基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法技术

本发明专利技术公开一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法，该TGV衬底制备方法包括硅片表面氧化、制作浅槽图形和深槽图形、刻蚀、再次刻蚀、再次氧化、玻璃回流和后处理；该MEMS器件封装方法利用该TGV衬底制备方法制备得到的TGV衬底对MEMS器件进行真空封装。本发明专利技术提供的MEMS器件封装方法可以同时实现横向和纵向互连，同时不需要向玻璃通孔中填充金属来实现芯片的垂直互连，本发明专利技术的MEMS器件封装方法具有气密性好、热应力小、寄生效应小、引线互连方式灵活等突出优点，有利于提升MEMS器件性能，因此具有非常好的应用潜力和发展前景。

【技术实现步骤摘要】
基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法
本专利技术涉及MEMS器件封装
，尤其是一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法。
技术介绍
微机电系统(MicroElectroMechanicalSystems，MEMS)是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统，具有体积小、功耗低、可靠性高、易于批量化制造等显著特点。封装是实现MEMS芯片I/O接口、内部结构保护、环境交互与隔离、提供稳定可靠工作环境的有效途径，也是从实验室样机向产品过渡的关键。封装成本占整个MEMS器件成本的50％以上，有的甚至超过80％。与IC封装不同，MEMS芯片封装不仅仅是实现电信号的内外互连，更重要的是涉及到封装对机械结构动力学特性的影响。因此，传统的IC封装技术很难直接在MEMS产品上获得应用，尤其是工业级以及军事应用等要求较高的场合。目前MEMS芯片真空封装分为两种形式：器件级封装和圆片级封装。器件级真空封装是将芯片划片后再单独贴片、引线并真空封装在陶瓷或金属管壳内，而圆片级真空封装是先将MEMS结构圆片整体真空封装再划片的封装方式。相比较而言，圆片级封装能极大地减小器件体积、提高生产效率、降低生产成本，是MEMS器件未来发展的必然趋势。圆片级封装可分为信号横向引出和信号纵向引出两种形式，横向引出工艺相对简单，芯片引线方便，但集成度低；纵向引出工艺相对复杂，引线布局灵活，集成度高。现有的圆片级封装只能实现横向引出和纵向引出中的一种，不能满足更高要求的MEMS器件封装要求。此外，现有技术中，TSV(ThroughSiliconVia，硅通孔)和TGV(ThroughGlassVia，玻璃通孔)是指通过在硅通孔和玻璃通孔中填充金属来实现芯片的垂直互连，该方法均存在多种材料特性不匹配而导致的应力问题，且寄生效应显著，从而对MEMS结构的性能产生很大的影响，同时气密性也难以满足性能需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法及MEMS器件封装方法，用于克服现有技术中只能实现横向引出和纵向引出中的一种等缺陷，实现减小热应力，有效消除封装误差对MEMS器件的性能带来的不利影响。为实现上述目的，本专利技术提出一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，包括：S1：对硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第一氧化层的硅片；S2：在所述硅片上表面或者下表面的第一氧化层上匀胶，通过光刻在所述硅片的匀胶表面制作刻蚀硅片的浅槽图形和深槽图形，并将所述浅槽图形用光刻胶覆盖；S3：以光刻胶作和第一氧化层为刻蚀掩膜对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述深槽图形对应位置处形成50～150μm深的凹槽；S4：去除所述浅槽图形上覆盖的光刻胶，继续对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述浅槽图形对应位置处形成150～450μm深的浅槽，在所述深槽图形对应位置处形成350～900μm深的深槽；所述深槽的深度大于所述浅槽的深度；S5：去除所述硅片上的光刻胶以及第一氧化层，并再次对所述硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第二氧化层的硅片；S6：将玻璃圆片置于所述硅片具有所述浅槽和所述深槽的表面上进行键合，获得组合件；S7：将所述组合件在1000～2000℃下回流3～6h，获得原始衬底；S8：对所述原始衬底进行研磨、磨削和单面CMP抛光，获得TGV衬底。为实现上述目的，本专利技术还提出一种基于玻璃回流工艺的MEMS器件封装方法，利用如上述所述的TGV衬底制备方法制备得到的TGV衬底对MEMS器件进行真空封装。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：1、本专利技术提供的基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，在硅片表面形成第一氧化层然后匀胶，这样可以形成两层掩膜层，能有效提高加工的精度。2、本专利技术提供的基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，通过两次深反应离子刻蚀，成功的在硅片表面形成浅槽和深槽，再利用玻璃回流工艺将玻璃填充满整个浅槽和深槽，被玻璃电隔离的硅结构便可被用来实现信号的互连，由于浅槽和深槽的存在以及浅槽和深槽内完全填满玻璃，因此可同时实现信号的横向引出和纵向引出。3、本专利技术提供的基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，在向浅槽和深槽中填充玻璃之前先在硅片表面形成一层氧化层(第二氧化层)，可有效降低浅槽和深槽内的粗糙度，利于玻璃向槽内填充。