CN117361437A - 采用wlp封装的硅电容压力传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电容式压力传感器技术领域，尤其是涉及一种采用WLP封装的硅电容压力传感器及其制备方法，采用WLP封装的硅电容压力传感器包括：可动电极单元，至少包括可动电极膜；固定电极单元，至少包括固定电极膜，固定电极膜与可动电极膜之间形成电极间隙；互连单元，与可动电极单元和固定电极单元连接，以将可动电极单元和固定电极单元电气互连。本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器，通过互连单元的电气互连通道实现可动电极膜与固定电极膜的垂直互连，最大化降低了引线互连的长度、寄生电容、信号延迟，极大的拓展了本采用WLP封装的硅电容压力传感器的应用范围。
Description
技术领域
本申请涉及电容式压力传感器技术领域，尤其是涉及一种采用WLP封装的硅电容压力传感器及其制备方法。
背景技术
硅电容压力传感器是以硅材料为基础，利用MEMS和硅微加工技术制作的硅膜，作为可动电极，在压力的作用下发生形变，与固定电极之间的电容发生变化，通过检测电容的变化实现对压力的测量，具有功耗低、灵敏度高、受温度影响小、环境适应性好等特点。而MEMS硅电容压力传感器因其微小体积，导致因压力变化引起的传感电容的变化非常小，一般为pF级甚至更小。电容压力传感器输出信号为电容的变化量，无法直接作为输出，需要电容检测电路检测出微小的电容变化量，检测电路和传感器连接时的寄生电容，以及检测电路本身的噪声对电容传感器的精度影响很大。目前，将电容专用调理芯片和传感器芯片封装在一起，并通过丝焊工艺实现互连可以在一定程度上提高传感器的检测精度，但引线互连有一定的长度，仍存在寄生电容，信号延迟，制作工艺复杂，封装尺寸过大，热稳定性差等问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种采用WLP封装的硅电容压力传感器及其制备方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的现有的电容式压力传感器存在寄生电容、信号延迟的技术问题。
本申请提供了一种采用WLP封装的硅电容压力传感器，包括：可动电极单元，所述可动电极单元至少包括可动电极膜；
固定电极单元，所述固定电极单元至少包括固定电极膜，所述可动电极膜与所述固定电极膜间隔设置，所述固定电极膜与所述可动电极膜之间形成电极间隙；
互连单元，所述互连单元与所述可动电极单元和所述固定电极单元连接，以将所述可动电极单元和所述固定电极单元电气互连。
在上述技术方案中，进一步地，所述采用WLP封装的硅电容压力传感器还包括焊接凸点单元，所述焊接凸点单元与所述互连单元连接。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述可动电极单元还包括：
第一硅基底；
第一绝缘层，所述第一绝缘层设置于所述第一硅基底；所述可动电极膜设置于所述第一绝缘层背离所述第一硅基底的一侧，所述第一绝缘层分隔所述可动电极膜与所述第一硅基底；
第一介质层，所述第一介质层设置于所述可动电极膜背离所述第一绝缘层的一侧部分表面；
导电层，所述导电层与所述可动电极膜连接；所述互连单元与所述导电层连接。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一硅基底的一侧形成有第一凹槽，所述第一凹槽面对所述固定电极单元设置，所述第一凹槽作为所述电极间隙；
所述第一硅基底的另一侧形成有第二凹槽。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述固定电极单元还包括：
第二硅基底，所述第二硅基底与所述第一硅基底键合；
第二绝缘层，所述第二绝缘层设置于所述第二硅基底，所述固定电极膜设置于所述第二绝缘层，所述第二绝缘层分隔所述固定电极膜和所述第二硅基底；
第二介质层，所述第二介质层设置于所述固定电极膜背离所述第二绝缘层的一侧表面；
功能层，所述功能层设置于所述第二硅基底。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述互连单元包括：
填充构件，所述固定电极单元设置有连接通道，所述填充构件设置于所述连接通道，所述填充构件与所述导电层连接；所述填充构件还与所述焊接凸点单元连接；
第三绝缘层，所述第三绝缘层设置于所述连接通道的内壁；
