專利名稱：一種晶圓級mems器件的真空封裝結構及封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種真空封裝結構及封裝方法，尤其是一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結構及封裝方法，屬于半導體封裝的技術領域。
背景技術：
MEMS微機電系統是一種包括微傳感器、微致動器(亦稱微執行器)、微能源等微機械基本部分以及高性能的電子集成線路的微機電器件或裝置，是一種獲取、處理信息和執行機械操作的集成器件。通常，將ASIC芯片和MEMS芯片的機械部分制作在兩個獨立的芯片上，然后通過某些特殊工藝結合在一起，以形成MEMS裝置。利用該方法實現的MEMS裝置， 不但集成化程度大大降低，還增加額外的封裝面積，不利于適應MEMS器件小型化的發展趨勢。針對這一技術難題，研究人員將3D封裝技術作為目前的一個研究熱點，以有效解決集成度低、封裝面積大的難題。與此同時，許多MEMS器件，如微加速度計、微陀螺儀等，內部具有可動結構或部件，只有在真空環境下工作才能獲得良好的工作性能，因此，為器件的封裝提出了一定的挑戰，比如如何提高真空封裝效率同時又能降低封裝成本。為解決上述問題，許多研究機構著力發展MEMS晶圓級真空封裝技術。MEMS晶圓級的真空封裝是以硅圓片為單元進行封裝操作，包括芯片與封裝之間的連接等所有封裝工序。與傳統封裝相比，不但可以大大節省封裝成本，還可以提高MEMS器件內部的潔凈度，以防止后續的劃片、分片等工藝對MEMS器件內部易碎結構和敏感結構造成破壞，有效提高封裝器件的成品率和可靠性。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結構及封裝方法，其結構緊湊，提高了集成度，降低了生產成本，提高了生產效率。按照本發明提供的技術方案，所述晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，包括第一晶圓，所述第一晶圓的正面上設有ASIC電路，所述第一晶圓背面的下方設有第二晶圓；第一晶圓的背面設有凹槽，所述凹槽的槽口對應第二晶圓；所述凹槽內設有吸氣劑激活結構，所述吸氣劑激活結構覆蓋凹槽并覆蓋在第一晶圓的背面；凹槽的槽底設有吸氣劑；第二晶圓上設有MEMS結構，所述MEMS結構位于吸氣劑的正下方；所述第一晶圓與第二晶圓采用真空鍵合連接成一體，并在第一晶圓與第二晶圓間形成真空腔體，MEMS結構位于真空腔體內，且 MEMS結構與ASIC電路電連接。所述第一晶圓的背面與第二晶圓間采用熔融鍵合、共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或幾種；當第一晶圓的背面與第二晶圓采用共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或兩種時，第一晶圓的背面設有第一鍵合環，第二晶圓上設有與第一鍵合環相對應分布的第二鍵合環；第一鍵合環與第二鍵合環對準鍵合時，第一晶圓與第二晶圓連接成一體。所述吸氣劑激活結構包括覆蓋于凹槽及第一晶圓上的電絕熱層，所述電絕熱層上淀積有導電加熱層，所述導電加熱層上覆蓋有電絕緣層；吸氣劑位于電絕緣層上。所述電絕熱層的材料包括氧化硅，導電加熱層的材料為導電多晶硅或金，電絕緣層為氧化硅、氮化硅中的一種或幾種。所述第一晶圓內設有貫通第一晶圓的TSV導電通孔,所述TSV導電通孔與ASIC電路電連接，且TSV導電通孔與第一晶圓背面上的第二導電凸點電連接，所述第二導電凸點與第二晶圓上的第一導電凸點電連接，以使得MEMS結構與ASIC電路電連接。所述第二晶圓上設有第一導電電極，所述第一導電電極位于MEMS結構的外側；第一導電電極通過鍵合引線與ASIC電路上的第二導電電極電連接，以形成MEMS結構與ASIC 電路的電連接通路。一種晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，所述真空封裝方法包括如下步驟
