[发明专利]Al-Ge键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及Al-Ge键合方法。

背景技术

晶片级MEMS(微电子机械系统)键合技术在许多领域已经应用多年。近年来，MEMS消费类产品市场爆发性增长，使得这一领域需要提供体积更小、成本更低的产品。

熔融键合技术主要过程同亲水性晶片键合的方法流程。其中晶片表面的平整度、粗糙度和化学吸附状态是影响键合质量的内在因素，而键合温度和时间是影响键合强度的外在因素。由于热键合的高温退火不可避免地造成杂质的互扩散、引入热应力以及空洞和缺陷的产生。因此热键合技术对晶片表面的粗糙度和完整性要求较高，不适宜键合含有铝的金属物器件。

低共熔体键合是指在键合的晶片的界面上采用溅射或者蒸发的方法蒸上一层熔点较低的金属，以这层金属为键合介质的键合技术。所采用的共熔体的熔点温度一般较低，如AuBe、AuSi合金等，其作用是为了在较低的退火温度下完成材料性质差别较大的金属之间的键合。

然而由于Au成本太高，期望采用成本较低的金属代替Au。Al是一种成本较低的金属，但是Al-Si共晶温度比较高，而且Al容易氧化，因此业界一直不考虑Al的使用。

本发明人发现，Al-Ge合金的共晶温度可以满足使用要求，但Al和Ge较易氧化，Al和Ge表面一旦有了这些金属氧化物，它们的键合效果就会变差，主要体现在粘合力就大大降低了。

发明内容

因此，需要对Al-Ge键合方法进行改进，以提高键合效果。

本发明的第一个方面涉及一种改进的Al-Ge键合方法，其特征在于，提供具有图案化的Ge顶层的第一晶片；

提供具有图案化的Al的第二晶片；

对准步骤，将第一晶片与第二晶片对准；

吹扫步骤，通入合成气吹扫晶面，所述合成气包括还原性气体和惰性的气体；

抽真空步骤，将键合腔的压力降至0.1mBar以下的真空，键合腔温度420～450℃；和

键合步骤，对第一晶片和第二晶片施加力，温度升至高于Al-Ge共晶点5～30℃。

根据本发明的一个实施方式，所述还原性气体为H₂。

根据本发明的一个实施方式，所述惰性的气体为N₂。

根据本发明的一个实施方式，所述合成气体包括90～97vol％的N₂和10～3vol％的H₂。

根据本发明的一个实施方式，所述吹扫步骤和抽真空步骤至少交替进行2轮。

根据本发明的一个实施方式，所述抽真空步骤中，键合腔的压力降至0.05mBar以下的真空。

根据本发明的一个实施方式，在所述对准步骤中，在第一晶片和第二晶片之间插入间隔体以将两晶片分离；在键合步骤中，将所述间隔体除去。

本发明的第二个方面涉及一种改进的Al-Ge键合方法，其特征在于，

在键合步骤前对晶片进行退火处理，退火温度为350～420℃。

该退火步骤用于减少器件晶片(device wafer)的放气，所述放气包括Ar气和水汽。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是根据本发明的一个实施方式的Al-Ge键合方法的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤和结构，以便说明本发明是如何解决现有技术中Al-Ge键合方法键合效果差的问题。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

图1是根据本发明的一个实施方式的Al-Ge键合方法的流程图，其包括提供具有图案化的Ge顶层的第一晶片；提供具有图案化的Al的第二晶片；对准步骤；吹扫步骤；抽真空步骤；和键合步骤。

图案化的Ge顶层的厚度一般为0.5～1μm，图案化的Al层的厚度与Ge层的厚度相当，一般也为0.5～1μm。