一种改善铝锗共晶键合工艺的方法
一种改善铝锗共晶键合工艺的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种改善铝锗共晶键合工 艺的方法。
【背景技术】
[0002] 在错锗（Aluminium-Germanium，Al-Ge)共晶键合工艺中，错锗将在424°C的温度 下形成其中Ge的原子百分比为30. 3%的共晶合金。在铝锗框上的键合密封工艺是通过在 共晶点上施加恒定的力（一般为30-40KN)并控制恒定的力的施加时间来完成的。
[0003] 具体地，图1示意性地示出了根据现有技术的铝锗共晶键合工艺的示意图。如图1 所示，在根据现有技术的铝锗共晶键合工艺中，一般在CMOS封装晶圆100上依次形成用于 键合的钛元素层11和铝金属层12,而且在MEMS晶圆200上形成用于键合的锗金属层22 (锗 金属层22例如形成在中间层21上）。此后，使得铝金属层12与锗金属层22接触，并对铝 金属层12与锗金属层22的接触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。
[0004] 但是，某些晶圆结构设计限制了键合工艺窗口以及均匀性控制，因为存在不同的 热传递/分布差异。这就导致了键合时的溢出以及挤出问题，由此进一步导致器件的故障。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够有效 地减少或消除铝锗共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题的方法。
[0006] 为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种改善铝锗共晶键合工艺的方法， 其特征在于包括：在CMOS封装晶圆上依次形成用于键合的钛元素层和铝金属层；而且在 MEMS晶圆上依次形成用于键合的附加钛元素层、附加铝金属层和锗金属层；此后，使得铝 金属层与锗金属层接触，并对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压，从而实现铝锗共 晶键合。
[0007] 优选地，附加铝金属层的厚度< ikA。
[0008] 优选地，对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的温度不低于424°C。
[0009] 优选地，对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的温度为435°C。
[0010] 优选地，对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的压力为30KN。
[0011] 优选地，钛元素层和附加钛元素层由相同材料形成。
[0012] 优选地，钛元素层由钛金属形成。
[0013] 优选地，钛元素层由TiN形成。
[0014] 优选地，附加钛元素层由钛金属形成。
[0015] 优选地，附加钛元素层由TiN形成。
[0016] 由此，在本发明的改善铝锗共晶键合工艺的方法中，将原本的锗金属层变为附加 钛元素层、附加铝金属层和锗金属层的叠层，使得附加铝金属层可以作为锗金属完全扩散 进入铝时的阻挡层，此时锗金属完全扩散进入两侧的铝金属层；当两侧的铝金属层接触时， 共晶点将转移至比424°C高的温度。由此，可以实现更加可控的键合工艺，从而可以减少或 消除铝锗共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题。
【附图说明】
[0017] 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
[0018] 图1示意性地示出了根据现有技术的铝锗共晶键合工艺的示意图。
[0019] 图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的改善铝锗共晶键合工艺的方法的 示意图。
[0020] 需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可 能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。
[0022] 图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的改善铝锗共晶键合工艺的方法的 示意图。
[0023] 如图2所示，根据本发明优选实施例的改善铝锗共晶键合工艺的方法包括：
[0024] 在CMOS封装晶圆100上依次形成用于键合的钛元素层11和铝金属层12 ;
[0025] 而且，在MEMS晶圆200上依次形成用于键合的附加钛元素层23、附加铝金属层24 和锗金属层22 ;
[0026] 此后，使得铝金属层12与锗金属层22接触，并对铝金属层12与锗金属层22的接 触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。
[0027] 优选地，附加铝金属层24的厚度 < 丨k/\。
[0028] 例如，在具体实施例中，优选地，对铝金属层12与锗金属层22的接触面加热和加 压时的温度不低于424°C ;例如，该对铝金属层12与锗金属层22的接触面加热和加压时的 温度可以为435°C。
[0029] 另一方面，在具体实施例中，优选地，对铝金属层12与锗金属层22的接触面加热 和加压时的压力为30KN。
[0030] 优选地，钛元素层11和附加钛元素层23由相同材料形成。
[0031] 例如，钛元素层11由钛金属形成，或者钛元素层11由TiN形成。
[0032] 类似地，例如，附加钛元素层23由钛金属形成，或者附加钛元素层23由TiN形成。
[0033] 例如，同样地，锗金属层22形成在MEMS晶圆200上的中间层21上。
[0034] 由此，在本发明的改善铝锗共晶键合工艺的方法中，将原本的锗金属层22变为附 加钛元素层23、附加铝金属层24和锗金属层22的叠层，使得附加铝金属层可以作为锗金属 完全扩散进入铝时的阻挡层，此时锗金属完全扩散进入两侧的铝金属层（具体地，此时锗 金属完全扩散进入铝金属层12和附加铝金属层24);当两侧的铝金属层接触时，共晶点将 转移至比424°C高的温度。由此，可以实现更加可控的键合工艺，从而可以减少或消除铝锗 共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题。
