CN219751918U - Mems装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种MEMS装置，其包括：MEMS晶圆；与MEMS晶圆键合的第一盖体晶圆，其中所述MEMS晶圆和第一盖体晶圆之间形成有第一空腔和第二空腔，第一盖体晶圆上开设有贯穿第一盖体晶圆且与第二空腔连通的通孔；与第一盖体晶圆键合的第二盖体晶圆，其中第二盖体晶圆密封所述通孔的一端，以使得第二空腔被密封，第一空腔内的压力低于第二空腔内的压力。这样，可以更为方便的在同一颗芯片上形成压力不同的两个空腔。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件领域，尤其涉及一种具有两个独立空腔的MEMS装置。
【背景技术】
MEMS电容式加速度计以其尺寸小，低成本，性能优良，广泛应用于消费电子，物联网，以及工业测量领域。消费电子竞争愈演愈烈，对成本、集成度提出了新的要求。为了达到这一目的，目前的6轴产品(3轴加速度计+3轴陀螺仪)由原来加速度计，陀螺仪分别位于两颗独立的芯片上向在同一颗芯片上加工出陀螺仪和加速度计的方式转变，在这个过程中会遇到气压问题，即加速度计的空腔和陀螺仪的空腔需要的气压不同。加速度计需要其空腔具有较高的气压来增加空气阻尼，通常400mBar左右，提高器件在冲击环境中的可靠性。而陀螺仪则需要其空腔具有较低的气压，通常<5mBar，越小越好，最好是真空环境。在将加速度计和陀螺仪集成于同一颗芯片上时，由于加速度计的空腔和陀螺仪的空腔同时加工成型，内部压力同增同减，如何控制两个空腔的压力为现在工艺中遇到的问题。
因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。
【实用新型内容】
本实用新型的目的之一在于提供一种两个独立空腔的MEMS装置，可以更为方便的在同一颗芯片上形成压力不同的两个空腔。
为解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出一种MEMS装置，其包括：MEMS晶圆；与MEMS晶圆键合的第一盖体晶圆，其中所述MEMS晶圆和第一盖体晶圆之间形成有第一空腔和第二空腔，第一盖体晶圆上开设有贯穿第一盖体晶圆且与第二空腔连通的通孔；与第一盖体晶圆键合的第二盖体晶圆，其中第二盖体晶圆密封所述通孔的一端，以使得第二空腔被密封，第一空腔内的压力低于第二空腔内的压力。
与现有技术相比，本实用新型通过在不同外部环境下密封第一空腔和第二空腔，从而得到压力不同的第一空腔和第二空腔。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本实用新型中的MEMS装置在制造过程中的第一过程结构示意图；
图2为本实用新型中的MEMS装置在制造过程中的第二过程结构示意图；
图3为本实用新型中的MEMS装置在制造过程中的第三过程结构示意图；
图4为本实用新型中的MEMS装置在制造过程中的第四过程结构示意图；
图5为本实用新型中的MEMS装置的最终结构示意图；
图6为本实用新型中的MEMS装置的制造方法的流程示意图。
【具体实施方式】
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提供一种两个独立空腔的MEMS装置，可以更为方便的在同一颗芯片上形成压力不同的两个空腔。
图5为本实用新型中的MEMS装置的最终结构示意图。如图5所示的，所述MEMS装置包括MEMS晶圆110、与MEMS晶圆110键合的第一盖体晶圆120、与第一盖体晶圆120键合的第二盖体晶圆150。
所述MEMS晶圆110和第一盖体晶圆120之间形成有第一空腔130和第二空腔140。第一盖体晶圆120上开设有贯穿第一盖体晶圆120且与第二空腔140连通的通孔121。第二盖体晶圆150密封所述通孔121的一端，以使得第二空腔140被密封。第一空腔130和第二空腔140相互独立。第一空腔内130的压力低于第二空腔140内的压力。
第一空腔130被配置的用于第一功能。比如，第一功能为MEMS陀螺仪，第一空腔130中设置有MEMS陀螺仪部件131。第二空腔140被配置的用于第二功能。比如，第二功能为MEMS加速度计，第二空腔140中设置有MEMS加速度计部件141。
在一个实施例中，第一空腔131内的压力取决于所述MEMS晶圆110与第一盖体晶圆120键合时第一外部环境的压力。比如，第一外部环境可以是真空环境。第二空腔140内的压力等于取决于第一盖体晶圆120与第二盖体晶圆150键合时第二外部环境的压力。比如，第二外部环境为熔融键合工具的工作环境。熔融键合工具的工作环境可以是大气环境。
如图5所示的，所述MEMS晶圆110包括：基底111、形成于所述基底111上的氧化锚层(anchor oxide)112、形成于氧化锚层112上的MEMS器件层113和形成于MEMS器件层上的金属层。其中MEMS陀螺仪部件131和MEMS加速度计部件141位于所述MEMS器件层113。所述金属层包括依次层叠的铝层114和锗层115。
