本發(fā)明總體上涉及電子封裝并且更具體涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)封裝。

背景和概述

如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)被集成在結(jié)合了電和機(jī)械部件的器件或系統(tǒng)中。MEMS器件可例如利用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路批處理技術(shù)制造。MEMS器件的示例性應(yīng)用包括微尺度上的感測、控制、和致動(dòng)。這種MEMS器件可單獨(dú)或以陣列形式發(fā)揮作用用于產(chǎn)生微尺度上的效果。

如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，許多MEMS器件需要?dú)饷苄悦芊猸h(huán)境以獲得最大性能。這可以是真空環(huán)境、受控的壓力環(huán)境或受控的氣體環(huán)境。封裝環(huán)境還為MEMS器件提供保護(hù)和最佳的操作環(huán)境。MEMS器件的特殊例子包括紅外MEMS、比如測輻射熱儀，有時(shí)也稱為微測輻射熱計(jì)，某些慣性MEMS、比如陀螺儀和加速計(jì)，以及光學(xué)機(jī)械器件、比如移動(dòng)鏡陣列。先前，在制造和切割MEMS器件晶片之后，MEMS器件已經(jīng)被單獨(dú)封裝在真空兼容的封裝中。然而，通常情況下，將MEMS器件封裝在傳統(tǒng)的金屬或陶瓷封裝中的成本可能是器件制造成本的約10至100倍。如果在封裝中需要真空的話尤其是這樣。

多年來，已經(jīng)研發(fā)出各種類型的紅外探測器。許多包括上面具有焦平面陣列的基板，焦平面陣列包括分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)像素的多個(gè)探測器元件(探測器器件)。基板包含集成電路，其被電耦合到探測器元件，并且通常被已知為只讀集成電路(ROIC)并且利用適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)節(jié)和處理來集成來自每一個(gè)探測器元件的信號(hào)和多路復(fù)用來自芯片的信號(hào)。

某些微機(jī)電(MEMS)器件就是這樣，測輻射熱儀可能需要被氣密性封裝在真空或其它受控的環(huán)境條件中，以用于最好的性能。測輻射熱儀陣列的封裝的示例性要求包括可靠的氣密性密封以能夠使高真空保持一延長時(shí)間段，IR窗口材料與良好的紅外傳輸?shù)募桑约案弋a(chǎn)率/低成本封裝。MEMS器件的可靠性和成本都取決于所選的包裝(封裝)技術(shù)。對(duì)于基于MEMS的測輻射熱儀來說，封裝可在芯片級(jí)或晶片級(jí)進(jìn)行。在這種情況下常用的封裝方式是制造保護(hù)性、IR-傳輸用的蓋晶片，或窗口蓋晶片(WCW)，并且在切割之前將其結(jié)合到包含有源IR探測器測輻射熱儀區(qū)域的半導(dǎo)體基板或器件晶片的暴露表面。蓋晶片有時(shí)也稱為窗口或蓋結(jié)構(gòu)，在其中形成有腔，從而當(dāng)蓋晶片被顛倒過來并且結(jié)合到器件晶片時(shí)，這些腔提供足夠的間隙來將MEMS器件容納于其中并且進(jìn)行保護(hù)，如在發(fā)明人為Ray等的、于1997年12月23日授權(quán)的、題為“Integrated infrared microlens and gas molecule getter grating in a vacuum package”的美國專利No.5701008中公開的。如在這里描述的，并且參考圖1和2，封裝組件被示出為具有半導(dǎo)體材料、優(yōu)選硅的只讀集成電路(ROIC)基板2。IR探測器陣列14被定位在基板2上并且包括多個(gè)單個(gè)的探測器元件，也稱為像素6。雖然圖2在探測器區(qū)域10中只示出了5x6矩形陣列的探測器像素6，但應(yīng)理解，典型的IR集成電路通常包括具有多達(dá)幾百個(gè)或甚至上千乘以幾百或甚至上千個(gè)像素6的平面IR探測器陣列。在大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用中，IR探測器經(jīng)常被冷卻并且通過感測IR輻射施加到探測器上的熱而引起的溫度升高來檢測IR輻射的強(qiáng)度。被冷卻的IR探測器的典型例子是氧化釩(VOx)微測熱輻射計(jì)(MB)，其中多個(gè)單個(gè)的探測器通常以陣列的形式、通過傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝形成在ROIC基板2上。MB陣列通過感測IR產(chǎn)生的熱來探測IR輻射，并且也稱為焦平面陣列(FPA)或傳感器芯片組件(SCA)?；?是用于處理測輻射熱儀產(chǎn)生的信號(hào)的集成電路。在本例子中，測輻射熱儀是當(dāng)溫度改變時(shí)其電阻也改變的微橋電阻。進(jìn)來的輻射導(dǎo)致微橋的溫度改變。雖然其它半導(dǎo)體材料、比如Si可以使用，但VOx是在大多數(shù)商業(yè)IR探測應(yīng)用中使用的常規(guī)可得到且經(jīng)濟(jì)有效的材料。

