微调组件的方法和由该方法微调的组件与流程

技术领域
本公开涉及微调电子或微电子机械组件来设置其值或一些其它参数
在值的所需范围内的方法，以及通过该方法微调的组件。


背景技术：

在使用集成电路制造技术形成集成电路或微电子机械组件(MEMS)
中使用的处理步骤可遭受不同晶片之间的差异，或晶片中不同组件之间的
差异。这些变化可导致由微细加工技术形成的组件的宽度的相对较小的变
化，或改变组件内不同结构之间的相对对准。同样掺杂水平可在晶片之间
有所不同。
由于这些变化的结果，组件的绝对值(诸如，电阻器的电阻)或共振
结构的质量(诸如，悬浮束或其它组件)可以在集成电路之间有所不同。
甚至当集成电路被认为是名义上相同时，这种变化可发生。
集成电路和微机电系统装置(MEMS)的设计者常常寻求依靠组件之
间的相对差，使该电路或结构工作，而不是依赖于组件的绝对值。该技术
使电路或MEMS设备相对不敏感于工艺变化。
然而，当组件具有已知和预定的值或参数时，情况仍然出现。在这样
的情况下，已知例如通过激光微调所述微调组件，以将组件的所需参数设
置为所希望的值，给予或采取可接受容限的公差。然而，在探针阶段微调
组件仍可使得集成电路受到变化。例如，因为晶片没有密封直到它被封装，
微调组件的参数的绝对值(如它的电阻)可在微调后发生变化。此外，封

装半导体芯片的行为可使其受到改变微调组件的参数的应力。


技术实现要素：

本文所公开的是其中组件置于微调之前的受保护环境中微调组件的
方法。受保护的环境可以通过在和组件周围粘接盖而形成。该组件可以形
成在衬底上，并且盖可以直接或通过中间结构的方式接合到衬底，所述中
间结构形成侧壁。所述壁可使用半导体制造技术被制造以从衬底扩展，并
且因此可以被认为是衬底的一部分。
优选地，所述接合技术被选择，使得衬底和盖形成组件周围的气体和
湿气不可渗透的密封。组件周围的空气可在待续处理之前修改或除去以便
禁止组件的改变，诸如在其上形成氧化物，其可在微调后改变其电或物理
性质。因此，该组件避免了可有助于改变其值的环境因素，并且该环境因
素在微调操作开始之前被排除。
该盖可以由材料(诸如，玻璃)形成，它对于微调组件的激光的波长
是透明的或基本上透明的。玻璃是有利的，因为它的热膨胀系数类似于在
微电路制造中所使用的硅氧化物。
借助在微调之前接合到衬底或从其延伸的结构的盖提供了衬底的额
外的结构刚性和/或强度，至少在组件的附近。这可以帮助避免微调组件受
到衬底的组件在微调过程中或在随后过程(诸如，锯晶片以便释放各集成
电路和/或在例如常用于形成集成电路中的塑料封装中封装或封装这些电
路)期间的变化和力或应力。
根据本公开的一个方面，提供了微调在衬底上形成的组件的方法，该
方法包括：结合玻璃盖到衬底，或从其表面延伸的结构，以便提供组件周
围的受保护容积，以及激光微调组件以调整该组件的参数。
根据本公开的第二方面，提供一种微电子电路，包括至少在衬底上形
成的第一组件，并且其中所述第一组件具有作为在形成所述微电子电路中

使用的制造过程变化的函数而变化的参数，并且其中所述微电子电路包括
接合到衬底的玻璃盖，以便在微调所述组件之前形成第一组件周围的密封
外壳。
附图说明
仅通过非限制性例子，参考附图，现在将描述构成该公开内容的实施
例的设备和方法，其中：
图1是构成本公开的实施例的MEMS组件的示意性横截面；
图2示出在结合之前的衬底和盖；
图3示出当结合在一起时图2的衬底和盖；
图4示出施加到衬底和盖的组合的微调操作；
图5a是被配置为促进微调的谐振器的透视图，和图5b是图5a的谐振
器的平面图；
图6是通过图5a和5b的谐振器的横截面；
图7是进一步谐振器结构的透视图；
图8是示出用于制造、微调和封装组件的现有技术工艺的流程图；
图9示出根据本公开的实施例的过程；和
图10示出集成电路封装内的半导体组件。
具体实施方式
如本文所用的描述性术语，诸如“上面”、“以下”、“一侧”、“左侧”
等指图中所示特征的相对位置，并且不应当被解释为本公开的任何实施例
的限制性方面。
正如前面提到的，已知使用和形成微电子电路相关的技术微调制造的

