專利名稱：用于在微結(jié)構(gòu)化部件之間制造間隔的導(dǎo)電連接的接觸裝置的制作方法
用于在微結(jié)構(gòu)化部件之間制造間隔的導(dǎo)電連接的接觸裝置
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于在第一和第二微結(jié)構(gòu)化部件之間建立間隔的、導(dǎo)電的連接的接觸裝置，其包括在第一微結(jié)構(gòu)化部件上的電連接接觸部，在連接接觸部上的鈍化層，以及設(shè)置在鈍化層上的介電間隔層。此外，本發(fā)明涉及一種部件裝置，其包括彼此連接的第一和第二微結(jié)構(gòu)化部件，其中第一部件包括根據(jù)本發(fā)明的第一接觸裝置，并且第二部件具有與接觸裝置相連的第一連接接觸部。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造這種接觸裝置的方法。為了將MEMS (微電子機械系統(tǒng))晶片與第二晶片氣密地電連接，現(xiàn)有技術(shù)中公開了用于與不同的材料組合共晶接合的方法。這種共晶連接的例子是鋁-鍺、金-硅、金-錫以及鋁-硅。此外，已知了用于垂直集成MEMS器件和分析電路(專用集成電路ASIC)的裝置，其基于在芯片平面或者晶片平面上的兩個組成部分的共晶連接。在MEMS器件尤其是慣性傳感器的包封或者封裝時，器件所需的自由移動性通過如下方式實現(xiàn)在蓋罩晶片(Kappenwafer)中在器件之上的區(qū)域中設(shè)置腔穴。蓋罩芯片的該區(qū)域于是不適于或者僅僅以高花費地適于安置其他的器件、尤其是用于傳感器元件的分析電路。于是，例如US 2005/0166677 Al公開了一種垂直地集成的微機械(MEMS)裝置，包括a)MEMS子裝置，其帶有基本上平坦的框架和在該框架內(nèi)的至少一個MEMS元件以及至該裝置的柔性接觸部；b)借助第一連接來連接到框架上的蓋，所述蓋基本上與框架平行；以及c)接合到框架的表面上的基部，該基部以第二連接而離開第一襯底。在基部上的電極與 MEMS元件之間的間隙以光刻方式實現(xiàn)。提供了對間隙的精確控制，并且至少一個MEMS元件安置在腔內(nèi)。盡管有用于安置分析電路的腔穴仍然使用蓋罩晶片的各種可能性同樣是已知的， 然而全部具有缺點。于是，分析電路可以安置在蓋罩晶片的背離MEMS器件的側(cè)上。只有當(dāng)傳感器元件和分析電路之間的電連接或者穿過蓋罩來引導(dǎo)或者借助線接合來設(shè)置時，這才可能。在第一變形方案中，在MEMS器件的電容性分析的情況下，附加的寄生電容產(chǎn)生干擾。 在第二替選方案中的連接是費事的。為此，至傳感器晶片上的端子例如必須借助鋸割來分開。此外，在此存在開放的線接合使得使用傳感器作為“裸片”(即沒有其他封裝)變得困難。也可能考慮的是，將分析電路安置在蓋罩芯片的朝向MEMS器件的側(cè)上，然而在腔旁邊。 然而，這意味著大量的面積損失以及由此意味著額外成本。因此值得希望的是一種可能性，其允許將也可以包括ASIC的蓋罩芯片與MEMS晶片共晶連接，使得在兩個晶片之間借助簡單的薄層技術(shù)的方法實現(xiàn)良好限定的距離，并且可以實現(xiàn)局部限定的電連接。此外有利的是，可以避免在共晶接合連接中總是出現(xiàn)的液態(tài)共晶相的流動效應(yīng)。由此，也可以避免在安裝過程期間的錯誤調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
