CN104692319B - 对封装应力不敏感的mems芯片的制造方法及其mems芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，步骤如下：取SOI圆片，其顶层Si制作下电极，蚀刻顶层Si形成下电极图形；取单晶Si圆片，光刻、Si蚀刻形成底板圆片；将SOI圆片与底板圆片对准，进行硅-二氧化硅键合、退火，形成键合圆片，键合圆片中SOI圆片的底层Si研磨形成MEMS活动结构层；在MEMS活动结构层上淀积金属层，形成金属压焊块；蚀刻MEMS活动结构层，释放MEMS活动结构；取单晶Si圆片，光刻、Si蚀刻形成盖板圆片；将盖板圆片与键合圆片对准键合，退火，形成密封圆片；工艺切割盖板圆片与密封圆片得到MEMS芯片。该方法流程短、成品率高，制造出的MEMS芯片对封装应力不敏感。

Description

对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法及其MEMS芯片

技术领域

本发明涉及MEMS圆片制造技术领域，特别是涉及一种对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法及其制造出的MEMS芯片。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是微机电系统的缩写，MEMS芯片制造技术利用微细加工技术，特别是半导体圆片制造技术，制造出各种微型机械结构，结合专用控制集成电路（ASIC），组成智能化的微传感器、微执行器、微光学器件等MEMS元器件。MEMS元器件具有体积小、成本低、可靠性高、抗恶劣环境能力强、功耗低、智能化程度高、易校准、易集成的优点，被广泛应用于消费类电子产品，如手机、平板电脑、玩具、数码相机、游戏机、空中鼠标、遥控器、GPS等；在国防工业，如智能炸弹、导弹、航空航天、航海、潜水、无人飞机等，以及工业类产品，如汽车、通讯、机器人、智能交通、工业自动化、环境监测、平台稳定控制、现代化农业、安全监控等，MEMS元器件是物联网技术的基石，是工业现代化的核心元器件。

MEMS器件的性能很大程度取决于MEMS芯片的加工工艺和封装工艺，特别是MEMS器件的温度特性。现有的MEMS芯片中通常MEMS活动结构与底板接触面积大，垂直方向的电极直接制作在底板上作为下电极，在后续的MEMS芯片封装时，芯片的底板必须与封装材料接触，例如MEMS芯片底板通过粘片胶安装在封装管座上，这样，当周围温度变化时，由于粘片胶与封装管壳的材料与MEMS芯片的材料（通常为Si）的热膨胀系数不同，由封装材料产生的应力就会传导到MEMS芯片的底板上，再由MEMS的底板传导到MEMS结构和下电极上，引起MEMS结构的微小形变，从而产生假信号，影响MEMS器件的性能。减少封装对MEMS性能的影响现有几种方法，其一是尽量选用与Si材料相近的热膨胀系数的材料做封装管壳；其二是选用比较软的装片胶；其三是减少MEMS芯片与封装管壳的接触面积。但这些方法的缺点是：一，无法利用与Si材料热膨胀系数一样的材料来制作管壳；二，软的装片胶会导致某些MEMS器件无法工作，因为管壳需要为活动的MEMS结构提供反作用力，而且软胶不能承受太高温度，与某些封装工艺不兼容，如金属熔封；三，MEMS芯片与封装管壳的接触面积过小会影响MEMS器件抵抗机械冲击的能力。所以上述这些方法无法从根本上解决问题，要从根本上解决问题，必须将MEMS结构设计得对封装材料引起的应力不敏感，其中一个最有效的方法是MEMS活动结构与MEMS芯片底板只有一个接触点，而且MEMS的垂直方向的感应或驱动电极与MEMS芯片底板也只有一个接触点，这二个接触点挨得足够近。这样，封装材料热膨胀产生的应力引起MEMS芯片底板的形变只有很小一部分传导到MEMS结构中，MEMS芯片的性能受封装材料影响非常小。

因此亟需提供一种新型的对封装应力不敏感的MEMS芯片制造方法及其MEMS芯片来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对封装应力不敏感的MEMS芯片制造方法，制造流程短，成品率高，制造出的MEMS芯片对封装应力不敏感。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，包括以下步骤：

