为晶圆级芯片尺寸封装件（wlcsp）应用缓解焊接偏移的结构和方法
【专利摘要】本发明涉及具有应力吸收盖衬底的晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)。盖衬底通过布置在盖衬底的上表面上的接合环和接合焊盘接合至管芯。衬底通孔(TSV)从接合焊盘延伸穿过盖衬底至盖衬底的下表面。此外，上表面中的凹槽在接合焊盘周围延伸和沿着接合环的侧壁延伸。该凹槽吸收诱导应力，从而缓解管芯中的任何器件偏移。本发明的实施例还涉及为晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)应用缓解焊接偏移的结构和方法。
【专利说明】
为晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)应用缓解焊接偏移的结构和方法
技术领域
[0001]本发明涉及集成电路器件，更具体地，涉及为晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)应用缓解焊接偏移的结构和方法。【背景技术】
[0002]诸如加速计、压力传感器、陀螺仪等的微电子机械系统(MEMS)器件已经广泛用于许多现代的电子器件。例如，MEMS加速计常见于汽车(例如，在安全气囊系统中)、平板电脑和智能手机中。近年来，将MEMS器件合并入通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺形成的集成电路内越来越常见。将MEMS器件(例如，传感器、集成光学组件、生物芯片等)合并入CMOS工艺允许高产量制造的MEMS器件的广泛使用。
【发明内容】
[0003]本发明的实施例提供了一种晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)，包括:管芯；盖衬底，具有延伸至所述盖衬底的上表面内的凹槽；一个或多个接合元件，布置在所述盖衬底的所述上表面上并且位于由所述凹槽围绕的位置处，其中，所述一个或多个接合元件配置为将所述管芯接合至所述盖衬底；衬底通孔(TSV)，延伸穿过所述盖衬底并且配置为提供所述管芯和下面的焊球之间的电连接，所述焊球设置在所述盖衬底的下表面下方。
[0004]本发明的另一实施例提供了一种用于形成晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)的方法，所述方法包括:提供盖衬底；在所述盖衬底的上表面上方形成接合环和接合焊盘，其中，所述接合环形成在所述接合焊盘周围；在所述盖衬底内实施蚀刻以在所述上表面中形成凹槽，所述凹槽在所述接合焊盘周围延伸和沿着所述接合环的侧壁延伸；通过所述接合环和所述接合焊盘将所述盖衬底接合至管芯；以及形成衬底通孔，所述衬底通孔从大约与所述上表面平齐处延伸至所述盖衬底内。
[0005]本发明的又一实施例提供了一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括:集成电路，包括半导体衬底和上面的层间介电(ILD)层，所述半导体衬底具有一个或多个半导体器件，所述ILD层包括多个金属互连层；MEMS结构，接合至所述ILD层；盖衬底，通过布置在所述盖衬底的上表面上的接合环和接合焊盘接合至所述MEMS结构，其中，所述盖衬底在所述上表面中具有凹槽，所述凹槽在所述接合焊盘周围延伸和沿着所述接合环的侧壁延伸； 以及衬底通孔(TSV)，布置在所述盖衬底内，其中，所述TSV从所述接合焊盘延伸穿过所述盖衬底。【附图说明】
[0006]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意， 根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0007]图1A示出了具有应力吸收盖衬底的晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)的一些实施例的截面图。
[0008]图1B示出了沿着盖衬底的上表面截取的图1A的WLCSP的一些实施例的纵向视图。
[0009]图2示出了用于制造具有应力吸收盖衬底的WLCSP的方法的一些实施例的流程图。
[0010]图3至图9示出了根据图2的方法的处于各个制造阶段的WLCSP的一些实施例的一系列截面图。
[0011]图10示出了用于制造具有应力吸收盖衬底的WLCSP的方法的其他实施例的流程图。
