CN111344843A - 保护性接合线控制结构 - Google Patents

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Abstract

在所描述实例中，接合线结构(420)沿空腔(195)的外围布置。所述接合线结构(420)从第一衬底(120)延伸，并且经配置以与布置在第二衬底(110)上的中介层(430)接合。扩散屏障(460)布置在所述第一衬底(120)上以用于接触所述中介层(430)。所述扩散屏障(460)经布置以阻止污染物从所述接合线结构(420)迁移并进入所述空腔(195)。

Description

保护性接合线控制结构
背景技术
微机电系统(MEMS)装置(例如致动器、开关、电动机、传感器、可变电容器、空间光调制器(SLM)及类似微电子装置)可制造在衬底上。为保护此类装置，在制造期间在衬底上形成侧壁以形成可密封空腔，使得空腔内的结构及装置可与外部环境相对隔离。然而，污染物可能会逐渐迁移到空腔中，并且可能会与空腔中包含的装置发生反应或以其它方式干扰所述装置的正常操作。
发明内容
在所描述的实例中，接合线结构沿空腔的外围布置。所述接合线结构从第一衬底延伸，并且经配置以与布置在第二衬底上的中介层接合。扩散屏障布置在所述第一衬底上以用于接触所述中介层。所述扩散屏障经布置以阻止污染物从所述接合线结构迁移并进入所述空腔。
附图说明
图1是例如DMD装置的装置的实例两衬底组合件的横截面图。
图2是展示随距接合线结构的距离而变的铟反应物物种的强度的实例关系的标绘图。
图3是展示跨越MEMS装置中的实例微镜阵列的表面的缺陷密度的实例二维分布的标绘图。
图4A是装置的实例两衬底组合件的一部分的立视图的横截面图。
图4B是包含实例扩散屏障的装置的实例两衬底组合件的横截面立视图。
图5是用以形成实例非挠曲结构扩散屏障表面的实例接合的组合件的第一及第二状态的横截面图。
图6是用以形成实例闭合挠曲结构扩散屏障表面的实例接合的组合件的第一及第二状态的横截面图。
图7是用以形成实例开放挠曲结构扩散屏障表面的实例接合的组合件的第一及第二状态的横截面图。
图8是经布置以接触第二衬底沉积物的实例闭合凹槽扩散屏障结构的横截面图。
图9是经布置以接触第二衬底沉积物的实例开放凹槽扩散屏障结构的横截面图。
图10是经布置以接触第二衬底的实例开放凹槽扩散屏障结构的横截面图。
图11是经布置以接触第二衬底延伸部的实例开放凹槽扩散屏障结构的横截面图。
图12是经布置以接触第二衬底延伸部的实例开放凹槽扩散屏障结构的组合件的第一、第二及第三状态的横截面图。
具体实施方式
在此描述中：(A)术语“部分”可意指整个部分或小于整个部分的一部分；(B)术语“形成在衬底上”可意指经布置使得“形成的”物体由衬底支撑并且在衬底的预先存在表面上方延伸；(C)术语“向内”及“内”可指朝向形成在衬底上的空腔的方向；(D)术语“向外”及“向外”可指远离形成在衬底上的空腔的方向，例如朝向晶片边缘、裸片边缘或锯道的方向；(E)术语“向下”及“下”可指朝向例如硅衬底的第一衬底的方向；及(F)术语“向上”及“上”可指第二衬底，例如玻璃晶片。
微机电系统(MEMS)装置(例如致动器、开关、电动机、传感器、可变电容器、空间光调制器(SLM)及类似的微电子装置)可具有可移动元件。举例来说，SLM装置可包含可移动元件的阵列。每一此类元件可为可个别寻址的光调制器元件，其中响应于输入数据设置“开”或“关”位置。输入数据可为用以命令阵列的光调制器元件投射或阻挡从照射源指向阵列的光的图像信息。
在图像投射系统的实例SLM装置中，输入数据包含响应于像素色度而产生的位帧及图像输入信号的图像帧的强度信息数据。可使用脉冲宽度调制来投射位帧。脉冲宽度调制方案包含用于投射像素色度的像素的加权时间间隔及对应于输入数据中的相应像素的强度。加权时间间隔足够长以允许在给定图像帧显示周期内的人眼整合。SLM装置的实例是数字微镜装置(DMD)，例如德州仪器
Figure BDA0002482218220000021
微镜阵列装置。此类DMD装置已经在商业上被用在各种各样的装置中，例如电视机、电影投射系统、与业务相关的投影仪及微型投影仪。
DMD装置可经制造以包含微镜以对输入数字图像进行数字成像并将其投射到显示表面(例如投影屏幕)上。举例来说，投影仪系统可包含DMD装置，其可被包含经布置以调制通过DMD装置的窗玻璃接收并聚焦在其中的微镜上的入射光束。每一此微镜可响应于输入数据而被个别地及动态地调整以将视觉图像投射到投影屏幕上。
个别微镜可形成为扭力弹簧的一部分。当镜“过强(hard over)”时，镜接触(例如，撞击)停止表面。有时，接触镜遇到足以防止镜从停止表面反弹的环境诱导的粘合(例如，静摩擦)力。此静摩擦可能源自环境污染，并可能导致缺陷及可靠性问题。
另一此问题是过度动摩擦，其可能源自MEMS装置中的移动元件之间的接触。通过用钝化剂或润滑剂(例如，“润滑油”)涂覆MEMS装置的移动元件的表面，可减少过度动摩擦及粘合的发生率。
然而，钝化剂及润滑涂层可能受到用于制造MEMS装置的其它化学物种的损害。随着时间的流逝，化学物种可能迁移，然后使MEMS装置的移动元件的性能降级。在由W.莫里森(W.Morrison)等人在2014年7月17日申请的标题为“用于相对可移动表面的涂层(Coatingsfor Relatively Movable Surfaces)”的序列号为14/333,829的美国专利申请案中描述用于MEMS装置的此类涂层，所述申请案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
