具有微帽蓋的元件、模組及其晶圓級封裝方法

具有微帽蓋的元件、模組及其晶圓級封裝方法

具有微帽蓋的元件、模組及其晶圓級封裝方法專利名稱:具有微帽蓋的元件、模組及其晶圓級封裝方法技術(shù)領(lǐng)域:本創(chuàng)造涉及一種微機電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級封裝方法,特殊是涉及一種具有微帽蓋的元件及其晶圓級封裝方法,以及一種具有微帽蓋的元件模組及其晶圓級封裝方法。

背景技術(shù):一般微機電-,元件,例如微致動器、感測器、微加速度計等,大多利用半導(dǎo)體制程技術(shù)制造,但是后段的封裝制程,則由于微機電元件為三維可動式結(jié)構(gòu),除了與半導(dǎo)體元件一樣需要形成一個密閉式空間以避開外在環(huán)境,例如水氣及微粒子的干擾之外,還必需能提繊元件在做機械式運動時的活動空間,使得微機電元件的封慰隹度高于半導(dǎo)體元件,而不會喧接禾,現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝制^^紫微機電元件。

以微加速度計為例,目前封裝微加速度計的方式主要是將一微加速度計芯片與一芯片置于一陶瓷封裝體內(nèi),再以一上蓋密封而與外界隔絕。

由于該微加速度計芯片置入陶^^寸裝體之前,是由一晶圓經(jīng)過切害芯片的流程后所形成,芯片切割時會與外界直^觸,簡單受到水或切削的物質(zhì)攻擊,使微加速度計損壞,影響其制程良率。

為了改善芯片切割時造成微加速度計損壞的缺點,有人以沉積薄膜方式在微加速度計上方形成微帽蓋,由于薄膜要包覆微加速度計所需面積約在數(shù)百平方以上,而利用沉積方^形成的薄膜,例如氮化硅或多晶硅薄膜,其厚度只能達至擻,使得以薄麟成的微帽蓋具有高表面積與厚度比的特性,在芯片切割的時候,仍舊簡單受到水或切削所剩余的物質(zhì)等的外力攻擊而被破壞,而未能達到,微加速度計的效果。

再者,由于薄膜制的微帽蓋抗壓力不足,易受灌膠的壓力而,,所以無法利用成:低的塑料封裝,仍須利用陶,裝體封裝。

此外,制作薄,式的微帽蓋亦帝在很多缺點。

由于其犧牲層通常為二氧化硅層,當(dāng)沉積薄膜形成微帽蓋結(jié)構(gòu)后,必需在薄膜開蝕刻洞以便于微帽蓋結(jié)構(gòu)能被釋脫懸浮,但是一般微加速度計是糊芯片制作,其犧牲層亦為二氧化硅層,因此在釋放微帽蓋及微加速度計結(jié)構(gòu)時,必需同時考量到微帽蓋及微加速度計的二氧化硅的蝕亥附間。

若蝕刻時間過多,簡單使微加速度計底切現(xiàn)象過于嚴(yán)峻,影響微加速度計的靈敏度;若蝕刻時間過少,貝微帽蓋的二氧化硅未蝕亥烷畢,微帽蓋則無法完全被釋放。

而在釋放結(jié)構(gòu)后,還要在薄膜上沉積一層物質(zhì)以封閉蝕刻孔洞,方能使微加速度計與外界隔絕,也增加制程工序準(zhǔn)時間。

綜上戶脫,目前微機電元件缺少能抵微卜力攻擊的微帽蓋,不但在切割芯片吋簡單損壞元件,且大多須以陶瓷封裝,使得封裝成本增加,且封裝尺寸無法大幅縮小。

創(chuàng)造內(nèi)容為了解決前述課題,創(chuàng)造人經(jīng)由多方討論與試驗發(fā)覺,利用光阻作為制作微帽蓋的犧牲層材料,可以與一般微機電元件的犧牲層材料二氧化硅區(qū)隔,在釋放微帽蓋結(jié)構(gòu)時可用光組清洗劑將微帽蓋的犧牲層移除,而在釋放微機電元件的可動結(jié)構(gòu)時,則利用氫***酸將二氧化硅犧牲層移除,無需考量蝕刻時間長短會對微帽蓋及微機電元件造成不良影響,并能達到晶圓級封裝的水準(zhǔn)。

再者,微帽蓋的結(jié)構(gòu)層是以涂布高分子材料或電鍍金屬材料所形成,可以達到數(shù)十微米以上的厚度,使得本創(chuàng)造所形成的微帽蓋具有優(yōu)異的強度,不但能反抗芯片切割時的外力攻擊,且能抵抗灌膠封裝時的壓力而不裂開,所以除了能有效愛護微機電元件,進一步地,還會隨用成械為低廉的塑料封裝方式進行最終段的封裝制程。

