[发明专利]一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法及封装器件

权利要求书

1.一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备硅盖板(100)；所述硅盖板包括硅衬底(3)、硅引线(4)、绝缘介质层(6)、焊点接触电极(9)、压焊电极(10)和真空封装焊料环(11)，绝缘介质层(6)位于硅衬底(3)上方，硅引线(4)位于绝缘介质层(6)内部，焊点接触电极(9)通过接触焊点通孔(7)与硅引线(4)接触，压焊电极(10)通过压焊电极通孔(8)与硅引线(4)接触，真空封装焊料环(11)位于焊点接触电极(9)外侧，压焊电极(10)位于真空封装焊料环(11)外侧；

制备MEMS器件(200)；所述MEMS器件包括器件衬底(23)、MEMS器件结构(20)、硅锚点(21)、硅密封环(22)以及SiO₂绝缘子(24)；MEMS器件结构(20)、硅锚点(21)、硅密封环(22)的上表面位于同一平面上，SiO₂绝缘子(24)将器件衬底(23)与硅锚点(21)、硅密封环(22)隔离开；硅锚点(21)位于硅密封环(22)内，MEMS器件结构(20)位于硅锚点(21)内侧；

将硅盖板(100)和MEMS器件(200)在真空压力键合机中进行共晶键合完成全硅化圆片级真空封装，所述真空封装焊料环(11)和硅密封环(22)发生共晶反应，从而将硅盖板(100)和MEMS器件(200)粘接在一起，形成真空密封腔体(25)，所述MEMS器件结构(20)结构密封在所述真空密封腔体(25)中；所述焊点接触电极(9)和硅锚点(21)发生共晶反应，形成机械和电学连接；真空封装焊料环(11)容纳在硅密封环(22)的凹槽内，焊点接触电极(9)容纳在硅锚点(21)的凹槽内；MEMS器件结构(20)上的电信号传输到相应的硅锚点(21)上，再转移到焊点接触电极(9)上并通过硅引线(4)和压焊电极(10)完成电信号引出；硅盖板(100)尺寸比MEMS器件(200)尺寸大，压焊电极(10)位于MEMS器件(200)外部。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，制备硅盖板的方法如下：

形成硅盖板的加工基片，硅盖板的加工基片依次包括硅结构层(1)、氧化层(2)和硅衬底(3)；

依次通过光刻工艺以及硅刻蚀工艺将硅结构层(1)进行图形化形成硅引线(4)，从而获得硅盖板基片；

在所述硅盖板基片表面通过化学气相淀积生长绝缘层(5)，绝缘层(5)保形的覆盖在氧化层(2)上方以及硅引线(4)的上方和侧壁，从而将硅引线(4)完全包裹在绝缘介质内；

将生长了绝缘层(5)的硅盖板基片在氮气环境下进行高温退火，使得绝缘层(5)致密化同时氧化层(2)和绝缘层(5)之间的边界在互扩散的作用下消失，通过化学机械抛光工艺对绝缘层(5)表面进行平坦化处理，最终形成绝缘介质层(6)；

通过光刻及后续的刻蚀或腐蚀工艺在绝缘介质层(6)上制作接触焊点通孔(7)和压焊电极通孔(8)；

通过磁控溅射或者电子束蒸发的方法在形成了接触焊点通孔(7)和压焊电极通孔(8)的硅盖板基片上生长复合金属层；然后进行复合金属层图形化后分别形成焊点接触电极(9)、压焊电极(10)和真空封装焊料环(11)，最终制备完成硅盖板(100)。

3.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，硅盖板的加工基片为单晶硅圆片，硅盖板的硅衬底(3)为单晶硅材料，硅引线(4)为单晶硅材料。

4.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，所述复合金属层材料依次由Ti、Pt、Au组成。

5.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，所述复合金属层材料依次由Cr、Au组成。

6.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，所述绝缘层是SiO₂、Si₃N₄或者SiO₂和Si₃N₄的复合绝缘层。

7.根据权利要求2所述的一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，其特征在于，所述高温退火温度为1000-1400℃。