一种微机电器件制备方法及装置与流程

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种微机电器件制备方法及装置。

背景技术：

随着半导体器件的复杂化，半导体工艺也日趋复杂，为了控制器件的尺寸，部分工艺往往需要在晶圆的背面和正面均进行加工。例如，包含可动元件的传感器结构。

采用现有的工艺进行晶圆两面的加工，往往存在较大的对准误差，降低了成品率，也给器件的质量和可靠性带来隐患。

技术实现要素：

本发明通过提供一种微机电器件制备方法及装置，改善了现有技术中进行晶圆两面的加工，存在较大的对准误差，降低了成品率，也给器件的质量和可靠性带来隐患的技术问题。

一方面，本发明提供了一种微机电器件制备方法，包括：

在第一晶圆衬底背面制备对准标记；

以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道；

翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；

翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路。

可选的，所述在第一晶圆衬底背面制备对准标记之后，还包括：在保留所述对准标记的基础上，对所述第一晶圆衬底背面进行研磨抛光。

可选的，所述在第一晶圆衬底背面制备对准标记，包括：在第一晶圆衬底背面制备深度为600纳米～1200纳米的对准标记；所述对所述第一晶圆衬底背面进行研磨抛光，包括：对所述第一晶圆衬底背面进行研磨抛光，研磨抛光后所述对准标记的深度为300纳米～1100纳米。

可选的，所述翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件，包括：翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面的顶硅层和埋氧化层内制备所述电极窗口，所述电极窗口与所述导电通道对准；将第二晶圆衬底置于所述第一晶圆衬底正面，并键合所述第一晶圆衬底和第二晶圆衬底；以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，光刻所述第二晶圆衬底，制备所述可偏转元件。

可选的，所述将第二晶圆衬底置于所述第一晶圆衬底正面，包括：将第二晶圆衬底背面进行减薄，倒置所述第二晶圆衬底，以所述第二晶圆衬底正面接触所述第一晶圆衬底正面来将所述第二晶圆衬底置于所述第一晶圆衬底正面，其中，所述第二晶圆衬底正面设置有顶硅层和/或埋氧化层。

可选的，所述电极窗口的开口尺寸小于所述导电通道的横截面尺寸。

可选的，所述在所述第一晶圆衬底背面制备与所述硅通孔导电通道电连接的致电极控制电路之前，还包括：将第三晶圆置于所述可偏转元件上，并键合所述第三晶圆与所述第二晶圆衬底。

可选的，所述在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路之后，还包括：解除所述第三晶圆与所述第二晶圆衬底的键合。

可选的，所述以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道，包括：以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面光刻制备环形沟槽；对所述环形沟槽进行绝缘介质填充；对所述环形沟槽包围的硅通孔进行离子注入或掺杂扩散，形成硅通孔导电通道。

另一方面，提供一种微机电器件制备装置，包括：

对准模块，用于在第一晶圆衬底背面制备对准标记；

通道制备模块，用于以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道；

可偏转元件制备模块，用于翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；

电路制备模块，用于翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请实施例提供的方法及装置，在第一晶圆衬底背面制备对准标记后，先以对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道；再翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；最后再翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路。使得在制备电极窗口、可偏转元件和致电极控制电路时，对准标记均未被遮挡，能有效的提高对准精度，提高成品率和器件质量。

2、本申请实施例提供的方法及装置，在保留所述对准标记的基础上，先对所述第一晶圆衬底背面进行研磨抛光后，再以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件，不仅没有遮挡对准标记，还使得整个晶圆在曝光设备的晶圆承载台上的平整度提高，进一步有效提高对准精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中微机电器件制备方法的流程图；

图2为本发明实施例中微机电器件制备方法的工艺图一；

图3为本发明实施例中微机电器件制备方法的工艺图二；

图4为本发明实施例中微机电器件制备方法的工艺图三；

图5为本发明实施例中微机电器件制备方法的工艺图四；

图6为本发明实施例中微机电器件制备方法的工艺图五；

图7为本发明实施例中微机电器件制备方法制备的器件示意图；

图8为本发明实施例中微机电器件制备装置的示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种微机电器件制备方法及装置，改善了现有技术中进行晶圆两面的加工，存在较大的对准误差，降低了成品率，也给器件的质量和可靠性带来隐患的技术问题。能有效的提高对准精度，提高成品率和器件质量。

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：

在第一晶圆衬底背面制备对准标记后，先以对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备硅通孔导电通道；再翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；最后再翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述硅通孔导电通道电连接的致电极控制电路。使得在制备电极窗口、可偏转元件和致电极控制电路时，对准标记均未被遮挡，能有效的提高对准精度，提高成品率和器件质量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

在本实施例中，提供了一种微机电器件制备方法，如图1所示，包括：

步骤s101，在第一晶圆衬底背面制备对准标记；

步骤s102，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道；

步骤s103，翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；

步骤s104，翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路。

需要说明的是，本实施例提供的方法可以应用于任意带可偏转元件的双面立体器件。采用本实施例提供的方法，在制备硅通孔导电通道和致电极控制电路时，可以保证对准标记不被遮挡，并且在采用背面到正面的对准技术，制备电极窗口和可偏转元件时，也可以保证对准标记不被遮挡，能显著提高对准精度。

