專利名稱：用于晶片級封裝微機(jī)電系統(tǒng)的集成吸雜區(qū)域的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)和/或納米機(jī)電系統(tǒng)(下文中統(tǒng)稱為“微機(jī)電系統(tǒng)”)以及用于制造微機(jī)電系統(tǒng)的技術(shù)；并且更具體地，在一個方面，用于制造或生產(chǎn)一種具有機(jī)械結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)，該機(jī)械結(jié)構(gòu)利用薄膜或晶片級封裝技術(shù)封裝在一個腔室內(nèi)，并且包括集成的吸雜區(qū)域和/或改進(jìn)體積的腔室。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(“MEMS”)，例如陀螺儀、共振器和加速計，利用微機(jī)械加工技術(shù)(即光刻和其它精密制造技術(shù))來將機(jī)械部件減小到大致可與微電子學(xué)相比較的尺寸。MEMS通常包括利用微機(jī)械技術(shù)從例如硅基片或者在硅基片上加工出來的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如，參照圖1A，MEMS共振器通常包括機(jī)械結(jié)構(gòu)12以及包圍機(jī)械結(jié)構(gòu)12和/或與之鄰接的周邊區(qū)域22，該機(jī)械結(jié)構(gòu)12包括可動電極14、固定電極16a、16b和18、錨定部20a和20b。
尤其，在常規(guī)的MEMS中，固定電極和周邊區(qū)域傾向于為實(shí)體或鄰接結(jié)構(gòu)(參見，例如，圖1A和1B中的固定電極16a和周邊區(qū)域22)。在這一點(diǎn)上，機(jī)械結(jié)構(gòu)通常由例如硅基片制造或者在硅基片上制造。硅基片置于絕緣層上，其中該絕緣層用作MEMS的犧牲層。在制造過程中，形成可動和固定電極、錨定部20a和20b、以及周邊區(qū)域22并且蝕刻或移除絕緣層的顯著部以釋放機(jī)械結(jié)構(gòu)的可動電極。(參見，例如，美國專利6,450,029和6,240,782)。這樣，機(jī)械結(jié)構(gòu)可用作例如共振器、加速計、陀螺儀或其它換能器(例如壓力傳感器、應(yīng)變傳感器、觸覺感受器、磁性傳感器和/或溫度傳感器)。尤其，固定電極和周邊區(qū)域是在釋放可動電極過程中很大程度上不受影響的實(shí)體和/或鄰接結(jié)構(gòu)。
在制造機(jī)械結(jié)構(gòu)之后，這些結(jié)構(gòu)通常密封在一個腔室中。常規(guī)的MEMS將這些結(jié)構(gòu)密封在例如密封的金屬或陶瓷包裝中。常規(guī)的MEMS還應(yīng)用粘合封裝技術(shù)從而一個具有容納、接收或覆蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)的腔室的半導(dǎo)體或玻璃狀基片被粘合至其中形成機(jī)械結(jié)構(gòu)的基片(參見，例如，美國專利No.6,146,917；No.6,352,935；6,477,901和6,507,082)。
這種常規(guī)的MEMS通常提供了相對大的體積并且通常包括吸雜材料以在操作期間“捕獲”從例如硅基片中釋放的雜質(zhì)、原子和/或分子。這樣，常規(guī)的MEMS在相當(dāng)長的時間和操作條件之后在腔室內(nèi)顯示相對穩(wěn)定的壓力(例如，在傾向于誘導(dǎo)雜質(zhì)、原子和/或分子釋放出來的大范圍操作溫度之后操作)。
另一種封裝技術(shù)例如在機(jī)械結(jié)構(gòu)的晶片級包裝期間使用了利用微機(jī)械技術(shù)的薄膜方法。(參見，例如，國際專利申請公開No.WO01/77008A1和WO01/77009A1)。相對于密封陶瓷包裝和粘合封裝技術(shù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)在晶片階段被包裝的常規(guī)MEMS傾向于具有較小的體積。另外，由于后續(xù)處理(通常在高溫下)的緣故，薄膜晶片級包裝的MEMS不能有效地應(yīng)用吸雜材料來“捕獲”從周圍材料中釋放的雜質(zhì)、原子和/或分子。這樣，常規(guī)的薄膜晶片級包裝的MEMS在腔室內(nèi)更易于出現(xiàn)壓力不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性隨著時間的過去和操作條件而增大(例如，在大范圍的操作溫度之后操作)。
因而，尤其需要一種采用薄膜晶片級包裝技術(shù)的MEMS，其克服了與常規(guī)薄膜晶片級包裝技術(shù)的吸雜和體積限制相關(guān)的一個、一些或所有缺點(diǎn)。尤其還需要一種MEMS，其包括利用薄膜封裝技術(shù)進(jìn)行封裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其提高了吸雜能力和/或增大了包含機(jī)械結(jié)構(gòu)的腔室的體積同時MEMS的總體尺寸卻很少或沒有增大。這樣，本發(fā)明的薄膜晶片級包裝的MEMS在腔室內(nèi)具有相對穩(wěn)定、壓力受控的環(huán)境以提供例如對機(jī)械結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的預(yù)定、希望和/或選定的機(jī)械阻尼。

發(fā)明內(nèi)容
這里描述和示出了很多發(fā)明。在第一個基本方面，本發(fā)明是一種制造微機(jī)電設(shè)備的方法，該微機(jī)電設(shè)備具有布置于基片之上且處于腔室內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域，所述腔室至少部分地由薄膜封裝結(jié)構(gòu)所形成。該方法包括形成機(jī)械結(jié)構(gòu)；形成周邊區(qū)域，其中周邊區(qū)域中包括多個縫隙；和通過沉積薄膜封裝結(jié)構(gòu)來密封該腔室。在一個實(shí)施例中，通過沉積薄膜封裝結(jié)構(gòu)來密封腔室的步驟可包括將犧牲層沉積在至少一部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域周圍并將第一封裝層沉積在犧牲層之上。此后，至少一個孔口形成為穿過第一封裝層(例如多晶硅、非晶硅、鍺、硅/鍺和/或砷化鎵)以使得可以移除至少一部分犧牲層。在從機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域移除至少一部分犧牲層之后，將第二封裝層(例如，由多晶硅、非晶硅、碳化硅、硅/鍺、鍺和/或砷化鎵所構(gòu)成的半導(dǎo)體材料)沉積在孔口之上或之中以密封該腔室。
尤其，該方法還包括將至少一部分布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域縫隙下面的基片的犧牲層移除。
本發(fā)明的這個方面的方法還可包括形成固定電極和/或錨定區(qū)域，其中固定電極和/或錨定區(qū)域可包括多個縫隙。