在半导体及MEMS装置的制造中，使用晶片级处理技术制造每一MEMS装置。举例来说，晶片可包含许多相似MEMS装置，其以行及列(例如，以阵列)布置在单个晶片的衬底上。此类技术可降低成本，这是因为可通过同时应用工艺步骤来并行处理许多装置。各种MEM装置可形成在第一衬底(例如硅衬底)的表面上。接合线结构可形成(例如，定位)在第一衬底或第二衬底上。接合线结构可：界定分离第一衬底及第二衬底的距离；在结构上将第一衬底接合到第二衬底以形成统一衬底组合件；以及气密密封由第一及第二衬底及接合线结构围封的空腔。在所描述实例中，将MEMS装置密封在此空腔中，使得MEMS装置免受外部环境的影响。(然而，举例来说，电信号可经由横穿气密密封侧壁的电导体耦合到MEMS装置或从其耦合。)
如下文描述，扩散屏障形成在衬底上并且邻近侧壁的接合线形成以阻止(及/或以其它方式限制)环绕扩散屏障的反应物物种迁移到空腔中。举例来说，扩散屏障可邻近接合线结构定位(例如，从接合线结构向内)以阻止(例如，防止)来自接合线结构中的物质的反应物物种迁移进入空腔的顶部空间。接合物质可：包含铟(In)及/或其它反应物物种；从侧壁脱气(或以其它方式横越通过侧壁)；通过顶部空间扩散；以及污染敏感结构，例如微镜(以及其润滑剂及/或钝化剂的涂层)。扩散屏障可包含中介层、延伸部及衬底自身(例如，衬底自身的一部分)的表面，其中表面可暴露于从接合物质脱气的潜在污染物，并且表面布置在接合线结构与空腔之间。
如下文关于图4B所描述(举例来说)，DMD装置的可靠性及性能可通过邻近接合线结构定位并经布置以阻止污染物从(或通过)接合线结构迁移的至少一个扩散屏障来改进。扩散屏障的表面可阻止(例如，物理地阻挡)污染物的迁移，所述污染物可以其它方式扩散并与表面、涂层或顶部空间气体反应。
图1是例如DMD装置的装置的实例两衬底组合件的横截面图。DMD装置100包含第一衬底120：举例来说，第一衬底120可为由硅或砷化镓的晶格形成的半导体晶片(或裸片)。DMD装置100还可包含第二衬底110，例如玻璃晶片(或玻璃裸片)。第一衬底120或第二衬底110中的任一者或两者可包含经定位以形成在第一衬底120与第二衬底110之间延伸的侧壁的结构(例如，在其上形成或布置)。侧壁通常沿锯道(例如，内部)伸展，可沿所述锯道将裸片从晶片单切。侧壁通常沿经单切裸片的所有四个外侧伸展。
第一衬底120及第二衬底110限定顶部空间195的第一及第二相对边界(例如，上界及下界)。扩散屏障(例如，扩散屏障460，下文关于图4B论述)可布置成邻近接合线结构115(例如在内侧)并且布置在中介层130(其耦合到第二衬底110)与第一衬底120之间。如下文描述的扩散屏障可经布置以包围顶部空间195以阻止污染物从接合线结构115迁移到顶部空间195中。
可根据晶片级处理来形成第一衬底120及第二衬底110以实现规模经济。第一衬底120可在第一衬底120的下表面上形成有端子(例如，引脚，未展示)以与其它系统装置电互耦合。在其它实例中，裸片级接合工艺及结构可代替本文描述的晶片级接合工艺及结构。
侧壁经定位以保护在由侧壁在外围支撑的空腔内的芯片180(例如，经单切裸片)的敏感组件。敏感组件180可包含微镜阵列。每一微镜包含镜部分，其耦合到第一衬底120并且可选择性地旋转。
DMD装置100的侧壁包含经布置以将第一衬底120接合到第二衬底110的中介层130。中介层130的表面(例如，内部表面)界定(空腔的)顶部空间195的范围(例如，边界)的一部分。中介层130可包含硅，但是可使用其它材料。
中介层130沿接合线结构115的长度(例如，长轴)延伸，并且可沿接合线结构115接合以形成气密密封组合件(其可包含顶部空间195)。如下文描述，接合线结构115包含可使反应物物种脱气的接合物质，其在化学上能够与敏感组件180的部分反应。
在一个实例中，接合线结构115经布置为堆叠，其包含：第一金(Au)层140；铟(In)层160；及第二金层150。通过施加压缩力(例如垂直于第一及第二衬底120及110施加)并施加热量以激活两个衬底120及110之间的接合机制(例如，金属间层170)而将第一衬底120接合到第二衬底110。因此，接合线结构115可气密密封衬底/晶片组合件(HWA)作为统一晶片组合件。
接合线结构115的铟物种190可与顶部空间195中的其它组件(例如，气体或装置)反应。举例来说，铟物种190(或其它反应性物种或反应产物)可形成积聚膜，其可覆盖微镜的部分，并且可增加静摩擦的发生率。铟物种190可以气态形式沿顶部空间195中的扩散梯度从接合线结构115中的铟层160迁移到敏感组件180(例如，微镜)。
如下描述，躲避(例如，金-铟-金)接合线结构115(例如，远离其定位)的微镜由于反应物物种及产物的积聚较少而遇到较少缺陷。举例来说，羧酸铟(In-COOH)可为反应物种，其尤其在邻近装置外围的结构(例如，更接近接合线结构115的结构)上积聚。
图2是展示随距接合线结构115的距离而变的铟反应物物种的强度的实例关系的标绘图。举例来说，曲线210大体上展示随着距接合线结构(例如，115)的距离增加而降低的铟反应物物种(例如，190)的积聚强度。(曲线210是根据对有缺陷装置的详细检查凭经验确定的。)
图3是展示跨越MEMS装置中的实例微镜阵列的表面的缺陷密度的实例二维分布的标绘图。举例来说，DMD装置100可包含接合线结构115，其中接合线结构更接近顶部行(例如，达“y”方向上的距离100)及最右行(例如，达“x”方向上的距离100)。相反，接合线结构更远离底部行(例如，达“y”方向上的距离700)及最左列(例如，达“x”方向上的距离700)。
选定块(例如，块310及320)展示源自从例如上文描述的接合线结构的反应物物种迁移及扩散的实例缺陷密度。阴影较深的块(例如块310)指示较高的缺陷密度，而阴影较浅的块(例如块320)指示较低的缺陷密度。缺陷密度的梯度根据气态反应物物种(例如，通过装置的顶部空间195)的扩散梯度及距潜在污染物源的距离而减小。因此，在更接近接合线结构的位置中发生较高的缺陷密度。
