[发明专利]一种MEMS器件圆片级真空封装方法

说明书

一种MEMS器件圆片级真空封装方法，步骤如下：(1)根据MEMS器件待引出的电极数量在低阻硅晶圆上刻蚀绝缘子的拓扑结构，单个拓扑结构中间的低阻硅用于MEMS器件的电学信号引出，记为低阻硅柱；(2)将上述拓扑结构氧化得到氧化硅结构，并填充拓扑结构之间的孔隙，得到无孔洞绝缘子结构；(3)在低阻硅晶圆上的低阻硅柱键合面形成焊点接触电极，并在低阻硅晶圆上与MEMS器件外围对应的位置形成真空封装焊料环；(4)将步骤(3)处理后的低阻硅晶圆与MEMS器件进行键合，实现MEMS器件的锚点与焊点接触电极的电学连接，并实现MEMS器件的真空封装；(5)低阻硅柱的非键合面形成压焊电极；(6)通过光刻、刻蚀工艺实现低阻硅柱的电学隔离。

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，特别是涉及一种MEMS器件的全硅化圆片级封装方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)器件具有小型化、集成化、高性能、低成本的特点，已广泛用于汽车、航空航天、卫星导航、信号处理、生物学等领域。但多数MEMS器件需要在真空环境或者惰性气体气密环境下工作，然而管壳级的真空封装成本高，不能满足MEMS器件低成本需求。近年来，随着MEMS器件的发展，逐渐发展起来多种圆片级封装工艺技术，极大地降低了MEMS器件封装成本。

目前圆片级封装工艺技术采用圆片键合技术实现，包括硅-玻璃阳极键合、硅-硅键合、共晶键合、扩散键合、玻璃浆料键合等。硅-玻璃阳极键合工艺技术成熟，是早期圆片级封装工艺的主流技术，但两种材料的热失配导致了温度漂移，成为影响MEMS器件稳定性的瓶颈。因此，基于全硅键合技术的新型工艺技术逐渐发展起来，既能提高MEMS器件的性能，又能兼顾低成本要求。

全硅封装工艺技术的关键在于如何实现电极引出，主要有以下一种方法：

在硅盖板上制作V型通孔，通孔中间为下层硅结构的电信号引出电极，在 V型通孔和电极之间制作密封环保证气密性，该技术方法在电极引出和气密环上占用大量面积，是以牺牲芯片面积实现气密封装，增加了器件的总成本。

利用SOI基片做盖板，在SOI片器件层制作V型通孔实现下层硅结构的电信号引出，减少了V型孔占用面积，但其仍然要利用SOI中间绝缘层做气密环，为保证气密性，气密环占用的面积很大，且高质量SOI片成本高，增加了器件的总成本。

电极横向引出技术，是通过金属互联线或低阻硅实现中间结构层电信号引出，引出电极在芯片结构区外，极大的浪费了盖板的空间，增加了MEMS器件的成本。

硅通孔(TSV)技术，是通过在硅盖板上制备硅通孔、通孔绝缘层、通孔金属化等一系列工序制备金属电连接线。该技术最早用于半导体芯片的垂直互连，有效避免了V型孔和气密环占用面积的弊端，但该技术难度大、加工成本高，需要依赖特殊设备加工制备，如高深宽比硅通孔刻蚀、高深宽比通孔内电镀种子层沉积、高深宽比通孔电镀、带金属电极的晶圆减薄抛光等。此外，通孔内的金属互连线与硅本体存在较大应力，金属与硅本体之间的环状绝缘层厚度小，且具有较大的展开面积，会在电极间引入较大的寄生电容，从而降低了器件的性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种MEMS器件圆片级真空封装方法。

本发明的技术解决方案是：一种MEMS器件圆片级真空封装方法，步骤如下：

(1)根据MEMS器件待引出的电极数量在低阻硅晶圆上刻蚀绝缘子的拓扑结构，单个拓扑结构中间的低阻硅用于MEMS器件的电学信号引出，记为低阻硅柱；

(2)将上述拓扑结构氧化得到氧化硅结构，并填充拓扑结构之间的孔隙，得到无孔洞绝缘子结构；

(3)在低阻硅晶圆上的低阻硅柱键合面形成焊点接触电极，并在低阻硅晶圆上与MEMS器件外围对应的位置形成真空封装焊料环；