本發(fā)明涉及mems器件，特別是電聲濾波器，其mems結(jié)構(gòu)受保護(hù)地設(shè)于空腔中，其中每個(gè)基面上的mems結(jié)構(gòu)的數(shù)目有所增加。

mems器件包括mems結(jié)構(gòu)，一般需要對(duì)mems結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝，以免其受到有害的環(huán)境因素影響。這樣的mems結(jié)構(gòu)例如是saw結(jié)構(gòu)、baw結(jié)構(gòu)或mems開關(guān)。

mems器件存在縮減尺寸和高度以及降低成本的趨勢(shì)。在尺寸變小的同時(shí)，不應(yīng)損害信號(hào)質(zhì)量。

因此，所采用的殼體技術(shù)將會(huì)在縮減相應(yīng)器件的基面、高度和制造成本方面做出決定性貢獻(xiàn)。

存在所謂的晶片級(jí)封裝(wlp)。其中，在晶片上(即在分離未來(lái)的器件之前)產(chǎn)生殼體元件。wlp的一個(gè)例子是芯片尺寸封裝(csp)，其中成品器件的基面與器件中所包含的芯片的基面之間的差別大體上不超過(guò)20％。在所謂的模具尺寸封裝(dsp)中，芯片的基面與整個(gè)器件的基面大體上相一致。

本發(fā)明的目的是提供功能元件的集成密度高于已知器件并且導(dǎo)電性能良好且造價(jià)低廉的mems器件。

這樣一種器件及其制造方法由獨(dú)立權(quán)利要求給出。本發(fā)明的有利實(shí)施方案參閱從屬權(quán)利要求。

一種mems器件，包括基底晶片和設(shè)于基底晶片之上的頂蓋晶片。該器件還包括設(shè)于基底晶片與頂蓋晶片之間的第一空腔以及設(shè)于第一空腔中的第一器件結(jié)構(gòu)。該器件還包括設(shè)于頂蓋晶片之上的第二空腔以及設(shè)于第二空腔中的第二器件結(jié)構(gòu)。所述mems器件進(jìn)一步具有側(cè)向包圍第一空腔的框架以及覆蓋第二空腔的薄層覆蓋部。

借此提供一種在頂蓋晶片上下方均具有器件結(jié)構(gòu)的mems器件。其中，器件結(jié)構(gòu)至少部分地是功能性的mems結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)的集成密度有所提高。器件結(jié)構(gòu)分別設(shè)于至少一個(gè)空腔中，從而不會(huì)受到有害的環(huán)境因素影響。

以下是可行的：第一器件結(jié)構(gòu)直接設(shè)于基底晶片上，第二器件結(jié)構(gòu)直接設(shè)于頂蓋晶片上。但也可以是：在器件結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的晶片之間設(shè)有其他的層或其他結(jié)構(gòu)。

尤其在saw結(jié)構(gòu)(saw＝surfaceacousticwave＝表面聲波)或gbaw結(jié)構(gòu)(gbaw＝guidedbulkacousticwave＝引導(dǎo)體聲波)的情況下，基底晶片或頂蓋晶片可包括壓電材料。在此情況下，器件結(jié)構(gòu)可包括直接設(shè)于相應(yīng)晶片的壓電材料上的梳狀電極結(jié)構(gòu)。

如果器件結(jié)構(gòu)包括baw結(jié)構(gòu)(baw＝bulkacousticwave＝體聲波)，則可以在相應(yīng)的、不需要具有壓電特性的晶片與結(jié)構(gòu)之間設(shè)置其他的層，例如聲反射層或壓電層。

基底晶片、頂蓋晶片和框架包圍下方的第一空腔，其中第一空腔中的第一器件結(jié)構(gòu)可與mems器件的周圍環(huán)境氣密隔離。但也可以是：第一器件結(jié)構(gòu)是傳感器結(jié)構(gòu)并且應(yīng)當(dāng)檢測(cè)周圍環(huán)境的特性。在此情況下，第一空腔可至少通過(guò)小孔與器件的周圍環(huán)境連通。

