[發明專利]基于Si導電柱的圓片級封裝方法及其單片集成式MEMS芯片

有效

• 申請號: 201310497005.5
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103523745A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 華亞平
• 申請（專利權）人: 安徽北方芯動聯科微系統技術有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標事務所有限公司 34102
• 代理人: 王琪

1.基于Si導電柱的圓片級封裝方法，步驟為：

（1）MEMS圓片形成：氧化蓋板，生成蓋板絕緣層；在氧化后的蓋板上涂膠、曝光、顯影、蝕刻、去膠，在蓋板正面形成蓋板上腔體；將MEMS結構層圓片與氧化后的蓋板鍵合在一起，削減MEMS結構層圓片形成MEMS結構層；在MEMS結構層上通過半導體加工工藝蝕刻出深孔，在深孔中，蓋板絕緣層也同時被蝕刻掉，露出蓋板，在MEMS結構層上和深孔中淀積導電材料，再反蝕刻除去MEMS結構層上的導電材料，留下深孔底部的導電材料，形成導電塞；在MEMS結構層上蝕刻出MEMS結構的圖形，同時蝕刻出隔離溝，將MEMS結構層分為MEMS結構和MEMS導電塊，這樣，就形成MEMS圓片；

（2）待鍵合ASIC圓片形成：在ASIC圓片上淀積絕緣層、磨平，形成第二絕緣層；在第二絕緣層上蝕刻出第二通孔，在第二絕緣層上和第二通孔內淀積金屬密封層，然后將金屬密封層圖形化，金屬密封層分為導電塊、密封環和錨點；蝕刻帶有金屬密封層圖形的第二絕緣層，在對應于蓋板上腔體的位置形成ASIC下腔體，同時，露出第二金屬層，作為下電極感應MEMS結構在垂直方向的運動，這樣，就形成了待鍵合ASIC圓片；所述ASIC圓片包括第一絕緣層、圖形化的第一金屬層和第二金屬層，第一金屬層位于第一絕緣層內，第二金屬層位于第一絕緣層上，第一金屬層與第二金屬層電連接；

（3）單片集成式MEMS圓片形成：將MEMS圓片與待鍵合ASIC圓片通過金屬密封層鍵合在一起，形成單片集成式MEMS圓片，蓋板上腔體與ASIC下腔體、MEMS結構層和密封環共同圍成密封腔，MEMS結構位于密封腔內，至少有一處MEMS結構通過錨點與第二金屬層電連接，錨點將MEMS結構的信號導通到待鍵合ASIC圓片中；導電塊分別與第二金屬層和MEMS導電塊電連接，導電塊將待鍵合ASIC圓片的信號導通到MEMS結構層中；

（4）Si導電柱形成：在蓋板上淀積并圖形化金屬層，在導電塞對應位置處形成金屬焊塊，在蓋板上蝕刻出深槽，在與金屬焊塊相對應處形成導電柱，導電柱通過導電塞與MEMS導電塊電連接；

（5）單片集成式MEMS芯片形成：沿蓋板外側深槽切割合成圓片，形成單片集成式MEMS芯片。

2.根據權利要求1所述的基于Si導電柱的圓片級封裝方法，其特征在于：步驟（1）所述淀積導電材料的方法是濺射、化學氣相沉積、電鍍、蒸發等方法中的一種或幾種方法的組合。

3.根據權利要求1或2所述的基于Si導電柱的圓片級封裝方法，其特征在于：所述導電材料是鎢、重摻雜多晶Si、鋁、鈦、銅、金、鎳、鉻、鉭、鈷等材料中的一種或幾種的組合物。

4.根據權利要求1所述的基于Si導電柱的圓片級封裝方法，其特征在于：步驟（2）所述金屬密封層圖形化方法為蝕刻法或掩模剝離法。

5.根據權利要求1或4所述的基于Si導電柱的圓片級封裝方法，其特征在于：步驟（2）所述金屬密封層的淀積方法是濺射、蒸發、電鍍中的一種或它們幾種的組合。

6.根據權利要求1所述的基于Si導電柱的圓片級封裝方法，其特征在于：步驟（3）所述密封腔內部為真空。

7.根據權利要求1所述的基于Si導電柱的圓片級封裝方法，其特征在于：步驟（5）還在金屬焊塊上植焊球。

8.單片集成式MEMS芯片，由蓋板、MEMS結構層和待鍵合ASIC芯片鍵合而成，蓋板上至少有一個上腔體，蓋板與MEMS結構層通過蓋板絕緣層鍵合在一起，蓋板上蝕刻有至少一個導電柱，導電柱第一端有金屬焊塊，MEMS結構層分為MEMS結構和MEMS導電塊，其特征在于：

導電柱第二端連有導電塞，導電柱通過所述導電塞與MEMS導電塊電連接；

所述ASIC芯片包括ASIC襯底，ASIC襯底上有第一絕緣層和第二絕緣層，第二絕緣層上沉積有圖形化的金屬密封層，金屬密封層分為導電塊、密封環和錨點，第一絕緣層內有圖形化的第一金屬層，第一絕緣層和第二絕緣層間有圖形化的第二金屬層，至少有一處第一金屬層與第二金屬層電連接，第二金屬層與導電塊電連接；

第一絕緣層、第二絕緣層和金屬密封層共同界定出至少一個下腔體，所述下腔體與上腔體、MEMS結構層和密封環形成密封腔，MEMS結構位于該密封腔內，MEMS結構層通過金屬密封層與ASIC芯片鍵合在一起，至少有一處MEMS結構通過錨點與第二金屬層電連接。