專利名稱：Mems裝置組件及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及微機電系統(tǒng)(MEMQ裝置組件。更具體地，本發(fā)明涉及用于改善應(yīng)力隔離的MEMS裝置組件及封裝方法。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(MEMQ裝置是具有嵌入的機械部件的半導(dǎo)體裝置。MEMS裝置例如包括壓力傳感器、加速計、陀螺儀、麥克風、數(shù)字微鏡顯示器、微流體裝置等等。MEMS裝置用在多種產(chǎn)品中，例如汽車安全氣囊系統(tǒng)、汽車中的控制應(yīng)用、導(dǎo)航、顯示系統(tǒng)、噴墨盒等等。在MEMS裝置的封裝中還存在許多待解決的重要挑戰(zhàn)，這至少部分地因為MEMS裝置與外部環(huán)境交互的必要性、許多類型的MEMS裝置的易損性以及嚴峻的成本制約。實際上，許多MEMS裝置應(yīng)用需要較小尺寸以及低成本封裝，以滿足日益增長的成本需求。MEMS 傳感器應(yīng)用的封裝通常使用具有不同熱膨脹系數(shù)的材料。因此，在MEMS裝置制造或操作過程中能夠出現(xiàn)高熱感生應(yīng)力。這些熱應(yīng)力以及由潮濕和裝配工藝造成的應(yīng)力能夠?qū)е孪聦右r底的形變，本文中將其稱為封裝應(yīng)力。封裝應(yīng)力的變化能夠?qū)е翸EMS裝置的不穩(wěn)定性以及MEMS裝置的輸出偏移。


當結(jié)合附圖參考詳細說明和權(quán)利要求時，將獲得本發(fā)明的更全面的理解，其中在附圖中，相同的附圖標記表示類似部件，并且圖1示出根據(jù)實施例的微機電系統(tǒng)(MEMS)芯片的俯視圖；圖2示出MEMS芯片的側(cè)截面圖；圖3示出根據(jù)另一實施例的生產(chǎn)和封裝圖1和2的MEMS芯片的封裝處理的流程圖；圖4示出處于處理的開始階段的部分MEMS晶片的俯視圖和側(cè)截面圖；圖5示出在處理的后續(xù)階段使用的掩模的俯視圖；圖6示出在處理的后續(xù)階段的圖4的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)截面圖；圖7示出在處理的后續(xù)階段的圖6的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)截面圖；圖8示出在處理的后續(xù)階段使用的掩模的俯視圖；圖9示出在處理的后續(xù)階段的圖7的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)截面圖；圖10示出用于形成圖1的MEMS芯片的第二襯底的俯視圖和側(cè)截面圖；圖11示出在處理的后續(xù)階段的圖9的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖12示出在處理的后續(xù)階段的圖11的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)截面圖；圖13示出在處理的后續(xù)階段的圖12的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)截面圖；圖14示出在處理的后續(xù)階段的圖13的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)截面圖；圖15示出根據(jù)另一實施例的MEMS芯片的俯視圖和側(cè)截面圖；以及圖16示出根據(jù)又一實施例的MEMS芯片的俯視圖和側(cè)截面圖。
具體實施例方式隨著MEMS裝置的使用不斷增長和多樣化，越來越重視在不犧牲部件性能的情況下減小尺寸并降低封裝成本。MEMS裝置封裝中另一一直存在的挑戰(zhàn)在于對MEMS裝置的易損移動部件提供不影響這些移動部件的機械運動的環(huán)境保護。實施例提供了用于改善應(yīng)力隔離的微機電系統(tǒng)(MEMQ裝置組件以及封裝這樣的MEMS裝置組件的方法。特別地，通過執(zhí)行相對簡單的工藝而將MEMS裝置制造為提供改進的封裝應(yīng)力隔離的懸臂結(jié)構(gòu)。該工藝還允許利用低成本過模(overmolded)封裝，其在不影響MEMS裝置的移動部件的機械運動的情況下提供了 MEMS裝置的適當環(huán)境保護?，F(xiàn)在參考圖1和圖2，圖1示出根據(jù)實施例的微機電系統(tǒng)(MEMS)芯片20的俯視圖，且圖2示出MEMS芯片20的側(cè)截面圖。