半导体结构及其制造方法与流程

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体结构及其制造方法。

背景技术：

含有半导体器件的电子设备主要用于许多现代应用。半导体器件经历了快速发展。材料和设计的技术进步产生了多代半导体器件，每一代都具有比前一代更小且更复杂的电路。在前进和创新的过程中，功能密度(即，每芯片面积中互连器件的数量)通常增加而几何尺寸(即，可以使用制造工艺创建的最小部件)减小。这种进步增加了处理和制造半导体器件的复杂度。

微机电系统(MEMS)器件近来被开发并且还通常包括在电子设备中。MEMS器件是微尺寸的器件，尺寸通常在小于1微米至几毫米的范围内。MEMS器件包括通过一种或多种半导体制造工艺形成的机械和电子部件。MEMS器件包括使用半导体材料形成机械和电子部件的制造。对于许多应用来说，MEMS器件电连接至外部电路以形成完整的MEMS系统。通常，通过引线接合来形成连接。MEMS器件可以包括用于实现电子-机械功能的多种元件(例如，静态或可移动元件)。MEMS器件被广泛用于各种应用。MEMS应用包括压力传感器、打印机喷嘴等。此外，MEMS应用被扩展到光学应用(诸如可移动反射镜)和射频(RF)应用(诸如RF开关)等。

随着技术的演进，器件的设计整体上随着小尺寸而变得越来越复杂，并且增加了电路的功能和数量。器件涉及许多复杂的步骤并增加了制造的复杂度。制造复杂度的增加可以引起诸如高产量损失、翘曲、低信噪比(SNR)等的缺陷。因此，需要继续修改电子设备中的器件的结构和制造方法以提高器件性能以及减少制造成本和处理时间。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种半导体结构，包括：第一衬底，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第二衬底，设置在所述第一表面上方并包括第一器件和第二器件；第一覆盖结构，设置在所述第二衬底上方，并且包括延伸穿过所述第一覆盖结构到达所述第二器件的通孔；第一腔，环绕所述第一器件并通过所述第一覆盖结构和所述第一衬底限定；第二腔，环绕所述第二器件并通过所述第一覆盖结构和所述第一衬底限定；以及第二覆盖结构，设置在所述第一覆盖结构上方并覆盖所述通孔，其中，通过所述第二覆盖结构密封所述第二腔和所述通孔。

优选地，所述第二覆盖结构是硅衬底。

优选地，所述通孔与所述第二腔耦合并且被配置为连接所述第二腔。

优选地，所述第一腔处于第一气体压力下，所述第一气体压力基本小于所述第二腔的第二气体压力。

优选地，所述第二腔处于大约1个大气压(atm)或周围环境的第二气体压力。

优选地，所述第二覆盖结构的厚度为大约10μm。

优选地，所述通孔的深度为大约50μm至大约250μm。

优选地，通过所述第一衬底的第一凹部和所述第一覆盖结构的第二凹部来限定所述第一腔，或者通过所述第一衬底的第三凹部和所述第一覆盖结构的第四凹部来限定所述第二腔。

优选地，所述第一器件和所述第二器件分别在所述第一腔和所述第二腔内可移动。

优选地，所述第一器件或所述第二器件为陀螺仪或加速计。

优选地，所述第二器件涂覆有抗粘连涂层。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体结构，包括：CMOS衬底；MEMS衬底，包括第一MEMS器件和第二MEMS器件，并且设置在所述CMOS衬底上方；覆盖结构，设置在所述MEMS衬底上方，并且包括延伸穿过所述覆盖结构并设置在所述第二MEMS器件上方的通孔；硅衬底，设置在所述覆盖结构上方，其中，所述通孔被所述硅衬底覆盖以密封所述第二MEMS器件。

优选地，所述第一MEMS器件和所述第二MEMS器件处于不同的气体压力下。

优选地，所述硅衬底设置在所述第一MEMS器件和所述第二MEMS器件上方。

优选地，所述硅衬底的长度与所述覆盖结构的长度基本相同。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体结构的方法，包括：接收第一衬底，所述第一衬底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；接收第二衬底，所述第二衬底包括第一器件和第二器件；在所述第一衬底上方接合所述第二衬底；在所述第二衬底上方设置第一覆盖结构；形成延伸穿过所述第一覆盖结构到达所述第二器件的通孔；在所述第一覆盖结构和所述通孔上方设置第二覆盖结构，其中，所述第一器件处于第一其他压力下，而所述第二器件处于第二气体压力下，并且所述第一气体压力基本不同于所述第二气体压力。

优选地，设置所述第一覆盖结构包括在所述第一气体压力的条件下在所述第一覆盖结构和所述第一衬底之间密封所述第一器件和所述第二器件。

优选地，形成所述通孔或者设置所述第二覆盖结构包括将处于所述第一气体压力的所述第二器件调整为所述第二气体压力。

优选地，设置所述第二覆盖结构包括玻璃浆料接合操作、熔融接合操作或共晶接合操作。

优选地，制造半导体结构的方法还包括：通过所述通孔在所述第二器件上方设置抗粘连涂层。

附图说明

当结合附图阅读时，根据以下详细的描述来更好地理解本发明的各个方面。注意，根据工业的标准实践，各个部件没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以任意地增加或减小各个部件的尺寸。