如在上述美國專利No.5701008中介紹的，真空密封的組件包括圍繞著IR探測器陣列的氣密性密封件8，用于密封探測器陣列免于大氣。密封件8例如可以是銦、金錫、或其它焊料，當(dāng)密封件被沉積在基板2或優(yōu)選晶片10上時(shí)密封件的高度被精確地控制。密封件8支撐第二基板，蓋晶片，這里是IR透明窗口10，例如在這里是硅，使得，利用晶片級(jí)的封裝，窗口晶片10必須具有與FPA晶片相容的熱膨脹系數(shù)，F(xiàn)PA晶片也是硅。晶片10可包括吸氣材料，圖中未示出，其被形成在晶片10的表面上具有預(yù)定表面積的表面預(yù)定區(qū)域中，如在上述美國專利No.5701008中介紹的。

如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，晶片級(jí)封裝(WLP)被研發(fā)出來，通過消除傳統(tǒng)的封裝而解決MEMS封裝的高成本問題。一個(gè)這種WLP封裝在于2003年2月18日獲得授權(quán)的、發(fā)明人為Gooch等人、題為“Vacuum package fabrication of integrated circuit components”的美國專利No.6,521,477中介紹了。在一種WLP工藝中，兩個(gè)晶片可利用連接材料結(jié)合到一起，以生成結(jié)合的晶片。例如，其中一個(gè)晶片是半導(dǎo)體(例如，硅)器件晶片，在該晶片的探測器區(qū)域中具有探測器器件，該探測器區(qū)域與只讀集成電路(ROIC)設(shè)置在該器件晶片的中心內(nèi)部區(qū)域中，上述只讀集成電路被使用圍繞著該器件晶片的探測器區(qū)域設(shè)置的密封焊料金屬環(huán)結(jié)合到另一個(gè)晶片、蓋晶片。在半導(dǎo)體晶片中形成器件之后，晶片包括薄的玻璃罩層，比如氮化硅或氮氧化硅(SiON)。密封環(huán)金屬使用傳統(tǒng)的光刻處理形成，用于形成鈦底層，其用作至ROIC玻璃罩的基板粘接層，鎳中間層，其用作擴(kuò)散障礙層，接著是金層，用來防止氧化物形成和增強(qiáng)焊料結(jié)合，這隨后被稱為“密封環(huán)”。類似的一組層被形成在蓋晶片上，提供用于器件和蓋晶片之間的焊料密封件的配合表面。形成密封環(huán)之后，焊料，例如Au 80％和Sn 20％，被應(yīng)用到該器件和該蓋晶片中任一者或兩者。

雖然所介紹的WLP技術(shù)提供了有效的封裝，但發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，因?yàn)樵贏uSn焊料和半導(dǎo)體器件晶片之間存在熱膨脹系數(shù)差，所以在如圖3中所示的高應(yīng)力區(qū)域處可能產(chǎn)生應(yīng)力，其中密封環(huán)的邊緣接觸到該器件或ROIC晶片。這些應(yīng)力可能導(dǎo)致在如圖3中所示的、該器件或ROIC晶片的玻璃罩和下層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不希望的裂縫。這些裂縫可能使中間介電層(ILD)以及ROIC的ILD中的金屬互聯(lián)跡線斷開，導(dǎo)致失效。

