TWI784274B - 半導體結構及其製造方法 - Google Patents

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TWI784274B TW109117534A TW109117534A TWI784274B TW I784274 B TWI784274 B TW I784274B TW 109117534 A TW109117534 A TW 109117534A TW 109117534 A TW109117534 A TW 109117534A TW I784274 B TWI784274 B TW I784274B
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Abstract

本揭露提供一種微機電系統(MEMS)結構，其包含：一裝置基板，其具有一第一區及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其經接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一鈍化層，其在該第一腔中；一釋氣材料，其在該鈍化層上方，其中該釋氣材料包括一頂表面及經暴露至該第一腔之一側壁。

Description

半導體結構及其製造方法
本發明實施例係有關半導體結構及其製造方法。
微機電系統(MEMS)係指展現機械特性(諸如具有能夠移動或變形之構件)之一類裝置。一MEMS裝置可包含用於感測之機械元件及/或電子器件。
微機電系統裝置(諸如壓力感測器、陀螺儀、加速度計、位置感測器等)係廣泛用於許多現代電子裝置中。例如，MEMS加速度計通常可在行動裝置、汽車(例如，在安全氣囊部署系統中)、平板電腦或消費性裝置中找到。
本發明的實施例係關於一種微機電系統(MEMS)結構，其包括：一裝置基板，其具有一第一區及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一鈍化層，其在該第一腔中；一釋氣材料，其在該鈍化層上方，其中該釋氣材料包括一頂表面及暴露至該第一腔之一側壁。
本發明的實施例係關於一種微機電系統(MEMS)結構，其包括：一裝置基板，其具有一第一區及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一鈍化層，其在該第一腔中；一釋氣材料，其在該鈍化層中，其中該釋氣材料包括一溝槽，該溝槽之一深度大於該釋氣材料之一厚度之約10%。
本發明的實施例係關於一種用於製造一半導體結構之方法，其包括：提供一裝置基板，其中該裝置基板包括一第一區及不同於該第一區之一第二區；在該第一區中形成一釋氣材料；部分移除該釋氣材料之一部分以暴露該釋氣材料之一側壁；及將該裝置基板接合至一罩蓋基板以在該第一區中形成一第一腔且在該第二區中形成一第二腔。
以下揭露內容提供用於實施所提供之標的物之不同特徵之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不旨在限制。例如，在下列描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件與該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的，且本身不指定所論述之各項實施例及/或組態之間的一關係。
此外，為便於描述，可在本文中使用諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」及類似者之空間相對術語來描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中所繪示。空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且本文中使用之空間相對描述詞同樣可相應地解釋。
儘管闡述本揭露之寬廣範疇之數字範圍及參數係近似值，然特定實例中所闡述之數值係儘可能精確地報告。然而，任何數值本質上含有必然由各自測試量測中發現之標準偏差所引起之特定誤差。又，如本文中所使用，術語「實質上」、「近似」或「大約」一般意謂在一般技術者可預期之一值或範圍內。替代性地，在由一般技術者考量時，術語「實質上」、「近似」或「大約」意謂在平均值之一可接受標準誤差內。一般技術者可理解，該可接受標準誤差可根據不同技術改變。除了在操作/工作實例中，或除非另有明確指定，否則所有數字範圍、量、值及百分比(諸如用於本文中所揭露之材料數量、持續時間、溫度、操作條件、量之比率及其類似者之該等數字範圍、量、值及百分比)應被理解為在所有例項中藉由術語「實質上」、「近似」或「大約」修飾。因此，除非有相反說明，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中所闡述之數字參數係可視需要改變之近似值。至少，各數字參數應至少鑑於所報告之有效數字之數目及藉由應用普通捨入技術而解釋。範圍在本文中可表達為自一端點至另一端點或介於兩個端點之間。除非另有指定，否則本文中所揭露之所有範圍包含端點。
微機電系統(MEMS)裝置被廣泛使用，舉例而言，壓力感測器係用於偵測壓力，且運動感測器係用於消費性電子器件(諸如智慧型電話、平板電腦、遊戲控制台、智慧型TV及汽車碰撞偵測系統)中之運動啟動之使用者介面。在最近幾代MEMS積體電路中，為使一晶片能夠具有多種功能，多個MEMS裝置可整合至一個整合式晶片中。明確言之，為捕獲三維空間內之更精確及完整之移動，運動感測器通常組合利用一加速度計及一陀螺儀。為滿足消費者對低成本、高品質及小裝置佔用面積之需求，可將加速度計及陀螺儀併入至一相同晶片中。
