CN101167187A - 具有沟槽隔离的晶片级密封微器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有气密地密封的凹腔(22)以容纳微结构(26)的微器件(20)。该微器件(20)包括衬底(30)、帽盖(40)、隔离层(70)、至少一个导电岛(60)和隔离沟槽(50)。衬底(30)具有其上形成有多个导电轨迹(36)的顶部侧(32)。导电轨迹(36)提供至微结构(26)的电性连接。帽盖(40)具有基座部分(42)和侧壁(44)。侧壁(44)自基座部分(42)向外延伸以在帽盖(40)中限定凹座(46)。隔离层(70)贴附到帽盖(40)的侧壁(44)和多个导电轨迹(36)之间。导电岛(60)贴附到多个导电轨迹(36)中的至少一个。隔离沟槽(50)设置于帽盖(40)和导电岛(60)之间并可未填充或至少部分地填充有电性隔离材料。以及制造该微器件的方法。

Description

具有沟槽隔离的晶片级密封微器件及其制造方法
技术领域
本发明通常涉及一种气密地密封在真空凹腔中的微器件，且尤其涉及一种用于通过沟槽隔离的导电覆盖晶片将在真空凹腔被不的内部微器件电性连接到外部环境的设计和方法。
背景技术
通过MEMS技术制造的微器件在很多领域中起主要作用。例如，微机械的陀螺仪在运输和商业应用上具有激活的几个重要控制系统。其它的微器件如通过MEMS技术制造的压力传感器、加速器、激励器和共振器也可用在很多领域中。
一些微器件如微陀螺仪和共振器含有需要保持在真空密封的凹腔内部的微结构。对于这些类型的器件来讲，存在改进气密地密封凹腔的方法和技术的持续需要以增加器件寿命。对于气密地密封的微器件，由于几个源引起的压力增加能够降低器件的性能并减少器件寿命。
能够引起在微器件的凹腔中压力增加的一个源是不适当的密封方法和技术。例如，微结构具有需要与外部环境电性连接的电极。持续地需要改进的穿通设计和气密的密封方法以确保在器件的寿命之上的完全电性连接和适当凹腔真空级。
对于芯片级气密的密封来讲，已经公知通过形成在晶片中的确定类型的导电孔电性连接微结构的电极。然而，该方法具有几个缺点。例如，在晶片中形成导电孔可导致对安装在晶片上的微结构的机械损坏。另外，由于微龟裂或导电孔中的其它缺陷，随着时间的过去会发生真空度降低。如果导电孔延伸到容纳微结构的真空密封的凹腔中，则这尤其成立。而且，密封的微器件的尺寸随着连接到微结构所需的孔的数目而增加。
在微器件凹腔中的另一个压力增加源来自气密的密封工艺期间的气体产生和自封装材料、密封材料和凹腔内部部件的除气。关于除气问题，已经公知通过使用吸气剂吸收蒸汽和气体种类来保持凹腔内部的密封真空。目前在器件中使用的两种不同类型的吸气剂是金属吸气剂和非金属吸气剂。已经公知在封装级真空密封方法中使用金属吸气剂。在美国专利No.4,771,214中描述了由用于电子管应用的硅有机盐形成的非金属吸气剂。在美国专利No.5,614,785中描述了用于平板显示应用的沉积非晶硅或多晶硅形成的另一种非金属吸气剂。
常规工序与变化的成功度相符。例如，通过金属吸气剂，存在严格的可靠性问题，其由在制造工艺期间或在器件经历了由于不良机械强度和使用的金属吸气剂的过大孔隙尺寸引起的振动或冲击之后的吸气剂颗粒下降导致。已经确定分离的吸气剂颗粒的存在为密封有多孔金属吸气剂的一些微陀螺仪的主要故障模式。另外，由于金属吸气剂通常具有大的孔隙尺寸，因此需要的吸气剂尺寸通常也大。该尺寸限制和吸气剂制造工艺通常禁止很多金属吸气剂用在晶片级真空密封中。对于一些应用来讲，金属吸气剂也是值得禁止的。
