[发明专利]一种圆片级薄膜封装方法及封装器件

说明书

本发明涉及微电子机械封装技术领域，特别涉及一种圆片级薄膜封装方法及封装器件，包括：获取芯片圆片；刻蚀部分所述牺牲层，在所述衬底与所述外壳之间形成横向钻蚀孔；采用蒸发或溅射工艺在所述横向钻蚀孔处沉积第一金属层，所述第一金属层具有纳米尺度的通孔；在所述第一金属层上沉积第二金属层；通过所述牺牲层释放孔释放所述牺牲层，得到待封装器件；加热所述待封装器件，加热温度介于所述第二金属层的熔点与所述第一金属层的熔点之间，使得所述第二金属层熔融铺展，从而密封所述牺牲层释放孔。通过在封装结构上设置横向钻蚀孔，横向钻蚀孔用以在金属层上形成自对准通孔，通过在通孔处沉积少量低熔点的封口金属就可以实现封口。

技术领域

本发明涉及微电子机械封装技术领域，特别涉及一种圆片级薄膜封装方法及封装器件。

背景技术

微机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)传感器通过缩小敏感结构的尺寸来实现功能的高度集成。空气阻力与结构特征尺寸有关，在低速下宏观尺度物体受到的空气阻力一般可忽略不计，但在结构特征尺度小的MEMS传感器中，空气阻力是MEMS器件的主要阻尼机制，决定了传感器的Q值，从而对传感器的幅频特性、相频特性和带宽有显著影响。同时气体分子热涨落引起的布朗运动噪声也是加速度传感器、陀螺等MEMS器件的主要噪声。真空封装技术能显著减少空气阻尼损耗。因此，真空封装对于多种MEMS器件具有重要意义。

目前唯一实现了商用的表面微机械真空封装技术是外延真空封装(Episeal)技术。该技术利用外延生长的多晶硅层堵住通孔，形成气密的真空腔体，并利用外延工艺产生的残余气体是可扩散通过固体结构的氢气的特性，通过封装后热退火工艺使氢气扩散出气密腔体，形成高可靠的高真空封装。该工艺已用于部分不需要在真空封装前制作金属布线的特种传感器的制造，如高精度压力传感器、MEMS振荡器等。

Episeal工艺的问题在于工艺中需要使用高温的外延工艺堵孔，温度高达980℃，此高温工艺严禁一切金属材料进入，因此此种工艺仅适用于个别采用均质硅材料制作，且不需要在封装前制作金属布线的传感器。一般的MEMS传感器均需在封装前制作金属布线，无法采用该工艺进行真空封装。另外，在进行外延多晶硅堵孔时MEMS结构已释放，外延工艺前不能清洗圆片，因此牺牲层腐蚀设备和外延设备均必须专用，造成设备投入大、工艺成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的微机械真空封装技术存在工艺温度高且工艺过程复杂的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例公开了一种圆片级薄膜封装方法，包括：

获取芯片圆片，所述芯片圆片包括衬底、牺牲层和外壳，所述衬底上设有微机械结构，所述牺牲层设置于所述微机械结构与所述外壳之间；

刻蚀部分所述牺牲层，在所述衬底与所述外壳之间形成横向钻蚀孔；

采用蒸发或溅射工艺在所述横向钻蚀孔处沉积第一金属层，所述第一金属层具有纳米尺度的通孔，所述通孔与所述横向钻蚀孔连通形成牺牲层释放孔，所述第一金属层的厚度大于所述横向钻蚀孔在竖直方向上的尺寸；

在所述第一金属层上沉积第二金属层，所述第二金属层的熔点低于所述第一金属层的熔点；

通过所述牺牲层释放孔释放所述牺牲层，得到待封装器件；

加热所述待封装器件，加热温度介于所述第二金属层的熔点与所述第一金属层的熔点之间，使得所述第二金属层熔融铺展，从而密封所述牺牲层释放孔。

进一步的，所述横向钻蚀孔在水平方向上的尺寸大于所述横向钻蚀孔在竖直方向上的尺寸。

进一步的，所述横向钻蚀孔在竖直方向上的尺寸为0.1μm-3μm。

进一步的，所述采用蒸发或溅射工艺在所述横向钻蚀孔处沉积第一金属层，包括：