集成電路融和mems傳感器制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種集成電路融和MEMS傳感器及其制造方法，包括集成電路及MEMS傳感器，所述集成電路頂部鍵和于MEMS傳感器底部，所述集成電路的至少一個鍵和區域設有用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊，從所述MEMS傳感器向所述窗口金屬塊位置成形有金屬垂直通道，所述金屬垂直通道頂部連接MEMS傳感器的金屬互聯窗口。本發明將MEMS傳感器的金屬互聯窗口與集成電路的鍵和區域融合在一起，能夠縮小器件的面積，降低生產成本。
【專利說明】
集成電路融和MEMS傳感器制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種陀螺儀傳感器及其制造方法，特別上涉及一集成電路融和MEMS傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]傳統的集成電路與MEMS傳感器，要求在其中一片硅基板上布線，從而實現電性及信號連接功能，另一片硅基板作為真空蓋板，此工藝也可實現電容式三軸陀螺儀的功能，但因需要兩層金屬布線，并且金屬外連的位置不在硅襯底上基板背面，集成電路融合傳感器的鍵和區和金屬互聯區分開，故使用的光罩層數多，并且單個芯片面積大。
[0003]此加工工藝將金屬互聯窗口與鍵和區域融合在一起，能夠縮小器件的面積，對于集成傳感器的生產降低了成本。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的一個技術問題是提供一種將金屬互聯窗口與鍵和區融合在一起的集成電路融和微機電系統的傳感器結構。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種集成電路融和MEMS傳感器的結構，包括集成電路及MEMS傳感器，所述集成電路頂部鍵和于MEMS傳感器底部，所述集成電路的至少一個鍵和區域設有用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊，從所述MEMS傳感器向所述窗口金屬塊位置成形有金屬垂直通道，所述金屬垂直通道側表面覆蓋有絕緣保護層，所述金屬垂直通道頂部連接MEMS傳感器的金屬互聯窗口。
[0006]進一步地，所述集成電路包括下基板，所述下基板上成形有集成電路的金屬塊、窗口金屬塊和娃玻璃層，所述金屬塊高于所述窗口金屬塊，所述娃玻璃層與所述金屬塊等高，所述娃玻璃層覆蓋于所述窗口金屬塊。
[0007]進一步地，所述MEMS傳感器包括上基板，所述上基板頂部成形有表面保護層，上基板底部成形有一定深底的凹槽，所述凹槽還成形有可動結構層，所述可動結構層位于所述凹槽與下基板的上部之間，包括硅外延層，所述硅外延層中部具有梳齒結構，所述凹槽面對所述梳齒結構，利用位于凹槽兩側的突起，通過鍵合密封硅氧化層，與所述梳齒結構形成密封腔體，所述硅外延層上還具有金屬互聯窗口，所述可動結構層還鍵和于所述集成電路的硅玻璃層。
[0008]本發明要解決的另一個技術問題是提供一種將金屬互聯窗口與鍵和區融合在一起的集成電路融和微機電系統的傳感器結構的制造方法。
[0009]為了解決上述技術問題，本發明提供了前述結構的制造方法，包括:(A)成形集成電路；(B)選定所述集成電路的至少一個金屬塊，成形用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊；(C)于集成電路上成形硅玻璃層鍵和區域，至少一處鍵和區域覆蓋所述窗口金屬塊；
(D)成形MEMS傳感器；(E)鍵和所述集成電路頂部于MEMS傳感器底部；(F)從所述MEMS傳感器向所述窗口金屬塊位置成形金屬垂直通道。
[0010]進一步地，所述步驟(A)包括:(a)選定并清洗一晶圓片用作下基板；(b)通過濺射方式于下基板上生長金屬層；(C)通過光刻與蝕刻方式于金屬層作出集成電路金屬塊。
[0011]進一步地，所述步驟(B)包括:通過光刻與蝕刻成形選定的金屬塊為窗口金屬塊，所述金屬塊高于所述窗口金屬塊。
[0012]進一步地，所述步驟(C)包括:(a)通過沉積方式于所述集成電路上成形硅玻璃層；(b)通過化學機械研磨的方式將硅玻璃層磨平至與金屬塊等高；(C)通過光刻和蝕刻方式將硅玻璃層作出用以鍵和的圖形。
[0013]進一步地，所述步驟(D)包括:(a)選定一娃襯底上基板，清洗并去除表面雜質；
