CN102730623B - 微机电感测装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种微机电感测装置，其包含一基板、一微机电元件区、一膜层、一黏着层、一盖体、至少一个开口及多个导线。该基板包括一第一表面及一相对该第一表面的第二表面。该微机电元件区位于该第一表面上，且包括一腔室。该膜层覆盖于该微机电元件区上，并使该腔室成为一密闭空间。该盖体通过该黏着层固定于该微机电元件区上。该开口位于该盖体或该黏着层，且该开口允许该微机电感测装置的外部空气施压力于该膜层。该多个导线电性连接该微机电元件区，并延伸至该第二表面上。

Description

微机电感测装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种微机电感测装置及其制造方法，特别是指一种整合封装工艺的微机电感测装置及其制造方法。

背景技术

微机电MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)元件是利用半导体工艺技术，整合电子及机械功能制作而成的微型装置，主要的产品类别大致可分为压力传感器、加速计、陀螺仪、光通讯元件、DLP(数字光源处理)、喷墨头以及无线网络RF感测元件等。目前已逐渐应用在包括汽车胎压量测、光通讯网路、投影机、感测网络、数字麦克风、时脉振荡器，以及包括互动游戏机在内的多种产品之中。甚至在新一代内存技术、生物芯片、显示技术、新兴能源等先进研究方面，它也扮演了重要的角色。

传统微机电芯片需要经由繁复的封装(assembling)工艺，形成一可以被应用及结合于上述产品内的元件，例如：QFN(Quad Flat No leads)或LGA(Land Grid Array)封装型式的元件。图1显示现有技术的压力传感器的剖视图。如图1所示，该压力传感器10包含一微机电芯片11、一封装壳体13、一绝缘胶体15、多个焊线17及一QFN导线架19。该微机电芯片11固定于该QFN导线架19的芯片垫(die pad)193上，又通过该多个焊线17与该QFN导线架19的多个接点191电性连接。再将该封装壳体13覆盖该微机电芯片11，并与该QFN导线架19相互接合。该封装壳体13上的通孔131使得该压力传感器10外部空气压力直接作用于该微机电芯片11上，如此就能测得该外部空气的压力值。然此种QFN或LGA封装型式的微机电元件，需要实施复杂的封装工艺及采用多种材料才能完成，显然无法满足目前微机电感测装置的低成本需求。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种微机电感测装置的制造方法，可于微机电CMOS工艺制作后进行晶圆级(waferlevel)封装工艺，不仅简化封装工艺，更能降低制造成本。

与本发明相关的专利可参阅美国专利US 6,012,336；US 6,536,281；US 6,928,879；US 7,121,146；US 6,743,654；US 7,135,749等。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种整合封装工艺的微机电感测装置的制造方法。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种一种微机电感测装置，包含：一基板；一位于该基板上的微机电元件区；一膜层，覆盖于该微机电元件区上，并使该腔室成为一密闭空间；一黏着层；一盖体，通过该黏着层固定于该微机电元件区上；以及多个导线，电性连接该微机电元件区，并延伸至该第二表面上。

在其中一种实施型态中，另包含：至少一个开口，位于该盖体或该黏着层。

在其中一种实施型态中，该微机电元件区包括一可变电容单元，该可变电容单元的电容值随该外部空气施于该膜层的压力而改变。

在其中一种实施型态中，该多个导线贯穿该基板的直通硅晶穿孔。

在其中一种实施型态中，该多个导线为多个T接点(T contact)。

在其中一种实施型态中，上述该开口允许该微机电感测装置的外部空气施压力于该膜层。

就另一个观点言，本发明提供了一种微机电感测装置的制造方法，包含：提供一基板，其中该基板包括一第一表面及一相对该第一表面的第二表面；于该基板的第一表面上形成多个金属层及一绝缘区域的叠层；形成一屏蔽层于该叠层上；去除该绝缘区域的部分区域以形成一腔室；覆盖一膜层于该屏蔽层上，并使该腔室成为一密闭空间；通过一黏着层固定一盖体于该微机电元件区上；形成多个导线于该基板，其中该多个导线电性连接该微机电元件区，并延伸至该第二表面上；以及于该盖体形成至少一个开口。

在其中一种实施型态中，该多个导线贯穿该基板的直通硅晶穿孔。

在其中一种实施型态中，该多个导线为多个T接点(T contact)。

在其中一种实施型态中，该开口允许该微机电感测装置的外部空气施压力于该膜层。

就另一个观点言，本发明又提供了一种微机电感测装置的制造方法，包含：提供一基板，其中该基板包括一第一表面及一相对该第一表面的第二表面；于该基板的第一表面上形成多个金属层及一绝缘区域的叠层；形成一屏蔽层于该叠层上；去除该绝缘区域的部分区域以形成一腔室；覆盖一膜层于该屏蔽层上，并使该腔室成为一密闭空间；通过一黏着层固定一盖体于该微机电元件区上，其中该黏着层具有至少一开口；以及形成多个导线于该基板，其中该多个导线电性连接该微机电元件区，并延伸至该第二表面上。

