專利名稱：用于連結(jié)基片的處理和復(fù)合元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于連結(jié)一般基片的處理并特別涉及用于連結(jié)具有電、半導(dǎo)體、機(jī)械和/或光學(xué)部件的基片的處理，和一種復(fù)合元件。
背景技術(shù)：
連結(jié)技術(shù)在技術(shù)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。作為實(shí)例，這一方面的參考例如形成電子部件的外殼(housing)，通過(guò)它將電子電路包封起來(lái)。
例如，在已知的處理中，半導(dǎo)體芯片上的或者仍然連結(jié)于半導(dǎo)體晶片的部件或者集成電路安裝有外殼并具有電連結(jié)觸點(diǎn)。如果在仍然與晶片相連時(shí)，安裝芯片或者集成電路并且使芯片的接觸區(qū)域與導(dǎo)向到外部的外殼觸點(diǎn)相連，這種安裝方法通常被稱作晶片級(jí)封裝處理。它還已知用于包封單個(gè)芯片或單元片(die)，其稱作單單元片封裝。
這些處理使用例如環(huán)氧樹(shù)脂粘著性地鍵合部件。然而，粘著性連結(jié)的缺點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性低、光學(xué)性能差和部件有被粘著劑污染的危險(xiǎn)。而且，粘著部位要進(jìn)行時(shí)效處理，會(huì)伴隨產(chǎn)生連結(jié)質(zhì)量的降低。
人們主要已知的連結(jié)技術(shù)或者處理還包括所謂的鍵合。一種特殊類型的鍵合被稱為陽(yáng)極鍵合，其中在熱的作用下向界面施加電壓，驅(qū)動(dòng)電荷載流子擴(kuò)散。
盡管鍵合技術(shù)與環(huán)氧樹(shù)脂連結(jié)相比有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是它們的應(yīng)用很受限制，使得它們不靈活。
作為實(shí)例，陽(yáng)極鍵合的不利限制是材料數(shù)目非常有限，因?yàn)椴牧现斜仨毦哂须姾奢d流子。例如，陽(yáng)極鍵合典型地需要含有堿金屬的材料。因此，陽(yáng)極鍵合不能適用于廣泛的應(yīng)用。對(duì)于其它鍵合處理也有同樣的實(shí)際情況。
而且，鍵合處理不涉及任何堆建(build-up)，因此迄今為止它們僅適合于平面平行連結(jié)(plane-parallel connection)。這也大大地限制了它們的應(yīng)用范圍。
無(wú)論如何，還是非常需要通用而改良的連結(jié)處理。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種連結(jié)技術(shù)，其使用廉價(jià)而通用，特別是能夠快速而有效地發(fā)揮作用。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種連結(jié)技術(shù)，其基本上不受待連結(jié)的部件或者基片所用材料類型的限制，且特別地還適合于敏感基片。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種連結(jié)技術(shù)，其連結(jié)具有很高的化學(xué)和/或物理穩(wěn)定性，從而確保持久密封的連結(jié)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種連結(jié)技術(shù)，其允許產(chǎn)生空腔或空穴。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種連結(jié)技術(shù)，其不僅適合于電力和電子部件還適合于光學(xué)、電光學(xué)、電子機(jī)械和/或光機(jī)電系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的能夠通過(guò)附加權(quán)利要求的主旨以非常簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利改進(jìn)點(diǎn)在從屬權(quán)利要求中加以限定。
本發(fā)明提出了一種用于連結(jié)至少兩個(gè)基片的處理，特別地這些基片具有電、半導(dǎo)體、機(jī)械和/或光學(xué)部件。
基片優(yōu)選地用如下的一種或多種材料制成，包括玻璃、陶瓷、或者半導(dǎo)體材料，特別是硅、III-V如GaAs或者GaAlxAs1-x(VCSELs)、II-VI InP(LEDs)以及其它有機(jī)或無(wú)機(jī)材料，例如金屬，如科瓦鐵鎳鈷合金。
特別地，在提供了第一基片之后，通過(guò)在第一基片的第一表面上構(gòu)建產(chǎn)生連結(jié)元件或者將其添加到第一基片的第一表面。第二基片可以類似地構(gòu)建或者選擇地被解構(gòu)(unstructured)。
然后，在提供了第二基片之后，通過(guò)連結(jié)元件將第一和第二基片連結(jié)起來(lái)。特別地，第二基片的表面與連結(jié)元件的表面相連，連結(jié)可以是暫時(shí)的，例如在進(jìn)一步的處理步驟期間提供保護(hù)，也可以持久的。這樣，便能夠用單單元片技術(shù)或者作為晶片級(jí)封裝的一部分以非常簡(jiǎn)單的方式形成復(fù)合元件，例如密封或者包封的(housed)芯片或單元片。
在晶片級(jí)封裝的實(shí)例中，第一和第二基片分別由第一和第二晶片形成。通過(guò)蒸鍍(evaporation coating)在圍繞每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域或后續(xù)芯片的第一基片的第一表面上設(shè)置框，從而產(chǎn)生大量橫向相鄰和/或橫向相間的框。在兩個(gè)晶片被連結(jié)形成晶片組件之后，隨后特別地通過(guò)鋸切在框之間進(jìn)行切片從而形成單個(gè)芯片。因此有利地是，在單個(gè)工作步驟中同時(shí)包封了大量的芯片。
