专利名称：集成结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及包括微机电(MEMSmicro-electromechanical system)器件和用于将信号传送至MEMS的芯片的集成结构。
背景技术：
已经有了对于微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)在超高密度数据存储中使用的报道。该数据存储的方法利用具有纳米尺寸尖端大型阵列的热机械局部探测技术，诸如目前在原子力显微镜和扫瞄隧道显微镜技术中所使用的。在这项技术中，读/写操作通过加热悬臂机构来进行，对悬臂机构的加热导致了尖端与存储介质薄膜相接触，并产生或探测薄膜中产生的凹陷。
用于数据存储的MEMS结构的一些设计细节已在IBM J.Res.Develop.44，323(2000)和Sensors andActuators 80，100(2000)中发表。
单个的悬臂单元在图1A(截面图)和图1B(平面图)中示意地示出。MEMS芯片1通常由硅制成，其被加工为产生具有尖端11和加热件13的硅悬臂10。如图1A所示，悬臂结构10形成于芯片1表面处的层上，并且随后在悬臂10后面的体材料硅中蚀刻出空腔。经直通连接(throughtconnection)15施加电功率导致加热件和与存储介质12(通常为硅衬底上的聚合物膜)相接触的尖端温度升高。存储介质上尖端的压力和尖端的加热相结合的效果导致尖端在存储介质中产生凹痕，从而实现以非常高的位面密度(bit areal density)进行的热机械数据写入。
用于控制MEMS芯片1的传统的二维布置在图2中示意地示出。包括大量单个单元的MEMS芯片1由多路驱动器2电学控制，多路驱动器2具有与芯片1的边缘的传统的引线结合连接。电连接的二维布置具有固有的限制。例如，随着芯片1中单元数量的增大，提供单元间的电隔离变得越来越难；同时，在单个连接的尺寸减小的情况下需要更高的功率寻址单元阵列。
因此，需要一种三维集成设计，其中MEMS器件和其控制器件(诸如CMOS逻辑芯片)可互连在一起，从而克服传统的二维构造的电学限制。
发明内容
本发明提供一种集成具有微机械器件的芯片和具有电子器件的芯片的方法。特别地，本发明提供了一种用于芯片和MEMS的垂直集成的方法，其中MEMS可与表面形成接触(诸如用作存储器的薄膜的表面)并且具有相对该表面在垂直方向上的机械移动。
根据本发明的一个方面，提供一种用于制造集成结构的方法，该集成结构包括微机电系统(MEMS)和用于将信号传送至MEMS的芯片。MEMS形成于衬底上，并且具有锚定部分，通过该锚定部分将MEMS连接至衬底。(在本发明的一个实施例中，MEMS为悬臂，其悬于衬底中的空腔上方，并且在锚定部分锚定至衬底。)形成从MEMS的锚定部分透过MEMS衬底延伸的导体。芯片在垂直于衬底表面的方向上被贴覆于MEMS衬底，从而形成从芯片到MEMS的导电通路。
在一实施例中，可通过在芯片上形成C4金属焊垫，对准C4金属焊垫与导体，并且随后结合C4金属与导体来贴覆芯片。在另一实施例中，贴覆芯片的步骤还包括在芯片上形成金属柱头；对准柱头与导体；和结合柱头与导体。在另一实施例中，贴覆芯片的步骤还包括在芯片上形成金属柱头和金属焊垫之一；形成金属柱头和金属焊垫的另一个与导体接触；对准柱头和焊垫；和结合柱头和焊垫。
优选地，形成MEMS以使MEMS具有在垂直于所述表面地方向上延伸的尖端。更优选地，该方法还包括提供与尖端接触的存储介质层的步骤，其中所述层包括用于依据由所述尖端在其上制造的凹痕来存储数据的存储介质。更加优选地，形成MEMS的步骤还包括形成悬臂结构，该悬臂结构一端处于锚定部分而另一端具有在垂直于表面方向上延伸的尖端；和在衬底中在其位于悬臂之下的部分中形成空腔。
