Au_Sn共晶键合技术在MEMS封装中的应用.pdf

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1、显微、测量、加工微细加工技术、测量与设备与设备Microscope，MeasurementProcessing，Microfabricatio，Measuremenn&EquipmenttandEquipmentＡｕ／Ｓｎ共晶键合技术在ＭＥＭＳ封装中的应用胥超１，徐永青１，杨拥军１，杨志２（１．中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄０５００５１；２．专用集成电路重点实验室，石家庄０５００５１）摘要：研究了Ａｕ／Ｓｎ共晶圆片键合技术在ＭＥＭＳ气密性封装中的应用。设计了共晶键合多层材料的结构和密封环图形，盖

2、帽层采用Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ结构，器件层采用Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ结构，盖帽层腔体尺寸为４．５ｍｍ×４．５ｍｍ×２０μｍ，Ａｕ／Ｓｎ环的宽度为７００μｍ，优化了键合工艺，对影响气密性的因素（如组分配比、键合前处理和键合温度等）进行了分析。两层硅片在氮气气氛中靠静态的压力实现紧密接触。在峰值温度为３００℃、持续时间为２ｍｉｎ的条件下实现了良好的键合效果，其剪切力平均值达到１６．６６３ｋｇ，漏率小于２×１０－３３／ｓ，满足检验标准（ＧＪＢ５４８Ａ）Ｐａ·ｃｍ的要求，验证了Ａｕ／Ｓｎ共晶键合技术在ＭＥＭＳ气密

3、封装中的适用性。关键词：圆片级键合；键合温度；前处理；应力；剪切强度；漏率中图分类号：ＴＨ７０３；ＴＮ３０５．９４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２０１４）０２－０１３１－０５ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡｕ／ＳｎＥｕｔｅｃｔｉｃＢｏｎｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＰａｃｋａｇｉｎｇｏｆＭＥＭＳ１，ＸｕＹｏｎｇｑｉｎｇ１，ＹａｎｇＹｏｎｇｊｕｎ１，ＹａｎｇＺｈｉ２ＸｕＣｈａｏ（１．Ｔｈｅ１３ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００５１，Ｃｈ

4、ｉｎａ；２．ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＡＳＩＣＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｕ／Ｓｎｅｕｔｅｃｔｉｃｗａｆｅｒｂｏｎｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｅｈｅｒ－ｍｅｔｉｃｐａｃｋａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭＥＭＳ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｅｕｔｅｃｔｉｃｂｏｎｄｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｍａｔｅ－ｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｓｅａｌ

5、ｉｎｇｒｉｎｇｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｍｅｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃａｐｌａｙｅｒｉｓＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ，ａｎｄｔｈｅｂｏｔｔｏｍｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ．Ｔｈｅｃａｖｉｔｙｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃａｐｌａｙｅｒｉｓ４．５ｍｍ×４．５ｍｍ×２０μｍ，ａｎｄｔｈｅＡｕ／Ｓｎｓｅａｌｉｎｇｒｉｎｇｗｉｄｔｈｉｓ７００μｍ．Ｔｈｅｂｏｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓ（ｓｕｃｈａｓｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔ

6、ｉｏ，ｂｏｎｄｉｎｇｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｂｏｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｉｒｔｉｇｈｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｈｅｒｍｅｔｉｃｐａｃｋａｇｉｎｇｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｗｏｌａｙｅｒｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｓｗｅｒｅｃｌｏｓｅｌｙｃｏｎｔａｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｔｈｅｇｏｏｄｂｏｎｄｉｎｇｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄａｔｔｈｅｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ３００℃ｆｏｒｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎ

7、ｔｉｍｅｏｆ２ｍｉｎ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅ－３３／ｓ，ｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅａｃｈｅｓ１６．６６３ｋｇａｎｄｔｈｅｌｅａｋｒａｔｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２×１０Ｐａ·ｃｍｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ（ＧＪＢ５４８Ａ）．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＡｕ／ＳｎｅｕｔｅｃｔｉｃｂｏｎｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｔｈｅｈｅｒｍｅｔｉｃｐａｃｋａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭ

8、ＥＭＳ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｆｅｒｂｏｎｄｉｎｇ；ｂｏｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｓ；ｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｌｅａｋｒａｔｅＤＯＩ：１０．１３２５０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｎｄｚ．２０１４．０２．０１２ＥＥＡＣＣ：０１７０Ｉ；２５７５Ｆ收稿日期：２０１３－１１－１３Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈａｏ．ｘｕ＠ｍｔｍｅｍｓ．ｃｏｍ２０１４年２月微纳电子技术第５１卷第２期１３１胥超等：Ａｕ／Ｓｎ共晶键