一种微机电器件的开孔装置及其制备的复用方法与流程

本发明涉及一种微机电器件的加工方法,具体涉及一种微机电器件的开孔装置及其制备的复用方法。

背景技术：

随着微机械技术的发展，近年来已经有越来越多的mems器件实现了商用甚至军用。其中，mems器件在汽车电子、惯性导航和便携电子设备中取得了很大的成功。

由于mems工艺通常为平面工艺，因此出于信号引出的考虑mems器件通常使用非封闭结构+边缘走线或封闭结构+顶部/底部走线。考虑到如惯性器件和压力传感器这些mems器件需要气密/真空封装，因此封闭结构+顶部/底部走线的方案可以同时满足信号引出和晶圆级封装的要求。

传统工艺使用一个引线孔引出一个信号线，而每个引线孔连同键合区以及表面金属化的尺寸通常在几百微米量级。这对于陀螺仪这样需要较多信号电极的器件来说引线孔会消耗巨大的晶圆面积，从而大幅度增加了芯片的尺寸和成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微机电器件的开孔复用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微机电器件的开孔装置，包括底层以及与底层通过键合方式连接的盖帽层；所述底层包括底板、与底板通过键合方式连接的结构层，所述底板上刻蚀有第一可动结构腔体，所述结构层上刻蚀有隔离槽、可动结构和固定结构，所述隔离槽设置在固定结构内，所述固定结构与可动结构通过悬挂结构连接在一起；所述盖帽层包括顶板，所述顶板与结构层通过键合方式连接，顶板正面刻蚀有引线通孔，顶板正面还设有用于信号引出的金属引线和焊盘，顶板的背面刻蚀有第二可动结构腔体，所述第二可动结构腔体与第一可动结构腔体构成可动结构腔体。

优选地，所述固定结构包括第一固定结构、第二固定结构、第三固定结构、第四固定结构；金属引线包括第一金属引线、第二金属引线、第三金属引线、第四金属引线；所述第一金属引线与第一固定结构相连，所述第二金属引线与第二固定结构相连，所述第三金属引线与第三固定结构相连，所述第四金属引线与第四固定结构相连。

优选地，所述隔离槽设置在第一固定结构、第二固定结构、第三固定结构、第四固定结构之间。

一种微机电器件的开孔复用方法，包括如下步骤：

a、底层工艺

（1）在底板上刻蚀出第一可动结构腔体；

（2）底板与结构层通过键合方式密封；

（3）在结构层上刻蚀出隔离槽；

（4）通过沉积工艺回填隔离槽并进行表面平坦化，去除多余的填充物；

（5）将结构层刻蚀成可动结构和固定结构这两部分，所述可动结构和固定结构通过悬挂结构连接在一起；

b、盖帽工艺

（1）在顶板背面刻蚀出第二可动结构腔体；

（2）在顶板正面刻蚀出引线通孔；

（3）将盖帽层与底层键合在一起，形成气密环境；

c、金属化工艺

（1）隔离槽将固定结构分为互相电气隔离的若干部分；

（2）在盖帽层表面沉积形成金属层，然后将金属层图形化并最终形成电气连接，所述金属层被图形化为相互电气隔离的若干金属引线。

优选地，在所述底层工艺中，所述底板为玻璃层，所述结构层为硅片，底板与结构层通过硅玻键合方式密封。

优选地，在所述盖帽工艺中，所述顶板为玻璃层，盖帽层与底层通过硅玻键合在一起，形成气密环境。

优选地，在所述底层工艺中，所述底板为硅片，所述结构层为硅片，底板与结构层10通过硅硅键合方式密封；所述底板与结构层之间设有绝缘层，所述绝缘层采用二氧化硅、氮化硅或玻璃等材料。

优选地，在所述盖帽工艺中，所述顶板为硅片，所述盖帽层与底层通过硅硅键合在一起，形成气密环境，顶板与结构层之间设有绝缘层，所述绝缘层采用二氧化硅、氮化硅或玻璃等材料。

优选地，在所述盖帽工艺中，所述顶板为硅片，所述盖帽层与底层通过硅硅键合在一起，形成气密环境，所述底层采用soi硅片。

优选地，在所述底层工艺中，所述填充物为电绝缘体，如二氧化硅等。

本发明的有益效果是：

1.相比传统工艺中使用一个引线孔引出一个信号线，本发明通过将空间位置接近的几个电极通过一个引线孔引出，一个引线孔引出多个信号线，降低芯片上需要的引线孔数量，从而降低芯片的面积和成本，尤其是对于陀螺仪这类电极较多的器件来说通过开孔的复用，可以将开孔占用的面积降低到1/2甚至1/4，根据开孔面积占芯片总面积比例的不同可以降低芯片的总面积在1/4数量级；

