一种MEMS器件及其制备方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种mems器件及其制备方法、电子装置。

背景技术：

对于高容量的半导体存储装置需求的日益增加，这些半导体存储装置的集成密度受到人们的关注，为了增加半导体存储装置的集成密度，现有技术中采用了许多不同的方法，例如通过减小晶片尺寸和/或改变内结构单元而在单一晶片上形成多个存储单元，对于通过改变单元结构增加集成密度的方法来说，已经进行尝试沟通过改变有源区的平面布置或改变单元布局来减小单元面积。

在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3d集成电路(integratedcircuit，ic)技术。

其中，微电子机械系统(mems)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。

在mems领域中，现有技术mems的制备过程以及封装过程通常包括：提供mems晶圆，在所述mems晶圆上形成有各种传感器器件，在所述mems晶圆上还形成有图案化的接合材料层，例如al环等，然后将顶部晶圆和底部晶圆对准进行接合，在接合过程中所述al会溢出，从而导致mems器件功能失效，同时会导致mems器件的可靠性降低。

为了解决该问题，现有的方法是在al环周围长一层sio2阻挡层，防止挤出的铝和mems活动结构接触，这种方法可以改善al的溢出，但不能改善接合环(bondingring)的均匀性。

因此需要对目前所述mems器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述问题。

技术实现要素：

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。

本发明提供了一种mems器件的制备方法，所述方法包括：

提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有接合环；

在所述接合环的两侧形成阻挡侧墙，所述阻挡侧墙与所述接合环之间具有间隔，并且所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度；

提供覆盖晶圆，并与所述底部晶圆接合为一体；

其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层，将所述接合材料层与所述接合环相接合并停止于所述阻挡侧墙，以使所述接合材料层的边缘与所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。

可选地，形成所述阻挡侧墙的步骤包括：

在所述底部晶圆和所述接合环上形成阻挡侧墙材料层，以覆盖所述底部晶圆和所述接合环；

在所述接合环两侧的所述阻挡侧墙材料层上形成图案化的掩膜层；

以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述阻挡侧墙材料层，以形成阻挡侧墙。

可选地，在所述底部晶圆上形成有cmos器件，在所述cmos器件上方形成有底部电极以及动电极，在所述动电极和所述底部电极之间形成有空腔。

可选地，在形成所述阻挡侧墙之后，还进一步包括对所述动电极进行图案化的步骤，以在所述动电极上形成若干开口。

可选地，提供所述覆盖晶圆，以使所述接合材料层与所述接合环接触并将所述接合环下压至所述阻挡侧墙，以热键合为一体。

可选地，所述覆盖晶圆上的所述接合材料层的宽度比所述接合环的宽度大60μm或以上。

可选地，所述接合材料层与所述阻挡侧墙的接触重叠宽度小于10μm。

可选地，所述接合环与所述阻挡侧墙之间所述间隔的宽度为5～10μm。

可选地，所述接合环的宽度为20～25μm。

本发明还提供了一种mems器件，其特征在于，所述mems器件包括：

底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有mems器件；

接合环，位于所述底部晶圆上；

阻挡侧墙，位于所述底部晶圆上所述接合环的两侧并且与所述接合环之 间具有间隔，并且所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度；

覆盖晶圆，与所述底部晶圆接合为一体；

其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层并与所述接合环接合为一体，并且所述接合材料层的边缘与所述接合环两侧的所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。

可选地，所述覆盖晶圆上的所述接合材料层的宽度比所述接合环的宽度大60μm或以上。

可选地，所述接合材料层与所述阻挡侧墙的接触重叠宽度小于10μm。

可选地，所述接合环与所述阻挡侧墙之间所述间隔的宽度为5～10μm。

可选地，所述接合环的宽度为20～25μm。

可选地，在所述底部晶圆上形成有cmos器件，在所述cmos器件上方形成有底部电极以及动电极，在所述动电极和所述底部电极之间形成有空腔。

本发明还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述的mems器件。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种mems器件的制备方法，在所述方法中在所述接合环的两侧形成有阻挡侧墙，在底部晶圆与覆盖晶圆接合的过程中所述阻挡侧墙不仅能够阻挡接合材料(例如合金)挤出，并能挡住覆盖晶圆中接合材料层的下压距离。

