[发明专利]Al-Ge共晶键合预处理方法及键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种Al-Ge共晶键合预处理方法及键合方法。

背景技术

MEMS技术最近几年发展迅速，产品应用到了国民生活的方方面面。智能社会的建立和物联网的发展普及离不开MEMS的技术发展和产品开发。现在MEMS的产品尺寸有越来越小的趋势，功耗要求也越来越高。WLCSP作为一项新兴技术在MEMS器件集成度越来越高的前提下可以减小产品尺寸，降低功耗和成本。

Al-Ge作为与普通半导体兼容的材料拥有较低的共融温度，满足IC晶圆的热平衡要求。Al-Ge共晶键合后，拥有很好的电连接性能及气密性，完全可以满足MEMS和IC器件对电连接的要求及封闭腔体真空度的要求。但是，Al和Ge的表面都非常易于氧化，在键合时需要引入还原性气体（如H₂）以还原氧化层，还原性气体的加入会增加成本，还会有安全方面的隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供Al-Ge共晶键合预处理方法及键合方法，它没有采用还原性气体去除铝及锗表面的氧化层，而是采用化学性质不活泼的气体排除空气，防止铝及锗氧化，降低键合成本，提高键合安全性。

为了解决上述问题，本发明提供一种Al-Ge共晶键合预处理方法，包括如下步骤：提供一表面具有锗顶层的第一衬底及一表面具有铝顶层的第二衬底；充入化学性质不活泼的气体，排除空气，防止所述锗顶层及铝顶层被氧化。

本发明还提供一种键合方法，包括如下步骤：提供一表面具有锗顶层的第一衬底及一表面具有铝顶层的第二衬底；充入化学性质不活泼的气体，排除空气，防止所述锗顶层及铝顶层被氧化；以所述锗顶层及所述铝顶层为中间层对所述第一衬底及第二衬底进行键合。

在所述键合步骤之前，进一步包括一以所述锗顶层及所述铝顶层为中间层对所述第一衬底及第二衬底进行预键合的步骤：对键合腔体抽真空至预设值，并加热所述第一衬底及第二衬底至预键合温度；将所述第一衬底的锗顶层与所述第二衬底的铝顶层贴合，并施加预键合压力，保持一定时间。

所述预键合温度为380~400摄氏度，所述预键合压力为5000~40000牛顿，所述预键合时间为3~15分钟。

在所述键合步骤之前，在充入化学性质不活泼的气体之前，进一步包括一将所述锗顶层与所述铝顶层对准的步骤。在对准步骤中，所述第一衬底与所述第二衬底互不接触。

在所述键合步骤之后，进一步包括一降压降温步骤：撤销键合压力；充入化学性质不活泼的气体；冷却至室温。

所述键合步骤的键合温度为420~450摄氏度，键合压力为20000~50000牛顿，键合时间为5~30分钟。

所述锗顶层厚度为0.35~1微米，所述铝顶层的厚度为0.5~2微米，所述铝顶层的厚度大于所述锗顶层的厚度。

所述锗顶层及所述铝顶层为图形化的锗顶层及铝顶层，所述锗顶层的图形的尺寸为10~100微米，所述铝顶层的图形的尺寸为10~100微米，所述铝顶层的图形的尺寸大于所述锗顶层的图形的尺寸。

本发明的优点在于，没有采用还原性气体去除铝及锗表面的氧化层，而是采用化学性质不活泼的气体排除空气，防止铝及锗氧化。在预键合及键合过程中只存在化学性质不活泼的气体（如N₂或者惰性气体），无需还原性气体（通常是H₂）的引入，简化工艺，降低成本，提高工艺操作安全性。

附图说明

图1为本发明Al-Ge共晶键合的预处理方法的步骤示意图；

图2所示为本发明键合方法的步骤示意图；

图3A~图3D为本发明Al-Ge共晶键合的方法的工艺流程图；

图4为预键合步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的Al-Ge共晶键合预处理的方法及键合方法的具体实施方式做详细说明。

参见图1，本发明Al-Ge共晶键合预处理方法包括如下步骤：

步骤S10，提供一表面具有锗顶层的第一衬底及一表面具有铝顶层的第二衬底。