封装结构以及封装方法

专利名称：封装结构以及封装方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种适于微机电系统的封装结构以及封装 方法。
背景技术：
微机电系统(MicroElectro Mechanical System，MEMS)是融合了硅微加工、半导 体工艺以及精密机械加工等多种制造技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。完整的 微机电系统是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口以及电源等部件组成 的一体化、功能化的微型器件系统。由于微机电系统在应用方面的特殊性，对封装的要求非 常苛刻，例如需求低应力、高真空、高气密性以及复杂封装环境等，因此封装问题成为微机 电系统实用化的瓶颈。现有的微机电系统通常采用与普通晶圆芯片相类似的封装技术，例如金属封装、 陶瓷封装、铸模塑料封装等，不仅体积巨大，成本也很高，往往占去整个微机电系统成本的 50% 80%。申请号为200710131491. 3的中国发明专利公开了一种微机电系统的封装结 构，如图1所示，该封装结构包括微机电系统芯片20 ；微机电系统芯片20外围密布排列的 焊垫15 ；材质为玻璃或硅具有凹槽的保护外盖5 ；所述保护外盖5通过空腔壁10与微机电 系统芯片20的正面(具有微机电部件45的一面)相粘接，所述空腔壁10的材质为苯并环 丁烯，用于作为粘结层；所述微机电系统芯片20上的微机电部件45被置于由微机电系统芯 片20、空腔壁10以及保护外盖5的凹槽所构成的空腔50内，所述空腔50内充有隔离气体 以构成微机电部件45所需的气体环境；包覆于微机电系统芯片20背面的绝缘层25 ；位于 绝缘层25表面的外引线30，所述外引线30 —端与焊垫15连接，另一端覆有焊接掩模35 ； 附着于焊接掩模35的焊接凸点40，从而使得所述焊接凸点40通过外引线30与焊垫15电 连通。通常而言，对于需要隔离气体环境的微机电系统，空腔50内所容纳的隔离气体量 越多，则产品性能越好，因此需要在保护外盖5上制作较大的凹槽。由于开槽之后，保护外 盖5的表面会凹凸不平，无法直接使用旋涂工艺形成空腔壁10。因此必须在开槽前，先在平 整的保护外盖5的表面制造空腔壁10，再通过蚀刻等工艺制造出凹槽，这就要求所述空腔 壁10的材料必须能够承受蚀刻过程，并在蚀刻后保持良好的压合粘接性能，故材料成本较 高。上述发明使用旋涂高分子材料BCB以及丝网印刷玻璃胶两种工艺，制造出具有凹槽的 保护外盖5以及用于压合粘结的空腔壁10，虽然实现了微机电系统所需的密封性封装，然 而由于相对较高的封装成本，限制了微机电系统的广泛应用。

发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种简单的封装结构以及封装方法，可以减少制造 流程、降低成本，以及提高良率。本发明提供了一种封装结构，包括表面形成有微机电部件的半导体晶圆；真空的第一腔体，所述第一腔体正面与半导体晶圆粘接，并容纳所述微机电部件；环绕第一腔体 的第二腔体，所述第二腔体正面与半导体晶圆粘接，且与第一腔体之间填充有隔离气体；第 二基板，所述第二基板与第二腔体以及第一腔体的背面粘接。为形成上述封装结构，本发明提供了一种封装方法，包括提供半导体晶圆，所述半导体晶圆表面形成有微机电部件；提供第一基板，在第一基板的正面形成第一凹槽以及环绕于第一凹槽的第二凹 槽，所述第一凹槽的槽深小于第二凹槽；在真空环境下，将所述第一基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述微机电部 件容纳于所述第一凹槽内；减薄所述第一基板的背面，直至露出第二凹槽；提供第二基板，在隔离气体环境下，将第二基板与第一基板的背面粘接。