微機電系統封裝的製作方法

2023-05-09 02:45:11

本發明實施例涉及微機電系統封裝及其製造方法。

背景技術：

微機電系統(microelectromechanicalsystems,mems)器件(例如，加速度計、壓力傳感器以及陀螺儀)已在許多當代電子器件中得到廣泛使用。例如，通常在汽車(例如，在安全氣囊部署系統)、平板計算機或在智慧型電話中發現mems加速度計。對於許多應用來說，mems器件電連接到專用集成電路(application-specificintegratedcircuit,asic)以形成完整的mems系統。

技術實現要素：

根據本發明的一些實施例，一種微機電系統封裝包括互補式金氧半導體集成電路(cmosic)、微機電系統集成電路(memsic)以及抗靜摩擦層(anti-stictionlayer)。所述互補式金氧半導體集成電路包括互補式金氧半導體襯底及安置在所述互補式金氧半導體襯底上方的互連結構，其中所述互連結構包括安置在多個介電層內的多個金屬層。所述微機電系統集成電路接合到所述互連結構的上表面並與所述互補式金氧半導體集成電路合作而圍封所述微機電系統集成電路與所述互補式金氧半導體集成電路之間的空腔，其中所述微機電系統集成電路包括布置在所述空腔中的可移動塊狀物。所述抗靜摩擦層安置於所述互連結構的所述上表面之上、在所述可移動塊狀物之下，其中所述抗靜摩擦層由金屬製成並具有粗糙頂表面。

附圖說明

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最好地理解本發明的各方面。應注意，根據行業中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。

圖1a說明具有粗糙金屬抗靜摩擦層的微機電系統(mems)封裝的一些實施例的橫截面圖。

圖1b說明圖1a的mems封裝的放大部分的一些實施例的橫截面圖。

圖1c說明圖1a的mems封裝的一部分的一些實施例的透視圖。

圖2說明具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝的一些其它實施例的橫截面圖。

圖3至圖11說明在各種製造階段製造具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝的方法的一些實施例的一系列橫截面圖。

圖12說明用於製造具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝的方法的一些實施例的流程圖。

具體實施方式

本發明提供用於實施本發明的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及布置的特定實例以簡化本發明。當然，這些組件以及布置僅為實例且並不旨在進行限制。舉例來說，在以下描述中，第一特徵在第二特徵之上或上的形成可包括第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，並且還可包括額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間從而使得第一特徵與第二特徵可以不直接接觸的實施例。此外，本發明可在各種實例中重複參考數字和/或字母。此重複是出於簡單和清楚的目的，且本身並不指示所論述的各種實施例和/或配置之間的關係。

另外，例如「在……下」、「在……下方」、「下部」、「在……上方」、「上部」及類似者的空間相對術語本文中為易於描述而使用，以描述如圖中所說明的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除圖中所描繪的定向以外，空間相關術語旨在涵蓋在使用或操作中的器件的不同定向。設備可以其它方式定向(旋轉90度或處於其它定向)，且本文中所使用的空間相關描述詞同樣可相應地進行解釋。

一些微機電系統(mems)器件(例如，加速度計及陀螺儀)包括可移動塊狀物(movablemass)及布置在空腔內的鄰近固定電極板。可移動塊狀物響應於例如加速度、壓力或重力的外部刺激而對於固定電極板為可移動或可撓(flexible)。通過可移動塊狀物與固定電極板的電容耦合檢測可移動塊狀物與固定電極板之間的距離變化並將其傳輸到測量電路以供進一步處理。

