一种真空封装的超薄MEMS芯片及其加工方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103359680 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103359680 A *CN103359680A* (21)申请号 201310285649.8 (22)申请日 2013.07.08 B81B 7/00(2006.01) B81C 1/00(2006.01) B81C 3/00(2006.01) (71)申请人 深迪半导体 （上海） 有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区蔡伦路 1690 号 2 号楼 302 (72)发明人 付世 (74)专利代理机构 北京英特普罗知识产权代理 有限公司 11015 代理人 齐永红 (5。

2、4) 发明名称 一种真空封装的超薄 MEMS 芯片及其加工方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种真空封装的超薄 MEMS 芯 片及其加工方法， 包括如下步骤 ：（1） 选取标准晶 圆材料作为衬底层 ；（2） 在衬底层上制作单层或 者多层走线 ；（3） 在结构层上沉积金属层并图形 化， 然后刻蚀一定深度的凹槽 ；（4） 利用金 - 金共 晶键合方法将衬底层和结构层进行键合 ；（5） 将 结构层减薄至所需的厚度 ；（6） 刻蚀出传感器的 结构 ；（7） 利用湿法刻蚀制备封盖层的凹槽， 将玻 璃浆图形化到封盖层 ；（8） 利用稳定的玻璃浆真 空封装工艺完成片级封装。本发明降低了高真空 封装时产生的。

3、应力对器件性能影响。通过在结构 层做双面加工来制作电连接和传感器结构， 由于 都是在一层硅材料做物理加工， 不会产生过多的 应力影响。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103359680 A CN 103359680 A *CN103359680A* 1/1 页 2 1. 一种真空封装的超薄 MEMS 芯片， 其特征在于， 包括 ： 衬底层， 在所述衬底层的表面设置有走线， 在走线的表面设置有多个衬底锚点、 用于增 加真空封装稳定。

4、性的金属框架、 使衬底层接地的电连接通孔以及外接引脚 ； 结构层， 在结构层的表面刻蚀有凹槽， 并设置多个用于与衬底锚点电连接的结构锚点 以及用于分解外力、 划片对准标记的支撑锚点 ； 以及封盖层， 其上刻蚀有封盖凹槽， 在所述封盖凹槽内生长有氧化硅材料层， 在封盖层 的四周设置有图形化的玻璃浆 ； 所述结构层通过结构锚点与所述衬底层电连接， 所述封盖层通过玻璃浆与所述衬底层 真空封装一体。 2. 根据权利要求 1 所述的真空封装的超薄 MEMS 芯片， 其特征在于 ： 所述走线为单层或 多层走线。 3. 根据权利要求 1 所述的真空封装的超薄 MEMS 芯片， 其特征在于 ： 所述结构层的表。

5、面 刻蚀有 0 30m 深的凹槽。 4. 根据权利要求 1 所述的真空封装的超薄 MEMS 芯片， 其特征在于 ： 所述金属框架上图 形化出多个均匀排列的 2*10m2小孔。 5. 一种真空封装的超薄 MEMS 芯片加工方法， 该方法包括如下步骤 ： 1） 选取厚度为 170m 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的衬底层 ； 2） 在衬底层上生长一层氧化硅材料层并图形化、 沉积金属层制作走线， 并根据需要沉 积钝化层保护， 在走线的表面设置多个衬底锚点、 用于增加真空封装稳定性的金属框架、 使 衬底层接地的电连接通孔以及外接引脚 ； 3） 选取厚度为 170m 400m 的标准晶圆材。

6、料作为 MEMS 芯片的结构层， 在结构层上 沉积金属层并图形化， 然后直接刻蚀030m深的凹槽， 并设置多个用于与衬底锚点电连 接的结构锚点、 用于分解外力以及划片对准标记的支撑锚点 ； 4） 利用金 - 金共晶键合方法将上述的衬底层和结构层进行键合， 键合时将衬底层上的 衬底锚点与结构层上的结构锚点电连接 ； 5） 将结构层的另一面减薄至所需的厚度 ； 6） 将结构层刻蚀出传感器结构 ； 7） 选取厚度为 170m 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的封盖层， 刻蚀制备封 盖层 0 30m 深的凹槽， 并在凹槽内生长氧化硅材料层， 再利用丝网印刷的相关技术， 将 玻璃浆图形化到封。

