一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法和结构技术

本发明专利技术提供一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法和结构，首先在ASIC处理电路IC圆片的正面形成一层再布线层，紧接着在再布线层涂敷一层有机物，光刻刻蚀图形化形成微腔阵列；然后将MEMS器件的正面电极pad层与微腔阵列对准键合形成闭合空腔结构；将MEMS器件背面硅衬底层减薄抛光至所需厚度，光刻图形化刻蚀暴露出MEMS器件正面电极pad层、再布线层的电学接触区；最后，制作金属连接件连接电极Pad层以及电学接触区。本发明专利技术降低了MEMS器件的整体体积、成本，实现芯片倒装键合、提高成品率。

An Integrated Packaging Method and Structure of MEMS Device and ASIC Processing Circuit IC

The invention provides an integrated encapsulation method and structure of a MEMS device and an ASIC processing circuit IC. Firstly, a layer of re-wiring layer is formed on the front of the IC wafer of the ASIC processing circuit, then a layer of organic matter is coated on the re-wiring layer, and a micro-cavity array is formed by photoetching graphically; secondly, the pad layer of the front electrode of the MEMS device and the micro-cavity array are formed. A closed cavity structure is formed by alignment bonding; the silicon substrate layer on the back of the device is thinned and polished to the required thickness, and the electrical contact area of pad layer and re-wiring layer of the front electrode of the device is exposed by photolithography graphical etching; finally, the metal connector is made to connect the electrode Pad layer and the electrical contact area. The invention reduces the overall volume and cost of the MEMS device, realizes chip flip bonding and improves the yield.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法和结构
本专利技术属于微机电系统(MEMS)领域，更具体的涉及一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法和结构。
技术介绍
AlNMEMS器件是一种采用ALN为压电材料的传感器或者执行器，不断朝小型化集成化的方向发展，在要求缩小尺寸、增加性能的同时，还必须降低成本。采用ALN材料不仅有好的导热能力，较高的介电常数，还能与CMOS工艺兼容；AlNMEMS器件不仅具有较高的电学特性、较好的机械性能和光学传输特性，制作工艺简单且成本较低，从而广泛应用于工业、医学等。目前产业化商业化应用包括薄膜体声波谐振器、超声波传感器、压电换能器等。对于紧密复杂的ALNMEMS器件，需要保护器件内部的可动部件，保证器件的高性能指标。为了避免长时间接触复杂的工作环境，后续的集成封装也显得格外重要。目前主要的集成封装技术方案有:美国InvenSense公司提出了一种MEMS-IC单片集成式的MEMS圆片级真空封装的技术方案，采用薄膜体声波器件、超声波传感器等作为衬底，ASIC信号处理IC堆叠其上并且通过其体内的TSV互连实现信号引出；近年来企业以及研究机构多数采用的是Post-CMOS单片集成技术，广泛用于后续的量产化制造，在正常的IC工艺流程结束后，通过MEMS微机械加工进行MEMS器件的制作，实现单片集成MEMS系统；1960年IBM公司开发了倒装芯片封装技术，一般是在芯片的正面制作焊点阵列作为输入、输出端子并以倒扣方式焊接于封装基板上，采用下填充有机物稳固焊接键合过程。然而，基于TSV技术的圆片级真空封装技术复杂度高、对IC设计影响大，ASIC与MEMS芯片的面积需要保持一致，而IC技术按比例缩小的速度要远超过MEMS技术，要求两者的芯片面积保持一致会导致芯片面积浪费以及成本提高。Post-CMOS单片集成技术虽然对CMOS工艺要求低，但在高温加工ALNMEMS器件时会对CMOS电路产生较大的影响。倒装芯片技术无法将AlNMEMS器件形成闭合空腔结构。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法和结构，用于使MEMS器件实现闭合空腔结构并且能够与ASIC处理电路IC圆片实现电气互联。本专利技术采用如下技术方案：一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在ASIC处理电路IC圆片上光刻图形化沉积一层再布线层；2)在该再布线层上旋涂一层有机物作为键合层，并光刻形成有微腔阵列；3)将MEMS器件正面的电极pad层与该微腔阵列对准并键合，以形成闭合空腔结构；4)将键合后的MEMS器件背面的硅衬底层减薄抛光至所需厚度；5)将MEMS器件光刻图形化以使电极pad层形成外凸的连接部，在键合层上开孔露出再布线层的电学接触区；6)在连接部和键合层上制作金属连接件，以使该电极pad层与电学接触区电连接。