摘要：晶圆级封装键合环金属化进程中，铜和钛种子层一般选用两步湿法刻蚀工艺去除。该工艺分两步进行，本钱高，且功率低，因而有必要探求新的腐蚀工艺。氨水、双氧水和水的混合物一般称为I 号液。经过研讨铜和钛在不同份额的 I 号液中的腐蚀特性，挑选恰当的配比，使 I 号液对铜和钛有适宜的挑选比，到达将种子层刻蚀由两步组成为一步的意图。研讨标明，当氨水和双氧水的浓度别离为 2.11 mol/L 和 0.66 mol/L 时，相同条件下一步法能够获得杰出的刻蚀描摹。
现在，MEMS 芯片封装技能可分为晶圆级、芯片级和系统级封装等。芯片级封装对单颗芯片进行操作，本钱高，功率低。系统级封装是在同一基板上集成不同功用的芯片，因封测进程中一般用到多层结构的BT 原料基板，加上各类芯片的拼装及终究制品的测验，其本钱依然较高。晶圆级封装针对整个圆片进行操作，是现在器材封装范畴最前沿的技能，具有功率高、本钱低的特色。
晶圆级封装中，键合环的金属化一般经过电镀完结：首要溅射钛、铜作为种子，电镀完结后再用湿法刻蚀去除种子层。铜种子一般选用过硫酸铵或酸性双氧水系统去除。但这两种药液对钛简直无任何作用，钛种子层还需求独自的药液进行刻蚀，这不光添加了工艺的复杂性，影响出产功率，还添加了出产本钱。因而，有必要探求新的种子层刻蚀工艺。
有研讨标明，双氧水在碱性条件下电离出的过氧根离子能够和钛发生反响。还有研讨标明，I 号液（氨水、双氧水和水的混合物）中的双氧水能够将铜氧化为氢氧化铜，而其间的氨水又能够和氢氧化铜发生螯合作用，生成可溶的铜氨络合物。综上，I 号液特别的物理和化学性质为完成铜和钛的一起刻蚀供给了或许。
盖帽晶圆单个盖帽结构设计如图 1(g)所示，包含硅衬底，盖帽腔，键合环，钛、铜种子层和焊料层。盖帽腔的深度是 100 μm；钛、铜种子层的厚度别离是 20 nm和 300 nm，其间钛起黏附作用，铜首要用于调理电镀阻抗，使电镀更均匀；焊料层顺次堆叠有铜、镍、金和锡，其间铜是过渡层，镍是阻挡层，金锡是焊料。盖帽结构制造工艺流程如图 1 所示，包含如下进程：1）对图1(a)中的硅衬底进行掩模和深硅刻蚀，得到如图 1(c)所示的盖帽腔和键合环；2）在上述结构上别离溅射钛和铜，作为电镀的种子层，其结构如图 1(d)所示；3）对图1(d)所示的晶圆进行掩模，得到如图 1(e)仅显露部分键合环的结构；4）对图 1(e)所示的结构进行电镀，生长所需求的焊料层，结构如图 1(f)所示；5）电镀完结后，经过湿法清洗去除掩模并显露种子层。
首要用 30%的氨水、30%双氧水和去离子水（DIW）按不同份额制造好Ⅰ号液；然后别离用溅射有铜和钛的无图形样片测验铜和钛的刻蚀速率，以挑选适宜的配比；最后用盖帽晶圆承认腐蚀作用。
从图 2 能够看出铜的腐蚀速率随氨水浓度的添加而增大：当氨水浓度小于 2.11 mol/L 时，铜的腐蚀速率随氨水浓度的添加而缓慢添加；当氨水浓度大于2.11 mol/L 时，铜的腐蚀速率显着加快。这是由于四氨合铜离子（Cu 2+ +4NH 3 葑Cu（NH 3 ） 42+）的生成，下降了铜的电极电位，进步了其还原性。由于试验选用单片式湿法腐蚀工艺，反响生成的 Cu（NH 3 ） 42+ 被高速旋转的晶圆敏捷甩出而脱离铜外表。因而 Cu（NH 3 ） 42+ 的浓度对上述反响无影响，平衡常数核算中其浓度可视为不变，当作常数 1。上述化学反响的安稳平衡常数可简化为公式（1）：
