專利名稱：Mems器件圓片級真空封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封裝方法，尤其是一種用于MEMS(微電子機械系統(tǒng))器件的圓片 級真空封裝方法。
背景技術(shù)：
MEMS封裝技術(shù)是MEMS研究領(lǐng)域中的一個重要研究方向， 一方面封裝可使MEMS產(chǎn) 品避免受到灰塵、潮氣等對可動結(jié)構(gòu)的影響，另一方面通過真空或氣密封裝還可改變MEMS 產(chǎn)品內(nèi)部阻尼情況，提高產(chǎn)品的性能。 圓片級封裝技術(shù)是實現(xiàn)MEMS器件高性能、低成本和批量化的主要解決途徑，圓片 級封裝是采用鍵合技術(shù)在MEMS器件的圓片上加裝蓋板來完成封裝，因此具有批量的優(yōu)點， 并且由于可以省去昂貴的封裝外殼，可使封裝成本降到最低。實現(xiàn)圓片級封裝的鍵合技術(shù)， 主要包括陽極鍵合(硅-玻璃鍵合)、硅熔融鍵合、Glass frit鍵合、金硅共晶鍵合、聚合物 鍵合等，其中金硅共晶鍵合技術(shù)具有工藝簡單、成品率高、氣密性能好等優(yōu)點，是真空封裝
鍵合技術(shù)的首選。另外，可用來作為封裝蓋板的材料有多種，例如陶瓷、石英、玻璃、硅等材 料，綜合考慮工藝兼容性、工藝難度、加工成本、氣密性等這些因素選取硅材料作為封裝蓋 板層是目前的一個主流趨勢，這主要是因為目前大多數(shù)MEMS器件都是制造在硅基上，工藝 成熟兼容性好，而且硅具有好的機械性能與氣密性，能夠?qū)EMS器件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)良好保護與 真空封裝。 目前滯后的封裝技術(shù)與高昂的封裝成本嚴重制約了MEMS器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展， MEMS器件的封裝成本最多已經(jīng)占到了產(chǎn)品總成本的95%，因此，需要優(yōu)化加工技術(shù)與真空 封裝技術(shù)，降低封裝成本，提高MEMS器件性能，這對于MEMS技術(shù)最終產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)具有重 要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種MEMS器件圓片級真空封裝方法，以解決 MEMS器件加工工藝復(fù)雜及制作過程中受到污染的問題。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種MEMS器件圓片級真空封 裝方法，該方法的步驟包括l)在MEMS器件上淀積金硅鍵合用金屬薄膜，2)雙面拋光封裝 蓋板，3)封裝蓋板雙面淀積絕緣介質(zhì)，4)刻蝕電極引出通孔，5)采用金硅共晶鍵合技術(shù)對 封裝蓋板與MEMS器件進行鍵合封裝，6)通過淀積、光刻、刻蝕在電極引出通孔對應(yīng)的MEMS 器件表面制備出MEMS器件引出電極；關(guān)鍵在于省略上述步驟1)并在上述步驟3)和步驟 4)之間增加下述步驟在封裝蓋板上沉積金硅鍵合用金屬薄膜。 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于將金硅鍵合用金屬薄膜沉積在封裝蓋
板上，省去了MEMS器件加工過程中制作金硅鍵合用金屬薄膜的工藝，減少了金屬對MEMS器
件在制作過程中產(chǎn)生的污染，提高了工藝兼容性，進而提高了MEMS器件的性能。 作為本發(fā)明進一步改進的技術(shù)方案在雙面拋光封裝蓋板之后增加在封裝蓋板上制作電自動隔離臺階的步驟，其效果在于在后續(xù)的圓片鍵合工藝后要對封裝蓋板進行整
體金屬化，在生長金屬薄膜時由于有電自動隔離臺階的遮擋作用，使MEMS器件引出電極的 金屬薄膜與周圍的金屬薄膜自動分開，達到電自動隔離的作用，這種工藝利用自對準技術(shù) 省去了 一次金屬薄膜電極的光刻工藝。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