然而，不同MEMS裝置通常在不同腔壓力下操作。例如，在一陀螺儀裝置之情況中，需要一相對較低腔壓力(即，一較高真空位準)，因為其可提供轉換至信號之位移之一較佳量測。相反地，在一加速度計裝置之情況中，需要一相對較高腔壓力，因為可利用空氣阻尼來改良加速度計中之可移動組件(諸如保證質量)之可靠性。因此，MEMS裝置通常需要保持於一受控壓力位準(其實現裝置之最佳化操作)下之一密封腔室。取決於裝置類型，各裝置之壓力位準可在真空(例如，0.001毫巴或甚至更低)至一特定程度之壓力之範圍內。為在一裝置之一腔中達成一所需參考壓力，可執行密封技術以密封該腔。此外，為增加需要一較高腔壓力之腔中之壓力，可將一釋氣材料併入至預定腔中以個別地增加預定腔中之腔壓力。
然而，形成具有需要不同腔壓力之若干腔之一MEMS結構之挑戰係需要較高腔壓力之裝置之效能。例如，選定腔中之釋氣材料可能不會產生足夠釋氣氣體。當MEMS加速度計之腔壓力太低時，感測其運動及/或可靠性之效能可能會劣化。在相同整合式晶片上整合需要較高腔壓力之(若干)裝置及需要較高真空位準之(若干)裝置係艱巨的。
本揭露提供一種MEMS結構及一種用於製造一MEMS結構以改良選定腔中之釋氣材料之釋氣能力以便增加選定腔中之腔壓力的方法。可實現在一整合式晶片上整合具有不同腔壓力要求之不同裝置。
參考圖1，圖1係根據本揭露之一些實施例之一微機電系統結構之一剖面圖。一MEMS結構100至少包含一裝置基板101、一罩蓋基板309及一釋氣材料105。裝置基板101包含一第一區R1及不同於第一區R1之一第二區R2。在一些實施例中，裝置基板101進一步包含在其頂表面處之金屬間介電質(IMD)材料。罩蓋基板309經接合至裝置基板101，藉此在裝置基板101與罩蓋基板309之間具有一第一腔C1及一第二腔C2，其中第一腔C1係在第一區R1中，且第二腔C2係在第二區R2中。第一腔C1具有一第一腔壓力，且第二腔C2具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力。
本揭露中之接合可被稱為附接基板之方法，包含(但不限於)共晶接合(例如，CuSn、AlGe、AuSi)、熔融接合、熱壓縮或任何其他合適晶圓級接合。在一些實施例中，複數個頂部金屬線201係在裝置基板101與罩蓋基板309之間的接合區域處，其中頂部金屬線201包含導電材料，諸如鋁銅、鋁、銅、錫、金、其等之組合，或適於接合之其他金屬或金屬合金。在一些實施例中，MEMS結構100可進一步包含在頂部金屬線201上方並不直接介於裝置基板101與罩蓋基板309之間的鈦層202 (其並不在接合區域處)。在一些實施例中，鈦層202可視需要包含氮氧化矽(SiON)層。在一些其他實施例中，鈦層202可視需要由氮化鈦(TiN)層取代。
一裝置基板可係指具有電路、半導體裝置及/或半導體結構(諸如加速度計、陀螺儀、氣壓計、磁力計、位置感測器等等)之基板。例如，MEMS結構100可包含加速度計與陀螺儀之一組合，且此MEMS結構100可併入於6軸裝置中。然而，本揭露並不限於此，例如，此MEMS結構100亦可併入於7軸裝置、9軸裝置或類似者中。例如，一加速度計經放置於第一區R1中且一陀螺儀經放置於第二區R2中，且第二腔壓力低於第一腔壓力。在一些實施例中，第二腔壓力處於一高真空位準。在一些實施例中，加速度計可包含在第一腔C1中之一可移動組件323，例如，可移動組件323可為限制於第一腔C1中之一保證質量，其中可移動組件323在第一腔C1內之移動係用於量測加速度。
MEMS結構100可包含在第一區R1及第二區R2中之一鈍化層111。在一些實施例中，鈍化層111可包含多個層，例如，在裝置基板101上方且包圍一些頂部金屬線201之一第一鈍化層102、在第一鈍化層102上方之一第二鈍化層103及在第二鈍化層103上方之一第三鈍化層104。在一些實施例中，第一鈍化層102包含電漿輔助氧化物(PEOX)，第二鈍化層103可包含富矽氧化物，第三鈍化層104包含氮化矽(SiN)，但本揭露並不限於此。在一些其他替代實施例中，鈍化層111可包含一種材料。在一些其他替代實施例中，鈍化層111可包含複數個鈍化材料之其他組合。
MEMS結構100可包含在第一腔C1中之一釋氣區Z1及一第一重佈線區Z2，以及在第二腔C2中之一第二重佈線區Z2'。一釋氣阻障層121經形成於第一重佈線區Z2及第二重佈線區Z2'中在鈍化層111上方。在一些實施例中，釋氣阻障層121可包含氮化矽(SiN)或類似者。一溝槽T1及一溝槽T2分別穿透第一重佈線區Z2及第二重佈線區Z2'中之鈍化層111及釋氣阻障層121。一重佈線層120可由第一重佈線區Z2中之溝槽T1及第二重佈線區Z2'中之溝槽T2之一側壁直接接觸及包圍，其中重佈線層120包含一或多個導電材料(諸如金屬)。例如，重佈線層120可包含在釋氣阻障層121上方且與第一溝槽T1及第二溝槽T2之側壁直接接觸之一第一層122，及在第一層122上方之一第二層123。在一些實施例中，第一層122包含鈦。在一些實施例中，第二層包含氮化鈦。在一些實施例中，MEMS結構100可視需要進一步包含其他半導體結構(諸如鰭片或鈍化結構)。在一些實施例中，此等半導體結構可包含鈍化層111 (如先前所論述，在一些實施例中，其可包含在裝置基板101上方之第一鈍化層102、在第一鈍化層102上方之第二鈍化層103及在第二鈍化層103上方之第三鈍化層104)，及罩蓋於鈍化層111之一頂表面上方之釋氣阻障層121。此等半導體結構之位置可在第一腔C1及第二腔C2之外部，或替代性地在第一腔C1及第二腔C2之一者中。