圖1中所示的MEMS芯片20的俯視圖是沿圖2 的剖面線1-1截取的，并且圖2中所示的MEMS芯片20的側(cè)截面圖是沿著圖1的剖面線2_2 截取的。圖1-2以及后續(xù)圖3-16都利用各種陰影和/或影線來圖示，以區(qū)分MEMS芯片20 的不同元件，如將在下文探討的那樣。位于結(jié)構(gòu)層中的這些不同元件可利用沉積、圖案化、 蝕刻等等的現(xiàn)有和未來的微機械加工技術(shù)來生產(chǎn)。MEMS芯片20是MEMS裝置組件，其包括MEMS印模(die) 22以及集成電路印模對。 MEMS印模22具有鍵合引線(bondwire)焊盤沈。類似地，集成電路印模M具有鍵合引線焊盤28。MEMS印模22和集成電路印模M通過橫跨在鍵合引線焊盤沈和鍵合引線焊盤28 之間的導(dǎo)電互連30電互連。MEMS印模22、集成電路印模M、鍵合引線焊盤沈、鍵合引線焊盤28以及導(dǎo)電互連30由模制化合物32過模成型。即，模制化合物32基本上包封MEMS印模22、集成電路印模M、鍵合引線焊盤沈、鍵合引線焊盤觀以及導(dǎo)電互連30。但是，MEMS 印模22是包括覆蓋MEMS裝置36的蓋層34的MEMS封裝。蓋層34防止模制化合物32接觸下層MEMS裝置36。MEMS印模22還包括第一襯底38，其具有正面40以及與正面40分隔襯底厚度44 的背面42。MEMS裝置36形成在第一襯底38的正面40上或者形成在第一襯底38的正面 40中。移除第一襯底38的圍繞MEMS裝置36的材料部分，以形成MEMS裝置36位于的懸臂式襯底平臺46。懸臂式襯底平臺46包括從平臺46延伸的臂48。臂48的第一端部50固定至第一襯底38，而臂48的第二端部52固定至襯底平臺46。因此，一旦移除了第一襯底 38的材料部分，則開口 M延伸通過第一襯底38的襯底厚度44并部分圍繞懸臂式襯底平臺 46，其中臂48的第一端部50是懸臂式襯底平臺46與圍繞第一襯底38的唯一附接點。此外，導(dǎo)電跡線55可形成在臂48上。跡線55將鍵合引線焊盤沈與位于懸臂式襯底平臺46 上的MEMS裝置36電連接。本文所用術(shù)語“第一”和“第二”不代表可數(shù)元件序列中元件的順序或優(yōu)先級。相反地，出于說明清楚的目的，術(shù)語“第一”和“第二”僅用于區(qū)分特定元件。在所示實施例中，第一襯底38包括從第一襯底38的背面42延伸至MEMS裝置36 的活動區(qū)58的孔56。MEMS裝置36還包括附接至第一襯底38的背面42的第二襯底60。 從第二襯底60移除第二襯底60的材料部分以形成另一懸臂式襯底平臺62，在圖10中示出。一旦移除第二襯底60的材料部分，則開口 64延伸通過第二襯底60并部分圍繞懸臂式襯底平臺62。第二襯底60附接至第一襯底38的背面42，從而懸臂式襯底平臺62 (圖10)與第一襯底38的懸臂式襯底平臺46垂直堆疊，以形成堆疊的懸臂式平臺結(jié)構(gòu)66。在這種構(gòu)造中，第二襯底60的平臺62覆蓋孔56以形成位于MEMS裝置的活動區(qū)58下面的密封腔68。 各襯底38和60的開口 M和64用作端口，從而MEMS裝置36的活動區(qū)58暴露于MEMS芯片20外部的環(huán)境70。在另一實施例中，可以不要求第二襯底60(如下所述)。在又一實施例中，MEMS裝置可以不要求到外部環(huán)境70的端口。因此，襯底60可用作密封或帽(也如下所述)。MEMS裝置36可被構(gòu)造為從MEMS芯片20外部的環(huán)境70中感應(yīng)壓力激勵?；顒訁^(qū)58通過延伸通過各襯底38和60的對準的開口 M和64暴露于外部環(huán)境70。在示例性實施例中，MEMS裝置36可為壓阻型壓力傳感器。壓阻型壓力傳感器通過用作壓力檢測裝置的硅隔膜的壓阻效應(yīng)感應(yīng)外部壓力。例如，壓阻材料(未示出)在用作可移動隔膜的活動區(qū)58處可沉積在第一襯底38的正面40上，或在活動區(qū)58處擴散到第一襯底38的正面 40中，或者以其他方式形成在第一襯底38的正面40上或者中。壓阻元件通常實現(xiàn)為擴散電阻器，且這些擴散電阻器通常連接到橋接電路中。根據(jù)由例如活動區(qū)58的隔膜的位移引起的擴散電阻器的電阻值的變化從橋接電路發(fā)出壓力信號。雖然在某些實施例中，MEMS裝置36可為壓阻型壓力傳感器且活動區(qū)58可為可移動隔膜，但應(yīng)當理解，MEMS裝置36可代表MEMS芯片20的一個或多個MEMS部件，例如微動開關(guān)和/或微動傳感器。微動傳感器例如包括壓力傳感器、加速計、陀螺儀、麥克風、微流體裝置等等。因此，活動區(qū)58代表特定MEMS部件的任何感應(yīng)或可移動元件。