在优选实施例中，形成导体的步骤还包括在衬底中形成通孔；在通孔中沉积金属；对MEMS衬底贴覆承载板；在MEMS衬底的背侧表面减薄MEMS衬底以暴露金属；和在背侧表面形成金属焊垫与通孔中的金属接触。优选地，承载板对烧蚀辐射透明，且所述贴覆芯片的步骤还包括暴露该板于烧蚀辐射，从而分离该板。更优选地，所述形成导体的步骤还包括用第一聚酰亚胺层涂布MEMS衬底的背侧表面；在第一聚酰亚胺层中形成开口以暴露导体；和形成金属柱头和金属焊垫之一与导体接触，和所述贴覆芯片的步骤包括用第二聚酰亚胺层涂布芯片；在第二聚酰亚胺层中形成开口，在开口中形成金属柱头和金属焊垫的另一个；和进行层压工艺以结合第一聚酰亚胺层和第二聚酰亚胺层。更加优选地，该方法包括在所述层压工艺之后完成MEMS的形成的步骤，包括在MEMS衬底中形成空腔以使MEMS具有悬臂结构。
优选为在贴覆芯片之前，减薄MEMS衬底。这可以通过首先贴覆承载板，并随后在贴覆工艺完成后去除承载板而方便地完成。
优选地，提供一种用于制造集成结构的方法，该集成结构包括微机电系统(MEMS)和用于将信号传送至MEMS的芯片。在该方法中，在衬底上形成MEMS，并且MEMS具有其中带有开口的锚定部分，并且在锚定部分的开口中形成导体。然后，去除MEMS衬底，从而暴露MEMS的下侧部分和导体。然后，在垂直于衬底表面的方向上贴覆芯片于MEMS的锚定部分，从而形成从芯片到MEMS的导电通路。在去除衬底之前，在MEMS上沉积一层并将承载板贴覆于该层将带来方便；承载板在贴覆MEMS和芯片之后去除。芯片与MEMS之间的连接是通过形成于芯片上的金属柱头，该柱头在芯片上的层中的开口中。由此，将MEMS的下侧从芯片隔离开与该层的厚度相对应的距离。
在优选实施例中，该方法还包括的步骤为在芯片上沉积第二层；在第二层上形成开口；和在第二层的开口中形成金属柱头，且其中所述贴覆步骤还包括在MEMS的下侧对准金属柱头和导体；和进行层压工艺以连接MEMS于第二层。优选地，该方法还包括的步骤为在芯片上沉积第二层；在第二层中形成开口；在第二层中的开口中形成金属焊垫；和在MEMS的下侧上形成金属柱头与导体接触，且其中所述贴覆的步骤还包括对准柱头和焊垫；和进行层压工艺以连接MEMS和第二层。更优选地，承载板对烧蚀辐射透明，且该方法还包括的步骤为暴露承载板于烧蚀辐射，由此从第一层分离承载板；和在所述贴覆芯片的步骤之后去除第一层。
合适地，所述形成MEMS的步骤还包括形成悬臂结构，该悬臂结构一端处于锚定部分而另一端具有在垂直于表面方向上延伸的尖端，且其中悬臂从芯片隔离开与第二层的厚度相对应的距离。更合适地，所述形成MEMS的步骤还包括形成悬臂结构，该悬臂结构一端处于锚定部分而另一端具有在垂直于表面方向上延伸的尖端，且其中悬臂从芯片隔离开与第二层的厚度相对应的距离。
根据本发明的第二方面，提供一种垂直集成结构，其中微机电系统(MEMS)与用于将信号传送至MEMS的芯片相连接。该结构包括层，位于芯片的一部分上且在该层中具有开口；MEMS，具有锚定部分和从其水平延伸出来的端部，该锚定部分被贴覆于该层，且包括对准开口的导体和在开口中的金属柱头，该柱头接触芯片和导体，且其中MEMS从该芯片隔离开与该层的厚度相对应的距离。
优选地，MEMS包括悬臂结构和包括在垂直方向上延伸的尖端的端部部分。更优选地，该结构还包括横向延伸且在垂直方向上从芯片分开的层，所述层与该尖端接触。
现在参考其在附图中所示的优选实施例，将只通过例子描述本发明。