本发明还提供了另一种封装结构，包括表面形成有微机电部件的半导体晶圆； 真空的内腔体，所述内腔体与半导体晶圆粘接，并容纳所述微机电部件；容纳内腔体的外腔 体，所述外腔体与半导体晶圆粘接，且与内腔体之间填充有隔离气体。相应的，本发明提供了另一种封装方法，包括提供半导体晶圆，所述半导体晶圆表面形成有微机电部件；提供第一基板，在第一基板的正面形成第一凹槽；在真空环境下，将所述第一基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述微机电部 件容纳于所述第一凹槽内；减薄或切割第一基板的背面，形成内腔体；提供第二基板，在第二基板的正面形成第二凹槽；在隔离气体环境下，将所述第二基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述内腔 体容纳于所述第二凹槽内。本发明所述封装结构采用双层腔体密封，并且在外空腔内填充隔离气体以阻止空 气通过粘接的部位进入内空腔，保持微机电系统芯片所需的高真空环境。具有气密性良好， 结构简单，成本低廉易于生产制造的特点。


图1为现有的一种微机电系统芯片的封装结构示意图；图2为本发明封装结构第一实施例示意图；图3为本发明封装方法第一实施例流程图；图4至图9为执行图3所述封装方法的各步骤剖面示意图。图10为本发明封装结构第二实施例示意图；图11为本发明封装方法第二实施例流程图；图12至图21为执行图3所述封装方法的各步骤剖面示意图；图12a以及图12b为形成图12所述结构方法的剖面示意图；图13a至图13d为形成图13所述结构方法的剖面示意图。
具体实施例方式现有的微机电系统芯片采用与普通晶圆芯片相似的封装结构，为了保持高度的气 密性以及真空环境，结构复杂且成本较高。本发明则提供了结构简单的双层腔体封装结构， 其中内部的腔体为真空环境用于容纳微机电部件，外部的腔体充满隔离气体，可以阻止外 界空气进入内部，避免破坏微机电系统芯片封装的密封性。下面结合附图对实施例进行具 体说明。第一实施例本实施例提供的一种封装结构如图2所示，具体包括表面形成有微机电部件101的半导体晶圆100 ；真空的第一腔体201，所述第一腔 体201正面与半导体晶圆100粘接，并容纳所述微机电部件101 ；环绕第一腔体201的第二 腔体202，所述第二腔体202正面与半导体晶圆100粘接，且与第一腔体201之间填充有隔 离气体；第二基板300，所述第二基板300与第二腔体202以及第一腔体201的背面粘接。其中，微机电部件101作为微机电系统芯片的传感部件，而曝露于半导体晶圆100 表面，半导体晶圆100内则可以形成有外引线，用于将微机电系统芯片电连接至半导体晶 圆100背面的焊接凸点(图中未示出)，从而向微机电系统芯片供电或进行电信号的传输。上述封装结构中，微机电部件101位于真空环境的第一腔体201内，而第一腔体 201又位于填充有隔离气体的第二腔体202内，所述隔离气体可以阻止外界的空气经由粘 接处的空隙进入第一腔体201，而破坏其真空环境。因此对所用的粘接材料的密封要求并不 是很高，可以选用诸如环氧树脂等成本较低的材料。为形成上述封装结构，本实施例所述封装方法的流程示意图如图3所示，基本步 骤包括S101、提供半导体晶圆，所述半导体晶圆表面形成有微机电部件；其中，半导体晶圆内可以形成有焊线，用于将微机电系统芯片电连接至外部的焊 接凸点，以便于供电以及电信号的传输，而微机电部件作为微机电芯片的一部分，暴露于半 导体晶圆的表面。S102、提供第一基板，在第一基板的正面形成第一凹槽以及环绕于第一凹槽的第 二凹槽，所述第一凹槽的槽深小于第二凹槽；其中，第一凹槽的形状可以为圆形、方形或其他多边形，第二凹槽的形状为环形， 且将第一凹槽环绕在内；形成槽深不同的第一凹槽以及第二凹槽的方法可以是采用常规的 光刻工艺进行分步的等离子刻蚀或湿法刻蚀。S103、在真空环境下，将所述第一基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述微机 电部件容纳于所述第一凹槽内；