通过与非金属吸气剂的关系，公知的非晶或多晶硅的机械特性将随着沉积条件而改变且难于重复。由于其限制的仅几微米的厚度，公知类型的非金属吸气剂通常用在具有大平面面积的大尺寸凹腔中。其它类型的吸气剂吸收在没有完全气密的凹腔内部的湿气。
因此，需要提供一种具有位于微器件的气密地密封的凹腔中的微结构的改进的微器件及其制造方法，以克服若非全部的大部分现存问题。
附图说明
图1是具有用于将在微器件内部的微结构电性连接至外部环境的导电引线的微器件的一个实施例的顶视图；
图2是在横跨虚线2-2的图1中示出的微器件的截面图；
图3是本发明的微器件的另一实施例的截面图；
图4A-4E是形成图1-3中示出的微器件衬底部分的方法的一个实施例的截面图；
图5A-5G是形成图1-2中示出的微器件帽盖部分的方法的一个实施例的截面图；
图6A-6D是使用在图4A-4E和5A-5G中形成的衬底部分和帽盖部分组装图1-2中示出的微器件的方法的一个实施例的截面图；
图7A是具有多个微器件的晶片部分的顶视图，每一个微器件具有如图1-2中示出的设计；
图7B是在与图7A中示出的晶片分离之后的多个微器件的顶视图；
图8是本发明的微器件的另一个实施例的截面图；和
图9是本发明的微器件的另一个实施例的截面图。
虽然本发明对于各种修改和改变形式都是敏感的，但是已经借助于例子在附图中示出了具体实施例，并在此将更详细地对其进行描述。然而，应当理解，本发明不意指限于公开的特定形式，而是，本发明覆盖落在如通过附加的权利要求所限定的本发明范围内的所有的修改、等同物和改变。
具体实施方式
描述了具有隔离沟槽和用于将在微器件中的密封微结构电性连接到外部环境的导电引线的微器件及其制造方法。为了说明和描述的目的，将使用微陀螺仪的例子。然而，本发明不限于制造和操作微陀螺仪，而是也用于需要保持在真空凹腔内部的其它微器件和结构。受益于该公开的本领域技术人员将意识到，器件和这里描述的用于制造这种器件的工序可用在其它应用中。
为此，存在具有气密地密封的凹腔以容纳微结构的微器件。该微器件包括衬底、隔离层和具有至少一个导电岛和隔离沟槽的帽盖。衬底具有其上形成有多个导电轨迹的顶部侧。导电轨迹提供至微结构的电性连接。帽盖具有基座部分和侧壁。侧壁从基座部分向外延伸以限定帽盖中的凹座。隔离层贴附到帽盖的侧壁和形成于衬底的顶部侧上的多个导电轨迹之间。导电岛贴附至多个导电轨迹中的至少一个。隔离沟槽设置于帽盖和导电岛之间也设置于两个相邻的导电岛之间。
隔离沟槽可以未填充或是至少部分填充有电性隔离材料如玻璃填充材料。具有导电岛和隔离沟槽的帽盖可以由硅制成，和衬底和隔离层可以由玻璃材料制成。在一个实施例中，帽盖具有沿着其用于在凹腔内部保持真空的内部凹座嵌入的单晶硅吸气剂层。吸气剂层可以是平坦的或是沿着帽盖的凹座底部表面呈波状。
微器件还可包括衬底、隔离层和具有导电岛的帽盖。衬底具有顶部侧和形成于其上的至少一个导电轨迹。导电轨迹具有第一端和第二端。隔离层设置于至少部分导电轨迹的附近。帽盖具有基座部分和侧壁。侧壁从基座部分向外延伸以在帽盖中限定凹座。帽盖的侧壁贴附到至少隔离层。隔离沟槽分离帽盖和导电岛。隔离沟槽可以未填充或至少部分地填充有电性隔离材料。导电轨迹的第一端电性贴附到在微器件的气密地密封的凹腔内部的微结构。导电轨迹的第二端电性贴附到导电岛。导电岛和导电轨迹提供至气密地密封的凹腔内部的微结构的电性连接。
