[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

说明书

本发明公开硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法，该封装结构包括微机械器件结构单元以及盖板结构单元，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，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电连接；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进行支撑；盖板硅片在绝缘沟槽内侧形成硅柱垂直互连结构。本发明避免了每一硅柱互连结构所需的独立键合密封环，减小了硅柱互连结构整体的晶圆占用面积并提升硅柱互连密度，有利于封装结构的小型化。

技术领域

本发明涉及微机电系统、封装领域，特别是针对硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法。

背景技术

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是通过半导体工艺和微纳加工技术在硅或其他介质晶圆上形成微机械元件并最终与信号处理电路集成于一体的统称。由于MEMS器件具有可动结构易受组装工艺和实际应用场景的外力冲击和环境影响，因此通常需要进行气密或真空封装以保护器件脆弱的可动结构、实现与外界环境的隔离和器件性能的提升。MEMS封装通常有器件或芯片级(Die-level)和晶圆级(Wafer-levelPackage,WLP)两种封装方案。由于在晶圆层级封装能一次实现晶圆上所有器件的封装，因此能通过批量化制造极大地降低成本，并能提高工艺参数一致性、产品的成品率与可靠性，可见MEMS晶圆级封装是实现MEMS器件产品化和实用化的进程中的关键技术。晶圆级封装主要通过晶圆级键合技术实现，主要的键合技术包括硅玻璃阳极键合、硅硅熔融键合、玻璃浆料键合、聚合物键合、共晶键合、扩散键合等。

随着器件小型化、高信号接口密度、高速和低功耗的迫切需求，晶圆级三维封装目前已成为集成电路IC和MEMS超越摩尔定律的重要发展议题。在MEMS晶圆级三维封装中，一种以低阻硅本体为垂直互连通路的MEMS三维晶圆级封装形式正成为近年学界和业界研究开发的热点。然而，现有的以低阻硅本体为垂直互连通路的MEMS三维晶圆级封装形式却面临如下问题：低阻硅本体垂直互连结构要么需要绝缘沟槽进行绝缘物质的致密填充以确保MEMS封装的气密性，要么就需要对低阻硅本体垂直互连结构进行单独的密封环设计来保证MEMS封装的气密性。例如，申请公布号为CN 106711121 A的发明申请公开的一种硅柱通孔互连结构及其制作方法，该硅柱互连结构的盖板绝缘沟槽是要求盖板刻蚀穿透，通常需要通过几百微米宽度的键合密封环单独设计来实现硅柱互连结构与封装体内部的隔离，这导致该垂直互连结构整体所占据的晶圆面积或尺寸较大，进而限制了低阻硅本体垂直互连结构的互连密度提升和封装体的小型化。因此，如何在不对硅本体垂直互连结构进行相应绝缘沟槽填充的同时，对硅本体垂直互连结构进行密封设计来提升硅本体垂直互连结构的互连密度及封装体小型化能力则显得尤为关键和迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构，该封装结构避免了每一硅柱互连结构所需的独立键合密封环，从而减小了硅柱互连结构整体的晶圆占用面积并提升硅柱互连密度，有利于封装结构的小型化。

本发明的另一个目的在于提供一种上述硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：