CN106865490A - 微机电系统传感器的制造方法 - Google Patents

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CN106865490A CN201610562510.7A CN201610562510A CN106865490A CN 106865490 A CN106865490 A CN 106865490A CN 201610562510 A CN201610562510 A CN 201610562510A CN 106865490 A CN106865490 A CN 106865490A
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Abstract

本发明涉及微机电系统传感器的制造方法。一种MEMS传感器的制造方法包括：形成第一基板，其中，第一基板包括设置在其一个表面处的下部电极；形成第二基板，其中，第二基板包括设置在其一个表面处的第一凹凸部分；第一粘结步骤，将第一基板的一个表面与第二基板的一个表面粘结以面对彼此；形成第三基板，其中，第三基板包括设置在其一个表面处的上部电极；第二粘结步骤，将第二基板的另一表面与第三基板的一个表面粘结以面对彼此；以及第三基板的另一表面上形成电极线以连接至下部电极和上部电极。

Description

微机电系统传感器的制造方法
相关申请的引证
本申请要求于2015年12月11日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2015-0177471号优先权权益，其全部内容通过引证方式结合于此。
技术领域
本公开内容涉及微机电系统(MEMS)传感器的制造方法。更具体地，本公开内容涉及可以将由多晶硅制成的上部电极应用至MEMS传感器使得在MEMS传感器封装时可以防止发生扩散现象和回流现象的MEMS传感器的制造方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)传感器广泛应用于车辆、惯性制导系统、家用电器、用于各种装置的保护系统、以及各种工业、科学、和工程系统。
这种MEMS传感器感测诸如加速度、压力、温度等的物理状态，并且提供对应于感测的物理状态的电信号。
许多高性能MEMS传感器在真空或者气体环境(gaseous environment)中封装作为封闭式或者密封式。
根据各种MEMS传感器技术，可以通过切块处理来处理感测基板晶片，并且随后MEMS传感器基板可以以封装级被封装并密封为封闭式。
封装并密封MEMS传感器的方法可包括使用各种中间粘结剂的硅与玻璃阳极粘结、以及包括晶片与晶片粘结的封装级密封(PLS)处理。
然而，封装级密封处理会引起诸如感测晶片与基板组件在粘结过程期间的静态摩擦(static friction)或者MEMS传感器的低产的问题。
为了解决这些问题并减少与PLS相关联的不希望的特性，期望简单的且快速的晶片级封装(WLP)技术。
在本背景部分公开的以上信息仅是为了增强理解本公开内容的背景，并且因此可能包含未形成早已已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开内容致力于提供如下的MEMS传感器的制造方法：可以将由多晶硅制成的上部电极应用至MEMS传感器并且可以通过包括阳极粘结和共熔粘结(eutectic-bonding)的双粘结处理来粘结三张晶片，从而可以防止在粘结处理期间发生扩散(diffusion)现象和回流(reflow)现象。
本公开内容的示例性实施方式提供一种MEMS传感器的制造方法，包括：形成第一基板，其中，第一基板包括设置在其一个表面处的下部电极；形成第二基板，其中，第二基板包括设置在其一个表面处的第一凹凸部分；第一粘结步骤，将第一基板的一个表面和第二基板的一个表面粘结以彼此面对；形成第三基板，其中，第三基板包括设置在其一个表面处的上部电极；第二粘结步骤，将第二基板的另一表面和第三基板的一个表面粘结以彼此面对；以及在第三基板的另一表面上形成电极线以连接至下部电极和上部电极。
上部电极可以由多晶硅制成并且可以通过离子注入形成。
第一粘结步骤可包括阳极粘结，并且第二粘结步骤可包括共熔粘结。
形成第一基板的步骤可包括：准备第一基板；在第一基板的一个表面上形成光致抗蚀剂(photoresist)，并随后图案化光致抗蚀剂；在第一基板和光致抗蚀剂的上部分上形成下部电极层；并且通过去除图案化的光致抗蚀剂形成下部电极。
第一基板可以是玻璃基板。
形成第二基板的步骤可包括：准备第二基板；在第二基板的一个表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化光致抗蚀剂；通过使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模形成多个凹部和多个突出部；并且通过梯级刻蚀(step-etching)多个突出部中至少一个形成低突出部。
