專利名稱：一種半導體裝置以及該半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種運用薄膜體聲波諧振器的半導體裝置及其制作方法。
背景技術：
薄膜體聲波諧振器一般具有類似三明治結構的金屬電極/壓電薄膜/金屬電極諧振器結構，金屬電極一般采用金薄膜層(Au)，壓電薄膜一般采用氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)等；其諧振頻率由諧振器結構的結構尺寸、壓電薄膜的物理特性決定，當激勵源頻率與器件諧振頻率一致時，器件發生諧振。薄膜體聲波諧振器具有高諧振頻率、小體積等優點，已經在無通信領域獲得重要應用。隨著生物傳感技術對高靈敏度、高集成度的需求，這類薄膜體聲波諧振器在生物傳感檢測領域的應用研究也備受業界重視。在生物傳感檢測應用方式中，通常需要建立溝通外界環境與諧振器之間的流體通道，待檢測生物物質通過流體通道，到達并沉積在諧振器敏感面，然后與諧振器表面發生作用，這將造成諧振頻率的改變，諧振頻率變化將被后續處理電路獲取形成信號，如此即實現了基于諧振器的生物檢測。目前，已公開的基于波諧振器的生物傳感系統一般將諧振器設置在單獨的探頭中，然后連接于帶有處理元件的電路等，其特點是體積大、系統集成度低，而且檢測中需要大劑量的待測生物樣本。
發明內容
為克服上述現有基于薄膜體聲波諧振器的生物檢測裝置其體積大、系統集成度低、檢測過程消耗生物樣本量大等技術不足，本發明提出一種半導體裝置及其制作方法，其技術方案如下:作為本方案的優選者，其半導體裝置可以有如下方面的體現:作為本發明半導體裝置的制作方法，其方案是:一種半導體裝置的制造方法，包括以下步驟:上基體處理:在一上基體上加工出貫穿其頂面和底面的通孔、微進孔和微出孔；然后在其底面上加工凹坑，每個凹坑至少連通一個所述微進孔和一個微出孔；再在整個該上基體的外表面設置一層絕緣層；最后在所述通孔內設置導電體，該導電體延伸至所述頂面和底面；下基體處理:提供一下基體，該下基體具有一內表面和其相反的外表面；在該內表面上已經具有已完成加工的信號處理1C，在該內表面上加工帶有電氣連接的一互連層、一多層結構的諧振器；所述互連層與該諧振器與信號處理IC之間電氣連通；再在該下基體位于該諧振器的位置處理一底孔，使該諧振器懸空；粘合:將所述上基體的底面與該下基體的內表面配合固定，二者之間具有所述互連層，所述諧振器位于該凹坑中；同時，所述導電體與互連層相連通，構成外部電路與所述信號處理IC和諧振器的電氣連接；其中，所述凹坑、微進孔、微出孔形成完整的流道通路。該方法的優選者可以有如 下體現:
較佳實施例中，所述通孔、微進孔、微出孔、凹坑和底孔可采用反應離子刻蝕或濕法刻蝕處理；所述絕緣層可用氧化工工藝或氣相沉積的工藝制成。較佳實施例中，所述下基體處理步驟中，所述諧振器為三層結構，豎直方向包括:下端的第一金屬層、中段的中間層以及上端的第二金屬層；首先采用光刻工藝，制作該下端的第一金屬層、第一金屬層與該信號處理IC在重新布線層上的連線、第二金屬層電極與所述信號處理IC在重新布線層的連線的掩膜，然后蒸發或濺射金層，剝離形成所述第一金屬層、第一金屬層與信號處理IC在重新布線層的連線、第二金屬層與信號處理IC在重新布線層的連線；然后沉積壓電薄膜，光刻、圖形化壓電薄膜，生成所述中間層；沉積絕緣層，光亥|J，暴露出所述信號處理IC的焊盤、所述中間層以及第二金屬層電極與信號處理IC在重新布線層上的連線的電接觸窗口 ；最后光刻，蒸發或濺射金層，剝離形成所述第二金屬層。較佳實施例中，所述中間層材料為八11210、？21'。較佳實施例中，所述上基體處理步驟中，對所述凹坑內壁進行加工,使之成型為圖案化的一加熱電阻絲層，該加熱電阻絲熱層與所述互連層可連通。本發明方案帶來的有益效果有:1.本方案實現了信號處理IC和薄膜體聲波諧振器的整合，在片上集成了微流道，實現了小型化、高集成度，在生物傳感應用中可以降低對待測生物樣本的消耗量。2.從半導體工藝上使二者同步成型，可大量運用現有半導體工藝的成熟手段，生
