半导体结构及其制造方法与流程

本发明实施例涉及半导体结构及其制造方法。

背景技术：

微机电系统(mems)是指展现机械特性(例如具有能够移动或变形的构件)的一类装置。mems装置可包含用于感测的机械元件及/或电子器件。

微机电系统装置(例如压力传感器、陀螺仪、加速度计、位置传感器等)广泛用于许多现代电子装置中。例如，mems加速度计通常可在移动装置、汽车(例如，在安全气囊部署系统中)、平板计算机或消费性装置中找到。

技术实现要素：

本发明的实施例涉及一种微机电系统(mems)结构，其包括：装置衬底，其具有第一区及不同于所述第一区的第二区；罩盖衬底，其接合于所述装置衬底上方；第一腔，其在所述第一区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第一腔具有第一腔压力；第二腔，其在所述第二区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第二腔具有低于所述第一腔压力的第二腔压力；钝化层，其在所述第一腔中；释气材料，其在所述钝化层上方，其中所述释气材料包括顶表面及暴露到所述第一腔的侧壁。

本发明的实施例涉及一种微机电系统(mems)结构，其包括：装置衬底，其具有第一区及不同于所述第一区的第二区；罩盖衬底，其接合于所述装置衬底上方；第一腔，其在所述第一区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第一腔具有第一腔压力；第二腔，其在所述第二区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第二腔具有低于所述第一腔压力的第二腔压力；钝化层，其在所述第一腔中；释气材料，其在所述钝化层中，其中所述释气材料包括沟槽，所述沟槽的深度大于所述释气材料的厚度的约10％。

本发明的实施例涉及一种用于制造半导体结构的方法，其包括：提供装置衬底，其中所述装置衬底包括第一区及不同于所述第一区的第二区；在所述第一区中形成释气材料；部分移除所述释气材料的部分以暴露所述释气材料的侧壁；及将所述装置衬底接合到罩盖衬底以在所述第一区中形成第一腔且在所述第二区中形成第二腔。

附图说明

当结合附图阅读时从以下详细描述最佳理解本发明实施例的方面。应注意，根据业界中的标准实践，各种构件未按比例绘制。事实上，为了清楚论述起见，可任意增大或减小各种构件的尺寸。

图1是根据本发明实施例的一些实施例的微机电系统结构的剖面图。

图2a是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。

图2b是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。

图2c是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。

图2d是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。

图2e是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。

图2f是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。

图3a展示表示根据本发明实施例的一些实施例的用于制造微机电系统结构的方法的流程图。

图3b展示表示根据本发明实施例的一些实施例的用于制造微机电系统结构的方法的流程图。

图4到12是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。

图13a是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。

图13b到13c是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。

图14到15是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。

具体实施方式

以下揭露内容提供用于实施所提供的目标物的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的特定实例以简化本发明实施例。当然，这些仅为实例且不希望限制。例如，在下列描述中的第一构件形成于第二构件上方或上可包含其中所述第一构件及所述第二构件经形成为直接接触的实施例，且还可包含其中额外构件可形成于所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件与所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本发明实施例可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复出于简化及清楚的目的，且本身不指定所论述的各个实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于描述，可在本文中使用例如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”及类似者的空间相对术语来描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中所说明。空间相对术语希望涵盖除在图中描绘的定向以外的使用或操作中的装置的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或按其它定向)且本文中使用的空间相对描述词同样可相应地解释。

尽管阐述本发明实施例的宽广范围的数字范围及参数是近似值，但特定实例中所阐述的数值是尽可能精确地报告。然而，任何数值本质上含有必然由相应测试测量中发现的标准偏差所引起的特定误差。又，如本文中所使用，术语“基本上”、“近似”或“大约”一般意谓在所属领域的一般技术人员可预期的值或范围内。替代性地，在由所属领域的一般技术人员考虑时，术语“基本上”、“近似”或“大约”意谓在平均值的可接受标准误差内。所属领域的一般技术人员可理解，所述可接受标准误差可根据不同技术改变。除了在操作/工作实例中，或除非另有明确指定，否则所有数字范围、量、值及百分比(例如用于本文中所揭露的材料数量、持续时间、温度、操作条件、量的比率及其类似者的所述数字范围、量、值及百分比)应被理解为在所有例子中通过术语“基本上”、“近似”或“大约”修饰。因此，除非有相反说明，否则本发明实施例及所附权利要求书中所阐述的数字参数是可视需要改变的近似值。至少，每一数字参数应至少鉴于所报告的有效数字的数目及通过应用普通舍入技术而解释。范围在本文中可表达为从一个端点到另一端点或介于两个端点之间。除非另有指定，否则本文中所揭露的所有范围包含端点。