图1A为用于数据存储的MEMS芯片的单元的示意横截面图；图1B为图1A的单元的平面图；图2为用于将MEMS芯片连接至驱动器芯片的传统的二维布置的示意图；图3为完成的三维集成MEMS/CMOS器件的横截面图，其中使用C4技术实现MEMS与CMOS芯片之间的连接；图4为完成的三维集成MEMS/CMOS器件的横截面图，其中使用垂直柱头/通孔连接实现MEMS与CMOS芯片之间的连接；图5A至5F示出了根据本发明实施例的具有透片连接的MEMS芯片的制造中的步骤；图6A至6C示出了MEMS芯片的制造中，接着图5A至5F所示步骤的更进一步的步骤；图7A至7C示出了MEMS芯片的制造中，图6A至6C所示步骤的替代步骤；图8A至8C示出了使用C4连接的MEMS芯片和CMOS芯片的三维集成中的步骤；图9A至9D示出了使用柱头/通孔连接的MEMS芯片和CMOS芯片的三维集成中的步骤；图9E至9G示出了使用可替换的柱头/通孔连接工艺的MEMS芯片和CMOS芯片的三维集成中的步骤；以及图10A至10G示出了根据本发明的另一实施例的MEMS芯片和CMOS芯片的三维集成中的步骤。
具体实施例方式
图3示出了本发明的实施例，其中记忆存储器件包括MEMS芯片1和CMOS芯片2的三维集成，并且其中芯片之间的连接是使用C4技术制成的。MEMS芯片具有与CMOS芯片上的C4焊料凸点30的阵列对准的悬臂10的阵列。MEMS芯片上的悬臂10形成了与存储介质12的接触。悬臂的运动由CMOS芯片控制；单个悬臂与CMOS芯片之间的连接是通过电学通路形成的，该电学通路包括穿透MEMS芯片的互连15、形成于MEMS芯片背侧上的聚酰亚胺层31上的焊垫33、以及C4焊料凸点30。(焊料凸点连接至焊垫(未示出)，焊垫形成于CMOS芯片2上的聚酰亚胺层32上。)图4示出了本发明的另一实施例，其中记忆存储器件通过使用垂直柱头/通孔连接来集成MEMS芯片1和CMOS芯片2而制造。MEMS芯片具有穿透芯片和芯片背侧上的聚酰亚胺涂层16的互连15；对MEMS芯片的电接触是通过形成于聚酰亚胺涂层中的开口中的焊垫17实现的。CMOS芯片2还具有其背侧上的聚酰亚胺涂层23，该涂层具有与焊垫17的位置相匹配的开口。CMOS芯片在那些开口中具有柱头21，焊料22提供了焊垫17与柱头之间的导电连接。MEMS芯片和CMOS芯片上的聚酰亚胺层16、23机械地连接，使得芯片从物理和电学两方面集成起来。
下面给出用于MEMS和CMOS芯片三维集成的工艺的细节。应该了解，MEMS悬臂结构仅是一种示例，并且本发明可以应用于各种微机电器件。
MEMS芯片的制备根据本发明的实施例，具有硅悬臂阵列的MEMS芯片如图5A至5F地制备。图5A示出了硅覆绝缘体(SOI)晶片，该晶片具有体材料硅51上的埋入氧化物(BOX)层52、位于BOX上的硅层53、以及热氧化层54。层52至54的典型厚度分别为400nm、4μm和500nm。随后对氧化层54掩模并蚀刻，从而仅保留部分54a，其后来被作为用于硅层53的蚀刻的掩模(见图5B)。后面将处理硅层被掩模的部分，以形成纳米尺寸的尖端。然后，在将深通开口(deep via opening)55蚀刻至衬底51中；此通孔的尺寸是依据可用的光刻技术和MEMS单元的设计(图5C)确定的。
然后，在硅层53上和在开口55的侧壁上生长热氧化层56。层53的小的未蚀刻部分被部分地在氧化处理中消除，其具有将硅锐化成尖端53t的效果(图5D)。然后，蚀刻层53和56以形成包括加热件的悬臂结构，而尖端53t仍由氧化物保护(图5E)。
