[发明专利]晶圆级封装方法以及晶圆

说明书

技术领域

本发明涉及封装领域，尤其涉及一种晶圆级封装方法以及晶圆。

背景技术

在丰富多样的MEMS产品中，加速度计和陀螺仪在消费电子产品应用中占有很高比例，尤其是在智能手机这一个巨大市场中更是具有举足轻重的作用。对于目前市场需求量巨大的加速度计和陀螺仪产品，一般都是由衬底层、结构层和封帽层通过各种键合工艺实现，三层叠加后的厚度一般要到800μm左右，起到信号引出作用的焊盘（PAD）夹在结构层和衬底层或结构层和封冒层之间。由于研发水平受到成品率和成本的限制，焊盘不能直接引出，所以陷于晶圆中间的焊盘必须通过一定加工方法暴露出来，即实现焊盘开窗(de-cap)。为了能够在量产封装前对晶圆实施筛选以选出失效的芯片，从而降低后端封装成本，也要求必须能够在晶圆级切割前将焊盘区域暴露出来。

现有技术中暴露焊盘的方法主要包括两种。一种是在晶圆键合前将焊盘开窗区域实现，然后将开窗的封帽层用粘结材料与结构层晶圆粘结，暴露的焊盘区域在进行正面研磨时大量硅粉会验证沾污焊盘，故该工艺后的晶圆结构很难进行双面研磨减薄。另外一种工艺是先将封帽层和器件层用黏结材料进行键合，进行双面研磨，再通过两次切割晶圆的方式将焊盘开窗区域暴露出来以实现最终MEMS产品晶圆。该工艺存在的问题是切割时暴露出焊盘区域过程中，产生的硅粉对焊盘区域产生沾污，并且二次切割时飞溅的硅渣会严重损伤高速旋转的切割刀，最终造成量产过程中的高成本。

附图1所示是现有技术中第一种技术方案的封装结构示意图。为了实现晶圆级真空密封，用粘结剂层13将密封帽层晶圆12与结构层11、衬底晶圆10键合起来，形成高真空腔体。为了暴露出焊盘区域，在键合前在密封帽层晶圆12上制作出通孔121以暴露出结构层11表面的焊盘（PAD）14，一般用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺进行双面对准刻蚀，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀，刻蚀400μm这么深的通孔都需要比较长的时间和较高的成本。由于密封帽层晶圆12上已经刻蚀出很多通孔，在键合受力时非常容易碎裂。为了实现最终产品的轻薄厚度不大于0.9mm，以上晶圆级真空密封的MEMS晶圆必须进行双面研磨至不大于400μm。由于密封帽层晶圆12上均匀分布了刻蚀通孔，所以在研磨时非常容易发生晶圆碎裂，很难实现减薄工艺。

该第一种现有技术的缺点为：先在密封帽层晶圆12上直接加工出通孔，再对密封帽层晶圆12和结构层11键合，该密封帽层晶圆12容易发生碎裂。为了避免密封帽层晶圆12碎裂，一般都选择比较厚的密封帽层晶圆12。为了最终实现较薄的MEMS晶圆，必须选用双面研磨来减薄，但是分布了刻蚀通孔121的密封帽层晶圆12非常容易碎裂。因此，此技术虽然能够实现焊盘14所在区域暴露的目的，但是在键合和减薄工艺都有碎片的风险，不易在大规模量产中实现低成本的超薄的真空密封的MEMS晶圆。

附图2所示是现有技术中第二种技术方案的封装结构示意图。该第二种方案为密封帽层晶圆22在切割道区域制备了一个凹槽221，其深度同密封帽层晶圆22的腔体内深度。当密封帽层晶圆22和结构层21、衬底晶圆20通过粘结剂层23实现真空密封键合后，可以对衬底晶圆20和密封帽层晶圆22分别进行双面研磨。利用晶圆切片工艺在两片晶圆之前内嵌的凹槽221划片，只切透密封帽层晶圆22，以暴露出焊盘24所在区域。最后在芯片的真正切割道区域再进行划片并切穿密封帽层晶圆22、结构层21和衬底晶圆20。

附图2所示现有技术的缺点在于切割凹槽221的工艺非常容易造成结构层21表面线路划伤，还需要承担切割时的大量硅粉沾污焊盘24的高风险，并且切割工艺引起的剧烈震动易于造成密封帽层晶圆22隐裂而真空失效。另外，两次晶圆划片时间非常长，严重延长了工艺加工周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶圆级封装方法以及晶圆，可以在晶圆完整的情况下将焊盘暴露出来用于测试，并且易于切割分拣。

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆级封装方法，包括如下步骤：提供一叠层晶圆，所述叠层晶圆包括衬底晶圆和密封帽层晶圆，以及夹在衬底晶圆和密封帽层晶圆之间的结构层，所述结构层通过粘结层粘附至衬底晶圆，所述衬底晶圆在朝向结构层的表面上设置有至少一焊盘，所述焊盘与所述结构层之间具有一间隙；研磨减薄密封帽层晶圆至一目标厚度；在密封帽层晶圆和结构层内形成窗口，所述窗口的位置对应于所述焊盘，从而将所述焊盘暴露出来。

可选的，所述方法还包括在所述窗口所在位置分割所述叠层晶圆的步骤。