在又一實(shí)施例中，本發(fā)明的方法還可包括形成其中包括多個縫隙的固定電極以及形成其中包括多個縫隙的錨定區(qū)域。另外，通過沉積薄膜密封結(jié)構(gòu)來密封腔室的步驟還可包括將犧牲層沉積在包括固定電極和錨定區(qū)域的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及包括縫隙的周邊區(qū)域的至少一部分周圍；將第一封裝層沉積在犧牲層上；形成至少一個穿過第一封裝層以使得能移除至少一部分犧牲層的孔口；此后從機(jī)械結(jié)構(gòu)移除至少一部分犧牲層，包括從固定電極、錨定區(qū)域和周邊區(qū)域中的縫隙中移除。在移除之后，該方法還包括將第二封裝層沉積在孔口之上或之中以密封該腔室。
在另一個方面，本發(fā)明是一種微機(jī)電設(shè)備，包括基片；布置在基片之上的機(jī)械結(jié)構(gòu)；布置在基片之上的周邊區(qū)域，其中周邊區(qū)域包括多個縫隙；以及薄膜封裝結(jié)構(gòu)，其布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域之上，以部分地限定和密封出一個腔室。
在某些實(shí)施例中，微機(jī)電設(shè)備的薄膜封裝結(jié)構(gòu)可包括第一和第二封裝層。在這一點(diǎn)上，第一封裝層可由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、碳化硅、氮化硅、硅/鍺、鍺或砷化鎵構(gòu)成。而且，第二封裝層可由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、鍺、硅/鍺、砷化鎵、或碳化硅構(gòu)成。
機(jī)械結(jié)構(gòu)還可包括多個固定電極，其中固定電極中包括多個縫隙。實(shí)際上，機(jī)械結(jié)構(gòu)可包括多個錨定區(qū)域，其中錨定區(qū)域中包括多個縫隙。
機(jī)械結(jié)構(gòu)可以是共振器，其包括至少一個固定電極、錨定區(qū)域、以及至少一個物理地連接至錨定區(qū)域并鄰近固定電極的可動電極，并且其中固定電極和錨定區(qū)域包括多個縫隙。
在又一方面，本發(fā)明是一種微機(jī)電設(shè)備，包括基片；布置在基片之上的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)包括可動和固定電極；布置在基片之上的周邊區(qū)域；吸雜區(qū)域，其布置在周邊區(qū)域和固定電極的預(yù)定部分中；以及腔室，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)、周邊區(qū)域和吸雜區(qū)域至少部分地布置在該腔室中并且其中吸雜區(qū)域暴露于腔室中的流體。本發(fā)明這個方面的微機(jī)電設(shè)備還包括薄膜封裝結(jié)構(gòu)，其布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)、周邊區(qū)域和吸雜區(qū)域之上，其中該封裝結(jié)構(gòu)密封該腔室。
在一個實(shí)施例中，吸雜區(qū)域包括位于周邊區(qū)域和固定電極的部分中的縫隙。在一個實(shí)施例中，吸雜區(qū)域能捕獲從包含在腔室內(nèi)的材料中釋放的雜質(zhì)、原子或分子。
機(jī)械結(jié)構(gòu)可以是為共振器。在這個實(shí)施例中，薄膜封裝結(jié)構(gòu)包括第一和第二封裝層。第一封裝層可由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、碳化硅、氮化硅、硅/鍺、鍺或砷化鎵構(gòu)成。第二封裝層可由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、鍺、硅/鍺、砷化鎵、或碳化硅構(gòu)成。
再次，這里描述和示出了很多發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容部分并不是窮盡本發(fā)明的范圍。此外，發(fā)明內(nèi)容并不是要限制本發(fā)明并且不應(yīng)以那樣的方式解讀。雖然在發(fā)明內(nèi)容部分已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例、特點(diǎn)、屬性和優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，從下面的說明書、附圖和權(quán)利要求中本發(fā)明的很多其它的以及不同的和/或類似的實(shí)施例、特點(diǎn)、屬性和/或優(yōu)點(diǎn)將會很明顯。


在以下詳細(xì)描述的過程中，將參照附圖。這些附圖示出了本發(fā)明的不同方面并且在適當(dāng)?shù)臅r候，在不同附圖中示出類似結(jié)構(gòu)、部件、材料和/或元件的附圖標(biāo)記進(jìn)行類似地標(biāo)記。應(yīng)當(dāng)理解的是，所述結(jié)構(gòu)、部件、材料和/或元件除了詳細(xì)示出之外的各種組合是可以預(yù)期的并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖1A示出了常規(guī)MEMS共振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的俯視圖，包括可動電極、固定電極、錨定部和周邊區(qū)域；圖1B是圖1所示MEMS共振器的一部分周邊區(qū)域和固定電極的橫截視圖(沿著圖1中虛線A-A｀剖面)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的MEMS共振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的俯視圖，使得周邊區(qū)域被加工、構(gòu)造和/或處理為提供增大的表面積并且腔室具有增大的體積；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的某些方面，圖2所示MEMS共振器的一部分周邊區(qū)域和固定電極的橫截視圖(沿著圖2中虛線A-A｀剖面)；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的某些方面，圖2所示MEMS共振器的一部分周邊區(qū)域、固定電極和可動電極的橫截視圖(沿著圖2中虛線B-B｀剖面)；圖4A-4F示出了根據(jù)本發(fā)明的某些方面在采用示例性的薄膜封裝技術(shù)制造圖2所示MEMS的工藝中不同階段時的橫截視圖(沿著圖2中虛線A-A｀剖面)；圖5-10示出了根據(jù)本發(fā)明示例性和不同實(shí)施例的MEMS共振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的俯視圖，使得周邊區(qū)域和/或一個或多個固定電極被加工、構(gòu)造和/或處理為提供增大的表面積并且腔室具有增大的體積；和圖11是根據(jù)本發(fā)明的某些方面，圖10所示MEMS共振器的一部分周邊區(qū)域、固定電極和可動電極的橫截視圖(沿著圖10中虛線B-B｀剖面)；圖12A-12C示出了根據(jù)本發(fā)明的某些方面采用其它示例性封裝技術(shù)制造圖2所示MEMS的工藝中不同階段時的橫截視圖(沿著圖2中虛線A-A｀剖面)；圖13是根據(jù)本發(fā)明一個方面如圖2所示MEMS的橫截視圖(沿著圖2中虛線C-C｀剖面)，包括用于錨定可動電極的一種示例性錨定技術(shù)；圖14是根據(jù)本發(fā)明一個方面如圖2所示MEMS的橫截視圖(沿著圖2中虛線B-B｀剖面)，包括示例性的反靜摩擦技術(shù)；圖15A-15E示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的MEMS的橫截視圖(沿著圖2中虛線A-A｀剖面)，其中示出了不同和示例性圖案、形狀和/或周邊區(qū)域中縫隙、溝槽和/或切片的深度；圖16A是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的示例性MEMS的方框圖，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)以及集成在共同基片上的處理和控制電路；和圖16B和16C是根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性MEMS的方框圖，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)以及布置在分離的基片上的處理和控制電路。
具體實(shí)施例方式
這里描述和示出了多個發(fā)明。在一個方面，本發(fā)明涉及一種薄膜封裝的MEMS，以及用于制造或生產(chǎn)薄膜封裝的MEMS的技術(shù)，其具有集成的吸雜區(qū)域和/或增大的腔室體積，從機(jī)械結(jié)構(gòu)和腔室的角度看，這僅導(dǎo)致了MEMS總體尺寸的很少增大甚至沒有增大。集成的吸雜區(qū)域布置在腔室內(nèi)并且能(i)“捕獲”從周圍材料釋放的雜質(zhì)、原子和/或分子和/或(ii)降低和/或最小化雜質(zhì)、原子和/或分子的不利影響(例如，降低增大共振器質(zhì)量的可能性，因?yàn)檫@將改變共振器的頻率)。這樣，本發(fā)明的薄膜晶片級包裝的MEMS就在腔室內(nèi)形成了相對穩(wěn)定、壓力受控的環(huán)境，以便例如提供對于機(jī)械結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的預(yù)定、希望和/或選定的機(jī)械阻尼。
本發(fā)明在最終包裝和/或完成MEMS之前利用薄膜結(jié)構(gòu)將機(jī)械結(jié)構(gòu)封裝在腔室內(nèi)。腔室內(nèi)包含和/或容納機(jī)械結(jié)構(gòu)的環(huán)境提供了相對穩(wěn)定的、受控的、預(yù)定的、希望的和/或選定的機(jī)械阻尼。在這一點(diǎn)上，腔室內(nèi)的以及機(jī)械結(jié)構(gòu)要在其中操作的流體(例如氣體或蒸汽)的參數(shù)(例如壓力)是相對穩(wěn)定、受控、選定和/或設(shè)計的以便提供希望和/或預(yù)定的操作環(huán)境。
參照圖2、3A和3B，在第一實(shí)施例中，薄膜晶片級包裝的MEMS設(shè)備10包括增大的體積和/或集成的吸雜區(qū)域。在這一點(diǎn)上，周邊區(qū)域22｀的選定和/或預(yù)定部分被蝕刻、形成圖案和/或移除以在周邊區(qū)域22｀中形成縫隙、溝槽和/或切片。周邊區(qū)域22｀中的縫隙、溝槽和/或切片增大了腔室24的體積。而且，腔室24內(nèi)增大的表面積和/或表面提高了MEMS 10的吸雜特性。在這一點(diǎn)上，吸雜區(qū)域26集成入MEMS 10的腔室24，并且在本實(shí)施例中，定位為鄰近、臨界和/或靠近機(jī)械結(jié)構(gòu)12。這樣，在腔室24(其包含和/或容納機(jī)械結(jié)構(gòu)12)被“密封”時，腔室24的總體積更大(例如介于10×至1000×之間的相對增大)并且吸雜特性被增強(qiáng)(例如，形成圖案的周邊區(qū)域可以(1)便于后續(xù)高溫處理步驟期間揮發(fā)性物質(zhì)在周圍固體中的擴(kuò)散一這會使得腔室24內(nèi)得到“更清潔”和/或更純凈的流體，和/或(2)由于腔室24內(nèi)表面積增大的緣故降低了質(zhì)量負(fù)荷出現(xiàn)在可動電極14上的可能性)。實(shí)際上，通過改進(jìn)MEMS 10的吸雜特性，溫度變化就不大可能導(dǎo)致質(zhì)量負(fù)荷(和質(zhì)量蒸發(fā))，從而降低了遲滯的可能性(例如由于溫度所導(dǎo)致的共振器的頻率響應(yīng)中的遲滯變化)。這種遲滯會限制共振器缺失補(bǔ)償?shù)男阅堋?br> 參照圖4A-4F，一種制造或生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的MEMS 10的示例性方法可開始于利用公知的光刻和蝕刻技術(shù)在SOI基片28之中或之上形成和/或圖案化出可動電極14(在圖4A-4F的橫截面中未示出)、固定電極16a、16b和18、錨定部20a和20b(在圖4A-4F的橫截面中未示出)、以及周邊區(qū)域22｀。
具體地，參照圖4A，MEMS 10形成于SOI基片28之中或之上。SOI基片28包括第一基片層30(例如，半導(dǎo)體(比如硅)、玻璃或藍(lán)寶石)、第一犧牲/絕緣層32和第一半導(dǎo)體層34。在一個實(shí)施例中，SOI基片28可以是利用公知技術(shù)制造的SIMOX晶片。在另一實(shí)施例中，SOI基片28可以是具有第一半導(dǎo)體層34的常規(guī)SOI晶片。在這一點(diǎn)上，具有相對薄的第一半導(dǎo)體層34的SOI基片28可以利用大塊硅晶片(bulk silcon wafer)制造，所述大塊硅晶片被注入氧氣并被氧氣所氧化從而在單晶晶片表面之下形成相對薄的SiO2。在本實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層34(例如單晶硅)置于第一犧牲/絕緣層32(即二氧化硅)上，所述第一犧牲/絕緣層32置于第一基片層30(即單晶硅)上。
尤其，所有用來提供或制造SOI基片28的技術(shù)，無論是現(xiàn)在已知的還是后來開發(fā)的，都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如利用標(biāo)準(zhǔn)或超規(guī)格(“厚”)晶片(未示出)的公知形成、光刻、蝕刻和/或沉積技術(shù)和/或粘合技術(shù)(即將兩個標(biāo)準(zhǔn)晶片粘合起來，其中較低/底部晶片包括布置在其上的犧牲層(例如二氧化硅))并且較上/頂部晶片此后被減薄(磨削)并拋光以將機(jī)械結(jié)構(gòu)接收在其中或其上)。
在本實(shí)施例中，機(jī)械結(jié)構(gòu)12置于第一犧牲/絕緣層32上，例如二氧化硅或氮化硅上(參見例如圖3B)。如上所述，機(jī)械結(jié)構(gòu)12可利用公知的光刻、蝕刻和/或摻雜技術(shù)由公知的材料(例如比如硅、鍺、鍺化硅或砷化鎵之類的半導(dǎo)體)形成。具體地，周邊區(qū)域22｀的選定部分被蝕刻、形成圖案和/或移除以便在周邊區(qū)域22｀中形成縫隙、溝槽和/或切片。如下詳細(xì)的描述，這些縫隙、溝槽和/或切片在封裝之后給腔室24提供了額外的體積，同時增大了腔室24中的表面積，這樣可改進(jìn)MEMS 10的吸雜特性。腔室24中額外的表面積可吸收擴(kuò)散入腔室24和/或從腔室24中或附近的周圍材料(例如從第一犧牲/絕緣層32)釋放出的任何反應(yīng)物。
