CN101554988A - 一种微机电***的圆片级真空封装方法 - Google Patents
一种微机电***的圆片级真空封装方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101554988A CN101554988A CNA2009100618982A CN200910061898A CN101554988A CN 101554988 A CN101554988 A CN 101554988A CN A2009100618982 A CNA2009100618982 A CN A2009100618982A CN 200910061898 A CN200910061898 A CN 200910061898A CN 101554988 A CN101554988 A CN 101554988A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bonding
- vacuum
- cover plate
- wafer
- silicon chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
一种微机电***的圆片级真空封装方法，属于微机电***的封装方法，解决现有封装方法存在的问题，使得微型真空腔长时间保持真空，满足十年以上使用寿命的要求。本发明包括：刻蚀步骤：在盖板圆片上对应硅基片MEMS器件的位置刻蚀相应空间尺寸的凹坑，再环绕凹坑刻蚀环形凹槽；吸气剂淀积步骤：在所述凹坑和凹槽内淀积吸气剂薄膜；键合步骤：在真空环境下将盖板圆片和硅基片紧密键合。本发明解决了现有封装方法存在的真空保持时间短、密封质量低、可靠性差、成本高的问题，可以长时间保持微型腔体内的真空度，极大的推动圆片级MEMS真空封装技术的发展和推广。
Description
技术领域
本发明属于微机电***的封装方法，特别涉及一种基于圆片键合工艺的圆片级真空封装方法。
背景技术
微机电***(MEMS)器件真空封装是一种采用密封腔体来为MEMS元件提供真空环境的封装技术。它能够在射频、惯性、真空微电子类等MEMS产品芯片周围形成一个真空环境，可以使MEMS器件在高真空环境下工作，并保证其中的微结构具有优良的振动性能(例如使各种机械谐振器有高的品质因素)，使其能正常工作，并提高其可靠性。真空封装可分为器件级真空封装与圆片级真空封装。圆片级真空封装具有低成本、高产量、划片安全等优点，因而具有重要的应用前景。目前MEMS圆片级真空封装主要采用两种技术路线：基于薄膜淀积工艺的真空封装和基于圆片键合工艺的真空封装。基于薄膜淀积工艺的圆片级真空封装工艺是由牺牲层上淀积薄膜形成覆盖器件的封闭空腔，在薄膜上刻蚀释放孔以刻蚀牺牲层，最后，在这层薄膜上淀积另一层薄膜实现封口。基于圆片键合工艺的真空封装是将带有微机电结构的基板圆片与盖板圆片直接键合，盖板圆片一般是玻璃或硅片。键合可以是密封或半密封的形式，并防止微机电***在后道工序受到污染。密封键合可以在真空或惰性气体的环境中进行。
由于基于薄膜淀积真空封装工艺淀积的薄膜很薄、腔体很小，极容易在划片过程中损坏，较大的内外压力差又使基于薄膜淀积工艺的真空封装器件存在真空泄露，使用寿命降低。而基于圆片键合工艺的真空封装的两圆片较厚，气体分子的溶解扩散等渗漏阻力大，对真空保持的影响较小。但是，R.Gooch，T.Schimert，W.McCardel等人发表在J.Vac.Sci.Technol.A17(4)的文章“Wafer-level vacuum packaging forMEMS”提供的数据表明，尽管真空密封工艺以及封装采用的材料满足气密的要求，微型真空腔内长时间保持低于10Pa的真空度很困难，真空度保持性均在56周以下，远远满足不了10年以上工作寿命的要求。
发明内容
本发明提供一种微机电***的圆片级真空封装方法，解决现有圆片级真空封装方法存在的真空保持时间短、密封质量低、可靠性差、成本高的问题，使得微型真空腔长时间保持真空，满足十年以上使用寿命的要求。
本发明的一种微机电***的圆片级真空封装方法，包括：
刻蚀步骤：在盖板圆片上对应硅基片MEMS器件的位置刻蚀相应空间尺寸的凹坑，再环绕凹坑刻蚀环形凹槽；
吸气剂淀积步骤：在所述凹坑和凹槽内淀积吸气剂薄膜；
键合步骤：在真空环境下将盖板圆片和硅基片紧密键合。
所述的圆片级真空封装方法，其特征在于：
所述刻蚀步骤中，采用化学同相刻蚀、异向刻蚀或者光刻刻蚀工艺刻蚀盖板圆片上的凹坑和凹槽；所述盖板圆片为硅片、玻璃或者陶瓷材料，当盖板圆片为硅片时，实施刻蚀步骤之后，在硅片上淀积电绝缘层，以防止电流扩散到盖板圆片中；
所述吸气剂淀积步骤中，淀积方法为下述方法中的一种：磁控溅射或丝网印刷；
所述键合步骤中，键合方法为阳极键合、熔融键合、共晶键合、焊料键合中的一种或两种，
所述的圆片级真空封装方法，其特征在于：
所述吸气剂淀积步骤之后，增加键合材料淀积步骤：在所述凹坑与凹槽之间，以及凹槽的外边缘处淀积一层键合材料，键合材料为Au、In-Sn合金或玻璃焊料中的一种；淀积方法为下述方法中的一种：化学气相沉积、溅射、丝网印刷或蒸镀；
然后实施键合步骤，采取共晶键合或者焊料键合方法，在真空环境下将盖板圆片和硅基片紧密键合。
本发明针对现在圆片级真空封装技术存在的真空保持时间短、密封质量低、可靠性差、成本高的问题，在封装结构上创新，增加了缓冲腔体，并在缓冲腔中淀积吸气剂，使气体泄漏途径变为从外界通过中间的真空缓冲腔，再从缓冲腔泄漏到封装腔体内，大部分气体被缓冲腔吸气剂吸收，只有极少量气体从缓冲腔泄漏到封装腔体内，从而保证最里面的腔体气压；同时由于基于圆片键合工艺的封装使用的两圆片较厚，气体分子的溶解扩散等渗漏阻力大，对真空保持的影响较小，因而可以长时间保持微型腔体内的真空度，可以极大的推动圆片级MEMS真空封装技术的发展和推广。对于绝对压力传感器，加速度计，角速度传感器，陀螺仪等，采用本发明进行真空封装，可以得到绝对压力的近似零点或和更高的品质因素。
附图说明
图1为本发明刻蚀步骤的示意图；
图2为本发明吸气剂淀积步骤的示意图；
图3为本发明键合步骤前的示意图；
图4为本发明键合步骤后的示意图。
图中标记：盖板圆片1、凹坑2、凹槽3、吸气剂4、硅基片5、MEMS器件6、真空腔体7、缓冲腔8。
具体实施方式
实施例1：
刻蚀步骤：如图1所示，在硅盖板圆片1上对应硅基片MEMS器件6的位置用异向刻蚀工艺相应空间尺寸的凹坑2，再环绕凹坑刻蚀环形凹槽3；在硅片上淀积二氧化硅电绝缘层，以防止电流扩散到盖板圆片中；
吸气剂淀积步骤：如图2所示，用磁控溅射工艺在所述凹坑和凹槽内淀积Zr-V-Fe吸气剂薄膜4，
键合步骤：如图3、4所示，在真空环境下用熔融键合工艺将盖板圆片1和硅基片5紧密键合，所述凹坑2即形成MEMS器件的真空腔7，环形凹槽3形成缓冲腔8。
