CN117023508A - 传感器制备方法及传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种传感器制备方法及传感器，该方法包括：对第一晶圆进行氧化物沉积，并对第一晶圆的第一侧沉积的氧化物进行图形化刻蚀；在第一晶圆的第一侧进行硅沉积、掺杂构成第一多晶硅层，以作为第一导电层；在第一导电层进行氧化物沉积，并对沉积的氧化物进行图形化刻蚀，得到绝缘层；在绝缘层进行硅沉积、掺杂构成第二多晶硅层，以作为第二导电层；将第二晶圆与第二导电层进行键合；对第一晶圆的第二侧进行金属沉积，得到金属层；对第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构；将密封盖层与第一晶圆的第二侧的键合点进行键合，并露出焊点。无需采用多晶硅外延工艺，工艺简化，降低了制备成本。
Description
技术领域
本申请涉及传感技术领域，特别是涉及一种传感器制备方法及传感器。
背景技术
随着科技的发展和社会的不断进步，惯性类传感器的种类也越来越多，例如MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电***)加速计、陀螺仪或者IMU(InertialMeasurement Unit，惯性测量单元)等。惯性类传感器包括有敏感结构层、衬底以及密封盖，敏感结构层位于衬底和密封盖之间。其中敏感结构层要兼顾强壮性、稳定性、可靠性，所以敏感结构层的锚点要稳定的与衬底连接。
传统的传感器制备方法，是采用多晶硅外延(Epitaxy，EPI)工艺在氧化层上形成多晶硅层，然后再用深硅刻蚀技术(Deep reactive ion etching，DRIE)形成敏感结构，接着用氧化硅刻蚀对敏感结构进行释放使其可动，从而形成敏感结构层。敏感结构层由于传感器灵敏度、质量块的重量还有器件粗糙度上的要求，通常需要沉积较厚的多晶硅来构建敏感结构层。但是EPI工艺在沉积较厚的多晶硅时，工艺难度大，较难实现，成本较高。传统的传感器制备方法存在制备成本高的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可降低制备成本的传感器制备方法及传感器。
一种传感器制备方法，包括：
对第一晶圆进行氧化物沉积，并对所述第一晶圆的第一侧沉积的氧化物进行图形化刻蚀；
在所述第一晶圆的第一侧进行硅沉积、掺杂构成第一多晶硅层，以作为第一导电层；所述第一多晶硅层用于电连接；
在所述第一导电层进行氧化物沉积，并对沉积的氧化物进行图形化刻蚀，得到绝缘层；
在所述绝缘层进行硅沉积、掺杂构成第二多晶硅层，以作为第二导电层；所述第二多晶硅层用于电连接；
将第二晶圆与所述第二导电层进行键合；所述第二晶圆用于电连接；
对所述第一晶圆的第二侧进行金属沉积，得到金属层；所述金属层包括焊点和键合点；
对所述第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构；
将密封盖层与所述第一晶圆的第二侧的键合点进行键合，并露出所述焊点。
在其中一个实施例中，所述将第二晶圆与所述第二导电层进行键合，包括：对所述第二导电层进行研磨，将第二晶圆与研磨后的第二导电层进行键合。
在其中一个实施例中，研磨前的第二导电层的厚度大于或等于0.5微米。
在其中一个实施例中，研磨后的第二导电层的粗糙度小于或等于4纳米。
在其中一个实施例中，所述将第二晶圆与所述第二导电层进行键合，包括：在所述第二导电层上生成媒介导电层，将所述第二晶圆通过所述媒介导电层与所述第二导电层进行键合。
在其中一个实施例中，所述对所述第一晶圆的第二侧进行金属沉积，得到金属层，包括：对所述第一晶圆的第二侧进行表面减薄，然后金属沉积得到金属层。
在其中一个实施例中，所述对所述第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构，包括：对所述第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成梳齿电极结构作为敏感结构，并腐蚀所述第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物，释放所述梳齿电极结构中的可动电极。
在其中一个实施例中，所述绝缘层的厚度大于或等于0.3微米。
在其中一个实施例中，所述金属层为铝层或铝锗层。
