用于具有雙層面結(jié)構(gòu)層和聲學(xué)端口的mems結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于具有雙層面結(jié)構(gòu)層和聲學(xué)端口的MEMS結(jié)構(gòu)的方法。一種用于制造MEMS器件的方法包括將第一犧牲層沉積和圖案化到硅襯底上，第一犧牲層被部分移除以留下第一剩余氧化物。此外，該方法包括將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層沉積在硅襯底上，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層與硅襯底的至少一部分進(jìn)行物理接觸。此外，在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層的頂部上形成第二犧牲層。執(zhí)行硅襯底的圖案化和蝕刻，從而在第二犧牲層處停止。另外，將MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片，CMOS晶片具有形成在其上的金屬層。在MEMS襯底與金屬層之間形成電連接。
【專利說明】用于具有雙層面結(jié)構(gòu)層和聲學(xué)端口的MEMS結(jié)構(gòu)的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求Daneman等人于2013年2月27日提交的、標(biāo)題為“METHODS FOR MEMSSTRUCTURE WITH DUAL-LEVEL STRUCTURAL LAYER AND ACOUSTIC PORT”的美國臨時(shí)申請N0.61/770，214的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請的公開通過引用如同完整闡述一樣并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的各種實(shí)施例總地涉及MEMS器件，并且具體地涉及用于制造它的方法。
[0003]用于制造MEMS聲學(xué)器件的典型手段是在兩個(gè)分離的芯片中制作MEMS襯底和CMOS襯底，這二者形成MEMS器件。這導(dǎo)致MEMS器件大而具有MEMS至CMOS互連引起的不期望聞的寄生電容。
[0004]所期望的是一種具有嚴(yán)格控制的MEMS結(jié)構(gòu)厚度容差的緊湊CM0S-MEMS集成聲學(xué)器件和一種可靠的制造流程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]簡要地，一種用于制造MEMS器件的方法包括將第一犧牲層沉積和圖案化到硅襯底上，第一犧牲層被部分移除以留下第一剩余氧化物。此外，該方法包括將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層沉積在硅襯底上，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層與硅襯底的至少一部分進(jìn)行物理接觸。此外，在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層的頂部上形成第二犧牲層。執(zhí)行硅襯底的圖案化和蝕刻，從而在第二犧牲層處停止。另外，將MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片，CMOS晶片具有形成在其上的金屬層。在MEMS襯底與金屬層之間形成電連接。
[0006]通過參照說明書的剩余部分和附圖，可以認(rèn)識到對本文公開的具體實(shí)施例的特性和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A-1S示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的制造MEMS器件的過程。
[0008]圖2A-2L示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。
[0009]圖3A-30示出了根據(jù)本發(fā)明的再另一方法的制造MEMS器件的過程。
[0010]圖4A-4I示出了根據(jù)本發(fā)明的又另一方法的制造MEMS器件的過程。
[0011]圖5A-5H示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。
[0012]圖6A-6J示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。
