[发明专利]键合结构及其形成方法与MEMS传感器、可穿戴设备

说明书

本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种键合结构及其形成方法与MEMS传感器、可穿戴设备。本申请中的键合结构包括：第一晶圆和第二晶圆；第一晶圆、第二晶圆之间设有至少一组键合区域与至少两组错位结构，错位结构位于键合区域两侧；键合区域包括形成于第一晶圆表面的铝键合层、形成于第二晶圆表面的锗键合层，锗键合层与铝键合层键合接触；错位结构包括位于铝键合层两侧的凸起，及位于锗键合层两侧的沟槽，凸起伸入沟槽形成错位结构。解决了现有传感器，尤其是压电MEMS传感器中的铝锗共晶键合存在共晶流动和延展现象导致的键合工艺窗口以及均匀性难以控制，及铝锗键合精细度不足、尺寸大等问题。包含该键合结构的压电MEMS传感器在可穿戴设备中具备较好应用前景。

技术领域

本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种键合结构及其形成方法与MEMS传感器、可穿戴设备。

背景技术

当前压电MEMS可穿戴超声微系统产业发展面临的主要瓶颈之一在于能赋予其多功能集成的高精细度、低温可靠型晶圆级键合技术的设计与开发。目前已研发出了多种圆片级键合技术，如表面活化低温键合、阳极键合及共晶键合等。然而可穿戴超声微系统设备中MEMS晶片与要集成的CMOS等衬底间往往需要一个均一、可控的微米间隙的电机械界面，导致已有技术方案难以满足其技术需求，如表面活化低温键合工艺时间长，效率较低，且由于涉及表面处理，难以满足含图形和电路的圆片键合要求；阳极键合是目前被广泛采用的键合技术，其缺点是不能对两硅片直接进行键合，而且由于钠离子的存在，不能和MOS工艺兼容，键合过程中的高电压产生的静电力会导致器件失效；共晶键合技术是一种有望克服前述各种方法缺陷的低温键合方法，目前，常见的共晶键合材料包括金(Au)～硅(Si)、金(Au)～锡(Sn)、铝(Al)～铜(Cu)、铝(Al)～硅(Si)、铝(Al)～锗(Ge)等合金材料。相较而言，Al～Ge共晶键合在兼容CMOS工艺制程，提高器件性能和功能，降低系统功耗、尺寸与制造成本的等层面具有明显优势，因此有望最终实现先进压电MEMS可穿戴超声微系统的设计与开发。

然而针对高集成度、高图案化密度和高性能(键合面积/尺寸精密细小化发展趋势)集成的压电MEMS可穿戴超声微系统的发展需求，现有铝锗方案仍困于以下瓶颈：①共晶流动和延展现象导致键合工艺窗口以及均匀性难以控制；②铝锗键合精细度不足、尺寸大等。

发明内容

本申请的技术目的是至少解决了现有压电MEMS传感器中的铝锗共晶键合存在共晶流动和延展现象导致键合工艺窗口以及均匀性难以控制，及铝锗键合精细度不足、尺寸大等问题。

该目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本申请提供了一种键合结构，所述键合结构包括：

第一晶圆和第二晶圆；

所述第一晶圆、第二晶圆之间设有至少一组键合区域与至少两组错位结构，所述错位结构位于所述键合区域两侧；

所述键合区域包括形成于所述第一晶圆表面的铝键合层、形成于所述第二晶圆表面的锗键合层，所述锗键合层与所述铝键合层键合接触；

所述错位结构包括位于所述铝键合层两侧的凸起，及位于所述锗键合层两侧的沟槽，所述凸起伸入所述沟槽形成错位结构。该键合结构包含键合区域与错位结构，其自身具备较好的坚固性与稳定性，其中，位于两侧的错位结构通过围绕键合区域，有效限制了铝-锗共晶流动范围及热传递分布不均导致的信号差异，并最终利于实现器件的高集成度、高图案化密度和高性能。

在本申请的一些实施方式中，所述键合结构还包含布置于所述第一晶圆与所述铝键合层之间的第一氧化物膜层和/或所述第二晶圆与所述锗键合层之间的第二氧化物膜层；

其中，所述第一氧化物膜层和/或第二氧化物膜层表面形成有用于降低氧化物膜层表面能的单分子修饰膜；