也存在一种制造具有气密地密封的凹腔以容纳微结构的微器件的方法。该方法可包括步骤：提供具有顶部侧和底部侧的衬底；在衬底的顶部侧上形成导电轨迹，该导电轨迹具有第一和第二端；在衬底的至少部分顶部侧和导电轨迹的上方形成隔离层；在衬底中形成凹槽；将微结构贴附到导电轨迹的第一端以使微结构的至少实质部分设置于凹槽上方；提供硅帽盖和硅岛，硅帽盖通过隔离沟槽与硅岛分离；将硅帽盖贴附到形成于衬底顶部侧上的隔离层以使硅帽盖容纳微结构并形成气密地密封的凹腔；和将硅岛贴附到导电轨迹的第二端。
将硅帽盖贴附到隔离层的步骤可包括阳极接合。在衬底顶部侧的至少一部分上方形成隔离层的步骤可包括在衬底顶部侧上沉积玻璃层和平坦化并抛光玻璃层的外部表面。在一些实施例中，该方法还可包括步骤：在硅帽盖的凹座中形成单晶硅吸气剂层；和激活吸气剂层以使吸气剂层能够在将硅帽盖贴附到隔离层的步骤期间吸收产生的蒸汽和气体种类。
制造具有气密地密封的凹腔以容纳微结构的微器件的方法还可包括步骤：提供具有顶部侧和底部侧的衬底；在衬底的顶部侧上形成导电轨迹；在衬底顶部侧的至少一部分和导电轨迹的上方形成隔离层；在隔离层中形成第一接触窗和第二接触窗以允许至导电轨迹的第一端部分和第二端部分的电性连接；通过第一接触窗将微结构贴附到导电轨迹；提供硅帽盖和硅岛，硅帽盖通过隔离沟槽与硅岛分离；将硅帽盖贴附到形成于衬底顶部侧上的隔离层以使硅帽盖容纳微结构并形成气密地密封的凹腔；和通过第二接触窗将硅岛贴附到导电轨迹。将微结构贴附到导电轨迹的步骤还可包括在第一接触窗上方形成至少第一金属触点以使第一金属触点与导电轨迹连接并然后将微结构贴附到第一金属触点的步骤。将硅岛贴附到导电轨迹的步骤还包括在第二接触窗上方形成至少第二金属触点以使第二金属触点与导电轨迹连接并然后将硅岛贴附到第二金属触点的步骤。
转到附图，图1-2示出具有以晶片级气密地密封的凹腔22的微器件20的一个实施例。图1示出微器件20的顶视图。图2是横跨图1中示出的虚线2-2的微器件20的截面图。
微器件20可以是具有贴附到衬底30的微结构26的传感器。这里，微器件20可以是能够提供传感能力的类型。例如，微陀螺仪传感角速率。为了说明的目的，在传感器的上下文中示出了描述和附图。然而，受益于该公开的本领域技术人员将认识到，本发明可应用于其它应用。
在本发明的一个实施例中，如图1-2中所示，微器件20具有容纳微结构26的气密地密封的凹腔22。微器件20可包括衬底30、帽盖40、隔离沟槽50、导电岛60和隔离层70。器件微结构26可以以多个定位点安装到气密地密封的凹腔22内部。这允许微结构26的至少主体部分悬于微器件20内部。微结构可以是移动结构例如用于陀螺仪或其它微器件的那些。
衬底30具有顶部侧32和底部侧34，衬底30还可以具有形成于衬底30的顶部侧32的至少一部分上的一组导电轨迹36。如将说明的，在该设计中的该组导电轨迹36是将在凹腔22内部的微结构26电性连接到外部环境的一组垂直导电引线。导电岛60还可具有形成为至微器件20外部的接合垫或电性触点的一组导电轨迹38。该组导电轨迹38通过该组导电轨迹36和导电岛60提供微结构26和外部环境之间的电性连接。
帽盖40具有基座部分42和侧壁44。侧壁44从基座部分42向外延伸并在帽盖40中限定凹座46。气密地密封的凹腔22通过帽盖40中的凹座46至少部分地限定。在一个实施例中，帽盖40由如下描述的硅晶片制造。
如下面将示出的，导电岛60可由与用于形成帽盖40相同的硅晶片制造。然而，导电岛60通过隔离沟槽50与帽盖40分离。因此，隔离沟槽50位于帽盖40的外部侧壁44和导电岛60之间。在一个实施例中，如图2中所示，隔离沟槽50至少部分填充有电性隔离材料52如玻璃填充材料。在另一个实施例中，如在图3中所示，隔离沟槽50是开放的且是未填充的。导电岛60通过该组导电轨迹36提供微结构26和外部环境之间的电性连接。
