CN106115615A - 具有吸气剂的mems芯片及其圆片级封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有吸气剂的MEMS芯片及其圆片级封装方法，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板下表面具有盖板凹腔，底板上表面具有底板凹腔，盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔，MEMS结构位于密封腔中，盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层，底板通过底板键合层与MEMS结构层键合，盖板凹腔或底板凹腔中制作有棱锥或棱台，棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。本发明是在蚀刻底板凹腔或盖板凹腔的同时形成棱锥或棱台，在不增加工艺步骤、不增加MEMS芯片面积的情况下，在MEMS芯片密封腔内制作若干个棱锥或棱台，棱锥或棱台表面溅射或蒸发吸气剂，以增加吸气剂的表面积，用于吸附密封腔内的气体分子，保证密封腔的真空度，为MEMS结构提供高真空度的工作环境。

Description

具有吸气剂的MEMS芯片及其圆片级封装方法
技术领域
本发明属于芯片封装领域，具体是涉及具有吸气剂的MEMS芯片，本发明还涉及这种具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法。
背景技术
MEMS芯片的园片级封装，就是在MEMS圆片制造过程中，将MEMS结构用盖板和底板密封在一个腔体内；密封腔的作用是向被密封于该空腔的MEMS结构提供一个可自由运动的空间，同时，保证MEMS结构不受外部环境的干扰。
一些MEMS器件，如陀螺仪和时钟振荡器，使用过程中其MEMS结构在静电力或逆压电效应的驱动下不停的振动，这就需要在MEMS芯片上制作密封腔，将MEMS结构包围在具有较高真空度的密封腔中，密封腔内的真空度越高，MEMS结构振动时受到的阻力越小；但是这类MEMS器件的圆片加工过程中一般都会残留一部分气体在密封腔内，以及构成MEMS芯片密封腔的各种材料在使用过程中也会释放一些气态分子，影响密封腔的真空度；为达到和保持一定的真空度，吸气剂就被制作在密封腔内，用于吸除大部分气体分子，为MEMS结构提供一个稳定的真空环境。
MEMS芯片中所用的吸气剂一般是通过Lift-off或Shadowing mask工艺，溅射或蒸发一种或几种金属来实现，其吸除气体分子的能力与制作吸气剂的材料和工艺有关，还与吸气剂与气体分子的接触面积有关，接触面积越大，吸除的气体分子越多。
专利EP1412550B1描述的是在梯形空腔底面制作吸气剂，没有充分利用密封腔空间。专利US6929974B2描述的是在梯形空腔的斜侧面及底面制作吸气剂，但整个盖板只构成了一个梯形空腔，空间利用率也不够。专利US2010/0025845A1描述的主要是在同一个MEMS芯片上有二个互相隔离的密封腔，一个带吸气剂，另一个没有吸气剂，从而使得两个密封腔内的气压不同，其吸气剂制作在梯形空腔底面，没有充分利用密封腔空间。专利EP2813465A1描述的是在MEMS结构层上制作吸气剂，这会增加MEMS芯片面积，或影响MEMS芯片性能。专利US2016/0101976A1描述的是通过蚀刻或淀积半球形多晶硅增加长方形空腔的表面积，吸气剂被制作在此长方形空腔的表面，但此方法一是要增加额外的工艺步骤形成粗糙表面，二是溅射吸气剂时，构成吸气剂的金属离子或原子运动方向基本与长方形空腔的底面垂直，无法完全覆盖其垂直侧面，侧面利用率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有吸气剂的MEMS芯片，该MEMS芯片具有相对较大有效表面积的吸气剂，能够为MEMS结构提供高真空度的工作环境。