Mems器件校準(zhǔn)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本說(shuō)明書總體上涉及MEMS器件，并且在一個(gè)示例中涉及校準(zhǔn)MEMS器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]一種MEMS器件，包括:具有內(nèi)部環(huán)境的空腔；將所述內(nèi)部環(huán)境與所述MEMS器件外的外部環(huán)境相隔離的密封，其中所述密封易于響應(yīng)于校準(zhǔn)解封能量而被損壞，并且在所述密封損壞時(shí)形成耦合所述內(nèi)部環(huán)境與所述外部環(huán)境的通路；以及，能夠在所述密封損壞之前和所述密封損壞之后測(cè)量所述內(nèi)部環(huán)境的校準(zhǔn)電路。。
[0003]一種校準(zhǔn)MEMS器件的方法，包括:用校準(zhǔn)解封能量損壞將所述MEMS器件內(nèi)的內(nèi)部環(huán)境與所述MEMS器件外的外部環(huán)境相隔離的密封，其中在所述密封損壞時(shí)形成耦合所述內(nèi)部環(huán)境與所述外部環(huán)境的通路；在所述密封損壞之前和在所述密封損壞之后測(cè)量所述內(nèi)部環(huán)境的參數(shù)；以及，基于所述測(cè)量來(lái)校準(zhǔn)所述MEMS器件。
[0004]以上
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在代表當(dāng)前或未來(lái)權(quán)利要求書中的每個(gè)示例實(shí)施例。在附圖和下面的【具體實(shí)施方式】中討論附加的示例實(shí)施例。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是MEMS器件的一個(gè)示例。
[0006]圖2是MEMS器件的另一個(gè)示例的頂視圖
[0007]圖3A和3B是圖2的MEMS器件的截面視圖。
[0008]圖4是MEMS器件中的第二示例密封的頂視圖。
[0009]圖5是MEMS器件中的第三示例密封的頂視圖。
[0010]圖6是MEMS器件中的第四示例密封的頂視圖。
[0011]圖7是MEMS器件中的第五示例密封的頂視圖。
[0012]圖8是MEMS器件的另一個(gè)示例的頂視圖。
[0013]圖9是校準(zhǔn)MEMS器件的方法的一個(gè)示例。
[0014]盡管本公開(kāi)適用于各種修改和替代形式，但是本公開(kāi)的具體內(nèi)容將在附圖中以示例形式示出，并且將被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)該理解的是，超出所描述的具體實(shí)施例的其他實(shí)施例也是可能的。還覆蓋了落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)和替代實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0015]MEMS器件，例如電容壓力傳感器和其他傳感器或致動(dòng)器，在針對(duì)消費(fèi)和工業(yè)的應(yīng)用中是有用的，包括:移動(dòng)電話(例如，高度計(jì)、氣壓計(jì)等)、服裝(例如，鞋傳感器)、醫(yī)療設(shè)備(例如，眼壓監(jiān)測(cè)，和檢測(cè)睡眠呼吸暫停)、汽車(例如，胎壓監(jiān)測(cè)、座位占用檢測(cè)、保險(xiǎn)杠/門中的碰撞檢測(cè))和恒壓器電平感測(cè)(例如，洗衣機(jī)、空調(diào)和過(guò)濾器替換)。在一些應(yīng)用中，還在使用之前對(duì)MEMS器件進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0016]MEMS器件經(jīng)常測(cè)量外部壓力和密封空腔內(nèi)部的參考?jí)毫χg的差異。密封空腔內(nèi)部的壓力可能由于工藝環(huán)境而變化。需要校準(zhǔn)過(guò)程，以針對(duì)密封空腔中的壓力的未知變化而校正壓力讀取。
[0017]為了進(jìn)行校準(zhǔn)過(guò)程，需要校準(zhǔn)器件。理想地，校準(zhǔn)器件和實(shí)際壓力傳感器之間的唯一差別應(yīng)當(dāng)是:校準(zhǔn)器件具有非氣密密封的空腔，而實(shí)際壓力傳感器具有氣密密封的空腔。
[0018]在比較校準(zhǔn)器件和實(shí)際壓力傳感器的校準(zhǔn)過(guò)程期間，確定實(shí)際壓力傳感器的密封腔中的壓力。
[0019]備選地，還可以在比較在破壞校準(zhǔn)器件的氣密密封之前和之后的校準(zhǔn)器件的性能的校準(zhǔn)過(guò)程期間，確定實(shí)際壓力傳感器的密封空腔中的壓力。
[0020]理想地，校準(zhǔn)器件被放置在與實(shí)際MEMS壓力傳感器相同的封裝中的相同芯片(die)上。
[0021]其校準(zhǔn)需要比較對(duì)校準(zhǔn)器件的氣密密封的空腔和在裂口并曝露到外部環(huán)境的空腔的測(cè)量的MEMS器件可能需要特殊處理。一種使氣密密封的空腔裂口的方法需要在最后的晶圓處理步驟之一期間，在空腔膜中腐蝕一個(gè)小孔。
