一种MEMS传感器的制作方法

本实用新型涉及mems器件技术领域，特别是涉及一种mems传感器。

背景技术：

随着近年来科技不断的进步以及社会不断的发展，mems(微机电系统)得到了极大的发展，相应的作为mems传感器也得到了极大的发展，其已经广泛的应用于汽车、安防、生物医学、电力、智慧楼宇、森林防火、智能手机和物联网等领域。

在现阶段，mems传感器制作时通常采用晶圆级封装技术，晶圆级封装(waferlevelpackage，简称wlp)就是在硅片上依照类似半导体前段的工艺，通过薄膜、光刻、电镀、干湿法蚀刻等工艺来完成封装和测试，最后进行切割，制造出单个封装成品的一种先进的封装技术。与传统的金属封装或陶瓷封装相比，晶圆级封装可以大大减小封装后的器件尺寸，满足目前在移动设备中对小型化芯片的需求。同时无需使用金属或陶瓷管壳，能有效地降低器件的成本。

晶圆级封装结构主要包括两个部分，即传感器晶圆和封盖晶圆，通过键合技术将读出传感器晶圆和封盖晶圆结合在一起，形成一个闭合空间或一个可透光的气密视窗，晶圆级封装除了能够保护传感器芯片免于受到空气、灰尘和湿气等的影响，同时还可以避免传感器芯片受到机械力和辐射的影响，以及避免气密空间内灌注的保护气体外泄或真空状态的破坏。

目前现有技术的晶圆级封装结构中的吸气剂的位置在封盖晶圆的背面，即通常在mems传感器内部。一般通过刻蚀方法在封盖晶圆的背面形成一个深腔，将吸气剂设计在深腔内部，深腔在键合后形成密闭空间，在使用过程会热激活上述深腔内部吸气剂后在mems传感器内形成真空环境。

但是在现有技术中，通过热激活的方式激活吸气剂，容易对敏感的器件芯片有较大的热影响：过高的温度可能会降低器件芯片的性能，而过低的温度则吸气剂可能激活不完全，从而影响真空度。所以如何避免激活吸气剂时对传感器结构造成的影响是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种mems传感器，可以有效避免激活吸气剂时对传感器结构造成的影响。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种mems传感器，包括：

相对设置的传感器晶圆和封盖晶圆；所述封盖晶圆键合于所述传感器晶圆表面，所述传感器晶圆与所述封盖晶圆之间形成有封闭的空腔；

位于所述传感器晶圆朝向所述封盖晶圆一侧表面的传感器；所述传感器位于所述空腔内；

位于所述封盖晶圆朝向所述传感器晶圆一侧表面的吸气剂；所述吸气剂位于所述空腔内，所述封盖晶圆设置有对应所述空腔的通孔，所述通孔内设置有激活电极，所述激活电极与所述吸气剂相接触，所述封盖晶圆对应任一所述空腔设置有至少两个所述通孔。

可选的，所述激活电极裸露于所述封盖晶圆背向所述传感器晶圆一侧表面，设置有与激活电极接触的接触电极。

可选的，所述激活电极为铜电极和/或钨电极。

可选的，所述接触电极为以下任意一项或任意组合：

tiniau电极、tiniag电极、tinicu电极。

可选的，所述封盖晶圆朝向所述传感器晶圆一侧表面设置有空腔挡壁，所述空腔挡壁围成所述空腔；

所述空腔挡壁与所述传感器晶圆之间设置有焊料，以通过所述焊料键合所述传感器晶圆与所述封盖晶圆。

可选的，所述传感器晶圆朝向所述封盖晶圆一侧表面设置有凹槽，所述焊料位于所述凹槽内。

可选的，所述传感器晶圆朝向所述封盖晶圆一侧表面设置有焊料挡壁，所述焊料挡壁围成所述凹槽。

可选的，所述焊料挡壁为氮化硅焊料挡壁。

可选的，所述传感器晶圆为硅晶圆，所述传感器晶圆朝向所述封盖晶圆一侧表面设置有钛粘附层，所述焊料位于所述钛粘附层朝向所述封盖晶圆一侧表面。

可选的，所述焊料包括以下任意一项或任意组合：

ausn焊料、cusn焊料、alge焊料。

本实用新型所提供的一种mems传感器，在封盖晶圆朝向传感器晶圆一侧表面设置有吸气剂；吸气剂位于封盖晶圆与传感器晶圆之间的空腔内，封盖晶圆设置有对应空腔的电极通孔，电极通孔内设置有激活电极，激活电极与吸气剂相接触，封盖晶圆对应任一所述空腔设置有至少两个电极通孔。在mems传感器外侧可以通过位于电极通孔内的激活电极向吸气剂供电，在电流流过吸气剂时会将电能转换为热能从而激活吸气剂，即通过激活电极可以针对性的仅加热吸气剂以进行激活，从而避免激活吸气剂时对传感器结构造成的影响。通过设置激活电极，可以多次激活吸气剂，以保证mems传感器内的真空度。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本实用新型实施例所提供的一种mems传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种具体的mems传感器的结构示意图。

