一种适用于圆片级真空封装的玻璃腔体制造方法与流程

本发明属于微机械电子mems制造技术领域，涉及一种适用于圆片级真空封装的玻璃腔体制造方法。

背景技术：

在mems封装领域，由于mems器件普遍带有可动部件，在封装时需要使用腔体结构对器件进行密闭封装保护，让可动部件拥有活动空间，并且对器件起到物理保护作用，一些mems器件如谐振器、陀螺仪等还需要真空气密的封装环境。硅-玻璃阳极键合工艺可以提供非常好的气密性，是用于圆片级真空封装的常用键合工艺。在键合玻璃片上形成深腔结构，且在腔体表面制作用于吸附多余气体的吸气剂薄膜，这样的键合玻璃片与带有可动部件的硅衬底片进行阳极键合后就可以实现mems器件的圆片级真空封装。

如何在玻璃片上制造出具备一定深度的腔体，且带有吸气剂材料是实现mems圆片级真空封装工艺的重点。湿法腐蚀工艺传统方法是选取单种类掩膜，且玻璃片背面不能得到很好的保护，导致玻璃片在腐蚀过程中会发生严重的钻蚀现象，很难得到深度大于50um的腔体。如果采用drie的方法利用sf6气体进行腔体刻蚀，刻蚀效率低且深度无法精确控制。还有利用硅干法刻蚀、阳极键合后将玻璃软化的方法进行玻璃深腔制作，这种方法虽然能获得深宽比20:1的图形，但当深度超过100μm时片内偏差较大，而且生产效率低。在腔体内部进行吸气剂薄膜材料成形，常规的光刻工艺很难实现深度超过50μm的腔体内部图形化。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于圆片级真空封装的玻璃腔体制造方法，深度精确可控，可实现批量生产。

本发明解决技术的方案是：

一种适用于圆片级真空封装的玻璃腔体制造方法，该方法的步骤包括：

第一步，对玻璃片进行一次清洗；

第二步，在玻璃表面刻蚀形成第一图形；

第三步，对玻璃片进行二次清洗；

第四步，在玻璃表面淀积金属钨薄膜；

第五步，将钨薄膜在第二步中的第一图形形成的浅槽内形成第二图形；

第六步，在玻璃表面淀积复合金膜；

第七步，在复合金膜上涂覆光刻胶，在金膜上进行光刻，形成腔体图案；

第八步，用蓝膜将玻璃片无金膜面及有金膜面的边缘进行保护；

第九步，将保护好的玻璃片放入hf和水的混合溶液中，腐蚀速率为0.5-1.3μm/min；

第十步，去掉蓝膜，并去掉光刻胶及金膜，在玻璃片上形成玻璃片腔体；

第十一步，在硅片上形成镂空图形，镂空图形与玻璃片上的腔体位置对应；

第十二步，将带有镂空图形的硅片与带有玻璃片腔体的玻璃片按照第二图形进行对准，在玻璃片腔体的表面淀积一层吸气剂薄膜，去掉硅片，形成用于圆片级真空封装的腔体内带有吸气剂薄膜的玻璃片。

进一步的，第一步中的一次清洗为，将tempax玻璃片或pyrex7740玻璃片先后用110-130℃、体积比为4：1的h2so4和h2o2的混合液、75-85℃、体积比为1:1:5的nh4oh、h2o2和h2o的混合液、75-85℃、体积比为1:1:6的hcl、h2o2和h2o的混合液清洗。

进一步的，第二步中第一图形上包含划片道及圆片边缘的对准区域，第一图形深度为0.1μm-0.3μm。

进一步的，第三步中的二次清洗为，玻璃片先后用110-130℃体积比为4：1的h2so4和h2o2的混合液、75-85℃、体积比为1:1:5的nh4oh、h2o2和h2o的混合液、75-85℃、体积比为1:1:6的hcl、h2o2和h2o的混合液清洗干净，再将玻璃片放入60-80℃，浓度30％-50％的koh溶液清洗5-20min。

