Mems器件、封裝mems器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了MEMS器件、封裝MEMS器件及其制造方法。在一個實施例中，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件包括第一MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二MEMS功能結(jié)構(gòu)。第二MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力與第一MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壓力不同。
【專利說明】MEMS器件、封裝MEMS器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種MEMS器件、封裝MEMS器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件包括相對較新的、將半導(dǎo)體與非常小的機(jī)械器件相結(jié)合的技術(shù)。MESM器件是微機(jī)械加工的傳感器、致動器，以及使用最初發(fā)展用于半導(dǎo)體器件/集成電路工業(yè)的技術(shù)，通過添加、減少、更改，以及圖案化材料來形成的其他結(jié)構(gòu)。MEMS器件被用在多種應(yīng)用中，諸如，運動控制器的傳感器、噴墨式打印機(jī)、安全氣囊、擴(kuò)音器、以及陀螺儀。在其中使用了 MEMS器件的應(yīng)用繼續(xù)發(fā)展并且現(xiàn)在還包括以下應(yīng)用，諸如，移動電話、汽車、全球定位系統(tǒng)(GPS)、視頻游戲、消費性電子產(chǎn)品、汽車安全、以及醫(yī)療技術(shù)。
[0003]已發(fā)展出的一種用于MEMS器件的較小的封裝類型是晶圓級封裝(WLP)。WLP包括在封裝件中封裝MEMS器件，該封裝件通常包括被用于將引線分散給MEMS器件的接觸焊盤的再分布層(RDL)，從而能夠例如，在比MEMS器件的接觸焊盤更大的節(jié)距(pitch)下形成電接觸，并且能夠形成與其他器件或與終端應(yīng)用中的電路板(board)的連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件，包括:第一MEMS功能結(jié)構(gòu)；以及第二MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第二MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力與所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力不同。
[0005]在所述MEMS器件中，所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)包括選自于基本上由陀螺儀、共振器、加速計、擴(kuò)音器、壓力傳感器、慣性傳感器、致動器及它們的組合所構(gòu)成的組中的類型。
[0006]在所述MEMS器件中，進(jìn)一步包括:第三MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第三MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力與所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力不同。
[0007]在所述MEMS器件中，進(jìn)一步包括:第三MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第三MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力基本上與所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力或所述第二MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力相同。
[0008]在所述MEMS器件中，進(jìn)一步包括:多個第三MEMS功能結(jié)構(gòu)。
[0009]在所述MEMS器件中，所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)包括傳感器。
[0010]在所述MEMS器件中，進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二MEMS功能結(jié)構(gòu)上方的封裝材料。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種封裝器件，包括:襯底；以及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件，與所述襯底相連接，其中，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域具有第一壓力，所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域具有第二壓力，并且所述第二壓力不同于所述第一壓力。
[0012]在所述封裝器件中，進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)周圍和之間的密封材料。
[0013]在所述封裝器件中，所述密封材料包括密封環(huán)、下方設(shè)置有淺溝槽圖案的密封環(huán)或密封膠。
[0014]在所述封裝器件中，進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述密封材料、所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)上方的封裝材料。
[0015]在所述封裝器件中，所述襯底包括第一襯底，并且所述MEMS器件包括與第三襯底相連接的第二襯底。
[0016]在所述封裝器件中，在所述第二襯底和所述第三襯底之間設(shè)置有所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的可移動元件。