微机电系统(mems)装置被广泛使用，举例来说，压力传感器是用于检测压力，且运动传感器是用于消费性电子器件(例如智能电话、平板计算机、游戏控制面板、智能tv及汽车碰撞检测系统)中的运动激活的用户接口。在最近几代mems集成电路中，为使芯片能够具有多种功能，多个mems装置可集成到一个集成芯片中。明确来说，为捕获三维空间内的更精确及完整的移动，运动传感器通常组合利用加速度计及陀螺仪。为满足消费者对低成本、高质量及小装置占用面积的需求，可将加速度计及陀螺仪并入到相同芯片中。

然而，不同mems装置通常在不同腔压力下操作。例如，在陀螺仪装置的情况中，需要相对较低腔压力(即，较高真空度)，因为其可提供转换到信号的位移的优选测量。相反地，在加速度计装置的情况中，需要相对较高腔压力，因为可利用空气阻尼来改进加速度计中的可移动组件(例如保证质量)的可靠性。因此，mems装置通常需要保持于受控压力水平(其实现装置的优化操作)下的密封腔室。取决于装置类型，每一装置的压力水平可在真空(例如，0.001毫巴或甚至更低)到特定程度的压力的范围内。为在装置的腔中实现所需参考压力，可执行密封技术以密封所述腔。此外，为增加需要较高腔压力的腔中的压力，可将释气材料并入到预定腔中以个别地增加预定腔中的腔压力。

然而，形成具有需要不同腔压力的若干腔的mems结构的挑战是需要较高腔压力的装置的性能。例如，选定腔中的释气材料可能不会产生足够释气气体。当mems加速度计的腔压力太低时，感测其运动及/或可靠性的性能可能会劣化。在相同集成芯片上集成需要较高腔压力的(若干)装置及需要较高真空级的(若干)装置是艰巨的。

本发明实施例提供一种mems结构及一种用于制造mems结构以改进选定腔中的释气材料的释气能力以便增加选定腔中的腔压力的方法。可实现在集成芯片上集成具有不同腔压力要求的不同装置。

参考图1，图1是根据本发明实施例的一些实施例的微机电系统结构的剖面图。mems结构100至少包含装置衬底101、罩盖衬底309及释气材料105。装置衬底101包含第一区r1及不同于第一区r1的第二区r2。在一些实施例中，装置衬底101进一步包含在其顶表面处的金属间电介质(imd)材料。罩盖衬底309经接合到装置衬底101，借此在装置衬底101与罩盖衬底309之间具有第一腔c1及第二腔c2，其中第一腔c1是在第一区r1中，且第二腔c2是在第二区r2中。第一腔c1具有第一腔压力，且第二腔c2具有低于所述第一腔压力的第二腔压力。

本发明实施例中的接合可被称为附接衬底的方法，包含(但不限于)共晶接合(例如，cusn、alge、ausi)、熔融接合、热压缩或任何其它合适晶片级接合。在一些实施例中，多个顶部金属线201是在装置衬底101与罩盖衬底309之间的接合区域处，其中顶部金属线201包含导电材料，例如铝铜、铝、铜、锡、金、其组合，或适于接合的其它金属或金属合金。在一些实施例中，mems结构100可进一步包含在顶部金属线201上方并不直接介于装置衬底101与罩盖衬底309之间的钛层202(其并不在接合区域处)。在一些实施例中，钛层202可视需要包含氮氧化硅(sion)层。在一些其它实施例中，钛层202可视需要由氮化钛(tin)层取代。

装置衬底可指具有电路、半导体装置及/或半导体结构(例如加速度计、陀螺仪、气压计、磁力计、位置传感器等等)的衬底。例如，mems结构100可包含加速度计与陀螺仪的组合，且此mems结构100可并入于6轴装置中。然而，本发明实施例并不限于此，例如，此mems结构100还可并入于7轴装置、9轴装置或类似者中。例如，加速度计经放置于第一区r1中且陀螺仪经放置于第二区r2中，且第二腔压力低于第一腔压力。在一些实施例中，第二腔压力处于高真空级。在一些实施例中，加速度计可包含在第一腔c1中的可移动组件323，例如，可移动组件323可限制于第一腔c1中的保证质量，其中可移动组件323在第一腔c1内的移动用于测量加速度。

