CN106938837A - 微电子机械系统封装件及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)封装件及其形成方法，该MEMS封装件具有配置为通过向室中引入排气调整密封室内的压力的加热元件。在一些实施例中，MEMS封装件具有CMOS衬底，该CMOS衬底具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件。MEMS结构连接至CMOS衬底并且具有微电子机械(MEMS)器件。CMOS衬底和MEMS结构形成了邻接MEMS器件的密封室。加热元件电连接至一个或多个半导体器件并且通过沿着密封室的内表面布置的排气层与密封室分隔开。在形成加热元件之后，通过操作加热元件引起排气层释放气体，可以调整密封室的压力。

Description

微电子机械系统封装件及其形成方法
技术领域
本发明的实施例涉及微电子机械系统封装件及其形成方法。
背景技术
在过去的十年中，微电子机械系统(MEMS)器件已经在电子器件(例如，手机、传感器等)中变得越来越普遍。MEMS器件包括机械和电子部件，该部件能够感测物理力或量(例如，加速度、辐射等)和/或控制物理量(例如，流体)。MEMS器件的实例包括微传感器和微执行器，微传感器将机械信号转换成电信号，微执行器将电信号转换成机械信号。
发明内容
本发明的实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS衬底，具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件；微电子机械系统结构，连接至所述CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件，其中，邻接所述微电子机械系统器件的密封室布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间；以及加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且通过沿着所述密封室的内表面布置的排气层与所述密封室分隔开。
本发明的另一实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS衬底，包括具有一个或多个半导体器件的半导体主体以及具有一个或多个金属互连层和第一凹陷部分的上面的介电结构；覆盖衬底，布置在所述CMOS衬底上方并且包括第二凹陷部分，所述第二凹陷部分与所述第一凹陷部分一起形成布置在所述覆盖衬底和所述CMOS衬底之间的密封室；微电子机械系统衬底，布置在所述覆盖衬底和所述CMOS衬底之间并且包括位于所述密封室内的可移动元件；以及加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且布置在所述介电结构内的与所述密封室热连通的位置处。
本发明的又一实施例提供了一种形成微电子机械系统封装件的方法，包括：在半导体主体上方形成具有加热元件的CMOS衬底；形成具有多个微电子机械系统器件的微电子机械系统结构；在第一压力下将所述微电子机械系统结构接合至所述CMOS衬底以形成布置在所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底之间的多个密封室，其中，所述多个密封室的第一个通过排气层与所述加热元件分隔开；以及操作所述加热元件以产生热量，所述热量引起所述排气层释放气体，所述气体将所述多个密封室的所述第一个的所述第一压力改变成大于所述第一压力的第二压力。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的微电子机械系统(MEMS)封装件的一些实施例的框图。
图2至图4示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件的一些实施例的截面图。
图5至图15示出了示出形成具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件的方法的一些实施例的截面图。
图16示出了形成具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实例。此外，本发明可在各个实施例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)原件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
MEMS器件通常以依赖于围绕器件的环境的方式操作。为了改进MEMS器件的操作，在具有特定压力的周围环境内操作MEMS器件是期望的，能够改进期望的参数的测量。例如，在MEMS振动陀螺仪的情况中，由于它增强了转换成电信号的位移，因此具有更低压力(更高的真空)的周围环境提供了更好的测量。相反地，由于转换成噪音的背景干扰，因此MEMS加速度计使用更高的压力以减轻位移。
