用于将一对半导体衬底粘合在一起的方法与流程

本发明实施例大体涉及用于将一对半导体衬底粘合在一起的方法。

背景技术：

熔融粘合(又称为直接粘合)是一种用于在无中间层的情况下连接表面的方法。方法是基于当表面足够平坦、干净并且光滑时在表面之间形成化学键。熔融粘合在半导体制造工业中具有许多应用。举例来说，熔融粘合可以用于封装微机电系统(microelectromechanicalsystems，mems)装置，如加速计、压力传感器以及陀螺仪，或用于制造半导体衬底，如绝缘层上硅(silicon-on-insulator，soi)衬底。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种用于将一对半导体衬底粘合在一起的方法。用硅烷预处理第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面。将第一氧化物层和第二氧化物层分别布置于第一半导体衬底和第二半导体衬底上。将水施用到第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面。使第一氧化物层的表面和第二氧化物层的表面直接接触。使第一氧化物层和第二氧化物层退火。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下实施方式最好地理解本发明实施例的各方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可以任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1-图9说明用硅烷预处理将一对衬底熔融粘合在一起的方法的一些实施例的一系列截面视图；

图10说明图1-图9的方法的一些实施例的流程图；

图11说明用于执行图1-图9中的硅烷预处理的工艺工具；

图12说明具有根据图1-图9的方法熔融粘合的一对衬底的微机电系统(microelectromechanicalsystems，mems)封装的一些实施例的截面视图；

图13-图21说明用于形成图12的mems封装的方法的一些实施例的一系列截面视图；

图22说明图13-图21的方法的一些实施例的流程图。

具体实施方式

本说明内容提供用于实施本发明的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件以和布置的具体实例以简化本发明实施例。当然，这些组件和布置仅为实例并且并不意图为限制性的。举例来说，在以下描述中第一特征在第二特征上方或上的形成可以包含第一特征和第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可以包含额外特征可以在第一特征和第二特征之间形成使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，实施例可能在各个实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是出于简化和清楚的目的并且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了易于描述，可以使用例如“在……下方”、“在……下”、“下部”、“在……上”、“上部”等的空间相关术语，以描述如图中所说明的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。除图中所描绘的定向以外，空间相关术语意图包涵在使用中的装置或操作的不同定向。设备可以按其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，并且本文中所使用的空间相关描述词同样可以相应地进行解释。

一些微机电系统(mems)装置根据使用外延沉积的方法而封装。在这类方法中，凹槽形成于硅衬底中，第一氧化物层加衬硅衬底和凹槽而形成，并且凹槽用第二氧化物层填充。于第二氧化物层中进行化学机械抛光(chemicalmechanicalpolish，cmp)，以共平坦化氧化物层的上表面，并且在硅衬底和氧化物层上通过外延形成硅层。具有所形成的硅层，进行第一刻蚀以形成暴露第二氧化物层的开口，并且进行第二刻蚀以通过开口去除第二氧化物层。但是，这种封装mems装置的方法复杂并且需要昂贵的光掩模以暴露第二氧化物层。

其它mems装置根据使用熔融粘合的方法来封装。在这类方法中，凹槽形成于第一硅衬底中，并且第一氧化物层加衬硅衬底和凹槽而形成。第二硅衬底布置于第一硅衬底和第一氧化物层的上方，并且通过第一氧化物层熔融粘合到第一硅衬底。在熔融粘合期间，第二衬底上的原生氧化物的第二氧化物层的表面被活化，并且第二氧化物层的表面或第一氧化物层的表面覆盖于水中。随后第一氧化物层的表面和第二氧化物层的表面接触并且退火。

虽然熔融粘合方法可以在比外延方法使用的光掩模少的情况下进行，但由于第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面上的硅烷醇基团的密度较低，因此粘合强度可能较弱。当薄化第二硅衬底时和/或当非粘合区域(例如，凹槽)较大时，这反过来可能导致剥落。此外，粘合的晶片间(wafer-to-wafer，w2w)均一性可能较低，从而在批量制造期间产生不良的产率。

本申请是针对一种用硅烷预处理将一对衬底熔融粘合在一起的方法。在一些实施例中，用硅烷预处理第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面。将第一氧化物层和第二氧化物层分别布置于第一半导体衬底和第二半导体衬底上。将水施用到第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面，并且第一氧化物层的表面和第二氧化物层的表面以直接接触的方式布置。在第一氧化物层的表面和第二氧化物层的表面直接接触下，使第一氧化物层和第二氧化物层退火。有利的是，通过用硅烷预处理第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面，所述表面上的硅烷醇基团的密度较高。这反过来引起强的粘合和低的剥落可能性(即，粘合失败)。此外，通过用硅烷预处理第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面，在批量制造期间，所述表面上的硅烷醇基团的密度在工件之间基本上均一。这反过来产生良好的w2w均一性和产率。

