本發(fā)明涉及半導體器件制造領域，尤其涉及一種鍵合方法、鍵合結構、mems器件及其制作方法。

背景技術：

1、mems(微電子機械系統(tǒng))陀螺儀由于其具有可動微結構，極易受到劃片和封裝過程中的灰塵、水汽、機械等因素的影響，從而造成器件損壞或器件性能下降。因此，mems陀螺儀需要氣密性封裝來防止可動微結構的損傷，同時需要維持穩(wěn)定的氣體阻尼系數，來提高器件性能。

2、共晶鍵合是近年來被廣泛應用于加速度計、陀螺儀以及壓力計等傳感器的晶圓級真空封裝技術，并已成為mems器件開發(fā)和實用化的一種關鍵技術。共晶鍵合采用金屬層作為中間鍵合介質層，利用了某些共晶合金熔融溫度較低的特點，通過加熱熔融使兩種金屬緊密的結合在一起，進而實現(xiàn)鍵合。相比于mems器件常用的其它鍵合方法(陽極鍵合、硅﹣硅直接鍵合以及粘結劑鍵合來講)，由于使用了金屬介質材料，共晶鍵合片具有更低的透氣性，因此可以提供更好的氣密等級。同時，共晶鍵合需要的密封金屬環(huán)寬度更窄，使得新型mems器件可以滿足更小的封裝尺寸要求。共晶鍵合技術在形成密封金屬環(huán)的同時，還為芯片提供了電通路，可以方便的引入垂直互聯(lián)金屬層，實現(xiàn)晶片堆疊封裝技術，從而進一步降低芯片制造和封裝成本。

3、對于mems陀螺儀的制作常采用鋁鍺共晶鍵合工藝，鋁鍺共晶鍵合的原理是：通過在待鍵合的兩個硅片表面分別濺射或蒸發(fā)一定厚度比例的鋁鍺金屬層，在較低的溫度下，鋁鍺金屬熔融并相互接觸，經過互擴散后形成具有共晶成分的鋁鍺液相合金，隨擴散時間的加長，液相合金層不斷加厚，冷卻后液相合金層中的鋁鍺金屬又以自己的原始固相為基礎而長大，不斷交替析出兩種金屬，形成更為穩(wěn)定的晶體結構，從而實現(xiàn)鍵合。

4、但受鍵合機臺影響，目前的鋁鍺共晶鍵合工藝的鍵合一致性較差，al/ge鍵合總厚度在整片晶圓上的不同區(qū)域存在差異，影響器件性能，并且al/ge鍵合總厚度過薄即過鍵合的狀態(tài)下，al/ge熔融狀態(tài)下的溢流會造成電路短接，導致器件功能失效，影響器件良率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鍵合方法、鍵合結構、mems器件及其制作方法，能夠提高鋁鍺鍵合的一致性，進而提高mems器件性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面本發(fā)明提出一種鍵合方法，包括：

3、提供第一襯底；

4、在所述第一襯底正面形成圖案化的鍺層；

5、提供第二襯底；

6、在所述第二襯底正面形成圖案化的頂部金屬疊層，所述頂部金屬疊層包括位于所述第二襯底上的第一鋁層、位于所述第一鋁層上的擴散阻擋層以及位于所述擴散阻擋層上的第二鋁層；

7、將所述第一襯底正面的所述鍺層與所述第二襯底正面的所述頂部金屬層對準；

8、將所述第二鋁層和所述鍺層鍵合在一起，形成鋁鍺互熔鍵合層。

9、第二方面，本發(fā)明提出一種鍵合結構，包括：

10、第一襯底；

11、第二襯底，位于所述第一襯底的下方，所述第二襯底的頂面與所述第一襯底的底面之間通過金屬鍵合結構鍵合在一起；

12、所述金屬鍵合結構包括位于所述第二襯底頂面的圖案化的第一鋁層、位于所述第一鋁層上的擴散阻擋層，以及位于所述擴散阻擋層與所述第一襯底之間的鋁鍺互熔鍵合層；

13、所述鋁鍺互熔鍵合層由位于所述第一襯底底面的圖案化的鍺層和位于所述擴散阻擋層上的第二鋁層互熔形成。

14、第三方面，本發(fā)明提出一種mems器件的制作方法，包括：

15、提供蓋帽晶圓，所述蓋帽晶圓正面形成有多個開口；

16、提供器件晶圓，將所述器件晶圓的正面與所述蓋帽晶圓的正面鍵合，所述器件晶圓封閉所述開口，形成空腔；

17、刻蝕所述器件晶圓的背面，在所述器件晶圓的背面形成凸臺結構，所述凸臺結構位于所述空腔的邊緣區(qū)域；

18、在所述凸臺結構的頂面形成鍺層；

19、在所述器件晶圓內形成插指電極結構，所述插指電極結構位于所述空腔上方；

20、提供基底晶圓，所述基底晶圓的正面形成有絕緣層，所述絕緣層內形成有布線層；

21、在所述絕緣層上形成圖案化的頂部金屬疊層，所述頂部金屬疊層與所述布線層電連接，所述頂部金屬疊層包括位于所述絕緣層表面的第一鋁層、位于所述第一鋁層上的擴散阻擋層以及位于所述擴散阻擋層上的第二鋁層；