因此，为了优化性能，MEMS器件通常邻接密封室(保持在可控压力水平)。当晶圆上有一种类型的MEMS器件时，晶圆级封盖工艺可以用于形成保持期望压力的密封室。然而，当相同晶圆上有多个不同类型的MEMS器件时，晶圆级封盖工艺不能够使用单个封盖工艺形成不同压力的密封室(即，由于这样的封盖工艺在相同的环境压力下形成室)。此外，分离封盖工艺的使用通过增加处理时间和处理步骤的数量增加了生产成本。
本发明涉及微电子机械系统(MEMS)封装件和相关的方法，该MEMS封装件包括配置为通过向室中引入排气调整密封室内的压力的加热元件。在一些实施例中，MEMS封装件包括具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件的CMOS衬底。MEMS结构连接至CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件。CMOS衬底和MEMS结构形成了邻接MEMS器件的密封室。加热元件电连接至一个或多个半导体器件并且通过沿着密封室的内表面布置的排气层与密封室分隔开。在形成加热元件之后，通过操作加热元件引起排气层释放气体，可以调整密封室的压力，从而能够在相同衬底内形成具有不同压力的密封室。
图1示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的微电子机械系统(MEMS)封装件100的一些实施例的框图。
MEMS封装件100包括CMOS衬底102和MEMS结构104。CMOS衬底102包括布置在半导体主体内的多个半导体器件(例如，晶体管、电容器、电阻器、电感器、二极管等)并且配置为支持MEMS结构104的操作。在一些实施例中，CMOS衬底102可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管(配置为提供诸如模拟数字转换、放大、存储、滤波等功能)。MEMS结构104包括MEMS器件106。在各个实施例中，例如，MEMS器件106可以包括运动传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪或麦克风。
密封室108布置在CMOS衬底102和MEMS结构104之间。密封室108邻接MEMS器件106，从而使得MEMS器件106能够在密封室108内自由移动。例如，在一些实施例中，MEMS器件106可以包括MEMS运动传感器(具有配置为响应MEMS封装件100的运动而在密封室108内移动的可移动元件)。
加热元件110布置在CMOS衬底102内。加热元件110通过排气层112(沿着密封室108的一个或多个内表面布置)与密封室108分隔开。当加热时，排气层112配置为释放气体。在一些实施例中，排气层112可以包括介电层(例如，氧化物)。在一些实施例中，排气层112可以包括多个堆叠膜。
在操作期间，加热元件110配置为产生热量，该热量加热排气层112并且引起排气层112向密封室108释放气体。向密封室108释放的气体增加了密封室108内的压力。因此，在加热元件形成之后，通过排气层112的选择性加热，加热元件110能够调节密封室108的压力(并且没有额外的处理步骤和/或对MEMS结构104和/或CMOS衬底102的结构损坏)。
图2示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件200的一些实施例的截面图。
MEMS封装件200包括接合(通过布置在CMOS衬底202和MEMS结构210之间的粘合层212(例如，氧化物)的方式)至MEMS结构210的CMOS衬底202。在一些实施例中，布置在CMOS衬底202和MEMS结构210之间的导电接合结构214提供了CMOS衬底202和MEMS结构210之间的电连接。在一些实施例中，CMOS衬底202包括半导体主体204和上面的后段制程(BEOL)金属堆叠件。多个晶体管器件205布置在半导体主体204内。BEOL金属堆叠件包括布置在包括一层或多层介电材料的介电结构208内的多个金属互连层206(例如，金属接触件、金属互连布线和金属互连通孔)。
多个密封室108a至108b布置在CMOS衬底202和MEMS结构210之间。多个密封室108a至108b邻接布置在MEMS结构210内的MEMS器件106a至106b(例如，运动传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪、麦克风等)。MEMS器件106a至106b包括配置为在密封室108a至108b内移动的可移动元件。
