一种MEMS芯片封装结构及制作方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种mems芯片封装结构及制作方法。

背景技术：

1、在传感器类mems封装结构的市场上，微机电系统(micro-electro-mechanicalsystems，mems)芯片在诸如智能手机、健身手环、打印机、汽车、无人机以及vr/ar头戴式设备等产品领域得到了广泛的应用。mems芯片通常需要把器件结构层保护在密封的空腔内，保持可动的mems器件结构处在一个稳定的气压状态来减小振动噪声以及零漂等参数。

2、现有的mems芯片，通常在晶圆级键合时采用两种合金互溶的方式将可动的mems器件结构密封在空腔内，由于晶圆级键合时为高温高压的状态，两种合金互溶时通常会发生严重的液相合金外溢而使mems器件结构受损。目前通常采用在密封圈两侧增加限位柱或者设置溢流槽的方式来限制液相合金溢流，然而，这两种方式中前者因存在限位柱高度不一致的问题而不能完全键合密封，后者因液体合金存在表面张力可能导致部分溢流的合金越过溢流槽而流向芯片功能区，从而导致mems芯片键合质量的可靠性变差，降低了mems芯片制造的合格率。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题，提供一种改进的mems芯片封装结构及制作方法。

2、本发明的目的采用以下技术方案实现：

3、根据本发明的一方面，提供一种mems芯片封装结构的制作方法，所述方法包括：

4、提供第一基板和第二基板，所述第一基板具有第一金属体和器件结构，所述第二基板具有可供所述器件结构活动的空腔；

5、在所述第二基板具有所述空腔的表面形成介质层，在所述介质层上形成至少一个凹槽，所述凹槽环绕所述空腔；

6、在所述介质层的表面形成保形覆盖所述凹槽底部和侧壁的第二金属体，以及覆盖所述介质层的至少部分表面的第三金属体，其中，所述第三金属体位于所述凹槽的外侧；

7、将所述第一基板和所述第二基板通过所述第一金属体和所述第三金属体相键合，且在所述第一基板的厚度方向上，所述第一金属体和所述第三金属体投影交叠。

8、进一步地，所述方法还包括：在所述介质层上形成至少二个凹槽，且，所述第三金属体覆盖相邻所述凹槽之间的所述介质层的至少部分表面。

9、进一步地，所述在所述第二基板具有所述空腔的表面形成介质层，在所述介质层上形成至少一个凹槽的步骤，包括：

10、在所述第二基板的具有所述空腔的表面形成介质层；

11、对所述介质层进行图案化处理，刻蚀所述介质层，直至暴露出部分所述第二基板的表面，以形成所述凹槽。

12、进一步地，所述在所述介质层的表面形成保形覆盖所述凹槽底部和侧壁的第二金属体，以及覆盖所述介质层的至少部分表面的第三金属体的步骤，包括：

13、在所述介质层的表面形成金属层；

14、对所述金属层进行图案化处理，保留保形覆盖于所述凹槽底部和侧壁的所述金属层，以及保留所述凹槽外侧的覆盖于所述介质层的至少部分表面的所述金属层，去除剩余的所述金属层，以形成所述第二金属体和所述第三金属体。

15、进一步地，所述第二金属体的截面厚度不大于所述凹槽的截面宽度的三分之一。

16、进一步地，所述第二金属体的截面厚度不大于所述介质层的截面厚度的三分之一。

17、进一步地，所述介质层的材质包括：氧化硅、氮化硅、碳氮化硅或氮氧化硅的任意一种或多种的组合。

18、进一步地，所述第一金属体和所述第三金属体的材料包括：铝、锗、金、铟。

19、根据本发明的另一方面，提供一种mems芯片封装结构，包括：

20、相对设置的第一基板和第二基板；

21、所述第一基板靠近所述第二基板一侧的表面上设置有器件结构，所述器件结构的至少部分表面设置有第一金属体；

22、所述第二基板靠近所述第一基板一侧的表面上设置有可供所述器件结构活动的空腔，所述空腔的表面设置有介质层；

23、所述介质层上环绕所述空腔设置至少一个凹槽，第二金属体和第三金属体，其中，所述第二金属体保形覆盖所述凹槽底部和侧壁，所述第三金属体覆盖所述凹槽外侧的所述介质层的部分表面；

