專利名稱：將mems連接到接合晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該公開一般地涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，而且更具體地涉及形成MEMS到接合晶片的接觸。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)作為變換器方面已經(jīng)變得更加重要。一個(gè)例子就是加速計(jì)，其中首先通過在MEMS內(nèi)部的移動(dòng)探測(cè)到加速度，該加速度依次被轉(zhuǎn)換成例如電容值的電特性變化，。此電容值的變化被轉(zhuǎn)換為提供加速度度量的電信號(hào)。該電信號(hào)可以具有各種用途，其中之一是觸發(fā)安全氣囊。這種類型的應(yīng)用可能是關(guān)鍵性的，因此正確地發(fā)揮作用是重要的。因?yàn)樵贛EMS之內(nèi)存在移動(dòng)，所以可動(dòng)結(jié)構(gòu)必須具有完整性。從而，與可動(dòng)結(jié)構(gòu)以及與其相關(guān)的那些結(jié)構(gòu)有關(guān)的應(yīng)力務(wù)必不能劇烈到導(dǎo)致可動(dòng)結(jié)構(gòu)失靈。因此，需要改善MEMS制造中的應(yīng)力管理。


本發(fā)明以示例的方式進(jìn)行圖解且不限于附圖，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件。附圖中的部件被簡單明確的圖解且不必按比例繪制。圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的加工階段中MEMS器件的橫截面；圖2示出了后續(xù)加工階段的圖1所示的MEMS器件的橫截面；圖3示出了圖2中的MEMS器件的頂視圖；圖4示出了形成MEMS器件與接合晶片之間的共晶鍵合之前，圖2中的MEMS器件和接合晶片的橫截面；以及圖5示出了在形成共晶鍵合之后，附圖2中的MEMS器件和接合晶片的橫截面。
具體實(shí)施例方式一方面，MEMS器件具有在其上形成的接觸。所述接觸具有在MEMS器件上的粘著層，其可以為多晶硅層；以及在粘著層上的第一共晶層，其可以為硅鍺層。將第一共晶層圖案化以減小由于形成第一共晶層而產(chǎn)生的應(yīng)力。接合晶片具有作為第二共晶層的共晶鍵合形成層，該第二共晶層由一種材料制成，或在共晶鍵合形成層多于一層的情況下由多種材料制成，其是與第一共晶層材料的共晶配對(duì)。利用壓力將所述共晶鍵合形成層施加到所述第一共晶層并加熱以在所述接合晶片與所述MEMS器件之間形成共晶鍵合。通過參考附圖和下面的說明更好地對(duì)此進(jìn)行理解。圖1中所示的是MEMS12、在MEMS12上的多晶硅間隙擋塊14、在MEMS12上并且位于多晶硅間隙擋塊14之內(nèi)且與之相隔的多晶硅層15、在多晶硅層15上的漸變硅鍺層16以及在漸變硅鍺層16上的硅鍺層18。漸變硅鍺層16從非常低的鍺濃度開始，并增加鍺濃度直到達(dá)到最終鍺濃度。硅鍺層18具有連續(xù)的鍺濃度，其是與漸變硅鍺層16的最終鍺濃度相同的鍺濃度。鍺的漸變改善了最終硅鍺接觸部分與硅鍺層18之間的粘著性。在某些情況下，可以不需要所述鍺的漸變。并且，可以使用比硅鍺層18的鍺濃度更低濃度的連續(xù)濃度的硅鍺層代替該漸進(jìn)漸變。硅和鍺的此組合是特別有效的，因?yàn)楣桄N之間的良好粘著形成了與鋁的有效共晶鍵合。然而，也可以找到其他有效材料。鍺可以在與硅不同的提供有效粘著的材料上使用。同樣地，可以使用如下的不同材料，所述材料提供與后續(xù)所施加的導(dǎo)電材料的有效共晶鍵合。例如，銅和錫能夠像金和硅那樣形成有效的共晶鍵合。因此，可以認(rèn)為，鍺是在其中能夠與例如鋁的某些其他材料形成共晶鍵合的共晶材料。也可以認(rèn)為，形成共晶鍵合的后續(xù)所應(yīng)用材料是共晶材料，在本實(shí)例中該材料是導(dǎo)電的?？梢哉J(rèn)為鍺和鋁是共晶對(duì)，在其中當(dāng)兩者在壓力下接觸并對(duì)其進(jìn)行加熱，則在它們之間形成共晶鍵合。圖2中所示的是將漸變硅鍺層16和硅鍺層18蝕刻成方格形圖案之后的MEMS12。如圖2所示，具有構(gòu)成該圖案的一部分的區(qū)段24，26，28和30。通過示出作為部分硅鍺層18的頂端部分22和作為部分漸變硅鍺層16的部分20，區(qū)段30成為了例如區(qū)段24，26和28的其他區(qū)段的代表。圖3所示的是圖2中的MEMS12的頂視圖，其示出了作為方格形圖案的圖案31。線2-2表示截取圖2中的橫截面的位置。在本實(shí)例中，由四行和四列區(qū)段構(gòu)成圖案31。區(qū)段24、26、28和30組成一行。其中片段23、25、24和27組成其中一列。通過形成圖案31，緩解了由漸變硅鍺層16和硅鍺層18所產(chǎn)生的應(yīng)力。由漸變硅鍺層16和硅鍺層18產(chǎn)生的應(yīng)力是非常顯著的并且能夠傳遞給MEMS12并隨之破壞MEMS12?？梢哉J(rèn)為圖案31是方格形圖案。