封装方法及封装结构技术

本发明专利技术提供一种封装方法及封装结构，所述封装方法中，首先在盖帽晶圆中形成凹槽，所述凹槽中形成有牺牲层，然后在所述牺牲层上制作第一器件，并采用倒装的方式将所述盖帽晶圆形成有第一器件的表面键合到衬底晶圆上，以实现所述盖帽晶圆上的第一器件的密封及其和衬底晶圆上的第二器件的电学连接，之后除去牺牲层以形成所述第一器件活动所需的空腔。本发明专利技术的技术方案使用两片晶圆可以完成现有的三片晶圆封装结构，能够降低成本，提高产品集成度，并降低工艺难度。

【技术实现步骤摘要】
封装方法及封装结构
本专利技术涉及封装
，尤其涉及一种封装方法及封装结构。
技术介绍
微机电系统((Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)器件具有小型化、集成化、高性能、低成本的特点，已广泛应用于汽车、航空航天、卫星导航、信号处理、生物学等领域。但多数MEMS器件需要在真空环境或者惰性气体气密环境下工作，然而管壳级的真空封装成本高，不能满足MEMS器件低成本需求。近年来，随着MEMS器件的发展，逐渐发展起来晶圆级封装(Wafer-LevelPackaging，WLP)工艺技术，极大地降低了MEMS器件封装成本。请参考图1所示，一种常用于MEMS器件的晶圆级封装方法包括如下步骤：先在真空环境下，将制备完MEMS器件102的待封装晶圆101的第二表面与一具有CMOS器件100a的CMOS晶圆100对准并键合；然后在真空环境下，采用一具有凹槽103结构的盖帽晶圆(Capwafer)104与所述待封装晶圆101的第一表面进行对准并键合，通过凹槽103构成MEMS器件102的封装空腔，完成对该MEMS器件102的晶圆级真空封装；之后，再通过划片形成独立的封装好的MEMS产品。其中，CMOS晶圆100用于为MEMS器件102提供各种所需的电路，而盖帽晶圆104专门为MEMS器件102做真空封盖。然而，这种MEMS器件的封装方法存在以下缺陷：1、该产品需要三片晶圆来实现，成本较高，且不利于超薄的产品的制作；2、需要在中间的晶圆上制作出MEMS器件的全部结构，当该MEMS器件较为复杂时，制作工艺难度较大，不利于产品集成度的提高；3、MEMS器件的部分或者全部通常需要高温或者特殊工艺制作，这些部分无法与CMOS电路结构的制作在同一平台集成，当通过三片晶圆来实现时，造成晶圆有效利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种封装方法及封装结构，能够减少晶圆的数量，以有利于提高晶圆利用率并降低成本；本专利技术的另一目的在于提供一种封装方法及封装结构，能够提高产品集成度，并降低复杂器件的制作工艺难度。为了实现上述目的，本专利技术提供一种封装方法，包括以下步骤：提供盖帽晶圆，所述盖帽晶圆中形成有凹槽，所述凹槽中形成有牺牲层，并于所述牺牲层上形成第一器件；提供衬底晶圆，所述衬底晶圆上形成有第二器件；将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合，所述第一器件和所述第二器件电性连接；以及自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧去除所述牺牲层，以在所述盖帽晶圆和所述衬底晶圆之间形成空腔，所述第一器件位于所述空腔内。可选地，在所述凹槽中形成所述牺牲层之前，先形成保护层于所述凹槽的侧壁和底壁上。可选地，在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合之前，形成第一键合结构于于所述第一器件上；以及，形成第二键合结构于所述第二器件上，并与所述第一键合结构对应；在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合时，所述第一键合结构和所述第二键合结构对准并键合在一起，形成电性连接。可选地，所述第一键合结构和所述第二键合结构的材料分别包括Al、Ge、Cu、Au、Ni、Sn和Ag中的至少一种。可选地，在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合之前，还形成第一密封环于所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面上，且所述第一密封环于所述凹槽外围的所述盖帽晶圆的表面上；以及，形成第二密封环于所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面上，且所述第二密封环位于所述第二器件外围的所述衬底晶圆的表面上，并与所述第一密封环对应；在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合时，所述第一密封环和所述第二密封环对准并键合在一起，以封闭所述空腔。可选地，所述第一密封环和所述第二密封环的材料为绝缘介质或金属。可选地，所述封装方法还包括：在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合之前或之后，自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧刻蚀所述盖帽晶圆，以形成至少一个暴露出所述牺牲层的释放孔，通过所述释放孔自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧去除所述牺牲层；以及，在去除所述牺牲层之后，从所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧密封所述释放孔，以将所述第一器件密封在所述空腔内。可选地，在刻蚀所述盖帽晶圆以形成所述释放孔之前，自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧对所述盖帽晶圆进行减薄。可选地，所述第一器件包括一独立器件的全部，所述第二器件包括支持所述独立器件的操作的电路结构；或者，所述第一器件包括一独立器件的一部分，所述第二器件包括所述独立器件的另一部分，所述第一器件和所述第二器件电性连接而形成所述独立器件。可选地，所述独立器件为MEMS器件。本专利技术还提供一种封装结构，包括：盖帽晶圆，所述盖帽晶圆中形成有凹槽，所述凹槽中形成有可被去除的牺牲层，所述牺牲层上形成有第一器件；衬底晶圆，所述衬底晶圆上形成有第二器件；其中，所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面键合在一起，所述第一器件和所述第二器件电性连接；且在所述牺牲层被去除时，所述盖帽晶圆和所述衬底晶圆之间形成空腔，所述第一器件位于所述空腔内。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术的封装方法中，首先在盖帽晶圆中形成凹槽并形成牺牲层于所述凹槽中，然后在所述牺牲层上制作第一器件(可以为一独立器件的全部或一部分结构)，并采用倒装的方式将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面键合到一衬底晶圆形成有第二器件(可以为所述独立器件的另一部分结构或者支持所述独立器件操作的电路结构)的表面上，以实现所述盖帽晶圆上的第一器件的密封及其与第二器件的电学连接，之后除去牺牲层以形成盖帽晶圆上的第一器件的活动所需的空腔。本专利技术的封装方法使用盖帽晶圆和衬底晶圆这两片晶圆可以实现现有的盖帽晶圆、待集成晶圆和衬底晶圆这三片晶圆的封装结构，能够提高晶圆利用率并降低成本，有利于超薄产品的制作；而且可以在盖帽晶圆和衬底晶圆这两片晶圆上分别制作相应的器件，因此有利于提高产品集成度，尤其是能将一复杂器件(即独立器件)分成两部分而分别制作到盖帽晶圆和衬底晶圆这两片晶圆上，由此可以大大降低复杂器件制作的工艺难度，例如当所述复杂器件为MEMS器件时，可以将MEMS器件中需要高温或者特殊工艺制作的部分作为第一器件，将MEMS器件的其他部分以及支持所述MEMS器件操作的CMOS电路结构作为第二器件，由此可以避免MEMS器件的第一器件的制作不能与CMOS电路结构的制作不能在同一平台集成的弊端。本专利技术的封装结构具有盖帽晶圆和衬底晶圆这两片晶圆这两片晶圆，且盖帽晶圆中形成有凹槽，所述凹槽中形成有可被去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装方法，其特征在于，包括：/n提供盖帽晶圆，所述盖帽晶圆中形成有凹槽，所述凹槽中形成有牺牲层，并于所述牺牲层上形成第一器件；/n提供衬底晶圆，所述衬底晶圆上形成有第二器件；/n将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合，所述第一器件和所述第二器件电性连接；以及/n自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧去除所述牺牲层，以在所述盖帽晶圆和所述衬底晶圆之间形成空腔，所述第一器件位于所述空腔内。/n

