铝锗共晶键合的方法_2

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心铝键合层,锗键合层的键合表面面积小于等于中心铝键合层的键合表面面积,使得能够控制键合后形成的共晶合金的厚度。
[0036]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0037]图7至图14是本发明一实施例中铝锗共晶键合过程的示意图。
[0038]参考图7,提供第一晶圆200,所述第一晶圆200具有第一中央区域(I区域)和与所述第一中央区域相邻的第一边缘区域(II区域);在第一晶圆200的第一边缘区域上形成铝键合层230。
[0039]所述第一晶圆200中可以形成有CMOS集成电路(未图示)。所述CMOS集成电路和后续在第二晶圆中形成的MEMS器件电学连接,用于将MEMS器件的运动信号转化为电学信号。
[0040]参考图8,图8为图7中铝键合层230的立体示意图,所述铝键合层230呈中空环状结构。需要说明的是,本实施例中,图8中以所述铝键合层230为中空矩形环状结构作为示例,在其它实施例中,所述铝键合层230可以为中空圆形环状结构或者中空不规则环状结构。
[0041]本实施例中,在第一晶圆200和铝键合层230之间还形成有阻挡层220,所述阻挡层220的材料为氮化钛。所述阻挡层220的厚度可以为200埃?300埃。所述阻挡层220用于阻挡铝键合层230中的铝原子扩散至第一晶圆220中,进而避免降低第一晶圆200中的CMOS集成电路的性能。在其它实施例中,在第一晶圆200和铝键合层230之间可以不形成阻挡层220。
[0042]具体的,在第一晶圆200表面沉积阻挡材料层,在所述阻挡材料层表面沉积铝键合材料层,然后图案化所述阻挡材料层和铝键合材料层,形成阻挡层220和铝键合层230。沉积所述阻挡材料层和铝键合材料层的工艺为溅射工艺或蒸发工艺。图案化所述阻挡材料层和铝键合材料层的工艺为各向异性干刻工艺。
[0043]本实施例中,为了使得后续在键合过程中施加的压力充分的传递给键合的接触面,在图案化所述阻挡材料层和铝键合材料层的过程中,需要增加刻蚀的程度,对第一晶圆200也进行了图案化,使得第一晶圆200表面中与阻挡层220接触的区域凸出于第一晶圆200表面与阻挡层220非接触的区域。
[0044]另外,由于第一晶圆200表面中与阻挡层220接触的区域凸出于第一晶圆200表面与阻挡层220非接触的区域,使得第一晶圆200的第一中央区域中形成空腔,所述空腔能够为后续第二晶圆中形成的可动电极的运动提供运动空间。
[0045]所述铝键合层230的厚度可以为0.9 μπι?1.5 μπι。且设定所述铝键合层230的厚度为目标键合厚度,所述目标键合厚度指的是后续铝键合层230和锗键合层键合完成之后形成的共晶合金的厚度。
[0046]参考图9,在所述铝键合层230中形成贯穿铝键合层230厚度的第一环状凹槽241和环绕第一环状凹槽241的第二环状凹槽242,所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242之间的铝键合层230为中心铝键合层231。
[0047]参考图10,图10为图9中形成有第一环状凹槽241和第二环状凹槽242的招键合层230的立体示意图。
[0048]本实施例中,所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242均为矩形环状凹槽。在其它实施例中,当所述铝键合层230为中空圆形环状结构时,所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242均为圆形环状凹槽。当所述铝键合层230为中空不规则环状结构时,所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242均为与铝键合层230的形状对应的中空不规则环状结构。
[0049]可以采用深反应性离子刻蚀工艺在铝键合层230中形成第一环状凹槽241和第二环状凹槽242。所述深反应性离子刻蚀可以是Bosch深反应性离子刻蚀(Bosch DeepReactive 1n Etching,Bosch DRIE)工艺,或者是低温型深反应性离子刻蚀(CryogenicDeep Reactive 1n Etching,DRIE)工艺。刻蚀气体可以为SF#P C 4FS的混合气体。