歸因於可移動或可撓部件，mems器件具有cmos電路不會遇到的若干生產挑戰。mems器件的一個顯著挑戰是表面靜摩擦(surfacestiction)。表面靜摩擦是指可移動或可撓mems部件接觸鄰近表面及「粘」到鄰近表面的傾向。這種「靜摩擦」可發生在製造結束時，以使得可移動或可撓部件並未完全脫離鄰近表面，或可在組件突然變成「粘」到鄰近表面時發生在正常操作期間。隨著特徵尺寸由於逐代技術而縮小，表面靜摩擦在mems器件中成為越來越重要的考慮因素。表面靜摩擦可由於若干不同作用中的任一者而產生，例如毛細管力、分子凡得瓦爾力或鄰近表面之間的靜電力。這些作用引起靜摩擦的程度可基於多種不同因素(例如，表面溫度、表面之間的接觸面積、表面之間的接觸電位差)變化，無論表面是親水性的還是疏水性的，等等。已使用方法來嘗試限制表面靜摩擦，例如執行對可移動塊狀物或空腔表面的表面處理或塗布，以改變表面的親水性。然而，這些方法難以與各種製造工藝結合併引入汙染。

本申請案涉及具有粗糙金屬抗靜摩擦層(roughmetalanti-stictionlayer)以改善靜摩擦特性的mems封裝和形成所述mems封裝的相關聯方法。mems封裝包括接合到互補式金氧半導體集成電路(cmosic)的微機電系統集成電路(memsic)。抗靜摩擦層安置於cmosic上、在memsic的可移動塊狀物之下。抗靜摩擦層具有由一系列峰部及谷部組成的粗糙頂表面。限制和抗靜摩擦層的峰部與可移動塊狀物的下表面相遇的點的總體接觸面積的這些峰部及谷部幫助改善靜摩擦特性。因此，可在製造工藝結束時和/或在mems封裝的正常操作期間避免靜摩擦，並相應地改善可靠性。本文將說明關於一些實例mems器件的概念，但應了解，所述概念適用於採用可移動部件的合適mems器件，所述可移動部件例如包括致動器、閥、開關、麥克風、壓力傳感器、加速度計和/或陀螺儀。

圖1a說明具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝100的一些實施例的橫截面圖。mems封裝100包括cmosic102和接合到cmosic102的memsic112，所述cmosic102包括安置於cmos襯底104內的cmos器件。memsic112包括接合到cmosic102的mems器件層130。mems器件層130包括固定部分132及可移動塊狀物116。在一些實施例中，可移動塊狀物116由一或多個懸臂梁或彈簧(未繪示)連接至固定部分132且可移動塊狀物116的至少一部分可在至少一個方向上相對於固定部分132移動。在一些實施例中，cmos襯底104及mems器件層130可包括單晶矽。mems器件層130接合到cmos襯底104，從而圍封可移動塊狀物116與cmos襯底104之間的空腔120。可移動塊狀物116布置在空腔120中。抗靜摩擦層110安置於cmos襯底104上方及在可移動塊狀物116之下。抗靜摩擦層110具有粗糙頂表面110s，其配置為當可移動塊狀物116朝下移動到達抗靜摩擦層110時限制與可移動塊狀物116的下表面116s的接觸面積。因此限制靜摩擦。

在一些實施例中，固定電極板106安置於抗靜摩擦層110的部分之間的cmos襯底104上方。例如，基於在可移動塊狀物116與固定電極板106之間測量的變電流或電壓的變化，測量電路配置為檢測可移動塊狀物116與固定電極板106之間的距離變化。與抗靜摩擦層110相比，固定電極板106具有光滑頂表面106s。粗糙頂表面110s的最高區域與可移動塊狀物116的下表面116s間隔第一垂直距離d1，且光滑頂表面106s的最高區域與可移動塊狀物116的下表面116s間隔第二垂直距離d2，第二垂直距離d2大於第一垂直距離d1。以此方式，抗靜摩擦層110防止可移動塊狀物116到達及「粘」到固定電極板106。在一些實施例中，光滑頂表面106s從固定電極板106的底表面算起的表面高度，其基本上與粗糙頂表面110s的平均表面高度(meansurfaceheight)相同。粗糙頂表面110s的平均表面高度為從粗糙頂表面110s的平均表面122s到抗靜摩擦層110的底表面的高度。從粗糙度特徵曲線計算平均表面122s的高度。在一些實施例中，抗靜摩擦層110及固定電極板106包括相同金屬材料且具有基本上彼此對準的底表面。在一些其它實施例中，抗靜摩擦層110及固定電極板106可替代地由彼此不同的材料製成。在一些實施例中，抗靜摩擦層110可包括鋁(al)、鎳(ni)或銅(cu)。

