[发明专利]MEMS圆片级真空封装方法及结构

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域，具体涉及MEMS圆片级真空封装方法及结构。

背景技术

微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS）是以微电子、微机械以及材料科学为基础，研究、设计、制造具有特定功能的微型装置，包括微传感器、微执行器等，MEMS器件具有体积小、重量轻、功耗低、批量化生产等诸多优点。通常MEMS器件是由一些可动结构组成，这些可动结构非常脆弱，易碎，易被灰尘、水汽等破坏，为了不影响后续的加工和装配，需要对其进行晶圆级封装，以提供良好的机械支撑以及环境保护等功能。此外，很多具有重要应用的MEMS器件都需要进行真空封装，以便有效降低可动结构运动时的空气阻尼，提高器件的品质因数，从而能够极大的提高器件工作性能。

目前的真空封装方法主要包括基于薄膜淀积工艺的真空封装方法和基于圆片键合工艺的真空封装方法。

基于薄膜淀积工艺的圆片级真空封装工艺，是由牺牲层上淀积的薄膜形成覆盖器件的封闭空腔，在薄膜上刻蚀释放孔以刻蚀牺牲层，最后，在这层薄膜上淀积另一层薄膜实现封口。基于薄膜淀积真空封装工艺使用标准的集成电路工艺，并且使用较少的圆片面积，它的成本将少于基于圆片键合工艺的真空封装。但是该工艺淀积的薄膜很薄、腔体很小，极容易在划片过程中损坏；同时，气体的泄漏率与器件内外的压力差成正比，而真空封装的器件内外压力差较大，造成目前基于薄膜淀积工艺的真空封装器件存在真空泄露，使用寿命降低，不能满足真空封装使用寿命至少十年的使用要求。

基于圆片键合工艺的真空封装是将带有微机电结构的圆片与盖板圆片直接键合，盖板圆片一般是玻璃或硅片，键合工艺可以在密封或半密封状态下进行，防止微机电系统在后道工序受到污染。对于密封键合工艺，微机电系统可以在真空或惰性气体的环境中进行封装。现有基于圆片键合工艺中，由于圆片级封装，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。硅通孔(Through Silicon Via)技术也是比较常用的解决方案。但是硅通孔使器件制造工艺变得复杂，成本仍然很高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种密封性好、电极引出方便、工艺简便易行的MEMS圆片级真空封装方法。本发明的另一目的在于提出一种密封性好，电极引出方便、结构简单的MEMS圆片级真空封装结构。

为此，根据本发明实施例的MEMS圆片级真空封装方法，包括以下步骤:制作芯片圆片，其中，所述芯片圆片包括：基底、形成位于所述基底之上的MEMS、形成所述基底之上并位于所述MEMS外围的第一焊料环、形成在所述第一焊料环之外的电极，其中所述MEMS和所述电极通过位于所述基底表面的连接层相连；制作盖板圆片，其中，所述盖板圆片的正面包括：与所述MEMS尺寸位置相对应的凹腔、与所述第一焊料环尺寸位置对应的第二焊料环，所述盖板圆片的背面包括：第一划片标记和第二划片标记，所述第一划片标记与最终制备器件的边缘对应，所述第二划片标记位于所述最终制备相邻MEMS器件的之间位置；将所述芯片圆片与所述盖板圆片对准并键合，其中，所述第一焊料环与所述第二焊料环对准，所述MEMS与所述凹腔对准；以及沿着所述第一划片标记划断所述盖板圆片，沿着所述第二划片标记划断所述盖板圆片和芯片圆片。

在本发明的一个实施例中，所述制作芯片圆片包括：提供所述基底；在所述预连接所述MEMS与电极的位置形成连接层，所述连接层位于所述基底表面；在所述基底之上形成所述MEMS和电极；以及在所述基底之上、所述MEMS与所述电极之间形成环绕所述MEMS的所述第一焊料环。

在本发明的一个实施例中，所述制作盖板圆片包括：提供所述盖板圆片；在所述盖板圆片的正面形成凹腔；在所述盖板圆片的正面、所述凹腔的周围形成第二焊料环；以及在所述盖板背面形成第一划片标记和第二划片标记。

在本发明的一个实施例中，所述制作盖板圆片还包括：在所述凹腔底部形成吸气剂。

在本发明的一个实施例中，通过化学各向异性刻蚀、物理刻蚀、物理化学交互刻蚀或光刻刻蚀的工艺形成所述凹腔。

在本发明的一个实施例中，所述键合为黏合剂表面键合、阳极键合、硅熔融键合或共晶键合。

在本发明的一个实施例中，所述第一焊料环的材料为玻璃浆料、Al、Si、Ge、Sn、Cu、Au、Ti/Au双层膜或Cr/Au双层膜。