实施例2：
刻蚀步骤：如图1所示，在玻璃盖板圆片1上对应硅基片MEMS器件6的位置采用化学同相刻蚀工艺刻蚀相应空间尺寸的凹坑2，再环绕凹坑采用异向刻蚀工艺刻蚀环形凹槽3；
吸气剂淀积步骤：如图2所示，用磁控溅射工艺在所述凹坑和凹槽内淀积Zr-Al吸气剂薄膜4，
键合步骤：如图3、4所示，在真空环境下用共晶键合工艺将盖板圆片1和硅基片5紧密键合，所述凹坑2即形成MEMS器件的真空腔7，环形凹槽3形成缓冲腔8。
实施例3：
刻蚀步骤：如图1所示，在硅盖板圆片1上对应硅基片MEMS器件6的位置用光刻刻蚀工艺刻蚀相应空间尺寸的凹坑2，再环绕凹坑刻蚀环形凹槽3；在硅片上淀积氮化硅电绝缘层，以防止电流扩散到盖板圆片中；
吸气剂淀积步骤：如图2所示，用丝网印刷工艺在所述凹坑和凹槽内淀积Ti-Mo吸气剂薄膜4；
键合材料淀积步骤：在凹坑2与凹槽3之间，以及凹槽3的外边缘处采用丝网印刷工艺涂覆一层玻璃焊料；
键合步骤：如图3、4所示，在真空环境下用焊料键合工艺将盖板圆片1和硅基片5紧密键合，所述凹坑2即形成MEMS器件的真空腔7，环形凹槽3形成缓冲腔8。
实施例4：
刻蚀步骤：如图1所示，在玻璃盖板圆片1上对应硅基片MEMS器件6的位置采用化学同相刻蚀工艺刻蚀相应空间尺寸的凹坑2，再环绕凹坑采用异向刻蚀工艺刻蚀环形凹槽3；
吸气剂淀积步骤：如图2所示，用丝网印刷工艺在所述凹坑和凹槽内淀积Ti-Mo吸气剂薄膜4；
键合材料淀积步骤：在凹坑2与凹槽3之间，以及凹槽3的外边缘处溅射一层In-Sn合金；
键合步骤：如图3、4所示，在真空环境下用焊料键合工艺将盖板圆片1和硅基片5紧密键合，所述凹坑2即形成MEMS器件的真空腔7，环形凹槽3形成缓冲腔8。
Claims (3)
1.一种微机电***的圆片级真空封装方法，包括：
刻蚀步骤：在盖板圆片上对应硅基片MEMS器件的位置刻蚀相应空间尺寸的凹坑，再环绕凹坑刻蚀环形凹槽；
吸气剂淀积步骤：在所述凹坑和凹槽内淀积吸气剂薄膜；
键合步骤：在真空环境下将盖板圆片和硅基片紧密键合。
2.如权利要求1所述的圆片级真空封装方法，其特征在于：
所述刻蚀步骤中，采用化学同相刻蚀、异向刻蚀或者光刻刻蚀工艺刻蚀盖板圆片上的凹坑和凹槽；所述盖板圆片为硅片、玻璃或者陶瓷材料，当盖板圆片为硅片时，实施刻蚀步骤之后，在硅片上淀积电绝缘层，以防止电流扩散到盖板圆片中；
所述吸气剂淀积步骤中，淀积方法为下述方法中的一种：磁控溅射或丝网印刷；
所述键合步骤中，键合方法为阳极键合、熔融键合、共晶键合、焊料键合中的一种或两种，
3.如权利要求1或2所述的圆片级真空封装方法，其特征在于：
所述吸气剂淀积步骤之后，增加键合材料淀积步骤：在所述凹坑与凹槽之间，以及凹槽的外边缘处淀积一层键合材料，键合材料为Au、In-Sn合金或玻璃焊料中的一种；淀积方法为下述方法中的一种：化学气相沉积、溅射、丝网印刷或蒸镀；
然后实施键合步骤，采取共晶键合或者焊料键合方法，在真空环境下将盖板圆片和硅基片紧密键合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100618982A CN101554988B (zh) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | 一种微机电***的圆片级真空封装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100618982A CN101554988B (zh) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | 一种微机电***的圆片级真空封装方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101554988A true CN101554988A (zh) | 2009-10-14 |
| CN101554988B CN101554988B (zh) | 2011-03-30 |
Family
ID=41173302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100618982A Expired - Fee Related CN101554988B (zh) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | 一种微机电***的圆片级真空封装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101554988B (zh) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103187349A (zh) * | 2011-12-31 | 2013-07-03 | 刘胜 | 带凸点圆片键合的夹具及其键合方法 |
| CN104022046A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-03 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 基于带状吸气剂的混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN105236345A (zh) * | 2015-09-22 | 2016-01-13 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Mems器件、半导体器件及其制造方法 |
| CN105277309A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | ams国际有限公司 | 使用振膜中嵌入的Ti-W引线吸气剂的CMOS压力传感器 |
| CN105304505A (zh) * | 2014-06-17 | 2016-02-03 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN105439080A (zh) * | 2014-08-28 | 2016-03-30 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 微机电***器件及其形成方法 |
| CN107851618A (zh) * | 2015-10-20 | 2018-03-27 | 雷神公司 | 使用外部吸气剂来降低封装压力 |
| CN107963607A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-04-27 | 罕王微电子（辽宁）有限公司 | 一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法 |
