[发明专利]微纳机电晶圆的圆片级封装方法及结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种封装方法，特别是涉及一种微纳机电晶圆的圆片级封装方法及结构。

背景技术

MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)的英文缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。微机电系统MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路(IC)类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

MEMS器件与传统集成电路(IC)的最大不同之处在于：其表面有不平整的可动微米尺寸机械部件，因而针对表面平整的集成电路开发的封装技术很难直接应用于MEMS器件的封装。为了在晶圆切割时和器件应用中保护MEMS器件表面脆弱的微机械部件，防止被环境污染等，MEMS晶圆在切割成器件前大都需要一层圆片级封装(Wafer-Level Packaging，又被称为0-level封装，以下简称WLP)。而集成垂直互连的圆片级封装方式是MEMS圆片级封装的必然发展趋势。现有的集成垂直互连的MEMS晶圆圆片级封装方法多种多样，但普遍存在的一个问题就是封装工艺时间长，操作步骤繁琐。

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微纳机电晶圆的圆片级封装方法及结构，用于解决现有集成垂直互连的MEMS晶圆的圆片级封装过程中的封装工艺时 间长，操作步骤繁琐的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微纳机电晶圆的圆片级封装方法，所述微纳机电晶圆的圆片级封装方法包括：

在一硅片的正面制作保护MEMS晶圆正面微机械部件的凹槽，在所述硅片中制作贯通硅片的正面和背面的硅通孔，在所述硅通孔侧壁形成绝缘层，得到盖板；

在所述MEMS晶圆正面的电极上制作金属焊盘；

将所述盖板的正面和所述MEMS晶圆的正面键合，其中，所述金属焊盘与所述硅通孔的位置相对应，且所述金属焊盘至少覆盖所述硅通孔的一部分；

利用液态金属微孔填充技术对所述硅通孔进行填充，使填充的液态金属与所述金属焊盘键合，实现从所述MEMS晶圆电极至盖板背面的电互连。

可选地，所述金属焊盘完全覆盖所述硅通孔。

可选地，所述盖板和所述MEMS晶圆键合的方法包括介质键合或直接键合。

可选地，所述微纳机电晶圆的圆片级封装方法还包括利用化学机械研磨抛光技术对液态金属填充后的所述盖板的背面进行平整化处理的步骤。

可选地，所述微纳机电晶圆的圆片级封装方法还包括：

在所述盖板背面进行布线；

在布线处理后的所述盖板背面制作焊盘；

利用所述焊盘将专用集成电路与所述盖板背面连接。

可选地，所述填充的液态金属为单质金属或合金。

可选地，所述液态金属微孔填充技术包括利用气压差将液态金属槽中的液态金属吸进所述硅通孔中，并利用液桥的夹断效应将填充在所述硅通孔中的液态金属与液态金属槽中的液态金属切断。

本发明还提供一种微纳机电晶圆的圆片级封装结构，所述微纳机电晶圆的圆片级封装结构包括：

盖板，包括一硅片；所述硅片的正面制作有保护MEMS晶圆正面微机械部件的凹槽，所述硅片中制作有贯通硅片的正面和背面的硅通孔；所述硅通孔的侧壁上形成有绝缘层；

MEMS晶圆；所述MEMS晶圆正面的电极上制作有金属焊盘；所述MEMS晶圆的正面与所述盖板的正面键合，其中，所述金属焊盘与所述硅通孔的位置相对应，且所述金属焊盘至少覆盖所述硅通孔的一部分；

所述硅通孔中具有利用液态金属微孔填充技术填充的液态金属；所述液态金属与所述金 属焊盘键合，所述硅通孔中固化后的液态金属实现从所述MEMS晶圆电极至盖板背面的电互连。