阅读说明：本技术 一种mems器件的晶圆级封装方法和封装结构 (Wafer-level packaging method and packaging structure of MEMS device ) 是由 倪正春 盛荆浩 江舟 于 2020-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种MEMS器件的晶圆级封装方法和封装结构,封装方法包括：提供基板,所述基板一侧具有MEMS器件和与MEMS器件电连接的焊盘；在焊盘表面形成与焊盘电连接的连接线；提供盖板,所述盖板的一侧具有凹槽和分离槽；将盖板具有凹槽的一侧与基板具有MEMS器件的一侧键合,连接线容纳于分离槽内,MEMS器件密封于盖板具有凹槽的区域与基板构成的空腔内；去除焊盘上的盖板,以暴露出焊盘和连接线。与现有的纵向TSV技术相比,本发明中的MEMS器件的晶圆级封装方法工艺简单,使得MEMS器件的晶圆级封装结构的制作难度较小、成本较低。(The invention provides a wafer level packaging method and a packaging structure of an MEMS device, wherein the packaging method comprises the following steps: providing a substrate, wherein one side of the substrate is provided with a MEMS device and a bonding pad electrically connected with the MEMS device; forming a connecting wire electrically connected with the bonding pad on the surface of the bonding pad; providing a cover plate, wherein one side of the cover plate is provided with a groove and a separation groove; bonding one side of the cover plate with the groove with one side of the substrate with the MEMS device, wherein the connecting wire is accommodated in the separation groove, and the MEMS device is sealed in a cavity formed by the area of the cover plate with the groove and the substrate; and removing the cover plate on the bonding pad to expose the bonding pad and the connecting wire. Compared with the existing longitudinal TSV technology, the wafer level packaging method of the MEMS device is simple in process, so that the wafer level packaging structure of the MEMS device is low in manufacturing difficulty and low in cost.)

一种MEMS器件的晶圆级封装方法和封装结构

技术领域

本发明涉及MEMS器件技术领域，更具体地说，涉及一种MEMS器件的晶圆级封装方法和封装结构。

背景技术

微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)是将微机械元件、微型传感器、微型执行器、信号处理与控制电路等集成于一体的微系统。随着MEMS器件与微电子技术、光电技术以及新兴纳米技术的融合，MEMS器件已经在越来越多的领域内得到了广泛的应用。然而，正是因为MEMS器件的种类繁多，没有标准化的封装方法，因此，急需一种适合于各个领域大规模生产的MEMS器件封装方法。

其中，晶圆级封装技术是一种广泛应用于MEMS器件的先进封装技术，它是在整片晶圆上完成全部或者大部分的封装、测试工序，然后进行切片分割。现有的晶圆级封装技术包括纵向TSV(通孔)技术，参考图1，该技术是将盖板10与晶圆11键合后，直接在盖板10上制作通孔12，再在通孔12中填充导电金属，以电连至晶圆11中的焊盘13，但是，该TSV技术的成本较高，深孔的制作难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MEMS器件的晶圆级封装方法和封装结构，以降低MEMS器件的封装成本和封装难度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种MEMS器件的晶圆级封装方法，包括：

提供基板，所述基板一侧具有MEMS器件和与所述MEMS器件电连接的焊盘；

在所述焊盘表面形成与所述焊盘电连接的连接线，所述连接线的高度大于所述MEMS器件的高度；

提供盖板，所述盖板的一侧具有凹槽和分离槽，所述分离槽的深度大于所述凹槽的深度；

将所述盖板具有所述凹槽的一侧与所述基板具有所述MEMS器件的一侧键合，所述连接线容纳于所述分离槽内，所述MEMS器件密封于所述盖板具有所述凹槽的区域与所述基板构成的空腔内；