a、提供具有所需ASIC電路的第一晶圓，所述ASIC電路位于第一晶圓的正面；
b、在第一晶圓內制作形成TSV導電通孔，并使得TSV導電通孔與ASIC電路電連接；
C、在第一晶圓的背面刻蝕形成所需的凹槽，并在凹槽內形成吸氣劑激活結構與吸氣劑
激活電極，所述吸氣劑激活結構覆蓋在凹槽內并覆蓋第一晶圓的背面；
d、在第一晶圓的背面設置第一鍵合環，并在第一鍵合環的外圈設置第二導電凸點，所述第二導電凸點與TSV導電通孔電連接；
e、在凹槽的底部濺射形成吸氣劑；
f、提供具有所需MEMS結構的第二晶圓，并在第二晶圓上設置與第一鍵合環相對應分布的第二鍵合環；
g、在上述第二晶圓上設置與第二導電凸點相對應分布的第一導電凸點，所述第一導電凸點與MEMS結構電連接；
h、將第一鍵合環與第二鍵合環對準，進行真空鍵合，以使得第一晶圓與第二晶圓連接成一體，并形成真空腔體。所述步驟c中包括如下步驟
Cl、在第一晶圓的背面沉積電絕熱層，所述電絕熱層覆蓋凹槽及第一晶圓的背面； c2、選擇性地掩蔽和刻蝕電絕熱層，以對電絕熱層進行孔刻蝕，并在刻蝕得到的孔內填充金屬，所述金屬與TSV導電通孔電連接；
c3、在上述電絕熱層上淀積導電加熱層，并選擇性地掩蔽和刻蝕電加熱層，以對電加熱層進行孔刻蝕，并在孔內進行絕緣介質層與金屬層填充，所述金屬與TSV導電通孔電連接， TSV導電通孔與電加熱層通過絕緣介質層絕緣隔離；
c4、在上述導電加熱層的外側淀積吸氣劑激活電極，所述吸氣劑激活電極位于電絕熱層上；
c5、在上述導電加熱層及吸氣劑激活電極上淀積電絕緣層，以形成吸氣劑激活結構； c6、選擇性地掩蔽和刻蝕電絕緣層，以對電絕緣層進行孔刻蝕，并在刻蝕得到的孔內填充金屬，所述金屬與TSV導電通孔電連接。所述電絕熱層的材料包括氧化硅，導電加熱層的材料為導電多晶硅或金，電絕緣層為氧化硅、氮化硅中的一種或幾種。一種類似的技術方案，所述晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，所述真空封裝方法包括如下步驟a、提供具有所需ASIC電路的第一晶圓，所述ASIC電路位于第一晶圓的正面；
b、在上述ASIC電路上濺射形成第二導電電極，所述第二導電電極與ASIC電路電連
接;
C、在上述第一晶圓的背面刻蝕形成所需的凹槽，并在凹槽內形成吸氣劑激活結構與吸氣劑激活電極，所述吸氣劑激活結構覆蓋在凹槽內并覆蓋第一晶圓的背面；
d、在上述第一晶圓的背面設置第一鍵合環；
e、在上述凹槽的底部濺射形成吸氣劑；
f、提供具有所需MEMS結構的第二晶圓，并在第二晶圓上設置與第一鍵合環相對應分布的第二鍵合環；
g、在上述第二晶圓上設置第一導電電極，所述第一導電電極位于第二鍵合環的外側；
h、將第一鍵合環與第二鍵合環對準，進行真空鍵合，以使得第一晶圓與第二晶圓連接成一體，并形成真空腔體；
i、將上述第一導電電極與第二導電電極通過鍵合引線連接，以使得MEMS結構與ASIC 電路電連接。本發明的優點第一晶圓的正面設置ASIC電路，第一晶圓的下方設置第二晶圓， 第二晶圓上設置MEMS結構；當第一晶圓與第二晶圓采用真空鍵合后，MEMS結構位于真空腔體內，同時MEMS結構的正上方設有吸氣劑，通過吸氣劑保持真空腔體的真空度；第一晶圓與第二晶圓真空鍵合后，ASIC電路與MEMS結構通過TSV導電通孔或鍵合弓I線電連接，此種垂直封裝的結構，能提高了器件的集成度，降低生產成本，結構緊湊，工藝步驟方便，適應范圍廣，提聞生廣效率。