图1是根据本发明一些实施例的半导体结构的示意性截面图。

图2是根据本发明一些实施例的半导体结构的示例性截面图。

图3是根据本发明一些实施例的制造半导体结构的方法的流程图。

图3A是根据本发明一些实施例的第一衬底的示意性截面图。

图3B是根据本发明一些实施例的具有金属间介电层的第一衬底的示意性截面图。

图3C是根据本发明一些实施例的第二衬底的示意性截面图。

图3D是根据本发明一些实施例的具有接合焊盘的第二衬底的示意性截面图。

图3E是根据本发明一些实施例的第二衬底与第一衬底接合的示意性截面图。

图3F是根据本发明一些实施例的通过接合焊盘将第二衬底与第一衬底接合的示意性截面图。

图3G是根据本发明一些实施例的第一覆盖结构与第二衬底接合的示意性截面图。

图3H是根据本发明一些实施例的通过接合焊盘将第一覆盖结构与第二衬底接合的示意性截面图。

图3I是根据本发明一些实施例的具有通孔的第一覆盖结构的示意性截面图。

图3J是根据本发明一些实施例的具有通孔的第一覆盖结构的示意性截面图。

图3K是根据本发明一些实施例的第二覆盖结构的示意性截面图。

图3L是根据本发明一些实施例的第二覆盖结构的示意性截面图。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多不同的用于实施本发明主题的不同特征的实施例或实例。以下描述部件或配置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件之间形成附件部件使得第一部件和第二部分没有直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这些重复是为了简化和清楚，其本身并不表示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。

此外，为了易于描述，本文中可以使用空间相对术语(诸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述图中所示一个元件或部件与另一个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间相对术语还包括使用或操作过程中设备的不同定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，本文所使用的空间相对描述符可因此进行类似的解释。

在近来的MEMS应用中，多个MEMS器件可以集成到半导体芯片上。例如，运动传感器被用于消费性电子产品(诸如智能手机、平板电脑、游戏控制台、智能TV和汽车碰撞检测系统)中的运动启动用户界面。为了捕获三维空间内的移动的完整范围，运动传感器通常组合使用加速计和陀螺仪。加速计检测线性移动，而陀螺仪检测角运动。为了满足消费者对低成本、高质量和小设备占用面积的需求，加速计和陀螺仪可以由MEMS器件形成，可以通过相同的制造工艺将它们集成到同一衬底上。然而，加速计和陀螺仪使用不同的操作条件。例如，通常在真空中封装陀螺仪用于优化性能。相反，通常在预定压力下封装加速计以产生平滑的频率响应。

因此，本发明涉及一种半导体结构，其包括集成在衬底上的多个器件。半导体结构包括衬底、第一覆盖结构和第二覆盖结构。衬底包括第一器件和第二器件并与第一覆盖结构接合。如此，第一器件和第二器件被分别设置在第一腔和第二腔内。第一覆盖结构包括延伸穿过第一覆盖结构到达第二腔的通孔。通过在第一覆盖结构和通孔上方设置第二覆盖结构来密封第二腔。通过第二覆盖结构密封第二腔与通孔的形状或尺寸无关。换句话说，可以通过第二覆盖结构来覆盖任何形状或尺寸的通孔以密封第二腔。还公开了其他实施例。

此外，第二覆盖结构中通孔的配置使得处于第二气体压力的第二腔不同于第一气体压力的第一腔。在将第一衬底与第二衬底接合之后，第一器件和第二器件处于相同的第一气体压力下。接合之后通孔的形成允许调整或改变第二气体压力不同于第一气体压力或其他预定的气体压力。例如，第一腔和第二腔在接合之后处于真空下，并且在设置第二覆盖结构之后，通过通孔将第二气体压力调整为1个大气压(周围环境)。因此，第一器件和第二器件分别在它们的最佳条件下工作。第一器件和第二器件的性能被优化。提高了半导体结构的性能。还公开了其他实施例。

图1示出了根据本发明的一些实施例的半导体结构100的示意性截面图。半导体结构100包括第一衬底101、第二衬底102、第一覆盖结构103和第二覆盖结构104。在一些实施例中，半导体结构100被配置用于感测移动、压力等。在一些实施例中，半导体结构100被配置用于感测线性运动和角运动。在一些实施例中，半导体结构100包括一个或多个感测器件。在一些实施例中，半导体结构100处于双重或多重气体压力下，因为感测器件在多于一种气体压力下工作。

在一些实施例中，半导体结构100包括第一衬底101。在一些实施例中，第一衬底101包括第一表面101a和与第一表面101a相对的第二表面101b。在一些实施例中，第一衬底101包括第一凹部101f和第三凹部101g。在一些实施例中，第一凹部101f或第三凹部101g被设置在第一表面101a上方并且朝向第二表面101b延伸。

