CN110902641A - 微机电系统器件 - Google Patents

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CN110902641A CN201910499886.1A CN201910499886A CN110902641A CN 110902641 A CN110902641 A CN 110902641A CN 201910499886 A CN201910499886 A CN 201910499886A CN 110902641 A CN110902641 A CN 110902641A
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李泰勳
金光洙
金泰润
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Abstract

本公开提供一种微机电系统器件，所述微机电系统器件包括：基板；微机电系统元件部，设置在所述基板的表面上；盖，具有形成为与所述微机电系统元件部相对的腔；以及扩散防止层，形成在所述盖的至少部分上，其中，所述盖和所述基板中的至少一个包括设置在所述腔的外部的结合层，并且其中，所述盖包括设置在所述结合层与所述腔之间并且截面呈V形的蔓延防止部。

Description

微机电系统器件
本申请要求于2018年9月18日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0111289号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
本申请涉及一种微机电系统(MEMS)器件。
背景技术
金属结合技术通常用于MEMS器件(例如，需要晶片级结合的MEMS器件)的制造中的气密密封。
然而，存在这样的问题：结合材料(诸如，焊料)的蔓延会导致气密密封的破坏和缺陷的出现。具体地，结合材料可能流入被制作成防止结合材料蔓延到腔中的蔓延防止结构中，并且结合材料可能通过与硅基板相互作用而在蔓延防止结构中扩散以破坏气密密封。
因此，需要开发一种能够防止气密密封被破坏并且变得有缺陷的结构。
上述信息仅作为背景信息呈现以帮助理解本公开。没有做出关于任何上述内容是否可适用于关于本公开的现有技术的确定，并且也没有做出关于任何上述内容是否可适用于关于本公开的现有技术的断言。
发明内容
提供本发明内容以按照简化的形式对所选择的构思进行介绍，并在下面的具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容既不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总的方面，一种MEMS器件包括：基板；MEMS元件部，设置在所述基板的表面上；盖，具有形成为与所述MEMS元件部相对的腔；以及扩散防止层，形成在所述盖的至少部分上，其中，所述盖和所述基板中的至少一个包括设置在所述腔的外部的结合层，并且其中，所述盖包括设置在所述结合层与所述腔之间并且具有V形截面的蔓延防止部。
所述扩散防止层可至少形成在所述蔓延防止部内以及所述结合层的周围。
所述盖可利用包含硅的材料形成，并且所述结合层可利用金属材料形成。
所述结合层可利用包含金(Au)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)、铝(Al)、铜(Cu)以及锗(Ge)中的至少一种的材料形成。
所述扩散防止层可利用氧化物膜形成。
所述蔓延防止部可通过晶面(111)而具有呈50°至60°的角度的倾斜表面。
所述蔓延防止部可通过晶面(111)而具有大约54.74°的角度的倾斜表面。
所述腔可通过所述扩散防止层暴露。
所述蔓延防止部可具有与所述腔的形状相对应的条带形状。
所述腔的截面可呈矩形形状。
所述结合层的部分可延伸到所述蔓延防止部中。
在另一总的方面，一种MEMS器件包括：盖，具有腔以及设置在所述腔的外部的蔓延防止沟槽，其中，所述蔓延防止沟槽的截面包括相对的倾斜壁；扩散防止层，设置在所述盖上和所述蔓延防止沟槽中；结合层，设置在位于所述腔的外部的所述扩散防止层上；基板，设置在所述结合层上；以及MEMS元件部，在所述基板与所述腔之间设置在所述基板上。
所述扩散防止层可设置在所述腔中。
所述结合层可设置在所述蔓延防止沟槽的外部。
所述结合层可延伸到所述蔓延防止沟槽中。
所述蔓延防止沟槽的截面可以呈V形。
通过以下具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是示出根据本公开的一个或更多个实施例的MEMS器件的示意性截面图。
图2是示出根据本公开的一个或更多个实施例的MEMS器件的分解截面图。
图3至图7是示出根据本公开的一个或更多个实施例的制造被包括在MEMS器件中的盖的示例方法的示意性截面图。
图8至图10是示出根据本公开的一个或更多个实施例的制造被包括在MEMS器件中的盖的另一示例方法的示意性截面图。
