半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制作方法與流程
1.本發(fā)明實施例涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
2.微機電系統(tǒng)(mems)裝置是具有非常小規(guī)模的組件的一項技術(shù)。mems裝置已被發(fā)現(xiàn)廣泛用于許多現(xiàn)代電子裝置中，且可具有在微米大小范圍內(nèi)且有時在納米大小范圍內(nèi)的組件。典型mems裝置可包含處理電路以及機械組件，例如用于各種類型的傳感器。此類傳感器可用作射頻(rf)開關(guān)、陀螺儀、加速度計、麥克風(fēng)薄膜或運動傳感器的部分，來自它們的響應(yīng)被提供到所包含處理電路且由其處理。例如，mems加速度計常見于汽車(例如，在安全氣囊部署系統(tǒng)中)、平板計算機或智能電話中。對于許多應(yīng)用，mems裝置電連接到專用集成電路(asic)以形成完整mems系統(tǒng)。
3.mems裝置的機械組件通常設(shè)置于腔室中或本身包含腔室，其中此類腔室可經(jīng)密封。在mems的發(fā)展中，密封性能是關(guān)注問題，這是因為微泄漏路徑可形成于低質(zhì)量密封結(jié)構(gòu)中且因此破壞mems裝置的壓力狀態(tài)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.本發(fā)明的實施例涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括：第一襯底；半導(dǎo)體層，其在所述第一襯底上方，所述半導(dǎo)體層具有至少部分穿過所述半導(dǎo)體層的腔；第二襯底，其在所述半導(dǎo)體層上方，所述第二襯底具有貫穿孔；及共晶密封結(jié)構(gòu)，其在所述第二襯底上且覆蓋所述貫穿孔；其中所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。
5.本發(fā)明的實施例涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括：半導(dǎo)體堆疊，其具有第一表面；腔，其在所述半導(dǎo)體堆疊中；多個貫穿孔，其在所述半導(dǎo)體堆疊的所述第一表面處且連接到所述腔；及多個共晶密封結(jié)構(gòu)，其在所述半導(dǎo)體堆疊上且覆蓋所述多個貫穿孔以用于密封所述腔；其中所述共晶密封結(jié)構(gòu)中的每一者包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。
6.本發(fā)明的實施例涉及一種用于制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其包括：接收具有頂表面的第一襯底；在所述第一襯底上方形成半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層的所述頂表面處形成腔；將第二襯底接合在所述第一襯底上方以覆蓋所述半導(dǎo)體層，其中所述第二襯底具有連接到所述半導(dǎo)體層的所述腔的貫穿孔；及在所述第二襯底上形成共晶密封結(jié)構(gòu)以覆蓋所述貫穿孔；其中所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。
附圖說明
7.當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，從以下具體實施方式最好理解本公開的方面。應(yīng)注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，各種結(jié)構(gòu)未按比例繪制。事實上，為清晰論述，各種結(jié)構(gòu)的尺寸可任意增
大或減小。
8.圖1說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
9.圖2說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
10.圖3說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
