电连接方法及半导体结构技术

本发明专利技术公开了一种电连接方法及半导体结构，用于电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆，所述电连接方法包括步骤：提供一MEMS晶圆以及一CMOS晶圆，并在其中一个晶圆上刻蚀硅通孔；在所述刻蚀有硅通孔的晶圆上形成多晶锗硅以填充所述硅通孔；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合以连接集成二者的电极；减薄所述刻蚀有硅通孔晶圆的衬底区域以暴露出所述硅通孔。本发明专利技术以填充有多晶锗硅的硅通孔替代传统方法或技术中CMOS晶圆上切割暴露出的金属垫，不用对MEMS晶圆与CMOS晶圆进行开窗切割操作，减少了工作量，减小了生产周期并降低了生产成本；且还可避免切割开窗操作对MEMS器件的损坏与污染。

Electrical Connection Method and Semiconductor Structure

The invention discloses an electric connection method and a semiconductor structure for electrically connecting a MEMS wafer to a CMOS wafer. The electric connection method comprises the following steps: providing a MEMS wafer and a CMOS wafer and etching silicon through-holes on one of the wafers; forming polysilicon germanium silicon on the wafer etched with silicon through-holes to fill the silicon through-holes; and applying the MEMS wafer to the CMOS wafer key. An electrode integrated with both is combined; the substrate area etched with a silicon through-hole wafer is thinned to expose the silicon through-hole. The invention replaces the exposed metal pad cut on CMOS wafer with silicon through-hole filled with polycrystalline germanium silicon, does not need to perform window cutting operation on the MEMS wafer and CMOS wafer, reduces the workload, reduces the production cycle and reduces the production cost, and avoids the damage and pollution to the MEMS device caused by window cutting operation.

