[发明专利]通过可透材料注入惰性气体封装微电子装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域并且更具体地涉及微电子装置的包装或封装，所述微电子装置例如微机械电子系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)、纳米机电系统(Nano-Electro-Mechanical Systems，NEMS)、微光机电系统(Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems，MOEMS)或纳米光机电系统(Nano-Opto-Electro-Mechanical Systems，NOEMS)微系统，所述包装或封装由将该装置封装或封闭在气体环境受控的气密性密封的腔中组成。根据本发明的封装方法有利地被用于实现在以不同的压力封闭惰性气体的不同的腔中对数个微电子装置进行集体封装。

背景技术

微电子装置的封装首先为微电子装置提供了相对于外部要素的保护(湿度、微粒污染、反应要素(例如，氧气或其它非惰性气体)，并且其次控制了该装置被封装的腔中的气体环境(压力、封装气体的组分等)。该腔中的封装压力依据设想的应用而可变化并且通常在1巴和10^-3毫巴之间。

因此，这种装置的包装的领域中的经常性的限制是在装置被封装的腔中的压力之下完成非常精确的控制。例如，对于陀螺仪型MEMS装置，所述装置通常不得不在高度真空环境(例如，在大约10^-1和10^-3毫巴之间的压力下)下被封装，否则这种装置将不会正确地运行。射频(Radio Frequency，RF)开关型MEMS装置不得不在接近大气压力的压力下而处于“中性”气体环境下被封装，例如以避免开关接触区域的氧化。在这种情况下，所述开关不得不在氮、氩或氦型气体环境下被封装。

这种装置通常以基体的比例包装，以便集体地封装相同基体上制作的数个微电子装置，以便减少这些装置的建造成本。具体地，这种包装可以通过将帽状基体气密性地密封到包含所述装置的第一基体上而完成。存在不同的用于获得所述帽状基体与所述第一基体的气密的密封组件的密封技术，例如分子键合(或直接键合)、金属键合、阳极键合和玻璃熔块键合。在分子键合或阳极键合的情况下，两个基体被直接相互键合，而在金属键合或玻璃熔块键合的情况下，两个基体之间存在密封接头以制成紧密结合的封装结构。

考虑到的用于控制封装腔中的压力的主要参数是：

-基体之间的密封接头的气密性(如果存在一个的话)；

-气体穿过由基体和/或密封接头的腔形成的壁的可透性；

-所述腔中存在的不同材料的排气。

如果所述腔中要求真空(例如，处于小于大约1毫巴的压力下)，吸气材料通常不得不被布置在所述腔的内部。这种吸气材料可包括例如由物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)沉积的一个或多个薄金属层(通常为锆或钛)。

存在各自包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的特定组件，因此形成具有9个探测轴的惯性传感器。具有这种组件的三轴微电子装置(加速度计、陀螺仪和磁力计)通常相互独立地制成并且然后在所述组件的最后包装期间被组装(在这种情况下为非集体的封装方法)。

设想了将组件的不同的微电子装置集成到相同基体上，以便减少这种组件的制造成本。然而，这种集成导致了问题。

加速度计通常在相当高的(大于大约1毫巴)剩余压力(封装腔内部的压力)下操作以充分受阻，而陀螺仪通常要求可能最低的剩余压力(例如，大约10^-1和10^-4毫巴之间)以便以最佳方式操作。包装非常困难并且因此在相同基体上气密性地密封具有截然不同的剩余压力的腔也是非常困难的。

第一方案可以以非常低的压力(例如，大约10^-3和10^-5毫巴之间)密封加速度计和陀螺仪腔并且将吸气材料放置在陀螺仪腔中而不是加速度计腔中。吸气材料将能够通过在键合期间吸附由所述腔中存在的不同材料释放的气体来保持所述陀螺仪腔中的非常低的剩余压力(大约不到10^-1毫巴)。

这种第一方案起作用但是所述第一方案不能实现两个腔之间的高的压差：通常，所述加速度计腔中的剩余压力将由于键合期间的加速度计腔中含有的不同材料的排气而在数毫巴和数十毫巴之间。在一些情况下，对于加速度计而言，多于大约100毫巴或近似等于1巴(强衰减)的剩余压力是必要的。在这种情况下，上述方案不能起作用。

第二方案可由将大气压下(例如，处于大约1巴的压力下)的两个腔键合并且将吸气材料放置到陀螺仪腔中组成。