[發明專利]SOI片過孔內金屬焊盤的制作方法

有效

• 申請號: 201410617616.3
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104326441A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 王軍波;謝波;陳德勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及微加工技術領域，尤其涉及一種MEMS圓片級真空封裝中SOI片過孔內金屬焊盤的制作方法。

背景技術

微機電系統(MEMS)它在融合多種微細加工技術，并應用現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科，其在幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著廣闊的應用前景。

真空封裝對MEMS微傳感器有著至關重要的作用，它一方面能夠保護微傳感器中的可動部件，使其不易損壞；另一方，它能夠隔離外界環境(比如氣體、濕度、灰塵等)，使得陀螺、加速度計、壓力傳感器、RF開關等能夠正常工作。真空封裝可分為管殼級和圓片級兩種方式，其中圓片級真空封裝具有批量化處理、產量高、易于集成等特點，是一項具有產業化優勢的技術。

適用于MEMS圓片級真空封裝方式主要包括：硅硅熔融鍵合，硅玻璃陽極鍵合，玻璃焊料鍵合，金屬中間層熱壓鍵合，以及薄膜沉積封裝等。其中，硅玻璃陽極鍵合具有鍵合強度高、鍵合溫度低、無需中間層等特點，是目前使用較多的一種封裝方式。

由于真空封裝需要對真空腔室進行密封，所以往往伴隨著引線互連的問題。其中，硅玻璃陽極鍵合真空封裝方式的引線互連通常有以下三種解決方案：

方式一：玻璃通孔引線；

在玻璃上加工通孔，通常采用磨料超聲加工和激光燒灼加工兩種方式來實現。但這兩種加工方式都存在一定的問題，磨料超聲加工受到加工探頭尺寸的限制，通孔尺寸不能太小，而且玻璃在加工過程中容易破損，成品率低；而采用激光開孔，由于玻璃局部受熱，通常在受熱局部產生變形，導致玻璃的平整度變差，從而導致其鍵合的密封性差。雖然通過對激光開孔的玻璃片進行拋光處理可以改善其平整度，但成本較高且效率相對較低，不利于降低成本。

方式二：SOI通孔引線；

SOI通孔引線互連，通常采用深刻蝕技術在SOI片上刻蝕通孔，對通孔內壁進行絕緣后，再在通孔內電鍍銅以填充，實現電連接。雖然在硅基片加工通孔與MEMS工藝兼容，加工相對容易，能夠避免玻璃加工的復雜度。但由于銅與硅的熱膨脹系數不匹配，由溫度變化帶來的熱應力較大，從而影響傳感器的性能。而且，存在電鍍工藝參數依賴的問題，如果電鍍參數不優，則在電鍍沉積的銅柱內部容易產生孔洞，影響真空封裝的密封性。

方式三：SOI過孔引線；

帶過孔的SOI圓片封裝技術，即在器件層上加工所需的結構、在基底層上刻蝕過孔用于引線互連。過孔的制作使用了與MEMS兼容的光刻、深刻蝕等技術，工藝成熟，且相對簡單，另外只在器件層上濺射一層薄金屬，由熱膨脹所帶來的熱應力相比通孔電鍍金屬化工藝的熱應力小，對傳感器的性能有利。同時避免了器件層穿孔，因而有效的避免了由于穿孔所帶來的漏氣問題，適合真空密封封裝。但要實現引線互連，還需在SOI器件層上制作金基焊盤，也就是在過孔內制作一層金屬，以降低引線互連的接觸電阻。

在上述方式三的SOI過孔引線中，金基焊盤制作可以采用光刻膠掩膜技術和硬掩膜技術。其中光刻膠掩膜技術可以使用旋涂和干膜沉積兩種方式實現。

旋涂光刻膠工藝是通常使用的一種方式，但考慮到SOI基底層已經開孔，旋涂的光刻膠在高度圖形化的表面難以存留，且在坑槽底部光刻膠太厚，無法曝光去除，因此無法實現圖形化轉移，不能制作所需的焊盤。而采用立體噴膠工藝可以不受高度圖形化表面的限制，但該工藝需要專用的干膜沉積設備，加工成本較高。而且，在圖形化表面光刻屬于接近式曝光，由此帶來的光衍射的問題也在一定程度影響光刻的精度。

硬掩膜技術可以在高度結構化的圓片上實現金屬薄膜的圖形化，但其對準精度差，限制了它的使用范圍。同時由于濺射工藝的無指向性，通常濺射后，過孔側壁與SOI器件層連通，造成器件短路。

雖然采用帶過孔的SOI片來實現硅玻璃陽極鍵合真空封裝的引線互連具有加工簡單、封裝應力低、密封性好等優勢，但該種引線方式中焊盤的制作并不容易，可行的解決方案需要昂貴的專用的設備，在一定程度上限制了其使用，同時不利于降低成本。因此，該種封裝方式仍需要一種簡單方便、成品率高的金屬引線互連的解決方案。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種工藝簡單、成本低廉的SOI片過孔內金屬焊盤的制作方法。

(二)技術方案