专利名称：单片集成微电子机械系统制备方法
技术领域：
本发明涉及一种单片集成微电子机械系统制备方法，尤其是利用干法刻蚀加工高深宽比结构，正面键合形成支撑和引线的体微机械加工工艺。
背景技术：
随着微电子机械系统(MEMS)技术的日益成熟，集成片上电路的智能传感器是未来发展的方向。单片集成MEMS制备方法根据MEMS器件部分与CMOS电路部分加工顺序不同可以分为前CMOS(pre-CMOS)、混合CMOS(intermediate-CMOS)及CMOS后处理(post-CMOS)集成方法。其中，Post-CMOS方法是在加工完CMOS电路的硅片上，通过一些附加MEMS微机械加工技术以实现单片集成MEMS系统。与前两种技术相比，这种方法对CMOS工艺线的要求是最低的，是目前最流行的CMOS MEMS集成工艺。
CMOS后处理集成方法包含两种，表面微机械加工技术和体微机械加工技术。前者的典型代表是伯克利大学开发模块集成CMOS与MEMS工艺。这种方法是以多晶硅为微结构层，磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层的表面微细加工技术。最常见的体微机械加工方法是利用KOH，TMAH和EDP等溶液的各项异性腐蚀，释放出薄膜，悬臂梁等微结构。目前，绝大部分的MEMS器件如压力传感器，微流量传感器等都采用这种湿法腐蚀的方法进行加工。这些工艺都只局限于二维加工，不适合加工高深宽比的三维结构。随着干法刻蚀的广泛应用，利用DRIE设备进行体硅微机械加工高深宽比结构也成为可能，如梳状谐振器，加速度计等。典型工艺为卡耐基-梅隆大学基于干法刻蚀工艺的正面体硅微机械加工工艺。
发明内容
技术问题本发明的目的是提出一种利用键合工艺和干法刻蚀工艺相结合的单片集成微电子机械系统制备方法。该技术方案不仅充分利用了干法刻蚀加工高深宽比结构的能力，而且在实现与电路集成化的同时完成了芯片级封装。
技术方案本发明提出的单片集成MEMS制备方法是基于Post-MEMS的体硅微机械加工工艺。在本发明中，根据功能可以划分为三个工艺模块CMOS电路加工，MEMS器件结构加工，工艺集成。MEMS器件结构加工包括对玻璃和硅片的浅槽腐蚀和钛金引线剥离。工艺集成模块包括硅片与玻璃的键合，以及干法刻蚀释放结构。这三个部分的划分并不是完全独立的。例如，在集成电路版图设计时，通过有源区、接触孔、通孔和压焊块的开孔来定义MEMS结构部分和划片时去掉的部分，这为工艺集成时MEMS结构释放提供了方便。在玻璃片表面进行光刻和浅槽刻蚀，也便于最终结构的划片。键合工艺在CMOS芯片与玻璃黏结的同时，也实现了集成电路与结构部分的互连和外引线转移。
单片集成微电子机械系统制备方法具体利用键合工艺和干法刻蚀工艺相结合，包括如下工艺步骤a.)CMOS电路加工通过有源区、接触孔、通孔和压焊块的开孔来定义MEMS结构部分和划片时去掉的部分，留下部分介质层和钝化层；b.)MEMS器件结构加工b1.)对玻璃片进行光刻，进行浅槽刻蚀；b2.)在玻璃片上利用剥离工艺形成金属引线和压焊块；b3.)硅片正面与玻璃片进行低温键合连接；b4.)对芯片进行背面减薄和抛光；c.)工艺集成c1.)对硅片背面进行双面光刻和干法刻蚀，释放形成活动MEMS结构(6)；c2.)划片，裂片，去除多余的硅片部分，形成最终的器件结构。
在所述步骤b3)之前对硅片正面的浅槽刻蚀。
在该种技术进行器件的芯片级封装。
有益效果本发明提出的基于单片集成MEMS技术充分利用了现有的CMOS代工厂的生产效能，无需对标准CMOS工艺进行任何改动。同时，本发明中的MEMS后处理工艺如CMP减薄，PECVD，低温键合，干法刻蚀等加工工艺温度都较低，不会对集成电路产生较大影响。此外，通过与玻璃片的键合，不但实现了MEMS结构和集成电路的集成化，而且完成了器件的芯片级封装。
图1-4是本发明的简要工艺流程图。
其中，图1为集成电路加工，图2为玻璃片的电极引出硅片的背面减薄和干法刻蚀窗口定义，图3为硅片与玻璃的低温键合，图4为干法刻蚀与结构释放。以上的图中有硅片1，集成电路上的介质层和钝化层2，玻璃片3，压焊块4，键合连接5，活动MEMS结构6。
具体实施例方式
本发明是一种利用键合工艺和干法刻蚀工艺相结合的单片集成MEMS制备方法。该发明的具体工艺如下首先，在CMOS代工厂完成集成电路部分的加工，同时通过有源区、接触孔、通孔和压焊块的开孔来定义MEMS结构部分和划片时去掉的部分。如果有需要，可以进一步对硅片正面进行浅槽刻蚀。然后，对PYREX玻璃片进行光刻，腐蚀出用于划片的浅槽。接着，利用剥离工艺实现金属引线和压焊块。第四步硅片正面与玻璃片3进行低温键合。第五步根据需要，可以对硅片背面进行CMP抛光减薄至合适厚度。第六步为对硅片背面干法刻蚀，释放结构。最后，划片，裂片。最终的结构通过在玻璃上制作的压焊块进行引出。
权利要求
1.一种单片集成微电子机械系统制备方法，其特征在于该方法利用键合工艺和干法刻蚀工艺相结合，包括如下工艺步骤a.)CMOS电路加工通过有源区、接触孔、通孔和压焊块的开孔来定义MEMS结构部分和划片时去掉的部分，留下部分介质层和钝化层(2)；b.)MEMS器件结构加工b1.)对玻璃片(3)进行光刻，进行浅槽刻蚀；b2.)在玻璃片(3)上利用剥离工艺形成金属引线和压焊块(4)；b3.)硅片(1)正面与玻璃片(3)进行低温键合连接(5)；b4.)对芯片进行背面减薄和抛光；c.)工艺集成c1.)对硅片(1)背面进行双面光刻和干法刻蚀，释放形成活动MEMS结构(6)；c2.)划片，裂片，去除多余的硅片部分，形成最终的器件结构。
2.根据权利要求1所述的单片集成微电子机械系统制备方法，其特征在于在所述步骤b3)之前对硅片(1)正面的浅槽刻蚀。
全文摘要
单片集成微电子机械系统制备方法是基于Post－MEMS的体硅微机械加工工艺，包括CMOS电路加工，MEMS器件结构加工，工艺集成等三个工艺模块。首先，在CMOS代工厂完成集成电路部分的加工，同时通过有源区、接触孔、通孔和压焊块的开孔来定义MEMS结构部分和划片时去掉的部分。如果有需要，可以进一步对硅片正面进行浅槽刻蚀。然后，对PYREX玻璃片进行光刻，腐蚀出用于划片的浅槽。接着，利用剥离工艺实现金属引线和压焊块。第四步硅片正面与玻璃片3进行低温键合。第五步根据需要，可以对硅片背面进行CMP抛光减薄至合适厚度。第六步为对硅片背面干法刻蚀，释放结构。最后，划片，裂片。最终的结构通过在玻璃上制作的压焊块进行引出。
文档编号B81C1/00GK101058402SQ20071002226
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者秦明, 沈广平, 黄庆安 申请人:东南大学