TW202415616A - Microelectromechanical systems package and method for manufacturing the same - Google Patents
Microelectromechanical systems package and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- TW202415616A TW202415616A TW111138620A TW111138620A TW202415616A TW 202415616 A TW202415616 A TW 202415616A TW 111138620 A TW111138620 A TW 111138620A TW 111138620 A TW111138620 A TW 111138620A TW 202415616 A TW202415616 A TW 202415616A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- mems
- package
- cavity
- substrate
- groove
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 171
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 98
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018459 Al—Ge Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017401 Au—Ge Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910015365 Au—Si Inorganic materials 0.000 description 3
- 101100233916 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) KAR5 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 1
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本揭露關於一種微機電系統(MEMS)封裝及其製造方法。The present invention relates to a micro-electromechanical system (MEMS) package and a method for manufacturing the same.
微機電系統(MEMS)元件,例如加速度計、陀螺儀、壓力感測器和麥克風,已廣泛用於許多現代電子元件中。例如,由加速度計和/或MEMS陀螺儀組成的慣性測量單元(inertial measurement unit,IMU)常見於平板電腦、汽車或智慧型手機中。在一些應用中,各種MEMS元件需要整合到一個MEMS封裝中。然而,對於需要不同壓力的MEMS元件,這些MEMS元件需要在不同的環境壓力下單獨封裝,然後整合到一個MEMS封裝中。因此,整個封裝過程是複雜的,並且所述MEMS封裝具有大的占用面積(footprint)。Microelectromechanical systems (MEMS) components, such as accelerometers, gyroscopes, pressure sensors, and microphones, have been widely used in many modern electronic components. For example, an inertial measurement unit (IMU) composed of an accelerometer and/or a MEMS gyroscope is commonly found in tablets, cars, or smartphones. In some applications, various MEMS components need to be integrated into one MEMS package. However, for MEMS components that require different pressures, these MEMS components need to be packaged separately under different ambient pressures and then integrated into one MEMS package. Therefore, the entire packaging process is complicated and the MEMS package has a large footprint.
有鑑於此,本揭露提供了微機電系統(MEMS)封裝及其製造方法,以克服先前技術中的缺陷。In view of this, the present disclosure provides a micro-electromechanical system (MEMS) package and a manufacturing method thereof to overcome the defects in the prior art.
在本揭露的一些實施例中,MEMS封裝包括第一MEMS封裝和與第一MEMS封裝橫向隔開的第二MEMS封裝。第一MEMS封裝包括包含第一MEMS元件的第一元件基板,鍵合到第一元件基板的第一蓋基板,其中第一蓋基板圍封第一空腔和連接到第一空腔的通氣孔。第一密封層填入通氣孔中,其中第一密封層設置在第一元件基板和第一蓋基板之間。第二MEMS封裝包括第二元件基板,第二元件基板包括第二MEMS元件和第二蓋基板。第二蓋基板鍵合到第二元件基板,並圍封第二空腔。第一空腔具有第一壓力,第二空腔具有不同於第一壓力的第二壓力。In some embodiments of the present disclosure, a MEMS package includes a first MEMS package and a second MEMS package laterally separated from the first MEMS package. The first MEMS package includes a first component substrate including a first MEMS element, a first cover substrate bonded to the first component substrate, wherein the first cover substrate encloses a first cavity and a vent connected to the first cavity. A first sealing layer is filled in the vent, wherein the first sealing layer is disposed between the first component substrate and the first cover substrate. The second MEMS package includes a second component substrate, the second component substrate including a second MEMS element and a second cover substrate. The second cover substrate is bonded to the second component substrate and encloses a second cavity. The first cavity has a first pressure, and the second cavity has a second pressure different from the first pressure.
在本揭露的一些實施例中,製造MEMS封裝的方法包括:提供包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的蓋基板,第一凹槽連接至第三凹槽,第一凹槽和第三凹槽與第二凹槽橫向隔開,其中第一凹槽和第二凹槽的深度大於第三凹槽的深度;在環境壓力下用蓋基板覆蓋第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽,以形成第一空腔、第二空腔和第三空腔;移除鄰接第三凹槽的端部的蓋基板以形成通氣孔;在不同於環境壓力的另一環境壓力下使氣體流過通氣孔;以及在氣體流過通氣孔之後,將密封層填入通氣孔中。In some embodiments of the present disclosure, a method for manufacturing a MEMS package includes: providing a cover substrate including a first groove, a second groove and a third groove, the first groove being connected to the third groove, the first groove and the third groove being laterally separated from the second groove, wherein the depth of the first groove and the second groove is greater than the depth of the third groove; covering the first groove, the second groove and the third groove with the cover substrate under ambient pressure to form a first cavity, a second cavity and a third cavity; removing the cover substrate at an end adjacent to the third groove to form a vent; allowing a gas to flow through the vent under another ambient pressure different from the ambient pressure; and filling a sealing layer into the vent after the gas flows through the vent.
