CN112357875B - Mems传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS传感器及其制备方法，在第一衬底和所述第二衬底的正面形成相应的电极层之后，并通过键合工艺将第一衬底和所述第二衬底的正面键合在一起，将电极层密封在键合形成的空腔内，电极层通过导电连接结构或直接与第一衬底的正面的压点电性连接。相当于利用了MEMS工艺实现了器件的制备，提高了器件的可靠性，降低了制备难度，并且还可以简化后续进行的封装步骤。

Description

MEMS传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种MEMS传感器及其制备方法。
背景技术
自1970年代微机电系统(Microelectromechanical System，MEMS)装置概念成形起，微机电系统装置已从实验室的探索对象进步至成为高阶系统整合的对象，并已在大众消费性装置中有广泛的应用，展现了惊人且稳定的成长。微机电系统装置包含一可动的微机电系统组件，借由感测或控制可动的微机电系统组件的运动物理量可实现微机电系统装置的各项功能。力量传感器即为一例，其可检测是否产生按压动作及/或按压的力度，如手机上的压力触控按键。
已知的力量传感器主要有压电电阻器式(piezoresistor)以及电容式。目前，电容式的力量传感器的可靠性不高，制备工艺和封装工艺都比较复杂，如何提升力量传感器的可靠性以及标准化制备和封装制程便是目前极需努力的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS传感器及其制备方法，以解决现有的力量传感器可靠性低、制备工艺和封装工艺复杂的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种MEMS传感器，包括第一衬底、第二衬底及位于所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑围墙，所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面相对，所述支撑围墙与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔；
在所述空腔内，所述第一衬底的正面至少固定有两个电极层，所述第二衬底的正面至少固定有一个电极层，每个所述电极层均位于不同层且彼此具有重叠部分；
第一衬底的正面具有若干压点，所述电极层通过导电连接结构或直接与对应的压点电性连接。
可选的，所述第一衬底的正面固定有第一电极层及第二电极层，所述第二衬底的正面固定有第三电极层，所述第一电极层、第二电极层及第三电极层沿所述第一衬底至所述第二衬底的方向依次设置；
所述第一电极层及所述第二电极层构成一参考电容，所述第二电极层及所述第三电极层构成一检测电容。
可选的，在垂直于厚度方向上，所述第一电极层和所述第二电极层之间的距离与所述第二电极层和所述第三电极层之间的距离相等，所述第一电极层和所述第二电极层的重叠部分的面积与所述第二电极层和所述第三电极层的重叠部分的面积相等，以使所述参考电容与所述检测电容的容值相等。
可选的，所述第一电极层覆盖所述第一衬底的部分正面并直接与对应的压点电性连接，所述第二电极层及所述第三电极层分别通过对应的导电连接结构与对应的压点电性连接。
可选的，所述第一电极层直接形成于所述第一衬底的正面，从而固定于所述第一衬底的正面；所述第二电极层及所述第三电极层分别通过对应的导电连接结构固定在所述第一衬底的正面。
可选的，至少部分所述导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条及所述第二电极层电性连接。
可选的，至少部分所述导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及第三导电条，所述第二导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第三导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述第二导电柱与所述第二导电条、所述第三导电条及所述第三电极层电性连接。
可选的，至少部分所述导电连接结构包括第三导电柱及第四导电条，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述第三导电柱与所述第四导电条及所述第三电极层电性连接并支撑所述第三电极层的中心区域。
可选的，所述第二电极层及所述第三电极层内均具有若干释放孔。
可选的，所述第一衬底的正面固定有第一电极层及第二电极层，所述第二衬底的正面固定有第三电极层及第四电极层，所述第一电极层、第二电极层、第四电极层及第三电极层沿所述第一衬底至所述第二衬底的方向依次设置；
所述第一电极层及所述第二电极层构成一参考电容，所述第三电极层及所述第四电极层构成一检测电容。
可选的，在垂直于厚度方向上，所述第一电极层和所述第二电极层之间的距离与所述第三电极层和所述第四电极层之间的距离相等，所述第一电极层和所述第二电极层的重叠部分的面积与所述第三电极层和所述第四电极层的重叠部分的面积相等，以使所述参考电容与所述检测电容的容值相等。
可选的，所述第一电极层覆盖所述第一衬底的部分正面并直接与对应的压点电性连接，所述第二电极层、第三电极层及第四电极层分别通过对应的导电连接结构与对应的压点电性连接。
可选的，所述第一电极层直接形成于所述第一衬底的正面，从而固定于所述第一衬底的正面；所述第二电极层通过对应的导电连接结构固定在所述第一衬底的正面；所述第三电极层及所述第四电极层分别通过对应的导电连接结构固定在所述第二衬底的正面。
可选的，至少部分所述导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条及所述第二电极层电性连接。
可选的，至少部分所述导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及第三导电条，所述第二导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第三导电条覆盖所述第二衬底的部分正面；
所述第二导电柱与所述第二导电条、所述第三导电条及所述第三电极层电性连接，或者，所述第二导电柱与所述第二导电条、所述第三导电条及所述第四电极层电性连接。
可选的，至少部分所述导电连接结构包括第三导电柱及第四导电条，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述第三导电柱与所述第四导电条及所述第三电极层电性连接并支撑所述第三电极层的中心区域。
可选的，所述第二电极层、第三电极层及第四电极层内均具有若干释放孔。
可选的，所述第三电极层与对应的导电连接结构之间通过导电柔性件连接。
可选的，所述导电柔性件包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第三电极层固定并电性连接，所述第二固定部分与对应的导电连接结构的固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。
可选的，所述第三电极层、所述导电柔性件以及与所述导电柔性件连接的导电连接结构的一部分的材质相同，为一体结构。
可选的，所述支撑围墙包括第一支撑层、第二支撑层及导电键合层，所述第一支撑层形成于所述第一衬底的正面，所述第二支撑层形成于所述第二衬底的正面，所述导电键合层位于所述第一支撑层与所述第二支撑层之间以将所述第一支撑层及所述第二支撑层键合。
可选的，所述第一支撑层与所述第二支撑层之间还具有高度调整柱，所述高度调整柱位于所述第一支撑层及所述第二支撑层的内环面。
可选的，所述第一衬底的正面具有一外围区域，所述压点位于所述外围区域中，所述外围区域位于所述空腔外，所述第二衬底具有露出所述外围区域的开口。
可选的，所述MEMS传感器为力量传感器。
本发明还提供了一种MEMS传感器的制备方法，包括：
提供第一衬底及第二衬底，在所述第一衬底的正面固定至少两个电极层并形成若干压点，在所述第二衬底的正面固定至少一个电极层；
将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合并形成一密闭的空腔，在所述空腔内，每个所述电极层均位于不同层且彼此具有重叠部分，所述电极层通过导电连接结构或直接与对应的压点电性连接。
可选的，在所述第一衬底的正面固定至少两个电极层的步骤包括：
在所述第一衬底的正面形成第一电极材料层，并对第一电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第一电极层、第一导电条及第二导电条；