种子层，所述种子层设置于所述填充构件的外壁面；
阻挡层，所述阻挡层设置于所述种子层与所述第三绝缘层之间。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述焊接凸点单元包括：
钝化层，所述钝化层设置于所述第二硅基底背离所述第一硅基底的一侧；
金属层，所述金属层设置于所述钝化层，所述金属层与所述填充构件连接；
凸点，所述凸点设置于所述金属层。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述可动电极单元、所述固定电极单元、所述互连单元和所述焊接凸点单元中，至少所述可动电极单元和所述固定电极单元通过真空混合键合封装。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述焊接凸点单元的数量为多个，所述连接通道的数量与所述焊接凸点单元的数量相同并一一对应设置。
本申请还提供了一种采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，包括上述任一技术方案所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，因而，具有该采用WLP封装的硅电容压力传感器的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
所述采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法包括以下步骤：
对第一硅基底加工第一凹槽；
对所述第一硅基底加工导电层、第一介质层和可动电极膜；
对所述第一硅基底加工第二凹槽；
对第二硅基底制作功能层；
在所述第二硅基底上制作互连单元；
在所述第二硅基底上制作固定电极膜和第二介质层；
将所述第一硅基底和所述第二硅基底进行键合；
在所述第二硅基底上制作焊接凸点单元；
划片制作分立的传感器芯片。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器包括：可动电极单元，可动电极单元至少包括可动电极膜；固定电极单元，固定电极单元至少包括固定电极膜，可动电极膜与固定电极膜间隔设置，固定电极膜与可动电极膜之间形成电极间隙；互连单元，互连单元与可动电极单元和固定电极单元连接，以将可动电极单元和固定电极单元电气互连。
本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器，通过互连单元的电气互连通道实现可动电极膜与固定电极膜的垂直互连，最大化降低了引线互连的长度、寄生电容、信号延迟，极大的拓展了采用WLP封装的硅电容压力传感器的应用范围。
本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，尤其上述所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，因而具有上述的采用WLP封装的硅电容压力传感器的有益效果。本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，采用圆片级封装，即整个工艺流程，如硅膜刻蚀、键合、晶圆减薄、TSV铜填充、倒装凸点制作等均在晶圆级(WLP)进行，减小了封装的尺寸、成本，改善了传感器的精度、工艺性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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为本申请实施例提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器的电气原理示意图；
图3为本申请实施例提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法的工艺流程示意图。
附图标记：1-可动电极单元，1.1-第一硅基底，1.2-导电层，1.3-第一介质层，1.4-第一绝缘层，1.5-可动电极膜，1.6-第一凹槽，1.7-应力硅膜，1.8-第二凹槽，2-固定电极单元，2.1-第二硅基底，2.2-连接通道，2.3-第二介质层，2.4-第二绝缘层，2.5-固定电极膜，2.6-功能层，3-焊接凸点单元，3.1-凸点，3.2-金属层，3.3-钝化层，4-互连单元，4.1-填充构件，4.2-种子层，4.3-阻挡层，4.4-第三绝缘层。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参照图1至图3描述根据本申请的实施例所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器及其制备方法。