根據本揭露的一些實施例,可獨立於第二空腔的壓力而控制第一空腔的壓力。此外,第一空腔的壓力可以藉由使氣體流過通氣孔來控制。因此,與先前技術相比,簡化了整個封裝過程,並且MEMS封裝的占用面積較小。According to some embodiments of the present disclosure, the pressure of the first cavity can be controlled independently of the pressure of the second cavity. In addition, the pressure of the first cavity can be controlled by allowing gas to flow through the vent. Therefore, compared with the prior art, the entire packaging process is simplified and the MEMS package occupies a smaller area.
為了讓本揭露之特徵明顯易懂,下文特舉出實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。In order to make the features of the present disclosure clear and easy to understand, embodiments are specifically cited below and described in detail with reference to the accompanying drawings.
本揭露提供了數個不同的實施例,可用於實現本揭露的不同特徵。為簡化說明起見,本揭露也同時描述了特定構件與布置的範例。提供這些實施例的目的僅在於示意,而非予以任何限制。舉例而言,下文中針對「第一特徵形成在第二特徵上或上方」的敘述,其可以是指「第一特徵與第二特徵直接接觸」,也可以是指「第一特徵與第二特徵間另存在有其他特徵」,致使第一特徵與第二特徵並不直接接觸。此外,本揭露中的各種實施例可能使用重複的參考符號和/或文字註記。使用這些重複的參考符號與注記是為了使敘述更簡潔和明確,而非用以指示不同的實施例及/或配置之間的關聯性。The present disclosure provides several different embodiments that can be used to implement different features of the present disclosure. For the purpose of simplifying the description, the present disclosure also describes examples of specific components and arrangements. The purpose of providing these embodiments is only for illustration and not for any limitation. For example, the description below of "a first feature is formed on or above a second feature" may mean "the first feature is in direct contact with the second feature" or "there are other features between the first feature and the second feature", so that the first feature and the second feature are not in direct contact. In addition, various embodiments in the present disclosure may use repeated reference symbols and/or text annotations. These repeated reference symbols and annotations are used to make the description more concise and clear, and are not used to indicate the relationship between different embodiments and/or configurations.
另外,針對本揭露中所提及的空間相關的敘述詞彙,例如:「在...之下」,「低」,「下」,「上方」,「之上」,「上」,「頂」,「底」和類似詞彙時,為便於敘述,其用法均在於描述圖式中一個元件或特徵與另一個(或多個)元件或特徵的相對關係。除了圖式中所顯示的擺向外,這些空間相關詞彙也用來描述半導體裝置在使用中以及操作時的可能擺向。隨著半導體裝置的擺向的不同(旋轉90度或其它方位),用以描述其擺向的空間相關敘述亦應透過類似的方式予以解釋。In addition, for the spatially related descriptive terms mentioned in the present disclosure, such as "under", "low", "down", "above", "up", "top", "bottom" and similar terms, for the convenience of description, their usage is to describe the relative relationship between one element or feature and another (or multiple) elements or features in the drawings. In addition to the orientation shown in the drawings, these spatially related terms are also used to describe the possible orientations of the semiconductor device during use and operation. As the orientation of the semiconductor device is different (rotated 90 degrees or other orientations), the spatially related descriptions used to describe its orientation should also be interpreted in a similar manner.
雖然本揭露使用第一、第二、第三等等用詞,以敘述種種元件、部件、區域、層、及/或區塊(section),但應瞭解此等元件、部件、區域、層、及/或區塊不應被此等用詞所限制。此等用詞僅是用以區分某一元件、部件、區域、層、及/或區塊與另一個元件、部件、區域、層、及/或區塊,其本身並不意含及代表該元件有任何之前的序數,也不代表某一元件與另一元件的排列順序、或是製造方法上的順序。因此,在不背離本揭露之具體實施例之範疇下,下列所討論之第一元件、部件、區域、層、或區塊亦可以第二元件、部件、區域、層、或區塊之詞稱之。Although the present disclosure uses the terms first, second, third, etc. to describe various elements, components, regions, layers, and/or sections, it should be understood that these elements, components, regions, layers, and/or sections should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish a certain element, component, region, layer, and/or section from another element, component, region, layer, and/or section, and they themselves do not imply or represent any previous sequence of the element, nor do they represent the arrangement order of a certain element and another element, or the order in the manufacturing method. Therefore, without departing from the scope of the specific embodiments of the present disclosure, the first element, component, region, layer, or section discussed below can also be referred to as the second element, component, region, layer, or section.
