具有各向同性腔的MEMS集成压力传感器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了具有各向同性腔的MEMS集成压力传感器及其制造方法，其中该方法实施例包括提供具有氧化物层、MEMS衬底、多晶硅层的MEMS晶圆。将包括使用各向同性蚀刻形成的第一腔的载体晶圆接合至MEMS，第一腔与多晶硅层暴露的第一部分对准。图案化MEMS衬底，并且去除部分牺牲氧化层以形成第一和第二MEMS结构。将包括第二腔的帽晶圆接合至MEMS晶圆，这种接合生成包括与第一MEMS结构对准的第二腔的第一密封腔，并且第二MEMS结构设置在多晶硅层的第二部分与帽晶圆之间。去除部分帽晶圆，以使第一腔用作第一MEMS结构的环境压力的通道。

【技术实现步骤摘要】
具有各向同性腔的MEMS集成压力传感器件及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2013年3月14日提交的标题为“MEMS Pressure and MotionSensor Devices Having Isotropic Cavities and Mthods of Forming Same，，的美国临时申请第61/784,019号的优先权，其内容结合于此作为参考。本申请涉及下述在同一天提交的共同未决及共同受让的专利申请:“MEMSIntegrated Pressure Sensor Devices and Methods of Forming Same，，(代理卷号TSM13-0152);“MEMS Integrated Pressure Sensor and Microphone Devices and Methodsof Forming Same”(代理卷号 TSM13-0153) ;“MEMS Integrated Pressure Sensor andMicrophone Devices having Through-Vias and Methods of Forming Same，，(代理卷号TSM13-0155)以及“MEMS Device and Methods of Forming Same”(代理卷号 TSM13-0175)。
本专利技术涉及具有各向同性腔的MEMS集成压力传感器件及其制造方法。
技术介绍
微机电系统(MEMS)变得日益流行，特别是这些器件被微型化并被集成到集成电路的制造工艺中。然而，在集成工艺中，MEMS器件将它们自身的独特要求引入到集成工艺中。电互连MEMS器件是存在独特挑战的领域。具体地，将MEMS压力传感器件与其它MEMS器件(例如，运动传感器件)集成到同一集成电路的制造工艺中已经面临挑战。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法,包括:提供MEMS晶圆，其中，形成MEMS晶圆包括:在MEMS衬底的第一表面上形成第一牺牲层、在第一牺牲层的上方形成介电层，介电层包括暴露的第一部分；提供载体晶圆，其中，提供载体晶圆包括各向同性地蚀刻载体衬底以形成第一腔；利用接合层将载体晶圆接合至MEMS晶圆，其中，接合包括将第一腔与介电层的第一部分对准；对MEMS衬底进行图案化；WMEMS衬底去除部分第一牺牲层以形成第一MEMS结构和第二MEMS结构，第一 MEMS结构与介电层的第一部分相对应；在MEMS衬底的第二表面上形成多个第一金属接合件，第二表面与第一表面相对；提供包括多个第二金属接合件的帽晶圆；通过将多个第二金属接合件接合至多个第一金属接合件，使帽晶圆接合至MEMS晶圆，这种接合生成包括介电层的第一部分和第一MEMS结构的第一密封腔，第二 MEMS结构在第二密封腔中设置在介电层的第二部分与帽晶圆之间；以及去除部分载体晶圆，使第一腔暴露于环境压力。 优选地，将帽晶圆接合至MEMS晶圆包括共晶接合工艺，通过共晶接合工艺限定第一密封腔的压力水平。