具有两个半导体构件的、在其之间构造有至少两个严密密封的腔的部件和用于制造两个半导体构件之间的相应键合连接的方法

摘要

为了在两个半导体构件(10，20)的连接时实现具有不同的内部压力的腔(21，22)而提出，结构化所述两个待连接的构件表面中的至少一个，使得至少一个环绕的键合框区域相对于至少一个另外的环绕的键合框区域凹入或凸出。然后，应施加至少一个连接层到所述经结构化的构件表面上并且在所述构件表面的不同表面水平上由所述连接层结构化出至少两个环绕的键合框(31，32)。构件表面中的如此实现的表面轮廓能够实现顺序键合，其中，能够相继地在所述两个构件(10)之间严密密封地封闭多个腔(21，22)，使得在所述腔(21，22)的每一个中存在限定的内部压力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有至少两个半导体构件的部件，所述至少两个半导 体构件通过至少一个经结构化的连接层相互连接，其中，在所述两个构件 之间构造有至少两个腔，所述至少两个腔分别通过连接层中的环绕的键合 框严密密封地封闭，从而在所述腔的每一个中存在限定的内部压力。

此外，本发明涉及一种用于制造两个半导体构件之间的键合连接的方 法。

背景技术

用于在此讨论的部件的一个重要的应用例子是具有MEMS构件的所谓 IMU(惯性测量单元)，所述MEMS构件不仅包括旋转速度传感器元件， 而且包括加速度传感器元件。这两个传感器元件构造在MEMS构件的层结 构中并且并排地设置。两个传感器元件借助第二构件封装，以便保护传感 器结构并且确保用于相应传感器运行的限定的压力比。因为旋转速度传感 器和加速度传感器通常在不同的环境压力下运行，所以在第二构件中对于 每一个传感器结构设有各自的罩结构。在旋转速度传感器的情况下，谐振 地驱动传感器结构的一部分。因此，在旋转速度传感器元件的空腔中设置 尽可能低的约1mbar的内部压力，以便将传感器结构的衰减保持得尽可能 低。然后，旋转速度传感器已经可以以相对小的激励电压运行。与此不同， 应尽可能不激励加速度传感器的传感器结构进行振动。因此，加速度传感 器运行在明显更高的通常为500mbar的内部压力下。

US2012/0326248A1涉及用于MEMS构件的各个传感器元件的如此不 同的压力比的实现，所述各个传感器元件借助于共同的罩构件封装。在该 文献中此外提出，分级地实施用于连接MEMS构件和罩构件的键合工艺， 使得各个传感器元件的腔不是同时地，而是在彼此相继的键合步骤中被封 闭。在该操作方式中利用了，在键合工艺期间外部压力比可以强烈地发生 变化。因此可能的是，在彼此相继的键合步骤期间预给定不同的压力比并 且相应于在相应的工艺步骤中被封闭的腔的所力求的内部压力地选择所述 不同的压力比。

根据US2012/0326248A1，通过两个材料层制造MEMS构件和罩构件 之间的压力密封的连接，所述两个材料层施加到两个待连接的构件表面上 并且由所述两个材料层结构化出用于各个腔的键合框。为了实现键合工艺 的多级性，至少在所述两个构件表面的一个上实现用于各个腔的具有不同 层厚度的键合框。

在键合工艺期间，然后以如此制备的表面彼此挤压MEMS构件和罩构 件。在此，最厚的、最大程度暴露的键合框首先进行接触并且在第一键合 步骤中形成严密密封的键合连接，借助该键合连接封闭第一腔。然后，一 直继续这些构件的共同挤压，直至较薄的键合框开始接触。然后才通过较 薄的键合框的所形成的严密密封的键合连接来封闭另一个腔。由于相比与 第一键合步骤，第二键合步骤在不同的环境压力下实施，所以在两个腔中 调节不同的内部压力。

具有不同层厚度的键合框结构的制造实际上被证实为相对耗费并且并 非适合于所有连接材料。

发明内容

借助本发明进一步发展一种用于在两个构件连接时实现具有不同的内 部压力的腔的由US2012/0326248A1已知的顺序键合方案。

与此不同，根据本发明的部件方案设置，将所述环绕的键合框中的至 少两个设置在所述两个构件中的至少一个的不同表面水平上。

根据所要求保护的用于制造两个半导体构件之间的键合连接的方法， 为此结构化所述两个待连接的构件表面中的至少一个，使得至少一个环绕 的键合框区域相对于至少一个另外的环绕的键合框区域凹入或凸出。然后， 施加至少一个连接层到所述经结构化的构件表面上，在所述至少一个连接 层中在构件表面的不同表面水平上构造至少两个环绕的键合框。

构件表面在键合框区域中的根据本发明的结构化可以有利地与MEMS 结构的暴露一起——在MEMS构件的情况下——或者与罩结构的构造一起 ——在罩构件的情况下实现。对此不需要各自的工艺步骤。然后，键合框 可以简单地在一个工艺步骤中由均匀厚的材料层结构化出，因为在经结构 化的构件表面中已经实现了键合表面的对于顺序键合所需的表面轮廓 (Topologie)。