11.圖4a說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分的剖面圖。
12.圖4b說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分的剖面圖。
13.圖4c說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分的剖面圖。
14.圖5a說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中省略共晶密封結(jié)構(gòu)以說明貫穿孔。
15.圖5b說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
16.圖5c說明根據(jù)本公開的一些實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
17.圖6說明根據(jù)本公開的一些實施例的監(jiān)測靜電荷的流程圖。
18.圖7a到圖7f說明根據(jù)本公開的一些實施例的形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施方式
19.以下揭露提供用于實施所提供主題的不同特征的許多不同實施例或?qū)嵗?。在下文描述元件及布置的特定實例以簡化本公開。當(dāng)然，這些僅為實例且不希望為限制性的。例如，在以下描述中，在第二構(gòu)件上方或上形成第一構(gòu)件可包含其中第一及第二構(gòu)件形成為直接接觸的實施例，且還可包含其中額外構(gòu)件可形成于第一構(gòu)件與第二構(gòu)件之間使得第一及第二構(gòu)件可不直接接觸的實施例。另外，本公開可在各種實例中重復(fù)元件符號及/或字母。此重復(fù)是出于簡單及清晰的目的且本身并不指示所論述的各種實施例及/或配置之間的關(guān)系。
20.此外，為便于描述，例如“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
上”及類似者的空間相對術(shù)語可在本文中用于描述一個元件或構(gòu)件與圖中說明的另一元件或構(gòu)件的關(guān)系。除圖中描繪的定向之外，空間相對術(shù)語還希望涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。設(shè)備可以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或成其它定向)且因此可同樣解釋本文中使用的空間相對描述符。
21.如本文中使用，例如“第一”、“第二”及“第三”的術(shù)語描述各種元件、組件、區(qū)、層及/或區(qū)段，但此類元件、組件、區(qū)、層及/或區(qū)段不應(yīng)受此類術(shù)語限制。此類術(shù)語僅可用于將一個元件、組件、區(qū)、層或區(qū)段與另一元件、組件、區(qū)、層或區(qū)段區(qū)分。例如“第一”、“第二”及“第三”的術(shù)語在本文中使用時并不暗示序列或順序，除非上下文有明確指示。
22.一些mems裝置(例如陀螺儀、麥克風(fēng)薄膜、壓力傳感器、超聲波傳感器或類似者)包括其中具有極低壓力的密封腔室或腔，且因此mems裝置的可移動結(jié)構(gòu)可準(zhǔn)確地對外部刺激(例如加速度、壓力或重力)作出響應(yīng)。
23.在形成包含氣密密封腔的mems裝置時，腔可經(jīng)由形成于襯底或晶片中且使用厚金屬密封的小通氣孔與外部氣氛流體連通。然而，歸因于金屬裸片生長，可產(chǎn)生裂縫，從而引起厚金屬中的微泄漏，尤其是當(dāng)通氣孔的臨界尺寸(cd)不夠小時。為了防止微泄漏的形成，小臨界尺寸是確保厚金屬的密封能力的一個方法，但此類小臨界尺寸受蝕刻限制的約束。例如，襯底或晶片可具有大于約170μm的厚度，而通氣孔可具有小于1μm的寬度；在此深寬比
下蝕刻穿過襯底或晶片是困難的。
24.歸因于上述限制，嘗試通過深硅干式蝕刻操作(例如深反應(yīng)離子蝕刻)來減小通氣孔的臨界尺寸可能無法防止金屬沉積操作期間的裂縫的形成，且真空密封可能失效。
25.此外，在厚金屬密封操作期間，歸因于金屬濺鍍工具的限制，腔內(nèi)的壓力是不可調(diào)諧的；因此，腔壓力大體上受限于高真空水平，此使mems裝置的潛在應(yīng)用變窄。
