mems器件及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及半导体集成电路技术领域,特别涉及一种mems器件及其制作方法。
背景技术:2.mems器件是基于微机电系统(micro electro mechanical systems,mems)工艺制备而成的器件,其内部结构一般在微米甚至纳米量级。mems器件具有体积小、成本低、可靠性高、抗恶劣环境能力强、功耗低、智能化程度高、易校准、易集成等优点,被广泛应用于消费类电子产品。
3.晶圆级键合是mems器件制备过程中的一项重要的工艺步骤。mems器件一般包括器件晶圆和覆盖晶圆,在器件晶圆与覆盖晶圆键合之后两个晶圆之间形成腔体。晶圆键合之后,器件晶圆上的图案化的器件功能层以及各种标记均被覆盖晶圆所覆盖,对准机台无法直接找到器件晶圆上的前层对准标记,通常需要对覆盖晶圆盲曝后进行刻蚀形成深坑,通过深坑暴露出器件晶圆上的前层对准标记,才能继续进行接来下的光刻工艺。
4.然而,由于是盲曝,深坑的开口尺寸比较大,在晶圆上会损失一定的面积,以致损失有效管芯,降低产量;此外,深坑的深度比较深,在后续涂布光刻胶的时候极易产生箭形印记,影响产品外观;并且,由于对准时需要从所述覆盖晶圆的背面(与键合面相对的另一面)进行对准,前层对准标记深度大且对准台阶过大,可能会导致对准过程中精度出现问题。
技术实现要素:5.本发明的目的在于提供一种mems器件及其制作方法,在第二晶圆的深坑内形成与第一对准标记位置相对应的第二对准标记,解决了对准问题以及箭形印记问题,避免后续有效管芯的损失以及外观问题。
6.为解决上述技术问题,根据本发明的第一个方面,提供了一种mems器件的制作方法,包括以下步骤:
7.提供第一晶圆,在所述第一晶圆上形成第一对准标记;
8.提供第二晶圆,所述第二晶圆包括相对设置的待键合面与背面,在所述第二晶圆的待键合面上形成深坑,且在所述深坑内形成与所述第一对准标记位置相对应的第二对准标记;
9.将所述第一晶圆与所述第二晶圆进行键合,键合之后所述第二对准标记在所述第一晶圆上的投影与所述第一对准标记重合;以及
10.从所述第二晶圆的背面去除部分所述第二晶圆,以暴露出所述第二对准标记。
11.可选的,在所述第二晶圆的待键合面上形成深坑的方法包括:采用tmah溶液对所述第二晶圆的待键合面进行刻蚀,以在所述第二晶圆内形成所述深坑。
12.可选的,在所述深坑内形成第二对准标记的方法包括:
13.在所述第二晶圆上形成氧化层,所述氧化层至少覆盖所述深坑的侧壁及底部;
14.刻蚀所述深坑底部的所述氧化层以形成第二对准标记。
15.可选的,在所述深坑内形成第二对准标记之后,所述制作方法还包括:在所述深坑内形成阻挡层,所述阻挡层至少填充部分所述深坑。
16.可选的,采用平坦化工艺去除部分所述第二晶圆,至暴露出所述阻挡层。
17.可选的,在所述深坑内形成第二对准标记之后,在所述深坑内形成阻挡层之前,所述制作方法还包括:在所述深坑的底部及部分侧壁形成种子层。
18.可选的,所述种子层的材料包含多晶硅,所述阻挡层的材料包含多晶硅。
19.可选的,通过化学气相沉积工艺形成所述种子层,通过选择性外延工艺形成所述阻挡层。
20.可选的,在所述深坑的底部及部分侧壁形成种子层的方法包括:
21.形成种子材料层,所述种子材料层覆盖所述第二晶圆的待键合面以及所述深坑的侧壁及底部;
22.刻蚀所述种子材料层,保留所述深坑的底部及部分侧壁上的所述种子材料层作为种子层。
23.为解决上述技术问题,根据本发明的第二个方面,还提供了一种mems器件,采用如上所述的mems器件的制作方法制作而成。
24.综上所述,在本发明提供的mems器件及其制作方法中,首先提供第一晶圆,在所述第一晶圆上形成第一对准标记,接着提供第二晶圆,所述第二晶圆包括相对设置的待键合面与背面,在所述第二晶圆的待键合面上形成深坑,且在所述深坑内形成与所述第一对准标记位置相对应的第二对准标记,然后将所述第一晶圆与所述第二晶圆进行键合,键合之后所述第二对准标记在所述第一晶圆上的投影与所述第一对准标记重合,以及从所述第二晶圆的背面去除部分所述第二晶圆,以暴露出所述第二对准标记。如此所述第二晶圆上的第二对准标记可以代替所述第一晶圆上的第一对准标记作为后续光刻工艺中的对准标记,后续无需再通过盲曝后刻蚀的方法暴露出第一晶圆上的第一对准标记,避免了晶圆上有效面积的损伤,提高了晶圆实际有效管芯的数量,提高了产量,也避免了箭形印记的问题,避免了对产品外观造成影响;同时由于最终第二对准标记就位于第二晶圆表面,采用第二对准标记进行对准,与现有技术对比,能够提高对准精度。