本揭露中所提及的「約」或「實質上」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內,較佳是10%之內,且更佳是5%之內,或3%之內,或2%之內,或1%之內,或0.5%之內。應注意的是,說明書中所提供的數量為大約的數量,亦即在沒有特定說明「約」或「實質上」的情況下,仍可隱含「約」或「實質上」之含義。The terms "about" or "substantially" mentioned in this disclosure generally mean within 20% of a given value or range, preferably within 10%, and more preferably within 5%, or within 3%, or within 2%, or within 1%, or within 0.5%. It should be noted that the quantities provided in the specification are approximate quantities, that is, in the absence of a specific description of "about" or "substantially", the meaning of "about" or "substantially" can still be implied.
此外,本揭露中所提及的“耦合至”和“電連接至”之用語包括任何直接和間接的電連接方式。因此,如果在本文中描述了第一部件耦合或電連接到第二部件,這意味著第一部件可以直接連接到第二部件,或者可以通過其他部件或其他連接裝置間接連接到第二部件。In addition, the terms "coupled to" and "electrically connected to" mentioned in the present disclosure include any direct and indirect electrical connection methods. Therefore, if it is described herein that a first component is coupled or electrically connected to a second component, this means that the first component can be directly connected to the second component, or can be indirectly connected to the second component through other components or other connection devices.
雖然下文係藉由具體實施例以描述本揭露的發明,然而本揭露的發明原理亦可應用至其他的實施例。此外,為了不致使本發明之精神晦澀難懂,特定的細節會被予以省略,該些被省略的細節係屬於所屬技術領域中具有通常知識者的知識範圍。Although the invention disclosed herein is described below by means of specific embodiments, the inventive principles of the invention disclosed herein can also be applied to other embodiments. In addition, in order not to obscure the spirit of the invention, certain details will be omitted, and the omitted details belong to the knowledge scope of those with ordinary knowledge in the relevant technical field.
圖1為根據本揭露一些實施例的微機電系統(MEMS)封裝的俯視示意圖。參考圖1,MEMS封裝100包括MEMS元件,例如加速度計或陀螺儀,但不限於此。在一些實施例中,MEMS封裝100包括基底基板102,和至少兩個子MEMS封裝,例如第一MEMS封裝104和第二MEMS封裝106,設置在同一基底基板102上,並且第一MEMS封裝104和第二MEMS封裝106橫向(例如在x方向上)彼此隔開。FIG. 1 is a top view schematic diagram of a microelectromechanical system (MEMS) package according to some embodiments of the present disclosure. Referring to FIG. 1 , the MEMS
第一MEMS封裝104包括第一MEMS元件(未顯示)、第一蓋基板120a、第一空腔122a、通氣孔124和第一密封層140a。第一MEMS元件與第一空腔122a重疊,並且在第一MEMS封裝104的操作期間,第一MEMS元件的至少一部分,例如檢測質量(proof mass)或懸臂梁(suspension beam),可以在由第一空腔122a構成的空間中移動、振動和/或旋轉。第一空腔122a由第一蓋基板120a和第一密封層140a圍封。在一些實施例中,第一空腔122a具有預定壓力(例如,第一壓力),通氣孔124連接到第一空腔122a的側壁,通氣孔124包括橫向穿過第一蓋基板120a的筆直通道,通氣孔124的至少一部分被第一密封層140a填入。The
在一些實施例中,第一MEMS封裝104還包括沿垂直方向(例如,沿Z方向)設置在第一蓋基板120a和第一空腔122a下方的第一元件基板(未顯示)。第一元件基板包括凸出部分130a,凸出部分130a是從第一元件基板的主體向下延伸並鍵合到基底基板102的連續結構。凸出部分130a的一部分與第一空腔122a重疊,並且該部分與第一通氣孔124橫向(例如,在x方向上)隔開。In some embodiments, the
