[发明专利]微机电元件与电路芯片的整合装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电(Microelectromechanical Systems；MEMS)感测装置，且特别是涉及一种将微机电感测元件与集成电路芯片垂直堆叠的整合装置及其制作方法。 

背景技术

近年来，由于微机电感测装置(MEMS Sensor)大量应用于消费性电子产品(例如MEMS麦克风应用于手机或MEMS加速度计应用于互动输入式游戏产品)，使得微机电感测装置需具备优势的竞争力(例如小的产品体积或低的制造成本)，才能顺利进入消费性电子产品的市场。此外，一些微机电惯性感测元件(例如加速度计、角速度计、振荡器等)需要一气密空间，才能维持感测的灵敏度。因此，微机电感测装置的尺寸大小及是否具备良好的气密性，已成为产品竞争力的重要指标。 

在传统上，微机电感测装置需分别制作微机电元件与集成电路芯片，然后以焊线(wire bond)的方式将两者整合成的感测系统，设置在一个封装体内而形成SIP(System-in Package)。但这样的整合方式的成本较高且整体封装体的使用面积也较大，为了降低制作成本与整体封装体的使用面积，业界开始寻求将微机电元件与集成电路整合于同一芯片的方法。 

将微机电元件与集成电路整合的方法，可分成平面整合及垂直整合二大类。举例而言，平面整合的方式，可将微机电元件与集成电路整合在同一硅基板上。例如利用半导体CMOS的制作工艺技术在同一芯片的硅基板上同时制作出微机电元件与集成电路。另一方面，为减少整体感测装置的面积，可利用垂直整合的方式，将微机电元件垂直堆叠在集成电路上，并形成一气密空间，以确保MEMS惯性感测元件(例如加速度计、角速度计、振荡器等)在操作时，能维持感测的灵敏度。 

请参照图1，显示了US 7,104,129号的美国专利案中所揭示的一种垂直 整合微机电装置10。如第1图所示，该垂直整合微机电装置10主要包含由上盖12、外框架13以及集成电路芯片11所构成的气密空间14。微机电感测元件16设置于该气密空间14内且连接到外该外框架13。其微机电感测元件16所感测到的电性信号，通过位于外围的外框架13下的电性接触垫17，再传达至集成电路芯片11。 

虽然此种垂直整合微机电装置10利用垂直堆叠的方式，故减少整体装置的面积，但因其微机电感测元件16只能连接到位于外围的外框架13上，而无法连接到其它位置，从而限制了该垂直整合微机电装置10的应用范围。另一方面，此种垂直整合微机电装置10在其外框架13及其上盖12之间，设置一层绝缘层15。因此，该垂直整合微机电装置10并无电磁防护的功能，造成该垂直整合微机电装置10内的感测信号易受到外界电磁波的干扰。此外，此种垂直整合微机电装置10虽然揭露了从微机电感测元件16到集成电路芯片11的电性连结方式(first level interconnection)，但并无揭露从集成电路芯片11到外部的电性连结(second level interconnection)方式，因此该装置只能减少有限的面积。 

在制作工艺中(详请参见US 7,104,129的说明书)，要形成上盖12的晶片与要形成微机电感测元件16的晶片结合及/或贴附时，若上述该两晶片结合时未能精确的对准，则将会造成形成上盖12的晶片、形成微机电感测元件16的晶片与集成电路芯片11的晶片内的构件之间产生累积的对准误差。因此可能造成微机电感测元件16的晶片与集成电路芯片11的晶片上的构件的受力不平均问题，并降低最终垂直整合微机电装置10的制造良率。 

综上，需要有更佳的垂直整合微机电装置结构及制作工艺以彻底解决上述应用范围小、易受电磁波的干扰、整体装置面积过大及良率不佳等问题。 

发明内容

为解决上述问题，本发明一实施例揭示一种微机电元件与电路芯片的整合装置，其包含一电路芯片、一微机电感测元件、一密封环及一盖体。该电路芯片包含一基材及多个金属接合区，该基材具有一设有电路区域的有源面，又该多个金属接合区设于该有源面上并电连接至该电路区域。该微机电感测元件包含多个底座及至少一感测单元，该多个底座与至少一该金属接合区相连接，该至少一感测单元与该多个底座弹性相连。该密封环围绕于该多 个底座的外围，并与至少一该金属接合区相连接。该盖体和该电路芯片的有源面相对，并与该密封环相连接而形成一气密空间，以密闭该至少一感测单元及该电路区域。 

本发明一实施例揭示一种微机电元件与电路芯片的整合装置的制造方法，包含步骤如下： 

提供一绝缘层覆硅晶片，其中该绝缘层覆硅晶片包含依序堆叠的一元件层、一绝缘层及一处理层；