集成電路印模 M代表處理來自MEMS裝置36的數(shù)據(jù)的中央單元，例如微處理器。因此，集成電路印模M 在MEMS芯片20中提供內(nèi)置的“智能”。雖然MEMS芯片20被示出為僅包括一個MEMS裝置 36和一個集成電路印模對，但應(yīng)當理解，MEMS芯片20能夠根據(jù)MEMS芯片20的特定設(shè)計需要而包括任意數(shù)量的MEMS印模22和集成電路印模24。通常，MEMS印模22根據(jù)實現(xiàn)MEMS裝置36的改進的封裝應(yīng)力隔離的晶片級封裝工藝制造。MEMS印模22和集成電路印模M通過導(dǎo)電互連30互連，且獲得的結(jié)構(gòu)被封裝在模制化合物32中，如在隨后工藝中所述。圖3示出根據(jù)另一實施例的用于生產(chǎn)和封裝MEMS芯片20 (圖1和2)的封裝工藝 72的流程圖。工藝72實施了已知的并且改進的MEMS微機械加工技術(shù)，從而低成本高效益地生產(chǎn)MEMS芯片20，該芯片20包括具有改善的封裝應(yīng)力隔離的至少一個MEMS印模22。雖然示出生產(chǎn)和封裝MEMS芯片20的單一工藝，但應(yīng)當理解的是很多實體可以執(zhí)行工藝72的某些操作。例如，一個制造商可生產(chǎn)MEMS印模22，而另一制造商可隨后封裝MEMS印模22 以生產(chǎn)MEMS芯片20。以下結(jié)合制造和封裝僅少量MEMS印模22和少量MEMS芯片20來描述工藝72。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，后續(xù)工藝允許多個MEMS印模22的同時晶片級制造。這些單獨的MEMS印模22能夠隨后被封裝并集成到包括集成電路印模M的終端應(yīng)用中。MEMS芯片封裝工藝72開始于步驟74。在步驟74，執(zhí)行與MEMS裝置36、鍵合引線焊盤沈以及跡線55的形成有關(guān)的制造工藝。參考結(jié)合步驟74的圖4，圖4示出用于生產(chǎn)MEMS芯片20 (圖1)的處理80的開始階段的部分晶片的俯視圖76和側(cè)截面圖78。側(cè)截面圖78是沿俯視圖76的剖面線4_4 截取的。在實施例中，制造工藝可采用絕緣體上硅(SOI)技術(shù)。SOI技術(shù)是指用硅-絕緣體-硅襯底來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅襯底?；赟OI的裝置與傳統(tǒng)的基于硅的裝置的不同之處在于硅結(jié)位于通常為二氧化硅的電絕緣體上。在MEMS裝置中，SOI晶片可用于制造壓阻型壓力傳感器，因為薄硅結(jié)或?qū)幽軌蛴糜谛纬稍谑┘訅毫r能夠彎曲的壓力傳感器的隔膜。對于其他MEMS傳感器構(gòu)造來說，薄硅結(jié)可用于形成傳感器的活動(可移動)部件。如圖所示，第一襯底38是具有硅(例如單晶硅)基層82、二氧化硅絕緣層84以及硅(例如多晶硅)頂層86的基于SOI的晶片。制造工藝可包括將壓阻材料(未示出)擴散到或注入到第一襯底38的正面40中，且特別地擴散到或注入到硅頂層86中，以形成具有擴散電阻器的MEMS裝置36的活動區(qū)58。隨后，可以執(zhí)行金屬沉積、圖案化以及蝕刻以形成鍵合引線焊盤26和跡線55。跡線55可至少部分覆蓋擴散電阻器以形成適當電連接。 出于清楚說明的目的，本文不討論或說明傳統(tǒng)地執(zhí)行的其他制造步驟。再次參考圖3，封裝工藝進行至步驟88。在步驟88中，在第一襯底38上進行一個或多個正面蝕刻工藝。結(jié)合步驟88參考圖5-7，圖5示出結(jié)合由步驟88表示的處理的后續(xù)階段使用的掩模92的俯視圖90。圖6示出處于處理的后續(xù)階段98的圖4的結(jié)構(gòu)的俯視圖94和側(cè)截面圖96，且圖7示出處于處理104的后續(xù)階段的圖6的結(jié)構(gòu)的俯視圖100和側(cè)截面圖102。 側(cè)截面圖96是沿圖6中的俯視圖94的剖面線6-6截取的。類似地，側(cè)截面圖102是沿圖 7中的俯視圖100的剖面線7-7截取的。步驟88涉及從第一襯底38的正面40向其背面42進行的一個或多個蝕刻工藝。 掩模92用于覆蓋或以其他方式保護沒有被蝕刻的正面40的區(qū)域。因此，掩模92提供用于形成通過第一襯底38的開口 54 (圖1)以及用于生產(chǎn)懸臂式襯底平臺46 (圖1)的圖案。出于說明性目的，掩模92示出為單獨的元件。但是，在實施例中，掩模92可通過將光刻膠材料沉積于正面40上形成并適當圖案化光刻膠材料以在正面40上形成掩模92的圖案。圖6 示出第一正面移除(即蝕刻)工藝的結(jié)果，其中所述工藝移除了硅頂層86的材料部分，從而暴露下層二氧化硅絕緣層84。