[0012]图11至图17示出了根据图10的方法的处于各个制造阶段的WLCSP的一些实施例的一系列截面图。【具体实施方式】
[0013]以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0014]而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些) 元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。
[0015]此外，为了便于描述，“第一”、“第二”等在本文中可以用于区分图或一系列图的不同元件。第一”、“第二”等不旨在描述相应的元件。因此，结合第一图描述的“第一介电层” 不必对应于结合另一图描述的“第一介电层”。
[0016]现代电子器件越来越多地将微电子机械系统(MEMS)器件合并入集成电路内。该集成可以提供较低的寄生效应(例如，较低的电阻、电感和/或电容)、较低的成本和/或增大的性能。用于将MEMS器件合并入集成电路内的一种方法是封装MEMS器件和集成电路以作为晶圆级芯片尺寸封装件(WLSCP)。这种封装的优势在于:它能降低封装和集成成本。
[0017]在WLCSP的形成中，提供或以其他方式形成MEMS/CM0S晶圆。例如，将MEMS晶圆接合至CMOS晶圆。然后在CMOS晶圆内形成衬底通孔(TSV)。此外，球栅阵列(BGA)形成在 CMOS晶圆的后侧上并且与TSV电通信。可以将MEMS/CM0S晶圆锯切或切割成芯片，并且可以将芯片接合或以其他方式安装在其他衬底上。例如，可以使用BGA的焊球将单独的芯片焊接在印刷电路板(PCB)上。
[0018]形成如上所述的WLCSP的挑战是将WLCSP焊接至PCB在PCB和WLCSP之间诱导应力。焊接工艺涉及高温(例如，约200摄氏度至500摄氏度)。由于PCB和WLCSP(例如， WLCSP的硅)的热膨胀系数之间的失配，焊接工艺在WLCSP和PCB之间诱导应力。该诱导应力通过焊球和CMOS管芯传递至MEMS管芯并且导致MEMS器件偏移，MEMS器件偏移不利地影响器件性能。例如，由于MEMS器件偏移，在零点校准期间或当不期望信号时，MEMS器件可以记录和/输出信号(例如，压力信号的变化)。
[0019]鉴于以上所述，本申请针对WLCSP，该WLCSP具有沿着BGA和MEMS/CM0S管芯之间的诱导应力路径布置的盖衬底。在盖衬底内布置凹槽以吸收沿着诱导应力路径的诱导应力，并且因此防止诱导应力传递至MEMS/CM0S管芯。此外，导电互连结构或TSV设置在盖衬底内以提供WLCSP下面的PCB或其他衬底和MEMS/CM0S管芯之间的电连接。有利地，凹槽在焊接期间吸收诱导应力并且防止MEMS器件偏移，这改进器件性能。
[0020]图1A示出了用于减小WLCSP 101和器件衬底102之间的应力的WLCSP 101的一些实施例的截面图l〇〇a，WLCSP 101接合至器件衬底102。通常，器件衬底102是PCB，并且 WLCSP 101通过焊球接合至PCB。然而，其他衬底类型和/或接合工艺是可接受的。WLCSP 101包括管芯104。通常，管芯104包括一个或多个的MEMS结构106和集成电路(1C) 108。 例如，如图所示，管芯104可以包括布置在MEMS结构106上方的1C 108。然而，管芯104可以包括或以其他方式限制于额外的或可选的半导体结构。
[0021]1C 108包括1C衬底110、器件区112和后段制程(BE0L)金属化堆叠件114。器件区112位于1C衬底110下面并且延伸至1C衬底110的下表面111内。器件区112包括诸如电阻器、电容器、晶体管等的电子组件。在一些实施例中，电子器件是CMOS器件。BE0L 金属化堆叠件114位于1C衬底110下面并且邻接1C衬底110和器件区112。BE0L金属化堆叠件114包括堆叠在层间介电层118内的多个金属化层116、117。金属化层116、117包括金属线120和/或接合焊盘121。BE0L金属化堆叠件114的一个或多个通孔122在金属化层116、117之间延伸以互连金属化层116、117，并且BE0L金属化堆叠件114的一个或多个接触件124在最接近器件区112的金属化层116和器件区112之间延伸。例如，层间介电层118可以是低k电介质或氧化物。例如，金属化层116、接触件124和第一通孔122可以是诸如铜、铝或钨的金属。