参见图1和图2所示，本申请的实施例提供了一种采用WLP封装的硅电容压力传感器(其中，WLP，Wafer Level Package，晶圆级封装)，本采用WLP封装的硅电容压力传感器包括：可动电极单元1、固定电极单元2和互连单元4，可动电极单元1和固定电极单元2均作为电容式压力传感器的重要组成部分，其中，可动电极单元1包括可动电极膜1.5，固定电极单元2包括固定电极膜2.5，在可动电极膜1.5与固定电极膜2.5之间形成电极间隙，本采用WLP封装的硅电容压力传感器在工作时，有压力作用于本采用WLP封装的硅电容压力传感器，此时电极间隙发生变化，从而引起电容变化；互连单元4分别与可动电极膜1.5和固定电极膜2.5连接，从而使得可动电极单元1与固定电极单元2实现电气互连，本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器，有效减少了引线的用量和引线互连的长度，从而显著降低本采用WLP封装的硅电容压力传感器产生寄生电容、信号延迟的风险。
具体地，可动电极单元1还包括：第一硅基底1.1、第一绝缘层1.4、第一介质层1.3和导电层1.2，其中，第一硅基底1.1由单晶硅材料制成的板构件，第一硅基底1.1包括面积最大且相互面对设置的第一加工面和第二加工面，第一绝缘层1.4设置于第一加工面，可动电极膜1.5设置于第二加工面，并且第一绝缘层1.4位于可动电极膜1.5与第一硅基底1.1之间，第一绝缘层1.4分隔可动电极膜1.5与第一硅基底1.1，优选地，第一绝缘层1.4为SiO2绝缘薄膜。
第一介质层1.3设置于可动电极膜1.5背离第一硅基底1.1的一侧，并且第一介质层1.3覆盖可动电极膜1.5的部分表面，第一介质层1.3与下述的第二介质层2.3相互面对并贴合设置，第一介质层1.3和第二介质层2.3共同分隔可动电极膜1.5和固定电极膜2.5。优选地，第一介质层1.3由硅烷(SiH4)或TEOS(硅酸乙酯)制成。
进一步地，第一加工面形成有第一凹槽1.6，第一凹槽1.6朝向第二加工面一侧凹陷，第二加工面形成有第二凹槽1.8，第二凹槽1.8朝向第一加工面一侧凹陷，使得第一凹槽1.6和第二凹槽1.8所在位置对第一硅基底1.1进行减薄处理，在第一凹槽1.6与第二凹槽1.8之间形成应力硅膜1.7，当压力作用于应力硅膜1.7时，位于应力硅膜1.7上的可动电极膜1.5发生形变，此时可动电极膜1.5与固定电极膜2.5之间的间隙也就是电极间隙发生变化，从而引起电容值变化，电容值的变化正比于作用于本采用WLP封装的硅电容压力传感器的压力变化，以此原理实现压力检测。优选地，第二凹槽1.8的深度大于第一凹槽1.6的深度，从而能够减少可动电极膜1.5与固定电极膜2.5之间的电极间距，进而有效降低了电容和压力之间的非线性误差。
优选地，可动电极膜1.5和固定电极膜2.5均为重参杂硼膜构件，并且可动电极膜1.5与固定电极膜2.5具有一致的对称性、均匀性和稳定性，改善本采用WLP封装的硅电容压力传感器的非线性。
更进一步地，导电层1.2设置于第一介质层1.3，优选地，导电层1.2嵌设于第一介质层1.3，并且导电层1.2仅占据部分第一介质层1.3，导电层1.2用于与互连单元4连接。
进一步地，固定电极单元2还包括：第二硅基底2.1、第二绝缘层2.4、第二介质层2.3和功能层2.6，其中，第二硅基底2.1呈板状，优选地，第二硅基底2.1与第一硅基底1.1均由单晶硅制成，更优选地，第一硅基底1.1与第二硅基底2.1具有相同的膨胀系数，两者键合后由于温度变化引起的内应力和电极间隙变化非常小，从而有效提高本采用WLP封装的硅电容压力传感器的热稳定性。
第二硅基底2.1包括具有面积最大且相互面对设置的第三加工面和第四加工面，其中，第三加工面正对第一加工面设置，固定电极膜2.5设置于第三加工面，功能层2.6设置于第四加工面，功能层2.6具体为ASIC功能层(ASIC即专用集成电路)，具有ASIC调理电路，可见，在本实施中，固定电极膜2.5与功能层2.6分别设置于第二硅基底2.1的两侧，从而有效降低了ASIC调理电路内部产生的寄生电容、电感产生的干扰，进而显著提高了本采用WLP封装的硅电容压力传感器的测量精度。
