[发明专利]一种体硅谐振式压力传感器的圆片级真空封装方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)制造和封装领域，涉及一种圆片级真空封装方法，主要采用的是台阶刻蚀与阳极键合等工艺，特别应用在对体硅谐振式压力传感器的圆片级封装领域。

背景技术

九十年代以来，微电子机械系统(MEMS)技术进入了高速发展阶段，不仅是因为概念新颖，而且是由于MEMS器件跟传统器件相比，具有小型化、集成化以及性能更优的前景特点。如今MEMS已经广泛用于汽车、航空航天、信息控制、医学、生物学等领域。

而压力传感器则是应用最为广泛的传感器之一，广泛用于科学技术、工业控制、航空航天、生物医学等领域。根据不同的原理和形式可将压力传感器分为压阻式、电容式、压电式、谐振式、真空微电子式等等。压阻式压力传感器结构简单，后续处理电路简单，但性能的温度漂移大；电容式压力传感器灵敏度高，但后续处理电路相对复杂；谐振式压力传感器精度高，稳定性好，且输出为谐振频率，易与数字电路相结合。压力传感器在应用的过程中，往往需要进行真空封装。芯片级真空封装(如To级真空封装)的成本比较大，从而增加了压力传感器的成本，而圆片级真空封装的方法则可以大大地降低真空封装的成本。目前已经出现了不少圆片级真空封装的方法，这些方法通常与器件的制作流程结合在一起。但由于MEMS器件的工艺制作流程并不相同，不能将这些圆片级真空封装的方法直接复制到每种器件上去，并且不同的方法也有着各自的缺点。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种应用于体硅谐振式压力传感器的圆片级封装方法，能够大大地降低体硅谐振式压力传感器的封装成本。整个工艺制造流程(包含压力传感器的制造与圆片级真空封装)的主要步骤包括台阶刻蚀、阳极键合、硅片减薄等等。

具体来说，本发明采用的技术方案如下：

一种体硅谐振式压力传感器的圆片级真空封装方法，其步骤包括：

1)备片：根据谐振式压力传感器的结构选取合适的SOI(silicon on insulator)硅片和用于进行阳极键合的玻璃片；

2)台阶刻蚀(两次光刻)：对SOI硅片的器件层进行台阶刻蚀，形成器件结构(刻蚀的深度应与器件设计的尺寸相吻合)；

3)释放：去除部分埋氧层，释放器件结构；

4)阳极键合：将SOI片和玻璃片进行真空阳极键合；

5)硅片减薄：对硅片进行减薄，剩余厚度与器件设计尺寸相吻合；

6)刻蚀引线窗口：通过光刻(第三次光刻)定义引线窗口，然后刻蚀硅，露出埋氧层；

7)去除引线窗口内的埋氧层；

8)在硅片表面淀积二氧化硅，形成电学隔离；

9)对淀积的二氧化硅进行刻蚀，形成pad孔；

10)淀积金属pad。

进一步地，步骤1)选用器件层重掺杂的SOI硅片，器件层厚度和埋氧层厚度依据传感器的应用范围而选定；以及选用适合与硅进行阳极键合的玻璃片(如B33玻璃等)。

进一步地，步骤3)和步骤7)采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法去除所述埋氧层。采用湿法腐蚀时，可以利用氢氟酸溶液进行腐蚀；采用干法刻蚀时，可以采用等离子体刻蚀，或者用气态HF进行刻蚀。

进一步地，步骤5)利用KOH溶液、TMAH(四甲基氢氧化铵)对硅片进行减薄。

进一步地，步骤8)采用LPCVD方法、PECVD等方法淀积二氧化硅。

进一步地，步骤9)首先通过光刻(第四次光刻)形成pad孔，然后刻蚀孔内二氧化硅。

进一步地，步骤10)利用剥离工艺形成金属pad。

本发明的应用于体硅谐振式压力传感器的圆片级真空封装方法，与现有的真空封装方法相比，其优点是：1)圆片级封装，大大地降低了真空封装成本；2)整套工艺流程包含了谐振式压力传感器的制造和真空自封装，工艺流程简单。

附图说明

图1是备片剖面图；其中1为重掺杂单晶硅，2为埋氧层(氧化硅)，3为轻掺杂单晶硅衬底，4为玻璃片。

图2是台阶刻蚀后剖面图。

图3是释放后剖面图。

图4是阳极键合后剖面图。

图5是硅片减薄后剖面图。

图6是刻蚀引线窗口后剖面图。

图7是腐蚀引线窗口埋氧后剖面图。

图8是PECVD二氧化硅后剖面图，其中5为PECVD的二氧化硅。

图9是形成pad孔后剖面图。

图10是淀积金属后剖面图，其中6为金属层。

具体实施方式