在所述第一电极材料层上形成第一牺牲层，并在所述第一牺牲层中形成若干第一通孔，所述第一通孔暴露出所述第一导电条及所述第二导电条；
在所述第一牺牲层上依次形成第二电极材料层及第一键合材料层，所述第二电极材料层还填充所述第一通孔；
对所述第一键合材料层进行图形化以形成第一键合部分及第二键合部分，所述第一键合部分呈环形并包围所述第一电极层、所述第一导电条及所述第二导电条，所述第二键合部分位于所述第二导电条上方；
对所述第一电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第一分部、第二分部及第三分部，所述第一分部位于所述第一键合部分下方，所述第二分部的中间部分作为第二电极层，边缘部分填充所述第一通孔并通过所述第一通孔与所述第一导电条电性连接，所述第三分部位于所述第二键合部分与所述第二导电条之间；
释放所述第一牺牲层。
可选的，对所述第一电极材料层进行图形化时，在所述第二电极层内形成了释放孔，所述释放孔、所述第一分部与所述第三分部之间的空隙以及所述第三分部与所述第二分部之间的空隙构成所述第一牺牲层的释放通道。
可选的，在所述第二衬底的正面固定至少一个电极层的步骤包括：
在所述第二衬底的正面形成导电材料层，并对所述导电材料层进行图形化以形成第三导电条；
在所述导电材料层上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层中形成若干第二通孔，所述第二通孔暴露出对应的所述第三导电条；
在所述第二牺牲层上依次形成第三电极材料层及第二键合材料层，所述第三电极材料层还填充所述第二通孔；
对所述第二键合材料层进行图形化以形成第三键合部分及第四键合部分，所述第三键合部分呈环形并包围所述第三导电条，所述第四键合部分位于所述第三导电条上方；
对所述第三电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第四分部及第五分部，所述第四分部位于所述第三键合部分下方，所述第五分部的中间部分作为第三电极层，边缘部分位于所述第四键合部分与所述第三导电条之间，且填充所述第二通孔；
释放所述第二牺牲层。
可选的，对所述第三电极材料层进行图形化时，在所述第三电极层内形成了释放孔，所述释放孔及所述第四分部与所述第五分部之间的空隙构成所述第二牺牲层的释放通道。
可选的，在对所述第二键合材料层进行图形化之后，对所述第三电极材料层进行图形化之前，还包括：
在所述第三电极材料层上形成高度调整柱，所述高度调整柱位于所述第三键合部分的内环面内。
可选的，在所述第二衬底的正面固定至少一个电极层的步骤包括：
在所述第二衬底的正面形成导电材料层，并对所述导电材料层进行图形化以形成第三导电条；
在所述导电材料层上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层中形成若干第二通孔，所述第二通孔暴露出对应的所述第三导电条；
在所述第二牺牲层上形成第三电极材料层，对所述第三电极材料层进行图形化以至少形成电性隔离的第五分部及第六分部，所述第五分部的中间部分作为第三电极层，边缘部分填充部分所述第二通孔，所述第六分部填充剩余的第二通孔；
在所述第三电极材料层上形成第三牺牲层，并在所述第三牺牲层中形成若干第三通孔，所述第三通孔暴露出所述第五分部的边缘部分以及所述第六分部；
在所述第三牺牲层上依次形成第四电极材料层及第二键合材料层，所述第四电极材料层还填充所述第三通孔；
对所述第二键合材料层进行图形化以形成第三键合部分及第四键合部分，所述第三键合部分呈环形并包围所述第三导电条，所述第四键合部分位于所述第三导电条上方；
对所述第四电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第七分部及第八分部及第九分部，所述第七分部位于所述第三键合部分下方，所述第八分部的中间部分作为第四电极层，边缘部分填充部分所述第二通孔，所述第九分部填充剩余的第二通孔；
释放所述第二牺牲层及所述第三牺牲层。
可选的，对所述第三电极材料层进行图形化之后还形成第四分部，所述第四分部位于所述第三键合部分下方。
可选的，对所述第三电极材料层及所述第四电极材料层进行图形化时，还分别在所述第三电极材料层及所述第四电极层内形成了释放孔，所述释放孔、所述第七分部与所述第八分部之间的空隙以及所述第八分部与所述第九分部之间的空隙构成所述第二牺牲层及所述第三牺牲层的释放通道。
可选的，在对所述第二键合材料层进行图形化之后，对所述第四电极材料层进行图形化之前，还包括：
在所述第四电极材料层上形成高度调整柱，所述高度调整柱位于所述第三键合部分的内环面内。
可选的，对所述导电材料层进行图形化之后，还形成第四导电条，所述第四导电条也被所述第二通孔暴露出。
可选的，对所述第三电极材料层进行图形化时，在所述第五分部的中间部分和边缘部分之间的区域之间形成弹簧图案从而形成导电柔性件。
可选的，将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合时，所述第一键合部分与所述第三键合部分对准以进行键合，所述第二键合部分与所述第四键合部分对准以进行键合。
可选的，将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合之后，对所述第二衬底的背面进行研磨以减薄所述第二衬底。
在本发明提供的MEMS传感器及其制备方法中，在第一衬底和第二衬底的正面形成相应的电极层之后，并通过键合工艺将所述第一衬底和所述第二衬底的正面键合在一起，将电极层密封在键合形成的空腔内，电极层通过导电连接结构或直接与第一衬底的正面的压点电性连接。相当于利用了MEMS工艺实现了器件的制备，提高了器件的可靠性，降低了制备难度，并且还可以简化后续进行的封装步骤。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的MEMS传感器的制备方法的流程图；
图2a～图3l是本发明实施例一提供的MEMS传感器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，其中，图2k是本发明实施例一提供的第一衬底的俯视图，图2a～图2j是图2k中的第一衬底沿A-A’方向的剖面示意图，图3l是本发明实施例一提供的第二衬底的俯视图，图3a～图3k是图3l中的第二衬底沿B-B’方向的剖面示意图；
图4为本发明实施例一提供的MEMS传感器的结构示意图；
图5a～图5j是本发明实施例二提供的在第二衬底上固定电极层的相应步骤对应的结构示意图，其中，图5j是本发明实施例二提供的第二衬底的俯视图，图5a～图5i是图5j中的第二衬底沿B-B’方向的剖面示意图；
图6为本发明实施例二提供的MEMS传感器的结构示意图；
图7为本发明实施例三提供的第一衬底的俯视图；
图8为本发明实施例四提供的第二衬底的俯视图；
其中，附图标记为：
100-第一衬底；101-第一氧化层；201-第一电极材料层；201a-第一电极层；201b-第一导电条；201c-第二导电条；202-第二电极材料层；202a-第二电极层；202b-第一释放孔；300-第一牺牲层；401-第一通孔；500-第一键合材料层；501-第一键合部分；502-第二键合部分；601-第一支撑层；
110-第二衬底；111-第二氧化层；211-导电材料层；211a-第三导电条；211b-第四导电条；212-第三电极材料层；212a-第三电极层；212b-第二释放孔；212c-导电柔性件；213-第四电极材料层；213a-第四电极层；213b-第三释放孔；310-第二牺牲层；311-第三牺牲层；411-第二通孔；421-第三通孔；510-第二键合材料层；511-第三键合部分；512-第四键合部分；611-第二支撑层；621-第一导电键合层；700-高度调整柱；G1-第一导电柱；G2-第二导电柱；G3-第三导电柱；
C1-参考电容；C2-检测电容；GND、m1、m2、m3-压点；n01、n02、n03、n11、n13-区域；Q1-空腔；Q2-外围区域；O-开口。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，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、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
图4为本实施例提供MEMS传感器的结构示意图。本实施例中，所述MEMS传感器为力量传感器，如图4所示，所述力量传感器包括第一衬底100、第二衬底110及位于所述第一衬底100和所述第二衬底110之间的支撑围墙，所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面相对，所述支撑围墙与所述第一衬底100和所述第二衬底110共同围合成一密闭的空腔，其中，所述第一衬底100和所述第二衬底110分别作为所述空腔的上下表面，所述支撑围墙作为所述空腔的侧面。
