[发明专利]一种MEMS器件的晶圆级封装方法

说明书

本申请公开了一种MEMS器件的晶圆级封装方法。首先，在MEMS晶圆上制作MEMS器件，在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构。其次，将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆键合在一起，所述封装结构与MEMS晶圆一起将MEMS器件密闭包围。再次，去除该临时键合材料从而将承载晶圆与封装结构相剥离，完成对MEMS器件的封装。本申请使得封装结构的制作过程不会影响或损害MEMS器件，降低了MEMS器件在封装过程中的损坏几率，封装材料的可选范围较宽，降低了封装成本。

技术领域

本申请涉及一种晶圆级封装（WLP，Wafer Level Package）方法，特别是涉及一种MEMS（Micro Electro Mechanical System，微机电系统）器件的晶圆级封装方法。

背景技术

MEMS器件是一种具有机械可动结构的微电子器件，用来将电信号转换为位移、速度、振动、声波等物理信号，也可以将这些物理信号转换为电信号。MEMS器件中的机械可动结构通常在几微米至几百微米之间。在该几何尺度下，机械可动结构容易受到环境中灰尘、湿气、以及挥发性化学物质的干扰及破坏。例如，环境中颗粒较大的灰尘沉积到MEMS器件的机械可动结构的空隙中，引起机械可动结构的失效。又如，环境中的湿气在MEMS器件的机械可动结构上的凝结、挥发会引起机械可动结构的黏连。再如，MEMS器件对环境中特定气体成分的吸附，引起MEMS器件谐振频率的改变和/或灵敏度漂移等。因此，MEMS器件需要进行封装，以隔离、保护其机械可动结构不受外界环境的影响。

传统的MEMS器件的封装方法属于芯片级封装（CSP，Chip Scale Package），封装完成后的产品如图1所示。芯片级封装方法主要采用金属封盖和陶瓷基板（也称管壳）对MEMS器件进行封装。由于工艺互不兼容，MEMS芯片、金属封盖、陶瓷基板需要在各自的加工厂单独加工。MEMS芯片包括硅衬底及其上形成的MEMS器件，通过贴片、引线键合、封帽工艺等对每颗MEMS芯片进行独立的封装，使MEMS芯片密封在由金属封盖和陶瓷基板所形成的空腔内。芯片级封装方法具有成品率较低、成本较高、最终产品的尺寸较大等缺点。

针对芯片级封装技术的缺点，晶圆级封装技术应运而生。晶圆级封装技术是对整片晶圆（wafer）进行封装测试后，再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片（chip）尺寸与裸片（die）尺寸完全一致。根据不同的工艺，MEMS器件的晶圆级封装方法可归结为两类，第一类是采用晶圆键合（wafer bonding）方法，第二类是采用薄膜沉积（thin filmdeposition）方法。晶圆级封装方法具有成本较低、最终产品的尺寸较小等优点。

采用晶圆键合方法的晶圆级封装成品如图2所示。该方法首先在封帽晶圆上刻蚀出所需的空腔，并沉积用于形成密封环的特殊材料；然后利用金金共晶、铝锗共晶等晶圆键合的方法，将具有空腔的封帽晶圆与MEMS器件所在的晶圆键合到一起，使MEMS器件密封在空腔内。后续通过TSV（硅通孔）、引线键合等再布线技术将器件引线连接到外面。这种封装方法需要在芯片结构上制作用于形成密封环的特殊材料，密封环的宽度通常在50～200μm之间，会显著地增大MEMS器件的芯片尺寸，增加其封装成本。

采用薄膜沉积方法的晶圆级封装成品如图3所示。该方法首先在MEMS器件上方沉积牺牲层；然后在牺牲层上方沉积支撑层，并在支撑层上刻蚀出释放孔；后续通过干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除牺牲层，形成容纳MEMS器件的空腔；最后沉积密封层对释放孔进行填充完成对释放孔的密封，使MEMS器件密封在空腔内。后续通过TSV、引线键合等再布线技术将器件引线连接到外面。这种封装方法在填充释放孔时，部分填充材料有可能会通过释放孔沉积到MEMS器件上形成玷污，造成MEMS器件的失效。