参考图1-图9，一系列截面视图100-900说明用硅烷预处理将一对衬底熔融粘合在一起的方法的一些实施例。如将看到，硅烷预处理有利的增加硅烷醇基团以增加亲水性和粘合强度。

如通过图1的截面视图100所说明，第一氧化物层102形成于第一半导体衬底104上。在一些实施例中，第一氧化物层102直接形成于第一半导体衬底104上，和/或具有厚度t超过约50纳米。第一氧化物层102包括表面106，所述表面在第一氧化物层102的与第一半导体衬底104相对的侧面上，并且具有空硅键位点108、空硅键位点110(即，悬空的硅键)。第一氧化物层102可以是例如二氧化硅或一些其它氧化物。第一半导体衬底104可以是例如元素硅的体硅衬底或纯硅的体硅衬底。在一些实施例中，第一氧化物层102通过热氧化或气相沉积、例如化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)或物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)来形成。

如通过图2的截面视图200所说明，提供支撑第二氧化物层204的第二半导体衬底202。第二半导体衬底202可以是例如元素硅的体硅衬底或纯硅的体硅衬底。第二氧化物层204是通过热氧化在第二半导体衬底202上自发生长的原生氧化物层。举例来说，在第二半导体衬底202暴露于不受控环境的同时，第二氧化物层204可能已经生长。在一些实施例中，第二氧化物层204是二氧化硅或一些其它氧化物，和/或具有厚度t小于或等于约5纳米，如小于或等于约2纳米。

污染物206、污染物208布置于第二氧化物层204的表面210上，所述表面在第二氧化物层204的与第二半导体衬底202相对的侧面上。污染物206、污染物208通过例如占据第二氧化物层204的表面210的硅键位点212来抑制熔融粘合，所述硅键位点另外可以通过硅烷醇基团和/或通过分隔待一起熔融粘合的表面210来占据。污染物206、污染物208可以是例如颗粒污染物206，如尘粒；有机污染物208；离子污染物或前述的任何组合。有机污染物208可以例如通过有机键、如碳-氧(c-o)键或碳-氢(c-h)键粘合到第二氧化物层204的表面210。此外，有机污染物208可以是例如烃，如甲烷(ch4)。

也通过图2的截面视图200说明，第二氧化物层204的表面210经过预处理以增强表面210的亲水性。第二氧化物层204的表面210通过将表面210暴露于包括甲硅烷216(sih4)的预处理剂214同时将热施用到表面210来预处理。在一些实施例中，预处理剂214更包括与甲硅烷(sih4)216混合的氧化物(o2)218，和/或第二氧化物层204的表面210在约400摄氏度-450摄氏度的温度下暴露于预处理剂214。举例来说，第二氧化物层204的表面210可以在约420摄氏度的温度下暴露于预处理剂214。而且在一些实施例中，预处理剂214是气体。在第二氧化物层204的表面210暴露于预处理剂214期间，甲硅烷(sih4)216根据以下反应分解成硅和氢气：sih4→si+2h2。随后氢气与第二氧化物层204的表面210上的硅220反应，以在表面210上形成硅烷醇基团222。在一些实施例中，改变预处理剂214的气体流动速率以控制反应并且因此控制预处理的程度。

有利的是，归因于对表面210的预处理，第二氧化物层204的表面210具有高密度的硅烷醇基团222(即，高亲水性)。这反过来引起强的熔融粘合和低的剥落可能性(即，粘合失败)。此外，归因于对表面210的预处理，在批量制造期间，第二氧化物层204的表面210上的硅烷醇基团222的密度在工件之间基本上均一。这反过来产生良好的w2w均一性和产率。

