本發(fā)明涉及微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)及其制備方法。

背景技術(shù)：

微機(jī)電mems技術(shù)是指采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝將傳統(tǒng)的電子器件制成一塊包含該電子器件相應(yīng)功能單元的芯片(即mems器件芯片)的高新技術(shù)，與由傳統(tǒng)技術(shù)制作的電子器件相比，mems器件芯片在體積、功耗、重量及價(jià)格方面都具有十分明顯的優(yōu)勢，并且可以批量生產(chǎn)。

通常，mems器件芯片需要與驅(qū)動、檢測、信號處理等集成電路連接在一起組成一個具有完整獨(dú)立功能的系統(tǒng)，即mems系統(tǒng)，比如目前市場上可見的mems系統(tǒng)包括壓力傳感器、加速度計(jì)及硅麥克風(fēng)等。

mems氣體壓力傳感器作為一種mems系統(tǒng)，其制備過程一般包括：

分別制備mems器件芯片和集成電路芯片，其中，mems器件芯片包括襯底和設(shè)置在襯底上的氣體壓力敏感單元，如圖1a所示；集成電路芯片包括襯底和設(shè)置在襯底上的與氣體壓力敏感單元適配的電路層，如圖2a所示。

(1)分別將mems器件芯片和集成電路芯片相鄰地安裝在同一基板上，并通過引線將兩者進(jìn)行電氣連接。

(2)進(jìn)行陶瓷或金屬封裝。

至此完成mems氣體壓力傳感器的制備。

采用上述方法得到的mems氣體壓力傳感器，由于mems器件芯片和集成電路芯片之間的引線較長，引入較多干擾信號，造成整體功能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中mems器件芯片和集成電路芯片之間引線較長，從而引入較多干擾信號的問題。

本發(fā)明提供的一種微機(jī)電系統(tǒng)的制備方法，包括：

在微機(jī)電器件芯片上制備環(huán)繞氣體敏感單元的第一封裝環(huán)和位于第一封裝環(huán)內(nèi)側(cè)的氣體敏感單元周圍的第一電氣連接點(diǎn)；

在集成電路芯片上與第一封裝環(huán)對應(yīng)的位置和與第一電氣連接點(diǎn)對應(yīng)的位置分別制備第二封裝環(huán)和作為電路層輸入端的第二電氣連接點(diǎn)；

將微機(jī)電器件芯片和集成電路芯片對置；其中，第一電氣連接點(diǎn)、第二電氣連接點(diǎn)形成電氣對接，第一封裝環(huán)和第二封裝環(huán)形成密封對接；

在微機(jī)電器件芯片上開設(shè)由微機(jī)電器件芯片、集成電路芯片、第一封裝環(huán)和第二封裝環(huán)所形成的空間的導(dǎo)氣通孔。

本發(fā)明還提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)，包括：

微機(jī)電器件芯片，其包括環(huán)繞氣體敏感單元的第一封裝環(huán)和位于第一封裝環(huán)內(nèi)側(cè)的氣體敏感單元周圍的第一電氣連接點(diǎn)；

與微機(jī)電器件芯片對接的集成電路芯片，其包括與氣體敏感單元適配的電路層、與第一封裝環(huán)密封對接的第二封裝環(huán)和與第一電氣連接點(diǎn)電氣對接的第二電氣連接點(diǎn)；

微機(jī)電器件芯片上包括由微機(jī)電器件芯片、集成電路芯片、第一封裝環(huán)、第二封裝環(huán)所形成的空間的導(dǎo)氣通孔。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種微機(jī)電系統(tǒng)及其制備方法，通過第一和第二電氣連接點(diǎn)直接對接鍵合的方式實(shí)現(xiàn)電氣連接，就無需使用較長的引線，從而避免了引入不必要的干擾信號，提高器件精確度。

附圖說明

圖1a所示為現(xiàn)有技術(shù)中的mems器件芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的mems器件芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a所示為現(xiàn)有技術(shù)中的集成電路芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2b所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的集成電路芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3-圖4所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的mems系統(tǒng)的制備過程示意圖。

圖5所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的根據(jù)本發(fā)明的mems系統(tǒng)的制備方法得到的mems系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6所示為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的根據(jù)本發(fā)明的mems系統(tǒng)的制備方法得到的mems系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明又一實(shí)施例提供的根據(jù)本發(fā)明的mems系統(tǒng)的制備方法得到的mems系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)的制備方法，包括：

步驟s100，提供微機(jī)電器件芯片20和集成電路芯片10；其中，如圖1a所示，微機(jī)電器件芯片20包括第一襯底201和設(shè)置在第一襯底201上的氣體敏感單元200；如圖2a所示，集成電路芯片10包括第二襯底101和設(shè)置在第二襯底101上的與氣體敏感單元200適配的電路層100。對于微機(jī)電器件芯片20和集成電路芯片10的具體制備過程采用現(xiàn)有技術(shù)，這里不予贅述。

