[發(fā)明專利]一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210088182.3
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102583219A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昕;歐文;明安杰;譚振新;趙敏;羅九斌;顧強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種真空封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，尤其是一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，屬于半導(dǎo)體封裝的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MEMS微機(jī)電系統(tǒng)是一種包括微傳感器、微致動(dòng)器（亦稱微執(zhí)行器）、微能源等微機(jī)械基本部分以及高性能的電子集成線路的微機(jī)電器件或裝置，是一種獲取、處理信息和執(zhí)行機(jī)械操作的集成器件。通常，將ASIC芯片和MEMS芯片的機(jī)械部分制作在兩個(gè)獨(dú)立的芯片上，然后通過某些特殊工藝結(jié)合在一起，以形成MEMS裝置。利用該方法實(shí)現(xiàn)的MEMS裝置，不但集成化程度大大降低，還增加額外的封裝面積，不利于適應(yīng)MEMS器件小型化的發(fā)展趨勢。針對這一技術(shù)難題，研究人員將3D封裝技術(shù)作為目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，以有效解決集成度低、封裝面積大的難題。

與此同時(shí)，許多MEMS器件，如微加速度計(jì)、微陀螺儀等，內(nèi)部具有可動(dòng)結(jié)構(gòu)或部件，只有在真空環(huán)境下工作才能獲得良好的工作性能，因此，為器件的封裝提出了一定的挑戰(zhàn)，比如如何提高真空封裝效率同時(shí)又能降低封裝成本。

為解決上述問題，許多研究機(jī)構(gòu)著力發(fā)展MEMS晶圓級真空封裝技術(shù)。MEMS晶圓級的真空封裝是以硅圓片為單元進(jìn)行封裝操作，包括芯片與封裝之間的連接等所有封裝工序。與傳統(tǒng)封裝相比，不但可以大大節(jié)省封裝成本，還可以提高M(jìn)EMS器件內(nèi)部的潔凈度，以防止后續(xù)的劃片、分片等工藝對MEMS器件內(nèi)部易碎結(jié)構(gòu)和敏感結(jié)構(gòu)造成破壞，有效提高封裝器件的成品率和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，提高了集成度，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述晶圓級MEMS器件的真空封裝結(jié)構(gòu)，包括第一晶圓，所述第一晶圓的正面上設(shè)有ASIC電路，所述第一晶圓背面的下方設(shè)有第二晶圓；第一晶圓的背面設(shè)有凹槽，所述凹槽的槽口對應(yīng)第二晶圓；所述凹槽內(nèi)設(shè)有吸氣劑激活結(jié)構(gòu)，所述吸氣劑激活結(jié)構(gòu)覆蓋凹槽并覆蓋在第一晶圓的背面；凹槽的槽底設(shè)有吸氣劑；第二晶圓上設(shè)有MEMS結(jié)構(gòu)，所述MEMS結(jié)構(gòu)位于吸氣劑的正下方；所述第一晶圓與第二晶圓采用真空鍵合連接成一體，并在第一晶圓與第二晶圓間形成真空腔體，MEMS結(jié)構(gòu)位于真空腔體內(nèi)，且MEMS結(jié)構(gòu)與ASIC電路電連接。

所述第一晶圓的背面與第二晶圓間采用熔融鍵合、共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或幾種；當(dāng)?shù)谝痪A的背面與第二晶圓采用共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或兩種時(shí)，第一晶圓的背面設(shè)有第一鍵合環(huán)，第二晶圓上設(shè)有與第一鍵合環(huán)相對應(yīng)分布的第二鍵合環(huán)；第一鍵合環(huán)與第二鍵合環(huán)對準(zhǔn)鍵合時(shí)，第一晶圓與第二晶圓連接成一體。

所述吸氣劑激活結(jié)構(gòu)包括覆蓋于凹槽及第一晶圓上的電絕熱層，所述電絕熱層上淀積有導(dǎo)電加熱層，所述導(dǎo)電加熱層上覆蓋有電絕緣層；吸氣劑位于電絕緣層上。

所述電絕熱層的材料包括氧化硅，導(dǎo)電加熱層的材料為導(dǎo)電多晶硅或金，電絕緣層為氧化硅、氮化硅中的一種或幾種。

所述第一晶圓內(nèi)設(shè)有貫通第一晶圓的TSV導(dǎo)電通孔，所述TSV導(dǎo)電通孔與ASIC電路電連接，且TSV導(dǎo)電通孔與第一晶圓背面上的第二導(dǎo)電凸點(diǎn)電連接，所述第二導(dǎo)電凸點(diǎn)與第二晶圓上的第一導(dǎo)電凸點(diǎn)電連接，以使得MEMS結(jié)構(gòu)與ASIC電路電連接。

所述第二晶圓上設(shè)有第一導(dǎo)電電極，所述第一導(dǎo)電電極位于MEMS結(jié)構(gòu)的外側(cè)；第一導(dǎo)電電極通過鍵合引線與ASIC電路上的第二導(dǎo)電電極電連接，以形成MEMS結(jié)構(gòu)與ASIC電路的電連接通路。

一種晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，所述真空封裝方法包括如下步驟：

a、提供具有所需ASIC電路的第一晶圓，所述ASIC電路位于第一晶圓的正面；

b、在第一晶圓內(nèi)制作形成TSV導(dǎo)電通孔，并使得TSV導(dǎo)電通孔與ASIC電路電連接；

c、在第一晶圓的背面刻蝕形成所需的凹槽，并在凹槽內(nèi)形成吸氣劑激活結(jié)構(gòu)與吸氣劑激活電極，所述吸氣劑激活結(jié)構(gòu)覆蓋在凹槽內(nèi)并覆蓋第一晶圓的背面；

d、在第一晶圓的背面設(shè)置第一鍵合環(huán)，并在第一鍵合環(huán)的外圈設(shè)置第二導(dǎo)電凸點(diǎn)，所述第二導(dǎo)電凸點(diǎn)與TSV導(dǎo)電通孔電連接；

e、在凹槽的底部濺射形成吸氣劑；

f、提供具有所需MEMS結(jié)構(gòu)的第二晶圓，并在第二晶圓上設(shè)置與第一鍵合環(huán)相對應(yīng)分布的第二鍵合環(huán)；

g、在上述第二晶圓上設(shè)置與第二導(dǎo)電凸點(diǎn)相對應(yīng)分布的第一導(dǎo)電凸點(diǎn)，所述第一導(dǎo)電凸點(diǎn)與MEMS結(jié)構(gòu)電連接；

h、將第一鍵合環(huán)與第二鍵合環(huán)對準(zhǔn)，進(jìn)行真空鍵合，以使得第一晶圓與第二晶圓連接成一體，并形成真空腔體。