特定而言，在借助金屬框架實(shí)現(xiàn)結(jié)合的情況下，氣密空腔是可行的；但是，如果需要側(cè)向引出金屬信號(hào)線，金屬結(jié)合框就會(huì)產(chǎn)生問題。此時(shí)需要在框架與導(dǎo)線之間采取附加的電絕緣措施，例如設(shè)置介電層。如果采用這樣的絕緣層，就能借助附加的電路組件來(lái)補(bǔ)償寄生電容。純介電的、例如包含氮化硅的結(jié)合框可以是氣密的。在不需要絕對(duì)氣密性的情況下，可將聚合物優(yōu)選作為結(jié)合材料。

覆蓋上方的第二空腔的薄層覆蓋部防止第二器件結(jié)構(gòu)受到有害影響。第二空腔也可以與器件的周圍環(huán)境氣密隔離，或者例如通過(guò)一或數(shù)個(gè)開孔與周圍環(huán)境連通。

其中，所述薄層覆蓋部與傳統(tǒng)覆蓋部如蓋子、罩子、伸展層壓膜等等之間的區(qū)別主要在于，其材料的厚度小于傳統(tǒng)覆蓋部的材料，并且已借助層沉積工藝作為空腔覆蓋部被施覆。通過(guò)采用如濺射(pvd＝physicalvapordeposition，物理氣相沉積)、pecvd(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)、pld(脈沖激光沉積)、mbe(分子束外延)、ald(原子層沉積)等層沉積工藝，可用材料的數(shù)目幾乎是不受限的。相應(yīng)地，薄層覆蓋部的厚度與形狀以及如氣密性、機(jī)械穩(wěn)定性等其他特性，可加以個(gè)別調(diào)節(jié)。

以下是可行的：薄層覆蓋部的薄層已經(jīng)是第二空腔的完整覆蓋部。但也可以是：薄層覆蓋部是多層覆蓋部的一部分。在此情況下，除薄層覆蓋部外，第二空腔的覆蓋部還包括至少一個(gè)其他材料的層。

以下是可行的：mems器件還包括密封層作為第二空腔的覆蓋部的一部分。薄層覆蓋部具有至少一個(gè)孔眼，密封層設(shè)于薄層覆蓋部上方并密封該孔眼。

薄層覆蓋部中的孔眼可能有利于簡(jiǎn)化相應(yīng)mems器件的制造方法。這就可以將薄層覆蓋部的材料施覆于犧牲層上，制成薄層覆蓋部后，通過(guò)薄層覆蓋部中的孔眼再度移除該犧牲層。為實(shí)現(xiàn)第二空腔的氣密封裝，密封層將薄層覆蓋部中的該孔眼或所有孔眼都密封。

以下是可行的：mems器件具有增強(qiáng)層作為覆蓋部的一部分。增強(qiáng)層設(shè)于薄層覆蓋部上方或者設(shè)于薄層覆蓋部上并增加薄層覆蓋部的機(jī)械強(qiáng)度。因此，作為覆蓋部的一部分的增強(qiáng)層主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定的覆蓋部。

以下是可行的：mems器件具有平坦化層作為第二空腔的覆蓋部的一部分。平坦化層設(shè)于薄層覆蓋部上方或者直接設(shè)于薄層覆蓋部上并具有平整頂面。當(dāng)需要在器件頂面上設(shè)置其他結(jié)構(gòu)如信號(hào)傳導(dǎo)線和/或電路元件和/或用于外部接線的連接面時(shí)，第二空腔上方的平整頂面是有益的。

相應(yīng)地，以下是可行的：mems器件具有重新布線層作為覆蓋部的一部分。重新布線層設(shè)于薄層覆蓋部上方或者直接設(shè)于薄層覆蓋部上并且包括至少一層介電材料以及信號(hào)傳導(dǎo)線。

