[發明專利]一種適合表面貼裝工藝的壓阻式加速度傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201710429714.8
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107265397B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 周志健;朱二輝;于洋;陳磊;楊力建;鄺國華
• 申請（專利權）人: 廣東合微集成電路技術有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G01P15/00
• 代理公司: 44332 廣東莞信律師事務所
• 代理人: 曾秋梅

本發明涉及適合表面貼裝工藝的壓阻式加速度傳感器及其制造方法。使用的晶圓結構包括襯底層、頂層、絕緣層及在襯底層內與絕緣層界面位置設有空腔；頂層和襯底層為反相摻雜；襯底層上設有電隔離溝槽；被電隔離溝槽包圍的襯底層下面的絕緣層上設有金屬引腳；在頂層上形成有加速度傳感器的壓阻條、電學引線區；電學引線區與壓阻條部分及電隔離溝槽包圍的襯底部分重合；在電學引線區和電隔離溝槽包圍的襯底部分重合區設有電連接通道；頂層表面的絕緣層、頂層及絕緣層設有釋放槽，形成加速度傳感器的可動結構，鍵合保護蓋板，形成密封空腔。本發明的壓阻式加速度傳感器便于后續與相應控制電路(IC)實現三維(3D)封裝，工藝簡單，加工工藝先后順序靈活，成本低。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種適合表面貼裝工藝的壓阻式加速度傳感器及其制造方法。

背景技術

隨著物聯網、汽車電子等行業的興起，MEMS(Micro electro MechanicalSystems，微機電系統)傳感器由于其體積小，功耗低，重量輕，響應快等優點，有著巨大的應用前景。尤其是MEMS加速度傳感器，在汽車電子、消費類產品、工業控制等領域有巨大的應用。

目前，MEMS加速度傳感器一般需要和相應的控制電路(IC)一起使用，實現具體的功能。將MEMS加速度傳感器和相應控制IC封裝在一個封裝模塊中，業界一般采用將MEMS傳感器和相應控制IC并列放在一個封裝基底上，通過引線鍵合實現MEMS傳感器和相應控制IC以及與封裝模塊引腳的電連接；為了減小封裝面積。也有將MEMS傳感器和相應IC堆疊封裝。但MEMS傳感器和相應控制IC以及與封裝模塊引腳的電連接還是依靠引線鍵合。為了進一步減小封裝模塊的面積，增加電連接可靠性，采用了TSV技術，將器件的電信號引到器件底部，與另一器件或者封裝基底通過BGA(Ball Grid Array，焊球陣列封裝)、LGA(Land GridArray，觸點陣列封裝)等類似形式直接焊接，實現相應的電連接，實現3D封裝。但一般MEMS加工工藝制造的MEMS加速度傳感器的金屬引腳(Pad)是在器件的頂部，為了便于后續3D封裝，需要通過TSV技術，將MEMS加速度傳感器的電信號引到器件底部。傳統的TSV技術一般需要在通孔中電鍍銅，以形成電通道，但電鍍銅形成電通道后，后續工藝就不能進行高溫工藝(≤500℃)，限制了器件后續加工的工藝可選擇性及加工工藝先后順序的靈活性，造成后續加工的困難，增加加工成本。此外，電鍍銅后，由于銅和半導體材料熱膨脹系數的不匹配，會產生殘余應力，影響器件性能。而且，電鍍銅工藝和傳統的CMOS工藝不兼容。也有一些通過在貫穿晶圓厚度方向的通孔中沉積導電材料的形式形成電連接通道，由于晶圓厚度比較厚，形成貫穿晶圓的通孔截面尺寸比較大，深寬比很大，后續沉積導電材料比較困難，比較耗時，進一步增加了加工成本。此外，由于通孔很深，沉積的半導體導電材料的電連接可靠性較差。

相關技術的公開文獻有：

1、公開號為CN102759636A的中國專利申請

見圖1、2所示，該申請中利用三片晶圓，分別加工MEMS加速度的可動質量塊結構(活動電極層)、上固定電極結構、下固定電極結構；通過在可動質量塊結構晶圓上形成兩個硅島結構。下固定電極結構通過TSV技術形成3個硅通孔，并填充導電材料；其中兩硅通孔與器件層的兩個硅島結構對應，通過兩次對準鍵合，形成電連接通道。將兩個固定電極及可動電極從下固定電極結構的晶圓引出，形成差分電容式加速度傳感器結構。

該文獻中，通過三片晶圓加工相應結構，通過兩次精確對準鍵合，形成了一種適合3D封裝的差分電容式加速度傳感器結構。雖然只在下電極形成三個互相絕緣通孔，并用導電材料填充通孔。由于下固定電極可以減薄，加工容易，也可以用沉積半導體導電材料完成通孔填充；但需要使用3片晶圓加工，而且需要兩次精準的晶圓級對準鍵合，加工難度大，加工成本高。

2、公開號為CN102050418A的中國專利申請