專利名稱：一種半導體裝置以及該半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運用薄膜體聲波諧振器的半導體裝置及其制作方法。
背景技術：
薄膜體聲波諧振器一般具有類似三明治結構的金屬電極/壓電薄膜/金屬電極諧振器結構，金屬電極一般采用金薄膜層(Au)，壓電薄膜一般采用氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)等；其諧振頻率由諧振器結構的結構尺寸、壓電薄膜的物理特性決定，當激勵源頻率與器件諧振頻率一致時，器件發(fā)生諧振。薄膜體聲波諧振器具有高諧振頻率、小體積等優(yōu)點，已經在無通信領域獲得重要應用。隨著生物傳感技術對高靈敏度、高集成度的需求，這類薄膜體聲波諧振器在生物傳感檢測領域的應用研究也備受業(yè)界重視。在生物傳感檢測應用方式中，通常需要建立溝通外界環(huán)境與諧振器之間的流體通道，待檢測生物物質通過流體通道，到達并沉積在諧振器敏感面，然后與諧振器表面發(fā)生作用，這將造成諧振頻率的改變，諧振頻率變化將被后續(xù)處理電路獲取形成信號，如此即實現(xiàn)了基于諧振器的生物檢測。目前，已公開的基于波諧振器的生物傳感系統(tǒng)一般將諧振器設置在單獨的探頭中，然后連接于帶有處理元件的電路等，其特點是體積大、系統(tǒng)集成度低，而且檢測中需要大劑量的待測生物樣本。
發(fā)明內容
為克服上述現(xiàn)有基于薄膜體聲波諧振器的生物檢測裝置其體積大、系統(tǒng)集成度低、檢測過程消耗生物樣本量大等技術不足，本發(fā)明提出一種半導體裝置及其制作方法，其技術方案如下:作為本方案的優(yōu)選者，其半導體裝置可以有如下方面的體現(xiàn):作為本發(fā)明半導體裝置的制作方法，其方案是:一種半導體裝置的制造方法，包括以下步驟:上基體處理:在一上基體上加工出貫穿其頂面和底面的通孔、微進孔和微出孔；然后在其底面上加工凹坑，每個凹坑至少連通一個所述微進孔和一個微出孔；再在整個該上基體的外表面設置一層絕緣層；最后在所述通孔內設置導電體，該導電體延伸至所述頂面和底面；下基體處理:提供一下基體，該下基體具有一內表面和其相反的外表面；在該內表面上已經具有已完成加工的信號處理1C，在該內表面上加工帶有電氣連接的一互連層、一多層結構的諧振器；所述互連層與該諧振器與信號處理IC之間電氣連通；再在該下基體位于該諧振器的位置處理一底孔，使該諧振器懸空；粘合:將所述上基體的底面與該下基體的內表面配合固定，二者之間具有所述互連層，所述諧振器位于該凹坑中；同時，所述導電體與互連層相連通，構成外部電路與所述信號處理IC和諧振器的電氣連接；其中，所述凹坑、微進孔、微出孔形成完整的流道通路。該方法的優(yōu)選者可以有如 下體現(xiàn):
較佳實施例中，所述通孔、微進孔、微出孔、凹坑和底孔可采用反應離子刻蝕或濕法刻蝕處理；所述絕緣層可用氧化工工藝或氣相沉積的工藝制成。較佳實施例中，所述下基體處理步驟中，所述諧振器為三層結構，豎直方向包括:下端的第一金屬層、中段的中間層以及上端的第二金屬層；首先采用光刻工藝，制作該下端的第一金屬層、第一金屬層與該信號處理IC在重新布線層上的連線、第二金屬層電極與所述信號處理IC在重新布線層的連線的掩膜，然后蒸發(fā)或濺射金層，剝離形成所述第一金屬層、第一金屬層與信號處理IC在重新布線層的連線、第二金屬層與信號處理IC在重新布線層的連線；然后沉積壓電薄膜，光刻、圖形化壓電薄膜，生成所述中間層；沉積絕緣層，光亥|J，暴露出所述信號處理IC的焊盤、所述中間層以及第二金屬層電極與信號處理IC在重新布線層上的連線的電接觸窗口 ；最后光刻，蒸發(fā)或濺射金層，剝離形成所述第二金屬層。較佳實施例中，所述中間層材料為八11210、？21'。較佳實施例中，所述上基體處理步驟中，對所述凹坑內壁進行加工,使之成型為圖案化的一加熱電阻絲層，該加熱電阻絲熱層與所述互連層可連通。本發(fā)明方案帶來的有益效果有:1.本方案實現(xiàn)了信號處理IC和薄膜體聲波諧振器的整合，在片上集成了微流道，實現(xiàn)了小型化、高集成度，在生物傳感應用中可以降低對待測生物樣本的消耗量。2.從半導體工藝上使二者同步成型，可大量運用現(xiàn)有半導體工藝的成熟手段，生
