專利名稱：一種低溫集成的圓片級微機電系統氣密性封裝工藝的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種微機電系統的封裝技術，特別是一種低溫集成的圓片級微機電系統氣密性封裝工藝。
背景技術：
隨著微技術的發展，對于微機電系統(Micro-Electro-MechanicalSystems，以下簡稱MEMS)的氣密性封裝工藝的要求日益嚴格，要求尺寸更小、功能更強、成本更低的氣密性封裝。對于微加速度計、微諧振儀、微陀螺儀還要求進行真空封裝，以便得到更高的品質。對于圓片級MEMS氣密性封裝技術而言，目前主要有兩種封裝工藝一是薄膜集成工藝。它通過在MEMS微結構釋放之前在犧牲層上沉積一層薄膜，然后通過薄膜上工藝腐蝕孔去掉犧牲層，再用薄膜密封這些工藝孔從而完成MEMS的氣密性封裝。該工藝具有工序簡單、成本低等優點，但沉積的薄膜最多只有1～2微米的厚度，這很難在隨后的圓片切片和圓片拾取等操作中保證完好無損，以至造成封裝的成品率大大降低。二是基片與帽子的鍵合工藝。其中使用最多的熱鍵合方式，可分為整體加熱和局部加熱兩種。對于整體式加熱，其高溫會損害MEMS內部的電路和熱敏感性材料。對于局部加熱，它通過微加熱線的局部加熱使鍵合區域產生局部高溫，而其它區域仍處于低溫，來將基片與帽子鍵合在一起，由于此法存在很大的溫度梯度，因而局部熱應力很大，該局部熱應力往往會引起材料性能的改變和器件的失效。為了解決此問題，必須將尺寸加大，這會使產品體積大，影響安裝使用。此外，還有其它一些鍵合方式如靜電鍵合、微波鍵合等，其鍵合所需的高電壓、微波有損MEMS電路，從而不具有MEMS封裝的通用性。由于鍵合工藝需要帽子，因而成本較高、且芯片的鍵合區域很大，造成芯片尺寸增大的浪費。因此，MEMS器件的制造中，封裝工序是關鍵之一，也是商業化推廣中的瓶頸。
本發明的內容本發明的目的是提出一種基于微電鑄的低溫的圓片級MEMS氣密性封裝技術。本發明與現有技術相比，具有無熱應力變形、封裝質量高、成品率高、體積減小、工藝簡單、成本低的優點。
本發明的目的是按如下的技術方案實現的。本發明工藝包括以下步驟步驟(1)、在硅基片1上，蒸發淀積一層鋁/鉻層作為犧牲層；步驟(2)、在所述的鋁/鉻層上，投鑄一層光刻膠，然后烘干，使所述的光刻膠減薄；步驟(3)、在所述的硅基片1的上表面、鋁/鉻層和光刻膠的外形上，蒸發淀積一層金/鉻層作為種子層；步驟(4)、在所述的金/鉻層的周圍涂鑄一層樹脂膠作為電鍍模子；步驟(5)、在所述的樹脂膠中，電鍍一層鎳層；步驟(6)、剝掉所述的鎳層周圍的樹脂膠和部分的金/鉻層，以暴露出所述的鋁/鉻層；步驟(7)、剝掉所述的整個鋁/鉻層；形成犧牲孔；步驟(8)、以顯影液進入到內腔，將所述的光刻膠去掉；步驟(9)、在原來鋁/鉻層的位置、即犧牲孔處，濺射淀積金/鉻層；步驟(10)、在所述的金/鉻層的犧牲孔處，電鍍金層，以封住所述的犧牲孔。
在所述的步驟(9)中，當MEMS器件上附有磷硅玻璃時，在剝掉內腔中的磷硅玻璃之后，再在犧牲孔處濺射淀積金/鉻層；所述的步驟(1)中，所述的蒸發淀積的鋁/鉻層的厚度為鋁為140-160納米，鉻為25-35納米。
所述的步驟(2)中，所述的光刻膠層的厚度為16-20微米。
所述的步驟(3)中，所述的鉻/金層的厚度為50-500納米。
所述的步驟(4)中，所述的樹脂膠的厚度為28-33微米。
所述的步驟(5)中，所述的鎳層的厚度為35～40微米。
