CN102627253B - 一种用于mems器件的自对准封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法，其包括盖板及承载衬底；承载衬底上设有MEMS结构，盖板内凹设有容纳槽，MEMS结构伸入容纳槽内，容纳槽的槽底设有吸气剂；盖板对应容纳槽槽口的外侧设有盖板键合定位凸块，且盖板上设有盖板键合层；承载衬底上设有衬底键合定位凸块，衬底键合定位凸块与MEMS结构间设有键合定位槽，承载衬底表面设有衬底键合层；盖板键合定位凸块伸入键合定位槽内对应配合后实现自对准，盖板键合层与衬底键合层对应接触，且盖板与承载衬底通过盖板键合层及衬底键合层键合后连成一体。本发明结构简单紧凑，能满足MEMS高精度封装要求，增大键合区面积，提高封装的可靠性及密闭性。

Description

一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种自对准封装结构及其制造方法，尤其是一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法，属于MEMS封装的技术领域。

背景技术

据报道，根据产品不同，MEMS的封装成本在整个MEMS产品中占有40%至80%的比例；同时，MEMS器件的性能、可靠性与其封装形式及封装技术有着密不可分的联系。由于MEMS器件结构的特殊性，其封装比起传统的集成电路封装要复杂很多：首先需要考虑到MEMS器件中同样重要的电学部件和机械部件；其次，一些MEMS器件需要与外界环境接触或者与外界环境完全隔离；最后，随着MEMS结构和MEMS附带电路的尺寸越来越小，MEMS器件封装对于对准精度的要求变得越来越高。

近年来，芯片级甚至晶圆级MEMS封装已经成为研究领域中的一个重要的研究方向，其中，基于圆片键合技术的晶圆级封装在几何结构上通常有两种形式：第一，在盖板圆片上刻蚀出以容纳MEMS结构的腔体，键合区域为盖板圆片上未腐蚀的平面区域与MEMS衬底圆片上的平面区域；第二，在盖板圆片和MEMS衬底圆片上单独或分别做出键合凸块，然后将盖板圆片和MEMS衬底圆片上的凸块对准并且进行键合，容纳MEMS结构的腔体由圆片上的凸块形成。若上述MEMS衬底或盖板衬底中存在特别微小（如：亚微米、纳米量级）的结构需要对准，则对该键合工艺中键合区结构的尺寸精度、键合工具的对准精度都提出了很高的要求。2002年，美国的Vladimir I. Vaganov等人提出了一系列用于圆片键合的键合区几何结构，但其内容仅涉及多种圆片键合区几何结构的可行性，未讨论如何与MEMS结构及封装结合；2005年，北京大学的陈兢等人提出了基于MEMS的高精度封装方法，但其工艺需要使用额外的微夹具且未提出该方法使用在晶圆级封装中的可行性；2006年，Sang Hwui Lee等人提出并制造了一种带有互补斜坡的对准标记结构以实现高精度的圆片对准，但该结构近仅被用于对准标记中，且以苯并环丁烯为中间键合层，无法实现MEMS结构的高可靠性的气密封装甚至真空封装，另外该对准标记结构需要额外沉积材料，对工艺的一致性和均匀性的要求很高；2011年，Kuan-Neng Chen等人同样提出了一种使用斜坡结构的精密圆片键合方法，但该方案仅限于铜-铜凸点键合，并未涉及其在MEMS封装中的可行性；在过去的一段时间内，还有许多基于回流焊的自对准封装技术的成果，能够在一定程度上满足高精度封装的要求。

键合技术是MEMS封装过程中不可或缺的基本技术，常用的键合技术有：粘合剂键合、共晶键合、阳极键合以及硅融合。其中，粘合剂键合需要最低的键合温度，但其键合强度、密封性、可靠性在这四种方法中最差，适用于对可靠性和密封性要求不高的封装场合；共晶键合根据键合材料不同，需要提供不同的键合温度，但较粘合剂键合都相对较高，所得的键合强度和密封性能都较好，故这种技术在MEMS封装中有着十分广泛的应用；阳极键合与硅融合技术都能达到较好的封装效果，但这两种技术对键合表面的高要求限制了其应用范围。

