[發明專利]基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構及其加工方法

有效

• 申請號: 201810401013.8
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108529550B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉福民;張樂民;梁德春;劉宇;張樹偉;李男男;莊海涵;邢朝洋;徐宇新
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 徐輝

1.一種基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，包括襯底層(1)、器件層(2)和蓋帽層(3)，三層結構依次鍵合，形成一個可供器件層上的梳齒微結構(4)移動的空腔結構(5)；

所述襯底層(1)在鍵合面上硅片從內到外依次布有第一二氧化硅層(14)、金屬電極層(15)、第二二氧化硅層(16)和鍵合介質層(17)；所述第二二氧化硅層上具有過孔，使得金屬電極層(15)與鍵合介質層(17)相連通；

鍵合介質層(17)沿器件層(2)背面的外緣形成鍵合密封環(12)；

所述鍵合密封環(12)上有數條沿貫通于鍵合密封環(12)內外的凹槽結構(20)，凹槽結構在晶圓鍵合后將被鍵合介質(17)與硅的共晶體填充；

在器件層(2)與襯底層(1)的所有鍵合面上分布有陣列凹坑結構(13)；

襯底層的背面具有二氧化硅層，該層的厚度與第一二氧化硅層(14)和第二二氧化硅層(16)的厚度之和相同。

2.如權利要求1所述的基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，器件層(2)上形成用于支撐蓋帽層(3)的錨區結構(8)，使得器件層(2)與蓋帽層(3)鍵合后形成覆蓋梳齒結構上表面的空腔；襯底層(1)上形成用于支撐器件層(2)的凸臺，使得器件層(2)與襯底層(1)鍵合后形成覆蓋梳齒結構下表面的空腔。

3.如權利要求1或2所述的基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，蓋帽層與器件層的鍵合面上，具有二氧化硅層(9)，實現蓋帽層與器件層的絕緣。

4.如權利要求1或2所述的基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，所述陣列凹坑結構與凹槽結構深度相同。

5.如權利要求1或2所述的基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，所述陣列凹坑結構，凹坑為正方形、長方形、橢圓形或圓形，凹坑的占空比為30％-60％；凹坑的深度為0.5um-4um。

6.如權利要求1或2所述的基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，采用在襯底層上的金屬電極層(15)形成平面電極結構，實現空腔結構(5)內的器件層結構(6)與空腔外電極焊盤(7)的互聯。

7.如權利要求1或2所述的一種基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，襯底層(1)上的金屬電極層(15)采用Al或W；鍵合介質層(17)采用Cr/Au或Ti/Au。

8.如權利要求1或2所述的基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，在襯底層上空腔內，硅片從內到外依次布有第一二氧化硅層(14)、金屬電極層(15)、第二二氧化硅層(16)，部分第二二氧化硅層(16)表面覆蓋有吸氣劑層(18)。

9.如權利要求1或2所述的一種基于晶圓鍵合工藝的圓片級封裝MEMS芯片結構，其特征在于，第一二氧化硅層(14)的厚度為1um-3um；金屬電極層(15)的厚度為100nm-300nm；第二二氧化硅層(16)的厚度為300nm-600nm、鍵合介質層(17)中Cr或Ti的厚度為10nm-50nm，Au的厚度為0.5um-2um。