一种基于钛硅欧姆接触的密封方法与流程

本发明属于mems器件封装，具体涉及一种基于钛硅欧姆接触的密封方法。

背景技术：

1、在mems工艺技术领域，针对准备干法刻蚀出硅微结构和密封封装引出导电信号的硅片，当其蒸镀电极焊盘后进行高温合金化欧姆接触工艺时遇到的封装可靠性变差的难题。

2、如图1，经过研磨减薄双面抛光后的中间硅层1与silicon on insulator片(简称soi片)的硅器件层2进行硅硅键合，硅器件层2在键合前被刻蚀出用于电信号引出的硅导带层3和用于机械支撑的锚点4。该soi片还包含硅支撑层6、用于隔离器件层2和硅支撑层6的中间绝缘层5、底面绝缘层7。由于此硅硅键合片形成后，需要应用drie(deep reactive ionetching)干法刻蚀工艺在中间硅层1上制备出可动硅微结构和固定于硅导带层3上的硅引线层，同时需要应用含垂直通孔14的盖板层13将中间硅层1上的硅引线层与外界导通，因此建立一种可靠的高温合金化欧姆接触方法至关重要。

3、对于这种待刻蚀出硅微结构的中间硅层1，目前主要有两种高温合金化欧姆接触的方法：(一)在共晶键合后盖板层垂直通孔的底部沉积铝膜并高温退火，从而在硅-铝界面上形成硅-铝合金欧姆接触；(二)在共晶键合后盖板层垂直通孔的底部溅射钛黏附层，并在其上沉积铝电极焊盘，高温退火后形成欧姆接触。

4、对于方法(一)主要有以下缺点：由于在将含垂直通孔的盖板层与中间硅层1共晶键合密封封装后才制备铝电极焊盘，且铝的高温合金化温度超过了金硅二相系的熔点，故在高温合金化过程中，有金硅共晶液溢出的风险，从而一方面有可能引起原本应隔离的电极之间电信号的串扰，另一方面有可能破坏原本良好的键合质量，对器件的密封性有不利影响。对于方法(二)需要解决以下问题：(1)含垂直通孔的盖板层与中间硅层1共晶键合后，为保证器件密封性良好应避免在高于金硅二相系熔点的温度下进行高温合金化工艺，而在低于金硅二相系熔点的温度下进行合金化处理难以形成导通性良好的钛硅化物，亦即难以形成良好的欧姆接触。(2)在进行钛的高温合金化工艺时，暴露的钛表面容易氧化而失去活性，从而影响中间硅层1上硅引线层与外界的导通性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于钛硅欧姆接触的密封方法，将钛的高温合金化欧姆接触与铝电极焊盘沉积工艺分离，提高了工艺质量。

2、本发明提供一种基于钛硅欧姆接触的密封方法，包括：

3、s1、在中间硅层1上表面溅射钛层，在钛层上沉积绝缘层，通过光刻和湿法刻蚀在中间硅层1上制备分离的钛黏附层10和其上的钝化保护层11；钛黏附层10位于硅导带层3的上方，进行高温合金化处理，中间硅层1与钛黏附层10之间形成了欧姆接触；

4、s2、在中间硅层1上进行光刻和drie干法刻蚀，在中间硅层1上制备硅引线层8；硅引线层8位于硅导带层3的上方以及钛黏附层10的下方，硅引线层8与钛黏附层10之间形成了欧姆接触；

5、s3、将盖板层13的垂直通孔14和中间硅层1上的钝化保护层11进行对准，进行共晶键合密封封装；

6、s4、通过干法刻蚀去除钛黏附层10上方的钝化保护层11，在盖板层13的上表面沉积铝膜，通过光刻和湿法刻蚀在盖板层13上形成铝电极焊盘18；铝电极焊盘18与硅引线层8之间导通。

7、可选的，铝电极焊盘18的数量与钛黏附层10的数量一致。

8、可选的，钛黏附层10的数量与硅导带层3的数量一致。

9、可选的，进行高温合金化处理，包括：

10、在650℃的温度下高温合金化处理一小时。

11、可选的，钛层厚度为100nm。

12、可选的，绝缘层厚度为80nm。

13、可选的，绝缘层为氮化硅。

14、可选的，铝膜厚度为3μm。

15、本发明提供了一种基于钛硅欧姆接触的密封方法，针对引出电极焊盘的带垂直通孔硅片和密封封装工艺的特点，应用钛的高温合金化欧姆接触与铝电极焊盘沉积工艺可分离的特点，首先在中间硅层1的待刻蚀出硅引线层上表面制备钛黏附层，在钛黏附层上沉积钝化保护层后进行高温合金化工艺，保证钛硅之间的良好欧姆接触。在带垂直通孔硅片与中间硅层1共晶键合后干法刻蚀钝化保护层，并在合金化后的钛层上沉积铝电极焊盘，实现了中间硅层1上硅引线层与外界的导通。该发明不仅避免了密封封装后高温合金化对金硅共晶键合表面质量的破坏，且通过钛黏附层上沉积钝化保护层的巧妙设计，保护了钛的表面活性，突破了通过电极导通孔引出可靠电信号的诸多限制，极大提高了工艺质量。

技术特征：

1.一种基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，铝电极焊盘(18)的数量与钛黏附层(10)的数量一致。

3.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，钛黏附层(10)的数量与硅导带层(3)的数量一致。

4.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，进行高温合金化处理，包括：

5.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，钛层厚度为100nm。

6.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，绝缘层厚度为80nm。

7.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，绝缘层为氮化硅。

8.根据权利要求1所述的基于钛硅欧姆接触的密封方法，其特征在于，铝膜厚度为3μm。

技术总结本发明提供一种基于钛硅欧姆接触的密封方法，包括：S1、在中间硅层(1)上制备分离的钛黏附层(10)和其上的钝化保护层(11)，进行高温合金化处理；S2、在中间硅层(1)上制备硅引线层(8)；硅引线层(8)与钛黏附层(10)之间形成了欧姆接触；S3、将盖板层(13)的垂直通孔和中间硅层(1)上的钝化保护层(11)进行对准，进行共晶键合密封封装；S4、通过干法刻蚀去除钛黏附层(10)上方的钝化保护层(11)，在盖板层(13)的上表面沉积铝膜，通过光刻和湿法刻蚀在盖板层(13)上形成铝电极焊盘(18)；铝电极焊盘(18)与硅引线层(8)之间导通。将钛的高温合金化欧姆接触与铝电极焊盘沉积工艺分离，提高了工艺质量。技术研发人员：张力,熊恒,宋运康,赵坤帅,闫鑫,王刚受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/17