具有集成通路和间隔的MEMS器件制造技术

本发明专利技术公开了MEMS器件和制造方法。具有夹在上层和下层之间的绝缘层的底部衬底可以粘合至器件层。可以选择性地去除上层的一个或多个部分，以形成一个或多个器件空腔。导电通路可以在位于所述一个或多个器件空腔之下的位置处穿过下层形成，并与下层电绝缘。器件可以由器件层形成。每个器件覆盖在对应的器件空腔上。每个器件可以通过由器件层形成的一个或多个对应的铰链连接至器件层的剩余部分。一个或多个电触点可以形成在下层的背侧。每个触点电连接至对应的导电通路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及MEMS器件的MEMS制造工艺，其用于在使用灵活的后续制造工艺精确地控制间隔的同时实现高的互连密度。更特别地，本专利技术的实施方式涉及形成 MEMS器件阵列的方法。
技术介绍
目前，MEMS双轴反射镜包括精密间隔和电极层。这已经通过多晶片粘合工艺进行，导致差的制造产出。本专利技术用一个间隔-通孔衬底代替间隔-电极叠层。该工艺允许多种粘合方法用于后续工艺，因此降低制造工艺的复杂性并改善整体成品率。MEMS技术在光学器件领域中被应用，在光学器件中10μπι-500μπι量级的小尺寸反射镜(微镜)可以由外加电压致动。关于反射镜结构存在大量现有技术(发现的文献)。通常，两轴反射镜更加有用，因为反射镜可以沿二维方向操纵光束。通常，这些设计包括具有双连环的双铰链。存在两种分类致动器结构。第一种分类是使致动器位于MEMS反射镜层的相同表面但位于光学区域之外。这些类型的致动器的例子包括梳状驱动或热致动器。第二种分类是使致动器位于MEMS反射镜下方。这些类型的致动器通常是静电式的。第二种分类的结构在要求高填充因子和/或高密度反射镜的应用中更加普遍地采用。这些结构的一个例子在美国专利 6,984,917中描述，并在图1中图示了。如图1所示，反射镜1和框架2由同一片材形成。反射镜1通过由所述片材形成的薄层构件3连接至框架2。薄层构件3沿着垂直于图1中的平面延伸的旋转轴线放置。 薄层构件3用作扭簧铰链。反射镜1被悬挂在空腔4的上方，以便它自由旋转。电极5Α和 5Β设置在空腔4中。电极5Α和5Β支撑反射镜1的一部分，其中在由薄层构件3限定的旋转轴线的每一侧具有一个电极。当在反射镜1和下面的电极5Α、5Β中的一个之间时施加电位，支架围绕其旋转轴线向着带电电极旋转离开平面，即离开由支撑框架2限定的平面。由薄层构件3形成的扭转力倾向于抵消吸引电极和支架之间的静电力。反射镜1可以围绕由薄层构件3限定的轴线旋转角度9，角度Φ取决于施加至带电电极的电压、反射镜和电极的间距以及铰链的抗扭刚度。旋转方向取决于哪一个电极带电。例如，如果在反射镜1和电极5Β之间施加电位， 反射镜1围绕轴线X旋转离开框架2的平面，使得反射镜1的位于电极5Β上的部分朝向该电极向下移动。在图1中示出的类型的器件中，电极5Α和5Β应当彼此电分离，以避免在施加电压时在它们之间的大电流。实际上，为了允许反射镜沿图1中的顺时针和逆时针方向倾斜，需要两个电极。对于双轴操作，需要3或4个电极。为了简化控制算法，通常每个反射镜采用4个电极。由于该器件通过静电力操作，电极和反射镜之间的物理间隙非常关键。需要以高精度控制该间隙以确保器件性能。典型地，在间隙较小的情况下，需要较低的电压将反射镜倾斜至某个角度。然而，最大角度(在搭扣行为发生之前)较小。在间隙较大的情况下，将反射镜倾斜至某个角度需要较高的电压，但最大角度也增大。因此，对于每种应用存在最佳间隙。虽然贯穿晶片(though-wafer)互连在商业上是可用的，但在没有这种集成间隔的情况下集成方案不可用。为了接近位于MEMS镜之下的电极，使用专用电极层来与没有 MEMS镜的区域电接触，随后从顶部结构开始进行通道或接近刻蚀(access etch)。这消耗晶片上形成MEMS反射镜的区域的大量部分，这降低每个晶片的管芯的数量。采用商业上可用的通孔或贯穿晶片互连可以改变从横向到垂直的互连方向。