CN103879952B - Mems器件真空封装结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，采用外延生长的硅材料来填充侧壁生长有绝缘层的封闭环形通槽，并利用封闭环形通槽环绕用于实现MEMS器件真空封装结构内外电连接的电极，以供所述电极周围电学隔离。本发明中封闭环形通槽的填充物致密性很高，提高了器件的隔离效果、可靠性以及器件在真空封装时的机械强度，能够有效解决填充物与硅的热膨胀系数差异引起的器件可靠性降低的问题；本发明对全硅结构的真空封装采用硅硅键合，具有无放气、长期稳定性好和可靠性好的优势。本发明与CMOS工艺的完全兼容，不仅用于MEMS器件中的惯性器件的真空封装，也可用于红外等其他器件，如角速度传感器、能量采集器或红外传感器。

Description

MEMS器件真空封装结构的制作方法

技术领域

本发明采用微电子机械加工技术，属于微电子机械系统领域，涉及一种MEMS器件真空封装结构的制作方法。

背景技术

利用微电子机械加工技术制作的加速度计和角速度计在汽车导航和消费电子等领域得到了广泛应用。这些传感器具有成本低、可批量生产、稳定性好等优点。但是在机械结构达到微米量级时，空气阻尼效应成为了影响器件性能的关键因素。真空封装能够大幅减小空气阻尼效应，使器件的品质因子得到显著提高。

气密性是影响真空封装效果的一个重要因素。由于器件内外的电连接很容易影响到真空封装的气密性，因此它决定了整个器件的真空封装结构。玻璃浆料封装是常用的真空封装方式之一。R.Knechtel,M.Wiemer,J.Fromel在Specialissue:Wafer-bondingworkshopforMEMStechnologies(WBW-MEMS),11-12October2004,Halle中详细介绍了这种技术。玻璃浆料封装的器件结构简单，也很容易实现密闭性和器件内外的电连接。但是，由于玻璃浆料的流动性，一方面容易造成器件的沾污；另一方面通常需要密封环做的比较宽，同时需要增加附属的结构来控制玻璃浆料的流动，进而造成器件体积较大；更重要的是，玻璃浆料会释放气体，造成器件内部气压上升，影响器件的性能，因此器件内部需要再加入吸气剂，导致成本上升。

StevenS.Nasiri和AnthonyFrancisFlannery,JR.提出了一种CMOS硅片和MEMS硅片键合并采用硅通孔引线的封装结构（MethodoffabricationofAl/Gebondinginawaferpackagingenviromentandaproductproducedtherefrom,US2008/0283990A1）。该方法利用铝锗共晶键合（也称作铝锗低温键合）的导电特性和CMOS硅片上的硅通孔实现器件内外的电连接，由于铝锗材料存在放气（outgasing）过程，对于腔体内长期真空度的保持有不利影响，同时，铝锗材料在恶劣环境下、特别是较高工作温度环境下，如汽车应用环境中会发生泡起（popping）等失效过程，显著降低器件的可靠性，也限制了器件的应用范围。进一步，此种硅通孔制作使器件制造工艺变得复杂，成本也大幅上升，同时为借助硅通孔实现电连接该方法采用铜填充所述硅通孔，不过，由于铜与硅的热膨胀系数相差较大，在温度变化下，通孔中填充的铜会从通孔中突出而造成其上的焊球脱落，使器件可靠性降低。

真空封装结构中考虑器件内外的电连接同时，还需要要考虑位于连接电极周围的电学隔离结构。ThorbjornEbefors、EdvardKalvesten和TomasBauer的专利（MICROPACKAGINGMATHODANDDEVICES,US2010/0053922A1）中，电学隔离的结构的制作思路为：先形成高深宽比的凹槽，再直接利用CVD在所述凹槽内填充绝缘物质，以形成仅由绝缘物质组成的高深宽比的隔离结构，以达到电学隔离的目的。由于绝缘物质在真空封装时机械强度不足，当仅在凹槽中填充绝缘物质时，所述凹槽只能采用高深宽比结构，但高深宽比的凹槽易造成填充在其内的绝缘物质存在空隙，从而导致填充的绝缘物质致密性不好，影响隔离效果及器件在真空封装时的机械强度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，用于解决现有技术中硅通孔制作时沉积方法形成的金属填充物与硅的热膨胀系数差异引起的器件可靠性降低、用于电学隔离的硅通孔致密性不好导致的器件电学隔离效果和器件真空封装的机械强度降低、以及某些非硅键合材料的不稳定性导致器件长期稳定性降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，所述方法至少包括以下步骤：