產效率高。3.將信號處理IC與諧振器整合制作，使片上生物傳感系統具備良好的可編程能力，使其適應性好，通用性強。
以下結合附圖實施例對本發明作進一步說明:
圖1是本發明實施例一上基體處理步驟的第一個示意圖；圖2是本發明實施例一上基體處理步驟的第二個示意圖；圖3是本發明實施例一上基體處理步驟的第三個示意圖；圖4是本發明實施例一上基體處理步驟的第四個示意圖；圖5是本發明實施例一上基體處理步驟的第五個示意圖；圖6是本發明實施例一下基體處理步驟的第六個示意圖；圖7是本發明實施例一下基體處理步驟的第七個示意圖；圖8是本發明實施例二的剖面示意圖；圖9是本發明實施例三的剖面示意圖。
具體實施例方式實施例一:如圖1至圖7，本發明實施例一的步驟和產品示意圖。從圖1至圖7展示了本實施例產品逐步實現的剖面示意。首先是上基 體處理步驟，包括了圖1和圖2所示的部分:在一上基體I上加工出貫穿其頂面和底面的通孔10、微進孔17和微出孔18，加工的方法可以是反應離子刻蝕或濕法刻蝕處理。本實施例的上基體I為硅材料，當通孔10、微進孔17和微出孔18成型后，然后在上基體I其底面上處理處凹坑40，本實施例中凹坑40有多個，每個凹坑40均連通了一個微進孔17和一個微出孔18.見圖1所示。完成上述步驟，再在整個該上基體I的外表面設置一層絕緣層11，如圖2所示，一方面考慮到需要在上基體I上成型各種電器連接，而上基體I為半導體材料，另一方面也是為了后續表面工藝的要求。本實施例絕緣層11采用二氧化硅材料利用氧化工藝成型，實際也可以采用低壓化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積等方法。完成上述步驟后，需要在通孔10內設置導電體。該流程如圖3至圖5所示。該流程使用了輔助晶圓3。輔助晶圓3預先設置好沉積的銅種子層32，然后再上基體I的底面上涂覆粘接材料31，用以粘接上基體I的底面與輔助晶圓3的銅種子層32。除去覆蓋在銅種子層32在通孔10的底部的粘接材料31，此處可以使用反應離子刻蝕的辦法；如圖3所示，通孔10可以直達銅種子層32。然后，對通孔10進行銅電鍍，使銅材料填充在通孔10內，形成了導電體12，如圖3所示。最后去除輔助晶圓3，并使上基體I的底面平整光滑，可采用化學、機械拋光等方法，如圖5所示，導電體12延伸至上基體I的頂面和底面。完成上述上基體處理步驟后，進入下基體處理步驟:提供一下基體2，該下基體具有一內表面和其相反的外表面，在圖6中顯不為內表面在上,夕卜表面在下。內表面上已經具有已完成加工的信號處理IC21，在內表面上加工帶有電氣連接的一互連層23以及一多層結構的諧振器40 ;互連層23與該諧振器40和信號處理IC21之間電氣連通，圖6中信號處理IC21的焊盤22已經與互連層23按照設定好的圖形連通。本實施例中，諧振器40為三層結構，按照豎直方向的 分布包括上端的第一金屬層43、中段的中間層42以及下端的第二金屬層41 ;且第一金屬層43與第二金屬層41與互連層23具有電氣連接。本實施例的第一、第二金屬層均為Au，而中間層為A1N。實現該互連層23、諧振器40的方法是:首先米用光刻工藝，制作該第一金屬層41、第一金屬層41與該信號處理IC21在互連層23上的連線、第二金屬層43電極與所述信號處理IC21在互連層23上連線的掩膜(未標不)，然后蒸發或派射金層，剝離形成第一金屬層41、第一金屬層41與信號處理IC21在互連層23上的連線、第二金屬層43與信號處理IC21在互連層23上的連線；沉積絕緣層薄膜，光刻圖形化，暴露出信號處理IC21的焊盤22、中間層42以及第二金屬層43與信號處理IC在互連層23上的連線的電接觸窗口 ；然后濺射、沉積生成中間層42，光刻圖形化中間層42 ;最后光刻，蒸發或濺射金層，剝離形成第二金屬層43。