[发明专利]微机电系统器件与集成电路的集成方法及集成芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)器件与集成电路的集成方法及集成芯片。

背景技术

MEMS技术是近年来高速发展的一项高新技术。与由传统技术制作的对应器件相比，MEMS技术制作的器件在体积、功耗、重量及价格方面都有十分明显的优势，而且其采用先进半导体制造工艺，可以实现MEMS器件的批量制造，目前在市场上，MEMS器件的主要应用实例包括压力传感器、加速度计及硅麦克风等。

MEMS器件需要与驱动、检测、信号处理等集成电路(CMOS/Bipolar)连接集成在一起以成为一个具有完整独立功能的系统。目前已有的集成方案种类繁多，电路与MEMS器件制作在同一芯片上称为单片集成，单片集成按制作器件的先后顺序可分为Pre-CMOS及POST-CMOS。Pre-CMOS指先制作MEMS器件后再在同一芯片上制作集成电路，该种方案的缺点是MEMS器件会对后续集成电路工艺造成污染，且可能污染制造设备，导致后续使用该设备加工的其它集成电路均失效；POST-CMOS则是在制作完成集成电路后再在同一芯片上加工MEMS器件，但加工MEMS器件一般需采用高温工艺，而高温工艺将导致已加工完毕的集成电路失效。上述各问题虽可采取一定方法解决，但一般均会导致工艺复杂化，成本增加，因此单片集成工艺的应用受到限制，致使相当部分的MEMS器件不能采用该种方法进行集成。

另一种集成化方案是将MEMS器件与集成电路封装在同一管壳内的多芯片模块集成化。该方案首先在不同芯片上单独进行MEMS器件和集成电路的制造，然后将两者相邻地安装在同一基板上，并通过引线键合将两者进行电气连接，接着再进行陶瓷或金属封装以完成集成，该种方案的缺点一是由于两者之间的电连接由较长引线实现，会引入较多干扰信号，进而导致系统整体性能下降，二是由于MEMS器件一般是大小为微米数量级的可动部件，这些部件较为脆弱，因此封装集成时不能采用塑料封装，而需采用陶瓷或金属封装，这样封装所占成本相对较高，封装成本可比MEMS器件本身成本高出10～100倍。

因此，如何解决现有技术存在的缺点以实现低成本集成化方案已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可减少封装成本的微机电系统(MEMS)器件与集成电路的集成方法，以实现MEMS器件的圆片级集成及封装，并减小最终封装的体积。

本发明的另一目的在于微机电系统(MEMS)器件与集成电路的集成芯片，使MEMS器件与集成电路之间的电气连接通路短，以有效减小杂散电容与耦合电感，还可采用塑料封装而降低封装成本。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种可减小封装成本的微机电系统(MEMS)器件与集成电路的集成方法，包括步骤：1)分别提供一具有微机电系统器件的第一芯片及一具有与所述微机电系统器件对应的集成电路的第二芯片，其中，所述第一芯片具有第一电气连接点，所述第二芯片上具有第二电气连接点，且当所述第一芯片覆盖于所述第二芯片上时所述第一电气连接点与所述第二电气连接点相互对应；2)在所述第一电气连接点上生成第一附加导电点，同时在所述第一芯片上环绕所述微机电系统器件生成一第一封装环；3)在所述第二电气连接点上生成第二附加导电点，同时在所述第二芯片上生成一第二封装环，且当所述第一芯片覆盖于所述第二芯片上时所述第二封装环与所述第一封装环相对应：4)将所述第一芯片与所述第二芯片对接，并使所述第一附加导电点与所述第二附加导电点融合对接以完成所述微机电系统器件与所述集成电路的电气连接，同时，使所述第一封装环和所述第二封装环融合对接以将所述微机电系统器件密封于环内。

当所述第一芯片位于第一圆片上，所述第二芯片位于第二圆片上时，所述微机电系统器件与集成电路的集成方法还包括对对接后的所述第一圆片及第二圆片进行切割以得到单个集成芯片，并对所述单个集成芯片进行常规塑料封装的步骤。

所述第一电气连接点及第一附加导电点可处于所述第一封装环内；所述第一附加导电点由第三球下冶金层(under bump metallurgy，UBM)所形成；所述第二附加导电点为由在所述第二电气连接点上生成的第四UBM层及在所述第四UBM层上生成的第二焊料层形成的焊料球。

步骤2)也可进一步包括步骤：(1)在所述第一芯片上环绕所述微机电系统器件生成一第一金属环；(2)在所述第一金属环上生成第一UBM层以形成由所述第一金属环及所述第一UBM层组成的第一封装环。