所述的步驟(9)中，所述的金/鉻層的厚度為金厚度范圍150～500納米，鉻厚度范圍20～50納米。
所述的步驟(10)中，所述的金層厚度范圍5～50微米。
本發明針對現在圓片級MEMS氣密性封裝技術存在的種種不足，如加熱密封易變形、密封質量低、封裝尺寸大、工藝復雜、成本高的缺點，從封裝方法上加以創新，采用非加熱的低溫封裝方法，本發明方法是基于微電鑄的低溫的圓片級MEMS氣密性封裝技術。由于采用鍍層腐蝕方法，使在封裝時無須加熱，避免了因熱變形影響產品質量，既提高了密封質量，同時又減小了被封裝件的尺寸。通過在犧牲層上微電鑄幾十甚至上千微米厚度的金屬殼來對MEMS芯片進行氣密性封裝，本發明克服了薄膜集成工藝中，保護殼薄弱易損的缺點，本發明具有可靠的保護殼，提高了成品率。本發明各加工步驟均為常規技術，具有工藝簡單和成本低等優點。對于微加速度計、微諧振儀、微陀螺儀，可結合本發明進行真空封裝，以得到更高的品質因素。本發明方法可極大地推動MEMS封裝技術的發展和促進MEMS封裝技術的商業化推廣。
綜上所述，本發明與現有技術相比，具有無熱應力變形、封裝質量高、成品率高、體積減小、工藝簡單、成本低的優點。
圖1-10為本發明的工藝圖。
圖中代號1硅基片 2鉻/鋁層(犧牲層)3光刻膠(PR)4金/鉻層(種子層)5樹脂膠 6鎳層7金/鉻層8金層 9犧牲孔10內腔 11磷硅玻璃PSG 12 MEMS器件實施例本發明低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，是在一硅基片1上做好MEMS器件12后，進行封裝。所述的封裝包括以下步驟步驟(1)、如圖1，蒸發淀積一層鋁/鉻層2(鋁層在上，鉻層在下)到熱氧化生長二氧化硅的硅基片上。其中，鋁層厚為150納米，鉻層厚為30納米。鋁層作為犧牲層，以便后面工序中腐蝕掉鋁后，形成腐蝕液進出的通道，鉻層的作用是保護鋁層以免受到后步工序中顯影液的腐蝕。
步驟(2)、如圖2，在上面投鑄一層18微米厚的光刻膠3，本實施例采用的光刻膠為AZ9260光刻膠，然后烘2小時以消除膠中的水氣以減薄到6～8微米的厚度。
步驟(3)、如圖3，蒸發淀積一層厚為100納米的金/鉻層4(鉻層在下)作為種子層，以便以后的金屬鎳層6能電鍍在上面。
步驟(4)、如圖4，在種子層即金/鉻層4周圍涂鑄一層28微米厚的樹脂膠5作為電鍍鎳的模具。
步驟(5)、如圖5，在上述的模具中電鍍一層35微米厚的鎳層6。
步驟(6)、如圖6，剝掉鎳層周圍的樹脂膠5和部分的鉻/金層4，以便暴露出鋁/鉻層2。
步驟(7)、如圖7，剝掉整個鋁/鉻層2，形成犧牲孔9。
步驟(8)、如圖8，顯影液進入到內腔將光刻膠3去掉。
步驟(9)、如圖9，腐蝕掉磷硅玻璃11，以便釋放MEMS器件12的懸臂梁。并在原來鋁/鉻層2的位置即犧牲孔9處，濺射淀積金/鉻層7(鉻層在下)，其中，金層200納米，鉻層30納米。
步驟(10)、如圖10，再在金/鉻層7的犧牲孔9處，電鍍厚為25微米的金層8，以便封住犧牲孔9。
權利要求