圖I為本發明實施例I的結構示意圖。圖疒圖11為本發明實施例I的具體工藝步驟剖視圖，其中
圖2為在弟一晶圓上制備ASIC電路后的首I]視圖。圖3為在第一晶圓內制備TSV導電通孔的剖視圖。圖4為第一晶圓背面形成凹槽的剖視圖。圖5為淀積得到電絕熱層后的剖視圖。圖6為淀積得到導電加熱層后的剖視圖。圖7為淀積得到電絕緣層后的剖視圖。圖8為形成第一鍵合環與第二導電凸點后的剖視圖。圖9為形成吸氣劑的剖視圖。圖10為第一晶圓與第二晶圓真空鍵合后的剖視圖。圖11為本發明實施例2的結構示意圖。圖12 圖20為本發明實施例2的具體實施工藝步驟剖視圖，其中圖12為ASIC電路上形成第二導電電極后的剖視圖。圖13為在第一晶圓內形成凹槽后的剖視圖。圖14為形成電絕熱層后的剖視圖。圖15為形成導電加熱層后的剖視圖
圖16為形成電絕緣層后的剖視圖。圖17為得到第一鍵合環的剖視圖。圖18為得到吸氣劑的結構示意圖。圖19為第一晶圓與第二晶圓真空鍵合連成一體后的剖視圖。圖20為第一導電電極與第二導電電極采用鍵合引線連接后的剖視圖。圖21為本發明吸氣劑激活電極在吸氣劑激活結構內的配合放大圖。附圖標記說明1-第一晶圓、2-ASIC電路、3_電絕熱層、4-TSV導電通孔、5_導電加熱層、6-第一鍵合環、7-吸氣劑、8-第一導電凸點、9-MEMS結構、10-第二晶圓、11_第一導電電極、12-鍵合引線、13-吸氣劑激活結構、14-吸氣劑激活電極、15-第二導電凸點、 16-第二鍵合環、17-凹槽、18-電絕緣層、19-第二導電電極及20-真空腔體。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。為了解決現有MEMS微機電系統與ASIC芯片系統在封裝時，集成度低，封裝成本高的缺點，本發明包括第一晶圓I，所述第一晶圓I的正面上設有ASIC電路2,所述第一晶圓 I背面的下方設有第二晶圓10 ;第一晶圓I的背面設有凹槽17，所述凹槽17的槽口對應第二晶圓10 ;所述凹槽17內設有吸氣劑激活結構13，所述吸氣劑激活結構13覆蓋凹槽17并覆蓋在第一晶圓I的背面；凹槽17的槽底設有吸氣劑7 ;第二晶圓10上設有MEMS結構9， 所述MEMS結構9位于吸氣劑7的正下方；所述第一晶圓I與第二晶圓10采用真空鍵合連接成一體，并在第一晶圓I與第二晶圓10間形成真空腔體20，MEMS結構9位于真空腔體20 內，且MEMS結構9與ASIC電路2電連接。所述吸氣劑激活結構13包括覆蓋于凹槽17及第一晶圓I上的電絕熱層3，所述電絕熱層3上淀積有導電加熱層5，所述導電加熱層3上覆蓋有電絕緣層18 ;吸氣劑7位于電絕緣層18上。所述電絕熱層3的材料包括氧化硅，導電加熱層5的材料為導電多晶硅或金，電絕緣層18為氧化娃、氮化娃中的一種或幾種。所述吸氣劑7的材料為錯基或鈦基合金。其中，MEMS結構9為所需的傳感結構，ASIC電路2與MEMS結構9電連接后，能夠對MEMS結構9輸出的信號進行處理，以進行相應的后續操作。第一晶圓I與第二晶圓10 的材料一般都可以采用常規的半導體材料，如硅等。第一晶圓I與第二晶圓10在真空鍵合后，真空腔體20內的真空度比較高，氣壓小于Ipa這個量級；而在高真空條件下，封裝的腔體壁以及MEMS結構9會釋放氣體從而致使真空腔體20內部的真空度降低，從而破壞了真空腔體20的真空度，造成真空封裝的失效。所以需要使用吸氣劑7來吸收釋放的氣體，而吸氣劑7通常在大氣環境下表面有一層鈍化膜，鈍化膜隔離了吸氣劑7與空氣接觸，只有在封裝完成后在真空環境下，通過加熱致使鈍化膜破裂，從而吸氣劑才會具備吸氣能力；吸氣劑激活結構13就相當于一個加熱結構，具有一定的電阻，當吸氣劑激活結構13內的吸氣劑激活電極14與外部恒流電源相連，從而會在吸氣劑激活結構13中形成閉合電路，由于Q=I2R 從而產生熱量激活吸氣劑7。