專(zhuān)利名稱(chēng)：密封微機(jī)電系統(tǒng)裝置及其制造方法與封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanical system, MEMS)裝置。更明確 地說(shuō)，本發(fā)明涉及MEMS裝置的結(jié)構(gòu)和制造工藝。
背景技術(shù)：
已在各種應(yīng)用中提議MEMS裝置。然而，MEMS裝置通常處于開(kāi)放環(huán)境中。由于MEMS 裝置的MEMS結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境空氣較為敏感，所以在開(kāi)放環(huán)境中操作可能拾取噪聲。于是提議用 于MEMS裝置的密封封裝。密封MEMS封裝具有包含使MEMS結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境隔離的特性。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò) 對(duì)MEMS形成真空環(huán)境來(lái)避免空氣和熱噪聲的阻尼。另外，密封腔室可保護(hù)MEMS裝置以免 受EM干擾且產(chǎn)生具有高性能和低普及成本的小尺寸MEMS裝置。密封MEMS封裝的應(yīng)用包 含加速計(jì)、陀螺儀、諧振器或RF MEMS組件。對(duì)于當(dāng)前密封MEMS產(chǎn)品，在單獨(dú)襯底中制造MEMS結(jié)構(gòu)和感測(cè)或驅(qū)動(dòng)電路。MEMS結(jié) 構(gòu)包含傳感器或致動(dòng)器。MEMS傳感器能夠感測(cè)物理信號(hào)(例如，加速度和角速度)并轉(zhuǎn)變 為電信號(hào)，且電信號(hào)變得可經(jīng)由感測(cè)電路讀??；同時(shí)MEMS致動(dòng)器能夠經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路創(chuàng)建機(jī) 械運(yùn)動(dòng)。感測(cè)和驅(qū)動(dòng)電路兩者均由眾所周知的CMOS工藝制造。圖1是說(shuō)明常規(guī)密封MEMS 裝置的橫截面圖。在圖1中，常規(guī)的密封MEMS裝置包含下部襯底100、中部襯底102和頂 部襯底104。下部襯底100經(jīng)圖案化以具有凹進(jìn)空間106和作為感測(cè)IC的具有連接墊114 的CMOS電路。中部襯底102經(jīng)制造為具有排氣孔110的感測(cè)元件。頂部襯底104經(jīng)制造 為如具有凹進(jìn)空間108的蓋帽。中部襯底102通過(guò)粘附環(huán)112而與頂部襯底100和頂部襯 底104粘附。因而，凹進(jìn)空間106和108連同排氣孔110形成密封腔室。然而，此常規(guī)工藝具有某些缺點(diǎn)，其中包含高成本、由于將三個(gè)元件封裝到裝置中 引起的生產(chǎn)良品率問(wèn)題以及MEMS與感測(cè)IC結(jié)合的寄生效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種密封裝置，其可至少減少如上文提及的缺點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種密封MEMS封裝，其包含CMOS MEMS芯片，所述CMOS MEMS 芯片具有第一結(jié)構(gòu)襯底、結(jié)構(gòu)介電層、CMOS電路、MEMS結(jié)構(gòu)和第二襯底。所述結(jié)構(gòu)介電層安 置在所述第一結(jié)構(gòu)襯底的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)介電層具有用于電互連的互連結(jié)構(gòu)，且還具有保 護(hù)結(jié)構(gòu)層。第一結(jié)構(gòu)襯底具有至少一孔。保護(hù)結(jié)構(gòu)層位于所述孔上方以形成至少一腔室。 腔室在第一結(jié)構(gòu)襯底的第二側(cè)。MEMS結(jié)構(gòu)暴露在所述腔室中。第二襯底在腔室上方粘附到 第一襯底的第二側(cè)以使所述腔室形成密封空間，且MEMS結(jié)構(gòu)位于所述空間內(nèi)，其中第二襯 底不具有CMOS電路的一部分。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種用于制造密封微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的方法。所述 方法包含提供第一襯底。接著，在所述第一襯底的第一側(cè)上方形成結(jié)構(gòu)介電層，其中CMOS 電路和MEMS結(jié)構(gòu)形成在第一襯底和結(jié)構(gòu)介電層中。從第一襯底的第二側(cè)圖案化第一襯底
6和結(jié)構(gòu)介電層以形成腔室，其中MEMS結(jié)構(gòu)暴露在腔室中。將第二襯底粘附在第一襯底的第 二側(cè)上方以從第一襯底的第二側(cè)密封腔室。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其包含MEMS裸片、封裝電路襯 底和模制層。所述MEMS裸片包括CMOS MEMS芯片，其具有第一結(jié)構(gòu)襯底、結(jié)構(gòu)介電層、MEMS 結(jié)構(gòu)、CMOS電路和第二襯底。所述結(jié)構(gòu)介電層安置在第一結(jié)構(gòu)襯底的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)介電 層具有用于電互連的互連結(jié)構(gòu)，且還具有保護(hù)結(jié)構(gòu)層。第一結(jié)構(gòu)襯底具有至少一孔。保護(hù) 結(jié)構(gòu)層位于所述孔上方以形成至少一腔室。所述腔室在第一結(jié)構(gòu)襯底的第二側(cè)。腔室還包 括MEMS結(jié)構(gòu)。第二襯底在腔室上方粘附到第一襯底的第二側(cè)以使所述腔室形成密封空間， 且MEMS結(jié)構(gòu)位于所述空間內(nèi)，其中第二襯底不具有CMOS電路的一部分。封裝電路襯底固 持MEMS裸片。模制層包封在MEMS裸片和引線框上方。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)。所述MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)包 含CMOS MEMS芯片，其具有第一結(jié)構(gòu)襯底、結(jié)構(gòu)介電層、MEMS結(jié)構(gòu)、CMOS電路、第二襯底和第 三襯底。所述結(jié)構(gòu)介電層沉積在所述第一結(jié)構(gòu)襯底的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)電介質(zhì)包括用于電連 接的互連結(jié)構(gòu)。第一結(jié)構(gòu)襯底和結(jié)構(gòu)介電層包括孔，且MEMS結(jié)構(gòu)位于所述孔內(nèi)?；ミB結(jié)構(gòu) 具有位于結(jié)構(gòu)介電層中的輸出墊結(jié)構(gòu)以耦合出所述CMOS MEMS芯片的電信號(hào)。第二襯底在 孔上方粘附到第一襯底的第二側(cè)以密封所述孔的一側(cè)。導(dǎo)電突起位于輸出墊結(jié)構(gòu)上。