[发明专利]叠层组合式MEMS芯片的制造方法及其叠层组合式MEMS芯片

说明书

技术领域

本发明属于MEMS芯片制造技术领域，具体是涉及一种叠层组合式MEMS芯片，本发明还涉及这种叠层组合式MEMS芯片的制造方法。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的缩写，MEMS制造技术利用微细加工技术，特别是半导体圆片制造技术，制造出各种微型机械结构，结合专用控制集成电路（ASIC），组成智能化的微传感器、微执行器、微光学器件等MEMS元器件。MEMS元器件具有体积小、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、易集成的优点，被广泛应用于消费类电子产品（如手机、平板电脑、玩具、数码相机、游戏机、空中鼠标、遥控器、GPS等）、国防工业（如智能炸弹、导弹、航空航天、无人飞机等）以及工业类产品（如汽车、机器人、智能交通、工业自动化、环境监测、平台稳定控制、现代化农业、安全监控等），MEMS元器件逐渐成为物联网技术的基石。 

随着便携式电子产品，如手机、平板电脑等市场的迅猛增长，消费类电子产品已成为MEMS元器件的最大市场，几乎每个便携式电子产品中都会用到多个MEMS元器件，以智能手机为例，它用到了陀螺仪、加速度计、高度计、麦克风、电子指南针、调谐天线、滤波器等。随着市场对MEMS元器件的要求越来越严格，既要体积小、性能高，又要价格低、组合式MEMS元器件，特别是组合式MEMS运动传感器的市场份额越来越大。组合式MEMS元器件是将二种或二种以上的MEMS元器件的功能集中在一个元器件中，如陀螺仪+加速度计、加速度计+电子指南针、陀螺仪+加速度计+电子指南针等组合式运动传感器，它们大多是将独立的MEMS芯片通过封装的办法组合而成的，也有直接将三轴加速度计和三轴陀螺仪芯片做在同一个MEMS芯片中的，这就是组合式MEMS运动传感器芯片。但现有产品中，不同的MEMS结构都是制作在同一MEMS层上，即加速度计和陀螺仪，或者二个量程不同的陀螺仪水平方向排列，如Invensense、Bosch、STMicroelectronics等的产品，由于不同的MEMS结构利用同一MEMS层制作，设计灵活性差，而且，MEMS陀螺仪和加速度计的工作原理不一样，陀螺仪在较低压力下工作性能最佳，一般在0.001大气压以下，而加速度计在较高压力下工作性能最佳，一般在0.1大气压以上，这就要求MEMS芯片同时满足两者需求，即将MEMS陀螺仪结构制作在较低气压中，将MEMS加速度计结构制作在较高的气压中。现有的双压力MEMS芯片圆片级封装方法由德国Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie的K. Reimer, Ch. Schr?der, M. Wei?等人在《Dual pressure chip capping technology》一文中提出的，是在一个密封腔中制作有吸气剂，在另一个密封腔中没有吸气剂，当他们在圆片键合时密封腔中封入活性气体和惰性气体的混合物，然后加热后处理，有吸气剂的密封腔内的活性气体被吸收，只剩下惰性气体，内部压力较低，根据混合气体的比例不同，压力可接近真空；而没有吸气剂的密封腔内活性气体不会被吸收，气体压力不会变化，压力较高，这样达成双压力圆片级封装目的，此方法需要用到吸气剂，而且吸气剂还需要图形化，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种叠层组合式MEMS芯片的制造方法，以满足组合式MEMS芯片中不同的MEMS结构对不同气压、不同材料的要求；以及便携式电子产品对元器件体积最小化的要求。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种叠层组合式MEMS芯片，该芯片不需要在密封腔内放入吸气剂，就可以满足组合式运动传感器芯片对不同压力的要求，而且本芯片尺寸小、集成度高、成本低、市场竞争力强。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种叠层组合式MEMS芯片的制造方法，包括以下步骤：

（1）第一MEMS圆片形成：底板圆片的材料为<100>晶向的单晶硅，通过一般的半导体加工技术，在底板圆片上表面生长底板绝缘层，其材料为二氧化硅，通过涂胶，曝光、显影，蚀刻等半导体加工工艺在底板表面上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，在所述第一硅柱和底板密封区表面上都有底板绝缘层保留；