晶圓級(jí)封裝方法以及晶圓的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種晶圓級(jí)封裝方法以及晶圓。所述方法包括如下步驟：提供一疊層晶圓，所述疊層晶圓包括襯底晶圓和密封帽層晶圓，以及夾在襯底晶圓和密封帽層晶圓之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層通過粘結(jié)層粘附至襯底晶圓，所述襯底晶圓在朝向結(jié)構(gòu)層的表面上設(shè)置有至少一焊盤，所述焊盤與所述結(jié)構(gòu)層之間具有一間隙；研磨減薄密封帽層晶圓至一目標(biāo)厚度；在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成窗口，所述窗口的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤，從而將所述焊盤暴露出來(lái)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可在晶圓級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的測(cè)試，并且后續(xù)切割不會(huì)殘留粉末在焊盤的表面。
【專利說明】晶圓級(jí)封裝方法以及晶圓【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)封裝方法以及晶圓。
【背景技術(shù)】
[0002]在豐富多樣的MEMS產(chǎn)品中，加速度計(jì)和陀螺儀在消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用中占有很高比例，尤其是在智能手機(jī)這一個(gè)巨大市場(chǎng)中更是具有舉足輕重的作用。對(duì)于目前市場(chǎng)需求量巨大的加速度計(jì)和陀螺儀產(chǎn)品，一般都是由襯底層、結(jié)構(gòu)層和封帽層通過各種鍵合工藝實(shí)現(xiàn)，三層疊加后的厚度一般要到800 μ m左右，起到信號(hào)引出作用的焊盤(PAD)夾在結(jié)構(gòu)層和襯底層或結(jié)構(gòu)層和封冒層之間。由于研發(fā)水平受到成品率和成本的限制，焊盤不能直接引出，所以陷于晶圓中間的焊盤必須通過一定加工方法暴露出來(lái)，即實(shí)現(xiàn)焊盤開窗(de-cap)。為了能夠在量產(chǎn)封裝前對(duì)晶圓實(shí)施篩選以選出失效的芯片，從而降低后端封裝成本，也要求必須能夠在晶圓級(jí)切割前將焊盤區(qū)域暴露出來(lái)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中暴露焊盤的方法主要包括兩種。一種是在晶圓鍵合前將焊盤開窗區(qū)域?qū)崿F(xiàn)，然后將開窗的封帽層用粘結(jié)材料與結(jié)構(gòu)層晶圓粘結(jié)，暴露的焊盤區(qū)域在進(jìn)行正面研磨時(shí)大量硅粉會(huì)驗(yàn)證沾污焊盤，故該工藝后的晶圓結(jié)構(gòu)很難進(jìn)行雙面研磨減薄。另外一種工藝是先將封帽層和器件層用黏結(jié)材料進(jìn)行鍵合，進(jìn)行雙面研磨，再通過兩次切割晶圓的方式將焊盤開窗區(qū)域暴露出來(lái)以實(shí)現(xiàn)最終MEMS產(chǎn)品晶圓。該工藝存在的問題是切割時(shí)暴露出焊盤區(qū)域過程中，產(chǎn)生的硅粉對(duì)焊盤區(qū)域產(chǎn)生沾污，并且二次切割時(shí)飛濺的硅渣會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷高速旋轉(zhuǎn)的切割刀，最終造成量產(chǎn)過程中的高成本。
[0004]附圖1所示是現(xiàn)有技術(shù)中第一種技術(shù)方案的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。為了實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)真空密封，用粘結(jié)劑層13將密封帽層晶圓12與結(jié)構(gòu)層11、襯底晶圓10鍵合起來(lái)，形成高真空腔體。為了暴露出焊盤區(qū)域，在鍵合前在密封帽層晶圓12上制作出通孔121以暴露出結(jié)構(gòu)層11表面的焊盤(PAD) 14，一般用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝進(jìn)行雙面對(duì)準(zhǔn)刻蝕，無(wú)論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，刻蝕400 μ m這么深的通孔都需要比較長(zhǎng)的時(shí)間和較高的成本。由于密封帽層晶圓12上已經(jīng)刻蝕出很多通孔，在鍵合受力時(shí)非常容易碎裂。為了實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的輕薄厚度不大于0.9mm,以上晶圓級(jí)真空密封的MEMS晶圓必須進(jìn)行雙面研磨至不大于400μm。由于密封帽層晶圓12上均勻分布了刻蝕通孔，所以在研磨時(shí)非常容易發(fā)生晶圓碎裂，很難實(shí)現(xiàn)減薄工藝。
