧化物。預(yù)處理所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面包括將甲硅烷(sih4)施用到所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面。預(yù)處理所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面包括將熱施加到所述第一氧化物層或所述第二氧化物層。通過等離子體處理活化所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面，所述等離子體處理將等離子體施加到所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面。在活化所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面之前，清洗所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面；以及在活化所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面之后，沖洗所述第一氧化物層的所述表面或所述第二氧化物層的所述表面。通過所述等離子體處理活化所述第一氧化物層的所述表面以及所述第二氧化物層的所述表面。

前文概述若干實(shí)施例的特征，以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明實(shí)施例的各方面。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，其可易于使用本發(fā)明實(shí)施例作為設(shè)計(jì)或修改其它過程和結(jié)構(gòu)以便實(shí)現(xiàn)本文中所介紹的實(shí)施例的相同目的和/或獲得相同優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識到，這類等效構(gòu)造并不脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神和范圍，并且其可以在不脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神和范圍的情況下在本文中進(jìn)行各種改變、取代和更改。