第二绝缘层2.4设置于第三加工面，第二绝缘层2.4设置于固定电极膜2.5与第二硅基底2.1之间，优选地，第二绝缘层2.4由SiO2制成，作用是隔离固定电极膜2.5，面对第一凹槽1.6的方向，可动电极膜1.5与固定电极膜2.5之间形成一个电容值岁压力变化而变化的电容器，第一凹槽1.6作为该电容器的电极间隙。第一介质层1.3和第二介质层2.3用于隔离可动电极膜1.5和固定电极膜2.5。
优选地，第一绝缘层1.4和第二绝缘层2.4均为采用热氧化法在单晶硅基底上生成的SiO2薄膜，然后在SiO2表面外延生长一层多晶硅薄膜，再对多晶硅薄膜进行浓硼重掺杂，得到可动电极膜1.5和所述固定电极膜2.5。
更进一步，第二硅基底2.1设置有连接通道2.2，连接通道2.2用于安置互连单元4，具体地，在图1所示的状态下，连接通道2.2沿竖直方向延伸，连接通道2.2的上端端口延伸至第一硅基底1.1，并且导电层1.2正对连接通道2.2的上端端口设置，连接通道2.2的下端端口延伸至第二硅基底2.1。优选地，连接通道2.2的直径为5～30um。
进一步地，互连单元4包括：填充构件4.1、第三绝缘层4.4、种子层4.2和阻挡层4.3，第三绝缘层4.4设置于连接通道2.2的内壁面，填充构件4.1设置于连接通道2.2内，并且第二绝缘层2.4能够分隔填充构件4.1和第二硅基底2.1，填充构件4.1具有电性能，优选地，填充构件4.1由金属铜制成。优选地，第三绝缘层4.4由SiO2制成。
种子层4.2包覆于填充构件4.1的侧壁面，优选地，种子层4.2由金属铜制成，金属铜具有优越的电性能，种子层4.2和填充构件4.1均由金属铜，能够满足连接通道2.2的填充要求，是理想的填充材料。
阻挡层4.3设置种子的外壁面，第三绝缘层4.4能够分隔阻挡层4.3与第二硅基底2.1。优选地，阻挡层4.3由材料钛或钽制成。
进一步地，本采用WLP封装的硅电容压力传感器还包括焊接凸点单元3，焊接凸点单元3具体包括：凸点3.1、金属层3.2和钝化层3.3，其中，钝化层3.3设置于第二硅基底2.1的第四加工面，钝化层3.3正对连接通道2.2的位置形成有导通连接部，金属层3.2设置于导通连接部，并且金属层3.2通过导通连接部与填充构件4.1接触并导通，凸点3.1设置于金属层3.2位于钝化层3.3的外侧面，并且凸点3.1与金属层3.2接触并导通。
优选地，凸点3.1由Au、Pb-Sn合金等材料制成。钝化层3.3由氮化硅或二氧化硅。优选地，阻挡层4.3包括金属Ti、TiW、Ni、Cu中的至少一种，更优选地，阻挡层4.3还设置有浸润层，浸润层包括金属Au和/或Cu。
更进一步地，金属层3.2还设置有粘附层，粘附层包括金属Cr、Ti、TiW、V中的至少一种。在第三绝缘层4.4、阻挡层4.3和金属层3.2均起到分隔、屏蔽作用，有效防止第二硅基底2.1导电引起填充构件4.1漏电和串扰。
需要说明的是，在图2所述的状态下，互连单元4沿竖直方向设置在连接通道2.2内，优选地，填充构件4.1与可动电极单元1和固定电机电源垂直设置，使得通过互连单元4实现在垂直方向上应力硅膜1.7产生的电容输出信号与ASIC调理电路的电气互连，从而减少了引线的使用，避免了传统的使用引线互连导致引线不可避免地延伸一定长度而引起的寄生电容和信号延迟。
进一步地，本实施例提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器，可动电极单元1、固定电极单元2、互连单元4和焊接凸点单元3均在晶圆级制作，具体制作方法见下述的采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，或者说，下述的采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法是针对本采用WLP封装的硅电容压力传感器的方法。其中，尤其是可动电极单元1和固定电极单元2均是以硅晶圆片为单位进行封装操作，大大节省了封装成本，并且不受后道划片等工序的影响。
综上所述，本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器，通过互连单元4的电气互连通道实现可动电极膜1.5与固定电极膜2.5的垂直互连，最大化降低了引线互连的长度、寄生电容、信号延迟，极大的拓展了采用WLP封装的硅电容压力传感器的应用范围。
此外，本采用WLP封装的硅电容压力传感器还制作了用于电容传感器芯片倒装焊的凸点3.1，还集成了ASIC电容调理电路，进一步降低产生寄生电容、信号延迟的概率。