图中：1.传感器晶圆、2.封盖晶圆、3.空腔、4.传感器、5.吸气剂、6.激活电极、7.接触电极、8.空腔挡壁、9.焊料、10.钛粘附层、11.焊料挡壁。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种mems传感器。在现有技术中，吸气剂通常仅设置于传感器晶圆与封盖晶圆之间形成的闭合空间中，位于封盖晶圆一侧表面，同时该吸气剂不会在与其他结构相接触。而在激活吸气剂时，通常是通过整体加热mems传感器，即加热整个mems传感器，包括mems传感器内的传感器结构，以起到加热吸气剂的作用，完成吸气剂的激活。但是在整体加热mems传感器的过程中，容易对敏感的器件芯片有较大的热影响：过高的温度可能会降低器件芯片的性能，而过低的温度则吸气剂可能激活不完全，从而影响真空度。

而本实用新型所提供的一种mems传感器，在封盖晶圆朝向传感器晶圆一侧表面设置有吸气剂；吸气剂位于封盖晶圆与传感器晶圆之间的空腔内，封盖晶圆设置有对应空腔的电极通孔，电极通孔内设置有激活电极，激活电极与吸气剂相接触，封盖晶圆对应任一所述空腔设置有至少两个电极通孔。在mems传感器外侧可以通过位于电极通孔内的激活电极向吸气剂供电，在电流流过吸气剂时会将电能转换为热能从而激活吸气剂，即通过激活电极可以针对性的仅加热吸气剂以进行激活，从而避免激活吸气剂时对传感器结构造成的影响。通过设置激活电极，可以多次激活吸气剂，以保证mems传感器内的真空度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种mems传感器的结构示意图。

参见图1，在本实用新型实施例中，mems传感器包括相对设置的传感器晶圆1和封盖晶圆2；所述封盖晶圆2键合于所述传感器晶圆1表面，所述传感器晶圆1与所述封盖晶圆2之间形成有封闭的空腔3；位于所述传感器晶圆1朝向所述封盖晶圆2一侧表面的传感器4；所述传感器4位于所述空腔3内；位于所述封盖晶圆2朝向所述传感器晶圆1一侧表面的吸气剂5；所述吸气剂5位于所述空腔3内，所述封盖晶圆2设置有对应所述空腔3的电极通孔，所述电极通孔内设置有激活电极6，所述激活电极6与所述吸气剂5相接触，所述封盖晶圆2对应任一所述空腔3设置有至少两个所述电极通孔。

上述传感器晶圆1即用于设置传感器4的晶圆，该传感器4即整个mems传感器中主要的功能结构；该传感器4通常位于传感器晶圆1表面。有关传感器4的具体结构在本实用新型实施例中不做具体限定，视具体情况而定。上述封盖晶圆2即用于对传感器4进行封装的晶圆，该封盖晶圆2通常为透明晶圆。上述封盖晶圆2与传感器晶圆1通常会相对设置，该封盖晶圆2具体会键合在传感器晶圆1表面。有关封盖晶圆2与传感器晶圆1具体的键合结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述封盖晶圆2与传感器晶圆1键合之后，会在封盖晶圆2与传感器晶圆1之间形成封闭的空腔3，该空腔3在使用过程中通常处于真空状态，具有一定的真空度，而上述传感器晶圆1表面的传感器4通常会位于空腔3内。具体的，上述封盖晶圆2朝向传感器晶圆1一侧表面，通常刻蚀有空腔3，而将封盖晶圆2与传感器晶圆1键合之后，会形成封闭的空腔3，该空腔3会笼罩传感器4。有关该空腔3的具体形貌在本实用新型实施例中并不作具体限定，视具体情况而定。

在本实用新型实施例中，位于所述封盖晶圆2朝向所述传感器晶圆1一侧表面的吸气剂5；所述吸气剂5位于所述空腔3内，所述封盖晶圆2设置有对应所述空腔3的电极通孔，所述电极通孔内设置有激活电极6，所述激活电极6与所述吸气剂5相接触，所述封盖晶圆2对应任一所述空腔3设置有至少两个所述电极通孔。

