專利名稱：Mems器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MEMS器件，具體地涉及封裝器件的形成。
背景技術(shù)：
MEMS技術(shù)逐漸用于集成電路。然而，由于難以提供合適且節(jié)約成本的封裝，實(shí)際上還沒有實(shí)現(xiàn)許多產(chǎn)品概念。因?yàn)镸EMS器件由于移動(dòng)部分而易碎，并且器件性能受到雜質(zhì)的影響，必須通過封裝針對(duì)器件的最終使用以及在晶 片劃片和結(jié)合期間(當(dāng)從其上已經(jīng)形成器件陣列的襯底上分離出單獨(dú)器件時(shí))進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于MEMS器件和系統(tǒng)封裝的高成本存在許多有貢獻(xiàn)的因素。三種主要因素是-對(duì)于具有復(fù)雜幾何形狀的MEMS系統(tǒng)的小于幾個(gè)毫米尺寸的部分和部件的正確封裝和有效裝配要求專用工具和夾具。-高度多樣化的MEMS器件和系統(tǒng)使得對(duì)于可靠封裝的要求從一個(gè)產(chǎn)品到另一個(gè)產(chǎn)品而顯著改變。例如，在許多情況下用于氣密密封的真空封裝是有必要的。-MEMS器件和系統(tǒng)中的部分和部件的小尺寸在封裝和裝配時(shí)產(chǎn)生許多獨(dú)特的問題。存在多種用于密封MEMS器件的技術(shù)-使用現(xiàn)成的封裝和仔細(xì)處理的技術(shù)；-將通常是玻璃或硅的分離帽蓋固定到最終MEMS器件部分的頂部上；-集成晶片級(jí)封裝(WLP)密封?，F(xiàn)成部件的選擇是昂貴且耗時(shí)的過程。使用分離帽蓋要求帽蓋晶片，所述帽蓋晶片典型地包括由玻璃或硅預(yù)先制造的腔體。然后使用陽極熔化玻璃結(jié)合，因?yàn)槠浜蠖思嫒莨に嚋囟?400°C)優(yōu)于更高溫度(100(TC )下的熔融結(jié)合。如果在真空腔室中執(zhí)行所述結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)腔體內(nèi)的真空。這種方法要求晶片結(jié)合和倒裝芯片對(duì)準(zhǔn)設(shè)備。集成晶片級(jí)方案包括使用標(biāo)準(zhǔn)表面微加工技術(shù)制造帽蓋。這種方法耗用更少的面積，并且將芯片高度保持為比使用獨(dú)立制造的帽蓋更低。如果密封足夠強(qiáng)，可以像普通IC那樣進(jìn)一步地封裝所述MEMS芯片，這是低成本的。另外，這允許與CMOS工藝集成的可能性。在晶片級(jí)封裝工藝中，使用普通工藝步驟將MEMS結(jié)構(gòu)內(nèi)置到具有密封外殼的腔體內(nèi)部。對(duì)于大多數(shù)MEMS結(jié)構(gòu)，例如諧振器，由于較低的空氣阻尼，Q因子在更低壓力下增力口。這意味著一些應(yīng)用要求氣密密封所述密封外殼以避免Q因子隨時(shí)間減小。已知的WLP結(jié)構(gòu)方法使用兩個(gè)堆疊的層。在圖IA至IC中給出了示意性截面圖。所述圖示出了襯底10、MEMS器件12和犧牲材料的下部層14。對(duì)下部層14構(gòu)圖以在所有側(cè)面延伸超出有源MEMS器件12。上部層16由帽蓋材料組成。如圖IB所示，沉積上部層16以在所有的側(cè)邊處覆蓋/密封底部層14。可以對(duì)層16構(gòu)圖，用于與層10電接觸來操作器件12。如圖IC所示，去除犧牲材料以在MEMS器件周圍產(chǎn)生腔體。可選地，在上部層中存在釋放孔，以使能犧牲材料的去除，通過第三層密封所述釋放孔。示例由以下部分組成-聚合物的下部層14;-氧化硅的上部層16；-通過如圖IC中箭頭所示的熱降解去除聚合物材料。這種WLP結(jié)構(gòu)方法的常見問題是對(duì)于所使用的材料和工藝設(shè)置存在矛盾的限制。對(duì)于以上示例，在以下方面存在矛盾限制
