一种具有TSV结构的MEMS芯片及其圆片级气密性封装方法与流程

技术特征：

1.具有tsv结构的mems芯片，由盖板、mems结构层和底板组成，盖板、mems结构层和底板的材料都是单晶硅，底板上至少有一个上凹腔，盖板上至少有一个下凹腔，上凹腔与下凹腔共同形成密封腔，mems结构层的mems结构位于密封腔中，并可在密封腔中自由活动；底板通过底板绝缘层与mems结构层机械连接，底板绝缘层的材料是sio2，盖板通过键合金属层与mems结构层键合，其特征在于：

所述的盖板由盖板密封区、tsv隔离槽、tsv导电柱和下凹腔区组成，tsv隔离槽位于盖板密封区与tsv导电柱以及tsv导电柱与下凹腔区之间，所述的tsv隔离槽由氧化深槽以及氧化深槽内填充的深槽多晶硅组成，所述的氧化深槽由盖板上蚀刻的深槽以及深槽内壁上覆盖的绝缘氧化层组成；

所述的mems结构层包括mems密封区、第一mems键合柱、第二mems键合柱和mems结构；

所述的键合金属层包括金属密封环、第一键合金属块、第二键合金属块和金属导线，其中密封金属环与mems密封区共晶键合，第一键合金属块与第一mems键合柱共晶键合，第二键合金属块与第二mems键合柱共晶键合，金属导线同时连接第二键合金属块和深槽多晶硅；

盖板上有绝缘层，绝缘层上蚀刻有接触孔，接触孔中露出tsv导电柱和深槽多晶硅；绝缘层及接触孔内淀积有顶层金属图形，mems结构的电信号一路通过第一键合金属块、tsv导电柱和接触孔中的顶层金属图形引出，另一路通过第二键合金属块、金属导线、深槽多晶硅和接触孔中的顶层金属图形引出。

2.根据权利要求1所述的具有tsv结构的mems芯片，其特征在于：所述的键合金属层的材料是在低于500℃温度下与si共晶键合的金属。

3.根据权利要求1或2所述的具有tsv结构的mems芯片，其特征在于：盖板的下凹腔表面也覆盖有绝缘氧化层，所述的第二键合金属块位于下凹腔的绝缘氧化层上。

4.根据权利要求3所述的具有tsv结构的mems芯片，其特征在于：所述的金属密封环、第一键合金属块和第二键合金属块处于同一平面上。

5.具有tsv结构的mems芯片的圆片级气密性封装方法，包括以下步骤：

(1)制作底板圆片：

选择重掺杂的单晶硅圆片作为底板圆片基板，热氧化底板圆片基板，在底板圆片基板表面生长底板绝缘层，刻蚀生长有底板绝缘层的底板圆片基板，形成上凹腔，完成底板圆片的制作；

(2)制作mems结构圆片：

在步骤(1)制作的底板圆片上键合一块双面抛光的单晶硅圆片，并研磨到10～100μm，形成mems结构层；刻蚀mems结构层，形成mems密封区、mems键合柱，再深硅蚀刻形成mems结构，完成mems结构圆片的制作；

(3)制作具有tsv结构的盖板圆片：

采用另一个双面抛光的单晶硅圆片作为盖板圆片基板，在盖板圆片基板的内表面蚀刻出下凹腔，再蚀刻出深槽；热氧化蚀刻后的盖板圆片基板，在盖板圆片基板表面和深槽内壁生成绝缘氧化层，深槽及其内壁的绝缘氧化层共同成为氧化深槽，然后在绝缘氧化层上淀积多晶硅，氧化深槽内充满的多晶硅成为深槽多晶硅；回蚀多晶硅，将绝缘氧化层表面的多晶硅全部除去，只保留氧化深槽内的深槽多晶硅，形成tsv隔离槽；然后再刻蚀绝缘氧化层，露出部分盖板圆片基板，形成盖板密封区、tsv导电柱和下凹腔区，tsv导电柱与盖板圆片的其它部分由tsv隔离槽电绝缘，形成完整的tsv结构；然后在盖板圆片基板上淀积键合金属层，并蚀刻形成金属密封环、第一键合金属块、第二键合金属块和金属导线，其中，金属密封环位于盖板密封区上方，第一键合金属块位于tsv导电柱上方，第二键合金属块位于下凹腔内的绝缘氧化层上方，金属导线连接第二键合金属块和深槽多晶硅，这样就制作完成了具有tsv结构的盖板圆片；

(4)制作具有tsv结构的键合圆片：

将步骤(3)制作的具有tsv结构的盖板圆片和步骤(2)制作的mems结构圆片对准键合，形成具有tsv结构的键合圆片；其中第一键合金属块与第一mems键合柱共晶键合，mems结构中与第一mems键合柱相连的部分的电信号连接到tsv导电柱上；第二键合金属块与第二mems键合柱共晶键合，mems结构中与第二mems键合柱相连的部分的电信号通过金属导线连接到深槽多晶硅；密封金属环与mems密封区共晶键合，形成密封键合面，盖板圆片、密封金属环、密封键合面、mems密封区、底板绝缘层以及底板圆片共同围成密封腔，为mems结构提供自由活动的密封空间；

(5)制作减薄圆片：

研磨和抛光步骤(4)制作的具有tsv结构的键合圆片的盖板圆片，露出深槽多晶硅，形成减薄圆片；

(6)制作成品圆片：

在步骤(5)的减薄圆片上制作绝缘层，蚀刻绝缘层形成接触孔，接触孔中分别露出tsv导电柱和深槽多晶硅；再在绝缘层上淀积顶层金属，接触孔也被顶层金属填充，深槽多晶硅和tsv导电柱都通过接触孔与顶层金属相连；蚀刻顶层金属形成顶层金属图形，顶层金属图形分别与tsv导电柱和深槽多晶硅相连，制作完成了成品圆片；

(7)切割形成具有tsv结构的mems芯片：

用普通的圆片切割方法切割成品圆片，形成具有tsv结构的mems芯片，其中底板圆片切割成为具有tsv结构的mems芯片的底板，盖板圆片切割成为具有tsv结构的mems芯片的盖板；

所述的蚀刻都指掩膜蚀刻。

6.根据权利要求5所述的具有tsv结构的mems芯片的圆片级气密性封装方法，其特征在于：步骤(3)中的金属密封环、第一键合金属块和第二键合金属块处于同一平面上。

7.根据权利要求5或6所述的具有tsv结构的mems芯片的圆片级气密性封装方法，其特征在于：步骤(3)中键合金属层的材料是可在低于500℃温度下与si共晶键合的金属。

8.根据权利要求7所述的具有tsv结构的mems芯片的圆片级气密性封装方法，其特征在于：所述的键合金属层的材料是au、al或au-sn。