Mems器件、封装mems器件及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了MEMS器件、封装MEMS器件及其制造方法。在一个实施例中，微机电系统(MEMS)器件包括第一MEMS功能结构和第二MEMS功能结构。第二MEMS功能结构的内部区域的压力与第一MEMS功能结构的内部压力不同。
【专利说明】MEMS器件、封装MEMS器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种MEMS器件、封装MEMS器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统(MEMS)器件包括相对较新的、将半导体与非常小的机械器件相结合的技术。MESM器件是微机械加工的传感器、致动器，以及使用最初发展用于半导体器件/集成电路工业的技术，通过添加、减少、更改，以及图案化材料来形成的其他结构。MEMS器件被用在多种应用中，诸如，运动控制器的传感器、喷墨式打印机、安全气囊、扩音器、以及陀螺仪。在其中使用了 MEMS器件的应用继续发展并且现在还包括以下应用，诸如，移动电话、汽车、全球定位系统(GPS)、视频游戏、消费性电子产品、汽车安全、以及医疗技术。
[0003]已发展出的一种用于MEMS器件的较小的封装类型是晶圆级封装(WLP)。WLP包括在封装件中封装MEMS器件，该封装件通常包括被用于将引线分散给MEMS器件的接触焊盘的再分布层(RDL)，从而能够例如，在比MEMS器件的接触焊盘更大的节距(pitch)下形成电接触，并且能够形成与其他器件或与终端应用中的电路板(board)的连接。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种微机电系统(MEMS)器件，包括:第一MEMS功能结构；以及第二MEMS功能结构，其中，所述第二MEMS功能结构的内部区域的压力与所述第一 MEMS功能结构的内部区域的压力不同。
[0005]在所述MEMS器件中，所述第一 MEMS功能结构和所述第二 MEMS功能结构包括选自于基本上由陀螺仪、共振器、加速计、扩音器、压力传感器、惯性传感器、致动器及它们的组合所构成的组中的类型。
[0006]在所述MEMS器件中，进一步包括:第三MEMS功能结构，其中，所述第三MEMS功能结构的内部区域的压力与所述第一 MEMS功能结构的内部区域的压力或所述第二 MEMS功能结构的内部区域的压力不同。
[0007]在所述MEMS器件中，进一步包括:第三MEMS功能结构，其中，所述第三MEMS功能结构的内部区域的压力基本上与所述第一 MEMS功能结构的内部区域的压力或所述第二MEMS功能结构的内部区域的压力相同。
[0008]在所述MEMS器件中，进一步包括:多个第三MEMS功能结构。
[0009]在所述MEMS器件中，所述第一 MEMS功能结构或所述第二 MEMS功能结构包括传感器。
[0010]在所述MEMS器件中，进一步包括:设置在所述第一 MEMS功能结构或所述第二MEMS功能结构上方的封装材料。
[0011]根据本发明的另一方面，提供了一种封装器件，包括:衬底；以及微机电系统(MEMS)器件，与所述衬底相连接，其中，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构，其中，所述第一 MEMS功能结构的内部区域具有第一压力，所述第二 MEMS功能结构的内部区域具有第二压力，并且所述第二压力不同于所述第一压力。
[0012]在所述封装器件中，进一步包括:设置在所述第一 MEMS功能结构和所述第二 MEMS功能结构周围和之间的密封材料。
[0013]在所述封装器件中，所述密封材料包括密封环、下方设置有浅沟槽图案的密封环或密封胶。
[0014]在所述封装器件中，进一步包括:设置在所述密封材料、所述第一 MEMS功能结构或所述第二 MEMS功能结构上方的封装材料。
[0015]在所述封装器件中，所述衬底包括第一衬底，并且所述MEMS器件包括与第三衬底相连接的第二衬底。
[0016]在所述封装器件中，在所述第二衬底和所述第三衬底之间设置有所述第一 MEMS功能结构或所述第二 MEMS功能结构的可移动元件。
[0017]在所述封装器件中，所述衬底包括:盖晶圆，所述盖晶圆包括布线衬底或互补金属氧化物半导体(CMOS)晶圆。
[0018]根据本发明的又一方面，提供了一种制造微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括:形成MEMS器件，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构；将所述MEMS器件与衬底相接合；在所述第一MEMS功能结构的内部区域中产生第一压力；以及在所述第二 MEMS功能结构的内部区域中产生第二压力，其中，在对所述MEMS器件进行晶圆级封装之后，所述MEMS器件中的所述第二压力不同于所述第一压力。