所述第一晶圓I的背面與第二晶圓10間采用熔融鍵合、共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或幾種。當第一晶圓I的背面與第二晶圓10采用共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或兩種時，第一晶圓I的背面設有第一鍵合環6，第二晶圓10上設有與第一鍵合環6相對應分布的第二鍵合環16 ;第一鍵合環6與第二鍵合環16對準鍵合時，第一晶圓I與第二晶圓10連接成一體。圖I和圖11為本發明的兩個具體實施例，圖I和圖11中顯示了第一晶圓I與第二晶圓10采用共晶鍵合或低溫焊料鍵合的真空鍵合形式，熔融鍵合的形式本發明中未示出，可以參考常規的熔融鍵合。為了能夠使得第一晶圓I上的ASIC電路2與第二晶圓10上的MEMS結構9電連接，本發明實施例I和實施例2分別示出了相應具體的連接形式；實施例I與實施例2除了相應具體連接形式不同外，其余均相同，可以參考詳述描述。實施例I
如圖I所示為本發明實施例采用TSV (Through Silicon Vias)的3D封裝技術實現 ASIC電路2與MEMS結構9的連接形式。具體地，在第一晶圓I內設有TSV導電通孔4，所述TSV導電通孔4的上端與ASIC電路2電連接，TSV導電通孔4的下端與第二導電凸點15 電連接，第二導電凸點15位于第一鍵合環6的外側。在第二晶圓10上設有第一導電凸點 8，所述第二導電凸點8與MEMS結構9電連接，且第一導電凸點8位于第二導電凸點15的正下方。當第一鍵合環6與第二鍵合環16通過真空鍵合形成真空腔體20時，第一導電凸點8與第二導電凸點15電連接，從而形成ASIC電路2與MEMS結構9的連接通路。如圖2 圖10所示上述結構的晶圓級MEMS器件真空封裝結構，可以通過下述工藝步驟制備，具體包括如下步驟
a、提供具有所需ASIC電路2的第一晶圓I，所述ASIC電路2位于第一晶圓I的正面； 如圖2所示第一晶圓I的材料包括硅，在第一晶圓I上制備所需ASIC電路2的過程
與現有制備ASIC電路2的過程相一致，此處不再詳述；
b、在第一晶圓I內制作形成TSV導電通孔4，并使得TSV導電通孔4與ASIC電路2電連接；
如圖3所示在第一晶圓I內制備TSV導電通孔4，再制備TSV導電通孔4時，需要先刻蝕第一晶圓I以在第一晶圓I內形成穿孔，在穿孔內制造絕緣層、粘附層，并進行金屬填充等步驟，本發明制造TSV導電通孔4的過程也為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述； C、在第一晶圓I的背面刻蝕形成所需的凹槽17，并在凹槽17內形成吸氣劑激活結構 13與吸氣劑激活電極14，所述吸氣劑激活結構13覆蓋在凹槽17內并覆蓋第一晶圓I的背面；
如圖4、圖5、圖6和圖7所示為本發明形成吸氣劑激活結構13的結構示意圖，圖21 顯示了吸氣劑激活電極14與吸氣劑激活結構13間的對應配合關系；因此步驟c包括如下 Cl、在第一晶圓I的背面沉積電絕熱層3，所述電絕熱層3覆蓋凹槽17及第一晶圓I的背面，如圖4和圖5所示在進行電絕熱層3淀積前，需要先通過濕法或干法刻蝕，制作出凹槽17，凹槽17從第一晶圓I的背面向內延伸；在形成凹槽17后，淀積電絕熱層3 ;
