[发明专利]一种CMOS-MEMS集成芯片的规模化制造方法

说明书

本公开提供一种CMOS‑MEMS集成芯片的规模化制造方法，将CMOS工艺与MEMS体硅制造工艺有机融合，包括：步骤A：选取SOI基片并在所述SOI基片上划分出CMOS电路区域和MEMS谐振式悬臂梁传感器区域；所述SOI基片包括顶层硅(1)、埋氧层(2)以及体硅(3)；步骤B：在步骤A所选取的SOI基片的顶层硅(1)上采用CMOS工艺制作CMOS电路和MEMS谐振式悬臂梁传感器电路；步骤C：制备金电极及MEMS谐振式悬臂梁，完成CMOS‑MEMS集成芯片的制备，采用Inter‑CMOS和Post‑CMOS工艺的融合，减小了器件的寄生电容，降低了信号噪声，大大提高了器件的稳定性和成品率。

技术领域

本公开涉及半导体芯片及制造领域，尤其涉及一种CMOS-MEMS集成芯片的规模化制造方法。

背景技术

MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写，即微电子机械系统。它在微电子制造技术基础上发展起来，融合了多种微细加工技术，能够实现多种信息量(力、热、电磁、光、化学等)的获取、处理、控制以及执行。MEMS加工技术主要采用单晶硅衬底和多晶硅薄膜，结合光刻技术，可以制作诸如悬臂梁、薄膜、高深宽比的沟道、倒金字塔状的孔腔等精细的二维、三维微机构。自上世纪80年代，MEMS技术由于其小型化、多功能、低成本等优势蓬勃发展【1】，光MEMS、生物MEMS、微流控、RF MEMS等传感器件大批涌现。

悬臂梁生化传感器以悬臂梁为结构单元，采用微纳加工工艺在SOI基片上制作，即在SOI片上通过光刻、干法刻蚀工艺制作悬臂梁结构，通过离子注入、电子束蒸发工艺制作出电学感应元件，基于悬臂梁结构的传感器可以将待检测量，如质量、温度、应力等参数转化为悬臂梁的静态弯曲量或者动态谐振频率变化量，从而实现对待测量快速、准确的测量，是一种结构较为简单的MEMS结构。随着微传感应用范围的不断扩大，对未来微传感器要求越来越高：微型化和集成化；低功耗和低成本；高精度和长寿命；多功能和智能。基于硅基的微机械加工技术和集成电路加工技术的一体化可以满足上述要求。最初二者的集成方式是分别制造MEMS传感器和CMOS集成电路，然后固定在一个共同的衬底上，连线键合，但由于信号经过键合点和引线，在高频应用时，信号传输质量下降，并且成本较高。近年来，研究者们开始将MEMS和CMOS实现单片集成，其优点包括寄生电容小、芯片体积小、成本低、封装难度较小、可靠性、便携等【2】。

目前，单片集成MEMS技术包括前CMOS(Pre-CMOS)，混合CMOS(Intermediate-CMOS)及后CMOS(Post-CMOS)【3】【4】集成方法，pre-CMOS集成方法存在传感器与电路互连台阶覆盖性问题，Inter-CMOS工艺的使用受工艺标准限制，相比之下，Post-CMOS是目前CMOS-MEMS单片集成应用最多的方案。在Post-CMOS方案中，高温MEMS微结构加工温度对前面的已加工完的CMOS电路影响是解决单片集成MEMS系统关键所在。

参考文献

【1】R.T.Howe，R.S.Muller，K.J.Gabriel and W.S.N.Trimmer，Silicon micro-mechanics：sensor and actuators on a chip，IEEE Spectrum，7，29-35，1990.

【2】Maria Villarroya，Jaume Verd a，Jordi Teva，System on chip masssensor based on polysilicon cantileversarrays for multiple detection，Sensorsand Actuators A132154-164，2006.