基于晶圆级封装的薄膜型传感器及其制造方法技术

本公开涉及一种基于晶圆级封装的薄膜型传感器及其制造方法，该传感器包括基体、传感器主体、盖帽层和多个电极。基体包括：第一衬底、介质层、第一绝缘层和多个硅通孔。介质层和第一绝缘层分别覆盖在第一衬底的两个面，且都被各硅通孔贯穿。各电极设置于对应的各硅通孔的通孔区域。传感器主体包括测试电极和敏感材料层，测试电极位于介质层上方，敏感材料层覆盖在测试电极的目标区域上。盖帽层包括第二衬底和键合环，第二衬底的第一面设置有容置槽。键合环设置于第二衬底的第一面。本公开提供的基于晶圆级封装的薄膜型传感器及其制造方法，具有高性能、低成本、小型化、高可靠性、高工艺可行性与兼容性、高晶圆级均一性，应用范围更广。广。广。

【技术实现步骤摘要】
基于晶圆级封装的薄膜型传感器及其制造方法


[0001]本公开涉及集成电路封装
，尤其涉及一种基于晶圆级封装的薄膜型传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着制造水平的提高，微机电系统(Micro Electro MechanicalSystem，MEMS)技术被逐渐应用于传感器领域。相比于传统传感器，MEMS传感器体积更小、重量更轻、功耗更低、成本更低，更加适用于在智能设备与可穿戴设备上的集成。因此，MEMS传感器逐渐成为该领域的重要方向之一。
[0003]在推动传感器走向小型化的同时，相关技术中的传感器芯片的设计受到了挑战。例如，器件小型化要求更高可靠性与更小体积的三维封装；敏感膜涂覆工艺需要与晶圆级制备工艺更好兼容；更高效率的流片过程要求晶圆级的植球工艺与封装工艺设计。另外，传感器走向小型化的需求，也对工业进行微型传感器的批量制备提出了更高的要求。复杂且微小的器件结构要求生产过程整体更严格的失效分析与应力控制，批量化与低成本的目标要求器件采取晶圆级封装，敏感薄膜的制备要求与微纳加工技术与晶圆级的衬底相兼容。
[0004]因此，如何提高一种能够解决上述问题的薄膜型传感器及其制造方法是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本公开提出了一种基于晶圆级封装的薄膜型传感器，所述传感器包括基体、传感器主体、盖帽层和多个电极；
[0006]所述基体包括：第一衬底、介质层、第一绝缘层和多个硅通孔，所述介质层覆盖在所述第一衬底的第一面的至少部分区域；各所述硅通孔贯穿于所述第一衬底和所述介质层；所述第一绝缘层覆盖在所述第一衬底的第二面且至少暴露出对应于各所述硅通孔的通孔区域，所述第一衬底为硅衬底；
[0007]各所述电极设置于对应的所述通孔区域且与对应的所述硅通孔电连接；
[0008]所述传感器主体包括测试电极和敏感材料层，所述测试电极位于所述介质层上方且与对应的所述硅通孔连接；所述敏感材料层覆盖在所述测试电极的目标区域上；
[0009]所述盖帽层包括第二衬底和键合环，所述第二衬底的第一面设置有容置槽，所述传感器主体的至少部分处于所述容置槽中；所述键合环设置于所述第二衬底的第一面且闭合环绕所述容置槽，用于将所述基体和所述盖帽层固定连接在一起。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述传感器主体还包括：加热电极、第二绝缘层；
[0011]所述加热电极位于所述介质层上方且与对应的各所述硅通孔连接；
[0012]所述第二绝缘层位于所述介质层上方且至少覆盖所述加热电极，且所述第二绝缘层设置有用于暴露出所述测试电极所连接的硅通孔的电极通孔；
[0013]其中，所述测试电极位于所述第二绝缘层上方且所述目标区域与所述加热电极重
叠，并通过所述电极通孔连接到对应的各所述硅通孔。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的对应于所述容置槽的区域，所述键合环与所述第一衬底的第一面固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体和所述介质层位于所述容置槽内；或者
[0015]所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域，所述键合环与所述介质层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体中至少所述敏感材料层位于所述容置槽内。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的对应于所述容置槽的区域且所述第二绝缘层还至多覆盖裸露的所述介质层，所述键合环与所述第一衬底的第一面固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体和所述介质层位于所述容置槽内；或者
[0017]所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域、且所述第二绝缘层还至多覆盖裸露的所述介质层的对应于所述容置槽的区域，所述键合环与所述介质层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体位于所述容置槽内；或者
[0018]所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域且所述第二绝缘层还覆盖裸露的所述介质层的全部区域，所述键合环与所述第二绝缘层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、至少所述敏感材料层位于所述容置槽内。
[0019]在一种可能的实现方式中，所述加热电极的形状包括可延展形状，所述可延展形状包括蛇形、S形中的任意一种；并且/或者
[0020]所述测试电极包括叉指电极，所述目标区域为所述叉指电极的周期性图案区域，所述加热电极的可延展形状区域和所述目标区域的尺寸匹配且位置重叠；并且/或者
[0021]根据本公开的一方面，提供了一种基于晶圆级封装的薄膜型传感器的制造方法，所述方法包括：
[0022]在第一衬底的第一面制备介质层；对所述第一衬底和所述介质层进行刻蚀、并对所述第一衬底进行减薄，形成多个硅通孔；在所述第一衬底的第二面制备第一绝缘层，并对所述第一绝缘层进行刻蚀以至少暴露出各所述硅通孔对应的通孔区域，得到所述传感器的基体；
