CN1764595A - 微机电系统(mems)器件与制造它们的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
简要地，减少衬底的微机电系统(MEMS)器件，例如，低损耗薄膜腔声谐振器(FBAR)滤波器或低损耗FBAR射频滤波器，和生产它们的工艺和方法。依据本发明的实施例的减少衬底的MEMS器件可包括粘结在封装部分间的膜片。根据本发明实施例的工艺可包括把第一封装部分粘结至包括支承衬底的MEMS器件，去除支承衬底，并且把第二封装部分粘结至MEMS器件。
Description
背景技术
在微机电系统(MEMS)领域中，器件可使用或者包括极小的机械器件。例如，在当前的MEMS技术中，薄膜腔声谐振器(FBAR)射频(RF)滤波器包括薄膜和支承衬底，例如硅衬底。
某些MEMS器件，例如，遵从RF通信规范(例如，插入损耗规范)的FBAR滤波器在操作期间需要使RF能的损耗最小。在这种器件中，滤波器操作期间，由于FBAR RF滤波器的金属导体和它的硅衬底之间不期望的寄生电容，会损耗RF能。这种导体可能在滤波器的硅衬底之上通过，并可通过薄电介质层(例如环氧树脂胶或类似聚合物)而与硅衬底分离。可由金属和硅两者相对较高的传导率引起的不期望的寄生电容，常是造成滤波器整体能量损耗的一个重要原因。
为了在一定程度上减少能量损失，例如某些FBAR RF滤波器的某些MEMS器件可由高电阻硅制成，取代标准硅。但是高电阻硅比常规硅要贵上许多。
附图说明
在说明书的结尾部分特别指出和清楚声明了本发明的主题。但是关于操作的组织和方法的本发明，连同其特性和优点将通过参考以下详细描述和附图获得最佳理解，其中
图1是依照本发明的示例性实施例的减少衬底的MEMS器件的示意图。
图2A是依照本发明的示例性实施例的描述减少衬底的MEMS器件制造过程的示意性流程图；
图2B是图2A过程中的示例性阶段的示意图，示出了对理解该过程有用的示例性部件；以及
图3是依照本发明的示例性实施例的用于制造减少衬底的MEMS器件的系统的示意图。
可以认识到的是为了使说明简单清楚，图中示出的元件无需按比例绘制。例如，为了清楚的描述，一些元件的尺寸相对于其他元件被放大。进一步，在认为合适的情况下，在图中可能重复标号用于表示相应或类似的元件。
具体实施方式
虽然本发明不限于这方面，但是可以理解在此使用的术语“MEMS器件”包括，除其他因素外，任何合适的微机电系统器件，例如，薄膜腔声谐振器(FBAR)滤波器、FBAR射频(RF)滤波器、RF开关、变容二极管、可调谐电容器或与本发明原理应用相关的任何其他MEMS器件。虽然本发明的示例性实施例可能包括低损耗FBAR RF滤波器，这仅代表将本发明原理应用于MEMS器件的一个实例；本发明不限于这方面，并且它的原理可以应用于其他适合的MEMS器件。
此外，可以理解在此使用的术语“支承衬底”尤其包括任何合适的衬底、材料、组件或层，例如硅，它可用来支承MEMS器件和/或MEMS器件的一部分，例如膜片。
可以认识到的是这里的术语“顶部”和“底部”仅可用于示例性的目的，以阐明特定组件的相对设置和/或放置，和/或指示第一和第二组件。在这里使用的术语“顶部”和“底部”不必指示“顶部”组件位于“底部”组件之上，因为这种方向和/或组件可在空间中被翻转、旋转、移动、放置在对角方位或位置上、水平或垂直放置，或者作类似地修改。
依照本发明的实施例，可制造减少衬底的MEMS器件(RSMD)。依照本发明实施例使用RSMD的好处例如包括减小或消除到支承衬底的能量损耗、降低材料成本和/或减小器件尺寸，如厚度。
依照本发明的示例性实施例，RSMD可包括包含具有第一和第二侧面的膜片的MEMS器件；附着在膜片的第一侧面上的第一封装部分；和附着在膜片的第二侧面上的第二封装部分。依照本发明的实施例，该RSMD可以包括基本上无支承衬底、支承衬底轨迹、与常规MEMS器件相比相对较小的量或百分比的支承衬底、研磨和/或蚀刻支承衬底，和/或减少厚度的支承衬底，或无支承衬底。
