MEMS设备的制作方法

本公开涉及一种微机电系统(mems)设备，并且特别是电声模块。

背景技术：

众所周知，如今有许多超声波传感器可用，这些超声波传感器适于传送和接收频率高于20khz的声波。通常，除了电声类型的换能器之外，超声波传感器还包括适于驱动换能器、以及在接收到回声声信号之后放大由换能器本身产生的电信号的电路。因此，在不同的时间段内，换能器用作声发射器和声接收器两者。

如果我们分别将由换能器传送的声信号(或者声束)和(例如，在由障碍物反射刺激声信号之后)撞击在换能器上的声信号(或者声束)指定为“刺激声信号”和“响应声信号”，已知例如在超声声像领域中，需要能够使刺激声信号聚焦。为了控制在刺激声信号的空间中的发射，已知提供多个换能器(该多个换能器中的每个换能器发射球面声波)，并且利用相对于彼此适当地相移的驱动信号来控制这些换能器，使得由换能器产生的刺激声信号的总和形成具有所需空间分布的声束。

这就是说，为了提高性能，特别是关于放大回声的性能，通常由根据矩阵布置的对应mems设备形成的换能器被布置成尽可能靠近电子电路，并且具体地，尽可能靠近电子电路的具有放大由换能器产生的电信号的功能的部分。然而，这是困难的，因为通常使用的换能器的数量很多(大约数千个)。

实际上，由于每个换能器被耦合至形成与换能器相关联的接收器和驱动电路的相应asic(专用集成电路)，因此应该管理存在于换能器与被连接至换能器的asic之间的数千个连接，从而控制由不同的通道(每个通道被理解为由换能器、对应的驱动电路和对应的接收器形成)引入的延迟以及存在于各个通道之间的抖动。

这就是说，目前已知如下制造工艺：设想处理第一半导体晶片和第二半导体晶片，以在第一晶片中形成多个换能器，并且还在第二晶片中形成多个asic。然后，将第一晶片和第二晶片耦合在一起，使得将换能器耦合至对应的asic。然而，该工艺的特点是灵活性低，因为其设想针对驱动电路和接收电路两者采用单种制造技术。此外，该制造工艺不允许测试asic，除非工艺本身完成。此外，该制造工艺要求第一晶片中的电连接焊盘和第二晶片中的电连接焊盘的节距应该相同。

技术实现要素：

因此，本公开的目的是提供一种用于制造mems设备的工艺，其将至少部分地克服现有技术的缺点。

根据本公开，提供了一种制造工艺和一种mems设备。

根据本公开，mems设备包括：介电涂层区域，所述介电涂层区域具有第一表面和第二表面；介电再分布区域，所述介电再分布区域具有第一表面和第二表面，所述介电再分布区域的第一表面接触所述介电涂层区域的第一表面；裸片，所述裸片被布置在所述介电涂层区域中并且包括电子电路；多个第一导电连接元件，所述多个第一导电连接元件被定位在所述介电涂层区域中，延伸至所述介电涂层区域的所述第一表面，并且被电耦合至所述裸片；多个第二导电连接元件，所述多个第二导电连接元件被定位在所述介电再分布区域中，并且延伸至所述介电再分布区域的所述第二表面；多个导电再分布路径，所述多个导电再分布路径在所述介电再分布区域中延伸，并且将所述第二导电连接元件连接至所述第一导电连接元件；第三导电连接元件，所述第三导电连接元件与所述第二导电连接元件电接触；多个膜；以及多个致动器，所述多个致动器被电耦合至所述第三导电连接元件，每个致动器还是可电控的，以引起所述多个膜中的对应膜的变形。

在一些实施例中，mems设备进一步包括：支撑结构，所述支撑结构形成所述膜，并且所述致动器被机械耦合至所述支撑结构；其中，所述第三导电连接元件具有细长形状，并且被布置在所述支撑结构的面向所述介电再分布区域的侧面上。

