盖板结构及其制作方法、电容式传感器技术

本发明专利技术公开了一种盖板结构及其制作方法、电容式传感器，该盖板结构，用于微机电器件晶圆级封装，包括：密封盖板，其上设有一凹槽，该凹槽形成一容置空间；电极板，位于凹槽形成的容置空间之内，与凹槽左右两侧的密封盖板之间存在间隙；第一垂直通孔，设置于电极板之下，贯穿凹槽下方的密封盖板；第二垂直通孔，设置于密封盖板的非凹槽位置并贯穿密封盖板中的绝缘部分；以及第一电极引线和第二电极引线，分别沿着第一垂直通孔和第二垂直通孔引出至密封盖板的下表面。本发明专利技术的盖板结构及其制作方法、电容式传感器，具有与微机电器件制备工艺兼容、工艺简单、气密性好、具备垂直引线、不需要高温、降低寄生电容、以及广泛适用的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
盖板结构及其制作方法、电容式传感器
本公开属于微机电器件设计与制造
，涉及一种盖板结构及其制作方法、电容式传感器。
技术介绍
微机电器件(MEMS器件)封装，是将可动结构密封于腔室内，为可动器件提供支撑和保护，同时能够连通密封腔室内外的电学信号，用于驱动或检测微机电器件的动作。因此微机电器件的封装必须同时保证封装的气密性和封装腔室内外的电学互连。MEMS器件按照结构的运动和检测方向，可大体分为平面型和垂直型，平面MEMS器件的可动结构在水平方向运动，相应的驱动和检测电极也位于可动器件的运动方向上，最常见的是梳齿状电极。垂直MEMS器件中可动结构的运动在与衬底垂直的方向上，对于电容式器件来说，一些方案中，通常要在MEMS可动结构的下方设置固定电极，使其与可动结构构成检测电容，电极材料常采用金属或多晶硅实现；而对于硅硅直接键合进行封装的MEMS器件，作为衬底或盖板使用的硅，同时也可以作为差分检测电容的上下固定电极板，瑞士Colibrys公司的加速度计就是采用此种封装形式；还有一种硅作为固定电极的方法，将硅柱埋于玻璃之间，玻璃作为键合封装的绝缘材料，硅柱同时作为固定电极和腔室内外的电学互联的馈通引线，挪威Sensonor公司的蝶形陀螺就是采用此种封装形式。上述方案中，整个硅晶圆作为衬底或盖板，采用直接键合的方式进行封装，好处是工艺相对简单，缺点是采用高温工艺，不具备广泛适用性，其次除了可动结构与硅衬底相应区域构成的检测电容以外，其他区域所形成的寄生电容很大；硅柱埋在玻璃中间的技术称为GIS(GlassinSilicon)技术，首先需要进行深硅刻蚀，形成硅柱，然后将玻璃进行加热回流填充到硅柱之间，再进行双面磨抛制备出GIS盖板，具有很好的密封性，但制备成本较高。因此，有必要提出一种新的盖板结构，其制作工艺简单，不需要深硅刻蚀工艺以及复杂的高温玻璃回流工艺，同时具备很好的密封性；另外，在制备过程中不需要高温，降低寄生电容，具备广泛适用性。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种盖板结构及其制作方法、电容式传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种盖板结构，用于微机电器件晶圆级封装，该盖板结构包括：密封盖板1，其上设有一凹槽2，该凹槽形成一容置空间；电极板3，位于凹槽2形成的容置空间之内，与凹槽2左右两侧的密封盖板1之间存在间隙；第一垂直通孔4，设置于电极板3之下，贯穿凹槽2下方的密封盖板1；第二垂直通孔5，设置于密封盖板1的非凹槽位置并贯穿密封盖板1中的绝缘部分；以及第一电极引线6和第二电极引线7，分别沿着第一垂直通孔4和第二垂直通孔5引出至密封盖板1的下表面。在本公开的一些实施例中，密封盖板1的上、下表面平行，密封盖板1的上表面粗糙度小于50nm；和/或，凹槽2的下表面与密封盖板1的上表面平行，凹槽2的下表面粗糙度小于50nm；和/或，凹槽2的深度小于密封盖板1的高度，凹槽2的左、右边缘对应与密封盖板1的左、右边缘的距离大于100μm。