附图说明
25.本领域的普通技术人员将会理解,提供的附图用于更好地理解本发明,而不对本发明的范围构成任何限定。其中:
26.图1与图2是mems器件的制作方法中露出第一晶圆上的第一对准标记的结构示意图。
27.图3是本发明一实施例提供的mems器件的制作方法的流程示意图。
28.图4至图11是本发明一实施例提供的mems器件的制作方法的各步骤结构示意图。
29.附图中:
30.图1与图2中,10-第一晶圆;11-第一对准标记;12-第一介质层;13-导电层;14-第二介质层;20-第二晶圆;21-深坑。
31.图4至图11中,100-第一晶圆;101-第一对准标记;102-第一键合标记;103-空腔;
200-第二晶圆;201-深坑;202-凹槽;203-氧化层;204-第二对准标记;205-种子层;206-阻挡层;207-第二键合标记。
具体实施方式
32.图1与图2是mems器件的制作方法中露出第一晶圆上的第一对准标记的结构示意图。请参考图1所示,第一晶圆10例如为器件晶圆,所述第一晶圆10上形成有图案化的器件功能层以及各种标记,示例性的,所述第一晶圆10上形成有第一对准标记11、第一介质层12、导电层13以及第二介质层14。所述第二晶圆20例如为覆盖晶圆,所述第二晶圆20键合在所述第一晶圆10上,在所述第一晶圆10与第二晶圆20之间形成若干空腔。如图1所示,在晶圆键合后,只能看到所述第二晶圆20的背面,所述第一对准标记11被所述第二晶圆20所覆盖,对准机台无法直接找到所述第一对准标记11。
33.请参考图2所示,为了暴露出所述第一对准标记11,需要先对所述第二晶圆20盲曝后刻蚀形成一个深坑21,所述深坑21贯穿所述第二晶圆20,从而对准机台可以通过所述深坑21查找到所述第一晶圆10上的所述第一对准标记11,然后继续进行后续的光刻工艺。
34.可以理解的是,由于是盲曝,所述深坑21的线宽比较大,在所述第二晶圆20上会损失一定的面积,以致损失有效管芯,降低了产量;此外,所述深坑21的深度比较深,在后续涂布光刻胶的时候,有一些光刻胶从所述深坑21落入空腔内或者落在所述第一晶圆10上,不仅极易产生箭形印记,而且容易造成光刻胶涂布不均匀,影响光刻效果,影响产品外观。此外,由于对准时需要从所述第二晶圆20的背面进行对准,深度大且对准台阶过大,对准过程中精度可能会出现问题。
35.基于上述问题,本发明提供一种mems器件的制作方法,包括以下步骤:
36.提供第一晶圆,在所述第一晶圆上形成第一对准标记;
37.提供第二晶圆,所述第二晶圆包括相对设置的待键合面与背面,在所述第二晶圆的待键合面上形成深坑,且在所述深坑内形成与所述第一对准标记位置相对应的第二对准标记;
38.将所述第一晶圆与所述第二晶圆进行键合,键合之后所述第二对准标记在所述第一晶圆上的投影与所述第一对准标记重合;以及
39.从所述第二晶圆的背面去除部分所述第二晶圆,以暴露出所述第二对准标记。
40.相应的,本发明还提供一种mems器件,采用如上所述的mems器件的制作方法制作而成。
41.本发明提供的mems器件及其制作方法中,所述第二晶圆上的第二对准标记可以代替所述第一晶圆上的第一对准标记作为后续光刻工艺中的对准标记,后续无需再通过盲曝后刻蚀的方法暴露出第一晶圆上的第一对准标记,避免了晶圆上有效面积的损伤,提高了晶圆上实际有效管芯的数量,提高了产量,也避免了箭形印记的问题,避免了对产品外观造成影响;同时由于最终第二对准标记就位于第二晶圆表面,采用第二对准标记进行对准,与现有技术对比,能够提高对准精度。
42.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部
分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
