一种深Si通孔结构的制作方法

本发明涉及mems制造领域，尤其涉及一种深si通孔结构。

背景技术：

mems制造工艺（microfabricationprocess）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（rfmems）是利用mems技术加工rf器件，已成为人们的研究热点之一。在rfmems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rfmems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。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种深si通孔结构，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：一种深si通孔结构，包括带有通孔的si衬底、位于所述通孔中的第一金属粘附层、位于所述第一金属粘附层中间的金属ag、以及将金属ag封闭于所述通孔内部的位于si衬底上下表面的第一厚金属。

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，所述的通孔深度为100～1000um，通孔的宽度大于等于5um。

进一步地，所述的第一金属粘附层在所述通孔中分布不均匀，沿通孔中部方向厚度逐渐降低。

进一步地，所述的第一金属粘附层由厚变薄的厚度为1um～0.1um，第一金属粘附层上下两端至少覆盖所述通孔的深度50um。

进一步地，所述的第一金属粘附层还包括延伸至所述通孔以外的位于si衬底上下表面的部分；同时所述的深si通孔结构还包括位于si衬底上下表面的第二金属粘附层、以及位于上下第二金属粘附层表面的第二厚金属。

进一步地，所述的金属ag为纳米银浆烧结固化后形成。

进一步地，所述的金属ag与所述的si衬底的高度差小于等于50um。

进一步地，所述的第一厚金属的厚度大于等于1um，延伸出通孔至少2um。

进一步地，所述的厚金属为图形化厚金属或者表面全覆盖厚金属。

本发明的有益效果是：本发明采用金属ag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。其中，金属ag优选为采用纳米银浆固化技术实现。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中a处放大示意图；

图中，1-si衬底，2-第一金属粘附层，3-金属ag，4-第一厚金属，5-第二金属粘附层，6-第二厚金属。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，一种深si通孔结构，包括带有通孔的si衬底1、位于所述通孔中的第一金属粘附层2、位于所述第一金属粘附层2中间的金属ag3、以及将金属ag3封闭于所述通孔内部的位于si衬底1上下表面的第一厚金属4。

更优地，在本实施例中，所述的si衬底1包括高阻si衬底1、低阻si衬底1、soi衬底、sige衬底。

更优地，在本实施例中，所述的通孔深度为100～1000um，通孔的宽度大于等于5um。

更优地，在本实施例中，所述的第一金属粘附层2在所述通孔中分布不均匀，沿通孔中部方向厚度逐渐降低，在通孔中部可能出现第一金属粘附层2不连续，但要求深孔上下两端的第一金属粘附层2全覆盖各至少50um深度（图2中的d1），覆盖厚度为0.1um～1um。

更优地，在本实施例中，如图1所示，所述的第一金属粘附层2还包括延伸至所述通孔以外的位于si衬底1上下表面的部分，同时所述的深si通孔结构还包括位于si衬底1上下表面的第二金属粘附层5、以及位于上下第二金属粘附层5表面的第二厚金属6。

更优地，在本实施例中，所述的金属ag3为纳米银浆烧结固化后形成。位置要求在第一金属粘附层2中间，在上下两层第一厚金属4中间，即金属ag3封闭于深si通孔中，与外界空气隔绝，避免氧化。

更优地，在本实施例中，金属ag3可高于si衬底1也可低于si衬底1，所述的金属ag3与所述的si衬底1的高度差小于等于50um。

更优地，在本实施例中，所述的第一厚金属4的厚度大于等于1um，延伸出通孔至少2um（图2中的d2）。

更优地，在本实施例中，所述的厚金属（包括第一厚金属4和第二厚金属6）为图形化厚金属或者表面全覆盖厚金属。

更优地，在本实施例中，所述的金属粘附层为ti／au、ti/w、cd，所述的厚金属为au、cu、ni。

更优地，在本实施例中，所述的通孔为利用icp-rie或激光打孔方式制作得到；所述的金属粘附层（包括第一金属粘附层2和第二金属粘附层5）为采用溅射或蒸发方式生长得到；金属ag3为采用手动或丝网印刷方式完成纳米银浆填充并在一定温度下烧结固化得到；厚金属为在晶圆上下面采用电镀或蒸发方式形成沉积得到。而在通孔制作和金属粘附层生长之间，需要对晶圆进行清洗，包括（1）采用浓度为1%～20%hcl清洗晶圆，去除晶圆表面氧化物；（2）干燥后采用nmp清洗晶圆，ipa清洗晶圆，去除晶圆表面有机沾污；（3）干燥后采用等离子体o2轰击晶圆表面，增强表面附着力。同样地，在固化纳米银浆及厚金属沉积之间也包括一个清洗步骤，采用稀释盐酸清洗晶圆表面，去除表面氧化物，保证通孔导电性。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。