本創(chuàng)造的一目的是在供應(yīng)一種具有微帽蓋的元件及其晶圓級封裝方法。

本創(chuàng)造的另一目的,在供應(yīng)一種具有微帽蓋的元件與電路芯片所形成的元件模組及其晶圓級封裝方法。

本創(chuàng)造的另一目的,在供應(yīng)一種具有微帽蓋的微加速度計的晶圓級封裝方法。

本創(chuàng)造的又一目的,在供應(yīng)一種微加速度計模組的晶圓級封裝方法。

于是,依據(jù)本創(chuàng)造的一方向,本創(chuàng)造具有微帽蓋元件的晶圓級封裝方法,其特征在于步驟包括在一預(yù)先形成有多數(shù)個元件單元的元件晶圓上,涂布一光阻層以作為犧牲層;圖案化該犧牲層;再于該犧牲層上形成一帽蓋結(jié)構(gòu)層;移除該犧牲層,而在各該元件單元上形成一微帽蓋。

依據(jù)本創(chuàng)造的另一方向,本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件,其特征在于包括一元件本體,及一體形成于該元件本體上的一微帽蓋;該微帽蓋由金屬或苯并環(huán)丁烯6所制成。

依據(jù)本創(chuàng)造的另一方向,本創(chuàng)造元件模組的晶圓級封裝方法,其特征在于歩驟包括^共一元件晶圓,該元件晶圓可依據(jù)前述具有微帽蓋元件的晶圓級封裝方法所制成;供應(yīng)一電路晶圓,該電路晶圓形成有多數(shù)個對應(yīng)于所述元件單元的電路單元,并于該電路晶圓上形成具有定義圖案的接合材料層;使各該元件單元與各該電路單^位后,利用該接合材料層接合;及切割已接合的該元件晶圓及該電路晶圓,而形成多數(shù)個元件模組。

依據(jù)本創(chuàng)造的另一方向,本創(chuàng)造元件模組,包括一元件本體、一形成于該元件本體正面的微帽蓋,及一接合于該元件本體底面的電路芯片。

依據(jù)本創(chuàng)造的另一方向,本創(chuàng)造具有微帽蓋的微加速度計的晶圓級封裝方法,其特征在于步驟包括供應(yīng)一晶圓,該晶圓形成有多數(shù)個尚未將可動結(jié)構(gòu)釋放的微加速度計預(yù)成體;以蝕亥仿式于該晶圓正面定義出各該微加速度計預(yù)成體正面結(jié)構(gòu)的外形;于該晶圓正面涂布光阻以形成一犧牲層;圖案化該犧牲層,以定義預(yù)定形成微帽蓋的固定柱的位置;于該犧牲層上形成一帽蓋結(jié)構(gòu)層,并圖案化該帽蓋結(jié)構(gòu)層,以定義出多數(shù)個對應(yīng)于各該微加速度計賊體的微帽蓋的外形;以蝕刻方式于該晶圓背面定義出各該微加速度計預(yù)成體背面結(jié)構(gòu)的外形;釋放所述微加速度計預(yù)成體的可動結(jié)構(gòu);及移除該犧牲層,而形成多數(shù)個微加速度計及多數(shù)個位于各該微加速度計的正面上的微帽蓋。

依據(jù)本創(chuàng)造的另一方向,本創(chuàng)造微加速度計模組的晶圓級封裝方法,其特征在于步驟包括供應(yīng)一元件晶圓,該元件晶圓可依據(jù)前述具有微帽蓋的微加速度計的晶圓級封裝方法所制成;供應(yīng)一電路晶圓,該電路晶圓形成有多數(shù)個對應(yīng)于戶;微加速度計的電路單元,并于該電路晶圓上形成具有定義圖案的接合材料層;使各該微加速度計與各該電路單自位后,禾,該接合材料層接合;及7切割已接合的該元件晶圓及該電路晶圓,而形成多數(shù)個微加速度計模組。

本創(chuàng)造的有益效果在于本創(chuàng)造的微帽蓋可利用晶圓級封裝方法希喊,并具有極佳的強度,可抵抗芯片切割時外力的影響以愛護微加速度計的可動結(jié)構(gòu)。

而且,再進一步使形成有微帽蓋的元件晶圓與電路晶圓接合形成元件模組,不但能使元件模組達到晶圓級封裝且具有真空封裝的效果,并在進行元件模組的芯片切割時,更能借由微帽絲電路芯片完衝呆護微加速度計的可動結(jié)構(gòu)。

