專利名稱：制造加速計的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電和微電子器件及其制造方法，具體涉及慣性器件，例如要求有垂懸質(zhì)量的加速計或陀螺儀。本發(fā)明也涉及封裝和密封具有深絕緣溝槽的、由晶片構(gòu)成的器件，且涉及與微機(jī)電和微電子器件電連接的方法。
背景技術(shù)：
目前制造的微機(jī)電慣性器件被用于多種應(yīng)用，包括汽車氣囊和慣性導(dǎo)航向?qū)到y(tǒng)。對于如汽車氣囊這樣的應(yīng)用，慣性器件如加速計，需要既精確又便宜。
微機(jī)電加速計通過使用類似于或同于在集成電路制造中使用的制造工藝步驟而形成于襯底上。微機(jī)電器件將電氣和機(jī)械功能組合到一個器件中。微機(jī)電器件的制造通常是基于制造和處理多晶硅(polysilicon)和犧牲材料如二氧化硅(SiO2)或硅玻璃的輪換層。多晶硅層是逐層形成并成圖案以形成器件結(jié)構(gòu)。一旦結(jié)構(gòu)形成，通過蝕刻除去犧牲層以釋放用于操作的微機(jī)電器件的多晶硅元件。在某些微機(jī)電加速計中除去犧牲材料包括使用各向同性釋放蝕刻(isotropicrelease etch)以從加速計的底表面釋放加速計的橫梁(beam)。這種釋放蝕刻具有蝕刻橫梁部件的缺點(diǎn)，且減少加速計的檢驗(yàn)質(zhì)量(proofmass)和效用。
微機(jī)電和微電子器件最好是在晶片制造階段被封裝并密封，即作為基礎(chǔ)器件制造的一部分。然而，獲得高度密封性的密封是困難的，特別是當(dāng)存在絕緣電走線(runner)的深溝槽時，而電走線不在器件的上表面的平面內(nèi)。
而且，現(xiàn)有技術(shù)中，從器件到外部連接端子的互連是通過電走線提供的，電走線有時順著迂回的線路，而迂回的線路需要大面積晶片。如果要求有溝槽以絕緣臨近的走線，那么所需的額外晶片面積甚至更大。在某些情形下，這個問題已經(jīng)通過使用交叉連接(crossingconnections)在現(xiàn)有技術(shù)中得到解決，例如，通過雙層金屬化。這要求電介質(zhì)層的鈍化且在在某些情形下要求電介質(zhì)層的平面化，這樣就引入了進(jìn)一步的復(fù)雜性和問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施例的目標(biāo)是通過一種方法提供一種加速計或其它的慣性器件，該方法至少減少現(xiàn)有技術(shù)的某些問題，這些問題和蝕刻及釋放(release)橫梁結(jié)構(gòu)相關(guān)。
本發(fā)明的第二個實(shí)施例的目標(biāo)是提供一種封裝和密封器件的方法，該器件通過晶片制造工藝制造，且特別是具有深絕緣溝槽的這種器件。
本發(fā)明第三個實(shí)施例的目標(biāo)是提供一種制造晶片構(gòu)成的器件的方法，所述器件具有電絕緣的導(dǎo)電軌，它們互相交叉。
本發(fā)明第四個實(shí)施例的目標(biāo)是提供一種制造和密封微機(jī)電和微電子器件的方法，所述器件具有通過多個晶片金屬化層而結(jié)合的深絕緣溝槽和交叉的電連接。
本發(fā)明的一個方面在廣義上說包括一種制造加速計的方法，包括下列步驟，蝕刻至少一個空腔于襯底的頂部內(nèi)，粘合一個材料層到該襯底的頂部，沉積金屬化層至用于電連接的材料層上，以及蝕刻材料層以形成至少兩組獨(dú)立的橫梁于每個空腔之上。
襯底優(yōu)選為絕緣材料。理想地，襯底是由玻璃或其它同等材料形成的。
優(yōu)選地，每組橫梁固定在襯底上。
優(yōu)選地，一組橫梁包括允許橫梁從其一個末端左右移動的裝置。理想地，允許橫梁移動的所述裝置是彈簧或束縛(tether)裝置。
優(yōu)選地，制造加速計的方法進(jìn)一步包括在蝕刻襯底之前掩模襯底的步驟。
優(yōu)選地，制造加速計的方法進(jìn)一步包括使用光刻工藝對掩膜成圖案的步驟。
優(yōu)選地，合適的材料層為硅材料。
優(yōu)選地，合適的材料層按要求薄化。
優(yōu)選地，制造加速計的方法進(jìn)一步包括在蝕刻各組橫梁之前掩膜合適的材料層。
優(yōu)選地，制造加速計的方法進(jìn)一步包括在蝕刻各組橫梁之前以橫梁圖案對掩膜層成圖案。
優(yōu)選地，制造加速計的方法進(jìn)一步包括在蝕刻各組橫梁之后進(jìn)行回蝕以除去不需要的掩模層。
本發(fā)明另一方面在廣義上包括加速計，其包括底部襯底層，在底部襯底層中的至少一個空腔，一個上部層(upper layer)，形成于上部層中且垂懸于空腔之上的至少兩組橫梁，適合于電連接至每組橫梁的至少一個點(diǎn)，其中空腔是在垂懸的橫梁形成之前形成的。
另一個方面，本發(fā)明可泛泛地說是一種粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，器件晶片具有襯底和制造于襯底一個面上的各個器件的圖案，該方法包括下列步驟，它們按下述順序執(zhí)行(a)在覆蓋晶片的一個面上形成玻璃粘合環(huán)，粘合環(huán)被定尺寸且被安置在覆蓋晶片上，當(dāng)覆蓋晶片和器件晶片對齊時粘合環(huán)分別圍住器件晶片上的各個器件；(b)對齊并放置覆蓋晶片于器件晶片上，且覆蓋晶片的一個面毗連襯底的一個面，襯底上形成有各個器件的圖案，兩個晶片和粘合環(huán)對齊，粘合環(huán)分別圍繞各個器件；(c)暴露對齊的晶片于真空中，且增加晶片的溫度至預(yù)定的粘合溫度；(d)施加一個力促使對齊的晶片連在一起并且壓縮粘合環(huán)；(e)當(dāng)晶片溫度低于第一預(yù)定溫度時，降低晶片溫度至室溫且移去力；(f)當(dāng)晶片溫度低于第二預(yù)定溫度時，將空氣通入真空。