1.一種低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是包括以下步驟步驟(1)、在硅基片(1)上，蒸發淀積一層鋁/鉻層(2)；步驟(2)、在所述的鋁/鉻層(2)及MEMS器件(12)的上面，投鑄一層光刻膠(3)，然后烘干，使所述的光刻膠(3)減薄；步驟(3)、在所述的硅基片(1)的上表面、鋁/鉻層(2)和光刻膠(3)上，蒸發淀積一層金/鉻層(4)作為種子層；步驟(4)、在所述的金/鉻層(4)的周圍涂鑄一層樹脂膠(5)作為電鍍模子；步驟(5)、在所述的樹脂膠(5)中，電鍍一層鎳層(6)；步驟(6)、剝掉所述的鎳層(6)周圍的樹脂膠(5)和部分的金/鉻層(4)，以暴露出所述的鋁/鉻層(2)；步驟(7)、剝掉所述的整個鋁/鉻(2)層；形成犧牲孔(9)；步驟(8)、以顯影液進入到內腔(10)中，將所述的光刻膠(3)去掉；步驟(9)、在原來鋁/鉻(2)層的位置、即犧牲孔(9)處，濺射淀積金/鉻層(7)；步驟(10)、在所述的金/鉻層(7)上的犧牲孔(9)處，電鍍金層(8)，以封住所述的犧牲孔(9)。
2.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(9)中，當MEMS器件(12)上附有磷硅玻璃(11)時，在剝掉內腔(10)中的磷硅玻璃(11)之后，再在犧牲孔(9)處，濺射淀積金/鉻層(7)；
3.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(1)中，所述的蒸發淀積的鋁/鉻層(2)的厚度為鋁為140-160納米，鉻為25-35納米。
4.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(2)中，所述的光刻膠層(3)的厚度為16-20微米。
5.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(3)中，所述的鉻/金層(4)的厚度為50-500納米。
6.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(4)中，所述的樹脂膠(5)的厚度為28-33微米。
7.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(5)中，所述的鎳層(6)的厚度為35～40微米。
8.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(9)中，所述的金/鉻層(7)的厚度為金厚度范圍150～500納米，鉻厚度范圍20～50納米。微米。
9.根據權利要求1或2所述的低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，其特征是所述的步驟(10)中，所述的金層(8)厚度范圍5～50微米。
全文摘要
一種低溫集成的圓片級MEMS氣密性封裝工藝，包括以下步驟1.在硅基片(1)上，蒸發淀積一層鋁/鉻層(2)；2.在鋁/鉻層(2)及MEMS器件(12)的上面，投鑄一層光刻膠(3)，烘干；3.在硅基片(1)的上表面、鋁/鉻層(2)和光刻膠(3)上，蒸發淀積一層金/鉻層(4)；4.在金/鉻層(4)的周圍涂鑄一層樹脂膠(5)；5.在樹脂膠(5)中，電鍍一層鎳層(6)；6.暴露出鋁/鉻層(2)；7.形成犧牲孔(9)；8.將光刻膠(3)去掉；9.在原來鋁/鉻(2)層的位置，濺射淀積金/鉻層(7)；10.電鍍金層(8)，以封住犧牲孔(9)。本發明與現有技術相比，具有不變形、封裝質量高、體積減小、工藝簡單、成本低的優點。
文檔編號B81C99/00GK1594067SQ0315671
公開日2005年3月16日 申請日期2003年9月8日 優先權日2003年9月8日
發明者汪學方, 張鴻海, 劉勝, 王志勇, 馬斌, 賀德建 申請人:華中科技大學機械科學與工程學院