CN107619019A

CN107619019A - 一种mems器件及其制造方法和电子装置

Info

Publication number: CN107619019A
Application number: CN201610559619.5A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 郑超
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-01-23

Abstract

本发明提供了一种MEMS器件及其制造方法和电子装置。所述方法包括：提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干对准标记；提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆相接合；切割所述第二晶圆，以在所述第二晶圆中形成切割道，并在所述切割道中露出所述若干对准标记。本发明的优点在于：(1)通过切割方法将所述对准标记完全暴露，很好的将所述对准标记与切割工艺的集成，避免增加额外的步骤，进一步降低工艺成本。(2)提高了产品的良率。(3)避免了对准偏移的问题。

Description

一种MEMS器件及其制造方法和电子装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种MEMS器件及其制造方法和电子装置。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电***(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

其中，MEMS传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车***空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器；消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。

在MEMS器件制备过程中，有些产品是由两片晶圆健合(Bonding)之后，继续进行后续的工艺。但是后续工艺中在所述第一晶圆中形成的光刻对准(photo alignment)标记会被第二晶圆覆盖，在后续的对准工艺中会造成图案层的偏移，导致产品因上下层对准偏移而失效。

因此，为解决现有技术中的上述技术问题，有必要提出一种新的MEMS器件及其制造方法和电子装置。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本发明实施例提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干对准标记；

提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆相接合；

切割所述第二晶圆，以在所述第二晶圆中形成切割道，并在所述切割道中露出所述若干对准标记。

可选地，在所述第一晶圆中形成有切割道区域，所述对准标记形成于所述切割道区域中。

可选地，选用晶圆切割的方法切割所述第二晶圆，以露出所述若干对准标记。

可选地，在形成所述切割道之后还进一步包括对所述第二晶圆进行清洗的步骤。

可选地，在所述切割之前还进一步包括对所述顶部晶圆进行计算的步骤。

可选地，所述方法还进一步包括以所述对准标记为参照对所述第二晶圆进行图案化的步骤和/或执行对准工艺。

可选地，切割所述第二晶圆至所述对准标记上方的材料层厚度为10-15um时停止。

可选地，所述对准标记的上方还形成有氧化物层。

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件通过上述方法制备得到。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述的MEMS器件。

为了解决目前工艺中存在的问题，本发明提供了一种制备MEMS器件的方法，所述方法在第一晶圆中预期形成切割道的区域内形成有若干对准标记；然后提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆接合为一体；切割所述第二晶圆，以形成切割道，以露出所述若干对准标记。通过所述方法可以将所述对准标记完全露出，避免了被第二晶圆覆盖，不能起到对准标记作用的弊端，以保证后续的对准工艺或者图案化不会发生对准偏移的问题。

本发明的优点在于：

(1)通过切割方法将所述对准标记完全暴露，很好的将所述对准标记与切割工艺的集成，避免增加额外的步骤，进一步降低工艺成本。

(2)提高了产品的良率。

(3)避免了对准偏移的问题。

本发明的MEMS器件，由于采用了上述制造方法，因而同样具有上述优点。本发明的电子装置，由于采用了上述MEMS器件，因而同样具有上述优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为本发明的另一个实施例的一种MEMS器件的制造方法的示意性流程图；

图2A-图2C为本发明的一实施例中的一种MEMS器件的制造方法的相关步骤形成的结构的剖视图；

图3示出了根据本发明一实施方式的电子装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明为了解决目前工艺存在的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干对准标记；

提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆接合为一体；

切割所述第二晶圆，以形成切割道，以露出所述若干对准标记。

其中，在所述第一晶圆中形成有切割道区域，所述对准标记形成于所述切割道区域中。

所述第一晶圆中的切割道区域与所述第二晶圆中预期形成的切割道上下对应，以确保对所述第二晶圆进行切割之后可以露出所述对准标记。

其中，所述对准标记的形状并不局限于某一种，可以为方形、圆形、十字形以及各种容易辨别的图案。

其中，所述对准标记的数目并不局限于某一数值范围，可以根据后续光刻、蚀刻以及对准的需要进行选择。

其中，所述对准标记的形成方法并不局限于某一种，例如可以在所述第一晶圆上形成掩膜叠层并图案化，以图案化的所述掩膜叠层为掩膜蚀刻所述第一晶圆，以切割道区域中形成特定形状的对准标记图案的沟槽，最后填充所述凹槽，以形成对准标记。

其中，所述掩膜叠层包括三层，例如包括堆叠的有机分布层(Organicdistribution layer,ODL)，含硅的底部抗反射涂层(Si-BARC)和光刻胶层。

然后曝光显影所述光刻胶层，所述光刻胶上的图案定义了所要形成凹槽的图形，然后以所述光刻胶层为掩膜层蚀刻所述有机分布层、底部抗反射涂层，以在所述掩膜叠层中形成开口。

最后以所述掩膜叠层为掩膜蚀刻所述第一晶圆，以切割道区域中形成特定形状的对准标记图案的沟槽，最后填充所述凹槽，以形成对准标记。

为了解决目前工艺中存在的问题，提供了一种制备MEMS器件的方法，所述方法在第一晶圆中预期形成切割道的区域内形成有若干对准标记；然后提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆接合为一体；切割所述第二晶圆，以形成切割道，以露出所述若干对准标记。通过所述方法可以将所述对准标记完全露出，避免了被第二晶圆覆盖，不能起到对准标记作用的弊端，以保证后续的对准工艺或者图案化不会发生对准偏移的问题。