43.如在本发明中所使用的,单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象,除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的,术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的,除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的,术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的,除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的,术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的,除非内容另外明确指出外。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。
44.图3是本发明一实施例提供的mems器件的制作方法的流程示意图。如图3所示,mems器件的制作方法包括以下步骤:
45.s1:提供第一晶圆,在所述第一晶圆上形成第一对准标记;
46.s2:提供第二晶圆,所述第二晶圆包括相对设置的待键合面与背面,在所述第二晶圆的待键合面上形成深坑,且在所述深坑内形成与所述第一对准标记位置相对应的第二对准标记;
47.s3:将所述第一晶圆与所述第二晶圆进行键合,键合之后所述第二对准标记在所述第一晶圆上的投影与所述第一对准标记重合;以及,
48.s4:从所述第二晶圆的背面去除部分所述第二晶圆,以暴露出所述第二对准标记。
49.应当理解的是,虽然图3所示的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行;而且,这些步骤也不必然是依次进行,本技术并不排除至少两个步骤在同一时刻执行完成或者轮流交替完成的情况,比如步骤s2可以与步骤s1同步执行。步骤之间的执行顺序还是应当根据具体的逻辑关系而确定。
50.图4至图11是本发明一实施例提供的mems器件的制作方法的各步骤结构示意图。接下来,将结合图3与图4至图11对本发明实施例所提供的mems器件的制作方法进行详细说明。
51.在步骤s1中,请参考图4所示,提供第一晶圆100,在所述第一晶圆100上形成第一对准标记101。
52.本实施例中,所述第一晶圆100可以为硅晶圆、锗晶圆、绝缘体上硅(soi)晶圆、绝缘体上锗(geoi)晶圆等,本技术对此不作具体限定。
53.所述第一晶圆100具有彼此相对设置的两个表面,用于朝向第二晶圆并与第二晶圆键合的表面称为待键合面(参考图4中第一晶圆100的上表面),在晶圆键合后,该表面可称为键合面;与所述待键合面相对的另一表面为所述第一晶圆100的背面(参考图4中第一晶圆100的下表面)。
54.在所述第一晶圆100的待键合面上形成第一对准标记101,同时还可以在所述第一晶圆100的待键合面上形成第一键合标记102,当然,所述第一对准标记101也可以位于所述第一晶圆100内且靠近所述待键合面。可以理解地,本技术中所述的对准标记是光刻工艺中使用的标记,能够通过对准机台观测,而键合标记是晶圆键合工艺中使用的标记,用于在键合机台上观测。
55.本实施例中,所述第一晶圆100为器件晶圆。在所述第一晶圆100的待键合面上还
可以形成有图案化的器件功能层,例如图案化的第一介质层、导电层、第二介质层等。图案化的器件功能区可以界定出空腔的位置,后续工序中可以在空腔的位置处加工形成器件单元,并且器件单元在划片后可以形成为管芯。
56.示例性的,所述第一对准标记101形成在划片道区域内,相应的,第二晶圆上形成的第二对准标记也将形成在划片道区域内,如此,不用额外占用管芯的位置放置对准标记,提高了晶圆上实际有效管芯的数量。
57.在步骤s2中,请参考图9所示,提供第二晶圆200,所述第二晶圆200包括相对设置的待键合面与背面,在所述第二晶圆200的待键合面上形成深坑201,且在所述深坑201内形成与所述第一对准标记101位置相对应的第二对准标记204。
58.本实施例中,所述第二晶圆200可以为硅晶圆、锗晶圆、绝缘体上硅(soi)晶圆、绝缘体上锗(geoi)晶圆等,本技术对此不作具体限定。示例性的,所述第二晶圆200为覆盖晶圆。
59.所述第二晶圆200具有彼此相对设置的两个表面,与所述第一晶圆100类似,用于朝向所述第一晶圆100并与所述第一晶圆100键合的表面称为待键合面(参考图5中第二晶圆200的上表面),在晶圆键合后,该表面可称为键合面;与所述待键合面相对的另一表面为所述第二晶圆200的背面(参考图5中第二晶圆200的下表面)。在图10与图11中,所述第二晶圆200将被翻转,使其待键合面(即键合面)朝下,背面朝上。
