[发明专利]密封微机电系统装置及其制造方法与封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)装置。更明确地说，本发明涉及MEMS装置的结构和制造工艺。

背景技术

已在各种应用中提议MEMS装置。然而，MEMS装置通常处于开放环境中。由于MEMS装置的MEMS结构对环境空气较为敏感，所以在开放环境中操作可能拾取噪声。于是提议用于MEMS装置的密封封装。

密封MEMS封装具有包含使MEMS结构与外部环境隔离的特性。举例来说，可通过对MEMS形成真空环境来避免空气和热噪声的阻尼。另外，密封腔室可保护MEMS装置以免受EM干扰且产生具有高性能和低普及成本的小尺寸MEMS装置。密封MEMS封装的应用包含加速计、陀螺仪、谐振器或RF MEMS组件。

对于当前密封MEMS产品，在单独衬底中制造MEMS结构和感测或驱动电路。MEMS结构包含传感器或致动器。MEMS传感器能够感测物理信号(例如，加速度和角速度)并转变为电信号，且电信号变得可经由感测电路读取；同时MEMS致动器能够经由驱动电路创建机械运动。感测和驱动电路两者均由众所周知的CMOS工艺制造。图1是说明常规密封MEMS装置的横截面图。在图1中，常规的密封MEMS装置包含下部衬底100、中部衬底102和顶部衬底104。下部衬底100经图案化以具有凹进空间106和作为感测IC的具有连接垫114的CMOS电路。中部衬底102经制造为具有排气孔110的感测元件。顶部衬底104经制造为如具有凹进空间108的盖帽。中部衬底102通过粘附环112而与顶部衬底100和顶部衬底104粘附。因而，凹进空间106和108连同排气孔110形成密封腔室。

然而，此常规工艺具有某些缺点，其中包含高成本、由于将三个元件封装到装置中引起的生产良品率问题以及MEMS与感测IC结合的寄生效应。

发明内容

本发明的一方面提供一种密封装置，其可至少减少如上文提及的缺点。

本发明的实施例提供一种密封MEMS封装，其包含CMOS MEMS芯片，所述CMOS MEMS芯片具有第一结构衬底、结构介电层、CMOS电路、MEMS结构和第二衬底。所述结构介电层安置在所述第一结构衬底的第一侧上。结构介电层具有用于电互连的互连结构，且还具有保护结构层。第一结构衬底具有至少一孔。保护结构层位于所述孔上方以形成至少一腔室。腔室在第一结构衬底的第二侧。MEMS结构暴露在所述腔室中。第二衬底在腔室上方粘附到第一衬底的第二侧以使所述腔室形成密封空间，且MEMS结构位于所述空间内，其中第二衬底不具有CMOS电路的一部分。

本发明的实施例还提供一种用于制造密封微机电系统(MEMS)装置的方法。所述方法包含提供第一衬底。接着，在所述第一衬底的第一侧上方形成结构介电层，其中CMOS电路和MEMS结构形成在第一衬底和结构介电层中。从第一衬底的第二侧图案化第一衬底和结构介电层以形成腔室，其中MEMS结构暴露在腔室中。将第二衬底粘附在第一衬底的第二侧上方以从第一衬底的第二侧密封腔室。

本发明的实施例还提供一种MEMS装置的封装结构，其包含MEMS裸片、封装电路衬底和模制层。所述MEMS裸片包括CMOS MEMS芯片，其具有第一结构衬底、结构介电层、MEMS结构、CMOS电路和第二衬底。所述结构介电层安置在第一结构衬底的第一侧上。结构介电层具有用于电互连的互连结构，且还具有保护结构层。第一结构衬底具有至少一孔。保护结构层位于所述孔上方以形成至少一腔室。所述腔室在第一结构衬底的第二侧。腔室还包括MEMS结构。第二衬底在腔室上方粘附到第一衬底的第二侧以使所述腔室形成密封空间，且MEMS结构位于所述空间内，其中第二衬底不具有CMOS电路的一部分。封装电路衬底固持MEMS裸片。模制层包封在MEMS裸片和引线框上方。