本發(fā)明涉及慣性傳感器,具體涉及一種mems慣性傳感器及其晶圓級(jí)制作方法,可廣泛應(yīng)用于慣性導(dǎo)航、無人機(jī)、自動(dòng)駕駛、智能制造及高端工業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
1、慣性測(cè)量單元(imu)屬于捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng),該裝置由三個(gè)單軸加速度計(jì)與三個(gè)單軸陀螺儀以及配套的專用集成電路(asic)組成,加速度計(jì)和陀螺儀分別檢測(cè)物體的加速度和角速度信號(hào),根據(jù)物體在三維空間中的角速度和加速度,解算出物體的姿態(tài),在導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用價(jià)值。
2、現(xiàn)有慣性測(cè)量單元的慣性表頭單元和asic單元封裝方式均采用單獨(dú)制備后進(jìn)行分散式封裝。分散式封裝的imu整體體積較大,空間利用率不高;分散式的封裝,效率偏低;分散式封裝,不同批次之間的工藝一致性不同,進(jìn)而導(dǎo)致不同批次封裝的傳感器之間的一致性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種mems慣性傳感器及其晶圓級(jí)制作方法,通過直接在制作好的asic晶圓上進(jìn)行敏感結(jié)構(gòu)層和蓋板的晶圓級(jí)制備,實(shí)現(xiàn)mems慣性傳感器的一體化與小型化,能夠有效簡(jiǎn)化工藝,提高不同集成芯片之間的一致性,改善芯片的應(yīng)力問題,提升mems慣性傳感器的性能。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案為一種mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,包括如下步驟:
3、s1、在asic晶圓上制作第一犧牲層并圖形化,得到第一中間結(jié)構(gòu);
4、s2、在第一中間結(jié)構(gòu)上制作敏感結(jié)構(gòu)層,得到第二中間結(jié)構(gòu);
5、s3、在第二中間結(jié)構(gòu)上制作第二犧牲層并圖形化,得到第三中間結(jié)構(gòu);
6、s4、在第三中間結(jié)構(gòu)上制作蓋板;
7、s5、釋放所述第一犧牲層和所述第二犧牲層,形成具有多個(gè)mems慣性傳感器的晶圓結(jié)構(gòu);
8、s6、對(duì)所述晶圓結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃片,得到多個(gè)mems慣性傳感器。
9、作為實(shí)施方式之一,所述asic晶圓包括晶圓基底、晶圓絕緣層和晶圓電學(xué)走線,所述晶圓電學(xué)走線沿所述晶圓基底和所述晶圓絕緣層布設(shè)。
10、作為實(shí)施方式之一,步驟s1在asic晶圓上制作第一犧牲層之前,刻蝕所述晶圓絕緣層,裸露出所述晶圓絕緣層中的晶圓電學(xué)走線。
11、作為實(shí)施方式之一,所述敏感結(jié)構(gòu)層上制作有第一通孔和第二通孔,所述第一通孔自所述敏感結(jié)構(gòu)層的頂面向下延伸至所述第一犧牲層的頂面,所述第二通孔自所述敏感結(jié)構(gòu)層的頂面向下延伸至所述晶圓絕緣層的頂面并露出所述晶圓絕緣層表面的晶圓電學(xué)走線。
12、作為實(shí)施方式之一,步驟s2與步驟s3之間還包括如下步驟:在所述第二通孔的內(nèi)壁上沉積第一絕緣層,然后在所述第一絕緣層中填充第一金屬層。
13、作為實(shí)施方式之一,所述第二犧牲層完全覆蓋所述第一通孔和所述第二通孔的頂面。
14、作為實(shí)施方式之一,所述蓋板上制作有第三通孔,所述第三通孔與所述第二通孔上下對(duì)應(yīng),并通過所述第二犧牲層隔開。
15、作為實(shí)施方式之一,步驟s5與步驟s6之間還包括如下步驟:在所述第三通孔的內(nèi)壁上沉積第二絕緣層,且所述第二絕緣層向下延伸至所述第一絕緣層上;然后在所述第二絕緣層中填充第二金屬層。
16、作為實(shí)施方式之一,步驟s6之后還包括如下步驟:在所述第二金屬層上制作焊料球或金屬引線。
17、本發(fā)明還提供一種mems慣性傳感器,采用以上任一項(xiàng)所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法制作。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
19、(1)本發(fā)明直接在制作好的asic晶圓上進(jìn)行敏感結(jié)構(gòu)層和蓋板的晶圓級(jí)制備,asic晶圓作為mems慣性傳感器的下蓋,無需單獨(dú)制備下蓋結(jié)構(gòu),能夠有效簡(jiǎn)化工藝,降低mems慣性傳感器的尺寸與體積;
20、(2)本發(fā)明采用晶圓級(jí)一體化制備進(jìn)行蓋板、敏感結(jié)構(gòu)層與asic晶圓的集成,晶圓級(jí)制備的mems慣性傳感器為同一工藝條件下制備,能夠有效提高不同mems慣性傳感器之間的一致性;
21、(3)本發(fā)明采用晶圓級(jí)一體制備,不存在多層結(jié)構(gòu)的鍵合過程,避免了由鍵合引入的高溫高壓過程,有效改善芯片的應(yīng)力問題,提升mems慣性傳感器的性能,同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝步驟;
22、(4)本發(fā)明一體化的敏感結(jié)構(gòu)層與asic晶圓,采用金屬層直接互聯(lián),減少了敏感結(jié)構(gòu)層與asic晶圓之間的互聯(lián)引線距離,有效減小芯片面積,同時(shí)金屬層直接互聯(lián)具有更高的可靠性。
1.一種mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.如權(quán)利要求1所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:所述asic晶圓包括晶圓基底、晶圓絕緣層和晶圓電學(xué)走線,所述晶圓電學(xué)走線沿所述晶圓基底和所述晶圓絕緣層布設(shè)。
3.如權(quán)利要求2所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:步驟s1在asic晶圓上制作第一犧牲層之前,刻蝕所述晶圓絕緣層,裸露出所述晶圓絕緣層中的晶圓電學(xué)走線。
4.如權(quán)利要求3所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:所述敏感結(jié)構(gòu)層上制作有第一通孔和第二通孔,所述第一通孔自所述敏感結(jié)構(gòu)層的頂面向下延伸至所述第一犧牲層的頂面,所述第二通孔自所述敏感結(jié)構(gòu)層的頂面向下延伸至所述晶圓絕緣層的頂面并露出所述晶圓絕緣層表面的晶圓電學(xué)走線。
5.如權(quán)利要求4所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:步驟s2與步驟s3之間還包括如下步驟:在所述第二通孔的內(nèi)壁上沉積第一絕緣層,然后在所述第一絕緣層中填充第一金屬層。
6.如權(quán)利要求4所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:所述第二犧牲層完全覆蓋所述第一通孔和所述第二通孔的頂面。
7.如權(quán)利要求5所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:所述蓋板上制作有第三通孔,所述第三通孔與所述第二通孔上下對(duì)應(yīng),并通過所述第二犧牲層隔開。
8.如權(quán)利要求7所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:步驟s5與步驟s6之間還包括如下步驟:在所述第三通孔的內(nèi)壁上沉積第二絕緣層,且所述第二絕緣層向下延伸至所述第一絕緣層上;然后在所述第二絕緣層中填充第二金屬層。
9.如權(quán)利要求8所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法,其特征在于:步驟s6之后還包括如下步驟:在所述第二金屬層上制作焊料球或金屬引線。
10.一種mems慣性傳感器,其特征在于,采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的mems慣性傳感器的晶圓級(jí)制作方法制作。