以下是可行的：mems器件具有鈍化層作為覆蓋部的一部分。鈍化層設(shè)于薄層覆蓋部上方或者直接設(shè)于薄層覆蓋部上。鈍化層可用于提供化學(xué)惰性表面并改善覆蓋部的密封性。

密封層、增強(qiáng)層、平坦化層、重新布線層和鈍化層可分別單獨(dú)地形成第二空腔的覆蓋部，或者與薄層覆蓋部共同形成第二空腔的覆蓋部。以下是可行的：薄層覆蓋部上方或薄層覆蓋部上的一個(gè)層承擔(dān)上述任務(wù)中的若干項(xiàng)，因此，這個(gè)層例如既是平坦化層，同時(shí)又是鈍化層。

在重新布線層中可設(shè)置電路元件，該電路元件選自無(wú)源電路元件、電感元件、電容元件、電阻元件和帶狀線。

電路元件優(yōu)選包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)埋設(shè)于重新布線層的介電材料中。

以下是可行的：mems器件進(jìn)一步包括器件頂面上的第一電連接面。為此還存在信號(hào)傳導(dǎo)線，該信號(hào)傳導(dǎo)線將第一器件結(jié)構(gòu)與第一連接面連接起來(lái)。其中，信號(hào)傳導(dǎo)線至少分段地在器件的外側(cè)面上延伸。

由此獲得一種mems器件，其中信號(hào)傳導(dǎo)線并非穿過(guò)頂蓋晶片中的穿孔，而是圍繞頂蓋晶片延伸。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的是：原則上可以設(shè)置穿過(guò)晶片的穿孔，但會(huì)出現(xiàn)技術(shù)問題。因此，在晶片中開孔的成本比較高，且會(huì)削弱晶片的機(jī)械強(qiáng)度。此外，為實(shí)現(xiàn)適合高頻的穿孔，需要實(shí)現(xiàn)約10mω?cái)?shù)量級(jí)的可接受體積電阻，但合適材料(例如高導(dǎo)金屬，如銅、銀或金)的選擇余地較小。再者，這些材料尤其在熱膨脹系數(shù)或擴(kuò)散性能方面并不總是與晶片材料相容。因此，為實(shí)現(xiàn)適合高頻的穿孔，需要比較大的直徑(例如30μm或更大)來(lái)達(dá)到較小的電阻。特定而言，在例如以銅為穿孔材料并且以硅為晶片材料的情況下，當(dāng)需要在晶片材料與穿孔材料之間設(shè)置擴(kuò)散阻擋層時(shí)，制造方法將會(huì)變得非常復(fù)雜。另外，完全填充金屬的穿孔可能會(huì)因不同的熱膨脹系數(shù)而致使材料體系內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，最終也會(huì)導(dǎo)致芯片或晶片斷裂。作為實(shí)心填充的穿孔的替代，僅孔壁上涂布金屬的穿孔也是可行的。但是，這就需要更為復(fù)雜的沉積工藝。

通過(guò)在頂蓋晶片的材料外部設(shè)置信號(hào)傳導(dǎo)線，可以回避上述問題。為此，可以從第一空腔中側(cè)向引出來(lái)自位于框架與基底晶片材料之間或者位于框架與頂蓋晶片材料之間的第一器件結(jié)構(gòu)的信號(hào)傳導(dǎo)線的材料。

以下是可行的：mems器件具有器件頂面上的第二連接面。此外，mems器件還包括將第二器件結(jié)構(gòu)與第二連接面連接起來(lái)的穿孔。其中，穿孔不需要穿過(guò)晶片材料。穿孔穿過(guò)薄層覆蓋部的材料和/或第二空腔的覆蓋部的另一層的材料或者說(shuō)第二空腔的覆蓋部的層疊堆的材料，就夠了。