本发明的优点在于：

(2)提高了产品的良率。

(3)避免了对准偏移的问题。

实施例一

下面，参照附图来描述本发明实施例提出的MEMS器件的制造方法一个示例性方法的详细步骤。其中，图1为本发明的另一个实施例的一种MEMS器件的制造方法的示意性流程图；图2A-图2C为本发明的一实施例中的一种MEMS器件的制造方法的相关步骤形成的结构的剖视图。

如图1所示，本发明的另一个实施例的一种MEMS器件的制造方法具体地包括：

步骤S1：提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干对准标记；

步骤S2：提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆相接合；

步骤S3：切割所述第二晶圆，以在所述第二晶圆中形成切割道，并在所述切割道中露出所述若干对准标记。

本实施例的MEMS器件的制造方法，具体包括如下步骤：

执行步骤一，提供第一晶圆201，并在所述第一晶圆201中形成有对准标记202。

具体地，如图2A所示，其中所述第一晶圆201至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。半导体衬底上可以被定义有源区。

所述第一晶圆具有相对设置的第一表面和第二表面，例如所述第一表面为正面，所述第二表面为背面，或者所述第一表面为背面，所述第二表面为正面。

下面，以所述第一表面为正面，所述第二表面为背面进行所述描述。

在所述第一晶圆201的正面可以形成有各种图案，例如可以形成有空腔，具体地形成方法包括但并不局限于：图案化所述第一晶圆，以在所述第一晶圆中形成所述空腔。

具体地，例如在所述第一晶圆201上形成图案化的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一晶圆201，以在所述第一晶圆上形成所述凹槽。

其中，所述空腔的深度并不局限于某一数值范围。

在所述凹槽中还可以进一步形成氧化物层，所述氧化物层的形成方法可以选用现有技术中常用的沉积方法，例如可以是通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的。

其中，所述氧化物可以选用SiO₂。

然后在形成所述氧化物之前或者之后形成所述对准标记202。

执行步骤二，提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆接合为一体。

具体地，如图2B所示，在该步骤中提供第二晶圆204，所述第二晶圆204可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。

其中，所述第二晶圆204具有较大的厚度。

可选地，所述键合方法可以选用共晶结合方法、等离子激活扩散熔合方法或者热键合方法键合，以形成一体的结构。

在所述接合之前，还可以包括对所述第一晶圆201进行预清洗，以提高所述第一晶圆201的接合性能。具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H₂O₂以及H₂O)对所述第一晶圆201的表面进行预清洗，其中，所述DHF的浓度并没严格限制，在本发明中优选HF:H₂O₂:H₂O＝0.1-1.5:1:5。

另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述第一晶圆201进行干燥的处理。

可选地，选用异丙醇(IPA)对所述第一晶圆201进行干燥。

可选地，本发明所述方法还可以进一步包括：将所述第二晶圆204研磨打薄，以减小所述第二晶圆的厚度。

在该步骤中通过研磨减薄的方法打薄所述第二晶圆，其中所述研磨减薄的参数可以选用本领域中常用的各种参数，并不局限于某一数值范围，在此不再赘述。

执行步骤三，切割所述第二晶圆，以形成切割道203，以露出所述若干对准标记。

具体地，如图2C所示，所述切割方法可以采用物理切割或者激光切割。

在该步骤中在所述第二晶圆204上形成所述切割道的方法包括：

在所述第二晶圆204上形成图案化的掩膜层，例如光刻胶层；

以所述掩膜层为掩膜选用深反应离子刻蚀的方法蚀刻所述第二晶圆204，以形成所述切割道，露出所述第一晶圆。

在该步骤中，选用深反应离子刻蚀(DRIE)的方法蚀刻所述第二晶圆204，在所述深反应离子刻蚀(DRIE)步骤中选用气体六氟化硅(SF₆)作为工艺气体，施加射频电源，使得六氟化硅反应进气形成高电离，所述蚀刻步骤中控制工作压力为20mTorr-8Torr，频功率为600W，13.5MHz，直流偏压可以在-500V-1000V内连续控制，保证各向异性蚀刻的需要，选用深反应离子刻蚀(DRIE)可以保持非常高的刻蚀光阻选择比。所述深反应离子刻蚀(DRIE)***可以选择本领常用的设备，并不局限于某一型号。

可选地，切割所述第二晶圆至所述对准标记上方的氧化物材料层厚度为10-15um停止。

在本发明中切割所述第二晶圆，以形成切割道，以露出所述若干对准标记。通过所述方法可以将所述对准标记完全露出，避免了被第二晶圆覆盖，不能起到对准标记作用的弊端，以保证后续的对准工艺或者图案化不会发生对准偏移的问题。

