Mems鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)及其制造方法，該結(jié)構(gòu)包括：器件硅片，該器件硅片上具有微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)和鋁鍵合層；封帽硅片，該封帽硅片上具有鍺鍵合層，該鍺鍵合層與所述鋁鍵合層鍵合；其中，所述封帽硅片上還具有自所述封帽硅片伸出的節(jié)距柱，該節(jié)距柱的端部與所述器件硅片接觸。本發(fā)明能夠控制鍵合過程中由于鍵合壓力而發(fā)生的鋁鍺橫向延展量，得到預(yù)設(shè)厚度的鋁鍺鍵合層。
【專利說明】MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MEMS【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS技術(shù)被譽為21世紀(jì)帶有革命性的高新技術(shù)，其發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，MEMS是英文Micro Electro Mechanical System的縮寫，即微電子機(jī)械系統(tǒng),是微電子和微機(jī)械的巧妙結(jié)合。微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)將對未來人類生活產(chǎn)生革命性的影響。MEMS的基礎(chǔ)技術(shù)主要包括娃各向異性刻蝕技術(shù)、妓/./娃鍵合技術(shù)、表面微機(jī)械技術(shù)、LIGA技術(shù)等，已成為研制生產(chǎn)MEMS必不可少的核心技術(shù)。
[0003]在以硅為基礎(chǔ)的MEMS加工技術(shù)中，部分產(chǎn)品如加速度計、陀螺儀等需要對微機(jī)械的器件結(jié)構(gòu)部分實施保護(hù)，這種保護(hù)的方法就是在器件上方采用空腔封帽片保護(hù)結(jié)構(gòu)，通過硅硅直接鍵合、陽極鍵合、鋁鍺、金硅共晶鍵合、玻璃粉鍵合等各種鍵合工藝，使器件硅片和封帽片密閉結(jié)合在一起，這樣使微機(jī)械的器件結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境得到隔離。
[0004]而在這些鍵合工藝中，和其他鍵合工藝相比，鋁鍺共晶鍵合的優(yōu)勢在于其鍵合溫度低、具有密封效果好、鍵合強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高，成本低，并可以和CMOS工藝兼容，因此廣泛應(yīng)用于MEMS產(chǎn)品圓片級的封裝；缺點是在鍵合燒結(jié)過程中，鋁鍺容易產(chǎn)生延展和流動，其延展部分鋁鍺有可能影響MEMS微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)部分的工作，從而使器件毀壞或整體性能下降，而且鋁鍺的延展和流動導(dǎo)致需要占用較大的鍵合區(qū)域面積。另外，在鍵合過程中，整個硅片內(nèi)的鍵合層厚度和壓力密切相關(guān)，受壓大的區(qū)域鍵合層厚度薄，受壓小的區(qū)域鍵合層厚度大，鍵合質(zhì)量和密封性受鍵合壓力的影響很大。
[0005]眾所周知，對于慣性傳感器等MEMS器件，如何合理設(shè)定和控制鍵合區(qū)所占用的尺寸，包括鍵合層的高度，對封裝成品率及成品可靠性的影響是至關(guān)重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問題是提供一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠控制鍵合過程中由于鍵合壓力而發(fā)生的鋁鍺橫向延展量，得到預(yù)設(shè)厚度的鋁鍺鍵合層。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，包括:
[0008]器件硅片，該器件硅片上具有微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)和鋁鍵合層；
[0009]封帽硅片，該封帽硅片上具有鍺鍵合層，該鍺鍵合層與所述鋁鍵合層鍵合；
[0010]其中，所述封帽硅片上還具有自所述封帽硅片伸出的節(jié)距柱，該節(jié)距柱的端部與所述器件硅片接觸，所述封帽硅片上還具有內(nèi)凹的溢料槽，所述溢料槽位于所述鍺鍵合層與節(jié)距柱之間，所述節(jié)距柱位于所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)之間
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述溢料槽與所述鍺鍵合層和節(jié)距柱之間的距離為30 μ m ?50 μ m0
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述溢料槽的深度為ΙΟμπι?ΙΟΟμπι，所述溢料槽的寬度為20 μ m?50 μ m。[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述節(jié)距柱的寬度為20 μ m?60 μ m。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述節(jié)距柱為多層堆疊結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述節(jié)距柱包括:
[0016]二氧化硅薄膜，位于該封帽硅片上；
[0017]氮化硅薄膜，堆疊在該二氧化硅薄膜上。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述二氧化硅薄膜的高度為IOOOnm?2000nm，所述氮化娃薄膜的高度為IOOnm?200nm。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述封帽硅上還具有內(nèi)凹的微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔的位置與所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)的位置對應(yīng)。
[0020]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，包括:
