運(yùn)動(dòng)傳感器的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種運(yùn)動(dòng)傳感器的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)運(yùn)動(dòng)傳感器是米用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。
[0003]通常，對(duì)于MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)講，主要包括三部分:襯底層、傳感器結(jié)構(gòu)層和封蓋層。MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器需要和集成電路芯片連接在一起，MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器與集成電路芯片之間的通訊主要以引線連接為主，引線之間和引線與外部的噪聲信號(hào)容易混入集成電路芯片中，且引線過(guò)多會(huì)給封裝帶來(lái)一定的局限。
[0004]目前，采用將CMOS集成電路與MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器的工藝集成在一起實(shí)現(xiàn)二者的直接通訊，以形成運(yùn)動(dòng)傳感器，但是，現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)傳感器的良率低，且制作工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種運(yùn)動(dòng)傳感器的形成方法，以提高運(yùn)動(dòng)傳感器良率，且簡(jiǎn)化形成運(yùn)動(dòng)傳感器的工藝。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種運(yùn)動(dòng)傳感器的形成方法，包括:提供MEMS晶圓，所述MEMS晶圓具有第一表面和與所述第一表面對(duì)置的第二表面，所述MEMS晶圓的第一表面鍵合有封蓋晶圓，所述MEMS晶圓的第二表面具有第一鍵合層；提供CMOS晶圓，所述CMOS晶圓具有器件區(qū)和引腳區(qū)，所述CMOS晶圓上具有多個(gè)分立的電極層；在所述CMOS晶圓上形成鈍化層，所述鈍化層暴露出所述器件區(qū)中部分電極層的表面用于電學(xué)連接CMOS晶圓和MEMS晶圓，且所述鈍化層暴露出所述引腳區(qū)的電極層表面；在所述CMOS晶圓暴露出的電極層、器件區(qū)的鈍化層上形成第二鍵合層；將所述第一鍵合層和所述第二鍵合層鍵合后，采用深硅刻蝕工藝形成貫穿所述封蓋晶圓和MEMS晶圓厚度的通孔，所述通孔暴露出CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面。
[0007]可選的，形成所述第二鍵合層的步驟為:沉積第二鍵合材料層，所述第二鍵合材料層覆蓋所述鈍化層和所述電極層；采用濕刻工藝刻蝕所述第二鍵合材料層，在所述CMOS晶圓暴露出的電極層、器件區(qū)的鈍化層上形成第二鍵合層。
[0008]可選的，所述濕刻工藝的參數(shù)為:采用的刻蝕溶液為磷酸、硝酸和醋酸的混合溶液，刻蝕溫度為30攝氏度?50攝氏度。
[0009]可選的，所述第二鍵合層為疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)包括氮化鈦層、位于所述氮化鈦層表面的鈦層和位于所述鈦層表面的鋁層。
[0010]可選的，所述氮化鈦層的厚度為200埃?800埃；所述鈦層的厚度為200埃?1000埃；所述招層的厚度為0.4um?1.3um。[0011 ] 可選的，所述第一鍵合層的材料為鍺。
[0012]可選的，所述鈍化層包括氧化硅層和位于所述氧化硅層表面的氮化硅層。
[0013]可選的，在所述第一鍵合層和第二鍵合層鍵合后且在形成所述通孔前，還包括:對(duì)所述封蓋晶圓和所述CMOS晶圓進(jìn)行減薄處理。
[0014]可選的，形成所述MEMS晶圓和封蓋晶圓的工藝為:提供封蓋初始晶圓；刻蝕所述封蓋初始晶圓，形成具有空腔結(jié)構(gòu)的封蓋晶圓；在所述封蓋晶圓表面和所述空腔結(jié)構(gòu)表面形成鍵合氧化層；提供MEMS初始晶圓；將所述封蓋晶圓通過(guò)所述鍵合氧化層和MEMS初始晶圓的一側(cè)表面進(jìn)行鍵合后，對(duì)所述MEMS初始晶圓進(jìn)行減薄處理；對(duì)所述MEMS初始晶圓減薄處理后，在所述MEMS初始晶圓的另一側(cè)表面形成第一鍵合初始層；刻蝕所述第一鍵合初始層，形成第一鍵合層；形成第一鍵合層后，刻蝕所述MEMS初始晶圓，形成MEMS晶圓，所述MEMS晶圓具有可動(dòng)電極和固定電極，所述第一鍵合層位于所述固定電極的表面。
[0015]可選的，刻蝕所述封蓋初始晶圓和MEMS初始晶圓的工藝為深硅刻蝕工藝。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017](1)由于米用深娃刻蝕工藝形成貫穿封蓋晶圓和MEMS晶圓厚度的通孔，所述通孔暴露出CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面，能夠避免采用傳統(tǒng)的劃片工藝形成所述通孔而造成的殘留物掉落在CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面，從而提高了運(yùn)動(dòng)傳感器的良率。
