CN107010594A - 具有多重压力的mems盖帽 - Google Patents

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CN107010594A CN201611106763.XA CN201611106763A CN107010594A CN 107010594 A CN107010594 A CN 107010594A CN 201611106763 A CN201611106763 A CN 201611106763A CN 107010594 A CN107010594 A CN 107010594A
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Abstract

本发明实施例提供了一种微机电(MEMS)器件及形成方法。除气层沉积在盖帽晶圆的表面上。以形成包括第一可移动元件的第一密封腔和包括第二可移动元件的第二密封腔的方式将盖帽晶圆接合至衬底。退火除气层以从除气层释放气体至第二密封腔内并且增加第二密封腔的压力，从而使得在退火之后，第二密封腔具有比第一密封腔更高的压力。本发明实施例涉及具有多重压力的MEMS盖帽。

Description

具有多重压力的MEMS盖帽
技术领域
本发明实施例涉及具有多重压力的MEMS盖帽。
背景技术
微机电系统(“MEMS”)变得越来越普遍，尤其是因为器件被最小化且集成至集成电路制造工艺中。然而，MEMS器件引入它们本身独特的要求至集成工艺中。电互连MEMS器件是独特挑战中的一个领域。特别地，将具有其他MEMS器件的MEMS器件集成至相同的集成电路制造工艺中已经提出了挑战。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括：在盖帽晶圆的表面上沉积除气层；以形成包括第一可移动元件的第一密封腔和包括第二可移动元件的第二密封腔的方式将所述盖帽晶圆接合至衬底；以及退火所述除气层以从所述除气层释放气体至所述第二密封腔内并且增加所述第二密封腔的压力，在所述退火之后，所述第二密封腔具有比所述第一密封腔更高的压力。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括：图案化第一衬底的介电层以通过所述介电层暴露导电部件和底层，所述第一衬底包括所述介电层和所述底层，所述导电部件设置在接近所述底层的所述介电层中；将第二衬底的第一表面接合至所述介电层；图案化所述第二衬底以形成第一可移动元件和第二可移动元件；在所述第二衬底的第二表面上形成多个第一金属接合件，其中，所述第二表面与所述第一表面相对；在盖帽晶圆的表面上沉积除气层；在所述盖帽晶圆的所述表面上形成多个第二金属接合件；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来将所述盖帽晶圆接合至所述第二衬底，其中，将所述盖帽晶圆接合至所述第二衬底形成包括所述第一可移动元件的第一密封腔和包括所述第二可移动元件的第二密封腔，以及其中，所述除气层限制于所述第二密封腔；以及退火所述除气层以从所述除气层释放气体至所述第二密封腔内并且增加所述第二密封腔的压力。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种微机电(MEMS)器件，包括：第一衬底，包括：第一导电部件，设置在第一腔中，第一可移动元件设置在所述第一导电部件上方，所述第一腔具有第一压力；第二导电部件，设置在第二腔中，第二可移动元件设置在所述第二导电部件上方，所述第二腔具有高于所述第一压力的第二压力；以及盖帽晶圆，接合至所述第一衬底，其中，所述盖帽晶圆和所述第一衬底限定所述第一腔和所述第二腔，所述盖帽晶圆包括限制于所述第二腔的除气层。
附图说明
为了更全面地理解本发明的实施例及其优势，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1至图28是根据各个实施例的MEMS器件的制造的中间阶段的截面图；以及
图29是根据各个实施例的MEMS器件的截面图。