然后，用金属57填充蚀刻的通孔开口55，金属57将形成直通连接。接触焊垫58随后沉积在通孔和相邻的硅的顶上，所述相邻的硅位于悬臂的与尖端相对的一端处。沉积另外的氧化层59(优选为低温氧化物)作为覆盖层，然后向下蚀刻开口60至衬底51的表面(图5F)。
此刻，MEMS结构已具有在衬底中蚀刻的空腔(从而从衬底上释放了悬臂的尖端)，并且该结构已被减薄以准备与CMOS器件的接合。这些步骤可按两种不同的方式进行，分别如图6A至6C和7A至7C所示。
(1)图6A示出了图5F的结构，该结构首先被聚酰亚胺层61覆盖，随后具有了与聚酰亚胺结合的承载板62。该承载板用于在衬底被减薄后方便MEMS衬底的处理。优选为承载板对于烧蚀辐射是透明的(如玻璃晶片)，使得后来可以方便地去除。然后，在研磨或抛光操作中减薄MEMS衬底，使得电学的直通连接暴露于衬底的背侧表面51b上(图6B)。然后，在衬底的背侧表面上沉积聚酰亚胺层63，并且聚酰亚胺层63具有形成于其中以暴露金属部分57的开口64。然后，在开口中形成金属焊垫65，从而与金属57相接触，并完成直通连接(图6C)。在去除了承载板62和聚酰亚胺层61后，透过开口60进行空腔蚀刻。该结构适于将在下面详细描述的利用柱头/通孔连接的与CMOS芯片的集成。
(2)图7A示出了图5F的结构，在衬底51中进行了空腔蚀刻之后(利用空腔开口60和层59作为掩模)。然后，蚀刻氧化层59和BOX层52；特别是，在BOX层52的下侧透过空腔70蚀刻BOX层52，使得硅层53的保留部分成为悬于空腔70上的悬臂(图7B)。然后，用聚酰亚胺层71覆盖MEMS结构(包括空腔)的顶面，并且将其结合至承载板72。如上所述，承载板优选为透明的(如玻璃晶片)。在贴附了承载板后，将衬底减薄，使得金属57暴露于衬底的背侧表面51b上。然后，用聚酰亚胺层73涂布该背侧表面，聚酰亚胺层73具有形成于其中的开口74；金属焊垫75形成于开口中，从而与金属57相接触(图7C)。此MEMS结构适于如下的利用C4连接的与CMOS器件的集成。
使用C4的MEMS/CMOS集成图8A至8C中示出了使用C4连接的MEMS/CMOS集成的工艺。在图8A中，CMOS衬底81示为具有其表面上的金属焊垫82，以及位于衬底表面上的聚酰亚胺层83。(应理解的是，用于控制MEMS芯片的电学器件已经被制造，并成为CMOS衬底81的一部分；那些CMOS器件将不再详细介绍。)本领域技术人员应理解的是，通过在聚酰亚胺层83中形成开口以暴露焊垫82、在开口中沉积种层(seed layer)84、以及透过掩模镀覆C4金属而制备C4连接。然后去除掩模和多余的种层，并且进行回流工艺以产生C4结合焊垫85。
然后，将MEMS芯片(示为已根据图7C形成有空腔70)与CMOS芯片对准(使用承载板72)，并且将MEMS芯片结合至C4焊垫。具体地说，将MEMS芯背侧上的焊垫75结合至C4焊垫85，从而形成从CMOS芯片透过MEMS芯片并到达悬臂结构的电学和热学上的直通连接(见图8B)。C4结合工艺的细节为本领域所公知。
然后，从聚酰亚胺层71上分离承载板72(优选利用激光烧蚀承载板与聚酰亚胺层71之间的界面)，并且从MEMS芯片的前侧去除承载板72。然后，去除聚酰亚胺层71，产生了图8C所示的结构。应该注意，在本实施例中，在分别位于MEMS和CMOS芯片上的相对的聚酰亚胺层73与83之间存在间隔88。
使用柱头/通孔连接的MEMS/CMOS集成图9A示出了CMOS衬底91，假定电子器件已形成于其中。图9A中示出了与衬底91顶表面的引线连接92。衬底由聚酰亚胺层93覆盖，而开口形成于其中，以产生与CMOS器件的连接。如图9A中所示，优选开口为锥形的，以利于与MEMS芯片的对准。柱头94建于开口中，其形成了与引线92的电接触。柱头由焊料95盖住，焊料95用于形成与MEMS芯片上的金属焊垫的连接。
