本发明专利技术涉及热隔离微机电系统（MEMS）器件的单片制造。提供了一种用于制造热隔离微机电系统（MEMS）结构的方法。所述方法包括用玻璃晶片来处理第一材料的第一晶片以形成复合衬底，该复合衬底包括玻璃和第一材料的至少一个牺牲结构；在第二材料中形成MEMS器件；在以下各项中的至少一个上形成至少一个温度感测元件：复合衬底；以及MEMS器件；以及蚀刻掉复合衬底中的第一材料的所述至少一个牺牲结构以形成至少一个热隔离玻璃弯曲部分。在热隔离台阶上通过所述至少一个热隔离玻璃弯曲部分将MEMS器件热隔离。所述至少一个温度感测元件在以下各项中的相应至少一个上：热隔离台阶；以及MEMS器件。
【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年5月22日提交的题为MONOLITHIC FABRICATION OF THERMALLY ISOLATED MEMS DEVICES的美国临时专利申请序号62/165,286的权益，该申请通过引用被结合到本文中。
技术介绍
要求一些微机电系统（MEMS）器件在宽温度范围内进行操作，但是这些器件的性能常常受到温度变化的不利影响。例如，MEMS惯性传感器的偏置和比例因子从-45℃至85℃显著地改变。为了使这些影响最小化，常常基于一次性工厂校准对传感器输出数据进行温度补偿。校准缓解差错但并未将其完全消除。常常用来进一步改善MEMS器件的一种方法是保持器件在刚好在最大指定操作温度以上的温度下被加热。使MEMS器件温度稳定在理论上消除了温度变化的不利影响。温度稳定化常常要求不可接受的功率消耗水平。如果实现了充分的热隔离，则可以用有限的功率消耗来执行主动温度控制。现有技术系统中的充分热隔离由于施加于器件几何结构和材料的约束而要求增加复杂性（和因此增加成本）。由现有技术提供的解决方案包括其中与MEMS管芯分开地制造热隔离台阶（stage）的非单片系统。在制造热隔离台阶之后，通过焊接、热超声结合、凸块结合等将MEMS管芯附着到热隔离台阶。由于需要以下两者而增加了成本和复杂性：1）制造单独热隔离台阶的过程；以及2）将MEMS管芯附着到热隔离台阶的过程。将管芯附着到热隔离台阶的附加处理可能对MEMS管芯的长期稳定性有害，并且由于附着点的机械漂移而导致退化的性能。
技术实现思路
本申请涉及用于制造热隔离微机电系统（MEMS）结构的方法。该方法包括用玻璃晶片来处理第一材料的第一晶片以形成复合衬底，该复合衬底包括玻璃和第一材料的至少一个牺牲结构；在第二材料中形成MEMS器件；在以下各项中的至少一个上形成至少一个温度感测元件：复合衬底；以及MEMS器件；以及蚀刻掉复合衬底中的第一材料的至少一个牺牲结构以形成至少一个热隔离玻璃弯曲部分。在热隔离台阶上通过所述至少一个热隔离玻璃弯曲部分将MEMS器件热隔离。所述至少一个温度感测元件在以下各项中的相应至少一个上：热隔离台阶；以及MEMS器件。附图说明图1-7是根据本申请的实施例的包括嵌入玻璃中的至少一个嵌入式牺牲结构的复合衬底的各种生产阶段的横截面侧视图；图8A、8B和9是针对根据本申请的实施例的处理第二晶片以在衬底上形成MEMS器件的实施例的各种生产阶段的横截面侧视图；图10示出了被结合到图5的复合衬底的图9的已处理第二晶片；图11-12是根据本申请的一个实施例的处于各种生产阶段的在集成热隔离台阶上的MEMS结构的横截面侧视图；图13示出了根据本申请的一个实施例的封装上的MEMS结构的实施例的顶视图；图14是图13的MEMS结构的实施例的第一横截面侧视图；图15是图13的MEMS结构的实施例的第二横截面侧视图；图16示出了根据本申请的一个实施例的MEMS结构的另一实施例的横截面侧视图；图17示出了根据本申请的一个实施例的MEMS结构的另一实施例的横截面侧视图；以及图18示出了根据本申请的MEMS结构的另一实施例的横截面侧视图。根据一般惯例，各种描述的特征未被描绘成比例，而是被绘制以强调与示例性实施例有关的特定特征。具体实施方式本文中描述的微机电系统（MEMS）结构或器件体系结构的实施例将MEMS器件集成在热隔离结构中以将MEMS器件与外部环境热隔离。热隔离结构由充分地不导热以将MEMS器件与外部环境隔离的材料形成。出于本说明书的目的，在其上集成了MEMS器件的术语“热隔离结构”是具有足够低的导热率使得热传递（到MEMS器件或从MEMS器件）以相对低的速率发生的结构。在本实施例的一个实施方式中，热隔离结构包括热隔离台阶和至少一个热隔离弯曲部分。本文中描述的MEMS结构是低成本MEMS结构，其以相对低的功率要求将MEMS器件维持在期望的温度。通过主动地将热隔离台阶加热来将热隔离台阶维持在所选温度。维持热隔离台阶的期望温度所需的功率比在现有技术系统中的低得多，因为支撑MEMS器件的热隔离台阶通过至少一个热隔离弯曲部分与外部环境热隔离。热隔离弯曲部分是将包含MEMS器件的热隔离台阶连接到被锚定到封装的固定框的梁（beam）。