c2、在電絕熱層3上淀積導電加熱層5，并在導電加熱層5的外側淀積吸氣劑激活電極 14,所述吸氣劑激活電極14位于電絕熱層3上；如圖6和圖21所不電加熱層5 —般為導電多晶硅或金等金屬材料，為了能夠產生所需的熱量，吸氣劑激活電極14與電加熱層5電連接，吸氣劑激活電極14的材料包括鋁或金，通過吸氣劑激活電極14與外部恒流電源相連，通過電加熱層5產生所需的熱量，能夠激活吸氣劑7 ；c3、在上述導電加熱層5及吸氣劑激活電極14上淀積電絕緣層18，以形成吸氣劑激活結構13。如圖7所示在淀積電絕緣層18后能夠使得吸氣劑7與電加熱層5的電氣絕緣； 在每次淀積電絕熱層3、電加熱層5及電絕緣層18后都需要對電絕熱層3、電加熱層5及電絕緣層18進行孔刻蝕并填充金屬，填充的金屬與TSV導電通孔4電連接；同時為了避免電加熱層5對TSV導電通孔4的干擾，在進行電加熱層5淀積及孔刻蝕后，需要在孔內壁設置絕緣材料，當孔內金屬與TSV導電通孔4電連接時，不會與電加熱層5產生電連接，避免 MEMS結構9與ASIC電路2間信號的干擾，上述進行孔刻蝕及金屬填充的過程與常規工藝， 為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述；
再者，為了能夠在形成吸氣劑激活結構13后，使得TSV導電通孔4再次延伸出來便于與后續形成的第二導電凸點15電連接，可以對吸氣劑激活結構13進行孔刻蝕，所述孔貫通吸氣劑激活結構13的電絕熱層3、電加熱層5及電絕緣層18，在刻蝕得到孔后，在孔內壁淀積絕緣材料，避免后續填充的金屬與電加熱層5產生歐姆接觸或電連接；當絕緣材料填充后，再進行金屬填充，所述金屬填充在孔內后與TSV導電通孔4電連接，將TSV導電通孔4 延伸到吸氣劑激活結構13的表面；所述填充的金屬可以為常規的半導體金屬，如金，鎢等。d、在第一晶圓I的背面設置第一鍵合環6，并在第一鍵合環6的外圈設置第二導電凸點15 ；
如圖8所示，包括如下步驟dl、先在吸氣劑激活結構13上濺射粘附層，所述粘附層的材料一般為Cr或Ti ;
d2、在上述粘附層上濺射阻擋層；所述阻擋層一般為Ni或Pd ; d3、在上述阻擋層上電鍍Sn基焊料，以形成第一鍵合環6 ；Sn基焊料為低溫焊料，也可以采用其他焊料；
e、在凹槽17的底部濺射形成吸氣劑7；
如圖9所示所述吸氣劑7的材料鋯基或鈦基合金；
f、提供具有所需MEMS結構9的第二晶圓10，并在第二晶圓10上設置與第一鍵合環6 相對應分布的第二鍵合環16 ；
在第二晶圓10上制備所需MEMS結構9的過程采用常規的半導體制備工藝，為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述；
g、在上述第二晶圓10上設置與第二導電凸點15相對應分布的第一導電凸點8，所述第一導電凸點8與MEMS結構9電連接；
h、將第一鍵合環6與第二鍵合環16對準，進行真空鍵合，以使得第一晶圓I與第二晶圓10連接成一體，并形成真空腔體20。圖10所示第二鍵合環6的材料與材料采用與第一鍵合環6—致的材料，根據第一鍵合環6與第二鍵合環16采用共晶或低溫焊料鍵合；真空鍵合時，一般采用常規的真空鍵合機。一般地，還包括步驟i、將吸氣劑激活電極14與恒流電源相連，以激活吸氣劑7，吸氣劑激活電極14與恒流電源連接后，通過設置相應的電流大小與通電時間，激活吸氣劑7 ； 同時，通過吸氣劑激活電極14的存在能夠在長時間使用后再次激活吸氣劑7，提高真空封裝后的使用壽命，提高封裝器件的性能。實施例2
10如圖11和圖20所不所述第二晶圓10上設有第一導電電極11，所述第一導電電極11 位于MEMS結構9的外側；第一導電電極11通過鍵合引線12與ASIC電路2上的第二導電電極19電連接，以形成MEMS結構9與ASIC電路2的電連接通路。第一導電電極11與第二導電電極19的材料一般選用常規的半導體電極材料如金等。在ASIC電路2上形成第二導電電極19，并在第二晶圓10上形成第一導電電極11后，通過打線鍵合設備通過鍵合弓I線 12將第一導電電極11與第二導電電極12電連接。如圖12 圖20所示上述結構的晶圓級MEMS器件真空結構可以通過下述工藝步驟制備，具體包括如下步驟