雖然將所述區(qū)段表示為方形，但它們可以比所示出的更圓并且將仍然被認(rèn)為是方格形圖案。圖4所示的是具有圖案31的區(qū)段24、26、28和30以及接合晶片32的MEMS12，其中接合晶片32具有在接合晶片32上的共晶鍵合形成接合層34，其在本實(shí)例中是導(dǎo)電的，但不是必須如此。接合晶片32可包括用于連接至MEMS12的集成電路。在圖4中，MEMS12和接合晶片32恰好處于在共晶鍵合形成層34與圖案31之間形成共晶鍵合之前的適當(dāng)位置。圖5所示的是已經(jīng)利用加壓和加熱而壓合在一起以在圖案31與導(dǎo)電層34之間形成了共晶鍵合36之后的MEMS12和接合晶片32。多晶硅間隙擋塊14確保共晶鍵合36被包容。因此，通過在漸變硅鍺層16和硅鍺層18上增加圖案，緩解了應(yīng)力，同時(shí)也在接合晶片與MEMS之間形成了有效的共晶鍵合。至此，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到已經(jīng)得到了 MEMS至接合晶片的連接。該方法包括在MEMS上用第一材料形成第一共晶層。該方法進(jìn)一步包括將第一共晶層圖案化為方格形圖案。該方法進(jìn)一步包括在接合晶片上用第二材料形成第二共晶層，其中第一材料和第二材料是共晶對(duì)。該方法進(jìn)一步包括在第一共晶層和第二共晶層相接觸的狀態(tài)下施加熱量和壓力，以在所述MEMS和所述接合晶片之間形成共晶鍵合。該方法還可以具有第一材料包括硅鍺的特征。該方法還可以具有第二材料包括鋁的特征。該方法可進(jìn)一步包括在形成第一共晶層之前在MEMS上形成粘著層，其中第一共晶層形成在粘著層上。該方法還可以以在形成第一共晶層之前在MEMS上形成粘著層為特征，其中第一共晶層形成在粘著層上。該方法還可以包括粘著層包括硅層的特征。該方法還可以包括特征粘著層還包括硅鍺層，其中硅鍺層在所述硅層上并且第二硅鍺層具有比所述第一材料小的平均鍺濃度。該方法還可以包括特征該硅鍺層具有漸變的鍺濃度。該方法還可以包括特征所述漸變的濃度的特征在于，在與所述第一共晶層的界面處具有比在與所述硅層的界面處更高的鍺濃度。該方法還可以包括特征第一材料和第二材料包括硅和金共晶對(duì)。該方法還可以包括特征第一材料和第二材料包括銅和錫共晶對(duì)。該方法還可以包括特征所述圖案化包括實(shí)施對(duì)硅鍺的蝕刻。該方法還可以包括特征方格形圖案包括第一共晶層區(qū)段的行和列。還描述了將MEMS連接于接合晶片上的方法。該方法包括在MEMS上形成支撐層。該方法進(jìn)一步包括在支撐層上形成第一共晶層。該方法進(jìn)一步包括將共晶層圖案化成各區(qū)段以緩解應(yīng)力。該方法進(jìn)一步包括在接合晶片上形成第二共晶層。該方法進(jìn)一步包括形成所述區(qū)段和所述第二共晶層的共晶鍵合以將所述MEMS連接到所述接合晶片。該方法可以進(jìn)一步包括特征將區(qū)段形成為行和列的圖案化步驟。該方法可以進(jìn)一步包括特征圖案化步驟使得區(qū)段形成為方格形圖案。該方法可以進(jìn)一步包括特征區(qū)段形成為方形。該方法可以進(jìn)一步包括在支撐層與第一共晶層之間形成粘著層。該方法可以進(jìn)一步包括特征支撐層包括硅，第一其晶層包括硅鍺，并且第二共晶層包括鋁。還描述了準(zhǔn)備連接到具有共晶鍵合形成層的接合晶片的MEMS。為了連接到接合晶片上，MEMS器件包括MEMS上的支撐層以及支撐層上的多個(gè)區(qū)段。所述多個(gè)區(qū)段呈相交的行和列。多個(gè)片段由與共晶鍵合形成層溝成共晶對(duì)的第一材料形成。所述MEMS可進(jìn)一步包括特征所述區(qū)段包括硅鍺。盡管在此參照特定的實(shí)施例描述本發(fā)明，在不脫離由下面的權(quán)利要求書所闡述的本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，能夠做出各種修正和變化。例如，可發(fā)現(xiàn)與所述的那些材料不同的材料用于形成共晶鍵合是有效的。因此，認(rèn)為說明書和附圖是示例性的而不具限制性意義，并且所有這樣的修正都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這里關(guān)于特定實(shí)施例所描述的任何益處、優(yōu)點(diǎn)或問題的解決手段都不欲解釋為作為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵性、必要性的或?qū)嵸|(zhì)性特征或元素。此外，這里使用的術(shù)語“一”或“一個(gè)”并不定義為一個(gè)或者超過一個(gè)。同樣，甚至當(dāng)相同的權(quán)利要求包括介紹性措辭“一個(gè)或更多”或“至少一個(gè)”和不確定冠詞、例如“一”或“一個(gè)”時(shí)，在權(quán)利要求中介紹性的措辭例如“至少一個(gè)”和“一個(gè)或更多”的使用不應(yīng)解釋為意指通過不確定冠詞“一”或“一個(gè)”限定任何特定的權(quán)利要求來介紹的其他權(quán)利要求元素，所述特定的述權(quán)利要求包含如此被介紹的僅具有一個(gè)這樣元素的發(fā)明的權(quán)利要求玩素。對(duì)所使用的不確定性冠詞進(jìn)行相同的解釋。除非另作陳述，使用例如“第一”和“第二”的術(shù)語來對(duì)這樣術(shù)語描述的元素之間進(jìn)行任意的區(qū)分。因此，這些術(shù)語不必意味著指示時(shí)間區(qū)別或這些元素的先后次序。