由于MEMS封装的成本在整个MEMS产品中占有很大的比例，如何在不影响封装质量的前提下，降低封装使用材料和封装工艺的成本成为研究的另一个热点。从MEMS器件的单芯片封装到基于圆片键合的晶圆级封装便是一种成本降低的体现。然而，在传统的MEMS圆片键合封装工艺中，除了一块待封装的载有MEMS器件的圆片，还需要另外制备一块盖板圆片，在两块圆片上都需要进行键合区、对准标记、通孔等结构的制造，所以，将器件和盖板一体化制造能够在一定程度上减少重复的工艺步骤的数量，是进一步降低MEMS产品的成本的另一途径。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于MEMS器件的自对准封装结构及其制造方法，其结构简单紧凑，能满足MEMS高精度封装要求，增大键合区面积，提高封装的可靠性及气密性。

按照本发明提供的技术方案，所述用于MEMS器件的自对准封装结构，包括盖板及位于所述盖板正下方的承载衬底；所述承载衬底上设有MEMS结构，所述盖板内凹设有用于容纳MEMS结构的容纳槽，MEMS结构伸入容纳槽内，容纳槽的槽底设有吸气剂；盖板对应容纳槽槽口的外侧设有盖板键合定位凸块，且盖板对应设置盖板键合定位凸块的一侧表面设有盖板键合层；承载衬底上对应设置MEMS结构的外侧设有衬底键合定位凸块，所述衬底键合定位凸块与MEMS结构间设有能与盖板键合定位凸块相对应配合的键合定位槽，承载衬底对应设置衬底键合定位凸块的表面设有衬底键合层；盖板键合定位凸块伸入键合定位槽内对应配合后，盖板键合层与衬底键合层对应接触，且盖板与承载衬底通过盖板键合层及衬底键合层键合后连成一体。

所述承载衬底内设有贯通所述承载衬底的衬底电连接通孔，所述衬底电连接通孔与MEMS结构电连接。

所述盖板与承载衬底间设有底部填充物。

所述盖板及承载衬底均采用SOI衬底，盖板键合层与衬底键合层为同一制造层；盖板键合定位凸块与衬底键合定位凸块、键合定位槽为同一制造层。

所述盖板上对应盖板键合定位凸块的外侧设有盖板对准孔，承载衬底上对应衬底键合定位凸块的外侧设有衬底对准孔，所述衬底对准孔与盖板对准孔相连通，且衬底对准孔与盖板对准孔的轴线位于同一直线上。

所述盖板键合定位凸块与衬底键合定位凸块的形状为等腰梯形、等腰三角形或矩形中的一种或几种。

一种用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，所述自对准封装结构制备方法包括如下步骤：

a、提供第一衬底，并在第一衬底的正面与背面均覆盖硬掩膜层；

b、选择性地掩蔽和刻蚀上述第一衬底，以在第一衬底上所需位置形成对准标记；

c、在上述第一衬底的正面通过常规工艺制备形成MEMS结构，以在第一衬底上形成承载衬底区域及盖板区域，所述MEMS结构位于承载衬底区域；

d、在上述第一衬底的正面淀积保护层，所述保护层覆盖第一衬底的正面及MEMS结构；

e、选择性地掩蔽和刻蚀上述保护层及保护层下方的第一衬底，去除第一衬底背面的硬掩膜层，并在第一衬底的承载衬底区域上得到衬底键合定位凸块，且在盖板区域上得到盖板键合定位凸块，衬底键合定位凸块与MEMS结构间得到键合定位槽，所述键合定位槽与盖板键合定位凸块对应匹配；

f、选择性地掩蔽和刻蚀上述第一衬底，在盖板区域内得到容纳槽，所述容纳槽位于盖板区域的盖板键合定位凸块间；

g、在上述第一衬底的正面淀积键合材料，以得到位于承载衬底区域的衬底键合层及位于盖板区域的盖板键合层，所述盖板键合层覆盖容纳槽的槽底；

h、在上述容纳槽的槽底内淀积吸气剂材料，以得到吸气剂；

i、将上述第一衬底的背面减薄到所需厚度；

j、选择性地掩蔽和刻蚀第一衬底的背面，得到贯通第一衬底的连接通孔，所述连接通孔包括位于承载衬底区域的第一连接通孔，所述第一连接通孔从第一衬底的背面刻蚀延伸至MEMS结构；

