Soi片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MEMS圓片級(jí)真空封裝中過孔焊盤的制作方法。該制作方法利用SOI基片內(nèi)過孔的特殊結(jié)構(gòu)，采用電化學(xué)腐蝕的方法制作過孔內(nèi)的焊盤，有效解決了SOI片基底層背面金屬的電氣短路問題，具有成本低、適用于批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種MEMS圓片級(jí)真空封裝中SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)它在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科，其在幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]真空封裝對(duì)MEMS微傳感器有著至關(guān)重要的作用，它一方面能夠保護(hù)微傳感器中的可動(dòng)部件，使其不易損壞；另一方，它能夠隔離外界環(huán)境(比如氣體、濕度、灰塵等)，使得陀螺、加速度計(jì)、壓力傳感器、RF開關(guān)等能夠正常工作。真空封裝可分為管殼級(jí)和圓片級(jí)兩種方式，其中圓片級(jí)真空封裝具有批量化處理、產(chǎn)量高、易于集成等特點(diǎn)，是一項(xiàng)具有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。
[0004]適用于MEMS圓片級(jí)真空封裝方式主要包括:硅硅熔融鍵合，硅玻璃陽極鍵合，玻璃焊料鍵合，金屬中間層熱壓鍵合，以及薄膜沉積封裝等。其中，硅玻璃陽極鍵合具有鍵合強(qiáng)度高、鍵合溫度低、無需中間層等特點(diǎn)，是目前使用較多的一種封裝方式。
[0005]由于真空封裝需要對(duì)真空腔室進(jìn)行密封，所以往往伴隨著引線互連的問題。其中，硅玻璃陽極鍵合真空封裝方式的引線互連通常有以下三種解決方案:
[0006]方式一:玻璃通孔引線；
[0007]在玻璃上加工通孔，通常采用磨料超聲加工和激光燒灼加工兩種方式來實(shí)現(xiàn)。但這兩種加工方式都存在一定的問題，磨料超聲加工受到加工探頭尺寸的限制，通孔尺寸不能太小，而且玻璃在加工過程中容易破損，成品率低；而采用激光開孔，由于玻璃局部受熱，通常在受熱局部產(chǎn)生變形，導(dǎo)致玻璃的平整度變差，從而導(dǎo)致其鍵合的密封性差。雖然通過對(duì)激光開孔的玻璃片進(jìn)行拋光處理可以改善其平整度，但成本較高且效率相對(duì)較低，不利于降低成本。
[0008]方式二:S0I通孔引線；
[0009]SOI通孔引線互連，通常采用深刻蝕技術(shù)在SOI片上刻蝕通孔，對(duì)通孔內(nèi)壁進(jìn)行絕緣后，再在通孔內(nèi)電鍍銅以填充，實(shí)現(xiàn)電連接。雖然在硅基片加工通孔與MEMS工藝兼容，加工相對(duì)容易，能夠避免玻璃加工的復(fù)雜度。但由于銅與硅的熱膨脹系數(shù)不匹配，由溫度變化帶來的熱應(yīng)力較大，從而影響傳感器的性能。而且，存在電鍍工藝參數(shù)依賴的問題，如果電鍍參數(shù)不優(yōu)，則在電鍍沉積的銅柱內(nèi)部容易產(chǎn)生孔洞，影響真空封裝的密封性。
[0010]方式三:S0I過孔引線；
[0011]帶過孔的SOI圓片封裝技術(shù)，即在器件層上加工所需的結(jié)構(gòu)、在基底層上刻蝕過孔用于引線互連。過孔的制作使用了與MEMS兼容的光刻、深刻蝕等技術(shù)，工藝成熟，且相對(duì)簡單，另外只在器件層上濺射一層薄金屬，由熱膨脹所帶來的熱應(yīng)力相比通孔電鍍金屬化工藝的熱應(yīng)力小，對(duì)傳感器的性能有利。同時(shí)避免了器件層穿孔，因而有效的避免了由于穿孔所帶來的漏氣問題，適合真空密封封裝。但要實(shí)現(xiàn)引線互連，還需在SOI器件層上制作金基焊盤，也就是在過孔內(nèi)制作一層金屬，以降低引線互連的接觸電阻。
[0012]在上述方式三的SOI過孔引線中，金基焊盤制作可以采用光刻膠掩膜技術(shù)和硬掩膜技術(shù)。其中光刻膠掩膜技術(shù)可以使用旋涂和干膜沉積兩種方式實(shí)現(xiàn)。
