CN104925743A - Mems半导体器件的形成方法 - Google Patents

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郑超
王伟
马军德
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Abstract

本发明提供一种MEMS半导体器件的形成方法，至少包括：提供形成有第一铝焊垫和第二铝焊垫的第一半导体衬底，所述第二铝焊垫的表面还形成有阻挡层；提供第二半导体衬底，在所述第二半导体衬底上形成有连接结构，所述连接结构与所述第一铝焊垫一一对应；将所述第一铝焊垫和连接结构连接，以使得所述第二半导体衬底与所述第一半导体衬底键合；采用切割刀切割所述第二半导体衬底上所述连接结构不重合的区域，使得所述第二铝焊垫暴露出来；去除所述第二铝焊垫上的阻挡层。本发明通过改变传统技术中形成MEMS半导体器件的形成方法的工艺，解决了在切割第二半导体衬底时，产生颗粒，所述颗粒会附着在第二铝焊垫的表面，难以去除的问题。

Description

MEMS半导体器件的形成方法
技术领域
本发明涉及一种半导体技术，特别是涉及一种MEMS半导体器件的形成方法。 
背景技术
在MEMS半导体器件的制作工艺中，常常涉及到将两片形成有半导体器件结构的半导体衬底键合到一起以组成3D结构的集成电路芯片，具体包括： 
参考图1所示，提供第一半导体衬底100，其中所述第一半导体衬底100上包括：第一铝焊垫110和第二铝焊垫120，所述第一半导体衬底100的表面、第一铝焊垫110和第二铝焊垫120上还形成有绝缘层300。其中，所述第一半导体衬底100中形成有器件层(未图示)，所述器件层中可以有CMOS、电感、电容或半导体传感器的部分结构等等，所述第一铝焊垫110和第二铝焊垫120与所述器件层中相应的器件的电极相导通。预设所述第一铝焊垫110适于与其它半导体衬底键合，所述第二铝焊垫120适于做引线键合或者在晶圆测试的时候，与测试探针接触。所述第一铝焊垫110和第二铝焊垫120的作用不同，故两者的高度不同。一般的，第一铝焊垫110高于第二铝焊垫120。 
接下来，参考图2所示，对所述第一半导体衬底100表面的绝缘层300进行选择性刻蚀，以暴露第一铝焊垫110和第二铝焊垫120所在的区域，适于进行键合。一般的，对所述绝缘层300去除都需要进行过刻蚀，以确保比较低的第二铝焊垫120上的绝缘层300都去除干净，并且在所述绝缘层300去除后，还包括利用HF去离子水溶液去除第一铝焊垫110和第二铝焊垫120上的自然氧化层的过程。 
接下来，参考图3所示，提供第二半导体衬底200，所述第二半导体衬底200上包括若干连接结构210，所述连接结构210与所述第一铝焊垫110一一对应。所述第二半导体衬底200还包括平板部220。一般的，所述连接结构210由刻蚀第二半导体衬底200的表面形成，所述平板部220为所述第二半导体衬底200的主体部分。 
接下来，参考图4所示，采用切割刀70切割所述第二半导体衬底200上没有所述连接结构210的区域，并且所述第二半导体衬底200被切割处与所述第二铝焊垫220对应。具体的，在图4中，所述切割处如虚线1、2所示。 
接下来，参考图5所示，采用去离子水进行冲洗，以将切割下来的第二半导体衬底200去除，然后，所述第二铝焊垫120暴露出来了。但是所述第二铝焊垫220的表面附着一些切割第二半导体衬底200的平板部220时产生的颗粒60(Silicon dust)。 
这些颗粒60在去离子水冲洗的过程中，也很难去除掉，这些颗粒60会影响第二铝焊垫120的接触，会导致后续器件连接不牢，容易导致器件短路或者其它恶劣的影响。 
在传统方式中，一般通过增加去离子水冲击过程中，去离子水的冲击力来使得颗粒60被去除。而这会破坏第一半导体衬底100和第二半导体衬底200上的器件图形。去离子水的冲力较小，没有破坏第一半导体衬底100和第二半导体衬底200上的器件图形的情况如图6所示；去离子水的冲力较大，没有破坏第一半导体衬底100和第二半导体衬底200上的器件图形的情况如图7所示。因而，需要发展新的技术，以解决在切割第二半导体衬底200时，产生颗粒60，所述颗粒60会附着在第二铝焊垫120的表面，难以去除的问题。 
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS半导体器件的形成方法，用于解决现有技术中在切割第二半导体衬底时，会产生颗粒，所述颗粒会附着在第二铝焊垫的表面，难以去除的问题。 
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS半导体器件的形成方法，所述MEMS半导体器件的形成方法至少包括：提供第一半导体衬底，在所述第一半导体衬底上形成有第一铝焊垫和第二铝焊垫，所述第二铝焊垫的表面还形成有阻挡层； 
提供第二半导体衬底，在所述第二半导体衬底上形成有连接结构，所述连接结构与所述第一铝焊垫一一对应； 
将所述第一铝焊垫和所述连接结构连接，以使得所述第二半导体衬底与所述第一半导体衬底键合； 
采用切割刀切割所述第二半导体衬底上所述连接结构不重合的区域，使得所述第二铝焊垫暴露出来； 
去除所述第二铝焊垫上的阻挡层。 
优选地，所述第一铝焊垫高于所述第二铝焊垫；所述第一半导体衬底、第一铝焊垫和第二铝焊垫的表面形成有绝缘层；在将所述第二半导体衬底键合在所述第一半导体衬底之前，还包括对所述绝缘层进行刻蚀，以暴露出所述第一铝焊垫的上表面，同时在所述第二铝焊垫上保留部分绝缘层作为所述阻挡层的步骤。 
优选地，对所述绝缘层进行刻蚀，以暴露出所述第一铝焊垫的步骤之后，所述第一铝焊垫的上表面与所述第二铝焊垫上的所述阻挡层的上表面齐平。 
优选地，在去除所述第二铝焊垫上的所述阻挡层后，还包括将所述第二铝焊垫与金属线 进行键合的步骤。 
优选地，在去除所述第二铝焊垫上的所述阻挡层的步骤之后，在将所述第二铝焊垫与金属线进行键合的步骤之前，还包括采用HF去离子水溶液去除所述第二铝焊垫上的氧化层的步骤。 
