本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，更具體地說，涉及微電子器件的封裝(或包裝)，該微電子器件例如為mems(“微機電系統(tǒng)”)、nems(“納米機電系統(tǒng)”)、moems(“微光機電系統(tǒng)”)或noems(“納米光機電系統(tǒng)”)類型的微系統(tǒng)，包括將該器件封裝或封閉在密封腔體中，并對腔體中的氣氛進行控制。本發(fā)明涉及一種用于氣密密封兩個基板的方法。本發(fā)明還涉及通過這種方法獲得的裝置。本發(fā)明可應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，例如機動車、移動電話或視頻游戲機領(lǐng)域。本發(fā)明尤其令人感興趣，因為它允許用共晶合金來氣密密封基板，同時避免移動結(jié)構(gòu)短路或機械堵塞的風(fēng)險。

背景技術(shù)：

1、mems、nems、moems或noems類型的微電子器件是納米或微米尺寸的傳感器或執(zhí)行器。它們采用微電子方法制造。

2、對這些微電子器件進行封裝，一方面可以保護它們免受外界因素(例如濕氣、顆粒污染、氧氣等活性元素)的影響，另一方面可以控制器件封裝腔體內(nèi)的氣氛(例如壓力、封裝氣體成分等)。腔體內(nèi)的封裝壓力可根據(jù)預(yù)期用途進行調(diào)整，通常在10-3毫巴(mbar)至1巴(bar)之間。

3、這種封裝可以采用各種類型的密封：熱壓、共晶密封、陽極密封等。

4、目前，共晶密封似乎是最有前景的。

5、通常，如圖1a和圖1b所示，在共晶密封方法中，合金成分分別沉積在待組裝的基板11、12的表面上。在第一基板11上形成具有材料的第一焊珠21。在第二基板12上形成具有材料的第二焊珠22(圖1a)。

6、在密封過程中，將兩個基板11、12緊密接觸，并對整個系統(tǒng)施加一定溫度。如果兩種材料的相對成分與共晶濃度相符，則在共晶溫度下發(fā)生熔化。在液相中，兩個表面之間存在由兩種材料組成的均質(zhì)液體。然后，釬料的凝固將導(dǎo)致形成一種材料，該材料由用于實現(xiàn)共晶熔化的材料在其相應(yīng)的溶解度范圍內(nèi)發(fā)生相分離而構(gòu)成。即使這種材料并非由單相構(gòu)成，也被稱為共晶材料。這種共晶材料位于兩個基板11、12之間，并允許界面機械閉合，從而形成最終組件。

7、因此，共晶材料會經(jīng)歷液態(tài)，然后凝固并在待封裝的芯片周圍形成密封焊珠23(圖1b)。

8、然而，液相通道可能伴隨共晶材料從密封焊珠區(qū)域流出(圖2)。這些流延部分(run-outs)23'在凝固后，可能會導(dǎo)致移動結(jié)構(gòu)發(fā)生機械阻塞，和/或在器件的各個區(qū)域之間造成短路。

9、因此有必要控制液態(tài)釬料的泄漏。

10、例如，在v.lumineau?2018年的論文《study?of?the?bonding?of?mems?by?al-geeutectic?alloy》(al-ge共晶合金對mems鍵合的研究)中，他提出了在焊珠附近設(shè)置止動裝置。這些止動裝置限制了待組裝的兩個板之間的靠近，從而防止了al-ge雙層膜的擠壓。然而，為了使該方案有效，需要在焊珠兩側(cè)以一定距離設(shè)置實體止動裝置。然而，由于各種結(jié)構(gòu)緊湊性的限制，該方案并非適用于所有器件。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是提出一種共晶密封方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點并允許氣密密封兩個基板，同時避免短路和機械堵塞現(xiàn)象。