尤其，雖然周邊區(qū)域22｀中的縫隙、溝槽和/或切片被示出為重復(fù)性的圖案且延伸至第一犧牲/絕緣層32的表面，但是實(shí)際上在周邊區(qū)域22｀中可以采用任何圖案、形狀和/或深度的縫隙、溝槽和/或切片(參見，例如，圖15A-15E)。然而，有利地是在形成機(jī)械結(jié)構(gòu)12其它部分(例如可動電極14)的同一光刻和蝕刻工藝期間在周邊區(qū)域22｀中形成縫隙、溝槽和/或切片。這樣，工藝步驟的數(shù)目可以減少和/或維持不變。
在周邊區(qū)域22｀形成之后，可封裝MEMS 10以形成腔室24并限定包含在其中的大氣。在這一點(diǎn)上，MEMS 10可利用常規(guī)的薄膜封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)來密封或封裝。(參見，例如，WO01/77008A1和WO01/77009A1)。其它薄膜封裝技術(shù)也是合適的。實(shí)際上，所有的薄膜封裝技術(shù)，無論是已知的還是后來開發(fā)的，都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，可以使用2003年6月4日提交并分配給序列號No.10/455,555的非臨時專利申請“Microelectromechanical SystemsHaving Trench Isolated Contacts，and Methods of Fabricating Same(具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法)”(下文中稱為“具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請”)中所描述和示出的封裝技術(shù)。具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請所描述和示出的所有發(fā)明/實(shí)施例(包括，例如，封裝和電絕緣技術(shù))可與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施。為了簡潔的緣故，具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請所描述和示出的與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施的發(fā)明/實(shí)施例將不再贅述，而只是進(jìn)行了概述。然而，應(yīng)當(dāng)特別說明的是，具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請的全部內(nèi)容，例如包括所有發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、選擇、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，都以參考的方式結(jié)合于此。
參照圖4B，在周邊區(qū)域22｀中形成溝槽、縫隙和/或切片(以及機(jī)械結(jié)構(gòu)12的其它方面，例如固定和可動電極14、16a、16b和18(圖4B中未示出))之后，在后續(xù)工藝過程中，包括示例性的封裝工藝，可沉積和/或形成第二犧牲層36，例如二氧化硅或氮化硅，來緊固、隔開和/或保護(hù)機(jī)械結(jié)構(gòu)12以及周邊區(qū)域22｀，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括可動電極14(未示出)、固定電極16a、16b(未示出)和18(未示出)。
參照圖4C、4D和4E，此后，第一封裝層38a可沉積、形成和/或生長在第二犧牲層36上(參見圖4C)。沉積、形成和/或生長可以利用例如化學(xué)氣相沉積(“CVD”)或外延工藝通過保形工藝或非保形工藝來進(jìn)行。在一個實(shí)施例中，第一封裝層38a在與第二犧牲層36重疊的區(qū)域中的厚度可以介于0.1μm和5.0μm之間。在蝕刻第二犧牲層36之后第一封裝層38a上的外部環(huán)境應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力會影響第一封裝層38a的厚度。相對于可能會褶曲的壓縮膜而言，稍微拉伸的膜自支撐得更好。
第一封裝層38a隨后可被蝕刻以形成通道或孔口40(參見圖4D)。在一個示例性實(shí)施例中，孔口40具有介于0.1μm至2μm之間的直徑或孔隙尺寸?？卓?0允許對第一和第二犧牲層32和36相應(yīng)的至少選定部分進(jìn)行蝕刻和/或移除(參見圖4E)。
尤其，機(jī)械結(jié)構(gòu)12的某些部分仍可保留為部分、大部分或完全地被第一和第二犧牲層32和36的部分所包圍。例如，參照圖3A、3B和4E，在可動電極14從第一犧牲層/絕緣層32相應(yīng)的下面柱(column)釋放時(參見，例如圖3B)，一部分第一犧牲/絕緣層32在蝕刻和移除第二犧牲層36之后仍將保留在固定電極16a的下面(參見，例如圖3A和4E)。而且，包圍周邊區(qū)域22｀的第一和第二犧牲層32和36可全部和部分地移除。有利地是將所有的第一和第二犧牲層32和36從周邊區(qū)域22｀的縫隙、切片和/和溝槽中移除以增大吸雜特性以及腔室24的體積。
因此，參照圖4E，利用公知的蝕刻技術(shù)和材料，蝕刻和移除第一犧牲/絕緣層層32和第二犧牲層36以暴露出周邊區(qū)域22｀的縫隙、切片和/和溝槽。例如，在一個實(shí)施例中，其中層32和36由二氧化硅構(gòu)成，利用公知的濕蝕刻技術(shù)和緩沖的HF混合物(即緩沖的氧化蝕刻)或者公知的使用HF蒸汽(水或酒精基的蒸汽或使用無水的HF氣體)的蒸汽蝕刻技術(shù)來移除/蝕刻選定部分。在另一實(shí)施例中，其中層32和36由氮化硅構(gòu)成，利用磷酸移除/蝕刻選定部分。
應(yīng)當(dāng)說明的是，存在著(1)很多適合用于層32和/或36的材料(例如，二氧化硅、氮化硅以及摻雜質(zhì)或未摻雜質(zhì)的玻璃狀材料，例如磷硅酸鹽(“PSG”)或硼磷硅酸鹽(“BPSG”)以及旋涂式玻璃(“SOG”))，(2)很多適合的/相關(guān)的蝕刻劑(例如緩沖的氧化蝕刻劑、磷酸以及堿金屬類氫氧化物，比如NaOH和KOH)，以及(3)很多適合的蝕刻或移除技術(shù)(例如，濕的、等離子體、蒸汽或干的蝕刻)，以消除、移除和/或蝕刻層32和/或36。因此，用于消除、移除和/或蝕刻的所有材料、蝕刻劑和蝕刻技術(shù)及其變化，無論是已知的還是后來開發(fā)的，都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參照圖4F，在移除包圍周邊區(qū)域22｀的縫隙、切片和/或溝槽的(全部或至少部分)層32和/或36之后，可沉積、形成和/或生長第二封裝層38b。第二封裝層38b可以是例如硅基材料(例如多晶硅或鍺化硅)，其利用例如外延、濺射或CVD基反應(yīng)器(例如APCVD、LPCVD或PECVD)來沉積。沉積、形成和/或生長可以通過保形工藝或非保形工藝進(jìn)行。材料可以與第一封裝層38a相同或不同。