優(yōu)選地，各個器件的圖案是通過在襯底的一個面上形成一個或多個層制造的，且一個或多個層的最外面有開口溝槽。
優(yōu)選地，在執(zhí)行了步驟(a)到(f)之后，粘合環(huán)和覆蓋晶片的各部分結(jié)合，在各個器件周圍及其上提供各自的密封。
優(yōu)選地，各個粘合環(huán)的一部分橫跨且充分地占據(jù)器件的每個所述溝槽的全部寬度部分。
優(yōu)選地，步驟(a)包括下列(g)到(n)的步驟，它們按所述的順序執(zhí)行(g)混合玻璃粉末和流動液體(vehicle liquid)制備玻璃糊；(h)在覆蓋晶片的一面上涂覆一層玻璃糊；(i)在預(yù)燒溫度預(yù)燒玻璃糊；(j)在玻璃糊層上涂一層光刻膠；(k)軟焙烤(soft baking)光刻膠層；(l)光刻形成圖案且顯影光刻膠層；(m)硬焙烤(hard baking)已顯影的光刻膠層；且(n)蝕刻玻璃糊層以在覆蓋晶片的一個面上形成玻璃粘合環(huán)，粘合環(huán)被定尺寸且被安置在覆蓋晶片上，當(dāng)覆蓋晶片和器件晶片對齊時，粘合環(huán)分別包圍器件晶片上的各個器件。
另一方面，本發(fā)明可泛泛地稱為密封的器件，所述器件是由在襯底的一個面上形成的一個或多個層制造的，所述器件有一個帽，這個帽通過粘合環(huán)被粘合到所述層的最外表面上，該粘合環(huán)至少包圍且密封所述器件的操作部分。
另一方面，本發(fā)明可泛泛地說是一種晶片構(gòu)成的器件的制造方法，包括步驟(o)沉積第一金屬化層至襯底的一個面上，(p)選擇性蝕刻沉積的第一金屬化層以提供包括至少一個導(dǎo)電軌的圖案，(q)選擇性蝕刻在晶片第一個面內(nèi)的至少一個空腔，(r)粘合晶片已蝕刻的第一個面至襯底的頂部，以使空腔在至少一個導(dǎo)電軌的上面，(s)沉積第二金屬化層至粘合的晶片的外表面上，(t)選擇性蝕刻第二金屬化層以提供圖案，該圖案包括至少一個導(dǎo)電通路，該導(dǎo)電通路在導(dǎo)電軌的上面，但不與導(dǎo)電軌電連接，以及(u)選擇性蝕刻晶片以提供器件結(jié)構(gòu)。
可進(jìn)一步說本發(fā)明存在于此處所述或附圖示出的部件或特征的任何可替換的組合中。這些部件或特征的公知的而沒有明白地陳述的等價物仍然被認(rèn)為包括在內(nèi)。


本發(fā)明優(yōu)選的形式、系統(tǒng)和方法將參考附圖進(jìn)一步說明，僅通過舉例的方式并且不是為了限制，其中；圖1A顯示具有掩膜層的玻璃襯底，圖1B顯示具有絕緣層和掩膜層的襯底，圖2顯示具有成圖案的掩膜層的襯底，圖3顯示具有蝕刻于其中的空腔的襯底，圖4顯示粘合到襯底的頂層(top layer)，圖5顯示頂層薄化到所需的厚度，圖6顯示金屬化層沉積到頂層上，圖7顯示金屬化層成圖案以形成電連接，圖8顯示在頂層和金屬化層上的掩膜層，該金屬化層的圖案為加速計傳感器圖案，圖9顯示產(chǎn)生加速計傳感器圖案的溝槽蝕刻結(jié)果，圖10顯示回蝕結(jié)果，回蝕除去掩膜層，圖11是用本發(fā)明的方法形成的加速計的頂視圖，圖12是用于覆蓋器件如加速計的方法的流程圖，圖13是圖12中的步驟2的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的流程圖，圖14是器件晶片的布局圖，顯示由粘合環(huán)固定的加速計器件，圖15是圖14中的線條X-X’處的覆蓋的晶片部分的概略性橫截面圖，以及圖16是粘合的晶片對的一小部分的透視圖，顯示在上部和下部金屬化層的導(dǎo)電軌之間的電絕緣的和電連接交叉的連接。
具體實(shí)施例方式
圖1A顯示電絕緣材料的襯底1。襯底被掩膜層4覆蓋于其頂表面上。襯底1可由任何適合的電絕緣材料，如玻璃，派熱克斯玻璃(Pyrex)或其它具有相似特性的材料形成。
圖1B顯示替代的晶片布置，其中襯底2由電導(dǎo)或半導(dǎo)材料如硅形成。在該布置中，襯底2具有沉積于其頂表面上的電絕緣層3。用于絕緣層的合適材料包括氧化物、氮化物、PSG、玻璃粉等。
在圖1A和圖1B兩種布置中，襯底1或絕緣層3的頂表面都沉積有掩膜層4。掩膜層是由用于在(圖1A中的晶片的)襯底1或(圖1B中的晶片的)絕緣層3和襯底2中形成空腔的標(biāo)記形成圖案的。掩膜層也可以由用于對齊目的的標(biāo)記形成圖案，該對齊目的對工藝后面的步驟有用。掩膜層可由鉻或任何其它合適的材料形成，例如多晶硅。圖2顯示已成圖案的掩膜層。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，形成掩膜層的圖案可使用光刻工藝，這也通常應(yīng)用于晶片制造工業(yè)中。
圖3顯示蝕刻在襯底1中的空腔5。蝕刻可以用任何合適的工藝如各向異性蝕刻工藝進(jìn)行。在空腔蝕刻完成后，余下的掩膜層被除去。
隨后，半導(dǎo)材料如硅頂層6被粘合到襯底1，如圖4所示?？墒褂萌魏魏线m的粘合技術(shù)將兩層粘合到一起。例如，合適的技術(shù)可以是陽極粘合、共熔粘合或熱壓粘合?？商鎿Q地，可使用任何其它合適的技術(shù)。如果頂層6比傳感器所要求的厚度厚，那么它被薄化到所需的厚度。用于薄化頂層的技術(shù)包括濕化學(xué)蝕刻、背面磨削(backgrinding)、研磨(lapping)、化學(xué)機(jī)械拋光或這些和其它技術(shù)的組合。
