本申請涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍵合方法和半導體器件。

背景技術(shù)：

微機電系統(tǒng)(Micro-Electronic-Mechanical-System，MEMS)封裝技術(shù)是MEMS研究領(lǐng)域中的一個重要研究方向，一方面封裝可使MEMS產(chǎn)品避免受到灰塵、潮氣等對可動結(jié)構(gòu)的影響，另一方面通過真空或氣密封裝還可改變MEMS產(chǎn)品內(nèi)部阻尼情況，提高產(chǎn)品的性能。

晶圓級封裝技術(shù)是實現(xiàn)MEMS產(chǎn)品高性能、低成本和批量化的主要解決途徑，晶圓級封裝可以采用晶圓級鍵和技術(shù)來實現(xiàn)，例如，在MEMS器件(Device)片上加裝蓋(Cap)片并對二者進行鍵合來完成封裝，因此具有批量的優(yōu)點，并且可降低封裝成本。

在晶圓級鍵合技術(shù)中，共晶鍵合又是其中重要的一類。共晶鍵合不僅可以提供很好的密封性，而且可以進行引線互聯(lián)，越來越多的應用于MEMS工藝中。

在預定溫度和壓力下，不同金屬通過將表面接觸，形成相對低溫熔融狀的合金，冷卻后形成固體密封的方法叫做共晶鍵合。圖1(a)是共晶鍵合前的基片結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)是共晶鍵合后的基片結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1(a)所示，在共晶鍵合前，在第一基片1a和第二基片2a的表面分別形成第一鍵合材料圖形11a和第二鍵合材料圖形21a。如圖1(b)所示，在共晶鍵合完成后，一鍵合材料圖形11a和第二鍵合材料圖形21a之間形成了由第一鍵合材料和第二鍵合材料形成的共晶材料層3a，同時，由于壓力和重力的作用，在共晶鍵合中，熔融狀的液體合金常常從第一鍵合材料圖形和第二鍵合材料圖形所處的區(qū)域溢流到芯片各處，冷卻后形成溢流物4a，該溢流物4a容易產(chǎn)生漏電等現(xiàn)象，從而影響芯片的可靠性。

應該注意，上面對技術(shù)背景的介紹只是為了方便對本申請的技術(shù)方案進行清楚、完整的說明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申 請的背景技術(shù)部分進行了闡述而認為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N共晶鍵合方法和半導體器件，在該共晶鍵合方法中，在基片鍵合材料圖形中形成凹陷部，以容納共晶鍵合過程中形成的部分共晶材料的合金，防止其溢流到鍵合材料圖形所處的區(qū)域之外，由此，減少或消除溢流物。

根據(jù)本申請實施例的一個方面，提供一種共晶鍵合方法，該方法包括：

在第一基片表面形成第一鍵合材料圖形；

在第二基片表面形成第二鍵合材料圖形；

在所述第二鍵合材料圖形中形成朝向所述第二基片表面凹陷的下凹陷部；

將所述第一鍵合材料圖形和所述第二鍵合材料圖形對齊，并在預定壓力和預定溫度下按壓所述第一基片和所述第二基片，以使所述第一基片和所述第二基片通過所述第一鍵合材料圖形和所述第二鍵合材料圖形發(fā)生共晶鍵合。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，在按壓所述第一基片和所述第二基片的步驟中，所述第二基片位于所述第一基片的下方。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，所述第一基片表面具有第一電路圖形，所述第一電路圖形相對于所述第一鍵合材料圖形，靠近所述第一基片的中心；和/或

所述第二基片表面具有第二電路圖形，所述第二電路圖形相對于所述第二鍵合材料圖形，靠近所述第二基片的中心。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，所述下凹陷部的凹陷深度小于或等于所述第二鍵合材料圖形的厚度。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，所述下凹陷部的平行于所述第一基片表面的截面形狀為圓型、多邊形、或由直線段和/或曲線段組成的其他形狀。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，所述共晶鍵合方法還包括：

在按壓所述第一基片和所述第二基片的步驟之前，在所述第一鍵合材料圖形中形成朝向所述第一基片表面凹陷的上凹陷部。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，所述下凹陷部的橫向面積與所述第二鍵合材料圖形的橫向面積的比例為1：100～1：2。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，提供一種半導體器件，該半導體器件包括：

第一基片，其表面形成有第一鍵合材料圖形；

第二基片，其表面形成有第二鍵合材料圖形，其中，該第二鍵合材料圖形中形成有朝向所述第二基片表面凹陷的下凹陷部；以及

共晶材料層，其是由第一鍵合材料和第二鍵合材料組成的合金，其中，所述共晶材料層包括位于所述第一鍵合材料圖形和第二鍵合材料圖形之間的第一部分，和填充于所述下凹陷部中的第二部分。

