專利名稱：應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機械加工技術(shù)，具體地說是硅-硅鍵合技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前對微機械(MEMS)的研究還主要是基于硅材料。對于MEMS中的機械加工，有兩種技術(shù)使用最為廣泛——表面微機械加工技術(shù)和體硅微機械加工技術(shù)。表面微機械加工技術(shù)主要是結(jié)構(gòu)層及犧牲層的制備和腐蝕。由于表面微機械加工技術(shù)與IC平面工藝兼容性好，因此它得到了廣泛地應(yīng)用。但是，這種工藝加工的機械部件的縱向尺寸往往受到限制(2～5μm)。體硅加工技術(shù)主要是濕法腐蝕和干法腐蝕。它加工的機械部件各方向尺寸幾乎沒有限制，給系統(tǒng)設(shè)計者極大的靈活性，是真正意義上的三維技術(shù)。但體硅加工技術(shù)與IC工藝兼容性不太好。唯有硅片鍵合技術(shù)才能有效地克服此問題。鍵合是指通過化學(xué)和物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其它材料緊密地結(jié)合起來的方法。硅片鍵合雖然不是微機械加工的直接手段，卻在微機械加工中有著重要地位。它往往與其他手段結(jié)合使用，既可對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐和保護(hù)，又可實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)之間或機械結(jié)構(gòu)與電路之間的電學(xué)連接。理論上IC可以集成在任何鍵合硅片上，但常規(guī)鍵合技術(shù)為了使鍵合界面達(dá)到一定的強度，常常要用到高溫(1000℃以上)退火，從而帶來許多負(fù)效應(yīng)。高溫會引起摻雜的再分布，熱膨脹會帶來應(yīng)力，如果有IC存在并有鋁引線時，溫度超過鋁硅共晶點引起器件失效。為了使鍵合能更好地應(yīng)用于MEMS中，有必要研究低溫鍵合。高溫處理在鍵合中的作用是增強鍵合強度。因此低溫鍵合的含義就是退火溫度較低而鍵合強度要達(dá)到一定的要求。目前，硅片鍵合技術(shù)主要有硅/玻璃陽極鍵合法、硅/硅直接鍵合法和玻璃焊料燒結(jié)法等。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以消除硅微機械傳感器鍵合高溫鍵合引起摻雜的再分布，熱膨脹帶來的應(yīng)力以及溫度超過鋁硅共晶點引起器件失效等問題的應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的a.在采用平面IC工藝在兩面制作有正面圖形和背面圖形的主芯片的兩面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在兩面的邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；b.在制作有加速度傳感器上蓋圖形的上蓋的有圖形面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；c.在制作有加速度傳感器下蓋圖形的下蓋的有圖形面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；d.將制作的上蓋、主芯片、下蓋對準(zhǔn)，在360℃-380℃溫度下，并保溫25-35分鐘進(jìn)行鍵合。
本發(fā)明還可以包括這樣一些特征特征1、所述的濺射的金屬合金薄膜有三層，第一層為Cr金屬，第二層為Cr-Si合金，第三層為Au金屬。
2、所述的濺射的金屬合金薄膜的厚度分別為Cr-0.1μm、Cr-Si合金-0.1μm、Au-0.5μm。
3、Cr-Si合金二相系硅含量為30at.％。
4、最佳鍵合溫度370℃，最佳鍵合時間30分鐘。
本發(fā)明針對需要解決的技術(shù)問題，是針對硅微機械(MEMS)傳感器鍵合高溫鍵合會引起摻雜的再分布，熱膨脹會帶來應(yīng)力以及溫度超過鋁硅共晶點引起器件失效等問題，發(fā)明了一種利用金硅共熔具有低共熔點的低溫鍵合方法制作成加速度傳感器。加速度傳感器是由上蓋、主芯片及下蓋組成。上蓋、主芯片及下蓋通過濺射或蒸發(fā)方法沉積鉻膜、鉻-硅合金膜和金膜三層薄膜，通過光刻形成金屬共熔區(qū)，上蓋、主芯片及下蓋利用金屬共熔區(qū)產(chǎn)生共熔封接在一起。其有益效果是，硅片鍵合雖然不是MEMS微機械加工的直接手段，卻在微機械加工中有著重要地位。它往往與其他手段結(jié)合使用，既可對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐和保護(hù)，又可實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)之間或機械結(jié)構(gòu)與電路之間的電學(xué)連接。利用金-硅共熔鍵合可實現(xiàn)硅-硅低溫鍵合，對MEMS技術(shù)發(fā)展起到支撐的作用。