在本公开的一些实施例中，电极板3的上表面与密封盖板1的上表面平行，电极板3的上表面粗糙度小于50nm；和/或，电极板3的左、右边缘对应与凹槽2的左、右边缘的距离大于10μm；和/或，电极板3的下表面通过键合工艺与凹槽2的下表面紧密结合。在本公开的一些实施例中，电极板3的高度小于密封盖板1的高度。在本公开的一些实施例中，第一垂直通孔4的截面形状为柱形、锥形或梯形，第一垂直通孔4的底部与凹槽2下表面平齐，顶部与密封盖板1的下表面平齐，底部开口尺寸小于或等于顶部开口尺寸；和/或，第二垂直通孔5的截面形状为柱形、锥形或梯形，第二垂直通孔5的底部与密封盖板1的上表面平齐，顶部与密封盖板1的下表面平齐，底部开口尺寸小于或等于顶部开口尺寸；和/或，第二垂直通孔5的截面形状为柱形、锥形或梯形，第二垂直通孔5的底部与密封盖板1的绝缘部分的上表面平齐，顶部与绝缘部分的下表面平齐，底部开口尺寸小于或等于顶部开口尺寸。在本公开的一些实施例中，密封盖板1的材料为绝缘材料或者覆盖有绝缘材料的半导体材料，包括：石英、玻璃、覆盖氧化硅的硅、及其组合；和/或，电极板3的材料为导电材料，包括：铝、铜、钛、金、镍、铂、铬、钼、多晶硅、重掺杂的单晶硅、及其组合；和/或，第一电极引线6和第二电极引线7的材料为导电材料，包括：铝、铜、钛、金、镍、铂、铬、钼、多晶硅、及其组合。根据本公开的另一个方面，提供了一种上述提及的盖板结构的制作方法，包括：在绝缘材料形成的密封盖板1上制作凹槽2，该凹槽形成一容置空间；在凹槽2下方对应的密封盖板1区域制作第一垂直通孔4；利用一电极板材料制作含有凸台的结构，该凸台伸入凹槽2形成的容置空间中，与凹槽2左右两侧的密封盖板1之间存在间隙，该凸台中突出的表面与凹槽2的下表面键合；去掉含有凸台的结构中除去凸台的其余部分，只剩下凸台或部分高度的凸台作为电极板3；在密封盖板1的非凹槽位置制作第二垂直通孔5；以及制作第一电极引线6和第二电极引线7。根据本公开的又一个方面，提供了一种上述提及的盖板结构的制作方法，包括：在形成密封盖板1的半导体材料正面制作凹槽2，该凹槽形成一容置空间；在含有凹槽2结构的半导体材料正面沉积绝缘材料；在沉积有绝缘材料的凹槽2下方对应的密封盖板1区域制作第一垂直通孔4；利用一电极板材料制作含有凸台的结构，该凸台伸入沉积有绝缘材料的凹槽2形成的容置空间中，与凹槽2左右两侧的密封盖板1之间存在间隙，该凸台中突出的表面与绝缘材料以及凹槽2的下表面键合；去掉含有凸台的结构中除去凸台的其余部分，只剩下凸台或部分高度的凸台作为电极板3；在形成密封盖板1的半导体材料背面沉积绝缘层，并对绝缘层在对应非凹槽位置以及第一垂直通孔下表面进行图形化刻蚀，形成第二垂直通孔5以及第一垂直通孔4的电极接触窗口；以及制作第一电极引线6和第二电极引线7。根据本公开的再一个方面，提供了一种电容式传感器，包括本公开提到的任一种盖板结构。在本公开的一些实施例中，该电容式传感器的结构为：用于传感的结构层叠放于盖板结构的上方，在盖板结构的电极板3与结构层之间存在间隙，形成电容式压力传感器；或者，该电容式传感器的结构为：两个盖板结构相对设置，用于传感的结构层置于两个所述盖板结构之间，在盖板结构的电极板3与结构层之间存在间隙，形成差分电容传感器；可选的，在该差分电容传感器的结构层上包含悬空结构，形成一加速度计。