[發(fā)明專利]MEMS封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

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• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN111377391B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦曉珊
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯集成電路（寧波）有限公司上海分公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 曹廷廷

本發(fā)明提供一種MEMS封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。所述MEMS封裝結(jié)構(gòu)包括MEMS芯片及器件晶圓，器件晶圓中設(shè)置有控制單元以及互連結(jié)構(gòu)，器件晶圓的第一接合面設(shè)置有第一接觸墊和輸入輸出連接件，MEMS芯片通過接合層在第一接合面上并列排布，MEMS芯片具有微腔和第二接觸墊，所述MEMS芯片的微腔具有與芯片外部連通的通孔，其中第一接觸墊與相應(yīng)的第二接觸墊電連接，接合層中具有露出輸入輸出連接件的開口。上述MEMS封裝結(jié)構(gòu)相對于現(xiàn)有集成方法可以縮小封裝結(jié)構(gòu)的尺寸，并且同一器件晶圓上可集成多種MEMS芯片，因而可同時(shí)提高封裝結(jié)構(gòu)的功能集成能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種MEMS封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展趨勢，集成電路特征尺寸持續(xù)減小，人們對集成電路的封裝技術(shù)的要求相應(yīng)也不斷提高。在傳感器類MEMS封裝結(jié)構(gòu)的市場上，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)芯片在諸如智能手機(jī)、健身手環(huán)、打印機(jī)、汽車、無人機(jī)以及VR/AR頭戴式設(shè)備等產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。常用的MEMS芯片有壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)、光傳感器、催化傳感器等等。MEMS芯片與其他芯片通常是利用系統(tǒng)級封裝(systeminpackage，SIP)進(jìn)行集成以形成微機(jī)電裝置。具體而言，通常是在一個(gè)晶圓上制作MEMS芯片，而在另一個(gè)晶圓上制作控制電路，然后進(jìn)行集成。目前常用的集成方法主要有兩種：一種是將MEMS芯片晶圓和控制電路晶圓分別接合在同一個(gè)封裝基底上，并利用引線將MEMS芯片晶圓和控制電路晶圓與封裝基底上的焊盤鍵合，從而將控制電路與MEMS芯片電連接；另一種是直接將制作有MEMS芯片晶圓和控制電路晶圓接合，并使它們對應(yīng)的焊盤形成電連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電路與MEMS芯片的電連接。

但是，利用上述前一種集成方法制備得到的微機(jī)電裝置，封裝基底上需要預(yù)留出焊盤區(qū)，通常尺寸較大，不利于整體裝置縮小。此外，由于不同功能(或結(jié)構(gòu))的MEMS芯片制造工藝差別較大，在同一個(gè)晶圓上通常僅能制作一種功能(或結(jié)構(gòu))的MEMS芯片，利用上述后一種集成方法難以在同一晶圓上利用半導(dǎo)體工藝形成多種功能的MEMS芯片，而如果將不同功能的MEMS芯片晶圓分多次集成在不同的控制晶圓上再進(jìn)行互連，工序復(fù)雜，成本高，并且得到的微機(jī)電裝置尺寸仍然較大。因此，現(xiàn)有集成MEMS芯片的方法和所得到的MEMS封裝結(jié)構(gòu)仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用中對尺寸和功能集成能力的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了縮小MEMS封裝結(jié)構(gòu)的尺寸，本發(fā)明提供了一種MEMS封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。本發(fā)明的另一目的是提高M(jìn)EMS封裝結(jié)構(gòu)的功能集成能力。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種MEMS封裝結(jié)構(gòu)，包括：

器件晶圓，具有第一接合面，所述器件晶圓中設(shè)置有控制單元以及與所述控制單元電連接的互連結(jié)構(gòu)；第一接觸墊，設(shè)置于所述第一接合面，所述第一接觸墊與所述互連結(jié)構(gòu)電連接；MEMS芯片，接合于所述第一接合面，每個(gè)所述MEMS芯片具有微腔、用于連接外部電信號的第二接觸墊以及與所述第一接合面相對的第二接合面，所述MEMS芯片的微腔具有與芯片外部連通的通孔，所述第一接觸墊與相應(yīng)的所述第二接觸墊電連接；接合層，位于所述第一接合面和所述第二接合面之間以接合所述器件晶圓和所述MEMS芯片，所述接合層中具有開口；以及輸入輸出連接件，設(shè)置于所述第一接合面，所述開口露出所述輸入輸出連接件。

可選的，多個(gè)所述MEMS芯片接合于所述第一表面，且多個(gè)所述MEMS芯片根據(jù)制作工藝區(qū)分屬于相同或不同的類別。

可選的，多個(gè)所述MEMS芯片接合于所述第一表面，且多個(gè)所述MEMS芯片的微腔均具有與外部連通的通孔或者至少一個(gè)所述MEMS芯片具有封閉的微腔。

可選的，所述封閉的微腔內(nèi)填充有阻尼氣體或者為真空。

可選的，多個(gè)所述MEMS芯片接合于所述第一表面，所述多個(gè)MEMS芯片包括陀螺儀、加速度計(jì)、慣性傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、濕度傳感器、光學(xué)傳感器、氣體傳感器、催化傳感器、微波濾波器、DNA擴(kuò)增微系統(tǒng)、MEMS麥克風(fēng)和微致動(dòng)器中的至少兩種。