[0021 ] 提供器件襯底和封帽襯底；
[0022]在所述封帽襯底上形成鍺鍵合層以及節(jié)距柱，以形成封帽硅片；
[0023]在所述器件襯底上形成鋁鍵合層和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)，以形成器件硅片；
[0024]在所述封帽硅片上形成內(nèi)凹的溢料槽，所述溢料槽位于所述鍺鍵合層與節(jié)距柱之間，所述節(jié)距柱位于所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)之間；
[0025]對所述鍺鍵合層與所述鋁鍵合層進(jìn)行鍵合，以使所述封帽硅片和器件硅片鍵合在一起，鍵合后所述節(jié)距柱的端部與所述器件硅片接觸。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述溢料槽與所述鍺鍵合層和節(jié)距柱之間的距離為30 μ m ?50 μ m0
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述溢料槽的深度為ΙΟμπι?ΙΟΟμπι，所述溢料槽的寬度為20 μ m?50 μ m。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在形成所述溢料槽時，還一并在所述封帽襯底上形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔的位置與所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)的位置對應(yīng)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔的形成方法包括:
[0030]采用光刻工藝在所述封帽襯底上形成窗口，該窗口的位置對應(yīng)于所述溢料槽和微機(jī)械器件的位置；
[0031]采用干法刻蝕工藝對所述窗口內(nèi)的封帽襯底進(jìn)行刻蝕，以形成所述溢料槽和微機(jī)械器件。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述節(jié)距柱的寬度為20 μ m?60 μ m。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述節(jié)距柱為多層堆疊結(jié)構(gòu)。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述節(jié)距柱的形成方法包括:
[0035]在所述封帽襯底上形成二氧化硅薄膜；
[0036]在所述二氧化硅薄膜上形成氮化硅薄膜；
[0037]對所述氮化硅薄膜和二氧化硅薄膜進(jìn)行刻蝕，以形成所述節(jié)距柱。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述二氧化硅薄膜的高度為IOOOnm?2000nm，所述氮化娃薄膜的高度為IOOnm?200nm。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進(jìn)行鍵合時的溫度為425°C?445°C。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:[0041]本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法中，封帽硅片上設(shè)置有節(jié)距柱，該節(jié)距柱可以在鍵合過程中控制封帽硅片與器件硅片之間的距離，使得片內(nèi)壓力基本均勻，有利于優(yōu)化鍵合質(zhì)量，并可以控制鍵合過程中由于鍵合壓力而導(dǎo)致的鋁鍺橫向延展量，從而能得到預(yù)設(shè)厚度的鋁鍺鍵合層，可以保證產(chǎn)品鍵合層的密封性。
[0042]進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法中，封帽硅片上還可以具有溢料槽，該溢料槽位于鍺鍵合層與微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)之間，可以將鍵合過程中受壓發(fā)生的鋁鍺橫向延展量限制在溢料槽內(nèi)，防止鋁鍺橫向延展至微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)造成對微機(jī)械的可動器件結(jié)構(gòu)的影響。因此，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案可以微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)中的器件結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)省器件鍵合區(qū)域的面積，從而達(dá)到減小整個產(chǎn)品的版圖面積、增加有效管芯數(shù)量、降低制造成本的目的。
[0043]另外，本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法可以應(yīng)用微電子集成電路常規(guī)的方法進(jìn)行實施，和CMOS生產(chǎn)線工藝兼容，而且不會造成顆粒沾污、金屬沾污等風(fēng)險。
[0044]本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法適合MEMS產(chǎn)品大批量工業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品的可靠性；該制造方法也適用于其他非MEMS器件的共晶鍵合工藝產(chǎn)品，具有廣泛的應(yīng)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2是本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖；
[0047]圖3至圖7是本發(fā)明實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法中各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0049]參考圖1，本實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)包括鍵合在一起的器件硅片201和封帽硅片101。需要說明的是，“硅片”僅是本領(lǐng)域的一種慣用說法，其材料并不限于硅，還可以是半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】常用的其他襯底材料。