1）提供一下基板，在所述下基板中预制作岛状支撑结构处刻蚀封闭环形槽，以使所述封闭环形槽环绕出岛状支撑结构；

2）在所述下基板上表面形成绝缘层；

3）在所述绝缘层表面生长外延层直至填充满所述封闭环形槽，而后减薄所述外延层直至暴露出所述封闭环形槽开口两侧的绝缘层；

4）去除暴露在所述下基板表面上的绝缘层；

5）提供一结构层，将所述结构层对准键合至所述下基板上表面；

6）图形化并刻蚀所述结构层，以形成所需的MEMS器件；

7）提供一上基板，在所述上基板中刻蚀出对应所述封闭环形槽的第一凹槽，并利用键合工艺将所述上基板真空键合至所述结构层；

8）背面减薄所述下基板，直至暴露出所述封闭环形槽，以使所述封闭环形槽形成填充有外延层及绝缘层的封闭环形通槽，完成真空封装结构的制作。

可选地，所述真空封装结构中的MEMS器件为能量采集器，所述步骤1）中在刻蚀所述封闭环形槽之前还包括在所述下基板中定义与所述能量采集器可动组件相对应的结构区域、并在所述结构区域中刻蚀第二凹槽的步骤，其中，所述的第二凹槽与封闭环形槽相连接，所述第二凹槽的深度小于所述封闭环形槽的深度；所述步骤3）还包括减薄所述外延层后刻蚀所述外延层以暴露出所述第二凹槽表面绝缘层的步骤；所述步骤6）中的MEMS器件至少包括连接所述边框支撑结构的边框、连接所述岛状支撑结构的锚点、通过所述锚点与所述下基板相连的固定梳齿、具有与固定梳齿相对应的可动梳齿的可动质量块、以及用于连接所述可动质量块和边框的弹性梁，其中，所述的固定梳齿、可动梳齿、可动质量块及弹性梁均悬于所述下基板之上；所述步骤7）中还包括在键合前刻蚀所述上基板以形成对应所述结构区域的第三凹槽的步骤，以使上基板与结构层扣合成一腔体，其中，所述的第三凹槽与第一凹槽形的深度相同、且均成于上基板的同一侧；所述步骤8）还包括在经减薄后的下基板背面形成钝化层，并在所述钝化层表面对应所述岛状支撑结构处开窗口，并在所述窗口中形成焊盘及引线。

可选地，所述步骤8）还包括在经减薄后的下基板背面形成钝化层，并在所述钝化层表面预制作焊盘及引线处开窗口，并在所述窗口中形成焊盘及引线以实现电连接。

可选地，所述下基板和结构层的材料为硅。

可选地，所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

可选地，所述上基板的材料为覆盖有绝缘层的硅半导体层，其中，所述绝缘层由含硅的绝缘物质形成。

可选地，采用化学机械抛光工艺对所述外延层或下基板进行研磨减薄。

可选地，在所述步骤2）中，采用热生长、化学气相沉积、或物理气相沉积形成所述绝缘层。

可选地，所述步骤中的刻蚀工艺采用干法刻蚀或湿法刻蚀，其中，所述干法刻蚀至少包括反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，所述湿法刻蚀至少包括采用氢氧化钾溶液。

