CN108281363A - 一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法。本发明在现成的氮化铝兰姆波谐振器AlN Lame mode resonator器件上采用Si、Ge、SiGe等四族材料作为牺牲层材料，氧化硅或者氮化硅薄膜作为封装结构层，在氮化铝谐振器器件完全释放后，沉积SU‑8高分子材料进行密封封装，全套工艺在400℃完成，与现行CMOS工艺完全兼容而且成本低，封装层的厚度有二氧化硅和SU‑8层共同决定，可以出现10微米以下的封装层，适合流体等高灵敏度环境下使用。经测试，封装后的器件在去离子水环境里性能没有明显变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电谐振器或压电传感器的封装工艺方法。
背景技术
现有晶元尺度下键合封装工艺成本较高，例如：“Hermetic Wafer Level ThinFilm Packaging for MEMS”，Jeffrey Bo Woon Soon，Navab Singh，EnesCalayir，GaryK.Fedder，Gianluca Piazza，2016IEEE 66th Electronic Components and TechnologyConference展示了一种晶圆级硅基封装，适合大规模加工制造。但是该方法成本较高，封装层的厚度难以减薄，因而不适用于高灵敏度传感器的测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合流体或者生物体内等环境下使用的高灵敏度传感器的封装工艺，且不影响封装后的器件的性能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制造压电兰姆波谐振器或传感器在高阻硅上，随后在压电兰姆波谐振器或传感器上镀一层金属底电极层；
步骤2、在金属底电极层上镀一层压电材料层(如氮化铝，或者掺杂的氮化铝，或者其他压电材料)，并采用湿法刻蚀工艺暴露部分金属底电极；
步骤3、在压电材料层上镀一层金属做上电极；
步骤4、利用含Cl2、BCl3的离子气体刻蚀压电材料层；
步骤5、溅射沉积一层非晶态四族材料层在压电兰姆波谐振器或传感器的有源区域上面；
步骤6、利用离子增强化学气相沉积工艺沉积一层绝缘介质材料层，利用干法刻蚀在绝缘介质材料层上刻出释放孔；
步骤7、利用二氟化氙刻蚀非晶态四族材料层和金属底电极层下面的部分体硅材料直到压电兰姆波谐振器或传感器完全释放；
步骤8、通过涂胶的方式涂一层SU-8层，并利用SU-8层的负胶特性采用光刻工艺使电极板暴露出来进行电学测量。
优选地，在所述步骤2中，所述压电材料为高机电耦合系数的压电材料。
优选地，所述高机电耦合系数的压电材料为氮化铝或者含钪(Sc)掺杂的氮化铝等。
优选地，所述压电兰姆波谐振器或传感器压电材料层的厚度为500nm～1μm，所述金属底电极层的厚度为100～300nm。
优选地，在所述步骤6中，所述绝缘介质材料层的厚度为2μm。
优选地，在所述步骤6中，所述绝缘介质材料为二氧化硅或者氮化硅。
优选地，在所述步骤8中，所述SU-8层的厚度为4～8μm。
优选地，所述非晶态四族材料为非晶态a材料，其中，a为四族元素化合物(例如SiGe)，或为非晶态四族元素材料(例如Ge)。
本发明在现成的压电兰姆波谐振器Lame mode resonator器件上采用Si、Ge、SiGe等四族材料作为牺牲层材料，二氧化硅或者氮化硅薄膜作为封装结构层，在谐振器器件完全释放后，沉积SU-8高分子材料进行密封封装，全套工艺在400℃完成，与现行CMOS工艺完全兼容而且成本低，封装层的厚度有二氧化硅和SU-8层共同决定，可以实出现10微米以下的封装层，适合流体等高灵敏度环境下使用。经测试，封装后的器件在去离子水环境里性能没有明显变化。
附图说明
图1a至图1h为本发明的工艺过程图；
图2为通过本发明的工艺方法实际制作生产出来的封装好的器件，在去离子水环境下器件性能图；
图3为通过本发明的工艺方法实际制作生产出来的封装好的器件在9个月后的，在去离子水环境下器件性能图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明提供了一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，包括以下步骤：