如图3所示，本申请的实施例还提供一种采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，适用于上述实施例所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，因而，具有该采用WLP封装的硅电容压力传感器的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
本采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法具体包括以下步骤：
S1.1、对第一硅基底1.1加工第一凹槽1.6。
具体地，在第一硅基底1.1的第一加工面上，利用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)形成的第一凹槽1.6，第一凹槽1.6作为采用WLP封装的硅电容压力传感器的电极间隙。
S1.2、对所述第一硅基底1.1加工导电层1.2、第一介质层1.3和可动电极膜1.5。
具体地，在第一硅基底1.1的底部，采用热氧化法在由单晶硅制成的第一硅基底1.1上生成一层SiO2绝缘薄膜(即第一绝缘层1.4)，然后利用低气压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PCD)等气相外延工艺生长一层多晶硅薄膜，再利用高温扩散或离子注入等工艺对多晶硅薄膜进行浓硼重掺杂，得到的薄膜作为采用WLP封装的硅电容压力传感器的可动电极膜1.5。
通过磁控溅射在可动电极膜1.5的预定位置形成导电薄膜，该导电薄膜即为作为导电层1.2；然后利用硅烷(SiH4)或TEOS(硅酸乙酯)通过化学气相沉积(CVD)工艺在可动电极膜1.5的下表面沉积一层第一介质层1.3，需要说明的是，第一介质层1.3应避让导电层1.2设置。
S1.3、对所述第一硅基底1.1加工第二凹槽1.8。
在第一硅基底1.1的第二加工面上利用硅的各向异性腐蚀形成具有硅杯结构的第二凹槽1.8，在第一凹槽1.6与第二凹槽1.8之间形成应力硅膜1.7，应力硅膜1.7作为可动电极膜1.5的极板。
S2.1、对第二硅基底2.1制作功能层2.6。
具体地，利用CMOS工艺在第二硅基底2.1的第四加工面制作ASIC功能层，ASIC功能层作为电容信号调理电路，可用来产生、放大和处理各种模拟信、数字信号及数/模混合信号。
S2.2、在所述第二硅基底2.1上制作互连单元4。
具体地，采用干法刻蚀、湿法腐蚀、激光钻孔或光辅助电化学刻蚀等方法加工直径5～30um的连接通道2.2，然后在连接通道2.2的内壁面沉积一层绝缘层(即上述的第三绝缘层4.4)；随后在绝缘层上沉积一层阻挡层4.3，以防止绝缘层与填充于连接通道2.2内的填充构件4.1互渗；然后在阻挡层4.3上填充一层种子层4.2，最终在种子层4.2上填充制作填充构件4.1。
填充构件4.1具体通过电镀技术将金属铜填充与连接通道2.2内，金属铜电的性能优越、电镀工艺成熟、成本较低，可以满足连接通道2.2的填充要求，并且与下述的WLP工艺中Cu-Cu键合相兼容，是理想的TSV填充材料。
S2.3、在所述第二硅基底2.1上制作固定电极膜2.5和第二介质层2.3。
在第二硅基底2.1的第三加工面上采用与上述步骤S1.2相同的方法制作SiO2绝缘层(即第二绝缘层2.4)和浓硼重掺杂多晶硅的固定电极膜2.5，确保固定电极膜2.5或固定电极膜2.5的引线与填充构件4.1导通，然后利用硅烷(SiH4)或TEOS(硅酸乙酯)通过化学气相沉积(CVD)工艺沉积一层介质层(即第二介质层2.3)。
S3、将所述第一硅基底1.1和所述第二硅基底2.1进行键合。
具体地，将第一硅基底1.1和第二硅基底2.1在高真空环境下进行SiO2-SiO2、Cu-Cu混合键合，即两个硅基底的介质层与介质层、导电层1.2与导电层1.2分别紧密接触并进行键合，最后进行退火，混合键合完成后可动电极膜1.5与固定电极膜2.5通过填充于连接通道2.2内的互连单元4接入到ASIC功能层，并且在第一硅基底1.1与第二硅基底2.1之间形成一个密封且高真空度的腔室。
需要说明的是，混合键合采用表面直接键合技术，即两个待键合表面在常温下、高真空的环境中紧密接触并键合。高真空环境一方面促进键合的完成，同时在所述可动电极膜1.5和固定电极膜2.5之间密封并形成一个高真空腔室，该高真空腔室作为本采用WLP封装的硅电容压力传感器的绝压参考腔。
