[发明专利]MEMS器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS器件，具体地涉及封装器件的形成。

背景技术

MEMS技术逐渐用于集成电路。然而，由于难以提供合适且节约成本的封装，实际上还没有实现许多产品概念。因为MEMS器件由于移动部分而易碎，并且器件性能受到杂质的影响，必须通过封装针对器件的最终使用以及在晶片划片和结合期间(当从其上已经形成器件阵列的衬底上分离出单独器件时)进行保护。

对于MEMS器件和系统封装的高成本存在许多有贡献的因素。三种主要因素是：

-对于具有复杂几何形状的MEMS系统的小于几个毫米尺寸的部分和部件的正确封装和有效装配要求专用工具和夹具。

-高度多样化的MEMS器件和系统使得对于可靠封装的要求从一个产品到另一个产品而显著改变。例如，在许多情况下用于气密密封的真空封装是有必要的。

-MEMS器件和系统中的部分和部件的小尺寸在封装和装配时产生许多独特的问题。

存在多种用于密封MEMS器件的技术：

-使用现成的封装和仔细处理的技术；

-将通常是玻璃或硅的分离帽盖固定到最终MEMS器件部分的顶部上；

-集成晶片级封装(WLP)密封。

现成部件的选择是昂贵且耗时的过程。

使用分离帽盖要求帽盖晶片，所述帽盖晶片典型地包括由玻璃或硅预先制造的腔体。然后使用阳极熔化玻璃结合，因为其后端兼容工艺温度(400℃)优于更高温度(1000℃)下的熔融结合。如果在真空腔室中执行所述结合，可以实现腔体内的真空。这种方法要求晶片结合和倒装芯片对准设备。

集成晶片级方案包括使用标准表面微加工技术制造帽盖。这种方法耗用更少的面积，并且将芯片高度保持为比使用独立制造的帽盖更低。如果密封足够强，可以像普通IC那样进一步地封装所述MEMS芯片，这是低成本的。另外，这允许与CMOS工艺集成的可能性。

在晶片级封装工艺中，使用普通工艺步骤将MEMS结构内置到具有密封外壳的腔体内部。对于大多数MEMS结构，例如谐振器，由于较低的空气阻尼，Q因子在更低压力下增加。这意味着一些应用要求气密密封所述密封外壳以避免Q因子随时间减小。

已知的WLP结构方法使用两个堆叠的层。在图1A至1C中给出了示意性截面图。

所述图示出了衬底10、MEMS器件12和牺牲材料的下部层14。对下部层14构图以在所有侧面延伸超出有源MEMS器件12。上部层16由帽盖材料组成。如图1B所示，沉积上部层16以在所有的侧边处覆盖/密封底部层14。可以对层16构图，用于与层10电接触来操作器件12。

如图1C所示，去除牺牲材料以在MEMS器件周围产生腔体。可选地，在上部层中存在释放孔，以使能牺牲材料的去除，通过第三层密封所述释放孔。示例由以下部分组成：

-聚合物的下部层14；

-氧化硅的上部层16；

-通过如图1C中箭头所示的热降解去除聚合物材料。

这种WLP结构方法的常见问题是对于所使用的材料和工艺设置存在矛盾的限制。对于以上示例，在以下方面存在矛盾限制：

-下部层14的聚合物玻璃化温度(Tg)：低Tg的聚合物将具有回流问题，而高Tg聚合物将难以降解；

-氧化硅沉积温度：在低温度下台阶覆盖较差，而在高温度下聚合物将降解。

发明内容

本发明涉及用于形成MEMS器件封装的改进集成方法。

根据本发明，提出了一种制造MEMS器件的方法，包括：

形成MEMS器件元件；

在所述MEMS器件元件周围形成侧壁；

在所述器件元件上以及在所述侧壁内形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成封装覆盖层；

去除所述牺牲层。

该方法为在MEMS器件上设置的帽盖提供了附加的侧壁。然后，这些附加的侧壁可以通过不同的工艺沉积到封装覆盖层的顶部部分上，并且可以由不同的材料形成。所述侧壁可以防止牺牲层的回流，并且改善侧壁的密封性质。

所述牺牲层可以包括热降解聚合物层。所述封装覆盖层对于热降解牺牲层是多孔的。所述封装覆盖层可以包括氧化硅，并且所述热降解层可以包括Unity400或Shipley XP0733。然而，其他热降解聚合物对于本领域普通技术人员是众所周知的。

可以通过旋涂来沉积所述热降解层。

优选地，所述侧壁由例如氮化硅的密封材料形成，并且通过LPCVD或PECVD形成。非密封固化有机材料可以代替地用于所述侧壁。