微电子机械系统封装件及其形成方法技术方案

本发明专利技术涉及微电子机械系统(MEMS)封装件及其形成方法，该MEMS封装件具有配置为通过向室中引入排气调整密封室内的压力的加热元件。在一些实施例中，MEMS封装件具有CMOS衬底，该CMOS衬底具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件。MEMS结构连接至CMOS衬底并且具有微电子机械(MEMS)器件。CMOS衬底和MEMS结构形成了邻接MEMS器件的密封室。加热元件电连接至一个或多个半导体器件并且通过沿着密封室的内表面布置的排气层与密封室分隔开。在形成加热元件之后，通过操作加热元件引起排气层释放气体，可以调整密封室的压力。

Microelectronic mechanical system package and method of forming the same

The present invention relates to a microelectronic mechanical system (MEMS) package and a method of forming the MEMS package having a heating element configured to adjust the pressure of a hermetic chamber by introducing an exhaust into the chamber. In some embodiments, the MEMS package has an CMOS substrate having one or more semiconductor devices disposed within the semiconductor body. The CMOS substrate is provided with a semiconductor substrate. The MEMS structure is connected to the CMOS substrate and has a microelectronic mechanical (MEMS) device. The CMOS substrate and the MEMS structure form a sealed chamber adjacent to the MEMS device. The heating element is electrically connected to one or more semiconductor devices and is separated from the seal chamber by an exhaust layer disposed along the inner surface of the seal chamber. After the heating element is formed, the pressure of the sealing chamber can be adjusted by causing the exhaust layer to release gas by operating the heating element.