更特別地，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在現(xiàn)有技術(shù)中，密封環(huán)金屬堆積部(約0.5um厚)和焊料(高達(dá)11um厚)具有一致的邊緣。隨著焊料冷卻到～280攝氏度熔融溫度以下，焊料比下面的密封環(huán)和ROIC收縮得快(焊料CTE～16ppm，硅CTE～3ppm)，并且焊料非常堅(jiān)硬(AuSn焊料具有高楊氏模量)，所以它不能變形來釋放應(yīng)力。焊料層的收縮趨于在焊料連接部的邊緣處拉，這是連接部邊緣處的應(yīng)力點(diǎn)和所產(chǎn)生的裂縫的源。簡單地增大密封環(huán)下面部分的鈦(Ti)部分厚度對(duì)應(yīng)力的影響很小，因?yàn)楹噶先栽诿芊猸h(huán)的邊緣上產(chǎn)生拉力，造成應(yīng)力點(diǎn)。通過終結(jié)(terminate)該金屬被粘接到ROIC表面的邊緣的焊短以及提供中間層，將應(yīng)力向下傳導(dǎo)至ROIC表面上局部區(qū)域的陡變邊緣應(yīng)力釋放緩沖層，例如鈦應(yīng)力釋放緩沖層，被終止在ROIC的表面上方并且用更加韌性的材料遮蓋。發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到一旦消除了此一致的邊緣，在一個(gè)實(shí)施例中通過加厚應(yīng)力釋放緩沖層來加厚下面的鈦層，或在另一實(shí)施例中加厚鈦結(jié)合材料粘接層，都會(huì)進(jìn)一步減小應(yīng)力，但只有在首先消除此一致的邊緣時(shí)才行。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種結(jié)構(gòu)，其具有：基板；圍繞著所述基板的一表面區(qū)域設(shè)置在所述基板的一表面部分上的金屬環(huán)；設(shè)置在所述金屬環(huán)上的結(jié)合材料，所述結(jié)合材料具有內(nèi)邊緣和外邊緣；其中所述金屬環(huán)側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬環(huán)的第一層包括設(shè)置在所述基板的表面部分上的應(yīng)力釋放緩沖層，所述第一層具有在預(yù)定溫度下比所述表面部分的韌性高的韌性以及比所述結(jié)合材料的寬度大的寬度，所述應(yīng)力釋放緩沖層側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述應(yīng)力釋放緩沖層具有比所述基板的表面部分的膨脹系數(shù)大并且比所述結(jié)合材料的膨脹系數(shù)小的熱膨脹系數(shù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬環(huán)的頂表面的區(qū)域包括禁止所述結(jié)合材料粘接到所述頂表面的材料，并且其中所述金屬環(huán)的部分側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬環(huán)的頂表面上的結(jié)合材料掩膜層，所述結(jié)合材料穿過所述掩膜層上的暴露所述金屬層的頂表面的一部分的窗口，并且其中所述結(jié)合材料的一部分穿過所述窗口到達(dá)所述金屬層的頂表面的暴露部分上。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬環(huán)的部分側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，包括蓋，所述結(jié)合材料使所述基板結(jié)合到所述蓋。

應(yīng)力釋放緩沖層有效地粘接到基板并且不被結(jié)合材料弄濕。此外，應(yīng)力釋放緩沖層的熱膨脹系數(shù)(CTE)優(yōu)選在被結(jié)合到該應(yīng)力釋放緩沖層的基板的表面部分的CTE和焊料或結(jié)合材料的CTE之間的中間，并且具有韌性材料的多孔性以在高應(yīng)力區(qū)域中局部屈服，而不是像諸如SiON和硅的材料那樣破碎。示例性應(yīng)力釋放緩沖層材料是鈦。

利用這種結(jié)構(gòu)，在基板、例如半導(dǎo)體晶片和粘接層之間產(chǎn)生的應(yīng)力被從結(jié)合材料的邊緣與半導(dǎo)體晶片接觸的位置點(diǎn)移位到結(jié)合材料的邊緣與應(yīng)力釋放緩沖層接觸的位置點(diǎn)，因此被遠(yuǎn)離半導(dǎo)體晶片和任何相關(guān)聯(lián)的玻璃罩或脆性基板材料轉(zhuǎn)移。這樣，應(yīng)力釋放緩沖層用作應(yīng)力減小層，將高應(yīng)力區(qū)域從脆性玻璃罩移位到更加脆性的下面層。

