一种MEMS器件及其制备方法、电子装置 |
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| 申请号 | CN201510666535.7 | 申请日 | 2015-10-15 | 公开(公告)号 | CN106586946A | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司; 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司; | 发明人 | 王伟; 许继辉; 郑超; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种MEMS器件及其制备方法、 电子 装置。所述方法包括步骤S1：提供底部 晶圆 ，在所述底部晶圆的 正面 形成有 图案化 的第一键合材料层；步骤S2：在所述第一键合材料层的两侧形成分别形成凸出的第一密封环和第二密封环，其中，所述第一密封环和所述第二密封环与所述第一键合材料层之间均具有间隙；步骤S3：提供顶部晶圆并与所述底部晶圆相接合。本发明具有以下优点：(1)能够防止MEMS中键合材料环的外溢。(2)能够提高MEMS器件的性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种MEMS器件的制备方法，包括： |
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| 说明书全文 | 一种MEMS器件及其制备方法、电子装置技术领域背景技术[0002] 随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。 [0004] 在MEMS领域中，有一部分产品需要将顶部晶圆和底部晶圆两片晶圆键合，以形成真空的环，目前在键合过程中通常选用Al-Ge进行键合，但是所述方法在键合之后金属Al会发生外溢，外溢的金属在所述底部晶圆上对器件造成影响。 [0005] 因此需要对目前MEMS器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述各种弊端。 发明内容[0006] 在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。 [0007] 本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，包括： [0009] 步骤S2：在所述第一键合材料层的两侧形成分别形成凸出的第一密封环和第二密封环，其中，所述第一密封环和所述第二密封环与所述第一键合材料层之间均具有间隙； [0010] 步骤S3：提供顶部晶圆并与所述底部晶圆相接合。 [0011] 可选地，所述步骤S2包括： [0012] 步骤S21：在所述底部晶圆上沉积密封环材料，以覆盖所述底部晶圆和所述第一键合材料层； [0013] 步骤S22：图案化所述密封环材料，以在所述第一键合材料层的两侧形成所述第一密封环和所述第二密封环。 [0014] 可选地，所述第一键合材料层呈环形结构。 [0015] 可选地，所述第一密封环和所述第二密封环均呈环形结构。 [0016] 可选地，在所述步骤S3中，所述顶部晶圆上还形成有与所述第一键合材料层相对应的第二键合材料层。 [0017] 可选地，在所述步骤S1中，所述第一键合材料层选用金属材料； [0019] 本发明还提供了一种MEMS器件，包括： [0020] 底部晶圆； [0021] 第一键合材料层，位于所述底部晶圆正面的边缘； [0022] 第一密封环和第二密封环，分别位于所述底部晶圆正面所述第一键合材料层的两侧，其中，所述第一密封环和所述第二密封环与所述第一键合材料层之间均具有间隙； [0023] 顶部晶圆，与所述底部晶圆相接合。 [0024] 可选地，所述顶部晶圆上还设置有与所述第一键合材料层相对应的第二键合材料层。 [0025] 可选地，所述第一键合材料层选用金属材料； [0026] 所述第一密封环和所述第二密封环选用氧化物。 [0027] 本发明还提供了一种电子装置，包括上述的MEMS器件。 [0028] 为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述底部晶圆形成第一键合材料层之后在所述第一键合材料层的两侧形成凸出的第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和第二密封环与所述第一键合材料层之间形成有间隙，以用于在后续过程中阻挡和容纳第一键合材料层的外溢。 [0029] 本发明具有以下优点： [0030] (1)能够防止MEMS中键合材料环的外溢。 [0032] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中， [0033] 图1a-1d为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图； [0034] 图2为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。 具体实施方式[0035] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。 [0036] 应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。 [0037] 应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。 [0038] 空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。 [0039] 在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。 [0040] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。 [0041] 实施例一 [0042] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种MEMS器件的制备方法，下面结合附图1a-1d对所述方法做进一步的说明，其中，图1a-1d为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；图2为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。 [0043] 首先，执行步骤101，提供底部晶圆101，并在所述底部晶圆101的正面上形成有图案化的第一键合材料层102。 [0044] 具体地，如图1a所示，其中所述底部晶圆101至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。 [0045] 在所述底部晶圆101的正面形成第一键合材料层102，具体地第一键合材料层102的沉积方法可以为化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)以及外延生长中的一种。 [0046] 其中，所述第一键合材料层102的厚度也并不局限于某一数值范围，可以根据具体需要进行设置。 [0047] 其中，所述第一键合材料层102可以选用常用的氧化物介电层或者金属材料，例如可以选用SiO2，所述第一键合材料层102还可以选用其他的氧化物，并不局限SiO2一种。例如所述第一键合材料层102可以使用碳氟化合物(CF)、掺碳氧化硅(SiOC)、或碳氮化硅(SiCN)等。 [0048] 在该实施例中，所述第一键合材料层102选用常用的金属材料，例如Al。 [0049] 然后图案化所述第一键合材料层，以在所述底部晶圆101上形成环形结构，其中，所述图案化的第一键合材料层102可以为圆环形或者方形环形，或者多边形环形等形状，并不据现有某一形状。 [0050] 其中，图案化所述第一键合材料层位于所述底部晶圆的外侧，以包围位于核心区的器件。 [0051] 执行步骤102，在所述第一键合材料层的两侧形成分别形成凸出的第一密封环和第二密封环，其中，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032与所述第一键合材料层之间均具有间隙，以形成容纳所述第一键合材料层的凹槽。 [0052] 具体地，如图1c所示，在该步骤中所述第一密封环1031和所述第二密封环1032的形状与所述第一键合材料层102相对应，其分别位于所述第一键合材料层102的内侧或外侧。 [0053] 例如，当所述第一键合材料层102为圆环形结构时，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032均为圆环形结构，并且所述第一密封环1031的半径大于所述第一键合材料层102的半径，以包围所述第一键合材料层102，而所述第二密封环1032的半径小于所述第一键合材料层102的半径，以在第一键合材料层102的内侧环绕所述第一键合材料层102。 [0054] 进一步，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032与所述第一键合材料层之间形成有一定距离的间隔，以形成在所述第一键合材料层的两侧形成凹槽，以防止所述第一键合材料层的外溢。 [0055] 具体地，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032的形成方法包括但不限于以下步骤： [0056] 在所述底部晶圆上沉积密封环材料103，以覆盖所述底部晶圆和所述第一键合材料层； [0057] 然后图案化所述密封环材料，以在所述第一键合材料层的两侧形成所述第一密封环和所述第二密封环。例如首先形成光刻胶图案，然后选用干法蚀刻所述密封环材料以形成第一密封环1031和所述第二密封环1032。 [0058] 在所述干法蚀刻中可以选用CF4、CHF3，另外加上N2、CO2、O2中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF410-200sccm，CHF310-200sccm，N2或CO2或O210-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s，可选为5-60s。 [0059] 执行步骤103，提供顶部晶圆104并和所述底部晶圆101相接合。 [0060] 具体地，如图1d所示，在该步骤中提供顶部晶圆104，所述顶部晶圆104可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。 [0061] 所述顶部晶圆上还形成有与所述第一键合材料层相对应的第二键合材料层。 [0062] 可选地，所述第二键合材料层选用半导体材料，例如Ge。 [0063] 在键合过程中所述底部晶圆上的所述第一键合材料层即使发生熔融，则熔融的金属会进入所述第一密封环1031和所述第二密封环1032与第一键合材料层之间的凹槽中，不会发生外溢，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032成功的避免了所述第一键合材料层的外溢。 [0064] 其中，所述顶部晶圆102具有较大的厚度。 [0065] 可选地，所述键合方法可以选用共晶接合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。 [0066] 在所述接合之前，还可以包括对所述底部晶圆101进行预清洗，以提高所述底部晶圆101的接合性能。