2.本发明将底板与结构层键合密封，盖帽层与底层键合密封，通过两次硅玻键合的方式来确保气密环境的有效形成，使得微机电器件密封工艺的可靠性高；

3.本发明中顶板和底板可选用玻璃材料或选用硅片+绝缘材料的结构，在起到良好密封的同时，能避免信号线在传递信号时因泄电而失灵。

附图说明

图1为本发明中开孔复用结构的剖面图；

图2为本发明中开孔复用结构的俯视图；

图3为本发明中底层工艺的示意图；

图4为本发明中盖帽工艺的示意图；

图5为本发明中金属化工艺的示意图；

图6为图5中a-a’剖面的俯视图；

图7为本发明第二实施例中的整体结构示意图；

图中,10-结构层，101-可动结构，102-固定结构，102-1-第一固定结构，102-2-第二固定结构，102-3-第三固定结构，102-4-第四固定结构，11-底板，111-第一可动结构腔体，12-顶板，121-第二可动结构腔体，13-隔离槽，14-金属引线，141-第一金属引线，142-第二金属引线，143-第三金属引线，144-第四金属引线，15-焊盘，31-状态a，32-状态b，33-状态c，34-状态d，35-状态e，41-状态f,42-状态g,43-状态h,421-通孔，51-状态i,6-绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

如图1、2所示，一种微机电器件的开孔装置，包括底层以及与底层通过键合方式连接的盖帽层；底层包括底板11、与底板11通过键合方式连接的结构层10，底板11上刻蚀有第一可动结构腔体111，结构层10上刻蚀有隔离槽13、可动结构101和固定结构102，固定结构102包括第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，隔离槽13将各固定结构中电气相互隔离，固定结构102与可动结构101通过悬挂结构连接在一起；盖帽层包括顶板12，顶板12与结构层10通过键合方式连接，顶板12正面刻蚀有引线通孔421，顶板12正面还设有用于信号引出的金属引线14和焊盘15，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144，第一金属引线141与第一固定结构102-1相连，第二金属引线142与第二固定结构102-2相连，第三金属引线143与第三固定结构102-3相连，第四金属引线144与第四固定结构102-4相连。

一种微机电器件的开孔复用方法，包括底层工艺、盖帽工艺以及金属化工艺；

底层工艺包括底部玻璃层和结构层工艺，底层包括底板11以及通过键合方式连接的结构层10，底板11与顶板12采用玻璃，结构层10采用硅片。

如图3所示，底层工艺包括：

首先，在底板11上刻蚀出第一可动结构腔体111，形成状态a31；

其次，将底板11与结构层10通过硅玻键合方式密封,形成状体b32；

其次，在结构层10上刻蚀出隔离槽13，形成状态c33；

其次，通过沉积工艺回填隔离槽13并进行表面平坦化，去除多余的填充物，所述填充物为二氧化硅，形成状态d34；

最后，将结构层10刻蚀成可动结构101和固定结构102这两部分，所述可动结构101和固定结构102通过悬挂结构连接在一起，形成状态e35；所述可动结构101在第一可动结构腔体111内移动。

如图4所示，盖帽工艺包括：

盖帽层包括顶板12，

首先，在顶板12背面刻蚀出第二可动结构腔体121，形成状态f41；

其次，在顶板12正面刻蚀出引线通孔421，形成状态g42；

最后，将盖帽层与底层通过硅玻键合方式在一起，形成气密环境,形成状态h43；

如图5,6所示，金属化工艺包括：

首先，隔离槽13将固定结构102分为第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，各固定结构中电气相互隔离；

然后，在盖帽层表面沉积形成金属层，然后将金属层图形化并最终形成电气连接,形成状态i51；所述顶层金属被图形化为相互电气隔离的若干金属引线14，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144。顶板12表面还设有焊盘15，金属引线14与焊盘15用于将信号引出。

