[发明专利]一种用于芯片级封装的密闭结构及其制造方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种半导体器件的芯片级封装技术。

背景技术

MEMS(微机电系统)是将微电子与机械工程融合在一起的一种工业技术。MEMS器件(device)尺寸通常在20微米到1毫米之间，由尺寸通常在1到100微米之间的组件(component)构成。MEMS通常包括一个处理数据的中心单元(例如微处理器，microprocessor)和多个与外界环境相互作用的组件(例如微传感器，microsensor)。MEMS具有微型化、智能化、多功能、高集成度的特点，常见应用包括加速度计(accelerometer)、陀螺仪(gyroscope)、麦克风、压力传感器、滤波器等。

MEMS制造工艺是在半导体制造工艺的基础上发展起来的，包括淀积、热氧化、光刻、刻蚀、深刻电铸模造(LIGA)、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术。所述淀积技术包括化学气相淀积(CVD)和物理气相淀积(PVD)。所述光刻技术包括电子束曝光(Electronbeamlithography)、离子束曝光(Ionbeamlithography)、离子径迹(Iontrack)、X射线光刻(X-raylithography)、金刚石图形化(Diamondpatterning)等。所述刻蚀技术包括干法刻蚀和湿法腐蚀。

一片晶圆(wafer，也称硅片)可以同时制造多个半导体器件，这些器件在晶圆上制造完成后通常经过测试与拣选就进入装配与封装阶段。新兴的晶圆级封装(WLP，wafer-levelpackaging)技术是先在整个晶圆上进行封装，再对封装好的晶圆进行切割以得到封装芯片(chip)，且封装芯片与裸片(die)在尺寸上一致。晶圆级封装通常符合芯片尺寸封装(CSP，chipscalepackage)的定义，因此也称为晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。传统的封装技术则是先切割晶圆得到裸片，再对裸片进行封装得到封装芯片。为了与晶圆级封装技术相对应，传统的封装技术可称为芯片级封装。由于MEMS器件易被破坏，采用晶圆级封装技术更为适宜，但也可采用芯片级封装技术。

出于保护目的，大部分MEMS器件以及部分IC(集成电路)器件需要位于密闭结构中。请参阅图1，这是一种现有的用于对半导体器件进行晶圆级封装的密闭结构。在基底晶圆(devicewafer)1上具有多个半导体器件2，所述半导体器件2包括MEMS器件以及除MEMS器件以外的IC器件。每个半导体器件2的外围都由键合材料5和保护凸起4a形成环形侧壁。将盖帽晶圆(capwafer)3与基底晶圆1进行晶圆键合。切割基底晶圆1、盖帽晶圆3后分别得到基底芯片单元1a和盖帽芯片单元3a。基底芯片单元1a、键合材料5和保护凸起4a、盖帽芯片单元3a便构成了保护每个半导体器件2的密闭结构。优选地，所述密闭结构具有气密性，内部可以为真空或者填充气体。每个半导体器件2的输入输出焊垫通过键合材料5和连接凸起4b内部的接触孔电极6对外引出到盖帽芯片单元3a外侧的焊垫凸起7，再通过金属线11进一步引出到封装基板8上的焊垫或焊垫凸起9。切割封装基板8后得到基板封装单元8a。

在本文件中，焊垫是指未凸出晶圆或基板表面的电性连接点，在剖面图中未图示或仅表示位置。焊垫凸起则是指凸出于晶圆或基板表面的电性连接点，在剖面图中有图示。

上述用于晶圆级封装的密闭结构的制造方法包括如下各个步骤：

第1步，请参阅图1a，在基底晶圆1上制造完成半导体器件2，半导体器件2在基底晶圆1上具有输入输出焊垫。

第2步，请参阅图1b，采用光刻和刻蚀工艺对盖帽晶圆3进行刻蚀，在盖帽晶圆3上残留有硅材料的保护凸起4a和连接凸起4b。保护凸起4a呈环状，在保护凸起4a内部形成一个腔体。该腔体对应包围在每个半导体器件2的外围，且将每个半导体器件2的焊垫包围在内。连接凸起4b对应于每个半导体器件2的焊垫位置。

第3步，请参阅图1c，采用晶圆键合(waferbonding)工艺使倒置的盖帽晶圆3与正置的基底晶圆1连为一体。其中，保护凸起4a和键合材料5连为一体并在每个半导体器件2的外围形成环形侧壁，该环形侧壁与两片晶圆一起构成了每个半导体器件2外围的密闭结构。连接凸起4b与每个半导体器件2的焊垫连为一体。晶圆键合时可根据需要将密闭结构抽成真空，或者填充气体。键合材料5例如为玻璃、金属(此时为共晶键合)、有机高分子材料等，也可省略键合材料5(此时为直接键合，directbongding)。