组件，这些技术包括材料沉积、掩蔽和蚀刻工艺。虽然这些技术可以具有
较高精度和准确度，工艺变化仍可导致在相同制造设施由相同的处理步骤
形成的组件的变化。例如，电阻器的电阻可以在晶片之间轻易改变5％。
集成电路设计者通常照顾以确保：对于组件的绝对值的了解一般不是
必需的，相反电路通常在组件值的比率上工作，而不是组件的绝对值。然
而，在某些情况下，组件被期望被形成为位于值的预定范围内，并且在这
样的情况下微调组件是适当的。但是，在晶片上和在任何进一步的处理或
封装步骤之前，微调组件到期望的精确度可在组件被封装之前无法得到所
需的结果。
在微调期间和之后用于保护组件的不同技术是有利的。
图1是使用微电子制造技术形成的组件的横截面，通常示为10。在本
示例中，组件10包括衬底12，它带有微调可以是合乎需要的元件14。
元件14可以是例如MEMS组件，可悬挂在形成于衬底12的凹部16。
元件14可由一个或多个支撑件(图1中未示出)连接到衬底12，所述支
撑件延伸在图1的平面上方和下方以互连元件14与衬底12。
元件14可以形成为在任一端支撑的梁，或者作为悬臂。该元件14可
被驱动成共振。该元件14可使用多种技术来驱动到共振。例如，如果光
束的偏转是期望的，则光束的一侧也可以优先地通过脉冲激光加热，其中
所述脉冲发生在谐振频率。在一些其他方法中，光束可以通过施加到它的
机械力激发，例如经由电容耦合。在一些其它变型中，光束可以关联于压
电材料或磁致伸缩材料。施加合适的电压或磁场可以将力施加到梁，以便
使其谐振。在一些实施例中，光束可以形成传感器的一部分，和谐振频率
可响应于外部参数(诸如，温度、压力或粘接到光束的材料)而变化。在
一些其它实施例中，光束可以被设置为在名义上恒定的频率谐振，基本上
独立于外部参数(诸如，温度)以便形成振荡器或滤波电路的一部分。因
此，在已知的条件下，可以期望设置该元件14的谐振频率至期望频率或

频率范围。在这种情况下，元件14可以经受微调，以便从它的选定部分
移除质量，或诱导构成元件14或其部分的一种或多种材料中的热促进变
化。
在图1中所示的配置中，元件14被覆盖有盖20，其具有形成于其中
的凹部22，使得当盖20被相对于衬底12正确地定位，凹口16和22对准
并配合以形成包围元件14的腔。该空腔被衬底12和盖20限定。
盖20和衬底12的至少一个由对于用于微调元件14的激光束透明的
材料制成。
在本公开内容的实施例中，盖可以例如由激光透明材料(诸如，玻璃)
制成，衬底可以是半导体，诸如掺杂硅。然而，存在其他材料用作激光透
明罩和衬底。例如，盖和衬底可以由玻璃形成。如图所示，盖20例如通
过粘接连接到衬底。在本公开的一些实施例中，盖的形状、衬底表面的形
状和结合方法可被选择，以便形成气体和水分不可渗透的密封，即，气密
密封。本领域技术人员已知的合适结合方法包括玻璃料结合或半导体金属
共晶接合，诸如硅-金结合，其中可在盖20和基底12之间的结合区域在
衬底和/或盖20上形成金层。盖和衬底12随后接触并加热至共晶温度。金
及少量的硅形成的共晶混合物，其然后可密封玻璃盖到衬底12。一旦共晶
冷却低于其共晶温度，它凝固结合盖20到衬底12。
腔内的空气可以通过在合适环境(诸如，真空)中执行结合过程而进
行控制。可替代环境包括干燥和非氧化性气体。从空腔中除去氧气和水分
减少该组件的进一步氧化发生在微调之后并从而改变其质量或其他性能
的风险。
因此，如果元件14在腔内的受控气体(包括真空)微调，则：
a)在微调已经完成之后不会产生进一步氧化，因此，从微调值的漂移可以
显著减少；和
b)在微调之前，将盖接合到衬底可以在元件14的附近机械稳定衬底，从