加热元件110a至110b布置在CMOS衬底202内。加热元件110a至110b分别位于更靠近多个密封室108a至108b的一个的位置处。例如，与第二密封室108b相比，第一加热元件110a更靠近第一密封室108a，而与第一密封室108a相比，第二加热元件110b更靠近第二密封室108b。在一些实施例中，加热元件110a至110b可以布置在粘合层212内。
加热元件110a至110b与多个密封室108a至108b热连通(即，加热元件110a至110b产生增加密封室108a至108b的温度的热量)。加热元件110a至110b配置为加热粘合层212以引起粘合层212向邻近的室排气。例如，第一加热元件110a引起粘合层212向第一密封室108a排气并且第二加热元件110b引起粘合层212向第二密封室108b排气。
在一些实施例中，加热元件110a至110b连接至位于CMOS衬底302内的电流源216。电流源216配置为向加热元件110a至110b提供电流。该电流引起加热元件110a至110b根据提供的电流散热。在一些实施例中，电流源216可以包括布置在半导体主体204内的一个或多个晶体管器件205。
图3示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件300的一些实施例的截面图。
MEMS封装件300包括CMOS衬底302和MEMS结构314。CMOS衬底302包括具有一个或多个晶体管器件307的半导体主体304以及具有金属互连层306a至306b的上面的介电结构308。在一些实施例中，金属互连层包括金属互连布线306a和金属通孔306b。金属互连层(306a和306b)连接至一个或多个接合焊盘312(位于沿着CMOS衬底302的上表面)。在一些实施例中，接合焊盘312横向邻接介电材料310。在一些实施例中，介电材料310可以是部分介电结构308。
MEMS结构314包括MEMS衬底316和覆盖衬底324。MEMS衬底316的前侧316f接触一个或多个接合焊盘312。MEMS衬底316的后侧316b通过接合层322(例如，介电层)的方式连接至覆盖衬底324。MEMS衬底316包括可移动元件318(例如，检测质量块、柔性膜等)。覆盖衬底324包括布置在邻接可移动元件318的位置处的凹陷部分。在一些实施例中，覆盖层324包括沿着凹陷部分的侧壁和横向表面连续地延伸的半导体材料。
在一些实施例中，MEMS衬底316包括掺杂有p-型掺杂剂或n-型掺杂剂的硅衬底，而覆盖衬底324包括硅衬底。在其它实施例中，MEMS衬底316可以包括多晶硅。在一些实施例中，覆盖衬底324还包括突出于凹陷部分的横向表面并且配置为减小覆盖层324和可移动元件318之间的粘滞的抗粘滞凸块(未示出)。
密封室108布置在CMOS衬底302和MEMS结构314之间。在一些实施例中，密封室108从覆盖衬底324内的凹陷部分延伸至半导体主体304内的位置。可移动元件318布置在密封室108内。可移动元件318配置为响应于外部刺激(例如，MEMS封装件300的运动、声波、压力改变等)在密封室108内移动并且产生与外部刺激相关联的电输出信号。在一些实施例中，可移动元件318可以连接至一个或多个弹簧320，这允许可移动元件318移动。
加热元件110布置在介电结构308内。加热元件110通过介电结构308与密封室108分隔开。在一些实施例中，加热元件110可以布置在从密封室108横向偏移的位置处。在一些实施例中，加热元件110没有通过一个或多个金属互连层306a至306b与密封室108横向分隔开(即，金属互连层306a至306b不位于密封室108和加热元件110之间)。
加热元件110配置为产生热量，该热量引起介电结构308向密封室108释放气体。加热元件110通过一个或多个金属互连层(306a和306b)的方式连接至半导体主体304内的晶体管器件307。晶体管器件307配置为产生控制加热元件110的操作的信号。在各个实施例中，加热元件110可以包括连接至电流源(包括位于半导体主体304内的晶体管器件307)的电阻元件。在这种实施例中，当提供的电流通过加热元件时，加热元件110配置为散热。例如，加热元件110可以包括多晶硅电阻器、薄膜电阻器或厚膜电阻器。
图4示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件400的一些额外的实施例的截面图。
MEMS封装件400包括CMOS衬底402和MEMS结构314。CMOS衬底402包括具有一个或多个晶体管器件307的半导体主体404以及具有一个或多个金属互连层306a至306b的上面的介电结构406。密封室108布置在CMOS衬底402和MEMS结构314之间。密封室108从CMOS衬底402的上表面延伸至介电结构406内的位置(与半导体主体404垂直分隔开)。
残留膜408沿着密封室108的一个或多个内表面的部分布置。残留膜408包括用于形成MEMS封装件400的工艺的残留物。例如，残留膜408可以包括蚀刻工艺或平坦化工艺(例如，化学机械抛光工艺)的残留物。在各个实施例中，残留膜408可以包括金属(例如，氮化钛)或电介质(例如，氧化物)。