圖1b說明圖1a的mems封裝100的放大部分的一些實施例的橫截面圖。如圖1b中更詳細地繪示，抗靜摩擦層110的粗糙頂表面110s面向可移動塊狀物116的下表面116s且具有一系列峰部(例如，峰部124)及谷部(例如，谷部126)，其減小可移動塊狀物116與抗靜摩擦層110之間的接觸面積。因此，減小可移動塊狀物116與抗靜摩擦層110之間的靜摩擦力並降低靜摩擦可能性。在一些實施例中，抗靜摩擦層110的粗糙頂表面110s具有在約10nm至約60nm的範圍中的均方根(rootmeansquare,rms)表面粗糙度，優選地大於40nm。將rms表面粗糙度計算為表面的所量測微觀峰部和谷部的均方根，如由以下公式所提供：

其中rq是抗靜摩擦層110的rms表面粗糙度，yi是從平均表面122s到n個數據點中的每一者的垂直距離，所述n個數據點可在平均表面122s上每隔一定間隔隔開。在一些實施例中，抗靜摩擦層110的粗糙頂表面110s與可移動塊狀物116的下表面116s之間的距離ds小於100μm，例如，在約10μm與約20μm之間，以使得靜摩擦可能為可影響mems封裝100的良率及性能的考慮因素。

圖1c說明圖1a的mems封裝100的一部分的一些實施例的透視圖。如圖1c中所繪示，抗靜摩擦層110可具有包圍固定電極板106的圓環形狀。抗靜摩擦層110還可為安置在固定電極板106旁邊的一個或多個矩形、圓形或其它合適的成形部分。在mems封裝100的操作期間，與mems封裝100所經歷的力相當，可移動塊狀物116可相對於cmos襯底104移動。舉例來說，如果mems封裝100突然朝上移動，可移動塊狀物116將傾向於保持靜止，以使得可移動塊狀物116及cmos襯底104將在加速期間更接近地擠壓在一起。歸因於加速度的這種間距(spacing)臨時變化相應地提供可移動塊狀物116與固定電極板106之間的電容的臨時變化。可監視固定電極板106與可移動塊狀物116之間的電容，且可接著基於此監視的電容計算mems器件所經歷的加速度。在一些情況下，加速度是極大的，使得可移動塊狀物116的下表面116s非常接近地移動並可甚至到達抗靜摩擦層110的粗糙頂表面110s上。由於粗糙頂表面110s的峰部(參見圖1b中的峰部124)比光滑頂表面106s更接近可移動塊狀物116，抗靜摩擦層110防止固定電極板106接觸可移動塊狀物116。由此，固定電極板106與可移動塊狀物116之間的靜摩擦受到限制。此外，與提供良好機械抗靜摩擦特性的粗糙頂表面116s相比，固定電極板106的光滑頂表面106s為不同ic上的mems器件提供良好電特性，是因為光滑度幫助提供固定電極板106與可移動塊狀物的下表面之間的固定距離。

圖2說明具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝200的一些其它實施例的橫截面圖。mems封裝200包括cmosic202，其包括cmos襯底204及安置在cmos襯底204上方的互連結構232。互連結構232包括安置在多個ild層內的多個金屬層。memsic212接合到互連結構232的上表面232s，並與cmosic202合作而圍封memsic212與cmosic202之間的空腔220。memsic212的可移動塊狀物216布置在空腔220內。

