微型回馈腔传感器及其制造方法技术

一种微型回馈腔传感器包括：一个半导体基底，具有一感测电路；一接合结构层，位于半导体基底上；以及一感测元芯片，具有一低阻值的半导体本体、一第一端部及一第二端部，半导体本体中形成有多个导电柱，第一端部形成有感测元结构，第二端部通过接合结构层连接至半导体基底，感测元结构、半导体基底与半导体本体之间形成一回馈腔体结构，感测元结构通过此些导电柱以电连接至感测电路。感测元结构与回馈腔体结构共同反应一外界输入的物理信号而产生一感测信号输出至感测电路。一种微型回馈腔传感器的制造方法也一并提供。

Micro feedback cavity sensor and manufacturing method thereof

A micro feedback cavity sensor includes a semiconductor substrate having a sensing circuit; a bonding structure layer in a semiconductor substrate; and a semiconductor chip sensing element, has a low resistance body, a first end and a second end, a plurality of conductive columns formed in the semiconductor body. The first end portion is formed with a sensing element structure, second end through the joint structure layer is connected to the semiconductor substrate, a back cavity structure is formed between the sensing element structure, a semiconductor substrate and a semiconductor body, sensing element structure through the conductive column to be electrically connected to the sensing circuit. The sensing element structure and the feedback cavity structure jointly react with an external input physical signal to generate a sensing signal output to the sensing circuit. A method of manufacturing a micro feedback cavity sensor is also provided.