MEMS結構100至少包含鈍化層111及在釋氣區Z1中鈍化層111上方之一釋氣材料105。釋氣材料105包含能夠在經歷用於接合裝置基板101與罩蓋基板309 (此將在圖15中論述)之一溫度之後產生大量釋氣氣體之一材料。例如，可藉由利用釋氣材料105使在約0.001 mbar至約2 mbar之一範圍內之一腔壓力增加至在約10 mbar至約300 mbar之一範圍內，此在本揭露中可被視為「產生大量釋氣氣體」之一結果。應理解，在用於Cu-Sn、Al-Sn或Au-Sn之一第一類型共晶接合溫度(例如，約攝氏260度)下產生釋氣氣體之速率低於在用於Al-Ge之一第二類型共晶接合溫度(例如，約攝氏420度)之溫度下之速率。本揭露中將採用之釋氣材料105可取決於在接合裝置基板101與罩蓋基板309之操作中所使用之共晶接合溫度。
釋氣材料105可包含高密度電漿氧化物(HDP氧化物，諸如藉由一高密度電漿工具形成之氧化矽)、電漿輔助氧化物、聚合物、多晶矽、非晶矽、聚醯亞胺、有機化合物、氧化物化合物、聚(對二甲苯)衍生物或其他合適釋氣介電材料。在一些實施例中，取決於材料之類型，釋氣氣體可包含氫氣(H2 )、氬氣(Ar)及/或自上述釋氣材料105產生之其他類型之氣體。本揭露中之接合可被稱為附接基板之方法，包含(但不限於)共晶接合(例如，CuSn、AlGe、AuSi)、熔融接合、熱壓縮或任何其他合適晶圓級接合。例如，在CuSi接合之一操作期間，MEMS結構100可經加熱至約200o C至約300o C；在AlGe共晶接合之一操作期間，MEMS結構100可經加熱至約420o C至約440o C；在AuSi接合之一操作期間，MEMS結構100可經加熱至約360o C至約380o C。因此，可基於裝置基板101與罩蓋基板309之一接合操作之要求溫度來調整對釋氣材料105之類型之選擇。
MEMS結構100可視需要進一步包含由鈍化層111包圍且在釋氣材料105下面之一頂部金屬線201。在一些實施例中，MEMS結構100可進一步包含在此頂部金屬線201上方之鈦層202 (或氮化鈦層)。在一些實施例中，鈦層202可視需要包含氮氧化矽(SiON)層。在一些實施例中，釋氣材料105之一頂表面S105可朝向裝置基板101內凹。在一些實施例中，釋氣材料105之頂表面S105與鈦層202之一頂表面或在釋氣材料105正下方之頂部金屬線201之間之一厚度H係在約0.5 μm與約10 μm之一範圍內。在一些實例中，釋氣材料105與鈦層202之間的鈍化層111係約3400埃。在一些實施例中，釋氣材料105之一寬度係在約10 μm至約2,000 μm之一範圍內，此可在釋氣操作期間提供足夠量之釋氣氣體，同時符合裝置最小化趨勢。在一些實施例中，鈍化層111具有自一頂表面凹陷之一凹槽，且釋氣材料105經填充於鈍化層111之凹槽中，且自鈍化層111暴露至第一腔C1。換言之，鈍化層111具有一內側壁S111，且釋氣材料105係由鈍化層111之內側壁S111橫向包圍。在一些實施例中，凹槽之底表面係在第一鈍化層102之頂表面下方。此外，在一些實施例中，釋氣材料105之一內側壁經暴露至第一腔C1，如隨後將在圖2A至圖2F中論述釋氣材料105之各種不同實施例。在一些實施例中，此結構源於在製造操作期間部分移除釋氣材料105，其中經部分移除之釋氣材料105相較於未經部分移除可具有經暴露至腔C1之一更大總表面區域。
參考圖2A，圖2A係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分之一透視圖。在一些實施例中，釋氣材料105之複數個區塊係彼此分離。釋氣材料105之兩個區塊之間之空間SP之一深度d係與釋氣材料105之一厚度X相同(即，d = 1.0 * X)，且凹槽之一底表面RB經暴露至第一腔C1。換言之，鈍化層111之一表面(或在一些實施例中明確言之，第一鈍化層102之一表面)係自釋氣材料105暴露至第一腔C1。此外，釋氣材料105之一側壁SW經暴露至第一腔C1。在一些實施例中，釋氣材料105之各區塊之間之一間距a可係在約0.1 μm至約20 μm之一範圍內。在一些實施例中，釋氣材料105之各區塊之一寬度b可係在約0.1 μm至約20 μm之一範圍內。在一些實施例中，釋氣材料105之各區塊之一長度c可係在約0.1 μm至約20 μm之一範圍內。釋氣材料105之一厚度X (以及圖2A之實施例中之空間SP之一深度d)係大於或等於0.1 μm。在一些實施例中，釋氣材料105之厚度X係小於或等於10 μm。應注意，釋氣材料105之側壁SW並不限於垂直側壁，即，本揭露中亦包含傾斜側壁或彎曲側壁。
參考圖2B，圖2B係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分之一透視圖。替代性地，釋氣材料105之兩個區塊之間之空間SP之一深度d係小於釋氣材料105之一厚度X。在一些實施例中，深度d係在厚度X之約0.1倍至高達厚度X之1.0倍之一範圍內，且釋氣材料105之一側壁SW經暴露至第一腔C1。換言之，釋氣材料105具有介於釋氣材料105之頂表面S105與凹槽之底表面RB之間之一下表面L105，其中下表面L105經暴露至第一腔C1。此外，釋氣材料105之複數個區塊係由釋氣材料105之一下部分105'連接，且鈍化層111並未自釋氣材料105暴露。在本文中，釋氣材料105之各區塊之間之一間距a、各區塊之一寬度b及各區塊之一長度c係類似於圖2A之實施例，因此省略重複描述。在一些實施例中，當深度d係大於厚度X之0.1倍(或在一些替代實施例中大於0.1 μm)時，實質上增加在一高溫下處理之一時間間隔期間由釋氣材料105產生之釋氣氣體的量。