圖7示出第二正面移除(即蝕刻)工藝的結(jié)果，其中所述工藝移除二氧化硅絕緣層84的材料部分，從而暴露下層硅基層82。第一和第二正面移除工藝可利用諸如深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)技術(shù)、氫氧化鉀 (KOH)蝕刻技術(shù)或任意合適的技術(shù)的多種現(xiàn)有和未來的蝕刻工藝中的任何一種來執(zhí)行，使得要被移除的第一襯底38的總材料部分的移除的區(qū)域108的厚度106小于第一襯底38的厚度44。再次參考圖3，封裝工藝72的步驟88之后是步驟110。在步驟110，在第一襯底 38上進行一個或多個背面蝕刻工藝。結(jié)合步驟110參考圖8和9，圖8示出在由步驟110表示的處理的下一階段中使用的掩模114的俯視圖112，且圖9示出在處理的下一階段120中的圖7所示的結(jié)構(gòu)的俯視圖 116和側(cè)截面圖118。側(cè)截面圖118是沿圖9中的俯視圖116的剖面線9_9截取的。步驟110涉及從第一襯底38的背面42向其正面40進行的一個或多個蝕刻工藝。 掩模114用于覆蓋或以其他方式保護沒有移除的背面42的區(qū)域。因此，掩模114提供用于形成通過第一襯底38的開口 54(圖1)的圖案，以生產(chǎn)懸臂式襯底平臺46(圖1)。此外，掩模114提供用于形成通過MEMS裝置36的活動區(qū)58下面的襯底38的孔56的圖案。圖9示出在步驟110中執(zhí)行的背面移除(即蝕刻)工藝的結(jié)果，其中所述工藝移除了第一襯底38的剩余材料部分，以形成延伸通過整個第一襯底38的開口 M并由此形成了懸臂式襯底平臺46。此外，背面移除工藝同時移除了第一襯底38的另一材料部分，以形成延伸通過第一襯底38到活動區(qū)58的孔56。背面移除工藝可利用諸如深反應(yīng)離子蝕刻 (DRIE)技術(shù)、氫氧化鉀(KOH)蝕刻技術(shù)或任意合適的技術(shù)的多種現(xiàn)有和未來的蝕刻工藝中的任何一種來執(zhí)行。應(yīng)當理解，某些MEMS裝置實施例可以不要求孔56。因此，可以通過僅實施正面蝕刻工藝或者背面蝕刻工藝來形成懸臂式襯底平臺46的第一襯底38中的開口 54。再次參考圖3，封裝工藝72的步驟110之后是步驟122。在步驟122中，提供和/ 或蝕刻第二襯底60?，F(xiàn)在，結(jié)合步驟122參考圖10，圖10示出用于形成MEMS芯片20 (圖1)的第二襯底 60的俯視圖124和側(cè)截面圖126。側(cè)截面圖126是沿圖10中的俯視圖124的剖面線10-10 截取的。第二襯底60可為由外界供應(yīng)商提供的晶片，同時開口 64已經(jīng)形成于晶片中以形成懸臂式襯底平臺62?；蛘撸诙r底60可為由外界供應(yīng)商提供的晶片，且隨后對其進行蝕刻或其他處理以形成至少部分圍繞懸臂式襯底平臺62的開口 64。再次參考圖3，封裝工藝72的步驟122之后是步驟128。在步驟128中，將第二襯底60附接至第一襯底38的背面42。結(jié)合步驟122參考圖11，圖11示出處理的下一階段132中的圖9的結(jié)構(gòu)的側(cè)截面圖130。圖11示出工藝72的附接步驟128的結(jié)果。如圖所示，第二襯底60的正面133已經(jīng)附接至第一襯底38的背面42，使得第一和第二襯底38和60的開口 M和64分別對準，且使得懸臂式襯底平臺46和62垂直堆疊， 以形成堆疊的懸臂式平臺結(jié)構(gòu)66(圖2)。在這種構(gòu)造中，第二襯底60的懸臂式襯底平臺 62(圖10)覆蓋孔56以形成密封腔68。可利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任意合適的附接工藝和材料(例如玻璃粉接合、硅熔融接合、金屬共晶接合、陽極接合、熱壓接合等等)將第二襯底60附接至第一襯底38。應(yīng)當注意，在不需要孔56和密封腔68的MEMS裝置的實施例中，可以不要求在MEMS印模22(圖1)中提供第二襯底60。其他實施例可以要求襯底60的改進版本。再次參考圖3，封裝工藝72的步驟1 之后是步驟134。在步驟134中，蓋層34 連接至第一襯底38以覆蓋MEMS裝置36。結(jié)合步驟134參考圖12，圖12示出處理的下一階段140中的圖11的結(jié)構(gòu)的俯視圖136和側(cè)截面圖138。側(cè)截面圖138是沿圖12中的俯視圖136的剖面線12-12截取的。 在實施例中，蓋層34可為已經(jīng)適當?shù)匚g刻、機械加工或以其他方式處理以包括腔142的晶片結(jié)構(gòu)。