低突出部可以粘结至第一基板的下部电极的一侧。
MEMS传感器的制造方法可以进一步包括：在第一粘结步骤之后，在第二基板的另一表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化光致抗蚀剂；通过使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模形成包括多个凹部和多个突出部的第二凹凸部分；并且在第二基板的另一表面的中心处形成感测部分。
形成感测部分的步骤可包括：在第二基板的另一表面上形成金属层和光致抗蚀剂，并随后图案化金属层和光致抗蚀剂；并且在使用图案化的金属层和图案化的光致抗蚀剂作为掩模的同时通过刻蚀第二基板形成感测部分。
金属层可以由铝(Al)、铜(Cu)、及其合金中至少一种制成。
形成第三基板的步骤可包括：准备第三基板；在第三基板的一个表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化光致抗蚀剂；通过使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模形成连接孔；分别在第三基板的一个表面和另一表面上形成绝缘层；形成连接孔内部的连接电极；在第三基板的一个表面上形成上部电极以接触连接电极；并且通过使用金属材料在上部电极上形成粘结层。
连接电极可以由铜(Cu)及其合金中至少一种制成。
在第二粘结步骤中，第三基板可以通过第三基板的粘结层粘结至第二基板的另一表面。
形成电极线的步骤可包括：通过使用金属材料在第三基板的另一表面上形成电极线层；在电极线层上形成光致抗蚀剂，并随后图案化光致抗蚀剂；并且在使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模的同时通过刻蚀电极线层形成电极线以接触第三基板中形成的连接电极。
根据本公开内容的示例性实施方式，通过将由多晶硅制成的上部电极应用至MEMS传感器，并且通过阳极粘结来粘结形成为玻璃基板的第一基板和形成为硅基板的第二基板，并随后通过共熔粘结来粘结第二基板和形成为硅基板的第三基板，可以防止在粘结处理期间发生的扩散现象和回流现象。
此外，从本公开内容的示例性实施方式可以获得或者期望的效果在下面详细描述中直接地或者提示性地进行描述。即，将在下面详细描述中描述从本公开内容的示例性实施方式期望的各种效果。
附图说明
图1至图7示出了根据本公开内容的示例性实施方式的MEMS传感器的制造方法的顺序处理图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开内容的示例性实施方式。然而，为了有效地解释本公开内容的特征，下文描述的示图和以下详细的描述涉及多个示例性实施方式中的一个示例性实施方式。因此，本公开内容不应被理解为限于这些示图和以下描述。
图1至图7示出了根据本公开内容的示例性实施方式的MEMS传感器的制造方法的顺序处理图。
参考图1，可以执行形成包括设置在其一个表面处的下部电极的第一基板10的步骤。
换言之，第一基板形成步骤可以准备第一基板10。
第一基板10可以是由玻璃材料制成的玻璃基板。
随后，可以在第一基板10的一个表面上形成光致抗蚀剂(PR)，然后光致抗蚀剂(PR)可被图案化。
光致抗蚀剂(PR)可以是当光照射到其或者照射在PR上化学地改变的材料，并且当PR材料涂敷在基板10的上部分上并随后通过曝光装置而被显影(develop)时，可以保持光照射在其一部分上的PR材料。
可以通过上述显影去除形成在光致抗蚀剂(PR)的上部分上的材料，或者可以保护形成在光致抗蚀剂(PR)的下部分上的材料并且可以通过使用光致抗蚀剂(PR)作为掩模刻蚀其余部分。
随后，可以在第一基板10和光致抗蚀剂(PR)上形成下部电极层11。
然后，可以去除图案化的光致抗蚀剂(PR)以形成下部电极13。
在该情况下，可以随之一起去除设置在图案化的光致抗蚀剂(PR)上的一些下部电极层11，并且因此可以仅保持下部电极13。
参考图2，可以执行形成包括设置在其一个表面处的第一凹凸部分21的第二基板20的步骤。
换言之，第二基板形成步骤可以准备第二基板20。
第二基板20可以是由硅材料制成的硅基板。
随后，可以在第二基板20的一个表面上形成光致抗蚀剂(PR)，并且随后光致抗蚀剂(PR)可被图案化。
可以通过使用图案化的光致抗蚀剂(PR)作为掩模形成第一凹凸部分21。
第一凹凸部分21可包括多个凹部21a和多个突出部21b。
通过梯级刻蚀可以在多个突出部21b中的至少一个中形成相对于多个突出部21b的低突出部21c、或者低突出部。
即，在形成低突出部21c的方法中，可以仅在除用于形成低突出部21c的至少一个突出部21b以外的其余突出部21b上形成光致抗蚀剂(PR)。