[0018]由于在形成所述通孔的過(guò)程中沒(méi)有殘留物掉落在CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面，故不需要在CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面形成用以在形成通孔時(shí)保護(hù)所述引腳區(qū)的電極層的保護(hù)層，基于此，對(duì)形成所述鈍化層的工藝做出相應(yīng)的調(diào)整，即使得形成的鈍化層暴露出CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面，使得形成所述第二鍵合層后所述第二鍵合層能夠暴露出CMOS晶圓的引腳區(qū)的電極層的表面，使得在后續(xù)形成通孔的過(guò)程中，只需要對(duì)封蓋晶圓和MEMS晶圓進(jìn)行刻蝕，而不需要對(duì)CMOS晶圓的引腳區(qū)進(jìn)行刻蝕，就可以暴露出引腳區(qū)的電極層，簡(jiǎn)化了工藝步驟。
[0019]另外，本發(fā)明省去了傳統(tǒng)工藝中形成保護(hù)層的步驟；同時(shí)，若引腳區(qū)電極層表面形成有保護(hù)層，形成所述通孔后，還需要將所述保護(hù)層去除，本發(fā)明也省去了去除保護(hù)層的步驟，簡(jiǎn)化了形成運(yùn)動(dòng)傳感器的工藝；同時(shí)，若引腳區(qū)電極層表面形成有保護(hù)層，在去除所述保護(hù)層的過(guò)程中，由于不能精確控制工藝精度，容易使得所述電極層受到損傷，而本發(fā)明中由于省去了去除保護(hù)層的步驟，且能夠避免由于需要去除保護(hù)層導(dǎo)致的電極層受到損傷，進(jìn)一步的提尚了運(yùn)動(dòng)傳感器的良率。
[0020](2)進(jìn)一步的，形成第二鍵合材料層后，采用濕刻工藝刻蝕第二鍵合材料層以形成第二鍵合層。由于采用濕刻工藝刻蝕第二鍵合材料層，所述濕刻工藝對(duì)所述第二鍵合材料層進(jìn)行各向同性的刻蝕，可以避免在鈍化層需要暴露出的側(cè)壁表面形成殘留的第二鍵合材料層，一方面，使得MEMS晶圓中可動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)空間增加，另一方面，避免MEMS晶圓中的可動(dòng)部分和殘留的第二鍵合材料層接觸后發(fā)生短路。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1至圖6是現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)動(dòng)傳感器形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7至圖16是本發(fā)明第一實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)傳感器形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有技術(shù)中形成的運(yùn)動(dòng)傳感器的良率低，且工藝復(fù)雜。
[0024]圖1至圖6是現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)動(dòng)傳感器形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]參考圖1，提供MEMS晶圓100，所述MEMS晶圓100具有第一表面和與所述第一表面對(duì)置的第二表面，所述MEMS晶圓100的第一表面鍵合有封蓋晶圓200，所述MEMS晶圓100的第二表面具有第一鍵合層110。
[0026]所述MEMS晶圓100中還具有傳感器結(jié)構(gòu)模塊(未標(biāo)示)，所述傳感器結(jié)構(gòu)模塊包括固定電極和可動(dòng)電極，基于固定電極和可動(dòng)電極構(gòu)成的電容器的電容發(fā)生改變，檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)傳感器上的信息改變。
[0027]所述封蓋晶圓200中具有空腔結(jié)構(gòu)201，所述空腔結(jié)構(gòu)201的位置對(duì)應(yīng)MEMS晶圓100中的可動(dòng)電極的位置，為所述可動(dòng)電極的運(yùn)動(dòng)提供空間。所述第一鍵合層110位于所述固定電極的表面。
[0028]所述封蓋晶圓200表面和空腔結(jié)構(gòu)201表面還形成有氧化層202，所述MEMS晶圓100通過(guò)氧化層202和封蓋晶圓200進(jìn)行鍵合。
[0029]參考圖2，提供CMOS晶圓300，所述CMOS晶圓300具有器件區(qū)(I區(qū)域)和所述器件區(qū)相鄰的引腳區(qū)(II區(qū)域)，所述CMOS晶圓300上具有多個(gè)分立的電極層320。
[0030]CMOS晶圓300中形成有CMOS集成電路模塊310，所述電極層320為所述集成電路模塊310的頂層電極。
[0031]繼續(xù)參考圖2，在CMOS晶圓300上形成鈍化層330，所述鈍化層330暴露出器件區(qū)中部分電極層320的表面，且所述鈍化層330覆蓋引腳區(qū)的電極層320的表面。
[0032]所述鈍化層330暴露出器件區(qū)中部分電極層320的表面，用于后續(xù)電學(xué)連接CMOS晶圓300和MEMS晶圓100。
[0033]參考圖3，在所述器件區(qū)的鈍化層330和暴露出的電極層320上形成第二鍵合層340。所述第