用于mems器件的薄蓋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種器件，所述器件包括：基體基板(700)，所述基體基板具有安裝于所述基體基板的微型的部件(702)。合適地所述器件設(shè)置有引線元件(704)，其用于向所述部件(702)傳導(dǎo)信號(hào)和從所述部件(702)傳導(dǎo)信號(hào)。所述器件還包括間隔構(gòu)件(706)，其也能夠用作用于上下傳導(dǎo)信號(hào)的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。還有玻璃材料的蓋結(jié)構(gòu)(708)，其設(shè)置在所述基體基板(700)的上方并優(yōu)選地通過(guò)共晶接合經(jīng)由所述間隔構(gòu)件(706)與所述基體基板(700)接合，其中所述蓋結(jié)構(gòu)(708)包括通孔(710)，所述通孔(710)包括用于提供貫穿所述蓋結(jié)構(gòu)的電連接的金屬?？梢栽趯⒉ＡЪ訜嶂淋浕沂┘訅毫ο?，通過(guò)涉及將針壓至玻璃中的預(yù)定深度的沖/壓方法來(lái)制備通孔。然而，例如鉆孔、蝕刻、噴丸的其它方法也是可行的。
【專利說(shuō)明】
用于MEMS器件的薄蓋
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及MEMS工程，特別地，設(shè)及提供一種具有基板（晶片(wafer))貫通互聯(lián) (通孔)的、由諸如玻璃等的高阻抗材料制成的薄蓋結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于MEMS結(jié)構(gòu)和器件中的RF(Radio Frequency(射頻））應(yīng)用，支撐結(jié)構(gòu)的介電性 能極其重要，并且期望消除忍片或晶片上的相鄰部件或元件之間的"串?dāng)_(cross-talk)"， 其中忍片或晶片上設(shè)置有正在討論的部件。另外，滲透常數(shù)(permeability constant)是控 制基板與部件之間的聯(lián)接的重要因素。
[0003] 用于建立MEMS結(jié)構(gòu)和器件的最常使用的材料是娃，娃是具有相對(duì)高的介電常數(shù)的 材料。
[0004] 然而，娃通常是滲雜的，W提高導(dǎo)電性，如此，導(dǎo)電性將導(dǎo)致諸如增加損失和非線 性影響等的負(fù)面影響。
[0005] 在RF應(yīng)用和電容測(cè)量?jī)烧咧校s散電容是最重要的負(fù)面因素，并且傳統(tǒng)的娃加工 將固有地導(dǎo)致運(yùn)種問(wèn)題。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)
[0007]
【申請(qǐng)人】自己的瑞典專利申請(qǐng)No. 1251236-4設(shè)及一種在玻璃基板中制備金屬通孔 的方法。
[000引臺(tái)灣半導(dǎo)體制造公司已經(jīng)在2013年12月9日至11日在華盛頓舉辦的國(guó)際電子器件 會(huì)議(IEDM)(演講號(hào)：13.4)上介紹了一種制備具有被金屬化的通孔的玻璃中介層的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于在上面討論的應(yīng)用中使用娃的缺點(diǎn)，發(fā)明人已經(jīng)基于將諸如玻璃等的高阻抗 材料作為結(jié)構(gòu)的基材而設(shè)計(jì)出一種新的結(jié)構(gòu)，W及用于制備該新的結(jié)構(gòu)的必要特征的方 法。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)⑸w制備得非常薄。
[0010]本發(fā)明在所附方案中限定。
[0011] 具體地，公開了一種制備具有蓋結(jié)構(gòu)的微型器件的方法，該方法包括W下步驟:提 供基體基板，微電子部件和/或微機(jī)械部件安裝或集成在所述基體基板上;提供玻璃材料、 即非晶（即，無(wú)定形)材料的蓋基板，其中所述玻璃材料在被加熱時(shí)朝向液態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變，優(yōu) 選地，所述玻璃材料為選自borof Ioat玻璃、石英、金屬合金、離子烙體、AlOx和聚合物的材 料;在所述蓋基板中制備具有預(yù)定深度的微型的凹陷;使所述蓋基板中的凹陷金屬化;設(shè)置 貫穿所述蓋基板的電連接;將所述基體基板與所述蓋基板接合在一起，使得所述基體基板 上的部件與所述蓋基板中的被金屬化的凹陷之間存在電接觸。蓋晶片中的材料應(yīng)當(dāng)具有與 其它晶片匹配的CTE(Coefficient of Thermal E邱ansion(熱膨脹系數(shù)）），W便避免熱失 配和機(jī)械應(yīng)力問(wèn)題。
[0012] 可選地，在使所述微型的凹陷金屬化之后、但在制備貫穿所述蓋基板的電連接之 前，使所述基體基板與所述蓋基板的制備所述微型的凹陷的一側(cè)合適地接合?？蛇x地，在使 所述微型的凹陷金屬化之后、并在制備貫穿所述蓋基板的電連接之后，使所述基體基板與 所述蓋基板的制備所述微型的凹陷的一側(cè)的相反側(cè)接合。
