Mems和cmos集成芯片及传感器的制造方法

文档序号:9802264阅读:600来源:国知局
Mems和cmos集成芯片及传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微机电系统技术领域,更为具体的说,涉及一种MEMS和CMOS集成芯片及传感器。
【背景技术】
[0002]微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)是近年来高速发展的一项高新技术,采用先进的半导体工艺技术,将整个机械结构形成在一块芯片中,其在体积、重量、价格和功耗上具有十分明显的优势。
[0003]其中,MEMS传感器因其体积小、成本低、集成性能高等优点,被广泛应用于智能手机、平板电脑等智能终端中。随着市场的不断发展,对更加便携和轻薄的智能终端的需求日益迫切,因此,更加小型化的MEMS传感器,已成为现今科研人员关注的焦点之一。

【发明内容】

[0004]有鉴于此,本发明提供了一种MEMS和CMOS集成芯片及传感器,通过优化设计,使得CMOS结构占用面积减小,使得MEMS和CMOS集成芯片的面积更加的小型化。
[0005]下面为本发明提供的技术方案:
[0006]—种MEMS和CMOS集成芯片,包括:第一衬底、第二衬底,以及,位于所述第一衬底和第二衬底之间的机械结构层;其中,
[0007]所述第一衬底形成有第一 CMOS结构,所述第二衬底形成有第二 CMOS结构,所述机械结构层形成有第一 MEMS结构,且所述第一 CMOS结构、第二 CMOS结构和MEMS结构之间电性连接。
[0008]优选的,所述第一 CMOS结构形成于所述第一衬底朝向所述机械结构层一侧的表面,且所述第一 CMOS结构与所述第一 MEMS结构键合。
[0009]优选的,所述第二 CMOS结构形成于所述第二衬底朝向所述机械结构层一侧的表面,且所述第二 CMOS结构与所述第一 MEMS结构键合。
[0010]优选的,位于所述第一衬底朝向所述机械结构层的一侧形成有第一凹槽;
[0011]其中,所述第一 MEMS结构位于所述第一凹槽和第二衬底之间围成的密封腔内。
[0012]优选的,所述第一 CMOS结构形成于所述第一衬底朝向所述机械结构层一侧、且环绕所述第一凹槽的表面。
[0013]优选的,位于所述第二衬底朝向所述机械结构层一侧还包括第二凹槽;
[0014]其中,所述第一 MEMS结构位于所述第一凹槽和第二凹槽之间围成的密封腔内。
[0015]优选的,所述第二 CMOS结构形成于所述第二衬底朝向所述机械结构层一侧、且环绕所述第二凹槽的表面。
[0016]优选的,所述机械结构层还包括第二 MEMS结构至第nMEMS结构,且所述第二 MEMS结构至第nMEMS结构、第一 CMOS结构和第二 CMOS结构之间电性连接,其中,η至少为2。
[0017]一种传感器,所述传感器包括上述的MEMS和CMOS集成芯片。
[0018]优选的,所述传感器为磁传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器中的一种或多种的集合。
[0019]与现有技术相比,本发明提供的技术方案具有以下优点:
[0020]本发明提供的一种MEMS和CMOS集成芯片及传感器,包括:第一衬底、第二衬底,以及,位于第一衬底和第二衬底之间的机械结构层;其中,第一衬底形成有第一 CMOS结构,第二衬底形成有第二 CMOS结构,机械结构层形成有第一 MEMS结构,且第一 CMOS结构、第二CMOS结构和MEMS结构之间电性连接。
[0021]由上述内容可知,本发明提供的技术方案将CMOS结构分为两部分,分别形成于第一衬底和第二衬底上,而后通过微机械结构层将两部分的CMOS结构电性连接,有效的缩小了 CMOS结构占用集成芯片的面积,进而缩小了 MEMS和CMOS集成芯片的面积。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本申请实施例提供的一种MEMS和CMOS集成芯片的结构示意图;
[0024]图2为本申请实施例提供的另一种MEMS和CMOS集成芯片的结构示意图;
[0025]图3a?3d为本申请实施例提供的一种制作MEMS和CMOS集成芯片的结构流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0027]正如【背景技术】所述,,更加小型化的MEMS传感器,已成为现今科研人员关注的焦点之一。但是,现有的MEMS传感器中,需要将CMOS结构形成在一衬底上,但是由于现今技术的限制和,CMOS结构很难大幅度的压缩占用芯片的面积,因此使得现有的MEMS传感器的面积缩小变得更加困难。
