種子層的刻蝕方法、晶圓級封裝鍵合環(huán)及其制作方法與流程
本發(fā)明涉及mems晶圓級封裝技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種種子層的刻蝕方法、晶圓級封裝鍵合環(huán)及其制作方法。
背景技術(shù)：
mems是microelectromechanicalsystem(微電子機械系統(tǒng))的縮寫。一個mems通常包含一些尺寸極其微小的精細結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在組裝為相關(guān)產(chǎn)品前，如果沒有經(jīng)過良好的封裝，就很容易受到外界環(huán)境的干擾，影響其性能的發(fā)揮，甚至導致結(jié)構(gòu)損壞。一般而言，mems封裝主要有金屬封裝和陶瓷封裝兩種形式。無論金屬封裝還是陶瓷封裝，都需要先將圓片切割為數(shù)百個單獨的芯片，然后再進行貼片、打線等操作，最終完成芯片級封裝。由于封裝工序繁雜且只能針對單個芯片進行操作，使得封裝成本居高不下，占了很大一部分生產(chǎn)成本，也制約了mems更廣泛的應用，迫切需要一種更優(yōu)化的封裝形式。
在眾多封裝形式中，晶圓級封裝脫穎而出。晶圓級封裝是在圓片上同時對多個芯片進行封裝，最后切割成單個器件。因此，晶圓級封裝不但加工效率高，還可以充分利用圓片的制造設(shè)備，新增投入少。晶圓級封裝的這些優(yōu)勢使其很受歡迎并得到了快速的發(fā)展。
為了實現(xiàn)良好的封裝效果，晶圓級封裝需要制備優(yōu)良的蓋帽晶圓。蓋帽晶圓先經(jīng)光刻和干法刻蝕，形成一定深度的mems腔，得到晶圓級封裝所需要的鍵合環(huán)；再通過pvd濺射鈦銅種子層并對種子層進行光刻、電鍍和濕法刻蝕，實現(xiàn)鍵合環(huán)的金屬化。
鍵合環(huán)金屬化過程中，種子層通常采用濕法刻蝕去除。一般先用過硫酸銨去除銅，再用含藥液去除鈦。上述工藝分兩步進行且使用了昂貴的進口材料，使得該方案的工藝時間長、生產(chǎn)成本高，容易產(chǎn)生側(cè)向侵蝕。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種種子層的刻蝕方法、晶圓級封裝鍵合環(huán)及其制作方法，至少可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的部分缺陷。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案：一種種子層的刻蝕方法，用于晶圓級封裝中，包括如下步驟：
s1，對長有種子層且具有mems腔的晶圓進行掩膜作業(yè)，作業(yè)時僅露出鍵合環(huán)；
s2，在掩膜作業(yè)完成后，對所述鍵合環(huán)處的所述種子層進行電鍍作業(yè)；
s3，在電鍍作業(yè)完成后，去除掩膜露出種子層；
s4，待掩膜去除完畢后，采用氨水、雙氧水以及水的混合物刻蝕去除種子層，以使鍵合環(huán)金屬化。
進一步，在所述s2步驟中，電鍍作業(yè)具體為：先在種子層上電鍍銅，與所述種子層共同作為粘附層，然后再在電鍍的銅上再電鍍焊料。
進一步，所述氨水、雙氧水以及水的混合物中，雙氧水：氨水：水＝1:2:17。
進一步，在所述s1步驟中，所述種子層的制備包括于具有mems腔的晶圓上依次濺射鈦和銅。
進一步，所述種子層的具體制備方法為：采用pvd設(shè)備，用純度99.99％的鈦和銅靶材，在dc功率源條件下用氬氣轟擊靶材，得到高質(zhì)量的種子層薄膜。
進一步，所述dc功率源是ti:1.2kw；cu：3.5kw，鈦濺射所使用氬氣的流量是19scc；銅濺射所用氬氣流量是50scc。
進一步，在所述s4步驟中，所述混合物刻蝕的方法具體為：所述混合液以stream的形式噴灑在晶圓上，同時晶圓以100～500r/min的速度旋轉(zhuǎn)，噴灑時間3～7分鐘；刻蝕后，用di水沖洗去除晶圓上殘留的混合溶液，然后旋轉(zhuǎn)甩干。
本發(fā)明實施例提供另一種技術(shù)方案：一種晶圓級封裝鍵合環(huán)的制作方法，包括如下步驟：
sa，對硅襯底進行掩膜作業(yè)，形成晶圓級蓋帽的拓撲結(jié)構(gòu)；
sb，對所述晶圓級蓋帽的拓撲結(jié)構(gòu)進行刻蝕形成具有深度的mems腔，并經(jīng)過清洗得到鍵合環(huán)；
sc，采用上述的種子層的刻蝕方法，得到晶圓級封裝鍵合環(huán)。
