集成电路融和mems传感器制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成电路融和MEMS传感器及其制造方法，包括集成电路及MEMS传感器，所述集成电路顶部键和于MEMS传感器底部，所述集成电路的至少一个键和区域设有用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块，从所述MEMS传感器向所述窗口金属块位置成形有金属垂直通道，所述金属垂直通道顶部连接MEMS传感器的金属互联窗口。本发明将MEMS传感器的金属互联窗口与集成电路的键和区域融合在一起，能够缩小器件的面积，降低生产成本。
【专利说明】
集成电路融和MEMS传感器制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种陀螺仪传感器及其制造方法，特别上涉及一集成电路融和MEMS传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]传统的集成电路与MEMS传感器，要求在其中一片硅基板上布线，从而实现电性及信号连接功能，另一片硅基板作为真空盖板，此工艺也可实现电容式三轴陀螺仪的功能，但因需要两层金属布线，并且金属外连的位置不在硅衬底上基板背面，集成电路融合传感器的键和区和金属互联区分开，故使用的光罩层数多，并且单个芯片面积大。
[0003]此加工工艺将金属互联窗口与键和区域融合在一起，能够缩小器件的面积，对于集成传感器的生产降低了成本。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的一个技术问题是提供一种将金属互联窗口与键和区融合在一起的集成电路融和微机电系统的传感器结构。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集成电路融和MEMS传感器的结构，包括集成电路及MEMS传感器，所述集成电路顶部键和于MEMS传感器底部，所述集成电路的至少一个键和区域设有用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块，从所述MEMS传感器向所述窗口金属块位置成形有金属垂直通道，所述金属垂直通道侧表面覆盖有绝缘保护层，所述金属垂直通道顶部连接MEMS传感器的金属互联窗口。
[0006]进一步地，所述集成电路包括下基板，所述下基板上成形有集成电路的金属块、窗口金属块和娃玻璃层，所述金属块高于所述窗口金属块，所述娃玻璃层与所述金属块等高，所述娃玻璃层覆盖于所述窗口金属块。
[0007]进一步地，所述MEMS传感器包括上基板，所述上基板顶部成形有表面保护层，上基板底部成形有一定深底的凹槽，所述凹槽还成形有可动结构层，所述可动结构层位于所述凹槽与下基板的上部之间，包括硅外延层，所述硅外延层中部具有梳齿结构，所述凹槽面对所述梳齿结构，利用位于凹槽两侧的突起，通过键合密封硅氧化层，与所述梳齿结构形成密封腔体，所述硅外延层上还具有金属互联窗口，所述可动结构层还键和于所述集成电路的硅玻璃层。
[0008]本发明要解决的另一个技术问题是提供一种将金属互联窗口与键和区融合在一起的集成电路融和微机电系统的传感器结构的制造方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了前述结构的制造方法，包括:(A)成形集成电路；(B)选定所述集成电路的至少一个金属块，成形用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块；(C)于集成电路上成形硅玻璃层键和区域，至少一处键和区域覆盖所述窗口金属块；
(D)成形MEMS传感器；(E)键和所述集成电路顶部于MEMS传感器底部；(F)从所述MEMS传感器向所述窗口金属块位置成形金属垂直通道。
[0010]进一步地，所述步骤(A)包括:(a)选定并清洗一晶圆片用作下基板；(b)通过溅射方式于下基板上生长金属层；(C)通过光刻与蚀刻方式于金属层作出集成电路金属块。
[0011]进一步地，所述步骤(B)包括:通过光刻与蚀刻成形选定的金属块为窗口金属块，所述金属块高于所述窗口金属块。
[0012]进一步地，所述步骤(C)包括:(a)通过沉积方式于所述集成电路上成形硅玻璃层；(b)通过化学机械研磨的方式将硅玻璃层磨平至与金属块等高；(C)通过光刻和蚀刻方式将硅玻璃层作出用以键和的图形。
