MEMS传感器结构及其形成方法技术

本申请公开一种MEMS传感器结构及形成方法，能够减小第一晶圆的边缘区域碎裂的几率，减小器件失效的几率，包括：第一晶圆，表面和/或内部形成有功能器件，第一晶圆包括相对设置的第一表面和第二表面，且第一表面形成有焊盘，焊盘位于功能器件所在区域的外侧，电连接至功能器件，用于进行键合打线，以将功能器件电连接到第一晶圆外；第二晶圆，通过第一键合组件支撑，并相对键合至第一晶圆的第二表面；第一键合组件包括：主键合件，环绕功能器件设置，呈环状，且主键合件、第一晶圆与第二晶圆之间形成第一空腔；副键合件，键合于第一晶圆和第二晶圆之间，且设置于主键合件的外侧，副键合件的分布区域与焊盘的位置相对，支撑第一晶圆的焊盘。圆的焊盘。圆的焊盘。

【技术实现步骤摘要】
MEMS传感器结构及其形成方法


[0001]本申请涉及传感器领域，具体涉及MEMS传感器结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的发展以及人们生活质量的提升，MEMS传感器结构的应用前景越来越广泛，其集成封装主要通过将MEMS芯片、热电堆芯片或滤波器等半导体芯片与其他功能器件或CMOS电路集成封装起来，使得最终形成的传感器具有尺寸小、重量轻、无需致冷、灵敏度高等优点，在安全监视、医学治疗、生命探测和消费产品等方面有广泛应用，发展迅速。
[0003]热电堆芯片封装后器件的良率较低，亟需提出一种新的结构或形成方法，来提升器件的良率。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提供一种MEMS传感器结构及其形成方法，能够提升器件的良率。
[0005]本申请提供的一种MEMS传感器结构，包括：第一晶圆，表面和/或内部形成有功能器件，所述功能器件至少包括MEMS传感器，所述第一晶圆包括相对设置的第一表面和第二表面，且所述第一表面形成有焊盘，所述焊盘位于所述功能器件所在区域的外侧，所述焊盘电连接至所述功能器件，用于进行键合打线，从而将所述功能器件电连接到第一晶圆外的器件；第二晶圆，通过第一键合组件支撑，并相对键合至所述第一晶圆的第二表面；所述第一键合组件至少包括：主键合件，键合于所述第一晶圆和第二晶圆之间，且所述主键合件环绕所述功能器件设置，呈环状，且所述主键合件、第一晶圆与第二晶圆之间形成第一空腔；副键合件，键合于所述第一晶圆和第二晶圆之间，且设置于所述主键合件的外侧，所述副键合件的分布区域与所述焊盘的位置相对，支撑所述第一晶圆的焊盘。
[0006]可选的，所述副键合件的形状与所述焊盘的分布区域的形状一致，且所述焊盘在所述第一晶圆第二表面的投影位于所述副键合件在所述第一晶圆第二表面的投影内
[0007]可选的，所述第二晶圆朝向所述第一晶圆的一侧表面形成有环形的第一凹槽，所述第一凹槽环绕所述功能器件设置，所述主键合件、副键合件均位于所述第一凹槽内，且所述主键合件沿所述第一凹槽设置。
[0008]可选的，所述第三晶圆朝向所述第一晶圆的一侧表面形成有环形的第二凹槽，所述环形的第二凹槽位置与所述功能器件的分布区域相对应；第二键合组件键合于所述第一晶圆与第三晶圆之间，且所述第二键合组件呈环状，环绕所述第二凹槽设置。
[0009]可选的，所述副键合件在朝向所述主键合件的一侧设置有延伸部，用于连接到所述主键合件。
[0010]可选的，所述副键合件的长度方向与所述焊盘的分布区域的长度方向相同，所述延伸部分布在所述副键合件在长度方向上的首端和末端。
[0011]可选的，所述副键合件的长度方向与所述焊盘的分布区域的长度方向相同，所述
延伸部在所述副键合件在长度方向上的首端、末端以及中间段均有分布。。
[0012]本申请还提供了一种MEMS传感器结构的形成方法，至少包括以下步骤：提供第一晶圆，表面和/或内部形成有功能器件，所述功能器件至少包括MEMS传感器，所述第一晶圆包括相对设置的第一表面和第二表面，且所述第一表面形成有焊盘，所述焊盘位于所述功能器件所在区域的外侧，所述焊盘电连接至所述功能器件，用于进行键合打线，从而将所述功能器件电连接到第一晶圆外的器件；提供第二晶圆；通过第一键合组件键合所述第一晶圆和第二晶圆，所述第一键合组件至少包括：主键合件，键合于所述第一晶圆和第二晶圆之间，且所述主键合件环绕所述功能器件设置，呈环状，且所述主键合件、第一晶圆与第二晶圆之间形成第一空腔；副键合件，键合于所述第一晶圆和第二晶圆之间，且设置于所述主键合件的外侧，所述副键合件的分布区域与所述焊盘的位置相对，支撑所述第一晶圆的焊盘。
[0013]本申请中所述MEMS传感器结构及其形成方法在所述焊盘的下方设置了副键合件，该副键合件可以为所述第一晶圆提供支撑，分散金属键合过程中所述焊盘下方的所述第一晶圆受到的应力作用，降低所述第一晶圆碎裂的风险，减小产品结构失效的几率，提高所述传感器的产能。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1至图13为本申请的一实施例中制备所述MEMS传感器结构的各步骤对应的剖面结构示意图；
[0016]图14为本申请的一实施例中的所述MEMS传感器结构的俯视结构示意图。
[0017]图15为本申请的一实施例中的所述MEMS传感器结构的俯视结构示意图。
[0018]图16为本申请的一实施例中的所述MEMS传感器结构的剖面结构示意图。
