Mems器件校準的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本說明書總體上涉及MEMS器件，并且在一個示例中涉及校準MEMS器件。
【發明內容】
[0002]一種MEMS器件，包括:具有內部環境的空腔；將所述內部環境與所述MEMS器件外的外部環境相隔離的密封，其中所述密封易于響應于校準解封能量而被損壞，并且在所述密封損壞時形成耦合所述內部環境與所述外部環境的通路；以及，能夠在所述密封損壞之前和所述密封損壞之后測量所述內部環境的校準電路。。
[0003]一種校準MEMS器件的方法，包括:用校準解封能量損壞將所述MEMS器件內的內部環境與所述MEMS器件外的外部環境相隔離的密封，其中在所述密封損壞時形成耦合所述內部環境與所述外部環境的通路；在所述密封損壞之前和在所述密封損壞之后測量所述內部環境的參數；以及，基于所述測量來校準所述MEMS器件。
[0004]以上
【發明內容】
不旨在代表當前或未來權利要求書中的每個示例實施例。在附圖和下面的【具體實施方式】中討論附加的示例實施例。
【附圖說明】
[0005]圖1是MEMS器件的一個示例。
[0006]圖2是MEMS器件的另一個示例的頂視圖
[0007]圖3A和3B是圖2的MEMS器件的截面視圖。
[0008]圖4是MEMS器件中的第二示例密封的頂視圖。
[0009]圖5是MEMS器件中的第三示例密封的頂視圖。
[0010]圖6是MEMS器件中的第四示例密封的頂視圖。
[0011]圖7是MEMS器件中的第五示例密封的頂視圖。
[0012]圖8是MEMS器件的另一個示例的頂視圖。
[0013]圖9是校準MEMS器件的方法的一個示例。
[0014]盡管本公開適用于各種修改和替代形式，但是本公開的具體內容將在附圖中以示例形式示出，并且將被詳細描述。然而，應該理解的是，超出所描述的具體實施例的其他實施例也是可能的。還覆蓋了落入所附權利要求的精神和范圍內的所有修改、等價和替代實施例。
【具體實施方式】
[0015]MEMS器件，例如電容壓力傳感器和其他傳感器或致動器，在針對消費和工業的應用中是有用的，包括:移動電話(例如，高度計、氣壓計等)、服裝(例如，鞋傳感器)、醫療設備(例如，眼壓監測，和檢測睡眠呼吸暫停)、汽車(例如，胎壓監測、座位占用檢測、保險杠/門中的碰撞檢測)和恒壓器電平感測(例如，洗衣機、空調和過濾器替換)。在一些應用中，還在使用之前對MEMS器件進行校準。
[0016]MEMS器件經常測量外部壓力和密封空腔內部的參考壓力之間的差異。密封空腔內部的壓力可能由于工藝環境而變化。需要校準過程，以針對密封空腔中的壓力的未知變化而校正壓力讀取。
[0017]為了進行校準過程，需要校準器件。理想地，校準器件和實際壓力傳感器之間的唯一差別應當是:校準器件具有非氣密密封的空腔，而實際壓力傳感器具有氣密密封的空腔。
[0018]在比較校準器件和實際壓力傳感器的校準過程期間，確定實際壓力傳感器的密封腔中的壓力。
[0019]備選地，還可以在比較在破壞校準器件的氣密密封之前和之后的校準器件的性能的校準過程期間，確定實際壓力傳感器的密封空腔中的壓力。
[0020]理想地，校準器件被放置在與實際MEMS壓力傳感器相同的封裝中的相同芯片(die)上。
[0021]其校準需要比較對校準器件的氣密密封的空腔和在裂口并曝露到外部環境的空腔的測量的MEMS器件可能需要特殊處理。一種使氣密密封的空腔裂口的方法需要在最后的晶圓處理步驟之一期間，在空腔膜中腐蝕一個小孔。
