键合结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种键合结构及其制备方法。

背景技术：

1、晶圆级键合是半导体制造技术中重要的一个工艺步骤，共晶晶圆键合技术是使两表面间的键合能（bonding energy)达到一定强度和密封性，而使这两晶圆片结为一体。晶圆级键合主要的作用是机械保护和一定的气体氛围或真空度要求下的密封，为了保证机械强度和密封性，一般密封环占用了大量的芯片面积，尤其是考虑到键合的对准偏差，密封环还要增加面积，图1示意出现有技术中常见的一种密封环的结构，该密封环包括第一键合层100、第二键合层200和位于两侧的阻挡件300，考虑到键合的对准偏差，第二键合层200比第一键合层100单侧宽10um，密封环单侧宽度达到120μm，如图2中所示，密封环两侧宽度之和为240μm,而芯片宽度为1mm，由此两侧的密封环占据了芯片约25%的尺寸，密封环会导致单个晶圆上的芯片数目减小,不利于降低成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种键合结构及其制备方法，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种键合结构，包括：第一晶圆和第二晶圆；

3、所述第一晶圆具有环形凹槽，所述第二晶圆具有环形凸起部，所述环形凹槽具有v型纵截面，所述环形凸起部具有三角状纵截面，所述三角状纵截面的顶角角度与所述v型纵截面的夹角相等；

4、所述环形凹槽的表面覆盖有第一键合层，所述环形凸起部的表面覆盖有第二键合层，所述环形凸起部部分嵌入所述环形凹槽内，使得所述第一键合层和所述第二键合层彼此相键合。

5、可选的，在所述的键合结构中，所述v型纵截面两条边的边长相等，且两条边的夹角为65.2°，所述三角状纵截面各边的边长大于所述v型纵截面各边的边长。

6、可选的，在所述的键合结构中，所述v型纵截面每条边的边长的取值范围为30~100μm。

7、可选的，在所述的键合结构中，所述环形凸起部露出所述环形凹槽外的部分的纵向尺寸大于或等于2μm。

8、可选的，在所述的键合结构中，所述第一键合层和所述第二键合层中的一者的材料包括铝，另一者的材料包括锗。

9、本发明还提供一种键合结构的制备方法，包括：

10、提供第一晶圆，对所述第一晶圆进行处理以形成环形凹槽，所述环形凹槽具有v型纵截面；

11、在所述形环凹槽的表面覆盖第一键合层；

12、提供第二晶圆，对所述第二晶圆进行处理以形成环形凸起部，所述环形凸起部具有三角状纵截面，所述三角状纵截面的顶角角度与所述v型纵截面的夹角相等；

13、在所述环形凸起部的表面覆盖第二键合层；

14、将所述环形凸起部的部分嵌入所述环形凹槽内，使得所述第一键合层和所述第二键合层彼此相键合。

15、可选的，在所述的键合结构的制备方法中，通过各向异性腐蚀工艺分别对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行腐蚀以形成所述环形凹槽和所述环形凸出部。

16、可选的，在所述的键合结构的制备方法中，对所述第一晶圆进行腐蚀以形成所述环形凹槽的步骤包括：

17、在所述第一晶圆表面形成第一硬掩膜层；

18、对所述第一硬掩膜层进行刻蚀并停止在所述第一晶圆表面以形成一环形开口，所述环形开口定义出所述环形凹槽的位置，所述环形开口的开口宽度为35μm~105μm；

19、利用各向异性腐蚀工艺对所述第一晶圆进行腐蚀以形成所述环形凹槽。

20、可选的，在所述的键合结构的制备方法中，所述各向异性腐蚀工艺所采用的腐蚀液包括氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液。

21、可选的，在所述的键合结构的制备方法中，在形成所述环形凹槽的表面覆盖所述第一键合层之后，以及在所述第一键合层和所述第二键合层彼此相键合之前，所述制备方法还包括：在所述第一晶圆内形成mems结构。