[0013]圖7A-7K示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在所描述的實(shí)施例中，微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)指代一類結(jié)構(gòu)或器件，其使用像半導(dǎo)體這樣的工藝來制造并且展現(xiàn)諸如移動(dòng)或變形能力的機(jī)械特性。MEMS經(jīng)常但并不始終與電信號交互。MEMS器件包括但不限于致動(dòng)器、陀螺儀、加速計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)、壓力傳感器、麥克風(fēng)以及射頻部件。包含MEMS結(jié)構(gòu)的硅晶片被稱為MEMS晶片。
[0015]在所描述的實(shí)施例中，MEMS器件可以指代實(shí)現(xiàn)為微電機(jī)系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件。MEMS結(jié)構(gòu)可以指代可以作為較大MEMS器件的部分的任何特征。工程化絕緣體上硅(engineeredsilicon-on-1nsulator) (ESOI)晶片可以指代在娃器件層或襯底下方具有空腔的SOI晶片。承載晶片(handle wafer)典型地指代較厚襯底，其用作絕緣體上硅晶片中較薄硅器件襯底的載體。承載襯底(handle substrate)和承載晶片可以互換。
[0016]在所描述的實(shí)施例中，空腔可以指代襯底晶片中的開口或凹部，并且外殼可以指代完全封閉的空間。立柱可以是MEMS器件的空腔中用于機(jī)械支撐的垂直結(jié)構(gòu)。支座(standoff)可以是提供電接觸的垂直結(jié)構(gòu)。
[0017]在所描述的實(shí)施例中，背空腔可以指代部分封閉的空腔，經(jīng)由壓力均衡通道(PEC)使其等于環(huán)境壓力。在一些實(shí)施例中，背空腔也稱為背腔室。形成在CM0S-MEMS器件中的背空腔可以稱為集成的背空腔。也稱為泄漏通道/路徑的壓力均衡通道是用于背空腔至環(huán)境壓力的低頻或靜態(tài)壓力均衡的聲學(xué)通道。
[0018]在所描述的實(shí)施例中，MEMS器件內(nèi)在受力時(shí)移動(dòng)的剛性結(jié)構(gòu)可以稱為板。背板可以是用作電極的穿孔板。
[0019]在所描述的實(shí)施例中，穿孔指代用于減小移動(dòng)的板中的空氣阻尼的聲學(xué)開口。聲學(xué)端口可以是用于感測聲學(xué)壓力的開口。聲學(xué)壁壘可以是防止或者延遲聲學(xué)壓力到達(dá)器件的特定部分的結(jié)構(gòu)。鉸鏈?zhǔn)峭ㄟ^錨來提供到襯底的順應(yīng)附著的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^立柱的分步蝕刻和在PEC上創(chuàng)建部分立柱重疊來創(chuàng)建延伸的聲學(xué)間隙。面內(nèi)凸部擋塊(bump stop)是板的延伸，其與器件密封件接觸以限制板的平面中的移動(dòng)范圍。旋轉(zhuǎn)凸部擋塊是板的用于限制旋轉(zhuǎn)范圍的延伸。
[0020]現(xiàn)在參照圖1A-1S，示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的制造MEMS器件的過程。在圖1A中，MEMS器件10被示出為包括硅晶片12，在其頂部上示出支座13。支座13被部分蝕刻到硅晶片12中。在圖1B中，執(zhí)行氧化物沉積和蝕刻以形成用于薄部分膜的掩模14。該掩模由氧化物制成并且形成在支座13之間的硅晶片12的頂部上。在圖1C中，多晶硅16沉積在硅晶片12、支座13和掩模14的頂部上。在所描述的實(shí)施例中，多晶體硅被稱為多晶硅。多晶硅16的厚度實(shí)質(zhì)上限定了 MEMS器件10的薄區(qū)域的厚度。
[0021]在圖1D中，氧化硅18示出為被沉積，并且執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以平整氧化硅18的表面。如將關(guān)于圖1E而清楚的，氧化硅18幫助結(jié)合到臨時(shí)承載晶片。
[0022]在圖1E中，臨時(shí)承載晶片20結(jié)合到氧化硅18。在本發(fā)明的示例性方法中，氧化硅熔融結(jié)合用于將臨時(shí)承載晶片20結(jié)合到氧化硅18。在另一實(shí)施例中，使用臨時(shí)聚合物結(jié)合。在圖1F中，硅晶片12的底表面被研磨和拋光以形成圖1G中示出的結(jié)構(gòu)。因此，在圖1G處，硅晶片12比其在圖1F中或在研磨之前更薄。圖1G中的硅晶片的厚度實(shí)質(zhì)上限定了 MEMS器件10的厚結(jié)構(gòu)的厚度。如圖1G中所示，在硅晶片12的底表面的選擇區(qū)域中圖案化光刻膠22。光刻膠的此類圖案化實(shí)質(zhì)上如所期望的那樣保護(hù)硅晶片12以免在下一步中被蝕刻。
