用於MEMS器件中的氣密密封的具有錐形側壁的凹槽的製作方法

2023-12-05 21:10:12

本發明實施例涉及半導體領域，更具體地，涉及用於MEMS器件中的氣密密封的具有錐形側壁的凹槽。

背景技術：

已經發現諸如加速計、壓力傳感器和麥克風的微電子機械系統(MEMS)器件廣泛地用於許多現代電子器件。例如，MEMS加速計常見於汽車(如，在安全氣囊展開系統中)、平板電腦或智慧型手機中。對於許多應用，MEMS器件電連接至微處理器、微控制器或專用集成電路(ASIC)以形成完整的MEMS系統。

技術實現要素：

本發明的實施例提供了一種集成電路(IC)器件，包括：第一襯底，具有前側和背側，其中，所述背側包括延伸至所述第一襯底內的第一空腔；介電層，設置在所述第一襯底的背側上，其中，所述介電層包括對應於所述第一空腔的開口以及遠離所述開口橫向延伸並且終止於氣體入口凹槽處的溝槽；凹槽，位於所述第一襯底的前側中，所述凹槽從所述前側向下延伸至所述介電層，所述凹槽具有鄰接下部側壁的基本垂直的上部側壁，所述下部側壁從所述基本垂直的上部側壁至所述介電層上的圍繞所述氣體入口凹槽的位置處向內錐形化；以及共形密封劑層，位於所述第一襯底的前側上方、沿著所述基本垂直的上部側壁並且沿著所述下部側壁、以及氣密密封所述氣體入口凹槽。

本發明的實施例還提供了一種器件，包括：CMOS管芯，包括CMOS襯底；MEMS管芯，包括MEMS襯底並且接合至所述CMOS管芯；覆蓋結構，包括覆蓋襯底和位於所述覆蓋結構的下側上的介電層，其中，所述 介電層包括第一空腔和第二空腔以及從所述第一空腔橫向延伸的氣體入口凹槽，所述覆蓋結構的介電層接合至所述MEMS管芯的上表面；凹槽，具有基本垂直的側壁，所述基本垂直的側壁從位於所述氣體入口凹槽上方的覆蓋結構的上表面向下延伸並且與下部側壁相接，所述下部側壁從所述基本垂直的側壁向內錐形化，其中，所述下部側壁向下延伸至所述介電層的上表面；以及共形氧化物層，位於所述覆蓋結構的上表面上方、沿著所述基本垂直的側壁並且沿著所述下部側壁，其中，所述共形氧化物層氣密密封所述氣體入口凹槽和所述第一空腔以及第一壓力，所述第一壓力與所述第二空腔中保持的第二壓力不同。

本發明的實施例還提供了一種形成IC(集成電路)器件的方法，所述方法包括：接收具有前側和背側的第一晶圓，其中，在所述第一晶圓的背側上設置介電層；在所述介電層中形成氣體入口凹槽；形成第一空腔凹槽和第二空腔凹槽，所述第一空腔凹槽和所述第二空腔凹槽延伸穿過所述介電層並且延伸至所述第一晶圓內，其中，所述第一空腔凹槽形成為鄰接所述氣體入口凹槽，並且所述第二空腔凹槽與所述氣體入口凹槽隔離；接收具有前側和背側的第二晶圓；將所述第二晶圓的前側接合至所述第一晶圓的背側，從而使得所述第二晶圓的第一MEMS器件區和第二MEMS器件區分別與所述第一空腔凹槽和所述第二空腔凹槽對準；在所述第一晶圓和所述第二晶圓接合在一起之後，對所述第一晶圓的前側實施Bosch蝕刻以在所述氣體入口凹槽上方形成凹槽，其中，所述凹槽展示出在所述氣體入口凹槽上方的第一晶圓內終止的下表面並且展示出設置在所述氣體入口凹槽的相對兩側上的基本垂直的側壁；以及實施錐形化蝕刻以增加所述凹槽的深度並且暴露所述氣體入口凹槽，其中，所述錐形化蝕刻產生下部凹槽側壁，所述下部凹槽側壁從所述基本垂直的側壁至所述介電層上的位於所述氣體入口凹槽的相對兩側上的位置處向內錐形化。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳理解本發明的各方面。應該注意，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪製。實際上，為 了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1示出了根據本發明的一些實施例的由第一襯底和第二襯底組成的三維集成電路(3D IC)器件的截面圖，其中，具有錐形側壁的凹槽布置在第一襯底的前側中以提供有效的氣密密封。

圖2示出了由圖1和圖2中的剖面線指示的圖1的第一襯底的背面視圖。

圖3示出了由圖1和圖3中的剖面線指示的圖1的第一襯底的正面視圖。

圖4示出了根據一些實施例的由第一襯底、第二襯底和第三襯底製成的另一3D IC的截面圖，其中，多個空腔包括在3D IC中，並且其中，通過已經氣密密封的具有錐形側壁的凹槽在至少一個空腔中保持壓力。

圖5示出了根據一些實施例的凹槽和氣密密封的放大的截面圖。

圖6示出了根據一些實施例的凹槽和氣密密封的放大的截面圖。

圖7示出了根據本發明的各方面的製造集成電路器件的方法的一些實施例的流程圖。

圖8至圖20示出了根據圖7的方法的如一系列截面圖的一系列增量式製造步驟。

圖21示出了根據本發明的各方面的製造集成電路器件的方法的一些實施例的流程圖。

圖22至圖29示出了根據圖21的方法的如一系列截面圖的一系列增量式製造步驟。

具體實施方式

以下公開內容提供了許多用於實現本發明的不同特徵的不同實施例或實例。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實施例，並且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成附加的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。另外，本發明可以在各 個實例中重複參考標號和/或字符。該重複是為了簡單和清楚的目的，並且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關係。