在具体实现时，所述MEMS晶圆110与第一盖体晶圆120被共晶键合(Eutecticbonding)在一起，第一盖体晶圆120和第二盖体晶圆150被熔融键合(Fusion bonding)在一起。
本实用新型通过在不同外部环境下密封第一空腔130和第二空腔140，从而得到压力不同的第一空腔130和第二空腔140，并且密封第二空腔140的手段简单可靠，容易实现。
根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供种两个独立空腔的MEMS装置的制造方法。图6为本实用新型中的MEMS装置的制造方法的流程示意图。如图6所示的，所述制造方法包括如下步骤。
步骤610，提供MEMS晶圆110和第一盖体晶圆120。
步骤620，如图1所示的，在第一外部环境下将MEMS晶圆110与第一盖体晶圆120键合，其中所述MEMS晶圆110和第一盖体晶圆120之间形成有第一空腔130和第二空腔140。
在具体实现时，第一空腔130内的压力取决于所述MEMS晶圆110与第一盖体晶圆120键合时第一外部环境的压力。比如，第一外部环境可以是真空环境。此时，第二空腔140内的压力与第一空腔130内的压力相同。
具体的，所述MEMS晶圆110与第一盖体晶圆120被共晶键合在一起。
第一空腔130被配置的用于第一功能。比如，第一功能为MEMS陀螺仪，第一空腔130中设置有MEMS陀螺仪部件131。第二空腔140被配置的用于第二功能。比如，第二功能为MEMS加速度计，第二空腔140中设置有MEMS加速度计部件141。
如图5所示的，所述MEMS晶圆110包括：基底111、形成于所述基底111上的氧化锚层(anchor oxide)112、形成于氧化锚层112上的MEMS器件层113和形成于MEMS器件层上的金属层。其中MEMS陀螺仪部件131和MEMS加速度计部件141位于所述MEMS器件层113。所述金属层包括依次层叠的铝层114和锗层115。
步骤630，如图2所示的，在第一盖体晶圆120上开设贯穿第一盖体晶圆120且与第二空腔140连通的通孔121。此时，第二空腔140与大气环境连通，其压力与大气环境的压力相同。
步骤640，如图4所示的，在第二外部环境下将第二盖体晶圆150与第一盖体晶圆120键合，其中第二盖体晶圆150密封所述通孔121的一端，以使得第二空腔140被密封。
具体实现时，第二空腔140内的压力等于取决于第一盖体晶圆120与第二盖体晶圆150键合时第二外部环境的压力。比如，第二外部环境为熔融键合工具的工作环境。熔融键合工具的工作环境可以是大气环境。最终，第一空腔内130的压力低于第二空腔140内的压力。
具体的，第一盖体晶圆120和第二盖体晶圆150被熔融键合在一起。
在一个实施例中，所述制造方法600还包括：
在将第二盖体晶圆150与第一盖体晶圆120键合之前，先对第一盖体晶圆120进行研磨减薄，请参见图3；
在将第二盖体晶圆150与第一盖体晶圆120键合之后，对第二盖体晶圆150进行研磨减薄，请参见图5。
研磨减薄后的第二盖体晶圆150的厚度可以小于50μm。
本实用新型中的制造方法，通过在不同外部环境下密封第一空腔130和第二空腔140，从而得到压力不同的第一空腔130和第二空腔140，并且密封第二空腔140的手段简单可靠，容易实现。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。
Claims (5)
1.一种MEMS装置，其特征在于，其包括：
MEMS晶圆；
与MEMS晶圆键合的第一盖体晶圆，其中所述MEMS晶圆和第一盖体晶圆之间形成有第一空腔和第二空腔，第一盖体晶圆上开设有贯穿第一盖体晶圆且与第二空腔连通的通孔；
与第一盖体晶圆键合的第二盖体晶圆，其中第二盖体晶圆密封所述通孔的一端，以使得第二空腔被密封，第一空腔内的压力低于第二空腔内的压力。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，
第一空腔被配置的用于第一功能，第二空腔被配置的用于第二功能，
第一功能为MEMS陀螺仪，第二功能为MEMS加速度计，
第一空腔中设置有MEMS陀螺仪部件，第二空腔中设置有MEMS加速度计部件。
3.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，
第一空腔内的压力取决于所述MEMS晶圆与第一盖体晶圆键合时第一外部环境的压力，
第二空腔内的压力等于取决于第一盖体晶圆与第二盖体晶圆键合时第二外部环境的压力。
4.根据权利要求2所述的MEMS装置，其特征在于，所述MEMS晶圆包括：
基底；
形成于所述基底上的氧化锚层；
形成于氧化锚层上的MEMS器件层，其中MEMS陀螺仪部件和MEMS加速度计部件位于所述MEMS器件层；
形成于MEMS器件层上的金属层，
所述MEMS晶圆与第一盖体晶圆被共晶键合在一起，
第一盖体晶圆和第二盖体晶圆被熔融键合在一起。
5.根据权利要求4所述的MEMS装置，其特征在于，所述金属层包括依次层叠的铝层和锗层。
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