低温接合工艺将CMOS衬底接合至MEMS衬底的第二侧。使用干释放和低温接合工艺制造MEMS结构缓解了采用先腔体制造工艺的上述困难。
[0037]图1示出了所公开的具有微机电(MEMS)器件的集成芯片100的截面图的一些实施例。
[0038]集成芯片100包括具有半导体衬底102的CMOS衬底101，该半导体衬底具有设置在其中的一个或多个晶体管器件104。在一些实施例中，可以通过CMOS(互补金属氧化物半导体)制造工艺来形成一个或多个晶体管器件104。后段制程(BEOL)金属堆叠件设置在CMOS衬底101上方。BEOL金属堆叠件包括多个金属互连层105。多个金属互连层105耦接至一个或多个晶体管器件104，该多个金属互连层设置在包括一个或多个介电层的介电材料106内。通常，多个金属互连层105包括金属层，金属层的尺寸随着与半导体衬底102的距离的增大而增加，从而允许一个或多个晶体管器件104连接到芯片外元件。
[0039]多个开口 107设置在介电材料106的顶面106t内。多个开口 107暴露BEOL金属堆叠件的上部金属互连层105u。在一些实施例中，一个或多个接合焊盘116以使得一个或多个接合焊盘116电接触上部金属互连层105u的方式设置在多个开口 107的一个或多个内。一个或多个接合焊盘116提供BEOL金属堆叠件和外部电路之间的电连接。在一些实施例中，接合焊盘116位于开口 124下面，其中，该开口延伸穿过上面的结构。
[0040]导电MEMS衬底110 (例如，具有导致约0.01欧姆-厘米的电阻率的掺杂浓度)布置在CMOS衬底101上方。MEMS衬底110包括一个或多个MEMS器件(例如，压力传感器、加速计、陀螺仪等)，该器件具有可塑、软机械结构118a和118b。在一些实施例中，软机械结构118a和118b包括垂直地延伸穿过MEMS衬底110的一个或多个开口 111。在一些实施例中，一个或多个开口 111中的一些延伸穿过软机械结构118a和118b，以允许软机械结构118a和118b的移动(例如，使得软机械结构用作弹簧)。在一些实施例中，一个或多个开口 111中的一些从软机械结构118a和118b横向偏移，以允许提供MEMS衬底110内的电隔离。
[0041]在一些实施例中，软机械结构118a和118b布置在电极105e上方，该电极设置在上部金属互连层105u内，该电极邻接多个开口 107中的一个。电极105e配置为测量由软机械结构118a和118b的移动引起的可变电容。在一些实施例中，防粘连阻挡件126可以设置在电极105e的暴露表面上以防止软机械结构118a和118b与电极105e之间的粘连。
[0042]接合结构108设置于MEMS衬底110的第一侧上，以处于从一个或多个软机械结构118a和118b横向偏移的位置面向CMOS衬底101。接合结构108延伸穿过介电材料106内的多个开口 107的一个或多个，从而使得接合结构108邻接上部金属互连层105u。接合结构108包括一个或多个导电层，该导电层提供MEMS衬底110和CMOS衬底101之间的电连接。
[0043]在一些实施例中，接合结构108可以由多个接合层形成，接合层允许MEMS衬底110和CMOS衬底101之间的低温接合(例如，具有小于或等于约400°C的接合温度)。在各个实施例中，低温接合可以包括共晶接合或固液相互扩散接合(SLID)。在一些附加的实施例中，接合结构108也可以包括具有相对高的熔融温度的合金，相对高的熔融温度使得能够实施后段制程封装工艺而不会熔融接合结构108。例如，在一些实施例中，在接合多个接合层期间可以形成具有比多个接合层中的一个或多个更高的熔融温度的金属间化合物(例如，熔融温度大于或等于约300°C )。
[0044]载体衬底114可以设置在MEMS衬底110上方。载体衬底114可以包括一个或多个腔体120a和120b，该一个或多个腔体布置在软机械结构118a和118b上方。在一些实施例中，防粘连凸块122可以布置在一个或多个腔体120a和120b的顶面上。接合结构108配置为形成将一个或多个腔体120a和120b与环绕集成芯片100的周围环境分离的不透气密封。一个或多个腔体120a和120b允许软机械结构118a和118b在腔体的受控环境(例如，压力)内自由地移动。