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，该方法不需要增加工艺步骤、不增加MEMS芯片面积，只在MEMS芯片密封腔内的底板或盖板上制作若干个棱锥或棱台，就可以增加吸气剂的表面积，为MEMS结构提供高真空度的工作环境；同时，还可在不增加工艺步骤的情况下形成垂直方向的挡杆，保护MEMS结构。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有吸气剂的MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板下表面至少有一个盖板凹腔，底板上表面至少有一个底板凹腔，盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔，MEMS结构位于密封腔中，可在密封腔中自由活动，盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离，底板通过底板键合层与MEMS结构层键合，盖板凹腔或底板凹腔中制作有若干个棱锥或棱台，盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。
本发明通过在底板凹腔或盖板凹腔中制作棱台或棱锥，在盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台表面覆盖吸气剂，以增加吸气剂的表面积，用于吸附密封腔内的气体分子，保证密封腔的真空度，为MEMS结构提供高真空度的工作环境。
作为本发明的一个实施例，盖板上还制作有盖板密封区和盖板键合柱；底板上表面还有底板密封区和底板键合柱，底板凹腔内有若干个由底部、斜面、顶部组成的棱台，斜面与底部的夹角为54.7°，所述的吸气剂覆盖在底板凹腔内的棱台上，所述的顶部的高度低于底板键合柱的高度。
作为本发明的一个实施例，盖板下表面还有盖板密封区、盖板键合柱和窗口，所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面，盖板绝缘层与MEMS结构之间还有盖板键合层；盖板凹腔内有若干个由斜面、平顶、底部组成的棱台和若干个由斜面、尖顶、底部组成的棱锥，所述的盖板键合柱的高度与平顶的高度一致所述的尖顶的高度小于平顶的高度，所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面上，所述的吸气剂覆盖在盖板凹腔内的棱台和棱锥上；底板上表面还有底板密封区和底板键合柱，所述的底板凹腔由平坦的底面和倾斜的侧面组成，底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面都制作有底板绝缘层，底板绝缘层上制作有导电层，导电层上还有绝缘层覆盖，绝缘层上有通孔，所述的通孔的位置与底板键合柱和窗口对应，所述的底板键合层位于底板密封区和通孔内。所述的平顶与MEMS结构之间的距离为1～10μm，平顶上覆盖的吸气剂构成垂直方向的档杆，用于防止MEMS结构在垂直方向受到外力时形变太大而断裂；吸气剂材料为金属，通常为锆(Zr)，钛(Ti)、钡(Ba)、钒(V)、铁(Fe)、钴(Co)、铝(Al)以及它们中一种或几种的组合，所以表面覆盖吸气剂组成的档杆不会有静电积累，避免了MEMS结构由于静电力而吸附在档杆上的可能，另外，在MEMS结构撞击挡杆时，由于金属较软，可以缓冲撞击力，保护MEMS结构上不会撞出碎屑。
作为本发明的一个实施例，盖板上还制作有盖板密封区、盖板键合柱和窗口，所述的盖板绝缘层位于盖板密封区、盖板键合柱和盖板凹腔的表面；底板上表面还有底板密封区和底板键合柱，所述的底板凹腔包括第一底板凹槽和第二底板凹槽，第一底板凹槽内有若干个由底部、斜面、平顶组成的棱台，斜面与底部的夹角为54.7°，底板键合柱的高度与平顶的高度一致；底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面都制作有底板绝缘层，位于底板密封区、底板键合柱和第二底板凹槽中的底板绝缘层上制作有导电层，导电层上还有绝缘层覆盖，所述的吸气剂覆盖在绝缘层和裸露的底板绝缘层上；绝缘层上有通孔，所述的通孔与底板键合柱和窗口对应，所述的底板键合层位于底板密封区和通孔内。所述的平顶与MEMS结构之间的距离为1～10μm，平顶上覆盖的吸气剂，构成垂直方向的档杆。
