具有吸气剂的MEMS芯片制造技术

技术编号:14610801 阅读:123 留言:0更新日期:2017-02-09 17:42
具有吸气剂的MEMS芯片,由盖板、MEMS结构层和底板组成,盖板下表面至少有一个盖板凹腔,底板上表面至少有一个底板凹腔,盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔,MEMS结构位于密封腔中,可在密封腔中自由活动,盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离,底板通过底板键合层与MEMS结构层键合,盖板凹槽或底板凹槽中制作有若干个棱锥或棱台,盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。本实用新型专利技术在不增加MEMS芯片面积的情况下,在MEMS芯片密封腔内制作若干个棱锥或棱台,棱锥或棱台表面形成吸气剂,以增加吸气剂的表面积,用于吸附密封腔内的气体分子,保证密封腔的真空度,为MEMS结构提供高真空度的工作环境。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于芯片封装领域,具体是涉及具有吸气剂的MEMS芯片。
技术介绍
MEMS芯片的园片级封装,就是在MEMS圆片制造过程中,将MEMS结构用盖板和底板密封在一个腔体内;密封腔的作用是向被密封于该空腔的MEMS结构提供一个可自由运动的空间,同时,保证MEMS结构不受外部环境的干扰。一些MEMS器件,如陀螺仪和时钟振荡器,使用过程中其MEMS结构在静电力或逆压电效应的驱动下不停的振动,这就需要在MEMS芯片上制作密封腔,将MEMS结构包围在具有较高真空度的密封腔中,密封腔内的真空度越高,MEMS结构振动时受到的阻力越小;但是这类MEMS器件的圆片加工过程中一般都会残留一部分气体在密封腔内,以及构成MEMS芯片密封腔的各种材料在使用过程中也会释放一些气态分子,影响密封腔的真空度;为达到和保持一定的真空度,吸气剂就被制作在密封腔内,用于吸除大部分气体分子,为MEMS结构提供一个稳定的真空环境。MEMS芯片中所用的吸气剂一般是通过Lift-off或Shadowingmask工艺,溅射或蒸发一种或几种金属来实现,其吸除气体分子的能力与制作吸气剂的材料和工艺有关,还与吸气剂与气体分子的接触面积有关,接触面积越大,吸除的气体分子越多。专利EP1412550B1描述的是在梯形空腔底面制作吸气剂,没有充分利用密封腔空间。专利US6929974B2描述的是在梯形空腔的斜侧面及底面制作吸气剂,但整个盖板只构成了一个梯形空腔,空间利用率也不够。专利US2010/0025845A1描述的主要是在同一个MEMS芯片上有二个互相隔离的密封腔,一个带吸气剂,另一个没有吸气剂,从而使得两个密封腔内的气压不同,其吸气剂制作在梯形空腔底面,没有充分利用密封腔空间。专利EP2813465A1描述的是在MEMS结构层上制作吸气剂,这会增加MEMS芯片面积,或影响MEMS芯片性能。专利US2016/0101976A1描述的是通过蚀刻或淀积半球形多晶硅增加长方形空腔的表面积,吸气剂被制作在此长方形空腔的表面,但此方法一是要增加额外的工艺步骤形成粗糙表面,二是溅射吸气剂时,构成吸气剂的金属离子或原子运动方向基本与长方形空腔的底面垂直,无法完全覆盖其垂直侧面,侧面利用率不高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足,提供一种具有吸气剂的MEMS芯片,该MEMS芯片具有相对较大有效表面积的吸气剂,能够为MEMS结构提供高真空度的工作环境。为解决上述技术问题,本技术提供了一种具有吸气剂的MEMS芯片,由盖板、MEMS结构层和底板组成,盖板下表面至少有一个盖板凹腔,底板上表面至少有一个底板凹腔,盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔,MEMS结构位于密封腔中,可在密封腔中自由活动,盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离,底板通过底板键合层与MEMS结构层键合,盖板凹腔或底板凹腔中制作有若干个棱锥或棱台,盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。本技术通过在底板凹腔或盖板凹腔中制作棱台或棱锥,在盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台表面覆盖吸气剂,以增加吸气剂的表面积,用于吸附密封腔内的气体分子,保证密封腔的真空度,为MEMS结构提供高真空度的工作环境。作为本技术的一个实施例,盖板上还制作有盖板密封区和盖板键合柱;底板上表面还有底板密封区和底板键合柱,底板凹腔内有若干个由底部、斜面、顶部组成的棱台,斜面与底部的夹角为54.7°,所述的吸气剂覆盖在底板凹腔内的棱台上,所述的顶部的高度低于底板键合柱的高度。作为本技术的一个实施例,盖板下表面还有盖板密封区、盖板键合柱和窗口,所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面,盖板绝缘层与MEMS结构层之间还有盖板键合层;盖板凹腔内有若干个由斜面、平顶、底部组成的棱台和若干个由斜面、尖顶、底部组成的棱锥,所述的盖板键合柱的高度与平顶的高度一致所述的尖顶的高度小于平顶的高度,所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面上,所述的吸气剂覆盖在盖板凹腔内的棱台和棱锥上;底板上表面还有底板密封区和底板键合柱,所述的底板凹腔由平坦的底面和倾斜的侧面组成,底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面都制作有底板绝缘层,底板绝缘层上制作有导电层,导电层上还有绝缘层覆盖,绝缘层上有通孔,所述的通孔的位置与底板键合柱和窗口对应,所述的底板键合层位于底板密封区和通孔内。所述的平顶与MEMS结构之间的距离为1~10μm,平顶上覆盖的吸气剂构成垂直方向的档杆,用于防止MEMS结构在垂直方向受到外力时形变太大而断裂;吸气剂材料为金属,通常为锆(Zr),钛(Ti)、钡(Ba)、钒(V)、铁(Fe)、钴(Co)、铝(Al)以及它们中一种或几种的组合,所以表面覆盖吸气剂组成的档杆不会有静电积累,避免了MEMS结构由于静电力而吸附在档杆上的可能,另外,在MEMS结构撞击挡杆时,由于金属较软,可以缓冲撞击力,保护MEMS结构上不会撞出碎屑。作为本技术的一个实施例,盖板上还制作有盖板密封区、盖板键合柱和窗口,所述的盖板绝缘层位于盖板密封区、盖板键合柱和盖板凹腔的表面;底板上表面还有底板密封区和底板键合柱,所述的底板凹腔包括第一底板凹槽和第二底板凹槽,第一底板凹槽内有若干个由底部、斜面、平顶组成的棱台,斜面与底部的夹角为54.7°,底板键合柱的高度与平顶的高度一致;底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面都制作有底板绝缘层,位于底板密封区、底板键合柱和第二底板凹槽中的底板绝缘层上制作有导电层,导电层上还有绝缘层覆盖,所述的吸气剂覆盖在绝缘层和裸露的底板绝缘层上;绝缘层上有通孔,所述的通孔与底板键合柱和窗口对应,所述的底板键合层位于底板密封区和通孔内。所述的平顶与MEMS结构之间的距离为1~10μm,平顶上覆盖的吸气剂,构成垂直方向的档杆。本技术的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法,包括以下步骤:(1)盖板圆片制作:在盖板衬底表面制作掩模,蚀刻掩模,形成掩模图形,然后在异向性腐蚀液中蚀刻出盖板凹腔和窗口,掩模覆盖部分就形成盖板键合柱和盖板密封区,除去掩模,完成盖板圆片的制作;(2)待键合MEMS圆片制作:在盖板圆片表面生长盖板绝缘层,将单晶硅圆片键合到盖板绝缘层上,磨削单晶硅圆片形成MEMS结构层,蚀刻MEMS结构层形成MEMS结构、MEMS键合块和MEMS键合区,完成待键合MEMS圆片的制作;(3)底板圆片制作:在底板基板表面制作掩模,蚀刻掩模,形成掩模图形,然后在异向性腐蚀液中蚀刻出底板凹腔,同时在底板凹腔中形成棱锥或棱台,掩模覆盖部分形成底板键合柱和底板密封区;除去掩模,在底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面制作底板绝缘层,底板绝缘层上淀积并图形化导电层,在导电层和底板绝缘层表面淀积并图形化绝缘层,在绝缘层上蚀刻出通孔;再在绝缘层、底板绝缘层和通孔内都淀积并图形化底板键合层;最后在底板凹腔及棱锥和棱台上溅射或蒸发吸气剂,并形成吸气剂图形,就完成底板圆片的制作;(4)键合、切割:将待键合MEMS圆片的MEMS结构层与底板圆片的底板键合层进行键合,形成圆片级封装的MEMS圆片,然后按照圆片切割方式进行切割,就完成具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装。本技术的具有吸气剂的MEMS芯片的圆本文档来自技高网
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【技术保护点】
具有吸气剂的MEMS芯片,由盖板、MEMS结构层和底板组成,盖板下表面至少有一个盖板凹腔,底板上表面至少有一个底板凹腔,盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔,MEMS结构位于密封腔中,可在密封腔中自由活动,盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离,底板通过底板键合层与MEMS结构层键合,其特征在于:盖板凹腔或底板凹腔中制作有若干个棱锥或棱台,盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。