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的盖板结构及其制作方法、电容式传感器，具有以下有益效果：(1)该盖板结构中的电极板可作为固定电极，该固定电极的形成工艺不需要深硅刻蚀工艺以及复杂的高温玻璃回流工艺；该盖板结构中的第二垂直通孔和第二电极引线以及电极板与其下方的第一垂直通孔及第一电极引线形成垂直互连引线结构，无键合压合过程中台阶覆盖问题，可实现很好的气密性封装，相比于硅直接键合封装工艺，不需要过高的温度，能有效控制寄生电容，减少信号馈通和串扰；具有与微机电器件制备工艺兼容、工艺简单、气密性好、具备垂直引线、不需要高温、降低寄生电容、以及广泛适用的综合性能；(2)在一实施例中，电极板通过将一制作有凸台的结构中的凸台(例如单晶硅柱)与制作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盖板结构，用于微机电器件晶圆级封装，其特征在于，包括：密封盖板(1)，其上设有一凹槽(2)，该凹槽形成一容置空间；电极板(3)，位于所述凹槽(2)形成的容置空间之内，与凹槽(2)左右两侧的密封盖板(1)之间存在间隙；第一垂直通孔(4)，设置于所述电极板(3)之下，贯穿所述凹槽(2)下方的密封盖板(1)；第二垂直通孔(5)，设置于所述密封盖板(1)的非凹槽位置并贯穿所述密封盖板(1)中的绝缘部分；以及第一电极引线(6)和第二电极引线(7)，分别沿着第一垂直通孔(4)和第二垂直通孔(5)引出至密封盖板(1)的下表面。

【技术特征摘要】
1.一种盖板结构，用于微机电器件晶圆级封装，其特征在于，包括：密封盖板(1)，其上设有一凹槽(2)，该凹槽形成一容置空间；电极板(3)，位于所述凹槽(2)形成的容置空间之内，与凹槽(2)左右两侧的密封盖板(1)之间存在间隙；第一垂直通孔(4)，设置于所述电极板(3)之下，贯穿所述凹槽(2)下方的密封盖板(1)；第二垂直通孔(5)，设置于所述密封盖板(1)的非凹槽位置并贯穿所述密封盖板(1)中的绝缘部分；以及第一电极引线(6)和第二电极引线(7)，分别沿着第一垂直通孔(4)和第二垂直通孔(5)引出至密封盖板(1)的下表面。2.根据权利要求1所述的盖板结构，其中，所述密封盖板(1)的上、下表面平行，所述密封盖板(1)的上表面粗糙度小于50nm；和/或，所述凹槽(2)的下表面与所述密封盖板(1)的上表面平行，所述凹槽(2)的下表面粗糙度小于50nm；和/或，所述凹槽(2)的深度小于所述密封盖板(1)的高度，所述凹槽(2)的左、右边缘对应与所述密封盖板(1)的左、右边缘的距离大于100μm。3.根据权利要求1所述的盖板结构，其中，所述电极板(3)的上表面与所述密封盖板(1)的上表面平行，所述电极板(3)的上表面粗糙度小于50nm；和/或，所述电极板(3)的左、右边缘对应与所述凹槽(2)的左、右边缘的距离大于10μm；和/或，所述电极板(3)的下表面通过键合工艺与所述凹槽(2)的下表面紧密结合。4.根据权利要求1所述的盖板结构，其中，所述电极板(3)的高度小于所述密封盖板(1)的高度。5.根据权利要求1所述的盖板结构，其中，所述第一垂直通孔(4)的截面形状为柱形、锥形或梯形，所述第一垂直通孔(4)的底部与凹槽(2)下表面平齐，顶部与密封盖板(1)的下表面平齐，底部开口尺寸小于或等于顶部开口尺寸；和/或，所述第二垂直通孔(5)的截面形状为柱形、锥形或梯形，所述第二垂直通孔(5)的底部与密封盖板(1)的上表面平齐，顶部与密封盖板(1)的下表面平齐，底部开口尺寸小于或等于顶部开口尺寸；和/或，所述第二垂直通孔(5)的截面形状为柱形、锥形或梯形，所述第二垂直通孔(5)的底部与密封盖板(1)的绝缘部分的上表面平齐，顶部与绝缘部分的下表面平齐，底部开口尺寸小于或等于顶部开口尺寸。6.根据权利要求1所述的盖板结构，其中，所述密封盖板(1)的材料为绝缘材料或者覆盖有绝缘材料的半导体材料，包括：石英、玻璃、覆盖氧化硅的硅、及其组合；和/或，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，司朝伟，韩国威，宁瑾，杨富华，刘雯，颜伟，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11