[0005]該第一種現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)為:先在密封帽層晶圓12上直接加工出通孔，再對(duì)密封帽層晶圓12和結(jié)構(gòu)層11鍵合，該密封帽層晶圓12容易發(fā)生碎裂。為了避免密封帽層晶圓12碎裂，一般都選擇比較厚的密封帽層晶圓12。為了最終實(shí)現(xiàn)較薄的MEMS晶圓，必須選用雙面研磨來(lái)減薄，但是分布了刻蝕通孔121的密封帽層晶圓12非常容易碎裂。因此，此技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)焊盤14所在區(qū)域暴露的目的，但是在鍵合和減薄工藝都有碎片的風(fēng)險(xiǎn)，不易在大規(guī)模量產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)低成本的超薄的真空密封的MEMS晶圓。
[0006]附圖2所示是現(xiàn)有技術(shù)中第二種技術(shù)方案的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。該第二種方案為密封帽層晶圓22在切割道區(qū)域制備了一個(gè)凹槽221，其深度同密封帽層晶圓22的腔體內(nèi)深度。當(dāng)密封帽層晶圓22和結(jié)構(gòu)層21、襯底晶圓20通過粘結(jié)劑層23實(shí)現(xiàn)真空密封鍵合后，可以對(duì)襯底晶圓20和密封帽層晶圓22分別進(jìn)行雙面研磨。利用晶圓切片工藝在兩片晶圓之前內(nèi)嵌的凹槽221劃片，只切透密封帽層晶圓22，以暴露出焊盤24所在區(qū)域。最后在芯片的真正切割道區(qū)域再進(jìn)行劃片并切穿密封帽層晶圓22、結(jié)構(gòu)層21和襯底晶圓20。
[0007]附圖2所示現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于切割凹槽221的工藝非常容易造成結(jié)構(gòu)層21表面線路劃傷，還需要承擔(dān)切割時(shí)的大量硅粉沾污焊盤24的高風(fēng)險(xiǎn)，并且切割工藝引起的劇烈震動(dòng)易于造成密封帽層晶圓22隱裂而真空失效。另外，兩次晶圓劃片時(shí)間非常長(zhǎng)，嚴(yán)重延長(zhǎng)了工藝加工周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種晶圓級(jí)封裝方法以及晶圓，可以在晶圓完整的情況下將焊盤暴露出來(lái)用于測(cè)試，并且易于切割分揀。
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種晶圓級(jí)封裝方法，包括如下步驟:提供一疊層晶圓，所述置層晶圓包括襯底晶圓和密封帽層晶圓，以及夾在襯底晶圓和密封帽層晶圓之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層通過粘結(jié)層粘附至襯底晶圓，所述襯底晶圓在朝向結(jié)構(gòu)層的表面上設(shè)置有至少一焊盤，所述焊盤與所述結(jié)構(gòu)層之間具有一間隙；研磨減薄密封帽層晶圓至一目標(biāo)厚度；在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成窗口，所述窗口的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤，從而將所述焊盤暴露出來(lái)。
[0010]可選的，所述方法還包括在所述窗口所在位置分割所述疊層晶圓的步驟。
[0011]可選的，所述研磨減薄密封帽層晶圓的步驟進(jìn)一步是同時(shí)研磨減薄襯底晶圓和密封帽層晶圓，并進(jìn)一步是采用雙面研磨工藝同時(shí)減薄襯底晶圓和密封帽層晶圓。
[0012]可選的，在分割所述晶圓的步驟之前，進(jìn)一步包括采用測(cè)試探針接觸暴露出的所述焊盤，以測(cè)試結(jié)構(gòu)層中的電學(xué)器件性能的步驟。
[0013]可選的，所述結(jié)構(gòu)層包含有微機(jī)械器件，所述密封帽層晶圓朝向結(jié)構(gòu)層的表面具有一腔體，所述腔體用于保證結(jié)構(gòu)層中的微機(jī)械器件的可動(dòng)部分懸空。
[0014]可選的，所述在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成窗口的步驟中，進(jìn)一步是利用雙面對(duì)準(zhǔn)光刻機(jī)確定窗口的形成位置，光刻所采用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與焊盤同層，并與焊盤在同一步驟中形成。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種晶圓，包括襯底晶圓和密封帽層晶圓，以及夾在襯底晶圓和密封帽層晶圓之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層通過粘結(jié)層粘附至襯底晶圓，所述襯底晶圓在朝向結(jié)構(gòu)層的表面上設(shè)置有至少一焊盤，在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)具有一窗口，所述窗口的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤，從而將所述焊盤暴露出來(lái)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可在晶圓級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的測(cè)試，檢測(cè)并記錄出失效的器件，在后續(xù)封裝實(shí)施之前可以先行剔除，避免其進(jìn)入后續(xù)封裝工藝而造成不必要的浪費(fèi)；并且后續(xù)切割是切斷全部疊層晶圓的，粉末可以迅速?gòu)南卤砻媾懦?，不?huì)殘留在焊盤的表面；并且切割是通過窗口區(qū)域?qū)嵤┑?，不?huì)傷及其他的線路和器件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1所示是現(xiàn)有技術(shù)中第一種技術(shù)方案的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]附圖2所示是現(xiàn)有技術(shù)中第二種技術(shù)方案的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖3所示是本【具體實(shí)施方式】的步驟示意圖。