下面结合图1—7来介绍本申请实施例提供的制备方法，其中，图2-7为本实施例提供的按工艺先后顺序排列的微机电器件制备方法的流程图：

首先，执行步骤s101，在第一晶圆衬底1背面制备对准标记4。

如图2所示，该第一晶圆衬底1的正面设置有埋氧化层2(box)和顶硅层3,该第一晶圆衬底1的背面裸露。

在本申请实施例中，该第一晶圆衬底1可以是soi晶圆，也可以是玻璃，陶瓷，su-8等等。可以扩展到任意半导体基底材料，也可以扩展到任意待加工的微机械系统或微电子系统所需要的加工材料，在此不作限制。

在本申请实施例中，对准标记可以由光刻和等离子体干法刻蚀完成，也可以由光刻和颜色注入完成。对准标记的形状不作限制。该对准标记的深度为600纳米至1200纳米。

然后，执行步骤s102，以所述对准标记4为对准参考，在所述第一晶圆衬底1背面制备导电通道。

具体来讲，制备导电通道的方法为：先如图2所示，以所述对准标记4为对准参考，通过涂覆光刻胶5，采用深反应离子刻蚀工艺，刻蚀停止在刚刚接触到埋氧化层2，以在所述第一晶圆衬底1背面光刻制备环形沟槽6；然后如图3所示对所述环形沟槽6进行绝缘介质填充，环形沟槽绝缘包围的部分即为硅通孔7；再对所述环形沟槽6包围的硅通孔7进行离子注入或掺杂扩散，使其具备导电性能，形成导电通道。

在本申请实施例中，导电通道不限于硅通孔7，也可以是金属通孔即绝缘材料环绕的金属导电通道，即该导电通道的形式和结构有许多种类，在此不详细论述。

较优的，在制备了硅通孔导电通道后，在保留所述对准标记4的基础上，对所述第一晶圆衬底1背面进行研磨抛光，即进行精细掩膜处理，该研磨处理必须受工艺控制，不能将已经制作出的对准标记损伤或者磨平。需要控制在经过该精细研磨处理后，留下的对准标记的深度控制在300纳米至1100纳米之间，具体可以采用grinding或cmp工艺技术来实现。

当然，也可以在制备对准标记4之后，和制备硅通孔导电通道之前来对所述第一晶圆衬底1背面进行研磨抛光，在此不作限制。但在制备了硅通孔导电通道后再对所述第一晶圆衬底1背面进行研磨抛光，避免了制备硅通孔导电通道对第一晶圆衬底1背面的影响，更能保证后续翻转晶圆后背面的平整，更利于提高对准精度。

接下来，执行步骤s103，翻转所述第一晶圆衬底1于晶圆承接台12上，以所述对准标记4为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底1正面制备电极窗口(包括致动侧保护层窗口10和制动电极窗口11)和可偏转元件17。

具体来讲，先不在第一晶圆衬底1的裸露的背衬底面上进行与硅通孔电气连接的致电极控制电路8的制作。而是改为将精细研磨后的第一晶圆衬底1的背衬底朝下放置来制备电极窗口和可偏转元件17，能避免致电极控制电路8遮挡对准标记4，影响对准精度。

在具体实施过程中，所述背面到正面的对准技术可以为asml的背面到正面的对准技术。或其他对准技术。相比于制作完硅通孔7之后，没有进行第一晶圆衬底1背面的精细抛光，继续在已制作出对准标记4的一面进行致电极控制电路制作，因为没有了致电极控制电路对对准标记的遮挡和堆叠，还对硅通孔7制作后的背面的裸露面进行了精细研磨，使得整个晶圆在曝光设备的晶圆承载台上的平整度提高，如此一来，背面到正面的对准精度大大提高，从原来的0.15微米的对准误差提高到0.02微米，即20纳米。

具体来讲，在第一晶圆衬底1正面制备电极窗口和可偏转元件17的方法包括：

首先，如图4所示，翻转所述第一晶圆衬底1，以所述对准标记4为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底1正面的顶硅层3和埋氧化层2内制备所述电极窗口，所述电极窗口与所述硅通孔导电通道对准。

具体来讲，可以先在第一晶圆衬底1正面涂覆光刻胶，再通过对准标记4来从背面到正面对准光刻出电极窗口的位置，采用深反应离子刻蚀工艺，制作出镶嵌在第一晶圆衬底1正面，正对于硅通孔7的顶端电极窗口，该电极窗口位于第一晶圆衬底1的埋氧层2和顶层硅3内，所述电极窗口的开口尺寸小于所述硅通孔7导电通道的横截面尺寸，故而会遮挡保护硅通孔7的顶端的一部分面积。