0043]其中，所述粘接可以采用环氧树脂的压合工艺，经过上述粘接后，所述第一凹槽与 半导体晶圆构成密闭的空腔。S104、减薄所述第一基板的背面，直至露出第二凹槽；其中，由于第二凹槽的槽深大于第一凹槽，因此减薄第一基板的背面时，总是先露 出第二凹槽，而不会破坏所述第一凹槽的气密性。S105、提供第二基板，在隔离气体环境下，将第二基板与第一基板的背面粘接。其中，经过S104步骤的背面减薄后，第一基板被分割成密闭的第一腔体以及容纳第一腔体而尚未封闭的第二腔体，且第一腔体以及第二腔体的背表面平齐。当在隔离气体环 境下，将第二基板与第一基板的背面粘接，即使得第二腔体与第一腔体之间充满隔离气体。图4至图9提供了本实施例一个具体的封装方法剖面示意图。如图4所示，首先提供半导体晶圆100，所述半导体晶圆100表面形成有微机电部 件101。所述微机电部件101是微机电系统芯片的一部分，通常作为传感部件或机械执行部 件使用，需要暴露于半导体晶圆外。而半导体晶圆100内还应当形成有微机电系统芯片的 其他器件部分，并且通过焊线等将所述微机电系统芯片的相关接口电连接至焊接凸点(图 中未示出，通常位于晶圆的背面)。如图5所示，提供第一基板200，刻蚀所述第一基板200的正面形成第一凹槽210。
具体的，所述第一基板200可以为硅基板或玻璃基板，形成第一凹槽210的具体步 骤包括先在第一基板200的正面旋涂形成光刻胶，并图形化所述光刻胶形成第一光刻掩 模(未示出)，定义第一凹槽210的形成位置以及形状。以所述第一光刻掩模为掩模刻蚀第 一基板200，形成第一凹槽210。所述第一凹槽210的形状可以为方形、圆形或其他多边形 结构，通过调节刻蚀的时间控制其槽深。所述第一凹槽210用于后续工艺形成容纳微机电 部件101的空腔，因此第一凹槽210的尺寸(深度、宽度)需大于微机电部件101的尺寸， 并根据实际的需要选择。如图6所示，在所述第一基板200的正面形成环绕第一凹槽210的第二凹槽220， 所述第二凹槽220的槽深大于第一凹槽210。具体的，形成第二凹槽220的步骤包括首先去除第一光刻掩模(例如采用化学试 剂清洗等方法)，再在第一基板200的正面旋涂形成光刻胶，并图形化所述光刻胶形成第二 光刻掩模(未示出)，定义第二凹槽220的形成位置以及形状。以所述第二光刻掩模为掩模 刻蚀第一基板200，形成第二凹槽220。此外还可以刻蚀第一基板200正面第二凹槽220以 外的部分，以构成第二凹槽220的外壁。所述第二凹槽220为环形槽，用于后续工艺形成容 纳隔离气体的空腔，因此第二凹槽220的尺寸决定了隔离气体的容纳量，应当根据实际需 要选择。所述第二凹槽220的槽深应当大于第一凹槽210，以便于在对第一基板200进行背 面减薄时，能够先暴露出第二凹槽220。在刻蚀形成第二凹槽220后，还包括去除第二光刻 掩模的步骤。本实施例中，在第一基板200上先刻蚀形成了较浅的第一凹槽210，再刻蚀形成较 深的第二凹槽220。作为另一个可选方案，还可以先刻蚀形成第二凹槽220，再刻蚀形成第 一凹槽210，仅仅需要改变两次刻蚀步骤中所使用的光刻掩模，本领域技术人员应当容易推 得具体的刻蚀方法。如图7所示，在真空环境下，将第一基板200的正面与半导体晶圆100粘接，且使 得所述微机电部件101容纳于所述第一凹槽210内。所述粘接可以采用环氧树脂压合工艺，本实施例中，在第一基板200的正面(也即 形成有第一凹槽210以及第二凹槽220的端面)滚涂环氧树脂，然后在真空环境中，将第一 基板200与半导体晶圆100压合，使得所述微机电部件101容纳于第一凹槽210内，且不与 第一凹槽210的槽壁相接触，此时第一凹槽210与半导体晶圆100便构成了真空的密闭空 腔，形成微机电部件101所需的真空环境。