附图说明

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，

图1为本发明中所述mems器件的制备工艺流程图；

图2a-2f为本发明中所述mems器件的制备过程示意图；

图3为本发明中移动电话手机的示例的外部视图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种mems器件的制备方法，所述方法包括：

提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有接合环；

在所述接合环的两侧形成阻挡侧墙，所述阻挡侧墙与所述接合环之间具有间隔，所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度；

提供覆盖晶圆，与所述底部晶圆接合为一体；

其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层，将所述接合材料层与所述接合环相接合并停止于所述阻挡侧墙，以使所述接合材料层的边缘与所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。

在本发明中所述底部晶圆上形成有cmos器件，在所述cmos器件上方形成有底部电极以及动电极，在所述动电极和所述底部电极之间形成有空腔。

其中，在所述覆盖晶圆与所述底部晶圆相接合的过程中，将所述接合材料层与所述接合环接触对准并将所述接合环下压至所述阻挡侧墙，以热键合为一体，在该步骤中所述阻挡侧墙不仅可以防止接合材料挤出，而且还作为覆盖晶圆下压的停止层，以控制覆盖晶圆中接合材料层的下压距离。

为了实现上述目的，所述覆盖晶圆上的所述接合材料层的宽度比所述接合环的宽度大60μm(6-2，如图2f所示)或以上，其中，所述接合材料层的每一侧的宽度比下方对应的所述接合环一侧的宽度大30μm(大的部分如图2f中1所示，即1＝(6-2)/2)或以上；所述接合材料层与所述阻挡侧墙的接触重叠宽度5小于10μm；所述接合环与所述阻挡侧墙之间所述间隔的宽度3为5～10μm；所述阻挡侧墙的宽度4为20～25μm。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种mems器件的制备方法，在所述方法中在所述接合环的两侧形成有阻挡侧墙，在底部晶圆与覆盖晶圆接合的过程中所述阻挡侧墙不仅能够阻挡接合材料(例如合金)挤出，并能挡住覆盖晶圆中接合材料层的下压距离。

实施例一

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种mems器件的制备方法，下面结合附图对所述方法作进一步的说明。

其中，图2a-2f为本发明中所述mems器件的制备过程示意图；图3为本发明中移动电话手机的示例的外部视图。

图1为本发明中所述mems器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤s1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有接合环；

步骤s2：在所述接合环的两侧形成阻挡侧墙，所述阻挡侧墙与所述接合环之间具有间隔，并且所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度；

步骤s3：提供覆盖晶圆，并与所述底部晶圆接合为一体；其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层，将所述接合材料层与所述接合环相接合并停止于所述阻挡侧墙，以使所述接合材料层的边缘与所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。

下面以附图1中的工艺流程图为基础，对所述方法展开进行详细说明。

执行步骤一，提供底部晶圆201，在所述底部晶圆上形成有接合环205。

具体地，如图2a所示，其中所述底部晶圆201可以选用硅、多晶硅或者sige等半导体材料，并不局限于某一种。

可选地，在所述底部晶圆上还可以形成有cmos器件，所述cmos器件的种类并不局限于某一种。

此外，在所述cmos器件上方还形成有各种mems图案，例如所述mems器件可以为图形传感器，压力传感器、加速度传感器等，并不局限于某一种。

具体地，在所述cmos器件上方形成有mems器件的介电层202、底部电极203以及动电极204，更进一步在所述mems器件的两侧还形成有互连结构，以于所述底部电极203电连接。

可选地，所述互联结构包括通孔等互连器件，并不局限于某一种。

其中，在所述底部晶圆201上还形成有图案化的接合环205，其中，所述接合环205选用金属材料、合金或掺杂的半导体材料层，例如在该实施例中所述接合材料选用al，但并不局限于该示例。

可选地，其中所述接合环205为环形结构，例如所述晶圆呈圆形，所述接合环205为围绕所述晶圆边缘设置的环形粘结材料层，以在与覆盖晶圆接合之后形成空腔，用于形成电容传感。

其中，所述接合环205的形成方法包括在所述底部晶圆上沉积粘结材料，例如al，然后在所述粘结材料层上形成掩膜层，例如光刻胶层，然后曝光显影，并以所述光刻胶层为掩膜层蚀刻所述粘结材料层，以形成所述接合环205。

