[发明专利]用于晶片的共晶键合的方法和晶片复合体

说明书

本发明涉及一种用于晶片的共晶键合的方法，所述方法具有以下步骤：(a)提供具有第一键合层(310)的第一晶片(10)和具有第二键合层(320)以及间距保持件(400)的第二晶片(20)；(b)将所述第一晶片(10)叠置在所述第二晶片(20)上，其中，所述间距保持件(400)贴靠在所述第一键合层(310)上；(c)将所述第一晶片(10)和所述第二晶片(20)相对彼此挤压直至所述第一键合层(310)贴靠在所述第二键合层(320)上，其中，所述间距保持件(400)挤入到所述第一键合层(310)中；(d)通过至少由所述第一键合层(310)的部分和所述第二键合层(320)的部分形成共晶合金使所述第一晶片(10)与所述第二晶片(20)共晶键合。本发明也涉及一种共晶键合的晶片复合体和具有这种共晶键合的晶片复合体的微机械装置。

技术领域

本发明涉及一种用于晶片的共晶键合的方法。

背景技术

在MEMS惯性传感器中的结构通常由两个晶片的复合体组成。在此，在通常的方案中使用传感器晶片和罩晶片。传感器晶片包含敏感的可运动结构并且罩晶片用于该传感器晶片的保护。借助于晶片键合实现接合，例如以密封玻璃键合或共晶键合(例如硅/金或铝/锗)的形式。这产生密封连接，该密封连接能够实现在由传感器晶片和罩晶片包围的空腔中的有针对性的内部气氛的调节，该空腔包含传感器芯。

键合过程在特别为此设置的器具中进行。首先将两个晶片在分开的校准单元中相对彼此校准。这两个晶片固定在所谓的键合工具中，该键合工具随后也被置入到键合器中并且在过程结束后才又从晶片复合体脱开。通常地，晶片表面在工具中已经彼此接触。

在共晶键合本身的过程中基本上存在下列调节参量：

温度

在已校准的晶片装载到键合器中之后，经历限定的温度斜坡。通常使两个晶片在共晶点下方首先达到均匀的温度(前期阶段)，然后升高温度；经过共晶点(主要阶段)。在最后的步骤中使晶片复合体冷却。

气压

在调节所期望的内部气氛(例如用于转速传感器的真空)之前，实施冲洗循环。由此冲掉或抽出例如键合室的污物或其他不期望物质的残余。

压紧力

除了温度之外，压紧力用于键合的真正的接合作用机理。在键合时的压紧力可以达到100kN。当达到相应的起始温度并且确保所期望的内部气氛时才施加所述力。

以该方式实现好的键合结果。对于好的键合连接的标准是最小的气体析出或者说放气，可重复实现的键合连接(例如在显微图像和稳定性方面)和密封性(对于转速传感器和加速度传感器是特别重要的)。要注意的是，在前期阶段中温度肯定位于共晶点下方。

在现有技术中的共晶键合的构型中也使用间距保持件工具(称为旗，Flags)，所述间距保持件工具位于两个晶片之间并且在键合过程中在前期阶段期间被抽出。然而所述间距保持件工具具有以下缺点：在将其抽出时可能产生在晶片之间的附加的错位，即后来的失调。

在现有技术中的上述键合方法还具有以下缺点：在前期阶段中存在明显的温度限制。此外，从一开始出现以下事实，即两个晶片表面和由此两个键合配对件已经接触，这对跨越晶片的气体交换产生负面作用并且可能对均匀的表面变化产生负面作用(例如水或其他吸附物的排出)。

发明内容

本发明涉及一种用于晶片的共晶键合的方法，具有以下步骤：

(a)提供具有第一键合层的第一晶片和具有第二键合层并且具有间距保持件的第二晶片。

(b)将第一晶片叠置到第二晶片上，其中，间距保持件在第一温度的情况下贴靠在第一键合层上。

(c)将第一晶片和第二晶片以压紧力相对彼此挤压直至第一键合层贴靠在第二键合层上，其中，间距保持件挤入到第一键合层中。