[发明专利]具有侧壁泄露保护的MEMS器件封装

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS器件，并且更具体地涉及一种已封装器件的形成。

背景技术

MEMS技术被越来越多地应用在集成电路中。然而，由于难以提供合适且低成本的封装，许多产品概念没有在实践中执行。由于MEMS器件因活动部件而易损坏并且器件性能受杂质的影响，因此在器件的最终用途以及在晶片划片和键合期间(当单独的器件从其上形成有器件阵列的衬底分离时)利用这种封装来保护所述器件。

许多因素导致了MEMS器件和系统封装中的高成本。三个主要因素如下：

-对于MEMS系统尺寸小于几毫米、具有复杂几何形状的零部件的合适封装和高效装配需要特殊的工具和夹具。

-MEMS器件和系统的高度多样性要求从一个产品到另一个产品显著变化地可靠封装。例如，用于密封的真空封装在许多情况下是必要的。

-MEMS器件和系统中的小尺寸零部件在封装和装配中造成了许多独特的问题。

有许多用于封装MEMS器件的技术：

-使用现成的封装并且小心处理的技术；

-在已完成的MEMS器件的顶部上附着分离的封帽(separate cap)，通常是玻璃或者硅；

-集成的晶片级封装。

现成部件的选择是昂贵并且费时的过程。

使用分离的封帽要求封帽晶片(capping wafer)，所述封帽晶片典型地包括由玻璃或者硅形成的预制腔体。然后使用玻璃浆料键合的阳极，因为后端兼容工艺温度(400℃)优于在高得多的温度下(1000℃)的熔融键合。如果在真空室中执行所述键合则可以实现腔体内的真空。该方法需要求片键合和倒装芯片对准设备。

集成晶片级解决方法包含采用标准表面微机械加工技术制造封帽。与采用独立制造的封帽相比，该方法消耗更小的面积并且芯片高度能够保持更低。如果封装足够强，还可以像常规集成电路一样进一步封装MEMS芯片，这样节省了成本。此外，这样允许了与CMOS工艺集成的可能性。

在晶片级封装工艺中，使用常规工艺步骤在带有封装壳(encapsulation shell)的腔体内部构建了MEMS结构。由于较小的空气阻尼，对于大多数MEMS结构，例如谐振器，Q因子在较低的压力下增大。这意味着封装壳的一种规范是它必须是密封的以避免Q因子随时间减小。

对于帽层的一种优选沉积工艺应该是PECVD沉积。然而，当用作帽层时，大多数PECVD层在腔体的侧壁上泄漏。

采用低压化学气相沉积(LPCVD)层可以克服该问题，但是可用的不同材料遇到不同的问题。最常用的LPCVD层是TEOS、氮化硅、多晶硅和SiGe。

TEOS的缺点是它在最常用作牺牲层刻蚀剂的HF(蒸汽HF)中刻蚀很快。因此，由于不与用于牺牲层的刻蚀工艺兼容，采用TEOS作为帽层导致了许多额外并且困难的步骤。

氮化硅在HF中的刻蚀速率较低，但是如果采用蒸汽HF则会留下刻蚀残留物。因为几乎没有水参与并且水的数量可控，蒸汽HF特别地用于MEMS结构的释放。当后来干燥谐振器时，水会造成静摩擦。当使用液态HF时，需要利用特殊的干燥工艺来克服这种静摩擦。

诸如多晶硅和SiGe之类的层几乎不受HF或者蒸汽HF的影响，但是如果帽层与MEMS器件之间的空间受到限制，则它们是导电的并且干扰MEMS器件性能。此外，如果使用导电层，则需要额外的掩模来隔离不同的键合焊盘。

本发明涉及一种用于形成MEMS器件封装的改进的集成方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种制造MEMS器件的方法，所述方法包括：

形成MEMS器件元件；

在器件元件上形成已构图牺牲层；

在牺牲层上形成分隔层；

刻蚀分隔层，以便限定邻近牺牲层外侧壁的分隔部分(spacer portion)以及从牺牲层的顶部完全去除分隔层；

在牺牲层和分隔部分上形成封装覆盖层；

在封装覆盖层中限定至少一个开口；

通过至少一个开口(24、38)去除牺牲层，从而在器件元件上形成封装空间；以及

密封至少一个开口。

该方法提供了一种采用标准制造工艺在MEMS器件元件上形成密闭腔体的方法。所述分隔层提供了腔体侧壁周围的改进密封，提高了器件的寿命。这意味着可以利用PECVD沉积帽层，并且可以不考虑任何侧壁泄漏问题来选择材料。例如可以选择覆盖层材料具有非常低的导电性，使得MEMS器件的电性能不受损害。此外，可以选择所述覆盖层在经受期望牺牲层刻蚀工艺时引起最少的问题。利用附加分隔部分解决任何潜在的侧壁泄漏问题。