利用多晶鍺硅通孔形成mems晶圓電連接的方法
【專利摘要】一種利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，包括：在MEMS硅晶圓上形成上部硅層；在上部硅層的凹進部中填充氧化物；沉積第一光刻膠層，在凹進部區域上方形成光刻膠開口；刻蝕以形成進入MEMS硅晶圓的盲孔；在暴露的表面上形成第三氧化層；生長摻雜的多晶鍺硅層；進行研磨直到露出上部硅層；沉積合金層并形成合金層圖案；對MEMS硅晶圓的隔離凹槽上方的上部硅層進行刻蝕；在目標晶圓形成有處于金屬互連層的金屬互連；使MEMS硅晶圓與目標晶圓相對并接觸，使得合金部分接觸重布線層；將MEMS硅晶圓的相對面減薄，暴露所述多晶鍺硅填充部分；將目標晶圓布置在電路板上，將暴露的所述多晶鍺硅填充部分從所述相對面電連接至電路板上露出的連接點。
【專利說明】
利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種利用多晶鍺硅通孔形成MEMS(Micro-Electro_Mechanic System)晶圓電連接的方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統MEMS是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業技術，它的操作范圍在微米范圍內。一方面，MEMS技術采用了半導體技術中的光刻、腐蝕、薄膜等一系列的現有技術和材料。但另一方面，MEMS更側重于超精密機械加工，并要涉及微電子、材料、力學、化學、機械學諸多學科領域。而且，MEMS的學科面也擴大到微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理學的各分支。
[0003]在實現對MEMS晶圓的電連接的時候，在現有技術中，當前的運動MEMS晶圓(Mot1nMEMS wafer)設計需要雙切片工藝實現的焊盤打開，這種工藝流程周期較長而且成本較高。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠簡化工藝并降低成本的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法。
[0005]為了實現上述技術目的，根據本發明，提供了一種利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，包括:在具有隔離凹槽的MEMS硅晶圓上形成上部硅層，其中MEMS硅晶圓與上部硅層之間通過第一氧化層隔開，而且在上部硅層表面形成有凹進部;在所述凹進部中填充氧化物;沉積第一光刻膠層，并且對第一光刻膠層進行光刻從而在所述凹進部區域上方形成光刻膠開口；利用形成光刻膠開口的第一光刻膠層進行刻蝕，從而形成進入MEMS硅晶圓的盲孔，隨后去除第一光刻膠層，所述盲孔的深度大于隔離凹槽的深度;執行氧化物生長，從而在暴露的表面上形成第三氧化層;在第三氧化層上生長摻雜的多晶鍺硅層，其中摻雜的多晶鍺硅層填充了盲孔的空間；對摻雜的多晶鍺硅層進行研磨，在第三氧化層處停止研磨，僅僅留下處于盲孔空間的多晶鍺硅填充部分;對第三氧化層進行研磨，直到露出上部硅層;沉積合金層;形成合金層的合金層圖案，合金層圖案包含覆蓋所述多晶鍺硅填充部分的合金部分;對MEMS硅晶圓的隔離凹槽上方的上部硅層進行刻蝕;提供目標晶圓，目標晶圓形成有處于金屬互連層的金屬互連，而且金屬互連連接至重布線層;使得MEMS硅晶圓的形成有合金部分的一面與目標晶圓的形成有重布線層的一面相對并接觸，使得所述合金部分接觸重布線層;將MEMS硅晶圓的與形成有合金部分的一面相對的相對面減薄，以便從所述相對面暴露所述多晶鍺硅填充部分;將目標晶圓的與形成有重布線層的一面相對的一面布置在電路板上，并且將暴露的所述多晶鍺硅填充部分從所述相對面電連接至電路板上露出的連接點。
[0006]優選地，所述是MEMS晶圓的運動MEMS晶圓。
[0007]優選地，所述第一氧化層是氧化硅層。
[0008]優選地，在所述凹進部中填充氧化物的步驟包括:在上部硅層上沉積第二氧化物層，并且對第二氧化物層進行化學機械研磨從而僅保留所述凹進部中的第二氧化物層。
[0009]優選地，第二氧化物層是氧化硅層。
[0010]優選地，所述合金層是鍺膜。
[0011]優選地，目標晶圓是CMOS晶圓。
[0012]優選地，所述電路板是印制電路板。
[0013]優選地，采用引線實現暴露的所述多晶鍺硅填充部分與電路板上露出的連接點之間的連接，在引線的兩端分別形成焊點。
[0014]優選地，所述合金層是共晶合金層。
[0015]在根據本發明的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法中，由于采用摻雜的多晶鍺硅作為MEMS晶圓至外部的互連，實現了通孔中的更低的電阻，而且填充的摻雜的多晶鍺硅的摻雜是可以調節，實現了互連參數設置的靈活性;此外，硅通孔實現了 MEMS晶圓裸片尺寸的收縮，無需連接至外部的附加焊盤開口觸點。并且，根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法實現了倒裝芯片(Flip chip) ο
【附圖說明】