產效率高。3.將信號處理IC與諧振器整合制作，使片上生物傳感系統(tǒng)具備良好的可編程能力，使其適應性好，通用性強。
以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步說明:
圖1是本發(fā)明實施例一上基體處理步驟的第一個示意圖；圖2是本發(fā)明實施例一上基體處理步驟的第二個示意圖；圖3是本發(fā)明實施例一上基體處理步驟的第三個示意圖；圖4是本發(fā)明實施例一上基體處理步驟的第四個示意圖；圖5是本發(fā)明實施例一上基體處理步驟的第五個示意圖；圖6是本發(fā)明實施例一下基體處理步驟的第六個示意圖；圖7是本發(fā)明實施例一下基體處理步驟的第七個示意圖；圖8是本發(fā)明實施例二的剖面示意圖；圖9是本發(fā)明實施例三的剖面示意圖。
具體實施例方式實施例一:如圖1至圖7，本發(fā)明實施例一的步驟和產品示意圖。從圖1至圖7展示了本實施例產品逐步實現(xiàn)的剖面示意。首先是上基 體處理步驟，包括了圖1和圖2所示的部分:在一上基體I上加工出貫穿其頂面和底面的通孔10、微進孔17和微出孔18，加工的方法可以是反應離子刻蝕或濕法刻蝕處理。本實施例的上基體I為硅材料，當通孔10、微進孔17和微出孔18成型后，然后在上基體I其底面上處理處凹坑40，本實施例中凹坑40有多個，每個凹坑40均連通了一個微進孔17和一個微出孔18.見圖1所示。完成上述步驟，再在整個該上基體I的外表面設置一層絕緣層11，如圖2所示，一方面考慮到需要在上基體I上成型各種電器連接，而上基體I為半導體材料，另一方面也是為了后續(xù)表面工藝的要求。本實施例絕緣層11采用二氧化硅材料利用氧化工藝成型，實際也可以采用低壓化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積等方法。完成上述步驟后，需要在通孔10內設置導電體。該流程如圖3至圖5所示。該流程使用了輔助晶圓3。輔助晶圓3預先設置好沉積的銅種子層32，然后再上基體I的底面上涂覆粘接材料31，用以粘接上基體I的底面與輔助晶圓3的銅種子層32。除去覆蓋在銅種子層32在通孔10的底部的粘接材料31，此處可以使用反應離子刻蝕的辦法；如圖3所示，通孔10可以直達銅種子層32。然后，對通孔10進行銅電鍍，使銅材料填充在通孔10內，形成了導電體12，如圖3所示。最后去除輔助晶圓3，并使上基體I的底面平整光滑，可采用化學、機械拋光等方法，如圖5所示，導電體12延伸至上基體I的頂面和底面。完成上述上基體處理步驟后，進入下基體處理步驟:提供一下基體2，該下基體具有一內表面和其相反的外表面，在圖6中顯不為內表面在上,夕卜表面在下。內表面上已經具有已完成加工的信號處理IC21，在內表面上加工帶有電氣連接的一互連層23以及一多層結構的諧振器40 ;互連層23與該諧振器40和信號處理IC21之間電氣連通，圖6中信號處理IC21的焊盤22已經與互連層23按照設定好的圖形連通。本實施例中，諧振器40為三層結構，按照豎直方向的 分布包括上端的第一金屬層43、中段的中間層42以及下端的第二金屬層41 ;且第一金屬層43與第二金屬層41與互連層23具有電氣連接。本實施例的第一、第二金屬層均為Au，而中間層為A1N。實現(xiàn)該互連層23、諧振器40的方法是:首先米用光刻工藝，制作該第一金屬層41、第一金屬層41與該信號處理IC21在互連層23上的連線、第二金屬層43電極與所述信號處理IC21在互連層23上連線的掩膜(未標不)，然后蒸發(fā)或派射金層，剝離形成第一金屬層41、第一金屬層41與信號處理IC21在互連層23上的連線、第二金屬層43與信號處理IC21在互連層23上的連線；沉積絕緣層薄膜，光刻圖形化，暴露出信號處理IC21的焊盤22、中間層42以及第二金屬層43與信號處理IC在互連層23上的連線的電接觸窗口 ；然后濺射、沉積生成中間層42，光刻圖形化中間層42 ;最后光刻，蒸發(fā)或濺射金層，剝離形成第二金屬層43。