蓋層34在處理的后續(xù)階段中和操作期間提供對MEMS裝置36的保護，且腔142為 MEMS裝置36提供適當?shù)淖杂煽臻g，使得蓋層34的內(nèi)壁不與MEMS裝置36的任何移動部件接觸。雖未示出，但蓋層34可以額外地包括位于鍵合引線焊盤沈(圖1)上的腔，使得蓋層 34的內(nèi)壁不與鍵合引線焊盤沈接觸。蓋層34與第一襯底結(jié)構(gòu)38的連接可例如利用玻璃粉接合、金屬共晶接合等實現(xiàn)。再次參考圖3，工藝72的步驟134之后是步驟142。在步驟142中，從蓋層34暴露鍵合引線襯底26。結(jié)合步驟142參考圖13，圖13示出處理的下一階段148中的圖12的結(jié)構(gòu)的俯視圖144和側(cè)截面圖146。側(cè)截面圖146是沿圖13中的俯視圖144的剖面線13-13截取的。 在實施例中，將一部分蓋層34切割、蝕刻或以其他方式移除，以暴露鍵合引線焊盤沈。通過執(zhí)行上述步驟，形成了每一個包括至少一個MEMS裝置36的MEMS印模22的板150?，F(xiàn)在，再次參考圖3，封裝工藝72的步驟142之后是步驟152。在步驟152中，分離MEMS印模22的板150以形成每一個包括至少一個MEMS裝置36的單獨的MEMS印模22。結(jié)合步驟152參考圖14，圖14示出處理的下一階段158中的圖13的結(jié)構(gòu)的俯視圖IM和側(cè)截面圖156。側(cè)截面圖156是沿圖14中的俯視圖154的剖面線14-14截取的。 圖14示出在步驟152中執(zhí)行的板分離工藝的結(jié)果。如圖所示，已經(jīng)切害U、劃片或以其他方式分離板150(圖13)，以形成其中的每一個包括由蓋層34保護的至少一個MEMS裝置36的單獨的MEMS印模22。再次參考圖3，封裝工藝72繼續(xù)進行至步驟160。在步驟160中，每個MEMS印模 22(圖1)通過導(dǎo)電互連30(圖1)與其集成電路印模M(圖1)電互連。例如，可執(zhí)行引線鍵合工藝以利用導(dǎo)電互連30形成MEMS印模22的鍵合引線焊盤沈和集成電路印模M的鍵合引線焊盤觀之間的外部連接，如圖1中所示。步驟160之后進行步驟162。MEMS芯片20 (圖1)被包封到模制化合物32中。但是對準的開口 64和M不能被模制化合物填充或堵塞。因此，在步驟162中，插塞元件設(shè)置在第二襯底60的背面以堵住開口 64以及開口 M。簡要地參考圖14，以虛線形式示出了插塞元件164，其抵靠一個MEMS印模22的第二襯底60的背面166。插塞元件164可以是膠帶、引線框架的一部分或任何其他堵住開口 64的元件。應(yīng)當理解，圖14中示出插塞元件 164以用于說明性目的。在實際應(yīng)用中，可在MEMS印模22的鍵合引線焊盤沈(圖1)已經(jīng)與集成電路印模M的鍵合引線焊盤觀(圖1)互連之后適當放置插塞元件164以堵住開口 64。步驟162之后進行步驟168。在步驟168中，將模制化合物32施加至MEMS印模22 以及與其附接的集成電路印模24。模制化合物32基本上包封MEMS印模22、集成電路印模對、鍵合引線焊盤26和28以及導(dǎo)電互連30。但是覆蓋MEMS裝置36的MEMS印模22的蓋層；34防止模制化合物32直接與MEMS裝置36接觸。此外，堵住開口 64的插塞元件164 (圖 14)防止模制化合物32流入開口 64中。在某些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中，對MEMS裝置實施硅膠涂覆工藝，且隨后利用模制化合物過模成型MEMS印模及其關(guān)聯(lián)的集成電路印模。凝膠涂覆應(yīng)力將MEMS裝置與模制化合物隔離。在這種構(gòu)造中，MEMS印模和集成電路印模之間的電互連會穿過硅膠涂層和模制化合物。 遺憾的是，硅膠涂層增加了材料成本以及MEMS芯片的封裝復(fù)雜度。而且，電互連在凝膠涂層和模制化合物之間的界面處經(jīng)受應(yīng)力和斷裂。在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中，通過使用較大直徑的布線用作電互連來至少部分地解決這種問題。當然，較大直徑的布線會更昂貴且可導(dǎo)致更大的MEMS印模的總體積。在某些實施例中，采用蓋層34和模制化合物32消除了對硅膠涂層的需要，且在某些實施例中也相應(yīng)消除了對較大直徑的布線的需要，由此簡化了制造工藝并降低了材料和制造成本。在步驟168的封裝之后進行步驟170。在步驟170中，移除插塞元件164以形成 MEMS芯片20 (圖1)。步驟170之后結(jié)束封裝工藝72。