[发明专利]带腔体器件的气密封装结构和制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及带腔体器件的气密封装结构和制造方法。

【背景技术】

很多微机电系统MEMS(Micro-Electro Mechanical System)器件均有可动部件，需要封装提供腔体(Cavity)对其进行保护或腔体本身为功能实现的一部分。为了保持腔体内的气体环境，这样就需要一个盖子(Cap)和基片来形成键合(bonding)，常见的键合方式有直接键合(direct wafer bonding)、阳极键合(anodic bonding)、黏合剂键合(adhesive bonding)、金属键合、玻璃焊料键合等。各种键合方式中，键合剂键合和金属键合得以广泛应用，其它键合方式则由于工艺温度过高、表面粗糙度要求、材料特性等原因限制了其适用范围。

黏合剂键合适合于低工艺温度要求的器件，但其键合本身的气密能力有限，无法保证器件长期寿命中的腔内气体压力和纯度。金属键合虽然可以提供良好的气密性，但其工艺温度相对较高，在键合时会导致气体逃逸后腔体内压力不足，影响器件的性能。

因为，有必要提出一种改进的方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种带腔体器件的气密封装结构和制造方法，其可以在获得较高的腔体气体压力的同时，实现良好的气密性能。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种带腔体的气密封装结构，其包括：键合层，其包括黏合剂密封结构和金属密封结构；第一基板，其包括第一表面、与第一表面相对的第二表面；第二基板，其包括第一表面、与第一表面相对的第二表面，第一基板的第一表面与第二基板的第一表面通过所述键合层键合在一起；和，腔体，其位于第一基板和第二基板之间且被所述黏合剂密封结构和所述金属密封结构分别围绕密封。

进一步的，所述黏合剂密封结构包括一圈或多圈，所述金属密封结构包括一圈或多圈，每圈黏合剂密封结构围绕所述腔体，每圈金属密封结构密封围绕所述腔体，所述黏合剂密封结构的键合温度低于所述金属密封结构的键合温度。

进一步的，所述第一基板的第一表面形成有凹槽，所述第二基板的第一表面形成有对应的凹槽，第一基板的凹槽和第二基板对应的凹槽扣合，以形成所述腔体；所述第一基板的第一表面形成有凹槽，第一基板的凹槽和第二基板的部分第一表面扣合，以形成所述腔体；或所述第二基板的第一表面形成有凹槽，第二基板的凹槽和第一基板的部分第一表面扣合，以形成所述腔体。

进一步的，所述腔体包括沿第一表面间隔分布的多个腔体单元；所述黏合剂密封结构中有部分位于相邻两个腔体单元之间，以隔绝相邻两个腔体单元间的气体流通。

进一步的，所述腔体内填充的气体为六氟化硫、二氧化碳、氙气、2,3,3,3-四氟丙烯、HFC-125、丙烷中的至少一种；所述腔体内的压力为1bar-10bar。

进一步的，所述第一基板和第二基板的本体材料包括Glass、Si、Ge、GaAs、InP、GaN、Al₂O₃、Cu、Al和KOVAR中的至少一种；所述金属密封结构的共晶键合材料包括金-锡、铜-锡、金-硅、金-铟、金-锗、铝-锗、铅-锡和锡-银-铜中的至少一种；

所述黏合剂密封结构的材料包含环氧树脂、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、阻焊膜、聚酰亚胺、苯并环丁烯(BCB)、聚对二甲苯、聚萘、碳氟化合物和丙烯酸酯中的至少一种。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种带腔体的气密封装结构的制造方法，其包括：提供第一基板和第二基板，每个基板都包括第一表面、与第一表面对应的第二表面和形成于该基板的第一表面上的键合部，所述键合部包括黏合剂密封部和金属密封部；对齐第一基板和第二基板，使第一基板的第一表面上的黏合剂密封部和金属密封部分别与第二基板的第一表面上的对应的黏合剂密封部和金属密封部对齐；在对齐第一基板和第二基板后，将温度控制在金属共晶点温度以下进行黏合剂键合，使得第一基板上的黏合剂密封部和第二基板上的黏合剂密封部键合形成黏合剂密封结构；在完成黏合剂键合后，将将温度升高至金属共晶点温度以上进行金属键合，使得第一基板上的金属密封部和第二基板上的金属密封部键合形成金属密封结构，其中在第一基板的第一表面和第二基板的第一表面之间形成腔体，所述黏合剂密封结构和所述金属密封结构分别密封围绕所述腔体。