[0022]在一些实施例中，MEMS结构106包括延伸穿过MEMS结构106至IC108的金属化层116、117的一个或多个第一衬底通孔126。MEMS结构106通常对应于压力传感器，但是 MEMS结构106可以对应于诸如运动传感器的其他类型的MEMS器件。
[0023]当MEMS结构106对应于压力传感器时，MEMS结构106包括柔性膜128 (由虚线框标定)。柔性膜128包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面邻接下面或上面的腔130,第二表面与外部环境流体连通。以参考压力气密密封腔130。例如，可以由1C 108密封MEMS结构106中的开口以限定腔130。在操作中，柔性膜128与参考压力和外部环境的压力之间的差成比例地偏斜。因此，通过测量该偏斜，可以测量环境压力。在一些实施例中，通过布置在柔性膜128中或以其他方式布置在柔性膜128上并且邻近1C 108的接合焊盘121的一个或多个感测电极(未示出)之间的电容耦合测量该偏斜。
[0024]WLCSP 101的盖衬底132位于管芯104下面。盖衬底132通过一个或多个接合元件接合至管芯。在一些实施例中，一个或多个接合元件可以通过布置在管芯104和盖衬底 132之间的接合环134和接合焊盘136将盖衬底132共晶接合至管芯104。接合环134包括分别布置在盖衬底132和管芯104上的盖接合环134a和管芯接合环134b。接合焊盘136 包括分别布置在盖衬底132和管芯104上的盖接合焊盘136a和管芯接合焊盘136b。管芯接合焊盘136b通常电连接至第一衬底通孔126。
[0025]多个凹槽138、139布置在面向MEMS结构106的盖衬底132的上表面内。多个凹槽138、139布置在一个或多个接合元件周围的位置处。例如，盖衬底132内的凹槽138、139 可以在盖接合焊盘136a周围延伸和沿着盖衬底132的上表面140内的盖接合环134a的侧壁延伸。在一些实施例中，凹槽138、139的宽度142在从约1微米(y m)至约100 y m的范围内，并且凹槽138、139的深度144在从约5 y m至约200 y m的范围内。有利地，凹槽138、 139允许盖衬底132响应于作用在盖衬底132上的任何应力而扩展或收缩，从而防止应力引起的管芯104上的偏斜。
[0026]球栅阵列(BGA) 145位于盖衬底132的下表面146上的盖衬底132下面。BGA 145 包括布置在盖衬底132的下表面146上并且通过一个或多个第二衬底通孔150电连接至盖接合焊盘136a的再分布层(RDL) 148,第二衬底通孔150延伸穿过盖衬底132。RDL 148由 BGA介电层152覆盖，并且凸块下金属化(UBM)层154延伸穿过BGA介电层152以将UBM层 154下面的焊球156电连接至RDL 148。例如，BGA介电层152可以是环氧化物或焊料掩蔽膜(SMF)。例如，RDL 148、UBM层154、第二衬底通孔150和焊球156可以是诸如铜、铝和钨的金属。焊球156将盖衬底132连接至器件衬底102。
[0027]参照图1B，提供了沿着盖衬底132的上表面截取的WLCSP 101的一些实施例的纵向视图100b。如图所示，凹槽138、139在盖接合焊盘136a周围延伸和沿着盖衬底132内的盖接合环134a的侧壁延伸。有利地，凹槽138、139允许盖衬底132响应于作用在盖衬底 132上的应力而扩展或收缩，从而防止应力诱导的管芯104上的偏斜以及对MEMS结构106 内的MEMS器件的损坏。例如，凹槽138、139可以缓解MEMS结构106上的由WLCSP 101和器件衬底102的不同热膨胀系数引起的应力，同时将WLCSP 101焊接至器件衬底102。
[0028]参照图2,流程图200提供了用于制造具有应力吸收盖衬底的WLCSP的方法的一些实施例。
[0029]在步骤202中，提供盖衬底。
[0030]在步骤204中，形成延伸至盖衬底内的TSV。
[0031]在步骤206中，在盖衬底的上表面上方形成接合环和接合焊盘。
[0032]在步骤208中，在盖衬底内实施蚀刻以在上表面中形成凹槽，凹槽在接合焊盘周围延伸和沿着接合环的侧壁延伸。
[0033]在步骤210中，通过接合环和接合焊盘将盖衬底接合至管芯。
[0034]在步骤212中，对盖衬底的下表面实施平坦化以暴露TSV的下表面。
[0035]在步骤214中，在盖衬底的下表面上形成BGA。
[0036]在步骤216中，通过BGA将盖衬底接合至PCB。
