TWI291207B - Stack structure of mini-cap for protecting RF device - Google Patents

Description

1291207 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種堆疊結構，且特別有關於一種適用於 射頻元件之保護蓋的堆疊結構。 【先前技術】 微機電系統（Micro Electro Mechanical System; MEMS)是一 種集合微型機械、徵感測器、微執行器、信號處理、智慧控制 於一體的新興科技領域，具有傳統機電技術所不具備之優勢， 籲包括尺寸普遍減小、適合大量生產、較低的製造成本和能源消 耗、易製成大規模和多模式陣列…等優點，並可為一包含光、 電、機械、材料、控制、物理、化學、和生物等多重技術整合 的研發領域，因而目前已成為世界各國投入大量資金所進行研 究的重點之一。 微機電系統的目標是將“機械”和“積體電路（integrated circuit ; 1C) ’’結合，以形成有智慧的微系統，主要製作需基於 兩大技術：積體電路技術和微機械加工技術，其中積體電路技 泰術主要用於製作微機電系統中的信號處理和控制系統，與傳統 的積體電路技術差別不大，而微機械加工技術則主要包含體微 機械加工技術、表面微機械加工技術、微光刻電鑄造模 (Lithographie、Galvanoformung、Abformung ; LIGA)技術、晶 片鍵合技術、和微機械組裝技術等。將微機電系統技術同積體 電路技術相結合，除了可利用積體電路技術製作微機電系統的 電路部分外，更可利用積體電路之現有的設備及技術，減低微 機電系統的開發和生產成本。 行動適訊具有廣大的市場潛力，因此射頻微機電元件 1291207 (RF-MEMS)，包含微型電感（micro_inductor)、可調電容（tunable capacitor)、微波導（microwave guide)、微傳輸線（micro transmission line)、微型天線（micro_antenna)、諧振器 (resonator)、濾波器（filter)、以及移相器（phase shifter)···等，由 於使用微機電技術而將各個通訊部件微型化和集成化，不僅提 高信號的處理速度，並且縮小了個人行動通訊系統的體積，具 有無限商機，乃至於成為當前國—一重點研究。 由於微機電元件為一易碎結構，因而需設計一保護蓋結構 覆蓋於此微機電元件之上，以避免受到外力損傷，而此保護蓋 • 結構及其形成方法係可藉由一般半導體封裝技術而達成，然對 於射頻微機電元件而言，除考量上述~因素外，此保護蓋結構乃 更需進一步考量電磁干擾（Electromagnetic interference，EMI)、 和雜訊等問題，以隔離外部雜亂電波干擾與不明訊號。 【發明内容】 有鐘於上述，本發明的目的之一在於提供一種堆疊結構， 且特別是一種適用於射頻元件之保護蓋的堆疊結構。 藝 上述堆疊結構可適用於一種晶圓級的封裝方法中，不僅可 用以形成保護射頻元件之保護蓋，且所形成之保護蓋更可用以 避免射頻元件的電性受到干擾。 本發明所提供之一種用於射頻元件之保護蓋的堆疊結構， 此堆疊結構具有複數層別依序如下：一底層、一保護層、以 及_接合媒介層，其中上述保護層係用於支撐保護射頻元件， 且此保護層為非強磁性材料，以避免射頻元件的電性受到干 擾 上述保濩層之相對磁導率（relative permeability)係小於 100 〇 7 1291207 堆叠= 心㈣元件之保護蓋的 金屬層、一厚声的八 厚度）丨於0.15·0.25微米間之含金 八 厚度約介於4.5-9微米間之含錫金屬声、一晟声的 介於30-40微米叫 3 =職尽度約 微米間之含金金屬層一厚度約介於〇·15-0.25 銅金屬層。 