如下面也将示出的，隔离层70由电性隔离材料如玻璃填充材料制成。隔离层70和隔离沟槽50一起通过帽盖40提供电性隔离以避免在导电轨迹36之间的短路。
在优选实施例中，帽盖40通过非粘着型气密密封贴附到隔离层70。例如，帽盖40和隔离层70可以通过在真空中的阳极接合工艺贴附到一起。在此，帽盖40优选由硅制成，和隔离层70优选由玻璃制成。应平坦化并抛光隔离层70的外部接合表面。阳极接合工艺包括对准和夹紧在隔离层70上方的硅帽盖40，并在其间以升高的温度施加高电压。在升高的温度和高的负电势下，在玻璃内部的阳离子自与硅相邻的玻璃表面漂移到大面积的玻璃中，和由于在界面处正离子的耗尽，横跨玻璃隔离层70和硅帽盖40之间的空气隙产生高电场。高静电力非常紧密地夹紧两个接合表面以形成牢固并均匀的接合。
在本发明的一个实施例中，帽盖40由硅制成。如果帽盖40由硅制成，则帽盖40还可具有沿着凹座46嵌入的单晶硅吸气剂层48。吸气剂层48为自器件微结构26以定距离间隔的关系。激活的吸气剂层48有助于保持凹腔22内部的真空。由于其能够吸收在密封工艺期间产生的很多蒸汽和气体种类，并自微器件20的材料如微结构26、衬底30和在一些实施例中的密封材料的器件寿命之上解吸附，因此优选在硅帽盖40中的嵌入单晶硅吸气剂层48。
多孔单晶硅吸气剂层48可通过使用在硅晶片上的电化学蚀刻技术便利地形成到硅帽盖40中。由于其允许更好的柔性、可重复性和在孔隙尺寸和孔隙分布和多孔层厚度的选择上的控制，所以对于该应用优选使用电化学技术。在电化学蚀刻工艺中，硅帽盖40(作为在晶片上的部分多个硅帽盖)可设置到HF溶液中。取决于应用，图1-3中示出的设计仅需要硅帽盖的一侧具有嵌入的吸气剂层48。因此，在HF溶液中的多孔形成工艺期间，应通过蚀刻固定设备或覆盖有硬掩膜材料的另外设备来保护保留硅帽盖40的晶片的另一侧。另外，通过在保留硅帽盖40的晶片的凹座侧上形成并图案化硬掩膜材料使得选择性形成多孔层。通过这种方式，仅沿着在硅帽盖40中的凹座46形成单晶硅吸气剂层48。选择掺杂类型和浓度或多孔形成参数如HF浓度和电流密度可以便利地改变吸气剂层48。
如果使用单晶硅吸气剂层48，则通过不同的方法如热、电或光方法激活吸气剂层48。例如，在升高的温度下在真空环境中热激活适当的持续时间将从多孔硅表面移除氢和其它种类并使得其对蒸汽和气体种类是活泼的。
在本发明的又一可选实施例中，可用确定类型的金属材料如钛(Ti)、钯(Pd)、铂(Pt)和锆(Zr)选择性地掺杂单晶硅吸气剂层48，以增加硅吸气剂对确定种类的反应度。多孔硅的掺杂可以通过溅射或蒸发或通过在含有需要的掺杂种类的水溶液中浸渍多孔硅的化学沉积来完成。
在又一实施例中，硅氧化物薄层可保留在单晶硅吸气剂层48的表面上以增加吸气剂与确定类型的气体或蒸汽分子的反应度。
在凹座46内部使用单晶硅吸气剂层48的益处在于，其允许比在公知的现有技术器件中发现的更大的活性吸气剂表面对除气表面的面积比率。而且，使用单晶硅吸气剂的其它益处在于，其可以修改外部吸气剂表面以进一步增强吸气剂的效率。例如，2002年9月30日提交的、名称为“Hermetically Sealed Microdevices Having a SingleCrystalline Silicon Getter for Maintaining Vacuum”、由本发明的代理人共同拥有的申请序列No.10/260,675说明了用于硅帽盖的另一种设计，该硅帽盖具有沿着在帽盖中的凹座的底部表面呈波状的单晶硅吸气剂层，在此通过引用将其整体并入本文。如在本申请中教导和解释的，波纹可包括到硅帽盖的晶片制造工艺步骤中。可选地，硅晶片的吸气剂侧可以通过低浓度KOH溶液轻微地蚀刻以在多孔形成之前粗加工该表面。