而减少力产生的后续变化或微调后作用的力的变化。因此，在例如塑料包
中封装过程中可发生的组件值的漂移可协助减少，所述塑料封装填充接合
材料。
因此，微调后的漂移可以在微调之前封盖元件14而显著降低。
图2至4顺序示出接合和微调处理的阶段。在这些图中，可微调元件
被指定30，而不是形成在衬底12中的凹口16内，可微调元件30形成在
衬底12上。衬底12可具有在其内形成的其它组件，诸如相邻形成但在衬
底12的上表面32下方的各种晶体管和金属互连。上表面32可以覆盖有
一层钝化材料(诸如，二氧化硅)，其上形成可微调组件30。所述可微调
组件可以是薄膜或厚膜组件，诸如电阻器、电感器、电容器，或一种或多
种这些组件的组合。其他组件可包括磁性传感器(诸如，磁电阻器)，其
中微调组件值可是希望的。如图2所示，在盖和微调处理的第一级，盖20
空间配准与衬底12。衬底12可以包括几英寸直径的晶片，具有其上形成
的相对大量的各集成电路。类似地，盖20可以形成在或作为相应尺寸玻
璃晶片的一部分。在这样的情况下，单独的盖可以是玻璃晶片内的子组件，
其已经蚀刻以便留下相对薄的支撑层，互连各种单独盖20以允许它们正
确空间配准硅晶片12上的相应组件。晶片可被处理，以形成围绕可微调
元件的侧壁。这可以用来减少盖20中的凹部的深度，并且可允许使用平
坦的盖。
然后，如图3中所示，盖20与衬底12相接触，并使用合适的结合方
法结合在一起，多个该方法是本领域技术人员熟知的。
在成功完成接合工艺之后，组件30的一个值可以被测量或以其它方
式探测，或者物理性质(诸如，组件30的谐振频率)可以被测量，然后
组件30可被微调。在控制器44的命令下，使用由合适的激光光源42产
生的相对较小直径的激光束40，微调可以通过选择性地照射组件30的部
分执行。这样的配置示于图4。
之前注意到，参照图1，该元件14可以是保持在图1的平面之上和之
下延伸的支撑件的谐振元件48。谐振元件48的实施例被示意地示出在图
5a和5b。图5a是包括在相对的端部平台50具有锚52和54的谐振元件
48的透视图，其从平台延伸到与衬底12的剩余部分连接，或连接图5b所
示的悬臂支撑元件53和55，然后连接到衬底12。所说明的平台50具有
在其表面上形成的两个电极60和62。在本示例中，第一电极60形成为居
中设置在U形第二电极62的细长元件。第一电极60具有在第一锚52上
延伸的导电路径，而第二电极62具有在第二锚54上延伸的导电路径。因
此，电极60和62可以被驱动，以形成它们之间的电位差。用于形成电极
60和62的导电材料可以是相对薄的金属或多晶硅层。导电材料延伸在锚
52和54，以及在悬臂支持53和55上，以结合片或通孔，其通过衬底的
一部分或全部深度延伸，以提供谐振元件48和其它组件之间的电连接(在
图5b中由阴影线所指示的)。
在衬底12的上表面的凹槽16的程度(如相对于图1讨论)也示于图
5b的平面图。对于衬底12和盖20之间施加接合材料的标称带区域58示
于图5b。
图6更详细示出图5a和5b的谐振元件的实施例，连同在衬底12的表
面形成的层。图6是不按比例绘制。典型地，在衬底12的处理期间，钝
化层(诸如，氧化层70)，通常一微米厚左右，形成在衬底12的表面上以
保护它和在其中形成的任何组件。然后，为了方便，硅层可以形成在氧化
物70上，以便提供能够给予平台50的结构刚度的材料。硅层(指定为72)
比较厚。从而，硅层72可以是大约10微米厚或更厚，并且可以适当地掺
杂。例如，不同的掺杂可用于修改该结构的温度系数，从而改变相对于温
度的频率稳定性。
硅层72然后可覆盖相对薄的金属层74，诸如具有厚度约为0.1微米
的钛或其他合适金属的层。氮化铝层76可以沉积在钛层74上。金属电极
60和62可以通过沉积和图案化掩模以露出孔，其中电极60和62被定位，