圖5顯示頂層6以所要求的厚度和襯底1粘合。頂層的厚度確定傳感器的橫梁厚度。由所述工藝形成的傳感器的電容也與橫梁厚度有關(guān)。傳感器對加速力的靈敏度也與橫梁厚度有關(guān)。橫梁越厚，橫梁的指定位移的電容電荷越大。較厚橫梁的另一個效應(yīng)是傳感器的振動質(zhì)量或檢驗(yàn)質(zhì)量較大。這還增加傳感器對低重力的靈敏度。
在粘合襯底1和頂層6及薄化頂層(如果需要)步驟之后，金屬化層7沉積到頂層6的上面。金屬化層被用于形成電連接以進(jìn)一步電連接到傳感器。圖7顯示金屬化層7的圖案化以形成電連接。
下一步工藝是沉積掩膜層8于金屬化層7和頂層6之上。再次使用合適的工藝，如光刻工藝使掩膜層8形成圖案。如圖8所示，使掩膜層成圖案以形成加速計的傳感器結(jié)構(gòu)。在這個例子中，加速計的傳感器結(jié)構(gòu)包括在空腔的每一邊的兩個類梳子結(jié)構(gòu)，和在每一邊具有類梳子結(jié)構(gòu)的中央橫梁。從中央橫梁延伸的每個類梳子結(jié)構(gòu)和另一個類梳子結(jié)構(gòu)相互齒合(圖11示出更多細(xì)節(jié))。然而，可使其它合適結(jié)構(gòu)在掩膜上形成圖案。
在掩膜形成圖案之后，掩膜被蝕刻，如圖9所示，以產(chǎn)生傳感器的結(jié)構(gòu)，該傳感器垂懸于襯底1的空腔5之上。這個蝕刻步驟可由各向異性蝕刻法執(zhí)行。在襯底1中形成空腔5的步驟在頂層6粘合到襯底之前，這個步驟消除了在傳感器的橫梁下面蝕刻以通過各向同性蝕刻法從襯底釋放它們的必要。這避免了和各向同性蝕刻法相關(guān)的問題，包括各向同性蝕刻刻掉太多的橫梁厚度，因此，降低傳感器的靈敏度和電容。
最后的工藝步驟是進(jìn)行回蝕以從傳感器的頂部除去不需要的掩膜層9，如圖10所示。進(jìn)一步的可選步驟是在金屬化層之上提供鈍化層。傳感器現(xiàn)在是可使用的，且可被封裝至晶片級上以使得能夠?qū)⒕懈畛蓡蝹€的芯片。
圖11是用本發(fā)明的方法形成的傳感器的頂視圖。如圖11中看到的那樣，傳感器結(jié)構(gòu)垂懸在空腔5之上。傳感器結(jié)構(gòu)包括四組固定的電容性的極片，它們在固定模塊10被固定到襯底1上。每組電容性極片包括一組橫梁，橫梁組一端固定在更寬的橫梁上，以梳狀排列。更寬的橫梁然后被固定到固定模塊上。第二組電容性極片示于15。該組電容性極片中央具有較寬的橫梁以及從該較寬橫梁兩邊以直角延伸的較小橫梁。該組電容性極片的較寬橫梁通過彈簧裝置13束縛在固定件12上。彈簧裝置13允許電容性極片15在箭頭16所示的方向上移動?？梢允褂迷试S電容性極片在一個方向上移動的任何合適裝置。
每個固定模塊10或12包括用于電連接的金屬化區(qū)域7。電連接也可在晶片的其它區(qū)域提供，晶片連接到固定模塊10或12上。雖然固定模塊都在同一個襯底上，但底部晶片的絕緣特性保持固定模塊相互之間電絕緣。在該結(jié)構(gòu)下面的空腔5在底部晶片內(nèi)，允許該結(jié)構(gòu)垂懸且自由地對平行于晶片表面的加速力作出反應(yīng)。這允許電容變化被探測到，電容變化由移動相對于固定極片的運(yùn)動極片的力引起。
圖12和13顯示一種方法的步驟，通過該方法，上述的加速計或其它由晶片制造技術(shù)形成的器件可被晶片帽覆蓋且密封，該晶片帽通過玻璃粘合環(huán)粘合且密封到該器件，如下面詳細(xì)所述。
一種帶有加速計或其它器件的陣列或圖案的器件晶片以上述方式或通過晶片制造領(lǐng)域熟知的其它晶片制造工藝制備。在圖12中的步驟12-1表示該工藝。
粘合環(huán)的圖案形成于覆蓋晶片的一個面上，由圖12中步驟12-2表示。在優(yōu)選實(shí)施例中，覆蓋晶片是硅材料的晶片。形成粘合環(huán)的圖案以便當(dāng)覆蓋晶片和器件晶片對齊時，粘合環(huán)至少圍住器件晶片上各個器件的操作部分。優(yōu)選的光刻方法通過圖13中所示的工藝更詳細(xì)地說明，通過該方法，粘合環(huán)形成于覆蓋晶片上(圖12中的步驟12-2)。
參考圖13，特別是步驟13-1，玻璃糊是通過混合玻璃料流動液體(frit vehicle liquid)和玻璃粉或鐵玻璃(ferro glass)粉制備的。例如，20毫升的流動液體倒到150克的玻璃粉或鐵玻璃粉中，并至少混合5分鐘。標(biāo)稱玻璃粉顆粒大小優(yōu)選在約15微米到約40微米之間。一種合適的粉是標(biāo)稱顆粒大小為15微米的鐵玻璃粉。更優(yōu)選地，玻璃糊是用標(biāo)稱顆粒大小為40微米的玻璃粉制成的。一般地，所選粉末的顆粒大小適合于被封裝的器件上表面的溝槽或溝道的寬度和高度。
覆蓋晶片的一個面用一層玻璃糊涂覆(圖13中的步驟13-2)，通過合適的絲網(wǎng)印刷技術(shù)可以把玻璃糊完全涂覆于晶片的完整表面，如晶片制造領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的那樣。優(yōu)選地，覆蓋晶片可用新鮮制備的玻璃糊涂覆。特別是，最好在其制備當(dāng)天使用玻璃糊。
所涂覆的玻璃糊層約在350℃到425℃之間預(yù)燒(圖13中的步驟13-3)，且優(yōu)選地約在400℃。
可以測量玻璃層的厚度，以確認(rèn)已達(dá)到合適的厚度。當(dāng)溝槽約為30微米到40微米深時，優(yōu)選的厚度約在80微米到120微米之間(如下面進(jìn)一步的解釋)。一般地，優(yōu)選的玻璃層厚度至少比溝槽的深度多20％。具體地，玻璃層的厚度約為溝槽深度的兩倍。