a、提供具有所需ASIC電路2的第一晶圓I，所述ASIC電路2位于第一晶圓I的正面；
b、在上述ASIC電路2上濺射形成第二導電電極19，所述第二導電電極19與ASIC電路 2電連接，如圖12所示；
C、在上述第一晶圓I的背面刻蝕形成所需的凹槽17，并在凹槽17內形成吸氣劑激活結構13與吸氣劑激活電極14，所述吸氣劑激活結構13覆蓋在凹槽17內并覆蓋第一晶圓I 的背面；如圖13、圖14、圖15和圖16所示吸氣劑激活結構13與實施例I中的結構相同， 具體的形成過程也可以參考實施例I ;但是，由于本實施例中沒有采用TSV技術，因此在淀積電絕熱層3、導電加熱層5及電絕緣層18后不需要進行孔光刻及金屬填充等工藝步驟；
d、在上述第一晶圓I的背面設置第一鍵合環6;如圖17所示第一鍵合環6的形成過程及相應材料均參照實施例I ;
e、在上述凹槽17的底部濺射形成吸氣劑7，如圖18所示；
f、提供具有所需MEMS結構9的第二晶圓10，并在第二晶圓10上設置與第一鍵合環6 相對應分布的第二鍵合環16 ；
g、在上述第二晶圓10上設置第一導電電極11，所述第一導電電極11位于第二鍵合環 16的外側；
h、將第一鍵合環6與第二鍵合環16對準，進行真空鍵合，以使得第一晶圓I與第二晶圓10連接成一體,并形成真空腔體20，如圖19所示；
i、將上述第一導電電極11與第二導電電極19通過鍵合引線12連接，以使得MEMS結構9與ASIC電路2電連接；如圖20所示；通過打線鍵合設備使得ASIC電路2與MEMS結構 9通過鍵合引線12電連接。一般地，還包括步驟j、將吸氣劑激活電極14與恒流電源相連，以激活吸氣劑7。如圖f圖21所示工作時，通過第二晶圓10上的MEMS結構9去采集相應的外部信號，MEMS結構9將采集的外部信號通過相應的電連接通道傳輸到ASIC電路2內，經過 ASIC電路2內的處理后(一般包括濾波等處理)進行輸出。本發明第一晶圓I的正面設置ASIC電路2，第一晶圓10的下方設置第二晶圓10， 第二晶圓10上設置MEMS結構9 ;當第一晶圓I與第二晶圓10采用真空鍵合后，MEMS結構9 位于真空腔體20內，同時MEMS結構9的正上方設有吸氣劑7，通過吸氣劑7保持真空腔體 20的真空度；第一晶圓I與第二晶圓10真空鍵合后，ASIC電路2與MEMS結構9通過TSV 導電通孔4或鍵合引線12電連接，此種垂直封裝的結構，能提高了器件的集成度，降低生產成本，結構緊湊，工藝步驟方便，適應范圍廣，提高生產效率。
權利要求
1.一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，其特征是包括第一晶圓(1)，所述第一晶圓(I)的正面上設有ASIC電路(2)，所述第一晶圓(I)背面的下方設有第二晶圓(10);第一晶圓(I)的背面設有凹槽(17)，所述凹槽(17)的槽口對應第二晶圓(10);所述凹槽(17)內設有吸氣劑激活結構(13)，所述吸氣劑激活結構(13)覆蓋凹槽(17)并覆蓋在第一晶圓(I) 的背面；凹槽(17)的槽底設有吸氣劑(7);第二晶圓(10)上設有MEMS結構(9)，所述MEMS 結構(9)位于吸氣劑(7)的正下方；所述第一晶圓(I)與第二晶圓(10)采用真空鍵合連接成一體，并在第一晶圓(I)與第二晶圓(10)間形成真空腔體(20)，MEMS結構(9)位于真空腔體(20)內，且MEMS結構(9)與ASIC電路(2)電連接。