然后沉积金属(诸如，铝或铜或它们的混合物)到铝(也称为铝)氮化物
层76而形成。掩蔽材料然后可被蚀刻掉。
在随后的加工步骤中，进一步掩模可施加并图案化，以揭露和蚀刻平
台50周围的通道。通道可接着穿过层76、74、72和70被蚀刻，以达到
衬底12的散装材料。在进一步蚀刻之前，在通道的边缘的暴露层然后可
以由牢固沉积的氧化硅层保护，以从平台50下方的衬底12除去硅，以便
使它悬挂在凹槽16上。平台50可典型地具有150至200微米量级的长度
和150微米量级的宽度。平台的宽度一般选择为在频率硅(或用于形成平
台的其它材料)中声波的波长的函数，期望谐振器在该频率谐振。在这个
例子中，氮化铝用作压电材料，以及在第一电极60和第二电极62之间应
用交流电压诱导沿图6中箭头A的方向的运动，该谐振元件不应振动出衬
底12的表面平面，并因此即使外壳内存在大气不暴露太多于粘性阻尼。
该谐振结构可被描述个压电硅上波谐振器。具有在此描述的维度的谐振器
可以有大致在100MHz的范围内的中心频率，在-40℃至 85℃的温度范围
内优于每百万200的温度稳定性。另外，在测试中，可实现超过5000的Q
因数。
正如前面提到的，也可以期望控制组件(诸如，谐振器)的绝对频率。
这可通过改变谐振器的质量或通过改变形成谐振器的材料的机械性能而
实现，即，改变提供恢复力的材料的“弹簧常数”来实现。鉴于该平台50
是由数层形成的复合材料，然后氮化铝层的部分76的选择性地去除可具
有改变平台50的质量的效果。然而，作为整体来看时，选择性去除也可
以改变该平台的相对组成，因此也影响了弹簧常数。
在微调期间，并如图4所示，平台50可以被探测以确定它的谐振频
率。激光可用来选择性地去除一些氮化铝层76。这可以通过瞄准激光在暴
露的氮化铝的部分来实现，例如由图5a的“X”所示的区域所示。激光可
以不连续的方式烧制以便在氮化铝中产生一系列凹坑，或者它可以以更连
续的方式烧制，以便在氮化铝的表面上形成条纹或多个条纹。
在图5a中所示的配置中，电极60和62形成在共振器的节点，并且蚀
刻是在反节点位置执行。
在早期阶段检测中，图5a中所示的谐振器类型(具有100MHz左右
的标称共振频率)已在基本上1MHz的频率范围微调，和分量已被调整为
标称中心频率的±100精度之内。可以预期这些值可以改进。
由于图5a中所示的谐振器结构依赖于平台50内驻声波的形成，它可
以用作过滤器。
图7示出谐振器/过滤器配置的替代实施例，其中两个电极60和62是
在平台上支持的压电材料76形成的名义上相似的细长条带50。当合适时，
其它电极图案和谐振器的形状可以使用。例如，如果电连接钛层74或硅
层72制成高度掺杂，则垂直运行的声波可以在平台50内被激发。这可是
代替或除了水平延伸声波，考虑相同的过滤器元件可被构造为表现出在不
同频率的共振的可能性，但其中这些共振互相跟踪，例如具有改变温度。
这引起了使用该差值获得非常精确的频率参考的可能性。
实际上，一些谐振器/滤波器可在同一集成电路中形成，并且它们可被
微调或制造成共振不同的谐振频率，使得即使绝对频率或者一个或多个谐
振器是不知道的，相对频率是已知的，并且可以跟踪温度或其他环境参数
以提供具有改进频率稳定性的结构。
如前所述，本发明的原则和优点不限于形成相对于图5a、图5b、图6
和7所描述的类型的谐振器或过滤器结构，但也可以适用于电阻(诸如，
硅铬电阻)，其可被激光微调或电微调。这些电阻可以被包括在电压或电
流源中，以便提供期望的精确度，或可以提供为用于传输线等的终端电阻，
或其中精确设置终端电阻的电阻可用于避免信号沿着传输线反射回。
其它MEMS元件也可被微调。例如，固态陀螺仪常常涉及相对复杂的
结构，其被压入转动运动或振动。然而，例如由于整个结构的蚀刻速度不
同或陀螺仪的一些特征的轻微未对准，该结构的不准确的质量分布可导致

