[發明專利]一種低成本的壓電諧振器/傳感器封裝工藝方法

有效

• 申請號: 201810046581.0
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108281363B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 吳濤
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: H01L21/56
• 分類號: H01L21/56;H03H3/02;G01L1/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發明涉及一種低成本的壓電諧振器/傳感器封裝工藝方法。本發明在現成的氮化鋁蘭姆波諧振器AlN Lame mode resonator器件上采用Si、Ge、SiGe等四族材料作為犧牲層材料，氧化硅或者氮化硅薄膜作為封裝結構層，在氮化鋁諧振器器件完全釋放后，沉積SU?8高分子材料進行密封封裝，全套工藝在400℃完成，與現行CMOS工藝完全兼容而且成本低，封裝層的厚度有二氧化硅和SU?8層共同決定，可以出現10微米以下的封裝層，適合流體等高靈敏度環境下使用。經測試，封裝后的器件在去離子水環境里性能沒有明顯變化。

技術領域

本發明涉及一種壓電諧振器或壓電傳感器的封裝工藝方法。

背景技術

現有晶元尺度下鍵合封裝工藝成本較高，例如：“Hermetic Wafer Level ThinFilm Packaging for MEMS”，Jeffrey Bo Woon Soon，Navab Singh，EnesCalayir，GaryK.Fedder，Gianluca Piazza，2016IEEE 66th Electronic Components and TechnologyConference展示了一種晶圓級硅基封裝，適合大規模加工制造。但是該方法成本較高，封裝層的厚度難以減薄，因而不適用于高靈敏度傳感器的測量。

發明內容

本發明的目的是提供一種適合流體或者生物體內等環境下使用的高靈敏度傳感器的封裝工藝，且不影響封裝后的器件的性能。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種低成本的壓電諧振器/傳感器封裝工藝方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、制造壓電蘭姆波諧振器或傳感器在高阻硅上，隨后在壓電蘭姆波諧振器或傳感器上鍍一層金屬底電極層；

步驟2、在金屬底電極層上鍍一層壓電材料層(如氮化鋁，或者摻雜的氮化鋁，或者其他壓電材料)，并采用濕法刻蝕工藝暴露部分金屬底電極；

步驟3、在壓電材料層上鍍一層金屬做上電極；

步驟4、利用含Cl₂、BCl₃的離子氣體刻蝕壓電材料層；

步驟5、濺射沉積一層非晶態四族材料層在壓電蘭姆波諧振器或傳感器的有源區域上面；

步驟6、利用離子增強化學氣相沉積工藝沉積一層絕緣介質材料層，利用干法刻蝕在絕緣介質材料層上刻出釋放孔；

步驟7、利用二氟化氙刻蝕非晶態四族材料層和金屬底電極層下面的部分體硅材料直到壓電蘭姆波諧振器或傳感器完全釋放；

步驟8、通過涂膠的方式涂一層SU-8層，并利用SU-8層的負膠特性采用光刻工藝使電極板暴露出來進行電學測量。

優選地，在所述步驟2中，所述壓電材料為高機電耦合系數的壓電材料。

優選地，所述高機電耦合系數的壓電材料為氮化鋁或者含鈧(Sc)摻雜的氮化鋁等。

優選地，所述壓電蘭姆波諧振器或傳感器壓電材料層的厚度為500nm～1μm，所述金屬底電極層的厚度為100～300nm。

優選地，在所述步驟6中，所述絕緣介質材料層的厚度為2μm。

優選地，在所述步驟6中，所述絕緣介質材料為二氧化硅或者氮化硅。

優選地，在所述步驟8中，所述SU-8層的厚度為4～8μm。

優選地，所述非晶態四族材料為非晶態a材料，其中，a為四族元素化合物(例如SiGe)，或為非晶態四族元素材料(例如Ge)。