一种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构的制作方法
【专利摘要】本发明公布了一种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，其特征在于：该结构包括第一衬底、第二衬底、第一键合材料和第二键合材料；所述的第一与第二衬底以及第一与第二键合材料分别由三种可形成三元共晶合金的材料构成；键合之前第一键合材料附着于第一衬底，第二键合材料附着于第二衬底。本发明提供的用于圆片级气密封装的共晶键合材料系结构，共晶反应不仅发生在衬底表面的键合材料之间，同时发生在衬底与键合材料之间，可避免以共晶合金层为中间介质的传统圆片级共晶键合技术中因衬底与共晶合金层的粘附力低导致的键合失效与可靠性不佳等问题。
【专利说明】—种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涉及圆片级气密封装技术中的共晶键合【技术领域】，尤其涉及一种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构。
【背景技术】
[0002]封装是微制造工艺中非常重要的一个环节，而圆片级封装技术正是微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)重要的封装技术之一，因为它可有效地避免划片和组装等后续工艺对MEMS芯片内可动敏感结构造成破坏，提高MEMS器件内部的洁净度，同时提高封装成品率和可靠性，降低封装成本。
[0003]实现圆片级封装的技术重点在于封盖和基底两圆片的键合。圆片级键合技术，是将两片晶圆互相结合，并使表面原子相互反应，让表面间的键合能达到一定的强度，从而使两片圆片能够结为一体。
[0004]实现圆片级键合有多种方法，如熔融键合、热压键合、低温真空键合、阳极键合、共晶键合，以及粘接剂键合等。各种键合技术均有其各自特点，共晶键合技术以其键合温度低、键合强度高的特点，在圆片级封装领域得到了广泛的应用。共晶键合技术，是利用共晶合金熔融温度较低的特点，将其作为中间介质层，在较低温度下，通过加热使共晶材料熔融实现键合，该技术可有效降低键合面对于平整度和清洁度的要求，有利于生产效率的提高。
[0005]通常采用的圆片级共晶键合技术都是采用二元共晶系，具体方案是在待键合的两圆片表面的键合区域分别制作两种材料层，这两种材料作为两种不同的组分在其后的工艺过程中形成二元共晶合金，利用该二元合金层作为中间介质层将两圆片连接起来，然而在键合强度测试中发现，键合失效的发生往往不在形成共晶合金的两种材料层之间，而在衬底与中间介质之间。衬底与键合材料的粘附性成为提高圆片键合强度的瓶颈之一。
【发明内容】
[0006]本明的主要目的在于提供一种用于圆片级封装的的三元共晶键合材料系结构，以解决传统共晶键合技术中衬底与键合层之间黏附性不强引起的强度下降问题。
[0007]本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:
一种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，其特征在于:该结构包括第一衬底、第二衬底、第一键合材料和第二键合材料；所述的第一与第二衬底以及第一与第二键合材料分别由三种可形成三元共晶合金的材料构成；键合之前第一键合材料附着于第一衬底，第二键合材料附着于第二衬底。
[0008]其进一步特征在于:键合之前第一键合材料直接附着于第一衬底，第二键合材料直接附着于第二衬底；或者所述第一衬底和第一键合材料之间或第二衬底和第二键合材料之间只有其一具备抗扩散层。所述抗扩散层材料可以是T1、TiN、Ge、Ni等材料。
[0009]上述二兀共晶材料为Al-Ge-Si，Au-Ge-Si, Au-Gu-Ge 等材料。
[0010]从以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果: 本发明提供的用于圆片级气密封装的共晶键合材料系结构，共晶反应不仅发生在衬底表面的键合材料之间，同时发生在衬底与键合材料之间，可避免以共晶合金层为中间介质的传统圆片级共晶键合技术中因衬底与共晶合金层的粘附力低导致的键合失效。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为发明结构示意图。
[0012]图2为键合过程示意图。
[0013]图3为键合后结构示意图。
[0014]图4为带抗扩散层结构示意图。
[0015]图5为带抗扩散层结构键合过程示意图。
[0016]图6为带抗扩散层结构键合后结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供如图1所示一种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，该结构包括第一衬底1、第二衬底2、第一键合材料3和第二键合材料4 ;所述的第一衬底I与第二衬底2以及第一键合材料3与第二键合材料4分别由三种可形成三元共晶合金的材料构成；在键合之前第一键合材料3直接附着于第一衬底1，第二键合材料4直接附着于第二衬底2。
[0018]如图2所示，在键合过程中，当温度达到三元共晶的熔点且压力合适时，第一键合材料与第二键合材料以及第一衬底I和第二衬底2的表面形成液态的三兀共晶合金5。
[0019]如图3所示，在键合结束后晶圆降温到室温环境下时，受到材料固溶度的影响，三元共晶合金通常会析出形成主要成分为第一键合材料3以及主要成分为第二键合材料4的合金材料，这两种合金材料之间通常能观察到明显的晶界6，由于其经过三元液态过程，所以主要成分为第一键合材料3的合金以及主要成分为第二键合材料4的合金都会分别与第一衬底I与第二衬底2的界面融合，从而形成参差不齐的界面。
[0020]如图4所示，在实际应用中也存在只需要衬底I或衬底2之一参与三元共晶的情况，其在键合前通常在第一衬底I和第一键合材料3之间或第二衬底2和第二键合材料4之间增加一个抗扩散层7如T1、TiN、Ge、Ni等。
[0021]如图5所示，其在键合过程中会与第一衬底I或第二衬底2中没有抗扩散层的一方形成液态三兀共晶合金5。
[0022]如图6所示，当键合结束晶圆降温到室温环境下时同样会形成主要成分为第一键合材料3的合金与主要成分为第二键合材料4的合金，其分别与第一衬底I或第二衬底2中没有抗扩散层的一方形成参差不齐的界面。
[0023]所述二兀共晶材料常见的有Al-Ge-Si, Au-Ge-Si, Au-Gu-Ge等，但不限于此。
[0024]本发明结构键合后衬底与共晶合金层的粘附力更强，可靠性更佳。
【权利要求】
1.一种用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，其特征在于:该结构包括第一衬底、第二衬底、第一键合材料和第二键合材料；所述的第一与第二衬底以及第一与第二键合材料分别由三种可形成三元共晶合金的材料构成；键合之前第一键合材料附着于第一衬底，第二键合材料附着于第二衬底。
2.根据权利要求1所述的用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，其特征在于:键合之前第一键合材料直接附着于第一衬底，第二键合材料直接附着于第二衬底；或者所述第一衬底和第一键合材料之间或第二衬底和第二键合材料之间只有其一具备抗扩散层。
3.根据权利要求1或2所述的用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，其特征在于:所述二兀共晶材料为包括Al-Ge-Si, Au-Ge-Si, Au-Gu-Ge的二兀共晶材料。
4.根据权利要求2所述的用于圆片级封装的共晶键合材料系结构，其特征在于:所述抗扩散层材料为包括T1、TiN、Ge、Ni的材料。
【文档编号】H01L21/60GK103646882SQ201310611479
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】焦斌斌 申请人:江苏艾特曼电子科技有限公司