[0020]附圖4A至附圖4E是本【具體實(shí)施方式】的工藝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種晶圓級(jí)封裝方法以及晶圓的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0022]附圖3所示是本【具體實(shí)施方式】的步驟示意圖，包括:步驟S30，提供一疊層晶圓，所述疊層晶圓包括襯底晶圓、密封帽層晶圓、以及結(jié)構(gòu)層；步驟S31，研磨減薄密封帽層晶圓至一目標(biāo)厚度；步驟S32，在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成窗口，所述窗口的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤，從而將所述焊盤暴露出來(lái)；步驟S33，采用測(cè)試探針接觸暴露出的所述焊盤，以測(cè)試結(jié)構(gòu)層中的電學(xué)器件性能；步驟S34，在所述窗口所在位置分割所述疊層晶圓。
[0023]附圖4A至附圖4E是本【具體實(shí)施方式】的工藝示意圖。
[0024]附圖4A所不,參考步驟S30,提供一置層晶圓，所述置層晶圓包括襯底晶圓40和密封帽層晶圓42，以及夾在襯底晶圓40和密封帽層晶圓42之間的結(jié)構(gòu)層41，所述結(jié)構(gòu)層41通過粘結(jié)層43粘附至襯底晶圓，所述襯底晶圓在朝向結(jié)構(gòu)層的表面上設(shè)置有至少一焊盤441，所述焊盤441與所述結(jié)構(gòu)層41之間具有一間隙。所述襯底晶圓40的表面還可以進(jìn)一步覆蓋有起到保護(hù)作用的氧化層49。在本【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步包括多個(gè)金屬互聯(lián)圖形442，金屬互聯(lián)圖形442與焊盤44同時(shí)形成且彼此按照預(yù)定的方式電學(xué)連接，因此具有相同的厚度。金屬互聯(lián)圖形442與粘結(jié)層43相接觸，使襯底晶圓40通過金屬圖形442粘貼至粘結(jié)層43，這樣可以保證需要暴露出來(lái)的焊盤44與結(jié)構(gòu)層41之間具有間隙，該間隙寬度即為粘結(jié)層43的厚度。金屬互聯(lián)圖形442進(jìn)一步與結(jié)構(gòu)層41的器件通過粘結(jié)層43電學(xué)連接，從而形成了從焊盤441至結(jié)構(gòu)層41之間的電學(xué)通路。
[0025]所述襯底晶圓40、密封帽層晶圓42、以及結(jié)構(gòu)層41的材料可以是任意一種常見的半導(dǎo)體材料，可以但不限于是單晶硅。所述襯底晶圓40還可以進(jìn)一步是玻璃襯底等。
[0026]在本【具體實(shí)施方式】中，所述結(jié)構(gòu)層41進(jìn)一步包含有微機(jī)械器件，例如可以是加速度傳感器、陀螺儀等，因此需要一空間保證其在封裝后仍然是可動(dòng)的。進(jìn)而所述密封帽層晶圓42朝向結(jié)構(gòu)層41的表面具有一腔體421，所述腔體421可以用于保證結(jié)構(gòu)層41中的微機(jī)械器件的可動(dòng)部分懸空，從而保證其在封裝后依然是可動(dòng)的。
[0027]附圖4B所示，參考步驟S31，研磨減薄密封帽層晶圓42至一目標(biāo)厚度。本【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步是采用雙面研磨工藝同時(shí)減薄襯底晶圓40和密封帽層晶圓42，減薄至疊層晶圓的總厚度為250微米左右。在其他的【具體實(shí)施方式】中，也可以是只減薄密封帽層晶圓42。若只減薄密封帽層晶圓42，由于襯底晶圓40的厚度不變，因此相對(duì)于雙面減薄而言，可以將密封帽層晶圓42減薄至更薄的厚度。
[0028]附圖4C所示，參考步驟S32，在密封帽層晶圓42和結(jié)構(gòu)層41內(nèi)形成窗口 421，所述窗口 421的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤441，從而將所述焊盤441暴露出來(lái)。形成窗口 421的方法可以采用光刻工藝，在所述密封帽層晶圓42表面涂敷光刻膠并顯影。光刻時(shí)可以采用雙面對(duì)準(zhǔn)光刻機(jī)確定掩模版的位置，進(jìn)而確定窗口 421的形成位置，光刻所采用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(未圖示)可以與焊盤44同層，并與金屬互聯(lián)圖形442與焊盤44同時(shí)形成。刻蝕可以采用干法或者濕法刻蝕，并優(yōu)選等離子體干法刻蝕。附圖4C是刻蝕完畢后的示意圖。
