具有电磁屏蔽功能的MEMS装置及其制作方法与流程

本发明属于微电子器件，特别是涉及一种mems器件及其制作方法。

背景技术：

1、随着微纳加工技术和集成电路技术的不断发展，mems器件的制造工艺越来越先进，性能也越来越优异。mems器件在医疗、环境监测、能源管理等领域具有巨大潜力。例如，mems传感器可以用于医疗设备的监测和跟踪，mems振荡器可以用于无线通信中的时钟同步，mems能量收集器可以用于低功耗设备的供电。

2、通常，在设计和制造电子设备时，考虑到可能存在的外部电磁干扰，需要采用电磁屏蔽措施来提高设备的抗干扰能力，使得设备在复杂电磁环境中能够稳定运行。现阶段，mems的微细加工工艺较为常用的晶圆类型为soi晶圆，采用soi晶圆制作mems器件的工艺流程包括：在顶层硅刻蚀形成包括mems结构的器件层，然后通过诸如气相氟化氢(vhf)释放中间埋氧层，从而获得mems可动结构，最后使用键合技术及硅通孔(tsv)技术实现器件层的电学连接；但这种情况下soi晶圆的背衬底是电位浮动的。目前，业界在封装时会使用导电胶或者在soi晶圆背衬底的底部施加金属层，随后通过金线键合的方式，以将soi衬底电性引出，上述手段均存在工艺实现难度大、代价高而且存在一定局限。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有电磁屏蔽功能的mems装置及其制作方法，用于解决现有mems的衬底存在浮空电位，从而影响微机电系统的稳定性和可靠性。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有电磁屏蔽功能的mems装置，包括：

3、支撑衬底；

4、器件层，位于所述支撑衬底上，所述器件层包括谐振式mems器件和可动柔性部件，所述谐振式mems器件容纳于贯穿所述器件层的腔体内，所述可动柔性部件以其一端固定于所述器件层的本体上而悬空设置于所述支撑衬底之上，所述可动柔性部件包括以悬空于所述支撑衬底之上的状态下柔性连接至所述器件层本体的接触单元，所述接触单元包括第一柔性构件和连接于所述第一柔性构件与所述器件层的本体之间的凸块；

5、盖板晶圆，包括位于其表面的屏蔽层，所述盖板晶圆带有所述屏蔽层的一面与所述器件层对准键合以将mems器件气密性密封于所述腔体内，由此保持真空环境，以及使所述凸块抵靠所述屏蔽层于一锚点位置的状态下致使所述接触单元的自由端向下移动至与所述支撑衬底接触，所述支撑衬底与所述器件层的本体电绝缘而通过所述可动柔性部件面外耦接所述盖板晶圆，用于对所述支撑衬底的浮空电位进行释放。

6、可选地，所述可动柔性部件与所述器件层的本体为一体化形成，所述可动柔性部件包括第二柔性构件，所述第二柔性构件被构造成将所述接触单元柔性连接至所述器件层的本体。

7、可选地，所述凸块包括中间连接块和位于所述中间连接块上且朝向所述盖板晶圆凸出的接触部，所述中间连接块通过所述第二柔性构件柔性连接至所述器件层的本体以提供所述接触部对所述锚点的软接触。

8、可选地，所述盖板晶圆带有所述屏蔽层的一面与所述器件层对准键合以于所述屏蔽层与所述器件层之间形成键合层，所述键合层包括第一键合区域，所述第一键合区域形成于所述谐振式mems器件外围的器件层与所述屏蔽层之间的界面处。

9、可选地，所述键合层还包括第二键合区域，所述第二键合区域形成于所述可动柔性部件外围的器件层与所述屏蔽层之间的界面处；所述接触部与所述锚点接触状态下，所述接触部和所述锚点的高度之和大于所述屏蔽层和所述第二键合区域的高度之和，以使所述接触部抵靠至所述盖板晶圆的状态下所述可动柔性部件的自由端至少点接触于所述支撑衬底上。

10、可选地，所述接触单元还包括设置于其自由端的可动质量块，所述可动质量块通过所述第一柔性构件柔性连接所述中间连接块，其中所述第一柔性构件被构造成弹性梁结构。

11、本发明还提供一种具有电磁屏蔽功能的mems装置的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

12、提供一支撑衬底，所述支撑衬底上依次形成有绝缘层和半导体层；

13、图形化所述半导体层的上表层以形成凸起部；

14、沿厚度方向第二次图形化所述半导体层直至显露出所述绝缘层，于所述半导体层中形成包括可动柔性部件和谐振式mems器件区域的器件层，所述可动柔性部件被构造成其一端接合于所述器件层的本体上，所述可动柔性部件包括接触单元，所述接触单元包括第一柔性构件和连接于所述第一柔性构件与所述器件层的本体之间的凸块；

15、去除位于所述谐振式mems器件和所述可动柔性部件下方的绝缘层以释放所述可动柔性部件和所述谐振式mems器件的谐振单元，所述可动柔性部件以其自由端悬空于所述支撑衬底的状态下使所述接触单元柔性连接于所述器件层的本体上；