在其中一种实施型态中，该多个导线贯穿该基板的直通硅晶穿孔。

在其中一种实施型态中，该多个导线为多个T接点(T contact)。

在其中一种实施型态中，该开口允许该微机电感测装置的外部空气施压力于该膜层。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1显示现有技术的压力传感器的剖视图；

图2A-2G的剖面流程图，显示本发明的微机电感测装置的第一实施例；

图3显示本发明的第二实施例；

图4显示本发明的第三实施例。

图中符号说明

10            压力传感器

11            微机电芯片

13            封装壳体

15            绝缘胶体

17            多个焊线

19            QFN导线架

20、30、40    微机电感测装置

21            基板

22、42        黏着层

23            屏蔽层

24            盖体

25            绝缘区域

26            直通硅晶穿孔

27            微机电元件区

28、48        开口

29         膜层

31         绝缘层

36         T接点

131        通孔

191        接点

193        芯片垫

211        第一表面

212        第二表面

215        绝缘层

271        金属层

273        通道层

275        腔室

具体实施方式

本发明中的图式均属示意，主要意在表示微机电感测装置的制造步骤以及各层之间的上下次序关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。

请参阅图2A-2G的剖面流程图，显示本发明的一个实施例，本实施例显示一种微机电感测装置的制造方法。如图2A所示，首先提供一基板21，例如但不限于为硅基板，接着于基板21的第一表面211上形成多个金属层(例如：铝)271、多个通道层(例如：钨)273及一绝缘区域(例如：二氧化硅)25的叠层。并于该叠层上形成一屏蔽(hard mask)层23(例如：若绝缘区域25为例示的二氧化硅，又假设后续蚀刻工艺是采用HF气体的干蚀刻，则可选择氮化物(氮化硅、氮化钛等)、金属材料(含铜、铝、钨或钛的合金)作为该屏蔽层23或其它能抵抗HF蚀刻的适合材料。又该屏蔽层23的适合材料依照蚀刻工艺及待蚀刻物而决定，并不受此例示材料而限定。)。上述步骤可采用一般CMOS工艺完成，但本发明不限于此实施例所示的叠层，可以为不同金属及绝缘材料的叠层，又叠层的前后顺序及图案方式可以有不同变化。又该基板21另包括一第二表面212，该第一表面211与该第二表面212相对。

该屏蔽层23为一具有定义图案的金属层或一绝缘材料层，可作为后续蚀刻工艺的屏蔽。如图2B所示，采用蚀刻工艺去除该绝缘区域25的部分区域以形成一腔室275以及一可变电容的移动电极部276，此蚀刻后的叠层即为一微机电元件区27，又该可变电容的固定电极部未绘示。在本实施例中，当腔室275压力改变时，该移动电极部276会相应而移动，从而使该可变电容产生不同的电容值。本发明的微机电元件区不限于感测压力改变，亦可为侦测加速度或作其它感测目的的微机电结构等；当移动或压力等原因造成微机电结构中可变电容产生电容值的改变，即可根据该改变来运算而达成所欲的目的。上述蚀刻工艺可采用HF气体的干蚀刻。

参见图2C，覆盖一膜层29于该屏蔽层23上，并使该腔室25成为一密闭空间。该膜层29可以采用金属沉积工艺，于该屏蔽层23表面形成一金属膜，且一并将该腔室275与外部连通的开口密封。接着，将该膜层29及该屏蔽层23的部分去除，使得最上层的该金属层271的外侧部分露出，如图2D所示。当该屏蔽层23为绝缘材料层，则此步骤可以省略。但若后续是要实施T接点(T contact；参见图3)工艺，则此步骤仍有存在的需要。

如图2E所示，通过一黏着层22固定一盖体24于该微机电元件区27上。此实施例的该黏着层22涂布于该微机电元件区27上该膜层29表面，而和该盖体24结合。然而该黏着层22的涂布位置不受此实施例限制。于该第二表面213形成贯穿该基板21的多个直通硅晶穿孔26，如图2F。且该直通硅晶穿孔26和该基板21间有一绝缘层215(例如：二氧化硅)，用以使该直通硅晶穿孔26绝缘于该基板21。