該包封特別適合于電子部件，尤其是半導(dǎo)體、光學(xué)和/或微機(jī)械系統(tǒng)。
其可能應(yīng)用的范圍非常廣泛，例如，根據(jù)本發(fā)明的處理特別適合于包封微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微光學(xué)系統(tǒng)(MOMS)、微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)或者待連結(jié)的位于兩基片之一上的傳統(tǒng)半導(dǎo)體區(qū)域或者元件。在該應(yīng)用中，連結(jié)元件形成微機(jī)械部件的選擇性暫時(shí)停止(optionally temporary stop)，例如微開(kāi)關(guān)，或者微透鏡。
連結(jié)元件優(yōu)選地是框或者鍵合框，其沉積在兩基片之一的第一表面上，并且在沉積期間持久而牢固地連結(jié)于第一基片。該框的層厚度高出基片的第一表面從而提供了合適的鍵合表面。
特別當(dāng)框通過(guò)多級(jí)構(gòu)建處理(multi-stage structuring process)加以提供時(shí)，框?yàn)橐粋€(gè)或者多個(gè)進(jìn)一步的基片提供了全部或者至少部分的鍵合表面。
已經(jīng)證明，特別有利的是，框用二元系(binary system)材料，特別是玻璃，或者用玻璃質(zhì)材料在第一表面上沉積或者蒸鍍形成。所用的玻璃特別的是硅酸鹽或者硼硅酸鹽玻璃，例如SCHOTT Glas制造的蒸鍍玻璃8329和/或G018-189。這種蒸鍍或者沉積處理的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，絕緣玻璃層的應(yīng)用從室溫升至大約150℃，從而甚至在金屬基片的實(shí)例中，基片表面也不可能出現(xiàn)損壞或者氧化。關(guān)于這些內(nèi)容可以參考專利申請(qǐng)DE 202 05 830.1，于2002年4月15日提出申請(qǐng)；
DE 102 22 964.3，于2002年5月23日提出申請(qǐng)；DE 102 22 609.1，于2002年5月23日提出申請(qǐng)；DE 102 22 958.9，于2002年5月23日提出申請(qǐng)；DE 102 52 787.3，于2002年11月13日提出申請(qǐng)；DE 103 01 559.0，于2003年1月16日提出申請(qǐng)，它們的申請(qǐng)人相同，因此本文特別引用其公開(kāi)內(nèi)容作為參考。
因此，所用的連結(jié)元件或者框優(yōu)選地是結(jié)構(gòu)化(structured)的玻璃層，其通過(guò)例如蒸鍍施加并通過(guò)掩模加以構(gòu)建。已經(jīng)證明，光刻處理適合于該構(gòu)建，光刻處理使用例如光刻膠，被特稱為lift-off(抬離)技術(shù)，且為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
然而，也可能使用掩模，其在蒸鍍期間被例如粘著連結(jié)于基片或者被布置在靶與基片之間。
根據(jù)本發(fā)明的連結(jié)元件，特別是通過(guò)蒸鍍施加作為框的玻璃層，具有大量的優(yōu)點(diǎn)。
首先，玻璃對(duì)于溶劑、酸和堿具有特別優(yōu)良的穩(wěn)定性、密封性和化學(xué)穩(wěn)定性。這些性質(zhì)與硼硅酸鹽玻璃的性質(zhì)一致。
連結(jié)元件的橫向位置非常精確，尤其是在使用光刻構(gòu)建方法的時(shí)候。
通過(guò)蒸鍍施加的連結(jié)元件能夠具有非常精確的橫向尺寸和高度。在本發(fā)明人能夠確認(rèn)的范圍之內(nèi)，這甚至基本上不受所用構(gòu)建方法的影響。
而且，連結(jié)元件或框能夠作為組件的一部分以低成本例如以晶片級(jí)或者成批地加以制造。
而且，該處理非常清潔，因此特別適合于例如MEMS，其中框甚至可以通過(guò)蒸鍍直接沉積在由MEMS或者其它部件構(gòu)成的基片上。
框的制造，或者玻璃層的構(gòu)建優(yōu)選地在低溫下進(jìn)行，從而能夠保留例如抗蝕劑掩模，并還可以用溶劑，如丙酮，加以除去。因此，該處理也適合于對(duì)溫度敏感的基片，例如塑料基片或有機(jī)基片。
而且，制造連結(jié)元件或者構(gòu)建玻璃層不使用強(qiáng)腐蝕性氣體和/或液體，結(jié)果也可使用敏感的基片。
特別地，下列技術(shù)適合于連結(jié)兩個(gè)基片或者將第二基片連結(jié)于框或者鍵合框粘著連結(jié)、焊接和/或鍵合。
下文清晰地闡明了本發(fā)明的超凡優(yōu)點(diǎn)。該連結(jié)技術(shù)的應(yīng)用范圍極其廣泛，而且即使當(dāng)一個(gè)基片或者兩個(gè)基片的材料本身不適合陽(yáng)極鍵合時(shí)，例如無(wú)堿金屬的玻璃，如SCHOTT Glas制造的AF45、AF37或者AF32，也可能通過(guò)連結(jié)元件對(duì)基片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合。如果適當(dāng)?shù)脑?，在兩個(gè)基片的每一個(gè)上都施加或者蒸鍍一個(gè)連結(jié)元件。
用陽(yáng)極可鍵合材料制成的框，特別是用堿金屬玻璃制成的框，可用于陽(yáng)極鍵合。該框可以用鍵合層通過(guò)例如被稱作直接鍵合于玻璃基片上的方法與玻璃基片相連。
作為陽(yáng)極鍵合的替代，其他合適的處理包括熔化鍵合、溶膠-凝膠鍵合和/或低溫鍵合。本領(lǐng)域技術(shù)人員完全熟悉這些處理。然而，本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)與此有關(guān)，因?yàn)檎翦儾牧匣蛘哝I合框的材料能夠與期望的處理相匹配，而與基片材料無(wú)關(guān)。因此，用幾乎任何期望材料制成的基片都能夠通過(guò)連結(jié)元件用幾乎任何鍵合處理加以結(jié)合，結(jié)果開(kāi)啟了全新的具有巨大潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。
