[发明专利]用于半导体衬底接合的微机械方法和相应的装置以及相应的接合的半导体芯片

说明书

技术领域

本发明涉及用于半导体衬底接合的微机械方法和相应的装置以及相应的接合的半导体芯片。

背景技术

尽管本发明可以应用于任何微机械部件和结构、特别是传感器和执行器，但是还阐述本发明以及本发明所基于的可以用硅表面微机械技术制造的微机械传感器方面的问题。

微机械衬底连接，例如，晶圆片-晶圆片-接合-连接，一般用带有两种或多种固体接合材料的低共熔合金或合金组分作为组成部分实现。这样的低共熔合金具有一个唯一可以确定的熔点。反之相同合金组分的其他混合比具有熔化或凝固区域，在其中除了熔融物以外还存在固相。此外，低共熔合金的熔点是同一组成部分的所有混合物中最低的。

在接合过程中必须施加要求的最低接合力，以便使接合合金在晶圆片级上接触。由此导致液态低共熔相的延伸。这时，可能出现：液态低共熔相不受控制地流入MEMS功能区。为了把这种流动减到最小或加以防止，例如，可以分别在接合框的内部和外部设置合适宽的止流沟，为此必须在芯片级上保留较大的面积需求。

图5是示例性的半导体衬底接合装置芯片区上的部分顶视示意图。

该微机械传感器芯片1具有有源功能区4和无源边缘区4a。在边缘区4a设置接合框2，其上施加有低共熔接合合金例如Al-Ge，它把边缘区4a分成被接合框包围的内部区域4a2和外部区域4a1。在接合框2和传感器芯片1的功能区4之间的内部区域4a2中有一个止流沟3，它应该在接合过程中防止熔融物从接合框2的区域流入功能区4。于是通过用止流沟3俘获接合过程中延伸的熔融物的部分。这种类型的止流沟3的典型尺寸，在宽度b上处于在20和50μm之间。这种止流沟3需要附加地不仅有一个到接合框2的最小距离d1，还要有到有源功能区4的最小距离d2。就在传感器芯片日趋缩小的情况下，却为此需要不可观的面积需求。

从WO 2005/008772 A2已知一种带有半导体芯片和面导体框的电子元件，为了焊接电子元件，其在其下侧有一个金属涂层图案。这个金属涂层图案具有可以用焊料湿润的湿润区域和不能用焊料湿润的防湿润区域，其中该电子元件在湿润区域上在下侧具有焊料堆。

发明内容

本发明的优点

按照权利要求1的本发明的装置或按照权利要求8的用于接合半导体衬底的微机械方法或按照权利要求9的相应的接合的半导体芯片有下列优点：通过引入比较小的由合金组分中至少一种形成的结构化止流框，至少在实际接合框的内部并优选在其内部和外部阻止流动的熔融物。

该止流框由合金组分中的至少一种形成，该止流框可以与所采用的光刻和结构化过程无关地被实施为宽度在0.1和50μm之间、优选在1和20μm之间和特别优选在5和10μm之间，并因此表现出与止流沟相比低得多的面积需求。到接合框的距离和到传感器功能区的距离与止流沟相比可以被实施得小得多，优选在1和20μm之间，特别优选在5和10μm之间。

作为本发明基础的想法是设置一种由至少一种合金材料制成的补偿结构用于液相就地硬化。作为基础的机制在于，熔融物在与附加地提供的合金组分材料接触时便凝固，因为新的成份具有较高的熔点，例如，不再给出低共熔成份，并且因此没有可能进一步流动。

接合合金优选由下列混合物之一组成：Au-Si，Al-Ge，Cu-Sn，Au-In以及考虑由各自单独材料制成的合金，例如AlSiCu-GE，AlSi-Ge或AlCu-Ge。原则上可以设想可以用于微机械的所有合金伴侣。

特别优选的是其相图规定有低共熔合金的合金伴侣。示例性合金是Al-Ge。这两种接合材料的熔融温度对于纯铝是660℃，对于纯锗是938℃。低共熔点的熔融温度处于420℃。接合所必需的临界接合温度在低共熔接合下取决于所使用材料的混合。在理想的情况下在低共熔点的熔融温度下时形成液相。在Al-Ge合金的示例情况下，实际接合温度一般在420℃至450℃的范围内。

另外，通过按照本发明的止流结构，还不产生像例如由止流沟引起的不必要地高的形貌。

在从属权利要求中列出本发明各主题的有利扩展和改善。

附图说明

本发明的实施例示于附图中，并在下文中更详细加以描述。

附图中：

图1a是按照本发明第一实施方式的半导体衬底接合装置芯片区的部分顶视示意图；

图1b是用按照本发明第一实施方式的半导体衬底接合装置制造成的接合芯片的部分剖面示意图；

图2是按照本发明第二实施方式的半导体衬底接合装置芯片区的部分顶视示意图；