| CN104003352B (zh) * | 2014-06-13 | 2018-07-06 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 基于吸气剂薄膜的混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN109399551A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-03-01 | 广西桂芯半导体科技有限公司 | 圆片级封装结构及封装方法 |
| CN110562910A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-13 | 华东光电集成器件研究所 | 一种mems圆片级真空封装方法 |
| CN112758884A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-07 | 杭州海康微影传感科技有限公司 | Mems传感器 |
| US11257727B2 (en) | 2017-03-21 | 2022-02-22 | Invensas Bonding Technologies, Inc. | Seal for microelectronic assembly |
| US11380597B2 (en) * | 2017-12-22 | 2022-07-05 | Invensas Bonding Technologies, Inc. | Bonded structures |
| US11600542B2 (en) | 2017-12-22 | 2023-03-07 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Cavity packages |
| US11670615B2 (en) | 2016-12-21 | 2023-06-06 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Bonded structures |
| US11955393B2 (en) | 2018-05-14 | 2024-04-09 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Structures for bonding elements including conductive interface features |
-
2009
- 2009-04-30 CN CN2009100618982A patent/CN101554988B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103187349A (zh) * | 2011-12-31 | 2013-07-03 | 刘胜 | 带凸点圆片键合的夹具及其键合方法 |
| CN104022046A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-03 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 基于带状吸气剂的混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN104003352B (zh) * | 2014-06-13 | 2018-07-06 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 基于吸气剂薄膜的混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN104022046B (zh) * | 2014-06-13 | 2017-07-11 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 基于带状吸气剂的混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN105304505B (zh) * | 2014-06-17 | 2018-07-06 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN105304505A (zh) * | 2014-06-17 | 2016-02-03 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 混合晶圆级真空封装方法及结构 |
| CN105277309A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | ams国际有限公司 | 使用振膜中嵌入的Ti-W引线吸气剂的CMOS压力传感器 |
| CN105439080A (zh) * | 2014-08-28 | 2016-03-30 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 微机电***器件及其形成方法 |
| CN105439080B (zh) * | 2014-08-28 | 2017-09-22 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 微机电***器件及其形成方法 |
| CN105236345A (zh) * | 2015-09-22 | 2016-01-13 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Mems器件、半导体器件及其制造方法 |
| CN107851618A (zh) * | 2015-10-20 | 2018-03-27 | 雷神公司 | 使用外部吸气剂来降低封装压力 |
| US11670615B2 (en) | 2016-12-21 | 2023-06-06 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Bonded structures |
| US11417576B2 (en) | 2017-03-21 | 2022-08-16 | Invensas Bonding Technologies, Inc. | Seal for microelectronic assembly |
