專利名稱：體硅mems器件集成化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件的加工方法，尤其涉及一種具有芯片級封裝功能的體硅MEMS器件集成化方法。
背景技術(shù)：
微電子機械系統(tǒng)(MEMS)作為起源于上世紀(jì)90年代的跨學(xué)科和先進制造技術(shù)對改善人們的生活質(zhì)量、提高人們的生活水平以及增強國力起到了重要的作用。作為微電子機械系統(tǒng)其發(fā)展具有很明顯的不平衡性。由于強烈的多學(xué)科交叉特征，MEMS的研究方式和加工技術(shù)就與生俱來的帶有多樣性。
盡管近年來硅工藝已成為MEMS工藝的主流，由于器件加工工藝的復(fù)雜，集成化和芯片級封裝一直使MEMS技術(shù)發(fā)展中的制約。以差分電容取樣的體硅MEMS器件能夠提供的電容變化量通常在af(10-15法)量級；很顯然，沒有集成化技術(shù)的支持MEMS器件技術(shù)的優(yōu)勢就難以體現(xiàn)出來。
另一方面，只有充分利用集成電路強大的信號處理能力才能夠使MEMS器件不僅在體積和成本上，而且在精度、一致性等方面也有比傳統(tǒng)器件更出色的表現(xiàn)。如何能夠解決MEMS器件在小型化過程中造成的輸出信號較小的問題，使這一行業(yè)能走向良性的市場循環(huán)是從事MEMS技術(shù)研究和市場開發(fā)人員的夢想。
目前常用的集成化技術(shù)有表面犧牲層工藝與CMOS工藝集成、薄膜壓阻工藝與CMOS的集成、還有將MEMS芯片和集成電路封裝在一個管殼內(nèi)的多芯片模塊(MCM)封裝集成化技術(shù)。但犧牲層和薄膜壓阻與CMOS集成的工藝復(fù)雜，微結(jié)構(gòu)和集成電路做在一個芯片上，器件的成品率受到很大影響。MCM屬于后期集成，需要逐個操作，生產(chǎn)效率較低，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對MEMS技術(shù)在集成化發(fā)展過程中存在的工藝復(fù)雜、成品率低、生產(chǎn)效率低的主要問題，提供一種降低工藝復(fù)雜性、提高了器件的成品率，降低對器件工藝加工環(huán)境的要求。
本發(fā)明的目的還在于在實現(xiàn)集成化的同時解決芯片級封裝的問題。
本發(fā)明的體硅MEMS器件集成化方法，其步驟包括1)MEMS器件結(jié)構(gòu)工藝部分在PYREX7740玻璃上采用鍵合工藝制造MEMS結(jié)構(gòu)，其中MEMS器件結(jié)構(gòu)周圍在版圖設(shè)計時留出集成化鍵合用的區(qū)域；在MEMS結(jié)構(gòu)工藝過程中不要劃片。
2)集成電路工藝部分用雙面拋光的硅片，尺寸與MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝的硅片尺寸相同；留出劃片時去掉的部分；3)集成化工藝部分3-1)1集成電路硅片背面生長PECVD氧化硅；3-2)集成電路硅片背面光刻；3-3)刻蝕集成電路硅片背面氧化硅、去膠；3-4)腐蝕或高深寬比硅刻蝕集成電路硅片背面；3-5)刻蝕集成電路硅片背面氧化硅；3-6)集成電路硅片背面生長PECVD氧化硅；3-7)集成電路硅片與MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝的玻璃片鍵合對準(zhǔn)；3-8)靜電鍵合；3-9)劃片、裂片；3-10)粘片、壓焊。所述在PYREX7740玻璃上采用鍵合工藝制造MEMS結(jié)構(gòu)，其步驟包括1)硅片上的工藝部分1.1)淀積或熱生長SiO2、第一面涂膠保護、腐蝕蝕SiO2、去膠；1.2)第一面光刻、腐蝕SiO2、去膠；1.3)硅淺臺階腐蝕、腐蝕去除SiO2；2)PYREX7740玻璃片上的工藝部分2.1)光刻、腐蝕玻璃淺槽；2.2)濺射電極金屬；2.3)剝離形成金屬電極；3)組合工藝部分3.1)硅片，玻璃片鍵合對準(zhǔn)；3.2)硅/玻璃靜電鍵合；3.3)硅片腐蝕減薄；3.4)雙面光刻；3.5)高深寬比硅刻蝕、去膠。
