惯性传感器的封装方法及惯性传感器技术

本发明专利技术提供了一种惯性传感器的封装方法，包括步骤：破坏MEMS晶圆中第一键合面的第一介质部和盖体晶圆中第二键合面的第二介质部中至少一个的Si

Packaging method of inertial sensor and inertial sensor

【技术实现步骤摘要】
惯性传感器的封装方法及惯性传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种惯性传感器的封装方法及惯性传感器。

技术介绍

[0002]微机电系统(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，MEMS)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。目前很多的MEMS传感器包含可动部件，因此需要键合一个含有腔体的硅片以对可动结构进行保护。目前比较通用的键合方式包括玻璃烧结(Glass frit)，金属键合，如Al
‑
Ge键合，Au
‑
Au键合等。玻璃烧结一般键合区域的宽度较大，不易实现小型化。金属键合宽度可以减小，但是生产效率比较低，一般都是单片晶圆进行键合，而且金属的融化容易导致金属共晶键合时发生外溢。
[0003]而常规的键合方法，如熔融键合(Fusion bonding)，可以在低压低温的条件下实现二氧化硅与硅或二氧化硅的高质量键合，但是键合面之间无电连接，通常需要再额外做些金属通孔来实现电导通，增加了工艺难度。
[0004]因此，有必要提供一种新型的惯性传感器的封装方法及惯性传感器以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种新型的惯性传感器的封装方法及惯性传感器，在保证MEMS结构密封性的同时，实现了键合面之间的电连接，而且简化工艺步骤，兼顾了高效率与高可靠性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的所述惯性传感器的封装方法，包括步骤：
[0007]S0：提供MEMS晶圆和盖体晶圆，所述MEMS晶圆包括多个MEMS结构和第一键合面，所述盖体晶圆包括第二键合面，所述第一键合面包括第一介质部和第一金属部，所述第二键合面包括第二介质部和第二金属部，且所述第一介质部围绕所述第一金属部的侧壁设置，所述第二介质部围绕所述第二金属部的侧壁设置，所述第一介质部和所述第二介质部的材料为氧化硅或硅，且所述第一介质部和所述第二介质部中的至少一个的材料为氧化硅；
[0008]S1：破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键；
[0009]S2：将所述第一键合面和所述第二键合面对准并贴合吸附在一起，使所述第一介质部与所述第二介质部通过悬挂键实现预键合，以得到预键合晶圆；
[0010]S3：对所述预键合晶圆进行热处理，以使所述第一介质部和所述第二介质部，以及所述第一金属部和所述第二金属部实现永久键合；
[0011]S4：对所述预键合晶圆进行切割，形成多个惯性传感器单体。
[0012]本专利技术的所述惯性传感器的封装方法的有益效果在于：所述第一介质部围绕所述第一金属部的侧壁设置，所述第二介质部围绕所述第二金属部的侧壁设置，即使位于所述第一键合面的所述第一金属部的表面裸露，使位于所述第二键合面的所述第二金属部的表
面裸露，从而减少了所述第一金属部和所述第二金属部在热处理工艺中外溢的风险，而且也便于在所述步骤S3中使所述第一金属部和所述第二金属部对准吸附实现永久键合；通过所述步骤S1破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键，使得有利于在所述步骤S2中将所述第一键合面和所述第二键合面贴合吸附在一起，从而使所述第一介质部与所述第二介质部在室温下通过氢键(
‑
H)或羟基键(
‑
OH)等悬挂键即可进行快速预键合；而通过所述步骤S2的预键合加所述步骤S3的热处理的方式，使得所述第一金属部和所述第二金属部在温度和绝缘体压力的共同作用下进行直接金属键合，可以直接在键合的两部分之间形成电连接，如此既解决了采用熔融键合方式而键合面之间无电连接的问题，而如果在后期增加电连接会增加工艺步骤，增加工艺繁琐程度，降低可靠性，又解决了采用金属互熔键合方式中金属容易外溢的问题；同时该封装方法保证了所述第一键合面和所述第二键合面之间结合的牢固性，提高了MEMS结构的密封性，本专利技术简化工艺步骤，实现了高效率与高可靠性。
[0013]可选的，所述第一金属部和所述第二金属部的材料均为铜，且所述步骤S3中对所述预键合晶圆进行热处理，以使所述第一介质部和所述第二介质部，以及所述第一金属部和所述第二金属部实现永久键合的步骤包括：重复所述步骤S0至所述步骤S2的步骤，以得到若干所述预键合晶圆，并对若干所述预键合晶圆进行批量退火处理，以使所述第一介质部和所述第二介质部，以及所述第一金属部和所述第二金属部实现永久键合。其有益效果在于：退火处理在低温下进行即可，使得所述第一金属部和所述第二金属部通过扩散即可实现键合，相对于无退火处理而直接进行高温熔融键合的方式，退火处理极大地降低了温度对器件的影响，而且使得需要键合的所述第一键合面和所述第二键合面的表面平整度更高，从而使得键合时更稳定，密闭性更好；而且可以对若干所述预键合晶圆进行批量退火处理，相对于高温熔融键合的单片处理方式，批量退火处理提高了生产效率，解决了采用传统金属键合方式而造成的生产效率比较低的问题。
[0014]可选的，所述步骤S3中控制退火处理时的退火温度为100℃～400℃。其有益效果在于：键合的温度低，极大地降低了温度对器件的影响。
[0015]可选的，所述步骤S1中破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键的步骤包括：对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理后，再对所述第一键合面和所述第二键合面做等离子轰击处理以破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
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O键。其有益效果在于：有利于破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键。
[0016]可选的，所述步骤S1中对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理的步骤还包括：控制进行平坦化处理后的所述第一键合面和所述第二键合面的粗糙度均小于0.5nm。其有益效果在于：即保证所述第一键合面和所述第二键合面的光滑度，以有利于使所述第一键合面和所述第二键合面贴合吸附在一起，从而使所述第一介质部与所述第二介质部能更好更快速的通过氢键(
‑
H)或羟基键(
‑
OH)等悬挂键实现预键合。
[0017]可选的，所述步骤S1中对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理的步骤还包括：控制进行平坦化处理后的所述第一键合面中的所述第一金属部的高度低于所述第一介质部的高度，以及控制进行平坦化处理后的所述第二键合面中的所述第二金属部的高度低于所述第二介质部的高度。其有益效果在于：有利于使所述第一键合面和所述第
二键合面贴合吸附在一起，从而使所述第一介质部与所述第二介质部能更好更快速的通过氢键(
‑
H)或羟基键(
‑
OH)等悬挂键实现预键合，而且所述第一键合面中的所述第一金属部的高度低于所述第一介质部的高度，所述第二键合面中的所述第二金属部的高度低于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性传感器的封装方法，其特征在于，包括步骤：S0：提供MEMS晶圆和盖体晶圆，所述MEMS晶圆包括多个MEMS结构和第一键合面，所述盖体晶圆包括第二键合面，所述第一键合面包括第一介质部和第一金属部，所述第二键合面包括第二介质部和第二金属部，且所述第一介质部围绕所述第一金属部的侧壁设置，所述第二介质部围绕所述第二金属部的侧壁设置，所述第一介质部和所述第二介质部的材料为氧化硅或硅，且所述第一介质部和所述第二介质部中的至少一个的材料为氧化硅；S1：破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键；S2：将所述第一键合面和所述第二键合面对准并贴合吸附在一起，使所述第一介质部与所述第二介质部通过悬挂键实现预键合，以得到预键合晶圆；S3：对所述预键合晶圆进行热处理，以使所述第一介质部和所述第二介质部，以及所述第一金属部和所述第二金属部实现永久键合；S4：对所述预键合晶圆进行切割，形成多个惯性传感器单体。2.根据权利要求1所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述第一金属部和所述第二金属部的材料均为铜，且所述步骤S3中对所述预键合晶圆进行热处理，以使所述第一介质部和所述第二介质部，以及所述第一金属部和所述第二金属部实现永久键合的步骤包括：重复所述步骤S0至所述步骤S2的步骤，以得到若干所述预键合晶圆，并对若干所述预键合晶圆进行批量退火处理，以使所述第一介质部和所述第二介质部，以及所述第一金属部和所述第二金属部实现永久键合。3.根据权利要求2所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S3中控制退火处理时的退火温度为100℃～400℃。4.根据权利要求1所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键的步骤包括：对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理后，再对所述第一键合面和所述第二键合面做等离子轰击处理以破坏所述第一介质部和所述第二介质部中至少一个的Si
‑
O键。5.根据权利要求4所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理的步骤还包括：控制进行平坦化处理后的所述第一键合面和所述第二键合面的粗糙度均小于0.5nm。6.根据权利要求4所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理的步骤还包括：控制进行平坦化处理后的所述第一键合面中的所述第一金属部的高度低于所述第一介质部的高度，以及控制进行平坦化处理后的所述第二键合面中的所述第二金属部的高度低于所述第二介质部的高度。7.根据权利要求6所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中对所述第一键合面和所述第二键合面分别做平坦化处理后，使所述第一金属部与所述第一介质部的高度差为0A～200A，使所述第二金属部与所述第二介质部的高度差为0A～200A。8.根据权利要求1所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S0中还包括金属部设置步骤，所述金属部设置步骤包括：
使所述第一键合面设置若干所述第一金属部，且使若干所述第一金属部以阵列的方式设置于所述第一键合面；使所述第二键合面设置若干所述第二金属部，且使若干所述第二金属部以阵列的方式设置于所述第二键合面。9.根据权利要求1所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述步骤S0中还包括金属部设置步骤，所述金属部设置步骤包括：使所述第一键合面设置至少N圈环形结构的所述第一金属部，使所述第二键合面设置至少N圈环形结构的所述第二金属部，且使所述N为大于等于1的正整数。10.根据权利要求9所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述金属部设置步骤还包括：当所述N为大于等于2的正整数时，使至少N圈的所述第一金属部为同心环结构，以及使至少N圈的所述第二金属部为同心环结构。11.根据权利要求8或9所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述金属部设置步骤还包括：使所述第一金属部的面积大于所述第二金属部的面积，或使所述第二金属部的面积大于所述第一金属部的面积。12.根据权利要求11所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述金属部设置步骤还包括：使所述第一金属部的面积与所述第二金属部的面积的比为2:1～4:1，或使所述第一金属部的面积与所述第二金属部的面积的比为1:2～1:4。13.根据权利要求8所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述金属部设置步骤还包括：使所述第一金属部于所述第一键合面的最大宽度为1μm～10μm，使所述第二金属部于所述第二键合面的最大宽度为1μm～10μm。14.根据权利要求9所述的惯性传感器的封装方法，其特征在于，所述金属部设置步骤还包括：使所述环...

【专利技术属性】
技术研发人员：安力佳，庄瑞芬，张沛，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：