为解决上述技术问题，本发明还提供了具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，包括以下步骤：
(1)盖板圆片制作：在盖板衬底表面制作掩模，蚀刻掩模，形成掩模图形，然后在异向性腐蚀液中蚀刻出盖板凹腔和窗口，掩模覆盖部分就形成盖板键合柱和盖板密封区，除去掩模，完成盖板圆片的制作；
(2)待键合MEMS圆片制作：在盖板圆片表面生长盖板绝缘层，将单晶硅圆片键合到盖板绝缘层上，磨削单晶硅圆片形成MEMS结构层，蚀刻MEMS结构层形成MEMS结构、MEMS键合块和MEMS键合区，完成待键合MEMS圆片的制作；
(3)底板圆片制作：在底板基板表面制作掩模，蚀刻掩模，形成掩模图形，然后在异向性腐蚀液中蚀刻出底板凹腔，同时在底板凹腔中形成棱锥或棱台，掩模覆盖部分形成底板键合柱和底板密封区；除去掩模，在底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面制作底板绝缘层，底板绝缘层上淀积并图形化导电层，在导电层和底板绝缘层表面淀积并图形化绝缘层，在绝缘层上蚀刻出通孔；再在绝缘层、底板绝缘层和通孔内都淀积并图形化底板键合层；最后在底板凹腔及棱锥和棱台上溅射或蒸发吸气剂，并形成吸气剂图形，就完成底板圆片的制作；
(4)键合、切割：将待键合MEMS圆片的MEMS结构层与底板圆片的底板键合层进行键合，形成圆片级封装的MEMS圆片，然后按照圆片切割方式进行切割，就完成具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装。
本发明的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，首先在盖板衬底上蚀刻出盖板凹腔，形成盖板圆片，氧化盖板圆片，形成盖板绝缘层，将单晶硅圆片与盖板圆片进行Si-SiO2键合，对单晶硅圆片磨削到MEMS结构层所需厚度；然后蚀刻MEMS结构层，形成MEMS结构、MEMS键合块和MEMS密封区，制作完成待键合MEMS圆片；在底板基板上用异向性蚀刻方法蚀刻出底板凹腔、棱台或/和棱锥，氧化形成底板绝缘层，淀积并图形化导电层，淀积绝缘层，在绝缘层上蚀刻出通孔，淀积和图形化底板键合层，再在底板凹腔和棱台、棱锥上淀积吸气剂，完成底板圆片制作；将待键合MEMS圆片与底板圆片在真空环境中键合，形成圆片级封装的MEMS圆片，切割圆片级封装的MEMS圆片，就完成了具有吸气剂的MEMS芯片的制作。
本发明在蚀刻底板凹腔或盖板凹腔的同时，形成棱锥或棱台，在不增加工艺步骤、不增加MEMS芯片面积的情况下，在MEMS芯片密封腔内制作若干个棱锥或棱台，棱锥或棱台表面溅射或蒸发吸气剂，以增加吸气剂的表面积，用于吸附密封腔内的气体分子，保证密封腔的真空度，为MEMS结构提供高真空度的工作环境。
优选地，步骤(3)所述的底板凹腔包括第一底板凹槽和第二底板凹槽，第一底板凹槽内有若干个由底部、斜面、平顶组成的棱台，斜面与底部的夹角为54.7°，平顶与MEMS结构之间的距离为1～10μm，平顶上覆盖的吸气剂构成垂直方向的档杆，用于防止MEMS结构在垂直方向受到外力时形变太大而断裂；吸气剂材料为金属，通常为锆(Zr)，钛(Ti)、钡(Ba)、钒(V)、铁(Fe)、钴(Co)、铝(Al)以及它们中一种或几种的组合，所以表面覆盖吸气剂组成的档杆不会有静电积累，避免了MEMS结构由于静电力而吸附在档杆上的可能，另外，在MEMS结构撞击挡杆时，由于金属较软，可以缓冲撞击力，保护MEMS结构上不会撞出碎屑。
进一步地，步骤(3)中还可以在底板绝缘层上先蚀刻接触孔图形，再淀积导电层材料，将底板与导电层的部分图形电连接，达到底板接地的目的。
具体地，步骤(3)中通孔的位置与底板键合柱和窗口相对应。其中，与底板键合柱相对应的通孔中的底板键合层与导电层形成电连接；与窗口对应的通孔中的底板键合层作为后续封装用的压焊块。
