本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)封裝蓋帽及其制作方法。

背景技術(shù)：

晶圓級(jí)封裝(WLP，Wafer Level Packaging)，是一種在芯片從晶圓上切割下來(lái)之前，即在晶圓上被批量封裝的技術(shù)。此技術(shù)最早出現(xiàn)于大規(guī)模集成電路的封裝應(yīng)用，隨后在CIS(CMOS Image Sensor)成像芯片上大獲成功，并快速拓展到各類傳感器芯片的封裝應(yīng)用中。

在傳感器的晶圓級(jí)封裝技術(shù)中，多以蓋帽結(jié)構(gòu)將較為脆弱的敏感結(jié)構(gòu)保護(hù)起來(lái)。因此，蓋帽都具有一定深度的凹腔結(jié)構(gòu)，以便容納待保護(hù)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)今，凹腔的制作通常以刻蝕方式形成，而由于現(xiàn)有工藝的限制，很難在已經(jīng)刻蝕形成的凹腔內(nèi)再加工微納尺度的結(jié)構(gòu)，因此，無(wú)法滿足一些特殊傳感器件的需求。

為了能在傳感器件所對(duì)應(yīng)區(qū)域的上方、蓋帽的正反兩面都加工上所需的微納結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有兩種解決方案，第一種是：先在蓋帽晶圓所對(duì)應(yīng)的正反區(qū)域加工所需微納結(jié)構(gòu)，再在蓋帽晶圓上采用電鑄的方式加工具有一定厚度的鍵合材料形成所需空腔。此方法電鑄的效率低，成本高昂，而且所加工出的腔體在后續(xù)的晶圓級(jí)鍵合封裝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)受壓倒塌或擴(kuò)展現(xiàn)象，可靠性差。

另一種方法是：直接在傳感器晶圓上鍵合一層帶所謂框架層晶圓，即在傳感器區(qū)域?yàn)殡p面串通的窗口型結(jié)構(gòu)，再在框架層上鍵合封裝上具有雙面微納結(jié)構(gòu)的蓋帽晶圓。該方法中，由于框架層晶圓需要保持足夠強(qiáng)度，框架層的厚度無(wú)法做到比較薄，限制了其間的空腔大小以及器件的整體尺寸，此外，工藝需要多次鍵合對(duì)準(zhǔn)，造成微納結(jié)構(gòu)偏差較大，性能受損。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于至少克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷之一，提供一種晶圓級(jí)封裝蓋帽及其制作方法，工藝簡(jiǎn)單且易于集成。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種晶圓級(jí)封裝蓋帽的制作方法，包括：提供第一晶片，第一晶片具有相對(duì)的第一表面和第二表面；在第一表面上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第一結(jié)構(gòu)，并覆蓋第一鍵合層；在第二表面上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二結(jié)構(gòu)；在第一鍵合層上鍵合第三晶片，并第三晶片減薄至預(yù)定厚度；在第一結(jié)構(gòu)周圍的第三晶片上形成第一鍵合環(huán)；刻蝕第三晶片，在第一鍵合環(huán)下形成框架，并去除覆蓋第一結(jié)構(gòu)的第一鍵合層。

可選的，還包括步驟：

提供第二晶片，第二晶片上形成有器件結(jié)構(gòu)，器件結(jié)構(gòu)周圍形成有第二鍵合環(huán)；

進(jìn)行第一鍵合環(huán)和第二鍵合環(huán)的鍵合。

可選的，所述第一鍵合環(huán)和第二鍵合環(huán)為金屬鍵合材料。

可選的，所述第一晶片和第三晶片為硅晶片，第一鍵合層為氧化硅。

此外，本發(fā)明還提供了一種晶圓級(jí)封裝蓋帽，包括：

第一晶片，第一晶片具有相對(duì)的第一表面和第二表面；

第一表面上形成有與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第一結(jié)構(gòu)；

第二表面上形成有與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二結(jié)構(gòu)；

第一結(jié)構(gòu)周圍的第一表面上的框架，框架與第一表面之間形成有第一鍵合層；

在所述框架上的第一鍵合環(huán)。

可選的，還包括：

第二晶片，第二晶片上形成有器件結(jié)構(gòu)，器件結(jié)構(gòu)的周圍形成有第二鍵合環(huán)，第二鍵合環(huán)與第一鍵合環(huán)鍵合連接。

