[发明专利]一种MEMS惯性传感器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS惯性传感器件的加工制造方法，尤其涉及一种体硅垂直导通的MEMS惯性传感器件的加工制造方法。

背景技术

MEMS惯性传感器件包括加速度计，陀螺仪等MEMS器件，是一种基于微机电系统的可用于检测加速度、角速度信号变化的传感器芯片，广泛应用于汽车、手机、导航、医疗等产业，是重要的人机互动界面的连接纽带。

传统的六轴惯性传感器制造工艺，需要将六个不同的独立的传感器芯片分别利用不同工艺装配在一起，实现六轴传感的功能，工艺较复杂，成本较高，且芯片尺寸大。

专利CN 103575260 A，公开了一种体硅作为感应电极板和通道的微陀螺仪及其加工制造方法，如图1所示，包括硅衬底上基板12、硅衬底下基板1、可动结构层8以及引线，所述的微陀螺仪由体硅电容感应极板和体硅导电通道结构构成，所述的硅衬底上基板12和硅衬底下基板1之间采用键合连接结构，所述的引线为分布在硅衬底上基板12中间部位的第一金属互联窗口18和第二金属互联窗口19，制造顺序分为，硅衬底下基板制造，下基板和可动层制造，硅衬底上基板制造，上下基板键和连接以及引线四部分，虽然该专利工艺步骤少，便于控制，且能减少生产线金属沾污的次数，但是其垂直导电硅柱使用普通硅衬底制作，工艺复杂，需要多次深刻蚀，需要额外沉积密封绝缘层，衬底厚度不容易控制。

专利CN 103575260 A，缺点在于垂直导电硅柱使用普通硅衬底制作，工艺复杂，需要多次深刻蚀，需要额外沉积密封绝缘层，衬底厚度不容易控制。

A Michigan Nanofabrication Facility process at the University of Michigan公开的多用户工艺模块资料“Silicon-On-Glass MEMS Design Handbook”，多用于惯性器件加速度计和陀螺仪的制作。方案使用硅玻璃键合工艺，如图2所示，包括两个部分，硅衬底部分和玻璃衬底部分。首先，玻璃衬底部分通过蚀刻工艺做出空腔以及其它辅助结构；然后，玻璃衬底和硅衬底通过阳极键合技术键合在一起；最后，在硅衬底部分通过金属沉积蚀刻工艺做出金属联线和金属焊盘，通过深刻蚀工艺做出器件活动结构。此方案使用玻璃衬底，和硅衬底间存在热失配，影响器件的热稳定性；另外，金属连线同平面引出，器件尺寸较大并且不易实现晶圆级真空封装。

“Silicon-On-Glass MEMS Design Handbook”公开的方案使用玻璃衬底，和硅衬底间存在热失配，影响器件的热稳定性；另外，金属连线同平面引出，器件尺寸较大并且不易实现晶圆级真空封装。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可通过同一加工工艺流程将六轴传感功能制造在一个芯片上、集成六轴传感器芯片的MEMS惯性器件的制造方法，以减小芯片尺寸，降低成本。

本发明的MEMS惯性传感器件的制造方法，包括步骤：

(1)制作硅柱垂直导通层：取SOI(绝缘层上硅)晶圆，将顶层硅高浓度离子掺杂后，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻顶层硅至密封绝缘层，蚀刻出导通硅柱以及绝缘空槽；

(2)制作器件结构层：取硅晶圆并在其上使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出锚区结构；

(3)制作硅盖帽层：取硅晶圆并对其进行氧化，在硅晶圆表面形成氧化硅膜作为氧化绝缘层，然后使用光刻、蚀刻工艺在硅晶圆上蚀刻出空腔；

(4)器件结构层与硅柱垂直导通层的键合：

(41)使用硅硅直接键合工艺，将器件结构层的锚区结构与硅柱垂直导通层的导通硅柱键合在一起，以及将器件结构层的主键合面与硅柱垂直导通层的主键合面键合在一起；

(42)使用光刻、蚀刻工艺在器件结构层上蚀刻出梳齿结构；

(5)键合硅盖帽层：使用硅硅键合工艺，将硅盖帽层的主键合面与器件结构层的主键合面键合在一起；

(6)使用减薄工艺，将硅柱垂直导通层减薄至密封绝缘层，在密封绝缘层上，使用光刻、蚀刻工艺，蚀刻出用于金属联线焊盘与导通硅柱接触的金硅接触区域；

(7)在金硅接触区域上沉积金属，光刻、蚀刻出金属连接焊盘，并将金属合金化。

进一步的，所述步骤(3)在蚀刻出空腔后，还包括将硅晶圆背面减薄至预定厚度的操作。

进一步的，在所述步骤(42)之前，还包括使用减薄抛光工艺，将器件结构层减薄抛光至预定厚度的步骤。