通過光刻工藝，粘合環(huán)從玻璃層形成，光刻工藝遵從在晶片制造領(lǐng)域所熟知的基本步驟。
用光刻膠層涂覆已燒的玻璃層(圖13中的步驟13-4)。
軟焙烤光刻膠層(圖13中步驟13-5)，優(yōu)選溫度在90℃。光刻膠層優(yōu)選厚度約為6微米。
光刻膠層是通過攝影術(shù)曝光給粘合環(huán)圖案(圖13中的步驟13-6)。粘合環(huán)圖案是這樣的，當(dāng)覆蓋晶片和器件晶片對齊時，粘合環(huán)分別圍住(outline)器件晶片上每個加速計或其它器件的至少是操作部分。粘合環(huán)壁的寬度優(yōu)選約為325微米到350微米。
顯影光刻膠(圖13中步驟13-7)然后硬焙烤(圖13中步驟13-8)，硬焙烤溫度優(yōu)選為100℃。
粘合環(huán)是通過合適的蝕刻方法蝕刻燒過的玻璃糊(圖13中步驟13-9)形成的，該合適的蝕刻方法為本領(lǐng)域所熟知。例如，用濃度為15∶1的硝酸濕蝕刻，以在覆蓋晶片上形成粘合環(huán)。
可以測量光刻印制的粘合環(huán)的寬度以確認(rèn)達(dá)了到所需的寬度。
雖然沒有在圖中示出，覆蓋晶片可通過鋸割來調(diào)整以提供對齊的邊緣，且背面(即和有粘合環(huán)形成的面相對的面)可以進(jìn)行先鋸割(pre-sawn)以便最終的切割。
然后給完成的覆蓋晶片上釉(圖中未示出)以去除任何殘余的水分，如來自含氮蝕刻酸的水分。
如上所述，圖13中的步驟13-1到13-9提供優(yōu)選的工藝的細(xì)節(jié)，圖12中的步驟12-2可執(zhí)行該工藝。圖12中顯示的該工藝進(jìn)一步的步驟12-3到12-9隨后將說明。
具有已形成的粘合環(huán)的圖案的覆蓋晶片和器件晶片對齊(圖12中步驟12-3)，器件晶片上已經(jīng)制有各個器件的陣列。覆蓋晶片和器件晶片并置，以使具有粘合環(huán)的覆蓋晶片的面與具有器件陣列的器件晶片的面相鄰。
大量受支撐的對齊晶片被放置在粘合器腔室(bonder chamber)中。該腔室被抽成真空，以便把晶片暴露于真空中(圖12中步驟12-4)。腔室內(nèi)的氣壓降低，且在約5毫巴的壓力下穩(wěn)定約2.5分鐘，以從腔室和晶片清除氣體(圖12的步驟12-5)。
保持真空，且溫度從室溫增加至440℃的初始目標(biāo)溫度(圖12中步驟12-6)約2分鐘。該溫度然后被進(jìn)一步升高到粘合溫度。以攝氏度表示，粘合溫度的值比圖13中步驟13-3的預(yù)燒溫度高10％。優(yōu)選的粘合溫度約為450℃。
一個活塞降到上部晶片上，且施加一偏壓力以促使兩個晶片連到一起(圖12中步驟12-7)。當(dāng)暴露于粘合溫度時，所形成的粘合環(huán)被軟化至半固態(tài)，以便在所施加的偏壓下，粘合環(huán)的玻璃材料可流進(jìn)任何被環(huán)材料跨接的溝槽或開口的溝道。
這樣的溝槽可以在被覆蓋的器件層中或上層中提供。當(dāng)這些層導(dǎo)電或半導(dǎo)電時，溝槽增強(qiáng)在溝槽兩邊的這些層的剩余部分之間的電絕緣。切割這樣的溝槽以使它們向下延伸至下層絕緣襯底或絕緣層，例如如上所述的加速計的襯底1或絕緣層3，這是公知的。通常，這些溝槽的寬度在約50微米到60微米之間，約為30微米深。
所施加的偏壓力逐漸增加以便粘合環(huán)材料能容納器件的構(gòu)形，且環(huán)的整體性被保持。這有助于減少粘合環(huán)破裂的可能性。
在一個優(yōu)選方法中，施加10牛頓的初始偏壓力，且在增加至100牛頓之前保持15秒，100牛頓的力也保持15秒，然后連續(xù)增加至1000、1300、1600、1900、2100、2400和2700牛頓，并在增加至下一個更高水平的力之前保持施加的每個水平的偏壓力10秒，并最終在3500牛頓的力下保持約27分鐘。
然后停止加熱(圖12中步驟12-8)，且晶片冷卻至環(huán)境溫度，即室溫。
當(dāng)晶片溫度達(dá)到第一預(yù)定溫度時，例如350℃，活塞被升高以移去所施加的偏壓力。
當(dāng)晶片溫度降低至僅僅第二預(yù)定溫度時，例如250℃，通風(fēng)該粘合器腔室以釋放真空(圖12中的步驟12-9)。最好不在晶片冷卻到一個低溫前釋放真空，以降低晶片由于熱沖擊引起損傷的可能性，該熱沖擊是由在室溫引入空氣引起的。
通過粘合環(huán)，兩個晶片被粘合到一起，粘合環(huán)與形成于器件晶片上的器件的上表面一致以提供有效的密封。
在兩個晶片粘合之后，組合的晶片被切片以提供單個密封的器件。
上述的覆蓋方法通過各自的粘合環(huán)提供在每個器件之上的覆蓋晶片的有效密封。密封是通過玻璃粘合環(huán)材料的流動或支持部分實(shí)現(xiàn)的，其中玻璃粘合材料跨接器件上表面中的任何溝槽或其它不規(guī)則部分。
應(yīng)該理解，按所述順序執(zhí)行的方法步驟不排除在所述步驟中間有其它步驟。例如，包括作為蝕刻工藝一部分的一個或多個清洗步驟是公知的。調(diào)整晶片以提供對齊參考邊緣也是公知的。這樣的步驟沒有具體說明，但應(yīng)該理解沒有排除在所說明和要求的方法之外。