可選的，所述第一鍵合環(huán)和第二鍵合環(huán)為金屬鍵合材料。

可選的，第一晶片為硅晶片，第一鍵合層為氧化硅，框架為硅。

本發(fā)明實(shí)施例提供的晶圓級(jí)封裝蓋帽及其制作方法，在第一晶片上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)之后，通過(guò)鍵合層鍵合另一第三晶片，并通過(guò)第三晶片來(lái)形成框架及鍵合環(huán)，這樣，減少第一晶片與第二晶片上對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的鍵合次數(shù)，工藝簡(jiǎn)單且易于集成，避免多次鍵合過(guò)程中造成的對(duì)準(zhǔn)精度降低的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶圓級(jí)封裝蓋帽的制作方法的流程圖；

圖2-圖12為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造晶圓級(jí)封裝蓋帽的各個(gè)制造過(guò)程中的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。

本發(fā)明提供了一種晶圓級(jí)封裝蓋帽的制作方法，包括：提供第一晶片，第一晶片具有相對(duì)的第一表面和第二表面；在第一表面上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第一結(jié)構(gòu)，并覆蓋第一鍵合層；在第二表面上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二結(jié)構(gòu)；在第一鍵合層上鍵合第三晶片， 并第三晶片減薄至預(yù)定厚度；在第一結(jié)構(gòu)周圍的第三晶片上形成第一鍵合環(huán)；刻蝕第三晶片，在第一鍵合環(huán)下形成框架，并去除覆蓋第一結(jié)構(gòu)的第一鍵合層。

在本發(fā)明中，在第一晶片上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)之后，通過(guò)鍵合層鍵合另一第三晶片，并通過(guò)第三晶片來(lái)形成框架及鍵合環(huán)，這樣，減少第一晶片與第二晶片上對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的鍵合次數(shù)，工藝簡(jiǎn)單且易于集成，避免多次鍵合過(guò)程中造成的對(duì)準(zhǔn)精度降低的問(wèn)題。

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果，以下將結(jié)合流程圖圖1對(duì)具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

首先，提供第一晶片100，第一晶片100具有相對(duì)的第一表面1001和第二表面1002，參考圖2所示。

在本發(fā)明中，第一晶片100為用于形成蓋帽的晶片，晶片即晶圓(wafer)，該第一晶片形成蓋帽后與第二晶片鍵合，第二晶片上形成有器件結(jié)構(gòu)，該第一晶片同時(shí)用于形成于第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。其中，第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)例如可以為光學(xué)傳感器，第一晶片上對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)例如為雙面透鏡結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣光柵結(jié)構(gòu)以及波帶片衍射光柵結(jié)構(gòu)等，第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)還可以為其他任何需要蓋帽封裝的器件類型，第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)可以為任何與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)區(qū)域上方形成的微納結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一晶片100可以為半導(dǎo)體襯底，可以為Si襯底、Ge襯底、SiGe襯底，也可為玻璃、石英等透明材料。在其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底還可以為包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體的襯底，例如GaAs、InP或SiC等，還可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如Si/SiGe等，還可以其他外延結(jié)構(gòu)，例如SGOI(絕緣體上鍺硅)等。

在本實(shí)施例中，第一晶片100為體硅襯底，第一晶片100具有兩個(gè)相對(duì)的表面第一表面1001和第二表面1002，該兩個(gè)表面一側(cè)的襯底分別用于形成與器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

接著，在步驟S02，在第一表面1001上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第一結(jié)構(gòu)110，并覆蓋第一鍵合層102，以及在第二表面1002上形成與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二結(jié)構(gòu)120，參考圖5所示。

