專利名稱：具有slid粘結(jié)連接的兩個襯底的裝置和用于制造這種裝置的方法
具有SLID粘結(jié)連接的兩個襯底的裝置和用于制造這種裝
置的方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種借助于SLID (固液相互擴散)粘結(jié)連接相互連接的兩個襯底的裝置和一種用于制造這種裝置的方法。為了將兩個襯底相互連接起來，已知首先在兩個襯底上設(shè)置粘結(jié)材料并且接著實施粘結(jié)工藝。一種可能的粘結(jié)工藝在于，在此情況下使用所謂的SLID技術(shù)。SLID技術(shù)基于， 作為粘結(jié)材料挑選出具有不同高低的熔點的兩個合適的金屬，其中兩個金屬一起形成穩(wěn)定的合金，其具有比兩個原始金屬的較低的熔點高的熔點。在粘結(jié)加工中使兩個粘結(jié)材料接觸并且加熱到高于較低的熔點的熔化溫度，從而具有較低熔點的金屬熔化并且擴散到較高熔化的金屬里面。在此情況下在邊界層上形成希望的固態(tài)的合金。理想的情況是低熔化的金屬完全熔化并且完全轉(zhuǎn)移到新形成的合金中。這種SLID粘結(jié)連接在兩個襯底之間的應(yīng)用例如在DE102006019080B3中說明。其中建議使用錫(Sn)作為具有低的熔化溫度的第一金屬和使用銅(Cu)作為具有較高的熔化溫度的第二金屬。在錫加熱到高于熔化溫度時，錫擴散到銅里面并且此時形成一種合金，它的熔點高于錫的熔點。按照該文獻所述，在幾分鐘的時間之后形成一種穩(wěn)定的金屬連接。但是由現(xiàn)有技術(shù)已知的材料選擇Cu/Sn不總是可能實現(xiàn)的或者需要大的附加費用下才可能。因此常常許多已知的半導(dǎo)體工藝已經(jīng)被優(yōu)化到一定的金屬材料上，由此將現(xiàn)有技術(shù)中已知的SLID技術(shù)簡單地移用到現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝中是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。因此存在提供一種修改的SLID技術(shù)的需求，這種修改的SLID技術(shù)也能夠簡單地應(yīng)用到現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝中，在這種現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝中至今已知的材料選擇要求很高的匹配費用。發(fā)明的優(yōu)點
按照本發(fā)明的裝置以及用于制造這種裝置的方法具有優(yōu)點，即可以以簡單的方式實現(xiàn)兩個襯底之間的穩(wěn)定的粘結(jié)連接(Bondverbindung)，同時不必在大的費用下調(diào)整至今的制
造工藝ο有利地，一方面完全保持SLID粘結(jié)連接的優(yōu)點，另一方面沒有必要在現(xiàn)有的工藝中必須采取相當(dāng)大的干預(yù)。由此總體上獲得一種用于希望的兩個襯底的裝置的、成本有利的制造方法，這在工業(yè)制造中是極其重要的。本發(fā)明的有利的改進方案在從屬權(quán)利要求中給出并且在說明書中說明。附圖
本發(fā)明的實施例將對照附圖和依據(jù)下面的說明進行詳細解釋。附圖中所示

圖1是兩個要連接的襯底的實施例在粘結(jié)工藝之前的橫截面視圖，和圖2是圖中的兩個襯底在粘結(jié)工藝之后的橫截面視圖。實施例的說明
按照本發(fā)明的用于制造具有借助于SLID (固/液相互擴散)粘結(jié)連接相互連接的第一和第二襯底的裝置的方法將借助于圖1和2進行解釋。該方法原則上包括以下相繼設(shè)置的步驟a)提供第一 5和第二襯底10，b)將具有第一金屬材料的第一粘結(jié)材料1 施加到第一襯底5上和將具有第二金屬材料的第二粘結(jié)材料1 施加到第二襯底10上，其中作為金屬材料選擇Al和Sn，和c)通過兩個襯底5，10實施粘結(jié)工藝，由此實現(xiàn)一種包括金屬間Al/ Sn相15c的SLID(固液相互擴散)粘結(jié)連接15。有利地，在按照本發(fā)明的方法中選擇鋁(Al)和(Sn)作為粘結(jié)用的材料組合。本發(fā)明基于新的認識，即這種材料組合是用于一個要形成的SLID粘結(jié)連接的非常合適的出發(fā)點。