实施例2

如图1、2所示，一种微机电器件的开孔装置，包括底层以及与底层通过键合方式连接的盖帽层；底层包括底板11、与底板11通过键合方式连接的结构层10，底板11上刻蚀有第一可动结构腔体111，结构层10上刻蚀有隔离槽13、可动结构101和固定结构102，固定结构102包括第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，隔离槽13将各固定结构中电气相互隔离，固定结构102与可动结构101通过悬挂结构连接在一起；盖帽层包括顶板12，顶板12与结构层10通过键合方式连接，顶板12正面刻蚀有引线通孔421，顶板12正面还设有用于信号引出的金属引线14和焊盘15，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144，第一金属引线141与第一固定结构102-1相连，第二金属引线142与第二固定结构102-2相连，第三金属引线143与第三固定结构102-3相连，第四金属引线144与第四固定结构102-4相连。

如图7所示，一种微机电器件的开孔复用方法，包括底层工艺、盖帽工艺以及金属化工艺；

底层工艺包括底部硅片层和结构层工艺，底层包括底板11以及通过键合方式连接的结构层10，底板11与顶板12采用硅片，结构层10也采用硅片。

底层工艺包括：

首先，在底板11上刻蚀出第一可动结构腔体111，形成状态a31；

其次，将底板11与结构层10通过硅硅键合方式密封,形成状体b32；

其次，在结构层10上刻蚀出隔离槽13，形成状态c33；

其次，通过沉积工艺回填隔离槽13并进行表面平坦化，去除多余的填充物，所述填充物为二氧化硅，形成状态d34；

最后，将结构层10刻蚀成可动结构101和固定结构102这两部分，所述可动结构101和固定结构102通过悬挂结构连接在一起，形成状态e35；所述可动结构101在第一可动结构腔体111内移动。

盖帽工艺包括：

盖帽层包括顶板12，

首先，在顶板12背面刻蚀出第二可动结构腔体121，形成状态f41；

其次，在顶板12正面刻蚀出引线通孔421，形成状态g42；

最后，将盖帽层与底层通过硅硅键合方式在一起，形成气密环境,形成状态h43；

金属化工艺包括：

首先，隔离槽13将固定结构102分为第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，各固定结构中电气相互隔离；

然后，在盖帽层表面沉积形成金属层，然后将金属层图形化并最终形成电气连接,形成状态i51；顶层金属被图形化为相互电气隔离的若干金属引线14，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144；顶板12表面还设有焊盘15，金属引线14与焊盘15用于将信号引出。

其中，在底板11与结构层10,顶板12与结构层10之间都设有绝缘层6，顶板12与结构层10之间的绝缘层6仅设置在金属引线14以外的顶板12部分与结构层10之间，即金属引线14与固定结构102之间不设置绝缘层6，绝缘层6采用二氧化硅、氮化硅或玻璃等材料，避免信号线在传递信号时因泄电而失灵。

实施例3

如图1、2所示，一种微机电器件的开孔装置，包括底层以及与底层通过键合方式连接的盖帽层；底层包括底板11、与底板11通过键合方式连接的结构层10，底板11上刻蚀有第一可动结构腔体111，结构层10上刻蚀有隔离槽13、可动结构101和固定结构102，固定结构102包括第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，隔离槽13将各固定结构中电气相互隔离，固定结构102与可动结构101通过悬挂结构连接在一起；盖帽层包括顶板12，顶板12与结构层10通过键合方式连接，顶板12正面刻蚀有引线通孔421，顶板12正面还设有用于信号引出的金属引线14和焊盘15，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144，第一金属引线141与第一固定结构102-1相连，第二金属引线142与第二固定结构102-2相连，第三金属引线143与第三固定结构102-3相连，第四金属引线144与第四固定结构102-4相连。

一种微机电器件的开孔复用方法，包括底层工艺、盖帽工艺以及金属化工艺；

底层工艺包括底部硅片层和结构层工艺，底层包括底板11以及通过键合方式连接的结构层10，顶板12采用玻璃，结构层10、底板11采用硅片。

底层工艺包括：

首先，在底板11上刻蚀出第一可动结构腔体111，形成状态a31；

其次，将底板11与结构层10通过硅硅键合方式密封,形成状体b32；

其次，在结构层10上刻蚀出隔离槽13，形成状态c33；

其次，通过沉积工艺回填隔离槽13并进行表面平坦化，去除多余的填充物，所述填充物为二氧化硅，形成状态d34；

最后，将结构层10刻蚀成可动结构101和固定结构102这两部分，所述可动结构101和固定结构102通过悬挂结构连接在一起，形成状态e35；所述可动结构101在第一可动结构腔体111内移动。