[0019]在所述方法中，产生所述第一压力包括向所述第一 MEMS功能结构施加真空，或者产生所述第二压力包括向所述第二 MEMS功能结构施加真空。
[0020]在所述方法中，进一步包括:在产生所述第一压力时在所述第一 MEMS功能结构上施加密封材料，或者在产生所述第二压力时在所述第二 MEMS功能结构上施加密封材料。
[0021]在所述方法中，所述第一 MEMS功能结构或所述第二 MEMS功能结构包括设置在密封环下方的浅沟槽，并且所述方法包括使用所述密封环下方的所述浅沟槽来产生所述第一压力或产生所述第二压力。
[0022]在所述方法中，在所述第一 MEMS功能结构的内部区域中产生第一压力或在所述第二 MEMS功能结构的内部区域中产生所述第二压力包括使用泵。
[0023]在所述方法中，进一步包括:将接合环与位于所述第一 MEMS功能结构和所述第二MEMS功能结构周围和之间的衬底相接合。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为了更全面地理解实施例及其优势，现将结合附图所进行的描述作为参考，其中:
[0025]图1至图12是示出了根据一个实施例制造和封装MEMS器件的方法的截面图；
[0026]图13是图12中所示的封装MEMS器件的俯视图；
[0027]图14是根据一个实施例的封装MEMS器件的俯视图；
[0028]图15是图14中所示的封装MEMS器件的部分的更详细的视图；
[0029]图16是示出了图14中所示的MEMS器件的MEMS功能结构的各个内部压力的图表;
[0030]图17是示出了根据一个实施使用泵控制和产生MEMS器件的各个内部压力的方法的截面图；以及
[0031]图18是示出了根据一个实施例制造具有不同的内部压力的MEMS器件的方法的流程图。
[0032]除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常指相应部件。将附图绘制成清楚地示出实施例的相关方面而不必须成比例绘制。
【具体实施方式】
[0033]下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。
[0034]本发明的实施例涉及的是制造和封装MEMS器件。在此将描述新式MEMS器件、制造方法、以及封装MEMS器件。
[0035]图1至图12是示出了根据一个实施例的制造和封装MEMS器件100的方法的截面图。首先参考图1，示出了根据本公开的一个实施例的处在制造初始阶段中的MEMS器件100的MEMS功能结构IOOa的截面图。MEMS功能结构IOOa包括衬底102。衬底102可以包括硅晶圆、GaAs晶圆、玻璃或其他材料。衬底102在本文中也被称为第一衬底。使用氧化工艺在衬底102的正面和背面上形成了氧化物104a和104b。例如，氧化物104a和104b包括具有大约为2 μ m，或大约2 μ m的厚度的二氧化硅，从而减小了在操作MEMS器件时的寄生馈通电容，然而可选地，氧化物104a和104b也可以包括其他材料和尺寸。
[0036]如图2所示，使用光刻工艺来图案化衬底102的背面上的氧化物104b。例如，可以根据光刻胶是正性的或负性的，通过在氧化物104b上沉积光刻胶层(未示出)，将光刻胶层暴露于从光刻掩模(也未不出)中反射出来的或穿过光刻掩模传输的能量，显影光刻胶层，并且随后去除暴露的或未暴露的光刻胶来图案化氧化物104b。然后，灰化或蚀刻掉部分光刻胶层，并且随后在使用蚀刻工艺蚀刻掉部分氧化物104b时将光刻胶层用作为蚀刻掩模。氧化物104b中的图案包括校准掩模图案或参考特征图案(例如，使用在后续集成工艺中的切割用的切割线)，在后续的多个制造工艺中均使用该图案来例如，对准衬底102。
[0037]如图2所示，在图案化氧化物104b之后，将衬底102颠倒过来。仍如图2所示，包括有具有大约几百纳米(例如，大约200nm)的厚度的氮化物的停止层106形成在衬底102的正面上，并且包括有具有大约2μπι，或大于2μπι的厚度的氧化物(诸如，二氧化硅)的电介质膜108形成在停止层106上方。停止层106可以包括SiN并且可以用于例如，后续的氧化物释放步骤。可选地，停止层106和电介质膜108可以包括其他材料和尺寸。
[0038]浅泄漏沟槽112、用作锚状物(anchor)或沟槽114以及凸块110的图案形成在衬底102的正面上。凸块图案110形成在电介质膜108的顶面中，并且穿过电介质膜108形成了在WLP工艺之后为真空压力泄漏提供了路径的浅泄漏沟槽112。锚图案114仅形成在电介质膜108中。在一些实施例中，可以任意使用三个光刻工艺(例如，使用三个光刻掩模和三个蚀刻工艺)来形成浅漏电沟槽112和用于锚状物114以及凸块110的图案。可选地，在一个光刻工艺中形成浅漏电沟槽112和用于锚状物114以及凸块110的图案，并且例如，通过干式等离子体蚀刻负载效应根据图案的尺寸特征来确定每个具体的位置110、112和114中的最终蚀刻深度控制，其中，开口尺寸越大，蚀刻深度越深。可选地，可以直接图案化浅沟槽112和用于锚状物114以及凸块110的图案。
