[發(fā)明專利]單片集成微電子機械系統(tǒng)制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710022267.0
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101058402A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 秦明;沈廣平;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發(fā)明涉及一種單片集成微電子機械系統(tǒng)制備方法，尤其是利用干法刻蝕加工高深寬比結構，正面鍵合形成支撐和引線的體微機械加工工藝。

背景技術

隨著微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術的日益成熟，集成片上電路的智能傳感器是未來發(fā)展的方向。單片集成MEMS制備方法根據MEMS器件部分與CMOS電路部分加工順序不同可以分為：前CMOS(pre-CMOS)、混合CMOS(intermediate-CMOS)及CMOS后處理(post-CMOS)集成方法。其中，Post-CMOS方法是在加工完CMOS電路的硅片上，通過一些附加MEMS微機械加工技術以實現單片集成MEMS系統(tǒng)。與前兩種技術相比，這種方法對CMOS工藝線的要求是最低的，是目前最流行的CMOS?MEMS集成工藝。

CMOS后處理集成方法包含兩種，表面微機械加工技術和體微機械加工技術。前者的典型代表是伯克利大學開發(fā)模塊集成CMOS與MEMS工藝。這種方法是以多晶硅為微結構層，磷硅玻璃(PSG)作為犧牲層的表面微細加工技術。最常見的體微機械加工方法是利用KOH，TMAH和EDP等溶液的各項異性腐蝕，釋放出薄膜，懸臂梁等微結構。目前，絕大部分的MEMS器件如壓力傳感器，微流量傳感器等都采用這種濕法腐蝕的方法進行加工。這些工藝都只局限于二維加工，不適合加工高深寬比的三維結構。隨著干法刻蝕的廣泛應用，利用DRIE設備進行體硅微機械加工高深寬比結構也成為可能，如梳狀諧振器，加速度計等。典型工藝為卡耐基-梅隆大學基于干法刻蝕工藝的正面體硅微機械加工工藝。

發(fā)明內容

技術問題：本發(fā)明的目的是提出一種利用鍵合工藝和干法刻蝕工藝相結合的單片集成微電子機械系統(tǒng)制備方法。該技術方案不僅充分利用了干法刻蝕加工高深寬比結構的能力，而且在實現與電路集成化的同時完成了芯片級封裝。

技術方案：本發(fā)明提出的單片集成MEMS制備方法是基于Post-MEMS的體硅微機械加工工藝。在本發(fā)明中，根據功能可以劃分為三個工藝模塊：CMOS電路加工，MEMS器件結構加工，工藝集成。MEMS器件結構加工包括對玻璃和硅片的淺槽腐蝕和鈦金引線剝離。工藝集成模塊包括硅片與玻璃的鍵合，以及干法刻蝕釋放結構。這三個部分的劃分并不是完全獨立的。例如，在集成電路版圖設計時，通過有源區(qū)、接觸孔、通孔和壓焊塊的開孔來定義MEMS結構部分和劃片時去掉的部分，這為工藝集成時MEMS結構釋放提供了方便。在玻璃片表面進行光刻和淺槽刻蝕，也便于最終結構的劃片。鍵合工藝在CMOS芯片與玻璃黏結的同時，也實現了集成電路與結構部分的互連和外引線轉移。

單片集成微電子機械系統(tǒng)制備方法具體利用鍵合工藝和干法刻蝕工藝相結合，包括如下工藝步驟：

a.)CMOS電路加工：通過有源區(qū)、接觸孔、通孔和壓焊塊的開孔來定義MEMS結構部分和劃片時去掉的部分，留下部分介質層和鈍化層；

b.)MEMS器件結構加工：

b1.)對玻璃片進行光刻，進行淺槽刻蝕；

b2.)在玻璃片上利用剝離工藝形成金屬引線和壓焊塊；

b3.)硅片正面與玻璃片進行低溫鍵合連接；

b4.)對芯片進行背面減薄和拋光；

c.)工藝集成：

c1.)對硅片背面進行雙面光刻和干法刻蝕，釋放形成活動MEMS結構(6)；

c2.)劃片，裂片，去除多余的硅片部分，形成最終的器件結構。

在所述步驟b3)之前對硅片正面的淺槽刻蝕。

在該種技術進行器件的芯片級封裝。

有益效果：本發(fā)明提出的基于單片集成MEMS技術充分利用了現有的CMOS代工廠的生產效能，無需對標準CMOS工藝進行任何改動。同時，本發(fā)明中的MEMS后處理工藝如CMP減薄，PECVD，低溫鍵合，干法刻蝕等加工工藝溫度都較低，不會對集成電路產生較大影響。此外，通過與玻璃片的鍵合，不但實現了MEMS結構和集成電路的集成化，而且完成了器件的芯片級封裝。

附圖說明

圖1-4是本發(fā)明的簡要工藝流程圖。

其中，圖1為集成電路加工，圖2為玻璃片的電極引出硅片的背面減薄和干法刻蝕窗口定義，圖3為硅片與玻璃的低溫鍵合，圖4為干法刻蝕與結構釋放。以上的圖中有：硅片2，集成電路上的介質層和鈍化層1，玻璃片3，壓焊塊4，鍵合連接5，活動MEMS結構6。

具體實施方式

本發(fā)明是一種利用鍵合工藝和干法刻蝕工藝相結合的單片集成MEMS制備方法。該發(fā)明的具體工藝如下：首先，在CMOS代工廠完成集成電路部分的加工，同時通過有源區(qū)、接觸孔、通孔和壓焊塊的開孔來定義MEMS結構部分和劃片時去掉的部分。如果有需要，可以進一步對硅片正面進行淺槽刻蝕。然后，對PYREX玻璃片進行光刻，腐蝕出用于劃片的淺槽。接著，利用剝離工藝實現金屬引線和壓焊塊。第四步硅片正面與玻璃片3進行低溫鍵合。第五步根據需要，可以對硅片背面進行CMP拋光減薄至合適厚度。第六步為對硅片背面干法刻蝕，釋放結構。最后，劃片，裂片。最終的結構通過在玻璃上制作的壓焊塊進行引出。