用于三层芯片级mems器件的系统和方法

专利名称：用于三层芯片级mems器件的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于三层芯片级MEMS器件的系统和方法。
背景技术：
惯性测量单元(IMU)能够获得用于确定像位置、方向、和姿势这样的导航信息的运动信息。例如，在例如车辆或飞机导航的高性能应用中、以及例如飞行器姿势和方向识别、个人导航、或导弹制导的低性能应用中使用MlL在结合有IMU的一些应用中，对于放置 IMU存在受限空间。因为典型的IMU通过使用三个陀螺仪、三个加速计以及支撑电极和互连来提供运动信息，在保持所需性能的同时将IMU集成在具有受限空间的应用中是一个挑战。

发明内容
本发明的实施例提供了用于三层芯片级MEMS器件的系统和方法且通过阅读和研究下述说明书来对其进行理解。提供了用于微机电系统(MEMS)器件的系统和方法。在一个实施例中，系统包括第一外部层和包括第一组MEMS器件的第一器件层，其中第一器件层接合到第一外部层。系统也包括第二外部层和包括第二组MEMS器件的第二器件层，其中第二器件层接合到第二外部层。此外，系统包括具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的中央层，其中第一侧接合到第一器件层且第二侧接合到第二器件层。


应当明白，图仅仅用来描述示例性实施例且因而不能理解为限定其范围，通过使用附图利用附加特征和细节来描述示例性实施例，其中图1是根据一实施例的三层芯片级MEMS器件的示图。图2是示出制造根据一实施例的三层芯片级MEMS器件的示图。图3是示出制造根据一实施例的三层芯片级MEMS器件的示图。图4A-4D是示出三层MEMS器件中的腔结构的不同实施例的示图。图5是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法的流程图。图6是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法的流程图。图7是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法的流程图。图8A-8D是示出用于三层MEMS器件的安装结构的不同实施例的示图。图9是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法的流程图。
根据常用实践，各种所描述的特征并不是根据比例来绘制的，而是画出以强调与示例性实施例相关的具体特征。
具体实施例方式在以下的具体描述中，参考形成本具体描述一部分的附图，且其中借助于说明示出了具体的说明性实施例。但是应当理解，可利用其他实施例且可进行逻辑、机械和电的改变。而且，不认为附图和说明书中提出的方法限制其中可以执行单个步骤的顺序。因此不认为以下的具体描述是限制意义的。本公开的实施例提供了用于制造保持高性能的小IMU的系统和方法。为了整合 IMU的多个组件和电子器件，将微机电系统(MEMQ陀螺仪和加速计封闭在支撑玻璃的三个不同层之间。MEMS陀螺仪和加速计放置在三层玻璃晶片之间允许在保持所需性能的同时减少IMU占有的体积。图1是三层芯片级MEMS系统100的一个实施例的示图。MEMS系统100包括包围多个MEMS器件的三个堆叠层。例如，MEMS系统100的三个堆叠层包括第一外部层102、第二外部层106和中央层104，这三层包围第一器件层108和第二器件层110。第一外部层 102、第二外部层106和中央层104的堆叠取向降低了 MEMS系统100的面积与厚度比，这增加了 MEMS系统100的刚性。刚性的增加能减小应变，该应变会使得易受由外部冲击、震动、 或MEMS系统与周围材料之间的热膨胀失配所引起的错误影响的MEMS器件的性能退化。为了进一步增加刚性，第一外部层102、第二外部层106和中央层104由刚性材料制造，例如玻璃、或其它刚性非导电材料。