集成mems傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級封裝方法。集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)包括襯底和位于所述襯底上的介電質(zhì)層，所述襯底中包括至少一個CMOS器件；所述襯底中包括一個或多個溝槽，所述溝槽的側(cè)壁上具有絕緣層，所述溝槽中填充有金屬，所述金屬與所述襯底之間通過所述絕緣層相隔離；所述介電質(zhì)層中具有與所述金屬電連接的焊墊；所述介電質(zhì)層中具有與所述CMOS器件和焊墊電連接的金屬互連；所述介電質(zhì)層的上面具有一個或多個MEMS傳感器，所述MEMS傳感器與所述金屬互連電連接；所述MEMS傳感器上面具有封裝基板，所述封裝基板具有與所述MEMS傳感器上下相對應的通孔、盲孔或透明區(qū)域。本發(fā)明采用晶圓級封裝能夠降低封裝成本，且封裝體積小。
【專利說明】集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級封裝方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS傳感器已經(jīng)被應用于各個領域當中，由于工作環(huán)境的需要，MEMS傳感器必須采用一種有效的封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法，傳統(tǒng)的封裝類型主要是芯片級封裝，通常是將一個裸芯片放入陶瓷管殼中，通過金絲焊球與管腳相連，其上的蓋板由焊料或陶瓷封接與管殼相連，完成裸芯片的封裝過程，由于一個晶圓上可以切割出許多個芯片，這種封裝方法對每個芯片都需要測試并封裝，導致了成本的增加。
[0003]針對上述問題，人們發(fā)展了其他的封裝方法，將ASIC芯片和MEMS芯片分別制造在兩個獨立的襯底上，然后通過鍵合工藝將兩個芯片封裝在一起，以形成MEMS裝置，雖然實現(xiàn)了晶圓級的封裝，但是采用兩個襯底的封裝方法使得集成化程度大大降低，使得襯底的利用率降低，還增加了額外的封裝面積，封裝尺寸也增加，不利于適應MEMS器件封裝小型化的發(fā)展趨勢。同時封裝過程中使用的焊料為金錫合金、鉛錫合金等，這些材料與標準的CMOS工藝并不完全兼容。
[0004]因此，如何在一個襯底上實現(xiàn)CMOS器件和MEMS傳感器的晶圓級封裝并與CMOS工藝兼容，減少工藝成本和封裝的尺寸是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是提供一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級封裝方法。這種晶圓級封裝方法能夠使得ASIC和MEMS傳感器與集成電路工藝兼容起來，并且封裝體積小，制造成本低。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所利用的技術(shù)方案是提供一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括:
[0007]襯底和位于所述襯底上的介電質(zhì)層，所述襯底中包括至少一個CMOS器件；
[0008]所述襯底中包括一個或多個溝槽，所述溝槽的側(cè)壁上具有絕緣層，所述溝槽中填充有金屬，所述金屬與所述襯底之間通過所述絕緣層相隔離；
[0009]所述介電質(zhì)層中具有與所述金屬電連接的焊墊；
[0010]所述介電質(zhì)層中具有與所述CMOS器件和焊墊電連接的金屬互連；
[0011]所述介電質(zhì)層的上面具有一個或多個MEMS傳感器，所述MEMS傳感器與所述金屬互連電連接；
[0012]所述MEMS傳感器上面具有封裝基板，封裝基板具有與MEMS傳感器上下相對應的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
[0013]在一個襯底上利用集成電路工藝同時制備多個CMOS器件和MEMS傳感器能夠減小裝置的尺寸和體積，同時也有利于節(jié)省襯底材料，將MEMS傳感器和CMOS器件制造在不同的器件層可以提高整個封裝結(jié)構(gòu)的集成度。針對不同的MEMS傳感器采用具有通孔、盲孔或透明區(qū)域的封裝基板可以使得MEMS傳感器應用在不同的環(huán)境和領域中。
[0014]優(yōu)選的，介電質(zhì)層中具有與金屬互連電連接的檢測焊墊。檢測焊墊可以對在一個襯底上制備好的所有CMOS器件進行電性能的測試，優(yōu)化了測試工藝并且節(jié)省了測試工藝流程。