[0013] 優(yōu)選地，設(shè)置電連接包括在所述蓋基板的制備所述微型的凹陷的一側(cè)的相反側(cè)使 所述蓋基板變薄，并且露出所述微型的凹陷中的金屬。可W在金屬露出之前停止所述變薄， 制備用于使所述金屬露出的開口，并且使所述開口金屬化，W提供接觸并使所述貫穿連接 部氣密密封。
[0014] 合適地，本方法還包括，通過(guò)在加熱和壓力下將從支撐基板突出的多根針沖或壓 入玻璃晶片來(lái)制備所述微型的凹陷。在制備所述凹陷之后，W在玻璃中留下孔的方式立即 一起移除所述針及其支撐基板?？蛇x地，在制備所述凹陷之后將所述金屬/金屬化的針留在 玻璃材料中，W在玻璃中留下被金屬填充或部分填充的孔的方式僅移除所述支撐晶片。
[0015] 還公開了一種器件，所述器件包括:基體基板，所述基體基板具有安裝于所述基體 基板的微型的部件；引線元件，其用于向所述部件傳導(dǎo)信號(hào)和從所述部件傳導(dǎo)信號(hào)；間隔構(gòu) 件，其也能夠用作用于上下傳導(dǎo)信號(hào)的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu);玻璃材料的蓋結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在所述基體基 板的上方并優(yōu)選地通過(guò)TC(熱壓縮(Thermo CompreSSion))或共晶接合經(jīng)由所述間隔構(gòu)件 與所述基體基板接合，其中所述蓋結(jié)構(gòu)包括通孔，所述通孔包括用于提供貫穿所述蓋結(jié)構(gòu) 的電連接的金屬。優(yōu)選地，所述部件為MEMS或CMOS部件。
[0016] 進(jìn)一步的實(shí)施方式在從屬方案中限定。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1示出能夠利用所公開的方法得到的結(jié)構(gòu)的示例；W及 [001引圖2a-l示出加工順序的不同實(shí)施方式；
[0019]圖3a-c示出制備微型凹陷的方法；
[0020] 圖3d-f示出用于完成器件的加工步驟；
[0021] 圖3g-i示出圖3a-c所示的加工的實(shí)施方式；
[0022] 圖4a-b示出如何設(shè)置通孔的實(shí)施方式；
[0023] 圖5a-c示出制備微型凹陷的方法的進(jìn)一步實(shí)施方式；
[0024] 圖6a是器件的概略圖；
[0025] 圖化是蓋包括用于提供收納部件用的凹部的實(shí)施方式；
[0026] 圖7示出用于提供收納部件用的腔的可選實(shí)施方式；
[0027] 圖8示出用于制備凹入的接觸用焊盤的【具體實(shí)施方式】的加工順序；W及 [002引圖9示出實(shí)施例中說(shuō)明的加工順序。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了本申請(qǐng)和發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)"玻璃"應(yīng)當(dāng)被寬泛地理解和廣義地定義，并且除 了傳統(tǒng)的二氧化娃玻璃W外，還包括具有非晶（即，無(wú)定形)結(jié)構(gòu)并在被加熱時(shí)朝向液態(tài)玻 璃化轉(zhuǎn)變的所有固體。在該廣義方面，玻璃可W由如下完全不同種類的材料制成： borof Ioat玻璃、石英、金屬合金、AlOx和聚合物。
[0030] 另外，與半導(dǎo)體工業(yè)中已知的術(shù)語(yǔ)一樣，當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)"基板"時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為其包含整 個(gè)晶片，W及能夠如本文所述地被加工的其它種類的不同尺寸的結(jié)構(gòu)。
[0031] 對(duì)于特定的方面和應(yīng)用，所謂的borofloat玻璃是適當(dāng)?shù)?，?duì)于其它應(yīng)用，石英材 料是優(yōu)選的。
[0032] 用于RF應(yīng)用的材料的重要性能在于，該材料是高阻抗的并呈現(xiàn)低的介電常數(shù)。
[0033] 在圖1中，示出（不是按比例地示出）了根據(jù)本發(fā)明制備的器件（即，MEMS器件10)的 實(shí)施方式，MEMS器件10包括供部件14設(shè)置的基板12,部件14具有自由懸吊或懸伸元件或者 膜，即部件14具有可W為例如RF開關(guān)、諧振器、慣性傳感器或壓力傳感元件等的可動(dòng)構(gòu)件 16。部件14被封入在腔中，根據(jù)應(yīng)用，該腔可W具有采用真空形式的氣氛或所選壓力的惰性 氣體。該封入通過(guò)諸如共晶接合、焊接或熱壓縮等的金屬接合技術(shù)形成，其中接合件19被形 成為包圍正在討論的部件14的閉環(huán)，由此形成真空氣密密封。
[0034] 還示出了接合結(jié)構(gòu)18,接合結(jié)構(gòu)18形成基板-基板電互連并還能夠用作器件的支 撐結(jié)構(gòu)和/或間隔結(jié)構(gòu)。
