[发明专利]一种用于微器件圆片级封装的纳米吸气剂集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸气剂的集成方法，尤其是涉及一种用于微器件圆片级封装的纳米吸气剂集成方法。

背景技术

微机电系统（MEMS）传感器例如陀螺仪、加速度计、压力传感器等，已经广泛应用于人们的生产与生活中。MEMS器件的真空封装是一种采用密封腔体提供高气密性环境的封装技术，能够使传感器的性能以及抗干扰能力大幅提升，因此MEMS传感器的封装成为一项关键工艺。

目前，就MEMS封装方式而言，可以分为两大类，圆片级封装和芯片级封装，其中圆片级封装相对芯片级封装在效率、成品率以及可靠性等方面都有很大的提升，因此圆片级封装是传感器封装的主流趋势。但是封装后的MEMS器件，腔室内气压较封装工艺时会有所提高，主要原因来自两个，一类是外部气体通过封装产生的微裂缝进入空腔；另一类是空腔内部产生的气体。针对第一类问题，目前可以通过先进的键合工艺有效解决，例如阳极键合技术、硅硅键合技术、玻璃浆料键合技术等。在第一类问题解决的前提下，第二类由腔室内部产生的气体就成为限制圆片级封装真空度提高的主要原因，内部气体有两种来源主要：一部分是封装过程中工艺直接产生的气体，如阳极键合封装过程中释放的氧气，硅硅键合封装过程中释放的水蒸气，玻璃浆料键合封装过程中挥发的有机物气体；另一部分是吸附在腔室内材料表面的气体被加热后释放，主要为水蒸气（S.H.Choa,Reliability of vacuum packaged MEMS gyroscopes,Microelectronics Reliability.）。由此可见，第二类即腔室内部产生的气体在封装过程是不可避免的，因此对于需要高真空度封装的MEMS传感器，腔室内部集成吸气剂工艺对提高并保持封装真空度是尤为重要的工艺步骤。

传统圆片级封装过程中，主要运用溅射方法将Ti金属薄膜作为MEMS结构吸气剂集成在传感器真空腔内部。该方案制备简单，并且不会造成晶圆污染。但是受溅射薄膜表面积较小的限制，单一金属Ti吸气量较低，因此所能够维持的真空度不高（Moon Chul Lee,A high yield rate MEMS gyroscope with a packaged SiOG process,J.Micromech.Microeng.）。

目前，吸气剂正朝着新材料、新结构方面发展，从而诞生了一些新型复合非蒸散型、高孔透率、大比表面积以及纳米级别的吸气剂。其中基于碳纳米管基底的纳米吸气剂制备方法（中国专利CN1915798A）就是新型吸气剂工艺方法中的一类。该方法针对现有的吸气剂吸气效率低、真空度维持不高、时间不长等缺点，提出一种在碳纳米管上溅射吸气剂金属Ti，通过碳纳米管的大比表面积大幅提高吸气剂的吸气速率。但是该方法中碳纳米管图案化制备温度较高，制备的过程中会污染晶圆周边，并且污染物无法清洗，因此不能兼容后续圆片级键合封装工艺，另外，由于吸气材料仍为单一金属，同样会导致吸气量较低，因此仍未被广泛应用到MEMS圆片级封装工艺中。

发明内容

本发明的目的在于针对现有基于碳纳米管基底的纳米吸气剂制备方法中，基底必须耐高温，表面易污染，单一金属吸气效率低等问题，提供能够与MEMS圆片级封装工艺集成的一种用于微器件圆片级封装的纳米吸气剂集成方法。

本发明包括以下步骤：

1）在硅/玻璃键合组合片上加工下沉槽以及可动结构；

2）在硅片正面加工出定向碳纳米管结构；

3）在玻璃片正面图案化印刷玻璃浆料结构，将硅片与玻璃片正面相对置于键合机内，加热到令玻璃浆料结构软化的烧结温度，控制硅片与玻璃片之间距离，使定向碳纳米管结构的上端部分与玻璃浆料结构接触，冷却至室温后分离硅片与玻璃片，实现定向碳纳米管结构粘贴至玻璃片上；

4）在定向碳纳米管结构上沉积吸气剂薄膜，得到吸气剂结构；

5）将硅/玻璃键合组合片与玻璃片置于键合机内对准，使定向碳纳米管结构置于下沉槽内，在真空条件下，将硅/玻璃键合组合片与玻璃片键合在一起，形成具有真空度的MEMS器件。

在步骤1）中，所述在硅/玻璃键合组合片上加工下沉槽以及可动结构可采用硅微加工工艺。

在步骤2）中，所述在硅片正面加工出定向碳纳米管结构可采用微加工工艺，具体步骤如下：将硅片正面通过溅射Al₂O₃与Fe薄膜作为催化剂，采用等离子化学气相生长（PECVD）工艺整面生长定向碳纳米管结构。