k、在上述连接通孔内填充导电材料，第一连接通孔填充导电材料后形成衬底电连接通孔，所述衬底电连接通孔与MEMS结构电连接；

l、去除上述第一衬底上的保护层及位于所述保护层上的键合材料，以使得MEMS结构裸露，并使得衬底键合定位凸块及盖板键合定位凸块的顶端裸露；

m、提供与上述第一衬底结构相同的第二衬底，并将所述第二衬底放置于第一衬底的上方，第二衬底的盖板区域与第一衬底的承载衬底区域相对应，第二衬底的承载衬底区域与第一衬底的盖板区域相对应，第一衬底与第二衬底通过对准标记对准后，盖板键合定位凸块伸入键合定位槽内，以使得第一衬底与第二衬底对应的键合层相接触；

n、将上述第一衬底对应的键合层与第二衬底对应的键合层进行键合，以使得第一衬底与第二衬底连接成一体。

还包括步骤o、对上述键合连成一体的第一衬底与第二衬底切片，以得到两块芯片级自对准封装结构，所述自对准封装结构包括承载衬底及位于所述承载衬底上的盖板。

所述硬掩膜层为二氧化硅。

所述连接通孔还包括第三电连接通孔，所述第三电连接通孔位于容纳槽的正下方，第三电连接孔从第一衬底的背面延伸至容纳槽的槽底。

本发明的优点：

1、本发明提出的用于MEMS器件的自对准封装结构，拥有高度互补的盖板键合定位凸块、键合定位槽结构，键合过程中施加的压力能让粗对准的承载衬底和盖板在互补结构的引导下获得高精度的自对准；因此本发明的自对准封装结构能够用与需要对准承载衬底或盖板中的微小结构的场合，且无需高精度的对准设备，降低设备成本，提高了工艺流程中的误差容限。

2、本发明提出的用于MEMS器件的自对准封装结构，在MEMS结构的外侧周围拥有环形的键合定位槽结构，相对于凸块键合，由于键合定位槽的侧壁增加了键合区域的面积，所以键合区的机械牢度能够得到增强，同时也能为密封封装形式提供更可靠的气密性。

3、本发明中提出的用于MEMS器件的自对准封装结构，兼容常用的封装工艺流程与技术，适用于多种MEMS器件结构；根据封装形式和使用材料的不同，涵盖了MEMS器件的芯片级封装、晶圆级封装、芯片至圆片封装、真空封装、气密封装、非气密封装；适用于粘合剂键合或共晶键合技术；并且提供了与外部环境进行电学连接的接口。

4、当前道MEMS结构制造工艺步骤较少时，本发明中提出了MEMS结构和盖板的一体化设计及其制造方法，相对于MEMS器件与盖板分别制造的方法，本发明的方法不仅能够避免不同批次产品的生产工艺参数的差异，提升MEMS器件区域与盖板区域中键合结构的尺寸匹配性，而且能够集成在两块圆片分别要进行的键合区、对准标记、通孔等结构的制造工艺步骤，从而减少生产产品的工艺步骤总数，达到降低成本的目的。