具体而言，所述支撑围墙包括第一支撑层601、第二支撑层611及第一导电键合层621，所述第一支撑层601形成于所述第一衬底100的正面，所述第二支撑层611形成于所述第二衬底110的正面，所述第一导电键合层621位于所述第一支撑层601及所述第二支撑层611之间从而实现所述第一衬底100与所述第二衬底110的键合。
可选的，所述第一支撑层601及所述第二支撑层611可以是单个膜层构成，也可以是至少两层膜层组合而成，本实施例不作限制。
请继续参阅图4，本实施例中，所述第一衬底100的正面固定有两个电极层，所述第二衬底110的正面固定有一个电极层，所有的电极层均被密封在所述空腔内。
具体而言，所述第一衬底100的正面固定的两个电极层分别为第一电极层201a和第二电极层202a，所述第一电极层201a形成于所述第一衬底100的正面，直接覆盖所述第一衬底100的部分正面从而固定于所述第一衬底100的正面，所述第二电极层202a位于所述第一电极层201a上方并通过一导电连接结构固定在所述第一衬底100的正面，所述第二电极层202a与所述第一电极层201a在垂直于厚度方向上具有一定的距离，以使所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间具有一空气夹层。所述第二衬底110的正面固定的电极层为第三电极层212a，所述第三电极层212a位于所述第二电极层202a的上方，所述第三电极层212a通过另一导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，所述第三电极层212a与所述第二电极层202a在垂直于厚度方向上具有一定的距离，以使所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间具有一空气夹层。
所述第一电极层201a与所述第二电极层202a在垂直于厚度方向上具有重叠部分，所述第一电极层201a、所述第二电极层202a以及所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间的空气夹层构成一参考电容C1，所述第一电极层201a及所述第二电极层202a分别作为所述参考电容C1的极板，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间的空气夹层作为所述参考电容C1的电介质。所述第三电极层212a与所述第二电极层202a在垂直于厚度方向上具有重叠部分，所述第三电极层212a、所述第二电极层202a以及所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间的空气夹层构成一检测电容C2，所述第三电极层212a及所述第二电极层202a分别作为所述检测电容C2的极板，所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间的空气夹层作为所述检测电容C2的电介质。
应理解，所述参考电容C1的有效区域是所述第一电极层201a与所述第二电极层202a在垂直于厚度方向上的重叠部分(正对区域)，所述检测电容C2的有效区域是所述第三电极层212a与所述第二电极层202a在垂直于厚度方向上的重叠部分(正对区域)。本实施例中，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离与所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离相等，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a的重叠部分的面积与所述第三电极层212a与所述第二电极层202a的重叠部分的面积相等。如此一来，所述参考电容C1与所述检测电容C2的容值相等，而所述第二衬底110的背面作为压力接触感知面，当所述第二衬底110的背面接收到接触压力时，所述第二衬底110发生形变，导致所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离改变，所述检测电容C2的容值也随之改变，通过比较所述检测电容C2与所述参考电容C1之间的容值即可得到接触压力的大小，从而实现接触压力的检测。
作为可选实施例，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离与所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离也可以不相等，类似的，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a的重叠部分的面积与所述第三电极层212a与所述第二电极层202a的重叠部分的面积也可以不相等，如此一来，所述检测电容C2与所述参考电容C1之间的容值不相等，这并不影响本发明的实施。
请继续参阅图4，本实施例中，所述第一支撑层601、第二支撑层611及第一导电键合层621均为环形，所述第一支撑层601与所述第二支撑层611之间还具有一高度调整柱700，所述高度调整柱700位于所述第一导电键合层621的内环面内，且上下表面分别与所述第一支撑层601及所述第二支撑层611接触。所述高度调整柱700可以防止所述第一衬底100和所述第二衬底110键合时形成的所述第一导电键合层621溢到所述空腔中从而导致器件短路的问题，并且，所述高度调整柱700还可以控制所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离，增加所述高度调整柱700的高度时即可增加所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离，反之，减少所述高度调整柱700的高度时即可减少所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离，从而保证所述参考电容C1与所述检测电容C2的容值相等。
进一步地，所述第二电极层202a内具有若干第一释放孔202b，所述第三电极层212a内具有若干第二释放孔212b。
请继续参阅图4，本实施例中，所述导电连接结构包括三种，为了便于区分，此处称为第一导电连接结构、第二导电连接结构及第三导电连接结构，所述第一导电连接结构用于将所述第二电极层202a固定在所述第一衬底100的正面，所述第二导电连接结构及所述第三导电连接结构均用于将所述第三电极层212a固定在所述第二衬底110的正面。
具体而言，所述第一导电连接结构包括第一导电条201b及第一导电柱G1，所述第一导电条201b直接形成于所述第一衬底100的正面并覆盖所述第一衬底100的部分正面，所述第一导电柱G1的一端与所述第二电极层202a电性连接，另一端与所述第一导电条201b电性连接。如此一来，所述第二电极层202a即可通过所述第一导电柱G1和所述第一导电条201b固定在所述第一衬底100的正面，并且，由于所述第一导电柱G1和所述第一导电条201b均是导电的，所述第二电极层202a还可通过所述第一导电柱G1和所述第一导电条201b走线。
所述第二导电连接结构包括第二导电条201c、第三导电条211a及第二导电柱G2，所述第二导电条201c直接形成于所述第一衬底100的正面并覆盖所述第一衬底100的部分正面，所述第三导电条211a直接形成于所述第二衬底110的正面并覆盖所述第二衬底110的部分正面，所述第二导电柱G2的一端与所述第二导电条201c电性连接，另一端与所述第三导电条211a电性连接，中间区域还与所述第三电极层212a电性连接。如此一来，所述第三电极层212a即可通过所述第二导电柱G2及所述第三导电条211a固定在所述第二衬底110的正面，并且，由于所述第二导电柱G2和所述第二导电条201c均是导电的，所述第三电极层212a还可通过所述第二导电柱G2和所述第二导电条201c走线。
所述第三导电连接结构包括第四导电条211b及第三导电柱G3，所述第四导电条211b直接形成于所述第二衬底110的正面并覆盖所述第二衬底110的部分正面，所述第三导电柱G3的一端与所述第四导电条211b电性连接，另一端与所述第三电极层212a电性连接。如此一来，所述第三电极层212a即可通过所述第三导电柱G3及所述第四导电条211b更好的固定在所述第二衬底110的正面，并且，所述第二衬底110的背面感知到的接触压力经由所述第四导电条211b及所述第三导电柱G3更好的传递至所述第三电极层212a，进而改变所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间的距离。并且，由于所述第四导电条211b正对所述第三电极层212a的中心区域，所述第三导电柱G3可以固定住所述第三电极层212a的中心区域，从而实现更佳的固定以及传递力量的效果。
