MEMS传感器的制作方法及MEMS传感器转让专利
申请号 : CN202311727841.8
文献号 : CN117430080B
文献日 : 2024-02-20
发明人 : 庄瑞芬 , 李刚
申请人 : 苏州敏芯微电子技术股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种MEMS传感器的制作方法,其特征在于,包括:
提供第一基板(300),所述第一基板(300)的一侧设有导电互联结构(50);
在所述导电互联结构(50)上形成覆盖所述导电互联结构(50)的第一介质层(600);
刻蚀所述第一介质层(600),以形成在厚度方向上贯穿所述第一介质层(600)的第一通孔(610);在所述第一通孔(610)内填充导电材料,以形成第一导电结构(710),所述第一导电结构(710)与所述导电互联结构(50)连接;
提供晶片(100),在所述晶片(100)的一侧表面刻蚀形成第一凹槽(110),并在所述第一凹槽(110)内填充导电材料,以形成第二导电结构(210);
将所述晶片(100)设有所述第二导电结构(210)的一面与所述第一基板(300)设有第一导电结构(710)的一面通过第一介质层(600)键合,并将所述第一导电结构(710)与所述第二导电结构(210)键合,以使得所述晶片(100)与所述导电互联结构(50)电连接;
刻蚀所述晶片(100),以形成MEMS器件结构(120);
提供顶盖体,所述顶盖体与所述晶片(100)远离所述第一基板(300)的一面键合,以得到所述MEMS传感器。
2.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,所述第一凹槽(110)内填充导电材料的方法包括:在所述晶片(100)具有所述第一凹槽(110)的一侧形成覆盖所述晶片(100)表面的第三金属层(200),并在所述第一凹槽(110)内形成第二导电结构(210);
去除所述晶片表面的所述第三金属层(200),以使所述第二导电结构(210)从所述晶片表面露出。
3.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,所述第一介质层(600)的材料包括硅的氧化物、硅的碳氮化物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在所述提供所述第一基板(300)之前,在所述第一基板(300)的一侧依次交替形成第二介质单层(400)和形成第一金属层(500);
在每次完成所述形成第二介质单层(400)之后,对所述第二介质单层(400)刻蚀,以形成第二通孔(410),所述第二通孔(410)在厚度方向上贯穿所述第二介质单层(400);
在每次完成所述形成第一金属层(500)之后,对所述第一金属层(500)进行图案化处理;
在每次所述形成第一金属层(500)的步骤中,在所述第二通孔(410)中形成第三导电结构(510);所述第三导电结构(510)连接相邻的所述第一金属层(500)或所述第一基板(300);所述第一金属层(500)和所述第三导电结构(510)构成所述导电互联结构(50)。
5.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,所述在所述第一通孔(610)内填充导电材料的方法包括:在所述第一介质层(600)远离所述第一基板(300)的一侧形成覆盖所述第一介质层(600)表面的第二金属层(700)以及设置在所述第一通孔(610)内的所述第一导电结构(710);
去除所述第二金属层(700),以使所述第一导电结构(710)从所述第一介质层(600)表面露出。
6.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在完成所述第一介质层(600)制作之后,在所述第一介质层(600)远离所述第一基板(300)的一侧表面刻蚀形成第四凹槽(620),部分所述导电互联结构(50)从所述第四凹槽(620)中露出以构成固定电极结构(51)。
7.如权利要求6所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,所述MEMS器件结构(120)包括可活动的活动质量块(121)和梳齿电极结构(122);在所述第一基板(300)的厚度方向上,所述活动质量块(121)和所述梳齿电极结构(122)的正投影容设于所述第四凹槽(620)的正投影内。
8.如权利要求7所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在所述第一基板(300)的厚度方向上,所述固定电极结构(51)与所述活动质量块(121)的投影相交叠,以构造成第一电容。