（1）形成蚀刻出下电极的SOI圆片：取一个SOI圆片，其从上至下依次为第一氧化层、顶层Si、中间氧化层、底层Si，顶层Si用于制作下电极，在第一氧化层上涂胶、光刻形成导电井、凸块井图形，蚀刻导电井内中间氧化层至完全除去、凸块井内中间氧化层至部分除去；去胶清洗后在第一氧化层上淀积重掺杂多晶Si，导电井和凸块井被填充，通过返蚀刻工艺去除表面的重掺杂多晶Si及第一氧化层，保留导电井与凸块井中的多晶Si，分别形成导电塞与凸块塞；蚀刻顶层Si形成下电极图形；

（2）形成底板圆片：取一个重掺杂双面抛光单晶Si圆片，通过光刻、Si蚀刻形成下空腔、底板键合柱、底板密封区，然后高温热氧化在底板圆片表面形成第二氧化层；

（3）形成键合圆片：将经过步骤（1）的SOI圆片翻转，使其下电极层对准经过步骤（2）后的底板圆片，进行硅-二氧化硅键合、退火，形成键合圆片；然后将键合圆片中SOI圆片的底层Si研磨至10~100μm，形成MEMS活动结构层；

（4）形成金属压焊块：在经过步骤（3）的键合圆片的MEMS活动结构层上淀积金属层，蚀刻金属层，形成金属压焊块图形，退火后形成金属压焊块；

（5）形成键合圆片上的MEMS图形：蚀刻经过步骤（4）的键合圆片，将MEMS活动结构层分割为MEMS活动结构、导电区、第一密封槽、第二密封槽、分隔槽、锚区；然后通过光刻用光刻胶保护第一密封槽，湿法腐蚀中间氧化层，从而释放MEMS活动结构；去胶后用干法蚀刻工艺将第一密封槽内的中间氧化层及第二氧化层除去形成密封区隔离沟；

（6）形成盖板圆片：取一个重掺杂双面抛光单晶Si圆片，通过光刻、Si蚀刻形成上空腔、密封墙、压焊腔图形，然后在密封墙的端面通过丝网印刷刷上低温玻璃密封层图形；

（7）形成密封圆片：将经过步骤（6）的盖板圆片翻转与经过步骤（5）的键合圆片对准键合，退火，形成密封圆片；

（8）形成MEMS芯片：切割盖板圆片中覆盖金属压焊块的部分至漏出金属压焊块，再进行工艺切割密封圆片，得到MEMS芯片。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤（1）中导电井的尺寸大于凸块井的尺寸，利用干法蚀刻工艺的微负载效应蚀刻导电井和凸块井中暴露的中间氧化层，形成完整导电井和完整凸块井。由于导电井的尺寸明显大于凸块井，所以导电井内的中间氧化层刻蚀速度快，被全部蚀刻掉，形成完整导电井；凸块井内的中间氧化层蚀刻速度慢，只是部分被蚀刻掉，形成完整凸块井。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤（1）中所述凸块塞伸入中间氧化层的部分形成凸块，在MEMS芯片使用过程中防止下电极和MEMS活动结构间粘连，增加抗冲击能力，所述导电塞与凸块塞的材料可用难熔金属或难熔金属的硅化物代替多晶Si。