[0015]優(yōu)選的，介電質(zhì)層和封裝基板之間具有粘結(jié)劑。粘結(jié)劑能夠使得封裝基板和襯底上的介電質(zhì)層鍵合的更加牢固與可靠。
[0016]優(yōu)選的，MEMS傳感器上面具有一層樹脂。例如在MEMS的壓力傳感器上面涂覆一層樹脂，可以在后續(xù)的工藝中有效的保護MEMS傳感器。
[0017]優(yōu)選的，金屬上具有與金屬電連接的焊球。焊球可以方便的將裝置中的電連接引出去。
[0018]優(yōu)選的，溝槽位于焊墊下面，且與一個或多個焊墊對置連通。在焊墊下面的襯底中制備與焊墊對置連通的溝槽，可以與CMOS工藝兼容起來，并且能夠?qū)⒑笁|的電性能引出去。采用溝槽與多個焊墊對置連通的結(jié)構(gòu)能夠減少溝槽的制備數(shù)量，減少工藝過程且節(jié)省成本。
[0019]優(yōu)選的，襯底的厚度為100um-1000um,封裝基板的厚度為100um-1000um。更優(yōu)選的，襯底的厚度為100um-300um，封裝基板的厚度為100um-300um。襯底的厚度和封裝基板的厚度的減少有利于裝置的封裝尺寸的減小，能夠應用在各種所需的環(huán)境中。
[0020]優(yōu)選的，封裝基板為二氧化硅或玻璃。
[0021]本發(fā)明還提供一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，包括下列步驟:
[0022]提供一個襯底，在所述襯底上制備至少一個CMOS器件；
[0023]在所述襯底表面制備焊墊和介電質(zhì)層；
[0024]在所述介電質(zhì)層中制備將所述CMOS器件與所述焊墊電連接的金屬互連；
[0025]在所述介電質(zhì)層上面制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器；
[0026]在所述MEMS傳感器上鍵合或形成封裝基板；
[0027]在所述襯底中形成使所述焊墊暴露的溝槽；
[0028]在所述溝槽中沉積絕緣層；
[0029]在所述絕緣層中形成與所述焊墊相接觸的凹槽，使得所述焊墊暴露出來；以及
[0030]在所述凹槽中填充金屬，使得所述金屬與所述焊墊形成電連接。
[0031]本發(fā)明還提供一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，包括下列步驟:
[0032]提供一個襯底，在所述襯底上制備至少一個CMOS器件；
[0033]在所述襯底中制備溝槽；
[0034]在所述溝槽上面制備焊墊和介電質(zhì)層；
[0035]在所述介電質(zhì)層中制備將所述CMOS器件與所述焊墊電連接的金屬互連；
[0036]在所述介電質(zhì)層上面制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器；
[0037]在所述MEMS傳感器上鍵合或形成封裝基板；
[0038]在所述溝槽中沉積絕緣層；
[0039]在所述絕緣層中形成與所述焊墊相接觸的凹槽，使得所述焊墊暴露出來；以及
[0040]在所述凹槽中填充金屬，使得所述金屬與所述焊墊形成電連接。[0041 ] 通過上述封裝方法，能夠在一個襯底上制造CMOS器件和MEMS傳感器，減少封裝的尺寸，所制備的MEMS傳感器位于CMOS器件上的介電質(zhì)層上，可以提高集成度和襯底的利用率，降低成本。
[0042]優(yōu)選的，在MEMS傳感器上鍵合封裝基板之前，在封裝基板上形成通孔、盲孔或透明區(qū)域，封裝基板與介電質(zhì)層鍵合連接后使得封裝基板上的通孔、盲孔或透明區(qū)域正對著所述MEMS傳感器。先在封裝基板上形成通孔、盲孔或透明區(qū)域可以使得鍵合封裝基板后的工藝流程簡單。
[0043]優(yōu)選的，在MEMS傳感器上鍵合封裝基板之后，在封裝基板上形成與MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域。先鍵合封裝基板，再在封裝基板上形成與MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域可以使得每個通孔、盲孔或透明區(qū)域正好位于MEMS傳感器的上面。
[0044]優(yōu)選的，在MEMS傳感器上形成封裝基板之后，在封裝基板上形成與MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
[0045]優(yōu)選的，在形成使焊墊暴露的通孔前，將襯底中遠離CMOS器件的襯底表面減薄至100um-1000um。更優(yōu)選的，在形成使焊墊暴露的通孔前，將襯底中遠離CMOS器件的襯底表面減薄至100um-300um。減薄后的襯底有利于襯底中器件的散熱。