作為選擇或者擴(kuò)充，框的表面被金屬化，然后被合金焊接或者軟焊接。如果適當(dāng)?shù)脑挘瑢?duì)鍵合表面進(jìn)行活化。
作為實(shí)例，用作第一和/或第二基片材料的晶片或者芯片用半導(dǎo)體材料例如硅、有機(jī)材料、玻璃特別是硅酸鹽或者硼硅酸鹽玻璃如Borofloat 33、陶瓷或者金屬制造。
特別地，框是連續(xù)的，例如用直的或者彎曲的金屬網(wǎng)條(web)形成的多邊形、圓形或者任何其他期望的形狀，且第二基片以密封的方式牢固而持久地與框相連。這在框內(nèi)部形成了密封或者包封區(qū)域，使第一和第二基片彼此隔離，特別是在框內(nèi)形成了空穴或者空腔。因此，在第一基片的表面上，至少框內(nèi)的區(qū)域保持沒(méi)有框材料。然而，選擇地，也可能在金屬網(wǎng)條施加具有中斷的開(kāi)口框，以除去空腔。
特別地，框的厚度與特殊的應(yīng)用相匹配，在兩個(gè)基片之間形成空腔。已證明適合于上述應(yīng)用的蒸鍍厚度范圍為100μm-1μm，優(yōu)選地為10μm-2μm或4μm。原理上，有可能獲得1mm-0.1μm或10nm的厚度，且＜10μm或者＜3μm的厚度是特別優(yōu)選的，盡管還可能獲得＜0.5μm的厚度。
鍵合表面的寬度可以有很大變化，基本上只受能夠獲得的用于構(gòu)建處理的掩模高寬比的限制。寬框可以具有寬度達(dá)數(shù)毫米的金屬網(wǎng)條或者甚至可以占據(jù)基片的整個(gè)表面。
框具有的結(jié)構(gòu)或者金屬網(wǎng)條的寬度優(yōu)選地≤10mm，特別地≤1mm或者≤100μm，特別優(yōu)選地為1μm-500μm。在極窄的框中，可能獲得＜100nm或者甚至只有數(shù)十納米的金屬網(wǎng)條寬度。與例如簡(jiǎn)單的絲網(wǎng)印刷不同，不受材料晶粒尺寸所施加的限制。
根據(jù)本發(fā)明，lift-off技術(shù)還能夠用簡(jiǎn)單的方法為微結(jié)構(gòu)/納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生好的高寬比，例如3μm/2μm＝3∶2。結(jié)果，有可能獲得＞1或者＞1.5的高寬比。
因此，利用根據(jù)本發(fā)明的處理，可能有利于制造非常窄但非常厚或者高的框，從而在被組合的基片之間產(chǎn)生足夠的距離，同時(shí)能節(jié)省橫向空間。
此外，本發(fā)明人確定出，窄框能夠特別良好地加以鍵合并且具有優(yōu)良的密封。另一方面，據(jù)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)乜刂茪夥?，甚至金屬網(wǎng)條寬度為5μm或10μm-1000μm的窄框或玻璃框也能夠?qū)γ芊庹值臍怏w、濕氣和侵蝕性介質(zhì)的形成有效擴(kuò)散屏障。
作為實(shí)例，在空腔內(nèi)布置和包封或者密封MEMS、MOMS、MOEMS和/或硅芯片或晶片的半導(dǎo)體區(qū)域。
此外，有可能在框內(nèi)設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)支持元件，例如支持點(diǎn)或者區(qū)域，它們布置在框內(nèi)第一基片的第一表面上，這優(yōu)選地與框的制造在相同的處理步驟中實(shí)現(xiàn)。支持元件和/或框具有連續(xù)的框形狀，例如圓形、多邊形或者橢圓形，但也可以是框形狀的一部分，例如直線、彎角、圓形部分、點(diǎn)，并且基本上起隔離物的作用。
優(yōu)選地用鍵合框的上平面作為鍵合表面，也就是基本上平行于基片表面延伸的蒸鍍玻璃表面。在這種情況下，所施加的框具有限定第一基片與一個(gè)或多個(gè)第二基片之間預(yù)定距離的功能。
作為選擇，在使用部分框(partial frame)相對(duì)于第一基片安裝第二基片期間，有可能形成精確的預(yù)定傾角。例如對(duì)于光學(xué)帽(opticalcap)，傾斜的設(shè)計(jì)是有利的，其被稱作“單VCSEL封裝”，以便利用監(jiān)視二極管(monitor diode)激光的部分反射。因此，在連結(jié)狀態(tài)下，第一和第二基片特別地相互平行或者彼此相對(duì)傾斜。
此外，作為選擇，還可能用框的側(cè)壁作為鍵合表面。而且，非平面表面也有可能用玻璃加以鍍覆。
根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的改進(jìn)，多個(gè)框彼此相互嵌套。這成倍地提高了密封和可靠性。
此外，在框的內(nèi)部或者嵌套框之間可以引入用于連結(jié)目的的粘合劑。選擇地，在連結(jié)第一和第二基片之前，將預(yù)定的流體，也就是預(yù)定的非空氣氣體、液體和/或微粒引入到嵌套框之間的空腔或者空間內(nèi)。流體能夠流過(guò)該空間或者通道，并且可以包括冷卻液、傳感液(sensing liquid)、濾色器和/或一種或多種反應(yīng)氣體。
在保證其上面的兩個(gè)基片和/或部件在被包封狀態(tài)下彼此不相接觸的前提下，框優(yōu)選地具有最小的厚度。
根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施例，在其中一個(gè)基片，例如在第一基片上布置互連，例如用于接觸連結(jié)半導(dǎo)體元件的互連。
優(yōu)選地，通過(guò)蒸鍍?cè)诨ミB上沉積呈框形狀的玻璃層，從而互連至少在部分區(qū)域上能夠密封地通過(guò)框或者被框包封?；ミB位于金屬網(wǎng)條一端或兩端上的部分優(yōu)選地保持潔凈，從而允許隨后的接觸連結(jié)。在每種情況下，框的一個(gè)金屬網(wǎng)條或邊緣優(yōu)選地橫貫該互連。因此在將框與第二基片連結(jié)起來(lái)之后，互連通過(guò)框從外部以密封的方式進(jìn)入到空腔內(nèi)?；ミB不僅可以相對(duì)于第一基片橫向引出，而且可以垂直引出，并且可以以這種方式延伸通過(guò)連結(jié)元件，從而形成橫向或者垂直通過(guò)密封的電連結(jié)。