需要指出的是一方面，由于第一基板已形成凹槽，后续工艺中已无需使用较大规模的刻蚀工艺，故粘接所用的材料无需耐受刻蚀影响；另一方面，本发明主要通过双层腔体 的封装结构保持气密性，故对粘接材料的密封效果要求较低。因此本发明实施例为降低封 装成本，优选环氧树脂作为压合粘接的材料。但作为可选方案，还可以使用其他常用的高分 子材料进行压合粘接工艺，例如苯并环丁烯等，并不仅仅局限于本发明实施例。本领域技术 人员应当容易采用其他粘接工艺进行替换，而不脱离于本发明思想。如图8所示，减薄所述第一基板200的背面，直至露出第二凹槽220。由于第二凹槽220的槽深大于第一凹槽210的槽深，故第二凹槽220的槽底与第 一基板200的背表面间距最短，当对第一基板200的背面进行减薄时，总是先暴露出第二凹 槽220。在露出第二凹槽220后，停止减薄，此时第二凹槽220呈开放式，而不影响第一凹 槽210的气密性，且第一凹槽210与减薄面的距离等于第一凹槽210与第二凹槽220的槽 深差。具体的，本实施例中，可以采用化学机械研磨工艺对第一基板200的背面进行减薄。经过上述减薄后，第一基板200将被割离成相互独立的两部分，分别定义为第一 腔体201以及第二腔体202。其中，第一腔体201内(即原第一凹槽210)呈真空封闭的状 态，容纳所述微机电部件101 ；而第二腔体202环绕所述第一腔体201且互不接触，位于两 者之间且开放的环形空间即原第二凹槽220。如图9所示，提供第二基板300，在隔离气体环境下，将第二基板300与第一基板 200的背面粘接。根据前述内容可知，第一基板200在进行背面的减薄后，分为相互独立的第一腔 体201以及第二腔体202，两者的背表面应当是平齐的。因此在隔离气体环境下，将第二基 板300与第一基板200的背面粘接后，所述第二腔体202与第一腔体201之间开放的环形 空间(即原第二凹槽220)将被封闭，且充满隔离气体。本实施例中，为简化工艺降低封装 成本，所述第二基板300的材质可以与第一基板200相同，采用玻璃基板或硅基板；所述粘 接工艺可以与前述第一基板200和半导体晶圆100的粘接工艺相同，在第一基板200的背 面滚涂环氧树脂材料，进行压合粘接。所述隔离气体为大分子气体(重气)，其密度可以大 于空气，可以更有效的阻止外界空气经由粘接处渗入第一腔体201，而保持封装结构的气密 性。优选的，本实施例中所述隔离气体采用六氟化硫SF6气体。经过上述步骤，最终形成本 实施例所述的封装结构。第二实施例本实施例提供的一种封装结构如图10所示，具体包括表面形成有微机电部件101的半导体晶圆100 ；真空的内腔体401，所述内腔体 401与半导体晶圆100粘接，并容纳所述微机电部件101 ；容纳内腔体401的外腔体501，所 述外腔体501与半导体晶圆100粘接，且与内腔体401之间填充有隔离气体。与第一实施例相同，所述微机电部件101作为微机电系统芯片的传感部件，曝露 于半导体晶圆100表面，而半导体晶圆100内可以形成有外引线，用于将微机电系统芯片电 连接至半导体晶圆100背面的焊接凸点(图中未示出)，从而向微机电系统芯片供电或进行 电信号的传输。上述封装结构中，微机电部件101位于真空环境的内腔体401内，而内腔体401又 位于填充有隔离气体的外腔体501内，所述隔离气体可以阻止外界的空气经由粘接处的空 隙进入内腔体401，而破坏其真空环境。因此对粘接材料的密封性要求也较低。