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，在以下描述中，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形成为直接接触的实施例，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施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字母。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”等的空间相对术语，以便于描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。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)，而在此使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。
图1至图28示出了MEMS芯片2800(见图27至图28)的制造的中间阶段的截面图，MEMS芯片2800具有在第一密封腔2806中设置的第一器件2802和在第二密封腔2808中设置的第二器件2804，其中，第一密封腔2806具有不同于第二密封腔2808的压力的压力。使用同一集成电路(IC)芯片和工艺制造第一器件2802和第二器件2804。因此，由图1至图29示出的各个实施例允许在单一芯片上制造第一器件和第二器件的顺畅地集成。
如图1所示，结构100包括衬底102。衬底102可以由硅或诸如硅锗、碳化硅、它们的组合等的其它材料形成。衬底102可由低电阻率硅形成。在一些实施例中，衬底102可以是绝缘体上硅(SOI)衬底。SOI衬底可包括在绝缘体层(例如，掩埋氧化物)上方形成的半导体材料层(例如，硅、锗等)，所述半导体材料层在硅衬底中形成。此外，可使用的其他衬底包括多层衬底、梯度衬底、混合取向衬底等。
在衬底102上方形成金属层104。金属层104可包括MEMS器件的电组件。例如，金属层104可包括用于一个或多个MEMS器件的一个或多个传感器，诸如用于陀螺仪的传感器104A和用于加速计的传感器104B。金属层104还可包括MEMS器件的组件之间的电连接件和至外部器件和组件的电连接件。
可以使用任何合适的方法形成金属层104。例如，在一些实施例中，金属层104的形成包括在衬底102上形成介电层106。在一些实施例中，介电层106由聚合物形成，聚合物可以是使用光刻可以图案化的诸如聚苯并恶唑(PBO)、聚酰亚胺、苯并环丁烯(BCB)、它们的组合等的光敏材料。在其它实施例中，介电层106由诸如氮化硅的氮化物、诸如氧化硅的氧化物、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、硼掺杂的磷硅酸盐玻璃(BPSG)、它们的组合物或合金等形成。可以通过旋涂、层压、化学汽相沉积(CVD)等或它们的组合形成介电层106。然后，图案化介电层106以形成开口，在开口中将形成金属层104。在介电层106是由光敏材料形成的实施例中，可以通过根据期望的图案暴露介电层106来执行图案化并且显影以去除不期望的材料，从而暴露出期望的金属的位置。诸如使用图案化的掩模和蚀刻的其他方法也可以用于图案化介电层106。
在介电层106上方和在介电层106中形成的开口中形成晶种层(未示出)。在一些实施例中，晶种层为金属层，其可为单层或包括由不同材料形成的多个子层的复合层。晶种层可由铜、钛、镍、金、或它们的组合或合金等制成。在一些实施例中，晶种层包括钛层和钛层上方的铜层。例如，可以使用PVD、CVD、原子层沉积(ALD)、它们的组合等形成晶种层。在介电层106中的开口中形成导电材料。可以通过诸如电镀或化学镀等的镀敷来形成导电材料。导电材料可以包括金属，如铜、钛、钨、铝等或它们的合金或组合。然后，去除延伸超过介电层16中的开口的多余的导电材料。可通过诸如研磨工艺或化学机械抛光(CMP)工艺的可接受的工艺，或通过使用诸如通过湿或干蚀刻的可接受的蚀刻工艺去除导电材料。晶种层和导电材料的剩余部分形成金属层104的电连接件。
