[发明专利]MEMS器件的真空封装结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空封装结构及其制作方法，特别是涉及一种MEMS器件的真空封装结构及其制作方法，采用微电子机械加工技术，属于微电子机械系统领域。

背景技术

利用微电子机械加工技术制作的加速度计和角速度计在汽车导航和消费电子等领域得到了广泛应用。这些传感器具有成本低、可批量生产、稳定性好等优点。但是在机械结构达到微米量级时，空气阻尼效应成为了影响器件性能的关键因素。真空封装能够大幅减小空气阻尼效应，使器件的品质因子得到显著提高。

气密性是影响真空封装效果的一个重要因素。由于器件内外的电连接很容易影响到真空封装的气密性，因此它决定了整个器件的真空封装结构。玻璃浆料封装是常用的真空封装方式之一。R.Knechtel，M.Wiemer，J.Fromel在Special issue：Wafer-bonding workshop for MEMS technologies(WBW-MEMS)，11-12October 2004，Halle中详细介绍了这种技术。玻璃浆料封装的器件结构简单，也很容易实现密闭性和器件内外的电连接。但是，由于玻璃浆料的流动性，一方面容易造成器件的沾污；另一方面通常需要密封环做的比较宽，同时需要增加附属的结构来控制玻璃浆料的流动，进而造成器件体积较大；更重要的是，玻璃浆料会释放气体，造成器件内部气压上升，影响器件的性能，因此器件内部需要再加入吸气剂，导致成本上升。

为了同时满足气密性和与CMOS技术相兼容的要求，硅通孔(Through Silicon Via)技术也是比较常用的解决方案。Steven S.Nasiri和Anthony Francis Flannery，JR.提出了一种CMOS硅片和MEMS硅片键合并采用硅通孔引线的封装结构(Method of fabrication of Al/Ge bonding in a wafer packaging enviroment and a product produced therefrom，US 2008/0283990A1)。该方法利用铝锗共晶键合(也称作铝锗低温键合)的导电特性和CMOS硅片上的硅通孔实现器件内外的电连接。但是，硅通孔使器件制造工艺变得复杂，成本也大幅上升。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS器件的真空封装结构及其制作方法，用于解决现有技术中在同时满足气密性和与CMOS技术相兼容的要求时，造成密封环较宽、封装体积较大、制造工艺复杂、成本上升等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件的真空封装结构制作方法，至少包括：

1)提供一下基板以及对应所述下基板且具有支撑衬底、绝缘层以及半导体层的半导体衬底，并在所述半导体层上定义出结构区域；

2)刻蚀所述半导体层，在所述半导体层上定义的结构区域外侧刻蚀出第一凹槽；以及在所述结构区域外侧刻蚀出暴露所述绝缘层的环形隔离槽，且所述环形隔离槽的一边位于所述第一凹槽中，在所述环形隔离槽中形成一孤岛；

3)在所述下基板的表面对应所述第一凹槽的区域形成引线，用以实现MEMS器件封装结构内外的电连接；

4)将所述下基板与所述半导体层对准键合，使所述引线连接于所述孤岛与结构区域之间；

5)将键合后的结构去除所述支撑衬底，以形成器件结构体；

6)刻蚀所述绝缘层，以在所述孤岛上预制备焊盘的区域形成露出所述半导体层的焊盘窗口，以及形成对应所述结构区域并露出所述半导体层的释放窗口；

7)在所述焊盘窗口中形成连接至所述孤岛的焊盘，在所述绝缘层上对应所述环形隔离槽的区域形成隔离槽保护环以及环绕所述释放窗口形成密封环，且所述密封环的一边途经所述孤岛的绝缘层表面，所述密封环与隔离槽保护环相连接；

8)刻蚀所述结构区域，以在所述器件结构体中形成所需MEMS器件；

9)提供一上基板，在所述上基板对应所述密封环和隔离槽保护环的区域上沉积相应的键合材料；

10)利用低温键合工艺将所述上基板真空键合至所述器件结构体，而后刻蚀所述上基板，直至暴露出所述孤岛上的焊盘，以完成MEMS器件的真空封装。

可选地，所述半导体衬底为SOI衬底。

可选地，所述步骤1)为：提供一下基板以及对应所述下基板的半导体层，在所述半导体层上沉积绝缘层并在绝缘层上粘附或键合一个托片，以形成半导体衬底，并在所述半导体层上定义出结构区域。