保留所述MEMS器件上的盖板、去除所述焊盘上的盖板，以暴露出所述焊盘和所述连接线。

可选地，所述分离槽的深度比所述连接线的高度大3um～5um。

可选地，保留所述MEMS器件上的盖板、去除所述焊盘上的盖板包括：

采用湿法刻蚀工艺对所述盖板进行刻蚀，以去除所述焊盘上的盖板、保留所述MEMS器件上的盖板。

可选地，保留所述MEMS器件上的盖板、去除所述焊盘上的盖板包括：

采用机械研磨工艺对所述盖板背离所述基板的一侧进行研磨，以对所述盖板进行减薄；

采用湿法刻蚀工艺对减薄后的所述盖板进行刻蚀，以去除所述焊盘上的盖板、保留所述MEMS器件上的盖板。

可选地，减薄后的所述盖板中，最薄的区域的厚度范围为5um～10um。

可选地，暴露出所述焊盘和所述连接线之后，所述连接线的高度超出所述盖板的高度；

并且，所述连接线的高度超出所述盖板的高度的范围为15um～30um。

可选地，还包括：

在所述盖板表面形成钝化层。

一种MEMS器件的晶圆级封装结构，应用如上任一项所述的方法制作而成，所述MEMS器件的晶圆级封装结构包括：

基板，所述基板一侧具有MEMS器件和与所述MEMS器件电连接的焊盘；

位于所述焊盘表面且与所述焊盘电连接的连接线；

盖板，所述盖板位于所述MEMS器件上方，且暴露出所述焊盘和所述连接线，所述MEMS器件密封于所述盖板与所述基板键合成的空腔内。

可选地，所述连接线的高度超出所述盖板的高度；

并且，所述连接线的高度超出所述盖板的高度的范围为15um～30um。

可选地，所述盖板表面还具有钝化层。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的MEMS器件的晶圆级封装方法和封装结构，先在焊盘表面形成连接线，再将盖板与基板键合，将MEMS器件密封于所述盖板具有所述凹槽的区域与所述基板构成的空腔内，之后再对盖板进行刻蚀，去除所述焊盘上的盖板，暴露出焊盘和连接线，以便密封的MEMS器件通过连接线与其他器件进行电连接。与现有的纵向TSV技术相比，本发明中的MEMS器件的晶圆级封装方法工艺简单，使得MEMS器件的晶圆级封装结构的制作难度较小、成本较低。

并且，本发明中，由于分离槽顶部的盖板的厚度较薄、凹槽顶部的盖板的厚度较厚，因此，在对盖板进行刻蚀时，当连接线顶部即分离槽顶部的盖板被完全刻蚀时，凹槽顶部即MEMS器件顶部的盖板仍具有一定的厚度，从而不需要先在盖板表面形成光刻胶再对盖板进行刻蚀，大大降低了制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为采用现有的纵向TSV技术制成的MEMS器件的晶圆级封装结构的示意图；

图2为本发明一个实施例提供的MEMS器件的晶圆级封装方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的具有MEMS器件和焊盘的基板的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的具有MEMS器件、焊盘和连接线的基板的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的具有凹槽和分离槽的盖板的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的基板和盖板键合后的结构的剖面结构示意图；

图7为本发明一个实施例提供的MEMS器件的晶圆级封装结构的剖面结构示意图；

图8为本发明实施例提供的减薄后的盖板和基板的剖面结构示意图；

图9为本发明另一个实施例提供的MEMS器件的晶圆级封装结构的剖面结构示意图。

具体实施方式

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种MEMS器件的晶圆级封装方法，如图2所示，包括：

S101：提供基板，基板一侧具有MEMS器件和与MEMS器件电连接的焊盘；

参考图3，预先在基板20的一侧制作MEMS器件21和与MEMS器件21电连接的焊盘22。其中，基板20可以为晶圆，该晶圆的材料可以为硅、或硅锗等。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，基板20还可以为蓝宝石基板等。并且，MEMS器件21形成在基板20的表面上，焊盘22可以位于基板20的表面，如直接在基板20表面形成金属薄膜，也可以位于基板20的凹槽内，如先在基板20表面刻蚀出凹槽，然后在凹槽内填充金属材料形成焊盘22。