在一些实施例中，第一衬底101包括设置在第一衬底101上方或第一衬底101中的多个电路以及一个或多个有源元件(诸如晶体管等)。在一些实施例中，在第一衬底101上方或第一衬底101中形成的电路可以为适合用于特定应用的任何类型的电路。根据一些实施例，电路可以包括各种n型金属氧化物半导体(NMOS)和/或p型金属氧化物半导体(PMOS)器件，诸如晶体管、电容器、电阻器、二极管、光电二极管、熔丝等。电路可以互连以执行一种或多种功能。在一些实施例中，第一衬底101包括设置在第一衬底101上方或第一衬底101中的CMOS部件。在一些实施例中，第一衬底101包括诸如硅或其他适当材料的半导体材料。在一些实施例中，第一衬底101是硅衬底。在一些实施例中，第一衬底101是CMOS衬底。

在一些实施例中，半导体衬底100包括设置在第一衬底101的第一表面101a上方的第二衬底102。在一些实施例中，第二衬底102与第一衬底101接合。在一些实施例中，第二衬底102包括半导体材料。在一些实施例中，第二衬底102包括与用于第一衬底101相同的材料。在一些实施例中，第二衬底102包括不同于第一衬底101的材料。在一些实施例中，第二衬底102包括硅或其他适当的材料。在一些实施例中，第二衬底102包括形成在第二衬底102上方或第二衬底102中的电路。在一些实施例中，第二衬底102包括晶体管、电容器、电阻器、二极管、光电二极管等。在一些实施例中，第二衬底102是包括机电元件的MEMS衬底。

在一些实施例中，第二衬底102包括第一器件102a和第二器件102b。在一些实施例中，第一器件102a和第二器件102b是MEMS器件。在一些实施例中，第一器件102a或第二器件102b例如包括麦克风、气体压力传感器、加速计、陀螺仪、磁力计、谐振器或与外部环境交互的任何其他器件。在一些实施例中，第一器件102a是用于测量角速率的陀螺仪。在一些实施例中，第二器件102b是用于测量线性加速度的加速计。在一些实施例中，第一器件102a和第二器件102b协作称为运动传感器。例如，第一器件102a和第二器件102b被配置用于运动启动用户界面或汽车碰撞检测系统。在一些实施例中，第一器件102a或第二器件102b相对于第一衬底101或第二衬底102可移动。

在一些实施例中，第一器件102a设置在第一凹部101f上方，以及第二器件102b设置在第三凹部101g上方。因此，第一器件102a和第二器件102b与第一衬底101隔开。在一些实施例中，第一器件102a在第一凹部101f内可移动并且相对于第一衬底101可移动。在一些实施例中，第二器件102b在第三凹部101g内可移动并且相对于第一衬底101可移动。

在一些实施例中，半导体结构100包括设置在第二衬底102上方的第一覆盖结构103。在一些实施例中，第一覆盖结构103接合在第二衬底102上方。在一些实施例中，第一覆盖结构103包括硅或其他适当的材料。在一些实施例中，第一覆盖结构103包括通孔103a、第二凹部103b和第四凹部103c。在一些实施例中，第二凹部103b设置在第一器件102a和第一凹部101f上方。在一些实施例中，第四凹部103c设置在第二器件102b和第三凹部101g上方。在一些实施例中，通孔103a被配置为连接第四凹部103c、第二器件102b和第三凹部101g。

在一些实施例中，通孔103a延伸穿过第一覆盖结构103到达第二器件102b。在一些实施例中，通孔103a从第四凹部103c的侧壁延伸。在一些实施例中，通孔103a被配置为连接第二器件102b和第三凹部101g。在一些实施例中，通孔103a与第三凹部103c垂直耦合。在一些实施例中，通孔103a允许诸如气体的材料通过。在一些实施例中，通孔103a具有各种结构，诸如阶梯型、交错型、锥形结构等。在一些实施例中，通孔103a具有各种形状的截面积，诸如圆形、矩形、四边形、多边形等。在一些实施例中，通孔103a具有大约50μm至大约250μm的深度。

在一些实施例中，半导体结构100包括第一腔105和第二腔106。在一些实施例中，通过第一衬底101和第一覆盖结构103的协作来形成第一腔105和第二腔106。在一些实施例中，第一腔105与第二腔105密封隔离。在一些实施例中，第一腔105环绕第一器件102a并通过第一覆盖结构103和第一衬底101来限定。在一些实施例中，通过第一衬底101的第一凹部101f和第一覆盖结构103的第二凹部103b来限定第一腔105。在一些实施例中，第一器件102a在第一腔105内可移动。在一些实施例中，第二腔106环绕第二器件102b并通过第一覆盖结构103和第一衬底101来限定。

在一些实施例中，通过第一衬底101的第三凹部101g和第一覆盖结构103的第四凹部103c来限定第二腔106。在一些实施例中，第二器件102b在第二腔106内可移动。在一些实施例中，通孔103a与第二腔106耦合并被配置为连接第二腔106。