再者,元件模組可利用成本較低的塑料封裝方式形成封裝體,可大幅縮減封裝體的體積和面積,并能節(jié)約封裝時間及成本。

圖1~是說明本創(chuàng)造具有微帽蓋元件的晶圓級封裝方法的實施例1的流程圖,及說明本創(chuàng)造具有微帽蓋元件的實施例;圖2~是說明本創(chuàng)造具有微帽蓋元件的晶圓級封裝方法的實施例2的流程圖,及說明本創(chuàng)造具有微帽蓋元件的實施例2;圖3~是說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的晶圓級封裝方法的實施例3的流程圖,并說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的實施例3;圖4是說明該實施例3進一步封裝所形成的封裝體;圖4是說明該實施例3進一步封裝所形成的另一形式的封裝體;圖5~是說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的晶圓級封裝方法的實施例4的流程圖,并說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的實施例4;圖6是說明該實施例4進一步封裝所形成的封裝體;及圖6是說明該實施例4進一步封裝所形成的另一形式的封裝體。

詳細(xì)實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本創(chuàng)造進行具體說明在以下實施例中所形成的微機電元件是以微加速度計為例說明,但是并不以微加速度計為限。

而且以下實施例的實施步驟主要說明微帽蓋的制作方法,由于微帽蓋的制作流程可協(xié)作微加速度計的后段制程可動結(jié)構(gòu)的釋放,因此微加纖計的前段制程步驟在以下實施例中即不詳加說明。

8實施例1參閱圖1~,為本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的晶圓級封裝方法的實施例1的制作流程圖,以及其所滯幌的具有微帽蓋的元件,圖1~中只以晶圓上的一個元件單元在晶圓切割后可成一芯片為例說明。

如圖所示,供應(yīng)一元件晶圓圖中只示出該晶圓的一部份,元件晶圓10上已形成有多數(shù)個具有微加3計的基本結(jié)構(gòu)的元件單元1。

元件單元1包括一質(zhì)塊硅層11、一形成于質(zhì)塊硅層11下側(cè)晶圓背面的化硅層12、一形成于質(zhì)央硅層11上側(cè)的二氧化硅絕緣層13、一形成于絕緣層13上的結(jié)構(gòu)硅層14,及一形成于結(jié)構(gòu)硅層14上的金屬接點15。

在二氧化硅層12及結(jié)構(gòu)硅層14上形成有定義微加計結(jié)構(gòu)的圖案。

如圖1所示,利用旋轉(zhuǎn)涂布豐幾在元件晶圓10上涂布光阻,而在各元件單元1的結(jié)構(gòu)硅層14與金屬接點15上形成一犧牲層16,其厚度約5。

如圖1所示,利用第一道光罩將犧牲層16圖案化,以定義微帽蓋的固定柱位置161,在本實施例中,固定柱位置161為一環(huán)^^勾,其內(nèi)徑略大于元件,以加速計為例,內(nèi)徑約為、,也就是說,環(huán)形溝寬度大約200。

如圖1所示,再禾,旋轉(zhuǎn)涂布機在犧牲層16上涂布感光型苯并環(huán)丁烯,約20厚度,以作為帽蓋結(jié)構(gòu)層17,并利用其次道光罩將帽蓋結(jié)構(gòu)層17案化,形成如圖1所示的微帽蓋結(jié)構(gòu)18。

如圖1所示,禾傭感應(yīng)耦合電漿離^^係統(tǒng)定義微加速度計背面結(jié)構(gòu)的皿。

如圖所示,將晶圓浸泡于氫***酸中仁氧化硅層12及部分絕緣層13,以釋放微加速度計的可動結(jié)構(gòu)2,同時可使微帽蓋結(jié)構(gòu)18內(nèi)的犧牲層16部分顯露出來位于結(jié)構(gòu)硅層14的缺口部分。

如圖1所示,利用光阻清洗劑移除犧牲層16,以釋放微帽蓋結(jié)構(gòu)18,并使微加速度計的可動結(jié)構(gòu)2完全釋放,而在,加速度計的可動結(jié)構(gòu)2上形成一微帽蓋3。

再借由芯片切割步驟,即可形成多數(shù)個如圖所示的具有微帽蓋的微加速度計芯片20。

實施例2參閱圖2~,為本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的晶圓級封^法的例2的制作流程亂以及其戶顧幌的具有微帽蓋的元件,圖2~中只以晶圓上的一個元件單元在晶圓切割后可成一芯片為例說明。