加热元件110布置在介电结构406内，处于通过介电结构406和残留膜408与密封室108分隔开的位置。在一些实施例中，加热元件110可以布置在垂直地位于密封室108和半导体主体404之间的位置处。加热元件110配置为产生热量，该热量引起残留膜408和/或介电结构406向密封室108释放气体以调整密封室108的压力。
图5至图15示出了示出形成具有配置为调整密封室内的压力的加热元件的微电子机械系统(MEMS)封装件的方法的一些实施例的截面图500至1500。
如图5的截面图500所示，提供了半导体主体204。在各个实施例中，半导体主体204可以包括诸如半导体晶圆或晶圆上的一个或多个管芯的任何类型的半导体主体(例如，硅/CMOS块、SiGe、SOI等)以及半导体和/或在其上形成的外延层的任何其它类型和/或其它与这些相关的。
在半导体主体204内形成一个或多个晶体管器件205。在一些实施例中，可以通过在半导体主体204上方形成栅极介电层并且在栅极介电层上方形成栅电极层形成一个或多个晶体管器件205。随后图案化栅极介电层和栅电极层以限定栅极结构502。在限定栅极结构502之后，可以实施注入工艺以在半导体主体204内形成源极/漏极区域504。与半导体主体204相比，源极/漏极区域504具有更高的掺杂浓度。
如图6的截面图600所示，在布置在半导体主体204上方的介电结构602内形成多个金属互连层206a至206b。多个金属互连层可以包括由介电结构602内的一个或多个层间介电层围绕的金属互连布线206a和金属通孔206b的交替层。
在一些实施例中，可以通过在半导体主体204上方形成介电结构602来形成多个金属互连层206a至206b。介电结构602可以包括低k介电层、超低k介电层、极低k介电层和/或二氧化硅层。介电结构602选择性地暴露于蚀刻介电结构602的蚀刻剂(例如，CF4、CHF3、C4F8、HF等)以形成多个孔洞和金属沟槽。在多个孔洞和金属沟槽内形成导电材料(例如，铜、铝、钨等)。在一些实施例中，化学机械抛光(CMP)工艺可以用于从介电结构602的顶面去除过量的金属材料。
如图7的截面图700所示，在半导体主体204上方形成加热元件110a至110b。加热元件110a至110b通过多个金属互连层206a至206b的一个或多个的方式电连接至半导体主体204内的晶体管器件205。在一些实施例中，当施加电流时，加热元件110a至110b可以包括辐射热量的高电阻率材料。例如，加热元件110a至110b可以包括多晶硅电阻器、薄膜电阻器或一些其它类似的电阻元件。
如图8的截面图800所示，介电结构208选择性地暴露于第一蚀刻剂802(配置为在CMOS衬底806的上表面内形成一个或多个凹槽804)。一个或多个凹槽804从CMOS衬底806的上表面延伸至介电结构208内。在一些实施例中，一个或多个凹槽804可以进一步延伸至半导体主体204。
如图9的截面图900所示，覆盖衬底902选择性地暴露于第二蚀刻剂904(配置为在覆盖衬底902的前侧902f内形成凹陷部分906)。在一些实施例中，可以通过在覆盖衬底902上形成第一掩模层908并且随后将覆盖衬底902暴露于第二蚀刻剂904来蚀刻覆盖衬底902。在各个实施例中，第一掩模层908可以包括使用光刻工艺图案化的光刻胶或氮化物(例如，SiN)。在各个实施例中，第二蚀刻剂904可以包括干蚀刻剂(具有包括氟类(例如，CF4、CHF3、C4F8等)的蚀刻化学物质)或湿蚀刻剂(例如，氢氟酸(HF)或四甲基氢氧化铵(TMAH))。
如图10的截面图1000所示，沿着覆盖衬底902的前侧902f形成介电层1002(例如，SiO2)。在一些实施例中，介电层1002包括通过热工艺的方式形成的氧化物(例如，SiO2)。在其它实施例中，介电层1002包括通过沉积工艺(例如，化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等)的方式形成的氧化物(例如，SiO2)。在一些实施例中，电介质可以延伸至凹陷部分906内的位置。
如图11的截面图1100所示，将MEMS衬底1102接合至介电层1002以形成MEMS结构1106。在一些实施例中，接合工艺可以包括熔融接合工艺。在一些实施例中，MEMS衬底1102可以包括硅衬底(具有使MEMS衬底1102导电的掺杂浓度(例如，具有p-型掺杂浓度))。在其它实施例中，MEMS衬底1102可以包括多晶硅。将MEMS衬底1102接合至介电层1002形成了一个或多个腔1104a至1104b(布置在覆盖衬底902和MEMS衬底1102之间)。