[0023]在圖1H中，在光刻膠22上執(zhí)行干法蝕刻，如圖1H中的箭頭所示。在本發(fā)明的示例性方法中，深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)被選擇作為用于蝕刻的方法，并且與針對氧化硅相比對于娃和多晶娃具有更聞的蝕刻速率。通過停留在氧化娃18處的多晶娃16來蝕刻娃晶片12的選擇區(qū)域，由此形成硅晶片12’和多晶硅16’。在蝕刻之后，氧化硅在其中不存在光刻膠的區(qū)域中和/或當(dāng)受氧化物掩模14保護(hù)時(shí)連接到多晶硅16’。圖1H示出在該蝕刻步驟完成后的MEMS襯底24。
[0024]圖1I示出了承載晶片30，硅被部分蝕刻到該承載晶片30中以限定空腔33跟著進(jìn)行氧化。承載晶片30被示出為包括在其上形成二氧化硅層34的硅(或“帽”)層32，在二氧化硅層34中形成空腔33。在圖1J中，MEMS襯底24被示出結(jié)合到承載晶片30。在示例性方法中，熔融結(jié)合用于該過程。
[0025]在圖1K中，通過機(jī)械研磨、蝕刻或其組合來移除臨時(shí)承載晶片20。在其中使用聚合物臨時(shí)結(jié)合來附著臨時(shí)承載晶片20的替代實(shí)施例中，使用聚合物溶劑、加熱或其組合來移除臨時(shí)承載晶片20。在被移除之前，臨時(shí)承載晶片20支撐前面的變薄過程同時(shí)在處理期間保護(hù)硅晶片12’。
[0026]在圖1L中，使用光刻法來部分蝕刻氧化娃18以曝露多晶娃16’。曝露的多晶娃16’’與硅晶片12’的直接在其下的部分一起形成支座。注意，氧化硅18’未被完全蝕刻，其中形成在膜14的頂部上和部分地在多晶硅16’的頂部上的部分在圖1L的蝕刻步驟之后剩余。
[0027]在圖1M中，導(dǎo)電層36被示出沉積在曝露的多晶硅16’的頂部上。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電層36由鍺制成，但是可以采用其他合適的材料，諸如但不限于金、鋁和錫。執(zhí)行氧化硅18’的汽相或液相氫氟酸(HF)蝕刻，并且釋放圖1N的MEMS襯底60。
[0028]圖10示出了包括CMOS襯底42的CMOS晶片40，在CMOS襯底42上，可選地在CMOS氧化物44上蝕刻圖案以形成凸部擋塊46。在其他實(shí)施例中，可以使用任何半導(dǎo)體晶片。金屬層48散布在CMOS氧化物44中以最終將CMOS晶片電連接到MEMS襯底。凸部擋塊46最小化MEMS膜與CMOS晶片之間的接觸，最小化處理中和操作中靜摩擦二者。
[0029]在圖1P中，端口 52被蝕刻到CMOS襯底42中通過CMOS氧化物44以分別形成CMOS襯底42’和CMOS氧化物44’?？蛇x地在承載晶片32處進(jìn)一步蝕刻圖1P的CMOS晶片54以形成創(chuàng)建端口 58的承載晶片32’。端口 52和58中的每一個(gè)是單獨(dú)的空腔或聲學(xué)端口以在MEMS器件10是麥克風(fēng)的實(shí)施例中使用。可替代地，不蝕刻或創(chuàng)建端口 58，相反，僅形成端口 52，如圖1R中所示。圖1R的實(shí)施例將背空腔集成到器件中并因此更緊湊，并且與圖1Q的器件相比產(chǎn)生更小的器件。然而，IR的實(shí)施例的聲學(xué)性能相對于圖1Q的實(shí)施例的聲學(xué)性能典型地降低，因?yàn)榍罢叩谋晨涨槐葓D1Q的實(shí)施例的背空腔更小。在圖1Q的實(shí)施例中，器件相對于圖1R的實(shí)施例更大但是性能更佳，因?yàn)閳D1R中器件的封裝用作背空腔。
[0030]在圖1S中，MEMS器件64被示出為使用例如諸如全氟癸基三氯硅烷(FDTS)的長鏈碳氟化合物的疏水性低表面能涂層進(jìn)行防靜摩擦涂敷。該涂層典型地沉積為自組裝單分子層(SAM)或者使用原子層沉積(ALD)來沉積。一種此類ALD層是氧化鋁A1203。除了其他益處之外，該涂層用來降低表面能并且排斥水，由此防止CMOS晶片和MEMS膜的表面相互粘連。該涂層還可以防止腐蝕。
[0031]圖2A-2L示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。該過程與通過圖1H的步驟的圖1A-1S的過程相類似。在形成承載晶片中，在圖2a中，在圖2A的承載晶片200中未蝕刻有空腔。承載晶片200被示出為包括硅晶片202，其未被部分蝕刻并且相反具有在硅晶片202的頂部上圖案化的氧化物204。換言之，氧化物204沉積在硅晶片202上并且選擇性地從硅晶片202移除。
[0032]在圖2B中，MEMS襯底206被示出在氧化物層204處與承載晶片200結(jié)合。熔融結(jié)合是圖2B中的示例性結(jié)合方法。與圖1J和IK類似的，在圖2C中，移除臨時(shí)晶片承載20。在圖2D中，執(zhí)行圖案化。S卩，執(zhí)行地毪式氧化物蝕刻(blanket oxide etching)以形成氧化物210’，其用作MEMS器件的支撐結(jié)構(gòu)。
[0033]在圖2E中，導(dǎo)電層214形成在其中不存在氧化物210’的多晶硅16’的頂部上。除了其他合適材料之外，該導(dǎo)電層的示例包括鍺、錫、金和鋁。接著，如圖2F中所示，氧化物蝕刻被執(zhí)行通過多晶硅和硅晶片，在氧化物處停止。在示例性方法中，反應(yīng)離子蝕刻(RIE)用作蝕刻工藝。