[0017]在所述封裝器件中，所述襯底包括:蓋晶圓，所述蓋晶圓包括布線襯底或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造微機(jī)電(MEMS)器件的方法，所述方法包括:形成MEMS器件，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)；將所述MEMS器件與襯底相接合；在所述第一MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生第一壓力；以及在所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生第二壓力，其中，在對所述MEMS器件進(jìn)行晶圓級封裝之后，所述MEMS器件中的所述第二壓力不同于所述第一壓力。
[0019]在所述方法中，產(chǎn)生所述第一壓力包括向所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)施加真空，或者產(chǎn)生所述第二壓力包括向所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)施加真空。
[0020]在所述方法中，進(jìn)一步包括:在產(chǎn)生所述第一壓力時在所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)上施加密封材料，或者在產(chǎn)生所述第二壓力時在所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)上施加密封材料。
[0021]在所述方法中，所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在密封環(huán)下方的淺溝槽，并且所述方法包括使用所述密封環(huán)下方的所述淺溝槽來產(chǎn)生所述第一壓力或產(chǎn)生所述第二壓力。
[0022]在所述方法中，在所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生第一壓力或在所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生所述第二壓力包括使用泵。
[0023]在所述方法中，進(jìn)一步包括:將接合環(huán)與位于所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和所述第二MEMS功能結(jié)構(gòu)周圍和之間的襯底相接合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更全面地理解實施例及其優(yōu)勢，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述作為參考，其中:
[0025]圖1至圖12是示出了根據(jù)一個實施例制造和封裝MEMS器件的方法的截面圖；
[0026]圖13是圖12中所示的封裝MEMS器件的俯視圖；
[0027]圖14是根據(jù)一個實施例的封裝MEMS器件的俯視圖；
[0028]圖15是圖14中所示的封裝MEMS器件的部分的更詳細(xì)的視圖；
[0029]圖16是示出了圖14中所示的MEMS器件的MEMS功能結(jié)構(gòu)的各個內(nèi)部壓力的圖表;
[0030]圖17是示出了根據(jù)一個實施使用泵控制和產(chǎn)生MEMS器件的各個內(nèi)部壓力的方法的截面圖；以及
[0031]圖18是示出了根據(jù)一個實施例制造具有不同的內(nèi)部壓力的MEMS器件的方法的流程圖。
[0032]除非另有說明，不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)號和符號通常指相應(yīng)部件。將附圖繪制成清楚地示出實施例的相關(guān)方面而不必須成比例繪制。
【具體實施方式】
[0033]下面，詳細(xì)討論本發(fā)明各實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0034]本發(fā)明的實施例涉及的是制造和封裝MEMS器件。在此將描述新式MEMS器件、制造方法、以及封裝MEMS器件。
[0035]圖1至圖12是示出了根據(jù)一個實施例的制造和封裝MEMS器件100的方法的截面圖。首先參考圖1，示出了根據(jù)本公開的一個實施例的處在制造初始階段中的MEMS器件100的MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的截面圖。MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa包括襯底102。襯底102可以包括硅晶圓、GaAs晶圓、玻璃或其他材料。襯底102在本文中也被稱為第一襯底。使用氧化工藝在襯底102的正面和背面上形成了氧化物104a和104b。例如，氧化物104a和104b包括具有大約為2 μ m，或大約2 μ m的厚度的二氧化硅，從而減小了在操作MEMS器件時的寄生饋通電容，然而可選地，氧化物104a和104b也可以包括其他材料和尺寸。
[0036]如圖2所示，使用光刻工藝來圖案化襯底102的背面上的氧化物104b。例如，可以根據(jù)光刻膠是正性的或負(fù)性的，通過在氧化物104b上沉積光刻膠層(未示出)，將光刻膠層暴露于從光刻掩模(也未不出)中反射出來的或穿過光刻掩模傳輸?shù)哪芰?，顯影光刻膠層，并且隨后去除暴露的或未暴露的光刻膠來圖案化氧化物104b。然后，灰化或蝕刻掉部分光刻膠層，并且隨后在使用蝕刻工藝蝕刻掉部分氧化物104b時將光刻膠層用作為蝕刻掩模。氧化物104b中的圖案包括校準(zhǔn)掩模圖案或參考特征圖案(例如，使用在后續(xù)集成工藝中的切割用的切割線)，在后續(xù)的多個制造工藝中均使用該圖案來例如，對準(zhǔn)襯底102。
[0037]如圖2所示，在圖案化氧化物104b之后，將襯底102顛倒過來。仍如圖2所示，包括有具有大約幾百納米(例如，大約200nm)的厚度的氮化物的停止層106形成在襯底102的正面上，并且包括有具有大約2μπι，或大于2μπι的厚度的氧化物(諸如，二氧化硅)的電介質(zhì)膜108形成在停止層106上方。停止層106可以包括SiN并且可以用于例如，后續(xù)的氧化物釋放步驟?？蛇x地，停止層106和電介質(zhì)膜108可以包括其他材料和尺寸。
