[发明专利]采用低温工艺形成电学隔离区方法、单片集成方法及芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种在绝缘硅基片(SOI)上采用低温工艺形成电学隔离区的方法、在绝缘硅基片上采用低温工艺形成电学隔离区而将微机电器件与集成电路器件单片集成的方法、以及在绝缘硅基片上采用低温工艺形成电学隔离区而形成的微机电器件与集成电路器件单片集成芯片。

背景技术

微机电系统(MEMS)是近年来高速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制备工艺，来实现MEMS器件的批量制备。与传统制作技术相比，MEMS技术制作的器件在体积、功耗、重量以及价格等方面有十分明显的优势。

目前，MEMS器件和集成电路(IC)通常由不同的厂商依其各自的制备流程在不同的基片上独立完成器件制作，然后再混合封装完成集成化以得到相应的完整系统。该种方法好处是制备工艺难度小，MEMS器件设计和制备可以单独优化，因此该种方法在很多领域得到了广泛应用，例如压阻型传感器等。然而对于某些易受干扰的应用，例如高阻抗输出的压电和电容等类型的传感器，将MEMS器件和集成电路单片集成更有优势，可有效降低干扰噪声影响及显著提高器件整体性能。

实现MEMS器件和集成电路单片集成的制造方法有三种：第一，先完成MEMS器件的制作，然后再在同一基片上完成集成电路的制作；第二，MEMS器件和集成电路在制作过程中单步工艺相互交叉进行；第三种方法即“后半导体工艺”(post-IC)，先做完标准的集成电路，然后再在同一基片上完成MEMS器件的制作。第三种集成办法有诸多好处，既可以充分利用现有成熟的标准集成电路制备流程，不会因制作MEMS器件污染集成电路加工设备，也有利于提高成品率及减少对设备的投资。但是第三种集成办法也有缺点，由于集成电路制备完成后，做为金属电极的铝不能承受400℃以上的高温，这样在随后MEMS器件的制备过程不能采用高温工艺，这样就增加了集成电路和MEMS单片集成的工艺难度。

采用绝缘硅(Silicon on Insulator，SOI)基片作为集成电路以及MEMS器件的基片可避免制作MEMS器件时需要的高温工艺，通常，SOI基片由非常厚的体硅衬底层、相当薄的绝缘氧化硅中间层(即氧化硅埋层)、及薄薄的单晶硅顶层(即器件层)构成。目前美国模拟器件公司(ADI)即利用该公司SOI-MEMS技术制造集成加速度计传感器，其通过电学隔离同一SOI基片上MEMS器件区域与集成电路区域，同时实现MEMS器件与集成电路器件的必要电学连接，然而该技术采用的隔离工艺为高温氧化硅和多晶硅构成的复合膜，无法做到完全的post-IC工艺。此外，北京大学微电子研究所在单晶硅衬底上开发集成陀螺传感器时也是利用高温氧化硅与多晶硅形成的复合膜来隔离MEMS器件和集成电路。

由于都是采用高温工艺形成电学隔离，因此都难以做到完全的post-IC工艺，如何解决这一问题实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在绝缘硅基片上采用低温工艺形成电学隔离区的方法。

本发明的另一目的在于提供一种在绝缘硅基片上采用低温工艺形成电学隔离区而将微机电器件与集成电路器件单片集成的方法。

为了达到上述目的，本发明提供的在绝缘硅基片上采用低温工艺形成电学隔离区的方法，其包括步骤：1)根据设计要求采用湿法腐蚀方法将一绝缘硅基片具有的器件层的相应部分腐蚀，并使腐蚀进行至所述绝缘硅基片具有的氧化硅埋层停止以形成相应隔离槽，同时所述绝缘硅基片被所述隔离槽分隔为多个电学隔离区；2)在形成有所述隔离槽的器件层上采用低于400℃的低温工艺生成一绝缘介质层，并使处于所述隔离槽位置处的绝缘介质层表面平坦，使所生成的绝缘介质层仅覆盖所述隔离槽的底部；3)根据设计需要在需要电学连接的各电学隔离区的绝缘介质层相应位置采用湿法腐蚀或干法刻蚀法形成相应连接孔；4)在具有连接孔的绝缘介质层上淀积一金属层，并使所述金属层填充并覆盖各连接孔，再对所述金属层采用湿法刻蚀或干法刻蚀以形成将各连接孔进行金属互连的金属连接线，进而实现相应各电学隔离区的必要电学连接。

较佳地，当采用湿法腐蚀所形成的隔离槽深度小于5微米时，在所述步骤4)中，采用常规厚光刻胶来进行大尺寸线条的光刻以形成金属连接线，当采用湿法腐蚀所形成的隔离槽深度大于5微米时，在所述步骤4)形成金属连接线过程中采用喷涂法来涂布光刻胶。

所述绝缘介质层材料可为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺(polyimide)、聚对二甲苯(parylene)、光刻胶及空气所形成的组合中的一种。