此外，為了便於描述，本文可以使用諸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…之上」、「上部」等的空間關係術語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關係。除了圖中所示的方位外，空間關係術語旨在包括器件在使用或操作過程中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對描述符可以同樣地作相應的解釋。

本發明的實施例涉及用於製造MEMS器件的改進的方法，該MEMS器件提供了具有錐形(tapered，又稱「楔形」)側壁的凹槽以改進MEMS器件中的空腔的氣密密封性。由於錐形側壁提供了具有比傳統側壁更小的寬度的開口，傳統側壁是純粹垂直的而不是錐形的，所以在錐形側壁上方可以更容易地形成密封劑層。這簡化了用於重新密封空腔的工藝，並且提高了良品率。

共同參照圖1至圖3，現在描述根據一些實施例的MEMS 3D IC結構100。MEMS 3D IC 100由第一襯底102和第二襯底104組成，該第一襯底在一些示例中可以稱為覆蓋襯底，該第二襯底在一些示例中可以稱為MEMS襯底。在第一襯底102的背側102a上設置第一空腔106。在第二襯底104上，諸如隔板、檢測質量塊或其他柔性或可移動結構的MEMS器件區108與第一空腔106流體連通，由此，第一空腔106內的氣體分子可以在MEMS器件區108周圍移動並且撞擊該器件區。介電層110可以可選擇地設置在第一襯底102的背側上並且將第一襯底102和第二襯底104彼此分隔開。

如圖1和圖2所示，如果存在的話，介電層110包括對應於第一空腔106的開口107，並且也包括遠離開口107橫向延伸且終止於氣體入口凹槽114的溝槽112。如果不存在介電層110，則可以可選地在第一襯底102的最接近背側102a的部分中形成溝槽112和氣體入口凹槽114。

如圖1和圖3所示，在第一襯底102的前側102b上，凹槽116從前側102b向下延伸至介電層110。凹槽116具有基本垂直的上部側壁118a、118b 和錐形下部側壁120a、120b。有利地，下部側壁120a、120b從基本垂直的上部側壁118a、118b向下至介電層110上的某處向內錐形化，該介電層圍繞氣體入口凹槽114。例如，諸如氧化物的共形密封劑層122在第一襯底102的前側102b的部分上方、沿著基本垂直的上部側壁(118a、118b)、沿著錐形下部側壁(120a、120b)並且向下至溝槽112的部分內共形地延伸以氣密密封氣體入口凹槽114，並且由此氣密密封第一空腔106。憑藉它們的錐形特性，最接近氣體入口凹槽114的下部側壁120a、120b更加緊密相隔，這允許共形密封劑層122提供比傳統的方法更加可靠的氣密密封性。然後在共形密封劑層122上方形成諸如共形鋁層的共形導電層124。在本文中還將理解，通過使用具有錐形側壁的凹槽的用於空腔的氣密密封的其他配置也預期落在本發明的範圍內。

圖4示出了根據一些實施例的MEMS 3D IC 400。MEMS 3D IC 400包括如圖所示彼此接合的器件IC 402、MEMS IC 404和覆蓋結構406。介電層408設置在覆蓋結構406的背側上並且該介電層中具有氣體入口凹槽410。例如，如先前參照圖1至圖3描述的，通過介電層408中的橫向溝槽，氣體入口凹槽410流體耦接至第一空腔412a。

當MEMS IC 404和覆蓋結構406最初接合在一起時，MEMS IC 404和覆蓋結構406協同圍繞第一空腔412a以及第二空腔412b，從而使得在製造期間，最初密封第一空腔412a以及第二空腔412b以保持其中的第一壓力。對於第一空腔412a和第二空腔412b，第一壓力相同。在空腔412a、412b最初保持第一壓力之後，進行蝕刻以形成暴露氣體入口開口410的凹槽414，並且從而重新打開第一空腔412a，但是使第二空腔412b密封在第一壓力下。有利地，凹槽414具有錐形側壁以有助於可靠的氣密密封。在暴露出氣體入口開口410並且重新打開第一空腔412a的情況下，在暴露的氣體入口開口410上方形成共形密封劑層416以在第一空腔412a中氣密地保持第二壓力。第二壓力可以與仍然能夠保持在第二空腔412b中的第一壓力相同或不同。

雖然圖4僅示出了第一空腔412a和第二空腔412b，但是該工藝可以擴展至3D IC和/或晶圓上的兩個以上的空腔，從而使得不同的空腔可以單獨 地打開並且通過形成一系列凹槽和共形密封劑層單獨地密封。該技術提供了提供多個MEMS器件區的有效方式，該多個MEMS器件區展示出可以單獨地調節的相應的壓力。在一些實施例中，在覆蓋結構406的前側中沒有對應的氣體入口凹槽的情況下，至少一個空腔(如，圖4中的第二空腔412b)最初密封在第一壓力下，這與每一個空腔都通過其自己的凹槽和共形密封劑層密封其自己的氣體入口凹槽的方法相比，可以稍微地簡化製造工藝。

在一些實施例中，器件IC 402支持MEMS操作，並且例如，該器件IC是諸如專用集成電路(ASIC)、通用處理器或微控制器等的CMOS IC。器件IC 402包括布置在器件襯底418中和/或上方的半導體器件(例如，諸如MOSFET、BJT、電容器、電阻器、電感器和/或二極體—未示出)。在一些實施例中，器件襯底418可以稱為第三襯底，並且例如，該器件襯底可以是諸如塊狀矽襯底的塊狀半導體襯底或絕緣體上半導體(SOI)襯底。

