例如相应腔106。提供间隙控制支座111以提供MEMS衬底102距CMOS衬底104的精确间距。间隙控制支座111提供所述装置的密封环112。
[0030]图3A及3B是根据本发明的组合件的第二实施例的剖视图及俯视图。组合件200包括许多与图2的组合件100相同的元件且那些元件具有相同的参考编号。此外，组合件200具有穿过MEMS衬底102’及间隙控制支座111’的通路触点202以提供信号的电馈通。
[0031]衬底104的另一重要特征是多层金属化标准在CMOS铸造中的可用性，其中化学机械抛光氧化物以生产非常平坦的金属化层以适合于与所述MEMS层上所存在的锗一起形成Al/Ge低共熔合金。MEMS衬底102可以是硅晶片或装配有所有MEMS特征及功能(包括任何类型的经预处理特征)的硅晶片的组合。
[0032]在所述较佳实施例中，所述MEMS衬底(其上已图案化有所述锗)是经硼掺杂而具有0.006-0.02 Ω -cm导电率的硅衬底。所述p+掺杂形成与键合后的铝锗低共熔混合物的欧姆接触。
[0033]现在参照下文更详细地说明所述键合层。
[0034]键合层
[0035]在较佳实施例中，铸造CMOS晶片的顶部金属层是Al: S1: Cu为97.5: 2: 0.5比例的混合物，且具有700nm的厚度，且位于使用CMP平民化的氧化物层上，所述CMP是0.5tm或更小几何形状的多数CMOS工艺的标准处理步骤。在较佳实施例中，所述MEMS上的键合层是在标准真空溅镀沉积系统中沉积的500nm锗，其经正确地图案化以匹配经图案化以进彳丁键合的相应招。
[0036]下文是根据本发明的设备及工艺的较佳实施例的示例。
[0037]所需设备
[0038]在(例如)由Electronic Vis1ns Group, Inc.或 Suss Microtec, Inc.所供应的市售晶片键合机中实施所述键合。所述设备应满足如下标准并具有如下性能:(I)顶夹盘及底夹盘二者的温度控制到标称450°C; (2)环境压力控制到亚托(sub-tor) ; (3)环境气体控制(通过吹扫线路)；(4)管供有4-3-5百分比的合成气体；(5)能够在所述晶片对上施加最小3000N的均匀力。
[0039]在所述较佳实施例中，所述晶片经预先清洁且然后在键合之前于兼容对准工具中对准。
[0040]键合前清洁
[0041 ] 在所述较佳实施例中，在键合之前清洁所述CMOS晶片及所述MEMS晶片两者。假设两个晶片皆无任何光致抗蚀剂或来自先前处理步骤的其他外来杂质。通过如下步骤清洁所述晶片:⑴浸入去离子水中1.30秒；⑵浸入50: IHF中13.0秒；(3)倾卸冲洗；及
(4)标准旋转-漂洗-干燥工艺。
[0042]对准
[0043]在Electronic Vis1ns 620晶片-晶片对准器中对准所述键合对。插入分离标志以在键合之前维持所键合对的分离。
[0044]键合
[0045]将所述经对准对传递到Electronic Vis1ns 501键合机。所述机器的吹扫线路已管供有合成气体。在所述键合方法的冷却期之后，完成所述键合且无需进一步处理。图4中显示实现正确Al/Ge键合的实例性键合温度曲线图的示例。
[0046]各种及替代实施例的说明
[0047]替代实施例包括(例如):⑴在所述锗上利用不同的材料以在随后MEMS处理期间保护所述锗；(2)采用不同的键合前清洁方法；(3)在未经对准的情况下实施所述键合；
(4)可在不图案化所述铝及/或锗的情况下实施所述键合；(5)可在除所述键合前清洁外无任何附加处理的情况下键合所述CMOS晶片；(6)所述铝锗键合可经配置以不形成气密密封；(7)利用除MEMS晶片外的衬底(例如，简单覆盖晶片);⑶所述MEMS衬底可包含除陀螺仪外的某物(例如，压力传感器或加速计)；(9)所述标准CMOS晶片的所述铝可包含不同配方的标准铝(2%硅、2%硅/1%铜等)。
[0048]另外，(10)可利用特定温度曲线图；(11)可使用合成气体来使触点表面脱氧；
(12)可根据IC制造所使用的标准金属化利用铝；(13)可将铝衬底保持低于预定温度以防止铝及锗合金从所述衬底上的所述氧化物的完全浸出；(14)可使用受控环境(例如，合成气体)实施所述键合；(15)可使用低压键合力或高压键合力实施所述键合作为辅助用于/以辅助破坏氧化的铝以引发所述相互作用；(16)可在键合工艺之前预对准两个晶片；(17)可利用特殊清洁溶液来从两个表面清洁所述氧化物；(18)可通过溅射蚀刻清洁所述键合表面；(19)在MEMS处理期间可利用TiW薄层保护所述键合表面；(20)除更大浓度合成气体及更高力的键合外，可包括使用等离子体及/或其他原有清洁技术的键合前清洁；(21)可将所述锗沉积于不导电层(例如，二氧化硅)以形成绝缘触点。
