TWI628137B - 微機電系統裝置 - Google Patents

Abstract

一種微機電系統裝置包含一處理晶粒、一微機電系統晶粒以及多個引線。微機電系統晶粒包含一基板以及一微機電系統元件。基板具有一第一表面，且第一表面包含一電路以及與電路電性連接之多個第一導電接點。微機電系統元件具有一第二表面、一第三表面以及至少一第二導電接點，其中微機電系統元件以第二表面設置於基板之第一表面，且至少一第二導電接點設置於微機電系統元件之第三表面。多個引線經由多個第一導電接點以及第二導電接點分別電性連接微機電系統晶粒之基板以及微機電系統元件至處理晶粒。

Description

微機電系統裝置

本發明是有關一種微機電系統裝置，特別是一種利用引線與外部晶片電性連接之微機電系統裝置。

自1970年代微機電系統裝置概念成形起，微機電系統(Microelectromechanical System，MEMS)裝置已從實驗室的探索對象進步至成為高階系統整合的對象，並已在大眾消費性裝置中有廣泛的應用，展現了驚人且穩定的成長。微機電系統裝置包含一可動之微機電系統元件，藉由感測可動之微機電系統元件之運動物理量所造成之電容差異可實現微機電系統裝置的各項功能。

習知之微機電系統裝置是將可動之微機電系統元件是設置於一半導體基板，微機電系統元件再經由導電貫孔與半導體基板電性連接，最後利用半導體基板之導電接點與外部之晶片之電性連接。依據上述結構將增加微機電系統元件之半導體製程，導致微機電系統裝置之製造成本提高。有鑑於此，如何簡化微機電系統裝置之製程便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種微機電系統裝置，其是利用引線將微機電系統元件電性連接至一外部晶片，如此可免除用以電性連接微機電系統元件以及半導體基板之導電貫孔之半導體製程，進而降低微機電系統裝置之製造成本。

本發明一實施例之微機電系統裝置包含一處理晶粒、一微機電系統晶粒以及多個引線。微機電系統晶粒包含一基板以及一微機電系統元件。基板具有一第一表面，且第一表面包含一電路以及與電路電性連接之多個第一導電接點。微機電系統元件具有一第二表面、一第三表面以及至少一第二導電接點，其中微機電系統元件以第二表面朝向基板設置於基板之第一表面，且至少一第二導電接點設置於微機電系統元件之第三表面。多個引線經由多個第一導電接點以及至少一第二導電接點電性連接微機電系統晶粒之基板以及微機電系統元件至處理晶粒。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1以及圖2，本發明之一實施例之微機電系統裝置包含一微機電系統晶粒10以及一處理晶粒20。處理晶粒20透過多個引線30與微機電系統晶粒10電性連接，以處理微機電系統晶粒10所輸出之感測訊號。於一實施例中，處理晶粒20可為一特殊應用積體電路(Application specific integrated circuit，ASIC)。

微機電系統晶粒10包含一基板11以及一微機電系統元件12。基板11之一第一表面111包含一電路以及與電路電性連接之多個第一導電接點113。舉例而言，基板11包含至少一金屬層。於圖2所示之實施例中，基板11包含多層金屬層所形成之電路，而最上層之金屬層部分曝露於基板11之第一表面111。曝露出來之金屬層可作為感測電容之感測電極112a以及參考電容之參考電極112b。可以理解的是，多個第一導電接點113可經由內連接線路與感測電極112a以及參考電極112b電性連接。於一實施例中，基板11可為一互補式金氧半導體基板。

微機電系統元件12具有一第二表面121、一第三表面122以及至少一第二導電接點123。微機電系統元件12以第二表面121朝向基板11設置於基板11之第一表面111。至少一第二導電接點123則設置於微機電系統元件12之第三表面122。於一實施例中，微機電系統元件12能夠以共晶鍵合(eutectic bonding)技術與基板11接合。舉例而言，基板11以及微機電系統元件12之接合位置包含一合金，其包含鋁、銅、鍺、銦、金以及矽至少其中之一。但不限於此，微機電系統元件12亦能夠以熔接(fusion bond)、銲接以及黏合至少其中之一之技術與基板11接合。於一實施例中，微機電系統元件12可為單晶矽。

舉例而言，可先將一單晶矽基板以共晶鍵合、熔接、銲接或黏合等技術與基板11接合，接著，將至少一第二導電接點123藉由適當之半導體製程，例如沈積、曝光、顯影、蝕刻等，形成於單晶矽基板之第三表面122。最後，再利用半導體製程將單晶矽基板形成微機電系統元件12。多個引線30可連接基板11上之多個第一導電接點113以及微機電系統元件12上之至少一第二導電接點123至處理晶粒20上之導電接點21，以電性連接微機電系統晶粒10之基板11以及微機電系統元件12至處理晶粒20。