參考圖2C，圖2C係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。替代性地，在一些實施例中，釋氣材料105之複數個區塊係彼此分離。釋氣材料105之兩個區塊之間的空間SP之一深度d係與釋氣材料105之一厚度X相同(即，d = 1.0 * X)，且凹槽之一底表面RB經暴露至第一腔C1。換言之，鈍化層111之一表面(或在一些實施例中明確言之，第一鈍化層102之一表面)係自釋氣材料105暴露至第一腔C1。此外，釋氣材料105之一側壁SW經暴露至第一腔C1。在本文中，釋氣材料105之各區塊之間的一間距a、各區塊之一寬度b及各區塊之一長度c係類似於圖2A之實施例，因此省略重複描述。釋氣材料105之各區塊之一長度c可在約0.1 μm至釋氣材料105之一寬度W (展示於圖1中)之一範圍內。
參考圖2D，圖2D係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。替代性地，釋氣材料105之兩個區塊之間的空間SP之一深度d係小於釋氣材料105之一厚度X。在一些實施例中，深度d係在厚度X之約0.1倍至高達厚度X之1.0倍之一範圍內，且釋氣材料105之一側壁SW經暴露至第一腔C1。換言之，釋氣材料105具有介於釋氣材料105之頂表面S105與凹槽之底表面RB之間的一下表面L105，其中下表面L105經暴露至第一腔C1。此外，釋氣材料105之複數個區塊係藉由釋氣材料105之一下部分105'連接，且鈍化層111並未自釋氣材料105暴露。在本文中，釋氣材料105之各區塊之間的一間距a、各區塊之一寬度b及各區塊之一長度c係類似於圖2C之實施例，因此省略重複描述。在一些實施例中，當深度d係大於厚度X之0.1倍(或在一些替代實施例中大於0.1 μm)時，實質上增加在一高溫下之一間隔時間段期間藉由釋氣材料105產生之釋氣氣體之量。
參考圖2E，圖2E係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。替代性地，在一些實施例中，複數個溝槽1050係自釋氣材料105之頂表面S105凹陷。在本文中，溝槽1050之一深度係在釋氣材料105之厚度X之約0.1倍至釋氣材料105之厚度X之1.0倍之一範圍內，且溝槽1050之一側壁SW經暴露至第一腔C1。若溝槽1050之該深度係與釋氣材料105之厚度X相同，則鈍化層111可自釋氣材料105暴露。若溝槽1050之深度係小於釋氣材料105之厚度X，則鈍化層111可由釋氣材料105覆蓋，同時溝槽1050之一底表面L1050經暴露至第一腔C1。應注意，溝槽1050之各者可為相同的或可為不同的；且溝槽1050之形狀在本文中不受限制，其中溝槽1050之一剖面可為圓形、多邊形或不規則的。
參考圖2F，圖2F係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。替代性地，在一些實施例中，鈍化層111之一頂表面可由釋氣材料105部分覆蓋同時自釋氣材料105部分暴露。可視需要形成溝槽1050，其中溝槽1050之(若干)側壁SW、凹槽之底表面RB之一部分及溝槽1050之一或多個底表面L1050經暴露至第一腔C1。
參考圖3A，圖3A展示表示根據本揭露之一些實施例之用於製造一微機電系統結構之一方法的一流程圖。用於製造一微機電系統結構之方法1000包含：提供一裝置基板，其中該裝置基板包括一第一區及一第二區(操作1001，其可參考圖4)；在該第一區中形成一釋氣材料(操作1003，其可參考圖5至圖6)；部分移除該釋氣材料之一部分以暴露釋氣材料之一側壁(操作1006，其可參考圖13A至圖13B或圖13C)；及將裝置基板接合至一罩蓋基板以在第一區中形成一第一腔且在第二區中形成一第二腔(操作1009，其可參考圖15)。
參考圖3B，圖3B展示表示根據本揭露之一些實施例之用於製造一微機電系統結構之一方法的一流程圖。用於製造一微機電系統結構之方法2000包含：提供一裝置基板，其中該裝置基板包括一第一區及一第二區(操作2001，其可參考圖4)；在該第一區及該第二區上方形成一鈍化層(操作2004，其可參考圖4)；在第一區及第二區中毯覆式沉積釋氣材料(操作2007，其可參考圖5)；移除第二區中之釋氣材料(操作2009，其可參考圖6)；在釋氣材料上方形成一釋氣阻障層(操作2011，其可參考圖7)；部分移除第一區中之釋氣材料之一部分以暴露釋氣材料之一側壁(操作2013，其可參考圖13A至圖13B或圖13C)；移除釋氣阻障層(操作2016，其可參考圖14)；及將裝置基板接合至一罩蓋基板以在第一區中形成一第一腔且在第二區中形成一第二腔(操作2018，其可參考圖15)。
參考圖4，圖4係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。提供包含一第一區R1及不同於第一區R1之一第二區R2之一裝置基板101。複數個頂部金屬線201經形成於該裝置基板上方，其中頂部金屬線201可包含導電材料，諸如鋁銅、鋁、銅、錫、金、其等之組合，或適於接合之其他金屬或金屬合金。在一些實施例中，在頂部金屬線201上方之鈦層202可形成於頂部金屬線201之各者上方。在一些實施例中，鈦層202可視需要包含氮氧化矽(SiON)層。在一些其他實施例中，鈦層202可由氮化鈦(TiN)層取代。
