Mems器件校准的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本说明书总体上涉及MEMS器件，并且在一个示例中涉及校准MEMS器件。
【发明内容】
[0002]一种MEMS器件，包括:具有内部环境的空腔；将所述内部环境与所述MEMS器件外的外部环境相隔离的密封，其中所述密封易于响应于校准解封能量而被损坏，并且在所述密封损坏时形成耦合所述内部环境与所述外部环境的通路；以及，能够在所述密封损坏之前和所述密封损坏之后测量所述内部环境的校准电路。。
[0003]一种校准MEMS器件的方法，包括:用校准解封能量损坏将所述MEMS器件内的内部环境与所述MEMS器件外的外部环境相隔离的密封，其中在所述密封损坏时形成耦合所述内部环境与所述外部环境的通路；在所述密封损坏之前和在所述密封损坏之后测量所述内部环境的参数；以及，基于所述测量来校准所述MEMS器件。
[0004]以上
【发明内容】
不旨在代表当前或未来权利要求书中的每个示例实施例。在附图和下面的【具体实施方式】中讨论附加的示例实施例。
【附图说明】
[0005]图1是MEMS器件的一个示例。
[0006]图2是MEMS器件的另一个示例的顶视图
[0007]图3A和3B是图2的MEMS器件的截面视图。
[0008]图4是MEMS器件中的第二示例密封的顶视图。
[0009]图5是MEMS器件中的第三示例密封的顶视图。
[0010]图6是MEMS器件中的第四示例密封的顶视图。
[0011]图7是MEMS器件中的第五示例密封的顶视图。
[0012]图8是MEMS器件的另一个示例的顶视图。
[0013]图9是校准MEMS器件的方法的一个示例。
[0014]尽管本公开适用于各种修改和替代形式，但是本公开的具体内容将在附图中以示例形式示出，并且将被详细描述。然而，应该理解的是，超出所描述的具体实施例的其他实施例也是可能的。还覆盖了落入所附权利要求的精神和范围内的所有修改、等价和替代实施例。
【具体实施方式】
[0015]MEMS器件，例如电容压力传感器和其他传感器或致动器，在针对消费和工业的应用中是有用的，包括:移动电话(例如，高度计、气压计等)、服装(例如，鞋传感器)、医疗设备(例如，眼压监测，和检测睡眠呼吸暂停)、汽车(例如，胎压监测、座位占用检测、保险杠/门中的碰撞检测)和恒压器电平感测(例如，洗衣机、空调和过滤器替换)。在一些应用中，还在使用之前对MEMS器件进行校准。
[0016]MEMS器件经常测量外部压力和密封空腔内部的参考压力之间的差异。密封空腔内部的压力可能由于工艺环境而变化。需要校准过程，以针对密封空腔中的压力的未知变化而校正压力读取。
[0017]为了进行校准过程，需要校准器件。理想地，校准器件和实际压力传感器之间的唯一差别应当是:校准器件具有非气密密封的空腔，而实际压力传感器具有气密密封的空腔。
[0018]在比较校准器件和实际压力传感器的校准过程期间，确定实际压力传感器的密封腔中的压力。
[0019]备选地，还可以在比较在破坏校准器件的气密密封之前和之后的校准器件的性能的校准过程期间，确定实际压力传感器的密封空腔中的压力。
[0020]理想地，校准器件被放置在与实际MEMS压力传感器相同的封装中的相同芯片(die)上。
[0021]其校准需要比较对校准器件的气密密封的空腔和在裂口并曝露到外部环境的空腔的测量的MEMS器件可能需要特殊处理。一种使气密密封的空腔裂口的方法需要在最后的晶圆处理步骤之一期间，在空腔膜中腐蚀一个小孔。
