用于MEMS结构的晶片级封装的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于ＭＥＭＳ结构的晶片级封装的方法和系统。一种为耦合到衬底的ＭＥＭＳ结构形成封装的方法包括在衬底上形成包封材料和对包封材料进行图案化以形成多个被包封结构。该方法还包括在衬底上沉积第一覆盖层和在第一覆盖层中形成一个或多个释放孔图案。该方法还包括去除包封材料和沉积第二覆盖层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及制造对象。更具体地，本专利技术提供了用于将MEMS 结构密闭地(hermetically)密封在封装中的方法和结构。仅作为示例，本 专利技术已被用于利用晶片级封装处理对MEMS谐振器进行密闭密封。该方法 和结构也可用于其他微机电系统技术，例如其他传感器、检测器等。
技术介绍
微机电系统(MEMS)在包括显示器、加速计和传感器在内的各种应 用领域中得到利用。MEMS —般是利用诸如沉积、刻蚀、键合等半导体处 理技术制造的。由于这些处理的小尺寸，器件的一些部分被微加工以形成 MEMS的各种组件。结果，MEMS结构的各种固定和可动组件(电组件和 机械组件两者)是由MEMS制造技术提供的。MEMS结构的封装一般是通过将MEMS结构置于惰性环境中并将封 装结构粘合到支持该MEMS结构的衬底上来执行的。封装结构的形状通常 像开口盒子，开口侧朝下安装，从而提供围绕MEMS结构的开放空间，以 使得MEMS结构的元件可根据特定应用而适当运动。与这种封装结构的侧 面相关联的厚度对密度产生限制，该密度是用于对封装进行包封的。此 外， 一些封装处理在器件级对MEMS结构进行封装，单个封装结构包封单 个MEMS结构。这种处理涉及大量时间和/或劳动来将每个MEMS结构个 体地密封在封装中。因此，本领域需要用于封装MEMS结构的改进的方法和系统。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了用于制造对象的技术。更具体地，本专利技术提供了 用于将MEMS结构密闭地密封在封装中的方法和结构。仅作为示例，本专利技术已适用于利用晶片级封装处理对MEMS谐振器进行密闭密封。该方法和 结构也可用于其他微机电系统技术，例如其他传感器、检测器等。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种为耦合到衬底的MEMS结构形成封装的方法。该方法包括在衬底上沉积包封材料和对包封材料进行图案 化以形成多个被包封结构。该方法还包括在衬底上沉积第一覆盖层和在第 一覆盖层中形成一个或多个释放孔图案。该方法还包括去除包封材料和沉 积第二覆盖层。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种用于MEMS结构的封装。该封 装包括耦合到衬底的MEMS结构和与MEMS结构相邻并从衬底延伸到预 定距离的腔区域。该封装还包括第一密封层，该第一密封层具有与衬底接 合的第一部分和布置在腔区域之上的第二部分。该封装还包括第二密封 层，该第二密封层具有与第一密封层的第一部分接合的第一部分和与第一 密封层的第二部分接合的第二部分。使用本专利技术比传统技术获得了许多益处。例如，在根据本专利技术的一个 实施例中，密闭密封的MEMS谐振器封装的形状因数小于传统技术提供的 形状因数。此外，本专利技术的实施例利用良好发展的集成电路处理技术来制 造封装结构，从而降低成本并改善封装可靠性。取决于实施例，存在这些 益处中的一个或多个。参考以下的详细描述和附图，可更全面的认识本发 明的各种其他目的、特征和优点。 附图说明图1A是根据本专利技术一个实施例的MEMS谐振器的一部分的简化透视图1B是图1A所示的MEMS谐振器的简化剖视图； 图2是根据本专利技术一个实施例在第一形成阶段的MEMS封装的简化剖 视图3是根据本专利技术一个实施例在第二形成阶段的MEMS封装的简化剖 视图4是根据本专利技术一个实施例在第三形成阶段的MEMS封装的简化剖视图5是根据本专利技术一个实施例在第四形成阶段的MEMS封装的简化剖 视图6是根据本专利技术一个实施例在第五形成阶段的MEMS封装的简化剖 视图；以及图7是图示出根据本专利技术一个实施例的制造密闭密封封装的方法的简 化流程图。