【技术实现步骤摘要】
电连接方法及半导体结构
本专利技术涉及MEMS晶圆的封装制造领域，尤其是涉及一种电连接方法及半导体结构。
技术介绍
微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，简称MEMS)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口及通信等于一体的微型器件或系统。微机电系统是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。微机电系统是一个独立的智能系统，微型化且高度集成化，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。MEMS器件的精度高、性能稳定，重量轻、尺寸小，生产成本低，非常适合大批量生产。常见的MEMS器件包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。目前的MEMS器件在集成封装时，将MEMS(传感器)晶圆跟CMOS(信号处理器)晶圆键合在一起，其中，MEMS晶圆跟CMOS晶圆上的铝层直接键合，在铝层之上不需要其它材料层。传统的方法或技术提供了把MEMS跟CMOS连接在一起的晶圆尺度的集成工艺与把MEMS结构全部密封的晶圆尺度的封装工艺。然而，采用传统方法或技术集成封装MEMS器件时，将MEMS晶圆跟CMOS晶圆键合在一起后，还需要对MEMS器件做开窗处理以暴露CMOS晶圆上的金属垫，即先后切割MEMS晶圆和CMOS晶圆。这样一来，MEMS器件的生产周期较长，并增大了MEMS器件的生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆的方法，以避免传统方法或技术集成封装MEMS器件时的开窗切割工艺，不用切割MEMS晶圆和CMOS晶圆，减少制作MEMS器件金属垫的工作量，减小生产周期并降低生产成本。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种电连接方法，用于电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆，包括步骤：提供一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；在所述CMOS晶圆中刻蚀硅通孔；向所述硅通孔中填充满导电层；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合；以及减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层。可选的，所述CMOS晶圆包括所述衬底和位于所述衬底上的第一介质层，所述硅通孔穿过所述第一介质层延伸至所述衬底中。可选的，向所述硅通孔中填充满导电层的步骤包括：在所述硅通孔中形成一层衬氧化层；在所述CMOS晶圆上形成导电材料层，所述导电材料层填充满所述硅通孔；执行平坦化工艺，去除所述CMOS晶圆表面上的导电材料层，以形成所述导电层。可选的，所述导电材料层采用多晶锗硅材质。可选的，所述第一介质层中形成有金属连线层，所述衬底中形成有CMOS结构，所述金属连线层连接所述CMOS结构；在所述硅通孔中填充满导电层之后；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合之前，还包括：在所述第一介质层上形成顶层金属层，并刻蚀所述顶层金属层，形成与所述导电层和所述金属连线层相连接的多个金属垫；在所述第一介质层上形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述多个金属垫；刻蚀所述第二介质层形成开口，所述开口暴露出与所述金属连线层相连接的金属垫；以及在所述第二介质层上形成重布线层。可选的，所述MEMS晶圆由带有凹槽的顶盖晶圆和MEMS器件晶圆键合而成；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合的步骤包括：在所述MEMS器件晶圆上形成键合层；通过所述键合层和所述重布线层使得所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合，其中，所述凹槽与所述开口相对应。可选的，减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层之后，还包括：提供一PCB板；将所述顶盖晶圆固定在所述PCB板上，所述CMOS晶圆相比所述MEMS晶圆背离所述PCB板；形成引线，所述引线一端连接PCB板，另一端连接所述导电层。可选的，减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层之后，还包括：提供一PCB板；在所述导电层上制作凸点；通过所述凸点执行倒装工艺，将键合在一起的所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆倒装在所述PCB板上。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种半导体结构，包括：键合在一起的一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；位于所述CMOS晶圆中的硅通孔；以及位于所述硅通孔中的导电层，所述CMOS晶圆的衬底暴露出所述导电层。可选的，所述MEMS晶圆上设有锗电极，所述CMOS晶圆上设有铝电极，所述MEMS晶圆和所述CMOS晶圆通过铝锗共晶键合在一起。可选的，所述MEMS晶圆由带有凹槽的顶盖晶圆和MEMS器件晶圆键合而成，所述CMOS晶圆上设有一带斜坡的开口，所述凹槽与所述开口相对应。可选的，所述导电层的材质为多晶锗硅。可选的，所述半导体结构还包括一PCB板，所述PCB板通过引线与所述导电层相连，且所述MEMS晶圆固定在所述PCB板上，所述CMOS晶圆相比所述MEMS晶圆背离所述PCB板。可选的，所述半导体结构还包括一PCB板，所述PCB板通过凸点与所述导电层相连，从而键合在一起的所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆被倒装在所述PCB板上，且所述MEMS晶圆相比所述CMOS晶圆背离所述PCB板。此外，上述电连接方法及半导体结构中的硅通孔除了设置在CMOS晶圆中，还可以设置在MEMS晶圆中。基于此，本专利技术还提供了另外一种电连接方法，用于电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆，包括步骤：提供一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；在所述MEMS晶圆中刻蚀硅通孔；向所述硅通孔中填充满导电层；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合；以及减薄所述MEMS晶圆以暴露出所述导电层。可选的，所述MEMS晶圆由带有凹槽的顶盖晶圆和MEMS器件晶圆键合而成，所述硅通孔穿过所述MEMS器件晶圆延伸至所述顶盖晶圆中。可选的，在所述MEMS晶圆中刻蚀硅通孔的步骤包括：刻蚀所述MEMS器件晶圆形成开口；在所述MEMS器件晶圆上形成氧化层；执行平坦化工艺，以去除所述MEMS器件晶圆表面上的氧化层；刻蚀填充满氧化层的所述开口对应的区域，形成硅通孔。可选的，向所述硅通孔中填充满导电层的步骤包括：在所述硅通孔中形成一层衬氧化层；在所述MEMS晶圆上形成导电材料层，所述导电材料层填充满所述硅通孔；执行平坦化工艺，去除所述MEMS晶圆表面上的导电材料层，以形成所述导电层。可选的，所述导电材料层采用多晶锗硅材质。可选的，在所述硅通孔中填充满导电层之后；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合之前，还包括：在所述MEMS器件晶圆上形成键合层；刻蚀所述键合层，形成所述MEMS晶圆的共晶合金电极；刻蚀所述MEMS器件晶圆上与所述凹槽相对应的区域，形成MEMS器件结构。可选的，所述CMOS晶圆包括衬底和第一介质层，所述第一介质层中形成有金属连线层，所述金属连线层连接所述CMOS晶圆中的CMOS结构；在所述硅通孔中填充满导电层之后；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合之前，还包括：在所述第一介质层上形成顶层金属层，所述顶层金属层与所述导电层和所述金属连线层相连接；刻蚀所述顶层金属层形成多个金属垫，所述多个金属垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电连接方法，用于电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆，其特征在于，包括步骤：提供一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；在所述CMOS晶圆中刻蚀硅通孔；向所述硅通孔中填充满导电层；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合；以及减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层。