如果每一实例块(例如，310或320)表示每一维度上十个或更多个微镜的矩形阵列，那么针对更接近装置外围定位的微镜，观察到较高的缺陷水平，且针对更远离接合线结构定位的微镜，观察到较低的缺陷级别。
如本文所描述，较高的失效密度是由从(或通过)接合线结构迁移的反应物物种(例如，铟物种)的较高积聚引起的。反应物物种通常在更接近接合线结构之处以较高浓度积聚(例如，归因于机会化学反应)。污染的较高积聚(例如，积累)可引起涉及沉积在定位在装置400的顶部空间195中的微镜表面上的润滑剂的不利化学反应的较大发生率，这将在下文参考图4A进行描述。较高水平的积聚污染可能导致性能降级及受影响组件失效的可能性增加。
图4A是装置400的实例两衬底组合件的一部分的立视图的横截面图。举例来说，装置400包含：第一衬底120及第二衬底110；中介层430及435；及接合线结构420。中介层430及435关于相应接合线结构420及第二衬底110是悬臂式的(例如，经布置以形成光通过其照射微镜的窗)。
衬底110、衬底120、中介层430及435以及接合线结构420经布置为堆叠以密封顶部空间195。中介层430及435的内表面是包含顶部空间195及所关注区410的空腔的外围边界(例如，外边缘)。所关注区410可为其中可布置例如微镜装置的精密MEMS装置的区。潜在污染物430可沿扩散梯度迁移及扩散，使得在所关注区410的更接近接合线结构420的表面上发生此类污染物的更大积聚。此类积聚危害受污染MEMS装置的正常操作。
图4B是包含实例扩散屏障460的装置405的实例两衬底组合件的横截面立视图。举例来说，扩散屏障460(以横截面展示)可在三维空间中沿顶部空间195的外部外围(例如，外围边界)在接合线结构420的内部部分与顶部空间195之间延伸，使得顶部空间195被扩散屏障460包围(例如，连续地或部分地)。此外，扩散屏障460自身被接合线结构围封。扩散屏障460可为四边形结构(例如，当在俯视图中观看时)。
如本文所描述，扩散屏障460包含经布置以减少及/或限制反应物物种的扩散的发生率以防止其从接合线结构420扩散并潜在地污染关注区410的表面。扩散屏障460在图4B的接合线结构420与顶部空间195之间线性延伸(例如，在垂直于装置405的横截面视图的平面的第三维度上)。扩散屏障460可包含中介层430、屏障延伸部440及450及第一衬底420的表面。所包含表面位于接合线结构120与顶部空间195之间。
从接合线结构迁移的潜在污染物由从接合线结构420向内并暴露于接合线结构420的扩散屏障460(例如其表面)阻挡。中介层430独立于接合线结构420耦合到第一衬底120(例如，经由屏障延伸部440及450)。因此，扩散屏障460(例如，其自身)可不含可能会污染关注区410的组件的接合物质。
扩散屏障460的中间定位阻止潜在污染物在接合线结构420(例如，潜在污染物可从其逸出)与顶部空间195(例如，其包含所关注区410，保护所关注区410免受污染)之间的迁移。举例来说，扩散屏障460表面可通过阻挡或以其它方式减慢污染物从接合线结构420到顶部空间195的扩散速率来阻止来自接合线结构420的污染物进入顶部空间195。因此，扩散屏障460无需连续地包围头部空间195的外围，或无需形成气密密封来阻止(例如，阻挡或限制)潜在污染物的迁移。
扩散屏障460可包含屏障屏障延伸部440(例如，形成在中介层430上)及/或屏障延伸部450(例如，形成在第一衬底120上)。如下文所论述，中介层430、屏障延伸部440(如果存在)及屏障延伸部450(如果存在)的高度可变化。扩散屏障460可经布置以连续环绕或部分环绕(例如，在俯视图中)装置405的顶部空间195。邻近(例如，靠近、在其下及/或在其上)接合线结构420的扩散屏障460减少在更接近所关注区410的位置中反应物物种的浓度，以及通过减少污染的发生率来帮助保护所关注区410中的结构。
扩散屏障460表面的外表面(其面向接合线结构420)可包含第一衬底120、中介层430、屏障延伸部450、屏障延伸部440及衬底110中的至少两者的表面。可响应于沉积凸起结构或通过蚀刻掉环绕区域的选定部分而形成延伸部440及450的一或多个表面。
扩散屏障460的表面跨越所包含的扩散屏障460的结构的外面以及以及扩散屏障460的接触结构之间的任何缝隙延伸。扩散屏障的结构的配合表面的表面通常是平坦的的(或经平坦化以呈现平坦表面)，这最小化反应物物种可能以其它方式横穿通过的缝隙中的间隙。
在第一实例中，扩散屏障460包含：中介层430；屏障延伸部440；屏障延伸部450；及衬底120。
在第二实例中，扩散屏障460表面包含：中介层430；延伸部440及450中的选定者；及衬底120。
在第三实例中，扩散屏障460包含：第二衬底110；屏障延伸部440；屏障延伸部450；及第一衬底120。
在第四实例中，扩散屏障460包含：第二衬底110；延伸部440及450中的选定者；及第一衬底120。
图5是用以形成实例非挠曲结构扩散屏障表面的实例接合的组合件的第一及第二状态的横截面图。举例来说，第一状态500展示第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层530及屏障延伸部540)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120、接合线结构420及屏障延伸部550)。中介层530及接合线结构420经布置以将第一及第二晶片组合件接合为统一晶片组合件，例如由第二状态505所展示的实例统一晶片组合件。
第一状态500展示沿接合线结构420接合在一起之前的第一衬底120及第二衬底110。中介层530面向第二衬底110的表面包含两个(例如，通常是不同的)标高：第一标高，其包含用以与结构接合以形成气密密封的配合表面；及第二标高，其包含用以形成扩散屏障560的配合表面。标高的范围可关于到上或下衬底的距离或到配合表面的距离来描述(例如，其中距离在接合工艺期间可改变)。
