[发明专利]双晶片的连接过程

说明书

背景技术

根据海军部所签订的合同NO.N00014-96-C-2906政府可以享有这个发明的权利。

本发明涉及微型结构的晶片。特别是，它涉及晶片的连接，和更特别的是涉及温度敏感的晶片。

本发明包括在各分离的晶片上制造的装置或材料的结合。一种微型结构的前表面可以结合到另一个微型结构；但是，在一个基片上的微型结构可能与生产其他微型结构所使用的过程不相容。本发明被设计用于避免由这种不相容性所造成的问题。

由于在军事和工业应用的各领域中性能的要求，包括热和机械的传感器，磁阻存储器阵列，和超导通路，导致需要这样的一种过程。

晶片结合技术已经存在一段时间。因此，有其他专利的过程生产或多或少相似的结构。已经试验了结合由不相容的过程处理的各晶片的想法。现有的辐射热测量计的技术要求读出电子线路，CMOS和金属化处理在检测器材料所使用的处理条件下保持完好。很高温度系数的电阻(TCR)材料的开发需要非常高的处理温度，它提供开发一种技术的动力，该技术将这些材料运用到辐射热测量计的技术中。本技术与单个晶片技术的相关技术相比是优秀的，因为检测器的膜在大大高于450摄氏度(C)的温度下处理，这在实践上限制了CMOS装置。

发明内容

本发明包括在各分离的基片上生产所需的微型结构并用合适的结合材料涂覆它们。这些结构可以是CMOS电子线路或纯的微型结构。一个实施例包括在一个晶片上的高温热传感器和在另一个晶片上有某些电和热特性的低温CMOS电子线路。在结合材料是聚酰亚胺的情况下，在两个要结合的表面上的聚酰亚胺是略为烘烤过的。将各晶片放到晶片结合器中，应用精确的对准，使晶片接触。通过加热和加压形成聚酰亚胺两个涂层之间的结合。

可能要求从组合结构中除去一个晶片。特别有利的技术是将要结合的结构中的一个建立在牺牲层上，可以蚀刻除去牺牲层以便不需磨制而除去一个晶片。在任意一个或两个结构上可以进行进一步的处理。

去晶片除去之后，已经证明从现在聚酰亚胺上的结构中的一个的背侧接触到晶片上的另一个结构。这个电气的或物理的接触是可以制成的许多类型接触中的一个。例如，牺牲材料如聚酰亚胺可以从通过接触结合的各结构之间除去。也可以要求将微型结构结合到不是微型结构的某种物体上，如单层或多层材料，晶体或无定形材料上。本过程提供一种结合这些物件的很好方法，而在现有晶片上结合的材料其电阻温度系数范围从一般的值2％/C到高的值3.5％/C。该TCR可以在大块基片上在12％/C的值下测量，有比VO_x(氧化钒)(K＝10^-13)膜低得多的1/f(K＝10^-14)噪音。在晶片移除之后该材料可以变薄，有较小的质量而性能提高。

附图说明

图1-6是在硅晶片上形成的高温热传感器的剖面图。

图7-10是在硅晶片上的CMOS电子线路上形成的适应性结构的剖面图。

图11表示已经结合在一起之后的传感器和电子线路。

图12-13说明在各结构已经结合在一起之后使用牺牲层除去硅晶片的某种过程。

图14说明对形成在除去的晶片上的结构的进一步处理。

图15表示除去部分的原有结合介质。

图16表示在要沉积触点的区域内除去电介质材料。

图17表示在最终的结合介质上沉积结构的和电气的触点。

图18表示除去另一个牺牲材料。

图19表示在晶片上沉积反射器和聚酰亚胺牺牲层。

图20表示双晶片通过它们的聚酰亚胺层的连接。

图21表示通过硅晶片到蚀刻停止层的通道孔的蚀刻。

图22表示除去硅晶片，以及除去图21的蚀刻停止层。

图23显示研磨变薄的YSZ结晶取向层和聚酰亚胺层。

图24表示除去聚酰亚胺层和穿孔通过另一层聚酰亚胺到电子装置的触点或反射器。

图25显示电介质层自身对齐切割。

图26表示在反射器或电子装置的触点与脚金属之间的结构和电气触点。

图27显示除去牺牲聚酰亚胺，获得在脚金属和装置电子线路之间的热隔绝。

图28是双晶片连接过程所得到的装置中所用的一个象素的平面图。

具体实施方式

在制造辐射热测量计的范围中描述双晶片微型结构的连接过程(DWaMA过程)。在这个范围中和一般来说，该过程分成三个制造阶段。