专利名称：一种半导体装置以及该半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运用薄膜体声波谐振器的半导体装置及其制作方法。
背景技术：
薄膜体声波谐振器一般具有类似三明治结构的金属电极/压电薄膜/金属电极谐振器结构，金属电极一般采用金薄膜层(Au)，压电薄膜一般采用氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等；其谐振频率由谐振器结构的结构尺寸、压电薄膜的物理特性决定，当激励源频率与器件谐振频率一致时，器件发生谐振。薄膜体声波谐振器具有高谐振频率、小体积等优点，已经在无通信领域获得重要应用。随着生物传感技术对高灵敏度、高集成度的需求，这类薄膜体声波谐振器在生物传感检测领域的应用研究也备受业界重视。在生物传感检测应用方式中，通常需要建立沟通外界环境与谐振器之间的流体通道，待检测生物物质通过流体通道，到达并沉积在谐振器敏感面，然后与谐振器表面发生作用，这将造成谐振频率的改变，谐振频率变化将被后续处理电路获取形成信号，如此即实现了基于谐振器的生物检测。目前，已公开的基于波谐振器的生物传感系统一般将谐振器设置在单独的探头中，然后连接于带有处理元件的电路等，其特点是体积大、系统集成度低，而且检测中需要大剂量的待测生物样本。
发明内容
为克服上述现有基于薄膜体声波谐振器的生物检测装置其体积大、系统集成度低、检测过程消耗生物样本量大等技术不足，本发明提出一种半导体装置及其制作方法，其技术方案如下:作为本方案的优选者，其半导体装置可以有如下方面的体现:作为本发明半导体装置的制作方法，其方案是:一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤:上基体处理:在一上基体上加工出贯穿其顶面和底面的通孔、微进孔和微出孔；然后在其底面上加工凹坑，每个凹坑至少连通一个所述微进孔和一个微出孔；再在整个该上基体的外表面设置一层绝缘层；最后在所述通孔内设置导电体，该导电体延伸至所述顶面和底面；下基体处理:提供一下基体，该下基体具有一内表面和其相反的外表面；在该内表面上已经具有已完成加工的信号处理1C，在该内表面上加工带有电气连接的一互连层、一多层结构的谐振器；所述互连层与该谐振器与信号处理IC之间电气连通；再在该下基体位于该谐振器的位置处理一底孔，使该谐振器悬空；粘合:将所述上基体的底面与该下基体的内表面配合固定，二者之间具有所述互连层，所述谐振器位于该凹坑中；同时，所述导电体与互连层相连通，构成外部电路与所述信号处理IC和谐振器的电气连接；其中，所述凹坑、微进孔、微出孔形成完整的流道通路。该方法的优选者可以有如 下体现:
较佳实施例中，所述通孔、微进孔、微出孔、凹坑和底孔可采用反应离子刻蚀或湿法刻蚀处理；所述绝缘层可用氧化工工艺或气相沉积的工艺制成。较佳实施例中，所述下基体处理步骤中，所述谐振器为三层结构，竖直方向包括:下端的第一金属层、中段的中间层以及上端的第二金属层；首先采用光刻工艺，制作该下端的第一金属层、第一金属层与该信号处理IC在重新布线层上的连线、第二金属层电极与所述信号处理IC在重新布线层的连线的掩膜，然后蒸发或溅射金层，剥离形成所述第一金属层、第一金属层与信号处理IC在重新布线层的连线、第二金属层与信号处理IC在重新布线层的连线；然后沉积压电薄膜，光刻、图形化压电薄膜，生成所述中间层；沉积绝缘层，光亥|J，暴露出所述信号处理IC的焊盘、所述中间层以及第二金属层电极与信号处理IC在重新布线层上的连线的电接触窗口 ；最后光刻，蒸发或溅射金层，剥离形成所述第二金属层。较佳实施例中，所述中间层材料为八11210、？21'。较佳实施例中，所述上基体处理步骤中，对所述凹坑内壁进行加工,使之成型为图案化的一加热电阻丝层，该加热电阻丝热层与所述互连层可连通。本发明方案带来的有益效果有:1.本方案实现了信号处理IC和薄膜体声波谐振器的整合，在片上集成了微流道，实现了小型化、高集成度，在生物传感应用中可以降低对待测生物样本的消耗量。2.从半导体工艺上使二者同步成型，可大量运用现有半导体工艺的成熟手段，生