26.因此，本公開提供包含用于密封襯底的貫穿孔的共晶密封結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中此密封結(jié)構(gòu)不受貫穿孔的臨界尺寸的約束，且在共晶密封結(jié)構(gòu)的形成期間，連接到貫穿孔的腔中的壓力是可調(diào)諧的。
27.圖1說明根據(jù)本公開的一些實施例的包含密封結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。如圖1中展示，半導(dǎo)體包含第一襯底10、半導(dǎo)體層11、第二襯底20及共晶密封結(jié)構(gòu)30。半導(dǎo)體層11在第一襯底10上方。第二襯底20在半導(dǎo)體層11上方。共晶密封結(jié)構(gòu)30在第二襯底20上。
28.在一些實施例中，第一襯底10是硅襯底或硅晶片。在一些實施例中，第一襯底10可由另一半導(dǎo)體材料制成，例如鍺、鉆石或類似者。替代地，還可使用化合物材料，例如硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、碳化硅鍺、磷化鎵砷、磷化鎵銦、其組合及類似者。另外，第一襯底10可包含絕緣體上覆硅(silicon-on-insulator)(soi)襯底。一般來說，soi襯底包含半導(dǎo)體材料層，例如外延硅、鍺、硅鍺、soi、絕緣體上覆硅鍺(silicon germanium on insulator)(sgoi)或其組合。第一襯底10可摻雜有p型摻雜物，例如硼、氟化硼、鋁、鎵或類似者。替代地，襯底可摻雜有n型摻雜物，例如磷、砷、銻或類似者。
29.放置于第一襯底10上方的半導(dǎo)體層11可為包含至少部分穿過半導(dǎo)體層11的腔12的處置層。在一些實施例中，腔12暴露第一襯底10的頂表面10a。
30.如圖2中展示，在其它實施例中，腔12可從半導(dǎo)體層11的頂表面11a向下延伸到腔底部12b，使得半導(dǎo)體層11的薄部分保留在腔底部12b與第一襯底10的頂表面10a之間。腔12的深度可確定薄部分的厚度，所述厚度繼而確定壓力傳感器的全尺度壓力范圍。
31.在一些實施例中，半導(dǎo)體層11具有大體上垂直或正交于第一襯底10的頂表面10a的內(nèi)部側(cè)壁110。
32.在一些實施例中，第二襯底20接合在半導(dǎo)體層11上。將第二襯底20接合到半導(dǎo)體層11可致使腔12成為腔室。在一些實施例中，第二襯底20是硅襯底或硅晶片。在一些實施例中，第二襯底20可由其它半導(dǎo)體材料制成。另外，第二襯底20可包含絕緣體上覆硅(soi)襯底。一般來說，soi襯底包含半導(dǎo)體材料層，例如外延硅、鍺、硅鍺、soi、絕緣體上覆硅鍺(sgoi)或其組合。在一些實施例中，第二襯底20可相同于第一襯底10。
33.在一些實施例中，第二襯底20包含第一貫穿孔21及第二貫穿孔22。第一貫穿孔21及第二貫穿孔22可用于連接腔12與外部氣氛，或在腔12通過共晶密封結(jié)構(gòu)30密封之前允許腔12與外部氣氛流體連通。在一些實施例中，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22的寬度可在介于約0.3μm與約0.8μm之間的范圍內(nèi)。第一貫穿孔21及第二貫穿孔22的寬度的下限與第二襯底20的厚度有關(guān)。在一些實施例中，第二襯底20的厚度在介于約170μm與約180μm之間的范圍內(nèi)；孔的較高深寬比可導(dǎo)致裝置形成的難度增加。在一些實施例中，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22可被稱為通氣孔、開口、槽、溝道或類似者。
34.在一些實施例中，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22的寬度的上限可通過使用本公開的共晶密封結(jié)構(gòu)而增加。即，密封圖案的蝕刻窗(例如，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22)可不
限于寬度小于0.8μm的小通氣孔或孔，而是可歸因于共晶金屬的性質(zhì)而為寬度為幾微米的多個較大通氣孔或孔。一般來說，較寬蝕刻窗可有利于工藝穩(wěn)健性。
