一种晶圆级封装结构及其制备方法与吸气剂层的激活方法与流程

1.本发明涉及mems器件技术领域，尤其涉及一种晶圆级封装结构及其制备方法与吸气剂层的激活方法。背景技术：2.随着近年来科技不断的进步以及社会不断的发展，mems(微机电系统)得到了极大的发展，相应的作为mems传感器也得到了极大的发展，其已经广泛的应用于汽车、安防、生物医学、电力、智慧楼宇、森林防火、智能手机和物联网等领域。3.现阶段，mems传感器制作时通常采用晶圆级封装技术，晶圆级封装(waferlevel package，简称wlp)就是在硅片上依照类似半导体前段的工艺，通过薄膜、光刻、电镀、干湿法蚀刻等工艺来完成封装和测试，最后进行切割，制造出单个封装成品的一种先进的封装技术。与传统的金属封装或陶瓷封装相比，晶圆级封装可以大大减小封装后的器件尺寸，满足目前在移动设备中对小型化芯片的需求。同时无需使用金属或陶瓷管壳，能有效地降低器件的成本。晶圆级真空封装技术主要是器件层晶圆和盖帽层晶圆在进行一定的半导体工艺后，在高真空密闭腔室中进行键合封装工艺，封装后形成高真空、高密闭性的腔内结构。但是在键合封装完成后，腔体内壁通常因为一定程度的真空泄露和原本腔壁残留的气体导致器件内部真空度下降，一般通过在器件内部沉积薄膜吸气剂保持内部的真空状态。4.但是现有技术中，通过热激活的方式激活吸气剂容易对敏感的器件芯片有较大的热影响：过高的温度可能会降低器件芯片的性能；而过低的温度则吸气剂可能激活不完全，从而影响真空度。因此如何避免激活吸气剂时对传感器结构造成的影响是本领域技术人员急需解决的问题。技术实现要素：5.本发明提供了一种晶圆级封装结构及其制备方法与吸气剂的激活方法，该晶圆级封装结构为埋线式的，通过将晶圆级封装结构中的吸气剂与外界电连接，使得晶圆级封装结构中吸气剂可以通过电激活的方式进行激活，避免了传统热激活方式对晶圆器件的不利影响。6.本发明提供的一种晶圆级封装结构，一种晶圆级封装结构，包括第一晶圆以及第二晶圆，所述第一晶圆的底面设置有凸起，以使得所述第一晶圆的底面形成有深腔结构，所述凸起与所述深腔结构通过倾斜侧沿过渡连接，所述倾斜侧沿自上而下、自内圈向外圈倾斜，所述深腔结构内铺设有延伸至倾斜侧沿与凸起的金属激活层，所述金属激活层在所述深腔结构内间断设置，所述金属激活层上设置有第一绝缘层、第二绝缘层和吸气剂层，所述第一绝缘层和第二绝缘层位于所述凸起上，所述第一绝缘层上设置有键合层，所述第一晶圆和第二晶圆通过所述键合层固定连接并形成空腔，所述吸气剂层位于所述空腔内，所述第二绝缘层位于所述空腔外，所述第一绝缘层与第二绝缘层间隔设置。7.进一步的，所述倾斜侧沿与深腔结构的锐角夹角在30°‑60°范围内。8.进一步的，所述金属激活层的厚度设置在200nm-2000nm之间。9.进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层的厚度在0.2μm-2μm之间。10.本发明还提供了一种晶圆级封装结构的制备方法，包括以下步骤：11.s1：将包含硅支撑层和位于硅支撑层内的二氧化硅氧化层的soi硅片作为第一晶圆，将soi硅片清洗干净，并在soi硅片的顶面和底面镀上薄膜保护层；12.s2：对soi硅片的底面中央区域进行刻蚀工艺，刻蚀到二氧化硅氧化层停止，以在soi硅片的底面两侧外沿形成凸起，而在soi硅片的中央区域形成梯形的深腔结构；13.s3：采用湿法腐蚀工艺去除所述深腔结构内的二氧化硅氧化层，并将soi硅片顶面和底面的薄膜保护层刻蚀去除；14.s4：在soi硅片的底面镀上金属激活层，并进行图案化工艺，刻蚀掉深腔结构中央位置的金属激活层；15.s5：在金属激活层上镀上绝缘层，并进行图案化工艺，刻蚀掉深腔结构内的绝缘层，对深腔结构外的绝缘层进行部分刻蚀，形成第一绝缘层和第二绝缘层，使得第一绝缘层和第二绝缘层之间形成pad点；16.s6：在深腔结构内的金属激活层上蒸镀吸气剂层；17.s7：将第一绝缘层与与第二晶圆通过焊接方式键合在一起。18.进一步的，所述薄膜吸气剂为由zr、co、re和zn金属组成的合金结构。19.进一步的，所述薄膜保护层包括厚度100nm-300nm的sinx保护层，以及厚度50nm-200nm的ti和/或pt保护层。20.进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层为sinx绝缘层、sio2绝缘层中的任意一种。