mems结构100可包含在第一区r1及第二区r2中的钝化层111。在一些实施例中，钝化层111可包含多个层，例如，在装置衬底101上方且包围一些顶部金属线201的第一钝化层102、在第一钝化层102上方的第二钝化层103及在第二钝化层103上方的第三钝化层104。在一些实施例中，第一钝化层102包含等离子体辅助氧化物(peox)，第二钝化层103可包含富硅氧化物，第三钝化层104包含氮化硅(sin)，但本发明实施例并不限于此。在一些其它替代实施例中，钝化层111可包含一种材料。在一些其它替代实施例中，钝化层111可包含多个钝化材料的其它组合。

mems结构100可包含在第一腔c1中的释气区z1及第一重布线区z2，以及在第二腔c2中的第二重布线区z2'。释气势垒层121经形成于第一重布线区z2及第二重布线区z2'中在钝化层111上方。在一些实施例中，释气势垒层121可包含氮化硅(sin)或类似者。沟槽t1及沟槽t2分别穿透第一重布线区z2及第二重布线区z2'中的钝化层111及释气势垒层121。重布线层120可由第一重布线区z2中的沟槽t1及第二重布线区z2'中的沟槽t2的侧壁直接接触及包围，其中重布线层120包含一或多个导电材料(例如金属)。例如，重布线层120可包含在释气势垒层121上方且与第一沟槽t1及第二沟槽t2的侧壁直接接触的第一层122，及在第一层122上方的第二层123。在一些实施例中，第一层122包含钛。在一些实施例中，第二层包含氮化钛。在一些实施例中，mems结构100可视需要进一步包含其它半导体结构(例如鳍片或钝化结构)。在一些实施例中，这些半导体结构可包含钝化层111(如先前所论述，在一些实施例中，其可包含在装置衬底101上方的第一钝化层102、在第一钝化层102上方的第二钝化层103及在第二钝化层103上方的第三钝化层104)，及罩盖于钝化层111的顶表面上方的释气势垒层121。这些半导体结构的位置可在第一腔c1及第二腔c2的外部，或替代性地在第一腔c1及第二腔c2中的一者中。

mems结构100至少包含钝化层111及在释气区z1中钝化层111上方的释气材料105。释气材料105包含能够在经历用于接合装置衬底101与罩盖衬底309(这将在图15中论述)的温度之后产生大量释气气体的材料。例如，可通过利用释气材料105使在约0.001mbar到约2mbar的范围内的腔压力增加到在约10mbar到约300mbar的范围内，这在本发明实施例中可被视为“产生大量释气气体”的结果。应理解，在用于cu-sn、al-sn或au-sn的第一类型共晶接合温度(例如，约摄氏260度)下产生释气气体的速率低于在用于al-ge的第二类型共晶接合温度(例如，约摄氏420度)的温度下的速率。本发明实施例中将采用的释气材料105可取决于在接合装置衬底101与罩盖衬底309的操作中所使用的共晶接合温度。

释气材料105可包含高密度等离子体氧化物(hdp氧化物，例如通过高密度等离子体工具形成的氧化硅)、等离子体辅助氧化物、聚合物、多晶硅、非晶硅、聚酰亚胺、有机化合物、氧化物化合物、聚(对二甲苯)衍生物或其它合适释气电介质材料。在一些实施例中，取决于材料的类型，释气气体可包含氢气(h2)、氩气(ar)及/或从上述释气材料105产生的其它类型的气体。本发明实施例中的接合可被称为附接衬底的方法，包含(但不限于)共晶接合(例如，cusn、alge、ausi)、熔融接合、热压缩或任何其它合适晶片级接合。例如，在cusi接合的操作期间，mems结构100可经加热到约200℃到约300℃；在alge共晶接合的操作期间，mems结构100可经加热到约420℃到约440℃；在ausi接合的操作期间，mems结构100可经加热到约360℃到约380℃。因此，可基于装置衬底101与罩盖衬底309的接合操作的要求温度来调整对释气材料105的类型的选择。

mems结构100可视需要进一步包含由钝化层111包围且在释气材料105下面的顶部金属线201。在一些实施例中，mems结构100可进一步包含在此顶部金属线201上方的钛层202(或氮化钛层)。在一些实施例中，钛层202可视需要包含氮氧化硅(sion)层。在一些实施例中，释气材料105的顶表面s105可朝向装置衬底101内凹。在一些实施例中，释气材料105的顶表面s105与钛层202的顶表面或在释气材料105正下方的顶部金属线201之间的厚度h是在约0.5μm与约10μm的范围内。在一些实例中，释气材料105与钛层202之间的钝化层111是约3400埃。在一些实施例中，释气材料105的宽度是在约10μm到约2,000μm的范围内，这可在释气操作期间提供足够量的释气气体，同时符合装置最小化趋势。在一些实施例中，钝化层111具有从顶表面凹陷的凹槽，且释气材料105经填充于钝化层111的凹槽中，且从钝化层111暴露到第一腔c1。换句话来说，钝化层111具有内侧壁s111，且释气材料105由钝化层111的内侧壁s111横向包围。在一些实施例中，凹槽的底表面在第一钝化层102的顶表面下方。此外，在一些实施例中，释气材料105的内侧壁经暴露到第一腔c1，如随后将在图2a到2f中论述释气材料105的各种不同实施例。在一些实施例中，此结构源于在制造操作期间部分移除释气材料105，其中经部分移除的释气材料105与未经部分移除相比可具有经暴露到腔c1的更大总表面区域。