在本发明一个较佳实施例中，下电极图形包括下压焊座、下导电区、下密封区、下电极、下键合区、密封区隔离沟、下电极隔离沟，下键合区包括导电键合柱、下电极锚区，导电键合柱中包括第二导电塞，下压焊座中包括第一导电塞，下电极区域包括凸块塞。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤（5）中，所述导电区包括上压焊座、密封挡块，所述金属压焊块位于上压焊座上，通过第一导电塞与下压焊座有电连接，用于在后续封装时引出或输入电信号。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤（5）中，所述干法蚀刻工艺是高选择性各向异性蚀刻，MEMS活动结构层、金属压焊块、以及有MEMS活动结构层覆盖的中间氧化层不会被蚀刻，此步工序的目的在于保证密封隔离沟内不会出现横向腐蚀第二氧化层而产生的小空隙，以避免后续低温玻璃密封时无法填满空隙而发生漏气。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种MEMS芯片，包括至少有一个下空腔的底板、下电极层、MEMS活动结构层、至少有一个上空腔的盖板，下电极层中的下电极和MEMS活动结构层中的MEMS活动结构被密封在从下至上依次由底板、第二氧化层、下导电区和下密封区、低温玻璃、盖板围成的一个密封腔内，盖板通过低温玻璃与下电极层的下导电区、下密封区结合，底板与下电极层通过硅-二氧化硅键合工艺结合，下电极层与MEMS活动结构层相互平行，下电极层包括下压焊座、下导电区、下密封区、下电极、下键合区、密封区隔离沟、下电极隔离沟，下键合区包括导电键合柱、下电极锚区，导电键合柱中包括第二导电塞，下压焊座中包括第一导电塞，下电极包括凸块塞，下电极上有凸块，通过下电极锚区固定在底板键合柱上；MEMS活动结构层包括MEMS活动结构、上压焊座、密封挡块、第一密封槽、第二密封槽、分隔槽、锚区，密封挡块位于分别位于下密封区与下导电区的上方，MEMS活动结构通过锚区、中间氧化层、导电键合柱固定在底板键合柱上，与导电键合柱通过第一导电塞电连接；上压焊座上设有金属压焊块。

在本发明一个较佳实施例中，MEMS活动结构与下电极固定在同一个底板键合柱上，二者与底板的接触点面积很小，在水平方向相距很近，由封装引力引起的底板形变只有非常小的一部分传导到MEMS结构上。

在本发明一个较佳实施例中，盖板的材料包括硅、玻璃、锗、镓，根据MEMS芯片的功能不同，盖板的材料不同，不局限于硅。

本发明的有益效果是：本发明提供的对封装应力不敏感的高性能MEMS芯片的制造技术，充分利用SOI圆片，将SOI圆片的顶层Si作为下电极层，将SOI圆片的底层Si制作成MEMS活动结构，降低了材料成本；利用蚀刻工艺在蚀刻下电极层上同时形成导电塞和凸块，大大简化了圆片加工流程；利用下电极层的一部分作为导线，利用低温玻璃作为密封材料，也简化了圆片加工流程，因而整个制造流程短、成本低、成品率高。本发明提供的对封装应力不敏感的MEMS芯片，下电极和MEMS活动结构被密封在一个密封腔内，且下电极和MEMS活动结构与底板的接触面积都非常小，在后续封装时，MEMS芯片底板通过装片胶安装在封装基座上，由于封装材料与MEMS芯片底板Si材料之间的热膨胀系数不同而引起的应力只有非常小的一部分传导到下电极和MEMS活动结构上，这样，MEMS芯片的信号受环境温度的影响非常小，也即提高了MEMS芯片的性能，而且降低了对后续封装的要求，降低了封装成本。