[0035] 蓋結(jié)構(gòu)20為具有在本文中稱作通孔的電貫穿連接部（electrical through connection)22的玻璃基板（晶片）（如本文W上所定義的），電貫穿連接部22實(shí)質(zhì)上為延伸 貫穿玻璃基板的凹部或孔。W下將詳細(xì)公開制作運(yùn)些通孔的示例。通孔在其內(nèi)壁上具有金 屬覆蓋層(metal coating)24,金屬覆蓋層24與位于玻璃基板20的上表面（當(dāng)在圖中觀察 時(shí)）的接觸用焊盤26的扇入/扇出線(fan in/out wire)連接。
[0036] 所示的蓋基板結(jié)構(gòu)的最終厚度可W低至30皿，盡管50皿-100皿是優(yōu)選的，但是迄 今為止，運(yùn)在現(xiàn)有技術(shù)中還達(dá)不到。
[0037] 通常，根據(jù)本發(fā)明制備的器件包括設(shè)置具有被稱作通孔的貫穿連接部的蓋基板。 通孔自身能夠W多種方式制備，并且用于制備通孔的方法不是本發(fā)明概念的一部分，盡管 運(yùn)些方法中的一些方法被認(rèn)為自身有創(chuàng)造性。
[0038] 因而，在示出實(shí)施方式的圖2a-h中，圖（圖被示出為貫通結(jié)構(gòu)的截面）中示出了方 法的更普遍的方面。在運(yùn)些圖中，為了簡(jiǎn)便，未示出用于收納部件的腔，但是應(yīng)當(dāng)理解，通常 需要該腔，稍后說(shuō)明示出該腔的實(shí)施方式。
[0039] 在圖2a中，為了制備蓋，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置（如本文W上所定義的）玻璃材料的基板（晶 片)200。在圖化中，通過(guò)諸如鉆孔、噴丸(blasting)、研磨、蝕刻、激光處理、將針壓入基板等 的任意適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蜻\(yùn)些方法的組合，在玻璃基板中制備孔202(-般意義上，孔202無(wú)需為 圓形，在原理上，甚至可W為長(zhǎng)形的槽）。
[0040] 參見(jiàn)圖2c，通過(guò)諸如鍛覆、噴墨打印、蒸鍛、瓣射等的任意適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蜻\(yùn)些方法 的組合，使孔中的壁206金屬化。由于鍛覆對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，所W本文不對(duì)其進(jìn) 行討論。
[0041] 現(xiàn)在，存在兩個(gè)可用于后續(xù)加工的選擇。
[0042] 第一選擇為設(shè)置圖2d的部件基板204(具有一些MEMS結(jié)構(gòu)（未示出）的半導(dǎo)體晶 片），其中部件基板204與玻璃接合，W便提供部件與被金屬化的通孔之間的接觸，如果必要 的話，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)囊€結(jié)構(gòu)(未示出）來(lái)提供部件與被金屬化的通孔之間的接觸。然后， 在圖化中，例如通過(guò)磨削、蝕刻、拋光或其組合，使蓋基板200從制備通孔的一側(cè)的相反側(cè)變 薄。
[0043] 再次，在該選擇中，存在如下兩個(gè)進(jìn)一步選擇:能夠使玻璃蓋基板比圖2e所示的進(jìn) 一步變薄、使得顯露出位于通孔底部的金屬（未示出），或者如圖2e所示地有間隔地在通孔 上方停止磨削。然后，在圖2f中，在通孔所在位置處局部地執(zhí)行蝕刻(濕法或干法蝕刻)或研 磨，W設(shè)置用于使金屬露出的小的開日208。在圖中，運(yùn)些開日被示出為"漏斗"結(jié)構(gòu)、即漸縮 或傾斜結(jié)構(gòu)，但是還可W將它們?cè)O(shè)置為具有實(shí)質(zhì)上豎直的側(cè)壁的孔。在圖2g中，使運(yùn)些開口 金屬化，優(yōu)選地，W提供氣密密封的方式向運(yùn)些開口填充金屬209。然而，僅覆蓋開口的側(cè)壁 是足夠的。此后或在使孔208金屬化的同一步驟中，能夠制備用于引線等的接觸部，但是運(yùn) 本身不是本發(fā)明的一部分，并且運(yùn)里將不作進(jìn)一步說(shuō)明。然而，在相關(guān)的優(yōu)選實(shí)施方式中， 運(yùn)在某些細(xì)節(jié)上會(huì)被詳細(xì)說(shuō)明。
[0044] W下參照?qǐng)D5的【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明制備開口 208的加工。
[0045] 如所提及的，可選地，能夠一直變薄直至通孔中的金屬為止，運(yùn)要求非常精確地限 定通孔的深度，而運(yùn)是難W實(shí)現(xiàn)的。
[0046] 回到在圖2c中的步驟之后的可選方案（即，將部件基板204與蓋基板200接合），代 替在孔已經(jīng)被金屬化之后將部件基板204與蓋接合，在圖化中，可W在已經(jīng)如上所述完成通 孔之后進(jìn)行接合。然而，在該情況下，出于操作的目的，需要臨時(shí)承載晶片211。
[0047] 在通過(guò)使用針來(lái)制備通孔(將稍后說(shuō)明）的一個(gè)實(shí)施方式中，該臨時(shí)承載件將由該 加工自動(dòng)地提供。否則，如果例如使用鉆孔或蝕刻來(lái)制備孔，則必須將如圖化所示的實(shí)際 (real)臨時(shí)承載件211安裝至蓋基板。運(yùn)是可行的，但由于運(yùn)會(huì)增加方法的加工步驟、會(huì)不 經(jīng)濟(jì)，所W并非是優(yōu)選的。