[0034]圖2G示出了 CMOS晶片54。在圖2H中，MEMS襯底260使用合適的結(jié)合技術(shù)結(jié)合到CMOS晶片54。如本文所公開和設(shè)想的所有方法一樣，示例性結(jié)合技術(shù)包括熔融結(jié)合或共熔結(jié)合。圖2H的結(jié)構(gòu)被研磨，并且在圖21中，承載晶片被圖案化并且蝕刻，在氧化物204處停止以形成端口 212。在圖2J中，執(zhí)行蝕刻以移除氧化硅14來形成MEMS器件270。示例性蝕刻工藝包括RIE或HF。
[0035]在圖2K中，在用膠帶保護(hù)MEMS器件的兩面(頂部和底部)時(shí)執(zhí)行標(biāo)簽切割(tabdicing)。與圖1S的MEMS器件類似的，在圖2L中，向MEMS器件272施加涂層。
[0036]圖3A-30示出了根據(jù)本發(fā)明的再另一方法的制造MEMS器件的過程。在該過程中，不需要采用臨時(shí)晶片承載，并且將CMOS晶片直接結(jié)合到MEMS襯底。
[0037]圖3A示出了具有硅晶片312的硅晶片300，硅晶片312具有在其中蝕刻的支座311。在圖3B中，氧化物如所示出那樣沉積和被部分地蝕刻。在圖3C中，多晶硅316沉積在支座311和氧化物314以及硅晶片312上。接著，在圖3D中，導(dǎo)電層336形成在支座311之上的區(qū)域中的多晶硅316的頂部上。這是與上文示出和描述的過程的偏差，因?yàn)槲葱纬膳R時(shí)承載晶片。在圖3E中，圖案化多晶硅316而留下空間區(qū)域302。相應(yīng)地形成MEMS襯底306。
[0038]圖3C示出了與圖10的CMOS晶片類似的CMOS晶片340，其具有示出為從CMOS電介質(zhì)344突起的凸部擋塊346。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的各種實(shí)施例的凸部擋塊由氮化硅、氧化硅或二者的組合制成。諸如氮化鈦和鋁的其他CMOS兼容材料也可以獨(dú)立使用或者連同氮化硅和氧化硅來使用。CMOS晶片340也被示出為具有CMOS襯底342和沉積在CMOS電介質(zhì)344中的金屬層348。
[0039]在圖3G中，CMOS晶片340被示出結(jié)合到MEMS襯底306，并且MEMS襯底306被研磨和拋光。在示例性方法中，采用共熔鋁-鍺結(jié)合。相應(yīng)地，MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片，并且CMOS晶片充當(dāng)支撐層。即，CMOS晶片是背支撐層。
[0040]在圖3H中，使用光刻法來添加光刻膠層352，并且在圖31處，執(zhí)行蝕刻，并且蝕刻通過硅晶片312并停止在氧化物314處，如先前關(guān)于其他圖所討論的。蝕刻的示例性方法為DRIE0在圖3J中，在箭頭示出的方向蝕刻光刻膠352和多晶硅316以形成MEMS襯底317。在示例性方法中，采用RIE作為蝕刻的方法。從該步驟到在施加SAM涂層時(shí)，可以使用兩種選擇來形成MEMS器件。一種選擇是形成適于麥克風(fēng)應(yīng)用的開放空腔或端口，并且另一種選擇是建立封閉空腔MEMS器件。圖3K和3L示出了開放空腔選擇，并且圖3M-30示出了封閉空腔選擇。[0041]在圖3K中，研磨CMOS晶片并蝕刻諸如聲學(xué)端口的端口 388，并且在圖3L中，施加SAM涂層?？商娲?，在圖3G的結(jié)合步驟之前執(zhí)行步驟3K。
[0042]在圖3M中，示出帽層354，其在本文中也稱為承載晶片。在圖3N中，承載晶片354結(jié)合到MEMS襯底317。在示例性方法中，鈦沉積在承載晶片354上以形成鈦硅結(jié)合334。
[0043]在圖30中，研磨CMOS晶片，蝕刻端口 377，并且執(zhí)行標(biāo)簽切割和SAM涂敷，如上文關(guān)于先前圖所討論的。
[0044]圖4A-4I示出了根據(jù)本發(fā)明的又另一方法的制造MEMS器件的過程。在圖4A中，承載晶片400被示出為包括在其頂部上沉積氧化硅404的硅晶片402，在氧化物404中部分地蝕刻空腔406。圖4B示出了具有硅晶片408的器件晶片(或MEMS襯底)401，在硅晶片408中部分地蝕刻空腔410。在圖4C中，硅晶片400與器件晶片401對齊并結(jié)合，使得空腔406和410齊平。在示例性方法中，采用熔融結(jié)合或共熔結(jié)合。
[0045]在圖4D中，通過研磨和拋光晶片408來執(zhí)行變薄以使硅晶片408變薄從而形成硅晶片408’。在圖4E中，將支座412蝕刻到硅晶片408’中。接著，如圖4F中所示，諸如但不限于鍺的導(dǎo)電層414沉積在支座412頂部上、被圖案化和蝕刻。在圖4G中，通過蝕刻圖4G中示出的結(jié)構(gòu)來圖案化MEMS結(jié)構(gòu)以形成圖案化的MEMS結(jié)構(gòu)408’’和MEMS襯底452?？梢圆捎蒙衔挠懻摰氖纠晕g刻技術(shù)。