因此，根據(jù)本發(fā)明提出了一種用于在第一晶片和第二晶片之間建立間隔的、導(dǎo)電的連接的接觸裝置，其中接觸裝置包括電連接接觸部、在連接接觸部上的鈍化層和設(shè)置在鈍化層上的介電間隔層，并且其中接觸裝置至少設(shè)置在晶片之一上。根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置的特征在于，接觸裝置包括以能夠形成金屬-金屬化合物的第一材料來至少部分地填充的溝槽，其中所述溝槽是從間隔層穿過鈍化層直到連接接觸部的連續(xù)的溝槽，并且第一材料在溝槽中從連接接觸部設(shè)置直到溝槽的上邊緣。借助根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置，可以將兩個晶片間隔地彼此連接，使得在晶片之間得到間隙或者空隙。換而言之，本發(fā)明能夠借助穿通接觸的間隔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)帶有限定的晶片距離的導(dǎo)電的接合連接。接合連接可以在要求時氣密地密封實施。在晶片上并且朝向間隙或者空隙可以設(shè)置有微結(jié)構(gòu)化的部件。因此，根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置可以直接地設(shè)置在晶片上以及設(shè)置在位于晶片上的并且朝向間隙或者空隙的微結(jié)構(gòu)化的部件上。通過這種方式，可以將電接觸路徑保持得短。本發(fā)明也包含一種包括這種接觸裝置的晶片。在本發(fā)明意義中的微結(jié)構(gòu)化的部件在此是如下部件其功能結(jié)構(gòu)具有在微米范圍中的尺寸。例如，這些功能結(jié)構(gòu)可以具有大于等于ι μ m到小于等于1000 μ m的長度、高度和/或?qū)挾取２考斫鉃閭鞲衅骱图呻娐?。這些集成電路例如可以控制傳感器或者分析其信號。于是，也可以涉及專用集成電路。根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置的大小、即尤其是長度、高度和/或?qū)挾韧瑯涌梢蕴幱谖⒚追秶?。第一和第二晶片中的晶片之一有利地是蓋罩晶片，其可以用于兩個微結(jié)構(gòu)化的部件的封裝。可選地，蓋罩晶片包含ASIC。尤其是彼此形成共晶的金屬是有能力用于構(gòu)建金屬-金屬化合物的。通過這種方式，可以在比較低的溫度情況下建立牢固的連接，這些連接同時可以用作電接觸部。根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，借助這種材料(該材料可以形成金屬-金屬化合物)至少覆蓋間隔層和鈍化層中的溝槽。溝槽的上邊緣在此為水平邊緣，其通過溝槽開口來限定。由此，能夠穿過形成間距的元件實現(xiàn)從外部的電接觸。溝槽本身的形狀首先并未進一步確定。溝槽例如可以具有長形的構(gòu)型，或者以孔的形式存在。溝槽也可以作為多個孔構(gòu)成的陣列來設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置具有的優(yōu)點是，為制造接觸裝置無需介入用于制造微電子機械系統(tǒng)的工藝。接觸裝置可以優(yōu)選在蓋罩的側(cè)上實現(xiàn)，其中相反情況也是可能的。可以以簡單的方式實現(xiàn)電連接接觸。此外，不再出現(xiàn)液態(tài)共晶相的流動或者擠壓。由此，并不進行錯誤調(diào)整，無需提前量，由此也可以實現(xiàn)較小的結(jié)構(gòu)大小。根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置可以應(yīng)用在厚的和薄的材料層上。此外，可能在微電子機械系統(tǒng)和蓋罩晶片之間簡單并且精確地調(diào)節(jié)間距。在根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置的一個實施形式中，第一材料作為層施加在溝槽的內(nèi)側(cè)的表面上以及間隔層的背離連接接觸部的外側(cè)的表面上。該層的厚度例如可以在> IOnm 到< lOOOnm、優(yōu)選彡IOOnm到< 500nm的范圍中。通過間隔層的背離連接接觸部的外側(cè)的表面也用第一材料層覆蓋，可以在使用少量材料的情況下制造大的接觸面。通過這種方式， 可以使用昂貴的材料，例如金。