附图说明

图1是SOI圆片的剖面图。

图2是蚀刻导电井后的SOI圆片剖面图。

图3是蚀刻中间氧化层后的SOI圆片剖面图。

图4是淀积多晶Si后的SOI圆片剖面图。

图5是返蚀刻多晶Si后的SOI圆片剖面图。

图6是蚀刻下电极后的SOI圆片剖面图。

图7是蚀刻下空腔后的底板圆片剖面图。

图8是键合圆片剖面图。

图9是研磨后的键合圆片剖面图。

图10是蚀刻上电极后的键合圆片剖面图。

图11是释放MEMS结构后的键合圆片剖面图。

图12是打开密封区后的键合圆片剖面图。

图13是淀积金属压焊块后的键合圆片剖面图。

图14是第二密封区俯视图。

图15是蚀刻上空腔后的盖板圆片剖面图。

图16是密封圆片剖面图。图17是切割出压焊窗的密封圆片剖面图。

图18是切割后的MEMS芯片剖面图。

附图中各部件的标记如下：1、SOI圆片，1a、带导电井后的SOI圆片，1b、蚀刻中间氧化层后的SOI圆片，1c、带导电塞后的SOI圆片，1d、形成下电极后的SOI圆片，2、底板圆片，2’、底板，3、键合圆片，3a、研磨后的键合圆片，3b、形成MEMS活动结构后的键合圆片，3、释放MEMS活动结构后的键合圆片、3d、露出密封区隔离沟后的键合圆片，4、盖板圆片，4’、盖板，5、密封圆片，5a、预切割圆片，6、MEMS芯片，10、顶层Si/下电极层，11、底层Si，12、第一氧化层，14、中间氧化层，14a、垂直电极间距，15、光刻胶，16、导电井，16a、完整导电井，16b、第一导电塞，16c、第二导电塞，17、凸块井，17a、完整的凸块井，17b、凸块塞，17c、凸块，18、多晶Si层，19a、密封区隔离沟，19a’、密封区隔离沟俯视图，19b、下电极隔离沟，20a、下压焊座，20a’、第一下压焊座俯视图，20a’’、第二下压焊座俯视图，20b、下导电区，20b’、第一下导电区俯视图，20b’’、第二下导电区俯视图，20c、导电键合柱，20d、下密封区，20e、下电极，20f、下电极锚区，21、下空腔，22、第二氧化层，23、底板密封区，24、底板键合柱，25、下键合区，30、MEMS活动结构层，30a、上压焊座，30a’、第一上压焊座俯视图，30a’’、第二上压焊座俯视图，30b、密封挡块，30b’、密封挡块俯视图，30c、锚区，30e、MEMS活动结构，31a、第一密封槽，31b、分隔槽，31c、第二密封槽，32、光刻胶图形，33、金属压焊块，33a’、第一金属压焊块俯视图，33b’、第二金属压焊块俯视图，35a、第一导电条，35b、第二导电条，38、第二密封区，38’、第二密封区俯视图，40、压焊腔，41、上空腔，42、第一密封墙，43、第二密封墙，50、低温玻璃，51、密封腔，52、第一切割面，53、压焊窗，54、第二切割面，55、第三切割面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，SOI圆片1的顶层Si10的材料为<100>晶向的重掺杂单晶硅，通过一般的半导体加工技术，在顶层Si10上生长第一氧化层12，其材料为二氧化硅，通过热氧化形成，顶层Si10的厚度根据MEMS芯片的下电极厚度而定，一般在5～60微米；SOI圆片1的底层Si11的材料也为<100>晶向的重掺杂单晶硅，其厚度一般在300～800微米；在底层Si11与顶层Si10之间有中间氧化层14，其厚度根据MEMS芯片所要求的下电极20与MEMS活动结构层30之间的垂直电极间距而定，通常在1～3微米；一般情况下，第一氧化层12与中间氧化层14厚度相同。

在第一氧化层12表面进行光刻，即涂光刻胶15、曝光、显影，然后先后蚀刻无光刻胶保护的导电井16和凸块井17区域的第一氧化层12和顶层Si10，得到导电井16和凸块井17；见图2，导电井16的尺寸明显大于凸块井17，这样就制造完成带导电井的SOI圆片1a。

在保留光刻胶15的情况下，调节干法蚀刻条件，利用“微负载效应”，通过控制时间对导电井16和凸块井17中暴露出的中间氧化层14进行干法蚀刻，将导电井16中的中间氧化层14全部蚀刻掉，而将凸块井内的中间氧化层14留下一部分，然后除去光刻胶15，形成蚀刻中间氧化层后的SOI圆片1b，见图3。所谓“微负载效应”就是在干法蚀刻特别是反应离子蚀刻时，由于在深而窄小的空间中，活性反应气体进入困难，反应产生的气态副产物流出慢，加上带电的活性离子被侧壁吸附中和，导致小空间内的蚀刻速度比大空间内的蚀刻速度慢的现象；由于导电井16的尺寸明显大于凸块井17，所以导电井16内的中间氧化层14刻蚀速度快，被全部蚀刻掉，形成完整导电井16a；凸块井17内的中间氧化层14蚀刻速度慢，只是部分被蚀刻掉，形成完整凸块井17a。

