[发明专利]一种半导体器件及其密封腔体制造工艺和图案转移版

说明书

本发明提供了一种半导体器件及其密封腔体制造工艺和图案转移版，所述半导体器件的密封腔体制造工艺包括第一晶片、第二晶片和密封层，所述第一晶片和所述第二晶片通过所述密封层作为中间层进行键合，所述第一晶片包括第一空腔和第二空腔，从而在两晶片键合完成后相应地形成了第一密封腔和第二密封腔；在所述两晶片键合前，所述密封层环绕所述第二空腔的部分区域具有开口，在所述两晶片键合过程中，所述开口减小直至闭合。本发明的制造工艺极大简化了现有工艺流程，无需额外材料，节省了材料成本。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺领域，尤其涉及一种MEMS器件及其密封腔体制造工艺和图案转移版。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)器件由于其体积小、成本低、集成性好等特点，已得以越来越广泛的应用在如消费电子、医疗、汽车等产品中。常见的MEMS器件包括但不限于压力传感器，磁传感器，麦克风，加速度计，陀螺仪，红外传感器等。实际产品中，时常需要将应用领域接近的器件加工在相同晶圆上，从而节省成本，缩小体积。

MEMS器件中，如陀螺仪和加速度计同为惯性器件，经常需要集成在同一个芯片中甚至同一片晶圆上协同工作。不同种类的MEMS器件由于各种空气阻尼或热对流损耗等需求，常需要工作在不同气压环境下。如电容式陀螺仪等谐振类器件需要尽可能的减少工作环境中的气体阻尼，降低能量损耗；又如加速度计需要工作在特定范围的气压环境中，工作环境气压过高会导致响应时间延迟，气压过低，缺少空气阻尼又可能影响可靠性。

业界常用的在晶圆上加工特定气压腔体的方式为，在设备营造的特定气压环境中，将预先加工有凹槽的至少两片晶圆键合在一起，形成具备特定气压的密封腔体。采用传统方法加工的具备特定气压密封腔体的晶圆中，所有密封腔体气压一致，无法同时支持陀螺仪和加速度计工作在适合状态，因此需要一种能够在同一片晶圆上加工出不同气压密封腔体的方法。

针对这个问题，业内也有了一些解决方案：

美国专利申请US20170297909A1中的技术方案为，在第一气压环境键合完成后，在其中一个腔体底部通过TSV(Through Silicon Via，硅通孔)加工气流路径，808，如图1所示，然后再在第二气压环境中使用特殊材料加工工艺重新将气流路径密封。

美国专利申请US20170362078A1的技术方案为，键合前先在其中一个腔体内沉积并图形化一种受热后可膨胀材料54，如图2所示，然后再于第一气压环境键合，最后再加热使可膨胀材料54膨胀缩小腔体体积，从而提高气压形成第二气压环境。

美国专利US8546928B2的技术方案为，键合前先在其中一个腔体沉积并图形化一种受热后可吸收气体的材料8，如图3所示，然后再于第一气压环境键合，最后再加热使材料8吸收气体，从而降低气压形成第二气压环境。

以上三种方案都需要额外的薄膜沉积、光刻、刻蚀/腐蚀工艺，以在晶圆上形成TSV、可膨胀材料或可吸收气体的材料，增加了工艺难度和材料成本。

发明内容

鉴于现有技术中的问题，本发明提供一种半导体器件的密封腔体制造工艺，包括第一晶片、第二晶片和密封层，所述第一晶片和所述第二晶片通过所述密封层作为中间层进行键合，所述第一晶片包括第一空腔和第二空腔，从而在两晶片键合完成后相应地形成了第一密封腔和第二密封腔；在所述两晶片键合前，所述密封层环绕所述第二空腔的部分区域具有开口，在所述两晶片键合过程中，所述开口减小直至闭合。

进一步地，所述两晶片键合包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段实施于第一气压环境，所述第二阶段实施于第二气压环境，在所述第一阶段完成后形成所述第一密封腔且所述开口未闭合，在所述第二阶段完成后所述开口闭合，从而形成所述第二密封腔。

进一步地，所述第一气压环境和所述第二气压环境所使用的工艺气体不同。