TW201436068A - 微機電裝置及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之一方法實施例包括提供一微機電晶圓，其包括一多晶矽層，具有一第一部分及一第二部分。一承載晶圓接合至微機電晶圓之第一表面，接合承載晶圓產生了一第一腔體。多晶矽層之第一部分的第一表面與環境壓力接觸。一頂蓋晶圓接合至微機電晶圓之第二表面，其相對於微機電晶圓之第一表面，接合頂蓋晶圓產生了包括多晶矽層之第二部分的一第二腔體以及一第三腔體。多晶矽層之第一部分的第二表面與第三腔體之壓力等級接觸。第一腔體或第三腔體與周圍環境接觸。

Description

微機電裝置及其形成方法
本發明係關於一種微機電裝置及其形成方法，且特別是關於一種用以偵測環境壓力之微機電裝置及其形成方法。
微機電系統(micro-electromechanical systems，MEMS)已日益流行，特別因為這些裝置可小型化並可與積體電路製程整合。然而，微機電裝置會將其特殊的需求也引入整合製程中。微機電裝置的電性內連接為一具有特殊挑戰的領域，特別是在將微機電壓力感測裝置與其它微機電裝置(例如，運動感測裝置)整合進同一積體電路製程時會帶來挑戰。
本發明一實施例提供一種微機電裝置之形成方法，包括：提供一微機電晶圓，其中形成微機電晶圓包括：於一微機電基板之一第一表面上形成一犧牲層；以及於犧牲層上形成一導電層，其中導電層具有一露出之第一部分及一第二部分；將具有一第一腔體之一承載晶圓接合至微機電晶圓，其中接合承載晶圓包括使第一腔體與導電層之第一部分對準；圖案化微機電基板；移除部分的犧牲層，以形成一第一微機電結構及一第二微機電結構，其中第一微機電結構對應於導電層之第 一部分；於微機電基板之一第二表面上形成一第一複數金屬接墊，其中第二表面相對於第一表面；提供一頂蓋晶圓，包括一第二複數金屬接墊及一第二腔體；藉由將第二複數金屬接墊接合至第一複數金屬接墊使頂蓋晶圓接合至微機電晶圓，其中接合頂蓋晶圓形成一第一密封腔體，其包括與導電層之第一部分對準之第二腔體及第一微機電結構，其中第二微機電結構設置於一第二密封腔體中導電層之第二部分與頂蓋晶圓之間；以及移除部分的承載晶圓，使第一腔體露出於環境壓力。
本發明另一實施例提供一種微機電裝置之形成方法，包括：提供一微機電晶圓，包括：一微機電基板；一第一氧化物剝離層，位於微機電基板上；以及一導電層，位於第一氧化物剝離層上，其中導電層包括一第一部分及一第二部分；將一承載晶圓接合至微機電晶圓之一第一表面，其中接合承載晶圓產生了一第一腔體，其中導電層之第一部分之一第一表面與第一腔體之一壓力等級接觸；提供對準於導電層之第二部分的一微機電結構，其中提供微機電結構包括圖案化微機電基板及移除部分的第一氧化物剝離層；將一頂蓋晶圓接合至微機電晶圓之一第二表面，微機電晶圓之第二表面相對於微機電晶圓之第一表面，其中接合頂蓋晶圓產生了：一第二腔體，包括導電層之第二部分及微機電結構；以及一第三腔體，其中導電層之第一部分之一第二表面與第三腔體之一壓力等級接觸；以及使第一腔體或第三腔體與一周圍環境接觸。
本發明又一實施例提供一種微機電裝置，包括：一微機電晶圓，包括一多晶矽層，其包括一第一部分及一第二 部分、以及分別對準於多晶矽層之第一部分及第二部分的一第一微機電結構及一第二微機電結構；一承載晶圓，接合至微機電晶圓之一第一表面，承載晶圓包括一第一腔體，其中多晶矽層之第一部分之一第一表面透過第一腔體與一環境壓力接觸；以及一頂蓋晶圓，接合至微機電晶圓之一第二表面，第二表面相對於微機電晶圓之第一表面，其中接合之頂蓋晶圓及微機電晶圓定義一第二腔體及一第三腔體，其中：第一微機電結構設置於第二腔體中；多晶矽層之第一部分之一第二表面與第二腔體之一密封壓力等級接觸；以及第二微機電結構及多晶矽層之第二部分設置於第三腔體中。
100、400、800‧‧‧微機電裝置
102、302、502、602‧‧‧基板
104、118、604‧‧‧氧化物剝離層/介電層/犧牲(氧化物)層
106‧‧‧開口(空孔)
124、124A、201、204‧‧‧開口
108‧‧‧凸塊開口
110、120‧‧‧介層開口
112‧‧‧多晶矽層/導電層
504‧‧‧介電層
112A‧‧‧多晶矽介層窗
112B‧‧‧多晶矽凸塊
114‧‧‧氧化物罩幕層
116、606‧‧‧蝕刻停止層
117‧‧‧剝離孔
122、610‧‧‧多晶矽薄層
122A‧‧‧介層窗部分
126、600‧‧‧微機電晶圓