因此，通過封裝工藝72制成的MEMS 芯片20包括懸浮在懸臂式襯底平臺46上的一個或多個MEMS裝置36。因此，MEMS裝置36受封裝應(yīng)力變化的影響較小。此外，MEMS芯片20的元件都封裝在廉價過模成型封裝中，即封裝在模制化合物32中，以提供環(huán)境保護。但是，MEMS裝置36上的蓋層34的連接保護 MEMS裝置36免受例如由于板分離形成的殘留物的顆粒造成的污染，使得模制化合物32不能與MEMS裝置36接觸。圖15示出根據(jù)另一實施例的MEMS芯片176的俯視圖172和側(cè)截面圖174。MEMS 芯片176的俯視圖172是沿側(cè)截面圖174的剖面線B-B截取的。同樣地，側(cè)截面圖174是沿俯視圖172的剖面線A-A截取的。封裝工藝72可適于制造MEMS芯片176。MEMS芯片176 包括通過互連182電連接的集成電路印模178和MEMS印模180。MEMS印模180包括在第一襯底186上表面微機械加工并由蓋層188保護的MEMS裝置184。在本示例性實施例中， 第一襯底186不是SOI原料，而是常規(guī)硅晶片，其上對多晶硅和金屬層進行表面微機械加工以形成MEMS裝置184，沒有示出其細節(jié)。MEMS印模180還可包括附接至第一襯底186的第二襯底190。第一和第二襯底186和190分別根據(jù)封裝工藝72 (圖幻形成，以形成其上布置有MEMS裝置184的堆疊懸臂式平臺結(jié)構(gòu)192。當然，在其他實施例中，可以不需要第二襯底190。不管怎樣，本替代實施例實現(xiàn)了改善封裝應(yīng)力隔離和廉價過模成型封裝的優(yōu)點。圖16示出根據(jù)又一實施例的MEMS芯片198的俯視圖194和側(cè)截面圖196。MEMS 芯片198的俯視圖194是沿側(cè)截面圖196的剖面線D-D截取的。同樣地，側(cè)截面圖196是沿俯視圖194的剖面線C-C截取的。封裝工藝72也適于制造MEMS芯片198。MEMS芯片198 包括通過互連204電連接的集成電路印模200和MEMS印模202。MEMS印模202包括在襯底 208上表面微機械加工并由第一蓋層210和第二蓋層212保護的MEMS裝置206，以形成其中容納MEMS裝置206的密封封裝。在示例性實施例中，MEMS裝置206可以是慣性傳感器， 例如加速計。這種傳感器不需要暴露至外部環(huán)境的端口。但是，這種傳感器需要密封封閉腔設(shè)計(本實施例中使用蓋層210和21 ，以保護MEMS裝置206不受顆粒污染、潮濕影響等等。蓋層210和212分別提供腔214和216以形成自由的空間，從而允許MEMS裝置206 的機械運動。在本示例性實施例中，取決于工藝流程，襯底208可以是SOI原料，但也可用常規(guī)硅晶片代替，其中在該常規(guī)硅晶片上對多晶硅和金屬層進行表面微機械加工以形成MEMS 裝置206，未示出其細節(jié)。加工襯底208以形成其上設(shè)置MEMS裝置206的懸臂式襯底平臺 218。但是，第二蓋層212用作附接至襯底208的第二襯底，但制造成包括位于襯底208的懸臂式襯底平臺218下面的腔216。隨后根據(jù)封裝工藝72(圖幻將其附接至襯底208。與上述實施例相同，本替代實施例實現(xiàn)了改善封裝應(yīng)力隔離和廉價過模成型封裝的優(yōu)點。
本文說明的實施例包括緊湊型MEMS裝置組件，即MEMS芯片，其包括一個或多個集成電路印模和一個或多個MEMS印模。MEMS印模包括其上設(shè)置MEMS裝置的懸臂式平臺結(jié)構(gòu)。這種懸臂式平臺結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了改善封裝應(yīng)力隔離的優(yōu)點。封裝工藝包括在襯底中形成懸臂式平臺結(jié)構(gòu)、用蓋層覆蓋MEMS裝置、將MEMS印模與相關(guān)集成電路印模引線鍵合以及隨后在模制化合物中包封該結(jié)構(gòu)以形成過模成型封裝，例如MEMS芯片。該工藝可適于封裝各種 MEMS裝置組件。