圖1為主芯片正面版圖；圖2為主芯片背面版圖；圖3為上蓋版圖；圖4為下蓋版圖；圖5為加速度計結(jié)構(gòu)圖。
(五)具體實施方案下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述a.按照圖1所示版圖采用平面IC工藝制作主芯片正面圖形，包括氧化、光刻、離子注入、雙面濺射金屬合金薄膜、通過光刻形成金屬共熔區(qū)；b.按照圖2所示版圖制作主芯片背面圖形，通過光刻形成金屬共熔區(qū)，采用等離子體刻蝕技術(shù)制作加速度計彈性梁；c.按照圖3所示版圖制作加速度計上蓋圖形，通過光刻形成金屬共熔區(qū)；
d.按照圖4所示版圖制作加速度計下蓋圖形，通過光刻形成金屬共熔區(qū)；e.將制作的主芯片、上蓋、下蓋在金屬共熔區(qū)進(jìn)行對準(zhǔn)鍵合。
其中濺射的金屬合金薄膜為Cr金屬、Cr-Si合金、Au金屬，其厚度為Cr-0.1μm、Cr-Si合金-0.1μm、Au-0.5μm；Cr-Si合金二相系硅含量為30at.％。鍵合溫度370℃，時間30分鐘。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)，其特征是a.在采用平面IC工藝在兩面制作有正面圖形和背面圖形的主芯片的兩面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在兩面的邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；b.在制作有加速度傳感器上蓋圖形的上蓋的有圖形面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；c.在制作有加速度傳感器下蓋圖形的下蓋的有圖形面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；d.將制作的上蓋、主芯片、下蓋對準(zhǔn)，在360℃-380℃溫度下，并保溫25-35分鐘進(jìn)行鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)，其特征是所述的濺射的金屬合金薄膜有三層，第一層為Cr金屬，第二層為Cr-Si合金，第三層為Au金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)，其特征是所述的濺射的金屬合金薄膜的厚度分別為Cr-0.1μm、Cr-Si合金-0.1μm、Au-0.5μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)，其特征是Au-Si合金二相系硅含量為309at.％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項所述的應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)，其特征是最佳鍵合溫度370℃，最佳鍵合時間30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種應(yīng)用于硅微加速度傳感器的鍵合技術(shù)。在采用平面IC工藝在兩面制作有正面圖形和背面圖形的主芯片的兩面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在兩面的邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；在制作有加速度傳感器上蓋圖形的上蓋的有圖形面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；在制作有加速度傳感器下蓋圖形的下蓋的有圖形面濺射金屬合金薄膜，通過光刻在邊緣區(qū)域形成金屬共熔區(qū)；將制作的上蓋、主芯片、下蓋對準(zhǔn)，在360℃－380℃溫度下，并保溫25－35分鐘進(jìn)行鍵合。本發(fā)明的方法可以消除硅微機械傳感器鍵合高溫鍵合引起摻雜的再分布，熱膨脹帶來的應(yīng)力以及溫度超過鋁硅共晶點引起器件失效等問題。
文檔編號B81C1/00GK1837828SQ20051000984
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者張精華, 遲曉珠, 吳亞林, 郭猛, 秦永和 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所