[实用新型]一种具有TSV结构的MEMS芯片

说明书

本实用新型属于芯片封装的技术领域，公开了一种具有TSV结构的MEMS芯片，在盖板的深槽内壁上覆盖一层绝缘氧化层，使其成为氧化深槽，并在氧化深槽内充满深槽多晶硅，成为TSV结构，MEMS结构的电信号既可以通过第一键合金属块和TSV导电柱连接到顶层金属图形上，也可以通过第二键合金属块、金属导线和深槽多晶硅连接到顶层金属图形上，达到了一个TSV结构导通二路电信号的目的，MEMS芯片体积小，方便MEMS结构的设计。

技术领域

本实用新型涉及一种MEMS圆片级气密性封装的工艺方法，具体是一种具有TSV结构的MEMS芯片，属于芯片封装的技术领域。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)芯片中通常具有可动结构，非常脆弱，需要通过密封空腔封装的方法保护，传统的封装方法是采用陶瓷管壳，金属管壳，预成型塑料管壳等进行空腔封装，但MEMS可动结构(简称MEMS结构)在封装过程中很容易受到污染或损伤，所以现在大部分MEMS芯片制造过程中，采用圆片级气密性封装的方法为MEMS结构加个盖板，将可动部分(即MEMS结构)保护起来，然后再进行与普通电子元器件类似的封装。圆片级封装技术是对制作有电子芯片的圆片进行整体封装，测试后再切割成单个电子芯片的加工技术。圆片级封装后的芯片后续加工方便，不需要1000级以上的超净环境，圆片切割时也不需要特殊保护，节约了加工成本。

TSV(Through-Silicon-Via)圆片级封装技术是圆片级气密性封装中芯片面积最小的一种，即在电子芯片的盖板圆片上直接制作深孔或深槽，将电信号从电子芯片中引出的方法，TSV结构为密封腔的一个组成部分。对于MEMS加速度计、陀螺仪、时钟等芯片，其结构材料通常为Si，盖板一般是用与MEMS结构相同的Si材料制作，上面制作有上凹腔。盖板的主要作用是与底板(底板上一般制作有下凹腔)一起，形成一个密封的空腔，向被密封于该空腔的MEMS结构提供一个可自由运动的空间，同时，还可保证MEMS结构不受外部环境的干扰。底板可以是集成电路芯片，也可以是不带电路的Si材料。

考虑到应力和后续加工的工艺兼容性问题，MEMS芯片TSV圆片级气密性封装通常在盖板圆片上制作环形深槽，经过氧化工艺形成绝缘深槽壁，再用掺杂多晶Si填埋深槽，形成TSV，真正起到引线作用的是由环形深槽包围的盖板Si部分；这个方法中，由于深槽蚀刻时的深宽比达到(20～30)：1，以及后续加工的要求，TSV的面积不能太小，根据不同的产品，TSV占整个MEMS芯片的面积可达40％，这就降低了TSV的优越性，而且为MEMS可动结构的设计带来诸多不变。

应用于集成电路等电子器件的TSV圆片级封装技术中，深槽中填充的一般是金属，没有空腔，也没有可动结构，专利CN201811494478、CN109461749A、CN109273403A、CN10868194U等专利都是关于集成电路圆片级封装的技术。

专利CN109686722A、CN109599378A描述的是带有TSV的集成电路封装转接载板技术，CN109671692A描述的是TSV露头制造技术，CN109560039A描述的是减少TSV热应力的方法，CN201821708520.8描述的是在盖板内部形成吸气剂和抗反射层的MEMS红外探测器的TSV芯片封装方法。

专利US9362139B2描述的是将MEMS结构密封在TSV盖板和集成电路底板围成的密封腔中，MEMS结构的电信号不是直接通过TSV引出，而是要通过水平方向的金属导线传输到导电柱，导电柱再通过水平方向的金属导线传输到TSV，这种方法面积大，而且一个TSV只能传输一路电信号。

专利US9611137B2描述的是CMOS-MEMS芯片背面制造TSV，在其上倒装集成电路芯片，专利US9422153B2、US9351081B2、US9196752B2描述的是MEMS芯片级封装后盖板上形成TSV引出电信号，TSV本身并不是MEMS气密性封装的构成部分。