[发明专利]一种基于阳极键合的全硅MEMS圆片级真空封装方法

说明书

本发明公开了一种基于阳极键合的全硅MEMS圆片级真空封装方法，在MEMS圆片级真空封装工艺中采用2次阳极键合实现了盖板、MEMS器件结构、衬底之间的机械和电信号连接，并形成了压力可控的MEMS密封腔体，和现有的基于硅‑硅焊料键合、硅‑硅熔融键合等全硅键合工艺相比工艺难度低、成品率高；对盖板玻璃片进行减薄至10～50微米及对衬底玻璃片进行减薄至10～50微米，而现有的全硅键合工艺介质层厚度最大不超过3微米，由于越薄的介质层引入的寄生电容越大，因此，本发明引入的寄生电容小，使得MEMS器件输出的信噪比提高。

技术领域

本发明涉及一种基于阳极键合的全硅MEMS圆片级真空封装方法，属于微电子机械系统技术领域。

背景技术

随着物联网、智能设备、军事装备等领域对高性能MEMS传感器的需求不断的增加，使得MEMS技术的发展方向沿着全硅化、圆片级封装以及异构集成的方向发展。典型的MEMS器件结构一般包括，衬底层、MEMS可动结构层以及封装盖板层。衬底层为MEMS可动结构提供机械支撑，MEMS器件的圆片级真空封装是制备第三层盖板圆片，将MEMS结构密封在衬底和盖板之间，盖板上需有用于腔体内MEMS结构的电引出通道。

采用厚玻璃做衬底的MEMS圆片级真空封装器件由于玻璃-硅之间的材料热失配应力问题会导致器件输出的温度漂移造成器件的稳定性下降。其优点在于硅-玻璃阳极键合的键合温度低、对键合面的表面平整度要求低，键合成品率高、寄生电容小。

采用各种硅-硅键合的MEMS圆片级真空封装器件以硅作为衬底并采用二氧化硅作为绝缘介质层，由于硅衬底和MEMS硅结构不存在热失配问题，而作为绝缘介质层的二氧化硅又通常只有2～3微米厚从而，采用硅衬底和硅盖板的全硅圆片级真空封装MEMS器件具有较好的温度稳定性。然而采用全硅键合的MEMS圆片级真空封装在加工过程中采用多次硅－硅键合工艺，该工艺对键合面的表面粗糙度、平整度、洁净度都要求很高，从而造成流片成品率一般较低。而硅-硅低温键合又通常采用厚度为若干微米的金作为焊料层，从而造成了加工成本高的问题。此外，由于采用二氧化硅作为硅衬底、 MEMS结构、硅盖板之间的绝缘介质，而常规工艺制备的二氧化硅厚度最多为3微米，这就造成了MEMS结构之间的寄生电容非常大。MEMS器件多采用电容作为敏感单元或驱动执行结构，过大的寄生电容会降低MEMS传感器的灵敏度以及降低MEMS器件的可驱动性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术不足，提供一种基于阳极键合的全硅MEMS圆片级真空封装方法，以提高加工成品率。

本发明的技术解决方案是：

一种基于阳极键合的全硅MEMS圆片级真空封装方法，包括如下步骤：

(1)制作硅盖板：选择掺杂类型为n型或者p型的单晶硅圆片，对单晶硅圆片待键合面进行90°垂直刻蚀，形成带电极隔离槽的单晶硅圆片；

在带电极隔离槽的单晶硅圆片表面上与盖板玻璃片进行键合，对盖板玻璃片进行减薄至10～50微米，并在其上图形化刻蚀形成电极接触孔及盖板密封环，在电极接触孔中制作金属接触电极；

对单晶硅圆片的另一面进行90°垂直刻蚀，形成硅引线柱，使其仅与金属接触电极有电学互联关系；

(2)硅盖板与中间层硅片进行定压阳极键合：对中间层硅片进行减薄至 40～100微米，对减薄后的中间层硅片进行90°垂直刻蚀，形成MEMS器件结构(23)、电引出端子和硅密封环(26)，使盖板密封环和硅密封环密封接触，电引出端子与金属接触电极形成电学连接；

(3)制作衬底：将衬底硅片(31)和衬底玻璃片(30)进行键合，对衬底玻璃片(30)进行减薄至10～50微米，并在其上图形化刻蚀形成衬底密封环；