所述MEMS器件为超声波传感器、体声波传感器或压电储能器。所述MEMS器件依次包括所述硅衬底层、氧化层、下电极层、压电层、上电极层、表面钝化层和所述电极pad层。所述再布线层为Al层或Cu层或Al/Cu层。所述键合层为苯并环丁烯或BCB层。所述闭合空腔结构为真空的闭合空腔结构。步骤4)中，所述所需厚度为小于等于10um。所述电极pad层为Al层或Cu层或Al/Cu层。所述金属连接件为焊盘或引线或焊球。一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成结构，包括ASIC处理电路IC圆片和MEMS器件，其特征在于，还包括再布线层、键合层和金属连接件；该再布线层位于该ASIC处理电路IC圆片的表面并设有电学接触区；该键合层位于再布线层表面，其设有微腔阵列和开孔，该开孔与电学接触区对应；该MEMS器件的电极pad层与键合层的微腔阵列对准键合形成闭合空腔结构，该电极pad层设有外凸的连接部；该金属连接件与连接部、电学接触区电性连接。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的方法，不仅能够使MEMS器件形成闭合空腔结构、与ASIC处理电路IC圆片之间形成电气互联，避免了ASIC与MEMS芯片的面积不一致导致的集成封装问题，还降低了MEMS器件的整体体积、成本，实现芯片倒装键合、提高成品率。对于未来走向集成封装，后续的测试及其应用提供了便利。2、本专利技术采用有机物(优选BCB)键合技术，键合温度温度低，热学、化学、力学稳定性好，与集成电路工艺兼容性好。附图说明图1为封装结构图；图2为本专利技术方法流程图(再布线层)；图3为本专利技术方法流程图(键合层)；图4为本专利技术方法流程图(键合)；图5为本专利技术方法流程图(减薄抛光)；图6为本专利技术方法流程图(连接部)；其中：100为ASIC处理电路IC圆片，200为MEMS器件，210为硅衬底层，220为氧化层，230为下电极层，240为压电层，250为上电极层，260为表面钝化层，270为电极pad层，300为再布线层，400为键合层，410为微腔阵列，500为金属连接件。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，对应的，以元件在上一面为正面、在下一面为背面以便于理解，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。本专利技术提出的一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装结构，参见图1，包括ASIC处理电路IC圆片100、MEMS器件200、再布线层300、键合层400和金属连接件500等。该再布线层300位于该ASIC处理电路IC圆片100的表面并设有电学接触区，该再布线层300为Al层或Cu层或Al/Cu层。该键合层400位于再布线层300表面，其设有微腔阵列410和开孔，该开孔与电学接触区对应。该键合层400为苯并环丁烯或BCB层等有机物。该MEMS器件200的电极pad层270与键合层400的微腔阵列410对准键合形成闭合空腔结构，该电极pad层270设有外凸的连接部，该闭合空腔结构为真空的闭合空腔结构，电极pad层270为Al层或Cu层或Al/Cu层等。该金属连接件500与连接部、电学接触区电性连接，该金属连接件500为焊盘或引线或焊球等。MEMS器件200为多层薄膜叠层结构阵列，依次包括硅衬底层210(厚度大致为200-500um不等)、氧化层220、下电极层230(Mo、Al、Cu等的一种)、压电层240(AlN，厚度0.1-5μm)、上电极层250(Mo、Al、Cu等的一种)、表面钝化层260(SiO2)以及电极pad层270(Al、Cu、Al/Cu等的一种)。该MEMS器件200不限于此，其可为超声波传感器、体声波传感器或压电储能器等。优选的，封装后的硅衬底层210厚度不大于10μm，下电极层230采用Mo,压电材料层采用AlN，厚度0.1-5μm。上电极采用Al，表面钝化层260采用氧化层220，电极pad层270采用铝。ASIC处理电路IC为配合MEMS器件200的信号处理电路。参见图2，本专利技术还提出一种ME本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在ASIC处理电路IC圆片上光刻图形化沉积一层再布线层；2)在该再布线层上旋涂一层有机物作为键合层，并光刻形成有微腔阵列；3)将MEMS器件正面的电极pad层与该微腔阵列对准并键合，以形成闭合空腔结构；4)将键合后的MEMS器件背面的硅衬底层减薄抛光至所需厚度；5)将MEMS器件光刻图形化以使电极pad层形成外凸的连接部，在键合层上开孔露出再布线层的电学接触区；6)在连接部和键合层上制作金属连接件，以使该电极pad层与电学接触区电连接。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在ASIC处理电路IC圆片上光刻图形化沉积一层再布线层；2)在该再布线层上旋涂一层有机物作为键合层，并光刻形成有微腔阵列；3)将MEMS器件正面的电极pad层与该微腔阵列对准并键合，以形成闭合空腔结构；4)将键合后的MEMS器件背面的硅衬底层减薄抛光至所需厚度；5)将MEMS器件光刻图形化以使电极pad层形成外凸的连接部，在键合层上开孔露出再布线层的电学接触区；6)在连接部和键合层上制作金属连接件，以使该电极pad层与电学接触区电连接。2.如权利要求1所述的一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法，其特征在于，所述MEMS器件为超声波传感器、体声波传感器或压电储能器。3.如权利要求1所述的一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法，其特征在于，所述MEMS器件依次包括所述硅衬底层、氧化层、下电极层、压电层、上电极层、表面钝化层和所述电极pad层。4.如权利要求1所述的一种MEMS器件与ASIC处理电路IC的集成封装方法，其特征在于，所述再布线层为Al层或Cu层或Al/Cu层。5.如权利要求1所述的一种MEMS...

【专利技术属性】
技术研发人员：马盛林，龚丹，邱奕翔，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35