在蚀刻中间氧化层后的SOI圆片1b上用CVD（化学气相淀积）方法淀积重掺杂多晶Si18，其掺杂杂质与顶层Si10相同，如顶层Si10是P型杂质B原子，多晶Si18也用B原子掺杂；然后退火，此时第一氧化层12表面、完整导电井16a中和完整凸块井17a中都淀积有多晶Si18，见图4，高温退火后多晶硅18在导电井16和凸块井17中与顶层Si10有着良好的电导通和机械连接。接着用干法蚀刻工艺，特别是反应离子蚀刻工艺，通过控制蚀刻时间，返蚀刻除去所有附着在第一氧化层上的多晶Si18，而保留完整导电井16a和完整凸块井17a内的大部分多晶Si18，分别形成导电塞16b、16c和凸块塞17b，如图5所示，凸块塞17b伸入中间氧化层14的部分就形成了凸块，用于后续工序中或在MEMS芯片使用过程中防止下电极20和MEMS活动结构30间粘连，增加抗冲击能力。所述导电塞16b、16c和凸块塞17b的材料也可用难熔金属或难熔金属的硅化物代替多晶Si。这样就制作完成带导电塞的SOI圆片1c。

SOI圆片的顶层Si10被用作MEMS结构的下电极层，在带导电塞的SOI圆片1c的表面进行光刻，然后蚀刻顶层Si10，将顶层Si10分割成下压焊座20a、下导电区20b、下密封区20d、下电极20e、下键合区25几个功能不同的部分，同时形成密封区隔离沟19a、下电极隔离沟19b，见图6，下键合区25用于与底板键合，由导电键合柱20c和下电极锚区20f构成，导电键合柱20c用于支撑MEMS活动结构30e，以及将其信号传输到下导电区20b，下导电区20b实际上是与导电键合柱20c的图形相连接的（未画出），下电极锚区20f用于支撑下电极20e的整个结构；第一导电塞16b位于下压焊座20a区域，第二导电塞16c位于导电键合柱20c下面，凸块塞17b位于下电极区域；此时下电极层10与底层Si11之间的中间氧化层14还保留着；这样就制作完成了形成下电极后的SOI圆片1d。

取一个普通的重掺杂双面抛光单晶Si圆片作为底板圆片2的材料，在其表面蚀刻出下空腔21，没有被蚀刻的部分被下空腔21分割为底板密封区23和底板键合柱24；然后通过热氧化工艺在底板圆片表面生长第二氧化层22，厚度一般在1～2微米，用于与SOI圆片1d进行Si-SiO₂键合，及在SOI圆片1d与底板圆片2间起到电隔离作用，从而完成底板圆片2的制作，见图7。

将形成下电极后的SOI圆片1d翻转，使其下电极层对准底板圆片2，如图8所示，底板键合柱24对准下键合区25，下压焊座20a、下导电区20b和下密封区20d对准底板密封区23，下电极20e对准下空腔21，SOI圆片的1d的下电极层10与底板圆片2上的第二氧化层22通过Si-SiO₂键合工艺结合在一起，SOI圆片的底层Si11暴露在外面，形成键合圆片3；在键合圆片3中，导电键合柱20c和下电极锚区20f被固定在底板键合柱24上。

由于底层Si11的厚度一般在300微米以上，用于制作MEMS活动结构时其厚度太厚，所以需要对键合圆片上的底层Si11进行研磨，研磨底层Si11到MEMS结构所需要的剩余厚度，一般在10～100微米，底层Si11就成为MEMS活动结构层30，见图9，再在MEMS活动结构层30上淀积金属层，如Al、Au、Pt或它们的合金，然后光刻、腐蚀工艺形成压焊块33，也可以通过“Lift-off”工艺，即掩模剥离工艺形成压焊块33，得到研磨后的键合圆片3a。

对研磨后的键合圆片3a的MEMS活动结构层30进行蚀刻，将其分割为上压焊座30a、密封挡块30b、锚区30c、以及MEMS活动结构30e，同时形成第一密封槽31a、分隔槽31b、第二密封槽31c，见图10，得到形成MEMS活动结构后的键合圆片3b，此时，中间氧化层14还保留着，MEMS结构30e还不能自由活动；金属压焊块33位于上压焊座30a上；MEMS活动结构30e对准下电极20e，在制作完成的芯片中，在机械力或静电力作用下，两者之间产生相对运动；锚区30c对准导电键合区20c，为MEMS活动结构30e提供机械支撑；密封挡块30b用于在后续密封工艺中阻挡低温玻璃50流入MEMS活动结构30e；第一密封槽31a和第二密封槽31c用于容纳低温玻璃50和上盖板的密封墙42、43，形成密封腔51。