如图12的截面图1200所示，MEMS衬底1102可以选择性地暴露于第三蚀刻剂1204。第三蚀刻剂1204蚀刻MEMS衬底1102以形成开口(延伸穿过MEMS衬底1102)，产生了具有第一可移动元件1208a和第二可移动元件1208b的MEMS结构1206。在一些实施例中，第一可移动元件1208a可以连接至一个或多个弹簧1210，这允许第一可移动元件1208a移动。在各个实施例中，第三蚀刻剂1204可以包括干蚀刻剂(具有包括氟类(例如，CF4、CHF3、C4F8等)的蚀刻化学物质)或湿蚀刻剂(例如，氢氟酸(HF)或四甲基氢氧化铵(TMAH))。
如截面图1300所示，在第一环境压力P1(例如，发生接合的工艺室的压力)下将MEMS结构1206接合至CMOS衬底806。将MEMS结构1206接合至CMOS衬底806形成了保持在第一环境压力P1下的第一密封室1302a和第二密封室1302b。
在一些实施例中，通过共晶接合工艺的方式(沿着导电接合焊盘1304和共晶接合层1306之间的界面)将MEMS结构1206接合至CMOS衬底806。在这种实施例中，在接合之前，可以在介电结构208上形成导电接合焊盘1304并且可以在MEMS衬底1102上形成共晶接合层1306。导电接合焊盘1304可以包括在介电结构208上方形成的铝接合焊盘并且通过多个金属互连层206a至206b的一个或多个的方式电连接至晶体管器件205。共晶接合层1306可以包括锗层或铝层。在各个实施例中，可以通过沉积工艺(例如，化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等)的方式形成共晶接合层1306。
如图14的截面图1400所示，激活第一加热元件110a和/或第二加热元件110b以改变第一密封室1302a和/或第二密封室1302b内的压力。例如，可以向第一加热元件110a提供第一信号(例如，电流)，引起第一加热元件110a将第一密封室1302a内的压力增加至第二压力值P2(大于第一环境压力P1)。可以向第二加热元件110b提供第二信号(例如，电流)，引起第二加热元件110b产生热量(引起介电结构208排气并且将密封室1302b内的压力增加至第三压力值P3(大于第一环境压力P1))。
如图15的截面图1500所示，可以沿着一个或多个划线1504切割CMOS衬底806和MEMS结构1206以形成第一管芯1502a和第二管芯1502b。第一管芯1502a包括第一MEMS器件(邻接具有第二压力P2的第一密封室1302a)。第二管芯1502b包括第二MEMS器件(邻接具有第三压力P3的第二密封室1302b)。
图16示出了形成具有配置为调整密封室压力的加热元件的微电子机械系统(MEMS)封装件的一些实施例的方法1600。虽然方法1600描述为与图5至图15相关，但是应该理解，方法1600不限于这种结构。
此外，虽然公开的方法1600在此处示出和描述为一系列步骤或事件，但是应该理解，这些步骤或事件的示出的顺序不被解释为限制意义。例如，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与除了此处示出的和/或描述的一些的其它步骤或事件同时发生。此外，可能不是所有示出的步骤对于实施此处描述的一个或多个方面或实施例都是需要的。此外，此处描述的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中实施。
在步骤1602中，在半导体主体内形成多个半导体器件。图5示出了对应于步骤1602的一些实施例的截面图500。
在步骤1604中，在布置在半导体主体上方的介电结构内形成多个金属互连层。图6示出了对应于步骤1604的一些实施例的截面图600。
在步骤1606中，在半导体主体上方形成加热元件。图7示出了对应于步骤1606的一些实施例的截面图700。
在步骤1608中，在介电结构和/或半导体主体内形成一个或多个凹陷部分。一个或多个凹陷部分通过排气层与加热元件分隔开。图8示出了对应于步骤1608的一些实施例的截面图800。
在步骤1610中，选择性地蚀刻覆盖衬底以在覆盖衬底的前侧内形成一个或多个凹陷部分。图9示出了对应于步骤1610的一些实施例的截面图900。
在步骤1612中，将覆盖衬底的前侧接合至具有可移动元件的MEMS衬底。图10至图12示出了对应于步骤1612的一些实施例的截面图1000至1200。
在步骤1614中，在第一压力下将MEMS衬底接合至CMOS衬底以形成布置在它们之间的一个或多个密封室。图13示出了对应于步骤1614的一些实施例的截面图1300。
在步骤1616中，操作加热元件以产生热量，该热量引起排气层释放气体(将一个或多个密封室的第一个的压力改变成大于第一压力的第二压力)。图14示出了对应于步骤1616的一些实施例的截面图1400。
因此，本发明涉及微电子机械系统(MEMS)封装件及相关方法，该MEMS封装件包括配置为通过引入介电材料的排气调整密封室内的压力的加热元件。
