一種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，其特征在于：該結(jié)構(gòu)包括第一襯底、第二襯底、第一鍵合材料和第二鍵合材料；所述的第一與第二襯底以及第一與第二鍵合材料分別由三種可形成三元共晶合金的材料構(gòu)成；鍵合之前第一鍵合材料附著于第一襯底，第二鍵合材料附著于第二襯底。本發(fā)明提供的用于圓片級(jí)氣密封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，共晶反應(yīng)不僅發(fā)生在襯底表面的鍵合材料之間，同時(shí)發(fā)生在襯底與鍵合材料之間，可避免以共晶合金層為中間介質(zhì)的傳統(tǒng)圓片級(jí)共晶鍵合技術(shù)中因襯底與共晶合金層的粘附力低導(dǎo)致的鍵合失效與可靠性不佳等問題。
【專利說明】—種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涉及圓片級(jí)氣密封裝技術(shù)中的共晶鍵合【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]封裝是微制造工藝中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，而圓片級(jí)封裝技術(shù)正是微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)重要的封裝技術(shù)之一，因?yàn)樗捎行У乇苊鈩澠徒M裝等后續(xù)工藝對(duì)MEMS芯片內(nèi)可動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)造成破壞，提高M(jìn)EMS器件內(nèi)部的潔凈度，同時(shí)提高封裝成品率和可靠性，降低封裝成本。
[0003]實(shí)現(xiàn)圓片級(jí)封裝的技術(shù)重點(diǎn)在于封蓋和基底兩圓片的鍵合。圓片級(jí)鍵合技術(shù)，是將兩片晶圓互相結(jié)合，并使表面原子相互反應(yīng)，讓表面間的鍵合能達(dá)到一定的強(qiáng)度，從而使兩片圓片能夠結(jié)為一體。
[0004]實(shí)現(xiàn)圓片級(jí)鍵合有多種方法，如熔融鍵合、熱壓鍵合、低溫真空鍵合、陽極鍵合、共晶鍵合，以及粘接劑鍵合等。各種鍵合技術(shù)均有其各自特點(diǎn)，共晶鍵合技術(shù)以其鍵合溫度低、鍵合強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在圓片級(jí)封裝領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。共晶鍵合技術(shù)，是利用共晶合金熔融溫度較低的特點(diǎn)，將其作為中間介質(zhì)層，在較低溫度下，通過加熱使共晶材料熔融實(shí)現(xiàn)鍵合，該技術(shù)可有效降低鍵合面對(duì)于平整度和清潔度的要求，有利于生產(chǎn)效率的提高。
[0005]通常采用的圓片級(jí)共晶鍵合技術(shù)都是采用二元共晶系，具體方案是在待鍵合的兩圓片表面的鍵合區(qū)域分別制作兩種材料層，這兩種材料作為兩種不同的組分在其后的工藝過程中形成二元共晶合金，利用該二元合金層作為中間介質(zhì)層將兩圓片連接起來，然而在鍵合強(qiáng)度測試中發(fā)現(xiàn)，鍵合失效的發(fā)生往往不在形成共晶合金的兩種材料層之間，而在襯底與中間介質(zhì)之間。襯底與鍵合材料的粘附性成為提高圓片鍵合強(qiáng)度的瓶頸之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本明的主要目的在于提供一種用于圓片級(jí)封裝的的三元共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，以解決傳統(tǒng)共晶鍵合技術(shù)中襯底與鍵合層之間黏附性不強(qiáng)引起的強(qiáng)度下降問題。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
一種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)包括第一襯底、第二襯底、第一鍵合材料和第二鍵合材料；所述的第一與第二襯底以及第一與第二鍵合材料分別由三種可形成三元共晶合金的材料構(gòu)成；鍵合之前第一鍵合材料附著于第一襯底，第二鍵合材料附著于第二襯底。
[0008]其進(jìn)一步特征在于:鍵合之前第一鍵合材料直接附著于第一襯底，第二鍵合材料直接附著于第二襯底；或者所述第一襯底和第一鍵合材料之間或第二襯底和第二鍵合材料之間只有其一具備抗擴(kuò)散層。所述抗擴(kuò)散層材料可以是T1、TiN、Ge、Ni等材料。
[0009]上述二兀共晶材料為Al-Ge-Si，Au-Ge-Si, Au-Gu-Ge 等材料。