在形成MEMS活动结构后的键合圆片3b上涂光刻胶，然后曝光显影，覆盖住第一密封槽31a和金属压焊块33，而不覆盖MEMS活动结构层30的其它部分，形成光刻胶图形32，保护第一密封槽31a下的中间氧化层14和金属压焊块33在释放MEMS活动结构30e过程中不被腐蚀，见图11。

将带有光刻胶图形32的键合圆片用含HF（氢氟酸）的溶液腐蚀，腐蚀MEMS活动结构30e下面的中间氧化层14，形成MEMS活动结构30e和下电极20e间的垂直电极间距14a；在腐蚀过程中，腐蚀液通过分隔槽31b，先腐蚀分隔槽31b中的中间氧化层14，然后横向腐蚀MEMS活动结构层30下的中间氧化层14；由于MEMS活动结构30e上制作有释放孔（未画出），所以MEMS活动结构30e下面的中间氧化层14在设定的时间内被全部腐蚀掉，MEMS活动结构30e被释放，从此可以自由活动；而密封挡块30b、锚区30c下面的的中间氧化层14只被部分腐蚀，密封挡块30b通过中间氧化层14固定在下密封区20d和下导电区20b上，锚区30c通过中间氧化层14固定在导电键合柱20c上，第二导电塞16c有中间氧化层14包围；由于有光刻胶32的保护，第一密封槽31a下的中间氧化层14没有被腐蚀，密封区隔离沟19a没有被打开；完成所述释放工艺步骤后除去光刻胶32，见图12，这样就形成释放MEMS活动结构后的键合圆片3c。

干法蚀刻释放MEMS活动结构后的键合圆片3c，将第一密封槽31a内的中间氧化层14蚀刻掉，露出密封区隔离沟19a，其下的第二氧化层22也被部分或全部蚀刻掉，见图13，形成露出隔离沟的键合圆片3d；由于所述干法蚀刻是高选择性各向异性蚀刻，MEMS活动结构层30、金属压焊块33、以及有MEMS活动结构层30覆盖的中间氧化层14不会被蚀刻；此步工序的目的在于保证密封隔离沟19a内不会出现横向腐蚀第二氧化层22而产生小空隙，以避免后续低温玻璃密封时无法填满空隙而发生漏气。

图14所示的是第二密封区的俯视图38’，图13中的第二密封区38是图14中沿A-B虚线的剖面图，密封挡块30b’位于下导电区20b’、20b’’上方，但二者之间无电连接；密封隔离沟19a’用于下导电区20b’、20b’’图形间的电隔离；MEMS活动结构30e的电信号通过锚区30c、第二导电塞16c、导电键合柱20c、第二导电条35b、第二下导电区20b’’、第二下压焊座20a’’，第一导电塞16b、第二上压焊座30a’’传导到第二金属压焊块33b’上；下电极20e的电信号通过第一导电条35a、第一下导电区20b’，第一下压焊座20a’，第一导电塞16b、第一上压焊座30a’传导到第一金属压焊块33a’上；所述导电条35a、35b是下电极层10的一部分，与下电极20e同时形成，其图形细而弯曲，呈弹簧状，用以传输电信号，同时大大降低封装引起的应力传导到下电极20e或MEMS活动结构30e上。

取一个重掺杂的双面抛光单晶Si圆片制作盖板，为MEMS结构提供一个气氛可控、可自由活动的密封腔，如图15所示，在圆片蚀刻出压焊腔40、上空腔41，同时形成第一密封墙42、第二密封墙43，制作成盖板圆片4；所述上空腔41用于容纳MEMS结构，压焊腔40用于露出金属压焊块33，密封墙42、43用于接触低温玻璃，形成密封腔51。所述盖板圆片4的材料不局限于Si，根据MEMS器件的功能，也可以是玻璃、Ge、Al₂O₃、Ga等。

在盖板圆片4的密封墙42、43的端面用丝网印刷上低温玻璃浆料，预烧结，然后与露出密封区隔离沟的键合圆片3d对准，在设定的气氛中键合，然后烧结低温玻璃浆料形成固体低温玻璃50，围成密封腔51，制作成密封圆片5，见图16；其中密封挡块30b阻挡低温玻璃浆料在键合过程中向MEMS结构流动；MEMS结构位于密封腔51中，并可在其中自由活动，金属压焊块33位于压焊腔40中；如果要求更好的控制密封腔中的气氛，或密封腔内需要真空，可以在盖板圆片4上淀积吸气剂。

