[发明专利]一种不同真空度封装的MEMS圆片级真空封装方法

说明书

本发明公开一种不同真空度封装的MEMS圆片级真空封装方法，包括以下步骤：MEMS衬底晶圆制作；将SOI顶层硅面与衬底晶圆顶面键合；去除SOI晶圆的底层硅和埋氧层，通过深硅刻蚀工艺将SOI晶圆的顶层硅释放形成两个可动结构，得到包含第一MEMS结构与第二MEMS结构的MEMS器件结构晶圆；制备第一盖帽；第一次真空封装；在第一盖帽刻蚀透气孔；第二次真空封装；该方法能够在同一圆片上制作不同MEMS器件时实现不同真空度的封装需求，容易实施，且过程可控。

技术领域

本发明涉及MEMS真空封装技术领域，具体是一种不同真空度封装的MEMS圆片级真空封装方法。

背景技术

随着技术的不断发展，MEMS逐渐被应用到导航领域，其低成本、低功耗、微型化的特点使得惯性系统更加小型化，尤其是MEMS惯性测量单元(MEMS-IMU)技术的发展，逐渐将传感与信息处理集于一体，使得惯性系统向着集成化、微型化、智能化的方向发展。

MEMS-IMU通常内含多轴加速度计和陀螺仪，为了进一步实现MEMS惯性器件的集成化，在单片晶圆上同时制备加速度计和陀螺仪的需求愈加紧迫。但是，由于工作原理的不同，加速度计和陀螺的工作真空度也不同，亟需在单片晶圆上实现加速度计和陀螺仪的不同真空度封装。

美国专利US8035209B2提出在两个真空腔室打开开口大小不一样的孔洞，然后分别通过PECVD和APCVD将两个孔洞封住实现封装，两个腔室的真空度由两次CVD工艺的真空环境决定；美国专利US 8350346 B1制备横向尺寸和纵向尺寸不一样的两个真空腔室，经过一次晶圆键合后，体积较小的腔室将比体积较大的腔室拥有更高的环境气压，此方案可行性也较高只适用于两个腔室真空度相差不是特别大的封装；美国专利US9249012B2先利用第一盖帽将第一个腔室封装，此时第二腔室完全暴露在外部环境，然后再利用第二盖帽将第二个腔室封装，两次封装设定不同工艺气压，从而完成两个腔室不同真空度的封装。以上的封装方法都存在工艺复杂,不容易实施，且第二个真空腔室较难控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同真空度封装的MEMS圆片级真空封装方法，该方法能够在同一圆片上制作不同MEMS器件时实现不同真空度的封装需求，容易实施，且过程可控。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种不同真空度封装的MEMS圆片级真空封装方法，包括以下步骤：

S1、选择双抛硅片作为衬底晶圆，在衬底晶圆顶面刻蚀第一腔体、第二腔体与第三腔体；

S2、选择SOI晶圆作为结构层晶圆，将SOI顶层硅面与衬底晶圆顶面键合；

S3、抛光去除SOI晶圆的底层硅和埋氧层，通过深硅刻蚀工艺将SOI晶圆的顶层硅释放形成两个可动结构，两个可动结构分别与第一腔体及第二腔体形成配合，得到包含第一MEMS结构与第二MEMS结构的MEMS器件结构晶圆；

S4、选择双抛硅片作为第一盖帽晶圆，在第一盖帽晶圆上制备第四腔体、第五腔体与第六腔体，第四腔体、第五腔体及第六腔体分别与第一腔体、第二腔体及第三腔体一一对应，得到第一盖帽；

S5、在第四腔体内制备第一吸气剂层；

S6、将第一盖帽与MEMS器件结构晶圆键合，完成第一MEMS结构的真空封装；

S7、在第一盖帽刻蚀透气孔，透气孔与第六腔体相连通，使第二MEMS结构通过透气孔与外部环境相连通；

S8、选择双抛硅片作为第二盖帽晶圆，在第二盖帽晶圆上制备第七腔体与第八腔体，第七腔体与第四腔体相对应，第八腔体与第五腔体及第六腔体相对应，得到第二盖帽；在第八腔体内制备第二吸气剂层；将第二盖帽键合在第一盖帽顶部，完成第二MEMS结构的真空封装。