参考图2a，图2a是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。在一些实施例中，释气材料105的多个块是彼此分离。释气材料105的两个块之间的空间sp的深度d与释气材料105的厚度x相同(即，d＝1.0*x)，且凹槽的底表面rb经暴露到第一腔c1。换句话来说，钝化层111的表面(或在一些实施例中明确来说，第一钝化层102的表面)是从释气材料105暴露到第一腔c1。此外，释气材料105的侧壁sw经暴露到第一腔c1。在一些实施例中，释气材料105的每一块之间的间距a可为在约0.1μm到约20μm的范围内。在一些实施例中，释气材料105的每一块的宽度b可为在约0.1μm到约20μm的范围内。在一些实施例中，释气材料105的每一块的长度c可为在约0.1μm到约20μm的范围内。释气材料105的厚度x(以及图2a的实施例中的空间sp的深度d)是大于或等于0.1μm。在一些实施例中，释气材料105的厚度x是小于或等于10μm。应注意，释气材料105的侧壁sw并不限于垂直侧壁，即，本发明实施例中还包含倾斜侧壁或弯曲侧壁。

参考图2b，图2b是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。替代性地，释气材料105的两个块之间的空间sp的深度d是小于释气材料105的厚度x。在一些实施例中，深度d是在厚度x的约0.1倍到高达厚度x的1.0倍的范围内，且释气材料105的侧壁sw经暴露到第一腔c1。换句话来说，释气材料105具有介于释气材料105的顶表面s105与凹槽的底表面rb之间的下表面l105，其中下表面l105经暴露到第一腔c1。此外，释气材料105的多个块是由释气材料105的下部分105'连接，且钝化层111并未从释气材料105暴露。在本文中，释气材料105的每一块之间的间距a、每一块的宽度b及每一块的长度c类似于图2a的实施例，因此省略重复描述。在一些实施例中，当深度d大于厚度x的0.1倍(或在一些替代实施例中大于0.1μm)时，基本上增加在高温下处理的时间间隔期间由释气材料105产生的释气气体的量。

参考图2c，图2c是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。替代性地，在一些实施例中，释气材料105的多个块彼此分离。释气材料105的两个块之间的空间sp的深度d与释气材料105的厚度x相同(即，d＝1.0*x)，且凹槽的底表面rb经暴露到第一腔c1。换句话来说，钝化层111的表面(或在一些实施例中明确来说，第一钝化层102的表面)是从释气材料105暴露到第一腔c1。此外，释气材料105的侧壁sw经暴露到第一腔c1。在本文中，释气材料105的每一块之间的间距a、每一块的宽度b及每一块的长度c类似于图2a的实施例，因此省略重复描述。释气材料105的每一块的长度c可在约0.1μm到释气材料105的宽度w(展示于图1中)的范围内。

参考图2d，图2d是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。替代性地，释气材料105的两个块之间的空间sp的深度d小于释气材料105的厚度x。在一些实施例中，深度d在厚度x的约0.1倍到高达厚度x的1.0倍的范围内，且释气材料105的侧壁sw经暴露到第一腔c1。换句话来说，释气材料105具有介于释气材料105的顶表面s105与凹槽的底表面rb之间的下表面l105，其中下表面l105经暴露到第一腔c1。此外，释气材料105的多个块是通过释气材料105的下部分105'连接，且钝化层111并未从释气材料105暴露。在本文中，释气材料105的每一块之间的间距a、每一块的宽度b及每一块的长度c类似于图2c的实施例，因此省略重复描述。在一些实施例中，当深度d大于厚度x的0.1倍(或在一些替代实施例中大于0.1μm)时，基本上增加在高温下的间隔时间段期间通过释气材料105产生的释气气体的量。