[0037]有利地，通过蚀刻盖衬底以形成凹槽，盖衬底可以扩展或收缩以吸收作用在盖衬底上的应力。这进而防止将应力传递至管芯。
[0038]虽然由流程图200描述的方法在本文中示出和描述为一系列的步骤和事件，但是将理解，示出的这种步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，一些步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步骤或事件同时发生。此外，可能不是所有示出的步骤对于实施本文中描述的一个或多个方面或实施例都是必需的，并且可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中进行本文中示出的一个或多个步骤。
[0039]参照图3至图9,提供了处于各个制造阶段的WLCSP的一些实施例的截面图以示出图2的方法。虽然图3至图9描述为与该方法相关，但是将理解，图3至图9中公开的结构不限于该方法，而是可以独立地作为独立于该方法的结构。类似地，虽然该方法描述为与图3至图9相关，但是将理解，该方法不限于图3至图9中公开的结构，而是可以独立于图 3至图9中公开的结构。
[0040]图3示出了对应于步骤202的一些实施例的截面图300。如图所示，提供了盖衬底 132’。例如，盖衬底132’可以是块状硅衬底或SOI衬底。
[0041]图4至图5示出了对应于步骤204和206的一些实施例的截面图400、500。
[0042]如图4所示，在盖衬底132’的上表面140内实施第一蚀刻以形成一个或多个开口 402,从而用于形成一个或多个TSV。第一蚀刻通常是各向异性的并且不完全延伸穿过盖衬底132’。在一些实施例中，用于实施第一蚀刻的工艺包括形成第一光刻胶层404,第一光刻胶层404掩蔽围绕开口 402的盖衬底132’的区域。此后，根据第一光刻胶层404,对盖衬底 132’施加蚀刻剂406以形成开口 402。此外，去除第一光刻胶层404。
[0043]如图5所示，以导电材料填充开口 402以形成TSV 150。如图所示，在剩余的盖衬底132”的上表面140上方形成盖接合环134a和盖接合焊盘136a。盖接合环134a形成在盖接合焊盘136a周围，并且盖接合焊盘136a形成在TSV 150上方。例如，TSV 150、盖接合环134a和盖接合焊盘136a可以由铝(A1)、金(Au)或锗(Ge)形成。
[0044]在一些实施例中，用于形成TSV 150、盖接合环134a和盖接合焊盘136a的工艺包括在剩余的盖衬底132”上方形成第一中间导电层以及填充开口 402。然后通过第一中间导电层的上面的区域对剩余的盖衬底132”的上表面140实施平坦化以形成TSV 150。此外， 在剩余的盖衬底132”和TSV 150上方形成第二中间导电层。在形成第二中间导电层的情况下，在第二中间导电层内实施蚀刻以形成盖接合环134a和盖接合焊盘136a。在其他实施例中，用于形成TSV 150、盖接合环134a和盖接合焊盘136a的工艺如上，除了省略了平坦化和第二中间导电层。在这样的实施例中，在第一中间导电层内实施蚀刻以形成盖接合环 134a和盖接合焊盘136a。
[0045]图6示出了对应于步骤208的一些实施例的截面图600。如图所示，在剩余的盖衬底132”内实施第二蚀刻以在剩余的盖衬底132”中形成凹槽138、139,凹槽138、139沿着盖接合环134a的侧壁延伸和在盖接合焊盘136a周围延伸。在一些实施例中，凹槽138、 139具有在从约1 y m至约100 y m的范围内的宽度和在从约5 y m至约200 y m的范围内的深度。第二蚀刻通常是各向异性的并且不完全延伸穿过剩余的盖衬底132”。在一些实施例中，用于实施第二蚀刻的工艺包括形成第二光刻胶层602,第二光刻胶层602掩蔽盖衬底上表面140的围绕凹槽138、139、盖接合环134a和盖接合焊盘136a的暴露区域。此后，根据第二光刻胶层602,对剩余的盖衬底132”施加蚀刻剂604。此外，去除第二光刻胶层602。