在某些实施例中，第一外部层102、第二外部层106和中央层104包括凹口和支撑电极与互连，以支撑MEMS器件的操作。例如，第一外部层102的面向内部的表面具有凹口 130和形成在其中的电极与互连，以支撑第一器件层108的操作。并且，第二外部层106的面向内部的表面具有凹口 133和形成在其中的电极与互连，以支撑第二器件层110的操作。 中央层104的面对第一外部层102的表面具有凹口 131和形成在其中的金属互连，以支撑第一器件层108的操作。此外，中央层104的面对外部层106的表面具有凹口 132和形成在其中的电极与互连，以支撑第二器件层110的操作。在进一步的实施例中，MEMS系统100是惯性测量单元(MU)中的惯性传感器组件 (ISA)。当MEMS系统100是ISA时，MEMS系统100包括加速计和陀螺仪以感测MEMS系统 100的旋转和加速度。在一些实施例中，MEMS系统包括感测沿三维正交轴的加速度的三个加速计以及感测绕三维正交轴的旋转的三个陀螺仪。第一器件层108和第二器件层110当结合时包括三个加速计和三个陀螺仪。因而，在一个实施例中，第一器件层108包括第一组陀螺仪122和第一组加速计123，以及第二器件层110包括第二组陀螺仪120和第二组加速计 121。设计特定的MEMS器件以在不同气氛类型中操作。例如，第一和第二组陀螺仪120、 122设计成在真空气氛类型中操作，而第一和第二组加速计121、123在气体气氛类型中操作。当第一器件层108和第二器件层110含有在不同气氛类型中操作的不同MEMS器件时， 第一器件层108包括封闭件112且第二器件层110包括封闭件113，其在器件层内将不同的器件彼此密封隔离。此外，为了将MEMS器件与外部环境中的空气密封隔离，第一器件层108包括外部封闭件109以及第二器件层110包括外部封闭件111。在至少一实施例中，MEMS系统100包括有吸气器118，以使第一器件层108和第二器件层110中的至少一部分的MEMS器件保持真空环境。在一些实施中，吸气器118位于或者外部层102、106、或者中央层104中的凹口中，其中吸气器118与第一和第二组陀螺仪 120、122处于连续的空气腔中。在可替代实施例中，通道114位于第一外部层102中且通道 115位于中央层104中，以便通道114和115连同包围第一和第二组陀螺仪120、122的凹进区域形成连续的空气腔，从而吸气器118能够使由连续空气腔包围的MEMS器件保持真空。在特定实施例中，封闭层116附接至MEMS系统110的外部表面，以防止在MEMS系统100的被包围的体积与外部环境之间的气氛类型交换。在一个实施方式中，封闭层116 也含有通过通道114和115暴露至连续空气腔的吸气器118，其中连续空气腔包围第一和第二组陀螺仪120和122。因而，封闭层116连同吸气器118封闭并保持MEMS系统100中的真空。此外，MEMS系统100在封闭层116中包括可替代的电子器件。在特定实施例中，密封层116是接合至外部层的硅层并提供表面，以将MEMS系统100安装至例如印刷电路板的另一器件或表面。在又一实例实施例中，MEMS系统100包括允许电连接至器件层的通孔连接140。 在一实施方式中，通过钻孔或微磨损产生穿过外部层的孔来形成通孔连接140。孔形成在器件层的一部分中，当通孔连接140连接到器件层的该部分时，采用导电材料填充孔以提供外部层和电极与金属互连之间的电连接。如上所述关于MEMS系统100形成的ISA提供既小又坚固的ISA。例如，吸气器116 沉积在封闭层116的不使用的部分中，而不是在含有MEMS器件的凹口中，这允许在不增加 MEMS系统100的尺寸的情况下有效地吸气。并且，在不牺牲芯片硬度的情况下可以将每一个单层制造的更薄，因为小的面积与厚度比使得堆叠的ISA变得更坚固且对降低性能的应变和温度变化更不敏感。