参考图2e，图2e是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。替代性地，在一些实施例中，多个沟槽1050从释气材料105的顶表面s105凹陷。在本文中，沟槽1050的深度在释气材料105的厚度x的约0.1倍到释气材料105的厚度x的1.0倍的范围内，且沟槽1050的侧壁sw经暴露到第一腔c1。如果沟槽1050的所述深度与释气材料105的厚度x相同，那么钝化层111可从释气材料105暴露。如果沟槽1050的深度小于释气材料105的厚度x，那么钝化层111可由释气材料105覆盖，同时沟槽1050的底表面l1050经暴露到第一腔c1。应注意，沟槽1050中的每一者可为相同的或可为不同的；且沟槽1050的形状在本文中不受限制，其中沟槽1050的剖面可为圆形、多边形或不规则的。

参考图2f，图2f是根据本发明实施例的一些实施例的释气材料的部分及钝化层的部分的透视图。替代性地，在一些实施例中，钝化层111的顶表面可由释气材料105部分覆盖同时从释气材料105部分暴露。可视需要形成沟槽1050，其中沟槽1050的(若干)侧壁sw、凹槽的底表面rb的部分及沟槽1050的一或多个底表面l1050经暴露到第一腔c1。

参考图3a，图3a展示表示根据本发明实施例的一些实施例的用于制造微机电系统结构的方法的流程图。用于制造微机电系统结构的方法1000包含：提供装置衬底，其中所述装置衬底包括第一区及第二区(操作1001，其可参考图4)；在所述第一区中形成释气材料(操作1003，其可参考图5到6)；部分移除所述释气材料的部分以暴露释气材料的侧壁(操作1006，其可参考图13a到13b或13c)；及将装置衬底接合到罩盖衬底以在第一区中形成第一腔且在第二区中形成第二腔(操作1009，其可参考图15)。

参考图3b，图3b展示表示根据本发明实施例的一些实施例的用于制造微机电系统结构的方法的流程图。用于制造微机电系统结构的方法2000包含：提供装置衬底，其中所述装置衬底包括第一区及第二区(操作2001，其可参考图4)；在所述第一区及所述第二区上方形成钝化层(操作2004，其可参考图4)；在第一区及第二区中毯覆式沉积释气材料(操作2007，其可参考图5)；移除第二区中的释气材料(操作2009，其可参考图6)；在释气材料上方形成释气势垒层(操作2011，其可参考图7)；部分移除第一区中的释气材料的部分以暴露释气材料的侧壁(操作2013，其可参考图13a到13b或13c)；移除释气势垒层(操作2016，其可参考图14)；及将装置衬底接合到罩盖衬底以在第一区中形成第一腔且在第二区中形成第二腔(操作2018，其可参考图15)。

参考图4，图4是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。提供包含第一区r1及不同于第一区r1的第二区r2的装置衬底101。多个顶部金属线201经形成于所述装置衬底上方，其中顶部金属线201可包含导电材料，例如铝铜、铝、铜、锡、金、其组合，或适于接合的其它金属或金属合金。在一些实施例中，在顶部金属线201上方的钛层202可形成于顶部金属线201中的每一者上方。在一些实施例中，钛层202可视需要包含氮氧化硅(sion)层。在一些其它实施例中，钛层202可由氮化钛(tin)层取代。

在第一区r1及第二区r2中进一步形成钝化层111，其中所述钝化层包围且覆盖顶部金属线201及钛层202上方。在一些实施例中，钝化层111可包含多个层，例如，在装置衬底101上方且包围一些顶部金属线201的第一钝化层102、在第一钝化层102上方的第二钝化层103及在第二钝化层103上方的第三钝化层104。在一些实施例中，第一钝化层102包含等离子体辅助氧化物(peox)，第二钝化层103可包含富硅氧化物，第三钝化层104包含氮化硅(sin)，但本发明实施例并不限于此。在一些其它替代实施例中，钝化层111可包含一种材料。在一些其它替代实施例中，钝化层111可包含多个钝化材料的其它组合。因此，形成从钝化层111的顶表面凹陷的凹槽r111。在一些实施例中，凹槽r111朝向装置衬底101呈锥形。在一些替代实施例中，凹槽r111可具有基本上垂直侧壁。在一些实施例中，凹槽r111可通过使用第一掩模901形成，其中部分移除钝化层111可能需要光刻操作及/或蚀刻操作。在构成钝化层111的第一钝化层102、第二钝化层103及第三钝化层104的上述实施例中，凹槽r111的底表面在第一钝化层102中，其中可部分移除第一钝化层102。视需要，为控制待移除的钝化层111的量及凹槽r111的深度，可利用端点检测技术。例如，凹槽r111经形成于至少顶部金属线201及/或一个钛层202上方，其中钛层202的顶表面可用作移除钝化层111期间的端点检测的参考点。例如，钝化层111的厚度是约10,000埃，且凹槽r111的底表面与钛层202的顶表面的距离是约3,400埃。