原则上具有用于实现用于环绕的键合框的不同表面水平的不同可能 性，借助所述键合框应在两个构件之间封闭腔。

为此有利地，在键合框区域中结构化两个待连接的构件表面中的一个， 而另一个至少在该区域中不被结构化。但也可以考虑以下变型方案，其中， 在键合框区域中结构化两个待连接的构件表面。

但在结构化的范围内，可以产生环绕的沟槽状凹部，但也可以产生环 绕的柱状凸出部，视以下而定：即结构化是通过材料去除、即例如在蚀刻 方法中实现还是通过材料涂覆、即例如通过沉积其他材料层。重要的仅仅 是，提供用于环绕的键合框的至少两个不同的表面水平，从而至少一个键 合框相对于至少一个另外的键合框凹入或者凸出地设置。

附图说明

如先前所述，存在以有利的方式构型和扩展本发明的不同可能性。对 此，一方面参考从属于独立权利要求的权利要求并且另一方面参考本发明 的实施例的根据附图的以下描述。

图1a示出MEMS构件的经根据本发明结构化的表面在施加和结构化 第一连接层之后的俯视图；

图1b示出用于MEMS构件10的罩构件20的表面在施加和结构化第 二连接层之后的俯视图。

图2a-c根据MEMS构件10和罩构件20在第一键合步骤(图2a)之 前、在第一键合步骤之后并且在第二键合步骤之前(图2b)以及在第二键 合步骤(图2c)之后的示意性剖视图说明根据本发明的键合方案。

具体实施方式

在图1a中示出的MEMS构件10包括两个不同的MEMS功能，它们 作为结构元件在芯片区域11和12中实现。在此，例如可以涉及用于检测 转速的传感器结构和用于检测加速度的传感器结构。因为两个结构元件11 和12的具体构型对于在此讨论的发明而言是不重要的，所以在此不作详细 描述。任何情况下，应将两个结构元件11和12分别严密密封地封闭在各 自的腔中，以便在适合于其的环境压力下运行每一个结构元件11或者12。 为此，必须在两个腔中存在不同的内部压力。

MEMS构件10的结构元件11和12的封装借助于罩构件20实现，在 所述罩构件的在图1b中示出的表面中构造有两个相互无关的用于结构元件 11和12的罩凹口21和22。

根据本发明，应以顺序的键合工艺制造在MEMS构件10的在图1a中 示出的表面和罩构件20的在图1b中示出的表面之间的连接，这结合图2a 至2c来阐述。为此，在MEMS构件10的表面中已产生沟槽状凹部13，所 述凹部环形封闭地包围结构元件12。经如此结构化的表面然后设有第一键 合材料层，由该第一键合材料层结构化出用于结构元件11的键合框31和 用于结构元件12的键合框32。因为键合框31设置在封闭的构件表面上并 且键合框32设置在凹部13中，所以两个环绕地封闭的键合框31和32位 于MEMS构件10的不同表面水平上。

在此示出的实施例中，也已经使罩构件20的表面设有由第二键合材料 制成的键合框41和42。键合框41和42同样环形地封闭并且包围罩凹口 21和22。因为罩构件20在这些区域中未结构化，所以两个键合框41和42 位于罩构件20的同一表面水平上。

图2a示出对于键合工艺如何相互调准如此制备的构件10和20。此外， 图2a说明，键合框31和32由统一厚度的材料层结构化出并且键合框32 设置在构件表面中的凹部13中，而键合框31设置在封闭的构件表面上， 使得键合框31高过键合框32。键合框41和42同样具有相同的层厚度并且 两者都设置在罩构件的封闭的表面上。

现在，在两个构件10和20朝向彼此运动并且使键合框31和41接触 之前在键合设备的处理室中调节所期望的大气，也即确定的气体和限定的 压力，这在图2b中示出。根据键合方法和键合材料，现在调节所需的工艺 温度并且运用所需的挤压力，以便以键合框31和41的材料产生键合连接 并且将结构元件11严密密封地包围在腔21中。在此，在腔21中包围一个 相应于键合设备的处理室中的压力比的内部压力。图2b说明，结构元件12 的腔22在第一键合步骤之后还未被封闭。

在第二键合步骤之前，相应于腔22的所期望的气体比和压力比地调节 键合设备的处理室中的大气。然后，进一步一起挤压这两个构件10和20， 直至键合框32和42也开始相互接触。在此，所述键合连接也通过所需的 挤压力的运用在预给定的处理温度下产生，这在图2c中示出。

最后应注意，根据本发明的键合方案不仅可以用于共晶键合，而且可 以用于热压键合或者SLID键合。作为键合材料优选使用Al-Ge、Au-Si、 Au-Au、Cu-Cu、Au-AlSiCu和Cu-Sn-Cu。但原则上也可以考虑其他的材料 体系，如玻璃料。