[0038]淺泄漏溝槽112、用作錨狀物(anchor)或溝槽114以及凸塊110的圖案形成在襯底102的正面上。凸塊圖案110形成在電介質(zhì)膜108的頂面中，并且穿過電介質(zhì)膜108形成了在WLP工藝之后為真空壓力泄漏提供了路徑的淺泄漏溝槽112。錨圖案114僅形成在電介質(zhì)膜108中。在一些實施例中，可以任意使用三個光刻工藝(例如，使用三個光刻掩模和三個蝕刻工藝)來形成淺漏電溝槽112和用于錨狀物114以及凸塊110的圖案?？蛇x地，在一個光刻工藝中形成淺漏電溝槽112和用于錨狀物114以及凸塊110的圖案，并且例如，通過干式等離子體蝕刻負(fù)載效應(yīng)根據(jù)圖案的尺寸特征來確定每個具體的位置110、112和114中的最終蝕刻深度控制，其中，開口尺寸越大，蝕刻深度越深?？蛇x地，可以直接圖案化淺溝槽112和用于錨狀物114以及凸塊110的圖案。
[0039]然后，參考圖4，提供了第二襯底116。在一些實施例中，第二襯底116包括與所描述的用于第一襯底102的材料類似的材料。使用晶圓接合工藝將第二襯底116與第一襯底102的正面相接合。如一個實例，可以使用熔融接合來接合第二襯底116和第一襯底102。使用研磨工藝、CMP工藝、干式等離子體回蝕工藝或這些工藝的組合來減薄第二襯底116，從而將最終的第二襯底116的厚度控制在例如，大約10 μ m至大約60 μ m。包括了具有大約2 μ m的厚度的二氧化硅的氧化物118沉積在襯底116上。氧化物118可選地可以包括其他材料和尺寸。氧化物118隨后被用于控制MEMS器件100的間隙，并且按照MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的需求來對其厚度進(jìn)行選擇。例如，使用干式等離子體反應(yīng)離子蝕刻(RIE)和深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)工藝(如圖5所示)來圖案化氧化物118和第二襯底116，從而形成了用作插塞的圖案120。
[0040]在氧化物118上方形成了多晶硅或其他類型的半導(dǎo)體材料，從而填充了氧化物118和第二襯底116中的圖案120。使用化學(xué)機(jī)械剖光(CMP)工藝和/或蝕刻工藝來平坦化多晶硅，從而如圖6所示那樣從氧化物118的頂面上去除了多晶硅，并且留下了形成在電介質(zhì)膜108、襯底116，以及氧化物119中的多晶硅插塞122。在一些實施例中，例如，處在圖6邊緣處的多晶硅插塞122包括用于MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的錨狀物，而中心的多晶硅插塞122則包括用于MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的可移動元件的停止件。
[0041]在氧化物118和多晶硅插塞122的頂面上方形成有導(dǎo)電材料124。在一些實施例中，導(dǎo)電材料124可以包括通過濺射形成的金屬、Ge和/或金屬合金。導(dǎo)電材料124可以具有例如，大約0.5 μ m或更大的厚度?？蛇x地，導(dǎo)電材料124可以包括其他材料和尺寸，并且可以由其他方法形成。使用光刻工藝來圖案化導(dǎo)電材料124，從而留下了如圖7所示設(shè)置在錨狀物上的導(dǎo)電材料124，該錨狀物包括處在MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的邊緣的插塞122。
[0042]如圖8所示，使用蝕刻工藝回蝕氧化物118。氧化物118的部分仍保留在包括有錨狀物的插塞122的側(cè)壁上。如圖9所示，氧化物126形成在襯底116、導(dǎo)電材料124，以及中心插塞122上方。氧化物126可以包括具有大約1.0ym的厚度的二氧化硅，然而可選地，氧化物126可以包括其他材料和尺寸。為了關(guān)鍵的MEMS功能結(jié)構(gòu)而圖案化氧化物126，并且隨后在襯底116的蝕刻工藝過程中將氧化物126用作為蝕刻硬掩模，從而在襯底116中形成了圖案128。
[0043]如圖10所示，使用汽化的氫氟(HF)酸蝕刻工藝或其他類型的蝕刻工藝來去除氧化物126和118，電介質(zhì)膜108，以及部分氧化物104a，從而形成了 MEMS功能結(jié)構(gòu)100a。HF蝕刻工藝是去除犧牲氧化物126和118、電介質(zhì)膜108以及部分氧化物104a的釋放步驟，從而允許MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的可移動元件(未示出)，在MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的內(nèi)部區(qū)域腔體154中具有機(jī)械運動。HF蝕刻工藝還釋放了淺溝槽112。
[0044]下面參考圖11，提供了第三襯底130。第三襯底130包括與MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的導(dǎo)電材料124相接合的蓋晶圓。第三襯底130包括例如，布線襯底130或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶圓。第三襯底130包括晶圓132，其具有分別形成在正面和背面上的氧化物134a和134b。晶圓132包括半導(dǎo)體材料、玻璃，或其他材料，而氧化物134a和134b包括具有例如，大約2 μ m的厚度的二氧化硅?？蛇x地，氧化物134a和134b可以包括其他材料和尺寸。
[0045]在氧化物134b上方形成了導(dǎo)電材料136并且將其圖案化。導(dǎo)電材料136可以包括具有例如，約為3 kA的厚度的多晶硅、金屬、或金屬合金，然而可選地該導(dǎo)電材料136也可以包括其他材料和尺寸。使用光刻來圖案化導(dǎo)電材料136，并且將絕緣材料138形成在導(dǎo)電材料136上方。在一些實施例中，絕緣材料138包括約為I μπι的二氧化硅，然而可選地該絕緣材料138也可以包括其他尺寸和材料。圖案化絕緣材料138，并且在圖案化的絕緣材料138上方形成了導(dǎo)電材料140。在一些實施例中，導(dǎo)電材料140可以包括約為0.8μπι的AlCu或AlCu合金，從而直接在兩個導(dǎo)電層的界面之間形成歐姆接觸，然而可選地該導(dǎo)電材料140也可以包括其他尺寸和材料。然后，如圖11所示，使用光刻工藝圖案化導(dǎo)電材料140。
