基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构及其加工方法技术

本发明专利技术涉及一种基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构及其制造方法，MEMS芯片包括衬底层、器件层、盖帽层三层结构，三层结构键合在一起，形成一个可供器件层上的梳齿微结构移动的空腔结构；衬底层上布有电极图形，并采用共面电极实现空腔结构内的器件层结构与空腔外电极焊盘的互联；在器件层与衬底的键合面上，具有阵列凹坑结构。并且在器件层的键合密封环上有贯通于密封腔内外的凹槽结构，凹槽结构在晶圆键合后将被键合介质与硅的共晶体所填充。该结构有助于提高金‑硅键合强度，并能够有助于提高真空密封的真空度。在该结构的制造工艺中，使用气态HF对键合表面进行处理，去除表面的二氧化硅，保障金‑硅键合强度的同时避免微结构的粘连。

Wafer level packaging MEMS chip structure and processing method based on wafer bonding technology

The invention relates to a wafer-level packaging MEMS chip structure based on wafer bonding technology and its manufacturing method. The chip consists of a substrate layer, a device layer and a cap layer. The three layers are bonded together to form a cavity structure which can be moved by a comb microstructure on the device layer. The coplanar electrode is used to interconnect the device layer structure in the cavity structure with the electrode pad outside the cavity structure, and there is an array pit structure on the bonding surface between the device layer and the substrate. A groove structure is arranged on the bonding seal ring of the device layer, and the groove structure is filled with the eutectic of the bonding medium and silicon after the wafer bonding. The structure can help improve the bonding strength of gold and silicon and help improve vacuum degree of vacuum sealing. In the fabrication process of this structure, the bonding surface is treated by HF to remove the surface silicon dioxide, which ensures the bonding strength and avoids the adhesion of microstructure.

【技术实现步骤摘要】
基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构及其加工方法
本专利技术属于微机电系统(MEMS)领域，涉及一种MEMS芯片结构及其加工方法，特别是一种全硅基的基于晶圆键合的圆片级封装MEMS芯片结构及其加工方法。
技术介绍
具有谐振结构的MEMS器件如MEMS惯性器件、振荡器、滤波器等，工作过程中空气阻尼对其性能影响明显。真空封装是保证器件高Q值、低插损、低能耗的必要条件。按照加工工艺不同，MEMS真空封装可以分为器件级真空封装和圆片级真空封装两种。圆片级真空封装采用硅微加工工艺，能极大地缩小器件整体外形尺寸，同时可以最大限度保护MEMS器件中的可动结构在划切过程中水流及颗粒的污染，有利于降低批量成本，提高产品的一致性、成品率与可靠性。早期发展的MEMS器件采用硅-玻璃结构，利用阳极键合技术将二者结合在一起，也可以实现圆片级的封装，但两种材料之间存在热失配，热失配诱导的应力成为制约MEMS器件性能提高的瓶颈。采用全硅结构，可以解决硅-玻璃结构中材料不匹配带来的应力问题，发展全硅基的圆片级封装的MEMS器件是实现器件小型化、提高器件性能、实现与IC的高密度集成进而实现微系统的必然选择。目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，包括衬底层(1)、器件层(2)和盖帽层(3)，三层结构依次键合，形成一个可供器件层上的梳齿微结构(4)移动的空腔结构(5)。

【技术特征摘要】
1.一种基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，包括衬底层(1)、器件层(2)和盖帽层(3)，三层结构依次键合，形成一个可供器件层上的梳齿微结构(4)移动的空腔结构(5)。2.如权利要求1所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，器件层(2)上形成用于支撑盖帽层(3)的锚区结构(8)，使得器件层(2)与盖帽层(3)键合后形成覆盖梳齿结构上表面的空腔；衬底层(1)上形成用于支撑器件层(2)的凸台，使得器件层(2)与衬底层(1)键合后形成覆盖梳齿结构下表面的空腔。3.如权利要求1或2所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，盖帽层与器件层的键合面上，具有二氧化硅层(9)，实现盖帽层与器件层的绝缘。4.如权利要求1或2所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，所述衬底层(1)在键合面上硅片从内到外依次布有第一二氧化硅层(14)、金属电极层(15)、第二二氧化硅层(16)和键合介质层(17)；所述第二二氧化硅层上具有过孔，使得金属电极层(15)与键合介质层(17)相连通。5.如权利要求4所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，键合介质层(17)沿器件层(2)背面的外缘形成键合密封环(12)。6.如权利要求5所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，所述键合密封环(12)上有一条或数条沿贯通于键合密封环(12)内外的凹槽结构(20)，凹槽结构在晶圆键合后将被键合介质(17)与硅的共晶体填充。7.如权利要求1或5所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，在器件层(2)与衬底层(1)的所有键合面上分布有阵列凹坑结构(13)。8.如权利要求7所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，所述阵列凹坑结构与凹槽结构深度相同。9.根据权利要求7所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，所述阵列凹坑结构，凹坑为正方形、长方形椭圆形或圆形，外形尺寸为10um-40um，凹坑的占空比为30％-60％；凹坑的深度为0.5um-4um。10.如权利要求4所述的基于晶圆键合工艺的圆片级封装MEMS芯片结构，其特征在于，采用在衬底层上金属电极层(15)形成平面电极结构，实现空腔结构(5)内的器件层结构(6)与空腔外电极焊盘(7)的互联。11.根据权利要求4所述的基于晶圆键合工艺的圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福民，张乐民，梁德春，刘宇，张树伟，李男男，庄海涵，邢朝洋，徐宇新，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11