更特別地，當(dāng)使用具有高熱收縮率的焊料結(jié)合和氣密性密封兩個(gè)晶片以形成本封裝時(shí)，隨著焊料從其熔融溫度冷卻，它會(huì)收縮，從而在焊料連接部的邊緣處在下面的半導(dǎo)體晶片中誘導(dǎo)高水平應(yīng)力。使用應(yīng)力釋放緩沖層1隔離位于焊料連接部的邊緣處的高應(yīng)力區(qū)域與下面的脆性半導(dǎo)體晶片，插入韌性水平比半導(dǎo)體晶片的韌性水平高的應(yīng)力釋放緩沖層材料，其熱收縮率小于焊料但高于下面的晶片。應(yīng)力釋放緩沖層的熱膨脹在焊料層和晶片的表面之間，減小了在更加脆性的晶片中的應(yīng)力。因此，本發(fā)明使得高CTE焊料或其它結(jié)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的脆性玻璃罩層集成。此外，該過程可在器件晶片、蓋或兩者上使用。

應(yīng)理解，術(shù)語環(huán)狀是指并且包括封裝一空間的形狀；它可以是圓形，矩形，正方形，橢圓形或可具有不規(guī)則形狀，比如彎彎曲曲或蜿蜒的形狀。

本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在附圖中以及在下面的介紹中闡述了。本發(fā)明的其它特征、對(duì)象和優(yōu)勢從說明書和附圖中以及從權(quán)利要求中是很顯然的。

附圖說明

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于IR探測器陣列的真空封裝的部分被切除的簡化立體圖；

圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在圖1的組件中使用的IR探測器陣列的簡化平面圖；

圖3是圖2的IR探測器陣列的斷面圖，該斷面圖是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沿著圖2中的線3-3截取的；

圖4是根據(jù)本公開的氣密性密封封裝的平面剖視圖，該剖視圖是沿著圖5中的線4-4截取的；

圖5是圖4的封裝的斷面圖，該斷面圖是沿著圖4中的線5-5截取的；

圖5A是圖5的斷面圖的放大部分，該放大部分在圖5中用箭頭5A-5A包圍起來；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的氣密性密封封裝的斷面圖；

圖6A是圖6的斷面圖的放大部分，該放大部分在圖6中用箭頭6A-6A包圍起來。

在各附圖中類似的參考標(biāo)記表示類似的元件。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考圖4和5，氣密性密封封裝100被示出用于氣密性密封器件102。封裝100包括：基板104，其在其中心區(qū)域106中具有器件102；蓋晶片108(圖5)；和一對(duì)金屬環(huán)，例如在這里為多層金屬環(huán)，107DW金屬環(huán)，107CW；金屬環(huán)107DW設(shè)置在基板104的、環(huán)繞出基板104的表面區(qū)域106的那個(gè)表面上，另一個(gè)金屬環(huán)107CW設(shè)置在蓋晶片108的環(huán)繞著中心區(qū)域106的表面上。應(yīng)理解，在一些應(yīng)用中可能不需要金屬環(huán)107CW。金屬環(huán)107DW包括：環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW，其被設(shè)置于基板104的上述表面上并且與其直接接觸(更具體地設(shè)置在基板104的玻璃罩層(overglass)116上并且與其直接接觸)，這在圖5A更清楚地示出了；以及密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW(圖5)，其位于環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的上表面上。金屬環(huán)107CW包括：位于蓋晶片108的環(huán)繞著中心區(qū)域106的那個(gè)表面上的環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW；和密封環(huán)結(jié)構(gòu)110CW，其位于環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW的上表面上。結(jié)合材料118設(shè)置在兩個(gè)密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW，110CW之間，如圖5中所示。因此，如在下面更詳細(xì)描述的，環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW是環(huán)密封結(jié)構(gòu)110CW的表面下層的材料而環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW是環(huán)密封結(jié)構(gòu)110DW的表面下層的材料。應(yīng)力釋放緩沖層109CW和109DW中的每一個(gè)分別用作蓋晶片108和器件晶片(或基板104)的環(huán)狀結(jié)合材料應(yīng)力釋放緩沖層。