为形成上述封装结构，本实施例所述封装方法的流程示意图如图11所示，基本步 骤包括S201、提供半导体晶圆，所述半导体晶圆表面形成有微机电部件；此步骤与第一实施例相同。S202、提供第一基板，在第一基板的正面形成第一凹槽；其中，所述第一凹槽的形状可以为圆形、方形或其他多边形，突出于第一基板，其 槽深可以小于外壁的高度也可以与外壁高度相等。形成上述第一凹槽的方法，可以是分步 或同步的等离子刻蚀。S203、在真空环境下，将所述第一基板的正面(形成有凹槽的端面)与半导体晶圆 粘接，且使得所述微机电部件容纳于所述第一凹槽内；其中，所述粘接可以采用环氧树脂的压合工艺，经过上述粘接后，所述第一凹槽与 半导体晶圆构成密闭的空腔。S204、减薄或切割第一基板的背面，形成内腔体；其中，可以根据步骤S202中所形成的第一凹槽的槽深与其外壁高度的关系，选择 采用减薄或切割工艺。例如，如果第一凹槽的槽深小于其外壁高度，即第一凹槽的槽底与其 外壁以外的第一基板表面存在高度差，则可以对第一基板的背面直接进行减薄便能够形成 内腔体，而不会破坏所述第一凹槽的气密性；采用切割时，仅需在第一基板背面形成掩模遮 盖第一凹槽及其外壁的位置然后进行定向的等离子刻蚀轰击，或者直接采用机械切割的方 式，去除第一基板其余的部分以形成内腔体，而无需考量第一凹槽的槽深与其外壁高度的 关系。S205、提供第二基板，在第二基板的正面形成第二凹槽；其中，所述第二凹槽的尺寸大小应当能够满足容纳内腔体的需要，而具体的形成 工艺可以与步骤S202相同。S206、在隔离气体环境下，将所述第二基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述 内腔体容纳于所述第二凹槽内；其中，所述粘接也可以采用环氧树脂的压合工艺，经过上述粘接后，所述第二凹槽 与半导体晶圆构成密闭且充满隔离气体的空腔。具有第二凹槽的第二基板即作为外腔体。本实施例所述的封装结构与第一实施例的区别在于，所述外空腔以及内空腔仅与 半导体晶圆粘接，因此粘接位置要更少，气密性相对较好；但外空腔与内空腔需要分别制 作，因此工艺步骤则更多；故可以根据实际需要分别进行应用。图12至图21提供了本实施例一个具体的封装方法剖面示意图。由于本实施例中， 提供的半导体晶圆100以及位于其表面的微机电部件101与第一实施例相同，故以图4所 示结构为基础实施本实施例所述的封装方法。如图12所示，提供第一基板400，在第一基板400的正面形成第一凹槽410。其中， 所述第一基板400可以为玻璃基板或硅基板，所述第一凹槽410的形状可以为圆形、方形或 者其他多边形，突出于第一基板400，其槽深与外壁的高度相等。形成图12所示的第一凹槽 410，具体步骤可以如图12a以及图12b所示，包括如图12a，在第一基板400的表面旋涂光刻胶，并图形化所述光刻胶形成光刻掩模 601，所述光刻掩模601定义了第一凹槽410的形状、大小以及位置，还定义了第一凹槽410的外壁位置。如图12b，以光刻掩模601为掩模刻蚀第一基板400。其中第一凹槽410以及位于 其外壁以外的第一基板400将被同步刻蚀，使得最终形成的第一凹槽410的槽深与其外壁 高度相等。须使得第一凹槽的槽深以及槽宽能够满足容纳微机电部件的需要，根据实际需 要进行选择。在形成第一凹槽410后，还包括去除光刻掩模601的步骤。作为另一种选择方案，如图13所示，提供第一基板400，在第一基板400的正面形 成第一凹槽410，所述第一凹槽410突出于第一基板400，其槽深要小于外壁的高度。形成图13所示的第一凹槽410，具体步骤可以如图13a至图13d所示，包括如图13a，在第一基板400的正面旋涂光刻胶，并图形化所述光刻胶形成第一光刻 掩模701，所述第一光刻掩模701仅定义了第一凹槽410的形状、大小以及位置。如图13b，以第一光刻掩模701为掩模刻蚀第一基板400，形成第一凹槽410。其中 刻蚀的深度，须使得第一凹槽410的槽深以及槽宽能够满足容纳微机电部件的需要，根据 实际需要进行选择。在形成第一凹槽410后，还包括去除第一光刻掩模701的步骤。如图13c，在第一基板400的正面旋涂光刻胶，并图形化所述光刻胶形成第二光刻 掩模702，所述第二光刻掩模702遮盖第一凹槽410，且定义了第一凹槽410的外壁位置。