在第一區R1及第二區R2中進一步形成一鈍化層111，其中該鈍化層包圍且覆蓋頂部金屬線201及鈦層202上方。在一些實施例中，鈍化層111可包含多個層，例如，在裝置基板101上方且包圍一些頂部金屬線201之一第一鈍化層102、在第一鈍化層102上方之一第二鈍化層103及在第二鈍化層103上方之一第三鈍化層104。在一些實施例中，第一鈍化層102包含電漿輔助氧化物(PEOX)，第二鈍化層103可包含富矽氧化物，第三鈍化層104包含氮化矽(SiN)，但本揭露並不限於此。在一些其他替代實施例中，鈍化層111可包含一種材料。在一些其他替代實施例中，鈍化層111可包含複數個鈍化材料之其他組合。因此，形成自鈍化層111之一頂表面凹陷之一凹槽R111。在一些實施例中，凹槽R111朝向裝置基板101呈錐形。在一些替代實施例中，凹槽R111可具有一實質上垂直側壁。在一些實施例中，凹槽R111可藉由使用一第一遮罩901形成，其中部分移除鈍化層111可能需要光微影操作及/或蝕刻操作。在構成鈍化層111之第一鈍化層102、第二鈍化層103及第三鈍化層104之上述實施例中，凹槽R111之一底表面係在第一鈍化層102中，其中可部分移除第一鈍化層102。視需要，為控制待移除之鈍化層111之量及凹槽R111之深度，可利用端點偵測技術。例如，凹槽R111經形成於至少一頂部金屬線201及/或一個鈦層202上方，其中鈦層202之一頂表面可用作移除鈍化層111期間之端點偵測之參考點。例如，鈍化層111之一厚度係約10,000埃，且凹槽R111之底表面與鈦層202之頂表面之一距離係約3,400埃。
參考圖5，圖5係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。藉由毯覆式沉積在鈍化層111上方及凹槽R111中形成一釋氣層105'，其覆蓋第一區R1及第二區R2。例如，所形成之釋氣層105'之一厚度係約10,500埃，且鈦層202之頂表面與凹槽R111正上方之釋氣層105'之一頂表面之間的一距離係在約12,000埃至約16,000埃之一範圍內。如先前圖1中所論述，釋氣層105'可包含高密度電漿氧化物(HDP氧化物，諸如藉由一高密度電漿工具形成之氧化矽)、電漿輔助氧化物、聚合物、多晶矽、非晶矽、聚醯亞胺、有機化合物、氧化物化合物、聚(對二甲苯)衍生物或其他合適釋氣介電質。在一些實施例中，在沉積釋氣層105' (例如，一HDP氧化物層)之操作期間，可供應矽烷(SiH4 )、氧氣(O2 )及/或氬氣(Ar)或其他合適反應氣體。
參考圖6，圖6係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。隨後，自釋氣層105'之頂表面執行一化學機械平坦化(CMP)操作以移除在凹槽R111外部之釋氣層105'，且暴露鈍化層111之一頂表面(或第三鈍化層104之一頂表面)。在執行該CMP操作之後，鈦層202之頂表面與凹槽R111中之釋氣材料105之一頂表面之間的一距離經減小(例如)至約9,000埃，但本揭露並不限於此。應注意，因為待形成於第二區R2中之裝置可能需要較低腔壓力或較高真空位準(例如，陀螺儀)，所以完全移除第二區R2內之釋氣層105'以免釋氣層105'在後續製造操作中在形成於第二區R2中之密封裝置中產生釋氣氣體，此可降低裝置效能。此外，在對釋氣層105'執行CMP操作期間可能引發凹陷效應，因此在CMP操作之後，凹槽R111中之釋氣材料105之一頂表面S105可朝向裝置基板101內凹。
參考圖7，圖7係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。隨後在第一區R1及第二區R2中之釋氣材料105上方形成一釋氣阻障層121。釋氣阻障層121可能夠阻礙藉由釋氣材料105及鈍化層111 (取決於鈍化層111之材料)產生之釋氣氣體自其等之頂表面滲透。在一些實施例中，釋氣阻障層121可包含氮化物，諸如氮化矽(SiN)，或其他合適阻障層。釋氣阻障層121減小在直至移除釋氣阻障層121為止之時間間隔期間自釋氣材料105釋放之釋氣氣體之量，因此可增加此後自釋氣材料105釋放之釋氣氣體之量。此外，在鈍化層111之一些材料亦在高溫下產生氣體之情況下，釋氣阻障層121可限制自鈍化層111 (尤其在第二區R2中)之釋氣現象。
參考圖8，圖8係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。分別在一第一重佈線區Z2及一第二重佈線區Z2'中形成一溝槽T1及一溝槽T2，從而暴露鈦層202之一頂表面。在本文中，溝槽T1及溝槽T2穿透通過鈍化層111及釋氣阻障層121。溝槽T1及溝槽T2可藉由使用一第二遮罩902形成，其中移除鈍化層111可能需要光微影操作及/或蝕刻操作。例如，溝槽之一臨界尺寸可為約2 μm，但本揭露並不限於此。
參考圖9，圖9係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。在釋氣阻障層121上方及第一重佈線區Z2中之溝槽T1之一側壁及第二重佈線區Z2'中之溝槽T2之一側壁上形成一重佈線層120。此外，重佈線層120直接接觸鈦層202之經暴露頂表面。在本文中，重佈線層120包含一或多個導電材料(諸如金屬)。例如，重佈線層120可包含在釋氣阻障層121上方且與鈦層202之經暴露頂表面、溝槽T1之一側壁及溝槽T2之一側壁直接接觸之一第一層122，及在第一層122上方之一第二層123。例如，第一層122包含鈦，且第二層包含氮化鈦(TiN)。