在一些实施例中，半导体结构100包括设置在第一覆盖结构103上方并覆盖通孔103a的第二覆盖结构104。在一些实施例中，第二覆盖结构104与第一覆盖结构103的表面共形。在一些实施例中，第二覆盖结构104与第一覆盖结构103接合。在一些实施例中，第二覆盖结构104设置在第一覆盖结构103上方以密封第二腔106和通孔130a。在一些实施例中，第二覆盖结构104包括被配置为插入到通孔103a中的凸起。在一些实施例中，第二覆盖结构104是衬底或晶圆。在一些实施例中，第二覆盖结构104包括半导体材料或其他适当的材料。在一些实施例中，第二覆盖结构104是硅衬底。在一些实施例中，第二覆盖结构104具有大约10μm的厚度。

在一些实施例中，通过第一衬底101和第一覆盖结构103的协作在第一腔105内建立第一气体压力。在一些实施例中，第一腔105处于第一气体压力下。在一些实施例中，第一器件102a在第一腔105中处于第一气体压力。在一些实施例中，第一气体压力低于大气压或者周围环境的压力。在一些实施例中，第一腔105为真空或高真空，其中第一腔105中的第一气体压力低于大气压(1atm)。在一些实施例中，第一腔105为高真空以优化第一器件102a的性能。

在一些实施例中，通过通孔103a和第二覆盖结构104的配置在第二腔106中建立第二气体压力。由于在第一覆盖结构103上方设置第二覆盖结构104之前，通孔103a允许在第二腔106与环绕或周围环境之间的气体通路，所以第二腔106具有不同于第一腔105中的第一气体压力的第二气体压力。在一些实施例中，第二气体压力基本大于第一气体压力。在一些实施例中，在通过第二覆盖结构104密封第二腔106之后，第二腔106处于大约1atm、周围环境或其他预定气体压力的第二气体压力下。在一些实施例中，第二腔106处于1atm以优化第二器件102b的性能。

在一些实施例中，第二器件102b被诸如自组装单层(SAM)的防粘连涂层覆盖以防止第二器件102b与第一衬底101或第一覆盖结构103之间的粘连或使这种粘连最小化。在一些实施例中，通孔103a允许抗粘连涂层的通道。在一些实施例中，在第一覆盖结构103上方设置第二覆盖结构104之前，通孔103a允许抗粘连涂层进入第二腔106以涂覆第二器件102b。

图2示出了根据本发明一些实施例的半导体结构200的示意性截面图。在一些实施例中，半导体结构200被配置用于感侧移动、压力等。在一些实施例中，半导体结构200被配置用于感测线性运动或角运动。在一些实施例中，半导体结构200包括CMOS衬底101、MEMS衬底102、覆盖结构103和硅衬底104。

在一些实施例中，CMOS衬底101具有与上述第一衬底101类似的结构。在一些实施例中，CMOS衬底101包括金属间介电(IMD)层101c。在一些实施例中，导电结构101a设置在IMD层101c内。在一些实施例中，导电结构101d被诸如氧化物等的介电材料环绕，并且与CMOS衬底101中的电路或元件电连接。在一些实施例中，导电结构101包括钨、铜、铝等。

在一些实施例中，第一接合焊盘101e设置在CMOS衬底101或IMD层101c上方。在一些实施例中，第一接合焊盘101e被配置为接收外部导电结构。在一些实施例中，第一接合焊盘101e与CMOS衬底101中的导电结构101d电连接。在一些实施例中，第一接合焊盘101e包括铝、铜、钛、金、镍或其他适当材料。

在一些实施例中，MEMS衬底102具有与上述第二衬底102类似的结构。在一些实施例中，MEMS衬底102包括第一MEMS器件102a和第二MEMS器件102b，它们分别具有与上述第一器件102a和第二器件102b类似的结构。在一些实施例中，MEMS衬底102设置在CMOS衬底101上方。

在一些实施例中，MEMS衬底102包括第二接合焊盘102c。在一些实施例中，第二接合焊盘102c被配置为接收外部导电结构。在一些实施例中，第二接合焊盘102c设置为与第一接合焊盘101e相对。在一些实施例中，MEMS衬底102通过使第一接合焊盘101e与第二接合焊盘102c接合来接合在CMOS衬底101上方。如此，CMOS衬底101通过第一接合焊盘101e和第二接合焊盘102c与MEMS衬底102电连接。在一些实施例中，第一接合焊盘101e与第二接合焊盘102c共晶接合。在一些实施例中，第二接合焊盘102c包括锗、硅或其他适当材料。

在一些实施例中，MEMS衬底102包括设置为与第二接合焊盘102c相对的第三接合焊盘102d。在一些实施例中，第三接合焊盘102d被配置为接收外部导电结构。在一些实施例中，第三接合焊盘102d包括铝、铜或其他适当材料。