图2是示出用于根据一实施例的三层芯片级MEMS器件的制造工艺200的示图。如上所述，关于图1，MEMS系统100包括第一外部层102。第一外部层102类似于图2所示的第一外部层202。制造工艺200通过在玻璃晶片中蚀刻凹口 230且然后在凹进区域上图案化用于支撑MEMS器件操作的电极和互连金属来形成第一外部层202。此外，制造工艺200 制造类似于图1所述的中央层104的中央层204。制造二工艺200形成与第一外部层202 不同的中央层204，其中与如用第一外部层202所执行的那样在单个表面上形成凹口和电极与互连相比，制造工艺200在中央层204的两个相对表面上形成凹口 231、232和支撑电极与互连金属。制造工艺200还形成第一器件层208。第一器件层208类似于图1中的第一器件层108且制造工艺200采用常规MEMS工艺来形成第一器件层208。例如，制造工艺200在支撑硅衬底上沉积外延层。工艺200然后将MEMS器件222、223和第一器件层208的封闭件212和209图案化进外延层中。当图案化外延层时，工艺200将含有第一器件层208的外延层接合到第一外部层202。在一些实施方式中，工艺200采用阳极接合将第一外部层202 接合到含有第一器件层208的外延层。当外延层接合到第一外部层202时，工艺200从外延层移除支撑硅衬底。当支撑硅衬底被移除时，第一外部层208中的MEMS器件222和223 能够随意移动同时被锚定到第一外部层202。
当制造工艺200将第一器件层208接合到第一外部层202时，工艺200还将中央层204接合到第一器件层208。在一些实施方式中，工艺200在将中央层204接合到第一器件层208之前，在中央层204的两侧中形成凹口 231、232并图案化电极与互连。可替代地， 工艺200在将中央层204接合到第一器件层208之前，在中央层204的一侧上形成凹口 231 并图案化电极与互连，且在中央层204接合到第一器件层208之后，在中央层204的另一侧上形成凹口 232且图案化电极与互连。此外，在一实施方式中，工艺200在气体环境中将中央层204接合到第一器件层208。当在气体环境中将中央层204接合到第一器件层208时， 第一器件层208的封闭件212和209将第一器件层208的MEMS器件密封地封闭在气体气氛类型中。当制造工艺200将中央层204接合到第一器件层208且中央层204的两个表面均被图案化和凹进时，工艺200将第二器件层210接合到中央层204。工艺200采用上述关于制造第一器件层208相同的方法来制造第二器件层210。当第二器件层210接合到中央层 204时，工艺200将第二外部层206接合到第二器件层210。与将中央层204接合到第一器件层210类似的方式，工艺200在气体环境中将第二外部层206接合到第二器件层210，以便第二器件层210中的MEMS器件封闭在气体气氛类型中。此外第一器件层208与第二器件层210内的分离的器件通过封闭件213彼此密封隔离且通过封闭件211与外部环境密封隔1 °当MEMS系统的多个层接合到一起时，工艺200启封包括MEMS器件的第一器件层 208和第二器件层210的意图在例如为真空的非气体气氛类型中操作的部分。例如，如图2 所示，第二器件层210中的器件220和第一器件层208中的器件222设计成在真空中操作。 为了启封器件220和器件222，工艺220通过微磨损、钻孔等形成延伸穿过第一外部层202 和中央层204的通道214和215，以形成包围器件220和222的连续空腔且将连续空腔连接到外部环境。在一些实施方式中，在将第一外部层202和第二外部层206接合到第一器件层208和第二器件层210之前形成通道214和215。当外部环境是真空时，连续空腔内所存在的气氛类型变得与围绕器件221和223的气体气氛类型不同。可替代地，通道形成在第一外部层202和第二外部层206 二者中，或者形成在第二外部层206中。