[发明专利]用于晶圆级封装的共晶键合方法

说明书

本发明提供一种用于晶圆级封装的共晶键合方法，所述共晶键合方法包括步骤：提供一第一晶圆，于所述第一晶圆上形成第一叠层，所述第一叠层包括含有第一金属的层和含有第二金属的层，所述第一金属与所述第二金属相比具有更强的抗氧化性；提供一第二晶圆，于所述第二晶圆上形成第二叠层，所述第二叠层包括设置于其表层的含有所述第一金属的层；以及使所述第一金属与所述第二金属之间发生共晶键合，以形成所述第一金属和所述第二金属组成的共晶键合层，其中所述第一金属与所述第二金属的质量分数之比为两者在共晶点处的质量比。本发明可减轻共晶键合工艺中氧化膜的形成，可以提高键合结构的质量，有利于实现键合工艺和结果的可控性。

技术领域

本发明属于半导体工艺领域中键合技术，特别是涉及一种用于晶圆级封装的共晶键合方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro Mechanical System；MEMS)的飞速发展对芯片键合技术和器件封装工艺提出了越来越高的要求。目前，MEMS的键合技术正在朝着低温、无助焊剂的方向发展，其中共晶键合技术由于具有键合速度快、操作温度低、机械强度高、及可采用倒装键合等特点，尤其是基于铝及锗的共晶键合技术具有与CMOS兼容、对键合界面的粗糙度不敏感等优势，经常用于晶圆级封装中。特别地，在用于加速度计、陀螺仪以及压力传感器等MEMS传感器的晶圆级封装中，共晶键合技术已成为MEMS器件开发和运用的关键技术。

然而，在诸如铝、锌之类的共晶键合工艺中常用的材料存在化学性质比较活泼，容易在表面会形成氧化膜，此种氧化膜会在后续的共晶键合工艺中阻止键合金属间的互溶，从而造成对键合质量的影响，使键合条件和结果的可控性变差。在现有的解决方案中，通常是在执行键合工艺之前进行等离子轰击，或者进行机械研磨抛光，这样对机台的要求较高，提高了制造的成本和时间。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于晶圆级封装的共晶键合方法，用于解决现有的共晶键合工艺中由于键合层表面形成的氧化膜而对键合金属间的互溶造成阻挡，以及影响键合质量等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于晶圆级封装的共晶键合方法，其特征在于，所述共晶键合方法包括步骤：提供一第一晶圆，于所述第一晶圆上形成第一叠层，所述第一叠层包括含有第一金属的层和含有第二金属的层，所述第一金属与所述第二金属相比具有更强的抗氧化性；提供一第二晶圆，于所述第二晶圆上形成第二叠层，所述第二叠层包括设置于其表层的含有所述第一金属的层；使所述第一叠层的键合面与所述第二叠层的键合面对准并接触，以及使所述第一金属与所述第二金属之间发生共晶键合，以形成所述第一金属和所述第二金属组成的共晶键合层，其中，所述第一叠层的键合面与所述第二叠层的键合面由相同的材料组成，所述第一叠层和所述第二叠层中的含有所述第一金属的层的厚度之和t₁与含有所述第二金属的层的厚度t₂满足以下关系式：

其中：ρ₁、ρ₂分别为第一金属和第二金属的密度；at％₁、at％₂分别为第一金属和第二金属的质量分数；M₁、M₂分别为第一金属元素和第二金属元素的相对原子质量，并且at％₁与at％₂之比为所述第一金属与所述第二金属在共晶点处的质量比。

可选地，所述第一金属包括锗、锡、铂或金中的一种，所述第二金属包括铝、铜、锌、钛或铬中的一种。

可选地，所述共晶键合方法还包括：在使所述第一金属与所述第二金属之间发生共晶键合之前，通过等离子体刻蚀工艺图形化所述第一叠层和所述第二叠层的至少一者，以在所述第一晶圆上形成多个第一图形化区段或/及在所述第二晶圆上形成多个第二图形化区段。