[0022]這可能由于以下一個或更多個原因而影響MEMS校準器件的性能。在介于執行腐蝕的時間和執行校準測量的時間之間發生的處理步驟(例如晶圓切割、封裝和組裝)期間，水和其他不想要的物質會通過那個孔進入；密封結構和開口結構之間的匹配變差；以及，在組裝期間的后續步驟(晶圓切割、晶圓打磨、芯片放置、導線(wire)接合、鑄造和回流焊接)中，實際傳感器特性會由于溫度和機械壓力而改變。如果使用不與需要校準的器件相鄰的校準器件，則匹配可能成為問題。
[0023]以下介紹的是，在器件被封裝之后，氣密密封在校準過程中被破壞的MEMS校準器件。在一個示例實施例中，可以通過在已知壓力下使密封裂口之前和之后測量空腔諧振頻率來執行校準。在MEMS器件結構的密封狀態和解封狀態下的氣壓的諧振頻率差異是對空腔壓力的良好度量。
[0024]可以用多種方式來使密封裂口，例如通過用足夠大的電流來對鄰近密封的熔絲加熱。下面介紹了使密封裂口(即損壞)的其他方式。
[0025]在封裝之后對MEMS器件進行校準減少了水、灰塵或其他殘渣對MEMS校準器件的污染，原因在于在晶圓處理期間這些材料不能進入MEMS校準器件內的空腔中，因為在處理和封裝期間該空腔保持密封。
[0026]當應用到MEMS壓力傳感器器件時，這允許針對每個制造的器件精確確定傳感器空腔壓力。匹配可以近乎完美，因為校準過程可以包括:在破壞真空密封之前和在破壞真空密封之后測量同一 MEMS器件。只要破壞氣密密封的動作對于關注的傳感器的參數(例如，諧振頻率、電容等)沒有影響，開口的和密封的MEMS傳感器器件具有近乎完美的匹配，原因在于在物理上它是同一器件。這種MEMS器件還允許精確監控在匹配的配套壓力傳感器的密封空腔內的可能存在的漏氣。
[0027]現在討論對本發明的校準器件的另外的細節。
[0028]圖1是MEMS器件104的一個示例實施例。MEMS器件104包括具有內部環境107的空腔106，和將內部環境107與MEMS器件104外的外部環境相隔離的密封108。密封108易于響應于校準解封能量112而被損壞。在密封損壞時，形成耦合內部環境107與外部環境110的通路114。校準電路116能夠在密封損壞之前和在密封損壞之后測量內部環境107。然后，在前測量和在后測量被用于校準MEMS器件104。
[0029]MEMS器件104被內嵌在封裝102中，并且當在封裝102內時，密封108易于響應于校準解封能量112而被損壞。解封能量112包括熱源和/或穿刺器。熱源可以是電流、激光、以及能夠損壞密封108的其他形式的能量。使得內部環境107與外部環境110耦合的密封108損壞可以是以下形式中的一種或多種:破裂、裂口、斷裂、壓裂和熔化。
[0030]如果用激光能量損壞密封108，則可以向MEMS器件104添加具有一些光對準標記的小的專用區域。該區域在封裝之后應該是光可訪問的(optically accessible)。
[0031]可以在MEMS器件104上的專用穿刺區域處用探針來實現對密封108的機械損壞。
[0032]在一個示例中，密封108是熔絲，并且該熔絲可以響應于電流而損壞密封108。在另一個示例中，密封108包括熱隔離區域，其降低損壞密封所需的解封能量112的功率。可以調整密封108的每單位面積的功率耗散，以降低損壞密封所需的解封能量112的功率，例如通過改變形成密封108的材料成分來實現。
[0033]在一個示例中，MEMS器件104是壓力傳感器，由膜覆蓋空腔106，并且以與膜相同的材料形成密封108。密封108可被制造在膜之上而不是作為它的有機部分，使用附加的光刻掩膜和處理步驟。這給出了更多的設計和處理的自由度。
[0034]在另一個示例實施例中，MEMS器件104 (例如，電容性CMOS壓力傳感器)可以包括兩個匹配的結構，每個結構均具有密封。第一結構用作實際的壓力傳感器，并且第二匹配的校準結構用于確定第一結構的空腔壓力。
[0035]在校準過程期