[0039]然后，参考图4，提供了第二衬底116。在一些实施例中，第二衬底116包括与所描述的用于第一衬底102的材料类似的材料。使用晶圆接合工艺将第二衬底116与第一衬底102的正面相接合。如一个实例，可以使用熔融接合来接合第二衬底116和第一衬底102。使用研磨工艺、CMP工艺、干式等离子体回蚀工艺或这些工艺的组合来减薄第二衬底116，从而将最终的第二衬底116的厚度控制在例如，大约10 μ m至大约60 μ m。包括了具有大约2 μ m的厚度的二氧化硅的氧化物118沉积在衬底116上。氧化物118可选地可以包括其他材料和尺寸。氧化物118随后被用于控制MEMS器件100的间隙，并且按照MEMS功能结构IOOa的需求来对其厚度进行选择。例如，使用干式等离子体反应离子蚀刻(RIE)和深反应离子蚀刻(DRIE)工艺(如图5所示)来图案化氧化物118和第二衬底116，从而形成了用作插塞的图案120。
[0040]在氧化物118上方形成了多晶硅或其他类型的半导体材料，从而填充了氧化物118和第二衬底116中的图案120。使用化学机械剖光(CMP)工艺和/或蚀刻工艺来平坦化多晶硅，从而如图6所示那样从氧化物118的顶面上去除了多晶硅，并且留下了形成在电介质膜108、衬底116，以及氧化物119中的多晶硅插塞122。在一些实施例中，例如，处在图6边缘处的多晶硅插塞122包括用于MEMS功能结构IOOa的锚状物，而中心的多晶硅插塞122则包括用于MEMS功能结构IOOa的可移动元件的停止件。
[0041]在氧化物118和多晶硅插塞122的顶面上方形成有导电材料124。在一些实施例中，导电材料124可以包括通过溅射形成的金属、Ge和/或金属合金。导电材料124可以具有例如，大约0.5 μ m或更大的厚度。可选地，导电材料124可以包括其他材料和尺寸，并且可以由其他方法形成。使用光刻工艺来图案化导电材料124，从而留下了如图7所示设置在锚状物上的导电材料124，该锚状物包括处在MEMS功能结构IOOa的边缘的插塞122。
[0042]如图8所示，使用蚀刻工艺回蚀氧化物118。氧化物118的部分仍保留在包括有锚状物的插塞122的侧壁上。如图9所示，氧化物126形成在衬底116、导电材料124，以及中心插塞122上方。氧化物126可以包括具有大约1.0ym的厚度的二氧化硅，然而可选地，氧化物126可以包括其他材料和尺寸。为了关键的MEMS功能结构而图案化氧化物126，并且随后在衬底116的蚀刻工艺过程中将氧化物126用作为蚀刻硬掩模，从而在衬底116中形成了图案128。
[0043]如图10所示，使用汽化的氢氟(HF)酸蚀刻工艺或其他类型的蚀刻工艺来去除氧化物126和118，电介质膜108，以及部分氧化物104a，从而形成了 MEMS功能结构100a。HF蚀刻工艺是去除牺牲氧化物126和118、电介质膜108以及部分氧化物104a的释放步骤，从而允许MEMS功能结构IOOa的可移动元件(未示出)，在MEMS功能结构IOOa的内部区域腔体154中具有机械运动。HF蚀刻工艺还释放了浅沟槽112。
[0044]下面参考图11，提供了第三衬底130。第三衬底130包括与MEMS功能结构IOOa的导电材料124相接合的盖晶圆。第三衬底130包括例如，布线衬底130或互补金属氧化物半导体(CMOS)晶圆。第三衬底130包括晶圆132，其具有分别形成在正面和背面上的氧化物134a和134b。晶圆132包括半导体材料、玻璃，或其他材料，而氧化物134a和134b包括具有例如，大约2 μ m的厚度的二氧化硅。可选地，氧化物134a和134b可以包括其他材料和尺寸。
[0045]在氧化物134b上方形成了导电材料136并且将其图案化。导电材料136可以包括具有例如，约为3 kA的厚度的多晶硅、金属、或金属合金，然而可选地该导电材料136也可以包括其他材料和尺寸。使用光刻来图案化导电材料136，并且将绝缘材料138形成在导电材料136上方。在一些实施例中，绝缘材料138包括约为I μπι的二氧化硅，然而可选地该绝缘材料138也可以包括其他尺寸和材料。图案化绝缘材料138，并且在图案化的绝缘材料138上方形成了导电材料140。在一些实施例中，导电材料140可以包括约为0.8μπι的AlCu或AlCu合金，从而直接在两个导电层的界面之间形成欧姆接触，然而可选地该导电材料140也可以包括其他尺寸和材料。然后，如图11所示，使用光刻工艺图案化导电材料140。
