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各种形貌MEMS封帽的加工方法

申请号 CN201410409220.X 申请日 2014-07-23 公开(公告)号 CN104340954B 公开(公告)日 2017-10-24
申请人 马克西姆综合产品公司; 发明人 X·应; L·李; A·S·克尔克; B·S·波利奇;
摘要 一种各种形貌MEMS封帽的加工方法。一种器件,包括在晶片表面中形成的 侧壁 ,其中该侧壁下行至凹进表面。该凹进表面大体增进了晶片表面、包括晶片上的拐 角 (例如,晶片表面和诸如腔、凹进表面等各种表面形貌之间的接合处)上的抗蚀剂 覆盖 度。在一个或多个 实施例 中,采用湿法 刻蚀 方法形成侧壁和凹进表面。抗蚀剂材料(例如, 光刻 胶 材料)被沉积到晶片表面上,其中光刻胶完全覆盖晶片表面的一个或多个顶部拐角。在一个或多个实施例中,凹进表面邻近在晶片中形成的沟槽 定位 以增进晶片顶表面上的抗蚀剂覆盖度。
权利要求

1.一种器件,其包括:
半导体晶片,所述半导体晶片具有顶表面并具有侧壁和在所述顶表面中形成的凹进表面,所述侧壁从顶表面延伸至晶片中的所述凹进表面;
沟槽,所述沟槽在半导体晶片中形成,所述沟槽位于邻近所述凹进表面;以及沉积到半导体晶片的顶表面上的光刻胶材料,所述光刻胶材料覆盖所述半导体晶片的顶部拐,所述顶部拐角包括顶表面和侧壁之间的接合处,光刻胶材料从所述顶表面沿着所述侧壁延伸至所述凹进表面,其中通过对光刻胶材料的沿着侧壁延伸至顶部拐角的一部分进行支撑,所述凹进表面保持顶部拐角的覆盖度。
2.根据权利要求1所述的器件,还包括在半导体晶片的顶表面中形成的腔。
3.根据权利要求1所述的器件,还包括邻近凹进表面的由半导体晶片的顶表面形成的一个或多个拐角。
4.根据权利要求1所述的器件,其中所述顶表面是键合表面。
5.根据权利要求1所述的器件,其中所述半导体晶片是微机电系统(MEMS)晶片。
6.根据权利要求5所述的器件,其中所述半导体晶片是微机电系统(MEMS)封帽晶片。
7.根据权利要求1所述的器件,其中侧壁具有从凹进表面起20度至90度的倾斜角。
8.根据权利要求1所述的器件,其中侧壁的从凹进表面起的倾斜角为54度至55度。
9.根据权利要求1所述的器件,还包括在顶表面上沉积的金属,其中半导体晶片的顶部拐角没有所述金属,顶部拐角包括顶表面和侧壁之间的接合处。
10.根据权利要求9所述的器件,其中所述金属进一步位于凹进表面上,凹进表面上的所述金属至少部分地被吸气剂材料覆盖。
11.根据权利要求10所述的器件,其中从凹进表面起金属和吸气剂的组合高度小于从凹进表面起的顶表面的高度。
12.一种方法,其包括:
提供晶片;
在晶片中形成沟槽;和
在晶片中形成侧壁和凹进表面,侧壁从晶片的顶表面延伸至晶片中的凹进表面,所述凹进表面邻近所述沟槽;以及
在晶片上且附在晶片的顶部拐角上地沉积光刻胶,所述顶部拐角包括顶表面和侧壁之间的接合处,沉积的光刻胶材料从所述顶表面沿着所述侧壁延伸至所述凹进表面,其中通过对光刻胶材料的沿着侧壁延伸至顶部拐角的一部分进行支撑,所述凹进表面保持顶部拐角的覆盖度。
13.根据权利要求12所述的方法,还包括:
在晶片的表面中形成腔。
14.根据权利要求12所述的方法,其中形成所述侧壁包括以从凹进表面起20度至90度的倾斜角形成所述侧壁。
15.根据权利要求14所述的方法,其中侧壁的从凹进表面起的倾斜角为54度至55度。
16.根据权利要求12所述的方法,还包括:
在顶表面上沉积金属,其中半导体晶片的顶部拐角没有沉积的金属,顶部拐角包括顶表面和侧壁之间的接合处。
17.根据权利要求16所述的方法,还包括:
在凹进表面上沉积所述金属;和
利用吸气剂材料至少部分地覆盖凹进表面上的所述金属。
18.一种微机电(MEMS)器件,其包括:
处理器或传感器至少之一;和
可操作地耦接至所述处理器或传感器至少之一的器件,所述器件包括:
半导体晶片,所述半导体晶片具有顶表面并具有侧壁和在所述顶表面中形成的凹进表面,所述侧壁从顶表面延伸至晶片中的所述凹进表面,所述侧壁具有从凹进表面起20度至
90度的倾斜角;
沟槽,所述沟槽在半导体晶片中形成,所述沟槽位于邻近所述凹进表面;以及在所述半导体晶片上沉积的金属,其中所述半导体晶片的顶部拐角没有金属,所述顶部拐角包括顶表面和侧壁之间的接合处。

