[發明專利]一種新型晶片處理方法

有效

• 申請號: 200680030175.0
• 申請日: 2006-08-18
• 公開（公告）號: CN101243551A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: R·A·達維斯
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: H01L23/485
• 分類號: H01L23/485
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 廖凌玲

技術領域

實施例涉及半導體處理、傳感器和微型機電系統(MEMS)領域。實施例還涉及制造金襯墊，其能經受例如將器件襯底鍵合到載體襯底的那些鍵合操作中遇到的高溫。

背景技術

例如壓力傳感器的微結構產品，可以通過半導體晶片處理技術或MEMS處理技術生產，以下稱作MEMS處理。該微結構產品可以利用通用的和公知的MEMS處理技術安裝在器件襯底上。經常需要的另外一個步驟是將器件襯底鍵合到裝卸襯底。而且，由于金的高可靠性和低腐蝕特性而經常使用金襯墊或金互連電路。但是金和硅具有大約377-385℃的共晶熔點且鍵合操作經常超過該溫度。

本領域技術人員熟知的晶片處理技術可以用于將器件安裝在器件襯底上。MEMS處理是一種一步接著另一步的漸進式工藝，其中最后一步是形成接觸。

標記為“現有技術”的圖4中闡述的是具有鈍化層103和接觸102的器件襯底101。該鈍化層103通常是二氧化硅層，通常簡稱為“氧化物”。該鈍化層103也可以是氮化硅，通常簡稱為“氮化物”。該接觸觸頭)102是一電接觸，其是微電路或MEMS器件施加電流或電壓的部分。除了該接觸102，圖4沒有展示MEMS器件元件或任何微電路元件。那些熟知MEMS的本領域技術人員熟悉導致和包括形成接觸的工藝步驟。而且，他們知道許多各式的典型地存在于具有接觸102的器件襯底上的器件和電路。作為典型的接觸材料的實例，接觸102可以由硅化鉑(PtSi)構成。

標記為“現有技術”的圖5闡述的是具有接觸102、鈍化層103和粘附層104的器件襯底101。可以通過對圖4中的器件沉積一材料層以形成該粘附層而制造闡述于圖5中的該結構。那些熟知MEMS的本領域技術人員知道許多在襯底上沉積材料層的方法。該粘附層104可以由鎢化鈦(TiW)或類似材料構成。

標記為“現有技術”的圖6闡述的是具有接觸102、鈍化層103、粘附層104和金層105的器件襯底101。可以通過在圖5中的器件的粘附層之上沉積一金層而制造闡述于圖6中的該結構。

標記為“現有技術”的圖7闡述的是具有接觸102、鈍化層103、粘附層104和金層105的經圖案化之后的器件襯底101。可以通過圖案化圖6的粘附層104和金層105而形成圖7的結構。實際上，金層105不完全覆蓋粘附層104是MEMS工藝的一個標準要素，其并不特別，但應當注意。

為了運用金層的特性，在器件襯底之上制造類似于圖7中闡述的結構。然而，圖案化之后，金層103殘留在接觸102上。粘附層104中的針孔缺陷為金擴散進下層接觸提供了機會。如果粘附層104中存在針孔缺陷或其他缺陷，則金將與下層接觸材料102物理接觸。

金和硅的共晶熔點大約為385℃，其是接觸下層硅接觸的金實際上開始熔化的溫度。如果金熔進此接觸，則金將擴散進該硅器件襯底，并且發生制造缺陷而導致制造失效。如上所述，粘附層，也稱作阻擋層，其在金層和下層襯底或接觸之間，通常用作預防這種現象的發生，但是這些層會有針孔缺陷。金可以通過針孔缺陷擴散進下層接觸或擴散進襯底。而且，在許多典型的晶片工藝中，通過確保晶片不超過金-硅共晶溫度(即，大約377-385℃)來避免這種失效方式。

在MEMS工藝中，硅(Si)晶片通常用作器件襯底。那些熟知MEMS工藝的本領域技術人員知道經常需要裝卸襯底用于機械隔離或其他目的。這種裝卸襯底通常是硅晶片或玻璃晶片。許多技術可以用于將器件襯底鍵合到裝卸襯底。其中三種技術是陽極焊接、玻璃粉焊接和共晶焊接。

在陽極焊接中，可以在大約300℃直到接近500℃下，通過在兩金屬電極之間放置且固定襯底而鍵合襯底。高直流(DC)電壓施加到電極間以產生貫穿襯底的電場。如果裝卸襯底是包含鈉離子的玻璃，則在高溫下，鈉離子通過施加的電場而從玻璃的鍵合表面轉移。在玻璃表面附近的鈉離子的耗散使得該表面與器件襯底的硅表面高度反應。高度的反應導致了兩個襯底之間的固體化學鍵。

在玻璃粉焊接中，粘性玻璃材料涂敷在將要鍵合的晶片的一面或者兩面。有時熱處理這種玻璃料以驅散溶劑和粘附劑。之后如果必要的話，將晶片對準并結合。之后，晶片在壓力下固定并在400℃到550℃的典型溫度范圍內加熱。玻璃粉流動并鍵合到兩個表面。

在共晶焊接中，用兩種成分的共晶焊接系統中的第一成分覆蓋一個襯底，并且用第二成分覆蓋另一襯底。襯底被加熱并使其接觸。擴散發生在界面并形成一種合金。相比其在兩側上的材料，在界面處的共晶成分合金具有較低的熔點，且因此熔化局限于一個薄層。就是這個熔化的共晶層形成鍵合。