[0022]这可能由于以下一个或更多个原因而影响MEMS校准器件的性能。在介于执行腐蚀的时间和执行校准测量的时间之间发生的处理步骤(例如晶圆切割、封装和组装)期间，水和其他不想要的物质会通过那个孔进入；密封结构和开口结构之间的匹配变差；以及，在组装期间的后续步骤(晶圆切割、晶圆打磨、芯片放置、导线(wire)接合、铸造和回流焊接)中，实际传感器特性会由于温度和机械压力而改变。如果使用不与需要校准的器件相邻的校准器件，则匹配可能成为问题。
[0023]以下介绍的是，在器件被封装之后，气密密封在校准过程中被破坏的MEMS校准器件。在一个示例实施例中，可以通过在已知压力下使密封裂口之前和之后测量空腔谐振频率来执行校准。在MEMS器件结构的密封状态和解封状态下的气压的谐振频率差异是对空腔压力的良好度量。
[0024]可以用多种方式来使密封裂口，例如通过用足够大的电流来对邻近密封的熔丝加热。下面介绍了使密封裂口(即损坏)的其他方式。
[0025]在封装之后对MEMS器件进行校准减少了水、灰尘或其他残渣对MEMS校准器件的污染，原因在于在晶圆处理期间这些材料不能进入MEMS校准器件内的空腔中，因为在处理和封装期间该空腔保持密封。
[0026]当应用到MEMS压力传感器器件时，这允许针对每个制造的器件精确确定传感器空腔压力。匹配可以近乎完美，因为校准过程可以包括:在破坏真空密封之前和在破坏真空密封之后测量同一 MEMS器件。只要破坏气密密封的动作对于关注的传感器的参数(例如，谐振频率、电容等)没有影响，开口的和密封的MEMS传感器器件具有近乎完美的匹配，原因在于在物理上它是同一器件。这种MEMS器件还允许精确监控在匹配的配套压力传感器的密封空腔内的可能存在的漏气。
[0027]现在讨论对本发明的校准器件的另外的细节。
[0028]图1是MEMS器件104的一个示例实施例。MEMS器件104包括具有内部环境107的空腔106，和将内部环境107与MEMS器件104外的外部环境相隔离的密封108。密封108易于响应于校准解封能量112而被损坏。在密封损坏时，形成耦合内部环境107与外部环境110的通路114。校准电路116能够在密封损坏之前和在密封损坏之后测量内部环境107。然后，在前测量和在后测量被用于校准MEMS器件104。
[0029]MEMS器件104被内嵌在封装102中，并且当在封装102内时，密封108易于响应于校准解封能量112而被损坏。解封能量112包括热源和/或穿刺器。热源可以是电流、激光、以及能够损坏密封108的其他形式的能量。使得内部环境107与外部环境110耦合的密封108损坏可以是以下形式中的一种或多种:破裂、裂口、断裂、压裂和熔化。
[0030]如果用激光能量损坏密封108，则可以向MEMS器件104添加具有一些光对准标记的小的专用区域。该区域在封装之后应该是光可访问的(optically accessible)。
[0031]可以在MEMS器件104上的专用穿刺区域处用探针来实现对密封108的机械损坏。
[0032]在一个示例中，密封108是熔丝，并且该熔丝可以响应于电流而损坏密封108。在另一个示例中，密封108包括热隔离区域，其降低损坏密封所需的解封能量112的功率。可以调整密封108的每单位面积的功率耗散，以降低损坏密封所需的解封能量112的功率，例如通过改变形成密封108的材料成分来实现。
[0033]在一个示例中，MEMS器件104是压力传感器，由膜覆盖空腔106，并且以与膜相同的材料形成密封108。密封108可被制造在膜之上而不是作为它的有机部分，使用附加的光刻掩膜和处理步骤。这给出了更多的设计和处理的自由度。
[0034]在另一个示例实施例中，MEMS器件104 (例如，电容性CMOS压力传感器)可以包括两个匹配的结构，每个结构均具有密封。第一结构用作实际的压力传感器，并且第二匹配的校准结构用于确定第一结构的空腔压力。
[0035]在校准过程期