上述吸气剂5通常位于上述空腔3内朝向封盖晶圆2一侧表面，即该吸气剂5通常位于封盖晶圆2朝向传感器晶圆1一侧表面，且该吸气剂5位于上述空腔3内。有关吸气剂5的具体材质可以参考现有技术，在此不再进行赘述。上述封盖晶圆2中设置有电极通孔，该电极通孔需要与空腔3对应，即电极通孔通常位于上述空腔3内朝向封盖晶圆2一侧表面，沿厚度方向贯穿上述封盖晶圆2。

上述电极通孔内设置有激活电极6，并且上述吸气剂5会与激活电极6相接触，以便通过激活电极6激活吸气剂5。具体的，上述封盖晶圆2对应任一空腔3设置有至少两个电极通孔，即对应任一空腔3会设置至少两个激活电极6，而在任一个空腔3内吸气剂5会与至少两个激活电极6相接触。在激活吸气剂5时，其中一个激活电极6会作为正极，而另一个激活电极6会作为负极，从而向吸气剂5供电以产生热量激活吸气剂5。

具体的，上述激活电极6具体可以为铜电极和/或钨电极，即上述激活电极6的材质可以为铜或者是钨，又或者是两者均有。当然，在本实用新型实施例中上述激活电极6的具体材质在本实用新型实施例中不做具体限定，视具体情况而定。通常情况下，上述激活电极6与电极通孔侧壁之间通常设置有粘附层以及阻挡层，以保证激活电极6可以牢固的设置在电极通孔中。上述粘附层的作用主要是起粘附作用，而阻挡层主要用于阻挡材料之间相互扩散。上述位于电极通孔侧壁的粘附层以及阻挡层的材质可以为ta/tan，或者是ti/tin/ti，有关极通孔侧壁的粘附层以及阻挡层的具体材质在本实用新型实施例中不做具体限定，视具体情况而定。

作为优选的，在本实用新型实施例中，所述激活电极6裸露于所述封盖晶圆2背向所述传感器晶圆1一侧表面，可以设置有与激活电极6接触的接触电极7。接触电极7可以有效提高激活电极6的导电性能，有效降低激活电极6与外界其他部件，例如探针之间的电阻。具体的，上述接触电极7会覆盖激活电极6裸露于封盖晶圆2背向传感器晶圆1一侧表面并与激活电极6接触，该接触电极7可以为以下任意一项或任意组合：tiniau电极、tiniag电极、tinicu电极。即接触电极7的材质可以为以下任意一项或任意组合：tiniau、tiniag、tinicu。当然，在本实用新型实施例中对接触电极7的具体材质并不做具体限定，视具体情况而定。进一步，上述接触电极7可以覆盖电极通孔位于封盖晶圆2背向传感器晶圆1一侧表面的开口，从而进一步提高空腔3的密封性能。

本实用新型实施例所提供的一种mems传感器，在封盖晶圆2朝向传感器晶圆1一侧表面设置有吸气剂5；吸气剂5位于封盖晶圆2与传感器晶圆1之间的空腔3内，封盖晶圆2设置有对应空腔3的电极通孔，电极通孔内设置有激活电极6，激活电极6与吸气剂5相接触，封盖晶圆2对应任一所述空腔3设置有至少两个电极通孔。在mems传感器外侧可以通过位于电极通孔内的激活电极6向吸气剂5供电，在电流流过吸气剂5时会将电能转换为热能从而激活吸气剂5，即通过激活电极6可以针对性的仅加热吸气剂5以进行激活，从而避免激活吸气剂5时对传感器4结构造成的影响。通过设置激活电极6，可以多次激活吸气剂5，以保证mems传感器内的真空度。

有关本实用新型所提供的一种mems传感器的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍。

请参考图2，图2为本实用新型实施例所提供的一种具体的mems传感器的结构示意图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对mems传感器的结构进行具体限定。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图2，在本实用新型实施例中，所述封盖晶圆2朝向所述传感器晶圆1一侧表面设置有空腔挡壁8，所述空腔挡壁8围成所述空腔3；所述空腔挡壁8与所述传感器晶圆1之间设置有焊料9，以通过所述焊料9键合所述传感器晶圆1与所述封盖晶圆2。

在本实用新型实施例中，具体通过在封盖晶圆2朝向传感器晶圆1一侧表面刻蚀空腔挡壁8以构成上述实用新型实施例所提供的空腔3，并且具体通过焊料9将传感器晶圆1与封盖晶圆2相互键合。具体的，上述焊料9具体设置在空腔挡壁8与传感器晶圆1之间，该焊料9通常会键合空腔挡壁8的端部以及传感器晶圆1表面的预设区域，以使传感器晶圆1与封盖晶圆2相互键合。