粘附 層位于輸出墊結(jié)構(gòu)上，且還以環(huán)結(jié)構(gòu)的形式位于結(jié)構(gòu)介電層的頂部上。環(huán)結(jié)構(gòu)包圍MEMS結(jié) 構(gòu)和輸出墊結(jié)構(gòu)。第三襯底層通過(guò)粘附層粘附在結(jié)構(gòu)介電層上方以密封所述孔的另一側(cè)， 且形成密封空間。第三襯底層具有位于所述第三襯底層中的延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)，所述延伸 性輸出墊結(jié)構(gòu)具有電連接到所述導(dǎo)電突起的底部末端和被暴露的頂部末端。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)。所述MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)包 含CMOS MEMS芯片，其具有第一襯底、結(jié)構(gòu)介電層、MEMS結(jié)構(gòu)、CMOS電路和第二襯底。結(jié)構(gòu) 介電層沉積在第一結(jié)構(gòu)襯底的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)介電層包括用于電連接的互連結(jié)構(gòu)。第一襯 底和結(jié)構(gòu)電介質(zhì)在第一襯底的第一側(cè)中包括腔室。腔室抵靠著第一結(jié)構(gòu)襯底在第一結(jié)構(gòu) 層的頂側(cè)。腔室包括MEMS結(jié)構(gòu)?；ミB結(jié)構(gòu)具有位于結(jié)構(gòu)介電層中的輸出墊結(jié)構(gòu)以耦合出 CMOS電路的電信號(hào)。導(dǎo)電突起位于輸出墊結(jié)構(gòu)上。粘附層位于所述輸出墊結(jié)構(gòu)上，且還以 環(huán)結(jié)構(gòu)的形式位于結(jié)構(gòu)介電層的頂部上。環(huán)結(jié)構(gòu)包圍MEMS結(jié)構(gòu)和輸出墊結(jié)構(gòu)。第二襯底 層通過(guò)粘附層粘附在結(jié)構(gòu)介電層上方以密封所述腔室，且形成密封空間。MEMS結(jié)構(gòu)位于密 封空間內(nèi)。第二襯底層具有位于所述第三襯底層中的延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)，所述延伸性輸出 墊結(jié)構(gòu)具有電連接到所述導(dǎo)電突起的底部末端和被暴露的頂部末端。應(yīng)理解，先前概括描述和以下詳細(xì)描述兩者均是示范性的，且既定提供對(duì)所主張 的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


包含附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且附圖并入在本說(shuō)明書(shū)中并形成其一部 分。

本發(fā)明的實(shí)施例，且連同描述內(nèi)容一起，用以解釋本發(fā)明的原理。圖1是說(shuō)明常規(guī)密封MEMS裝置的橫截面圖。圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS封裝的橫截面圖。圖2B是示意性說(shuō)明圖2A中的MEMS封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS封裝的橫截面圖。圖;3B是示意性說(shuō)明圖3A中的MEMS封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS封裝的橫截面圖。圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS封裝的橫截面圖。圖6到9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS封裝的制造流程的橫 截面圖。圖10到13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于另一 MEMS封裝的制造流 程的橫截面圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖18A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖18B是示意性說(shuō)明來(lái)自圖18A的俯視圖的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖22k到22C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖。圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖24A到24C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖。圖25A到251是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖。圖2隊(duì)到261是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖或俯視圖。圖27到觀是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫 截面圖。圖^A到291是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖或俯視圖。
8
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容中，已提議若干實(shí)施例中的新穎密封MEMS裝置。密封MEMS 封裝至少具有以下特征。IC與MEMS之間的集成可增加高性能。MEMS與感測(cè)IC制造在同 一襯底中以避免MEMS與感測(cè)IC結(jié)合的寄生效應(yīng)。密封層可通過(guò)已知CMOS技術(shù)的互連工 藝而形成在MEMS元件的一側(cè)上方。芯片規(guī)模封裝(chip scale package, CSP)和晶片級(jí)封 裝(wafer levelpackage, WLP)可用于小尺寸和低成本工藝。額外襯底使用晶片-晶片接 合或熔合而附接到MEMS的另一側(cè)上以形成密封封裝。提供若干實(shí)施例以進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明不限于所述實(shí)施例的公開(kāi)內(nèi)容。另外， 所述實(shí)施例還可恰當(dāng)?shù)乇舜私M合。圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明具有密封封裝的MEMS裝置的橫截面圖。圖2B 是示意性說(shuō)明圖2A中的MEMS裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖2A和2B中，MEMS裝置可包 含CMOS MEMS芯片和第二襯底200。CM0SMEMS芯片包含第一襯底、結(jié)構(gòu)襯底層、CMOS電路和 MEMS結(jié)構(gòu)。第一襯底202 (例如硅襯底)具有腔室208，且MEMS結(jié)構(gòu)214暴露在所述腔室 中。