可选地，在所述步骤3）中，外延生长所述外延层的同时进行掺杂，生长的所述外延层为多晶硅。

可选地，所述步骤2）中还包括形成绝缘层后再去除所述封闭环形槽底部的绝缘层以保留所述封闭环形槽侧壁的绝缘层的步骤；所述步骤8）中暴露出所述封闭环形槽中的外延层。

可选地，在所述步骤3）中，外延生长所述外延层的同时进行掺杂，生长的所述外延层为多晶硅与单晶硅的混合物。

可选地，采用光刻工艺及绝缘层刻蚀工艺去除所述绝缘层。

可选地，所述步骤7）中的键合为硅硅键合。

如上所述，本发明的MEMS器件真空封装结构的制作方法，具有以下有益效果：本发明环绕所述真空封装MEMS器件结构的内外电连接的电极结构（岛状支撑结构），形成填充有外延层及绝缘层的封闭环形通槽，以实现所述电极结构的电学隔离。与传统方法形成填充金属的硅通孔填充物相比，本发明的作为电学隔离结构的封闭环形通槽，采用外延生长的硅材料来填充，因此封闭环形通槽的填充物致密性很高，提高了器件的可靠性；同时本发明的外延层填充物为多晶硅或多晶硅与单晶硅的混合物，其热膨胀系数与硅的热膨胀系数差异不大，能够有效解决金属填充物与硅的热膨胀系数差异引起的器件可靠性降低的问题；最后，本发明对全硅结构的真空封装采用硅硅键合，形成了全部由硅材料组成的器件结构，具有无放气、长期稳定性好和可靠性好的优势。

附图说明

图1至图15显示为本发明MEMS器件真空封装结构的制作方法在实施例中的示意图，其中，图6显示为图5中A区域的局部放大示意图，图11显示为图10中结构层的俯视示意图。

元件标号说明

100下基板

101结构区域

102第二凹槽

103封闭环形槽

103’封闭环形通槽

104岛状支撑结构

105边框支撑结构

106绝缘层

107外延层

1071单晶硅

1072多晶硅

108钝化层

109焊盘及引线

200结构层

201弹性梁

202可动质量块

2031固定梳齿

2032可动梳齿

204锚点

205边框

300上基板

301第一凹槽

303第三凹槽

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图15。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图15所示，本发明提供一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤：

首先执行步骤1），提供一下基板100，在所述下基板100中预制作岛状支撑结构104处，采用干法刻蚀或湿法刻蚀形成封闭环形槽102，以使所述封闭环形槽102环绕出岛状支撑结构104，其中，所述干法刻蚀至少包括反应离子刻蚀（RIE）或感应耦合等离子体刻蚀（ICP），所述湿法刻蚀至少包括采用氢氧化钾溶液。所述封闭环形槽103侧壁与开口的角度依赖于制作封闭环形槽103的方法，采用干法刻蚀时所述封闭环形槽103侧壁与开口的角度可近似为90°（即所述封闭环形槽103侧壁与开口近似垂直），采用湿法刻蚀时所述封闭环形槽103侧壁与开口的角度为54.7°。

在本实施例中，所述真空封装结构中的MEMS器件为能量采集器，如图1所示，则具体步骤1）为提供一硅材料下基板100，在所述下基板100中定义与所述能量采集器可动组件相对应的结构区域101，并采用反应离子刻蚀（RIE）在所述结构区域101中刻蚀第二凹槽102，在所述下基板100中刻蚀与所述第二凹槽102相对侧相连接的两个封闭环形槽103，以使所述封闭环形槽103环绕出岛状支撑结构104，且所述第二凹槽102的深度小于所述封闭环形槽103的深度，其中，所述的第二凹槽102形成于各该封闭环形槽103之间、且与封闭环形槽103形成于下基板的同一侧，所述封闭环形槽103的一边位于所述结构区域101中，所述结构区域101外的相对侧形成有两个岛状支撑结构104，所述的封闭环形槽103及结构区域101外、环绕所述下基板100边缘形成边框支撑结构105。需要指出的是，所述第二凹槽102为所述能量采集器中可动组件留有活动空间。

在本实施例中，优选的，所述封闭环形槽103的宽度范围在80~150微米，深宽比值范围是1~5，所述封闭环形槽103侧壁与开口的角度依赖于制作封闭环形槽103的方法，采用干法刻蚀（反应离子刻蚀）时所述封闭环形槽103侧壁与开口的角度可近似为90°（即所述封闭环形槽103侧壁与开口近似垂直）。

需要说明的是，本实施例中MEMS器件真空封装结构的制作方法的预制作的MEMS器件为能量采集器，但并不局限于此，预真空封装的所述MEMS器件还可以是角速度传感器或红外传感器等，即本发明不仅用于MEMS器件中的惯性器件的真空封装，也可应用于红外等其他器件，其中，在步骤1）中对应所述预制作的所述MEMS器件的可动组件在所述下基板中制作凹槽（并不局限于本实施例中第二凹槽的情况），以供预制作的所述MEMS器件的可动组件留有活动空间。接着执行步骤2）。