[0028]基于此,本申请实施例提供了一种MEMS和CMOS集成芯片,以解决现有的MEMS传感器无法更加小型化的问题,下面结合图1?3d,对本申请实施例提供的MEMS和CMOS集成芯片的结构和制作过程进行详细说明。
[0029]参考图1所示,为本申请实施例提供的一种MEMS和CMOS集成芯片的结构示意图,其中,MEMS和CMOS集成芯片包括:
[0030]第一衬底1、第二衬底2,
[0031]以及,位于所述第一衬底I和第二衬底2之间的机械结构层3 ;
[0032]其中,
[0033]所述第一衬底I形成有第一 CMOS结构100,所述第二衬底2形成有第二 CMOS结构200,所述机械结构层3形成有第一 MEMS结构300,且所述第一 CMOS结构100、第二 CMOS结构200和MEMS结构300之间电性连接。
[0034]对于本申请实施例提供的MEMS和CMOS集成芯片,在其制作过程中,组成的每个结构的制作工艺不做具体限制,其中,参考图3a?3d所示,为本申请实施例提供的一种制作MEMS和CMOS集成芯片的结构流程图,其中,
[0035]首先,参考图3a所7K,需要提供一第一衬底I,而后在第一衬底I上形成第一 CMOS结构;
[0036]其次,参考图3b所示,在第一衬底I上形成机械结构层3,且在机械结构层3中形成一 MEMS结构300,MEMS结构300与第一 CMOS结构100电性连接。对于MEMS结构和第一CMOS结构电性连接,可以通过键合方式实现,可选的,键合方式可以为共晶键合、金属或者硅材料的熔融键合等。其中,机械结构层3的厚度范围可以为ΙΟμπι?100 μ m,包括端点值。更为优选的,可以为10 μ m、20 μ m、30 μ m或60 μ m。
[0037]而后,参考图3c所示,提供一第二衬底2,在第二衬底2上形成第二 CMOS结构200。另外,可选的,还可以在第二衬底2上形成MEMS和CMOS集成芯片与外界实现电性连接的连接端子5。
[0038]最后,参考图3d所示,将图3b形成的结构和图3c形成的结构固定链接,实现第二CMOS结构与MEMS结构电性连接。其中,第二 CMOS结构和MEMS结构可以通过键合方式实现电性连接,即在图3b所示结构中,可以将机械结构层3背离第一衬底I的一侧不需要键合的区域刻蚀浅槽,以便在最后实现第二 CMOS结构与MEMS结构之间键合。
[0039]由上述内容可以得知,本申请实施例提供的MEMS和CMOS集成芯片,主要是将CMOS结构划分为两部分进行制作,其中,一部分形成于第一衬底上,而另一部分则形成于第二衬底上,最终再结合MEMS结构,进而得到MEMS和CMOS集成芯片。通过将CMOS结构划分为两部分,而且形成在不同衬底上的方法,可以将单个的大面积的CMOS结构,分为两个小面积的CMOS结构,且将一小面积的CMOS结构形成在集成芯片的另一衬底上,有效的缩小了 MEMS和CMOS集成芯片的面积,进而缩小了 MEMS传感器的面积。
[0040]需要说明的是,本申请实施例中,对于第一衬底和第二衬底的形状不做具体限定,以及,第一 CMOS结构可以形成于第一衬底的任意一面,同样的第二 CMOS结构可以形成于第二衬底的任意一面,对此需要根据实际应用的场景进行具体的设计。但是,一般的,在大多实际应用场景中,为了保护CMOS结构不被磨损,提高MEMS和CMOS集成芯片的安全性能,以及,提闻MEMS和CMOS集成芯片的使用寿命等,参考图1所7K,在本申请实施例提供中,所述第一 CMOS结构100形成于所述第一衬底I朝向所述机械结构层3 —侧的表面,且所述第一CMOS结构100与所述第一 MEMS结构300键合。以及,所述第二 CMOS结构200形成于所述第二衬底2朝向所述机械结构层3 —侧的表面,且所述第二 CMOS结构200与所述第一 MEMS结构300键合。
[0041 ] 基于图1所对应的实施例提供的MEMS和CMOS集成芯片,为了提高MEMS和CMOS集成芯片的可靠性能,本申请实施例还提供了另一种MEMS和CMOS集成芯片,具体参考图2所示,为本申请实施例提供的另一种MEMS和CMOS集
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