-下部層14的聚合物玻璃化溫度(Tg):低Tg的聚合物將具有回流問題，而高Tg聚合物將難以降解；-氧化硅沉積溫度在低溫度下臺(tái)階覆蓋較差，而在高溫度下聚合物將降解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于形成MEMS器件封裝的改進(jìn)集成方法。根據(jù)本發(fā)明，提出了一種制造MEMS器件的方法，包括形成MEMS器件元件；在所述MEMS器件元件周圍形成側(cè)壁；在所述器件元件上以及在所述側(cè)壁內(nèi)形成犧牲層；在所述犧牲層上形成封裝覆蓋層；去除所述犧牲層。該方法為在MEMS器件上設(shè)置的帽蓋提供了附加的側(cè)壁。然后，這些附加的側(cè)壁可以通過不同的工藝沉積到封裝覆蓋層的頂部部分上，并且可以由不同的材料形成。所述側(cè)壁可以防止?fàn)奚鼘拥幕亓?，并且改善?cè)壁的密封性質(zhì)。所述犧牲層可以包括熱降解聚合物層。所述封裝覆蓋層對(duì)于熱降解犧牲層是多孔的。所述封裝覆蓋層可以包括氧化硅，并且所述熱降解層可以包括Unity400或ShipleyXP0733。然而，其他熱降解聚合物對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是眾所周知的?？梢酝ㄟ^旋涂來沉積所述熱降解層。優(yōu)選地，所述側(cè)壁由例如氮化硅的密封材料形成，并且通過LPCVD或PECVD形成。非密封固化有機(jī)材料可以代替地用于所述側(cè)壁。側(cè)壁的形成還可以包括在由所述側(cè)壁限定的空間內(nèi)形成支撐柱。這些側(cè)壁材料的柱可以向頂部帽蓋層提供附加的支撐。本發(fā)明也提供了一種封裝的MEMS器件，包括MEMS器件元件；所述MEMS器件元件上的腔體，其中所述腔體具有圍繞所述腔體的外圍的側(cè)壁；以及設(shè)置在所述腔體和所述側(cè)壁上的封裝覆蓋層。所述MEMS器件元件可以包括開關(guān)、電容器或諧振器。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的示例，其中圖I示出了已知的晶片級(jí)密封工藝；
圖2示出了本發(fā)明的晶片級(jí)密封工藝的示例，并且作為最終步驟示出了本發(fā)明的封裝MEMS器件的示例；以及圖3示出了本發(fā)明的封裝MEMS器件的另一個(gè)示例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種制造MEMS器件的方法，其中在MEMS器件元件上形成腔體。所述腔體除了封裝覆蓋層之外還具有側(cè)壁。圖2示出了本發(fā)明的晶片級(jí)密封工藝的示例。
圖2A示出了在襯底10上形成的MEMS器件元件12。在MEMS器件元件20的周圍形成側(cè)壁20。所述側(cè)壁形成于襯底的頂部上，所述襯底承載所述MEMS器件元件。對(duì)所述側(cè)壁構(gòu)圖以在所有側(cè)邊都包圍所述MEMS器件。按照傳統(tǒng)方式對(duì)所述側(cè)壁構(gòu)圖以定義完全垂
直的結(jié)構(gòu)。這意味著具有獨(dú)立工藝設(shè)置的不同材料的專用層用于腔體側(cè)壁而不是用于腔體頂部表面。這提供了消除許多矛盾限制的解決方案。這些限制起源于腔體側(cè)壁通常由上部層建造的事實(shí)。在一個(gè)示例中，所述側(cè)壁由氮化物制成，例如氮化硅。氮化物可以通過LPCVD涂覆。LPCVD氮化物是氣密密封材料，具有大于降解聚合物熔化溫度的沉積溫度。如圖2B所示，在器件元件12上和側(cè)壁內(nèi)形成犧牲層14。在優(yōu)選示例中，犧牲層是諸如Unity 400或Shipley XP0733之類的熱降解聚合物(TDP)材料。Shipley XP0733是一種可購得的聚甲基丙烯酸甲酯材料，研發(fā)用于集成電路內(nèi)的互連結(jié)構(gòu)中的空氣隙。所述材料可以通過旋涂涂覆，并且在約150°C的初始軟烘烤之后，其在直至300°C下完全穩(wěn)定。