进一步的，第四步中，利用磁控溅射台，在含有第一图形一侧的玻璃片上淀积厚度为20nm-80nm的金属钨薄膜。

进一步的，第五步中采用光刻工艺，光刻胶厚度大于5μm，用双氧水腐蚀钨薄膜，在第二步中第一图形形成的浅槽内光刻出第二图形(104)。

进一步的，第七步中，在复合金膜上涂胶厚大于5μm的光刻胶，利用光刻和干法刻蚀工艺在复合金膜上形成腔体图案，并露出玻璃表面。

进一步的，第八步中，利用粘合力不小于1n/mm²的蓝膜，蓝膜单层厚度为70-80μm，将玻璃片无金膜面及有金膜面的边缘进行气密性贴合。

进一步的，第十步中，玻璃片腔体深度为20μm-300μm。

进一步的，第十一步中，硅片上镂空图形的加工工艺为湿法腐蚀工艺、深反应离子刻蚀工艺、icp刻蚀工艺、喷砂工艺、激光工艺中的至少一种工艺。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)传统玻璃的hf腐蚀工艺属于各向同性，且腐蚀过程中hf极易穿过掩膜中的缺陷或针孔对下面的玻璃进行渗透腐蚀，而本发明采用koh溶液对玻璃片进行清洗，可以增加玻璃片表面的oh^-，能够增加金属薄膜的粘附性，减少玻璃腐蚀过程中的横向钻蚀；采用厚光刻胶和金属膜组成复合掩膜，能够消除单层掩膜表面的缺陷和针孔对腐蚀的影响，减少玻璃腐蚀过程中的表面钻蚀；

(2)传统的玻璃腐蚀过程中，一般采用机械式工装对背面进行保护，但无法实现气密性保护，腐蚀过程中hf经常渗透到背面，极易导致报废；采用蓝膜对玻璃片边缘和背面进行保护，能够实现气密性保护，能够经受玻璃的长时间腐蚀；

(3)为解决在玻璃腔体内部的吸气剂薄膜难成形问题，本发明采用硬掩膜对准的方式，先利用硅微加工工艺制作出镂空图形的硅片，再将硅片和带腔体玻璃片利用玻璃片上事先制作好的对准图形进行硬掩膜对准，通过薄膜淀积工艺在圆片表面淀积一定厚度的吸气剂薄膜，去掉硅片后，能在玻璃腔体表面上形成特定图形的吸气剂薄膜。

附图说明

图1为本发明制作出对准图形的玻璃片横截面示意图；

图2是本发明带有腔体图案且被多层掩膜和蓝膜保护的玻璃片横截面示意图；

图3是本发明腐蚀一定深度的玻璃圆片横截面示意图；

图4是本发明制作出镂空图形的硅片横截面示意图；

图5是本发明制造出腔内有吸气剂薄膜的玻璃圆片横截面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

第一步，将tempax玻璃片先后用110-130℃、体积比为4：1的h2so4和h2o2的混合液、75-85℃、体积比为1:1:5的nh4oh、h2o2和h2o的混合液、75-85℃、体积比为1:1:6的hcl、h2o2和h2o的混合液清洗干净。

第二步，采用光刻工艺在玻璃表面做出图形，并用常温boe溶液在玻璃表面腐蚀0.2μm深的浅槽，去掉光刻胶。

第三步，将玻璃片先后用110-130℃体积比为4：1的h2so4和h2o2的混合液、75-85℃、体积比为1:1:5的nh4oh、h2o2和h2o的混合液、75-85℃、体积比为1:1:6的hcl、h2o2和h2o的混合液清洗干净，再将玻璃片再放入80℃，浓度33％的koh溶液清洗10min，冲水，甩干。

第四步，利用磁控溅射台，在玻璃片有图形面淀积厚度为40nm的金属钨薄膜。

第五步，采用光刻工艺在第二步中的浅槽内做出图形，用双氧水腐蚀钨，将钨膜在浅槽内做成对准图形，如图1所示。

第六步，利用磁控溅射台，在玻璃片有图形面淀积厚度为40nm/200nm的ti/au薄膜。

第七步，在玻璃片的金属面上涂108cp光刻胶，胶厚大于5μm，利用光刻和干法刻蚀工艺在ti/au薄膜上形成腔体图案，并露出玻璃表面。

第八步，利用spv224蓝膜将玻璃片边缘及无金膜面进行气密性贴合，如图2所示。

第九步，将保护好的玻璃片放入25℃恒温的由体积比为hf：h2o＝1:2组成的腐蚀液中，并搅拌，腐蚀时间根据腐蚀深度进行调整，如图3所示，典型腐蚀速率为1μm/min。

第十步，揭掉蓝膜，并去掉光刻胶及金膜，在玻璃片上形成腔体。

第十一步，将硅片清洗干净，双面淀积上0.5μm厚的氧化硅和0.6μm厚的氮化硅，利用光刻工艺和koh腐蚀工艺，在硅片上制作出镂空图形，如图4所示，镂空图形与玻璃片上的腔体结构位置对应。

第十二步，将上述有镂空图形的硅片与带有腔体结构的玻璃片按照玻璃片上的对准图形进行接触对准，利用磁控溅射台在圆片表面淀积一层吸气剂薄膜，去掉硅片后，吸气剂薄膜保存在玻璃片腔体内表面上，如图5所示。

本发明具有工艺简单、深度精确可控、成本低、生产效率高，可以批量生产，能广泛应用于mems圆片级真空封装中玻璃腔体的制造。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。