MEMS封装结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种MEMS封装结构及其制作方法。所述MEMS封装结构包括MEMS芯片及器件晶圆，器件晶圆中设置有控制单元和互连结构，并在第一表面设有第一接触垫，所述MEMS芯片具有封闭的微腔、用于连接外部电信号的第二接触垫以及接合面，所述MEMS芯片通过接合层接合于第一表面，接合层中具有开口，第一接触垫和第二接触垫电连接，再布线层设置于与第一表面相对的一侧。所述MEMS封装结构实现了MEMS芯片与器件晶圆的电性互连，相对于现有集成工艺可以缩小尺寸，并且同一器件晶圆上可集成相同或不同结构和功能的MEMS芯片。本发明专利技术另外提供了一种MEMS封装结构的制作方法。

【技术实现步骤摘要】
MEMS封装结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种MEMS封装结构及其制作方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小，人们对集成电路的封装技术的要求相应也不断提高。在传感器类MEMS封装结构的市场上，微机电系统(MEMS)芯片在诸如智能手机、健身手环、打印机、汽车、无人机以及VR/AR头戴式设备等产品领域得到了广泛的应用。常用的MEMS芯片有压力传感器、加速度计、陀螺仪、MEMS麦克风、光传感器、催化传感器等等。MEMS芯片与其他芯片通常是利用系统级封装(systeminpackage，SIP)进行集成以形成微机电装置。具体而言，通常是在一个晶圆上制作MEMS芯片，而在另一个晶圆上制作控制电路，然后进行集成。目前常用的集成方法主要有两种：一种是将MEMS芯片晶圆和控制电路晶圆分别接合在同一个封装基底上，并利用引线将MEMS芯片晶圆和控制电路晶圆与封装基底上的焊盘键合，从而将控制电路与MEMS芯片电连接；另一种是直接将制作有MEMS芯片晶圆和控制电路晶圆接合，并使它们对应的焊盘形成电连接，进而实现控制电路与MEMS芯片的电连接。但是，利用上述前一种集成方法制备得到的微机电装置，封装基底上需要预留出焊盘区，通常尺寸较大，不利于整体装置缩小。此外，由于不同功能(或结构)的MEMS芯片制造工艺差别较大，在同一个晶圆上通常仅能制作一种功能(或结构)的MEMS芯片，利用上述后一种集成方法难以在同一晶圆上利用半导体工艺形成多种功能的MEMS芯片，而如果将不同功能的MEMS芯片晶圆分多次集成在不同的控制晶圆上再进行互连，工序复杂，成本高，并且得到的微机电装置尺寸仍然较大。因此，现有集成MEMS芯片的方法和所得到的MEMS封装结构仍不能满足实际应用中对尺寸和功能集成能力的要求。
技术实现思路
为了缩小MEMS封装结构的尺寸，本专利技术提供了一种MEMS封装结构及其制作方法。本专利技术的另一目的是提高MEMS封装结构的功能集成能力。根据本专利技术的一个方面，提供了一种MEMS封装结构，包括：器件晶圆，具有相对的第一表面和第二表面，所述器件晶圆中设置有控制单元以及与所述控制单元电连接的第一互连结构和第二互连结构；第一接触垫，设置于所述第一表面，所述第一接触垫与所述第一互连结构电连接；MEMS芯片，接合于所述第一表面，所述MEMS芯片具有封闭的微腔、用于连接外部电信号的第二接触垫以及与所述第一表面相对的接合面，所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫电连接；接合层，位于所述第一表面和所述接合面之间以接合所述器件晶圆和所述MEMS芯片，所述接合层中具有开口；以及再布线层，设置于所述第二表面，所述再布线层与所述第二互连结构电连接。可选的，所述再布线层包括输入输出连接件。可选的，多个所述MEMS芯片设置于所述第一表面，且多个所述MEMS芯片根据制作工艺区分属于相同或不同的类别。可选的，多个所述MEMS芯片设置于所述第一表面，且多个所述MEMS芯片根据对应的微腔内的真空度区分属于相同或不同的类别。可选的，多个所述MEMS芯片设置于所述第一表面，且多个所述MEMS芯片包括陀螺仪、加速度计、惯性传感器、压力传感器、位移传感器、光学传感器和微致动器中的至少一种。可选的，所述控制单元包括一个或多个MOS晶体管。可选的，所述第一互连结构包括第一导电插塞，所述第一导电插塞至少贯穿部分厚度的所述器件晶圆并与所述控制单元电连接，所述第一导电插塞的一端暴露于所述第一表面以与所述第一接触垫电连接；所述第二互连结构包括第二导电插塞，所述第二导电插塞至少贯穿部分厚度的所述器件晶圆并与所述控制单元电连接，所述第二导电插塞的一端暴露于所述第二表面以与所述再布线层电连接。可选的，所述器件晶圆为减薄晶圆。可选的，所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫通过电连接块电连接，所述电连接块位于所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫之间的区域，所述开口露出所述电连接块。可选的，所述MEMS封装结构还包括：封装层，位于所述第一接合面上，所述封装层覆盖所述MEMS芯片并填充所述接合层中的开口。可选的，所述接合层包括胶黏材料。可选的，所述胶黏材料包括干膜。可选的，所述微腔内填充有阻尼气体或者为真空。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种MEMS封装结构的制作方法，包括以下步骤：提供MEMS芯片和用于控制所述MEMS芯片的器件晶圆，所述器件晶圆具有用于接合所述MEMS芯片的第一表面，所述器件晶圆中形成有控制单元以及与所述控制单元电连接的第一互连结构；在所述第一表面形成第一接触垫，所述第一接触垫与所述第一互连结构电连接，所述MEMS芯片具有封闭的微腔、用于连接外部电信号的第二接触垫以及接合面；利用接合层接合所述MEMS芯片与所述器件晶圆，所述接合层位于所述第一表面和所述接合面之间，所述接合层中具有开口，所述开口露出所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫；在所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫之间形成电连接；在所述器件晶圆中形成第二互连结构，所述第二互连结构与所述控制单元电连接；以及在所述器件晶圆的与所述第一表面相对的一侧表面形成再布线层，所述再布线层与所述第二互连结构电连接。可选的，所述第一互连结构包括第一导电插塞，所述第一导电插塞至少贯穿部分厚度的所述器件晶圆并与所述控制单元电连接，所述第一接触垫与相应的所述第一导电插塞电连接。可选的，所述第二互连结构包括第二导电插塞，所述第二导电插塞至少贯穿部分厚度的所述器件晶圆并与所述控制单元电连接，所述再布线层与所述第二导电插塞电连接。可选的，在所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫之间形成电连接的步骤包括：利用化学镀工艺在所述开口中的所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫之间的区域形成电连接块，所述开口露出所述电连接块。可选的，所述MEMS封装结构的制作方法还包括：在所述第一表面上形成封装层，所述封装层覆盖所述MEMS芯片并填充所述接合层中的开口。本专利技术提供的MEMS封装结构，包括器件晶圆及MEMS芯片，器件晶圆中设置有控制单元以及与所述控制单元电连接的第一互连结构和第二互连结构，与所述第一互连结构电连接的第一接触垫设置于器件晶圆的第一表面用于与MEMS芯片电连接，再布线层设置于器件晶圆的第二表面与所述第二互连结构电连接，其中第一接触垫和第二接触垫电连接，所述MEMS封装结构实现了MEMS芯片与器件晶圆的电性互连，相对于现有集成工艺可以缩小封装结构的尺寸。进一步的，所述MEMS封装结构可以包括多个具有相同或不同的功能及结构的MEMS芯片，在缩小尺寸的同时有利于提高所述MEMS封装结构的功能集成能力。此外，将再布线层和MEMS芯片分别设置于器件晶圆的两侧，有利于缩小MEMS封装结构的尺寸，并且可以减小再布线和互连结构的设计难度，提高MEMS封装结构的可靠性。本专利技术提供的MEMS封装结构的制作方法，可形成上述MEMS封装结构，因而具有与上述MEMS封装结构相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS封装结构，其特征在于，包括：/n器件晶圆，具有相对的第一表面和第二表面，所述器件晶圆中设置有控制单元以及与所述控制单元电连接的第一互连结构和第二互连结构；/n第一接触垫，设置于所述第一表面，所述第一接触垫与所述第一互连结构电连接；/nMEMS芯片，接合于所述第一表面，所述MEMS芯片具有封闭的微腔、用于连接外部电信号的第二接触垫以及与所述第一表面相对的接合面，所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫电连接；/n接合层，位于所述第一表面和所述接合面之间以接合所述器件晶圆和所述MEMS芯片，所述接合层中具有开口；以及/n再布线层，设置于所述第二表面，所述再布线层与所述第二互连结构电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS封装结构，其特征在于，包括：
器件晶圆，具有相对的第一表面和第二表面，所述器件晶圆中设置有控制单元以及与所述控制单元电连接的第一互连结构和第二互连结构；
第一接触垫，设置于所述第一表面，所述第一接触垫与所述第一互连结构电连接；
MEMS芯片，接合于所述第一表面，所述MEMS芯片具有封闭的微腔、用于连接外部电信号的第二接触垫以及与所述第一表面相对的接合面，所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫电连接；
接合层，位于所述第一表面和所述接合面之间以接合所述器件晶圆和所述MEMS芯片，所述接合层中具有开口；以及
再布线层，设置于所述第二表面，所述再布线层与所述第二互连结构电连接。