如果適當(dāng)?shù)脑?if appropriate)，在第一基片的第一表面上制造出框之后，或者更特別地通過(guò)蒸鍍施加框之后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光或者其他合適的處理特別粗糙地對(duì)框進(jìn)行平面化。這有利地補(bǔ)償了由于互連的厚度導(dǎo)致的不均勻，從而形成均勻的鍵合。
而且，使第二表面位于第一表面的相對(duì)側(cè)，能夠在第一基片的第一表面或第二表面上制造對(duì)準(zhǔn)元件或器材(aid)。這種呈例如框、點(diǎn)和或線形式的對(duì)準(zhǔn)器材有利于透鏡系統(tǒng)或者其他光學(xué)或機(jī)械部件的對(duì)準(zhǔn)。
此外，優(yōu)選地在第一基片的第二表面上，也就是其背表面上，制造另一個(gè)連結(jié)元件，以便連結(jié)多個(gè)基片形成堆疊。這也優(yōu)選地在切片之前執(zhí)行，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)量。
在下文中，將根據(jù)示例性實(shí)施例并參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中相同和類似的元件用相同的指代符號(hào)表示，且各種示例性實(shí)施例的特征能夠彼此組合。


附圖中圖1a-e顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一例證性實(shí)施例制造基片組件的各個(gè)處理階段的粗略剖面圖，圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明第二例證性實(shí)施例的基片上嵌套鍵合框的平面圖，圖3顯示了沿圖2中A-A線的粗略剖面圖，圖4顯示了圖3中C區(qū)的放大剪選部分，圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第三例證性實(shí)施例的基片上嵌套鍵合框的粗略平面圖，圖6顯示了沿圖5中D-D線的粗略剖面圖，圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明第四例證性實(shí)施例的具有大量鍵合框的晶片的粗略平面圖，圖8a顯示了圖7中E區(qū)的放大剪選部分，圖8b顯示的與圖8a相同，但具有通過(guò)蒸鍍施加的玻璃層，
圖8c顯示的與圖8a相同，但隨后進(jìn)行l(wèi)ift-off步驟，圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明第四例證性實(shí)施例的鍵合之后的剪選部分的粗略剖面圖，圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的第五例證性實(shí)施例具有通過(guò)蒸鍍加以覆蓋的互連的晶片剪選部分的粗略平面圖，圖11顯示了圖10中G區(qū)沿H-H線的剖面圖的放大圖，圖12a顯示了圖10中G區(qū)沿K-K線的剖面圖的放大圖，圖12b顯示的與圖12a相同，但顯示的是經(jīng)過(guò)平面化步驟之后，圖13顯示了鍵合框形狀的八個(gè)實(shí)例，圖14顯示了TOF-SIMS測(cè)量的結(jié)果，圖15顯示了結(jié)構(gòu)化玻璃層的光學(xué)顯微圖象，圖16顯示了本發(fā)明第六例證性實(shí)施例的光學(xué)顯微圖象，圖17顯示了本發(fā)明第七例證性實(shí)施例的光學(xué)顯微圖象，和圖18粗略地描述了具有用于滲透性試驗(yàn)(leaktightness test)的有孔掩模的晶片。
具體實(shí)施例方式
圖1a顯示了用金屬制成的基片2。選擇地，基片2還可以是硅、陶瓷或者玻璃基片。光刻膠4用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的處理施加到基片2上，并通過(guò)光刻形成圖案。在這種情況下，抗蝕劑層代表牢固粘著于基片的掩模。選擇地，還可能使用非牢固粘著的遮罩掩模(shadowmask)或者覆蓋掩模。
然后，參考圖1b，通過(guò)蒸鍍向基片2和光刻膠4施加由蒸鍍玻璃8329構(gòu)成的連續(xù)玻璃層6。
現(xiàn)在參考圖1c，用丙酮除去光刻膠4和位于它上面的玻璃層6的部分8。部分10仍保持與金屬基片2牢固連結(jié)。該處理被稱作lift-off處理，且為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
現(xiàn)在參考圖1d，基片2被保留下來(lái)，并具有處于鍵合框10形式的結(jié)構(gòu)化(structured)的玻璃層。
如圖1e所示，用硅制成的覆蓋基片12被陽(yáng)極鍵合在鍵合框10上從而形成復(fù)合元件20，該鍵合位置用14表示。由于鍵合框10的厚度或高度H，形成了高度為H’的空腔16，其高度不會(huì)顯著大于H，從而上基片12上的半導(dǎo)體部件18與金屬基片2具有一定的距離。
再次參考圖1b，玻璃層6通過(guò)電子束蒸發(fā)加以施加。盡管該處理已經(jīng)為人所知有好幾年了，但是迄今為止，它主要用于塑料或玻璃眼鏡的機(jī)械和光學(xué)表面處理，只涉及大面積層(areal layer)的應(yīng)用。
蒸鍍玻璃(脫氣的Duran)8329可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)4μm/min的蒸鍍速度，特別地為＞10nm/min或者＞100nm/min。大約500nm/min的速度是特別優(yōu)選的。這超過(guò)例如濺射速度數(shù)倍，使得該處理對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用具有巨大的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)橛梢辉到y(tǒng)，例如SiO2，構(gòu)成的濺射層只能夠以每分鐘幾個(gè)納米的濺射速度加以施加。