圖14顯示作為單個制造的器件20的加速計的布局。晶片制造領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，許多這樣的器件制造于單個晶片上的陣列中。圖14也顯示粘合環(huán)21的位置。粘合環(huán)包圍該器件的操作部件22。導(dǎo)電軌23，比如由所應(yīng)用的金屬化層所提供的，從粘合環(huán)下面通過以連接粘合環(huán)內(nèi)器件的操作部件至粘合環(huán)外部的連接墊24。所提供的溝槽25鄰近于連接軌23，且在其之間，溝槽25也鄰近于相關(guān)的連接墊24并在其之間。連接線(未示出)粘合到連接墊上，用于連接器件至其它電路元件或引線框上的引線。
圖15顯示沿圖14的X-X’線的已粘合晶片片段的橫截面概略視圖。圖15僅為了解釋的目的，沒有成比例示出。圖15示出覆蓋的器件的片段，其具有器件襯底30和器件層31。器件層通常由硅制成，但可由其它合適的材料制成。導(dǎo)電軌32通過金屬化層的選擇性蝕刻而形成于器件層31上。器件層31被向下開槽至襯底30以形成溝槽33，溝槽33為鄰近的器件層余下部分及它們相關(guān)的導(dǎo)電軌32提供絕緣。覆蓋晶片34通過粘合環(huán)35粘合到器件，粘合環(huán)35符合在該器件的上層提供的溝槽33和導(dǎo)電軌32，為覆蓋晶片34和襯底晶片30之間的器件的操作部分提供有效的密封。
可從圖15中理解，粘合環(huán)材料符合器件晶片的不規(guī)則表面，通過應(yīng)用熱和壓力，其被迫流進(jìn)并完全占據(jù)溝槽，如上所述，以不僅在器件晶片和覆蓋晶片之間提供粘合，而且提供器件操作部分的密封。
如上所述，印制的粘合環(huán)的寬度約為325微米到350微米。然而，在粘合環(huán)的制造過程和覆蓋工藝中，粘合環(huán)的寬度會變窄。這種減少是由蝕刻工藝過程中的底切和稠化(densification)造成的，該稠化是在增加溫度和減小壓力的影響下從玻璃糊材料中排出至少部分流動液體造成的。當(dāng)軟化的玻璃粘合環(huán)在覆蓋晶片和器件晶片之間被壓縮時，粘合寬度的變窄被稍微阻止。粘合環(huán)的高度在壓縮之前約為80微米到120微米，在壓縮過程中，寬度預(yù)計可增加1.5倍。粘合環(huán)的目標(biāo)寬度約為325微米到350微米。
將指出，在圖14所示的加速計中，加速計的操作部分22和連接墊24之間的互連是由導(dǎo)電軌23實(shí)現(xiàn)的，在某些情況下，導(dǎo)電軌23采取迂回的線路以避免提供第二金屬化層。然而，這要求在晶片區(qū)域有大的空間，該空間顯著地大于所要求的空間。為溝槽25分配空間的需要進(jìn)一步加劇了對所要求的額外區(qū)域的需求，溝槽25用于絕緣鄰近的導(dǎo)電走線，導(dǎo)電走線由硅層和相關(guān)的金屬化導(dǎo)軌形成，如果有的話。
提供雙金屬化層以允許交叉但電絕緣的導(dǎo)電軌走線的方法，將參考加速計的制造和圖16說明。應(yīng)該理解，使用雙金屬化層的交叉連接的制造可以應(yīng)用到其它器件。參考加速計僅為了解釋。
在加速計的制造過程中，比如上述的制造，要么在派熱克斯玻璃襯底1中蝕刻空腔5的步驟之前或之后，如參考圖3所述，金屬化層，如在鉻上的金層，是被濺射到襯底的上表面上的。濺射層然后形成圖案，且被任何合適的方法蝕刻，這些合適的方法為晶片制造領(lǐng)域所公知，以提供金屬化導(dǎo)軌的第一層。
在半導(dǎo)性硅晶片的下面，如圖4和5所示的晶片6，被形成圖案并被濕蝕刻或干蝕刻以形成一個或多個空腔。硅晶片6然后被粘合到襯底1。對齊晶片和襯底，以使在晶片下方的空腔在第一金屬化層的導(dǎo)軌上對齊，該金屬化層在襯底的上表面的。
如果需要，硅晶片的厚度可減小，如通過濕化學(xué)蝕刻、研磨、背面磨削、化學(xué)機(jī)械拋光，或這些和其它技術(shù)的組合，如上面參考圖4和圖5所述。
第二金屬化層沉積于硅晶片的最上面并形成圖案，例如通過光刻工藝，以形成導(dǎo)電軌的第二層。
然后硅晶片形成圖案，例如通過公知的光刻工藝，以形成加速計的傳感器結(jié)構(gòu)，以及連接傳感器和連接墊的電走線，通過連接墊可實(shí)現(xiàn)外部連接。硅層可具有溝槽，溝槽向下延伸至襯底，以絕緣電走線。
硅走線可單獨(dú)用于提供電互連或可被上面的導(dǎo)軌增加，該導(dǎo)軌由第二金屬化層提供以降低互連的電阻。
圖16顯示玻璃襯底30的小片段，在玻璃襯底30上沉積有金屬化層，例如，通過濺射，然后形成圖案并通過晶片制造領(lǐng)域所公知的任何適合的方法蝕刻，以提供金屬化導(dǎo)軌31、32的第一層。
通過蝕刻空腔，如空腔33、34于晶片的一個面上來制備硅晶片。硅晶片被粘合到襯底的最上層，該襯底具有這樣的面，該面上具有空腔，空腔鄰近具有金屬化導(dǎo)軌的襯底的面。
第二金屬化層沉積在所粘合的硅晶片的外部面上，然后形成圖案并被蝕刻以提供導(dǎo)電軌37、38。
然后硅層可形成圖案并被蝕刻等等處理以形成加速計或其它器件。溝槽可形成于硅晶片之間的區(qū)域以提供電絕緣。
圖16顯示被分成兩個走線35、36的硅晶片，它們被溝槽分開。37、38分別形成在各自的走線35、36上，例如以增加走線的導(dǎo)電性。通過在硅晶片被粘合到玻璃襯底30之前蝕刻硅晶片，而在走線的下面提供空腔33、34。
如可從圖16中看到的那樣，走線35中的空腔33在下金屬化導(dǎo)軌31的上面，所以在下導(dǎo)軌31和帶有其上導(dǎo)軌37的走線35之間沒有電連接。然而，因?yàn)樽呔€36在下導(dǎo)軌31的上面沒有空腔，走線36的硅材料在下導(dǎo)軌31和上導(dǎo)軌38之間提供中間的電連接。