當諧振器40成型后，再在該下基體2位于該諧振器40的位置處理一底孔24，使該諧振器40懸空，此形態諧振器40具有良好的抗干擾效果。完成上述下基體處理步驟后，進入粘合步驟，請見圖7:將已經成型的上基體I的底面與下基體2的內表面配合固定，本實施例的固定方式采用了圖形化的粘接層50，該粘接層材料為金屬銅錫，當然還可以為BCB、P1、銅、金、合金、金錫合金、銦等材質。在上基體I的底面和下基體2的內表面二者之間具有互連層23，諧振器40位于凹坑44中；同時，導電體12與互連層23相連通，構成外部電路與信號處理IC21和諧振器40的電氣連接；其中，凹坑44、微進孔17、、微出孔18形成完整的流體通道。當導電體12駁接外部電路時，即可監控此諧振器40的參數，將生物流體用流體泵70注入微進孔17，在凹坑44內浸過諧振器40后，諧振器40即可測得當前數據，通過互連層23與信號處理IC21，利用導電體12與外部控制電路完成通信。可見，本方案實現了信號處理IC21和諧振器40整合，一方面實現了小型化，有助于微量生物樣品檢測；另一方面從工藝上使二者同步成型，生產效率高，體積小，特別適用于研制小型化生物檢測設備。本實施例還具有其他一些特點:下基體2實際為該信號處理IC21的襯底材料，如此，當信號處理IC21成型后，可以直接利用其襯底來制作本裝置，省略了額外的下基體2材料，節省了材料和半導體工藝的時間成本。本實施例中，上基體I的通孔10、微進孔17、微出孔18、凹坑44和下基體2的底孔24可采用反應離子刻蝕法刻蝕處理，當然也可以用濕法刻蝕處理等手段進行置換。實施例二:如圖8所示，本發明實施例二的示意圖。本實施例的上基體I為玻璃材料，下基體2亦為信號處理IC21的硅 襯底。而上基體I的結構與實施例1類似；其凹坑44、微進孔17和微出孔18也相似。上基體I與下基體2之間采用了硅-玻璃陽極鍵合實現配合固定。不需額外的粘合層、材料等。進一步簡化了半導體的工藝。實施例三:如圖9所示，本發明實施例三的示意圖。本實施例與實施例一的結構類似，上基體I為娃半導體材料，下基體2為信號處理IC21所在娃襯底。不同的是，在凹坑44內壁具有可受控加熱的電阻絲層45，該電熱層45與互連層23具有電氣連通，因此，也可通過導電體12由外部電路控制。該電阻絲層45為Pt金屬層的形態。因為在實際測量中，生物流體檢測往往需要一定的溫度氛圍。通過設置電阻絲層45，能夠可編程地實現凹坑44內溫度變化(曲線)，便于營造不同需求的測試環境。該電熱層45的實現是在上基體I處理步驟中，對凹坑44內壁進行加工，使之成型為圖案化的形態，并且在粘合步驟中將該電熱層45與互連層23連通。以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的范圍，即依本發明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種半導體裝置，其特征在于:包括: 一上基體，該上基體具有一頂面和該頂面相反方向的底面；該頂面與底面之間具有貫穿的通孔；該底面具有凹坑，每個凹坑通過至少一微進孔和一微出孔連通所述頂面與底面；該上基體的外表面覆蓋一絕緣層；以及 一下基體，具有一內表面和該內表面相反方向的外表面；內表面與所述上基體的底面相結合；所述內表面與底面之間具有一互連層；所述內表面一側具有信號處理IC ;該信號處理IC的焊盤位于所述互連層； 其中，所述凹坑內具有多層結構的諧振器，該諧振器與所述互連層電連通，該凹坑與互連層之間密封構成一流道空間，該微進孔、流道空間和微出孔形成完整的流道通路；所述下基體在該諧振器的位置具有一的底孔；所述上基體的通孔內具有連通所述互連層的導電體，該導電體構成了所述信號處理IC和諧振器與外部連通的電氣連接。
2.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述諧振器為水平放置的三明治形態，在豎直方向上包括下端的第一金屬層、中段的中間層以及上端的第二金屬層；該諧振器的第一金屬層與第二金屬層與所述互連層具有電氣連接。
