封装的微型可移动器件及其制造方法

专利名称：封装的微型可移动器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种封装的微型可移动器件，例如加速度传感器和角速度传 感器。本发明还涉及用以制造这类微型可移动器件的方法。
背景技术：
近年来，应用微机械加工技术制造的非常小型的器件已经在不同技术领 域获得广泛应用。这些器件具有微小的可移动或可转动部，被用作诸如角速 度传感器和加速度传感器之类的感测器件。这些感测器件可用于例如视频摄 像机或装有摄像头的移动电话的摄像机防颤控制技术领域。此外，所述感测 器件还可用于汽车和机器人中的汽车导航系统、气囊释放定时控制系统和姿 态控制系统中。例如，小型化的感测器件包括，可转动或可移动部、固定部、用以连接 可移动部和固定部的连接部、用以驱动可移动部的驱动电极对、以及用以检 测可移动部的操作或位移量的检测电极对。这种感测器件因为外界物质或灰 尘对电极的污染而会发生操作性能变差、或导致电极损坏等问题。为避免这 种电极污染或损坏，在感测器件的制造工艺中常会进行晶片级封装。在例如下述专利文献1和2中公开了涵盖此封装工艺的技术。 专利文献l: JP-A-2001-196484 专利文献2: JP-A-2006-46995图17示出用以制造被封装的感测器件300的传统工艺部分。 图17 (a)示出器件晶片300'，其中在预定工艺之后已形成多个感测器 件300。每个感测器件300均包括可转动的可移动部301、固定部302、用以 连接可移动部301和固定部302的连接部(未示出)、用以驱动可移动部301 的驱动电极对(未示出)、以及用以检测可移动部301的操作或位移量的检 测电极对(未示出)。该可移动部301比固定部302更薄。封装晶片303' 和304，被连接至该器件晶片300'。换句话说，该器件晶片300'或每个感测器件300均以晶片级被封装。如图17 (b)所示，经晶片级封装后的器件晶片 300，随后会在切割(dicing)步骤中被分离为单件。通过此工艺，即可获得被 封装的感测器件300，其中每个感测器件300都由封装元件303、 304封装。在感测器件300中，在可移动部301和封装元件302、 304之间设置充 足量的间隙G、 G'，从而使得在驱动期间时进行转动运动的可移动部301与 封装元件303和304之间不会接触。通过对具有均匀原始厚度的器件晶片 300'执行蚀刻和其它预定工艺，每一感测器件300中的每个部件，例如，可 移动部301和固件部302，均被形成在器件晶片300'中。为了产生间隙G和 G'，需要对器件晶片300'进行蚀刻，使得可移动部301比接合到封装元件303 和304上的固定部302薄。然而，根据上述现有技术的方法，对于形成于器件晶片300，内的多个可 移动部301的厚度，难免会出现相对大的不均匀性(nonuniformity)。作为 结果，当器件正在运行时，对这些可移动部301在转动运动中的惯性而言， 在从相同的单个器件晶片300'获得的这些可移动部301中就难免出现相对大 的不均匀性。感测器件300或微型可移动器件的可移动部301中的惯性不均 匀性可能是可移动部301的运行特性的不均匀性的诱因，因此应该尽可能的 小。同样，针对可移动部301的运动检测或位移量检测，感测器件300的可 移动部301中的惯性不均匀性可能是可移动部301的检测特性的不均匀性的 诱因，因此应该尽可能的小。发明内容在上述背景下提出本发明，因此本发明的目的是提供一种封装的微型器 件，该微型器件适用于降低微型可移动器件中的可移动部的运行特性的不均 匀性。本发明的第一方案提供了一种封装的微型器件的制造方法，该微型器件 包括具有可移动部的微型可移动器件、第一封装部件和第二封装部件，其中 该第一封装部件具有与可移动部对应设置的第一凹部，该第二封装部件具有 与可移动部对应设置的第二凹部。此方法包括第一接合步骤、第二接合步骤 和切割步骤。在第一接合步骤中，第一封装晶片被接合至器件晶片的第一表 面那一侧，其中在该器件晶片中形成多个微型可移动元件，其中每个微型可移动元件具有待形成的可移动部。