[0046]在圖4H中，MEMS襯底452結(jié)合到CMOS晶片450，如關(guān)于先前圖所討論的。在實(shí)施例中，CMOS晶片450類似于CMOS晶片340。在圖4L中，對于麥克風(fēng)應(yīng)用，將端口 454蝕刻通過CMOS晶片450。
[0047]圖5A-5H示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。在圖5A中，絕緣體上硅(SOI)晶片500被示出為包括單晶硅506、氧化硅504和硅襯底502。硅襯底502和氧化硅504實(shí)質(zhì)上是承載晶片。在圖5B中，將空腔508蝕刻到單晶硅506中以形成單晶硅506’。接著，在圖5C中，晶片500結(jié)合到包括氧化硅510和硅襯底512的MEMS襯底，硅襯底512具有空腔509。根據(jù)本發(fā)明的示例性方法，采用熔融結(jié)合。
[0048]接著，在圖中，使用研磨、蝕刻或解結(jié)合的任何組合來移除承載晶片，從而留下單晶硅506’。在圖5E中，支座514在任一邊沿形成在單晶硅506’上，并且如圖5F中所示，諸如鍺的導(dǎo)電層516沉積在支座514上。在圖5G中，類似于圖10的CMOS晶片40的CMOS晶片518結(jié)合到圖5F的結(jié)構(gòu)500F，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)500G。端口 520被示出蝕刻在CMOS晶片518中以用于聲學(xué)應(yīng)用。圖5A至5H的方法的優(yōu)點(diǎn)在于單晶硅506具有良好限定的厚度，其中厚度變化是低的并且被良好地控制。
[0049]圖6A-6J示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。除了在SOI晶片600的單晶硅602中未創(chuàng)建空腔以外，圖6A和6B的過程與圖5A-5C的過程類似。和圖5A-5H的方法中一樣，單晶硅602的厚度有利地被良好限定。如圖6B中所示，承載晶片600與包括氧化硅610和硅襯底612的MEMS襯底結(jié)合，硅襯底612中形成有空腔XXX。在圖6C中，娃襯底606被不出為被移除,并且在圖6D中，使用光刻法來蝕刻氧化娃604,從而創(chuàng)建氧化硅614。在圖6E中，外延硅(印1-silicon)或多晶硅616被示出沉積在氧化物614以及單晶硅602的頂部上。在圖6F中，執(zhí)行CMP，在氧化物614處停止以形成多晶硅616’。在圖6G中，蝕刻氧化物614。在圖6H中，諸如鍺的導(dǎo)電層618被示出形成在多晶硅616’的頂部上。在圖61中，CMOS晶片620被示出與圖6H中示出的結(jié)構(gòu)600H結(jié)合，并且在圖6J中，端口 622被示出形成在CMOS晶片620中并通過CMOS晶片620。
[0050]圖7A-7K示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的制造MEMS器件的過程。圖7A示出了包括具有薄緩沖氧化物的SOI結(jié)構(gòu)的MEMS襯底700。MEMS襯底700被示出為包括在其頂部上形成氧化硅704的單晶硅702，在氧化硅704的頂部上形成第二單晶硅706，在第二單晶硅706的頂部上形成薄氧化物層708。氧化物層708用作薄緩沖氧化物。在本發(fā)明的實(shí)施例中，層708大約為100納米(nm)。
[0051]在圖7B中，氧化物708被圖案化和蝕刻以形成氧化物708’。在圖7C中，多晶硅層705沉積在氧化物層708’上。導(dǎo)電層710形成在多晶硅705的頂部上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，導(dǎo)電層710由鍺或關(guān)于圖1A-1S的實(shí)施例所指示的其他材料制成。
[0052]在圖7D中，支座712被圖案化，并且結(jié)構(gòu)被蝕刻通過至氧化硅704以形成圖案化的第二單晶硅706’和圖案化的導(dǎo)電層710’。在圖7E中，執(zhí)行部分氧化物蝕刻以蝕刻氧化物708’。相應(yīng)地，形成MEMS襯底714。在圖7F中，與CMOS晶片340類似的CMOS晶片716結(jié)合到MEMS襯底714。在示例性方法中，進(jìn)行共熔結(jié)合。
[0053]在7G中，執(zhí)行研磨和拋光以使得單晶硅702更薄以形成單晶硅702’。在圖7H中，蝕刻單晶硅702’以形成延伸的壓力均衡通道和凸部擋塊718。在圖71中，氧化硅704被部分蝕刻以形成經(jīng)蝕刻的氧化硅704’。在示例性方法中，通過汽相氫氟酸蝕刻來執(zhí)行部分蝕刻?？蛇x地，圖71的步驟可以在蝕刻端口之后執(zhí)行。在圖7J中，類似于354的承載晶片720結(jié)合到圖71或7H的結(jié)構(gòu)，視情況而定。給出了兩種選擇，一種選擇是結(jié)合到具有空腔的承載晶片，并且另一種選擇是結(jié)合到未圖案化的臨時(shí)承載以與外部背空腔一起使用。在圖7K中，執(zhí)行CMOS襯底716的研磨和拋光。另外，蝕刻端口 722，并且在延伸的背空腔的情況中，移除臨時(shí)晶片承載。