中介层530第一标高界定间隙510，其是将中介层530的第一标高配合表面与接合线结构420的面向表面分离的空间。如第二状态505中所展示，间隙510在沿接合线结构420形成接合期间完全闭合。沿接合线结构420形成的接合将第二晶片组合件(其可包含第二衬底110)的中介层530接合到第一晶片组合件(其可包含第一衬底120)的结构。在其它实例中，裸片级接合工艺及结构可代替本文描述的晶片级接合工艺及结构。
中介层530第二标高配合表面界定间隙545的第一范围(例如，上边缘)。第二标高的配合表面具有足以形成(或安装)屏障延伸部540的标高。屏障延伸部540(如果存在的话)可被安装在中介层530上(或整体地形成为中介层530的一部分)，使得屏障延伸部540接触安装及/或形成在第一晶片组合件上的屏障延伸部550(或第一衬底120自身)。
屏障延伸部550的上表面初始地界定间隙545的第二范围(例如，下边缘)。间隙545沿扩散屏障560形成在其中的位置围绕顶部空间195的外围延伸。如第二状态505中所展示，当屏障延伸部540及屏障延伸部550配合(例如，接触)时，间隙545闭合。在第一及第二晶片组合件的接合期间，延伸部540及延伸部550接触。
第一晶片组合件响应于经引导以将第一及第二晶片组合件逐渐推动到一起的压缩力而接合到第二晶片组合件，使得结合接合线结构420形成接合。举例来说，金-铟-金晶片接合520形成在中介层530与接合线结构420之间。晶片接合520抵抗张力，这有助于防止第一及第二晶片组合件分离。因此，即使在延伸部540及550的面向表面之间没有施加接合物质，延伸部540及550的接触表面也保持接触。
相应地，间隙510在间隙545完全闭合之前(例如，当界定间隙545的表面触碰时)完全闭合。举例来说，当间隙510完全闭合时(例如，当界定间隙510的表面接触时)，间隙545的距离继续减小：在此时间期间，在晶片接合520内的金属间区经形成并且反应物物种经脱气。扩散屏障560的面向晶片接合520(例如，在外围暴露于晶片接合520)的表面阻止反应物物种从晶片接合520流动进入顶部空间195。
响应于间隙545的完全闭合，晶片接合520的金属间区的形成停止。举例来说，屏障延伸部540的表面(例如，下表面)接触屏障延伸部550的表面(例如，上表面)。当延伸部540及550接触时，延伸部540及550产生法向力以抵消产生金属间层的净压缩力。在第二状态505的实例结构中，延伸部540及550相对非挠曲，使得两个晶片组合件的闭合中止(例如，作为“硬停止”闭合)，且法向力(例如，抵消所施加压缩力)增加。
在实例中，可用传感器检测净压缩力的改变以监测及控制晶片接合力的施加。当检测到净施加力的改变(例如，源自硬停止)时，可减小为形成晶片接合520而施加的压缩压力。延伸部540及550通过硬停止(例如，接触表面)彼此接触，使得扩散屏障560包含阻止反应物物种以其它方式直接进入顶部空间195的表面。
晶片接合520的接合物质可在接合工艺完成很长时间之后释放潜在污染物。在中介层530通过金-铟-金键接合到第一衬底120的实例中，在晶片接合520内形成金属间区。晶片接合520内的金属间区可随着时间推移释放反应物物种铟(例如，即使在将接合晶片组合件单切并部署在客户装置中之后)。
图6是用以形成实例闭合挠曲结构扩散屏障表面的实例接合的组合件的第一及第二状态的横截面图。举例来说，第一状态600展示第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层630及屏障延伸部640)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120、接合线结构420及屏障延伸部650)。中介层630及接合线结构420经布置以将第一及第二晶片组合件接合为统一晶片组合件，例如由第二状态605所展示的实例统一晶片组合件。
第一状态600展示沿接合线结构420接合在一起之前的第一衬底120及第二衬底110。中介层630面向第二衬底110的表面包含两个(例如，通常是不同的)标高：第一标高，其包含用以与结构接合以形成气密密封的配合表面；及第二标高，其包含用以形成扩散屏障660的配合表面。
中介层630第一标高界定间隙510，其是将中介层630的第一标高配合表面与接合线结构420的面向表面分离的空间。如第二状态605中所展示，间隙510在沿接合线结构420的接合形成期间完全闭合。沿接合线结构420形成的接合将第二晶片组合件中介层630接合到第一晶片组合件的结构(其可包含第一衬底120)。
中介层630第二标高配合表面界定间隙645的第一范围(例如，上边缘)。第二标高的配合表面具有足以形成(或安装)屏障延伸部640的标高。屏障延伸部640(如果存在)可安装在中介层630的一部分上或整体地形成为中介层630的一部分，使得屏障延伸部640接触安装及/或形成在第一晶片组合件上的屏障延伸部650(或第一衬底120自身)。(状态600的)屏障延伸部640及屏障延伸部650的面向表面初始地界定间隙645。
(状态600及状态605两者的)屏障延伸部640可为形成在第一衬底120(或例如第二衬底110)上的挠曲微结构区。屏障延伸部640经布置以包含内部闭合孔，其在接触形成在第二衬底110上的屏障延伸部650时可压缩变形。屏障延伸部640可形成在例如半导体衬底、硅结构或玻璃衬底的合适结构上。延伸部640及屏障延伸部650中的任一者(或两者)可经构造为挠曲结构。用以接合顶部晶片组合件及底部晶片组合件的所施加力经控制以建立第二衬底110与第一衬底120之间的受控距离。
如第二状态605中所展示，通过响应于逐渐将第一及第二晶片组合件朝向彼此推动的压缩力将屏障延伸部640及屏障延伸部650的接触表面放置在一起来闭合间隙645。当施加压缩力时(例如，在屏障延伸部640及屏障延伸部650的表面彼此接触之后)，屏障延伸部640(例如，为挠曲的)变形。
