[發(fā)明專利]一種光MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112265954B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳博;何凱旋;王鵬;趙娟;劉磊;王文婧
• 申請（專利權(quán)）人: 華東光電集成器件研究所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 34113
• 代理人: 楊晉弘

本發(fā)明公開一種光MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，包括玻璃蓋板層、器件結(jié)構(gòu)層與TSV蓋板層；所述玻璃蓋板層包括玻璃片，玻璃片底部設(shè)有環(huán)形的硅密封框，硅密封框的框底設(shè)有漿料鍵合密封環(huán)；所述器件結(jié)構(gòu)層包括可動結(jié)構(gòu)，可動結(jié)構(gòu)頂面設(shè)有鏡面金屬層；TSV蓋板層包括硅片，硅片中心設(shè)有與可動結(jié)構(gòu)形成配合的凹腔；玻璃蓋板層通過漿料鍵合密封環(huán)與器件結(jié)構(gòu)層的頂部相鍵合；所述TSV蓋板層頂部與器件結(jié)構(gòu)層底部通過上、下鍵合錨點以及上、下金屬鍵合密封環(huán)相鍵合；該封裝采用晶圓級封裝，解決了芯片級MEMS掃描鏡封裝體積大、成本高、效率低的缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MEMS技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種光MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

光MEMS器件是集成制造的微型光學(xué)元件和MEMS執(zhí)行器，如MEMS微振鏡、光開關(guān)、微鏡陣列等，在光通信、投影顯示、醫(yī)療成像等應(yīng)用中具有巨大市場前景。

光學(xué)MEMS器件由于有精細可動結(jié)構(gòu)和微鏡面，其在劃片、封裝和裝配上都有很大難度，且芯片級封裝的器件體積大、成本高、效率低。因此光MEMS器件晶圓級封裝是技術(shù)發(fā)展的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，該封裝采用晶圓級封裝，解決了芯片級MEMS掃描鏡封裝體積大、成本高、效率低的缺點。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種光MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)，包括玻璃蓋板層、器件結(jié)構(gòu)層與TSV蓋板層；

所述玻璃蓋板層包括玻璃片，玻璃片底部設(shè)有環(huán)形的硅密封框，硅密封框的框底設(shè)有漿料鍵合密封環(huán)；

所述器件結(jié)構(gòu)層包括可動結(jié)構(gòu)，可動結(jié)構(gòu)頂面設(shè)有鏡面金屬層，可動結(jié)構(gòu)底面設(shè)有下金屬鍵合密封環(huán)以及下鍵合錨點；

所述TSV蓋板層包括硅片，硅片中心設(shè)有與可動結(jié)構(gòu)形成配合的凹腔，凹腔兩側(cè)分別設(shè)有通孔，通孔內(nèi)填充有鍵合金屬，通孔的頂部設(shè)有與鍵合金屬相接的上鍵合錨點，通孔的底部設(shè)有與鍵合金屬相接的焊盤；通孔的頂部的外周設(shè)有上金屬鍵合密封環(huán)；上鍵合錨點與下鍵合錨點相對應(yīng)形成配合，上金屬鍵合密封環(huán)與下金屬鍵合密封環(huán)相對應(yīng)形成配合；

所述玻璃蓋板層通過漿料鍵合密封環(huán)與器件結(jié)構(gòu)層的頂部相鍵合；所述TSV蓋板層頂部與器件結(jié)構(gòu)層底部通過上、下鍵合錨點以及上、下金屬鍵合密封環(huán)相鍵合。

本發(fā)明還提供一種光MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

S1、選取100晶向硅片，通過氧化、光刻、刻蝕工藝制備密封框圖形，再通過KOH腐蝕或干法刻蝕工藝形成硅密封框；

S2、取玻璃片，將硅密封框晶圓鍵合在玻璃片底部；

S3、在硅密封框的框底，絲網(wǎng)印刷玻璃漿料，然后進行燒結(jié)，在硅密封框的框底形成漿料鍵合密封環(huán)，完成玻璃蓋板層的制作；

S4、選取雙拋硅片，通過光刻、深硅刻蝕、氧化工藝在雙拋硅片上制備兩個通孔；

S5、采用金屬填充工藝，在兩個通孔內(nèi)填充鍵合金屬；在通孔的頂部制備上鍵合錨點，在通孔的底部制備焊盤，上鍵合錨點與焊盤均與鍵合金屬相接；在兩個通孔的外周制備上金屬鍵合密封環(huán)；

S6、采用光刻、腐蝕、深硅刻蝕工藝，在雙拋硅片的兩個通孔之間制備凹腔，形成TSV蓋板層；

S7、選取SOI硅片，在SOI硅片的頂層硅底部制備下鍵合錨點與下下金屬鍵合密封環(huán)；

S8、將TSV蓋板層與SOI硅片的頂層硅進行晶圓鍵合，上鍵合錨點與下鍵合錨點相對應(yīng)形成配合，上金屬鍵合密封環(huán)與下金屬鍵合密封環(huán)相對應(yīng)形成配合；

S9、通過機械減薄、濕法腐蝕去除SOI硅片的襯底硅和埋氧層；