後段製程(BEOL)金屬化堆疊件420設置在器件襯底418上方並且包括層間介電(ILD)層422和堆疊在ILD層422內的金屬化層424、426。例如，ILD層422可以是低k電介質(即，介電常數約小於3.9的電介質)或氧化物。金屬化層424、426包括成形為IC接合環的上部金屬化層429。IC接合環橫向圍繞第一器件空腔428a和第二器件空腔428b，該第一器件空腔和該第二器件空腔相對於ILD層422的上表面凹進。此外，在一些實施例中，IC接合環設置在ILD層422的環形凹槽中，使得暴露IC接合環的上表面。接觸件(未示出)將半導體器件電耦接至金屬化層424、426；並且通孔將金屬化層424、426彼此電耦接。例如，金屬化層(424、426)、接觸件、通孔和IC接合環可以是諸如鋁銅、鍺、銅、鎢或一些其他金屬的導電材料。

MEMS IC 404布置在器件IC 402上方並且接合至該器件IC。MEMS IC 404包括MEMS襯底430，在一些實施例中，該MEMS襯底可以稱為第二襯底。例如，MEMS襯底430可以是塊狀半導體襯底、SOI襯底或絕緣體上多晶矽(POI)襯底。分別對應於第一和第二可移動或柔性結構的第一MEMS器件區432a和第二MEMS器件區432b由MEMS襯底430做成， 並且例如，便於MEMS IC 404用作運動傳感器、壓力傳感器或麥克風。第一MEMS器件區432a和第二MEMS器件區432b分別布置在第一器件空腔428a和第二器件空腔428b上方。在一些實施例中，第一MEMS器件區432a和第二MEMS器件區432b可以將第一器件空腔428a和第二器件空腔428b分別與第一空腔412a和第二空腔412b氣密地分離，因此它們保持獨立的壓力。然而，在其他實施例中，第一MEMS器件區432a和第二MEMS器件區432b具有穿過其中的開口，因此第一器件空腔428a和第二器件空腔428b分別與第一空腔412a和第二空腔412b流體連通(如，第一MEMS器件區432a和第二MEMS器件區432b具有與第一器件空腔428a和第二器件空腔428b相同的相應壓力)。環形安裝區434與IC接合環垂直對準，並且由MEMS接合環436內襯。MEMS接合環436與IC接合環電耦接，並且在一些實施例中，延伸至ILD層422中的環形IC開口內。例如，MEMS接合環436是或以其他方式包括鋁銅、銅、鍺、鎢或一些其他的金屬。

雖然未示出，但是在一些實施例中，防粘連層內襯於空腔412a、412b、428a、428b的表面和/或MEMS器件區432a、432b的表面。防粘連層有利地在MEMS IC 404的操作期間防止MEMS器件區432a、432b的可移動或柔性元件的粘滯。通常地，防粘連層是共形自組裝單層或自組裝膜(SAM)，但是其他防粘連層是可接受的。

在MEMS IC 404的操作期間，MEMS器件區432a、432b的可移動或柔性元件與施加至可移動或柔性元件的諸如運動或聲波的外部刺激成比例地偏移。同樣地，可以通過測量偏移來定量外部刺激。在一些實施例中，使用可移動或柔性元件與沿著ILD層422的凹進表面布置的感測電極(未示出)之間的電容耦合來測量偏移。在這樣的實施例中，可移動或柔性元件可以電耦接至器件IC 402(如，通過MEMS接合環436)。

覆蓋結構406布置在MEMS IC 404上方並且接合至該MEMS IC。覆蓋結構406包括覆蓋襯底438，在一些實施例中，該覆蓋襯底可以稱為第一襯底。覆蓋襯底438具有相對於它的背側438a凹進並且位於第一空腔412a和第二空腔412b上面的表面。第一空腔412a和第二空腔412b與第一器件空腔428a和第二器件空腔428b垂直對準，並且在一些實施例中，與 器件空腔428a、428b流體連通(如，通過MEMS開口)。在示出的實例中，覆蓋結構406也具有凹槽414，該凹槽延伸穿過覆蓋襯底438至覆蓋介電層408、橫向鄰近第一空腔412a。例如，覆蓋襯底438可以是塊狀半導體襯底或SOI襯底。覆蓋介電層408將覆蓋襯底438與MEMS IC 404間隔開。例如，覆蓋介電層408可以是諸如二氧化矽的氧化物。在共形密封劑層416上方設置諸如共形鋁層的共形導電層440。

參照圖5，提供了凹槽414a和氣密密封結構的一些實施例的放大的截面圖500。基本垂直的上部側壁502位於第一平面504上，該第一平面以第一角度θ1與覆蓋襯底438的前側438b相接，其中θ1介於87度和93度之間的範圍內。錐形下部側壁506位於第二平面508上，該第二平面以第二角度θ2與覆蓋襯底438的前側438b相接，其中，θ2介於60度和88度之間的範圍內。基本垂直的上部側壁502具有第一高度h1，在覆蓋襯底438的前側438b和基本垂直的側壁502鄰接錐形下部側壁506的最外部位置的位置之間測量第一高度h1。該第一高度h1可以介於30微米和200微米之間的範圍內。錐形下部側壁506可以具有第二高度h2，在該最外部的位置和覆蓋襯底438的背側438a之間測量該第二高度，並且該第二高度介於10微米和50微米之間的範圍內。在一些實施例中，基本垂直的側壁502可以展示出通過Bosch蝕刻形成並且可以沿著上部側壁502的整個高度延伸的一系列扇形形狀510。扇形形狀通常處於近似規則的深度。共形密封劑層416和共形導電層440位於這些側壁502、506上面，並且延伸至氣體入口凹槽410內以氣密密封第一空腔412a。由於下部側壁506的錐形特性，所以可以更可靠地沉積共形密封劑層416以提供更可靠的氣密密封。

