Mems器件及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及MEMS制作领域，特别涉及一种MEMS器件及其形成方法。
【背景技术】
[0002]MEMS (Micro Electro Mechanical System,微机电装置)技术是今年来高速发展的一项高新技术，是对微米/纳米(micro/nanotechnology)材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS装置主要是由机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。MEMS技术通常应用在微机电器件的制作，所述微机电器件包括??位置传感器、旋转装置或者惯性传感器等，所述惯性传感器例如加速度传感器、陀螺仪和声音传感器等。
[0003]现有技术利用MEMS技术在一个半导体衬底上制作微机电器件(MEMS器件)，然后利用CMOS技术在另一半导体衬底上制作控制电路，然后利用引线框架(Leadframe)将控制电路与微机电器件电连接，从而形成微机电装置。因此，现有的微机电装置需要利用两个半导体芯片制作，从而使得现有的微机电装置的成本较高。通常，含有控制电路的半导体衬底与形成有微机电器件的半导体衬底是并列排布在引线框架内，因此，现有的微机电装置的体积较大，从而微机电装置的集成度不高，无法满足应用中便携性的要求。
【发明内容】
[0004]本发明解决的问题是怎样提高MEMS器件的集成度。
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域；在第一区域的半导体衬底的正面上形成CMOS器件；形成覆盖所述半导体衬底和CMOS器件的第一介质层；在第一区域的第一介质层中形成第一插塞，第一插塞与CMOS器件相连；形成贯穿第二区域的第一介质层和部分厚度的半导体衬底的通孔互连结构；形成覆盖所述第一介质层、第一插塞和通孔互连结构的第二介质层，第一区域的第二介质层中形成有第一互连结构，所述第一互连结构与第一插塞相连，第二区域的第二介质层中形成有第二互连结构，第二互连结构与通孔互连结构的顶部表面相连；在第一区域的第二介质层上形成第一焊盘，第一焊盘与第一互连结构相连，在第二区域的第二介质层上形成第二焊盘，第二焊盘与第二互联结构相连；在所述第二介质层上形成MEMS器件，MEMS器件的一端与第一焊盘相连，MEMS器件的另一端与第二焊盘相连；减薄所述半导体衬底的背面，暴露出通孔互连结构的底部表面；在半导体衬底的背面上形成与通孔互连结构的底部表面相连的凸块。
[0006]可选的，所述通孔互连结构包括扩散阻挡层和位于扩散阻挡层上的金属层。
[0007]可选的，所述扩散阻挡层的材料为T1、TiN、TaN或Ta中的一种或几种，所述金属层的材料为Al、Cu、Ag、Au、Pt、N1、Ti或W中的一种或几种。
[0008]可选的，所述第一插塞和通孔互连结构的形成过程为:刻蚀第一区域的第一介质层，形成第一通孔；刻蚀第二区域的第一介质层和部分厚度的半导体衬底，形成第二通孔；形成覆盖所述第一介质层且填充满第一通孔和第二通孔的金属层；平坦化所述金属层，以第一介质层表面为停止层，形成第一插塞和通孔互连结构。
[0009]可选的，在形成第二通孔后，还包括在第二通孔的侧壁形成隔离层。
[0010]可选的，所述第二介质层为单层或多层堆叠结构，所述第一互连结构和第二互连结构为单层或多层堆叠结构。
[0011]可选的，所述MEMS器件为压力传感器、位置传感器、加速度传感器、陀螺仪、声音传感器、光调制器或晶体振荡器。
[0012]可选的，所述凸块为焊球，或者所述凸块包括金属柱和位于金属柱上的焊球。
[0013]本发明实施例还提供了一种MEMS器件的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域；在第一区域的半导体衬底的正面上形成CMOS器件；形成覆盖所述半导体衬底和CMOS器件的介质层，第一区域的介质层中形成有第一互连结构，所述第一互连结构与CMOS器件相连，第二区域的介质层中形成有第二互连结构；在第一区域的介质层上形成第一焊盘，第一焊盘与第一互连结构相连，在第二区域的介质层上形成第二焊盘，第二焊盘与第二互联结构相连；在所述介质层上形成MEMS器件，MEMS器件的一端与第一焊盘相连，MEMS器件的另一端与第二焊盘相连；刻蚀第二区域的半导体衬底的背面和部分介质层，形成暴露第二互连结构的通孔；在所述通孔内和部分半导体衬底的背面上形成通孔互连结构，通孔互连结构与第二互连结构相连；在半导体衬底背面的通孔互连结构上形成凸块。
[0014]可选的，所述通孔互连结构包括扩散阻挡层和位于扩散阻挡层上的金属层。
[0015]可选的，所述通孔互连结构的形成过程为:在所述通孔的侧壁和底部以及半导体衬底的背面表面上形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成金属层；形成覆盖所述金属层并填充满通孔的第三介质层；平坦化所述第三介质层，暴露出金属层的表面。