[0016]結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中:
[0017]圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第一步驟。
[0018]圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第二步驟。
[0019]圖3示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第三步驟。
[0020]圖4和圖5示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第四步驟。
[0021]圖6示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第五步驟。
[0022]圖7示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第六步驟。
[0023]圖8示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第七步驟。
[0024]圖9示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第八步驟。
[0025]圖10示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第九步驟。
[0026]圖11示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第十步驟。
[0027]圖12示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第十一步驟。
[0028]圖13示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第十二步驟。
[0029]圖14和圖15示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第十三步驟。
[0030]圖16示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第十四步驟。
[0031]圖17示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法的第十五步驟。
[0032]需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。
[0034]圖1至圖17示意性地示出了根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法。例如，具體地，該方法可用于形成運動MEMS晶圓的電連接。
[0035]如圖1至圖17所示，根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法包括:
[0036]第一步驟:在具有隔離凹槽的MEMS硅晶圓10上形成上部硅層30，其中MEMS硅晶圓10與上部硅層30之間通過第一氧化層20隔開，而且在上部硅層30表面形成有凹進部31，如圖1所示;例如，第一氧化層20是氧化硅層。
[0037]第二步驟:在所述凹進部31中填充氧化物，如圖2所示；具體地，例如第二步驟包括:在上部硅層30上沉積第二氧化物層，并且對第二氧化物層進行化學機械研磨從而僅保留所述凹進部31中的第二氧化物層;例如，第二氧化物層是氧化硅層。
[0038]第三步驟:沉積第一光刻膠層40，并且對第一光刻膠層40進行光刻從而在所述凹進部31區域上方形成光刻膠開口 41，如圖3所示；
[0039]第四步驟:利用形成光刻膠開口41的第一光刻膠層40進行刻蝕，從而形成進入MEMS硅晶圓10的盲孔50(如圖4所示)，隨后去除第一光刻膠層40(如圖5所示)；所述盲孔50的深度大于隔離凹槽的深度。
[0040]第五步驟:執行氧化物生長，從而在暴露的表面上形成第三氧化層60，如圖6所示；[0041 ]第六步驟:在第三氧化層60上生長摻雜的多晶鍺硅層70，其中摻雜的多晶鍺硅層70填充了盲孔50的空間，如圖7所示；
[0042]第七步驟:對摻雜的多晶鍺硅層70進行研磨，在第三氧化層60處停止研磨，由此僅僅留下處于盲孔50空間的多晶鍺硅填充部分71，如圖8所示；
[0043 ]第八步驟:第三氧化層60進行研磨，直到露出上部硅層30，如圖9所示；
[0044]第九步驟:沉積合金層，例如共晶合金層80(例如，所述共晶合金層80是鍺膜)，如圖1O所示；
[0045]第十步驟:形成共晶合金層80的合金層圖案，合金層圖案包含覆蓋所述多晶鍺硅填充部分71的合金部分81，如圖11所示；
[0046]第^^一步驟:對MEMS硅晶圓10的隔離凹槽上方的上部硅層30進行刻蝕，由此可以形成例如傳感器的部分結構，如圖12所示；
[0047]第十二步驟:提供目標晶圓101，目標晶圓101形成有處于金屬互連層的金屬互連102，而且金屬互連102連接至重布線層103，如圖13所示;例如，目標晶圓101是CMOS晶圓。需要說明的是，本領域技術人員可以理解的是，該十二步驟的順序可以是與上述依次執行的步驟同步執行，或者在它們之后執行，或者在它們之前執行。