126A、200A‧‧‧頂部表面
126B、200B‧‧‧底部表面
128‧‧‧區域
200、500‧‧‧承載晶圓
202、312、612、706、810‧‧‧接墊/接合材料層
206、208、614、616‧‧‧微機電結構
300、700‧‧‧頂蓋晶圓
304‧‧‧氧化層
306‧‧‧金屬線
306A、306B‧‧‧部分
308‧‧‧保形氧化層
310、704‧‧‧薄膜層
311‧‧‧接觸插塞
314、704A‧‧‧凸塊
316、408、410、702、710‧‧‧腔體/密封腔體
402‧‧‧開口/腔體
404、802‧‧‧壓力感測裝置
406、804‧‧‧裝置
506、508‧‧‧深腔體/開口
600A‧‧‧表面
608‧‧‧多晶矽層
617、618‧‧‧溝槽/洩漏路徑
619A、619C‧‧‧溝槽連接區域
619B‧‧‧介層窗區域
806‧‧‧輸入/輸出焊墊
T3‧‧‧厚度
第1A~1Z圖為依據本發明數實施例所作之製造微機電裝置之中間階段的剖面圖。
第2A~2I圖為依據本發明其它不同實施例所作之製造微機電裝置之中間階段的剖面圖。
第3圖為依據本發明數實施例所作之微機電晶圓之一部分的俯視圖。
第4A~4C圖為依據本發明其它不同實施例所作之微機電晶圓的各種剖面圖及俯視圖。
以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特 定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。
第1A~1Z圖繪示了製造微機電裝置100之一部分的中間階段的剖面圖，其具有壓力感測器404及另一裝置406(參照第1Z圖)。裝置406可為微機電運動感測器、陀螺儀(gyroscope)、加速計等等。將壓力感測器404及裝置406使用相同積體電路製程來製造，以在微機電裝置100中產生密封腔體(亦即，腔體408及410)及周圍環境開口(亦即，開口402)。因此，第1A~1Z圖所繪示之不同實施例可允許以習知積體電路製造技術製造微機電壓力感測裝置的順利整合。
如第1A圖所示，微機電裝置100包括基板102及介電層104，其可視為氧化物剝離層(oxide release layer)104。基板102可由矽或其它材料來形成，例如矽化鍺、碳化矽等等。基板102可由低電阻矽來形成。此外，基板102可為絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板，絕緣體上矽基板可包括一半導體材料層(例如，矽、鍺等等)形成於一絕緣層(例如，內埋氧化物)上，其形成於一矽基板上。此外，亦可使用其它基板，包括複層基板、漸變基板(gradient substrates)、混合晶向基板等等。
氧化物剝離層104可由低介電常數介電材料來形成，例如二氧化矽(SiO2)。可使用例如旋塗法、化學氣相沈積法(chemical vapor disposition，CVD)、電漿輔助化學氣相沈積法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、低壓化學氣相沈積法(low pressure CVD)、熱氧化法或本領域中已知的其它適當沈積技術來將氧化物剝離層 104沈積於基板102上。此外，可由不同適當材料來形成氧化物剝離層104，例如低介電常數介電質(如碳摻雜之氧化物)、極低介電常數介電質(如多孔碳摻雜之二氧化矽)、聚合物(如聚亞醯胺)或前述之組合等等。可在後續製程步驟中將氧化物剝離層104剝離(亦即，移除)以形成微機電結構。因此，氧化物剝離層104亦可視為犧牲(SAC)氧化物層104或犧牲層104。
第1B圖繪示了將氧化物剝離層104圖案化以包含開口106。這可以藉由例如使用微影及蝕刻技術之組合來完成。在第1C圖中，開口106之上部彼此接合，故密封之開口106現在可視為空孔106。可使用例如施加於氧化物剝離層104之上表面的氧化物沈積製程來使開口106彼此接合。例如，可於氧化物剝離層104上沈積額外氧化物材料以密封開口106之上部。可使用沈積製程來形成氧化物，例如化學氣相沈積法等等。更具體而言，藉由控制沈積製程，可以非保形(non-conformable)的方式來沈積氧化物剝離層104之材料。亦即，相較於沿著開口106之側壁及底部，氧化物剝離層104之材料會較快地累積於開口106之上部。此製程會使開口106之上部邊緣形成懸空物(overhang)，且隨著沈積製程的繼續，此懸空物會彼此合併並於複數接合處密封開口106而形成空孔106。