优选地，在进行键合时，真空度不低于10-4Pa，退火温度优选为200℃～400℃。
需要说明的是，第一介质层1.3和第二介质层2.3的材料为SiO2，导电层1.2的材料为Cu，在进行混合键合时，SiO2-SiO2键合强度高，气密封好，经后续退火后，能进一步提高键合强度。相较于SiO2，Cu具有较高的热膨胀系数，Cu凸点3.1在高温退火时膨胀会促进Cu-Cu键合，在混合键合过程中，施加一定的压力能够提升键合效率。
S4、在所述第二硅基底2.1上制作焊接凸点单元3。
具体地，在第二硅基底2.1上制作与ASIC功能层或ASIC功能层的引线电极连接的UBM金属层(即上述的金属层3.2)，然后在UBM金属层上依次制作出凸点3.1和钝化层3.3，制作凸点3.1的焊料在电镀后进行熔化、回流，由于表面张力的存在，焊料收缩为一个球型凸点3.1，便于采用WLP封装的硅电容压力传感器的倒装焊接。
进一步地，焊接凸点单元3在采用晶圆级封装(WLP)的制作工艺，即可动电极单元1和固定电极单元2的晶圆级混合键合(WLP)之后进行。焊接凸点单元3位于第二硅基底2.1的第四加工面上，焊接凸点单元3与ASIC功能层同一侧，在ASIC功能层引线电极上制作一层UBM金属层，然后再UBM金属层通过电镀的方式形成金属凸点3.1，最终实现凸点3.1与ASIC电容信号处理电路的电气连接。
更进一步地，UBM金属层作为所述凸点3.1的支撑层和扩散层，同时为凸点3.1提供一层可浸润表面和可电镀的导电层1.2。凸点3.1焊料在电镀后进行熔化、回流，由于表面张力的存在，焊料收缩为一个球型凸点，能够实现本采用WLP封装的硅电容压力传感器的倒装焊接。
采用这种倒装凸点3.1焊接结构，使得本采用WLP封装的硅电容压力传感器中互连长度大大缩短，互连线电阻、寄生电容、电感更小，改善了封装电性能，简化了封装工艺、也减小了封装尺寸。
S5、划片制作分立的传感器芯片。
将第一硅基底1.1和所述第二硅基底2.1进行键合后得到组合晶圆片，对键合后的组合晶圆片进行划片获得分立的集成ASIC电容调理电路的电容式压力传感器芯片。
可见，通过本采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法制作采用WLP封装的硅电容压力传感器，能够有效减小封装尺寸、成本和加工难度，改善了本采用WLP封装的硅电容压力传感器的精度、工艺性和可靠性，极大程度上扩大了本采用WLP封装的硅电容压力传感器的应用范围。
综上所述，本申请提供的采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，采用圆片级封装，即整个工艺流程，如硅膜刻蚀、键合、晶圆减薄、TSV铜填充、倒装凸点3.1制作等均在晶圆级(WLP)进行，减小了封装的尺寸、成本，改善了传感器的精度、工艺性和可靠性。
此外，通过本采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法制作的采用WLP封装的硅电容压力传感器，集成了ASIC电容调理电路直接对采用WLP封装的硅电容压力传感器的电容输出信号进行调理，并通过互连单元4的电气互连通道实现与MEMS硅电容传感器电极的垂直互连，同时制作了用于电容传感器芯片倒装焊的凸点3.1，最大化降低了引线互连的长度、寄生电容、信号延迟，极大的拓展了本采用WLP封装的硅电容压力传感器的应用范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，包括：
可动电极单元(1)，所述可动电极单元(1)至少包括可动电极膜(1.5)；
固定电极单元(2)，所述固定电极单元(2)至少包括固定电极膜(2.5)，所述可动电极膜(1.5)与所述固定电极膜(2.5)间隔设置，所述固定电极膜(2.5)与所述可动电极膜(1.5)之间形成电极间隙；
互连单元(4)，所述互连单元(4)与所述可动电极单元(1)和所述固定电极单元(2)连接，以将所述可动电极单元(1)和所述固定电极单元(2)电气互连。
2.根据权利要求1所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述采用WLP封装的硅电容压力传感器还包括焊接凸点单元(3)，所述焊接凸点单元(3)与所述互连单元(4)连接。
3.根据权利要求2所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述可动电极单元(1)还包括：
第一硅基底(1.1)；