举例来说，金-铟-金晶片接合520形成在中介层630与接合线结构420之间。晶片接合520抵抗张力，这有助于防止第一及第二晶片组合件的分离。因此，即使在屏障延伸部640及650的面向表面之间未沉积接合物质的情况下，延伸部640及650的接触表面也保持接触，屏障延伸部640(例如，为挠曲的)变形(例如，被压缩，作为压缩弹簧)并向屏障延伸部650施加力以维持间隙645的闭合。
在晶片间接合(例如，接合物质的固化)之后，屏障延伸部640继续对屏障延伸部650的表面施加力。(例如通过晶片接合520的金-铟-金金属间结构的接合力来抵消所述力。)由状态605的屏障延伸部区640施加的持续力维持扩散屏障660表面的防污性质。举例来说，与由金属间结构520的接合物质为形成气密密封而引入的污染物相对比，状态605的屏障延伸部640自身不引入额外潜在污染物。
扩散屏障660表面包含中介层630(及/或第二衬底110)、状态605的屏障延伸部640、屏障延伸部650及衬底120的表面的部分。扩散屏障660表面阻止从区670内的源发出的所述量的反应物物种进入顶部空间195(例如，在接合工艺之后)。扩散屏障660表面可部分围绕或完全围绕顶部空间195的外围延伸。
图7是用以形成实例开放挠曲结构扩散屏障表面的实例接合的组合件的第一及第二状态的横截面图。举例来说，第一状态700展示第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层730及屏障延伸部740)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120、接合线结构420及屏障延伸部750)。中介层730及接合线结构420经布置以将第一及第二晶片组合件接合为统一晶片组合件，例如由第二状态705所展示的实例统一晶片组合件。
第一状态700展示在沿接合线结构420接合在一起之前的第一衬底120及第二衬底110。中介层730面向第二衬底110的表面包含两个(例如，通常是不同的)标高：第一标高，其包含用以与结构接合以形成气密密封的配合表面；及第二标高，其包含配合表面以形成扩散屏障760。
中介层730第一标高界定间隙510，其是将中介层730的第一标高配合表面与接合线结构420的面向表面分离的空间。如第二状态705中所展示，间隙510在沿接合线结构420形成接合期间完全闭合。沿接合线结构420形成的接合将第二晶片组合件的中介层730接合到第一晶片组合件的结构(其可包含第一衬底120)。
中介层730第二标高配合表面界定间隙745的第一范围(例如，上边缘)。第二标高的配合表面具有足以形成(或安装)屏障延伸部740的标高。屏障延伸部740(如果存在)可安装在中介层730的一部分上或整体地形成为中介层730的一部分，使得屏障延伸部740接触安装及/或形成在第一晶片组合件上的屏障延伸部750(或第一衬底120自身)。(状态700的)屏障延伸部740及屏障延伸部750的最接近表面初始地界定间隙745。
(状态700及状态705两者的)屏障延伸部740可为形成在第一衬底120(或例如第二衬底110)上的挠曲微结构区。屏障延伸部740是悬臂式片簧状结构(例如，“跳水板状”结构)，其响应于接触形成在第二衬底110上的屏障延伸部650而被压缩。屏障延伸部740包含柔性臂，其经布置以界定内部开放孔，所述内部开放孔在屏障延伸部740压抵形成在第一衬底120上的屏障延伸部750时可压缩变形(例如，弯曲)。开放孔包含无支撑侧(例如，朝外面向裸片边界或例如朝内面向所关注区410)。因此，屏障延伸部740可压缩地抵抗经引导以将第一及第二晶片组合件逐渐推动在一起的压缩力。延伸部740及屏障延伸部750中的任一者(或两者)可经构造为开放挠曲结构。用以接合顶部及底部晶片组合件的力的水平经控制以建立第二衬底110的范围与第一衬底120的范围之间的受控距离。
如第二状态705中所展示，通过响应于逐渐将第一及第二晶片组合件朝向彼此推动的所施加压缩力将屏障延伸部740及屏障延伸部750的接触表面放置在一起来闭合间隙745。当施加压缩力以接合时(例如，在屏障延伸部740及屏障延伸部750的表面彼此接触之后)，屏障延伸部740(例如，为挠曲的)变形(例如，被压缩，作为压缩片簧)。
举例来说，金-铟-金晶片接合520形成在中介层730与接合线结构420之间。晶片接合520抵抗张力，这有助于防止第一及第二晶片组合件的分离。因此，即使在屏障延伸部740及750的面向表面之间未沉积接合物质的情况下，延伸部740及750的接触表面也保持接触，屏障延伸部740(例如，为挠曲的)变形(例如，被压缩，如压缩弹簧)并向屏障延伸部750施加力以维持间隙745的闭合。
在晶片间接合(例如，在接合物质的固化之后)之后，屏障延伸部740继续在屏障延伸部750的表面上施加力。(例如通过晶片接合520的金-铟-金金属间结构的接合力来抵消力。)由状态705的屏障延伸部区740施加的持续力维持扩散屏障760表面的防污性质。举例来说，与由金属间结构520的接合物质为形成气密密封而引入的污染物相对比，状态705的屏障延伸部740自身不引入额外潜在污染物。
扩散屏障760表面包含中介层730(及/或第二衬底110)、状态705的屏障延伸部740、屏障延伸部750及衬底120的表面的部分。扩散屏障760表面阻止从区770内的源发出的反应物物种的一部分进入顶部空间195(例如，在接合工艺之后)。扩散屏障760表面可部分围绕或完全围绕顶部空间195的外围延伸。
图8是经布置以接触第二衬底沉积物的实例闭合凹槽扩散屏障结构的横截面图。举例来说，结构800包含第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层830及布置在闭合凹槽805中的金-铟堆叠810)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120及金沉积物820)。
