一种Si通孔金属化制作方法与流程

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（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；

图4为纳米银浆填充固化示意图；

图5为厚金属图形化制作示意图；

图中，1-si衬底，2-通孔，3-金属粘附层，4-纳米银浆，5-图形化厚金属。

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si通孔2金属化制作方法，包括以下步骤：

s1：利用icp-rie或激光打孔方式，在si衬底1上实现通孔2制作，制作完成的示意图如图2所示；在本实施例中，所述的si衬底1包括高阻si衬底、低阻si衬底、soi衬底、sige衬底。

s2：对通孔2蚀刻完成的si衬底1表面进行清洗处理；具体地，在本实施例中：采用浓度为1%～20%hcl清洗晶圆，去除晶圆表面氧化物；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；干燥后采用等离子体o2轰击晶圆表面，增强表面附着力。整个清理完成后，20min内进行金属粘附层3生长。

s3：在清洗完成的si衬底1表面，采用溅射或蒸发方式生长一层金属粘附层3，生长完成的晶圆如图3所示；其中，进行金属粘附层3的制作需在si衬底1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3图形。

s4：采用手动或丝网印刷方式，完成纳米银浆4填充，并在一定温度下烧结固化，使得通孔2形成金属ag，由于纳米银浆4烧结后会自然收缩，可按工艺需求进行多次纳米银浆4填充、固化，填充/固化完成后的晶圆如图4所示；具体地，在本实施例中，固化温度为100摄氏度～200摄氏度。

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5制作，如图5所示；具体地，在本实施例中，采用稀释盐酸清洗晶圆表面，去除表面氧化物，保证通孔2导电性，清洗完成后30分钟内，在晶圆上下面采用电镀或蒸发方式，形成厚金属沉积；图形化厚金属5制作采用电镀、蒸发、溅射三种方式及其三种方式组合实现，金属包括au、cu、ni。

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。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种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。本发明提出一种Si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。

技术研发人员：陈一峰
受保护的技术使用者：成都海威华芯科技有限公司
技术研发日：2017.12.12
技术公布日：2018.03.23