給連續(xù)玻璃層6設(shè)定如下的參數(shù)以便將其施加到金屬基片2上蒸鍍期間的BIAS溫度100℃蒸鍍期間的壓力10-4mbar。
而且，所使用的金屬基片2的表面粗糙度＜50μm，所選用的蒸鍍玻璃的熱膨脹系數(shù)(CTE)的中等dila-thermal方式與金屬基片2和/或上基片12相匹配。玻璃8329的CTE為3.3ppm/K，幾乎與硅的CTE對(duì)應(yīng)。
通過(guò)使用強(qiáng)烈的測(cè)試，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由SCHOTT Glas制造的玻璃8329或G018-189特別適合于通過(guò)熱或電子束蒸發(fā)鍍覆金屬。這些蒸鍍玻璃對(duì)溶劑、濕氣(85°，85％，1000h)和溫度(T＜Tg)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。而且，玻璃即使在低溫下(＜100℃)也具有非常好的熱機(jī)械性能，因此適合于用作超導(dǎo)電子部件。另一方面，玻璃還能夠在高溫下(＞300℃)使用，因此還可以特別地用于功率電子裝置(powerelectronics)，例如功率CMOS部件。
圖2和3顯示了由四個(gè)鍵合框110a-110d構(gòu)成的布置，它們彼此嵌套，并在基片102上劃分出電子部件118的界限。
現(xiàn)在參考圖4，向框110a-110d的區(qū)域內(nèi)施加環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑124，使框的表面覆蓋粘合劑，且框之間的空間也填滿粘合劑。這提高了連結(jié)強(qiáng)度。而且，框能夠更順利地容納粘合劑，并簡(jiǎn)化了粘合劑連結(jié)處理。
如果適當(dāng)?shù)脑挘澈蟿┰谡婵障率┘?，以便改良粘合劑中空間收縮(suck)的方式。此外，使用多個(gè)框作為裂紋終止以增加復(fù)合元件的機(jī)械載荷承受能力，并增加可靠性。在這種情況下，多個(gè)框，其每一個(gè)都具有較小的金屬網(wǎng)條寬度b，比具有相同總金屬網(wǎng)條寬度B的單個(gè)實(shí)心框更加輕而穩(wěn)定。
現(xiàn)在參考圖5，在鍵合框210a-210d內(nèi)部布置點(diǎn)支持元件226和支持框228，用于支持上基片212和確?？涨坏母叨菻’處于部件218的范圍內(nèi)。
支持元件226和支持框228不與上基片212連結(jié)，而是后者僅僅松散地放置在它們上面。
現(xiàn)在參考圖7和8a-8c，下文解釋微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)的例證性實(shí)施例。結(jié)構(gòu)化的玻璃基片302被用作上基片用來(lái)包封圖象傳感器，作為晶片級(jí)封裝處理的一部分。在包封中需要空腔作為“隔離物”和“密封元件”?？涨辉试S微光學(xué)系統(tǒng)，例如微透鏡和/或微反射鏡，發(fā)揮作用。
由于玻璃基片302的光學(xué)功能，傳統(tǒng)的處理不適合于該應(yīng)用，或者不能夠提供廉價(jià)的解決方法。盡管材料去除處理，例如腐蝕、研磨、超聲波機(jī)械加工、噴砂處理或者擠壓在原理上能夠制造空腔，但是這些處理會(huì)對(duì)基片302的高品質(zhì)光學(xué)內(nèi)表面產(chǎn)生不良影響。因此，根據(jù)本發(fā)明，鍵合結(jié)構(gòu)通過(guò)堆建(build up)提供。
圖9圖解了具有多個(gè)矩形窗口部分303的硅玻璃基片302，每個(gè)窗口部分303都完全被光刻膠304覆蓋?；?02的熱機(jī)械性能與第二基片312相匹配，第二基片312是硅晶片并具有CMOS圖象傳感器(見(jiàn)圖9)?；?02用蒸鍍玻璃8329形成圖案，借此設(shè)置大量高度為5μm的框，基片302是經(jīng)過(guò)拋光的Borofloat 33晶片(CTE3.3ppm/K)，其直徑為150mm，厚度為500μm。
圖7和8a中的光刻膠304已經(jīng)被結(jié)構(gòu)化，并且在每個(gè)窗口部分303的周?chē)季哂芯匦伟枷?05?？刮g劑涂層包括，例如，厚度為10μm的AZ，光刻膠在所謂的掩模對(duì)準(zhǔn)器中加以曝光和顯影，然后通過(guò)所謂的“軟固化”(softcure)加以固化。這允許在例如丙酮中進(jìn)行后續(xù)的lift-off處理。
圖8b顯示了晶片表面，其在隨后的處理步驟中被蒸鍍了一個(gè)玻璃層。用光刻膠構(gòu)建的負(fù)片圖象被蒸鍍上一層厚度為5μm的玻璃層，該玻璃層用8329以大約每分鐘1μm的沉積速度形成?？涨坏暮罄m(xù)表面或者窗口部分303用光刻膠掩模加以保護(hù)，從而這些區(qū)域內(nèi)的蒸鍍玻璃不會(huì)與基片302接觸，而是沉積在光刻膠掩模上。在未被覆蓋的區(qū)域305內(nèi)，玻璃8329直接沉積在基片302上。
然后，通過(guò)lift-off技術(shù)除去位于抗蝕劑掩模上的沉積玻璃層區(qū)域。出于這個(gè)目的，在丙酮中溶解光刻膠。區(qū)域305中沒(méi)有光掩模(photomask)的沉積玻璃保留在基片302上，并形成處于鍵合框310矩陣形式的期望結(jié)構(gòu)。
圖8c顯示了lift-off處理步驟之后的晶片剪選部分。
現(xiàn)在參考圖9，結(jié)構(gòu)化的Borofloat 33晶片302隨后被陽(yáng)極鍵合到第二基片312上，第二基片312包括多個(gè)圖象傳感器318。因此其結(jié)果是大量的光電子復(fù)合元件320在晶片水平包封。
最后，通過(guò)沿著鋸切路徑326切片將單個(gè)的復(fù)合元件320分離開(kāi)。這種單個(gè)的復(fù)合元件320在半導(dǎo)體基片312上具有呈圖象傳感器318形式的光電子復(fù)合部件，其在圖9中有部分的圖解。