在“密封”腔室24之后和/或在沉積或形成第二封裝層38b之后，腔室24內(nèi)流體的狀態(tài)(例如壓力)可以利用常規(guī)技術(shù)和/或利用2003年3月20日申請并分配給序列號No.10/392,528的名稱為“Electromechanical System having a Controlled Atmosphere，andMethod of Fabricating Same(具有受控氣氛的微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法)”的非臨時專利申請(下文中稱為“具有受控氣氛的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請”)所描述和示出的技術(shù)來確定。為了簡潔的緣故，具有受控氣氛的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請中描述和示出的關(guān)于對腔室24內(nèi)的氣氛進(jìn)行控制的所有發(fā)明在這里將不再重復(fù)。然而，具有受控氣氛的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請中描述和示出的發(fā)明/實(shí)施例(包括例如在封裝期間對腔室中的流體壓力進(jìn)行控制)可以與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施。然而，要特別說明的是，具有受控氣氛的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。
參照圖5-10，在其它實(shí)施例中，固定電極16a、16b和/或18的一部分也可以被形成圖案、蝕刻和/或移除以形成縫隙、溝槽和/或切片。這樣，可以在不增大MEMS 10總體尺寸的前提下調(diào)節(jié)和/或改變腔室24的體積。另外，也可以改變吸雜特性。
例如，參照圖6，固定電極16a｀、16b｀和/或18｀、和/或周邊區(qū)域22｀的一部分被形成圖案、蝕刻和/或移除以形成縫隙、溝槽和/或切片。在這個實(shí)施例中，腔室24的體積可大于圖2所示MEMS 10中腔室24的體積。而且，圖6所示MEMS 10的吸雜特性也可以得到改進(jìn)，其原因是例如額外的表面積方便了后續(xù)高溫處理步驟期間揮發(fā)性物質(zhì)在周圍固體中的擴(kuò)散——這將在腔室24內(nèi)產(chǎn)生“更清潔”和/或更純凈的流體(從揮發(fā)性物質(zhì)的角度看)。
此外，在某一實(shí)施例中，有利的是將吸雜區(qū)域26結(jié)合或集成入與可動電極14并列的某一區(qū)域中。參照圖10和11，在這個實(shí)施例中，固定電極18｀被形成圖案、蝕刻和/或移除以形成縫隙、溝槽和/或切片。這種縫隙、溝槽和/或切片位于腔室24內(nèi)并靠近或鄰近可動電極14。這樣，在腔室24被“密封”時，腔室24的總體體積變大并且吸雜特性得到改進(jìn)(例如，因?yàn)樵龃罅饲皇?4內(nèi)的表面積，形成圖案的固定電極18｀可顯著地減少可動電極14上質(zhì)量負(fù)荷的可能性)。如上所述，通過改進(jìn)MEMS 10的吸雜特性，溫度變化引起質(zhì)量負(fù)荷(和質(zhì)量蒸發(fā))的可能性變小。通過減少質(zhì)量負(fù)荷的可能性，MEMS 10不易于發(fā)生遲滯現(xiàn)象，這種遲滯現(xiàn)象會限制共振器缺失補(bǔ)償?shù)男阅堋?br> 如上所述，MEMS 10利用任何薄膜封裝技術(shù)來制造，無論是已知的還是后來開發(fā)的。例如，本發(fā)明可采用2003年6月4日申請并分配給序列號No.10/454,867的名稱為“MicroelectromechanicalSystems，and Method of Encapsulating and Fabricating Same(微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝和制造方法)”的非臨時專利申請(下文中稱為“微機(jī)電系統(tǒng)及封裝方法專利申請”)所描述和示出的封裝技術(shù)。在這一點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的MEMS 10的任何和所有實(shí)施例都可以利用微機(jī)電系統(tǒng)及封裝方法專利申請所描述和示出的技術(shù)來封裝。此外，根據(jù)本發(fā)明的MEMS 10還可以包括或應(yīng)用如微機(jī)電系統(tǒng)及封裝方法專利申請所描述和示出的將接觸區(qū)域和/或場區(qū)域(fieldarea)與其它導(dǎo)電材料電絕緣的技術(shù)。為了簡潔的緣故，微機(jī)電系統(tǒng)及封裝方法專利申請的與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施的封裝和隔絕技術(shù)將不再重復(fù)。然而，要特別說明的是，微機(jī)電系統(tǒng)及封裝方法專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。
例如，參照圖2、12A和12B，根據(jù)本發(fā)明的MEMS 10可以利用由可滲透或半滲透的材料(例如，濺射非晶硅或多孔CVD和/或外延沉積的多晶硅，厚度介于0.1μm和2μm之間)構(gòu)成的第一封裝層38a進(jìn)行封裝。蝕刻或移除層32和36的工藝可以通過構(gòu)成層38a的可滲透或半滲透材料來執(zhí)行。此后，當(dāng)在第一封裝層38a上沉積、形成和/或生長第二封裝層38b(例如，厚度介于5μm和25μm之間的多晶硅)時，材料會遷移到、填充和/或占據(jù)第一封裝層38a的孔隙。在此情況下，相對小的材料在第二封裝層38b的沉積、形成和/或生長期間可沉積在腔室24內(nèi)結(jié)構(gòu)的表面上。這樣，腔24可被朝著第一封裝層38a的上表面“密封”或封裝。
尤其，參照圖2、12A和12C，構(gòu)成第一封裝層38a的材料也可以利用退火工藝被致密化從而“封閉”和“密封”腔室24。也就是說，在這個實(shí)施例，在蝕刻和/或移除犧牲層32和36之后，對機(jī)械結(jié)構(gòu)12進(jìn)行熱處理會使得層38a的材料致密化從而密封或封裝腔室24。這樣，可以無需第二封裝層38b來密封腔室24。
固定電極16a、16b和18，以及錨定部20a和20b，可采用任何形式的錨定技術(shù)，無論是已知的還是后來開發(fā)的。例如，本發(fā)明可采用2003年7月25日申請并分配給序列號No.10/627,237的名稱為“具有SOI基片的微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部及其制造方法”的非臨時專利申請(下文中稱為“微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請”)所描述和示出的封裝技術(shù)。在這一點(diǎn)上，參照圖13，根據(jù)本發(fā)明的MEMS10的任何和所有實(shí)施例都可以利用微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請所描述和示出的錨定部42錨定質(zhì)SOI基片28。為了簡潔的緣故，微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請的與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施的錨定技術(shù)將不再贅述。然而，要特別說明的是，微機(jī)電系統(tǒng)的錨定部專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。