[0013]旋涂光刻膠工藝是通常使用的一種方式，但考慮到SOI基底層已經(jīng)開孔，旋涂的光刻膠在高度圖形化的表面難以存留，且在坑槽底部光刻膠太厚，無法曝光去除，因此無法實(shí)現(xiàn)圖形化轉(zhuǎn)移，不能制作所需的焊盤。而采用立體噴膠工藝可以不受高度圖形化表面的限制，但該工藝需要專用的干膜沉積設(shè)備，加工成本較高。而且，在圖形化表面光刻屬于接近式曝光，由此帶來的光衍射的問題也在一定程度影響光刻的精度。
[0014]硬掩膜技術(shù)可以在高度結(jié)構(gòu)化的圓片上實(shí)現(xiàn)金屬薄膜的圖形化，但其對(duì)準(zhǔn)精度差，限制了它的使用范圍。同時(shí)由于濺射工藝的無指向性，通常濺射后，過孔側(cè)壁與SOI器件層連通，造成器件短路。
[0015]雖然采用帶過孔的SOI片來實(shí)現(xiàn)硅玻璃陽極鍵合真空封裝的引線互連具有加工簡單、封裝應(yīng)力低、密封性好等優(yōu)勢(shì)，但該種引線方式中焊盤的制作并不容易，可行的解決方案需要昂貴的專用的設(shè)備，在一定程度上限制了其使用，同時(shí)不利于降低成本。因此，該種封裝方式仍需要一種簡單方便、成品率高的金屬引線互連的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016](一)要解決的技術(shù)問題
[0017]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、成本低廉的SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法。
[0018](二)技術(shù)方案
[0019]本發(fā)明SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法包括:步驟A:提供具有過孔的SOI片，其中，該SOI片的基底層與絕緣層之間的位置形成有屋檐結(jié)構(gòu)；步驟B:在SOI片的背面沉積金屬薄膜，該金屬薄膜在SOI片的背面連成一片，其覆蓋范圍包括:過孔側(cè)面、屋檐結(jié)構(gòu)的下方，及過孔內(nèi)SOI片器件層的背面，即預(yù)設(shè)金屬焊盤的位置；步驟C:將SOI片浸入腐蝕液中，電化學(xué)腐蝕電路的陽極連接至SOI片的基底層；陰極連接至同樣浸入腐蝕液中的陰極片，其中，腐蝕液中包括能夠?qū)饘俦∧ぎa(chǎn)生腐蝕作用的離子；步驟E:向SOI片的基底層輸出高于金屬薄膜電離電勢(shì)的電壓，直至屋檐結(jié)構(gòu)下方的金屬薄膜被腐蝕掉，過孔內(nèi)SOI片器件層的背面的剩余金屬薄膜形成金屬焊盤，且過孔側(cè)面的金屬薄膜與該金屬焊盤斷開電連接；以及步驟F:繼續(xù)向SOI片的基底層輸出高于金屬薄膜電離電勢(shì)的電壓，過孔側(cè)面的金屬薄膜被繼續(xù)腐蝕直至消失，而金屬焊盤由于電連接斷開不繼續(xù)腐蝕而得以保留。
[0020](三)有益效果
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法具有以下有益效果:
[0022](I)采用電化學(xué)腐蝕，而非光刻膠掩膜技術(shù)和硬掩膜技術(shù)，簡化了工藝，降低了成本；
[0023](2)針對(duì)沉積金屬引起的電氣短路問題，使用控制電路和提高反應(yīng)均勻性的方法解決電氣短路造成的方法失效問題；
[0024](3)使用的設(shè)備簡單，僅需一臺(tái)直流穩(wěn)壓源，壓控開關(guān)，信號(hào)發(fā)生器，簡易真空系統(tǒng)，磁力器等，對(duì)設(shè)備需求少、工藝簡單、成本低，并且同時(shí)可對(duì)多個(gè)SOI片進(jìn)行制備，適于批量化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為電化學(xué)腐蝕Au的原理示意圖；
[0026]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例MEMS圓片級(jí)真空封裝中過孔焊盤的制作方法的示意圖；
[0027]圖3為采用圖2所示制備方法制備過孔焊盤后的SOI片與玻璃蓋帽鍵合封裝的示意圖。
[0028]【符號(hào)說明】
[0029]10-含氯離子(CD的腐蝕液；