出于本说明书的目的，术语“热隔离弯曲部分”是一个或多个弯曲部分，其具有足够低的导热率，使得从热隔离台阶到外框的热传递至少部分地由于弯曲部分的小横截面面积而以相对低的速率发生。在本实施例的一个实施方式中，热隔离结构由玻璃形成。当热隔离结构由玻璃形成时，与玻璃热隔离台阶集成的MEMS器件通过至少一个热隔离玻璃弯曲部分与外部环境热隔离。在本文中可交换地使用术语“热隔离玻璃弯曲部分”、“热隔离弯曲部分”以及“玻璃弯曲部分”。在本实施例的另一实施方式中，热隔离结构由除玻璃之外的材料形成，该材料具有适当熔点以允许制造MEMS结构，并且具有适当导热率以使热隔离台阶上的集成MEMS器件热隔离。适当熔点低于在下面描述的复合衬底中的牺牲材料的熔点。适当导热率小于或处于玻璃的导热率的数量级（即，处于或小于1 W/m-K的数量级）。本文中描述的热隔离MEMS结构的一些实施例是在包括至少一个牺牲结构和玻璃的复合衬底中用嵌入式牺牲材料制造的。本文中描述的热隔离MEMS结构的其它实施例是用包括至少一个牺牲结构的复合衬底中的嵌入式牺牲材料以及具有适当熔点和适当导热率以允许制造MEMS结构的材料制造的。如本文所使用的，术语“牺牲结构”指代在形成MEMS结构的过程完成之前被去除的材料层中形成的特征。本质上，牺牲结构充当用以定义MEMS结构的玻璃层中的热隔离特征的结构（形状、尺寸以及位置）的模具。玻璃层中的牺牲结构的使用使得能够在MEMS体系结构中形成集成或嵌入式热隔离特征。将玻璃图案化的传统方法包括湿法化学蚀刻过程和深反应离子刻蚀。这些方法常常与MEMS器件体系结构中的各种材料不相容，并且因此作为在MEMS器件的玻璃层中制造热隔离特征的手段是不合期望的。有利地，用本文中描述的牺牲材料过程，在用凹槽将玻璃图案化之前且在用于MEMS器件的金属化之前定义热隔离特征。为了实现这一点，用具有在玻璃的熔化或软化温度之上的熔化或软化温度的材料形成牺牲结构。因此，材料阵列可用于供作为牺牲结构之用。在一个实施例中，选择半导体材料（诸如本征硅）作为牺牲材料。除具有高熔化或软化温度之外，硅容易经由深反应离子刻蚀来进行微加工，从而使得能够形成对形成牺牲特征有用的高深宽比特征。牺牲材料被设计成与后续MEMS过程步骤相容。在制造MEMS器件之后，可以用适当的蚀刻剂来去除嵌入式牺牲结构，从而在玻璃层中留下嵌入式热隔离特征。有利地，本技术适用于在其体系结构中包含玻璃层的任何MEMS结构。下面描述的实施例提供了用于单片制造直接地集成在玻璃热隔离台阶上且被（一个或多个）玻璃弯曲部分锚定以将MEMS器件热隔离的MEMS器件的廉价方法。可以使用本文中描述的技术在单片热隔离封装中容易地制造MEMS器件，该MEMS器件是温度敏感的。由于本文中描述的MEMS结构在热隔离封装方面没有现有技术MEMS结构那么复杂，所以本文中描述的MEMS结构制造起来是相对廉价的，并且可以在不要求大量的功率来将MEMS器件保持本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制造热隔离微机电系统（MEMS）结构（251）的方法，所述方法包括：用玻璃晶片（125）来处理第一材料的第一晶片（100）以形成复合衬底（120），所述复合衬底（120）包括玻璃和第一材料的至少一个牺牲结构（110）；在第二材料中形成MEMS器件（321）；在以下各项中的至少一个上形成至少一个温度感测元件（130）：复合衬底（120）；以及MEMS器件（321）；以及蚀刻掉复合衬底（120）中的第一材料的至少一个牺牲结构（110）以形成至少一个热隔离玻璃弯曲部分（401），其中，在热隔离台阶（327）上通过所述至少一个热隔离玻璃弯曲部分（401）将MEMS器件（321）热隔离，并且其中，所述至少一个温度感测元件（130）在以下各项中的相应至少一个上：热隔离台阶（327）；以及MEMS器件（321）。
【技术特征摘要】
2015.05.22 US 62/165286;2015.07.22 US 14/8062011.一种用于制造热隔离微机电系统（MEMS）结构（251）的方法，所述方法包括：用玻璃晶片（125）来处理第一材料的第一晶片（100）以形成复合衬底（120），所述复合衬底（120）包括玻璃和第一材料的至少一个牺牲结构（110）；在第二材料中形成MEMS器件（321）；在以下各项中的至少一个上形成至少一个温度感测元件（130）：复合衬底（120）；以及MEMS器件（321）；以及蚀刻掉复合衬底（120）中的第一材料的至少一个牺牲结构（110）以形成至少一个热隔离玻璃弯曲部分（401），其中，在热隔离台阶（327）上通过所述至少一个热隔离玻璃弯曲部分（401）将MEMS器件（321）热隔离，并且其中，所述至少一个温度感测元件（130）在以下各项中的相应至少一个上：热隔离台阶（327）；以及MEMS器件（321）。2.权利要求1的方法，其中，用玻璃晶片（125）来处理第...
【专利技术属性】
技术研发人员：J雷恩克，G罗登，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。