專利名稱：晶片結(jié)構(gòu)的電耦合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，并且特別地涉及兩個晶片的結(jié)構(gòu)的電耦合。
背景技術(shù)：
某些半導(dǎo)體器件(例如，MEMS半導(dǎo)體器件)使用蓋晶片(cap wafer)來為MEMS器件在操作期間提供保護腔體。MEMS器件是在某些實施例中通常以半導(dǎo)體器件工藝來制造的微機電器件。MEMS器件的實例包括加速度計、傳感器、微電機和開關(guān)。在某些實例中，MEMS器件包括在操作期間移動的部件(例如，檢測質(zhì)量塊)。由于該移動，腔體被用來在允許部件移動的同時保護該部件。
腔體能夠通過在蓋晶片內(nèi)形成開口并且將蓋晶片接合至器件晶片來實現(xiàn)，其中開口覆蓋于MEMS器件之上。然后，蓋晶片和器件晶片被拆分以形成MEMS管芯。在某些實例中，有關(guān)實現(xiàn)蓋晶片的一個問題是需要與器件晶片間的良好接地耦合。在某些實例中，接地耦合通過從蓋晶片到器件晶片的導(dǎo)線接合、穿過蓋晶片到器件晶片的導(dǎo)電通路或者在蓋晶片與器件晶片之間的導(dǎo)電接合材料來實現(xiàn)。


通過參考附圖，本發(fā)明可以更好地理解，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更清楚本發(fā)明眾多的目的、特征及優(yōu)點。圖1-6給出了根據(jù)本發(fā)明的實施例在制造具有蓋晶片結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中的各個階段的視圖。除非另有說明，在不同附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來指示相同的項目。附圖并不一定按比例來繪制。例如，在附圖中所示出的結(jié)構(gòu)的寬高比可以偏移，以便更清晰地示出本發(fā)明的各方面。
具體實施例方式下面給出了關(guān)于本發(fā)明的實施方式的詳細描述。該描述是用來說明本發(fā)明的，而不應(yīng)當(dāng)被認為是對本發(fā)明的限定。如本文所述，在一種實施例中，從蓋晶片結(jié)構(gòu)到器件晶片結(jié)構(gòu)的電耦合通過以下方式來實現(xiàn)在劃線區(qū)(scribe area)內(nèi)在蓋晶片中形成到器件晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的開口并且然后在蓋晶片之上(包括在開口內(nèi)以及在開口的側(cè)壁上)形成導(dǎo)電層，其中導(dǎo)電層接觸器件晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。然后，蓋晶片和器件晶片在劃線區(qū)內(nèi)被拆分，使得在開口側(cè)壁上的導(dǎo)電材料保留，以用于使蓋晶片結(jié)構(gòu)和器件晶片結(jié)構(gòu)電耦合。圖I是所得晶片101的局部截面?zhèn)纫晥D，該所得晶片101包括以接合材料121與蓋晶片105接合的器件晶片102。在一種實施例中，接合材料121是不導(dǎo)電的玻璃粉。但是，在其他實施例中，可以使用諸如導(dǎo)電玻璃粉(例如，具有諸如鉛之類的導(dǎo)電材料)或焊料之類的其他類型的接合材料。在一種實施例中，晶片在溫度和壓力下接合在一起達一段時間，以在兩個晶片之間提供堅實的機械接合。在一種實施例中，接合是氣密性接合。器件晶片102包括位于基板103上的多個半導(dǎo)體器件(107、109、110)，該多個半導(dǎo)體器件(107、109、110)在晶片102與晶片105接合之前形成。在一種實施例中，這些器件包括由半導(dǎo)體、導(dǎo)電的和/或電介質(zhì)材料制成的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體制造工藝形成。器件107、109和110可以包括已經(jīng)被處理成形成不同結(jié)構(gòu)的多層不同的材料。在一種實施例中，器件107、109和110是多軸加速度計，而在其他實施例中，器件107、109和110可以是其他類型的MEMS器件，例如，其他類型的加速度計、傳感器、電機或開關(guān)。此外，在其他實施例中，器件107、109和110可以是其他類型的半導(dǎo)體器件，例如，集成電路、獨立器件或傳感器。在一種實施例中，器件107、109和110通過在基板103上形成和處理不同的層來形成。晶片102包括用于將器件107、109和110向外耦合至外部器件(例如，在集成電路管芯上)以將信號傳送給那些外部器件的焊盤(113和115)。焊盤113和115由導(dǎo)電材料(例如，銅、鋁、金)制成，所述導(dǎo)電材料在一種實施例中可導(dǎo)線接合。焊盤113和115分別位于多晶硅結(jié)構(gòu)114和116上并且分別與它們電接觸。