[发明专利]基于金锡共晶的谐振型压力传感器芯片局部真空封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在微电子机械系统(MEMS)芯片上对MEMS芯片的局部部件进行真空封装的方法，特别涉及一种基于金锡共晶的谐振型压力传感器芯片局部真空封装方法，它直接应用的领域是MEMS可动部件的局部真空封装领域。

背景技术

目前，在谐振型压力传感器的真空封装技术中，其真空封装的主要方法有：

1.硅玻璃局部真空封装技术。这种技术是在两个芯片中的一片上涂覆一定厚度的玻璃浆料，然后在硅-玻璃键合设备中加热熔化玻璃浆料，实现两个芯片的密封。这种方法有两个缺陷：1)封装后的气密性不好，导致封装后的真空度不高；2)由于玻璃烧结温度高，对芯片热冲击影响大，从而导致传感器芯片的使用寿命减小。

2.铅锡共晶烧结局部真空封装技术。此技术是在两个芯片中的一片上涂覆一定厚度的焊料膏，然后在硅-玻璃键合设备中加热熔化焊料膏，来实现两个芯片的密封。这种方法有以下缺点：1)上下两个芯片的键合区小，焊料膏的涂覆不方便；2)一般用的是锡铅焊料，铅有毒，不环保；3)焊料膏中的有机溶剂分解会产生大量杂质气氛，随着焊料膏的熔化，杂质气体被包裹在熔融焊料膏里面，烧结气密性变差，从而使其密封的真空度降低，导致局部真空封装的成品率低(一般只有80％)。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供了一种基于金锡共晶的谐振型压力传感器芯片局部真空封装方法，采用电镀和溅射的方法淀积Sn/Au层，利用金锡合金的等温凝固和共晶反应，来实现局部真空封装，使局部真空封装的成品率达到99％，且使金锡层的厚度均匀性好、传感器芯片的使用寿命提高。

本发明解决上述技术问题的技术方案在于，该方法步骤包括：

(1)在待进行背面深槽腐蚀和正面释放可动部件的传感器硅片上，采用双面溅射TiW/Au层，再电镀Au层的工艺，形成厚度为3-10μm、环宽为100-200μm的TiW/Au环和进行深槽腐蚀和释放可动部件；

(2)在用于局部真空封装的上盖板硅片上，采用正面溅射TiW/Au层，再电镀Sn层，最后溅射Au层的工艺，形成厚度为3-10μm、环宽为100-200μm的TiW/Au/Sn/Au环；

(3)将划片后、带有TiW/Au环的传感器芯片与带有TiW/Au/Sn/Au环的上盖板芯片，通过上下环对接，真空加热，等温凝固和共晶键合，形成一个密闭真空腔室，实现局部真空封装。

所述在待进行背面深槽腐蚀和正面释放可动部件的传感器硅片上，形成厚度为3-10μm、环宽为100-200μm的TiW/Au环和进行深槽腐蚀和释放可动部件的方法包括：

(1)对待进行背面深槽腐蚀和正面释放可动部件的传感器硅片进行清洗，双面溅射淀积TiW/Au层，TiW/Au层的厚度为50nm/200nm，在400℃下退火处理40min；

(2)将上述双面已溅射TiW/Au层的硅片用光刻胶保护正面，进行背面光刻，腐蚀掉需要背面深槽腐蚀区域的Au层，再腐蚀掉TiW层，去胶；

(3)用Au层做屏蔽层，腐蚀掉背面的硅，深度达到200-300μm；

(4)用光刻胶保护硅片的背面，腐蚀掉硅片正面的可动部件区域的TiW/Au层，去胶，获得TiW/Au环；

(5)电镀，在TiW/Au环上淀积厚度3-10μm的Au层；

(6)腐蚀掉正面可动部件的硅，释放可动部件。

所述在用于局部真空封装的上盖板硅片上，形成厚度为3-10μm、环宽为100-200μm的TiW/Au/Sn/Au环的方法包括：

(1)采用常规硅片作上盖板硅片，清洗，氧化生长厚度为500-650nm的SiO₂层；

(2)在硅片正面，溅射TiW/Au层，TiW/Au层的厚度为50nm/200nm，在400℃下退火处理40min；

(3)光刻正面的TiW/Au层，先腐蚀掉Au层，再腐蚀掉TiW层，去胶，获得环宽为100-200μm的TiW/Au环；

(4)光刻正面的TiW/Au环，让TiW/Au环选择性的留上光刻胶，电镀淀积3-10μm厚度的Sn层，再溅射淀积100-200nm厚度的Au层，去胶，形成厚度为3-10μm、环宽为100-200μm的TiW/Au/Sn/Au环。

所述将划片后、带有TiW/Au环的传感器芯片与带有TiW/Au/Sn/Au环的上盖板芯片，通过上下两环对接，真空加热，等温凝固和共晶键合，形成一个密闭真空腔室，实现局部真空封装的方法包括：