22、將所述器件晶圓背面的所述凸臺結構與所述襯底晶圓上的所述頂部金屬疊層對準；

23、將所述第二鋁層和所述鍺層鍵合在一起，形成鋁鍺互熔鍵合層。

24、第四方面，本發(fā)明提出一種mems器件，包括：

25、蓋帽晶圓，所述蓋帽晶圓的底面具有多個開口；

26、器件晶圓，位于所述蓋帽晶圓的下方，所述器件晶圓的頂面與所述蓋帽晶圓的底面鍵合，所述器件晶圓封閉所述開口，形成空腔；

27、所述器件晶圓的底面具有凸臺結構，所述凸臺結構位于所述空腔的邊緣區(qū)域；所述器件晶圓內具有插指電極結構，所述插指電極結構位于所述空腔的下方；

28、基底晶圓，位于所述器件晶圓的下方，所述基底晶圓的頂面具有絕緣層，所述絕緣層內具有布線層；

29、所述基底晶圓的頂面與所述器件晶圓底面的所述凸臺結構之間通過金屬鍵合結構鍵合在一起；

30、所述金屬鍵合結構包括位于所述絕緣層表面的圖案化的第一鋁層、位于所述第一鋁層上的擴散阻擋層，以及位于所述擴散阻擋層與所述凸臺結構之間的鋁鍺互熔鍵合層，其中所述第一鋁層與所述布線層電連接；

31、所述鋁鍺互熔鍵合層由位于所述凸臺結構表面的鍺層和位于所述擴散阻擋層上的第二鋁層互熔形成。

32、本發(fā)明的有益效果在于：

33、本發(fā)明的鍵合方法通過在第一襯底表面形成圖案化的鍺層，在第二襯底的表面形成頂部金屬疊層，其中頂部金屬疊層由第一鋁層、擴散阻擋層和第二鋁層形成，在第一襯底和第二襯底鍵合時，將第一襯底上的鍺層和第二襯底上的第二鋁層鍵合，相較于現(xiàn)有技術中將鋁層和鍺層直接鍵合的方式，本方法中第二襯底上的金屬鍵合層由底層鋁層-擴散阻擋層-頂層鋁層構成，在將兩個襯底鍵合時，擴散阻擋層可以阻擋金屬鍺層與底部的第一鋁層之間的相互擴散作用，即僅有頂部的第二鋁層與鍺層完成鍵合，由于第二鋁層的厚度可以更薄，因此第二鋁層和鍺層鍵合后形成的al/ge鍵合層的總厚度更薄，進而鍵合襯底上不同區(qū)域的al/ge互熔鍵合層的厚度差更小，可以有效提高晶圓上不同區(qū)域al/ge互熔鍵合層厚度的一致性；同時，在鍵合過程中，由于位于第二鋁層下方的擴散阻擋層可以阻擋金屬鍺層與底部的第一鋁層之間的相互擴散，因此可以使al/ge互溶的鍵合層達到al/ge分層的效果；進一步，由于第二鋁層的厚度更薄，因此al/ge鍵合的體積更小，能夠有效避免鍵合時al/ge互熔溢流造成電路短接，導致器件功能失效的問題，進而提高器件的良率。

技術特征：

1.一種鍵合方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述擴展阻擋層的材料為鈦。

3.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述頂部金屬疊層的厚度為

4.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，通過共晶鍵合工藝將所述第二鋁層和所述鍺層鍵合在一起；

5.一種鍵合結構，其特征在于，包括：

6.根據權利要求5所述的鍵合結構，其特征在于，所述擴散阻擋層的材料為鈦。

7.根據權利要求5所述的鍵合結構，其特征在于，所述第一鋁層、所述擴散阻擋層和第二鋁層的厚度之和為

8.一種mems器件的制作方法，其特征在于，包括：

9.根據權利要求8所述的mems器件的制作方法，其特征在于，所述擴散阻擋層的材料為鈦。

10.根據權利要求8所述的mems器件的制作方法，其特征在于，所述頂部金屬疊層的厚度為

11.根據權利要求8所述的mems器件的制作方法，其特征在于，所述布線層的材料為鋁。

12.根據權利要求8所述的mems器件的制作方法，其特征在于，通過共晶鍵合工藝將所述第二鋁層和所述鍺層鍵合在一起；

13.根據權利要求8所述的mems器件的制作方法，其特征在于，在刻蝕所述器件晶圓的背面形成凸臺結構之前，還包括：

14.一種mems器件，其特征在于，包括：

15.根據權利要求14所述的mems器件，其特征在于，所述擴散阻擋層的材料為鈦。

16.根據權利要求14所述的mems器件，其特征在于，所述第一鋁層、所述擴散阻擋層和所述第二鋁層的厚度之和為

技術總結
本發(fā)明公開一種鍵合方法、鍵合結構、MEMS器件及其制作方法，鍵合方法包括：提供第一襯底；在第一襯底正面形成圖案化的鍺層；提供第二襯底；在第二襯底正面形成圖案化的頂部金屬疊層，頂部金屬疊層包括位于第二襯底上的第一鋁層、位于第一鋁層上的擴散阻擋層以及位于擴散阻擋層上的第二鋁層；將第一襯底正面的鍺層與第二襯底正面的頂部金屬層對準；將第二鋁層和鍺層鍵合在一起，形成鋁鍺互熔鍵合層。本發(fā)明能夠提高鋁鍺鍵合的一致性，進而提高MEMS器件性能。

技術研發(fā)人員：石虎
受保護的技術使用者：中芯集成電路（寧波）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/14