所述的電極金屬選自Ti/Pt/Au三層復(fù)合結(jié)構(gòu)金屬。
本發(fā)明是一種將MEMS器件結(jié)構(gòu)和集成電路兩者集成起來而形成一個集成化MEMS器件的技術(shù)方案。這個方案包含集成電路加工(可在任何集成電路生產(chǎn)線上完成)、MEMS器件結(jié)構(gòu)加工和集成化三部分。這種集成化方法很具創(chuàng)新性，但其工藝實現(xiàn)并不復(fù)雜。三個工藝部分中，前兩個都是比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)工藝，只有第三部分工藝略有特殊，但工藝過程很簡單。集成化的電路連接通過最后的壓焊實現(xiàn)。
本發(fā)明的體硅MEMS器件集成化方法是在總結(jié)了大量MEMS器件技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明出來的，具有工藝簡單、成品率高、適用于多種MEMS器件的加工、同時具有芯片級封裝的功能。這項發(fā)明將復(fù)雜的集成化工藝技術(shù)分解為三個獨立的工藝部分部分，用比較簡單的工藝組合解決了目前MEMS技術(shù)發(fā)展中芯片級封裝和集成化兩大難題，而且還充分利用了加工技術(shù)的社會資源。由于這項技術(shù)能夠滿足多種器件加工的需求，因此也可以說是一種MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝。
本發(fā)明的積極意義在于可以讓更多的人更專業(yè)的進入MEMS領(lǐng)域，利用這種簡單實用的標(biāo)準(zhǔn)工藝來實現(xiàn)各種功能的MEMS器件，給MEMS技術(shù)的發(fā)展帶來革命性的變化和發(fā)展。這種加工方式表明MEMS器件也可以像汽車、電視機一樣用生產(chǎn)線來“組裝”。


一)鍵合-深刻蝕釋放MEMS工藝部分流程示意圖圖1 熱氧化300nm、第一面光刻1--雙面拋光硅片，3--光刻膠圖2 BHF蝕SiO2、去膠、KOH腐蝕淺臺階2--氧化硅圖3 光刻、BHF腐蝕玻璃120納米、濺射金屬Ti/Pt/Au 160納米4--PYREX7740玻璃圖4 剝離形成金屬電極5--Ti/Pt/Au金屬圖5 硅/玻璃鍵合對準(zhǔn)、硅/玻璃靜電鍵合圖6 KOH腐蝕減薄硅片圖7 雙面光刻、高深寬比硅刻蝕(結(jié)構(gòu)釋放)二)具有芯片級封裝功能的體硅MEMS器件集成化技術(shù)組合工藝部分流程示意8 已完成集成電路制造的雙面拋光硅片
6--帶集成電路硅片，7--硅片上的集成電路圖9 背面生長PECVD氧化硅/氮化硅(厚度根據(jù)腐蝕的濕度決定)，光刻，腐蝕氧化硅/氮化硅8--氧化硅/氮化硅圖10 KOH腐蝕硅片背面(濕度根據(jù)需要定)圖11 集成電路硅片背面淀積PECVD氧化硅300~400納米圖12 集成電路硅片與MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝的玻璃片鍵合對準(zhǔn)，靜電鍵合9--帶微結(jié)構(gòu)的PYREX7740玻璃圖13 劃片圖14 裂片，粘片，壓焊10--壓焊絲實施方案本發(fā)明的體硅MEMS器件集成化技術(shù)主要適用于各種采用PYREX7740玻璃為襯底制作的MEMS器件。如加速度計、陀螺等傳感器；和可調(diào)電容、繼電器等執(zhí)行器。附圖示意了采用鍵合-深刻蝕釋放工藝的集成化工藝流程。
如圖1-7所示為MEMS器件結(jié)構(gòu)工藝部分，在PYREX7740玻璃上采用鍵合-深刻蝕釋放工藝制造MEMS結(jié)構(gòu)，要求MEMS器件結(jié)構(gòu)周圍在版圖設(shè)計時留出集成化鍵合用的區(qū)域，在MEMS結(jié)構(gòu)工藝過程中不要劃片。
集成電路工藝部分，可采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)工藝制備集成電路硅片，要求用雙面拋光的硅片，尺寸與MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝的硅片尺寸相同，留出劃片時去掉的部分。