22、综上所述，本发明提供的键合结构及其制备方法，与现有技术相比，具有如下优势：

23、（1）本发明提供的键合方案，两个晶圆分别有环形凹槽和环形凸起部，环形凹槽和环形凸起部配套设置，一方面起到形成密封环的作用，另一方面环形凹槽和环起凸起部的尖角设计也有助于两个晶圆在键合时的对准，因此，通过本发明提供的键合方案所形成的键合结构，键合层不必为了减小对准偏差而增加尺寸，从而密封环可采用更小尺寸的设计；

24、（2）本发明提供的键合方案，所形成的密封环的纵截面呈v型，在环形凹槽的开口宽度有限的情况下，密封环呈v型布置可保证密封宽度，从而可以保证密封效果；

25、（3）为了使键合结构能够发生预期的形变，一般两个晶圆在键合后，两者之间保留一定的间距，现有技术中，限位件的设置一方面起到防止溢流的作用，另一方面也起到限定两个晶圆之间间距的作用，而本发明提供的键合方案，所述环形凸起部仅部分嵌入环形凹槽内，另一部分露出所述环形凹槽外，所述环形凸起部露出所述环开凹槽外的部分使得两个晶圆之间保留有间距，使得该键合结构能够发生预期的形变，同时，由于两个键合层于v型槽内键合，两者于键合时产生的液体会流向v型槽的底部，因此无需单独设置限位件来阻挡溢流的发生，因此，本发明提供的键合方案无需设置限位件，限位件的减少也进一步减小了密封环的尺寸；

26、（4）进一步的，由于通过各向异性腐蚀工艺所形成的所述环形凹槽和所述环形凸起部各自纵截面完全对称，因此，在将所述环形凸起部嵌入环形凹槽时，所述环形凸起部对所述环形凹槽两侧壁所产生的作用力相同，一方面有利于对准，有自对准效应不会产生对准偏差，另一方面也可保证所述第一键合层和所述第二键合层键合所形成的v型密封环两边键合压力和温度相同，保证键合均匀性，所述第一键合层和所述第二键合层呈v型接触的两个接触面均能形成有效密封。

技术特征：

1.一种键合结构，其特征在于，包括：第一晶圆和第二晶圆；

2.如权利要求1所述的键合结构，其特征在于，所述v型纵截面两条边的边长相等，且两条边的夹角为65.2°，所述三角状纵截面各边的边长大于所述v型纵截面各边的边长。

3.如权利要求2所述的键合结构，其特征在于，所述v型纵截面每条边的边长的取值范围为30~100μm。

4.如权利要求1所述的键合结构，其特征在于，所述环形凸起部露出所述环形凹槽外的部分的纵向尺寸大于或等于2μm。

5.如权利要求1所述的键合结构，其特征在于，所述第一键合层和所述第二键合层中的一者的材料包括铝，另一者的材料包括锗。

6.一种键合结构的制备方法，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的键合结构的制备方法，其特征在于，通过各向异性腐蚀工艺分别对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行腐蚀以形成所述环形凹槽和所述环形凸出部。

8.如权利要求7所述的键合结构的制备方法，其特征在于，对所述第一晶圆进行腐蚀以形成所述环形凹槽的步骤包括：

9.如权利要求7所述的键合结构的制备方法，其特征在于，所述各向异性腐蚀工艺所采用的腐蚀液包括氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液。

10.如权利要求6所述的键合结构的制备方法，其特征在于，在形成所述环形凹槽的表面覆盖所述第一键合层之后，以及在所述第一键合层和所述第二键合层彼此相键合之前，所述制备方法还包括：在所述第一晶圆内形成mems结构。

技术总结本发明提供一种键合结构及其制备方法，所述键合结构包括：第一晶圆和第二晶圆；所述第一晶圆具有环形凹槽，所述第二晶圆具有环形凸起部，所述环形凹槽具有V型纵截面，所述环形凸起部具有三角状纵截面，所述三角状纵截面的顶角角度与所述V型纵截面的夹角相等；所述环形凹槽的表面覆盖有第一键合层，所述环形凸起部的表面覆盖有第二键合层，所述环形凸起部部分嵌入所述环形凹槽内，使得所述第一键合层和所述第二键合层彼此相键合。本发明所形成的键合结构，键合层不必为了减小对准偏差而增加尺寸，从而密封环可采用更小尺寸的设计。技术研发人员：王新龙受保护的技术使用者：芯联集成电路制造股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25