[0046]然后，如圖12所示，將MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa與第三襯底130相連接，從而使用晶圓級接合工藝(例如，使用晶圓級封裝)形成封裝MEMS器件150。在閉合的環(huán)142內(nèi)部，將在預(yù)先確定的在大約Imbar至大約Iatm的范圍內(nèi)的真空水平下良好地保護(hù)和封閉MEMS功能結(jié)構(gòu)100a。第二襯底116與第三襯底130相連接，而第一襯底102和第二襯底116的部分被切割，從而暴露出圖案化的導(dǎo)電材料140，該圖案化的導(dǎo)電材料包括了限定在第三襯底130上的接觸焊盤。圖13示出了圖12中所示的封裝MEMS器件150的頂部。使用金屬至金屬接合、共晶接合，或其他方法來連接MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的導(dǎo)電材料124和第三襯底130上的圖案化的導(dǎo)電材料140。在一些實施例中，導(dǎo)電材料124包括例如，共晶材料。MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa將良好地保護(hù)內(nèi)部的閉合的環(huán)142。圖12和圖13的左側(cè)的導(dǎo)電材料140包括用于封裝MEMS器件150的導(dǎo)電焊盤。接觸焊盤上的封裝MEMS器件150的區(qū)域包括例如，用于引線接合或后續(xù)封裝層界面的開口。
[0047]圖1至圖12僅示出了 MEMS器件100的一個MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa ;然而根據(jù)實施例，在第一和第二襯底102和116上，如圖14所示在100a、100b、100c、和IOOd上為MEMS器件100同時形成了多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a，在此將進(jìn)一步進(jìn)行描述。包括MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的多個MEMS器件100形成在第一和第二襯底102和116上。隨后在工藝流程中，在將MEMS器件100與第三襯底130相連接并施加一個或多個壓力之后，在此將進(jìn)一步描述的是通過例如，沿著劃片槽切割三個接合的襯底102、116和130，從而將MEMS器件100分離或單分成封裝MEMS器件(見圖12)。
[0048]根據(jù)實施例，在將第三襯底130與MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa(并且還有至少一個其他MEMS功能結(jié)構(gòu)IOObUOOc和IOOd)相連接之后，在MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生了壓力。在一些實施例，該內(nèi)部區(qū)域包括例如，內(nèi)部區(qū)域腔體154，該腔體包括每個MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的可移動元件。包括了可移動元件的內(nèi)部區(qū)域腔體154設(shè)置在第一襯底102和第二襯底116之間。根據(jù)實施例，所施加的壓力量不同于MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd中的至少兩個的壓力量。
[0049]在施加壓力的過程中，向MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa施加了密封材料(如圖112中的虛線所示)。如實例所示，可以將接合的襯底130和MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa設(shè)置在腔室中，并且可以在腔室中施加壓力。例如，可以通過在腔室中制造真空從而向MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa施加真空來施加壓力。然后，在腔室中保留有壓力的同時沿著MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的邊緣施加密封材料148。在將MEMS器件100從腔室中去除之后，密封材料148保留了 MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa內(nèi)部的壓力。在一些實施例中，在MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa內(nèi)部形成了密封的真空密封。在一些實施例中，密封材料148包括例如，密封環(huán)、下方設(shè)置有淺溝槽圖案的密封環(huán)、接合環(huán)、或密封膠。密封材料148可以包括例如，具有大約10 μ m的厚度的薄膜氧化物，聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、或有機(jī)膠，然而可選地該密封材料148可以包括其他材料和尺寸。密封材料148不延伸到包括了可移動元件的內(nèi)區(qū)域154中。
[0050]根據(jù)特定的MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的壓力要求，在MEMS器件的多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的內(nèi)部區(qū)域腔體154中可以產(chǎn)生不同的壓力。在一些實施例中，一些MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd不需要特定的壓力，并且可以不需要密封材料148。
[0051]在接合的襯底130和MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd (例如，在MEMS器件100的所有MEMS功能結(jié)構(gòu)上方)位于腔室中的同時，也可以應(yīng)用或可以可選地(例如，向密封材料148)應(yīng)用封裝材料152。在其他實施例中，在從腔室中去除了接合的襯底130和MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd之后，可以可選地應(yīng)用封裝材料152。如圖12中的虛線所示，封裝材料152設(shè)置在密封材料148上(如果包括的話)，并且處在MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd之上。封裝材料152可以包括具有例如，約為Imm的厚度的玻璃或CMOS封裝膠，然而可選地該封裝材料152可以包括其他材料和尺寸。封裝材料152在嚴(yán)酷的環(huán)境中(諸如，潮濕或震動)保護(hù)著MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、IOObUOOc和100d，并且還有助于例如，為MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的內(nèi)部區(qū)域腔體154提供壓力控制。
