Mems器件结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种MEMS器件结构，包括：第一半导体衬底；位于所述第一半导体衬底内的电极；位于所述第一半导体衬底上方、通过一锚点与所述电极相连接的微结构和位于所述微结构外围的第一焊垫；保护结构，所述保护结构位于所述微结构与所述第一半导体衬底之间。在微结构与所述第一半导体衬底之间设置保护结构，所述保护结构在所述MEMS器件结构受到外力作用的时候，可以起到缓冲作用，有效地减小所述微结构在外力作用下震动的幅度，避免所述微结构因外力而造成破坏，进而提高了产品的良率和可靠性。
【专利说明】MEMS器件结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种MEMS器件结构。
【背景技术】
[0002]微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。目前存在很多种类的MEMS应用，比如MEMS陀螺仪、微镜、RF、微探针、压力传感器和一些IR传感器，MEMS微流体和微冷却等应用也即将上马。
[0003]现有的MEMS器件结构如图1所示，所述MEMS器件结构包括:第一半导体衬底10，；位于所述第一半导体衬底10内的电极11 ;位于所述第一半导体衬底10上方的微结构12，所述微结构通过一锚点13与所述电极11相连接；位于所述第一半导体衬底10的表面上，且位于所述微结构12外围的第一焊垫14 ;位于所述第一半导体衬底10的表面上，且位于所述第一焊垫14远离所述微结构12 —侧的第二焊垫15 ;第二半导体结构17，所述第二半导体结构17包括一连接结构18，所述连接结构18通过一金硅合金层16键合与所述第一焊垫14上。
[0004]在MEMS领域，有一些微结构需要在真空的环境下工作，在实际的MEMS器件结构的制作工艺中，包括有减薄工艺、切割工艺和键合工艺，而这些工艺都会对所述MEMS器件结构造成外力的影响。又由于所述MEMS器件结构中，所述微结构12与第一半导体衬底10及电极11之间是通过所述锚点13相连接，如图1所示，对所述微结构12起到支撑作用的所述锚点(anchor) 13的支撑面积比较小，在外力的作用下，所述微结构12会以所述锚点13为支点发生上下震动，由于支撑面积较小，且距离所述微结构12的两端距离比较远，所述微结构12的震动幅度比较大，容易造成所述微结构12和所述锚点13的断裂和损坏，进而导致所述MEMS器件的失效。
[0005]因此，提供一种改进型的MEMS器件结构非常必要。
实用新型内容
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种MEMS器件结构，用于解决现有技术中由于微结构与第一半导体衬底和电极相连接的锚点接触面积太小，在所述MEMS器件结构受外力的时候容易导致所述锚点断裂，导致微结构破坏，进而导致所述MEMS器件失效的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种MEMS器件结构，包括:第一半导体衬底；位于所述第一半导体衬底内的电极；位于所述第一半导体衬底上方、通过一锚点与所述电极相连接的微结构和位于所述微结构外围的第一焊垫，所述MEMS器件结构还包括一保护结构，所述保护结构位于所述微结构与所述第一半导体衬底之间。
[0008]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述保护结构的一端与所述微结构的下表面相连接，另一端与所述第一半导体衬底具有一定的间隔距离。
[0009]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述保护结构与所述半导体衬底之间的间距为200埃?500埃。
[0010]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述保护结构的材质与所述微结构的材质相同。
[0011]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述保护结构为两个，分别位于所述锚点的两侧。
[0012]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述保护结构为多个，分别位于所述锚点的四周。
[0013]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述MEMS器件结构还包括第二半导体衬底，所述第二半导体衬底上设有连接结构，所述连接结构与所述第一焊垫一一对应连接。