器件晶片具有第一表面和远离该第一表面 并面向该第一表面的第二表面。第一封装晶片设置有多个第一凹部。在第二 接合步骤中，第二封装晶片接合至器件晶片的第二表面那一侧。该第二封装 晶片设置有多个第二凹部。在切割步骤中，对包括有器件晶片、第一封装晶 片和第二封装晶片的层叠组件进行切割。上述此方法的第一接合步骤中，器件晶片和第一封装晶片以下述方式接 合在一起，g卩，在一个已经形成或将要形成于器件晶片中的微型可移动器件 中，使得每个第一凹部面对或将要面对该可移动部。在第二接合步骤中，器 件晶片和第二封装晶片以下述方式接合在一起，即，在一个已经形成于器件 晶片中的微型可移动器件中，使得每个第二凹部面对该可移动部。经过上述 这种第一和第二接合步骤之后，就完成了晶片级封装。然后，实施切割步骤 以获得单件，即单个微型可移动元件，其中每一个都处在封装状态下。在此方法中，在第一接合步骤中，已经形成第一凹部的第一封装晶片被 接合至器件晶片，其中每个第一凹部为可移动部提供了运行空间，进而，在 第二接合步骤中，已经形成有第二凹部的第二封装晶片被接合至器件晶片， 其中每个第二凹部为可移动部提供了运行空间。因此，不需要蚀刻该可移动 部而使该可移动部比固定部更薄，以在可移动部和两个封装部件之间获得足 够的间隙，从而在器件运行期间，防止该可移动部在进行摆动运动时与第一 或第二封装部件相接触。如果通过蚀刻而将可移动部制造得比固定部更薄， 正如之前在现有技术的方法中所描述的那样，那么在上述多个微型可移动器 件中的可移动部的厚度难免出现相对大的不均匀性。而这种不均匀性导致可 移动部中的惯性的不均匀性，且该惯性不均匀性会导致不希望的可移动部运 行特性的不均匀性。此方法中无须将可移动部变薄，所以适用于降低可移动 部中的惯性不均匀性。由于此方法适用于降低在器件运行期间正做转动运动 的可移动部中的惯性不均匀性，所以适用于降低可移动部的运行特性的不均 匀性。进而，此方法不需要任何使形成在具有均匀厚度的器件晶片中的可移动 部变薄的步骤。因而，此方法适用于以高产出率来制造封装的微型可移动器 件。此外，此方法使得微型器件在其制造工艺过程中能够进行晶片级封装，并因此而适用于减轻因附着在微型器件上的灰尘导致的可移动部的操作性 能变差或对其造成的损坏。除了可移动部之外，本发明的微型可移动元件优选包括固定部和用以连 接该固定部和可移动部的连接部。该可移动部是可摆动的。微型可移动元件 (以及此后的微型器件)用作诸如角速度传感器或加速度传感器之类的感测 器件。该可移动部作为感测器件的一部分，其惯性不均匀性是检测特性不均 匀性的诱因，其中该检测特性对可移动部的运动或位移量检测造成影响。此 方法适用于降低可移动部中的惯性不均匀性，所以适用于降低可移动部的运 行特性的不均匀性，此外，还适用于降低针对可移动部的运动或位移量所进 行的检测的检测特性的不均匀性。在根据本发明的第一方案的方法中，器件晶片优选具有层叠结构，该层叠结构包括具有第一表面的第一层；具有第二表面的第二层；以及位于该 第一层与第二层之间的中间层。在这种布置之下，在第一接合步骤之前，执 行使用预定的掩模图案作为掩模蚀刻第一层的步骤。在此情形下，使用预定 的掩模图案作为掩模蚀刻第二层的步骤可在第一接合步骤之后、第二接合步 骤之前执行。微型可移动器件的固定部优选包括用于外部连接的端子部分。第一封装 部件包括导电部分，该导电部分穿过第一封装部件延伸，以连接至该端子部 分。上面这种布置允许电线与微型可移动器件电连接，并适当地延伸到封装 之外。在这种布置下，穿过第一封装部件的导电部分可以在第一接合步骤之 前形成。可选择地，也可以使得该导电部分在第一接合步骤之后形成。优选地，可应用阳极接合方法、直接接合方法、室温接合方法或共熔 (eutectic)接合方法中的一种方法执行第一接合步骤或第二接合步骤、或执 行这两者。优选地，在器件晶片和第一封装晶片之间的边界处以及器件晶片和第二封装晶片之间的边界处可设置有绝缘膜。上述这种布置防止了器件晶片或每个微型可移动器件与第一封装晶片之间，或者器件晶片或每个微型可移动器 件与第二封装晶片之间有不适当的电连接。优选地，第一凹部和/或第二凹部应用DRIE、各向异性湿蚀刻或各向同 性湿蚀刻方法而形成。