[0016]可选的，在形成通孔互连结构之前，在所述半导体衬底的背面上和通孔的侧壁上形成隔离层。
[0017]可选的，所述隔离层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0018]可选的，形成所述隔离层的工艺为热退火工艺，热退火工艺采用的气体为02、N2或O2和N2的混合气体，温度为400?1000摄氏度，时间为10秒?5分钟。
[0019]可选的，所述第二互连结构为多层堆叠结构，所述通孔暴露出第二互连结构的底层金属层的表面。
[0020]本发明还提供了一种MEMS器件，包括:半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，第一区域的半导体衬底的正面上形成有CMOS器件；覆盖所述半导体衬底和CMOS器件的介质层，第一区域的介质层中形成有第一互连结构，所述第一互连结构与CMOS器件相连，第二区域的介质层中形成有第二互连结构；位于第一区域的介质层上的第一焊盘，第一焊盘与第一互连结构相连，位于第二区域的介质层上的第二焊盘，第二焊盘与第二互联结构相连；位于介质层上的MEMS器件，MEMS器件的一端与第一焊盘相连，MEMS器件的另一端与第二焊盘相连；贯穿第二区域的半导体衬底和部分介质层的通孔互连结构，所述通孔互连结构与第二互连结构相连；位于半导体衬底背面上与通孔互连结构相连的凸块。
[0021]可选的，所述通孔互连结构包括扩散阻挡层和位于扩散阻挡层上的金属层。
[0022]可选的，所述通孔互连结构与介质层和半导体衬底之间具有隔离层。
[0023]可选的，所述半导体衬底的背面上还具有与通孔互连结构相连的再布线层，所述凸块位于再布线层上。
[0024]可选的，所述第二互连结构为多层堆叠结构，所述通孔互连结构与第二互连结构的底层金属层相连。
[0025]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0026]本发明的MEMS器件，通过第二互连结构和通孔互连结构和凸块将MEMS器件的与外部其他电路或其他芯片连接的一个端口引至半导体衬底的背面，相比于现有的引线连接工艺，需要占据MEMS两侧的其他空间，节省了 MEMS器件占据的体积，提高了器件的集成度。
[0027]进一步，所述通孔互连结构与介质层和半导体衬底之间具有隔离层，提高了通孔互连结构和半导体衬底之间的电学隔离效果。
[0028]本发明的MEMS器件的形成方法，可以在形成第一插塞时形成通孔互连结构，或者通孔刻蚀半导体衬底的背面和部分介质层形成通孔，然后在通孔中形成通孔互连结构，通孔互连结构的制作工艺与现有的集成电路制作工艺兼容，形成工艺简单，通过形成的通孔互连结构将MEMS器件的端口的连接端引至半导体衬底的背面，节省了器件占据的体积。
【附图说明】
[0029]图1?图7为本发明第一实施例MEMS器件的形成过程的剖面结构示意图；
[0030]图8?图13为本发明第二实施例MEMS器件的形成过程的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]现有技术的MEMS器件时通过引线工艺与其他电路相连，使得MEMS器件占据的体积较大，不利于器件集成度的提高。
[0032]本发明提供了一种MEMS器件及其形成方法，在半导体衬底的正面形成CMOS器件和MEMS器件；然后通过贯穿半导体衬底和部分介质层的硅通孔互连结构将MEMS器件的电连接点引至半导体衬底的背面，从而减小了整个MEMS器件的体积，提高了 MEMS器件的集成度。
[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0034]第一实施例
[0035]图1?图7为本发明第一实施例MEMS器件的形成过程的剖面结构示意图。
[0036]参考图1，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200具有第一区域21和第二区域22 ;在第一区域21的半导体衬底200的正面上形成CMOS器件201。
[0037]所述半导体衬底200的材料可以为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)J^K-(SiC);也可以是绝缘体上娃(SOI),绝缘体上锗(GOI);或者还可以为其它的材料,例如砷化镓等
II1- V族化合物。本实施例中，所述半导体衬底200为硅衬底。
[0038]所述半导体衬底200包括第一区域21和第二区域22,第一区域21用于形成CMOS器件，第二区域22中后于形成通孔互连结构。第一区域21和第二区域22可以相邻或不相邻。
[0039]第一区域21的半导体衬底200的正面上形成CMOS器件201，所述CMOS器件201作为控制电路的一部分，所述控制电路用于向后续形成的MEMS器件提空控制信号。
[0040]本实施例中，以晶体管为CMOS器件201作为示例,所述晶体管包括NM