其表现出不希望的机械运动。这种不需要的假象可以通过从陀螺仪的各个
部分选择性激光切除质量而校准。这种去除质量可再分布于陀螺仪的质
心，并可认为类似于添加平衡块到车轮，使之更加顺畅地旋转。
如果压电材料(诸如，氮化铝)沉积为相对薄的膜，则从薄膜下方的
材料的反射的可能性可出现。这反过来可引起形成激光光线内的驻波图
案，这可使微调处理较不可靠，因为它会不再可能准确预测被传递到压电
层的能量。如果这令人关注，则盖的表面可以用具有相应于激光波长的大
约四分之一的深度的规则间隔的凹部图案化，以中断任何驻波，更具体地，
为了确保如果图案压电层中的一个部分意外位于波腹，则相邻部分位于节
点，并且这些部分由小于所述激光的光束直径(并且更好小于激光的光束
直径的一半)的空间范围分离。
图8是现有技术的微调和封装过程的流程图。在现有技术方法中，晶
片通过多个已知的制造步骤处理以创建其中一个或多个组件，其中一个是
需要微调的组件。作为这个过程的一部分，各种晶体管可以形成并通过金
属层互相连接，并且随后覆盖钝化层。该金属层可以在衬底的上表面上连
接连接层，或者可以通过在硅通孔的方式被连接到衬底的下表面。在这种
配置中，没有保护区需要保留在每个单独盖，用于结合的目的。
在操作100形成组件后，过程进行到探针和微调阶段，其中测量将被
微调的组件的电或物理参数，然后组件通过激光微调进行微调。这可是多
个测量和微调周期的迭代过程，直到该组件达到所希望的值。处理前进到
操作104，其中一个或多个保护盖被添加到在晶片上形成的各个单独组件。
从操作104，硅晶片在操作106切割或划片来释放每个独立的硅电路及其
相关联的盖，然后各电路在操作110被封装例如在塑料封装中，以提供成
品。因此，在操作104、106或110的任何氧化、污染或应力变化可引起微
调组件偏离其微调值。
参考图9，相比之下，根据本公开的实施方式的处理在操作120中制
造组件，并然后前进到在操作122添加保护盖。在将盖接合到硅衬底(或

