专利名称：具有slid粘结连接的两个衬底的装置和用于制造这种装置的方法
具有SLID粘结连接的两个衬底的装置和用于制造这种装
置的方法
现有技术本发明涉及一种借助于SLID (固液相互扩散)粘结连接相互连接的两个衬底的装置和一种用于制造这种装置的方法。为了将两个衬底相互连接起来，已知首先在两个衬底上设置粘结材料并且接着实施粘结工艺。一种可能的粘结工艺在于，在此情况下使用所谓的SLID技术。SLID技术基于， 作为粘结材料挑选出具有不同高低的熔点的两个合适的金属，其中两个金属一起形成稳定的合金，其具有比两个原始金属的较低的熔点高的熔点。在粘结加工中使两个粘结材料接触并且加热到高于较低的熔点的熔化温度，从而具有较低熔点的金属熔化并且扩散到较高熔化的金属里面。在此情况下在边界层上形成希望的固态的合金。理想的情况是低熔化的金属完全熔化并且完全转移到新形成的合金中。这种SLID粘结连接在两个衬底之间的应用例如在DE102006019080B3中说明。其中建议使用锡(Sn)作为具有低的熔化温度的第一金属和使用铜(Cu)作为具有较高的熔化温度的第二金属。在锡加热到高于熔化温度时，锡扩散到铜里面并且此时形成一种合金，它的熔点高于锡的熔点。按照该文献所述，在几分钟的时间之后形成一种稳定的金属连接。但是由现有技术已知的材料选择Cu/Sn不总是可能实现的或者需要大的附加费用下才可能。因此常常许多已知的半导体工艺已经被优化到一定的金属材料上，由此将现有技术中已知的SLID技术简单地移用到现有的半导体工艺中是不能够实现的。因此存在提供一种修改的SLID技术的需求，这种修改的SLID技术也能够简单地应用到现有的半导体工艺中，在这种现有的半导体工艺中至今已知的材料选择要求很高的匹配费用。发明的优点
按照本发明的装置以及用于制造这种装置的方法具有优点，即可以以简单的方式实现两个衬底之间的稳定的粘结连接(Bondverbindung)，同时不必在大的费用下调整至今的制
造工艺ο有利地，一方面完全保持SLID粘结连接的优点，另一方面没有必要在现有的工艺中必须采取相当大的干预。由此总体上获得一种用于希望的两个衬底的装置的、成本有利的制造方法，这在工业制造中是极其重要的。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出并且在说明书中说明。附图
本发明的实施例将对照附图和依据下面的说明进行详细解释。附图中所示
图1是两个要连接的衬底的实施例在粘结工艺之前的横截面视图，和图2是图中的两个衬底在粘结工艺之后的横截面视图。实施例的说明
按照本发明的用于制造具有借助于SLID (固/液相互扩散)粘结连接相互连接的第一和第二衬底的装置的方法将借助于图1和2进行解释。该方法原则上包括以下相继设置的步骤a)提供第一 5和第二衬底10，b)将具有第一金属材料的第一粘结材料1 施加到第一衬底5上和将具有第二金属材料的第二粘结材料1 施加到第二衬底10上，其中作为金属材料选择Al和Sn，和c)通过两个衬底5，10实施粘结工艺，由此实现一种包括金属间Al/ Sn相15c的SLID(固液相互扩散)粘结连接15。有利地，在按照本发明的方法中选择铝(Al)和(Sn)作为粘结用的材料组合。本发明基于新的认识，即这种材料组合是用于一个要形成的SLID粘结连接的非常合适的出发点。一方面通过这种材料组合可以制造一种具有金属间Al/Sn相15c的稳定的SLID粘结连接。另一方面非常多的半导体工艺过程被与其相协调，正好铝作为优选的金属被施加到衬底上。因此在按照本发明的方法中不需要用另一种金属如例如铜取代通过铝对衬底的通常的金属化，以实现SLID粘结连接15。铝在此情况下优选作为第一金属材料第一衬底5上。相反，锡优选作为第二金属材料施加到第二衬底10上。第一粘结材料15a因此包括Al作为第一金属材料。在此情况下，粘结材料15aAl 可以或者作为纯Al或者也作为Al合金提供用于以后的金属间Al/Sn相15c。对此合适的 Al 合金是 AISi，AlCu 或 AlSiCu。此外可以在步骤b)中在第二衬底10和第二粘结材料15b中的锡，即第二金属材料之间设置由Al或Cu构成的另一层(未在图中示出)。由此则形成层序列衬底/Al/Sn或衬底/Cu/Sn。重要的是Sn层总是形成最外的层。如果在步骤a)中作为第一衬底5提供一个MEMS (微机电系统)晶片，如在图1的实施例中示意示出的，本发明的优点就变得很明显。在此情况下，一个MEMS晶片包括至少一个MEMS结构7。如果在至今已知的MEMS晶片中要实施由现有技术中已知的SLID粘结工艺，那么在该MEMS加工本身中就需要进行复杂的干预，其在作为金属层的铝上的批量制造与该晶片相协调。另外建议在步骤a)中，作为第二衬底10提供一个帽盖晶片(Kappen-Wafer)。按照本发明的方法因此用于借助于一个第二晶片10覆盖该MEMS晶片。第二衬底10可以或者附加地作为帽盖晶片的功能以外，或者也可以在没有作为帽盖晶片的功能情况下，作为具有电子构件的衬底10实施(未在图中示出)。由此第二衬底10例如可以是一个帽盖晶片并且同时是一个ASIC(专用集成电路)晶片。由此在粘结工艺中也可以同时制造在MEMS 晶片和帽盖晶片之间的电连接，因为形成的金属间Al/Sn相15c具有良好的电导性。此外，可以用各种方法将Sn层施加到帽盖晶片上，如通过“镀锡”或通过“焊锡滴涂”。两个方法都简单和成本有利。此外有利的是，在步骤b)中通过将粘结材料15a，15b施加到两个衬底5，10上各形成一个自身封闭的粘结框。作为后续粘结工艺的结果，然后实现自身封闭的粘结框形式的SLID粘结连接15。