附图说明

图1~图11为本发明具体实施工艺步骤剖视图，其中：

图1为本发明第一衬底的结构剖视图。

图2为在第一衬底上形成硬掩膜层后的剖视图。

图3为形成MEMS结构后的剖视图。

图4为在MEMS结构上覆盖保护层后的剖视图。

图5为形成衬底键合定位凸块、盖板键合定位凸块与键合定位槽后的剖视图。

图6为淀积键合材料后形成衬底键合层与盖板键合层的剖视图。

图7为刻蚀形成连接通孔后的剖视图。

图8为连接通孔内填充导电材料后形成电连接通孔的剖视图。

图9为去除保护层后的剖视图。

图10为将去除保护层后两块结构相同衬底对准键合形成晶圆级封装结构剖视图。

图11为将图10形成的晶圆级封装结构切片后形成芯片级封装结构的剖视图。

图12为两块相同衬底进行晶圆级键合的三维示意图。

附图标记说明：1-第一衬底、2-二氧化硅绝缘层、3-硬掩膜层、4-衬底对准孔、5-MEMS结构、6-键合定位槽、7-衬底键合定位凸块、8-衬底键合层、9-容纳槽、10-吸气剂、11-第一连接通孔、12-第二连接通孔、13-第三连接通孔、14-衬底电连接通孔、15-底部填充体、16-衬底正面、17-衬底背面、18-正常图像的MEMS结构、19-镜像图像的盖板结构、20-保护层、21-承载衬底区域、22-盖板区域、23-顶硅、24-盖板电连接通孔、25-第二衬底、26-盖板、27-承载衬底、28-盖板键合层、29-盖板键合定位凸块及30-盖板对准孔。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图11所示：为本发明得到的芯片级自对准封装结构；本发明芯片级自对准封装结构包括盖板26及位于所述盖板26正下方的承载衬底27；所述承载衬底27上设有MEMS结构5，所述盖板26内凹设有用于容纳MEMS结构5的容纳槽9，MEMS结构5伸入容纳槽9内，容纳槽9的槽底设有吸气剂10；盖板26对应容纳槽9槽口的外侧设有盖板键合定位凸块29，且盖板26对应设置盖板键合定位凸块29的一侧表面设有盖板键合层28；承载衬底27上对应设置MEMS结构5的外侧设有衬底键合定位凸块7，所述衬底键合定位凸块7与MEMS结构5间设有能与盖板键合定位凸块29相对应配合的键合定位槽6，承载衬底27对应设置衬底键合定位凸块7的表面设有衬底键合层8；盖板键合定位凸块29伸入键合定位槽6内对应配合后实现自对准，盖板键合层28与衬底键合层8对应接触，且盖板26与承载衬底27通过盖板键合层28及衬底键合层8真空键合后连成一体。盖板键合层28与衬底键合层8间的键合，能够在包括真空的不同压力条件下进行，实现MEMS器件的气密性封装甚至真空封装。

由于键合定位槽6的形状及尺寸与盖板键合定位凸块29相匹配，盖板键合定位凸块29伸入键合定位槽6内，衬底键合定位凸块7位于盖板键合定位凸块29的外侧，且能与盖板键合定位凸块29的外侧相对应配合，衬底键合定位凸块7的端部与盖板26上的盖板键合层28相接触，从而在容纳槽9及MEMS结构5外圈形成一个封闭结构，能够有效保证容纳槽9内的真空度。当容纳槽9内的吸气剂10需要通过电流激活时，盖板26内设有盖板电连接通孔24，所述盖板电连接通孔24与容纳槽9内的盖板键合层28电连接，当通过盖板电连接通孔24与外部电源相连时，由于位于容纳槽9槽底的盖板键合层28内存在电阻，长时间通电后会发热，盖板键合层28发出的热量能够激活吸气剂10，吸气剂10激活后能够保证容纳槽9内的真空度，并能在后续多次激活吸气剂10。

为了能够将承载衬底27上的MEMS结构5与外部的连接，所述承载衬底27内设有贯通所述承载衬底27的衬底电连接通孔14，所述衬底电连接通孔14与MEMS结构5电连接。为了增强盖板26与承载衬底27间连接的可靠性，所述盖板26与承载衬底27间设有底部填充体15；所述底部填充体15的材料为环氧树脂。

所述盖板26及承载衬底27均采用SOI衬底，盖板键合层28与衬底键合层8为同一制造层；盖板键合定位凸块29与衬底键合定位凸块7、键合定位槽6为同一制造层。盖板26与承载衬底27可以采用同一块晶圆经过相同的工艺步骤后获得，保证了工艺间的一致性。

将盖板26与承载衬底27进行键合时，首先需要将盖板26与承载衬底27进行初步粗对准，一般地，盖板26上设置盖板对准标记，承载衬底27上设置衬底对准标记，盖板26及承载衬底27通过盖板对准标记与衬底对准标记对准后实现盖板26与承载衬底27的初步粗对准。本发明的实施例中，盖板26上的盖板对准标记为盖板对准孔30，承载衬底27上的对准标记为衬底对准孔4，所述盖板对准孔30贯通盖板26，衬底对准孔4贯通承载衬底27；盖板对准孔30与衬底对准孔4在本发明实施例中为同一制造层。

所述盖板26上对应盖板键合定位凸块29的外侧设有盖板对准孔30，承载衬底27上对应衬底键合定位凸块7的外侧设有衬底对准孔4，所述衬底对准孔4与盖板对准孔30相连通，且衬底对准孔4与盖板对准孔30的轴线位于同一直线上。所述盖板对准孔30与衬底对准孔4为对准标记，当盖板对准孔30与衬底对准孔4对准后，能够使得盖板26与承载衬底27初步对准；当盖板键合定位凸块29伸入键合定位槽6内后，键合过程中所施加的竖直方向的压力能够使得盖板26与承载衬底27在水平方向产生滑动而进一步精确对准，提高MEMS结构5封装的精确度。