9.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在完成所述晶片(100)与所述第一基板(300)的键合后,在所述晶片(100)远离所述第一基板(300)的一面沿其厚度方向对所述晶片(100)进行减薄处理。
10.如权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,提供第二基板(800),在所述第二基板(800)的一侧表面刻蚀形成第二凹槽(810);
在所述第二基板(800)设有第二凹槽(810)的一侧表面形成第三介质层(900),以得到所述顶盖体;
在所述顶盖体与所述晶片(100)远离所述第一基板(300)的一面键合的步骤中,所述第三介质层(900)与所述晶片(100)键合。
11.如权利要求10所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在所述第一基板(300)的厚度方向上,所述MEMS器件结构(120)在所述第一基板(300)上的正投影容纳与所述第二凹槽(810)在所述第一基板(300)上的正投影内;所述第二凹槽(810)与所述晶片(100)围设形成顶腔,以用于所述MEMS器件结构(120)沿所述第一基板(300)厚度方向上的运动。
12.如权利要求10所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在所述第二基板(800)的一侧表面刻蚀形成第二凹槽(810)的步骤中,对所述第二基板(800)设有第二凹槽(810)的同侧表面刻蚀形成第一通槽(820),所述第一通槽(820)延伸至所述第二基板(800)的外缘;
在所述刻蚀所述晶片(100)的步骤中,在所述晶片(100)上形成沿其厚度贯通的第二通槽(130),所述第二通槽(130)延伸至所述晶片(100)的外缘,且所述第二通槽(130)与所述第一通槽(820)位置相对应;
在完成所述顶盖体与所述晶片(100)的键合后,所述第一通槽(820)与所述第二通槽(130)连通形成外接腔室(90);
去除与所述外接腔室(90)相邻接的部分所述第一介质层(600),以使得部分所述导电互联结构(50)露出以构造成外接导电结构(52),所述外接导电结构(52)以用于导电互联结构(50)与外界的电连接。
13.如权利要求12所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在完成所述顶盖体与所述晶片(100)的键合后,从第二基板(800)与所述第一通槽相邻的外缘去除部分第二基板(800)以及覆盖在所述部分第二基板(800)上的第三介质层(900),以便于与所述外接导电结构(52)连接的导线的走线。
14.如权利要求10所述的MEMS传感器的制作方法,其特征在于,在完成所述顶盖体与所述晶片(100)的键合后,在所述第二基板(800)远离所述第一基板(300)的一侧沿其厚度方向上对所述第二基板(800)进行减薄处理。
15.一种MEMS传感器, 其特征在于,包括:
第一基板(300),其一侧表面设有复合介质层,在所述复合介质层内埋设有导电互联结构(50),在所述复合介质层远离所述第一基板(300)的一侧设有第四凹槽(620),部分所述导电互联结构(50)从所述第四凹槽(620)中露出以构成固定电极结构(51);在所述复合介质层远离所述第一基板(300)的一侧设有沿所述第一基板(300)的厚度方向部分贯穿所述复合介质层的第一导电结构(710),所述第一导电结构(710)与所述导电互联结构(50)连接;
晶片(100),其层叠设置在所述第一基板(300)设有复合介质层的一侧,所述第一基板(300)朝向所述第一基板(300)的一侧设有第一凹槽(110),在所述第一凹槽(110)内设有第二导电结构(210);其中,所述第二导电结构(210)与所述第一导电结构(710)键合,所述晶片(100)本体与所述复合介质层键合;
顶盖体,其层叠设置在所述晶片(100)远离所述第一基板(300)的一侧。
说明书 :
MEMS传感器的制作方法及MEMS传感器
技术领域
背景技术
器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等
于一体的微型器件或系统。
连接。现有技术中常用的集成方法是在MEMS晶圆和另一晶圆表面分别形成一层键合金属,
仅通过金属键合(共晶键合)将两者接合。但是金属键合的问题是难以监控键合质量,通常
需要通过红外来检测是否有金属反应,因此可量产能力差。在微机电技术领域中比较常规
的SOI键合工艺,其可以通过常规SOI检测方式扫描出键合质量差的区域,有效监控键合质
量,生产工艺相较于金属键合更为简单,且生产成本更低。但由于SOI键合工艺中键合材料
的绝缘性问题,难以实现MEMS传感器中器件层与衬底之间的电导通。
发明内容
结构连接;
晶片与所述导电互联结构电连接;
导电结构构成所述导电互联结构。
电互联结构从所述第四凹槽中露出以构成固定电极结构。
述梳齿电极结构的正投影容设于所述第四凹槽的正投影内。