[0046]優(yōu)選的，在溝槽中沉積絕緣層前，將襯底中遠離CMOS器件的襯底表面減薄至100um-1000um。更優(yōu)選的，在溝槽中沉積絕緣層前，將襯底中遠離CMOS器件的襯底表面減薄至100um-300um?？梢允褂没瘜W機械拋光減薄襯底表面,也可以使用等離子刻蝕減薄襯底表面，還可以采用化學腐蝕的方法減薄襯底表面，也可以是它們之間的任意組合的工藝來減薄襯底表面。對襯底表面減薄可以減小封裝的體積和尺寸，有利于在不同的環(huán)境中的應用，且減薄后的襯底有利于后續(xù)切片的便利，還可以更加容易的使得CMOS器件在工作中的熱量散發(fā)出去。
[0047]優(yōu)選的，在形成與金屬互連電連接的MEMS傳感器前，在介電質(zhì)層中形成與金屬互連電連接的檢測焊墊。形成的檢測焊墊可以對整個晶圓上的所有的CMOS器件實現(xiàn)電性能的檢測，有利于節(jié)約工藝成本。
[0048]優(yōu)選的，在制備與金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在介電質(zhì)層上形成粘結(jié)劑。優(yōu)選的，在介電質(zhì)層上鍵合封裝基板之前，在封裝基板的鍵合接觸面上形成粘結(jié)劑。形成的粘結(jié)劑可以使得封裝基板更加牢固的粘結(jié)在介電質(zhì)層上，形成穩(wěn)定的封裝裝置。
[0049]優(yōu)選的，在凹槽中填充金屬后，在金屬上形成與金屬電連接的焊球。
[0050]優(yōu)選的，在形成與金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在MEMS傳感器上面涂覆一層樹脂。例如，在制備MEMS壓力傳感器后，在MEMS壓力傳感器上面涂覆一層樹脂，可以用來保護壓力傳感器在后續(xù)的工藝流程中不被破壞或造成損傷。在凹槽中填充金屬后，去除MEMS傳感器上面的全部或部分樹脂?？梢圆捎酶煞ɑ驖穹ㄈコ齅EMS傳感器上面的全部或部分樹脂，使得MEMS傳感器的靈敏度增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1是本發(fā)明的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的第一個流程示意圖。
[0052]圖2是本發(fā)明的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的第二個流程示意圖。[0053]圖3至圖12是本發(fā)明第一個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]圖13至圖14是本發(fā)明第二個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]圖15至圖16是本發(fā)明第三個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]圖17是本發(fā)明第四個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]圖18至圖21是本發(fā)明第五個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0058]以下配合附圖及本發(fā)明的實施例，進一步闡述本發(fā)明為了達到目的所采取的技術(shù)方案。
[0059]本發(fā)明所利用的技術(shù)方案是提供一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括:
[0060]襯底和位于所述襯底上的介電質(zhì)層，所述襯底中包括至少一個CMOS器件；
[0061]所述襯底中包括一個或多個溝槽，所述溝槽的側(cè)壁上具有絕緣層，所述溝槽中填充有金屬，所述金屬與所述襯底之間通過所述絕緣層相隔離；
[0062]所述介電質(zhì)層中具有與所述金屬電連接的焊墊；
[0063]所述介電質(zhì)層中具有與所述CMOS器件和焊墊電連接的金屬互連；
[0064]所述介電質(zhì)層的上面具有一個或多個MEMS傳感器，所述MEMS傳感器與所述金屬互連電連接；
[0065]所述MEMS傳感器上面具有封裝基板。
