一种ASIC-MEMS微镜集成装置及制备方法与流程

本发明涉及mems传感器，尤其涉及一种mems微镜与asic驱动控制芯片的集成装置及制备方法。

背景技术：

1、现有mems微镜与asic驱动控制芯片的集成方案，适用于激光雷达、光学扫描等需要高压直驱、小型化、高可靠性的mems器件，普遍采用tsv硅通孔转接层实现mems微镜信号引出与asic驱动控制芯片互联，其典型结构自上而下依次为：包括动梳齿、微镜梁等的mems可动结构层、mems固定梳齿、tsv硅通孔转接层、asic驱动控制芯片。

2、该传统方案实现过程中，需要额外制备tsv转接层，采用深硅刻蚀、tsv绝缘、种子层沉积、电镀填充、背面减薄等多道复杂工艺，工序繁琐、产品的良品率难以控制，并且大幅增加了生产成本；信号传输要经过梳齿、走线、tsv转接层最后到达asic驱动控制芯片，信号传输路径长，并且存在寄生电感、电阻，导致高压驱动信号有压降、高频响应变差，从而电气性能受限，影响微镜扫描稳定性；传统方案制备时，先制备mems可动结构，如：微镜梁、梳齿等，再进行键合，键合压力易导致可动结构，如微镜梁变形、粘连、断裂，降低器件良品率；tsv转接层增加了器件的整体厚度，不利于小型化集成，在车载激光雷达等对尺寸敏感的场景下难以使用；tsv转接层本身容易存在空洞、应力开裂、漏电等失效模式，并且多增加一层键合界面，增加了器件整体的失效概率。

3、综上，亟需一种能够提升性能且避免可动结构损伤的mems微镜与asic驱动控制芯片的新型集成方案。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种asic-mems微镜集成装置及制备方法，用于实现asic-mems微镜集成装置的结构简化、提升性能且提高成品率。

2、本发明实施例提供了一种asic-mems微镜集成装置的制备方法，包括：

3、asic 驱动控制芯片处理步骤：在asic 驱动控制芯片表面制备钝化保护层，实现内部金属互连与器件结构防护；在钝化保护层上开窗开孔，开窗开孔的区域与asic 驱动控制芯片的高压引出焊盘位置和接地引出焊盘位置相对应，进行金属薄膜沉积与图形化工艺处理，在开窗开孔的区域制备asic 驱动控制芯片的高压引出焊盘的键合连接锚点和接地引出焊盘的键合连接锚点；

4、定梳齿结构层的实心硅片处理步骤：对定梳齿结构层的实心硅片进行金属薄膜沉积与图形化工艺处理，在每个定梳齿的引出电极点位和对应asic 驱动控制芯片接地引出焊盘的位置分别制备相应的电极点位键合连接锚点和接地焊盘键合连接锚点，用于金金键合后导通asic驱动控制芯片的驱动信号；

5、第一金金键合层处理步骤：将asic驱动控制芯片的高压引出焊盘的键合连接锚点和接地引出焊盘的键合连接锚点，分别对应定梳齿结构层的实心硅片上的电极点位键合连接锚点和接地焊盘键合连接锚点，进行金金键合，形成第一金金键合层；

6、制备定梳齿结构层步骤：去除定梳齿结构层的实心硅片的衬底层和二氧化硅绝缘层，保留器件层，在器件层的正面进行金属薄膜沉积与光刻图形化工艺，保留用于对接动梳齿的接地金属锚点；对器件层的正面实施光刻与硅刻蚀加工，开槽制备定梳齿电极槽并成型定梳齿本体结构，制备接地互联硅柱，用于导通第一金金键合层与第二金金键合层的接地焊盘，形成完整的定梳齿结构层；定梳齿电极沿电极槽向下贯通至第一金金键合层，经由电极点位键合连接锚点连通asic驱动控制芯片；

7、第二金金键合层处理步骤：在动梳齿结构层的实心硅片上进行金属薄膜沉积与图形化工艺处理，制备对接定梳齿的接地金属锚点，将对接动梳齿的接地金属锚点和对接定梳齿的接地金属锚点进行金金键合，制备第二金金键合层；

8、制备动梳齿结构层步骤：去除动梳齿结构层的实心硅片的衬底层和二氧化硅绝缘层，保留器件层，对该器件层实施光刻与硅刻蚀加工，制备微镜本体、微镜梁和与定梳齿匹配的动梳齿，形成动梳齿结构层，完成asic-mems微镜集成装置的制备。