參照圖6，提供了氣密密封凹槽414b的一些可選實施例的放大的截面圖600。基本垂直的上部側壁602位於第一平面604上，該第一平面以第一角度θ1與覆蓋襯底438的前側438b相接，其中θ1介於87度和93度之間的範圍內。錐形下部側壁606位於第二平面608上，該第二平面以第二角度θ2與覆蓋襯底438的前側438b相接，其中，θ2介於60度和88度之間的範圍內。上部錐形側壁610位於第三平面612上，該第三平面以第三角度θ3與覆蓋襯底438的前側438b相接，該第三角度介於60度和88度之間 的範圍內。第二角度θ2和第三角度θ3可以彼此相等，或者可以彼此不同。在一些實施例中，第一高度h1為約5～200μm；並且第二高度h2和第三高度h3的每個均在從約10～50μm的範圍內，並且可以相同或不同。共形密封劑層416和共形導電層440位於這些側壁602、606和610上面，並且延伸至氣體入口凹槽410內以氣密密封第一空腔412a。由於下部側壁606的錐形特性，所以可以更可靠地沉積共形密封劑層416以提供更可靠的氣密密封。由於上部側壁610的錐形特性，所以可以更可靠地濺射導電層440以覆蓋共形密封劑層416。

參照圖7，流程圖700提供了用於製造MEMS結構的方法的一些實施例，其中，掩模層用於密封空腔。

在步驟702中，接收第一晶圓，第一晶圓具有前側和背側。介電層設置在第一晶圓的背側上。

在步驟704中，在介電層中形成氣體入口凹槽。

在步驟706中，形成第一空腔凹槽和第二空腔凹槽。第一空腔凹槽和第二空腔凹槽延伸穿過介電層並且延伸至第一晶圓內。第一空腔凹槽可以形成為鄰接氣體入口凹槽，並且第二空腔凹槽可以與氣體入口凹槽隔離。

在步驟708中，接收第二晶圓，第二晶圓具有前側和背側。

在步驟710中，將第二晶圓的前側接合至第一晶圓的背側，從而使得第二晶圓的第一MEMS器件區和第二MEMS器件區分別與第一空腔凹槽和第二空腔凹槽對準。該接合最初可以以第一氣體組分將第一空腔凹槽和第二空腔凹槽密封在第一壓力下。

在步驟712中，在將第一晶圓和第二晶圓接合在一起之後，進行Bosch蝕刻。Bosch蝕刻蝕刻至第一晶圓的前側內以在氣體入口凹槽上方形成通孔凹槽。通孔凹槽展示出終止於通孔凹槽上方的第一晶圓內的下表面並且展示出設置在氣體入口凹槽的相對兩側上的基本垂直的側壁。

在步驟714中，實施錐形化蝕刻以增加通孔凹槽的深度以及暴露出氣體入口凹槽。錐形化蝕刻產生從基本垂直的側壁至介電層上的位於氣體入口凹槽的相對兩側上的位置處向內錐形化的下部通孔凹槽側壁。

在步驟716中，在第一晶圓的前側上方、沿著基本垂直的側壁以及沿 著下部通孔側壁形成共形密封劑層。該共形密封劑層氣密密封氣體入口凹槽並且從而密封第一空腔。以這種方式，可以用第二氣體組分將第一空腔密封在第二壓力下。第二氣體組分可以與第一氣體組分相同或不同，並且第二壓力可以與第一壓力相同或不同。

雖然公開的方法(如，圖7的方法700和圖21的方法2100)在本文中示出和描述為一系列的步驟或事件，但是將理解，這些步驟或事件的示出的順序不應解釋為限制意義。例如，一些步驟可以以不同的順序發生和/或與除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步驟或事件同時發生。此外，並非所有示出的步驟對於實施本文中描述的一個或多個方面或實施例都是必需的，並且本文中示出的一個或多個步驟可以在一個或多個單獨的步驟和/或階段中實施。

參照圖8至圖20，提供了處於製造的各個階段的MEMS結構的一些實施例的一系列截面圖以示出與圖7的方法一致的實例。圖8至圖20示出了第一示例性製造流程，而圖22至圖29示出了第二示例性製造流程。雖然關於圖7的方法描述了圖8至圖20，但是將理解，圖8至圖20中公開的結構不限於該方法，並且可以作為獨立於該方法的結構而單獨存在。類似地，雖然關於圖8至圖20描述了圖7的方法，但是將理解，該方法不限於圖8至圖20中公開的結構，並且可以獨立於圖8至圖20中公開的結構而單獨存在以及擴展至其他未示出的結構。

對應於圖7中的步驟702的一些實例的圖8提供了覆蓋襯底438』。例如，覆蓋襯底438』可以是塊狀半導體襯底或SOI襯底。此外，例如，覆蓋襯底438』可以具有約160微米至約200微米的厚度，諸如約175微米或180微米。覆蓋介電層408』形成在覆蓋襯底438』上方，內襯於覆蓋襯底438』的背側或第一表面438a』。可以使用汽相沉積(如，化學汽相沉積(CVD))、熱氧化、旋塗或任何其他合適的沉積技術形成覆蓋介電層408』。此外，例如，覆蓋介電層408』可以由諸如二氧化矽的氧化物形成。

如圖9所示，其可以對應於圖7中的步驟704的一些實例，在覆蓋介電層408』的背側上方形成諸如光刻膠掩模的第一掩模層902。通過第一掩模層902中的開口實施第一蝕刻以在覆蓋介電層408』中形成溝槽區和氣體 入口凹槽410。溝槽和氣體入口凹槽410可以均具有基本垂直的側壁，該基本垂直的側壁終止於介電層408』和覆蓋襯底438』之間的界面處或者可以停止於介電層408』或覆蓋襯底438』中。此後，可以去除第一掩模層902。

如圖10所示，其可以對應於圖7中的步驟706的一些實例，形成諸如第二光刻膠掩模的第二掩模1002，並且利用位於適當的位置的第二掩模1002，實施第二蝕刻以形成第一空腔412a和第二空腔412b。第二蝕刻延伸穿過覆蓋介電層408』並且延伸至覆蓋襯底438』內。此外，在一定程度上，形成溝槽，第一空腔412a鄰接溝槽。此後，可以去除第二光刻膠層1002。

