一种MEMS器件晶圆级系统封装方法以及封装结构技术方案

本发明专利技术提供了一种MEMS器件晶圆级系统封装方法以及封装结构。所述方法包括：提供MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环；提供承载晶圆，在所述承载晶圆上形成有与所述第一密封环上下对应的第二密封环；通过所述第一密封环和所述第二密封环将所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合，以在所述MEMS芯片和所述承载晶圆之间形成容纳所述MEMS器件的密闭的空腔。本发明专利技术的所述方法不仅能满足对于器件的气密性要求，可以达到各个传感元件间的高效连通，同时可从封装单个器件提升到单次晶圆级封装的水平，制备效率更加高效，不仅可以防止器件的物理损耗，还可以保护其避免外界环境的干扰，有利于器件的性能和长期稳定性。

A Packaging Method and Structure for Wafer Level System of MEMS Devices

The invention provides a packaging method and a packaging structure of a wafer level system of a MEMS device. The method includes: providing a micro-electro-mechanical chip, forming a micro-electro-mechanical device on the micro-electro-mechanical chip and a first sealing ring on the outer side of the micro-electro-mechanical device; providing a bearing wafer on which a second sealing ring corresponding to the upper and lower parts of the first sealing ring is formed; and joining the micro-electro-mechanical chip with the bearing wafer through the first sealing ring and the second sealing ring. A closed cavity is formed between the MEMS chip and the carrying wafer to accommodate the MEMS device. The method of the invention can not only satisfy the requirement of air tightness of the device, but also achieve the high-efficiency connectivity among the sensor elements. At the same time, it can improve the preparation efficiency from packaging a single device to single wafer level packaging, which can not only prevent the physical loss of the device, but also protect it from interference from the external environment, and is beneficial to the performance and long-term stability of the device. Qualitative.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS器件晶圆级系统封装方法以及封装结构
本专利技术涉及半导体
，具体而言涉及一种MEMS器件晶圆级系统封装方法以及封装结构。
技术介绍
系统封装(SysteminPackage，简称SiP)将多个不同功能的有源元件，以及无源元件、微机电系统(MEMS)、光学元件等其他元件，组合到一个单元中，形成一个可提供多种功能的系统或子系统，允许异质IC集成，是最好的封装集成技术。与传统的SIP相比，晶圆级封装(waferlevelpackage，WLP)是在晶圆上完成封装制程，具有大幅减小封装结构的面积、降低制造成本、优化电性能、批次制造等优势，可明显的降低工作量与设备的需求。MEMS器件封装与传统微电子封装的不同点在于MEMS封装要求封装盖帽不能与微机械器件接触。而且，很多结构器件的工作特性强烈依赖于密封腔室的气密性，维持器件良好的气密性不仅利于其工作性能，而且可以有效隔绝外部环境对器件的干扰，显著延长器件的服役时间。大多数的MEMS使用的制造工艺在制造过程结束后，将其机械结构部分暴露在外，未受保护的机械元件如果跟物体接触，MEMS裸片容易受到损坏，除此之外MEMS也非常容易受到微粒、水蒸气、静摩擦力、腐蚀的影响而损坏，因此对MEMS裸片进行保护、封装是十分重要的。针对MEMS的封装，如何简化工艺并且保证气密性以对MEMS裸片进行保护成为目前需要解决的问题。
技术实现思路