当通过形成通道 214开封器件220和222时，将MEMS系统100放置到了真空环境中，此环境将空气从包围器件220和222的连续空腔内排出。在一些实施例中，当空气从连续空腔内排出时，通道214 被密封以使连续空腔中保持真空气氛。在又一实施例中，使用图1所述的封闭层116来将通道214与外部环境封闭开且通过使用吸气器118来保持真空。当封闭通道214时，器件 220和222在真空中操作且器件221和223在气体环境中操作。在特定实施例中，封闭层被附接以覆盖通道214的开口。封闭层类似于上面关于图1所述封闭层116所述的封闭层。在一些实施方式中，工艺200由硅来制造封闭层116且将封闭层116阳极接合到下部器件层202。由于封闭层116包括吸气器118，当封闭层116 阳极接合到下部器件层202时，在封闭层116与下部器件层202接合期间产生的热激活吸气器118，使得吸气器118具有翻新表面，在翻新表面中吸气器118吸收存在于连续空腔内的气体以从连续空腔移除气体。在一些实施方式中，在大玻璃晶片上执行制造工艺200。同样地，工艺200产生大批的结合在一起的MEMS器件。为了制造个体器件，将大晶片单体化成个体晶片。
图3是示出用于根据一实施例的三层芯片级MEMS器件的制造工艺300的示图。制造工艺300制造如关于图2中第一外部层202、第二外部层206、和第一器件层208所述的第一外部层302、第二外部层306、以及第一器件层308。制造工艺300通过形成硅衬底和外延层来形成第二器件层310。将第二器件层310中的用于器件的图案蚀刻进外延层中。然后，与制造工艺200的将外延层接合到中央层304不同，制造工艺300采用阳极接合将外延层接合到第二外部层306。当外延层接合到第二外部层306时，移除硅衬底以自由操作器件。当第一器件层308接合到第一外部层302以及第二器件层310接合到第二外部层306 时，制造工艺300通过在中央层304的两侧上形成凹口 331、332和支撑电极与互连来制造中央层304。当中央层304形成时，制造工艺300将中央层304接合到第一器件层308和第二器件层310 二者。在特定实施例中，制造工艺300在存在真空的情况下将中央层304接合到第一器件层308和第二器件层310，以便器件320-323都包围在真空环境中。可替代地，制造工艺 300在气体环境中将中央层304接合到第一器件层308和第二层310，以便器件320-323都包围在气体环境中。然而，一些器件，例如加速计，被设计成在气体环境中操作。例如，器件 321和323设计成在气体环境中操作。为了使器件321和323包围在气体环境中，工艺300 通过微磨损、钻孔等形成延伸穿过第一外部层302和中央层304的通道314和315，以形成包围器件320和322的连续空腔且将连续空腔连接到外部环境。当制造工艺300形成通道 314和315时，连续空腔包围器件321和323，同时将连续空腔暴露到MEMS系统的外部气氛。 当由连续空腔包围的器件321和323暴露到与围绕器件320和322的气氛类型不同的外部气氛时，例如为焊料、盖、或沉积膜的插塞(plug)327封闭通道314以使器件321和323保持在所需气氛中。例如，当器件321和323是加速计时，工艺300形成通道314以将器件321 和323暴露至气体气氛类型，然后放置插塞327以封闭含有气体气氛类型的连续空气腔。图4A-4D是示出在三层MEMS器件中的不同吸气器和通道结构的示图。图4A示出了其中通道41 和41 在不同水平位置延伸穿过第一外部层40 和中央层40 的实施例。与其中穿过第一器件层和中央层的通道直接位于彼此之上的图1-3中所示的实施例相反，第一外部层40 中的通道41 位于接近第一外部层40 的中央。相反地，中央层40 中的通道41 位于接近中央层40 边缘。