具有抗静摩擦特性的芯片、微机电装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了在微电机结构上形成持久的抗静摩擦表面的方法，且该结构仍是以晶片的形式存在（例如在它们被分割成装配封装用的分散器件之前）。该方法包括产生低静摩擦表面的材料的汽相沉积。它还公开了有效地赋予芯片以抗静摩擦性质的化合物，这些化合物包括苯基烷氧基硅烷、聚苯基硅氧烷、硅醇终止的苯基硅氧烷和类似材料。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请要求于2000年2月1日递交的第60/178,958号美国临时专利申请的优先权，该申请的内容在此并入作为参考。气囊传感器有一个随快速减速过程中出现的惯性改变而移动的子元件。在其直接环境中，这个微元件和其它元件的粘着会导致减速过程中该子元件移动的失效。这种粘着被称为“静摩擦”，防止粘着的发生被称为“抗静摩擦”。应用于装配和封装中的抗静摩擦的处理，目前已取得了一些发展。例如，美国专利5,694,740(下面写为｀740)描述了在装配过程中各种有机物对元件的汽相沉积，所述有机物包括硅树脂、烷氧基硅烷、和全氟醚。虽然这种处理减小了粘着，但由于这些电子元件太小了，且同一时间要加工大量的这些元件，所以并不是对每一个元件的处理都有效。在美国专利5,936,758中描述了也是在装配中使用的碳氟化合物被用作微光学器件的抗静摩擦处理(基于光束被移动镜子反射的概念)。抗静摩擦处理通常“钝化”表面，被称为钝化剂。也就是说它们改变表面以减少其与其周围环境的相互作用。附图的简要说明附图说明图1表示一种典型的微电机装置(加速计)。图2是一个关于被封装前的含有半导体装置的cerdip或cerpac的截面图。图3表示这里公开的几种化合物的化学结构。图4是一个用于汽相沉积液体抗静摩擦剂的炉子的示意5是一个用于汽相沉积固体抗静摩擦剂的CVD炉管的示意图。本专利技术的详细说明固体无机材料的原子间化学键通常具有基本的粒子特征。这些材料可以有限定的化学计量和微结构，但是它们不形成明确的分子。相反，有机材料的化学键主要是共价的，并生成分散的分子。其结果是洁净的无机表面具有一个高表面能。这使它们对静摩擦敏感，并容易从周围环境吸附气体。有机表面的共价键分子具有较低的表面能，所以该表面具有相对低的静摩擦和气体吸附。依据本专利的方法和特殊材料制得的氧化硅表面富集有机苯基。这些苯基化学反应成氧化物，并由于其降低了表面能而得到期望的结果。也就是说有机材料比无机材料有更低的表面能。所以，很明显其它能用汽化方法沉积的有机材料(除了硅树脂化合物)在用此方法沉积时也会产生有效的抗静摩擦和钝化特征。虽然作为苯基的载体的氧化硅的使用不是必须的，但对于半导体应用却有不寻常的价值，因为到分子降解的范围，硅化物只简单地形成二氧化硅(一种广为了解的半导体材料)。本专利描述的是富集苯基的表面，因为这个特别的有机基团有突出的热稳定性和氧化稳定性，并具有用微小变化来处理以进行半导体封装的的特征。高沉积温度使弱键吸附的粒子更完全的除去。这种类型的处理增强了洁净反应表面和有机抗静摩擦蒸汽之间的强主要化学键，产生很稳定的表面特征。苯基的芳香性质使能量移位。这个特性使苯基比其它有机基团具有更好的热稳定性。它也提高了耐磨性，这是必须承受反复或长期的表面接触的微结构的一个重要参数。在半导体工业的早期，电路装置经常有不稳定的电性质。产生这种问题的一个原因是高能氧化表面吸附大气蒸汽所引起的表面作用。用无机钝化剂例如氮化硅覆盖表面解决了这个问题。