如果將所述溫度增加到350°C以上，直至400°C，所述材料無殘留物地分解。Unity 400可購自公司“Promerus Electronic Materials”，并且再次地不留下任何殘留物的熱分解。這些是可以通過旋涂涂覆并且可以平坦化為較高程度的材料的示例。其厚度匹配側(cè)壁的高度。在受限制的側(cè)壁20的外部，通過正常構(gòu)圖去除了所有犧牲材料。然后繼續(xù)正常工藝。這樣，如圖2C所示，在犧牲層14上形成封裝覆蓋層16。對(duì)這種上部層涂覆并且構(gòu)圖為超出側(cè)壁。因此，按照與圖I相同的方式，所述封裝覆蓋層16向下延伸至襯底，并且從而覆蓋且密封了所述側(cè)壁。這意味著側(cè)壁由側(cè)壁和封裝覆蓋層兩者的材料制成。MEMS器件元件上的帽蓋只由上部層制成，使得上部層限定了腔體的頂蓋。所述上部層16可以包括氧化硅或者氧碳化硅(SiOC，是天然多孔的)。氧化硅和SiOC的高沉積溫度(例如300°C以上直至約400°C的PECVD工藝)將引起聚合物層14的一些回流，但是這種回流受到側(cè)壁20的限制。所述側(cè)壁能夠承受氧化硅沉積溫度，因?yàn)槠銵PCVD或PECVD氮化物形成。因此，避免了聚合物回流的問題。然后如圖2D所示，通過從多孔氧化硅帽蓋層溢出的氣體去除犧牲層14。犧牲層的一些殘余物仍然殘留。
通過從腔體中溢出的降解材料氣體去除了犧牲層?？梢圆捎肬V輔助固化?？梢砸蕾囉贛EMS器件的要求將另外的層設(shè)置在帽蓋層的頂部上，以密封所述腔體。然后將在真空環(huán)境中沉積所述密封層。當(dāng)要求氣密性腔體時(shí)，側(cè)壁20具有附加的益處在晶片上存在犧牲層之前沉積側(cè)壁，并且因此不會(huì)限制沉積溫度。這具有可以選擇良好質(zhì)量層的益處。較強(qiáng)的側(cè)壁也避免了腔體的倒塌。犧牲層可以是不同的材料，并且不必通過溫度處理來去除。例如，犧牲層可以是通過氧等離子去除的聚合物。然后可以通過帽蓋密封層密封所述刻蝕釋放 孔。這可以是諸如鋁之類的PVD(物理氣相沉積)層。在低壓下涂覆所述密封層，使得按照所需的低壓密封所述腔體。側(cè)壁沉積可以用于提供如圖3所示的附加支撐結(jié)構(gòu)22，例如用于包含多個(gè)MEMS器件12的大腔體。本發(fā)明不會(huì)更改MEMS器件的制造，并且可以使用任意傳統(tǒng)的技術(shù)。例如，所述MEMS器件可以是諧振器、電容器或開關(guān)。典型地，所述器件具有需要通過封裝仔細(xì)地保護(hù)的可移動(dòng)部分，例如所述器件可以具有懸置的諧振器塊。可以通過使得在約450°C以下的溫度執(zhí)行所有工藝部分來使用CMOS工藝，避免了對(duì)已經(jīng)形成的CMOS器件的損壞。本發(fā)明可以使用具有低流動(dòng)點(diǎn)溫度的材料，而不只是TDP材料。聚合物的使用使得能夠采用低應(yīng)力、采用低成本的沉積工藝和工具、以及低溫沉積進(jìn)行沉積。通過在犧牲層之前沉積側(cè)壁，側(cè)壁的沉積溫度可以高于犧牲層的回流溫度。本發(fā)明的一種主要應(yīng)用是MEMS諧振器。這些諧振器可以用于替代用于定時(shí)基準(zhǔn)目的的晶體振蕩器。各種修改對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是清楚明白的。
權(quán)利要求