[0054]本文示出和描述的各種實(shí)施例和方法的應(yīng)用包括但不限于麥克風(fēng)、壓力傳感器、諧振器、開關(guān)以及其他適用器件。
[0055]盡管本說明書已經(jīng)關(guān)于其具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是這些具體實(shí)施例僅僅是說明性的而非限制性的。
[0056]如在本文說明書中和貫穿所附權(quán)利要求所使用的，“一”、“一個(gè)”和“所述”包括復(fù)數(shù)參照物，除非上下文清楚地另有所指。此外，如在本文說明書中和貫穿所附權(quán)利要求所使用的，“在……中”的含義包括“在……中”和“在……上”，除非上下文清楚地另有所指。
[0057]因此，盡管本文已經(jīng)描述了具體實(shí)施例，但是在前面的公開中意圖有修改、各種改變和替代的回旋余地 ，并且將意識到，在一些實(shí)例中，將在沒有其他特征的對應(yīng)使用的情況下采用具體實(shí)施例的一些特征，而不偏離所闡述的范圍和精神。因此，可以做出許多修改以使具體情形或材料適應(yīng)于實(shí)質(zhì)范圍和精神。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造MEMS器件的方法，包括: 將第一犧牲層沉積和圖案化到硅襯底上，第一犧牲層被部分移除以留下第一剩余氧化物； 將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層沉積在硅襯底上，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層與硅襯底的至少一部分進(jìn)行物理接觸； 在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層的頂部上形成第二犧牲層； 圖案化和蝕刻硅襯底并在第二犧牲層處停止； 將MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片，CMOS晶片具有形成在其上的金屬層；以及 在MEMS襯底與金屬層之間形成電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括形成通過CMOS晶片的第一端口。
3.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在形成第二犧牲層之后將硅襯底變薄為期望的厚度。
4.如權(quán)利要求3所述的用于制造MEMS器件的方法，其中將硅襯底變薄包括將MEMS襯底結(jié)合到臨時(shí)承載晶片。
5.如權(quán)利要求4所述的用于制造MEMS器件的方法，其中將MEMS襯底結(jié)合到臨時(shí)承載晶片包括使第二犧牲層平面化的步驟。
6.如權(quán)利要求3所述的用于制造MEMS器件的方法，其中變薄步驟包括研磨或拋光或蝕刻步驟的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括: 圖案化第二犧牲層以允許接近導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層；以及 將結(jié)合層沉積在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層上。
8.如權(quán)利要求7所述的用于制造MEMS器件的方法，其中圖案化第二犧牲層的步驟是使用干法蝕刻方法來執(zhí)行的。
9.如權(quán)利要求7所述的用于制造MEMS器件的方法，其中圖案化第二犧牲層的步驟是使用濕法蝕刻方法來執(zhí)行的。
10.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括通過使用化學(xué)機(jī)械拋光來平面化第二犧牲層。
11.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括將硅襯底與硅承載晶片進(jìn)行另一結(jié)合以形成MEMS襯底。
12.如權(quán)利要求11所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在硅承載晶片中形成空腔。
13.如權(quán)利要求11所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括形成通過硅承載晶片的第二端口。
14.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟包括在CMOS晶片與MEMS襯底之間使用熔融結(jié)合，電連接由通過硅承載晶片的導(dǎo)電通路來形成。
