[發明專利]采用低溫工藝形成電學隔離區方法、單片集成方法及芯片

有效

• 申請號: 200710045975.6
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101388364A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 李剛;胡維
• 申請（專利權）人: 李剛;胡維
• 主分類號: H01L21/84
• 分類號: H01L21/84;H01L21/76;H01L21/768;H01L27/12;H01L23/522;B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種在絕緣硅基片(SOI)上采用低溫工藝形成電學隔離區的方法、在絕緣硅基片上采用低溫工藝形成電學隔離區而將微機電器件與集成電路器件單片集成的方法、以及在絕緣硅基片上采用低溫工藝形成電學隔離區而形成的微機電器件與集成電路器件單片集成芯片。

背景技術

微機電系統(MEMS)是近年來高速發展的一項高新技術，它采用先進的半導體制備工藝，來實現MEMS器件的批量制備。與傳統制作技術相比，MEMS技術制作的器件在體積、功耗、重量以及價格等方面有十分明顯的優勢。

目前，MEMS器件和集成電路(IC)通常由不同的廠商依其各自的制備流程在不同的基片上獨立完成器件制作，然后再混合封裝完成集成化以得到相應的完整系統。該種方法好處是制備工藝難度小，MEMS器件設計和制備可以單獨優化，因此該種方法在很多領域得到了廣泛應用，例如壓阻型傳感器等。然而對于某些易受干擾的應用，例如高阻抗輸出的壓電和電容等類型的傳感器，將MEMS器件和集成電路單片集成更有優勢，可有效降低干擾噪聲影響及顯著提高器件整體性能。

實現MEMS器件和集成電路單片集成的制造方法有三種：第一，先完成MEMS器件的制作，然后再在同一基片上完成集成電路的制作；第二，MEMS器件和集成電路在制作過程中單步工藝相互交叉進行；第三種方法即“后半導體工藝”(post-IC)，先做完標準的集成電路，然后再在同一基片上完成MEMS器件的制作。第三種集成辦法有諸多好處，既可以充分利用現有成熟的標準集成電路制備流程，不會因制作MEMS器件污染集成電路加工設備，也有利于提高成品率及減少對設備的投資。但是第三種集成辦法也有缺點，由于集成電路制備完成后，做為金屬電極的鋁不能承受400℃以上的高溫，這樣在隨后MEMS器件的制備過程不能采用高溫工藝，這樣就增加了集成電路和MEMS單片集成的工藝難度。

采用絕緣硅(Silicon?on?Insulator，SOI)基片作為集成電路以及MEMS器件的基片可避免制作MEMS器件時需要的高溫工藝，通常，SOI基片由非常厚的體硅襯底層、相當薄的絕緣氧化硅中間層(即氧化硅埋層)、及薄薄的單晶硅頂層(即器件層)構成。目前美國模擬器件公司(ADI)即利用該公司SOI-MEMS技術制造集成加速度計傳感器，其通過電學隔離同一SOI基片上MEMS器件區域與集成電路區域，同時實現MEMS器件與集成電路器件的必要電學連接，然而該技術采用的隔離工藝為高溫氧化硅和多晶硅構成的復合膜，無法做到完全的post-IC工藝。此外，北京大學微電子研究所在單晶硅襯底上開發集成陀螺傳感器時也是利用高溫氧化硅與多晶硅形成的復合膜來隔離MEMS器件和集成電路。

由于都是采用高溫工藝形成電學隔離，因此都難以做到完全的post-IC工藝，如何解決這一問題實已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在絕緣硅基片上采用低溫工藝形成電學隔離區的方法。

本發明的另一目的在于提供一種在絕緣硅基片上采用低溫工藝形成電學隔離區而將微機電器件與集成電路器件單片集成的方法。

為了達到上述目的，本發明提供的在絕緣硅基片上采用低溫工藝形成電學隔離區的方法，其包括步驟：1)根據設計要求采用濕法腐蝕方法將一絕緣硅基片具有的器件層的相應部分腐蝕，并使腐蝕進行至所述絕緣硅基片具有的氧化硅埋層停止以形成相應隔離槽，同時所述絕緣硅基片被所述隔離槽分隔為多個電學隔離區；2)在形成有所述隔離槽的器件層上采用低于400℃的低溫工藝生成一絕緣介質層，并使處于所述隔離槽位置處的絕緣介質層表面平坦，使所生成的絕緣介質層僅覆蓋所述隔離槽的底部；3)根據設計需要在需要電學連接的各電學隔離區的絕緣介質層相應位置采用濕法腐蝕或干法刻蝕法形成相應連接孔；4)在具有連接孔的絕緣介質層上淀積一金屬層，并使所述金屬層填充并覆蓋各連接孔，再對所述金屬層采用濕法刻蝕或干法刻蝕以形成將各連接孔進行金屬互連的金屬連接線，進而實現相應各電學隔離區的必要電學連接。

較佳地，當采用濕法腐蝕所形成的隔離槽深度小于5微米時，在所述步驟4)中，采用常規厚光刻膠來進行大尺寸線條的光刻以形成金屬連接線，當采用濕法腐蝕所形成的隔離槽深度大于5微米時，在所述步驟4)形成金屬連接線過程中采用噴涂法來涂布光刻膠。

所述絕緣介質層材料可為氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺(polyimide)、聚對二甲苯(parylene)、光刻膠及空氣所形成的組合中的一種。