晶圆级真空封装中的焊料制备方法和带有焊料的晶圆

技术领域

本申请涉及晶圆级真空封装领域，特别是涉及一种晶圆级真空封装中的焊料制备方法和带有焊料的晶圆。

背景技术

晶圆级芯片真空封装具有可以实现器件小型化、集成化、低成本化的特点，广泛应用在陀螺仪、压力传感器、微测辐射热计等MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件领域。

焊料键合是晶圆级真空封装过程中的一种键合技术，具有工艺温度低、强度高、受表面粗糙度影响小的特点。目前，可以利用预制焊料片与晶圆进行焊接，利用光学对准技术将预制焊料片与晶圆上的金属化区域进行对准，然后进行焊接。存在以下缺陷，第一，每次只能对准一片预制焊料片，然后进行焊接，直至所有的预制焊料片对准、焊接完成，摆料过程操作繁琐，效率低，进而使得制作成本高；第二，光学对准精度难以满足晶圆级芯片真空封装的要求，预制焊料片容易出现错位，严重时将导致产品报废；第三，光学对准设备价格高，使得制作成本高。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种圆级真空封装中的焊料制备方法和带有焊料的晶圆，以提升焊料制作效率和对准精度，降低制作成本。

为解决上述技术问题，本申请提供一种晶圆级真空封装中的焊料制备方法，包括：

将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使所述焊料掩膜版上的各通孔分别与所述焊接面上对应的键合金属区对准；

分别将各预制焊料片置于各所述通孔内，使各所述预制焊料片与对应的所述键合金属区对准；

焊接各所述预制焊料片和对应的所述键合金属区，并去掉所述焊料掩膜版，得到带有焊料的晶圆。

可选的，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准包括：

通过机械和光学对准器，和/或，所述待键合晶圆上的第一对准标记和所述焊料掩膜版上的第二对准标记，将所述焊料掩膜版与所述待键合晶圆的焊接面对准；其中，所述第一对准标记与所述第二对准标记相对应。

可选的，所述第一对准标记和所述第二对准标记中，一个为凸起型标记，另一个为凹槽型标记。

可选的，焊接所述预制焊料片和所述键合金属区包括：

通过激光焊接或点焊焊接将所述预制焊料片与所述键合金属区焊接。

可选的，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准之前，还包括：

制作与所述待键合晶圆的所述焊接面上的所述键合金属区相匹配的所述焊料掩膜版。

可选的，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准之前，在所述待键合晶圆的焊接面上形成所述键合金属区，具体包括：

在所述待键合晶圆的所述焊接面形成图形化光刻胶；

在所述图形化光刻胶上沉积金属层；

剥离所述图形化光刻胶，在所述焊接面上形成所述键合金属区。

可选的，在所述图形化光刻胶上沉积金属层包括：

在所述图形化光刻胶上沉积黏附层；

在所述黏附层的表面沉积阻挡层。

可选的，在所述黏附层的表面沉积阻挡层之后，还包括：

在所述阻挡层的表面沉积防氧化润湿层。

可选的，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准包括：

将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面进行初次对准；

通过摄像头观察所述焊料掩膜版与所述待键合晶圆的对准效果；

若所述焊料掩膜版与所述待键合晶圆之间存在错位，则调整所述焊料掩膜版和/或所述待键合晶圆的位置，直至实现对准。

本申请还提供一种带有焊料的晶圆，采用上述任一种所述的方法制得。

本申请所提供的一种晶圆级真空封装中的焊料制备方法，包括：将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使所述焊料掩膜版上的各通孔分别与所述焊接面上对应的键合金属区对准；分别将各预制焊料片置于各所述通孔内，使各所述预制焊料片与对应的所述键合金属区对准；焊接各所述预制焊料片和对应的所述键合金属区，并去掉所述焊料掩膜版，得到带有焊料的晶圆

可见，本申请在晶圆上制作焊料时，通过焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使得焊料掩膜版的各通孔与对应的键合金属区对准，然后直接将预制焊料片放在通孔内便实现与键合金属区对准，再进行焊接。即可以通过焊料掩膜版一次将多个预制焊料片进行对准，降低工艺难度，提升制作速度，降低制作成本。并且，不需对预制焊料片单片单片的对准，对准精度提高，提升带有焊料的晶圆的合格率，同时也可以降低制作成本。

此外，本申请还提供一种具有上述优点的带有焊料的晶圆。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种晶圆级真空封装中的焊料制备方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种焊料掩膜版的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种待键合晶圆的示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种预制焊料片的示意图；

图5为本申请实施例所提供的预制焊料片、焊料掩膜版和待键合晶圆的爆炸图；

图6为本申请实施例所提供的一种预制焊料片上焊接点的示意图；

图7为本申请实施例所提供的另一种晶圆级真空封装中的焊料制备方法的流程图；

图8为本申请实施例所提供的一种金属层的放大示意图；

图中，1、待键合晶圆，2、键合金属区，3、第一对准标记，4、焊料掩膜版，5、第二对准标记，6、预制焊料片，7、焊接点，8、通孔，2a、防氧化润湿层，2b、阻挡层，2c、黏附层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前利用预制焊料片与晶圆进行焊接时，每次只能对准一片预制焊料片，然后进行焊接，存在制作效率低、成本高的缺点。