参考图5，图5是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。通过毯覆式沉积在钝化层111上方及凹槽r111中形成释气层105'，其覆盖第一区r1及第二区r2。例如，所形成的释气层105'的厚度是约10,500埃，且钛层202的顶表面与凹槽r111正上方的释气层105'的顶表面之间的距离在约12,000埃到约16,000埃的范围内。如先前图1中所论述，释气层105'可包含高密度等离子体氧化物(hdp氧化物，例如通过高密度等离子体工具形成的氧化硅)、等离子体辅助氧化物、聚合物、多晶硅、非晶硅、聚酰亚胺、有机化合物、氧化物化合物、聚(对二甲苯)衍生物或其它合适释气电介质。在一些实施例中，在沉积释气层105'(例如，hdp氧化物层)的操作期间，可供应硅烷(sih4)、氧气(o2)及/或氩气(ar)或其它合适反应气体。

参考图6，图6是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。随后，从释气层105'的顶表面执行化学机械平坦化(cmp)操作以移除在凹槽r111外部的释气层105'，且暴露钝化层111的顶表面(或第三钝化层104的顶表面)。在执行所述cmp操作之后，钛层202的顶表面与凹槽r111中的释气材料105的顶表面之间的距离经减小(例如)到约9,000埃，但本发明实施例并不限于此。应注意，因为待形成于第二区r2中的装置可能需要较低腔压力或较高真空级(例如，陀螺仪)，所以完全移除第二区r2内的释气层105'以免释气层105'在后续制造操作中在形成于第二区r2中的密封装置中产生释气气体，此可降低装置性能。此外，在对释气层105'执行cmp操作期间可能引发凹陷效应，因此在cmp操作之后，凹槽r111中的释气材料105的顶表面s105可朝向装置衬底101内凹。

参考图7，图7是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。随后在第一区r1及第二区r2中的释气材料105上方形成释气势垒层121。释气势垒层121可能够阻碍通过释气材料105及钝化层111(取决于钝化层111的材料)产生的释气气体从其顶表面渗透。在一些实施例中，释气势垒层121可包含氮化物，例如氮化硅(sin)，或其它合适势垒层。释气势垒层121减小在直到移除释气势垒层121为止的时间间隔期间从释气材料105释放的释气气体的量，因此可增加此后从释气材料105释放的释气气体的量。此外，在钝化层111的一些材料也在高温下产生气体的情况下，释气势垒层121可限制从钝化层111(尤其在第二区r2中)的释气现象。

参考图8，图8是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。分别在第一重布线区z2及第二重布线区z2'中形成沟槽t1及沟槽t2，从而暴露钛层202的顶表面。在本文中，沟槽t1及沟槽t2穿透通过钝化层111及释气势垒层121。沟槽t1及沟槽t2可通过使用第二掩模902形成，其中移除钝化层111可能需要光刻操作及/或蚀刻操作。例如，沟槽的临界尺寸可为约2μm，但本发明实施例并不限于此。

参考图9，图9是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。在释气势垒层121上方及第一重布线区z2中的沟槽t1的侧壁及第二重布线区z2'中的沟槽t2的侧壁上形成重布线层120。此外，重布线层120直接接触钛层202的经暴露顶表面。在本文中，重布线层120包含一或多个导电材料(例如金属)。例如，重布线层120可包含在释气势垒层121上方且与钛层202的经暴露顶表面、沟槽t1的侧壁及沟槽t2的侧壁直接接触的第一层122，及在第一层122上方的第二层123。例如，第一层122包含钛，且第二层包含氮化钛(tin)。

参考图10，图10是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。通过用第三掩模903图案化来移除重布线层120的在释气势垒层121上方的部分。重布线层120的所述移除可能需要光刻操作及/或蚀刻操作。

参考图11，图11是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。一些顶部金属线201并未连接到重布线层120且未在释气材料105正下方。移除在这些顶部金属线201(既未连接到重布线层120也未在释气材料105正下方)上方的钝化层111及释气势垒层121以便暴露钛层202的整个顶表面，借此在此钛层202上方形成多个空间sc。在一些实施例中，空间sc的底表面是在顶部金属线201的顶表面下方但在装置衬底101的顶表面上方。可通过使用第四掩模904以移除钝化层111的部分及释气势垒层121的部分来形成空间sc，这可能需要光刻操作及/或蚀刻操作。

参考图12，图12是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。随后，移除从空间sc暴露的钛层202，其中所述移除操作可包含光刻操作及/或蚀刻操作。借此暴露一些顶部金属线201。