[0050]其中，封帽硅片101上形成有鍺鍵合層104、節(jié)距柱10、溢料槽106以及微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105 ;器件硅片201上形成有鋁鍵合層202以及微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203。其中，器件硅片201上的鋁鍵合層202與封帽硅片101上的鍺鍵合層104鍵合在一起，使得器件硅片201上的微機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)區(qū)203與外部環(huán)境得到隔離。鋁鍵合層202和鍺鍵合層104例如可以采用共晶鍵合工藝鍵合在一起，但并不限于此。
[0051]其中，微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203中可以形成有可動結(jié)構(gòu)，例如加速度計、慣性傳感器中的可動結(jié)構(gòu)。微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105是一個內(nèi)凹的空腔，其位置與微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203的位置相對應(yīng)，鍵合之后，微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105位于微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203上方。
[0052]該節(jié)距柱10自封帽硅片101的表面伸出，在鍵合之后，節(jié)距柱10的端部與器件硅片201接觸。節(jié)距柱10的數(shù)量可以是一個或多個，多個節(jié)距柱10可以分布在封帽硅片101的不同區(qū)域。節(jié)距柱10具有預(yù)設(shè)的高度，從而在鍵合過程中使得各個不同區(qū)域內(nèi)受到的壓力較為均勻，可以控制鍵合過程中由壓力導(dǎo)致的鋁鍺橫向延展量，而且能夠?qū)X鍵合層和鍺鍵合層鍵合形成的鋁鍺鍵合層的厚度控制為與節(jié)距柱10的高度相同，也就是鋁鍺鍵合層也具有預(yù)設(shè)的高度，有利于保證密封性。
[0053]該節(jié)距柱10可以是多層堆疊結(jié)構(gòu)，例如可以是二氧化硅薄膜102和氮化硅薄膜103的堆疊結(jié)構(gòu)，但并不限于此。
[0054]作為一個優(yōu)選的實施例，該封帽硅片101上還具有內(nèi)凹的溢料槽106，該溢料槽106位于鍺鍵合層104與微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203之間，或者說位于鍺鍵合層104和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105之間。更進(jìn)一步而言，在圖1所示的實例中，溢料槽106位于鍺鍵合層104與節(jié)距柱10之間，節(jié)距柱10位于溢料槽106和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105之間。優(yōu)選地，溢料槽106和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105可以通過同一步刻蝕工藝形成，二者可以具有相同的深度。
[0055]鍵合過程中，鋁、鍺鍵合層熔化受壓后會發(fā)生橫向延展，橫向延展溢出的部分將被限制在溢料槽106內(nèi)，不會影響到微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203，尤其是在微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203內(nèi)具有可動結(jié)構(gòu)時，溢料槽106可以保護(hù)可動結(jié)構(gòu)不受影響。
[0056]在一個優(yōu)選的實例中，溢料槽106與鍺鍵合層104和節(jié)距柱10之間的距離為30 μ m?50 μ m ;溢料槽106的深度為10 μ m?100 μ m ;溢料槽的寬度為20 μ m?50 μ m ;節(jié)距柱10的寬度為20 μ m?60 μ m ;二氧化硅薄膜102的高度(或者稱為厚度)為IOOOnm?2000nm，氮化硅薄膜103的高度(或者稱為厚度)為IOOnm?200nm。當(dāng)然，上述參數(shù)僅是優(yōu)選實例中的參數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要對這些參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
[0057]參考圖2，本實施例的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法包括如下步驟:
[0058]步驟SI I，提供器件襯底和封帽襯底；
[0059]步驟S12，在所述封帽襯底上形成鍺鍵合層以及節(jié)距柱，以形成封帽硅片；
[0060]步驟S13，在所述器件襯底上形成鋁鍵合層和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)，以形成器件硅片；
[0061]步驟S14，在所述封帽硅片上形成內(nèi)凹的溢料槽，所述溢料槽位于所述鍺鍵合層與節(jié)距柱之間，所述節(jié)距柱位于所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)之間；
[0062]步驟S15，對所述鍺鍵合層與所述鋁鍵合層進(jìn)行鍵合，以使所述封帽硅片和器件硅片鍵合在一起，鍵合后所述節(jié)距柱的端部與所述器件硅片接觸。
[0063]下面結(jié)合圖3至圖7進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0064]參考圖3，提供封帽襯底100，在該封帽襯底100上形成節(jié)距柱10，該封帽襯底100可以是硅襯底，但并不限于此，還可以是CMOS工藝、MEMS工藝中常用的其他襯底。