产效率高。3.将信号处理IC与谐振器整合制作，使片上生物传感系统具备良好的可编程能力，使其适应性好，通用性强。
以下结合附图实施例对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例一上基体处理步骤的第一个示意图；图2是本发明实施例一上基体处理步骤的第二个示意图；图3是本发明实施例一上基体处理步骤的第三个示意图；图4是本发明实施例一上基体处理步骤的第四个示意图；图5是本发明实施例一上基体处理步骤的第五个示意图；图6是本发明实施例一下基体处理步骤的第六个示意图；图7是本发明实施例一下基体处理步骤的第七个示意图；图8是本发明实施例二的剖面示意图；图9是本发明实施例三的剖面示意图。
具体实施例方式实施例一:如图1至图7，本发明实施例一的步骤和产品示意图。从图1至图7展示了本实施例产品逐步实现的剖面示意。首先是上基 体处理步骤，包括了图1和图2所示的部分:在一上基体I上加工出贯穿其顶面和底面的通孔10、微进孔17和微出孔18，加工的方法可以是反应离子刻蚀或湿法刻蚀处理。本实施例的上基体I为硅材料，当通孔10、微进孔17和微出孔18成型后，然后在上基体I其底面上处理处凹坑40，本实施例中凹坑40有多个，每个凹坑40均连通了一个微进孔17和一个微出孔18.见图1所示。完成上述步骤，再在整个该上基体I的外表面设置一层绝缘层11，如图2所示，一方面考虑到需要在上基体I上成型各种电器连接，而上基体I为半导体材料，另一方面也是为了后续表面工艺的要求。本实施例绝缘层11采用二氧化硅材料利用氧化工艺成型，实际也可以采用低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积等方法。完成上述步骤后，需要在通孔10内设置导电体。该流程如图3至图5所示。该流程使用了辅助晶圆3。辅助晶圆3预先设置好沉积的铜种子层32，然后再上基体I的底面上涂覆粘接材料31，用以粘接上基体I的底面与辅助晶圆3的铜种子层32。除去覆盖在铜种子层32在通孔10的底部的粘接材料31，此处可以使用反应离子刻蚀的办法；如图3所示，通孔10可以直达铜种子层32。然后，对通孔10进行铜电镀，使铜材料填充在通孔10内，形成了导电体12，如图3所示。最后去除辅助晶圆3，并使上基体I的底面平整光滑，可采用化学、机械抛光等方法，如图5所示，导电体12延伸至上基体I的顶面和底面。完成上述上基体处理步骤后，进入下基体处理步骤:提供一下基体2，该下基体具有一内表面和其相反的外表面，在图6中显不为内表面在上,夕卜表面在下。内表面上已经具有已完成加工的信号处理IC21，在内表面上加工带有电气连接的一互连层23以及一多层结构的谐振器40 ;互连层23与该谐振器40和信号处理IC21之间电气连通，图6中信号处理IC21的焊盘22已经与互连层23按照设定好的图形连通。本实施例中，谐振器40为三层结构，按照竖直方向的 分布包括上端的第一金属层43、中段的中间层42以及下端的第二金属层41 ;且第一金属层43与第二金属层41与互连层23具有电气连接。本实施例的第一、第二金属层均为Au，而中间层为A1N。