一种具有TSV结构的MEMS芯片制造技术

本实用新型专利技术属于芯片封装的技术领域，公开了一种具有TSV结构的MEMS芯片，在盖板的深槽内壁上覆盖一层绝缘氧化层，使其成为氧化深槽，并在氧化深槽内充满深槽多晶硅，成为TSV结构，MEMS结构的电信号既可以通过第一键合金属块和TSV导电柱连接到顶层金属图形上，也可以通过第二键合金属块、金属导线和深槽多晶硅连接到顶层金属图形上，达到了一个TSV结构导通二路电信号的目的，MEMS芯片体积小，方便MEMS结构的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种具有TSV结构的MEMS芯片
本技术涉及一种MEMS圆片级气密性封装的工艺方法，具体是一种具有TSV结构的MEMS芯片，属于芯片封装的

技术介绍
MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)芯片中通常具有可动结构，非常脆弱，需要通过密封空腔封装的方法保护，传统的封装方法是采用陶瓷管壳，金属管壳，预成型塑料管壳等进行空腔封装，但MEMS可动结构(简称MEMS结构)在封装过程中很容易受到污染或损伤，所以现在大部分MEMS芯片制造过程中，采用圆片级气密性封装的方法为MEMS结构加个盖板，将可动部分(即MEMS结构)保护起来，然后再进行与普通电子元器件类似的封装。圆片级封装技术是对制作有电子芯片的圆片进行整体封装，测试后再切割成单个电子芯片的加工技术。圆片级封装后的芯片后续加工方便，不需要1000级以上的超净环境，圆片切割时也不需要特殊保护，节约了加工成本。TSV(Through-Silicon-Via)圆片级封装技术是圆片级气密性封装中芯片面积最小的一种，即在电子芯片的盖板圆片上直接制作深孔或深槽，将电信号从电子芯片中引出的方法，TSV结构为密封腔的一个组成部分。对于MEMS加速度计、陀螺仪、时钟等芯片，其结构材料通常为Si，盖板一般是用与MEMS结构相同的Si材料制作，上面制作有上凹腔。盖板的主要作用是与底板(底板上一般制作有下凹腔)一起，形成一个密封的空腔，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，还可保证MEMS结构不受外部环境的干扰。底板可以是集成电路芯片，也可以是不带电路的Si材料。考虑到应力和后续加工的工艺兼容性问题，MEMS芯片TSV圆片级气密性封装通常在盖板圆片上制作环形深槽，经过氧化工艺形成绝缘深槽壁，再用掺杂多晶Si填埋深槽，形成TSV，真正起到引线作用的是由环形深槽包围的盖板Si部分；这个方法中，由于深槽蚀刻时的深宽比达到(20～30)：1，以及后续加工的要求，TSV的面积不能太小，根据不同的产品，TSV占整个MEMS芯片的面积可达40％，这就降低了TSV的优越性，而且为MEMS可动结构的设计带来诸多不变。应用于集成电路等电子器件的TSV圆片级封装技术中，深槽中填充的一般是金属，没有空腔，也没有可动结构，专利CN201811494478、CN109461749A、CN109273403A、CN10868194U等专利都是关于集成电路圆片级封装的技术。专利CN109686722A、CN109599378A描述的是带有TSV的集成电路封装转接载板技术，CN109671692A描述的是TSV露头制造技术，CN109560039A描述的是减少TSV热应力的方法，CN201821708520.8描述的是在盖板内部形成吸气剂和抗反射层的MEMS红外探测器的TSV芯片封装方法。专利US9362139B2描述的是将MEMS结构密封在TSV盖板和集成电路底板围成的密封腔中，MEMS结构的电信号不是直接通过TSV引出，而是要通过水平方向的金属导线传输到导电柱，导电柱再通过水平方向的金属导线传输到TSV，这种方法面积大，而且一个TSV只能传输一路电信号。专利US9611137B2描述的是CMOS-MEMS芯片背面制造TSV，在其上倒装集成电路芯片，专利US9422153B2、US9351081B2、US9196752B2描述的是MEMS芯片级封装后盖板上形成TSV引出电信号，TSV本身并不是MEMS气密性封装的构成部分。US9318376B1描述的是沟槽内淀积重掺杂多晶Si，热扩散掺杂周边衬底Si材料形成低电阻率TSV导电柱的方法。专利US9355895B2、US7915080B2描述的是电镀填充TSV的重布线方法，用于普通集成电路的圆片级封装。图1展示的是现有的一种圆片级气密性封装的MEMS芯片，由底板125上表面的上凹腔120和盖板108下表面的下凹腔112构成的密封腔为MEMS结构140提供一个可自由活动的密封空间，MEMS结构层115与底板层125间有键合材料层118提供气密性机械连接，键合材料层118可以是导电材料，如铝，金，铜，金-锡合金等金属，也可以是绝缘材料，如二氧化硅。盖板108上的隔离沟110，将盖板108分隔为盖板区132和导电柱138，隔离沟110中填充有绝缘材料，如二氧化硅，或者二氧化硅与多晶硅的复合层。实际上导电柱138、隔离沟110和盖板区132共同构成了上盖板，导电柱138和隔离沟110构成了硅穿孔(TSV)单元，MEMS结构140的电信号通过键合金属102的导电区145、导电柱138和接触孔148，传输到顶层金属130上，每个TSV单元只能导通一路电信号，每个MEMS结构有多少路信号，就必须有多少个TSV单元。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有TSV结构的MEMS芯片，本技术的具有TSV结构的芯片与传统圆片级封装方法相比，每个TSV结构可以引出二路电信号，MEMS芯片面积做得更小，不仅降低成本，还方便MEMS结构的设计。为解决上述技术问题，本技术提供了一种具有TSV结构的MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板、MEMS结构层和底板的材料都是单晶硅，底板上至少有一个上凹腔，盖板上至少有一个下凹腔，上凹腔与下凹腔共同形成密封腔，MEMS结构层的MEMS结构位于密封腔中，并可在密封腔中自由活动；底板通过底板绝缘层与MEMS结构层机械连接，底板绝缘层的材料是SiO2，盖板通过键合金属层与MEMS结构层键合；所述的盖板由盖板密封区、TSV隔离槽、TSV导电柱和下凹腔区组成，TSV隔离槽位于盖板密封区与TSV导电柱以及TSV导电柱与下凹腔区之间，所述的TSV隔离槽由氧化深槽以及氧化深槽内填充的深槽多晶硅组成，所述的氧化深槽由盖板上蚀刻的深槽以及深槽内壁上覆盖的绝缘氧化层组成；所述的MEMS结构层包括MEMS密封区、第一MEMS键合柱、第二MEMS键合柱和MEMS结构；所述的键合金属层包括金属密封环、第一键合金属块、第二键合金属块和金属导线，其中密封金属环与MEMS密封区共晶键合，第一键合金属块与第一MEMS键合柱共晶键合，第二键合金属块与第二MEMS键合柱共晶键合，金属导线同时连接第二键合金属块和深槽多晶硅；盖板上有绝缘层，绝缘层上蚀刻有接触孔，接触孔中露出TSV导电柱和深槽多晶硅；绝缘层及接触孔内淀积有顶层金属图形，MEMS结构的电信号一路通过第一键合金属块、TSV导电柱和接触孔中的顶层金属图形引出，另一路通过第二键合金属块、金属导线、深槽多晶硅和接触孔中的顶层金属图形引出。本技术的具有TSV结构的MEMS芯片中与第一MEMS键合柱相连的MEMS结构的电信号，通过第一金属键合块、TSV导电柱和接触孔连接到顶层金属图形上；与第二MEMS键合柱相连的MEMS结构的电信号，通过第二金属键合块、金属导线、深槽多晶硅和接触孔连接到顶层金属图形上；这样，就达到了一个TSV结构导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有TSV结构的MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板、MEMS结构层和底板的材料都是单晶硅，底板上至少有一个上凹腔，盖板上至少有一个下凹腔，上凹腔与下凹腔共同形成密封腔，MEMS结构层的MEMS结构位于密封腔中，并可在密封腔中自由活动；底板通过底板绝缘层与MEMS结构层机械连接，底板绝缘层的材料是SiO

【技术特征摘要】
1.具有TSV结构的MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板、MEMS结构层和底板的材料都是单晶硅，底板上至少有一个上凹腔，盖板上至少有一个下凹腔，上凹腔与下凹腔共同形成密封腔，MEMS结构层的MEMS结构位于密封腔中，并可在密封腔中自由活动；底板通过底板绝缘层与MEMS结构层机械连接，底板绝缘层的材料是SiO2，盖板通过键合金属层与MEMS结构层键合，其特征在于：
所述的盖板由盖板密封区、TSV隔离槽、TSV导电柱和下凹腔区组成，TSV隔离槽位于盖板密封区与TSV导电柱以及TSV导电柱与下凹腔区之间，所述的TSV隔离槽由氧化深槽以及氧化深槽内填充的深槽多晶硅组成，所述的氧化深槽由盖板上蚀刻的深槽以及深槽内壁上覆盖的绝缘氧化层组成；
所述的MEMS结构层包括MEMS密封区、第一MEMS键合柱、第二MEMS键合柱和MEMS结构；
所述的键合金属层包括金属密封环、第一键合金属块、第二键合金属块和金属导线，其中密封金属环与MEMS密封区共晶键合，第一键合金属块与第一MEMS键合柱共晶键合，第二键合金属块与第二MEMS键合柱共晶...

【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