在一些实施例中，覆盖结构103具有与上述第一覆盖结构103类似的结构。在一些实施例中，覆盖结构103设置在MEMS衬底102上方。在一些实施例中，覆盖结构103包括延伸穿过覆盖结构103并设置在第二MEMS器件102b上方的通孔103a。在一些实施例中，通孔103a具有与上述通孔103a相似的结构。在一些实施例中，覆盖结构103包括被配置为接收外部导电结构的第四接合焊盘103d。在一些实施例中，第四接合焊盘103d被设置为与第三接合焊盘102d相对。在一些实施例中，覆盖结构103通过将第三接合焊盘102d与第四接合焊盘103d接合来接合在MEMS衬底102上方。在一些实施例中，第四接合焊盘103d包括铝、铜或其他适当材料。

在一些实施例中，硅衬底104具有与上述第二覆盖结构104相似的结构。在一些实施例中，硅衬底104设置在覆盖结构103上方。在一些实施例中，硅衬底104被设置为与覆盖结构103共形并且位于第一MEMS器件102a和第二MEMS器件102b上方。在一些实施例中，硅衬底104具有与覆盖结构103的长度基本相同的长度。

在一些实施例中，通孔103a被硅衬底104覆盖以密封第二MEMS器件102b。在一些实施例中，第一MEMS器件102a处于第一气体压力下，并且第二MEMS器件102b处于不同于第一气体压力的第二气体压力下。在一些实施例中，第一MEMS器件102a通过接合CMOS衬底101、MEMS衬底102和覆盖结构103被密封处于第一气体压力下。在一些实施例中，通过将第一接合焊盘101e与第二接合焊盘102c接合以及将第三接合焊盘102d与第四接合焊盘103d接合来密封第一MEMS器件102a。在一些实施例中，第一MEMS器件102a在第一气体压力下工作。在一些实施例中，第一MEMS器件102a处于第一气体压力大幅小于大气压或周围环境的气体压力的真空下。

在一些实施例中，第二MEMS器件102b被密封处于第二气体压力，其不同于第一气体压力。在一些实施例中，通过在覆盖结构103上方设置硅衬底104并覆盖通孔103a来密封第二MEMS器件102b。由于通孔103a在设置硅衬底之前允许气体通道，所以第二MEMS器件102b可以在沉积硅衬底104时被密封处于不同于第一气体压力的第二气体压力下。在一些实施例中，第二MEMS器件102b被密封处于1atm或处于周围环境下，使得第二MEMS器件102b在大约1atm的第二气体压力下工作。

在本发明中，还公开了制造半导体结构的方法。在一些实施例中，通过方法300形成半导体结构。方法300包括多种操作，并且描述和说明不视为操作序列的限制。

图3是制造半导体结构的方法300的实施例。方法300包括多种操作(301、302、303、304、305和306)。

在操作301中，如图3A或图3B所示接收或设置第一衬底102。在一些实施例中，第一衬底101包括第一表面101a和与第一表面101a相对的第二表面101b。在一些实施例中，第一衬底101包括设置在第一衬底101上方或第一衬底101中的多个电路以及一个或多个有源元件(诸如晶体管等)。在一些实施例中，第一衬底101包括设置在第一衬底101上方或第一衬底101中的CMOS部件。在一些实施例中，第一衬底101包括诸如硅或其他适当材料的半导体材料。在一些实施例中，第一衬底101是硅衬底。在一些实施例中，第一衬底101是CMOS衬底。

在一些实施例中，第一衬底101包括第一凹部101f和第三凹部101g。在一些实施例中，去除第一衬底101的一些部分以形成第一凹部101f和第三凹部101g。在一些实施例中，通过光刻和蚀刻或者其他适当操作来形成第一凹部101f和第三凹部101g。在一些实施例中，同时或分别地形成第一凹部101f和第三凹部101g。在一些实施例中，第一凹部101f具有与第三凹部101g相似或不同的尺寸和形状。

在一些实施例中，如图3B所示，第一衬底101包括金属间介电(IMD)层101c。在一些实施例中，通过化学气相沉积(CVD)或其他适当操作来形成IMD层101c。在一些实施例中，导电结构101d被设置在IMD层101c内。在一些实施例中，导电结构101d被介电材料环绕并且与第一衬底101中的电路或元件电连接。在一些实施例中，第一凹部101f和第三凹部101g延伸到IMD层101c内。在一些实施例中，导电结构101d被设置为与第一凹部101f或第三凹部101g相邻。

在一些实施例中，第一接合焊盘101e设置在IMD层101c上方。在一些实施例中，第一接合焊盘101e设置在导电结构101d上方并与导电结构101d电连接。在一些实施例中，通过溅射、电镀或其他适当操作来形成第一接合焊盘101e。在一些实施例中，第一接合焊盘101e被配置为接收互连结构或与外部电路或导电元件电连接。

在操作302中，如图3C或图3D所示接收或设置第二衬底102。在一些实施例中，第二衬底102包括半导体材料。在一些实施例中，第二衬底102包括硅或其他适当材料。在一些实施例中，第二衬底102包括形成在第二衬底102上方或第二衬底102中的电路。在一些实施例中，第二衬底102是包括机电元件的MEMS衬底。