[0046]然后，如图12所示，将MEMS功能结构IOOa与第三衬底130相连接，从而使用晶圆级接合工艺(例如，使用晶圆级封装)形成封装MEMS器件150。在闭合的环142内部，将在预先确定的在大约Imbar至大约Iatm的范围内的真空水平下良好地保护和封闭MEMS功能结构100a。第二衬底116与第三衬底130相连接，而第一衬底102和第二衬底116的部分被切割，从而暴露出图案化的导电材料140，该图案化的导电材料包括了限定在第三衬底130上的接触焊盘。图13示出了图12中所示的封装MEMS器件150的顶部。使用金属至金属接合、共晶接合，或其他方法来连接MEMS功能结构IOOa的导电材料124和第三衬底130上的图案化的导电材料140。在一些实施例中，导电材料124包括例如，共晶材料。MEMS功能结构IOOa将良好地保护内部的闭合的环142。图12和图13的左侧的导电材料140包括用于封装MEMS器件150的导电焊盘。接触焊盘上的封装MEMS器件150的区域包括例如，用于引线接合或后续封装层界面的开口。
[0047]图1至图12仅示出了 MEMS器件100的一个MEMS功能结构IOOa ;然而根据实施例，在第一和第二衬底102和116上，如图14所示在100a、100b、100c、和IOOd上为MEMS器件100同时形成了多个MEMS功能结构100a，在此将进一步进行描述。包括MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的多个MEMS器件100形成在第一和第二衬底102和116上。随后在工艺流程中，在将MEMS器件100与第三衬底130相连接并施加一个或多个压力之后，在此将进一步描述的是通过例如，沿着划片槽切割三个接合的衬底102、116和130，从而将MEMS器件100分离或单分成封装MEMS器件(见图12)。
[0048]根据实施例，在将第三衬底130与MEMS功能结构IOOa(并且还有至少一个其他MEMS功能结构IOObUOOc和IOOd)相连接之后，在MEMS功能结构的内部区域中产生了压力。在一些实施例，该内部区域包括例如，内部区域腔体154，该腔体包括每个MEMS功能结构IOOa的可移动元件。包括了可移动元件的内部区域腔体154设置在第一衬底102和第二衬底116之间。根据实施例，所施加的压力量不同于MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd中的至少两个的压力量。
[0049]在施加压力的过程中，向MEMS功能结构IOOa施加了密封材料(如图112中的虚线所示)。如实例所示，可以将接合的衬底130和MEMS功能结构IOOa设置在腔室中，并且可以在腔室中施加压力。例如，可以通过在腔室中制造真空从而向MEMS功能结构IOOa施加真空来施加压力。然后，在腔室中保留有压力的同时沿着MEMS功能结构IOOa的边缘施加密封材料148。在将MEMS器件100从腔室中去除之后，密封材料148保留了 MEMS功能结构IOOa内部的压力。在一些实施例中，在MEMS功能结构IOOa内部形成了密封的真空密封。在一些实施例中，密封材料148包括例如，密封环、下方设置有浅沟槽图案的密封环、接合环、或密封胶。密封材料148可以包括例如，具有大约10 μ m的厚度的薄膜氧化物，聚酰亚胺、环氧树脂、或有机胶，然而可选地该密封材料148可以包括其他材料和尺寸。密封材料148不延伸到包括了可移动元件的内区域154中。
[0050]根据特定的MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的压力要求，在MEMS器件的多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的内部区域腔体154中可以产生不同的压力。在一些实施例中，一些MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd不需要特定的压力，并且可以不需要密封材料148。
[0051]在接合的衬底130和MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd (例如，在MEMS器件100的所有MEMS功能结构上方)位于腔室中的同时，也可以应用或可以可选地(例如，向密封材料148)应用封装材料152。在其他实施例中，在从腔室中去除了接合的衬底130和MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd之后，可以可选地应用封装材料152。如图12中的虚线所示，封装材料152设置在密封材料148上(如果包括的话)，并且处在MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd之上。封装材料152可以包括具有例如，约为Imm的厚度的玻璃或CMOS封装胶，然而可选地该封装材料152可以包括其他材料和尺寸。封装材料152在严酷的环境中(诸如，潮湿或震动)保护着MEMS功能结构100a、IOObUOOc和100d，并且还有助于例如，为MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的内部区域腔体154提供压力控制。
