一种MEMS器件的晶圆级封装方法技术

本申请公开了一种MEMS器件的晶圆级封装方法。首先，在MEMS晶圆上制作MEMS器件，在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构。其次，将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆键合在一起，所述封装结构与MEMS晶圆一起将MEMS器件密闭包围。再次，去除该临时键合材料从而将承载晶圆与封装结构相剥离，完成对MEMS器件的封装。本申请使得封装结构的制作过程不会影响或损害MEMS器件，降低了MEMS器件在封装过程中的损坏几率，封装材料的可选范围较宽，降低了封装成本。

A wafer-level packaging method for MEMS devices

This application discloses a wafer-level packaging method for a MEMS device. Firstly, the micro-electro-mechanical devices are fabricated on the MEMS wafer, and the packaging structure is attached to the load-bearing wafer by temporary bonding materials. Secondly, the packaging structure on the bearing wafer is bonded to the MEMS wafer, and the packaging structure encloses the MEMS devices together with the MEMS wafer. Thirdly, by removing the temporary bonding material, the bearing wafer and the packaging structure are peeled off to complete the packaging of the MEMS devices. This application makes the fabrication process of the packaging structure not affect or damage the MEMS devices, reduces the damage probability of the devices in the packaging process, widens the selection range of packaging materials, and reduces the packaging cost.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS器件的晶圆级封装方法
本申请涉及一种晶圆级封装（WLP，WaferLevelPackage）方法，特别是涉及一种MEMS（MicroElectroMechanicalSystem，微机电系统）器件的晶圆级封装方法。
技术介绍
MEMS器件是一种具有机械可动结构的微电子器件，用来将电信号转换为位移、速度、振动、声波等物理信号，也可以将这些物理信号转换为电信号。MEMS器件中的机械可动结构通常在几微米至几百微米之间。在该几何尺度下，机械可动结构容易受到环境中灰尘、湿气、以及挥发性化学物质的干扰及破坏。例如，环境中颗粒较大的灰尘沉积到MEMS器件的机械可动结构的空隙中，引起机械可动结构的失效。又如，环境中的湿气在MEMS器件的机械可动结构上的凝结、挥发会引起机械可动结构的黏连。再如，MEMS器件对环境中特定气体成分的吸附，引起MEMS器件谐振频率的改变和/或灵敏度漂移等。因此，MEMS器件需要进行封装，以隔离、保护其机械可动结构不受外界环境的影响。传统的MEMS器件的封装方法属于芯片级封装（CSP，ChipScalePackage），封装完成后的产品如图1所示。芯片级封装方法主要采用金属封盖和陶瓷基板（也称管壳）对MEMS器件进行封装。由于工艺互不兼容，MEMS芯片、金属封盖、陶瓷基板需要在各自的加工厂单独加工。MEMS芯片包括硅衬底及其上形成的MEMS器件，通过贴片、引线键合、封帽工艺等对每颗MEMS芯片进行独立的封装，使MEMS芯片密封在由金属封盖和陶瓷基板所形成的空腔内。芯片级封装方法具有成品率较低、成本较高、最终产品的尺寸较大等缺点。针对芯片级封装技术的缺点，晶圆级封装技术应运而生。晶圆级封装技术是对整片晶圆（wafer）进行封装测试后，再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片（chip）尺寸与裸片（die）尺寸完全一致。根据不同的工艺，MEMS器件的晶圆级封装方法可归结为两类，第一类是采用晶圆键合（waferbonding）方法，第二类是采用薄膜沉积（thinfilmdeposition）方法。晶圆级封装方法具有成本较低、最终产品的尺寸较小等优点。采用晶圆键合方法的晶圆级封装成品如图2所示。该方法首先在封帽晶圆上刻蚀出所需的空腔，并沉积用于形成密封环的特殊材料；然后利用金金共晶、铝锗共晶等晶圆键合的方法，将具有空腔的封帽晶圆与MEMS器件所在的晶圆键合到一起，使MEMS器件密封在空腔内。后续通过TSV（硅通孔）、引线键合等再布线技术将器件引线连接到外面。这种封装方法需要在芯片结构上制作用于形成密封环的特殊材料，密封环的宽度通常在50～200μm之间，会显著地增大MEMS器件的芯片尺寸，增加其封装成本。采用薄膜沉积方法的晶圆级封装成品如图3所示。该方法首先在MEMS器件上方沉积牺牲层；然后在牺牲层上方沉积支撑层，并在支撑层上刻蚀出释放孔；后续通过干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除牺牲层，形成容纳MEMS器件的空腔；最后沉积密封层对释放孔进行填充完成对释放孔的密封，使MEMS器件密封在空腔内。后续通过TSV、引线键合等再布线技术将器件引线连接到外面。这种封装方法在填充释放孔时，部分填充材料有可能会通过释放孔沉积到MEMS器件上形成玷污，造成MEMS器件的失效。申请公布号为CN105565255A、申请公布日为2016年5月11日的中国专利技术专利申请《MEMS的晶片级封装》公开了一种采用两层聚合物膜制造MEMS封装结构的方案。该方案是在MEMS器件所在的晶圆上制造由两层聚合物膜形成的封装结构，一方面整个工艺过程会极大地增加MEMS器件的损害几率，另一方面为减少对MEMS器件的损害势必对聚合物膜的材料以及释放工艺有着较为严格的限制。