2.根據權利要求I所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，其特征是所述第一晶圓 (O的背面與第二晶圓(10)間采用熔融鍵合、共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或幾種；當第一晶圓(I)的背面與第二晶圓(10)采用共晶鍵合、低溫焊料鍵合中的一種或兩種時，第一晶圓(I)的背面設有第一鍵合環(6)，第二晶圓(10)上設有與第一鍵合環(6)相對應分布的第二鍵合環(16);第一鍵合環(6)與第二鍵合環(16)對準鍵合時，第一晶圓(I)與第二晶圓(10)連接成一體。
3.根據權利要求I所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，其特征是所述吸氣劑激活結構(13)包括覆蓋于凹槽(17)及第一晶圓(I)上的電絕熱層(3)，所述電絕熱層(3)上淀積有導電加熱層(5 )，所述導電加熱層(3 )上覆蓋有電絕緣層(18 );吸氣劑(7 )位于電絕緣層(18)上。
4.根據權利要求3所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，其特征是所述電絕熱層(3)的材料包括氧化硅，導電加熱層(5)的材料為導電多晶硅或金，電絕緣層(18)為氧化硅、氮化硅中的一種或幾種。
5.根據權利要求I所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，其特征是所述第一晶圓 Cl)內設有貫通第一晶圓(I)的TSV導電通孔(4)，所述TSV導電通孔(4)與ASIC電路(2) 電連接，且TSV導電通孔(4)與第一晶圓(I)背面上的第二導電凸點(15)電連接，所述第二導電凸點(15)與第二晶圓(10)上的第一導電凸點(8)電連接，以使得MEMS結構(9)與 ASIC電路(2)電連接。
6.根據權利要求I所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，其特征是所述第二晶圓 (10)上設有導第一導電電極(11),所述第一導電電極(11)位于MEMS結構(9)的外側；第一導電電極(11)通過鍵合引線(12)與ASIC電路(2)上的第二導電電極(19)電連接，以形成 MEMS結構(9)與ASIC電路(2)的電連接通路。
7.一種晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，其特征是，所述真空封裝方法包括如下步驟(a )、提供具有所需AS IC電路(2 )的第一晶圓(I )，所述AS IC電路(2 )位于第一晶圓(I) 的正面；(b)、在第一晶圓(I)內制作形成TSV導電通孔(4)，并使得TSV導電通孔(4)與ASIC電路(2)電連接；(C)、在第一晶圓(I)的背面刻蝕形成所需的凹槽(17)，并在凹槽(17)內形成吸氣劑激活結構(13)與吸氣劑激活電極(14)，所述吸氣劑激活結構(13)覆蓋在凹槽(17)內并覆蓋第一晶圓(I)的背面；(d)、在第一晶圓(I)的背面設置第一鍵合環(6)，并在第一鍵合環(6)的外圈設置第二導電凸點(15)，所述第二導電凸點(15)與TSV導電通孔(4)電連接；(e)、在凹槽(17)的底部濺射形成吸氣劑(7)；(f)、提供具有所需MEMS結構(9)的第二晶圓(10)，并在第二晶圓(10)上設置與第一鍵合環(6)相對應分布的第二鍵合環(16)；(g)、在上述第二晶圓(10)上設置與第二導電凸點(15)相對應分布的第一導電凸點 (8)，所述第一導電凸點(8)與MEMS結構(9)電連接；(h)、將第一鍵合環(6)與第二鍵合環(16)對準，進行真空鍵合，以使得第一晶圓(I)與第二晶圓(10 )連接成一體，并形成真空腔體(20 )。