第一绝缘层(1.4)，所述第一绝缘层(1.4)设置于所述第一硅基底(1.1)；所述可动电极膜(1.5)设置于所述第一绝缘层(1.4)背离所述第一硅基底(1.1)的一侧，所述第一绝缘层(1.4)分隔所述可动电极膜(1.5)与所述第一硅基底(1.1)；
第一介质层(1.3)，所述第一介质层(1.3)设置于所述可动电极膜(1.5)背离所述第一绝缘层(1.4)的一侧部分表面；
导电层(1.2)，所述导电层(1.2)与所述可动电极膜(1.5)连接；所述互连单元(4)与所述导电层(1.2)连接。
4.根据权利要求3所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述第一硅基底(1.1)的一侧形成有第一凹槽(1.6)，所述第一凹槽(1.6)面对所述固定电极单元(2)设置，所述第一凹槽(1.6)作为所述电极间隙；
所述第一硅基底(1.1)的另一侧形成有第二凹槽(1.8)。
5.根据权利要求3所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述固定电极单元(2)还包括：
第二硅基底(2.1)，所述第二硅基底(2.1)与所述第一硅基底(1.1)键合；
第二绝缘层(2.4)，所述第二绝缘层(2.4)设置于所述第二硅基底(2.1)，所述固定电极膜(2.5)设置于所述第二绝缘层(2.4)，所述第二绝缘层(2.4)分隔所述固定电极膜(2.5)和所述第二硅基底(2.1)；
第二介质层(2.3)，所述第二介质层(2.3)设置于所述固定电极膜(2.5)背离所述第二绝缘层(2.4)的一侧表面；
功能层(2.6)，所述功能层(2.6)设置于所述第二硅基底(2.1)。
6.根据权利要求5所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述互连单元(4)包括：
填充构件(4.1)，所述固定电极单元(2)设置有连接通道(2.2)，所述填充构件(4.1)设置于所述连接通道(2.2)，所述填充构件(4.1)与所述导电层(1.2)连接；所述填充构件(4.1)还与所述焊接凸点单元(3)连接；
第三绝缘层(4.4)，所述第三绝缘层(4.4)设置于所述连接通道(2.2)的内壁；
种子层(4.2)，所述种子层(4.2)设置于所述填充构件(4.1)的外壁面；
阻挡层(4.3)，所述阻挡层(4.3)设置于所述种子层(4.2)与所述第三绝缘层(4.4)之间。
7.根据权利要求6所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述焊接凸点单元(3)包括：
钝化层(3.3)，所述钝化层(3.3)设置于所述第二硅基底(2.1)背离所述第一硅基底(1.1)的一侧；
金属层(3.2)，所述金属层(3.2)设置于所述钝化层(3.3)，所述金属层(3.2)与所述填充构件(4.1)连接；
凸点(3.1)，所述凸点(3.1)设置于所述金属层(3.2)。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述可动电极单元(1)、所述固定电极单元(2)、所述互连单元(4)和所述焊接凸点单元(3)中，至少所述可动电极单元(1)和所述固定电极单元(2)通过真空混合键合封装。
9.根据权利要求6所述的采用WLP封装的硅电容压力传感器，其特征在于，所述焊接凸点单元(3)的数量为多个，所述连接通道(2.2)的数量与所述焊接凸点单元(3)的数量相同并一一对应设置。
10.一种采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法，其特征在于，所述采用WLP封装的硅电容压力传感器的制备方法包括以下步骤：
对第一硅基底(1.1)加工第一凹槽(1.6)；
对所述第一硅基底(1.1)加工导电层(1.2)、第一介质层(1.3)和可动电极膜(1.5)；
对所述第一硅基底(1.1)加工第二凹槽(1.8)；
对第二硅基底(2.1)制作功能层(2.6)；
在所述第二硅基底(2.1)上制作互连单元(4)；
在所述第二硅基底(2.1)上制作固定电极膜(2.5)和第二介质层(2.3)；
将所述第一硅基底(1.1)和所述第二硅基底(2.1)进行键合；
在所述第二硅基底(2.1)上制作焊接凸点单元(3)；
划片制作分立的传感器芯片。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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