附图说明
图1是Si异向性蚀刻后的棱锥示意图。
图2是Si异向性蚀刻后的剖面示意图。
图3是实施例一的具有吸气剂的MEMS芯片的剖示图。
图4是实施例二的具有吸气剂的MEMS芯片的剖示图。
图5是实施例三的具有吸气剂的MEMS芯片的剖示图。
图6是实施例三的具有吸气剂的MEMS芯片的底板俯视图。
图7～图14是实施例三的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法的部分流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的具有吸气剂的MEMS芯片的盖板、底板、MEMS结构层均由单晶硅(Si)材料构成，单晶Si的晶格为金刚石型结构，其<100>晶面在异向性腐蚀液，如KOH、NaOH、NH4OH、EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等溶液中蚀刻后，较小的孤立图形呈现出金字塔形的棱锥，如图1所示，所谓Si的异向性蚀刻就是X、Y方向蚀刻速率不同，如图2所示，根据掩模19的材料不同，蚀刻液的种类、温度及浓度不同，X方向的蚀刻量20也不同，掩模19通常为氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)；尺寸较大的孤立图形，由于掩模19尺寸较大，异向性蚀刻后Si在X方向的蚀刻量111小于Y方向的蚀刻量21，形成棱台形结构，实施例一至实施例三中均以棱台13为例加以说明；掩模尺寸较小的图形由于X方向的蚀刻量超过了掩模的尺寸，形成了棱锥14，其对应的立体图形就是图1中棱锥10的剖面CDE，棱锥或棱台的两个底角为45.7°；根据蚀刻时间的不同，棱台顶部15与棱锥顶部18间形成一个高度差22，棱台13和棱锥14的斜面16与Si基板11蚀刻后的上表面12形成凹槽17。
从图1、图2可知，Si基板11异向性蚀刻后的表面积S与未蚀刻的表面积S0之比最大为1/COS45.7°＝1.73，本发明就是根据这个原理来制作MEMS芯片的盖板或底板以增加Si基板的表面积，从而增加吸气剂的表面积。
实施例一
具有吸气剂的MEMS芯片，如图3所示，由盖板100、MEMS结构层110和底板120组成，盖板100上制作有盖板密封区101、盖板键合柱103和两个盖板凹腔102，它们的表面制作有盖板绝缘层130，其材料为SiO2，盖板凹腔102的底部是平坦的，侧面可以是斜的，也可以是垂直于底部的，盖板凹腔102的深度一般为2～100μm；通过Si与SiO2直接键合工艺将一个重掺杂的Si圆片键合到盖板100带凹腔的那一面，再磨削到所需厚度形成MEMS结构层110，MEMS结构层110通过深Si蚀刻工艺分割为MEMS键合区111、MEMS结构112和MEMS键合块113三部分；底板120上制作有底板密封区121、底板键合柱123和两个底板凹腔122，底板凹腔122中有若干个由底部122a、斜面122b和顶部122c构成的棱锥，其中斜面122b对应图2中棱锥14的斜面16，与底部122a成54.7°夹角，底板键合柱123对应的是图2中的棱台13；底板120通过底板键合层140与MEMS结构层110键合在一起，底板密封区121、MEMS键合区111和盖板密封区101围成至少一个密封腔，MEMS结构112被密封密封腔内，密封腔由盖板凹腔102和底板凹腔122构成，盖板凹腔102顶部低于底板键合柱123，所以MEMS结构112可以自由活动；底板凹腔122的表面制作有吸气剂150，用于吸除密封腔内的气体分子，保证密封腔的真空度。
实施例二