S102：在焊盘表面形成与焊盘电连接的连接线，连接线的高度大于MEMS器件的高度；

参考图4，提供具有MEMS器件21和焊盘22的基板20后，利用电镀工艺等在焊盘22表面形成预设高度的连接线23，连接线23与焊盘22电连接。其中，连接线23仅位于焊盘22表面，即连接线23仅与焊盘22电连接。可选地，连接线23的材料包括铜、金、钯、铝、镍、锡、银等一种或多种材料的组合。优选地，连接线23的材料为铜。

需要说明的是，连接线23的高度需预先设定，且连接线23的高度大于MEMS器件21的高度，以便最终形成的封装结构能够暴露出连接线23，方便连接线23与其他器件的电连接。

S103：提供盖板，盖板的一侧具有凹槽和分离槽，分离槽的深度大于凹槽的深度；

参考图5，盖板30的一侧具有凹槽31和分离槽32，其中，可以采用干法刻蚀等工艺在盖板30的一侧形成凹槽31和分离槽32。可选地，凹槽31的深度由MEMS器件21的高度决定，以便基板20与盖板30键合后，MEMS器件21能够容纳于凹槽31内。分离槽32的深度由连接线23的高度决定，以便基板20与盖板30键合后，连接线23容纳于分离槽32内。由于连接线23的高度大于MEMS器件21的高度，因此，分离槽32的深度大于凹槽21的深度。

可选地，分离槽32的深度大于连接线23的高度，以使盖板30与基板20键合后，连接线23能够容纳于分离槽32内，且分离槽32对应区域的盖板30的厚度较薄，便于后续的刻蚀。进一步可选地，分离槽32的深度比连接线23的高度大3um～5um。

本发明实施例中，盖板30的材料与基板20的材料可以相同，也可以不同。可选地，盖板30的材料可以是硅、玻璃、金属或陶瓷材料等。

S104：将盖板具有凹槽的一侧与基板具有MEMS器件的一侧键合，连接线容纳于分离槽内，MEMS器件密封于盖板具有凹槽的区域与基板构成的空腔内；

提供盖板30之后，参考图6，采用键合工艺将盖板30和基板20键合，可选地，盖板30和基板20可以通过粘合胶33键合。键合时，需保证盖板30具有凹槽31的一侧与基板20具有MEMS器件21的一侧键合，并且，键合后，需保证连接线23容纳于分离槽32内，MEMS器件21容纳于凹槽31内，即MEMS器件21密封于盖板30具有凹槽31的区域与基板20构成的空腔内。

S105：保留MEMS器件上的盖板、去除焊盘上的盖板，以暴露出焊盘和连接线。

将盖板30和基板20键合之后，本发明的一个实施例中，可以直接采用湿法刻蚀工艺对盖板30进行刻蚀，以保留MEMS器件21上的盖板30、去除焊盘22上的盖板30，暴露出焊盘22和连接线23，形成图7所示的结构。

即，保留MEMS器件21上的盖板30、去除焊盘22上的盖板30包括：采用湿法刻蚀工艺对盖板30进行刻蚀，以去除焊盘22上的盖板30、保留MEMS器件21上的盖板30。

当然，本发明并不仅限于此，在本发明的另一实施例中，为了提高刻蚀的均匀性，将盖板30和基板20键合之后，可以先采用机械研磨工艺对盖板30背离基板20的一侧进行研磨减薄，形成图8所示的结构，再采用湿法刻蚀工艺对减薄后的盖板30进行刻蚀，形成图7所示的结构。即，保留MEMS器件21上的盖板30、去除焊盘22上的盖板30包括：

采用机械研磨工艺对盖板30背离基板20的一侧进行研磨，以对盖板30进行减薄；

采用湿法刻蚀工艺对减薄后的盖板30进行刻蚀，以去除焊盘22上的盖板30、保留MEMS器件21上的盖板30。

需要说明的是，在对盖板30进行减薄时，并不将盖板30磨穿，以减小研磨难度，解决了仅采用研磨工艺导致的研磨减薄难度大以及研磨后沟槽沉积粉尘的问题。可选地，减薄后的盖板30中，最薄的区域即分离槽32顶部的盖板30的厚度d1的范围为5um～10um。可选地，减薄后的盖板30的厚度优选为30um。