[0013]进一步地，所述步骤(D)包括:(a)选定一娃衬底上基板，清洗并去除表面杂质；
(b)于上基板底部上生长硅氧化层；(C)通过光刻和蚀刻方式于所述上基板和硅氧化层挖槽形成腔体；(d)于硅氧化层底部成形可动结构层。
[0014]进一步地，所述步骤(E)包括:将所述集成电路的硅玻璃层键和区域键和于所述MEMS传感器的可动结构层。
[0015]进一步地，所述步骤(F)包括:(a)从所述上基板通过光刻与蚀刻方式成形一圆柱腔体直通到窗口金属块；(b)通过沉积方式于所述圆柱腔体内表面覆盖绝缘保护层；(C)于所述圆柱腔体内溅射金属形成金属垂直通道。
[0016]进一步地，所述金属垂直通道顶部通过表面化学机械研磨至与上基板顶部平齐，于所述上基板顶部通过沉积方式生长表面保护层，于表面保护层通过光刻和蚀刻的方式露出金属垂直通道，清洗并去除杂质后生长一层金属，通过光刻和蚀刻的方式做出金属互联窗P O
[0017]本发明将MEMS传感器的金属互联窗口与集成电路的键和区域融合在一起，能够缩小器件的面积，降低生产成本。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的结构原理示意图。
[0019]图2是本发明的制造方法流程图。
[0020]图3是本发明的制造方法步骤(A)流程图。
[0021]图4是本发明的制造方法步骤(C)流程图。
[0022]图5是本发明的制造方法步骤(D)流程图。
[0023]图6是本发明的制造方法步骤(F)流程图。
[0024]图中:1，下基板；2，硅玻璃层；3，金属块；4，窗口金属块；5，金属垂直通道；6，绝缘保护层；7，上基板；8，硅氧化层；9，腔体；10，表面保护层；11，金属互联窗口 ； 12，可动结构层；13，梳齿结构；14，凹槽。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0026]如图1所示，本发明的一种集成电路融和MEMS传感器的结构，包括集成电路及MEMS传感器；集成电路包括下基板1，下基板I上成形有集成电路的金属块3、窗口金属块4和硅玻璃层2，金属块3高于窗口金属块4，硅玻璃层2与金属块3等高，硅玻璃层2覆盖于窗口金属块4 ;MEMS传感器包括上基板7，所述上基板7顶部成形有表面保护层10，上基板底部成形有一定深底的凹槽14，所述凹槽14还成形有可动结构层12，所述可动结构层12位于所述凹槽14与下基板I的上部之间，包括硅外延层，所述硅外延层中部具有梳齿结构13，所述凹槽14面对所述梳齿结构13，利用位于凹槽14两侧的突起，通过键合密封硅氧化层8，与所述梳齿结构形成密封腔体9，所述硅外延层上还具有金属互联窗口 3，所述可动结构层12还键和于所述集成电路的硅玻璃层2。
[0027]本发明的集成电路顶部键和于MEMS传感器底部，集成电路的至少一个键和区域设有用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块4，从MEMS传感器向窗口金属块4位置成形有金属垂直通道5，金属垂直通道5顶部连接MEMS传感器的金属互联窗口 11。优选地，金属垂直通道5侧表面覆盖有绝缘保护层6。
[0028]本发明的金属块3组合构成集成电路上的集成电路，金属块3以溅射、光刻及蚀刻成形于集成电路的下基板I，至少一处金属块3经再次光刻和蚀刻以成形窗口金属块4，娃玻璃层2通过沉积方式成形于下基板1、金属块3及窗口金属块4，娃玻璃层2通过化学机械研磨方式磨平至与金属块3等高并以一定厚度覆盖于窗口金属块4。
[0029]本发明的上下基板可选用本领域的成熟材料，优选地，下基板为晶圆片下基板，上基板为娃衬底上基板。
[0030]本发明可实现集成电路作为检测极板三个轴的电信号检测，并且在键和区域内实现集成电路和上基板传感器的电性导通，实现密封腔体内部电性结构和腔体外部电性外连结构的连接。集成电路下基板I的一部分作为检测极板，金属块3与可动结构层12非键和连接，窗口金属块4通过金属垂直通道5与顶层的传感器相连形成导通，集成电路通过硅玻璃层2与可动结构层12连接在一起，可动结构层12又通过硅氧化层8与硅衬底上基板7连接，在金属垂直通道5的外侧有绝缘保护层6以保证金属通道与金属块的连通性，此绝缘保护层保证金属垂直通道内的金属不与硅衬底上基板和可动结构层接触。
[0031]图2所示为本发明的制造方法流程图，包括以下步骤:
[0032]S10，成形集成电路；