[0010]從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果: 本發(fā)明提供的用于圓片級(jí)氣密封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，共晶反應(yīng)不僅發(fā)生在襯底表面的鍵合材料之間，同時(shí)發(fā)生在襯底與鍵合材料之間，可避免以共晶合金層為中間介質(zhì)的傳統(tǒng)圓片級(jí)共晶鍵合技術(shù)中因襯底與共晶合金層的粘附力低導(dǎo)致的鍵合失效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為鍵合過程示意圖。
[0013]圖3為鍵合后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為帶抗擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5為帶抗擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)鍵合過程示意圖。
[0016]圖6為帶抗擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)鍵合后結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供如圖1所示一種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括第一襯底1、第二襯底2、第一鍵合材料3和第二鍵合材料4 ;所述的第一襯底I與第二襯底2以及第一鍵合材料3與第二鍵合材料4分別由三種可形成三元共晶合金的材料構(gòu)成；在鍵合之前第一鍵合材料3直接附著于第一襯底1，第二鍵合材料4直接附著于第二襯底2。
[0018]如圖2所示，在鍵合過程中，當(dāng)溫度達(dá)到三元共晶的熔點(diǎn)且壓力合適時(shí)，第一鍵合材料與第二鍵合材料以及第一襯底I和第二襯底2的表面形成液態(tài)的三兀共晶合金5。
[0019]如圖3所示，在鍵合結(jié)束后晶圓降溫到室溫環(huán)境下時(shí)，受到材料固溶度的影響，三元共晶合金通常會(huì)析出形成主要成分為第一鍵合材料3以及主要成分為第二鍵合材料4的合金材料，這兩種合金材料之間通常能觀察到明顯的晶界6，由于其經(jīng)過三元液態(tài)過程，所以主要成分為第一鍵合材料3的合金以及主要成分為第二鍵合材料4的合金都會(huì)分別與第一襯底I與第二襯底2的界面融合，從而形成參差不齊的界面。
[0020]如圖4所示，在實(shí)際應(yīng)用中也存在只需要襯底I或襯底2之一參與三元共晶的情況，其在鍵合前通常在第一襯底I和第一鍵合材料3之間或第二襯底2和第二鍵合材料4之間增加一個(gè)抗擴(kuò)散層7如T1、TiN、Ge、Ni等。
[0021]如圖5所示，其在鍵合過程中會(huì)與第一襯底I或第二襯底2中沒有抗擴(kuò)散層的一方形成液態(tài)三兀共晶合金5。
[0022]如圖6所示，當(dāng)鍵合結(jié)束晶圓降溫到室溫環(huán)境下時(shí)同樣會(huì)形成主要成分為第一鍵合材料3的合金與主要成分為第二鍵合材料4的合金，其分別與第一襯底I或第二襯底2中沒有抗擴(kuò)散層的一方形成參差不齊的界面。
[0023]所述二兀共晶材料常見的有Al-Ge-Si, Au-Ge-Si, Au-Gu-Ge等，但不限于此。
[0024]本發(fā)明結(jié)構(gòu)鍵合后襯底與共晶合金層的粘附力更強(qiáng)，可靠性更佳。
【權(quán)利要求】
1.一種用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)包括第一襯底、第二襯底、第一鍵合材料和第二鍵合材料；所述的第一與第二襯底以及第一與第二鍵合材料分別由三種可形成三元共晶合金的材料構(gòu)成；鍵合之前第一鍵合材料附著于第一襯底，第二鍵合材料附著于第二襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，其特征在于:鍵合之前第一鍵合材料直接附著于第一襯底，第二鍵合材料直接附著于第二襯底；或者所述第一襯底和第一鍵合材料之間或第二襯底和第二鍵合材料之間只有其一具備抗擴(kuò)散層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述二兀共晶材料為包括Al-Ge-Si, Au-Ge-Si, Au-Gu-Ge的二兀共晶材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于圓片級(jí)封裝的共晶鍵合材料系結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述抗擴(kuò)散層材料為包括T1、TiN、Ge、Ni的材料。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK103646882SQ201310611479
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】焦斌斌 申請(qǐng)人:江蘇艾特曼電子科技有限公司