空孔106可包含於氧化物剝離層104中，以減少後續製程步驟中的剝離時間。亦即，內含的空孔106在氧化物剝離層104中會產生脆弱點，其減少了微機電結構的剝離時間。 此外，若剝離時間速度無需列入考量，或微機電裝置之其它設計已包括減少剝離時間的不同方法，則可省略第1B及1C圖所示之步驟。
在第1D及1E圖中，可將氧化物剝離層104圖案化來產生凸塊開口108及介層開口110。可藉由使用例如微影及蝕刻技術之組合來完成氧化物剝離層104的圖案化。可實施兩個獨立的微影步驟來產生凸塊開口108及介層開口110，例如可實施淺層蝕刻來產生凸塊開口108，並實施深層蝕刻來產生介層開口110。如第1D及1E圖所示，凸塊開口108並未延伸至基板102，而介層開口110則延伸至並露出基板102之一部分。此外，可將氧化物剝離層104薄化(未繪示)，直到得到所需厚度為止。可藉由使用適當技術例如研磨、拋光、及/或化學蝕刻來實施薄化製程。例如，可使用化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程來薄化氧化物剝離層104。依據不同實施例，氧化物剝離層104之厚度在約0.5μm至約5μm之範圍內。
在第1F圖中，可使用例如化學氣相沈積法將導電層112沈積於氧化物剝離層104上。導電層112可由多晶矽來製作，且以下可視為多晶矽層112。多晶矽層112填充介層開口110及凸塊開口108，分別形成多晶矽介層窗112A及多晶矽凸塊112B。可將形成的多晶矽介層窗112A用於電性佈線，亦可作為機械結構。例如在後續製程步驟中，多晶矽介層窗112A可用以作為氟化氫氣體(vapor HF)的蝕刻停止層。此外，在一些實施例中，多晶矽凸塊112B可用以作為機械凸塊來限制微機電裝置100中運動元件的運動，或可用以作為抗沾黏凸塊。在其 它實施例中，可由不同材料代替多晶矽來形成膜層112，例如矽化鍺、單晶矽(例如藉由使用絕緣體上矽作為起始材料)等等。需注意的是，雖然僅繪示了單一多晶矽層，發明所屬技術領域中具有通常知識者可知亦可使用複層多晶矽層。
可將氧化物罩幕層114形成並圖案化於多晶矽層112之一部分上。可由相似於氧化物剝離層104的材料及相似的方法來形成氧化物罩幕層114，且可使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化氧化物罩幕層114。氧化物罩幕層114係在後續製程步驟中作為保護多晶矽層112的關鍵部分。例如，在第1F圖中，氧化物罩幕層保護多晶矽層112之一部分，以確保適當的厚度控制及表面紋理。可將氧化物罩幕層114形成於需要這種控制之多晶矽層112的任何部分上。若表面紋理及厚度不重要，則可省略氧化物罩幕層114。
在第1G圖中，可使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化多晶矽層112。多晶矽層112的圖案化係用以產生微機電裝置400中不同裝置之複數部分。例如，第1G圖中多晶矽層112的圖案化可產生多晶矽層112的分隔部分，其分別用以作為運動感測器(或其他可用裝置)之底部電極以及壓力感測器之膜層。
在第1H圖中，可將蝕刻停止層116形成並圖案化於氧化物剝離層104及多晶矽層112上。可使用例如低壓化學氣相沈積法來沈積蝕刻停止層116，並可使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化蝕刻停止層116。可圖案化蝕刻停止層116以包含剝離孔117，並露出氧化物剝離層104與氧化物罩幕層114之部 分。剝離孔117在後續製程步驟中提供了移除部分的氧化物剝離層104部分的一種途徑。蝕刻停止層116可用以作為氟化氫氣體的蝕刻停止層，並可由低應力氮化物(low-stress nitride，LSN)來形成。然而，亦可使用其它材料，例如氮化鋁、氧化鋁、碳化矽或其它對氟化氫氣體具有化學耐受性之介電材料。
第1I圖繪示了另一氧化物剝離層118的形成及圖案化。氧化物剝離層118可使用與氧化物剝離層104實質相同之材料及實質相同之方法來形成。可將氧化物剝離層118及104之厚度設計為透過電容及/或後續微機電裝置100之可動元件與多晶矽層122之間的間隙(參照第1J圖)來控制寄生反饋(parasitic feedback)。氧化物剝離層118可為毯覆式沈積，隨後進行薄化處理(例如化學機械研磨或回蝕刻)以達到所需的平坦度及/或厚度。使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化氧化物剝離層118，以產生介層開口120。