[0033]S20，选定集成电路的至少一个金属块3，成形用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块4 ;优选地，本发明通过光刻与蚀刻成形选定的金属块为窗口金属块，金属块3高于窗口金属块4。
[0034]S30，于集成电路上成形硅玻璃层2键和区域，至少一处键和区域覆盖窗口金属块4 ；
[0035]S40，成形MEMS传感器；
[0036]S50，键和集成电路顶部于MEMS传感器底部；更详细地说，将集成电路的硅玻璃层2作为健和区域键和于MEMS传感器的可动结构层12。
[0037]S60，从MEMS传感器向窗口金属块4位置成形金属垂直通道5。
[0038]步骤S10，成形集成电路的优选实施方式参见图3，包括:
[0039]S101，选定并清洗一晶圆片用作下基板I ;
[0040]S102，通过溅射方式于下基板I上生长金属层；
[0041]S103，通过光刻与蚀刻方式于金属层作出集成电路金属块3。
[0042]本发明选用集成电路晶圆片作为下基板1，先对其进行清洗，去除表面上的杂质，然后通过溅射的方法在集成电路上生长金属层，然后通过光刻和蚀刻的方式在将金属做出图形，此时所有的金属块3高度是一样的，再通过光刻的方式，挡住一些金属块，露出一些金属块，再进行蚀刻，此时金属块的高度就出现梯度差。通过沉积的方式在集成电路上生长一层硅玻璃层2，然后进行表面的清洗，为下一步去除杂质，通过化学机械研磨的方式将硅玻璃层2磨平至与高的金属块3相齐，再通过光刻和蚀刻的方式将硅玻璃层2做出图形用于后面的键和。
[0043]步骤S30，于集成电路上成形硅玻璃层键和区域，至少一处键和区域覆盖窗口金属块4的优选实施方式参见图4，包括:
[0044]S301，通过沉积方式于集成电路上成形硅玻璃层2 ；
[0045]S302，通过化学机械研磨的方式将硅玻璃层2磨平至与金属块3等高；
[0046]S303，通过光刻和蚀刻方式将硅玻璃层2作出用以键和的图形。
[0047]步骤S40，成形MEMS传感器的优选实施方式参见图5，包括:
[0048]S401，选定一硅衬底上基板7，清洗并去除表面杂质；
[0049]S402，于上基板7底部上生长硅氧化层；
[0050]S403，通过光刻和蚀刻方式于上基板7和硅氧化层8挖槽形成腔体9 ；
[0051]S404，于硅氧化层8底部成形可动结构层12。
[0052]选用的硅衬底上基板7首先进行清洗，并去除表面的杂质，生长一层硅氧化层8，再通过光刻和蚀刻的方式在其表面挖槽形成凹槽14，与下基板I共同构成腔体9，将整个没有图形的可动结构层12，与硅衬底上基板7在硅氧化层8位置连接起来，清洗可动结构层12表面，去除杂质，再通过光刻和蚀刻的方式形成梳齿结构13，形成所需要的可动结构图形。
[0053]步骤S60，从MEMS传感器向窗口金属块4位置成形金属垂直通道5的优选实施方式参见图6，包括:
[0054]S601，从上基板7通过光刻与蚀刻方式成形一圆柱腔体直通到窗口金属块4 ;
[0055]S602，通过沉积方式于圆柱腔体内表面覆盖绝缘保护层6 ;
[0056]S603，于圆柱腔体内派射金属形成金属垂直通道5。
[0057]金属垂直通道5成形后，更优地实施方式中，本发明于上基板7顶部通过沉积方式生长表面保护层10，于表面保护层通过光刻和蚀刻的方式露出金属垂直通道5，清洗并去除杂质后生长一层金属，通过光刻和蚀刻的方式做出金属互联窗口 11。
[0058]键和时，首先将集成电路和可动结构层12键和起来，硅玻璃层2是键和位置，金属块3与可动结构层12形成连接，通过光刻定义图形以及蚀刻的方式在硅衬底上基板7和可动结构层12上形成一定深度的圆柱腔体，该腔体直通到窗口金属块4，通过沉积的方式在该圆柱腔体内沉积一层绝缘保护层6，然后溅射金属形成金属垂直通道5，通过表面化学机械研磨工艺将金属磨去，再通过沉积的方式生长一层表面保护层10，在此表面通过光刻和蚀刻的方式做出图形窗口，将金属垂直通道5露出来，清洗表面去除杂质，在表面生长一层金属，通过光刻和蚀刻的方式做出金属互联窗口 11，此时金属互联窗口 11与窗口金属块4形成了电性连接。
[0059]本发明可广泛地应用于各种集成电路与传感器的融和，如应用于集成电路融和微机电系统陀螺仪传感器，在键和区实现金属互联的技术，集成电路作为感应下基板，而并非传统的集成电路融合传感器键和区和金属互联区分开。该集成电路融合传感器制造技术，兼容单轴，双轴，三轴微陀螺仪以及加速度计，其中集成电路自身顶层金属作为电容检测极板的一部分，实现水平轴检测，可动结构层梳齿结构实现Z轴检测和驱动。
