本發(fā)明屬于半導體集成電路制造，特別是涉及一種晶圓級轉移結構及其轉移方法。

背景技術：

1、微機電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical?system,mems)通過機電敏感結構與執(zhí)行結構、處理電路等的系統(tǒng)級集成，實現(xiàn)集信息傳感、處理、存儲、傳輸甚至執(zhí)行等功能的系統(tǒng)級芯片，是一種超越摩爾的技術。實現(xiàn)機、電集成是mems技術的發(fā)展目標，但是集成技術的發(fā)展并不順暢。

2、早在20世紀80年代就出現(xiàn)了機電傳感器與處理電路單片集成的mems產(chǎn)品，但是實踐中也發(fā)現(xiàn)了單片集成技術存在一系列問題。首先，為了實現(xiàn)單片集成，必須優(yōu)化加工技術和相關材料，使之同時滿足機電功能結構與集成電路的需求，而機電功能結構與集成電路對加工技術的要求存在不一致之處，折中優(yōu)化在顯著增加技術復雜性的同時也不可避免地使兩者的性能均略有下降。其次，集成電路與mems技術的發(fā)展進程不同，維持單片集成工藝線先進性的成本異常高昂。集成電路技術遵循摩爾定律快速發(fā)展，目前最小線寬已小于5nm，cmos器件的頻率等性能也隨最小線寬下降而提高。而另一方面，慣性傳感器等很多mems器件的性能會隨著結構尺寸的減小而下降，mems加工技術在最小線寬等指標的發(fā)展速度顯著慢于集成電路技術。在跟隨摩爾定律發(fā)展集成電路加工技術的同時維持對mems技術的支持無疑將顯著增加工藝線的研發(fā)成本。另外，單片集成mems產(chǎn)品的流片周期也顯著長于分立產(chǎn)品，并且單片集成的mems產(chǎn)品的測試難度也顯著高于分立的mems產(chǎn)品，單片集成mems產(chǎn)品的研發(fā)周期長、研發(fā)成本高。

3、自20世紀90年代以來，主流mems產(chǎn)品一般采用分立加工，然后在封裝階段與處理電路實現(xiàn)系統(tǒng)級集成的技術路線。然而采用系統(tǒng)級封裝技術實現(xiàn)mems與集成電路的集成可以對mems與集成電路獨立優(yōu)化，在研發(fā)周期和研發(fā)成本等方面均有顯著優(yōu)勢，但該類技術路線不可避免地會犧牲集成度和體積，制備效率也較低，另外系統(tǒng)級封裝技術引入的寄生效應也顯著大于單片集成技術。顯然，在保持性能和成本優(yōu)勢的同時提高集成度和制備效率、減小體積和寄生效應是系統(tǒng)級封裝集成技術的發(fā)展方向。

4、應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的，不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓級轉移結構及其轉移方法，用于解決現(xiàn)有技術中mems集成封裝的集成度和寄生效應的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種晶圓級轉移方法，所述方法包括：

3、提供第一晶圓；

4、于所述第一晶圓上形成mems芯片，設置連接柱，使所述第一晶圓與所述mems芯片之間僅通過所述連接柱連接，所述第一晶圓和所述mems芯片之間顯露出所述連接柱的懸空部分；

5、將所述第一晶圓通過所述mems芯片與第二晶圓鍵合，使所述mems芯片和所述第二晶圓之間形成有效電連接；

6、使所述連接柱的懸空部分變形至斷裂，使所述mems芯片從所述第一晶圓轉移到所述第二晶圓上。

7、可選地，所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時對所述連接柱產(chǎn)生的沿所述連接柱軸向的正應力的絕對值小于所述連接柱的斷裂應力的絕對值，所述斷裂應力為所述連接柱橫截面上能承受的不斷裂的最大壓縮應力；所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時對所述連接柱產(chǎn)生的沿所述連接柱軸向的正應力絕對值小于所述連接柱的屈曲應力的絕對值，所述屈曲應力為使所述連接柱的諧振頻率下降為0而發(fā)生屈曲的正應力；所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時對所述連接柱產(chǎn)生的沿所述連接柱軸向的正應力的絕對值小于鍵合溫度下所述連接柱的屈服應力的絕對值，所述屈服應力為使所述連接柱發(fā)生屈服的最小正應力。

8、可選地，所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時，所述第一晶圓的工藝溫度為t1，所述第二晶圓的工藝溫度為t2，ɑ為所述連接柱的熱膨脹系數(shù)，r為第一晶圓的半徑，ws為所述連接柱斷裂時所述mems芯片相對所述第一晶圓的最小位移，則所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時滿足：

9、可選地，使所述連接柱的懸空部分變形至斷裂的方法為：對所述連接柱連接的所述第一晶圓和所述第二晶圓的表面分別施加橫向剪切力，兩個所述橫向剪切力方向相反、大小相同。

10、可選地，所述橫向剪切力對所述連接柱引起的表面最大應力的絕對值大于所述連接柱的斷裂應力的絕對值。

11、可選地，使所述連接柱的懸空部分變形至斷裂的方法為：使所述連接柱連接的所述第一晶圓表面溫度為t3，所述第二晶圓的表面溫度為t4，則設置使距離所述第一晶圓中心大于r1的所述連接柱均斷裂；再同時向所述第一晶圓與所述第二晶圓施加大小相等、方向相反的作用力，使其他的所述連接柱均斷裂。