參考圖1,第二MEMS封裝106包括第二MEMS元件(未顯示)、第二蓋基板120b、第二空腔122b和第二密封層140b。第二MEMS元件與第二空腔122a重疊,並且在第二MEMS封裝106的操作期間,第二MEMS元件的至少一部分,例如檢測質量或懸臂梁,可以在由第二空腔122b構成的空間中移動、振動和/或旋轉。第二空腔122b由第二蓋基板120b和第二密封層140b圍封。在一些實施例中,第二空腔122b具有預定壓力(例如,第二壓力),第二MEMS封裝106還包括設置在第二蓋基板120b和第二空腔122b下方的第二元件基板(未顯示)。第二元件基板包括凸出部分130b,凸出部分130b是從第二元件基板的主體向下延伸的連續結構,並鍵合到基底基板102。凸出部分130b包圍第二空腔122b的周圍,所以,當從俯視角度觀察時,凸出部分130b不與第二空腔122b重疊。1 , the
圖2為根據本揭露一些實施例的沿圖1中剖線A-A’截取的MEMS封裝的剖面示意圖。參考圖2,第一MEMS封裝104和第二MEMS封裝104共享同一基底基板102。基底基板102包括支撐基板202和設置在支撐基板202上的互聯層204。在一些實施例中,支撐基板202是用於容納諸如電晶體的半導體元件的半導體基板,但不限於此。在一些實施例中,支撐基板202可以是沒有任何主動或被動元件的絕緣基板。互聯層204包括金屬間介電質(inter metal dielectric,IMD)層和多個導電互聯線和通孔。導電互聯線和通孔具有預定的設計布局,並且可以電耦合到設置在互聯層204上的第一MEMS元件212和第二MEMS元件216。保護層206可以設置在互聯層204上,以保護部分互聯層204。FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram of a MEMS package taken along the section line A-A′ in FIG. 1 according to some embodiments of the present disclosure. Referring to FIG. 2 , a
在一些實施例中,第一元件基板210a包括第一MEMS元件214,其具有加速度計或陀螺儀。第一元件基板210a可以通過設置在凸出部分130a下方的鍵合材料212鍵合到基底基板102。鍵合材料212可包括共晶鍵合材料(eutectic bonding material),包括Au-Ge、Au-Si、Al-Ge、Al-Si或其組合,但不限於此。第一下空腔132a可由凸出部分130a定義出,其設置在第一MEMS元件214下方並被凸出部分130a包圍。In some embodiments, the
在一些實施例中,第一蓋基板120a設置在第一元件基板210a上方。在一些實施例中,第一蓋基板120a可以藉由設置在第一蓋基板120a的表面上的鍵合介電層220a而被鍵合到第一元件基板210a。鍵合介電層220a可以是共形層,其設置在第一蓋基板120a的底表面上,並且設置在第一元件基板210a和第一蓋基板120a之間。鍵合介電層220a和第一元件基板210a圍封第一空腔122a和通氣孔124。第一空腔122a的高度大於通氣孔124的高度。In some embodiments, the
導電層222a設置在第一蓋基板120a的頂表面上,其可為圖案化導電層,電耦合至第一MEMS元件214和/或互聯層204中的導電互聯線和通孔。The
第一密封層140a設置在第一蓋基板120a的側壁上,或進一步設置在第一元件基板210a的側壁上。第一密封層140a的一部分可以填入通氣孔124中,並且第一密封層140a的該部分可以具有靠近第一空腔122a的端面142。在一些實施例中,第一密封層140a的端面142設置在通氣孔124中,並且不延伸到第一空腔122a中。換句話說,第一密封層140a的端面142橫向(例如,在x方向上)與第一空腔122a隔開。在一些實施例中,第一密封層140a的一部分可以填入互聯層204和第一元件基板210a之間的第一間隙134a中。The
第二元件基板210b包括具有加速度計或陀螺儀的第二MEMS元件216,且第二MEMS元件216的類型不同於第一MEMS元件214的類型。例如,在第一MEMS元件214是被圍封在具有相對較低壓力的空腔中的陀螺儀的情況下,第二MEMS元件216可以是被圍封在具有相對較高壓力的空腔中的加速計,而不是陀螺儀。第二元件基板210b可以通過設置在凸出部分130b下方的鍵合材料212鍵合到基底基板102。鍵合材料212可包括共晶鍵合材料,包括Au-Ge、Au-Si、Al-Ge、Al-Si或其組合,但不限於此。第二下空腔132b可由凸出部分130b定義出,其設置在第二MEMS元件216下方並被凸出部分130b包圍。The
第二蓋基板120b設置在第二元件基板210b上方。在一些實施例中,第二蓋基板120b可以藉由設置在第二蓋基板120b的表面上的鍵合介電層220b而被鍵合到第二元件基板210b。鍵合介電層220b可以是共形層,其設置在第二蓋基板120b的底表面上,並且設置在第二元件基板210b和第二蓋基板120b之間。鍵合介電層220b和第二元件基板210b圍封第二空腔122b。第二空腔122b的高度大於通氣孔124的高度。The
導電層222b設置在第二蓋基板120b的頂表面上,其可為圖案化導電層,電耦合至第二MEMS元件216和/或互聯層204中的導電互聯線和通孔。The
第二密封層140b設置在第二蓋基板120b的側壁上,或進一步設置在第二元件基板210b的側壁上。在一些實施例中,第二密封層140b的一部分可以填入互聯層204和第二元件基板210b之間的第二間隙134b中。在一些實施例中,第二密封層140b具有與第一密封層140a相同的成分,並且兩者可以通過相同的沉積和蝕刻製程同時形成。The
根據本揭露的一些實施例,第一空腔122a具有預定壓力,例如第一壓力(或第一氣壓),其不同於第二空腔122b的預定壓力,例如第二壓力(或第二氣壓)。藉由使氣體經由通氣孔124流入或流出第一空腔122a,可以獨立於第二空腔122b的壓力來控制第一空腔122a的壓力。在第一MEMS元件需要在相對高的壓力下操作,例如高於或等於1.0標準大氣壓(atm)的壓力,而第二MEMS元件需要在相對低的壓力下操作,例如低於1.0 atm的壓力的情況下,氣體可以從周圍環境通過通氣孔124而流入第一空腔122a。當第一空腔122a的壓力實質上等於周圍環境的壓力時,通氣孔124會被第一密封層140a密封。According to some embodiments of the present disclosure, the