为了能够达到上述封装定位配合效果，所述盖板键合定位凸块29与衬底键合定位凸块7的形状为等腰梯形、等腰三角形或矩形中的一种或几种。当盖板键合定位凸块29、衬底键合定位凸块7的形状为等腰梯形或三角形时，梯形和三角形的底边与承载衬底27的表面平行，等腰梯形或其组合图形中等腰梯形的底角为90度至180度，等腰三角形或其组合图形中等腰三角形的顶角为0度至180度；键合定位槽6位于MEMS结构5与盖板26中容纳槽9的外围，通过键合定位槽6与盖板键合定位凸块29的对应配合，能在容纳槽9及MEMS结构5的外侧形成至少形成1个闭合环形。

如图1~图11所示：上述结构的自对准封装结构可以通过下述工艺步骤实现，具体地：

a、提供第一衬底1，并在第一衬底1的正面与背面均覆盖硬掩膜层3；

如图1和图2所示：所述第一衬底1采用双面抛光的晶面为<100>的N型或P型的SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘体上硅）硅片，第一衬底1包括顶硅23及位于所述顶硅23下方的二氧化硅绝缘层2；为了能够保护第一衬底1，在第一衬底1的正面与背面均覆盖硬掩膜层3，所述硬掩膜层3为二氧化硅，第一衬底1中对应顶硅23的表面为衬底正面16，第一衬底1对应的另一表面为衬底背面17；硬掩膜层3可以通过等离子体增强型化学气相沉积方法设置在第一衬底1上，一般覆盖第一衬底1正面的硬掩膜层3厚度为6微米，覆盖第一衬底1背面的硬掩膜层3厚度为2微米；SOI硅片中，位于二氧化硅绝缘层2下方的底硅厚度为300微米，二氧化硅绝缘层2厚度为2微米，顶硅23的厚度为10微米；

b、选择性地掩蔽和刻蚀上述第一衬底1，以在第一衬底1上所需位置形成对准标记；

如图3所示：本发明的实施例中，对准标记采用通孔对准标记；具体地，使用紫外线光刻的方法在第一衬底1的正面和背面刻出对准标记的图形，并在第一衬底1的正面和背面使用六氟化硫-氧气工艺气体进行深度反应离子刻蚀，形成通孔，即形成通孔对准标记；所述通孔对准标记包括盖板对准孔30及衬底对准孔4，所述衬底对准孔4与盖板对准孔30均贯通第一衬底1；

c、在上述第一衬底1的正面通过常规工艺制备形成MEMS结构5，以在第一衬底1上形成承载衬底区域21及盖板区域22，所述MEMS结构5位于承载衬底区域21；

在第一衬底1上设置形成MEMS结构5的方法根据MEMS器件的不同有相应的制备方法，下面就以一种常规工艺来说明本发明中MEMS结构5的制备过程：使用紫外线光刻的方法在第一衬底1的正面刻出MEMS悬臂底部结构的图形，使用硅烷在600摄氏度的温度中进行化学气相沉积形成5微米多晶硅薄膜，再次使用紫外线光刻的方法在第一衬底1正面刻出MEMS悬臂顶部结构的图形，使用氧气体积占10%的四氟化碳-氧气工艺气体进行选择性反应离子刻蚀，形成多晶硅MEMS悬臂结构；同时使用紫外光刻的方法制造MEMS结构的附带电路，形成MEMS结构5；

此处只是形成MEMS结构5的一个实施例，而MEMS结构5的制备过程不是本发明制备方法的重点，本实施例中描述的制备方法不作为限定MEMS结构5的唯一制备方法，只要是能够制备MEMS结构5的工艺方法都能够适应本发明的制备过程。

d、在上述第一衬底1的正面淀积保护层20，所述保护层20覆盖第一衬底1的正面及MEMS结构5；

如图4所示：在第一衬底1正面使用等离子体化学气相沉积法沉积10微米二氧化硅，与前述中二氧化硅掩膜层3共同形成MEMS结构5的保护层20；

e、选择性地掩蔽和刻蚀上述保护层20及保护层20下方的第一衬底1，去除第一衬底1背面的硬掩膜层3，并在第一衬底1的承载衬底区域21上得到衬底键合定位凸块7，且在盖板区域22上得到盖板键合定位凸块29，衬底键合定位凸块7与MEMS结构5间通过键合定位槽6相连，所述键合定位槽6与盖板键合定位凸块29对应匹配；

