叠层组合式MEMS芯片的制造方法及其叠层组合式MEMS芯片

摘要

本发明公开了一种叠层组合式MEMS芯片及其制造方法，首先制造第一MEMS圆片和硅穿孔圆片，将第一MEMS圆片和硅穿孔圆片键合得到密封圆片，在密封圆片上制作绝缘层和金属层形成金属化密封圆片，将第二MEMS圆片键合到金属化密封圆片上得到叠层组合式MEMS圆片，最后切割叠层组合式MEMS圆片得到叠层组合式MEMS芯片。本方法充分利用硅穿孔圆片的面积，在其上下两侧各形成至少一个上密封腔和至少一个下密封腔，密封腔内有MEMS结构，密封腔内的MEMS结构的信号通过金属层引出，在他们的信号线之间有屏蔽金属层用于隔离不同MEMS结构电信号之间的干扰。本方法的叠层组合式MEMS芯片，可以满足组合式运动传感器芯片对不同压力的要求，而且本芯片体积小、集成度高、设计灵活、成本低。

主权项

叠层组合式MEMS芯片的制造方法，步骤为：（1）第一MEMS圆片形成：在底板圆片上表面生长底板绝缘层，蚀刻出至少一个底板凹腔，底板上表面未被蚀刻的部分成为底板密封区和第一硅柱；将单晶硅圆片键合到底板圆片上表面上，作为第一MEMS层圆片，磨削第一MEMS层圆片到10～100 µm，形成第一MEMS层，蚀刻第一MEMS层，形成第一MEMS密封区、第一MEMS结构和第一MEMS导电区，这样，就完成第一MEMS圆片的制造；（2）硅穿孔圆片形成：在硅穿孔圆片衬底上蚀刻出隔离沟，生长二氧化硅填满隔离沟，形成二氧化硅隔离层，然后蚀刻出至少一个第一凹腔，硅穿孔圆片衬底上未被蚀刻的部分成为导电键合区和密封键合区，最后蚀刻除去隔离沟外的二氧化硅，形成硅穿孔圆片；（3）密封圆片形成：将第一MEMS圆片和硅穿孔圆片在设定气压的键合室中对准键合，形成密封圆片，其中第一凹腔与底板凹腔共同组成下密封腔，第一MEMS结构位于下密封腔内；（4）金属化密封圆片形成：磨削密封圆片上的硅穿孔圆片，露出隔离沟，硅穿孔圆片被隔离沟分割为第一垂直电极、密封区和硅导电柱；在硅穿孔圆片上淀积第一绝缘层覆盖硅穿孔圆片，在第一绝缘层上蚀刻出第一通孔，淀积第一金属层覆盖第一绝缘层，同时填充第一通孔，然后图形化第一金属层，得到第一金属线和压焊块；在第一金属层上淀积第二绝缘层，在第二绝缘层上蚀刻出第二通孔，淀积第二金属层覆盖第二绝缘层以及填充第二通孔，图形化第二金属层，得到屏蔽区和第二金属线，最后将覆盖在压焊块上的第二绝缘层蚀刻掉，露出压焊块，制造完成金属化密封圆片；（5）第二MEMS圆片形成：在盖板圆片上表面生长盖板绝缘层，蚀刻出至少一个盖板凹腔，盖板上表面未被蚀刻的部分成为盖板密封区和第二硅柱；将单晶硅圆片键合到盖板圆片上表面上，作为第二MEMS层圆片，磨削第二MEMS层圆片到10～100 µm，形成第二MEMS层，在第二MEMS层上对应盖板凹腔处蚀刻出第二凹腔，最后蚀刻第二MEMS层，形成第二MEMS密封区、第二MEMS结构和第二MEMS导电区，这样，就完成第二MEMS圆片的制造；（6）叠层组合式MEMS圆片形成：将金属化密封圆片和第二MEMS圆片在设定气压的键合设备内对准键合，形成叠层组合式MEMS圆片，其中第二凹腔与盖板凹腔共同组成上密封腔，第二MEMS结构位于上密封腔内；（7）叠层组合式MEMS芯片形成：首先叠层组合式MEMS圆片中将压焊块上方的第二MEMS圆片切割掉，露出压焊块，然后切割叠层组合式MEMS圆片，得到叠层组合式MEMS芯片。