在一些实施例中，本发明涉及微电子机械系统(MEMS)封装件。该MEMS封装件包括CMOS衬底(具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件)。该MEMS封装件还包括MEMS结构(连接至CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件)。该MEMS封装件还包括邻接MEMS器件的密封室(布置在CMOS衬底和MEMS结构之间)。加热元件电连接至一个或多个半导体器件并且通过沿着密封室的内表面布置的排气层与密封室分隔开。
在上述MEMS封装件中，其中，在所述加热元件产生热量的操作期间，所述排气层配置为向所述密封室释放气体。
在上述MEMS封装件中，其中，所述微电子机械系统结构包括：微电子机械系统衬底，包括邻接所述密封室的可移动元件；以及覆盖衬底，包括设置在邻接所述微电子机械系统衬底的表面内的凹陷部分，所述凹陷部分形成所述密封室的上表面。
在上述MEMS封装件中，其中，所述微电子机械系统结构包括：微电子机械系统衬底，包括邻接所述密封室的可移动元件；以及覆盖衬底，包括设置在邻接所述微电子机械系统衬底的表面内的凹陷部分，所述凹陷部分形成所述密封室的上表面，还包括：接合层，布置在所述微电子机械系统衬底和所述覆盖衬底之间，其中，所述覆盖衬底包括沿着所述密封室的横向表面并且沿着所述密封室的侧壁连续地延伸至邻接所述接合层的位置的半导体材料。
在上述MEMS封装件中，其中，所述加热元件接触所述排气层，所述排气层包括具有一个或多个金属互连层的介电结构。
在上述MEMS封装件中，其中，所述加热元件布置在所述排气层内，所述排气层包括布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间的粘合层。
在上述MEMS封装件中，其中，所述加热元件包括多晶硅电阻器、薄膜电阻器或厚膜电阻器。
在上述MEMS封装件中，还包括：第二密封室，在布置在所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底之间的从所述密封室横向偏移的位置处，其中，所述密封室保持在第一压力下并且所述第二密封室保持在不同于所述第一压力的第二压力下。
在上述MEMS封装件中，还包括：第二密封室，在布置在所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底之间的从所述密封室横向偏移的位置处，其中，所述密封室保持在第一压力下并且所述第二密封室保持在不同于所述第一压力的第二压力下，其中，与所述第二密封室相比，所述加热元件更靠近所述密封室。
在上述MEMS封装件中，其中，所述排气层包括沿着位于所述加热元件和所述密封室之间的所述密封室的所述内表面布置的残留膜。
在其它实施例中，本发明涉及微电子机械系统(MEMS)封装件。该MEMS封装件包括CMOS衬底(包括具有一个或多个半导体器件的半导体主体和具有一个或多个金属互连层和第一凹陷部分的上面的介电结构)。该MEMS封装件还包括覆盖衬底(布置在CMOS衬底上方并且包括第二凹陷部分)，该第二凹陷部分与第一凹陷部分一起形成布置在覆盖衬底和CMOS衬底之间的密封室。该MEMS封装件还包括MEMS衬底(布置在覆盖衬底和CMOS衬底之间并且包括位于密封室内的可移动元件)。该MEMS封装件还包括加热元件(电连接至一个或多个半导体器件并且布置在介电结构内的与密封室热连通的位置处)。
在上述MEMS封装件中，其中，在所述加热元件产生热量的操作期间，所述介电结构配置为向所述密封室释放气体。
在上述MEMS封装件中，其中，所述加热元件从所述密封室横向偏移并且没有通过所述一个或多个金属互连层与所述密封室横向分隔开。
在上述MEMS封装件中，其中，所述加热元件垂直布置在所述密封室与所述半导体主体之间。
在上述MEMS封装件中，还包括：电流源，布置在所述CMOS衬底内并且通过一个或多个金属互连布线的方式连接至所述加热元件。
在又一其它实施例中，本发明涉及形成MEMS封装件的方法。该方法包括在半导体主体上方形成具有加热元件的CMOS衬底；并且形成具有多个MEMS器件的MEMS结构。该方法还包括在第一压力下，将MEMS结构接合至CMOS衬底以形成布置在MEMS结构和CMOS衬底之间的多个密封室。多个密封室的第一个通过排气层与加热元件分隔开。该方法还包括操作加热元件以产生热量，该热量引起排气层释放气体(将多个密封室的第一个的第一压力改变成大于第一压力的第二压力)。
在上述方法中，还包括：在所述半导体主体内形成多个半导体器件；在布置在所述半导体主体上方的介电结构内形成多个金属互连层；在所述介电结构内形成多个凹陷部分，其中，所述多个凹陷部分形成所述多个密封室的部分；以及其中，所述加热元件布置在所述介电结构内。
在上述方法中，还包括：选择性地蚀刻覆盖衬底以在所述覆盖衬底的前侧内形成一个或多个凹陷部分；以及将所述覆盖衬底接合至具有可移动元件的微电子机械系统衬底以形成所述微电子机械系统结构。