在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标记指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及便利起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下详细描述，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型和等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须以特定的顺序出现的操作之外，可以做出在理解本申请的公开内容之后将显而易见的改变。而且，为了增加清楚性和简洁性，可省略对本领域中已知的特征的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此描述的示例。更确切地说，已提供在此描述的示例，仅仅是为了示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现在此所描述的方法、设备和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。在下文中，尽管将参照附图详细地描述本公开的实施例，但是应注意的是，示例不限于参照附图详细地描述的本公开的实施例。
在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”所述另一元件“上”、直接“连接到”所述另一元件或直接“结合到”所述另一元件，或者在它们之间可以存在一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，它们之间可不存在其他元件。
如在此所用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个以及任意两个或更多个的任意组合；类似地，“……中的至少一个”包括相关所列项中的任意一个以及任意两个或更多个的任意组合。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间相关术语来描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相关术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含器件在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将被描述为相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据器件的空间方位而包含“在……之上”和“在……之下”两个方位。器件还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或在其他方位)，并将对在此使用的空间相关术语做出相应地解释。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不用于限制本公开。除非上下文另有明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”表示存在所述特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可能发生附图中示出的形状的变化。因此，在此描述的示例不限于附图中示出的特定形状，而是包括在制造过程中发生的形状上的变化。
在此描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有多种配置，但是在理解本申请的公开内容之后将显而易见的其他配置是可行的。
在此，应注意的是，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这种特征的至少一个示例，而所有示例不限于此。
本公开的一个方面在于提供一种能够防止由于气密密封的破坏而出现缺陷的MEMS器件。
图1是示出根据本公开的一个或更多个实施例的MEMS器件的示意性截面图，图2是示出根据本公开的一个或更多个实施例的MEMS器件的分解截面图。
参照图1和图2，MEMS器件100可包括基板120、MEMS元件部140、盖160和扩散防止层180。
基板120可以是硅基板。例如，可使用硅晶片作为基板120，或者可使用绝缘体上硅(SOI)型基板作为基板120。另外，与稍后将被描述的盖160的第二结合层162相对应的第一结合层122可设置在基板120的边缘处。第一结合层122可设置为围绕MEMS元件部140。
另外，第一结合层122可结合到稍后将被描述的盖160的第二结合层162。第一结合层122和第二结合层162可构成结合层。作为示例，第一结合层122可利用包含金(Au)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)和铝(Al)中的至少一种的材料形成。
MEMS元件部140可形成在基板120的一个表面上。作为示例，MEMS元件部140可形成在基板120的下表面上。另外，MEMS元件部140可设置在从基板120的第一结合层122沿着向内方向的区域中，并且，特别地，MEMS元件部140可设置在稍后将被描述的盖160的腔C的上部中。MEMS元件部140可以是例如体声波(BAW)谐振器、声表面波(SAW)谐振器、加速度传感器、角速度传感器等。
盖160可包括设置为与MEMS元件部140相对的腔C，并且可包括设置在腔C外部的第二结合层162。盖160可形成有设置在第二结合层162与腔C之间并且具有V形截面的蔓延防止部164。蔓延防止部164可形成有凹槽。通过形成具有“V”形的蔓延防止部164，结合层(例如，第二结合层162)和腔C可在随后的工艺中形成，而没有由于台阶形状的高度差而导致的工艺上的困难。蔓延防止部164可具有与腔C的形状相对应的条带形状。