[0048] 在另一實(shí)施方式中，如圖2i-l中示意性示出的，使用沖或壓工序來(lái)在蓋基板中設(shè) 置通孔，其中沖或壓工序使用針來(lái)進(jìn)行。
[0049] 因而，如圖2i所示，使用位于用作臨時(shí)承載件的基板212上的包括多根針214的針 母體(needle matrix)。優(yōu)選地，針由娃或金屬或者金屬與娃的組合在娃晶片上制成。用于 制備運(yùn)種針的方法是已知的，本文將不對(duì)其進(jìn)行討論。在圖2i中，使玻璃材料的基板200加 熱軟化，并將針214壓入玻璃材料。接下來(lái)，磨削玻璃基板200,使得露出針的娃。合適地，還 磨掉針尖的一部分，W留下如圖2j所示的結(jié)構(gòu)。
[0050] 現(xiàn)在，使部件MEMS或半導(dǎo)體基板200與蓋基板204接合。在部件基板204接合之后， 蝕刻掉娃材料(即，具有其針214的基板200)并留下圖化所示的結(jié)構(gòu)、即MEMS基板204與具有 空的通孔215的蓋200。
[0051 ]在接下來(lái)的步驟中，在圖21中，通過(guò)例如鍛覆的適當(dāng)方法使通孔215金屬化，W在 通孔內(nèi)側(cè)的壁上提供金屬覆蓋層216。W運(yùn)種方式，通過(guò)蓋200確保了電連接。
[0052] 在可選的實(shí)施方式中，可W在將母體壓入玻璃基板之前使針214金屬化(未示出）。 如此，當(dāng)在已經(jīng)將針壓入玻璃基板之后選擇性地蝕刻掉娃時(shí)，針上的金屬將留在孔中。在該 實(shí)施方式中，于是將不需要單獨(dú)的通孔的金屬化。
[0053] 然而，最終結(jié)果將與圖21中的結(jié)構(gòu)相同。
[0054] 可選地，僅蝕刻掉針承載件材料，而將針自身保留在孔中（未示出）。從加工的觀點(diǎn) 出發(fā)，由于所得到的晶片基本上是平面的且不存在可能導(dǎo)致加工問(wèn)題的空隙，所W運(yùn)是有 利的。
[0055] 參照?qǐng)D3a-f所示的加工順序說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于制備器件的方法的一個(gè)實(shí)施 方式，其采用了基于針制備孔的方法。所制備的部件為RF開關(guān)，然而當(dāng)然的是，本方法的普 遍方面不限于此。
[0化6] 在圖3a中，設(shè)置娃基板300,在娃基板300上或娃基板300中形成尖且實(shí)質(zhì)上為錐形 的70皿-100皿高的娃針302,娃針302通過(guò)DRIE和/或KOH蝕刻制成，或者形成通過(guò)鍛覆制作 而成的純金屬針，結(jié)果是得到承載件300和從承載件300突出的針302。能夠通過(guò)如下方式W 多種方式構(gòu)造針:使用例如KOH蝕刻、DRIE蝕刻，或者通過(guò)將金屬電鍛在限定針的娃或聚合 物模具結(jié)構(gòu)中。
[0057] 參見(jiàn)圖3b，設(shè)置在升高的溫度時(shí)具有適當(dāng)軟化性能的厚度為300WH-500WI1的玻璃 基板304，在大約650°C的溫度和力(〉IOkN)的作用下將針壓入或沖入該玻璃基板。玻璃可W 為所謂的borof Ioat玻璃(具有諸如Na等的離子的棚憐基玻璃），borof Ioat玻璃為購(gòu)自計(jì)劃 光學(xué)公司(Planoptik)、肖特公司（Schoot)、康寧公司（Corning)、豪雅公司巧oya)及其它公 司的商標(biāo)名為Borofloat夠、Pyrex飯等的玻璃。
[0058] 當(dāng)已經(jīng)將針向下壓在玻璃中時(shí)，可W通過(guò)折斷來(lái)將承載件簡(jiǎn)單地移除，然后蝕刻 掉殘留在玻璃中的針302。蝕刻掉整個(gè)結(jié)構(gòu)（即，基板和針)是可行的。
[0059] 如果使用沖壓方法，則針正好被壓入玻璃，并且此后在同一工序中直接與玻璃分 離，由此在玻璃中留下凹陷306。由此，在隨后的加工步驟中無(wú)需移除任何殘余的娃。
[0060] 如果需要移除娃，則通過(guò)TMAH/K0H/磨削/拋光或其組合來(lái)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，W產(chǎn)生與 圖3c所示的結(jié)構(gòu)一樣的結(jié)構(gòu)。
[0061] 接下來(lái)，如圖3d所示，通過(guò)提供使用合適的光刻的鍛覆掩模(未示出），在凹陷306 中的壁上鍛覆例如Cu或Au的金屬308,并且在同一鍛覆步驟中，還合適地設(shè)置接觸用焊盤 310。還設(shè)置用于提供接合和密封支架和電接觸部的金屬結(jié)構(gòu)。金屬可W為例如AuSnXuSn 等的錫(Sn)基焊料合金或用于TC接合的例如AuXu、Al等的純金屬或運(yùn)些的組合。
[0062] 圖3d所示的結(jié)構(gòu)為最后將形成最終產(chǎn)品的蓋結(jié)構(gòu)的中間結(jié)構(gòu)307。
[00創(chuàng)接下來(lái)，參見(jiàn)圖3e，將WRF開關(guān)312示例的MEMS部件建立在由娃或玻璃合適地制成 的部件基板305上，由于該部件僅是示例性的且是現(xiàn)有技術(shù)，所W將不對(duì)其細(xì)節(jié)進(jìn)行討論。