【技术特征摘要】
1.一种封装方法，其特征在于，包括：
提供盖帽晶圆，所述盖帽晶圆中形成有凹槽，所述凹槽中形成有牺牲层，并于所述牺牲层上形成第一器件；
提供衬底晶圆，所述衬底晶圆上形成有第二器件；
将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合，所述第一器件和所述第二器件电性连接；以及
自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧去除所述牺牲层，以在所述盖帽晶圆和所述衬底晶圆之间形成空腔，所述第一器件位于所述空腔内。


2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述凹槽中形成所述牺牲层之前，先形成保护层于所述凹槽的侧壁和底壁上。


3.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合之前，形成第一键合结构于于所述第一器件上；以及，形成第二键合结构于所述第二器件上，并与所述第一键合结构对应；在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合时，所述第一键合结构和所述第二键合结构对准并键合在一起，形成电性连接。


4.如权利要求3所述的封装方法，其特征在于，所述第一键合结构和所述第二键合结构的材料分别包括Al、Ge、Cu、Au、Ni、Sn和Ag中的至少一种。


5.如权利要求1至4中任一项所述的封装方法，其特征在于，在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合之前，还形成第一密封环于所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面上，且所述第一密封环于所述凹槽外围的所述盖帽晶圆的表面上；以及，形成第二密封环于所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面上，且所述第二密封环位于所述第二器件外围的所述衬底晶圆的表面上，并与所述第一密封环对应；在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合时，所述第一密封环和所述第二密封环对准并键合在一起，以封闭所述空腔。


6.如权利要求5所述的封装方法，其特征在于，所述第一密封环和所述第二密封环的材料为绝缘介质或金属。


7.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述封装方法还包括：
在将所述盖帽晶圆形成有所述第一器件的表面与所述衬底晶圆形成有所述第二器件的表面进行键合之前或之后，自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧刻蚀所述盖帽晶圆，以形成至少一个暴露出所述牺牲层的释放孔，通过所述释放孔自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧去除所述牺牲层；以及，
在去除所述牺牲层之后，从所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧密封所述释放孔，以将所述第一器件密封在所述空腔内。


8.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，在刻蚀所述盖帽晶圆以形成所述释放孔之前，自所述盖帽晶圆背离所述衬底晶圆的一侧对所述盖帽晶圆进行减薄。


9.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述第一器件包括一独立器件的全部，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天伦，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33