[发明专利]一种深Si通孔结构

说明书

技术领域

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（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：