现在，将进一步解释如在图1-2中示出的用于制造微器件20的工艺。图4A-4E示出了在玻璃晶片80中形成具有微结构26和隔离层70的多个衬底30的方法。图5A-5G示出了在硅晶片90中形成多个帽盖40、隔离沟槽50和导电岛60的方法。图6A-6D示出了组装玻璃晶片80和硅晶片90(与组装的器件100一起)以形成多个微器件20的步骤。图6C中示出的组装晶片顶部部分在图7A中示出。然后锯开组装晶片或者将其切成小块以形成如图7B中示出的多个微器件20。
开始转向图4A-4E，存在一种自玻璃晶片80形成具有微结构26和隔离层70的多个衬底30的方法。参考图4A，示出了具有顶部侧82和底部侧84的玻璃晶片80的一部分。该工艺包括在玻璃晶片80的顶部侧82上形成一组导电轨迹36的步骤。这可以通过向玻璃晶片80的顶部侧82沉积和图案化横向金属轨迹来完成。如前面所示，该组导电轨迹36将最终成为用于微器件20的垂直导电引线。
关于图4B，工艺中下面的步骤为在玻璃晶片80的顶部侧82上方包括在形成于其上的导电轨迹26上方涂敷或沉积隔离层70。用于隔离层70的合适的材料为玻璃填充材料。尤其，可以在玻璃晶片80上涂敷或沉积玻璃填充材料并然后通过固化步骤硬化。如果使用玻璃填充材料(并然后固化)形成隔离层70，该工艺还应包括平坦化和抛光隔离层70的顶部表面的步骤以使可以通过使用硅到玻璃的阳极接合来完成气密的密封。这在图4C中示出。隔离层70的合适厚度为约3至5μm。
如图4D中所示，然后该工艺包括在隔离层70中形成多个接触窗72以暴露出每个导电轨迹36的端部并然后形成金属触点73的步骤。金属触点73可用于将金属轨迹36电性连接至导电岛60和微结构26。形成接触窗72的工艺还在隔离层70中产生凹槽74以使得微结构26能够独立地位于凹槽74的上方。如果隔离层70由玻璃材料制成，则形成凹槽74和接触窗72的步骤包括通过掩模层图案化隔离层70和然后进行在HF基溶液中的湿法蚀刻或干法蚀刻如反应离子蚀刻。
如图4E中所示，该工艺还包括通过接触窗72中的一个将晶片80上的微结构26形成或贴附到金属轨迹36上。这可以通过将微结构26的任一电极形成或贴附到连接到金属轨迹36的金属触点73上来完成。而且，应定位微结构26以使微结构26的移动位置独立地位于凹槽74上方。
现在参考图5A-5G，存在一种形成多个帽盖40、隔离沟槽50和自硅晶片90的导电岛60的方法。可以使用不同的掺杂类型和硅晶片的结晶方向。然而，在用于制造具有嵌入到硅凹槽40中的吸气剂层48的气密地密封的微器件工艺的以下解释中选择P-型(100)硅晶片。尽管这里教导的该方法示出在帽盖40中形成吸气剂层48的一种方式，但是可以使用其它技术以在凹座46内部形成吸气剂层，另外，图5A-5G示出具有相对平坦的单晶硅层48的硅帽盖40的形成。吸气剂层也与在由Xiaoyi Ding于2002年9月30日提交的名称为“Hermetically Sealed Microdevices Having a Single Crystalline SiliconGetter for Maintaining Vacuum”的申请序列No.10/260,675中教导和描述的相类似的波纹。