图1是依照本发明的示例性实施例的RSMD110的示意图，该RSMD可用作，例如FBAR RF滤波器。在本发明的一个实施例中，RSMD110可包括顶部封装部分101和底部封装部分102。顶部封装部分101可包括顶盖120和/或顶部密封环130。底部封装部分102可包括底盖180和/或底部密封环190。在本发明的一个实施例中，RSMD110可进一步包括膜片160和/或导体170。可选地，RSMD110可包括接触件140和/或晶片通路150。
本领域普通技术人员可以认识到的是，在本发明的实施例中，顶部封装部分101和底部封装部分102都不包括常规MEMS器件中存在的例如硅的支承衬底，例如在常规MEMS器件制造过程中使用的支承衬底。
顶盖120可由例如玻璃晶片的绝缘材料构成。虽然本发明不限于这方面，但在本发明的示例性实施例中，顶盖120的厚度可在250到670微米之间，例如在350至400微米之间。
顶部密封环130例如可由聚合物或熔结玻璃形成，并且可加以成形和/或配置以符合RSMD110和其特定性能要求。虽然本发明不限于这方面，但在本发明的示例性实施例中，顶部密封环130的厚度可在100到500微米之间。应注意，在本发明的示例性实施例中，一个顶部密封环130就足以形成适合于RSMD110的有效操作的腔，例如能容许膜片160的充分移动自由(位移幅度)的腔，例如沿着与膜片160正交的轴。或者，可使用超过一个的顶部密封环130来获取在RSMD110中所期望的腔。
接触件140可由任何合适的导电材料构成，例如诸如金或金合金的高度导电的金属。接触件140例如可用于连接RSMD110与任何外部器件和/或电路(未示出)，和/或将信号传导出RSMD110和/或将信号传入RSMD110。在本发明的示例性实施例中，接触件140可被设置成与导体170相连。附加地或可选地，接触件140可使用一个或更多晶片通路150延伸穿过顶盖120和顶部密封环130，所述通孔可包括例如金属通路的导电通路。
膜片160可由任何合适的材料形成，例如FBAR器件中使用的氮化铝，或诸如压电材料的任何其他合适的材料。虽然本发明不限于这方面，但在本发明的示例性实施例中，膜片160可具有约2至3微米间的厚度。此外，在本发明的实施例中，膜片160可做成任何合适的形状或形式，并可以包括任何合适的组件，如依照特定的实现和/或设计所要求的。在本发明的实施例中，膜片160可具有侧面161和侧面162。在本发明的实施例中，膜片160的侧面161可利用本领域已知的任何合适的附着和/或粘结技术附着(例如粘结)至顶部封装部分101。在本发明的一个实施例中，膜片160的侧面162可利用本领域已知的任何合适的附着和/或粘结技术)粘附(例如，粘结)至底部封装部分102。
导体170可由诸如铝的任何合适的金属构成。在本发明的一个实施例中，例如可用导体170利用接触件140和/或其它导电元件(未示出)，将RSMD110连接到结合RSMD110的器件和/或系统的其他组件和/或电路。
底盖180可由例如玻璃晶片的绝缘材料构成。虽然本发明不限于这方面，但在本发明的示例性实施例中，底盖180的厚度可在250到670微米之间，例如在350至400微米之间。应注意，在本发明的实施例中，底盖180和顶盖120可由相同材料构成，或者盖180和120各自由不同的材料构成。类似地，在本发明的实施例中，盖180和120可有基本相同的厚度，或者盖180和120各自具有不同的厚度。
底部密封环190例如可由聚合物或熔结玻璃材料构成，并且可被成形和/或配置以符合RSMD110及其特定性能要求。虽然本发明不限于这方面，但在本发明的示例性实施例中，底部密封环190的厚度可在100到500微米之间。参考以上参考密封环130所说明的，在本发明的示例性实施例中，一个底部密封环190就足以形成适合于RSMD110的有效操作的腔，例如能容许膜片160的充分移动自由(位移幅度)的腔。或者，可在RSMD110中包括多于一个的底部密封环190以提供所期望的腔。
