本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種微機電系統(tǒng)器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

微機電系統(tǒng)技術(shù)是近年來高速發(fā)展的一項高新技術(shù)。與由傳統(tǒng)技術(shù)制作的對應(yīng)器件相比，微機電系統(tǒng)技術(shù)制作的器件在體積、功耗、重量及價格方面都有十分明顯的優(yōu)勢，而且其采用先進半導(dǎo)體制造工藝，可以實現(xiàn)微機電系統(tǒng)器件的批量制造，目前在市場上，微機電系統(tǒng)器件的主要應(yīng)用實例包括壓力器件、加速度計及硅麥克風(fēng)等。

微機電系統(tǒng)器件一般通過電容、電阻等來感知器件所受壓力、加速度與角速度等的大小，而電容、電阻的改變主要由器件內(nèi)部的彈簧等效系統(tǒng)來產(chǎn)生，因此此類微機電系統(tǒng)器件均具有敏感的可動結(jié)構(gòu)，通常通過將器件與一個類似帽子的蓋子密封在一起來形成對器件內(nèi)部可動結(jié)構(gòu)的保護。

在電子元件制造發(fā)展過程中，晶片級封裝(wlp)是一種技術(shù)趨勢，微機電系統(tǒng)器件的封裝步驟在切片之前完成。利用傳統(tǒng)的工藝制成的微機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的真空密封性差，微機電系統(tǒng)器件的封裝體積較大。另外，在傳統(tǒng)的封裝形式中，ic集成電路芯片和微機電系統(tǒng)傳感器芯片通過打線的方式封裝在一起，后續(xù)做成lga封裝，占用空間比較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例致力于提供一種微機電系統(tǒng)器件及其制造方法，減小微機電系統(tǒng)器件最終封裝體積。

本發(fā)明實施例提供了一種微機電系統(tǒng)器件，包括：第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片之間設(shè)置有密封腔體，第一芯片為微機電系統(tǒng)傳感器芯片，第二芯片為ic集成電路芯片，第一芯片和第二芯片通過鍵合的方式連接。

在一個實施例中，第一芯片包括第一基底和順序設(shè)置在第一基底上的氧化層、引線層、犧牲層、微機電系統(tǒng)器件層、外部電氣連接層和止擋層。

在一個實施例中，第二芯片包括靠近第一芯片的第一表面和遠(yuǎn)離第一芯片的第二表面，第二芯片包括第二芯片、設(shè)置在第二芯片上的導(dǎo)電通孔、順序設(shè)置在第二芯片的第一表面上的第一金屬層和第二金屬層以及順序設(shè)置在第二芯片的第二表面上的第二氧化層、第三金屬層、鈍化層和金屬球，第一芯片的外部電氣連接層和第二芯片的第二金屬層連接，第一芯片和第二芯片通過連接鍵合在一起。

在一個實施例中，第一芯片的微機電系統(tǒng)器件層為活動層，包括活動部分和固定部分。

在一個實施例中，第一芯片的外部電氣連接層包括第一電氣連接層和第二電氣連接層，第二芯片的第二金屬層包括第三電氣連接層和第四電氣連接層，第一電氣連接層和第三電氣連對接，形成第一芯片和第二芯片之間的密封腔體，第二電氣連接層和第四連接層對接，完成第一芯片和第二芯片的電氣連接。

在一個實施例中，第一芯片的止擋層設(shè)置在第一芯片的電氣連接層的外圍。

本發(fā)明實施例還提供了一種微機電系統(tǒng)器件的制造方法，該制造方法包括以下步驟：

形成第一芯片，第一芯片為微機電系統(tǒng)傳感器芯片；

形成第二芯片，第二芯片為ic集成電路芯片；

鍵合第一芯片和第二芯片，在第一芯片和第二芯片之間設(shè)置密封腔體。

在一個實施例中，形成第一芯片包括提供第一基底并在第一基底上順序設(shè)置氧化層、引線層、犧牲層、微機電系統(tǒng)器件層、外部電氣連接層和止擋層。

在一個實施例中，第二芯片包括靠近第一芯片的第一表面和遠(yuǎn)離第一芯片的第二表面，形成第二芯片包括設(shè)置在第二芯片中形成導(dǎo)電通孔；在第二芯片中形成導(dǎo)電通孔；在第二芯片的第一表面上順序形成第一金屬層和第二金屬層。

在一個實施例中，微機電系統(tǒng)器件的制造方法還包括：

減薄鍵合后的第二芯片的第二表面；

對減薄后的第二芯片的第二表面進行氧化，通過淀積氧化硅形成第二氧化層；

去除第二氧化層上的部分氧化硅，露出導(dǎo)電通孔，然后淀積第三金屬層，使得第三金屬層和導(dǎo)電通孔相連接；

調(diào)整布線，然后淀積一層鈍化層；

光刻鈍化層以暴露第三金屬層中需要與外界對接的部分，在與外界對接的部分上植金屬球。

在一個實施例中，第二氧化層覆蓋導(dǎo)電通孔。

本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件兼具了第一芯片傳感器芯片和第二芯片信號處理芯片的功能，但第一芯片和第二芯片通過鍵合的方式連接，與傳統(tǒng)的通過打線等方式連接的微機電系統(tǒng)器件相比，明顯地縮小了微機電系統(tǒng)器件的最終封裝體積。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件的鍵合前的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的制作微機電系統(tǒng)器件的流程圖。