權(quán)利要求
1.一種將MEMS(12)連接到接合晶片的方法，包括 在所述MEMS上形成第一材料的第一共晶層； 將所述第一共晶層圖案化為方格形圖案； 在所述接合晶片上形成第二材料的第二共晶層，其中所述第一材料和第二材料是共晶對(duì)；以及 在所述第一共晶層和第二共晶層相接觸的狀態(tài)下施加熱量和壓力，以在所述MEMS和所述接合晶片之間形成共晶鍵合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括硅鍺。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二材料包括鋁。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述第一共晶層之前，在所述MEMS上形成粘著層，其中所述第一共晶層形成在所述粘著層上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述粘著層包括硅層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述粘著層還包括硅鍺層，其中所述硅鍺層位于所述硅層上，并且所述第二硅鍺層具有比所述第一材料小的平均鍺濃度。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中所述硅鍺層具有漸變的鍺濃度。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述漸變的濃度的特征在于，在與所述第一共晶層的界面處具有比在與所述硅層的界面處更高的鍺濃度。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一材料和所述第二材料包括硅和金共晶對(duì)。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一材料和所述第二材料包括銅和錫共晶對(duì)。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述圖案化包括執(zhí)行硅鍺蝕刻。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述方格形圖案包括所述第一共晶層的各區(qū)段的各行和各列。
13.—種將MEMS連接到接合晶片的方法，包括 在所述MEMS上形成支撐層； 在所述支撐層上形成第一共晶層； 將所述共晶層圖案化為各區(qū)段以緩解應(yīng)力； 在所述接合晶片上形成第二共晶層； 形成所述區(qū)段和所述第二共晶層的共晶鍵合以將所述MEMS連接到所述接合晶片。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述圖案化步驟將各區(qū)段形成為各行和各列。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述圖案化步驟導(dǎo)致形成方格形圖案的各區(qū)段。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述區(qū)段具有方形的形式。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述支撐層和所述第一共晶層之間形成粘著層。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述支撐層包括硅，所述第一共晶層包括硅鍺，以及所述第二共晶層包括鋁。
19.一種MEMS，被制備用于連接到具有共晶鍵合形成層的接合晶片，包括 在所述MEMS上的支撐層；以及 在所述支撐層上的多個(gè)區(qū)段，用于連接到所述接合晶片； 其中所述多個(gè)區(qū)段呈相交的行和列；以及所述多個(gè)區(qū)段是由與所述共晶鍵合形成層為共晶對(duì)的第一材料形成的。
20.如權(quán)利要求19所述的MEMS，其中所述區(qū)段包括硅鍺。
全文摘要
通過在MEMS上形成支撐層將MEMS(12)部分地連接到接合晶片(32)上。所述支撐層上形成第一共晶層(16，18)。將所述共晶層圖案化為區(qū)段(24，26，28，30)以緩解應(yīng)力。在所述接合晶片上形成第二共晶層(34)。在所述區(qū)段與所述第二共晶層之間形成共晶鍵合(36)以將所述接合晶片連接到所述MEMS上。
文檔編號(hào)B81C3/00GK103043603SQ20121032743
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者L·H·卡爾林, H·D·德賽 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司