上述焊料9在本实用新型实施例中可以包括以下任意一项或任意组合：ausn焊料9、cusn焊料9、alge焊料9。即焊料9的材质在本实用新型实施例中可以为以下任意一项或任意组合：ausn、cusn、alge。有关焊料9的具体材质在本实用新型实施例中并不做具体限定，视具体情况而定。具体的，上述焊料9与空腔挡壁8之间通常也设置有粘附层以及阻挡层，以保证焊料9可以与封盖晶圆2紧密结合。上述粘附层的作用主要是起粘附作用，而阻挡层主要用于阻挡材料之间相互扩散。上述空腔挡壁8端面的粘附层以及阻挡层的材质可以为tini，tiw，tipt等，有关空腔挡壁8端面的粘附层以及阻挡层的具体材质在本实用新型实施例中不做具体限定，视具体情况而定。

相应的，上述焊料9与传感器晶圆1之间通常也设置有粘附层以及阻挡层，以保证焊料9可以与传感器晶圆1紧密结合。上述粘附层的作用主要是起粘附作用，而阻挡层主要用于阻挡材料之间相互扩散。上述传感器晶圆表面的粘附层以及阻挡层的材质可以为tini，tiw，tipt等，有关传感器晶圆表面的粘附层以及阻挡层的具体材质在本实用新型实施例中不做具体限定，视具体情况而定。

进一步的，在本实用新型实施例中，所述传感器晶圆1朝向所述封盖晶圆2一侧表面设置有焊料挡壁11，相邻所述焊料挡壁11围成一凹槽，所述焊料9位于所述凹槽内。上述焊料挡壁11与传感器4通常位于传感器晶圆1的同一侧表面，焊料挡壁11通常会环绕传感器4设置，相邻焊料挡壁11会围成一凹槽，而上述焊料9会位于该凹槽内，即在将封盖晶圆2与传感器晶圆1相互键合时，空腔挡壁8会插入凹槽内与传感器晶圆1相互键合。需要说明的是，上述凹槽的宽度需要不小于空腔挡壁8的宽度。在将封盖晶圆2相互键合之后，上述相邻的两个焊料挡壁11中，位于内环的焊料挡壁11会处于空腔3内，而位于外环的焊料挡壁11会位于空腔3外。具体的，在本实用新型实施例中上述焊料挡壁11具体为氮化硅焊料挡壁11，即上述焊料挡壁11的材质可以具体为氮化硅。当然，在本实用新型实施例中该焊料挡壁11还可以为其他材质，有关焊料挡壁11具体材质在本实用新型实施例中不做具体限定。在键合过程中，由于上述焊料挡壁11的存在，焊料9不会流出凹槽，即上述焊料挡壁11可以防止焊料9溢出至mems传感器的功能区。

作为优选的，在本实用新型实施例中，所述传感器晶圆1为硅晶圆，所述传感器晶圆1朝向所述封盖晶圆2一侧表面设置有钛粘附层10，所述焊料9位于所述钛粘附层10朝向所述封盖晶圆2一侧表面。在现阶段，传感器晶圆1的材质通常为硅。而为了保证焊料9的键合效果，上述传感器晶圆1朝向封盖晶圆2一侧表面设置有钛粘附层10。由于钛与硅的粘附性较高，钛粘附层10可以有效粘合焊料9以及硅晶圆。具体的，上述焊料9会设置在钛粘附层10表面，即空腔挡壁8具体会通过焊料9与粘附层相互键合。

需要说明的是，上述焊料9与粘附层之间可以设置粘附层以及阻挡层，以增加焊料9与钛粘附层10之间键合的强度。相应的，上述钛粘附层10通常位于上述相邻焊料挡壁11之间，即位于上述凹槽内，以在凹槽内与空腔挡壁8相互键合。通常情况下，在设置焊料9时，会先用ar等离子体对钛粘附层10表面进行活化，即上述钛粘附层10表面通常为ar等离子体活化表面，以增加焊料9与钛粘附层10之间的粘附性。

本实用新型实施例所提供的一种mems传感器，在传感器晶圆1表面设置凹槽，并在凹槽内通过焊料9键合传感器晶圆1以及封盖晶圆2，可以有效防止焊料9溢出对mems传感器内部功能区造成影响；通过设置钛粘附层10可以有效增加焊料9与传感器晶圆1之间的粘附性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种mems传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。