图9B示出了与CMOS芯片对准并结合的MEMS芯片(依据图6C处理)。依靠现有的技术，该对准可在小于1μm的精确度下进行。MEMS芯片背侧的聚酰亚胺层63与CMOS芯片上的聚酰亚胺层93相接触。与金属通孔57相接触的MEMS芯片上的接合焊垫65与柱头94对准。然后，进行高温层压工艺，使焊料95回流、填充聚酰亚胺层中的开口、并与焊垫65结合。应注意到，在本实施例中，相对的聚酰亚胺层63、93彼此接触，并且芯片之间无间隙。聚酰亚胺层63、93中的一个或两个可在进行层压工艺前用粘合剂涂布。
在结合工艺后，从聚酰亚胺层61上去除承载板62，优选通过激光烧蚀。然后去除聚酰亚胺层61以暴露空腔蚀刻开口60。然后，进行空腔蚀刻工艺，以从悬臂结构后去除硅(图9C)；随后蚀刻氧化层52、56、59，以暴露悬臂和悬臂尖端。在图9D中示出完成的MEMS/CMOS集成结构。
图9E至9G示出了一种替代的柱头/通孔连接工艺。在该工艺中，柱头位于MEMS芯片上，而不是位于CMOS芯片上。如图9E所示，MEMS衬底的背侧(如图6B所示的处理后在此示出)由聚酰亚胺层96所覆盖，并具有形成于其中的开口。然后，在开口中建立柱头97，并且用焊料98盖住，焊料98用于形成与CMOS芯片的连接。CMOS芯片91具有形成于其上的聚酰亚胺层121，其具有用于形成与CMOS器件的电连接的开口。结合焊垫99形成于这些开口中，与引线92形成电接触(图9F，与图9A相比)。然后，使MEMS芯片和CMOS芯片与相对于柱头97对准的焊垫99相接触，如图9G(与图9B相比)所示。进行如上所述的高温层压工艺，使得焊料98与焊垫99相结合。聚酰亚胺层96、121中的一个或两个可在进行层压工艺前涂布粘合剂。在结合工艺后，完成MEMS/CMOS集成结构的工艺，如上所述。
如图8C、9D和9G所示，上述的工艺产生了三维集成的MEMS/CMOS结构，其中电信号沿透过MEMS芯片z方向行进(即，在激励悬臂尖端的相同方向)。
在本发明的另一实施例中，从CMOS芯片直接到达悬臂的电学、热学接触由CMOS芯片形成，而无需直通连接。
悬臂/CMOS直接接触在本发明的该实施例中，悬臂结构锚定于直接与CMOS芯片直接连结的柱头/通孔布置。悬臂的制造开始于前面参照图5A介绍的SOI晶片。掩模并蚀刻氧化层54，使得部分54a和54b被保留，如图10A所示；蚀刻下面的硅层53。未被蚀刻的硅区域随后形成悬臂尖端和锚定端。
悬臂尖端53t通过硅层53的热氧化而锐化；然后构图硅层以形成悬臂，如图10B所示。特别地，悬臂的锚定部分100具有形成于其中的通孔开口101，从而暴露出下面的BOX层52的一部分。然后在通孔开口中形成金属层102。该结构随后用聚酰亚胺层103涂布，并且将承载板104贴覆于该结构(见图10C)。
然后，通过研磨、抛光、湿法蚀刻或等离子体蚀刻工艺去除硅衬底51。BOX层52也被通过湿法蚀刻或等离子体蚀刻工艺去除。在图10D中示出得到的结构。
制备CMOS芯片，如图10E所示。如上面提到的，假定CMOS衬底105具有形成于其中的并且引线连接至衬底表面的电子器件。1μm至2μm厚的无机物层106沉积于衬底表面上，并且对其构图以形成具有暴露引线连接的开口的结构。柱头107形成于开口中，且焊料108位于柱头的顶上(如前面参照图9A所介绍的)。