在本发明的示例性实施例中，可放置、安置和/或对准顶部封装部分101和/或底部封装部分102，使得膜片160“夹在”顶部封装部分101和底部封装部分102之间，和/或使得膜片160可自由地在与膜片160的平面的横向上谐振和/或移动。
本领域熟练技术人员可以认识到的是，虽然上述描述和/或图1中的示意性说明可描述通常平面的MEMS器件，和/或大体互相平行设置的封装部分和/或组件，但是本发明不限于这方面。本发明的实施例可包括非平面的MEMS器件，和/或不是相互平行或大体平行的组件和/或封装部分。
现在也参考图2A和2B。图2A是描述依照本发明的示例性实施例制造例如RSMD110的RSMD的过程的示意性流程图。图2B是图2A过程的示例性阶段的示意图，它示出了帮助理解该过程的示例性组件。
虽然本发明不限于这方面，但在此参考物品使用的术语“制造”可认为尤其包括，制造或装配物品，提供预制物品，或处理部分形成的物品。
如图2A的框210所示，该过程从制造MEMS器件晶片201开始。在本发明的一个实施例中，MEMS器件晶片201可包括容纳一个或更多MEMS器件或多个MEMS器件的晶片。如图2B的阶段(1)所示，MEMS器件晶片201可包括衬底299(例如相对较厚的硅衬底)，以及也包括导体170、膜片160和晶片通路150。
如图2A的框220所示，该过程将接着制造顶部封装部分202，它包括顶盖晶片251和/或顶部密封环130。如图2B的阶段(2)所示，作为上述操作结果的顶部封装部分202可包括顶盖晶片251、顶部密封环130和任选接触件140。
如图2A的框230所示，该过程将接着粘结MEMS器件晶片201至顶部封装部分202。可用任何合适方法进行粘结，例如使用环氧树脂胶或熔结玻璃粘结。如图2B的阶段(3)所示，上述操作所形成的部分203可包括顶盖晶片251、顶部密封环130、接触件140、晶片通路150、膜片160、导体170和衬底299。
依照本发明的实施例，如图2A的框240所示，该过程将接着去除衬底299。在本发明的示例性实施例中，可部分或整体地蚀刻和/或研磨衬底299。虽然本发明不限于这方面，但蚀刻和/或研磨衬底299例如可包括通过研磨粗去除衬底299，和/或通过蚀刻精去除衬底299。附加地或可选地，可利用干蚀刻进行根据本发明实施例的蚀刻，例如使用合适气体(如六氟化硫(SF6))的等离子增强蚀刻。如图2B的阶段(4)所示，上述衬底去除所形成的部分204可包括膜片160、顶盖晶片251、顶部密封环130、导体170、接触件140和晶片通路150。
如图2A的框250所示，该过程将接着制造底部封装部分205，它包括底盖晶片252和/或底部密封环190。与顶盖晶片251形成对照的是，在本发明的示例性实施例中，不要求经由底盖晶片252插入和/或放置接触件，尽管这种设计可根据特定要求选择使用。如图2B的阶段(5)所示，在本发明的一个实施例中，作为上述操作所形成部分的第二封装部分205可包括底盖晶片252和底部密封环190。
如图2A的框260所示，底部封装部分205可粘结至顶部封装部分202。可用任何合适的方法进行粘结，例如使用环氧树脂胶或熔结玻璃粘结。该粘结例如可包括对准顶部封装部分202和底部封装部分205，使得膜片160“夹在”它们中间。在本发明的实施例中，膜片160可自由地在膜片160平面的横向上移动和/或谐振。如图2B的阶段(6)所示，上述操作所形成的部分206可包括顶盖晶片251、顶部密封环130、接触件140、晶片通路150、膜片160、导体170、底部密封环190和底盖晶片252。
如图2A的框270所示，使用如本领域已知方法的合适切割方法，，把粘结的晶片切割成多个分开的小片。在本发明的示例性实施例中，切割使得经过处理的晶片分为两个或更多RSMD，例如RSMD 207和208，如图2B的阶段(7)所示。例如，所形成的RSMD208可包括顶盖120、顶部密封环130、接触件140、晶片通路150、膜片160、导体170、底部密封环190和底盖180。