2、為此，本發(fā)明提出了一種用于兩個基板的共晶密封的方法，包括以下步驟：

3、a)提供第一基板，該第一基板具有被由第一材料制成的第一焊珠覆蓋的第一面，并且可選地被一個或多個微電子器件覆蓋，該第一材料包括第一元素，

4、b)提供第二基板，該第二基板具有被由第二材料制成的第二焊珠覆蓋的第一面，并且可選地被一個或多個微電子器件覆蓋，該第二材料包括能夠與第一元素形成共晶合金的第二元素，

5、c)將第一焊珠和第二焊珠接觸放置，并進行熱處理以形成共晶相，該共晶相將第一焊珠的第一元素與第二焊珠的第二元素合金化，從而形成包含共晶合金的密封焊珠，并且第一基板被密封至第二基板，共晶相的形成伴隨共晶合金的流延部分的形成。

6、還可以使用包括第一材料和第二材料的第一焊珠，例如呈多層的形式，和/或包括第一材料和第二材料的第二焊珠，例如呈多層的形式。

7、因此可以形成對稱配置。

8、同樣也可以形成非對稱結(jié)構(gòu)，例如，通過設(shè)置包含第一材料的第一焊珠和包含第二材料的第二焊珠，第一材料的一部分已沉積在第二材料上。在這種情況下，第一基板的第一面上的第一材料較薄，以在熔化前保持共晶濃度。

9、根據(jù)另一個替代實施例，非對稱結(jié)構(gòu)通過設(shè)置包含第二材料的第二焊珠和包含第一材料的第一焊珠來實現(xiàn)，第二材料的部分已沉積在第一焊珠上。在這種情況下，第二基板的第一面上的第二材料較薄，以在熔化前保持共晶濃度。

10、可以修改兩個面中的僅一個面上的材料分布或修改兩個面上的材料分布。

11、有利的是，采用導(dǎo)致通過鍵合界面形成原子流的配置，也就是采用非對稱配置。

12、在這個方法中，第一基板和第二基板中的至少一者被潤濕層局部覆蓋，共晶合金的液滴在潤濕層上的接觸角一方面比共晶合金在第一基板的第一面上的接觸角小至少20°，優(yōu)選至少40°，共晶合金的液滴在潤濕層上的接觸角另一方面比共晶合金在第二基板的第一面上的接觸角小至少20°，優(yōu)選至少40°，由此在步驟c)期間，共晶合金的流延部分優(yōu)選進入潤濕層。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的根本區(qū)別在于，在與基板相對的共晶合金中設(shè)置了至少一個優(yōu)先潤濕性區(qū)域。在步驟c)期間形成的共晶材料在潤濕層上的潤濕性優(yōu)于在第一基板和第二基板表面上的潤濕性。

14、因此，我們不再設(shè)置“物理”屏障(例如現(xiàn)有技術(shù)中的止動裝置)，而是采用所謂的“能量”屏障，該屏障的表面對液態(tài)金屬具有較高的表面能，而潤濕區(qū)域則具有較低的表面能。液態(tài)金屬潤濕該潤濕區(qū)域，就像落入勢阱一樣。通過巧妙地集成優(yōu)先潤濕層，共晶材料的流出被引導(dǎo)并保持在對芯片功能“無風(fēng)險”的區(qū)域內(nèi)。

15、例如，對于共晶合金al-ge，這個合金在金屬表面上的潤濕性優(yōu)于在介電材料表面上的潤濕性。在密封焊珠位置附近或者在與密封焊珠接觸的位置設(shè)置金屬潤濕層，在基板表面由介電材料制成的情況時允許包含流延部分。

