本發明涉及微機電技術領域，具體涉及一種微機電系統及其制備方法。

背景技術：

微機電mems技術是指采用先進的半導體制造工藝將傳統的電子器件制成一塊包含該電子器件相應功能單元的芯片(即mems器件芯片)的高新技術，與由傳統技術制作的電子器件相比，mems器件芯片在體積、功耗、重量及價格方面都具有十分明顯的優勢，并且可以批量生產。

通常，mems器件芯片需要與驅動、檢測、信號處理等集成電路連接在一起組成一個具有完整獨立功能的系統，即mems系統，比如目前市場上可見的mems系統包括壓力傳感器、加速度計及硅麥克風等。

mems氣體壓力傳感器作為一種mems系統，其制備過程一般包括：

分別制備mems器件芯片和集成電路芯片，其中，mems器件芯片包括襯底和設置在襯底上的氣體壓力敏感單元，如圖1a所示；集成電路芯片包括襯底和設置在襯底上的與氣體壓力敏感單元適配的電路層，如圖2a所示。

(1)分別將mems器件芯片和集成電路芯片相鄰地安裝在同一基板上，并通過引線將兩者進行電氣連接。

(2)進行陶瓷或金屬封裝。

至此完成mems氣體壓力傳感器的制備。

采用上述方法得到的mems氣體壓力傳感器，由于mems器件芯片和集成電路芯片之間的引線較長，引入較多干擾信號，造成整體功能下降。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例提供了一種微機電系統及其制備方法，解決了現有技術中mems器件芯片和集成電路芯片之間引線較長，從而引入較多干擾信號的問題。

本發明提供的一種微機電系統的制備方法，包括：

在微機電器件芯片上制備環繞氣體敏感單元的第一封裝環和位于第一封裝環內側的氣體敏感單元周圍的第一電氣連接點；

在集成電路芯片上與第一封裝環對應的位置和與第一電氣連接點對應的位置分別制備第二封裝環和作為電路層輸入端的第二電氣連接點；

將微機電器件芯片和集成電路芯片對置；其中，第一電氣連接點、第二電氣連接點形成電氣對接，第一封裝環和第二封裝環形成密封對接；

在微機電器件芯片上開設由微機電器件芯片、集成電路芯片、第一封裝環和第二封裝環所形成的空間的導氣通孔。

本發明還提供了一種微機電系統，包括：

微機電器件芯片，其包括環繞氣體敏感單元的第一封裝環和位于第一封裝環內側的氣體敏感單元周圍的第一電氣連接點；

與微機電器件芯片對接的集成電路芯片，其包括與氣體敏感單元適配的電路層、與第一封裝環密封對接的第二封裝環和與第一電氣連接點電氣對接的第二電氣連接點；

微機電器件芯片上包括由微機電器件芯片、集成電路芯片、第一封裝環、第二封裝環所形成的空間的導氣通孔。

本發明實施例提供的一種微機電系統及其制備方法，通過第一和第二電氣連接點直接對接鍵合的方式實現電氣連接，就無需使用較長的引線，從而避免了引入不必要的干擾信號，提高器件精確度。

附圖說明

圖1a所示為現有技術中的mems器件芯片的截面結構示意圖。

圖1b所示為本發明一實施例提供的mems器件芯片的截面結構示意圖。

圖2a所示為現有技術中的集成電路芯片的截面結構示意圖。

圖2b所示為本發明一實施例提供的集成電路芯片的截面結構示意圖。

圖3-圖4所示為本發明一實施例提供的mems系統的制備過程示意圖。

圖5所示為本發明一實施例提供的根據本發明的mems系統的制備方法得到的mems系統的截面結構示意圖。

圖6所示為本發明另一實施例提供的根據本發明的mems系統的制備方法得到的mems系統的截面結構示意圖。

圖7為本發明又一實施例提供的根據本發明的mems系統的制備方法得到的mems系統的截面結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種微機電系統的制備方法，包括：

步驟s100，提供微機電器件芯片20和集成電路芯片10；其中，如圖1a所示，微機電器件芯片20包括第一襯底201和設置在第一襯底201上的氣體敏感單元200；如圖2a所示，集成電路芯片10包括第二襯底101和設置在第二襯底101上的與氣體敏感單元200適配的電路層100。對于微機電器件芯片20和集成電路芯片10的具體制備過程采用現有技術，這里不予贅述。