如图13d，以第二光刻掩模702为掩模，刻蚀减薄第一基板400的正面。刻蚀减薄 的厚度即第一凹槽410的外壁高度，大于其槽深。经过本步骤的刻蚀后，便形成图13所示 结构，此外还包括去除第二光刻掩模702的步骤。上述步骤中，还可以先定义第一凹槽410的外壁位置，刻蚀减薄所述外壁以外的 第一基板400，然后再刻蚀形成第一凹槽410，仅需要改变两次刻蚀步骤中所使用的光刻掩 模即可。如图14所示，在真空环境下，将图12或图13所示的已形成第一凹槽410的第一 基板400的正面与半导体晶圆100粘接(本步骤中以图12所示结构为例)，使得半导体晶 圆100表面的微机电部件101容纳于所述第一凹槽410内。与第一实施例相同，所述粘接工艺可以采用环氧树脂压合工艺，本实施例中，在第 一基板400的正面(也即形成有第一凹槽410的端面)滚涂环氧树脂，然后在真空环境中， 将第一基板400与半导体晶圆100压合，使得所述微机电部件101容纳于第一凹槽410内， 且不与第一凹槽410的槽壁相接触，此时第一凹槽410与半导体晶圆100便构成了真空的 密闭空腔，形成微机电部件101所需的真空环境。如图15至图17所示，切割所述第一基板400的背面，形成内腔体401。首先如图15，在第一基板400的背面形成光刻胶，并图形化所述光刻胶形成切割 掩模800，所述切割掩模800遮盖第一凹槽410及其外壁所对应的位置。如图16所示，采用定向的等离子刻蚀轰击第一基板400的背面，切割第一基板400 未被切割掩模800遮盖的部分。如图17所示，去除切割掩模800，形成内腔体401。所述内腔体401包括容纳有微 机电部件101的真空封闭空腔(即原第一凹槽410)。需要指出的是上述切割第一基板400的背面，形成内腔体401的工艺均可适用于 图12以及图13所示的第一基板400结构。除上述实施例外，在封装尺寸较大的情况下，优 选的，还可以直接采用机械切割的方式，切割去除第一基板400多余部分。无需考量第一凹槽410的槽深与其外壁高度的关系。作为另一种可选方案，假如前续步骤中采用图13所示的第一基板400结构，则还 可以使用减薄第一基板400背面的方式，形成内腔体401。具体如图18所示，减薄所述第一 基板400的背面，直至第一基板400位于第一凹槽401外壁以外部分的厚度消耗完。由于在图13所示的第一基板400结构中，第一凹槽410的槽深小于其外壁高度， 故第一凹槽410的槽底与第一基板400的背表面的间距要大于第一基板400位于第一凹槽 401外壁以外部分的正表面与背表面的间距。因此当对第一基板400的背面进行减薄，所述 第一基板400位于第一凹槽401外壁以外部分的厚度总是先消耗完，而不会影响第一凹槽 410的气密性。减薄停止后，所述第一凹槽410的槽底与减薄面的距离等于第一凹槽410的 槽深与其外壁高度的差值，且此时原第一基板400的剩余部分即构成与图17类似结构的内 腔体401。具体的，本实施例中可以采用化学机械研磨工艺对第一基板400的背面进行减 薄。如图19所示，提供第二基板500，在第二基板500的正面形成第二凹槽510。其中， 所述第二基板500的材质可以与第一基板400相同，可以为玻璃基板或硅基板，所述第二凹 槽510的形状可以为圆形、方形或者其他多边形，突出于第二基板500，而槽深小于或等于