15.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中圖案化和蝕刻硅襯底是在將MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片之后執(zhí)行的。
16.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中圖案化和蝕刻硅襯底是在將MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片之前執(zhí)行的。
17.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟包括氧化硅熔融結(jié)口 ο
18.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟包括在CMOS晶片與MEMS襯底之間形成共熔結(jié)合，電連接由共熔接觸來形成。
19.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟包括聚合物結(jié)合。
20.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟包括陽極結(jié)合。
21.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中硅襯底的圖案化和蝕刻的蝕刻步驟包括深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)、標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、濕法化學(xué)蝕刻或離子銑削。
22.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中通過步驟研磨和蝕刻的組合或蝕刻來移除硅承載晶片。
23.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中MEMS襯底和CMOS晶片的結(jié)合包括:焊接結(jié)合、熔融結(jié)合、玻璃粉結(jié)合、熱壓縮結(jié)合或陽極結(jié)合。
24.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟和形成電連接包括使用具有鋁-鍺系統(tǒng)的共熔焊接結(jié)合。
25.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括移除第一犧牲層和第二犧牲層。
26.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第一和第二移除步驟中的每一個(gè)包括使用各向同性的氧化物蝕刻劑、液體或汽體形式的氫氟酸、或等離子蝕刻。
27.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中在結(jié)合步驟之前，CMOS晶片被圖案化為在其表面上有凸部來減小與MEMS器件的接觸和靜摩擦。
28.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括圖案化和部分蝕刻硅襯底以限定支座。
29.如權(quán)利要求28所述的用于制造MEMS器件的方法，其中支座是在沉積第一犧牲層之前形成的。
30.如權(quán)利要求28所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第二犧牲層具有大于支座高度的厚度。
31.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括沉積和圖案化第二導(dǎo)電層以形成支座。
32.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層是多晶體硅層。
33.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第一犧牲層是由氧化硅制成的。
34.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第二犧牲層是由氧化硅制成的。
35.如權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS器件的方法，其中結(jié)合步驟包括將MEMS襯底與CMOS晶片對齊。
36.一種MEMS器件，包括: 多晶體硅(多晶硅)層，形成在具有通過氧化物的移除而形成的區(qū)域的硅襯底上，多晶硅層在所述區(qū)域中與硅襯底進(jìn)行物理接觸，硅襯底是期望地薄； MEMS襯底，形成在多晶硅層的頂部上；CMOS晶片，與MEMS襯底結(jié)合，CMOS晶片具有形成在其上的金屬層，MEMS襯底和CMOS晶片的結(jié)合使得在MEMS襯底上的多晶硅之間形成電連接并且還允許曝露CMOS晶片的金屬層；以及 鍺層，形成在多晶硅的頂部上， 其中CMOS晶片與MEMS襯底對齊。