參考圖10，圖10係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。藉由用一第三遮罩903圖案化來移除重佈線層120之在釋氣阻障層121上方之一部分。重佈線層120之該移除可能需要光微影操作及/或蝕刻操作。
參考圖11，圖11係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。一些頂部金屬線201並未連接至重佈線層120且未在釋氣材料105正下方。移除在此等頂部金屬線201 (既未連接至重佈線層120亦未在釋氣材料105正下方)上方之鈍化層111及釋氣阻障層121以便暴露鈦層202之整個頂表面，藉此在此鈦層202上方形成複數個空間SC。在一些實施例中，空間SC之一底表面係在頂部金屬線201之一頂表面下方但在裝置基板101之頂表面上方。可藉由使用一第四遮罩904以移除鈍化層111之一部分及釋氣阻障層121之一部分來形成空間SC，此可能需要光微影操作及/或蝕刻操作。
參考圖12，圖12係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。隨後，移除自空間SC暴露之鈦層202，其中該移除操作可包含光微影操作及/或蝕刻操作。藉此暴露一些頂部金屬線201。
參考圖2A至圖2F及圖13A，圖13A係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。隨後，藉由利用一第六遮罩906圖案化來部分移除釋氣材料105及釋氣阻障層121，其中該移除操作可包含光微影操作及/或蝕刻操作。先前在圖2A至圖2F中論述關於釋氣材料105之形狀之各項實施例，其中在一些實施例中，溝槽1050 (例如，圖2A至圖2F)之內側壁之至少一者、凹槽 (例如，圖2A、圖2C、圖2E或圖2F)之底表面RB之一部分及/或釋氣材料105 (例如，圖2B、圖2D、圖2E或圖2F)之一下表面經暴露。藉由部分移除釋氣材料105，釋氣材料105之一總表面區域增加及/或靠近凹槽R111 (如圖4中所展示)之底表面之釋氣材料105之一部分經暴露。明確言之，因為釋氣材料105主要在表面區域處產生釋氣氣體，所以總的經暴露表面區域係與藉由釋氣材料105在一給定時間段內產生之釋氣氣體之釋氣速率成正相關。藉此，當釋氣材料105在後續操作(例如，接合操作，如隨後將在圖15中論述)中加熱至特定溫度時，藉由釋氣材料105產生之釋氣氣體之量可在此加熱操作之一有限時間段內增加。
參考圖13B，圖13B係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。藉由用一第七遮罩907圖案化來進一步移除在空間SC之底部處之鈍化層111之一些部分。因為鈍化層111可在一些實施例中(取決於鈍化層111之材料)產生釋氣氣體，所以藉由進一步移除額外鈍化層111，可減小藉由鈍化層111在後續操作中(尤其在第二區R2中之密封裝置中)產生之釋氣氣體之量。應注意，執行圖13A中所論述之操作及圖13B中所論述之操作之序列不受限制。
參考圖13C，圖13C係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構之一剖面圖。替代性地，在一些實施例中，可藉由一第六遮罩906'來執行圖13A中所論述之操作及圖13B中所論述之操作以便促進製造效率。應注意，因為釋氣材料105之經移除部分之一臨界尺寸(例如，如圖2A至圖2D中所論述之間距a，或圖2A至圖2F中所論述之其他臨界尺寸)係小於空間SC之一臨界尺寸，所以在藉由單個第六遮罩906'圖案化時，釋氣材料105處之一蝕刻率可低於空間SC之底部處之一蝕刻率。
參考圖14，圖14係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構之一剖面圖。因為可在將罩蓋基板309接合至裝置基板101之前執行一些退火操作(例如，對金屬間介電質或層間介電質之處理)，所以在部分移除釋氣材料105的一部分(如先前圖13A至圖13B或圖13C中所論述)之後移除釋氣阻障層121，藉此釋氣材料105能夠在接合操作期間釋氣，而非在接合裝置基板101與罩蓋基板309之前實質上釋放大部分釋氣氣體，其中釋氣氣體並非如預期般在一密封腔中被產生。在一些實施例中，可藉由毯覆式蝕刻操作移除釋氣阻障層121。在一些實施例中，保留第一重佈線區Z2及第二重佈線區Z2'中之釋氣阻障層121，以便阻礙鈍化層111在後續接合操作期間產生釋氣氣體。
參考圖15，圖15係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構之一剖面圖。隨後，將裝置基板101接合至罩蓋基板309，其中接合操作可包含(但不限於)共晶接合(例如，CuSn、AlGe、AuSi)、熔融接合、熱壓縮或任何其他合適晶圓級接合。例如，當頂部金屬線201包含鋁銅且罩蓋基板309之一接合區域包含鍺時，可執行一AlGe共晶接合。應注意，如圖12中所論述，移除鈦層202可容許頂部金屬線201充當一接墊且與罩蓋基板309直接接觸，從而促進接合黏著力。藉由將罩蓋基板309接合至裝置基板101，分別在第一區R1及第二區R2中形成第一腔C1及第二腔C2。因為接合操作可係在一降低壓力之環境下執行，所以第一腔C1及第二腔C2兩者最初具有較低腔壓力(在一些實施例中，高真空位準)。如先前圖1中所論述，為個別地增加第一腔C1中之腔壓力，第一腔C1中之釋氣材料105在接合操作期間產生釋氣氣體。
