技術領域

本發明屬于微電子機械技術領域，特別涉及一種基于硅硅鍵合技術的MEMS器件及其真空封裝方法。

背景技術

微機電系統（Micro?Electro-Mechanical?Systems,MEMS）是以微電子、微機械以及材料科學為基礎，研究、設計、制造具有特定功能的微型裝置，包括微傳感器、微執行器等，MEMS器件具有體積小、重量輕、功耗低、批量化生產等諸多優點。

通常MEMS器件是由一些可動結構組成，這些可動結構非常脆弱，易碎，易被灰塵、水汽等破壞，為了不影響后續的加工和裝配，需要對其進行晶圓級封裝，以提供良好的機械支撐以及環境保護等功能。此外，很多具有重要應用的MEMS器件都需要進行真空封裝，如MEMS陀螺儀、MEMS加速度計、MEMS射頻器件等，采用真空封裝可以有效降低可動結構運動時的空氣阻尼，提高器件的品質因數，從而能夠極大的提高器件工作性能。

實現MEMS器件的真空封裝方法較多，但基本思想一致，就是將帶有空腔結構的蓋帽圓片在真空腔室中與MEMS器件結構圓片進行鍵合，使得每個器件同時實現真空封裝，真空度要求較高的器件還需要添加吸氣劑。一般MEMS器件中的電互聯導線是采用在結構上濺射金屬薄膜引出的，真空封裝的難點在于如何將電互聯引出，同時又能保證器件腔室的密封性。通常的做法是將蓋帽圓片壓焊點處制作通孔，并在通孔四周制作密封鍵合環，通過常用的鍵合方法實現器件的密封，一般所用的鍵合方法有：靜電鍵合、共晶鍵合、粘合劑鍵合等。這些鍵合方法都有各自的缺陷，例如：靜電鍵合是將硅片與玻璃鍵合，難免存在殘余應力，影響器件性能；共晶鍵合需要添加吸氣劑；粘合劑在真空狀態下會放出氣體，影響腔室真空度。

發明內容

本發明的目的是為了解決MEMS器件晶圓級真空封裝氣密性差、電互聯引出困難的問題，提出了一種MEMS器件晶圓級真空封裝方法，這種方法具有簡單可行，易于實現的特點。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種MEMS器件，由硅蓋帽層、硅結構層和硅襯底經硅硅直接鍵合后組成，硅結構層中設有可動結構，其特征在于：硅結構層采用可作為導體的低阻硅片，并且直接在硅結構層上制作出電互聯引線，硅蓋帽層中設置的引線通孔與電互聯引線壓焊區對應，并在電互聯引線壓焊區上濺射鋁電極。

一種MEMS器件晶圓級真空封裝方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）硅襯底制作：利用光刻技術、ICP深硅刻蝕技術在硅襯底上形成淺腔，并經氧化工藝使硅襯底表面生長一定厚度的氧化層；

（2）硅蓋帽制作：利用光刻工藝以及KOH腐蝕工藝形成結構淺腔以及電極引線通孔，并氧化使其表面形成一定厚度的氧化層；

（3）硅襯底與硅結構層直接鍵合：中間的硅結構層采用可作為導體的低阻硅片，采用硅硅直接鍵合工藝，將硅襯底與硅結構層直接鍵合；

（4）中間硅結構層中的可動結構以及電互聯引線的制作：利用CMP減薄拋光技術將與硅襯底鍵合的低阻硅片減薄到需要的厚度，通過光刻工藝獲得硅結構層中的可動結構以及電極引線圖形，再利用ICP深硅刻蝕技術釋放可動結構，同時刻蝕形成低阻硅電極引線兩側隔離槽；

中間低阻硅結構層采用電阻率為0.001-0.01Ω·cm的N型或P型硅片，一般電容式器件均可采用這種低阻硅作為電極引線，對電極引線電阻率沒有嚴格要求的其他器件也可采用這種結構；

（5）將硅蓋帽與硅結構層直接鍵合，使硅蓋帽的引線孔對準硅結構層中的電極引線壓焊區；

（6）壓焊區域金屬化：利用掩蔽shadow?mask濺射工藝在引線孔中的電極引線壓焊區上濺射鋁，形成金屬化的壓焊點。

本發明提供的MEMS器件采用全硅結構，電互聯引線不再采用金屬引線，硅結構層采用低阻硅片，可利用低阻硅作為電極引線，在結構釋放的同時，刻蝕形成低阻硅電極引線兩側的隔離槽，實現低阻硅電極引線間的電絕緣，從而克服了金屬引線無法承受硅硅直接鍵合高溫過程的難題；利用KOH腐蝕技術在硅蓋帽上制作引線孔，引線孔的面積要小于硅電極引線壓焊區域面積，完成蓋帽鍵合后，壓焊區域最外圍一周是鍵合面，從而達到了密封的目的；利用真空硅硅直接鍵合技術將三層結構鍵合在一起，實現器件的真空封裝，這種全硅結構封裝形式氣密性極好，不需要添加吸氣劑；利用掩蔽（shadow?mask）濺射工藝在引線孔中濺射鋁，形成壓焊點。