本發(fā)明實施例提供另一種技術(shù)方案：一種晶圓級封裝鍵合環(huán)，采用上述的制作方法制得，包括硅襯底，所述硅襯底具有mems腔和在所述mems腔之間的凸出的鍵合環(huán)，于所述硅襯底的鍵合環(huán)上依次制作有鈦層、銅層以及焊料層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過探索新的刻蝕方法，不僅實現(xiàn)了種子層的一次性刻蝕，大大縮短了工藝時間，增強了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還可以顯著降低企業(yè)成本，突破國外對關(guān)鍵材料的限制；巧妙地運用了sc1的理化性質(zhì)，不僅實現(xiàn)了鈦、銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時，還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使鍵合環(huán)的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例提供的一種晶圓級封裝鍵合環(huán)的制作方法的流程示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例提供的一種晶圓級封裝鍵合環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為傳統(tǒng)的兩步刻蝕和本發(fā)明實施例的一步刻蝕后形貌對比圖；
附圖標記中：1-硅襯底；2-mems腔；3-鈦層；4-銅層；5-焊料層；6-光刻膠；7-鍵合環(huán)。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
請參閱圖1、圖2和圖3，本發(fā)明實施例提供一種種子層的刻蝕方法，用于晶圓級封裝中，包括如下步驟：s1，對長有種子層且具有mems腔2的晶圓進行掩膜作業(yè)，作業(yè)時僅露出鍵合環(huán)7；s2，在掩膜作業(yè)完成后，對所述鍵合環(huán)7處的所述種子層進行電鍍作業(yè)；s3，在電鍍作業(yè)完成后，去除掩膜露出種子層；s4，待掩膜去除完畢后，采用氨水、雙氧水以及水的混合物刻蝕去除種子層，以使鍵合環(huán)7金屬化。在本實施例中，通過探索新的刻蝕方法，不僅實現(xiàn)了種子層的一次性刻蝕，大大縮短了工藝時間，增強了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還可以顯著降低企業(yè)成本，突破國外對關(guān)鍵材料的限制；巧妙地運用了sc1的理化性質(zhì)，不僅實現(xiàn)了鈦、銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時，還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使鍵合環(huán)7的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。具體地，在經(jīng)過前期處理后，得到具有mems腔2，且長有種子層的晶圓，該晶圓僅露出鍵合環(huán)7，然后經(jīng)過掩膜、電鍍等環(huán)節(jié)后，再次露出種子層，接下來采用氨水、雙氧水以及水的混合物來刻蝕種子層，最終得到金屬化的鍵合環(huán)7。在其中，我們采用的氨水、雙氧水以及水的混合物稱為sc1，其中雙氧水具有很強的氧化性，可以把無機物氧化層高價例子，氨水充當絡(luò)合劑的作用，可以與cu、ti等金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應，生成的絡(luò)合物溶于水，因此可以巧妙地去除銅和鈦，sc1這種獨特的理化特性為同時去除鈦和銅提供了可能，不僅實現(xiàn)了鈦和銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時這種刻蝕工藝還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使得結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，例如圖3所示的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，與傳統(tǒng)的兩步刻蝕工藝(左側(cè)的圖)相比，本實施例可以實現(xiàn)鈦和銅的同時刻蝕并減少銅電鍍成的側(cè)向侵蝕，從圖3右側(cè)的圖可以看到，鍵合環(huán)7銅結(jié)構(gòu)幾乎沒有側(cè)向侵蝕，而兩步法刻蝕方案出現(xiàn)了左側(cè)的圖中所示的側(cè)向侵蝕，形成了4μm左右的屋檐結(jié)構(gòu)，該屋檐結(jié)構(gòu)的存在有兩個缺點，一個是鍵合后結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，二是容易殘留污染源，污染源的存在可能導致封裝后器件的真空度下降進而影響器件的性能和壽命。由于沒有屋檐結(jié)構(gòu)的存在，本發(fā)明所提供的種子層刻蝕方案更優(yōu)。