圖3為根據本揭露一些實施例的第一MEMS封裝中不同類型通氣孔的俯視示意圖。參考圖3,第一MEMS封裝104中的通氣孔不限於如圖1所示的筆直形狀的通氣孔,並且可以是不同的類型,例如圖3所示的通氣孔124a、124b、124c。FIG3 is a top view schematic diagram of different types of vents in the first MEMS package according to some embodiments of the present disclosure. Referring to FIG3 , the vents in the
對於第一MEMS封裝104a的通氣孔124a,通氣孔124a包括遠離第一空腔122a的外側開口126和靠近第一空腔122a的內側開口128。在這種情況下,通氣孔124a不是筆直形狀,而是非線性形狀(non-linear shape),包括在X方向或Y方向延伸並藉由端部彼此連接的幾個通道。在形成第一密封層140a的過程中,可以控制第一密封層的端面142而使端面142輕易地終止於通氣孔124a中,此係因為由彼此垂直的通道組成的通氣孔124a可以防止產生的固體產物進入第一空腔122a。For the
對於第一MEMS封裝104b的通氣孔124b,通氣孔124b不是筆直形狀,而是非線性形狀,例如鋸齒形狀。在形成第一密封層140a的過程中,可以控制第一密封層的端面142而使端面142輕易地終止於通氣孔124b,此係因為鋸齒形的通氣孔124b可以防止產生的固體產物進入第一空腔122a。For the
對於第一MEMS封裝104c的通氣孔124c,通氣孔124c不是筆直形狀,而是非線性形狀,例如波浪形狀。在形成第一密封層140a的過程中,可以控制第一密封層的端面142而使端面142輕易地終止於通氣孔124c,此係因為波狀通氣孔124c可以防止產生的固體產物進入第一空腔122a。For the
為了使所述領域領域中具有通常知識者能夠實施本揭露,下文進一步描述了本揭露微機電系統封裝的製造方法。In order to enable a person having ordinary skill in the art to implement the present disclosure, the manufacturing method of the MEMS package of the present disclosure is further described below.
圖4至圖10為根據本揭露的一些實施例所繪示的MEMS封裝的製造方法在不同製造階段的剖面示意圖。4 to 10 are cross-sectional schematic diagrams of a MEMS package manufacturing method at different manufacturing stages according to some embodiments of the present disclosure.
參考圖4,在步驟402中,提供了蓋基板120。蓋基板120可以是半導體基板或絕緣基板,但不限於此。通過執行光微影和蝕刻製程,多個凹槽(諸如第一凹槽422a、第二凹槽422b和第三凹槽422c)可以被形成在蓋基板120的頂表面上。第一凹槽422a和第三凹槽422c位在第一區域452中並且彼此連接,第二凹槽422b在第二區域454中並且與第一凹槽422a和第三凹槽422c橫向(例如在X方向上)隔開。在一些實施例中,第一凹槽422a、第二凹槽422b和第三凹槽422c在Z方向上具有第一深度D1、第二深度D2和第三深度D3。第一深度D1和第二深度D2大於第三深度D3。第一凹槽422a和第二凹槽422b在Y方向上的尺寸大於第三凹槽422c在Y方向上的尺寸,例如大於兩倍。鍵合介電層220形成在蓋基板120的頂表面上,並且共形地覆蓋第一至第三凹槽422a、422b、422c的側壁和底表面。在一些實施例中,鍵合介電層220可以圍繞整個蓋基板120,其可以通過熱氧化製程或沉積製程而被形成。4 , in
參考圖4,在步驟404,可以執行諸如晶圓鍵合製程的鍵合製程,以藉由鍵合介電層220而將元件基板210鍵合到蓋基板120,並且鍵合介電層220可以設置在元件基板210和蓋基板120之間。通過執行鍵合製程,第一凹槽422a、第二凹槽422b和第三凹槽422c可以被元件基板210覆蓋,以變成第一空腔122a、第二空腔122b和第三空腔424。藉由在鍵合過程中控制環境壓力(例如腔室壓力),第一空腔122a、第二空腔122b和第三空腔424可以具有預定壓力,例如,對於在具有10
-5至5 atm的腔室壓力的腔室中執行的鍵合製程,第一空腔122a、第二空腔122b和第三空腔424也可以具有等於鍵合製程中的腔室壓力的壓力。
4 , in
然後,可進行圖案化製程以形成凸出部分,如步驟404所示的第一凸出部分130a和第二凸出部分130b,其從元件基板210的主體延伸。在一些實施例中,藉由執行光微影和蝕刻製程來形成第一凸出部分130a和第二凸出部分130b,因此第一凸出部分130a和第二凸出部分130b可以和元件基板210一體成形。Then, a patterning process may be performed to form protrusions, such as the
參考圖5,在步驟406中,第一MEMS元件214和第二MEMS元件216可被製作於在元件基板210中。第一MEMS元件214和第二MEMS元件216可以是慣性測量單元(IMU)的一部分,並且可以由可移動的檢測質量、可移動的懸臂梁、可移動的懸臂環或其組合構成,但不限於此。在一些實施例中,第一MEMS元件214的類型不同於第二MEMS元件216,例如,第一MEMS元件214可以是加速度計,其需要在相對高的壓力下操作,例如高於或等於1.0標準大氣壓(atm)的壓力,而第二MEMS元件可以是陀螺儀,其需要在相對低的壓力下操作,例如低於1.0 atm的壓力。然後,在凸出部分130a、130b上形成鍵合材料212,例如Au-Ge、Au-Si、Al-Ge、Al-Si或其組合的共晶鍵合材料。5 , in
圖6為根據本揭露一些實施例的第一區域452中不同類型的第三空腔424的俯視示意圖。參照圖6,在第一區域452a中,第三空腔424是筆直形狀,且具有遠離第一空腔122a的圓形端426,並且被蓋基板120a覆蓋。除了筆直的第三空腔424之外,第三空腔424可以具有如相應的第一區域452a、452b、452c、452d所示的其他形狀。FIG6 is a schematic top view of different types of