[0050]需要说明的是,本实施例中,所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242贯穿铝键合层230厚度的同时,还可以贯穿阻挡层220的厚度,或者所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242的底部位于阻挡层220中。
[0051]所述第一环状凹槽241和第二环状凹槽242的尺寸当以在后续键合的过程中使得锗键合层的键合表面能够完全投影于中心铝键合层231的键合表面为设置条件。
[0052]所述第一环状凹槽241的横截面面积与所述中心铝键合层231的键合表面面积的比值为1:10?1:15 ;所述第二环状凹槽242的横截面面积与所述中心铝键合层231的键合表面面积的比值为1:10?1:15。若第二环状凹槽242的横截面面积与所述中心铝键合层231的键合表面面积的比值超过1:10,使得所述第二环状凹槽242的横截面面积相对于中心铝键合层231的键合表面面积过大,第二环状凹槽242外周的铝键合层230的表面面积相对于中心铝键合层231的键合表面面积过小,后续所述第二环状凹槽242外周的铝键合层230不能够支撑对所述铝键合层230和锗键合层的接触面施加的压力;若第一环状凹槽241的横截面面积与所述中心铝键合层231的键合表面面积的比值超过1:10,使得所述第一环状凹槽241的横截面面积相对于中心铝键合层231的键合表面面积过大,第一环状凹槽241内周的铝键合层230的表面面积相对于中心铝键合层231的键合表面面积过小,后续所述第一环状凹槽241内周的铝键合层230不能够支撑对所述铝键合层230和锗键合层的接触面施加的压力;若第二环状凹槽242的横截面面积与所述中心铝键合层231的键合表面面积的比值小于1:15,且第一环状凹槽241的横截面面积与所述中心铝键合层231的键合表面面积的比值小于1:15,后续第一环状凹槽241和第二环状凹槽242没有足够的空间容纳溢出的共晶合金,导致溢出的共晶合金进入第一环状凹槽241内周和第二环状凹槽242外周的铝键合层230中,导致第一环状凹槽241内周和第二环状凹槽242外周的部分铝键合层230熔化,进而导致对键合后的共晶合金的厚度的控制降低。
[0053]参考图11,提供第二晶圆210,所述第二晶圆210具有第二中央区域(III区域)和与所述第二中央区域相邻的第二边缘区域(IV区域);在所述第二晶圆210的第二边缘区域上形成锗键合层250,所述锗键合层250的键合表面面积小于等于所述中心铝键合层231的键合表面面积,所述锗键合层250的键合表面对应于所述中心铝键合层231的键合表面。
[0054]具体的,在第二晶圆210表面沉积锗键合材料层,然后图案化所述锗键合材料层,形成锗键合层250。图案化所述锗键合材料层的工艺为各向异性干刻工艺。沉积所述锗键合材料层的工艺为溅射工艺或蒸发工艺。
[0055]本实施例中,为了使得后续在键合过程中施加的压力充分的传递给键合的接触面,在图案化所述锗键合材料层的过程中,对第二晶圆210也进行图案化,具体的步骤为:在第二晶圆210表面沉积锗键合材料层;图案化所述锗键合材料层和部分厚度的第二晶圆210,形成初始锗键合层(未图示),所述第二晶圆210表面中与所述初始锗键合层接触的区域突出于所述第二晶圆210表面中与所述初始锗键合层非接触的区域;图案化所述初始锗键合层,减小所述初始锗键合层的表面的面积,形成锗键合层250,锗键合层250键合表面的面积小于等于所述中心铝键合层231的键合表面面积。
[0056]形成锗键合层250后,可以在第二晶圆210中形成MEMS器件(未图示),即在第二晶圆210中通过刻蚀形成MEMS的可动电极和固定电极。
[0057]参考图12,图12为图11中锗键合层250的立体示意图,所述锗键合层250呈中空环状结构,本实施例中,形成第一环状凹槽241和第二环状凹槽242前的铝键合层230为中空矩形环状结构,所述锗键合层250呈中空矩形环状结构;在其它实施例中,当形成第一环状凹槽241和第二环状凹槽242前的铝键合层230为中空圆形环状结构时,所述锗键合层250呈中空圆形环状结构。或者,当形成第一环状凹槽241和第二环状凹槽242前的铝键合
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