对准MEMS芯片和CMOS芯片，使得悬臂的锚定部分100与图案化的无机物层106的顶面106a相接触。然后，进行高温层压工艺，其中使焊料108回流，并从而建立柱头107与悬臂的锚定部分100中的金属焊垫102之间的电学和热学连接。在图10F中示出得到的结构。然后从聚酰亚胺层103上分离承载板104并去除承载板104(优选地通过激光烧蚀，如前面讨论)。最后，剥离聚酰亚胺层103，优选地通过等离子体工艺。如图10G所示，该方法得到的结果为集成结构，其中分开的MEMS器件的阵列沿z方向与CMOS芯片连接，而无需MEMS衬底中的直通连接。尽管在前面的实施例中，必须在衬底中蚀刻空腔70以提供尖端的垂直移动范围，但在本实施例中空隙110依据层106的厚度而形成于芯片与悬臂之间。
虽然已经参照具体的实施例描述了本发明，但依据前面的描述，对于本领域技术人员而言，大量的替换、改动和变化是显而易见的。因此，本发明应将所有这些属于本发明及所附权利要求的范围和精神内的替换、改动和变化包括于其中。
权利要求
1.一种用于制造集成结构的方法，该集成结构包括微机电系统(MEMS)和用于将信号传送至MEMS的芯片，该方法包括步骤提供具有表面的MEMS衬底；形成所述MEMS以在其中提供锚定部分，所述MEMS在所述锚定部分处与所述MEMS衬底连接；形成从所述MEMS的锚定部分穿透所述MEMS衬底的导体；和在垂直于所述表面的方向上贴覆所述芯片于所述MEMS衬底，从而形成从所述芯片至所述MEMS的导电通路。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述贴覆芯片的步骤还包括在所述芯片上形成C4金属焊垫；对准所述C4金属焊垫与所述导体；和结合所述C4金属与所述导体。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述贴覆芯片的步骤还包括在所述芯片上形成金属柱头和金属焊垫中的一个；形成所述金属柱头和金属焊垫中的另一个，与导体接触；对准所述柱头与所述焊垫；和结合所述柱头与所述焊垫。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述形成导体的步骤包括用第一聚酰亚胺涂布所述MEMS衬底的背侧表面；在所述第一聚酰亚胺层中形成开口以暴露所述导体，和形成所述金属柱头和金属焊垫之一与所述导体接触，和所述贴覆所述芯片的步骤包括用第二聚酰亚胺层涂布芯片；在所述第二聚酰亚胺层中形成开口，在所述开口中形成所述金属柱头和金属焊垫的另一个；和进行层压工艺以结合所述第一聚酰亚胺层和所述第二聚酰亚胺层。
5.如权利要求4所述的方法，其中在所述层压工艺之后完成所述MEMS的形成，包括在所述MEMS衬底中形成空腔以使所述MEMS具有悬臂结构。
6.如前述的任意权利要求所述的方法，其中形成所述MEMS以使所述MEMS具有在垂直于所述表面的方向上延伸的尖端。
7.如权利要求6所述的方法，还包括提供与所述尖端相接触的存储介质层的步骤，其中所述层包括用于依据由尖端在其中形成的凹陷来存储数据的存储介质。
8.如前述的任意权利要求所述的方法，其中所述形成所述MEMS的步骤还包括形成悬臂结构，所述悬臂结构具有位于所述锚定部分处的一端和具有在垂直于所述表面的方向上延伸的尖端的另一端；和在位于所述悬臂下的衬底的部分在衬底中形成空腔。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述形成所述导体的步骤还包括在所述衬底中形成通孔；在所述通孔中沉积金属；贴覆承载板于所述MEMS衬底；在所述MEMS衬底的背侧表面减薄所述MEMS衬底，从而露出所述金属；和在所述背侧表面形成金属焊垫与所述通孔中的所述金属接触。