具有吸气剂的MEMS芯片，如图4所示，由盖板100、MEMS结构层110和底板120组成，盖板100上制作有盖板密封区101、盖板键合柱103、窗口104和两个盖板凹腔102；盖板凹腔102内有若干个由斜面102b、平顶102c、底部102a组成的棱台和若干个由斜面102b、尖顶102d、底部102a组成的棱锥，斜面102b对应图2中棱锥14和棱台13的斜面16，盖板键合柱103和平顶102c对应图2中的棱台13，尖顶102d对应图2中的棱锥14，盖板键合柱103和平顶102c的高度一样，尖顶102d的高度小于平顶102c的高度，盖板密封区101和盖板键合柱103的表面制作有盖板绝缘层130；盖板凹腔102的表面制作有吸气剂150，用于吸除密封腔内的气体分子，保证密封腔的真空度；底板120上制作有底板密封区121、底板键合柱123和两个底板凹腔122，在它们表面制作有底板绝缘层190，底板凹腔122的底面是平坦的，侧面是斜面，以便于淀积导电层180。导电层180被制作在底板绝缘层190上，上面有绝缘层170覆盖保护，绝缘层170上制作有通孔，通孔内填充有底板键合层140；MEMS结构层110通过深Si蚀刻工艺分割为MEMS结构112、MEMS键合块113和MEMS键合区111三部分，MEMS结构层110通过底板键合层140与底板120键合，通过盖板键合层160与盖板100键合；底板密封区121、MEMS键合区111、盖板密封区101围成两个密封腔，MEMS结构112被密封在密封腔内，密封腔由盖板凹腔102和底板凹腔122构成，MEMS结构112可在密封腔中自由活动，盖板凹腔102内的锥台的平顶102c上覆盖的吸气剂150，构成垂直方向的档杆，与MEMS结构112的间距在1～10μm之间，用于防止MEMS结构112在垂直方向受到外力时形变太大而断裂；吸气剂150的材料为金属，通常为锆(Zr)，钛(Ti)、钡(Ba)、钒(V)、铁(Fe)、钴(Co)、铝(Al)或它们中一种或几种的组合，所以表面覆盖吸气剂150组成的档杆不会有静电积累，避免了MEMS结构112由于静电力而吸附在档杆上，另外，在MEMS结构112撞击挡杆时，由于吸气剂150的材料金属较软，可以缓冲撞击力，保护MEMS结构112不会撞出碎屑；同样，在底板120上也可以制作类似的档杆。导电层180在底板绝缘层190和绝缘层170的包裹下延伸出底板密封区121，到达窗口104对应的位置，在其上也制作有通孔，通孔内淀积有底板键合层材料，形成压焊块141，用于后续封装时键合金属线用。
实施例三
具有吸气剂的MEMS芯片，如图5所示，由盖板100、MEMS结构层110和底板120组成，盖板100上制作有盖板密封区101、盖板键合柱103、窗口104和两个盖板凹腔102，盖板凹腔102、盖板键合柱103和盖板密封区101的表面制作有盖板绝缘层130，其材料通常为SiO2，盖板凹腔102的底部是平坦的，侧面可以是斜的，也可以是垂直于底部的，盖板凹腔102的深度一般在2～10μm；通过Si与SiO2直接键合工艺将一个重掺杂的Si圆片键合到盖板100带凹腔那一面，再磨削到所需厚度形成MEMS结构层110，MEMS结构层110通过深Si蚀刻工艺分割为MEMS结构112、MEMS键合块113和MEMS键合区111三部分，MEMS结构层110通过底板键合层140与底板120键合；底板120上制作有底板密封区121、底板键合柱123和两个底板凹腔122，它们表面制作有底板绝缘层190；底板凹腔122由多个第一底板凹槽122A和一个第二底板凹槽122B构成，第一底板凹槽122A由底部122a、斜面122b和平顶122d构成，第二底板凹槽122B由斜面122bb和底部122aa构成，斜面122bb对应图2中棱台13的斜面16，底板键合柱123和平顶122d对应图2中的棱台13，底板键合柱123的高度和平顶122d的高度一样；底板绝缘层190上制作有导电层180，导电层180上有绝缘层170覆盖保护，绝缘层170上制作有通孔，所述的底板键合层140位于绝缘层170上和通孔内；第一底板凹槽122A内的底板绝缘层190上制作有吸气剂150，第二底板凹槽122B的绝缘层170上也制作有吸气剂150，用于吸除密封腔内的气体分子，保证密封腔的真空度；底板密封区121、MEMS键合区111和盖板密封区101围成两个密封腔，MEMS结构112被密封在密封腔内，密封腔由盖板凹腔102和底板凹腔122构成，MEMS结构112可以在密封腔内自由活动；第一底板凹槽122A的平顶122d上覆盖的吸气剂150，构成垂直方向的档杆，与MEMS结构112的间距在1～10μm之间，用于防止MEMS结构112在垂直方向受到外力时形变太大而断裂；吸气剂150的材料为金属，通常为锆(Zr)，钛(Ti)、钡(Ba)、钒(V)、铁(Fe)、钴(Co)、铝(Al)或它们中一种或几种的组合，所以表面覆盖吸气剂150组成的档杆不会有静电积累，避免了MEMS结构112由于静电力而吸附在档杆上的可能，另外，在MEMS结构112撞击挡杆时，由于金属较软，可以缓冲撞击力，保护MEMS结构112上不会撞出碎屑；同样，在盖板100上也可以制作类似的档杆。