[发明专利]层叠结构同时静电封接方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器制造技术领域，是一种适用于容性敏感器件的层叠结构同时静电封接的方法。

背景技术

静电封接又称场助键合或阳极键合。它可以将玻璃与金属或半导体键合在一起而不用任何粘结剂。这种键合温度低、键合界面牢固、长期稳定性好，是传感器和集成电路制造技术的关键工艺。其封接工艺的示意图见图7，把将要键合的硅片1接电源正极，玻璃2接电源负极，封接电压500～1000V，封接温度300～500℃，封接时间10～20min。在电压作用下，玻璃中的Na+将向负极方向漂移，在紧邻硅片的玻璃表面形成耗尽层，耗尽层宽度约为几微米。耗尽层带有负电荷，硅片带正电荷，硅片和玻璃之间存在较大的静电引力，使二者紧密接触。这样外加电压就主要加在耗尽层上。通过电路中电流的变化情况可以反映出静电键合的过程。刚加上电压时，有一个较大的电流脉冲，后电流减小，最后几乎为零，说明此时键合已经完成。

静电封接工艺是目前半导体传感器制作中普遍采用的一项技术。但对于新近发展起来的新型的带有可动岛的结构型敏感器件，如差动硅电容力敏器件、差动电容型加速度器件等，上述常规的静电封接工艺已无法满足其小间隙(间隙通常小于10微米)封接的特殊要求。如图8所示：在硅片1和玻璃2封接的过程中，由于可动质量块4和玻璃2之间的间隙比较小，质量块4会在外加的封接电压的作用下，由于静电相吸质量块4被吸到玻璃2上，导致封接后质量块4和玻璃2被粘结在一起，这是不希望发生的，因为质量块4被粘结后不可移动，这种粘连会造成传感器封接后的性能失效。采用差动原理制作的传感器在封接另一面同样会遇到上述问题，如图9所示，上层的玻璃与硅片为采用图8方式已封接好的结构，与下层玻璃进行静电封接成差动传感器器件，也将引起极板粘连。而采用同电位法静电封接(一种传感器小间隙非粘连静电封接方法，专利号ZL03134138.1)可解决上述粘连问题，但需要硅极板和上、下玻璃极板分别进行两次单面封接才能完成整体器件的封接，且必须在玻璃极板2上制作金属电极并确保引出，步骤繁琐，效率低，不适合现阶段大批量生产的需要，所以研究一种高效便捷的适用于容性小间隙层叠结构敏感器件封接方法已势在必行。经国内外相关文献及专利报道的检索，目前还未见层叠结构同时静电封接工艺方法的报导。

发明内容

本发明目的是提供一种层叠结构同时静电封接方法，实现小间隙层叠结构的同时静电封接，解决小间隙层叠结构敏感器件进行静电封接时的粘连、单面分步封接对传感器性能的不良影响及生产效率低的问题。

本发明的层叠结构同时静电封接方法，采用的硅片为双面抛光硅片，加工电源为直流电源，包括采用溅射工艺、光刻腐蚀工艺，压焊工艺、静电封接工艺，其特征是层叠结构同时实现静电封接；电压引入方式：保证层叠结构中的各玻璃叠层同时施加等电位且接封接电压负极、各硅叠层同时施加等电位且接封接电压正极，在封接条件下实现层叠结构的同时静电封接；封接时的工艺参数要根据具体的层叠结构的结构参数的不同做适当的调整，必须要考虑不同叠层之间的温度梯度，使各叠层被封件的封接温度范围满足300℃～500℃，封接电压范围500V～2000V，封接时间为10min～20min。

本发明在常规静电封接工艺的基础上，采用层叠结构叠层同时引入电压的方式，使可动岛极板上下受到的静电力相等、方向相反，不发生位移改变，确保了硅可动极板初始间隙和挠度特性的对称一致，从而解决小间隙敏感器件惯有的静电封接时电极粘连问题，使得小间隙敏感器件采用静电封接实现全硬封连接成为了可能，确保了传感器蠕变更小，具有更可靠的长期稳定性。同时，本发明一次性完成差动敏感器件的层叠式结构全硬封连接，不仅确保了极板间隙的精确对称性控制，而且大大提高了封接的效率，更适合传感器产业化的需求。

另外在实现本发明的过程中，由于封接方式的改变，对封接工艺参数也要根据敏感器件的具体结构进行相应调整。同时要求被封接件表面高度洁净，平整度和光洁度要达到常规静电封接的技术要求。

本发明使用常规的静电封接装置即可完成，工艺操作方便，可高效一次性完成层叠器件的同时静电封接，可以使封接后的传感器具有良好的气密性和高的连接强度，并确保中心敏感硅片的初始间隙和挠度特性基本不受静电封接工艺的影响。由于实现的是材料之间的硬连接，蠕变小，有利于器件长期稳定的工作。同时层叠结构同时静电封接方法，在实现了小间隙器件非粘连封接的同时，提高了器件的性能，并使封接效率的明显提高，更加适于批量生产，是工程化生产的必由之路。

附图说明

图1为本发明实施例1中玻璃2a、2b的俯视图；