[发明专利]基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法

说明书

本发明公开一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法，该TGV衬底制备方法包括硅片表面氧化、制作浅槽图形和深槽图形、刻蚀、再次刻蚀、再次氧化、玻璃回流和后处理；该MEMS器件封装方法利用该TGV衬底制备方法制备得到的TGV衬底对MEMS器件进行真空封装。本发明提供的MEMS器件封装方法可以同时实现横向和纵向互连，同时不需要向玻璃通孔中填充金属来实现芯片的垂直互连，本发明的MEMS器件封装方法具有气密性好、热应力小、寄生效应小、引线互连方式灵活等突出优点，有利于提升MEMS器件性能，因此具有非常好的应用潜力和发展前景。

技术领域

本发明涉及MEMS器件封装技术领域，尤其是一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法。

背景技术

微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统，具有体积小、功耗低、可靠性高、易于批量化制造等显著特点。封装是实现MEMS芯片I/O接口、内部结构保护、环境交互与隔离、提供稳定可靠工作环境的有效途径，也是从实验室样机向产品过渡的关键。封装成本占整个MEMS器件成本的50％以上，有的甚至超过80％。与 IC封装不同，MEMS芯片封装不仅仅是实现电信号的内外互连，更重要的是涉及到封装对机械结构动力学特性的影响。因此，传统的IC 封装技术很难直接在MEMS产品上获得应用，尤其是工业级以及军事应用等要求较高的场合。

目前MEMS芯片真空封装分为两种形式：器件级封装和圆片级封装。器件级真空封装是将芯片划片后再单独贴片、引线并真空封装在陶瓷或金属管壳内，而圆片级真空封装是先将MEMS结构圆片整体真空封装再划片的封装方式。相比较而言，圆片级封装能极大地减小器件体积、提高生产效率、降低生产成本，是MEMS器件未来发展的必然趋势。圆片级封装可分为信号横向引出和信号纵向引出两种形式，横向引出工艺相对简单，芯片引线方便，但集成度低；纵向引出工艺相对复杂，引线布局灵活，集成度高。现有的圆片级封装只能实现横向引出和纵向引出中的一种，不能满足更高要求的MEMS器件封装要求。此外，现有技术中，TSV(Through Silicon Via，硅通孔)和TGV (Through Glass Via，玻璃通孔)是指通过在硅通孔和玻璃通孔中填充金属来实现芯片的垂直互连，该方法均存在多种材料特性不匹配而导致的应力问题，且寄生效应显著，从而对MEMS结构的性能产生很大的影响，同时气密性也难以满足性能需求。

发明内容

本发明提供一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及 MEMS器件封装方法，用于克服现有技术中只能实现横向引出和纵向引出中的一种等缺陷，实现减小热应力，有效消除封装误差对MEMS 器件的性能带来的不利影响。

为实现上述目的，本发明提出一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，包括：

S1：对硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第一氧化层的硅片；

S2：在所述硅片上表面或者下表面的第一氧化层上匀胶，通过光刻在所述硅片的匀胶表面制作刻蚀硅片的浅槽图形和深槽图形，并将所述浅槽图形用光刻胶覆盖；

S3：以光刻胶作和第一氧化层为刻蚀掩膜对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述深槽图形对应位置处形成50～150μm深的凹槽；

S4：去除所述浅槽图形上覆盖的光刻胶，继续对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述浅槽图形对应位置处形成150～450μm深的浅槽，在所述深槽图形对应位置处形成350～900μm深的深槽；所述深槽的深度大于所述浅槽的深度；

S5：去除所述硅片上的光刻胶以及第一氧化层，并再次对所述硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第二氧化层的硅片；

S6：将玻璃圆片置于所述硅片具有所述浅槽和所述深槽的表面上进行键合，获得组合件；