如图5所示：使用紫外线光刻的方法在第一衬底1正面刻出带有凸角补偿结构的键合槽的图形，使用百分浓度为1%的氢氟酸水溶液在21摄氏度室温条件下，在键合槽图形处进行选择性腐蚀，去除第一衬底1背面的硬掩膜层3和正面的保护层20；使用40摄氏度的百分浓度为30%的氢氧化钾腐蚀液，在去除硬掩膜层3和保护层20的区域进行硅的各项异性腐蚀，形成梯形键合槽结构，腐蚀的终止点由硅片中的二氧化硅绝缘层2的位置决定，在此实施例中为10微米的腐蚀深度；腐蚀完成后的键合槽在MEMS结构区域为键合定位槽6，在盖板区域22为盖板键合定位凸块29，在承载衬底区域21为衬底键合定位凸块7，所述盖板键合定位凸块29与衬底键合定位凸块7的形状相一致均为等腰梯形，所述梯形的底角为54.74度，且键合定位槽6与衬底键合定位凸块7的形状互补，从而能够使得键合定位槽6与盖板键合定位凸块29相匹配连接，如图5所示；

f、选择性地掩蔽和刻蚀上述第一衬底1，在盖板区域22内得到容纳槽9，所述容纳槽9位于盖板区域22的盖板键合定位凸块29间；

使用四氟化碳工艺气体在第一衬底1正面的盖板区域22进行反应离子腐蚀，去除二氧化硅绝缘层2的底硅，腐蚀深度为50微米，形成能够容纳MEMS结构5的容纳槽9；

g、在上述第一衬底1的正面淀积键合材料，以得到位于承载衬底区域21的衬底键合层8及位于盖板区域22的盖板键合层28，所述盖板键合层8覆盖容纳槽9的槽底；

一般地，键合材料为铜、金、铟、硅化铝、锗化金、锡化金、锡化铜、铝锗合金、铅锡合金、金锡合金、锡银铜合金、锡铜合金、铟锡合金、锡铋合金、聚二甲基氧硅烷、聚乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、SU-8等光刻胶或以上材料的任意组合。

本发明实施例中使用电子束蒸镀的方法在第一衬底1的正面依次沉积20纳米钛、3微米金锡合金和20纳米钛，作为键合材料，以得到位于承载衬底区域21的衬底键合层8及位于盖板区域22的盖板键合层28，所述盖板键合层28覆盖容纳槽9的槽底；位于容纳槽9槽底的盖板键合层28能作为后续制备吸气剂10的激活结构；

h、在上述容纳槽9的槽底内淀积吸气剂材料，以得到吸气剂10；

如图6所示：使用溅射法在容纳槽9的槽底中溅射100纳米的吸气剂10；

i、将上述第一衬底1的背面减薄到所需厚度；

在第一衬底1正面使用表面保护贴膜以保护正面的结构，使用化学机械抛光的方法将第一衬底1的背面进行打磨以减少厚度，目标厚度为200微米；第一衬底1的背面减薄厚度一般根据MEMS结构5进行设置，减少厚度以便后续制备TSV（TSV，Through -Silicon-Via，硅通孔）通孔；

j、选择性地掩蔽和刻蚀第一衬底1的背面，得到贯通第一衬底1的连接通孔，所述连接通孔包括位于承载衬底区域21的第一连接通孔11，所述第一连接通孔11从第一衬底1的背面刻蚀延伸至MEMS结构5；

如图7所示：在所述承载衬底区域21还包括第二连接通孔12，在盖板区域22包括第三连接通孔13，在承载衬底区域21设置第一连接通孔11及第二连接通孔12，通过设置第一连接通孔11及第二连接通孔12说明将MEMS结构5向外引出具有两种形式；