导电层180在底板绝缘层190和绝缘层170的包裹下延伸出底板密封区121，到达窗口104对应的位置，在其上也制作有通孔，通孔内填充底板键合层材料，组成压焊块141，用于后续封装时键合金属线用。
图6为底板120的俯视图，第一底板凹槽122A和122B由众多棱台13构成，棱台13之间的平坦部份构成了第一底板凹槽122A的底部122a和第二底板凹槽122B的底部122aa，棱台13的斜面构成了第一底板凹槽122A的斜面122b和第二底板凹槽122B的斜面122bb，棱台13的顶部构成了第一底板凹槽122A的平顶122d，吸气剂150覆盖了第一底板凹槽122A和第二底板凹槽122B的全部，但没有覆盖底板键合柱123的顶部，导电层180从底板键合柱123顶部沿第二底板凹槽122B的斜面122bb、第二底板凹槽122B的底部122aa，延伸出底板密封区121。
实施例四
具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，如图7～图14所示，包括以下步骤：
(1)盖板圆片100′制作：将一个重掺杂的双面抛光的单晶硅圆片作为盖板衬底，其晶向为<100>，电阻率通常为0.01～1Ω·cm，厚度在300～800μm，在其表面通过热氧化或CVD的方法制作SiO2，或者用CVD的方法制作Si3N4，用SiO2、Si3N4或它们的组合物作为湿法蚀刻时的掩模材料，双面光刻，蚀刻掩模材料，形成掩模图形，然后在异向性腐蚀液，如KOH、NaOH、NH4OH、EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等溶液中蚀刻，蚀刻出盖板凹腔102和窗口104，被掩模覆盖住的部分没有被蚀刻，形成盖板键合柱103和盖板密封区101，除去掩模，完成盖板圆片100′的制作，如图7所示。
(2)待键合MEMS圆片200制作：在盖板圆片100′表面生长盖板绝缘130，通常为热氧化方法生长的0.5～2μm，通过Si-SiO2直接键合工艺，将一双面抛光的重掺杂的单晶硅圆片110′键合到盖板圆片100′带凹腔的一面，作为MEMS结构层110的材料，其电阻率通常为0.01～1Ω·cm，厚度在300～800μm，需要通过磨片、抛光等工艺将单晶硅圆片110′加工至MEMS结构层110所需的厚度，一般在10～100μm，形成MEMS结构层110，如图8所示；
通过光刻、深Si蚀刻、去胶、清洗等工艺步骤，在MEMS结构层110上形成MEMS键合块113、MEMS结构112和MEMS密封区111的图形，如图9所示，完成待键合MEMS圆片200的制作。
(3)底板圆片300制作：取一片重掺杂的<100>晶向的双面抛光单晶硅圆片作为底板基板200′，在其表面通过热氧化或CVD的方法制作SiO2，或者用CVD的方法制作Si3N4，用SiO2、Si3N4或它们的组合作为湿法蚀刻时的掩模材料，光刻、蚀刻掩模材料，形成掩模图形，去胶，然后在异向性腐蚀液，如KOH、NaOH、NH4OH、EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等溶液中蚀刻，蚀刻出底板凹腔122，底板凹腔122由第一底板凹槽122A和第二底板凹槽122B构成，第一底板凹槽122A的斜面122b与第一底板凹槽122A的底部122aa成54.7°角，同样，第二底板凹槽122B的斜面122bb与第二底板凹槽122B的底部122a也成54.7°角，被掩模覆盖住的部分没有被蚀刻，形成底板键合柱123、底板密封区121以及第一底板凹槽122A的平顶122d，除去掩模，如图10所示。