24、在所述第一基板的厚度方向上，所述第一金属体和所述第三金属体投影交叠，且，所述第一基板和所述第二基板通过所述第一金属体和所述第三金属体相键合。

25、进一步地，还包括：所述介质层上环绕所述空腔设置有至少二个凹槽，相邻所述凹槽之间的所述介质层的表面覆盖有所述第三金属体。

26、采用本发明提供的一种mems芯片封装结构及制作方法，该方法包括提供第一基板和第二基板，第一基板具有第一金属体和器件结构，第二基板具有可供器件结构活动的空腔；在第二基板具有空腔的表面形成介质层，在介质层上环绕于空腔形成至少一个凹槽；在介质层的表面形成保形覆盖凹槽底部和侧壁的第二金属体，以及覆盖介质层的至少部分表面的第三金属体，其中，第三金属体位于凹槽的外侧；将第一基板和第二基板通过第一金属体和第三金属体相键合，且在第一基板的厚度方向上，第一金属体和第三金属体投影交叠。本发明通过在键合部位的单侧的介质层开设凹槽的方式，在后续键合时通过保形覆盖凹槽底部和侧壁的第二金属体具有的引流作用，引导多余的液相合金堆积在凹槽中，以避免液相合金向芯片功能区溢流，增强芯片的键合质量及可靠性，提高了晶圆上mems芯片生产制造的合格率。

技术特征：

1.一种mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述介质层上环绕所述空腔形成至少二个凹槽，且，所述第三金属体覆盖相邻所述凹槽之间的所述介质层的至少部分表面。

3.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述在所述第二基板具有所述空腔的表面形成介质层，在所述介质层上形成至少一个凹槽的步骤，包括：

4.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述在所述介质层的表面形成保形覆盖所述凹槽底部和侧壁的第二金属体，以及覆盖所述介质层的至少部分表面的第三金属体的步骤，包括：

5.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述第二金属体的截面厚度不大于所述凹槽的截面宽度的三分之一。

6.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述第二金属体的截面厚度不大于所述介质层的截面厚度的三分之一。

7.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述介质层的材质包括：氧化硅、氮化硅、碳氮化硅或氮氧化硅的任意一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的mems芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述第一金属体和所述第三金属体的材料包括：铝、锗、金、铟。

9.一种mems芯片封装结构，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的mems芯片封装结构，其特征在于，还包括：所述介质层上环绕所述空腔设置有至少二个凹槽，相邻所述凹槽之间的所述介质层的表面覆盖有所述第三金属体。

技术总结本发明提供的一种MEMS芯片封装结构及制作方法，该方法包括提供第一基板和第二基板，第一基板具有第一金属体和器件结构，第二基板具有可供器件结构活动的空腔；在第二基板具有空腔的表面形成介质层，在介质层上形成至少一个环绕空腔的凹槽；在介质层的表面形成保形覆盖凹槽底部和侧壁的第二金属体，以及覆盖介质层的至少部分表面的第三金属体，第三金属体位于凹槽的外侧；将第一基板和第二基板通过第一金属体和第三金属体相键合。本发明通过在键合部位单侧的介质层开设凹槽的方式，在键合时通过第二金属体的引流作用引导多余的液相合金堆积在凹槽中，避免液相合金向芯片功能区溢流，增强芯片的键合质量及可靠性，提高了MEMS芯片生产制造的合格率。技术研发人员：庄瑞芬,朱启发,李诺伦,胡维受保护的技术使用者：苏州敏芯微电子技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/8