[0030]20-S0I 片
[0031]21-器件層；22-絕緣層；
[0032]23-基底層；24-屋檐結(jié)構(gòu)；
[0033]21a-沉積于器件層背面的Cr/Au薄膜
[0034]21b-制作于器件層內(nèi)的諧振器；
[0035]23a-沉積于基底層背面以及過孔側(cè)面的Cr/Au薄膜
[0036]30-電化學(xué)腐蝕的陰極
[0037]31-硅片基底；31a-形成于硅片基底上的電極。
[0038]40-電化學(xué)腐蝕電路；
[0039]41-直流穩(wěn)壓源； 42-信號(hào)發(fā)生器；
[0040]43-PM0S 管；
[0041]50-磁力攪拌器；
[0042]51-攪拌子；
[0043]A-玻璃蓋帽。

【具體實(shí)施方式】
[0044]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)的說明。需要說明的是，在附圖或說明書的描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0045]本發(fā)明利用SOI片特殊的三層結(jié)構(gòu)，采用電化學(xué)腐蝕方法，實(shí)現(xiàn)了無掩膜的Au焊盤的制作。
[0046]在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行介紹之前，首先對(duì)電化學(xué)腐蝕Au的原理介紹如下:圖1為在SOI片上電化學(xué)腐蝕Au的原理示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，提供高于Au電極電離的電勢(shì)，Au容易失去電子，在氯離子(CD的環(huán)境下，被其氧化成三價(jià)離子，生成絡(luò)合物[AuC14]_，其反應(yīng)離子方程式如下所示:
[0047]Au+4Cr_3e — [AuCl4F
[0048]利用上述電化學(xué)腐蝕的原理，只有電連接的Au才會(huì)被腐蝕，而未經(jīng)電連接的Au則被保留。
[0049]請(qǐng)參照?qǐng)D1，SOI片包含三層:器件層21、絕緣層22和基底層23。在基底層23上形成過孔圖形，利用氫氟酸緩沖液腐蝕掩埋的二氧化硅絕緣層，并在此SOI片上濺射一層Cr/Au金屬薄膜來制作引線焊盤。其中，基底層23的電阻率較低，該基底層23以及形成于其上的Cr/Au金屬薄膜可以認(rèn)為是電連接的，在電化學(xué)腐蝕過程中，沉積于基底層背面以及過孔側(cè)面的Cr/Au金屬薄膜23a會(huì)被腐蝕，而形成于沉積于器件層背面的Cr/Au金屬薄膜21a，由于其并沒有和基底層23電連接，因此其并不會(huì)被腐蝕。
[0050]可見，采用這種電化學(xué)腐蝕方式無需光刻膠掩膜，只需制作好電絕緣結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)Au的選擇性腐蝕。而Au焊盤的圖形取決于SOI刻蝕圖形，因此可以實(shí)現(xiàn)了無掩膜的焊盤定型。
[0051]在本發(fā)明的第一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種SOI片過孔內(nèi)金基焊盤的制作方法。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法的示意圖。如圖2所示，該制作方法包括:
[0052]步驟A:提供具有過孔的SOI片，其中，該SOI片的基底層上的過孔尺寸相對(duì)于絕緣層被去除的氧化硅尺寸小，形成屋檐結(jié)構(gòu)24 ；
[0053]本實(shí)施例中，是以帶過孔的4寸極低電阻率SOI片為基礎(chǔ)，SOI器件層用來制作傳感器芯片，基底層用來制作過孔，該過孔則用作引線孔。
[0054]在該SOI片上，事先制備有過孔。SOI過孔的制作工藝如下:首先在SOI基底層旋涂一層光刻膠，曝光顯影后形成過孔圖形；利用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(DRIE)刻蝕SOI基底層，直到氧化硅自停止層；之后，利用氫氟酸緩沖液腐蝕掩埋的二氧化硅絕緣層。
[0055]需要指出的是，采用濕法腐蝕氧化硅絕緣層，通常由于側(cè)鉆，基底層上的過孔尺寸相對(duì)于絕緣層被去除的氧化硅尺寸小，因此形成了屋檐結(jié)構(gòu)24。
