[发明专利]一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自对准封装结构及其制造方法，尤其是一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法，属于MEMS封装的技术领域。

背景技术

据报道，根据产品不同，MEMS的封装成本在整个MEMS产品中占有40%至80%的比例；同时，MEMS器件的性能、可靠性与其封装形式及封装技术有着密不可分的联系。由于MEMS器件结构的特殊性，其封装比起传统的集成电路封装要复杂很多：首先需要考虑到MEMS器件中同样重要的电学部件和机械部件；其次，一些MEMS器件需要与外界环境接触或者与外界环境完全隔离；最后，随着MEMS结构和MEMS附带电路的尺寸越来越小，MEMS器件封装对于对准精度的要求变得越来越高。

近年来，芯片级甚至晶圆级MEMS封装已经成为研究领域中的一个重要的研究方向，其中，基于圆片键合技术的晶圆级封装在几何结构上通常有两种形式：第一，在盖板圆片上刻蚀出以容纳MEMS结构的腔体，键合区域为盖板圆片上未腐蚀的平面区域与MEMS衬底圆片上的平面区域；第二，在盖板圆片和MEMS衬底圆片上单独或分别做出键合凸块，然后将盖板圆片和MEMS衬底圆片上的凸块对准并且进行键合，容纳MEMS结构的腔体由圆片上的凸块形成。若上述MEMS衬底或盖板衬底中存在特别微小（如：亚微米、纳米量级）的结构需要对准，则对该键合工艺中键合区结构的尺寸精度、键合工具的对准精度都提出了很高的要求。2002年，美国的Vladimir I. Vaganov等人提出了一系列用于圆片键合的键合区几何结构，但其内容仅涉及多种圆片键合区几何结构的可行性，未讨论如何与MEMS结构及封装结合；2005年，北京大学的陈兢等人提出了基于MEMS的高精度封装方法，但其工艺需要使用额外的微夹具且未提出该方法使用在晶圆级封装中的可行性；2006年，Sang Hwui Lee等人提出并制造了一种带有互补斜坡的对准标记结构以实现高精度的圆片对准，但该结构近仅被用于对准标记中，且以苯并环丁烯为中间键合层，无法实现MEMS结构的高可靠性的气密封装甚至真空封装，另外该对准标记结构需要额外沉积材料，对工艺的一致性和均匀性的要求很高；2011年，Kuan-Neng Chen等人同样提出了一种使用斜坡结构的精密圆片键合方法，但该方案仅限于铜-铜凸点键合，并未涉及其在MEMS封装中的可行性；在过去的一段时间内，还有许多基于回流焊的自对准封装技术的成果，能够在一定程度上满足高精度封装的要求。

键合技术是MEMS封装过程中不可或缺的基本技术，常用的键合技术有：粘合剂键合、共晶键合、阳极键合以及硅融合。其中，粘合剂键合需要最低的键合温度，但其键合强度、密封性、可靠性在这四种方法中最差，适用于对可靠性和密封性要求不高的封装场合；共晶键合根据键合材料不同，需要提供不同的键合温度，但较粘合剂键合都相对较高，所得的键合强度和密封性能都较好，故这种技术在MEMS封装中有着十分广泛的应用；阳极键合与硅融合技术都能达到较好的封装效果，但这两种技术对键合表面的高要求限制了其应用范围。

由于MEMS封装的成本在整个MEMS产品中占有很大的比例，如何在不影响封装质量的前提下，降低封装使用材料和封装工艺的成本成为研究的另一个热点。从MEMS器件的单芯片封装到基于圆片键合的晶圆级封装便是一种成本降低的体现。然而，在传统的MEMS圆片键合封装工艺中，除了一块待封装的载有MEMS器件的圆片，还需要另外制备一块盖板圆片，在两块圆片上都需要进行键合区、对准标记、通孔等结构的制造，所以，将器件和盖板一体化制造能够在一定程度上减少重复的工艺步骤的数量，是进一步降低MEMS产品的成本的另一途径。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法，其结构简单紧凑，能满足MEMS高精度封装要求，增大键合区面积，提高封装的可靠性及气密性。