[发明专利]一种芯片上系统

说明书

技术领域

本发明总体而言涉及一种微机电系统(MEMS)装置，且更具体而言涉及自组装MEMS的制造以便使用现有技术水平的半导体制造工艺来制造。

背景技术

使用MEMS技术的产品广泛用在生物医学、航天、汽车和通讯产业中。常规的MEMS即使制造最简单的机构也要求复杂的多级处理。对开发MEMS市场感兴趣的大多数企业对于原型装置具有有限的选择且没有或只有很少的专门技术。通常，需要的工艺和材料不能与他们当前的工艺流程相兼容。

常规MEMS通常使用悬臂开关、膜开关、和可调电容结构。MEMS装置使用微机电技术制造并用于控制电、机械或光信号流。然而，这样的装置存在许多问题，因为它们的结构和固有材料性质要求它们在与常规半导体加工不同的生产线上制造。这通常是由于不兼容的不同的材料和工艺引起的，且因此不能集成在标准的半导体制造工艺中。

Aksyuk等人的美国专利第5,994,159号描述了贴附到支撑的多个铰接板，其当致动时组装为最终的结构。这样的方法在建造复杂MEMS结构的能力方面是有限的，因为可动部件是铰接的且不能移动，自然要求组件的部件原位制造，即使处于不同方位。随着MEMS变得更复杂，具有更大的部件数量，这样的技术不再可行。

考虑到工业上目前遇到的上述缺点，需要这样的工艺，其能够使用结合到充分集成的工艺的熟知的BEOL(生产线的后端)材料来提供给MEMS装置，使得这些装置制造为与常规BEOL或互连多级(interconnect levels)结合，或者作为附加模块。

发明内容

因此，本发明的目的是从在单一衬底上制造和组装的较简单结构来构建MEMS装置，该装置要求部件和/或子组件的多层或叠层。

本发明的另一目的是在同样的衬底上提供驱动或组装机构，并将各个部件组装为一个或多个多级系统。

本发明的另一目的是在构建之后将这样的组件放置到另一组件中或上，以制造更复杂的系统。

本发明的再一目的是将组件或子组件从一个衬底传送到另一衬底，以构建其它方式不可能实现的更复杂的MEMS。

本发明的再一目的是使用改进的金属镶嵌(damascene)工艺制造MEMS结构。

提供一种在单层中构建多个部件然后组装它们以形成多层或叠层装置而制造多级MEMS装置的方法，从而本发明实现了这些及其它目的。

包含待组装为复杂MEMS装置的部件的载体被传送到共同组装位置。然后所述部件以预定顺序堆叠并随后从它们的载体释放。可选地，它们设置在适当位置并释放从而落入所需位置。

组装区包括在载体平面下面的腔，使得限定在载体中的零件落入该腔。加热元件集成到该腔中以辅助部件的释放。该腔由载体提供适当部件，该载体通过任何数量的MEMS装置系统设置。该腔和组装在其中的一些MEMS，例如在生物医学设备中，以所需的精确材料量派送，或者例如在芯片上实验室中，被原位处理。

载体夹持并移动待组装部件，每个载体包含一个或多个部件。该载体和它们相应的部件由取决于它们的最终应用的任何数量的材料制成。半导体制造生产线上常见的一些材料例如SiN、SiO₂、Si、多晶硅、Al、Cu、SiGe、Ti、Ti-Ni、BPSG和例如聚酰亚胺的聚合物用于这些装置。

一旦一个或多个载体运送它们的部件用于组装，这些部件通过干法蚀刻释放，其通过离子铣削(ion milling)、通过加热、通过融化或气化其一些部分而切断最小的连接，或提供将电路引入载体和其部件，从而所述连结可以像熔丝一样被编程(即吹制)。因此通过定向激光来释放也是可能的。

然后组装的MEMS装置在原位使用，或传送到另一衬底作为独立装置，或作为增加到其它的相似类型装置的子组件以形成更复杂的系统。这样的装置的应用包括但不限于医药、生物技术、用于化学和生物制剂的探测系统、无线、汽车和航天。

附图说明

结合进说明书并构成其一部分的附图示出了本发明的当前优选实施例，并与上面给出的概括描述以及下面给出的优选实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。

图1和2分别是根据本发明的组装区的平面图和剖面图。

图3和4分别是承载待组装部件的载体的平面图和剖面图。

图5示出包括定位在组装区附近的部件的载体的第一实施例。

图6A示出装载有部件的载体的设置，包括驱动系统和组装顺序。

图6B是图6A所示的设置的侧视图，描述具有侧翼的齿轮。