接下来，参照图2，在介电层106上方沉积光刻胶层200，并且图案化光刻胶层200。光刻胶层200的图案化暴露出介电层106的金属层104之上的将要形成MEMS腔的区域。如将在下面更详细地描述，将在第一MEMS腔中形成第一器件2802且将在第二MEMS腔中形成第二器件2804。(见图28至图29)。图案化光刻胶层200以暴露出介电层的传感器104A和104B上方和周围的将产生第一腔和第二腔的部分的区域。又图案化光刻胶层200以暴露出介电层106的将定位贯通孔的区域。如将在下面更详细地描述，衬底800将在介电层106的与衬底102相对的一侧上接合至介电层106(见图5)。贯通孔将提供金属层104之间的电连接件以及在衬底800的另一侧上的接触件。
在图案化光刻胶层200之后，蚀刻介电层106。可以使用任何可接受的蚀刻工艺，诸如湿或干蚀刻。图3中描述蚀刻的结构。然后去除光刻胶层200。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层200，因此，光刻胶层200的温度增加直至光刻胶层200分解且可以被去除。在去除光刻胶层200之后，在图4中描述了所得到的结构。
接下来，参考图5，衬底800接合至结构100。衬底800接合至介电层106的与介电层106和衬底102的界面相对的表面。衬底800可以由硅、或诸如硅锗、碳化硅、它们的组合等的其它材料形成。衬底800可由低电阻率硅形成。在一些实施例中，衬底800可以是绝缘体上硅(SOI)衬底。SOI衬底可包括在绝缘体层(例如，掩埋氧化物)上方形成的半导体材料层(例如，硅、锗等)，所述半导体材料层在硅衬底中形成。此外，可使用的其他衬底包括多层衬底、梯度衬底、混合取向衬底等。
可使用诸如熔融接合、阳极接合、共晶接合、玻璃浆料接合等的任何合适的技术将衬底800接合至结构100。例如，在各个实施例中，衬底800可使用薄的多晶硅层(未示出)作为接合界面熔融接合至结构100。在一些实施例中，可以通过沉积工艺形成接合界面。一旦形成，衬底800与结构100对准，并且两者接触在一起以发起衬底800至结构100的接合。一旦已经通过衬底800接触至结构100发起接合，可通过加热衬底800和结构100至一个温度以加强接合工艺。在一些实施例中，温度可从100度到600度。在一些实施例中，对衬底800和结构100施加接合力以加强接合工艺。在一些实施例中，可以施加从1KN至50KN的力。
衬底800至结构100的接合产生其中可以形成MEMS器件的腔。例如，在接合之后，陀螺仪传感器104A设置在密封腔中，加速计传感器104B也设置在密封腔中。
参照图6，衬底800可以被减薄至期望的厚度T1。薄化工艺可包括研磨和CMP工艺、回蚀刻工艺或在衬底800的表面上实施的其它可接受工艺。作为该薄化工艺的结果，衬底800可以具有从约10μm至约50μm的厚度T1，诸如约30μm。
接下来，如图7所示，沉积和图案化光刻胶层1000。光刻胶层1000中的开口暴露出衬底800的将形成贯通孔的区域。贯通孔提供从金属层104至随后将在衬底800的顶面上形成的接触件的电连接件。
接下来，参照图8，穿过光刻胶层1000中的开口蚀刻衬底800。可以使用任何可接受的蚀刻工艺，诸如湿蚀刻或干蚀刻。如图11所示，蚀刻在衬底800中产生贯穿衬底800的开口。衬底800中的开口设置在之前在介电层106中产生的贯通孔开口上方。然后去除光刻胶层1000。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层1000，因此，光刻胶层1000的温度增加直至光刻胶层1000分解且可以被去除。
参考图9，在开口中形成贯通孔1200。例如，可以通过在衬底800上方形成导电晶种层(未示出)形成贯通孔1200。在一些实施例中，晶种层为金属层，其可为单层或包括由不同材料形成的多个子层的复合层。晶种层可由铜、钛、镍、金、或它们的合金或组合等制成。在一些实施例中，晶种层包括钛层和钛层上方的铜层。例如，可以使用PVD、CVD、ALD、它们的组合等形成晶种层。