另外，在示例中，盖160可利用包含硅(Si)的材料形成。蔓延防止部164可通过利用诸如四甲基氢氧化铵(TMAH，N(CH3)4OH)的各向异性蚀刻溶液对盖160执行湿蚀刻工艺而形成。在这种情况下，由于硅(Si)的结晶性，蔓延防止部164可形成为通过晶面(111)而具有约54.74°的倾斜角。倾斜角可形成为在50°至60°的范围内。
第二结合层162可与第一结合层122一起密封从第二结合层162和第一结合层122沿着中心方向的区域，并且可用于结合基板120和盖160。第二结合层162可利用包含金(Au)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)和铝(Al)中的至少一种的材料形成。
另外，第二结合层162和第一结合层122可通过例如固液相互扩散(SLID)结合工艺、金属结合工艺等彼此结合。如上所述，当第二结合层162和第一结合层122结合时，蔓延防止部164可用于容纳第二结合层162和第一结合层122的结合材料，并且可防止第二结合层162和第一结合层122的结合材料流入腔C中。
另外，盖160的腔C可具有多边形截面(例如，矩形截面或者梯形截面)。
扩散防止层180可形成在盖160的至少部分中。作为实施例，扩散防止层180可形成在盖160的整个外表面上(除了盖160的腔C的内部之外)。扩散防止层180可防止第二结合层162和第一结合层122朝向盖160的硅扩散，从而破坏气密密封。
作为示例，扩散防止层180可利用氧化物膜形成。另外，由于扩散防止层180可形成在蔓延防止部164中，因此被引入蔓延防止部164的第二结合层162和第一结合层122可防止在结合界面中的剥离的发生，并且还可能朝向盖160的Si侧扩散。
例如，由于扩散防止层180可形成在结合层162的周边区域中而没有未堆积区域，因此可防止第二结合层162和第一结合层122的结合材料朝向盖160的Si侧扩散。作为结果，可防止气密密封被破坏。这里，未堆积区域是指未形成扩散防止层180的区域。
例如，当产生扩散防止层180的未堆积区域时，第二结合层162和第一结合层122可在未形成扩散防止层180的区域中扩散到被包含在盖160中的硅(Si)侧。因此，在结合界面处会发生剥离，气密密封会被破坏，并且会产生缺陷。由于蔓延防止部164的截面呈“V”形，因此在蔓延防止部164的内表面中和第二结合层162的周边区域中不产生扩散防止层180的未堆积区域。作为结果，可防止气密密封被破坏。
当第二结合层162和第一结合层122彼此结合时，可以在具有蔓延防止部164的情况下防止第二结合层162和第一结合层122的结合材料流入到腔C。
由于蔓延防止部164的截面呈“V”形，因此扩散防止层180可形成在蔓延防止部164的内表面上并且形成在第二结合层162的周围而没有未堆积区域。因此，可防止发生第二结合层162和第一结合层122朝向被包含在盖160中的硅(Si)扩散，以防止从结合界面剥离。因此，可防止气密密封被破坏，并且最终可防止出现缺陷。
图3至图7是示出根据本公开的一个或更多个实施例的制造被包括在MEMS器件中的盖的示例方法的示意性截面图。
将参照图3至图7来解释根据本公开的一个或更多个实施例的制造被包括在MEMS器件中的盖的示例方法。
首先，如图3所示，可在盖160中形成蔓延防止部164。蔓延防止部164可通过利用诸如四甲基氢氧化铵(TMAH，N(CH3)4OH)的各向异性蚀刻溶液对盖160执行湿蚀刻工艺而形成。在这种情况下，由于硅(Si)的结晶性，蔓延防止部164可形成为通过晶面(111)而具有约54.74°的倾斜角。在另一示例中，当盖利用诸如SiGe等的其他材料形成时，由于所述其他材料的结晶性，蔓延防止部164可形成为具有取决于晶面(111)的倾斜角。例如，蔓延防止部164的截面可呈“V”形。
然后，如图4所示，可在盖160的外表面上形成扩散防止层180。扩散防止层180可通过热氧化工艺形成在盖160的外表面上。因此，扩散防止层180也可形成在蔓延防止部164中。由于蔓延防止部164的截面呈V形，因此扩散防止层180可形成在蔓延防止部164中而没有未堆积区域。
然后，如图5所示，第二结合层162可形成在盖160的上表面上。第二结合层162可设置在蔓延防止部164的外部。第二结合层162可设置为围绕蔓延防止部164。例如，第二结合层162可利用包含金(Au)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)、铝(Al)、铜(Cu)和锗(Ge)中的至少一种的材料形成。
此后，如图6所示，可以去除扩散防止层180的部分。此时，可通过图案化去除扩散防止层180。
此后，如图7所示，可通过蚀刻在盖160中形成腔C。可以以干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺形成腔C，并且腔C可形成为设置在蔓延防止部164的内侧。例如，腔C的截面可呈多边形形状(例如，矩形形状或梯形形状)。
如上所述，扩散防止层180可形成在盖160的除了腔C之外的上表面上而没有未堆积区域。另外，由于扩散防止层180可通过简单工艺形成，因此可降低制造成本并且可提高制造良率。