参考图2a到2f及13a，图13a是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。随后，通过利用第六掩模906图案化来部分移除释气材料105及释气势垒层121，其中所述移除操作可包含光刻操作及/或蚀刻操作。先前在图2a到2f中论述关于释气材料105的形状的各个实施例，其中在一些实施例中，沟槽1050(例如，图2a到2f)的内侧壁中的至少一者、凹槽(例如，图2a、2c、2e或2f)的底表面rb的部分及/或释气材料105(例如，图2b、2d、2e或2f)的下表面经暴露。通过部分移除释气材料105，释气材料105的总表面区域增加及/或靠近凹槽r111(如图4中所展示)的底表面的释气材料105的部分经暴露。明确来说，因为释气材料105主要在表面区域处产生释气气体，所以总的经暴露表面区域是与通过释气材料105在给定时间段内产生的释气气体的释气速率成正相关。借此，当释气材料105在后续操作(例如，接合操作，如随后将在图15中论述)中加热到特定温度时，通过释气材料105产生的释气气体的量可在此加热操作的有限时间段内增加。

参考图13b，图13b是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。通过用第七掩模907图案化来进一步移除在空间sc的底部处的钝化层111的一些部分。因为钝化层111可在一些实施例中(取决于钝化层111的材料)产生释气气体，所以通过进一步移除额外钝化层111，可减小通过钝化层111在后续操作中(尤其在第二区r2中的密封装置中)产生的释气气体的量。应注意，执行图13a中所论述的操作及图13b中所论述的操作的序列不受限制。

参考图13c，图13c是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。替代性地，在一些实施例中，可通过第六掩模906'来执行图13a中所论述的操作及图13b中所论述的操作以便促进制造效率。应注意，因为释气材料105的经移除部分的临界尺寸(例如，如图2a到2d中所论述之间距a，或图2a到2f中所论述的其它临界尺寸)是小于空间sc的临界尺寸，所以在通过单个第六掩模906'图案化时，释气材料105处的蚀刻率可低于空间sc的底部处的蚀刻率。

参考图14，图14是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。因为可在将罩盖衬底309接合到装置衬底101之前执行一些退火操作(例如，对金属间电介质或层间电介质的处理)，所以在部分移除释气材料105的部分(如先前图13a到13b或13c中所论述)之后移除释气势垒层121，借此释气材料105能够在接合操作期间释气，而非在接合装置衬底101与罩盖衬底309之前基本上释放大部分释气气体，其中释气气体并不是如预期那样在密封腔中被产生。在一些实施例中，可通过毯覆式蚀刻操作移除释气势垒层121。在一些实施例中，保留第一重布线区z2及第二重布线区z2'中的释气势垒层121，以便阻碍钝化层111在后续接合操作期间产生释气气体。

参考图15，图15是根据本发明实施例的一些实施例的在制造操作的中间阶段期间的微机电系统结构的剖面图。随后，将装置衬底101接合到罩盖衬底309，其中接合操作可包含(但不限于)共晶接合(例如，cusn、alge、ausi)、熔融接合、热压缩或任何其它合适晶片级接合。例如，当顶部金属线201包含铝铜且罩盖衬底309的接合区域包含锗时，可执行alge共晶接合。应注意，如图12中所论述，移除钛层202可允许顶部金属线201充当接垫且与罩盖衬底309直接接触，从而促进接合粘着力。通过将罩盖衬底309接合到装置衬底101，分别在第一区r1及第二区r2中形成第一腔c1及第二腔c2。因为接合操作可为在降低压力的环境下执行，所以第一腔c1及第二腔c2两者最初具有较低腔压力(在一些实施例中，高真空级)。如先前图1中所论述，为个别地增加第一腔c1中的腔压力，第一腔c1中的释气材料105在接合操作期间产生释气气体。

通常，可通过高温刺激从释气材料105产生释气气体。在接合操作期间，装置衬底101(包含第一区r1及第二区r2)及罩盖衬底309的温度升高。对于alge共晶接合操作的实例，温度升高到至少400℃，例如在约420℃到约440℃的范围内。此外，在释气材料105包含高密度等离子体(hdp)氧化物的实施例中，释气材料105可产生氢气(h2)，且在一些实施例中进一步包含氩气(ar)，这可源于图5中所论述的沉积操作。然而，应注意，释气气体的类型取决于释气材料105的性质、所涉及的制造操作及类型。

