一種mems器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種MEMS器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)及制備方法，包括硅基體（1）、可動(dòng)結(jié)構(gòu)（5）以及蓋帽（8），可動(dòng)結(jié)構(gòu)（5）以及蓋帽（8）之間用金屬粘接劑（7）連接，可動(dòng)結(jié)構(gòu)（5）與硅基體（1）進(jìn)行硅硅鍵合，其特征在于：硅基體（1）中設(shè)有對(duì)通的絕緣深槽，絕緣深槽中設(shè)有填充材料二氧化硅或氮化硅或多晶硅（3），絕緣深槽之間的硅基體（1）形成隔離電極（4），隔離電極（4）上面與可動(dòng)結(jié)構(gòu)（5）對(duì)應(yīng)配合。
【專利說明】一種MEMS器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)械電子【技術(shù)領(lǐng)域】。具體是一種雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System, MEMS)是將微機(jī)械元件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理與控制電路等集成于一體的微系統(tǒng)。很多MEMS器件,如陀螺儀、加速度傳感器對(duì)于真空度、熱應(yīng)力匹配以及芯片面積有較高的要求，長久保持腔體封裝的真空度可以保證機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)氣體的阻尼始終保持在一個(gè)可控范圍之內(nèi)，從而提高M(jìn)EMS器件壽命；圓片鍵合后較好的熱應(yīng)力匹配可以較大幅度降低熱應(yīng)力對(duì)器件性能的影響；器件微型化也是微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)MEMS器件真空度的長久性，熱應(yīng)力匹配以及減小芯片面積，晶圓介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)制備技術(shù)應(yīng)用而生，該隔離結(jié)構(gòu)可以與硅硅直接鍵合的高溫工藝相兼容，從而實(shí)現(xiàn)MEMS器件的全硅結(jié)構(gòu)，硅硅直接鍵合封裝可以長時(shí)間保持器件真空度，且由于材料都是硅材料，其熱膨脹系數(shù)相同，使得器件熱應(yīng)力較小，另外該隔離結(jié)構(gòu)利用低阻硅片制備，隔離結(jié)構(gòu)用作電極可實(shí)現(xiàn)垂直引線，從而減小芯片面積。
[0004]通常，晶圓隔離結(jié)構(gòu)的制作方式主要為:(1)隔離槽制作。采用DRIE在晶圓上制備高深寬比的垂直閉合Si深槽；(2)隔離深槽填充。在深槽側(cè)壁上淀積Si02絕緣層后，通過化學(xué)氣相沉積法生長填充材料充滿整個(gè)Si深槽；(3)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。由于第一步DRIE刻蝕Si深槽時(shí)并沒有將圓片刻穿，因此深槽填充后采用CMP將剩余的Si研磨掉形成隔離結(jié)構(gòu)。
[0005]以上所述帶有隔離結(jié)構(gòu)的晶圓實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)過一系列的MEMS制作工藝，例如光刻、DRIE、CVD、CMP等，經(jīng)上述一系列工藝后，幾百微米厚度帶有隔離結(jié)構(gòu)的晶圓變得只有一兩百微米厚度，該晶圓由于厚度僅有一兩百微米，因此在加工過程中容易碎片，導(dǎo)致產(chǎn)率低，且由于帶有隔離結(jié)構(gòu)的晶圓厚度較薄，劃片后裝配時(shí)容易形變從而器件性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決目前制備出的帶有隔離結(jié)構(gòu)晶圓較薄，工藝加工可靠性低，以及由于帶有隔離結(jié)構(gòu)晶圓較薄裝配時(shí)容易給器件引入應(yīng)力的問題，提供一種加工可靠性高、給器件引入應(yīng)力低的晶圓隔離結(jié)構(gòu)，采用MEMS體硅工藝，加工工藝簡單，一致性好，可以實(shí)現(xiàn)低成本批量制造。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種MEMS器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)，包括硅基體、可動(dòng)結(jié)構(gòu)以及蓋帽，可動(dòng)結(jié)構(gòu)以及蓋帽之間用金屬粘接劑連接，可動(dòng)結(jié)構(gòu)與硅基體進(jìn)行硅硅鍵合，其特征在于:硅基體中設(shè)有對(duì)通的絕緣深槽，絕緣深槽中設(shè)有填充材料二氧化硅或氮化硅或多晶硅，絕緣深槽之間的硅基體形成隔離電極，隔離電極上面與可動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)配合。