作為本發(fā)明實施例的優(yōu)化方案，掩膜作業(yè)具體為：先在種子層上涂布光刻膠6，僅露出鍵合環(huán)7，然后依次經(jīng)過曝光和顯影工序。在本實施例中，掩膜的具體方式是先涂布光刻膠6，然后曝光顯影，采用掩膜的方式便于后期去除光刻膠6露出種子層。
作為本發(fā)明實施例的優(yōu)化方案，先在種子層上電鍍銅，與所述種子層共同作為粘附層，然后再在電鍍的銅上再電鍍焊料。在本實施例中，電鍍作業(yè)具體是分為兩部分，一部分需要先在種子層上電鍍銅，使之與種子層共同作為粘附層，然后再在銅上繼續(xù)電鍍焊料。
作為本發(fā)明實施例的優(yōu)化方案，所述氨水、雙氧水以及水的混合物中，雙氧水：氨水：水＝1:2:17。在本實施例中，該混合物是按照一定的比例混合而成，才可以達到想要的效果。優(yōu)選的，sc1需要現(xiàn)配現(xiàn)用，因此配設(shè)混合器來提供現(xiàn)場混合。可以采用流量計來控制各組分的量。
作為本發(fā)明實施例的優(yōu)化方案，所述種子層的制備包括于具有mems腔2的晶圓上依次濺射鈦和銅。在本實施例中，種子層的制作要依附于具有mems腔2的晶圓，但mems腔2凹陷出來后，凸出的部分即為鍵合環(huán)7，我們在制備種子層時，只需要覆蓋整個部分，即凹陷的mems腔2以及凸出的鍵合環(huán)7即可。制備時采用pvd設(shè)備，用純度99.99％的鈦和銅靶材，在dc功率源條件下用氬氣轟擊靶材，得到高質(zhì)量的種子層薄膜。如此可以得到優(yōu)質(zhì)的種子層。優(yōu)選的，控制所述dc功率源是ti:1.2kw；cu：3.5kw，鈦濺射所使用氬氣的流量是19scc；銅濺射所用氬氣流量是50scc，可以更容易得到優(yōu)質(zhì)的種子層。
作為本發(fā)明實施例的優(yōu)化方案，所述混合物刻蝕的方法具體為：所述混合液以stream的形式噴灑在晶圓上，同時晶圓以100～500r/min的速度旋轉(zhuǎn)，噴灑時間3～7分鐘；刻蝕后，用di水沖洗去除晶圓上殘留的混合溶液，然后旋轉(zhuǎn)甩干。在本實施例中，混合物制備好后，其刻蝕方法具體是以小細流噴灑的形式作用在晶圓上，然后噴灑的過程中，要將晶圓以優(yōu)選為300r/min的速度旋轉(zhuǎn)，噴灑的時間優(yōu)選為5min，在刻蝕后，再用去離子水沖洗去除圓片上殘留的sc1溶液，然后旋轉(zhuǎn)甩干即可。
本發(fā)明實施例提供一種晶圓級封裝鍵合環(huán)7的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：sa，對硅襯底1進行掩膜作業(yè)，形成晶圓級蓋帽的拓撲結(jié)構(gòu)；sb，對所述晶圓級蓋帽的拓撲結(jié)構(gòu)進行刻蝕形成具有深度的mems腔2，并經(jīng)過清洗得到鍵合環(huán)7；sc，采用上述的種子層的刻蝕方法，得到晶圓級封裝鍵合環(huán)7。在本實施例中，將上述的刻蝕方法用在晶圓級封裝鍵合環(huán)7的制作中，不僅實現(xiàn)了種子層的一次性刻蝕，大大縮短了工藝時間，增強了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還可以顯著降低企業(yè)成本，突破國外對關(guān)鍵材料的限制；巧妙地運用了sc1的理化性質(zhì)，不僅實現(xiàn)了鈦、銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時，還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使鍵合環(huán)7的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。