[发明专利]一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构

说明书

一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，该结构主要由三层圆片级导体硅和两层绝缘材料组成，包括：基底层，制作有凹槽与多个垂直互连结构，表面沉积有第一绝缘层，基底层通过第一绝缘层上的刻蚀窗口与接地垂直互连结构连接接地，降低耦合串扰噪声；器件层，刻蚀有传感结构、闭合密封环和屏蔽梁，接地屏蔽梁降低层内耦合噪声；封帽层，通过第二绝缘层与器件层实现绝缘，并通过第二绝缘层的镂空区域与传感结构之间形成微小间隙，以增强感应结构周围电场强度进而提高传感器灵敏度。本公开可实现电场传感器圆片级封装，具有增敏降噪的特点，且制造工艺简单。

技术领域

本公开涉及传感器制造技术领域，尤其涉及一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构。

背景技术

电场传感器是检测电场强度的器件，广泛应用于气象探测、航空航天、石油化工、电力等诸多领域。基于MEMS技术的微型电场传感器凭借其体积小、成本低、可批量生产等优点，成为电场传感器的研究热点和发展方向。目前，微型电场传感器存在输出信号较小、信噪比较低、Q值小等问题，制约了它的应用与发展。

已有的微型电场传感器封装结构需逐个装片与封焊，不利于批量化制造，封装工艺成本较高，并且封装后体积远大于芯片体积，制约了传感器的批量化生产和规模化应用。而圆片级封装技术，可以一次性完成不同层次结构间电气与机械连接，同时实现对整片晶圆上的结构进行气密或真空封装，产品的一致性、成品率与可靠性高。电场传感器圆片级封装的难点在于电场感应通道的构建，目前尚未见电场传感器的圆片级封装的报道。

早期的MEMS器件多采用硅-玻璃结构实现圆片级封装，但硅与玻璃之间存在热失配问题。采用全硅结构，可以解决硅-玻璃结构中热失配产生的应力问题，并且避免玻璃表面电荷积累对输出信号的干扰。全硅结构圆片级封装技术是提高器件性能、实现与IC的高密度集成进而实现微系统的必然选择。

在基于键合的圆片级封装方案中，密封腔内的电信号需要通过平面电极横向引出或TSV电极纵向引出，为了兼容其他工艺步骤，不影响器件性能，保证器件气密性，往往存在工艺流程较为复杂的问题。此外，如需衬底接地，还需要增加额外的工艺步骤，需要制作额外的焊盘或金属引线。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，以解决上述技术问题。

本公开的一个方面提供了一种微型电场传感器圆片级封装增敏降噪结构，包括：基底层，制作有凹槽与多个垂直互连结构，表面沉积有第一绝缘层，所述第一绝缘层上刻蚀有使所述基底层接地的窗口；器件层，刻蚀有传感结构、闭合密封环和屏蔽梁；封帽层，通过第二绝缘层与所述器件层实现绝缘，并通过所述第二绝缘层的镂空区域与所述传感结构之间形成间隙；所述器件层与基底层通过键合绝缘连接；所述器件层、封帽层、基底层均由圆片级导体硅制成。

可选地，所述传感结构包括：第一锚点，第二锚点，感应结构，驱动结构，弹性梁；所述第一锚点将所述弹性梁固定于所述第二绝缘层表面，所述第二锚点将所述感应结构、驱动结构固定于所述第二绝缘层表面。

可选地，所述第一锚点、第二锚点与所述多个垂直互连结构通过键合介质层一一对应键合，其中，所述第一锚点通过对应的垂直互连结构与外部接地电路连接。

可选地，与所述第一锚点对应的第一绝缘层刻蚀有所述窗口，键合或制备垂直互连结构的同时使所述基底层与所述接地垂直互连结构连接。

可选地，所述屏蔽梁通过所述闭合密封环与所述第一锚点连接接地。

在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

(1)本公开提供的结构的封帽层与传感结构间隙距离为微米量级，可改变感应结构上方的待测电场分布，有效增强感应结构周围的电场强度，增大输出感应电流，进而提高传感器灵敏度；