微机电系统装置以及用于形成微机电系统装置的方法制造方法及图纸

技术编号:14782553 阅读:176 留言:0更新日期:2017-03-10 02:25
本发明专利技术公开了微机电系统装置以及用于形成微机电系统装置的方法。本发明专利技术公开一种用于形成MEMS装置的方法和系统。在第一方面中,所述方法包括在基底衬底的顶部金属层的至少一部分上方提供导电材料,图案化所述导电材料和所述顶部金属层的所述至少一部分,以及通过金属硅化物形成,接合所述导电材料与MEMS衬底的装置层。在第二方面中,所述MEMS装置包括MEMS衬底,其中所述MEMS衬底包含处理层、装置层,以及位于两者之间的绝缘层。所述MEMS装置进一步包括基底衬底,其中所述基底衬底包含顶部金属层和位于所述顶部金属层的至少一部分上方的导电材料,其中通过金属硅化物形成,所述导电材料与所述装置层接合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机电系统(microelectromechanicalsystems;MEMS)装置,且更明确地说,涉及使用金属硅化物形成的互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor;CMOS)-MEMS集成。
技术介绍
使用各种接合技术生产微机电系统(microelectromechanicalsystems;MEMS)装置。常规的接合发生在高温和高下压力下,所述高温和高下压力引起对MEMS装置的热-机械应力,由此使MEMS装置呈现参数偏移,或在最差的情况中呈现非功能性。因此,强烈需要克服前述问题的解决方案。本专利技术解决所述需要。
技术实现思路
公开一种用于形成MEMS装置的方法和系统。在第一方面中,MEMS装置包含MEMS衬底和基底衬底,其中基底衬底包含顶部金属层,且MEMS衬底包含处理层、装置层,以及位于两者之间的绝缘层,方法包括在顶部金属层的至少一部分上方提供导电材料,图案化导电材料和顶部金属层的至少一部分,以及通过金属硅化物形成,接合导电材料与装置层。较佳的,所述金属硅化物形成是非晶的。较佳的,进一步包括:在所述接合步骤之前,在所述装置层中提供致动器。较佳的,所述提供步骤包括仅在形成于所述顶部金属层上的一个或多个接合垫上提供所述导电材料。较佳的,所述接合步骤包括通过所述金属硅化物形成,将所述顶部金属层的所述一个或多个接合垫接合到所述装置层。较佳的,所述接合步骤利用低温接合。较佳的,所述低温接合包括在400℃或低于400℃下的接合。较佳的,所述接合步骤提供电连接和气密密封两者。较佳的,所述导电材料包括钛、钴和镍中的任一个。较佳的,所述顶部金属层包括铝/铜、钨、钛、氮化钛和铝中的任一个。较佳的,所述基底衬底包括CMOS衬底。在第二方面中,MEMS装置包括MEMS衬底,其中MEMS衬底包含处理层、装置层,以及位于两者之间的绝缘层;以及基底衬底,其中所述基底衬底包含顶部金属层和位于所述顶部金属层的至少一部分上方的导电材料,其中所述导电材料与所述装置层接合。较佳的,所述导电材料和所述装置层之间的所述接合包含金属硅化物形成。较佳的,所述导电材料和所述顶部金属层的所述至少一部分进行图案化。较佳的,所述金属硅化物形成是非晶的。较佳的,进一步包括:在所述装置层内的致动器。较佳的,所述导电材料包括钛、钴和镍中的任一个。较佳的,所述顶部金属层包括铝/铜、钨、钛、氮化钛和铝中的任一个。较佳的,所述导电材料仅在形成于所述顶部金属层上的一个或多个接合垫上提供。较佳的,所述接合提供所述装置层和所述顶部金属层之间的电连接。较佳的,所述接合提供气密密封。较佳的,所述基底衬底包括CMOS衬底。附图说明附图说明本专利技术的若干实施例,并且与描述一起解释本专利技术的原理。所属领域的一般技术人员容易认识到,图式中所说明的实施例仅仅是示例性的,且并不意图限制本专利技术的范围。图1A示出了根据实施例的在Al-Ge共晶接合之前的CMOS-MEMS集成装置。图1B示出了根据实施例的在Al-Ge共晶接合之后的CMOS-MEMS集成装置。图2示出了根据第一实施例的使用较低温度接合工艺的CMOS-MEMS集成装置。图3示出了根据第二实施例的使用较低温度接合工艺的CMOS-MEMS集成装置。图4示出了根据第三实施例的使用较低温度接合工艺的CMOS-MEMS集成装置。具体实施方式本专利技术涉及微机电系统(microelectromechanicalsystems;MEMS)装置,且更明确地说,涉及使用金属硅化物形成的互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor;CMOS)-MEMS集成。呈现以下描述以使所属领域的一般技术人员能够制造并使用本专利技术,并且在专利申请案和其要求的情况中提供。对于所属领域的技术人员来说,对优选实施例的各种修改以及本文所述的一般原理和特征将是显而易见的。因此,本专利技术并非意图限于所示的实施例,而应符合与本文所述的原理和特征相一致的最广泛范围。微机电系统(micro-electro-mechanicalsystems;MEMS)指代使用半导体类工艺制造并展现例如移动或变形能力的机械特性的一类装置。MEMS常常但并不总是与电信号交互。MEMS装置可指代实施为微机电系统的半导体装置。MEMS装置包含机械元件,并任选地包含用于感测的电子装置。MEMS装置包含但不限于陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器。在MEMS装置中,端口是穿过衬底的开口,以暴露MEMS结构到周围环境中。芯片包含通常由半导体材料形成的至少一个衬底。单芯片可由多个衬底形成,其中所述衬底经机械接合以维持功能性。多芯片包含至少两个衬底,其中所述至少两个衬底电连接,但不需要机械接合。通常,多芯片通过切割晶片形成。MEMS晶片是含有MEMS结构的硅晶片。MEMS结构可指代可以是更大的MEMS装置的一部分的任何特征。包括可移动的元件的一个或多个MEMS特征是MEMS结构。MEMS特征可指代通过MEMS制造工艺形成的元件,例如缓冲块、阻尼孔、通孔、端口、板、质量块、支座、弹簧,以及密封环。MEMS处理层提供用于MEMS装置层的机械支撑。在一些实施例中,处理层充当MEMS结构的罩盖。接合可指代附着方法,且MEMS衬底和集成电路(integratedcircuit;IC)衬底可使用共晶接合(例如,AlGe、CuSn、AuSi)、融合接合、压缩、热压、粘附剂接合(例如,胶、焊接、阳极接合、玻璃粉)来接合。IC衬底可指代具有电路(通常为CMOS电路)的硅衬底。封装在芯片上的接合垫之间提供电连接到金属引线,所述金属引线可焊接到印刷电路板(printedboardcircuit;PCB)上。封装通常包括衬底和盖罩。互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor;CMOS)-MEMS集成装置包含CMOS-MEMS后端工艺,其可需要在组成CMOS-MEMS集成装置的CMOS或MEMS晶片/衬底的接地表面上光刻和图案化。CMOS-MEMS后端工艺涵盖将CMOS和MEMS晶片接合到彼此之后的全部其余步骤。按照惯例在CMOS衬底和MEMS衬底之间将锗(Ge)接合到铝(Al)上(以制定MEMS装置)产生稳固的电气和机械接触。然而,共晶反应发生在420摄氏度以上,所述共晶反应需要高下压力(超过30kN)以打破原生氧化物,并促进Al和Ge之间的互混。因此,铝-锗(Al-Ge)共晶接合工艺需要高温和高下压力。通常,Al-Ge共晶接合工艺需要高于420摄氏度的高温和大于或等于30千牛顿(kN)的高下压力,所述高温和高下压力引起对MEMS装置的热和物理应力。确切地说,在Al-Ge共晶接合期间施加在晶片上的高温和高下压力产生对MEMS装置的热-机械应力,其引起高晶片弓曲传播(>100微米μm)。此外,在导致空腔压力提升的Al-Ge共晶反应之后,高接合温度促进空腔内的除气。相对地,在相对较低温度(低于400摄氏度)下的低温CMOS-MEMS接合工艺可减小对MEMS装置的热-机械应力,并减少空腔内的除气,以更好地控制空腔压力。根据本专利技术的方法和系统提供使用本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种用于形成MEMS装置的方法,其特征在于,所述MEMS装置包含MEMS衬底和基底衬底,其中所述基底衬底包含顶部金属层,且所述MEMS衬底包含处理层、装置层,以及位于两者之间的绝缘层,所述方法包括:在所述顶部金属层的至少一部分上方提供导电材料;图案化所述导电材料和所述顶部金属层的所述至少一部分;以及通过金属硅化物形成,接合所述导电材料与所述装置层。

