1.本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种晶圆键合方法及晶圆键合结构。
背景技术：
2.晶圆级封装技术是实现产品高性能、低成本和批量化的主要解决途径，晶圆级封装可以采用晶圆级键合技术来实现，例如，在mems器件上加装封帽并对二者进行键合来完成封装，因此具有批量的优点，并且可降低封装成本。
3.晶圆级键合技术是将两片晶圆互相结合，并使得表面原子相互反应，让表面间的键合能达到一定的强度，从而使两片晶圆结合为一体。晶圆级键合有多种方法，如熔融键合、热压键合、低温真空键合、阳极键合及共晶键合等。晶圆级键合是mems技术中一个重要的工艺，其主要作用包括：封帽对运动器件的机械保护(如可动梳齿)、特定的气体回填(如惰性保护)或高真空度要求下的密封(如谐振器)。键合工艺的一个重要指标是真空度，真空度直接决定器件的q值，q值会影响器件的灵敏度、带宽、分辨率、量程等参数。
4.现有键合工艺的键合方式都是采用机台外对准，机台内键合的方式，具体的先在要键合的两片圆片(wafer)之间插入标记(flag)，如图2所示，圆片201通过标记202分开，通常采用三个标记202，标记202可以采用约100μm的楔形铁片，抽真空换气时，气体从圆片间的缝隙进出，如图3所示，在对准模块上进行封帽(cap)圆片302和mems圆片301的对准，两个圆片之间插入标记303，完成对准后夹具会将两个圆片夹紧固定，一起传输到键合腔中，在腔中进行抽真空换气、加温和加压来进行键合。
5.圆片在进入键合腔前已经完成对齐，将两片圆片夹紧，中间靠标记隔开，在抽真空过程中圆片之间的充气和抽气只能通过圆片边缘传输，会产生如下缺点：
6.缺点1：圆片实际的键合真空度与腔本身设定真空度相差较大，无法达到机台的设定值；
7.缺点2：圆片内真空度均匀性很差，靠近圆片边缘真空很高，越靠近中心越低，如图2所示；
8.缺点3：键合工艺第一步就是要将空气用回填气体置换出来，圆片之间的空气不能完全被交换出来，圆片内会有空气残留，导致氧化现象。
9.因此，为了改善键合工艺中气体交换效率，需设计一种晶圆键合方法及晶圆键合结构。
技术实现要素：
10.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。
11.本发明提供了一种晶圆键合方法，包括以下步骤：提供第一晶圆，在第一晶圆的键合面形成第一键合环层；提供第二晶圆，在第二晶圆的键合面形成第二键合环层，第二键合
环层与第一键合环层相对应；在第二晶圆的第二键合环层内形成第一凹腔；形成贯穿至少一个晶圆的气路通道，该气路通道位于晶圆的非功能器件区；将第一晶圆的第一键合环层和第二晶圆的第二键合环层进行键合并形成键合环。
12.可选地，该方法还包括：在键合之前，在第一晶圆的键合面形成位于第一键合环层外围且环绕气路通道的第一密封环层，以及在第二晶圆的键合面形成与第一密封环层对应的第二密封环层，以在键合时形成密封环。
13.可选地，气路通道包括相连通的第二凹腔和通气孔。
14.可选地，形成仅贯穿第二晶圆的气路通道，其中，第一凹腔和第二凹腔同步形成。
15.可选地，通气孔从第二凹腔继续刻蚀得到，或从第二晶圆的非键合面与第二凹腔相对应的位置向内刻蚀到第二凹腔得到。
16.可选地，通气孔的最大宽度小于等于第二凹腔的宽度。
17.可选地，该方法还包括：在形成具有铝的第一键合环层或第二键合环层之前，在晶圆的表面上形成粘附隔挡层，以防止铝向晶圆中扩散。
18.一种晶圆键合结构，包括：第一晶圆，在第一晶圆的键合面具有第一键合环层；第二晶圆，在第二晶圆的键合面具有第二键合环层，第二键合环层与第一键合环层相对应；第一凹腔，其位于第二晶圆的第二键合环层内；气路通道，其贯穿至少一个晶圆，该气路通道位于晶圆的非功能器件区；键合环，其由第一晶圆的第一键合环层和第二晶圆的第二键合环层彼此键合形成。
19.可选地，晶圆键合结构还包括密封环，其位于键合环外围且环绕气路通道。
20.可选地，气路通道包括相连通的第二凹腔和通气孔。
21.本发明提供了一种晶圆键合方法及晶圆键合结构，与传统器件相比，通过在晶圆上形成气路通道，使得在抽真空和回填气体时，气体交换更加充分，真空度更接近真值，即达到机台的设定值；真空度均匀性更好，使得圆片边缘与中心真空度接近；回填气体更纯，便于用回填气体将空气置换出来，减少空气残留;封装气压能做到更低，提高了器件的性能。
附图说明
22.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，用来解释本发明的原理。
23.附图中：
24.图1示出了根据本发明一个实施例的晶圆键合方法的流程图；
25.图2示出了现有技术中圆片之间插入标记的俯视图(气压分布示意图)；
26.图3示出了现有技术中圆片之间插入标记的侧视图；
