微机电系统封装技术方案

本发明专利技术实施例涉及具有粗糙金属抗静摩擦层以改善静摩擦特性的MEMS封装和相关联形成方法。在一些实施例中，所述MEMS封装包括接合到CMOS IC的MEMS IC。所述CMOS IC具有CMOS衬底及安置在所述CMOS衬底上方的互连结构。所述互连结构包括安置在多个介电层内的多个金属层。所述MEMS IC接合到所述互连结构的上表面并与所述CMOS IC合作而围封所述MEMS IC与所述CMOS IC之间的空腔。所述MEMS IC具有布置在所述空腔中的可移动块状物。所述MEMS封装进一步包括抗静摩擦层，其安置于所述互连结构的所述上表面之上、在所述可移动块状物之下。所述抗静摩擦层由金属制成并具有粗糙顶表面。

MEMS packaging

Embodiments of the present invention relate to MEMS packages and associated formation methods having a rough metal anti stiction layer to improve static friction characteristics. In some embodiments, the MEMS package includes MEMS IC CMOS joined to IC. The CMOS IC with CMOS substrate and placed in the interconnect structure above the CMOS substrate. The interconnect structure includes a plurality of metal layers disposed in a plurality of dielectric layers. The MEMS IC cavity is bonded to the upper surface of the interconnect structure and the CMOS IC cooperation enclosed between the IC and the CMOS MEMS IC. The MEMS IC is arranged in the cavity of the movable block. The MEMS package further includes an antistatic friction layer disposed over the upper surface of the interconnect structure and below the removable block. The antistatic friction layer is made of metal and has a rough top surface.