[0048]第十三步驟:使得MEMS硅晶圓1的形成有合金部分81的一面與目標晶圓1I的形成有重布線層103的一面相對并接觸(如圖14和圖15所示)，其中在第十三步驟中使得所述合金部分81接觸重布線層103;
[0049]第十四步驟:將MEMS硅晶圓10的與形成有合金部分81的一面相對的相對面減薄，以便從所述相對面暴露所述多晶鍺硅填充部分71，如圖16所示；
[0050]第十五步驟:將目標晶圓101的與形成有重布線層103的一面相對的一面布置在電路板200(例如，印制電路板)上，并且將暴露的所述多晶鍺硅填充部分71從所述相對面電連接至電路板200上露出的連接點201，如圖17所示；例如可以采用引線203實現這種連接，在引線203的兩端分別形成焊點90和202。
[0051 ]由此，實現了MEMS晶圓至外部的互連。
[0052]在根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法中，由于采用摻雜的多晶鍺硅作為MEMS晶圓至外部的互連，實現了通孔中的更低的電阻，而且填充的摻雜的多晶鍺硅的摻雜是可以調節，實現了互連參數設置的靈活性;此外，硅通孔實現了 MEMS晶圓裸片尺寸的收縮，無需連接至外部的附加焊盤開口觸點。并且，根據本發明優選實施例的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法實現了倒裝芯片(Flip chip) ο
[0053]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。
[0054]可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于包括: 在具有隔離凹槽的MEMS硅晶圓上形成上部硅層，其中MEMS硅晶圓與上部硅層之間通過第一氧化層隔開，而且在上部硅層表面形成有凹進部； 在所述凹進部中填充氧化物； 沉積第一光刻膠層，并且對第一光刻膠層進行光刻從而在所述凹進部區域上方形成光刻膠開口； 利用形成光刻膠開口的第一光刻膠層進行刻蝕，從而形成進入MEMS硅晶圓的盲孔，隨后去除第一光刻膠層，所述盲孔的深度大于隔離凹槽的深度； 執行氧化物生長，從而在暴露的表面上形成第三氧化層； 在第三氧化層上生長摻雜的多晶鍺硅層，其中摻雜的多晶鍺硅層填充了盲孔的空間； 對摻雜的多晶鍺硅層進行研磨，在第三氧化層處停止研磨，僅僅留下處于盲孔空間的多晶鍺硅填充部分； 對第三氧化層進行研磨，直到露出上部硅層； 沉積合金層； 形成合金層的合金層圖案，合金層圖案包含覆蓋所述多晶鍺硅填充部分的合金部分； 對MEMS硅晶圓的隔離凹槽上方的上部硅層進行刻蝕； 提供目標晶圓，目標晶圓形成有處于金屬互連層的金屬互連，而且金屬互連連接至重布線層； 使得MEMS娃晶圓的形成有合金部分的一面與目標晶圓的形成有重布線層的一面相對并接觸，使得所述合金部分接觸重布線層； 將MEM S娃晶圓的與形成有合金部分的一面相對的相對面減薄，以便從所述相對面暴露所述多晶鍺硅填充部分； 將目標晶圓的與形成有重布線層的一面相對的一面布置在電路板上，并且將暴露的所述多晶鍺硅填充部分從所述相對面電連接至電路板上露出的連接點。2.根據權利要求1所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，所述是MEMS晶圓的運動MEMS晶圓。3.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，第一氧化層是氧化硅層。4.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，在所述凹進部中填充氧化物的步驟包括:在上部硅層上沉積第二氧化物層，并且對第二氧化物層進行化學機械研磨從而僅保留所述凹進部中的第二氧化物層。5.根據權利要求4所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，第二氧化物層是氧化硅層。6.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，所述合金層是鍺膜。7.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，目標晶圓是CMOS晶圓。8.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，所述電路板是印制電路板。9.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，采用引線實現暴露的所述多晶鍺硅填充部分與電路板上露出的連接點之間的連接，在引線的兩端分別形成焊點。10.根據權利要求1或2所述的利用多晶鍺硅通孔形成MEMS晶圓電連接的方法，其特征在于，所述合金層是共晶合金層。
【文檔編號】B81B7/00GK105967140SQ201610596473
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月27日
【發明人】黃錦才, 劉瑋蓀
【申請人】上海華虹宏力半導體制造有限公司