参考图5A，示出了具有第一侧92和第二侧94的硅晶片90的一部分。该工艺包括在硅晶片90的第一侧92上形成隔离沟槽50的步骤。隔离沟槽50可以通过使用公知的微机械方法形成。在一个实施例中，如在图5B中示出的，形成掩膜材料96如二氧化硅和氮化硅的复合层并在蚀刻隔离沟槽50之前将其图案化。在图5C中，隔离沟槽50可通过使用如由深反应离子蚀刻的等离子体蚀刻或由氢氧化钾(KOH)、乙二胺邻苯二酚(EDP)或四甲基氢氧化铵(TMAH)的各向异性湿法化学蚀刻的技术形成于晶片90的第一侧92中。隔离沟槽50的深度为专用的但应取决于硅帽盖40的希望厚度。在一个例子中，硅帽盖40的希望厚度为约200μm且帽盖凹座的深度为约100μm时，沟槽50的蚀刻深度为约300μm。
如在图5D中所示，该工艺还可包括在硅晶片90的第一侧92上方包括在形成于其上的隔离沟槽50的上方和内部涂敷或沉积电性隔离材料52。电性隔离材料52的适合材料为玻璃填充材料。尤其，应将玻璃填充材料涂敷或沉积于硅晶片90上并然后通过固化步骤硬化。接下来，可通过第一图案化和蚀刻隔离沟槽52形成晶片90顶部侧92上的凹座46以开放凹座窗。然后可使用公知的蚀刻技术如DRIE、EDP、KOH或TMAH来形成凹座46。凹座46的深度为专用的，且通常为约50至100μm。
图5E示出了可用于形成图2和8中的帽盖40、140的完全的帽盖晶片90。在此，自帽盖晶片90的顶部表面92完全地移除隔离材料52，但其仍至少部分地填充在沟槽50中。对于将用在图3和9中的帽盖晶片90，自帽盖晶片90完全地移除隔离材料52。如将示出的，凹座46将用于限定至少部分气密地密封的凹腔22。注意到，隔离沟槽50位于衬底晶片80上方，但不用于限定气密地密封的凹腔22的部分。
如果人们希望在凹座46中形成单晶硅吸气剂层48，则另外的步骤可包括在晶片90的制造工艺中。如图5F中所示，在用于在凹座46上选择性形成吸气剂层48的第一侧92上产生并图案化掩膜材料98。另外，应当完全移除在晶片90的第二侧94上的掩膜材料并用沉积在硅晶片90的第二侧94上的薄金属层99来代替。该薄金属层99将在多孔形成步骤期间提供横跨硅晶片90的均匀导电性。在一个实施例中的适合的薄金属层99为约1μm厚的铝。
在凹座46中形成单晶硅吸气剂层48的步骤在图5F中示出。如上所述，通过在HF溶液中进行电化学蚀刻形成吸气剂层48。由于其允许更好的柔性、可重复性和在孔隙尺寸、孔分布和多孔层厚度的选择上的控制，因此对于该应用，使用电化学技术优于沉积技术。吸气剂层48的厚度为专用的，并取决于凹腔的尺寸和将在器件寿命之上被吸收的气体分子的数量。在一个具有与图1-3中示出的相似的设计的应用中，内部凹腔22的容积为约9×10-4cm3和硅帽盖40和衬底30的内部表面面积为约2×10-5cm2。选择合适的多孔硅吸气剂层48以具有沿着凹座46为约1.8×10-3cm3的容积。这提供了有利的比公知的现有技术器件的活性吸气剂表面面积对输出气体表面面积的更大比率。在晶片90中形成吸气剂层48之后，如图5G中所示，移除晶片90上的掩膜材料98和金属层99。
如图6A-6D中所示，接下来的步骤为气密地密封具有硅晶片90(具有多个帽盖40)的玻璃晶片80(具有多个器件衬底)。如图6A中所示，组装工艺包括将玻璃晶片80以凹座46将位于相应的微结构26的顶部上的方式与硅晶片对准。开始，小的凹槽存在于硅晶片90和玻璃晶片80之间。然后使晶片组件经受真空和升高的温度。这允许包括在微器件中材料的最初排气。
如果微器件20包括吸气剂层48，则该工艺然后还包括激活吸气剂层48的步骤。如上所述，在一个实施例中，通过热、电或光工艺激活吸气剂层48以从硅吸气剂表面移除氢和其它种类。这释放了在硅吸气剂表面上的不饱和键以用作吸收蒸汽和气体种类的反应单元。在一个实施例中，可恰在将硅晶片90接合到玻璃晶片80之前或期间进行激活步骤。