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种形成微机电(MEMS)器件的方法，包括:提供MEMS晶圆，MEMS晶圆包括MEMS衬底、位于MEMS衬底上方的第一氧化物释放层和位于第一氧化物释放层上方的介电层，介电层包括第一部分和第二部分；在载体晶圆中蚀刻第一开口，蚀刻包括各向同性蚀刻工艺；将载体晶圆接合至MEMS晶圆的第一表面，接合载体晶圆生成了包括第一开口的第一腔，介电层的第一部分的第一表面暴露于第一腔的压力水平；提供与介电层的第二部分对准的MEMS结构，提供MEMS结构包括图案化MEMS结构并去除部分第一氧化物释放层；将帽晶圆接合至MEMS晶圆的第二表面，MEMS晶圆的第二表面与MEMS晶圆的第一表面相对，接合帽晶圆生成第二腔，包括介电层的第二部分和MEMS结构，和第三腔，介电层的第一部分的第二表面暴露于第三腔的压力水平；以及将第一腔暴露于周围环境。 优选地，第二腔的压力水平通过帽晶圆与MEMS晶圆之间的接合工艺来限定。 优选地，该方法还包括:在将载体晶圆接合至MEMS晶圆之前，在载体晶圆中蚀刻第二开口，蚀刻第二开口包括各向同性蚀刻工艺，并且将载体晶圆接合至MEMS晶圆还包括将第二开口连接至第三腔。 优选地，该方法还包括:蚀刻第二开口以具有期望的体积，从而帮助限定第三腔的期望压力水平。 优选地，蚀刻第一开口包括:在载体衬底上方沉积第一保护层；通过蚀刻工艺在载体晶圆中形成多个沟槽；在多个沟槽的侧壁上形成第二保护层；以及通过各向同性蚀刻多个沟槽的底部来连接多个沟槽，从而生成第一开口。 优选地，蚀刻第一开口还包括去除第一保护层和第二保护层。 优选地，将帽晶圆接合至MEMS晶圆的第二表面包括:设置在MEMS晶圆的第二表面上的多个第一接合件与设置在帽晶圆的表面上的多个第二接合件之间的共晶接合工艺。 优选地，该方法还包括:提供帽晶圆，提供帽晶圆包括:提供具有金属线的半导体晶圆；在金属线上方形成均匀氧化物层；在均匀氧化物层上方形成薄膜层；以及在薄膜层上方形成多个第二接合件。 优选地，该方法还包括:形成将多个第二接合件的至少一部分电连接至金属线的接触插塞。 优选地，该方法还包括:对部分薄膜层进行浅蚀刻以形成一个或多个凸块，并且将帽晶圆接合至MEMS晶圆包括使一个或多个凸块与MEMS结构对准。 优选地，该方法还包括:去除部分薄膜层和均匀氧化层以暴露金属线的一部分，金属线的暴露部分用作输入/输出焊盘。 优选地，将帽晶圆接合至MEMS晶圆的第一表面包括熔融接合工艺。 优选地，帽晶圆是包括有源电路的半导体晶圆。 优选地，该方法还包括:在载体晶圆上执行开盘式研磨工艺以去除部分载体晶圆和MEMS晶圆的接合部分。 优选地，将载体晶圆接合至MEMS晶圆包括:将MEMS晶圆的接合层用作界面，提供MEMS晶圆还包括:在介电层上方形成蚀刻停止层；在蚀刻停止层上方形成第二氧化物释放层；在第二氧化物释放层上方形成接合层；以及通过去除蚀刻停止层、第二氧化物释放层以及接合层的相应部分而暴露介电层的第一部分。 优选地，去除部分第一氧化物释放层包括蒸汽氟化氢(蒸汽HF)蚀刻工艺。 优选地，提供MEMS结构包括:根据压力传感器的膜来形成介电层的第一部分。 根据本专利技术的又一方面，提供了一种微机电(MEMS)器件,包括:MEMS晶圆，包括具有第一部分和第二部分的介电层以及分别与介电层的第一部分和第二部分对准的第一MEMS结构和第二 MEMS结构；接合至MEMS晶圆的第一表面的载体晶圆，载体晶圆包括第一腔和第二腔，介电层的第一部分的第一表面通过第一腔暴露于环境压力；以及接合至MEMS晶圆的第二表面的帽晶圆，第二表面与MEMS晶圆的第一表面相对，并且接合的帽晶圆和MEMS晶圆限定第三腔和第四腔，其中:第一 MEMS结构设置在第三腔中；介电层的第一部分的第二表面暴露于第三腔的第一密封压力水平；第二 MEMS结构和介电层的第二部分设置在第四腔中；并且第二腔和第四腔相连接，并且第二腔的体积帮助限定第二腔和第四腔的第二密封压力水平。 