在一些實施例中，memsic212進一步包括頂蓋襯底(cappingsubstrate)214，其具有安置在可移動塊狀物216正上方的凹槽222，且所述凹槽222構成與可移動塊狀物216與cmosic202之間的下部流體連通的空腔220的一部分。將空腔220氣密密封(hermeticlalyseal)以隔離於包圍mems封裝200的周圍環境。在其它實施例中，頂蓋襯底214與可移動塊狀物216合作圍封凹槽222，以形成第二氣密密封空腔，其與具有相同或不同壓力的空腔220相隔離。可移動塊狀物216可為可撓mems膜和/或其它mems結構，其配置為與例如壓力、加速度等的外部刺激成比例地偏斜(deflect)。

抗靜摩擦層210安置於互連結構232的上表面232s上、在可移動塊狀物216之下。在一些實施例中，抗靜摩擦層210由金屬製成且具有粗糙頂表面。mems封裝200可進一步包括安置於互連結構232的上表面232s上、在可移動塊狀物216之下的固定電極板206，其耦合到測量電路，所述測量電路配置為通過可移動塊狀物216與固定電極板206的電容耦合檢測可移動塊狀物216與固定電極板206之間的距離變化。在一些實施例中，固定電極板206由與抗靜摩擦層210相同的金屬製成，但具有光滑頂表面。

在一些實施例中，mems封裝200進一步包括安置於memsic212與cmosic202之間的接合結構224，其配置為將所述兩者接合在一起。在一些實施例中，接合結構224可為半導體至金屬(semiconductor-to-metal)接合結構，其中cmosic202的第一接合墊208包括金屬材料，例如al、cu、ti、ta、au、ni、sn且memsic212的第二接合墊218包括半導體材料，例如，ge、si、sige。在一些其它實施例中，接合結構224可為共晶(eutectic)接合結構，且第一接合墊208及第二接合墊218各包括al、cu、ti、ta、au、ni、sn或另一金屬中的至少一者。作為一實例，第一接合墊208可包括鋁且第二接合墊218可包括鍺。在一些實施例中，第一接合墊208或第二接合墊218可為內襯cmosic202或memsic212的突出部分的保形層(conformallayer)。第一接合墊208可安置於互連結構232的上表面232s上且包括相同金屬，具有基本上與抗靜摩擦層210相同的厚度。在一些實施例中，互連結構232的上表面232s是包圍如圖2中所繪示的頂部金屬層226的頂部ild層228的頂表面。第一接合墊208及固定電極板206可通過頂部金屬層226的金屬線分別耦合到cmosic202的cmos器件。在一些實施例中，額外介電層230安置於頂部ild層228上方並包圍第一接合墊208。在一些實施例中，接合結構224可具有(從頂部看)環狀配置，且第一接合墊208和第二接合墊218可側向包圍空腔220。在一些其它實施例中，第一接合墊208、抗靜摩擦層210以及固定電極板206安置為在互連結構232的最高金屬化平面內對準。

在一些實施例中，cmos襯底204或頂蓋襯底214可包括基體(bulk)半導體襯底，其包括(例如)矽、鍺、碳化矽、iii族元素和v族元素中的一或多者。在其它實施例中，cmos襯底204或頂蓋襯底214為絕緣層上半導體(semiconductor-on-insulator,soi)襯底，例如，絕緣層上矽(silicon-on-insulator)或絕緣層上多晶矽(polysilicon-on-insulator,poi)襯底。

因此，如可從以上實施例中看出，粗糙金屬抗靜摩擦層可有利於減少mems結構中的靜摩擦。針對金屬抗靜摩擦層所存在的精確表面粗糙度可取決於製造工藝和條件(例如，退火溫度和時間)而變化，但通常展現具有峰部和谷部的粗糙表面。這些峰部和谷部常常是不規律的，其中谷部的深度和寬度隨著表面的長度或面積變化，和/或峰部的高度和寬度也隨著表面的長度或面積變化。除了有利地限制靜摩擦以外，金屬抗靜摩擦層很簡單合併到現代半導體製造工藝中並與其它mems材料(例如，基體矽)相容。這還避免了其它抗靜摩擦塗層的汙染問題。