通常，可藉由高溫刺激自釋氣材料105產生釋氣氣體。在接合操作期間，裝置基板101 (包含第一區R1及第二區R2)及罩蓋基板309之一溫度升高。對於AlGe共晶接合操作之實例，溫度升高至至少400o C，諸如在約420o C至約440o C之一範圍內。此外，在釋氣材料105包含高密度電漿(HDP)氧化物之實施例中，釋氣材料105可產生氫氣(H2 )，且在一些實施例中進一步包含氬氣(Ar)，此可源於圖5中所論述之沉積操作。然而，應注意，釋氣氣體之類型取決於釋氣材料105之性質、所涉及之製造操作及類型。
如先前圖7至圖14中所論述，為自釋氣材料105產生更大量之釋氣氣體至第一腔C1中，特別在接合操作之時間間隔期間，在重佈線操作之前在釋氣材料105上方形成釋氣阻障層121，且隨後在如圖15中所論述之接合操作之前移除釋氣阻障層121，藉此減小釋放至環境中而非保持於密封之第一腔C1中之釋氣氣體之量。此外，如圖1至圖2F及圖13A至圖13C中所論述，因為釋氣材料105主要在表面區域處產生釋氣氣體，所以總的經暴露表面區域係與藉由釋氣材料105在一給定時間段內產生之釋氣氣體之釋氣速率成正相關。例如，在接合操作期間，釋氣材料105在約一預定時間段(例如，10分鐘)內升高至超過400o C，且隨後冷卻下來。藉由增加總的經暴露表面區域(其在接合操作期間暴露至第一腔C1)，所產生之釋氣氣體之量可在此加熱操作之一有限時間段內增加。藉由部分移除釋氣材料105，至少一側壁或在頂表面下方之一下表面經暴露至第一腔C1，其中在釋氣材料105之表面處可產生更多釋氣氣體。
在將罩蓋基板309接合至裝置基板101之後，藉此形成MEMS結構100，且MEMS結構100之溫度降低。在低於接合溫度之一溫度下，藉由釋氣材料105產生之釋氣氣體之量實質上減少。
在一些實施例中，一加速度計經形成於第一區R1中，其中在接合操作期間，一可移動組件323 (其可為一保證質量)經圍封於第一腔C1中。在一些實施例中，一陀螺儀經形成於第二區中，其中第二腔C2具有低於第一腔C1之一腔壓力。在一些實施例中，罩蓋基板309及裝置基板101可藉由切割單粒化成複數個晶片，且包含第一腔C1之一裝置及包含第二腔C2之一裝置經整合於一個整合式晶片中，因此該整合式晶片可能夠執行多種功能。應注意，包含於MEMS結構100中之裝置之類型在本揭露中不受限制。
本揭露之一些實施例提供一種微機電系統(MEMS)結構，其包含：一裝置基板，其具有一第一區及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一鈍化層，其在該第一腔中；一釋氣材料，其在該鈍化層上方，其中該釋氣材料包括一頂表面及暴露至該第一腔之一側壁。
本揭露之一些實施例提供一種微機電系統(MEMS)結構，其包含：一裝置基板，其具有一第一區及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一鈍化層，其在該第一腔中；一釋氣材料，其在該鈍化層中，其中該釋氣材料包括一溝槽，該溝槽之一深度大於該釋氣材料之一厚度之約10%。
本揭露之一些實施例提供一種用於製造一半導體結構之方法，其包含：提供一裝置基板，其中該裝置基板包括一第一區及不同於該第一區之一第二區；在該第一區中形成一釋氣材料；部分移除該釋氣材料之一部分以暴露該釋氣材料之一側壁；及將該裝置基板接合至一罩蓋基板以在該第一區中形成一第一腔且在該第二區中形成一第二腔。
前述內容概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可易於使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他操作及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應認識到此等等效構造不脫離本揭露之精神及範疇，且其等可在本文中做出各種改變、替代及更改而不脫離本揭露之精神及範疇。
此外，本申請案之範疇並不意欲限於本說明書中所描述之程序、機器、製造、物質組合物、構件、方法及步驟之特定實施例。如一般技術者將易於自本揭露之揭露內容瞭解，根據本揭露可利用目前現有或以後開發之執行與本文中所描述之對應實施例實質上相同之功能或達成實質上相同之結果之程序、機器、製造、物質組合物、構件、方法或步驟。因此，隨附發明申請專利範圍旨在其等範疇內包含此等程序、機器、製造、物質組合物、構件、方法或步驟。
100:微機電系統(MEMS)結構 101:裝置基板 102:第一鈍化層 103:第二鈍化層 104:第三鈍化層 105:釋氣材料 105':下部分/釋氣層 111:鈍化層 120:重佈線層 121:釋氣阻障層 122:第一層 123:第二層 201:頂部金屬線 202:鈦層 309:罩蓋基板 323:可移動組件 901:第一遮罩 902:第二遮罩 903:第三遮罩 904:第四遮罩 906:第六遮罩 906':第六遮罩 907:第七遮罩 1000:方法 1001:操作 1003:操作 1006:操作 1009:操作 1050:溝槽 2000:方法 2001:操作 2004:操作 2007:操作 2009:操作 2011:操作 2013:操作 2016:操作 2018:操作 a:間距 b:寬度 c:長度 C1:第一腔 C2:第二腔 d:深度 H:厚度 L105:下表面 L1050:底表面 R1:第一區 R2:第二區 R111:凹槽 RB:底表面 S105:頂表面 S111:內側壁 SC:空間 SP:空間 SW:側壁 T1:溝槽 T2:溝槽 W:寬度 X:厚度 Z1:釋氣區 Z2:第一重佈線區 Z2':第二重佈線區