[0052]在一些實施例中，一個或多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以不包括密封材料148和/或封裝材料152。
[0053]圖14是根據(jù)一個實施例的封裝MEMS器件150的俯視圖。封裝MEMS器件150包括多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、IOObUOOc和100d。MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa包括陀螺儀，而MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOb包括共振器。在一些實施例中，該共振器可以包括射頻(RF)共振器，然而也可以包括其他類型的共振器。MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOc包括加速計，而MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOd可以包括壓力傳感器或擴(kuò)音器。可選地，MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以包括其他類型的微機(jī)電系統(tǒng)。在一些實施例中，一個或多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以包括傳感器。在其他實施例中，一個或多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以包括例如，陀螺儀、共振器、加速計、擴(kuò)音器、壓力傳感器、慣性傳感器、制動器、其組合。
[0054]圖14的虛線示出了在例如，約為Iatm的壓力下使得接合環(huán)142的內(nèi)部與接合環(huán)142的外部壓力平衡的淺溝槽112。淺溝槽112延伸穿過MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的至少一個邊緣并且包括用于施加壓力的開口。在施加了壓力之后，例如，通過所使用的接合環(huán)142或其他類型的密封材料148來密封淺溝槽112。例如，如果MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd具有能夠穿過其施加壓力的開口的話，在每個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd中可以不包括淺溝槽112。
[0055]圖15是圖14中示出的封裝MEMS器件150的部分的更詳細(xì)的視圖。示出了淺溝槽112和包括接合環(huán)142的密封材料的更詳細(xì)的視圖。在一些實施例中，淺溝槽112包括空氣溝道，該空氣溝道可以被設(shè)計成具有例如，大約0.2 μ m的窄隙的基本上筆直的線?？蛇x地，為了使得空氣或氣體容易穿透溝道，在俯視圖中淺溝槽112可以是噴嘴類型的溝槽或曲徑類的溝槽。
[0056]圖16是示出了圖14所示的封裝MEMS器件150的多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd在用應(yīng)時的多個內(nèi)部壓力的圖表。包括陀螺儀的MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的壓力范圍在大約0.0Olbar至0.7bar的范圍內(nèi)。包括了共振器的MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOb的壓力的范圍在大約0.0Olbar至0.0lbar的范圍內(nèi)。包括了加速計的MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOc的壓力范圍可以包括大約0.1bar至lbar。包括了壓力傳感器或擴(kuò)音器的MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOd的壓力可以包括大約lbar。根據(jù)本公開的實施例，封裝MEMS器件150的多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的內(nèi)部區(qū)域腔體154中的內(nèi)部壓力可以可選地包括其他值。多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的壓力可以有利地約從豪巴級(mbar)至巴級，從而在單個封裝MEMS器件150中實現(xiàn)大約3個數(shù)量級的壓力差。
[0057]圖17是示出了根據(jù)一個實施例使用泵144控制和產(chǎn)生多個內(nèi)部壓力的方法的截面圖。泵144設(shè)置在封裝MEMS器件150的附近，通過泵144在封裝MEMS器件150上施加壓力146。在通過泵144施加壓力146的同時，向需要該壓力的特定的封裝MEMS器件150應(yīng)用密封材料148。為了封裝MEMS器件150的多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd所需的不同的壓力級而持續(xù)使用該工藝。例如，可以將泵144設(shè)置在對封裝MEMS器件150進(jìn)行處理的腔室內(nèi)，并且可以改變壓力146并且按照每個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的需求施加壓力，在此后應(yīng)用密封材料148。連續(xù)地處理每個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和100d，從而為MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的特定的應(yīng)用施加適合量的壓力146。