7、盖层 ； 8） 利用稳定的玻璃浆真空封装工艺完成片级封装 ； 9） 在预留的划片槽上划片得到单个芯片。 6. 根据权利要求 5 所述的真空封装的超薄 MEMS 芯片加工方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2） 和 3） 中的沉积金属层均为铝层或铜层或金层或锗层。 7. 根据权利要求 5 所述的真空封装的超薄 MEMS 芯片加工方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2） 中的走线为单层或多层走线。 8. 根据权利要求 5 所述的真空封装的超薄 MEMS 芯片加工方法， 其特征在于 ： 所述金属 框架上图形化出多个矩形排列的 2*10m2小孔。 权 利 要 求 书 CN 103359680 A 2 1/。

8、4 页 3 一种真空封装的超薄 MEMS 芯片及其加工方法 技术领域 0001 本发明涉及一种芯片加工方法， 尤其涉及一种真空封装的超薄 MEMS 芯片及其加 工方法。 背景技术 0002 随着智能手机、 平板电脑等智能网络终端的功能越来越丰富， 其集成传感器种类 的数量也越来越多， 由此， 对各种传感器的尺寸要求也越来越严格。此外， 对于微型陀螺仪 来说， 稳定的高真空封装也是研发过程中必须认真考虑的问题之一。 0003 通常， MEMS 陀螺仪主要由三部分结构组成， 即衬底层、 传感器结构层和封盖层， 三 层结构直接叠加后的厚度一般在 800um 左右， 基于此封装后的厚度对于上述提到的便。

9、携式 产品来说， 很难轻易满足要求。 同时， 由于一些成熟工艺中某些流程的局限性， 一个是， 由于 衬底与传感器层的运动部件之间的空隙过于狭小和难以精确控制， 导致传感器层的运动部 件的三维运动空间不足 ； 另一个是， 导致传感器的机电结构设计受到严重约束， 使某些重要 的电连接结构只能安排在传感器结构的外围， 这样就不能根据需求做灵活的结构安排， 对 器件尺寸的减小、 性能的提升和系统设计的简化都提出的严峻的挑战。 发明内容 0004 本发明的目的是解决现有技术中的问题， 提供一种真空封装的超薄 MEMS 芯片及 其加工方法。 0005 本发明的技术方案是 ： 一种真空封装的超薄 MEMS 。

10、芯片， 包括 ： 0006 衬底层， 在所述衬底层的表面设置有走线， 在走线的表面设置有多个衬底锚点、 用 于增加真空封装稳定性的金属框架、 使衬底层接地的电连接通孔以及外接引脚 ； 0007 结构层， 在结构层的表面刻蚀有凹槽， 并设置多个用于与衬底锚点电连接的结构 锚点以及用于分解外力、 划片对准标记的支撑锚点 ； 0008 以及封盖层， 其上刻蚀有封盖凹槽， 在所述封盖凹槽内生长有氧化硅材料层， 在封 盖层的两端设置有图形化的玻璃浆 ； 0009 结构层通过结构锚点与衬底层的衬底锚点电连接， 所述封盖层通过玻璃浆与所述 衬底层真空封装一体。 0010 所述走线为单层或多层走线。 0011。