本专利技术说明了使用汽相沉积有机表面作为一种替代的钝化技术。甚至当有机层厚度只有5-100埃时，它也能提高电稳定性。有机表面层的低能量极大地降低了大气气体的吸附，这在有些应用中是很有益的特征。在一些特殊应用中，有机物已经被用来钝化半导体晶片。一个例子是从液体中沉积的一类聚酰亚胺涂层。另一个例子是一类汽相沉积的聚对苯二甲撑薄膜。这两例均没有说明用可控方法形成小于100埃的钝化层。这是一个重要的区别，因为有机物是绝缘体，能够维持表面电荷，除非它们极薄。这样的电荷对MEMS装置的参数性能和可靠性会有巨大的影响。总之，本专利技术用来获得抗静摩擦性质的原理在许多应用中也提供耐磨性、降低吸附性和提高电稳定性。很明显，用来沉积有明确厚度和折射系数的富有机层的方法也有可能的光学和生物工艺学的应用。在有些应用中的限制是沉积温度。当在低温下使甲基烷氧基硅烷、苯基烷氧基硅烷、二苯基硅烷二醇、甲基苯基硅树脂和六甲基二硅氮烷(HMDS)的蒸汽和含有微结构的晶片的表面反应时，能获得抗静摩擦和钝化特性。应注意的是，作为制备含有铝的半导体晶片的重要因素，这些材料都不含有氯或氯化物，这是因为当湿气存在时，铝很容易受痕量氯化物腐蚀。这些材料之一HMDS在半导体工业中被用来提高保护层和晶片的粘着性，而在本专利中的用途有相反的作用降低相邻表面接触时的粘着性。本专利技术不排除含氯材料的使用，因为这些材料仍在不受如上面所提到的铝的例子的副作用影响的半导体生产中使用。微电机装置有很多应用。特殊应用会有一个或多个下述要求优良的抗静摩擦性、可控的表面电性能、所述装置表面吸附的抑制、所述装置表面吸附的控制、以及在所述装置的至少一个表面上的耐磨性。虽然在本申请中的讨论集中在气囊用的传感器上，但所讨论的概念适用于所有必须保持分离的微电机结构。由本专利技术的方法得到的芯片通常被用于cerdip(双列直插式陶瓷封装)和cerpac中，cerpac是cerdip的变体，其中形成的引线能够被焊在表面安装的基片上。Cerdip和cerpac都使用矩形陶瓷基底，该基底含有在其中安装芯片的空穴。空穴的周围是用密封玻璃覆盖的平面。当排成一行的引线架和基底通过一个炉子时，金属引线架被镶嵌在密封玻璃里。在由炉中通过期间，基底上的密封玻璃软化并粘合在引线架上。通常，在用于在空穴中安装芯片的银—玻璃模片固定中，这种由炉子中通过的做法被用于烧光有机物，和烧结无机物。当导线把芯片连接到引线架后，陶瓷盖被放在基底—引线架的组装体上。该陶瓷盖也具有和基底密封表面相配套的复盖密封玻璃的表面。使盖—引线架—基底组装体由炉子中通过以软化基底和盖上的密封玻璃。高炉温使玻璃流动并在含有芯片的空穴周围产生密封。因此，典型的cerdip/cerpac制造方法包括几次通过炉子。标准工业方法使用的炉子的条件(在空气中通常约为430-460℃)能快速地降解有机物。由于此原因，cerdip和cerpac很少含有有机材料。本申请主要描述了在硅晶片上形成微电机结构来说明本专利技术。然而，如上说述，本专利技术有很广泛的应用性。它认识到静摩擦是由表征洁净无机材料的高表面能引起的。从而，在一些无机微结构(甚至那些通常不被认为是半导体的无机材料形成的微结构)上生成薄的有机表面的汽相处理，将减少表面能并由此抑制静摩擦。石英—一种结晶氧化硅是这种材料的实例。它已经被用在利用它的压电性以产生共振且表面敏感的微结构的微结构应用中。上一段描述了和静摩擦相关的表面能抑制的广泛应用，然而，在本文中还讨论了应用于其它表面作用的类似描述，包括表面磨损、吸附和电性能。本申请中所用的实施例是基于硅晶片的多硅微结构。