16、特別地，選擇共晶合金的液滴的接觸角大于或等于90°、優(yōu)選地大于或等于100°的基板。

17、例如，選擇共晶合金的液滴的接觸角小于或等于70°，優(yōu)選小于或等于60°，甚至更優(yōu)選小于或等于40°的潤濕層。

18、采用這種密封方法，熔融的金屬合金粘附在待組裝基板的表面，并使流延部分被包含在潤濕層內(nèi)。如此密封的腔體氣密性良好，組件具有良好的機械強度。

19、有利的是，潤濕層(也稱為浸潤層)為金屬層。優(yōu)選地，金屬層由選自w、ti、al、au和cu中的金屬所制成。

20、根據(jù)另一有利的替代方案，潤濕層是金屬氮化物層，例如tin、wn、aln。

21、根據(jù)另一有利的替代方案，潤濕層是半導(dǎo)體層，比如si、ge、sic、asga、inp層。

22、有利的是，第一基板的第一面由介電材料(優(yōu)選sio2或si3n4)、半導(dǎo)體材料或金屬氮化物(諸如tin、wn、aln)制成(潤濕層則優(yōu)選由金屬制成)，和/或第二基板的第一面由介電材料(優(yōu)選sio2或si3n4)或半導(dǎo)體材料或金屬氮化物(諸如tin、wn、aln)制成(潤濕層則優(yōu)選由金屬制成)。

23、有利的是，共晶合金選自al-ge、au-in、au-sn、au-si、bi-sn和au-ge。

24、有利的是，對于共晶合金alge，第一材料選自alsi或alcu、對于共晶合金au-in、au-sn、au-si或au-ge，第一材料選自au、對于共晶合金bi-sn，第一材料選自bi，和/或?qū)τ诠簿Ш辖餫l-ge，第二材料選自ge、對于共晶合金au-sn或bi-sn，第二材料選自sn、對于共晶合金au-si，第二材料選自si、對于共晶合金au-in，第二材料選自in。

25、第一元素的體積為v1，第二元素的體積為v2。體積v1和v2被選擇成以便形成由v1和v2相對濃度給定的共晶合金。兩種元素的相對體積和成分的選擇應(yīng)與共晶濃度相對應(yīng)。

26、根據(jù)第一有利實施例，第一焊珠設(shè)置在第一潤濕層上，潤濕層在第一焊珠的任一側(cè)或第一焊珠的兩側(cè)上突出，和/或第二焊珠設(shè)置在第二潤濕層上，潤濕層在第二焊珠的任一側(cè)或第二焊珠的兩側(cè)上突出。

27、根據(jù)第二優(yōu)選實施例，潤濕層相對于第一焊珠和/或第二焊珠偏移，并且潤濕層可選地通過橫向構(gòu)件連接到第一焊珠和/或第二焊珠。橫向構(gòu)件優(yōu)選由與潤濕層相同的材料制成。

28、本發(fā)明還涉及由此獲得的裝置。該裝置包括第一基板和第二基板，第一基板和第二基板通過包含共晶合金的密封焊珠相互密封，第一基板和第二基板中的至少一者被潤濕層局部覆蓋，共晶合金的液滴在潤濕層上的接觸角一方面小于共晶合金在第一基板的第一面上的接觸角，共晶合金的液滴在潤濕層上的接觸角另一方面小于共晶合金在第二基板的第一面上的接觸角，共晶合金的流延部分被困在潤濕層上。

29、有利的是，潤濕層是金屬層，優(yōu)選地選自w，ti，al，au和cu，第一基板的第一面由介電材料(優(yōu)選地為sio2)或半導(dǎo)體材料制成，和/或第二基板的第一面由介電材料(優(yōu)選地為sio2)或半導(dǎo)體材料制成。

30、有利的是，共晶合金選自al-ge、au-in、au-sn、au-si、bi-sn和au-ge。

31、根據(jù)第一有利實施例，密封焊珠設(shè)置在潤濕層上，潤濕層在密封焊珠的任一側(cè)或者從密封焊珠的兩側(cè)上突出。

32、根據(jù)第二優(yōu)選實施例，潤濕層相對于密封焊珠局部偏移，并通過橫向構(gòu)件與密封焊珠連接。有利的是，橫向構(gòu)件由與潤濕層相同的材料制成。

33、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將從以下附加描述中顯現(xiàn)出來。

34、不言而喻，此附加說明僅作為對本發(fā)明目的的示例性描述，絕不應(yīng)被解釋為對該目的的限制。