在半導(dǎo)體基片上，或者位于圖象傳感器318上面的晶片312上以及密封空腔318的內(nèi)部布置呈透鏡322形式的凸起的被動(dòng)光學(xué)部件。而且，在空腔316內(nèi)布置兩個(gè)可移動(dòng)的微反射鏡324。
透明的Borofloat 33基片302通過(guò)鍵合位置314陽(yáng)極鍵合在鍵合框310上，鍵合框的高度H為5μm，大于光學(xué)部件322和324的高度。結(jié)果形成了密封的、至少部分透明的外殼，其空腔高度與圖象傳感器318、微透鏡322和微反射鏡324一樣，大約為5μm。
由于根據(jù)本發(fā)明的處理，空腔316區(qū)域內(nèi)的基片玻璃302的光學(xué)功能基本上保持不受破壞。
根據(jù)本發(fā)明制造的框具有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即切片所需的鋸切路徑保持清晰。
進(jìn)一步，如下的改變是可能的如果基片302將會(huì)與另一個(gè)玻璃基片相連結(jié)，例如對(duì)于合金焊接或者陽(yáng)極鍵合，則鍵合層在lift-off處理步驟之前提供。出于這個(gè)目的，通過(guò)物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積金屬層作為鍵合層，或者通過(guò)CVD沉積多晶硅鍵合層。這樣，在lift-off處理期間，鍵合層與框310在同一個(gè)工作步驟中構(gòu)建。
特別是在密封鍵合的實(shí)例中，陽(yáng)極鍵合能夠在可控的、具有預(yù)定氣體成分和預(yù)定壓力的氣氛下執(zhí)行，從而使空腔316具有可控的和預(yù)定的氣氛。
此外，在空腔316中能夠包封氣體、生物和/或傳感液體、和/或微粒。
圖10圖解了具有多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域418的硅晶片402的剪選部分。半導(dǎo)體區(qū)域418通過(guò)互連430彼此接觸連結(jié)。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的相應(yīng)于圖1a-1d所示步驟的處理，鍵合框410的每一個(gè)都通過(guò)蒸鍍施加在屬于半導(dǎo)體區(qū)域的鋁互連上。選擇地，互連可以由金、鎢或者鈦鎢形成。金屬網(wǎng)條411-414形成矩形鍵合框410，橫貫地布置在互連430上。
這樣，特別是對(duì)于通過(guò)蒸鍍施加的鍵合框或玻璃框410，有可能覆蓋不能被陽(yáng)極鍵合的結(jié)構(gòu)，例如基片402上的互連430。結(jié)果形成了密封的覆蓋，特別是具有能夠通過(guò)互連430的密封路徑。在連結(jié)到上基片并沿著鋸切線426切片之后，形成了大量具有外部接觸的密封芯片。
圖11顯示了圖10中G區(qū)沿H-H線的剖面的放大剪選部分。
圖12a顯示了圖10中G區(qū)在連結(jié)到上基片之前沿K-K線的剖面的放大剪選部分。在該實(shí)例中，互連430具有2μm的相對(duì)大的厚度或高度，且橫貫簡(jiǎn)圖的平面。在蒸鍍期間，互連430的厚度導(dǎo)致鍵合框410的上表面415不平整。
現(xiàn)在參考圖12b，為了補(bǔ)償相對(duì)延長(zhǎng)的形貌和形成合適的平面鍵合框上表面415，后者通過(guò)CMP處理加以平面化。此外，還可能同時(shí)進(jìn)行顯著減薄，例如從5μm減薄到4μm。相應(yīng)的處理過(guò)程也能夠應(yīng)用于任何其他的非平面基片。而且，可以想象，鍵合框可以被切割超出互連430的表面431，從而使互連430能夠從上面接觸連結(jié)(未顯示)。
如果互連的厚度更小，典型地為400nm，則如果適當(dāng)?shù)脑挘锌赡懿恍枰矫婊襟E。
如果使用可陽(yáng)極鍵合的玻璃，例如8329，進(jìn)行覆蓋，則框能夠反過(guò)來(lái)被陽(yáng)極鍵合到上基片。
下文給出了從各種試驗(yàn)中獲得的結(jié)果，這些試驗(yàn)是都在由玻璃8329通過(guò)蒸鍍沉積形成的玻璃層上進(jìn)行的。
圖14顯示了TOF-SIMS測(cè)量的結(jié)果，其中計(jì)數(shù)率被標(biāo)識(shí)為濺射時(shí)間的函數(shù)。該測(cè)量表征了玻璃框元素濃度的概況。確定出玻璃框的厚度恒定度小于層厚度的1％。
圖15圖解了光刻膠構(gòu)建的玻璃結(jié)構(gòu)，其由玻璃8329形成，是在lift-off步驟之后通過(guò)蒸鍍沉積的。
圖16顯示了復(fù)合元件520，其具有Borofloat 33基片502和互連530以及在它們上面蒸鍍的玻璃框510，其與第五例證性實(shí)施例相似。
互連530的厚度為200nm，玻璃框510的厚度為4μm。在第六例證性實(shí)施例中，上基片不經(jīng)過(guò)平面化步驟便被陽(yáng)極鍵合。
顯然，鍵合連結(jié)僅存在于區(qū)域540和542中，而在與互連530相鄰的區(qū)域544和546中不可能產(chǎn)生鍵合連結(jié)。缺乏鍵合確實(shí)會(huì)增加由于互連導(dǎo)致的玻璃框510的表面或上表面不平整。
圖17顯示了復(fù)合元件620，其與復(fù)合元件520的結(jié)構(gòu)類似。在復(fù)合元件620中，玻璃框610在陽(yáng)極鍵合之前被平面化。玻璃框610通過(guò)蒸鍍施加，厚度為4μm，然后拋光到厚度為大約2μm?；ミB630的厚度則為200nm。
顯然，玻璃框610的整個(gè)表面都被鍵合，結(jié)果形成了密封的空腔616。玻璃框610具有300μm的金屬網(wǎng)條寬度和3mm×3mm的尺寸。
進(jìn)而，在玻璃層8329上進(jìn)行滲透性試驗(yàn)(leaktightness test)，如下向硅晶片施加腐蝕終止掩模。如圖18所示，晶片97被分割成9個(gè)有孔區(qū)98(1cm×1cm)。在該區(qū)域內(nèi)，孔間的單個(gè)間隔行與行之間均不同，如下第一行孔間隔1mm第二行孔間隔0.5mm第三行孔間隔0.2mm所有的方孔99都具有15μm的邊緣長(zhǎng)度。
