[发明专利]利用ALGe的共晶键合

说明书

使用第二半导体衬底密封形成在第一半导体衬底中的MEMS器件。为了实现这一点，在第一衬底上形成铝锗结构，在第二衬底上形成多晶硅层。用第二衬底覆盖第一衬底，以使多晶硅层接触铝锗结构。此后，在第一衬底与第二衬底之间执行共晶键合，以使铝锗结构熔化并形成AlGeSi密封剂，从而密封MEMS器件。可选地，铝锗结构部分地包括叠盖铝层的锗层。

相关申请的交叉引用

本申请要求根据35 USC 119(e)在2017年4月4日提交的申请序列号62/481,634的权益，其内容以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及晶圆(wafer)键合，更具体地涉及用于密封MEMS器件的共晶键合。

背景技术

微机电系统(MEMS)(例如，运动传感器和可移动镜)被广泛使用。众所周知，MEMS运动传感器可以是例如用于检测线性运动的加速度计或用于检测转速和角速度的陀螺仪。

先进的平面硅工艺正越来越多地用于制造MEMS器件。玻璃熔块键合已用于MEMS器件(例如，加速度计)的晶圆级封装。但是，由于其在可实现的最小密封宽度、成本和铅含量方面的限制，当前一代的陀螺仪中有相当大的一部分是使用其他晶圆级封装方案(例如共晶焊料键合)制成的。

为了有效，共晶晶圆键合工艺需要清洁的表面。表面上过量的天然氧化物和其他有机污染物会破坏表面键的形成、强度和完整性。根据密封层堆叠和装置配置中的材料，从被键合的表面去除天然氧化物层和其他污染物会造成困难。使用共晶晶圆键合工艺来对MEMS器件进行稳固的晶圆键合和密封仍旧构成挑战。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，一种使用第二半导体衬底密封形成在第一半导体衬底中的MEMS器件的方法部分地包括：在第一衬底上形成铝锗结构；在第二衬底上方形成多晶硅层；用第二衬底覆盖第一衬底，以使多晶硅层接触铝锗结构；以及在第一衬底和第二衬底之间进行共晶键合，以使铝锗结构熔化并形成AlGeSi密封剂，从而密封MEMS器件。在一个实施方式中，铝锗结构包括叠盖铝层的锗层。

在一个实施方式中，该方法还部分地包括：在第一衬底中在铝锗结构下方形成粘合层。在一个实施方式中，该方法还部分地包括：在铝锗结构和粘合层之间形成氧化铝层。在一个实施方式中，粘合层是氮化钛层。在一个实施方式中，该方法还部分地包括：在第二衬底中在多晶硅层下方形成氧化铝层。在一个实施方式中，该方法还部分地包括：在第二衬底中在多晶硅层下方形成多晶硅化金属层。在一个实施方式中，该方法还部分地包括：在第二衬底中在氧化铝层下方形成粘合层。

根据本发明的一个实施方式，一种使用第二半导体衬底密封形成在第一半导体衬底中的MEMS器件的方法部分地包括：在第一衬底中或第一衬底上形成硅化物层；在第一衬底的硅化物层上形成铝锗结构；在第二衬底的衬底中或第二衬底的衬底上形成硅化物层；用第二衬底覆盖第一衬底，以使第一衬底的铝锗结构接触第二衬底的硅化物层；以及在第一衬底和第二衬底之间进行共晶键合，以使铝锗结构熔化并形成AlGeSi密封剂，从而密封MEMS器件。

根据本发明的一个实施方式，一种使用第二半导体衬底密封形成在第一半导体衬底中的MEMS器件的方法部分地包括：在第二衬底之中或之上形成硅化物层；在第二衬底的硅化物层上形成铝锗结构；用第二衬底覆盖第一衬底，以使第二衬底的铝锗结构接触第一衬底的硅化物层；以及在第一衬底和第二衬底之间进行共晶键合，以使铝锗结构熔化并形成AlGeSi密封剂，从而密封MEMS器件。