这些方法能够使人们正确地制造该第一凹部和第二凹部。根据本发明的第二方案，提供一种封装的微型器件，该器件包括微型 可移动元件，其具有可移动部；第一封装部件，其包括在位置上与该可移动 部对应的第一凹部；以及第二封装部件，其包括在位置上与该可移动部对应 的第二凹部。应用根据本发明的方法，就可以适当地制造如此配置的微型可 移动器件。除了该可移动部之外，该微型可移动元件还可包括固定部和用以 连接该可移动部和该固定部的连接部，使得该可移动部可以相对该固定部而 转动。该微型可移动元件(此后的微型器件)可用作诸如角速度传感器和加 速度传感器之类的感测器件。


图1是根据本发明的封装的微型器件的平面图，其中省略了某些部分。图2是根据本发明的封装的微型器件的另一个平面图，其中省略了某些 部分。图3是沿图i中的ni-in线获得的剖面图。图4是沿图1中的IV-IV线获得的剖面图。 图5是沿图1中的V-V线获得的剖面图。 图6是沿图1中的VI-VI线获得的剖面图。图7是沿图i中的vn-vn线获得的剖面图。图8是沿图i中的vm-vm线获得的剖面图。图9示出根据本发明的封装器件的制造方法的步骤。图10示出跟在图9的步骤之后的步骤。图11示出跟在图10的步骤之后的步骤。图12示出封装元件的变型。图13示出另一种封装元件的变型。图14是示出形成共熔金属图案的情形的平面图。图15示出应用共熔接合方法来执行第一接合步骤的情形。图16示出封装器件的制造方法的变型。图17示出现有技术中封装的微型器件的制造方法。
具体实施方式
图1到图8示出根据本发明的封装的微型器件X。图1是器件X的平面 图，其中省略了某些部分，而图2是该器件X的另一个平面图。图3到图8分别是沿图i中的ni-in、 iv-iv、 v-v、 vi-vi、 vn-vn、 vm-vm线获得的剖面图。封装器件X包括感测器件Y、封装元件81 (图1中未示出)和封装元 件82 (图2中未示出)。该感测器件Y包括焊接区(land) 10、内框架20、外框架30、 一对连 接部件40、 一对连接部件50和梳齿电极61、 62、 63、 64、 71、 72、 73、 74， 并且该感测器件Y用作角速度传感器或加速度传感器。此外，感测器件Y 应用诸如MEMS技术的体微加工技术由SOI (绝缘体上硅)衬底晶片制造而 成。该晶片具有层叠结构，该层叠结构包括例如第一和第二硅层，和位于所 述硅层之间的绝缘层。每个硅层均掺杂有杂质，并具有预定大小的电导率。 在图1中，阴影线区域代表由第一硅层制造并高过该绝缘层的部分，其朝向 图的观察者凸出，而在图2中，阴影线区域代表由第二硅层制造并高过该绝 缘层的部分，其朝向图的观察者凸出。如图3和图5所示，焊接区10具有层叠结构，在该层叠结构中设置有 由第一硅层形成的第一层部分11、由第二硅层形成的第二层部分12以及由 绝缘层形成的绝缘层13。例如，如图3所示，内框架20具有叠层结构，在该层叠结构中设置有 由第一硅层形成的第一层部分21、由第二硅层形成的第二层部分22以及位 于它们之间的绝缘层23。如图1所示，第一层部分21包括部分21a、 21b、 21c、 21d、 21e和21f。部分21a到21f由间隙彼此分隔。上述内框架20与 焊接区10 —起构成感测器件Y的可移动部。例如，如图3和图4所示，外框架30具有叠层结构，其中设置有由第 一硅层形成的第一层部分31、由第二硅层形成的第二层部分32以及位于它 们之间的绝缘层33。如图1所示，第一层部分31包括部分31a、 31b、 31c、 31d、 31e 、 31f、 31g和31h。部分31a到31h由间隙彼此分隔，并组成感测 器件Y中的外部连接端子。上述外框架30构成感测器件Y的固定部。连接焊接区10和内框架20的一对连接部件40由第一硅层形成。每个连接部件40均设置有两个扭力杆(torsion bar) 41。如图1所示，在该对连 接部件40中每一个中的每个扭力杆41均与焊接区10的第一层部分11连接， 并与内框架20的部分21a连接，由此在第一层部分11和部分21a之间提供 电连接。