MEMS封装技术制造技术

在一些实施例中，本发明专利技术提供了MEMS封装件。MEMS封装件包括MEMS IC，MEMS IC包括MEMS衬底、设置在MEMS衬底上方的介电层和设置在介电层上方的压电层。介电层包括由介电材料制成的柔性膜片，以及压电层包括位于柔性膜片上方的压电开口。CMOS IC包括CMOS衬底和电互连结构。CMOS IC接合至MEMS IC，因此电互连结构接近压电层并且因此CMOS IC包围位于柔性膜片上方的后腔。在电互连结构和压电层之间设置支撑层。支撑层具有设置在与柔性膜片垂直对准的位置处并且是部分后腔的支撑层开口。本发明专利技术的实施例还涉及MEMS封装技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及集成电路器件，更具体地，涉及MEMS封装技术。
技术介绍
诸如加速度计、压力传感器和麦克风的微电子机械系统(MEMS)器件已经发现广泛应用于许多现代电子器件中。例如，MEMS压力传感器常见于汽车(例如，安全气囊系统)、平板电脑或智能手机中。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：MEMS IC，包括MEMS衬底、设置在所述MEMS衬底上方的介电层和设置在所述介电层上方的压电层，其中，所述介电层包括由介电材料制成的柔性膜片，并且其中，所述压电层包括位于所述柔性膜片上方的压电层开口；CMOS IC，包括CMOS衬底和电互连结构，其中，所述CMOS IC接合至所述MEMS IC，因此所述电互连结构接近所述压电层，并且因此所述CMOS IC包围位于所述柔性膜片上方的后腔；以及支撑层，设置在所述电互连结构和所述压电层之间，所述支撑层具有设置在与所述柔性膜片垂直对准的位置处并且是部分所述后腔的支撑层开口。本专利技术的另一实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：CMOS IC，包括CMOS衬底和设置在所述CMOS衬底上方的电互连结构，其中，所述电互连结构配置为将所述CMOS衬底的器件彼此电连接；介电层，设置在所述电互连结构上方并且包括由介电材料制成的柔性膜片；压电层，设置在所述介电层上方并且具有位于所述柔性膜片上方的压电层开口；以及覆盖衬底，设置在所述压电层上方，所述覆盖衬底具有设置在与所述柔性膜片垂直对准的位置处并且包围位于所述柔性膜片上方
的后腔的覆盖衬底开口。本专利技术的又一实施例提供了一种制造微电子机械系统(MEMS)封装件的方法，包括：形成由介电材料制成的柔性膜片，所述介电材料对应于介电层并且布置在MEMS衬底上方；在所述柔性膜片和所述介电层上方形成压电层，所述压电层具有与所述柔性膜片垂直对准的开口；在CMOS IC上方形成支撑层，所述支撑层具有与所述柔性膜片垂直对准的开口；以及通过所述压电层和所述支撑层接合所述MEMS衬底和所述CMOS IC，从而包围位于所述柔性膜片上方的后腔。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1示出了微电子机械系统(MEMS)封装件的一些实施例的截面图。图2示出了MEMS封装件的一些其它实施例的截面图。图3示出了MEMS封装件的一些其它实施例的截面图。图4示出了MEMS封装件的一些其它实施例的截面图。图5示出了用于制造MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。图6示出了用于制造MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。图7至图18示出了MEMS封装件在各个制造阶段的一些实施例的一系列截面图。图19示出了用于制造MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。图20至图32示出了MEMS封装件在各个制造阶段的一些实施例的一系列截面图。图33示出了用于制造MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。图34至图38示出了MEMS封装件在各个制造阶段的一些实施例的一系列截面图。图39示出了用于制造MEMS封装件的方法的一些实施例的流程图。图40至图48示出了MEMS封装件在各个制造阶段的一些实施例的一
系列截面图。具体实施方式本专利技术提供了许多用于实现本专利技术的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实施例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、在…下方“、”下部“、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了途中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。此外，为便于描述，可以在此处使用“第一”、“第二”、“第三”等来区分一个图或一系列图的不同元件。“第一”、“第二”、“第三”等并不旨在描述对应的元件。因而，诸如例如关于第一图描述的第一介电层的“第一元件”不一定对应于诸如例如关于另一图描述的第一介电层的“第一元件”。MEMS封装件通常包括MEMS管芯和位于共享封装组件(诸如引线框架)上的专用集成电路(ASIC)管芯。ASIC管芯包括接收和处理电信号的ASIC，电信号被转换并且从MEMS管芯的MEMS器件传输或传输至MEMS管芯的MEMS器件。通常地，ASIC管芯和MEMS管芯分别设置在封装组件上并且通过一个或多个接合线连接在一起，以及之后芯片级封装ASIC管芯和MEMS管芯(逐个芯片)。一些MEMS器件(例如，运动传感器、压力传感器、麦克风等)具有设置在其中的可移动或柔性膜片。该