在晶片的被解構(gòu)背面上鍍覆了8μm(樣品A)或者18μm(樣品B)的玻璃8329層之后，對(duì)晶片上有孔區(qū)域內(nèi)的玻璃進(jìn)行干腐蝕。腐蝕的效果能夠容易地在透光顯微鏡下進(jìn)行觀察。
有可能獲得至少＜10-7mbar/sec的滲透速度。對(duì)于本例證性實(shí)施例，氦滲透測(cè)量顯示，通過(guò)玻璃層的滲透速度＜10-8mbar/sec，因此空腔是密閉的。
在測(cè)量各個(gè)測(cè)量區(qū)域期間，雖然晶片有相當(dāng)?shù)呐蛎?bulging)，但是玻璃層區(qū)域仍具有高強(qiáng)度還是出人意料。甚至在200℃的條件之后，玻璃的結(jié)構(gòu)也沒(méi)有變化。
而且，根據(jù)DIN/ISO對(duì)玻璃框進(jìn)行了耐受性和穩(wěn)定性測(cè)量。結(jié)果如表1所示。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，上述的實(shí)施例只作為實(shí)例，且本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制，而是可以有各種改變而不背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于連結(jié)至少兩個(gè)基片，特別是具有電、半導(dǎo)體、機(jī)械和/或光學(xué)部件的基片，的處理，包括如下步驟提供第一基片，在第一基片的第一表面上形成連結(jié)部件，提供第二基片，和通過(guò)該連結(jié)元件連結(jié)第一與第二基片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的處理，其中連結(jié)元件被沉積在第一基片的第一表面上，并且在沉積的同時(shí)與第一基片相連結(jié)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中連結(jié)元件通過(guò)蒸鍍施加到第一基片的第一表面上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中所述框通過(guò)蒸鍍被施加，作為連結(jié)元件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中在第一基片第一表面上的連結(jié)元件內(nèi)部形成了一個(gè)或多個(gè)支持元件。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中多個(gè)嵌套框通過(guò)蒸鍍被施加，作為連結(jié)元件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中形成連結(jié)元件的步驟包括通過(guò)蒸鍍沉積二元系材料。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中玻璃層通過(guò)蒸鍍施加，并通過(guò)掩模加以構(gòu)建從而形成連結(jié)元件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中連結(jié)元件通過(guò)lift-off技術(shù)加以構(gòu)建。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中連結(jié)元件和第二基片被粘合地連結(jié)、焊接或者鍵合。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中連結(jié)元件和第二基片通過(guò)陽(yáng)極鍵合、熔化鍵合、溶膠-凝膠鍵合或者低溫鍵合加以連結(jié)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中第一和第二基片分別包括第一和第二晶片，在第一晶片的第一表面上形成多個(gè)橫向相鄰的連結(jié)元件，且在第一和第二晶片連結(jié)形成晶片組件之后，晶片組件被切片成單個(gè)的芯片。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中在第一和第二基片之間和框內(nèi)部形成空腔。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中在第一基片的第一表面上布置互連，且通過(guò)以互連被至少部分覆蓋的方式進(jìn)行蒸鍍向第一表面提供連結(jié)元件。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中互連橫向或者垂直地延伸通過(guò)連結(jié)元件。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中連結(jié)元件在第一基片的第一表面上形成之后進(jìn)行平面化。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中在第一基片的第一或第二表面上形成對(duì)準(zhǔn)元件，其中第二表面位于第一表面的相對(duì)側(cè)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理，其中多個(gè)基片被連結(jié)形成堆疊。