更特別地，基板104包括：提供只讀集成電路ROIC的半導(dǎo)體器件晶片112，例如在這里是硅；器件晶片112的上表面上的層間介電層(ILD)114，其具有用于ROIC部件的金屬互連的導(dǎo)電跡線；和設(shè)置在層114上的玻璃罩層116，如圖所示。器件102例如在這里是紅外線(IR)探測器陣列，例如在這里是測輻射熱儀，其設(shè)置在玻璃罩116的中心區(qū)域106中，如圖所示。蓋晶片108是任何IR透明材料并且具有設(shè)置于器件102之上的腔，如圖所示，并且可以包括吸氣材料，未示出。

由于在下面將要介紹的原因，所述一對(duì)環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW，CW中的每一個(gè)是高韌性材料，例如在這里是鈦。環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW設(shè)置在玻璃罩層116上，如上所述。兩個(gè)密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW和110CW中的每一個(gè)包括分別在玻璃罩116和蓋晶片108上的應(yīng)力釋放緩沖層109上設(shè)置的基板粘接層122、例如在這里是鈦，在圖5A中更清楚地示出用于密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW的下基板粘接層122；設(shè)置在基板粘接層122上的擴(kuò)散阻擋層124，例如在這里是Ni或Pt，如圖所示，用于防止結(jié)合材料118擴(kuò)散到基板粘接層122內(nèi)(或與其相互作用)；和設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層124上的氧化物阻擋/結(jié)合材料粘接層126，例如在這里是金(AU)，如圖所示，用于防止氧化物形成和促進(jìn)焊料弄濕。

應(yīng)注意所述一對(duì)環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW，109DW中的每一個(gè)分別比密封環(huán)結(jié)構(gòu)110CW，110DW和結(jié)合材料118寬。應(yīng)注意，在本實(shí)施例中，環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW，109DW的內(nèi)和外邊緣109a，109b，分別延伸超出密封環(huán)結(jié)構(gòu)110CW，110DW的內(nèi)和外邊緣110a，110b中的至少一個(gè)，在這里為超出密封環(huán)結(jié)構(gòu)110CW，110DW的內(nèi)和外邊緣110a，110b兩者，超出長度L用于形成密封環(huán)結(jié)構(gòu)110CW，110DW任一側(cè)上的臺(tái)階224，在圖5A中更加清楚地示出了用于應(yīng)力釋放緩沖層109DW和密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW的臺(tái)階224。

更特別地，在本實(shí)施例中，玻璃罩層116例如在這里是2000埃厚度的氮氧化硅(SiON)層，所述一對(duì)環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW，109DW中的每一個(gè)例如在這里是厚度大于500埃的鈦層，例如在此處厚度是2500埃。例如在這里，環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109CW，109DW中的每一個(gè)利用光刻剝離工藝形成?？紤]應(yīng)力釋放層109DW的形成并且認(rèn)識(shí)到應(yīng)力釋放層109CW以類似方式形成，環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW例如在這里通過首先在玻璃罩層116上形成光致抗蝕劑層而形成，光致抗蝕劑層在圖中未示出。光致抗蝕劑層的區(qū)域是位于該器件上保留環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的區(qū)域內(nèi)側(cè)和外側(cè)，留下晶片表面的環(huán)狀區(qū)域，在該環(huán)狀區(qū)域中環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW被形成為被暴露。下面，利用蒸發(fā)或物理氣相沉積(PVD)過程用鈦涂覆晶片的整個(gè)表面；應(yīng)注意，鈦的一部分被沉積在圖案化的光致抗蝕劑上而其他部分被沉積在晶片的暴露環(huán)狀部分上。隨后，光致抗蝕劑被剝離晶片，除去光致抗蝕劑上的鈦的那些部分，在晶片上留下環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW。該材料也可以通過機(jī)械掩膜制造，而不需要光刻過程。然后，使用另一剝離過程來形成密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW，在這里利用蒸發(fā)或物理氣相沉積(PVD)過程沉積厚度例如是2000埃的鈦，然后利用蒸發(fā)或物理氣相沉積(PVD)過程沉積厚度為2500埃的鎳，以及利用蒸發(fā)或物理氣相沉積(PVD)過程沉積厚度為2500埃的金。應(yīng)注意，此時(shí)環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的寬度在300微米范圍內(nèi)，例如環(huán)狀密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW的寬度此時(shí)比環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的寬度窄(200微米)并且分別從環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的內(nèi)和外邊緣109a，109b內(nèi)縮(圖5A)。此時(shí)，例如，密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW的內(nèi)和外邊緣110a，110b分別從環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的內(nèi)和外邊緣109a，109b縮回長度L，例如是50微米，以形成如圖5A中所示的臺(tái)階224。例如此時(shí)形成了50微米寬的臺(tái)階224。因而，結(jié)合材料118，例如焊料(例如在這里是金/錫(例如在這里，Au 80％SN 20％))，的陡變邊緣被從環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的邊緣縮回并且分別被提升到基板104和蓋晶片108的表面上方。這樣，在圖3中介紹的高應(yīng)力點(diǎn)被移位(遠(yuǎn)離玻璃罩層116升高)；并且應(yīng)力釋放緩沖層109DW被有效地插入高應(yīng)力點(diǎn)路徑中，從而減小了脆性SiON玻璃罩層116中的應(yīng)力。應(yīng)注意，在預(yù)定溫度下，比如室溫(20-23攝氏度)下或?qū)⑸w108結(jié)合到基板118時(shí)封裝100的溫度下，應(yīng)力釋放緩沖層109DW的韌性比SiON玻璃罩層116的韌性高，并且被插入焊料118和基板118之間的應(yīng)力釋放緩沖層109DW的熱膨脹系數(shù)(CTE)的值在焊料的CTE值和玻璃罩層116的CTE值之間。相對(duì)于SiON玻璃罩層116具有更高韌性的應(yīng)力釋放緩沖層109DW允許小級(jí)別的局部變形，進(jìn)一步降低了脆性SiON玻璃罩層116中的應(yīng)力。

