[发明专利]一种用于MEMS光学器件的薄膜封帽封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜封帽封装结构及其制造方法，尤其是一种用于MEMS光学器件的薄膜封帽封装结构及其制造方法，具体地说制备得到的薄膜封帽能够满足晶圆级和芯片级封装的要求，属于MEMS封装的技术领域。

背景技术

自从1857年Faraday第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用，从最早应用在玩具和纺织行业，到现在无所不在的集成电路，薄膜制备技术几乎渗透到我们日常生活的每个角落，据统计仅薄膜设备一项，全球每年的销售额可以达到数百亿美元，而应用这些薄膜设备制造的产品销售额要在100倍以上，不但应用广泛，薄膜淀积的技术也飞速进步，发展了很多种类，IC制造行业每5年就会更新一次设备，这其中有大量薄膜制备设备，薄膜淀积的面积从最初2英寸到12英寸，薄膜厚度从零点几个纳米到几个毫米，可见薄膜制备技术一直在飞速的进步，相应的理论研究非常深入和广泛，从经典的热力学理论到建立在原子级观测的成核理论，几乎涉及到薄膜科学的每个方面，MEMS中的平面工艺可以说是薄膜淀积技术和光刻、刻蚀技术的组合，掩蔽层、牺牲层、LIGA技术中的电镀都离不开薄膜制备技术。

就MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）封装而言，根据产品不同，MEMS的封装成本在整个MEMS产品中占有40%至80%的比例；同时，MEMS器件的性能和可靠性与其封装形式及封装技术有着密不可分的联系。由于MEMS器件结构的特殊性，其封装比起传统的集成电路封装要复杂很多：首先需要考虑到MEMS器件中同样重要的电学部件和机械部件；其次，一些MEMS器件需要与外界环境接触或者与外界环境完全隔离；最后，随着MEMS结构和MEMS附带电路的尺寸越来越小。

最早关于MEMS的封帽专利实在20世纪80年代末和90年代初由一些从事MEMS研究多年的老牌半导体公司提出。最常用的工艺是通过刻蚀硅晶圆制造封帽阵列，刻蚀出帽阵列区，并对其进行预切，以便分割成单个封帽，然后通过键合的方式将帽阵列与MEMS晶圆进行结合。封好帽之后的MEMS晶圆可以被分割和清洗，受保护的晶圆可以在封装代工厂完成其后的封装或组装。同时，还可以利用通孔技术在封帽上引入导体，在封帽上实现与外部键合焊盘的相通。

对于MEMS光学器件，例如微镜、红外传感器等，通常需要在一定的真空环境下才能正常工作。各厂商都在寻求封装体积更小、气密性更为优良、可靠性更高的封装方案。芯片级甚至圆片级MEMS封装已经成为研究领域中的一个重要的研究方向，其中，基于薄膜技术的芯片级或晶圆级封装工艺得到了大力的发展，例如现在很多的RF器件都大量采用了薄膜技术进行芯片封帽。在红外成像传感器领域，基于牺牲层工艺的薄膜真空封帽技术被视为实现“第四代——像素级封装”的关键，很多科研院校和商业公司不断地提出新的想法和理念。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于MEMS光学器件的薄膜封帽封装结构及其制造方法，其结构紧凑，制造方便，降低了制造成本，气密性好，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述用于MEMS光学器件的薄膜封帽封装结构，包括衬底及位于所述衬底上的MEMS光学结构；所述衬底上设置薄膜封帽，所述薄膜封帽的端部边缘通过键合层与衬底键合固定连接；薄膜封帽与衬底间形成容纳MEMS光学结构的腔体，所述MEMS光学结构位于腔体内。

所述薄膜封帽的外表面上覆盖有第一光学增透膜，薄膜封帽的内表面上覆盖有第二光学增透膜，所述第二光学增透膜位于MEMS光学结构的正上方。

所述薄膜封帽的内表面上设置吸气剂层，并在薄膜封帽通过键合层与衬底键合时激活吸气剂层。

所述衬底内设有贯通衬底的电连接通孔，所述电连接通孔与MEMS光学结构电连接。

一种用于MEMS光学器件的薄膜封帽封装结构制造方法，所述薄膜封帽封装结构制造方法包括如下步骤：

a、提供中转晶圆，并对所述中转晶圆的两个对面表面进行抛光；在表面抛光后的中转晶圆的一个表面上沉积防粘层，并在防粘层上设置中转支撑保护层；

b、选择性地掩蔽和刻蚀中转支撑保护层，以在中转支撑保护层内形成所需的凹坑；

c、在中转支撑保护层对应形成凹坑的表面沉积薄膜材料，得到所需的薄膜封帽，所述薄膜封帽覆盖中转支撑保护层的表面；

d、在上述薄膜封帽上制作键合层，所述键合层位于凹坑的外圈，形成于薄膜封帽的端部边缘；

e、提供衬底，所述衬底上设置所需的MEMS光学结构；