[0056]步驟B:在SOI片的背面沉積金屬薄膜，該金屬薄膜在SOI片的背面連成一片，其覆蓋范圍包括:S0I片的基底層23的背面、過孔的側(cè)面、屋檐結(jié)構(gòu)24的下方，及過孔內(nèi)SOI片器件層的背面，其中，過孔內(nèi)SOI片器件層的背面為預(yù)設(shè)的金屬焊盤位置；
[0057]本實(shí)施例中，金屬薄膜為Cr/Au膜，采用濺射工藝沉積。其中，Cr層用作粘附層，增加Au膜與基底的粘附性。由于濺射的無指向性，在“屋檐”結(jié)構(gòu)的下方也能覆蓋一層很薄的Cr/Au薄膜。但其厚度相對(duì)于敞開的區(qū)域，如SOI片基底層的背面，要相對(duì)薄的多。
[0058]如不做處理，直接用圖1所示的原理圖來腐蝕，由于器件層與基底層連通，在基底層上加電壓的同時(shí)器件層也具有相同的電勢(shì)，因此選擇性效果差或者不能實(shí)現(xiàn)選擇性刻蝕的效果。為提高選擇性刻蝕的效果，必須切斷器件層與基底層的電連接，主要基于如下兩個(gè)基礎(chǔ):
[0059]1.“屋檐”結(jié)構(gòu)下濺射的金屬厚度比開敞區(qū)域相對(duì)薄。只要腐蝕速率一致，當(dāng)“屋檐”結(jié)構(gòu)下方的Au被去除，過孔表面的Au薄膜只是稍微減薄，不影響引線互連。
[0060]2.除了 Au薄膜，Cr薄膜雖然電阻率稍高，但同樣會(huì)引起SOI器件層與基底層的短路。因此，當(dāng)“屋檐”結(jié)構(gòu)下方的Au被去除后，必須立即去除暴露的Cr，實(shí)現(xiàn)徹底的電氣絕緣。
[0061]本實(shí)施例中，SOI片上的過孔的制作是在平面上完成光刻圖形轉(zhuǎn)移的，然后深刻蝕形成過孔，因此過孔的制作精度高。而采用基于電化學(xué)腐蝕的過孔Au焊盤的圖形與過孔圖形一致，幾乎無損失，因此相對(duì)于硬掩膜圖形化工藝，其精度高很多。
[0062]需要說明的是，采用濺射、蒸鍍或者電子束蒸發(fā)等方式制備的SOI片背面的金基薄膜是連通為一片的，會(huì)導(dǎo)致電氣短路問題。針對(duì)該電氣短路問題，在本實(shí)施例中采用方波電壓和提高反應(yīng)均勻性的方法解決，具體如下所述。
[0063]步驟C:將SOI片浸入腐蝕液中，電化學(xué)腐蝕電路40的陽極連接至SOI片的基底層23;陰極連接至同樣浸入腐蝕液中的陰極片，其中，腐蝕液為能夠提供氯離子(CD的酸性腐蝕液；
[0064]對(duì)應(yīng)于本實(shí)施例所采用的Cr/Au膜，腐蝕液為Imol.T1NaCl溶液與37%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的濃HCl混合溶液，兩種溶液的體積比為10: I。腐蝕液的量應(yīng)當(dāng)滿足能夠?qū)OI片除預(yù)留邊緣之外的其他部分浸入。該預(yù)留邊緣用于接電，應(yīng)注意避免接線夾具接觸溶液而腐蝕。具體而言，本實(shí)施例中，配制混合腐蝕液，配制IL NaCl溶液(Imol.L—1)于燒杯，再向該溶液中加入10mL HCl鹽酸(37% )，攪拌充分，即可完成腐蝕液的配置。
[0065]使用HCl與NaCl混合的腐蝕液除了增加腐蝕液中的Cl_濃度外，HCl能夠在Cl_腐蝕Au后去除SOI上Cr薄層，徹底切斷器件層與基底層的電連接。
[0066]陰極30采用鉬金(Pt)制作。其制作流程為:選取一片清洗好的4寸低電阻率硅片31，在一面濺射厚度為Cr/Pt薄膜32。采用鉬金電極的原因在于其耐腐蝕同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性。濺射好Cr/Au薄膜的帶過孔SOI片作為陽極。將上述陰極和陽極放入4寸玻璃架，陽極的Au與陰極的Pt相向放置，并浸泡在腐蝕液中。
[0067]本實(shí)施例中，金屬薄膜中黏附層金屬采用Cr，故而在腐蝕液中采用HC1，當(dāng)然，該黏附層金屬Cr可用其他金屬代替，并用相應(yīng)的腐蝕液代替HCl即可，例如，采用Ti作為黏附層金屬，由H2SO4和H2O2代替鹽酸；采用Ni作為黏附層金屬的話，可以直接用HC1。
[0068]本實(shí)施例中，采用NaCl溶液來提供氯離子(Cl—)，但本發(fā)明并不以此為限。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以用KCl、MgCl2等含氯離子、易電離的其他鹽類代替。