圖4a為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片預(yù)埋導(dǎo)電通孔后的示意圖。

圖4b為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片完成金屬層電路結(jié)構(gòu)后的示意圖。

圖4c為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片形成用來鍵合的金屬層結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件第一芯片和第二芯片鍵合后的示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片減薄后的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件的鍵合前的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件包括第一芯片101和第二芯片201，第一芯片101和第二芯片201之間設(shè)置有空腔。

第一芯片101為微機電系統(tǒng)傳感器芯片，其目的是感應(yīng)外界的加速度、角速度的變化量。第二芯片201為微機電系統(tǒng)集成電路芯片，其主要目的是將感應(yīng)到的第一芯片101的變化轉(zhuǎn)化為電路可以識別的信號，如電容、電阻的變化等。本發(fā)明實施例中第一芯片101將加速度、角速度的變化轉(zhuǎn)換成電容的變化，第二芯片201對感受到的第一芯片101的電容的變化進行信號處理，將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。

如圖1所示，第一芯片101包括第一基底102和順序設(shè)置在第一基底102上的氧化層103、引線層104、犧牲層105、微機電系統(tǒng)器件層106、外部電氣連接層107和止擋層109。

第一芯片101中的微機電系統(tǒng)器件層106為活動結(jié)構(gòu)，微機電系統(tǒng)器件層106是第一芯片101的核心部分，包括活動部分106b和固定部分106a。微機電系統(tǒng)器件層106可以通過光刻及刻蝕來得到窄槽108，從而得到微機電系統(tǒng)器件，如加速度計、陀螺儀等。外部電氣連接層107包括第一連接層107a、107b和第二連接層107c、107d，外部電氣連接層107的作用是與第二芯片201實現(xiàn)電氣連接，其中第一連接層107a、107b為第一芯片101與第二芯片201實現(xiàn)密封鍵合的封裝環(huán)，第二連接層107c、107d為第一芯片101與第二芯片201實現(xiàn)電氣連接的電氣對接點，外部電氣連接層107可以為鍺、金等金屬。

第一芯片101可以通過外延多晶硅的方法再腐蝕掉犧牲層來實現(xiàn)微機電系統(tǒng)器件層106的活動區(qū)域，也可以通過硅玻璃鍵合再進行深槽反應(yīng)離子刻蝕(drie)來實現(xiàn)微機電系統(tǒng)器件層106的活動區(qū)域。微機電系統(tǒng)器件層106是可以活動的，在加速度與角速度的作用下，其會產(chǎn)生微小的位移變化。位移變化一般有兩種形成方式，第一種為由活動部分106b與固定部分106a之間的間距發(fā)生變化，第二種為活動部分106b與引線層104之間的間隙變化產(chǎn)生。止擋層109為氧化硅，其主要目的是在第一芯片101與第二芯片201進行鍵合的過程中進行限位，從而有效防止合金外溢到微機電系統(tǒng)器件層106。

第二芯片201為ic集成電路芯片，其目的是將微機電系統(tǒng)器件層106感受到的位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

第二芯片201的主要目的為實現(xiàn)與第一芯片101的電氣連接、與外部電路的電氣對接，同時通過金屬合金形成密閉腔體從而保護第一芯片101中的微機電系統(tǒng)器件層106。這就需要第二芯片201的正反兩面都存在電氣對接點，在本發(fā)明實施例中，通過生成一系列的導(dǎo)電通孔來實現(xiàn)此要求，第二芯片201靠近第一芯片101的表面為第一表面212，遠(yuǎn)離第一芯片101的表面為第二表面211。第一表面212上順序設(shè)置有第一金屬層203、第二金屬層204，其中用于第二金屬層204和第一芯片101的外部電氣連接層107連接，從而完成第一芯片101和第二芯片201的鍵合；第二表面211上順序設(shè)置有第二氧化層302、第三金屬層303、鈍化層304和金屬球305，其中金屬球305用于和外部元件進行電氣連接。

圖3為本發(fā)明實施例的制作微機電系統(tǒng)器件的流程圖，圖4a為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片預(yù)埋導(dǎo)電通孔后的示意圖，圖4b為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片完成金屬層電路結(jié)構(gòu)后的示意圖，圖4c為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片形成用來鍵合的金屬層結(jié)構(gòu)的示意圖，圖5為本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件第一芯片和第二芯片鍵合后的示意圖，圖6為本發(fā)明實施例微機電系統(tǒng)器件的第二芯片減薄后的示意圖。