虽然预处理剂214施用到第二氧化物层204的表面210，但预处理剂214可以另外地或可替代地施用到图1中的第一氧化物层102的表面106。此外，虽然预处理剂214描述为包括甲硅烷216，但预处理剂214可以包括一些其它硅烷来代替甲硅烷216。其它硅烷可以例如具有一个或大于一个硅原子，其中每一硅原子具有四个键，并且四个键中的每一个键结到氢原子或另一硅原子上。此外，其它硅烷可以是例如直链硅烷、分支链硅烷或环状硅烷。直链硅烷具有sinh2n+2的形式，其中n大于或等于一。举例来说，直链硅烷可以是乙硅烷(si2h6)或丙硅烷(si3h8)。分支链硅烷可以是例如正五硅烷(n-pentasilane)、异五硅烷(isopentasilane)以及新五硅烷(neopentasilane)，其中n大于或等于一。而且，其它硅烷可以是例如氢硅烷或有机硅烷。氢硅烷可以是例如氯硅烷、碘硅烷或三溴硅烷。有机硅烷可以是例如甲基硅烷、3-(三甲基硅烷基)丙酸或三甲基(三氟甲基)硅烷。而且，虽然预处理剂214描述为包括硅烷，但预处理剂214可以包括例如硅酸钙(silene)、杂硅烷、有机杂硅烷、硅烷醇、硅烷酮(silanone)或氟硅烷来代替硅烷。

如通过图3的截面视图300所说明，第二氧化物层204的表面210通过等离子体处理来活化，其中第二氧化物层204的表面210暴露于等离子体302。在一些实施例中，等离子体处理通过介电阻挡放电(dielectricbarrierdischarge，dbd)方法、反应性离子刻蚀(reactiveionetching，rie)方法、远程等离子体或顺序等离子体(sequentialplasma，spab)方法来进行。此外，在一些实施例中，等离子体302是氩等离子体、氧等离子体或氮等离子体，和/或等离子体由处理气体混合物形成，所述处理气体混合物包括氩气、氢气、氧气、氮气或前述气体的任何组合。等离子体处理从第二氧化物层204的表面210去除污染物206、污染物208(参见图2)，这可以增加第二氧化物层204的表面210上的空的硅键位点212、空硅键位点304的数目。举例来说，通过去除污染物206、污染物208，先前由污染物208占据的硅键位点212、硅键位点304空出，使得可以在硅键位点212、硅键位点304处形成额外硅烷醇基团。

虽然表面活化描述为通过等离子体处理进行，但表面活化可以通过cmp、化学清洗、等离子体处理、表面活化的一些其它方法或前述的任何组合来进行。此外，虽然表面活化受限于第二氧化物层204的表面210，但第一氧化物层102的表面106(参见图1)可以另外或替代地经活化。这类活化可以如上文关于等离子体处理的描述而进行和/或使用表面活化的一种或大于一种其它方法进行。

在一些实施例中，在预处理表面106、表面210与活化表面106、表面210之间，在第一氧化物层102的表面106和/或第二氧化物层204的表面210上执行清洗程序。清洗程序可以是例如rca清洗程序，其包括顺序施用第一清洗溶液和/或第二清洗溶液。第一清洗溶液可以包括例如氢氧化铵、过氧化氢、去离子水或前述的任何组合。第二清洗溶液可以包括例如氯化氢、过氧化氢、去离子水或前述的任何组合。此外，在一些实施例中，在活化表面106、表面210之后，可以冲洗第一氧化物层102的表面106和/或第二氧化物层204的表面210。举例来说，第一氧化物层102的表面106和/或第二氧化物层204的表面210可以用去离子水冲洗。

如通过图4的截面视图400所说明，将水402(即，h2o)施用到第一氧化物层102的表面106。水402与第一氧化物层102的表面106上的空硅键位点108、空硅键位点110(参见图1)反应，以封端空硅键位点108、空硅键位点110，并且在表面106上形成硅烷醇基团404、硅烷醇基团406。在一些实施例中，水402是去离子水。

如通过图5的截面视图500所说明，将水502(即，h2o)施用到第二氧化物层204的表面210。水502与第二氧化物层204的表面210上的空的硅键位点212、空硅键位点304(参见图3)反应，以封端空的硅键位点212、空的硅键位点304，并且在表面210上形成额外硅烷醇基团504、硅烷醇基团506。在一些实施例中，水502是去离子水。

虽然图4和图5描述水402、水502施用到第一氧化物层102的表面106和第二氧化物层204的表面210，但水402、水502可以替代地施用到表面106、表面210中的一个而非另一表面106、表面210。举例来说，水可以施用到第一氧化物层102的表面106，而非第二氧化物层204的表面210。