实现该互连层23、谐振器40的方法是:首先米用光刻工艺，制作该第一金属层41、第一金属层41与该信号处理IC21在互连层23上的连线、第二金属层43电极与所述信号处理IC21在互连层23上连线的掩膜(未标不)，然后蒸发或派射金层，剥离形成第一金属层41、第一金属层41与信号处理IC21在互连层23上的连线、第二金属层43与信号处理IC21在互连层23上的连线；沉积绝缘层薄膜，光刻图形化，暴露出信号处理IC21的焊盘22、中间层42以及第二金属层43与信号处理IC在互连层23上的连线的电接触窗口 ；然后溅射、沉积生成中间层42，光刻图形化中间层42 ;最后光刻，蒸发或溅射金层，剥离形成第二金属层43。当谐振器40成型后，再在该下基体2位于该谐振器40的位置处理一底孔24，使该谐振器40悬空，此形态谐振器40具有良好的抗干扰效果。完成上述下基体处理步骤后，进入粘合步骤，请见图7:将已经成型的上基体I的底面与下基体2的内表面配合固定，本实施例的固定方式采用了图形化的粘接层50，该粘接层材料为金属铜锡，当然还可以为BCB、P1、铜、金、合金、金锡合金、铟等材质。在上基体I的底面和下基体2的内表面二者之间具有互连层23，谐振器40位于凹坑44中；同时，导电体12与互连层23相连通，构成外部电路与信号处理IC21和谐振器40的电气连接；其中，凹坑44、微进孔17、、微出孔18形成完整的流体通道。当导电体12驳接外部电路时，即可监控此谐振器40的参数，将生物流体用流体泵70注入微进孔17，在凹坑44内浸过谐振器40后，谐振器40即可测得当前数据，通过互连层23与信号处理IC21，利用导电体12与外部控制电路完成通信。可见，本方案实现了信号处理IC21和谐振器40整合，一方面实现了小型化，有助于微量生物样品检测；另一方面从工艺上使二者同步成型，生产效率高，体积小，特别适用于研制小型化生物检测设备。本实施例还具有其他一些特点:下基体2实际为该信号处理IC21的衬底材料，如此，当信号处理IC21成型后，可以直接利用其衬底来制作本装置，省略了额外的下基体2材料，节省了材料和半导体工艺的时间成本。本实施例中，上基体I的通孔10、微进孔17、微出孔18、凹坑44和下基体2的底孔24可采用反应离子刻蚀法刻蚀处理，当然也可以用湿法刻蚀处理等手段进行置换。实施例二:如图8所示，本发明实施例二的示意图。本实施例的上基体I为玻璃材料，下基体2亦为信号处理IC21的硅 衬底。而上基体I的结构与实施例1类似；其凹坑44、微进孔17和微出孔18也相似。上基体I与下基体2之间采用了硅-玻璃阳极键合实现配合固定。不需额外的粘合层、材料等。进一步简化了半导体的工艺。实施例三:如图9所示，本发明实施例三的示意图。本实施例与实施例一的结构类似，上基体I为娃半导体材料，下基体2为信号处理IC21所在娃衬底。不同的是，在凹坑44内壁具有可受控加热的电阻丝层45，该电热层45与互连层23具有电气连通，因此，也可通过导电体12由外部电路控制。该电阻丝层45为Pt金属层的形态。因为在实际测量中，生物流体检测往往需要一定的温度氛围。通过设置电阻丝层45，能够可编程地实现凹坑44内温度变化(曲线)，便于营造不同需求的测试环境。该电热层45的实现是在上基体I处理步骤中，对凹坑44内壁进行加工，使之成型为图案化的形态，并且在粘合步骤中将该电热层45与互连层23连通。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于:包括: 一上基体，该上基体具有一顶面和该顶面相反方向的底面；该顶面与底面之间具有贯穿的通孔；该底面具有凹坑，每个凹坑通过至少一微进孔和一微出孔连通所述顶面与底面；该上基体的外表面覆盖一绝缘层；以及 一下基体，具有一内表面和该内表面相反方向的外表面；内表面与所述上基体的底面相结合；所述内表面与底面之间具有一互连层；所述内表面一侧具有信号处理IC ;该信号处理IC的焊盘位于所述互连层； 其中，所述凹坑内具有多层结构的谐振器，该谐振器与所述互连层电连通，该凹坑与互连层之间密封构成一流道空间，该微进孔、流道空间和微出孔形成完整的流道通路；所述下基体在该谐振器的位置具有一的底孔；所述上基体的通孔内具有连通所述互连层的导电体，该导电体构成了所述信号处理IC和谐振器与外部连通的电气连接。