[0066]在一個優(yōu)選的實施例中，所述封裝基板具有與所述MEMS傳感器上下相對應的通孔。所述介電質(zhì)層中具有與所述金屬互連電連接的檢測焊墊。所述介電質(zhì)層和所述封裝基板之間具有粘結(jié)劑。所述MEMS傳感器上面具有一層樹脂。在所述金屬上具有與所述金屬電連接的焊球。所述溝槽位于所述焊墊下面，且與所述多個焊墊對置連通。所述封裝基板是玻璃。
[0067]在其他的實施例中，所述封裝基板具有與所述MEMS傳感器上下相對應的盲孔，MEMS傳感器上面沒有樹脂，且所述溝槽位于所述焊墊下面并與所述一個焊墊對置連通。所述封裝基板是二氧化硅。
[0068]其中，所述襯底的厚度為200um，封裝基板的厚度為200um，在其他的實施例中所述襯底的厚度可以是100um-1000um,所述封裝基板的厚度可以是100um-1000um,更優(yōu)選的實施例中，襯底的厚度可以是100um-300um，封裝基板的厚度可以是100um-300um。
[0069]本發(fā)明還提供一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，圖1是本發(fā)明集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的流程示意圖。如圖1所示，包括下列步驟:
[0070]S10，提供一個襯底，在所述襯底上制備至少一個CMOS器件；
[0071]S 11，在所述襯底表面制備焊墊和介電質(zhì)層；
[0072]S12，在所述介電質(zhì)層中制備將所述CMOS器件與所述焊墊電連接的金屬互連；[0073]S13，在所述介電質(zhì)層上面制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器；
[0074]S14,在所述MEMS傳感器上鍵合或形成封裝基板；
[0075]S15，在所述襯底中形成使所述焊墊暴露的溝槽；
[0076]S16，在所述溝槽中沉積絕緣層；
[0077]S17，在所述絕緣層中形成與所述焊墊相接觸的凹槽，使得所述焊墊暴露出來；
[0078]S18，在所述凹槽中填充金屬，使得所述金屬與所述焊墊形成電連接。
[0079]其中，在形成使所述焊墊暴露的通孔前，將所述襯底中遠離所述CMOS器件的襯底表面減薄至200um，在其他的實施例中，可以將所述襯底中遠離所述CMOS器件的襯底表面減薄至100um-1000um,還可以是減薄至100um-300um。
[0080]圖2是本發(fā)明集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的另一個流程示意圖。如圖2所示，包括下列步驟:
[0081]S20，提供一個襯底，在所述襯底上制備至少一個CMOS器件；
[0082]S21，在所述襯底中制備溝槽；
[0083]S22，在所述溝槽上面制備焊墊和介電質(zhì)層；
[0084]S23，在所述介電質(zhì)層中制備將所述CMOS器件與所述焊墊電連接的金屬互連；
[0085]S24,在所述介電質(zhì)層上面制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器；
[0086]S25，在所述MEMS傳感器上鍵合或形成封裝基板；
[0087]S26，在所述溝槽中沉積絕緣層；
[0088]S27，在所述絕緣層中形成與所述焊墊相接觸的凹槽，使得所述焊墊暴露出來；
[0089]S28，在所述凹槽中填充金屬，使得所述金屬與所述焊墊形成電連接。
[0090]在一個優(yōu)選的實施例中，在所述MEMS傳感器上鍵合所述封裝基板之前，在所述封裝基板上形成通孔、盲孔或透明區(qū)域，所述封裝基板與所述介電質(zhì)層鍵合連接后使得所述封裝基板上的通孔、盲孔或透明區(qū)域正對著所述MEMS傳感器。
[0091]在另一個優(yōu)選的實施例中，在所述MEMS傳感器上鍵合所述封裝基板之后，在所述封裝基板上形成與所述MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
[0092]在又一個優(yōu)選的實施例中，在所述MEMS傳感器上形成所述封裝基板之后，在所述封裝基板上形成與所述MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
[0093]在本發(fā)明的實施例中，可以是在制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在所述介電質(zhì)層上形成粘結(jié)劑；還可以是在所述介電質(zhì)層上鍵合所述封裝基板之前，在所述封裝基板的鍵合接觸面上形成粘結(jié)劑。在所述溝槽中沉積絕緣層前，將所述襯底中遠離所述CMOS器件的襯底表面減薄至200um，在其他的實施例中，將所述襯底中遠離所述CMOS器件的襯底表面減薄至100um-1000um。在形成與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器前,在所述介電質(zhì)層中形成與所述金屬互連電連接的檢測焊墊。在所述凹槽中填充金屬后，在所述金屬上形成與所述金屬電連接的焊球。