對於第一區域452b中的第三空腔424,第三空腔424不是筆直形狀,而是非線性形狀,包括多個相互連接且相互垂直的通道。對於第一區域452c中的第三空腔424,第三空腔424不是筆直形狀,而是非線性形狀,例如波浪形狀。對於第一區域452d中的第三空腔424,第三空腔424不是筆直形狀,而是諸如鋸齒形狀的非線性形狀。For the
參考圖7,在步驟408中,提供了基底基材102。在一些實施例中,基底基板102包括支撐基板202和設置在支撐基板202上的互聯層204。在一些實施例中,支撐基板202是用於容納諸如電晶體的半導體元件的半導體基板,但不限於此。在一些實施例中,支撐基板202可以是沒有任何電晶體的絕緣基板,互聯層204包括金屬間介電質(IMD)層和多個導電互聯線和通孔。導電互聯線和通孔具有預定的設計布局,並且可以電耦合到設置在互聯層204上的第一MEMS元件214和第二MEMS元件216,保護層206可以設置在互聯層204上,以保護部分互聯層204,基底基板102具有兩個相對側面,例如前側102-1和背側102-2。在隨後的製程中,前側102-1可以面向並鍵合到元件基板。7 , in
參考圖8,在步驟410中,藉由鍵合材料212將基底基板102鍵合至元件基板210。藉由執行鍵合製程,第一下空腔132a會被形成在第一區域452中的元件基板210和基底基板102之間。如此一來,在操作期間,第一MEMS元件214的至少一部分可以在由第一下空腔132a和第一空腔122a構成的空間中移動、振動或旋轉。此外,藉由執行鍵合製程,第二下空腔132b會被形成在第二區域454中的元件基板210和基底基板102之間。如此一來,在操作期間,第二MEMS元件216的至少一部分可以在由第二下空腔132b和第二空腔122b構成的空間中移動、振動或旋轉。Referring to FIG. 8 , in
在鍵合製程後,可將蓋基板120減薄至預定厚度。然後,諸如金屬層的導電層222可以設置在蓋基板120的頂表面120-2。導電層222可在隨後的圖案化製程中進一步被圖案化,並電耦合到第一MEMS元件214、第二MEMS元件216、互聯層204或其組合。可選的導電通孔(未顯示)可以形成在蓋基板120和/或元件基板210中,其被配置為將電訊號傳輸至或傳輸出第一MEMS元件214和第二MEMS元件216。After the bonding process, the
參考圖8和圖9,在步驟412中,藉由蝕刻、鋸切或雷射切割,以移除第一區域452和第二區域454的交界處的蓋基板120。在一些實施例中,在第一區域452和第二區域454的交界處的導電層222、鍵合介電層220、元件基板210b也可以被同時去除。在此移除製程期間,鄰接第三凹槽424的端部的蓋基板120可以被移除。此外,如圖6所示的第三凹槽424的圓形端426可被移除,以在鍵合介電層220a和第一元件基板210a之間獲得通氣孔124,通氣孔124包括連接到周圍環境的外側開口126和連接到第一空腔122a的內側開口128,藉由使周圍環境中的氣體通過通氣孔124而流入或流出第一空腔122a,便可以控制第一空腔122a的壓力,如此一來,第一空腔122a的壓力可以等於環境壓力。8 and 9 , in
參考圖10,在步驟414中,形成密封層140以密封通氣孔124。在一些實施例中,密封層140可以是覆蓋基底基板102上的所有部件或構件的毯覆層,因此,密封層140可以覆蓋第一蓋基板120a和第二蓋基板120b的側壁,以及第一元件基板210a和第二元件基板210b的側壁。在形成密封層140的過程中,第一空腔122a的壓力受到沉積室內的環境壓力(例如,腔室壓力)的影響。在一些實施例中,第一空腔122a的壓力可以實質上等於沉積室的腔室壓力,然而,一旦通氣孔124被密封層140密封,第一空腔122a的壓力將不再受沉積室的腔室壓力影響。10 , in
隨後,在步驟414之後,可進行其他製程,例如蝕刻製程,以獲得如圖2所示的MEMS封裝100。藉由執行蝕刻製程,導電層222a、222b可以被暴露,並且第一密封層140a和第二密封層140b可以分別形成在第一蓋基板120a和第二蓋基板120b的側壁上,以及第一元件基板210a和第二元件基板210b的側壁上。在一些實施例中,第一密封層140a和第二密封層140b是在不執行光微影製程的情況下而獲得的自對準結構。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
Subsequently, after
100:MEMS封裝 102:基底基板 102-1:前側 102-2:背側 104:第一MEMS封裝 104a:第一MEMS封裝 104b:第一MEMS封裝 104c:第一MEMS封裝 106:第二MEMS封裝 120:蓋基板 120-2:頂表面 120a:第一蓋基板 120b:第二蓋基板 122a:第一空腔 122b:第二空腔 124:通氣孔 124a:通氣孔 124b:通氣孔 124c:通氣孔 126:外側開口 128:內側開口 130a:凸出部分 130b:凸出部分 132a:第一下空腔 132b:第二下空腔 134a:第一間隙 134b:第二間隙 140:密封層 140a:第一密封層 140b:第二密封層 142:端面 202:支撐基板 204:互聯層 206:保護層 210:元件基板 210a:第一元件基板 210b:第二元件基板 212:鍵合材料 214:第一MEMS元件 216:第二MEMS元件 220:鍵合介電層 220a:鍵合介電層 220b:鍵合介電層 222:導電層 222a:導電層 222b:導電層 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 412:步驟 414:步驟 422a:第一凹槽 422b:第二凹槽 422c:第三凹槽 424:第三空腔 426:圓形端 452:第一區域 452a:第一區域 452b:第一區域 452c:第一區域 452d:第一區域 454:第二區域 D1:第一深度 D2:第二深度 D3:第三深度 100: MEMS package 102: base substrate 102-1: front side 102-2: back side 104: first MEMS package 104a: first MEMS package 104b: first MEMS package 104c: first MEMS package 106: second MEMS package 120: cover substrate 120-2: top surface 120a: first cover substrate 120b: second cover substrate 122a: first cavity 122b: second cavity 124: vent 124a: vent 124b: vent 124c: vent 126: outer opening 128: inner opening 130a: protruding portion 130b: protruding portion 132a: first lower cavity 132b: second lower cavity 134a: first gap 134b: second gap 140: sealing layer 140a: first sealing layer 140b: second sealing layer 142: end surface 202: support substrate 204: interconnection layer 206: protective layer 210: element substrate 210a: first element substrate 210b: second element substrate 212: bonding material 214: first MEMS element 216: second MEMS element 220: bonding dielectric layer 220a: bonding dielectric layer 220b: bonding dielectric layer 222: conductive layer 222a: conductive layer 222b: conductive layer 402: step 404: step 406: step 408: step 410: step 412: step 414: step 422a: first groove 422b: second groove 422c: third groove 424: third cavity 426: round end 452: first region 452a: first region 452b: first region 452c: first region 452d: first region 454: second region D1: first depth D2: second depth D3: third depth
為了使下文更容易被理解,在閱讀本揭露時可同時參考圖式及其詳細文字說明。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式,俾以詳細解說本揭露之具體實施例,並用以闡述本揭露之具體實施例之作用原理。此外,為了清楚起見,圖式中的各特徵可能未按照實際的比例繪製,因此某些圖式中的部分特徵的尺寸可能被刻意放大或縮小。 圖1為根據本揭露一些實施例所繪示的微機電系統(MEMS)封裝的俯視示意圖。 圖2為根據本揭露一些實施例沿圖1的剖線A-A’所繪示的MEMS封裝的剖面示意圖。 圖3為根據本揭露一些實施例所繪示的第一MEMS封裝中不同類型的通氣孔的俯視示意圖。 圖4至圖10為根據本揭露的一些實施例所繪示的MEMS封裝的製造方法的不同製造階段的剖面示意圖。 In order to make the following easier to understand, the drawings and their detailed text descriptions can be referred to at the same time when reading this disclosure. Through the specific embodiments in this article and referring to the corresponding drawings, the specific embodiments of the disclosure are explained in detail, and the working principle of the specific embodiments of the disclosure is explained. In addition, for the sake of clarity, the features in the drawings may not be drawn according to the actual scale, so the size of some features in some drawings may be deliberately enlarged or reduced. Figure 1 is a schematic top view of a microelectromechanical system (MEMS) package drawn according to some embodiments of the disclosure. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a MEMS package drawn along the section line A-A' of Figure 1 according to some embodiments of the disclosure. Figure 3 is a schematic top view of different types of vents in a first MEMS package drawn according to some embodiments of the disclosure. Figures 4 to 10 are cross-sectional schematic diagrams of different manufacturing stages of a manufacturing method for a MEMS package according to some embodiments of the present disclosure.