37.如權(quán)利要求36所述的MEMS器件，其中MEMS器件是麥克風(fēng)、壓力傳感器、諧振器或開關(guān)。
38.一種用于制造MEMS器件的方法，包括: 形成具有第一空腔的第一娃晶片； 形成具有第二空腔的第二硅晶片； 結(jié)合第一和第二娃晶片，使得第一和第二空腔面對彼此； 在第一和第二晶片之間形成氧化物層； 進(jìn)行第一和第二硅晶片的第一結(jié)合； 將第二硅晶片變薄為期望的厚度，其中具有第二空腔的區(qū)域具有變薄的部分； 通過第二晶片的硅的部分移除來形成支座；以及 進(jìn)行至第一硅層的第二結(jié)合，由此形成電連接。
39.如權(quán)利要求38所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第二晶片包括承載層、器件層和氧化物層，其中氧化物層設(shè)置在承載層與器件層之間，進(jìn)一步其中第二空腔形成在器件層中。
40.如權(quán)利要求39所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第二晶片的變薄包括移除承載層。
41.如權(quán)利要求38所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第一結(jié)合包括熔融結(jié)合。
42.如權(quán)利要求38所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括圖案化和蝕刻第二硅層，并且其中圖案化和蝕刻第二硅層的步驟中的蝕刻是通過第二硅晶片。
43.如權(quán)利要求38所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在支座上沉積導(dǎo)電層。
44.如權(quán)利要求38所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在第一硅晶片中形成端□。
45.如權(quán)利要求38所述的用于制造MEMS器件的方法，其中硅的部分移除是通過蝕刻來執(zhí)行的。
46.一種用于制造MEMS器件的方法，包括: 形成具有第一空腔的第一娃晶片； 形成第二硅晶片，第二硅晶片包括承載晶片、器件晶片和設(shè)置在第二硅晶片與承載晶片之間的氧化物； 將第一娃晶片結(jié)合到第二娃晶片； 移除第二硅晶片的承載晶片，從而在第二硅晶片上留下氧化物層； 圖案化氧化物層； 在圖案化的氧化物層上沉積多晶硅層； 平面化多晶硅層并在氧化物層處停止該平面化； 移除氧化物層；沉積和圖案化導(dǎo)電層；以及 結(jié)合第二硅晶片與電連接。
47.如權(quán)利要求46所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在第二硅晶片中打開端□。
48.如權(quán)利要求46所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在第一硅晶片中打開端□。
49.如權(quán)利要求46所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第二硅層包括電介質(zhì)層并在電介質(zhì)層中形成空腔。
50.如權(quán)利要求46所述的用于制造MEMS器件的方法，其中第二硅晶片是CMOS層。
51.一種用于制造MEMS器件的方法，包括: 形成絕緣體上硅(SOI)晶片，SOI晶片包括承載層、器件層和在承載層與器件層之間形成的氧化物； 在SOI晶片上沉積氧化物層并圖案化沉積的氧化物層； 在圖案化的氧化物層上沉積多晶硅； 在多晶硅上沉積導(dǎo)電層； 圖案化和蝕刻多晶硅與導(dǎo)電層； 進(jìn)一步蝕刻器件層； 移除圖案化的氧化物層，由此形成MEMS襯底； 將MEMS襯底結(jié)合到CMOS晶片，CMOS晶片具有至少一個(gè)金屬層； 在MEMS襯底與所述至少一個(gè)金屬層之間形成電連接； 將承載層變薄； 圖案化承載層； 移除沉積在SOI晶片上的氧化物層。
52.如權(quán)利要求51所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括將MEMS襯底結(jié)合到具有空腔的娃帽晶片。
53.如權(quán)利要求52所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在硅帽晶片中的打開端□。
54.如權(quán)利要求51所述的用于制造MEMS器件的方法，還包括在CMOS晶片中打開端口。
【文檔編號】B81B7/00GK104003348SQ201410068355
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月27日
【發(fā)明者】M.J.丹曼, 陳美霖, M.林, F.阿薩德拉希, E.P.阿塔 申請人:應(yīng)美盛股份有限公司