[0094]在本發(fā)明的優(yōu)選的實施例中，在形成與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在所述MEMS傳感器上面涂覆一層樹脂。之后在所述凹槽中填充金屬后，去除所述MEMS傳感器上面的全部或部分樹脂。在其他的實施例中，也可以不在MEMS傳感器上面涂覆一層樹脂。
[0095]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例作出詳細說明。
[0096]如圖3所示，在襯底100上面通過集成電路工藝制備CMOS器件101，在襯底100上表面化學氣相沉積介電質(zhì)層102，在介電質(zhì)層102里面制備焊墊103，和將CMOS器件101與焊墊103電連接的金屬互連104，之后在介電質(zhì)層102中制備與金屬互連104電連接的檢測焊墊105。本領域的技術(shù)人員可知，根據(jù)實際的電路連接，金屬互連104和介電質(zhì)層102可以是相互交替的制備而成，具體工藝與集成電路工藝兼容，在此不作贅述。在本實施例中，圖3中的CMOS器件組成各種實際所需的電路，焊墊103和檢測焊墊105可以是相互對應，也可以是不對應，焊墊103和檢測焊墊105可以是位于介電質(zhì)層102中的同一層介電質(zhì)中，也可以是位于不同層的介電質(zhì)中。其中圖3并未示出焊墊103、檢測焊墊105和金屬互連104之間的具體的電連接關(guān)系。其中檢測焊墊105可以用來檢測CMOS器件中的電路的電性能。
[0097]如圖4和圖5所示，在介電質(zhì)層102上面制備與金屬互連104電連接的MEMS傳感器106，在MEMS傳感器106上面涂覆聚酰亞胺樹脂(圖中未示出)。具體工藝如下，如圖4所示，對介電質(zhì)層102的表面進行平坦化處理，例如對介電質(zhì)層102進行化學機械拋光處理。在介電質(zhì)層102表面沉積犧牲層1001，再對犧牲層1001進行刻蝕使得犧牲層1001在介電質(zhì)層102上分離成多個。同時刻蝕去除金屬互連104上面的介電質(zhì)層102，使得金屬互連104暴露出來。在介電質(zhì)層102上面和犧牲層1001的上面形成MEMS傳感器106，MEMS傳感器106與金屬互連104形成電連接，再對MEMS傳感器106進行刻蝕，形成多個分離的MEMS傳感器106。如圖5所示，最后釋放犧牲層1001即可得到多個分離的MEMS傳感器106。
[0098]如圖6所不,提供一個具有通孔107的封裝基板108,封裝基板的厚度是200um,在封裝基板108的鍵合接觸面上形成粘結(jié)劑109。在其他的實施例中，可以在制備與金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在介電質(zhì)層上形成粘結(jié)劑，其中封裝基板的厚度可以是100um-1000um,還可以是100um-300um。其中，封裝基板優(yōu)選玻璃,還可以是二氧化娃。
[0099]如圖7所示，將封裝基板108上具有粘結(jié)劑109的鍵合接觸面與介電質(zhì)層102的上表面相鍵合。且使得封裝基板108上的通孔107正對著MEMS傳感器106。
[0100]如圖8所示，將襯底100的背面減薄，即將襯底100中遠離CMOS器件101的襯底表面減薄至厚度hi為200um。其中減薄工藝可以是化學機械拋光，可以是等離子體刻蝕，也可以是化學腐蝕減薄，還可以是它們之間的組合減薄工藝。在其他的實施例中，減薄后襯底100的厚度hi可以是100um-1000um之間的任意值，例如減薄后襯底100的厚度hi可以是100um-300umo
[0101]如圖9所示，在減薄后的襯底背面涂上光刻膠，之后進行光刻、刻蝕工藝，在襯底100上形成使得焊墊103暴露的溝槽110。溝槽110位于焊墊103的下面，且與其中的多個焊墊103對置連通。在其他的變形結(jié)構(gòu)中，可以在襯底100上形成溝槽110，使得溝槽110
與焊墊103 —一對置連通。
[0102]如圖10所示，在溝槽110上通過化學氣相沉積氧化硅層111，在其他的實施例中，還可以是在溝槽110上面沉積一層高分子的絕緣層。
[0103]如圖11所示，通過刻蝕工藝將與焊墊103接觸的氧化硅層111去除掉，形成與焊墊103相接觸的凹槽112使得焊墊103暴露出來。