1.一種制造MEMS器件的方法，包括 在襯底上形成MEMS器件元件(12); 在所述MEMS器件元件周圍的襯底上形成側(cè)壁(20)； 在所述器件元件上以及在所述側(cè)壁(20)內(nèi)形成犧牲層(14)； 在所述犧牲層和所述側(cè)壁上形成封裝覆蓋層(16)，所述封裝覆蓋層(16)從而覆蓋且密封所述側(cè)壁(20)、并且限定腔體的頂蓋；以及 去除所述犧牲層(14)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述犧牲層(14)包括熱降解層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述封裝覆蓋層(16)對(duì)于熱降解犧牲層(14)是多孔的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述封裝覆蓋層(16)包括氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的方法，其中所述熱降解層(14)包括Unity400或Shipley XP0733。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過旋涂來沉積所述熱降解層(14)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述側(cè)壁(20)由氧化硅、氮化硅、多晶硅、氧氮化硅或固化有機(jī)材料形成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述側(cè)壁(20)通過LPCVD或PECVD形成。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中形成側(cè)壁(20)還包括在由所述側(cè)壁(20)限定的空間內(nèi)形成支撐柱(22)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述MEMS器件元件(12)包括開關(guān)、電容器或諧振器。
11.一種封裝的MEMS器件，包括 襯底上的MEMS器件元件(12)； 所述MEMS器件元件(12)上的腔體，其中所述腔體在襯底上具有圍繞所述腔體的外圍的側(cè)壁(20)； 設(shè)置在所述腔體和所述側(cè)壁(20)上的封裝覆蓋層(16)，從而所述封裝覆蓋層(16)覆蓋并且密封所述側(cè)壁(20)，并且限定腔體的頂蓋。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，還包括具有熱降解聚合物的犧牲層(14)的殘留物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的器件，其中所述熱降解層(14)包括Unity400或ShipleyXP0733。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的器件，其中所述封裝覆蓋層(16)包括氧化硅或SIOC。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述側(cè)壁(20)由氧化硅、氮化硅、多晶硅、氧氮化硅或固化有機(jī)材料形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述MEMS器件元件(120)包括開關(guān)、電容器或諧振器。
全文摘要
一種制造MEMS器件的方法包括形成MEMS器件元件(12)。在所述MEMS器件元件周圍形成側(cè)壁(20)，并且在所述器件元件上以及在所述側(cè)壁內(nèi)形成犧牲層(14)。在所述犧牲層上提供封裝覆蓋層(16)，并且去除所述犧牲層。這種方法向在MEMS器件上設(shè)置的帽蓋提供附加的側(cè)壁。然后，這些附加的側(cè)壁可以通過不同的工藝沉積到封裝覆蓋層的頂部部分上，并且可以由不同的材料形成。所述側(cè)壁可以防止?fàn)奚鼘拥幕亓?，并且改善了?cè)壁的密封性質(zhì)。
文檔編號(hào)B81B7/00GK102803125SQ201080027903
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者巴特·范維爾岑, 漢斯·范扎德爾霍夫, 格雷亞·喬安娜·阿德里亞娜·瑪利亞·費(fèi)爾海登 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司