本公开设想了通过使用形成asic的裸片来形成一种重建晶片，为了最终可靠性的优点，可以在形成重建晶片之前测试该裸片。此外，重建晶片的再分布结构的存在使得可能将重建晶片的裸片的节距(具体地，凸块的节距)与膜的节距(具体地，驱动焊盘的节距)去耦合。在晶片级下实施对mems晶片的膜的随后释放，因此，具有高度的平行化，并且具有产生特别薄的膜(即，厚度小于10μm)的可能性。此外，在制造工艺的变型的情况下，可以高精度地将半导体本体布置在支撑件上，从而改善表征由此获得的电声模块的公差。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参照附图，仅通过非限制性示例的方式描述其优选实施例，其中：

图1是电声模块的示意性横截面图；

图2是部分去除的重建晶片的示意性顶视平面图；

图3是沿着在图2中示出的截面iii-iii的线截取的、在图2中示出的重建晶片的一部分的示意性横截面图；

图4是在本制造工艺的步骤期间的半导体晶片的示意性横截面图；

图5至图9是在本制造工艺的连续步骤期间，多晶片组件的示意性横截面图；

图10是在本制造工艺的变型的步骤期间，包括多个裸片的组件的示意性横截面图；

图11是重建晶片的一部分的示意性横截面图；以及

图12至图15是在本制造工艺的变型的连续步骤期间，晶片-裸片组件的示意性横截面图。

具体实施方式

图1示出了电声模块1，该电声模块1包括第一裸片2和第二裸片4，在第一裸片2和第二裸片4的内部分别形成的是第一集成电路6和第二集成电路8，例如，通过已知类型的asic形成第一集成电路6和第二集成电路8。第一集成电路6和第二集成电路8中的每一个包括相应的传送电路和相应的接收电路，在第一集成电路6的情况下，分别用10和12来表示相应的传送电路和相应的接收电路，并且在第二集成电路8的情况下，分别用14和16来表示相应的传送电路和相应的接收电路。

虽然未详细示出，但是在第一集成电路6和第二集成电路8中的每一个中，对应的传送电路和接收电路被电连接至对应的多个金属凸块，分别用18和20来表示对应的多个金属凸块，并且对应的多个金属凸块也被称为“微凸块”。再次按照本身已知的方式，凸块18、20被电连接至对应的裸片的所谓的末级金属化。

电声模块1进一步包括涂层区域22，例如，该涂层区域22由环氧树脂制成，并且包裹第一裸片2和第二裸片4以及对应的凸块18、20的一部分。涂层区域22包括第一表面s1和第二表面s2。第一裸片2和第二裸片4的凸块18、20延伸穿过第一表面s1。此外，延伸穿过涂层区域22的是被称为“穿模过孔”(tmv)的类型的多个垂直连接区域24，该多个垂直连接区域24中的每个垂直连接区域24由金属材料制成，并且延伸穿过第一表面s1和第二表面s2。

电声模块1进一步包括再分布结构26，该再分布结构26包括介电区域28、多条导电路径30(定性地表示)以及多个内部焊盘32和外部焊盘34。

例如，介电区域28由聚酰亚胺(要不然，例如，聚酰胺或者具有玻璃纤维的树脂)制成，并且与第一表面s1接触地延伸。介电区域28具有第三表面s3和接触第一表面s1的第四表面s4。

内部焊盘32由金属材料制成，并且延伸穿过第一表面s1以接触第一裸片2或者第二裸片4的对应凸块18、20。外部焊盘34由金属材料制成并且延伸穿过第三表面s3。此外，导电路径30(例如，该导电路径30由与内部焊盘32和外部焊盘34的金属材料相同的金属材料(例如铜)制成)将每个内部焊盘32连接至对应的外部焊盘34，要不然将每个内部焊盘32连接至对应的垂直连接区域24的延伸穿过第一表面s1的部分。在这点上，垂直连接区域24的延伸穿过第二表面s2的部分适于电连接至未示出的pcb(印刷电路板)。

电声模块1进一步包括由金属材料(例如铜)制成的多个支柱36，该多个支柱36在垂直于第一表面s1、第二表面s2、第三表面s3和第四表面s4的方向上，从第三表面s3延伸。例如，每个支柱36具有柱形形状。此外，每个支柱36在相应的第一端处接触对应的外部焊盘34。