在步骤2）中，在所述下基板100上表面，采用热生长、化学气相沉积、或物理气相沉积方法形成绝缘层106，其中，所述绝缘层106材料为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，所述绝缘层2的厚度范围是100~1000nm。在本实施例中，如图2所示，采用化学气相沉积在所述下基板100上表面形成氮化硅绝缘层106，其中，所述封闭环形槽103及第二凹槽102表面均形成有绝缘层106。

进一步，如图3所示，在本实施例中，所述步骤2）中还包括采用光刻工艺及绝缘层刻蚀工艺去除所述封闭环形槽103底部的绝缘层106以保留所述封闭环形槽103侧壁的绝缘层的步骤，以使所述封闭环形槽103底部暴露出所述下基板100材料（硅），其中，绝缘层刻蚀工艺包括缓冲氧化层蚀刻液（BOE）或反应离子刻蚀，本实施例中采用缓冲氧化层蚀刻液（BOE）去除所述绝缘层106。接着执行步骤3）。

在步骤3）中，在本实施例中，如图4所示，在所述绝缘层106表面，外延生长硅材料外延层107的同时进行掺杂，直至所述外延层107填充满所述封闭环形槽103，而后，如图5所示，采用化学机械抛光工艺减薄所述外延层107直至暴露出所述封闭环形槽103开口两侧的绝缘层106。

进一步，在本实施例中，由于前述步骤1）中刻蚀所述第二凹槽102，因此，化学机械抛光减薄所述外延层107后，所述第二凹槽102表面仍存在外延层107，则如图7所示，所述步骤3）减薄所述外延层107后采用干法刻蚀或湿法刻蚀，去除存在于所述第二凹槽102表面的所述外延层107，以暴露出所述第二凹槽102表面绝缘层106，其中，所述干法刻蚀至少包括反应离子刻蚀（RIE）或感应耦合等离子体刻蚀（ICP），所述湿法刻蚀至少包括采用氢氧化钾溶液。本实施例中，采用RIE去除所述第二凹槽102表面的所述外延层107，以暴露出所述第二凹槽102表面绝缘层106，此时，位于所述封闭环形槽103内的外延层107也同时被刻蚀，则暴露出位于所述封闭环形槽103侧壁的部分绝缘层106，其中，所述刻蚀外延层107的深度与所述第二凹槽102的深度相等。

需要说明的是，由于本实施例的前述步骤2）中已刻蚀所述封闭环形槽103底部的绝缘层106，并将所述封闭环形槽103底部的下基板100表面暴露出，因此在所述步骤3）中边掺杂边外延生长硅材料外延层3时，沿所述封闭环形槽103底部的下基板100表面外延生长的为单晶硅外延层1071，沿所述封闭环形槽103侧壁的绝缘层106外延生长的为多晶硅外延层1072，形成填充所述封闭环形槽103的外延层107为多晶硅外延层1072与单晶硅层1071的混合物，且由于本实施例中优选的所述封闭环形槽103的深宽比值范围为1~5（本实施例中所述封闭环形槽103的深宽比值为1.5），所述外延层107经过减薄后，位于所述封闭环形槽103开口处的填充物（外延层107）表面暴露出单晶硅1071，即同时存在单晶硅1071和多晶硅1072，所述外延层107填充物中单晶硅和多晶硅的分布请参阅图6，图6为图5中A区域（封闭环形槽103的一边）的局部放大示意图。需要指出的是，所述封闭环形槽103用于隔离作用时，其外延层107填充物为单晶硅和多晶硅混合物或为单纯的多晶硅时，所述封闭环形槽103的隔离效果并无明显区分。

需要进一步说明的是，在另一实施例中（未图示），当前述步骤2）中未刻蚀所述封闭环形槽底部的绝缘层时，则步骤3）中，外延生长所述硅材料外延层的同时进行掺杂，填充满所述封闭环形槽，此时，生长的所述外延层只为多晶硅（未图示）。接着执行步骤4）。

