[发明专利]共晶键合方法和半导体器件

说明书

本发明提供了一种共晶键合方法和半导体器件，先形成挡墙结构，后形成第一键合结构，能避免先形成第一键合结构后形成挡墙结构时在第一键合结构侧壁上产生的挡墙材料残留，由此可以使得第一键合结构和第二键合结构能够充分进行共晶键合反应，从而提高键合后的器件可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种共晶键合方法和半导体器件。

背景技术

封装是微制造工艺中非常重要的一个环节，而晶圆级封装技术正是微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)重要的封装技术之一，因为它可有效地避免划片和组装等后续工艺对MEMS芯片内可动敏感结构造成破坏，提高MEMS器件内部的洁净度，同时提高封装成品率和可靠性，降低封装成本。形成MEMS器件时，经常会用到铝锗(AlGe)共晶键合工艺。

在目前形成MEMS器件的AlGe共晶键合工艺中，请参考图1，一般先在盖帽基板上形成Ge膜100并进一步将Ge膜100加工成所设计的图形，在具有微机械结构的MEMS器件基板上形成Al膜101并进一步能将Al膜101加工成所设计的图形，然后把两基板对准，加热到略高于AlGe共晶熔点(约424℃)的温度，比如450℃，同时在两基板间加上一定的压力，使两基板的Ge膜100和Al膜101紧密接触，Al和Ge就会在二者的界面处熔融液化并互相扩散，之后再把温度降到AlGe共晶熔点以下时，二者就会形成稳定的固态共晶，由此实现两基板的稳固键合，但是在该过程中由于压力和重力的作用，熔融状态的AlGe合金常常会溢流到两基板的各处，进而引起MEMS器件功能失效和可靠性失效。

现有技术中，通常会在MEMS器件基板上形成Al膜101并进一步能将Al膜101加工成所设计的图形之后，再在Al膜101和MEMS器件基板上沉积足够厚度的阻挡材料，并刻蚀所述阻挡材料来在Al膜101的两侧增加挡墙102，以在键合两基板时防止熔融状态的AlGe合金的溢出。这种工艺虽然能够对熔融状态的AlGe合金的溢出起到一定的阻挡作用，但是由于先形成图形化的Al膜101而后形成挡墙，因此在刻蚀阻挡材料而形成挡墙102之后，容易在图形化的Al膜101的侧壁上形成阻挡材料残留102a，而该阻挡材料残留102a会阻碍Ge膜100和Al膜101的熔融扩散的进行，造成共晶键合反应不充分，从而导致MEMS器件功能失效和可靠性失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共晶键合方法和半导体器件，能够避免在键合结构的侧壁上形成挡墙材料残留，以保证键合后的器件性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种共晶键合方法，包括：

提供第一基板，在所述第一基板上形成图形化的挡墙结构，所述挡墙结构包括相互分立的两道图形化的挡墙；

在所述第一基板和所述挡墙结构上覆盖第一键合材料层，并刻蚀所述第一键合材料层，以在两道所述挡墙之间形成图形化的第一键合结构，且所述第一键合结构和各道所述挡墙之间均具有间隙；

提供第二基板，在所述第二基板上形成与所述第一键合结构相匹配的图形化的第二键合结构；

将所述第一键合结构和所述第二键合结构对准并共晶键合在一起，以使得所述第一基板和所述第二基板键合在一起。

可选地，所述第一键合材料层包括锗、硅、金、铜、锡和铝中的至少一种；所述第二键合结构的材料为能够与所述第一键合材料层发生共晶键合的材料。

可选地，所述第一基板为盖帽基板，所述第二基板为具有微机械结构的器件基板。

可选地，所述第一键合结构的高度低于所述挡墙的高度。

可选地，所述第一键合结构的线宽为60μm～80μm，所述第二键合结构的线宽为60μm～80μm，所述挡墙的线宽为5μm～15μm，所述间隙的线宽为5μm～15μm。