同样，在该对连接部件40的另一个连接部件40中的每个扭力杆41 与焊接区10的第一层部分11连接，并与内框架20的部分21d连接，由此 提供第一层部分11与部分21d之间的电连接。所述的这种一对连接部件40 将轴Al限定为用于焊接区10的转动运行。每个连接部件40均包含两个以 两者之间的间隙逐渐增大的方式从内框架20延伸至焊接区10的扭力杆41， 在焊接区10转动操作时，该连接部件40适用于减少不必要的位移分量 (displacement component)。连接内框架20和外框架30的一对连接部件50由第一硅层形成。每个 连接部件50均设置有三个扭力杆51、 52、 53。如图1所示，在该对连接部 件50其中之一中，扭力杆51与内框架20的部分21a连接，并与外框架30 的部分31a连接，由此提供在部分21a与部分31a之间的电连接，而扭力杆 52与内框架20的部分21b以及外框架30的部分31b连接，由此提供在部分 21b与部分31b之间的电连接。同样，扭力杆53与内框架20的部分21c连 接，并与外框架30的部分31c连接，由此提供部分21c和部分31c之间的电 连接。在其它连接部件50中，扭力杆51与内框架20的部分21d连接，并 与外框架30的部分31d连接，由此提供部分21d和部分31d之间的电连接， 而扭力杆52与内框架20的部分21e连接，并与外框架30的部分31e连接， 由此提供部分21e和部分31e之间的电连接。同样，扭力杆53与内框架20 的部分21f连接，并与外框架30的部分31f连接，由此提供部分21f和部分 31f之间的电连接。所述的这种一对连接部件50将轴A2限定为用于内框架 20的转动操作。每个连接部件50均包含两个以两者之间的间隙逐渐增加的 方式从外框架30延伸至内框架20的扭力杆51、 53，在内框架20转动操作 时，该连接部件50适用于减少不必要的位移分量。梳齿电极61由第一硅层形成，并设置有从焊接区10的第一层部分11 延伸出来的多个电极齿61a。例如，如图1和图4所示，多个电极齿61a之 间彼此平行。梳齿电极62由第一硅层形成，并设置有从焊接区10的第一层部分11中远离梳齿电极61的电极齿61a的那一侧延伸出来的多个电极齿62a。多个 电极齿62a之间彼此平行。梳齿电极63由第一硅层形成，与梳齿电极61相对，并设置有从内框架 20的第一层部分21的部分21b延伸的多个电极齿63a。例如，如图1和图4 所示，多个电极齿63a之间彼此平行，并与梳齿电极61的电极齿61a平行。 上述梳齿电极63和梳齿电极61组成了感测器件Y中的检测电极对。梳齿电极64由第一硅层形成，与梳齿电极62相对，并设置有从内框架 20的第一层部分21的部分21e延伸的多个电极齿64a。多个电极齿64a之间 彼此平行，并与梳齿电极62的电极齿62a平行。上述梳齿电极64和梳齿电 极61组成了感测器件Y中的检测电极对。梳齿电极71由第一硅层形成，并设置有从内框架20的第一层部分21 的部分21c延伸的多个电极齿71a。例如，如图1和图6所示，多个电极齿 71a之间彼此平行。梳齿电极72由第一硅层形成，并设置有从内框架20中的第一层部分21 的部分21f延伸的多个电极齿72a。多个电极齿72a之间彼此平行。梳齿电极73由第一硅层形成，与梳齿电极71相对，并设置有从外框架 30中的第一层部分31的部分31g延伸的多个电极齿73a。例如，如图1和 图6所示，多个电极齿73a之间彼此平行，并与梳齿电极71的电极齿71a 平行。上述梳齿电极73和梳齿电极71组成了感测器件Y中的驱动电极对。梳齿电极74由第一硅层形成，与梳齿电极72相对，并设置有从外框架 30中的第一层部分31的部分31h延伸的多个电极齿74a。多个电极齿74a 之间彼此平行，并与梳齿电极72的电极齿72a平行。上述梳齿电极74和梳 齿电极72组成了感测器件Y中的驱动电极对。封装元件81接合至感测器件Y中的外框架30的第一层部分31的那一 侧，并具有与感测器件Y的可移动部相对应的凹部81a。例如，如图3、图7 和图8所示，封装元件81自身形成有导电插塞P1至UP8。如图7所示，当暴 露于外部时，导电插塞P1到P3分别与外框架30中的第一层部分31的部分 31a、 31b和31c连接。