在根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置的另一實施形式中，第一材料填滿溝槽并且并不施加在間隔層的背離連接接觸部的外側(cè)的表面上。當(dāng)?shù)谝徊牧弦噪婂兎绞匠练e時，出現(xiàn)這些情況。在共晶連接微電子機械元件和蓋罩的情況下，通常通過相應(yīng)地同樣明顯較厚的共晶區(qū)(其在接合過程期間是液態(tài)的)出現(xiàn)其擠壓或者流動。然而根據(jù)本發(fā)明，使用介電的間隔層作為橫向邊界。在間隔層上沒有留下接合層。在根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置的另一實施形式中，第一材料選自金、硅、鍺、鋁、銅、錫和/或銦構(gòu)成的組。金和硅、鍺和鋁以及錫和銦可以彼此形成共晶。銅可以作為在兩個微結(jié)構(gòu)化部件上的接觸裝置而存在，并且借助熱壓接合來建立連接。此外，在銅和錫之間可以通過擴散形成金屬間相。此外，本發(fā)明的一個主題是一種部件裝置，包括第一晶片和與第一晶片連接的第二晶片，其中第一晶片包括第一微結(jié)構(gòu)化的部件，并且第二晶片包括第二微結(jié)構(gòu)化的部件， 其中第一晶片包括根據(jù)本發(fā)明的第一接觸裝置，并且其中第二晶片包括與第一接觸裝置連接的第一對應(yīng)接觸部，該第一對應(yīng)接觸部帶有能夠用于金屬-金屬化合物(Metall-Metall -Verbindung)的第二材料，并且其中此外第一材料和能夠用于金屬-金屬化合物的第二材料彼此形成連接。通過這種方式，可以在晶片之間構(gòu)建間隔的導(dǎo)電連接。在第一材料和第二材料之間的金屬-金屬化合物在此有利地是共晶體。在根據(jù)本發(fā)明的部件裝置的一個實施形式中，根據(jù)本發(fā)明的第一接觸裝置環(huán)繞地包圍第一晶片的一個區(qū)段，并且相應(yīng)地構(gòu)建的第一對應(yīng)接觸部環(huán)繞地包圍第二晶片的一個區(qū)段。在此，環(huán)繞的第一接觸裝置在形成至少部分閉合的腔穴情況下與環(huán)繞的第一對應(yīng)接觸部形成連接。此外，在環(huán)繞地包圍的區(qū)段內(nèi)在第一晶片上設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的第二接觸裝置，該第二接觸裝置與該區(qū)段內(nèi)的第一微結(jié)構(gòu)化的部件連接并且與第二晶片上的相應(yīng)的第二對應(yīng)接觸部連接。根據(jù)本發(fā)明的第一接觸裝置環(huán)繞地包圍第一晶片的第一區(qū)段。其可以完全地環(huán)繞或者中斷地環(huán)繞。為此，在第二晶片上設(shè)置有相應(yīng)的對應(yīng)接觸部，該對應(yīng)接觸部與接觸裝置一同形成間隔的、導(dǎo)電的連接。此外，在該實施形式中存在第二接觸裝置和第二對應(yīng)接觸部。由此，可以直接接觸環(huán)繞地包圍的微結(jié)構(gòu)化部件，并且建立至其他晶片的導(dǎo)電的并且然而間隔的連接。在根據(jù)本發(fā)明的部件裝置的另一實施形式中，第二部件包括微電子機械部件，并且第一部件包括用于對微電子機械部件進行控制和/或信號處理的集成電路，并且此外存在第一和第二部件通過在第一晶片和第二晶片之間的連接而被封裝。有利的是，微電子機械部件是慣性傳感器。通過這種方式，可以得到由傳感器和所屬控制及分析電子設(shè)備構(gòu)成的封裝微系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的部件裝置的另一實施形式中，在根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置和相應(yīng)的對應(yīng)接觸部之間的連接借助金-硅共晶體、鋁-鍺共晶體、錫-銦共晶體、借助銅和錫的固體-液體互擴散(slid)接合或者銅的熱壓接合來實現(xiàn)。