[發(fā)明專利]一種MEMS器件及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510365845.5
• 申請(qǐng)日: 2015-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN105036060A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文婧;郭群英;黃斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東光電集成器件研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標(biāo)事務(wù)所 34113
• 代理人: 楊晉弘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MEMS器件及其制作方法，具體地說，涉及一種采用熱隔離結(jié)構(gòu)和硅柱引線的MEMS器件和工藝制作方法。

背景技術(shù)

面對(duì)芯片尺寸越來越小、集成難度越來越高、圓片尺寸越來越大的發(fā)展趨勢(shì)，高精度的MEMS器件優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。熱應(yīng)力對(duì)MEMS器件的力學(xué)性能、可靠性和壽命都有較大影響。熱應(yīng)力廣泛存在與封裝和多層器件中。封裝熱應(yīng)力是導(dǎo)致MEMS器件失效的主要原因之一，熱應(yīng)力主要來自貼片工藝和鍵合工藝中，前者中基板的熱膨脹系數(shù)和貼片膠的彈性模量、熱膨脹系數(shù)及厚度是封裝熱應(yīng)力的主要因素，后者中基板和鍵合溫度主要影響到熱應(yīng)力的大小。在封裝中，與直接貼片到管殼底部相比，MEMS器件底面鍵合熱隔離結(jié)構(gòu)再貼到管殼底部封裝熱應(yīng)力可大大減小。熱應(yīng)力也是MEMS器件多層結(jié)構(gòu)界面裂紋疲勞擴(kuò)展的主要原因之一，在熱應(yīng)力的作用下裂紋易沿界面方向擴(kuò)展；溫度幅值升高，裂紋疲勞擴(kuò)展速率呈指數(shù)關(guān)系增大，最終導(dǎo)致分層失效；通過對(duì)熱應(yīng)力的影響進(jìn)行仿真分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明熱應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)可以大大降低溫度對(duì)器件性能的影響。

在現(xiàn)有技術(shù)中，由于熱傳導(dǎo)帶來的應(yīng)力對(duì)器件性能造成了很大的影響，器件性能普遍低下。已有的相關(guān)專利都是在器件層結(jié)合敏感部位制作熱隔離結(jié)構(gòu)的方法，且制作工藝較為復(fù)雜。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已有的采用硅柱進(jìn)行垂直引線的相關(guān)專利或者側(cè)重填充方式或者利用整個(gè)SOI硅片進(jìn)行通孔制作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在缺點(diǎn)，提供的一種MEMS器件及其制作方法。即本發(fā)明是為了解決熱應(yīng)力對(duì)器件性能影響、且實(shí)現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)垂直互連的問題。本發(fā)明是結(jié)合硅硅鍵合技術(shù)，采用基于SOI硅柱作為傳感器結(jié)構(gòu)的電極材料與上電極進(jìn)行硅硅鍵合實(shí)現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)，將熱應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)與MEMS器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行硅硅鍵合，形成三層全硅結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高M(jìn)EMS器件性能、提高成品率的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種MEMS器件，包括MEMS器件上電極，MEMS器件上電極的底面鍵合隔熱結(jié)構(gòu)層、MEMS器件上電極的上面鍵合MEMS器件下電極，其特征在于：MEMS器件下電極中設(shè)有一組帶有絕緣結(jié)構(gòu)的硅柱，硅柱下端與MEMS器件上電極中的錨點(diǎn)對(duì)應(yīng)鍵合連接，MEMS器件下電極頂層的埋氧層中制作與硅柱連接的金屬引線，所述每個(gè)硅柱上端與器件結(jié)構(gòu)下電極中的金屬引線對(duì)應(yīng)連接。

本發(fā)明還提供了一種MEMS器件的制作方法，其特征在于包括以下步驟：

a.隔熱結(jié)構(gòu)層的制作：在雙拋片中部光刻制作淺腔，雙拋片硅襯底的四個(gè)拐角形成鍵合面，淺腔的位置對(duì)應(yīng)MEMS器件上電極中的可動(dòng)部件；

b.MEMS器件下電極的制作：在SOI硅片上制作淺腔、鍵合面以及硅柱，制作刻蝕掩膜層，沿著硅柱圓柱面進(jìn)行深環(huán)槽刻蝕直至SOI硅片的埋氧層，形成硅柱結(jié)構(gòu)，在深環(huán)槽及硅柱的表面制作電隔離絕緣層，最后在深環(huán)槽中填充填充物；

c.MEMS器件上電極的制作：將熱隔離結(jié)構(gòu)層的硅襯底的四個(gè)拐角的鍵合面與采用SOI硅片鍵合，刻蝕該SOI硅片襯底層和埋氧層，釋放可動(dòng)結(jié)構(gòu)形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)、錨點(diǎn)，形成MEMS器件上電極；

d.將MEMS器件上電極與MEMS器件下電極中對(duì)應(yīng)的鍵合面硅硅鍵合，同時(shí)MEMS器件下電極中的硅柱與MEMS器件上電極中的錨點(diǎn)也硅硅鍵合，然后去除MEMS器件下電極中頂層硅，光刻打開埋氧層，制作引線孔，濺射金屬，光刻制作金屬引線，合金。

本發(fā)明在不需要改變器件結(jié)構(gòu)的情況下，通過添加一獨(dú)立的隔離結(jié)構(gòu)來達(dá)到有效降低熱應(yīng)力、提高器件性能的效果；該熱隔離結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，制作完成后直接與器件層鍵合即可，大大提高了封裝產(chǎn)品的可靠性和器件性能。本發(fā)明針對(duì)雙拋片制作硅柱引線用于MEMS器件結(jié)構(gòu)的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，改用SOI硅片進(jìn)行制作硅柱用于MEMS器件引線，實(shí)現(xiàn)器件垂直引線，其優(yōu)點(diǎn)：縮小芯片體積，減小寄生電容，更高的傳輸速率及低功耗。

附圖說明：

圖1是熱隔離結(jié)構(gòu)層的剖視圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是MEMS器件下電極所采用的SOI硅片剖視圖；

圖4是MEMS器件下電極制作淺腔、硅柱及鍵合點(diǎn)的剖視圖；

圖5是MEMS器件下電極中制作深環(huán)槽的剖視圖；

圖6是MEMS器件下電極中制作深環(huán)槽電隔離絕緣層的剖視圖；

圖7是MEMS器件下電極中制作深環(huán)槽填充物的剖視圖；

圖8是熱隔離結(jié)構(gòu)層與制作MEMS器件上電極的SOI硅片鍵合的剖視圖；

圖9是MEMS器件上電極通過光刻等工藝手段，形成的可動(dòng)結(jié)構(gòu)、錨點(diǎn)的剖視圖；