一种MEMS芯片封装结构及制作方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种mems芯片封装结构及制作方法。

背景技术：

1、随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小，人们对集成电路的封装技术的要求相应也不断提高。在传感器类mems封装结构的市场上，微机电系统(微机电系统，microelectro mechanical systems)芯片在诸如智能手机、健身手环、打印机、汽车、无人机以及vr/ar头戴式设备等产品领域得到了广泛的应用。常用的mems芯片有压力传感器、加速度计、陀螺仪、mems麦克风、光传感器、催化传感器等等。mems芯片与其他芯片通常是利用系统级封装(systeminpackage，sip)进行集成以形成微机电装置。具体而言，通常是在一个晶圆上制作mems芯片，而在另一个晶圆上制作控制电路，然后进行集成。

2、金属共晶键合，是近年来被广泛应用于加速度计、陀螺仪以及压力计等传感器的晶圆级真空封装技术，并已成为mems器件开发和实用化的一种关键技术。金属共晶键合采用金属层作为中间键合介质层，通过加热熔融使两种金属紧密的结合在一起，进而实现键合。

3、但是由于进行金属共晶键合的两种金属相互接触后，键合界面经过相互扩散形成具有共晶成分的液相合金，两种金属是以液相共融的方式结合在一起，因此这种封装过程存在一定的缺陷，即在加压、加温过程中，共晶成分的液相合金会存在外溢现象。外溢的液相合金会进入到芯片功能区，从而导致器件结构失效，使得整个mems器件的制作失败，因此需要进行改进。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中金属共晶键合过程中易产生液相合金外溢至芯片功能区的问题，提供一种mems芯片封装结构及制作方法。

2、本发明的目的采用以下技术方案实现：

3、根据本发明的一方面，提供一种mems芯片封装结构，包括相对设置的器件层和衬底层；

4、所述器件层具有靠近所述衬底层一侧的第一表面，在所述第一表面上设置有第一金属体；

5、所述衬底层具有靠近所述器件层一侧的第二表面，在所述第二表面上设置有第二金属体，在所述衬底层的厚度方向上，所述第一金属体和所述第二金属体投影交叠；

6、所述器件层的所述第一表面和所述衬底层的所述第二表面通过所述第一金属体和所述第二金属体相键合；

7、其中，在所述第一表面上，于所述第一金属体的四周分别设置至少一个第一挡坝结构，和/或，在所述第二表面上，于所述第二金属体的四周分别设置至少一个第二挡坝结构；

8、在所述第一表面和/或所述第二表面上设置至少一个凹槽，所述第一挡坝结构和/或所述第二挡坝结构与同一表面上的所述至少一个凹槽相配合防止键合产生的金属合金外溢。

9、进一步地，于所述第一金属体的四周设置有至少两个第一挡坝结构，每相邻两个所述第一挡坝结构之间设置有所述凹槽；

10、于所述第二金属体的四周设置有至少一个第二挡坝结构；

11、所述第二挡坝结构与所述凹槽相对设置。

12、进一步地，于所述第一金属体的四周设置有至少两个第一挡坝结构，每相邻两个所述第一挡坝结构之间设置有所述凹槽；

13、于所述第二金属体的四周设置有至少二个第二挡坝结构，每相邻两个所述第二挡坝结构之间设置有所述凹槽；

14、所述第一挡坝结构和所述第二挡坝结构与所述凹槽相对设置。

15、进一步地，所述第一金属体和所述第二金属体的材料包括：铝、锗、金、铟。

16、进一步地，所述第一金属体和所述第二金属体的截面高度为0.3-1.5μm，所述第一挡坝结构和所述第二挡坝结构的截面高度为0.5-2.5μm，所述第一挡坝结构和所述第二挡坝结构的截面宽度为3-10μm，所述凹槽的截面宽度为5-15μm，所述凹槽的深度为0.2-10μm。

17、进一步地，所述凹槽围绕在所述第一金属体的外侧，所述第一挡坝结构围绕在所述凹槽的外侧。

18、进一步地，于所述第一金属体的边缘侧设置所述凹槽。

19、进一步地，所述凹槽与所述第一金属体的边缘侧之间具有第一距离。

20、进一步地，所述第一挡坝结构围绕在所述第一金属体的外侧，所述凹槽围绕在所述第一挡坝结构的外侧。

21、进一步地，于所述第一挡坝结构的边缘侧设置所述凹槽。

22、进一步地，所述凹槽与所述第一挡坝结构的边缘侧之间具有第二距离。

23、进一步地，所述凹槽围绕在所述第二金属体的外侧，所述第二挡坝结构围绕在所述凹槽的外侧。

24、进一步地，于所述第二金属体的边缘侧设置所述凹槽。

25、进一步地，所述凹槽与所述第二金属体的边缘侧之间具有第三距离。

26、进一步地，所述第二挡坝结构围绕在所述第二金属体的外侧，所述凹槽围绕在所述第二挡坝结构的外侧。

27、进一步地，于所述第二挡坝结构的边缘侧设置所述凹槽。

28、进一步地，所述凹槽与所述第二挡坝结构的边缘侧之间具有第四距离。

29、根据本发明的另一方面，还提供一种mems芯片封装结构的制作方法，所述方法包括：

30、提供具有第一金属体的器件层和具有第二金属体的衬底层，所述器件层具有靠近所述衬底层一侧的第一表面，所述衬底层具有靠近所述器件层一侧的第二表面；

31、在所述器件层具有第一金属体的一侧表面上，于所述第一金属体的四周分别形成至少一个第一挡坝结构，和/或，

32、在所述衬底层具有第二金属体的一侧表面上，于所述第二金属体的四周分别形成至少一个第二挡坝结构；

33、在所述第一表面和/或所述第二表面上设置至少一个凹槽，所述第一挡坝结构和/或所述第二挡坝结构与同一表面上的所述至少一个凹槽相配合防止键合产生的金属合金外溢；

34、将所述器件层和所述衬底层通过所述第一金属体和所述第二金属体相键合，在所述衬底层的厚度方向上，所述第一金属体和所述第二金属体投影交叠。

35、采用本发明提供的mems芯片封装结构及制作方法，为了改善金属共晶键合过程中易产生液相合金外溢至芯片功能区的问题，通过在衬底层的第一表面形成第一金属体和器件层的第二表面形成第二金属体，在相互键合的第一表面或第二表面上，于第一金属体和/或第二金属体的四周分别设置至少一个挡坝结构和至少一个凹槽结构，通过挡坝结构阻挡金属共晶键合时的液相合金外溢，通过凹槽结构对液相合金具有容纳作用，挡坝结构和凹槽结构相配合使用共同改善了金属共晶键合时外溢的液相合金的溢流路径，避免了液相合金外溢至芯片功能区的溢流问题，且不会影响到键合的效果，提高了mems器件生产制造的良率。

36、进一步地，在第一表面上形成至少二个第一挡坝结构，于相邻的第一挡坝结构之间刻蚀出凹槽，以及，在第二表面上形成至少一个第二挡坝结构，第一金属体与第二金属体相互键合时，第二挡坝结构与凹槽相对设置形成空间梳齿结构。该空间梳齿结构对外溢的液相合金具有多重阻挡作用，进一步改善了金属共晶键合时外溢的液相合金的溢流路径，进一步提高了mems器件生产制造的良率。