[發明專利]一種用于芯片級封裝的密閉結構及其制造方法

在審

• 申請號: 201510650216.7
• 申請日: 2015-10-09
• 公開（公告）號: CN105347290A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 祝明國;胡念楚;賈斌
• 申請（專利權）人: 銳迪科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C3/00
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 殷曉雪

技術領域

本申請涉及一種半導體器件的芯片級封裝技術。

背景技術

MEMS(微機電系統)是將微電子與機械工程融合在一起的一種工業技術。MEMS器件(device)尺寸通常在20微米到1毫米之間，由尺寸通常在1到100微米之間的組件(component)構成。MEMS通常包括一個處理數據的中心單元(例如微處理器，microprocessor)和多個與外界環境相互作用的組件(例如微傳感器，microsensor)。MEMS具有微型化、智能化、多功能、高集成度的特點，常見應用包括加速度計(accelerometer)、陀螺儀(gyroscope)、麥克風、壓力傳感器、濾波器等。

MEMS制造工藝是在半導體制造工藝的基礎上發展起來的，包括淀積、熱氧化、光刻、刻蝕、深刻電鑄模造(LIGA)、硅微加工、非硅微加工和精密機械加工等技術。所述淀積技術包括化學氣相淀積(CVD)和物理氣相淀積(PVD)。所述光刻技術包括電子束曝光(Electronbeamlithography)、離子束曝光(Ionbeamlithography)、離子徑跡(Iontrack)、X射線光刻(X-raylithography)、金剛石圖形化(Diamondpatterning)等。所述刻蝕技術包括干法刻蝕和濕法腐蝕。

一片晶圓(wafer，也稱硅片)可以同時制造多個半導體器件，這些器件在晶圓上制造完成后通常經過測試與揀選就進入裝配與封裝階段。新興的晶圓級封裝(WLP，wafer-levelpackaging)技術是先在整個晶圓上進行封裝，再對封裝好的晶圓進行切割以得到封裝芯片(chip)，且封裝芯片與裸片(die)在尺寸上一致。晶圓級封裝通常符合芯片尺寸封裝(CSP，chipscalepackage)的定義，因此也稱為晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)。傳統的封裝技術則是先切割晶圓得到裸片，再對裸片進行封裝得到封裝芯片。為了與晶圓級封裝技術相對應，傳統的封裝技術可稱為芯片級封裝。由于MEMS器件易被破壞，采用晶圓級封裝技術更為適宜，但也可采用芯片級封裝技術。

出于保護目的，大部分MEMS器件以及部分IC(集成電路)器件需要位于密閉結構中。請參閱圖1，這是一種現有的用于對半導體器件進行晶圓級封裝的密閉結構。在基底晶圓(devicewafer)1上具有多個半導體器件2，所述半導體器件2包括MEMS器件以及除MEMS器件以外的IC器件。每個半導體器件2的外圍都由鍵合材料5和保護凸起4a形成環形側壁。將蓋帽晶圓(capwafer)3與基底晶圓1進行晶圓鍵合。切割基底晶圓1、蓋帽晶圓3后分別得到基底芯片單元1a和蓋帽芯片單元3a。基底芯片單元1a、鍵合材料5和保護凸起4a、蓋帽芯片單元3a便構成了保護每個半導體器件2的密閉結構。優選地，所述密閉結構具有氣密性，內部可以為真空或者填充氣體。每個半導體器件2的輸入輸出焊墊通過鍵合材料5和連接凸起4b內部的接觸孔電極6對外引出到蓋帽芯片單元3a外側的焊墊凸起7，再通過金屬線11進一步引出到封裝基板8上的焊墊或焊墊凸起9。切割封裝基板8后得到基板封裝單元8a。

在本文件中，焊墊是指未凸出晶圓或基板表面的電性連接點，在剖面圖中未圖示或僅表示位置。焊墊凸起則是指凸出于晶圓或基板表面的電性連接點，在剖面圖中有圖示。

上述用于晶圓級封裝的密閉結構的制造方法包括如下各個步驟：

第1步，請參閱圖1a，在基底晶圓1上制造完成半導體器件2，半導體器件2在基底晶圓1上具有輸入輸出焊墊。

第2步，請參閱圖1b，采用光刻和刻蝕工藝對蓋帽晶圓3進行刻蝕，在蓋帽晶圓3上殘留有硅材料的保護凸起4a和連接凸起4b。保護凸起4a呈環狀，在保護凸起4a內部形成一個腔體。該腔體對應包圍在每個半導體器件2的外圍，且將每個半導體器件2的焊墊包圍在內。連接凸起4b對應于每個半導體器件2的焊墊位置。

第3步，請參閱圖1c，采用晶圓鍵合(waferbonding)工藝使倒置的蓋帽晶圓3與正置的基底晶圓1連為一體。其中，保護凸起4a和鍵合材料5連為一體并在每個半導體器件2的外圍形成環形側壁，該環形側壁與兩片晶圓一起構成了每個半導體器件2外圍的密閉結構。連接凸起4b與每個半導體器件2的焊墊連為一體。晶圓鍵合時可根據需要將密閉結構抽成真空，或者填充氣體。鍵合材料5例如為玻璃、金屬(此時為共晶鍵合)、有機高分子材料等，也可省略鍵合材料5(此時為直接鍵合，directbongding)。