阅读说明：本技术 组合传感器及其制作方法 (Combined sensor and manufacturing method thereof ) 是由 邱文瑞 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种组合传感器及其制作方法。其中,所述所述组合传感器包括第一晶圆片、第二晶圆片及多个传感器,所述第一晶圆片和所述第二晶圆片键合连接,并围合形成相互独立的多个所述传感器,相邻两个所述传感器之间设置有一电隔离结构。本发明的技术方案能够提供一个小型化、集成化且电磁干扰较小的组合传感器。(The invention discloses a combined sensor and a manufacturing method thereof. The combined sensor comprises a first wafer, a second wafer and a plurality of sensors, wherein the first wafer and the second wafer are connected in a bonding mode and enclose to form a plurality of mutually independent sensors, and an electric isolation structure is arranged between every two adjacent sensors. The technical scheme of the invention can provide a small-sized and integrated combined sensor with small electromagnetic interference.)

组合传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种组合传感器及其制作方法。

背景技术

相关技术中，组合传感器一般是将多个传感器分别制造后，并利用多芯片组装技术集成到同一基板，这种组合传感器往往存在集成度较低，占用面积大、互联线路较长、可靠性较低的问题。为了解决此问题，通常采用微纳加工工艺将多种芯片制作在同一晶圆上，集成度较高，减小了占用面积和制作工艺的复杂性，提高了可靠性，但是这种组合传感器中的相邻两传感器的间距较小，电磁干扰较大。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种组合传感器及其制作方法，旨在提供一个小型化、集成化且电磁干扰较小的组合传感器。

为实现上述目的，本发明提出的组合传感器，包括第一晶圆片、第二晶圆片及多个传感器，所述第一晶圆片和所述第二晶圆片键合连接，并围合形成相互独立的多个所述传感器，相邻两个所述传感器之间设置有一电隔离结构。

可选地，所述组合传感器包括惯性传感器、湿度传感器、气压传感器及温度传感器中的至少两个。

可选地，所述第一晶圆片和所述第二晶圆片均包括两层二氧化硅层和一层硅层，所述硅层设于两层所述二氧化硅层之间，所述电隔离结构至少穿设于所述第一晶圆片和所述第二晶圆片相对的两层二氧化硅层。

可选地，所述第一晶圆片和所述第二晶圆片的其中之一设置有金键合封装层，其中之另一设置有锡键合封装层，所述金键合封装层与所述锡键合封装层键合连接。

本发明还提出了一种组合传感器的制作方法，所述组合传感器的制作方法包括以下步骤：

提供第一晶圆片和第二晶圆片；

对所述第一晶圆片和所述第二晶圆片分别进行蚀刻，得到多个传感器结构；

对所述第一晶圆片和所述第二晶圆片分别进行蚀刻，得到多个电隔离结构，一所述电隔离结构位于相邻两所述传感器结构之间；

采用键合工艺将所述第一晶圆片和所述第二晶圆片进行对准键合封装，得到组合传感器。

可选地，在采用键合工艺将所述第一晶圆片和所述第二晶圆片进行对准键合封装的步骤中，包括：

在第一晶圆片的表面进行图形化金属化电镀金，得到金键合封装层；

在第二晶圆片的表面进行图形化金属化电镀锡，得到锡键合封装层；

将所述金键合封装层和所述锡键合封装层进行对准并键合封装。

可选地，多个所述传感器结构包括惯性传感器结构、湿度传感器结构、气压传感器结构及温度传感器结构。

可选地，所述惯性传感器结构是由以下步骤制作得到：

在所述第一晶圆片和所述第二晶圆片的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第一电极层；

对所述第一晶圆片和所述第二晶圆片分别进行蚀刻操作，分别得到两个振子结构，所述振子结构位于两个所述第一电极层之间。

可选地，所述湿度传感器结构是由以下步骤制作得到：

在所述第一晶圆片和所述第二晶圆片的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第二电极层；

在所述第一晶圆片的表面进行图形化沉积操作，得到第一介电应变层，所述第一介电应变层位于两个所述第二电极层之间，并在所述第一介电应变层背向所述第一晶圆片的表面沉积第三电极层；

