一种基于瞬态液相键合的MEMS芯片及其制备方法与流程

本发明涉及mems芯片制备，尤其涉及一种基于瞬态液相键合的mems芯片及其制备方法。

背景技术：

1、mems（微机电系统，micro-electro-mechanical system，简称mems）芯片是通过微机械半导体制造工艺制备得到的芯片。例如，mems非互易微波器件可通过分别加工上硅层和下硅层，最后再将上下硅层键合，以提升生产效率。键合可采用瞬态液相键合。

2、在上下硅片通过瞬态液相键合进行集成时，为防止熔融的锡溢流至不应覆盖的电路区域，传统方式通常采用增大键合焊盘与主电路的间距或在芯片外围布局焊盘等方法。但是，增大键合焊盘与主电路的间距会增加芯片面积，不利于小型化；将键合焊盘远离功能区、集中于芯片边缘，会导致芯片内部键合强度分布不均，例如中心弱、四周强，影响整体机械稳定性。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于瞬态液相键合的mems芯片及其制备方法，以解决mems芯片瞬态液相键合过程中，熔融金属外溢污染周边电路的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于瞬态液相键合的mems芯片，所述mems芯片为非互易微波器件；所述非互易微波器件包括：下硅层，其上表面设有用于容置铁氧体的空腔；铁氧体，放置于所述空腔内，所述铁氧体的侧面与所述空腔的侧壁之间具有装配缝隙；上硅层，盖合于所述下硅层上方，与所述下硅层之间形成键合焊盘；以及，来源于键合焊盘液相时溢流的且已凝固的焊料填充体，至少填充于所述装配缝隙内，并同时与所述空腔的侧壁以及所述铁氧体的侧面形成连接；其中，所述装配缝隙内的焊料填充体构成围绕所述铁氧体侧面的固定框架，与所述上硅层和下硅层的空腔共同实现对所述铁氧体在垂直方向和水平方向的机械锁定。

3、在一种可能的实现方式中，所述键合焊盘的数量不少于两个。

4、在一种可能的实现方式中，各个键合焊盘围绕空腔呈等间距均匀分布。

5、在一种可能的实现方式中，所述瞬态液相键合为铜锡键合。

6、第二方面，本发明实施例提供一种基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，所述mems芯片为非互易微波器件；所述方法包括：在上硅层的下表面制备上键合焊盘；在下硅层的上表面形成用于容置铁氧体的空腔，并在所述空腔的侧壁边缘处形成下键合焊盘；其中，所述下键合焊盘邻接所述空腔的侧壁；将所述铁氧体装配至所述空腔内，使所述铁氧体的侧面与所述空腔的侧壁之间形成缝隙；将所述上硅层与所述下硅层对位贴合，使紧邻所述空腔侧壁边缘的上键合焊盘与下键合焊盘接触，执行瞬态液相键合，键合过程中多余的熔融液态金属在邻接的所述缝隙的毛细作用力下，被引导填充至缝隙内，得到键合后mems芯片。

7、在一种可能的实现方式中，在所述空腔的边缘制备下键合焊盘之前，还包括：在待制备所述下键合焊盘的区域外围制备半包围的挡墙结构，其中，所述挡墙结构的开口方向朝向所述空腔。

8、在一种可能的实现方式中，所述在下硅层的上表面刻蚀所述空腔包括：在下硅层的上表面制备刻蚀掩膜图形；所述刻蚀掩膜图形包括空腔本体图形和锯齿图形；所述锯齿图形设于空腔本体图形靠近下键合焊盘的边缘；在所述刻蚀掩膜图形的遮蔽下刻蚀，制备得到所述空腔，且在所述空腔的侧壁制备得到垂直于下硅层的毛细导槽。

9、在一种可能的实现方式中，在下硅层的上表面刻蚀所述空腔之后，还包括：在所述空腔的侧壁上制备亲锡金属层。

10、在一种可能的实现方式中，在将所述铁氧体装配至所述空腔内之前，还包括：对铁氧体的侧壁进行亲锡改性处理；所述亲锡改性处理包括在铁氧体侧壁制备亲锡金属层和/或制备毛细导流结构。

11、在一种可能的实现方式中， 所述对铁氧体的侧壁进行亲锡改性处理包括：在柱形铁氧体的外表面电镀制备亲锡金属层；去除柱形铁氧体的端面的亲锡金属层，制备得到待装配的铁氧体。

12、本发明实施例提供一种基于瞬态液相键合的mems芯片及其制备方法。本发明通过键合焊盘邻接腔体侧壁、铁氧体与腔体侧壁预留缝隙的结构，实现防溢流与铁氧体固定双重技术改善。一方面通过紧邻键合焊盘的缝隙毛细作用力收纳键合过程多余熔融液态金属，多余焊料在毛细牵引下定向填充缝隙，避免熔融金属外溢污染周边电路，无需额外制备阻流坝、拉大焊盘与电路间距等传统防溢结构，提升芯片版图集成度。另一方面，收容于缝隙的熔融金属冷却凝固后形成金属限位结构，从侧向对铁氧体形成夹持固定，可搭配上下硅层的轴向限位，实现铁氧体多向固定。

13、本发明通过铁氧体装配缝隙吸纳溢流金属，同步实现了铁氧体的侧向固定，以及避免键合熔融金属外溢污染周边电路。另外，凝固金属在铁氧体与硅基体之间形成连续金属过渡层，优化铁氧体与硅基之间的界面导热性能，改善器件冷热循环工况下的结构稳定性。

1.一种基于瞬态液相键合的mems芯片，其特征在于，所述mems芯片为非互易微波器件；所述非互易微波器件包括：

2.如权利要求1所述的基于瞬态液相键合的mems芯片，其特征在于，所述键合焊盘的数量不少于两个。

3.如权利要求2所述的基于瞬态液相键合的mems芯片，其特征在于，各个键合焊盘围绕空腔呈等间距均匀分布。

4.如权利要求1所述的基于瞬态液相键合的mems芯片，其特征在于，所述瞬态液相键合为铜锡键合。

5.一种基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，其特征在于，所述mems芯片为非互易微波器件；所述方法包括：

6.如权利要求5所述的基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，其特征在于，在所述空腔的边缘制备下键合焊盘之前，还包括：

7.如权利要求5所述的基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，其特征在于，所述在下硅层的上表面刻蚀所述空腔包括：

8.如权利要求5所述的基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，其特征在于，在下硅层的上表面刻蚀所述空腔之后，还包括：

9.如权利要求5所述的基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，其特征在于，在将所述铁氧体装配至所述空腔内之前，还包括：

10.如权利要求9所述的基于瞬态液相键合的mems芯片制备方法，其特征在于，所述对铁氧体的侧壁进行亲锡改性处理包括：