【技术特征摘要】
1.一种电连接方法，用于电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆，其特征在于，包括步骤：提供一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；在所述CMOS晶圆中刻蚀硅通孔；向所述硅通孔中填充满导电层；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合；以及减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层。2.如权利要求1所述的电连接方法，其特征在于，所述CMOS晶圆包括所述衬底和位于所述衬底上的第一介质层，所述硅通孔穿过所述第一介质层延伸至所述衬底中。3.如权利要求1或2所述的电连接方法，其特征在于，向所述硅通孔中填充满导电层的步骤包括：在所述硅通孔中形成一层衬氧化层；在所述CMOS晶圆上形成导电材料层，所述导电材料层填充满所述硅通孔；执行平坦化工艺，去除所述CMOS晶圆表面上的导电材料层，以形成所述导电层。4.如权利要求3所述的电连接方法，其特征在于，所述导电材料层采用多晶锗硅材质。5.如权利要求2所述的电连接方法，其特征在于，所述第一介质层中形成有金属连线层，所述衬底中形成有CMOS结构，所述金属连线层连接所述CMOS结构；在所述硅通孔中填充满导电层之后；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合之前，还包括：在所述第一介质层上形成顶层金属层，并刻蚀所述顶层金属层，形成与所述导电层和所述金属连线层相连接的多个金属垫；在所述第一介质层上形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述多个金属垫；刻蚀所述第二介质层形成开口，所述开口暴露出与所述金属连线层相连接的金属垫；以及在所述第二介质层上形成重布线层。6.如权利要求5所述的电连接方法，其特征在于，所述MEMS晶圆由带有凹槽的顶盖晶圆和MEMS器件晶圆键合而成；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合的步骤包括：在所述MEMS器件晶圆上形成键合层；通过所述键合层和所述重布线层使得所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合，其中，所述凹槽与所述开口相对应。7.如权利要求6所述的电连接方法，其特征在于，减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层之后，还包括：提供一PCB板；将所述顶盖晶圆固定在所述PCB板上，所述CMOS晶圆相比所述MEMS晶圆背离所述PCB板；形成引线，所述引线一端连接PCB板，另一端连接所述导电层。8.如权利要求6所述的电连接方法，其特征在于，减薄所述CMOS晶圆的衬底以暴露出所述导电层之后，还包括：提供一PCB板；在所述导电层上制作凸点；通过所述凸点执行倒装工艺，将键合在一起的所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆倒装在所述PCB板上。9.一种半导体结构，其特征在于，包括：键合在一起的一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；位于所述CMOS晶圆中的硅通孔；以及位于所述硅通孔中的导电层，所述CMOS晶圆的衬底暴露出所述导电层。10.如权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述MEMS晶圆上设有锗电极，所述CMOS晶圆上设有铝电极，所述MEMS晶圆和所述CMOS晶圆通过铝锗共晶键合在一起。11.如权利要求10所述的半导体结构，其特征在于，所述MEMS晶圆由带有凹槽的顶盖晶圆和MEMS器件晶圆键合而成，所述CMOS晶圆上设有一带斜坡的开口，所述凹槽与所述开口相对应。12.如权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述导电层的材质为多晶锗硅。13.如权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括一PCB板，所述PCB板通过引线与所述导电层相连，且所述MEMS晶圆固定在所述PCB板上，所述CMOS晶圆相比所述MEMS晶圆背离所述PCB板。14.如权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括一PCB板，所述PCB板通过凸点与所述导电层相连，从而键合在一起的所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆被倒装在所述PCB板上，且所述MEMS晶圆相比所述CMOS晶圆背离所述PCB板。15.一种电连接方法，用于电连接MEMS晶圆与CMOS晶圆，其特征在于，包括步骤：提供一MEMS晶圆和一CMOS晶圆；在所述MEMS晶圆中刻蚀硅通孔；向所述硅通孔中填充满导电层；将所述MEMS晶圆与所述CMOS晶圆键合；以及减薄所述MEMS晶圆以暴露出所述导电层。16.如权利要求15所述的电连接方法，其特征在于，所述MEMS晶圆由带有凹槽的顶盖晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锦才，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31