晶片封裝環(huán)境中制作ai/ge鍵合的方法及由其生產(chǎn)的產(chǎn)品的制作方法
【專利說明】晶片封裝環(huán)境中制作AI/GE鍵合的方法及由其生產(chǎn)的產(chǎn)品
[0001]分案串請的相關(guān)信息
[0002]本案是分案申請。該分案的母案是申請日為2006年3月9日、申請?zhí)枮?00680015534.5、發(fā)明名稱為“晶片封裝環(huán)境中制作AI/GE鍵合的方法及由其生產(chǎn)的產(chǎn)品”的發(fā)明專利申請案。
[0003]相關(guān)串請案交叉參考
[0004]2003年 10月 20 日所申請的標題為“X-Y Axis Dual-Mass Tuning Fork Gyroscopewith Vertically Integrated Electronics and Wafer-Scale Hermetic Packaging，，的美國專利申請案第10/690，224號。
[0005]2003 年 10 月 20 日所申請的標題為“Method of Making an X-Y Axis Dual-MassTuning Fork Gyroscope with Vertically Integrated Electronics and Wafer-ScaleHermetic Packaging”的美國專利申請案第10/691，472號。
[0006]2004 年 2 月 2 日所申請的標題為 “Vertically Integrated MEMS Structure” 的美國專利申請案第10/770,838號。
[0007]2004 年 2 月 2 日所申請的標題為“Vertical Integrat1n of a MEMS Structurewith Electronics in a Hermetically Sealed Cavity”的美國專利申請案第 10/771，135號。
技術(shù)領(lǐng)域
[0008]本發(fā)明一般來說涉及晶片鍵合，且更特定來說，涉及一種晶片封裝環(huán)境中的鍵合方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0009]MEMS技術(shù)已穩(wěn)定發(fā)展了一段時間，且結(jié)果已設想并驗證了用于幾個應用的各個MEMS裝置。MEMS技術(shù)是一種有吸引力的提供慣性傳感器(例如，用于測量直線加速度的加速計及用于測量角速度的陀螺儀)的方法。MEMS慣性傳感器通常包括撓性接附到所述裝置剩余部分的檢測質(zhì)量塊。依據(jù)詳細裝置設計，由致動器驅(qū)動及/或由傳感器以各種方式傳感所述檢測質(zhì)量塊與所述裝置的剩余部分之間的相對運動。其他MEMS應用包括光學應用(例如，活動反射鏡)及RF應用(例如，RF開關(guān)及諧振器)。
[0010]由于MEMS制造技術(shù)通常是基于處理平面硅晶片，故可根據(jù)所述致動及/或慣性傳感器中所實施的傳感(或其他應用)是平面內(nèi)或平面外(即，垂直)有效地分類MEMS裝置。更具體來說，若裝置的傳感及/或致動全部是平面內(nèi)，則其是“平面內(nèi)”，否則其是“垂直”。因而，盡管制造難度趨向于增大，MEMS裝置仍經(jīng)歷穩(wěn)定的發(fā)展。
[0011]—種已用于制造垂直MEMS裝置的方法是混合集成，其中單個地MEMS組合件的元件以形成所需垂直結(jié)構(gòu)。舉例而言，將隔離物接附到襯底，隨后將可變形隔板接附到所述隔離物，從而提供在隔板與由所述隔離物控制的襯底之間具有間隔的垂直MEMS結(jié)構(gòu)。美國專利第6，426，687號提供了關(guān)于此方法的詳細信息。盡管混合集成可提供垂直MEMS裝置，但成本往往會高，這是因為通常需要手動處理步驟，且因為通常對單個裝置實施混合集成。因此，需要現(xiàn)有技術(shù)中未實現(xiàn)的低成本集成MEMS裝置。
[0012]CMOS兼容性晶片-晶片鍵合對于晶片級封裝極為合意。其應用已在各種不同技術(shù)中得到驗證。然而，多數(shù)所述工藝一直受限于保護靈敏特征免于后處理處理(例如，鋸割、芯片鍵合、測試、封裝等)。
[0013]需要一種堅固的晶片級集成，其可允許同時進行晶片級封裝且電互連極高且可開發(fā)大量新型、更小、低成本、富有特征的MEMS產(chǎn)品。下文說明常規(guī)鍵合方法及其問題。
[0014]有機或基于粘合劑的方法
[0015]諸如苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚酰胺、光致抗蝕劑、可圖案化RTV及其他的材料已經(jīng)旋涂并用于形成晶片之間的永久連接。所述材料具有缺點，這是因為其是有機的，故其趨向于釋氣且因而不適合于形成氣密封閉體，且同樣其易于溶解或潮濕，其可導致與長期可靠性及裝置性能漂移相關(guān)的問題。此外，其是絕緣材料且因而不能形成兩個襯底之間的導電路徑。