接下来，例如，可使用化学镀工艺或电化学镀工艺利用导电材料填充开口，从而产生贯通孔1200。贯通孔1200可包括铜、铝、钨、镍、焊料、或它们的合金或它们的组合。贯通孔1200的顶视图形状可以为矩形、正方形、圆形等。
接下来，参照图10，可以执行蚀刻工艺、CMP工艺或研磨工艺以去除衬底800上面的晶种层的暴露部分和贯通孔1200上面的任何多余的导电材料。可以使用任何合适的蚀刻或研磨工艺。图10中描述了生成的结构。
在一些实施例中，当晶种层用于形成由与贯通孔1200类似或相同的材料形成的贯通孔时，晶种层可以与贯通孔1200合并而中间没有可区分的界面。在一些实施例中，在晶种层与贯通孔1200之间存在可区分的界面。
接下来，参考图11，在衬底800上方形成接触件1400。接触件1400可以由铝铜(AlCu)形成且在随后的工艺步骤中用于共晶接合。在一些实施例中，可以使用适合于共晶接合的任何导电材料，诸如Ge、Au、它们的组合或合金等。
可以使用形成接触件1400的任何合适的方法。在一些实施例中，可以在衬底800上方沉积晶种层(未示出)。在一些实施例中，晶种层为金属层，其可为单层或包括由不同材料形成的多个子层的复合层。晶种层可由铜、钛、镍、金、或它们的组合或合金等制成。在一些实施例中，晶种层包括钛层和钛层上方的铜层。例如，可以使用PVD、CVD、原子层沉积(ALD)、它们的组合等形成晶种层。
随后，光刻胶层可以被沉积和图案化，其中，光刻胶层中的开口暴露出接触件1400的期望位置。例如，可使用化学镀工艺或电化学镀工艺利用导电材料填充开口，从而产生接触件1400。接触件1400的顶视图形状可以为矩形、正方形、圆形等。接下来，可执行蚀刻步骤、研磨步骤或CMP步骤以去除接触件1400上面的任何多余的导电材料。可以使用任何合适的蚀刻或研磨工艺。可以去除光刻胶层。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层，因此，光刻胶层的温度增加直至光刻胶层分解且可以被去除。可沉积和图案化另一光刻胶掩模，其中，光刻胶层中的开口暴露出晶种层的不在接触件1400之下的部分。例如，可以使用上述步骤蚀刻晶种层的暴露部分，且可去除光刻胶层，留下图11中描述的结构。其他的实施例也是可能的。
接下来，参照图12，在衬底800上方沉积光刻胶层1700，并且图案化光刻胶层1700。在被图案化之后，光刻胶层1700中的开口暴露出衬底800的位于传感器104A和传感器104B上方和周围的区域。接下来，在衬底800上穿过光刻胶层1700中的开口执行蚀刻工艺。可以使用任何可接受的蚀刻工艺，诸如湿蚀刻或干蚀刻。图13中示出蚀刻的结构。蚀刻产生可移动块1800和可移动块1300。例如，使用设置在可移动块1300和可移动块1800和衬底800的其它区域中的每个之间的弹簧(未示出)，将可移动块1300和可移动块1800分别地附接至衬底800的其它区域。弹簧将可移动块1300和可移动块1800附接至整个结构的同时，仍然允许可移动块1300和可移动块1800移动。如图28所示，一旦完成MEMS芯片2800，可移动块1800可以与传感器104A协作以提供MEMS陀螺仪。相似地，可移动块1300可以与传感器104B协作以提供MEMS加速计。
接下来，去除光刻胶层1700。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层1700，因此，增加光刻胶层1700的温度直至光刻胶层1700分解且可以被去除。图14中描述了生成的结构。
接下来，盖帽晶圆2000将接合至结构100。图15至图26示出了用于包含在完整的MEMS芯片2800中的盖帽晶圆2000的制造的各个中间步骤。在图15中描述的盖帽晶圆2000可以是或可以不是半导体晶圆(例如，CMOS晶圆)，其可以具有或可以不具有电路(未示出)。特别地，盖帽晶圆2000可以包括诸如晶体管、电容器、电阻器、二极管、光电二极管、熔丝等的各种有源器件。可以互连电路以执行适合于特殊应用(可以与MEMS芯片2800相关或不相关)的一种或多种功能。