说明书全文

各种形貌MEMS封帽的加工方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请依据35 U.S.C.§119(e)要求2013年7月23日递交的、名称为“Method for extreme topographic MEMS cap process”的美国临时申请序号No.61/857,323;以及2013年8月16日递交的、名称为“Method for extreme topographic MEMS cap process”的美国临时申请序号No.61/866,574的优先权。美国临时申请序号No.61/857,323和No.61/866,574通过引用被整体并入本文。

背景技术

[0003] 消费电子器件,特别是移动电子器件诸如智能电话、平板电脑等,越来越多地使用更小、更紧凑的部件以为它们的使用者提供想要的特性。这样的器件常常采用微机电系统(MEMS),非常小的器件的技术。MEMS器件由小部件组成并通常使用改进地通常用于制备电子设备的半导体器件制备技术来制造,并可合并为三维集成电路器件(3D IC)。三维集成电路器件是使用两层或更多层有源电子部件的半导体器件。穿通衬底孔(TSV)将器件的不同层(例如,不同衬底)上的电子部件互连以使得器件被竖直和平地集成。因此,MEMS器件在小而紧凑的封装(footprint)内提供电功能。发明内容
[0004] 公开了器件(例如,MEMS器件),以及用于形成该器件的方法,其中器件具有形成在晶片表面中的侧壁,这里侧壁下行至凹进表面。该凹进表面大体上增进在晶片表面、包括晶片上的拐(例如,晶片表面和诸如腔、侧壁、凹进表面等各种表面形貌之间的接合处)上的抗蚀剂覆盖度。在一个或多个实施例中,湿法刻蚀步骤用于形成侧壁和凹进表面。抗蚀剂材料(例如,光刻胶材料)沉积到晶片表面上,其中光刻胶完全覆盖晶片表面的一个或多个顶部拐角。在一个或多个实施例中,该凹进表面邻近在晶片中形成的沟槽定位以增进晶片顶表面上的抗蚀剂覆盖度。
[0005] 提供本发明内容用于以简化的形式介绍构思的选择,在下面的具体实施方式中将进一步说明所述构思。本发明内容不意在确定所要求主题的关键特征或必要特征,也不意在用于辅助确定所要求主题的范围。附图说明
[0006] 参照附图说明具体实施方式。在说明书和附图的不同示例中所使用的相同的附图标记可指示类似或相同的物件。
[0007] 图1为说明根据本公开一示例性实施例的器件(例如,MEMS器件)的制备方法的流程图
[0008] 图2为说明根据本公开一示例性实施例的器件(例如,MEMS器件)的图。
[0009] 图3为说明根据本公开又一示例性实施例的器件(例如,MEMS器件)的图。