本实施例中，所述第一导电条201b、所述第二导电条201c及所述第一电极层201a的材质相同，是同步形成的；所述第三导电条211a与所述第四导电条211b的材质相同，也是同步形成的；所述第一导电柱G1与所述第二电极层202a的材质相同，是一体结构；所述第三导电柱G3与所述第三电极层212a的材质相同，也是一体结构；所述第二导电柱G2的下部分与所述第一导电柱G1的材质相同，且同步形成，上部分与所述第三导电柱G3的材质相同，且同步形成，中间部分则与所述第一导电键合层621材质相同，且同步形成。如此可以简化制备的工艺，但并不以此为限。
图3l为本实施例提供的第二衬底110的俯视图。结合图3l及图4所示，所述第三电极层212a与所述第二导电连接结构之间通过一导电柔性件212c连接。所述导电柔性件212c包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第三电极层212a固定并电性连接，所述第二固定部分与所述第二导电连接结构固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。如此一来，当所述第二衬底110发生形变时，所述导电柔性件212c可随之形变，从而减缓所述第三电极层212a被拉扯或发生倾斜。
本实施例中，所述导电柔性件212c与所述第三电极层212a的材质相同，为一体结构，且同步制备，并且，所述导电柔性件212c的柔性部分是通过刻蚀形成弹簧图案而构成的，所述弹簧图案不限于图3l中的一种，此处不再一一举例说明。
图2k为本实施例提供的第一衬底100的俯视图。结合图2k、图3l及图4所示，所述第一衬底100的正面具有一外围区域Q2，所述外围区域Q2位于所述空腔Q1外，所述第二衬底110具有露出所述外围区域的开口O，所述外围区域Q2中具有若干压点，所述第一电极层201a、第二电极层202a及第三电极层212a分别与对应的压点电性连接。具体而言，图2k的区域n01、n02、n03分别为图4中的支撑围墙、第一导电柱G1及所述第二导电柱G2所在的位置，图3l的区域n11、n13分别为图4中的支撑围墙及第二导电柱G2所在的位置，区域n01与区域n11在垂直于厚度方向上重合，区域n03与区域n13在垂直于厚度方向上重合。本实施例中，所述压点分别为压点m1、m2、m3、GND，所述第一电极层201a直接与所述压点m1电性连接，所述第二电极层202a通过所述第一导电柱G1及所述第一导电条201b与所述压点m2电性连接，所述第三电极层212a通过所述第二导电柱G2及所述第二导电条201c与所述压点m3电性连接，压点GND为接地压点，如此一来，所述第一电极层201a、第二电极层202a及所述第三电极层212a即可分别通过压点m1、m2、m3输出/输入信号。
进一步地，结合图2k、图3l及图4所示，所述第二电极层202a通过4个第一导电连接结构固定在所述第一衬底100的正面，所述第三电极层212a通过4个第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，4个第一导电连接结构分布于所述第二电极层202a的四边，4个第二导电连接结构分布于所述第三电极层212a的四边，从而取得较好的固定效果，同时也能够提高电性连接效果。
应理解，所述第一导电连接结构及第二导电连接结构的数量不限于4个，还可以是2个、3个或5个等，所述第一导电连接结构与第二导电连接结构也不限于分布在所述第二电极层202a或所述第三电极层212a的四边，可以有其他合理的分布方式。
图1为本实施例提供的MEMS传感器的制备方法的流程图。如图1所示，所述MEMS传感器的制备方法包括：
步骤S1：提供第一衬底100及第二衬底110，在所述第一衬底100的正面固定至少两个电极层并形成若干压点，在所述第二衬底110的正面固定至少一个电极层；
步骤S2：将所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面键合并形成一密闭的空腔，在所述空腔内，所述每个所述电极层均位于不同层且彼此具有重叠部分，相邻的所述电极层之间均具有空气夹层，所述电极层通过导电连接结构或直接与对应的压点电性连接。
图2a～图4是本实施例提供的MEMS传感器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图。接下来，将结合图2a～图4对本实施例提供的MEMS传感器的制备方法进行详细描述。
参阅图2a，执行步骤S1，提供所述第一衬底100，并在所述第一衬底100的正面形成第一氧化层101，所述第一氧化层101可用于隔离所述第一衬底100与所述第一衬底100上的膜层。本实施例中，所述第一氧化层101的材质为氧化硅，但不应以此为限。
参阅图2b，在所述第一氧化层101上形成第一电极材料层201，此时，所述第一电极材料层201覆盖所述第一氧化层101。本实施例中，所述第一电极材料层201的材质为多晶硅，且厚度为0.4um～1um，优选为0.8um。
参阅图2b～2c，对所述第一电极材料层201进行图形化，图形化之后，一部分所述第一电极材料层201形成第一电极层201a，另一部分所述第一电极材料层201形成第一导电条201b，剩余的所述第一电极材料层201形成第二导电条201c，并且，所述第一电极层201a、所述第一导电条201b及所述第二导电条201c是断开的，从而实现了电性隔离。
参阅图2d，在所述第一电极材料层201上形成第一牺牲层300，此时，所述第一牺牲层300完全覆盖所述第一电极材料层201以及所述第一电极材料层201露出的所述第一氧化层101。本实施例中，所述第一牺牲层300的材质为氧化硅，从而有利于后续的去除，但不应以此为限。
参阅图2e，刻蚀所述第一牺牲层300以在所述第一牺牲层300中形成若干第一通孔401，所述第一通孔401贯穿所述第一牺牲层300并暴露出所述第一导电条201b及所述第二导电条201c，一个所述第一通孔401对应一个所述第一导电条201b或对应一个所述第二导电条201c。
参阅图2e～2f，在所述第一牺牲层300上形成第二电极材料层202，此时，所述第二电极材料层202完全覆盖所述第一牺牲层300并填充所述第一通孔401。本实施例中，所述第二电极材料层202的材质也为多晶硅。
参阅图2g，在第二电极材料层202上形成第一键合材料层500，此时，所述第一键合材料层500完全覆盖所述第二电极材料层202。由于所述第一键合材料层500还需要兼具导电能力，用于后续的连线，所述第一键合材料层500是可以用于键合的金属材料，例如铝、锗、金或镍等金属，本实施例中，所述第一键合材料层500的材质为铝金属，厚度可以是1um～3um，优选为1.5um。
参阅图2g～图2h，对所述第一键合材料层500进行图形化。图形化后的所述第一键合材料层500大致可以包括第一键合部分501和第二键合部分502，用于在后续步骤中执行键合工艺，其中，所述第一键合部分501为环形且将所述第一电极层201a、所述第一导电条201b及所述第二导电条201c围绕在内；所述第二键合部分502位于所述第二导电条201c上方，并与所述第二导电条201c一一对应。
应理解，所述压点也是由所述第一键合材料层500图形化形成的，也即，所述第一键合材料层500图形化之后不仅形成了所述第一键合部分501和所述第二键合部分502，还形成了所述压点。
参阅图2h～图2i，对所述第二电极材料层202进行图形化，图形化后的所述第二电极材料层202大致分为三个分部，分别为第一分部、第二分部及第三分部。其中，所述第一分部位于所述第一键合部分501下方；所述第二分部的中心部分作为第二电极层202a，所述第二电极层202a与所述第一电极层201a正对，所述第二分部的边缘部分填充所述第一通孔401并通过所述第一通孔401与所述第一导电条201b电性连接，如此一来，所述第二电极层202a不仅可以通过所述第一导电条201b走线，还可以通过所述第一导电条201b固定在所述第一衬底100的正面；所述第三分部位于所述第二键合部分502与所述第二导电条201c之间，填充所述第一通孔401并通过所述第一通孔401实现与所述第二键合部分502和所述第二导电条201c的电性连接。
进一步地，对所述第二电极材料层202进行图形化后，所述第二分部的中心部分也被刻蚀了，使得所述第二电极层202a内具有若干第一释放孔202b，所述第一释放孔202b用于在后续步骤中作为所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间的第一牺牲层300的释放通道。
参阅图2i～图2j，通过所述第一释放孔202b、所述第一分部与所述第三分部之间的空隙以及所述第三分部与所述第二分部之间的空隙通入气相氢氟酸，气相氢氟酸与所述第一牺牲层300发生反应从而去除部分所述第一牺牲层300，进而完成所述第一牺牲层300的释放。如此一来，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间形成了空气夹层。