电声模块1进一步包括结构38，该结构38在下文中将被称为“换能结构38”。

换能结构38包括多层区域39，该多层区域39具有第五表面s5和第六表面s6，第五表面s5面向第三表面s3。

通过示例的方式，多层区域39包括钝化层41a、第一介电层41b、半导体层41c和第二介电层41d，现在参照由图1中的电声模块1所采取的定向来描述它们。

详细地，钝化层41a形成第五表面s5，并且例如由氮化硅制成。此外，第一介电层41b在其直接接触的钝化层41a下面延伸，并且例如由氧化硅制成。半导体层41c在其直接接触的第一介电层41b下面延伸。例如，第二介电层41d由氧化硅制成。此外，第二介电层41d在其直接接触的半导体层41c下面延伸，并且形成第六表面s6。

换能结构38进一步包括半导体区域42，该半导体区域42在下文中将被称为“不可变形区域42”。

详细地，不可变形区域42在其直接接触的第二介电层41d下面延伸。此外，不可变形区域42在底部由第七表面s7界定，并且横向界定出多个凹部52。

更详细地，每个凹部52具有例如柱形形状。此外，多层区域39的限定对应凹部52的顶部的部分用作膜(用40表示)，而不可变形区域42用作膜被固定至的不可变形框架。

在不意味着任何一般性损失的情况下，在图1中，示出了四张膜40。在顶视平面图中，不可变形区域42具有例如矩形包络。例如，膜40可以具有在5μm与7μm之间的厚度。

第五表面s5承载由金属材料制成的多个焊盘50，该多个焊盘50将被称为“驱动焊盘50”。具体地，每个驱动焊盘50在钝化层41a上延伸以接触对应的支柱36。换句话说，每个支柱36被插入在对应的外部焊盘34与对应的驱动焊盘50之间。

电声模块1进一步包括密封区域53，例如，该密封区域53由苯并环丁烯(bcb)制成，并且在多层区域39与再分布结构26的介电区域28之间延伸，以横向界定出封闭腔55，该封闭腔55还由第四表面s4和第五表面s5界定。支柱36在封闭腔55的内部延伸。

电声模块1进一步包括多个致动器56。通过示例的方式，电声模块1包括用于每张膜40的一个致动器56。每个致动器56在封闭腔55中延伸，接触对应的膜40。

更详细地，每个致动器56包括相应的压电区域70和相应的保护区域72，以及被电连接至对应的驱动焊盘50的一对电极(未示出)。保护区域72覆盖压电区域70，并且例如，可以由与钝化层41a的材料相同的材料制成，保护区域72与钝化层41a一起可以形成例如单个整体区域，该单个整体区域包裹压电区域70和对应的电极。此外，在保护区域72与第三表面s3之间，存在例如在3μm与5μm之间的距离w。

如先前提到的，并且在不意味着任何一般性损失的情况下，每个致动器56被电耦合至一对驱动焊盘50，并且因此，被电耦合至第一裸片2或者第二裸片4的一对对应凸块。具体地，通过对应的支柱36以及对应的外部焊盘34、对应的导电路径30和对应的内部焊盘32，获得这种电耦合。按照这种方式，例如，如果我们假设致动器56被连接至第一裸片2，则在第一时间间隔内，致动器56能够接收由第一裸片2的传送电路10产生的电控制信号，这引起被机械耦合至该致动器56的膜40的对应变形，结果是产生声波。此外，在与第一时间间隔不同的第二时间间隔内，膜40的变形(例如，由于撞击在其上的回声声信号)引起换能器56的对应变形，换能器56产生由第一裸片2的接收电路12接收的电响应信号，接收电路12可以处理该电响应信号，并且然后，通过对应的垂直连接区域24来向外部计算机(未示出)供应对应的输出信号。