35.在一些實施例中，半導(dǎo)體層11可進一步包含在半導(dǎo)體層11的頂表面11a處的鄰近于腔12的第一溝槽13及第二溝槽14。第一溝槽13及第二溝槽14中的每一者的底表面高于腔底部12b。在此類實施例中，腔12可通過由第一溝槽13及第一貫穿孔21以及由第二溝槽14及第二貫穿孔22形成的連接路徑連接到外部氣氛或可與外部氣氛流體連通。換句話說，第一溝槽13及第二溝槽14形成為用于空氣流動的微溝道。
36.在一些實施例中，從俯視圖視角來看，腔12未與第一貫穿孔21及第二貫穿孔22重疊。例如，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22可靠近半導(dǎo)體層11的內(nèi)部側(cè)壁110對稱地布置。如圖3中展示，在其它實施例中，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22可直接布置于腔12上方，而未使用第一溝槽13及第二溝槽14作為孔與腔12之間的微溝道。
37.在本公開中，腔12通過覆蓋第一及第二貫穿孔21、22的共晶密封結(jié)構(gòu)30密封。在一些實施例中，共晶密封結(jié)構(gòu)30包含第一金屬層31及共晶接合在第一金屬層31上的第二金屬層32。第一金屬層31及第二金屬層32的材料可在共晶溫度下擴散到彼此中以形成可防止泄漏的共晶區(qū)。在一些實施例中，共晶密封結(jié)構(gòu)30可包含鋁(al)、鍺(ge)、銅(cu)、金(au)、錫(sn)、銦(in)、鉛(pb)或鈀(pd)。例如，用于形成第一金屬層31及第二金屬層32的材料可以al/ge、au/sn、in/pd、pb/sn、cu/sn或類似者的組合組。其它組合還可用于形成共晶合金。
38.在一些實施例中，第一金屬層31的厚度小于第二金屬層32的厚度。一般來說，第一金屬層31的體積與第二金屬層32的體積的比率取決于它們的材料的共晶性質(zhì)。在一些實施例中，第一金屬層31的體積小于第二金屬層32的體積。在一些實施例中，第一金屬層31通過第二金屬層32側(cè)向包圍。
39.在一些實施例中，第一金屬層31及第二金屬層32的材料可互換。例如，當(dāng)使用au/sn組時，金屬層中的一者可由鋁制成，而另一金屬層可由錫制成，或反之亦然。
40.如圖4a (其是圖1中的區(qū)a的放大圖)中展示，在一些實施例中，第一金屬層31的一部分延伸到第一貫穿孔21中。第一金屬層31的部分可沿著第一貫穿孔21的內(nèi)表面從第二襯底20的頂表面延伸到第一貫穿孔21，且因此第一金屬層31的靠近第一貫穿孔21的內(nèi)表面的一部分可具有比第一金屬層31的遠離第一貫穿孔21的內(nèi)表面的部分大的厚度。即，第一金屬層31可包含在第一貫穿孔21中的向內(nèi)彎曲。在一些實施例中，第一金屬層31還包含在第二貫穿孔22中的向內(nèi)彎曲。
41.在一些實施例中，第一金屬層31包含在第一金屬層31的頂表面31a處的突出部310。在一些實施例中，突出部310可與第二襯底20的第一貫穿孔21及第二貫穿孔22重疊。突出部310的高度小于具有平坦表面的第一金屬層31的一部分的厚度。在一些實施例中，共晶密封結(jié)構(gòu)30可包含靠近第一金屬層31與第二金屬層32之間的界面的共晶區(qū)320。在一些實施例中，共晶區(qū)320可包含以共晶狀態(tài)連接或經(jīng)由共晶接合或共晶焊接形成的第一金屬層31的材料及第二金屬層32的材料。即，共晶區(qū)320是兩種或更多種金屬的組合允許在特定溫度下從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或反之亦然而不經(jīng)過兩相平衡之處。金屬可在共晶溫度下擴散到彼此中，其中共晶溫度遠低于接合工藝中涉及的金屬的熔融溫度。因此，在本公開的一些實施例中，第二襯底20的貫穿孔、通氣孔、開口、槽或溝道可從第二襯底20的頂表面20a密封，借此確保第一襯底10與第二襯底20之間的腔12的氣密性。
42.如圖4b中展示，在一些實施例中，第一金屬層31大體上通過第二金屬層32覆蓋，而第一金屬層31的第一側(cè)壁31b從第二金屬層32暴露。例如，第一金屬層31的第一側(cè)壁31b可對準(zhǔn)到第二金屬層32的第二側(cè)壁32b；因此，在此類實施例中，從剖面視角來看，共晶密封結(jié)構(gòu)30的側(cè)向表面30b大體上具有連續(xù)線。如圖4c中展示，在其它實施例中，第二金屬層32放置于第一金屬層31上以形成與第一貫穿孔21重疊的共晶區(qū)320，且在第一金屬層31的寬度小于第二金屬層32的寬度的情況中，第一金屬層31可由第二金屬層32部分覆蓋。