圖1是采用本發(fā)明制作的MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2-1 圖2-12為本發(fā)明的具體工藝流程示意圖； 圖2-1材料拋光；圖2-2封裝蓋板正面光刻；圖2_3封裝蓋板正面體硅刻蝕；圖 2-4淀積絕緣介質(zhì)；圖2-5沉積金屬薄膜；圖2-6光刻金屬薄膜；圖2-7刻蝕金屬薄膜；圖 2-8封裝蓋板背面光刻；圖2-9刻蝕絕緣介質(zhì)；圖2-10封裝蓋板體硅刻蝕；2-11封裝蓋板 與MEMS器件金硅共晶鍵合；圖2-12表面金屬化； 圖中，1-封裝蓋板，la-封裝蓋板正面，lb-封裝蓋板背面，2-金硅鍵合用金屬薄 膜，3-電自動隔離臺階，4-絕緣介質(zhì)，5-電極引出通孔，6-MEMS器件引出電極，7-金屬薄膜， 8-MEMS器件，100 、200 、300-光刻膠。
具體實施例方式
圖1是一個MEMS器件單元封裝結(jié)構(gòu)示意圖，由上至下依次為封裝蓋板1和MEMS 器件8，封裝蓋板1與MEMS器件8通過金硅共晶鍵合粘接在一起。
下面結(jié)合圖2-1 圖2-12對本發(fā)明進行具體實施方式
說明。 —種MEMS器件圓片級真空封裝方法，該方法的步驟包括1)在MEMS器件上淀積 金硅鍵合用金屬薄膜2，2)雙面拋光封裝蓋板1，3)封裝蓋板1雙面淀積絕緣介質(zhì)4，4)刻 蝕電極引出通孔5，5)采用金硅共晶鍵合技術(shù)對封裝蓋板1與MEMS器件8進行鍵合封裝， 6)通過淀積、光刻、刻蝕在電極引出通孔5對應(yīng)的MEMS器件表面制備出MEMS器件引出電 極；關(guān)鍵在于省略上述步驟1)并在上述步驟3)和步驟4)之間增加下述步驟在封裝蓋 板1上沉積金硅鍵合用金屬薄膜2。 上述方法中，所述在封裝蓋板1上制備金硅鍵合用金屬薄膜2的具體步驟為
①在封裝蓋板正面(la)生長金硅鍵合用金屬薄膜(2);
②光刻得到金硅共晶鍵合區(qū)域圖形； ③刻蝕掉非鍵合區(qū)域金硅鍵合用金屬薄膜(2)，保留鍵合區(qū)域金硅鍵合用金屬薄 膜(2)。 上述方法中，在所述步驟2)和步驟3)之間增加在封裝蓋板1上制作電自動隔離 臺階3的步驟，具體實施步驟為 ①光刻封裝蓋板正面la得到電自動隔離臺階3圖形與封裝腔體圖形；
②刻蝕封裝蓋板1，形成自動隔離臺階3和封裝腔體。
上述方法中，所述的電自動隔離臺階3位于電極引出通孔5下部周圍。
上述方法中，所述電極引出通孔5為V型通孔，具體制備過程為
①光刻封裝蓋板背面lb形成V型通孔圖形；
②體硅刻蝕封裝蓋板1 ，形成V型通孔。 上述方法中，所述絕緣介質(zhì)4為氧化硅或氮化硅或氧化硅與氮化硅的組合。
上述方法中，所述采用金硅共晶鍵合技術(shù)對封裝蓋板1與MEMS器件8進行鍵合封 裝的工藝步驟為 ①真空狀態(tài)下，封裝蓋板正面la與MEMS器件8進行共晶鍵合，形成圓片級真空封 裝； ②在封裝蓋板背面lb沉積金屬薄膜6，形成MEMS器件引出電極7，完成封裝工藝。
上述方法中，所述封裝蓋板1材料優(yōu)選為硅材料。
進一步可以總結(jié)為以下完整工序 1)材料準備采用〈100〉晶向的硅片作為封裝蓋板1，硅片厚度一般大于200iim， 圓片大小和要進行封裝的加工好的MEMS器件8的圓片相同，雙面拋光，參加圖2-1。
2)光刻在封裝蓋板正面la涂覆光刻膠100，通過曝光、顯影得到電自動隔離臺階 3圖形與封裝腔體圖形。參見圖2-2。 3)刻蝕封裝蓋板1 :采用各向同性干法刻蝕工藝對封裝蓋板正面la進行刻蝕，刻 蝕深度范圍一般在5 ii m 50 ii m之間，形成電自動隔離臺階3與封裝腔體。參見圖2_3。
4)淀積在封裝蓋板1的兩面生長一層或多層絕緣介質(zhì)4，絕緣介質(zhì)4 一般為氧化 硅、氮化硅以及它們的組合，絕緣介質(zhì)厚度一般大于lpm，參見圖2-4。 5)金屬化在封裝蓋板正面la生長一層金硅鍵合用金屬薄膜2，優(yōu)選為鉻或鈦或 金，鉻或鈦的厚度一般為10nm 30nm，金的厚度一般大于l咖，參見圖2-5。
6)光刻在金硅鍵合用金屬薄膜2上涂覆光刻膠200，通過曝光、顯影得到金硅共 晶鍵合區(qū)域的圖形，參見圖2-6。 7)刻蝕金硅鍵合用金屬薄膜2 :在光刻膠200保護下用金屬腐蝕液去掉非鍵合區(qū) 域的金硅鍵合用金屬薄膜2，參見圖2-7。 8)雙面光刻在封裝蓋板背面lb上涂覆光刻膠300，通過曝光、顯影得到V型電極 引出通孔5上開口的圖形，參見圖2-8。 9)刻蝕絕緣介質(zhì)在光刻膠300保護下用絕緣介質(zhì)腐蝕液腐蝕掉V型電極引出通 孔5上開口的絕緣介質(zhì)4，參見圖2-9。 10)采用各向異性濕法或干法刻蝕工藝，刻蝕封裝蓋板硅片形成V型電極引出通 孔5，參見圖2-10。 11)金硅鍵合在真空狀態(tài)下(一般小于l個大氣壓，可調(diào)節(jié))，將封裝蓋板l硅片 的正面與MEMS器件8圓片進行共晶鍵合，形成圓片級真空封裝，參見圖2-11。
