CN104944363B

CN104944363B - 一种mems器件结构的制作方法

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Publication number: CN104944363B
Application number: CN201410115027.5A
Authority: CN
Inventors: 郑超; 王伟; 江卢山
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: CN104944363A

Abstract

本发明提供一种MEMS器件结构的制作方法，包括步骤：1）提供表面形成有微结构区、金属键合层、以及金属焊盘的第一半导体衬底，及表面具有环形凸起的第二半导体衬底；2）去除所述金属键合层及金属焊盘表面的金属氧化层；3）进行键合工艺；4）对环形凸起外围的第二半导体衬底进行切割，并在切割道中保留预设厚度的半导体层；5）于第二半导体衬底表面粘贴黏性薄膜；6）将切割道中保留的半导体层压断，并撕去所述黏性薄膜，以将断裂后的第二半导体衬底去除。本发明通过切割工艺、贴膜工艺及滚轮滚压工艺实现了MEMS器件键合衬底的切割，可以有效地避免切割过程半导体颗粒被金属焊盘吸附而导致被腐蚀的缺陷。本发明工艺简单，适用于工业生产。

Description

一种MEMS器件结构的制作方法

技术领域

本发明属于微机电系统制造领域，特别是涉及一种MEMS器件结构的制作方法。

背景技术

微机电系统（MEMS,Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支。

微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。这些系统的大小一般在微米到毫米之间。在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要大得多，其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。微机电系统是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统，是一个独立的智能系统。主要由传感顺、作动器和微能源三大部分组成。微机电系统具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度。微机电系统，它是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统微机电系统。微机电系统涉及航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域。微机电系统的制造工艺主要有集成电路工艺、微米/纳米制造工艺、小机械工艺和其他特种加工工种。微机电系统技术基础主要包括设计与仿真技术、材料与加工技术、封装与装配技术、测量与测试技术、集成与系统技术等。

现有的一种MEMS器件结构的制作方法如下：

步骤一，提供半导体衬底及键合衬底，所述半导体衬底表面形成有铝键合层以及位于所述铝键合层外围的铝焊盘，所述铝焊盘及铝键合层表面覆盖有器件结构，所述键合衬底表面具有可与所述铝键合层形成密封配合的环形凸起；

步骤二，采用光刻工艺将所述铝焊盘及铝键合层表面的器件结构去除，露出所述铝焊盘及铝键合层，此时，铝焊盘及铝键合层表面会形成一层氧化铝层；

步骤三，为了增强键合强度，需要采用DHF工艺去除所述铝键合层表面的氧化铝层，由于DHF工艺的非选择性，同时，所述铝焊盘表面的氧化铝层也会被去除；

步骤四，藉由所述铝键合层及环形凸起键合所述半导体衬底及所述键合衬底，形成空腔结构；

步骤五，切割所述键合衬底，去除所述环形凸起外围的半导体材料，露出所述半导体衬底表面的铝焊盘，以供后续连线所用。

通过以上方法获得的MEMS结构具有以下缺点：DHF工艺去除所述铝焊盘表面的金属氧化层后，会改变铝焊盘表面的特性和电势，使其容易吸附在切割工艺的过程中键合衬底产生的粉尘颗粒，最终导致铝焊盘被腐蚀而影响性能。

为了克服以上工艺缺陷，一种解决的方案是在切割后的冲洗过程中增大冲洗力度，但是这种做法很容易导致一些器件结构被破坏，而导致整个器件失效。

鉴于以上缺陷，本发明的目的在于提供一种可以有效解决上述问题的MEMS器件结构的制作方法。

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器件结构的制作方法，用于解决现有技术中由于金属焊盘吸附半导体粉尘颗粒而影响器件性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件结构的制作方法，包括步骤：

1）提供第一半导体衬底及第二半导体衬底，所述第一半导体衬底表面形成有微结构区、包围于所述微结构区的金属键合层、以及位于所述金属键合层外围的金属焊盘，所述第二半导体衬底表面具有可与所述金属键合层形成密封配合的环形凸起；

2）采用预清洗工艺去除所述金属键合层及金属焊盘表面的金属氧化层；

3）藉由所述金属键合层及环形凸起键合所述第一半导体衬底及第二半导体衬底；

4）对所述环形凸起外围的第二半导体衬底进行切割，并在切割道中保留预设厚度的半导体层；

5）于所述第二半导体衬底表面粘贴黏性薄膜；

6）将切割道中保留的半导体层压断，并撕去所述黏性薄膜，以将断裂后的第二半导体衬底去除。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，所述第一半导体衬底及第二半导体衬底的材料为硅。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，所述金属焊盘及所述金属键合层的材料为铝。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，步骤2）所述的预清洗工艺为稀释氢氟酸清洗DHF工艺。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，步骤3）采用金硅共晶键合工艺对所述金属键合层及环形凸起进行键合。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，步骤4）所述的切割工艺为机械切割工艺。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，步骤4）所述的预设厚度为20～30um。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，步骤5）所述黏性薄膜为蓝膜。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，步骤6）采用滚轮滚压的方式将切割道中保留的半导体层压断。