圖3至圖11說明在各種製造階段製造具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝的方法的一些實施例的一系列橫截面圖。

如圖3的橫截面圖300中所繪示，提供了cmosic202，其包括在cmos襯底204上方的互連結構232。多個cmos器件形成在cmos襯底204內。在各種實施例中，cmos襯底204可包括任何類型的半導體主體(例如，矽/cmos基體sige、soi等)，例如半導體晶片或晶片上的一或多個管芯，以及形成在其上和/或另外與其相關聯的任何其它類型的半導體和/或外延層。在一些實施例中，互連結構232可通過在cmos襯底204的前表面上方形成一或多個介電層(例如夾層介電質(inter-layerdielectrics,ild))而形成。隨後蝕刻ild層以形成介層孔和/或金屬溝槽。接著用導電材料填充介層孔和/或金屬溝槽以形成多個金屬層。在一些實施例中，可通過物理氣相沉積技術(例如，pvd、cvd等)來沉積ild層。多個金屬層可使用沉積工藝和/或鍍敷工藝(例如，電鍍(elctroplating)或化學電鍍(elctrolessplating)等)形成。在各種實施例中，多個金屬層可包括(例如)鎢、銅或鋁銅。在一些實施例中，多個金屬層的頂部金屬層226具有與多個ild層的頂部ild層228的上表面對準的上表面。

如圖4的橫截面圖400中所繪示，金屬層402形成在cmosic202上方。在一些實施例中，金屬層直接形成在頂部金屬層226和頂部ild層228的上表面上。在一些實施例中，金屬層通過化學氣相沉積工藝(例如，低壓化學氣相沉積(lowpressurechemicalvapordeposition,lpcvd)、等離子增強化學氣相沉積(plasma-enhancedchemicalvapordeposition,pecvd)或大氣壓化學氣相沉積(atmosphericpressurechemicalvapordeposition,apcvd)生長工藝)形成。在一些實施例中，金屬層可包括鋁(al)、鎳(ni)或銅(cu)。

如圖5的橫截面圖500中所繪示，圖案化金屬層402以形成抗靜摩擦前驅體502、固定電極板206以及第一接合墊208。可形成額外介電層230以包圍第一接合墊208。

如圖6中的橫截面圖600中所繪示，非晶矽層602形成於互連結構和經圖案化金屬層的暴露表面上。在一些實施例中，非晶矽層602通過化學氣相沉積工藝(例如，低壓化學氣相沉積(lowpressurechemicalvapordeposition,lpcvd)、等離子增強化學氣相沉積(plasma-enhancedchemicalvapordeposition,pecvd)或大氣壓化學氣相沉積(atmosphericpressurechemicalvapordeposition,apcvd)生長工藝)形成。舉例來說，非晶矽層602可在低於約400℃的溫度下由pecvd工藝形成。

如圖7的橫截面圖700中所繪示，圖案化非晶矽層602以在抗靜摩擦前驅體502上留下一部分702並去除剩餘部分，剩餘部分例如為非晶矽層602在固定電極板206上的第二部分。

如圖8的橫截面圖800中所繪示，執行退火工藝以促進非晶矽層的部分702與抗靜摩擦前驅體502之間的互擴散(inter-diffusion)，以使得抗靜摩擦前驅體502轉化成具有粗糙頂表面的抗靜摩擦層210。金屬矽化物微粒子可在可適用的溫度下通過抗靜摩擦前驅體502的顆粒化(granulation)工藝形成在抗靜摩擦層210與非晶矽層的部分702的界面處。微粒子的大小、密度以及組成可通過調節退火溫度、時間以及薄膜厚度來控制。作為一實例，抗靜摩擦層210可由鋁製成，且可在約430℃的溫度下退火約1個小時。所形成的微粒子的直徑可在約幾十納米的範圍內。