MEMS結(jié)構(gòu)214(在此實(shí)例中形成在襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210中)在末端部分處由襯 底202或結(jié)構(gòu)電介質(zhì)210固持，使得MEMS結(jié)構(gòu)214可感測(cè)(例如)MEMS裝置的加速移動(dòng)。 結(jié)構(gòu)介電層210安置在第一襯底202的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)介電層210具有互連結(jié)構(gòu)216。結(jié) 構(gòu)介電層210還具有嵌入在內(nèi)部的保護(hù)層212且服務(wù)于位于MEMS結(jié)構(gòu)214上方的密封層 201。保護(hù)層可為(例如)導(dǎo)電層。結(jié)構(gòu)介電層210具有位于MEMS結(jié)構(gòu)214上方的凹進(jìn)部 分。MEMS結(jié)構(gòu)214形成在第一襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210中。CMOS電路218已通過(guò)CMOS 制造工藝而形成在第一襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210中。CMOS電路218具有位于結(jié)構(gòu)介電 層210中的輸出墊結(jié)構(gòu)216。第二襯底200在腔室208上方粘附到第一襯底202的第二側(cè) 以形成用于MEMS結(jié)構(gòu)的密封空間。第二襯底200沒(méi)有必要具有CMOS電路。換句話說(shuō)，第 二襯底200可為(例如)還用于形成用于MEMS結(jié)構(gòu)214的密封空間的簡(jiǎn)單板。粘附層220 是用以閉合腔室208的閉合環(huán)。粘附層220可為常見(jiàn)粘附材料層或熔合層。因而，結(jié)構(gòu)介 電層210和第二襯底200密封腔室208以具有密封空間，其中結(jié)構(gòu)介電層210在CMOS工藝 中但不是通過(guò)封裝工藝形成。第二襯底200可為硅、玻璃、石英、陶瓷等。結(jié)構(gòu)介電層(充當(dāng)密封層)由介電層 和導(dǎo)電層形成。此些層與CMOS電路的互連結(jié)構(gòu)中所使用的層相同。MEMS裝置是導(dǎo)電層、介 電層與襯底的一部分的組合物。密封腔室208可在一個(gè)實(shí)施例中為真空腔室。所述腔室中 的MEMS結(jié)構(gòu)214可通過(guò)(例如)造成電容變化的位置移位來(lái)感測(cè)MEMS裝置的移動(dòng)。所述 操作機(jī)制可在此項(xiàng)技術(shù)中已知，而不作進(jìn)一步描述。MEMS結(jié)構(gòu)214可在不限于所述實(shí)施例 的情況下呈各種其它結(jié)構(gòu)。圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的橫截面圖。圖是示意性說(shuō)明 圖3A中的MEMS裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖3A和圖;3B中，MEMS結(jié)構(gòu)214僅形成在結(jié) 構(gòu)介電層210中。結(jié)構(gòu)202具有用以充當(dāng)腔室208的一部分的開(kāi)口。結(jié)構(gòu)介電層210還具 有凹進(jìn)空間205作為腔室230的另一部分。密封層201和輸出墊結(jié)構(gòu)216嵌入在結(jié)構(gòu)介電 層210中。CMOS電路218形成在第一襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210中。第二襯底200借助于 粘附材料或熔合通過(guò)粘附層220粘附到第一襯底202。
在圖3A和圖;3B的此實(shí)施例中，MEMS結(jié)構(gòu)214為結(jié)構(gòu)介電層210中的導(dǎo)電層和介 電層的組合物。密封腔室208中的MEMS結(jié)構(gòu)214可(例如)感測(cè)MEMS裝置的移動(dòng)。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的橫截面圖。在圖4中，MEMS裝置 的結(jié)構(gòu)基本上類(lèi)似于圖2A中的結(jié)構(gòu)。然而，結(jié)構(gòu)介電層210的密封層206中的保護(hù)層呈柵 格結(jié)構(gòu)232。柵格結(jié)構(gòu)232具有較大機(jī)械強(qiáng)度來(lái)在制造期間抵抗外部壓力。另外，周?chē)饘?層234還可經(jīng)實(shí)施以遮蔽裝置以免受(例如)電磁波。此外，MEMS結(jié)構(gòu)230還可包含來(lái)自 結(jié)構(gòu)介電層210的額外部分236。圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的橫截面圖。在圖5中，其類(lèi)似于圖 4且根據(jù)圖3A修改，其中結(jié)構(gòu)介電層210中的密封層206還包含柵格結(jié)構(gòu)232和周?chē)饘?層234。MEMS結(jié)構(gòu)230形成在結(jié)構(gòu)介電層210中。對(duì)于MEMS裝置的結(jié)構(gòu)，密封層206基于CMOS制造工藝而形成在結(jié)構(gòu)介電層210 層中。結(jié)構(gòu)介電層210層沒(méi)有必要通過(guò)包裝工藝來(lái)形成。CMOS電路218還可基于兼容性 CMOS工藝而形成在襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210層中。襯底200接著簡(jiǎn)單地以粘附方式粘附 到襯底202。用于MEMS裝置的制造工藝進(jìn)一步描述如下。圖6到9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的制造流程的橫截面圖。在圖6中，MEMS裝置已形成為在結(jié)構(gòu)介電層210中具有MEMS結(jié)構(gòu)230、CMOS電路 218和密封層206。密封層206具有(例如)嵌入式柵格結(jié)構(gòu)232。周?chē)饘賹?34也形 成在結(jié)構(gòu)介電層210中。在此制造階段處，結(jié)構(gòu)介電層210形成在襯底202(例如硅襯底)上。在圖7中，將形成用于含有MEMS結(jié)構(gòu)230的腔室208，且將暴露MEMS結(jié)構(gòu)230。襯 底202經(jīng)圖案化以形成排氣孔作為腔室208的一部分。排氣孔暴露結(jié)構(gòu)介電層210。對(duì)于 襯底202中的MEMS結(jié)構(gòu)230，將底部移除一部分以使底部表面250凹進(jìn)。在圖8中，執(zhí)行各向同性蝕刻工藝以蝕刻結(jié)構(gòu)介電層210中的介電材料以暴露導(dǎo) 電層。換句話說(shuō)，結(jié)構(gòu)介電層210具有凹進(jìn)空間252以充當(dāng)腔室的一部分。在此實(shí)例中， MEMS結(jié)構(gòu)230還包含來(lái)自結(jié)構(gòu)介電層210的額外部分236。然而，MEMS結(jié)構(gòu)230的大部分 與結(jié)構(gòu)介電層210分離以使MEMS結(jié)構(gòu)感測(cè)(例如)加速度。在圖9中，為了具有密封空間， 使用第一襯底200來(lái)從第二襯底202的另一側(cè)密封所述腔室208。