从衬底的表面延伸的结构)之后，则过程移动到操作124，其中可微调组
件中的每一个被探测和微调。这个过程可是反复的过程。在微调之后，处
理流程转移到操作126，其中晶片被切割(也称为切片)以释放各集成电
路，并且这些则在操作128封装。在操作128的封装可包括用成型材料封
装，或可以涉及带有独立封装基材和盖或盖的腔封装(例如，印刷电路板、
模制引线框架、陶瓷衬底等)，这将创建围绕加盖和微调部分的附加空腔。
在该处理流程中，即，在操作122添加的盖用于保护组件免于氧化和污染，
并且还用于在切割和封装操作期间向晶片或衬底提供机械强度。
经封装的组件示于图10。这里，具有在由衬底12和盖20所限定的保
护容积中持有的微调组件14的集成电路被安装在包括结合在一起的基部
140和配合上部分142的软件包。衬底上的电路由细线154和156的方式
连接到通过基部140延伸的导电元件150和152，以方便例如通过凹凸接
触方式进行电气连接到电路板。该封装的内部由使用模制化合物160填充
密封。这个过程可将应力置于管芯12，在不存在向管芯提供结构刚性的盖
20的情况下，可导致谐振元件改变其频率。
因此，可提供用于微调这种晶片或其上组件的改进方法，并涉及根据
这里的教导具有微调组件的晶片。
鉴于该组件在由盖形成的腔内建立的控制大气中微调，可根据本发明
凭借在微调地点发生的缺乏氧化确定微调的组件。微调点可通过透明盖识
别。一般情况下，微调点还表现出在其表面的刻划或凹坑，由从组件的表
面的材料的激光发起烧蚀产生。因此，通过本文公开的方法形成的产品可
区别于根据现有技术方法执行微调的产品。
在测试中，使用在350纳米波长(紫外线)的激光脉冲，微调被发现
是成功的，提供50纳米焦耳和350焦耳纳米之间脉冲以及10微米的光斑
尺寸。这显示出除去材料量的可控变化，即氮化铝烧蚀，表明可达到极端
精度。其它波长可作为公知的本领域技术人员所熟知。
除了氮化铝的材料可用于压电谐振器。
因此，可提供微调组件的改进方法，并且因此改进的组件。权利要求
书以适用于美国专利局申请的单独依赖格式呈现。然而，为避免引起疑问，
应理解，每个权利要求可依赖于同一类型的任何一项前述权利要求，除非
这种组合显然技术上不可行。
本文所讨论的系统、装置和/或方法可以在各种电子设备中实现。电子
设备的示例可以包括(但不限于)消费电子产品、消费者电子产品、电子
测试设备、无线通信基础设施等。电子设备的示例还可以包括光学网络或
其它通信网络的电路，和磁盘驱动器电路。消费电子产品可包括(但不限
于)测量仪器、医疗设备、无线设备、移动电话(例如，智能电话)、蜂
窝基站、电话、电视机、计算机监视器、计算机、手持式计算机、平板计
算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式磁带录
音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、数字视频录像机(DVR)器、
VCR、MP3播放器、收音机、摄像机、照相机、数码相机、便携式存储器
芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/干衣机、复印机、传真机、扫描仪、多功
能外围设备、手表、时钟等。另外，电子设备可以包括未完成的产品。
除非上下文清楚地要求，否则遍及说明书和权利要求中，词语“包括”、
“正包括”、“包含”、“正包含”等是被解释为包含的意义，而不是排他或
穷举的含义；也就是说，“包括但不限于”的意义。如通常在此使用的，
词语“耦合”或“连接”指的是可以直接连接，或通过一个或多个中间元
件方式连接的两个或多个元件。另外，在本申请中使用时，词语“本文”、
“以上”、“以下”等应指本申请的整体而不是本申请的任何特定部分。如
果上下文允许，使用单数或复数数量也可以分别包括复数或单数。提到两
个或多个项目的列表的词语“或”意在覆盖所有单词的以下解释：列表中
的任何项目、列表中的全部项目和列表中的项目的任何组合。本文所提供
的所有数值也意图包括测量误差相似的值。
本文所提供的本发明的教导可以应用于其它系统，而不一定以上描述

的电路。上述的各种实施例的元件和动作可以被组合以提供进一步的实施
方式。可以以任何顺序酌情执行本文所讨论方法的行为。此外，当合适时，
本文所讨论的方法的操作可以被串行或并行地执行。
虽然本发明的某些实施方式进行了描述，这些实施例仅以举例的方式
提出，并且不旨在限制本公开的范围。的确，这里所描述的新方法和电路
可以体现在各种其它形式。此外，可以对本文中所描述的电路的形式进行
各种省略、替代和改变，而不脱离本公开的精神。所附权利要求及其等同
物意在覆盖落入本公开的范围和精神内的这些形式或修改。因此，本发明
的范围通过参考权利要求书限定。