[0060]以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
【主权项】
1.一种集成电路融和MEMS传感器的结构，包括集成电路及MEMS传感器，其特征在于，所述集成电路顶部键和于MEMS传感器底部，所述集成电路的至少一个键和区域设有用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块，从所述MEMS传感器向所述窗口金属块位置成形有金属垂直通道，所述金属垂直通道侧表面覆盖有绝缘保护层，所述金属垂直通道顶部连接MEMS传感器的金属互联窗口。2.根据权利要求1所述的集成电路融和MEMS传感器的结构，其特征在于，所述集成电路包括下基板，所述下基板上成形有集成电路的金属块、窗口金属块和硅玻璃层，所述金属块高于所述窗口金属块，所述硅玻璃层与所述金属块等高，所述硅玻璃层覆盖于所述窗口金属块。3.根据权利要求2所述的集成电路融和MEMS传感器的结构，其特征在于，所述MEMS传感器包括上基板，所述上基板顶部成形有表面保护层，上基板底部成形有一定深底的凹槽，所述凹槽还成形有可动结构层，所述可动结构层位于所述凹槽与下基板的上部之间，包括硅外延层，所述硅外延层中部具有梳齿结构，所述凹槽面对所述梳齿结构，利用位于凹槽两侧的突起，通过键合密封硅氧化层，与所述梳齿结构形成密封腔体，所述硅外延层上还具有金属互联窗口，所述可动结构层还键和于所述集成电路的硅玻璃层。4.一种权利要求1?3中任一项所述结构的制造方法，其特征在于，包括: ⑷成形集成电路； (B)选定所述集成电路的至少一个金属块，成形用以电性连接MEMS传感器的窗口金属块； (C)于集成电路上成形硅玻璃层键和区域，至少一处键和区域覆盖所述窗口金属块； (D)成形MEMS传感器； (E)键和所述集成电路顶部于MEMS传感器底部； (F)从所述MEMS传感器向所述窗口金属块位置成形金属垂直通道。5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(A)包括: (a)选定并清洗一晶圆片用作下基板； (b)通过溅射方式于下基板上生长金属层； (C)通过光刻与蚀刻方式于金属层作出集成电路金属块。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(B)包括: 通过光刻与蚀刻成形选定的金属块为窗口金属块，所述金属块高于所述窗口金属块。7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(C)包括: (a)通过沉积方式于所述集成电路上成形硅玻璃层； (b)通过化学机械研磨的方式将娃玻璃层磨平至与金属块等高； (C)通过光刻和蚀刻方式将硅玻璃层作出用以键和的图形。8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(D)包括: (a)选定一娃衬底上基板，清洗并去除表面杂质； (b)于上基板底部上生长硅氧化层； (C)通过光刻和蚀刻方式于所述上基板和硅氧化层挖槽形成腔体； (d)于硅氧化层底部成形可动结构层。9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(E)包括: 将所述集成电路的硅玻璃层键和区域键和于所述MEMS传感器的可动结构层。10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(F)包括: (a)从所述上基板通过光刻与蚀刻方式成形一圆柱腔体直通到窗口金属块； (b)通过沉积方式于所述圆柱腔体内表面覆盖绝缘保护层； (C)于所述圆柱腔体内溅射金属形成金属垂直通道。11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述金属垂直通道顶部通过表面化学机械研磨至与上基板顶部平齐，于所述上基板顶部通过沉积方式生长表面保护层，于表面保护层通过光刻和蚀刻的方式露出金属垂直通道，清洗并去除杂质后生长一层金属，通过光刻和蚀刻的方式做出金属互联窗口。
【文档编号】B81B7/02GK105984830SQ201510082377
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月15日
【发明人】田晓丹
【申请人】水木智芯科技（北京）有限公司