[0023]在所述介质层的上方制造测试电极；在所述测试电极的目标区域的上方制造敏感材料层，得到传感器主体；
[0024]在第二衬底的第一面制备键合环；对所述第二衬底的第一面进行刻蚀，形成容置槽，得到所述传感器的盖帽层；
[0025]通过键合的方式将所述键合环与所述基体固定连接在一起，以使至少部分所述传感器主体处于所述容置槽中；
[0026]在各所述通孔区域植球，形成所述传感器的电极，完成所述传感器的制备。
[0027]在一种可能的实现方式中，在所述介质层的上方制造测试电极；在所述测试电极的目标区域的上方制造敏感材料层，得到传感器主体，包括：
[0028]在所述介质层的上方依次制造加热电极和第二绝缘层，且使所述第二绝缘层至少覆盖所述加热电极；
[0029]对所述第二绝缘层进行刻蚀，形成电极通孔，以暴露出用于与测试电极连接的硅
通孔；
[0030]在所述第二绝缘层上制造出目标区域与所述加热电极重叠的测试电极，并使所述测试电极通过所述电极通孔与对应的硅通孔连接；
[0031]在所述目标区域的上方制造敏感材料层，得到传感器主体。
[0032]在一种可能的实现方式中，通过键合的方式将所述键合环与所述基体固定连接在一起，包括以下任意一个步骤：
[0033]若所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的对应于所述容置槽的区域，则通过键合的方式将所述键合环与所述第一衬底的第一面固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体和所述介质层位于所述容置槽内；或者
[0034]若所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域，则通过键合的方式将所述键合环与所述介质层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体中至少所述敏感材料层位于所述容置槽内。
[0035]在一种可能的实现方式中，通过键合的方式将所述键合环与所述基体固定连接在一起，包括以下任意一个步骤：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于晶圆级封装的薄膜型传感器，其特征在于，所述传感器包括基体、传感器主体、盖帽层和多个电极；所述基体包括：第一衬底、介质层、第一绝缘层和多个硅通孔，所述介质层覆盖在所述第一衬底的第一面的至少部分区域；各所述硅通孔贯穿于所述第一衬底和所述介质层；所述第一绝缘层覆盖在所述第一衬底的第二面且至少暴露出对应于各所述硅通孔的通孔区域，所述第一衬底为硅衬底；各所述电极设置于对应的所述通孔区域且与对应的所述硅通孔电连接；所述传感器主体包括测试电极和敏感材料层，所述测试电极位于所述介质层上方且与对应的所述硅通孔连接；所述敏感材料层覆盖在所述测试电极的目标区域上；所述盖帽层包括第二衬底和键合环，所述第二衬底的第一面设置有容置槽，所述传感器主体的至少部分处于所述容置槽中；所述键合环设置于所述第二衬底的第一面且闭合环绕所述容置槽，用于将所述基体和所述盖帽层固定连接在一起。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器主体还包括：加热电极、第二绝缘层；所述加热电极位于所述介质层上方且与对应的各所述硅通孔连接；所述第二绝缘层位于所述介质层上方且至少覆盖所述加热电极，且所述第二绝缘层设置有用于暴露出所述测试电极所连接的硅通孔的电极通孔；其中，所述测试电极位于所述第二绝缘层上方且所述目标区域与所述加热电极重叠，并通过所述电极通孔连接到对应的各所述硅通孔。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的对应于所述容置槽的区域，所述键合环与所述第一衬底的第一面固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体和所述介质层位于所述容置槽内；或者所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域，所述键合环与所述介质层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体中至少所述敏感材料层位于所述容置槽内。4.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的对应于所述容置槽的区域且所述第二绝缘层还至多覆盖裸露的所述介质层，所述键合环与所述第一衬底的第一面固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体和所述介质层位于所述容置槽内；或者所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域、且所述第二绝缘层还至多覆盖裸露的所述介质层的对应于所述容置槽的区域，所述键合环与所述介质层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、所述传感器主体位于所述容置槽内；或者所述介质层覆盖所述第一衬底的第一面的全部区域且所述第二绝缘层还覆盖裸露的所述介质层的全部区域，所述键合环与所述第二绝缘层固定连接，以使所述基体和所述盖帽层固定连接在一起、至少所述敏感材料层位于所述容置槽内。5.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述加热电极的形状包括可延展形状，所述可延展形状包括蛇形、S形中的任意一种；
并且/或者所述测试电极包括叉指电极，所述目标区域为所述叉指电极的周期性图案区域，所述加热电极的可延展形状区域和所述目标区域的尺寸匹配且位置重叠。6.一种基于晶圆级封装的薄膜型传感器的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1
‑
5任意一项所述的传感器，所述方法包括：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琛，张思勉，邓晓楠，武逸飞，李正操，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：