[发明专利]垂直集成微电子机械结构、实现方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种对基于单晶硅膜片、在垂直方向上实现直接集成的微电子机械结构，实现该垂直集成微电子机械结构的方法以及基于该垂直集成微电子机械结构实现的应用系统，属于微电子机械系统(MEMS)技术领域。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)被认为是一种将改变整个工业和带来下一次技术革命的新技术。它可以将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它采用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和芯片键合等技术)相结合的制造工艺，可以制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。该项技术不仅可降低成本、体积、重量和功率损耗，同时在性能、生产批量和功能性上可提高几个数量级。

公开号为CN1711210的发明专利申请公开了一种基于MEMS技术的垂直集成结构，该结构包括微机电系统(MEMS)和用于将信号传送至MEMS的芯片。MEMS具有锚定部分，锚定部分具有穿透其中的导体，MEMS通过锚定部分连接至衬底。芯片在垂直于衬底表面的方向上贴覆于MEMS衬底，从而形成芯片到MEMS的导电通路。芯片刻通过将导体与形成于芯片上的C4金属焊垫结合、或通过将导体与芯片上的金属柱头结合而贴覆。MEMS衬底可在被贴覆于芯片前减薄，或者可从MEMS下侧去除。暂时的承载板用于方便处理MEMS以及与芯片对准。

上述垂直集成结构的一个典型应用是作为加速度计。图1是一种加速度计的设计概念图。它的中央是可动检测质量块，该质量块由折形弹簧在铰接点悬吊在衬底上。可动质量块上伸出有许多悬臂电极。在A传感区，每个这样的可动电极处于两个固定电极之间，与这两个固定电极间保持不同的间距。而在B区，每个可动电极与两个固定电极的不平衡间距与在A区的不平衡间距呈相反分布。这样就可以构成差分电容传感结构。利用这种差分电容式传感机理，可以有效地进行共模抑制，提高线性度，并且可以抵销如热膨胀之类的诸多一阶附加效应。

公开号为CN1643385的发明专利申请公开了一种制造加速计的方法。该方法是通过制造于芯片上的器件通过在覆盖芯片上形成一种样式的粘合环，且对齐并在热压缩下粘合两个芯片到一起而被封装，所以每个器件的操作部件被各自的粘合环包围。所述的粘合环通过占据被环跨接的器件上表面中的任何沟槽或其它不连续部分，如导电轨而提供密封。加速计是通过在衬底的顶部蚀刻至少一个空腔，粘合中间材料层至所述衬底的顶部上，沉积金属化层至中间层上，且蚀刻金属化层和中间层以形成垂悬于每个空腔上的传感器结构而制造的。沉积在衬底上的下金属化层的导电轨与导电轨交叉而没有电连接，导电轨沉积于中间层的上面。电桥是通过在中间层下边形成空腔以容纳下导电轨而制造的。

采用微电子机械技术的新型加速度计最早在上个世纪80年代晚期出现，它具有高性能、高集成度、小尺寸及低成本等诸多优点。但由于技术上还有待进一步成熟，该加速度计直到近几年才在汽车安全气囊上得到应用，在例如运动检测、运动装备、地震监测等诸多领域还需要进一步加以改进，以满足实际使用的要求。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种新型的垂直集成微电子机械结构(简称为VIMEMS)。该结构通过聚合物材料及垂直方向的互连结构，在垂直方向实现对悬吊的单晶硅微机械系统(MEMS)结构的直接集成。

本发明的第二个目的是提供一种实现上述垂直集成微电子机械结构的方法。

本发明的第三个目的在于提供一种应用该垂直集成微电子机械结构的垂直集成微电子机械系统。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种垂直集成微电子机械结构，具有单晶硅膜片和衬底芯片，其特征在于：

所述单晶硅膜片作为淀积层，由支柱支撑，悬于所述衬底芯片之上；

所述单晶硅膜片上具有可动/固定的结构单元。

其中较优地，所述单晶硅膜片的下方表面有淀积薄膜结构。

所述支柱由金属层构成，该金属层可将上层的单晶硅膜片与所述衬底芯片实现电气连接。

所述硅膜片上刻有通孔，所述金属层经由该通孔的侧壁表面与所述单晶硅膜片实现电气连接。

所述单晶硅膜片有多层，各层单晶硅膜片之间通过所述支柱实现支撑。

所述支柱为电气连接上下两个单晶硅膜片的金属层。