处理。
上的正投影内;所述第二凹槽与所述晶片围设形成顶腔,以用于所述MEMS器件结构沿所述
第一基板厚度方向上的运动。
槽,所述第一通槽延伸至所述第二基板的外缘;
部分第二基板上的第三介质层,以便于与所述外接导电结构连接的导线的走线。
进行减薄处理。
板的一侧设有第四凹槽,部分所述导电互联结构从所述第四凹槽中露出以构成固定电极结
构;在所述复合介质层远离所述第一基板的一侧设有沿所述第一基板的厚度方向部分贯穿
所述复合介质层的第一导电结构,所述第一导电结构与所述导电互联结构连接;
电结构与所述第一导电结构键合,所述晶片本体与所述复合介质层键合;
相较于传统技术中晶片和第一基板采用金属键合的连接方式,本申请的键合方式量产能力
更高,且容易观察键合质量,提高了产品的可制造性和可检测性,从而能够提高产品的产量
和良品率。
二导电结构形成在晶片表面的第一凹槽中,无需形成介质层以及扩散阻挡层即能够实现减
少导电材料的扩散,简化了生产工艺,降低了生产难度和生产成本,且介质层和扩散阻挡层
的省去能够降低MEMS传感器的厚度,有利于产品的小型化。
附图说明
单层;40‑第二介质层;410‑第二通孔;500‑第一金属层;510‑第三导电结构;50‑导电互联结
构;51‑固定电极结构;52‑外接导电结构;600‑第一介质层;610‑第一通孔;700‑第二金属
层;710‑第一导电结构;620‑第四凹槽;621‑第一子凹槽;622‑第二子凹槽;800‑第二基板;
810‑第二凹槽;820‑第一通槽;90‑外接腔室;900‑第三介质层。
具体实施方式
仅仅是为了解释本发明,并不是为了限定本发明。
定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于
描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在
本发明的描述中,“多个”的含义是指两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
以是机械连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连
通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解
上述术语在本发明中的具体含义。
过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“ 之上”、“ 上方”和“ 上面”包
括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第
一特征在第二特征“ 之下”、“ 下方”和“ 下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,
或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
互联结构连接。
所述晶片与所述导电互联结构电连接。
面设有第二介质层,且第二介质层内设有导电互联结构,部分的导电互联结构从第二介质
层远离第一基板的一侧露出。导电互联结构包括电路结构或电机结构等。
磨,以使得第一介质层远离第一基板的一面平行于第一表面。
质层中露出的部分导电互联结构在第一基板的正投影内,以使得第一通孔与导电互联结构
相连通。在第一通孔内填充导电材料以在第一通孔内形成第一导电结构,第一导电结构与
导电互联结构电连接。
构,第二金属层和第一导电结构为一体式结构。在第二金属层远离第一基板的一侧对第二
金属层研磨,直至第一金属层被完全去除且第一导电结构在第一介质层表面露出。
二导电结构。
的一侧对第三金属层研磨,直至第三金属层被完全去除且第二导电结构在晶片表面露出。
合,因第一导电结构和第二导电结构均为导电材料,以使得晶片与导电互联结构电连接。
以及用于响应晶片所在平面内加速度的梳齿电极结构。
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200的方法包括电化学电镀(Electrical Chemical Platting,ECP)、物理气相沉积等。
导电结构的导电材料扩散到介质层中而在导电结构和介质层之间形成扩散阻挡层,本申请
将第二导电结构210形成在晶片100表面的第一凹槽110中,无需形成介质层以及扩散阻挡
层即能够实现减少导电材料的扩散,简化了生产工艺,降低了生产难度和生产成本,且介质
层和扩散阻挡层的省去能够降低MEMS传感器的厚度,有利于产品的小型化。
210露出从晶片100表面露出。
器件结构120中需要引出电信号的结构数量设置相应数量的第二导电结构210,对此不做具
体限定。
二通孔410在第二介质单层400的厚度方向上贯穿第二介质单层400,以使得第二通孔410与
第一基板300相连通。具体地,形成第二介质单层400的方法包括化学气相沉积、原子层沉积