固體-液體互擴散接合的連接方法在此可以理解為，通過銅和錫至相應(yīng)另一金屬中的擴散形成高度熔融的金屬間Cu-Sn相。本發(fā)明的另一主題是一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置的方法，包括在晶片上提供連接接觸部的步驟，在連接接觸部上施加鈍化層，將鈍化層上沉積的介電間隔層進行結(jié)構(gòu)化，其中構(gòu)建溝槽以及至少部分地在溝槽中沉積能夠形成金屬-金屬化合物的第一材料，其中溝槽被結(jié)構(gòu)化為從間隔層直至連接接觸部的連續(xù)溝槽，并且其中第一材料從連接接觸部直到溝槽的上邊緣地沉積在溝槽中。


本發(fā)明借助下面的附圖來進一步闡述，然而并不局限于此。其中 圖1示出了蓋罩晶片，
圖2示出了根據(jù)第一變形方案的接觸裝置的具體視圖， 圖3示出了根據(jù)第一變形方案的所實現(xiàn)的接合連接的具體視圖， 圖4示出了根據(jù)第二變形方案的接觸裝置， 圖5示出了根據(jù)第二變形方案的所實現(xiàn)的連接的具體視圖， 圖6示出了微電子機械器件， 圖7示出了完成的晶片復(fù)合結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式圖1示出了蓋罩晶片1，其包括微結(jié)構(gòu)化的第一部件2。該部件2在此示意性地被示出并且例如可以是專用集成電路(ASIC)。晶片1包括用作接合框架的第一接觸裝置3a 和第二接觸裝置北。第一接觸裝置3a直接安在晶片上，第二接觸裝置北安在微結(jié)構(gòu)化的第一部件2上。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置3a和北的具體視圖。在此，電連接接觸部30 設(shè)置有鈍化層31，其中連接接觸部30的材料可以是金屬如鋁或者銅，其例如在ASIC中用作最上部的布線平面。鈍化層31通常是電介質(zhì)如二氧化硅或者氮化硅。在鈍化層31上沉積介電的間隔層32。其優(yōu)選是厚度在彡2 μ m到< 10 μ m范圍中的氧化硅。間隔層32現(xiàn)在設(shè)置有溝槽34，其直通到金屬連接接觸部30。接著，沉積薄層金屬33。該金屬是兩個接合材料之一，優(yōu)選為附著層如鉻或者鍺上的金。層33同樣被結(jié)構(gòu)化并且接著進行最后的對間隔層32的第二結(jié)構(gòu)化，其中在此限定了實際的接合墊或者接合框架。該結(jié)構(gòu)化在鈍化層31上停止。在本發(fā)明的術(shù)語中，于是第一材料33在此作為層施加在溝槽34的內(nèi)側(cè)的表面上以及間隔層32的背離連接接觸部30的外側(cè)的表面上。圖3示出了在圖1中的蓋罩晶片1(未示出)以及第二晶片4之間的接合連接的具體視圖。該第二晶片4承載對應(yīng)接觸部6a、6b，它們可以與接觸裝置3a、3b中的金屬層34 一同形成金屬-金屬化合物。通過合適的擠壓壓力以及對于所使用的共晶體特定的溫度， 在此形成共晶的接合連接(Bondverbindung)。圖4示出了針對金屬層36被明顯較厚地沉積的情況的、根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置 3a、3b。這例如可以通過電鍍工藝來進行。在此，通常由于相應(yīng)地同樣明顯較厚的共晶區(qū)域 (其在接合過程期間是液態(tài)的)而出現(xiàn)其擠壓或者流動。為了避免這一點，在此將介電的間隔層32使用作為橫向的限制裝置。如在圖4中所示的，并不存在薄的金屬層33，而是存在將溝槽34完全填滿的金屬層36。接合連接僅僅在如下區(qū)域上進行在這些區(qū)域中，金屬36直接接觸互補部件的對應(yīng)接觸部。因此，側(cè)面的擠壓是不可能的。