第1J圖繪示了氧化物剝離層118上之多晶矽薄層122的形成。可使用適當技術(例如，化學氣相沈積法等等)於氧化物剝離層118上形成多晶矽薄層122。多晶矽薄層122沈積進入介層開口120，產生了連接至多晶矽層112之介層窗部分122A。多晶矽薄層122可作為電性佈線(例如使用介層窗部分122A)。多晶矽薄層122亦可在後續製程步驟中作為微機電裝置100之各種元件(例如基板102及多晶矽層112)的屏蔽。多晶矽薄層122亦可作為接合界面層。因此，亦可使用其它適當接合材料來代替多晶矽，例如矽、非晶矽、摻雜矽、前述之組合等等。
在第1K圖中，可蝕刻部分的多晶矽薄層122部分及氧化物剝離層118以產生開口124。這可以使用例如濕式及乾式蝕刻技術之組合來完成。需注意的是，開口124之一(即124A)露出多晶矽層112之區域128，多晶矽層112之區域128可作為已完成之微機電裝置100中壓力感測裝置的膜層(例如，參照第1Z圖之部件404)。在已完成之微機電裝置100中，開口124A可使此部分的多晶矽層112部分接觸某種壓力(例如，環境壓力或密封壓力，視微機電裝置100的設計而定)。多晶矽薄層122及氧化物剝離層118的蝕刻完成了微機電裝置100之微機電晶圓126。微機電晶圓126分別具有頂部及底部表面126A及126B。
在第1L圖中，將微機電晶圓126接合至承載晶圓200。第1M圖繪示了承載晶圓200更詳細的圖式。承載晶圓200可為實質相似於微機電晶圓126中基板102的基板。可使用例如利用蝕刻負載效應(etching loading effect)之蝕刻技術來圖案化承載晶圓200以包含開口201。承載晶圓200亦具有一個頂部及底部表面200A及200B。微機電晶圓126之頂部表面126A接合至承載晶圓200之頂部表面200A。
微機電晶圓126之開口124可對準於承載晶圓200之開口201。可使用任意適當技術來將微機電晶圓126接合至承載晶圓200，例如熔融接合(fusion bonding)、陽極接合、共晶接合等等。例如，在不同實施例中，可使用多晶矽薄層122作為接合界面，以將微機電晶圓126熔融接合至承載晶圓200。
此外，可將微機電晶圓126薄化至所需厚度T3。薄 化製程可包括在微機電晶圓126之表面126B(亦即，基板102)上實施研磨及化學機械研磨製程、回蝕刻製程或其他可用製程。此薄化製程的結果，微機電晶圓126可具有約5μm至約60μm之間的厚度。
在第1N圖中，可將導電接墊202形成並圖案化於基板102(亦即微機電晶圓126之底面126B)上。導電接墊202可由鋁銅合金來形成，且在後續製程步驟中可用於共晶接合。或者，亦可使用適用於共晶接合之不同導電材料，例如鍺、金、前述之組合等等。
在第1O圖中，可部分使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化部分的基板102，以形成開口204。基板102之剩餘的部分可形成為不同微機電結構(例如，微機電結構206及208)。微機電結構206可作為已完成之微機電裝置100中之壓力感測裝置的底部電極。可將微機電結構208圖案化以作為已完成之微機電裝置100中運動感測裝置的檢測質量體(proof mass)。或者，亦可將微機電結構208圖案化為其它微機電裝置之部分，例如一彈簧(例如，用於一陀螺儀)、一梳狀結構中之指狀串列(例如，用於一加速度計)等等。
第1P圖繪示了藉由氟化氫氣體蝕刻部份的氧化物剝離層104及118來剝離微機電結構206及208。這種蝕刻製程對於氧化物剝離層104及118與蝕刻停止層116、多晶矽層112、多晶矽薄層122及承載晶圓200之間具有高選擇性，使多晶矽層112及122、承載晶圓200與蝕刻停止層116在移除部分的氧化物剝離層104及118時不會受到明顯的攻擊。此外，多晶矽層112 (例如，介層窗112A)及蝕刻停止層116會在蝕刻製程時保護氧化物剝離層104及118之部分，這些受保護的區域可視為錨定區域(anchor regions)。此蝕刻製程允許微機電結構208之可動元件在至少一個軸向的自由活動。此外，可將微機電結構206設計為即使在經過氟化氫氣體製程後仍為固定且具有相對有限的運動範圍。需注意的是，氧化物剝離層要移除的部分視佈局設計而定。