随后，可以通过使用光致抗蚀剂(PR)作为掩模刻蚀第二基板20。
在该情况下，可以降低其上未形成光致抗蚀剂(PR)的第二基板20的高度。
即，第二基板20的其上未形成光致抗蚀剂(PR)的一部分可被刻蚀高度“h”，并且可以进一步加深多个凹部21的深度。
因此，可以形成具有相对低的高度的低突出部21c。
低突出部21c的数量可以是一个或多个，但不限于此。
参考图3，可以执行第一基板10的一个表面和第二基板20的一个表面粘结为彼此面对的第一粘结的步骤。
在该情况下，第二基板20的低突出部21c可以粘结至第一基板10的下部电极13的一侧。
第一粘结的步骤可包括阳极粘结。
阳极粘结是用于粘结具有与硅基板类似的热膨胀系数的玻璃基板的技术。
因为通常用于阳极粘结的玻璃基板中可以包含预定量的钠(Na)、钾(k)等，所以当玻璃基板通过等于或大于大约200℃的热量加热时，其成分可被充电为根据预定电压轻松移动。
随后，当向硅基板和玻璃基板施加大约600V或更大的电压时，移动电荷可以迅速移动并且在硅基板和玻璃基板之间的共界面处可以出现充电现象，从而可以使硅基板和玻璃基板粘结。
参考图4，在第一粘结的步骤之后，可以在第二基板20上形成感测部分27。
换言之，可以在第二基板20的另一表面上形成光致抗蚀剂(PR)，然后可以使光致抗蚀剂(PR)图案化。
随后，可以通过使用图案化的光致抗蚀剂(PR)作为掩模形成第二凹凸部分23。
第二凹凸部分23可以由多个凹部23a和多个突出部23b组成，与第一凹凸部分21相似。
接下来，可以在第二基板20的其他、或者另一表面上连续地形成金属层25和光致抗蚀剂(PR)，然后可以使金属层25和光致抗蚀剂(PR)图案化。
在该情况下，金属层25可以由铝(Al)、铜(Cu)、及其合金中至少一种制成。
图案化的金属层25和图案化的光致抗蚀剂(PR)可以以预定图案保持在第二基板20的另一表面的中心部分处。
随后，可以通过使用图案化的金属层25和光致抗蚀剂(PR)作为掩模的同时刻蚀第二基板20形成感测部分27。
感测部分27可以通过外部冲击、振动、角速度、加速等而振动。
因此，由于振动，可以改变感测部分27和下部电极13和稍后描述的上部电极33之间的相应距离，并且因此可以改变其间的电容。
参考图5，可以执行形成第三基板30的步骤，其中，第三基板30包括设置在其一个表面处的上部电极33。
换言之，第三基板形成步骤可形成第三基板30。
第三基板30可以是由硅材料制成的硅基板。
随后，可以在第三基板30的一个表面上形成光致抗蚀剂(PR)，然后可以使光致抗蚀剂(PR)图案化。
可以通过使用图案化的光致抗蚀剂(PR)作为掩模形成连接孔(H)。
接下来，第三基板30的一个表面和另一表面和连接孔(H)的内表面可以分别设置有绝缘层35。
随后，可以在连接孔(H)的内部中形成连接电极31。
在该情况下，连接电极31可以由铜(Cu)和其合金中的至少一种制成。
上部电极33可以形成在第三基板30的一个表面处以连接至连接电极31。
在该情况下，上部电极33可以由多晶硅制成，并且可以通过离子注入形成。
接下来，可以通过使用金属材料在上部电极33上形成粘结层37。
参考图6，可以执行第二基板20的其他表面和第三基板30的一个表面粘结为彼此面对的第二粘结的步骤。
根据第二粘结的步骤，第二基板20的其他表面可以通过第三基板30的粘结层37粘结至第三基板30。
第二粘结的步骤可包括共熔粘结。
共熔粘结是指当满足温度、压力、和时间的条件时，基板的组件(例如，其表面)在最低熔点处容易熔化并粘结至彼此。
参考图7，可以执行在第三基板30的另一表面上形成电极线41的步骤。
即，可以通过使用金属材料在第三基板30的其他表面上形成电极线层40。
随后，可以在电极线层40的上部分上形成光致抗蚀剂(PR)，然后可以使光致抗蚀剂(PR)图案化。
电极线41可以在使用图案化的光致抗蚀剂(PR)作为掩模的同时，通过刻蚀电极线层40形成。
在该情况下，电极线41可以形成为接触连接电极31。
通过上述制造方法形成的MEMS传感器的感测部分27可以通过外部冲击、振动、角速度、和加速度而振动。
由于振动，可以分别改变感测部分27和下部电极13和上部电极33之间的相应距离，并且因此可以改变其间的电容。
改变的电容的值通过连接电极31和电极线41而输出至外部信号处理电路(未示出)。
因此，根据本公开内容的示例性实施方式的MEMS传感器的制造方法，通过利用多晶硅形成上部电极33，并且通过阳极粘结来粘结形成为玻璃基板的第一基板10和形成为硅基板的第二基板20，并随后通过共熔粘结来粘结第二基板20和形成为硅基板的第三基板30，可以防止在粘结处理期间发生的扩散现象和回流现象。
尽管已经结合目前认为实用的示例性实施方式描述了本公开内容，然而，应当理解的是，本公开内容并不局限于所公开的实施方式，而是相反，旨在覆盖在所附权利要求的实质和范围内包括的各种变型和等效布置。