[0014]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述MEMS器件结构还包括第二焊垫，所述第二焊垫位于所述第一半导体衬底的表面上，且位于所述第一焊垫远离所述微结构的一侧。
[0015]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述第一焊垫和所述第二焊垫均为销焊垫。
[0016]作为本实用新型的MEMS器件结构的一种优选方案，所述第一半导体衬底的材料及所述第二半导体衬底的材料均为硅。
[0017]如上所述，本实用新型的MEMS器件结构，具有以下有益效果:在微结构与所述第一半导体衬底之间设置保护结构，所述保护结构在所述MEMS器件结构受到外力作用的时候，可以起到缓冲作用，有效地减小所述微结构在外力作用下震动的幅度，避免所述微结构因外力而造成破坏，进而提高了产品的良率和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1显示为现有技术中MEMS器件结构的结构示意图。
[0019]图2显示为本实用新型的MEMS器件结构的结构示意图。
[0020]元件标号说明
[0021]10第一半导体衬底
[0022]11电极
[0023]12微结构
[0024]13锚点
[0025]14第一焊垫
[0026]15第二焊垫
[0027]16金硅合金层
[0028]17第二半导体衬底
[0029]18连接结构
[0030]20第一半导体衬底
[0031]21电极
[0032]22微结构
[0033]23锚点
[0034]24第一焊垫
[0035]25保护结构
[0036]26第二焊垫
[0037]27金硅合金层
[0038]28第二半导体衬底
[0039]29连接结构
【具体实施方式】
[0040]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0041]请参阅图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中部”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0042]本实用新型提供一种MEMS器件结构，请参阅图2，其中，图2为所述MEMS器件结构的结构示意图。由图2可知，所述MEMS器件结构包括:第一半导体衬底20 ;位于所述第一半导体衬底20内的电极21 ;位于所述第一半导体衬底20上方、通过一锚点23与所述电极21相连接的微结构22和位于所述微结构22外围的第一焊垫24，所述MEMS器件结构还包括一保护结构25，所述保护结构25位于所述微结构22与所述第一半导体衬底20之间。
[0043]具体的，所述保护结构25的一端与所述微结构22的下表面相连接，另一端与所述第一半导体衬底20具有一定的间隔距离。优选地，本实施例中，所述保护结构25与所述半导体衬底20之间的间距为200埃?500埃。
[0044]具体的，所述保护结构25的材质与所述微结构22的材质相同。
[0045]具体的，所述保护结构25是在制备工艺中通过先在所述第一半导体衬底20上沉积一层微结构层，在沉积所述微结构层时形成所述锚点23和部分所述微结构22 ;而后在所述微结构层上所述保护结构25对应的位置刻蚀通孔，并在所述通孔中依次沉积牺牲层和另一层微结构层，最后通过去除所述刻蚀工艺和释放工艺刻蚀所述微结构层和去除所述牺牲层，最终在形成的所述微结构22的下方形成伸向所述第一半导体衬底20的凸起，所述凸起即为所述保护结构25。
[0046]具体的，所述保护结构25的数量可以为两个，且所述保护结构25分别位于所述锚点23的两侧；所述保护结构25的数量也可以为多个，且所述保护结构25分别位于所述锚点23的四周。无论所述保护结构25位于所述锚点23的两侧，还是位于所述锚点23的四周，所述保护结构25都应尽量靠近所述微结构22的边缘分布。
[0047]需要说明的是，无论所述保护结构25位于所述锚点23的两侧，还是位于所述锚点23的四周，所述保护结构25与所述锚点23之间还可以根据实际的需要增设所述保护结构25。即所述保护结构25位于所述锚点23的两侧时，所述锚点23每一侧的所述保护结构25至少为两个；所述保护结构25位于所述锚点23的四周时，所述锚点23的外围四周设有至少两层所述保护结构25。所述相邻两个所述保护结构25或所述相邻两层所述保护结构25的间距为0.25mm。
[0048]在所述微结构22与所述第一半导体衬底20之间设置所述保护结构25，且设置所述保护结构25 —端与所述微结构22相连接，另一端距离所述半导体衬底20 —定的距离，所述保护结构25在所述MEMS器件结构受到外力作用的时候，可以起到缓冲作用，有效地减小所述微结构22在外力作用下震动的幅度，避免所述微结构22因外力而造成破坏，进而提尚了广品的良率和可靠性。