12)金屬化在封裝蓋板背面lb的絕緣介質(zhì)上生長金屬薄膜7，優(yōu)選為鉻或鈦或 金，鉻或鈦的厚度一般為10nm 30nm，金的厚度一般大于100nm，形成MEMS器件8的金屬 引出電極6，完成封裝工藝，參見圖2-12。 以上工藝步驟中所述的光刻、刻蝕、淀積、金屬化均為本領(lǐng)域人員所熟知技術(shù)，在 此不再鰲述。
權(quán)利要求
一種MEMS器件圓片級真空封裝方法，該方法的步驟包括1)在MEMS器件上淀積金硅鍵合用金屬薄膜(2)，2)雙面拋光封裝蓋板(1)，3)封裝蓋板(1)雙面淀積絕緣介質(zhì)(4)，4)刻蝕電極引出通孔(5)，5)采用金硅共晶鍵合技術(shù)對封裝蓋板(1)與MEMS器件(8)進行鍵合封裝，6)通過淀積、光刻、刻蝕在電極引出通孔(5)對應(yīng)的MEMS器件表面制備出MEMS器件引出電極；其特征在于省略上述步驟1)并在上述步驟3)和步驟4)之間增加下述步驟在封裝蓋板(1)上沉積金硅鍵合用金屬薄膜(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征在于所述在封裝蓋板(1) 上制備金硅鍵合用金屬薄膜(2)的具體步驟為① 在封裝蓋板正面(la)生長金硅鍵合用金屬薄膜(2);② 光刻得到金硅共晶鍵合區(qū)域圖形；③ 刻蝕掉非鍵合區(qū)域金硅鍵合用金屬薄膜(2)，保留鍵合區(qū)域金硅鍵合用金屬薄膜(2) 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征在于在所述步驟2) 和步驟3)之間增加在封裝蓋板(1)上制作電自動隔離臺階(3)的步驟，具體實施步驟為① 光刻封裝蓋板正面(la)得到電自動隔離臺階(3)圖形與封裝腔體圖形；② 刻蝕封裝蓋板(l)，形成自動隔離臺階(3)和封裝腔體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征在于所述的電自動隔 離臺階(3)位于電極引出通孔(5)下部周圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征在于所述電極弓I 出通孔(5)為V型通孔，具體制備過程為① 光刻封裝蓋板背面(lb)形成V型通孔圖形；② 體硅刻蝕封裝蓋板(1)，形成V型通孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征在于所述絕緣介質(zhì) (4)為氧化硅或氮化硅或氧化硅與氮化硅的組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征在于所述采用金硅共 晶鍵合技術(shù)對封裝蓋板(1)與MEMS器件(8)進行鍵合封裝的工藝步驟為① 真空狀態(tài)下，封裝蓋板正面(la)與MEMS器件(8)進行共晶鍵合，形成圓片級真空封裝；② 在封裝蓋板背面(lb)沉積金屬薄膜(6)，形成MEMS器件引出電極(7)，完成封裝工藝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5或7中所述的MEMS器件圓片級真空封裝方法，其特征 在于所述封裝蓋板(1)材料優(yōu)選為硅材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MEMS器件圓片級真空封裝方法，該方法采用金硅共晶鍵合技術(shù)實現(xiàn)封裝蓋板與MEMS器件的封裝，具體包括以下步驟1)雙面拋光封裝蓋板；2)封裝蓋板雙面淀積絕緣介質(zhì)；3)在封裝蓋板上制備金硅鍵合用金屬薄膜；4)制備電極引出通孔；5)對封裝蓋板與MEMS器件進行鍵合封裝。通過將金硅鍵合用金屬層制作在封裝蓋板上，省去了MEMS器件加工過程中制作鍵合用金屬層的工藝，減少了金屬對MEMS器件在制作過程中產(chǎn)生的污染，提高了工藝兼容性，進而提高了MEMS器件的性能。
文檔編號B81C1/00GK101780942SQ200910227989
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者徐永青, 楊擁軍, 羅蓉, 胥超 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所