[0046]图7示出了对应于步骤210的一些实施例的截面图700。如图所示，剩余的盖衬底132”接合至管芯104’。如图所示，在一些实施例中，管芯104’包括MEMS结构106和位于MEMS结构106上面的1C 108’。1C 108’包括1C衬底110’、延伸至1C衬底110’内的下面的器件区112以及位于1C衬底110’下面的BE0L金属化堆叠件。剩余的盖衬底132”通过设置在剩余的盖衬底132”的上表面140上的盖接合焊盘136a和盖接合环134a与管芯104’接合。盖接合环134a与盖接合焊盘136a相应地与位于管芯104’的下表面上的管芯接合环134b和管芯接合焊盘136b接合。在一些实施例中，管芯104’和剩余的盖衬底 132”之间的接合是共晶接合。
[0047]图8示出了对应于步骤212和214的一些实施例的截面图800。如图所示，对剩余的盖衬底132”’的下表面146实施平坦化以暴露TSV 150的下表面。在一些实施例中，该平坦化伴随着管芯104’的后侧的第二平坦化。例如，第二平坦化可以减薄1C衬底110’。 例如，一个或多个平坦化可以包括化学机械抛光(CMP)。
[0048]也如图8所示，在剩余的盖衬底132的下表面146上形成BGA 145。BGA 145包括通过TSV 150电连接至金属化层116的RDL 148。RDL 148由BGA介电层152和UBM层154 覆盖，UBM层154延伸穿过BGA介电层152以将位于UBM层154下面的焊球156’电连接至 RDL 148〇
[0049]图9示出了对应于步骤216的一些实施例的截面图900。如图所示，PCB或其他衬底102通过焊球156’接合至剩余的盖衬底132。在一些实施例中，PCB材料包括酚醛棉纸或玻璃布/环氧复合材料。
[0050]参照图10,流程图1000提供了用于制造具有应力吸收盖衬底的WLCSP的其他实施例。与图2的实施例相反，在将管芯接合至盖衬底之后形成TSV。
[0051]在步骤1002中，提供盖衬底。
[0052]在步骤1004中，在盖衬底的上表面上方形成接合环和接合焊盘。
[0053]在步骤1006中，在盖衬底内实施蚀刻以在上表面中形成凹槽，凹槽在接合焊盘周围延伸和沿着接合环的侧壁延伸。
[0054]在步骤1008中，通过接合环和接合焊盘将盖衬底接合至管芯。
[0055]在步骤1010中，对盖衬底的下表面实施平坦化以减小盖衬底的厚度。
[0056]在步骤1012中，形成TSV，TSV延伸穿过盖衬底至接合焊盘。
[0057]在步骤1014中，在盖衬底的下表面上形成BGA。
[0058]在步骤1016中，通过BGA将盖衬底接合至PCB。
[0059]有利地，通过蚀刻盖衬底以形成凹槽，盖衬底可以扩展或收缩以吸收作用在盖衬底上的应力。这进而防止将应力传递至管芯。
[0060]虽然由流程图1000描述的方法在本文中示出和描述为一系列的步骤和事件，但是将理解，这种步骤或事件的示出的顺序不应解释为限制意义。例如，一些步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步骤或事件同时发生。 此外，可能不是所有示出的步骤对于实施本文中描述的一个或多个方面或实施例都是必需的，并且可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中进行本文中示出的一个或多个步骤。
[0061]参照图11至图17,提供了处于各个制造阶段的WLCSP结构的一些实施例的截面图以示出图10的方法。虽然图11至图17描述为与该方法相关，但是将理解，图11至图17 中公开的结构不限于该方法，而是可以独立地作为独立于该方法的结构。类似地，虽然该方法描述为与图11至图17相关，但是将理解，该方法不限于图11至图17中公开的结构，而是可以独立于图11至图17中公开的结构。
[0062]图11示出了对应于步骤1002的一些实施例的截面图1100。如图所示，提供了盖衬底132’。例如，盖衬底132’可以是块状硅衬底或SOI衬底。
[0063]图12示出了对应于步骤1004的一些实施例的截面图1200。如图所示，在盖衬底 132’的上表面140上方形成盖接合环134a和盖接合焊盘136a。盖接合环134a形成在盖接合焊盘136a周围。例如，盖接合环134a和盖接合焊盘136a可以由Al、Au或Ge形成。在一些实施例中，用于形成盖接合环134a和盖接合焊盘136a的工艺包括在盖衬底132’上方形成中间导电层。然后在中间导电层内实施蚀刻以形成盖接合环134a和盖接合焊盘136a。
