mems圆片级真空封装的关键工艺研究

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonKeyProcessofMEMSWafer-LevelVacuumPackagingCandidate:WANGYuzheMajor:MechanicalManufactureandAutomationSupervisor:AssociateProf.WANGXuefangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.China

2、Jan.,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描

3、等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要基于谐振结构的MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）在消费电子品和高速无线网络领域展露了焕然一新的操作体验和迅猛的性能优势，具有尺寸小、批量成本低优势的MEMS圆片级真空封装的商业潜力日益显现。基于键合工艺和牺牲层工艺的制程是MEMS圆片级真空封装的实现方式，这两种制程和纵向互连TSV（ThroughSiliconVia，硅通孔）结构、用于实时测试腔体

4、内真空度的皮拉尼计、提高封装的寿命的吸气剂与缓冲腔结构都可以用微加工工艺实现。本文研究了上述微结构的实现制程并开展了相关的工艺实验，获得了如下研究结果：提出了一种基于键合工艺的真空封装结构和制程，结构包括TSV（ThroughSiliconVia，硅通孔）、吸气剂、缓冲腔和皮拉尼计，验证了制程可行。获得了DRIE（DeepReactiveIonEtch，深反应离子刻蚀）刻蚀TSV通孔工艺和双面电镀、自下而上两种无孔隙的电镀填充工艺。双面电镀工艺后表面沉积的铜层存在较大应力破坏硅片。喷氦测试验证了自下而上的电镀填充工艺获得的TSV具有气密性。实验证明了热氧化沉积的SiO2、PECVD（Pla

5、smaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子增强化学气相沉积）沉积的Si3N4、LPCVD（Low-PressureChemicalVaporDeposition，低压化学气相沉积）沉积的Si3N4三种薄膜只有LPCVD沉积的Si3N4薄膜能够在湿法腐蚀工艺后完整保留并满足作为支撑结构的要求；利用湿法腐蚀获得了薄膜释放工艺。溅射沉积的Ti、Pt金属薄膜在长时间湿法腐蚀中脱落，需要重新考虑材料选择或添加保护薄膜。实验证明了光刻-溅射-剥离的工艺组合可以在盖帽底部沉积Zr-V-Fe吸气剂，并具有较好的吸气性能。湿法腐蚀工艺可以制作普通或带有缓冲腔结构的盖帽，键合

6、环宽度大于400μm，其腐蚀深度小于100μm时不会产生因凸角腐蚀现象引起的键合环失效。在自下而上电镀工艺中由于设备和条件的限制，保护用光刻胶部分脱落导致键合表面残留的颗粒；电镀不均匀产生的凸出铜柱导致金硅共晶键合工艺的失败，硅片破裂。关键词：微机电系统微加工工艺圆片级封装真空封装硅通孔键合皮拉尼计I华中科技大学硕士学位论文AbstractThecommercialpotentialsofmicro-electro-mechanicalsystems(MEMS)wafer-levelvacuumpackagingwithadvantagesofsmall-sizeandlowcosthas

7、becomeobvious,asMEMSbasedonharmonicstructuresshowbrilliantoperatingexperienceandperfectperformanceinconsumerelectronicsproductsandhigh-speedwirelessnetworkfield.Wafer-levelvacuumpackagingcouldbefabricatedbythepro