43.根據(jù)圖1到圖3中展示的實施例，本公開可提供包含堆疊襯底或晶片及形成于其中的腔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用于mems裝置中，例如壓力傳感器。因此，如圖5a到圖5c中說明，具有高或超高真空密封要求的壓力傳感器可包含本公開中提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖5a是在未通過共晶密封結(jié)構(gòu)密封貫穿孔的情況下形成的壓力傳感器的俯視圖，而圖5b是其中貫穿孔經(jīng)密封的壓力傳感器的俯視圖。圖5c是沿著線bc的圖5b中的壓力傳感器的剖面圖。
44.在一些實施例中，壓力傳感器50可包含半導(dǎo)體堆疊60及其中的腔12。半導(dǎo)體堆疊60可通過堆疊多個襯底或晶片(例如先前實施例中展示的第一及第二襯底10、20)而形成，在圖5c中省略半導(dǎo)體堆疊60中的多個襯底或晶片之間的接合表面?？筛鶕?jù)堆疊襯底的輪廓在半導(dǎo)體堆疊60中形成腔12。半導(dǎo)體堆疊60可包含在半導(dǎo)體堆疊60的第一表面60a處的多個貫穿孔21、22，其中貫穿孔21、22連接到腔12或與腔12流體連通。多個共晶密封結(jié)構(gòu)30可放置于半導(dǎo)體堆疊60上且覆蓋多個貫穿孔21、22以用于密封腔12。共晶密封結(jié)構(gòu)30中的每一者包含第一金屬層31及共晶接合在第一金屬層31上的第二金屬層32。第一金屬層31及第二金屬層32的特征相同于先前實施例的特征，且為簡潔起見，此處省略重復(fù)描述。
45.如圖5a中展示，在一些實施例中，從俯視圖視角來看，多個貫穿孔21、22包圍腔12分布。在一些實施例中，半導(dǎo)體堆疊60包含在內(nèi)部的多個微溝道13'、14'以用于將腔12連接到多個貫穿孔21、22。在一些實施例中，壓力傳感器50進一步包含在第一表面50a上的多個導(dǎo)電墊51。導(dǎo)電墊51用于提供電引出線。
46.圖6說明根據(jù)本公開的一些實施例的制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的流程圖。在一些實施例中，方法包含操作701：接收具有頂表面的第一襯底；操作702：在第一襯底上方形成半導(dǎo)體層；操作703：在半導(dǎo)體層的頂表面處形成腔；操作704：在第一襯底上方接合第二襯底以覆蓋半導(dǎo)體層，其中第二襯底具有連接到半導(dǎo)體層的腔的貫穿孔；及操作705：在第二襯底上形成共晶密封結(jié)構(gòu)以覆蓋貫穿孔。
47.參考圖7a及圖7b，在于第一襯底10上方形成半導(dǎo)體層11及形成腔12的操作中，在一些實施例中，可將半導(dǎo)體材料(例如鍺(ge)、硅(si)、硅鍺(sige)或類似者)毯覆式沉積于第一襯底10的頂表面10a上，且可通過回蝕操作形成腔12。在一些實施例中，多個半導(dǎo)體塊可接合到頂表面10a，且可經(jīng)布置以形成腔12。在一些實施例中，半導(dǎo)體層11是第一襯底10的上部，且可通過圖案化第一襯底10的上部而形成腔12。在一些實施例中，半導(dǎo)體層11是由第一襯底10及第二襯底20夾置的另一襯底或晶片，其中通過圖案化此襯底而形成腔12。
48.參考圖7c，在一些實施例中，可在半導(dǎo)體層11的頂表面11a處鄰近于腔12形成第一溝槽13及第二溝槽14。第一溝槽13及第二溝槽14是用作微溝道的淺溝槽。
49.參考圖7d，在一些實施例中，第二襯底20可接合在第一襯底10上方。第二襯底20可與第一襯底10上方的半導(dǎo)體層11接觸。在一些實施例中，通過共晶接合將第二襯底20接合
在半導(dǎo)體層11上。第二襯底20可在接合在半導(dǎo)體層11上之前包含多個貫穿孔21、22。