具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H2O2以及H2O)对所述底部晶圆101的表面进行预清洗，其中，所述DHF的浓度并没严格限制，在本发明中优选HF:H2O2:H2O＝0.1-1.5:1:5。 [0067] 另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述底部晶圆101进行干燥的处理。 [0068] 可选地，选用异丙醇(IPA)对所述底部晶圆101进行干燥。 [0070] 在该步骤中通过研磨减薄的方法打薄所述顶部晶圆，其中所述研磨减薄的参数可以选用本领域中常用的各种参数，并不局限于某一数值范围，在此不再赘述。 [0071] 至此，完成了本发明实施例的MEMS器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。 [0072] 为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述底部晶圆形成第一键合材料层之后在所述第一键合材料层的两侧形成凸出的第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和第二密封环与所述第一键合材料层之间形成有间隙，以用于在后续过程中阻挡和容纳第一键合材料层的外溢。 [0073] 本发明具有以下优点： [0074] (1)能够防止MEMS中键合材料环的外溢。 [0075] (2)能够提高MEMS器件的性能。 [0076] 图2为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤： [0077] 步骤S1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有图案化的第一键合材料层； [0078] 步骤S2：在所述第一键合材料层的两侧形成分别形成凸出的第一密封环和第二密封环，其中，所述第一密封环和所述第二密封环与所述第一键合材料层之间均具有间隙； [0079] 步骤S3：提供顶部晶圆并与所述底部晶圆相接合。 [0080] 实施例二 [0081] 本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件通过实施例1中的所述方法制备得到，所述器件包括底部晶圆101，并在所述底部晶圆101的正面上形成有器件图案。 [0082] 其中所述底部晶圆101至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。 [0083] 在所述底部晶圆101的正面形成有器件图案，例如可以包括各种有源器件和无源器件，并不局限于某一种。 [0084] 所述底部晶圆上在所述底部晶圆101的正面形成有第一键合材料层102，具体地第一键合材料层102的沉积方法可以为化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)以及外延生长中的一种。 [0085] 其中，所述第一键合材料层102的厚度也并不局限于某一数值范围，可以根据具体需要进行设置。 [0086] 其中，所述第一键合材料层102可以选用常用的氧化物介电层或金属材料，在该实施例中，所述第一键合材料层102选用常用的金属材料，例如Al。 [0087] 在所述第一键合材料层的两侧形成分别形成有凸出的第一密封环和第二密封环，其中，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032与所述第一键合材料层之间均具有间隙，以形成容纳所述第一键合材料层的凹槽。 [0088] 具体地，如图1c所示，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032的形状与所述第一键合材料层102相对应，其分别位于所述第一键合材料层102的内侧或外侧。 [0089] 例如，当所述第一键合材料层102为圆环形结构时，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032均为圆环形结构，并且所述第一密封环1031的半径大于所述第一键合材料层102的半径，以包围所述第一键合材料层102，而所述第二密封环1032的半径小于所述第一键合材料层102的半径，以在第一键合材料层102的内侧环绕所述第一键合材料层102。 [0090] 进一步，所述第一密封环1031和所述第二密封环1032与所述第一键合材料层之间形成有一定距离的间隔，以形成在所述第一键合材料层的两侧形成凹槽，以防止所述第一键合材料层的外溢。 [0091] 在所述底部晶圆上还键合有所述顶部晶圆102。 [0092] 所述顶部晶圆上还形成有与所述第一键合材料层相对应的第二键合材料层。 [0093] 可选地，所述第二键合材料层选用半导体材料，例如Ge。 [0094] 所述顶部晶圆104可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。所述顶部晶圆上还形成有目标图案。 [0095] 本发明所述器件在所述底部晶圆在所述第一键合材料层的两侧形成有凸出的第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和第二密封环与所述第一键合材料层之间形成有间隙，以用于在后续过程中阻挡和容纳第一键合材料层的外溢。 [0096] 本发明具有以下优点： [0097] (1)能够防止MEMS中键合材料环的外溢。 [0098] (2)能够提高MEMS器件的性能。 [0099] 实施例三 [0100] 本发明还提供了一种电子装置，包括实施例二所述的MEMS器件。其中，半导体器件为实施例二所述的MEMS器件，或根据实施例一所述的制备方法得到的MEMS器件。 |
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