[发明专利]微型电镀立体结构提高圆片级金属键合强度的工艺方法

说明书

技术领域

本发明提出的是一种微型电镀立体结构提高圆片级金属键合强度的工艺方法，属于微电子和微机电系统（MEMS）技术领域。

背景技术

金属热压键合技术，包括扩散键合和共晶键合，在所有过渡层键合材料中，金属是漏率最低、气密性最高的材料，漏率可达10^-15cc/sec，是近几年发展迅猛的MEMS键合工艺技术之一。金属扩散键合是指两种金属通过压力和加热，使得原子从晶格到晶格迁移将界面“缝合”在一起，对晶片的平整度要求较高；共晶键合是指金属合金在特定成分和温度下经历直接从固态到液相的转变，因为有液相的变化，易出现流动流滞，因此对键合晶片及金属键合界面的平整度要求不高。金属键合技术使得键合界面具有良好的封装气密性和长期稳定性。目前金属扩散键合气密性好，可广泛应用于含有MEMS结构特点的器件如MEMS惯性器件、RF MEMS、光MEMS、MEMS传感器等应用领域。

上述技术中金属扩散键合，主要基于电镀工艺制备金属厚膜，一般将上、下两个晶片分别在键合区域电镀一次形成一定厚度的金属膜，然后上、下电镀图形直接对准键合。与溅射工艺制备的金属薄膜细腻致密相比，电镀厚膜结构质地粗糙疏松，高温高压下易挤压形变，更容易扩散键合。金属扩散键合需要两种金属之间直接接触，靠原子彼此扩散而键合在一起，因为不会呈现液相熔融的状态，对晶片键合界面的平整性要求显得尤为突出。但是在包含MEMS器件的晶片上，具有MEMS结构特点如带有各种介质、金属薄膜结构及高深宽比结构等，晶片的平整性会出现不同程度的微小起伏，没有任何图形时的晶片高平整度的状态就被打破，在键合时极易出现局部区域键合不上、键合不牢、强度不够等影响键合质量的问题，导致气密性不高或键合成品率下降。对于晶片上所有要键合的器件来说，由于金属不透光，包括无损红外检测方法，无法从外观直接观察到键合不上的区域，只能采用破坏性的剪切力测试，但这对生产性不适用。因此如何在一定范围内改善甚至规避MEMS结构给整个晶片带来的平整度下降而导致金属键合不良的问题，增强剪切强度与键合面积，实现MEMS结构的金属气密封装，有待解决。

发明内容

本发明提出的是一种微型电镀立体结构提高圆片级金属键合强度的工艺方法，其目的是针对上述现有技术存在的问题，通过巧妙设计版图，不增加工艺难度，不改变器件原有的结构与性能设计，实现金属扩散键合强度的提升与键合有效面积的增加，具有气密性高、键合成品率高、高可靠性等优点。

本发明的技术解决方案：微型电镀立体结构提高圆片级金属键合强度的工艺方法，至少包括在版图设计中增加第二次电镀金属的几何结构来提高金属扩散键合的剪切强度和键合面积，具体包括如下工艺步骤：

1）在第一次电镀形成键合界面图形的基础上，溅射一层金属粘附层，

2）光刻工艺形成第二次电镀的几何图形，湿法腐蚀工艺将不需要的粘附层金属去除，

3）二次电镀后，去除掩蔽层，形成阵列式微柱金属，第二次采用湿法腐蚀，将其余的金属粘附层去除，在第一次电镀平面图形的基础上，形成立体微小的电镀结构，再与另一个电镀有图形的晶片分别通过氧等离子体干法清洁，去除氧化层和粘物颗粒，至此对准键合，在高温高压下实现圆片级的金属扩散键合；

4）增加第二次立体式图形的电镀，相对地增大键合界面的压强，通过新型干法清洗技术的运用，实现键合强度的提高和键合面积的相对增加。