【技术实现步骤摘要】
微型回馈腔传感器及其制造方法
本专利技术涉及一种微型回馈腔传感器及其制造方法，且特别涉及一种用于声波及/或压力的微型回馈腔传感器及其制造方法。
技术介绍
压电式(Piezoelectric)、压阻式(Piezoresistive)与电容式(Capacitive)是目前常见的微型传感器技术。压电式传感器是利用压电材料在受外力干扰后会输出电流或电压的特性，将输入物理信号转换成电信号，而压阻式传感器是利用压阻材料在受力之后电阻特性发生改变。而一种最常见的感测方式则是电容式，其具有容易制造、高感度及低功耗等优良特性，是目前市场发展的主流。特别是一种具有回馈腔体设计的传感器，例如微型压力传感器以及微型麦克风，例如密闭真空回馈腔体的压力传感器，通过与外界的压力差产生结构变形(产生压电、压阻或与电容的物理量)。再例如微型麦克风，需要一声学回馈腔，以反映接收到的声学信号。因此对这种具有回馈腔体设计的传感器，一个重要的传感器品质是来自所述回馈腔体的体积，例如对压力传感器，回馈腔体内部在制造时设计维持于一低压的状态(也即接近高真空状态)，但是由于制造完成后回馈腔体的器壁的放气(outgassing)效应仍会存在有一些气体，所述残留气体会因热涨冷缩原理，而对量测造成影响。已知理想气体方程式为pV＝nRT，其中p为理想气体的压力，V为理想气体的体积，n为气体物质的量，T为理想气体的热力学温度，R为理想气体常数。因此，如果设计上加大回馈腔体的体积，等于加大了V，则可以得到更低的p，所以温度效应造成的热涨冷缩对传感器的影响较低。另外例如微型麦克风，其都是利用传统的封装技术完成。图14显示一种传统的微型麦克风的封装示意图。如图所示，在传统的微型麦克风的封装过程中，先将微机电感测芯片520与信号处理芯片530分开安装在封装基板510上，然后通过打线的方式将微机电感测芯片520与信号处理芯片530作电连接，接着在将盖体540罩覆住微机电感测芯片520与信号处理芯片530，以形成一个腔体。这种封装方式，只能采用芯片级的封装，无法采用晶圆级封装。微型麦克风的封装体结构在设计时，有下列重要项目须谨慎评估与考量。首先是前腔(FrontChamber)距离，是指声压进入入音孔后至到达传感器振膜前的空间距离(传统的距离为基板510厚度再加上微机电感测芯片520，其值至少>300um)，太长的前腔距离会加大音阻，影响品质。因此，前腔距离应越小会较适当，当然，也可将前腔距离对应于前腔体积。其次，背腔(BackChamber)体积相对于前腔体积，是指振膜与封装体内部所形成的密闭空间体积，也即为声音通过微机电振膜芯片后的密封体积。背腔越大时感度会越大，这是因为当背腔体积增大时，振膜受到来自背腔内空气的反作用力会愈小使感测信号不失真。因此，背腔体积应越大会较适当。另外，须特别注意的是，背腔内的空间必须完全受到密封(仅保留经由振膜连通至外界)；若背腔未能妥善密封而与前腔空间相连通时，会使频响曲线在低频区段发生感度降低现象。在已知技术中，通常使用封装盖体(packagelid)来将微机电芯片覆盖住，以提供庞大的背腔，然而，这种封装方式不适合芯片的整合，产出的微型麦克风的体积也相当庞大，且无法以晶圆级的制造方式大量生产。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种微型回馈腔传感器及其制造方法，具芯片整合的优点，且能以晶圆级的制造方式进行大量生产，降低成本。本专利技术的另一目的是提供一种微型回馈腔传感器及其制造方法，此微型回馈腔传感器可以当作麦克风使用，且能提供庞大的背腔、微小的前腔来提高麦克风的感测效果。本专利技术的又另一目的是提供一种微型回馈腔传感器及其制造方法，此微型回馈腔传感器可以当作压力传感器使用，且能提供庞大的腔体的容积、提高压力传感器的感测效果。本专利技术的又另一目的是提供一种微型回馈腔传感器及其制造方法，此微型回馈腔传感器可以提供压力传感器及麦克风的功能。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术提供一种微型回馈腔传感器，包括：一个半导体基底，具有一感测电路；一接合结构层，位于该半导体基底上；以及一感测元芯片，具有一低阻值的半导体本体、一第一端部及一第二端部，该半导体本体中形成有多个导电柱，该第一端部形成有至少一感测元结构，该第二端部是通过接合结构层连接至该半导体基底，至少一感测元结构、半导体基底与半导体本体之间形成一回馈腔体结构，至少一感测元结构是通过此些导电柱以电连接至该感测电路。至少一感测元结构与该回馈腔体结构共同反应一外界输入的物理信号而产生一感测信号输出至该感测电路。在上述微型回馈腔传感器中，该感测元芯片可以还包括一第一电性输出入结构，位于该回馈腔体结构的周围，该第一电性输出入结构具有多个第一连接垫，通过此些导电柱以电连接至该感测电路。上述微型传感器可以还包括：一电路板，设置于该第一电性输出入结构的上方，并电连接至此些第一连接垫。在上述微型回馈腔传感器中，该第一电性输出入结构可具有一导体连接层，该导体连接层的一上表面与该感测元结构的一上表面位于同一平面上。上述微型回馈腔传感器可以还包括一遮蔽芯片，具有一低阻值的半导体本体、一第一端部以及一第二端部，该遮蔽芯片的第二端部连接至该感测元芯片的第一端部，以及去除部分遮蔽芯片的半导体本体以露出部分或全部的感测元结构而形成的一开放工作腔，该感测元结构感测经由该开放工作腔所接收的物理信号而产生感测信号。在上述微型回馈腔传感器中，该感测元芯片可以还包括一第一电性输出入结构，位于该回馈腔体结构的周围，该第一电性输出入结构具有多个第一连接垫，通过此些导电柱以电连接至该感测电路，该遮蔽芯片还包括一第二电性输出入结构，位于该开放工作腔的周围以及该第一电性输出入结构上，该第二电性输出入结构具有多个第二连接垫，分别电连接至此些第一连接垫。上述微型回馈腔传感器可还包括：一电路板，设置于该遮蔽芯片的上方，并电连接至此些第二连接垫。在上述微型回馈腔传感器中，物理信号可以是通过电路板与此些第二连接垫之间的空隙进入该开放工作腔。在上述微型回馈腔传感器中，该第二电性输出入结构可还包括：多个垂直导体，贯穿该遮蔽芯片而电连接至此些第二连接垫及此些第一连接垫。在上述微型回馈腔传感器中，该感测元结构可包括：一第一电极板，固定地设置于该半导体本体上，并具有多个孔洞；以及一第二电极板，可动地设置于该第一电极板的上方，该第一电极板与该第二电极板形成一感测电容，该第一电极板与该第二电极板之间形成有一间隙。在上述微型回馈腔传感器中，该感测元结构可为一悬浮结构，感测一物理信号而变形，该悬浮结构包括：一第一电极板；一压电材料层，设置于该第一电极板上；以及一第二电极板，设置于该压电材料层上。在上述微型回馈腔传感器中，该半导体基底可包括：一第一硅基板，具有感测电路；一模塑料层，包围该第一硅基板的一个或多个侧面；以及一导体连接层，位于该第一硅基板及模塑料层上，并将该感测电路电连接至该感测元芯片。在上述微型回馈腔传感器中，该遮蔽芯片可包括一外露导体层，电连接至一固定电位。在上述微型回馈腔传感器中，该遮蔽芯片包括一外露导体层，该整合式导体层位于该遮蔽芯片的该半导体本体上，且更贯穿该遮蔽芯片的该半导体本体及该感测元芯片的一部分，而电连接至该感测元芯片的一电性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型回馈腔传感器，其特征在于，它包括：一个半导体基底，具有一感测电路；一接合结构层，位于该半导体基底上；以及一感测元芯片，具有一低阻值的半导体本体、一第一端部及一第二端部，该半导体本体中形成有多个导电柱，该第一端部形成有至少一感测元结构，该第二端部是通过该接合结构层连接至该半导体基底，该至少一感测元结构、该半导体基底与该半导体本体之间形成一回馈腔体结构，该至少一感测元结构是通过该多个导电柱以电连接至该感测电路，其中：该至少一感测元结构与该回馈腔体结构共同反应一外界输入的物理信号而产生一感测信号输出至该感测电路。