在一些实施例中，第二衬底102包括第一器件102a和第二器件102b。在一些实施例中，第一器件102a和第二器件102b是MEMS器件。在一些实施例中，第一器件102a为用于测量角速度的陀螺仪。在一些实施例中，第二器件102b是用于测量线性加速度的加速计。

在一些实施例中，如图3D所示，第二衬底102包括第二接合焊盘102c和第三接合焊盘102d。在一些实施例中，第二接合焊盘102c被设置为与第三接合焊盘102d相对。在一些实施例中，第二接合焊盘102c面对第一接合焊盘101e。在一些实施例中，第二接合焊盘102c被配置为接收第一接合焊盘101e。在一些实施例中，第三接合焊盘102d被配置为接收互连结构或者与外部电路或导电元件电连接。在一些实施例中，通过电镀、溅射或其他适当操作来形成第二接合焊盘102c和第三接合焊盘102d。

在操作303中，如图3E或图3F所示，第二衬底102接合在第一衬底101上方。在一些实施例中，第二衬底102设置在第一衬底101上方并与第一衬底101接合。在一些实施例中，第二衬底102通过熔融接合、共晶接合或其他适当操作与第一衬底101接合。在一些实施例中，第二衬底102通过第一接合焊盘101e和第二接合焊盘102c与第一衬底101接合。

在一些实施例中，如图3F所示，第一接合焊盘101e与第二接合焊盘102c接合，使得第二衬底102的电路与第一衬底101的电路电连接。在一些实施例中，第一接合焊盘101e与第二接合焊盘102c共晶接合。

在一些实施例中，第二衬底102的第一器件102a设置在第一衬底101的第一凹部101f上方，并且第二衬底102的第二器件102b设置在第一衬底101的第三凹部101f上方。在一些实施例中，第一器件102a和第二器件102b分别与第一凹部101f和第三凹部101g对齐。在一些实施例中，第一器件102a和第二器件102b分别相对于第一凹部101f和第三凹部101g可移动。

在操作304中，如图3G或图3H所示，第一覆盖结构103设置在第二衬底102上方。在一些实施例中，形成第一覆盖结构103并且第一覆盖结构103随后设置在第二衬底102上方。在一些实施例中，第一覆盖结构103包括第二凹部103b和第四凹部103c。在一些实施例中，通过去除第一覆盖结构103的一些部分来形成第二凹部103b和第四凹部103c。在一些实施例中，通过光刻和蚀刻或者其他适当操作来形成第二凹部103b和第四凹部103c。

在一些实施例中，第一覆盖结构103通过熔融接合、共晶接合或其他适当操作与第二衬底102接合。在一些实施例中，如图3H所示，第一覆盖结构103包括与第二衬底102的第三接合焊盘102d接合的第四接合焊盘10d。在一些实施例中，第四接合焊盘103d与第三接合焊盘102d共晶接合。在一些实施例中，在设置在第二衬底102上方之后，通过研磨第一覆盖结构103的表面来减小第一覆盖结构103的厚度。在一些实施例中，通过诸如化学机械抛光(CMP)的适当操作抛光或平面化第一覆盖结构103的表面。

在一些实施例中，第一覆盖结构103的第二凹部103b和第四凹部103c被分别设置在第一器件102a和第二器件102b上方。在一些实施例中，第二凹部103b和第四凹部103c被分别设置在第一凹部101f和第三凹部101g上方。在一些实施例中，第二凹部103b与第一器件102a和第一凹部101f对齐，以及第四凹部103c与第二器件102b和第三凹部101g对齐。

在一些实施例中，当第一覆盖结构103被设置在第二衬底102上方时，形成第一腔105和第二腔106。在一些实施例中，通过第一衬底101的第一凹部101f和第一覆盖结构103的第二凹部103b来形成并限定第一腔105。在一些实施例中，通过第一衬底101的第三凹部101g和第一覆盖结构103的第四凹部103c来形成并限定第二腔106。在一些实施例中，第一器件102a被设置在第一腔105内，并且第二器件102b被设置在第二腔106内。在一些实施例中，第一腔105与第二腔106绝缘。

在一些实施例中，当第一覆盖结构103被设置在第二衬底102上方时，被设置在第一覆盖结构103和第一衬底101之间的第一器件102a和第二器件102b被密封处于第一气体压力。在一些实施例中，第一器件102a在第一腔105内被密封处于第一气体压力下，而第二器件102b在第二腔106内被密封处于第一气体压力下。

在一些实施例中，在第二衬底102上方设置第一覆盖结构103之后，第一腔105和第二腔106处于第一气体压力下。在一些实施例中，第一腔105中的气体压力与第二腔106中的气体压力基本相同。在一些实施例中，第一气体压力小于大气压，即第一腔105和第二腔106处于真空或高真空中。因此，在设置第一覆盖结构103之后，第一器件102a和第二器件102b均处于真空或高真空下。