[0064] 還利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法制備Ni/Au接觸用焊盤和密封環(huán)。將圖3e中的 結(jié)構(gòu)稱作功能部件結(jié)構(gòu)。
[0065] 將圖3d中的中間蓋結(jié)構(gòu)翻至并利用已知的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)對(duì)準(zhǔn)地定位在圖3e中的功能 部件結(jié)構(gòu)上。
[0066] 使用熱和壓力，借助于設(shè)置于各結(jié)構(gòu)的接合材料，通過(guò)共晶接合或TC接合或運(yùn)些 的組合使運(yùn)兩個(gè)結(jié)構(gòu)接合在一起。
[0067] 然而，如上已經(jīng)示出的，應(yīng)當(dāng)注意，還可W使用諸如熱壓縮或焊接等的其它接合方 法。
【申請(qǐng)人】自己的WO 2010/059118中說(shuō)明了運(yùn)些方法，將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
[0068] 簡(jiǎn)言之，通過(guò)熱壓縮或焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)蓋結(jié)構(gòu)與另一基板的典型接合，并且必須設(shè)置 接合用焊盤。
[0069] 特別地，還要求提供密封結(jié)構(gòu)，W便能夠使蓋對(duì)位于蓋內(nèi)部的部件提供氣密密封。
[0070] 為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)方面，晶片在正面?zhèn)缺桓采w有通過(guò)例如層疊而施加的抗蝕膜，并且孔 和區(qū)域向上開口，W提供限定接合用焊盤/接合/密封結(jié)構(gòu)的掩模。然后，通過(guò)例如電鍛借助 掩模施加堆疊的金屬層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由Ni的第一層、Au的第二層和Sn的最后層適當(dāng)?shù)貥?gòu)成， 然而該結(jié)構(gòu)由諸如4旨5]1、化5]1、4旨化5]1、？65]1等的提及的幾個(gè)其它焊料合金適當(dāng)?shù)貥?gòu)成也是 可行的。
[0071] 通過(guò)W上公開的方法確保了晶片通孔的氣密密封。
[0072] 通過(guò)磨削和/或蝕刻使玻璃基板304變薄，W露出凹陷306中的金屬308。通過(guò)進(jìn)一 步適當(dāng)?shù)难谀：湾懜?，在玻璃蓋上設(shè)置接觸部314,從而形成如圖3f所示的包括密封的腔且 具有金屬通孔的玻璃蓋的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有用于RF應(yīng)用的優(yōu)異性能。
[0073] 然而，通常難W控制通孔的深度，結(jié)果，由于某些通孔將比其它通孔先露出，因此 如上所述的磨削W使金屬露出不總是可行的。因此，可選地，參見(jiàn)圖4a，可W僅使玻璃變薄 至如下程度:在通孔上方留下lOwn-30皿的玻璃材料。然后，通過(guò)磨削和/或濕法HF蝕刻打開 接觸孔416,在圖4b中，將如此形成的凹陷金屬化，W形成接觸用焊盤418。后一過(guò)程不具體 到W上實(shí)施方式，而是能夠用在本文所述的一般方法的任意實(shí)施方式中。
[0074] 在通過(guò)將針壓入玻璃材料來(lái)制備凹陷的過(guò)程中，如在圖3a-c中，被移位的材料將 不可避免地必須去到某處，并且發(fā)生的是，在基板的表面的由針320生成的孔的周圍將會(huì)產(chǎn) 生微小的"隆起"316。運(yùn)示出在圖3g中，但不是按比例示出的。
[0075] 該影響可能會(huì)在平面性為期望性能的諸如金屬化和接合步驟等的隨后加工中產(chǎn) 生問(wèn)題。因此，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，參見(jiàn)圖化，基板被預(yù)處理成在基板中設(shè)置凹部318。運(yùn) 些凹部將在針被壓入基板材料時(shí)收納隆起，由于隆起材料將不延伸至外場(chǎng)(field)(即，基 板表面319的周圍）上方，因而至少在足夠程度上確保了基板的平面性。
[0076] 運(yùn)示出在圖3i中，圖3i為基板及其凹部318的一部分的放大圖，示出了針320在其 被壓入基板304的過(guò)程期間位于凹部318的邊界內(nèi)，使得被移位的材料限制在凹部中，并且 不會(huì)延伸至基板的"外場(chǎng)表面"319的上方。
[0077] 作為上述沖或壓的方法的可選方案，還可W使用其它技術(shù)來(lái)制備孔，特別地，蓋結(jié) 構(gòu)中的材料(例如，石英和無(wú)堿玻璃)不易受熱軟化為傳統(tǒng)的玻璃材料。
[0078] 光刻、即掩模和蝕刻為MEMS和半導(dǎo)體工程中的標(biāo)準(zhǔn)方法，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠設(shè)計(jì)出用于在所選擇的蓋基板材料中生成孔的合適的配置(set-up),該孔具有適于本發(fā) 明的期望尺寸(直徑、深度、節(jié)距）。
[0079] 還可W采用噴丸、研磨、（激光）鉆孔和抓M化Iectro Discharge Machining(放電 加工))技術(shù)。
