文章來(lái)源：芯學(xué)知

原文作者：芯啟未來(lái)

本文介紹帶金屬的中間鍵合技術(shù)

鍵合技術(shù)主要分為直接鍵合和帶有中間層的鍵合。直接鍵合如硅硅鍵合，陽(yáng)極鍵合等鍵合條件高，如高溫、高壓等。而帶有中間層的鍵合，所需的溫度更低，壓力也更小。帶金屬的中間層鍵合技術(shù)主要包括共晶鍵合、焊料鍵合、熱壓鍵合和反應(yīng)鍵合等。本文主要對(duì)共晶鍵合進(jìn)行介紹。

共晶鍵合，又稱(chēng)共晶焊接，指兩種或兩種以上金屬層，在一定的溫度下直接從固體轉(zhuǎn)化成液態(tài)，通過(guò)金屬的再結(jié)晶在鍵合面形成共晶相的鍵合工藝。共晶鍵合優(yōu)勢(shì)是鍵合過(guò)程的溫度比直接鍵合低，也比單層金屬的熔點(diǎn)低很多；同時(shí)鍵合過(guò)程中出氣量很低，可以實(shí)現(xiàn)高真空零級(jí)封裝；另外，由于共晶鍵合是液相鍵合，因此對(duì)鍵合面的平整度、劃痕和顆粒都不敏感，利于保證鍵合良率和批量生產(chǎn)。

圖 Al-Ge鍵合示意圖

常用的共晶鍵合材料體系包括Au-Si，Au-Ge，Al-Ge，Au-Sn和Au-In等。Au-Si和Au-Ge體系的鍵合溫度約400°C，Al-Ge 體系的鍵合溫度約420°C，Au-Sn體系的鍵合溫度約300°C， Au-Sn體系的鍵合溫度約180°C。為實(shí)現(xiàn)高真空度封裝，MEMS陀螺儀多采用Al-Ge、Au-Si的共晶鍵合技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)低溫鍵合封裝，在光學(xué)MEMS器件，如MEMS微鏡和VCSEL中采用Au-In的共晶鍵合。

圖 Au-Sn鍵合示意圖

共晶鍵合需要在2片晶圓的鍵合面制作金屬層，制作方法包括濺射和絲印等。Al-Ge鍵合分別在2個(gè)鍵合面采用磁控濺射鍍Al和Ge膜，采用刻蝕或剝離的方法進(jìn)行鍵合區(qū)域的圖形化。根據(jù)實(shí)際的要求和襯底的情況，決定是否預(yù)先制作1μm厚度的UBM（Under Bump Metallization）作為黏附層。Al和Ge膜的厚度通常低于1μm，經(jīng)過(guò)高溫，鍵合界面上的金屬形成互溶液相，形成共晶結(jié)構(gòu)，完成鍵合。

Au-Sn共晶鍵合通常采用在一片待鍵合的晶片鍵合面通過(guò)物理氣相沉積的方法制備疊層的Au-Sn層，另一片鍵合的晶片鍵合面通過(guò)物理氣相沉積的方法制備Au層，Au和Sn的厚度比例決定了金屬間化合物的成分，金屬間化合物的特性決定了鍵合的質(zhì)量。常用的厚度比例是Au：Sn=8：2。

圖 鍵合中間層Au-Sn比例