换句话说，致动器56的一部分并且因此对应膜40的一部分被电耦合至第一裸片2，而致动器56的另一部分并且因此对应膜40的另一部分被电耦合至第二裸片40。在不意味着任何一般性损失的情况下，每张膜40被连接至对应裸片的传送电路和接收电路两者。此外，再次在不意味着任何一般性损失的情况下，在裸片中，可能在传送期间实施了接收电路的保护机制；可替代地，传送信号和接收信号可以通过两个不同的支柱36被输运至膜40/从膜40输运，在这种情况下，膜40用作保护元件。

这就是说，可以根据在下文中描述的工艺来制造电声模块1。

首先，如在图2中示出的，形成组件74，为了在下文中将是清楚的，该组件在下文中将被称为“asic组件74”。asic组件74包括彼此相同并且被横向间隔开的多个单元部分76(在图2中仅一个被标记为单元部分76，但是示出了10个单元部分)；术语“单元”精确地考虑了这些部分表示彼此相同并且在空间中重复的单元(或者等效地，基本部分)的事实。

详细地，在图3中示出了并且在下文中描述了单元部分76，限于相对于在图1中示出的情况的差异。此外，用相同的附图标记表示已经在图1中示出的元件，除非另有说明。

更详细地，如在图1中示出的，如果没有下面概述的差异，单元部分76与电声模块1的在第三表面s3与第一表面s1之间延伸的部分相同。

在此处用122表示的涂层区域由asic组件74的单元部分76共享；即，其形成asic组件74的单个区域。同样，再分布结构的介电区域(这些元件在此处分别用126和128表示，并且在下文中分别被称为“组件介电区域128”和“组件再分布结构126”)由asic组件74的单元部分76共享。此外，第一表面、第二表面和第三表面由asic组件74的单元部分76共享；即，它们各自分别表示第一晶片表面s1'、第二晶片表面s2'和第三晶片表面s3'的一部分。

另外，在单元部分76上延伸的是例如由玻璃制成的支撑件75(在图2中未示出)，该支撑件75由asic组件74的单元部分76共享。

再不意味着任何一般性损失的情况下，可以借助于所谓的fowlp(扇出晶片级封装)类型的机加工技术，按照本身已知的方式来实施asic组件74的制造。在这方面，可以通过采用所谓的晶片级制造技术，按照本身已知的方式来制造单元部分76的第一裸片2和第二裸片4，该所谓的晶片级制造技术使得能够从同一个半导体晶片(未示出)开始精确地制造多个裸片，并且然后，使得能够借助于切片操作来分离(分割)这些裸片。在可能的测试步骤之后，通过与组件再分布结构126耦合，再次机械耦合如此形成的裸片，以精确地形成asic组件74。

实际上，在裸片先前已经被分割之后，asic组件74由被固定在一起的裸片组件形成，使得在该组件可以被叠加在被适当处理的半导体晶片的顶部上的意义上(如下文所描述的)，该组件大致上具有晶片的形状。换句话说，asic组件94表示一种重建晶片。此外，asic组件74的裸片共享由组件再分布结构126精确地形成的单个再分布结构。

本制造工艺还设想了对在图4中示出的半导体材料的晶片80的处理，该晶片80在下文中将被称为“mems晶片80”。

详细地，mems晶片80包括由顶部表面sa和底部表面sb界定的单个半导体本体82(术语“顶部”和“底部”是指由图4中的mems晶片80所采取的定向)。

在顶部表面sa之上延伸的是多个相应的单元部分84(在图4中示出了该多个相应的单元部分84中的两个相应的单元部分84)，该多个相应的单元部分84彼此相同。此外，除了在下文中描述的差异之外，每个单元部分84与换能结构38相同。具体地，单元部分84没有不可变形区域42并且在半导体本体82之上延伸，使得相应的第二介电层41d在顶部表面sa上延伸。此外，每个单元部分84包括多个对应的支柱36，该多个对应的支柱36接触对应的驱动焊盘50。

