一种利用金属材料扩散互溶实现硅-硅键合的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造技术领域，具体设及到一种利用金属材料扩散互溶实现 娃-娃键合的方法，该方法可W有效实现娃-娃之间的键合，并根据制造需求实现娃腔体内 特定气氛或特定真空度的封装，为灵活制造各种娃基MEMS器件及相关器件的封装奠定基 础。
【背景技术】 阳00引微电子机械系统MEMS，W其微型化、智能化、集成化化及低成本的优势，在国民经 济和军事系统方面都有着广泛的应用。MEMS产品包括加速度计、压力传感器、巧螺仪等，随 着智能化系统的提升，更为复杂的新型MEMS结构及MEMS与IC的集成化封装成为MEMS产 品市场化需要突破的技术瓶颈。
[0003] 晶圆级键合技术是实现=维MEMS器件结构及MEMS器件的封装与保护不可缺少的 关键技术。MEMS器件的封装除了需要具备IC封装的基本功能外，还具有自身的特殊性，例 如需要特殊的信号界面、特殊的立体结构、特殊的腔体环境（甚至高真空环境）等。针对不 同的传感器，需要考虑晶圆级键合工艺对器件性能的影响，如键合溫度对悬空结构应力及 电学连接的影响，键合界面应力对谐振频率、迟滞性能的影响等。
[0004] 目前，用于娃-娃晶圆级键合的工艺有多种。娃-娃直接键合（烙融键合）是经 高溫处理后将两个娃片直接键合在一起，需要800-1000°C的高溫处理且要求娃片表面是原 子级平滑表面，因此娃-娃直接键合工艺目前仅被用到SOI晶片制备中。为了降低娃-娃键 合溫度及对键合界面的要求，通常采用加入过渡层的方法。采用玻璃浆料的键合工艺易于 实现粘接，但很难实现气密性封装且玻璃浆料与IC工艺并不兼容。采用金属过渡层的共晶 键合是目前实现娃-娃键合最常用的技术，其原理是利用两种金属材料在共烙溫度的特定 溫度下相互烙合将两个娃片键合一起，可用于共烙晶键合的金属材料有AuSn、AuGe、化Sn、 AlGe等，合金沉积当量或者说金属层的厚度决定了合金的共烙溫度，因此需要金属层精确 的组份控制（少许偏差将会引起大的共烙溫度偏差），金属过渡层的厚度通常需要到微米 量级，键合界面的过渡层将会造成大的热失配和热应力，同时，常用的Au材料与CMOS工艺 不兼容。
【发明内容】
阳00引（一）发明目的
[0006] 本发明的目的在于提供一种利用金属材料扩散互溶实现娃-娃键合的方法，该方 法利用金属与娃材料在界面扩散互溶机理实现娃-娃之间高强度键合，键合气密性极好， 可W解决传统方法中高溫键合条件或中间异质层带来的应力问题。工艺简单，适用范围宽， 为实现娃-娃键合及娃基MEMS器件的真空封装提供一种有效方法。
[0007] (二）技术方案
[0008] 为达到上述目的，本发明提供了一种利用金属材料扩散互溶实现娃-娃键合的方 法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1 :取一第一娃片；
[0010] 步骤2 :采用电子束蒸发或磁控瓣射的方法，在第一娃片上制备第一薄膜金属层； W11] 步骤3:取一第二娃片；
[0012] 步骤4:将第一娃片制备有第一薄膜金属层的一面与第二娃片进行热压键合，在 溫度和压力的作用下通过娃-娃界面的金属扩散互溶形成金属娃化物作为键合层，将第一 和第二娃片键合在一起；通过键合时腔室的气氛或真空度控制实现娃-娃的预定气氛封装 或真空封装。 阳01引 （S)有益效果
[0014] 本发明与已有的技术相比，有益效果为：
[0015] (1)本发明利用金属材料与娃扩散互溶的原理实现娃-娃的有效键合，其中键合 材料为薄膜，可W通过常规淀积工艺很容易得到，同时薄层金属的存在及良好的延展性使 得对键合材料的表面平整度、表面粗糖度的要求大大降低。
[0016] (2)本发明利用键合材料与娃的扩散互溶原理，使金属与娃基底形成金属娃化物 作为键合层，在键合界面能够实现非烙化充分互溶，因此可W大大增加键合强度，键合气密 性极好，易于实现高真空封装，且键合条件相对宽松。
[0017] (3)本发明中间层很薄并具有过渡性质，大大降低了传统键合方法中中间层热应 力的不匹配对MEMS器件性能的影响。
[001引 （4)本发明采用的金属材料体系，均与CMOS工艺兼容，擬弃了已有的共晶键合技 术中Au等材料及过渡层键合技术中玻璃浆料的使用等。
【附图说明】
[0019] 为进一步说明本发明的技术内容，W下结合实施例和附图，对本发明进一步详细 说明，其中：
[0020] 图1是利用本发明的方法制作的键合结构的截面示意图。
[0021] 图2是本发明提出的利用金属材料扩散互溶实现娃-娃键合的方法的工艺流程 图。
[0022] 图3是本发明实施例2制作的键合结构的截面示意图。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0024] 请参阅图1-图3所示，本发明提供一种利用金属材料扩散互溶实现娃-娃键合的 方法，包括如下步骤： 阳0巧]步骤1 :取一第一娃片1 ;娃片1可W是多种类型的娃衬底，也可W是娃外延层；采 用无机清洗、有机清洗及稀释的氨氣酸漂洗等基片处理工艺将娃片1清洗干净。
[0026] 步骤2 :采用电子束蒸发或磁控瓣射的方法，在第一娃片1上制备薄膜金属层2,该 薄膜金属层2的材料采用能够与娃形成金属娃化物的材料，可W是单层金属、多层金属或 多元金属固溶体，金属种类为W、Ni、A1、Ti、Co等易于与娃形成娃化物的金属材料；多元金 属组合可W为TiW、TiNi、NiW、TiNiW等，厚度为IOnm~lOOOnm。
[0027] 步骤3:取一第二娃片3 ;娃片3可W是多种类型的娃衬底，也可W是娃外延层；采 用无机清洗、有机清洗及稀释的氨氣酸漂洗等基片处理工艺将娃片3清洗干净。
[0028] 步骤4:采用电子束蒸发或磁控瓣射的方法，在第二娃片3上制备薄膜金属层2 或不制备第二娃片3;该薄膜金属层2的材料是单层金属、多层金属或多元金属固溶体，金 属种类为W、Ni、A1、Ti、Co等易于与娃形成娃化物的金属材料；多元金属组合可W为TiW、 TiNi