如圖9的橫截面圖900中所繪示，執行蝕刻工藝以去除非晶矽層的部分702並使抗靜摩擦層210的粗糙頂表面暴露。在一些實施例中，例如，非晶矽層的部分702通過選擇性蝕刻工藝(例如，反應性離子蝕刻(reactiveionetching,rie)工藝)去除。

如圖10的橫截面圖1000中所繪示，提供memsic212。在一些實施例中，從前側往後蝕刻mems器件層1002以在待接合到cmosic的位置處形成突起1004。第二接合墊218形成於突起1004上。在一些實施例中，第二接合墊218保形地形成，從而覆蓋突起1004的側壁。在一些實施例中，頂蓋襯底214接合到mems器件層1002的與突起1004相對的背側處。例如，頂蓋襯底214可由基體半導體晶片302製備，包括(例如)單晶晶片或由鍺、碳化矽、iii族元素和/或v族元素製成的另一襯底。在一些實施例中，凹槽222可在對應於mems器件層的可移動或可撓部分的位置處蝕刻到恰當深度。值得注意的是，除了其它考慮因素之外，在考慮為待形成的mems器件的可移動或可撓部件與鄰近組件之間的運動和/或合適的靜摩擦力提供足夠空間的情況下形成可適用高度的突起1004及凹槽222。圖案化mems器件層1002以形成包括可移動塊狀物216的mems器件。mems器件包括(例如)微致動器或微傳感器，例如，微型閥或微型開關、麥克風、壓力傳感器、加速度器、陀螺儀或具有相對於固定部分移動或撓曲的可移動或可撓部件的任何其它器件。

如圖11的橫截面圖1100中所示，memsic212接合到cmosic202。空腔220圍封在可移動塊狀物216與固定電極板206之間。在一些實施例中，memsic212及cmosic202通過半導體至金屬接合而接合，其中第一接合墊208包括金屬材料，例如，al、cu、ti、ta、au、ni、sn且第二接合墊218包括半導體材料，例如，ge、si、sige。在一些其他實施例中，memsic212及cmosic202通過兩種金屬材料之間的共晶接合而接合，所述兩種金屬材料各包括al、cu、ti、ta、au、ni、sn或另一金屬中的至少一者。在退火工藝中使待接合的材料彼此擠壓，以形成共晶相的材料。舉例來說，ge與al之間的共晶接合在從400℃到450℃的範圍中的退火溫度下形成。在將memsic212接合到cmosic202之後，在接合後將常以晶片級接合的所接合cmosic202及memsic212切割成單獨晶片時，形成mems封裝。

圖12說明用於製造具有粗糙金屬抗靜摩擦層的mems封裝的方法的一些實施例的流程圖。

雖然所揭示的方法1200在本文中經說明且描述為一系列動作或事件，但應了解，不應以限制意義來解譯此類動作或事件的所說明的排序。舉例來說，除本文中所說明和/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其它動作或事件以不同次序及/或同時出現。另外，可能需要並非所有的所說明動作以實施本文中的描述的一或多個方面或實施例。此外，本文中所描繪的動作中的一或多者可以一或多個單獨動作及/或階段進行。

在動作1202中，提供cmosic。cmos器件形成在cmos襯底內且包括形成在多個ild層內的多個金屬層的互連結構形成在cmos襯底上方。圖3說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1202。

在動作1204中，在cmosic上方形成金屬層。在一些實施例中，金屬層直接形成於互連結構的上表面上。圖4說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1204。

在動作1206中，圖案化金屬層以形成抗靜摩擦前驅體、固定電極板以及第一接合墊。圖5說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1206。

在動作1208中，在經圖案化金屬層上方形成非晶矽層。在一些實施例中，非晶矽層可通過pecvd工藝形成。圖6說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1208。

在動作1210中，圖案化非晶矽層以在抗靜摩擦層上留下一部分並去除抗靜摩擦層的剩餘部分。圖7說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1210。