[0104]如圖12所示，在凹槽112中通過物理氣相沉積金屬113，在凹槽112中填充金屬113，使得金屬113粘附于凹槽112的側(cè)壁上，同時使得填充的金屬113與焊墊103形成電連接，也形成很好的機械連接。再通過刻蝕工藝將位于襯底的背面上金屬113選擇性的去除掉，使得相鄰近的焊墊之間的金屬113具有一個開路。其中相鄰近的MEMS傳感器之間的焊墊電連接的金屬113可以開路，也可以是刻蝕去除掉形成斷路。所形成的金屬113和襯底100之間通過氧化硅層111相隔離。之后在金屬113上面形成焊球114。在實際的實施例中，可以根據(jù)MEMS傳感器上面的聚酰亞胺樹脂的多少，采用干法或濕法選擇性的去除MEMS傳感器上面的全部和部分樹脂。最后對每個MEMS傳感器進行切片即可。
[0105]在本實施例中的其他變形結(jié)構(gòu)中，還可以是提供一個透明的具有光滑平面的封裝基板，將封裝基板鍵合在MEMS光傳感器上，其中封裝基板上不具有任何的通孔或盲孔。在其他的實施例中，封裝基板的材質(zhì)可以是不透明的，將不透明的封裝基板鍵合在MEMS傳感器上后，將封裝基板上正對著MEMS傳感器的地方形成通孔，之后可以在封裝基板上具有通孔的地方填充透明材料，填充透明材料后的封裝基板可以進行拋光處理得到一個光滑的表面。本領域的技術(shù)人員可知，還可以是在MEMS傳感器上鍵合或形成不透明材質(zhì)的封裝基板，之后在封裝基板上正對著MEMS傳感器的地方形成通孔，根據(jù)實際的實施例，還可以在通孔填充透明材料，比如玻璃或透明高分子材料，從而使得封裝基板具有與MEMS傳感器上下相對應透明區(qū)域。
[0106]圖13至14是本發(fā)明第二個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。其與第一個實施例基本相同，區(qū)別在于:封裝基板上具有與MEMS傳感器相對置的盲孔。如圖13所示，提供一個具有盲孔207的封裝基板208，在封裝基板208的鍵合接觸面上形成粘結(jié)劑109。
[0107]如圖14所示，將封裝基板208上具有粘結(jié)劑109的鍵合接觸面與介電質(zhì)層102的上表面相鍵合。且使得封裝基板208上的通孔207正對著MEMS傳感器106。其余的工藝流程和參數(shù)與第一個實施例相同，在此不再贅述。
[0108]圖15至16是本發(fā)明第三個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。其與第一個實施例基本相同，區(qū)別在于:在所述MEMS傳感器上鍵合所述封裝基板之后，在所述封裝基板上形成與所述MEMS傳感器上下對置的通孔。如圖15所示，在MEMS傳感器106上鍵合封裝基板308。如圖16所示，在封裝基板308上刻蝕出通孔307，使得通孔307與MEMS傳感器106上下對置。本領域的技術(shù)人員可知，在其他的實施例中，還可以在封裝基板上刻蝕出盲孔，使得盲孔與MEMS傳感器上下對置。其余的工藝流程和參數(shù)與第一個實施例相同，在此不再贅述。
[0109]圖17是本發(fā)明第四個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。其與第一個實施例基本相同，區(qū)別在于:在MEMS傳感器106上形成封裝基板408，之后通過干法刻蝕、濕法刻蝕或化學腐蝕在封裝基板408上形成與MEMS傳感器106上下對置的通孔407，其中通孔407使得MEMS傳感器106暴露出來。在其他的實施例中，還可以是在封裝基板上形成與MEMS傳感器上下對置的盲孔。其余的工藝流程和參數(shù)與第一個實施例相同，在此不再贅述。
[0110]圖18至圖21是本發(fā)明第五個實施例的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖18所示，在襯底100上面通過集成電路工藝制備CMOS器件101，在襯底100上面制備所需的多個深度為200um的溝槽510。在襯底100上表面化學氣相沉積介電質(zhì)層102，在介電質(zhì)層102里面制備焊墊103，和將CMOS器件101與焊墊103電連接的金屬互連104，之后在介電質(zhì)層102中制備與金屬互連104電連接的檢測焊墊105。本領域的技術(shù)人員可知，金屬互連104和介電質(zhì)層102可以是相互交替的制備而成，具體工藝與集成電路工藝兼容，在此不作贅述。在其他的實施例中，溝槽510的深度可以是100um-300um之間的任意值，溝槽510還可以是貫穿襯底100。