如通过图6的截面视图600所说明，第一氧化物层102的表面106和第二氧化物层204的表面210以直接接触的方式放置，从而在第一氧化物层102的表面106与第二氧化物层204的表面210之间形成弱的键602。第二氧化物层204的表面210上的硅烷醇基团222、硅烷醇基团504、硅烷醇基团506通过中间的水分子604键结到第一氧化物层102的表面106上的硅烷醇基团404、硅烷醇基团406，使得水分子604在表面106、表面210之间形成桥。此外，在一些实施例中，第一氧化物层102和第二氧化物层204的硅烷醇基团222、硅烷醇基团404、硅烷醇基团406、硅烷醇基团504、硅烷醇基团506通过范德瓦耳斯力(vanderwaalsforce)开始键结。为便于说明，通过范德瓦耳斯力的键结不显示于图6中，因为其在下文所描述的退火期间更显要。

如通过图7的截面视图700所说明，使第一氧化物层102和第二氧化物层204退火以加强第一氧化物层102的表面106与第二氧化物层204的表面210之间的键602。在一些实施例中，退火在约100摄氏度-约500摄氏度下和/或在气态气氛或真空中进行。举例来说，退火可以是在约400摄氏度下进行。在退火期间，第一氧化物层102的表面106与第二氧化物层204的表面210之间的水分子604(参见图6)扩散于第一氧化物层102和第二氧化物层204中。这反过来使得第一氧化物层102的表面106和第二氧化物层204的表面210上的硅烷醇基团222、硅烷醇基团404、硅烷醇基团406、硅烷醇基团504、硅烷醇基团506通过范德华力键结。此外，在一些实施例中，水分子604与第一氧化物层102的表面106和第二氧化物层204的表面210上的硅反应，以在表面106、表面210上形成额外硅烷醇基团。

如通过图8的截面视图800所说明，第一氧化物层102和第二氧化物层204的退火继续。随着继续退火，第一氧化物层102的表面106和第二氧化物层204的表面210上的硅烷醇基团222、硅烷醇基团404、硅烷醇基团406、硅烷醇基团504、硅烷醇基团506(参见图7)聚合，以在表面106与表面210之间形成硅氧烷分子802和水分子804。硅烷醇基团222、硅烷醇基团404、硅烷醇基团406、硅烷醇基团504、硅烷醇基团506可以例如根据以下等式聚合：si-oh+oh-si→si-o-si+h2o。此外，第一氧化物层102的表面106与第二氧化物层204的表面210之间的所得水分子804从键602扩散于第一氧化物层102和第二氧化物层204中。

如通过图9的截面视图900所说明，扩散通过第一氧化物层102和第二氧化物层204的水分子604、水分子804到达第二半导体衬底202。当水分子604、水分子804到达第二半导体衬底202时，水分子604、水分子804与第二半导体衬底202根据以下等式反应以形成二氧化硅分子902和氢气分子904：si+2h2o→sio2+2h2。所得二氧化硅分子902使第二氧化物层204膨胀并且进一步加强键602。举例来说，可以增加第二氧化物层204的厚度。所得氢气分子904不与第一氧化物层102和第二氧化物层204以及第一半导体衬底104和第二半导体衬底202反应，并且溶解于第一氧化物层102和第二氧化物层204中。

虽然水分子604、水分子804描述为扩散到第二半导体衬底202，但水分子604、水分子804可以另外地或可替代地扩散到第一半导体衬底104。但是，由于第一氧化物层102的厚度相对于第二氧化物层204增加，因此水分子604、水分子804到达第一半导体衬底104的可能性小于到达第二半导体衬底202的可能性。

参看图10，提供图1-图9的方法的一些实施例的流程图1000。

在动作1002处，第一氧化物层形成于第一衬底上。参见例如图1。

在动作1004处，第二衬底上的第二氧化物层的表面通过将表面暴露于硅烷来预处理。第二氧化物层是原生氧化物。参见例如图2。有利的是，归因于对表面的预处理，第二氧化物层的表面具有高密度的硅烷醇基团(即，高亲水性)。这反过来引起强的熔融粘合和低的剥落可能性。此外，归因于对表面的预处理，在批量制造期间，第二氧化物层表面上的硅烷醇基团的密度在工件之间基本上均一，使得w2w均一性和产率较高。

在动作1006处，第二氧化物层的表面通过等离子体处理来活化。参见例如图3。在替代实施例中，第二氧化物层的表面通过表面活化的其它方法来活化。

在动作1008处，水施用到第一氧化物层的表面或施用到第二氧化物层的表面。参见例如图4和图5。

在动作1010处，第一氧化物层的表面和第二氧化物层的表面以直接接触的方式布置。参见例如图6。

在动作1012处，第一氧化物层和第二氧化物层经退火。参见例如图7到图9。

虽然通过流程图1000所描述的方法在本文中经说明并且描述为一系列动作或事件，但应了解不应以限制意义来解译这类动作或事件的所说明的排序。举例来说，除本文中所说明和/或所描述的动作或事件之外，一些动作可与其它动作或事件以不同次序及/或同时出现。此外，并非需要所有所说明的动作来实施本文中的描述的一个或大于一个方面或实施例，并且可以在一个或大于一个单独动作和/或阶段中执行本文中所描绘的动作中的一者或大于一者。