本发明的优点在于：

(2)提高了产品的良率。

(3)避免了对准偏移的问题。

执行步骤四，在形成所述切割道之后还进一步包括对所述第二晶圆进行清洗的步骤。

具体地，所述方法中在选用DHF对所述MEMS晶圆进行清洗之后，具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H₂O₂以及H₂O)对所述第一晶圆301的表面进行预清洗，以使所述第一晶圆301具有良好的性能(lead good mechanism)。

执行步骤五，以所述对准标记为参照对所述第二晶圆进行图案化的步骤和/或执行对准工艺。

例如图案化所述第二晶圆204，以在所述第二晶圆204中形成目标图案。

具体地，图案化所述第二晶圆204，以形成开口，露出所述第一晶圆。

具体地，在所述第二晶圆204上形成图案化的掩膜层，然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述第二晶圆204，以形成尺寸较小的所述开口，所述开口具有较大的深宽比。

至此，完成了本发明实施例的MEMS器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制作方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过目前工艺中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明的优点在于：

(2)提高了产品的良率。

(3)避免了对准偏移的问题。

实施例二

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件可以选用实施例一的方法制备得到。

所述MEMS器件包括：

第一晶圆201；

对准标记202，位于所述第一晶圆中；

第二晶圆204，与所述第一晶圆201相接合；

其中，所述第二晶圆204中形成有切割道203，以露出位于所述第一晶圆中的所述对准标记。

具体地，所述第一晶圆201至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

在本发明中所述第一晶圆201选用裸硅。

在所述第一晶圆201的正面形成有器件图案。

具体地，在所述第一晶圆201的正面形成有凹槽，并且在所述凹槽的表面形成有氧化物层。

其中，所述凹槽图案的开口尺寸和深度并不局限于某一数值范围，例如所述凹槽图案的开口尺寸为35-50um，深度为90-110um，可选为开口尺寸为40um，深度为100um。

可选地，所述第一晶圆201的厚度为400um。

所述第二晶圆204包括绝缘体上硅。

所述绝缘体上硅从下往上依次包括支撑衬底、绝缘氧化物埋层以及半导体材料层。

其中，所述第二晶圆204具有较大的厚度。

将所述第二晶圆204和所述第一晶圆相接合。将所述第二晶圆204与所述第一晶圆201键合，所述键合方法可以选用共晶结合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。

在接合之后研磨薄化所述第二晶圆204至所述绝缘体上硅中的绝缘埋层并去除所述绝缘埋层的步骤。

在所述第二晶圆204上形成有切割道，以露出所述第一晶圆中的所述对准标记。

为了解决目前工艺中存在的问题，提供了一种制备MEMS器件，所述器件在制备中在第一晶圆中预期形成切割道的区域内形成有若干对准标记；然后提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆接合为一体；切割所述第二晶圆，以形成切割道，以露出所述若干对准标记。通过所述方法可以将所述对准标记完全露出，避免了被第二晶圆覆盖，不能起到对准标记作用的弊端，以保证后续的对准工艺或者图案化不会发生对准偏移的问题。

实施例三

本发明实施例提供一种电子装置，其包括电子组件以及与该电子组件电连接的MEMS器件。其中，所述MEMS器件包括根据实施例二所述的MEMS器件的制造方法制造的MEMS器件，或包括实施例一所述的MEMS器件。

该电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可以是具有上述MEMS器件的中间产品，例如：具有该集成电路的手机主板等。

其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机300被设置有包括在外壳301中的显示部分302、操作按钮303、外部连接端口304、扬声器305、话筒306等。

其中所述移动电话手机包括前述的MEMS器件，或根据实施例一所述的MEMS器件的制备方法所制得的MEMS器件，所述MEMS器件包括：第一晶圆；对准标记，位于所述第一晶圆中；第二晶圆，与所述第一晶圆相接合；其中，所述第二晶圆中形成有切割道，以露出位于所述第一晶圆中的所述对准标记。所述MEMS器件可以将所述对准标记完全露出，避免了被第二晶圆覆盖，不能起到对准标记作用的弊端，以保证后续的对准工艺或者图案化不会发生对准偏移的问题。

本发明所述电子装置的优点在于：

(2)提高了产品的良率。

(3)避免了对准偏移的问题。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干对准标记；

提供第二晶圆并将所述第二晶圆与所述第一晶圆相接合；

切割所述第二晶圆，以在所述第二晶圆中形成切割道，并在所述切割道中露出所述对准标记。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一晶圆中形成有切割道区域，所述对准标记形成于所述切割道区域中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选用晶圆切割的方法切割所述第二晶圆，以露出所述若干对准标记。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述切割道之后还进一步包括对所述第二晶圆进行清洗的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述切割之前还进一步包括对所述顶部晶圆的尺寸进行计算的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括以所述对准标记为参照对所述第二晶圆进行图案化的步骤和/或执行对准工艺。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，切割所述第二晶圆至所述对准标记上方的材料层厚度为10-15um时停止。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述对准标记的上方还形成有氧化物层。

9.一种MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件通过权利要求1至8之一所述方法制备得到。

10.一种电子装置，包括权利要求9所述的MEMS器件。