【技术特征摘要】
2015.11.26 TW 104139503;2016.08.31 CN 2016107855171.一种微型回馈腔传感器，其特征在于，它包括：一个半导体基底，具有一感测电路；一接合结构层，位于该半导体基底上；以及一感测元芯片，具有一低阻值的半导体本体、一第一端部及一第二端部，该半导体本体中形成有多个导电柱，该第一端部形成有至少一感测元结构，该第二端部是通过该接合结构层连接至该半导体基底，该至少一感测元结构、该半导体基底与该半导体本体之间形成一回馈腔体结构，该至少一感测元结构是通过该多个导电柱以电连接至该感测电路，其中：该至少一感测元结构与该回馈腔体结构共同反应一外界输入的物理信号而产生一感测信号输出至该感测电路。2.如权利要求1所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述感测元芯片还包括一第一电性输出入结构，位于所述回馈腔体结构的周围，该第一电性输出入结构具有多个第一连接垫，通过所述的多个导电柱以电连接至所述感测电路。3.如权利要求2所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述第一电性输出入结构具有一导体连接层，该导体连接层的一上表面与所述感测元结构的一上表面位于同一平面上。4.如权利要求1所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，还包括一遮蔽芯片，具有一低阻值的半导体本体、一第一端部以及一第二端部，所述遮蔽芯片的所述第二端部连接至所述感测元芯片的所述第一端部，以及去除部分所述遮蔽芯片的所述半导体本体以露出部分或全部的所述感测元结构而形成的一开放工作腔，该感测元结构感测经由所述开放工作腔所接收的所述物理信号而产生所述感测信号。5.如权利要求4所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述感测元芯片还包括一第一电性输出入结构，位于所述回馈腔体结构的周围，所述第一电性输出入结构具有多个第一连接垫，通过所述的多个导电柱以电连接至所述感测电路，所述遮蔽芯片还包括一第二电性输出入结构，位于所述开放工作腔的周围以及该第一电性输出入结构上，所述第二电性输出入结构具有多个第二连接垫，分别电连接至所述的多个第一连接垫。6.如权利要求5所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，还包括：一电路板，设置于所述遮蔽芯片的上方，并电连接至所述的多个第二连接垫，其中所述物理信号是通过所述电路板与所述的多个第二连接垫之间的空隙进入所述开放工作腔。7.如权利要求5所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述第二电性输出入结构还包括：多个垂直导体，贯穿所述遮蔽芯片而电连接至所述的多个第二连接垫及所述的多个第一连接垫。8.如权利要求1所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述感测元结构包括：一第一电极板，固定地设置于所述半导体本体上，并具有多个孔洞；以及一第二电极板，可动地设置于所述第一电极板的上方，该第一电极板与所述第二电极板形成一感测电容，该第一电极板与该第二电极板之间形成有一间隙。9.如权利要求1所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述感测元结构为一悬浮结构，感测所述物理信号而变形，所述悬浮结构包括：一第一电极板；一压电材料层，设置于所述第一电极板上；以及一第二电极板，设置于所述压电材料层上。10.如权利要求1所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述半导体基底包括：一第一硅基板，具有所述感测电路；一模塑料层，包围所述第一硅基板的一个或多个侧面；以及一导体连接层，位于该第一硅基板及所述模塑料层上，并将该感测电路电连接至所述感测元芯片。11.如权利要求4所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述遮蔽芯片包括一外露导体层，电连接至一固定电位。12.如权利要求4所述的微型回馈腔传感器，其特征在于，所述遮蔽芯片包...

【专利技术属性】
技术研发人员：范成至，
申请(专利权)人：李美燕，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71