[0080] 圖6a是包括具有金屬通孔的玻璃蓋的結(jié)構(gòu)的示意圖。該圖為圖1中示出的結(jié)構(gòu)的 概略。
[0081] 因而，通常器件可W包括基體基板700,基體基板700具有安裝于其的例如MEMS或 CMOS部件的一些部件702。存在用于向所述部件702傳導(dǎo)信號(hào)和從所述部件702傳導(dǎo)信號(hào)的 引線元件704。分別設(shè)置有也能夠用作用于上下傳導(dǎo)信號(hào)的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的內(nèi)間隔構(gòu)件706和外 間隔構(gòu)件707。外間隔構(gòu)件707適當(dāng)?shù)匦纬捎糜诿芊饽康牡姆忾]，即外間隔構(gòu)件707繞著部件 702形成閉環(huán)，內(nèi)間隔構(gòu)件706用于電連接，因此能夠被W柱等形式設(shè)置。在基體基板700的 上方，設(shè)置有玻璃的蓋結(jié)構(gòu)708,如上面所討論的，蓋結(jié)構(gòu)708經(jīng)由所述間隔構(gòu)件706、707與 基體基板700接合、優(yōu)選地通過(guò)共晶接合。間隔件706、707在基體基板與蓋之間提供了有限 且良好限定的距離。
[0082] 間隔件中的一些可W為限定預(yù)定高度的實(shí)際剛性元件。其它構(gòu)件(如W上適當(dāng)示 出的外構(gòu)件707)可W用作密封元件，在運(yùn)種情況下其圍繞部件702W形成密封的腔，并且無(wú) 需必須自身是剛性的，而是依靠其它間隔件限定高度。
[0083] 蓋結(jié)構(gòu)708包括通孔710,通孔710包括貫穿所述蓋結(jié)構(gòu)的用于提供電連接的金屬， W及與通孔中的金屬連接的接觸用焊盤712。
[0084] 在圖6b中，示出圖6a所示的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步實(shí)施方式。運(yùn)里，部件702具有使得間隔 構(gòu)件706的長(zhǎng)度不足W將部件收納在基板之間的高度。因此，在蓋708中制備凹部714。該凹 部為部件702提供足夠的空間，例如，如果部件702包括能夠沿上下方向移動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件。
[0085] 該特征、即在基板中設(shè)置凹部的特征可用在本發(fā)明的所有實(shí)施方式中，并且如圖7 所示，可W將凹部設(shè)置在基體基板、蓋基板或兩者中。
[0086] 因而，在圖7a中，基體基板800具有定位在凹部804(凹部804位于基體基板中）中的 部件802，蓋806被接合W提供密封的腔。
[0087] 在圖7b(使用與圖7a相同的附圖標(biāo)記）中，凹部804設(shè)置在蓋基板806中，而在圖7c 中，凹部804設(shè)置在基板800和806兩者中。
[0088] 部件802可W為一體或離散部件，可W為MEMS和CMOS結(jié)構(gòu)兩者(機(jī)械結(jié)構(gòu)、電學(xué)結(jié) 構(gòu)(1C)、光學(xué)結(jié)構(gòu)(激光、LED)等）。
[0089] 在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，提供簡(jiǎn)化加工的特征。
[0090] 目P，最終結(jié)構(gòu)極薄的玻璃蓋將難W被進(jìn)一步加工。例如，設(shè)置接觸用焊盤和/或重 新分配層(RDUredistribution layer))要求光刻、蝕刻等，運(yùn)會(huì)將結(jié)構(gòu)置于大的損壞風(fēng)險(xiǎn) 中。能夠抑制運(yùn)種后續(xù)加工是有益的。
[0091] 因此，本發(fā)明提供一種用于在使玻璃通孔晶片與部件晶片接合之前制造運(yùn)種接觸 部/RDL的方法，由此接觸用焊盤將在最終產(chǎn)品中凹入?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D8對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
[0092] 如能夠在示出作為圖8b至圖Se中的加工的最終結(jié)果的結(jié)構(gòu)（即，玻璃通孔晶片 1000與部件晶片1010聯(lián)接）的圖8a中看出的，接觸用焊盤/RDLl018被設(shè)置在凹陷或槽1011 內(nèi)，使得接觸用焊盤/RDL1018不延伸至晶片的表面上方。
[0093] 事實(shí)上，焊盤/RDL1018甚至是在將承載件晶片1002安裝至玻璃晶片1000之前并在 制備通孔之前制成的?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D8b-e對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
[0094] 因而，如圖8b所示，對(duì)玻璃晶片1000進(jìn)行掩模和蝕刻，W設(shè)置凹陷1011。
[00%]再次進(jìn)行適當(dāng)?shù)难谀?，并且?duì)凹陷的底部進(jìn)行電鍛，W設(shè)置期望的金屬接觸部 1018。