【技术实现步骤摘要】
微电子机械系统封装件及其形成方法
本专利技术的实施例涉及微电子机械系统封装件及其形成方法。
技术介绍
在过去的十年中，微电子机械系统(MEMS)器件已经在电子器件(例如，手机、传感器等)中变得越来越普遍。MEMS器件包括机械和电子部件，该部件能够感测物理力或量(例如，加速度、辐射等)和/或控制物理量(例如，流体)。MEMS器件的实例包括微传感器和微执行器，微传感器将机械信号转换成电信号，微执行器将电信号转换成机械信号。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS衬底，具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件；微电子机械系统结构，连接至所述CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件，其中，邻接所述微电子机械系统器件的密封室布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间；以及加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且通过沿着所述密封室的内表面布置的排气层与所述密封室分隔开。本专利技术的另一实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS衬底，包括具有一个或多个半导体器件的半导体主体以及具有一个或多个金属互连层和第一凹陷部分的上面的介电结构；覆盖衬底，布置在所述CMOS衬底上方并且包括第二凹陷部分，所述第二凹陷部分与所述第一凹陷部分一起形成布置在所述覆盖衬底和所述CMOS衬底之间的密封室；微电子机械系统衬底，布置在所述覆盖衬底和所述CMOS衬底之间并且包括位于所述密封室内的可移动元件；以及加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且布置在所述介电结构内的与所述密封室热连通的位置处。本专利技术的又一实施例提供了一种形成微电子机械系统封装件的方法，包括：在半导体主体上方形成具有加热元件的CMOS衬底；形成具有多个微电子机械系统器件的微电子机械系统结构；在第一压力下将所述微电子机械系统结构接合至所述CMOS衬底以形成布置在所述微电子机械系统结构和所述CMOS衬底之间的多个密封室，其中，所述多个密封室的第一个通过排气层与所述加热元件分隔开；以及操作所述加热元件以产生热量，所述热量引起所述排气层释放气体，所述气体将所述多个密封室的所述第一个的所述第一压力改变成大于所述第一压力的第二压力。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的微电子机械系统(MEMS)封装件的一些实施例的框图。图2至图4示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件的一些实施例的截面图。图5至图15示出了示出形成具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件的方法的一些实施例的截面图。图16示出了形成具有配置为调整密封室压力的加热元件的MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实例。此外，本专利技术可在各个实施例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)原件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。MEMS器件通常以依赖于围绕器件的环境的方式操作。为了改进MEMS器件的操作，在具有特定压力的周围环境内操作MEMS器件是期望的，能够改进期望的参数的测量。例如，在MEMS振动陀螺仪的情况中，由于它增强了转换成电信号的位移，因此具有更低压力(更高的真空)的周围环境提供了更好的测量。相反地，由于转换成噪音的背景干扰，因此MEMS加速度计使用更高的压力以减轻位移。因此，为了优化性能，MEMS器件通常邻接密封室(保持在可控压力水平)。当晶圆上有一种类型的MEMS器件时，晶圆级封盖工艺可以用于形成保持期望压力的密封室。然而，当相同晶圆上有多个不同类型的MEMS器件时，晶圆级封盖工艺不能够使用单个封盖工艺形成不同压力的密封室(即，由于这样的封盖工艺在相同的环境压力下形成室)。此外，分离封盖工艺的使用通过增加处理时间和处理步骤的数量增加了生产成本。本专利技术涉及微电子机械系统(MEMS)封装件和相关的方法，该MEMS封装件包括配置为通过向室中引入排气调整密封室内的压力的加热元件。在一些实施例中，MEMS封装件包括具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件的CMOS衬底。MEMS结构连接至CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件。CMOS衬底和MEMS结构形成了邻接MEMS器件的密封室。加热元件电连接至一个或多个半导体器件并且通过沿着密封室的内表面布置的排气层与密封室分隔开。在形成加热元件之后，通过操作加热元件引起排气层释放气体，可以调整密封室的压力，从而能够在相同衬底内形成具有不同压力的密封室。图1示出了具有配置为调整密封室压力的加热元件的微电子机械系统(MEMS)封装件100的一些实施例的框图。MEMS封装件100包括CMOS衬底102和MEMS结构104。CMOS衬底102包括布置在半导体主体内的多个半导体器件(例如，晶体管、电容器、电阻器、电感器、二极管等)并且配置为支持MEMS结构104的操作。在一些实施例中，CMOS衬底102可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管(配置为提供诸如模拟数字转换、放大、存储、滤波等功能)。MEMS结构104包括MEMS器件106。在各个实施例中，例如，MEMS器件106可以包括运动传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪或麦克风。密封室108布置在CMOS衬底102和MEMS结构104之间。密封室108邻接MEMS器件106，从而使得MEMS器件106能够在密封室108内自由移动。例如，在一些实施例中，MEMS器件106可以包括MEMS运动传感器(具有配置为响应MEMS封装件100的运动而在密封室108内移动的可移动元件)。加热元件110布置在CMOS衬底102内。加热元件110通过排气层112(沿着密封室108的一个或多个内表面布置)与密封室108分隔开。当加热时，排气层112配置为释放气体。在一些实施例中，排气层112可以包括介电层(例如，氧化物)。在一些实施例中，排气层112可以包括多个堆叠膜。在操作期间，加热元件110配置为产生热量，该热量加热排气层112并且引起排气层112向密封室108释放气体。向密封室108释放的气体增加了密封室108内的压力。因此，在加热元件形成之后，通过排气层112的选择性加热，加热元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS衬底，具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件；微电子机械系统结构，连接至所述CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件，其中，邻接所述微电子机械系统器件的密封室布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间；以及加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且通过沿着所述密封室的内表面布置的排气层与所述密封室分隔开。

【技术特征摘要】
2015.10.19 US 62/243,400;2016.06.08 US 15/176,3651.一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS衬底，具有布置在半导体主体内的一个或多个半导体器件；微电子机械系统结构，连接至所述CMOS衬底并且包括微电子机械(MEMS)器件，其中，邻接所述微电子机械系统器件的密封室布置在所述CMOS衬底和所述微电子机械系统结构之间；以及加热元件，电连接至所述一个或多个半导体器件并且通过沿着所述密封室的内表面布置的排气层与所述密封室分隔开。2.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，在所述加热元件产生热量的操作期间，所述排气层配置为向所述密封室释放气体。3.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述微电子机械系统结构包括：微电子机械系统衬底，包括邻接所述密封室的可移动元件；以及覆盖衬底，包括设置在邻接所述微电子机械系统衬底的表面内的凹陷部分，所述凹陷部分形成所述密封室的上表面。4.根据权利要求3所述的微电子机械系统封装件，还包括：接合层，布置在所述微电子机械系统衬底和所述覆盖衬底之间，其中，所述覆盖衬底包括沿着所述密封室的横向表面并且沿着所述密封室的侧壁连续地延伸至邻接所述接合层的位置的半导体材料。5.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述加热元件接触所述排气层，所述排气层包括具有一个或多个金属互连层的介电结构。6.根据权利要求1所述的微电子机械系统封装件，其中，所述加热元件布置在所述排气层内，所述排气层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：程世伟，翁睿均，许希丞，王志佑，蒋季宏，吴威鼎，陈信宇，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71