第1Q~1V圖繪示了製造包含於已完成之微機電裝置100中的頂蓋晶圓300的各種中間步驟。頂蓋晶圓300可以是或可以不是半導體晶圓(例如，互補式金氧半晶圓)，其可具有或可不具有電路(未繪示)。特別是頂蓋晶圓300可包括各種主動裝置，例如電晶體、電容、電阻、二極體、光電二極體、熔絲等等。可將電路相互連接來執行適用於特定用途之一種或多種功能，其可關於或無關於微機電裝置100。第1Q圖將頂蓋晶圓300繪示為具有基板302、氧化層304及圖案化金屬線306。基板302及氧化層304可實質相似於微機電晶圓126中的基板102及氧化層104。金屬線306可由鋁銅合金來形成，且可用於電性佈線。此外，金屬線306可由其它適當金屬材料來形成。
在第1R圖中，將保形氧化層308形成於金屬線306上。可使用任意適當技術來沈積保形氧化層308，例如化學氣相沈積法等等，且其可為低介電常數介電材料。保形氧化層308的形成可包括研磨製程(例如，化學機械研磨法)，以達到所需的形貌及厚度。可使用適當技術(例如，化學氣相沈積法)來將薄膜層310沈積於保形氧化層308上。在一些實施例中，薄 膜層310可由氮化矽來形成，且可用以作為鈍化保護層。或者，薄膜層310可由介電材料(例如，氧化物)、金屬、前述之組合等等來形成。在後續製程步驟中，可將薄膜層310之部分圖案化，以產生頂蓋晶圓300中的機械凸塊。
第1S圖繪示了將接觸插塞311插入至頂蓋晶圓300。接觸插塞311可由鎢來形成，但亦可使用其它金屬材料，例如鋁或銅。可藉由例如圖案化薄膜層310及保形氧化物層308使金屬線306露出來形成接觸插塞311。可將金屬材料(例如鎢)沈積於圖案化之開口中，且可使用化學機械研磨技術使接觸插塞311之頂部表面與薄膜層310之頂部表面切齊。可將接觸插塞311電性連接至金屬線306。
在第1T圖中，將接合材料層312(或可視為接墊312)形成於薄膜層310之頂部表面上。可使用例如物理氣相沈積法(physical vapor deposition，PVD)及微影/蝕刻來毯覆式沈積接合材料層312並圖案化。接合材料層312可由一鍺層下方之一鋁銅合金層來製造，但亦可使用其它金屬材料，例如金。接合材料層312可在後續接合製程中作為共晶接合材料。接合材料層312可藉由或可不藉由接觸插塞311電性連接至金屬線306。
在第1U圖中，對部分的薄膜層310實施淺層蝕刻。可淺層蝕刻部分的薄膜層310，以促進後續製程步驟中露出部分的金屬線306。此外，薄膜層310的蝕刻可形成凸塊314，凸塊314可提供多種用途，例如在一實施例中，凸塊314可為用以限制微機電裝置100中可動元件之運動的機械凸塊。凸塊314亦 可作為抗沾黏凸塊。
在第1V圖中，於頂蓋晶圓300中形成腔體316。腔體316可作為微機電裝置100中壓力感測裝置的密封腔體。腔體316的形成可包括習知蝕刻技術。
第1W圖繪示了堆疊之微機電裝置100，其中頂蓋晶圓300堆疊於微機電晶圓126及承載晶圓200上。可藉由接墊202與接墊312之間的共晶接合來將頂蓋晶圓300接合至微機電晶圓126。如第1W圖所示，透過共晶接合製程，可動元件(例如，微機電結構206及208)可位於多晶矽層112與頂蓋晶圓300之間。此外，頂蓋晶圓300及微機電晶圓126彼此對準，使腔體316及凸塊314分別對準於微機電結構206及微機電結構208。微機電結構206及208設置於由共晶接合所定義之密封腔體中。亦即，在部分的微機電裝置100的俯視圖(參照第3圖)中，接墊202與312之間所形成的共晶接合中至少一部分會形成閉鎖圓環，將微機電結構206及208密封於封閉腔體中。
在第1X圖中，實施研磨製程以移除部分的微機電晶圓126及承載晶圓200。此研磨亦可視為將部分的頂蓋晶圓300之部分露出的一開墊研磨(open pad grinding，OPG)，且可使用習知研磨技術來完成。可藉由承載晶圓200之開口201來促進開墊研磨(參照第1W圖)。亦即，可藉由移除承載晶圓200之一小部分(其由開口201的位置來定義)來輕易移除部分的微機電晶圓126及承載晶圓200。在第1Y圖中，亦可移除(例如，使用乾蝕刻)部分的薄膜層310及保形氧化層308，以露出部分的金屬線306。這些金屬線306之露出部分(亦即，部分306A 及306B)可作為輸入/輸出接墊，以使頂蓋晶圓300之電路電性連接至外部電路(未繪示)。