另外建议，在步骤b)中通过施加两个粘结材料15a，15b各形成一个具有在IOOnm 至10 μ m范围的层厚的粘结层。这种层厚一方面提供足够用于稳定的要形成的SLID粘结连接的材料，另一面所述厚度范围保证层厚的一定的变化，这种变化的大小依据具体的需要可以不同的。最后建议，在步骤c)中在实施粘结工艺时选择在230°C至300°C范围的工艺温度T。这个温度范围是合适的，因为一方面已经足够使粘结材料1 锡熔化。另一方面该温度范围不是太高，因为要形成的连接在非常低的10%A1重量百分比份额下就已经具有大约 400°C的高很多的熔点。因此形成的连接具有明显较高的熔点并且因此具有非常高的温度稳定性。在实施按照本发明的方法之后，作为结果实现一种具有它借助于SLID(固液相互扩散)粘结连接15相互连接的第一 5和第二衬底10的装置1，其中SLID粘结连接15包括金属间Al/Sn相15c形式的第一金属材料和第二金属材料。优选金属间Al/Sn相15c应该具有至少10%的重量百分比的Al，因为如上所述，此时即达到非常高的熔点。精确的比例可以有利地简单地通过第一粘结材料1 和第二粘结材料15b的相应的层厚进行调整。
权利要求
1.一种具有借助于SLID (固液相互扩散)粘结连接(15)相互连接的第一(5)和第二衬底(10)的装置(1)，其中SLID粘结连接(1 包括第一金属材料和第二金属材料，其特征在于，SLID粘结连接(15)包括金属间Al/Sn相(15c)。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，金属间Al/Sn相(15c)具有至少10%的重量百分比的Al。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，第一衬底(5)是MEMS(微机电系统)曰曰/To
4.按照权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，第二衬底(10)是帽盖晶片和/ 或ASIC (专用集成电路)晶片。
5.按照权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，通过SLID粘结连接(15)形成自身封闭的粘结框。
6.按照权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，在金属间Al/Sn相(15c)中提供由纯的Al或由Al合金如AISi，AlCu或AlSiCu构成的第一金属材料Al。
7.按照权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，在第二衬底(10)和金属间Al/ Sn相(15c)之间设置由Al或Cu构成的另一个层。
8.一种用于制造具有借助于SLID(固液相互扩散)粘结连接(15)相互连接的第一 (5)和第二衬底(10)的装置(1)的方法，其中相继设置以下步骤a)提供第一( 和第二衬底(10)，b)将具有第一金属材料的第一粘结材料(15a)施加到第一衬底( 上和将具有第二金属材料的第二粘结材料(15b)施加到第二衬底(10)上，其中作为金属材料选择Al 和Sn，和c)通过两个衬底(5，10)实施粘结工艺，由此实现一种包括金属间Al/Sn相(15c) 的SLID(固液相互扩散)粘结连接(15)。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤b)中在第一衬底( 上，尤其是在MEMS (微机电系统)晶片上，作为第一粘结材料(15a)施加Al或Al合金。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在步骤b)中在第二衬底(10)上， 尤其是在帽盖晶片和/或ASIC(专用集成电路)晶片上，作为第二粘结材料(15b)施加Sn。
11.按照权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，在步骤b)中通过施加两个粘结材料(15a，15b)各形成一个具有在IOOnm至10 μ m范围的层厚的粘结层。
12.按照权利要求8至11之一所述的方法，其特征在于，在步骤b)中通过在两个衬底 (5，10)上施加粘结材料(15a，15b)各形成一个本身封闭的粘结框。
13.按照权利要求9至12之一所述的方法，其特征在于，在步骤b)中作为Al合金选择 AISi，AlCu 或 AlSiCu。
14.按照权利要求8至13之一所述的方法，其特征在于，在步骤b)中在第二衬底(10) 和第二粘结材料(15b)之间设置由Al或Cu构成的另一个层。
15.按照权利要求8至14之一所述的方法，其特征在于，在步骤c)中通过实施粘结工艺选择在230°C至300°C范围中的工艺温度。
全文摘要
本发明涉及一种具有第一(5)和第二衬底(10)的装置(1)，其中两个衬底(5，10)借助于SLID(固液相互扩散)粘结连接(15)相互连接。SLID粘结连接(15)包括第一金属材料和第二金属材料，其中SLID粘结连接(15)包括金属间Al/Sn相(15c)。本发明此外还涉及一种用于制造这种装置(1)的方法。
文档编号B81C1/00GK102245498SQ200980149068
公开日2011年11月16日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年12月9日
发明者法伊 A., 特劳特曼 A. 申请人:罗伯特·博世有限公司