[0052]在一些实施例中，一个或多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以不包括密封材料148和/或封装材料152。
[0053]图14是根据一个实施例的封装MEMS器件150的俯视图。封装MEMS器件150包括多个MEMS功能结构100a、IOObUOOc和100d。MEMS功能结构IOOa包括陀螺仪，而MEMS功能结构IOOb包括共振器。在一些实施例中，该共振器可以包括射频(RF)共振器，然而也可以包括其他类型的共振器。MEMS功能结构IOOc包括加速计，而MEMS功能结构IOOd可以包括压力传感器或扩音器。可选地，MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以包括其他类型的微机电系统。在一些实施例中，一个或多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以包括传感器。在其他实施例中，一个或多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以包括例如，陀螺仪、共振器、加速计、扩音器、压力传感器、惯性传感器、制动器、其组合。
[0054]图14的虚线示出了在例如，约为Iatm的压力下使得接合环142的内部与接合环142的外部压力平衡的浅沟槽112。浅沟槽112延伸穿过MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的至少一个边缘并且包括用于施加压力的开口。在施加了压力之后，例如，通过所使用的接合环142或其他类型的密封材料148来密封浅沟槽112。例如，如果MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd具有能够穿过其施加压力的开口的话，在每个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd中可以不包括浅沟槽112。
[0055]图15是图14中示出的封装MEMS器件150的部分的更详细的视图。示出了浅沟槽112和包括接合环142的密封材料的更详细的视图。在一些实施例中，浅沟槽112包括空气沟道，该空气沟道可以被设计成具有例如，大约0.2 μ m的窄隙的基本上笔直的线。可选地，为了使得空气或气体容易穿透沟道，在俯视图中浅沟槽112可以是喷嘴类型的沟槽或曲径类的沟槽。
[0056]图16是示出了图14所示的封装MEMS器件150的多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd在用应时的多个内部压力的图表。包括陀螺仪的MEMS功能结构IOOa的压力范围在大约0.0Olbar至0.7bar的范围内。包括了共振器的MEMS功能结构IOOb的压力的范围在大约0.0Olbar至0.0lbar的范围内。包括了加速计的MEMS功能结构IOOc的压力范围可以包括大约0.1bar至lbar。包括了压力传感器或扩音器的MEMS功能结构IOOd的压力可以包括大约lbar。根据本公开的实施例，封装MEMS器件150的多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的内部区域腔体154中的内部压力可以可选地包括其他值。多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的压力可以有利地约从豪巴级(mbar)至巴级，从而在单个封装MEMS器件150中实现大约3个数量级的压力差。
[0057]图17是示出了根据一个实施例使用泵144控制和产生多个内部压力的方法的截面图。泵144设置在封装MEMS器件150的附近，通过泵144在封装MEMS器件150上施加压力146。在通过泵144施加压力146的同时，向需要该压力的特定的封装MEMS器件150应用密封材料148。为了封装MEMS器件150的多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd所需的不同的压力级而持续使用该工艺。例如，可以将泵144设置在对封装MEMS器件150进行处理的腔室内，并且可以改变压力146并且按照每个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的需求施加压力，在此后应用密封材料148。连续地处理每个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和100d，从而为MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的特定的应用施加适合量的压力146。