厚度約介於190-210微米間之含 蓋二二實：二本發明Λ供一種用於射頻元件之保護 含金金屬芦 Γ 3 厚度約介於0.15-0.25微米間之 >产約^1、約介於4·5·9微米間之含錫金屬層、一厚 度約介於騎微米間之含鉻金 ：曰厚 微米間之含金金麗爲，ν β广 片度約"於0.15-0.25 鋼金屬層。、曰、—厚度約介於190-210微米間之含 懂，== = ;和其他目的、特徵、和優點能更明顯易 下：下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 【實施方式】 本發明係舉列一實施例詳述如下，其 未依據實際比㈣製，其作用僅中相關之圖不並 另…㈣山Γ 表達本發明之結構特徵。 實施^ ^ 外，本發明亦可廣泛地施行於其他的 亦即，本發明的範圍乃不受限定，_本發提 出之申請專利範圍為準。 J-圖至第五圖為利用本發明一較佳實施例之堆叠結 :有首先提供一元件基底1〇，且元件基底10上 二 = 元件基底1〇 一般為一半導體晶圓，然並 非以此為限’而元# 12則可為—射頻元件，例如—射頻微機 8 1291207 電元件，包含微型電感、可調電容、微波導、微傳輸線、微型 天線、諧振器、濾波器、或移相器…等，亦或者為一感光元件 或其他元件，本發明乃並非以此為限。在此較佳實施例中，元 件12係以一射頻元件為例。此外，元件12周圍可設置有密封 環（seal ring) 14，以於後續製程中用於密封保護元件12。除此 之外，元件基底10之表面亦包含有複數個銲墊16，以作為電 性連接之用。由於元件12較為精細或脆弱，因此需要對其提 供特殊之保護，而在此較佳實施例中，由於元件12為射頻元 件，因此更需審慎考量電磁干擾和雜訊等問題，隔離外部雜亂 _ 電波干擾與不明之訊號。 接著請參見第二圖，第二圖顯示一用來製造保護元件12 之保護蓋的上蓋基底20，而在此較佳實施例中，上蓋基底20 可由一金屬材料例如銅所構成。首先在上蓋基底20上覆蓋一 圖案化遮罩層22，接著進行一蝕刻步驟，以移除未被圖案化遮 罩層22所覆蓋之上蓋基底20的部分，形成複數個對應於元件 基底10上之元件12的腔體（cavity)24。 參照第三圖，在腔體24形成後，將圖案化遮罩層22去除。 • 而在去除圖案化遮罩層22後，形成另一圖案化遮罩層26遮覆 於上蓋基底20之部分表面，並且暴露出腔體24以及腔體24 的周圍，接著則於未受到圖案化遮罩層26所遮覆之上蓋基底 20表面依序形成一保護元件12之保護蓋的膜層。依照整個堆 疊結構30來看，其可包含一作為犧牲層之底層、一支撐保護 元件12之保護層、以及一用以與其他基底結合之接合媒介層。 一般保護層係使用鎳金屬層，然而鎳金屬為一強磁性材料，其 相對磁導率（relative permeability)通常介於100至600之間，在 作為保護一射頻元件例如電感之使用上，將影響到電感的Q品 1291207 * » 質係數，因此更須考量保護層之材料特性對射頻元件之影響， 較佳為一非強磁性材料，以避免射頻元件的電性受到干擾。接 著去除圖案化遮罩層26。 以下乃進一步說明上述用以形成保護蓋的堆疊結構30。堆 疊結構30包含一底層，例如為上蓋基底20,而在此實施例中， 底層可為一厚度約介於190-210微米間之含銅金屬層。接著， 於作為底層之上蓋基底20的腔體24上，利用圖案化遮罩層26 作為遮覆，以進行鍍膜製程，例如電鍍法、或無電鍍法 (electroless plating)如化學電鍍法，依序形成保護層、及接合媒 φ 介層。