结构800展示在沿(待形成的)接合线结构815将第一衬底120接合到第二衬底110之前的装置的两晶片组合件。金-铟堆叠810经沉积在中介层830的凹槽805中。凹槽805是具有侧壁(例如，延伸部)的凹陷，其可通过蚀刻或通过在中介层930上沉积结构来形成。凹槽805围绕顶部空间的外围延伸，使得接合线结构815在接合之后气密密封顶部空间195。
随着第一晶片组合件及第二晶片组合件被压缩在一起，在金-铟堆叠810的铟层与金沉积物820之间出现第一接触区域。举例来说，施加压力以迫使铟层抵靠金沉积物820，使得在铟层与金沉积物820之间形成金属间层以接合及气密密封顶部空间195。
迫使铟进入金沉积物820还导致(金-铟堆叠810的)铟的侧向挤压(例如，正交于所施加力的方向)及(金沉积物820的)金的侧向挤压。(例如，屏障)延伸部832的内部侧壁有助于限制铟及/或金的侧向挤出的程度。举例来说，延伸部832的侧壁阻止铟直接扩散到延伸部832上。阻挡铟的扩散防止铟源污染经保留用于形成扩散屏障的区域(例如，在区860中)。防止区860的污染改进扩散屏障阻挡铟(反应物物种)到顶部空间195中迁移的能力(例如，因为所形成扩散屏障自身不使铟脱气)。
在第一区域接触发生之后，在区860中出现第二接触区域。区860包含(中介层830的)延伸部832及金沉积物820的面向表面。举例来说，在第一及第二晶片组合件被放置在一起时，沉积在第一衬底120上的金沉积物820通过延伸部832沿其内及外边缘部分啮合。当第一及第二晶片组合件被联合压缩及加热时，衬底120上的金沉积物820变形并与延伸部832的配合表面共形。因此，内扩散屏障包含中介层830、延伸部832、金沉积物820及衬底120的表面，使得反应物物种被阻止迁移到顶部空间195中。区860中的外扩散屏障也经布置以阻止反应物物种迁移到由中介层832形成的外壳外部的环境中(例如，其中外部环境可含有能够由反应物物种降级的结构)。因此，中介层830可包含延伸部832，其中延伸部经布置以独立于接合线结构而与第一衬底耦合(例如，接触)。中介层820还经布置以经由接合线结构815(例如，经由金层820及金-铟堆叠810的一部分)与第一衬底耦合。
在另一实例中，延伸部832及金沉积物820在金-铟堆叠810的铟层与金沉积物820之间发生接触之前彼此接触。举例来说，金沉积物820的金是可延展的并且响应于施加到第一及第二晶片组合件的压缩力而变形(使得形成扩散屏障)。金的变形适应第一晶片组合件朝向第二晶片组合件的移动。因此，金-铟堆叠810的铟层也接触金沉积物820，使得可形成气密密封。
图9是经布置以接触第二衬底沉积物的实例开放凹槽扩散屏障结构的横截面图。举例来说，结构900包含第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层930及布置在开放凹槽905中的金-铟堆叠910)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120及金沉积物920)。
结构900展示在沿(待形成的)接合线结构915将第一衬底120接合到第二衬底110之前的装置的两晶片组合件。金-铟堆叠910经沉积在中介层930的凹槽905中。凹槽905是具有侧壁的凹陷，其可通过蚀刻或通过在中介层930上沉积一结构来形成。凹槽905围绕顶部空间的外围延伸，使得接合线结构915在接合之后气密密封顶部空间195。
随着第一晶片组合件及第二晶片组合件被压缩在一起，在金-铟堆叠910的铟层与金沉积物920之间出现第一接触区域。举例来说，施加压力以使铟层压抵金沉积物920，使得在铟层与金沉积物920之间形成金属间层以接合及气密密封顶部空间195。
在第一区域接触发生之后，在区960中出现第二接触区域。区960包含(中介层930的)延伸部932及金沉积物920的面向表面。举例来说，在第一及第二晶片组合件被放置在一起时，沉积在第一衬底120上的金沉积物920通过延伸部932沿其内部分啮合。当第一及第二晶片组合件被联合压缩及加热时，衬底120上的金沉积物920变形并与延伸部932的配合表面共形。因此，区960中的扩散屏障包含中介层930、延伸部932、金沉积物920及衬底120的表面。
图10是经布置以接触第二衬底的实例开放凹槽扩散屏障结构的横截面图。举例来说，结构1000包含第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层1030及布置在开放凹槽1005中的金-铟堆叠1010)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120及金沉积物1020)。
结构1000展示在沿(待形成的)接合线结构1015将第一衬底120接合到第二衬底110之前的装置的两晶片组合件。金-铟堆叠1010经沉积在中介层1030的凹槽1005中。凹槽1005是具有内侧壁的凹陷，其可通过蚀刻或通过在中介层1030上沉积结构来形成。凹槽1005围绕顶部空间的外围延伸，使得接合线结构1015在接合之后气密密封顶部空间195。
随着第一晶片组合件及第二晶片组合件被压缩在一起，在金-铟堆叠1010的铟层与金沉积物1020之间出现第一接触区域。举例来说，施加压力以使铟层压抵金沉积物1020，使得在铟层与金沉积物1020之间形成金属间层以接合及气密密封顶部空间195。
在第一区域接触发生之后，在区1060中出现第二接触区域。区1060包含(中介层1030的)延伸部1032及衬底120的面向表面。举例来说，在第一及第二晶片组合件在一起时，第一衬底120通过延伸部1032啮合。延伸部1032及第一衬底120都不是挠曲的，使得延伸部1032在接合工艺期间充当“硬停止”。因此，由中介层1030、延伸部1032及衬底120的表面在区1060中形成扩散屏障。
