[發明專利]一種通過鍵合材料進行鍵合的方法和鍵合結構

有效

• 申請號: 201810307052.1
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN110349847B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 王詩男
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本申請提供一種通過鍵合材料進行鍵合的方法和鍵合結構，該方法包括：在第一基板的主面和/或第二基板的主面形成位于鍵合區域的外周的凹部；在所述第一基板的主面和/或所述第二基板的主面的所述鍵合區域形成鍵合材料；以及向所述第一基板和所述第二基板施加壓力，使所述第一基板的主面和所述第二基板的主面通過由所述鍵合材料形成的鍵合層而鍵合。根據本申請，在鍵合區域外周形成凹部，用于容納從鍵合區域溢流出的鍵合材料，從而避免鍵合材料從鍵合的基板邊緣溢出。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種通過鍵合材料進行鍵合的方法和鍵合結構。

背景技術

在半導體器件的制造過程中，為了實現器件的小型化、多功能化、高性能化，常常需要把兩個基板鍵合起來。特別是具有可動微結構的微機電系統(MEMS)器件，為了防止可動微結構的損傷，或者維持其環境氣體壓力穩定來保障器件功能的穩定，常常需要將微結構進行氣密性封裝，而且，這種封裝的氣密性需要長時間的穩定性。比如MEMS加速度傳感器、陀螺儀以及壓力計等器件，對封裝的氣密性有很高的要求。這種氣密性封裝常用基板鍵合技術來實現。

在各種基板鍵合技術之中，共晶鍵合可以實現較高的氣密度和較好的氣密度穩定性。同時，共晶鍵合往往具有鍵合溫度較低、鍵合強度大的特點。比如，專利文獻WO2006/101769提供了一個用AlGe共晶鍵合將MEMS器件和互補金屬氧化物半導體(CMOS)基板鍵合密封的技術。該技術提供的鋁(Al)和鍺(Ge)的共晶鍵合不僅溫度低(約450℃)，而且材料也與CMOS工藝兼容。同時，AlGe共晶還具有較好的導電性從而可以實現鍵合基板間的電連接。在AlGe共晶鍵合中，一般先在兩基板上分別形成Al或Ge的單層薄膜、或形成Al和Ge交替疊加的多層膜、再把薄膜加工成所設計的圖形。然后把兩個基板對準，加熱到略高于AlGe共晶熔點(約424℃)的溫度，比如450℃。同時，在兩基板間加上一定的壓力，使兩基板緊密接觸。雖然這時的基板溫度遠遠低于純Ge的熔點938℃或純Al的熔點660℃，但是由于溫度超過了AlGe的共晶熔點，Al和Ge就會在二者的表面處液化并互相擴散。互相擴散后，再把溫度降到AlGe共晶熔點以下時，二者就會形成穩定的固態共晶。如上所述，共晶鍵合時要經過一個共晶材料的液化過程。

用膠作為鍵合層的膠鍵合也是基板鍵合的重要手段。同共晶鍵合一樣，膠鍵合能夠實現基板的結合和器件的密封。與直接鍵合的方式相比，膠鍵合與共晶鍵合一樣都具有對基板表面平坦度、平滑度、劃傷、附著顆粒不敏感的優勢。

應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

發明內容

在共晶鍵合和膠鍵合等通過鍵合層而進行基板鍵合的技術中，鍵合層會在鍵合過程中流動到基板邊緣外部，使后續對基板的操作變得困難，這種溢流有時還會污染機械，甚至使基板粘合到機械上，造成機械故障，影響生產。例如，融化的共晶材料在鍵合壓力作用下會在鍵合表面產生流動，導致共晶材料溢流到基板邊緣外部；或者，膠鍵合的膠也會在鍵合過程中流動，并從基板邊緣溢出。

為了避免上述溢流的影響，可以考慮減少鍵合層的厚度、降低鍵合層的流動性、減小鍵合時的基板溫度和壓力。但是，這些做法有可能導致鍵合強度變低、和/或在鍵合界面產生空洞等不良狀態，降低鍵合質量。

本申請提供一種通過鍵合材料進行鍵合的方法和鍵合結構，在鍵合區域外周形成凹部，用于容納從鍵合區域溢流出的鍵合材料，從而避免鍵合材料從鍵合的基板邊緣溢出。

根據本申請實施例的一個方面，提供一種通過鍵合材料進行鍵合的方法，包括：

在第一基板的主面和/或第二基板的主面形成位于鍵合區域的外周的凹部；在所述第一基板的主面和/或所述第二基板的主面的所述鍵合區域形成鍵合材料；以及向所述第一基板和所述第二基板施加壓力，使所述第一基板的主面和所述第二基板的主面通過由所述鍵合材料形成的鍵合層而鍵合。