微機電封裝及其制造方法與流程

本發明關于微機電(micro?electro?mechanical?system,mems)封裝，特別是關于微機電封裝包含具有不同壓力的mems元件及其制造方法。

背景技術：

1、微機電(mems)元件是整合機械和電性元件的微型元件，以感測物理量和/或與周圍環境交互作用，mems元件例如加速度計(accelerometer)、陀螺儀(gyroscope)、壓力傳感器和麥克風等已廣泛應用于許多現代電子產品中，舉例來說，由加速度計和/或陀螺儀組成的慣性測量單元(inertial?measurement?units，imu)常見于平板電腦、汽車或智能手機中。對于某些應用而言，需要將各種mems元件整合到一個微機電封裝中。然而，針對需要不同壓力的mems元件，這些mems元件需要在不同的環境壓力下分開封裝，然后再整合到一個微機電封裝中，因此傳統的微機電封裝的封裝制程復雜，且傳統的微機電封裝也需要較大的占位面積(footprint)。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的一些實施例提供微機電(mems)封裝及其制造方法，以克服傳統的微機電封裝的前述缺點。本發明的微機電封裝包含位于鍵合密封環中的孔洞，以在鍵合后達到mems元件的空腔的壓力調節。此外，在壓力調節的制程步驟期間，還可以在mems元件上形成抗黏附涂層。因此，相較于傳統的微機電封裝，本發明包含具有不同空腔壓力的多個mems元件的微機電封裝的封裝制程可被簡化，且微機電封裝的占位面積較小。

2、根據本發明的一實施例，提供了一種微機電(mems)封裝，包括晶圓、互連層、第一元件基板、第二元件基板、第一鍵合密封環、第二鍵合密封環、第一支撐基板、第二支撐基板、孔洞以及介電膜。互連層設置在晶圓上，第一元件基板包括第一mems元件，且設置在晶圓上，第二元件基板包括第二mems元件，且設置在晶圓上，第二元件基板與第一元件基板側向隔開。第一鍵合密封環設置在第一元件基板下方且鍵合至互連層，第二鍵合密封環設置在第二元件基板下方且鍵合至互連層。第一支撐基板包括第一空腔且鍵合至第一元件基板，第二支撐基板包括第二空腔且鍵合至第二元件基板。孔洞設置在第二鍵合密封環中，介電膜設置于互連層上，且鄰近第一鍵合密封環和第二鍵合密封環。第一空腔具有第一壓力，第二空腔具有第二壓力，第二壓力不同于第一壓力。

3、根據本發明的一實施例，提供一種微機電封裝的制造方法，包括以下步驟：提供支撐晶圓，包括在所述支撐晶圓中形成一第一空腔和一第二空腔；提供元件晶圓，其包含在所述元件晶圓中形成彼此側向隔開的一第一微機電元件和一第二微機電元件；形成第一鍵合密封環和第二鍵合密封環，分別在第一mems元件和第二mems元件下方；在第二鍵合密封環中形成孔洞；在元件晶圓中形成兩條預切割線，且位于第一mems元件和第二mems元件之間；將支撐晶圓鍵合至元件晶圓，其中第一空腔位于第一mems元件正上方，第二空腔位于第二mems元件正上方；提供晶圓，并在晶圓上形成互連層；在第一壓力下將元件晶圓鍵合至晶圓上的互連層；移除在兩條預切割線之間的支撐晶圓的一部分和元件晶圓的一部分，讓第二鍵合密封環中的孔洞暴露于環境壓力下；以及在互連層上形成介電膜。

4、為了讓本發明的特征明顯易懂，下文特舉出實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

技術特征：

1.一種微機電封裝，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的微機電封裝，其特征在于，所述孔洞側向穿過所述第二鍵合密封環，且連接到所述第二空腔，以作為一通氣孔，且所述通氣孔的一部分被所述介電膜填充。