有鉴于此，本申请提供了一种晶圆级真空封装中的焊料制备方法，请参考图1，包括：

步骤S101：将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使所述焊料掩膜版上的各通孔分别与所述焊接面上对应的键合金属区对准。

焊料掩膜版的示意图如图2所示，焊料掩膜版4上设有多个通孔8，通孔8的分布方式与待键合晶圆焊接面上的键合金属区的分布方式相同，也即焊料掩膜版4上的通孔8与待键合晶圆上的键合金属区一一对应。

焊料掩膜版的材料可以为石英或者金属，本申请不做限定。

可选的，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准之前，还包括：

制作与所述待键合晶圆的所述焊接面上的所述键合金属区相匹配的所述焊料掩膜版。

焊料掩膜版的制作方式可以为刻蚀等方式，本申请中不做具体限定。

待键合晶圆的示意图如图3所示，待键合晶圆1的焊接面上分布有阵列分布的键合金属区2，键合金属区2呈环状。键合金属区2的形状包括但不限于方形环、圆环，图3中以方形环示出。

步骤S102：分别将各预制焊料片置于各所述通孔内，使各所述预制焊料片与对应的所述键合金属区对准。

由于通孔与键合金属区是对准的，因此将预制焊料片放置在通孔内便实现与键合金属区对准。

需要指出的是，本申请中对预制焊料片放置在通孔内的方式不做限定，视情况而定。例如，可以通过自动化上料设备或者人工手动放置的方式将预制焊料片放置在通孔内。

预制焊料片的作用是用于两个晶圆进行真空密封。

预制焊料片的材料可以为AuSn系焊料，比如Au80Sn20、Au10Sn90等；In系焊料，比如In97Ag3、In52Sn48等；SAC系焊料，比如Sn96.5Ag3.0Cu0.5、Sn95.5Ag3.8Cu0.7等；SnAg系焊料等，预制焊料片的材料成分可选择性更好、材料种类丰富。

预制焊料片是通过合金熔融而成，对靶材成分复杂性要求低，成分选择性更多，不需要助焊剂，而在一些相关技术中的焊料是通过锡膏印刷而成，受锡膏成分限制，需要助焊剂。并且，本申请中预制焊料片的厚度和尺寸灵活可控。

预制焊料片6是提前制作好的单片单片的焊料，如图4所示。需要强调的是，本申请中通过焊料掩膜版进行对准，但是焊料掩膜版的厚度对预制焊料片的厚度没有限制作用，本申请中预制焊料片的厚度可以根据需要在制作时灵活选择。所以，本申请中预制焊料片的材料和厚度均可灵活选择，例如预制焊料片可制作得较厚，从而增加两片晶圆之间的间距，提升窗口高度。

将预制焊料片放置在焊料掩膜版的通孔中后，预制焊料片6、焊料掩膜版4和待键合晶圆1的爆炸图如图5所示。

步骤S103：焊接各所述预制焊料片和对应的所述键合金属区，并去掉所述焊料掩膜版，得到带有焊料的晶圆。

可选的，作为一种可实施方式，焊接所述预制焊料片和所述键合金属区包括：通过激光焊接将所述预制焊料片与所述键合金属区焊接。但是本申请对此并不做具体限定，作为另一种可实施方式，焊接所述预制焊料片和所述键合金属区包括：通过点焊焊接将所述预制焊料片与所述键合金属区焊接。

例如，当待键合金属区2和预制焊料片6呈方形环时，可以在预制焊料片6四条边上沿宽度的中心线各进行焊接，预制焊料片6上焊接点7的示意图如图6所示，其中，焊接点7的数量根据预制焊料片的大小而定。当待键合金属区和预制焊料片呈圆环时，可以在预制焊料片沿宽度的中心线上进行等间距焊接或者非等间距焊接，焊接点的数量依据预制焊料片的大小而定。

本申请在晶圆上制作焊料时，通过焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使得焊料掩膜版的各通孔与对应的键合金属区对准，然后直接将预制焊料片放在通孔内便实现与键合金属区对准，再进行焊接。即可以通过焊料掩膜版一次将多个预制焊料片进行对准，降低工艺难度，提升制作速度，降低制作成本。并且，不需使用光学对准对预制焊料片单片单片的对准，无需使用光学对准，提升带有焊料的晶圆的合格率，同时也可以降低制作成本。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准包括：

通过机械和光学对准器，和/或，所述待键合晶圆上的第一对准标记和所述焊料掩膜版上的第二对准标记，将所述焊料掩膜版与所述待键合晶圆的焊接面对准；其中，所述第一对准标记与所述第二对准标记相对应。

即对准方式有三种，第一种，通过机械和光学对准器将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准；第二种，通过待键合晶圆上的第一对准标记和焊料掩膜版上的第二对准标记将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准；第三种，通过机械和光学对准器和待键合晶圆上的第一对准标记和焊料掩膜版上的第二对准标记，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准。