需要注意的是，如圖1a所示微機電器件芯片20中的氣體敏感單元200為環形連通槽結構，故其在圖1a所示的截面示意圖中呈現的是兩個矩形孔。本領域技術人員可以理解，這里給出的氣體敏感單元200還可以是十字形連通槽、矩形槽或其他結構，對此不予限定。

這里的氣體敏感單元200，用于將敏感到的由氣體產生的變化信號轉變為電路可識別的，如電阻、電容的變化，例如可以是氣體壓力敏感單元或氣敏單元。與該氣體敏感單元20對應的集成電路芯片10上的電路層100，用于將氣體敏感單元200敏感到的電阻或電容的變化轉化為電信號輸出。

步驟s102，參閱圖1b，在圖1a所示的微機電器件芯片20上制備環繞氣體敏感單元200的第一封裝環2041和位于第一封裝環2041內側的氣體敏感單元200周圍的第一電氣連接點2040。

具體執行過程例如可以是，在如圖1a所示的微機電器件芯片20的頂層淀積金屬層，采用掩膜刻蝕工藝形成環繞氣體敏感單元200的第一封裝環2041和位于第一封裝環2041內側的氣體敏感單元200周圍的第一電氣連接點2040，如圖1b所示。根據本實施方式的第一封裝環2041和第一電氣連接點2040均采用相同的金屬材質，這樣可以一步成型，簡化制備過程，本領域技術人員可以理解，第一封裝環2041還可以采用任意其他現有的封裝材質。圖1b所示的第一電氣連接點2040設置在環形連通槽型氣體敏感單元200的中央，這樣的好處是，可以保證后續對接鍵合后該第一電氣連接點2040的受力均勻，其實際上還可以設置在氣體敏感單元200的外側四周或其他位置，這里不予限定。此外，雖然圖1b所示的第一電氣連接點2040包括兩個，實際上該第一電氣連接點2040的數量也是可以根據實際需要合理設置的。

步驟s106，參閱圖2b，在如圖2a所示的集成電路芯片10上與第一封裝環2041對應的位置和與第一電氣連接點2040對應的位置分別制備第二封裝環1041和作為電路層100輸入端的第二電氣連接點1040。

具體制備過程例如可以是，在如圖2a所示集成電路芯片10結構的頂層淀積一層或多層隔離層，在隔離層之上淀積金屬層，對該金屬層采用掩膜刻蝕工藝在集成電路芯片10上與第一封裝環2041對應的位置和與第一電氣連接點2040對應的位置分別制備第二封裝環1041和作為電路層100輸入端的第二電氣連接點1040。

步驟s108，參閱圖3，將微機電器件芯片20和集成電路芯片10對置；其中，第一電氣連接點2040、第二電氣連接點1040形成電氣對接，第一封裝環2041和第二封裝1041環形成密封對接。本步驟中的對接方式可以采用兩種金屬高溫互溶形成合金的方式實現密閉結構與電氣連接，此時，第一封裝環2041可以采用鍺，對應的第二封裝環采用鋁；或者第一封裝環2041采用金，對應的第二封裝環采用多晶硅。

考慮到，經過步驟s100-步驟s108得到的mems系統為一個密閉的整體，無法敏感到外界大氣產生的變化，氣體敏感單元200也就失去了它原本的作用。為了解決這一問題，需要將氣體敏感單元的結構釋放出來，使之與大氣連通。

步驟s110，參閱圖4，在微機電器件芯片20上開設由微機電器件芯片20、集成電路芯片10、第一封裝環2041和第二封裝環1041所形成的空間的導氣通孔205。

根據本發明實施方式的微機電系統的制備方法，一方面，采用電氣連接點直接對接鍵合的方式實現電氣連接，就無需使用較長的引線，從而避免了引入不必要的干擾信號，提高器件精確度。與此同時，實現了mems器件芯片的晶圓級集成封裝，減小封裝成品尺寸。

在一個實施例中，如圖5所示，步驟s110中形成的導氣通孔205形成包圍氣體敏感單元200和第一電氣連接點2040的貫通槽。

這樣，當貫通槽包圍氣體敏感單元200和第一電氣連接點2040時，氣體敏感單元200就成了單純依靠第一電氣連接點2040和第二電氣連接點1040支撐的孤島。與現有技術中氣體敏感單元200需要四周固定支撐相比，可以更有利于釋放應力。本領域技術人員可以理解，這里的貫通槽結構的輪廓線不限于規則的圖形，也可以是任意不規則圖形。