图8至图10是示出根据本公开的一个或更多个实施例的制造被包括在MEMS器件中的盖的另一示例方法的示意性截面图。
如图8所示，可在盖160中形成腔C和蔓延防止部164。腔C和蔓延防止部164可通过利用诸如四甲基氢氧化铵(TMAH，N(CH3)4OH)的各向异性蚀刻溶液对盖160执行湿蚀刻工艺而形成。在这种情况下，由于硅(Si)的结晶性，腔C和蔓延防止部164可形成为通过晶面(111)而具有约54.74°的倾斜角。例如，腔C的截面可呈多边形形状(例如，矩形形状或梯形形状)，并且蔓延防止部164的截面可呈“V”形。
然后，如图9所示，可在盖160的外表面上形成扩散防止层180。扩散防止层180可通过热氧化工艺而形成在盖160的外表面上。因此，扩散防止层180也可形成在腔C和蔓延防止部164中。由于蔓延防止部164的截面呈V形，因此扩散防止层180可形成在蔓延防止部164中而没有未堆积区域。
此后，如图10所示，第二结合层162可形成在盖160的上表面上。第二结合层162可设置在蔓延防止部164的外部。第二结合层162可设置为围绕蔓延防止部164。例如，第二结合层162可利用包含金(Au)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)和铝(Al)中的至少一种的材料形成。
如上所述，扩散防止层180可形成在盖160的上表面上而没有未堆积区域。另外，由于扩散防止层180可通过简单工艺形成，因此可降低制造成本并且可提高制造良率。
根据本公开的一方面，可具有可防止由于气密密封被破坏而出现缺陷的效果。
虽然上面已经示出和描述了具体实施例，但在理解本申请的公开内容之后将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可对这些示例作出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行描述的技术，和/或如果按照不同的方式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增补描述的系统、架构、器件或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围并不通过具体实施方式限定，而是通过权利要求及其等同物限定，在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为被包括在本公开中。

Claims (16)

1.一种微机电系统器件，包括：
基板；
微机电系统元件部，设置在所述基板的表面上；
盖，具有形成为与所述微机电系统元件部相对的腔；以及
扩散防止层，形成在所述盖的至少部分上，
其中，所述盖和所述基板中的至少一个包括设置在所述腔的外部的结合层，并且
其中，所述盖包括设置在所述结合层与所述腔之间并且具有V形截面的蔓延防止部。
2.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述扩散防止层至少形成在所述蔓延防止部内以及所述结合层的周围。
3.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述盖利用包含硅的材料形成，并且所述结合层利用金属材料形成。
4.根据权利要求3所述的微机电系统器件，其中，所述结合层利用包含金、锡、铬、钛、铝、铜、锗中的至少一种的材料形成。
5.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述扩散防止层利用氧化物膜形成。
6.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述蔓延防止部通过晶面(111)而具有呈50°至60°的角度的倾斜表面。
7.根据权利要求6所述的微机电系统器件，其中，所述蔓延防止部通过晶面(111)而具有呈大约54.74°的角度的倾斜表面。
8.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述腔通过所述扩散防止层暴露。
9.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述蔓延防止部具有与所述腔的形状相对应的条带形状。
10.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述腔的截面呈矩形形状。
11.根据权利要求1所述的微机电系统器件，其中，所述结合层的部分延伸到所述蔓延防止部中。
12.一种微机电系统器件，包括：
盖，包括腔以及设置在所述腔的外部的蔓延防止沟槽，其中，所述蔓延防止沟槽的截面包括相对的倾斜壁；
扩散防止层，设置在所述盖上和所述蔓延防止沟槽中；
结合层，设置在位于所述腔的外部的所述扩散防止层上；
基板，设置在所述结合层上；以及
微机电系统元件部，在所述基板与所述腔之间设置在所述基板上。
13.根据权利要求12所述的微机电系统器件，其中，所述扩散防止层设置在所述腔中。
14.根据权利要求12所述的微机电系统器件，其中，所述结合层设置在所述蔓延防止沟槽的外部。
15.根据权利要求14所述的微机电系统器件，其中，所述结合层延伸到所述蔓延防止沟槽中。
16.根据权利要求12所述的微机电系统器件，其中，所述蔓延防止沟槽的截面呈V形。
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