有利的是與本發(fā)明的MEMS 10一起采用抗粘附(anti-stiction)技術(shù)以進(jìn)一步改進(jìn)MEMS 10的操作和/或可靠性。例如，本發(fā)明的MEMS可包括或采用2003年10月31日申請并分配給序列號No.10/698,258的名稱為“薄膜和晶片粘合封裝的微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)”的非臨時專利申請(下文中稱為“微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)專利申請”)所描述和示出的抗粘附技術(shù)。在這一點(diǎn)上，參照圖14，在一個實(shí)施例中，在封裝MEMS之后，抗粘附通道44如微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)專利申請所述那樣形成于封裝層和/或基片中?？拐掣酵ǖ?4提供了通向腔室24的“通路”，所述腔室包含機(jī)械結(jié)構(gòu)12的部分或全部電極14、16a和16b。此后，如微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)專利申請中詳細(xì)描述的那樣，抗粘附流體(例如氣體或蒸汽)通過抗粘附通道44被引入腔室24?？拐掣搅黧w可沉積在一個、一些或全部電極14、16a和16b上從而在所述電極上提供抗粘附層(例如單層涂層或自動裝配的單層)和/或釋放分子。這樣，機(jī)械結(jié)構(gòu)12就具有了適合的抗粘附特性。
在引入和/或應(yīng)用抗粘附流體之后，抗粘附通道可利用塞子46密封、封蓋、堵塞和/或封閉以限定和控制腔室24內(nèi)的機(jī)械阻尼環(huán)境。在這一點(diǎn)上，密封、封蓋和/或封閉腔室在腔室24內(nèi)形成了包含和/或容納機(jī)械結(jié)構(gòu)12的環(huán)境。這個環(huán)境提供了對于機(jī)械結(jié)構(gòu)12預(yù)定、希望和/或選定的機(jī)械阻尼以及適合的密封性。機(jī)械結(jié)構(gòu)12將在其中操作的最終封裝流體(例如氣體或蒸汽)的參數(shù)(例如壓力)可以被控制、選定和/或設(shè)計來提供希望和/或預(yù)定的操作環(huán)境，例如請求在具有受控氣氛的微機(jī)電系統(tǒng)專利申請中所描述和示出的技術(shù)。
尤其，根據(jù)本發(fā)明的MEMS 10的任何和所有實(shí)施例可包括和/或結(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)專利申請所描述和示出的抗粘附技術(shù)。為了簡潔的緣故，微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)專利申請的與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施的抗粘附技術(shù)將不再贅述。然而，要特別說明的是，微機(jī)電系統(tǒng)的抗粘附技術(shù)專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。
這里描述和示出了很多發(fā)明。隨后已經(jīng)描述和示出了發(fā)明的某些實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性和優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，從說明書、附圖和權(quán)利要求書中，本發(fā)明的很多其它的，以及不同的和/或類似的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)將會很明顯。這樣，這里所描述和示出的發(fā)明的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)并不是窮盡的并且應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的這些其它的，類似的以及不同的實(shí)施例、特點(diǎn)、材料、構(gòu)造、屬性、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)也處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，如上所述，雖然固定電極16a｀、16b｀和/或18｀，和/或周邊區(qū)域22｀中的縫隙、溝槽和/或切片示出為重復(fù)性的圖案并延伸至第一犧牲/絕緣層32的表面，但是可以采用任何圖案、形狀和/或深度的縫隙、溝槽和/或切片。(參見，例如圖15A-15C和15E)。然而，可能有利的是在形成機(jī)械結(jié)構(gòu)12其它部分(例如可動電極14)的同一光刻和蝕刻工藝期間在固定電極16a｀、16b｀和/或18｀，和/或周邊區(qū)域22｀中形成縫隙、溝槽和/或切片。這樣，工藝步驟的數(shù)目可以減少和/或不增加。尤其，由于通過使用較小縫隙(較小縫隙的蝕刻比較寬的縫隙慢)給吸雜區(qū)域帶來了微負(fù)荷效應(yīng)，圖15A-15C和15E所述特點(diǎn)，例如可以利用一個光刻和蝕刻工藝來獲得。
應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明可在包括微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)和處理和/或控制電路的MEMS中實(shí)施。參照圖16A，在一個示例性實(shí)施例中，MEMS 10包括置于例如SOI基片28上的微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)12。這個實(shí)施例的MEMS 10還包括處理和/或控制電路48以與微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)12相互作用，例如處理和分析由微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)12所產(chǎn)生的信息，和/或控制或監(jiān)視其操作。