這種情況下，該貫通槽一方面可以起到連通大氣的作用，另一方面可以作為氣體敏感單元200的應力釋放出口。

在一個實施例中，參閱圖6，當貫通槽包圍氣體敏感單元200和第一電氣連接點2040時，根據本發明實施方式的微機電系統的制備方法，在步驟s110之后進一步包括：

步驟s111，在第一襯底201的裸露表面上以四周邊沿固定的方式貼附硅片207。可以采用粘片膠206實現硅片207和第一襯底201之間的固定。由于這種情況下的氣體敏感單元200成為了只依靠第一電氣連接點2040和第二電氣連接點1040支撐的孤島，其很容易因為受力不均勻導致第一電氣連接點2040和第二電氣連接點1040之間的電氣連接發生斷路，或者氣體敏感結構部分受到損壞，因此，通過增加防護層(即硅片207)的方式來保護氣體敏感單元200，即實現對mems系統的封裝。

本領域技術人員可以理解，在貼附硅片207之前可以對第一襯底201和/或待貼附硅片207進行減薄，這樣可以減小器件體積，同時也便于后續刻蝕通孔208。

步驟s1052，在硅片207上刻蝕通孔208。該通孔208貫穿硅片207的上下表面，其是為了使氣體敏感單元200與外界大氣連通。該通孔208的具體位置和形狀不予限定。

根據本實施方式的微機電系統的制備方法，利用硅片207實現對微機電系統的封裝，而不再需要采用現有技術中的陶瓷或金屬封裝(參見背景技術)，降低成本。

在一個實施例中，根據本發明實施方式的微機電系統的制備方法，在步驟s108之前，進一步包括：

步驟s107，參閱圖7，將集成電路芯片10上電路層100的輸出端引出到第二襯底101的裸露表面，形成外電路電氣連接點。這樣，可以便于與外電路的集成。該步驟s107的具體執行過程只要位于步驟s108之前即可，至于其到底位于步驟s108之前的哪一步驟可以根據實際情況自行選擇。

具體執行過程可以包括：在如圖2a所示的集成電路芯片10結構的基礎上，在電路層100的輸出端位置刻蝕硅通孔102，一般通過在制作集成電路芯片的過程中預埋硅通孔102來實現，并在硅通孔102中填充金屬；對第二襯底101的裸露表面進行減薄處理至露出硅通孔102中的金屬；在金屬的裸露表面制備焊料球106。本領域技術人員可以理解，為了合理布局焊料球106，也可以在經過減薄處理之后的第二襯底101的下表面安排布線105，用于電氣連接硅通孔102中的金屬和焊料球106。

本發明還提供了一種微機電系統。如圖4所示，根據本發明實施方式的微機電系統，包括：微機電器件芯片，其包括第一襯底，設置在第一襯底上的氣體敏感單元、環繞所述氣體敏感單元的第一封裝環和位于第一封裝環內側的氣體敏感單元周圍的第一電氣連接點；與微機電器件芯片對接的集成電路芯片，其包括第二襯底，設置在第二襯底上的與氣體敏感單元適配的電路層、與第一封裝環密封對接的第二封裝環和與第一電氣連接點電氣對接的第二電氣連接點；微機電器件芯片上包括由微機電器件芯片、集成電路芯片、第一封裝環、第二封裝環所形成的空間的導氣通孔。該氣體敏感單元包括氣體壓力敏感單元或氣敏單元。

在一個實施例中，根據本發明實施方式的微機電系統，導氣通孔形成包圍氣體敏感單元和第一電氣連接點的貫通槽。

在一個實施例中，當貫通槽包圍氣體敏感單元和第一電氣連接點時，在第一襯底的裸露表面上進一步包括其上開有通孔的硅片，硅片與第一襯底之間沿四周邊沿固定。

在一個實施例中，根據本發明實施方式的微機電系統，第二襯底的裸露表面進一步包括連通電路層輸出端的外電路電氣連接點。

根據本發明各種實施方式的微機電系統，具有與上述與之對應的微機電系統制備方法相應的有益效果。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。