我們采用的氨水、雙氧水以及水的混合物稱為sc1，其中雙氧水具有很強的氧化性，可以把無機物氧化層高價例子，氨水充當絡(luò)合劑的作用，可以與cu、ti等金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應，生成的絡(luò)合物溶于水，因此可以巧妙地去除銅和鈦，sc1這種獨特的理化特性為同時去除鈦和銅提供了可能，不僅實現(xiàn)了鈦和銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時這種刻蝕工藝還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使得結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，例如圖3所示的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，與傳統(tǒng)的兩步刻蝕工藝(左側(cè)的圖)相比，本實施例可以實現(xiàn)鈦和銅的同時刻蝕并減少銅電鍍成的側(cè)向侵蝕，從圖3右側(cè)的圖可以看到，鍵合環(huán)7銅結(jié)構(gòu)幾乎沒有側(cè)向侵蝕，而兩步法刻蝕方案出現(xiàn)了左側(cè)的圖中所示的側(cè)向侵蝕，形成了4μm左右的屋檐結(jié)構(gòu)，該屋檐結(jié)構(gòu)的存在有兩個缺點，一個是鍵合后結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，二是容易殘留污染源，污染源的存在可能導致封裝后器件的真空度下降進而影響器件的性能和壽命。由于沒有屋檐結(jié)構(gòu)的存在，本發(fā)明所提供的種子層刻蝕方案更優(yōu)。
請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供一種晶圓級封裝鍵合環(huán)7，采用上述制作方法制得，包括硅襯底1，所述硅襯底1具有mems腔2和在所述mems腔2之間的凸出的鍵合環(huán)7，于所述硅襯底1的鍵合環(huán)7上依次制作有鈦層3、銅層4以及焊料層5。在本實施例中，將上述的刻蝕方法用在晶圓級封裝鍵合環(huán)7的制作中，不僅實現(xiàn)了種子層的一次性刻蝕，大大縮短了工藝時間，增強了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還可以顯著降低企業(yè)成本，突破國外對關(guān)鍵材料的限制；巧妙地運用了sc1的理化性質(zhì)，不僅實現(xiàn)了鈦、銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時，還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使鍵合環(huán)7的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。我們采用的氨水、雙氧水以及水的混合物稱為sc1，其中雙氧水具有很強的氧化性，可以把無機物氧化層高價例子，氨水充當絡(luò)合劑的作用，可以與cu、ti等金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應，生成的絡(luò)合物溶于水，因此可以巧妙地去除銅和鈦，sc1這種獨特的理化特性為同時去除鈦和銅提供了可能，不僅實現(xiàn)了鈦和銅的同時刻蝕，還實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時這種刻蝕工藝還減少了銅的側(cè)向侵蝕，使得結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，例如圖3所示的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，與傳統(tǒng)的兩步刻蝕工藝(左側(cè)的圖)相比，本實施例可以實現(xiàn)鈦和銅的同時刻蝕并減少銅電鍍成的側(cè)向侵蝕，從圖3右側(cè)的圖可以看到，鍵合環(huán)7銅結(jié)構(gòu)幾乎沒有側(cè)向侵蝕，而兩步法刻蝕方案出現(xiàn)了左側(cè)的圖中所示的側(cè)向侵蝕，形成了4μm左右的屋檐結(jié)構(gòu)，該屋檐結(jié)構(gòu)的存在有兩個缺點，一個是鍵合后結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，二是容易殘留污染源，污染源的存在可能導致封裝后器件的真空度下降進而影響器件的性能和壽命。由于沒有屋檐結(jié)構(gòu)的存在，本發(fā)明所提供的種子層刻蝕方案更優(yōu)。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