50.歸因于將第二襯底20接合在第一襯底10上方，貫穿孔21、22可直接連接到腔12；例如，從俯視圖視角來看，貫穿孔21、22可與腔12重疊。在其它實施例中，第一溝槽13及第二溝槽14的敞開側(cè)通過第二襯底20覆蓋，且貫穿孔21、22與第一溝槽13及第二溝槽14重疊，因此第一溝槽13及第二溝槽14可經(jīng)形成具有用于連接貫穿孔21、22及腔12之前述微溝道。在一些實施例中，可在將第二襯底20接合在第一襯底10上方之后形成第一貫穿孔21及第二貫穿孔22。
51.在一些實施例中，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22的臨界尺寸(cd)可大于約0.3μm，這是因為第二襯底20的厚度可在介于約170μm與約180μm之間的范圍內(nèi)。一般來說，較小貫穿孔可更容易被密封；然而，臨界尺寸的縮減受蝕刻能力的限制，且因此，本公開使用共晶密封結(jié)構(gòu)來密封，而非嘗試通過減小貫穿孔的臨界尺寸來改進密封性能。
52.在一些實施例中，在于第二襯底20上形成共晶密封結(jié)構(gòu)以覆蓋第一貫穿孔21及第二貫穿孔22之前，可使腔12處于低或極低壓力狀態(tài)。例如，可經(jīng)由通過貫穿孔氣密密封腔12而制成絕對壓力傳感器，且腔12中的壓力可低于幾毫托，例如，大約25毫托。
53.參考圖7e，在一些實施例中，可將第一金屬層31放置于第一貫穿孔21及第二貫穿孔22上方，且可將第二金屬層32放置于第一金屬層31上方。由于本公開利用隨后形成的共晶金屬的性質(zhì)來密封腔12，所以第一金屬層31本身的性質(zhì)可不約束第一貫穿孔21及第二貫穿孔22的臨界尺寸。因此，在一些實施例中，第一貫穿孔21及第二貫穿孔22的寬度可大于幾微米，例如，在從約1μm到約3μm的范圍內(nèi)。
54.在一些實施例中，第一金屬層31及第二金屬層32的材料可包含鋁(al)、鍺(ge)、銅(cu)、金(au)、錫(sn)、銦(in)、鉛(pb)或鈀(pd)。例如，用于形成第一金屬層31及第二金屬層32的材料可組或組合為al/ge、au/sn、in/pd、pb/sn、cu/sn或類似者。所選材料的順序可顛倒，例如，第一金屬層31及第二金屬層32可由au/sn或sn/au的組合制成。在一些實施例中，第一金屬層31及第二金屬層32的質(zhì)量是基于金屬的共晶性質(zhì)；例如，第一金屬層31可為在共晶密封結(jié)構(gòu)的約18重量％到22重量％的范圍內(nèi)的錫，而第二金屬層32可為在共晶密封結(jié)構(gòu)的約78重量％到82重量％的范圍內(nèi)的金。在一些實施例中，為了確保如圖4a中展示的共晶區(qū)320可適當(dāng)?shù)孛芊馇唬谝唤饘賹?1不僅通過第二金屬層32覆蓋，而且通過第二金屬層32側(cè)向包圍。
55.參考圖7f，在一些實施例中，在共晶溫度下使第一金屬層31及第二金屬層32退火。共晶溫度與第一金屬層31及第二金屬層32的共晶性質(zhì)有關(guān)。例如，當(dāng)利用al/ge時，共晶溫度可在介于約420攝氏度與約430攝氏度之間的范圍內(nèi)，或當(dāng)利用au/sn時，共晶溫度可在介于約280攝氏度與約300攝氏度之間的范圍內(nèi)。通過在共晶溫度下使第一金屬層31及第二金屬層32退火，兩種金屬可擴散到彼此且借此形成共晶區(qū)320以有效地防止微泄漏形成于密封結(jié)構(gòu)中。在一些實施例中，第一金屬層31可在退火操作期間填充第一貫穿孔21及第二貫穿孔22(此因第一金屬層31在共晶溫度下的增強的流動性引起)，且借此貫穿孔中的每一者的內(nèi)表面的一部分可通過第一金屬層31覆蓋。此外，在第一金屬層31在退火操作期間略微填充其下方的第一貫穿孔21及第二貫穿孔22時，歸因于流動性方向，可形成與第一貫穿孔21及第二貫穿孔22重疊的突出部310(如先前在圖4a到圖4c中展示)。例如，第一金屬層31可趨于朝向第一金屬層31的中心移動，且因此略微改變第一金屬層31的上輪廓。
56.此外，本公開中的退火操作可在退火爐中實施，且因此可通過控制退火爐中的氣體壓力來調(diào)諧腔中的壓力。換句話說，腔壓力可針對更多應(yīng)用進行調(diào)諧。另外，經(jīng)由退火，可在共晶金屬工藝期間有效地移除原生氧化物，且因此具有共晶密封結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可提供更好性能。