然而，很明显，本专利技术是可应用在任意基片上的洁净无机微结构。因此，本申请中所用的晶片一词包括含有至少一个无机微结构的无机基片。本专利技术在一个优选的实施方案中作为其在晶片中的使用被描述。在这个实施方案中，晶片上的芯片至少含有一个惯性传感器，该惯性敏感器与电子电路集成在芯片上，并随后封装在cerdip和cerpac中。然而，本专利技术还可类地应用于具有无集成电路的微电机装置的芯片上，以及应用于cerdip和cerpac之外的封装。例如，许多标准的集成电路(IC)装置在氮气中，在温度低于350本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种赋予微电机装置以抗静摩擦性质的方法，所述装置是一种得自晶片的芯片，该方法包括：ａ．将所述晶片和有机硅化合物一起置于炉子中，ｂ．在所述炉子中选择性地产生真空和选择性地用如氮气的非反应性气体替代炉子中的气体，ｃ．加热所述炉子及所 述储藏室至一温度，在此温度下，至少一些所述有机硅被蒸发，并可以和所述晶片接触，ｄ．冷却所述炉子，并取出所述晶片，然后，ｅ．选择性地切割所述晶片成为芯片。

【技术特征摘要】
US 2000-2-1 60/178,9581.一种赋予微电机装置以抗静摩擦性质的方法，所述装置是一种得自晶片的芯片，该方法包括a.将所述晶片和有机硅化合物一起置于炉子中，b.在所述炉子中选择性地产生真空和选择性地用如氮气的非反应性气体替代炉子中的气体，c.加热所述炉子及所述储藏室至一温度，在此温度下，至少一些所述有机硅被蒸发，并可以和所述晶片接触，d.冷却所述炉子，并取出所述晶片，然后，e.选择性地切割所述晶片成为芯片。2.如权利要求1所述方法，其所述有机硅化合物选自于以下组中甲基、甲基苯基或苯基烷氧基硅烷；二苯基二乙氧基硅烷；二苯基二甲氧基硅烷；二苯基硅烷二醇；二苯基硅氧烷；六甲基二硅氮烷；六苯基环三硅氧烷；六苯基二硅氧烷；甲基苯基硅氧烷；八苯基环四硅氧烷；苯基硅氧烷；苯基三甲氧基硅烷；硅醇终止的二苯基硅氧烷；硅醇终止的聚二苯基硅氧烷；四苯基二硅氧烷二醇；三苯基硅烷；三苯基硅醇；它们的混合物。3.如权利要求2所述方法，其中所述有机硅化合物包括硅醇终止的聚二苯基硅氧烷、二苯基硅烷二醇或四苯基二硅氧烷二醇。4.如权利要求1所述方法，其中所述温度是在约100和500℃之间。5.如权利要求4所述方法，其中所述温度是在约300和500℃之间。6.如权利要求4所述方法，其中所述温度是在约100和300℃之间。7.一种具有抗静摩擦特性的芯片，所述芯片得自用有机化合物蒸汽处理的晶片。8.如权利要求7所述的芯片，其中所述有机化合物是有机硅化合物。9.如权利要求8所述芯片，其中所述有机硅化合物选自于以下组中二苯基硅烷二醇；二苯基硅氧烷；六苯基环三硅氧烷；六苯基二硅氧烷；八苯基环四硅氧烷；硅醇终止的二苯基硅氧烷；硅醇终止的聚二苯基硅氧烷；四苯基二硅氧烷二醇；三苯基硅烷；三苯基硅醇；以及它们的混合物。10.如权利要求7所述的芯片，其中所述芯片包括至少一种惯性传感器。11.如权利要求10所述的芯片，其中所述惯性传感器是一种加速计或一种陀螺仪。12.如权利要求8所述的芯片，其中所述芯片包括至少一种惯性传感器。13.如权利要求12所述的芯片，其中所述惯性传感器是一种加速计或一种陀螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰R马丁，
申请(专利权)人：模拟装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]