[0058]在一些實施例中，一些MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以不具有壓力146。這些MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd暴露于壓力146，而其他的MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd則具有被施加的壓力146并且利用密封材料148對其進(jìn)行密封。然而，由于向MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd應(yīng)用密封材料148不需要內(nèi)部壓力，所以當(dāng)壓力146被去除時，MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd在內(nèi)部區(qū)域腔體154中沒有保留內(nèi)部壓力。
[0059]圖14中僅僅示出了四個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和100d。根據(jù)實施例，可以存在五個或更多形成在單個MEMS器件100或單個封裝MEMS器件150上的MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd0 一些MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以具有相同的施加壓力?？蛇x地，例如，所有的MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd均可以具有不同的施加壓力。根據(jù)一個實施例，MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd中的至少兩個具有不同的內(nèi)部壓力，例如，在內(nèi)部區(qū)域腔體154中具有不同的壓力。
[0060]圖18是示出了一種MEMS器件100的封裝方法的流程圖160，根據(jù)一個實施例，該MEMS器件包括多個具有不同的內(nèi)部壓力A和B (見圖16)的MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa和IOOb (見圖14)。在步驟162中，形成了 MEMS器件100，該器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa和第二MEMS功能結(jié)構(gòu)100b。在步驟164中，將MEMS器件100與襯底130相連接。在步驟166中，在第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOa的內(nèi)部區(qū)域(例如，內(nèi)部區(qū)域腔體154)中產(chǎn)生第一壓力A。在步驟168中，在第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)IOOb的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生第二壓力B。第二壓力B與第一壓力A不同。
[0061 ] 本公開的實施例包括形成MEMS器件的方法，還包括MEMS器件100，該MEMS器件包括新式的、具有不同壓力的MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和100d。本公開的實施例還包括已使用新穎的方法進(jìn)行了封裝MEMS器件150以及在此所描述的MEMS器件100。
[0062]封裝MEMS器件150包括可以被裝配在電路板、襯底或其他裝配平臺上，并且根據(jù)末端應(yīng)用與其他器件(諸如，集成電路)、其他MEMS器件、電阻器、晶體管、電容器，以及其他元件或模塊相連接的晶圓級封裝件(WLP)。例如，可以將引線接合和/或焊料與位于襯底130的頂面上的圖案化的導(dǎo)電材料140相連接(例如，圖12和圖13左側(cè))?？蛇x地，襯底130可以包括位于其底面上的接觸件，并且在使用焊球(未示出)的末端應(yīng)用中該接觸件可以被裝配在裝配平臺上。
[0063]出于說明目的，圖1至圖12示出了制造和封裝工藝流程:可以使用其他MEMS器件結(jié)構(gòu)和方法。類似地，圖14所示的示出了 MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的多種更能的封裝MEMS器件150也出于說明目的:根據(jù)實施例，在此所描述的兩個或更多MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd可以形成在單個的封裝MEMS器件150中。MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、IOObUOOc和IOOd可以具有相同的功能和MEMS結(jié)構(gòu)，或如另一個實例那樣，它們可以具有不同的功能和結(jié)構(gòu)。
[0064]本公開的實施例的優(yōu)勢包括提供了新穎的封裝MEMS器件150、MEMS器件100、及其制造方法，其中，根據(jù)MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的需求，多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd具有不同的內(nèi)部壓力。以不同的內(nèi)部壓力將包括有MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd的多個傳感器集成在單個的封裝MEMS器件150中。將單個芯片或封裝MEMS器件150上的多個MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和IOOd相接合使得整體的芯片尺寸得到了減小并且減少了工藝流程步驟的數(shù)量。在此所述的方法包括管芯級集成工藝，該工藝減小了封裝管芯費用和表面區(qū)域需求。MEMS器件100包括多個腔室，這些腔室包括有MEMS功能結(jié)構(gòu)100a、100b、IOOc和100d，其中，每個腔室均具有可控的壓力級。在單個的封裝MEMS器件150中有利地形成有不同的壓力級。在制造工藝和封裝流程中可以輕易地實施該新穎的MEMS器件100的結(jié)構(gòu)和設(shè)計。
[0065]在一些實施例中，可以將特定的終端應(yīng)用所需的所有MEMS器件100均結(jié)合在單個的封裝MEMS器件150中，例如，從而節(jié)省了面積和成本。有利地能夠減少最終電路板的、在其上裝配了封裝MEMS器件150的總體足跡。本公開的實施例所提供的空間節(jié)省對具有例如，縮小目標(biāo)的技術(shù)發(fā)展趨勢的終端應(yīng)用(諸如，消費性電子產(chǎn)品)而言是尤其有利的。
