[發(fā)明專利]自鎖圓片鍵合結(jié)構(gòu)及制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210382727.1
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN102874739A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐德輝;熊斌;吳國強(qiáng);姚邵康;張德陽;王躍林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81C3/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域和微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于微結(jié)構(gòu)制作和封裝的硅與非硅基MEMS器件、IC器件、光電器件圓片集成的自對準(zhǔn)圓片鍵合結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

圓片鍵合是指通過高溫高壓環(huán)境在兩種不同的圓片間形成一緊密連接的鍵合層，從而實(shí)現(xiàn)兩種不同圓片的集成，如圖1所示。由于圓片鍵合可以實(shí)現(xiàn)硅基圓片與非硅基圓片的集成，圓片鍵合技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展為微納加工技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)核心工藝技術(shù)。

圓片鍵合既可用于微機(jī)電器件的封裝，也可用于微納器件的制作。微機(jī)電器件經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其芯片技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是很多芯片卻沒有作為產(chǎn)品得到實(shí)際應(yīng)用，其主要原因之一就是封裝問題。微機(jī)電器件一般采用懸浮微結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳感或致動(dòng)，因此其結(jié)構(gòu)在劃片、貼片等封裝過程中特別容易受到損傷。而采用圓片鍵合技術(shù)將微機(jī)電器件圓片與蓋板圓片鍵合，則通過圓片級(jí)工藝將懸浮結(jié)構(gòu)保護(hù)在其鍵合腔體中，從而簡化了微機(jī)電器件的封裝，降低了微機(jī)電器件的封裝成本。而通過在圓片鍵合時(shí)控制鍵合腔體的氣氛，如真空鍵合，則可進(jìn)一步減小鍵合腔體中微結(jié)構(gòu)工作時(shí)的損耗，從而提高微機(jī)電器件封裝后的性能，進(jìn)一步提高了微機(jī)電器件的性價(jià)比。此外，通過在蓋板圓片上制作電路結(jié)構(gòu)或者其它光電器件，則采用圓片鍵合技術(shù)在簡化微機(jī)電器件封裝的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)電器件與讀出電路、光電模塊的圓片集成，從而進(jìn)一步提高了器件的集成度，減小了微系統(tǒng)的尺寸。

由于圓片鍵合時(shí)，鍵合片上一般都有微結(jié)構(gòu)，圓片鍵合需要將鍵合片上的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行對準(zhǔn)鍵合。并且為提高鍵合后器件的性能，減小鍵合后器件的體積，圓片鍵合在鍵合對準(zhǔn)方面都有較高的要求。目前，圓片對準(zhǔn)鍵合一般采用光刻機(jī)對準(zhǔn)和鍵合機(jī)原位對準(zhǔn)兩種對準(zhǔn)方法。和光刻機(jī)對準(zhǔn)方法相比，鍵合機(jī)原位對準(zhǔn)具有較高的鍵合對準(zhǔn)精度。光刻機(jī)對準(zhǔn)方法是利用光刻機(jī)將鍵合圓片進(jìn)行對準(zhǔn)，鍵合圓片對準(zhǔn)時(shí)并未將鍵合圓片進(jìn)行接觸，鍵合圓片對準(zhǔn)后通過鍵合固定裝置轉(zhuǎn)移到鍵合機(jī)中進(jìn)行鍵合。在鍵合機(jī)中通過升溫加壓的方法將對準(zhǔn)的鍵合圓片進(jìn)行接觸鍵合。由于鍵合片對準(zhǔn)后是通過鍵合固定裝置轉(zhuǎn)移到鍵合機(jī)中，鍵合過程中需要施加外力將硅片從鍵合固定裝置中取出，從而容易導(dǎo)致鍵合圓片位置發(fā)生偏移，偏移量可以達(dá)到幾十到幾百微米，因此鍵合對準(zhǔn)精度大大下降。此外，鍵合過程中由于鍵合界面鍵合材料的軟化和流動(dòng)，鍵合的上下硅片在鍵合工藝中容易發(fā)生滑動(dòng)，進(jìn)一步增加了鍵合對準(zhǔn)的漂移，降低了鍵合對準(zhǔn)精度。鍵合機(jī)原位對準(zhǔn)是先將鍵合片放入鍵合機(jī)，在鍵合機(jī)升溫后再將鍵合片在鍵合機(jī)中進(jìn)行對準(zhǔn)，使鍵合硅片相互接觸，然后再通過施加壓力將硅片在高溫環(huán)境下鍵合。由于圓片鍵合一般是通過鍵合材料在高溫高壓下軟化將上下鍵合硅片進(jìn)行鍵合，鍵合過程中上下鍵合硅片的的鍵合層具有一定的流動(dòng)性，因此鍵合過程中的壓力負(fù)載很容易使鍵合硅片發(fā)生滑動(dòng)，從而導(dǎo)致鍵合對準(zhǔn)漂移，降低了鍵合對準(zhǔn)精度。此外，鍵合過程中的溫度變化也會(huì)引起中間鍵合層殘余應(yīng)力的變化，從而進(jìn)一步導(dǎo)致鍵合上下硅片的移動(dòng)，降低鍵合對準(zhǔn)精度。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種自鎖圓片鍵合結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中鍵合過程中的壓力負(fù)載使鍵合硅片發(fā)生滑動(dòng)，從而導(dǎo)致鍵合對準(zhǔn)漂移，降低鍵合對準(zhǔn)精度的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種自鎖圓片鍵合結(jié)構(gòu)，所述自鎖圓片鍵合結(jié)構(gòu)包括設(shè)有凹槽結(jié)構(gòu)的鍵合下圓片以及設(shè)有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的鍵合上圓片；所述鍵合下圓片與所述鍵合上圓片通過所述凹槽結(jié)構(gòu)與凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的配合鍵合鑲嵌在一起，形成自鎖結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的高度大于或等于凹槽結(jié)構(gòu)的深度。

優(yōu)選地，所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有鍵合材料層，所述鍵合材料層的厚度與所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的高度之和大于或等于所述凹槽結(jié)構(gòu)的深度。

優(yōu)選地，所述凹槽結(jié)構(gòu)或所述臺(tái)外設(shè)有鍵合材料層，所述鍵合材料層的厚度小于所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的高度；所述凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與所述凹槽結(jié)構(gòu)接觸配合。

優(yōu)選地，所述鍵合下圓片上設(shè)有電路結(jié)構(gòu)；所述鍵合上圓片上設(shè)有傳感器微結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種自鎖圓片鍵合結(jié)構(gòu)制作方法，該制作方法包括以下步驟：

1）在鍵合下圓片上制作凹槽結(jié)構(gòu)；

2）在鍵合上圓片上制作凸臺(tái)結(jié)構(gòu)；

3）將鍵合下圓片和鍵合上圓片進(jìn)行對準(zhǔn)鍵合。

優(yōu)選地，在形成步驟1）中的凹槽結(jié)構(gòu)后在其內(nèi)部沉積形成第一鍵合材料層；在形成步驟2）中的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)后在其上部沉積形成第二鍵合材料層；所述第一鍵合材料層、第二鍵合材料層的厚度和與所述凸臺(tái)的高度之和大于或等于所述凹槽結(jié)構(gòu)的深度。