虽然通道41 在第一外部层40 所处的位置与通道41 在中央层40 所处的位置不同，但是通道41 和41 都是包围器件420和 422a的连续空腔的一部分且也提供至封闭层416a中的吸气器418a的通路。图4B示出了其中第一器件层408b包含第一类型MEMS器件且第二器件层410b包含第二类型MEMS器件的实施例。例如，在一些实施例中，当MEMS系统是ISA时，第一器件层408b包含陀螺仪而第二器件层410b包含加速计。在一些实施例中，封闭件412b密封地隔离MEMS系统中的每个器件，以便不存在连续空气腔。当相同类型的器件位于相同的器件层408b或410b中且封闭件将个体器件彼此密封隔离时，分离的通道414b和41 延伸穿过外部层以将包含在器件层中的器件暴露到外部环境。例如，制造工艺在第一外部层402b 中形成通道414b以形成包围第一器件层408b中的器件422b的连续空气腔。并且，制造工艺在第一外部层402b中形成通道41 以形成包围第一器件层408b中的器件42 的连续空气腔。在一些实施方式中，通道414b和41 都被包含吸气器418b的封闭层416b封闭， 其中吸气器41 通过通道414b和41 暴露到连续空气腔。
图4C示出了其中第一器件层408c包含第一类型MEMS器件且第二器件层410c包含第二类型MEMS器件的实施例。例如，在一些实施例中，当MEMS系统是ISA时，第一器件层408c包含陀螺仪而第二器件层410c包含加速计。在一些实施方式中，其中器件层包含单器件类型，器件层中的器件被连续空腔包围。例如，器件422c和423c被单个连续空腔包围。当单个连续空腔包围器件层中的所有的器件时，穿过外部层的单个通道414允许制造工艺改变被包含在连续空腔内的气氛类型。例如，当连续空腔内的所需气氛是真空时，通道 4Hc允许移除存在于连续空腔内的任何气体。当移除气体时，具有吸气器418c的封闭层 416c接合到第一外部层402c以使包含器件422c和423c的连续空腔内保持真空。图4D示出了其中使用多个通道来向多个吸气器提供通路的实施例。在一些实施例中通过封闭件412d将每个器件密封地封闭以与其它器件分开。不同的通道可以位于穿过或者第一外部层402d或者第二外部层406d不同的位置。例如，通道414d和415d延伸穿过第一器件层402d，其中通道414d形成包围器件422d的连续空腔的一部分且通道415d 形成包围器件423d的连续空腔的一部分。此外，通道414d和415d将各自的连续空腔暴露到不同的吸气器419d和418d。例如，通道414d将包围器件422d的连续空腔暴露到吸气器 419d且通道415d将包围器件423d的连续空腔暴露到吸气器418d。图5是用于构造根据一实施例的三层IMU的实例方法500的流程图。方法500开始于502，其中制造MEMS陀螺仪层。例如，制造工艺构造第一器件层，其中器件由设计成在真空气氛类型中操作的陀螺仪构成。制造工艺采用本领域公知的工艺来形成MEMS陀螺仪。 例如，制造工艺在硅衬底上沉积外延层。当沉积外延层时，制造工艺将MEMS陀螺仪图案化进外延层。此外，陀螺仪层中的陀螺仪能够感测绕三个正交轴的旋转。方法500行进到504，其中制造MEMS加速计。例如，制造工艺构造第二器件层，其中，由设计成在气体气氛类型中操作的加速计构成。制造工艺采用本领域公知的工艺来形成MEMS加速计。例如，制造工艺在硅衬底上沉积外延层。当沉积外延层时，制造工艺将MEMS 加速计图案化进外延层。此外，加速计层中的加速计能够感测沿三个正交轴的加速度。方法500行进到506，其中陀螺仪层接合到第一外部玻璃晶片。例如，将陀螺仪接合到第一外部玻璃晶片，其中在第一外部玻璃晶片的表面中已经形成凹口、电极、和互连。 形成在第一外部玻璃晶片表面中的凹口和电极与互连支持陀螺仪层中的陀螺仪的操作。在特定实施例中，为了将陀螺仪层接合到第一外部玻璃晶片，将包含图案化陀螺仪的外延层阳极接合到第一外部玻璃晶片。