如图8所示，当暴露于外部时，导电插塞P4到P6分 别与外框架30中的第一层部分31的部分31d、31e和31f连接。如图3所示， 当暴露于外部时，导电插塞P7和P8分别与外框架30中的第一层部分31的部分31g和31h连接。另一方面，封装元件82接合至感测器件Y中的外框 架30的第二层部分32的那一侧，并在与感测器件Y的可移动部相对应的位 置处具有凹部82a。该感测器件Y由上述封装元件81和82密封。在封装器件X中，在可移动部与封装元件81和82之间提供足够量的间 隙，从而在器件运行期间，使得可移动部(焊接区10和内框架20)在其转 动操作时不会与封装元件81和82接触。当感测器件Y正在运行时，可移动部(焊接区10和内框架20)以预定 的频率或周期绕轴A2进行转动操作。通过重复一个在梳齿电极71、 73之间 施加电压以及在梳齿电极72和74之间施加电压的循环，即可完成转动操作。 向梳齿电极71施加电压能够通过插塞P3、外框架30中的部分31c、 一个连 接部件50的扭力杆53和内框架20中的部分21c而实现。向梳齿电极72施 加电压能够通过插塞P6、外框架30中的部分31f、另一个连接部件50的扭 力杆53和内框架20中的部分21f而实现。向梳齿电极73施加电压能够通过 插塞P7和外框架30中的部分31g而实现。向梳齿电极74施加电压能够通 过插塞P8和外框架30中的部分31h而实现。在本实施例中，可以通过将梳 齿电极71和72接地，随后重复依次向梳齿电极73施加预定电势和向梳齿 电极74施加预定电势的循环，能够实现该可移动部的转动操作。现在，当可移动部正如上述那样转动时，假设有一定数值的角速度和加 速度作用于感测器件Y或焊接区10上。这会导致焊接区10围绕轴Al旋转 至预定程度，从而产生位移，继而改变梳齿电极61和63之间、以及在梳齿 电极62和64之间的静电电容。基于梳齿电极61和63之间的静电变化，以 及梳齿电极62和64之间的静电变化，就能够检测出焊接区10的旋转位移 量。基于检测结果，能够计算出作用于感测器件Y或焊接区IO上的角速度 或加速度数值。图9到图11示出封装器件X的制造方法。此方法是有关如何通过微加 工技术制造封装器件X的实例。图9和图10给出概念性的组成部分的一系 列视图，以示出在单个器件形成块(formation block)中所包括的各部分。 图11示出包括多个器件形成块的局部部分。对于该感测器件Y，其形成工 艺主要通过例如图10中(c)所示的这些部件(例如焊接区L、内框架F1、 外框架F2和连接部件Cl和C2)的结构而示出。焊接区L代表焊接区10部分。内框架F1代表内框架20部分。外框架F2代表外框架30部分。连接部 件C1以扭力杆41的横截面的方式表示连接部件40。连接件C2以扭力杆51、 52或53的纵截面的方式表示连接部件50。在封装器件X的制造中，首先，制备如图9中(a)所示的器件晶片100。 器件晶片IOO是具有层叠结构的SOI (绝缘体上硅)晶片，该层叠结构设置 有硅层IOI、 102和位于硅层101、 102之间的绝缘层103，并包括多个感测 器件形成块。硅层101由硅材料制成，并具有表面101a，在该硅材料中掺杂 杂质以实现导电性。硅层102由硅材料制成，并具有表面102a，在该硅材料 中掺杂杂质以实现导电性。所述杂质可以例如为B的p型杂质，或者例如为 P和Sb的n型杂质。绝缘层103例如由二氧化硅制成。硅层101具有例如 10至ljlOO^im的厚度，而硅层102具有例如100到500iim的厚度，且绝缘层 103具有例如1到2jam的厚度。根据本发明，硅层101、 102和绝缘层103 分别代表第一、第二层和中间层。接下来后，如图9中(b)所示，对硅层101实施微加工，以形成焊接 区L部分、内框架F1部分、外框架F2部分和连接部件C1、 C2。具体而言， 在硅层101上形成抗蚀剂图案(未示出)，并且随后，利用抗蚀剂图案作为 掩模，通过DRIE (深反应离子蚀刻)方法对硅层101实施干蚀刻。在DRIE 操作中，通过应用博施(Bosch)工艺能够执行良好的各向异性蚀刻，在博 施工艺中蚀刻和侧壁保护是彼此交替进行的。