[0066]根據(jù)本公開的一個實施例，一種MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)。第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力與第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力不同。
[0067]根據(jù)另一個實施例，一種封裝器件包括襯底以及與該襯底相連接的MEMS器件。該MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)。第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域具有第一壓力，第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域具有第二壓力。第二壓力不同于第一壓力。
[0068]根據(jù)又一個實施例，一種制造MEMS器件的方法包括:形成MEMS器件，該MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)。該MEMS器件與襯底相連接。在第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生了第一壓力。在第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生了第二壓力。在對MEMS器件進(jìn)行了晶圓級封裝之后，MEMS器件中的第二壓力不同于第一壓力。
[0069]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解，本文中所描述的很多部件、功能、工藝和材料都可以變化而仍保持在本公開的范圍內(nèi)。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件,包括: 第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)；以及 第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力與所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，其中，所述第一MEMS功能結(jié)構(gòu)和所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)包括選自于基本上由陀螺儀、共振器、加速計、擴(kuò)音器、壓力傳感器、慣性傳感器、致動器及它們的組合所構(gòu)成的組中的類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，進(jìn)一步包括:第三MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第三MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力與所述第一MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，進(jìn)一步包括:第三MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第三MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力基本上與所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域的壓力相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，進(jìn)一步包括:多個第三MEMS功能結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，其中，所述第一MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)包括傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一MEMS功能結(jié)構(gòu)或所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)上方的封裝材料。
8.一種封裝器件，包括: 襯底；以及 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件，與所述襯底相連接，其中，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)，其中，所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域具有第一壓力，所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域具有第二壓力，并且所述第二壓力不同于所述第一壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的封裝器件，進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一MEMS功能結(jié)構(gòu)和所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)周圍和之間的密封材料。
10.一種制造微機(jī)電(MEMS)器件的方法，所述方法包括: 形成MEMS器件，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)和第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)； 將所述MEMS器件與襯底相接合； 在所述第一 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生第一壓力；以及 在所述第二 MEMS功能結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中產(chǎn)生第二壓力，其中，在對所述MEMS器件進(jìn)行晶圓級封裝之后，所述MEMS器件中的所述第二壓力不同于所述第一壓力。
【文檔編號】B81C1/00GK103539062SQ201210536917
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】梁凱智, 鄭鈞文 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司