57.根據(jù)本公開，揭示一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制作方法?？偠灾?，所揭示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含共晶密封結(jié)構(gòu)，所述共晶密封結(jié)構(gòu)可通過使用共晶金屬方案來改進腔密封性能且滿足密封腔結(jié)構(gòu)的不同用途中的不同腔壓力要求。
58.在一個示范性方面中，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含第一襯底、半導(dǎo)體層、第二襯底及共晶密封結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體層在所述第一襯底上方。所述半導(dǎo)體層具有至少部分穿過所述半導(dǎo)體層的腔。所述第二襯底在所述半導(dǎo)體層上方。所述第二襯底具有貫穿孔。所述共晶密封結(jié)構(gòu)在所述第二襯底上且覆蓋所述貫穿孔。所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。
59.在另一示范性方面中，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含半導(dǎo)體堆疊、腔、多個貫穿孔及多個共晶密封結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體堆疊具有第一表面。所述腔在所述半導(dǎo)體堆疊中。所述多個貫穿孔在所述半導(dǎo)體堆疊的所述第一表面處且連接到所述腔。所述多個共晶密封結(jié)構(gòu)在所述半導(dǎo)體堆疊上且覆蓋所述多個貫穿孔以用于密封所述腔。所述共晶密封結(jié)構(gòu)中的每一者包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。
60.在又一示范性方面中，提供一種用于制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包含如下操作。接收具有頂表面的第一襯底。在所述第一襯底上方形成半導(dǎo)體層。在所述半導(dǎo)體層的所述頂表面處形成腔。將第二襯底接合在所述第一襯底上方以覆蓋所述半導(dǎo)體層。所述第二襯底具有連接到所述半導(dǎo)體層的所述腔的貫穿孔。在所述第二襯底上形成共晶密封結(jié)構(gòu)以覆蓋所述貫穿孔。所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。
61.前文概述數(shù)項實施例的結(jié)構(gòu)，使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可更好理解本公開的方面。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，其可容易使用本公開作為設(shè)計或修改其它工藝及結(jié)構(gòu)用于實行本文中介紹的實施例的相同目的及/或?qū)崿F(xiàn)其相同優(yōu)點的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認識到，此類等效構(gòu)造不脫離本公開的精神及范圍，且其可在不脫離本公開的精神及范圍的情況下在本文中進行各種改變、替換及更改。
62.符號說明
63.10:第一襯底
64.10a:頂表面
65.11:半導(dǎo)體層
66.11a:頂表面
67.12:腔
68.12b:腔底部
69.13:第一溝槽
70.13':微溝道
71.14:第二溝槽
72.14':微溝道
73.20:第二襯底
74.20a:頂表面
75.21:第一貫穿孔
76.22:第二貫穿孔
77.30:共晶密封結(jié)構(gòu)
78.30b:側(cè)向表面
79.31:第一金屬層
80.31a:頂表面
81.31b:第一側(cè)壁
82.32:第二金屬層
83.32b:第二側(cè)壁
84.50:壓力傳感器
85.50a:第一表面
86.51:導(dǎo)電墊
87.60:半導(dǎo)體堆疊
88.60a:第一表面
89.110:內(nèi)部側(cè)壁
90.310:突出部
91.320:共晶區(qū)
92.701:操作
93.702:操作
94.703:操作
95.704:操作
96.705:操作