在其中一个实施例中，所述第二多晶硅层用于接地，以及所述第二晶圆用于接地。
一种传感器，包括第一晶圆、第一导电层、绝缘层、第二导电层、第二晶圆、金属层和密封盖层，所述传感器通过上述的方法进行制备得到。
上述传感器制备方法及传感器，对第一晶圆进行氧化物沉积，并对所述第一晶圆的第一侧沉积的氧化物进行图形化刻蚀后，在第一晶圆的第一侧进行硅沉积、掺杂构成第一多晶硅层，以作为第一导电层。在第一导电层进行氧化物沉积，并对沉积的氧化物进行图形化刻蚀，得到绝缘层，在绝缘层进行硅沉积、掺杂构成第二多晶硅层，以作为第二导电层。将第二晶圆与第二导电层进行键合之后，对第一晶圆的第二侧进行金属沉积得到金属层，然后对第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构，将密封盖层与第一晶圆的第二侧的键合点进行键合，并露出焊点，完成传感器制备。在将第二晶圆与第二导电层进行键合之后，可以通过翻转晶圆后，在第一晶圆上制作金属层，以及生成敏感结构，无需采用多晶硅外延工艺，工艺简化，降低了制备成本。
附图说明
图1为一个实施例中传感器制备方法的流程图；
图2至8为一个实施例中传感器制备过程的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种传感器制备方法，包括：
步骤S110：对第一晶圆进行氧化物沉积，并对第一晶圆的第一侧沉积的氧化物进行图形化刻蚀。其中，氧化物具体可采用氧化硅。如图2所示，第一晶圆Wafer A包括第一侧以及与第一侧相对的第二侧，可先对第一晶圆Wafer A进行预处理，例如进行磨平等处理。然后对第一晶圆Wafer A进行氧化物沉积，可以是对第一晶圆Wafer A的单侧或双侧进行氧化物沉积。本实施例中，先对第一晶圆Wafer A的两侧都进行表面磨平，然后对第一晶圆Wafer A的两侧进行氧化硅沉积，再对第一晶圆Wafer A的第一侧沉积的氧化硅进行图形化，刻蚀掉部分氧化硅，该氧化硅层后面作为牺牲层。
步骤S120：在第一晶圆的第一侧进行硅沉积、掺杂构成第一多晶硅层，以作为第一导电层。其中，第一多晶硅层poly1用于电连接。如图3所示，通过在第一晶圆Wafer A的第一侧进行硅沉积，同时掺杂形成P型多晶硅，或者形成N型多晶硅，增加导电性。对多晶硅进行图形化部分刻蚀，构成第一多晶硅层poly1，以作为第一导电层11，图形简化，工艺简化，能达到较好的导电效果和结构强度。后续传感器的敏感结构层通过第一多晶硅层poly1与外部用于信号采集的电极连接。
步骤S130：在第一导电层进行氧化物沉积，并对沉积的氧化物进行图形化刻蚀，得到绝缘层。具体地，如图4所示，生成第一导电层11之后，在第一导电层11上沉积第二层氧化硅，并进行图形化氧化硅刻蚀，作为绝缘层12。其中，绝缘层12位于上一步形成的第一多晶硅层poly1，以及下一步形成的第二多晶硅层poly2之间，当第一多晶层poly1和第二多晶硅层poly2之间没有电连接时，会构成寄生电容，此时，可将绝缘层12的厚度增加，以增大电容间距，从而降低寄生电容。可以理解，绝缘层12的具体厚度取值可根据实际需要进行选择，例如绝缘层12的厚度可以大于或等于0.3微米。
步骤S140：在绝缘层进行硅沉积、掺杂构成第二多晶硅层，以作为第二导电层。其中，第二多晶硅层poly2用于电连接。第二多晶硅层poly2可以是直接连接外部的电极，也可以是与第一多晶硅层poly1连接，通过第一多晶硅层poly1与外部的电极连接。在其中一个实施例中，第二多晶硅层poly2用于接地。第二多晶硅层poly2可以是直接连接外部的接地电极，也可以是与第一多晶硅层poly1连接，通过第一多晶硅层poly1与外部用于接地的电极连接。如图5所示，在绝缘层12上进行硅沉积、掺杂形成N型多晶硅，或者形成P型多晶硅，增加导电性，构成第二多晶硅层poly2，以作为第二导电层13。
步骤S150：将第二晶圆与第二导电层进行键合。其中，如图6所示，第二晶圆WaferB作为衬底，用于电连接。在其中一个实施例中，第一晶圆Wafer B用于接地设置，例如，第二晶圆Wafer B可以是通过封装基板接地或者通过ASIC芯片接地。具体地，在制作得到第二导电层13后，将第二导电层13与第二晶圆Wafer B做键合，键合方式并不唯一，可以是直接键合，共晶熔融键合等，键合后，整体翻转，翻转后如图6所示，有了这一步就不需要采用多晶硅外延长厚的多晶硅层，后续通过第一晶圆wafer A可以形成敏感结构层。