第一襯底200可通過(guò)粘 附層220(例如粘附材料層或熔合層)而粘附到第二襯底202。粘附層220為用以封閉腔 室208的環(huán)。在將襯底200粘附到第二襯底202之前，可抽空腔室208以具有特定低壓力 水平。圖10到13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于另一 MEMS裝置的制造流 程的橫截面圖。在圖10中，對(duì)于MEMS裝置的不同結(jié)構(gòu)，制造工藝在細(xì)節(jié)上可能有所不同， 而設(shè)計(jì)特征保持相同。在圖10中，從MEMS裝置已形成為在結(jié)構(gòu)介電層210中具有MEMS結(jié) 構(gòu)230、CMOS電路218和密封層206的階段開(kāi)始。密封層206具有(例如)嵌入式柵格結(jié) 構(gòu)232。周?chē)饘賹?34也形成在結(jié)構(gòu)介電層210中。在此制造階段處，結(jié)構(gòu)介電層210形 成在襯底202(例如硅襯底)上。然而，此實(shí)例中的MEMS結(jié)構(gòu)230經(jīng)設(shè)計(jì)以僅在結(jié)構(gòu)介電 層210中，其中襯底202僅用于提供腔室。在圖11中，襯底202經(jīng)圖案化以形成開(kāi)口以充當(dāng)腔室208的主要部分。腔室208暴露結(jié)構(gòu)介電層210。在圖12中，對(duì)結(jié)構(gòu)介電層210執(zhí)行用于介電材料的各向同性蝕刻工 藝，使得MEMS結(jié)構(gòu)230的導(dǎo)電層和密封層206的柵格結(jié)構(gòu)232被暴露。除了結(jié)構(gòu)介電層的 固持部分之外，MEMS結(jié)構(gòu)230的MEMS結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)介電層210和襯底202分離。在圖13中，如先前描述，為了具有密封空間，使用第一襯底200來(lái)從第二襯底202 的另一側(cè)密封所述腔室208。第一襯底200可通過(guò)粘附層220 (例如粘附材料層或熔合層) 而粘附到第二襯底202。粘附層220為用以封閉腔室208的環(huán)。在將襯底200粘附到第二 襯底202之前，可抽空腔室208以具有特定低壓力水平。在此實(shí)例中，襯底202中的腔室 260僅用于充當(dāng)腔室的主要部分以用于適應(yīng)MEMS結(jié)構(gòu)230。在以下描述中，描述后續(xù)封裝工藝。在MEMS裸片已完成制造之后，接著將MEMS裸 片封裝到MEMS芯片中作為MEMS裝置。密封MEMS封裝可在當(dāng)前IC封裝技術(shù)中以各種方式 實(shí)施。其還可與其它芯片封裝在一起以用于多芯片封裝(MCP)應(yīng)用。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。在圖14中，使用引線框以用于封裝。引線框具有裸片墊266和引線沈0。MEMS裸片固 持在裸片墊266上。另外，MEMS裸片的I/O端子還通過(guò)接合電線262而連接到引線沈0。 舉例來(lái)說(shuō)，CMOS電路的輸出墊結(jié)構(gòu)216還連接到對(duì)應(yīng)引線沈0。接著，使用模制化合物264 來(lái)將MEMS裸片模制為MEMS裝置。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。在圖15中，其類(lèi)似于圖14中的結(jié)構(gòu)，但包含額外保護(hù)層沈8。保護(hù)層268可保護(hù)MEMS 裸片的密封層以免在封裝工藝期間在形成模制化合物沈4、噴水、取放和各種處置工藝等期 間受到破壞。保護(hù)層具有開(kāi)口以暴露輸出墊結(jié)構(gòu)216以用于與接合電線262接合。圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。在圖16中，封裝結(jié)構(gòu)也基于圖16中的結(jié)構(gòu)，其中保護(hù)層具有修改。此實(shí)例中的保護(hù)層 268為具有蓋帽空間269的蓋帽結(jié)構(gòu)。呈蓋帽結(jié)構(gòu)的保護(hù)層268具有相同功能以保護(hù)MEMS 裸片的密封層以免在封裝工藝期間在形成模制化合物沈4、噴水、取放和各種處置工藝等期 間受到破壞。圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。在圖17中，MEMS裝置302還可使用板上芯片(chip on board, COB)技術(shù)來(lái)安裝在系 統(tǒng)印刷電路板(printed circuit board，PCB) 300上。輸出墊結(jié)構(gòu)通過(guò)電線262接合到PCB 300的電路墊304。接著，模制層306 (例如包封層，例如環(huán)氧樹(shù)脂)可包封在MEMS裝置302 上方。圖18A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。圖18B是示意性說(shuō)明來(lái)自圖18A的俯視圖的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖18A和圖18B 中，在替代封裝工藝中，其基于(例如)倒裝芯片工藝。在輸出墊結(jié)構(gòu)上形成突起270。MEMS 裝置的其它結(jié)構(gòu)類(lèi)似于先前描述，而不作進(jìn)一步描述。在輸出墊結(jié)構(gòu)(例如CMOS電路218 中的一者)上形成突起270之后，接著以倒裝芯片方式將MEMS芯片接合到所述PCB。圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的橫 截面圖。在圖19中，在圖18A中的步驟之后，通過(guò)突起270(例如焊料突起或柱突起)在墊 310處將MEMS裝置接合到系統(tǒng)PCB 300。如果必要的話，可在PCB 300上方形成如模制材 料等包封物。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。在圖20中，對(duì)于替代封裝工藝，結(jié)構(gòu)介電層210還可包含支撐性墊結(jié)構(gòu)273連同輸出 墊結(jié)構(gòu)216。第三襯底340通過(guò)封裝工藝以粘附方式形成在結(jié)構(gòu)介電層210上方。第三襯 底340還具有延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)344和保護(hù)層342的嵌入式結(jié)構(gòu)。延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)344 至少通過(guò)突起270而電連接到結(jié)構(gòu)介電層210中的輸出墊結(jié)構(gòu)216。保護(hù)層342的末端墊 是包圍密封層206的環(huán)結(jié)構(gòu)。接著，第三襯底340通過(guò)粘附層271粘附到結(jié)構(gòu)介電層210， 所述粘附層271可為導(dǎo)電型或非導(dǎo)電型的B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂。然而，導(dǎo)電B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂是優(yōu)選 的，因?yàn)槠淇芍辽儆兄诮Y(jié)構(gòu)介電層210中的輸出墊結(jié)構(gòu)與第三襯底340中的延伸性輸出 墊結(jié)構(gòu)344之間的電連接。圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。在圖21中，在結(jié)構(gòu)介電層210上額外形成第三襯底之后，可使用延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)344 來(lái)通過(guò)倒裝芯片方式用突起312在墊310處接合到系統(tǒng)PCB 300以供應(yīng)用。圖22A到22C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖。在圖22A中，對(duì)封裝工藝的描述從第二襯底202已被圖案化以 具有腔室空間的階段開(kāi)始。在此實(shí)例中，MEMS結(jié)構(gòu)230由襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210形成。 在實(shí)際制造工藝中，同時(shí)一起形成若干MEMS裝置400。在圖22B中，輸出墊結(jié)構(gòu)216(例如 屬于CMOS電路)保持在沒(méi)有突起的結(jié)構(gòu)介電層中。襯底200還從另一側(cè)粘附到襯底202。 在圖22C中，保護(hù)層268可形成在襯底202上方，但暴露輸出墊結(jié)構(gòu)216。接著，執(zhí)行切割工 藝402以將MEMS裝置400切割為分離的MEMS裸片。圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。其類(lèi)似于圖22C中的工藝，但保護(hù)層410呈具有凹進(jìn)空間412的蓋帽結(jié)構(gòu)而不直接接 觸密封層206。接著，執(zhí)行切割工藝402。在封裝工藝中，可將腔室抽空到特定真空水平。圖24A到24C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖。在圖24A中，同樣，對(duì)封裝工藝的描述從第二襯底202已被圖案 化以具有腔室空間的階段開(kāi)始。在此實(shí)例中，MEMS結(jié)構(gòu)230由襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210 形成。在實(shí)際制造工藝中，同時(shí)一起形成若干MEMS裝置400。在圖MB中，輸出墊結(jié)構(gòu)216(例如屬于CMOS電路)保持在沒(méi)有突起的結(jié)構(gòu)介電 層中。襯底200還從另一側(cè)通過(guò)粘附層220而粘附到襯底202。腔室現(xiàn)在為密封的。腔室 可具有特定真空水平。在圖24C中，可在輸出墊結(jié)構(gòu)216上形成突起270以用于后續(xù)封裝工藝。接著，通 過(guò)切割工藝402將MEMS裝置400切割為單獨(dú)單元。圖25A到251是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖。在圖25A中，對(duì)封裝工藝的描述從第二襯底202已被圖案化以 具有腔室空間的階段開(kāi)始。在此實(shí)例中，MEMS結(jié)構(gòu)230由襯底202和結(jié)構(gòu)介電層210形成。 另外，可在結(jié)構(gòu)介電層210中形成支撐性環(huán)221。輸出墊結(jié)構(gòu)216保持在結(jié)構(gòu)介電層210 中。在實(shí)際制造工藝中，同時(shí)一起形成若干MEMS裝置404。在圖25B中，通過(guò)粘附層220將 襯底200粘附到襯底202。在圖25C中，提供蓋帽結(jié)構(gòu)450，如橫截面圖中所示。以俯視圖示出MEMS裝置404。 蓋帽結(jié)構(gòu)450由第三襯底282形成。蓋帽結(jié)構(gòu)450可任選地具有凹進(jìn)空間觀6。第三襯底282具有包含延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)觀0和保護(hù)層288的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有閉合環(huán)，例如矩形環(huán)。 粘附層觀如和涂覆在延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)的墊上。因此，粘附層觀如和也形成 在MEMS裝置404上。粘附層可為(例如)B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂。在圖25D中，通過(guò)粘附層逐個(gè)地將蓋帽結(jié)構(gòu)450粘附到MEMS裝置404上，稱(chēng)為芯 片規(guī)模封裝(chip scale package, CSP) 0延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)280通過(guò)突起270連接到輸 出墊結(jié)構(gòu)216。如果B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂為導(dǎo)電型，那么導(dǎo)電B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂可有助于電連接。由 于粘附層為閉合環(huán)，那么粘附環(huán)還可改進(jìn)密封腔室。在圖25E中，對(duì)于基于晶片級(jí)封 裝(wafer level package, WLP)的替代方式，蓋帽結(jié)構(gòu)450根據(jù)襯底202而形成在襯底觀2 中。在圖25F中，在圖25D的步驟之后，在蓋帽結(jié)構(gòu)450之間的間隙處執(zhí)行切割工藝 402，以便獲得MEMS裸片。延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)可替換襯底210中的輸出墊結(jié)構(gòu)。在圖25G 中，在圖25E的步驟之后，在剩余蓋帽結(jié)構(gòu)450之間的間隙處執(zhí)行切割工藝402，以便獲得 MEMS裸片。在圖25H中，在切割工藝之后，獲得作為MEMS裸片的個(gè)別MEMS裝置。粘附層290 是粘附層觀如、284b、284c、284d的組合，且封閉突起270。然而，此實(shí)施例中的MEMS裝置的 MEMS結(jié)構(gòu)230可被暴露，且蓋帽結(jié)構(gòu)450可充當(dāng)密封層。歸因于粘附層290密封腔室206。在圖251中，此實(shí)施例的結(jié)構(gòu)基本上與圖25H中的結(jié)構(gòu)相同。不同之處是額外側(cè) 環(huán)四2，其連接到粘附層290且可進(jìn)一步改進(jìn)密封效應(yīng)。還提供具有不同MEMS結(jié)構(gòu)的另一替代封裝工藝。圖2隊(duì)到261是根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖或俯視圖。在 圖^A中，封裝工藝從已經(jīng)形成了一些MEMS結(jié)構(gòu)的階段開(kāi)始。結(jié)構(gòu)介電層210具有若干導(dǎo) 電層作為用于CMOS電路的互連結(jié)構(gòu)。