MEMS晶圆级封装工艺研究

发布时间：2017-06-18 17:19

  本文关键词：MEMS晶圆级封装工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：MEMS（Micro Electro Mechanical Systems），即微机电系统，是集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。基于MEMS技术制作的产品，如微执行器、微传感器、微型构件、微机械光学等器件已经从实验室研究逐步走向市场，在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事等领域的应用日益普遍，并且具有十分强大的市场竞争力。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，然而，实现MEMS的商品化、市场化，需要对MEMS封装进行更深入、系统的研究。MEMS产品的封装形式是将其成功推向市场的关键因素，也是MEMS设计与制造中的一个关键因素，最佳的封装能使MEMS产品发挥其应有的功能。本文以MEMS射频器件的封装工艺开发作为研究主题，研究的主要内容和创新点如下： （1）对MEMS圆片级封装理论与圆片级封装工艺进行了深入分析和研究，将TSV（Through Silicon Via）技术应用于圆片级封装中；从材料选择和工艺条件等方面，，对阳极键合、直接键合、共晶键合等常用MEMS键合方法进行了分析比较。结合实际工艺要求，拟定了金金热压键合作为本文的键合方案。 （2）完成了MEMS盖帽封装的结构和工艺流程的设计，并完成光刻、刻蚀、去胶、键合、磨片、电镀等工艺。 （3）针对TSV技术的特点，对TSV互连关键工艺进行优化。通过单步工艺实验优化，对深孔刻蚀和深孔电镀的工艺方法和工艺参数进行调整，完成了TSV的制作。使用扫描电子显微镜，台阶仪等测试设备对工艺结果进行了评估和分析。 （4）对等离子刻蚀和电极腐蚀工艺进行优化。通过调整工艺参数，改善等离子刻蚀的各向异性，得到平滑陡直的侧壁形貌；针对电极与下层金属粘附性以及电极形貌做了大量验证、优化实验，并得到简化且稳定的工艺方法。 （5）封装测试与评价。通过拉力实验检测了键合强度，通过高温高湿可靠性实验对封装的密封性和电极牢固性进行了验证，并使用探针台等设备对封装后的射频器件进行性能测试，验证了封装的可靠性。
【关键词】：MEMS 圆片级封装 盖帽 TSV
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 引言8-19
• 1.1 MEMS概述8-10
• 1.2 MEMS圆片级封装10-12
• 1.2.1 MEMS封装技术简介10-11
• 1.2.2 MEMS圆片级封装的必要性11-12
• 1.2.3 MEMS圆片级封装的关键技术12
• 1.3 圆片键合技术12-15
• 1.3.1 阳极键合12-13
• 1.3.2 硅-硅直接键合13-14
• 1.3.3 玻璃浆料键合14
• 1.3.4 金属共晶键合14-15
• 1.3.5 热压键合15
• 1.4 TSV（硅通孔）技术的发展15-18
• 1.4.1 TSV技术简介15-16
• 1.4.2 TSV互连的关键技术16-18
• 1.5 本文主要工作18-19
• 第二章 盖帽封装工艺流程设计19-34
• 2.1 光刻、刻蚀、除胶工艺简介19-22
• 2.1.1 光刻19-20
• 2.1.2 刻蚀20-21
• 2.1.3 除胶21-22
• 2.2 盖帽封装结构和工艺流程22-23
• 2.3 腔体刻蚀及深孔刻蚀23-26
• 2.3.1 腔体结构的制作23-25
• 2.3.2 深孔刻蚀25-26
• 2.4 圆片键合及硅片减薄26-31
• 2.4.1 圆片键合26-29
• 2.4.2 硅片减薄29-31
• 2.5 深孔电镀及电极制作31-33
• 2.5.1 深孔电镀31-32
• 2.5.2 电极制作32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 TSV 互连关键工艺优化34-47
• 3.1 深孔刻蚀工艺优化34-39
• 3.1.1 深反应离子刻蚀概述34-35
• 3.1.2 深反应离子刻蚀工艺优化35-39
• 3.2 深孔电镀工艺优化39-46
• 3.2.1 铜电镀工艺的机理39-41
• 3.2.2 深孔铜电镀工艺优化41-45
• 3.2.3 其他工艺问题及分析解决办法45-46
• 3.3 本章小节46-47
• 第四章 等离子刻蚀和电极制作工艺优化47-63
• 4.1 等离子刻蚀工艺优化47-53
• 4.1.1 等离子刻蚀工艺概述47-48
• 4.1.2 功率对刻蚀结果的影响48-49
• 4.1.3 压力对刻蚀结果的影响49-50
• 4.1.4 气体流量对刻蚀结果的影响50-53
• 4.2 铝电极制作工艺优化53-58
• 4.2.1 铜腐蚀工艺优化53-55
• 4.2.2 铜-铝粘附性实验55-58
• 4.2.3 铝电极优化流程及测试结果58
• 4.3 金电极制作工艺优化58-62
• 4.3.1 金电极工艺异常分析58-60
• 4.3.2 工艺异常解决方案60-61
• 4.3.3 金电极优化流程及测试结果61-62
• 4.4 本章小节62-63
• 第五章 测试与评价63-71
• 5.1 键合强度检测63-66
• 5.2 可靠性实验检验封装效果66-67
• 5.2.1 电极牢固性的检验66-67
• 5.2.2 密封性的检验67
• 5.3 封装对于器件性能的影响67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-72
• 6.1 全文总结71
• 6.2 对今后工作的展望71-72
• 参考文献72-76
• 发表论文和参加科研情况说明76-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：460224