接下来，图案化盖帽晶圆2000的表面以产生凹槽。如将在下面更详细地讨论，当盖帽晶圆2000接合至结构100时，盖帽晶圆2000的凹槽将有助于限定第一密封腔2806和第二密封腔2808。参照图16，光刻胶层2002被沉积在盖帽晶圆2000上方且被图案化，其中，光刻胶层中的开口暴露出盖帽晶圆2000的将被蚀刻的区域。可以使用诸如湿蚀刻或干蚀刻的任何合适的蚀刻工艺执行蚀刻。在图17中描述蚀刻之后的盖帽晶圆2000。然后，可以去除光刻胶层2002，留下图18中示出的盖帽晶圆2000。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层2002，因此，增加光刻胶层2002的温度直至光刻胶层2002分解且可以被去除。
接下来，参照图19，在盖帽晶圆2000上方沉积除气层1900。如将在下面更详细地解释，以以下方式处理盖帽晶圆2000：在盖帽晶圆2000接合至结构100之后，将除气层1900被限制于包含加速计2804的第二密封腔2808。(见图27至图29)。然后，MEMS芯片2800将被退火，将从除气层1900释放气体至腔内，从而增加腔2808的压力。这样，MEMS芯片2800可包括在同一接合工艺(见图27)期间形成的两个密封腔，而两个密封腔在腔内具有不同的压力。
可通过旋转涂布、层压、CVD等或它们的组合形成除气层1900。除气层1900可以包括适合于除气的任何合适的材料。在一些实施例中，除气层1900包括氟硅酸盐玻璃(FSG)。在一些实施例中，FSG的成分可以取决于完整的MEMS器件的腔的期望的压力级。例如，增加在FSG中的氟的数量可以增加由除气层1900释放至MEMS腔内的气体的容积，这可以转而增加腔的压力。因此，如果在MEMS腔中的更高压力是优选的，则在除气层1900中的氟的数量可以增加。另一方面，如果相对更低的压力是优选的，则在除气层1900中的氟的数量可以减少。FSG的氟与除气之间的关系在“氟硅酸盐玻璃中的氟稳定性与对介电性能的影响研究，Passemard等人，微电子工程33(1997)335-342“中描述，其通过引用结合于此作为参考。
接下来，参照图20，沉积且图案化光刻胶层2100，其中，光刻胶层2100中的开口暴露出除气层1900的将被去除的区域。，光刻胶层2100覆盖在盖帽晶圆2000接合至结构100之后将接近腔2808的区域上方的除气层1900。(见图27至图29)。接下来，穿过光刻胶层2100蚀刻除气层1900，留下如图21中所示的盖帽晶圆2000。可以使用诸如湿或干蚀刻的任何合适的蚀刻工艺。然后去除光刻胶层2100。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层2100，因此，增加光刻胶层2100的温度直至光刻胶层2100分解且可以被去除。图22中描述了得到的盖帽晶圆2000。如从图22可见，除气层1900设置在盖帽晶圆2000的腔的凹槽内。这样，当盖帽晶圆2000接合至结构100时，除气层1900将限制于第二密封腔2808。(见图28至图29)。
接下来，参照图23，在盖帽晶圆2000的顶面上方形成接合材料层2400(可选地称为接合件2400)。可使用，例如，PVD和光刻/蚀刻毯式沉积和图案化接合材料层2400。接合材料层2400可以由锗层下方的铝铜层制成，尽管也可使用诸如金的其它金属材料。接合材料层2400可用作用于随后接合工艺的共晶接合材料。接合材料层2400可以或可以不电连接至盖帽晶圆2000内的导电线。
接下来，参考图24，光刻胶层2500沉积在盖帽晶圆2000和接合材料层2400上方。图案化光刻胶层2500以暴露出接合材料层2400的将不用于接合的区域。接下来，执行蚀刻工艺以去除接合材料层2400的将不用于接合的区域。可以使用任何可接受的蚀刻工艺，诸如湿或干蚀刻。图25中描述了得到的盖帽晶圆2000。接下来，去除光刻胶层2500。可通过诸如在化学溶液中溶解、等离子体灰化或其它方式的工艺去除光刻胶层2500，因此，增加光刻胶层2500的温度直至光刻胶层2500分解且可以被去除。图26中描述了得到的盖帽晶圆2000。