从图 3 能够看出，铜的电极电位改变率在氨水浓度为 2.11 mol/L 处呈现骤变，与铜腐蚀速率在氨水浓度为 2.11 mol/L 处呈现骤变对应。这是由于铜在 I 号液中的溶解分为铜氧化（Cu+H 2 O 2 =Cu(OH) 2 ）和构成铜氨合作物（Cu(OH) 2 +4NH 3 =Cu(NH 3 ) 4 (OH) 2 ）两个进程。当氨水浓度比较低时，铜的氧化进程占优势，有充裕的高价铜没有发生合作反响。此刻进一步进步氨水浓度，铜的电极电位有较快改变。但由于氨水合作才能缺乏，铜的腐蚀速率依然较慢。当氨水浓度较高时，铜离子合作进程占优势，只要少数的高价铜进一步合作，铜的电极电位改变减慢。此刻，由于新生成的高价铜会被氨水敏捷络合掉，所以铜的腐蚀快速进行。
与铜的刻蚀现象不同，钛的腐蚀速率则随氨水浓度的添加而减小。这是由于氨水会促进双氧水水解，使钛在与 I 号液反响进程中呈现难溶副产物 Ti(OH) 4 ，阻止了反响的进行 [10] 。氨水浓度过低，铜反响较慢，出产功率低；氨水浓度太高，铜反响又太快，出产进程难以操控。因而，氨水浓度确定为 2.11 mol/L。
在氨水浓度为 2.11 mol/L 的条件下，研讨了双氧水浓度别离为 0.66 mol/L、0.99 mol/L、1.32 mol/L和1.65 mol/L 时铜和钛的腐蚀速率，效果如图 4 所示。铜的腐蚀速率随双氧水含量的添加得比较缓慢，而钛的腐蚀速率则随双氧水含量的添加而显着添加。如 3.1节所述，当氨水浓度较低时，铜的氧化有余而螯合缺乏，所以添加双氧水含量对铜的腐蚀速率并无显着影响；而双氧水浓度的进步则能够添加溶液中 OOH - 离子的浓度，显着促进钛的溶解，所以钛的腐蚀速率随双氧水浓度的进步而显着添加。添加双氧水含量对铜的腐蚀速率无显着影响，而钛的腐蚀速率却过快添加；别的，钛种子层的厚度只要 20 nm，双氧水浓度为0.66 mol/L 时的腐蚀速率比较适宜。综上，双氧水浓度确定为 0.66 mol/L。
氨水浓度和双氧水浓度别离为 2.11 mol/L 和0.66 mol/L 时，研讨了相同腐蚀时刻下两步法和一步法腐蚀后的描摹。两步法首要用过硫酸铵刻蚀铜种子层，再用 I 号液刻蚀钛种子层。由于 I 号液对铜也有必定的腐蚀作用，所以两步法相当于对铜进行了两次刻蚀。由于腐蚀铜种子层的进程中，电镀生长的铜层是露出在外面的，所以两层铜终究都会因湿法腐蚀各向同性的特色而发生必定的侧向钻蚀效应。从图 5 能够看到，两步法腐蚀工艺铜层的侧向侵蚀量比一步法大，构成了 4 μm 左右的屋檐结构。较大的屋檐结构更简单残留污染物，污染物的存在添加了器材封装后真空度下降从而影响器材功能和使用寿命的危险。一步法刻蚀后的屋檐结构较小，且显着进步了出产功率，下降了出产本钱。
本文经过调理 I 号液中氨水和双氧水的份额，到达了将种子层刻蚀由两步组成一步的意图。该工艺能够显着进步出产功率，下降出产本钱。研讨标明：
（1）铜的腐蚀速率随氨水浓度的添加而增大，而钛的腐蚀速率却随氨水浓度的升高而减小。这是由于 I号液中氨水对铜首要起合作作用，由于合作物的生成，显着下降了铜的电极电位，进步了其还原性，有利于加快铜的溶解；但氨水会促进双氧水分化，使钛在与 I 号液反响进程中呈现难溶副产物 Ti(OH) 4 ，难溶副产物吸附在钛外表，按捺了反响的进行。
（2）铜的腐蚀速率随双氧水浓度的进步而缓慢添加，而钛的腐蚀速率则随双氧水浓度添加得比较显着。这是由于当氨水浓度较低时，铜氧化有余而螯合缺乏，所以添加双氧水含量对铜的腐蚀速率并无显着影响；而双氧水浓度的进步能够添加溶液中 OOH - 离子的浓度，显着促进钛的溶解，所以钛的腐蚀速率随双氧水浓度的进步而显着添加。
（3）当氨水和双氧水的浓度别离为 2.11 mol/L 和0.66 mol/L 时，I 号液对铜和钛有适宜的挑选比，能够完成种子层的一步刻蚀且相同腐蚀时刻下能够获得比传统两步法工艺更优的刻蚀作用。
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