【技术特征摘要】
2015.08.27 US 14/838,2371.一种用于形成MEMS装置的方法,其特征在于,所述MEMS装置包含MEMS衬底和基底衬底,其中所述基底衬底包含顶部金属层,且所述MEMS衬底包含处理层、装置层,以及位于两者之间的绝缘层,所述方法包括:在所述顶部金属层的至少一部分上方提供导电材料;图案化所述导电材料和所述顶部金属层的所述至少一部分;以及通过金属硅化物形成,接合所述导电材料与所述装置层。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述金属硅化物形成是非晶的。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括:在所述接合步骤之前,在所述装置层中提供致动器。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述提供步骤包括仅在形成于所述顶部金属层上的一个或多个接合垫上提供所述导电材料。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述接合步骤包括通过所述金属硅化物形成,将所述顶部金属层的所述一个或多个接合垫接合到所述装置层。6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述接合步骤利用低温接合。7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述低温接合包括在400℃或低于400℃下的接合。8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述接合步骤提供电连接和气密密封两者。9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述导电材料包括钛、钴和镍中的任一个。10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述顶部金属层包括铝/铜、钨、钛、氮化钛和铝中的任一个。...

【专利技术属性】
技术研发人员:席俊彼得·森密斯辛究胡
申请(专利权)人:应美盛股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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