在動作1212中，執行退火工藝。退火工藝促進非晶矽與抗靜摩擦層之間的互擴散以在界面處形成矽化物微粒子。圖8說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1212。

在動作1214中，去除非晶矽層。在一些實施例中，非晶矽層可通過rie工藝去除。在去除非晶矽層連同矽化物微粒子之後，暴露抗靜摩擦層的粗糙頂表面。圖9說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1214。

在動作1216中，提供memsic。在一些實施例中，為了遵循接合工藝，通過形成用於memsic的突起及第二接合墊來製備mems器件層。形成mems結構，包括形成可移動塊狀物。在一些實施例中，將頂蓋襯底接合到mems器件層的背側。圖10說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1216。

在動作1218中，將memsic接合到cmosic。空腔可圍封在memsic的可移動塊狀物與cmosic上的固定電極板之間。圖11說明對應於一些實施例的橫截面圖，所述一些實施例對應於動作1218。

因此，如可從上文所理解，本發明涉及具有粗糙金屬抗靜摩擦層以改善靜摩擦特性的mems封裝和形成所述mems封裝的相關聯方法。mems封裝包括接合到cmosic的memsic且抗靜摩擦層安置在cmosic上、在memsic的可移動塊狀物之下。在一些實施例中，通過在金屬前驅體上形成非晶矽層接著執行退火工藝來形成抗靜摩擦層。退火工藝促進矽化物微粒子在金屬前驅體與非晶矽層之間的界面處的互擴散和形成。隨後，將非晶矽連通所形成的矽化物微粒子一起去除，留下金屬前驅體的粗糙表面。

在一些實施例中，本發明涉及mems封裝。mems封裝包括cmosic，其包括cmos襯底及安置在cmos襯底上方的互連結構。互連結構包括安置在多個介電層內的多個金屬層。mems封裝進一步包括memsic，其接合到互連結構的上表面並與cmosic合作從而圍封memsic與cmosic之間的空腔。memsic包括布置在空腔中的可移動塊狀物。mems封裝進一步包括抗靜摩擦層，其安置於互連結構的上表面上、在可移動塊狀物之下。抗靜摩擦層由金屬製成並具有粗糙頂表面。

在上述微機電系統封裝中，其進一步包括：固定電極板，其安置於所述互連結構的所述上表面之上、在所述可移動塊狀物之下，並由與所述抗靜摩擦層相同的金屬製成，其中測量電路配置為檢測所述可移動塊狀物與所述固定電極板之間的距離變化。

在上述微機電系統封裝中，所述抗靜摩擦層具有包圍所述固定電極板的圓環形狀。

在上述微機電系統封裝中，所述固定電極板具有光滑頂表面，其中所述光滑頂表面的表面高度與所述抗靜摩擦層的所述粗糙頂表面的平均表面高度基本上相同。

在上述微機電系統封裝中，所述粗糙頂表面的最高區域與所述可移動塊狀物的下表面間隔第一垂直距離，以及所述光滑頂表面的最高區域與所述可移動塊狀物的所述下表面間隔第二垂直距離，所述第二垂直距離大於所述第一垂直距離。

在上述微機電系統封裝中，所述抗靜摩擦層包括鋁。

在上述微機電系統封裝中，其進一步包括共晶接合結構，所述共晶接合結構包括在所述互補式金氧半導體集成電路上的第一接合墊及在所述微機電系統集成電路上的第二接合墊，其中所述抗靜摩擦層及所述第一接合墊具有彼此基本上相同的厚度。

在上述微機電系統封裝中，所述抗靜摩擦層的所述粗糙頂表面具有在約40納米至約60納米的範圍內的均方根表面粗糙度。

在上述微機電系統封裝中，所述微機電系統集成電路進一步包括：頂蓋襯底，其包括凹槽，所述凹槽安置在所述可移動塊狀物正上方、接近所述微機電系統的與所述互補式金氧半導體集成電路相對的背側，其中所述凹槽構成所述空腔的一部分。