使用紫外线光刻的方法在第一衬底1背面刻出需要的电连接通孔的图形，通过各向异性腐蚀液腐蚀出第三连接通孔13，或通过工艺气体腐蚀出第二连接通孔12，或使用上述两种工艺结合的方法腐蚀出第一连接通孔11，腐蚀的终止点由MEMS结构5中的导电层以及容纳槽9中的键合材料层的位置决定，在此实施例中，连接MEMS结构5的第一连接通孔11和第二连接通孔12的腐蚀深度为150微米，容纳槽9的通孔的腐蚀深度为100微米；

k、对上述连接通孔内填充导电材料，第一连接通孔11填充导电材料后形成衬底电连接通孔14，所述衬底电连接通孔14与MEMS结构5电连接；

如图8所示：使用电化学淀积方法，将导电材料铜填充形成电连接通孔，所述电连接通孔包括衬底电连接通孔14及盖板电连接通孔24；

l、去除上述第一衬底1上的保护层20及位于所述保护层20上的键合材料，以使得MEMS结构5裸露，并使得衬底键合定位凸块7及盖板键合定位凸块29的顶端裸露；

如图9所示：使用百分浓度为1%的氢氟酸水溶液在21摄氏度室温条件下，将第一衬底1正面的保护层20完全去除，从而释放MEMS结构5并去除多余的键合材料；

m、提供与上述第一衬底1结构相同的第二衬底25，并将所述第二衬底25放置于第一衬底1的上方，第二衬底25的盖板区域22与第一衬底1的承载衬底区域21相对应，第二衬底25的承载衬底区域21与第一衬底1的盖板区域21相对应，第一衬底1与第二衬底25通过对准标记对准后，盖板键合定位凸块29伸入键合定位槽6内，以使得第一衬底1与第二衬底25对应的键合层相接触；

如图10所示：取两块相同的经过上述步骤处理的衬底，即第一衬底1与第二衬底25结构完全相同；将第一衬底1与第二衬底25的衬底正面16相对应放置；第一衬底1与第二衬底25根据衬底对准孔4、盖板对准孔30进行初步对准；然后第一衬底1上的键合定位槽6、盖板键合定位凸块29与第二衬底25上的盖板键合定位凸块29、键合定位槽6相对应配合，使得第一衬底1与第二衬底25间精密配合；

n、将上述第一衬底1对应的键合层与第二衬底25对应的键合层进行真空键合，以使得第一衬底1与第二衬底25连接成一体。

使用EVG501晶圆键合机，使得第一衬底1与第二衬底25真空键合，键合温度为320摄氏度，满足键合材料金锡合金的共晶键合的条件，同时可以激活吸气剂10；容纳槽9内的真空度为0.1帕，键合压强为1兆帕，键合时间15分钟；通过盖板键合定位凸块29与键合定位槽6的键合互补结构，键合过程中施加的压力能让粗对准的衬底和盖板在的该结构的引导下获得高精度的自对准；上述吸气剂10的激活同样可以使用电连接通孔13进行电激活。上述第一衬底1与第二衬底25间键合连接成一体后，形成晶圆级自对准封装结构。

如图11所示：当需要形成芯片级自对准封装结构时，需要对上述晶圆级自对准封装结构进行划片；即还包括步骤o、对上述键合连成一体的第一衬底1与第二衬底25切片，以得到两块芯片级自对准封装结构，所述自对准封装结构包括承载衬底27及位于所述承载衬底27上的盖板26。

如图12所示：在使用上述步骤介绍的圆片键合方法时，MEMS结构与盖板结构使用了一体化设计，其中在第一衬底1上的MEMS结构的图形18为正常图形，盖板图形19为镜像图形，两者形成一个基本图形组；一个基本图形组中，两个图形的几何中心连接线段的中垂线应与基本图形组排列成的阵列的纵向中轴线重合。

当为了得到芯片级自对准封装结构时，可以在步骤m中不再提供第二衬底25，而是将第一衬底1先进行切片，以通过第一衬底1能同时得到盖板26及承载衬底27，然后将盖板26对应形成盖板键合定位凸块29的表面与承载衬底27对应形成键合定位槽6的表面相对应；通过盖板对准孔30与衬底对准孔4进行初步对准后，再通过盖板键合定位凸块29与键合定位槽6的对应配合使得盖板26与承载衬底27精密配合，通过盖板键合层28与衬底键合层8对应配合能将盖板26与承载衬底27连接成一体。

此实施例可以用来说明本发明的结构和制造过程，但本发明的实施绝不仅限于此实施例。在不脱离本发明及所附的权利要求的范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明的保护范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1. 一种用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，其特征是，所述自对准封装结构制备方法包括如下步骤：