[0008]通過絕緣層將各個(gè)隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行電隔離，隔離深槽中的填充材料二氧化硅或氮化硅或多晶硅主要起密封和支撐作用，防止雙面刻蝕通之后隔離結(jié)構(gòu)掉落。
[0009]本發(fā)明還提供了一種一種MEMS器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)、將低阻單晶硅片作為硅基體并氧化形成刻蝕阻擋層，正面光刻隔離深槽圖形，經(jīng)刻蝕形成隔離深槽；
(2)、將氧化層腐蝕干凈，然后進(jìn)行第二次熱氧化生長氧化層作為正面隔離深槽的絕緣層；
(3)、利用化學(xué)氣相沉積法將填充物填充至隔離深槽中直至填滿；
(4)、硅基體背面刻蝕形成背面隔離深槽，然后第三次熱氧化生長氧化層作為背面隔離深槽的絕緣層，并利用化學(xué)氣相沉積法將填充物填充至背面隔離深槽中直至填滿；
(5)、可動(dòng)結(jié)構(gòu)制作完成后與硅基體進(jìn)行硅硅鍵合，并在隔離電極上制作鋁pad點(diǎn)，隨后利用金屬金作為粘接介質(zhì)將蓋帽與可動(dòng)結(jié)構(gòu)連接進(jìn)行了圓片級(jí)鍵合封裝。
[0010]該晶圓隔離結(jié)構(gòu)的制造工藝為:
(1)選用低阻雙拋硅片作為初始圓片，經(jīng)高溫氧化形成第一次二氧化硅作為干法刻蝕阻擋層，光刻后，利用光刻膠以及第一次二氧化硅作為刻蝕阻擋層干法刻蝕正面隔離深槽，該正面隔離深槽結(jié)構(gòu)圖形由MEMS器件結(jié)構(gòu)決定，但必須閉合，這樣各隔離結(jié)構(gòu)之間才能實(shí)現(xiàn)電隔離。干法刻蝕深槽至一定深度，該深度由晶圓厚度決定，但不能一次性刻蝕通，沒有刻蝕通時(shí)所刻蝕掉的部分為正面深槽深度；
(2)正面隔離深槽刻蝕完畢后接著去膠，去除第一次氧化層，接著氧化形成第二次氧化層作為絕緣層，之后利用化學(xué)氣相沉積法生長填充物填充正面隔離深槽或利用TE0S生長填充物填充正面隔離深槽；
(3)正面隔離深槽填滿后，在初始圓片制備正面隔離深槽的另外一面即背面進(jìn)行光刻，利用光刻膠及第一次氧化生成的二氧化硅作為刻蝕阻擋層，刻蝕背面隔離深槽直至第一次氧化的絕緣層，隨后進(jìn)行第三次氧化，生成背面隔離深槽絕緣層，利用化學(xué)氣相沉積生長填充物或TE0S生長填充物填滿深槽，最終形成晶圓隔離結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有的晶圓隔離結(jié)構(gòu)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明能夠在保證隔離結(jié)構(gòu)之間電隔離的情況下增加了帶有隔離結(jié)構(gòu)的晶圓厚度，提高了器件加工的可靠性；由于帶有隔離結(jié)構(gòu)的晶圓厚度增加，使得因?yàn)橥饨缧巫儗?duì)器件引入的應(yīng)力減小，實(shí)現(xiàn)了器件的高可靠性。
[0012](2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，提高了晶圓隔離結(jié)構(gòu)的一致性和可靠性；加工工藝比較簡單，全部利用公知的MEMS工藝技術(shù)加工，適合大批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明硅基體1及其隔離結(jié)構(gòu)的俯視圖；
圖2為本發(fā)明硅基體1及其隔離結(jié)構(gòu)垂直剖面圖；
圖3為本發(fā)明基于晶圓隔離結(jié)構(gòu)的MEMS器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4中a-h為本發(fā)明晶圓隔離結(jié)構(gòu)制造工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制造工藝做進(jìn)一步的說明。