[0096] 現(xiàn)在，如圖8d所示，使玻璃晶片1000與承載件晶片1002接合，并且使玻璃變薄。通 過(guò)與圖7中說(shuō)明的類似的過(guò)程，如圖Se所示，在玻璃晶片中制備通孔1004。
[0097] 現(xiàn)在，使部件晶片與在圖Se中的結(jié)構(gòu)接合，并且當(dāng)最后移除承載件時(shí)，焊盤1018會(huì) 顯露出來(lái)，從而得到了焊盤/RDLW不延伸至表面上方的方式凹入的最終結(jié)構(gòu)（圖8曰）。
[0098] 現(xiàn)在將采用實(shí)施例的方式說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
[0099] 實(shí)施例
[0100] 圖9示出用于制備具有玻璃的蓋結(jié)構(gòu)的MEMS器件的加工工序，其中該玻璃具有TGV (T虹OU曲Glass Vias(貫穿玻璃通孔））。
[0101] 使玻璃晶片900與娃的承載件晶片902接合。玻璃晶片可W為具有400皿-600WI1的 典型厚度的標(biāo)準(zhǔn)的玻璃晶片，在玻璃晶片與承載件902接合之后，通過(guò)磨削和CMP將該厚度 變薄至大約100皿(50皿-200皿）?？蛇x地，可W使薄的玻璃晶片（50皿-200皿)與承載件接 厶 1=1 O
[0102] 在玻璃晶片900中制備(例如，通過(guò)干法或濕法蝕刻)具有50WH-100WI1的直徑的通 孔904,通孔904可W下降至預(yù)定深度、即在玻璃內(nèi)停止(如圖所示的盲孔），或者可W使用承 載件902作為停止層而貫穿玻璃的整個(gè)厚度，參見(jiàn)圖9a。
[0103] 在玻璃晶片900上瓣射或蒸鍛O.OlMi-lM厚（優(yōu)選地，O.lM厚）的晶種層（未示 出），隨后使用利用由光刻限定的掩模的電鍛使通孔金屬化906。金屬的厚度為5皿-IOwii并 在通孔(未填充）中生成金屬內(nèi)襯908。
[0104] 如圖9b所示，與玻璃通孔晶片900類似，具有有源部件(active component)912的 基體晶片910也具有電鍛的金屬層913。金屬層形成用于生成晶片的主接合/聯(lián)接結(jié)構(gòu)的密 封環(huán)914。金屬層還提供晶片之間的電連接。當(dāng)隨后將運(yùn)兩層金屬層(Au-AuXu-Cu或其組 合)接合在一起時(shí)，它們還在晶片之間建立空間915,由此形成在大多數(shù)情況下足W收納有 源部件912的腔916。還可W將腔蝕刻在晶片900或910中，W便收納較大的結(jié)構(gòu)或改善真空 性能。
[0105] 參見(jiàn)圖9c-d，使晶片對(duì)準(zhǔn)并使用熱壓縮接合而接合。
[0106] 部件(基體)晶片910為比300WI1厚、即具有足W在沒(méi)有承載件的情況下進(jìn)行操作的 厚度的玻璃晶片。
[0107] 在圖9e中，在接合之后，通過(guò)磨削和蝕刻而將娃承載件902從通孔晶片900移除。由 此，部件晶片910將提供確保能夠在沒(méi)有支撐件的情況下操作的機(jī)械穩(wěn)定性。
[010引蝕刻玻璃，W顯露出通孔。
[0109] 瓣射晶種層，并且通過(guò)電鍛3皿-5WHAU來(lái)形成焊盤918和RDL(重新分配層），從而給 出圖9e所示的最終結(jié)構(gòu)。
[0110] 可選地，對(duì)于要求低忍片高度的特定應(yīng)用，最后還可W施加磨削/變薄步驟，W將 晶片910變薄至100皿m-200皿范圍。
[0111] 在可選的實(shí)施方式中，如圖9a地使用臨時(shí)承載件902制備通孔904,但是然后，參見(jiàn) 圖9c'，將承載件902安裝在制備通孔的一側(cè)的相反側(cè)。參見(jiàn)圖9d'，制備接觸用焊盤和引線 結(jié)構(gòu)。使部件晶片910與來(lái)自圖9d'的結(jié)構(gòu)接合，從而在移除支撐件902之后獲得了圖9e'所 示的最終結(jié)構(gòu)。
[0112] 切割晶片，W將晶片分成多個(gè)單個(gè)部件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備具有蓋結(jié)構(gòu)的微型器件的方法，該方法包括： 提供基體基板，微電子部件和/或微機(jī)械部件安裝或集成在所述基體基板上； 提供玻璃材料、即非晶（即，無(wú)定形)材料的蓋基板，其中所述玻璃材料在被加熱時(shí)朝向 液態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變，優(yōu)選地，所述玻璃材料為選自borof Ioat玻璃、石英、金屬合金、離子恪體、 AlOx和聚合物的材料； 在所述蓋基板中制備具有預(yù)定深度的微型的凹陷； 使所述蓋基板中的凹陷金屬化； 設(shè)置貫穿所述蓋基板的電連接； 將所述基體基板與所述蓋基板接合在一起，使得所述基體基板上的部件與所述蓋基板 中的被金屬化的凹陷之間存在電接觸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述微型的凹陷金屬化之后、但在制 備貫穿所述蓋基板的電連接之前，使所述基體基板與所述蓋基板的制備所述微型的凹陷的 一側(cè)接合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述微型的凹陷金屬化之后、并在制 備貫穿所述蓋基板的電連接之后，使所述基體基板與所述蓋基板的制備所述微型的凹陷的 一側(cè)的相反側(cè)接合。