一种应用于晶圆级封装的气密封结构及其制作方法

技术领域

本发明属于封装技术领域，具体涉及一种应用于晶圆级封装的气密封结构及其制作方法。

背景技术

随着无线通讯技术的高速发展以及通讯终端的多功能化，对工作在射频频段的频率器件提出了更高性能的要求。相对于传统的介质陶瓷滤波器和声表面波(SurfaceAcoustic Wave，SAW)滤波器，薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)因其具有工作频率高、损耗低、温度特性稳定、功率容量大、品质因子高、体积小等优良特性而被广泛地应用于无线通讯领域。一般来说，薄膜体声波谐振器及滤波器在加工制备完成之后，还需要进行封装处理，以确保后续所形成器件的可靠性。

近年来，通常用于谐振器及滤波器的封装方法为晶圆级封装(Waf er LevelPackage，WLP)技术，该封装工艺通常包括将两个基板相互键合来形成密封腔体，使得关键芯片结构密封在该密封腔体内。另外，为了调控谐振器及滤波器的性能，通常会在器件的基板上添加电容、电感等无源器件。而现有的薄膜体声波滤波器晶圆级封装主要以金-锡或金-金为作为气密封的金属。后面以Au-Sn为例子进行举例；目前的工艺方案主要有几个技术弊端：1、Au-Sn的封焊是一个熔化共晶的过程，但是由于制备的各种缺陷，在整个密封环上存在很多微小的气泡不能完全共晶，如果这些微小气泡形成贯穿的通路，则气密封失败。这就决定了密封环需要一定的宽度，才能够保证没有连续的贯通通路。2、为了保证Au-Sn共晶焊的效果，Sn的厚度一定要较大，但这就造成了Sn在熔化是为出现溢出的情况，进入器件的工作区域，导致器件失效。以上两个弊端，导致了器件的尺寸进一步加大，不利于器件的小型化，进一步影响后续模组集成。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种应用于晶圆级封装的气密封结构，包括盖帽晶圆和功能晶圆，盖帽晶圆设置有凹陷结构，该凹陷结构包括第一梯台和第二梯台，第一梯台结构与第二梯台结构之间为斜面；功能晶圆设置有凸起结构，功能晶圆的凸起结构与盖帽晶圆的凹陷结构相对应。

优选的，盖帽晶圆的凹陷结构大于功能晶圆的凸起结构。

优选的，盖帽晶圆凹陷结构的第一梯台表面和第一梯台与第二梯台之间的斜面上电镀有Ni-Sn-Ag层。

优选的，功能晶圆的凸起结构的梯台和斜面的表面上设置有Au层。

一种应用于晶圆级封装的气密封结构的制作方法，包括：

S1、获取盖帽晶圆，在盖帽晶圆对应位置设置光刻胶；

S2、对设置有光刻胶的盖帽晶圆进行干法刻蚀，并去除光刻胶，得到具有凹陷结构的盖帽晶圆；

S3、对具有凹陷结构的盖帽晶圆电镀金属层；

S4、对镀有金属层的盖帽晶圆进行金属刻蚀，得到凹陷结构表面电镀有Ni-Sn-Ag层的盖帽晶圆；

S5、获取功能晶圆，在功能晶圆对应位置设置光刻胶；

S6、对设置有光刻胶的功能晶圆进行干法刻蚀，得到具有凸起结构的功能晶圆；

S7、对具有凸起结构的功能晶圆进行去胶处理；

S8、将去胶后的功能晶圆设置金层，并进行蒸发厚金和刻蚀，得到具有金层的功能晶圆；

S9、将盖帽晶圆和功能晶圆进行键合。

本发明的有益效果：

本发明通过在盖帽晶圆设置有凸起结构和功能晶圆设置有凹陷结构，从而缩小整个密封环在水平方向占用的距离，而不改变密封线的实际长度，保证了气密封性。本发明在功能晶圆设置有凹陷结构很好的降低Sn的溢出效果，用过毛细现象和重力作用，大部分的锡都吸附在有凹凸结构的附近；由于凹凸结构的存在，整个微通孔的连通需要通过几个弯折区域，贯通的几率大大降低，且通过该结构在不减少密封圈实际长度的前提下，缩小了密封圈水平宽度，也通过抵持的结构减小了晶圆应力的不匹配，减小了晶圆的翘曲；本申请通过将原本水平的密封环做成三维立体的密封环，在斜面上进行金属(金-锡或金-金)的沉积，达到了减小密封环宽度，容纳更多工作区域以及减小应力的累计的作用。

附图说明

图1为现有技术中晶圆级封装的气密封结构图；

图2为本发明的晶圆级封装的气密封结构图；

图3为本发明的晶圆级封装盖帽晶圆的制作流程图；

图4为本发明的晶圆级封功能晶圆的制作流程图；

图5为本发明的晶圆结构图；

图6为本发明一种实施方式的晶圆级封装的气密封结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行完整表述。应注意到：除非另外具体说明，否则在实施例中阐述的零部件名称和位置描述不限制本发明的申请保护范围。同时，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域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发明的保护范围。