60.请参考图5所示,在所述第二晶圆200的待键合面上形成深坑201,所述深坑201从所述待键合面向所述第二晶圆200内延伸。所述深坑201所在的区域在晶圆键合之后在所述第一晶圆100上的投影包围所述第一对准标记101,从而可以使得后续形成于所述深坑201内的第二对准标记204与所述第一对准标记101的位置对准,即所述第一晶圆100与所述第二晶圆200键合之后,所述第二对准标记204在所述第一晶圆100上的投影与所述第一对准标记101相重合,或者至少具有重合部分,从而后续进行光刻工艺时可以使用所述第二对准标记204代替所述第一对准标记101。
61.本实施例中,可以采用tmah溶液对所述第二晶圆200的待键合面进行刻蚀,以在所述第二晶圆200内形成所述深坑201。tmah溶液对氧化硅的刻蚀速率是对硅刻蚀速率的千分之一,因此可以在所述第二晶圆200的待键合面上形成氧化硅掩膜层,然后对氧化硅掩膜层进行曝光与显影,暴露出预订形成所述深坑201的区域,然后以图形化的氧化硅掩膜层为掩膜,采用tmah溶液对所述第二晶圆200的待键合面进行刻蚀,形成深坑201。最后,去除图形化的氧化硅掩膜层。
62.请继续参考图5所示,在形成所述深坑201之前,或者,在形成所述深坑201之后,还可以对所述第二晶圆200的待键合面进行刻蚀形成凹槽202,晶圆键合之后所述凹槽202与所述第一晶圆100上的图案化的器件功能层相对应形成空腔。示例性的,可以采用上述形成所述深坑201的方法形成所述凹槽202,但不限于此。
63.接着,在所述深坑201内形成第二对准标记204。请继续参考图5所示,在所述第二晶圆200上形成氧化层203,所述氧化层203至少覆盖所述深坑201的侧壁及底部。示例性的,可以采用炉管工艺形成所述氧化层203,因此所述氧化层203可以形成于所述第二晶圆200暴露出的任何区域,例如所述氧化层203覆盖所述第二晶圆200的待键合表面、所述深坑201的侧壁及底部、所述凹槽202的侧壁及底部以及所述第二晶圆200的背面。接着,请参考图6
所示,刻蚀所述深坑201底部的所述氧化层203以形成第二对准标记204。所述第二对准标记204与所述第一对准标记101的位置相对应,也就是说,所述第一晶圆100与所述第二晶圆200键合之后,所述第二对准标记204在所述第一晶圆100上的投影与所述第一对准标记101相重合,或者至少具有重合部分,从而后续进行光刻工艺时可以使用第二对准标记204代替所述第一对准标记101。
64.请参考图8所示,形成所述第二对准标记204之后,还可以在所述深坑201内形成阻挡层206,所述阻挡层206至少填充部分所述深坑201,所述阻挡层206后续作为研磨阻挡层。本实施例中,首先可以在所述深坑201的底部及部分侧壁上形成种子层205,如图7所示。示例性的,可以采用化学气相沉积工艺形成所述种子材料层(未图示),所述种子材料层覆盖所述第二晶圆200的待键合面、所述深坑201的侧壁及底部以及所述凹槽202的侧壁及底部,然后刻蚀所述种子材料层,仅保留所述深坑201的底部及部分侧壁上的所述种子材料层作为所述种子层205,去除其余区域内的所述种子材料层,形成如图7所示的结构。所述种子层205的材料包含多晶硅,但不限于此。
65.接着,请参考图8所示,在所述深坑201内形成阻挡层206。示例性的,可以采用选择性外延工艺形成所述阻挡层206。所述种子层205位于所述深坑201的底部及部分侧壁上,采用选择性外延工艺形成所述阻挡层206,所述阻挡层206填充部分所述深坑201。所述阻挡层206与所述种子层205的材料相同,例如所述阻挡层206的材料包含多晶硅。本实施例中,首先形成所述种子层205,是为了以所述种子层205为种子,采用选择性外延工艺形成所述阻挡层206,即为了方便后续所述阻挡层206的形成。若可以直接在所述深坑201内填充所述阻挡层206,则无需形成所述种子层205。
66.接着,请参考图9所示,去除部分所述氧化层203,仅保留所述深坑201侧壁及底部的所述氧化层203。之后,在所述第二晶圆200的待键合面上形成第二键合标记207,所述第二键合标记207与所述第一键合标记102的位置相对应,即晶圆键合时,所述第二键合标记207与所述第一键合标记102相对准。
67.在步骤s3中,请参考图10所示,将所述第一晶圆100与所述第二晶圆200进行键合,键合之后所述第二对准标记204在所述第一晶圆100上的投影与所述第一对准标记101重合。
