[发明专利]具有倒Y形通孔的圆片级气密性封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS)的封装技术，特别是涉及一种具有倒Y形通孔的圆片级气密性封装方法。

背景技术

随着MEMS技术发展和商业化进程的推进，MEMS器件的封装成为关键问题之一，尤其是低成本、高可靠性、多功能的圆片(圆片也可称“晶圆”)级气密封装技术是MEMS技术产业化的重点研究方向。MEMS圆片级气密封装不仅能防止外部环境对内部器件的污染，还能防止划片工艺对MEMS器件内部结构的破坏；而气密封装可以提高多种MEMS器件(如RFMEMS开关——射频微机电系统开关、微谐振器、加速度计、陀螺等)的性能，对MEMS技术的发展和应用具有至关重要的影响。

圆片级MEMS系统气密性封装与传统气密性封装相比，具有体积小、后续加工简单、易与其它器件集成、成本低等优点。就其技术而言，目前主要有两种封装工艺：一是薄膜集成工艺。它通过在MEMS微结构释放之前在牺牲层上沉积一层薄膜，然后通过薄膜上工艺腐蚀孔去掉牺牲层，再沉积一层薄膜密封这些工艺腐蚀孔，从而完成MEMS的气密性封装。此工艺具有工序简单、成本低等优点，但沉积的薄膜一般只有几微米的厚度，这很难在随后的圆片切片和圆片拾取等操作中保证完好无损，成品率较低。而且没有外引线，需要二次封装，尚不能直接作为MEMS器件的最终外封装。二是MEMS圆片和盖子圆片通过无介质的硅硅键合或阳极键合，或者通过介质材料而结合在一起，形成气密性封装。使用介质材料封装工艺比较灵活，材料主要包括金属焊料、粘结剂或玻璃浆料等。其中，金属与金属键合工艺是可靠性最高、适用性最广的技术，能在密封MEMS器件的同时，将MEMS信号引出，在盖子圆片背面或MEMS圆片背面布上外引线及焊盘，就可作为最终外封装直接使用。专利号为CN200610039668.2的中国专利“具有低深宽比通孔的圆片级气密性封装工艺”就介绍了一种可将MEMS结构内部引至盖子圆片背面的圆片级气密性封装方法，但该工艺流程比较复杂，并且在通孔内制作电镀导线的成品率比较低，制作成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的缺陷，提供一种具有倒Y形通孔的圆片级气密性封装方法，其通过在盖子圆片和MEMS圆片之间的金属与金属键合密封一空穴来达到气密性封装MEMS器件的目的。同时，通过倒Y形低深宽比通孔以方便金属淀积从而保证成品率，并且减小通孔所占面积，即作为引线将MEMS信号引到盖子圆片背面的焊盘上。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种具有倒Y形通孔的圆片级气密性封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、淀积：将硅基片的两面抛光作为盖子圆片材料；然后在表面通过氧化或CVD工艺生长二氧化硅，再通过CVD工艺淀积氮化硅；

b、形成密封用空腔和划片槽用V形空腔：再在经过上述处理后的盖子圆片正面进行光刻，刻蚀氮化硅和二氧化硅，湿法或干法去除光刻胶，用湿法刻蚀溶液刻蚀硅基片，在盖子圆片正面形成梯形密封用空腔，以及划片槽用空腔为梯形作为倒Y形低深宽比通孔的V部分；

c、电镀：在盖子圆片正面的密封用空腔和划片槽用空腔的硅表面生长或淀积二氧化硅作为绝缘层，在盖子圆片正面溅射金属层作为电镀种子层，光刻后暴露出需要电镀的区域，在盖子圆片正面电镀金属焊料，形成密封和导线金属层；

d、焊接：焊接盖子圆片和MEMS圆片，形成密封腔和电连接；

e、形成绝缘层：在硅表面氧化或通过CVD工艺淀积二氧化硅，得到绝缘层，然后淀积凸块下金属层作为电镀种子层；

f、去除绝缘层：利用盖子圆片正面的氮化硅作刻蚀停止层，用干法刻蚀的方法去除盖子圆片背面和通孔底部的绝缘层，在通孔侧壁形成绝缘层；

g、形成导电金属：在盖子圆片背面溅射凸块下金属层，进行光刻形成焊盘图形，利用电镀形成导电金属；然后去除光刻胶，直接用导电金属层作为掩模去除圆片背面其余部分的凸块下金属层；

h、填充：用液态绝缘材料填充宽划片槽，加热固化，然后通过普通切割方法切割焊接后的MEMS圆片，得到单个封装好的MEMS器件。

优选地，所述步骤b中的湿法刻蚀溶液为氢氧化钾、乙二胺+邻苯二酚水溶液或四甲基氢氧化铵。

优选地，所述密封和导线金属层包括引线和焊盘。

优选地，所述盖子圆片具有密封用空腔、倒V形开口和V形开口里的通孔垂直部分，倒V形开口和通孔垂直部分组成倒Y形通孔。

优选地，所述压焊块和密封环是通过溅射电镀工艺在盖子圆片上的倒V形通孔内填充金属后形成的，使倒V形通孔具有导电功能。