如此，高應(yīng)力點(diǎn)SP被移出脆性SiON層116(在圖3中定位的地方)進(jìn)入更加脆性的應(yīng)力釋放緩沖層109DW。與應(yīng)力釋放緩沖層109DW的陡變端部相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力點(diǎn)被降低到不太重要的點(diǎn)，由于應(yīng)力釋放緩沖層109DW的CTE更接近下面的基板104的CTE，與應(yīng)力釋放緩沖層109DW相對(duì)較薄(例如在這里是2500埃)增加了其韌性相結(jié)合。另外，因?yàn)橛捎诳諝獗┞?、小臺(tái)階224(圖5A)被表面處理有氧化鈦，這是焊料不喜歡的并且因此用作焊壩，來抵御熔融焊料118從連接部擴(kuò)散。也就是說，109CW和109DW的表面是快速氧化成氧化鈦的鈦并且氧化鈦是禁止結(jié)合材料118粘到上面的材料。

應(yīng)注意AuSn焊料的熱膨脹系數(shù)(CTE)＝16ppm/K；Ti的CTE8.5ppm/開氏度；硅的CTE2.6ppm/開氏度；而SiON的CTE2ppm/開氏度。應(yīng)注意環(huán)狀應(yīng)力釋放緩沖層109DW的熱膨脹系數(shù)(CTE)(8.5ppm/開氏度)是基板被結(jié)合到應(yīng)力釋放緩沖層109DW的表面部分(即玻璃罩層116)的CTE，(2ppm/開氏度)，和密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW上的結(jié)合材料118的CTE(16ppm/K)之間(大約在它們中間)。

因此，應(yīng)注意AuSn焊料118和Si之間的CTE差很大(因子為6)。這些是引起應(yīng)力問題的兩個(gè)主要關(guān)鍵。當(dāng)焊料從焊料的熔融狀態(tài)冷卻時(shí)，焊料要收縮比附接著所述焊料的硅大>6的因子。應(yīng)注意，應(yīng)力釋放緩沖層109DW的熱膨脹系數(shù)(CTE)優(yōu)選在玻璃罩層116的CTE和焊料或結(jié)合材料118的CTE的中間，這樣韌性的應(yīng)力釋放緩沖層109DW在高應(yīng)力區(qū)域中可以局部屈服，而不是像諸如SiON和硅的脆性材料那樣破裂。還應(yīng)注意，應(yīng)力釋放緩沖層109CW具有比硅蓋晶片108的韌性高的韌性，并且被插入焊料118和硅蓋晶片108之間的應(yīng)力釋放緩沖層109CW的熱膨脹系數(shù)(CTE)。