参看图11，提供用于硅烷预处理的工艺工具的一些实施例的截面视图1100。工艺工具可以例如用以执行图10的动作1004。如所说明，壳体的上部组件1102和壳体的下部组件1104限定由第一加热器1108侧向围绕的反应器腔室1106。排气出口1110布置于壳体中并且经配置以通过排气出口管线1114将气体从反应器腔室1106提供到排气泵1112。气体入口1116布置于壳体中并且经配置以通过相对应的气体入口管线1120从一个或大于一个气体源1118提供气体。在一些实施例中，对应于气体入口管线1120的阀门1122沿着气体入口管线1120布置，并且经配置以控制气体向气体入口1116的流动(例如，流动速率)。此外，在一些实施例中，气体是硅烷(例如，sih4)或硅烷的功能均等物。

气体分布管线1124和相对应的喷嘴1126布置于反应器腔室1106中，并且从气体入口1116延伸。气体分布管线1124和喷嘴1126经配置以将气体引入反应器腔室1106中。此外，工件座1128布置于反应器腔室1106中，并且经配置以在多个不同位置处支撑多个工件1130。工件1130可以例如包括图2的第二半导体衬底202。工件座1128进一步经配置以支撑布置于工件1130下的第二加热器1132。工件座1128布置于致动器1134上方并且通过轴1136连接到致动器1134。致动器1134经配置以将工件座1128从反应器腔室1106移进和移出，同时加载和卸载反应器腔室1106。

参看图12，提供具有根据图1-图9的方法和/或图10的方法熔融粘合的一对衬底1202、衬底1204的mems封装的一些实施例的截面视图1200。如所说明，支撑装置1206包括布置于支撑衬底1210的上表面上的装置区域1208，和覆盖装置区域1208和支撑衬底1210的互连结构1212。装置区域1208包括电子装置1214、电子装置1216、电子装置1218，如晶体管、光电二极管、存储器单元等。支撑衬底1210可以是例如体半导体衬底，如体硅衬底或绝缘层上硅(soi)衬底。

互连结构1212将装置区域1208中的电子装置1214、电子装置1216、电子装置1218互连。导电层1220、导电层1222的堆叠布置于介电区1224内，所述介电区包括多个层间介电(inter-layerdielectric，ild)层和钝化层(未单独展示)。导电层1220、导电层1222包括个别部件1226、个别部件1228，如管线和垫子，并且最顶端导电层1222包括支撑粘合环1230和经固定传感电极1232。支撑粘合环1230侧向延伸以包围覆盖支撑装置1206的空穴1234，并且经固定传感电极1232布置于空穴1234下。通孔1236、通孔1238布置于介电区1224中，在导电层1220与导电层1222之间，以使导电层1220、导电层1222互连。类似地，接触件1240布置于介电区1224中，在最底导电层(未标记)与装置区域1208之间，以将装置区域1208连接到最底导电层。导电层1220、导电层1222、通孔1236、通孔1238以及接触件1240可以是例如金属，如铜、铝铜或钨，或一些其它导电材料。介电区1224可以是例如氧化物、低κ介电质(即，介电常数小于约3.9的介电质)或一些其它介电材料，或另外包含例如氧化物、低κ介电质(即，介电常数小于约3.9的介电质)或一些其它介电材料。

支撑isd层1242和装置粘合环1244堆叠在支撑装置1206上方，在支撑装置1206与mems装置衬底1202之间。支撑isd层1242和装置粘合环1244侧向地包围空穴1234，并且在支撑粘合环1230与装置粘合环1244之间的界面处将mems装置衬底1202粘合到支撑装置1206。支撑isd层1242布置于装置粘合环1244上方，在装置粘合环1244与mems装置衬底1202之间。支撑isd层1242可以是例如热氧化物或一些其它介电材料。装置粘合环1244下伏于支撑isd层1242并且与支撑粘合环1230以界面方式相连接。在一些实施例中，装置粘合环1244在共晶粘合处与支撑粘合环1230以界面方式相连接。此外，装置粘合环1244与支撑粘合环1230重叠，并且具有与支撑粘合环1230的环形覆盖区的大小(例如，就面积来说)类似或相同的环形覆盖区。装置粘合环1244可以是例如锗或一些其它导电材料。

