一种MEMS惯性传感器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种MEMS惯性传感器件，其结构包括依次通过硅硅键合的硅盖帽层、器件结构层以及硅柱垂直导通层，所述硅盖帽层上具有供所述器件结构层动作的空腔；所述器件结构层上蚀刻有梳齿结构以及与部分所述梳齿结构连接的锚区结构；所述硅柱垂直导通层上蚀刻有分别与各所述锚区结构键合的导通硅柱，以及分别位于各所述导通硅柱周围的绝缘空槽，所述硅柱垂直导通层的密封绝缘层上设有分别与各所述导通硅柱接触的金属联线焊盘。本发明专利技术的MEMS惯性传感器件使用SOI衬底制作硅柱，实现硅柱间空腔隔离以及密封绝缘，通过硅硅直接键合实现晶圆级真空封装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种MEMS惯性传感器件的加工制造方法，尤其涉及一种体硅垂直导通的MEMS惯性传感器件的加工制造方法。
技术介绍
MEMS惯性传感器件包括加速度计，陀螺仪等MEMS器件，是一种基于微机电系统的可用于检测加速度、角速度信号变化的传感器芯片，广泛应用于汽车、手机、导航、医疗等产业，是重要的人机互动界面的连接纽带。传统的六轴惯性传感器制造工艺，需要将六个不同的独立的传感器芯片分别利用不同工艺装配在一起，实现六轴传感的功能，工艺较复杂，成本较高，且芯片尺寸大。专利CN103575260A，公开了一种体硅作为感应电极板和通道的微陀螺仪及其加工制造方法，如图1所示，包括硅衬底上基板12、硅衬底下基板1、可动结构层8以及引线，所述的微陀螺仪由体硅电容感应极板和体硅导电通道结构构成，所述的硅衬底上基板12和硅衬底下基板1之间采用键合连接结构，所述的引线为分布在硅衬底上基板12中间部位的第一金属互联窗口18和第二金属互联窗口19，制造顺序分为，硅衬底下基板制造，下基板和可动层制造，硅衬底上基板制造，上下基板键和连接以及引线四部分，虽然该专利工艺步骤少，便于控制，且能减少生产线金属沾污的次数，但是其垂直导电硅柱使用普通硅衬底制作，工艺复杂，需要多次深刻蚀，需要额外沉积密封绝缘层，衬底厚度不容易控制。专利CN103575260A，缺点在于垂直导电硅柱使用普通硅衬底制作，工艺复杂，需要多次深刻蚀，需要额外沉积密封绝缘层，衬底厚度不容易控制。AMichiganNanofabricationFacilityprocessattheUniversityofMichigan公开的多用户工艺模块资料“Silicon-On-GlassMEMSDesignHandbook”，多用于惯性器件加速度计和陀螺仪的制作。方案使用硅玻璃键合工艺，如图2所示，包括两个部分，硅衬底部分和玻璃衬底部分。首先，玻璃衬底部分通过蚀刻工艺做出空腔以及其它辅助结构；然后，玻璃衬底和硅衬底通过阳极键合技术键合在一起；最后，在硅衬底部分通过金属沉积蚀刻工艺做出金属联线和金属焊盘，通过深刻蚀工艺做出器件活动结构。此方案使用玻璃衬底，和硅衬底间存在热失配，影响器件的热稳定性；另外，金属连线同平面引出，器件尺寸较大并且不易实现晶圆级真空封装。“Silicon-On-GlassMEMSDesignHandbook”公开的方案使用玻璃衬底，和硅衬底间存在热失配，影响器件的热稳定性；另外，金属连线同平面引出，器件尺寸较大并且不易实现晶圆级真空封装。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种可通过同一加工工艺流程将六轴传感功能制造在一个芯片上、集成六轴传感器芯片的MEMS惯性器件的制造方法，以减小芯片尺寸，降低成本。本专利技术的MEMS惯性传感器件的制造方法，包括步骤：(1)制作硅柱垂直导通层：取SOI(绝缘层上硅)晶圆，将顶层硅高浓度离子掺杂后，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻顶层硅至密封绝缘层，蚀刻出导通硅柱以及绝缘空槽；(2)制作器件结构层：取硅晶圆并在其上使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出锚区结构；(3)制作硅盖帽层：取硅晶圆并对其进行氧化，在硅晶圆表面形成氧化硅膜作为氧化绝缘层，然后使用光刻、蚀刻工艺在硅晶圆上蚀刻出空腔；(4)器件结构层与硅柱垂直导通层的键合：(41)使用硅硅直接键合工艺，将器件结构层的锚区结构与硅柱垂直导通层的导通硅柱键合在一起，以及将器件结构层的主键合面与硅柱垂直导通层的主键合面键合在一起；(42)使用光刻、蚀刻工艺在器件结构层上蚀刻出梳齿结构；(5)键合硅盖帽层：使用硅硅键合工艺，将硅盖帽层的主键合面与器件结构层的主键合面键合在一起；(6)使用减薄工艺，将硅柱垂直导通层减薄至密封绝缘层，在密封绝缘层上，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出用于金属联线焊盘与导通硅柱接触的金硅接触区域；(7)在金硅接触区域上沉积金属，光刻、蚀刻出金属连接焊盘，并将金属合金化。进一步的，所述步骤(3)在蚀刻出空腔后，还包括将硅晶圆背面减薄至预定厚度的操作。进一步的，在所述步骤(42)之前，还包括使用减薄抛光工艺，将器件结构层减薄抛光至预定厚度的步骤。