相似地，也可以從圖16中看到，在走線36中的空腔在下金屬化導(dǎo)軌32的上面，所以在下導(dǎo)軌32和帶有其上導(dǎo)軌38的走線36之間沒有電連接。然而，因?yàn)樽呔€35在下導(dǎo)軌32的上面沒有空腔，走線35的硅材料在下導(dǎo)軌32和上導(dǎo)軌37之間提供中間的電連接。
因此，在硅晶片的下面的空腔覆蓋第一金屬化層的導(dǎo)軌處，形成于硅晶片最上面的第二層導(dǎo)軌可跨過下面的第一層導(dǎo)軌而不產(chǎn)生電連接。
相對地，在沒有空腔形成處，硅晶片的下面和第一金屬化層的任何下導(dǎo)軌連接。在這種情形下，形成于硅晶片該部分最上面的第二層導(dǎo)軌通過該硅晶片的中間部分和第一金屬化層的下導(dǎo)軌產(chǎn)生電互連。
其它導(dǎo)電軌或走線使用電絕緣橋或?qū)щ娷壍目缃釉试S傳感器，或器件操作部分和端子墊之間更緊湊的互連布局，該端子墊連接至外部。這允許芯片尺減小寸，從而導(dǎo)致在晶片上有更大的器件密度和更低的芯片成本。
前面說明了本發(fā)明，其中包括優(yōu)選形式。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說明顯的變化和修改，規(guī)定為包括在所附權(quán)利要求所定義的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種粘合覆蓋晶片(34)至器件晶片的方法，所述器件晶片具有襯底(30)和形成于所述襯底的一個面上的各個器件的圖案，所述方法包括以下按所述順序執(zhí)行的步驟(a)在所述覆蓋晶片的一個面上形成玻璃粘合環(huán)(35)，所述粘合環(huán)被限定尺寸并被安置在所述覆蓋晶片上，當(dāng)所述覆蓋晶片和所述器件晶片對齊時，所述粘合環(huán)分別包圍所述器件晶片上的各個器件(12-2)；(b)對齊并放置所述覆蓋晶片于所述器件晶片上，其中所述覆蓋晶片的所述一個面鄰近所述襯底的所述面，在所述襯底上形成各個器件的圖案，所述兩個晶片對齊，其中所述粘合環(huán)分別圍住所述的各個器件(12-3)；(c)暴露所述對齊的晶片于真空中(12-4)，且增加所述晶片的溫度至預(yù)定的粘合溫度(12-6)；(d)施加偏壓力(12-7)以促使所述對齊的晶片靠到一起，且壓縮所述粘合環(huán)；(e)降低所述晶片的溫度至室溫(12-8)，且當(dāng)所述晶片的溫度低于第一預(yù)定溫度時移去力；以及(f)當(dāng)所述晶片的溫度低于第二預(yù)定溫度時，將真空連通空氣(12-9)。
2.如權(quán)利要求1所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的粘合環(huán)和所述覆蓋晶片的各個部分結(jié)合，在執(zhí)行完所述步驟(a)到(f)之后，分別在各個器件周圍和上方提供密封。
3.如權(quán)利要求1或2所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的各個器件的圖案是通過在所述襯底(30)的一個面上形成一個或多個層(31)制造的，且所述一個或多個層的最外層具有開口的溝槽(33)。
4.如權(quán)利要求3所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中器件的每個所述溝槽的總寬部分是通過各個粘合環(huán)(35)的一部分跨接的，且基本上也由各個粘合環(huán)(35)的一部分占據(jù)。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中步驟(a)包括下列按所述順序執(zhí)行的步驟(g)至(n)(g)通過混合玻璃粉和流動液體制備玻璃糊(13-1)；(h)用一層所述玻璃糊涂覆所述覆蓋晶片的一個面(13-2)；(i)在預(yù)燒溫度預(yù)燒所述的玻璃糊(13-3)；(j)在所述玻璃糊層上加光刻膠層(13-4)；(k)軟焙燒所述光刻膠層(13-5)；(l)光刻成圖案(13-6)并顯影(13-7)所加的光刻膠層；(m)硬焙燒所述成圖案并顯影的光刻膠層(13-8)；以及(n)蝕刻所述預(yù)燒的玻璃糊層(13-9)以于所述覆蓋晶片的一個面上形成玻璃粘合環(huán)，所述粘合環(huán)被限定尺寸且被安置在所述覆蓋晶片上，當(dāng)所述覆蓋晶片和所述器件晶片對齊時，所述粘合環(huán)分別圍住所述器件晶片上的各個器件。
6.如權(quán)利要求5所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述玻璃糊是按照15克玻璃粉對2毫升流動液體的近似比率制備的。
7.如權(quán)利要求5或6所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述玻璃粉具有近似15微米到40微米之間的標(biāo)稱顆粒尺寸。
8.如權(quán)利要求5到7中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述玻璃粉是標(biāo)稱顆粒大小近似為40微米的玻璃粉。
9.如權(quán)利要求5到8中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的玻璃粉是標(biāo)稱顆粒大小近似為15微米的鐵玻璃粉。
10.如權(quán)利要求5到9中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述預(yù)燒溫度在350℃到425℃之間。