在上述方法中，还包括：在所述接合之后，切割所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底，形成第一管芯和第二管芯，所述第一管芯包括邻接具有所述第二压力的第一密封室的第一微电子机械系统器件并且所述第二管芯包括邻接具有不同于所述第二压力的第三压力的第二密封室的第二微电子机械系统器件。
在上述方法中，其中，所述加热元件包括多晶硅电阻器、薄膜电阻器或厚膜电阻器。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本人所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：
CMOS衬底，具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件；
微电子机械系统结构，连接至所述CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件，其中，邻接所述微电子机械系统器件的密封室布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间；以及
加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且通过沿着所述密封室的内表面布置的排气层与所述密封室分隔开。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，在所述加热元件产生热量的操作期间，所述排气层配置为向所述密封室释放气体。
3.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述微电子机械系统结构包括：
微电子机械系统衬底，包括邻接所述密封室的可移动元件；以及
覆盖衬底，包括设置在邻接所述微电子机械系统衬底的表面内的凹陷部分，所述凹陷部分形成所述密封室的上表面。
4.根据权利要求3所述的微电子机械系统封装件，还包括：
接合层，布置在所述微电子机械系统衬底和所述覆盖衬底之间，其中，所述覆盖衬底包括沿着所述密封室的横向表面并且沿着所述密封室的侧壁连续地延伸至邻接所述接合层的位置的半导体材料。
5.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述加热元件接触所述排气层，所述排气层包括具有一个或多个金属互连层的介电结构。
6.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述加热元件布置在所述排气层内，所述排气层包括布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间的粘合层。
7.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述加热元件包括多晶硅电阻器、薄膜电阻器或厚膜电阻器。
8.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，还包括：
第二密封室，在布置在所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底之间的从所述密封室横向偏移的位置处，其中，所述密封室保持在第一压力下并且所述第二密封室保持在不同于所述第一压力的第二压力下。
9.一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：
CMOS衬底，包括具有一个或多个半导体器件的半导体主体以及具有一个或多个金属互连层和第一凹陷部分的上面的介电结构；
覆盖衬底，布置在所述CMOS衬底上方并且包括第二凹陷部分，所述第二凹陷部分与所述第一凹陷部分一起形成布置在所述覆盖衬底和所述CMOS衬底之间的密封室；
微电子机械系统衬底，布置在所述覆盖衬底和所述CMOS衬底之间并且包括位于所述密封室内的可移动元件；以及
加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且布置在所述介电结构内的与所述密封室热连通的位置处。
10.一种形成微电子机械系统封装件的方法，包括：
在半导体主体上方形成具有加热元件的CMOS衬底；
形成具有多个微电子机械系统器件的微电子机械系统结构；
在第一压力下将所述微电子机械系统结构接合至所述CMOS衬底以形成布置在所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底之间的多个密封室，其中，所述多个密封室的第一个通过排气层与所述加热元件分隔开；以及
操作所述加热元件以产生热量，所述热量引起所述排气层释放气体，所述气体将所述多个密封室的所述第一个的所述第一压力改变成大于所述第一压力的第二压力。
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