CN113140474A - 一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，包括如下步骤：在晶圆表面形成外围金属膜层；采用镂空的挡板作为掩膜基板，在外围金属膜层以内的部分晶圆表面形成增透膜层；采用镂空的挡板作为掩膜基板，在外围金属膜层以内的区域，在增透膜层以外的至少部分晶圆表面形成吸气剂层；在整个晶圆表面涂覆光刻胶层，通过曝光显影，露出外围金属膜层，然后在外围金属膜层上形成支撑层和焊料层，形成金属焊环，再去除光刻胶，即得。本发明的方法工艺简单、周期短、成本低、能够减少剥离液对各膜层的腐蚀等影响，且能制备出表面平整、透射率高的晶圆级封装用盖帽晶圆，具有很好的工业应用价值。

Description

一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，具体涉及一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法。
背景技术
红外成像技术广泛应用于军事、安防、工业、医疗、电力、建筑、汽车等社会的各个方面，其核心部分探测器芯片需要在高真空的环境下工作，目前主要采用金属或者陶瓷管壳封装，总体的尺寸、重量、功耗还是很高，不能满足市场小型化的应用需求。
随着半导体工艺技术的进步，逐步研发和实现了晶圆级封装（Wafer LevelPackage，简称WLP），并已运用于非制冷红外探测器产品，实现了更小、更轻、更低功耗的目标。国内厂家的部分型号也已经利用WLP技术实现量产。 WLP技术主要依靠探测器芯片晶圆和与之对应的盖帽晶圆的低温共晶键合来实现整片晶圆的高真空密封。
目前的盖帽晶圆工艺以深硅刻蚀形成腔体、然后在腔体底部沉积增透膜和吸气剂、腔体边缘的顶部沉积金属焊料环，各部分要形成图形化，必须经过反复的光刻刻蚀和剥离工艺才能实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺周期短、成本低且能制备出表面平整、透射率高的晶圆级封装用盖帽晶圆的制作方法。
为实现以上目标，本发明采用如下的技术方案：
一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，包括如下步骤：
（1）在晶圆表面形成外围金属膜层；
（2）采用镂空的挡板作为掩膜基板，在外围金属膜层以内的部分晶圆表面形成增透膜层；
（3）采用镂空的挡板作为掩膜基板，在外围金属膜层以内的区域，在增透膜层以外的至少部分晶圆表面形成吸气剂层；
（4）在整个晶圆表面涂覆光刻胶层，通过曝光显影，露出外围金属膜层，然后在外围金属膜层上形成支撑层和焊料层，形成金属焊环，再去除光刻胶，即得。本方案中，外围金属膜层为金属膜层框。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（1）中，先在晶圆表面制作光刻图形，然后在晶圆表面沉积金属层，剥离掉光刻胶和沉积在所述光刻胶上的金属层，得到表面具有外围金属膜层的晶圆。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（1）中，所述外围金属膜层包括在晶圆上依次沉积的Ti膜、Pt膜和Au膜；
所述Ti膜的厚度为50～200nm，所述Pt膜的厚度为100～200nm，所述Au膜的厚度为400～500nm。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（2）中，放置镂空的挡板，以掩盖所述外围金属膜层和外围金属膜层以内的至少部分晶圆区域，然后通过溅射或蒸发在外围金属膜层以内的部分晶圆表面沉积增透膜层。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（2）中，所述增透膜层包括在晶圆上依次沉积的ZnS层和Ge层；
所述ZnS层的厚度为1～2μm，所述Ge层的厚度为1～2μm。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（3）中，放置镂空的挡板，以掩盖所述外围金属膜层、增透膜层以及至少部分晶圆区域，然后在外围金属膜层以内除增透膜层以外的部分晶圆表面沉积吸气剂层。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（3）中，所述吸气剂层的成分包括Zr和Co，以及La、Y和Ce的一种或多种；
所述吸气剂层的厚度为2～5μm。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（4）中，在所述外围金属膜层上依次镀支撑层和焊料层；所述支撑层为Cu层，所述焊料层为Sn层；
所述Cu层的厚度为75～107μm；所述Sn层的厚度为3～5μm。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（1）中，所述外围金属膜层为方环形金属膜层。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，步骤（4）中，所述光刻胶层的厚度为80～110μm。
上述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，优选地，所述晶圆为硅晶圆、锗晶圆、砷化镓晶圆、磷化铟晶圆、碳化硅晶圆、氮化镓晶圆或碳化镓晶圆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过利用光刻和剥离的工艺在硅晶圆上形成金属膜层框，然后采用平面硬掩模工艺在金属膜层框内制作增透膜和吸气剂，一次成型，最后利用厚胶光刻后在金属膜层框上镀支撑层和焊料层以形成金属焊环。本发明的方法不仅可以缩短工艺流程和时间，减少剥离液对各膜层的腐蚀等影响，还能节省成本，最终获得深腔的效果，以此方法制作的盖帽晶圆表面平整、透射率高，且制备工艺简单，周期短，可以大大降低WLP的成本，从而降低红外探测器的成本来扩大其应用范围，具有很好的工业应用价值。
附图说明
图1为晶圆级封装用盖帽晶圆的制备流程示意图。
图2为实施例1中晶圆经步骤（1）处理后的单个单元的俯视示意图。
图3为实施例1中晶圆经步骤（2）处理后的单个单元的俯视示意图。
图4为实施例1中晶圆经步骤（3）处理后的单个单元的俯视示意图。
图5为实施例1中晶圆经步骤（4）处理后的单个单元的俯视示意图。
附图说明：
1、晶圆；2、金属焊环；21、方环形金属膜层；22、支撑层；23、焊料层；3、增透膜层；4、吸气剂层。
具体实施方式
以下结合具体实施例和说明书附图，对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
本实施例提供一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，包括如下步骤：
S1、利用光刻加剥离的工艺，制作图形化的方环形金属膜层21；
在一张双抛的晶圆1（通常为硅晶圆）上通过光刻胶和曝光显影技术制作光刻图形，然后逐层溅射或蒸发依次沉积100nmTi膜、150nm Pt膜和450nmAu膜的金属膜层，随后剥离掉光刻胶和光刻胶上的金属膜层，留下方环形金属膜层21。
S2、利用硬掩模，溅射或蒸发沉积图形化的增透膜层3；
在包含方环形金属膜层21的一面，在晶圆1前边放置一个镂空的挡板作为硬掩模，镂空的部分为供蒸镀或溅射的开口，以掩盖方环形金属膜层21和方环形金属膜层21以内区域的至少部分晶圆区域，并做好对位，直接逐层依次沉积2μmZnS层、2μmGe层，构成增透膜层3，即在没有硬掩模遮挡的地方通过蒸镀或溅射沉积上增透膜层3。
S3、利用硬掩模，溅射或蒸发沉积图形化的吸气剂层4；
在包含方环形金属膜层21的一面，在晶圆1前边放置一个镂空的挡板作为硬掩模，镂空的部分为供蒸镀或溅射的开口，以掩盖方环形金属膜层21和方环形金属膜层21以内区域的至少部分晶圆区域，并做好对位，直接沉积5μm ZrCoLa层，构成吸气剂层4，即在没有硬掩模遮挡的地方通过蒸镀或溅射沉积上吸气剂层4。
S4、利用厚胶光刻，在方环形金属膜层21上电镀铜和金锡焊料层；
涂上100μm的厚胶（SU8），通过曝光显影技术，露出方环形金属膜层21，作为种子层，在其上依次电镀97μm厚的Cu层作为支撑层22，以及3μm厚Sn层作为焊料层23，种子层和支撑层22及焊料层23共同形成金属焊环2，两侧的厚胶可以控制镀层的形状，去掉光刻胶，形成盖帽晶圆。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (11)