在一個其中機(jī)械結(jié)構(gòu)12為MEMS共振器的實(shí)施例中，處理和/或控制電路可包括如名稱為“頻率和/或相位補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電振蕩器”的非臨時專利申請所描述和示出的補(bǔ)償和控制電路，該專利申請于2004年1月9日申請并分配給序列號No.10/754,985(下文中稱為“頻率和/或相位補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電振蕩器專利申請”)。該申請所描述和示出的MEMS共振器可在頻率和/或相位補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電振蕩器專利申請中所描述和示出的MEMS中實(shí)施，其中MEMS共振器的輸出被頻率和/或相位補(bǔ)償以提供高度準(zhǔn)確的、穩(wěn)定的、可控的、可編程的、可限定的和/或可選擇的輸出信號。為了簡潔的緣故，頻率和/或相位補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電振蕩器專利申請的與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施的發(fā)明將不再贅述。然而，要特別說明的是，頻率和/或相位補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電振蕩器專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。
尤其，參照圖16B和16C，微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)12和處理和/或控制電路48可以布置在分開的基片上，也就是28a和28b。這個實(shí)施例的MEMS 10包括制造在分開的基片上的機(jī)械結(jié)構(gòu)12和處理和/或控制電路48，其中利用將位于基片28a和28b上的結(jié)合片電地互連的互連導(dǎo)線50進(jìn)行各種信號的交換。
如上所述，本發(fā)明的MEMS可采用名稱為具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法的非臨時專利申請所描述和示出的封裝技術(shù)。而且，本發(fā)明的MEMS還可包括或采用具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法專利申請中所描述和示出的將接觸區(qū)域和/或場區(qū)域與其它導(dǎo)電材料電絕緣的技術(shù)。為了簡潔的緣故，微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請的與這里所描述和示出的發(fā)明一起實(shí)施的封裝和隔離技術(shù)就不再重復(fù)。再次特別指出的是，具有隔離接觸的溝槽的微機(jī)電系統(tǒng)及其制造方法專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。
權(quán)利要求中的術(shù)語“沉積”尤其意味著利用例如反應(yīng)器(例如外延、濺射或CVD基反應(yīng)器(例如APCVD、LPCVD或PECVD))沉積、引起、形成和/或生長一層材料。所有用于沉積各種層和/或材料的沉積技術(shù)，無論是已知的還是后來開發(fā)的，都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
雖然已經(jīng)就包括微機(jī)械結(jié)構(gòu)或元件的微機(jī)電系統(tǒng)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于此。而是，這里所述的發(fā)明也適用于其它機(jī)電系統(tǒng)，包括例如納米機(jī)電系統(tǒng)。因而，本發(fā)明涉及依照將機(jī)械部件的尺寸減小到大致可與微電子學(xué)相比較的制造技術(shù)(比如光刻和其它精密制造技術(shù))制成的機(jī)電系統(tǒng)，例如陀螺儀、共振器、溫度傳感器和/或加速計。
此外，MEMS 10可包括多個微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如一個或多個換能器(例如應(yīng)變傳感器、觸覺傳感器、磁性傳感器和/或溫度傳感器)，和/或共振器。實(shí)際上，所述一個或多個換能器和/或共振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)本身可包括在腔室24內(nèi)垂直和/或橫向堆疊和/或互連的多層。(參見，例如，圖11A-11C的微機(jī)械加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請的圖11D中的機(jī)械結(jié)構(gòu)、接觸區(qū)域和埋入觸點(diǎn)；如上所述，微機(jī)電系統(tǒng)及其封裝方法專利申請的全部內(nèi)容，包括例如所有實(shí)施例和/或發(fā)明的特點(diǎn)、屬性、變化、材料、技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，以參考的方式結(jié)合于此。)這些實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)可利用一個或多個工藝步驟來制造以提供垂直和/或橫向堆疊的有源元件，和/或互連的多個有源層。
最后，還應(yīng)當(dāng)指出的是，雖然已經(jīng)結(jié)合SOI描述了本發(fā)明，但是其它基片也是適合的。例如，第一半導(dǎo)體層可以是元素周期表中第IV欄的材料，例如硅、鍺、碳；也可以是它們的組合，例如鍺化硅或碳化硅；也可以是III-V族化合物，例如磷化鎵、磷化鎵鋁，或者其它III-V族組合物；也可以是III、IV、V或VI材料的組合，例如氮化硅、二氧化硅、碳化鋁或氧化鋁；也可以是金屬的硅化物、鍺化物和碳化物，例如硅化鎳、硅化鈷、碳化鎢或者磷化鍺鉑；也可以是摻雜的，包括摻磷、砷、銻、硼或鋁的硅或鍺、碳，或者類似于鍺化硅的組合物；也可以是具有各種晶體結(jié)構(gòu)的這些材料，包括單晶、多晶、納米晶或非晶的；也可以是晶體結(jié)構(gòu)的組合，例如具有單晶和多晶結(jié)構(gòu)區(qū)域(無論是摻雜或不摻雜的)。實(shí)際上，第一半導(dǎo)體層也可以是金屬或金屬型材料(在此情況下將是第一導(dǎo)體層布置在第一基片層上)。尤其，機(jī)械結(jié)構(gòu)可由與上述針對第一半導(dǎo)體層相同的材料構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種制造微機(jī)電設(shè)備的方法，該微機(jī)電設(shè)備具有布置于基片之上且處于腔室內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域，所述腔室至少部分地由薄膜封裝結(jié)構(gòu)所形成，該方法包括形成機(jī)械結(jié)構(gòu)；形成周邊區(qū)域，其中周邊區(qū)域中包括多個縫隙；和通過沉積薄膜封裝結(jié)構(gòu)來密封該腔室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過沉積薄膜封裝結(jié)構(gòu)來密封腔室的步驟包括將犧牲層沉積在至少一部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域周圍；將第一封裝層沉積在犧牲層之上；形成至少一個穿過第一封裝層以使得可以移除至少一部分犧牲層的孔口；從機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域移除至少一部分犧牲層；和將第二封裝層沉積在孔口之上或之中以密封該腔室。