在本發(fā)明中，該第一晶片100的兩個(gè)表面上形成了與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)為光學(xué)傳感器件，第一晶片100的第一表面1001上的第一結(jié)構(gòu)110為點(diǎn)陣光柵，該第一結(jié)構(gòu)110可以形成在第一表面之上，也可以形成在第一表面一側(cè)的襯底中，第一晶片100的第二表面1002上的第二結(jié)構(gòu)120為點(diǎn)陣光柵，該第二結(jié)構(gòu)120可以形成在第二表面之上，也可以形成在第二表面一側(cè)的襯底中。具體的，首先，如圖2所示，可以通過(guò)干法刻蝕方法形成第一結(jié)構(gòu)。形成第一結(jié)構(gòu)110之后，如圖3所示，可以進(jìn)行第一鍵合層102的淀積，該第一鍵合層102可以為氧化物層，如氧化硅，用于與第三晶片的鍵合，同時(shí)，作為后續(xù)刻蝕步驟中的刻蝕停止層。

接著，可以通過(guò)干法刻蝕方法形成第二結(jié)構(gòu)120，如圖4所示。

而后，在完成第一晶片的兩個(gè)表面上分別形成與器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行平坦化工藝，例如采用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)，將第一鍵合層102進(jìn)行平坦化，如圖5所示，平坦化后的第一鍵合層102的厚度可以為0.2～10um。

在該實(shí)施例中，對(duì)以上第一結(jié)構(gòu)、第一鍵合層和第二結(jié)構(gòu)的形成步驟的順序并不做特別的限定，也可以先形成第二結(jié)構(gòu)，而后再形成第一結(jié)構(gòu)及第一結(jié)構(gòu)上覆蓋的第一鍵合層；或者，先形成第一結(jié)構(gòu)，而后淀積第一鍵合層并進(jìn)行平坦化，而后，形成第二結(jié)構(gòu)。

而后，在步驟S03，在第一鍵合層102上鍵合第三晶片300，并將第三晶片300減薄至預(yù)定，其厚度可以為5～500um，參考圖7所示。

該第三晶片300用于形成容納第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)的框架。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第三晶片300可以為半導(dǎo)體襯底，可以為Si襯底、Ge襯底、SiGe襯底、SOI(絕緣體上硅，Silicon On Insulator)或GOI(絕緣體上鍺，Germanium On Insulator)等。在其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底還可以為包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體的襯底，例如GaAs、InP或SiC等，還可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如Si/SiGe等，還可以其他外延結(jié)構(gòu)，例如SGOI(絕緣體上鍺硅)等。

在本實(shí)施例中，所述第三晶片300為體硅襯底，具有與第一晶片100相同的尺寸，通過(guò)擴(kuò)散鍵合的方式與第一晶片上的第一鍵合層102粘結(jié)，實(shí)現(xiàn)第一 晶片100與第三晶片300的鍵合，如圖6所示。在鍵合之后，將第三晶片300減薄至所需的厚度，可以采用機(jī)械減薄與化學(xué)腐蝕相結(jié)合的方式將第三晶片減薄至所需的厚度，如圖7所示，所需的厚度由與其封裝的第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)的高度來(lái)確定。

接著，在步驟S04，在第一結(jié)構(gòu)110周圍的第三晶片300上形成第一鍵合環(huán)310，參考圖8所示。

該第一鍵合環(huán)310為用于與第二晶片鍵合的鍵合層，可以通過(guò)淀積合適的鍵合材料，而后進(jìn)行圖案化來(lái)形成該第一鍵合環(huán)310，如圖8所示。在本實(shí)施例中，所述第一鍵合環(huán)310的材料為金屬鍵合材料，例如為Au-Au、Au-Sn、Au-In、Cu-Cu、Cu-Sn、Al-Ge等或他們的組合。

而后，在步驟S05，刻蝕第三晶片，在第一鍵合環(huán)310下形成框架320，并去除覆蓋第一結(jié)構(gòu)110的第一鍵合層102，參考圖10所示。