然后，将第二晶圆衬底14置于所述第一晶圆衬底1正面，并键合所述第一晶圆衬底1和第二晶圆衬底14。具体来讲，先将第二晶圆衬底14背面进行减薄，倒置所述第二晶圆衬底14，以所述第二晶圆衬底14正面接触所述第一晶圆衬底1正面来将所述第二晶圆衬底14置于所述第一晶圆衬底1正面，其中，所述第二晶圆衬底14正面设置有顶硅层和/或埋氧化层，背面为裸露状。

再下来，以所述对准标记4为对准参考，采用背面到正面的对准技术，光刻所述第二晶圆衬底14，制备所述可偏转元件17。

具体来讲，可偏转元件17的制备方法如图5所示，先对第二光刻胶15进行光刻和深反应离子刻蚀，制作出可偏转元件17的铰链18或者支柱结构的凹槽，并制备出可偏转元件17的活动空腔19，该铰链18为顶硅层和/或埋氧化层。之后，将加工过的第二晶圆衬底14的背面朝上，凹槽和铰链18或支柱朝下与第一晶圆衬底1进行对准后的永久键合。此键合工艺结束后，第一晶圆衬底1和第二晶圆衬底14，两个经过加工的晶圆结合成为一个整体。第一晶圆衬底1的硅通孔上方是在该第一晶圆衬底1埋氧层和顶硅层内的硅通孔的电极窗口，再上面是第二晶圆衬底14的减薄的背衬底(该第二晶圆衬底14的背衬底也可以完全去除)、埋氧化层和顶硅层。在第二晶圆衬底14结构上制作的凹槽、铰链18或支柱即为可偏转元件17的放置腔体19及其铰链或支柱。按照这样的放置即第一晶圆衬底1的背面朝下，第二晶圆衬底14的背面朝上，继续在刻蚀位16进行之后的光刻工艺步骤和深反应离子刻蚀工艺步骤，即可制作出可动原件17。

再下来，执行步骤s104，翻转所述第一晶圆衬底1，以所述对准标记4为对准参考，在所述第一晶圆衬底1背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路8。

优选的，如图6所示，在第一晶圆衬底1背面制备与所述硅通孔导电通道电连接的致电极控制电路8之前，可以先将第三晶圆20置于所述可偏转元件17上，并键合所述第三晶圆20与所述第二晶圆衬底14，即进行保护性的临时键合，以保护可偏转元件17在后续的加工工艺中不受损伤。之后将两次键合后的三个晶圆的整体进行反转，即将第一晶圆衬底1的背面朝上，保护可动元件17的临时键合的第三晶圆20朝下，形成电路所在的介质层9，在介质层9上进行致电极控制电路8的制作工艺。完成后的该致电极控制电路8与第一晶圆衬底1上的硅通孔7之间有良好的电气互连，该致电极控制电路8可以控制或感应可偏转元件17的运动。

再下来，再解除所述第三晶圆20与所述第二晶圆衬底14的键合。完成图7所示的微机电器件的制作。

具体来讲，本实施例通过对背面对准所需要参考的背面对准标记所在的材料，进行表面处理，精细的研磨/抛光，改善晶圆背面的平整度，且控制精细研磨/抛光的程度，保护背面的对准标记，保证其线条的光学辨析度不受影响。且设置制备工序，来避免了背面对准标记被堆叠和覆盖在致电极控制电路所在的多层材料之下，从而提高了背面到正面的对准精度，最终提高了电极窗口与可偏转元件之间的对准精度。

现有技术的工艺流程中，每进行一次背面到正面的对准，以asml的步进曝光机台为例，对准误差不会小于0.15微米。而在采用了本实施例的方法后，同样以asml的步进曝光机台为例，每进行一次背面到正面的对准，对准误差提升到了不会小于0.02微米的更高精度水平。

基于同一发明构思，本申请还提供了实施例一的方法对应的装置，详见实施例二。

实施例二

本实施例提供一种微机电器件制备装置，如图8所示，包括：

对准模块801，用于在第一晶圆衬底背面制备对准标记；

通道制备模块802，用于以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道；

可偏转元件制备模块803，用于翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；

电路制备模块804，用于翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路。

由于本发明实施例二所介绍的装置，为实施本发明实施例一的方法所采用的装置，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该装置的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的装置都属于本发明所欲保护的范围。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请实施例提供的方法及装置，在第一晶圆衬底背面制备对准标记后，先以对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备导电通道；再翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件；最后再翻转所述第一晶圆衬底，以所述对准标记为对准参考，在所述第一晶圆衬底背面制备与所述导电通道电连接的致电极控制电路。使得在制备电极窗口、可偏转元件和致电极控制电路时，对准标记均未被遮挡，能有效的提高对准精度，提高成品率和器件质量。

2、本申请实施例提供的方法及装置，在保留所述对准标记的基础上，先对所述第一晶圆衬底背面进行研磨抛光后，再以所述对准标记为对准参考，采用背面到正面的对准技术，在所述第一晶圆衬底正面制备电极窗口和可偏转元件，不仅没有遮挡对准标记，还使得整个晶圆在曝光设备的晶圆承载台上的平整度提高，进一步有效提高对准精度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。