集成化工藝部分，如圖8-14所示，包括集成電路硅片背面生長PECVD氧化硅(厚度根據(jù)腐蝕深度決定)；集成電路硅片背面光刻；刻蝕集成電路硅片背面氧化硅、去膠；KOH腐蝕或高深寬比硅刻蝕集成電路硅片背面；刻蝕集成電路硅片背面氧化硅；集成電路硅片背面生長PECVD氧化硅；集成電路硅片與MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝的玻璃片鍵合對準(zhǔn)；靜電鍵合；劃片、裂片；粘片、壓焊。
權(quán)利要求
1.一種體硅MEMS器件集成化方法，其步驟包括1)MEMS器件結(jié)構(gòu)工藝部分在PYREX7740玻璃上采用鍵合工藝制造MEMS結(jié)構(gòu)，其中MEMS器件結(jié)構(gòu)周圍在版圖設(shè)計時留出集成化鍵合用的區(qū)域；在MEMS結(jié)構(gòu)工藝過程中不要劃片；2)集成電路工藝部分用雙面拋光的硅片，尺寸與1)的硅片尺寸相同；留出劃片時去掉的部分；3)集成化工藝部分3-1)1集成電路硅片背面生長PECVD氧化硅；3-2)集成電路硅片背面光刻；3-3)刻蝕集成電路硅片背面氧化硅、去膠；3-4)腐蝕或高深寬比硅刻蝕集成電路硅片背面；3-5)刻蝕集成電路硅片背面氧化硅；3-6)集成電路硅片背面生長PECVD氧化硅；3-7)集成電路硅片與MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝的玻璃片鍵合對準(zhǔn)；3-8)靜電鍵合；3-9)劃片、裂片；3-10)粘片、壓焊。
2.如權(quán)利要求1所述的具有芯片級封裝功能的體硅MEMS器件集成化方法，其特征在于所述在PYREX7740玻璃上采用鍵合工藝制造MEMS結(jié)構(gòu)，其步驟包括1)硅片上的工藝部分1.1)淀積或熱生長SiO2、第一面涂膠保護、腐蝕蝕SiO2、去膠；1.2)第一面光刻、腐蝕SiO2、去膠；1.3)硅淺臺階腐蝕、腐蝕去除SiO2；2)PYREX7740玻璃片上的工藝部分2.1)光刻、腐蝕玻璃淺槽；2.2)濺射電極金屬；2.3)剝離形成金屬電極；3)組合工藝部分3.1)硅片，玻璃片鍵合對準(zhǔn)；3.2)硅/玻璃靜電鍵合；3.3)硅片腐蝕減??；3.4)雙面光刻；3.5)高深寬比硅刻蝕、去膠。
3.如權(quán)利要求2所述的體硅MEMS器件集成化方法，其特征在于所述的電極金屬選自Ti/Pt/Au三層復(fù)合結(jié)構(gòu)金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種體硅MEMS器件集成化方法。本方法包含集成電路加工(可在任何集成電路生產(chǎn)線上完成)、MEMS器件結(jié)構(gòu)加工和集成化三部分。將復(fù)雜的集成化工藝技術(shù)分解為三個獨立的工藝部分部分，集成電路加工(可在任何集成電路生產(chǎn)線上完成)、MEMS器件結(jié)構(gòu)加工和集成化。具有工藝簡單、成品率高、適用于多種MEMS器件的加工、同時具有芯片級封裝的功能，解決了目前MEMS技術(shù)發(fā)展中芯片級封裝和集成化兩大難題，而且還充分利用了加工技術(shù)的社會資源。由于這項技術(shù)能夠滿足多種器件加工的需求，因此也可以說是一種MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝。利用這種簡單實用的標(biāo)準(zhǔn)工藝來實現(xiàn)各種功能的MEMS器件，給MEMS技術(shù)的發(fā)展帶來革命性的變化和發(fā)展?？蓮V泛應(yīng)用與MEMS技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H01L21/70GK1431699SQ0310478
公開日2003年7月23日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者張大成, 李婷, 杜先鋒, 王穎, 郝一龍, 王陽元 申請人:北京大學(xué)