[0069]此外，本實(shí)施例中，腐蝕液中僅由NaCl溶液和鹽酸溶液混合而成，但本發(fā)明并不以此為限，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要在該腐蝕液中添加其他物質(zhì)，例如催化劑材料等等，只要其含有一定濃度的Cl—離子和H+離子即可。
[0070]步驟D:將腐蝕液、浸入腐蝕液的SOI片和陰極片，以及電化學(xué)腐蝕電路的相關(guān)部分置于密閉容器中，抽取真空并保持預(yù)設(shè)時(shí)間，以排除過孔中密封的氣泡以及腐蝕液中溶解的氣體，使腐蝕液與SOI片上的金屬薄膜充分接觸。
[0071]本實(shí)施例中，將上述部件放入密閉容器后，開啟真空泵，在達(dá)到1Pa之后，保持15min以上的時(shí)間。需要說明的，抽真空僅是本發(fā)明優(yōu)選的方案，在不抽真空的情況下也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0072]步驟E:向SOI片的基底層輸出高于Au電離電勢(shì)的電壓，使屋檐結(jié)構(gòu)24下方的金屬薄膜被完全腐蝕掉，過孔內(nèi)SOI片器件層的背面的剩余金屬薄膜形成金屬焊盤，且過孔側(cè)面的金屬薄膜與該金屬焊盤斷開電連接；
[0073]本實(shí)施例中，需要將腐蝕液、浸入腐蝕液的SOI片和陰極片，以及電化學(xué)腐蝕電路的相關(guān)部分從密閉容器中取出，而后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕過程。
[0074]如上所述，“屋檐”結(jié)構(gòu)下濺射的金屬厚度比開敞區(qū)域相對(duì)薄。只要腐蝕速率一致，當(dāng)“屋檐”結(jié)構(gòu)下方的Au被去除，過孔表面的Au薄膜只是稍微減薄，不影響引線互連。而一旦“屋檐”結(jié)構(gòu)下方的Au被去除，由于電路斷開，過孔內(nèi)的金屬薄膜將不會(huì)被進(jìn)一步腐蝕，被腐蝕的僅為基底層背面以及過孔側(cè)面的金屬薄膜。
[0075]步驟F:繼續(xù)向SOI片的基底層輸出高于Au電離電勢(shì)的電壓，過孔的側(cè)面及SOI片的基底層(23)背面的金屬薄膜被繼續(xù)腐蝕，直至完全消失，而金屬焊盤由于電連接斷開而不繼續(xù)腐蝕得到保留且僅保留。
[0076]需要說明的是，向SOI片的基底層輸出電壓并不是直流電壓，而為幅度介于V1?3V!的方波，其中，V1 SAu電離電勢(shì)，約IV。該方波的占空比介于10%?40%之間，周期介于2?5min之間。
[0077]請(qǐng)參照?qǐng)D2，電化學(xué)腐蝕電路40包括直流穩(wěn)壓源41，信號(hào)發(fā)生器42，以及PMOS管43。直流穩(wěn)壓源41的正輸出端與PMOS管43的源極連接，PMOS管43的柵極接信號(hào)源信號(hào)輸出端，PMOS管43的漏極連接上述陽極。直流穩(wěn)壓源41的負(fù)輸出端連接信號(hào)發(fā)生器42的地，同時(shí)連接陰極片，具體如圖2所示。
[0078]其中，信號(hào)發(fā)生器42產(chǎn)生周期為3min，占空比80%的方波，其中低電平0V，高電平>1.2V。低電平控制開關(guān)連通，高電平關(guān)斷通路。直流穩(wěn)壓源電壓調(diào)整為1.2V。在該電壓下，Au的腐蝕速率較快，同時(shí)可以減少其他的化學(xué)反應(yīng)，如水的電離。
[0079]需要說明的是，在電化學(xué)腐蝕的過程中，為了補(bǔ)償金屬膜在屋檐處的低的離子交換速率，減少金屬膜在表面與屋檐處的反應(yīng)速度差，加快腐蝕的進(jìn)度并提高效果，將腐蝕液放在磁力攪拌器50上，對(duì)腐蝕液進(jìn)行攪拌，其中，51為攪拌子。采用磁力攪拌器，在反應(yīng)過程中充分?jǐn)嚢?，一方面能夠加速反?yīng)進(jìn)行，另一方面能夠加快過孔中離子交換速度，加快過孔內(nèi)的反應(yīng)速度，減小過孔內(nèi)與表面反應(yīng)速度差，提高腐蝕的均勻性。