本实施例中，所述第一键合部分501下方的所述第一牺牲层300被保留了一部分，所述第一键合部分501、第一分部及剩余的第一牺牲层300构成了第一支撑层601，所述第一键合部分501位于所述第一支撑层601上。
应理解，所述第一分部、第二分部及第三部分是彼此断开的，所以，所述第一导电条201b、所述第二导电条201c以及所述第一支撑层601之间也是电性隔离的。
参阅图3a，提供所述第二衬底110，并在所述第二衬底110的正面形成第二氧化层111，所述第二氧化层111可用于保护所述第二衬底110的正面。本实施例中，所述第二氧化层111的材质为氧化硅，但不应以此为限。
参阅图3b，在所述第二氧化层111上形成导电材料层211，此时，所述导电材料层211覆盖所述第二氧化层111。本实施例中，所述导电材料层211的材质为多晶硅，且厚度为0.4um～1um，优选为0.8um。
参阅图3b～3c，对所述导电材料层211进行图形化，图形化之后，一部分所述导电材料层211形成第三导电条211a，另一部分所述导电材料层211形成第四导电条211b，并且，所述第三导电条211a与所述第四导电条211b是断开的，从而实现了电性隔离。
参阅图3d，在所述导电材料层211上形成第二牺牲层310，此时，所述第二牺牲层310完全覆盖所述导电材料层211以及所述导电材料层211露出的所述第二氧化层111。本实施例中，所述第二牺牲层310的材质为氧化硅，从而有利于后续的去除，但不应以此为限。
参阅图3e，刻蚀所述第二牺牲层310以在所述第二牺牲层310中形成若干第二通孔411，所述第二通孔411贯穿所述第二牺牲层310并暴露出所述第三导电条211a及所述第四导电条211b，一个所述第一通孔401对应一个所述第三导电条211a或对应一个所述第四导电条211b。
参阅图3e～3f，在所述第二牺牲层310上形成第三电极材料层212，此时，所述第三电极材料层212完全覆盖所述第二牺牲层310并填充所述第二通孔411。本实施例中，所述第三电极材料层212的材质也为多晶硅。
参阅图3g，在第三电极材料层212上形成第二键合材料层510，此时，所述第二键合材料层510完全覆盖所述第三电极材料层212。由于所述第二键合材料层510还需要兼具导电能力，用于后续的连线，所述第二键合材料层510的材质是可以用于键合的金属材料，例如铝、锗、金或镍等金属，本实施例中，所述第二键合材料层510的材质为锗金属，厚度可以是1um～3um。
参阅图3g～图3h，对所述第二键合材料层510进行图形化。图形化后的所述第二键合材料层510大致可以包括第三键合部分511和第四键合部分512，用于在后续步骤中执行键合工艺，其中，所述第三键合部分511为环形且将所述第三导电条211a及所述第四导电条211b围绕在内；所述第四键合部分512位于所述第三导电条211a上方，并与所述第三导电条211a一一对应。
参阅图3i，在所述第三电极材料层212上形成高度调整层(未示出)，然后对所述高度调整层进行图形化。图形化后剩余的所述高度调整层构成高度调整柱700，所述高度调整柱700位于所述第三键合部分511的内环面附近，用于在后续的键合步骤中限定键合高度。
应理解，所述高度调整层的材质可以是诸如氮化硅等硬度较大的材质，并且不会在键合中倒塌；并且，所述高度调整层的厚度应该大于所述第一键合材料层500，并大于所述第二键合材料层510的厚度，且小于所述第一键合材料层500与所述第二键合材料层510的厚度之和，从而为键合高度提供余量，本实施例中，所述高度调整层的厚度可以为2um～3um，优选2um。
参阅图3i～图3j，对所述第三电极材料层212进行图形化，图形化后的所述第三电极材料层212大致分为两个电性隔离的分部，分别为第四分部和第五分部。其中，所述第四分部位于所述第三键合部分511下方，且所述高度调整柱700位于所述第四分部上；所述第五分部的中间部分作为第三电极层212a，且填充暴露出所述第四导电条211b的所述第二通孔411并通过所述第二通孔411与所述第四导电条211b电性连接，边缘部分位于所述第三导电条211a及所述第四键合部分512之间，且填充暴露出所述第三导电条211a的所述第二通孔411并通过所述第二通孔411与所述第三导电条211a电性连接。如此一来，所述第三电极层212a不仅可以通过所述第三导电条211a走线，还可以通过所述第三导电条211a及所述第四导电条211b固定在所述第二衬底110的正面。
本实施例中，在对所述第三电极材料层212进行图形化时，在所述第五分部的中间部分与边缘部分之间形成了弹簧图案从而形成了导电柔性件212c。
进一步地，对所述第三电极材料层212进行图形化时，所述第五分部的中心部分也被刻蚀了，使得所述第三电极层212a内具有若干第二释放孔212b，所述第二释放孔212b用于在后续步骤中作为所述第三电极层212a下方的第二牺牲层310的释放通道。
参阅图3j～图3k，通过所述第二释放孔212b、所述导电柔性件212c内的空隙、所述第四分部与所述第五分部之间的空隙向所述第二牺牲层310通入气相氢氟酸，从而释放所述第二牺牲层310。
本实施例中，所述第三键合部分511下方的所述第二牺牲层310被保留了一部分，所述第四分部及剩余的第二牺牲层310构成第二支撑层611，所述第三键合部分511及所述高度调整柱700位于所述第二支撑层611上。
应理解，所述第四分部与所述第五分部也是彼此断开的，所以所述第三电极层212a与所述第二支撑层611之间也是电性隔离的。
参阅图2j、图3k及图4，执行步骤S2，将所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面贴合，使得所述第一键合部分501贴合所述第三键合部分511，所述第二键合部分502贴合所述第四键合部分512，然后进行键合。键合完成之后，所述第一键合部分501与所述第三键合部分511融合后形成第一导电键合层621，所述第二键合部分502与所述第四键合部分512融合后形成第二导电键合层。
接下来，对所述第二衬底110的背面进行研磨，从而减薄所述第二衬底110至所需要的厚度，从而适应所述力量传感器的不同压力量程。可选的，在键合之前，也可以对所述第二衬底110的背面进行一定程度的减薄，本实施例不作限制。
请继续参阅图2j、图3k及图4，所述第一支撑层601、所述第一导电键合层621及所述第二支撑层611共同构成支撑围墙，所述支撑围墙围合成一密闭的空腔。所述第一分部的边缘部分构成第一导电柱G1，用于将所述第一电极层201a与所述第一导电条201b电性连接；所述第三分部、所述第二导电键合层及所述第五分部的边缘部分构成第二导电柱G2，用于将所述第三电极层212a与所述第二导电条201c电性连接，同时还将所述第三电极层212a固定在所述第二衬底110的正面；所述第五分部的中心部分的一部分构成第三导电柱G3，用于将所述第三电极层212a固定在所述第二衬底110的正面并更好的传递所述第二衬底110的背面的接触压力。
实施例二
图6为本实施例提供的MEMS传感器的结构示意图。如图6所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述第二衬底的正面固定有两层电极层，也即，所述第三电极层212a上还具有第四电极层213a。
结合图4及图6，所述第四电极层213a位于所述第三电极层212a的上方，所述第四电极层213a同时也通过一部分所述第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，所述第四电极层213a与所述第三电极层212a在垂直于厚度方向上具有一定的距离，以使所述第四电极层213a与所述第三电极层212a之间具有一空气夹层。
所述第三电极层212a与所述第四电极层213a在垂直于厚度方向上具有重叠部分，所述第三电极层212a、所述第四电极层213a以及所述第三电极层212a与所述第四电极层213a之间的空气夹层构成了所述检测电容C2，所述第三电极层212a及所述第四电极层213a分别作为所述检测电容C2的极板，所述第三电极层212a与所述第四电极层213a之间的空气夹层作为所述检测电容C2的电介质。
所述检测电容C2的有效区域是所述第三电极层212a与所述第四电极层213a在垂直于厚度方向上的重叠部分(正对区域)，本实施例中，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离与所述第三电极层212a与所述第四电极层213a之间在垂直于厚度方向上的距离相等，所述第一电极层201a与所述第二电极层202a的重叠部分的面积与所述第三电极层212a与所述第四电极层213a的重叠部分的面积相等。如此一来，所述参考电容C1与所述检测电容C2的容值相等，而所述第二衬底110的背面作为压力接触感知面，当所述第二衬底110的背面接收到接触压力时，所述第二衬底110发生形变，导致所述第三电极层212a与所述第四电极层213a之间在垂直于厚度方向上的距离改变，所述检测电容C2的容值也随之改变，通过比较所述检测电容C2与所述参考电容C1之间的容值即可得到接触压力的大小，从而实现接触压力的检测。