在步骤4）中，如图8所示，采用光刻工艺及绝缘层刻蚀工艺去除暴露在所述下基板100表面上的绝缘层106，其中，绝缘层刻蚀工艺包括缓冲氧化层蚀刻液（BOE）或反应离子刻蚀，本实施例中采用缓冲氧化层蚀刻液（BOE）去除所述绝缘层106。由于本实施例前述步骤3）中暴露出所述第二凹槽102表面绝缘层106时，对所述第二凹槽102及封闭环形槽103上的外延层同时进行反应离子刻蚀（RIE），因此，位于所述封闭环形槽103侧壁的部分绝缘层106也为暴露在所述下基板100表面上的绝缘层106，则如图8所示，位于所述封闭环形槽103侧壁的部分绝缘层106也被去除。此时，所述岛状支撑结构104与边框支撑结构105等高，且均高于所述下基板100中的其它区域。接着执行步骤5）。

在步骤5）中，如图9所示，提供一结构层200，将所述结构层200对准键合至所述下基板100上表面，其中，在本实施例中，所述结构层200的材料为硅。此时，由于前述步骤中的绝缘层106作为掩膜，以保护所述下基板100上表面的半导体质量，则所述等高的岛状支撑结构104与边框支撑结构105的表面作为键合面，且所述键合面的半导体质量不受前述工艺步骤的影响，以利于键合的实施，由于本实施例中下基板100及结构层100均为硅材料，因此，所述对准键合采用常规的Si-Si键合（硅硅键合）。

需要指出的是，如图9所示，在本实施例中，所述结构层200与下基板100之间，所述结构区域101及封闭环形槽103的开口处存在空隙，且所述结构区域101的空间为所述预制作的MEMS器件（本实施例为能量采集器）中可动组件的活动空间。接着执行步骤6）。

在步骤6）中，采用光刻胶（未图示）及预制作MEMS器件的掩膜版（未图示）对所述结构层200进行图形化处理，并干法刻蚀或湿法刻蚀所述结构层200，以形成所需的MEMS器件，其中，所述干法刻蚀至少包括反应离子刻蚀（RIE）或感应耦合等离子体刻蚀（ICP），所述湿法刻蚀至少包括采用氢氧化钾溶液。在本实施例中，采用感应耦合等离子体刻蚀（ICP），对已经过图形化处理的结构层200进行刻蚀，以释放所需的MEMS器件的具体结构。

本实施例的MEMS器件为能量采集器，则请参阅图10及图11，其中，图11为结构层200中能量采集器的俯视示意图。所述MEMS器件至少包括连接所述边框支撑结构105的边框205、连接所述岛状支撑结构104的锚点204、通过所述锚点204与所述下基板100相连的固定梳齿2031、具有与固定梳齿2031相对应的可动梳齿2032的可动质量块202、以及用于连接所述可动质量块202和边框205的弹性梁201，其中，所述的固定梳齿2031、可动梳齿2032、可动质量块202及弹性梁201均悬于所述下基板之上，且所述可动梳齿2032、可动质量块202及弹性梁201为所述能量采集器的可动组件。

需要说明的是，位于结构层200的预真空封装的所述MEMS器件（本实施例中为能量采集器）与下基板之间的存在空间，以供所述预真空封装的所述MEMS器件的可动组件活动；所述封闭环形槽103上部与结构层200之间存在的空间，目的是使结构层200中的外框205与预封装的MEMS器件中预电学隔离的组件实现电学隔离，以避免所述被真空封装的MEMS器件与外界电连接造成短路。接着执行步骤7）。

在步骤7）中，在本实施例中，如图12所示，提供一上基板300，在所述上基板300中，采用干法刻蚀或湿法刻蚀形成对应所述封闭环形槽103的第一凹槽301、及对应所述结构区域101的第三凹槽303；如图13所示，利用键合工艺将所述上基板300真空键合至所述结构层200，以使上基板300与结构层200扣合成一腔体，为所述能量采集器的可动组件留有足够的活动空间，其中，所述的第三凹槽303与第一凹槽301的深度相同且相连接、并均成形成于上基板300的同一侧。所述干法刻蚀至少包括反应离子刻蚀（RIE）或感应耦合等离子体刻蚀（ICP），所述湿法刻蚀至少包括采用氢氧化钾溶液；所述键合为硅硅键合；所述真空键合是指将被键合物放入键合机腔体中后，在实施键合的过程中同时在键合机腔体中进行抽真空处理；所述上基板的材料为覆盖有绝缘层的硅半导体层，其中，所述绝缘层由含硅的绝缘物质形成，所述绝缘层避免所述MEMS器件中预电学隔离的组件与外界电连接造成短路。