在所述第三电极层背向所述第一介电应变层的表面沉积并腐蚀湿敏材料，得到感湿层；

在所述第二晶圆片背向所述传感器结构的表面进行蚀刻，得到第一感应通道，所述第一感应通道贯穿所述第二晶圆片，并对应于所述感湿层。

可选地，所述气压传感器结构是由以下步骤制作得到：

在所述第一晶圆片和所述第二晶圆片的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第四电极层；

在所述第一晶圆片和所述第二晶圆片的表面分别进行图形化沉积操作，分别得到第二介电应变层，所述第二介电应变层位于两个所述第四电极层之间，并在每一所述介电应变层的表面沉积一第五电极层；

在所述第二晶圆片背向所述传感器结构的表面进行蚀刻，得到第二感应通道，所述第二感应通道对应所述第二介电应变层。

可选地，所述温度传感器结构是由以下步骤制作得到：

在所述第一晶圆片和所述第二晶圆片的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第六电极层；

对所述第一晶圆片进行蚀刻，得到温度传感器腔体，所述温度传感器腔***于两个所述第六电极层之间，并向所述温度传感器腔体内注入导电粒子；

在所述第二晶圆片的表面进行图形化沉积操作，得到第三介电应变层，所述第三介电应变层位于两个所述第六电极层之间，并在所述第三介电应变层的表面沉积第七电极层；

在所述第二晶圆片背向所述传感器结构的表面进行蚀刻，得到第三感应通道，所述第三感应通道贯穿所述第二晶圆片。

本发明的技术方案，通过将第一晶圆片和第二晶圆片键合连接，且二者围合形成相互独立的多个传感器，同时相邻两个传感器之间设置电隔离结构。由于本发明的组合传感器是制作在两个晶圆级圆片结构上，如此可以实现小型化和集成化。并且，多个传感器相互独立并通过电隔离结构相互屏蔽，如此可以提高传感器的抗电磁干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明组合传感器一实施例的剖视结构示意图；

图2为组合传感器的一局部剖视结构示意图；

图3为组合传感器的另一局部剖视结构示意图；

图4为本发明组合传感器的制作方法一实施例的步骤流程示意图；

图5为图4中步骤S40的细化流程示意图；

图6为惯性传感器结构的制作步骤流程示意图；

图7为湿度传感器结构的制作步骤流程示意图；

图8为气压传感器结构的制作步骤流程示意图；

图9为温度传感器结构的制作步骤流程示意图；。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种组合传感器100。

请参阅图1至图3，在本发明组合传感器100一实施例中，组合传感器100包括第一晶圆片10、第二晶圆片20及多个传感器，第一晶圆片10和第二晶圆片20键合连接，并围合形成相互独立的多个传感器，且相邻两个传感器之间设置有一电隔离结构30。

这里第一晶圆片10和第二晶圆片20均为晶圆级结构，二者采用键合连接。第一晶圆片10和第二晶圆片20围合形成多个传感器，多个传感器分别相互独立成型，也即每一个传感器具有独立腔体结构。如此，可以实现组合传感器100的小型化和集成化。并且，相邻两传感器之间设置有电隔离结构30，电隔离结构30一般为沟槽结构，电隔离结构30贯穿第一晶圆片10和第二晶圆片20设置，这样可以有效地避免传感器之间的电磁干扰。

因此，可以理解的，本发明的技术方案，通过将第一晶圆片10和第二晶圆片20键合连接，且二者围合形成相互独立的多个传感器，同时相邻两个传感器之间设置电隔离结构30。由于本发明的组合传感器100是制作在晶圆级圆片结构上，则可以实现小型化和集成化。并且，多个传感器相互独立并通过电隔离结构30相互屏蔽，如此可以提高传感器的抗电磁干扰能力。