在一種實施例中，基板103包括用于使半導(dǎo)體器件(107、109和110)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與焊盤支撐結(jié)構(gòu)(114和116)電耦合的多個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(沒有示出)。例如，器件107與結(jié)構(gòu)114電耦合，以及器件109與結(jié)構(gòu)116電耦合。在一種實施例中，基板103包括半導(dǎo)體材料(例如，硅)，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和電介質(zhì)結(jié)構(gòu)位于其中的層內(nèi)。在某些實施例中，半導(dǎo)體材料的某些部分被選擇性地摻雜以成為導(dǎo)電性的。但是，晶片102在其他實施例中可以具有其他配置。器件晶片102包括包含位于劃線區(qū)141和143內(nèi)的部分的劃線導(dǎo)電結(jié)構(gòu)108和112。劃線區(qū)是晶片中位于將在拆分期間分離的晶片的器件區(qū)之間的并且包括分離路徑的區(qū)域。結(jié)構(gòu)108和112由諸如多晶硅或金屬之類的導(dǎo)電材料制成。每個劃線結(jié)構(gòu)(108和112)通過位于基板103內(nèi)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(沒有示出)與(器件107、109和110中的)兩個器件電率禹合。例如，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)112與器件109和器件110電f禹合。晶片102還包括位于器件與焊盤區(qū)之間的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)124和126，用于接合蓋晶片以為器件107和109提供密封。在一種實施例中，蓋晶片105由半導(dǎo)體材料(例如，硅)制成，并且包括用于為器件晶片102的結(jié)構(gòu)形成腔體的開131、133、135和137 (例如，通過蝕刻形成的)。在一種實施例中，在晶片105貼附于晶片102之后，晶片105的頂面被磨削并被拋光以減小晶片105的厚度。在一種實施例中，晶片105被磨削至范圍為100-400 μ m的減小的厚度。但是，在其他實施例中，蓋可以被磨削至其他厚度或者可以一點也不磨削。在某些實施例中，蓋晶片105可以包括器件，例如，MEMS器件或者形成于其上的其他半導(dǎo)體器件。在一種實施例中，晶片105 不包括開口 131、133、135 和 137。圖2是所得晶片101在開口(201和203)形成于晶片105內(nèi)以使在晶片102的劃線區(qū)內(nèi)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(108和112)露出之后的局部截面?zhèn)纫晥D。在一種實施例中，使開口達到確保晶片105和接合材料121從結(jié)構(gòu)108和112之上的位置去除以使導(dǎo)電結(jié)構(gòu)露出的深度。該切割可以包括去除結(jié)構(gòu)108和112的頂部部分。在一種實施例中，開口用鋸來形成。在所示出的實施例中，開口 201和203具有80微米的寬度205和207，但是在其他實施例中可以是其他寬度。 在其他實施例中，接合材料121不會形成于開口 201和203的區(qū)域內(nèi)。在這些區(qū)域中，會存在位于蓋晶片105和劃線導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(108和112)之間的空隙。但是，在這些區(qū)域內(nèi)形成接合材料可以提供開口的平齊側(cè)壁，因為接合材料位于劃線導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(108和112)與蓋晶片105之間。平齊的側(cè)壁使得導(dǎo)電層隨后更好地形成于側(cè)壁上。在其他實施例中，開口 201和203可以通過其他方法來形成，例如，通過復(fù)齒鋸切害I] (double saw cut),通過激光或者通過蝕刻。圖3是所得晶片101在導(dǎo)電層301形成于晶片101上之后的局部截面?zhèn)纫晥D。在一種實施例中，層301由金屬(例如，銅、鋁或金)制成。在一種實施例中，層具有2微米的厚度，但是在其他實施例中可以具有其他厚度。層301被形成為在開口 201和203的側(cè)壁上具有良好的臺階覆蓋，以提供用于良好的電傳導(dǎo)的通路。在一種實施例中，層301通過金屬淀積工藝來形成，例如，化學(xué)氣相淀積工藝、物理氣相淀積工藝、電鍍工藝或其他金屬形成工藝。在一種實施例中，層301可以包括多層不同的材料。