Claims (14)

1.一种MEMS传感器的制造方法，包括如下步骤：
形成第一基板，其中，所述第一基板包括设置在所述第一基板的一个表面处的下部电极；
形成第二基板，其中，所述第二基板包括设置在所述第二基板的一个表面处的第一凹凸部分；
第一粘结步骤，将所述第一基板的一个表面和所述第二基板的一个表面粘结以面对彼此；
形成第三基板，其中，所述第三基板包括设置在所述第三基板的一个表面处的上部电极；
第二粘结步骤，将所述第二基板的另一表面和所述第三基板的一个表面粘结以面对彼此；以及
在所述第三基板的另一表面上形成电极线以连接至所述下部电极和所述上部电极。
2.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，所述上部电极由多晶硅制成并且通过离子注入形成。
3.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，所述第一粘结步骤包括阳极粘结并且所述第二粘结步骤包括共熔粘结。
4.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，形成所述第一基板的步骤包括：
准备所述第一基板；
在所述第一基板的一个表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化所述光致抗蚀剂；
在所述第一基板上以及所述光致抗蚀剂的上部分上形成下部电极层；并且
通过去除图案化的所述光致抗蚀剂形成所述下部电极。
5.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，所述第一基板是玻璃基板。
6.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，形成所述第二基板的步骤包括：
准备所述第二基板；
在所述第二基板的一个表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化所述光致抗蚀剂；
通过使用图案化的所述光致抗蚀剂作为掩模形成多个凹部和多个突出部；并且
通过梯级刻蚀所述多个突出部中的至少一个形成低突出部。
7.根据权利要求6所述的MEMS传感器的制造方法，其中，所述低突出部粘结至所述第一基板的所述下部电极的一侧。
8.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，在所述第一粘结步骤之后进一步包括如下步骤：
在所述第二基板的另一表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化所述光致抗蚀剂；
通过使用图案化的所述光致抗蚀剂作为掩模形成包括多个凹部和多个突出部的第二凹凸部分；并且
在所述第二基板的另一表面的中心处形成感测部分。
9.根据权利要求8所述的MEMS传感器的制造方法，其中，形成所述感测部分的步骤包括：
在所述第二基板的另一表面上形成金属层和光致抗蚀剂，并随后图案化所述金属层和所述光致抗蚀剂；并且
在使用图案化的所述金属层和图案化的所述光致抗蚀剂作为掩模的同时通过刻蚀所述第二基板形成所述感测部分。
10.根据权利要求9所述的MEMS传感器的制造方法，其中，所述金属层由铝(Al)、铜(Cu)、及其合金中的至少一种制成。
11.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，形成所述第三基板的步骤包括：
准备所述第三基板；
在所述第三基板的一个表面上形成光致抗蚀剂，并随后图案化所述光致抗蚀剂；
通过使用图案化的所述光致抗蚀剂作为掩模形成连接孔；
分别在所述第三基板的一个表面和另一表面上形成绝缘层；
在所述连接孔内部形成连接电极；
在所述第三基板的一个表面上形成上部电极以接触所述连接电极；并且
通过使用金属材料在所述上部电极上形成粘结层。
12.根据权利要求11所述的MEMS传感器的制造方法，其中，所述连接电极由铜(Cu)及其合金中的至少一种制成。
13.根据权利要求11所述的MEMS传感器的制造方法，其中，在所述第二粘结步骤中，所述第三基板通过所述第三基板的所述粘结层粘结至所述第二基板的另一表面。
14.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制造方法，其中，形成所述电极线的步骤包括：
通过使用金属材料在所述第三基板的另一表面上形成电极线层；
在所述电极线层上形成光致抗蚀剂，并随后图案化所述光致抗蚀剂；并且
通过在使用图案化的所述光致抗蚀剂作为掩模的同时刻蚀所述电极线层，形成所述电极线以接触形成在所述第三基板中的连接电极。
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