因此，特定而言，mems器件可以不包含穿過(guò)頂蓋晶片的材料的穿孔。

第一和第二器件結(jié)構(gòu)可選自saw結(jié)構(gòu)、baw結(jié)構(gòu)、gbaw結(jié)構(gòu)、傳聲器振膜、傳聲器背板(mikrofonrückplatte)和mems結(jié)構(gòu)。

如果mems器件包括密封層，則該密封層的材料可完全或至少部分地選自介電材料、有機(jī)材料、氮化硅如si3n4、氧化硅如sio2、氧化鋁如al2o3。

如果mems器件包括增強(qiáng)層，則該增強(qiáng)層的材料可完全或至少部分地選自介電材料、有機(jī)材料、聚合物、bcb(苯并環(huán)丁烯)、無(wú)機(jī)材料、氮化硅如si3n4、氧化硅如sio2、氧化鋁如al2o3。

如果mems器件包括平坦化層，則該平坦化層的材料可完全或至少部分地選自介電材料、有機(jī)材料、聚合物、bcb、層壓材料、無(wú)機(jī)材料、氮化硅如si3n4、氧化硅如sio2、氧化鋁如al2o3。

如果mems器件包括鈍化層和/或重新布線層，則所述層的材料可完全或至少部分地選自介電材料、有機(jī)材料、聚合物、bcb、阻焊劑、無(wú)機(jī)材料、氮化硅如si3n4、氧化硅如sio2、氧化鋁如al2o3。

以下是可行的：mems器件在上方空腔的覆蓋部中除薄層覆蓋部外，還具有密封層、增強(qiáng)層、平坦化層、鈍化層和重新布線層。此外，以下是可行的：覆蓋部除薄層覆蓋部外，還具有上述層中的僅另外一層、另外兩層、另外三層或另外四層。

以下是可行的：器件的基底晶片和頂蓋晶片由相同材料構(gòu)成或者由熱膨脹系數(shù)幾乎相同的材料構(gòu)成。

這能避免或防止制造或操作器件期間產(chǎn)生熱誘導(dǎo)應(yīng)力。如果頂蓋晶片的材料或基底晶片的材料在不同空間方向上的膨脹程度不同，則有益的做法是選擇能夠使得相同方向上的膨脹程度大體相同的材料定向。舉例而言，如果上述晶片包括相同材料，則優(yōu)選使晶片的晶軸平行定向。