在此步骤或稍后将述及的其它 步骤中的DRIE操作可通过博施(Bosch)工艺来实施。随后，如图9中(c)所示，对硅层102进行微机械加工。具体而言， 在硅层102上形成预定的掩模图案(未示出)，随后，使用该掩模图案作为 掩模，通过DRIE法对硅层102实施干蚀刻，直至达到硅层102的厚度的中 点。在此步骤中使用的掩模图案例如由氧化物膜图案和位于其上的光致抗蚀 剂图案提供。随后，如图10中(a)所示，将封装晶片201接合至器件晶片100的硅 层101那一侧，如第一接合步骤。封装晶片201通过微机械加工而从预定的 硅晶片获得。经微机械加工的封装晶片201具有多个凹部81a和位于每个器 件形成块中的多个导电插塞Px，其中每个凹部81a均对应于感测器件Y的 可移动部。导电插塞Px代表导电插塞Pl到P8。在封装晶片201面对器件晶片100的表面(不包括导电插塞表面)上预先形成绝缘膜(未示出)。上 述绝缘膜可以例如通过热氧化方法形成。此接合步骤通过阳极接合方法、直接接合方法或室温接合方法而进行。在封装晶片201的表面上预先形成的绝 缘膜能够避免在器件晶片100的不同部件经由封装晶片201而形成的不希望 的电连接。封装晶片201例如可由下述步骤形成具体而言，首先，使用预定的掩 模，通过DRIE方法对硅晶片进行干蚀刻(各向异性干蚀刻)，以形成凹部 81a。接下来，使用预定的掩模，通过DRIE方法而对硅晶片进行干蚀刻，以 形成穿透该硅晶片的通孔。随后，在该通孔中填充导电材料以形成导电插塞 Px。接着是进行封装器件X的制造，随后，如图10中(b)所示，对硅层 102进行微机械加工，以形成焊接区L部分、内框架F1部分和外框架F2部 分。具体而言，使用预定的掩模图案，通过DRIE方法对硅层102进行干蚀刻。随后，通过预定的蚀刻，去除绝缘层103的暴露部分，在此之后，如图 10中(c)所示，将封装晶片202接合至器件晶片100的硅层102那一侧， 如第二接合步骤。通过微机械加工而自预定的硅晶片获得封装晶片202。经 微机械加工的封装晶片202具有多个凹部82a，每个凹部82a对应于感测器 件Y的可移动部。在封装晶片202面对器件晶片100的表面上预先形成绝缘 膜(未示出)。上述绝缘膜可以例如通过热氧化方法形成。此接合步骤通过 阳极接合方法、直接接合方法或室温接合方法进行。在封装晶片202的表面 上预先形成的绝缘膜能够避免器件晶片100的不同部件之间通过封装晶片 202产生不希望的电连接。封装晶片202例如可由下述步骤形成具体而言，使用预定的掩模，通 过DRIE方法对硅晶片进行干蚀刻(各向异性干蚀刻)，以形成凹部82a。 此外，如果封装器件X的密封不需要是气密性的，则可以形成通孔以使得位 于封装晶片201中的凹部82a的内部能与外界连通。随后，如图11中(a)和图11中(b)所示，由器件晶片IOO和封装晶 片201、 202a制成的层叠结构被切割成多件，如切割步骤。通过这些步骤， 就能够制造出根据本发明的封装器件X。在参阅图10中(a)描述的第一接合步骤中，器件晶片100和封装晶片 201以下述方式接合在一起，即在待形成于器件晶片100内的一个感测器件 Y中，使得每个凹部81a面对可移动部(焊接区IO和内框架20)。在参阅 图10中(c)描述的第二接合步骤中，器件晶片100和封装晶片202以下述 方式接合在一起，即在已经形成于器件晶片100内的一个感测器件Y中，使 得每个凹部82a面对可移动部(焊接区10和内框架20)。通过第一和第二接合步骤，即可实现晶片级封装，在此之后，执行参阅图11所述的切割步 骤，以获得单件(individual piece)(封装器件X),在该单件中已封装有 一个感测器件Y。根据此方法，在第一接合步骤中，形成有凹部81a的封装晶片201接合 至器件晶片100，其中每个凹部81a为相应的一个感测器件Y中的可移动部(焊接区10和内框架20)提供操作空间，另外，在第二接合步骤中，形成 有凹部82a封装晶片202接合至器件晶片100，其中每个凹部82a为相应的 一个感测器件Y中的可移动部(焊接区10和内框架20)提供了操作空间。 