現(xiàn)在參考圖6，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的氣密性密封封裝100’。這里，密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW’具有鈦基板粘接/擴(kuò)散阻擋層122’(圖6A)(實(shí)際上，層122’由擴(kuò)散阻擋層122和應(yīng)力釋放層109DW構(gòu)成)。因此基板粘接/擴(kuò)散阻擋層122’是被加厚到約4000埃厚的層的鈦，以用于基板粘接層122和應(yīng)力釋放層109DW的雙作用。焊料掩膜150，例如在這里鈦或氮化鈦，具有利用光刻蝕刻技術(shù)或剝離光刻術(shù)在其中形成的窗口，用于暴露下面的結(jié)合材料粘接層126的那一部分。應(yīng)注意如果鈦被用于焊料掩膜150，則鈦快速氧化成氧化鈦并且氧化鈦是禁止結(jié)合材料118粘到上面的材料。同樣氮化鈦是禁止結(jié)合材料粘到上面的材料。

結(jié)合材料118，例如在這里是焊料，被沉積在結(jié)合材料粘接層126的暴露部分上的窗口內(nèi)。應(yīng)注意密封材料118比金屬環(huán)107DW’窄，金屬環(huán)107DW’包括：密封環(huán)結(jié)構(gòu)110DW’和焊料掩膜150，如圖所示，以從金屬環(huán)107DW’的邊緣縮回結(jié)合材料118的邊緣。還應(yīng)注意，此縮回形成了等效于在上面關(guān)于圖5和5A所述的臺(tái)階224的焊壩。應(yīng)理解，在本例子中，類似的結(jié)構(gòu)被用于蓋晶片108上的金屬環(huán)。

現(xiàn)在應(yīng)了解根據(jù)本公開的結(jié)構(gòu)包括：基板；圍繞著基板的表面區(qū)域設(shè)置在基板的表面部分上的金屬環(huán)；設(shè)置在金屬環(huán)上的結(jié)合材料，結(jié)合材料具有內(nèi)和外邊緣；其中金屬環(huán)側(cè)向延伸超出結(jié)合材料的內(nèi)和外邊緣中的至少一個(gè)。下述特征中的一個(gè)或多個(gè)可單獨(dú)包括或與包括下述的其它特征相結(jié)合：所述金屬環(huán)的第一層包括設(shè)置在所述基板的表面部分上的應(yīng)力釋放緩沖層，所述第一層具有在預(yù)定溫度下比所述表面部分的韌性高的韌性以及比所述結(jié)合材料的寬度大的寬度，所述應(yīng)力釋放緩沖層側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；其中所述應(yīng)力釋放緩沖層具有比所述基板的表面部分的膨脹系數(shù)大并且比所述結(jié)合材料的膨脹系數(shù)小的熱膨脹系數(shù)；其中所述金屬環(huán)的頂表面的區(qū)域包括禁止所述結(jié)合材料粘接到所述頂表面的材料，并且其中所述金屬環(huán)的部分側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；該結(jié)構(gòu)包括所述金屬環(huán)的頂表面上的結(jié)合材料掩膜層，所述結(jié)合材料穿過所述掩膜層上的暴露所述金屬層的頂表面的一部分的窗口，并且其中所述結(jié)合材料的一部分穿過所述窗口到達(dá)所述金屬層的頂表面的暴露部分上；其中所述金屬環(huán)的部分側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；該結(jié)構(gòu)包括：蓋；和設(shè)置在所述基板上的器件；其中，所述結(jié)合材料使所述基板結(jié)合到所述蓋；其中所述應(yīng)力釋放緩沖層具有比所述基板的表面部分的熱膨脹系數(shù)大并且比所述結(jié)合材料的熱膨脹系數(shù)小的熱膨脹系數(shù)；該結(jié)構(gòu)包括所述金屬環(huán)的頂表面上的結(jié)合材料掩膜層，所述結(jié)合材料穿過所述掩膜層上的暴露所述金屬層的頂表面的一部分的窗口，并且其中所述結(jié)合材料的一部分穿過所述窗口到達(dá)所述金屬層的頂表面的暴露部分上；其中所述應(yīng)力釋放緩沖層被設(shè)置在所述基板的表面部分上并且與其直接接觸；其中所述金屬環(huán)的第一層包括設(shè)置在所述基板的表面部分上的應(yīng)力釋放緩沖層；其中，所述金屬環(huán)的第一金屬是鈦；其中，所述金屬環(huán)的第一金屬是銅或鋁；其中所述基板的上表面是氮氧化硅；其中，所述基板包括硅；其中，所述金屬環(huán)的第一層是厚度大于500埃的鈦。