鉴于晶圆级系统封装的显著优势，如何能够更好的实现晶圆级系统封装是本专利技术要解决的技术问题。本专利技术一方面提供一种MEMS器件晶圆级系统封装方法，所述方法包括：提供MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环；提供承载晶圆，在所述承载晶圆上形成有与所述第一密封环上下对应的第二密封环；通过所述第一密封环和所述第二密封环将所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合，以在所述MEMS芯片和所述承载晶圆之间形成容纳所述MEMS器件的密闭的空腔。可选地，所述方法包括：在所述MEMS芯片上形成与所述MEMS器件电连接的第一导电柱结构；在所述承载晶圆上形成与所述第一导电柱结构上下对应的第二导电柱结构，所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合之后，所述第一导电柱结构和所述第二导电柱结构相接触。本专利技术还提供了一种MEMS器件晶圆级系统封装结构，所述封装结构包括：MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环；承载晶圆，在所述承载晶圆上形成有与所述第一密封环上下对应的第二密封环；其中，所述MEMS芯片形成有MEMS器件的表面沿垂直所述承载晶圆表面的方向直接堆叠接合于所述承载晶圆上；密闭的空腔，由所述MEMS芯片、所述承载晶圆、所述第一密封环和第二密封环所限定。可选地，在所述MEMS芯片上还设置有与所述MEMS器件电连接的第一导电柱结构，在所述承载晶圆上形成有与所述第一导电柱结构上下对应的第二导电柱结构，所述第一导电柱结构和所述第二导电柱结构相接触。本专利技术还提供了一种封装体结构，所述封装体结构通过将上述的晶圆级系统封装结构切割得到，每个所述封装体结构包含至少一个MEMS芯片。本专利技术的提供了一种MEMS器件晶圆级SIP封装结构和方法，该结构不仅能满足对于器件的气密性要求，可以达到各个传感元件间的高效连通，同时可从封装单个器件提升到单次晶圆级封装的水平，制备效率更加高效，不仅可以防止器件的物理损耗，还可以保护其避免外界环境的干扰，有利于器件的性能和长期稳定性。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1A至图1B示出了本专利技术一个具体实施方式对MEMS芯片制备方法依次实施所获得结构的剖面示意图；图2示出了本专利技术一个具体实施方式对器件芯片制备方法实施所获得结构的剖面示意图；图3A至图3D示出了本专利技术一个具体实施方式将MEMS芯片和器件芯片接合至承载晶圆的制备方法依次实施所获得结构的剖面示意图；图3E示出了本专利技术一个具体实施方式将MEMS芯片和器件芯片接合至承载晶圆后的俯视图(注塑层未示出)；图4A至图4B示出了本专利技术另一个具体实施方式对MEMS芯片制备方法依次实施所获得结构的剖面示意图；图5示出了本专利技术另一个具体实施方式对器件芯片制备方法实施所获得结构的剖面示意图；图6A至图6D示出了本专利技术另一个具体实施方式将MEMS芯片和器件芯片接合至承载晶圆的制备方法依次实施所获得结构的剖面示意图；图7A示出了附图4B中左侧虚线方框内结构的局部放大图；图7B示出了附图4B中右侧虚线方框内结构的局部放大图；图8A示出了附图5中左侧虚线方框内结构的局部放大图；图8B示出了附图5中右侧虚线方框内结构的局部放大图；图9示出了本专利技术另一个具体实施方式将MEMS芯片和器件芯片接合至承载晶圆后的俯视图(注塑层未示出)；图10示出了附图6A中虚线方框内结构的局部放大图；图11示出了本专利技术一个具体实施方式的晶圆级系统封装方法的流程图。具体实施方式为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细步骤和结构，以便阐释本专利技术提出的技术方案。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。目前为了解决上述MEMS芯片封装中存在的问题，针对MEMS芯片的封装方法为在晶圆的表面做一层金属或陶瓷盖子，从而达到器件的气密性结构要求或对晶圆进行切割后对单个芯片依次进行释放和密封，但是所述方法步骤繁琐，并且密封效果不好。鉴于目前MEMS芯片封装中存在的问题，本专利技术提出一种MEMS器件晶圆级系统封装方法，如图11所示，所述方法包括：步骤S1：提供MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环；步骤S2：提供承载晶圆，在所述承载晶圆上形成有与所述第一密封环上下对应的第二密封环；步骤S3：通过所述第一密封环和所述第二密封环将所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合，以在所述MEMS芯片和所述承载晶圆之间形成容纳所述MEMS器件的密闭的空腔。本专利技术的提供了一种MEMS器件晶圆级SIP封装结构和方法，该结构不仅能满足对于器件的气密性要求，可以达到各个传感元件间的高效连通，同时可从封装单个器件提升到单次晶圆级封装的水平，制备效率更加高效，不仅可以防止器件的物理损耗，还可以保护其避免外界环境的干扰，有利于器件的性能和长期稳定性。实施例一下面，参考图1A至图1B、图2以及图3A至图3D对MEMS器件晶圆级系统封装方法进行详细的说明。