CN1645059A - 硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，用硅帽与硅基传感器芯片的可动件进行真空密封性封装，形成可动件局部真空密封保护结构，该方法的工艺步骤包括制作硅帽；按设计的密封环图形制作金属掩模版；向硅基传感器芯片密封环表面上漏印密封浆料；在真空环境下将硅帽与密封浆料封固。本方法用于微电子机械(MEMS)硅基传感器可动件密封面上具有互连线时的局部真空密封保护结构的制作。

Description

硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法

(一)技术领域

本发明涉及一种硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，用于微电子机械(MEMS)的硅基传感器可动件密封面上有互连线时的局部真空密封保护结构的制作。

(二)背景技术

众所周知，如果要微机械硅基传感器可靠稳定工作，可动件的保护就成为可靠稳定工作的必要条件。可动件保护最有效的方法是对器件整体或局部进行密封，而可动件保护又分为一般性保护和真空密封保护。所谓一般性保护就是属于集成电路封装方式，如点焊、平行缝焊、焊料焊、冷焊和塑料封接等。而真空密封保护方式是将传感器件置于真空环境中，应用特殊的工艺如静电键合、金硅焊料、低熔玻璃焊料等进行封装。采用真空密封保护的理由是因为这类器件的可动部件只有在真空密封环境中才能进行无阻尼的运动，在有气体阻力时就不能正常稳定工作。例如谐振式压力传感器、陀螺仪传感器等都存在可动件的保护问题，而且是属于真空密封性保护。

当前可动件真空密封保护方法是在密封面无互连线的单一硅一玻璃静电键合与硅-硅键合。目前对可动件的密封面有互连线的局部真空密封保护结构的制作方法尚无报导。图1中表示了现有的一个硅基传感器芯片，其中具有一可动件1，可动件1上有互连线2，可动件1制作在硅片3上，硅片3与硅基4键合，硅基4与玻璃底5键合。图2表示在图1中的传感器可动件1上通过焊料玻璃7与硅帽6封装的真空密封保护结构。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题在于发明一种硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，使在硅基传感器可动件密封面上有互连线时能方便地制作成局部真空密封保护结构，以保证可动件可靠稳定地工作。

本发明解决上述技术问题的技术方案在于将硅帽与硅基传感器芯片的可动件进行真空密封性封装，形成可动件局部真空密封保护结构，其制作方法包括有如下的步骤：

(1)制作硅帽；

(2)按设计的密封环图形制作金属掩模版；

(3)向硅基传感器芯片密封环表面上漏印密封浆料；

(4)在真空环境下，将硅帽与密封浆料封固。

制作硅帽的工艺步骤为：

(1)按硅帽设计图形对未抛光的硅片进行掩蔽；

(2)用化学腐蚀方法形成硅帽腔。

所述的化学腐蚀方法是用氢氟酸∶氟化氨∶水＝3ml∶6g∶10ml溶液腐蚀硅帽腔表面的二氧化硅；再用硝酸∶氢氟酸＝10∶1溶液腐蚀二氧化硅8-10分钟，形成6--10μm深的硅帽腔。

向硅基传感器芯片密封环表面上漏印密封浆料的方法是：

(1)将低熔玻璃粉用酒精调制成密封浆料；

(2)在待漏印密封浆料的硅基传感器芯片密封环表面以外的部位上涂覆光刻胶保护层；

(3)用化学腐蚀方法使硅基传感器芯片密封环表面的硅粗糙；

(4)用所述的金属掩模版将密封浆料漏印到所述密封环表面上；

(5)将漏印有密封浆料的硅基传感器芯片在200℃烘箱中预烘烤15分钟。

所述的化学腐蚀方法是用氢氟酸∶50％稀硝酸∶冰醋酸＝1∶3∶1的比例配制成的溶液在常温下对密封环表面的硅腐蚀1分钟。

在真空环境下，硅帽与密封浆料封固的方法是：

(1)将硅帽置于烘干的密封浆料上，用10克的压块加压，并装于石英船内；

(2)将上述装有硅基传感器芯片的石英船置于真空度133×10^-3Pa，温度460±10℃的真空炉中加热6--10分钟后，推入冷却区冷却10--20分钟后取出，即制成所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构。

有益效果。由于本发明采用了上述的技术方案，能方便地在硅基传感器可动件上有互连线时制作成可动件的局部真空密封保护结构，保证了可动件可靠稳定地工作。

(四)附图说明

图1是本发明所述现有的一种硅基传感器芯片的结构剖面示意图；

图2是用本发明方法在图1中的硅基传感器芯片的可动件上制作局部真空密封保护结构后的剖面示意图。

(五)具体实施方式

本发明的具体实施方式不仅限于下面的描述，下面结合附图对本发明方法进行进一步说明。本发明方法包括以下步骤：

1、按硅帽设计图形制作硅帽6，具体工艺步骤是：

(1)按硅帽6设计图形对未抛光的硅片进行掩蔽。掩蔽的方法是用光刻胶(例如KPR胶)将设计硅帽腔以外的部分掩蔽起来，裸露出硅帽腔。

(2)用化学腐蚀方法形成硅帽腔8。所述的化学腐蚀方法是用氢氟酸∶氟化铵∶水＝3ml∶6g∶10ml溶液腐蚀硅帽腔表面的二氧化硅(SiO₂)；再用硝酸∶氢氟酸＝10∶1溶液腐蚀二氧化硅(SiO₂)下面的硅8--10分钟，形成6--10μm深的硅帽腔8。