作为本发明的MEMS器件结构的制作方法的一种方案，所述第一半导体衬底中还形成有CMOS器件结构。

如上所述，本发明提供一种MEMS器件结构的制作方法，包括步骤：1）提供第一半导体衬底及第二半导体衬底，所述第一半导体衬底表面形成有微结构区、包围于所述微结构区的金属键合层、以及位于所述金属键合层外围的金属焊盘，所述第二半导体衬底表面具有可与所述金属键合层形成密封配合的环形凸起；2）采用预清洗工艺去除所述金属键合层及金属焊盘表面的金属氧化层；3）藉由所述金属键合层及环形凸起键合所述第一半导体衬底及第二半导体衬底；4）对所述环形凸起外围的第二半导体衬底进行切割，并在切割道中保留预设厚度的半导体层；5）于所述第二半导体衬底表面粘贴黏性薄膜；6）将切割道中保留的半导体层压断，并撕去所述黏性薄膜，以将断裂后的第二半导体衬底去除。本发明通过切割工艺、贴膜工艺及滚轮滚压工艺实现了MEMS器件键合衬底的切割，可以有效地避免切割过程半导体颗粒被金属焊盘吸附而导致被腐蚀的缺陷。本发明工艺简单，适用于工业生产。

附图说明

图1显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法各步骤流程示意图。

图2显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法步骤1）所呈现的结构示意图。

图3显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法步骤2）所呈现的结构示意图。

图4显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法步骤3）所呈现的结构示意图。

图5显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法步骤4）所呈现的结构示意图。

图6显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法步骤5）所呈现的结构示意图。

图7～图9显示为本发明的MEMS器件结构的制作方法步骤6）所呈现的结构示意图。

元件标号说明

101 第一半导体衬底

102 微结构区

103 金属键合层

104 金属焊盘

105 金属氧化层

106 第二半导体衬底

107 环形凸起

108 金硅合金层

109 切割道

110 黏性薄膜

111 滚轮

S11～S16 步骤1）～步骤6）

具体实施方式

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1～图9。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。

如图1～图8所示，本实施例提供一种MEMS器件结构的制作方法，包括步骤：

如图1～图2所示，首先进行步骤1）S11，提供第一半导体衬底101及第二半导体衬底106，所述第一半导体衬底101表面形成有微结构区102、包围于所述微结构区102的金属键合层103、以及位于所述金属键合层103外围的金属焊盘104，所述第二半导体衬底106表面具有可与所述金属键合层103形成密封配合的环形凸起107；其中，所述金属键合层103及金属焊盘104表面形成有金属氧化层105。

在本实施例中，所述第一半导体衬底101及第二半导体衬底106的材料为硅。当然，所述第一半导体衬底101及第二半导体衬底106的材料可以根据需求而定，还可以为如Ge衬底、GeSi衬底、SiC衬底或Ⅲ-Ⅴ族衬底等，并不限定于此。

在本实施例中，所述金属焊盘104及所述金属键合层103的材料为铝，铝表面形成有氧化铝层。当然，所述金属焊盘104及所述金属键合层103的材料还可以为如铜等具有金属连线功能及键合功能的金属。

作为示例，所述第一半导体衬底101中还形成有CMOS器件结构，并且，所述CMOS器件结构的电极藉由所述金属焊盘104引出。另外，所述微结构区102形成有如压力传感器、加速度传感器、光敏传感器等微结构。所述金属键合层103的形状根据所述微结构区102的形状确定，一般可以为圆形、矩形等。

作为示例，所述第二半导体衬底106表面具有可与所述金属键合层103形成密封配合的环形凸起107，所述环形凸起107为通过光刻工艺形成于所述第二半导体衬底106表面，用于与所述金属键合层103键合形成微结构空腔。

如图1及图3所示，然后进行步骤2）S12，采用预清洗工艺去除所述金属键合层103及金属焊盘104表面的金属氧化层105。

作为示例，所述预清洗工艺为稀释氢氟酸清洗DHF工艺。通过DHF工艺可以有效去除铝键合层表面的氧化铝层，以增强后续第一半导体衬底101和第二半导体衬底106的键合强度，但是，由于DHF工艺的非选择性，同时，所述铝焊盘表面的氧化铝层也会被去除。

如图1及图4所示，然后进行步骤3）S13，藉由所述金属键合层103及环形凸起107键合所述第一半导体衬底101及第二半导体衬底106。

在本实施例中，采用金硅共晶键合工艺对所述金属键合层103及环形凸起107进行键合，即于所述环形凸起107与所述金属键合层103之间形成金硅合金层108对上述两者进行键合。当然，其它预期的键合工艺同样适用于本实施例，并不限定于此。