(b)于上基板底部上生長硅氧化層；(C)通過光刻和蝕刻方式于所述上基板和硅氧化層挖槽形成腔體；(d)于硅氧化層底部成形可動結構層。
[0014]進一步地，所述步驟(E)包括:將所述集成電路的硅玻璃層鍵和區域鍵和于所述MEMS傳感器的可動結構層。
[0015]進一步地，所述步驟(F)包括:(a)從所述上基板通過光刻與蝕刻方式成形一圓柱腔體直通到窗口金屬塊；(b)通過沉積方式于所述圓柱腔體內表面覆蓋絕緣保護層；(C)于所述圓柱腔體內濺射金屬形成金屬垂直通道。
[0016]進一步地，所述金屬垂直通道頂部通過表面化學機械研磨至與上基板頂部平齊，于所述上基板頂部通過沉積方式生長表面保護層，于表面保護層通過光刻和蝕刻的方式露出金屬垂直通道，清洗并去除雜質后生長一層金屬，通過光刻和蝕刻的方式做出金屬互聯窗P O
[0017]本發明將MEMS傳感器的金屬互聯窗口與集成電路的鍵和區域融合在一起，能夠縮小器件的面積，降低生產成本。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的結構原理示意圖。
[0019]圖2是本發明的制造方法流程圖。
[0020]圖3是本發明的制造方法步驟(A)流程圖。
[0021]圖4是本發明的制造方法步驟(C)流程圖。
[0022]圖5是本發明的制造方法步驟(D)流程圖。
[0023]圖6是本發明的制造方法步驟(F)流程圖。
[0024]圖中:1，下基板；2，硅玻璃層；3，金屬塊；4，窗口金屬塊；5，金屬垂直通道；6，絕緣保護層；7，上基板；8，硅氧化層；9，腔體；10，表面保護層；11，金屬互聯窗口 ； 12，可動結構層；13，梳齒結構；14，凹槽。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0026]如圖1所示，本發明的一種集成電路融和MEMS傳感器的結構，包括集成電路及MEMS傳感器；集成電路包括下基板1，下基板I上成形有集成電路的金屬塊3、窗口金屬塊4和硅玻璃層2，金屬塊3高于窗口金屬塊4，硅玻璃層2與金屬塊3等高，硅玻璃層2覆蓋于窗口金屬塊4 ;MEMS傳感器包括上基板7，所述上基板7頂部成形有表面保護層10，上基板底部成形有一定深底的凹槽14，所述凹槽14還成形有可動結構層12，所述可動結構層12位于所述凹槽14與下基板I的上部之間，包括硅外延層，所述硅外延層中部具有梳齒結構13，所述凹槽14面對所述梳齒結構13，利用位于凹槽14兩側的突起，通過鍵合密封硅氧化層8，與所述梳齒結構形成密封腔體9，所述硅外延層上還具有金屬互聯窗口 3，所述可動結構層12還鍵和于所述集成電路的硅玻璃層2。
[0027]本發明的集成電路頂部鍵和于MEMS傳感器底部，集成電路的至少一個鍵和區域設有用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊4，從MEMS傳感器向窗口金屬塊4位置成形有金屬垂直通道5，金屬垂直通道5頂部連接MEMS傳感器的金屬互聯窗口 11。優選地，金屬垂直通道5側表面覆蓋有絕緣保護層6。
[0028]本發明的金屬塊3組合構成集成電路上的集成電路，金屬塊3以濺射、光刻及蝕刻成形于集成電路的下基板I，至少一處金屬塊3經再次光刻和蝕刻以成形窗口金屬塊4，娃玻璃層2通過沉積方式成形于下基板1、金屬塊3及窗口金屬塊4，娃玻璃層2通過化學機械研磨方式磨平至與金屬塊3等高并以一定厚度覆蓋于窗口金屬塊4。
[0029]本發明的上下基板可選用本領域的成熟材料，優選地，下基板為晶圓片下基板，上基板為娃襯底上基板。
[0030]本發明可實現集成電路作為檢測極板三個軸的電信號檢測，并且在鍵和區域內實現集成電路和上基板傳感器的電性導通，實現密封腔體內部電性結構和腔體外部電性外連結構的連接。集成電路下基板I的一部分作為檢測極板，金屬塊3與可動結構層12非鍵和連接，窗口金屬塊4通過金屬垂直通道5與頂層的傳感器相連形成導通，集成電路通過硅玻璃層2與可動結構層12連接在一起，可動結構層12又通過硅氧化層8與硅襯底上基板7連接，在金屬垂直通道5的外側有絕緣保護層6以保證金屬通道與金屬塊的連通性，此絕緣保護層保證金屬垂直通道內的金屬不與硅襯底上基板和可動結構層接觸。
[0031]圖2所示為本發明的制造方法流程圖，包括以下步驟:
[0032]S10，成形集成電路；
