資源描述：
《晶圓級(jí)鍵合技術(shù)的發(fā)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、晶圓級(jí)鍵合技術(shù)的最新發(fā)展2011-11-2419:37:28來源:SUSSMicroTcc評(píng)論:0點(diǎn)擊:179品圓片鍵合應(yīng)用于MEMS工業(yè)已達(dá)數(shù)十年吋間，業(yè)界有責(zé)任建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)定氣密性、鍵合強(qiáng)度、缺陷檢測(cè)、批量生產(chǎn)設(shè)備。而高級(jí)CMPJ2藝、硅垂直深孔刻蝕、金屬填充互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展將促使CMOS工業(yè)繼續(xù)進(jìn)步。MEMS和CMOS生產(chǎn)制造技術(shù)的交叉徹底變革了整個(gè)市場。ShariFarrens博士晶圓鍵合部?首席科學(xué)家SUSSMicrolec1.引言晶圓級(jí)MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）鍵合技術(shù)應(yīng)用于住產(chǎn)加速度計(jì)、壓力傳感器和陀螺儀等領(lǐng)域已數(shù)十年。汽車
2、工業(yè)一直以來都是這些MEMS器件的主要最終川戶。但近期例如手機(jī)和游戲機(jī)產(chǎn)業(yè)的需求導(dǎo)致MEMS消費(fèi)類產(chǎn)品市場爆發(fā)性增長，使得這一行業(yè)發(fā)生了巨大變化。最重大的變化可能就是更大的市場和更低的成本耍求。同時(shí)，集成MEMS器件和CMOS控制器或其它IC部件的需求，使得該技術(shù)研究開始轉(zhuǎn)向關(guān)注怎樣才能制造這些器件。MEMS的晶圓級(jí)鍵介方式以往主要為陽極鍵合和玻璃漿料鍵合。這兩種鍵合方式在產(chǎn)品使用壽命期間，都具冇I?分良好的氣密性，并JI對(duì)于上游制造方而的嚴(yán)苛耍求如顆粒沾污和表層形貌，都具有相對(duì)良好的適應(yīng)性。然而，這些方法并不能解決極限尺寸、集成度和垂直封
3、裝的問題。2.高級(jí)MEMS鍵合要求新型MEMS芯片需要滿足更小產(chǎn)品尺寸的要求。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最合適的方式應(yīng)當(dāng)是金屬封裝技術(shù)。相比其它材料，金屬具有更低的透氣性，因此叮以提供更好的氣密等級(jí)。金屬密封材料在晶圓片上占川更小的面積，晶圓也就可以容納更多的器件，所以在提高氣密性的同時(shí)，微機(jī)械部件的實(shí)際尺寸也減小了。金屬密封技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是，它為芯片提供了電通路。所以在設(shè)計(jì)芯片時(shí)可以引入垂肓互聯(lián)金屬層，實(shí)現(xiàn)晶圓堆疊和先進(jìn)封裝技術(shù)，從而進(jìn)一步減小芯片尺寸，降低成本。3.金屬鍵合技術(shù)金屬鍵合技術(shù)大體上可以分為兩類：非熔化型擴(kuò)散法以及口平坦化（熔化）共熔品