如图1及图5所示，接着进行步骤4）S14，对所述环形凸起外围的第二半导体衬底106进行切割，并在切割道109中保留预设厚度的半导体层；

在本实施例中，所述切割工艺为机械切割工艺。当然，其它的切割工艺如激光切割等也同样适用于本实施例中，因此，并不限定于此。

在本实施例中，所述预设厚度为20～30um。保留此预设厚度范围的半导体层，既能避免第二半导体衬底106在粘贴黏性薄膜110时断裂而导致切割时产生的半导体颗粒被所述金属焊盘104吸附，又能保证后续滚压工艺中较容易被压断而将多余的第二半导体衬底106去除。

如图1及图6所示，然后进行步骤5）S15，于所述第二半导体衬底表面粘贴黏性薄膜110。

在本实施例中，所述黏性薄膜110为蓝膜。当然，在其它的实施例中，所述黏性薄膜110还可以是如绿膜、红膜、黄膜等其它的黏性薄膜110。

另外，在粘贴黏性薄膜110前，还可以采用如吹气或者冲洗等方式对切割道109进行清理的步骤，以将切割道109中形成的半导体颗粒清除。

如图1及图7～图9所示，最后进行步骤6）S16，将切割道109中保留的半导体层压断，并撕去所述黏性薄膜110，以将断裂后的第二半导体衬底106去除。

在本实施例中，采用滚轮111滚压的方式将切割道109中保留的半导体层压断。由于所述第二半导体衬底106表面粘贴有蓝膜，所述半导体层被压断后不会掉落而压坏下方的器件结构，同时，可以有效减少由于切割所形成的半导体颗粒，可以有效地避免切割过程半导体颗粒被金属焊盘104吸附而导致被腐蚀的缺陷。

如上所述，本发明提供一种MEMS器件结构的制作方法，包括步骤：1）提供第一半导体衬底101及第二半导体衬底106，所述第一半导体衬底101表面形成有微结构区102、包围于所述微结构区102的金属键合层、以及位于所述金属键合层外围的金属焊盘104，所述第二半导体衬底106表面具有可与所述金属键合层形成密封配合的环形凸起；2）采用预清洗工艺去除所述金属键合层及金属焊盘104表面的金属氧化层105；3）藉由所述金属键合层及环形凸起键合所述第一半导体衬底101及第二半导体衬底106；4）对所述环形凸起外围的第二半导体衬底106进行切割，并在切割道109中保留预设厚度的半导体层；5）于所述第二半导体衬底表面粘贴黏性薄膜110；6）将切割道109中保留的半导体层压断，并撕去所述黏性薄膜110，以将断裂后的第二半导体衬底106去除。本发明通过切割工艺、贴膜工艺及滚轮111滚压工艺实现了MEMS器件键合衬底的切割，可以有效地避免切割过程半导体颗粒被金属焊盘104吸附而导致被腐蚀的缺陷。本发明工艺简单，适用于工业生产。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

1.一种MEMS器件结构的制作方法，其特征在于，包括步骤：

1)提供第一半导体衬底及第二半导体衬底，所述第一半导体衬底表面形成有微结构区、包围于所述微结构区的金属键合层、以及位于所述金属键合层外围的金属焊盘，所述第二半导体衬底表面具有可与所述金属键合层形成密封配合的环形凸起；

2)采用预清洗工艺去除所述金属键合层及金属焊盘表面的金属氧化层；

3)藉由所述金属键合层及环形凸起键合所述第一半导体衬底及第二半导体衬底；

4)对所述环形凸起外围的第二半导体衬底进行切割，并在切割道中保留预设厚度的半导体层；

5)于所述第二半导体衬底表面粘贴黏性薄膜；其中，在粘贴所述黏性薄膜前，采用吹气或者冲洗的方式对所述切割道进行清理，以将所述切割道中形成的半导体颗粒清除；

6)采用滚轮滚压的方式将切割道中保留的半导体层压断，并撕去所述黏性薄膜，以将断裂后的第二半导体衬底去除。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：所述第一半导体衬底及第二半导体衬底的材料为硅。

3.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：所述金属焊盘及所述金属键合层的材料为铝。

4.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：步骤2)所述的预清洗工艺为稀释氢氟酸清洗DHF工艺。

5.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：步骤3)采用金硅共晶键合工艺对所述金属键合层及环形凸起进行键合。

6.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：步骤4)所述的切割工艺为机械切割工艺。

7.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：步骤4)所述的预设厚度为20～30um。

8.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：步骤5)所述黏性薄膜为蓝膜。

9.根据权利要求1所述的MEMS器件结构的制作方法，其特征在于：所述第一半导体衬底中还形成有CMOS器件结构。