在第1Z圖中，移除部分的承載晶圓200之以將腔體402與環境壓力接觸。亦即，腔體402與開放的空氣環境接觸。移除部分的承載晶圓200可包括例如化學機械研磨、回蝕刻等習知蝕刻技術。
第1Z圖為依據本發明不同實施例所繪示之已完成的微機電裝置100。微機電裝置100包括壓力感測裝置404及裝置406。壓力感測裝置404包括一膜層(亦即，多晶矽層112之區域128)及一電極(亦即，微機電結構206)。膜層在一表面上與環境壓力接觸(例如，透過腔體402)，在另一表面上與密封壓力接觸(例如，透過密封腔體408)。可藉由微機電晶圓126及頂蓋晶圓300之間的共晶接合製程條件來定義密封腔體408之壓力。例如，可在具有某壓力等級之腔室中實施共晶接合製程，以定義密封腔體408及410(詳述如下)的適當壓力等級。因此，壓力感測裝置404可藉由比較腔體402與密封腔體408之間的差異來偵測環境。
裝置406可為運動感測器(亦即，微機電結構208)，其允許透過具有由共晶接合所定義之壓力的密封腔體410中之一電極(例如，多晶矽層112之部分)上設置的檢測質量體來偵測運動。此外，裝置406可為加速計、陀螺儀等等。可依據裝置406所需之功能來選擇密封腔體410之壓力。例如，對加速計而言，密封腔體410可具有約100mbar至約700mbar之間的壓力，對陀螺儀而言，在約10-4mbar至約10mbar等等。 因此，藉由使用繪示於第1A~1Z圖中的各種形成步驟，可使用相同的微機電製造製程來形成壓力感測裝置及其它微機電裝置。
第2A~2I圖為依據其它實施例所繪示之製造微機電裝置的各種階段的剖面圖。
在第2A圖中，繪示了承載晶圓500之剖面圖。承載晶圓500包括基板502及介電層504。基板502可為矽基板，而介電層504可為藉由在承載晶圓500上實施熱氧化法所形成之熱氧化層。可使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化介電層504。
在第2B圖中，使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化部分的基板502及介電層504。
在第2C圖中，使用介電層504作為罩幕來形成深腔體506及508。可使用例如深反應性離子蝕刻(deep-reactive-ion etching，DRIE)製程將深腔體506及508形成於基板502上。或者，若在微機電裝置之設計中不需要深腔體，則可省略介電層504及深蝕刻步驟，且可使用其它技術(例如微影技術)來圖案化及蝕刻基板502。
第2D圖繪示了將承載晶圓500接合至微機電晶圓600。可使用習知接合技術來將承載晶圓500接合至微機電晶圓600，例如熔融接合等等。微機電晶圓600可實質相似於微機電晶圓126，且可使用實質相似之製程步驟來形成。具體而言，微機電晶圓600包括基板602、氧化物剝離層604、蝕刻停止層606、多晶矽層608及多晶矽薄層610。因此，為簡明起見，省略對微機電晶圓600之形成的延伸敘述。然而，微機電晶圓600 包括在氧化物剝離層604之區域619B中的溝槽617，其可由微機電晶圓600之俯視圖中輕易看見(參照第4A圖所繪示之微機電晶圓600的剖面圖及對應之俯視圖)。正如後續段落中更詳細的解釋內容所述，在已完成之微機電裝置800中，溝槽617有助於形成洩漏途徑至周圍環境。需注意的是，可將多晶矽層608(繪示於第4A圖之微機電晶圓600俯視圖中)圖案化以避免妨礙溝槽617。
可將多晶矽薄層610作為接合層來將微機電晶圓600接合至承載晶圓500。此外，多晶矽層608包括部分608A，其對準並露出於深腔體508。在已完成之微機電裝置中，多晶矽層608之部分608A可作為壓力感測裝置之膜層。
在第2E圖中，將導電接墊612形成並圖案化於基板602上(亦即，微機電晶圓600之表面600A)。導電接墊612可由鋁銅合金來形成，且可在後續製程步驟中用於共晶接合。或者，亦可使用其它適用於共晶接合之不同導電材料，例如鍺、金、前述之組合等等。
在第2F圖中，可使用例如微影及蝕刻之組合來圖案化部分的基板602。剩餘基板602之部分可形成不同微機電結構(例如，第2G圖之結構614及616)。