97.a:區(qū)。
技術(shù)特征：
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括：第一襯底；半導(dǎo)體層，其在所述第一襯底上方，所述半導(dǎo)體層具有至少部分穿過所述半導(dǎo)體層的腔；第二襯底，其在所述半導(dǎo)體層上方，所述第二襯底具有貫穿孔；及共晶密封結(jié)構(gòu)，其在所述第二襯底上且覆蓋所述貫穿孔；其中所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一金屬層的一部分延伸到所述貫穿孔中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一金屬層具有在所述第一金屬層的頂表面處的突出部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體層進一步包括鄰近于至少部分穿過所述半導(dǎo)體層的所述腔的溝槽，其中所述溝槽的底表面高于所述腔的底表面。5.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括：半導(dǎo)體堆疊，其具有第一表面；腔，其在所述半導(dǎo)體堆疊中；多個貫穿孔，其在所述半導(dǎo)體堆疊的所述第一表面處且連接到所述腔；及多個共晶密封結(jié)構(gòu)，其在所述半導(dǎo)體堆疊上且覆蓋所述多個貫穿孔以用于密封所述腔；其中所述共晶密封結(jié)構(gòu)中的每一者包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中從俯視圖視角來看，所述多個貫穿孔包圍所述腔。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其進一步包括在半導(dǎo)體堆疊中的多個微溝道以用于連接所述腔及所述多個貫穿孔。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中從俯視圖視角來看，所述多個貫穿孔與所述腔重疊。9.一種用于制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其包括：接收具有頂表面的第一襯底；在所述第一襯底上方形成半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層的所述頂表面處形成腔；將第二襯底接合在所述第一襯底上方以覆蓋所述半導(dǎo)體層，其中所述第二襯底具有連接到所述半導(dǎo)體層的所述腔的貫穿孔；及在所述第二襯底上形成共晶密封結(jié)構(gòu)以覆蓋所述貫穿孔；其中所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括：在所述第二襯底上形成所述第一金屬層以覆蓋所述貫穿孔；
在所述第一金屬層上方形成所述第二金屬層；及在共晶溫度下使所述第一金屬層及所述第二金屬層退火。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明實施例涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制作方法。本發(fā)明實施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含第一襯底、半導(dǎo)體層、第二襯底及共晶密封結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體層在所述第一襯底上方。所述半導(dǎo)體層具有至少部分穿過所述半導(dǎo)體層的腔。所述第二襯底在所述半導(dǎo)體層上方。所述第二襯底具有貫穿孔。所述共晶密封結(jié)構(gòu)在所述第二襯底上且覆蓋所述貫穿孔。所述共晶密封結(jié)構(gòu)包括第一金屬層及共晶接合在所述第一金屬層上的第二金屬層。本發(fā)明實施例還提供一種用于制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。用于制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。用于制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。