2.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述再布线层包括输入输出连接件。


3.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，多个所述MEMS芯片设置于所述第一表面，且多个所述MEMS芯片根据制作工艺区分属于相同或不同的类别。


4.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，多个所述MEMS芯片设置于所述第一表面，且多个所述MEMS芯片根据对应的微腔内的真空度区分属于相同或不同的类别。


5.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，多个所述MEMS芯片设置于所述第一表面，且多个所述MEMS芯片包括陀螺仪、加速度计、惯性传感器、压力传感器、位移传感器、光学传感器和微致动器中的至少一种。


6.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述控制单元包括一个或多个MOS晶体管。


7.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述第一互连结构包括第一导电插塞，所述第一导电插塞至少贯穿部分厚度的所述器件晶圆并与所述控制单元电连接，所述第一导电插塞的一端暴露于所述第一表面以与所述第一接触垫电连接；所述第二互连结构包括第二导电插塞，所述第二导电插塞至少贯穿部分厚度的所述器件晶圆并与所述控制单元电连接，所述第二导电插塞的一端暴露于所述第二表面以与所述再布线层电连接。


8.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述器件晶圆为减薄晶圆。


9.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫通过电连接块电连接，所述电连接块位于所述第一接触垫与相应的所述第二接触垫之间的区域，所述开口露出所述电连接块。


10.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦晓珊，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司上海分公司，
类型：发明
国别省市：上海;31