执行步骤二，在所述接合环的两侧形成阻挡侧墙2061，所述阻挡侧墙2061与所述接合环205之间具有间隔，所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度。

具体地，形成所述阻挡侧墙的步骤包括：

在所述动电极204和所述接合环205上形成阻挡侧墙材料层206，以覆 盖所述动电极204和所述接合环205，如图2b所示；

其中，所述阻挡侧墙材料层206选用氧化物层，例如可以选用二氧化硅等。

接着在所述接合环两侧的所述阻挡侧墙材料层上形成图案化的掩膜层207，例如光刻胶层；

然后以所述掩膜层207为掩膜蚀刻所述阻挡侧墙材料层206，以形成阻挡侧墙2061。

在该步骤中选用干法蚀刻所述阻挡侧墙材料层206，例如可以选择n2中的作为蚀刻气氛，还可以同时加入其它少量气体例如cf4、co2、o2，所述蚀刻压力可以为50-200mtorr，可选为100-150mtorr，功率为200-600w，在本发明中所述蚀刻时间为5-80s，可选为10-60s，同时在本发明中选用较大的气体流量，在本发明所述n2的流量为30-300sccm，可选为50-100sccm。

最后去除所述掩膜层，如图2c所示。

在该步骤中，所述阻挡侧墙2061与所述接合环205之间具有间隔，所述间隔的宽度3为5～10μm。

进一步，在形成所述阻挡侧墙2061之后，还进一步包括对所述动电极进行图案化的步骤，以在所述动电极上形成若干开口。

例如，在所述动电极上形成掩膜层，例如光刻胶层，然后对所述光刻胶层进行曝光显影，形成开口，然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述动电极，以在所述动电极上形成开口，如图2d所示。

在该步骤中选用干法蚀刻，例如可以选用择cf4、co2、o2、n2中的一种或者多种。

执行步骤三，提供覆盖晶圆208，与所述底部晶圆接合为一体；其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层，将所述接合材料层与所述接合环相接合并停止于所述阻挡侧墙，以使所述接合材料层的边缘与所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。

如图2e所示，在该步骤中提供覆盖晶圆208并将所述覆盖晶圆208与所述底部晶圆相接合。

所述覆盖晶圆208选用硅，所述顶部晶圆上也形成有粘结材料层，例如ge，然后将所述顶部晶圆和所述底部晶圆对准，例如将所述底部晶圆上的所述接合环和顶部晶圆的粘结材料层对准，然后将其键合为一体，其中在键合过程中熔融的接合材料会回流到所述阻挡侧墙与所述接合环之间的间隔中。

在接合过程中，将所述接合材料层与所述接合环接触对准并将所述接合环下压至所述阻挡侧墙，以热键合为一体，在该步骤中所述阻挡侧墙不仅可以防止接合材料挤出，而且还作为覆盖晶圆下压的停止层，以控制覆盖晶圆中接合材料层的下压距离。

具体地，在该步骤中，选用低熔点接合(eutecticbond)将所述覆盖晶圆208与所述底部晶圆接合为一体。

为了实现上述目的，所述覆盖晶圆上的所述接合材料层的宽度比所述接合环的宽度(6-2，如图2f所示)大60μm或以上，其中，所述接合材料层的每一侧的宽度比下方对应的所述接合环一侧的宽度大30μm(大的部分如图2f中1所示，即1＝(6-2)/2)或以上；所述接合材料层与所述阻挡侧墙的接触重叠宽度5小于10μm；所述接合环与所述阻挡侧墙之间所述间隔的宽度3为5～10μm；所述阻挡侧墙的宽度4为20～25μm。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种mems器件的制备方法，在所述方法中在所述接合环的两侧形成有阻挡侧墙，在底部晶圆与覆盖晶圆接合的过程中所述阻挡侧墙不仅能够阻挡接合材料(例如合金)挤出，并挡住覆盖晶圆中接合材料层的下压距离。

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。

实施例二

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种mems器件，下面结合附图对所述器件作进一步的说明。

所述mems器件包括：

底部晶圆201，所述底部晶圆上形成有mems器件；

接合环205，位于所述底部晶圆上；

阻挡侧墙2061，位于所述底部晶圆上所述接合环的两侧并且与所述接合环之间具有间隔，所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度；

覆盖晶圆208，与所述底部晶圆接合为一体；

其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层，所述接合材料层与所述接合环相接合，并且所述接合材料层的边缘与所述接合环 的两侧所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。

其中所述底部晶圆201可以选用硅、多晶硅或者sige等半导体材料，并不局限于某一种。

可选地，在所述底部晶圆上还可以形成有cmos器件，所述cmos器件的种类并不局限于某一种。

此外，在所述cmos器件上方还形成有各种mems图案，例如所述mems器件可以为图形传感器，压力传感器、加速度传感器等，并不局限于某一种。

具体地，在所述cmos器件上方形成有mems器件的介电层202、底部电极203以及动电极204，更进一步在所述mems器件的两侧还形成有互连结构，以于所述底部电极203电连接。

可选地，所述互联结构包括通孔等互连器件，并不局限于某一种。

其中，在所述底部晶圆201上还形成有图案化的接合环205，其中，所述接合环205选用金属材料、合金或掺杂的半导体材料层，例如在该实施例中所述接合材料选用al，但并不局限于该示例。

可选地，其中所述接合环205为环形结构，例如所述晶圆呈圆形，所述接合环205为围绕所述晶圆边缘设置的环形粘结材料层，以在与覆盖晶圆接合之后形成空腔，用于形成电容传感。

其中，所述阻挡侧墙2061与所述接合环205之间具有间隔，所述间隔的宽度3为5～10μm。

其中，所述覆盖晶圆208选用硅，所述顶部晶圆上也形成有粘结材料层，例如ge，然后将所述顶部晶圆和所述底部晶圆对准，例如将所述底部晶圆上的所述接合环和顶部晶圆的粘结材料层对准，然后将其键合为一体，其中在键合过程中熔融的接合材料会回流到所述阻挡侧墙与所述接合环之间的间隔中。

在接合过程中，将所述接合材料层与所述接合环接触对准并将所述接合环下压至所述阻挡侧墙，以热键合为一体，在该步骤中所述阻挡侧墙不仅可以防止接合材料挤出，而且还作为覆盖晶圆下压的停止层，以控制覆盖晶圆中接合材料层的下压距离。

为了实现上述目的，所述覆盖晶圆上的所述接合材料层的宽度比所述接合环的宽度(6-2，如图2f所示)大60μm或以上，其中所述接合材料层的每一侧的宽度比下方对应的所述接合环一侧的宽度大30μm(大的部分如图2f中1所示，即1＝(6-2)/2)或以上；所述接合材料层与所述阻挡侧墙的接触 重叠宽度5小于10μm；所述接合环与所述阻挡侧墙之间所述间隔的宽度3为5～10μm；所述阻挡侧墙的宽度4为20～25μm。

本发明的mems器件中所述接合环的两侧形成有阻挡侧墙，在底部晶圆与覆盖晶圆接合的过程中所述阻挡侧墙不仅能够阻挡接合材料(例如合金)挤出，并挡住覆盖晶圆中接合材料层的下压距离，进一步提高了所述mems器件的灵敏度和性能。

实施例三

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，所述mems器件根据实施例一所述方法制备得到。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、vcd、dvd、导航仪、数码相框、照相机、摄像机、录音笔、mp3、mp4、psp等任何电子产品或设备，也可为任何包括电路的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的电路，因而具有更好的性能。

其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机200被设置有包括在外壳201中的显示部分202、操作按钮203、外部连接端口204、扬声器205、话筒206等。

其中所述移动电话手机包括实施例一所述的mems器件，所述mems器件包括：底部晶圆201，所述底部晶圆上形成有mems器件；接合环205，位于所述底部晶圆上；阻挡侧墙2061，位于所述底部晶圆上所述接合环的两侧并且与所述接合环之间具有间隔，所述阻挡侧墙的高度小于所述接合环的高度；覆盖晶圆208，与所述底部晶圆接合为一体；其中，所述覆盖晶圆上形成有与所述接合环相对应的接合材料层，所述接合材料层与所述接合环相接合，并且所述接合材料层的边缘与所述接合环的两侧所述阻挡侧墙至少部分的接触重叠。在底部晶圆与覆盖晶圆接合的过程中所述阻挡侧墙不仅能够阻挡接合材料(例如合金)挤出，并挡住覆盖晶圆中接合材料层的下压距离，进一步提高了所述mems器件的灵敏度和性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本 发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。