图27示出了堆叠的MEMS芯片2800，其中，盖帽晶圆2000翻转且堆叠在结构100上方。盖帽晶圆2000可通过接合材料层2400和接触件1400之间的共晶接合接合至结构100。例如，在一些实施例中，在接合材料层2400和接触件1400上可执行诸如蚀刻工艺或CVD工艺的表面预处理。然后，盖帽晶圆2000与结构100对准，从而使得接合材料层2400与接触件1400匹配。在一些实施例中，对盖帽晶圆2000和结构100施加接合力以加强接合工艺。在一些实施例中，可以施加从约10KN至约100KN，诸如约40KN的力。可以加热盖帽晶圆2000和结构100至一温度以加强接合。在一些实施例中，在接合期间施加的温度在从约400度至约500度，诸如约450度。在一些实施例中，共晶接合可以发生在提供压力环境的加压腔中。在一些实施例中，在接合期间施加的压力可以是从约1毫巴至约300毫巴，诸如约10毫巴。
如图27中所示，通过共晶接合，可移动块1800设置在密封腔2806中，且可移动块1300设置在密封腔2808中。此外，除气层1900设置在密封腔2808中。执行共晶接合的条件可指示共晶接合工艺之后的腔2806中的压力和腔2808中的压力。例如，如果在真空室中执行共晶接合，那么接合之后的腔2806中的压力和腔2808中的压力可以是在真空室的压力下。相似地，如果在周围压力下执行共晶接合，那么在接合之后的腔2806内的压力和在腔2808中的压力可以是在周围压力下。
接下来，参照图28，MEMS芯片2800被退火以促进从除气层1900除气。例如，MEMS芯片2800可以被加热至一温度。在一些实施例中，在除气层1900包括具有约0.5μm至约10μm的厚度，诸如约2μm的FSG的情况下,MEMS芯片2800可以被加热至从约300度至约500度的范围内，诸如约400度的温度。退火可造成从除气层1900除气至密封腔2808内。从除气层1900除气可以增加密封腔2808中的压力。例如，包括气体的腔室中的压力与腔室中的气体的体积成正比。通过从除气层1900除气增加腔室中的气体的体积，密封腔2808中的压力因此被增加。如上所述，在退火和从除气层1900除气之后，腔2808的压力可以通过控制除气层1900的成分来控制。在除气层1900包括FSG的情况下，可以通过增加FSG中的氟的量增加除气，增加FSG中的氟的数量将增加除气层1900的除气的容积。
图28示出了根据各个实施例的完整的MEMS芯片2800。MEMS器件2800包括陀螺仪2802。陀螺仪2802包括可移动块1800和设置在密封腔2806中的传感器104A。可根据陀螺仪2802的期望的功能选择密封腔2806的压力。在一些实施例中，在腔2806中可以优选地具有低压以用于陀螺仪2802，这可有助于增加陀螺仪2802的敏感性和分辨率。可通过盖帽晶圆2000和结构100之间的共晶接合工艺的条件限定密封腔2806的压力。例如，可在具有限定密封腔的适当压力级的特定压力级的腔室中执行共晶接合工艺。例如，密封腔2806可具有从约1毫巴至约1100毫巴，诸如1毫巴的压力。
MEMS芯片2800还包含加速计2804，加速计2804通过在密封腔2808中的加速计传感器104B上方的可移动块1300的设置检测加速。在一些实施例中，密封腔2808的压力相对地高于密封腔2806的压力可以是优选的。例如，更高的压力可以使加速计具有更高的阻尼和提升的可靠性。可通过盖帽晶圆2000和结构100之间的接合工艺和除气层1900的除气的条件限定密封腔2808的压力。例如，如上所述，可在具有限定密封腔的压力级的特定压力级的腔室中执行共晶接合工艺。在共晶接合工艺之后，密封腔2808可具有与密封腔2806相同的压力。在执行退火之后，通过密封腔2808的原始压力加上通过从除气层1900除气产生的增加的压力限定密封腔2808的压力。例如，在执行退火之后，密封腔2808可具有从约1毫巴至约1100毫巴，诸如1000毫巴的压力。
其它的实施例是可能的。例如，图29描述了与MEMS芯片2800相似的MEMS器件2900的实施例，除了除气层1900形成在盖帽晶圆2000的槽形表面上方以外。关于该实施例的细节类似于先前描述的实施例的细节，本文不再赘述。