當結合附圖閱讀時自以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據業界中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了清楚論述起見，可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1係根據本揭露之一些實施例之一微機電系統結構之一剖面圖。
圖2A係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。
圖2B係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。
圖2C係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。
圖2D係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。
圖2E係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。
圖2F係根據本揭露之一些實施例之釋氣材料之一部分及鈍化層之一部分的一透視圖。
圖3A展示表示根據本揭露之一些實施例之用於製造一微機電系統結構之一方法的一流程圖。
圖3B展示表示根據本揭露之一些實施例之用於製造一微機電系統結構之一方法的一流程圖。
圖4至圖12係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的剖面圖。
圖13A係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的一剖面圖。
圖13B至圖13C係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的剖面圖。
圖14至圖15係根據本揭露之一些實施例之在製造操作之中間階段期間之一微機電系統結構的剖面圖。
100:微機電系統(MEMS)結構
101:裝置基板
102:第一鈍化層
103:第二鈍化層
104:第三鈍化層
105:釋氣材料
111:鈍化層
120:重佈線層
121:釋氣阻障層
122:第一層
123:第二層
201:頂部金屬線
202:鈦層
309:罩蓋基板
323:可移動組件
C1:第一腔
C2:第二腔
H:厚度
R1:第一區
R2:第二區
S105:頂表面
S111:內側壁
T1:溝槽
T2:溝槽
W:寬度
Z1:釋氣區
Z2:第一重佈線區
Z2':第二重佈線區

Claims (10)

  1. 一種微機電系統(MEMS)結構，其包括：一裝置基板，其具有一第一區，及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其經接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一釋氣材料，其中該釋氣材料包括一頂表面及經暴露至該第一腔之一側壁，且該釋氣材料包括氧化物，該釋氣材料不與該罩蓋基板直接接觸，該釋氣材料包括一溝槽，該溝槽之一深度大於該釋氣材料之一厚度之約10%；以及一鈍化層，其形成於該裝置基板上，且與該釋氣材料直接接觸。
  2. 如請求項1之MEMS結構，進一步包括在該鈍化層處之一凹槽，且該釋氣材料填充該凹槽。
  3. 如請求項1之MEMS結構，其中該釋氣材料包括能夠在經歷用於接合該裝置基板與該罩蓋基板之一溫度之後產生大量釋氣氣體之一材料。
  4. 如請求項1之MEMS結構，進一步包括在該第一腔中之一可移動組件。
  5. 如請求項1之MEMS結構，其中該釋氣材料之該頂表面朝向該裝置基板內凹。
  6. 如請求項2之MEMS結構，其中該凹槽之一底部係自該釋氣材料暴露至該第一腔。
  7. 如請求項2之MEMS結構，其中該釋氣材料包括介於該頂表面與該凹槽之一底部之間之一下表面，該下表面經暴露至該第一腔。
  8. 如請求項1之MEMS結構，其中該鈍化層具有一內側壁橫向圍繞該釋氣材料。
  9. 一種微機電系統(MEMS)結構，其包括：一裝置基板，其具有一第一區，及不同於該第一區之一第二區；一罩蓋基板，其經接合於該裝置基板上方；一第一腔，其在該第一區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第一腔具有一第一腔壓力；一第二腔，其在該第二區中且介於該裝置基板與該罩蓋基板之間，其中該第二腔具有低於該第一腔壓力之一第二腔壓力；一釋氣材料，其在該鈍化層中，其中該釋氣材料包括一溝槽，該溝槽之一深度大於該釋氣材料之一厚度之約10%；以及一鈍化層，其形成於該裝置基板上，且具有一內側壁橫向圍繞該釋 氣材料。
  10. 一種用於製造一半導體結構之方法，其包括：提供一裝置基板，其中該裝置基板包括一第一區及不同於該第一區之一第二區；在該第一區中形成一釋氣材料；於該釋氣材料上方形成一釋氣阻障層；在形成該釋氣阻障層後，部分移除該釋氣材料之一部分，以暴露該釋氣材料之一側壁；在部分移除該釋氣材料之該部分之後，移除該釋氣阻障層；及將該裝置基板接合至一罩蓋基板，以在該第一區中形成一第一腔且在該第二區中形成一第二腔。
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