对密封圆片5进行半切割，即切割盖板圆片4中覆盖住金属压焊块33的部分形成第一切割面52，但不切割整个密封圆片5，形成压焊窗53，露出金属压焊块33，就可以对密封圆片5进行圆片级测试，得到半切割圆片5a，见图17；由于有压焊腔40的存在，金属压焊块33与盖板圆片4并不接触，有足够的空间让切割刀在切割时不会接触到金属压焊块33。

最后，将半切割后的圆片5a进行全切割，形成第二切割面54、第三切割面55，完成MEMS芯片6的整个制作过程，见图18。

通过以上制造方法制造的MEMS芯片6中，底板2’、第二氧化层22、下导电区20b、下密封区20d、低温玻璃50、盖板4’围成一个密封腔51，MEMS活动结构30e和下电极20e可以在密封腔51中自由活动；所述下电极20e可以是活动的，也可以是不活动的，通过下电极锚区20f固定在底板键合柱24上；所述MEMS活动结构30e通过锚区30c、中间氧化层14、导电键合柱20c固定在底板键合柱24上，与导电键合柱20c通过第二导电塞16c有电连接；所述MEMS活动结构30e与下电极20e平行，垂直方向相距垂直电极间距14a，二者可相对活动；所述下电极20e上有凸块17c，用于防止在圆片制作过程和MEMS芯片6以后的使用过程中MEMS活动结构30e和下电极20e相互吸合；密封挡块30b位于底板密封区23上方，与底板密封区间有中间氧化层14，密封挡块30b和其下面的中间氧化层14用于阻挡低温玻璃50在圆片制作过程中向MEMS结构流动；金属压焊块33用于在后续封装时引出或输入电信号，位于上压焊座30a上，通过第一导电塞16b与下压焊座20a有电连接；所述下电极20e的电信号通过第一导电条35a、第一下导电区20b’，下压焊座20a’，第一导电塞16b、上压焊座30a’传导到第一金属压焊块33a’上，见图14；所述MEMS可动结构30e的电信号通过锚区30c、第二导电塞16c、导电键合柱20c、第二导电条35b、第二下导电区20b’’、第二下压焊座20a’’，第一导电塞16b、第二上压焊座30a’’传导到第二金属压焊块33b’上；所述MEMS活动结构30e与下电极20e都固定在同一个底板键合柱24上，二者与底板的接触点的面积很小，在水平方向相距很近，由封装引力引起的底板2’形变只有非常小的一部分传导到MEMS结构上；所述导电条35a、35b是下电极层10的一部分，与下电极20e同时形成，其图形细而弯曲，呈弹簧状，用以传输电信号，同时大大降低封装引起的应力传导到下电极20e或MEMS活动结构30e上。本发明提供的MEMS芯片6，MEMS活动结构30e和下电极20e的电信号都通过下电极层10的柔软的第一导电条35a、第二导电条35b传输到下导电区20b，再由下导电区20b引出密封腔，而且MEMS活动结构30e和下电极20e与底板2’接触面积很小，所以由封装引起的应力只有很小一部分传导到MEMS结构上，对MEMS芯片的性能影响很小。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，包括以下步骤：

（1）形成蚀刻出下电极的SOI圆片：取一个SOI圆片，其从上至下依次为第一氧化层、顶层Si、中间氧化层、底层Si，顶层Si用于制作下电极，在第一氧化层上涂胶、光刻形成导电井、凸块井图形，蚀刻导电井内中间氧化层至完全除去、凸块井内中间氧化层至部分除去；去胶清洗后在第一氧化层上淀积重掺杂多晶Si，导电井和凸块井被填充，通过反蚀刻工艺去除表面的重掺杂多晶Si及第一氧化层，保留导电井与凸块井中的多晶Si，分别形成导电塞与凸块塞；蚀刻顶层Si形成下电极图形；

（2）形成底板圆片：取一个重掺杂双面抛光单晶Si圆片，通过光刻、Si蚀刻形成下空腔、底板键合柱、底板密封区，然后高温热氧化在底板圆片表面形成第二氧化层；

（3）形成键合圆片：将经过步骤（1）的SOI圆片翻转，使其下电极层对准经过步骤（2）后的底板圆片，进行硅-二氧化硅键合、退火，形成键合圆片；然后将键合圆片中SOI圆片的底层Si研磨至10~100μm，形成MEMS活动结构层；