第2G圖繪示了藉由氟化氫氣體蝕刻部分的氧化物剝離層604來剝離微機電結構614及616。這種蝕刻製程在氧化物剝離層604與蝕刻停止層606、多晶矽層608、多晶矽薄層610及承載晶圓500之間的高選擇性，使多晶矽層608及610、承載晶圓500及蝕刻停止層606在移除部分的氧化物剝離層604時不 會受到明顯的攻擊。此外，多晶矽層608在蝕刻製程時可保護氧化物剝離層604之部分，這些受保護之區域可視為錨定區域。此蝕刻製程允許微機電結構614之可動元件在至少一個軸向的自由活動。此外，可將微機電結構616設計為即使經過氟化氫氣體製程後仍相對穩定。需注意的是，需移除之氧化物剝離層視佈局設計而定。
此外，第2G圖繪示了因氟化氫氣體製程而形成之至環境壓力的洩漏路徑618。可藉由例如在微機電晶圓600(參照第4A圖)之形成/設計中包含介層窗區域619B的溝槽連接區域619A及619C來形成洩漏途徑618。亦即，溝槽可包含於基板602與多晶矽層608之間的區域619B中，其不會受到多晶矽層608的阻礙。在氟化氫氣體製程之後，可形成允許空氣在區域619A與619C之間自由流動的洩漏途徑618(參照第4B圖繪示之微機電晶圓600在氟化氫氣體製程後的剖面圖及對應之俯視圖)。洩漏途徑618可相似於微機電裝置100中開口402而作用。
第2H圖繪示了將微機電晶圓600(接合至承載晶圓500)共晶接合至頂蓋晶圓700。頂蓋晶圓700包括薄膜層704(具有凸塊704A)、腔體702及金屬接墊706。頂蓋晶圓700實質相似於微機電裝置100中之頂蓋晶圓300，且可使用實質相似於頂蓋晶圓300之製程步驟來形成頂蓋晶圓700。因此，為簡明起見，不詳述形成頂蓋晶圓700之製程步驟。接墊706共晶接合至微機電晶圓600之接墊612。腔體702及凸塊704A對準於部分608A(亦即，壓力感測器膜層)與微機電結構614(亦即，另一裝置之可動元件)。參照第4C圖，特定接墊706及612形成封 閉迴路，產生了由共晶接合所定義之密封腔體702及710。然而，其他特定接墊706及612不形成封閉迴路，且可包含於電性連接中。
第2I圖繪示了具有壓力感測裝置802及裝置804(例如，運動感測裝置、加速計、陀螺儀等等)之已完成的微機電裝置800。在第2I圖中，對微機電裝置800實施研磨以露出輸入/輸出焊墊806。可藉由包含承載晶圓500中開口506(參照第2H圖)來促進研磨。
壓力感測裝置802包括多晶矽膜層(多晶矽層608之部分608A)，其在一表面上露出於環境壓力，在另一表面上露出於密封壓力。腔體508可作為例如藉由微機電晶圓600對承載晶圓500之熔融接合製程所定義之密閉壓力腔室。腔體702作為環境壓力腔室，其中至環境壓力的洩漏途徑以例如箭頭618標示。由於特定共晶接墊(例如，接墊810)並不會密封腔體702(亦即，參照第4C圖)，腔體702可藉由洩漏路徑618與環境壓力接觸。裝置804包括設置於頂蓋晶圓700與多晶矽層608之間的密封腔體710中的微機電結構614。多晶矽層608可作為裝置804之底部電極。此外，可藉由共晶接合製程來定義腔體710之壓力等級，且可依據裝置804所需功能來選擇。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。舉例來說，任何所屬技術領域中具有通常知識者可輕易理解此處所述的許多特徵、功能、製程及材料可在本發明的範圍內作更動。
再者，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大體相同功能或獲得大體相同結果皆可使用於本發明中。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。
100‧‧‧微機電裝置
112‧‧‧多晶矽層/導電層
126‧‧‧微機電晶圓
128‧‧‧區域
200‧‧‧承載晶圓
208‧‧‧微機電結構
300‧‧‧頂蓋晶圓
402‧‧‧開口/腔體
404‧‧‧壓力感測裝置
406‧‧‧裝置
408、410‧‧‧腔體/密封腔體

Claims (10)