进一步地，本实施例中，所述第二电极层202a内具有若干第一释放孔202b，所述第三电极层212a内具有若干第二释放孔212b，所述第四电极层213a内具有若干第三释放孔213b。
请继续参阅图4及图6，所述第四电极层213a通过一部分所述第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，同时还通过对应的第二导电连接结构走线。也即是说，所述第四电极层213a通过对应的第二导电连接结构的第二导电柱G2及第三导电条211a固定在所述第二衬底110的正面，并且所述第四电极层213a还通过对应的第二导电连接结构的第二导电柱G2和第二导电条201c走线。
应理解，所述第四电极层213a电性连接的第二导电连接结构与所述第三电极层212a电性连接的第二导电连接结构是彼此电性隔离的，以防止短路。
当然，由于增加了所述第四电极层213a，所述第一衬底100上的压点的数量也应该相应增加。
图5j为本实施例提供的第二衬底的俯视图。本实施例中，所述第三电极层212a通过4个第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，所述第四电极层213a通过4个第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面。4个所述第二导电连接结构分布在所述第三电极层212a的四边，4个所述第二导电连接结构分布在所述第四电极层213a的四边，所述第三电极层212a的四边分别通过一个所述第二导电连接结构与对应的压点电性连接，所述第四电极层213a的四边分别通过一个所述第二导电连接结构与对应的压点电性连接。
所述第三电极层212a电性连接的4个第二导电连接结构与所述第三电极层212a电性连接的4个第二导电连接结构之间是电性隔离的，从而防止所述第四电极层213a与所述第三电极层212a短路。
基于此，本实施例还提供了MEMS传感器的制备方法。所述第一衬底100的结构和制造方法与实施例一类似，本实施例中不再赘述。图5a～图5j为本实施例提供的在所述第二衬底110上固定电极层的相应步骤对应的流程图。
请参阅图3f及图5a，与实施例一的区别在于，本实施例中，在所述第二牺牲层310上形成第三电极材料层212之后，直接对所述第三电极材料层212进行图形化形成电性隔离的第四分部、第五分部和第六分部。其中，所述第四分部位于所述第二衬底110的边缘；所述第五分部的中间部分作为第三电极层212a，且填充暴露出所述第四导电条211b的所述第二通孔411并通过所述第二通孔411与所述第四导电条211b电性连接，边缘部分填充部分所述第二通孔411并通过所述第二通孔411与对应的第三导电条211a电性连接；所述第六分部填充剩余的第二通孔411。如此一来，所述第三电极层212a不仅可以通过部分所述第三导电条211a(对应第五分部)及所述第四导电条211b走线，还可以通过部分所述第三导电条211a(对应第五分部)及所述第四导电条211b固定在所述第二衬底110的正面。
请参阅图3f及图5a，在对所述第三电极材料层212进行图形化之后，所述第五分部的中间部分也被刻蚀，使得所述第三电极层212a内形成有所述第二释放孔212b。所述第二释放孔212b用于在后续步骤中作为所述第三电极层212a与所述第四导电条211b之间的所述第二牺牲层310的释放通道。
应理解，保留所述第四分部可以减小所述第二衬底110表面的高度差，有利于后续膜层的形成及平坦化，作为可选实施例，第四分部也可以完全被去除。
参阅图5a～图5b，在所述第三电极材料层212上形成第三牺牲层311，此时，所述第三牺牲层311完全覆盖所述导电材料层211以及所述导电材料层211露出的所述第二牺牲层310，并填充了所述第二释放孔212b。本实施例中，所述第三牺牲层311的材质为氧化硅，从而有利于后续的去除，但不应以此为限。
参阅图5c，刻蚀所述第三牺牲层311以在所述第三牺牲层311中形成若干第三通孔421，所述第三通孔421贯穿所述第三牺牲层311并暴露出所述第三导电条211a上方的第五分部和第六分部。本实施例中，所述第三导电条211a的数量较实施例一更多，用于固定后续形成的第四电极层213a。
参阅图5d，在所述第三牺牲层311上形成第四电极材料层213，此时，所述第四电极材料层213完全覆盖所述第三牺牲层311并填充所述第三通孔421。本实施例中，所述第四电极材料层213的材质也为多晶硅，厚度为3um～20um，优选为15um。
参阅图5e，在第四电极材料层213上形成第二键合材料层510，此时，所述第二键合材料层510完全覆盖所述第四电极材料层213。
参阅图5e～图5f，对所述第二键合材料层510进行图形化形成第三键合部分511和第四键合部分512，用于在后续步骤中执行键合工艺，其中，所述第三键合部分511为环形且将所述第三导电条211a及所述第四导电条211b围绕在内；所述第四键合部分512位于所述第三导电条211a上方，并与所述第三导电条211a一一对应。
参阅图5g，在所述第四电极材料层213上形成高度调整层(未示出)，然后对所述高度调整层进行图形化。图形化后剩余的所述高度调整层构成高度调整柱700，所述高度调整柱700位于所述第三键合部分511的内环面附近，用于在后续的键合步骤中限定键合高度。
参阅图5h，对所述第四电极材料层213进行图形化以形成电性隔离的第七分部及第八分部及第九分部。其中，所述第七分部位于所述第三键合部分511下方；所述第八分部的中间部分作为第四电极层213a，边缘部分填充部分所述第二通孔421并通过所述第二通孔421与对应的第三导电条211a电性连接；所述第九分部填充剩余的第二通孔421并通过所述第二通孔与对应的第三导电条211a电性连接。如此一来，第四电极层213a不仅可以通过所述第三导电条211a走线，还可以通过所述第三导电条211a固定在所述第二衬底110的正面。
本实施例中，对所述第四电极材料层213进行图形化时，所述第八分部的中间部分也被刻蚀了，使得所述第四电极层213a内具有若干第三释放孔213b，所述第三释放孔213b用于在后续步骤中作为所述第二牺牲层300和所述第二牺牲层310的释放通道。
参阅图5i，通过所述第三释放孔213b、所述第七分部与所述第八分部之间的空隙以及所述第八分部与所述第九分部之间的空隙通入气相氢氟酸，从而释放所述第二牺牲层310及所述第三牺牲层311。
本实施例中，所述第三键合部分511下方的所述第二牺牲层310及所述第三牺牲层311被保留了一部分，所述第四分部、第七分部、剩余的第二牺牲层310及剩余的第三牺牲层311构成第二支撑层611，所述第三键合部分511和所述高度调整柱700位于所述第二支撑层611上。
请参阅图6，将所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面贴合，使得所述第一键合部分501贴合所述第三键合部分511，所述第二键合部分502贴合所述第四键合部分512，然后进行键合形成所述MEMS传感器。
应理解，在将所述第一衬底100的正面与所述第二衬底110的正面键合之后，还对所述第二衬底110的背面进行研磨，从而减薄所述第二衬底110至所需要的厚度，从而适应所述力量传感器的不同压力量程。在实施例一中，所述检测电容C2由所述第三电极层212a与所述第二电极层202a构成，通过高度调整柱700控制所述第三电极层212a与所述第二电极层202a之间在垂直于厚度方向上的距离，进而控制所述检测电容C2的参数。而本实施例中的检测电容C2由所述第三电极层212a与所述第四电极层213a构成，所述第三电极层212a与所述第四电极层213a之间在垂直于厚度方向上的距离通过所述第三牺牲层311的厚度控制，相较于实施例一来说，不同的批次之间一致性更好。
实施例三
图7为本实施例提供的第一衬底100的俯视图。如图7及图4所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述第二电极层202a通过4个第一导电连接结构固定在所述第一衬底100的正面，所述第三电极层212a通过4个第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，4个所述第一导电连接结构分布在所述第二电极层202a的四角，4个第二导电连接结构分布于所述第三电极层212a的四边。所述第二电极层202a的四角分别通过一个所述第一导电连接结构与对应的压点电性连接，所述第三电极层212a的四边分别通过一个所述第二导电连接结构与对应的压点电性连接。