在操作305中，如图3I或图3J所示形成通孔103a。在一些实施例中，通孔103a形成在第一覆盖结构103内。在一些实施例中，通孔103a延伸穿过第一覆盖结构103到达第二器件102b。在一些实施例中，通孔103a与第二腔106或第四凹部103c的侧壁耦合。在一些实施例中，通过去除第一覆盖结构103设置在第二腔106、第二器件102b、第三凹部101g或第四凹部103c上方的一些部分来形成通孔103a。在一些实施例中，通过光刻和蚀刻或者其他适当操作来形成通孔103a。

在形成通孔103a之后，第二腔106可以通过通孔103a与环绕第一覆盖结构103和第一衬底101的周围环境连通。即，允许在周围环境和第二腔106之间通过通孔103a发生气体扩散。结果，当形成通孔103a时，第二腔106不再处于第一气体压力下。通孔103a的形成不影响第一腔105中的第一气体压力。不管是否形成通孔103a，第一器件102a处于第一气体压力下。

在一些实施例中，在形成通孔103a之后，第二腔106的气体压力基本不同于第一腔105中的第一气体压力。在一些实施例中，通孔103a允许第二腔106中气体压力的改变。在一些实施例中，当形成通孔103a时，第二腔106中的气体压力从第一气体压力改变为第二气体压力。在一些实施例中，处于第一气体压力的第二器件102b被调整为第二气体压力。在一些实施例中，第二气体压力基本不同于第一气体压力。因此，当形成通孔103a时，第一腔105处于第一气体压力下而第二腔106处于第二气体压力下。

在一些实施例中，当第二腔106与周围环境之间的气体扩散达到稳定状态条件时，第二腔106达到第二气体压力。在一些实施例中，第二腔106处于第二气体压力下，其基本大于第一腔105中的第一气体压力。在一些实施例中，第二腔106处于大约为1个大气压(atm)的第二气体压力下。

在一些实施例中，通过通孔103a在第二器件102b上方设置抗粘连涂层。在一些实施例中，抗粘连涂层通过通孔103a流至第二腔106并涂覆在第二器件102b上方。在一些实施例中，抗粘连涂层是自组装单层(SAM)涂层。在一些实施例中，抗粘连涂层可以减少或防止第二器件102b与第一衬底101或第一覆盖结构103之间的粘连。

在操作306中，如图3K或图3L所示，第二覆盖结构104被设置在第一覆盖结构103和通孔103a上方。在一些实施例中，第二覆盖结构104被设置为与第一覆盖结构103共形。在一些实施例中，第二覆盖结构104基本覆盖第一覆盖结构103。在一些实施例中，第二覆盖结构104具有与第一覆盖结构103的长度基本相同的长度。在一些实施例中，第二覆盖结构104与第一覆盖结构103接合并覆盖通孔103a。在一些实施例中，通过适当操作(诸如CMP)抛光或平面化第二覆盖结构104。在一些实施例中，第二覆盖结构104是硅衬底。在一些实施例中，第二覆盖结构104通过玻璃浆料接合、熔融接合、共晶接合或其他适当操作与第一覆盖结构103接合。

在一些实施例中，玻璃层是用于接合第二覆盖结构104和第一覆盖结构103的中间层。在一些实施例中，玻璃层被设置在第二覆盖结构和第一覆盖结构之间且第一覆盖层被设置在第二覆盖结构104上方，然后在预定温度下预固化，然后设置在第一覆盖结构103上方。在一些实施例中，玻璃层通过旋涂、丝印或其他适当操作而设置在第二覆盖结构104上方。在一些实施例中，在大约300℃至大约500℃的预定温度下，第二覆盖结构104通过玻璃层与第一覆盖结构103接合

在一些实施例中，氧化物层被沉积在第二覆盖结构104上方，然后第二覆盖结构104被熔化并通过氧化物层与第一覆盖结构103接合。在一些实施例中，通过CVD、热氧化或其他适当操作沉积氧化物层。

在一些实施例中，金属层被设置在第一覆盖结构103和第二覆盖结构104上方，然后第二覆盖结构104通过金属层与第一覆盖结构103共晶接合。在一些实施例中，通过CVD或其他适当操作设置金属层。

在第一覆盖结构103上方设置第二覆盖结构104之后，第二器件102b处于基本不同于第一气体压力的第二气体压力。由于通孔103a在操作305期间允许周围环境与第二腔106之间的气体扩散，所以第二腔106在设置第二覆盖结构104之后处于第二气体压力下。如此，第二腔106处于基本不同于第一腔105中的第一气体压力的第二气体压力下。

在第一覆盖结构103上方设置第二覆盖结构104之后，第二器件102b处于第二气体压力下，而第一器件102a处于第一气体压力下。在一些实施例中，当第一覆盖结构103被设置在第二衬底102上方时，第二器件102b处于第一气体压力下，然后当第二覆盖结构104被设置在第一覆盖结构103上方时，第二器件102b变得处于第二气体压力下。处于第一气体压力的第二器件102b被调整为第二气体压力。