需要注意的是，如圖1a所示微機(jī)電器件芯片20中的氣體敏感單元200為環(huán)形連通槽結(jié)構(gòu)，故其在圖1a所示的截面示意圖中呈現(xiàn)的是兩個矩形孔。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這里給出的氣體敏感單元200還可以是十字形連通槽、矩形槽或其他結(jié)構(gòu)，對此不予限定。

這里的氣體敏感單元200，用于將敏感到的由氣體產(chǎn)生的變化信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐房勺R別的，如電阻、電容的變化，例如可以是氣體壓力敏感單元或氣敏單元。與該氣體敏感單元20對應(yīng)的集成電路芯片10上的電路層100，用于將氣體敏感單元200敏感到的電阻或電容的變化轉(zhuǎn)化為電信號輸出。

步驟s102，參閱圖1b，在圖1a所示的微機(jī)電器件芯片20上制備環(huán)繞氣體敏感單元200的第一封裝環(huán)2041和位于第一封裝環(huán)2041內(nèi)側(cè)的氣體敏感單元200周圍的第一電氣連接點(diǎn)2040。

具體執(zhí)行過程例如可以是，在如圖1a所示的微機(jī)電器件芯片20的頂層淀積金屬層，采用掩膜刻蝕工藝形成環(huán)繞氣體敏感單元200的第一封裝環(huán)2041和位于第一封裝環(huán)2041內(nèi)側(cè)的氣體敏感單元200周圍的第一電氣連接點(diǎn)2040，如圖1b所示。根據(jù)本實(shí)施方式的第一封裝環(huán)2041和第一電氣連接點(diǎn)2040均采用相同的金屬材質(zhì)，這樣可以一步成型，簡化制備過程，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，第一封裝環(huán)2041還可以采用任意其他現(xiàn)有的封裝材質(zhì)。圖1b所示的第一電氣連接點(diǎn)2040設(shè)置在環(huán)形連通槽型氣體敏感單元200的中央，這樣的好處是，可以保證后續(xù)對接鍵合后該第一電氣連接點(diǎn)2040的受力均勻，其實(shí)際上還可以設(shè)置在氣體敏感單元200的外側(cè)四周或其他位置，這里不予限定。此外，雖然圖1b所示的第一電氣連接點(diǎn)2040包括兩個，實(shí)際上該第一電氣連接點(diǎn)2040的數(shù)量也是可以根據(jù)實(shí)際需要合理設(shè)置的。

步驟s106，參閱圖2b，在如圖2a所示的集成電路芯片10上與第一封裝環(huán)2041對應(yīng)的位置和與第一電氣連接點(diǎn)2040對應(yīng)的位置分別制備第二封裝環(huán)1041和作為電路層100輸入端的第二電氣連接點(diǎn)1040。

具體制備過程例如可以是，在如圖2a所示集成電路芯片10結(jié)構(gòu)的頂層淀積一層或多層隔離層，在隔離層之上淀積金屬層，對該金屬層采用掩膜刻蝕工藝在集成電路芯片10上與第一封裝環(huán)2041對應(yīng)的位置和與第一電氣連接點(diǎn)2040對應(yīng)的位置分別制備第二封裝環(huán)1041和作為電路層100輸入端的第二電氣連接點(diǎn)1040。

步驟s108，參閱圖3，將微機(jī)電器件芯片20和集成電路芯片10對置；其中，第一電氣連接點(diǎn)2040、第二電氣連接點(diǎn)1040形成電氣對接，第一封裝環(huán)2041和第二封裝1041環(huán)形成密封對接。本步驟中的對接方式可以采用兩種金屬高溫互溶形成合金的方式實(shí)現(xiàn)密閉結(jié)構(gòu)與電氣連接，此時(shí)，第一封裝環(huán)2041可以采用鍺，對應(yīng)的第二封裝環(huán)采用鋁；或者第一封裝環(huán)2041采用金，對應(yīng)的第二封裝環(huán)采用多晶硅。

考慮到，經(jīng)過步驟s100-步驟s108得到的mems系統(tǒng)為一個密閉的整體，無法敏感到外界大氣產(chǎn)生的變化，氣體敏感單元200也就失去了它原本的作用。為了解決這一問題，需要將氣體敏感單元的結(jié)構(gòu)釋放出來，使之與大氣連通。

步驟s110，參閱圖4，在微機(jī)電器件芯片20上開設(shè)由微機(jī)電器件芯片20、集成電路芯片10、第一封裝環(huán)2041和第二封裝環(huán)1041所形成的空間的導(dǎo)氣通孔205。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的制備方法，一方面，采用電氣連接點(diǎn)直接對接鍵合的方式實(shí)現(xiàn)電氣連接，就無需使用較長的引線，從而避免了引入不必要的干擾信號，提高器件精確度。與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了mems器件芯片的晶圓級集成封裝，減小封裝成品尺寸。

