[发明专利]一种MEMS芯片的低应力封装方法

权利要求书

1.一种MEMS芯片的低应力封装方法，该方法包括将MEMS硅芯片和衬底硅片，依次进行化学液处理、热板烘干、等离子体处理、DIW清洗、硅片干燥、预键合、低温退火步骤，实现MEMS芯片同质材料低应力封装；具体步骤如下：

（1）化学液处理：使用SPM溶液以及RCA1溶液对硅芯片和衬底硅片进行化学液表面处理，在待键合面形成Si-OH硅烷醇亲水基团，使硅片具有亲水性并悬挂大量羟基；

a、对硅芯片和衬底硅片用SPM溶液进行表面处理,处理液温度100～120℃,处理液体积配比H₂SO₄ ：H₂O₂=5:1～10:1，其中H₂SO₄浓度为96.0±1.0%，H₂O₂浓度为31.0±1.0%，处理时间20～30min，DIW清洗20～30min；

b、对硅芯片和衬底硅片用RCA1溶液进行表面处理,处理液温度50～70℃，处理液体积配比NH₄OH：H₂O₂：H₂O=1:1:5～1:1:10，其中NH₄OH浓度为28.0～30.0%，H₂O₂浓度为31.0±1.0%，处理时间5～20min，DIW清洗30～60min；表面处理后的硅片呈亲水性，表面悬挂了大量羟基；

（2）用热板烘干待封装硅片，热板温度T=100～120℃；

（3）对硅芯片和衬底硅片进行等离子体激活处理：

采用O₂和CF₄ 的混合等离子体对硅芯片和衬底硅片进行表面激活、降糙处理、在晶圆表下层区域形成易于消除界面空洞的多孔结构；处理时，使待电离气体的气流方向平行于硅片表面进行冲刷，由电离产生的等离子体不断冲刷硅片表面并与之发生化学反应，用以清洗和抛光硅片表面；阳极电压200～2000V，阳极电流20～800mA，栅极电流20～500mA，处理时间30～120sec，O₂流量20～160l/hr，CF₄流量20～160l/hr，真空度1×10¹～3×10¹Pa；

（4）DIW清洗：采用DIW对硅片进行亲水处理，时间30～60min，用以进一步去除硅片表面颗粒和杂质污染，并使键合面形成硅羟基键保持良好的亲水性；

（5）硅片干燥：清洗后的硅片在洁净度不低于100级，温度23℃±5℃，相对湿度30%～65%的超净空间自然干燥20～50min，使硅片表面脱水干燥且要保持适度的湿度呈亲水性，悬挂适于键合的烃基，形成良好的键合面表面态；

（6）预键合：处理后的硅片在不低于100级的超净空间进行对准贴合，贴合时，要使两硅片平稳的一次性接触贴合，贴合后不要产生相对移动，避免拉断表面形成的化学键；之后，在距离硅片边缘为硅片半径的1/4～1/2的施力点处，施加1～10N的预键合压力，持续3～5min，以达从施力点开始自发性键合直至键合波扩散至整个硅片的目的，完成预键合；

（7）低温退火：将预键合后的键合片送入退火炉进行退火处理，提出缓慢升温两步退火的工艺方法；工艺参数2～3hr从室温缓慢升温至200～300℃，保温2～3hr；再经40min～2hr升至400～500℃，保温1～3hr，自然降至室温；真空度≤6×10^-3Pa，施加键合压力1～5KN，最后出炉完成全部工艺过程实现最终键合；亦可在A_r和N₂等惰性气体保护下进行低温退火。

2.根据权利要求1所述的MEMS芯片的低应力封装方法，其特征在于：步骤（1）a中所述的处理液体积配比H₂SO₄ ：H₂O₂=5:1～7:1，其中H₂SO₄浓度为96.0±1.0%，H₂O₂浓度为31.0±1.0%，处理时间20～25min。