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述承载板对于烧蚀辐射是透明的，并且所述贴覆所述芯片的步骤还包括暴露所述板于烧蚀辐射，从而分离所述板。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述MEMS具有其中带有开口的锚定部分；在所述MEMS的锚定部分的开口中形成导体；去除所述MEMS衬底，从而暴露MEMS的下侧和导体；和在垂直于衬底表面的方向上贴覆所述芯片于所述MEMS的锚定部分，从而形成从所述芯片到所述MEMS的导电通路。
12.如权利要求11所述的方法，还包括步骤在所述去除所述MEMS衬底的步骤之前，沉积第一层位于所述MEMS上；和贴覆所述承载板于所述第一层。
13.如权利要求12所述的方法，还包括步骤在所述芯片上沉积第二层；在所述第二层中形成开口；和在所述第二层中的所述开口中形成金属柱头，并且其中所述贴覆步骤还包括对准所述金属柱头与所述MEMS下侧的所述导体；和进行层压工艺以结合所述MEMS与所述第二层。
14.如权利要求12所述的方法，还包括步骤在所述芯片上沉积第二层；在所述第二层中形成开口；在所述第二层中的所述开口中形成金属焊垫；和在MEMS的下侧形成金属柱头与所述导体接触；并且其中所述贴覆步骤还包括对准所述柱头与所述焊垫；和进行层压工艺以结合所述MEMS与所述第二层。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述承载板对于烧蚀辐射是透明的，并且还包括步骤在所述贴覆所述芯片的步骤之后，暴露所述承载板于烧蚀辐射，从而将所述承载板从所述第一层分离；和去除所述第一层。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述形成MEMS的步骤还包括形成悬臂结构，所述悬臂结构具有位于所述锚定部分处的一端和具有在垂直于所述表面的方向上延伸的尖端的另一端，并且其中所述悬臂从所述芯片隔开与所述第二层的厚度相对应的距离。
17.一种垂直集成结构，所述结构连接微机电系统(MEMS)和用于将信号传送至MEMS的芯片，所述结构包括层，位于所述芯片的一部分上并且具有其中的开口；MEMS，所述MEMS具有锚定部分和从其水平延伸的端部，所述锚定部分贴覆于所述层并且包括与所述开口对准的导体；和在所述开口中的金属柱头，所述柱头接触所述芯片和所述导体，其中所述MEMS从所述芯片隔开与所述层的厚度相对应的距离。
18.如权利要求17所述的垂直集成结构，还包括层，所述层水平地延伸，并且在垂直方向上从所述芯片隔开，所述层与所述尖端相接触。
全文摘要
本发明公开了一种垂直集成结构，该结构包括微机电系统(MEMS)和用于将信号传送至MEMS的芯片。MEMS具有锚定部分，锚定部分具有穿透其中的导体，MEMS通过锚定部分连接至衬底。芯片在垂直于衬底表面的方向上贴覆于MEMS衬底，从而形成芯片到MEMS的导电通路。芯片刻通过将导体与形成于芯片上的C4金属焊垫结合、或通过将导体与芯片上的金属柱头结合而贴覆。MEMS衬底可在被贴覆于芯片前减薄，或者可从MEMS下侧去除。暂时的承载板用于方便处理MEMS以及与芯片对准。
文档编号H01L21/768GK1711210SQ200380103323
公开日2005年12月21日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月14日
发明者伯恩哈德·波格, 米歇尔·德斯庞特, 厄特·德雷克斯勒, 钱德里卡·普拉萨德, 彼得·维蒂格, 罗伊·余 申请人:国际商业机器公司