实施例四
图8为本实施例提供的第二衬底110的俯视图。如图7及图6所示，与实施例二的区别在于，本实施例中，所述第三电极层212a通过4个第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面，所述第四电极层213a通过4个第二导电连接结构固定在所述第二衬底110的正面。4个所述第二导电连接结构分布在所述第三电极层212a的四边，4个所述第二导电连接结构分布在所述第四电极层213a的四角，所述第三电极层212a的四边分别通过一个所述第二导电连接结构与对应的压点电性连接，所述第四电极层213a的四角分别通过一个所述第二导电连接结构与对应的压点电性连接。
应理解，所述第三电极层212a及所述第四电极层213a分别电性连接的所述第二导电连接结构的数量不限于4个，还可以是2个、3个或5个等，所述第二导电连接结构也不限于分布在所述第三电极层212a的四边或所述第四电极层213a的四角，可以按照器件参数进行具体设计。
综上，本发明提供了一种MEMS传感器及其制备方法，在第一衬底和第二衬底的正面形成相应的电极层之后，并通过键合工艺将所述第一衬底和所述第二衬底的正面键合在一起，将电极层密封在键合形成的空腔内，电极层通过导电连接结构或直接与第一衬底的正面的压点电性连接。相当于利用了MEMS工艺实现了器件的制备，提高了器件的可靠性，降低了制备难度，并且还可以简化后续进行的封装步骤。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (38)

1.一种MEMS传感器，其特征在于，包括第一衬底、第二衬底及位于所述第一衬底和所述第二衬底之间的支撑围墙，所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面相对，所述支撑围墙与所述第一衬底和所述第二衬底共同围合成一密闭的空腔；
在所述空腔内，所述第一衬底的正面至少固定有两个电极层，所述第二衬底的正面至少固定有一个电极层，每个所述电极层均位于不同层且彼此在所述第一衬底上的投影具有重叠部分；
第一衬底的正面具有若干压点，所述电极层通过导电连接结构或直接与对应的压点电性连接；
所述第二衬底的背面作为压力接触感知面。
2.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面固定有第一电极层及第二电极层，所述第二衬底的正面固定有第三电极层，所述第一电极层、第二电极层及第三电极层沿所述第一衬底至所述第二衬底的方向依次设置；
所述第一电极层及所述第二电极层构成一参考电容，所述第二电极层及所述第三电极层构成一检测电容。
3.如权利要求2所述的MEMS传感器，其特征在于，在垂直于厚度方向上，所述第一电极层和所述第二电极层之间的距离与所述第二电极层和所述第三电极层之间的距离相等，所述第一电极层和所述第二电极层的重叠部分的面积与所述第二电极层和所述第三电极层的重叠部分的面积相等，以使所述参考电容与所述检测电容的容值相等。
4.如权利要求2所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一电极层覆盖所述第一衬底的部分正面并直接与对应的压点电性连接，所述第二电极层及所述第三电极层分别通过对应的导电连接结构与对应的压点电性连接。
5.如权利要求4所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一电极层直接形成于所述第一衬底的正面，从而固定于所述第一衬底的正面；所述第二电极层及所述第三电极层分别通过对应的导电连接结构固定在所述第一衬底的正面。
6.如权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，至少部分所述导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条及所述第二电极层电性连接。
7.如权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，至少部分所述导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及第三导电条，所述第二导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第三导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述第二导电柱与所述第二导电条、所述第三导电条及所述第三电极层电性连接。
8.如权利要求5所述的MEMS传感器，其特征在于，至少部分所述导电连接结构包括第三导电柱及第四导电条，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述第三导电柱与所述第四导电条及所述第三电极层电性连接并支撑所述第三电极层的中心区域。
9.如权利要求2所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二电极层及所述第三电极层内均具有若干释放孔。
10.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面固定有第一电极层及第二电极层，所述第二衬底的正面固定有第三电极层及第四电极层，所述第一电极层、第二电极层、第四电极层及第三电极层沿所述第一衬底至所述第二衬底的方向依次设置；
所述第一电极层及所述第二电极层构成一参考电容，所述第三电极层及所述第四电极层构成一检测电容。
11.如权利要求10所述的MEMS传感器，其特征在于，在垂直于厚度方向上，所述第一电极层和所述第二电极层之间的距离与所述第三电极层和所述第四电极层之间的距离相等，所述第一电极层和所述第二电极层的重叠部分的面积与所述第三电极层和所述第四电极层的重叠部分的面积相等，以使所述参考电容与所述检测电容的容值相等。
12.如权利要求10所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一电极层覆盖所述第一衬底的部分正面并直接与对应的压点电性连接，所述第二电极层、第三电极层及第四电极层分别通过对应的导电连接结构与对应的压点电性连接。
13.如权利要求12所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一电极层直接形成于所述第一衬底的正面，从而固定于所述第一衬底的正面；所述第二电极层通过对应的导电连接结构固定在所述第一衬底的正面；所述第三电极层及所述第四电极层分别通过对应的导电连接结构固定在所述第二衬底的正面。
14.如权利要求13所述的MEMS传感器，其特征在于，至少部分所述导电连接结构包括第一导电柱及第一导电条，所述第一导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第一导电柱与所述第一导电条及所述第二电极层电性连接。
15.如权利要求13所述的MEMS传感器，其特征在于，至少部分所述导电连接结构包括第二导电柱、第二导电条及第三导电条，所述第二导电条覆盖所述第一衬底的部分正面并与对应的压点电性连接，所述第三导电条覆盖所述第二衬底的部分正面；
所述第二导电柱与所述第二导电条、所述第三导电条及所述第三电极层电性连接，或者，所述第二导电柱与所述第二导电条、所述第三导电条及所述第四电极层电性连接。
16.如权利要求13所述的MEMS传感器，其特征在于，至少部分所述导电连接结构包括第三导电柱及第四导电条，所述第四导电条覆盖所述第二衬底的部分正面，所述第三导电柱与所述第四导电条及所述第三电极层电性连接并支撑所述第三电极层的中心区域。
17.如权利要求10所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第二电极层、第三电极层及第四电极层内均具有若干释放孔。
18.如权利要求2-17中任一项所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第三电极层与对应的导电连接结构之间通过导电柔性件连接。
19.如权利要求18所述的MEMS传感器，其特征在于，所述导电柔性件包括第一固定部分、第二固定部分以及位于所述第一固定部分和所述第二固定部分之间的柔性部分，所述第一固定部分与所述第三电极层固定并电性连接，所述第二固定部分与对应的导电连接结构的固定并电性连接，所述柔性部分能够形变。
20.如权利要求18所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第三电极层、所述导电柔性件以及与所述导电柔性件连接的导电连接结构的一部分的材质相同，为一体结构。