第一对准标记和第二对准标记的形状包括但不限于十字形、田字形、星形。

如图3所示，第一对准标记3可以设于待键合晶圆1的边缘处，当然也可设于中心任意位置，第一对准标记3的数量可自行设置。相应的，当第一对准标记3设于待键合晶圆1的边缘处时，如图2所示，第二对准标记5也对应位于焊料掩膜版4的边缘，数量与第一对准标记3相等。

为了便于通过第一对准标记和第二对准标记进行对准，所述第一对准标记和所述第二对准标记中，一个为凸起型标记，另一个为凹槽型标记。即，第一对准标记为凸起型标记，第二对准标记为凹槽型标记；或者，第一对准标记为凹槽型标记，第二对准标记为凸起型标记。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图7，晶圆级真空封装中的焊料制备方法包括：

步骤S201：在所述待键合晶圆的所述焊接面形成图形化光刻胶。

在待键合晶圆的焊接面涂覆光刻胶，并进行曝光、显影，完成光刻胶的图形化。

步骤S202：在所述图形化光刻胶上沉积金属层。

金属层的沉积方式可以为磁控溅射法或热蒸镀等物理气相沉积方式(即下面提到的S2021、S2022、S2023，每一步均可采用磁控溅射法或热蒸镀工艺实现)，本申请不做具体限定。

可选的，作为一种可实施方式，在所述图形化光刻胶上沉积金属层包括：

步骤S2021：在所述图形化光刻胶上沉积黏附层；

步骤S2022：在所述黏附层的表面沉积阻挡层。

黏附层热膨胀系数与待键合晶圆相近，黏附层的材料可以为Cr(铬)、Ti(钛)、V(钒)等金属，厚度可以为10nm～1μm。

阻挡层的材料可以为Ni(镍)，厚度可以为50nm～1μm。

可选的，作为另一种可实施方式，在所述图形化光刻胶上沉积金属层包括：

步骤S2021：在所述图形化光刻胶上沉积黏附层；

步骤S2022：在所述黏附层的表面沉积阻挡层。

步骤S2023：在所述阻挡层的表面沉积防氧化润湿层。

防氧化润湿层的材料可以为Au(金)等稳定性较强的金属，厚度可以为10nm～1μm，以保护金属层，避免发生氧化。

本实施方式中，金属层的放大图，也即图3中a区域的局部放大图如图8所示，在远离待键合晶圆的方向上，金属层2包括黏附层2c、阻挡层2b、防氧化润湿层2a。

步骤S203：剥离所述图形化光刻胶，在所述焊接面上形成所述键合金属区。

通过Lift-off工艺将图形化光刻胶剥离，图形化光刻胶上的金属层也会被一同剥离，进而形成键合金属区。

需要指出的是，当待键合晶圆上还设有凸起型第一对准标记时，第一对准标记与金属层一同制作完成。

步骤S204：将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使所述焊料掩膜版上的各通孔分别与所述焊接面上对应的键合金属区对准。

步骤S205：分别将各预制焊料片置于各所述通孔内，使各所述预制焊料片与对应的所述键合金属区对准。

步骤S206：焊接各所述预制焊料片和对应的所述键合金属区，并去掉所述焊料掩膜版，得到带有焊料的晶圆。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准包括：

将焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面进行初次对准；

通过摄像头观察所述焊料掩膜版与所述待键合晶圆的对准效果；

若所述焊料掩膜版与所述待键合晶圆之间存在错位，则调整所述焊料掩膜版和/或所述待键合晶圆的位置，直至实现对准。

可以理解的是，焊料掩膜版与待键合晶圆之间不存在错位时，表明焊料掩膜版与待键合晶圆已经对准，不需调整焊料掩膜版和/或待键合晶圆的位置。

初次对准时，可以通过机械和光学对准器，和/或，待键合晶圆上的第一对准标记和焊料掩膜版上的第二对准标记进行对准。

摄像头可以为红外摄像头。

为了进一步检验对准效果，提升对准精度，初次对准后再利用摄像头对焊料掩膜版与待键合晶圆的对准情况进行检验，当存在对准偏差，则调整焊料掩膜版和/或待键合晶圆的位置，然后再次利用摄像头进行观察，直至焊料掩膜版与待键合晶圆完全对准。

综上所述，本申请中的晶圆级真空封装中的焊料制备方法具有以下优点：

第一，通过焊料掩膜版与待键合晶圆的焊接面对准，使得焊料掩膜版的通孔与键合金属区对准，然后直接将预制焊料片放在通孔内便实现与键合金属区对准，提升预制焊料片与键合金属区的对准速度和对准精度，降低工艺难度和制作成本，并且可以降低半导体设备成本的投入；

第二，本申请采用先预制好成片状的预制焊料片与待键合晶圆焊接，预制焊料片厚度也可灵活选择，不受焊料掩膜版的限制；例如预制焊料片可制作得较厚，从而增加两片晶圆之间的间距，提升窗口高度；

第三，本申请预制焊料片的材料种类丰富，可灵活选择。

本申请还提供一种带有焊料的晶圆，采用上述任一实施例所述的方法制得。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的晶圆级真空封装中的焊料制备方法和带有焊料的晶圆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。