[发明专利]堆叠式MEMS传感器封装体、芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种堆叠式MEMS传感器封装体、芯片及其制作方法。

背景技术

传感器（sensor）是一种能感受到被测量的信息，并按一定规律变换为电信号或其他所需形式输出的器件或装置。在种类繁多的传感器中，基于微电子和微机械加工技术制造出来的MEMS传感器成为世界瞩目的重大科技领域之一。与传统传感器相比，它具有体积小、成本低、功耗低、易于集成和实现智能化的特点。同时微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

MEMS传感器内部主要包括用于采集信号的MEMS结构、采集电路（模拟电路）以及用于处理采集信号的处理电路（数字电路）。在现有技术中，MEMS传感器的制造工艺通常是将采集电路和处理电路都集成在电子元件晶圆上，并直接在电子元件晶圆上生长MEMS结构，最后通过盖板进行键合封装。现有技术存在的问题在于：1）采集电路与处理电路混合同一晶圆上，数字、模拟电路间会产生相互干扰且噪声较大，难以控制，造成传感器性能低下；2）采集电路与处理电路混合同一晶圆上会使电子元件晶圆的尺寸过大，导致芯片面积过大，不利于应用至手持、穿戴等小体积的场景中；3）采集电路（模拟电路）可采用微米级的集成电路生产工艺，而处理电路（数字电路）则需要采用成本更高的纳米级的集成电路生产工艺，现有技术将采集电路和处理电路共同集成在电子元件晶圆上，为了将就数字电路的工艺制程，整个电子元件晶圆都需要采用成本更高的纳米级生产工艺，最终导致MEMS传感器成本居高不下。总之，现有的技术方案严重制约了MEMS传感器朝进一步的智能化、小体积、高指标、高性能、低成本方向发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种堆叠式MEMS传感器封装体。

本发明采用的技术方案为：一种堆叠式MEMS传感器封装体，包括：

盖板，用于封装；

一片或多片采集晶圆，其上形成有采集电路和MEMS结构，所述采集电路配合MEMS结构实现传感器采集信号的功能；

一片或多片处理晶圆，其上形成有处理电路，用于控制采集电路和MEMS结构采集信号并将采集到的信号进行处理并输出；

所述一片或多片处理晶圆、一片或多片采集晶圆以及盖板是采用晶圆级键合工艺自下而上键合而成，其中，盖板与采集晶圆或者采集晶圆与采集晶圆之间形成MEMS结构的封装腔体，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联。

优选地，所述盖板下表面具有用于实现封装腔体内真空环境的吸气剂材料层。

优选地，所述采集电路是采用0.13μm~0.5μm集成电路工艺制成；所述处理电路是采用14nm~180nm的集成电路工艺制成。

优选地，所述导电桥墩是金属桥墩。

优选地，所述采集电路是前端处理电路AFE；所述处理包括转换、数据运算和分析；所述处理电路包括具有控制、计算、分析功能的中央处理器CPU或微处理器MPU；配合CPU或MPU进行数字信号处理的数字信号处理电路DSP；接收CPU或MPU信号控制并向采集电路传输控制信号的数模混合电路AD以及接口电路。

本发明的另一个目的在于提供一种堆叠式MEMS传感器芯片，采用的技术方案为：所述堆叠式MEMS传感器芯片由上述堆叠式MEMS传感器封装体进行切片形成。

本发明还提供了一种堆叠式MEMS传感器芯片的制作方法，包括：

步骤S1：准备一片或多片形成有处理电路的处理晶圆和一片或多片形成有采集电路的采集晶圆，其中，所述处理电路用于控制采集电路并将采集到的信号进行处理并输出；

步骤S2：若采集晶圆为一片,则将一片或多片处理晶圆与一片采集晶圆通过晶圆级键合工艺自下而上键合起来,所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联；若采集晶圆为多片，则将一片或多片处理晶圆与多片采集晶圆中的一片通过晶圆级键合工艺自下而上键合起来，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联；

步骤S3：若采集晶圆为一片,则在所述采集晶圆上生长MEMS结构，所述采集电路配合MEMS结构完成传感器采集信号的功能；若采集晶圆为多片，则在所述采集晶圆上生长MEMS结构以后再将下一片采集晶圆键合至所述采集晶圆上，并在下一片采集晶圆上继续生长MEMS结构，重复上述动作直至将所有采集晶圆键合完毕，所述多片采集晶圆之间形成MEMS结构的封装腔体，并在最后一片采集晶圆上继续生长MEMS结构，所述采集电路配合MEMS结构完成传感器采集信号的功能，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联；