11.如權(quán)利要求5到10中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述預(yù)燒溫度近似為400℃。
12.如權(quán)利要求5到11中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述光刻膠層的厚度近似為6微米。
13.如權(quán)利要求5到12中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述軟焙燒在近似90℃的溫度進(jìn)行。
14.如權(quán)利要求5到13中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述硬焙燒在近似100℃的溫度進(jìn)行。
15.如權(quán)利要求5到14中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述玻璃糊層的蝕刻使用硝酸。
16.如權(quán)利要求15所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述硝酸的濃度近似為15∶1。
17.如權(quán)利要求5到16中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述粘合溫度的攝氏值至少比所述預(yù)燒溫度的攝氏值高10％。
18.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述真空的壓力近似為5毫巴。
19.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述真空在步驟(c)中的所述溫度增加之前保持預(yù)定的時間間隔，該預(yù)定時間間隔近似為2.5分鐘。
20.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中在步驟(c)，所述晶片的溫度在約2分鐘的時間段內(nèi)初始增加至近似440℃。
21.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述粘合溫度近似為450℃。
22.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述偏壓力逐漸增加至預(yù)定力。
23.如權(quán)利要求22所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的預(yù)定力在3000牛頓到4000牛頓之間。
24.如權(quán)利要求23所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述預(yù)定力近似為3500牛頓。
25.如權(quán)利要求22、23或24所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述偏壓力在預(yù)定的時間段內(nèi)保持在預(yù)定力。
26.如權(quán)利要求25所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述預(yù)定的時間段在20分鐘到40分鐘之間。
27.如權(quán)利要求26所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述預(yù)定時間段近似為30分鐘。
28.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的力初始從0牛頓增加至近似10牛頓，且保持在近似10牛頓約15秒。
29.如權(quán)利要求28所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的力進(jìn)一步增加至近似100牛頓，且保持在近似100牛頓約15秒。
30.如權(quán)利要求29所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述的力進(jìn)一步增加至近似3500牛頓，且保持在近似3500牛頓約27分鐘。
31.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述第一預(yù)定溫度約為350℃。
32.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述第二預(yù)定溫度約為250℃。
33.如前面權(quán)利要求中任一條所述的粘合覆蓋晶片至器件晶片的方法，其中所述覆蓋晶片和所述器件襯底的直徑都約為6英寸。
34.一種密封的器件，所述器件形成于器件晶片的一部分上，所述器件晶片部分具有襯底(30)，所述器件制造于所述襯底的一個面上，所述器件晶片的一部分被覆蓋晶片(34)的一部分覆蓋，所述覆蓋晶片的一部分通過粘合環(huán)(35)粘合到所述器件晶片的一部分上，所述粘合環(huán)密封所述器件。
35.一種密封器件，所述器件由形成于襯底(30)的一個面上的一層或多層制造，所述器件具有覆蓋晶片(34)，其通過粘合環(huán)(21，35)粘合到所述層的最外層表面，所述粘合環(huán)圍住且密封至少所述器件的操作部分。
36.如權(quán)利要求35所述的密封器件，其中所述覆蓋晶片是硅晶片的一部分。
