[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

说明书

技术领域：

本发明涉及一种微电子机械系统(MEMS)器件的封装方法及封装器件，特别是涉及一种MEMS器件的全硅化圆片级封装方法及封装器件。

背景技术：

许多MEMS器件如MEMS陀螺仪、MEMS谐振器、MEMS加速度计等都需要工作在真空环境或者低气压气密环境中，以获得高品质因子(Q值)、更大的检测带宽等。然而管壳级的真空封装成本已经远超MEMS器件本身的成本，不能满足MEMS器件的低成本要求。MEMS圆片级封装技术是一种低成本的MEMS封装工艺技术，利用MEMS工艺中的圆片键合技术实现MEMS器件在工艺流片过程的真空封装或低气压气密封装。键合技术通常包括硅-玻璃阳极键合、金硅共晶键合、玻璃浆料键合、硅-硅键合等。用于圆片封装的阳极键合技术有制作玻璃盖帽的工艺方案，如东南大学尚金堂等人公开的专利200910262848.0、200910263297.X阐述了硅-玻璃键合，并结合高温软化玻璃形成圆片级玻璃盖帽的制备方案，以及相关的圆片级封装技术。然而该项技术较为复杂，成本较高。北京大学丁海涛等人(200710121384.2)，以及北京航天时代光电科技有限公司张廷凯等人(201010279475.0)分别公开了基于玻璃通孔的圆片级真空封装方案，实现了基于硅-玻璃键合的圆片级真空封装。然而上述两种技术方案，均需要在玻璃通孔位置制备能够实现气密的电极引出端子。当MEMS器件的电极较多时，如MEMS陀螺仪的电极往往达到8-10个，引出端子将占用大量的芯片面积，不利于MEMS器件缩小体积、降低成本。

全硅MEMS工艺是基于全硅键合技术的新型工艺技术。和阳极键合相比全硅键合技术显著降低了MEMS器件由于材料热失配导致的温度漂移，提高了MEMS器件的稳定性。基于全硅键合的MEMS圆片级封装技术既能够提高MEMS器件的性能，又能够兼顾MEMS器件的低成本要求。中国电子科技集团公司第十三研究所徐永青等人公开了一种全硅MEMS圆片级真空封装技术200910227989.9。该技术方案在硅盖板上制作V型通孔，在和MEMS结构片之间通过金硅共晶键合实现机械连接，盖板V型通孔中间为下层硅结构的电信号引出电极。为了保证气密性，在V型通孔和电极之间制作了密封金属环，在金硅键合工艺过程密封金属环和下层硅形成共晶焊料，对MEMS器件的腔体实现了密封封装。然而，该项技术和上述两项硅玻璃圆片级封装技术一样，在电极引出和气密性上作出了需要者制备环绕压焊电极四周的密封较大的芯片面积牺牲，增加了MEMS器件的总成本。

硅通孔(TSV)技术是另外一种MEMS器件圆片级真空/气密封装的解决方案。TSV技术通过在硅盖板上制备硅通孔、通孔绝缘化、通孔金属化等一系列工序制备通过真空封装硅盖板的金属电连接线。基于TSV技术的圆片级真空封装技术具有体积小、全硅化的技术优点，但是该技术难度大、加工成本高、依赖昂贵的加工设备及工艺，如通过ICP刻蚀制备穿通硅片的通孔、以及采用原子层淀积(ALD)制备电镀种子层等。此外，TSV类型的全硅圆片封装技术中采用穿通硅片的环状绝缘子，具有较大的展开面积，会在电极间引入较大的寄生电容，从而降低了MEMS器件的性能，增加了接口电路的负载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、方法简单的MEMS器件全硅化圆片级真空封装方法，有效的避免了全硅圆片封装工艺中常见的引入较大寄生电容的问题，在电极引出和实现气密性时能够节省所占用的芯片面积，提高了器件的加工成品率和长期使用的可靠性。

一种MEMS器件的全硅化圆片级真空封装方法，包括如下步骤：