[0080]本實(shí)施例中，相對(duì)于Au的電化學(xué)腐蝕，Cr的腐蝕速率較慢，采用方波控制PMOS管43，在腐蝕Au —段時(shí)間后，信號(hào)發(fā)生器改變狀態(tài)，關(guān)斷開關(guān)，Au的腐蝕停止，但暴露的Cr在此間歇的時(shí)間內(nèi)仍可被HCl腐蝕。經(jīng)過數(shù)個(gè)周期的循環(huán)，該方法能夠有效的補(bǔ)償Cr腐蝕速率慢的缺點(diǎn)，能夠有效的切斷濺射帶來的短路問題。
[0081]可見，本實(shí)施例的實(shí)施僅需一臺(tái)直流穩(wěn)壓源，PMOS管，信號(hào)發(fā)生器，簡易真空系統(tǒng)，磁力器等，非常簡單。相對(duì)于有掩膜的工藝，無需光刻膠、勻膠機(jī)、掩模板等材料設(shè)備，同時(shí)減少了光刻圖形轉(zhuǎn)移等步驟，簡化了制作工藝流程。同時(shí)多片SOI片可并聯(lián)接入腐蝕液，批量化處理，適用于批量化生產(chǎn)。
[0082]采用本實(shí)施例的方法在SOI片上去除了基底層背面以及過孔側(cè)面的金屬薄膜、僅保留過孔底部、器件層背面的金屬薄膜，之后，將該SOI片與相應(yīng)的玻璃蓋帽A結(jié)合，完成硅玻璃陽極鍵合真空封裝。其中，21b為SOI片的器件層內(nèi)的器件-諧振器，如圖3所示。
[0083]此外，除了硅玻璃陽極鍵合之外，基于SOI過孔Au焊盤的引線方案同時(shí)適用于Au-Si共晶鍵、Au-Sn鍵合等方式，只需將蓋板絕緣化之后，做好金屬鍵合區(qū)域，與SOI片的器件層鍵合即可。
[0084]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明MEMS圓片級(jí)真空封裝中過孔焊盤的制作方法有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0085]此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如:
[0086](I)電化學(xué)腐蝕步驟可在常壓下進(jìn)行，而不限于實(shí)施例的真空環(huán)境；
[0087](2)運(yùn)用攪拌器進(jìn)行攪拌只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在其他實(shí)施例中也可以省略；
[0088](3)電化學(xué)腐蝕電路中PMOS管還可以用其他類型的開關(guān)電路代替，例如NMOS管、繼電器開關(guān)等；
[0089](4)上述實(shí)施例中采用了金材質(zhì)的焊盤進(jìn)行說明，但本發(fā)明同樣可以適用于其他材質(zhì)，例如Pt、Ag、Cu等的焊盤，只要腐蝕液中存有能夠提供溶解對(duì)應(yīng)的金屬的離子即可。
[0090]綜上所述，本發(fā)明提供一種MEMS圓片級(jí)真空封裝中過孔焊盤的制作方法。該制作方法采用電化學(xué)腐蝕的原理，有效解決了 SOI片基底層背面金屬的電氣短路問題，具有成本低、適用于批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。
[0091]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SOI片過孔內(nèi)金屬焊盤的制作方法，其特征在于，包括: 步驟A:提供具有過孔的SOI片，其中，該SOI片的基底層(23)與絕緣層(22)之間的位置形成有屋檐結(jié)構(gòu)(24)； 步驟B:在SOI片的背面沉積金屬薄膜，該金屬薄膜在SOI片的背面連成一片，其覆蓋范圍包括:過孔側(cè)面、屋檐結(jié)構(gòu)(24)的下方，及過孔內(nèi)SOI片器件層的背面，即預(yù)設(shè)金屬焊盤的位置； 步驟C:將SOI片浸入腐蝕液中，電化學(xué)腐蝕電路(40)的陽極連接至SOI片的基底層(23);陰極連接至同樣浸入腐蝕液中的陰極片，其中，腐蝕液中包括能夠?qū)λ鼋饘俦∧ぎa(chǎn)生腐蝕作用的離子； 步驟E:向SOI片的基底層輸出高于金屬薄膜電離電勢(shì)的電壓，直至所述屋檐結(jié)構(gòu)(24)下方的金屬薄膜被腐蝕掉，過孔內(nèi)SOI片器件層的背面的剩余金屬薄膜形成金屬焊盤，且過孔側(cè)面的金屬薄膜與該金屬焊盤斷開電連接；以及 步驟F:繼續(xù)向SOI片的基底層輸出高于金屬薄膜電離電勢(shì)的電壓，過孔側(cè)面的金屬薄膜被繼續(xù)腐蝕直至消失，而金屬焊盤由于電連接斷開不繼續(xù)腐蝕而得以保留。