11、 所述结构层的表面刻蚀有 0 30um 深的凹槽。 0012 所述金属框架上图形化出多个矩形排列的 2*10m2小孔。 0013 一种真空封装的超薄 MEMS 芯片加工方法， 该方法包括如下步骤 ： 0014 1） 选取厚度为 170m 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的衬底层 ； 0015 2） 在衬底层上通过热氧化工艺生长一层氧化硅材料层并图形化、 沉积金属层制作 走线， 并根据需要沉积钝化层保护， 在走线的表面设置多个衬底锚点、 用于增加真空封装稳 定性的金属框架、 使衬底层接地的电连接通孔以及外接引脚 ； 说 明 书 CN 103359680 A 3 2/4 页 4 001。

12、6 3） 选取厚度为 170m 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的结构层， 在结构 层上沉积金属层并图形化， 然后直接刻蚀 0 30um 深的凹槽， 并设置多个用于与衬底锚点 电连接的结构锚点、 用于分解外力以及划片对准标记的支撑锚点 ； 0017 4） 利用金 - 金共晶键合方法将上述的衬底层和结构层进行键合， 键合时将衬底层 上的衬底锚点与结构层上的结构锚点电连接 ； 0018 5） 将结构层的另一面通过研磨和 CMP（化学机械抛光） 将其减薄至所需的厚度 ； 0019 6） 利用 DRIE（深度反应离子） 刻蚀将结构层刻蚀出传感器结构 ； 0020 7） 选取厚度为 170m。

13、 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的封盖层， 利用湿 法或 DRIE 刻蚀制备封盖层 0 30m 深的凹槽， 并在 0 30m 深凹槽内通过溅射或热氧 化工艺生长氧化硅材料层， 再利用丝网印刷的相关技术， 将玻璃浆图形化到封盖层 ； 0021 8） 利用稳定的玻璃浆真空封装工艺完成片级封装 ； 0022 9） 在预留的划片槽上划片得到单个芯片。 0023 所述步骤 2） 和 3） 中的沉积金属层均为铝层或铜层或金层或锗层。 0024 所述步骤 2） 中的走线为单层或多层走线。 0025 所述金属框架上图形化出多个矩形排列的 2*10m2小孔。 0026 本发明具有如下有益效果 ： 。

14、0027 1） 降低了高真空封装时产生的应力对器件性能影响。 通过在结构层做双面加工来 制作电连接和传感器结构， 由于都是在一层硅材料做物理加工， 因此， 不会产生过多的应力 影响。 0028 在衬底层只需要一层图形化的走线， 即使根据需要布局多层走线， 也会因为无需 刻蚀凹槽， 而避免增加器件在经过几道工艺后产生的过多应力， 对传感器本身的产率会产 生积极的效果。 0029 利用廉价的湿法刻蚀技术制作封盖层， 并利用稳定的玻璃浆真空封装工艺， 将封 盖层直接与衬底层封装在一起， 大大提高了封装的成功率。 0030 2） 降低走线对微机电结构设计的约束。 本发明中结构层的电连接结构直接通过锚 。

15、点利用金 - 金共晶键合直接连接到衬底对应的位置， 提高了微机电结构设计的灵活性。 附图说明 0031 图 1 为本发明中标准晶圆材料的剖视图 ； 0032 图 2 为本发明中衬底层的剖视图 ； 0033 图 2a 为本发明中金属框架的俯视图 ； 0034 图 2b 为本发明中衬底层的剖视图 ； 0035 图 3 为本发明中衬底层和结构层键合后的剖视图 ； 0036 图 4 为图 3 键合后结构层减薄后的剖视图 ； 0037 图 5 为本发明中结构层刻蚀出传感器结构后的剖视图 ； 0038 图 6 为本发明中封盖层的结构示意图 ； 0039 图 7 为本发明中封装后的双芯片剖视图。 具体实施方。

16、式 说 明 书 CN 103359680 A 4 3/4 页 5 0040 为了使本发明实现的技术手段、 技术特征、 发明目的与技术效果易于明白了解， 下 面结合具体图示， 进一步阐述本发明。 0041 如图 6 ： 一种真空封装的超薄 MEMS 芯片， 包括 ： 0042 衬底层 100， 在衬底层 100 的表面设置有单层或多层走线 101， 在走线 101 的表面 设置有多个衬底锚点 102、 用于增加真空封装稳定性的金属框架、 使衬底层 100 接地的电连 接通孔以及外接引脚 104， 所述金属框架上图形化出多个矩形排列的 2*10m2小孔 103， 如 图 2、 2a 所示 ； 00。