[0111]如圖19所示，在介電質(zhì)層102上面制備與金屬互連104電連接的MEMS傳感器106。在MEMS傳感器106上面涂覆聚酰亞胺樹脂。提供一個具有通孔107的封裝基板108，在封裝基板108的鍵合接觸面上形成粘結(jié)劑109。在其他的實施例中，可以在制備與金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在介電質(zhì)層上形成粘結(jié)劑。將封裝基板108上具有粘結(jié)劑109的鍵合接觸面與介電質(zhì)層102的上表面相鍵合。且使得封裝基板108上的通孔107正對著MEMS傳感器106。
[0112]如圖20所示，將襯底100的背面減薄，即將襯底100中遠離CMOS器件101的襯底表面減薄至溝槽510暴露出來，溝槽510位于焊墊103的下面，且與其中的焊墊103——對置連通。在溝槽510中通過化學氣相沉積氧化硅層511，在其他的實施例中，還可以是在溝槽510上面沉積一層高分子的絕緣層。通過刻蝕工藝將與焊墊103接觸的氧化硅層511去除掉，形成與焊墊103相接觸的凹槽512使得焊墊103暴露出來。
[0113]如圖21所示，在凹槽512中和襯底100的背面通過物理氣相沉積金屬513，在凹槽512中填充金屬513，使得填充的金屬513與焊墊103形成電連接，同時也形成很好的機械連接。再通過刻蝕工藝將位于襯底的背面上金屬513選擇性的去除掉，使得相鄰近的焊墊之間的金屬513具有一個開路。其中相鄰近的MEMS傳感器之間的焊墊電連接的金屬513可以開路，也可以是刻蝕去除掉形成斷路。之后在金屬513上面形成焊球114。在實際的實施例中，可以根據(jù)MEMS傳感器上面的聚酰亞胺樹脂的多少，采用干法或濕法選擇性的去除MEMS傳感器上面的全部和部分樹脂。最后對每個MEMS傳感器進行切片即可。
[0114]上述實施例是用于例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式。本領域的技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，在權(quán)利要求保護范圍內(nèi)，對上述實施例進行修改。因此本發(fā)明的保護范圍，應如本發(fā)明的權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 襯底和位于所述襯底上的介電質(zhì)層，所述襯底中包括至少一個CMOS器件； 所述襯底中包括一個或多個溝槽，所述溝槽的側(cè)壁上具有絕緣層，所述溝槽中填充有金屬，所述金屬與所述襯底之間通過所述絕緣層相隔離； 所述介電質(zhì)層中具有與所述金屬電連接的焊墊； 所述介電質(zhì)層中具有與所述CMOS器件和焊墊電連接的金屬互連； 所述介電質(zhì)層的上面具有一個或多個MEMS傳感器，所述MEMS傳感器與所述金屬互連電連接； 所述MEMS傳感器上面具有封裝基板，所述封裝基板具有與所述MEMS傳感器上下相對應的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介電質(zhì)層中具有與所述金屬互連電連接的檢測焊墊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介電質(zhì)層和所述封裝基板之間具有粘結(jié)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述MEMS傳感器上面具有一層樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1或2所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述金屬上具有與所述金屬電連接的焊球。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝槽位于所述焊墊下面，且與所述一個或多個焊墊對置連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底的厚度為lOOum-lOOOum,所述封裝基板的厚度為lOOum-lOOOum。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝基板為二氧化硅或玻璃。