如先前图7到14中所论述，为从释气材料105产生更大量的释气气体到第一腔c1中，特别在接合操作的时间间隔期间，在重布线操作之前在释气材料105上方形成释气势垒层121，且随后在如图15中所论述的接合操作之前移除释气势垒层121，借此减小释放到环境中而非保持于密封的第一腔c1中的释气气体的量。此外，如图1到2f及13a到13c中所论述，因为释气材料105主要在表面区域处产生释气气体，所以总的经暴露表面区域是与通过释气材料105在给定时间段内产生的释气气体的释气速率成正相关。例如，在接合操作期间，释气材料105在约预定时间段(例如，10分钟)内升高到超过400℃，且随后冷却下来。通过增加总的经暴露表面区域(其在接合操作期间暴露到第一腔c1)，所产生的释气气体的量可在此加热操作的有限时间段内增加。通过部分移除释气材料105，至少侧壁或在顶表面下方的下表面经暴露到第一腔c1，其中在释气材料105的表面处可产生更多释气气体。

在将罩盖衬底309接合到装置衬底101之后，借此形成mems结构100，且mems结构100的温度降低。在低于接合温度的温度下，通过释气材料105产生的释气气体的量大幅减少。

在一些实施例中，加速度计经形成于第一区r1中，其中在接合操作期间，可移动组件323(其可为保证质量)经围封于第一腔c1中。在一些实施例中，陀螺仪经形成于第二区中，其中第二腔c2具有低于第一腔c1的腔压力。在一些实施例中，罩盖衬底309及装置衬底101可通过切割单粒化成多个芯片，且包含第一腔c1的装置及包含第二腔c2的装置经集成于一个集成芯片中，因此所述集成芯片可能够执行多种功能。应注意，包含于mems结构100中的装置的类型在本发明实施例中不受限制。

本发明实施例的一些实施例提供一种微机电系统(mems)结构，其包含：装置衬底，其具有第一区及不同于所述第一区的第二区；罩盖衬底，其接合于所述装置衬底上方；第一腔，其在所述第一区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第一腔具有第一腔压力；第二腔，其在所述第二区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第二腔具有低于所述第一腔压力的第二腔压力；钝化层，其在所述第一腔中；释气材料，其在所述钝化层上方，其中所述释气材料包括顶表面及暴露到所述第一腔的侧壁。

本发明实施例的一些实施例提供一种微机电系统(mems)结构，其包含：装置衬底，其具有第一区及不同于所述第一区的第二区；罩盖衬底，其接合于所述装置衬底上方；第一腔，其在所述第一区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第一腔具有第一腔压力；第二腔，其在所述第二区中且介于所述装置衬底与所述罩盖衬底之间，其中所述第二腔具有低于所述第一腔压力的第二腔压力；钝化层，其在所述第一腔中；释气材料，其在所述钝化层中，其中所述释气材料包括沟槽，所述沟槽的深度大于所述释气材料的厚度的约10％。

本发明实施例的一些实施例提供一种用于制造半导体结构的方法，其包含：提供装置衬底，其中所述装置衬底包括第一区及不同于所述第一区的第二区；在所述第一区中形成释气材料；部分移除所述释气材料的部分以暴露所述释气材料的侧壁；及将所述装置衬底接合到罩盖衬底以在所述第一区中形成第一腔且在所述第二区中形成第二腔。

前述内容概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可更佳理解本发明实施例的方面。所属领域的技术人员应了解，其可易于使用本发明实施例作为用于设计或修改用于实行本文中介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优点的其它操作及结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到这些等效构造不脱离本发明实施例的精神及范围，且其可在本文中做出各种改变、替代及更改而不脱离本发明实施例的精神及范围。

此外，本申请案的范围并不希望限于本说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组合物、构件、方法及步骤的特定实施例。如所属领域的一般技术人员将易于从本发明实施例的揭露内容了解，根据本发明实施例可利用目前现有或以后开发的执行与本文中所描述的对应实施例基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的过程、机器、制造、物质组合物、构件、方法或步骤。因此，所附权利要求书希望其范围内包含这些过程、机器、制造、物质组合物、构件、方法或步骤。

符号说明

100微机电系统(mems)结构

101装置衬底

102第一钝化层

103第二钝化层

104第三钝化层

105释气材料

105'下部分/释气层

111钝化层

120重布线层

121释气势垒层

122第一层

123第二层

201顶部金属线

202钛层

309罩盖衬底

323可移动组件

901第一掩模

902第二掩模

903第三掩模

904第四掩模

906第六掩模

906'第六掩模

907第七掩模

1000方法

1001操作

1003操作

1006操作

1009操作

1050沟槽

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间距

b宽度

c长度

c1第一腔

c2第二腔

d深度

h厚度

l105下表面

l1050底表面

r1第一区

r2第二区

r111凹槽

rb底表面

s105顶表面

s111内侧壁

sc空间

sp空间

sw侧壁

t1沟槽

t2沟槽

w宽度

x厚度

z1释气区

z2第一重布线区

z2'第二重布线区