可选地，组合传感器100包括惯性传感器40、湿度传感器50、气压传感器60及温度传感器70中的至少两个。

这里惯性传感器40主要用于检测加速度、倾斜、冲击、振动、旋转及多自由度运动。湿度传感器50主要用于检测空气的湿度，气压传感器60是用于检测大气压力，温度传感器70是用于检测温度。组合传感器100可以是其中两种组合、三种组合或四种组合。

可选地，这里组合传感器100为惯性传感器40、湿度传感器50、气压传感器60及温度传感器70组合，可以实现同时检测加速度、湿度、气压及温度的多功能。

可选地，第一晶圆片10和第二晶圆片20均包括两层二氧化硅层11和一层硅层12，硅层12设于两层二氧化硅层11之间，电隔离结构30至少穿设于第一晶圆片10和第二晶圆片20相对的两层二氧化硅层11。这里第一晶圆片10和第二晶圆片20的结构和尺寸相同，均包括依次层叠的二氧化硅层11、硅层12及二氧化硅层11。电隔离结构30为沟槽结构，可以是穿设于第一晶圆片10和第二晶圆片20相对的两层二氧化硅层11，也可以是穿设于第一晶圆片10和第二晶圆片20相对的两层二氧化硅层11和两层硅层12，这样可以更有效地隔离传感器的电磁干扰。可以理解的，第一晶圆片10设有第一沟槽31，第一沟槽31穿设于二氧化硅层11和硅层12，第二晶圆片20设有第二沟槽32，第二沟槽32穿设于二氧化硅层11和硅层12，第一沟槽31和第二沟槽32围合形成电隔离结构30。

在本发明的一实施例中，第一晶圆片10和所述第二晶圆片20的其中之一设置有金键合封装层13，其中之另一设置有锡键合封装层21，金键合封装层13与锡键合封装层21键合连接。

这里采用金锡键合工艺将第一晶圆片10和第二晶圆片20进行键合连接，可以理解的，第一晶圆片10的表面设置金键合封装层13，第二晶圆片20的表面设置锡键合封装层21，将金键合封装层13和锡键合封装层21进行进行键合操作便可完成第一晶圆片10和第二晶圆片20的键合连接。当然地，也可以是金键合封装层13设置于第二晶圆片20的表面，锡键合封装层21设置于第一晶圆片10的表面。

本发明还提出一种组合传感器100的制作方法，用于制作如前所述的组合传感器100。

请参阅图4，在本发明组合传感器100的一实施例中，组合传感器100的制作方法包括以下步骤：

S10，提供第一晶圆片10和第二晶圆片20；

S20，对第一晶圆片10和第二晶圆片20分别进行蚀刻，得到多个传感器结构；

S30，对所述第一晶圆片10和所述第二晶圆片20分别进行蚀刻，得到多个电隔离结构30，一所述电隔离结构30位于相邻两所述传感器结构之间；

S40，采用键合工艺将所述第一晶圆片10和所述第二晶圆片20进行对准键合封装，得到组合传感器100。

这里第一晶圆片10和第二晶圆片20均为晶圆级结构，均包括依次层叠的二氧化硅层11、硅层12及二氧化硅层11。首先分别对第一晶圆片10和第二晶圆片20进行蚀刻，得到多个传感器结构；然后分别对第一晶圆片10和第二晶圆片20进行蚀刻，得到多个电隔离结构30，电隔离结构30为沟槽结构，且电隔离结构30位于相邻两个传感器结构之间。最后采用键合工艺将第一晶圆片10和第二晶圆片20对准键合封装操作，便可得到组合传感器100，该组合传感器100是由第一晶圆片10和第二晶圆片20围合形成的多个传感器组成。本发明制作得到的组合传感器100具有小型化、集成化、多功能化及电磁干扰小的优点。

