[发明专利]一种Si通孔金属化制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS制造领域，尤其涉及一种Si通孔金属化制作方法。

背景技术

MEMS制造工艺（Microfabrication Process）是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的通称。广义上的MEMS制造工艺，方式十分丰富，几乎涉及了各种现代加工技术。起源于半导体和微电子工艺，以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工技术。

当前随着芯片使用频率越来越高，传统的Si工艺由于工艺限制，已无法满足人们日益增长的芯片需求。射频MEMS技术（RF MEMS）是利用MEMS技术加工RF器件，已成为人们的研究热点之一。在RF MEMS技术中，深Si通孔金属化工艺利用率较为频繁，可用于正面芯片接地，芯片上下结构导通等。

传统的深Si通孔金属化工艺，一般采用电镀Cu或Cu芯焊球填充实现，但实际效果均不理想。采用电镀Cu工艺时，存在以下难题：1）工艺较为复杂：由于电镀液较难进入深Si通孔，使得在优化电镀电场的同时加入抑制剂和加速剂，确保金属Cu自底向上生长，工艺流程多，较为复杂；2）工艺开发周期长：由于电镀Cu工艺较为复杂，当蚀刻图形尺寸或深度发生变化时，通孔金属化工艺需优化电场等细节，工艺开发周期较长；3）通孔深度较大，尺寸较小时易造成起镀层太薄或缺失。采用Cu芯焊球时，熔融焊料需在一定压力和温度下完成，容易对芯片造成损伤，同时焊料导电性较低，影响RF MEMS电学性能。

另一方面，近年来随着纳米技术的不断进步与发展，纳米银以其出色的电学特性已广泛应用于芯片制作中。材料科学研究表明当材料达到纳米量级时，具有很高的表面活性和表面能，烧结温度远低于块体材料，固化后形成的材料具有与块体相似的物理和电学性能。因金属银具有良好的热导率、导电性和抗腐蚀性，使得纳米银浆一致是人们研究较热的材料。纳米银浆的主要特点是低温烧结，可高温服役，利于应用与芯片制造。但与金属Cu类似，金属Ag在表面易形成氧化物，对需要导电性良好的射频器件性能造成不良影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Si通孔金属化制作方法，替代传统金属Cu填充工艺，并在表面通过电镀厚金属，使其与含O₂环境隔离，从而实现金属化良好的深Si通孔。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种Si通孔金属化制作方法，包括以下步骤：

S1：在Si衬底上进行通孔蚀刻；

S2：对通孔蚀刻完成的Si衬底表面进行清洗处理；

S3：在清洗完成的Si衬底表面进行金属粘附层的制作；

S4：采用纳米银浆对通孔进行填充，并完成固化；

S5：对完成固化的整个晶圆进行清洗处理，并在完成后在晶圆的上下面完成图形化厚金属制作。

进一步地，所述的Si衬底包括高阻Si衬底、低阻Si衬底、SOI衬底、SiGe衬底。

进一步地，步骤S2中的清洗处理包括以下方式的一种或者多种的组合：（1）采用浓度为1%～20%HCl清洗晶圆；（2）干燥后采用NMP清洗晶圆，IPA清洗晶圆；（3）干燥后采用等离子体O2轰击晶圆表面，整个清理完成后。

进一步地，步骤S2清理完成后，在20min内进行金属粘附层制作。

进一步地，步骤S3中进行金属粘附层的制作需在Si衬底的上下两面进行制作，金属为Ti／Au、Ti/W、Cd，并按实际需求加入lift-off工艺制作金属粘附层图形。

进一步地，步骤S4中的纳米银浆填充的方式为手动填充或丝网印刷方式。

进一步地，步骤S4中的纳米银浆固化的方式为：在固化温度为100摄氏度～200摄氏度的范围内，按工艺要求进行两次及两次以上的纳米银浆填充固化。

进一步地，步骤S5中的清洗处理为采用浓度为1%～20%HCl清洗晶圆。

进一步地，步骤S5中的图形化厚金属制作为采用电镀、蒸发、溅射三种方式及其三种方式组合实现。

进一步地，步骤S5中的图形化厚金属制作的金属包括Au、Cu、Ni。

本发明的有益效果是：本发明提出一种i通孔金属化制作方法，采用纳米银浆固化工艺，替代传统金属Cu填充工艺，并在表面通过电镀金属Au，使其与含O2环境隔离，从而实现金属化良好的深Si通孔。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为通孔制作示意图；

图3为金属粘附层生长示意图；