具体实施方式

[0010] 概述
[0011] 微机电系统(MEMS)器件常常用于在小而紧凑的封装(footprint)内提供集成电路功能。这样的MEMS器件可包括变化的形貌,诸如腔、沟槽等,以支撑(例如:裸晶、晶片等)各种部件。其中MEMS器件的部件是易受环境条件影响的,希望能密闭地密封该MEMS器件,诸如用MEMS封帽工艺密封。MEMS器件的形貌会影响密封的品质,诸如通过具有暴露在环境中的晶片的部分,甚至在光刻胶沉积到晶片表面上之后。暴露会发生在晶片上的拐角处(例如,晶片表面和诸如腔的各种表面形貌之间的接合处),在所述拐角处抗蚀剂材料可能不是完全覆盖的。例如,晶片覆盖部分可能受表面张、重力和其它能引起抗蚀剂材料从晶片的诸如晶片拐角的部分脱落剩下暴露的那些部分的因素的影响。暴露的晶片部分(例如,拐角)通常对MEMS器件品质具有决定性影响,诸如通过防止密封,并且会对合适的MEMS器件产生负面影响。
[0012] 因此,描述了制备如下MEMS器件的技术,所述MEMS器件具有在晶片表面中形成的侧壁,其中侧壁下行至凹进表面。该凹进表面大体上能增进晶片表面、包括晶片上的拐角(例如,晶片表面和诸如腔、凹进表面等各种表面形貌之间的接合处)上的抗蚀剂覆盖度。在一个或多个实施例中,湿法刻蚀步骤用于形成侧壁和凹进表面。抗蚀剂材料(例如,光刻胶材料)沉积到晶片表面上,其中光刻胶完全覆盖晶片表面的一个或多个顶部拐角。在一个或多个实施例中,该凹进表面邻近在晶片中形成的沟槽定位以增进晶片顶表面上的抗蚀剂覆盖度。
[0013] 示例性实施例
[0014] 大体参照图1至3,公开了一种器件(图2和3)和制造该器件的方法(图1)。在实施例中,器件200是微机电系统(MEMS)器件(例如,MEMS封帽)。在实施例中,方法100包括提供晶片(方102)。例如,器件200包括晶片(例如,MEMS封帽晶片)202,诸如晶片。在实施例中,晶片202包括表面204,诸如顶表面或上表面。
[0015] 在实施例中,方法100(例如,MEMS工艺、晶片工艺、三维(3-D)集成电路工艺、MEMS封帽工艺等)可包括在晶片表面中形成腔(方块104)。在实施例中,一个或多个腔206可形成在晶片202的顶表面204中。该腔206可根据设计规范设定尺寸,其可依据插入腔中的物件而变化。例如,在实施例中,腔206近似30微米(30um)深(即,从顶表面204到腔206的底部测量为30um)。
[0016] 在实施例中,方法100可包括在晶片中形成侧壁和凹进表面(方块106)。在实施例中,凹进表面208(例如,相对于顶表面204凹进),诸如凹入台阶或凹进台阶,可形成在晶片202中。在实施例中,如图2所示,晶片202的顶表面204经由在晶片202中形成的侧壁210过渡至该凹进台阶208。在实施例中,侧壁210是倾斜的侧壁。例如,该侧壁210的倾斜角的范围可从约20度至约90度。在一特定实施例中,该侧壁210的倾斜角为约54度至约55度,并且特别地可从凹进台阶208的表面起为54.74度。在其它实施例中,侧壁210是非倾斜的(例如,形成
90度角)。在实施例中,晶片202的顶表面204在顶表面204和侧壁210的接合处形成一个或多个拐角(例如,顶部拐角)212。在实施例中,侧壁210通过刻蚀方法、例如各项异性硅湿法刻蚀方法形成。在实施例中,凹进表面(例如,凹进台阶)208在与形成其它晶片形貌特征(如,腔、凹进部、沟槽等)的同一(如,大体上同时形成、共形成等)步骤期间形成,因此节省了(如,不需引入额外的/后续的)用于形成凹进表面208的工艺步骤。这样的工艺可以增加器件100的产出效率。
[0017] 在实施例中,方法100可包括在晶片中形成沟槽(方块108)。在实施例中,沟槽214(例如,深沟槽),可形成在晶片202中。沟槽214可根据设计规范来设定尺寸。例如,沟槽214可为三百微米深,其在实施例中占晶片厚度的将近一半。在实施例中,一个或多个拐角(例如,牺牲拐角、深沟槽拐角)216在凹进台阶208和沟槽侧壁218的接合处(例如,接合处为深沟槽拐角,拐角216)形成。
