[发明专利]硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法

权利要求书

1.一种硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构，包括待封装的微机械器件结构单元以及作为封装体的盖板结构单元，所述微机械器件结构单元内部设有器件可动微结构，微机械器件结构单元的待封装一侧表面设有器件侧键合金属层；其特征在于，所述盖板结构单元包括依次设置的盖板侧键合金属层、盖板绝缘层、盖板硅片以及盖板顶层金属；其中，所述器件侧键合金属层和盖板侧键合金属层之间相互连接形成键合结构，所述盖板绝缘层上设有盖板绝缘层窗口，所述盖板侧键合金属层通过该盖板绝缘层窗口与盖板硅片连接形成金属与半导体间的电学接触；所述盖板硅片以及盖板顶层金属上设有环绕在所述盖板绝缘层窗口四周的绝缘沟槽，所述器件侧键合金属层和盖板侧键合金属层形成的键合结构对绝缘沟槽下方的盖板绝缘层形成支撑；所述盖板硅片在绝缘沟槽内侧形成硅柱垂直互连结构；所述盖板绝缘层实现盖板侧键合金属层与硅柱垂直互连结构以外的盖板硅片的电学隔离；

所述器件侧键合金属层和盖板侧键合金属层在实现电互连的同时形成了环绕在所述盖板绝缘层窗口四周的绝缘隔断空间；

所述绝缘隔断空间和绝缘沟槽相互错开，且绝缘沟槽位于绝缘隔断空间的内侧；

所述微机械器件结构单元包括依次连接的衬底片、衬底绝缘层、器件片、器件绝缘层以及所述器件侧键合金属层，所述器件可动微结构设置于器件片上，所述器件绝缘层上设有器件绝缘层窗口，所述器件侧键合金属层通过该器件绝缘层窗口与器件片导通。

2.根据权利要求1所述的硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构，其特征在于，所述盖板结构单元在与微机械器件结构单元的器件可动微结构对应处设有盖板空腔。

3.一种硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）准备待晶圆级封装的微机械器件结构单元；

（2）准备低电阻率的硅晶圆作为盖板硅片，在所述盖板硅片一侧沉积盖板绝缘层，并光刻腐蚀，形成一定宽度的盖板绝缘层窗口，作为体硅电极引出窗口，以及形成体硅刻蚀窗口；

（3）沉积盖板侧键合金属层，在盖板绝缘层窗口处形成一定宽度的盖板侧键合金属层电学互连区域以构建该盖板侧键合金属层与盖板硅片的底部金属/半导体接触结构，并进行光刻腐蚀出绝缘隔断空间，在所封装器件结构的外围形成一定宽度的盖板侧键合金属层绝缘密封环区域；

在所述盖板硅片含有键合金属层一侧，进行光刻腐蚀，并利用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，首先暴露出盖板硅片指定的体硅区域，随后并对盖板硅片指定的体硅区域进行体硅的刻蚀或腐蚀以形成盖板空腔结构；

（4）在所述盖板硅片中与盖板侧键合金属层相对的一侧沉积盖板顶层金属，构建该盖板顶层金属与盖板硅片的顶部金属/半导体接触结构，至此形成键合前的盖板结构单元；

（5）将所述待晶圆级封装的微机械器件结构单元与制备好的键合前的盖板结构单元进行面对面的对准键合，其中器件侧键合金属层与盖板侧键合金属层分别作为共晶键合介质或扩散键合介质发生相应的共晶反应或互扩散作用，最终形成所述微机械器件结构单元与所述盖板结构单元的器件封装整体键合结构；

（6）在所述器件封装整体键合结构的盖板硅片顶部进行光刻腐蚀，对盖板顶层金属进行湿法腐蚀或干法刻蚀以形成盖板顶层金属对硅柱垂直互连结构的电信号接口区域，随后进一步对盖板顶层金属所暴露出来的盖板硅片体硅区域进行湿法腐蚀或干法刻蚀以形成环状盖板绝缘沟槽，并且腐蚀或刻蚀将在绝缘沟槽所对应的盖板绝缘层处终止，从而形成独立的硅柱垂直互连结构，完成硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构的制备。

4.根据权利要求3所述的硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构的制备方法，其特征在于，所述硅柱垂直互连结构中，所述盖板侧键合金属层与体硅之间以及盖板顶层金属与体硅之间金属/半导体接触在键合工艺高温作用下转变为欧姆接触，或者在键合工艺后通过单独的热处理或退火工艺形成欧姆接触，该欧姆接触实现器件封装内部电学信号的垂直引出。