圖11可以對應於與圖7的步驟708和710相對應的一些實施例。如圖所示，提供MEMS襯底430』形式的第二晶圓，並且第二晶圓通過覆蓋介電層408』接合至覆蓋襯底438』。該接合密封具有第一壓力的第一空腔412a和第二空腔412b。用於將MEMS襯底430』接合至覆蓋襯底438』的工藝通常包括熔融接合工藝，但是可以可選地包括共晶接合工藝。

如圖12所示，在一些實施例中，實施減薄工藝以減小MEMS襯底430』的厚度。減薄工藝產生具有針對製造中的MEMS器件的厚度的更薄的MEMS襯底430』。例如，減薄工藝可以包括化學機械拋光(CMP)操作。

如圖13所示，對MEMS襯底430』實施第三蝕刻以使環形安裝區1302周圍的MEMS襯底430』凹進。第三蝕刻產生具有基底區1304和從基底區1304突出的環形安裝區1302的剩餘的MEMS襯底430』。在一些實施例中，環形安裝區1302的寬度遠離基底區1304逐漸變小。用於實施第三蝕刻的工藝可以包括形成掩蔽環形安裝區1302的第三光刻膠層。此外，可以根據第三光刻膠層的圖案將蝕刻劑施加至MEMS襯底430』。此後，可以去除第三光刻膠層。在基底區1304上方形成MEMS接合環層436。可以使用汽相沉積、熱氧化、旋塗或任何其他合適的沉積技術形成MEMS接合環層436。然而，通常共形地形成MEMS接合環層436。例如，MEMS接合環層436可以由諸如鋁銅或鍺的金屬形成。

還如圖13所示，可選擇地對MEMS襯底430』實施第五蝕刻以形成一個或多個MEMS開口1306。MEMS開口1306限定與第一覆蓋空腔412a和第二覆蓋空腔412b垂直對準的第一可移動或柔性元件和第二可移動或 柔性元件。此外，在一些實施例中，MEMS開口1306限定使第一可移動或柔性元件和第二可移動或柔性元件懸浮的一個或多個彈簧，和/或打開第一空腔412a和第二空腔412b。用於實施第五蝕刻的工藝可以包括形成第五光刻膠層，以及根據第五光刻膠層的圖案將蝕刻劑施加至MEMS襯底。此後，可以去除第五光刻膠層。

雖然未示出，但是在一些實施例中，可以形成防粘連層，防粘連層內襯於第一空腔412a和第二空腔412b的表面和/或剩餘的MEMS襯底430』的表面。防粘連層有利地防止在製造中的MEMS器件的操作期間的可移動或柔性元件的粘滯。例如，防粘連層可以形成為共形SAM。

在圖14中，第三襯底或晶圓418可以對應於由多個IC管芯構成的IC襯底或IC晶圓，該第三襯底或晶圓已經接合至MEMS襯底430』。第三襯底或晶圓可以包括位於其正面中的第一器件空腔428a和第二器件空腔428b。第三晶圓418通過IC接合環和環形安裝區1302共晶接合至MEMS襯底430』。該接合密封第一器件空腔428a和第二器件空腔428b以及第一空腔412a和第二空腔412b。

圖15可以對應於與圖7的步驟712對應的一些實施例。如圖所示，在覆蓋襯底438』的前側上方形成第六掩模層1502，並且利用位於適當的位置的第六掩模層1502實施蝕刻以在覆蓋襯底438』的前側438b中形成凹槽414。可以使用汽相沉積、熱氧化、旋塗或任何其他合適的沉積技術形成第六掩模層1502。例如，第六掩模層1502可以由光刻膠、諸如二氧化矽、一些其他的氧化物、氮化矽或一些其他的氮化物的電介質形成。此外，例如，第六掩模層1502可以形成為具有約0.1微米至約5.0微米的厚度，諸如約2.4微米。可以去除第六掩模層1502，或者可以可選擇地將該第六掩模層留在適當的位置。

在一些實施例中，形成圖15中的凹槽414的蝕刻是在兩種模式之間反覆交替的Bosch蝕刻以獲得基本垂直的側壁1504a、1504b。第一模式使用近似各向同性等離子體蝕刻，各向同性等離子體蝕刻通常包括比率在從1:10至5:1的範圍內的SiF6：O2物質，它們的離子從近似垂直的方向撞擊覆蓋襯底438』。第二模式在凹槽414的側壁和底面上沉積化學惰性鈍化層。 例如，C4F8(八氟環丁烷)源氣體在凹槽414的側壁和底面上沉積類似於鐵氟龍的物質。鈍化層趨於保護覆蓋襯底438』免受隨後的等離子體蝕刻階段的進一步化學腐蝕。然而，在隨後的等離子體蝕刻階段期間，等離子體的定向離子撞擊凹槽414的底部處的鈍化層(但是沿著凹槽側壁的程度少得多)。因此，離子與溝槽的底部處的鈍化層碰撞並且將鈍化層濺射掉，從而使凹槽的底部暴露於化學蝕刻劑。這些蝕刻/沉積步驟重複多次，導致大量的非常小的各向同性蝕刻步驟基本發生在蝕刻的凹槽的底部處，從而提供在其中具有扇形形狀的基本垂直的側壁1504a、1504b。