图11是经布置以接触第二衬底延伸部的实例开放凹槽扩散屏障结构的横截面图。举例来说，结构1100包含第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底110、中介层1130及布置在开放凹槽1105中的金-铟堆叠1110)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底120及金沉积物1120)。
结构1100展示在沿(待形成的)接合线结构1115将第一衬底120接合到第二衬底110之前的装置的两晶片组合件。金-铟堆叠1110经沉积在中介层1130的凹槽1105中。凹槽1105是具有内侧壁的凹陷，其可通过蚀刻或通过在中介层1130上沉积结构来形成。凹槽1105围绕顶部空间的外围延伸，使得接合线结构1115在接合之后气密密封顶部空间195。
随着第一晶片组合件及第二晶片组合件被压缩在一起，在金-铟堆叠1110的铟层与金沉积物1120之间出现第一接触区域。举例来说，施加压力以使铟层压抵金沉积物1120，使得在铟层与金沉积物1120之间形成金属间层以接合及气密密封顶部空间195。
在第一区域接触发生之后，在区1160中出现第二接触区域。区1160包含(中介层1130的)延伸部1132及形成在衬底120上的延伸部1134的面向表面。在第一及第二晶片组合件被放置在一起时，延伸部1134通过延伸部1132啮合。延伸部1132及延伸部1134是非挠曲的，使得延伸部1132及1134在接合工艺期间充当“硬停止”。因此，通过中介层1130、延伸部1132、延伸部1134及衬底120的表面在区1160中形成扩散屏障。
图12是经布置以接触第二衬底延伸部的实例开放凹槽扩散屏障结构的组合件的第一、第二及第三状态的横截面图。举例来说，第一状态1200展示第一晶片组合件(例如，其包含第二衬底1210、中介层1230及接合线结构1235)及第二晶片组合件(例如，其包含第一衬底1220、延伸部1225及延伸部1250)。
第一状态1200是展示第一衬底1220及第二衬底1210在沿接合线结构1235接合(例如，气密接合)在一起之前的初始状态。第二状态1201是展示响应于经施加以接合第一及第二晶片组合件的压缩力(例如，及热)的接合线结构1235及延伸部1225的初始接触的中间状态。第三状态1202是展示中介层1230、延伸部1232及延伸部1250经布置以形成扩散屏障1260-C的接合状态(例如，结束状态)。
在第一状态1200中，中介层1230的面向第二衬底1210的表面包含两个标高表面：第一表面标高，其经布置以接合到接合线结构1235；及第二表面标高，其经布置以包含延伸部1232。接合线结构1235经布置以与例如延伸部1225的结构接合以形成气密密封，例如在第二状态1201及第三状态1202中所展示。
延伸部1232可整体地形成为中介层1230的部分或安装在中介层1230a上的延伸部。延伸部1232经布置以接触延伸部1250，其闭合孔“z”以产生闭合扩散屏障1260-C，例如在第三状态1202中所展示。
扩散屏障1260-A的孔“z”布置在延伸部1232与第一衬底1220之间。在第一状态1200中：延伸部1232延伸超出中介层1230第一标高达距离“x”；且延伸部1250在第一衬底1220上方延伸达距离“y”，其中距离“z”是距离“x”与“y”之间的距离(例如，其在接合工艺期间减小)。
随着距离“z”减小，在第二状态1201中间隙1215减小到零，使得铟层1240接触延伸部1225的金层。随着距离“z”进一步减小(例如，随着接合工艺从第二接合状态1201进展到第三接合状态1202)，铟层变形，这形成用于接合及密封第一及第二晶片组合件的气密密封。
在最终闭合接合的第一及第二晶片组合件之后，距离“z”减小到最小值。当扩散屏障1260-C的孔的最小值为零时，扩散屏障1260-C的高度是“x”及“y”的和。
当扩散屏障1260-C的孔的最小值为零时，扩散屏障1260-C实际上消除铟反应物物种从铟层1240迁移到顶部空间195的路径。举例来说，微观尺度通道可存在(例如，源自制造中的公差)于延伸部1232的下表面与延伸部1250的上表面之间的缝隙中。由于受限通道大小，微观尺度通道阻止铟反应物物种横穿通过。
延伸部1232(其为1230第二标高)安装在中介层1230的一部分上或整体形成为中介层1230的一部分，使得延伸部1232经对准以接触形成(例如，安装)在第一晶片组合件上的延伸部1250。在状态1202中，延伸部1232及1250相对非挠曲，使得响应于延伸部1232及1250的接触，两个晶片组合件的闭合中止(例如，作为“硬停止”闭合)。间隙“z”的闭合限制压缩力被进一步施加到接合线结构1235(以及限制压缩力以防止被转移到接合线结构1235的可压缩金-铟-金层)。
一种实例设备可包含：第一衬底，其界定空腔的第一边界；接合线结构，其沿空腔的外围定位；及扩散屏障，其邻近接合线定位。本文描述设备及其操作方法的有用实例。
第一衬底可包含硅，并且第二衬底可包含玻璃。衬底通常是晶片，并且可经处理(及单切)为在裸片上形成的密封外壳。可将微机电系统(MEMS装置)围封在密封外壳的空腔中。MEMS装置可包含镜阵列，其中每一镜通常可旋转地耦合到第一衬底。
接合线结构沿空腔的外围定位并且从第一表面延伸。接合线结构经布置以接合到第二衬底，其包含限定空腔的第二边界的第二表面。接合线结构可包含：第一金层；第二层金；及在第一金层与第二层金之间形成的铟层。铟层可包含沉积在第一金层与第二金层之间的金属间物种。第一金层可形成在第一衬底上，且第二金层可形成在形成在第二衬底上的中介层上。空腔包含由第一及第二衬底限定的顶部空间以及包含中介层及扩散屏障的堆叠。