参考图6B，该工艺包括通过使用如上面更详细地描述的阳极接合技术的技术在真空环境中将硅晶片90接合到玻璃晶片80的步骤。硅晶片90至玻璃晶片80的接合产生组装的晶片100。
参考图6C，该工艺还包括移除硅晶片90的第二侧94的一部分以暴露出隔离沟槽50。在一个实施例中，如在图2和6C中所示，隔离沟槽50填充有电性隔离材料52。在另一个实施例中，如在图3中所示，开放并未填充隔离沟槽50。
最后，如图6D中所示，在工艺中接下来的步骤为在导电岛60上方沉积和图案化金属接合垫38。然后将组装的晶片100切割成独立的微器件20。对于一些应用，也可在导电岛60的外部壁上沉积和图案化金属接触层38，其在图6D中未示出。
该设计的一个优点在于，由于其为真空凹腔22的外部，因此隔离沟槽不需要气密地密封。在这种情况下，在沟槽内部或上的龟裂和其它的缺陷将不影响凹腔22的真空完全性。另一个优点在于，该设计相对于在真空凹腔内部具有隔离沟槽的其它设计允许小的管芯尺寸。该设计还通过从隔离沟槽50完全地移除隔离材料52在相邻导电岛之间提供最小化寄生电容的适应性。
参考图8-9，在本发明的另一个实施例中，存在具有晶片级气密地密封的凹腔122的微器件120。图8示出了微器件120的一个实施例的截面图。如在此可见，在该实施例中的垂直导电引线136也在衬底130上延伸并终止于在气密地密封的凹腔122内部的点。
在该实施例中，微器件120也可以是具有贴附到衬底130的微结构126的传感器。该微器件120可包括衬底130、帽盖140、隔离沟槽150、导电岛160和隔离层170。器件微结构126可以以多个定位点安装到气密地密封的凹腔122内部。这允许微结构126的至少主体部分悬于微器件120内部。该微结构可以使移动结构如用于陀螺仪或其它微器件的那些。
衬底130具有顶部侧132和底部侧134。衬底130也可具有形成于衬底130的顶部侧132的至少一部分上的第一组导电轨迹136。微器件120还具有形成于导电岛160的外部拐角上的第二组导电轨迹138。如在图8中所示，隔离沟槽150还可填充有电性隔离材料152。
图8和9中示出的实施例超出图2和3中示出的实施例的优点在于其不需要在整个导电轨迹上方涂敷玻璃填充材料、抛光玻璃填充材料并开放和金属化在玻璃填充材料上方的接触窗。在该实施例中，通过烧结玻璃接合将帽盖140贴附到衬底130，和通过阳极接合将导电岛160贴附到衬底130。用于将帽盖140和导电岛160贴附到衬底130的烧结玻璃接合和阳极接合在相同的工艺步骤中完成。
自用在图8和9中示出的实施例中的玻璃晶片形成多个衬底130的方法较用在图2和3中的实施例中的图4A-4E中所教导的要简单，这是因为不需要用于在整个导电轨迹上方形成隔离层、抛光隔离层和开放并金属化在隔离层上的接触窗的工艺步骤。自用在图8和9中示出的实施例中的硅晶片形成多个帽盖140、隔离沟槽150和导电岛160的方法与图5A-5G中教导的相类似，除了增加了蚀刻帽盖140的侧壁144的接合表面至某一深度的工艺步骤。该蚀刻深度应稍小于如所沉积的烧结玻璃层170的厚度。该蚀刻深度的常规范围为约5至20微米。
