一種mems慣性傳感器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MEMS慣性傳感器件的加工制造方法，尤其涉及一種體硅垂直導(dǎo)通的MEMS慣性傳感器件的加工制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS慣性傳感器件包括加速度計，陀螺儀等MEMS器件，是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)的可用于檢測加速度、角速度信號變化的傳感器芯片，廣泛應(yīng)用于汽車、手機(jī)、導(dǎo)航、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)，是重要的人機(jī)互動界面的連接紐帶。
[0003]傳統(tǒng)的六軸慣性傳感器制造工藝，需要將六個不同的獨(dú)立的傳感器芯片分別利用不同工藝裝配在一起，實(shí)現(xiàn)六軸傳感的功能，工藝較復(fù)雜，成本較高，且芯片尺寸大。
[0004]專利CN 103575260 A，公開了一種體硅作為感應(yīng)電極板和通道的微陀螺儀及其加工制造方法，如圖1所示，包括硅襯底上基板12、硅襯底下基板1、可動結(jié)構(gòu)層8以及引線，所述的微陀螺儀由體硅電容感應(yīng)極板和體硅導(dǎo)電通道結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的硅襯底上基板12和硅襯底下基板I之間采用鍵合連接結(jié)構(gòu)，所述的引線為分布在硅襯底上基板12中間部位的第一金屬互聯(lián)窗口 18和第二金屬互聯(lián)窗口 19，制造順序分為，硅襯底下基板制造，下基板和可動層制造，硅襯底上基板制造，上下基板鍵和連接以及引線四部分，雖然該專利工藝步驟少，便于控制，且能減少生產(chǎn)線金屬沾污的次數(shù)，但是其垂直導(dǎo)電硅柱使用普通硅襯底制作，工藝復(fù)雜，需要多次深刻蝕，需要額外沉積密封絕緣層，襯底厚度不容易控制。
[0005]專利CN 103575260 A，缺點(diǎn)在于垂直導(dǎo)電硅柱使用普通硅襯底制作，工藝復(fù)雜，需要多次深刻蝕，需要額外沉積密封絕緣層，襯底厚度不容易控制。
[0006]A Michigan Nanofabricat1n Facility process at the University ofMichigan公開的多用戶工藝模塊資料“Silicon-On-Glass MEMS Design Handbook”，多用于慣性器件加速度計和陀螺儀的制作。方案使用硅玻璃鍵合工藝，如圖2所示，包括兩個部分，硅襯底部分和玻璃襯底部分。首先，玻璃襯底部分通過蝕刻工藝做出空腔以及其它輔助結(jié)構(gòu);然后，玻璃襯底和硅襯底通過陽極鍵合技術(shù)鍵合在一起;最后，在硅襯底部分通過金屬沉積蝕刻工藝做出金屬聯(lián)線和金屬焊盤，通過深刻蝕工藝做出器件活動結(jié)構(gòu)。此方案使用玻璃襯底，和硅襯底間存在熱失配，影響器件的熱穩(wěn)定性;另外，金屬連線同平面引出，器件尺寸較大并且不易實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。
[0007]“Silicon-On-Glass MEMS Design Handbook”公開的方案使用玻璃襯底，和硅襯底間存在熱失配，影響器件的熱穩(wěn)定性;另外，金屬連線同平面引出，器件尺寸較大并且不易實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種可通過同一加工工藝流程將六軸傳感功能制造在一個芯片上、集成六軸傳感器芯片的MEMS慣性器件的制造方法，以減小芯片尺寸，降低成本。[0009 ]本發(fā)明的MEMS慣性傳感器件的制造方法，包括步驟:
[0010](I)制作硅柱垂直導(dǎo)通層:取SOI(絕緣層上硅)晶圓，將頂層硅高濃度離子摻雜后，使用光刻、蝕刻工藝，蝕刻頂層硅至密封絕緣層，蝕刻出導(dǎo)通硅柱以及絕緣空槽；
[0011](2)制作器件結(jié)構(gòu)層:取硅晶圓并在其上使用光刻、蝕刻工藝，蝕刻出錨區(qū)結(jié)構(gòu)；
[0012](3)制作硅蓋帽層:取硅晶圓并對其進(jìn)行氧化，在硅晶圓表面形成氧化硅膜作為氧化絕緣層，然后使用光刻、蝕刻工藝在硅晶圓上蝕刻出空腔；
[0013](4)器件結(jié)構(gòu)層與硅柱垂直導(dǎo)通層的鍵合:
[0014](41)使用硅硅直接鍵合工藝，將器件結(jié)構(gòu)層的錨區(qū)結(jié)構(gòu)與硅柱垂直導(dǎo)通層的導(dǎo)通硅柱鍵合在一起，以及將器件結(jié)構(gòu)層的主鍵合面與硅柱垂直導(dǎo)通層的主鍵合面鍵合在一起；
[0015](42)使用光刻、蝕刻工藝在器件結(jié)構(gòu)層上蝕刻出梳齒結(jié)構(gòu)；
[0016](5)鍵合硅蓋帽層:使用硅硅鍵合工藝，將硅蓋帽層的主鍵合面與器件結(jié)構(gòu)層的主鍵合面鍵合在一起；
[0017](6)使用減薄工藝，將硅柱垂直導(dǎo)通層減薄至密封絕緣層，在密封絕緣層上，使用光刻、蝕刻工藝，蝕刻出用于金屬聯(lián)線焊盤與導(dǎo)通硅柱接觸的金硅接觸區(qū)域；
[0018](7)在金硅接觸區(qū)域上沉積金屬，光刻、蝕刻出金屬連接焊盤，并將金屬合金化。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟(3)在蝕刻出空腔后，還包括將硅晶圓背面減薄至預(yù)定厚度的操作。
[0020]進(jìn)一步的，在所述步驟(42)之前，還包括使用減薄拋光工藝，將器件結(jié)構(gòu)層減薄拋光至預(yù)定厚度的步驟。
[0021]利用上述方法制造的MEMS慣性傳感器件，包括依次通過硅硅鍵合的硅蓋帽層、器件結(jié)構(gòu)層以及硅柱垂直導(dǎo)通層，所述硅蓋帽層上具有供所述器件結(jié)構(gòu)層動作的空腔;所述器件結(jié)構(gòu)層上蝕刻有梳齒結(jié)構(gòu)以及與部分所述梳齒結(jié)構(gòu)連接的錨區(qū)結(jié)構(gòu);所述硅柱垂直導(dǎo)通層上蝕刻有分別與各所述錨區(qū)結(jié)構(gòu)鍵合的導(dǎo)通硅柱，以及分別位于各所述導(dǎo)通硅柱周圍的絕緣空槽，所述硅柱垂直導(dǎo)通層的密封絕緣層上設(shè)有分別與各所述導(dǎo)通硅柱接觸的金屬聯(lián)線焊盤。
[0022]進(jìn)一步的，所述硅蓋帽層與所述器件結(jié)構(gòu)層為硅晶圓，所述硅柱垂直導(dǎo)通層為SOI晶圓O
[0023]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]1、相比專利CN 103575260 A，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于使用SOI晶圓制作垂直導(dǎo)電硅柱，工藝簡單，易于精確控制硅柱高度，硅柱高度一致性較好，不需要額外沉積密封絕緣層，也不需要解決高深寬比結(jié)構(gòu)的密封絕緣層沉積的問題，僅使用一次深硅刻蝕就能刻蝕出垂直導(dǎo)電硅柱和絕緣空槽；
[0025]2、相比 “Silicon-On-Glass MEMS Design Handbook”方案，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于使用全硅工藝，器件本身不存在由于材料不同導(dǎo)致的熱失配的問題，器件性能較好，電信號采用垂直導(dǎo)通技術(shù)，器件尺寸相對較小易于實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝，另外金屬工藝較少，避免了工藝過程中的金屬污染；
[0026]3、相比同平面電信號連線引出技術(shù)，本發(fā)明使用垂直導(dǎo)通連線引出技術(shù)可以有效降低芯片尺寸，可以實(shí)現(xiàn)晶圓級真空封裝；
[0027]4、使用襯底硅柱作為垂直導(dǎo)通材料可以降低工藝難度，避免使用金屬或多晶硅高填充膜沉積技術(shù)，避免金屬工藝的出現(xiàn)對后續(xù)工藝產(chǎn)生的影響；
[0028]5、使用SOI襯底能精確控制硅柱高度，獲得更好的硅柱高度一致性，制作工藝更簡單，中間絕緣層做密封絕緣層，避免再次沉積一層密封絕緣層；
[0029]6、使用硅硅直接鍵合工藝制作的器件熱穩(wěn)定性更好，并且避免了金屬污染。
[0030]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0031]圖1是【背景技術(shù)】中專利CN103575260 A對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是【背景技術(shù)】中“Silicon-On-Glass MEMS Design Handbook”方案對應(yīng)的不意圖；
[0033]圖3(a)至圖3(n)是本發(fā)明的工藝流程圖；
[0034]圖4是利用本發(fā)明的方法制造出的MEMS慣性傳感器件。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明