27.图4a示出了根据本发明一个实施例在第一晶圆的键合面形成第一键合环层的半导体结构剖面示意图；
28.图4b示出了根据本发明一个实施例在第二晶圆的键合面形成与图4a的第一键合环层相对应的第二键合环层的半导体结构剖面示意图；
29.图4c示出了根据本发明一个实施例的在图4b的第二键合环层内形成第一凹腔，在第二密封环层内形成第二凹腔的半导体结构剖面示意图；
30.图4d示出了根据本发明一个实施例在图4c的晶圆上形成通气孔的半导体结构的剖面示意图；
31.图4e示出了根据本发明一个实施例将图4d与图4a的晶圆进行键合的半导体结构的剖面示意图；
32.图5示出了根据本发明一个实施例的将具有气路通道的晶圆与具有粘附隔挡层的晶圆进行键合的半导体结构的剖面示意图；
33.图6示出了根据本发明一个实施例的半导体结构的剖面示意图与俯视图的对照图；
34.图7示出了根据本发明一个实施例的具有气体交换通道结构的圆片的俯视图；
35.图8示出了根据本发明一个实施例的具有键合结构的圆片的俯视图。
具体实施方式
36.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。
37.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。
38.应当明自，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。应当明自，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。
39.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。应当明自，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。
40.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。
41.这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。
42.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。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。
43.本发明提供了一种晶圆键合方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
44.101、提供第一晶圆，在第一晶圆的键合面形成第一键合环层；
45.102、提供第二晶圆，在第二晶圆的键合面形成第二键合环层，第二键合环层与第一键合环层相对应；
46.103、在第二晶圆的第二键合环层内形成第一凹腔；
47.104、形成贯穿至少一个晶圆的气路通道，该气路通道位于晶圆的非功能器件区；
48.105、将第一晶圆的第一键合环层和第二晶圆的第二键合环层进行键合并形成键合环。
49.在键合之前，在第一晶圆的键合面形成位于第一键合环层外围且环绕气路通道的第一密封环层，以及在第二晶圆的键合面形成与第一密封环层对应的第二密封环层，以在键合时形成密封环。
50.在抽气和回填过程中，气体从第一晶圆和第二晶圆的边缘以及气路通道进行气体交换，密封环将气路通道围住，具有防止后续工艺水汽进入圆片并腐蚀铝垫的作用。
51.气路通道可以包括相连通的第二凹腔和通气孔。在形成仅贯穿第二晶圆的气路通道时，第一凹腔和第二凹腔可以同步形成，无需增加工艺步骤。通气孔可以从第二凹腔继续刻蚀得到，或者可以从第二晶圆的非键合面与第二凹腔相对应的位置向内刻蚀到第二凹腔得到。通气孔可以位于第二晶圆的待切割区上，使得切割更加容易，且不会影响整个晶圆的结构。其中，通气孔的宽度可以小于第二凹腔的宽度，或者等于第二凹腔的宽度。通过设置第二凹腔可以降低通气孔的深宽比，更利于刻蚀，可以将孔做得更小，工艺实现更容易。
52.通过增加气路通道，使得在抽真空和回填惰性气体时，气体交换更加充分，晶圆内真空度更接近真值，而且真空度均匀性更好，回填气体会更纯，封装气压能做到更低，提高了器件的性能。
53.实施例一
54.如图4a-4e所示，以mems的制作为例，具体方法如下：
55.如图4a所示，提供第一晶圆400，此处第一晶圆可以为封帽晶圆也可以为mems晶圆，在第一晶圆的键合面形成第一键合环层402和第一密封环层404，这里第一密封环层404也可以省略，第一键合环层采用金属铝或者锗，第一键合环层的厚度在0.3μm～0.7μm，在一个示例中，第一键合环层采用铝，厚度为0.5μm；
56.如图4b所示，提供第二晶圆406，在第二晶圆的键合面形成第二键合环层408和第