用于图8和9中示出的实施例的组装方法是唯一的以具有在相同工艺步骤中实现的烧结玻璃接合和阳极接合。烧结玻璃层170能沉积于衬底130的接合表面上或帽盖140的侧壁144的接合表面上。在帽盖140的侧壁144的接合表面上的预蚀刻深度确保横跨晶片的最佳和均一的最终烧结玻璃厚度。在沉积烧结玻璃层170之后，对准帽盖晶片和衬底晶片并在真空和升高的温度下排气。然后将两个晶片夹紧到一起以使得凹腔122容纳微结构126，和导电岛160的接合表面和衬底130相互接触。保持组件在真空中并加热到烧结玻璃的熔化温度，然后通过负电势下的导电岛160对其施加阳极接合电压。持续地施加压力和电压以保持帽盖140的侧壁144的接合表面与衬底130之间的接触，直到完成了烧结玻璃接合和阳极接合。阳极接合形成了导电岛160和导电引线136之间的电性接触，和烧结玻璃接合形成了帽盖140和衬底130之间的气密密封。
图9示出了微器件120的另一个实施例的截面图。微器件120与图8中示出的相类似，但是其隔离沟槽50未填充有电性隔离材料152。
所描述的是新的微器件和制造具有隔离沟槽和用于将密封在真空凹腔中的微结构电性连接到外部环境的导电引线的微器件的方法。在一个实施例中，本发明提供一种通过定位在凹腔外部的任一垂直导电路径来以晶片级密封微结构的较好方法。在凹腔外部形成垂直路径使得器件更可靠，这是由于在路径中的龟裂或其它缺陷将不干扰气密地密封的凹腔。这里教导的实施例具有允许在容纳微结构的凹腔内部结合有效的吸气剂层的更多益处。而且，本发明通过使用低成本材料和工艺明显地降低制造真空密封的微器件的成本。这对于高容量应用尤其重要。
本发明上面的描述意指为只是示意性的且并不意指限制由该应用产生的任一专利范围。本发明意指仅通过以下的权利要求的范围来限定。

Claims (10)

1.一种微器件，具有气密地密封的凹腔以容纳微结构，该微器件包括：
衬底，具有顶部侧，该衬底具有形成于其顶部侧的至少一部分上的多个导电轨迹，导电轨迹提供与微结构的电性连接；
帽盖，具有基座部分和侧壁，侧壁自基座部分向外延伸以在帽盖中限定凹座；
隔离层，贴附到至少帽盖的侧壁和形成于衬底的顶部侧上的多个导电轨迹之间；
至少一个导电岛，贴附到衬底和至少一个的多个导电轨迹；和
隔离沟槽，在帽盖和至少一个导电岛之间；
其中微结构安装到气密地密封的凹腔内部，该气密地密封的凹腔至少部分地由在帽盖中的凹座限定。
2.根据权利要求1的微器件，其中隔离沟槽至少部分地填充有玻璃填充材料。
3.根据权利要求1的微器件，其中帽盖和导电岛由硅制成，且其中帽盖具有沿着用于保持凹腔内部真空的凹座嵌入的单晶硅吸气剂层。
4.根据权利要求3的微器件，其中嵌入的单晶硅吸气剂层沿着帽盖的凹座的至少底部表面呈波状。
5.根据权利要求1的微器件，其中隔离层由玻璃填充材料制成，隔离层通过阳极接合贴附到帽盖的侧壁。
6.根据权利要求1的微器件，其中帽盖的侧壁的高度小于导电岛的高度。
7.一种制造具有气密地密封的凹腔的微器件的方法，该方法包括步骤：
提供具有顶部侧和底部侧的衬底；
在衬底的顶部侧上形成导电轨迹，该导电轨迹具有第一端和第二端；
在衬底顶部侧的至少一部分和导电轨迹的上方形成隔离层；
在衬底中形成凹槽；
将微结构贴附到导电轨迹的第一端以使至少微结构的实质部分设置于凹槽上方；
提供硅帽盖和硅岛，硅凹槽通过隔离沟槽与硅岛分离；
将硅帽盖贴附到形成于衬底的顶部侧上的隔离层以使得硅帽盖容纳微结构并形成气密地密封的凹腔；和
将硅岛贴附到导电轨迹的第二端。
8.根据权利要求7的方法，其中该方法还包括步骤：
在硅帽盖的凹座中形成单晶硅吸气剂层；和
激活吸气剂层以使得吸气剂层能吸收在将硅帽盖贴附到隔离层的步骤期间产生的蒸汽和气体种类。
9.根据权利要求7的方法，其中将硅帽盖贴附到隔离层的步骤包括阳极接合硅帽盖至隔离层。
10.根据权利要求7的方法，其中将硅帽盖与硅岛分离的隔离沟槽至少部分地填充有玻璃。
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