当将外延层接合到第一外部玻璃层时，移除支撑外延层的硅衬底以释放陀螺仪使其在MEMS系统中操作。方法500行进508，其中将加速计层接合到第二外部玻璃晶片。例如，将加速计层接合到第二外部玻璃晶片，其中在第二外部玻璃晶片的表面中已经形成凹口和电极与互连。形成在在第二外部玻璃晶片表面中的凹口和电极与互连支持加速计层中的加速计的操作。在特定实施例中，为了将加速计层接合到第二外部玻璃晶片，将包含图案化加速计的外延层阳极接合到第二外部玻璃晶片。当将外延层接合到第二外部玻璃层时，移除支撑外延层的硅衬底以释放加速计使其在MEMS系统中操作。方法500行进到510，其中在真空环境中将中央玻璃晶片接合到陀螺仪层。在一些实施例中，陀螺仪设计成在真空环境中操作。为了在MEMS系统内形成真空环境，在真空环境中将中央玻璃晶片接合到陀螺仪层。当将中央玻璃晶片接合到陀螺仪层时，也接合到陀
8螺仪层的第一外部玻璃晶片与中央玻璃晶片的结合使得在陀螺仪周围影成保持真空环境的被封闭的空腔。方法500行进到512，其中在气体环境中将中央玻璃晶片接合到加速计层。在一些实施例中，加速计设计成在气体环境中工作。为了在MEMS系统内形成气体环境，在气体环境中将中央玻璃晶片接合到加速计层。当将中央玻璃晶片接合到加速计层时，也接合到加速计层的第二外部玻璃晶片与中央玻璃晶片的结合使得在加速计周围形成保持气体环境的被封闭的空腔。因而，加速计层中的加速计和陀螺仪层中的陀螺仪在三层ISA内被密封地封闭在它们各自的环境中。图6是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法600的流程图。方法 600开始于602，其中将中央层接合到器件层。用来制造器件层的外延层和支撑硅衬底基本上如同上面关于图2所述的来制造。在器件层中，在移除支撑硅衬底之前各连接到支撑硅衬底的外延层阳极接合到中央晶片。方法600行进到604，其中将管道形成在外部层中，管道延伸穿过外部层以在所需的位置接触器件层。在将器件层接合到外部层之前，在外部层中形成延伸穿过外部层以在所需位置接触器件层的管道。所需位置设置在与在特殊气氛中操作的MEMS器件的位置相对应的特定位置。例如，在器件层包括陀螺仪和加速计的混合，且陀螺仪设计成在真空中操作而加速计设计成在气体环境中操作的情况下，管道的所需位置与在真空中操作的器件相对应或与在气体环境中操作的器件相对应。方法600行进到606，其中管道被涂覆导电涂层。例如，将金属沉积在管道中以便管道的一侧与管道的另一侧电连接。通过将导电材料沉积在管道中，器件层的与外部层上的导电材料接触的表面将与外部层的另一侧电连接。方法600行进到608，其中在第一气氛中将外部层和器件层阳极接合在一起。例如，在存在气体环境的情况下将已经接合到中央层的器件层阳极接合到外部层。当在气体环境中接合器件时，阳极接合将在气体环境中将器件封闭在器件层中，除非器件临近电连接到外部层的外部表面的位置。被涂覆有导电材料的管道防止在管道的位置将器件层接合到外部层，这是因为导电材料会在导电材料接触器件层和外部层的外部表面的位置之间产生短路。短路防止了阳极接合来在管道的位置将器件层封闭到外部层，这防止了在管道的位置形成密封封闭件。因而，管道的位置防止了一些器件被封闭，而允许将其它器件封闭在所需气氛类型中。例如，在管道的位置与陀螺仪的位置对应且气氛类型是气体环境的情况下，在阳极接合后，陀螺仪将仍然保持开封，而将器件层中的其它器件封闭在气体环境中。 方法600行进到610，其中将导电涂层的一部分移除。例如，从管道内移除一部分导电涂层以断开器件层和外部层的外部表面之间的电短路。然后方法600行进到612，其中在第二气氛中将外部层和器件层阳极接合在一起。例如，当移除短路和在气体环境中执行初始阳极接合时，将器件放置到真空中，且在器件位于真空中时阳极接合该器件。由于移除了短路， 阳极接合将在真空中封闭器件层的开封部分。可替代地，在存在另一种气体环境中封闭器件层的开封部分。因而，将器件层封闭到外部层且在所需气氛类型中封闭个体器件。图7是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法700的流程图。方法 700开始于702，其中形成外部层和中央层。例如，采用与如上关于图2中所述的第一外部层202、中央层204和第二外部层206的形成所述的基本相同的工艺来形成外部层和中央