因此，MEMS裝置組件和封裝工藝實現(xiàn)了優(yōu)良的器件性能、較小的器件尺寸、 廉價的過模成型封裝和適于各種MEMS封裝需求的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種制造微機電系統(tǒng)(MEMQ裝置的方法，包括在襯底上形成所述MEMS裝置；移除部分圍繞所述MEMS裝置的所述襯底的一部分以形成懸臂式襯底平臺，所述MEMS 裝置設(shè)置在所述懸臂式襯底平臺處；以及連接蓋層以覆蓋所述MEMS裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述移除操作包括制造具有從所述平臺延伸的臂的所述懸臂式襯底平臺，所述臂的第一端部固定至所述襯底，且所述臂的第二端部固定至所述懸臂式襯底平臺，其中所述臂是所述平臺與所述襯底的唯一附接點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述移除操作包括將所述一部分蝕刻通過所述襯底的整個厚度，以形成所述懸臂式襯底平臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底包括正面和與所述正面隔開所述襯底的厚度的背面，所述MEMS裝置形成在所述正面上，且所述移除操作包括從所述正面向所述背面移除所述襯底的所述一部分的至少一個區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述一部分的所述至少一個區(qū)段具有小于所述襯底的所述厚度的區(qū)段厚度，且所述方法還包括從所述背面向所述正面移除所述襯底的所述一部分的剩余部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一部分是第一部分，所述MEMS裝置具有活動區(qū)，且所述移除操作移除所述活動區(qū)下面的所述襯底的第二部分，以形成延伸通過所述襯底到所述活動區(qū)的孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述襯底包括正面和與所述正面隔開所述襯底的厚度的背面，所述MEMS裝置形成在所述正面上，且所述移除操作包括從所述正面向所述背面進行第一移除工藝，以移除所述襯底的所述第一部分的一個區(qū)段，所述區(qū)段具有小于所述襯底的所述厚度的區(qū)段厚度；以及從所述背面向所述正面進行第二移除工藝，以移除所述第一部分的剩余部分，以形成所述懸臂式襯底平臺并同時移除所述第二部分以形成所述孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底是第一襯底，所述部分是第一部分，所述 MEMS裝置形成在所述第一襯底的第一正面上，且所述方法還包括提供第二襯底；移除所述第二襯底的第二部分，以形成第二懸臂式襯底平臺；以及將所述第二襯底的第二正面附接至所述第一襯底的第一背面，使得所述第二懸臂式襯底平臺與所述懸臂式襯底平臺垂直堆疊，以形成堆疊的懸臂式平臺結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述MEMS裝置具有活動區(qū)，以及所述移除所述第一部分包括從所述第一襯底的所述第一正面向所述第一襯底的所述第一背面進行第一移除工藝， 以移除所述第一部分的一個區(qū)段，所述區(qū)段具有小于所述第一襯底的厚度的區(qū)段厚度；以及從所述第一襯底的所述第一背面向所述第一襯底的所述第一正面進行第二移除工藝， 以移除所述第一部分的剩余部分，并同時移除所述活動區(qū)下面的所述第一襯底的第三部分，以形成延伸通過所述第一襯底的孔；并且所述方法還包括在所述第二移除工藝后進行所述附接操作，其中所述第二襯底覆蓋所述孔以在所述MEMS裝置的所述活動區(qū)下面形成密封腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述移除所述第一和第二部分形成了延伸通過部分圍繞所述堆疊的懸臂式平臺結(jié)構(gòu)的所述第一和第二襯底的開口，且所述方法還包括在所述第二襯底的第二背面設(shè)置插塞部件，以堵住所述開口 ； 施加模制化合物以基本上包封所述MEMS裝置以及所述連接的蓋層，其中所述施加操作在所述設(shè)置操作之后進行；以及在所述施加操作之后，移除所述插塞部件以暴露所述開口的至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括施加模制化合物以基本上包封所述MEMS裝置以及所述連接的蓋層，所述蓋層防止所述模制化合物接觸所述MEMS裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述形成操作在所述襯底上形成鍵合引線焊盤，所述鍵合引線焊盤通過跡線與所述MEMS裝置電連接，且所述方法還包括將所述MEMS裝置的所述鍵合引線焊盤暴露于所述蓋層之外； 通過導(dǎo)電互連將所述鍵合弓I線焊盤與集成電路印模電互連；以及所述施加操作同時利用所述模制化合物包封所述集成電路印模、所述導(dǎo)電互連、所述鍵合弓I線焊盤、所述MEMS裝置以及所述蓋層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述形成操作在所述襯底上形成多個MEMS裝置和鍵合引線焊盤以形成MEMS裝置的板，其中所述鍵合引線焊盤的不同集合與所述多個MEMS裝置中的每一個電連接；所述移除操作移除圍繞所述MEMS裝置的所述襯底的所述一部分，以形成多個懸臂式襯底平臺，所述MEMS裝置中的至少一個設(shè)置在所述懸臂式襯底平臺的每一個上； 所述蓋層覆蓋所述多個MEMS裝置；所述暴露操作暴露所述多個MEMS裝置中所述每一個的所述鍵合引線焊盤；以及所述方法還包括分離所述板的所述多個MEMS裝置以形成單獨的MEMS裝置，所述MEMS 裝置為所述多個MEMS裝置中的一個。