[0022]這可能由于以下一個(gè)或更多個(gè)原因而影響MEMS校準(zhǔn)器件的性能。在介于執(zhí)行腐蝕的時(shí)間和執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量的時(shí)間之間發(fā)生的處理步驟(例如晶圓切割、封裝和組裝)期間，水和其他不想要的物質(zhì)會(huì)通過(guò)那個(gè)孔進(jìn)入；密封結(jié)構(gòu)和開(kāi)口結(jié)構(gòu)之間的匹配變差；以及，在組裝期間的后續(xù)步驟(晶圓切割、晶圓打磨、芯片放置、導(dǎo)線(wire)接合、鑄造和回流焊接)中，實(shí)際傳感器特性會(huì)由于溫度和機(jī)械壓力而改變。如果使用不與需要校準(zhǔn)的器件相鄰的校準(zhǔn)器件，則匹配可能成為問(wèn)題。
[0023]以下介紹的是，在器件被封裝之后，氣密密封在校準(zhǔn)過(guò)程中被破壞的MEMS校準(zhǔn)器件。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可以通過(guò)在已知壓力下使密封裂口之前和之后測(cè)量空腔諧振頻率來(lái)執(zhí)行校準(zhǔn)。在MEMS器件結(jié)構(gòu)的密封狀態(tài)和解封狀態(tài)下的氣壓的諧振頻率差異是對(duì)空腔壓力的良好度量。
[0024]可以用多種方式來(lái)使密封裂口，例如通過(guò)用足夠大的電流來(lái)對(duì)鄰近密封的熔絲加熱。下面介紹了使密封裂口(即損壞)的其他方式。
[0025]在封裝之后對(duì)MEMS器件進(jìn)行校準(zhǔn)減少了水、灰塵或其他殘?jiān)鼘?duì)MEMS校準(zhǔn)器件的污染，原因在于在晶圓處理期間這些材料不能進(jìn)入MEMS校準(zhǔn)器件內(nèi)的空腔中，因?yàn)樵谔幚砗头庋b期間該空腔保持密封。
[0026]當(dāng)應(yīng)用到MEMS壓力傳感器器件時(shí)，這允許針對(duì)每個(gè)制造的器件精確確定傳感器空腔壓力。匹配可以近乎完美，因?yàn)樾?zhǔn)過(guò)程可以包括:在破壞真空密封之前和在破壞真空密封之后測(cè)量同一 MEMS器件。只要破壞氣密密封的動(dòng)作對(duì)于關(guān)注的傳感器的參數(shù)(例如，諧振頻率、電容等)沒(méi)有影響，開(kāi)口的和密封的MEMS傳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。這種MEMS器件還允許精確監(jiān)控在匹配的配套壓力傳感器的密封空腔內(nèi)的可能存在的漏氣。
[0027]現(xiàn)在討論對(duì)本發(fā)明的校準(zhǔn)器件的另外的細(xì)節(jié)。
[0028]圖1是MEMS器件104的一個(gè)示例實(shí)施例。MEMS器件104包括具有內(nèi)部環(huán)境107的空腔106，和將內(nèi)部環(huán)境107與MEMS器件104外的外部環(huán)境相隔離的密封108。密封108易于響應(yīng)于校準(zhǔn)解封能量112而被損壞。在密封損壞時(shí)，形成耦合內(nèi)部環(huán)境107與外部環(huán)境110的通路114。校準(zhǔn)電路116能夠在密封損壞之前和在密封損壞之后測(cè)量?jī)?nèi)部環(huán)境107。然后，在前測(cè)量和在后測(cè)量被用于校準(zhǔn)MEMS器件104。
[0029]MEMS器件104被內(nèi)嵌在封裝102中，并且當(dāng)在封裝102內(nèi)時(shí)，密封108易于響應(yīng)于校準(zhǔn)解封能量112而被損壞。解封能量112包括熱源和/或穿刺器。熱源可以是電流、激光、以及能夠損壞密封108的其他形式的能量。使得內(nèi)部環(huán)境107與外部環(huán)境110耦合的密封108損壞可以是以下形式中的一種或多種:破裂、裂口、斷裂、壓裂和熔化。
[0030]如果用激光能量損壞密封108，則可以向MEMS器件104添加具有一些光對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的小的專用區(qū)域。該區(qū)域在封裝之后應(yīng)該是光可訪問(wèn)的(optically accessible)。
[0031]可以在MEMS器件104上的專用穿刺區(qū)域處用探針來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)密封108的機(jī)械損壞。
[0032]在一個(gè)示例中，密封108是熔絲，并且該熔絲可以響應(yīng)于電流而損壞密封108。在另一個(gè)示例中，密封108包括熱隔離區(qū)域，其降低損壞密封所需的解封能量112的功率?？梢哉{(diào)整密封108的每單位面積的功率耗散，以降低損壞密封所需的解封能量112的功率，例如通過(guò)改變形成密封108的材料成分來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0033]在一個(gè)示例中，MEMS器件104是壓力傳感器，由膜覆蓋空腔106，并且以與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為它的有機(jī)部分，使用附加的光刻掩膜和處理步驟。這給出了更多的設(shè)計(jì)和處理的自由度。
[0034]在另一個(gè)示例實(shí)施例中，MEMS器件104 (例如，電容性CMOS壓力傳感器)可以包括兩個(gè)匹配的結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)均具有密封。第一結(jié)構(gòu)用作實(shí)際的壓力傳感器，并且第二匹配的校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)用于確定第一結(jié)構(gòu)的空腔壓力。
[0035]在校準(zhǔn)過(guò)程期