本发明实施例中，可以采用KOH(氢氧化钾)/TMAH(四甲基氢氧化铵)刻蚀溶液对盖板30进行湿法刻蚀，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，还可以采用其他刻蚀工艺如干法刻蚀对盖板30进行刻蚀。

需要说明的是，本发明中，由于分离槽32顶部的盖板30的厚度较薄、凹槽31顶部的盖板30的厚度较厚，因此，在对盖板30进行刻蚀时，当连接线23顶部即分离槽32顶部的盖板30被完全刻蚀时，凹槽31顶部即MEMS器件21顶部仍具有一定厚度的盖板30，从而不需要在盖板30表面形成光刻胶，大大降低了制造成本。

如图7所示，对盖板30刻蚀完成，暴露出焊盘22和连接线23之后，连接线23的高度超出盖板30的高度。可选地，连接线23的高度超出盖板30的高度的范围为15um～30um，以便于连接线23与其他器件的电连接。

需要说明的是，若最终形成的盖板30的厚度过薄，参考图9，则可以在盖板30表面形成一层钝化层34，以增强盖板30的机械强度和可靠性。即，本发明实施例提供的封装方法，在对盖板30进行刻蚀暴露出焊盘22和连接线23之后，还包括：在盖板30表面形成钝化层34。其中，钝化层34的材料可以是氮化铝或氮化硅等。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，钝化层34可以为暴露出连接线23的钝化层，或者，还可以在盖板30顶部形成仅暴露出连接线23的保护层等，在此不再赘述。

本发明实施例提供的MEMS器件的晶圆级封装方法，相比于现有的纵向TSV技术，具有制造成本低、工艺简单等优点。并且，基板20和盖板30键合后，不需要进入真空刻蚀腔进行刻蚀，没有真空腔碎片等风险。

并且，本发明中采用湿法刻蚀工艺或采用研磨加湿法刻蚀工艺对盖板30进行刻蚀，与现有技术中切割盖板的方式相比，解决了切割划伤焊盘导致器件失效及设备损坏的问题，并且，先机械研磨再湿法刻蚀，可以降低总的工艺成本。

其次，本发明中采用先电镀形成连接线23后键合刻蚀盖板的方式，与先键合刻蚀盖板后电镀形成连接线的方式相比，解决了由于刻蚀后的MEMS器件与MEMS器件之间的沟槽较大，而导致光刻工艺成本大、电镀与光刻工艺较难的问题。

再次，本发明中，由于分离槽顶部的盖板的厚度较薄、凹槽顶部的盖板的厚度较厚，因此，在对盖板进行刻蚀时，当连接线顶部即分离槽顶部的盖板被完全刻蚀时，凹槽顶部即MEMS器件顶部的盖板仍具有一定的厚度，从而不需要先在盖板表面形成光刻胶再对盖板进行刻蚀，大大降低了制造成本。

本发明实施例还提供了一种MEMS器件的晶圆级封装结构，应用如上任一实施例提供的方法制作而成，参考图7，MEMS器件的晶圆级封装结构包括：

基板20，基板20一侧具有MEMS器件21和与MEMS器件21电连接的焊盘22；

位于焊盘22表面且与焊盘22电连接的连接线23；

盖板30，盖板30位于MEMS器件21上方，且暴露出焊盘22和连接线23，MEMS器件21密封于盖板30与基板20键合成的空腔内。

本发明实施例中，参考图7，连接线23的高度超出盖板30的高度，并且，连接线23的高度超出盖板30的高度的范围为15um～30um，以便连接线23与其他电子器件电连接。

本发明另一个实施例中，若最终形成的盖板30的厚度过薄，如图9所示，盖板30表面还具有钝化层34，以增强盖板30的机械强度和可靠性。

当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，钝化层34可以为暴露出连接线23的钝化层，或者，还可以在盖板30顶部形成仅暴露出连接线23的保护层等，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。