[0019]图17为本申请的一实施例中的所述MEMS传感器结构的形成方法的步骤流程示意图。
[0020]图18为本申请的一实施例中的形成第一金属键的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0021]研究发现，现有技术中，器件的良率较低的重要原因在于，在封装热电堆芯片的第一晶圆、第二晶圆、第三晶圆时，需要进行红外热电堆阵列的双面晶圆级金属键合真空封装，然而，设置有功能器件的第一晶圆在封装过程中很容易发生碎裂，导致器件良率较低。而第一晶圆很容易发生碎裂的重要原因在于，所述第一晶圆的部分区域设置有打线用的焊盘，该焊盘与所述第一晶圆内的功能器件电连接，在需要将所述第一晶圆内的功能器件电连接到其他器件时，需要在所述焊盘上打线，实现所述功能器件与其他器件的电连接。在将第一晶圆键合到作为底部晶圆的第三晶圆的过程中，所述第一晶圆本身会受到较大的应力，有可能导致第一晶圆的碎裂，容易导致最终形成的器件失效，影响器件的产率。
[0022]为了解决上述问题，本申请的实施例中提供了一种MEMS传感器结构及其形成方
法，来解决第一晶圆的边缘碎裂的问题。
[0023]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的MEMS传感器结构及其封装方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本专利技术的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本专利技术技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0024]在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本专利技术实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS传感器结构，其特征在于，包括：第一晶圆，表面和/或内部形成有功能器件，所述功能器件至少包括MEMS传感器，所述第一晶圆包括相对设置的第一表面和第二表面，且所述第一表面形成有焊盘，所述焊盘位于所述功能器件所在区域的外侧，所述焊盘电连接至所述功能器件，用于进行键合打线，从而将所述功能器件电连接到第一晶圆外的器件；第二晶圆，通过第一键合组件支撑，并相对键合至所述第一晶圆的第二表面；所述第一键合组件至少包括：主键合件，键合于所述第一晶圆和第二晶圆之间，且所述主键合件环绕所述功能器件设置，呈环状，且所述主键合件、第一晶圆与第二晶圆之间形成第一空腔；副键合件，键合于所述第一晶圆和第二晶圆之间，且设置于所述主键合件的外侧，所述副键合件的分布区域与所述焊盘的位置相对，支撑所述第一晶圆的焊盘。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述副键合件的形状与所述焊盘的分布区域的形状一致，且所述焊盘在所述第一晶圆第二表面的投影位于所述副键合件在所述第一晶圆第二表面的投影内。3.根据权利要求1所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述副键合件在所述第一晶圆的第二表面的投影面积为所述焊盘的面积的110％至130％。4.根据权利要求1所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述第二晶圆朝向所述第一晶圆的一侧表面形成有环形的第一凹槽，所述第一凹槽环绕所述功能器件设置，所述主键合件、副键合件均位于所述第一凹槽内，且所述主键合件沿所述第一凹槽设置。5.根据权利要求1所述的MEMS传感器结构，其特征在于，还包括：第三晶圆，通过第二键合组件支撑，并相对键合至所述第一晶圆的第一表面，且所述第二键合组件、第一晶圆与第三晶圆之间形成第二空腔。6.根据权利要求5所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述第三晶圆朝向所述第一晶圆的一侧表面形成有环形的第二凹槽，所述环形的第二凹槽环绕所述第二空腔设置；第二键合组件键合于所述第一晶圆与第三晶圆之间，位于所述第二凹槽内，并沿所述第二凹槽设置。7.根据权利要求5所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述第一键合组件在所述第一晶圆的第二表面的投影面积小于与所述第二键合组件在所述第一晶圆第一表面的投影面积。8.根据权利要求4所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述第一凹槽呈矩形环状，所述主键合件呈矩形环状，且所述焊盘数目为多个，均匀分布于矩形环状的所述主键合件的一侧边。9.根据权利要求1所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述副键合件在朝向所述主键合件的一侧设置有延伸部，用于连接到所述主键合件。10.根据权利要求9所述的MEMS传感器结构，其特征在于，所述副键合件的长度方向与所述焊盘的分布区域的长度方向相同，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：