其外壁高度。具体的，所述在第二基板500的正表面形成第二凹槽510的工艺步骤可以与前述 在第一基板400的正表面形成第一凹槽410相同，此处不再赘述。但需要指出的是，由于第 二凹槽510在后续工艺中需要容纳内腔体401，因此所述第二凹槽510的槽深以及槽宽应当 能够满足容纳内腔体401的需要。如图20所示，在隔离气体环境下，将第二基板500的正面(形成有第二凹槽510 的端面)与半导体晶圆100粘接，使得所述内腔体401容纳于所述第二凹槽510内。所述 具有第二凹槽510的第二基板500即作为外腔体。具体的，本步骤中所述的粘接工艺可以与前述第一基板400与半导体晶圆100的 粘接工艺相同，即采用环氧树脂压合工艺。所述隔离气体可以是SF6气体。当第二基板500 与半导体晶圆100粘接后，所述内腔体401容纳于第二凹槽510内，且不与第二凹槽510的 槽壁相接触，此时第二凹槽510与半导体晶圆100之间便构成了充满隔离气体的密闭空腔， 所述密闭空腔将第一腔体401包覆在内。经过上述步骤，最终形成本实施例所述的封装结构。此外，在上述封装完成后，如图21所示，通常还需要进行机械切割将上述包括半 导体晶圆100以及内腔体、外腔体的封装结构，切割成单颗芯片的步骤。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明 的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案 的保护范围。
1权利要求
一种封装结构，其特征在于，包括表面形成有微机电部件的半导体晶圆；真空的第一腔体，所述第一腔体正面与半导体晶圆粘接，并容纳所述微机电部件；环绕第一腔体的第二腔体，所述第二腔体正面与半导体晶圆粘接，且与第一腔体之间填充有隔离气体；第二基板，所述第二基板与第二腔体以及第一腔体的背面粘接。
2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述半导体晶圆以及第二基板与第一 腔体以及第二腔体均通过环氧树脂压合粘接。
3.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一腔体、第二腔体以及第二基板 的材质为硅或玻璃。
4.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述隔离气体的密度大于空气。
5.如权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述隔离气体为SF6气体。
6.一种封装方法，其特征在于，包括提供半导体晶圆，所述半导体晶圆表面形成有微机电部件；提供第一基板，在第一基板的正面形成第一凹槽以及环绕于第一凹槽的第二凹槽，所 述第一凹槽的槽深小于第二凹槽；在真空环境下，将所述第一基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述微机电部件容 纳于所述第一凹槽内；减薄所述第一基板的背面，直至露出第二凹槽；提供第二基板，在隔离气体环境下，将第二基板与第一基板的背面粘接。
7.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述在第一基板的正面形成第一凹槽 以及第二凹槽，包括在第一基板上定义第一凹槽以及第二凹槽的位置，然后采用光刻工艺 分步形成所述第一凹槽以及第二凹槽。
8.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述将所述第一基板的正面与半导体 晶圆粘接，背面与第二基板粘接，均采用环氧树脂压合工艺。
9.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述减薄第一基板的背面，采用化学机 械研磨。
10.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述隔离气体的密度大于空气。
11.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，所述隔离气体为SF6气体。
12.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述第一基板以及第二基板的材质为 硅或玻璃。