微機電系統(tǒng)器件的制造方法如圖3所示，主要制備步驟如下：

s1：形成第一芯片101，第一芯片101為微機電系統(tǒng)傳感器芯片，第一芯片101包括第一基底102和順序設(shè)置在第一基底102上的氧化層103、引線層104、犧牲層105、微機電系統(tǒng)器件層106、外部電氣連接層107和止擋層109，外部電氣連接層107包括第一連接層107a、107b和第二連接層107c、107d，外部電氣連接層107的作用是與第二芯片201實現(xiàn)電氣連接，其中第一連接層107a、107b為第一芯片101與第二芯片201實現(xiàn)密封鍵合的封裝環(huán)，第二連接層107c、107d為第一芯片101與第二芯片201實現(xiàn)電氣連接的電氣對接點。

s2：形成一第二芯片201，包括第一表面212和第二表面211，如圖4a所示，對第二芯片201的第一表面212預(yù)埋導(dǎo)電通孔202，以方便后續(xù)將電信號引出去。

s3：預(yù)埋完導(dǎo)電通孔202后，如圖4b所示，繼續(xù)對第二芯片201的第一表面202按照集成電路的常規(guī)工藝完成第一金屬層203。

s4：完成集成電路的布置后，如圖4c所示，需要增加一層與第一芯片101進行金屬鍵合的第二金屬層204，第二金屬層204包括第三連接層204a、204b和第四連接層204c、204d，用于第二金屬層204和外部電氣連接層107對接，以完成第一芯片101和第二芯片201的鍵合。

s5：經(jīng)過以上步驟后，下一步為對第一芯片101與第二芯片201進行鍵合，其中第一連接層107a、107b和第三連接層204a、204b進行對接，其主要目的是給微機電系統(tǒng)器件層106形成一個密閉的腔體，避免微機電系統(tǒng)活動層受到外界的干擾。第二連接層107c、107d和第四連接層204c、204d進行對接，其主要目的是將微機電系統(tǒng)信號與ic集成電路相連接，將微機電系統(tǒng)器件層106產(chǎn)生的微小電容變化通過第四連接層204c、204d傳遞到集成電路中去，經(jīng)過集成電路，輸出可以被外界識別并處理的電信號，完成鍵合后的第一芯片101與第二芯片201如圖5所示。

s6：完成第一芯片101和第二芯片201的鍵合后，需要對對鍵合后的芯片進行減薄，主要對第二芯片201進行減薄，可以通過cmp減薄的方式來實現(xiàn)，其目的為露出導(dǎo)電通孔202，減薄厚的第一芯片101和第二芯片201如圖6所示。

s7：在減薄后的芯片的第二表面211進行氧化，通過淀積氧化硅來實現(xiàn)第二氧化層302，其主要起掩膜作用。其制備方法為采用各種淀積工藝，如：低壓化學(xué)氣相淀積(lpcvd)、等離子體化學(xué)氣相淀積(pecvd)或者熱氧化等工藝方法，在此過程中，第二氧化層302將導(dǎo)電通孔202覆蓋。

s8：通過光刻、干法刻蝕或者濕法腐蝕等工藝去除第二氧化層302上的部分氧化硅，露出導(dǎo)電通孔202，然后淀積第三金屬層303，使得第三金屬層303和電通孔202相連接。

s9：采用光刻、金屬腐蝕等工藝得到金屬走線，可以根據(jù)不同的設(shè)計需要、外部連接芯片的不同結(jié)構(gòu)形式來調(diào)整布線形式。其目的為合理排布電氣連接點，實現(xiàn)與外界電路等的優(yōu)化連接。當(dāng)形成走線后，淀積一層鈍化層304作為保護，其可采用氧化硅或者氮化硅材料。其制備方法為采用各種淀積工藝，如：低壓化學(xué)氣相淀積(lpcvd)、等離子體化學(xué)氣相淀積(pecvd)或者熱氧化等工藝方法。其目的為將走線層與外界隔開，起屏蔽的作用。

s10：光刻鈍化層304，使得第三金屬層303中需要與外界對接的部分暴露出來，在與外界對接的部分上植金屬球305，至此，微機電系統(tǒng)器件制造結(jié)束，得到如圖2所示的微機電系統(tǒng)器件。

本發(fā)明實施例通過將微機電系統(tǒng)傳感器芯片第一芯片101和集成電路芯片第二芯片201鍵合，然后對鍵合后的芯片進行一系列的處理，最終得到具有感應(yīng)外界的加速度、角速度的變化量的功能，并可以將上述變化量進行信號處理的微機電系統(tǒng)器件，本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件通過金屬球和外部元件進行電氣連接，本發(fā)明的微機電系統(tǒng)器件和外部元件的連接部不局限于本發(fā)明實施例的金屬球，也可以是金屬引腳等其他連接部。

本發(fā)明實施例的微機電系統(tǒng)器件兼具了第一芯片101傳感器芯片和第二芯片201信號處理芯片的功能，但第一芯片101和第二芯片201通過鍵合的方式連接，與傳統(tǒng)的通過打線等方式連接的微機電系統(tǒng)器件相比，明顯地縮小了微機電系統(tǒng)器件的最終封裝體積。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。