100:MEMS封裝 100:MEMS packaging
102:基底基板 102: Base substrate
104:第一MEMS封裝 104: The first MEMS package
106:第二MEMS封裝 106: Second MEMS package
120a:第一蓋基板 120a: first cover substrate
120b:第二蓋基板 120b: Second cover substrate
122a:第一空腔 122a: First cavity
122b:第二空腔 122b: Second cavity
124:通氣孔 124: Ventilation hole
130a:凸出部分 130a: protruding part
130b:凸出部分 130b: protruding part
132a:第一下空腔 132a: First lower cavity
132b:第二下空腔 132b: Second lower cavity
134a:第一間隙 134a: First gap
134b:第二間隙 134b: Second gap
140a:第一密封層 140a: First sealing layer
140b:第二密封層 140b: Second sealing layer
142:端面 142: End face
202:支撐基板 202: Supporting substrate
204:互聯層 204:interconnection layer
206:保護層 206: Protective layer
210a:第一元件基板 210a: first component substrate
210b:第二元件基板 210b: Second component substrate
212:鍵合材料 212: Bonding materials
214:第一MEMS元件 214: First MEMS element
216:第二MEMS元件 216: Second MEMS element
220a:鍵合介電層 220a: Bonding dielectric layer
220b:鍵合介電層 220b: Bonding dielectric layer
222a:導電層 222a: Conductive layer
222b:導電層 222b: Conductive layer
Claims (20)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW202415616A true TW202415616A (en) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6178015B2 (en) | MEMS device with outgassing shielding | |
EP2860532B1 (en) | Mems sensor device with multi-stimulus sensing and method of fabrication | |
US9035451B2 (en) | Wafer level sealing methods with different vacuum levels for MEMS sensors | |
US9567210B2 (en) | Multi-pressure MEMS package | |
US20180029881A1 (en) | Vacuum Sealed MEMS and CMOS Package | |
US10093533B2 (en) | CMOS-MEMS-CMOS platform | |
US9676614B2 (en) | MEMS device with stress relief structures | |
US6338284B1 (en) | Electrical feedthrough structures for micromachined devices and methods of fabricating the same | |
TWI548585B (en) | Mems devices, packaged mems devices, and method of manufacture thereof | |
US8522613B2 (en) | Acceleration sensor | |
US20100252898A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
EP1096259A1 (en) | High-vacuum packaged microgyroscope and method for manufacturing the same | |
JP2014523815A (en) | Process for a sealed MEMS device comprising a portion exposed to the environment | |
US9790084B2 (en) | Micromechanical sensor device | |
US20150097215A1 (en) | Mechanisms for forming micro-electro mechanical system device | |
US9567206B2 (en) | Structures and formation methods of micro-electro mechanical system device | |
KR101992535B1 (en) | Multi-layer sealing film for high seal yield | |
CN103221331A (en) | Sealed packaging for microelectromechanical systems | |
CN102275857B (en) | Micro-electro-mechanical device and manufacturing method thereof | |
US10870575B2 (en) | Stressed decoupled micro-electro-mechanical system sensor | |
JP2006247833A (en) | Mems element package and its manufacturing method | |
JP2011220885A (en) | Mechanical quantity detection device and method of manufacturing the same | |
US20210155472A1 (en) | Semiconductor device including a microelectromechanical structure and an associated integrated electronic circuit | |
TWI431741B (en) | Chip package and method for forming the same | |
TW201616642A (en) | Semiconductor package and manufacturing method thereof |