然后在刻蚀有图形的底板基片200′表面通过热氧化或CVD的方法制作SiO2，或者用CVD的方法制作Si3N4，用SiO2、Si3N4或它们的组合作为绝缘底板层190，在其上通过溅射、外延、CVD、蒸发、电镀等方法淀积导电层材料，并通过光刻、蚀刻、去胶、清洗等工艺步骤图形化导电层材料，形成导电层180，如图11所示；也可以在底板绝缘层190上蚀刻接触孔图形，然后再淀积导电层180，将底板基片200′与导电层180的部分图形电连接，达到底板接地的目的。
在底板基片200′上的导电层180和底板绝缘层190表面通过CVD工艺淀积绝缘层170，然后通过光刻、蚀刻、去胶、清洗等工艺步骤图形化绝缘层170，形成图12所示的剖面图，在底板密封区121所对应的部位保持有导电层180和绝缘层170，底板绝缘层190上可以覆盖绝缘层170，也可以蚀刻掉绝缘层170，在底板键合柱123的顶部也保持有导电层180和绝缘层170，在绝缘层170上制作通孔171和172，其中通孔171与底板键合柱123位置对应，用于后续工艺步骤中形成电连接，通孔172在底板密封区121外，用于后续制作压焊块141。
通过溅射、CVD、蒸发、电镀等方法在底板绝缘层190和绝缘层170上淀积金属键合材料，并通过光刻、蚀刻、去胶、清洗等工艺步骤图形化金属键合材料形成底板键合层140，如图13所示，通孔171中填充有金属键合材料，部分导电层180与金属键合材料形成电连接，通孔172中填充有金属键合材料，作为后续封装用的压焊块141。
在底板基片200′上的底板绝缘层190和绝缘层170上通过遮蔽掩模法(shadowingmask)或掩模剥离法(lift off)溅射或蒸发吸气剂150，并形成吸气剂图形，如图14所示，这样就完成了底板圆片300的制作。
(4)键合、切割：将待键合MEMS圆片200的MEMS结构层120与底板圆片300的金属键合层140进行Si-金属键合，形成圆片级封装的MEMS圆片，将然后按照圆片切割方式进行切割，形成具有吸气剂的MEMS芯片，如图5所示，这里所述的键合也可以是在MEMS结构层120上形成金属图形，再与底板圆片300的金属键合层140进行金属-金属键合。
实施例一和实施例二的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法与实施例四的方法类似，在此不再赘述。

Claims (10)

1.具有吸气剂的MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板下表面至少有一个盖板凹腔，底板上表面至少有一个底板凹腔，盖板凹腔和底板凹腔共同形成密封腔，MEMS结构位于密封腔中，可在密封腔中自由活动，盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层隔离，底板通过底板键合层与MEMS结构层键合，其特征在于：盖板凹腔或底板凹腔中制作有若干个棱锥或棱台，盖板凹腔或底板凹腔及棱锥和棱台上都覆盖有吸气剂。
2.根据权利要求1所述的具有吸气剂的MEMS芯片，其特征在于：盖板上还制作有盖板密封区和盖板键合柱；底板上表面还有底板密封区和底板键合柱，底板凹腔内有若干个由底部、斜面、顶部组成的棱台，斜面与底部的夹角为54.7°，所述的吸气剂覆盖在底板凹腔内的棱台上，所述的顶部的高度低于底板键合柱的高度。
3.根据权利要求1所述的具有吸气剂的MEMS芯片，其特征在于：盖板下表面还有盖板密封区、盖板键合柱和窗口，所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面，盖板绝缘层与MEMS结构层之间还有盖板键合层；盖板凹腔内有若干个由斜面、平顶、底部组成的棱台和若干个由斜面、尖顶、底部组成的棱锥，所述的盖板键合柱的高度与平顶的高度一致，所述的尖顶的高度小于平顶的高度，所述的盖板绝缘层位于盖板密封区和盖板键合柱的表面上，所述的吸气剂覆盖在盖板凹腔内的棱台和棱锥上；