然而，不能以足够用于器件操作的厚度精度集成间隔层。结果是，将集成间隔与垂直互连衬底结合提供了大范围的工艺自由余地。竞争者将必须在通孔晶片的顶部上构建间隔层。工艺和材料的选择将限制后续工艺的选择。例如，如果选择有机材料，则后续工艺温度将受限。在多种应用中，要求高密度的微镜，无论是1 XN形式还是NXM形式。反射镜的数量增加控制电极的数量。对于双轴操作，对于每个微镜可能需要3或4个电极。因此，例如， 对于IOX 10微镜阵列，电极的数量会大到300至400。如在图1中看到的那样，电极位于微镜之下。因此，在至电极的粘合垫之间必须存在电连接(互连)。在大多数情况中，粘合垫的尺寸大于微镜的尺寸。这导致整个管芯的可用面积是整个管芯面积的一小部分，因此极大地降低每个晶片的管芯的数量。作为图示这种问题的例子，图2示出了 MEMS IXN微镜阵列的顶视图。由于微镜的间距通常比用于标准引线粘合工艺的粘合垫的间距窄，扇出形的互连区域6用来电连接光学区域7和粘合垫区域8。如从图2可以看到的那样，通过这种方法不能完全利用MEMS晶片的真实有用区域。解决前述真实有用区域的一种方法是，通过将粘合垫区域8的电极触点放在MEMS晶片的背侧、使用通过焊料凸起工艺进行至驱动器电子元件的电连接，沿垂直方向进行互连。 为用于硅(Si)CMOS的倒装晶片组装而开发的焊料凸起工艺提供了高得多的互连密度。为了进行垂直电接触，可行的是集成商业上可用的贯穿晶片互连技术。如在美国专利申请号 20080122031,20080157339和20080157361中描述这种互连技术的例子，通过将这些美国专利申请结合于此。在图3中示出了通常的贯穿晶片互连。贯穿晶片互连技术也可以由标准MEMS制造工艺进行。首先，可以穿过诸如硅(Si)晶片之类的衬底9形成通孔，接着在通孔的侧壁上沉积绝缘钝化层10。随后，导电材料11用来填充剩余的通孔。通孔可以由诸如深反应离子刻蚀(DRIE)之类的各向异性刻蚀工艺形成。绝缘钝化层通常是热生长的Si02。但是，也可以采用其它沉积技术(PECVD，CVD)。导电材料的选择基于应用。对于其中传导性重要的应用，通常采用电镀金属。如果低传导性是可接受的，为了与衬底具有相似的热膨胀系数， 通常采用多晶硅。在授权给Kubena的美国专利号7，015，060中描述的采用贯穿晶片互连的MEMS微陀螺仪的例子在图4中示出，通过引用将该美国专利结合于此。采用4个晶片形成该陀螺仪。共振器23由绝缘体上硅(SOI)晶片的顶部硅层形成。支柱12由该SOI晶片的底部硅层形成。结合到第一晶片的第二晶片用来形成另一个支柱13。具有硅衬底15的第三晶片 14被刻蚀以形成柱子和通孔。衬底15被氧化以在其正面和背面形成涂层，并用SW2层16 给通孔的壁加衬里。通过用金属填充通孔形成导电互连17。在这种情况中，由于器件的电学要求，电镀铜或铜合金对导电材料是优选的。金属形成在柱子和互连17上，并被图案化以形成连接至互连的电极。随后在第三晶片14中形成孔以容纳支柱。13。共振器23随后在柱子上的金属处结合至第三晶片14。空腔18形成在第四晶片20(另一 SOI晶片)的基层19中以容纳共振器23和支柱12。随后采用密封金属环21和焊料22将第四晶片20结合至第三晶片14。第四晶片20用作共振器23的盖子。如在图4中看到的那样，贯穿晶片互连比图2中的互连复杂的多。这是因为它不是直接将垂直互连概念直接集成至MEMS器件的多种工作模式。具体地，如果图1中示出类型的MEMS反射镜器件将与垂直贯穿晶片互连相结合， 将希望精确地控制形成反射镜的层和位于反射镜之下且在贯穿晶片互连的顶部上的电极之间的间距。不幸的是，采用像美国专利7，015，060中描述的工艺难以在高成品率的情况下获得这种精度。在微镜阵列应用中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：罗伯特·奥斯特罗姆，
申请(专利权)人：卡佩拉光子学公司，
类型：发明
国别省市：