（a）、提供第一衬底（1），并在第一衬底（1）的正面与背面均覆盖硬掩膜层（3）；

（b）、选择性地掩蔽和刻蚀上述第一衬底（1），以在第一衬底（1）上所需位置形成对准标记；

（c）、在上述第一衬底（1）的正面通过常规工艺制备形成MEMS结构（5），以在第一衬底（1）上形成承载衬底区域（21）及盖板区域（22），所述MEMS结构（5）位于承载衬底区域（21）；

（d）、在上述第一衬底（1）的正面淀积保护层（20），所述保护层（20）覆盖第一衬底（1）的正面及MEMS结构（5）；

（e）、选择性地掩蔽和刻蚀上述保护层（20）及保护层（20）下方的第一衬底（1），去除第一衬底（1）背面的硬掩膜层（3），并在第一衬底（1）的承载衬底区域（21）上得到衬底键合定位凸块（7），且在盖板区域（22）上得到盖板键合定位凸块（29），衬底键合定位凸块（7）与MEMS结构（5）间得到键合定位槽（6），所述键合定位槽（6）与盖板键合定位凸块（29）对应匹配；

（f）、选择性地掩蔽和刻蚀上述第一衬底（1），在盖板区域（22）内得到容纳槽（9），所述容纳槽（9）位于盖板区域（22）的盖板键合定位凸块（29）间；

（g）、在上述第一衬底（1）的正面淀积键合材料，以得到位于承载衬底区域（21）的衬底键合层（8）及位于盖板区域（22）的盖板键合层（28），所述盖板键合层（28）覆盖容纳槽（9）的槽底；

（h）、在上述容纳槽（9）的槽底内淀积吸气剂材料，以得到吸气剂（10）；

（i）、将上述第一衬底（1）的背面减薄到所需厚度；

（j）、选择性地掩蔽和刻蚀第一衬底（1）的背面，得到贯通第一衬底（1）的连接通孔，所述连接通孔包括位于承载衬底区域（21）的第一连接通孔（11），所述第一连接通孔（11）从第一衬底（1）的背面刻蚀延伸至MEMS结构（5）；

（k）、在上述连接通孔内填充导电材料，第一连接通孔（11）填充导电材料后形成衬底电连接通孔（14），所述衬底电连接通孔（14）与MEMS结构（5）电连接；

（l）、去除上述第一衬底（1）上的保护层（20）及位于所述保护层（20）上的键合材料，以使得MEMS结构（5）裸露，并使得衬底键合定位凸块（7）及盖板键合定位凸块（29）的顶端裸露；

（m）、提供与上述第一衬底（1）结构相同的第二衬底（25），并将所述第二衬底（25）放置于第一衬底（1）的上方，第二衬底（25）的盖板区域（22）与第一衬底（1）的承载衬底区域（21）相对应，第二衬底（25）的承载衬底区域（21）与第一衬底（1）的盖板区域（21）相对应，第一衬底（1）与第二衬底（25）通过对准标记对准后，盖板键合定位凸块（29）伸入键合定位槽（6）内，以使得第一衬底（1）与第二衬底（25）对应的键合层相接触；

（n）、将上述第一衬底（1）对应的键合层与第二衬底（25）对应的键合层进行键合，以使得第一衬底（1）与第二衬底（25）连接成一体。

2.根据权利要求1所述的用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，其特征是：还包括步骤（o）、对上述键合连成一体的第一衬底（1）与第二衬底（25）切片，以得到两块芯片级自对准封装结构，所述自对准封装结构包括承载衬底（27）及位于所述承载衬底（27）上的盖板（26）。

3.根据权利要求1所述的用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，其特征是：所述硬掩膜层（3）为二氧化硅。

4.根据权利要求1所述的用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，其特征是：所述连接通孔还包括第三电连接通孔（13），所述第三电连接通孔（13）位于容纳槽（9）的正下方，第三电连接孔（13）从第一衬底（1）的背面延伸至容纳槽（9）的槽底。

5.根据权利要求1所述的用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，其特征是：所述盖板（26）与承载衬底（27）间设有底部填充物（15）。

6.根据权利要求1所述的用于MEMS器件的自对准封装结构制备方法，其特征是：所述盖板（26）及承载衬底（27）均采用SOI衬底，盖板键合层（28）与衬底键合层（8）为同一制造层；盖板键合定位凸块（29）与衬底键合定位凸块（7）、键合定位槽（6）为同一制造层。