根據(jù)本申請實施例的另一個方面，其中，該半導體器件還包括：所述第一鍵合材料圖形中形成有朝向所述第一基片表面凹陷的上凹陷部，并且，所述共晶材料層還包括填充于所述上凹陷部中的第三部分。

本申請的有益效果在于：在基片鍵合材料圖形中形成凹陷部，以容納共晶鍵合過程中形成的部分共晶材料的合金，防止其溢流到鍵合材料圖形所處的區(qū)域之外，由此，減少或消除溢流物。

參照后文的說明和附圖，詳細公開了本申請的特定實施方式，指明了本申請的原理可以被采用的方式。應該理解，本申請的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本申請的實施方式包括許多改變、修改和等同。

針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

應該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說明

所包括的附圖用來提供對本申請實施例的進一步的理解，其構(gòu)成了說明書的一部分，用于例示本申請的實施方式，并與文字描述一起來闡釋本申請的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1(a)是現(xiàn)有技術(shù)中共晶鍵合前的基片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(b)是現(xiàn)有技術(shù)中共晶鍵合后的基片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請實施例的共晶鍵合方法的工藝流程示意圖。

圖3(a)是本實施例中共晶鍵合前的基片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)是本實施例中第二鍵合材料圖形的俯視圖；

圖3(c)是本實施例中共晶鍵合后的基片結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參照附圖，通過下面的說明書，本申請的前述以及其它特征將變得明顯。在說明書和附圖中，具體公開了本申請的特定實施方式，其表明了其中可以采用本申請的原則的部分實施方式，應了解的是，本申請不限于所描述的實施方式，相反，本申請包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部修改、變型以及等同物。

在本申請中，第一基片和第二基片的可以是半導體制造領(lǐng)域中常用的晶圓，例如硅晶圓、絕緣體上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圓、鍺硅晶圓、鍺晶圓或氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)晶圓等；并且，該晶圓可以是沒有進行過半導體工藝處理的晶圓，也可以是已經(jīng)進行過處理的晶圓，例如進行過離子注入、蝕刻和/或擴散等工藝處理過的晶圓，本申請對此并不限制。

在本申請中，為了說明方便，將第二基片的設置有第二鍵合材料圖形的面稱為“上表面”，將第二基片的與該“上表面”相對的面稱為“下表面”，由此，“上”方向是指從“上表面”指向“下表面”的方向，“下”方向與“上”方向相反；并且，將與該“上表面”平行的方向稱為“橫向”，將與該“上表面”垂直的方向稱為縱向。在本申請中，“上”和“下”的設定是相對而言，僅是為了說明方便，并不代表第二基片在制造和使用時的方位。

實施例1

本申請實施例1提供一種共晶鍵合方法，用于使第一基片與第二基片鍵合為一體。

圖2是本申請實施例中共晶鍵合方法的一個流程示意圖，如圖2所示，該共晶鍵合方法包括：

S101、在第一基片表面形成第一鍵合材料圖形；

S102、在第二基片表面形成第二鍵合材料圖形；

S103、在所述第二鍵合材料圖形中形成朝向所述第二基片表面凹陷的下凹陷部；

S104、將所述第一鍵合材料圖形和所述第二鍵合材料圖形對齊，并在預定壓力和預定溫度下按壓所述第一基片和所述第二基片，以使所述第一基片和所述第二基片通過所述第一鍵合材料圖形和所述第二鍵合材料圖形發(fā)生共晶鍵合。

根據(jù)本實施例，通過在基片鍵合材料圖形中形成凹陷部，以容納共晶鍵合過程中形成的部分共晶材料的合金，防止其溢流到鍵合材料圖形所處的區(qū)域之外，由此，減少或消除溢流物。

在本實施例中，在按壓第一基片和第二基片的步驟(即，S104)中，該第二基片可以位于第一基片的下方，使得第二基片的下凹陷部向上方開口，由此，在鍵合的過程中，液態(tài)的共晶材料的合金能夠在重力作用下流入下凹陷部中，從而抑制液態(tài)的共晶材料的合金溢流到鍵合材料圖形的區(qū)域之外，減少或消除溢流物。

當然，在本實施例中，也可以將具有下凹陷部的第二基片置于第一基片的上方，并進行步驟S104的按壓操作，在這種情況下，第二基片的下凹陷部向下方開口，部分液態(tài)的共晶材料的合金能夠在按壓力的作用下，被壓入到該下凹陷部中，也能夠抑制液態(tài)的共晶材料的合金溢流到鍵合材料圖形的區(qū)域之外。