盖帽工艺包括：

盖帽层包括顶板12，

首先，在顶板12背面刻蚀出第二可动结构腔体121，形成状态f41；

其次，在顶板12正面刻蚀出引线通孔421，形成状态g42；

最后，将盖帽层与底层通过硅硅键合方式在一起，形成气密环境,形成状态h43；

金属化工艺包括：

首先，隔离槽13将固定结构102分为第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，各固定结构中电气相互隔离；

然后，在盖帽层表面沉积形成金属层，然后将金属层图形化并最终形成电气连接,形成状态i51；顶层金属被图形化为相互电气隔离的若干金属引线14，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144；顶板12表面还设有焊盘15，金属引线14与焊盘15用于将信号引出。

其中，在底板11与结构层10之间设有绝缘层，绝缘层采用二氧化硅、氮化硅或玻璃等材料，避免信号线在传递信号时因泄电而失灵。

实施例4

在实施例2或3所述的一种微机电器件的开孔复用方法基础上进一步优化，底层采用soi硅片。用soi硅片来代替底部硅片与结构层的键合，其中soi硅片的衬底作为底板、氧化层作为绝缘层、顶层硅作为结构层，同样能避免信号线在传递信号时因泄电而失灵的问题。

实施例5

如图1、2所示，一种微机电器件的开孔装置，包括底层以及与底层通过键合方式连接的盖帽层；底层包括底板11、与底板11通过键合方式连接的结构层10，底板11上刻蚀有第一可动结构腔体111，结构层10上刻蚀有隔离槽13、可动结构101和固定结构102，固定结构102包括第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，隔离槽13将各固定结构中电气相互隔离，固定结构102与可动结构101通过悬挂结构连接在一起；盖帽层包括顶板12，顶板12与结构层10通过键合方式连接，顶板12正面刻蚀有引线通孔421，顶板12正面还设有用于信号引出的金属引线14和焊盘15，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144，第一金属引线141与第一固定结构102-1相连，第二金属引线142与第二固定结构102-2相连，第三金属引线143与第三固定结构102-3相连，第四金属引线144与第四固定结构102-4相连。

一种微机电器件的开孔复用方法，包括底层工艺、盖帽工艺以及金属化工艺；

底层工艺包括底部硅片层和结构层工艺，底层包括底板11以及通过键合方式连接的结构层10，底板11采用玻璃，结构层10、顶板12采用硅片。

底层工艺包括：

首先，在底板11上刻蚀出第一可动结构腔体111，形成状态a31；

其次，将底板11与结构层10通过硅硅键合方式密封,形成状体b32；

其次，在结构层10上刻蚀出隔离槽13，形成状态c33；

其次，通过沉积工艺回填隔离槽13并进行表面平坦化，去除多余的填充物，所述填充物为二氧化硅，形成状态d34；

最后，将结构层10刻蚀成可动结构101和固定结构102这两部分，所述可动结构101和固定结构102通过悬挂结构连接在一起，形成状态e35；所述可动结构101在第一可动结构腔体111内移动。

盖帽工艺包括：

盖帽层包括顶板12，

首先，在顶板12背面刻蚀出第二可动结构腔体121，形成状态f41；

其次，在顶板12正面刻蚀出引线通孔421，形成状态g42；

最后，将盖帽层与底层通过硅硅键合方式在一起，形成气密环境,形成状态h43；

金属化工艺包括：

首先，隔离槽13将固定结构102分为第一固定结构102-1、第二固定结构102-2、第三固定结构102-3、第四固定结构102-4，各固定结构中电气相互隔离；

然后，在盖帽层表面沉积形成金属层，然后将金属层图形化并最终形成电气连接,形成状态i51；顶层金属被图形化为相互电气隔离的若干金属引线14，金属引线14包括第一金属引线141、第二金属引线142、第三金属引线143、第四金属引线144；顶板12表面还设有焊盘15，金属引线14与焊盘15用于将信号引出。

其中，在顶板12与结构层10之间设有绝缘层6，该绝缘层6仅设置在金属引线14以外的顶板12部分与结构层10之间，即金属引线14与固定结构102之间不设置绝缘层6，绝缘层6采用二氧化硅、氮化硅或玻璃等材料，避免信号线在传递信号时因泄电而失灵。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。