在一個實(shí)施例中，如圖5所示，步驟s110中形成的導(dǎo)氣通孔205形成包圍氣體敏感單元200和第一電氣連接點(diǎn)2040的貫通槽。

這樣，當(dāng)貫通槽包圍氣體敏感單元200和第一電氣連接點(diǎn)2040時(shí)，氣體敏感單元200就成了單純依靠第一電氣連接點(diǎn)2040和第二電氣連接點(diǎn)1040支撐的孤島。與現(xiàn)有技術(shù)中氣體敏感單元200需要四周固定支撐相比，可以更有利于釋放應(yīng)力。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這里的貫通槽結(jié)構(gòu)的輪廓線不限于規(guī)則的圖形，也可以是任意不規(guī)則圖形。

這種情況下，該貫通槽一方面可以起到連通大氣的作用，另一方面可以作為氣體敏感單元200的應(yīng)力釋放出口。

在一個實(shí)施例中，參閱圖6，當(dāng)貫通槽包圍氣體敏感單元200和第一電氣連接點(diǎn)2040時(shí)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的制備方法，在步驟s110之后進(jìn)一步包括：

步驟s111，在第一襯底201的裸露表面上以四周邊沿固定的方式貼附硅片207?？梢圆捎谜称z206實(shí)現(xiàn)硅片207和第一襯底201之間的固定。由于這種情況下的氣體敏感單元200成為了只依靠第一電氣連接點(diǎn)2040和第二電氣連接點(diǎn)1040支撐的孤島，其很容易因?yàn)槭芰Σ痪鶆驅(qū)е碌谝浑姎膺B接點(diǎn)2040和第二電氣連接點(diǎn)1040之間的電氣連接發(fā)生斷路，或者氣體敏感結(jié)構(gòu)部分受到損壞，因此，通過增加防護(hù)層(即硅片207)的方式來保護(hù)氣體敏感單元200，即實(shí)現(xiàn)對mems系統(tǒng)的封裝。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在貼附硅片207之前可以對第一襯底201和/或待貼附硅片207進(jìn)行減薄，這樣可以減小器件體積，同時(shí)也便于后續(xù)刻蝕通孔208。

步驟s1052，在硅片207上刻蝕通孔208。該通孔208貫穿硅片207的上下表面，其是為了使氣體敏感單元200與外界大氣連通。該通孔208的具體位置和形狀不予限定。

根據(jù)本實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的制備方法，利用硅片207實(shí)現(xiàn)對微機(jī)電系統(tǒng)的封裝，而不再需要采用現(xiàn)有技術(shù)中的陶瓷或金屬封裝(參見背景技術(shù))，降低成本。

在一個實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)的制備方法，在步驟s108之前，進(jìn)一步包括：

步驟s107，參閱圖7，將集成電路芯片10上電路層100的輸出端引出到第二襯底101的裸露表面，形成外電路電氣連接點(diǎn)。這樣，可以便于與外電路的集成。該步驟s107的具體執(zhí)行過程只要位于步驟s108之前即可，至于其到底位于步驟s108之前的哪一步驟可以根據(jù)實(shí)際情況自行選擇。

具體執(zhí)行過程可以包括：在如圖2a所示的集成電路芯片10結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在電路層100的輸出端位置刻蝕硅通孔102，一般通過在制作集成電路芯片的過程中預(yù)埋硅通孔102來實(shí)現(xiàn)，并在硅通孔102中填充金屬；對第二襯底101的裸露表面進(jìn)行減薄處理至露出硅通孔102中的金屬；在金屬的裸露表面制備焊料球106。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，為了合理布局焊料球106，也可以在經(jīng)過減薄處理之后的第二襯底101的下表面安排布線105，用于電氣連接硅通孔102中的金屬和焊料球106。

本發(fā)明還提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)，包括：微機(jī)電器件芯片，其包括第一襯底，設(shè)置在第一襯底上的氣體敏感單元、環(huán)繞所述氣體敏感單元的第一封裝環(huán)和位于第一封裝環(huán)內(nèi)側(cè)的氣體敏感單元周圍的第一電氣連接點(diǎn)；與微機(jī)電器件芯片對接的集成電路芯片，其包括第二襯底，設(shè)置在第二襯底上的與氣體敏感單元適配的電路層、與第一封裝環(huán)密封對接的第二封裝環(huán)和與第一電氣連接點(diǎn)電氣對接的第二電氣連接點(diǎn)；微機(jī)電器件芯片上包括由微機(jī)電器件芯片、集成電路芯片、第一封裝環(huán)、第二封裝環(huán)所形成的空間的導(dǎo)氣通孔。該氣體敏感單元包括氣體壓力敏感單元或氣敏單元。

在一個實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)，導(dǎo)氣通孔形成包圍氣體敏感單元和第一電氣連接點(diǎn)的貫通槽。

在一個實(shí)施例中，當(dāng)貫通槽包圍氣體敏感單元和第一電氣連接點(diǎn)時(shí)，在第一襯底的裸露表面上進(jìn)一步包括其上開有通孔的硅片，硅片與第一襯底之間沿四周邊沿固定。

在一個實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)，第二襯底的裸露表面進(jìn)一步包括連通電路層輸出端的外電路電氣連接點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的微機(jī)電系統(tǒng)，具有與上述與之對應(yīng)的微機(jī)電系統(tǒng)制備方法相應(yīng)的有益效果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。