16、提供一盖板晶圆，于所述盖板晶圆上形成金属层并对所述金属层进行图形化，图形化的金属层形成为屏蔽层；

17、将所述盖板晶圆带有屏蔽层的一面与所述半导体层对准键合以将所述谐振式mems传感器气密性密封于贯穿所述器件层的腔体内，由此保持真空环境，以及使所述凸块抵靠所述屏蔽层于一锚点位置的状态下致使所述接触单元的自由端向下移动至与所述支撑衬底接触，用于对所述支撑衬底的浮空电位进行释放。

18、可选地，采用气相氟化氢各向异性刻蚀所述绝缘层以释放所述可动柔性部件以及所述谐振式mems器件的谐振单元。

19、可选地，将所述盖板晶圆带有所述屏蔽层的一面与所述半导体层对准键合以至少于所述谐振式mems器件外围的器件层与所述屏蔽层之间的界面处形成键合层，所述键合层包括金属焊料键合层和共晶键合层中的一种。

20、可选地，所述绝缘层选用为通过阳极键合工艺于所述支撑衬底与所述半导体层之间形成的绝缘键合层，其中所述半导体层的材料包括选自iv主族中的一种或多种的组合。

21、如上所述，本发明提供一种具有电磁屏蔽功能的mems装置及其制作方法，通过于器件层设置可动柔性部件，使所述支撑衬底通过所述可动柔性部件面外耦接盖板晶圆以对支撑衬底的浮空电位进行释放，抑制衬底电位浮动对器件层工作的电磁干扰，提升了微机电系统在复杂电磁环境中稳定运行的能力，从而提升了器件的稳定性和可靠性；此外，所述制作方法包括，将盖板晶圆带有图形化金属层的一面与器件层进行对准键合，于所述盖板晶圆与所述mems器件之间界定出气密性腔体，同时使支撑衬底通过所述可动柔性部件面外耦接所述盖板晶圆以对衬底的浮空电位进行释放，易于工艺实现，且具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种具有电磁屏蔽功能的mems装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mems装置，其特征在于：所述可动柔性部件与所述器件层的本体为一体化形成，所述可动柔性部件包括第二柔性构件，所述第二柔性构件被构造成弹性梁结构以将所述接触单元柔性连接至所述器件层的本体。

3.根据权利要求2所述的mems装置，其特征在于：所述凸块包括中间连接块和位于所述中间连接块上且朝向所述盖板晶圆凸出的接触部，所述中间连接块通过所述第二柔性构件柔性连接至所述器件层的本体以提供所述接触部对所述锚点的软接触。

4.根据权利要求1所述的mems装置，其特征在于：所述盖板晶圆带有所述屏蔽层的一面与所述器件层对准键合以于所述屏蔽层与所述器件层之间形成键合层，所述键合层包括第一键合区域，所述第一键合区域形成于所述谐振式mems器件外围的器件层与所述屏蔽层之间的界面处。

5.根据权利要求4所述的mems装置，其特征在于：所述键合层还包括第二键合区域，所述第二键合区域形成于所述可动柔性部件外围的器件层与所述屏蔽层之间的界面处；所述接触部与所述锚点接触状态下，所述接触部和所述锚点的高度之和大于所述屏蔽层和所述第二键合区域的高度之和，以使所述接触部抵靠至所述盖板晶圆的状态下所述可动柔性部件的自由端至少点接触于所述支撑衬底上。

6.根据权利要求3所述的mems装置，其特征在于：所述接触单元还包括设置于其自由端的可动质量块，所述可动质量块通过所述第一柔性构件柔性连接所述中间连接块，其中所述第一柔性构件被构造成弹性梁结构。

7.一种具有电磁屏蔽功能的mems装置的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：采用气相氟化氢各向异性刻蚀所述绝缘层以释放所述可动柔性部件以及所述谐振式mems器件的谐振单元。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：将所述盖板晶圆带有所述屏蔽层的一面与所述半导体层对准键合以至少于所述谐振式mems器件外围的器件层与所述屏蔽层之间的界面处形成键合层，所述键合层包括金属焊料键合层和共晶键合层中的一种。

10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：所述绝缘层选用为通过阳极键合工艺于所述支撑衬底与所述半导体层之间形成的绝缘键合层，其中所述半导体层的材料包括选自iv主族中的一种或多种的组合。

技术总结本发明提供一种具有电磁屏蔽功能的MEMS装置及其制作方法，通过于器件层设置可动柔性部件，使所述支撑衬底通过所述可动柔性部件面外耦接盖板晶圆以对支撑衬底的浮空电位进行释放，抑制衬底电位浮动对器件层工作的电磁干扰，提升了微机电系统在复杂电磁环境中稳定运行的能力。本发明的制作方法包括，将盖板晶圆带有图形化金属层的一面与器件层进行对准键合以于所述盖板晶圆与所述MEMS器件之间界定出气密性腔体，同时使支撑衬底通过所述可动柔性部件面外耦接所述盖板晶圆以对衬底的浮空电位进行释放，易于工艺实现。技术研发人员：雷永庆,谢国伟受保护的技术使用者：麦斯塔微电子（深圳）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15