【附图说明】 为了更加全面地理解本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成微机电（MEMS）器件的方法，包括：提供MEMS晶圆，其中，形成所述MEMS晶圆包括：在MEMS衬底的第一表面上形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层的上方形成介电层，所述介电层包括暴露的第一部分；提供载体晶圆，其中，提供所述载体晶圆包括各向同性地蚀刻载体衬底以形成第一腔；利用接合层将所述载体晶圆接合至所述MEMS晶圆，其中，接合包括将所述第一腔与所述介电层的所述第一部分对准；对所述MEMS衬底进行图案化；从所述MEMS衬底去除部分所述第一牺牲层以形成第一MEMS结构和第二MEMS结构，所述第一MEMS结构与所述介电层的所述第一部分相对应；在所述MEMS衬底的第二表面上形成多个第一金属接合件，所述第二表面与所述第一表面相对；提供包括多个第二金属接合件的帽晶圆；通过将所述多个第二金属接合件接合至所述多个第一金属接合件，使所述帽晶圆接合至所述MEMS晶圆，这种接合生成包括所述介电层的所述第一部分和所述第一MEMS结构的第一密封腔，所述第二MEMS结构在第二密封腔中设置在所述介电层的第二部分与所述帽晶圆之间；以及去除部分所述载体晶圆，使所述第一腔暴露于环境压力。

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 61/784,019;2013.05.30 US 13/906,1051.一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法,包括: 提供MEMS晶圆，其中，形成所述MEMS晶圆包括: 在MEMS衬底的第一表面上形成第一牺牲层； 在所述第一牺牲层的上方形成介电层，所述介电层包括暴露的第一部分； 提供载体晶圆，其中，提供所述载体晶圆包括各向同性地蚀刻载体衬底以形成第一腔； 利用接合层将所述载体晶圆接合至所述MEMS晶圆，其中，接合包括将所述第一腔与所述介电层的所述第一部分对准； 对所述MEMS衬底进行图案化； 从所述MEMS衬底去除部分所述第一牺牲层以形成第一 MEMS结构和第二 MEMS结构，所述第一 MEMS结构与所述介电层的所述第一部分相对应； 在所述MEMS衬底的第二表面上形成多个第一金属接合件，所述第二表面与所述第一表面相对； 提供包括多个第二金属接合件的帽晶圆； 通过将所述多个第二金属接合件接合至所述多个第一金属接合件，使所述帽晶圆接合至所述MEMS晶圆，这种接合生成包括所述介电层的所述第一部分和所述第一 MEMS结构的第一密封腔，所述第二 MEMS结构在第二密封腔中设置在所述介电层的第二部分与所述帽晶圆之间；以及 去除部分所述载体晶圆，使所述第一腔暴露于环境压力。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述帽晶圆接合至所述MEMS晶圆包括共晶接合工艺，通过所述共晶接合工艺限定所述第一密封腔的压力水平。3.一种形成微机电(MEMS)器件的方法,包括: 提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括: MEMS衬底； 位于所述MEMS衬底上方的第一氧化物释放层；和 位于所述第一氧化物释放层上方的介电层，所述介电层包括第一部分和第二部分； 在载体晶圆中蚀刻第一开口，所述蚀刻包括各向同性蚀刻工艺； 将所述载体晶圆接合至所述MEMS晶圆的第一表面，接合所述载体晶圆生成了包括所述第一开口的第一腔，所述介电层的所述第一部分的第一表面暴露于所述第一腔的压力水平; 提供与所述介电层的所述第二部分对准的MEMS结构，提供所述MEMS结构包括图案化所述MEMS结构并去除部分所述第一氧化物释放层； 将帽晶圆接合至所述MEMS晶圆的第二表面，所述M...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家骅，郑钧文，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71