一方面通過這種材料組合可以制造一種具有金屬間Al/Sn相15c的穩(wěn)定的SLID粘結(jié)連接。另一方面非常多的半導(dǎo)體工藝過程被與其相協(xié)調(diào)，正好鋁作為優(yōu)選的金屬被施加到襯底上。因此在按照本發(fā)明的方法中不需要用另一種金屬如例如銅取代通過鋁對襯底的通常的金屬化，以實現(xiàn)SLID粘結(jié)連接15。鋁在此情況下優(yōu)選作為第一金屬材料第一襯底5上。相反，錫優(yōu)選作為第二金屬材料施加到第二襯底10上。第一粘結(jié)材料15a因此包括Al作為第一金屬材料。在此情況下，粘結(jié)材料15aAl 可以或者作為純Al或者也作為Al合金提供用于以后的金屬間Al/Sn相15c。對此合適的 Al 合金是 AISi，AlCu 或 AlSiCu。此外可以在步驟b)中在第二襯底10和第二粘結(jié)材料15b中的錫，即第二金屬材料之間設(shè)置由Al或Cu構(gòu)成的另一層(未在圖中示出)。由此則形成層序列襯底/Al/Sn或襯底/Cu/Sn。重要的是Sn層總是形成最外的層。如果在步驟a)中作為第一襯底5提供一個MEMS (微機電系統(tǒng))晶片，如在圖1的實施例中示意示出的，本發(fā)明的優(yōu)點就變得很明顯。在此情況下，一個MEMS晶片包括至少一個MEMS結(jié)構(gòu)7。如果在至今已知的MEMS晶片中要實施由現(xiàn)有技術(shù)中已知的SLID粘結(jié)工藝，那么在該MEMS加工本身中就需要進行復(fù)雜的干預(yù)，其在作為金屬層的鋁上的批量制造與該晶片相協(xié)調(diào)。另外建議在步驟a)中，作為第二襯底10提供一個帽蓋晶片(Kappen-Wafer)。按照本發(fā)明的方法因此用于借助于一個第二晶片10覆蓋該MEMS晶片。第二襯底10可以或者附加地作為帽蓋晶片的功能以外，或者也可以在沒有作為帽蓋晶片的功能情況下，作為具有電子構(gòu)件的襯底10實施(未在圖中示出)。由此第二襯底10例如可以是一個帽蓋晶片并且同時是一個ASIC(專用集成電路)晶片。由此在粘結(jié)工藝中也可以同時制造在MEMS 晶片和帽蓋晶片之間的電連接，因為形成的金屬間Al/Sn相15c具有良好的電導(dǎo)性。此外，可以用各種方法將Sn層施加到帽蓋晶片上，如通過“鍍錫”或通過“焊錫滴涂”。兩個方法都簡單和成本有利。此外有利的是，在步驟b)中通過將粘結(jié)材料15a，15b施加到兩個襯底5，10上各形成一個自身封閉的粘結(jié)框。作為后續(xù)粘結(jié)工藝的結(jié)果，然后實現(xiàn)自身封閉的粘結(jié)框形式的SLID粘結(jié)連接15。另外建議，在步驟b)中通過施加兩個粘結(jié)材料15a，15b各形成一個具有在IOOnm 至10 μ m范圍的層厚的粘結(jié)層。這種層厚一方面提供足夠用于穩(wěn)定的要形成的SLID粘結(jié)連接的材料，另一面所述厚度范圍保證層厚的一定的變化，這種變化的大小依據(jù)具體的需要可以不同的。最后建議，在步驟c)中在實施粘結(jié)工藝時選擇在230°C至300°C范圍的工藝溫度T。這個溫度范圍是合適的，因為一方面已經(jīng)足夠使粘結(jié)材料1 錫熔化。另一方面該溫度范圍不是太高，因為要形成的連接在非常低的10%A1重量百分比份額下就已經(jīng)具有大約 400°C的高很多的熔點。因此形成的連接具有明顯較高的熔點并且因此具有非常高的溫度穩(wěn)定性。在實施按照本發(fā)明的方法之后，作為結(jié)果實現(xiàn)一種具有它借助于SLID(固液相互擴散)粘結(jié)連接15相互連接的第一 5和第二襯底10的裝置1，其中SLID粘結(jié)連接15包括金屬間Al/Sn相15c形式的第一金屬材料和第二金屬材料。優(yōu)選金屬間Al/Sn相15c應(yīng)該具有至少10%的重量百分比的Al，因為如上所述，此時即達到非常高的熔點。精確的比例可以有利地簡單地通過第一粘結(jié)材料1 和第二粘結(jié)材料15b的相應(yīng)的層厚進行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種具有借助于SLID (固液相互擴散)粘結(jié)連接(15)相互連接的第一(5)和第二襯底(10)的裝置(1)，其中SLID粘結(jié)連接(1 包括第一金屬材料和第二金屬材料，其特征在于，SLID粘結(jié)連接(15)包括金屬間Al/Sn相(15c)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，金屬間Al/Sn相(15c)具有至少10%的重量百分比的Al。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，第一襯底(5)是MEMS(微機電系統(tǒng))曰曰/To
