[发明专利]具有双向垂直激励的集成结构

说明书

技术领域

本发明的各种方法和实施例总体上涉及微机电系统（MEMS）器件并且具体涉及与CMOS器件集成地被制备的MEMS器件。

背景技术

诸如开关、射频（RF）通信器件和可变电容器之类的高频器件长期以来一直使用光刻技术被制造。然而，制造这样的高频器件呈现另外不由诸如加速度计和传感器之类的其它器件所经历的挑战。

电容器通常由两个板或电极制成，所述两个板或电极由电介质分离。可变电容器由所述两个板或电极制成，只是所述板或电极之一是可移动的，从而改变电容。MEMS器件容易实现可变电容器。

特定可变电容器，即具有可移动电极的MEMS可调谐电容器能够实现高电容开关比。然而，现有设计经常需要平衡激励电压相对于由于通过电容器的RF信号引起的自激励的可能性。高激励电压是难以在芯片上生成的并且可能导致不期望有的效应，诸如电介质击穿和电弧。然而，如果激励电压太低，则由于由RF信号所产生的有效直流（DC）静电力，可移动电容器电极可以移动并且自激励。在现有MEMS可变电容器设计的情况下的另一个问题是与控制电子器件的集成。

在一些现有技术设计中，可变电容器要么在CMOS晶片的顶部上被构建，要么使用并排系统级封装（SIP）模块途径来构建。前者的途径具有以下缺点：即在CMOS和MEMS之间需要非常厚的隔离层以避免在MEMS和CMOS工艺之间的RF寄生和潜在工艺冲突。后者的SIP途径产生较大的封装尺寸，其对于有空间顾虑的移动应用是不期望的。最终，密封MEMS器件是有挑战性的。在一些途径中，具有被蚀刻的空腔的硅盖晶片可以被接合到MEMS/CMOS晶片，然而，由于需要多个光刻和沉积步骤，该步骤可能是昂贵的。

可替换地，具有释放孔的电介质盖层和牺牲层可以被沉积在MEMS之上，继之以牺牲释放和另一沉积以密封在所述盖层中的孔。该途径具有两个缺点：1）由于需要将所述盖层中的释放孔保持为小的，所述释放过程可能是长的并且非均匀的，和2）所得到的电介质盖是薄的和易碎的并且可能被焊球的沉积和印刷电路板（PCB）附着所损坏，因此由于需要将焊球放置在所述盖表面以外而迫使有较大的芯片占用空间（foot-print）。

因此，出现对与CMOS器件集成地被制造的并且适合于高频应用的MEMS器件的需要。

发明内容

简要地，本发明的实施例包括具有第一衬底的微机电系统（MEMS）器件，所述第一衬底具有第一表面和第二表面，所述第一衬底包括基底层、被布置在所述基底层上的可移动梁、至少一个金属层、以及被布置在所述基底层上的一个或多个支座（standoff），使得一个或多个金属层位于所述一个或多个支座的顶表面上。所述MEMS器件还包括第二衬底，所述第二衬底包括被接合到所述一个或多个支座的一个或多个金属层，导致形成在所述第二衬底的一个或多个金属层的至少一部分与底表面上的至少一个电极和顶表面上的至少一个电极中的一个或多个之间的电连接。

通过参考本说明书的剩余部分和附图，可以认识到对本文中所公开的特定实施例的本质以及优点的进一步理解。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的MEMS器件。

图1b示出根据本发明的另一个实施例的MEMS器件。

图2a-2o示出用于制造图1a和1b的MEMS器件的相关步骤。

图3示出在CMOS衬底已经被接合到MEMS衬底之后的图1a和图1b的MEMS器件。

图4示出根据本发明的实施例的准备用于封装而被制造的图1a和1b的MEMS器件。

图5示出根据本发明的另一实施例的准备用于封装而被制造的图1a和1b的MEMS器件。

具体实施方式

在所描述的实施例中，微机电系统（MEMS）指的是使用半导体类工艺而被制备的并且显示出机械特性（诸如移动或变形的能力）的一类结构或器件。MEMS经常但不总是与电信号交互。MEMS器件包括但不限于陀螺仪、加速度计、磁强计、扩音器、压力传感器和射频（RF）部件。包含MEMS结构的硅晶片被称作MEMS晶片。

在所描述的实施例中，MEMS器件可以指的是被实现为微机电系统的半导体器件。MEMS结构可以指的是可以是较大MEMS器件的一部分的任何特征。设计的绝缘体上硅（ESOI）晶片可以指的是在所述硅器件层或衬底之下具有空腔的SOI晶片。操控晶片（handle wafer）通常指的是在绝缘体上硅晶片中被用作用于较薄硅器件衬底的载体的较厚衬底。操控衬底、操控晶片可以被互换。