技術(shù)特征：
1.一種種子層的刻蝕方法，其特征在于，用于晶圓級封裝中，包括如下步驟：
s1，對長有種子層且具有mems腔的晶圓進行掩膜作業(yè)，作業(yè)時僅露出鍵合環(huán)；
s2，在掩膜作業(yè)完成后，對所述鍵合環(huán)處的所述種子層進行電鍍作業(yè)；
s3，在電鍍作業(yè)完成后，去除掩膜露出種子層；
s4，待掩膜去除完畢后，采用氨水、雙氧水以及水的混合物刻蝕去除種子層，以使鍵合環(huán)金屬化。
2.如權(quán)利要求1所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于，在所述s1步驟中，掩膜作業(yè)具體為：先在種子層上涂布光刻膠，僅露出鍵合環(huán)，然后依次經(jīng)過曝光和顯影工序。
3.如權(quán)利要求1所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于，在所述s2步驟中，電鍍作業(yè)具體為：先在種子層上電鍍銅，與所述種子層共同作為粘附層，然后再在電鍍的銅上再電鍍焊料。
4.如權(quán)利要求1所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于：所述氨水、雙氧水以及水的混合物中，雙氧水：氨水：水＝1:2:17。
5.如權(quán)利要求1所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于，在所述s1步驟中，所述種子層的制備包括于具有mems腔的晶圓上依次濺射鈦和銅。
6.如權(quán)利要求5所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于，所述種子層的具體制備方法為：采用pvd設(shè)備，用純度99.99％的鈦和銅靶材，在dc功率源條件下用氬氣轟擊靶材，得到高質(zhì)量的種子層薄膜。
7.如權(quán)利要求6所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于，所述dc功率源是ti:1.2kw；cu：3.5kw，鈦濺射所使用氬氣的流量是19scc；銅濺射所用氬氣流量是50scc。
8.如權(quán)利要求1所述的種子層的刻蝕方法，其特征在于，在所述s4步驟中，所述混合物刻蝕的方法具體為：所述混合液以stream的形式噴灑在晶圓上，同時晶圓以100～500r/min的速度旋轉(zhuǎn)，噴灑時間3～7分鐘；刻蝕后，用di水沖洗去除晶圓上殘留的混合溶液，然后旋轉(zhuǎn)甩干。
9.一種晶圓級封裝鍵合環(huán)的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：
sa，對硅襯底進行掩膜作業(yè)，形成晶圓級蓋帽的拓撲結(jié)構(gòu)；
sb，對所述晶圓級蓋帽的拓撲結(jié)構(gòu)進行刻蝕形成具有深度的mems腔，并經(jīng)過清洗得到鍵合環(huán)；
sc，采用如權(quán)利要求1-8任一所述的種子層的刻蝕方法，得到晶圓級封裝鍵合環(huán)。
10.一種晶圓級封裝鍵合環(huán)，其特征在于：采用如權(quán)利要求9所示的制作方法制得，包括硅襯底，所述硅襯底具有mems腔和在所述mems腔之間的凸出的鍵合環(huán)，于所述硅襯底的鍵合環(huán)上依次制作有鈦層、銅層以及焊料層。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種種子層的刻蝕方法，用于晶圓級封裝中，包括如下步驟：S1，對長有種子層且具有MEMS腔的晶圓進行掩膜作業(yè)，作業(yè)時僅露出鍵合環(huán)；S2，在掩膜作業(yè)完成后，對鍵合環(huán)處的所述種子層進行電鍍作業(yè)；S3，在電鍍作業(yè)完成后，去除掩膜露出種子層；S4，待掩膜去除完畢后，采用氨水、雙氧水以及水的混合物刻蝕去除種子層，以使鍵合環(huán)金屬化。提供一種晶圓級封裝鍵合環(huán)的制作方法，采用上述的種子層的刻蝕方法，得到晶圓級封裝鍵合環(huán)。提供一種晶圓級封裝鍵合環(huán)，采用上述的制作方法制得。本發(fā)明通過探索新的刻蝕方法，不僅實現(xiàn)了種子層的一次性刻蝕，大大縮短了工藝時間，增強了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還可以顯著降低企業(yè)成本，突破國外對關(guān)鍵材料的限制。
