本發(fā)明屬于芯片晶圓級封裝，特別是涉及一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在集成電路芯片生產(chǎn)過程中，芯片封裝是十分重要的環(huán)節(jié)。由于芯片上的特征尺寸非常微小，金屬觸點(diǎn)難以直接與電路板上的導(dǎo)線連接，需要通過封裝技術(shù)將芯片上的觸點(diǎn)與電路板之間建立連接。此外，在實(shí)際使用時，芯片一般需要進(jìn)行保護(hù)，以防止意外碰損。傳統(tǒng)的芯片封裝是將預(yù)先加工并分割好的單個芯片固定在封裝管殼內(nèi)，通過引線鍵合技術(shù)將芯片上的觸點(diǎn)與封裝管殼上的電引腳連接，最后灌入絕緣封裝材料或加蓋板密封。隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，晶圓級封裝(wafer?lever?packaging，wlp)被開發(fā)出來用于提高集成度和降低芯片制造成本，該技術(shù)是對整片晶圓進(jìn)行封裝測試后再切割得到單個成品芯片的技術(shù)，封裝后的芯片尺寸與裸片幾乎一致。與傳統(tǒng)的管殼級封裝相比，晶圓級封裝的芯片體積更小，制造成本更低，也更適合應(yīng)用于小型移動應(yīng)用或高集成度系統(tǒng)之中。

2、近年，微機(jī)電系統(tǒng)(mico-electro-mechanical?systems，mems)已經(jīng)在各種領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。微機(jī)電系統(tǒng)芯片上加工有微米級的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電極，可以實(shí)現(xiàn)物理、聲、光、磁力等信號的傳輸或感測，并由此制成各種各樣的傳感器和驅(qū)動器，例如壓力計、加速度計、陀螺儀、麥克風(fēng)、微鏡、磁力計、溫度傳感器等。微機(jī)電系統(tǒng)芯片的封裝技術(shù)借鑒了許多上述集成電路芯片的封裝技術(shù)，并且再次基礎(chǔ)上額外提出了更多的要求。由于微機(jī)電元件十分脆弱，容易受外部污染物或顆粒等損害，一般都需要加帶腔體的蓋板密封進(jìn)行保護(hù)。晶圓級封裝技術(shù)也適合用于微機(jī)電系統(tǒng)芯片封裝，一般先通過帶腔體的蓋板晶圓與微機(jī)電系統(tǒng)晶圓的鍵合，達(dá)到晶圓級密封的要求，同時保持蓋板晶圓與微機(jī)電系統(tǒng)晶圓之間的物理空間。目前，mems產(chǎn)品多是以二維方式形成腔體，無法制作多重的三維堆疊腔體，而要實(shí)現(xiàn)三維堆疊腔體，需要使用單die的加工工藝，這樣的工藝方法步驟復(fù)雜、成本昂貴且散熱較差，另外在鍵合過程中易碎裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用單die加工工藝制備晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)存在工藝方法步驟復(fù)雜、成本昂貴、易碎裂及散熱較差等的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括：

3、提供預(yù)設(shè)厚度的金屬晶圓；

4、于所述金屬晶圓上依次制備n級盲腔，n≥2，其中，n級所述盲腔依次嵌套且深度依次增大，相鄰兩依次嵌套的所述盲腔之間形成有隔離墻，所述隔離墻包括具有底面的環(huán)形隔離墻及條形連接脊，所述條形連接脊的兩端分別與相鄰的兩所述環(huán)形隔離墻的底面連接；

5、提供表面形成有鍵合金屬層的芯片晶圓，并將所述芯片晶圓上的所述鍵合金屬層與所述金屬晶圓鍵合，以使n級所述盲腔與所述芯片晶圓之間形成n個真空腔體。

6、可選地，采用機(jī)械加工工藝依次形成n級所述盲腔。

7、進(jìn)一步地，所述機(jī)械加工工藝為激光刻蝕。

8、可選地，采用金屬間熔融鍵合的方式將所述鍵合金屬層與所述金屬晶圓鍵合。

9、可選地，所述金屬晶圓上還形成有多個預(yù)留空腔，該預(yù)留空腔作為后續(xù)形成的獨(dú)立的封裝體的電路引出腔。

10、進(jìn)一步地，所述預(yù)留空腔在形成n級所述盲腔的任意一級所述盲腔時制備形成。

11、本發(fā)明還提供一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)，可以采用上述任意一項(xiàng)所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法制備得到，所述封裝結(jié)構(gòu)包括：相互鍵合的金屬晶圓及芯片晶圓；