圖4是所得晶片101在開口(401)形成于焊盤(113和115)之上以使焊盤為了后續(xù)的測試而露出之后的局部截面?zhèn)纫晥D。在一種實施例中，開口 401以復(fù)齒鋸切割來形成，但是在其他實施例中可以通過其他方法(例如，蝕刻)來形成。在形成了開口之后，晶片101經(jīng)受清潔處理(例如，灰化)以去除不想要的有機材料。然后，器件(107、109和110)使用與所露出的焊盤(113和115)接觸的測試探針來測試可操作性。圖5是所得晶片101被拆分成分離的管芯(529、521、523和527)之后的局部截面?zhèn)纫晥D。在一種實施例中，拆分通過在劃線區(qū)(141和143)內(nèi)和在焊盤(例如，114和116)之間切割晶片101來完成。在一種實施例中，晶片用鋸、激光或其他晶片切割工具來切割。在其他實施例中，拆分能夠通過在劃線區(qū)內(nèi)蝕刻晶片101來執(zhí)行。每個管芯(529、521、523和527)包括位于腔體(由開口 131、135和137形成)內(nèi)的半導(dǎo)體器件(107、109和110)。在一種實施例中，這些腔體在晶片102接合至晶片105時被氣密性地密封。在所示出的實施例中，鋸切路徑(501、503和515)具有大約為40_50微米寬的寬度(507、509和511)，但是在其他實施例中能夠是其他寬度的。這些鋸切路徑的寬度(507、509和511)小于先前形成的開口(201和203)的寬度(205和207)。因此，層301的某些部分保留于開口 201和203的側(cè)面上，以提供導(dǎo)電通路，所述導(dǎo)電通路用于使晶片105中用于每個管芯的部分與在拆分之后保留下來的其對應(yīng)的導(dǎo)電劃線結(jié)構(gòu)(108和112)電耦合。在所示出的實施例中，劃線導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(112、108)的保留部分與諸如結(jié)構(gòu)124和126之類的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)一起形成了密封環(huán)，以密封每個管芯的腔體。圖6是在拆分后的管芯523的頂視圖。在所示出的實施例中，層301覆蓋著管芯523除了由用于使焊盤115、605和607露出的開口 401形成的那部分之外的整個頂部。在所示出的實施例中，層301覆蓋著由開口(例如，201和203)形成于劃線區(qū)之上的三個側(cè)壁(541,603和601)。因此，對于所示出的實施例，存在著相對大量的將兩個晶片部分耦合在一起的導(dǎo)電材料。在其他實施例中，層301的形狀和覆蓋率可以是不同的。例如，它可以僅覆蓋蓋晶片結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的一部分或者覆蓋蓋晶片結(jié)構(gòu)的全部四個側(cè)面。此外，在層301的頂面內(nèi)可以存在用于其他外部導(dǎo)體的開口。所得管芯然后能夠進一步單獨地或者與其他集成電路管芯一起封裝(例如在密封劑中)。層301可以與封裝的接地端子電耦合。所得封裝然后能夠應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)內(nèi)。在兩個接合晶片之間提供電連接包括在劃線區(qū)內(nèi)形成開口以及然后形成覆蓋(plate)開口的導(dǎo)電層，與其他常規(guī)的技術(shù)相比，這可以提供兩個晶片之間更高效及更可靠的電耦合。因為這兩個晶片的電耦合由導(dǎo)電層來實現(xiàn)，所以晶片接合材料121能夠針對其接合性質(zhì)來選擇，而與其導(dǎo)電性質(zhì)無關(guān)。此外,通過此類實施例,對于兩個晶片之間的接地稱合(ground coupling),不需要導(dǎo)線接合。這還可以降低后續(xù)封裝的總高度，因為蓋晶片接地導(dǎo)線接合通常被制作于蓋晶片的頂表面。而且，在相對大的開口的側(cè)壁上形成導(dǎo)電層在技術(shù)上比在蓋晶片內(nèi)形成穿過相對小的開口的導(dǎo)電通路更容易。此外，因為層301能夠被配置用于覆蓋劃線區(qū)中包圍著管芯的大部分(例如，圖6所示的3個側(cè)面)，所以內(nèi)部的器件區(qū)不需要導(dǎo)線接合或通路形成。而且，將需要多個導(dǎo)線接合和導(dǎo)電通路來獲得數(shù)量與位于蓋晶片結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的導(dǎo)電材料相同的導(dǎo)電材料，以使晶片電耦合。在其他實施例中，初始劃線開口(201和203)能夠從器件晶片102的底部來制作，以使蓋晶片105的導(dǎo)電表面露出。導(dǎo)電層301然后被形成于器件晶片102的底面上，并且 在開口內(nèi)擴展以接觸蓋晶片105的裸露導(dǎo)電表面。通過該實施例，器件晶片102的底部在晶片接合之后可以被向下磨削以減小厚度。本發(fā)明的一種實施例包括一種用于使第一晶片與第二晶片電稱合的方法。該方法包括使第一晶片與第二晶片接合，在第一晶片中在第二晶片的劃線區(qū)中形成開口以使第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面露出，以及形成覆蓋于第一晶片及第一晶片內(nèi)的開口之上的導(dǎo)電層，使得導(dǎo)電層與第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成電接觸，從而使第一晶片與第二晶片電耦合。