运动传感器的形成方法技术

一种运动传感器的形成方法，包括：提供MEMS晶圆，MEMS晶圆具有第一表面和与第一表面对置的第二表面，第一表面键合有封盖晶圆，第二表面具有第一键合层；提供CMOS晶圆，CMOS晶圆具有器件区和引脚区，CMOS晶圆上具有多个分立的电极层；在CMOS晶圆上形成钝化层，所述钝化层暴露器件区中部分电极层的表面用于电学连接CMOS晶圆和MEMS晶圆，且暴露引脚区的电极层表面；在CMOS晶圆暴露出的电极层、器件区的钝化层上形成第二键合层；将第一键合层和第二键合层键合后，采用深硅刻蚀工艺形成贯穿封盖晶圆和MEMS晶圆厚度的通孔，所述通孔暴露引脚区的电极层表面。所述方法提高了运动传感器的良率且简化了工艺步骤。

【技术实现步骤摘要】
运动传感器的形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种运动传感器的形成方法。
技术介绍
MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)运动传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的运动传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。通常，对于MEMS运动传感器来讲，主要包括三部分：衬底层、传感器结构层和封盖层。MEMS运动传感器需要和集成电路芯片连接在一起，MEMS运动传感器与集成电路芯片之间的通讯主要以引线连接为主，引线之间和引线与外部的噪声信号容易混入集成电路芯片中，且引线过多会给封装带来一定的局限。目前，采用将CMOS集成电路与MEMS运动传感器的工艺集成在一起实现二者的直接通讯，以形成运动传感器，但是，现有的运动传感器的良率低，且制作工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种运动传感器的形成方法，以提高运动传感器良率，且简化形成运动传感器的工艺。为解决上述问题，本专利技术提供一种运动传感器的形成方法，包括：提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆具有第一表面和与所述第一表面对置的第二表面，所述MEMS晶圆的第一表面键合有封盖晶圆，所述MEMS晶圆的第二表面具有第一键合层；提供CMOS晶圆，所述CMOS晶圆具有器件区和引脚区，所述CMOS晶圆上具有多个分立的电极层；在所述CMOS晶圆上形成钝化层，所述钝化层暴露出所述器件区中部分电极层的表面用于电学连接CMOS晶圆和MEMS晶圆，且所述钝化层暴露出所述引脚区的电极层表面；在所述CMOS晶圆暴露出的电极层、器件区的钝化层上形成第二键合层；将所述第一键合层和所述第二键合层键合后，采用深硅刻蚀工艺形成贯穿所述封盖晶圆和MEMS晶圆厚度的通孔，所述通孔暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面。可选的，形成所述第二键合层的步骤为：沉积第二键合材料层，所述第二键合材料层覆盖所述钝化层和所述电极层；采用湿刻工艺刻蚀所述第二键合材料层，在所述CMOS晶圆暴露出的电极层、器件区的钝化层上形成第二键合层。可选的，所述湿刻工艺的参数为：采用的刻蚀溶液为磷酸、硝酸和醋酸的混合溶液，刻蚀温度为30摄氏度～50摄氏度。可选的，所述第二键合层为叠层结构，所述叠层结构包括氮化钛层、位于所述氮化钛层表面的钛层和位于所述钛层表面的铝层。可选的，所述氮化钛层的厚度为200埃～800埃；所述钛层的厚度为200埃～1000埃；所述铝层的厚度为0.4um～1.3um。可选的，所述第一键合层的材料为锗。可选的，所述钝化层包括氧化硅层和位于所述氧化硅层表面的氮化硅层。可选的，在所述第一键合层和第二键合层键合后且在形成所述通孔前，还包括：对所述封盖晶圆和所述CMOS晶圆进行减薄处理。可选的，形成所述MEMS晶圆和封盖晶圆的工艺为：提供封盖初始晶圆；刻蚀所述封盖初始晶圆，形成具有空腔结构的封盖晶圆；在所述封盖晶圆表面和所述空腔结构表面形成键合氧化层；提供MEMS初始晶圆；将所述封盖晶圆通过所述键合氧化层和MEMS初始晶圆的一侧表面进行键合后，对所述MEMS初始晶圆进行减薄处理；对所述MEMS初始晶圆减薄处理后，在所述MEMS初始晶圆的另一侧表面形成第一键合初始层；刻蚀所述第一键合初始层，形成第一键合层；形成第一键合层后，刻蚀所述MEMS初始晶圆，形成MEMS晶圆，所述MEMS晶圆具有可动电极和固定电极，所述第一键合层位于所述固定电极的表面。可选的，刻蚀所述封盖初始晶圆和MEMS初始晶圆的工艺为深硅刻蚀工艺。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：(1)由于采用深硅刻蚀工艺形成贯穿封盖晶圆和MEMS晶圆厚度的通孔，所述通孔暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面，能够避免采用传统的划片工艺形成所述通孔而造成的残留物掉落在CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面，从而提高了运动传感器的良率。由于在形成所述通孔的过程中没有残留物掉落在CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面，故不需要在CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面形成用以在形成通孔时保护所述引脚区的电极层的保护层，基于此，对形成所述钝化层的工艺做出相应的调整，即使得形成的钝化层暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面，使得形成所述第二键合层后所述第二键合层能够暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面，使得在后续形成通孔的过程中，只需要对封盖晶圆和MEMS晶圆进行刻蚀，而不需要对CMOS晶圆的引脚区进行刻蚀，就可以暴露出引脚区的电极层，简化了工艺步骤。另外，本专利技术省去了传统工艺中形成保护层的步骤；同时，若引脚区电极层表面形成有保护层，形成所述通孔后，还需要将所述保护层去除，本专利技术也省去了去除保护层的步骤，简化了形成运动传感器的工艺；同时，若引脚区电极层表面形成有保护层，在去除所述保护层的过程中，由于不能精确控制工艺精度，容易使得所述电极层受到损伤，而本专利技术中由于省去了去除保护层的步骤，且能够避免由于需要去除保护层导致的电极层受到损伤，进一步的提高了运动传感器的良率。(2)进一步的，形成第二键合材料层后，采用湿刻工艺刻蚀第二键合材料层以形成第二键合层。由于采用湿刻工艺刻蚀第二键合材料层，所述湿刻工艺对所述第二键合材料层进行各向同性的刻蚀，可以避免在钝化层需要暴露出的侧壁表面形成残留的第二键合材料层，一方面，使得MEMS晶圆中可动部分的运动空间增加，另一方面，避免MEMS晶圆中的可动部分和残留的第二键合材料层接触后发生短路。附图说明图1至图6是现有技术中运动传感器形成过程的结构示意图；图7至图16是本专利技术第一实施例中运动传感器形成过程的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术中形成的运动传感器的良率低，且工艺复杂。图1至图6是现有技术中运动传感器形成过程的结构示意图。参考图1，提供MEMS晶圆100，所述MEMS晶圆100具有第一表面和与所述第一表面对置的第二表面，所述MEMS晶圆100的第一表面键合有封盖晶圆200，所述MEMS晶圆100的第二表面具有第一键合层110。所述MEMS晶圆100中还具有传感器结构模块(未标示)，所述传感器结构模块包括固定电极和可动电极，基于固定电极和可动电极构成的电容器的电容发生改变，检测出运动传感器上的信息改变。所述封盖晶圆200中具有空腔结构201，所述空腔结构201的位置对应MEMS晶圆100中的可动电极的位置，为所述可动电极的运动提供空间。所述第一键合层110位于所述固定电极的表面。所述封盖晶圆200表面和空腔结构201表面还形成有氧化层202，所述MEMS晶圆100通过氧化层202和封盖晶圆200进行键合。参考图2，提供CMOS晶圆300，所述CMOS晶圆300具有器件区(Ⅰ区域)和所述器件区相邻的引脚区(Ⅱ区域)，所述CMOS晶圆300上具有多个分立的电极层320。CMOS晶圆300中形成有CMOS集成电路模块310，所述电极层320为所述集成电路模块310的顶层电极。继续参考图2，在CMOS晶圆300上形成钝化层330，所述钝化层330暴露出器件区中部分电极层320的表面，且所述钝化层330覆盖引脚区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆具有第一表面和与所述第一表面对置的第二表面，所述MEMS晶圆的第一表面键合有封盖晶圆，所述MEMS晶圆的第二表面具有第一键合层；提供CMOS晶圆，所述CMOS晶圆具有器件区和引脚区，所述CMOS晶圆上具有多个分立的电极层；在所述CMOS晶圆上形成钝化层，所述钝化层暴露出所述器件区中部分电极层的表面用于电学连接CMOS晶圆和MEMS晶圆，且所述钝化层暴露出所述引脚区的电极层表面；在所述CMOS晶圆暴露出的电极层、器件区的钝化层上形成第二键合层；将所述第一键合层和所述第二键合层键合后，采用深硅刻蚀工艺形成贯穿所述封盖晶圆和MEMS晶圆厚度的通孔，所述通孔暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面。