在本發(fā)明的術(shù)語中，于是第一材料36填滿溝槽34并且并不施加在間隔層32的背離連接接觸部30的外側(cè)的表面上。在圖5中示出根據(jù)圖4中的第二變形方案的所實現(xiàn)的接合連接的具體視圖。位于未示出的第一晶片1上的接觸裝置3a、!3b通過溝槽34中的金屬層36與第二晶片4的對應(yīng)接觸部6a、6b —同形成金屬-金屬化合物。通過合適的擠壓壓力和對于所使用的共晶體特定的溫度，在此形成共晶的接合連接。圖6示意性示出了包括微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的器件，該器件可以借助根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置與另一晶片連接。在此，襯底或者第二晶片4設(shè)置有對應(yīng)接觸部6a、6b。示意性地示出的是第二微結(jié)構(gòu)化的部件5，其例如可以是傳感器或者特別地是慣性傳感器。對應(yīng)接觸部6a可以環(huán)繞部件5地設(shè)置，例如環(huán)狀地設(shè)置。對應(yīng)接觸部6b可以有利地與微結(jié)構(gòu)化的部件5連接。圖7示出了完成的晶片復(fù)合結(jié)構(gòu)。上部設(shè)置的晶片如圖6中所示，下部設(shè)置的晶片如圖1中所示。在兩個晶片之間的連接通過環(huán)繞地環(huán)狀走向的接合連接7a以及通過連接 7b來實現(xiàn)，其中連接7b與專用集成電路導(dǎo)電連接，該專用集成電路用于控制例如微結(jié)構(gòu)化的傳感器或者用于分析其信號。當(dāng)接觸裝置3a、!3b與對應(yīng)接觸部6a、6b —同成為金屬_金屬化合物時、即通常形成共晶體時，得到連接7a、7b。結(jié)果，于是借助穿通接觸的間距保持結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了帶有限定的晶片距離的導(dǎo)電的接合連接。
權(quán)利要求
1.一種用于在第一晶片(1)和第二晶片(4)之間建立間隔的、導(dǎo)電的連接的接觸裝置 (3a，3b)，其中接觸裝置(3a，;3b)包括電連接接觸部(30)、在連接接觸部(30)上的鈍化層(31)和設(shè)置在鈍化層(31)上的介電的間隔層(32 )，并且其中接觸裝置(3a，3b)至少設(shè)置在所述晶片(1，4)之一上， 其特征在于，所述接觸裝置(3a，北)包括以能夠形成金屬-金屬化合物的第一材料(33，36 )至少部分地填充的溝槽(34)，其中所述溝槽(34)是從間隔層(32)穿過鈍化層(31)直到連接接觸部(30)的連續(xù)的溝槽，并且第一材料(33，36)在溝槽(34)中從連接接觸部(30)設(shè)置直到溝槽(34)的上邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸裝置，其中第一材料(33)作為層施加在所述溝槽(34) 的內(nèi)側(cè)的表面上以及所述間隔層(32)的背離連接接觸部(30)的外側(cè)的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸裝置，其中所述第一材料(36)填滿所述溝槽(34)并且并不施加在所述間隔層(32)的背離連接接觸部(30)的外側(cè)的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的接觸裝置，其中所述第一材料(33，36)選自金、硅、 鍺、鋁、銅、錫和/或銦構(gòu)成的組。
5.一種部件裝置，包括第一晶片(1)和與第一晶片連接的第二晶片(4)，其中第一晶片(1)包括微結(jié)構(gòu)化的第一部件(2)，并且第二晶片(4)包括微結(jié)構(gòu)化的第二部件(5)，其中第一晶片(1)包括根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的第一接觸裝置(3a，北)，并且其中第二晶片(4)包括與第一接觸裝置(3a，北)連接的第一對應(yīng)接觸部(6a，6b)，該第一對應(yīng)接觸部帶有能夠用于金屬-金屬化合物的第二材料，并且其中此外第一材料和能夠用于金屬-金屬化合物的第二材料彼此形成連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的部件裝置，其中根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的第一接觸裝置(3a)環(huán)繞地包圍第一晶片(1)的一個區(qū)段，其中相應(yīng)地構(gòu)建的第一對應(yīng)接觸部(6a)環(huán)繞地包圍第二晶片(4)的一個區(qū)段， 