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，基片包括犧牲層，并且將至少一部分沉積的犧牲層從機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域移除的步驟還包括將至少一部分布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域縫隙下面的基片的犧牲層移除。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，第二封裝層是由多晶硅、非晶硅、碳化硅、硅/鍺、鍺和/或砷化鎵構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，第一封裝層包括多晶硅、非晶硅、鍺、硅/鍺、和/或砷化鎵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括多個布置在基片之上和腔室內(nèi)的固定電極，該方法還包括形成固定電極，其中固定電極中包括多個縫隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括多個布置在基片之上和腔室內(nèi)的錨定區(qū)域，該方法還包括形成錨定區(qū)域，其中錨定區(qū)域中包括多個縫隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括布置在基片之上和腔室內(nèi)的多個固定電極和多個錨定區(qū)域，該方法還包括形成固定電極，其中固定電極中包括多個縫隙；形成錨定區(qū)域，其中錨定區(qū)域中包括多個縫隙；和其中通過沉積薄膜密封結(jié)構(gòu)來密封腔室的步驟包括將犧牲層沉積在包括固定電極和錨定區(qū)域的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及包括縫隙的周邊區(qū)域的至少一部分周圍；將第一封裝層沉積在犧牲層上；形成至少一個穿過第一封裝層以使得能移除至少一部分犧牲層的孔口；從機(jī)械結(jié)構(gòu)移除至少一部分犧牲層，包括從固定電極、錨定區(qū)域和周邊區(qū)域中的縫隙中移除；和將第二封裝層沉積在孔口之上或之中以密封該腔室。
9.一種微機(jī)電設(shè)備，包括基片；布置在基片之上的機(jī)械結(jié)構(gòu)；布置在基片之上的周邊區(qū)域，其中周邊區(qū)域中包括多個縫隙；薄膜封裝結(jié)構(gòu)，其布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)和周邊區(qū)域之上，以部分地限定和密封出一個腔室。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，薄膜封裝結(jié)構(gòu)包括第一和第二封裝層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，第一封裝層由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、碳化硅、氮化硅、硅/鍺、鍺或砷化鎵構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，第二封裝層由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、鍺、硅/鍺、砷化鎵、或碳化硅構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括多個固定電極，其中固定電極中包括多個縫隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括多個錨定區(qū)域，其中錨定區(qū)域中包括多個縫隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)是共振器，其包括至少一個固定電極、錨定區(qū)域、以及至少一個物理地連接至錨定區(qū)域并鄰近固定電極的可動電極，并且其中固定電極和錨定區(qū)域包括多個縫隙。
16.一種微機(jī)電設(shè)備，包括基片；布置在基片之上的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)包括可動電極和固定電極；布置在基片之上的周邊區(qū)域；吸雜區(qū)域，其布置在周邊區(qū)域和固定電極的預(yù)定部分中；腔室，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)、周邊區(qū)域和吸雜區(qū)域至少部分地布置在該腔室中，并且其中吸雜區(qū)域暴露于腔室中的流體；和薄膜封裝結(jié)構(gòu)，其布置在機(jī)械結(jié)構(gòu)、周邊區(qū)域和吸雜區(qū)域之上，其中該封裝結(jié)構(gòu)密封該腔室。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，吸雜區(qū)域包括位于周邊區(qū)域和固定電極的部分中的縫隙。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，吸雜區(qū)域能捕獲從包含在腔室內(nèi)的材料中釋放的雜質(zhì)、原子或分子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，機(jī)械結(jié)構(gòu)為共振器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征在于，薄膜封裝結(jié)構(gòu)包括第一和第二封裝層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征在于，第一封裝層由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、碳化硅、氮化硅、硅/鍺、鍺或砷化鎵構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征在于，第二封裝層由多晶硅、多孔多晶硅、非晶硅、鍺、硅/鍺、砷化鎵、或碳化硅構(gòu)成。
全文摘要
這里描述和示出了很多發(fā)明。在一個方面，本發(fā)明涉及一種薄膜封裝的MEMS以及制造或生產(chǎn)薄膜封裝的MEMS的技術(shù)，所述MEMS包括集成的吸雜區(qū)域和/或增大的腔室體積，但是從機(jī)械結(jié)構(gòu)和腔室的角度看卻很少或沒有導(dǎo)致總體尺寸的增大。集成的吸雜區(qū)域布置在腔室內(nèi)并且能(i)“捕獲”從周圍材料釋放的雜質(zhì)、原子和/或分子和/或(ii)降低和/或最小化雜質(zhì)、原子和/或分子的不利影響(例如，降低增大共振器質(zhì)量的可能性，因?yàn)檫@將改變共振器的頻率)。這樣，本發(fā)明的薄膜晶片級包裝的MEMS就在腔室內(nèi)形成了相對穩(wěn)定、壓力受控的環(huán)境，以便例如提供對于機(jī)械結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的預(yù)定、希望和/或選定的機(jī)械阻尼。
文檔編號H01L21/00GK1914115SQ200480041607
公開日2007年2月14日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者馬庫斯·盧茨, 阿龍·帕特里奇 申請人:羅伯特·博世有限公司