例如，该实施例的形成可以包括，在除气层1900沉积在盖帽晶圆2000上方之前，可以蚀刻盖帽晶圆以形成图29中描述的槽形表面。尽管可以需要额外的处理步骤以形成如图29所示的盖帽晶圆2000的槽形表面，槽形表面可增加密封腔2808中的除气层1900的表面区域，这可减小用于退火所需的时间且可增加在退火期间释放的除气的体积。这样，如果根据特殊应用和设计需要，图29的盖帽晶圆2000可使密封腔2808实现相对更高的压力。
因此，使用图1至图29中示出的各种形成步骤，形成包括陀螺仪和加速计的MEMS芯片，陀螺仪和加速计中的每个均设置在各自的密封腔中，各自的密封腔具有彼此不同的压力。如上所述，在一些实施例中，在同一接合工艺中形成第一密封腔和第二密封腔。可以在单一芯片上且使用具有最小附加成本的同一MEMS制造工艺形成诸如MEMS芯片2800和MEMS芯片2900的MEMS芯片。
根据特定实施例，提供了一种形成MEMS器件的方法。该方法包括在盖帽晶圆的表面上沉积除气层。盖帽晶圆以形成第一密封腔和第二密封腔的形式接合至衬底。第一密封腔包括第一可移动元件且第二密封腔包括第二可移动元件。除气层被退火以从除气层释放气体至第二密封腔内并且增加第二密封腔的压力。在退火之后，第二密封腔具有比第一密封腔更高的压力。
根据特定实施例，提供了一种形成MEMS器件的方法。该方法包括图案化第一衬底的介电层以通过介电层暴露出导电部件和底层。第一衬底包括介电层和底层。导电部件设置在接近底层的介电层中。第二衬底的第一表面接合至介电层。图案化第二衬底以形成第一可移动元件和第二可移动元件。多个第一金属接合件形成在第二衬底的第二表面上，第二表面与第一表面相对。除气层沉积在盖帽晶圆的表面上。多个第二金属接合件形成在盖帽晶圆的表面上。盖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接合至第二衬底。盖帽晶圆至第二衬底的接合形成包括第一可移动元件的第一密封腔和包括第二可移动元件的第二密封腔。除气层限制于第二密封腔。退火除气层以从除气层释放气体至第二密封腔且增加第二密封腔的压力。
根据特定的实施例，提供了一种MEMS器件。MEMS器件包括第一衬底，第一衬底包括在第一腔中设置的第一导电部件。在第一导电部件上方设置第一可移动元件。第一腔具有第一压力。第二导电部件设置在第二腔中，第二可移动元件设置在第二导电部件上方。第二腔具有高于第一压力的第二压力。盖帽晶圆接合至第一衬底，盖帽晶圆和第一衬底限定第一腔和第二腔。盖帽晶圆包括限制于第二腔的除气层。
虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的实施例的精神和范围的情况下，对本发明可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本发明中理解，根据本发明，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与本文所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括在它们的范围内。此外，每一个权利要求都构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本发明的范围内。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括：在盖帽晶圆的表面上沉积除气层；以形成包括第一可移动元件的第一密封腔和包括第二可移动元件的第二密封腔的方式将所述盖帽晶圆接合至衬底；以及退火所述除气层以从所述除气层释放气体至所述第二密封腔内并且增加所述第二密封腔的压力，在所述退火之后，所述第二密封腔具有比所述第一密封腔更高的压力。
在上述方法中，将所述盖帽晶圆接合至所述衬底包括共晶接合工艺，其中，所述接合之后的所述第一密封腔的压力级由所述共晶接合工艺限定。
在上述方法中，所述接合包括将位于所述盖帽晶圆上的多个第一金属接合件接合至位于所述衬底上的多个第二金属接合件。
在上述方法中，还包括形成从所述衬底中的导电部件延伸至所述衬底的表面的贯通孔。
在上述方法中，还包括蚀刻所述盖帽晶圆的表面以形成多个凹槽，其中，所述除气层限制于所述多个凹槽中的一个。