（4）形成金属压焊块：在经过步骤（3）的键合圆片的MEMS活动结构层上淀积金属层，蚀刻金属层，形成金属压焊块图形，退火后形成金属压焊块；

（5）形成键合圆片上的MEMS图形：蚀刻经过步骤（4）的键合圆片，将MEMS活动结构层分割为MEMS活动结构、导电区、第一密封槽、第二密封槽、分隔槽、锚区；然后通过光刻用光刻胶保护第一密封槽，湿法腐蚀中间氧化层，从而释放MEMS活动结构；去胶后用干法蚀刻工艺将第一密封槽内的中间氧化层及第二氧化层除去形成密封区隔离沟；

（6）形成盖板圆片：取一个重掺杂双面抛光单晶Si圆片，通过光刻、Si蚀刻形成上空腔、密封墙、压焊腔图形，然后在密封墙的端面通过丝网印刷刷上低温玻璃密封层图形；

（7）形成密封圆片：将经过步骤（6）的盖板圆片翻转与经过步骤（5）的键合圆片对准键合，退火，形成密封圆片；

（8）形成MEMS芯片：切割盖板圆片中覆盖金属压焊块的部分至漏出金属压焊块，再进行工艺切割密封圆片，得到MEMS芯片。

2.根据权利要求1所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，其特征在于，在步骤（1）中导电井的尺寸大于凸块井的尺寸，利用干法蚀刻工艺的微负载效应蚀刻导电井和凸块井中暴露的中间氧化层，形成完整导电井和完整凸块井。

3.根据权利要求1所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，其特征在于，在步骤（1）中所述凸块塞伸入中间氧化层的部分形成凸块，所述导电塞与凸块塞的材料可用难熔金属或难熔金属的硅化物代替多晶Si。

4.根据权利要求1所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，其特征在于，下电极图形包括下压焊座、下导电区、下密封区、下电极、下键合区、密封区隔离沟、下电极隔离沟，下键合区包括导电键合柱、下电极锚区，导电键合柱中包括第二导电塞，下压焊座中包括第一导电塞，下电极区域包括凸块塞。

5.根据权利要求1所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述导电区包括上压焊座、密封挡块。

6.根据权利要求5所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，其特征在于，所述金属压焊块位于上压焊座上。

7.根据权利要求1所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述干法蚀刻工艺是高选择性各向异性蚀刻。

8.基于权利要求1所述的对封装应力不敏感的MEMS芯片的制造方法制造的MEMS芯片，包括至少有一个下空腔的底板、下电极层、MEMS活动结构层、至少有一个上空腔的盖板，下电极层中的下电极和MEMS活动结构层中的MEMS活动结构被密封在从下至上依次由底板、第二氧化层、下导电区和下密封区、低温玻璃、盖板围成的一个密封腔内，盖板通过低温玻璃与下电极层的下导电区、下密封区结合，其特征在于，底板与下电极层通过硅-二氧化硅键合工艺结合，下电极层与MEMS活动结构层相互平行，下电极层包括下压焊座、下导电区、下密封区、下电极、下键合区、密封区隔离沟、下电极隔离沟，下键合区包括导电键合柱、下电极锚区，导电键合柱中包括第二导电塞，下压焊座中包括第一导电塞，下电极包括凸块塞，下电极上有凸块，通过下电极锚区固定在底板键合柱上；MEMS活动结构层包括MEMS活动结构、上压焊座、密封挡块、第一密封槽、第二密封槽、分隔槽、锚区，密封挡块位于分别位于下密封区与下导电区的上方，MEMS活动结构通过锚区、中间氧化层、导电键合柱固定在底板键合柱上，与导电键合柱通过第一导电塞电连接；上压焊座上设有金属压焊块。

9.根据权利要求8所述的MEMS芯片，其特征在于，MEMS活动结构与下电极固定在同一个底板键合柱上。

10.根据权利要求8所述的MEMS芯片，其特征在于，盖板的材料包括硅、玻璃、锗、镓。