3.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述上基體和下基體之間具有一圖形化的粘接層，該粘接層材料可以為BCB、P1、金、銅錫合金、金錫合金、銦。
4.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述上基體為玻璃材料，所述下基體主體為硅材料,該上基體的底面和下基體的內表面之間通過硅-玻璃陽極鍵合實現配合固定。
5.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述凹坑內壁具有可受控加熱的電阻絲層，該電阻絲層與所述互連層具有電氣連通。
6.一種半導體裝置的制造方法，`其特征在于:包括以下步驟: 上基體處理:在一上基體上加工出貫穿其頂面和底面的通孔、微進孔和微出孔；然后在其底面上加工凹坑，每個凹坑至少連通一個所述微進孔和一個微出孔；再在整個該上基體的外表面加工一層絕緣層；最后在所述通孔內加工導電體，該導電體延伸至所述頂面和底面； 下基體處理:提供一下基體，該下基體具有一內表面和其相反的外表面；在該內表面上已經具有已加工完成的信號處理1C，在該內表面上加工一互連層和一多層結構的諧振器；所述互連層與該諧振器與信號處理IC之間電氣連通；再在該下基體位于該諧振器的位置處理一底孔，使該諧振器懸空； 粘合:將所述上基體的底面與該下基體的內表面配合固定，二者之間具有所述互連層，所述諧振器位于該凹坑中；同時，所述導電體與互連層相連通，構成外部電路與所述信號處理IC和諧振器的電氣連接；其中，所述凹坑與所述互連層之間密封，以至于構成一流道空間，使所述微進孔、流道空間和微出孔形成完整流道通路。
7.根據權利要求6所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于:所述通孔、微進孔、微出孔、凹坑和底孔可采用反應離子刻蝕或濕法刻蝕處理；所述絕緣層可用氧化工工藝或氣相沉積的工藝加工。
8.根據權利要求6所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于:所述下基體處理步驟中，所述諧振器為三層結構，豎直方向包括:下端的第一金屬層、中段的中間層以及上端的第二金屬層。
9.根據權利要求8所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，所述中間層材料包括 AlN、ZiO 或PZT。
10.根據權利要求6至9中任一項所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于:所述上基體處理步驟中，對所述凹坑內壁進行加工，使之成型為圖案化的一電阻絲層，該電阻絲層與所述互連層電氣連接。
全文摘要
本發明公開一種半導體裝置及其制造方法，其特征在于在一上基體上加工出通孔、微進孔和微出孔和底面的凹坑，在整個上基體的外表面設置一層絕緣層，通孔內設置導電體；一下基體，其內表面已經具有信號處理IC，在內表面上存在一互連層和一多層結構的諧振器，互連層與該諧振器與信號處理IC之間電氣連通，在下基體位于該諧振器的位置處理一底孔；上基體底面與下基體內表面結合，諧振器位于上基體底面的凹坑中，導電體與互連層相連通；該凹坑、微進孔、微出孔形成完整的流道通路，得到一半導體裝置。本方案實現了信號處理IC和諧振器整合，在片上集成了微流道，實現了小體積、集成度高，可以實現微量生物樣品檢測。
文檔編號G01N29/036GK103235037SQ20131011432
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者馬盛林, 秦利鋒, 孫道恒, 劉興偉, 黃裕茜 申請人:廈門大學