  1. 一種微機電裝置之形成方法，包括：提供一微機電晶圓，其中形成該微機電晶圓包括：於一微機電基板之一第一表面上形成一犧牲層；於該犧牲層上形成一導電層，其中該導電層具有一露出之第一部分及一第二部分；將具有一第一腔體之一承載晶圓接合至該微機電晶圓，其中接合該承載晶圓包括使該第一腔體與該導電層之該第一部分對準；圖案化該微機電基板；移除部分的該犧牲層，以形成一第一微機電結構及一第二微機電結構，其中該第一微機電結構對應於該導電層之該第一部分；於該微機電基板之一第二表面上形成一第一複數金屬接墊，其中該第二表面相對於該第一表面；提供一頂蓋晶圓，包括一第二複數金屬接墊及一第二腔體；藉由將該第二複數金屬接墊接合至該第一複數金屬接墊使該頂蓋晶圓接合至該微機電晶圓，其中接合該頂蓋晶圓形成一第一密封腔體，其包括與該導電層之該第一部分對準之該第二腔體及該第一微機電結構，其中該第二微機電結構在一第二密封腔體中設置於該導電層之該第二部分與該頂蓋晶圓之間；以及移除部分的該承載晶圓，使該第一腔體與環境壓力接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電裝置之形成方法，其中 使該頂蓋晶圓接合至該微機電晶圓包括一共晶接合製程，其中藉由該共晶接合製程來定義該第一密封腔體及該第二密封腔體的一壓力等級。
  3. 一種微機電裝置之形成方法，包括：提供一微機電晶圓，包括：一微機電基板；一第一氧化物剝離層，位於該微機電基板上；一導電層，位於該第一氧化物剝離層上，其中該導電層包括一第一部分及一第二部分；將一承載晶圓接合至該微機電晶圓之一第一表面，其中接合該承載晶圓產生了一第一腔體，其中該導電層之該第一部分之一第一表面與該第一腔體之一壓力等級接觸；提供對準於該導電層之該第二部分的一微機電結構，其中提供該微機電結構包括圖案化該微機電基板及移除部分的該第一氧化物剝離層；以及將一頂蓋晶圓接合至該微機電晶圓之一第二表面，該微機電晶圓之該第二表面相對於該微機電晶圓之該第一表面，其中接合該頂蓋晶圓產生了：一第二腔體，包括該導電層之該第二部分及該微機電結構；一第三腔體，其中該導電層之該第一部分之一第二表面與該第三腔體之一壓力等級接觸；以及使該第一腔體或該第三腔體與一周圍環境接觸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之微機電裝置之形成方法，其中藉由該頂蓋晶圓與該微機電晶圓之間的一接合製程來定義 該第二腔體之該壓力等級。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之微機電裝置之形成方法，其中使該第一腔體或該第三腔體與該周圍環境接觸包括於該承載晶圓中形成一開口以將該第一腔體與該周圍環境接觸。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之微機電裝置之形成方法，其中藉由該承載晶圓與該微機電晶圓之間的一接合製程來定義該第一腔體之該壓力等級，其中使該第一腔體或該第三腔體與該周圍環境接觸包括以該微機電晶圓中之一洩漏途徑使該第三腔體與該周圍環境接觸。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之微機電裝置之形成方法，其中將該頂蓋晶圓接合至該微機電晶圓之該第二表面包括該微機電晶圓之該第二表面上之一第一複數接墊與該頂蓋晶圓之一表面上之一第二複數接墊之間的一共晶接合製程，且該微機電裝置之形成方法更包括提供該頂蓋晶圓，其中提供該頂蓋晶圓包括：提供具有一金屬線之一半導體晶圓；於該金屬線上形成一保形氧化層；於該保形氧化層上形成一薄膜層；以及於該薄膜層上形成該第二複數接墊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之微機電裝置之形成方法，更包括移除部分的該薄膜層及該保形氧化物層以露出該金屬線之一部分，其中該金屬線之該露出部分作為一輸入/輸出焊墊。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之微機電裝置之形成方法，其中 提供該微機電晶圓更包括依據一壓力感測器之一膜層來形成該導電層之該第一部分。
  10. 一種微機電裝置，包括：一微機電晶圓，包括一多晶矽層，其包括一第一部分及一第二部分、以及分別對準於該多晶矽層之該第一部分及該第二部分的一第一微機電結構及一第二微機電結構；一承載晶圓，接合至該微機電晶圓之一第一表面，該承載晶圓包括一第一腔體，其中該多晶矽層之該第一部分之一第一表面透過該第一腔體與一環境壓力接觸；以及一頂蓋晶圓，接合至該微機電晶圓之一第二表面，該第二表面相對於該微機電晶圓之該第一表面，其中接合之該頂蓋晶圓及該微機電晶圓定義一第二腔體及一第三腔體，其中：該第一微機電結構設置於該第二腔體中；該多晶矽層之該第一部分之一第二表面與該第二腔體之一密封壓力等級接觸；以及該第二微機電結構及該多晶矽層之該第二部分設置於該第三腔體中。
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