如图2G所示，于该盖体24形成至少一个开口28，通过该开口28，外部空气压力直接作用于该微机电元件区27上该膜层29，如此该微机电感测装置20就能测得该外部空气的压力值。该开口28亦可以预先形成于该盖体24上，然后再将具有该开口28的该盖体24固定于该微机电元件区27上。

除了直通硅晶穿孔，本发明亦可采用T接点连接该微机电元件区27，及作为外部的接点。如图3所示，该微机电感测装置30以T接点36连接该微机电元件区27的最上层露出的金属层271，该T接点36的导线延伸至该基板21的第二表面212上，此延伸在第二表面212的部分作为该微机电感测装置30的外部接点。且该T接点36的导线和该微机电元件区27及该基板21间有一绝缘层31，用以使该T接点36绝缘于该微机电元件区27及该基板21。

图4显示本发明另一实施例的剖视图。相较于图2G中该微机电感测装置10，本图中该微机电感测装置40的盖体24并无开口，但该黏着层42非封闭型式涂布于该膜层29表面，有至少一开口48可供外部空气压力作用于该膜层29上。参见图3的该微机电感测装置30，本图中该微机电感测装置40亦可采T接点连接该微机电元件区27，及作为外部的接点。

综上所述，本发明提出一种微机电感测装置及其制造方法，可于微机电CMOS工艺制作后，进行高产出量(high throughput)的晶圆级封装工艺。相较于传统QFN或LGA封装型式的微机电装置，需要实施复杂的封装工艺及采用多种材料才能完成，本发明不仅简化封装工艺，更能降低制造成本。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，在不影响该微机电元件区主要的特性下，可加入其它工艺步骤或结构。或者，置换微机电元件区为其它感测功能的元件，例如：质量块等，亦为本发明保护的范畴。本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (13)

1.一种微机电感测装置，其特征在于，包含：

一基板，其中该基板包括一第一表面及一相对该第一表面的第二表面；

一位于该基板的该第一表面上的一微机电元件区，其中该微机电元件区具有一腔室；

一位于该微机电元件区上的屏蔽层，其中该屏蔽层具有至少一开孔；

一膜层，覆盖于该屏蔽层上，并使该腔室成为一密闭空间，其中该密闭空间的一下端为该基板的该第一表面；

一黏着层，设于该膜层表面；

一盖体，通过该黏着层固定于该微机电元件区上；

至少一个开口，位于该盖体或该黏着层；以及

多个导线，电性连接该微机电元件区，并延伸至该第二表面上。

2.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该微机电元件区包括一可变电容单元，该可变电容单元的电容值随外部空气施于该膜层的压力而改变。

3.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该多个导线贯穿该基板的多个直通硅晶穿孔或多个T接点。

4.如权利要求3所述的微机电感测装置，其中，该多个导线和该基板或该微机电元件区间有一绝缘层。

5.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该膜层为一金属膜。

6.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该屏蔽层为一金属层，该微机电元件区的部分线路未被该膜层及该屏蔽层覆盖，且多个导线连接未覆盖该部分线路。

7.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该微机电感测装置为一压力传感器。

8.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该开口位于该黏着层上，该黏着层为非封闭型式，及设于该膜层表面。

9.如权利要求1所述的微机电感测装置，其中，该开口允许该微机电感测装置的外部空气施压力于该膜层。

10.一种微机电感测装置的制造方法，其特征在于，包含：

提供一基板，其中该基板包括一第一表面及一相对该第一表面的第二表面；

于该基板的该第一表面上形成一叠层，其中该叠层包含有多个金属层及一绝缘区域；

形成一屏蔽层于该叠层上，其中该屏蔽层具有暴露出部分该绝缘区域的材料的至少一开孔；

通过该至少一开孔去除该绝缘区域的部分材料以形成一腔室及位于该腔室内的至少一移动部，其中被蚀刻后的该叠层定义为一微机电元件区；

覆盖一膜层于该屏蔽层上以密封该至少一开孔并使该腔室成为一密闭空间；

通过一黏着层固定一盖体于该微机电元件区上；以及

于该腔室形成一密闭空间后，形成多个导线于该基板，其中该多个导线电性连接该微机电元件区，并延伸至该第二表面上；

于该盖体形成至少一个开口。

11.如权利要求10所述的微机电感测装置的制造方法，其中，该多个导线贯穿该基板的多个直通硅晶穿孔或多个T接点。

12.如权利要求10所述的微机电感测装置的制造方法，其中，于该盖体形成至少一个开口的步骤是在该盖体固定于该微机电元件区上的步骤之前。

13.如权利要求10所述的微机电感测装置的制造方法，其中，该开口允许该微机电感测装置的外部空气施压力于该膜层。