膜片位于封装组件中的开口上方以允许膜片与产生刺激的周围环境相互作用。为了消除性能退化，塑料盖覆盖MEMS器件的后侧，形成具有适用高度的腔作为芯片级封装的步骤。在一些设计中，这些塑料盖也可以位于ASIC管芯上方。封装这种MEMS器件的前述方法引入由ASIC和MEMS管芯之间的接合线生成的寄生电容。同样，形成用于从一个晶圆分割的许多MEMS器件的单独个体封装件的芯片级封装引入高成本和长工艺时间。因此，本申请针对包括改进的制造方法和由此形成的MEMS封装件的MEMS封装技术。改进的方法使用晶圆级工艺以形成MEMS封装件。晶圆级工艺使用CMOS晶圆至MEMS晶圆的堆叠接合以连接CMOS器件和MEMS器件。此外，在一些实施例中，改进的方法将支撑层附接至CMOS晶圆，其中，支撑层具有与MEMS器件对准的开口以增加晶圆级后腔的高度。在一些额外实施例中，该方法也包括VHF保护层以防止受到工艺期间采用的氢氟酸蒸汽的损坏。本申请也公开了由改进的方法产生的MEMS封装件的半导体结构的一些实施例。图1示出了根据一些实施例的MEMS封装件100的截面图。如图1所示，MEMS封装件100包括接合在一起的MEMS IC102和CMOS IC104。MEMS IC102包括具有由对应于介电层108的介电材料制成的柔性膜片118的MEMS器件。在这个实例中，当受到外部环境刺激时，至少部分柔性膜片118可以相对于MEMS IC102移动或垂直震荡。在一些实施例中，柔性膜片118和介电层108设置在MEMS衬底106上方。MEMS衬底106可以是包括硅、锗、碳化硅或III-V族材料的块状衬底。开口120设置在MEMS衬底内，与膜片118垂直对准。MEMS IC102还包括设置在柔性膜片118和介电层108上方的压电层110。在一些实施例中，压电层110可以包括诸如AlN(氮化铝)、PZT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：MEMS IC，包括MEMS衬底、设置在所述MEMS衬底上方的介电层和设置在所述介电层上方的压电层，其中，所述介电层包括由介电材料制成的柔性膜片，并且其中，所述压电层包括位于所述柔性膜片上方的压电层开口；CMOS IC，包括CMOS衬底和电互连结构，其中，所述CMOS IC接合至所述MEMS IC，因此所述电互连结构接近所述压电层，并且因此所述CMOS IC包围位于所述柔性膜片上方的后腔；以及支撑层，设置在所述电互连结构和所述压电层之间，所述支撑层具有设置在与所述柔性膜片垂直对准的位置处并且是部分所述后腔的支撑层开口。

【技术特征摘要】
2015.06.12 US 14/737,8961.一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括：MEMS IC，包括MEMS衬底、设置在所述MEMS衬底上方的介电层和设置在所述介电层上方的压电层，其中，所述介电层包括由介电材料制成的柔性膜片，并且其中，所述压电层包括位于所述柔性膜片上方的压电层开口；CMOS IC，包括CMOS衬底和电互连结构，其中，所述CMOS IC接合至所述MEMS IC，因此所述电互连结构接近所述压电层，并且因此所述CMOS IC包围位于所述柔性膜片上方的后腔；以及支撑层，设置在所述电互连结构和所述压电层之间，所述支撑层具有设置在与所述柔性膜片垂直对准的位置处并且是部分所述后腔的支撑层开口。2.根据权利要求1所述的MEMS封装件，其中，所述支撑层开口的高度在从约20μm至约250μm的范围内。3.根据权利要求1所述的MEMS封装件，其中，所述支撑层是熔融接合至所述CMOS IC的硅衬底。4.根据权利要求1所述的MEMS封装件，其中，所述支撑层由光刻胶制成。5.根据权利要求1所述的MEMS封装件，还包括设置在所述介电层和所述压电层之间的底电极以及设置在所述压电层上的顶电极。6.根据权利要求5所述的MEMS封装件，还包括覆盖所述顶电极和所述压电层的VHF保护层。7.根据权利要求5所述的MEMS封装件，还包括位于所述MEMS IC的所述MEMS衬底内的第一高掺杂半导体柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑钧文，朱家骅，戴健轩，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71