[發明專利]MEMS器件封裝方法及封裝結構

在審

• 申請號: 202010093211.X
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN113336187A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 王曉東;劉國安
• 申請（專利權）人: 紹興中芯集成電路制造股份有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 曹廷廷

本發明提供了一種MEMS器件封裝方法及封裝結構，在所述器件晶圓的表面上覆蓋鍵合介質層之后且在刻蝕鍵合介質層以形成電極溝槽之前，先對所述鍵合介質層的頂面進行平坦化，由此可以改善鍵合介質層用于鍵合的表面的平整度，避免鍵合后的蓋板晶圓和相應的鍵合界面之間產生空洞，由此降低后續在去除兩晶圓之間的鍵合介質層時對鍵合界面處的鍵合介質層的側向刻蝕量，繼而保證鍵合可靠性，避免蓋板晶圓剝離。而且，由于使用剝離工藝來在電極溝槽中形成電極，由此可以在鍵合前能省去電極層刻蝕的步驟，且形成的電極的頂部上不再覆蓋有多余的鍵合介質層，由此簡化了工藝并降低了成本，且還可以保證電極的形成不會影響在先形成的鍵合介質層的表面平整度。

技術領域

本發明涉及MEMS封裝技術領域，特別涉及一種MEMS器件封裝方法及封裝結構。

背景技術

微機電系統(Micro-Electronic-Mechanical-System，MEMS)封裝技術是MEMS研究領域中的一個重要研究方向，一方面封裝可使MEMS器件避免受到灰塵、潮氣等對可動結構的影響，另一方面通過真空或氣密封裝還可改變MEMS器件內部阻尼情況，提高產品的性能。

晶圓級封裝技術是實現MEMS器件高性能、低成本和批量化的主要解決途徑，其主要是在各個MEMS器件(Device)片上加裝蓋(Cap)片并對二者進行鍵合來完成封裝，具體包括以下步驟：

首先，請參考圖1A，在將器件晶圓102裸片通過氧化硅等鍵合層101鍵合到襯底晶圓100上，并進一步在器件晶圓102裸片上形成氧化硅等層間介質層103，并通過相應的光刻和刻蝕工藝，刻蝕層間介質層103，以在層間介質層103中制作出用于制作Al(鋁)電極的電極溝槽103a。

接著，請參考圖1B，采用濺射沉積等沉積工藝在電極溝槽103a和層間介質層103的表面上沉積一層Al，并采用用于形成Al電極104的光罩進行光刻并進一步結合刻蝕，以去除電極溝槽103a以外的多余Al，并在電極溝槽103a中形成Al電極104。

然后，請參考圖1C，由于在刻蝕Al后，層間介質層103受到損傷，不利于后續下梳齒結構的刻蝕以及后續的晶圓鍵合，因此通常會去除受損的層間介質層103，并重新沉積一層氧化硅作為鍵合層103’，該鍵合層103’不僅覆蓋在器件晶圓102上，還覆蓋在Al電極104的表面上。

接著，請參考圖1D，通過相應的光刻和刻蝕工藝，在鍵合層103’中形成用于制作下梳齒結構102a的圖案，然后以鍵合層103’為掩膜，刻蝕器件晶圓102裸片，以在器件晶圓102裸片上制作出MEMS器件所需的下梳齒結構102a，此時下梳齒結構102a的頂部上還覆蓋有鍵合層103’。

接著，請參考圖1E，提供蓋板晶圓105，并通過光刻和刻蝕工藝在蓋板晶圓105上形成與Al電極104相對應并允許Al電極104被容納在其中的電極引出框105a，將蓋板晶圓105和器件晶圓102對準并通過鍵合層103’鍵合在一起，此時Al電極104插入到電極引出框105a中。

接著，請參考圖1F，采用Al電極的制作光罩進行相應的光刻和刻蝕，來從蓋板晶圓105背向器件晶圓102的一面打開蓋板晶圓105的電極引出框，以形成暴露出Al電極104及其頂面上的鍵合層103’的開口105b，另外還需要進一步采用上梳齒結構105c所對應的光罩進行相應的光刻和刻蝕，以在蓋板晶圓105對應下梳齒結構102a的區域中形成上梳齒結構105c，上梳齒結構105c中存在暴露出下梳齒結構102a頂面上的鍵合層103’的縫隙。

之后，請繼續參考圖1F，可以通過向上梳齒結構105c的縫隙中通入VHF(氣態氟化氫)來將器件晶圓102的下梳齒結構102a頂部上的鍵合層103’刻蝕去除。