還在結(jié)構(gòu)介電層中形成支撐環(huán)觀0。此實(shí)施例中的 MEMS結(jié)構(gòu)230是開(kāi)放的。結(jié)構(gòu)介電層210不具有密封層。在圖^B中，通過(guò)粘附層220將襯底200粘附到襯底202，如先前描述。還在輸出 墊結(jié)構(gòu)216上形成突起四4。在此階段處，MEMS裝置452已完成制造。在圖^C中，示出此 階段處的單個(gè)MEMS裝置452的俯視圖。支撐性環(huán)280包圍MEMS結(jié)構(gòu)230且突起294形成 在輸出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)216上。在圖^D中，以橫截面圖示出蓋帽結(jié)構(gòu)450且以俯視圖示出MEMS裝置452。在 MEMS裝置的支撐性環(huán)280和輸出墊結(jié)構(gòu)216上形成粘附層觀如和284d(例如B級(jí)環(huán)氧樹(shù) 脂)。在蓋帽結(jié)構(gòu)450的對(duì)應(yīng)位置上形成粘附層觀如和^4b，如先前描述。在圖^E中，對(duì)于CSP工藝，將蓋帽結(jié)構(gòu)450(還充當(dāng)?shù)谌r底)粘附到MEMS裝置 452的結(jié)構(gòu)介電層210。在圖^F中，對(duì)于WLP方式，相應(yīng)地通過(guò)粘附層將具有多個(gè)蓋帽結(jié) 構(gòu)450的襯底282在支撐性環(huán)280和輸出墊結(jié)構(gòu)216上粘附到結(jié)構(gòu)介電層210。在圖^G中，針對(duì)圖^E中的結(jié)構(gòu)在蓋帽結(jié)構(gòu)450之間的間隙處執(zhí)行切割工藝 402。在圖^H中，針對(duì)圖^F中的結(jié)構(gòu)在MEMS裝置452之間的間隙處執(zhí)行切割工藝402?；蛘撸趫D中，在蓋帽結(jié)構(gòu)450之間的間隙處形成圖251中的側(cè)環(huán)四2。接著， 執(zhí)行切割工藝402。MEMS裝置還可呈不同結(jié)構(gòu)。圖27和28是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明 MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在圖27中，MEMS結(jié)構(gòu)406僅由結(jié)構(gòu)介電層210形成。襯底200可具有凹進(jìn)空間，使得形成密封腔室406。突起500和粘附層502類(lèi)似于先前結(jié) 構(gòu)，且省略描述。形成具有第三襯底282的MEMS裝置460。在腔室中暴露MEMS結(jié)構(gòu)406， 所述腔室歸因于第三襯底282而為密封的。同樣，在圖觀中，可針對(duì)MEMS裝置460額外包 含側(cè)環(huán)四2，以便改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)。圖^A到291是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意性說(shuō)明用于MEMS裝置的經(jīng)封裝結(jié) 構(gòu)的封裝工藝的橫截面圖或俯視圖。在圖^A中，對(duì)于替代MEMS裝置，封裝工藝從已經(jīng)形 成了一些MEMS結(jié)構(gòu)的階段開(kāi)始。結(jié)構(gòu)介電層210具有若干導(dǎo)電層作為用于CMOS電路的互 連結(jié)構(gòu)。還在結(jié)構(gòu)介電層中形成支撐環(huán)觀0。此實(shí)施例中的MEMS結(jié)構(gòu)230是開(kāi)放的，且僅 來(lái)自結(jié)構(gòu)介電層210。結(jié)構(gòu)介電層210不具有密封層。在圖^B中，通過(guò)粘附層220將襯底200粘附到襯底202，如先前描述。還在輸出 墊結(jié)構(gòu)216上形成突起219。在此階段處，MEMS裝置452已完成制造。在圖^C中，示出此 階段處的單個(gè)MEMS裝置452的俯視圖。支撐性環(huán)280包圍MEMS結(jié)構(gòu)230且突起219形成 在輸出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)216上。在圖^C中，示出此階段處的單個(gè)MEMS裝置452的俯視圖。支撐性環(huán)280包圍 MEMS結(jié)構(gòu)230且突起219形成在輸出導(dǎo)電結(jié)構(gòu)216上。在圖29D中，以橫截面圖示出蓋帽結(jié)構(gòu)450且以俯視圖示出MEMS裝置452。在MEMS 裝置的支撐性環(huán)280和輸出墊結(jié)構(gòu)216上形成粘附層觀如和284d(例如B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂)。 在對(duì)應(yīng)位置上形成粘附層觀如和^4b。在圖^E中，對(duì)于CSP工藝，將蓋帽結(jié)構(gòu)450(還充 當(dāng)具有密封層的第三襯底)粘附到MEMS裝置452的結(jié)構(gòu)介電層210。在圖^F中，針對(duì)圖^E中完成的結(jié)構(gòu)在蓋帽結(jié)構(gòu)450之間的間隙處執(zhí)行切割工 藝402。在圖^G中，還在間隙處形成側(cè)環(huán)四2，針對(duì)圖^F中完成的結(jié)構(gòu)在MEMS裝置452 之間的間隙處執(zhí)行切割工藝402之間。在圖29H中，襯底觀2已形成有多個(gè)蓋帽結(jié)構(gòu)450。還將保護(hù)層288嵌入在第三襯 底觀2中。在圖中，通過(guò)粘附層將襯底282粘附到結(jié)構(gòu)介電層210。接著，執(zhí)行切割工 藝402以將MEMS裝置452切割為多個(gè)MEMS裸片。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下對(duì)本發(fā)明 的結(jié)構(gòu)做出各種修改和變化。鑒于前述描述內(nèi)容，希望本發(fā)明涵蓋本發(fā)明的修改和變化，只 要其屬于所附權(quán)利要求書(shū)及其等效物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種密封微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ封裝，其包括CMOS MEMS芯片，其具有為結(jié)構(gòu)性的第一襯底和位于所述第一襯底的第一側(cè)上的結(jié)構(gòu) 介電層，其中所述結(jié)構(gòu)介電層包括互連結(jié)構(gòu)和保護(hù)結(jié)構(gòu)層，其中所述第一襯底包括至少一孔且 所述保護(hù)結(jié)構(gòu)層位于所述孔上方以形成至少一腔室，其中所述腔室在所述第一襯底的第二側(cè)處，且MEMS結(jié)構(gòu)位于所述腔室內(nèi)部，所述互連 結(jié)構(gòu)包括輸出墊結(jié)構(gòu)以耦合出所述CMOS MEMS芯片的電信號(hào)；以及第二襯底，其在所述腔室上方粘附到所述第一襯底的第二側(cè)以使所述腔室形成密封空 間，其中所述MEMS結(jié)構(gòu)位于所述密封空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所述第一襯 