圖16可以對應於與圖7的步驟714對應的一些實施例。在圖16中，第六掩模1502可選擇地仍在適當的位置(或可選擇地被去除)，進行錐形化蝕刻以加深凹槽414並且使基本垂直的側壁向著凹槽414的底部錐形化。在一些實施例中，該錐形化蝕刻是穩態蝕刻，諸如選擇性蝕刻矽並且留下適當的位置處的二氧化矽的溼蝕刻。因此，錐形化蝕刻可以去除覆蓋襯底438』的暴露部分，同時留下適當的位置處的暴露的介電層408』。在其他實施例中，可以使用其他蝕刻，諸如各向同性溼蝕刻或各向同性幹蝕刻。在一些實施例中，氫氟酸(HF)的溶液可以用於該錐形化蝕刻。因此，在錐形化蝕刻之後，凹槽414展示出基本垂直的上部側壁1504a、1504b以及錐形下部側壁1602a、1602b。在錐形化蝕刻之後，第六掩模1502可以保留在適當的位置，或者如果仍存在，可以被去除。

圖17可以對應於與圖7的步驟716對應的一些實施例。如圖所示，在覆蓋襯底438』的前側上方、沿著基本垂直的側壁並且沿著錐形下部側壁形成共形密封劑層416』以氣密密封氣體入口凹槽和第一空腔412a。在一些實施例中，密封層厚度形成為約0.25微米至約2.5微米。雖然圖17將第六掩模1502示出為在沉積共形密封劑層416』之前已經被去除，但是將理解，如果第六掩模1502留在適當的位置，那麼該第六掩模可以將前側438b與共形密封劑層416』分隔開。根據目標壓力，可以使用汽相沉積、熱氧化、旋塗或任何其他合適的沉積技術形成密封劑層416』。對於小於毫巴的第二壓力，可以使用濺射沉積。對於介於約0.1託至約100託之間的第二壓力，可以使用次大氣壓CVD(SACVD)。對於小於標準大氣壓(atm)的第二 壓力，可以使用大氣壓CVD(APCVD)。

在圖18中，第七掩模(未示出)形成在共形密封劑層416』上方並且用於圖案化共形密封劑層416』。因此，利用位於適當的位置的第七掩模，進行蝕刻以去除圖17的共形密封劑層416』的一部分，並且提供圖18中示出的圖案化的共形密封劑層416。

在圖19中，在覆蓋襯底438』的前側438b上方濺射諸如鋁的導電層440』。

在圖20中，第八掩模(未示出)形成在導電層440』上方並且用於圖案化共形密封劑層416。因此，利用位於適當的位置的第八掩模，進行蝕刻以去除圖19的導電層440』的一部分，並且提供圖20中示出的圖案化的導電層440。

圖21示出了流程圖2100，該流程圖示出用於使用具有錐形側壁的凹槽製造MEMS結構的可選方法。框702至框710與先前關於圖7描述的相同，並且因此為了簡化，在此不再重複。現在在下面描述與框2112至框2122一致的非限制性實例。

在圖22中，其對應於圖21的步驟710(先前關於圖14描述了步驟710)，第三襯底或晶圓418可以對應於由多個IC管芯構成的IC襯底或IC晶圓，該第三襯底或晶圓已經接合至MEMS襯底430』。如先前描述的，覆蓋結構形式的第一襯底438』設置在MEMS襯底430』上方。

在圖23中，其對應於圖21的步驟2112的實例，在覆蓋襯底438』的前側上方形成第六掩模層2302。第六掩模層2302具有以第一距離d1分隔開的掩模側壁，並且利用位於適當的位置的第六掩模層2302，實施蝕刻以在覆蓋襯底438』的前側438b中形成凹槽414」。凹槽414」也具有以第一距離d1間隔開的基本垂直的側壁2304a、2304b。可以使用汽相沉積、熱氧化、旋塗或任何其他合適的沉積技術形成第六掩模層2302。例如，第六掩模層2302可以由光刻膠、諸如二氧化矽、一些其他的氧化物、氮化矽或一些其他的氮化物的電介質形成。此外，例如，第六掩模層2302可以形成為具有約0.1微米至約5.0微米的厚度，諸如約2.4微米。

在圖24中，其對應於圖21的步驟2114，將第六掩模2302的掩模側壁向回拉以提供改進的掩模2302』。因此，改進的掩模2302』具有以第二距 離d2間隔開的掩模側壁，該第二距離大於第一距離d1。

在圖25中，其對應於圖21的步驟2116，利用位於適當的位置的改進的掩模2302』，進行Bosch蝕刻以增加凹槽414」的深度。在Bosch蝕刻之後，凹槽414」包括基本垂直的側壁2502a、2502b以及錐形下部側壁2504a、2504b。

在圖26中，其對應於圖21的步驟2118，在Bosch蝕刻之後，將改進的掩模的掩模側壁向回拉以提供二次改進的掩模2302」，該二次改進的掩模具有以第三距離d3間隔開的掩模側壁，該第三距離大於第二距離d2。

在圖27中，其對應於圖21的步驟2120，實施錐形化蝕刻。該錐形化蝕刻提供從基本垂直的側壁2704a、2704b的下部向內錐形化的錐形下部側壁2702a、2702b。該錐形化蝕刻也提供從基本垂直的側壁的上部向外張開的上部凹槽側壁2706a、2706b。

在圖28中，其對應於圖21的步驟2122，在覆蓋襯底438』的前側上方形成共形密封劑層2800以氣密密封氣體入口凹槽410並且從而密封第一空腔412a。

在圖29中，例如，通過濺射在密封劑層2800上方形成導電層2900。

一些實施例涉及一種集成電路(IC)器件。該IC器件包括第一襯底，第一襯底具有前側和背側。背側包括延伸至第一襯底內的第一空腔。介電層設置在第一襯底的背側上，並且包括對應於第一空腔的開口以及遠離開口橫向延伸並且終止於氣體入口凹槽處的溝槽。位於第一襯底的前側中的凹槽從前側向下延伸至介電層。凹槽具有鄰接下部側壁的基本垂直的上部側壁，下部側壁從基本垂直的側壁至介電層上的圍繞氣體入口凹槽的位置處向內錐形化。在第一襯底的前側上方、沿著基本垂直的上部側壁並且沿著下部側壁布置共形密封劑層。密封劑層氣密密封氣體入口凹槽。