[0035] 此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语"第一"、"第 二"、"第三"等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个 组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0036] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以 限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等 同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围 内。
【主权项】
1. 一种改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于包括：在CMOS封装晶圆上依次形成 用于键合的钛元素层和铝金属层；而且在MEMS晶圆上依次形成用于键合的附加钛元素层、 附加铝金属层和锗金属层；此后，使得铝金属层与锗金属层接触，并对铝金属层与锗金属层 的接触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。2. 根据权利要求1所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，附加铝金属层 的厚度< IkA。3. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，对铝金属层 与锗金属层的接触面加热和加压时的温度不低于424°C。4. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，对铝金属层 与锗金属层的接触面加热和加压时的温度为435°C。5. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，对铝金属层 与锗金属层的接触面加热和加压时的压力为30KN。6. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，钛元素层和 附加钛元素层由相同材料形成。7. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，钛元素层由 钛金属形成。8. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，钛元素层由 TiN形成。9. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，附加钛元素 层由钛金属形成。10. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，附加钛元 素层由TiN形成。
【专利摘要】本发明提供了一种改善铝锗共晶键合工艺的方法，包括：在CMOS封装晶圆上依次形成用于键合的钛元素层和铝金属层；而且在MEMS晶圆上依次形成用于键合的附加钛元素层、附加铝金属层和锗金属层；此后，使得铝金属层与锗金属层接触，并对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。附加铝金属层的厚度≤对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的温度为435℃，压力为30KN。
【IPC分类】B81C3/00
【公开号】CN104891429
【申请号】CN201510189305
【发明人】黄锦才, 刘玮荪
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月17日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种改善铝锗共晶键合工 艺的方法。
【背景技术】
[0002] 在错锗（Aluminium-Germanium，Al-Ge)共晶键合工艺中，错锗将在424°C的温度 下形成其中Ge的原子百分比为30. 3%的共晶合金。在铝锗框上的键合密封工艺是通过在 共晶点上施加恒定的力（一般为30-40KN)并控制恒定的力的施加时间来完成的。
[0003] 具体地，图1示意性地示出了根据现有技术的铝锗共晶键合工艺的示意图。如图1 所示，在根据现有技术的铝锗共晶键合工艺中，一般在CMOS封装晶圆100上依次形成用于 键合的钛元素层11和铝金属层12,而且在MEMS晶圆200上形成用于键合的锗金属层22 (锗 金属层22例如形成在中间层21上）。此后，使得铝金属层12与锗金属层22接触，并对铝 金属层12与锗金属层22的接触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。
[0004] 但是，某些晶圆结构设计限制了键合工艺窗口以及均匀性控制，因为存在不同的 热传递/分布差异。这就导致了键合时的溢出以及挤出问题，由此进一步导致器件的故障。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够有效 地减少或消除铝锗共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题的方法。
[0006] 为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种改善铝锗共晶键合工艺的方法， 其特征在于包括：在CMOS封装晶圆上依次形成用于键合的钛元素层和铝金属层；而且在 MEMS晶圆上依次形成用于键合的附加钛元素层、附加铝金属层和锗金属层；此后，使得铝 金属层与锗金属层接触，并对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压，从而实现铝锗共 晶键合。
[0007] 优选地，附加铝金属层的厚度< ikA。
[0008] 优选地，对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的温度不低于424°C。
[0009] 优选地，对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的温度为435°C。
[0010] 优选地，对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的压力为30KN。
[0011] 优选地，钛元素层和附加钛元素层由相同材料形成。
[0012] 优选地，钛元素层由钛金属形成。
[0013] 优选地，钛元素层由TiN形成。
[0014] 优选地，附加钛元素层由钛金属形成。
[0015] 优选地，附加钛元素层由TiN形成。
[0016] 由此，在本发明的改善铝锗共晶键合工艺的方法中，将原本的锗金属层变为附加 钛元素层、附加铝金属层和锗金属层的叠层，使得附加铝金属层可以作为锗金属完全扩散 进入铝时的阻挡层，此时锗金属完全扩散进入两侧的铝金属层；当两侧的铝金属层接触时， 共晶点将转移至比424°C高的温度。由此，可以实现更加可控的键合工艺，从而可以减少或 消除铝锗共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题。