底的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所述結(jié)構(gòu)介 電層的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括介電層和封 閉所述介電層的金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述保護(hù)結(jié)構(gòu)層包括硬掩模層或 結(jié)構(gòu)導(dǎo)電層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)電層包括位于所述腔 室上方的柵格結(jié)構(gòu)以及位于所述MEMS結(jié)構(gòu)和所述CMOS MEMS芯片的CMOS電路上方的遮蔽層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其特征在于CMOS電路還形成在所述第一襯 底和所述結(jié)構(gòu)介電層中，其中所述CMOS電路電耦合到所述MEMS結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其進(jìn)一步包括位于所述輸出墊結(jié)構(gòu)上的金屬 突起以耦合出所述電信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其進(jìn)一步包括通過(guò)粘附層安置在所述結(jié)構(gòu)介 電層上的第三襯底，其中所述第三襯底還包含與所述CMOS MEMS芯片的所述輸出墊結(jié)構(gòu)電 連接的延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的密封MEMS封裝，其特征在于與CM0SMEMS芯片的所述輸出墊 結(jié)構(gòu)電連接的位于所述第三襯底層中的所述延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)包括位于所述輸出墊結(jié)構(gòu) 上的導(dǎo)電突起或粘附層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述導(dǎo)電突起包含柱突起或焊 料突起，其中所述粘附層包含焊料膏或者導(dǎo)電或非導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其特征在于所述第二襯底為不具有電路的 平坦層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封MEMS封裝，其特征在于粘附到所述第一襯底的所述第 二側(cè)的所述第二襯底包括粘附層或熔合層。
14.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其包括CMOS MEMS裸片，其包括CMOS MEMS芯片，其具有為結(jié)構(gòu)性的第一襯底和位于所述第一襯底的第一側(cè)上的結(jié)構(gòu)介電層，其中所述結(jié)構(gòu)介電層包括互連結(jié)構(gòu)和保護(hù)結(jié)構(gòu)層，其中所述第一襯底包括至少一 孔，其中所述保護(hù)結(jié)構(gòu)層位于所述孔上方以形成至少一腔室，其中所述腔室在所述第一襯 底的第二側(cè)處，其中MEMS結(jié)構(gòu)位于所述腔室內(nèi)，其中所述互連結(jié)構(gòu)包括輸出墊結(jié)構(gòu)以耦合 出所述CMOS MEMS芯片的電信號(hào)；以及第二襯底，其在所述腔室上方粘附到所述第一襯底的第二側(cè)以使所述腔室形成密封空 間，其中所述MEMS結(jié)構(gòu)位于所述密封空間內(nèi)；封裝電路襯底，其用于固持所述MEMS裸片；以及模制層，其包封在所述MEMS裸片和引線框上方。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于CMOS電路還形成在所 述第一襯底和所述結(jié)構(gòu)介電層中，其中所述CMOS電路電耦合到所述MEMS結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封裝電路襯底為引 線框，所述引線框具有用于固持所述MEMS裸片的裸片墊和多個(gè)引線，所述多個(gè)引線經(jīng)由接 合電線與所述CMOS MEMS芯片中的所述CMOS電路連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS裸片進(jìn)一步 包括位于所述MEMS結(jié)構(gòu)上方的保護(hù)層，且所述保護(hù)層具有開(kāi)口以暴露所述輸出墊結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS裸片進(jìn)一步 包括位于所述MEMS結(jié)構(gòu)上方的具有凹進(jìn)空間的保護(hù)蓋帽層，且所述保護(hù)蓋帽層具有開(kāi)口 以暴露所述輸出墊結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封裝電路襯底為印 刷電路板，且所述MEMS裸片通過(guò)接合電線而電連接到所述印刷電路板。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封裝電路襯底為印 刷電路板，且所述MEMS裸片通過(guò)焊料突起以倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)電連接到所述印刷電路板。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所 述第一襯底的一部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所 述結(jié)構(gòu)介電層的一部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括介 電層和封閉所述介電層的金屬層。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述保護(hù)結(jié)構(gòu)層包括硬 掩模層或結(jié)構(gòu)導(dǎo)電層。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)電層包括位 于所述腔室上方的柵格結(jié)構(gòu)以及位于所述MEMS結(jié)構(gòu)和所述CMOS電路上方的遮蔽層。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于粘附到所述第一襯底的 第二側(cè)的第二襯底包括粘附層或熔合層。