[0045]介电层112布置在MEMS衬底110和载体衬底114之间。介电层112从一个或多个腔体120a和120b的侧壁横向回缩。例如，介电层112可以以距一个或多个腔体120a和120b的侧壁的距离Cl1回缩。介电层112也从延伸穿过MEMS衬底110的一个或多个开口111的侧壁横向回缩。例如，介电层112可以以距一个或多个开口 111的侧壁的距离(12回缩。在一些实施例中，Cl1是大于或等于(12的距离。在其他的实施例中，Cl1是小于或等于Cl2的距离。
[0046]图2示出了所公开的具有MEMS器件的集成芯片200的一些附加的实施例的截面图。
[0047]集成芯片200包括CMOS衬底101，该衬底包括半导体衬底102和上面的BEOL金属堆叠件。在各个实施例中，半导体衬底102可以包括任何类型的半导体主体(例如，硅、SiGe, SOI)，诸如半导体晶圆和/或位于晶圆上的一个或多个管芯，以及与其相关的任何其他类型的金属层、器件、半导体和/或外延层等。BEOL金属堆叠件包括设置在介电材料106内的多个金属互连层105。介电材料106可以包括一个或多个介电层，一个或多个介电层包括二氧化硅(Si02)、低k介电材料和超低k(ULK)介电材料的一种或多种。在一些实施例中，一个或多个介电层可以通过蚀刻停止层(例如，SiN蚀刻停止层)(未示出)垂直地分离。多个金属互连层105包括交替的垂直互连层和横向互连层。例如，提供垂直连接的金属接触件105c可以连接至设置在半导体衬底102内的晶体管器件104，提供横向连接的第一金属引线层105w可以设置在金属接触件105c之上，提供垂直连接的第一通孔层105v可以设置在第一金属引线层105w上方等。在各个实施例中，例如，金属互连层可以包括铝(Al)、铜(Cu)和钨(W)的一种或多种。
[0048]CMOS衬底101通过接合结构205连接至上面的MEMS衬底110。接合结构205从MEMS衬底110延伸至上部金属互连层105u。在一些实施例中，接合结构205具有从邻接MEMS衬底110的第一宽度变化至接合结构205的下部中的更小的宽度Wb的锥形轮廓。在一些实施例中，开口 202具有宽度Wc]>Wb，这允许接合结构205的下部插入至开口 202内。接合结构205的下部的更小的宽度Wb允许接合结构205的高度h基本上等于感测间隙208，该感测间隙位于电极105e和MEMS器件的软机械结构118之间。例如，通过增加接合结构205的厚度，高度h增大并且感测间隙208也增大。相反，通过减小接合结构205的厚度，高度h减小并且感测间隙208也减小。
[0049]接合结构205可以包括具有多种金属元素的金属间化合物。在一些实施例中，金属间化合物可以包括铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、铟(In)和钛(Ti)的一种或多种。例如，金属间化合物可以包括CuSn、AuSn或AuIn并且钛可以用作粘合层以提高金属间化合物的粘附力。在这种实施例中，接合结构205可以包括CuSn-Cu接合、CuSn-CuSn接合、AuSn-Au接合或AuIn-Au接合。
[0050]在一些实施例中，金属间化合物可以包括在邻接第二接合层206的第一接合层204内，该第二接合层包括介电材料(例如，氧化物)。第一接合层204邻接上部金属互连层105u和MEMS衬底110，并且第二接合层206邻接第一接合层204和MEMS衬底110。在一些实施例中，第一接合层204邻接第二接合层206的下表面和侧壁。虽然本文中示出的接合层(例如，在图2至图6中)被示出为单独的接合层，但是应当理解，单独的接合层可以包括来自其他接合层(例如，邻近的接合层)的原子，其他接合层的原子在接合工艺期间扩散。例如，接合层204可以包括来自接合层206的原子，反之亦然。
[0051]在一些实施例中，接合结构205可以包括内部接合结构210i和外部接合结构210e。在一些实施例中，内部接合结构210i配置为在MEMS衬底110和CMOS衬底101之间形成电连接。外部接合结构210e配置为形成将腔体120与周围环境隔离的不透气密封。例如，在一些实施例中，内部接合结构210i可以非连续地封闭腔体120，而外部接合结构210e可以连续地封闭腔体120。
[0052]在一些实施例中，一个或多个接合焊盘212布置在上部金属互连层105u上方并且可以包括铝和/或铜。例如，一个或多个接合焊盘212可以包括铝铜合金。在一些实施例中，防粘连阻挡件214可以设置在一个或多