作为示例，本专利技术的MEMS器件晶圆级系统封装方法，包括以下步骤：首先，执行步骤一，如图1A-1B所示，提供MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件101和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环103。具体地，所述MEMS芯片的形成方法包括：执行步骤A：如图1A所示，提供MEMS晶圆100，在所述MEMS晶圆上形成有多个所述MEMS芯片。可选地，所述MEMS晶圆100包括半导体衬底，半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP、InGaAs或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述方法包括：提供MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环；提供承载晶圆，在所述承载晶圆上形成有与所述第一密封环上下对应的第二密封环；通过所述第一密封环和所述第二密封环将所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合，以在所述MEMS芯片和所述承载晶圆之间形成容纳所述MEMS器件的密闭的空腔。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS器件晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述方法包括：提供MEMS芯片，在所述MEMS芯片上形成有MEMS器件和位于所述MEMS器件外侧的第一密封环；提供承载晶圆，在所述承载晶圆上形成有与所述第一密封环上下对应的第二密封环；通过所述第一密封环和所述第二密封环将所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合，以在所述MEMS芯片和所述承载晶圆之间形成容纳所述MEMS器件的密闭的空腔。2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述方法包括：在所述MEMS芯片上形成与所述MEMS器件电连接的第一导电柱结构；在所述承载晶圆上形成与所述第一导电柱结构上下对应的第二导电柱结构，所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合之后，所述第一导电柱结构和所述第二导电柱结构相接触。3.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于，在所述MEMS芯片上，所述第一导电柱结构位于所述第一密封环的内侧或外侧，或所述第一导电柱结构绝缘地内嵌于所述第一密封环中。4.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于，所述第一导电柱结构内嵌于所述第一密封环中，所述第二导电柱结构内嵌于所述第二密封环中，并且在所述第一导电柱结构和所述第一密封环之间设置有第一绝缘层，所述第二导电柱结构和所述第二密封环之间设置有第二绝缘层。5.如权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述承载晶圆中形成有凹槽，所述第二导电柱结构、所述第二密封环和所述第二绝缘层形成于所述凹槽中，并且所述第二导电柱结构、所述第二密封环和所述第二绝缘层的顶部表面均低于所述承载晶圆的顶部表面，所述第二绝缘层的顶部表面不高于所述第二导电柱结构和所述第二密封环的顶部表面。6.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述第一密封环的材料为导电材料或绝缘材料。7.如权利要求1至6之一所述的封装方法，其特征在于，所述方法还包括：提供器件芯片，其中，所述MEMS芯片和所述器件芯片间隔、交替设置，在所述器件芯片上形成有功能器件和位于所述功能器件外侧的第三密封环；在所述承载晶圆上形成有与所述第三密封环上下对应的第四密封环；通过所述第三密封环和所述第四密封环将所述器件芯片与所述承载晶圆接合，以在所述器件芯片和所述承载晶圆之间形成密闭的空腔。8.如权利要求1至6之一所述的封装方法，其特征在于，所述MEMS芯片的制备方法包括：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆上形成有多个所述MEMS芯片，在所述MEMS芯片上制作第一导电柱和第一密封环，所述第一导电柱制作在MEMS芯片上，或先在所述MEMS晶圆的正面形成重布线层，所述第一导电柱制作在重布线层上；将所述MEMS晶圆进行切割，以得到多个独立的所述MEMS芯片。9.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于，在将所述MEMS芯片与所述承载晶圆接合之后，所述方法还包括：执行回流步骤，以使所述第一导电柱结构和所述第二导电柱结构形成稳定的电连接；对所述承载晶圆的正面进行注塑工艺，以形成注塑层覆盖所述MEMS芯片；执行芯片切割工艺，以得到包含至少一个所述MEMS芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖萨仁，石虎，李洪昌，孙尧中，李海江，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33