现有的晶圆级封装的气密封结构如图1所示，该器件结构包括盖帽晶圆和功能晶圆，盖帽通过磁控溅射在密封圈位置完成种子层的制备，形成Ti-Cu的种子层，然后通过电镀的方法形成很厚的Ni-Sn-Ag层。在功能晶圆的密封圈位置蒸镀一层很厚的Au。现有技术中，通过Au-Sn熔合形成气密封。

一种应用于晶圆级封装的气密封结构，如图2所示，该器件结构包括：盖帽晶圆和功能晶圆；盖帽晶圆设置有凸起结构，该凸起结构均匀分布在盖帽晶圆底部的边缘位置；功能晶圆设置有凹陷结构，该凹陷结构设置在功能晶圆上表面，且与盖帽晶圆底部的凸起结构相对应。

在本实施例中，盖帽晶圆的凸起结构小于功能晶圆的凹陷结构，使得盖帽晶圆的凸起结构能与功能晶圆的凹陷结构完美契合。通过在功能晶圆设置带沟槽的凹陷结构少密封圈在水平方向的距离，减小密封圈的宽度，有利于高密度集成封装。

盖帽晶圆凸起结构的表面电镀有Ni-Sn-Ag层。功能晶圆的凹陷结构表面设置有Au层。

在本发明的另一种实施方式，该实施方式种公开了一种气密封结构，如图6所示，该封装结构包括：盖帽晶圆和功能晶圆；其中，盖帽晶圆设置有凹陷结构，该凹陷结构包括第一梯台和第二梯台，第一梯台结构与第二梯台结构之间为斜面；功能晶圆设置有凸起结构，功能晶圆的凸起结构与盖帽晶圆的凹陷结构相对应。

在该实施例中，盖帽晶圆的凹陷结构大于功能晶圆的凸起结构。该结构使得器件在进行气密性封装过程中将原本水平的密封环做成三维立体的密封环，达到了减小密封环宽度，容纳更多工作区域以及减小应力的累计的作用。

在本实施例中，盖帽晶圆凹陷结构的第一梯台表面和第一梯台与第二梯台之间的斜面上电镀有Ni-Sn-Ag层。

在本实施例中，功能晶圆的凸起结构的梯台和斜面的表面上设置有Au层。

由于在一个晶圆上，需要做这样的结构的器件很多，约16000颗/晶圆，传统的晶圆结构在工艺制程中，温度变化带来热胀冷缩，应力主要在水平方向，由于在一个晶圆上有多个这样的结构，导致了一些热工艺之后，应力会产生累计，导致整个晶圆的翘曲；如图5所示，通过本发明设计的晶圆结构使得应力分布的优化，可以很好的减少晶圆的翘曲。即在热胀冷缩时，A/B处的应力始终保持平衡，主要的力都抵消，应力的累积很小，导致晶圆翘曲的不平衡力也很小。C处的力是类似于原结构的，对翘曲有些影响，但本身尺寸已经减小，热的不匹配性减少很多；同时由于A/B的存在，其部分力会被结构所消除。也就是说，这个机构在不减少密封圈实际长度的前提下，缩小了密封圈水平宽度，也通过抵持的结构减小了晶圆应力的不匹配，减小了晶圆的翘曲。

一种应用于晶圆级封装的气密封结构的制作方法，如图3和图4所示，包括：

S1、获取盖帽晶圆，在盖帽晶圆对应位置设置光刻胶；

S2、对设置有光刻胶的盖帽晶圆进行干法刻蚀，并去除光刻胶，得到具有凸起结构的盖帽晶圆；

S3、对具有凸起结构的盖帽晶圆电镀金属层；

S4、对镀有金属层的盖帽晶圆进行金属刻蚀，得到凸起结构表面电镀有Ni-Sn-Ag层的盖帽晶圆；

S5、获取功能晶圆，在功能晶圆对应位置设置光刻胶；

S6、对设置有光刻胶的功能晶圆进行干法刻蚀，得到具有凹陷结构的功能晶圆；

S7、对具有凹陷结构的功能晶圆进行去胶处理；

S8、将去胶后的功能晶圆设置金层，并进行蒸发厚金和刻蚀，得到具有金层的功能晶圆；

S9、将盖帽晶圆和功能晶圆进行键合。

在本实施例中，一种应用于晶圆级封装的气密封结构的制作方法，该方法包括：

S1、获取盖帽晶圆，在盖帽晶圆对应位置设置光刻胶；

S2、对设置有光刻胶的盖帽晶圆进行干法刻蚀，并去除光刻胶，得到具有凹陷结构的盖帽晶圆；

S3、对具有凹陷结构的盖帽晶圆电镀金属层；

S4、对镀有金属层的盖帽晶圆进行金属刻蚀，得到凹陷结构表面电镀有Ni-Sn-Ag层的盖帽晶圆；

S5、获取功能晶圆，在功能晶圆对应位置设置光刻胶；

S6、对设置有光刻胶的功能晶圆进行干法刻蚀，得到具有凸起结构的功能晶圆；

S7、对具有凸起结构的功能晶圆进行去胶处理；

S8、将去胶后的功能晶圆设置金层，并进行蒸发厚金和刻蚀，得到具有金层的功能晶圆；

S9、将盖帽晶圆和功能晶圆进行键合。

以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。