2、按设计的密封环图形制作金属掩模版。即用通用的方法将密封环图形数据输入计算机，在0.1mm厚的不锈钢片上，采用KLS-126激光机刻蚀，按程序制作成金属掩模版。

3、向硅基传感器芯片密封环表面上漏印密封浆料。其工艺步骤为：

(1)将低熔玻璃粉用酒精调制成密封浆料。低熔玻璃粉采用中国建材研究院玻璃研究所生产的NS系列低熔玻璃粉，用通用的方法，以10～20％的酒精调制成密封浆料。

(2)在待漏印密封浆料的硅基传感器芯片密封环表面以外的部位上涂覆光刻胶(例如KPR胶)保护层。

(3)用化学腐蚀方法使硅基传感器芯片密封环表面的硅粗糙。所述化学腐蚀方法为：用氢氟酸∶50％稀硝酸∶冰醋酸＝1∶3∶1的比例配制成的溶液在常温下对密封环表面的硅腐蚀1分钟。

(4)用所述的金属掩模版将密封浆料漏印到所述密封环表面上。即将待漏印的硅基传感器芯片放在中国熊猫集团生产的SY-00手动丝网印刷机的夹具中，真空吸住，调准对位标记，套上金属掩模版，将调制好的密封浆料漏印到密封环上。

(5)将漏印有密封浆料的硅基传感器芯片在200℃烘箱中预烘烤15分钟。

4、在真空环境下，将硅帽6与密封浆料封固。其工艺步骤是：

(1)将硅帽6置于烘干的密封浆料上，用10克的压块加压，并装于石英船内，待设备运转正常；

(2)将所述装有硅基传感器芯片的石英船置于真空度133×10^-3Pa，温度460±10℃的真空炉中加热6--10分钟后，密封浆料转化为焊料玻璃7，推入冷却区冷却10--20分钟后取出，完成所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作。

图1、图2中，1表示可动件，2表示互连线，3表示硅片，4表示硅基，5表示玻璃底，6表示硅帽，7表示焊料玻璃，8表示硅帽腔。本发明方法所用的所有化学试剂均为化学纯。

Claims (6)

1、一种硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，将硅帽与硅基传感器芯片的可动件进行真空密封性封装，形成可动件局部真空密封保护结构，其特征在于：该方法包括有如下步骤：

(1)制作硅帽；

(2)按设计的密封环图形制作金属掩模版；

(3)向硅基传感器芯片密封环表面上漏印密封浆料；

(4)在真空环境下，将硅帽与密封浆料封固。

2、根据权利要求1所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，其特征在于：制作硅帽的工艺步骤为：

(1)按硅帽设计图形对未抛光的硅片进行掩蔽；

(2)用化学腐蚀方法形成硅帽腔

3、根据权利要求2所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，其特征在于：所述的化学腐蚀方法是用氢氟酸∶氟化铵∶水＝3ml∶6g∶10ml溶液腐蚀硅帽腔表面的二氧化硅；再用硝酸∶氢氟酸＝10∶1溶液腐蚀二氧化硅下面的硅8--10分钟，形成6--10μm深的硅帽腔。

4、根据权利要求1所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，其特征在于：向硅基传感器芯片密封环表面上漏印密封浆料的方法是：

(1)将低熔玻璃粉用酒精调制成密封浆料；

(2)在待漏印密封浆料的硅基传感器芯片密封环表面以外的部位上涂覆光刻胶保护层；

(3)用化学腐蚀方法使硅基传感器芯片密封环表面的硅粗糙；

(4)用所述的金属掩模版将密封浆料漏印到所述密封环表面上；

(5)将漏印有密封浆料的硅基传感器芯片在200℃烘箱中预烘烤15分钟。

5、根据权利要求4所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，其特征在于：所述化学腐蚀方法是用氢氟酸∶50％稀硝酸∶冰醋酸＝1∶3∶1的比例配制成的溶液在常温下对密封环表面的硅腐蚀1分钟。

6、根据权利要求1所述的硅基传感器可动件局部真空密封保护结构的制作方法，其特征在于：在真空环境下，硅帽与密封浆料封固的方法是：

(1)将硅帽置于烘干的密封浆料上，用10克的压块加压，并装于石英船内；

(2)将所述装有硅基传感器芯片的石英船置于真空度133×10^-3Pa，温度460±10℃的真空炉中加热6--10分钟后，推入冷却区冷却10--20分钟后取出。

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