一种用于晶圆级封装的密闭结构及其制造方法技术

本申请公开了一种用于晶圆级封装的密闭结构，在基底晶圆上制造半导体器件，并在基底晶圆上的各个半导体器件外围以光刻胶形成环形的墙体，还在墙体上方接合有光刻胶或玻璃材质的屋顶，所述基底晶圆、墙体和屋顶构成密闭结构将各个半导体器件包围在内。与现有的用于晶圆级封装的密闭结构相比，本申请仅使用一片晶圆作为一个底面，以光刻胶作为侧壁，以光刻胶或玻璃作为另一个底面来构成密闭结构，这将显著地减小封装后的体积，并能降低封装成本。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种半导体器件的晶圆级封装技术。
技术介绍
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。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)。第4步，请参阅图1d，采用光刻和刻蚀工艺在盖帽晶圆3的连接凸起4b的位置刻蚀通孔。如果连接凸起4b处的键合材料5为导电材料，则通孔底部在键合材料5的上表面或更低位置。如果连接凸起4b处的键合材料5为绝缘材料，则通孔底部在半导体器件2的焊垫上。然后在通孔中形成接触孔电极6，例如采用钨塞。接触孔电极6与半导体器件2的焊垫之间形成电学连接。第5步，请参阅图1e，采用金属化工艺在盖帽晶圆3上方(此时盖帽晶圆3为倒置)形成与接触孔电极6具有电性连接的焊垫凸起7。第6步，请参阅图1f，对基底晶圆1和盖帽晶圆3进行切割以得到各个半导体器件芯片，每颗芯片包括连为一体的基底芯片单元1a和盖帽芯片单元3a。第7步，请参阅图1g，封装基板8上具有焊垫或焊垫凸起9，采用粘合剂10将基底芯片单元1a的底面粘合到封装基板8上。粘合剂10例如为环氧树脂、金属(此时为共晶焊)、玻璃焊料等。第8步，请参阅图1h，采用金属线11连接盖帽芯片单元3a上的焊垫凸起7和封装基板8上的焊垫或焊垫凸起9。例如采用引线键合工艺，包括热压键合、超声键合、热超声球键合等。第9步，请参阅图1，采用封装材料12将封装基板8上的各部分予以封装，然后再对封装基板8进行切割以得到各个封装好的半导体器件芯片。常用的封装材料12包括塑料、陶瓷等。上述用于晶圆级封装的密闭结构及其制造方法是采用两片晶圆键合的方式实现对半导体器件的密闭保护，并且在晶圆键合之前还需要在盖帽晶圆上刻蚀以形成腔体，同时采用硅通孔(TSV，ThroughSiliconVia)手段将半导体器件的输入输出焊垫引出来。无论是晶圆刻蚀、晶圆键合、硅通孔技术、引线键合都面临着成本高、工艺周期耗时长的问题。某些MEMS器件和/或IC器件受限于上述工艺技术，还面临着良品率低、体积大的问题。除了上述用于晶圆级封装的密闭结构及其制造方法，还有一些技术文献公开了其他用于晶圆级封装的密闭结构及其制造方法。公开号为CN1463911A、公开日为2003年12月31日的中国专利技术专利申请公开了一种微机电元件的晶圆级封装装置，并提供了两个实施例。在第一实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于晶圆级封装的密闭结构，其特征是，在基底晶圆上制造半导体器件，并在基底晶圆上的各个半导体器件外围以光刻胶形成环形的墙体，还在墙体上方接合有光刻胶或玻璃材质的屋顶，所述基底晶圆、墙体和屋顶构成密闭结构将各个半导体器件包围在内。

【技术特征摘要】
1.一种用于晶圆级封装的密闭结构，其特征是，在基底晶圆上制造半导体器件，并在
基底晶圆上的各个半导体器件外围以光刻胶形成环形的墙体，还在墙体上方接合有光刻胶或
玻璃材质的屋顶，所述基底晶圆、墙体和屋顶构成密闭结构将各个半导体器件包围在内。
2.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的密闭结构，其特征是，所述密闭结构具有
气密性，内部为真空或者填充气体。
3.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的密闭结构，其特征是，所述基底晶圆切割
后得到基底芯片单元，基底芯片单元倒装到封装基板上，半导体器件的焊垫或焊垫凸起在所
述密闭结构之外，且电性连接至封装基板上的焊垫或焊垫凸起。
4.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的密闭结构，所述基底晶圆切割后得到基底
芯片单元，基底芯片单元与封装基板之间采用正装方式，半导体器件的焊垫或焊垫凸起在所
述密闭结构之内或之外，且通过贯穿基底晶圆的接触孔电极引至基底晶圆另一侧表面的焊垫
或焊垫凸起，再电性连接至封装基板上的焊垫或焊垫凸起。
5.一种用于晶圆级封装的密闭结构的制造方法，其特征是，首先在基底晶圆上制造完
成半导体器件，半导体器件在基底晶圆上具有输入输出焊垫；然后在基底晶圆上形成光刻胶
材料的墙体，墙体呈环状包围在每个半导体器件的外围；半导体器件的焊垫在墙体之外；然
后在盖帽晶圆的表面淀积一层防粘层，并在防粘层上形成光刻胶或玻璃材质的屋顶；然后将
盖帽晶圆倒置与基底晶圆进行晶圆键合，墙体与屋顶连为一体并在每个半导体器件的外围形
成一个密闭结构；半导体器件的焊垫在该密闭结构之外；然后剥离掉带有防粘层的盖帽晶圆；
然后在基底晶圆上每个半导体器件的焊垫之上生长焊垫凸块；然后将基底晶圆切割得到每个
半导体器件的芯片；然后将半导体器件的芯片倒装至封装基板上，芯片上的焊垫凸起与封装
基板上的焊垫或焊垫凸起通过焊接连为一体；最后采用封装材料将封装基板上的各部分予以
封装，再对封装基板进行切割以得到封装好的半导体器件芯片。
6.根据权利要求5所述的用...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝明国，胡念楚，贾斌，
申请(专利权)人：锐迪科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31