[发明专利]一种MEMS器件的气密性封装方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)加工技术领域，具体涉及一种基于中间层键合的气密性封装方法。

背景技术

目前已经开发出许多MEMS器件，但在实际应用过程中，封装技术一直是一个困扰MEMS器件开发和实用化的关键技术之一，气密性封装尤其困难。由于MEMS器件的复杂性，MEMS封装的成本占MEMS产品的70％～90％。封装是MEMS器件设计中的非常重要的一个环节。在一张硅片上，MEMS器件的尺寸可以从1μm到1mm以上。保存和工作过程中，外部的温度、湿度，机械振动，加速度，粉尘微粒，以及其它的物理伤害，甚至放射线都会对器件的工作产生不可预计的影响。然而大多数MEMS器件常常由多种材料组成，并且要处于各种高温、高湿或酸碱性恶劣环境下工作，所以这种复杂的结构对封装技术提出很高的要求，MEMS器件和大多数芯片只有在封装之后才能够实现其预先设计的功能。

封装的目的是将芯片与外部温度、湿度、空气等环境隔绝，其保护和电气绝缘作用；同时还可向外散热及释放应力。封装的气密性一般用阻挡和其扩散的能力来度量，漏气率低于1×10^-8cm³/s，则认为是气密的。气密性的好坏是决定器件性能的关键因素。

目前常见的气密性键合技术主要是的阳极键合、金属(包括各种金属合金)中间层键合和薄膜密封工艺等。阳极键合具有键合强度高、重复性好、气密性高等优点，但是该方法一般只限于硅-玻璃键合，键合温度为300～400℃，偏压为500～1000V，阳极键合键合过程中的高电压使其应用受到很大限制，且该方法对键合面的清洁度和平整度要求很高，因此生产效率低，容易产生开裂自动脱落等现象，总体成本较高。金属中间层键合对中间层材料成分和工艺参数控制要求很高，成品率低，该方法对键合面的清洁度和平整度要求也很高。薄膜密封技术利用牺牲层方法刻蚀出空腔结构，通过空腔上的小孔和沉积薄膜时的真空环境，使空腔具有一定真空度，薄膜有选择地沉积在小孔密封处，完成气密性封装，但牺牲层腐蚀时间过长且难以控制，甚至会对器件造成一定的损坏，此外，空腔的真空度受薄膜沉积工艺限制，同时，后续封孔薄膜刻蚀工艺也会影响该方法在器件中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可广泛应用的MEMS器件的气密性封装方法，该方法是一种基于中间层的键合技术，配合涂敷金属等气密性材料来实现MEMS器件的气密性封装。

本发明的技术方案如下：

一种MEMS器件的气密性封装方法，包括如下步骤：

(1)在基片A上加工出凹槽作为装放MEMS器件的容腔；

(2)在基片B的一面涂上具有黏附性的有机物质作为下一步键合的中间层；

(3)将基片B涂有黏附性有机物质的一面向下覆盖于凹槽上，通过中间层将基片A和B键合在一起；

(4)对基片B从背面进行加工，使之在凹槽上形成合适的顶盖图形，并去除未被顶盖覆盖的中间层部分；

(5)涂覆一层气密性材料覆盖住中间层的裸露部分，从而实现气密性封装。

上述步骤的工艺流程图如图1～5所示，其中，基片A和B所用的材料可以相同或不同，可以是半导体、玻璃、金属或者陶瓷。半导体、玻璃和金属都可以通过掩模版的方法进行腐蚀，如：硅片可以用KOH腐蚀，玻璃用HF腐蚀，金属都有自己各自对应的腐蚀速率快的酸，而陶瓷可以通过超声振动的方法来加工出容腔。

上述中间层的材料可以为任何具有黏附性的有机物质，只要可以实现将基片A和B键合在一起就行了，比如光刻胶SU8、AZ胶等，也可以是比如Polyimide(聚酰亚胺)，Parylene(聚对二甲苯)，BCB(苯并环丁烯)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PDMS(聚二甲基硅氧烷)等有机物质。对于不同中间层材料，键合的具体条件如压力、温度等可能会有所不同，但是总体来看都是在低温低压的范围内，一般温度不会高于250℃，外加压力视材料和键合接触面积而定，一般在2000N以下。

步骤(4)对基片B加工的方法和步骤(1)中加工凹槽的方法类似，根据材料的不同选择对应的有效的加工方法，比如常用的硅片可以通过KOH湿法腐蚀，此外也可以使用干法腐蚀或者干法湿法相结合的办法来加工出顶盖。去除中间层的方法根据中间层物质的性质而定：光刻胶可以通过曝光显影来除去，其它聚合物材料一般都可以用氧等离子或专用的腐蚀液去除。