mems器件的側(cè)面可經(jīng)斜切處理。也就是說(shuō)，器件的橫截面向上減小。

一種具有提高的集成密度的mems器件的制造方法，可包括下列步驟：

-提供基底晶片，

-在基底晶片上產(chǎn)生第一器件結(jié)構(gòu)和框架，

-提供頂蓋晶片，

-在頂蓋晶片上產(chǎn)生第二器件結(jié)構(gòu)，

-將頂蓋晶片布置在框架上并且在基底晶片、頂蓋晶片和框架之間形成第一空腔，

-在第二器件結(jié)構(gòu)上方形成薄層覆蓋部。

特定而言，用于形成薄層覆蓋部的步驟可包括下列分步驟：

-將犧牲材料施覆于第二器件結(jié)構(gòu)上，

-借助層沉積工藝在犧牲材料上沉積薄層形式的薄層覆蓋部，

-以結(jié)構(gòu)化方式在薄層覆蓋部中形成至少一個(gè)孔眼，

-移除薄層覆蓋部下方的犧牲材料。

下面借助示意性附圖詳細(xì)闡述關(guān)于mems器件及其制造方法的基本理念和工作原理以及示例性的技術(shù)方案和實(shí)施方式。

其中：

圖1：mems器件的簡(jiǎn)單實(shí)施方式，

圖2：器件的另一實(shí)施方式，其頂面上提供連接可能性，

圖3：制造器件時(shí)的第一中間步驟，

圖4：制造器件時(shí)的第二中間步驟，

圖5：制造器件時(shí)的另一中間步驟，

圖6：另一中間步驟，

圖7：另一中間步驟，

圖8：另一中間步驟，

圖9：另一中間步驟，

圖10：制造器件上部時(shí)的另一中間步驟，

圖11：將器件上部與器件下部接合的另一中間步驟，

圖12：另一中間步驟，

圖13：另一中間步驟，

圖14：成品器件作為制造所得結(jié)果，

圖15：mems器件的另一實(shí)施方式。

圖1示出器件的一種可行實(shí)施方式，其中baw器件結(jié)構(gòu)作為第一器件結(jié)構(gòu)設(shè)于第一空腔h1中，其他baw器件結(jié)構(gòu)作為第二器件結(jié)構(gòu)設(shè)于第二空腔h2中?？蚣躵用作間隔件，并且例如在以金屬作為框架材料的情況下，在頂蓋晶片dw與基底晶片bw之間起氣密密封作用。第一器件結(jié)構(gòu)直接設(shè)于基底晶片bw上。在第一空腔h1中的baw結(jié)構(gòu)與基底晶片bw之間同樣可以進(jìn)一步設(shè)置聲反射層，但為清楚起見，圖中未示出這樣的聲反射層。在頂蓋晶片dw上，同樣可以在第二器件結(jié)構(gòu)下方設(shè)置聲反射層。薄層覆蓋部dsa向上限定第二空腔h2并覆蓋第二器件結(jié)構(gòu)。在薄層覆蓋部dsa上設(shè)有具有平整頂面的平坦化層ps。信號(hào)傳導(dǎo)線sl至少分段地在器件mb外側(cè)延伸。這樣一個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)線sl能夠?qū)⒏鞣N器件結(jié)構(gòu)相互連接起來(lái)，并且視情況將各種器件結(jié)構(gòu)與外側(cè)上(例如器件mb的頂面上)的連接墊連接起來(lái)。

特定而言，借助于在器件mb外側(cè)延伸的信號(hào)傳導(dǎo)線sl，能夠避免穿過(guò)頂蓋晶片dw的穿孔所帶來(lái)的缺點(diǎn)。

圖2示出器件的一種實(shí)施方式，其中器件的側(cè)面經(jīng)斜切處理，并且在斜切側(cè)面上設(shè)有將器件結(jié)構(gòu)與器件頂面上的接觸面kf連接起來(lái)的信號(hào)傳導(dǎo)線sl。第一器件結(jié)構(gòu)bs1例示性地作為baw器件結(jié)構(gòu)被示出，第二器件結(jié)構(gòu)bs2例示性地作為baw器件結(jié)構(gòu)被示出。除第一器件結(jié)構(gòu)bs1外，第一空腔中還包含有其他器件結(jié)構(gòu)。在頂蓋晶片dw上方存在著與第二空腔h2并排布置的其他空腔，該其他空腔的構(gòu)造與第二空腔h2大體相似。在平坦化層ps上方設(shè)有重新布線層us。通過(guò)穿孔dk與接觸面kf連接的信號(hào)傳導(dǎo)線區(qū)段在重新布線層中延伸。借助于重新布線層us可以大體上這樣來(lái)選擇接觸面kf的位置，使得器件能夠直接與外部電路環(huán)境的預(yù)設(shè)接觸面連接，但仍能自由選擇器件結(jié)構(gòu)在器件中的位置。

圖3示出制造相應(yīng)的mems器件的第一中間步驟，其中第一器件結(jié)構(gòu)bs1(在此例示性地作為baw器件結(jié)構(gòu)被示出)設(shè)于大面積的基底晶片bw上。

圖4示出另一中間步驟，其中在基底晶片bw的頂面上設(shè)有附加的框架結(jié)構(gòu)r。其中可以多重制作第一器件結(jié)構(gòu)bs1和框架結(jié)構(gòu)，意即，在將基底晶片分離成數(shù)個(gè)單一的器件區(qū)段之前。