在此較佳實施例中，保護層34之相對磁導率可例如小 於100，並可包含一藉由無電鍍法形成厚度約介於30-40微米 間的含磷之鎳金屬層，亦或者為一利用電鍍法所形成厚度約介 於30-40微米間之含鉻金屬層，其中鉻金屬層之相對磁導率係 約略等於1，而上述含磷之鎳金屬層中的磷含量乃較佳大於10 重量百分比，如此可有效降低保護層之磁性，並具有相對磁導 率小於10。值得注意的是，保護層之材料亦可以是由其他非強 磁性材料所構成，並不以此實施例為m。接著於保護層34之 _ 上形成一接合媒介層36，此接合媒介層36可為一包含一第一 金屬層363與一第二金屬層361之複合結構，而其中第一金屬 層363為堆疊結構30之最外層，而在此較佳實施例中，第一 金屬層363可例如為一厚度約介於0.15-0.25微米間的含金金屬 層，而第二金屬層361則可例如為一厚度約介於4.5-9微米間 的含錫金屬層。當然，接合媒介層36亦可能由其他材料或者 其他結構所構成，本發明乃不以此為限。 當保護層34為一金屬層時，由於在後續製程中，必須將保 護蓋的底層去除，因此為了防止金屬材質之保護層形成氧化， 1291207 堆疊結構30可更包含一防止氧化層32介於底層（上蓋基底20) 以及保護層34之間，以避免保護層34受到氧化。在此較佳實 施例中，防止氧化層32可例如為一厚度約介於0.15-0.25微米 間的含金金屬層。 接著，請參照第四圖，將如第三圖所示之上蓋基底20上的 腔體24對準元件基底10上的元件12,使每一保護蓋分別覆蓋 每一元件12，同時使接合媒介層36與密封環14接合固定。接 著，將上蓋基底20(亦即保護蓋的堆疊結構30之底層）去除，例 如藉由一蚀刻方法，包含乾式钱刻如電漿蚀刻法，亦或濕式姓 ® 刻，本發明乃並非以此為限。將上蓋基底20移除後，則於元 件基底10上留下一僅用於覆蓋元件12,而未覆蓋於銲墊16之 保護蓋3結構，如第五圖所示。接著，可進行一切割製程，以 形成複數個封裝結構。 第六圖為一根據本發明一實施例之用於射頻元件之保護蓋 的堆疊結構，其依序包含：一厚度約介於0.15-0.25微米間之含 金金屬層363、一厚度約介於4.5-9微米間之含錫金屬層361、 一厚度約介於30-40微米間的含磷之鎳金屬層34’、一厚度約介 ⑩於0.15-0.25微米間之含金金屬層32、以及一厚度約介於 190-210微米間之含銅金屬層20 ;其中，上述含磷之鎳金屬層 中的鱗含量乃較佳大於10重量百分比。 第七圖為一根據本發明另一實施例之用於射頻元件之保護 蓋的堆疊結構，其依序包含：一厚度約介於0.15-0.25微米間之 含金金屬層363、一厚度約介於屯5-9微米間之含錫金屬層 361、一厚度約介於30-40微米間之含鉻金屬層34”、一厚度約 介於0.15-0.25微米間之含金金屬層32、以及一摩度約介於 190-210微米間之含銅金屬層20。 11 1291207 雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在未脫離本發明所揭示之精 神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範 圍内。 12 1291207 【圖式簡單說明】 第一圖至第五圖為利用本發明一較佳實施例之堆疊結構， 配合一封裝結構以及晶圓級封裝方法形成一保護蓋之流程示 意圖； 第六圖為一根據本發明一實施例之用於射頻元件之保護 蓋的堆疊結構；以及 第七圖為一根據本發明另一實施例之用於射頻元件之保護 • 蓋的堆疊結構。 【主要元件符號說明】 10〜元件基底； 14〜密封環； 20〜上蓋基底； 24〜腔體； 3〜保護蓋； 32〜防止氧化層； 36〜接合媒介層； 361〜第二金屬層。 12〜元件； 16〜銲墊； 22〜圖案化遮罩層； 26〜圖案化遮罩層； 30〜堆疊結構； 34、34’、34”〜保護層； 363〜第一金屬層； 13