再次参照mems晶片80，在半导体本体82的内部延伸的是例如由氧化硅制成的多个掩埋介电区域86(一个掩埋介电区域86用于每个单元部分84)。在不意味着任何一般性损失的情况下，mems晶片80包括等于单元部分84的数量的若干掩埋介电区域86，该若干掩埋介电区域86在与顶部表面sa相距一定距离处延伸；此外，每个掩埋介电区域86横向界定出等于电声模块1的膜40的数量的若干腔88(在图4中仅用虚线表示了该若干腔88中的一个腔88)，该若干腔88在下文中将被称为“填充腔88”，因为它们被半导体本体82的对应部分填充。

如再次在图4中可以看到的，单元部分84在下面的半导体本体82上被相互横向间隔开，使得单元部分84的多层区域39横向界定出腔90，该腔90在下文中将被称为“晶片腔90”。晶片腔90在底部由半导体本体82的顶部表面sa界定。

接下来，如在图5中示出的，asic组件74和mems晶片80被机械耦合并且电耦合在一起，以将mems晶片80的每个单元部分84耦合至asic组件74的对应的单元部分76。具体地，mems晶片80的每个单元部分84的支柱36被焊接至asic组件74的对应的单元部分76的外部焊盘34。

另外，在asic组件74与mems晶片80的机械耦合之前或者之后，晶片腔90填充有结合区域92，因此，该结合区域92与半导体本体82的顶部表面sa接触地延伸。此外，例如由苯并环丁烯(bcb)制成的结合区域92延伸直到其接触第三晶片表面s3'，以将半导体本体82的顶部表面sa结合至组件再分布结构126的组件介电区域128。从而，asic组件74和mems晶片80形成多晶片组件94。

更详细地，在结合区域92在asic组件74与mems晶片80之间的机械耦合之前被形成的情况下，根据预先设置的图案，结合区域92以选择性的方式被沉积在半导体本体82的顶部表面sa上；可替代地，如先前提到的，结合区域92可以在asic组件74和mems晶片80已经被耦合在一起之后被注入。

接下来，如在图6中示出的，从底部表面sb开始，实施对半导体本体82的机械研磨，以暴露掩埋介电区域86。在不意味着任何一般性损失的情况下，这种研磨操作可以在已经如在图6中精确地示出的那样布置了多晶片组件94(即，使得支撑件75被布置在底部)之后发生。用182表示的半导体本体的剩余部分由表面sc界定，该表面sc在下文中将被称为“中间表面sc”。因此，掩埋介电区域86和填充腔88形成到中间表面sc上。

接下来，如在图7中示出的，实施光刻工艺，在该光刻工艺中，现在暴露出来的掩埋介电区域86用作硬掩模。按照这种方式，选择性地去除半导体材料的在填充腔88中延伸的第一部分以及半导体材料的被布置在半导体材料的第一部分与顶部表面sa之间的对应的第二部分。半导体本体182的剩余部分形成晶片半导体区域142，该晶片半导体区域142被设计为在下文中描述的切片操作之后形成多个电声模块的不可变形区域42。上述光刻工艺还需要暴露结合区域92。

在同时于整个mems晶片80上实施的上述光刻工艺之后，暴露每个多层区域39的形成上述膜40的部分。实际上，在图6和图7中图示的操作代表所谓的后端操作，并且需要释放膜40。

接下来，如在图8中示出的，形成在mems晶片80上的是例如由环氧树脂制成的覆盖区域96，除其它之外，该覆盖区域96覆盖掩埋介电区域86、晶片半导体区域142和第二介电层41d的暴露部分。

接下来，如在图9中示出的，去除支撑件75，并且然后沿着划线99(用虚线示意性地表示)实施切片操作，该切片操作需要从多晶片组件94开始对多个设备101进行所谓的分割，如果没有在图1中未示出的掩埋介电区域86的存在，该多个设备101中的每个设备101与在图1中示出的电声模块1相同。结合区域92的切割部分形成对应的密封区域53(图1)。

根据制造工艺的变型，形成(在图10中示出的)组件110，该组件110在下文中将被称为多裸片组件110。现在参照相对于在图4中示出的mems晶片80的差异，描述多裸片组件110。