【技术特征摘要】
1.一种运动传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆具有第一表面和与所述第一表面对置的第二表面，所述MEMS晶圆的第一表面键合有封盖晶圆，所述MEMS晶圆的第二表面具有第一键合层；提供CMOS晶圆，所述CMOS晶圆具有器件区和引脚区，所述CMOS晶圆上具有多个分立的电极层；在所述CMOS晶圆上形成钝化层，所述钝化层暴露出所述器件区中部分电极层的表面用于电学连接CMOS晶圆和MEMS晶圆，且所述钝化层暴露出所述引脚区的电极层表面；在所述CMOS晶圆暴露出的电极层、器件区的钝化层上形成第二键合层，所述第二键合层暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面；将所述第一键合层和所述第二键合层键合后，采用深硅刻蚀工艺形成贯穿所述封盖晶圆和MEMS晶圆厚度的通孔，所述通孔暴露出CMOS晶圆的引脚区的电极层的表面。2.根据权利要求1所述的运动传感器的形成方法，其特征在于，形成所述第二键合层的步骤为：沉积第二键合材料层，所述第二键合材料层覆盖所述钝化层和所述电极层；采用湿刻工艺刻蚀所述第二键合材料层，在所述CMOS晶圆暴露出的电极层、器件区的钝化层上形成第二键合层。3.根据权利要求2所述的运动传感器的形成方法，其特征在于，所述湿刻工艺的参数为：采用的刻蚀溶液为磷酸、硝酸和醋酸的混合溶液，刻蚀温度为30摄氏度～50摄氏度。4.根据权利要求1所述的运动传感器的形成方法，其特征在于，所述第二键合层为叠层结构，所述叠层结构包括氮化钛层、位于所述氮化钛层表面的钛层和位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱斌，王俊杰，
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