[0029]上述步驟實(shí)施完畢后，實(shí)際上已經(jīng)完成了晶圓級(jí)封裝過程，獲得了既可以測(cè)試，也可以切割的完整晶圓，包括襯底晶圓40和密封帽層晶圓42，以及夾在襯底晶圓40和密封帽層晶圓42之間的結(jié)構(gòu)層41，所述結(jié)構(gòu)層41通過粘結(jié)層43粘附至襯底晶圓40，所述襯底晶圓40在朝向結(jié)構(gòu)層41的表面上設(shè)置有至少一焊盤441，在密封帽層晶圓42和結(jié)構(gòu)層41內(nèi)具有一窗口 421，所述窗口 421的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤441，從而將所述焊盤441暴露出來(lái)，用于后續(xù)的測(cè)試，窗口 421所在區(qū)域可以用于后續(xù)切割晶圓形成獨(dú)立的芯片(DIE)。
[0030]附圖4D所示，參考步驟S33，采用測(cè)試探針45接觸暴露出的所述焊盤441，以測(cè)試結(jié)構(gòu)層41中的電學(xué)器件性能。該步驟為可選的測(cè)試步驟。由于從焊盤441至結(jié)構(gòu)層41之間的電學(xué)通路已經(jīng)形成，故通過焊盤441對(duì)結(jié)構(gòu)層41中的器件施加和/或采集電學(xué)信號(hào)，即可在晶圓級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)層41中器件的測(cè)試。晶圓級(jí)測(cè)試的作用在于檢測(cè)并記錄出失效的器件，在后續(xù)封裝實(shí)施之前可以先行剔除，避免其進(jìn)入后續(xù)封裝工藝而造成不必要的浪費(fèi)。
[0031]附圖4E所示，參考步驟S34，在所述窗口 421所在位置分割所述疊層晶圓。該步驟用于形成分離的芯片(DIE)，切割要保證焊盤441不被切斷。本步驟中，由于切割是切斷全部疊層晶圓的，粉末可以迅速?gòu)南卤砻媾懦?，不?huì)殘留在焊盤441的表面。并且切割是通過窗口區(qū)域?qū)嵤┑?，不?huì)傷及其他的線路和器件。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供一疊層晶圓，所述疊層晶圓包括襯底晶圓和密封帽層晶圓，以及夾在襯底晶圓和密封帽層晶圓之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層通過粘結(jié)層粘附至襯底晶圓，所述襯底晶圓在朝向結(jié)構(gòu)層的表面上設(shè)置有至少一焊盤，所述焊盤與所述結(jié)構(gòu)層之間具有一間隙； 研磨減薄密封帽層晶圓至一目標(biāo)厚度； 在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成窗口，所述窗口的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤，從而將所述焊盤暴露出來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，所述方法還包括在所述窗口所在位置分割所述疊層晶圓的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，所述研磨減薄密封帽層晶圓的步驟進(jìn)一步是同時(shí)研磨減薄襯底晶圓和密封帽層晶圓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，進(jìn)一步是采用雙面研磨工藝同時(shí)減薄襯底晶圓和密封帽層晶圓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，在分割所述晶圓的步驟之前，進(jìn)一步包括采用測(cè)試探針接觸暴露出的所述焊盤，以測(cè)試結(jié)構(gòu)層中的電學(xué)器件性能的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)層包含有微機(jī)械器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，所述密封帽層晶圓朝向結(jié)構(gòu)層的表面具有一腔體，所述腔體用于保證結(jié)構(gòu)層中的微機(jī)械器件的可動(dòng)部分懸空。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法，其特征在于，所述在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成窗口的步驟中，進(jìn)一步是利用雙面對(duì)準(zhǔn)光刻機(jī)確定窗口的形成位置，光刻所采用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與焊盤同層，并與焊盤在同一步驟中形成。
9.一種晶圓，包括襯底晶圓和密封帽層晶圓，以及夾在襯底晶圓和密封帽層晶圓之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層通過粘結(jié)層粘附至襯底晶圓，所述襯底晶圓在朝向結(jié)構(gòu)層的表面上設(shè)置有至少一焊盤，其特征在于，在密封帽層晶圓和結(jié)構(gòu)層內(nèi)具有一窗口，所述窗口的位置對(duì)應(yīng)于所述焊盤，從而將所述焊盤暴露出來(lái)。
【文檔編號(hào)】B81B7/00GK103466541SQ201310413714
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】王宇翔, 焦繼偉 申請(qǐng)人:上海矽睿科技有限公司