可以通過(guò)濕法或干法刻蝕將第一結(jié)構(gòu)上方，即與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)區(qū)域的第三晶片去除，從而形成框架320，該框架320內(nèi)的區(qū)域形成容置空間，用于容納第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)。而后，可以通過(guò)濕法或干法刻蝕將第一結(jié)構(gòu)上方，即與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)區(qū)域的第一鍵合層102去除，暴露出第一結(jié)構(gòu)110，如圖10所示。

至此，形成了晶圓級(jí)封裝蓋帽，該結(jié)構(gòu)用于進(jìn)一步與形成有器件結(jié)構(gòu)的第二晶片進(jìn)行鍵合。

具體的，首先，提供第二晶片200，第二晶片200上形成有器件結(jié)構(gòu)220，器件結(jié)構(gòu)220周圍形成有第二鍵合環(huán)210，參考圖11所示。

在本發(fā)明中，第二晶片200是用于形成器件結(jié)構(gòu)220的晶片，第二晶片200可以為半導(dǎo)體襯底，可以為Si襯底、Ge襯底、SiGe襯底、SOI(絕緣體上硅，Silicon On Insulator)或GOI(絕緣體上鍺，Germanium On Insulator)等。在其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底還可以為包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體的襯底，例如GaAs、InP或SiC等，還可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如Si/SiGe等，還可以其他外延結(jié)構(gòu)，例如SGOI(絕緣體上鍺硅)等。

在本實(shí)施例中，第二晶片200為體硅襯底，按照傳統(tǒng)的方法，如濺射、蒸發(fā)或電鍍等，在第二晶片上形成有第二鍵合環(huán)210，以及第二鍵合環(huán)內(nèi)的器件 結(jié)構(gòu)220，該器件結(jié)構(gòu)為光學(xué)傳感器件，所述第二鍵合環(huán)210為與第一鍵合環(huán)310相對(duì)應(yīng)的鍵合環(huán)，即位置對(duì)應(yīng)、材料為可相互鍵合的材料，第二鍵合環(huán)的材料也為金屬鍵合材料，例如為Au-Au、Au-Sn、Au-In、Cu-Cu、Cu-Sn、Al-Ge等或他們的組合。

而后，進(jìn)行第一鍵合環(huán)310和第二鍵合環(huán)210的鍵合，參考圖12所示。

如圖11所示，將第一鍵合環(huán)310所在表面朝向第二鍵合環(huán)210所在表面，根據(jù)需要，在真空或高度氣密工作條件下，進(jìn)行第一鍵合環(huán)310和第二鍵合環(huán)210的焊接鍵合，從而實(shí)現(xiàn)第一晶片的蓋帽與第二晶片的封裝，如圖12所示。

至此，完成了第一晶片的晶圓級(jí)封裝蓋帽與第二晶片的器件結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)封裝。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的晶圓級(jí)封裝蓋帽的制作方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此外，本發(fā)明還提供了上述方法形成的晶圓級(jí)封裝蓋帽，參考圖12所示，包括：

第一晶片100，第一晶片100具有相對(duì)的第一表面1001和第二表面1002；

第一表面1001上形成有與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第一結(jié)構(gòu)110；

第二表面1002上形成有與第二晶片上的器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二結(jié)構(gòu)210；

第一結(jié)構(gòu)110周圍的第一表面上的框架320，框架320與第一表面1001之間形成有第一鍵合層102；

在所述框架320上的第一鍵合環(huán)310。

進(jìn)一步的，該晶圓級(jí)封裝蓋帽的結(jié)構(gòu)已與形成有器件結(jié)構(gòu)的第二晶片鍵合，進(jìn)一步包括：第二晶片200，第二晶片200上形成有器件結(jié)構(gòu)220，器件結(jié)構(gòu)220的周圍形成有第二鍵合環(huán)210，第二鍵合環(huán)210與第一鍵合環(huán)310鍵合連接。

其中，所述第一鍵合環(huán)和第二鍵合環(huán)為金屬鍵合材料，第一晶片為硅晶片，第一鍵合層為氧化硅，框架為硅。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上 的限制。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于結(jié)構(gòu)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。