优选地，所述第二半导体衬底包括平板部和与所述平板部连接的凸出部，所述连接结构为所述凸出部。 
如上所述，本发明的MEMS半导体器件的形成方法，具有以下有益效果： 
本发明通过改变传统技术中形成MEMS半导体器件的形成方法的工艺，解决了在切割第二半导体衬底时，产生颗粒，所述颗粒会附着在第二铝焊垫的表面，难以去除的问题。 
附图说明
图1至图7显示为现有技术中的MEMS半导体器件的形成方法的示意图。 
图8至图12显示为本发明的实施方式中提供的MEMS半导体器件的形成方法的示意图。 
元件标号说明 
100           第一半导体衬底 
110           第一铝焊垫 
120           第二铝焊垫 
300           绝缘层 
200           第二半导体衬底 
210           连接结构 
220           平板部 
70            切割刀 
60            颗粒 
301           阻挡层 
S10～S50      步骤 
具体实施方式
发明人通过多次研究发现，在对第一半导体衬底100进行刻蚀以暴露出第一铝焊垫110和第二铝焊垫120，对所述第一铝焊垫110和第二铝焊垫120进行过刻蚀，以及采用HF去离子水溶液对第一铝焊垫110和第二铝焊垫120进行清洗以去除第一铝焊垫110和第二铝焊垫 120表面自然氧化层的过程中，第一铝焊垫110和第二铝焊垫120的表面会受到刻蚀剂，HF去离子水溶液的影响，使得其表面态被改变，从而第二铝焊垫120容易吸附上切割第二半导体衬底200时产生的颗粒60。 
因而，本发明提供了一种新的MEMS半导体器件的形成方法，避免上述问题的产生。 
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。 
请参阅图8至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 
首先，结合图8，参考图9所示，执行步骤S10：提供第一半导体衬底，在所述第一半导体衬底上形成有第一铝焊垫和第二铝焊垫，所述第二铝焊垫的表面还形成有阻挡层； 
本实施例中，可以由类似图1所示的传统技术中的半导体结构开始进行本步骤，具体的，所述第一半导体衬底100上包括：第一铝焊垫110和第二铝焊垫120，所述第一半导体衬底100的表面、第一铝焊垫110和第二铝焊垫120上还形成有绝缘层300。 
其中，本实施例中，所述第一半导体衬底100为硅衬底，其中形成有器件层(未图示)，所述器件层中可以有CMOS、电感、电容或半导体传感器的部分结构等等。 
所述第一铝焊垫110和第二铝焊垫120与所述器件层中相应的器件的电极相导通。预设所述第一铝焊垫110适于与其它半导体衬底键合，所述第二铝焊垫120适于做引线键合或者在晶圆测试的时候，与测试探针接触。由于所述第一铝焊垫110和第二铝焊垫120的作用不同，两者的高度不同。一般的，第一铝焊垫110高于第二铝焊垫120。 
然后，如图9中所示，对所述第一半导体衬底100表面的绝缘层300进行选择性刻蚀，以暴露第一铝焊垫110和第二铝焊垫120所在的区域。与传统技术中不同的是，本步骤中，对所述绝缘层300的刻蚀并不进行过刻蚀，仅暴露出第一铝焊垫110，在所述第二铝焊垫120上表面保留部分绝缘层作为阻挡层301。优选的，暴露出所述第一铝焊垫110之后，在第二铝焊垫120上还保留有部分绝缘层之前，略进行过刻蚀，使得所述第一铝焊垫110的上表面充分的暴露出来，这样，会有所述第一铝焊垫110的上表面与所述第二铝焊垫120上的阻挡层301的上表面齐平。 
接下来，结合图8，参考图10所示，执行步骤S20：提供第二半导体衬底，在所述第二半导体衬底上形成有连接结构，所述连接结构与所述第一铝焊垫一一对应； 
所述第二半导体衬底200上包括若干连接结构210，所述连接结构210与所述第一铝焊垫110一一对应。所述第二半导体衬底200还包括平板部220。一般的，所述连接结构210由刻蚀第二半导体衬底200的表面形成的凸出部，所述平板部220为所述第二半导体衬底200的主体部分。 
接下来，继续结合图8，参考图10所示，执行步骤S30：将所述第一铝焊垫和连接结构连接，以使得所述第二半导体衬底与所述第一半导体衬底键合； 
第二半导体衬底200与所述第一半导体衬底100通过第一铝焊垫110和连接结构210键合在一起，使得第二半导体衬底200与所述第一半导体衬底100上的器件结构组合在一起，形成3D的MEMS半导体器件结构。 
接下来，继续结合图8，参考图10和11所示，执行步骤S40：采用切割刀切割所述第二半导体衬底上所述连接结构不重合的区域，使得所述第二铝焊垫暴露出来； 
参考图10中所示，采用切割刀70对所述第二半导体衬底200进行切割，切割处为所述第二半导体衬底200上没有所述连接结构210的区域，并且所述第二半导体衬底200被切割处与所述第二铝焊垫220对应，如图10中虚线1、2所示。 
再参考图11所示，进行切割后，所述第二铝焊垫220暴露出来。切割第二半导体衬底200时产生的颗粒60落在第二铝焊垫220表面的阻挡层301上。所述阻挡层301阻挡了第二铝焊垫120的表面被刻蚀剂，HF去离子水溶液的影响，也阻止了第二铝焊垫120吸附颗粒60。 
接下来，继续结合图8，参考图12所示，执行步骤S50：去除所述第二铝焊垫上的阻挡层。 
本步骤中，在去除所述第二铝焊垫120上的阻挡层301的同时，也去除了阻挡层301上的颗粒60。去除所述第二铝焊垫上的阻挡层后，还采用HF去离子水溶液去除所述第二铝焊垫120上的自然氧化层，露出所述第二铝焊垫120的表面。 
综上所述，本发明通过改变传统技术中形成MEMS半导体器件的形成方法的工艺，解决了在切割第二半导体衬底200时，产生颗粒60，所述颗粒60会附着在第二铝焊垫220的表面，难以去除的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 