在上述微機電系統封裝中，所述互補式金氧半導體襯底及所述頂蓋襯底包括單晶矽。

在其它實施例中，本發明涉及mems封裝。mems封裝包括cmosic，其包括安置在cmos襯底內的cmos器件及mems器件層，所述mems器件層接合到cmosic並包括固定部分和連接至固定部分的可移動塊狀物。mems封裝進一步包括頂蓋襯底，其接合到mems器件層的與cmosic相對的背側以圍封頂蓋襯底與cmos襯底之間的空腔。可移動塊狀物布置在空腔中。mems封裝進一步包括抗靜摩擦層，其安置在cmos襯底上方及可移動塊狀物之下。抗靜摩擦層具有粗糙上表面，其具有在約40nm至約60nm的範圍內的均方根(rootmeansquare,rms)表面粗糙度。

在上述微機電系統封裝中，其進一步包括安置在所述抗靜摩擦層的部分之間的所述互補式金氧半導體襯底上方的固定電極板，其中所述抗靜摩擦層及所述固定電極板包括相同金屬材料且具有基本上彼此對準的底表面。

在上述微機電系統封裝中，所述互補式金氧半導體集成電路包括互連結構，其包括安置在多個介電層內的多個金屬層；其中所述抗靜摩擦層安置在所述互連結構的上表面上。

在上述微機電系統封裝中，其進一步包括：在所述互補式金氧半導體集成電路上的第一接合墊與在所述微機電系統器件層上的第二接合墊的共晶接合結構，其中所述第一接合墊安置在所述互連結構的所述上表面上；其中所述抗靜摩擦層及所述第一接合墊包括相同金屬材料且具有基本上相同的厚度。

在上述微機電系統封裝中，所述抗靜摩擦層包括鋁或銅。

在其它實施例中，本發明涉及用於製造微機電系統(microelectromechanicalsystems,mems)封裝的方法。所述方法包括提供cmosic，所述cmosic包括布置在cmos襯底內的cmos器件，及在cmos襯底上方形成和圖案化金屬層以形成抗靜摩擦層及固定電極板。所述方法進一步包括形成抗靜摩擦層的粗糙上表面及提供memsic，所述memsic包括布置在mems襯底的凹槽內的可移動塊狀物。所述方法進一步包括將cmosic接合到memsic以圍封可移動塊狀物與固定電極板和抗靜摩擦層之間的空腔。

在上述製造方法中，形成所述抗靜摩擦層的所述粗糙上表面包括：在所述金屬層上形成非晶矽層；圖案化所述非晶矽層以在所述抗靜摩擦層上留下第一部分及從所述固定電極板上方去除第二部分；執行退火工藝以促進所述抗靜摩擦層與所述非晶矽層之間的互擴散；以及在所述退火工藝之後去除所述非晶矽層。

在上述製造方法中，所述非晶矽層通過等離子增強化學氣相沉積工藝形成。

在上述製造方法中，所述非晶矽層通過反應性離子蝕刻工藝去除。

在上述製造方法中，所述互補式金氧半導體集成電路及所述微機電系統集成電路通過共晶接合結構接合，所述共晶接合結構包括在所述互補式金氧半導體集成電路上的第一接合墊及在所述微機電系統集成電路上的第二接合墊；其中所述第一接合墊由形成並圖案化所述金屬層的步驟形成且具有基本上與所述抗靜摩擦層相同的厚度。

前文概述若干實施例的特徵使得所屬領域的技術人員可以更好地理解本發明的各方面。所屬領域的技術人員應理解，其可易於使用本發明作為用於設計或修改用於實現本文中所引入的實施例的相同目的和/或獲得相同優點的其它過程和結構的基礎。所屬領域的技術人員還應認識到，此類等效構造並不脫離本發明的精神和範圍，且其可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下在本文中進行各種改變、替代和更改。