mems装置衬底1202布置于支撑装置1206上方，并且通过支撑isd层1242和装置粘合环1244粘合到支撑装置1206。mems装置衬底1202包括固定区域1246和可移动元件1248(即，可移动区域)，并且可以是例如元素硅的体半导体衬底或纯硅的体半导体衬底。固定区域1246对应于相对于可移动元件1248固定的mems装置衬底1202的区域。可移动元件1248对应于悬浮在空穴1234内在经固定传感电极1232上方的mems装置衬底1202的区域，并且经配置以在空穴1234内与外部刺激如加速度成比例地移动。可移动元件1248通过将可移动元件1248连接到固定区域1246的一个或大于一个悬臂梁或弹簧(未图示)悬浮。此外，可移动元件1248包括可移动传感电极(未图示)，其通过衬底穿孔(throughsubstratevias，tsv)1250、衬底穿孔1252电耦合到支撑装置1206，所述衬底穿孔1250、衬底穿孔1252延伸通过mems装置衬底1202和支撑isd层1242到达例如装置粘合环1244。tsv1250、tsv1252可以例如包括金属或一些其它导电材料。

帽盖衬底1204布置于mems装置衬底1202上方，并且通过加衬帽盖衬底1204的下表面的帽盖isd层1254粘合到mems装置衬底1202。在一些实施例中，帽盖isd层1254保形地加衬下表面。帽盖衬底通过在帽盖isd层1254与mems装置衬底1202之间的界面处的熔融粘合1256粘合到mems装置衬底1202。熔融粘合1256可以例如根据图1-图9的方法和/或图10的方法形成，使得熔融粘合1256具有高强度和w2w均一性。帽盖衬底1204界定空穴1234的上表面，并且在一些实施例中包括界定空穴1234的上部区域的下部凹槽1258。帽盖衬底1204可以是例如元素硅的体半导体衬底或纯硅的体半导体衬底。

在操作中，可移动元件1248在空穴1234内与外部刺激如加速度成比例地移动。举例来说，mems封装加速时，可移动元件1248在空穴1234内与加速度成比例地移动。随后在经固定传感电极1232与可移动传感电极(未图示)之间的电容耦合件用以测量可移动元件1248的移动并且用以间接测量外部刺激。

虽然可移动元件1248的位置说明并且描述为如通过在图12中的传感电极之间的电容耦合件所确定，但可以使用其它方法来感测可移动元件1248在空穴1234内的位置。举例来说，可以使用光学方法来感测可移动元件1248在空穴1234下的位置。此外，虽然可移动元件1248说明并且描述为悬浮在支撑装置1206与帽盖衬底1204之间的空穴1234内，但在其它实施例中可移动元件1248可以是覆盖空穴1234的柔性膜。在这类实施例中，可移动元件1248界定空穴1234的上表面并且经配置以与外部刺激如压力成比例地偏转。此外，帽盖衬底1204、帽盖isd层1254以及支撑粘合环1230以及装置粘合环1244被忽略，并且mems装置衬底1202在支撑装置1206与支撑isd层1242之间的界面处熔融粘合到支撑装置1206。熔融粘合可以例如根据图1-图9的方法和/或图10的方法形成，使得熔融粘合具有高强度和w2w均一性。

参考图13-图21，提供用于形成图12的mems封装的方法的一些实施例的一系列截面视图1300-截面视图2100。

如通过图13的截面视图1300所说明，于帽盖衬底1204中进行第一刻蚀以在帽盖衬底1204的表面中形成凹槽1258。帽盖衬底1204可以是例如元素硅的体硅衬底或纯硅的体硅衬底。在一些实施例中，用于进行第一刻蚀的方法包括在帽盖衬底1204上方沉积并且图案化第一光刻胶层1302。举例来说，第一光刻胶层1302可以经图案化以遮蔽沿着帽盖衬底1204的边缘的帽盖衬底1204的区域。此后，将一种或大于一种刻蚀剂1304，如湿润刻蚀剂或干燥刻蚀剂，施用到帽盖衬底1204，同时使用第一光刻胶层1302作为掩模。进行第一刻蚀后，去除或另外剥除第一光刻胶层1302。