另一種實施例包括一種用于使蓋晶片與器件晶片電耦合的方法。該方法包括使用接合材料來使蓋晶片與器件晶片接合。器件晶片包括基板。該方法包括在蓋晶片以及器件晶片的劃線區(qū)內(nèi)的接合材料中形成開口，以使器件晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面露出。形成穿過蓋晶片和接合材料的開口包括鋸切穿過蓋晶片以及器件晶片的劃線區(qū)內(nèi)的接合材料。該方法包括形成覆蓋于蓋晶片及蓋晶片內(nèi)的開口之上的導(dǎo)電層，使得導(dǎo)電層與器件晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成電接觸，從而使蓋晶片與器件晶片電耦合。另一種實施例包括一種用于使第一晶片與第二晶片電稱合的方法。該方法包括使用接合材料來使第一晶片與第二晶片接合，在第一晶片以及第二晶片的劃線區(qū)內(nèi)的接合材料中形成開口以使第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面露出，以及形成覆蓋于第一晶片及第一晶片內(nèi)的開口之上的導(dǎo)電層，使得導(dǎo)電層與第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成電接觸，從而使第一晶片與第二晶片電耦合。該方法包括將所接合的晶片分離成多個管芯。該分離包括去除第二晶片的分離路徑的材料，該分離路徑具有第一寬度。開口具有第二寬度，以及第一寬度和第二寬度被選擇成使得導(dǎo)電層的至少一部分保留于分離的管芯的至少一個側(cè)壁上，并從而提供第一晶片與第二晶片之間的電耦合。雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的特定實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，基于本文的教導(dǎo)，在不脫離本發(fā)明及其更寬泛的方面的情況下可以進行進一步的改變和修改，因而，所附的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)包含于屬于本發(fā)明的真正精神和范圍的所有改變和修改的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于使第一晶片與第二晶片電耦合的方法，所述方法包括 使所述第一晶片與所述第二晶片接合； 在所述第一晶片中在所述第二晶片的劃線區(qū)內(nèi)形成開口以使得所述二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面露出；以及 形成覆蓋于所述第一晶片及所述第一晶片中的所述開口之上的導(dǎo)電層，使得所述導(dǎo)電層與所述第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成電接觸，從而使所述第一晶片與所述第二晶片電耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第二晶片包括多個焊盤，以及所述方法還包括在所述第一晶片內(nèi)形成所述開口之后在所述第一晶片內(nèi)形成第二開口，以使所述多個焊盤露出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成穿過所述第一晶片的所述開口包括在所述第二晶片的所述劃線區(qū)內(nèi)鋸切穿過所述第一晶片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使所述第一晶片與所述第二晶片接合包括使用接合材料來使所述第一晶片與所述第二晶片接合，其中形成所述開口包括在所述接合材料中形成開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第二晶片包含至少一個微機電系統(tǒng)(MEMS)器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括鋸切穿過所述第二晶片以將所接合的第一和第二晶片分離成多個管芯，其中所述鋸切包括在所述劃線區(qū)內(nèi)鋸切穿過鋸切路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括將所接合的第一和第二晶片分離成多個管芯，其中所述分離包括去除所述第二晶片的分離路徑的材料，所述分離路徑具有第一寬度，其中所述開口具有第二寬度，以及其中所述第一寬度和所述第二寬度被選擇成使得所述導(dǎo)電層的至少一部分保留在所分離的管芯的至少一個側(cè)壁上，從而提供所述第一晶片與所述第二晶片之間的電耦合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二寬度比所述第一寬度寬。