在一些实施例中，第二覆盖结构104覆盖并阻止通孔103a与周围环境的气体扩散，如此在第一覆盖结构103上方设置第二覆盖结构104之后，第二器件102b被密封在第二腔106内并处于第二气体压力。

在一些实施例中，设置处于预定气体压力(在操作305期间其基本不同于周围环境的气体压力)的第二覆盖结构104，如此在设置第二覆盖结构104期间第二腔106和第二器件102b被密封在预定气体压力下。结果，在设置第二覆盖结构104之后，第二腔106处于预定气体压力且第二器件102b处于预定气体压力。

结果，形成其中包括双重或多重气体压力的半导体结构100或200。半导体结构100或200包括在相互不同的气体压力下工作的多个器件。在一些实施例中，第一器件102a处于第一气体压力下而第一器件102b处于不同于第一气体压力的第二气体压力下。例如，第一器件102a处于真空下而第二器件102b处于1atm下。在一些实施例中，图3K所示的半导体结构100具有与图1类似的结构。在一些实施例中，图3L所示的半导体结构200具有与图2类似的结构。

在本发明中，公开了改进的半导体结构。该半导体结构包括被分别密封在第一腔和第二腔中的第一器件和第二器件。配置通孔以允许在制造期间将第二腔的气体压力调整为不同于第一腔，并且在调整之后设置第二覆盖结构以密封第二腔中的第二器件。结果，第一腔处于第一气体压力，其不同于第二腔中的第二气体压力。因此，第一器件和第二器件在不同的气体压力下工作。第一器件和第二器件可以分别在它们的最优条件下工作。改进了半导体结构的性能。

在一些实施例中，一种半导体结构包括：第一衬底，包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；第二衬底，设置在第一衬底上方并包括第一器件和第二器件；第一覆盖结构，设置在第二衬底上方，并且包括延伸穿过第一覆盖结构到达第二器件的通孔；第一腔，环绕第一器件并通过第一覆盖结构和第一衬底进行限定；第二腔，环绕第二器件并通过第一覆盖结构和第一衬底进行限定；以及第二覆盖结构，设置在第一覆盖结构上方并覆盖通孔，其中，通过第二覆盖结构密封第二腔和通孔。

在一些实施例中，第二覆盖结构是硅衬底。在一些实施例中，通孔与第二腔耦合并且被配置为连接第二腔。在一些实施例中，第一腔处于第一气体压力，第一气体压力不同于或基本小于第二腔的第二气体压力。第二腔处于大约1个大气压(atm)或周围环境的第二气体压力下。在一些实施例中，第二覆盖结构具有大约10μm的厚度。通孔具有大约50μm至大约250μm的深度。在一些实施例中，第一腔通过第一衬底的第一凹部和第一覆盖结构的第二凹部来限定，或者第二腔通过第一衬底的第三凹部和第一覆盖结构的第四凹部来限定。在一些实施例中，第一器件和第二器件分别在第一腔和第二腔内可移动。在一些实施例中，第一器件或第二器件为陀螺仪或加速计。在一些实施例中，第二器件涂覆有抗粘连涂层。

在一些实施例中，一种半导体结构包括：CMOS衬底；MEMS衬底，包括第一MEMS器件和第二MEMS器件，并且设置在CMOS衬底上方；覆盖结构，设置在MEMS衬底上方，并且包括延伸穿过覆盖结构并设置在第二MEMS器件上方的通孔；硅衬底，设置在覆盖结构上方，其中，通孔被硅衬底覆盖以密封第二MEMS器件。

在一些实施例中，第一MEMS器件和第二MEMS器件处于不同的气体压力下。在一些实施例中，硅衬底设置在第一MEMS器件和第二MEMS器件上方。在一些实施例中，硅衬底的长度与覆盖结构的长度基本相同。

在一些实施例中，一种制造半导体结构的方法包括：接收第一衬底，第一衬底包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；接收第二衬底，第二衬底包括第一器件和第二器件；在第一衬底上方接合第二衬底；在第二衬底上方设置第一覆盖结构；形成延伸穿过第一覆盖结构到达第二器件的通孔；在第一覆盖结构和通孔上方设置第二覆盖结构，其中，第一器件处于第一气体压力而第二器件处于第二气体压力，并且第一气体压力基本不同于第二气体压力。

在一些实施例中，设置第一覆盖结构包括以第一气体压力在第一覆盖结构和第一衬底之间密封第一器件和第二器件。在一些实施例中，形成通孔或者设置第二覆盖结构包括将处于第一气体压力的第二器件调整为第二气体压力。在一些实施例中，设置第二覆盖结构包括玻璃浆料接合操作、熔融接合操作或共晶接合操作。在一些实施例中，该方法还包括：通过通孔在第二器件上方设置抗粘连涂层。

上面论述了多个实施例的特征使得本领域技术人员能够更好地理解本发明的各个方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地以本公开为基础设计或修改用于执行与本文所述实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域技术人员还应该意识到，这些等效结构不背离本发明的精神和范围，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种变化、替换和改变。