[發明專利]具有應力隔離的MEMS器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201080038090.3
• 申請日: 2010-08-05
• 公開（公告）號: CN102482072A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 阿倫·A·蓋斯貝格爾
• 申請（專利權）人: 飛思卡爾半導體公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;H01L21/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李寶泉;周亞榮

技術領域

本發明總體上涉及微機電系統(MEMS)器件。更具體地，本發明涉及一種具有應力隔離的MEMS器件，以及該MEMS器件的制造方法。

背景技術

微機電系統(MEMS)傳感器被廣泛地用于各種應用，諸如汽車、慣性制導系統、家用電器、用于各種設備的保護系統、以及許多其他的工業、科學和工程系統。這樣的MEMS器件被用以感測諸如加速度、壓力或溫度的物理條件，并提供表示所感測的物理條件的電信號。由于其相對較低的成本，電容性感測MEMS傳感器設計對于高重力環境以及微型設備中的操作而言是非常需要的。

許多MEMS傳感器器件應用要求更小尺寸和低成本封裝，以滿足具有競爭力的成本目標。除此之外，MEMS器件應用還一直要求更低的溫漂系數(TCO)規格。TCO是對熱應力影響諸如MEMS器件的半導體器件的性能的程度的一種度量。高TCO相應地表示高的熱引入應力。MEMS器件應用的制造和封裝通常使用具有不相似的熱膨脹系數的各種材料。因為各種材料在存在溫度變化時以不同的速率膨脹和收縮，所以MEMS器件的有源變換器層由于不同材料的不同尺寸變化而會發生拉伸、彎曲、翹曲和其他變形。因而，顯著的熱應力，即不期望的高TCO，經常會在制造或操作過程中出現。

除此之外，將封裝后的MEMS器件焊接到終端應用中的印刷電路板上也會產生應力。這些封裝應力可以改變其上安裝有MEMS傳感器的襯底的應變，從而導致偏移或移位。而且，襯底會經受一些不恒定的應變，諸如整個襯底表面上的不均勻的拉伸、彎曲或者翹曲。由封裝應力和襯底應變引起的移位會導致感測信號的變化，因而會對MEMS器件的輸出性能產生不利影響。

附圖說明

通過在結合附圖考慮時參照詳細的說明書和權利要求書，可以得到對本發明更為全面的理解，在整個附圖中，相同附圖標記表示相似項目，并且：

圖1示出根據本發明一個實施例的MEMS器件的俯視圖；

圖2示出沿剖面線2-2的圖1的MEMS器件的側視圖；

圖3示出沿剖面線3-3的圖1的MEMS器件的側視圖；

圖4示出沿剖面線4-4的圖1的MEMS器件的側視圖；

圖5示出根據本發明另一個實施例的微機電系統(MEMS)器件制造工藝的流程圖；

圖6示出在加工的開始階段中的圖1的MEMS器件的側視圖；

圖7示出在加工的隨后階段中的圖6的器件的側視圖；

圖8示出在加工的隨后階段中的圖7的器件的側視圖；

圖9示出在加工的隨后階段中的圖8的器件的側視圖；

圖10示出在加工的隨后階段中的圖9的器件的側視圖；

圖11示出在加工的隨后階段中的圖9的器件的側視圖；

圖12示出根據本發明另一個實施例的MEMS器件的俯視圖；

圖13示出根據本發明另一個實施例的MEMS器件的俯視圖；

圖14示出根據本發明另一個實施例的MEMS器件的俯視圖；以及

圖15示出沿剖面線15-15的圖14的MEMS器件的側視圖。

具體實施方式

本發明的一個實施例涉及(entail)微機電系統(MEMS)變換器，在本文中被稱為MEMS器件，其中MEMS器件與下面的襯底極大程度地隔離。相對于現有技術的器件而言，此隔離通過明顯減少元件與襯底的連接，以及使這些連接定位為彼此緊靠并且位于襯底的中心區域中來實現。本發明的另一個實施例涉及用于使用兩個結構層制造MEMS器件的方法，其中一個結構層實現在層平面內的感測能力且另一個結構層使MEMS器件的固定元件懸置使其不與下面的襯底直接接觸。

參照圖1-4，圖1示意性示出了根據本發明一個實施例的MEMS器件20的俯視圖。圖2示出了沿圖1中的剖面線2-2的MEMS器件20的側視圖。圖3示出了沿圖1中的剖面線3-3的MEMS器件20的側視圖，且圖4示出了沿圖1中的剖面線4-4的MEMS器件20的側視圖。圖1-4使用各種陰影和/或影線來區分在如下面將討論的MEMS器件20的結構層內制作的不同元件從而進行圖示。結構層內的這些不同元件可以利用沉積、構圖、蝕刻等當前的以及即將出現的表面微機械加工技術來制作。因此，雖然圖示中利用了不同的明暗和/或影線，但結構層內的不同元件一般都是由諸如多晶硅、單晶硅等相同材料形成。