14.一種組件，包括具有形成于其中的懸臂式襯底平臺的襯底，所述懸臂式襯底平臺包括從所述平臺延伸的臂，其中所述臂的第一端部固定至所述襯底，且所述臂的第二端部固定至所述懸臂式襯底平臺，所述臂是所述平臺與所述襯底的唯一附接點；設(shè)置于所述懸臂式襯底平臺上的微機電(MEMS)裝置；以及覆蓋所述MEMS裝置的蓋層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其中所述襯底是第一襯底，所述MEMS裝置形成在所述第一襯底的正面上，且所述組件還包括附接至所述第一襯底的背面的第二襯底，所述第二襯底包括與所述懸臂式襯底平臺垂直堆疊的第二懸臂式襯底平臺，從而形成堆疊的懸臂式平臺結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組件，其中 所述MEMS裝置包括活動區(qū)；所述第一襯底包括位于所述活動區(qū)下面并延伸通過所述第一襯底到所述活動區(qū)的孔；以及所述第二襯底附接至所述第一襯底，使得所述第二懸臂式襯底平臺覆蓋所述孔，以形成位于所述MEMS裝置的所述活動區(qū)下面的密封腔。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，還包括基本上包封所述MEMS裝置和所述蓋層的模制化合物，所述蓋層防止所述模制化合物與所述MEMS裝置接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，其中所述MEMS裝置包括形成在所述襯底上的鍵合引線焊盤以及形成在所述臂上的跡線， 所述跡線將所述鍵合引線焊盤與所述MEMS裝置電連接；以及所述組件還包括通過導(dǎo)電互連與所述鍵合引線焊盤互連的集成電路印模，其中所述模制化合物基本上包封所述集成電路印模、所述導(dǎo)電互連、所述鍵合引線焊盤、所述MEMS裝置以及所述蓋層。
19.一種封裝微機電系統(tǒng)(MEMS)組件的方法，所述MEMS組件包括形成于懸臂式襯底平臺中的MEMS裝置以及覆蓋所述MEMS裝置的蓋層，所述懸臂式襯底平臺具有從所述平臺延伸的臂，所述臂的第一端部固定至所述襯底，所述臂的第二端部固定至所述懸臂式襯底平臺，且所述臂是所述平臺與所述襯底的唯一附接點，且所述方法包括施加模制化合物以基本上包封所述MEMS裝置和所述蓋層，所述蓋層防止所述模制化合物接觸所述MEMS裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述MEMS組件還包括與所述MEMS裝置電連接并暴露到所述蓋層之外的鍵合引線焊盤，且所述方法還包括在所述施加操作之前通過導(dǎo)電互連將所述鍵合引線焊盤與集成電路印模電互連，其中所述施加操作基本上包封所述集成電路印模、所述導(dǎo)電互連以及所述MEMS組件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種MEMS裝置組件(20)及其封裝方法。MEMS裝置組件(20)包括MEMS印模(22)以及集成電路(IC)印模(24)。MEMS印模(22)包括形成于襯底(38)上的MEMS裝置(36)以及蓋層(34)。封裝工藝(72)包括在襯底(38)上形成MEMS裝置(36)，并移除圍繞裝置(36)的襯底(38)的材料部分，以形成其上設(shè)置MEMS裝置(36)的懸臂式襯底平臺(46)。蓋層(34)連接至襯底(38)以覆蓋MEMS裝置(36)。MEMS印模(22)與IC印模(24)電互連。施加模制化合物(32)以基本上包封MEMS印模(22)、IC印模(24)以及電互連MEMS裝置(22)和IC印模(24)的互連(30)。蓋層(34)防止模制化合物(32)接觸MEMS裝置(36)。
文檔編號B81B7/00GK102381678SQ201110262810
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者林毅楨, 馬克·E·施拉曼 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司