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，第二襯底(10)是帽蓋晶片和/ 或ASIC (專用集成電路)晶片。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，通過SLID粘結(jié)連接(15)形成自身封閉的粘結(jié)框。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其特征在于，在金屬間Al/Sn相(15c)中提供由純的Al或由Al合金如AISi，AlCu或AlSiCu構(gòu)成的第一金屬材料Al。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其特征在于，在第二襯底(10)和金屬間Al/ Sn相(15c)之間設(shè)置由Al或Cu構(gòu)成的另一個層。
8.一種用于制造具有借助于SLID(固液相互擴散)粘結(jié)連接(15)相互連接的第一 (5)和第二襯底(10)的裝置(1)的方法，其中相繼設(shè)置以下步驟a)提供第一( 和第二襯底(10)，b)將具有第一金屬材料的第一粘結(jié)材料(15a)施加到第一襯底( 上和將具有第二金屬材料的第二粘結(jié)材料(15b)施加到第二襯底(10)上，其中作為金屬材料選擇Al 和Sn，和c)通過兩個襯底(5，10)實施粘結(jié)工藝，由此實現(xiàn)一種包括金屬間Al/Sn相(15c) 的SLID(固液相互擴散)粘結(jié)連接(15)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟b)中在第一襯底( 上，尤其是在MEMS (微機電系統(tǒng))晶片上，作為第一粘結(jié)材料(15a)施加Al或Al合金。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在步驟b)中在第二襯底(10)上， 尤其是在帽蓋晶片和/或ASIC(專用集成電路)晶片上，作為第二粘結(jié)材料(15b)施加Sn。
11.按照權(quán)利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，在步驟b)中通過施加兩個粘結(jié)材料(15a，15b)各形成一個具有在IOOnm至10 μ m范圍的層厚的粘結(jié)層。
12.按照權(quán)利要求8至11之一所述的方法，其特征在于，在步驟b)中通過在兩個襯底 (5，10)上施加粘結(jié)材料(15a，15b)各形成一個本身封閉的粘結(jié)框。
13.按照權(quán)利要求9至12之一所述的方法，其特征在于，在步驟b)中作為Al合金選擇 AISi，AlCu 或 AlSiCu。
14.按照權(quán)利要求8至13之一所述的方法，其特征在于，在步驟b)中在第二襯底(10) 和第二粘結(jié)材料(15b)之間設(shè)置由Al或Cu構(gòu)成的另一個層。
15.按照權(quán)利要求8至14之一所述的方法，其特征在于，在步驟c)中通過實施粘結(jié)工藝選擇在230°C至300°C范圍中的工藝溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有第一(5)和第二襯底(10)的裝置(1)，其中兩個襯底(5，10)借助于SLID(固液相互擴散)粘結(jié)連接(15)相互連接。SLID粘結(jié)連接(15)包括第一金屬材料和第二金屬材料，其中SLID粘結(jié)連接(15)包括金屬間Al/Sn相(15c)。本發(fā)明此外還涉及一種用于制造這種裝置(1)的方法。
文檔編號B81C1/00GK102245498SQ200980149068
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者法伊 A., 特勞特曼 A. 申請人:羅伯特·博世有限公司