等。
电结构510,图8中的第三导电结构510以使得第一金属层500和第一基板300电连接。
进行刻蚀,以形成沿该第二介质单层400的厚度方向贯穿的第二通孔410,且第二通孔410与
第一金属层500相连接。
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二介质单层400内的第二通孔410内形成第三导电结构510,该第三导电结构510以使得第一
层的第一金属层500与第二层的第一金属层500电连接。所有的第一金属层500和第三导电
结构510形成相互电连接的导电互联结构50。第一层的第二介质单层400和第二层的第二介
质单层400相互连接以构造成第二介质层40。
510包括AlCu或AlCu与Ti、TiN的叠层等。第三导电结构510为金属通孔结构。对第一金属层
500进行图案化处理的方法包括干法刻蚀。
求,可依次交替形成若干层第二介质单层400和第一金属层500,相邻的第一金属层500通过
第三导电结构510连接,以构造成多层结构的导电互联结构50,在此不做具体限定。
速度的第一电容。
300的一侧表面。完成第一介质层600的形成之后,对第一介质层600远离第一基板300的一
侧表面进行打磨,以使得第一介质层600远离第一基板300的一侧表面与第一基板300的第
一表面平行,保证第一介质层600表面的平整以确保后续工艺中与晶片100的键合效果。具
体地,形成第一介质层600的方法包括化学气相沉积、原子层沉积等。进一步地,第一介质层
600的材质为硅的氧化物如TEOS(四乙氧基硅烷,Tetraethoxysilane)或硅的碳氮化物
(SiCN)。
通孔610与导电互联结构50相连通。
第二金属层700和第一导电结构710为一体式结构。具体地,形成第二金属层700和第一导电
结构710的方法包括物理气相沉积、电化学电镀等。
二金属层700进行研磨的方法包括化学机械研磨(Chemical‑Mechanical Polishing,CMP)。
互联结构50中的固定电极结构51从第一子凹槽621中露出,第二子凹槽622与MEMS器件结构
120(下文示出)中的梳齿电极结构122相对应,以避免第一基板300和晶片100键合过程中,
用以响应外界物理量变化的MEMS器件结构120与第一介质层600键合而导致MEMS器件结构
120无法活动从而无法实现其响应外界物理量变化的功能。
与第二导电结构210键合,因第一导电结构710和第二导电结构210均为导电材料,以使得晶
片100与导电互联结构50电连接。
间仅采用金属键合的连接方式,本申请的键合方式量产能力更高,且容易观察键合质量,提
高了产品的可制造性与可监测性,有利于提升产品良率。
导致后续对晶片100的加工难以实施,因此需要对晶片100进行减薄。
整体结构强度,避免减薄工艺对晶片100造成损坏,提高良品率。
量块121响应于第一基板300厚度方向上的加速度而沿第一基板300厚度方向位移,以使得
第一电容的电容值发生变化。
实施例中,MEMS器件结构包括用以检测角速度、气压或声压等其它物理量的检测结构,以使
得本申请构造如角速度传感器、气压传感器或麦克风传感器等其它MEMS传感器,在此不作
具体限定。
极结构122没有与第一介质层600连接,活动质量块121和梳齿电极结构122可以响应加速度
而发生位移。
构120的位置相对应,第一通槽820与晶片100中的第二通槽130位置相对应。
通槽820。
~
量时在第二凹槽810内位移。
上,外接腔室90与最远离第一基板300一侧的第一金属层500的投影相交叠。
基板800和晶片100进行键合以增加其整体结构强度,避免减薄工艺对第二基板800造成损
坏,提高良品率。
片切割、等离子切割、或激光切割。去除部分第二基板800,使外接导电结构52(下文中示出)
在晶片100的厚度方向上从第二基板800暴露,便于导电线在外接腔室90内的走线,该导电
线以用于与外接导电结构52连接。
500构造成外接导电结构52,以用于导电互联结构50和外界(如电路板)电连接。具体地,外
接导电结构52为焊盘。
骤之间不分先后顺序,可以按一定顺序进行也可以同时进行,在此不作具体限定。
第一基板300的一侧设有第二凹槽810,部分所述导电互联结构50从所述第二凹槽810中露
出以构成固定电极结构51;在所述复合介质层远离所述第一基板300的一侧设有沿所述第
一基板300的厚度方向部分贯穿所述复合介质层的第一导电结构710,所述第一导电结构
710与所述导电互联结构50连接;
构210;其中,所述第二导电结构210与所述第一导电结构710键合,所述晶片100本体与所述
复合介质层键合;
在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护
范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。