17、43 结构层 200， 在结构层 200 的表面刻蚀有 0 30um 深的凹槽 201， 并设置多个用于 与衬底锚点 102 电连接的结构锚点 202 以及用于分解外力、 划片对准标记的支撑锚点 203 ； 0044 以及封盖层 300， 其上刻蚀有封盖凹槽 301， 在所述封盖凹槽 301 内生长有氧化硅 材料层 302， 在封盖层 300 的两端设置有图形化的玻璃浆 ； 0045 结构层 200 通过结构锚点 202 与衬底层 100 的衬底锚点 102 电连接， 封盖层 300 通过玻璃浆与衬底层 200 真空封装一体。 0046 本发明中的一种真空封装的超薄 MEMS 芯片加工方法， 。

18、该方法包括如下步骤 ： 0047 1） 选取厚度为 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的衬底层 100， 如图 1 所示 ； 0048 2） 在衬底层 100 上通过热氧化工艺生长一层氧化硅材料层并图形化、 沉积铝或铜 或金或锗层制作单层或者多层走线 101， 并根据需要沉积钝化层保护， 在单层或者多层走线 101 的表面设置多个衬底锚点 102、 用于增加真空封装稳定性的金属框架、 使衬底层 100 接 地的电连接通孔以及外接引脚 104， 所述金属框架上图形化出多个矩形排列的 2*10m2小 孔 103， 如图 2、 2a 所示 ； 0049 3） 选取厚度为 400m 的标准晶。

19、圆材料作为 MEMS 芯片的结构层 200， 在结构层 200 上沉积铝或铜或金或锗层并图形化， 然后直接刻蚀030um深的凹槽201， 并设置多个用于 与衬底锚点 102 电连接的结构锚点 202、 用于分解外力以及划片对准标记的支撑锚点 203， 如图 2b 所示 ； 0050 4） 利用金 - 金共晶键合方法将上述的衬底层 100 和结构层 200 进行键合， 键合时 将衬底层 100 上的衬底锚点 102 与结构层 200 上的结构锚点 202 电连接， 如图 3 所示 ； 0051 5） 将结构层 200 通过研磨和 CMP（化学机械抛光） 将其减薄至所需的厚度， 如图 4 所示 ；。

20、 0052 6） 利用 DRIE（深度反应离子） 刻蚀将结构层 200 刻蚀出传感器结构 204， 如图 5 所 示 ； 0053 7） 选取厚度为 400m 的标准晶圆材料作为 MEMS 芯片的封盖层 300， 利用湿法或 DRIE 刻蚀制备封盖层 0 30um 深的凹槽 301， 并在凹槽 301 内通过热氧化工艺生长氧化硅 材料层 302， 再利用丝网印刷的相关技术， 将玻璃浆图形化到封盖层 300， 如图 6 ； 0054 8） 利用稳定的玻璃浆真空封装工艺将封盖层 300 与步骤 6） 处理好的结构器结构 204 完成片级封装， 如图 7 ； 0055 9） 在预留的划片槽 400 。

21、上划片得到单个芯片。 0056 以上选取标准晶圆材料的厚度为 170m 也能制造成相应的芯片。本发明中选取 标准晶圆材料作为芯片的衬底层、 结构层以及封盖层可以为相同厚度也可以为不同厚度， 根据芯片的需要进行选择。 说 明 书 CN 103359680 A 5 4/4 页 6 0057 综上所述仅为本发明较佳的实施例， 并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本 发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰， 皆应属于本发明的技术范畴。 说 明 书 CN 103359680 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 图 2a 图 2b 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103359680 A 7 2/2 页 8 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103359680 A 8 。