用于有源电路封装的微型机电系统(mems)装置防静摩擦的装置和方法

文档序号:9731398阅读:569来源:国知局
用于有源电路封装的微型机电系统(mems)装置防静摩擦的装置和方法
【专利说明】用于有源电路封装的微型机电系统(MEMS)装置防静摩擦的装置和方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本专利合作协定(PCT)申请要求于2013年6月25日提交的美国专利申请序列号13/926,257,其
【发明内容】
通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明一般涉及在具有以专用集成电路(ASIC,Applicat1n SpecificIntegrated Circuits)晶片封端的微型机电系统(MEMS,Micro-Electro_MechanicalSystem)晶片的集成晶片级芯片规模封装中的抗静摩擦技术。
【背景技术】
[0004]在MEMS装置中,可移动MEMS结构往往容易侧向和/或垂直静摩擦。在诸如加速度计和陀螺仪等微加工MEMS装置表面,侧向和/或下侧止挡件(例如凹凸结构)通常包括在MEMS晶片上以防止可移动MEMS结构的超范围运动。这些止挡件通常被构造为与可移动MEMS结构具有小的接触面积以降低可移动MEMS结构到止挡件静摩擦的机会。抗静摩擦涂层通常也用来增强抗静摩擦性能。
[0005]对于封端的MEMS装置(S卩,其中的封端,如“虚拟”的硅晶片,被接合到MEMS装置晶片),在可移动MEMS结构上方的盖腔上具有垂直止挡件也是典型的,特别是当该MEMS晶片和封端之间的空腔较浅并且可移动MEMS结构靠近封端结构。
[0006]众所周知接合ASIC晶片到MEMS晶片以形成集成晶片级芯片规模封装。在这样的集成晶片级芯片规模封装中,该ASIC晶片是有效的盖晶片。根据接合密封材料厚度或图案支架深度,此种装置往往具有大约2-4微米量级(本文缩写为“urn”)上的腔室深度。在这样的装置中,由于可移动MEMS结构与基本平坦的ASIC表面紧密接近,可移动MEMS结构特别容易产生静摩擦。

