一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构制造技术

一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，该结构主要由三层圆片级导体硅和两层绝缘材料组成，包括：基底层，制作有凹槽与多个垂直互连结构，表面沉积有第一绝缘层，基底层通过第一绝缘层上的刻蚀窗口与接地垂直互连结构连接接地，降低耦合串扰噪声；器件层，刻蚀有传感结构、闭合密封环和屏蔽梁，接地屏蔽梁降低层内耦合噪声；封帽层，通过第二绝缘层与器件层实现绝缘，并通过第二绝缘层的镂空区域与传感结构之间形成微小间隙，以增强感应结构周围电场强度进而提高传感器灵敏度。本公开可实现电场传感器圆片级封装，具有增敏降噪的特点，且制造工艺简单。且制造工艺简单。且制造工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构


[0001]本公开涉及传感器制造
，尤其涉及一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构。

技术介绍

[0002]电场传感器是检测电场强度的器件，广泛应用于气象探测、航空航天、石油化工、电力等诸多领域。基于MEMS技术的微型电场传感器凭借其体积小、成本低、可批量生产等优点，成为电场传感器的研究热点和发展方向。目前，微型电场传感器存在输出信号较小、信噪比较低、Q值小等问题，制约了它的应用与发展。
[0003]已有的微型电场传感器封装结构需逐个装片与封焊，不利于批量化制造，封装工艺成本较高，并且封装后体积远大于芯片体积，制约了传感器的批量化生产和规模化应用。而圆片级封装技术，可以一次性完成不同层次结构间电气与机械连接，同时实现对整片晶圆上的结构进行气密或真空封装，产品的一致性、成品率与可靠性高。电场传感器圆片级封装的难点在于电场感应通道的构建，目前尚未见电场传感器的圆片级封装的报道。
[0004]早期的MEMS器件多采用硅-玻璃结构实现圆片级封装，但硅与玻璃之间存在热失配问题。采用全硅结构，可以解决硅-玻璃结构中热失配产生的应力问题，并且避免玻璃表面电荷积累对输出信号的干扰。全硅结构圆片级封装技术是提高器件性能、实现与IC的高密度集成进而实现微系统的必然选择。
[0005]在基于键合的圆片级封装方案中，密封腔内的电信号需要通过平面电极横向引出或TSV电极纵向引出，为了兼容其他工艺步骤，不影响器件性能，保证器件气密性，往往存在工艺流程较为复杂的问题。此外，如需衬底接地，还需要增加额外的工艺步骤，需要制作额外的焊盘或金属引线。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，以解决上述技术问题。
[0007]本公开的一个方面提供了一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，包括：基底层，制作有凹槽与多个垂直互连结构，表面沉积有第一绝缘层，所述第一绝缘层上刻蚀有使所述基底层接地的窗口；器件层，刻蚀有传感结构、闭合密封环和屏蔽梁；封帽层，通过第二绝缘层与所述器件层实现绝缘，并通过所述第二绝缘层的镂空区域与所述传感结构之间形成间隙；所述器件层与基底层通过键合绝缘连接；所述器件层、封帽层、基底层均由圆片级导体硅制成。
[0008]可选地，所述传感结构包括：第一锚点，第二锚点，感应结构，驱动结构，弹性梁；所述第一锚点将所述弹性梁固定于所述第二绝缘层表面，所述第二锚点将所述感应结构、驱动结构固定于所述第二绝缘层表面。
[0009]可选地，所述第一锚点、第二锚点与所述多个垂直互连结构通过键合介质层一一
对应键合，其中，所述第一锚点通过对应的垂直互连结构与外部接地电路连接。
[0010]可选地，与所述第一锚点对应的第一绝缘层刻蚀有所述窗口，键合或制备垂直互连结构的同时使所述基底层与所述接地垂直互连结构连接。
[0011]可选地，所述屏蔽梁通过所述闭合密封环与所述第一锚点连接接地。
[0012]在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0013](1)本公开提供的结构的封帽层与传感结构间隙距离为微米量级，可改变感应结构上方的待测电场分布，有效增强感应结构周围的电场强度，增大输出感应电流，进而提高传感器灵敏度；
[0014](2)本公开提供的结构可以在多个噪声耦合通道上均实现降噪，大幅提升降噪性能：基底层经由第一绝缘层表面刻蚀窗口与接地垂直互连结构连接，能降低驱动信号通过基底耦合至输出信号的串扰噪声；接地屏蔽梁可以降低层内驱动结构耦合至感应结构的噪声；输入驱动信号经由封帽层耦合到感应结构表面的同频噪声被感应结构中可动部分的同频振动调制为二倍频噪声，可在后续的滤波电路被消除。
[0015](3)本公开可在键合或制备垂直互连结构的同时将基底接地，无需额外工艺步骤，并且基底是通过接地直互连结构接地，无需在基底上其他位置制作额外的焊盘或金属引线从而减少了基底表面使用面积。
[0016](4)本公开首次实现了电场传感器的圆片级封装，制造工艺简单有效。
附图说明
[0017]为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0018]图1示意性示出了本公开实施例提供的一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的示意图；
[0019]图2示意性示出了本公开实施例提供的一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的器件层的三维示意图；
[0020]图3示意性示出了本公开实施例提供的一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的基底层的三维示意图；
[0021]图4示意性示出了本公开实施例提供的一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的器件层、第二绝缘层的微纳加工示意图；
[0022]图5示意性示出了本公开实施例提供的一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的基底层的微纳加工示意图；
[0023]图6示意性示出了本公开实施例提供的一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的整体器件键合的微纳加工示意图；
[0024]图7示意性示出了本公开实施例提供的第二种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的基底层的微纳加工示意图；
[0025]图8示意性示出了本公开实施例提供的第二种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的整体器件键合的微纳加工示意图；
[0026]图9示意性示出了本公开实施例提供的第三种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构的整体器件键合的微纳加工示意图；
[0027]附图说明：
[0028]100-封帽层；200-第二绝缘层；300-器件层；400-基底层；310-传感结构；3111-第一锚点；3112-第二锚点；312-感应结构；313-驱动结构；314-弹性粱；320-闭合密封环；330-屏蔽梁；410-凹槽；420-垂直互连结构，4211-与第一锚点3111对应的垂直互连结构420的通孔，4212-与第二锚点3112对应的垂直互连结构420的通孔；422-金属焊盘；423-导电硅柱；424-金属引线；430-第一绝缘层；440-与第一锚点3111对应的第一绝缘层刻蚀窗口；450-吸气剂；460-键合介质层。
具体实施方式
[0029]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0030]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0031]在此使用的所有术语(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，其特征在于，包括：基底层，制作有凹槽与多个垂直互连结构，表面沉积有第一绝缘层，所述第一绝缘层上刻蚀有使所述基底层接地的窗口；器件层，刻蚀有传感结构、闭合密封环和屏蔽梁；封帽层，通过第二绝缘层与所述器件层实现绝缘，并通过所述第二绝缘层的镂空区域与所述传感结构之间形成间隙；所述器件层与基底层通过键合绝缘连接；所述器件层、封帽层、基底层均由圆片级导体硅制成。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述传感结构包括：第一锚点，第二锚点，感应结构，驱动结构，弹性梁；所述第一锚点将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏善红，刘俊，储昭志，雷虎成，彭春荣，
申请(专利权)人：北京中科飞龙传感技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：