9层。方法700行进到704，其中形成器件层，其中器件层包括加速计和陀螺仪。类似地，采用与如上关于图2中所述的第一器件层208和第二器件层210所述基本相同的工艺来形成器件层。方法700行进到706，其中将除气材料沉积在外部层和中央层中在设计成暴露到包含加速计的空腔的区域。除气材料是在加热到特定温度之上时离解的物质。例如，将金属沉积到在外部层和中央层的与器件层中的加速计的位置对应的凹进区域中。当沉积金属时，制造工艺采用离子注入将例如为氩的气体注入金属。方法700行进到708，其中在低于阈值温度的温度将器件层接合到外部层，其中在此阈值温度下除气材料中的气体离解。例如，如同上面关于图2或3所述的将外部层、中央层、和器件层彼此接合，但是在低于阈值温度的温度下执行将器件层接合到中央和外部层， 其中在此阈值温度下气体从接近加速计的除气材料中离解。此外，在存在真空的情况下执行接合，从而能将器件层中的器件封闭在真空环境中。方法700行进到710，其中将除气材料的温度升高到阈值温度之上。为了改变用于特定器件的气氛类型，升高除气材料的温度以便除气材料中的气体离解且将气氛类型从真空改变成气体环境。因而，MEMS器件在三个支撑层内操作，同时使器件保持在恰当的操作气氛中。图8A-8D是示出用于根据一实施例的三层MEMS器件的不同安装结构的示图。例如，在一些实施例中，当制造工艺已经构造MEMS系统800时，沿器件的外部形成互连以允许将器件安装到PCB板或者其它安装衬底。在一实施例中，通孔从器件800内的电子组件内延伸以连接到互连。互连连接器件800的外部表面周围的通孔以使得器件可以在多个方位上安装。在特定实施方式中，通孔包括形成在玻璃层中的导电硅以将沉积在玻璃层上的金属膜电连接到MEMS系统800的外部表面。可替代地，通孔包括设置在通过玻璃回流工艺形成在玻璃层中通道内的金属柱。在一实施例中，互连连接到第一和第二器件层的外部表面上的位置以便允许与第一和第二 MEMS器件电连接，而不必贯穿玻璃层。图8A示出了安装在板邪4上的MEMS系统800，其中MEMS系统800通过耦合到 MEMS系统800的封闭层上的电接触的凸块接合件850来电连接到板854。例如，MEMS系统 800上的互连在MEMS系统800周围延伸到封闭层的外部表面。因为电互连位于封闭层的相同的下侧，所以MEMS系统800安装在电连接到MEMS系统800的凸块接合件850上。图8B示出了安装在板邪4上的MEMS系统800，其中MEMS系统800通过耦合到MEMS 系统800的侧面上的电接触的引线接合件860来电连接到板854。例如，当互连位于MEMS 系统800的侧面上时，引线接合件860从板邪4延伸以电连接到位于MEMS系统800的侧面上的互连。图8C示出了安装在板邪4上的MEMS系统800，其中MEMS系统800通过耦合到 MEMS系统800的顶部表面上的电接触的引线接合件870来电连接到板854。例如，当互连位于MEMS系统800的顶部表面上时，引线接合件870从板邪4延伸以电连接到位于MEMS 系统800的顶部表面上的互连。图8D示出了安装在板邪4上的MEMS系统801，其中MEMS系统801通过耦合到位于MEMS系统801侧面上的封闭层上的电接触的凸块接合件880来电连接到板854。例如， MEMS系统801上的互连在MEMS系统801周围延伸到位于MEMS系统801的侧表面上的封闭层的外部表面。