其中環(huán)繞的第一接觸裝置(3a)在形成至少部分閉合的腔的情況下與環(huán)繞的第一對應(yīng)接觸部(6a)形成連接，并且其中此外在環(huán)繞地包圍的區(qū)段內(nèi)在第一晶片(1)上設(shè)置有根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的第二接觸裝置(3b)，該第二接觸裝置與該區(qū)段內(nèi)的微結(jié)構(gòu)化的第一部件(2)連接并且與第二晶片(4)上的相應(yīng)的第二對應(yīng)接觸部(6b)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的部件裝置，其中所述第二部件(5)是微電子機械部件，并且第一部件(2)包括用于對微電子機械部件進行控制和/或信號處理的集成電路，并且其中此外存在第一部件(2)和第二部件(5)通過在第一晶片(1)和第二晶片(4)之間的連接而被封裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的部件裝置，其中所述微電子機械部件是慣性傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8之一所述的部件裝置，其中在根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的接觸裝置(3a，;3b)和相應(yīng)的對應(yīng)接觸部(6a，6b)之間的連接借助金-硅共晶體、鋁-鍺共晶體、錫-銦共晶體、借助銅和錫的固體-液體互擴散接合或者銅的熱壓接合來實現(xiàn)。
10. 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的接觸裝置的方法，包括在晶片(1)上提供連接接觸部(30 )的步驟，在連接接觸部(30 )上施加鈍化層(31)，將鈍化層(31)上沉積的介電的間隔層(32)結(jié)構(gòu)化，其中構(gòu)建溝槽(34)以及至少部分地在溝槽(34)中沉積能夠用于形成金屬-金屬化合物的第一材料(33，36)，其中所述溝槽(34)作為從間隔層(32)到連接接觸部(30)的連續(xù)溝槽來結(jié)構(gòu)化，并且其中第一材料(33，36)在溝槽(34)中從連接接觸部(30)直到溝槽(34)的上邊緣地沉積。
全文摘要
一種用于在第一晶片(1)和第二晶片(4)之間建立間隔的、導(dǎo)電的并且優(yōu)選氣密的連接的接觸裝置(3a，3b)，其中接觸裝置(3a，3b)包括電連接接觸部(30)、在連接接觸部(30)上的鈍化層(31)和設(shè)置在鈍化層(31)上的介電間隔層(32)，并且其中接觸裝置(3a，3b)至少設(shè)置在晶片(1，4)之一上。該接觸裝置的特征在于，接觸裝置(3a，3b)包括以能夠形成金屬-金屬化合物的第一材料(33，36)來至少部分地填充的溝槽(34)，其中所述溝槽(34)是從間隔層(32)穿過鈍化層(31)直到連接接觸部(30)的連續(xù)的溝槽，并且第一材料(33，36)在溝槽(34)中從連接接觸部(30)設(shè)置直到溝槽的上邊緣。
文檔編號B81C1/00GK102164847SQ200980137768
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者A·弗蘭克, A·法伊, A·特勞特曼, J·弗羅梅爾, K·戈特弗里德, M·韋默, S·克尼斯 申請人:羅伯特·博世有限公司