Claims (6)

1.一种MEMS半导体器件的形成方法，其特征在于，所述MEMS半导体器件的形成方法至少包括：
提供第一半导体衬底，在所述第一半导体衬底上形成有第一铝焊垫和第二铝焊垫，所述第二铝焊垫的表面还形成有阻挡层；
提供第二半导体衬底，在所述第二半导体衬底上形成有连接结构，所述连接结构与所述第一铝焊垫一一对应；
将所述第一铝焊垫和所述连接结构连接，以使得所述第二半导体衬底与所述第一半导体衬底键合；
采用切割刀切割所述第二半导体衬底上所述连接结构不重合的区域，使得所述第二铝焊垫暴露出来；
去除所述第二铝焊垫上的阻挡层。
2.根据权利要求1所述的MEMS半导体器件的形成方法，其特征在于：所述第一铝焊垫高于所述第二铝焊垫；所述第一半导体衬底、第一铝焊垫和第二铝焊垫的表面形成有绝缘层；在将所述第二半导体衬底键合在所述第一半导体衬底之前，还包括对所述绝缘层进行刻蚀，以暴露出所述第一铝焊垫的上表面，同时在所述第二铝焊垫上保留部分绝缘层作为所述阻挡层的步骤。
3.根据权利要求2所述的MEMS半导体器件的形成方法，其特征在于：对所述绝缘层进行刻蚀的步骤之后，所述第一铝焊垫的上表面与所述第二铝焊垫上的所述阻挡层的上表面齐平。
4.根据权利要求1所述的MEMS半导体器件的形成方法，其特征在于：在去除所述第二铝焊垫上的所述阻挡层后，还包括将所述第二铝焊垫与金属线进行键合的步骤。
5.根据权利要求4所述的MEMS半导体器件的形成方法，其特征在于：在去除所述第二铝焊垫上的所述阻挡层的步骤之后，在将所述第二铝焊垫与金属线进行键合的步骤之前，还包括采用HF去离子水溶液去除所述第二铝焊垫上的氧化层的步骤。
6.根据权利要求1所述的MEMS半导体器件的形成方法，其特征在于：所述第二半导体衬底包括平板部和与所述平板部连接的凸出部，所述连接结构为所述凸出部。
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