[发明专利]一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空晶圆级封装以及相关电子元器件的结构设计和应用技术领域，特别提供了一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法。

背景技术

真空封装对于MEMS来说是一个必不可少的环节，MEMS器件通常具有可活动的部件，为了保证这些敏感的可动部件和敏感部件机械性能，需要让这些敏感部件和可动部件工作在真空环境中，为此需要将加工完成的可动部件和敏感部件真空封装在可与外界连接的壳体里边，这就是真空封装，然而如果一个一个的进行真空封装，从成本，时间上来说都不符合 MEMS大批量，低成本要求，所以晶圆级封装势在必行，一次封装即可封装完成整个晶圆上所有器件。另外为了保持真空封装的真空度保持不变，得到一个可靠得高真空度腔体，吸气剂是必不可少的。通过吸气剂层与空气分子的反应与吸附作用，保持真空腔体内真空度保持不变。提高了MEMS 器件的性能与寿命。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法。

本发明提供了一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件，其基本构成单元包含下述几个部分：器件晶圆1、腔体晶圆2；其二者通过键合工艺键合成为一体，键合工艺通过键合层5来实现；在器件晶圆1、腔体晶圆2二者之间还设置有腔体3；其特征在于：在腔体3内的腔体晶圆2内表面或是在器件晶圆1表面全部覆盖有一层有活性的覆盖层即吸气层结构4；吸气层结构4 的成分包括且不限于下述几种元素之一或其组合以及其氧化物：Ti，Co， Zr，Fe；吸气层结构4的厚度范围在500nm-2um；

吸气层结构4的制备应用下述的物理气相沉积(PVD)工艺：溅射或蒸发或二者的组合。

蒸发是指半导体器件生产中的真空蒸镀的过程，所谓真空蒸镀就是置待镀材料和被镀基板于真空室内，采用电阻加热或电子束加热待镀材料，使之蒸发或升华，并飞行到被镀基板表面凝聚成膜的工艺。在真空条件下成膜可减少蒸发材料的原子、分子在飞行基板过程中与气体分子间的碰撞，减少气体中的活性分子和蒸发材料与蒸发源材料键的化学反应(如氧化等)，以及减少成膜过程中气体分子进入薄膜中成为杂质的量，从而提高薄膜的致密度、纯度、沉积速率和与基板的附着力。溅射是指用高能粒子(通常是由电场加速的正离子)轰击固体表面，固体表面的原子、分子与入射的高能粒子交换动能后从固体表面飞溅出来的现象称为溅射。溅射出来的原子(或原子团)具有一定的能量，它们可以重新沉积凝聚在固体基片表面上形成薄膜，称为溅射薄膜。通常利用气体放电产生气体电离，其正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材，击出阴极靶材的原子或分子，飞向被镀基片表面沉积成薄膜。溅射方式一般有直流溅射；磁控溅射；射频溅射；反应溅射等。

不同的器件对双腔室或多腔室的真空度(气压)有不同的要求。本发明中所述吸气层结构4是全部覆盖式的，根据不同器件的设计要求，可以选择是否在腔室中有键合金属层5，例如，双腔室设计主要是针对于惯性测量单元器件设计的，惯性测量单元由3轴陀螺仪和3轴加速度计组成，其中陀螺仪部分需要高真空度腔室，而加速度计部分不需要高真空度，所以本专利先沉积全覆盖的吸气剂层4，但是在沉积键合层5的时候，将键合层5作为阻挡层来挡住了高压(低真空度)腔室中的吸气剂层，使得加速度计腔室具有低真空度；这样就避免了在沉积吸气剂层之后还需要光刻工艺来去掉高压腔(低真空度)中的吸气剂层。简化了工艺流程，节省了成本，提供了产量。

吸气剂层的沉积位置包括但不限于腔体晶圆2内层表面，对于不同的器件需要不同位置，例如：惯性测量单元主要是在腔体晶圆2的内侧沉积，而压力传感器(图2)、红外传感器(图3)都是在非器件晶圆部分沉积。

而密封层不是吸气层结构，和密封环属于同样的，都属于键合层5。所述带有吸气剂的真空晶圆级封装电子元件，其特征在于：腔体3具体为在腔体晶圆2上腐蚀形成的单腔体或者双腔体或者多腔体；当为双腔体或者多腔体时各个腔体3可以为相同深度腔体或不同深度腔体；腐蚀方法采用湿法腐蚀、干法刻蚀或者是二者组合方法刻蚀。

硅晶圆在KOH或TMAH溶液由于不同晶向耐腐蚀性能不同，可以形成不同刻蚀形貌。腐蚀后形成的MEMS腔体晶圆成品，覆盖吸气层前的要求是表面基本平整，经过清洗。