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种MEMS器件的晶圆级封装方法，需要尽可能降低封装过程对MEMS器件的损害几率，同时增加封装结构的材料及工艺选择面。为解决上述技术问题，本申请MEMS器件的晶圆级封装方法为：首先，在MEMS晶圆上制作MEMS器件，在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构。其次，将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆键合在一起，所述封装结构与MEMS晶圆一起将MEMS器件密闭包围。再次，去除该临时键合材料从而将承载晶圆与封装结构相剥离，完成对MEMS器件的封装。优选地，所述承载晶圆为单晶硅或玻璃。上述晶圆材料可以满足承载封装结构的需求，并具有成本低的优点。优选地，所述临时键合材料具有热敏、光敏、或易于被化学药剂腐蚀的特性，以便于在后续工艺过程中有效地将封装结构从承载晶圆上剥离下来。这为临时键合材料提供了较为宽泛的选择，便于在不同的生产环境中选择各具特色的临时键合材料。优选地，所述封装结构为有机聚合物材料。有机聚合物材料可以满足构筑封装结构的需求，并具有键合温度低的特点，可为MEMS器件的加工过程增加温度预算。进一步地，所述在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构包括：在承载晶圆上先后沉积临时键合材料、第一层聚合物、第二层聚合物和粘合层；在第一层聚合物、第二层聚合物和粘合层上形成引线孔和空腔；引线孔贯穿粘合层、第二层聚合物和第一层聚合物；空腔贯穿粘合层和第二层聚合物；引线孔和空腔共同构成封装结构。这是本申请提供的制造封装结构的第一种实现方式。进一步地，所述在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构包括：在承载晶圆上先后沉积临时键合材料、第一层聚合物和第二层聚合物；在第一层聚合物和第二层聚合物上形成引线孔和空腔；引线孔贯穿第二层聚合物和第一层聚合物；空腔贯穿第二层聚合物；引线孔和空腔共同构成封装结构。这是本申请提供的制造封装结构的第二种实现方式。优选地，所述第一层聚合物、第二层聚合物为环氧树脂、聚酰亚胺、SU-8光刻胶、苯并环丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、帕里纶中的任意一种或多种的组合。上述有机聚合物材料可以满足构筑封装结构的需求，并提供了较为宽广的选择面，以便在不同的生产环境中选择各具特色的封装结构材料。进一步地，所述将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆键合在一起包括：将MEMS器件的电极与封装结构上的引线孔对准，MEMS器件以及MEMS晶圆上的空腔与封装结构上的空腔对准；再由粘合层或第二聚合物层将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆牢固连接。这是本申请提供的键合步骤的实现方式，其中作为粘合材料的可以是粘合剂。如果第二聚合物层的粘附性能足以满足要求，也可省略粘合剂，直接以第二聚合物层作为粘合材料。进一步地，所述封装结构与MEMS晶圆一起将MEMS器件密闭包围包括：封装结构中的空腔与MEMS晶圆上的空腔一起构成了密封MEMS器件的密闭空腔。该密闭空腔由MEMS晶圆、粘合层、第二层聚合物、第一层聚合物共同形成。或者，该密闭空腔由MEMS晶圆、第二层聚合物、第一层聚合物共同形成。这是本申请提供的用来密封保护MEMS器件的密闭空腔的制造步骤。优选地，所述沉积工艺包括化学气相沉积、物理气相沉积、旋涂或贴合。这为封装过程的具体实现提供了可供选择的工艺。本申请取得的技术效果是：首先，MEMS器件和封装结构分别在两片晶圆上独立制作完成，这使得封装结构的制作过程不会影响或损害MEMS器件。而后再通过键合工艺一次性地将MEMS器件密封装配在封装结构之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，首先，在MEMS晶圆上制作MEMS器件，在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构；其次，将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆键合在一起，所述封装结构与MEMS晶圆一起将MEMS器件密闭包围；再次，去除该临时键合材料从而将承载晶圆与封装结构相剥离，完成对MEMS器件的封装。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，首先，在MEMS晶圆上制作MEMS器件，在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构；其次，将承载晶圆上的封装结构与MEMS晶圆键合在一起，所述封装结构与MEMS晶圆一起将MEMS器件密闭包围；再次，去除该临时键合材料从而将承载晶圆与封装结构相剥离，完成对MEMS器件的封装。2.根据权利要求1所述的MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，所述承载晶圆为单晶硅或玻璃。3.根据权利要求1所述的MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，所述临时键合材料具有热敏、光敏、或易于被化学药剂腐蚀的特性，以便于在后续工艺过程中有效地将封装结构从承载晶圆上剥离下来。4.根据权利要求1所述的MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，所述封装结构为有机聚合物材料。5.根据权利要求4所述的MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，所述在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构包括：在承载晶圆上先后沉积临时键合材料、第一层聚合物、第二层聚合物和粘合层；在第一层聚合物、第二层聚合物和粘合层上形成引线孔和空腔；引线孔贯穿粘合层、第二层聚合物和第一层聚合物；空腔贯穿粘合层和第二层聚合物；引线孔和空腔共同构成封装结构。6.根据权利要求4所述的MEMS器件的晶圆级封装方法，其特征是，所述在承载晶圆上通过临时键合材料附着封装结构包括：在承载晶圆上...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯端，李平，胡念楚，贾斌，
申请(专利权)人：锐迪科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31