【附图说明】
[0017] 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
[0018] 图1示意性地示出了根据现有技术的铝锗共晶键合工艺的示意图。
[0019] 图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的改善铝锗共晶键合工艺的方法的 示意图。
[0020] 需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可 能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。
[0022] 图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的改善铝锗共晶键合工艺的方法的 示意图。
[0023] 如图2所示，根据本发明优选实施例的改善铝锗共晶键合工艺的方法包括：
[0024] 在CMOS封装晶圆100上依次形成用于键合的钛元素层11和铝金属层12 ;
[0025] 而且，在MEMS晶圆200上依次形成用于键合的附加钛元素层23、附加铝金属层24 和锗金属层22 ;
[0026] 此后，使得铝金属层12与锗金属层22接触，并对铝金属层12与锗金属层22的接 触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。
[0027] 优选地，附加铝金属层24的厚度 < 丨k/\。
[0028] 例如，在具体实施例中，优选地，对铝金属层12与锗金属层22的接触面加热和加 压时的温度不低于424°C ;例如，该对铝金属层12与锗金属层22的接触面加热和加压时的 温度可以为435°C。
[0029] 另一方面，在具体实施例中，优选地，对铝金属层12与锗金属层22的接触面加热 和加压时的压力为30KN。
[0030] 优选地，钛元素层11和附加钛元素层23由相同材料形成。
[0031] 例如，钛元素层11由钛金属形成，或者钛元素层11由TiN形成。
[0032] 类似地，例如，附加钛元素层23由钛金属形成，或者附加钛元素层23由TiN形成。
[0033] 例如，同样地，锗金属层22形成在MEMS晶圆200上的中间层21上。
[0034] 由此，在本发明的改善铝锗共晶键合工艺的方法中，将原本的锗金属层22变为附 加钛元素层23、附加铝金属层24和锗金属层22的叠层，使得附加铝金属层可以作为锗金属 完全扩散进入铝时的阻挡层，此时锗金属完全扩散进入两侧的铝金属层（具体地，此时锗 金属完全扩散进入铝金属层12和附加铝金属层24);当两侧的铝金属层接触时，共晶点将 转移至比424°C高的温度。由此，可以实现更加可控的键合工艺，从而可以减少或消除铝锗 共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题。
[0035] 此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语"第一"、"第 二"、"第三"等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个 组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0036] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以 限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等 同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围 内。
【主权项】
1. 一种改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于包括：在CMOS封装晶圆上依次形成 用于键合的钛元素层和铝金属层；而且在MEMS晶圆上依次形成用于键合的附加钛元素层、 附加铝金属层和锗金属层；此后，使得铝金属层与锗金属层接触，并对铝金属层与锗金属层 的接触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。2. 根据权利要求1所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，附加铝金属层 的厚度< IkA。3. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，对铝金属层 与锗金属层的接触面加热和加压时的温度不低于424°C。4. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，对铝金属层 与锗金属层的接触面加热和加压时的温度为435°C。5. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，对铝金属层 与锗金属层的接触面加热和加压时的压力为30KN。6. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，钛元素层和 附加钛元素层由相同材料形成。7. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，钛元素层由 钛金属形成。8. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，钛元素层由 TiN形成。9. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，附加钛元素 层由钛金属形成。10. 根据权利要求1或2所述的改善铝锗共晶键合工艺的方法，其特征在于，附加钛元 素层由TiN形成。
【专利摘要】本发明提供了一种改善铝锗共晶键合工艺的方法，包括：在CMOS封装晶圆上依次形成用于键合的钛元素层和铝金属层；而且在MEMS晶圆上依次形成用于键合的附加钛元素层、附加铝金属层和锗金属层；此后，使得铝金属层与锗金属层接触，并对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压，从而实现铝锗共晶键合。附加铝金属层的厚度≤对铝金属层与锗金属层的接触面加热和加压时的温度为435℃，压力为30KN。
【IPC分类】B81C3/00
【公开号】CN104891429
【申请号】CN201510189305
【发明人】黄锦才, 刘玮荪
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月17日
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