在本實施例中，不僅可以在第二鍵合圖形材料上設置下凹陷部，也可以在步驟S104之前，在第一鍵合材料上設置朝向第一基片的表面凹陷的上凹陷部，由此，在S104的鍵合過程中，液態(tài)的共晶材料能夠被下凹陷部和上凹陷部容納，進一步減少或消除溢流物。

在本實施例中，下凹陷部的凹陷深度可以小于或等于第二鍵合材料圖形的厚度，并且，在具有上凹陷部的情況下，上凹陷部的凹陷深度可以小于或等于第一鍵合材料圖形的厚度。

在本實施例中，下凹陷部的平行于第一基片表面的截面形狀可以是由直線段和/或曲線段組成的任意形狀，比如，可以是圓型、多邊形、或由直線段和/或曲線段組成的其他形狀。

在本實施例中，可以綜合考慮防溢流的效果和鍵合強度等因素，來設置下凹陷部和/或上凹陷部的橫向面積，例如，如果凹陷部的橫向面積過小，對共晶材料的容納能力有限，無法達到良好的抑制溢流物的效果，如果凹陷部的橫向面積過大，可能會 使第二材料圖形和/或第一材料圖形的強度降低，從而影響鍵合強度。例如，下凹陷部的橫向面積與第二鍵合材料圖形的橫向面積的比例和/或上凹陷部的橫向面積與第一鍵合材料圖形的橫向面積的比例可以是1：100～1：2。

在本申請實施例中，該第一基片可以是形成有電路圖形的器件片，該電路圖形例如可以是微機電器件，其位置可以比第一鍵合材料圖形更靠近第一基片的中心，并且該第二基片可以是蓋片；但本實施例并不限于此，第二基片可以是形成有電路圖形的器件片，其位置可以比第二鍵合材料圖形更靠近第二基片的中心，并且該第一基片可以是蓋片；或者，第一基片和第二基片上都可以形成有電路圖形。

在本實施例中，該第一鍵合材料和第二鍵合材料可以是共晶鍵合中常用的金屬層，例如可以是鋁、金或銅等，本實施例對此不作特別的限制。

在本實施例中，步驟S101、S102以及步驟S104的具體實施方式可以參考現(xiàn)有技術(shù)。在步驟S103中，可以采用本領(lǐng)域常用的光刻和刻蝕的方法來形成凹陷部。

在本實施例中，共晶鍵合完成后，能夠形成如下的半導體器件，該半導體器件包括：第一基片，其表面形成有第一鍵合材料圖形；第二基片，其表面形成有第二鍵合材料圖形，其中，該第二鍵合材料圖形中形成有朝向所述第二基片表面凹陷的下凹陷部；共晶材料層，其是由第一鍵合材料和第二鍵合材料組成的合金，其中，共晶材料層包括位于所述第一鍵合材料圖形和第二鍵合材料圖形之間的第一部分，和填充于下凹陷部中的第二部分。

此外，該半導體器件還可以具有形成于第一鍵合材料圖形中的上凹陷部，并且，該共晶材料層還可以包括填充于上凹陷部中的第三部分。

根據(jù)本實施例，通過在基片鍵合材料圖形中形成凹陷部，以容納共晶鍵合過程中形成的部分共晶材料的合金，防止其溢流到鍵合材料圖形所處的區(qū)域之外，由此，減少或消除溢流物。

下面結(jié)合具體實施方式來說明實施例的共晶鍵合方法。

圖3(a)是共晶鍵合前的基片結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)是第二鍵合材料圖形的俯視圖，圖3(c)是共晶鍵合后的基片結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3(a)所示，在共晶鍵合前，在第一基片1和第二基片2的表面分別形成第一鍵合材料圖形11和第二鍵合材料圖形21，并且在第二鍵合材料圖形21中形成下凹陷部211。

如圖3(b)所示，在第二鍵合材料圖形中可以設置多個下凹陷部211，該多個下凹陷部可以被設置為二位陣列狀排列，每個下凹陷部211的截面例如可以是正方形。

如圖3(c)所示，在共晶鍵合完成后，形成了共晶材料層3，該共晶材料層3具有位于第一鍵合材料圖形和第二鍵合材料圖形之間的第一部分31，和填充于下凹陷部211中的第二部分32，由此，形成的溢流物4的數(shù)量被減少甚至被消除。

以上結(jié)合具體的實施方式對本申請進行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應該清楚，這些描述都是示例性的，并不是對本申請保護范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本申請的精神和原理對本申請做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本申請的范圍內(nèi)。