[0049]具体的，所述MEMS器件结构还包括一第二半导体衬底28，所述第二半导体衬28上设有连接结构29，所述连接结构29与所述第一焊垫24 —一对应。所述第二半导体衬底28与所述连接结构29被键合在所述第一半导体衬底20上。更为具体的，所述第二半导体衬底28与所述连接结构29通过所述连接结构29键合与所述第一半导体衬底20上的所述第一焊垫24上。优选地，本实施例中，所述连接结构29与所述第一焊垫24之间形成金娃合金层27对上述两者进行键合。当然，其它预期的键合工艺同样适用于本实施例，并不限定于此。
[0050]具体的，所述MEMS器件结构还包括第二焊垫26，所述第二焊垫26位于所述第一半导体衬底20的表面上，且位于所述第一焊垫24远离所述微结构22的一侧。所述第二焊垫26是在对所述MEMS器件结构进行减薄、切割和键合之后，用于整个MEMS器件结构的引线工艺，从而将所述电极21引出。
[0051]具体的，在本实施例中，所述第一半导体衬底20及第二半导体衬底28的材料为硅。当然，所述第一半导体衬底20及第二半导体衬底28的材料可以根据需求而定，还可以为如Ge衬底、GeSi衬底、SiC衬底或II1- V族衬底等，并不限定于此。
[0052]具体的，在本实施例中，所述第一焊垫24及所述第二焊垫26的材料为铝，铝表面形成有氧化铝层。当然，所述第一焊垫24及所述第二焊垫26的材料还可以为如铜等具有金属连线功能及键合功能的金属。
[0053]需要说明的是，所述微结构22内可以形成有如压力传感器、加速度传感器、光敏传感器等微结构。所述第一焊垫24的形状根据所述微结构22的形状确定，一般可以为圆形、矩形等。
[0054]综上所述，本实用新型提供一种MEMS器件结构，在微结构与所述第一半导体衬底之间设置保护结构，所述保护结构在所述MEMS器件结构受到外力作用的时候，可以起到缓冲作用，有效地减小所述微结构在外力作用下震动的幅度，避免所述微结构因外力而造成破坏，进而提尚了广品的良率和可靠性。
[0055]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种MEMS器件结构，包括:第一半导体衬底；位于所述第一半导体衬底内的电极；位于所述第一半导体衬底上方、通过一锚点与所述电极相连接的微结构和位于所述微结构外围的第一焊垫，其特征在于，所述MEMS器件结构还包括一保护结构，所述保护结构位于所述微结构与所述第一半导体衬底之间。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述保护结构的一端与所述微结构的下表面相连接，另一端与所述第一半导体衬底具有一定的间隔距离。
3.根据权利要求2所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述保护结构与所述半导体衬底之间的间距为200埃?500埃。
4.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述保护结构的材质与所述微结构的材质相同。
5.根据权利要求1至4任一项中所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述保护结构为两个，分别位于所述锚点的两侧。
6.根据权利要求1至4任一项中所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述保护结构为多个，分别位于所述锚点的四周。
7.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述MEMS器件结构还包括第二半导体衬底，所述第二半导体衬底上设有连接结构，所述连接结构与所述第一焊垫一一对应连接。
8.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述MEMS器件结构还包括第二焊垫，所述第二焊垫位于所述第一半导体衬底的表面上，且位于所述第一焊垫远离所述微结构的一侧。
9.根据权利要求8所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述第一焊垫和所述第二焊垫均为铝焊垫。
10.根据权利要求7所述的MEMS器件结构，其特征在于:所述第一半导体衬底的材料及所述第二半导体衬底的材料均为硅。
【文档编号】B81B7/00GK204251331SQ201420635945
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】郑超, 马军德 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司