68.在晶圆键合时,所述第二晶圆200的待键合面朝向所述第一晶圆100的待键合面,所述第一键合标记102与所述第二键合标记207彼此对准,所述第一对准标记101与所述第二对准标记204在垂直于所述第一晶圆100的方向上也彼此对准。
69.在步骤s4中,请参考图11所示,从所述第二晶圆200的背面去除部分所述第二晶圆200,以暴露出所述第二对准标记204。
70.示例性的可以采用平坦化工艺去除部分所述第二晶圆200,例如化学机械研磨,但不限于此。对所述第二晶圆200的背面进行化学机械研磨,至暴露出所述阻挡层206,即所述阻挡层206作为研磨阻挡层,暴露出所述阻挡层206即暴露出所述第二对准标记204。当然,由于为了方便形成所述阻挡层206,先在所述深坑201内形成所述种子层205,因此实际上研磨停止时暴露出的是所述种子层205。
71.接下来,可以利用所述第二对准标记204作为光刻对准标记,在所述第二晶圆200上形成图案。也就是说,在接下来的光刻工艺中,将以所述第二对准标记204作为对准标记,
代替了原有工艺中以所述第一晶圆100上的第一对准标记101作为对准标记的对准方法,不仅无需再为了暴露所述第一对准标记101而对第二晶圆200盲曝后刻蚀形成深坑,而且对准标记位于第二晶圆200上,后续对准可以更加精确。
72.本技术提供的mems器件的制作方法中,所述第二晶圆200上的第二对准标记204可以代替所述第一晶圆100上的第一对准标记101作为后续光刻工艺中的对准标记,后续无需再通过盲曝后刻蚀的方法暴露出第一晶圆100上的第一对准标记101,避免了晶圆上有效面积的损伤,提高了晶圆上实际有效管芯的数量,提高了产量,也避免了箭形印记的问题,避免了对产品外观造成影响,同时由于最终第二对准标记204就位于第二晶圆200表面,采用第二对准标记204进行对准,与现有技术对比,能够提高对准精度。
73.相应的,本发明还提供一种mems器件,采用如上所述的mems器件的制作方法的制作而成。
74.请参考图11所示,所述mems器件包括:
75.第一晶圆100,所述第一晶圆100上形成有第一对准标记101;
76.第二晶圆200,所述第二晶圆200与所述第一晶圆100相键合,所述第二晶圆200的键合面上形成有深坑201,且所述深坑201内形成有第二对准标记204,所述第二晶圆200的背面暴露出所述第二对准标记204,所述第二对准标记204在所述第一晶圆100上的投影与所述第一对准标记101重合。
77.进一步的,所述深坑201内形成有氧化层203,所述氧化层203覆盖所述深坑201的侧壁,所述深坑201的底部(相当于所述第二晶圆200的背面,即图11中所述第二晶圆200的上表面)及部分侧壁上形成有种子层205,且所述深坑201内填充有阻挡层206。
78.进一步的,所述第一晶圆100的键合面上形成有第一键合标记102,所述第二晶圆200的键合面上形成有第二键合标记207,所述第一键合标记102与所述第二键合标记207彼此对准。
79.进一步的,所述第二晶圆200内还形成有凹槽,所述凹槽从所述第二晶圆200的待键合面延伸至所述第二晶圆200的内部,所述凹槽与所述第一晶圆100之间形成空腔103。
80.综上所述,在本发明提供的mems器件及其制作方法中,首先提供第一晶圆,在所述第一晶圆上形成第一对准标记,接着提供第二晶圆,所述第二晶圆包括相对设置的待键合面与背面,在所述第二晶圆的待键合面上形成深坑,且在所述深坑内形成与所述第一对准标记位置相对应的第二对准标记,然后将所述第一晶圆与所述第二晶圆进行键合,键合之后所述第二对准标记在所述第一晶圆上的投影与所述第一对准标记重合,以及从所述第二晶圆的背面去除部分所述第二晶圆,以暴露出所述第二对准标记。如此所述第二晶圆上的第二对准标记可以代替所述第一晶圆上的第一对准标记作为后续光刻工艺中的对准标记,后续无需再通过盲曝后刻蚀的方法暴露出第一晶圆上的第一对准标记,避免了晶圆上有效面积的损伤,提高了晶圆实际有效管芯的数量,提高了产量,也避免了箭形印记的问题,避免了对产品外观造成影响;同时由于最终第二对准标记就位于第二晶圆表面,采用第二对准标记进行对准,与现有技术对比,能够提高对准精度。
81.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。