[0033]S20，選定集成電路的至少一個金屬塊3，成形用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊4 ;優選地，本發明通過光刻與蝕刻成形選定的金屬塊為窗口金屬塊，金屬塊3高于窗口金屬塊4。
[0034]S30，于集成電路上成形硅玻璃層2鍵和區域，至少一處鍵和區域覆蓋窗口金屬塊4 ；
[0035]S40，成形MEMS傳感器；
[0036]S50，鍵和集成電路頂部于MEMS傳感器底部；更詳細地說，將集成電路的硅玻璃層2作為健和區域鍵和于MEMS傳感器的可動結構層12。
[0037]S60，從MEMS傳感器向窗口金屬塊4位置成形金屬垂直通道5。
[0038]步驟S10，成形集成電路的優選實施方式參見圖3，包括:
[0039]S101，選定并清洗一晶圓片用作下基板I ;
[0040]S102，通過濺射方式于下基板I上生長金屬層；
[0041]S103，通過光刻與蝕刻方式于金屬層作出集成電路金屬塊3。
[0042]本發明選用集成電路晶圓片作為下基板1，先對其進行清洗，去除表面上的雜質，然后通過濺射的方法在集成電路上生長金屬層，然后通過光刻和蝕刻的方式在將金屬做出圖形，此時所有的金屬塊3高度是一樣的，再通過光刻的方式，擋住一些金屬塊，露出一些金屬塊，再進行蝕刻，此時金屬塊的高度就出現梯度差。通過沉積的方式在集成電路上生長一層硅玻璃層2，然后進行表面的清洗，為下一步去除雜質，通過化學機械研磨的方式將硅玻璃層2磨平至與高的金屬塊3相齊，再通過光刻和蝕刻的方式將硅玻璃層2做出圖形用于后面的鍵和。
[0043]步驟S30，于集成電路上成形硅玻璃層鍵和區域，至少一處鍵和區域覆蓋窗口金屬塊4的優選實施方式參見圖4，包括:
[0044]S301，通過沉積方式于集成電路上成形硅玻璃層2 ；
[0045]S302，通過化學機械研磨的方式將硅玻璃層2磨平至與金屬塊3等高；
[0046]S303，通過光刻和蝕刻方式將硅玻璃層2作出用以鍵和的圖形。
[0047]步驟S40，成形MEMS傳感器的優選實施方式參見圖5，包括:
[0048]S401，選定一硅襯底上基板7，清洗并去除表面雜質；
[0049]S402，于上基板7底部上生長硅氧化層；
[0050]S403，通過光刻和蝕刻方式于上基板7和硅氧化層8挖槽形成腔體9 ；
[0051]S404，于硅氧化層8底部成形可動結構層12。
[0052]選用的硅襯底上基板7首先進行清洗，并去除表面的雜質，生長一層硅氧化層8，再通過光刻和蝕刻的方式在其表面挖槽形成凹槽14，與下基板I共同構成腔體9，將整個沒有圖形的可動結構層12，與硅襯底上基板7在硅氧化層8位置連接起來，清洗可動結構層12表面，去除雜質，再通過光刻和蝕刻的方式形成梳齒結構13，形成所需要的可動結構圖形。
[0053]步驟S60，從MEMS傳感器向窗口金屬塊4位置成形金屬垂直通道5的優選實施方式參見圖6，包括:
[0054]S601，從上基板7通過光刻與蝕刻方式成形一圓柱腔體直通到窗口金屬塊4 ;
[0055]S602，通過沉積方式于圓柱腔體內表面覆蓋絕緣保護層6 ;
[0056]S603，于圓柱腔體內派射金屬形成金屬垂直通道5。
[0057]金屬垂直通道5成形后，更優地實施方式中，本發明于上基板7頂部通過沉積方式生長表面保護層10，于表面保護層通過光刻和蝕刻的方式露出金屬垂直通道5，清洗并去除雜質后生長一層金屬，通過光刻和蝕刻的方式做出金屬互聯窗口 11。
[0058]鍵和時，首先將集成電路和可動結構層12鍵和起來，硅玻璃層2是鍵和位置，金屬塊3與可動結構層12形成連接，通過光刻定義圖形以及蝕刻的方式在硅襯底上基板7和可動結構層12上形成一定深度的圓柱腔體，該腔體直通到窗口金屬塊4，通過沉積的方式在該圓柱腔體內沉積一層絕緣保護層6，然后濺射金屬形成金屬垂直通道5，通過表面化學機械研磨工藝將金屬磨去，再通過沉積的方式生長一層表面保護層10，在此表面通過光刻和蝕刻的方式做出圖形窗口，將金屬垂直通道5露出來，清洗表面去除雜質，在表面生長一層金屬，通過光刻和蝕刻的方式做出金屬互聯窗口 11，此時金屬互聯窗口 11與窗口金屬塊4形成了電性連接。
[0059]本發明可廣泛地應用于各種集成電路與傳感器的融和，如應用于集成電路融和微機電系統陀螺儀傳感器，在鍵和區實現金屬互聯的技術，集成電路作為感應下基板，而并非傳統的集成電路融合傳感器鍵和區和金屬互聯區分開。該集成電路融合傳感器制造技術，兼容單軸，雙軸，三軸微陀螺儀以及加速度計，其中集成電路自身頂層金屬作為電容檢測極板的一部分，實現水平軸檢測，可動結構層梳齒結構實現Z軸檢測和驅動。