21.进一步的，所述金属激活层为al激活层、ti激活层和au激活层中的任意一种。22.本发明还提供了一种晶圆级封装结构的吸气剂层的激活方法，在所述第一绝缘层与第二绝缘层之间放置激活电极，所述吸气剂层通过激活电极的电流进行电激活；或者，将所述晶圆级封装结构放置在高温环境，所述吸气剂层的激活方式为热激活。23.本发明实施例第一方面提供了一种晶圆级封装结构，在第一晶圆的底面设置有凸起，以使得第一晶圆的底面形成深腔结构，在深腔结构、倾斜侧沿和凸起铺设有金属激活层，所述金属激活层在深腔结构内间断设置，而该金属激活层上间隔设置有第一绝缘层和第二绝缘层，通过将键合层设置在第一绝缘层上而与第二晶圆实现固定连接，第一晶圆与第二晶圆之间形成真空的空腔，其中第二绝缘层位于空腔的外部，而吸气剂层设置在金属激活层上、并位于空腔内。当需要激活吸气剂层以对空腔内的空气进行吸附时，在第一绝缘层与第二绝缘层之间设置正负激活电极，电流通过金属激活层传递到吸气剂层，在电流流过吸气剂层时会将电能转换为热能从而激活吸气剂，即通过激活电极可以针对性的仅加热吸气剂以进行激活，从而避免传统的热激活方式对晶圆器件的结构造成的不利影响；而且通过设置激活电极，可以多次激活吸气剂，以保证mems传感器内的真空度。24.本发明第二方面提供制备上述晶圆级封装结构的方法，在第一晶圆的表面(也即盖帽晶圆)采用金属薄膜沉积、绝缘层沉积、光刻等技术，将金属激活层埋藏于空腔的内部。简化了电激活工艺的结构设计和工艺流程，提升了工艺的稳定性和可靠性，减少了工艺次序、成本和工艺周期；而且该工艺兼容性良好，不存在吸气剂污染、寄生电容大等工艺问题，保证器件同时具备电激活和热激活两种激活方式的效果；另外，通过对绝缘层结构并进行图案化工艺，形成完整的电激活通路，而金属激活层还有助于吸气剂的沉积吸附，增加其与第一晶圆的粘附性。附图说明25.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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。26.图1为本发明实施例提供的一种晶圆级封装结构的结构示意图；27.图2为制备图1的一种晶圆级封装结构的制备方法流程图。28.1-第一晶圆，2-第二晶圆，3-金属激活层，4-第一绝缘层，5-第二绝缘层，6-吸气剂层，7-键合层，8-空腔，9-凸起，10-倾斜侧沿。具体实施方式29.本发明实施例提供了一种晶圆级封装结构及其制备方法与吸气剂的激活方法，使晶圆级封装结构同时具备电激活和热激活两种方式；而且本发明的制备工艺兼容性好、吸气剂激活方式简单、成本低廉、性能稳定等优点。30.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。31.本发明针对传统的吸气剂热激活可能会降低器件使用性能和费时费力的现状，以及沉积在ic电路衬底薄膜吸气剂工艺的复杂性高与工艺兼容性差、而且其电激活方式容易影响像元阵列等技术问题，设计了可采用电激活和热激活两种激活方式的晶圆盖帽埋线式封装结构，该封装结构的电激活结构较为简单实用，解决了器件层的电激活对整个器件晶圆的布线影响和工艺不兼容等问题。利用定制硅片干刻和湿刻等工艺形成梯形斜坡结构，利用金属薄膜作为吸气剂的沉积衬底和电激活的引线，以及利用绝缘层的保护形成一种高效稳定的晶圆级真空封装结构和吸气剂激活方法，对于高真空电子器件的长期稳定的工作提供了保障。32.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种晶圆级封装结构，包括第一晶圆1和与第一晶圆1固定在一起的第二晶圆2，其中第一晶圆1的底面设置有凸起9，所述凸起9使得第一晶圆1的底面形成有深腔结构，该凸起9与深腔结构通过倾斜侧沿10倾斜过渡连接，且该倾斜侧沿10自上而下、自内圈向外圈倾斜设置。于本实施例中，在凸起9的底面、倾斜侧沿10以及深腔结构的部分面上设置有金属激活层3，即金属激活层3在深腔结构内时间断设置的，其中在凸起9底面的金属激活层3上间隔设置第一绝缘层4和第二绝缘层5，而在第一绝缘层4上又设置有键合层7，通过键合层7将第一晶圆1与第二晶圆2键合固定在一起。进一步的，第一晶圆1与第二晶圆2是通过焊接方式键合固定在一起的，即键合层7是含锡的焊料层，这种键合固定方式简单易操作。33.