[0049]可将所述锗沉积于已经掺杂的半导体衬底上以使所述衬底的所述铝与所述MEMS之间的所得触点是整流性的。所述衬底可以是经η型掺杂至0.02-0.05 Ω -cm的硅衬底。
[0050]可将所述锗沉积于已经掺杂的半导体衬底上以便所述衬底的所述铝与所述MEMS之间的所得触点是欧姆性的。
[0051 ] 本文揭示一种键合两个衬底之间的锗铝以形成坚固电及机械触点的方法及结构。铝锗键合具有下述唯一属性组合:(I)其可形成气密密封；(2)其可用于形成两个衬底之间的导电路径；(3)其可经图案化以便定位所述导电路径；(4)可与可用作标准铸造CMOS工艺的铝进行所述键合。此具有在不向所述CMOS晶片添加任何额外处理层的情况下允许晶片级键合或封装的显著优点。
[0052]尽管已根据所示实施例阐述了本发明，但所属技术领域的技术人员将容易地认识至IJ，所述实施例可有若干变化且这些变化皆在本发明的精神及范围内。因此，所属技术领域的技术人员可在不违背随附权利要求书的精神及范围的情况下对本发明做许多修改。
【主权项】
1.一种用于键合第一衬底晶片和第二衬底晶片的方法，经图案化的铝层设置在所述第一衬底晶片上，经图案化的锗层设置在所述第二衬底晶片上，所述方法包含: 将所述第一衬底晶片放置在第一夹盘中； 将所述第二衬底晶片放置在第二夹盘中； 将所述第一衬底晶片和所述第二衬底晶片对准；及 在所述经图案化的锗层和所述经图案化的铝层之间形成低共熔键合，其中通过在所述第一夹盘和所述第二夹盘上施加力且将温度从铝/锗键合的低共熔点升高到第二预定温度来形成所述低共熔键合，所述第二预定温度在450°c以下。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一衬底晶片和所述第二衬底晶片的一者为覆盖晶片。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述第二衬底晶片和所述经图案化的锗层的一部分之间提供绝缘层。4.如权利要求1所述的方法，包含使用氧化还原剂来使所述经图案化的铝层的键合表面以及所述经图案化的锗层的键合表面脱氧。5.一种用于键合第一衬底晶片和第二衬底晶片的方法，铝层设置在所述第一衬底晶片上，锗层设置在所述第二衬底晶片上，所述方法包含: 将所述第一衬底晶片放置在第一夹盘中； 将所述第二衬底晶片放置在第二夹盘中； 将所述第一衬底晶片和所述第二衬底晶片对准；及 在所述锗层和所述铝层之间形成低共熔键合，其中通过在所述第一夹盘和所述第二夹盘上施加力且将温度升高到铝/锗键合的低共熔点以上来形成所述低共熔键合。6.如权利要求5所述的方法，其中所述温度升高到不超过450°C。7.如权利要求5所述的方法，其中所述第一衬底晶片和所述第二衬底晶片中的一者为覆盖晶片。
【专利摘要】本申请涉及晶片封装环境中制作AI/GE键合的方法及由其生产的产品。一种通过铝锗键合(110)进行第一MEMS衬底(102)与第二CMOS衬底(104)之间的键合以形成坚固的电及机械触点的方法，所述第一MEMS衬底(102)包括至少一个经图案化的大致锗层，所述第二CMOS衬底(104)包括至少一个经图案化的大致铝层。
【IPC分类】H01L21/603, H01L21/60, H01L21/50, B81C1/00, H01L23/52
【公开号】CN105206537
【申请号】CN201510523929
【发明人】史蒂文·S·纳西里, 安东尼·弗朗西斯·小弗兰纳里
【申请人】因文森斯公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2006年3月9日
【公告号】CN101171665A, CN105314592A, EP1859475A2, EP1859475A4, EP1859475B1, EP1859475B8, EP2910522A1, US7442570, US8084332, US8633049, US9139428, US20060208326, US20080283990, US20120094435, US20140131820, US20160002029, WO2006101769A2, WO2006101769A3