還應(yīng)了解根據(jù)本公開的結(jié)構(gòu)包括：基板；應(yīng)力釋放緩沖層；密封環(huán)，其被設(shè)置在應(yīng)力釋放緩沖層上并且圍繞著所述基板的表面區(qū)域；其中所述應(yīng)力釋放緩沖層具有在預(yù)定溫度下比所述基板的表面部分的韌性高的韌性；設(shè)置在密封環(huán)上的結(jié)合材料，所述結(jié)合材料具有內(nèi)邊緣和外邊緣；并且其中所述應(yīng)力釋放緩沖層側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)。此外，所述環(huán)狀應(yīng)力釋放層的熱膨脹系數(shù)(CTE)在所述基板的表面部分的CTE和密封環(huán)上的結(jié)合材料的CTE之間。

還應(yīng)了解根據(jù)本公開的結(jié)構(gòu)包括：基板；設(shè)置在基板上的器件；圍繞著所述器件設(shè)置在基板上的密封環(huán)；設(shè)置在密封環(huán)上的結(jié)合材料；設(shè)置在結(jié)合材料和基板之間的層；和其中所述層側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；蓋；并且其中所述結(jié)合材料將所述基板結(jié)合到所述蓋。此外，所述層的熱膨脹系數(shù)(CTE)在所述基板的表面部分的CTE和密封環(huán)上的結(jié)合材料的CTE之間。

還應(yīng)了解根據(jù)本公開的封裝包括：基板；所述封裝的表面上的器件；圍繞著所述器件設(shè)置在所述基板的表面部分上的金屬環(huán)；蓋；設(shè)置在所述金屬環(huán)的相反兩端的結(jié)合材料；其中所述金屬環(huán)側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；并且其中所述結(jié)合材料將所述蓋結(jié)合到所述基板。下述特征中的一個(gè)或多個(gè)可單獨(dú)包括或與包括下述的其它特征結(jié)合：其中所述金屬環(huán)的第一層包括設(shè)置在所述基板的表面部分上的應(yīng)力釋放緩沖層，所述第一層具有在預(yù)定溫度下比所述表面部分的韌性高的韌性以及比所述結(jié)合材料的寬度大的寬度，所述應(yīng)力釋放緩沖層側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；其中，所述應(yīng)力釋放緩沖層具有比所述基板的表面部分的膨脹系數(shù)大并且比所述結(jié)合材料的膨脹系數(shù)小的熱膨脹系數(shù)；其中所述金屬環(huán)的頂表面的區(qū)域包括禁止所述結(jié)合材料粘接到所述頂表面的材料，并且其中所述金屬環(huán)的部分側(cè)向延伸超出所述結(jié)合材料的所述內(nèi)邊緣和外邊緣中的至少一個(gè)；所述金屬環(huán)的頂表面上的結(jié)合材料掩膜層，所述結(jié)合材料穿過所述掩膜層上的暴露所述金屬層的頂表面的一部分的窗口，并且其中所述結(jié)合材料的一部分穿過所述窗口到達(dá)所述金屬層的頂表面的暴露部分上。

已經(jīng)介紹了本發(fā)明的許多實(shí)施例。然而，應(yīng)理解在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以進(jìn)行多種修改。例如，氣密性密封封裝可被用于各種各樣的器件，包括、但不限制于紅外MEMS，諸如測輻射熱儀、有時(shí)也稱為微測熱輻射計(jì)，和比如陀螺儀和加速計(jì)的某些慣性MEMS，將離散的器件結(jié)合到封裝，晶片在非真空應(yīng)用(比如DLP)或真空封裝中結(jié)合MEMS。此外，其它材料可用于應(yīng)力釋放緩沖層109DW和/或109CW，比如，例如銅或鋁。此外，其它材料可用于基板粘接層122，比如，例如TiN。對(duì)于這種情況，Ti和Ni兩者都用作本制造過程的不同階段的擴(kuò)散障礙。此外，其它材料可用于擴(kuò)散障礙，比如Pt。此外，其它材料可用于結(jié)合材料，比如例如CuSn。還具有其它的玻璃罩材料可使用，比如，例如SiN。因而，其它實(shí)施例落在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。