[0065]該節(jié)距柱10的形成過程可以包括:在封帽襯底100上形成二氧化硅薄膜102，例如可以采用微電子集成電路常規(guī)的熱氧化工藝，溫度約為1100°C，時間約為12小時左右，用濕氧氧化工藝生長二氧化硅薄膜102，該二氧化硅薄膜102的厚度例如可以是IOOOnm?2000nm ;之后在二氧化硅薄膜102上形成氮化硅薄膜103，例如可以采用低壓氣相沉積的方法，在二氧化硅薄膜102上生長一層氮化硅薄膜103，該氮化硅薄膜103的厚度例如可以是IOOnm?200nm ;之后，采用常規(guī)的光刻和刻蝕工藝對二氧化硅薄膜102和氮化硅薄膜103進(jìn)行圖形化，例如可以采用干法刻蝕，刻蝕氣體可以是CF4、CH3F, Ar的混合氣體。
[0066]氮化硅薄膜103可以保護(hù)二氧化硅薄膜102的高度在后續(xù)的氫氟酸清晰過程中不發(fā)生變化，使得整個節(jié)距柱10保持預(yù)設(shè)的高度。節(jié)距柱10在后續(xù)鍵合過程中可以固定鋁、鍺鍵合層鍵合成型后的金屬互熔層的厚度，使得鍵合后的鍵合層的整體厚度不受鍵合壓力的影響。
[0067]參考圖4，在封帽襯底100上形成鍺鍵合層104。例如，可以采用微電子集成電路常規(guī)的鍺蒸發(fā)或者鍺濺射工藝來形成鍺層，然后再利用常規(guī)的光刻和干法刻蝕工藝對鍺層進(jìn)行圖形化，以形成鍺鍵合層104。為了控制封帽襯底100表面的潔凈度，鍺蒸發(fā)或者鍺濺射工藝之前，可以對封帽襯底100表面進(jìn)行氫氟酸的清洗工藝，由于節(jié)距柱10的頂端具有氮化硅薄膜103，節(jié)距柱10的高度在氫氟酸的清洗過程中不會變化。鍺鍵合層104與節(jié)距柱10之間的距離可以為80 μ m?150 μ m。
[0068]優(yōu)選地，本實施例采用鍺蒸發(fā)工藝來形成鍺層，蒸發(fā)形成的鍺層的厚度例如可以為500nm?1500nm，優(yōu)選為IOOOnm ;然后再采用常規(guī)的光刻和干法刻蝕工藝，對鍺層進(jìn)行圖形化，形成鍺鍵合層104，鍺鍵合層104的寬度可以為IOOym?300μπι。
[0069]參考圖5，對封帽襯底進(jìn)行刻蝕，以形成內(nèi)凹的溢料槽106和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105，從而形成封帽硅片101。溢料槽106位于鍺鍵合層104和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105之間，更進(jìn)一步而言，溢料槽106例如可以位于鍺鍵合層104和節(jié)距柱10之間。
[0070]更進(jìn)一步而言，可以采用微電子集成電路常規(guī)的光刻工藝，在封帽襯底上形成溢料槽106和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105的窗口 ；之后采用干法刻蝕工藝對窗口內(nèi)的封帽襯底進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體例如可以是SF6和C4F8,以形成溢料槽106和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105。例如,可以采用MEMS業(yè)界熟知的刻蝕、沉積、刻蝕重復(fù)的Bosch深槽刻蝕工藝，在封帽襯底上形成溢料槽106和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105,其深度為10 μ m?100 μ m,優(yōu)選為80 μ m,而溢料槽106的寬度優(yōu)選為20 μ m?50 μ m。微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105的尺寸可以根據(jù)產(chǎn)品的需要來設(shè)定，微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105與節(jié)距柱10之間的距離為50 μ m?100 μ m。
[0071]參考圖6，提供器件襯底200，在該器件襯底200上形成鋁鍵合層202，該器件襯底200可以是硅襯底，但并不限于此，還可以是CMOS工藝、MEMS工藝中常用的其他襯底。鋁鍵合層202的位置與圖5所示的封帽硅片101上的鍺鍵合層104的位置對應(yīng)，以便于后續(xù)鍵
八
口 ο
[0072]該鋁鍵合層202的形成過程可以包括:采用微電子集成電路常規(guī)的鋁蒸發(fā)或者鋁濺射工藝形成鋁層，該鋁層的厚度例如可以為500nm?2000nm，優(yōu)選為1500nm;然后再用常規(guī)的光刻和金屬干法刻蝕工藝對鋁層進(jìn)行圖形化，以形成鋁鍵合層202，鋁鍵合層202的寬度例如為ΙΟΟμπι?300μπι。另外，該鋁層也可以作為微機(jī)械器件的金屬引出層，在形成鋁鍵合層202的刻蝕工藝中，還可以一并在鋁層上刻蝕形成器件的引線。
[0073]參考圖7，在器件襯底上形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203例如可以包括可動結(jié)構(gòu)。該微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203的位置與圖5所示的封帽硅片101中的微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔105的位置對應(yīng)。
[0074]進(jìn)一步而言，可以采用MEMS工藝中常規(guī)的光刻、刻蝕以及氫氟酸氣體熏蒸工藝來制作微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203，例如制作懸浮的可動結(jié)構(gòu)。該微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)203與鋁鍵合層202之間的間距可以為150 μ m?310 μ m。
[0075]參考圖5和圖7，對封帽硅片101和器件硅片201進(jìn)行鍵合，具體而言，將封帽硅片101上的鍺鍵合層104和器件硅片201上的鋁鍵合層202鍵合在一起。
[0076]進(jìn)一步而言，可以采用MEMS業(yè)界常規(guī)的鍵合工藝進(jìn)行鋁鍺共晶鍵合，鍵合溫度控制在425°C?445°C之間，鋁和鍺在該溫度范圍內(nèi)相互熔合使得封帽硅片101和器件硅片201鍵合在一起，使得微機(jī)械的器件結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境得到隔離保護(hù)。鍵合后形成的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0077]本發(fā)明實施例的技術(shù)方案可以使用于加速度計、慣性傳感器等多種器件，另外也可以適用于非MEMS器件的共晶鍵合工藝產(chǎn)品上。