在上述方法中，所述盖帽晶圆至衬底的所述接合形成设置在所述第一密封腔中的陀螺仪和设置在所述第二密封腔中的加速计。
在上述方法中，还包括蚀刻所述衬底以形成所述第一可移动元件和所述第二可移动元件。
在上述方法中，在所述退火之后，所述第一密封腔具有比所述第二密封腔低的压力。
在上述方法中，所述除气层限制于所述盖帽晶圆的凹槽，并且其中，所述盖帽晶圆的位于所述除气层下面的所述表面是槽形的。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括：图案化第一衬底的介电层以通过所述介电层暴露导电部件和底层，所述第一衬底包括所述介电层和所述底层，所述导电部件设置在接近所述底层的所述介电层中；将第二衬底的第一表面接合至所述介电层；图案化所述第二衬底以形成第一可移动元件和第二可移动元件；在所述第二衬底的第二表面上形成多个第一金属接合件，其中，所述第二表面与所述第一表面相对；在盖帽晶圆的表面上沉积除气层；在所述盖帽晶圆的所述表面上形成多个第二金属接合件；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来将所述盖帽晶圆接合至所述第二衬底，其中，将所述盖帽晶圆接合至所述第二衬底形成包括所述第一可移动元件的第一密封腔和包括所述第二可移动元件的第二密封腔，以及其中，所述除气层限制于所述第二密封腔；以及退火所述除气层以从所述除气层释放气体至所述第二密封腔内并且增加所述第二密封腔的压力。
在上述方法中，所述第一密封腔的压力级由所述盖帽晶圆和所述第二衬底之间的接合工艺限定。
在上述方法中，将所述第二衬底的所述第一表面接合至所述介电层包括熔融接合。
在上述方法中，在所述退火之后，所述第二密封腔的压力大于所述第一密封腔的压力。
在上述方法中，所述除气层限制于所述盖帽晶圆的凹槽，并且其中，所述盖帽晶圆的位于所述除气层下面的所述表面是槽形的。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种微机电(MEMS)器件，包括：第一衬底，包括：第一导电部件，设置在第一腔中，第一可移动元件设置在所述第一导电部件上方，所述第一腔具有第一压力；第二导电部件，设置在第二腔中，第二可移动元件设置在所述第二导电部件上方，所述第二腔具有高于所述第一压力的第二压力；以及盖帽晶圆，接合至所述第一衬底，其中，所述盖帽晶圆和所述第一衬底限定所述第一腔和所述第二腔，所述盖帽晶圆包括限制于所述第二腔的除气层。
在上述微机电器件中，所述第一导电部件和所述第一可移动元件形成微机电陀螺仪。
在上述微机电器件中，所述盖帽晶圆是包括有源电路的半导体晶圆。
在上述微机电器件中，所述第二导电部件和所述第二可移动元件形成微机电加速计。
在上述微机电器件中，使用共晶接合工艺将所述盖帽晶圆接合至所述第一衬底。
在上述微机电器件中，通过将位于所述盖帽晶圆上的多个第一金属接合件接合至位于所述第一衬底上的多个第二接合件来将所述盖帽晶圆接合至所述第一衬底。
上面概述了若干实施例的部件、使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，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现与在此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，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (1)

1.一种用于形成微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括：
在盖帽晶圆的表面上沉积除气层；
以形成包括第一可移动元件的第一密封腔和包括第二可移动元件的第二密封腔的方式将所述盖帽晶圆接合至衬底；以及
退火所述除气层以从所述除气层释放气体至所述第二密封腔内并且增加所述第二密封腔的压力，在所述退火之后，所述第二密封腔具有比所述第一密封腔更高的压力。
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