[发明专利]具有除气屏蔽件的MEMS设备

说明书

技术领域

本发明涉及微机械(“MEMS”)设备，更特别地涉及用于MEMS设备的封装。

背景技术

现有技术已知气密地罩住MEMS设备，以及经由气密罩外的丝焊实现MEMS设备与相关集成电路之间的电连接。

还已知的是将相关集成电路经由密封圈附接到MEMS设备的基板，使得相关集成电路充当罩以将MEMS设备气密地密封在腔室内。这些设备可以通过提供在基板与气密腔室内的相关集成电路之间直接延伸的导电互连来实现MEMS设备与罩式集成电路之间的电连接。

然而，已知的是典型的后端膜用于集成电路中的金属间隔离和顶部钝化，诸如例如PECVD氧化物和PECVD氮化物，典型的后端膜能够释放(即，“除气”)气体到腔室中。这些气体，一旦释放到设备的气密密封的腔室内部，就能够产生比期望的高更多的密封压力，并且不利地影响MEMS设备的性能。例如，这些气体会导致加速度计或陀螺仪不能满足它们相应的规格。甚至对于在腔室内不要求低压腔室环境的设备，该除气能够导致压力达到1个大气压或者大约1个大气压，因此用于气密屏蔽的基本Q测量不是可能的。

发明内容

在第一实施例中，罩式微机械设备包括在MEMS室中的MEMS结构以及罩，罩包括构造为防止来自罩的除气进入MEMS室的除气屏蔽件。特别地，罩式微机械设备包括：基板，其具有从基板悬置的MEMS结构，以及与MEMS结构以及与罩耦合的至少第一电导体。在各个实施例中，MEMS结构可以是加速度计梁、陀螺仪结构和开关臂中的一个，仅列举了几个示例。

该设备还包括与基板平行地悬置以及与基板隔开封罩间隙的罩。该罩包括至少第二电导体，诸如在罩的表面上或者在罩内的掺杂导电线或金属互连。在一些实施例中，罩是包括多个有源半导体器件的集成电路。事实上，在一些实施例中，罩是配置为处理来自MEMS结构的输出信号的集成电路。

该设备还包括第一隔离壁，该第一隔离壁布置在基板与罩之间且跨越封罩间隙，第一隔离壁和基板限定了MEMS室，该MEMS室封闭MEMS结构而使得MEMS结构能够在MEMS室内移动。

另外，屏蔽层布置在罩的面与MEMS室之间(例如，在罩的面上)且构造为提供罩的面与MEMS室之间的完全除气屏障。换言之，屏蔽层布置在罩的面的区域与MEMS室之间，罩的面的区域是罩的面的与MEMS室正相对的部分。在一些实施例中，屏蔽层包括氮化钛和钛与氮化钛组合层叠中的一个。

第二隔离壁也布置在基板与罩之间，且跨越封罩间隙。第二隔离壁、基板与罩限定了互连室，互连室被气密地密封且气密地隔离于MEMS室。通过这种方式，MEMS室气密地隔离于罩和互连室，并且MEMS结构与第二电导体电耦合。

在各个实施例中，第一隔离壁，和或第二隔离壁，可以包括焊环、玻璃熔块或金属密封圈。

第一隔离壁和第二隔离壁的布置可以用各种构造限定MEMS室和互连室。例如，在一些实施例中，MEMS室邻近互连室，而在其它实施例中，MEMS室由互连室包围。

在一些实施例中，MEMS室和互连室两者封闭等同的初始内部环境。

在一些实施例中，屏蔽层可以与电压源耦合，电压源配置为向屏蔽层供给固定电位，诸如D.C.电压或地。

最后，该设备包括布置在互连室内且跨越封罩间隙的互连结构，该互连结构将第一电导体与第二电导体电耦合。

制作罩式微机械设备的方法包括：提供基板，该基板具有从基板悬置的MEMS结构，以及与MEMS结构耦合的至少第一电导体。该方法还包括提供罩，所述罩具有至少第二电导体以及在罩的面上的屏蔽层。在一些实施例中，罩包括包含多个有源半导体器件的集成电路。事实上，在一些实施例中，该方法提供罩，该罩是配置为处理来自MEMS结构的输出信号的集成电路。在一些实施例中，屏蔽层是氮化钛和钛与氮化钛组合层叠中的一个。

另外，该方法提供构造为在基板与罩之间延伸的第一隔离壁；以及提供构造为在基板与罩之间延伸的第二隔离壁。在一些实施例中，第一隔离壁和第二隔离壁中的每个均包括金属密封圈。在一些实施例中，第二隔离壁包括焊环或玻璃熔块中的一个。

而且，该方法提供构造为在基板与罩之间延伸的互连结构。