當諧振器40成型后，再在該下基體2位于該諧振器40的位置處理一底孔24，使該諧振器40懸空，此形態(tài)諧振器40具有良好的抗干擾效果。完成上述下基體處理步驟后，進入粘合步驟，請見圖7:將已經成型的上基體I的底面與下基體2的內表面配合固定，本實施例的固定方式采用了圖形化的粘接層50，該粘接層材料為金屬銅錫，當然還可以為BCB、P1、銅、金、合金、金錫合金、銦等材質。在上基體I的底面和下基體2的內表面二者之間具有互連層23，諧振器40位于凹坑44中；同時，導電體12與互連層23相連通，構成外部電路與信號處理IC21和諧振器40的電氣連接；其中，凹坑44、微進孔17、、微出孔18形成完整的流體通道。當導電體12駁接外部電路時，即可監(jiān)控此諧振器40的參數，將生物流體用流體泵70注入微進孔17，在凹坑44內浸過諧振器40后，諧振器40即可測得當前數據，通過互連層23與信號處理IC21，利用導電體12與外部控制電路完成通信?？梢?，本方案實現(xiàn)了信號處理IC21和諧振器40整合，一方面實現(xiàn)了小型化，有助于微量生物樣品檢測；另一方面從工藝上使二者同步成型，生產效率高，體積小，特別適用于研制小型化生物檢測設備。本實施例還具有其他一些特點:下基體2實際為該信號處理IC21的襯底材料，如此，當信號處理IC21成型后，可以直接利用其襯底來制作本裝置，省略了額外的下基體2材料，節(jié)省了材料和半導體工藝的時間成本。本實施例中，上基體I的通孔10、微進孔17、微出孔18、凹坑44和下基體2的底孔24可采用反應離子刻蝕法刻蝕處理，當然也可以用濕法刻蝕處理等手段進行置換。實施例二:如圖8所示，本發(fā)明實施例二的示意圖。本實施例的上基體I為玻璃材料，下基體2亦為信號處理IC21的硅 襯底。而上基體I的結構與實施例1類似；其凹坑44、微進孔17和微出孔18也相似。上基體I與下基體2之間采用了硅-玻璃陽極鍵合實現(xiàn)配合固定。不需額外的粘合層、材料等。進一步簡化了半導體的工藝。實施例三:如圖9所示，本發(fā)明實施例三的示意圖。本實施例與實施例一的結構類似，上基體I為娃半導體材料，下基體2為信號處理IC21所在娃襯底。不同的是，在凹坑44內壁具有可受控加熱的電阻絲層45，該電熱層45與互連層23具有電氣連通，因此，也可通過導電體12由外部電路控制。該電阻絲層45為Pt金屬層的形態(tài)。因為在實際測量中，生物流體檢測往往需要一定的溫度氛圍。通過設置電阻絲層45，能夠可編程地實現(xiàn)凹坑44內溫度變化(曲線)，便于營造不同需求的測試環(huán)境。該電熱層45的實現(xiàn)是在上基體I處理步驟中，對凹坑44內壁進行加工，使之成型為圖案化的形態(tài)，并且在粘合步驟中將該電熱層45與互連層23連通。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種半導體裝置，其特征在于:包括: 一上基體，該上基體具有一頂面和該頂面相反方向的底面；該頂面與底面之間具有貫穿的通孔；該底面具有凹坑，每個凹坑通過至少一微進孔和一微出孔連通所述頂面與底面；該上基體的外表面覆蓋一絕緣層；以及 一下基體，具有一內表面和該內表面相反方向的外表面；內表面與所述上基體的底面相結合；所述內表面與底面之間具有一互連層；所述內表面一側具有信號處理IC ;該信號處理IC的焊盤位于所述互連層； 其中，所述凹坑內具有多層結構的諧振器，該諧振器與所述互連層電連通，該凹坑與互連層之間密封構成一流道空間，該微進孔、流道空間和微出孔形成完整的流道通路；所述下基體在該諧振器的位置具有一的底孔；所述上基體的通孔內具有連通所述互連層的導電體，該導電體構成了所述信號處理IC和諧振器與外部連通的電氣連接。
2.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述諧振器為水平放置的三明治形態(tài)，在豎直方向上包括下端的第一金屬層、中段的中間層以及上端的第二金屬層；該諧振器的第一金屬層與第二金屬層與所述互連層具有電氣連接。