在其他的實施例中，本發明提供了一種器件。該器件包括包含CMOS襯底的CMOS管芯、包含MEMS襯底並且接合至CMOS管芯的MEMS管芯、以及包含覆蓋襯底和位於覆蓋結構的下側上的介電層的覆蓋結構。介電層包括第一空腔和第二空腔以及從第一空腔橫向延伸的氣體入口凹槽。覆蓋結構的介電層接合至MEMS管芯的上表面。凹槽具有基本垂直的側壁， 基本垂直的側壁從位於氣體入口凹槽上方的覆蓋結構的上表面向下延伸。垂直側壁與下部側壁相接，下部側壁從基本垂直的側壁向內錐形化。下部側壁向下延伸至介電層的上表面。在覆蓋結構的上表面上方、沿著基本垂直的側壁並且沿著下部側壁設置共形氧化物層。共形氧化物層氣密密封氣體入口凹槽和第一空腔以及第一壓力，第一壓力與保持在第二空腔中的第二壓力不同。

又一其他實施例涉及一種形成IC(集成電路)器件的方法。在該方法中，接收具有前側和背側的第一晶圓。在第一晶圓的背側上設置介電層。在介電層中形成氣體入口凹槽，並且形成第一空腔凹槽和第二空腔凹槽，第一空腔凹槽和第二空腔凹槽延伸穿過介電層並且延伸至第一晶圓內。第一空腔凹槽形成為鄰接氣體入口凹槽，並且第二空腔凹槽與氣體入口凹槽隔離。接收具有前側和背側的第二晶圓，並且第二晶圓的前側接合至第一晶圓的背側，從而使得第二晶圓的第一MEMS器件區和第二MEMS器件區分別與第一空腔凹槽和第二空腔凹槽對準。在第一晶圓和第二晶圓已經接合在一起之後，對第一晶圓的前側實施Bosch蝕刻以在氣體入口凹槽上方形成凹槽。該凹槽展示出終止在氣體入口凹槽上方的第一晶圓內的下表面並且展示出設置在氣體入口凹槽的相對兩側上的基本垂直的側壁。實施錐形化蝕刻以增加凹槽的深度並且暴露氣體入口凹槽。錐形化蝕刻產生下部凹槽側壁，下部凹槽側壁從基本垂直的側壁至介電層上的位於氣體入口凹槽的相對兩側上的位置處向內錐形化。

本發明的實施例提供了一種集成電路(IC)器件，包括：第一襯底，具有前側和背側，其中，所述背側包括延伸至所述第一襯底內的第一空腔；介電層，設置在所述第一襯底的背側上，其中，所述介電層包括對應於所述第一空腔的開口以及遠離所述開口橫向延伸並且終止於氣體入口凹槽處的溝槽；凹槽，位於所述第一襯底的前側中，所述凹槽從所述前側向下延伸至所述介電層，所述凹槽具有鄰接下部側壁的基本垂直的上部側壁，所述下部側壁從所述基本垂直的上部側壁至所述介電層上的圍繞所述氣體入口凹槽的位置處向內錐形化；以及共形密封劑層，位於所述第一襯底的前側上方、沿著所述基本垂直的上部側壁並且沿著所述下部側壁、以及氣密 密封所述氣體入口凹槽。

根據本發明的一個實施例，其中，所述第一空腔保持第一壓力，並且其中，所述第一襯底的背側還包括：第二空腔，延伸至所述第一襯底內，其中，所述第二空腔保持第二壓力，所述第二壓力與所述第一空腔中保持的第一壓力不同，其中，所述第二空腔與所述第一空腔隔離，在所述第一襯底的前側中沒有便於接通所述第二空腔的氣體入口凹槽。

根據本發明的一個實施例，其中，基本垂直的上部側壁位於第一平面上，所述第一平面與所述第一襯底的前側成介於87度和93度之間的範圍內的第一角度；以及其中，下部側壁位於第二平面上，所述第二平面與所述第一襯底的前側成介於60度和88度之間的範圍內的第二角度。

根據本發明的一個實施例，集成電路器件還包括：上部錐形側壁，從所述基本垂直的上部側壁的最接近所述第一襯底的前側的上部向外錐形化。

根據本發明的一個實施例，其中，基本垂直的上部側壁位於第一平面上，所述第一平面與所述第一襯底的前側成介於87度和93度之間的範圍內的第一角度；其中，下部側壁位於第二平面上，所述第二平面與所述第一襯底的前側成介於60度和88度之間的範圍內的第二角度；以及其中，上部錐形側壁位於第三平面上，所述第三平面與所述第一襯底的前側成介於60度和88度之間的範圍內的第三角度。

根據本發明的一個實施例，其中，所述第二角度和所述第三角度不同。

根據本發明的一個實施例，其中，所述第二角度和所述第三角度相等。

根據本發明的一個實施例，其中，所述基本垂直的上部側壁的在所述第一襯底的前側和所述基本垂直的上部側壁的鄰接錐形側壁的位置之間測量的高度在介於30微米和200微米之間的範圍內，以及其中，所述錐形側壁的在所述位置和所述第一襯底的背側之間測量的高度在介於10微米和50微米之間的範圍內。

根據本發明的一個實施例，其中，所述共形密封劑層是共形氧化物層，並且還包括：共形鋁層，設置在所述共形氧化物層上方的凹槽中。

根據本發明的一個實施例，集成電路器件還包括：第二襯底，接合至所述第一襯底上的介電層的背側，從而使得所述第二襯底的前側覆蓋所述 氣體入口凹槽，並且使得所述第二襯底的MEMS器件區與所述第一空腔對準；以及第三襯底，接合至所述第二襯底的背側，其中，所述第三襯底包括與所述MEMS器件區對準的第三空腔。