详细地，多裸片组件110包括用282表示的多个半导体本体(在图10中示出了该多个半导体本体中的两个半导体本体)，该多个半导体本体中的每个半导体本体承载对应的单元部分(在此处用284表示)。在每个半导体本体282的内部延伸的是对应的掩埋介电区域(用286表示)。分别用sa'和sb'表示界定每个半导体本体282的顶部表面和底部表面。

多裸片组件110进一步包括例如由粘合材料带形成的支撑件200，放置在该支撑件200上的是半导体本体282的底部表面sb'。实际上，每个半导体本体282与对应的单元部分284一起形成对应的裸片，该对应的裸片由支撑件200承载并且在下文中将被称为“换能裸片201”。该换能裸片201相对于彼此横向错位，以横向界定出裸片间腔290。

如在图11中示出的，在asic组件74的第三晶片表面s3'上，例如借助于局部注入工艺，形成结合区域92。

接下来，如在图12中示出的，多裸片组件110和asic组件74被机械耦合并且电耦合，以形成组件294，该组件294在下文中将被称为“晶片-裸片组件294”。

然后，如在图13中示出的，支撑件200被去除。此外，例如通过实施注入环氧树脂的工艺，可以形成间隙区域295(可选的)。具体地，间隙区域295填充存在于半导体本体282之间的间隙，并且因此由后者横向界定。此外，间隙区域295接触结合区域92。

接下来，如在图14中示出的，晶片-裸片组件294被布置成在底部具有支撑件75并且在顶部具有半导体本体282。另外，实施参照图6和图7描述的操作。换句话说，机械地研磨半导体本体282，以便暴露相应的掩埋介电区域286，使得它们可以用作用于使得形成不可变形区域42的随后的光刻工艺的硬掩模。

接下来，如在图15中示出的，在晶片半导体区域142上形成覆盖区域(用296表示)。随后的支撑件75的去除以及切片操作的执行(未示出)然后使得形成多个电声模块。

前面的描述清楚地呈现了本制造工艺所提供的优点。

具体地，本工艺设想了通过使用形成asic的裸片来形成一种重建晶片，为了最终可靠性的优点，可以在形成重建晶片之前测试该裸片。此外，重建晶片的再分布结构的存在使得可能将重建晶片的裸片的节距(具体地，凸块的节距)与膜的节距(具体地，驱动焊盘50的节距)去耦合。在晶片级下实施对mems晶片80的膜的随后释放，因此，具有高度的平行化，并且具有产生特别薄的膜(即，厚度小于10μm)的可能性。此外，在制造工艺的变型的情况下，可以高精度地将半导体本体282布置在支撑件200上，从而改善表征由此获得的电声模块的公差。

本制造工艺还使得能够使用不同的技术来制造mems换能器和重建晶片的裸片。

最后，清楚的是：可以对本文描述的和图示的制造工艺进行修改和改变，而不会因此脱离本公开的保护范围。

例如，代替支柱，可以存在具有中空柱体形状、要不然具有多边形基部的棱柱(该棱柱也是中空的)形状的不可变形导电结构。按照这种方式，膜的形状由这些导电结构限定，而不是由凹部52的形状(并且因此，不是由不可变形区域42的形状)限定。因此，可以不存在不可变形区域42，在这种情况下，也可以不存在掩埋介电区域86。

此外，每个电声模块可以包括与示出的数量不同的若干裸片，在这种情况下，相应地修改制造工艺。可以将传送电路和接收电路形成在不同的裸片中。在这种情况下，可以通过使用不同的技术来形成传送电路和接收电路。

一般地，致动器可以是与已经描述的类型不同的类型。例如，致动器可以实施静电类型而不是压电类型的致动机制。同样，致动器相对于对应膜的布置也可以与已经描述的布置不同。

最后，代替凸块18、20，可以使用其它导电连接元件，诸如对应的支柱。更一般地，仅通过示例的方式提供本文描述的所有导电连接元件。

可以组合上面描述的各个实施例以提供进一步的实施例。根据上面详细的描述，可以对实施例进行这些以及其它改变。一般地，在所附权利要求书中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求书中所公开的具体实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这种权利要求有权享有的等效物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。