因为电互连位于封闭层的外部表面上，所以MEMS系统801安装在电连接到 MEMS系统801的凸块接合件880上。 图9是用于构造根据一实施例的三层MEMS器件的实例方法900的流程图。方法 900开始于902，其中将第一器件层接合到第一外部层。例如，将包含第一组陀螺仪和第一组加速计的第一器件层接合到第一外部层。在特定实施方式中，第一外部层阳极接合到第一器件层。 此外，方法900行进到904，其中将第二器件层接合到第二外部层。例如，将包含第二组陀螺仪和第二组加速计的第二器件层接合到第二外部层。在特定实施方式中，第二外部层阳极接合到第二器件层。方法900行进到906，其中将中央层接合到第一器件层和第二器件层。此外，方法 900行进到908，其中在第一气氛类型中封闭第一组MEMS器件和第二组MEMS器件中的第一 MEMS器件，以及在第二气氛类型中封闭第一组MEMS器件和第二组MEMS器件中的第二 MEMS 器件。例如，当中央层接合到第一器件层和第二器件层时，在气体气氛类型中将中央层接合到器件层。为了在例如真空的非气体气氛类型中封闭其它器件，将MEMS器件的一部分暴露到非气体气氛类型中。在暴露于非气体气氛类型期间，将器件密封地封闭以使在器件的环境中保持非气体气氛类型。尽管本文中已经示出了并描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，被考虑用于实现相同目的的任意设置可取代所示特定实施例。因此，很显然意图在于本发明仅由权利要求及其等价物限定。
权利要求
1.一种微机电系统(MEMQ器件，所述器件包括 第一外部层(102)；第一器件层(108)，所述第一器件层(108)包括第一组MEMS器件(122、123)，其中所述第一器件层(108)接合到所述第一外部层(102)； 第二外部层(106)；第二器件层(110)，所述第二器件层(110)包括第二组MEMS器件(120、121)，其中所述第二器件层(110)接合到所述第二外部层(106)；以及中央层(104)，所述中央层(104)具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述第一侧接合到所述第一器件层(108)以及所述第二侧接合到第二器件层(110)。
2.权利要求1的MEMS器件，其中所述第一组MEMS器件(122、12 包括第一组加速计和第一组陀螺仪；以及所述第二组MEMS器件(120、121)包括第二组加速计和第二组陀螺仪， 其中所述第一组陀螺仪和所述第二组陀螺仪密封地封闭在第一气氛类型中且所述第一组加速计和所述第二组加速计密封地封闭在第二气氛类型中。
3.一种用于形成MEMS器件的方法，所述方法包括将第一器件层(108)接合到第一外部层(102)，所述第一器件层(108)包括第一组 MEMS 器件(122、123)；将第二器件层(110)接合到第二外部层(106)，所述第二器件层(110)包括第二组 MEMS 器件(120、121)；以及将中央层(104)接合到所述第一器件层(108)和所述第二器件层(110)。
全文摘要
本发明涉及用于三层芯片级MEMS器件的系统和方法。提供了一种用于微机电系统(MEMS)器件的系统和方法。在一实施例中，系统包括第一外部层和包括第一组MEMS器件的第一器件层，其中第一器件层接合到第一外部层。系统还包括第二外部层和包括第二组MEMS器件的第二器件层，其中第二器件层接合到第二外部层。此外，系统包括具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的中央层，其中第一侧接合到第一器件层且第二侧接合到第二器件层。
文档编号B81B7/00GK102556939SQ20111046208
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者R·D·霍尔宁, R·苏皮诺 申请人:霍尼韦尔国际公司