12、所述芯片晶圓表面形成有鍵合金屬層；

13、所述金屬晶圓表面形成有n級盲腔，n≥2，其中n級所述盲腔依次嵌套且深度依次增大，相鄰兩依次嵌套的所述盲腔之間形成有隔離墻，所述隔離墻包括具有底面的環(huán)形隔離墻及條形連接脊，所述條形連接脊的兩端分別與相鄰的兩所述環(huán)形隔離墻的底面連接；

14、所述金屬晶圓與所述芯片晶圓通過所述鍵合金屬層鍵合，并在n級所述盲腔與所述芯片晶圓之間形成n個真空腔體。

15、可選地，所述芯片晶圓為微機(jī)電系統(tǒng)芯片晶圓。

16、可選地，所有所述條形連接脊的位置相同，寬度也相同；且所述條形連接脊的橫向表面積為最內(nèi)側(cè)所述環(huán)形隔離墻的橫向表面積的20％以下。

17、可選地，所述金屬晶圓的材料為可伐合金。

18、如上所述，本發(fā)明的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，以金屬材料作為蓋板晶圓，可直接刻蝕形成盲腔，避免了真空刻蝕機(jī)臺的使用，金屬本身就可以作為鍵合材料，避免了在蓋板晶圓上制備鍵合金屬層的過程，有效降低工藝復(fù)雜度及制造成本；另外，所需的n級盲腔制備于同一金屬晶圓上，每一級的盲腔都是直接對同一金屬晶圓刻蝕形成，進(jìn)一步降低工藝復(fù)雜度；再者，金屬具有較佳的導(dǎo)電屬性且具有較小的熱膨脹系數(shù)和較好的力學(xué)強(qiáng)度，導(dǎo)電性能使其具有較強(qiáng)的電磁屏蔽效應(yīng)，較小的熱膨脹系數(shù)使其在后續(xù)加工過程中不易變形，較好的力學(xué)強(qiáng)度可使其在后續(xù)的工藝過程中不易損壞，提高產(chǎn)品良率；最后，本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)多層腔體堆疊的過程中采用的隔離墻結(jié)構(gòu)，可對堆疊腔體結(jié)構(gòu)起到良好的支撐效果，條形連接脊還能提高對內(nèi)層腔體的散熱強(qiáng)度，并使堆疊腔體在垂直方向保持能量的疊加交互，起到加強(qiáng)能量波的信號，以及形成更加復(fù)雜的能量波形的效果。

技術(shù)特征：

1.一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：采用機(jī)械加工工藝依次形成n級所述盲腔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述機(jī)械加工工藝為激光刻蝕。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：采用金屬間熔融鍵合的方式將所述鍵合金屬層與所述金屬晶圓鍵合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述金屬晶圓上還形成有多個預(yù)留空腔，該預(yù)留空腔作為后續(xù)形成的獨(dú)立的封裝體的電路引出腔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述預(yù)留空腔在形成n級所述盲腔的任意一級所述盲腔時制備形成。

7.一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)包括：相互鍵合的金屬晶圓及芯片晶圓；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述芯片晶圓為微機(jī)電系統(tǒng)芯片晶圓。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所有所述條形連接脊的位置相同，寬度也相同；且所述條形連接脊的橫向表面積為最內(nèi)側(cè)所述環(huán)形隔離墻的橫向表面積的20％以下。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述金屬晶圓的材料為可伐合金。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種晶圓級多層腔體堆疊的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，以金屬材料作為蓋板晶圓，可直接刻蝕形成盲腔，避免真空刻蝕機(jī)臺的使用，同時可以作為鍵合材料，避免在蓋板晶圓上制備鍵合金屬層的過程，所需的N級盲腔的每一級都是直接對同一金屬晶圓刻蝕形成，有效降低工藝復(fù)雜度；另外金屬具有較佳的導(dǎo)電屬性、較小的熱膨脹系數(shù)和較好的力學(xué)強(qiáng)度，使其具有較強(qiáng)的電磁屏蔽效應(yīng)，且在后續(xù)加工過程中不易變形、損壞，提高產(chǎn)品良率；最后，采用隔離墻結(jié)構(gòu)，可對堆疊腔體結(jié)構(gòu)起到良好的支撐效果，條形連接脊還能提高對內(nèi)層腔體的散熱強(qiáng)度，并使堆疊腔體在垂直方向保持能量的疊加交互，起到加強(qiáng)能量波的信號，以及形成更加復(fù)雜的能量波形的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：肖克來提
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31