[發(fā)明專利]基于金錫共晶的諧振型壓力傳感器芯片局部真空封裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010151647.6
• 申請(qǐng)日: 2010-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN101819076A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志紅;熊化兵;何開全;朱虹嬌;趙光輝;李茂松;胡瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所
• 主分類號(hào): G01L1/16
• 分類號(hào): G01L1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)芯片上對(duì)MEMS芯片的局部部件進(jìn)行真空封裝的方法，特別涉及一種基于金錫共晶的諧振型壓力傳感器芯片局部真空封裝方法，它直接應(yīng)用的領(lǐng)域是MEMS可動(dòng)部件的局部真空封裝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，在諧振型壓力傳感器的真空封裝技術(shù)中，其真空封裝的主要方法有：

1.硅玻璃局部真空封裝技術(shù)。這種技術(shù)是在兩個(gè)芯片中的一片上涂覆一定厚度的玻璃漿料，然后在硅-玻璃鍵合設(shè)備中加熱熔化玻璃漿料，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)芯片的密封。這種方法有兩個(gè)缺陷：1)封裝后的氣密性不好，導(dǎo)致封裝后的真空度不高；2)由于玻璃燒結(jié)溫度高，對(duì)芯片熱沖擊影響大，從而導(dǎo)致傳感器芯片的使用壽命減小。

2.鉛錫共晶燒結(jié)局部真空封裝技術(shù)。此技術(shù)是在兩個(gè)芯片中的一片上涂覆一定厚度的焊料膏，然后在硅-玻璃鍵合設(shè)備中加熱熔化焊料膏，來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)芯片的密封。這種方法有以下缺點(diǎn)：1)上下兩個(gè)芯片的鍵合區(qū)小，焊料膏的涂覆不方便；2)一般用的是錫鉛焊料，鉛有毒，不環(huán)保；3)焊料膏中的有機(jī)溶劑分解會(huì)產(chǎn)生大量雜質(zhì)氣氛，隨著焊料膏的熔化，雜質(zhì)氣體被包裹在熔融焊料膏里面，燒結(jié)氣密性變差，從而使其密封的真空度降低，導(dǎo)致局部真空封裝的成品率低(一般只有80％)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述問題，本發(fā)明提供了一種基于金錫共晶的諧振型壓力傳感器芯片局部真空封裝方法，采用電鍍和濺射的方法淀積Sn/Au層，利用金錫合金的等溫凝固和共晶反應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)局部真空封裝，使局部真空封裝的成品率達(dá)到99％，且使金錫層的厚度均勻性好、傳感器芯片的使用壽命提高。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案在于，該方法步驟包括：

(1)在待進(jìn)行背面深槽腐蝕和正面釋放可動(dòng)部件的傳感器硅片上，采用雙面濺射TiW/Au層，再電鍍Au層的工藝，形成厚度為3-10μm、環(huán)寬為100-200μm的TiW/Au環(huán)和進(jìn)行深槽腐蝕和釋放可動(dòng)部件；

(2)在用于局部真空封裝的上蓋板硅片上，采用正面濺射TiW/Au層，再電鍍Sn層，最后濺射Au層的工藝，形成厚度為3-10μm、環(huán)寬為100-200μm的TiW/Au/Sn/Au環(huán)；

(3)將劃片后、帶有TiW/Au環(huán)的傳感器芯片與帶有TiW/Au/Sn/Au環(huán)的上蓋板芯片，通過上下環(huán)對(duì)接，真空加熱，等溫凝固和共晶鍵合，形成一個(gè)密閉真空腔室，實(shí)現(xiàn)局部真空封裝。

所述在待進(jìn)行背面深槽腐蝕和正面釋放可動(dòng)部件的傳感器硅片上，形成厚度為3-10μm、環(huán)寬為100-200μm的TiW/Au環(huán)和進(jìn)行深槽腐蝕和釋放可動(dòng)部件的方法包括：

(1)對(duì)待進(jìn)行背面深槽腐蝕和正面釋放可動(dòng)部件的傳感器硅片進(jìn)行清洗，雙面濺射淀積TiW/Au層，TiW/Au層的厚度為50nm/200nm，在400℃下退火處理40min；

(2)將上述雙面已濺射TiW/Au層的硅片用光刻膠保護(hù)正面，進(jìn)行背面光刻，腐蝕掉需要背面深槽腐蝕區(qū)域的Au層，再腐蝕掉TiW層，去膠；

(3)用Au層做屏蔽層，腐蝕掉背面的硅，深度達(dá)到200-300μm；

(4)用光刻膠保護(hù)硅片的背面，腐蝕掉硅片正面的可動(dòng)部件區(qū)域的TiW/Au層，去膠，獲得TiW/Au環(huán)；

(5)電鍍，在TiW/Au環(huán)上淀積厚度3-10μm的Au層；

(6)腐蝕掉正面可動(dòng)部件的硅，釋放可動(dòng)部件。

所述在用于局部真空封裝的上蓋板硅片上，形成厚度為3-10μm、環(huán)寬為100-200μm的TiW/Au/Sn/Au環(huán)的方法包括：

(1)采用常規(guī)硅片作上蓋板硅片，清洗，氧化生長(zhǎng)厚度為500-650nm的SiO₂層；

(2)在硅片正面，濺射TiW/Au層，TiW/Au層的厚度為50nm/200nm，在400℃下退火處理40min；

(3)光刻正面的TiW/Au層，先腐蝕掉Au層，再腐蝕掉TiW層，去膠，獲得環(huán)寬為100-200μm的TiW/Au環(huán)；

(4)光刻正面的TiW/Au環(huán)，讓TiW/Au環(huán)選擇性的留上光刻膠，電鍍淀積3-10μm厚度的Sn層，再濺射淀積100-200nm厚度的Au層，去膠，形成厚度為3-10μm、環(huán)寬為100-200μm的TiW/Au/Sn/Au環(huán)。

所述將劃片后、帶有TiW/Au環(huán)的傳感器芯片與帶有TiW/Au/Sn/Au環(huán)的上蓋板芯片，通過上下兩環(huán)對(duì)接，真空加熱，等溫凝固和共晶鍵合，形成一個(gè)密閉真空腔室，實(shí)現(xiàn)局部真空封裝的方法包括：