[发明专利]MEMS器件真空封装结构

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，涉及一种MEMS器件真空封装结构。

背景技术

利用微电子机械加工技术制作的加速度计和角速度计在汽车导航和消费电子等领域得到了广泛应用。这些传感器具有成本低、可批量生产、稳定性好等优点。但是在机械结构达到微米量级时，空气阻尼效应成为了影响器件性能的关键因素。真空封装能够大幅减小空气阻尼效应，使器件的品质因子得到显著提高。

Steven S. Nasiri和Anthony Francis Flannery, JR.提出了一种CMOS硅片和MEMS硅片键合并采用硅通孔引线的封装结构（Method of fabrication of Al/Ge bonding in a wafer packaging enviroment and a product produced therefrom, US 2008/0283990 A1）。该方法利用铝锗共晶键合（也称作铝锗低温键合）的导电特性和CMOS硅片上的硅通孔实现器件内外的电连接，由于铝锗材料存在放气（outgasing）过程，对于腔体内长期真空度的保持有不利影响，同时，铝锗材料在恶劣环境下、特别是较高工作温度环境下，如汽车应用环境中会发生泡起（popping）等失效过程，显著降低器件的可靠性，也限制了器件的应用范围。进一步，此种硅通孔制作使器件制造工艺变得复杂，成本也大幅上升，同时为借助硅通孔实现电连接该方法采用铜填充所述硅通孔，不过，由于铜与硅的热膨胀系数相差较大，在温度变化下，通孔中填充的铜会从通孔中突出而造成其上的焊球脱落，使器件可靠性降低。

真空封装结构中考虑器件内外的电连接同时，还需要要考虑位于连接电极周围的电学隔离结构。Thorbjorn Ebefors 、Edvard Kalvesten和Tomas Bauer的专利（MICROPACKAGING MATHOD AND DEVICES, US 2010/0053922 A1）中，电学隔离的结构的制作思路为：先形成高深宽比的凹槽，再直接利用CVD在所述凹槽内填充绝缘材料，以形成仅由绝缘材料组成的高深宽比的隔离结构，以达到电学隔离的目的。由于绝缘材料在真空封装时机械强度不足，当仅在凹槽中填充绝缘材料时，所述凹槽只能采用高深宽比结构，但高深宽比的凹槽易造成填充在其内的绝缘材料存在空隙，从而导致填充的绝缘材料致密性不好，影响隔离效果及器件在真空封装时的机械强度。

进一步，现有的MEMS器件封装结构在实现内外电连接时，通常使用的电极引线是从器件的旁侧引出，即所述电极引线与MEMS器件在封装结构中并不是最节省封装面积的垂直对应关系，导致了MEMS器件封装结构面积的增加，从而降低了封装密度（单位面积内引出电极连接的数量）。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS器件真空封装结构，用于解决现有技术中硅通孔中形成的金属填充物与硅的热膨胀系数差异引起的器件可靠性降低、用于电学隔离的硅通孔致密性不好导致的器件电学隔离效果降低、器件真空封装的机械强度降低、及器件封装密度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件真空封装结构，所述结构至少包括：

基板，形成有环形隔离结构以及位于所述环形隔离结构中的第一电极，环绕所述基板周侧的结构作为边框支撑结构，其中，所述环形隔离结构为填充有外延材料的第一通孔，且所述第一通孔的内侧壁上形成有绝缘材料以电学隔离所述第一电极；

结构层，位于所述基板上，至少包括结合于所述基板边缘内侧的边框、结合于所述第一电极上的所述MEMS器件的电极连接组件、及用以制作所述MEMS器件的第一区域；

盖板，结合于所述结构层上，形成有与所述环形隔离结构对应的第一凹槽，所述第一凹槽的外侧部分结合于所述边框上，内侧部分结合于所述电极连接组件上

可选地，所述基板的下表面形成有钝化层及电极引线，且所述电极引线至少包括与所述第一电极相连接的第一电极引线。

可选地，所述第一通孔下表面为与其侧壁相同且相连接的绝缘材料，则填充所述第一通孔的外延材料为多晶硅。

可选地，所述第一通孔下表面暴露出外延材料，则填充所述第一通孔的外延材料为多晶硅和单晶硅的混合物。