因此，根据此方法，不需要蚀刻该可移动部而使该可移动部比固定部(外框 架30)更薄，以在可移动部与封装元件81和82之间提供足够的间隙，从而 在器件运行期间，防止该可移动部在转动时接触封装元件81和82。如果通 过蚀刻而将可移动部制造得比固定部(外框架30)更薄，正如之前在现有技 术的方法中所描述的那样，在多个微型可移动器件中的可移动部的厚度难免 出现相对大的不均匀性。而这种不均匀性导致可移动部中的惯性不均匀性(inertialnonimiformity)，且该惯性不均匀性会导致不希望的可移动部的运 行不均匀性。在此方法中，不需要将可移动部变薄，所以适用于降低可移动 部中的惯性不均匀性。此方法适用于在器件运行期间降低正做转动运动的可 移动部的惯性不均匀性，所以适用于降低可移动部运行不均匀性。此外，可 移动部作为感测器件的一部分，其惯性不均匀性是检测特性不均匀性的诱 因，其中该检测特性对可移动部的运动或位移量检测造成影响。此适用于降 低可移动部中的惯性不均匀性的方法，适用于降低可移动部的运行不均匀 性，并且，还适用于降低与可移动部的运动或位移量检测有关的检测特性的 不均匀性。另外，此方法不需要任何使形成在具有均匀原始厚度的器件晶片100中的可移动部(焊接区10和内框架20)变薄的步骤。因而，此方法适用于以 高产出率制造可移动器件Y。此外，此方法能够进行晶片级封装，并因此适用于减轻因附着在微型可 移动器件或感测器件Y上的灰尘引起的可移动部的运行性能的变差。图12中(a)示出作为封装元件81的变型的封装元件83。该封装元件 83包括凹部83a。该凹部83a通过使用预定掩模执行的各向异性湿蚀刻而形 成在硅晶片中。用于此湿蚀刻的蚀刻剂可以为KOH或TMAH。在参阅图IO 中(a)描述的第一接合步骤中，可以用形成有多个封装元件83的封装晶片 来代替形成有多个封装元件83的封装晶片201，用以接合到器件晶片100的 硅层IOI那一侧。图12中(b)示出作为封装元件81的变型的封装元件84。该封装元件 84包括凹部84a。通过使用预定掩模执行的各向同性湿蚀刻而在硅晶片中形 成凹部84a。用于此湿蚀刻的蚀刻剂可以为包含HF、 HN03和CH3COOH的 混合溶液。在参阅图10中(a)描述的第一接合步骤中，可以用形成有多个 封装元件84的封装晶片来代替封装晶片201，用以接合到器件晶片100的硅 层101那一侧。图13中(a)示出作为封装元件82的变型的封装元件85。该封装元件 85包括凹部85a。该凹部85a通过使用预定掩模的各向异性湿蚀刻而形成在 硅晶片中。用于此湿蚀刻的蚀刻剂可以为KOH或TMAH。如果封装器件X 的密封不需要是气密性的，可以形成通孔以使得凹部85a的内部能与外界连 通。在参阅图10中(c)描述的第二接合步骤中，可以用形成有多个封装元 件85的封装晶片来代替形成有多个封装元件82的封装晶片202，用以接合 到器件晶片100的硅层102那一侧。图13中(b)示出作为封装元件82的变型的封装元件86。该封装元件 86包括凹部86a。该凹部86a通过使用预定掩模的各向同性湿蚀刻而形成在 硅晶片中。用于此湿蚀刻的蚀刻剂可以为包含HF、 HN03和CH3COOH的混 合溶液。如果封装器件X的密封不需要是气密性的，可以形成通孔以使得凹 部86a的内部能与外界连通。在参阅图10中(c)描述的第二接合步骤中， 可以用形成有多个封装元件86的封装晶片来代替封装晶片202，用以接合到 器件晶片100的硅层102那一侧。上述制造方法中的第一接合步骤可以通过共熔接合方法实现。如果在第一接合步骤中应用的是共熔接合方法，须在器件晶片100的硅层101上预先 形成如图14所示的共熔金属图案91。该共熔金属图案91例如由Au形成。 此外，在器件晶片100的硅层101上预先形成如图14所示的电极焊盘92。 该电极焊盘92例如由Au形成，且连接至导电插塞P1到P8。随后，在第一 接合步骤中，给器件晶片100和封装晶片201施加压力，以使其按照图15 所示那样装配在一起，同时在预定温度下对器件晶片100和封装晶片201加 热，由此通过硅和Au之间的共熔实现器件晶片100和封装晶片201之间的 接合。在上述制造方法中的第一接合步骤中，如图16中(a)所示的尚未形成 有导电插塞Px的封装晶片201可被接合至器件晶片100的硅层101那一侧。 如果应用了这种步骤，即可按照图16中(b)所示执行第二接合步骤，然后， 通过在位于封装晶片201内的通孔中填充导电材料，形成按照图16中(c) 所示的导电插塞Px。在此之后，执行前面参阅图11所述的切割步骤。由上 述这种方法同样可以实现对根据本发明的封装器件X的制造。
