MEMS圓片級(jí)真空封裝的關(guān)鍵工藝研究.pdf

1、基于諧振結(jié)構(gòu)的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))在消費(fèi)電子品和高速無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域展露了煥然一新的操作體驗(yàn)和迅猛的性能優(yōu)勢(shì),具有尺寸小、批量成本低優(yōu)勢(shì)的MEMS圓片級(jí)真空封裝的商業(yè)潛力日益顯現(xiàn)。基于鍵合工藝和犧牲層工藝的制程是MEMS圓片級(jí)真空封裝的實(shí)現(xiàn)方式,這兩種制程和縱向互連TSV(Through Silicon Via,硅通孔)結(jié)構(gòu)、用于實(shí)時(shí)測(cè)試腔體內(nèi)真空度的皮拉尼計(jì)、提高封裝的壽

2、命的吸氣劑與緩沖腔結(jié)構(gòu)都可以用微加工工藝實(shí)現(xiàn)。本文研究了上述微結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)制程并開展了相關(guān)的工藝實(shí)驗(yàn),獲得了如下研究結(jié)果:
　　提出了一種基于鍵合工藝的真空封裝結(jié)構(gòu)和制程,結(jié)構(gòu)包括TSV(Through Silicon Via,硅通孔)、吸氣劑、緩沖腔和皮拉尼計(jì),驗(yàn)證了制程可行。
　　獲得了DRIE(Deep Reactive Ion Etch,深反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕TSV通孔工藝和雙面電鍍、自下而上兩種無孔隙的電鍍填充工藝。雙

3、面電鍍工藝后表面沉積的銅層存在較大應(yīng)力破壞硅片。噴氦測(cè)試驗(yàn)證了自下而上的電鍍填充工藝獲得的TSV具有氣密性。
　　實(shí)驗(yàn)證明了熱氧化沉積的SiO2、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)沉積的Si3N4、LPCVD(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition,低壓化學(xué)氣相沉積)沉積的Si3N4三種薄膜只有LPCVD沉積

4、的Si3N4薄膜能夠在濕法腐蝕工藝后完整保留并滿足作為支撐結(jié)構(gòu)的要求;利用濕法腐蝕獲得了薄膜釋放工藝。濺射沉積的Ti、Pt金屬薄膜在長時(shí)間濕法腐蝕中脫落,需要重新考慮材料選擇或添加保護(hù)薄膜。
　　實(shí)驗(yàn)證明了光刻-濺射-剝離的工藝組合可以在蓋帽底部沉積Zr-V-Fe吸氣劑,并具有較好的吸氣性能。濕法腐蝕工藝可以制作普通或帶有緩沖腔結(jié)構(gòu)的蓋帽,鍵合環(huán)寬度大于400μm,其腐蝕深度小于100μm時(shí)不會(huì)產(chǎn)生因凸角腐蝕現(xiàn)象引起的鍵合環(huán)失效。