8.根據權利要求7所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，其特征是所述步驟(c) 中包括如下步驟(Cl)、在第一晶圓(I)的背面沉積電絕熱層(3)，所述電絕熱層(3)覆蓋凹槽(17)及第一晶圓(I)的背面；(c2)、選擇性地掩蔽和刻蝕電絕熱層(3)，以對電絕熱層(3)進行孔刻蝕，并在刻蝕得到的孔內填充金屬，所述金屬與TSV導電通孔(4)電連接；(c3)、在上述電絕熱層(3)上淀積導電加熱層(5)，并選擇性地掩蔽和刻蝕電加熱層(5)，以對電加熱層(5)進行孔刻蝕，并在孔內進行絕緣介質層與金屬層填充，所述金屬與 TSV導電通孔(4)電連接，TSV導電通孔(4)與電加熱層(5)通過絕緣介質層絕緣隔離； (c4)、在上述導電加熱層(5)的外側淀積吸氣劑激活電極(14)，所述吸氣劑激活電極(14)位于電絕熱層(3)上；(c5)、在上述導電加熱層(5)及吸氣劑激活電極(14)上淀積電絕緣層(18)，以形成吸氣劑激活結構(13)；(c6)、選擇性地掩蔽和刻蝕電絕緣層(18)，以對電絕緣層(18)進行孔刻蝕，并在刻蝕得到的孔內填充金屬，所述金屬與TSV導電通孔(4)電連接。
9.根據權利要求8所述的晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，其特征是所述電絕熱層(3)的材料包括氧化硅，導電加熱層(3)的材料為導電多晶硅或金，電絕緣層(18)為氧化硅、氮化硅中的一種或幾種。
10.一種晶圓級MEMS器件的真空封裝方法，其特征是，所述真空封裝方法包括如下步驟(a )、提供具有所需AS IC電路(2 )的第一晶圓(I )，所述AS IC電路(2 )位于第一晶圓(I) 的正面；(b)、在上述ASIC電路(2)上濺射形成第二導電電極(19)，所述第二導電電極(19)與 ASIC電路(2)電連接；(C)、在上述第一晶圓(I)的背面刻蝕形成所需的凹槽(17)，并在凹槽(17)內形成吸氣劑激活結構(13)與吸氣劑激活電極(14)，所述吸氣劑激活結構(13)覆蓋在凹槽(17)內并覆蓋第一晶圓(I)的背面；(d)、在上述第一晶圓(I)的背面設置第一鍵合環(6)；(e)、在上述凹槽(17)的底部濺射形成吸氣劑(7)；(f)、提供具有所需MEMS結構(9)的第二晶圓(10)，并在第二晶圓(10)上設置與第一鍵合環(6)相對應分布的第二鍵合環(16)；(g)、在上述第二晶圓(10)上設置第一導電電極(11)，所述第一導電電極(11)位于第二鍵合環(16)的外側；(h)、將第一鍵合環(6)與第二鍵合環(16)對準，進行真空鍵合，以使得第一晶圓(I)與第二晶圓(10)連接成一體，并形成真空腔體(20)；(i)、將上述第一導電電極(11)與第二導電電極(19)通過鍵合引線(12)連接，以使得 MEMS結構(9)與ASIC電路(2)電連接。
全文摘要
本發明涉及一種晶圓級MEMS器件的真空封裝結構及封裝方法，所述晶圓級MEMS器件的真空封裝結構，包括第一晶圓，所述第一晶圓的正面上設有ASIC電路，所述第一晶圓背面的下方設有第二晶圓；第一晶圓的背面設有凹槽，所述凹槽的槽口對應第二晶圓；所述凹槽內設有吸氣劑激活結構，所述吸氣劑激活結構覆蓋凹槽并覆蓋在第一晶圓的背面；凹槽的槽底設有吸氣劑；第二晶圓上設有MEMS結構，所述MEMS結構位于吸氣劑的正下方；所述第一晶圓與第二晶圓采用真空鍵合連接成一體，并在第一晶圓與第二晶圓間形成真空腔體，MEMS結構位于真空腔體內，且MEMS結構與ASIC電路電連接。本發明結構緊湊，提高了集成度，降低了生產成本，提高了生產效率。
文檔編號B81B7/00GK102583219SQ20121008818
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者張昕, 明安杰, 歐文, 羅九斌, 譚振新, 趙敏, 顧強 申請人:江蘇物聯網研究發展中心