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置電連接包括在所述蓋基板的制備所述 微型的凹陷的一側(cè)的相反側(cè)使所述蓋基板變薄，并且露出所述微型的凹陷中的金屬。5. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在金屬露出之前停止所述變薄，制備用于 使所述金屬露出的開口，并且使所述開口金屬化，以提供接觸并使所述貫穿連接部氣密密 封。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)在加熱和壓力下將從支撐基板突出的 多根針沖或壓入所述蓋基板來(lái)制備所述微型的凹陷。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在制備所述凹陷之后，以在所述蓋基板中 留下孔的方式立即一起移除所述針及其支撐基板。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在制備所述凹陷之后將所述針留在所述蓋 基板中，以在蓋基板材料中留下被金屬填充的孔的方式僅移除所述支撐基板。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)蝕刻、噴丸或激光鉆孔來(lái)制備所述微 型的凹陷。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基體基板、所述蓋基板或 兩者設(shè)置有凹陷（804)，所述凹陷（804)用于在兩個(gè)基板接合在一起時(shí)形成收納所述部件 (802)的腔。11. 一種器件，所述器件包括:基體基板(200; 300; 400; 500; 600; 700 )，所述基體基板具 有安裝于所述基體基板的微型的部件（14;312;702;802);引線元件(704)，其用于向所述部 件（14;312;702;802)傳導(dǎo)信號(hào)和從所述部件（14;312;702;802)傳導(dǎo)信號(hào)；間隔構(gòu)件(706)， 其也能夠用作用于上下傳導(dǎo)信號(hào)的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu);玻璃材料的蓋結(jié)構(gòu)(708)，其設(shè)置在所述基體 基板（700)的上方并優(yōu)選地通過(guò)共晶接合經(jīng)由所述間隔構(gòu)件（19 ;706)與所述基體基板 (700)接合，其中所述蓋結(jié)構(gòu)（708)包括通孔（22; 306，308; 710)，所述通孔（22; 306,308; 710)包括用于提供貫穿所述蓋結(jié)構(gòu)的電連接的金屬。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述部件為MEMS或CMOS部件。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述間隔件在基體基板與蓋之間提供了 有限且良好限定的距離。14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述部件（14)包括自由懸吊或懸伸元件 或者膜、即所述部件（14)具有可動(dòng)構(gòu)件（16)，所述部件選自RF開關(guān)、諧振器或壓力傳感元 件。15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述部件（14)被封入在腔中，所述腔能 夠根據(jù)應(yīng)用而具有采用真空形式的氣氛或所選壓力的惰性氣體。16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述封入通過(guò)接合技術(shù)形成，其中接合 件（19)被形成為包圍正在討論的所述部件（14)的閉環(huán)，由此形成真空氣密密封，例如，所述 接合技術(shù)為共晶接合。17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述基體基板、所述蓋結(jié)構(gòu)或兩者設(shè)置 有凹陷(804)，所述凹陷(804)形成收納所述部件(802)的腔。18. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在使所述蓋基板與承載件接 合之前并且在制備所述通孔之前，使所述蓋結(jié)構(gòu)設(shè)置有用于收納金屬接觸部的凹陷，其中 將所述金屬接觸部選擇性地沉積在所述凹陷的底部。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括對(duì)玻璃晶片的蓋基板進(jìn)行 掩模和蝕刻，以設(shè)置凹陷;對(duì)所述凹陷的底部進(jìn)行掩模和電鍍，以設(shè)置期望的金屬接觸部； 使所述玻璃晶片與承載件晶片接合，并使玻璃變薄。
【文檔編號(hào)】H01L21/50GK105916801SQ201480058712
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年8月26日
【發(fā)明人】E·凱爾維斯滕, T·埃貝福斯, N·斯維丁
【申請(qǐng)人】西雷克斯微系統(tǒng)股份有限公司