[發明專利]一種不同真空度封裝的MEMS圓片級真空封裝方法

有效

• 申請號: 202011024266.1
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112265956B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 王帆;宋東方;王得收;喻磊;周魁
• 申請（專利權）人: 華東光電集成器件研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;H01L21/67
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所(普通合伙) 34113
• 代理人: 楊晉弘

本發明公開一種不同真空度封裝的MEMS圓片級真空封裝方法，包括以下步驟：MEMS襯底晶圓制作；將SOI頂層硅面與襯底晶圓頂面鍵合；去除SOI晶圓的底層硅和埋氧層，通過深硅刻蝕工藝將SOI晶圓的頂層硅釋放形成兩個可動結構，得到包含第一MEMS結構與第二MEMS結構的MEMS器件結構晶圓；制備第一蓋帽；第一次真空封裝；在第一蓋帽刻蝕透氣孔；第二次真空封裝；該方法能夠在同一圓片上制作不同MEMS器件時實現不同真空度的封裝需求，容易實施，且過程可控。

技術領域

本發明涉及MEMS真空封裝技術領域，具體是一種不同真空度封裝的MEMS圓片級真空封裝方法。

背景技術

隨著技術的不斷發展，MEMS逐漸被應用到導航領域，其低成本、低功耗、微型化的特點使得慣性系統更加小型化，尤其是MEMS慣性測量單元(MEMS-IMU)技術的發展，逐漸將傳感與信息處理集于一體，使得慣性系統向著集成化、微型化、智能化的方向發展。

MEMS-IMU通常內含多軸加速度計和陀螺儀，為了進一步實現MEMS慣性器件的集成化，在單片晶圓上同時制備加速度計和陀螺儀的需求愈加緊迫。但是，由于工作原理的不同，加速度計和陀螺的工作真空度也不同，亟需在單片晶圓上實現加速度計和陀螺儀的不同真空度封裝。

美國專利US8035209B2提出在兩個真空腔室打開開口大小不一樣的孔洞，然后分別通過PECVD和APCVD將兩個孔洞封住實現封裝，兩個腔室的真空度由兩次CVD工藝的真空環境決定；美國專利US?8350346?B1制備橫向尺寸和縱向尺寸不一樣的兩個真空腔室，經過一次晶圓鍵合后，體積較小的腔室將比體積較大的腔室擁有更高的環境氣壓，此方案可行性也較高只適用于兩個腔室真空度相差不是特別大的封裝；美國專利US9249012B2先利用第一蓋帽將第一個腔室封裝，此時第二腔室完全暴露在外部環境，然后再利用第二蓋帽將第二個腔室封裝，兩次封裝設定不同工藝氣壓，從而完成兩個腔室不同真空度的封裝。以上的封裝方法都存在工藝復雜,不容易實施，且第二個真空腔室較難控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種不同真空度封裝的MEMS圓片級真空封裝方法，該方法能夠在同一圓片上制作不同MEMS器件時實現不同真空度的封裝需求，容易實施，且過程可控。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種不同真空度封裝的MEMS圓片級真空封裝方法，包括以下步驟：

S1、選擇雙拋硅片作為襯底晶圓，在襯底晶圓頂面刻蝕第一腔體、第二腔體與第三腔體；

S2、選擇SOI晶圓作為結構層晶圓，將SOI頂層硅面與襯底晶圓頂面鍵合；

S3、拋光去除SOI晶圓的底層硅和埋氧層，通過深硅刻蝕工藝將SOI晶圓的頂層硅釋放形成兩個可動結構，兩個可動結構分別與第一腔體及第二腔體形成配合，得到包含第一MEMS結構與第二MEMS結構的MEMS器件結構晶圓；

S4、選擇雙拋硅片作為第一蓋帽晶圓，在第一蓋帽晶圓上制備第四腔體、第五腔體與第六腔體，第四腔體、第五腔體及第六腔體分別與第一腔體、第二腔體及第三腔體一一對應，得到第一蓋帽；

S5、在第四腔體內制備第一吸氣劑層；

S6、將第一蓋帽與MEMS器件結構晶圓鍵合，完成第一MEMS結構的真空封裝；

S7、在第一蓋帽刻蝕透氣孔，透氣孔與第六腔體相連通，使第二MEMS結構通過透氣孔與外部環境相連通；

S8、選擇雙拋硅片作為第二蓋帽晶圓，在第二蓋帽晶圓上制備第七腔體與第八腔體，第七腔體與第四腔體相對應，第八腔體與第五腔體及第六腔體相對應，得到第二蓋帽；在第八腔體內制備第二吸氣劑層；將第二蓋帽鍵合在第一蓋帽頂部，完成第二MEMS結構的真空封裝。