[發明專利]一種光學可測且使用封帽電極的MEMS封裝結構

有效

• 申請號: 201210495460.7
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102976262A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 秦毅恒;薛惠瓊;譚振新
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種MEMS器件的封裝結構，具體為一種光學可測且使用封帽電極的MEMS封裝結構，屬于半導體技術領域。

背景技術

隨著物聯網技術的發展，需要大量的傳感器對不同類型的數據進行采集，因此降低MEMS傳感器與執行器的產品成本有著重要的意義（如使用CMOS工藝兼容的工藝，或直接在CMOS電路中制作）。其中，MEMS器件的封測流程在整個MEMS器件生產過程中不僅占用了很長的時間，而且成本高昂。為了降低MEMS器件進入市場的門檻，可以通過改進MEMS器件的封裝形式，使其能夠應用于更加簡易、高效的測試方法（如非接觸式光學檢測法），從而降低產品的成本。

在通常情況下，MEMS器件的測試是通過測試其對輸入電信號的電學響應來判斷其結構質量，封裝情況等指標。但對于某些特殊工藝制作的MEMS傳感器（如CMOS電路頂層金屬-介質結構中的MEMS器件），無法同時在MEMS器件敏感單元兩側制作電極，于是，需要在封裝過程中，在封帽上引入電極實現對MEMS器件可動結構性能的檢測。例如，John?R.?Martin和Xin?Zhang于2012年獲得授權的專利US8100012，描述了一種使用封帽公共電極作為MEMS傳感器另一電極的封裝方式，用于測量MEMS結構中質量塊在垂直方向的運動，克服了在質量塊底部不易做電極這一難點；然而，該方法的缺陷有二：首先，該方法所提到的封帽電極為公共電極，無法對不同區域的器件分別施加不同的電信號，其次，該封裝方式仍舊需要傳統的電學測量方法對MEMS器件進行測試，存在潛在的高昂成本與器件損壞的風險。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術中存在的不足，提供一種光學可測且使用封帽電極的MEMS封裝結構，是一種結構簡單，且能夠應用于非接觸式光學測量方法的MEMS器件（包括傳感器與執行器）封裝結構，該封裝結構還與CMOS工藝兼容，甚至能夠直接用于封裝CMOS頂層金屬-介質結構組成的MEMS器件。

本發明為解決技術問題提出如下封裝結構技術方案。

一種光學可測且使用封帽電極的MEMS封裝結構，主要包括：MEMS結構、承載MEMS結構的襯底、所述MEMS結構和襯底上的封帽，所述封帽與襯底之間形成的腔體，MEMS結構密封在所述腔體內。

所述封帽包括封帽基體、封帽電極、導電凸塊及其底部金屬層，所述封帽電極、導電凸塊的底部金屬層使用同一層封帽導電層制作；封帽基體為對特定光線透明材料，所述封帽導電層為不透明導電材料或透明導電材料；所述封帽電極為分立電極或公共電極，位于封帽內側，與腔體接觸，用于感應MEMS結構的運動；當所述封帽導電層為不透明導電材料時，封帽電極中包含一個或多個位于MEMS結構的上方的透光孔。

所述MEMS結構為在平面內、平面外或平面內外運動的結構。所述MEMS結構為使用CMOS工藝中的金屬與介質層制作的結構，或為使用MEMS工藝制作的結構。

所述封帽電極可以為分立電極，每一個分立的封帽電極的電信號由通過導電凸塊及其底部金屬層引出到襯底上的封帽電極接觸板；密封環位于封帽基體最外側邊緣，與襯底形成氣密鍵合結構。

所述封帽電極也可為公共電極，公共的封帽電極的電信號由通過導電凸塊及其底部金屬層引出到襯底上的封帽電極接觸板，導電凸塊及其底部金屬層為閉合的環形，位于封帽基體的最外側邊緣，與襯底形成氣密鍵合結構

公共的封帽電極的情況下，所述襯底上設有襯底基體、MEMS結構、MEMS電極接觸板、封帽電極接觸板及其他金屬與介質層；MEMS結構為使用CMOS工藝中的金屬與介質層制作的結構，包括CMOS工藝中自上而下的第一介質層、第一金屬層、第二介質層、第二金屬層；MEMS結構中包括由第二金屬層形成的MEMS電極；位于第二金屬層中設有MEMS電極接觸板；第二金屬層與第三金屬層之間設有第三介質層；在第三金屬層中設有封帽電極接觸板，還能夠設有MEMS參考電極。

分立的封帽電極的情況下，在第三金屬層中上方再設有第四介質層，第四介質層中設有凹槽形的導電凸塊鍵合位，槽深與封帽上的導電凸塊的厚度相同，導電凸塊插入所述導電凸塊鍵合位。