[0058]在一些实施例中，一些MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以不具有压力146。这些MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd暴露于压力146，而其他的MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd则具有被施加的压力146并且利用密封材料148对其进行密封。然而，由于向MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd应用密封材料148不需要内部压力，所以当压力146被去除时，MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd在内部区域腔体154中没有保留内部压力。
[0059]图14中仅仅示出了四个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和100d。根据实施例，可以存在五个或更多形成在单个MEMS器件100或单个封装MEMS器件150上的MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd0 一些MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以具有相同的施加压力。可选地，例如，所有的MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd均可以具有不同的施加压力。根据一个实施例，MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd中的至少两个具有不同的内部压力，例如，在内部区域腔体154中具有不同的压力。
[0060]图18是示出了一种MEMS器件100的封装方法的流程图160，根据一个实施例，该MEMS器件包括多个具有不同的内部压力A和B (见图16)的MEMS功能结构IOOa和IOOb (见图14)。在步骤162中，形成了 MEMS器件100，该器件包括第一 MEMS功能结构IOOa和第二MEMS功能结构100b。在步骤164中，将MEMS器件100与衬底130相连接。在步骤166中，在第一 MEMS功能结构IOOa的内部区域(例如，内部区域腔体154)中产生第一压力A。在步骤168中，在第二 MEMS功能结构IOOb的内部区域中产生第二压力B。第二压力B与第一压力A不同。
[0061 ] 本公开的实施例包括形成MEMS器件的方法，还包括MEMS器件100，该MEMS器件包括新式的、具有不同压力的MEMS功能结构100a、100b、IOOc和100d。本公开的实施例还包括已使用新颖的方法进行了封装MEMS器件150以及在此所描述的MEMS器件100。
[0062]封装MEMS器件150包括可以被装配在电路板、衬底或其他装配平台上，并且根据末端应用与其他器件(诸如，集成电路)、其他MEMS器件、电阻器、晶体管、电容器，以及其他元件或模块相连接的晶圆级封装件(WLP)。例如，可以将引线接合和/或焊料与位于衬底130的顶面上的图案化的导电材料140相连接(例如，图12和图13左侧)。可选地，衬底130可以包括位于其底面上的接触件，并且在使用焊球(未示出)的末端应用中该接触件可以被装配在装配平台上。
[0063]出于说明目的，图1至图12示出了制造和封装工艺流程:可以使用其他MEMS器件结构和方法。类似地，图14所示的示出了 MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的多种更能的封装MEMS器件150也出于说明目的:根据实施例，在此所描述的两个或更多MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd可以形成在单个的封装MEMS器件150中。MEMS功能结构100a、IOObUOOc和IOOd可以具有相同的功能和MEMS结构，或如另一个实例那样，它们可以具有不同的功能和结构。
[0064]本公开的实施例的优势包括提供了新颖的封装MEMS器件150、MEMS器件100、及其制造方法，其中，根据MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的需求，多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd具有不同的内部压力。以不同的内部压力将包括有MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd的多个传感器集成在单个的封装MEMS器件150中。将单个芯片或封装MEMS器件150上的多个MEMS功能结构100a、100b、IOOc和IOOd相接合使得整体的芯片尺寸得到了减小并且减少了工艺流程步骤的数量。在此所述的方法包括管芯级集成工艺，该工艺减小了封装管芯费用和表面区域需求。MEMS器件100包括多个腔室，这些腔室包括有MEMS功能结构100a、100b、IOOc和100d，其中，每个腔室均具有可控的压力级。在单个的封装MEMS器件150中有利地形成有不同的压力级。在制造工艺和封装流程中可以轻易地实施该新颖的MEMS器件100的结构和设计。
