[发明专利]一种增强键合强度的金属键合方法

说明书

本发明涉及一种增强键合强度的金属键合方法，包括：在上晶圆上布置上金属凸块，在下晶圆上布置具有凹槽的下金属凸块；以及将上晶圆的上金属凸块嵌入的到下晶圆的下金属凸块的凹槽中完成键合。该方法通过在垂直方向和水平方向形成金属间化合物，来增强垂直方向和水平方向的金属键合强度，避免上晶圆炸开脱落。

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种增强键合强度的金属键合方法。

背景技术

目前主流的MEMS晶圆级真空封装方案均采用金属键合的方案完成上下晶圆的键合。传统的金属键合方案如下：上下晶圆的金属凸块通过高温压合形成稳定的金属间化合物(IMC)，由于IMC固有的脆性，导致其键合强度是有限制的。MEMS封装为了实现MEMS器件的装贴，一般都会存在较大的空腔结构，在实际制作过程中，由于键合机台的真空环境大概在10^-4-10^-5mbar，工艺过程中PVD机台和等离子机台中的真空环境会达到10^-8mbar,内外压强差达10³-10⁴的量级，因此会出现由于内外压强相差较大，金属键合强度不够，上晶圆炸开脱落的现象。因此，需要一种能够增强金属键合强度的金属键合方法。

发明内容

本发明的任务是提供一种增强键合强度的金属键合方法，该方法通过在垂直方向和水平方向形成金属间化合物，来增强垂直方向和水平方向的金属键合强度，避免上晶圆炸开脱落。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种增强键合强度的金属键合方法，包括：

在上晶圆上布置上金属凸块，在下晶圆上布置具有凹槽的下金属凸块；以及

将上晶圆的上金属凸块嵌入到下晶圆的下金属凸块的凹槽中完成键合。

在本发明的一个实施例中，所述上金属凸块包括第一金属和第二金属。

在本发明的一个实施例中，所述在上晶圆上布置上金属凸块包括：

通过物理气相沉积在上晶圆上布置光刻胶，并通过光刻技术在光刻胶上形成出凸块图形，然后在凸块图形中依次电镀填充两种金属形成第一金属和第二金属，最后去除光刻胶。

在本发明的一个实施例中，所述在下晶圆上布置具有凹槽的下金属凸块包括：

先通过物理气相沉积在下晶圆上布置光刻胶，并通过光刻技术在光刻胶上形成凸块图形，然后电镀金属填充凸块图形以形成下金属凸块，最后去除光刻胶；以及

在下金属凸块和下晶圆上布置光刻胶，通过光刻技术在下金属凸块上形成凹槽图形，然后根据凹槽图形刻蚀下金属凸块，形成具有凹槽的下金属凸块，最后去除光刻胶。

在本发明的一个实施例中，所述在下晶圆上布置具有凹槽的下金属凸块包括：

先通过物理气相沉积在下晶圆上布置光刻胶，并通过光刻技术在光刻胶上形成出凸块图形，然后电镀金属填充凸块图形以形成下金属凸块基部，去除光刻胶；以及

通过物理气相沉积在下金属凸块基部上布置光刻胶，并通过光刻技术在光刻胶上形成出环状图形，然后电镀金属填充环状图形，形成了具有凹槽的下金属凸块。

在本发明的一个实施例中，所述上金属凸块的端面尺寸小于所述下金属凸块的凹槽的截面尺寸。

在本发明的一个实施例中，通过高温压合的方式将所述上晶圆的上金属凸块嵌入的到所述下晶圆的下金属凸块的凹槽中，其中所述上金属凸块的端面和侧面与所述下金属凸块键合，且在上金属凸块的表面形成了半包围的金属间化合物。

在本发明的一个实施例中，所述下金属凸块的凹槽的深度小于所述上金属凸块的整体厚度，且大于所述第二金属的厚度。

在本发明的一个实施例中，所述上金属凸块和所述下金属凸块的材料是锡铜或锡金或锡银。