权利要求
1.一种封装的微型器件的制造方法，每个微型器件包括具有可移动部的微型可移动元件、第一封装部件和第二封装部件，该第一封装部件形成有在位置上与该可移动部对应的第一凹部，该第二封装部件形成有在位置上与该可移动部对应的第二凹部，该方法包括第一接合步骤，用于将第一封装晶片接合至器件晶片，该第一封装晶片形成有多个第一凹部，该器件晶片用于形成多个微型可移动元件，且该器件晶片具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，该第一封装晶片的接合是针对该器件晶片的第一表面进行的；第二接合步骤，将第二封装晶片接合至该器件晶片的第二表面，该第二封装晶片形成有多个第二凹部；以及切割步骤，用于对包括该器件晶片、该第一封装晶片和该第二封装晶片的层叠组件进行切割。
2. 根据权利要求l的方法，其中每个该微型可移动元件除了包括该 可移动部之外，还包括固定部以及用于连接该可移动部和该固定部的连 接部，该可移动部为可摆动的。
3. 根据权利要求l的方法，其中每个该微型可移动元件用作角速度 传感器或加速度传感器。
4. 根据权利要求1的方法，还包括在该第一接合步骤之前执行的蚀 刻工艺步骤，其中该器件晶片具有包括第一层、第二层和中间层的层叠 结构，该第一层包括所述第一表面，该第二层包括所述第二表面，该中 间层位于该第一层和第二层之间，其中该蚀刻工艺步骤包括使用掩模图 案作为掩模来蚀刻该第一层。
5. 根据权利要求4的方法，还包括在该第一接合步骤之后且在该第 二接合接步骤之前执行的附加蚀刻工艺步骤，其中该附加蚀刻工艺步骤 包括使用掩模图案作为掩模来蚀刻该第二层。
6. 根据权利要求1的方法，其中每个该微型可移动元件包括端子部 分，该第一封装部件包括导电部分，该导电部分贯通该第一封装部件延 伸，以与该端子部分连接。
7. 根据权利要求6的方法，其中在执行该第一接合步骤之前，在该第一封装部件中制造该导电部分。
8. 根据权利要求6的方法，其中在执行该第一接合步骤之后，在该 第一封装部件中制造该导电部分。
9. 根据权利要求1的方法，其中该第一接合步骤和该第二接合步骤 中的至少一个步骤通过阳极接合方法、直接接合方法、室温接合方法或 共熔接合方法中的一种方法执行。
10. 根据权利要求1的方法，其中该器件晶片与该第一封装晶片之 间的边界和该器件晶片与该第二封装晶片之间的边界的其中之一设置有 绝缘膜。
11. 根据权利要求l的方法，其中通过DRIE、各向异性湿蚀刻或各 向同性湿蚀刻形成所述第一凹部。
12. 根据权利要求l的方法，其中通过DRIE、各向异性湿蚀刻或各 向同性湿蚀刻形成所述第二凹部。
13. —种封装微型器件，包括-微型可移动元件，其包括可移动部；第一封装部件，其包括在位置上与该可移动部对应的第一凹部；以及第二封装部件，其包括在位置上与该可移动部对应的第二凹部。
全文摘要
本发明提供一种封装的微型可移动器件及其制造方法，每个微型器件包括微型可移动元件、具有凹部的第一封装部件和具有另一凹部的第二封装部件。该微型可移动元件具有可移动部。根据此方法，制备器件晶片以形成多个微型可移动元件。第一封装晶片被连接至该器件晶片的一个表面，该第一封装晶片中形成有多个在位置上与各可移动元件对应的凹部。形成有多个凹部的第二封装晶片被连接至该器件晶片的另一个表面。最终制成的层叠组件被切割成分离的产品。
文档编号G01P15/08GK101254894SQ20081007416
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月27日 优先权日2007年2月28日
发明者中泽文彦, 井上广章, 山地隆行, 石川宽, 胜木隆史 申请人:富士通株式会社;富士通媒体部品株式会社