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述的金屬薄膜包括金膜或銅膜，所述腐蝕液為包含氯離子的酸性腐蝕液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述的金屬薄膜還包括: 金屬黏附層，形成于所述金屬薄膜與SOI片之間，用作增加金屬薄膜與SOI片的粘附性； 所述腐蝕液主要由含氯離子的鹽溶液與能夠?qū)υ摻饘兖じ綄拥牟牧线M(jìn)行腐蝕的酸溶液混合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于: 所述金屬黏附層的材料為鉻或鎳，所述腐蝕液主要為由含氯離子的鹽溶液與鹽酸配置而成； 所述金屬黏附層的材料為鈦，所述腐蝕液主要由含氯離子的鹽溶液與硫酸、雙氧水配置而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述金屬薄膜為金膜，所述金屬黏附層的材料為鉻；所述腐蝕液由含氯離子的鹽溶液與鹽酸配置而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述腐蝕液由Imol.L-1的NaCl溶液與37%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HCl溶液配置而成，兩種溶液的體積比為10: I。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步驟E和步驟F中，向SOI片的基底層輸出的電壓為方波電壓； 該方波電壓的幅度介于V1-SV1之間，占空比介于10%?40%之間，周期介于2?5min之間，其中，所述V1為金的電離電勢(shì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述電化學(xué)腐蝕電路(40)包括: 直流穩(wěn)壓源(41)，用于提供幅度介于V1?3%之間的直流電壓； 信號(hào)發(fā)生器(42)，用于提供周期方波；以及 開關(guān)電路，其控制端連接至所述信號(hào)發(fā)生器，用于在所述周期方波的第一狀態(tài)，將直流穩(wěn)壓源提供的直流電壓施加于SOI片的基底層，在所述周期方波的第二狀態(tài)，不將直流穩(wěn)壓源提供的直流電壓施加于SOI片的基底層； 其中，所述直流穩(wěn)壓源(41)的負(fù)輸出端連接信號(hào)發(fā)生器(42)的地，同時(shí)連接至電化學(xué)腐蝕電路(40)的陰極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述開關(guān)電路為一PMOS管； 該P(yáng)MOS管的柵極接信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端，源極連接至直流穩(wěn)壓源(41)的正輸出端，漏極連接電化學(xué)腐蝕電路(40)的陽極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述步驟E之前還包括: 步驟D:將腐蝕液、浸入腐蝕液的SOI片和陰極片置于密閉容器中，抽取真空并保持預(yù)設(shè)時(shí)間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述真空的真空度小于10Pa，所述預(yù)設(shè)時(shí)間大于15min。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述步驟E和步驟F還包括: 將盛放腐蝕液的容器放置于磁力攪拌器上，對(duì)腐蝕液進(jìn)行攪拌。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104326441SQ201410617616
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】王軍波, 謝波, 陳德勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所