[0018] 在实施例中,方法100可包括向晶片上并且附在由晶片表面(例如,顶表面204)形成的拐角上地放置光刻胶(方块110)。在实施例中,光刻胶400被放置到/附在晶片202的顶表面204上,以使得光刻胶400覆盖(例如,完全覆盖)由顶表面204形成的拐角(例如,所有的顶部拐角212)。在实施例中,光刻胶400是适合于在表面上形成图案化的涂层的工业方法中、例如光刻法中使用的光敏材料。在实施例中,牺牲拐角216和从顶表面204到凹进表面208的倾斜过渡部(例如,倾斜侧壁)210增进了顶表面204上的抗蚀剂覆盖度。在一些实施例中,在将光刻胶400施加至晶片202之后,牺牲拐角216仍然暴露(例如,不被光刻胶覆盖),可是顶表面204上的拐角212被光刻胶400完全覆盖。在实施例中,顶表面204(包括牺牲拐角
216)被光刻胶400完全覆盖。
[0019] 在实施例中,如图3所示,诸如金的金属220可形成(例如,电)在晶片202的顶表面(例如,键合表面)204的至少一部分上。在实施例中,金属220可在晶片202的顶表面204上形成为薄膜(例如,范围从几纳米到100微米厚)。在实施例中,金属(例如,金)220可通过沉积方法、例如物理沉积方法或化学沉积方法在晶片202的顶表面204上形成。然而,金属(例如,金)220不在顶部拐角212上形成。在实施例中,金属(例如,金)220也可在牺牲拐角216上形成。在实施例中,如图3所示,也可在晶片202上形成(例如,沉积)吸气剂222。例如,该吸气剂222与金属220一起沉积到牺牲拐角216上,以使得该吸气剂222在牺牲拐角216处沉积到金属220上/附在该金属上沉积。在实施例中,金属220和吸气剂222的沉积受到控制以使得在牺牲拐角216上沉积的吸气剂222和金属220的整体组合高度(例如,厚度)如图3所示低于顶表面(例如,键合表面)204。在实施例中,沉积到晶片202上的金属220和吸气剂222可被作为镀金和吸气剂剥离方法的一部分来实施。
[0020] 本文描述的方法100和器件200允许/增进在具有极端形貌结构(例如,深沟槽和深腔)的晶片上连贯的光刻胶覆盖。例如,文中描述的方法100和器件200允许/增进在晶片202的顶表面204(例如,所有顶部拐角212)上连贯的光刻胶覆盖。在实施例中,器件200的凹进台阶208增进/方便晶片202的顶表面204(例如,附在所有顶部拐角212上)连贯的光刻胶覆盖。通过增进附在晶片202的顶表面204的所有顶部拐角212上的这种快速、连贯的覆盖,本文描述的方法100和器件200不会遇到与暴露的顶部拐角相关的问题。暴露的顶部拐角通常对MEMS器件的品质(例如,通过防止密封)和产量具有决定性影响。此外,器件200的上述参考特征使得方法100成为成本高效和高产量的方法。更进一步,由于本文描述的器件200和方法100允许这种连贯覆盖,所以与需要大量光刻胶材料的方法相比,本文描述的方法100中可使用相对薄的光刻胶。此外,在实施例中,在晶片202的牺牲拐角216处所不想要的沉积会因为凹进台阶208的形成而减小或对晶片级键合方法产生可忽略的影响,其可允许抗蚀剂材料沿着侧壁210累积并累积到顶表面204上。
[0021] 在实施例中,器件(例如,MEMS器件)200可包括处理数据的中央单元(例如,处理器、微处理器),和一些受周围环境影响的部件(例如,传感器、微传感器)。器件200可利用常被用来制作电子设备的改进的半导体器件制备技术来制备。这样的技术可包括:模铸和电镀、湿法刻蚀(例如,通过暴露在氢、四甲基氢氧化铵中,等)、干法刻蚀(例如,反应离子刻蚀、深反应离子刻蚀)、电火花放电加工、以及其它能够制备小器件的技术。基本技术可包括:材料层的沉积、通过光刻图案化、和刻蚀以产生所要的形状。
[0022] 在实施例中,器件200可在电子设备、例如在智能电话、移动设备等中实施。在实施例中,器件200可以是/可包括传感器,例如运动传感器等。
[0023] 结论
[0024] 尽管主题已经以具体到结构特征和/或方法操作的言语描述,但是应当理解在所附权利要求中所限定的主题不必局限于上述的具体特征或行为。而是,上述的具体特征或行为是作为权利要求实施的示例形式。
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