【技术实现步骤摘要】
微机电系统封装
本专利技术实施例涉及微机电系统封装及其制造方法。
技术介绍
微机电系统(microelectromechanicalsystems,MEMS)器件(例如，加速度计、压力传感器以及陀螺仪)已在许多当代电子器件中得到广泛使用。例如，通常在汽车(例如，在安全气囊部署系统)、平板计算机或在智能电话中发现MEMS加速度计。对于许多应用来说，MEMS器件电连接到专用集成电路(application-specificintegratedcircuit,ASIC)以形成完整的MEMS系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施例，一种微机电系统封装包括互补式金氧半导体集成电路(CMOSIC)、微机电系统集成电路(MEMSIC)以及抗静摩擦层(anti-stictionlayer)。所述互补式金氧半导体集成电路包括互补式金氧半导体衬底及安置在所述互补式金氧半导体衬底上方的互连结构，其中所述互连结构包括安置在多个介电层内的多个金属层。所述微机电系统集成电路接合到所述互连结构的上表面并与所述互补式金氧半导体集成电路合作而围封所述微机电系统集成电路与所述互补式金氧半导体集成电路之间的空腔，其中所述微机电系统集成电路包括布置在所述空腔中的可移动块状物。所述抗静摩擦层安置于所述互连结构的所述上表面之上、在所述可移动块状物之下，其中所述抗静摩擦层由金属制成并具有粗糙顶表面。附图说明当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本专利技术的各方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。图1A说明具有粗糙金属抗静摩擦层的微机电系统(MEMS)封装的一些实施例的横截面图。图1B说明图1A的MEMS封装的放大部分的一些实施例的横截面图。图1C说明图1A的MEMS封装的一部分的一些实施例的透视图。图2说明具有粗糙金属抗静摩擦层的MEMS封装的一些其它实施例的横截面图。图3至图11说明在各种制造阶段制造具有粗糙金属抗静摩擦层的MEMS封装的方法的一些实施例的一系列横截面图。图12说明用于制造具有粗糙金属抗静摩擦层的MEMS封装的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式本专利技术提供用于实施本专利技术的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的特定实例以简化本专利技术。当然，这些组件以及布置仅为实例且并不旨在进行限制。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征之上或上的形成可包括第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可包括额外特征可形成于第一特征与第二特征之间从而使得第一特征与第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各种实例中重复参考数字和/或字母。此重复是出于简单和清楚的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。另外，例如“在……下”、“在……下方”、“下部”、“在……上方”、“上部”及类似者的空间相对术语本文中为易于描述而使用，以描述如图中所说明的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除图中所描绘的定向以外，空间相关术语旨在涵盖在使用或操作中的器件的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相关描述词同样可相应地进行解释。一些微机电系统(MEMS)器件(例如，加速度计及陀螺仪)包括可移动块状物(movablemass)及布置在空腔内的邻近固定电极板。可移动块状物响应于例如加速度、压力或重力的外部刺激而对于固定电极板为可移动或可挠(flexible)。通过可移动块状物与固定电极板的电容耦合检测可移动块状物与固定电极板之间的距离变化并将其传输到测量电路以供进一步处理。归因于可移动或可挠部件，MEMS器件具有CMOS电路不会遇到的若干生产挑战。MEMS器件的一个显著挑战是表面静摩擦(surfacestiction)。表面静摩擦是指可移动或可挠MEMS部件接触邻近表面及“粘”到邻近表面的倾向。这种“静摩擦”可发生在制造结束时，以使得可移动或可挠部件并未完全脱离邻近表面，或可在组件突然变成“粘”到邻近表面时发生在正常操作期间。随着特征尺寸由于逐代技术而缩小，表面静摩擦在MEMS器件中成为越来越重要的考虑因素。表面静摩擦可由于若干不同作用中的任一者而产生，例如毛细管力、分子凡得瓦尔力或邻近表面之间的静电力。这些作用引起静摩擦的程度可基于多种不同因素(例如，表面温度、表面之间的接触面积、表面之间的接触电位差)变化，无论表面是亲水性的还是疏水性的，等等。已使用方法来尝试限制表面静摩擦，例如执行对可移动块状物或空腔表面的表面处理或涂布，以改变表面的亲水性。然而，这些方法难以与各种制造工艺结合并引入污染。本申请案涉及具有粗糙金属抗静摩擦层(roughmetalanti-stictionlayer)以改善静摩擦特性的MEMS封装和形成所述MEMS封装的相关联方法。MEMS封装包括接合到互补式金氧半导体集成电路(CMOSIC)的微机电系统集成电路(MEMSIC)。抗静摩擦层安置于CMOSIC上、在MEMSIC的可移动块状物之下。抗静摩擦层具有由一系列峰部及谷部组成的粗糙顶表面。限制和抗静摩擦层的峰部与可移动块状物的下表面相遇的点的总体接触面积的这些峰部及谷部帮助改善静摩擦特性。因此，可在制造工艺结束时和/或在MEMS封装的正常操作期间避免静摩擦，并相应地改善可靠性。本文将说明关于一些实例MEMS器件的概念，但应了解，所述概念适用于采用可移动部件的合适MEMS器件，所述可移动部件例如包括致动器、阀、开关、麦克风、压力传感器、加速度计和/或陀螺仪。图1A说明具有粗糙金属抗静摩擦层的MEMS封装100的一些实施例的横截面图。MEMS封装100包括CMOSIC102和接合到CMOSIC102的MEMSIC112，所述CMOSIC102包括安置于CMOS衬底104内的CMOS器件。MEMSIC112包括接合到CMOSIC102的MEMS器件层130。MEMS器件层130包括固定部分132及可移动块状物116。在一些实施例中，可移动块状物116由一或多个悬臂梁或弹簧(未绘示)连接至固定部分132且可移动块状物116的至少一部分可在至少一个方向上相对于固定部分132移动。在一些实施例中，CMOS衬底104及MEMS器件层130可包括单晶硅。MEMS器件层130接合到CMOS衬底104，从而围封可移动块状物116与CMOS衬底104之间的空腔120。可移动块状物116布置在空腔120中。抗静摩擦层110安置于CMOS衬底104上方及在可移动块状物116之下。抗静摩擦层110具有粗糙顶表面110s，其配置为当可移动块状物116朝下移动到达抗静摩擦层110时限制与可移动块状物116的下表面116s的接触面积。因此限制静摩擦。在一些实施例中，固定电极板106安置于抗静摩擦层110的部分之间的CMOS衬底104上方。例如，基于在可移动块状物116与固定电极板106之间测量的变电流或电压的变化，测量电路配置为检测可移动块状物116与固定电极板106之间的距离变化。与抗静摩擦层110相比，固定电极板106具有光滑顶表面106s。粗糙顶表面110s的最高区域与可移动块状物116的下表面116s间隔第一垂直距离d1，且光滑顶表面106s的最高区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统封装，其特征在于包括：互补式金氧半导体集成电路，其包括互补式金氧半导体衬底及安置在所述互补式金氧半导体衬底上方的互连结构，其中所述互连结构包括安置在多个介电层内的多个金属层；微机电系统集成电路，其接合到所述互连结构的上表面并与所述互补式金氧半导体集成电路合作而围封所述微机电系统集成电路与所述互补式金氧半导体集成电路之间的空腔，其中所述微机电系统集成电路包括布置在所述空腔中的可移动块状物；以及抗静摩擦层，其安置于所述互连结构的所述上表面之上、在所述可移动块状物之下，其中所述抗静摩擦层由金属制成并具有粗糙顶表面。

【技术特征摘要】
2016.01.26 US 15/006,3011.一种微机电系统封装，其特征在于包括：互补式金氧半导体集成电路，其包括互补式金氧半导体衬底及安置在所述互补式金氧半导体衬底上方的互连结构，其中所述互连结构包括安置在多个介电层内的多个金属层；微机电系统集成电路，其接合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈禹睿，王乙翕，李仁铎，刘人豪，
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