13.一种封装结构，其特征在于，包括表面形成有微机电部件的半导体晶圆；真空的 内腔体，所述内腔体与半导体晶圆粘接，并容纳所述微机电部件；容纳内腔体的外腔体，所 述外腔体与半导体晶圆粘接，且与内腔体之间填充有隔离气体。
14.如权利要求13所述的封装结构，其特征在于，所述半导体晶圆与内腔体以及外腔 体均通过环氧树脂压合粘接。
15.如权利要求13所述的封装结构，其特征在于，所述内腔体以及外腔体的材质为硅 或玻璃。
16.如权利要求13所述的封装结构，其特征在于，所述隔离气体的密度大于空气。
17.如权利要求16所述的封装结构，其特征在于，所述隔离气体为SF6气体。
18.一种封装方法，其特征在于，包括提供半导体晶圆，所述半导体晶圆表面形成有微机电部件；提供第一基板，在第一基板的正面形成第一凹槽；在真空环境下，将所述第一基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述微机电部件容 纳于所述第一凹槽内；减薄或切割第一基板的背面，形成内腔体；提供第二基板，在第二基板的正面形成第二凹槽；在隔离气体环境下，将所述第二基板的正面与半导体晶圆粘接，且使得所述内腔体容 纳于所述第二凹槽内。
19.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于，所述将所述第一基板以及第二基板 的正面与半导体晶圆粘接，均采用环氧树脂压合工艺。
20.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于，所述切割第一基板或第二基板的背 面，采用机械切割。
21.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于，所述形成第一凹槽包括先刻蚀第一 基板的正面形成第一凹槽；再刻蚀第一基板正面除第一凹槽以外的部分，形成第一凹槽的 外壁，且使得第一凹槽的槽深小于其外壁高度。
22.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于，所述形成第二凹槽包括刻蚀第二基 板的正面形成第二凹槽；再刻蚀第二基板正面除第二凹槽以外的部分，形成第二凹槽的外 壁，且使得第二凹槽的槽深小于其外壁高度。
23.如权利要求21以及22所述的封装方法，其特征在于，所述减薄采用化学机械研磨。
24.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于所述切割采用机械切割。
25.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于，所述隔离气体的密度大于空气。
26.如权利要求25所述的封装方法，其特征在于，所述隔离气体为SF6气体。
27.如权利要求18所述的封装方法，其特征在于，所述第一基板以及第二基板的材质 为硅或玻璃。
全文摘要
本发明提供了封装结构以及封装方法，其中封装结构包括表面形成有微机电部件的半导体晶圆；真空的第一腔体，所述第一腔体正面与半导体晶圆粘接，并容纳所述微机电部件；环绕第一腔体的第二腔体，所述第二腔体正面与半导体晶圆粘接，且与第一腔体之间填充有隔离气体；第二基板，所述第二基板与第二腔体以及第一腔体的背面粘接。上述封装结构采用双层腔体密封，并且在外空腔内填充隔离气体以阻止空气通过粘接的部位进入内空腔，保持微机电系统芯片所需的高真空环境。具有气密性良好，结构简单，成本低廉易于生产制造的特点。
文档编号B81C1/00GK101962166SQ20101025748
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者俞国庆, 杨红颖, 王之奇, 王宥军, 王蔚, 虞国平 申请人:苏州晶方半导体科技股份有限公司