圖5示出另一中間步驟，其中第二器件結(jié)構(gòu)設(shè)于頂蓋晶片dw的頂面上。第二器件結(jié)構(gòu)被薄層覆蓋部覆蓋，因而不需要在頂蓋晶片dw的頂面上設(shè)置框架結(jié)構(gòu)。作為替代，如圖6所示，在第二器件結(jié)構(gòu)上方產(chǎn)生犧牲材料om并使其成形。其中，犧牲材料om的形狀基本上決定了未來(lái)的空腔h2的形狀。

如圖7所示，在犧牲層om的材料上沉積薄層覆蓋部dsa的材料。

圖8示出另一中間步驟，其中在薄層覆蓋部dsa中已通過(guò)結(jié)構(gòu)化方式形成了孔眼l。

圖9示出另一中間步驟，其中已通過(guò)薄層覆蓋部中的孔眼移除了犧牲材料om。

圖10示出另一中間步驟，其中薄層覆蓋部中的孔眼例如被密封層vs密封，薄層覆蓋部dsa被增強(qiáng)層vst增強(qiáng)且被平坦化層ps覆蓋。在平坦化層ps上方設(shè)置了重新布線層us。穿過(guò)平坦化層ps的材料的穿孔dk將頂蓋晶片dw的頂面上的信號(hào)傳導(dǎo)線與平坦化層ps的頂面上的信號(hào)傳導(dǎo)線(即埋設(shè)于重新布線層us中的信號(hào)傳導(dǎo)線)連接起來(lái)。借助于穿過(guò)重新布線層us的另一穿孔，可將器件結(jié)構(gòu)與器件頂面上的接觸面連接起來(lái)。器件可具有鈍化層pas。鈍化層pas可以是附加的一個(gè)層，并且可以是上述層中的一者。鈍化層也可以與其余層中的一者(例如重新布線層us)相一致。

圖11示出另一中間步驟，其中器件的上部(參見圖5至圖10)已經(jīng)過(guò)分離處理并且與基底晶片bw上的框架結(jié)構(gòu)r連接。利用框架r可以例如通過(guò)常用的結(jié)合方法將頂蓋晶片dw與基底晶片bw連接起來(lái)。

圖12示出另一中間步驟，其中器件的側(cè)面asf的區(qū)段經(jīng)斜切處理。斜切時(shí)，頂蓋晶片和平坦化層的材料被移除，使得基底晶片頂面上的信號(hào)傳導(dǎo)線裸露。

圖13相應(yīng)示出如何通過(guò)沉積導(dǎo)電材料來(lái)將裸露的信號(hào)傳導(dǎo)線相互連接起來(lái)。

圖14示出成品器件，其中基底晶片最終也沿著預(yù)設(shè)的分離線被割斷。器件頂面上的接觸面被焊球占據(jù)，這樣就能通過(guò)凸點(diǎn)連接bu實(shí)現(xiàn)與外部電路環(huán)境的連接。

圖15示出mems器件的一種實(shí)施方式，其中在重新布線層us內(nèi)部例示性地埋設(shè)有電感元件ie。在重新布線層us內(nèi)部同樣可設(shè)置其他電路元件，特別是無(wú)源電路元件。

所述器件及其制造方法不限于圖示實(shí)施例。具有更多空腔、更多晶片或更多薄層覆蓋部的器件以及相應(yīng)更復(fù)雜的器件的制造方法同樣為權(quán)利要求書所涵蓋。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

asf：斜切側(cè)面

bs1：第一器件結(jié)構(gòu)

bs2：第二器件結(jié)構(gòu)

bu：凸點(diǎn)連接

bw：基底晶片

dk：穿孔

dsa：薄層覆蓋部

dw：頂蓋晶片

h1：第一空腔

h2：第二空腔

ie：電感元件

kf：接觸面

l：孔眼

mb：mems器件

om：犧牲材料

pas：鈍化層

ps：平坦化層

r：框架

sl：信號(hào)傳導(dǎo)線

us：重新布線層

vs：密封層

vst：增強(qiáng)層