4、反應(yīng)。在運(yùn)用這兩種技術(shù)吋，nJ*以根據(jù)所希望的技術(shù)參數(shù)和要求，分別選取適合的金屬系。金屬擴(kuò)散鍵合，是--種典型的熱壓力鍵合。首先，使金或銅沉積到需要連接的部件表面，然后將部件相互對(duì)準(zhǔn)后置入精密晶圓鍵合機(jī)，如SUSSMicroTec公司的CB200屮。鍵合機(jī)控制腔室內(nèi)氣氛，加熱加壓將部件鍵合到一起。擴(kuò)散鍵合是物質(zhì)界面間原子相互混合的結(jié)果，鍵合結(jié)果氣密性極好。對(duì)于表而粗糙度和形貌都符合一定要求的器件，擴(kuò)散鍵合是一種很好的選擇。鍵合屮，金屬層并不熔化，因此必須與需要鍵合的表而緊密接觸，對(duì)于粗糙農(nóng)而、表面有顆?；蚱渌砻嫒毕莸那闆r，這種鍵合方式就不
5、合適了。在共熔晶鍵合過程屮，兩種金屬熔合為合金并固化?？捎糜诠踩劬фI合的金屬材料有AuS,、AuSn、AuGe.CuSkAIGe,以及其它一些不常用的合金材料。共熔品鍵合過程中，基片上的金屬層在被稱為共熔溫度Te的特定溫度下相互熔合。合金沉積當(dāng)量或金屬層厚度決定了合金的合金溫度Te。金屬共熔示發(fā)生了數(shù)個(gè)重要的工藝變化。首先，金屬材料熔化會(huì)導(dǎo)致金屬層在結(jié)合而加速混合和消耗。這提供了一個(gè)良好的控制反應(yīng)，可以形成均勻界而。其次，金屬形成流體狀態(tài)，這樣在界面上，包括任何表面界形區(qū)域都可以口平坦化。最后，共熔品鍵合的重點(diǎn)是在重新凝固后使混合物形成晶體
6、結(jié)構(gòu)，從而獲得很高的熱穩(wěn)定性。因此在任何吋候T>Te時(shí)，晶圓鍵合中的合金過程并不會(huì)由于一定的合金比例成分而結(jié)束，而是在界而處形成一個(gè)更穩(wěn)定的熔融金相。4.金屬鍵合用于MEMS制造的優(yōu)勢(shì)金屬鍵介在MEMS器件制造時(shí)主要用于將器件密封于真空環(huán)境以及為裝運(yùn)而將器件封裝。圖1顯示了不同制造方法和封裝方式之間的區(qū)別。真空等級(jí)不夠低或者是隨著器件使用時(shí)間的增長，真空會(huì)降低，傳統(tǒng)鍵合方式的密封環(huán)必須很人，芯片尺寸也因此更人。在使用以金屬為介質(zhì)的鍵合技術(shù)示，密封環(huán)尺寸可以10倍的最級(jí)減小，MEMS器件尺寸也可相應(yīng)做得更小，一片晶圓片上就可容納更多芯片。據(jù)客
7、戶報(bào)告，因此在生產(chǎn)制造時(shí)總體成本卜?降達(dá)75%o圖1傳統(tǒng)的適用于引線鍵合封裝的陽極鍵合、玻璃漿料鍵合與金屬鍵合封裝的羌異對(duì)比示意圖切片后器件被封裝并裝配到控制線路板上，有源器件和無源辭件通過線焊相互連接。金屬鍵合時(shí)，金屬層垂直連接,重新分布，或直接與炸球連接，同時(shí)MEMS器件可以被堆疊于其它部件的頂部，這樣整體上減小了封裝尺寸，降低了復(fù)雜程度。5.其它注意事項(xiàng)金屬沉積層會(huì)影響鍵合結(jié)果的質(zhì)量。金屬沉積層通常M3-5um。與此相比，玻璃漿料鍵合時(shí)，漿料層厚達(dá)30-150umo當(dāng)覆蓋層不合適時(shí)，圖形化密封環(huán)的寬反會(huì)達(dá)到兒十微米以上。沉積層的產(chǎn)牛?
8、方法包括電鍍、化學(xué)氣和沉枳、濺射和蒸發(fā)。濺射和蒸發(fā)很少使用，因?yàn)檫@兩種方式對(duì)目前的厚度要求，沉積速率太慢，不夠經(jīng)濟(jì)。不同的方式導(dǎo)致不同的金屬層純度和顆粒尺寸。在大多數(shù)金屬鍵合技術(shù)