9.一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，包括下列步驟: 提供一個襯底，在所述襯底上制備至少一個CMOS器件； 在所述襯底表面制備焊墊和介電質(zhì)層； 在所述介電質(zhì)層中制備將所述CMOS器件與所述焊墊電連接的金屬互連； 在所述介電質(zhì)層上面制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器； 在所述MEMS傳感器上鍵合或形成封裝基板； 在所述襯底中形成使所述焊墊暴露的溝槽； 在所述溝槽中沉積絕緣層； 在所述絕緣層中形成與所述焊墊相接觸的凹槽，使得所述焊墊暴露出來；以及 在所述凹槽中填充金屬，使得所述金屬與所述焊墊形成電連接。
10.一種集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，包括下列步驟: 提供一個襯底，在所述襯底上制備至少一個CMOS器件； 在所述襯底中制備溝槽； 在所述溝槽上面制備焊墊和介電質(zhì)層； 在所述介電質(zhì)層中制備將所述CMOS器件與所述焊墊電連接的金屬互連；在所述介電質(zhì)層上面制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器； 在所述MEMS傳感器上鍵合或形成封裝基板； 在所述溝槽中沉積絕緣層； 在所述絕緣層中形成與所述焊墊相接觸的凹槽，使得所述焊墊暴露出來；以及 在所述凹槽中填充金屬，使得所述金屬與所述焊墊形成電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述MEMS傳感器上鍵合所述封裝基板之前，在所述封裝基板上形成通孔、盲孔或透明區(qū)域，所述封裝基板與所述介電質(zhì)層鍵合連接后使得所述封裝基板上的通孔、盲孔或透明區(qū)域正對著所述MEMS傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述MEMS傳感器上鍵合所述封裝基板之后，在所述封裝基板上形成與所述MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述MEMS傳感器上形成所述封裝基板之后，在所述封裝基板上形成與所述MEMS傳感器上下對置的通孔、盲孔或透明區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在形成使所述焊墊暴露的通孔前，將所述襯底中遠離所述CMOS器件的襯底表面減薄至100um-1000um。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述溝槽中沉積絕緣層前，將所述襯底中遠離所述CMOS器件的襯底表面減薄至100um-1000um。`
16.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在形成與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器前，在所述介電質(zhì)層中形成與所述金屬互連電連接的檢測焊墊。
17.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在制備與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在所述介電質(zhì)層上形成粘結(jié)劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述介電質(zhì)層上鍵合所述封裝基板之前，在所述封裝基板的鍵合接觸面上形成粘結(jié)劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述凹槽中填充金屬后，在所述金屬上形成與所述金屬電連接的焊球。
20.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在形成與所述金屬互連電連接的MEMS傳感器后，在所述MEMS傳感器上面涂覆一層樹脂。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的集成MEMS傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，在所述凹槽中填充金屬后，去除所述MEMS傳感器上面的全部或部分樹脂。
【文檔編號】B81C3/00GK103708407SQ201210378123
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月29日
【發(fā)明者】喻涵, 毛劍宏, 唐德明 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司