利用上述方法制造的MEMS惯性传感器件，包括依次通过硅硅键合的硅盖帽层、器件结构层以及硅柱垂直导通层，所述硅盖帽层上具有供所述器件结构层动作的空腔；所述器件结构层上蚀刻有梳齿结构以及与部分所述梳齿结构连接的锚区结构；所述硅柱垂直导通层上蚀刻有分别与各所述锚区结构键合的导通硅柱，以及分别位于各所述导通硅柱周围的绝缘空槽，所述硅柱垂直导通层的密封绝缘层上设有分别与各所述导通硅柱接触的金属联线焊盘。进一步的，所述硅盖帽层与所述器件结构层为硅晶圆，所述硅柱垂直导通层为SOI晶圆。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：1、相比专利CN103575260A，本专利技术优点在于使用SOI晶圆制作垂直导电硅柱，工艺简单，易于精确控制硅柱高度，硅柱高度一致性较好，不需要额外沉积密封绝缘层，也不需要解决高深宽比结构的密封绝缘层沉积的问题，仅使用一次深硅刻蚀就能刻蚀出垂直导电硅柱和绝缘空槽；2、相比“Silicon-On-GlassMEMSDesignHandbook”方案，本专利技术优点在于使用全硅工艺，器件本身不存在由于材料不同导致的热失配的问题，器件性能较好，电信号采用垂直导通技术，器件尺寸相对较小易于实现晶圆级真空封装，另外金属工艺较少，避免了工艺过程中的金属污染；3、相比同平面电信号连线引出技术，本专利技术使用垂直导通连线引出技术可以有效降低芯片尺寸，可以实现晶圆级真空封装；4、使用衬底硅柱作为垂直导通材料可以降低工艺难度，避免使用金属或多晶硅高填充膜沉积技术，避免金属工艺的出现对后续工艺产生的影响；5、使用SOI衬底能精确控制硅柱高度，获得更好的硅柱高度一致性，制作工艺更简单，中间绝缘层做密封绝缘层，避免再次沉积一层密封绝缘层；6、使用硅硅直接键合工艺制作的器件热稳定性更好，并且避免了金属污染。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是
技术介绍
中专利CN103575260A对应的结构示意图；图2是
技术介绍
中“Silicon-On-GlassMEMSDesignHandbook”方案对应的<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS惯性传感器件的制造方法，其特征在于包括步骤：(1)制作硅柱垂直导通层：取SOI晶圆，将顶层硅高浓度离子掺杂后，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻顶层硅至密封绝缘层，蚀刻出导通硅柱以及绝缘空槽；(2)制作器件结构层：取硅晶圆并在其上使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出锚区结构；(3)制作硅盖帽层：取硅晶圆并对其进行氧化，在硅晶圆表面形成氧化硅膜作为氧化绝缘层，然后使用光刻、蚀刻工艺在硅晶圆上蚀刻出空腔；(4)器件结构层与硅柱垂直导通层的键合：(41)使用硅硅直接键合工艺，将器件结构层的锚区结构与硅柱垂直导通层的导通硅柱键合在一起，以及将器件结构层的主键合面与硅柱垂直导通层的主键合面键合在一起；(42)使用光刻、蚀刻工艺在器件结构层上蚀刻出梳齿结构；(5)键合硅盖帽层：使用硅硅键合工艺，将硅盖帽层的主键合面与器件结构层的主键合面键合在一起；(6)使用减薄工艺，将硅柱垂直导通层减薄至密封绝缘层，在密封绝缘层上，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出用于金属联线焊盘与导通硅柱接触的金硅接触区域；(7)在金硅接触区域上沉积金属，光刻、蚀刻出金属连接焊盘，并将金属合金化。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS惯性传感器件的制造方法，其特征在于包括步骤：
(1)制作硅柱垂直导通层：取SOI晶圆，将顶层硅高浓度离子掺杂后，使
用光刻、蚀刻工艺，蚀刻顶层硅至密封绝缘层，蚀刻出导通硅柱以及绝缘空槽；
(2)制作器件结构层：取硅晶圆并在其上使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出锚
区结构；
(3)制作硅盖帽层：取硅晶圆并对其进行氧化，在硅晶圆表面形成氧化硅
膜作为氧化绝缘层，然后使用光刻、蚀刻工艺在硅晶圆上蚀刻出空腔；
(4)器件结构层与硅柱垂直导通层的键合：
(41)使用硅硅直接键合工艺，将器件结构层的锚区结构与硅柱垂直导通
层的导通硅柱键合在一起，以及将器件结构层的主键合面与硅柱垂直导通层的
主键合面键合在一起；
(42)使用光刻、蚀刻工艺在器件结构层上蚀刻出梳齿结构；
(5)键合硅盖帽层：使用硅硅键合工艺，将硅盖帽层的主键合面与器件结
构层的主键合面键合在一起；
(6)使用减薄工艺，将硅柱垂直导通层减薄至密封绝缘层，在密封绝缘层
上，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出用于金属联线焊盘与导通硅柱接触的金硅接
触区域；
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文翔，
申请(专利权)人：苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32