[发明专利]基于Si导电柱的圆片级封装方法及其单片集成式MEMS芯片

摘要

本发明公开了一种基于Si导电柱的圆片级封装方法及其单片集成式MEMS芯片，该方法包括MEMS圆片形成、待键合ASIC圆片形成、单片集成式MEMS圆片形成、Si导电柱形成和单片集成式MEMS芯片形成几个步骤。本发明的芯片由MEMS圆片和待键合ASIC芯片键合而成，盖板的上腔体与ASIC芯片的下腔体和MEMS结构层围成密封腔，MEMS结构位于密封腔内；盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层，盖板上有导电柱，导电柱连接金属焊块和导电塞；待键合ASIC圆片包括金属密封层、第一金属层和第二金属层，第一金属层与第二金属层电连接，位于密封腔内的第二金属层作为下电极，来感应MEMS结构的运动。该方法操作简单，制得的芯片体积小、成本低，环境干扰信号和封装应力对MEMS器件性能影响小。

主权项

基于Si导电柱的圆片级封装方法，步骤为：（1）MEMS圆片形成：氧化盖板，生成盖板绝缘层；在氧化后的盖板上涂胶、曝光、显影、蚀刻、去胶，在盖板正面形成盖板上腔体；将MEMS结构层圆片与氧化后的盖板键合在一起，削减MEMS结构层圆片形成MEMS结构层；在MEMS结构层上通过半导体加工工艺蚀刻出深孔，在深孔中，盖板绝缘层也同时被蚀刻掉，露出盖板，在MEMS结构层上和深孔中淀积导电材料，再反蚀刻除去MEMS结构层上的导电材料，留下深孔底部的导电材料，形成导电塞；在MEMS结构层上蚀刻出MEMS结构的图形，同时蚀刻出隔离沟，将MEMS结构层分为MEMS结构和MEMS导电块，这样，就形成MEMS圆片；（2）待键合ASIC圆片形成：在ASIC圆片上淀积绝缘层、磨平，形成第二绝缘层；在第二绝缘层上蚀刻出第二通孔，在第二绝缘层上和第二通孔内淀积金属密封层，然后将金属密封层图形化，金属密封层分为导电块、密封环和锚点；蚀刻带有金属密封层图形的第二绝缘层，在对应于盖板上腔体的位置形成ASIC下腔体，同时，露出第二金属层，作为下电极感应MEMS结构在垂直方向的运动，这样，就形成了待键合ASIC圆片；所述ASIC圆片包括第一绝缘层、图形化的第一金属层和第二金属层，第一金属层位于第一绝缘层内，第二金属层位于第一绝缘层上，第一金属层与第二金属层电连接；（3）单片集成式MEMS圆片形成：将MEMS圆片与待键合ASIC圆片通过金属密封层键合在一起，形成单片集成式MEMS圆片，盖板上腔体与ASIC下腔体、MEMS结构层和密封环共同围成密封腔，MEMS结构位于密封腔内，至少有一处MEMS结构通过锚点与第二金属层电连接，锚点将MEMS结构的信号导通到待键合ASIC圆片中；导电块分别与第二金属层和MEMS导电块电连接，导电块将待键合ASIC圆片的信号导通到MEMS结构层中；（4）Si导电柱形成：在盖板上淀积并图形化金属层，在导电塞对应位置处形成金属焊块，在盖板上蚀刻出深槽，在与金属焊块相对应处形成导电柱，导电柱通过导电塞与MEMS导电块电连接；（5）单片集成式MEMS芯片形成：沿盖板外侧深槽切割合成圆片，形成单片集成式MEMS芯片。