复请参阅图12及图13，需要指出的是，在本实施例中，所述上基板300的材料为硅；先采用反应离子刻蚀（RIE）对硅材料上基板300进行刻蚀形成第一凹槽301及第三凹槽303，而后，在形成有所述凹槽的上基板300表面上生长绝缘层，所述绝缘层至少包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，本实施例中，所述绝缘层为氧化硅，以电学隔离用于内外电连接的电极结构（岛状支撑结构），防止其通过上基板存在电学导通而造成器件失效，换言之，所述上基板为形成有第一凹槽301及第三凹槽303、且表面覆盖有绝缘层的硅材料上基板；采用的键合为硅硅键合，且所述第三凹槽303的外侧及封闭环形槽301的外侧均为所述上基板300的键合面，与所述结构层200的锚点204及边框205相对应进行真空键合，其中，由于本实施例中，所述上基板300、结构层200、下基板100均为硅材料，因此，本实施例中是对全硅结构进行硅硅键合的，形成的器件结构全部由硅材料组成，具有无放气、长期稳定性好、及可靠性好等优势。接着执行步骤8）。

在步骤8）中，如图14所示，采用化学机械抛光工艺背面减薄所述下基板100，直至暴露出所述封闭环形槽103，以使所述封闭环形槽103形成填充有外延层107及绝缘层106的、供电学隔离的封闭环形通槽103’，完成真空封装结构的制作。

需要指出的是，所述封闭环形通槽103’，采用外延生长的硅材料（为多晶硅外延层1072与单晶硅层1071的混合物）来填充，因此封闭环形通槽103’的填充物致密性很高，提高了器件的可靠性。

在本实施例中，如图15所示，所述MEMS器件为能量采集器需要内外电连接，则通过所述岛状支撑结构104实现内外电连接，因此，所述步骤8）还包括在经减薄后的下基板100背面形成钝化层108，并在所述钝化层108表面对应所述岛状支撑结构104处开窗口，并在所述窗口中采用溅射铝或化学气相沉积（CVD）多晶硅形成焊盘及引线109，以形成由所述的焊盘及引线109、岛状支撑结构104、锚点204形成的电连接通路，其中，所述封闭环形通槽103’供所述真空封装结构中岛状支撑结构104与下基板的其余区域进行电学隔离，从而避免通过所述岛状支撑结构104实现电连接时形成短路的情况。

需要指出的是，在本实施例中，由于步骤2）中去除了封闭环形槽103底部的绝缘层106，因此所述步骤8）中对所述下基板100进行背面减薄后，形成的封闭环形通槽的底面暴露出外延层107。在另一实施例中，步骤2）中未去除了封闭环形槽底部的绝缘层，则所述步骤8）中对所述下基板进行背面减薄后，形成的封闭环形通槽的底面暴露出位于底部的绝缘层。

需要说明的是，在真空键合所述上基板300与结构层200之后再背面减薄所述下基板100，原因在于，所述结构层的表面若未真空键合所述上基板300时对所述下基板100进行背面减薄时，容易造成对所述结构层200中MEMS器件的污染，因此，需要先进行真空键合而后再对所述下基板100进行背面减薄。

综上所述，本发明一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，本发明环绕所述真空封装MEMS器件结构的内外电连接的电极结构（岛状支撑结构），形成填充有外延层及绝缘层的封闭环形通槽，以实现所述电极结构的电学隔离。与传统方法形成填充金属的硅通孔填充物相比，本发明的作为电学隔离结构的封闭环形通槽，采用外延生长的硅材料来填充，因此封闭环形通槽的填充物致密性很高，提高了器件的可靠性；同时本发明的外延层填充物为多晶硅或多晶硅与单晶硅的混合物，其热膨胀系数与硅的热膨胀系数差异不大，能够有效解决金属填充物与硅的热膨胀系数差异引起的器件可靠性降低的问题；最后，本发明对全硅结构的真空封装采用硅硅键合，形成了全部由硅材料组成的器件结构，具有无放气、长期稳定性好和可靠性好的优势。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤：