在一个实施例中，步骤S150包括：对第二导电层进行研磨，将第二晶圆与研磨后的第二导电层进行键合。为了使得形成的第二多晶硅层poly2，能够与下一步的第二晶圆wafer B键合，优选使第二导电层13增长到一定的厚度，从而可以对第二导电层13研磨使其具有平整表面，从而可以与第二晶圆wafer B键合。研磨方式并不唯一，具体可对第二导电层13采用化学机械研磨。其中，研磨前的第二导电层13的厚度大于或等于0.5微米，使其能够在覆盖上一步的氧化硅的沟槽的同时，还有一定的研磨余量可以进行研磨。进一步地，研磨后的第二导电层13的粗糙度小于或等于4纳米，有利于键合。
在一个实施例中，步骤S150包括：在第二导电层上生成媒介导电层，将第二晶圆通过媒介导电层与第二导电层进行键合。其中，媒介导电层的材料类型也不是唯一的，可以是铝锗合金等。通过在第二晶圆Wafer B与第二多晶硅层poly2中间增加一个媒介导电层，可以降低键合难度。
步骤S160：对第一晶圆的第二侧进行金属沉积，得到金属层。其中，如图7所示，金属层包括焊点PAD和键合点X。可在将第二晶圆Wafer B与第二导电层13进行键合之后进行整体翻转，然后对第一晶圆Wafer A的第二侧进行金属沉积。在一个实施例中，步骤S160包括：对第一晶圆的第二侧进行表面减薄，然后金属沉积得到金属层。具体地，可先对第一晶圆Wafer A的第二侧进行化学机械研磨，完成表面减薄后，再进行金属沉积得到金属层，最后图形化刻蚀得到焊点PAD和键合点X。金属沉积采用的金属类型也不是唯一的，可以是采用铝、铝锗合金或其他金属进行沉积，得到的金属层对应可以是铝层或铝锗层。金属层上的焊点PAD用于引线键合，以实现与外部电极的电连接，键合点X用于共晶键合或者其他方式的键合，以实现与后续步骤中的密封盖层键合。
步骤S170：对第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构。具体地，可采用深硅刻蚀技术对第一晶圆Wafer A的第二侧进行刻蚀，生成梳齿电极结构作为敏感结构，并腐蚀第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物，释放梳齿电极结构中的可动电极。可以理解地，敏感结构还可以是其他类型，例如，还可以是可动质量块。相对于采用多晶硅外延工艺生长多晶硅，性能的一致性较差而言，单晶硅的一致性相对较好，且单晶硅可以获得较多晶硅更低的电阻率，通常为多晶硅的1/2或以下，通过深硅刻蚀技术用单晶硅做敏感结构层，一致性要好很多。
可以理解，通过腐蚀第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物，以释放梳齿电极结构中的可动电极的方式并不唯一，在一个实施例中，腐蚀第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物，包括：通过氟化氢气相刻蚀，或缓冲氧化物刻蚀液刻蚀第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物。可以理解地，第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物是指与敏感结构相对应的氧化物，在敏感结构形后，通过敏感结构的间隙对外暴露。
在生成梳齿电极结构之后，可采用氟化氢蒸汽气相刻蚀，以腐蚀第一晶圆Wafer A的第一侧上暴露在外的氧化硅层(即牺牲层)，释放梳齿电极结构中的可动电极。采用氟化氢释放可动电极时，可用硅做侧面，达到稳定可靠的anchor(锚)宽度，而不是根据刻蚀时间来控制牺牲层的面积。在其他实施例中，也可以是采用其他方式，例如采用BOE(BufferedOxide Etch，缓冲氧化物刻蚀液)腐蚀牺牲层，释放可动电极。
步骤S180：将密封盖层与第一晶圆的第二侧的键合点进行键合，并露出焊点。如图8所示，在生成梳齿电极结构并释放可动电极之后，将密封盖层14与第一晶圆Wafer A的第二侧的键合点X进行键合，并使焊点PAD露出以便于进行电连接。在密封盖层14与第一晶圆Wafer A键合后，可以通过深硅刻蚀技术去除密封盖层14与焊点PAD对应的部分，以使得焊点PAD露出。