1.一种晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在晶圆表面形成外围金属膜层；
（2）采用镂空的挡板作为掩膜基板，在外围金属膜层以内的部分晶圆表面形成增透膜层；
（3）采用镂空的挡板作为掩膜基板，在外围金属膜层以内的区域，在增透膜层以外的至少部分晶圆表面形成吸气剂层；
（4）在整个晶圆表面涂覆光刻胶层，通过曝光显影，露出外围金属膜层，然后在外围金属膜层上形成支撑层和焊料层，形成金属焊环，再去除光刻胶，即得盖帽晶圆。
2.如权利要求1所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，先在晶圆表面制作光刻图形，然后在晶圆表面沉积金属层，剥离掉光刻胶和沉积在所述光刻胶上的金属层，得到表面具有外围金属膜层的晶圆。
3.如权利要求1所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述外围金属膜层包括在晶圆上依次沉积的Ti膜、Pt膜和Au膜；
所述Ti膜的厚度为50～200nm，所述Pt膜的厚度为100～200nm，所述Au膜的厚度为400～500nm。
4.如权利要求1～3任意一项所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，放置镂空的挡板，以掩盖所述外围金属膜层和外围金属膜层以内的至少部分晶圆区域，然后通过溅射或蒸发在外围金属膜层以内的部分晶圆表面沉积增透膜层。
5.如权利要求1～3任意一项所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述增透膜层包括在晶圆上依次沉积的ZnS层和Ge层；
所述ZnS层的厚度为1～2μm，所述Ge层的厚度为1～2μm。
6.如权利要求1～3任意一项所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，放置镂空的挡板，以掩盖所述外围金属膜层、增透膜层以及至少部分晶圆区域，然后在外围金属膜层以内除增透膜层以外的部分晶圆表面沉积吸气剂层。
7.如权利要求1～3任意一项所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述吸气剂层的成分包括Zr和Co，以及La、Y和Ce的一种或多种；
所述吸气剂层的厚度为2～5μm。
8.如权利要求1～3任意一所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，在所述外围金属膜层上依次镀支撑层和焊料层；所述支撑层为Cu层，所述焊料层为Sn层；
所述Cu层的厚度为75～107μm；所述Sn层的厚度为3～5μm。
9.如权利要求1～3任意一所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述外围金属膜层为方环形金属膜层。
10.如权利要求1～3任意一所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述光刻胶层的厚度为80～110μm。
11.如权利要求1～3任意一项所述的晶圆级封装用盖帽晶圆的制备方法，其特征在于，所述晶圆为硅晶圆、锗晶圆、砷化镓晶圆、磷化铟晶圆、碳化硅晶圆、氮化镓晶圆或碳化镓晶圆。
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