【发明内容】

[0007]第一实施方案中提供了在具有顶部电路层的ASIC晶片上形成止挡件特征的方法。该方法包括在顶部电路层上方形成HDP-0X层;在HDP-0X腐蚀停止层上方形成钝化层;并选择性地腐蚀钝化层以形成至少一个止挡件特征,其中该HDP-0X是用于图案化钝化层的腐蚀停止层。
[0008]在各种替代实施方案中,形成钝化层可以包括形成底部氧化层、中间氮化物层和顶部氧化层,并且选择性地腐蚀钝化层可包括使用含H2的CF4腐蚀剂选择性地腐蚀穿过顶部氧化层和中间氮化物层并且引CHF3或CH2F2入腐蚀剂以选择性地腐蚀底部氧化物层到HDP-0X层。另外或替代地,该方法可以包括在至少一个止挡件特征上形成氮化钛抗静摩擦涂层,在这种情况下该方法还可以包括形成被配置在氮化钛抗静摩擦涂层上放置电势的电路。在至少一个止挡件特征上形成氮化钛抗静摩擦涂层可以包括在多个止挡件特征的每一个上形成氮化钛抗静摩擦涂层。在多个止挡件特征的每一个上形成氮化钛抗静摩擦涂层可以包括形成具有可以彼此电连接的氮化钛抗静摩擦涂层的至少两个止挡件特征,在这种情况下该方法还可以包括形成被配置为在电连接的氮化钛抗静摩擦涂层上放置电势的电路。另外或替代地,在多个止挡件特征的每一个上形成氮化钛抗静摩擦涂层可包括形成具有彼此电隔离的氮化钛抗静摩擦涂层的至少两个止挡件特征,在这种情况下该方法还可以包括形成能够在电隔离的氮化钛抗静摩擦涂层上放置不同电势的电路。在任何上述实施方案中,该方法可以包括形成多个铝铜支架。
[0009]在另一个实施方案中提供了一种专用集成电路晶片,其包括顶部电路层;顶部电路层上形成HDP-0X层;和在HDP-0X层上形成钝化层并选择性地腐蚀到包括至少一个止挡件特征。
[0010]在各种替代实施方案中,钝化层可包括底部氧化层、中间氮化物层和顶部氧化层。另外或替代地,该ASIC晶片在至少一个止挡件特征上可包括氮化钛抗静摩擦涂层,在此情况下该ASIC晶片可以包括被配置在氮化钛抗静摩擦涂层上放置电势的电路。该ASIC晶片可以在多个止挡件特征的每一个上包括氮化钛抗静摩擦涂层。至少两个止挡件特征可以具有彼此电连接的氮化钛抗静摩擦涂层并且ASIC晶片可以包括被配置在电连接的氮化钛抗静摩擦涂层上放置电势的电路。另外或可选地,至少两个止挡件特征可以具有彼此电隔离的氮化钛抗静摩擦涂层并且ASIC晶片可以包括能够在电隔离的氮化钛抗静摩擦涂层上放置不同电势的电路。在任何上述实施方案中,该ASIC晶片可包括多个铝铜支架。
[0011]在另一个实施方案中提供了包含耦合到MEMS装置的ASIC晶片的集成晶片级芯片规模封装装置,其中该MEMS装置包括至少一个可移动的MEMS结构,并且其中该ASIC晶片包括顶部电路层、顶部电路层上形成的HDP-0X层和在HDP-0X层上形成的钝化层并选择性地腐蚀以包括定位用于可移动MEMS结构充当垂直止挡件的至少一个止挡件特征。
[0012]在各种替代实施方案中,钝化层可包括底部氧化层、中间氮化物层和顶部氧化层。另外或替代地,该装置在至少一个止挡件特征上可包括氮化钛抗静摩擦涂层,在这种情况下该装置可以包括被配置在氮化钛抗静摩擦涂层上放置电势的电路。该装置可在多个止挡件特征的每一个上包括氮化钛抗静摩擦涂层。至少两个止挡件特征可以具有彼此电连接的氮化钛抗静摩擦涂层并且该装置可包括被配置在电连接的氮化钛抗静摩擦涂层上放置电势的电路。另外或可选地,至少两个止挡件特征可以具有彼此电隔离的氮化钛抗静摩擦涂层,并且该装置可以包括在电隔离的氮化钛抗静摩擦涂层上放置不同电势的电路。在任何上述实施方案中,该装置可包括多个铝铜支架。
[0013]附加实施方案可以被公开并要求保护。
【附图说明】
[0014]通过参考下面的详细描述,实施方案的前述特征将更加容易地理解,参考附图其中:
[0015]图1是表示根据本发明的一个示例性实施方案的晶片级芯片规模封装的横截面图的示意性框图;
[0016]图2包括图2A-2G示意性地表示根据一个示例性实施方案用于形成止挡件特征的不例性制造工艺的有关步骤;
[0017]图3是表示根据图2中所示的示例性实施方案在ASIC制造工艺中有关步骤的逻辑流程图;
[0018]图4是表示根据一个示例性实施方案可用于相对可移动MEMS结构代替大的止挡件特征的多个小的止挡件特征的阵列示意图;和
[0019]图5是表示根据一个示例性实施方案被配置为允许不同的电势被施加到每个止挡件特征的多个止挡件特征的示意图。
[0020]应当指出的是前述附图和其中所示的元件不必按照一致比例或任何比例绘制。除非上下文另有说明,相同的元件使用相同的标号表示。
【具体实施方式】
[0021]在本发明示例性实施方案中,一个或多个止挡件特征(例如凹凸结构)被形成在标准的ASIC晶片上部钝化层用以在具有由ASIC晶片直接封端的MEMS装置的集成装置中防止MEMS装置的垂直静摩擦。
[0022]如下面讨论的,在一个示例性实施方案中ASIC封盖有源电路钝化层表面上止挡件特征的形成包括在ASIC晶片的顶部有源电路层以上形成高密度等离子体氧化物(HDP-0X)腐蚀停止层、在HDP-0X腐蚀停止层上形成钝化层(例如氧化物-氮化物-氧化物钝化层)、图案化该钝化层以形成止挡件特征(并且在图案化钝化层期间使用底层HDP-0X层作为腐蚀停止层)。
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