【技术特征摘要】
1.具有吸气剂的MEMS芯片,由盖板、MEMS结构层和底板组成,盖板下表面至少有一个盖板凹腔,底板上表面至少有一个底板凹腔,盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔,MEMS结构位于密封腔中,可在密封腔中自由活动,盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离,底板通过底板键合层与MEMS结构层键合,其特征在于:盖板凹腔或底板凹腔中制作有若干个棱锥或棱台,盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。2.根据权利要求1所述的具有吸气剂的MEMS芯片,其特征在于:盖板上还制作有盖板密封区和盖板键合柱;底板上表面还有底板密封区和底板键合柱,底板凹腔内有若干个由底部、斜面、顶部组成的棱台,斜面与底部的夹角为54.7°,所述的吸气剂覆盖在底板凹腔内的棱台上,所述的顶部的高度低于底板键合柱的高度。3.根据权利要求1所述的具有吸气剂的MEMS芯片,其特征在于:盖板下表面还有盖板密封区、盖板键合柱和窗口,所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面,盖板绝缘层与MEMS结构层之间还有盖板键合层;盖板凹腔内有若干个由斜面、平顶、底部组成的棱台和若干个由斜面、尖顶、底部组成的棱锥,所述的盖板键合柱的高度与平顶的高度一致所述的尖顶的高度小于平顶的高度,所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面上,所述的吸气剂覆盖在盖板凹腔内的棱台和棱锥上;底板上表面还有底板密封区和底板键合柱,所述的底板凹腔...

【专利技术属性】
技术研发人员:华亚平
申请(专利权)人:安徽北方芯动联科微系统技术有限公司
类型:新型
国别省市:安徽;34

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