[0015](一)晶圓隔離結(jié)構(gòu)
參照?qǐng)D1、圖2、圖3本發(fā)明包括:硅基體1、絕緣層2、深槽填充物3、隔離電極4、可動(dòng)結(jié)構(gòu)5、pad點(diǎn)6、金屬粘接劑金(Au) 7、以及蓋帽8。
[0016]所述的硅基體I被絕緣層2與深槽填充物分割開，形成隔離電極4，可動(dòng)結(jié)構(gòu)5位于隔離電極4之上，pad點(diǎn)6粘接在隔離電極4下方，金屬粘接劑金(Au) 7作為粘接介質(zhì)將蓋帽8進(jìn)行了圓片級(jí)鍵合封裝。
[0017](二)基于晶圓隔離結(jié)構(gòu)的MEMS器件制造工藝圖4 (a) —(f)為晶圓隔離結(jié)構(gòu)層制作:
Ca)工藝流程:將低阻單晶硅片I，經(jīng)高溫氧化形成第一次二氧化硅作為干法刻蝕阻擋層la，正面光刻隔離深槽圖形，利用氫氟酸和氟化銨按6:1比例配比而成的腐蝕液去除打開窗口中的二氧化硅，利用電感耦合等離子體(ICP)刻蝕形成隔離深槽2a ;該正面隔離深槽結(jié)構(gòu)圖形由MEMS器件結(jié)構(gòu)決定，但必須閉合，這樣各隔離結(jié)構(gòu)之間才能實(shí)現(xiàn)電隔離。亥Ij蝕深槽至一定深度，該深度由晶圓厚度決定，但不能一次性刻蝕通，沒有刻蝕通時(shí)所刻蝕掉的部分為正面深槽深度。
[0018](b) 一圖(C)工藝流程:將圖(a)中作為刻蝕阻擋層的氧化層Ia利用氫氟酸和氟化銨按6:1比例配比而成的腐蝕液腐蝕干凈，然后進(jìn)行第二次熱氧化生長氧化層作為正面隔離深槽絕緣層2a，并利用化學(xué)氣相沉積法填充填充物3至隔離深槽直至填滿；
Cd)-圖(f)工藝流程:背面光刻隔離深槽圖形，利用第二次熱氧化形成的氧化層作為背面刻蝕阻擋層，利用電感耦合等離子體(ICP)刻蝕形成背面隔離深槽2b，然后第三次熱氧化生長氧化層作為背面隔離深槽絕緣層2a，并利用化學(xué)氣相沉積法填充填充物3至隔離深槽2b直至填滿；
(g) - (h)工藝流程:可動(dòng)結(jié)構(gòu)層制作完成后與晶圓隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合，并在隔離電極上制作鋁(Al) pad點(diǎn)6，隨后利用金(Au) 7作為粘接介質(zhì)將蓋帽8進(jìn)行了圓片級(jí)鍵合封裝。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)，包括硅基體(I)、可動(dòng)結(jié)構(gòu)(5)以及蓋帽(8 )，可動(dòng)結(jié)構(gòu)(5 )以及蓋帽(8 )之間用金屬粘接劑(7 )連接，可動(dòng)結(jié)構(gòu)(5 )與硅基體(I)進(jìn)行硅硅鍵合，其特征在于:硅基體(I)中設(shè)有對(duì)通的絕緣深槽，絕緣深槽中設(shè)有填充材料二氧化硅或氮化硅或多晶硅(3 )，絕緣深槽之間的硅基體(I)形成隔離電極(4)，隔離電極(4)上面與可動(dòng)結(jié)構(gòu)(5)對(duì)應(yīng)配合。
2.—種MEMS器件雙面對(duì)通介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)、將低阻單晶硅片作為硅基體(I)并氧化形成刻蝕阻擋層(la)，正面光刻隔離深槽圖形，經(jīng)刻蝕形成隔離深槽(2a)； (2)、將氧化層(Ia)腐蝕干凈，然后進(jìn)行第二次熱氧化生長氧化層作為正面隔離深槽的絕緣層(2)； (3)、利用化學(xué)氣相沉積法將填充物(3)填充至隔離深槽(2a)中直至填滿； (4)、硅基體(I)背面刻蝕形成背面隔離深槽(2b)，然后第三次熱氧化生長氧化層作為背面隔離深槽(2b)的絕緣層(2a)，并利用化學(xué)氣相沉積法將填充物(3)填充至背面隔離深槽(2b)中直至填滿； (5)、可動(dòng)結(jié)構(gòu)(5)制作完成后與硅基體(I)進(jìn)行硅硅鍵合，并在隔離電極(4)上制作鋁pad點(diǎn)(6)，隨后利用金屬金(7)作為粘接介質(zhì)將蓋帽(8)與可動(dòng)結(jié)構(gòu)(5)連接進(jìn)行了圓片級(jí)鍵合封裝。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104355284SQ201410535300
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王鵬, 郭群英, 黃斌, 王文婧, 何凱旋, 陳博, 陳璞, 劉磊 申請(qǐng)人:華東光電集成器件研究所