具体实施例方式图1A是MEMS谐振器的一部分的简化透视图。MEMS谐振器100包 括可动结构110，可动结构110机械地耦合到一个或多个挠性构件112。 可动结构110机械地响应于利用驱动电极120提供的电信号。传感电极 122又电响应于可动结构110的机械振动。尽管图1中未图示，但是 CMOS衬底为谐振器结构120提供机械支持。此外，CMOS衬底向谐振器 结构提供电输入并从谐振器结构接收电输出。在整个本说明书中且更具体 地在下面提供了与CMOS衬底有关的其他讨论。尽管可动构件110和挠性构件112的厚度在图1A中被图示为小于电 极120/122的厚度，但是这不是本专利技术的实施例所必需的。在这里描述的 一些实施例中，可动构件110、挠性构件112和电极120/122是从单个层 制造的，从而提供具有相同厚度的结构。在其他实施例中，所沉积或以其 他方式形成的其他层根据特定应用而适当产生具有不同厚度的结构。仅作 为示例，可动板的形状被图示为圆形。在其他实施例中，根据特定振荡器 应用而适当地利用其他形状。本领域普通技术人员将认识到许多变体、修 改和替换。图1B是图1A所示的MEMS谐振器100的简化剖视图。如图1B所 示，MEMS谐振器100耦合到CMOS衬底105， CMOS衬底105为MEMS 谐振器提供机械支持。如上所述，CMOS衬底105包括用于提供对MEMS 谐振器的电控制的CMOS电路。在其他实施例中，衬底包括用于接收 MEMS谐振器所生成的电信号的CMOS电路。因此，本专利技术的实施例适用于包括传感器、检测器、定时器件等的应用。如图1B所示，MEMS谐 振器110通过间隙130与驱动电极120分离，并且通过间隙132与传感电 极122分离。间隙130和132以及组件之间的其他适当间隔允许MEMS谐 振器的运动(根据特定应用而可以是横向、垂直、旋转等方式的运动)。尽管图1中图示了单个MEMS谐振器，但是本专利技术的实施例不限于单 个器件。 一般而言，在衬底上制造器件的阵列，并且利用这里描述的技术 执行晶片级封装。随后用切片(dicing)来分离各个器件。此外，尽管图 1A和图1B中图示了 MEMS谐振器，但是本专利技术的实施例不限于这种谐 振器。其他MEMS结构也包括在本专利技术实施例的范围内。在2007年12月4日提交的题为"Method and Apparatus for MEMS Oscillator (用于MEMS谐振器的方法和装置)"的共同转让和共同在审美 国专利申请No. 11/950,373中提供了与MEMS谐振器和MEMS振荡器有 关的其他讨论，该申请的公开内容通过引用全部结合于此，用于所有目 的。图2是根据本专利技术一个实施例在第一形成阶段的MEMS封装的简化剖 视图。在图2所示的实施例中，包封材料210 (例如，牺牲光致抗蚀剂层 (sacrificial photoresist layer))被沉积和图案化，以包封MEMS谐振器， 并在包封材料在随后的制造步骤中被去除和/或排出时形成围绕MEMS谐 振器的空间或腔区域215。将为随后形成的层提供机械支持并且在随后的 处理步骤(以下将更全面地描述)期间也可去除的、包括有机材料在内的 其他材料也可用于形成图2所示的包封材料层。在一些实施例中利用光致 抗蚀剂，这是因为在显影之后，光致抗蚀剂提供足够的机械刚度和耐化学 性以支持上方所沉积的层，但仍然能够利用等离子灰化处理而被去除，其 中等离子灰化处理选择性地去除光致抗蚀剂而不去除上方所沉积的层的较 多部分。此外，在利用适于液体材料的旋涂施加技术形成包封材料层的实施例 中，该层的顶面在形成之后基本是平面的(planar)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为耦合到衬底的ＭＥＭＳ结构形成封装的方法，该方法包括：　在所述衬底上沉积包封材料；　对所述包封材料进行图案化以形成多个被包封结构；　在所述衬底上沉积第一覆盖层；　在所述第一覆盖层中形成一个或多个释放孔图案；　 　去除所述包封材料；以及　沉积第二覆盖层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓，贾斯廷佩恩，宇翔王，乌克吉，王叶，
申请(专利权)人：明锐有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]