9.一種用于使蓋晶片與器件晶片電耦合的方法，所述方法包括 使用接合材料來使所述蓋晶片與所述器件晶片接合，其中所述器件晶片包括基板； 在所述蓋晶片以及所述器件晶片的劃線區(qū)內(nèi)的所述接合材料中形成開口，以使所述器件晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面露出，其中形成穿過所述蓋晶片和所述接合材料的開口包括鋸切穿過所述蓋晶片以及所述器件晶片的所述劃線區(qū)內(nèi)的接合材料；以及 形成覆蓋于所述蓋晶片及所述蓋晶片內(nèi)的所述開口之上的導(dǎo)電層，使得所述導(dǎo)電層與所述器件晶片的所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成電接觸，從而使所述蓋晶片與所述器件晶片電耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述器件晶片包括多個焊盤，以及所述方法還包括在所述蓋晶片內(nèi)形成所述開口之后在所述蓋晶片內(nèi)形成第二開口，以使所述多個焊盤露出。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述器件晶片包含至少一個微機電系統(tǒng)(MEMS)器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括鋸切穿過所述器件晶片以將所接合的晶片分離成多個管芯，以及其中所述多個管芯中的每一個都包含至少一個微機電系統(tǒng)(MEMS)器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括將所接合的晶片分離成多個管芯，其中所述分離包括去除在所述劃線區(qū)內(nèi)的所述器件晶片的分離路徑的材料，所述分離路徑具有第一寬度，其中所述開口具有第二寬度，以及其中所述第一寬度和所述第二寬度被選擇成使得所述導(dǎo)電層的至少一部分保留于所分離的管芯的至少一個側(cè)壁上，由此繼續(xù)提供所述蓋晶片與所述器件晶片之間的電耦合。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述接合材料是非導(dǎo)電的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述非導(dǎo)電的接合材料是玻璃粉。
16.一種用于使第一晶片與第二晶片電耦合的方法，所述方法包括 使用接合材料來使所述第一晶片與所述第二晶片接合，以形成接合的晶片； 在所述第一晶片以及所述第二晶片的劃線區(qū)內(nèi)的接合材料中形成開口以使所述第二 晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面露出； 形成覆蓋于所述第一晶片及所述第一晶片內(nèi)的所述開口之上的導(dǎo)電層，使得所述導(dǎo)電層與所述第二晶片的所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成電接觸，從而使所述第一晶片與所述第二晶片電耦合；以及 將接合的晶片分離成多個管芯，其中所述分離包括去除所述第二晶片的分離路徑的材料，所述分離路徑具有第一寬度，其中所述開口具有第二寬度，以及其中所述第一寬度和所述第二寬度被選擇成使得所述導(dǎo)電層的至少一部分保留于所分離的管芯的至少一個側(cè)壁上，從而提供所述第一晶片與所述第二晶片之間的電耦合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二晶片包括多個焊盤，以及所述方法還包括在所述第一晶片內(nèi)形成所述開口之后在所述第一晶片內(nèi)形成第二開口，以使所述多個焊盤露出。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個管芯中的每一個都包括由所述第一晶片的結(jié)構(gòu)的表面和所述第二晶片的結(jié)構(gòu)的表面界定的腔體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二晶片包含多個微機電系統(tǒng)(MEMS)器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述接合材料是非導(dǎo)電的玻璃粉。
全文摘要
提供了一種用于使第一晶片(105)與第二晶片(103)電耦合的方法。該方法包括使用接合材料(121)來使第一晶片與第二晶片接合。該方法還包括在第一晶片中在第二晶片的劃線區(qū)(141或143)內(nèi)形成開口(201或203)以使第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(108或112)的表面露出。該方法還包括形成覆蓋于第一晶片及第一晶片內(nèi)的開口之上的導(dǎo)電層，使得導(dǎo)電層與第二晶片的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(108或112)形成電接觸，從而使第一晶片與第二晶片電耦合。
文檔編號H01L21/50GK102656673SQ201080056932
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者A·J·馬格納斯, L·H·卡爾林, 劉連軍 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司