[发明专利]一种新型晶片处理方法

说明书

技术领域

实施例涉及半导体处理、传感器和微型机电系统(MEMS)领域。实施例还涉及制造金衬垫，其能经受例如将器件衬底键合到载体衬底的那些键合操作中遇到的高温。

背景技术

例如压力传感器的微结构产品，可以通过半导体晶片处理技术或MEMS处理技术生产，以下称作MEMS处理。该微结构产品可以利用通用的和公知的MEMS处理技术安装在器件衬底上。经常需要的另外一个步骤是将器件衬底键合到装卸衬底。而且，由于金的高可靠性和低腐蚀特性而经常使用金衬垫或金互连电路。但是金和硅具有大约377-385℃的共晶熔点且键合操作经常超过该温度。

本领域技术人员熟知的晶片处理技术可以用于将器件安装在器件衬底上。MEMS处理是一种一步接着另一步的渐进式工艺，其中最后一步是形成接触。

标记为“现有技术”的图4中阐述的是具有钝化层103和接触102的器件衬底101。该钝化层103通常是二氧化硅层，通常简称为“氧化物”。该钝化层103也可以是氮化硅，通常简称为“氮化物”。该接触触头)102是一电接触，其是微电路或MEMS器件施加电流或电压的部分。除了该接触102，图4没有展示MEMS器件元件或任何微电路元件。那些熟知MEMS的本领域技术人员熟悉导致和包括形成接触的工艺步骤。而且，他们知道许多各式的典型地存在于具有接触102的器件衬底上的器件和电路。作为典型的接触材料的实例，接触102可以由硅化铂(PtSi)构成。

标记为“现有技术”的图5阐述的是具有接触102、钝化层103和粘附层104的器件衬底101。可以通过对图4中的器件沉积一材料层以形成该粘附层而制造阐述于图5中的该结构。那些熟知MEMS的本领域技术人员知道许多在衬底上沉积材料层的方法。该粘附层104可以由钨化钛(TiW)或类似材料构成。

标记为“现有技术”的图6阐述的是具有接触102、钝化层103、粘附层104和金层105的器件衬底101。可以通过在图5中的器件的粘附层之上沉积一金层而制造阐述于图6中的该结构。

标记为“现有技术”的图7阐述的是具有接触102、钝化层103、粘附层104和金层105的经图案化之后的器件衬底101。可以通过图案化图6的粘附层104和金层105而形成图7的结构。实际上，金层105不完全覆盖粘附层104是MEMS工艺的一个标准要素，其并不特别，但应当注意。

为了运用金层的特性，在器件衬底之上制造类似于图7中阐述的结构。然而，图案化之后，金层103残留在接触102上。粘附层104中的针孔缺陷为金扩散进下层接触提供了机会。如果粘附层104中存在针孔缺陷或其他缺陷，则金将与下层接触材料102物理接触。

金和硅的共晶熔点大约为385℃，其是接触下层硅接触的金实际上开始熔化的温度。如果金熔进此接触，则金将扩散进该硅器件衬底，并且发生制造缺陷而导致制造失效。如上所述，粘附层，也称作阻挡层，其在金层和下层衬底或接触之间，通常用作预防这种现象的发生，但是这些层会有针孔缺陷。金可以通过针孔缺陷扩散进下层接触或扩散进衬底。而且，在许多典型的晶片工艺中，通过确保晶片不超过金-硅共晶温度(即，大约377-385℃)来避免这种失效方式。

在MEMS工艺中，硅(Si)晶片通常用作器件衬底。那些熟知MEMS工艺的本领域技术人员知道经常需要装卸衬底用于机械隔离或其他目的。这种装卸衬底通常是硅晶片或玻璃晶片。许多技术可以用于将器件衬底键合到装卸衬底。其中三种技术是阳极焊接、玻璃粉焊接和共晶焊接。

在阳极焊接中，可以在大约300℃直到接近500℃下，通过在两金属电极之间放置且固定衬底而键合衬底。高直流(DC)电压施加到电极间以产生贯穿衬底的电场。如果装卸衬底是包含钠离子的玻璃，则在高温下，钠离子通过施加的电场而从玻璃的键合表面转移。在玻璃表面附近的钠离子的耗散使得该表面与器件衬底的硅表面高度反应。高度的反应导致了两个衬底之间的固体化学键。

在玻璃粉焊接中，粘性玻璃材料涂敷在将要键合的晶片的一面或者两面。有时热处理这种玻璃料以驱散溶剂和粘附剂。之后如果必要的话，将晶片对准并结合。之后，晶片在压力下固定并在400℃到550℃的典型温度范围内加热。玻璃粉流动并键合到两个表面。

在共晶焊接中，用两种成分的共晶焊接系统中的第一成分覆盖一个衬底，并且用第二成分覆盖另一衬底。衬底被加热并使其接触。扩散发生在界面并形成一种合金。相比其在两侧上的材料，在界面处的共晶成分合金具有较低的熔点，且因此熔化局限于一个薄层。就是这个熔化的共晶层形成键合。