在本发明的示例性实施例中，图2A的过程可按不同的操作顺序实现，例如，生产和粘接顶部封装部分202可在生产和/或粘接底部封装部分205之后，或者反之亦然。本领域普通技术人员可以认识的是，可使用其他工艺生产依据本发明实施例的一个或更多的RSMD。
现在参考图3，它是依照本发明的示例性实施例的用于制造如RSMD110的一个或更多RSMD的系统的示意图。系统305例如可包括去除单元340、粘结单元330和360、以及切割单元370。此外，系统305任选地包括滤波器制造单元(FP-单元)310，顶盖制造单元(TCP-单元)320，和/或底盖制造单元(BCP-单元)350。虽然本发明不限于这方面，但可使用系统305来实现参见图2A详细描述的制造过程，或依照本发明实施例的任何其他合适的制造过程。
去除单元340可包括用来从MEMS器件中去除衬底的单元，例如通过研磨和/或蚀刻衬底，如参考图2A的框240所详细描述的那样。切割单元370例如可包括把粘结的晶片切割成分开的小片和/或滤波器的单元，如参考图2A的框270所详细描述的那样。
粘结单元330例如可包括将MEMS器件晶片粘结至顶部封装部分202的单元，如参考图2A的框230所详细描述的那样。粘结单元360例如可包括将顶部封装部分202粘结至底部封装部分205的单元，如参考图2A的框260所详细描述的那样。
FP-单元310例如可包括制造MEMS器件晶片201的单元，如参考图2A的框210所详细描述的那样。TCP-单元320例如可包括制造顶盖晶片251的单元，如参考图2A的框220所详细描述的那样。BCP-单元350例如可包括制造底盖晶片252的单元，如参考图2A的框250所详细描述的那样。
应注意，本发明的实施例可包括可以相互分开或组合在一起的单元和/或子单元，并可以用本领域已知的特定、多用途或通用装置来实现。
虽然本发明的某些特点在这里得到说明和描述，但对本领域普通技术人员来说会产生许多修改、替代、改变和等效物。因此，可以理解，所附权利要求书旨在覆盖所有这些修改和改变，因为它们落在本发明真实精神范围之内。
Claims (45)
1.一种器件，其特征在于，它包括：
膜片，它具有第一和第二侧面；
第一封装部分，它被附着至所述膜片的第一侧面；以及
第二封装部分，它被附着至所述膜片的第二侧面，
其中所述第一和第二封装部分以及所述膜片都不包括实质性的支承衬底。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，第一封装部分包括盖和密封环。
3.如权利要求2所述的器件，其特征在于，第二封装部分包括盖和密封环。
4.如权利要求1所述的器件，其特征在于，进一步包括与所述膜片相关联的导体。
5.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件包括薄膜腔声谐振器滤波器。
6.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件包括薄膜腔声谐振器射频滤波器。
7.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述的第一和第二封装部分以及所述膜片都不包括实质量的硅。
8.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述膜片包括压电材料。
9.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述膜片包括氮化铝。
10.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一封装部分包括绝缘材料。
11.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一封装部分包括玻璃。