21.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述支撑围墙包括第一支撑层、第二支撑层及导电键合层，所述第一支撑层形成于所述第一衬底的正面，所述第二支撑层形成于所述第二衬底的正面，所述导电键合层位于所述第一支撑层与所述第二支撑层之间以将所述第一支撑层及所述第二支撑层键合。
22.如权利要求21所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一支撑层与所述第二支撑层之间还具有高度调整柱，所述高度调整柱位于所述第一支撑层及所述第二支撑层的内环面。
23.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述第一衬底的正面具有一外围区域，所述压点位于所述外围区域中，所述外围区域位于所述空腔外，所述第二衬底具有露出所述外围区域的开口。
24.如权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器为力量传感器。
25.一种MEMS传感器的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底及第二衬底，在所述第一衬底的正面固定至少两个电极层并形成若干压点，在所述第二衬底的正面固定至少一个电极层；
将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合并形成一密闭的空腔，在所述空腔内，每个所述电极层均位于不同层且彼此在所述第一衬底上的投影具有重叠部分，所述电极层通过导电连接结构或直接与对应的压点电性连接；
所述第二衬底的背面作为压力接触感知面。
26.如权利要求25所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一衬底的正面固定至少两个电极层的步骤包括：
在所述第一衬底的正面形成第一电极材料层，并对第一电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第一电极层、第一导电条及第二导电条；
在所述第一电极材料层上形成第一牺牲层，并在所述第一牺牲层中形成若干第一通孔，所述第一通孔暴露出所述第一导电条及所述第二导电条；
在所述第一牺牲层上依次形成第二电极材料层及第一键合材料层，所述第二电极材料层还填充所述第一通孔；
对所述第一键合材料层进行图形化以形成第一键合部分及第二键合部分，所述第一键合部分呈环形并包围所述第一电极层、所述第一导电条及所述第二导电条，所述第二键合部分位于所述第二导电条上方；
对所述第二电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第一分部、第二分部及第三分部，所述第一分部位于所述第一键合部分下方，所述第二分部的中间部分作为第二电极层，边缘部分填充所述第一通孔并通过所述第一通孔与所述第一导电条电性连接，所述第三分部位于所述第二键合部分与所述第二导电条之间；
释放所述第一牺牲层。
27.如权利要求26所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述第二电极材料层进行图形化时，在所述第二电极层内形成了释放孔，所述释放孔、所述第一分部与所述第三分部之间的空隙以及所述第三分部与所述第二分部之间的空隙构成所述第一牺牲层的释放通道。
28.如权利要求26所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在所述第二衬底的正面固定至少一个电极层的步骤包括：
在所述第二衬底的正面形成导电材料层，并对所述导电材料层进行图形化以形成第三导电条；
在所述导电材料层上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层中形成若干第二通孔，所述第二通孔暴露出对应的所述第三导电条；
在所述第二牺牲层上依次形成第三电极材料层及第二键合材料层，所述第三电极材料层还填充所述第二通孔；
对所述第二键合材料层进行图形化以形成第三键合部分及第四键合部分，所述第三键合部分呈环形并包围所述第三导电条，所述第四键合部分位于所述第三导电条上方；
对所述第三电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第四分部及第五分部，所述第四分部位于所述第三键合部分下方，所述第五分部的中间部分作为第三电极层，边缘部分位于所述第四键合部分与所述第三导电条之间，且填充所述第二通孔；
释放所述第二牺牲层。
29.如权利要求28所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述第三电极材料层进行图形化时，在所述第三电极层内形成了释放孔，所述释放孔及所述第四分部与所述第五分部之间的空隙构成所述第二牺牲层的释放通道。
30.如权利要求28所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在对所述第二键合材料层进行图形化之后，对所述第三电极材料层进行图形化之前，还包括：
在所述第三电极材料层上形成高度调整柱，所述高度调整柱位于所述第三键合部分的内环面内。
31.如权利要求26所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在所述第二衬底的正面固定至少一个电极层的步骤包括：
在所述第二衬底的正面形成导电材料层，并对所述导电材料层进行图形化以形成第三导电条；
在所述导电材料层上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层中形成若干第二通孔，所述第二通孔暴露出对应的所述第三导电条；
在所述第二牺牲层上形成第三电极材料层，对所述第三电极材料层进行图形化以至少形成电性隔离的第五分部及第六分部，所述第五分部的中间部分作为第三电极层，边缘部分填充部分所述第二通孔，所述第六分部填充剩余的第二通孔；
在所述第三电极材料层上形成第三牺牲层，并在所述第三牺牲层中形成若干第三通孔，所述第三通孔暴露出所述第五分部的边缘部分以及所述第六分部；
在所述第三牺牲层上依次形成第四电极材料层及第二键合材料层，所述第四电极材料层还填充所述第三通孔；
对所述第二键合材料层进行图形化以形成第三键合部分及第四键合部分，所述第三键合部分呈环形并包围所述第三导电条，所述第四键合部分位于所述第三导电条上方；
对所述第四电极材料层进行图形化以形成电性隔离的第七分部及第八分部及第九分部，所述第七分部位于所述第三键合部分下方，所述第八分部的中间部分作为第四电极层，边缘部分填充部分所述第三通孔，所述第九分部填充剩余的第三通孔；
释放所述第二牺牲层及所述第三牺牲层。
32.如权利要求31所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述第三电极材料层进行图形化之后还形成第四分部，所述第四分部位于所述第三键合部分下方。
33.如权利要求31所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述第三电极材料层及所述第四电极材料层进行图形化时，还分别在所述第三电极材料层及所述第四电极层内形成了释放孔，所述释放孔、所述第七分部与所述第八分部之间的空隙以及所述第八分部与所述第九分部之间的空隙构成所述第二牺牲层及所述第三牺牲层的释放通道。
34.如权利要求31所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，在对所述第二键合材料层进行图形化之后，对所述第四电极材料层进行图形化之前，还包括：
在所述第四电极材料层上形成高度调整柱，所述高度调整柱位于所述第三键合部分的内环面内。
35.如权利要求28-34中任一项所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述导电材料层进行图形化之后，还形成第四导电条，所述第四导电条也被所述第二通孔暴露出。
36.如权利要求28-34中任一项所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，对所述第三电极材料层进行图形化时，在所述第五分部的中间部分和边缘部分之间的区域之间形成弹簧图案从而形成导电柔性件。
37.如权利要求28-34中任一项所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合时，所述第一键合部分与所述第三键合部分对准以进行键合，所述第二键合部分与所述第四键合部分对准以进行键合。
38.如权利要求25所述的MEMS传感器的制备方法，其特征在于，将所述第一衬底的正面与所述第二衬底的正面键合之后，对所述第二衬底的背面进行研磨以减薄所述第二衬底。
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