3.如權利要求2所述的微機電封裝，其特征在于，所述通氣孔的高度與所述第二鍵合密封環的厚度相同，且所述通氣孔的寬度在1微米至100微米之間。

4.如權利要求1所述的微機電封裝，其特征在于，所述第一微機電元件包括陀螺儀，所述第二微機電元件包括加速度計，且所述第二壓力大于所述第一壓力。

5.如權利要求1所述的微機電封裝，其特征在于，還包括一抗黏附涂層，順向地設置在所述第二元件基板上。

6.如權利要求1所述的微機電封裝，其特征在于，還包括一第一鍵合層，設置在所述第一元件基板和所述第一支撐基板之間，以及一第二鍵合層，設置在所述第二元件基板和所述第二支撐基板之間。

7.如權利要求6所述的微機電封裝，其特征在于，所述孔洞垂直地穿過所述第二鍵合密封環，且延伸至穿過所述第二元件基板。

8.如權利要求7所述的微機電封裝，其特征在于，還包括一通氣孔設置在所述第二鍵合層中，所述通氣孔在所述第二元件基板和所述第二支撐基板之間側向延伸，且所述通氣孔連接到所述第二空腔和所述孔洞。

9.如權利要求8所述的微機電封裝，其特征在于，所述第二元件基板和所述第二支撐基板構成一臺階結構，且所述通氣孔位于所述臺階結構中。

10.如權利要求9所述的微機電封裝，其特征在于，還包括一密封層填充所述通氣孔的一部分，且所述密封層在所述臺階結構上。

11.一種微機電封裝的制造方法，其特征在于，包括：

12.如權利要求11所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，所述孔洞側向穿過所述第二鍵合密封環，且連接到所述第二空腔，以作為一通氣孔，所述通氣孔在一第二壓力下被所述介電膜重新密封，所述第二壓力和所述第一壓力不同。

13.如權利要求12所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，還包括通過所述通氣孔，在所述第二微機電元件上順向地沉積一抗黏附涂層。

14.如權利要求11所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，形成所述介電膜包括：

15.如權利要求11所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，還包括在所述支撐晶圓和所述元件晶圓之間形成一鍵合層。

16.如權利要求15所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，所述孔洞垂直地穿過所述第二鍵合密封環，且進一步延伸以穿過所述元件晶圓。

17.如權利要求16所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，在將所述元件晶圓鍵合至所述晶圓上的所述互連層之前，還包括通過所述孔洞，去除位于所述支撐晶圓和所述元件晶圓之間的所述鍵合層的一部分，以形成一通氣孔，且所述通氣孔連接到所述第二空腔和所述孔洞。

18.如權利要求17所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，以俯視觀看，所述兩條預切割線其中之一具有一突出部分，對應于所述第二鍵合密封環中的所述孔洞，在去除位于所述兩條預切割線之間的所述支撐晶圓的所述部分和所述元件晶圓的所述部分之后，形成包括所述第一微機電元件的一第一元件基板、包括所述第二微機電元件的一第二元件基板、位于所述第一微機電元件正上方的一第一支撐基板以及位于所述第二微機電元件正上方的一第二支撐基板，且所述第二支撐基板和所述第二元件基板構成一臺階結構，所述通氣孔位于所述臺階結構中。

19.如權利要求17所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，形成所述介電膜包括：

20.如權利要求17所述的微機電封裝的制造方法，其特征在于，還包括通過所述通氣孔在所述第二微機電元件上順向地沉積一抗黏附涂層。

技術總結
一種微機電(MEMS)封裝，包含晶圓、第一元件基板和第二元件基板，晶圓上設置互連層，第一元件基板包含第一微機電元件，第二元件基板包含第二微機電元件，第一和第二元件基板彼此側向隔開并設置在晶圓上。第一和第二鍵合密封環分別設置在第一和第二元件基板下方，且均鍵合到互連層。第一支撐基板包含具有第一壓力的第一空腔，且鍵合至第一元件基板。第二支撐基板包含具有第二壓力的第二空腔，第二壓力不同于第一壓力，且第二支撐基板鍵合至第二元件基板。

技術研發人員：夏佳杰,周國富
受保護的技術使用者：世界先進積體電路股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/10