同时氧化层可以提高玻璃回流后的气密性，一是经过氧化处理后能将硅槽表面的粗糙度减小二分之一，较光滑的表面可以减小玻璃回流时熔融玻璃的表面张力，较小的表面张力可以加快玻璃的流入；二是当熔融玻璃在不同的固体表面上时，它的液体表面能是相同的，此时熔融玻璃平衡时与固体表面的接触角越大，固液之间的界面能越高，则两者的结合强度越大。熔融玻璃与二氧化硅表面的接触角比熔融玻璃与硅表面的接触角大一倍，使二者结合的更好，结合强度越大越有利于提高气密性。4、本专利技术提供的基于玻璃回流工艺的MEMS器件封装方法，利用上述所述的TGV衬底制备方法制备得到的TGV衬底对MEMS器件进行真空封装，可以同时实现横向和纵向互连，同时不需要向玻璃通孔中填充金属来实现芯片的垂直互连，本专利技术的MEMS器件封装方法具有气密性好、热应力小、寄生效应小、引线互连方式灵活等突出优点，可有效提升器件的性能，因此具有非常好的应用潜力和发展前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1a为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S1获得结构的结构图；图1b为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S2获得结构的结构图；图1c为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S3获得结构的结构图；图1d为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S4获得结构的结构图；图1e为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S4获得结构去除硅片上的光刻胶以及第一氧化层后的结构图；图1f为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S5获得结构的结构图；图1g为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S6获得结构的结构图；图1h为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S7获得结构的结构图；图1i为本专利技术提供的TGV衬底制备方法中步骤S8获得结构的结构图；图2为实施例2中封装示意图；图3为实施例2中封装后的结构图。附图标号说明：1：硅片；2：第一氧化层；3：光刻胶；4：浅槽图形；5：深槽图形；6：浅槽；7：深槽；8：第二氧化层；9：玻璃圆片；10：玻璃；11：焊盘；12：硅微陀螺。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，其特征在于，包括：/nS1：对硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第一氧化层的硅片；/nS2：在所述硅片上表面或者下表面的第一氧化层上匀胶，通过光刻在所述硅片的匀胶表面制作刻蚀硅片的浅槽图形和深槽图形，并将所述浅槽图形用光刻胶覆盖；/nS3：以光刻胶作和第一氧化层为刻蚀掩膜对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述深槽图形对应位置处形成50～150μm深的凹槽；/nS4：去除所述浅槽图形上覆盖的光刻胶，继续对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述浅槽图形对应位置处形成150～450μm深的浅槽，在所述深槽图形对应位置处形成350～900μm深的深槽；所述深槽的深度大于所述浅槽的深度；/nS5：去除所述硅片上的光刻胶以及第一氧化层，并再次对所述硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第二氧化层的硅片；/nS6：将玻璃圆片置于所述硅片具有所述浅槽和所述深槽的表面上进行键合，获得组合件；/nS7：将所述组合件在1000～2000℃下回流3～6h，获得原始衬底；/nS8：对所述原始衬底进行研磨、磨削和单面CMP抛光，获得TGV衬底。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于玻璃回流工艺的TGV衬底制备方法，其特征在于，包括：
S1：对硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第一氧化层的硅片；
S2：在所述硅片上表面或者下表面的第一氧化层上匀胶，通过光刻在所述硅片的匀胶表面制作刻蚀硅片的浅槽图形和深槽图形，并将所述浅槽图形用光刻胶覆盖；
S3：以光刻胶作和第一氧化层为刻蚀掩膜对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述深槽图形对应位置处形成50～150μm深的凹槽；
S4：去除所述浅槽图形上覆盖的光刻胶，继续对所述硅片进行深反应离子刻蚀，在所述浅槽图形对应位置处形成150～450μm深的浅槽，在所述深槽图形对应位置处形成350～900μm深的深槽；所述深槽的深度大于所述浅槽的深度；
S5：去除所述硅片上的光刻胶以及第一氧化层，并再次对所述硅片进行氧化，获得上、下表面均具有第二氧化层的硅片；
S6：将玻璃圆片置于所述硅片具有所述浅槽和所述深槽的表面上进行键合，获得组合件；
S7：将所述组合件在1000～2000℃下回流3～6h，获得原始衬底；
S8：对所述原始衬底进行研磨、磨削和单面CMP抛光，获得TGV衬底。


2.如权利要求1所述的TGV衬底制备方法，其特征在于，所述硅片选用N型单晶硅片。


3.如权利要求1所述的TGV衬底制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述第一氧化层的厚度为1～2μm。

【专利技术属性】
技术研发人员：侯占强，吴学忠，肖定邦，邝云斌，肖斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43