圖2~所示的實施步驟與實施例1的圖1~所示者相同,而在元件晶圓10上涂布光^成犧牲層16。

如圖2所示,禾,第一道光罩圖案9化犧牲層16以定義微帽蓋的固定柱健。

如圖2所示,禾傭電子槍蒸統(tǒng)在晶圓10正面被覆金屬鈦,厚度約1000,以作為晶種層41,并利用其次道光罩將晶種層41圖案化,以定義后續(xù)電鍍制程步驟的電鍍沉積區(qū)域。

如圖2所示,再于晶圓10表面進行其次次光阻涂布,形成厚度約20微米的光阻層42,并利用第三道光罩將光阻層42圖案化形成光阻鑄模,以定義微帽蓋結(jié)構(gòu)的糊犬;再以電鍍制程沉積鎳金屬層約20厚度,而形成微帽蓋結(jié)構(gòu)層43。

如圖2~所示,此等步驟與實施例1相同,先利用蝕刻晶圓10背面,定義微加速度計的背面結(jié)構(gòu),再分別以氫***艦光阻清洗齊鵬放微加速度計的可動結(jié)構(gòu)2及微帽蓋5,其中犧牲層16及光阻層42所用的光阻材料相同,即可利用一種光阻清洗劑同時將兩者移除,而在微加速度計的可動結(jié)構(gòu)2上形成微帽蓋5。

在本實施例中,晶種層41是4頓金屬鈦,但亦可使用例如金屬銅、金屬鋁1等。

而微帽蓋結(jié)構(gòu)層43除了可使用金屬鎳之外,亦可頓例如金屬銅、鎳鐵合金-等,并不以本實施例為限。

〈與電路芯片的模組皿裝〉參閱圖3~,說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件與電路芯片形成的元件模組的晶圓級封裝方法的實施例3的流程圖,且圖3并說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的實施例3。

如圖3所示,樹共一已形成有多數(shù)個具有微帽蓋612的元件單元611的元件晶圓61,元件晶圓61可利用實施例1或?qū)嵤├?的實施步驟所審暢,在本實施例的圖式是以實施例1的實施步驟所制得的元件晶圓為4撥,其中元件單元611即為未經(jīng)過芯片切害啲微加速度計。

另^共一電路晶圓62,電路晶圓62上形成有多數(shù)個與前述元件晶圓61的元件單元611相對應(yīng)的電路單元621,并形成有電,點622,在本實施例中,電路單元621為電路。

再于電路晶圓62正面涂布芯片接合材料并定義接合,形成圖案化的接合材料層7,而具有多數(shù)個接合位置71。

在本實施例中,芯片接合材料是4頓;如圖3所示,^;件晶圓61上的各元件單元611與電路晶圓62上的各對應(yīng)電路單元621對位后,將元件晶圓61的背面與與電路晶圓62的正面貼合,并加熱接合材料至其接合離約250。

,而使各元件單元611與電路單元621接合在一起;如圖3所示,將元件晶圓61與電路晶圓62接合后,進行芯片切割步驟,先以較寬的***,切割元件晶圓61以將各元件單元611分別;如圖3所示,再利用較以將各電路單元621分別,而形成多數(shù)個由微加速度計芯片611與電路芯片621組成的微加速度計模組6。

如圖4所示,微加鞭計模組6可利用一般的陶^^寸裝進行最終的封裝,形成一封裝體81;或如圖4所示,利用塑料封裝法-進行最終的封裝,形成另一形式的封裝體82。

實施例4參閱圖5~,說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的晶圓級封裝方法的實施例4的流程圖,且圖5并說明本創(chuàng)造具有微帽蓋的元件的元件模組的實施例4。

實施例4與實施例3的實施步驟煩相同,但是,實施例4是在電路晶圓63的背面涂布芯片接合材料,并定義出多數(shù)個接合位置71。

將元件晶圓61與電路晶圓63借由芯片接合材1合后,再進行芯片切割制程,實施例4可用同一***將元件晶圓61及電路晶圓63切割,所以只需一次切割程序即可形成多數(shù)個由微加速度計芯片611與電路芯片631組成的微加速度計模組60,與實施例3所差異處在于,微加皿計模組60的電路芯片631的電路接點632位于微加,計模組60的底部。

參閱圖6及圖6,微加皿計模組60亦可如前述實施例3的封裝方法進行最終的封裝,分別形成不同形式的封裝體83、84,但是,實施例4與實施例3不同之處在于,微加皿計模組60的電路芯片631是以覆晶方式封裝。

本創(chuàng)造的微帽蓋的實施概念亦