1)提供一下基板，在所述下基板中预制作岛状支撑结构处刻蚀封闭环形槽，以使所述封闭环形槽环绕出岛状支撑结构；

2)在所述下基板上表面形成绝缘层；

3)在所述绝缘层表面生长外延层直至填充满所述封闭环形槽，而后减薄所述外延层直至暴露出所述封闭环形槽开口两侧的绝缘层；

4)去除暴露在所述下基板表面上的绝缘层；

5)提供一结构层，将所述结构层对准键合至所述下基板上表面；

6)图形化并刻蚀所述结构层，以形成所需的MEMS器件；

7)提供一上基板，在所述上基板中刻蚀出对应外侧封闭环形槽的第一凹槽，并利用键合工艺将所述上基板真空键合至所述结构层；

8)背面减薄所述下基板，直至暴露出所述封闭环形槽，以使所述封闭环形槽形成填充有外延层及绝缘层的封闭环形通槽，完成真空封装结构的制作；

所述真空封装结构中的MEMS器件为能量采集器，

所述步骤1)中在刻蚀所述封闭环形槽之前还包括在所述下基板中定义与能量采集器可动组件相对应的结构区域、并在所述结构区域中刻蚀第二凹槽的步骤，其中，所述的第二凹槽与内侧封闭环形槽相连接，所述第二凹槽的深度小于内侧封闭环形槽的深度；

所述步骤3)还包括减薄所述外延层后刻蚀所述外延层以暴露出所述第二凹槽表面绝缘层的步骤；

所述步骤6)中的MEMS器件至少包括连接边框支撑结构的边框、连接所述岛状支撑结构的锚点、通过所述锚点与所述下基板相连的固定梳齿、具有与固定梳齿相对应的可动梳齿的可动质量块、以及用于连接所述可动质量块和边框的弹性梁，其中，所述的固定梳齿、可动梳齿、可动质量块及弹性梁均悬于所述下基板之上；

所述步骤7)中还包括在键合前刻蚀所述上基板以形成对应所述结构区域的第三凹槽的步骤，以使上基板与结构层扣合成一腔体，其中，所述的第三凹槽与第一凹槽形的深度相同、且均成于上基板的同一侧；

所述步骤8)还包括在经减薄后的下基板背面形成钝化层，并在所述钝化层表面对应所述岛状支撑结构处开窗口，并在所述窗口中形成焊盘及引线。

2.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤8)还包括在经减薄后的下基板背面形成钝化层，并在所述钝化层表面预制作焊盘及引线处开窗口，并在所述窗口中形成焊盘及引线以实现电连接。

3.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述下基板和结构层的材料为硅。

4.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

5.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述上基板的材料为覆盖有绝缘层的硅半导体层，其中，所述绝缘层由含硅的绝缘物质形成。

6.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：采用化学机械抛光工艺对所述外延层或下基板进行研磨减薄。

7.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：在所述步骤2)中，采用热生长、化学气相沉积或物理气相沉积形成所述绝缘层。

8.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述方法中的刻蚀工艺采用干法刻蚀或湿法刻蚀，其中，所述干法刻蚀至少包括反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，所述湿法刻蚀至少包括采用氢氧化钾溶液。

9.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：在所述步骤3)中，外延生长所述外延层的同时进行掺杂，生长的所述外延层为多晶硅。

10.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤2)中还包括形成绝缘层后再去除所述封闭环形槽底部的绝缘层以保留所述封闭环形槽侧壁的绝缘层的步骤；所述步骤8)中暴露出所述封闭环形槽中的外延层。

11.根据权利要求10所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：在所述步骤3)中，外延生长所述外延层的同时进行掺杂，生长的所述外延层为多晶硅与单晶硅的混合物。

12.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：采用光刻工艺及绝缘层刻蚀工艺去除所述绝缘层。

13.根据权利要求1所述的真空封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤7)中的键合为硅硅键合。