如通过图14的截面视图1400所说明，帽盖isd层1254加衬帽盖衬底1204的表面、包含凹槽1258而形成。在一些实施例中，帽盖isd层1254是二氧化硅或一些其它氧化物。此外，在一些实施例中，帽盖isd层1254通过热氧化或气相沉积(例如cvd或pvd)形成。

如通过图15的截面视图1500所说明，mems装置衬底1202布置于帽盖衬底1204上方，并且通过帽盖isd层1254粘合到帽盖衬底1204。mems装置衬底1202根据图1-图9的方法和/或图10的方法通过用硅烷预处理进行的熔融粘合来粘合到帽盖衬底1204。举例来说，帽盖衬底1204可以对应于图1-图9中的第一半导体衬底104，帽盖isd层1254可以对应于图1-图9中的第一氧化物层102，mems装置衬底1202可以对应于图1-图9中的第二半导体衬底202，并且mems装置衬底1202上的原生氧化物层(未图示)可以对应于第二氧化物层204。mems装置衬底1202可以是例如元素硅的体硅衬底或纯硅的体硅衬底。

如通过图16的截面视图1600所说明，在mems装置衬底1202与帽盖isd层1254之间的界面处形成熔融粘合1256之后，mems装置衬底1202薄化到所需的厚度t。在一些实施例中，mems装置衬底1202通过cmp和/或回蚀而薄化。此外，支撑isd层1242形成于mems装置衬底1202的上方。在一些实施例中，支撑isd层1242是二氧化硅或一些其它氧化物。此外，在一些实施例中，支撑isd层1242通过热氧化形成。

如通过图17的截面视图1700所说明，于支撑isd层1242中进行第二刻蚀以去除上覆于帽盖衬底1204的凹槽1258的支撑isd层1242的区域(即，以形成开口)。在一些实施例中，所述区域受限于直接处于凹槽1258上方。此外，在一些实施例中，用于进行第二刻蚀的方法包括在支撑isd层1242上方沉积并且图案化第二光刻胶层1702。举例来说，第二光刻胶层1702可以经图案化以遮蔽侧向地围绕凹槽1258的支撑isd层1242的区域。此后，将一种或大于一种刻蚀剂1704施用到支撑isd层1242，同时使用第二光刻胶层1702作为掩模。在进行第二刻蚀之后，去除或另外剥除第二光刻胶层1702。

如通过图18的截面视图1800所说明，粘合环层1802形成于支撑isd层1242和mems装置衬底1202的上方。粘合环层1802可以由例如锗或能够共晶粘合的一些其它材料形成。在一些实施例中，粘合环层1802使用气相沉积技术或原子层沉积来形成。

如通过图19的截面视图1900所说明，于粘合环层1802(参见图18)中进行第三刻蚀，以形成侧向地包围凹槽1258的装置粘合环1244。在一些实施例中，用于进行第三刻蚀的方法包括在粘合环层1802上方沉积并且图案化第三光刻胶层1902。举例来说，第三光刻胶层1902可以经图案化以遮蔽对应于装置粘合环1244的粘合环层1802的区域。此后，将一种或大于一种刻蚀剂1904施用到粘合环层1802，同时使用第三光刻胶层1902作为掩模。在进行第三刻蚀之后，去除或另外剥除第三光刻胶层1902。

如通过图20的截面视图2000所说明，于mems装置衬底1202中进行第四刻蚀，以形成在凹槽1258上方的可移动元件1248。在一些实施例中，用于进行第四刻蚀的方法包括在支撑isd层1242和mems装置衬底1202的上方沉积并且图案化第四光刻胶层2002。举例来说，第四光刻胶层2002可以经图案化以遮蔽对应于可移动元件1248的mems装置衬底1202的区域，以及侧向地围绕凹槽1258的mems装置衬底1202的区域和支撑isd层1242的区域。在下文，将一种或大于一种刻蚀剂2004施用到mems装置衬底1202，同时使用第四光刻胶层2002作为掩模。在进行第四刻蚀之后，去除或另外剥除第四光刻胶层2002。

如通过图21的截面视图2100所说明，mems装置衬底1202和帽盖衬底1204旋转180度并且粘合到支撑装置1206。支撑装置1206可以是例如ic或体半导体衬底。在一些实施例中，mems装置衬底1202通过支撑装置1206的支撑粘合环1230共晶粘合到支撑装置1206。支撑粘合环1230具有与装置粘合环1244相同或类似的覆盖区，并且可以是例如铝铜或能够共晶粘合的一些其它材料。

