[發明專利]具有側壁泄露保護的MEMS器件封裝

有效

• 申請號: 200980144743.3
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN102209683A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 格雷亞·J·A·費爾海登;格哈德·庫普斯
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及一種MEMS器件，并且更具體地涉及一種已封裝器件的形成。

背景技術

MEMS技術被越來越多地應用在集成電路中。然而，由于難以提供合適且低成本的封裝，許多產品概念沒有在實踐中執行。由于MEMS器件因活動部件而易損壞并且器件性能受雜質的影響，因此在器件的最終用途以及在晶片劃片和鍵合期間(當單獨的器件從其上形成有器件陣列的襯底分離時)利用這種封裝來保護所述器件。

許多因素導致了MEMS器件和系統封裝中的高成本。三個主要因素如下：

-對于MEMS系統尺寸小于幾毫米、具有復雜幾何形狀的零部件的合適封裝和高效裝配需要特殊的工具和夾具。

-MEMS器件和系統的高度多樣性要求從一個產品到另一個產品顯著變化地可靠封裝。例如，用于密封的真空封裝在許多情況下是必要的。

-MEMS器件和系統中的小尺寸零部件在封裝和裝配中造成了許多獨特的問題。

有許多用于封裝MEMS器件的技術：

-使用現成的封裝并且小心處理的技術；

-在已完成的MEMS器件的頂部上附著分離的封帽(separate?cap)，通常是玻璃或者硅；

-集成的晶片級封裝。

現成部件的選擇是昂貴并且費時的過程。

使用分離的封帽要求封帽晶片(capping?wafer)，所述封帽晶片典型地包括由玻璃或者硅形成的預制腔體。然后使用玻璃漿料鍵合的陽極，因為后端兼容工藝溫度(400℃)優于在高得多的溫度下(1000℃)的熔融鍵合。如果在真空室中執行所述鍵合則可以實現腔體內的真空。該方法需要求片鍵合和倒裝芯片對準設備。

集成晶片級解決方法包含采用標準表面微機械加工技術制造封帽。與采用獨立制造的封帽相比，該方法消耗更小的面積并且芯片高度能夠保持更低。如果封裝足夠強，還可以像常規集成電路一樣進一步封裝MEMS芯片，這樣節省了成本。此外，這樣允許了與CMOS工藝集成的可能性。

在晶片級封裝工藝中，使用常規工藝步驟在帶有封裝殼(encapsulation?shell)的腔體內部構建了MEMS結構。由于較小的空氣阻尼，對于大多數MEMS結構，例如諧振器，Q因子在較低的壓力下增大。這意味著封裝殼的一種規范是它必須是密封的以避免Q因子隨時間減小。

對于帽層的一種優選沉積工藝應該是PECVD沉積。然而，當用作帽層時，大多數PECVD層在腔體的側壁上泄漏。

采用低壓化學氣相沉積(LPCVD)層可以克服該問題，但是可用的不同材料遇到不同的問題。最常用的LPCVD層是TEOS、氮化硅、多晶硅和SiGe。

TEOS的缺點是它在最常用作犧牲層刻蝕劑的HF(蒸汽HF)中刻蝕很快。因此，由于不與用于犧牲層的刻蝕工藝兼容，采用TEOS作為帽層導致了許多額外并且困難的步驟。

氮化硅在HF中的刻蝕速率較低，但是如果采用蒸汽HF則會留下刻蝕殘留物。因為幾乎沒有水參與并且水的數量可控，蒸汽HF特別地用于MEMS結構的釋放。當后來干燥諧振器時，水會造成靜摩擦。當使用液態HF時，需要利用特殊的干燥工藝來克服這種靜摩擦。

諸如多晶硅和SiGe之類的層幾乎不受HF或者蒸汽HF的影響，但是如果帽層與MEMS器件之間的空間受到限制，則它們是導電的并且干擾MEMS器件性能。此外，如果使用導電層，則需要額外的掩模來隔離不同的鍵合焊盤。

本發明涉及一種用于形成MEMS器件封裝的改進的集成方法。

發明內容

根據本發明，提供了一種制造MEMS器件的方法，所述方法包括：

形成MEMS器件元件；

在器件元件上形成已構圖犧牲層；

在犧牲層上形成分隔層；

刻蝕分隔層，以便限定鄰近犧牲層外側壁的分隔部分(spacer?portion)以及從犧牲層的頂部完全去除分隔層；

在犧牲層和分隔部分上形成封裝覆蓋層；

在封裝覆蓋層中限定至少一個開口；

通過至少一個開口(24、38)去除犧牲層，從而在器件元件上形成封裝空間；以及

密封至少一個開口。

該方法提供了一種采用標準制造工藝在MEMS器件元件上形成密閉腔體的方法。所述分隔層提供了腔體側壁周圍的改進密封，提高了器件的壽命。這意味著可以利用PECVD沉積帽層，并且可以不考慮任何側壁泄漏問題來選擇材料。例如可以選擇覆蓋層材料具有非常低的導電性，使得MEMS器件的電性能不受損害。此外，可以選擇所述覆蓋層在經受期望犧牲層刻蝕工藝時引起最少的問題。利用附加分隔部分解決任何潛在的側壁泄漏問題。