步骤1、如图1a所示，制造压电兰姆波谐振器或传感器在高阻硅上，随后在压电兰姆波谐振器或传感器上镀一层金属底电极层。压电兰姆波谐振器或传感器的厚度为1μm，金属底电极层的厚度为100nm。
步骤2、如图1b所示，在金属底电极层上镀一层氮化铝层，并采用湿法刻蚀工艺暴露部分金属底电极。氮化铝层的厚度为100nm。
步骤3、如图1c所示，在氮化铝层上镀一层金属做上电极。
步骤4、如图1d所示，利用含Cl2、BCl3的离子气体刻蚀氮化铝层。
步骤5、如图1e所示，溅射沉积一层非晶硅a-Si(例如Ge或者SiGe)层在氮化铝兰姆波谐振器或传感器的有源区域上面。
步骤6、如图1f所示，利用离子增强化学气相沉积工艺沉积一层二氧化硅层，利用干法刻蚀在二氧化硅层上刻出释放孔。二氧化硅层的厚度为2μm。
步骤7、如图1g所示，利用二氟化氙刻蚀非晶硅a-Si层和金属底电极层下面的部分体硅材料直到氮化铝兰姆波谐振器或传感器完全释放；
步骤8、如图1h所示，通过涂胶的方式涂一层SU-8层，并利用SU-8层的负胶特性采用光刻工艺使电极板暴露出来进行电学测量。SU-8层的厚度为4～8μm。
图2展示一个实际制作生产出来的封装好的器件，在去离子水环境下器件性能没有显著变化。
图3表示封装好的谐振器性能在9个月后仍然没有发生显著变化。
Claims (8)
1.一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，所述封装工艺方法在400℃完成，包括以下步骤：
步骤1、制造压电兰姆波谐振器或传感器在高阻硅上，随后在压电兰姆波谐振器或传感器上镀一层金属底电极层；
步骤2、在金属底电极层上镀一层压电材料层，并采用湿法刻蚀工艺暴露部分金属底电极；
步骤3、在压电材料层上镀一层金属做上电极；
步骤4、利用含Cl2、BCl3的离子气体刻蚀压电材料层；
步骤5、溅射沉积一层非晶态四族材料层在压电兰姆波谐振器或传感器的有源区域上面；
步骤6、利用离子增强化学气相沉积工艺沉积一层绝缘介质材料层，利用干法刻蚀在绝缘介质材料层上刻出释放孔；
步骤7、利用二氟化氙刻蚀非晶态四族材料层和金属底电极层下面的部分体硅材料直到压电兰姆波谐振器或传感器完全释放；
步骤8、通过涂胶的方式涂一层SU-8层，并利用SU-8层的负胶特性采用光刻工艺使电极板暴露出来进行电学测量。
2.如权利要求1所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述压电材料为高机电耦合系数的压电材料。
3.如权利要求2所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，所述高机电耦合系数的压电材料为氮化铝或者含钪Sc掺杂的氮化铝或者铌酸锂或者铌镁酸铅。
4.如权利要求1所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，所述压电兰姆波谐振器或传感器的压电材料厚度为500nm～1μm，所述金属底电极层的厚度为100～300nm。
5.如权利要求1所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，在所述步骤6中，所述绝缘介质材料层的厚度为2μm。
6.如权利要求1所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，在所述步骤6中，所述绝缘介质材料为二氧化硅或者氮化硅。
7.如权利要求1所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，在所述步骤8中，所述SU-8层的厚度为4～8μm。
8.如权利要求1所述的一种低成本的压电谐振器/传感器封装工艺方法，其特征在于，所述非晶态四族材料为非晶态a材料，其中，a为四族元素，或为非晶态四族元素材料。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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