웨이퍼 레벨 진공 패키징된 MEMS 자이로스코프 센서의 파괴 인자에 관한 연구
Study of Failure Mechanisms of Wafer LevelVacuum Packaging for MEMG Gyroscope Sensor
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초록
본 연구에서는 웨이퍼 레벨 진공 패키징된 MEMS 자이로스코프 소자의 신뢰성 시험 및 분석을 통하여 웨이퍼 레벨 진공 패키징의 파괴 메카니즘을 연구하였다. 진공 패키징의 주된 파괴 모드는 누설, 가스투과, 그리고 outgasing이다. 누설은 접합 계면이나 결함을 통하여 주로 발생되며, 접합폭을 증가시키거나 단결정 실리콘을 사용하면 누설이 감소한다. Outgassing은 실리콘 및 유리기판의 표면 및 내부에서 발생하며 주로 H2O와, CO2, C3H5 및 유기 오염물질이었다. Epi-poly의 경우 SOI 웨이퍼보다 약 10배의 outgassing을 발생시킨다. 또한 유리기판을 샌드블라스트 공정을 사용하여 가공한 경우,약 2.5배의 outgasing 양이 증가한다. Outgassing 제거를 위해서는 접합 전에 웨이퍼를 pre-baking하는과정이 필수적이며, outgassing의 발생을 최대로 하기 위한 최적의 pre-baking 조건은 실리콘과 유리 웨이퍼를 400oC와 500oC 사이에서 pre-baking하는 것이다.
Abstract
In this study, we cary out reliability tests and investigate the failure mechanisms of theanodically bonded wafer level vacuum packaging (WLVP) MEMS gyroscope sensor. There are threefailure mechanisms of WLVP: leakage, permeation and out-gassing. The leakage is caused by smaldimension of the leak channel through the bonding interface and internal defects. The larger bonding widthand the use of single crystalline silicon can reduce the leak rate. Silicon and glass wafer itself generates alarge amount of outgassing including H2O, C3H5, CO2, and organic gases. Epi-poly wafer generates 10 timeslarger amount of outgassing than SOI wafer. The sandblasting process in the glass increases outgassingprocess. An optimum pre-baking temperature of the wafers would be between 400oC and 500oC.