扩散屏障可邻近接合线结构并且沿接合线结构定位。扩散屏障可线性地布置在接合线结构与顶部空间之间，以阻止污染物从接合线结构迁移到顶部空间中。接合线结构及扩散屏障可耦合到第一衬底。中介层定位在第一衬底与第二衬底之间，并且邻近接合线结构及扩散屏障定位。中介层沿顶部空间的外围延伸并且可包含硅。
扩散屏障可包含形成在第一衬底上的第一延伸部，其经布置以接触形成在形成在第二衬底上的中介层上的第二延伸部。第二延伸部可包含可变形(例如，挠曲)结构，使得挠曲结构在被迫使抵靠第一延伸部时变形。挠曲结构可包含孔(例如，以提供用于形成其它芯片结构的空间或简化制造工艺)。
已介绍一种形成设备的方法。所述方法包含形成从第一衬底的第一表面延伸的接合线结构。接合线结构形成在顶部空间的外围。所述方法进一步包含将扩散屏障定位成邻近接合线结构，并且布置扩散屏障以阻止来自接合线结构的污染物进入顶空空间。
在所描述实例中修改是可能的，并且在权利要求书的范围内其它实例是可能的。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：
第一衬底，其限定空腔的表面。
接合线结构，其沿所述空腔的外围布置，其中所述接合线结构从所述第一衬底延伸并且经配置以与布置在第二衬底上的中介层接合；及
扩散屏障，其布置在所述第一衬底上用于接触所述中介层，且其中所述扩散屏障经布置以阻止污染物从所述接合线结构迁移并进入所述空腔。
2.根据权利要求1所述的设备，其包括所述中介层，并且包括所述第二衬底。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述扩散屏障包含邻近所述接合线结构的所述第一衬底的一部分。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述扩散屏障经由形成在所述中介层与所述第二衬底之间的屏障延伸部而耦合到所述第二衬底。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述屏障延伸部是可变形的。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述接合线结构包含金层及与所述金层接触形成的铟层，其中所述铟层包含金属间物种，且其中所述污染物包含从所述铟层脱气的铟的反应性物种。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述金层是第一金层，其中所述第一金层形成在所述第一衬底上，其中第二金层形成在所述中介层上，且其中所述中介层经由所述第一金层及形成在所述中介层与所述第二衬底之间的至少一个屏障延伸部独立于所述接合线结构而进一步耦合到所述第二衬底。
8.根据权利要求2所述的设备，其中所述扩散屏障包含形成在所述第一衬底上的第一屏障延伸部，其中所述第一屏障延伸部耦合到形成在所述中介层上的第二屏障延伸部。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一及所述第二屏障延伸部中的至少一者包含响应于所述第一及第二屏障延伸部的耦合而可挠曲变形的结构。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述可挠曲变形的结构包含内部闭合孔。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述可挠曲变形的结构包含内部开放孔。
12.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一衬底包含硅，并且所述第二衬底包含玻璃。
13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括布置在所述空腔内的微机电系统MEMS元件。
14.一种设备，其包括：
第一衬底，其限定顶部空间的第一边界；
第二衬底，其限定所述顶部空间的第二边界，其中所述第二边界与所述第一边界相对地布置；
中介层，其从所述第二衬底延伸并限定所述顶部空间的外围边界；
接合线结构，其在所述第一衬底与所述中介层之间延伸，并且经布置以将所述第一衬底接合到所述第二衬底；及
扩散屏障，其布置在所述中介层与所述第一衬底之间，并且经布置以阻止来自所述接合线结构的污染物与所述顶部空间内的元件接触。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述元件是微机电系统MEMS元件。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述扩散屏障沿所述顶部空间的所述外围边界延伸。
17.根据权利要求14所述的设备，其中所述中介层包含凹槽，所述凹槽包含在其上形成的第一金层，其中所述中介层包含在所述第一金层上形成的铟层，且其中通过将所述铟层压抵形成在所述第一衬底上的第二金层形成用于接合所述第一及第二衬底的接合部。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述中介层的所述凹槽经布置以响应于将所述铟层压抵形成在所述第一衬底上的第二金层上而限制铟的侧向挤出。
19.一种方法，其包含：
布置从第一衬底延伸并且限定空腔的外围边界的中介层；
布置在第二衬底与所述中介层之间延伸的接合线结构；
沿所述接合线结构接合所述第一及第二衬底；以及
在所述中介层与所述第一衬底之间布置扩散屏障。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述扩散屏障经布置以阻止来自所述接合线结构的污染物接触由所述第一及第二衬底以及所述扩散屏障形成的所述空腔内的元件。
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