以圖1以及圖2所示之壓力感測器為例，微機電系統元件12與基板11間形成一氣密空腔，且微機電系統元件12與固定電極112a相對。依據此結構，微機電系統元件12即可隨著外部環境之壓力變化而產生形變，進而導致微機電系統元件12以及固定電極112a間之電容值變化，如此即可感測外部環境之壓力變化。需注意的是，第二導電接點123並未經由微機電系統元件12與基板11上之電路電性連接。換言之，本發明之微機電系統裝置無需在微機電系統元件12上形成導電貫孔或其它相似之導電結構，如此可減少多道半導體製程，進而降低微機電系統裝置之製造成本。

可以理解的是，參考電極112b靠近氣密空腔之側壁設置，則微機電系統元件12與參考電極112b相對應之區域即因氣密空腔之側壁的支撐而與參考電極112b維持一固定間距，如此，參考電極112b與微機電系統元件12間即近似一固定間距，換言之，參考電極112b與微機電系統元件12間可形成一電容值為定值之參考電容。於一實施例中，微機電系統晶粒10更包含一支撐元件114，其設置於靠近氣密空腔之側壁，以維持參考電極112b以及微機電系統元件12間為一固定間距。於圖1所示之實施例中，支撐元件114為一牆狀。但不限於此，支撐元件114亦可為柱狀(如圖3所示)、環狀(如圖4所示)、弧狀(如圖5所示)或其它適當之結構。

綜合上述，本發明之微機電系統裝置是利用引線將微機電系統元件直接電性連接至處理晶粒，如此即無需在微機電系統元件上形成導電貫孔或相似之導電結構，因而可簡化半導體製程並降低微機電系統裝置之製造成本。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧微機電系統晶粒

11‧‧‧基板

111‧‧‧第一表面

112a‧‧‧感測電極

112b‧‧‧參考電極

113‧‧‧第一導電接點

114‧‧‧支撐元件

12‧‧‧微機電系統元件

121‧‧‧第二表面

122‧‧‧第三表面

123‧‧‧第二導電接點

20‧‧‧處理晶粒

21‧‧‧導電接點

30‧‧‧引線

圖1為一俯視圖，顯示本發明一第一實施例之微機電系統裝置。 圖2為一示意圖，顯示沿圖1之AA線之本發明一第一實施例之微機電系統裝置之剖面結構。 圖3為一示意圖，顯示本發明一第二實施例之微機電系統裝置。 圖4為一示意圖，顯示本發明一第三實施例之微機電系統裝置。 圖5為一示意圖，顯示本發明一第四實施例之微機電系統裝置。

Claims (8)

1. 一種微機電系統裝置，包含：一處理晶粒；一微機電系統晶粒，其包含：一基板，其具有一第一表面，且該第一表面包含一電路以及與該電路電性連接之多個第一導電接點；以及一微機電系統元件，其具有一第二表面、一第三表面以及至少一第二導電接點，其中該微機電系統元件以該第二表面朝向該基板設置於該基板之該第一表面，該至少一第二導電接點設置於該微機電系統元件之該第三表面，且該至少一第二導電接點與該基板電性獨立；以及多個引線，其經由該多個第一導電接點以及該至少一第二導電接點電性連接該微機電系統晶粒之該基板以及該微機電系統元件至該處理晶粒。
2. 如請求項1所述之微機電系統裝置，其中該基板包含一互補式金氧半導體基板。
3. 如請求項1所述之微機電系統裝置，其中該微機電系統元件包含單晶矽。
4. 如請求項1所述之微機電系統裝置，其中該微機電系統元件以及該基板間形成一氣密空腔，使該微機電系統裝置作為一壓力感測器。
5. 如請求項4所述之微機電系統裝置，其中該微機電系統晶粒更包含一支撐元件，其設置於靠近該氣密空腔之側壁。
6. 如請求項5所述之微機電系統裝置，其中該支撐元件為牆狀、柱狀、環狀或弧狀。
7. 如請求項1所述之微機電系統裝置，其中該基板與該微機電系統元件之接合是以共晶鍵合、熔接、銲接以及黏合至少其中之一加以實現。
8. 如請求項1所述之微機電系統裝置，其中該處理晶粒為一特殊應用積體電路。