二密封环层410，这里第二密封环层410也可以省略，第二键合环层采用金属锗或者铝，第二键合环层的厚度在0.8μm～1.2μm，在一个示例中，第二键合环层采用锗，厚度为1.0μm；
57.如图4c所示，在第二晶圆的第二键合环层内形成第一凹腔412，在第二密封环层内形成第二凹腔414，第一凹腔412和第二凹腔414可以同步形成，也可以异步形成，其中第二凹腔的宽度可以为40～70μm，在一个示例中，第二凹腔的宽度为60μm；
58.如图4d所示，将第二凹腔414刻穿，以形成通气孔416，刻蚀可以采用干法刻蚀，例如等离子体刻蚀，其中通气孔的宽度为20～40μm，在一个示例中，通气孔的宽度为30μm，第二凹腔414与通气孔416构成了气路通道；
59.如图4e所示，将第一晶圆的第一键合环层和第二晶圆的第二键合环层进行键合形成键合环，其中，气路通道可以设置在键合环外围，形成环形的一圈。
60.在一个示例中，该方法还包括：在键合之前，在第一晶圆的键合面形成位于第一键合环层外围且环绕气路通道的第一密封环层，以及在第二晶圆的键合面形成与所述第一密封环层对应的第二密封环层，以在键合时形成密封环。在抽气和回填过程中气体从第一晶圆和第二晶圆的边缘以及气路通道进行气体交换。
61.在一个示例中，通气孔位于第二晶圆的待切割区上。
62.在一个示例中，通气孔从第二凹腔继续刻蚀得到。
63.在一个示例中，通气孔从第二晶圆的非键合面向内刻蚀得到。
64.在一个示例中，通气孔的最大宽度小于等于第二凹腔的宽度。
65.实施例二
66.如图5所示，在形成具有铝的键合环层502和密封环层504之前，在晶圆500的表面上形成粘附隔挡层501，以防止铝向晶圆中扩散。封帽通气孔背面做第一凹腔512时一同做上第二凹腔514，然后从正面刻通第二凹腔514形成通气孔516，第二凹腔514与通气孔516的宽度相同，保证键合时气体可以从气路通道中抽出，然后在气路通道周围做一圈键合密封环层510，键合后气路通道会被密封环封死，保证后续的修剪、研磨等工艺过程中不会漏水，降低铝垫被腐蚀的影响。具体步骤如下：
67.首先，mems面形成粘附隔挡层501，该粘附隔挡层可以为单层钛ti层或双层titin，其中双层titin，ti为tin为然后淀积铝制作出键合环、气路通道密封环以及铝垫，其中略去了与本专利无关的工艺，包括在铝淀积前后做的电极以及走线的相关步骤；
68.其次，封帽面与mems要做键合，要在相对应的区域制作出锗键合环508和气路通道密封环510，然后封帽面制作出第一凹腔512，气路通道的位置也刻蚀出第二凹腔514；
69.再次，封帽面正面即非键合面刻蚀通气孔516，将晶圆刻穿，打开气路通道结构；
70.最后，mems和封帽进行铝锗键合，在抽气和回填过程中气体从边缘和气路通道进行气体交换，键合后气路通道被其周围的密封环挡住，后续修剪、研磨、光刻等工艺水汽不会进入晶圆腐蚀铝垫。
71.实施例三
72.如图6-8所示，本发明还提供一种晶圆键合结构，包括：第一晶圆，在第一晶圆的键合面具有第一键合环层；第二晶圆，在第二晶圆的键合面具有第二键合环层，第二键合环层与第一键合环层相对应；第一凹腔，其位于第二晶圆的第二键合环层内；气路通道，其贯穿至少一个晶圆，该气路通道位于晶圆的非功能器件区；键合环，其由第一晶圆的第一键合环
层和第二晶圆的第二键合环层彼此键合形成。
73.在至少一个实施例中，如图6所示，在芯片的封帽面的待切割区610区域制作气体交换通道即气路通道600，其中气路通道600对应于第二凹腔414及通气孔416，首先在键合过程中抽气和回填时，气体不但可以从圆片边缘换气，还可以从气路通道交换气体，保证了气体可以充分的交换，其次还可以使整个圆片范围内键合真空度的均匀性提高。
74.第二凹腔414在做第一凹腔412时一同做上，此处第一凹腔412对应于604，键合环层408对应于602。在至少一个实施例中，然后从正面刻通，在气路通道周围做一圈键合的密封环410，此处410对应于606，键合后气路通道会被密封环606封死，保证后续的修剪、研磨等工艺过程中不会漏水，减低对铝垫腐蚀的影响。
75.在芯片的封帽面或mems面的芯片区外面制作气体交换通道，通道的多少和大小以及分布位置可以按需定制，图6为气路结构的剖面图，图7为其中的一种的分布方式。键合过程中气体交换可以通过气体交换通道进出，改变从现有的圆片边缘交换的方式，提高气体交换效率，整个圆片范围内气压的均匀性提高，回填气氛无残余空气，使键合气压与机台设定值更加匹配。
76.本发明提供了一种晶圆键合方法及晶圆键合结构，与传统器件相比，通过在晶圆上形成气路通道，使得在抽真空和回填气体时，气体交换更加充分，真空度更接近真值，真空度均匀性更好，回填气体更纯，封装气压能做到更低，提高了器件的性能。
77.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。