这里电隔离结构30主要由以下步骤制作得到：采用RIE蚀刻和深硅蚀刻技术对第一晶圆片10的二氧化硅层11进行蚀刻，得到多个第一沟槽31，一第一沟槽31位于相邻两个传感器结构之间，可选地，第一沟槽31贯穿二氧化硅层11并穿设于硅层12。采用同样的方法在第二晶圆片20的二氧化硅层11进行蚀刻，制作得到多个第二沟槽32，一第二沟槽32位于相邻两个传感器结构之间，可选地，第二沟槽32贯穿二氧化硅层11并穿设于硅层12。最后将第一晶圆片10和第二晶圆片20对准键合封装，第一沟槽31和第二沟槽32围合便可形成电隔离结构30。

进一步地，请参阅图5，在步骤S40中，包括：

S401，在第一晶圆片10的表面进行图形化金属化电镀金，得到金键合封装层13；

S402，在第二晶圆片20的表面进行图形化金属化电镀锡，得到锡键合封装层21；

S403，将所述金键合封装层13和所述锡键合封装层21进行对准并键合封装。

这里采用晶圆级金锡键合工艺将第一晶圆片10和第二晶圆片20进行对准封装，可使得制作得到的组合传感器100可靠性和稳定性较好。需要说明的是，步骤S401和步骤S402的前后顺序不作限制，也可以同时操作。

在本发明的一实施例中，多个传感器结构包括惯性传感器40结构、湿度传感器50结构、气压传感器60结构及温度传感器70结构。

这里多个传感器结构包括惯性传感器40结构、湿度传感器50结构、气压传感器60结构及温度传感器70结构，这样最终制作得到的组合传感器100为这四种传感器的组合，即为多功能集成式传感器，可以实现同时检测加速度、湿度、气压及温度的多功能。

在本发明的一实施例中，请参阅图6，惯性传感器40结构是由以下步骤制作得到：

步骤S211，在第一晶圆片10和所述第二晶圆片20的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第一电极层41；

步骤S212，对第一晶圆片10和第二晶圆片20分别进行蚀刻操作，分别得到两个振子结构42，振子结构42位于两个第一电极层41之间。

具体地，首先，利用薄膜沉积技术在第一晶圆片10的表面进行图形沉积，得到两个第一电极层41，同样的方法，在第二晶圆片20的表面沉积得到两个第一电极层41。然后采用RIE蚀刻和深硅蚀刻技术对第一晶圆片10的二氧化硅层11和硅层12进行蚀刻，得到惯性传感器40的振子结构42，振子结构42位于两个第一电极层41之间；同样地方法对第二晶圆片20的二氧化硅层11和硅层12进行蚀刻，得到振子结构42。如此的操作便可得到惯性传感器40结构，后续将蚀刻后的结构对准封装便可得到惯性传感器40。

在本发明的一实施例中，请参阅图7，湿度传感器50是由以下步骤制作得到：

步骤S221，在所述第一晶圆片10和所述第二晶圆片20的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第二电极层51；

步骤S222，在所述第一晶圆片10的表面进行图形化沉积操作，得到第一介电应变层52，所述第一介电应变层52位于两个所述第二电极层51之间，并在所述第一介电应变层52背向所述第一晶圆片10的表面沉积第三电极层53；

步骤S223，在所述第三电极层53背向所述第一介电应变层52的表面沉积并腐蚀湿敏材料，得到感湿层54；

步骤S224，在所述第二晶圆片20背向所述传感器结构的表面进行蚀刻，得到第一感应通道55，所述第一感应通道55贯穿所述第二晶圆片20，并对应于所述感湿层54。

具体地，首先，利用薄膜沉积技术在第一晶圆片10的表面进行图形沉积，得到两个第二电极层51；然后，利用薄膜沉积技术在第一晶圆片10的表面进行图形沉积，得到第一介电应变层52，第一介电应变层52位于两个第二电极层51之间，接着利用薄膜沉积技术在第一介电应变层52背向第一晶圆片10的表面沉积，得到第三电极层53。之后，在第三电极层53背向第一介电应变层52的表面沉积并腐蚀湿敏材料，得到感湿层54，这里湿敏材料可以为聚酰亚胺、多孔硅或其他湿敏材料。同样的方法，在第二晶圆片20的表面制作两个第二电极层51。并且，采用RIE蚀刻和深硅蚀刻技术对第二晶圆片20的二氧化硅层11和硅层12进行蚀刻，得到第一感应通道55，用于感应外界的湿度变化，第一感应通道55贯穿第二晶圆片20，并对应感湿层54。如此便可得到湿度传感器50结构，后续将蚀刻后的结构对准封装便可得到湿度传感器50。