19.一種復(fù)合元件，特別是具有電、電子、半導(dǎo)體、機(jī)械和/或光學(xué)部件，且特別是用根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理制造，包括第一基片，連結(jié)元件，其位于第一基片的第一表面上，第二基片，該第一和第二基片通過(guò)連結(jié)元件相互連結(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件沉積在第一基片的第一表面上，并且與第一基片相連結(jié)。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件通過(guò)蒸鍍施加到第一基片的第一表面上。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中框通過(guò)蒸鍍施加作為連結(jié)元件。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中在連結(jié)元件內(nèi)的第一基片的第一表面上布置一個(gè)或多個(gè)支持元件。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其包括多個(gè)嵌套的框作為連結(jié)元件。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件包括二元系材料。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件包括結(jié)構(gòu)化的玻璃層。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件通過(guò)lift-off技術(shù)加以構(gòu)建。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件和第二基片彼此被粘合地連結(jié)、焊接或者鍵合。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件和第二基片通過(guò)陽(yáng)極鍵合、熔化鍵合、溶膠-凝膠鍵合或者低溫鍵合加以結(jié)合。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中第一和第二基片分別包括第一和第二晶片，在第一晶片的第一表面上布置有多個(gè)橫向相鄰的連結(jié)元件，且該連結(jié)元件與第二基片的表面相連結(jié)。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中在第一和第二基片之間和框內(nèi)部形成空腔。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中空腔是密封的。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中在第一基片的第一表面上布置互連，且互連至少部分地被連結(jié)元件覆蓋。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中互連橫向或者垂直地延伸通過(guò)連結(jié)元件。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中連結(jié)元件的至少一個(gè)表面被平面化。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，其中在第一基片的第一或第二表面上布置對(duì)準(zhǔn)元件，第二表面位于第一表面的相對(duì)側(cè)。
37.一種用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件的中間產(chǎn)品，特別地具有電、電子、半導(dǎo)體、機(jī)械和/或光學(xué)部件，包括第一基片，連結(jié)元件，其第一基片的第一表面上，該連結(jié)元件以如下方式設(shè)計(jì)，即第一基片能夠通過(guò)連結(jié)元件與第二基片相連結(jié)。
38.一種堆疊復(fù)合元件，包括多個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件，它們彼此互相連結(jié)。
39.一種結(jié)構(gòu)的使用，該結(jié)構(gòu)用于連結(jié)兩個(gè)基片，其通過(guò)蒸鍍施加，用作兩個(gè)基片之間的隔離物或者用作對(duì)準(zhǔn)元件，特別地根據(jù)前述權(quán)利要求之一的處理和/或用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合元件。
40.一種用于連結(jié)具有電或者光學(xué)部件的基片的處理，特別是根據(jù)前述權(quán)利要求之一，其中提供第一和第二基片，在第一步中，向第一基片的至少一個(gè)表面施加框，使用玻璃作為框的材料，且玻璃通過(guò)蒸鍍施加，和在隨后的第二步中，將第二基片的表面與框相連或者鍵合，在第一和第二基片之間和框的內(nèi)部形成空腔。
41.一種復(fù)合元件，其特別地在基片上具有電或者光學(xué)部件，特別地根據(jù)前述權(quán)利要求之一，包括第一和第二基片，至少一個(gè)被施加到第一基片表面上的框，該框包括通過(guò)蒸鍍施加的結(jié)構(gòu)化玻璃層，和連結(jié)區(qū)域，其中框的表面被連結(jié)或者鍵合到第二基片的表面，空腔，其在框內(nèi)的第一和第二基片之間形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于連結(jié)具有電、半導(dǎo)體、機(jī)械和/或光學(xué)部件的基片的處理和一種復(fù)合元件。本處理適合于基本上不考慮材料的基片連結(jié)，特別地也適合于敏感基片，其具有較高的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，并/或能制造密封空腔。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)蒸鍍?cè)趦蓚€(gè)基片的其中一個(gè)上施加凸起的框以便用作連結(jié)元件，該框特別地由可鍵合玻璃形成。
文檔編號(hào)H05B33/28GK1647261SQ03808564
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月15日
發(fā)明者迪爾特瑞奇·芒德, 卓根·雷布 申請(qǐng)人:肖特股份公司