12.如权利要求10所述的器件，其特征在于，所述第二封装部分包括绝缘材料。
13.如权利要求11所述的器件，其特征在于，所述第二封装部分包括玻璃。
14.一种器件，其特征在于，它包括：
去除支承衬底的膜片，它具有第一和第二侧面；
第一封装部分，它直接附着至所述膜片的第一侧面；以及
第二封装部分，它直接附着至所述膜片的第二侧面。
15.如权利要求14所述的器件，其特征在于，所述膜片包括压电材料。
16.如权利要求14所述的器件，其特征在于，所述膜片包括氮化铝。
17.如权利要求14所述的器件，其特征在于，所述第一封装部分包括绝缘材料。
18.如权利要求14所述的器件，其特征在于，所述第一封装部分包括玻璃。
19.如权利要求17所述的器件，其特征在于，所述第二封装部分包括绝缘材料。
20.如权利要求18所述的器件，其特征在于，所述第二封装部分包括玻璃。
21.如权利要求14所述的器件，其特征在于，所述器件包括薄膜腔声谐振器滤波器。
22.一种工艺，其特征在于，它包括把微机电系统器件的第一封装部分附着至膜片的第一侧面，该膜片具有附着到与第一侧面相对的其第二侧面上的支承衬底。
23.如权利要求22所述的工艺，其特征在于，进一步包括去除所述支承衬底的至少一部分。
24.如权利要求23所述的工艺，其特征在于，进一步包括把所述器件的第二封装部分附着至所述膜片的第二侧面。
25.如权利要求23所述的工艺，其特征在于，去除所述支承衬底的至少一部分包括基本上去除整个支承衬底。
26.如权利要求23所述的工艺，其特征在于，去除所述支承衬底的至少一部分包括蚀刻至少一部分的支承衬底。
27.如权利要求23所述的工艺，其特征在于，去除所述支承衬底的至少一部分包括研磨至少一部分的支承衬底。
28.如权利要求23所述的工艺，其特征在于，所述支承衬底包括硅。
29.如权利要求22所述的工艺，其特征在于，第一封装部分包括盖和密封环。
30.如权利要求24所述的工艺，其特征在于，第二封装部分包括盖和密封环。
31.一种工艺，其特征在于，它包括把第一封装部分附着至容纳一个或更多微机电系统器件的膜片的晶片。
32.如权利要求31所述的工艺，其特征在于，进一步包括从所述晶片去除至少一部分支承衬底。
33.如权利要求32所述的工艺，其特征在于，进一步包括把第二封装部分附着至与第一封装部分相对的所述晶片。
34.如权利要求33所述的工艺，其特征在于，进一步包括把所述晶片切割成一个或更多分离的微机电系统器件。
35.如权利要求32所述的工艺，其特征在于，去除所述支承衬底的至少一部分包括基本上去除整个支承衬底。
36.如权利要求32所述的工艺，其特征在于，去除所述支承衬底的至少一部分包括蚀刻至少一部分的支承衬底。
37.如权利要求32所述的工艺，其特征在于，去除所述支承衬底的至少一部分包括研磨至少一部分的支承衬底。
38.如权利要求32所述的工艺，其特征在于，所述支承衬底包括硅。
39.一种制作系统，其特征在于，它包括能够从容纳一个或更多微机电系统器件的膜片的晶片中去除至少一部分支承衬底的去除单元。
40.如权利要求39所述的系统，其特征在于，进一步包括能够将所述一个或更多微机电系统器件的封装部分粘结至所述膜片的粘结单元。
41.如权利要求40所述的系统，其特征在于，一个或更多的微机电系统器件包括容纳多个微机电系统器件的晶片，并且进一步包括能够切割所述晶片的切割单元。
42.如权利要求40所述的系统，其特征在于，进一步包括能够生产封装部分的盖生产单元。
43.如权利要求39所述的系统，其特征在于，所述支承衬底包括硅。
44.如权利要求39所述的系统，其特征在于，所述去除单元包括能够研磨至少一部分支承衬底的研磨单元。
45.如权利要求39所述的系统，其特征在于，所述去除单元包括能够蚀刻至少一部分支承衬底的蚀刻单元。
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