[0065]在一些实施例中，可以将特定的终端应用所需的所有MEMS器件100均结合在单个的封装MEMS器件150中，例如，从而节省了面积和成本。有利地能够减少最终电路板的、在其上装配了封装MEMS器件150的总体足迹。本公开的实施例所提供的空间节省对具有例如，缩小目标的技术发展趋势的终端应用(诸如，消费性电子产品)而言是尤其有利的。
[0066]根据本公开的一个实施例，一种MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构。第二 MEMS功能结构的内部区域的压力与第一 MEMS功能结构的内部区域的压力不同。
[0067]根据另一个实施例，一种封装器件包括衬底以及与该衬底相连接的MEMS器件。该MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构。第一 MEMS功能结构的内部区域具有第一压力，第二 MEMS功能结构的内部区域具有第二压力。第二压力不同于第一压力。
[0068]根据又一个实施例，一种制造MEMS器件的方法包括:形成MEMS器件，该MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构。该MEMS器件与衬底相连接。在第一 MEMS功能结构的内部区域中产生了第一压力。在第二 MEMS功能结构的内部区域中产生了第二压力。在对MEMS器件进行了晶圆级封装之后，MEMS器件中的第二压力不同于第一压力。
[0069]尽管已经详细地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。例如，本领域技术人员将很容易理解，本文中所描述的很多部件、功能、工艺和材料都可以变化而仍保持在本公开的范围内。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。
【权利要求】
1.一种微机电系统(MEMS)器件,包括: 第一 MEMS功能结构；以及 第二 MEMS功能结构，其中，所述第二 MEMS功能结构的内部区域的压力与所述第一 MEMS功能结构的内部区域的压力不同。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，所述第一MEMS功能结构和所述第二 MEMS功能结构包括选自于基本上由陀螺仪、共振器、加速计、扩音器、压力传感器、惯性传感器、致动器及它们的组合所构成的组中的类型。
3.根据权利要求1所述的MEMS器件，进一步包括:第三MEMS功能结构，其中，所述第三MEMS功能结构的内部区域的压力与所述第一MEMS功能结构的内部区域的压力或所述第二 MEMS功能结构的内部区域的压力不同。
4.根据权利要求1所述的MEMS器件，进一步包括:第三MEMS功能结构，其中，所述第三MEMS功能结构的内部区域的压力基本上与所述第一 MEMS功能结构的内部区域的压力或所述第二 MEMS功能结构的内部区域的压力相同。
5.根据权利要求1所述的MEMS器件，进一步包括:多个第三MEMS功能结构。
6.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中，所述第一MEMS功能结构或所述第二 MEMS功能结构包括传感器。
7.根据权利要求1所述的MEMS器件，进一步包括:设置在所述第一MEMS功能结构或所述第二 MEMS功能结构上方的封装材料。
8.一种封装器件，包括: 衬底；以及 微机电系统(MEMS)器件，与所述衬底相连接，其中，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构，其中，所述第一 MEMS功能结构的内部区域具有第一压力，所述第二 MEMS功能结构的内部区域具有第二压力，并且所述第二压力不同于所述第一压力。
9.根据权利要求8所述的封装器件，进一步包括:设置在所述第一MEMS功能结构和所述第二 MEMS功能结构周围和之间的密封材料。
10.一种制造微机电(MEMS)器件的方法，所述方法包括: 形成MEMS器件，所述MEMS器件包括第一 MEMS功能结构和第二 MEMS功能结构； 将所述MEMS器件与衬底相接合； 在所述第一 MEMS功能结构的内部区域中产生第一压力；以及 在所述第二 MEMS功能结构的内部区域中产生第二压力，其中，在对所述MEMS器件进行晶圆级封装之后，所述MEMS器件中的所述第二压力不同于所述第一压力。
【文档编号】B81C1/00GK103539062SQ201210536917
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年7月13日
【发明者】梁凯智, 郑钧文 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司