[0060]以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【主權項】
1.一種集成電路融和MEMS傳感器的結構，包括集成電路及MEMS傳感器，其特征在于，所述集成電路頂部鍵和于MEMS傳感器底部，所述集成電路的至少一個鍵和區域設有用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊，從所述MEMS傳感器向所述窗口金屬塊位置成形有金屬垂直通道，所述金屬垂直通道側表面覆蓋有絕緣保護層，所述金屬垂直通道頂部連接MEMS傳感器的金屬互聯窗口。2.根據權利要求1所述的集成電路融和MEMS傳感器的結構，其特征在于，所述集成電路包括下基板，所述下基板上成形有集成電路的金屬塊、窗口金屬塊和硅玻璃層，所述金屬塊高于所述窗口金屬塊，所述硅玻璃層與所述金屬塊等高，所述硅玻璃層覆蓋于所述窗口金屬塊。3.根據權利要求2所述的集成電路融和MEMS傳感器的結構，其特征在于，所述MEMS傳感器包括上基板，所述上基板頂部成形有表面保護層，上基板底部成形有一定深底的凹槽，所述凹槽還成形有可動結構層，所述可動結構層位于所述凹槽與下基板的上部之間，包括硅外延層，所述硅外延層中部具有梳齒結構，所述凹槽面對所述梳齒結構，利用位于凹槽兩側的突起，通過鍵合密封硅氧化層，與所述梳齒結構形成密封腔體，所述硅外延層上還具有金屬互聯窗口，所述可動結構層還鍵和于所述集成電路的硅玻璃層。4.一種權利要求1?3中任一項所述結構的制造方法，其特征在于，包括: ⑷成形集成電路； (B)選定所述集成電路的至少一個金屬塊，成形用以電性連接MEMS傳感器的窗口金屬塊； (C)于集成電路上成形硅玻璃層鍵和區域，至少一處鍵和區域覆蓋所述窗口金屬塊； (D)成形MEMS傳感器； (E)鍵和所述集成電路頂部于MEMS傳感器底部； (F)從所述MEMS傳感器向所述窗口金屬塊位置成形金屬垂直通道。5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(A)包括: (a)選定并清洗一晶圓片用作下基板； (b)通過濺射方式于下基板上生長金屬層； (C)通過光刻與蝕刻方式于金屬層作出集成電路金屬塊。6.根據權利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(B)包括: 通過光刻與蝕刻成形選定的金屬塊為窗口金屬塊，所述金屬塊高于所述窗口金屬塊。7.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(C)包括: (a)通過沉積方式于所述集成電路上成形硅玻璃層； (b)通過化學機械研磨的方式將娃玻璃層磨平至與金屬塊等高； (C)通過光刻和蝕刻方式將硅玻璃層作出用以鍵和的圖形。8.根據權利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(D)包括: (a)選定一娃襯底上基板，清洗并去除表面雜質； (b)于上基板底部上生長硅氧化層； (C)通過光刻和蝕刻方式于所述上基板和硅氧化層挖槽形成腔體； (d)于硅氧化層底部成形可動結構層。9.根據權利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(E)包括: 將所述集成電路的硅玻璃層鍵和區域鍵和于所述MEMS傳感器的可動結構層。10.根據權利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(F)包括: (a)從所述上基板通過光刻與蝕刻方式成形一圓柱腔體直通到窗口金屬塊； (b)通過沉積方式于所述圓柱腔體內表面覆蓋絕緣保護層； (C)于所述圓柱腔體內濺射金屬形成金屬垂直通道。11.根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述金屬垂直通道頂部通過表面化學機械研磨至與上基板頂部平齊，于所述上基板頂部通過沉積方式生長表面保護層，于表面保護層通過光刻和蝕刻的方式露出金屬垂直通道，清洗并去除雜質后生長一層金屬，通過光刻和蝕刻的方式做出金屬互聯窗口。
【文檔編號】B81B7/02GK105984830SQ201510082377
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月15日
【發明人】田曉丹
【申請人】水木智芯科技（北京）有限公司