底板上表面还有底板密封区和底板键合柱，所述的底板凹腔由平坦的底面和倾斜的侧面组成，底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面都制作有底板绝缘层，底板绝缘层上制作有导电层，导电层上还有绝缘层覆盖，绝缘层上有通孔，所述的通孔的位置与底板键合柱和窗口对应，所述的底板键合层位于底板密封区和通孔内。
4.根据权利要求3所述的具有吸气剂的MEMS芯片，其特征在于：所述的平顶与MEMS结构之间的距离为1～10μm，所述的棱台作为保护MEMS结构层的挡杆。
5.根据权利要求1所述的具有吸气剂的MEMS芯片，其特征在于：盖板上还制作有盖板密封区、盖板键合柱和窗口，所述的盖板绝缘层位于盖板密封区、盖板键合柱和盖板凹腔的表面；
底板上表面还有底板密封区和底板键合柱，所述的底板凹腔包括第一底板凹槽和第二底板凹槽，第一底板凹槽内有若干个由底部、斜面、平顶组成的棱台，斜面与底部的夹角为54.7°，底板键合柱的高度与平顶的高度一致；底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面都制作有底板绝缘层，位于底板密封区、底板键合柱和第二底板凹槽中的底板绝缘层上制作有导电层，导电层上还有绝缘层覆盖，所述的吸气剂覆盖在绝缘层和裸露的底板绝缘层上；绝缘层上有通孔，所述的通孔与底板键合柱和窗口对应，所述的底板键合层位于底板密封区和通孔内。
6.根据权利要求5所述的具有吸气剂的MEMS芯片，其特征在于：所述的平顶与MEMS结构之间的距离为1～10μm，所述的棱台作为保护MEMS结构层的挡杆。
7.具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，步骤为：
(1)盖板圆片制作：在盖板衬底表面制作掩模，蚀刻掩模，形成掩模图形，然后在异向性腐蚀液中蚀刻出盖板凹腔和窗口，掩模覆盖部分就形成盖板键合柱和盖板密封区，除去掩模，完成盖板圆片的制作；
(2)待键合MEMS圆片制作：在盖板圆片表面生长盖板绝缘层，将单晶硅圆片键合到盖板绝缘层上，磨削单晶硅圆片形成MEMS结构层，蚀刻MEMS结构层形成MEMS结构、MEMS键合块和MEMS键合区，完成待键合MEMS圆片的制作；
(3)底板圆片制作：在底板基板表面制作掩模，蚀刻掩模，形成掩模图形，然后在异向性腐蚀液中蚀刻出底板凹腔，同时在底板凹腔中形成棱锥或棱台，掩模覆盖部分形成底板键合柱和底板密封区；除去掩模，在底板密封区、底板键合柱和底板凹腔表面制作底板绝缘层，底板绝缘层上淀积并图形化导电层，在导电层和底板绝缘层表面淀积并图形化绝缘层，在绝缘层上蚀刻出通孔；再在绝缘层、底板绝缘层和通孔内都淀积并图形化底板键合层；最后在底板凹腔及棱锥和棱台上溅射或蒸发吸气剂，并形成吸气剂图形，就完成底板圆片的制作；
(4)键合、切割：将待键合MEMS圆片的MEMS结构层与底板圆片的底板键合层进行键合，形成圆片级封装的MEMS圆片，然后按照圆片切割方式进行切割，就完成具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装。
8.根据权利要求7所述的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，其特征在于：步骤(3)所述的底板凹腔包括第一底板凹槽和第二底板凹槽，第一底板凹槽内有若干个由底部、斜面、平顶组成的棱台，斜面与底部的夹角为54.7°，平顶与MEMS结构之间的距离为1～10μm。
9.根据权利要求7或8所述的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，其特征在于：步骤(3)中还可以在底板绝缘层上先蚀刻接触孔图形，再淀积导电层材料。
10.根据权利要求7或8所述的具有吸气剂的MEMS芯片的圆片级封装方法，其特征在于：步骤(3)中通孔的位置与底板键合柱和窗口的位置相对应。
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