27.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其包括CMOS MEMS芯片，其具有為結(jié)構(gòu)性的第一襯底和位于所述第一襯底的第一側(cè)上的結(jié)構(gòu) 介電層，其中所述結(jié)構(gòu)電介質(zhì)包括互連結(jié)構(gòu)，其中所述第一襯底和所述結(jié)構(gòu)介電層包括至 少一孔且MEMS結(jié)構(gòu)位于所述孔內(nèi)，其中所述互連結(jié)構(gòu)包括輸出墊結(jié)構(gòu)以耦合出所述CMOS MEMS芯片的電信號(hào)；以及第二襯底，其在所述孔上方粘附到所述第一襯底的第二側(cè)以密封所述孔的一側(cè)；以及第三襯底層，其通過(guò)粘附層而粘附在所述結(jié)構(gòu)介電層上方以密封所述孔的另一側(cè)以形 成密封空間，其中所述MEMS結(jié)構(gòu)位于所述密封空間內(nèi)，其中所述第三襯底層具有位于所述第三襯 底層中的延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)，所述延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)具有電連接到所述CMOS MEMS芯片的 所述輸出墊結(jié)構(gòu)的底部末端和被暴露的頂部末端。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于電連接到CMOSMEMS芯 片的所述輸出墊結(jié)構(gòu)的位于所述第三襯底層中的所述延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)包括位于所述輸 出墊結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電突起或粘附層。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)電突起包含柱突 起或焊料突起，其中所述粘附層包含導(dǎo)電或非導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)介電層包括支 撐性導(dǎo)電環(huán)結(jié)構(gòu)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第三襯底層進(jìn)一步 包括嵌入式保護(hù)層，所述嵌入式保護(hù)層具有通過(guò)所述粘附層的一部分而與所述支撐性導(dǎo)電 環(huán)連接的保護(hù)性環(huán)。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所 述第一襯底的一部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所 述結(jié)構(gòu)介電層的一部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括介 電層和封閉所述介電層的金屬層。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于粘附到所述第一襯底的 第二側(cè)的第二襯底包括粘附層或熔合層。
36.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其包括CMOS MEMS芯片，其具有為結(jié)構(gòu)性的第一襯底和位于所述第一襯底的第一側(cè)上的結(jié)構(gòu) 介電層，其中所述結(jié)構(gòu)電介質(zhì)包括互連結(jié)構(gòu)，且所述互連結(jié)構(gòu)包括輸出墊結(jié)構(gòu)以耦合出所述 CMOS MEMS芯片的電信號(hào)，其中所述第一襯底和所述結(jié)構(gòu)電介質(zhì)在所述第一襯底的所述第一側(cè)處包括腔室，其中 所述腔室抵靠著所述第一襯底的所述第一側(cè)而在所述結(jié)構(gòu)介電層的頂側(cè)，其中MEMS結(jié)構(gòu) 位于所述腔室內(nèi)；以及第二襯底層，其通過(guò)粘附層而粘附在所述結(jié)構(gòu)介電層上方以密封所述腔室且形成密封 空間，其中所述MEMS結(jié)構(gòu)位于所述密封空間內(nèi)，其中所述第二襯底層具有位于所述第二襯 底層中的延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)，所述延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)具有電連接到所述CMOS MEMS芯片的 所述輸出墊結(jié)構(gòu)的底部末端和被暴露的頂部末端。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于電連接到所述CMOS MEMS芯片的所述輸出墊結(jié)構(gòu)的位于所述第三襯底層中的所述延伸性輸出墊結(jié)構(gòu)包括位于 所述輸出墊結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電突起或粘附層。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)電突起包含柱突 起或焊料突起，其中所述粘附層包含導(dǎo)電或非導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)介電層包括支 撐性導(dǎo)電環(huán)結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二襯底層進(jìn)一步 包括保護(hù)性環(huán)，所述保護(hù)性環(huán)通過(guò)所述粘附層的一部分而與位于所述結(jié)構(gòu)介電層中的所述 支撐性環(huán)連接。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二襯底包括與所 述腔室連接的凹進(jìn)結(jié)構(gòu)，所述凹進(jìn)結(jié)構(gòu)為用以密封在所述MEMS結(jié)構(gòu)周?chē)耐獠凯h(huán)。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所 述第一襯底的一部分。
43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括所 述結(jié)構(gòu)介電層的一部分。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的MEMS裝置的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括介 電層和封閉所述介電層的金屬層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種密封微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)封裝，其包含CMOS MEMS芯片和第二襯底。CMOS MEMS芯片具有第一襯底、結(jié)構(gòu)介電層、CMOS電路和MEMS結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)介電層安置在第一結(jié)構(gòu)襯底的第一側(cè)上。結(jié)構(gòu)介電層具有用于電互連的互連結(jié)構(gòu)，且還具有保護(hù)結(jié)構(gòu)層。第一結(jié)構(gòu)襯底具有至少一孔。所述孔位于保護(hù)結(jié)構(gòu)層下方以形成至少一腔室。腔室在第一結(jié)構(gòu)襯底的第二側(cè)中暴露到環(huán)境。腔室還包括MEMS結(jié)構(gòu)。第二襯底在腔室上方粘附到第一襯底的第二側(cè)以形成密封空間，且MEMS結(jié)構(gòu)位于所述空間內(nèi)。
文檔編號(hào)B81B7/02GK102107846SQ20101013654
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者劉志成, 李建興, 謝聰敏 申請(qǐng)人:鑫創(chuàng)科技股份有限公司