在本发明的一实施例中，请参阅图8，气压传感器60是由以下步骤制作得到：

步骤S231，在所述第一晶圆片10和所述第二晶圆片20的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第四电极层61；

步骤S232，在所述第一晶圆片10和所述第二晶圆片20的表面分别进行图形化沉积操作，分别得到第二介电应变层62，所述第二介电应变层62位于两个所述第四电极层61之间，并在每一所述介电应变层的表面沉积一第五电极层63；

步骤S233，在所述第二晶圆片20背向所述传感器结构的表面进行蚀刻，得到第二感应通道64，所述第二感应通道64对应所述第二介电应变层62。

具体地，首先，利用薄膜沉积技术在第一晶圆片10的表面进行图形沉积，得到两个第四电极层61；然后，利用薄膜沉积技术在第一晶圆片10的表面进行图形沉积，得到第二介电应变层62，第二介电应变层62位于两个第四电极层61之间，接着利用薄膜沉积技术在第二介电应变层62背向第一晶圆片10的表面沉积，得到第五电极层63。同样的方法，在第二晶圆片20的表面制作两个第四电极层61、第二介电应变层62及第五电极。并且，采用RIE蚀刻和深硅蚀刻技术对第二晶圆片20的二氧化硅层11和硅层12进行蚀刻，得到第二感应通道64，用于感应外界的气压变化，第二感应通道64对应于第二介电应变层62。如此便可得到气压传感器60结构，该气压传感器60结构为密闭且高深宽比的电容结构，后续将蚀刻后的结构对准封装便可得到气压传感器60。

在本发明的一实施例中，请参阅图9，温度传感器70结构是由以下步骤制作得到：

步骤S241，在所述第一晶圆片10和所述第二晶圆片20的表面分别进行图形化沉积操作，均得到两个第六电极层71

步骤S242，对所述第一晶圆片10进行蚀刻，得到温度传感器70腔体，所述腔***于两个所述第六电极层71之间，并向所述温度传感器70腔体内注入导电粒子；

步骤S243，在所述第二晶圆片20的表面进行图形化沉积操作，得到第三介电应变层73，所述第三介电应变层73位于两个所述第六电极层71之间，并在所述第三介电应变层73的表面沉积第七电极层74；

步骤S244，在所述第二晶圆片20背向所述传感器结构的表面进行蚀刻，得到第七电极层75，并贯穿所述第二晶圆片20。

具体地，首先，利用薄膜沉积技术在第一晶圆片10的表面进行图形沉积，得到两个第六电极层71；然后，采用RIE蚀刻和深硅蚀刻技术对第一晶圆片10的硅层12和二氧化硅层11进行蚀刻，得到温度传感器腔体72，并向该温度传感器70腔体内注入导电粒子，以增加硅的导电性。采用同样的方法，在第二晶圆片20的表面制作两个第六电极层71，并且，利用薄膜沉积技术在第二晶圆片20的表面进行图形沉积，得到第三介电应变层73，第三介电应变层73位于两个第六电极层71之间，接着利用薄膜沉积技术在第三介电应变层73背向第二晶圆片20的表面沉积，得到第七电极层74。最后，采用RIE蚀刻和深硅蚀刻技术对第二晶圆片20的二氧化硅层11和硅层12进行蚀刻，得到第七电极层75，用于感应外界的温度变化，第七电极层75贯穿第二晶圆片20。如此便可得到温度传感器70结构，后续将蚀刻后的结构对准封装便可得到温度传感器70。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。