9、一种较佳的实施方式，对含有多个asic-mems微镜集成装置的晶圆进行划片，得到单个asic-mems微镜集成装置。

10、一种较佳的实施方式，在第一金金键合层的外围一周制备环状金属键合环，增强键合界面的键合强度；和/或，在第二金金键合层的外围一周制备环状金属键合环，增强键合界面的键合强度。

11、一种较佳的实施方式，分别在asic 驱动控制芯片和定梳齿结构层的实心硅片外围一周制备环状金属键合环，在第一金金键合层处理时进行金金键合，制备第一金金键合层的环状金属键合环； 和/或，制备定梳齿结构层时在定梳齿结构层外围一周制备环状金属键合环，在动梳齿结构层的实心硅片外围一周制备环状金属键合环，在第二金金键合层处理时进行金金键合，制备第二金金键合层的环状金属键合环。

12、一种较佳的实施方式，制备第一金金键合层和第二金金键合层的金金键合控制条件均为：温度控制在200-250℃，小于等于10-³pa的真空环境、压力控制在7000mbar±500mbar之间，确保键合界面无空洞，实现结合紧密，同时避免高温损伤asic驱动控制芯片。

13、一种较佳的实施方式，制备第一金金键合层和第二金金键合层的键合金属为au、cu、pt和ti/au复合的任一材料；键合工艺为热压键合、低温等离子活化键合和au-sn共晶键合的任一工艺。

14、一种较佳的实施方式，制作的动梳齿的驱动形式为梳齿驱动或平板电容驱动或扭转梁驱动。

15、一种较佳的实施方式，在定梳齿底部开设接触通孔或浅刻蚀窗口，降低接触电阻。

16、一种较佳的实施方式，环状金属键合环采用多层金属堆叠。

17、一种较佳的实施方式，制备定梳齿结构层时，将整体定梳齿结构划分为四个相互独立的定梳齿功能区域，asic驱动控制芯片的各高压引出焊盘键合连接锚点与定梳齿电极一一对应设置，每一个定梳齿功能区域对应微镜的一个偏转方向，分别用于实现对应方向的微镜的偏转角度驱动。

18、本发明实施例还提供了一种基于上述制备方法制造的asic-mems微镜的集成装置。

19、本发明实施例采用先键合asic驱动控制芯片与mems微镜实心硅片，再制备定梳齿结构层，最后释放可动结构层的顺序，将键合压力作用于刚性实心硅片，彻底解决了传统方案中键合压坏可动微梁的问题，大幅提升产品良率；采用mems微镜的定梳齿电极与asic驱动控制芯片焊盘直接金金键合互联，实现高压直驱，简化了器件结构，降低了厚度，彻底克服tsv转接层及转接板、打线或者植球等工艺路径的弊端；通过两次金金键合，一次性实现mems微镜与asic驱动控制芯片的电连接与机械固定，简化工艺流程，并且直接实现了高压信号从asic驱动控制芯片直接通过金金键合层施加至定梳齿，无中间转接层，无须长走线，寄生电感和电阻大幅降低，高频响应更优，驱动效率更高。

1.一种asic-mems微镜集成装置的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对含有多个asic-mems微镜集成装置的晶圆进行划片，得到单个asic-mems微镜集成装置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一金金键合层的外围一周制备环状金属键合环，增强键合界面的键合强度；和/或

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分别在所述asic 驱动控制芯片和所述定梳齿结构层的实心硅片外围一周制备环状金属键合环，在第一金金键合层处理时进行金金键合，制备所述第一金金键合层的环状金属键合环； 和/或

5.根据权利要求1或3或4所述的方法，其特征在于，制备所述第一金金键合层和所述第二金金键合层的金金键合控制条件均为：温度控制在200-250℃，小于等于10-³pa的真空环境、压力控制在7000mbar±500mbar之间，确保键合界面无空洞，实现结合紧密，同时避免高温损伤asic驱动控制芯片。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备所述第一金金键合层和所述第二金金键合层的键合金属为au、cu、pt和ti/au复合的任一材料；键合工艺为热压键合、低温等离子活化键合和au-sn共晶键合的任一工艺。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作的所述动梳齿的驱动形式为梳齿驱动或平板电容驱动或扭转梁驱动。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述定梳齿底部开设接触通孔或浅刻蚀窗口，降低接触电阻。

9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述环状金属键合环采用多层金属堆叠。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：制备所述定梳齿结构层时，将整体定梳齿结构划分为四个相互独立的定梳齿功能区域，分别用于实现对应方向的所述微的镜偏转角度驱动。