| US11257727B2 (en) | 2017-03-21 | 2022-02-22 | Invensas Bonding Technologies, Inc. | Seal for microelectronic assembly |
| CN107963607A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-04-27 | 罕王微电子（辽宁）有限公司 | 一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法 |
| US11380597B2 (en) * | 2017-12-22 | 2022-07-05 | Invensas Bonding Technologies, Inc. | Bonded structures |
| US11600542B2 (en) | 2017-12-22 | 2023-03-07 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Cavity packages |
| US11948847B2 (en) | 2017-12-22 | 2024-04-02 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Bonded structures |
| US11955393B2 (en) | 2018-05-14 | 2024-04-09 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Structures for bonding elements including conductive interface features |
| CN109399551A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-03-01 | 广西桂芯半导体科技有限公司 | 圆片级封装结构及封装方法 |
| CN110562910A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-13 | 华东光电集成器件研究所 | 一种mems圆片级真空封装方法 |
| CN112758884A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-07 | 杭州海康微影传感科技有限公司 | Mems传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101554988B (zh) | 2011-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101554988B (zh) | 一种微机电***的圆片级真空封装方法 | |
| CN102079502B (zh) | 一种mems器件及其圆片级真空封装方法 | |
| CN101554987B (zh) | 一种微机电***的圆片级真空封装工艺 | |
| CN101643193B (zh) | 具有带有不同大气内压力的空腔的微机械装置 | |
| US6635509B1 (en) | Wafer-level MEMS packaging | |
| CN102556956B (zh) | Mems器件的真空封装结构及其制作方法 | |
| US10384932B2 (en) | Device including micromechanical components in cavities having different pressures and method for its manufacture | |
| CN104986720B (zh) | Mems圆片级真空封装结构及方法 | |
| CN108249386B (zh) | 激活温度可控的非蒸散型薄膜吸气剂及其应用 | |
| CN103818874B (zh) | Mems结构与处理电路集成***的封装方法 | |
| US8349660B2 (en) | Cavity closure process for at least one microelectronic device | |
| CN101746706A (zh) | Mems圆片级真空封装横向互连结构及其制造方法 | |
| CN102745642A (zh) | 一种集成吸气剂的mems薄膜封装结构及其制造方法 | |
| CN104355286A (zh) | 一种全硅mems器件结构及其制造方法 | |
| JP2017504490A (ja) | 垂直フィードスルーを用いたウェハレベル気密パッケージング方法 | |
| CN101780942A (zh) | Mems器件圆片级真空封装方法 | |
| US7510947B2 (en) | Method for wafer level packaging and fabricating cap structures | |
| WO2014159946A1 (en) | Mems device having a getter | |
| US20160229687A1 (en) | Chip package and fabrication method thereof | |
| US8378433B2 (en) | Semiconductor device with a controlled cavity and method of formation | |
| CN107963607A (zh) | 一种全覆盖吸气剂晶圆级电子元件及其封装方法 | |
| CN104355285B (zh) | 一种mems器件的真空封装结构及其制造方法 | |
| US10968099B2 (en) | Package moisture control and leak mitigation for high vacuum sealed devices | |
| US10221063B2 (en) | Multi-level getter structure and encapsulation structure comprising such a multi-level getter structure | |
| CN103224219A (zh) | 一种用于微器件圆片级封装的纳米吸气剂集成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110330 Termination date: 20210430 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |