本發(fā)明實施例涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)，尤其涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。

在消費電子、智能終端和可穿戴產(chǎn)品等領(lǐng)域應(yīng)用中，要求MEMS傳感器的尺寸和成本進(jìn)一步降低的同時提高集成度和性能。由于大部分MEMS器件都有氣密性要求，現(xiàn)有技術(shù)中，通常封裝之后，在MEMS功能襯底一側(cè)或者在蓋帽進(jìn)行深孔刻蝕和形成絕緣層等真空高溫處理，以將MEMS傳感器的焊盤引出。但由于密封后存在空腔，有很大爆硅風(fēng)險，并且容易損傷MEMS傳感器的結(jié)構(gòu)及性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法及結(jié)構(gòu)，以提供一種在保證氣密性的同時，提高M(jìn)EMS器件性能的封裝方案。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法，所述方法包括：

在MEMS晶圓上形成器件結(jié)構(gòu)，第一密封圈以及與所述器件結(jié)構(gòu)電連接的多個金屬焊盤，所述第一密封圈環(huán)繞所述器件結(jié)構(gòu)和所述金屬焊盤；

在蓋帽的第一表面形成凹槽和多個直孔，所述凹槽與所述器件結(jié)構(gòu)對應(yīng)設(shè)置；

在所述蓋帽的第一表面形成多條第一金屬導(dǎo)線和第二密封圈；所述多條第一金屬導(dǎo)線的第一端分別延伸至所述多個直孔底面，所述多條第一金屬導(dǎo)線的第二端以及所述第二密封圈位于所述第一表面的非凹槽區(qū)域；所述第二密封圈環(huán)繞所述凹槽和所述第一金屬導(dǎo)線的第二端，并與所述第一密封圈對應(yīng)設(shè)置；

將所述MEMS晶圓與所述蓋帽相對放置，并將所述第一金屬導(dǎo)線的第二端與所述金屬焊盤鍵合，以實現(xiàn)線路連接；

將所述第一密封圈與所述第二密封圈相連接以密封所述蓋帽和所述MEMS晶圓；

刻蝕所述蓋帽的第二表面以裸露出所述第一金屬導(dǎo)線的第一端。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括：

相對設(shè)置的蓋帽和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS晶圓；

所述MEMS晶圓上形成有器件結(jié)構(gòu)、第一密封圈以及與所述器件結(jié)構(gòu)電連接的多個金屬焊盤；所述第一密封圈環(huán)繞所述器件結(jié)構(gòu)和所述金屬焊盤；

所述蓋帽的第一表面形成有凹槽、多個直孔、多條第一金屬導(dǎo)線和第二密封層；所述多條第一金屬導(dǎo)線的第一端分別通過所述多個直孔貫穿至所述蓋帽的第二表面，所述多條第一金屬導(dǎo)線的第二端以及所述第二密封圈位于所述第一表面的非凹槽區(qū)域；所述第二密封圈環(huán)繞所述凹槽和所述第一金屬導(dǎo)線的第二端，并與所述第一密封圈對應(yīng)設(shè)置；所述凹槽與所述器件結(jié)構(gòu)對應(yīng)設(shè)置；

所述第一金屬導(dǎo)線的第二端與所述金屬焊盤鍵合，以實現(xiàn)線路連接；所述第一密封圈與所述第二密封圈相連接以密封所述蓋帽和所述MEMS晶圓。

本發(fā)明實施例通過在MEMS晶圓與蓋帽密封之前，在蓋帽上形成多個直孔和第一金屬導(dǎo)線，通過所述第一金屬導(dǎo)線將MEMS晶圓上的金屬焊盤引出至封裝結(jié)構(gòu)外部，避免了密封后進(jìn)行真空高溫制程，降低了爆硅風(fēng)險，并且避免了損傷MEMS晶圓上的器件結(jié)構(gòu)和金屬焊盤，提供了一種在保證氣密性的同時，提高M(jìn)EMS器件性能的封裝方案。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中的一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的一種MEMS晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的一種蓋帽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中的又一種蓋帽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中的MEMS晶圓與蓋帽鍵合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中的一種MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例中的又一種MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

圖1是本發(fā)明實施例中的一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法的流程圖，本實施例提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法，參考圖1，所述方法具體包括如下步驟：

步驟100、在MEMS晶圓上形成器件結(jié)構(gòu)，第二密封圈以及與所述器件結(jié)構(gòu)電連接的多個金屬焊盤。

圖2是本發(fā)明實施例中的一種MEMS晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖2，第一密封圈120環(huán)繞器件結(jié)構(gòu)110和金屬焊盤130。

其中，第一密封圈120設(shè)置于MEMS晶圓10的邊緣位置，用于對MEMS晶圓10上的器件結(jié)構(gòu)110和金屬焊盤130進(jìn)行密封，其形狀可以根據(jù)MEMS晶圓10的形狀進(jìn)行設(shè)定，示例性的可以為圓形或矩形等。

步驟200、在蓋帽的第一表面形成凹槽和多個直孔。

圖3是本發(fā)明實施例中的一種蓋帽的結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖3，凹槽210與器件結(jié)構(gòu)110對應(yīng)設(shè)置。凹槽210的尺寸可以根據(jù)器件結(jié)構(gòu)110的尺寸進(jìn)行設(shè)置，并不做具體限定。蓋帽20可以采用硅材料，可以采用干法刻蝕或濕法腐蝕形成凹槽210和多個直孔220。具體的，本實施例中，在密封之前，在蓋帽20上形成直孔220，不會損傷MEMS晶圓10上的器件結(jié)構(gòu)110和金屬焊盤130，降低了爆硅風(fēng)險，并且可以降低封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力。

步驟300、在蓋帽20的第一表面21形成多條第一金屬導(dǎo)線和第二密封圈。

圖4是本發(fā)明實施例中的又一種蓋帽的結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖4，多條第一金屬導(dǎo)線230的第一端231分別延伸至多個直孔220底面，多條第一金屬導(dǎo)線230的第二端232以及第二密封圈240位于第一表面21的非凹槽區(qū)域；第二密封圈240環(huán)繞凹槽210和第一金屬導(dǎo)線230的第二端232，并與第一密封圈120對應(yīng)設(shè)置。

具體的，第二密封圈240的形狀與第一密封圈120相同，第二密封圈240與第一密封去120配合對MEMS晶圓10上的器件結(jié)構(gòu)110和金屬焊盤130進(jìn)行密封。第一金屬導(dǎo)線230用于將MEMS晶圓10上的金屬焊盤130引至封裝結(jié)構(gòu)外部，以實現(xiàn)密封后MEMS晶圓10上的器件結(jié)構(gòu)110與外部器件的電連接。另外，第一金屬導(dǎo)線230通過蓋帽20上的直孔220引出金屬焊盤130，而直孔220的內(nèi)徑可以做的很小，因此金屬焊盤130可以做的很小，可以可有效減小封裝尺寸。

可選的，在蓋帽20的第一表面21形成多條第一金屬導(dǎo)線230和第二密封圈240包括：

通過化學(xué)氣相沉積工藝在多個直孔220表面及蓋帽20的第一表面21形成第一絕緣層250；在第一絕緣層250上形成多條第一金屬導(dǎo)線230和第二密封圈240。

具體的，若蓋帽20采用半導(dǎo)體硅材料，其會影響第一金屬導(dǎo)線230與金屬焊盤130的電連接，從而影響整個封裝結(jié)構(gòu)的電性能。通過在多個直孔220表面及蓋帽20的第一表面21形成第一絕緣層250，保證了整個封裝結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的電性能。另外，本實施例的方法，在密封之前形成第一絕緣層250和第一金屬導(dǎo)線230，使得化學(xué)氣相沉等工藝可以采用更高的溫度，形成的第一絕緣層250以及第一金屬導(dǎo)線230等性能更穩(wěn)定，從而保證了封裝結(jié)構(gòu)的電性能和穩(wěn)定性好更好。

步驟400、將MEMS晶圓10與蓋帽20相對放置，并將第一金屬導(dǎo)線230的第二端232與金屬焊盤130鍵合，以實現(xiàn)線路連接。

圖5是本發(fā)明實施例中的MEMS晶圓與蓋帽鍵合結(jié)構(gòu)示意，參考圖5，第一金屬導(dǎo)線230的第二端232與金屬焊盤130電連接，將金屬焊盤130引出，使得MEMS晶圓130上的器件結(jié)構(gòu)110可以與外部器件的電連接。具體的，可以采用金屬共晶鍵合對第一金屬導(dǎo)線230的第二端232與金屬焊盤130。

步驟500、將第一密封圈120與第二密封圈240相連接以密封蓋帽20和MEMS晶圓10。

具體的，通過將第一密封圈120與第二密封圈240相連接使蓋帽10與MEMS晶圓20形成密封腔體，保持封裝結(jié)構(gòu)的氣密性。

可選的，第一密封圈120與第二密封圈240可以為金屬層，通過金屬共晶鍵合將第一密封圈120和第二密封圈240鍵合，以密封蓋帽10和MEMS晶圓20。

具體的，第一密封圈120與第二密封圈240可以為金屬層，第二密封圈240可以與第一金屬導(dǎo)線230在同一工藝步驟中形成，第一密封圈120可以與金屬焊盤130在同一工藝步驟中形成，節(jié)省了工藝步驟。

可選的，第一密封圈120與第二密封圈240為膠層，通過粘結(jié)第一密封圈120和第二密封圈240密封蓋帽10和MEMS晶圓20。

具體的，第一密封圈120與第二密封圈240采用膠層，降低了密封工藝難度及工藝成本。

步驟600、刻蝕蓋帽20的第二表面以裸露出第一金屬導(dǎo)線230的第一端231。

圖6是本發(fā)明實施例中的一種MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖6，可選的，采用濕法腐蝕或干法刻蝕工藝刻蝕蓋帽20的第二表面22以裸露出第一金屬導(dǎo)線230的第一端231。

其中，參考圖6，第二表面22與第一表面21為蓋帽20相對的兩個平面。具體的，由于鍵合工藝的要求，蓋帽20和MEMS晶圓的厚度須大于100-200微米，因此蓋帽20與MEMS晶圓10可以采用較大的初始厚度，在鍵合完成之后，再減薄到要求的尺寸。另外，若直孔220的深度過大，對工藝要求較高，通過在鍵合后再減薄，使得直孔220的深度無需過深，降低了工藝難度。

具體的，若直孔220的深度略小于蓋帽20的厚度，即鍵合后第一金屬導(dǎo)線230的第一端231與蓋帽20的第二平面22的距離較小，可以直接刻蝕第二表面22，以裸露出第一金屬導(dǎo)線230的第一端231。若距離較大，可選的，可以打磨蓋帽20的第二表面22以減薄蓋帽20的厚度，然后再進(jìn)行刻蝕。

圖7是本發(fā)明實施例中的又一種MEMS器件封裝結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖7，可選的，刻蝕蓋帽20的第二表面22以裸露出第一金屬導(dǎo)線230的第一端231以后，還包括：

在蓋帽20的第二表面22形成第二絕緣層260；

在第二絕緣層260上形成銅柱280，其中，銅柱280與第一金屬導(dǎo)線230的第一端231電連接。

其中，第二絕緣層260可以為絕緣膠層，通過設(shè)置銅柱231，便于封裝結(jié)構(gòu)與外部電子器件連接。具體的，還可以在第二絕緣層260上設(shè)置焊球，若MEMS器件結(jié)構(gòu)的封裝尺寸較小，則可以采用銅柱280，若MEMS器件結(jié)構(gòu)的封裝尺寸較大，則可以采用焊球。需要說明的是，圖7中僅示出了設(shè)置銅柱280的情況，并未示出設(shè)置焊球的情況，并非對本發(fā)明的限定。

可選的，參考圖7，在第二絕緣層260上形成銅柱280之前還包括：在第二絕緣層260上形成再布線層270，銅柱280通過再布線層270與第一金屬導(dǎo)線230的第一端231電連接。

具體的，通過設(shè)置再布線層270，使得銅柱280的位置排布更加靈活，可以使得封裝結(jié)構(gòu)的外觀更美觀，銅柱280的排布更便于封裝結(jié)構(gòu)與外部器件連接。

本實施例通過在MEMS晶圓與蓋帽密封之前，在蓋帽上形成多個直孔和第一金屬導(dǎo)線，通過所述第一金屬導(dǎo)線將MEMS晶圓上的金屬焊盤引出至封裝結(jié)構(gòu)外部，避免了密封后進(jìn)行真空高溫制程，降低了爆硅風(fēng)險，并且避免了損傷MEMS晶圓上的器件結(jié)構(gòu)和金屬焊盤，提供了一種在保證氣密性的同時，提高M(jìn)EMS器件性能的封裝方案。

本實施例還提供了一種微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝結(jié)構(gòu)，參考圖6，所述微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝結(jié)構(gòu)可以包括：

相對設(shè)置的蓋帽20和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS晶圓10；

MEMS晶圓10上形成有器件結(jié)構(gòu)110，第一密封圈120以及與器件結(jié)構(gòu)110電連接的多個金屬焊盤130；第一密封圈120環(huán)繞器件結(jié)構(gòu)110和金屬焊盤130；

蓋帽20的第一表面21形成有凹槽210、多個直孔220、多條第一金屬導(dǎo)線230和第二密封層240；多條第一金屬導(dǎo)線230的第一端231分別通過多個直孔220貫穿至蓋帽20的第二表面22，多條第一金屬導(dǎo)線230的第二端232以及第二密封圈240位于第一表面21的非凹槽210區(qū)域；第二密封圈240環(huán)繞凹槽210和第一金屬導(dǎo)線230的第二端232，并與第一密封圈120對應(yīng)設(shè)置；凹槽210與器件結(jié)構(gòu)110對應(yīng)設(shè)置；

第一金屬導(dǎo)線230的第二端232與金屬焊盤230鍵合，以實現(xiàn)線路連接；第一密封圈120與第二密封圈240相連接以密封蓋帽20和MEMS晶圓10。

可選的，第一密封圈120與第二密封圈240為金屬層，通過金屬共晶鍵合將第一密封圈120和第二密封圈240鍵合，以密封蓋帽20和MEMS晶圓10。

可選的，第一密封圈120與第二密封圈240為膠層，通過粘結(jié)第一密封圈120和第二密封圈密240封蓋帽20和MEMS晶圓10。

可選的，參考圖6，若蓋帽20采用硅材料，多個直孔220表面及蓋帽20的第一表面21上還可以設(shè)置第一絕緣層250，多條第一金屬導(dǎo)線230和第二密封圈240形成與第一絕緣層250上。

可選的，參考圖7，蓋帽20的第二表面22上形成有第二絕緣層260，第二絕緣層260上形成有銅柱280；其中，銅柱280與第一金屬導(dǎo)線230的第一端231電連接。

可選的，參考圖7，在第二絕緣層260上還可以設(shè)置再布線層270，銅柱280通過再布線層270與第一金屬導(dǎo)線230的第一端231電連接。

本實施例提供的微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝結(jié)構(gòu)，與本發(fā)明任意實施例所提供的微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法屬于同一發(fā)明構(gòu)思，具備執(zhí)行相應(yīng)的有益效果。未在本實施例中詳盡描述的技術(shù)細(xì)節(jié)，可參見本發(fā)明任意實施例提供的微機(jī)電系統(tǒng)器件封裝方法。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。