参看图22，提供图13-图21的方法的一些实施例的流程图2200。

在动作2202处，于帽盖衬底中进行第一刻蚀以在帽盖衬底的表面中形成凹槽。参见例如图13。

在动作2204处，第一氧化物层加衬帽盖衬底的表面而形成。参见例如图14。

在动作2206处，帽盖衬底用硅烷预处理熔融粘合到mems装置衬底。参见例如图15。熔融粘合和/或硅烷预处理可以例如如图1到图10的方法中所描述。

在动作2208处，mems装置衬底经过薄化并且第二氧化物层形成于mems装置衬底的与帽盖衬底相对的侧面上。参见例如图16。

在动作2210处，于第二氧化物层中进行第二刻蚀以去除覆盖凹槽的第二氧化物层的区域。参见例如图17。

在动作2212处，装置粘合环形成于第二氧化物层上。参见例如图18和图19。

在动作2214处，于mems装置衬底中进行第三刻蚀以在凹槽上方形成可移动元件。参见例如图20。

在动作2216处，帽盖衬底和mems装置衬底通过第二氧化物层和装置粘合环共晶粘合到支撑装置。参见例如图21。

虽然通过流程图2200所描述的方法在本文中经说明并且描述为一系列动作或事件，但应了解不应以限制意义来解译这类动作或事件的所说明的排序。举例来说，除本文中所说明和/或所描述的动作或事件之外，一些动作可与其它动作或事件以不同次序及/或同时出现。此外，并非需要所有所说明的动作来实施本文中的描述的一个或大于一个方面或实施例，并且可以在一个或大于一个单独动作和/或阶段中执行本文中所描绘的动作中的一者或大于一者。

在一些实施例中，图22的动作经扩增以形成压力传感器。将氧化物层如通过动作2208所描述形成于mems装置衬底上，并且如通过动作2210所描述而刻蚀。随后如动作2206中所描述，将mems装置衬底通过氧化物层熔融粘合到支撑装置。可以例如根据图1到图10的方法用硅烷预处理来进行熔融粘合。此外，如动作2208中所描述，mems装置衬底经薄化。

因此，如可以从上文了解，本发明实施例提供一种用于将一对半导体衬底粘合在一起的方法。用硅烷预处理第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面。将第一氧化物层和第二氧化物层分别布置于第一半导体衬底和第二半导体衬底上。将水施用到第一氧化物层的表面或第二氧化物层的表面。使第一氧化物层的表面和第二氧化物层的表面直接接触。使第一氧化物层和第二氧化物层退火。

在其它实施例中，本发明实施例提供一种用于形成mems封装的方法。在帽盖衬底上形成氧化物层。通过将装置衬底暴露于硅烷来预处理装置衬底。在将装置衬底暴露于硅烷之后，装置衬底通过氧化物层熔融粘合到帽盖衬底。在装置衬底中形成可移动元件。将装置衬底粘合到在装置衬底的与帽盖衬底相对的侧面上的支撑装置。

在另外其它实施例中，本发明实施例提供一种用于将一对半导体衬底粘合在一起的方法。在第一半导体衬底上形成氧化物层。用硅烷预处理原生氧化物层的表面。在第二半导体衬底上布置原生氧化物层。以直接接触的方式布置氧化物层的表面和原生氧化物层的表面。使氧化物层和原生氧化物层退火。

在其它实施例中，用硅烷预处理所述第一氧化物层的所述表面以及所述第二氧化物层的所述表面，随后使所述表面直接接触。所述第二氧化物层的厚度小于约5纳米，以及在所述第二半导体衬底上形成厚度超过约50纳米的所述第一氧化物层。所述第二氧化物层是原生氧化物。预处理所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面包括将甲硅烷(sih4)施用到所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面。预处理所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面包括将热施加到所述第一氧化物层或所述第二氧化物层。通过等离子体处理活化所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面，所述等离子体处理将等离子体施加到所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面。在活化所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面之前，清洗所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面；以及在活化所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面之后，冲洗所述第一氧化物层的所述表面或所述第二氧化物层的所述表面。通过所述等离子体处理活化所述第一氧化物层的所述表面以及所述第二氧化物层的所述表面。

前文概述若干实施例的特征，以使得所属领域的技术人员可以更好地理解本发明实施例的各方面。所属领域的技术人员应理解，其可易于使用本发明实施例作为设计或修改其它过程和结构以便实现本文中所介绍的实施例的相同目的和/或获得相同优点的基础。所属领域的技术人员还应认识到，这类等效构造并不脱离本发明实施例的精神和范围，并且其可以在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、取代和更改。