12、可選地，所述連接柱包括位于所述mems芯片內(nèi)的芯片部分h、所述第一晶圓與所述mems芯片之間的懸空部分l和位于所述第一晶圓內(nèi)的晶圓部分la，la為1-50微米，l為5-80微米。

13、可選地，所述mems芯片上的所述連接柱遠離所述第一晶圓的表面設置有第一焊盤，所述第二晶圓靠近所述連接柱的表面設置有第二焊盤，所述mems芯片通過所述第一焊盤與所述第二晶圓上的所述第二焊盤進行連接。

14、可選地，所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合方式包括金金熱壓焊、金硅共融、金錫焊料鍵合、銅錫焊料鍵合、銅銅熱壓焊中的一種或一種以上的任意組合。

15、本發(fā)明還提供一種晶圓級轉移結構，所述晶圓級轉移結構使用上述任意一種所述的晶圓級轉移方法得到。

16、如上，本發(fā)明的晶圓級轉移結構及其轉移方法，具有以下有益效果：

17、本發(fā)明通過制備mems芯片后轉移到晶圓上集成的方法，提高了mems芯片在晶圓上可以實現(xiàn)的集成度；

18、本發(fā)明利用面對面鍵合的方式轉移mems芯片，從而避免了引線鍵合產(chǎn)生的寄生效應；

19、本發(fā)明通過直接在晶圓上制備mems芯片，提高了mems集成電路的制備效率；

20、本發(fā)明配合溫度差和施加應力的方法，降低了工藝復雜度。

技術特征：

1.一種晶圓級轉移方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時對所述連接柱產(chǎn)生的沿所述連接柱軸向的正應力的絕對值小于所述連接柱的斷裂應力的絕對值，所述斷裂應力為所述連接柱橫截面上能承受的不斷裂的最大壓縮應力；

3.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時，所述第一晶圓的工藝溫度為t1，所述第二晶圓的工藝溫度為t2，ɑ為所述連接柱的熱膨脹系數(shù)，r為第一晶圓的半徑，ws為所述連接柱斷裂時所述mems芯片相對所述第一晶圓的最小位移，則所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合時滿足：

4.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，使所述連接柱的懸空部分變形至斷裂的方法為：對所述連接柱連接的所述第一晶圓和所述第二晶圓的表面分別施加橫向剪切力，兩個所述橫向剪切力方向相反、大小相同。

5.根據(jù)權利要求4所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，所述橫向剪切力對所述連接柱引起的表面最大應力的絕對值大于所述連接柱的斷裂應力的絕對值。

6.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，使所述連接柱的懸空部分變形至斷裂的方法為：使所述連接柱連接的所述第一晶圓表面溫度為t3，所述第二晶圓的表面溫度為t4，則設置使距離所述第一晶圓中心大于r1的所述連接柱均斷裂；再同時向所述第一晶圓與所述第二晶圓施加大小相等、方向相反的作用力，使其他的所述連接柱均斷裂。

7.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，所述連接柱包括位于所述mems芯片內(nèi)的芯片部分h、所述第一晶圓與所述mems芯片之間的懸空部分l和位于所述第一晶圓內(nèi)的晶圓部分la，la為1-50微米，l為5-80微米。

8.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，所述mems芯片上的所述連接柱遠離所述第一晶圓的表面設置有第一焊盤，所述第二晶圓靠近所述連接柱的表面設置有第二焊盤，所述mems芯片通過所述第一焊盤與所述第二晶圓上的所述第二焊盤進行連接。

9.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級轉移方法，其特征在于，所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合方式包括金金熱壓焊、金硅共融、金錫焊料鍵合、銅錫焊料鍵合、銅銅熱壓焊中的一種或一種以上的任意組合。

10.一種晶圓級轉移結構，其特征在于，所述晶圓級轉移結構使用權利要求1-9中任意一項所述的晶圓級轉移方法得到。

技術總結
本發(fā)明提供一種晶圓級轉移結構及其轉移方法，晶圓級轉移方法包括：于第一晶圓制備MEMS芯片，MEMS芯片與第一晶圓僅通過連接柱進行連接；將第二晶圓與第一晶圓通過MEMS芯片進行鍵合；對第一晶圓和第二晶圓的表面施加橫向剪切力或溫度差，使連接柱的懸空部分變形至斷裂，使MEMS芯片從第一晶圓轉移到第二晶圓上。本發(fā)明通過制備MEMS芯片后轉移到晶圓上集成的方法，提高了MEMS芯片在晶圓上可以實現(xiàn)的集成度；同時利用面對面鍵合的方式轉移MEMS芯片，從而避免了引線鍵合產(chǎn)生的寄生效應；另外通過直接在晶圓上制備MEMS芯片，提高了MEMS集成電路的制備效率；最后，配合溫度差和施加應力的方法，降低了工藝復雜度。

技術研發(fā)人員：孫珂,楊恒,李昕欣
受保護的技術使用者：中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10