当需要激活吸气剂层6时，在第一绝缘层4与第二绝缘层5之间的空隙内放置电极，通过金属激活层3形成的电路将电流引导到吸气剂层6，实现对吸气剂层6的电加热，从而激活吸气剂保证空腔8内的真空性。这种结构可以增加激活次数以及保持了器件内部稳定的高真空度，从而延长了器件在高真空条件下保持稳定的优异性能和使用寿命。当然，对本发明的晶圆级封装结构也可采用高温加热的方式，热激活吸气剂，使得该晶圆级封装结构同时具备电激活和热激活两种激活方式的效果。34.其中，倾斜侧沿10与深腔结构的顶面锐角夹角在30°‑60°范围内，若倾斜侧沿10与深腔结构的顶面锐角夹角小于30°，当第一晶圆1与第二晶圆2键合固定在一起后，形成的空腔8高度较低，不利于mems传感器的安放；若倾斜侧沿10与深腔结构的顶面锐角夹角大于60°，则倾斜侧沿10过于陡峭，不利于金属激活层3形成的电路的完整性。而且为了保证金属激活层3能够形成完好的电激活通路，金属激活层3的厚度在200nm-2000nm之间；而为了保护裸露在外部环境中的金属激活层3，第一绝缘层4和第二绝缘层5的厚度均在0.2μm-2μm之间。于实施例中，倾斜侧沿10与第一晶圆1的底面锐角夹角为54.7°。35.如图2为一种晶圆级封装结构的制备方法流程图，本发明还提供了一种制备上述晶圆级封装结构的制备方法的一个实施例，包括以下步骤：36.s1：将作为第一晶圆的定制的soi硅片洗净(soi硅片包括硅支撑层和二氧化硅氧化层，其中二氧化硅氧化层位于硅支撑层的内部，而硅支撑层的厚度为500μm，二氧化硅氧化层的厚度是1μm)，并在soi硅片的顶面和底面镀上薄膜保护层，该薄膜保护层包括厚度在100nm-300nm的sinx保护层，以及厚度在50nm-200nm的ti和/或pt保护层；37.s2：对soi硅片底面的中央区域进行光刻图案化，暴露需要进行干刻的薄膜保护层，将薄膜保护层去除干净，利用浓度在1wt％-80wt％的koh、tmah、naoh中的任意一种溶液对soi硅片进行湿法腐蚀工艺，腐蚀至二氧化硅氧化层自动结束，以形成梯形的深腔结构；38.s3：将soi硅片洗净，并浸泡在浓度为1％-49％的hf溶液中，浸泡时间在10-120s内，以去除掉深腔结构内的二氧化硅氧化层，然后利用喷胶工艺在梯形的深腔结构内涂覆光刻胶作为保护层，之后先将soi硅片上的薄膜保护层刻蚀去除，再去除深腔结构内的光刻胶保护层；39.s4：利用喷胶工艺，在soi硅片底面溅射或蒸镀厚度在200nm-2000nm之间的al激活层、ti激活层和au激活层中的任意一种作为金属激活层，并采用lift off剥离工艺对深腔结构内的中央位置处的金属激活层进行去除，剥离工艺完成后对soi硅片洗净；40.s5：在金属激活层上沉积生长一层厚度在0.2μm-2μm的绝缘层，该绝缘层是sinx绝缘层和sio2绝缘层中的任意一种，之后对绝缘层进行图案化工艺处理，刻蚀掉深腔结构内的绝缘层，并对深腔结构外的绝缘层部分刻蚀，形成间隔的第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层和第二绝缘层之间形成电激活的pad点；41.s6：采用喷胶、曝光、显影、镀膜的薄膜蒸镀工艺在soi硅片的底面镀上吸气剂层，并利用光刻剥离工艺去除掉部分的吸气剂层，只留下位于深腔结构内的金属激活层上的吸气剂层；42.s7：将第一绝缘层与第二晶圆通过含锡的键合层焊接固定在一起，形成高真空稳定的晶圆级封装结构。43.具体的，吸气剂层的成分一般由zr、co、re、zn等几种金属组成的合金结构，通过将吸气剂层设置在金属激活层上，以便后期电激活工艺。而且上述制备方法中，在soi硅片的下表面设置梯形结构的深腔结构，即使得第一晶圆1的底面两侧外沿形成凸起9和倾斜侧沿10，倾斜侧沿10具有一定的角度设计，可以使得s4步骤的金属激活层完全覆盖到倾斜侧沿10上，以形成完整的电通路。44.本发明还包括一种晶圆级封装结构内的吸气剂的激活方法：利用上述制备方法得到的晶圆级封装结构，在pad点安装激活电极，将激活电极通电，电流沿着金属激活层流动到吸气剂层，并对吸气剂层进行电流加热，以激活所述的吸气剂层。45.本发明另一个实施例的晶圆级封装结构的吸气剂的激活方法为：将上述制备方法得到的晶圆级封装结构放置在高温环境内，通过热激活的方法激活吸气剂层。46.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。