3.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述上基體和下基體之間具有一圖形化的粘接層，該粘接層材料可以為BCB、P1、金、銅錫合金、金錫合金、銦。
4.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述上基體為玻璃材料，所述下基體主體為硅材料,該上基體的底面和下基體的內表面之間通過硅-玻璃陽極鍵合實現(xiàn)配合固定。
5.根據權利要求1所述一種半導體裝置，其特征在于:所述凹坑內壁具有可受控加熱的電阻絲層，該電阻絲層與所述互連層具有電氣連通。
6.一種半導體裝置的制造方法，`其特征在于:包括以下步驟: 上基體處理:在一上基體上加工出貫穿其頂面和底面的通孔、微進孔和微出孔；然后在其底面上加工凹坑，每個凹坑至少連通一個所述微進孔和一個微出孔；再在整個該上基體的外表面加工一層絕緣層；最后在所述通孔內加工導電體，該導電體延伸至所述頂面和底面； 下基體處理:提供一下基體，該下基體具有一內表面和其相反的外表面；在該內表面上已經具有已加工完成的信號處理1C，在該內表面上加工一互連層和一多層結構的諧振器；所述互連層與該諧振器與信號處理IC之間電氣連通；再在該下基體位于該諧振器的位置處理一底孔，使該諧振器懸空； 粘合:將所述上基體的底面與該下基體的內表面配合固定，二者之間具有所述互連層，所述諧振器位于該凹坑中；同時，所述導電體與互連層相連通，構成外部電路與所述信號處理IC和諧振器的電氣連接；其中，所述凹坑與所述互連層之間密封，以至于構成一流道空間，使所述微進孔、流道空間和微出孔形成完整流道通路。
7.根據權利要求6所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于:所述通孔、微進孔、微出孔、凹坑和底孔可采用反應離子刻蝕或濕法刻蝕處理；所述絕緣層可用氧化工工藝或氣相沉積的工藝加工。
8.根據權利要求6所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于:所述下基體處理步驟中，所述諧振器為三層結構，豎直方向包括:下端的第一金屬層、中段的中間層以及上端的第二金屬層。
9.根據權利要求8所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，所述中間層材料包括 AlN、ZiO 或PZT。
10.根據權利要求6至9中任一項所述一種半導體裝置的制造方法，其特征在于:所述上基體處理步驟中，對所述凹坑內壁進行加工，使之成型為圖案化的一電阻絲層，該電阻絲層與所述互連層電氣連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導體裝置及其制造方法，其特征在于在一上基體上加工出通孔、微進孔和微出孔和底面的凹坑，在整個上基體的外表面設置一層絕緣層，通孔內設置導電體；一下基體，其內表面已經具有信號處理IC，在內表面上存在一互連層和一多層結構的諧振器，互連層與該諧振器與信號處理IC之間電氣連通，在下基體位于該諧振器的位置處理一底孔；上基體底面與下基體內表面結合，諧振器位于上基體底面的凹坑中，導電體與互連層相連通；該凹坑、微進孔、微出孔形成完整的流道通路，得到一半導體裝置。本方案實現(xiàn)了信號處理IC和諧振器整合，在片上集成了微流道，實現(xiàn)了小體積、集成度高，可以實現(xiàn)微量生物樣品檢測。
文檔編號G01N29/036GK103235037SQ20131011432
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權日2013年4月2日
發(fā)明者馬盛林, 秦利鋒, 孫道恒, 劉興偉, 黃裕茜 申請人:廈門大學
專業(yè)數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