[0016]進行晶片-晶片鍵合的一種流行方法是通過使用熔結(jié)玻璃。熔結(jié)玻璃通常被絲網(wǎng)印刷于覆蓋晶片上并回流以形成隨后晶片-晶片鍵合的圖案化玻璃界面。熔結(jié)玻璃通常具有近500°C的熔點且可在晶片-晶片對準粘合之后在具有受控環(huán)境的具體溫度室中再熔融。熔結(jié)玻璃的主要用途提供覆蓋襯底及MEMS的氣密密封腔。在MEMS工業(yè)中熔結(jié)玻璃技術(shù)已被利用了數(shù)十年。數(shù)個主要缺點是熔結(jié)玻璃不提供MEMS與覆蓋物之間的電互連，為實現(xiàn)氣密密封界面，需要最少400微米的密封環(huán)寬度，此使小型MEMS裝置(例如，諧振器或光學裝置)遠大于不使用其時。同樣，絲網(wǎng)印刷的熔結(jié)玻璃固有地是具有數(shù)十微粒厚度及數(shù)微米不均勻性的厚膜工藝。
[0017]金屬-金屬鍵合
[0018]已通過銦-金、焊料-金、金-金等驗證了 CMOS兼容低共熔鍵合。為鍵合CMOS晶片，所有所述現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要添加非標準層，例如鍍敷欲添加到所述CMOS晶片的鉛、銦、金等。盡管所述工藝能夠形成氣密密封及電界面，從而實現(xiàn)精細特征，但小間隙及晶片均勻性是極大的挑戰(zhàn)且將導致收率損失。
[0019]有許多MEMS裝置應用需要所述CMOS襯底之間的電機械界面及存在微米間隙且需要亞微米均勻性的MEMS襯底。多數(shù)鍍敷工藝需要數(shù)十微米厚度的下層障壁金屬化，且整個晶片的均勻性經(jīng)測量為微米級。因此，使用此鍵合方法不可能指定所述MEMS與CMOS襯底之間的一個或兩個微米間隙控制。
[0020]進行所述MEMS與CMOS襯底之間的高密度可靠電觸點的能力可以是非常有益的且可提供有許多附加功能性、智能電子器件、更小尺寸及更低成本的全新一代的MEMS裝置。最后，基于環(huán)境考慮，提供無鉛合金是很重要的。
[0021]因此，需要一種提供克服上文所指出問題的晶片鍵合的系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)及方法應易于實施、節(jié)省成本且適合于現(xiàn)有鍵合工藝。本發(fā)明能滿足這種需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明揭示一種通過使用鋁鍺低共熔合金鍵合兩個襯底以形成堅固的電及機械觸點的方法。鋁鍺鍵合具有下述唯一屬性組合:(I)其可形成氣密密封；(2)其可用于形成兩個襯底之間的導電路徑；(3)其可經(jīng)圖案化以便定位所述導電路徑；(4)可與用作標準鑄造CMOS工藝用鋁進行所述鍵合；(5)此工藝與隨著后處理而完全地制造的CMOS晶片兼容；
(6)此工藝可提供高密度電互連；且(7)此工藝是高度可控的且提供兩個襯底之間的最小間隙。此具有在不向所述CMOS晶片添加任何額外處理層的情況下允許晶片級鍵合或封裝的顯著優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明制造晶片級封裝的方法的流程圖。
[0024]圖2A及2B是根據(jù)本發(fā)明的組合件的第一實施例的剖視圖及俯視圖。
[0025]圖3A及3B是根據(jù)本發(fā)明的組合件的第二實施例的剖視圖及俯視圖。
[0026]圖4圖解實例性鍵合輪廓以實現(xiàn)正確A1/GE鍵合。
【具體實施方式】
[0027]一般來說，本發(fā)明涉及晶片鍵合，且更特定來說，涉及在MEMS裝置與電襯底互連環(huán)境的晶片級封裝中利用鋁及鍺進行鍵合的方法及系統(tǒng)。提供下述說明以使所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作并使用本發(fā)明，且是根據(jù)專利申請案及其要求所提供。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地明了對本文所述較佳實施方案及一般原理及特征的各種修改。因而，本發(fā)明并不意欲被局限于所示的實施例，而應賦予其與本文所述的原理及特征相一致的最廣泛的范疇。
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明制造晶片級封裝的方法的流程圖。所述方法包含:通過步驟12提供包括鍺頂層的MEMS結(jié)構(gòu)，且通過步驟14提供包括鋁頂層的CMOS結(jié)構(gòu)。最后，所述方法包含:通過步驟16將所述MEMS結(jié)構(gòu)的所述頂層與所述CMOS結(jié)構(gòu)的所述頂層鍵合。
[0029]下文說明根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例。圖2A及2B是根據(jù)本發(fā)明的組合件100的第一實施例的剖視圖及俯視圖。參照圖2A中所示的實施例，將包括鋁的標準鑄造CMOS晶片104鍵合到包括鍺的MEMS襯底102以提供鋁/鍺(A1/GE)鍵合110。在所述實施例中，空腔106位于襯底104中。CMOS襯底晶片104可以是任何具有圖2B中所示經(jīng)圖案化的鋁的襯底，其經(jīng)設計以與MEMS襯底102面接以生產(chǎn)全功能產(chǎn)品。此外，多個鋁觸點116位于CMOS襯底104的頂部上，其通過互連107耦合到鍵合墊105。將通路107提供于鍵合墊105及鋁觸點116兩者內(nèi)以允許其電連接。例如，襯底104可僅包含金屬層及用于提供到所述MEMS層電互連的互連的集合。此外，MEMS襯底102包括MEMS特征108以在MEMS襯底104上構(gòu)建所述MEMS層，