[发明专利]一种基于MEMS的惯性传感器生产及晶圆级封装工艺

摘要

本发明公开了一种基于MEMS的惯性传感器生产及晶圆级封装工艺，其步骤如下：1）工程化的绝缘硅（E-SOI）形成;2）在MEMS晶圆上面加工；3）在标准ASIC带工厂生产ASIC晶圆；4）MEMS晶圆和ASIC晶圆金属共熔键合；5）晶圆级芯片规模封装(WLCSP)。本发明做到ASIC芯片面积与MEMS芯片面积完全相同，充分利用MEMS芯片以及ASIC芯片的有效面积，为MEMS和ASIC芯片设计提供最有效的空间。晶圆级芯片规模封装省掉了芯片后续的封装工序。直接通过BGA完成终端电路板的贴片(Flip-Chip)，大幅度缩小芯片尺寸以及降低生产成本。

主权项

一种基于MEMS惯性传感器生产及晶圆级封装工艺，其步骤如下：1）工程化的绝缘硅形成（Engineered‑SOI wafer）：a、首先用硅托衬晶圆（handle wafer）《5》，背面蚀刻定位对准标记(第一光刻版)，然后在晶片正面采用等离子体工艺刻蚀沟槽《1》(第二光刻板)；通过热氧化工艺生长一层氧化膜《7》；用硅镕键合工艺与另外一片微机电器件晶圆（MEMS device wafer）《4》键合为一体；b、在微机电器件晶圆面进行磨削到理想厚度；2）用等离子体蚀刻工艺在微机电器件晶圆上面形成围沟（第三光刻板），然后气相沉积一层锗或者硅《6》用于以后的晶圆键合，对锗或者硅薄镆与围沟对应作光刻图形(第四光刻板)以及等离子体刻蚀去掉不需要的锗，最后用DRIE工艺完成MEMS结构的刻蚀(第五光刻板)；3）在标准ASIC带工厂生产ASIC晶圆《2》；《3》是ASIC面的焊锡位（bondpads）；然后在此晶圆上进行以下加工工艺：a、在有电路的ASIC正面光刻硅通孔（TSV）(第六光刻板)，用DRIE工艺蚀刻足够深的沟槽，其深度为100‑150微米，按照标准TSV工序对沟槽进行氧化物，金属的填充《8》，以及CMP的磨平，对ASIC晶圆背面进行磨削到100‑150微米的厚度，再用CMP工艺磨平晶片表面（ASIC面的背面）；b、用溅射工艺生长一层金属层《9》；对金属《9》进行光刻走线图案制作(第七光刻板)以及湿法金属蚀刻，用化学气相沉积工艺长一层氧化物《10》，其厚度是金属层《9》的5‑6倍；c、进一步的光刻氧化层图案（第八光刻板）暴露金属层《9》，为金属层《11》作准备，先用溅射工艺生长一层金属层《11》，其厚度约为《9》的3‑4倍，对金属层《11》进行光刻布线(第九光刻板)，使金属层《11》与微机电器件晶圆《6》进行金属共熔键合；d、最后一步工序是光刻图案制备以及用等离子体工艺蚀刻沟槽《12》(第十光刻板)；4）MEMS晶圆和ASIC晶圆锗/铝，硅/铝或者锗/金、硅/金金属共熔键合，该工艺在真空下进行，最后的陀螺仪沟槽内腔体的压力不应大于0.50‑0.75Torr；到处为止，晶圆可以进行划片（wafer dicing）以及芯片级封装（CSP‑chip scale packaging）。比如LGA或者QFN的封装形式。本发明提出用晶圆级芯片规模封装工艺（WLCSP）以及后续的倒焊封装（Flip‑Chip）；5）晶圆级芯片规模封装工艺（WLCSP）a、在键合好的晶圆的ASIC面形成一层聚酰亚胺（polyimide‑PI）或环氧树脂（Epoxy）《13》；b、用光刻工艺制备打开焊盘的图案（第十一光刻板）；用溅射工艺（Sputtering）生长一层金属（Al或Cu）《14》；c、用光刻工艺制备重布线层（RDL）（第十二光刻板）；用干法或湿法蚀刻工艺制备金属重布线层《14》；d、再形成一层聚酰亚胺（polyimide‑PI）或环氧树脂（Epoxy）《15》；e、用光刻工艺制备锡球BGA图案（第十三光刻板）；最后形成UBM《16》以及BGA锡球《17》。