Claims (1)

1291207 十、申請專利範圍： 1· 一種用於一射頻元件之保護蓋的堆疊結構，該堆疊結構 具有複數層別依序如下·· 一底層； 一保護層，用於支撐保護該射頻元件，且該保護層為非強 磁性材料，以避免該射頻元件之電性受到干擾；以及 一接合媒介層； 八中’該保護層之相對磁導率（relative 係小於 100 〇 2·如申請專利範圍第1項所述之用於一射頻元件之保護蓋 的堆疊結構，其中該保護層為一含磷之鎳金屬層。 3·如申請專利範圍第2項所述之用於一用於一射頻元件之 保護蓋的堆疊結構，其中該含磷之鎳金屬層之相對磁導率係小 於10 〇 φ 4·如申請專利範圍第2項所述之用於一用於一射頻元件之 保4蓋的堆疊結構，其中該含磷之鎳金屬層中的磷含量大於忉 重量百分比。 •如申凊專利範圍第1項所述之用於一射頻元件之保護蓋 的堆璺結構，其中該保護層為一含鉻金屬層。 、6·如申請專利範圍第1項所述之用於一射頻元件之保護蓋 的堆受結構’其中該保護層之厚度介於30-40微米之間。 12.91207 於一射頻元件之保護蓋 7·如申请專利範圍第丨項所述之用 的堆叠結構，其巾該保護層為-金屬層 的堆in利範圍第7項所述之用於-射頻元件之保護蓋 二;；r堆疊結構更包含一防止氧化層介於該底層 一μ保濩層之間，以避免該保護層氧化。 的堆Li:請甘專利範圍第8項所述之用於-射頻元件之保護蓋 i、，、。構，其中該防止氧化層為一含金金屬層。 蓋的圍第8賴狀驗—㈣元件之保護 且、°構、、中該防止氧化層之厚度介於0.15-0.25微米之 間0 η·如申請專利範圍第1 蓋的堆疊結構，其中該底層為 項所述之用於一射頻元件之保護 一含銅金屬層。 _L2蟲如中請專㈣圍第1項所述之用於—射頻元件之保護 的隹且結構，其中該底層之厚度介於190_210微米之間。 〜L3·/中請專利範圍第1項所述之用於m件之保護 、且〜構，其中該接合媒介層為一第一金屬層與一第二金 屬層之複合結構，而該第-金屬層為該堆疊結構之最外層。 —14·如申請專利範圍第13項所述之用於一射頻元件之保護 盍的堆疊結構，其中該第—金屬層為 一含金金屬層。 15 1291207 筌沾15·如申請專利範圍第14項所述之用於一射頻元件之保護 、I〜構’其中該第一金屬層之厚度介於015_0.25微米之 筌认16·如申睛專利範圍第13項所述之用於一射頻元件之保護 、堆疊結構，其中該第二金屬層為一含錫金屬層。 蓋的± #如申明專利範圍第16項所述之用於一射頻元件之保護 _ 、堆疊結構，其中該第二金屬層之厚度介於4·5-9微米之間。 18 •一種用於射頻元件保護蓋之堆疊結構，其依序包含： 含金金屬層，其厚度介於0.15-0.25微米之間； 含錫金屬層，其厚度介於4.5-9微米之間； 含磷之鎳金屬層，其厚度介於30-40微米之間； 一含金金屬層，其厚度介於0.15-0.25微米之間；以及 一含鋼金屬層，其厚度介於190-210微米之間。 _堆聶如申請專利範圍第18項所述之用於射頻元件保護蓋之 構其中上述含磷之鎳金屬潛中的鱗含量大於1〇重量 百分比。 2〇· —種用於射頻元件保護蓋之堆疊結構，其依序包含·· 3金金屬層’其厚度介於0.15·0.25微米之間； —含錫金屬層，其厚度介於4.5-9微米之間； 一含鉻金屬層，其厚度介於3〇-4〇微米之間； 一含金金屬層，其厚度介於015-0·25微米之間；以及 1291207 一含銅金屬層，其厚度介於190-210微米之間。

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