[0078]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，只是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單的修改、等同的變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，包括: 器件硅片，該器件硅片上具有微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)和鋁鍵合層； 封帽硅片，該封帽硅片上具有鍺鍵合層，該鍺鍵合層與所述鋁鍵合層鍵合； 其特征在于，所述封帽硅片上還具有自所述封帽硅片伸出的節(jié)距柱，該節(jié)距柱的端部與所述器件硅片接觸，所述封帽硅片上還具有內(nèi)凹的溢料槽，所述溢料槽位于所述鍺鍵合層與節(jié)距柱之間，所述節(jié)距柱位于所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溢料槽與所述鍺鍵合層和節(jié)距柱之間的距離為30 μ m~50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溢料槽的深度為10 μ m~100 μ m,所述溢料槽的寬度為20 μ m~50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述節(jié)距柱的寬度為20 μ m ~60 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述節(jié)距柱為多層堆疊結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述節(jié)距柱包括: 二氧化硅薄膜，位于該封帽硅片上； 氮化硅薄膜，堆疊在該二氧化硅薄膜上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二氧化硅薄膜的高度為1000nm~2000nm,所述氮化娃薄膜的高度為IOOnm~200nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封帽硅上還具有內(nèi)凹的微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔的位置與所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)的位置對應(yīng)。
9.一種MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 提供器件襯底和封帽襯底； 在所述封帽襯底上形成鍺鍵合層以及節(jié)距柱，以形成封帽硅片； 在所述器件襯底上形成鋁鍵合層和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)，以形成器件硅片； 在所述封帽硅片上形成內(nèi)凹的溢料槽，所述溢料槽位于所述鍺鍵合層與節(jié)距柱之間，所述節(jié)距柱位于所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)之間； 對所述鍺鍵合層與所述鋁鍵合層進(jìn)行鍵合，以使所述封帽硅片和器件硅片鍵合在一起，鍵合后所述節(jié)距柱的端部與所述器件硅片接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述溢料槽與所述鍺鍵合層和節(jié)距柱之間的距離為30 μ m~50 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述溢料槽的深度為10 μ m~100 μ m,所述溢料槽的寬度為20 μ m~50 μ m。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在形成所述溢料槽時，還一并在所述封帽襯底上形成微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔的位置與所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)的位置對應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述溢料槽和微機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)腔的形成方法包括:采用光刻工藝在所述封帽襯底上形成窗口，該窗口的位置對應(yīng)于所述溢料槽和微機(jī)械器件的位置； 采用干法刻蝕工藝對所述窗口內(nèi)的封帽襯底進(jìn)行刻蝕，以形成所述溢料槽和微機(jī)械器件。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述節(jié)距柱的寬度為20 μ m~60 μ m。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述節(jié)距柱為多層堆疊結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述節(jié)距柱的形成方法包括: 在所述封帽襯底上形成二氧化硅薄膜； 在所述二氧化硅薄膜上形成氮化硅薄膜； 對所述氮化硅薄膜和二氧化硅薄膜進(jìn)行刻蝕，以形成所述節(jié)距柱。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述二氧化娃薄膜的高度為1000nm~2000nm,所述氮化娃薄膜的高度為IOOnm~200nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項所述的MEMS鋁鍺鍵合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，進(jìn)行鍵合時的溫度為425°C~445°C。
【文檔編號】B81B7/02GK103979481SQ201410232986
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】聞永祥, 范偉宏, 王平, 劉琛 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司