37.如權(quán)利要求35和36中任一條所述的密封器件，其中所述覆蓋晶片通過熱壓縮粘合方法粘合到所述層的最外層表面。
38.如權(quán)利要求35到37中任一條所述的密封器件，其中所述覆蓋晶片通過權(quán)利要求1到33中任一條所述的方法粘合到所述層的最外層表面。
39.如權(quán)利要求34到38中任一條所述的密封器件，其中所述粘合環(huán)是玻璃材料。
40.如權(quán)利要求34到39中任一條所述的密封器件，其中所述器件是加速計。
41.一種制造加速計的方法，包括下列步驟在襯底(1)的頂部蝕刻至少一個空腔(5)，粘合材料頂層(6)至所述襯底的頂部上面，沉積金屬化層(7)至所述材料層上，且蝕刻所述材料頂層以形成垂懸于每個空腔之上的傳感器結(jié)構(gòu)。
42.如權(quán)利要求41所述的制造加速計的方法，其中所述襯底是絕緣材料。
43.如權(quán)利要求41所述的制造加速計的方法，其中所述襯底用絕緣材料層(3)覆蓋。
44.如權(quán)利要求41到43中任一條所述的制造加速計的方法，進(jìn)一步包括在每個蝕刻步驟之前掩膜所述襯底的步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的制造加速計的方法，進(jìn)一步包括成圖案所述掩膜(4)的步驟。
46.如權(quán)利要求44或45所述的制造加速計的方法，進(jìn)一步包括在蝕刻所述材料頂層之前，將所述掩膜層成圖案為橫梁圖案，以形成所述的傳感器結(jié)構(gòu)。
47.如權(quán)利要求44到46中任一條所述的制造加速計的方法，進(jìn)一步包括在每個蝕刻步驟之后執(zhí)行回蝕步驟以除去不需要的掩膜層。
48.一種加速計，其包括底部襯底層(1)，粘合到所述底層的頂層(6)，在所述底部襯底層中的至少一個空腔(5)，其在所述頂層粘合到所述底層之前形成，形成于所述頂層，且垂懸于所述空腔上的電容性傳感器結(jié)構(gòu)，和至少一個點(diǎn)(10)，其適合于與所述電容性傳感器結(jié)構(gòu)的每個部分接觸的電連接。
49.如權(quán)利要求48所述的加速計，其中所述頂層由硅材料形成。
50.如權(quán)利要求48或49所述的加速計，其中所述底層由絕緣材料形成。
51.如權(quán)利要求48或49所述的加速計，其中所述底層用絕緣材料層(3)覆蓋。
52.如權(quán)利要求34到40中任一條所述的密封器件，其中所述器件是由權(quán)利要求41到47中任一條所述的方法制造的加速計。
53.如權(quán)利要求34到40中任一條所述的密封器件，其中所述器件是權(quán)利要求48到51中任一條所述的加速計。
54.一種制造晶片構(gòu)成的器件的方法，包括下列步驟(o)沉積第一金屬化層至襯底(30)的一個面上，(p)選擇性蝕刻所沉積的第一金屬化層以提供一圖案，其包括至少一個導(dǎo)電軌(31，32)，(q)在晶片(35，36)的第一個面內(nèi)，選擇性蝕刻至少一個空腔(33，34)，(r)粘合所述晶片已蝕刻的第一個面至所述襯底的頂部，以使所述空腔在至少一個導(dǎo)電軌的上面，(s)沉積第二金屬化層至所述粘合晶片的外部表面，(t)選擇性蝕刻第二金屬化層以提供圖案，其包括至少一個導(dǎo)電通路(37，38)，所述導(dǎo)電通路在所述導(dǎo)電軌上面，但不與所述導(dǎo)電軌產(chǎn)生導(dǎo)電性連接，以及(u)選擇性蝕刻所述晶片以提供器件結(jié)構(gòu)。
55.如權(quán)利要求54所述的制造晶片構(gòu)成的器件的方法，其中所述襯底是絕緣材料。
56.如權(quán)利要求55所述的制造晶片構(gòu)成的器件的方法，其中所述襯底是玻璃。
57.如權(quán)利要求54所述的制造晶片構(gòu)成的器件的方法，其中所述晶片是硅晶片。
58.一種制造加速計的方法，所述加速計通過權(quán)利要求41到47中任一條所述的方法制造，且通過權(quán)利要求1到33中任一條所述的方法封裝。
59.如權(quán)利要求58所述的制造加速計的方法，其中所述器件晶片是用權(quán)利要求54到57中任一條所述的方法制造的。
全文摘要
制造于晶片上的器件通過在覆蓋晶片上形成一種樣式的粘合環(huán)，且對齊并在熱壓縮下粘合兩個晶片到一起而被封裝，所以每個器件(20)的操作部件(22)被各自的粘合環(huán)(21)包圍。所述的粘合環(huán)通過占據(jù)被環(huán)跨接的器件上表面中的任何溝槽(25)或其它不連續(xù)部分，如導(dǎo)電軌(23)而提供密封。加速計是通過在襯底(1)的頂部蝕刻至少一個空腔，粘合中間材料層(6)至所述襯底的頂部上，沉積金屬化層至中間層上，且蝕刻金屬化層和中間層以形成垂懸于每個空腔上的傳感器結(jié)構(gòu)而制造的。沉積在襯底(30)上的下金屬化層的導(dǎo)電軌(31，32)與導(dǎo)電軌(37，38)交叉而沒有電連接，導(dǎo)電軌(37，38)沉積于中間層(35，36)的上面。電橋是通過在中間層下邊形成空腔(33，34)以容納下導(dǎo)電軌而制造的。
文檔編號B81C1/00GK1643385SQ03807124
公開日2005年7月20日 申請日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者張匯文, K.P.D.徐, 郭杰偉, S·卡舍伽馬桑打瑞, K·P·布賴恩 申請人:森法巴股份有限公司