2.根据权利要求1所述一种半导体装置，其特征在于:所述谐振器为水平放置的三明治形态，在竖直方向上包括下端的第一金属层、中段的中间层以及上端的第二金属层；该谐振器的第一金属层与第二金属层与所述互连层具有电气连接。
3.根据权利要求1所述一种半导体装置，其特征在于:所述上基体和下基体之间具有一图形化的粘接层，该粘接层材料可以为BCB、P1、金、铜锡合金、金锡合金、铟。
4.根据权利要求1所述一种半导体装置，其特征在于:所述上基体为玻璃材料，所述下基体主体为硅材料,该上基体的底面和下基体的内表面之间通过硅-玻璃阳极键合实现配合固定。
5.根据权利要求1所述一种半导体装置，其特征在于:所述凹坑内壁具有可受控加热的电阻丝层，该电阻丝层与所述互连层具有电气连通。
6.一种半导体装置的制造方法，`其特征在于:包括以下步骤: 上基体处理:在一上基体上加工出贯穿其顶面和底面的通孔、微进孔和微出孔；然后在其底面上加工凹坑，每个凹坑至少连通一个所述微进孔和一个微出孔；再在整个该上基体的外表面加工一层绝缘层；最后在所述通孔内加工导电体，该导电体延伸至所述顶面和底面； 下基体处理:提供一下基体，该下基体具有一内表面和其相反的外表面；在该内表面上已经具有已加工完成的信号处理1C，在该内表面上加工一互连层和一多层结构的谐振器；所述互连层与该谐振器与信号处理IC之间电气连通；再在该下基体位于该谐振器的位置处理一底孔，使该谐振器悬空； 粘合:将所述上基体的底面与该下基体的内表面配合固定，二者之间具有所述互连层，所述谐振器位于该凹坑中；同时，所述导电体与互连层相连通，构成外部电路与所述信号处理IC和谐振器的电气连接；其中，所述凹坑与所述互连层之间密封，以至于构成一流道空间，使所述微进孔、流道空间和微出孔形成完整流道通路。
7.根据权利要求6所述一种半导体装置的制造方法，其特征在于:所述通孔、微进孔、微出孔、凹坑和底孔可采用反应离子刻蚀或湿法刻蚀处理；所述绝缘层可用氧化工工艺或气相沉积的工艺加工。
8.根据权利要求6所述一种半导体装置的制造方法，其特征在于:所述下基体处理步骤中，所述谐振器为三层结构，竖直方向包括:下端的第一金属层、中段的中间层以及上端的第二金属层。
9.根据权利要求8所述一种半导体装置的制造方法，其特征在于，所述中间层材料包括 AlN、ZiO 或PZT。
10.根据权利要求6至9中任一项所述一种半导体装置的制造方法，其特征在于:所述上基体处理步骤中，对所述凹坑内壁进行加工，使之成型为图案化的一电阻丝层，该电阻丝层与所述互连层电气连接。
全文摘要
本发明公开一种半导体装置及其制造方法，其特征在于在一上基体上加工出通孔、微进孔和微出孔和底面的凹坑，在整个上基体的外表面设置一层绝缘层，通孔内设置导电体；一下基体，其内表面已经具有信号处理IC，在内表面上存在一互连层和一多层结构的谐振器，互连层与该谐振器与信号处理IC之间电气连通，在下基体位于该谐振器的位置处理一底孔；上基体底面与下基体内表面结合，谐振器位于上基体底面的凹坑中，导电体与互连层相连通；该凹坑、微进孔、微出孔形成完整的流道通路，得到一半导体装置。本方案实现了信号处理IC和谐振器整合，在片上集成了微流道，实现了小体积、集成度高，可以实现微量生物样品检测。
文档编号G01N29/036GK103235037SQ20131011432
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者马盛林, 秦利锋, 孙道恒, 刘兴伟, 黄裕茜 申请人:厦门大学