在一个实施例中，还提供了一种传感器，通过上述的方法进行制备得到。传感器包括第一晶圆、第一导电层、绝缘层、第二导电层、第二晶圆、金属层和密封盖层，如图8所示，第二晶圆Wafer B、第二导电层13、绝缘层12、第一导电层11、第一晶圆Wafer A、金属层、密封盖层14依次层叠设置。进一步地，传感器还包括设置于第一晶圆Wafer A和第一导电层11之间的氧化物层，氧化物层具体可以是氧化硅层。可通过对第一晶圆Wafer A进行氧化硅沉积，再对第一晶圆Wafer A的第一侧沉积的氧化硅进行图形化，刻蚀掉部分氧化硅。在后续工序中对第一晶圆Wafer A的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构后，还腐蚀第一晶圆Wafer A的第一侧暴露在外的氧化硅，释放可动电极，第一晶圆Wafer A的第一侧剩余的氧化硅作为氧化硅层。
上述传感器制备方法及传感器，在将第二晶圆Wafer B与第二导电层13进行键合之后，可以通过翻转晶圆后，在第一晶圆Wafer A上制作金属层，以及生成敏感结构，无需采用多晶硅外延工艺，工艺简化，成本更低，应力更小，降低了制备成本。另外，第一晶圆WaferA的厚度选择性高，可以根据实际需求，选择厚度适当的第一晶圆Wafer A，从而制备符合需求的敏感结构。
此外，第二多晶硅层poly2和第二晶圆Wafer B是导电的，第二多晶硅层poly2和第二晶圆Wafer B均各自接地，使得整个结构(除敏感结构层外)形成共电位，有利于抗干扰。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种传感器制备方法，其特征在于，包括：
对第一晶圆进行氧化物沉积，并对所述第一晶圆的第一侧沉积的氧化物进行图形化刻蚀；
在所述第一晶圆的第一侧进行硅沉积、掺杂构成第一多晶硅层，以作为第一导电层；所述第一多晶硅层用于电连接；
在所述第一导电层进行氧化物沉积，并对沉积的氧化物进行图形化刻蚀，得到绝缘层；
在所述绝缘层进行硅沉积、掺杂构成第二多晶硅层，以作为第二导电层；所述第二多晶硅层用于电连接；
将第二晶圆与所述第二导电层进行键合；所述第二晶圆用于电连接；
对所述第一晶圆的第二侧进行金属沉积，得到金属层；所述金属层包括焊点和键合点；
对所述第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构；
将密封盖层与所述第一晶圆的第二侧的键合点进行键合，并露出所述焊点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将第二晶圆与所述第二导电层进行键合，包括：对所述第二导电层进行研磨，将第二晶圆与研磨后的第二导电层进行键合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，研磨前的第二导电层的厚度大于或等于0.5微米。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，研磨后的第二导电层的粗糙度小于或等于4纳米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将第二晶圆与所述第二导电层进行键合，包括：在所述第二导电层上生成媒介导电层，将所述第二晶圆通过所述媒介导电层与所述第二导电层进行键合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一晶圆的第二侧进行金属沉积，得到金属层，包括：对所述第一晶圆的第二侧进行表面减薄，然后金属沉积得到金属层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成敏感结构，并至少释放部分敏感结构，包括：对所述第一晶圆的第二侧进行刻蚀，生成梳齿电极结构作为敏感结构，并腐蚀所述第一晶圆的第一侧暴露在外的氧化物，释放所述梳齿电极结构中的可动电极。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度大于或等于0.3微米。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，所述第二多晶硅层用于接地，以及所述第二晶圆用于接地。
10.一种传感器，其特征在于，包括第一晶圆、第一导电层、绝缘层、第二导电层、第二晶圆、金属层和密封盖层，所述传感器通过权利要求1-9任意一项所述的方法进行制备得到。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20231110 |