本發明的實施例還提供了一種器件，包括：CMOS管芯，包括CMOS襯底；MEMS管芯，包括MEMS襯底並且接合至所述CMOS管芯；覆蓋結構，包括覆蓋襯底和位於所述覆蓋結構的下側上的介電層，其中，所述介電層包括第一空腔和第二空腔以及從所述第一空腔橫向延伸的氣體入口凹槽，所述覆蓋結構的介電層接合至所述MEMS管芯的上表面；凹槽，具有基本垂直的側壁，所述基本垂直的側壁從位於所述氣體入口凹槽上方的覆蓋結構的上表面向下延伸並且與下部側壁相接，所述下部側壁從所述基本垂直的側壁向內錐形化，其中，所述下部側壁向下延伸至所述介電層的上表面；以及共形氧化物層，位於所述覆蓋結構的上表面上方、沿著所述基本垂直的側壁並且沿著所述下部側壁，其中，所述共形氧化物層氣密密封所述氣體入口凹槽和所述第一空腔以及第一壓力，所述第一壓力與所述第二空腔中保持的第二壓力不同。

根據本發明的一個實施例，其中，所述凹槽包括：下部錐形側壁，從所述基本垂直的側壁的下部向內錐形化；以及上部錐形側壁，從所述基本垂直的側壁的上部向外張開。

本發明的實施例還提供了一種形成IC(集成電路)器件的方法，所述方法包括：接收具有前側和背側的第一晶圓，其中，在所述第一晶圓的背側上設置介電層；在所述介電層中形成氣體入口凹槽；形成第一空腔凹槽和第二空腔凹槽，所述第一空腔凹槽和所述第二空腔凹槽延伸穿過所述介電層並且延伸至所述第一晶圓內，其中，所述第一空腔凹槽形成為鄰接所述氣體入口凹槽，並且所述第二空腔凹槽與所述氣體入口凹槽隔離；接收具有前側和背側的第二晶圓；將所述第二晶圓的前側接合至所述第一晶圓的背側，從而使得所述第二晶圓的第一MEMS器件區和第二MEMS器件區分別與所述第一空腔凹槽和所述第二空腔凹槽對準；在所述第一晶圓和所述第二晶圓接合在一起之後，對所述第一晶圓的前側實施Bosch蝕刻以在所述氣體入口凹槽上方形成凹槽，其中，所述凹槽展示出在所述氣體入 口凹槽上方的第一晶圓內終止的下表面並且展示出設置在所述氣體入口凹槽的相對兩側上的基本垂直的側壁；以及實施錐形化蝕刻以增加所述凹槽的深度並且暴露所述氣體入口凹槽，其中，所述錐形化蝕刻產生下部凹槽側壁，所述下部凹槽側壁從所述基本垂直的側壁至所述介電層上的位於所述氣體入口凹槽的相對兩側上的位置處向內錐形化。

根據本發明的一個實施例，方法還包括：在所述第一晶圓的前側上方、沿著所述基本垂直的側壁並且沿著所述下部側壁形成共形層以氣密密封所述氣體入口凹槽並且從而密封所述第一空腔。

根據本發明的一個實施例，其中，將所述第一晶圓和所述第二晶圓接合使所述第一空腔和所述第二空腔密封在初始壓力下，並且其中，形成所述共形層將所述第一空腔重新密封在與所述初始壓力不同的隨後壓力下，同時所述第二空腔保持在所述初始壓力下。

根據本發明的一個實施例，方法還包括：將第三晶圓接合至所述第二晶圓的背側，其中，所述第三晶圓包括與所述MEMS器件區對準的空腔凹槽。

根據本發明的一個實施例，其中，所述凹槽的基本垂直的側壁位於第一平面上，所述第一平面與所述第一晶圓的前側成介於87度和93度之間的範圍內的第一角度；以及其中，所述凹槽的錐形側壁位於第二平面上，所述第二平面與所述第一晶圓的前側成介於60度和88度之間的範圍內的第二角度；其中，在所述第一晶圓的前側和所述基本垂直的側壁的與所述錐形側壁相接的位置之間測量的基本垂直的側壁高度在介於30微米和200微米之間的範圍內，以及其中，在所述位置和所述第一晶圓的背側之間測量的錐形側壁高度在介於10微米和50微米之間的範圍內。

根據本發明的一個實施例，其中，所述錐形化蝕刻包括氫氟酸蝕刻。

根據本發明的一個實施例，方法還包括：在實施所述Bosch蝕刻之前，圖案化所述第一晶圓的前側上方的掩模並且形成淺溝槽，所述淺溝槽的溝槽側壁對應於所述掩模的側壁並且以第一距離間隔開；將所述掩模的側壁向回拉以提供改進的掩模，所述改進的掩模的側壁以第二距離間隔開，所述第二距離大於所述第一距離；以及利用位於適當的位置的改進的掩模， 進行Bosch蝕刻增加所述凹槽的深度以提供所述凹槽的錐形下部側壁。

根據本發明的一個實施例，方法還包括：在所述Bosch蝕刻之後，將所述改進的掩模的側壁向回拉以提供二次改進的掩模，所述二次改進的掩模的側壁以第三距離間隔開，所述第三距離大於所述第二距離；以及利用位於適當的位置的二次改進的掩模，進行所述錐形化蝕刻以提供下部凹槽側壁和上部凹槽側壁，所述下部凹槽側壁從所述基本垂直的側壁的下部向內錐形化，所述上部凹槽側壁從所述基本垂直的側壁的上部向外張開。

上面概述了若干實施例的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本發明的方面。本領域技術人員應該理解，他們可以容易地使用本發明作為基礎來設計或修改用於實施與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優勢的其他工藝和結構。本領域技術人員也應該意識到，這種等同構造並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。