[发明专利]圆片级MEMS惯性器件TSV堆叠封装结构

权利要求书

1.一种圆片级MEMS惯性器件TSV堆叠封装结构，其结构是对垂直堆叠的ASIC芯片和MEMS芯片结构通过硅通孔TSV工艺进行互连封装得到，所述封装结构包括ASIC芯片、MEMS芯片以及对外连接部分，其特征在于：

MEMS芯片包括：

第一硅基板(1)、沉积在第一硅基板(1)上的第一绝缘层(2)、位于第一绝缘层(2)上的第一金属层(3)、位于第一金属层(3)上的孔硅连接点(4)和氧化硅锚点(7)、位于所述孔硅连接点(4)和所述氧化硅锚点(7)上的可动硅层(5)、硅锚点(10)、硅悬臂梁(8)、可动结构(9)，在上述可动硅层(5)、硅锚点(10)、硅悬臂梁(8)、可动结构(9)上形成的第二金属层(6)和MEMS金属焊垫(11)；

所述的ASIC芯片包括：第二硅基板层(16)、位于部分所述第二硅基板层(16)上表面的电路部分(14)、覆盖所述第二硅基板层以及所述电路部分的第二绝缘层(15)、以及位于所述第二绝缘层(15)上的ASIC金属焊垫(12)和第三金属层(13)；

由上述第一硅基板、第二硅基板、第二金属层、第三金属层、可动硅层、第一绝缘层及第一金属层构成一个密封的空腔；

所述对外连接部分包括在所述ASIC晶圆的硅基板背面对应需要对外连接的所述ASIC金属焊垫的硅通孔(20)，覆盖整个所述硅通孔侧壁及硅基板背面的第三绝缘层(22)，全部覆盖第二硅基板的背面包括所述硅通孔侧壁及孔底的ASIC金属焊垫来实现孔底金属焊垫和硅基板背面表面的互连的第四金属层(23)，覆盖该第四金属层表面的第四绝缘层(25)以及在对应所述第四金属层上方留出锡球位置去除第四绝缘层(25)后在其上形成的锡球印刷区(26)，在该锡球印刷区上形成的锡球。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，第二金属层和第三金属层为铜或金铬合金，第一绝缘层和第二绝缘层为氧化硅及氮化硅，第三绝缘层为二氧化硅，第四绝缘层为具有绝缘特性的深色负性光刻胶，第四金属层及表面导线层为铝铜合金。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，硅通孔可以为垂直孔，也可以为有一定斜坡角度的斜孔。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，第二金属层、可动硅层、MEMS金属焊垫、ASIC金属焊垫、第四金属层、互连孔、表面导线和锡球可以根据需要进行选择性的互连，实现电信号的传导。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，MEMS焊垫和第二金属层层高一致，ASIC焊垫和第三金属层的层高一致。

6.根据权利要求5所述的的封装结构，其特征在于MEMS焊垫和第二金属层的表面，ASIC焊垫和第三金属层的表面，两个结构的镜像对应区域应该吻合，并且表面光滑。

7.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，在硅通孔底部的第三绝缘层上开孔，然后沉积第四金属层，实现第四金属层和ASIC焊垫的连接。

8.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，第二金属层及第三金属层用做密封的区域为环形结构。

9.根据权利要求8所述的封装结构，其金属层需经过电镀处理。

10.一种制备圆片级MEMS惯性器件TSV堆叠封装结构的方法，其特征在于：

运用TSV封装工艺对MEMS芯片和ASIC芯片的垂直堆叠结构进行封装，其中具体工序如下：

a、制备MEMS芯片：

在第一硅基板（1）上沉积第一绝缘层(2)，然后在第一绝缘层（2)上形成第一金属层（3)，在第一金属层（3)上形成孔硅连接点（4)和氧化硅锚点（7)，接着在所述孔硅连接点（4)和所述氧化硅锚点（7)上形成可动硅层（5)、硅锚点（10)、硅悬臂梁（8)、可动结构（9)，其中所述可动硅层（5)与硅锚点（10)、硅悬臂梁（8)、可动结构（9)为同一硅层，然后在该同一硅层表面形成第二金属层（6)和MEMS金属焊垫（11)；

b、制备ASIC芯片：提供一个第二硅基板层（16)、在部分所述第二硅基板层（16)上表面形成电路部分（14)、覆盖所述第二硅基板层以及所述电路部分形成第二绝缘层（15)、在所述第二绝缘层（15)上形成ASIC金属焊垫（12)和第三金属层（13)，所述ASIC金属焊垫和第三金属层（13)属于同一材料层；

c、以ASIC芯片具有金属焊垫的表面作为晶圆正面，在其上与所述MEMS芯片具有金属焊垫的表面相对的方式进行对位，两芯片贴近并且实现位置对应，然后进行真空环境下的金属键合，在一定的压力，温度和真空条件下，金属实现原子间的扩散，形成了具有密封性的键合层，由第一硅基板（1)、第二硅基板（16)、第二金属层（6)、第三金属层（13)、可动硅层（5)、第一绝缘层（2)及第一金属层（3)等构成具有一定真空度的密封的真空腔体（18)；

d、制备整个芯片的对外连接部分，通过在所述ASIC晶圆的硅基板背面对应需要对外连接的所述ASIC金属焊垫（12)运用干法刻蚀开硅通孔，所述孔贯通所述ASIC芯片的硅基板，然后沉积二氧化硅覆盖整个所述硅通孔侧壁及硅基板背面，其后经过光刻、干法刻蚀露出硅通孔底部的ASIC金属焊垫，然后沉积第四金属层（23)全部覆盖第二硅基板的背面包括所述硅通孔侧壁及孔底的ASIC金属焊垫，后经光刻、金属蚀刻、图形化形成所设计线路和锡球印刷区（26)，然后在所述第四金属层表面旋涂一层深色负性光刻胶，在对应所述第四金属层上方留出即将制备的锡球位置处图形化去除光刻胶，露出所述锡球印刷区，其余部分作为保护层留下，用以保护金属线路，然后在所述锡球印刷区上形成锡球，完成整个芯片的对外连接部分。