[0064]图13示出了对应于步骤1006的一些实施例的截面图1300。如图所示，在盖衬底 132’内实施第一蚀刻以在盖衬底132’中形成凹槽138、139,凹槽138、139沿着盖接合环 134a的侧壁延伸和在盖接合焊盘136a周围延伸。在一些实施例中，凹槽138、139具有在从约1 y m至约100 y m的范围内的宽度和在从约5 y m至约200 y m的范围内的深度。第一蚀刻通常是各向异性的并且不完全延伸穿过盖衬底132’。在一些实施例中，用于实施第一蚀刻的工艺包括形成光刻胶层1302,光刻胶层1302掩蔽盖衬底上表面140的围绕凹槽138、 139、盖接合环134a和盖接合焊盘136a的暴露区域。此后，根据光刻胶层1302,对盖衬底 132’施加蚀刻剂1304。此外，去除光刻胶层1302。
[0065]图14示出了对应于步骤1008的一些实施例的截面图1400。如图所示，剩余的盖衬底132””接合至管芯104’。在一些实施例中，管芯104’包括MEMS结构106和位于MEMS 结构106上面的1C 108’。1C 108’包括1C衬底110’、延伸至1C衬底110’内的器件区112 以及位于1C衬底110’下面的BE0L金属化堆叠件。剩余的盖衬底132””通过盖接合焊盘 136a和盖接合环134a与管芯104’接合。盖接合环134a与盖接合焊盘136a相应地与位于管芯104’上的管芯接合环134b和管芯接合焊盘136b接合。在一些实施例中，管芯104’ 和剩余的盖衬底132””之间的接合是共晶接合。
[0066]图15示出了对应于步骤1010和1012的一些实施例的截面图1500。如图所示，对剩余的盖衬底132””的下表面146实施平坦化以减小剩余的盖衬底132””的厚度。在一些实施例中，该平坦化伴随着管芯104’的后侧的第二平坦化。例如，第二平坦化可以减薄1C 衬底110’。例如，一个或多个平坦化可以包括CMP。
[0067]也如图15所示，TSV 150形成为延伸穿过剩余的盖衬底132””至盖接合焊盘136a。 在一些实施例中，用于形成TSV 150的工艺包括在剩余的盖衬底132””的下表面146内实施蚀刻以形成延伸至盖接合焊盘136a的开口(未示出)。在蚀刻之后，以导电材料填充开□ 〇
[0068]图16示出了对应于步骤1014的一些实施例的截面图1600。如图所示，在剩余的盖衬底132的下表面146上形成BGA 145。BGA 145包括通过TSV 150电连接至金属化层 116的RDL 148。RDL 148由BGA介电层152和UBM层154覆盖，UBM层154延伸穿过BGA 介电层152以将位于UBM层154下面的焊球156’电连接至RDL 148。
[0069]图17示出了对应于步骤1016的一些实施例的截面图1700。如图所示，PCB或其他衬底102通过焊球156’接合至剩余的盖衬底132。
[0070]因此，如可以从以上理解的，本发明提供了一种WLCSP。盖衬底通过布置在盖衬底的上表面上的接合环和接合焊盘接合至管芯。TSV从接合焊盘延伸穿过盖衬底至盖衬底的下表面。上表面中的凹槽在接合焊盘周围延伸和沿着接合环的侧壁延伸。
[0071]在上述WLCSP中，其中，所述凹槽沿着接合环的侧壁延伸。
[0072]在上述WLCSP中，其中，所述一个或多个接合元件包括接合环和接合焊盘。
[0073]在上述WLCSP中，其中，所述焊球包括:球栅阵列(BGA)，设置在所述盖衬底和印刷电路板之间并且电连接至所述TSV。
[0074]在上述WLCSP中，其中，所述焊球包括:球栅阵列(BGA)，设置在所述盖衬底和印刷电路板之间并且电连接至所述TSV，其中，所述BGA包括:再分布层(RDL)，沿着所述盖衬底的所述下表面设置；BGA介电层，布置在所述RDL之下和周围；凸块下金属化(UBM)层，位于所述BGA介电层下面并且延伸穿过所述BGA介电层至所述RDL ;以及焊料凸块，位于所述 UBM层下面并且通过所述UBM层电连接至所述RDL。
[0075]在上述WLCSP中，其中，还包括:所述盖衬底和所述管芯之间的共晶接合。
[0076]在上述WLCSP中，其中，所述管芯包括微电子机械系统(MEMS)结构，所述MEMS结构对应于加速计、磁传感器、陀螺仪、压力传感器、磁传感器和射频共振器中的一种。
[0077]在上述WLCSP中，其中，所述管芯包括:微电子机械系统(MEMS)结构；以及集成电路，连接至所述MEMS结构，其中，所述集成电路包括半导体衬底和上面的层间介电层，所述半导体衬底具有一个或多个半导体器件，所述层间介电层包括多个金属互连层。
[0078]在上述WLCSP中，其中，所述管芯包括:微电子机械系统(MEMS)结构；以及集成电路，连接至所述MEMS结构，其中，所述集成电路包括半导体衬底和上面的层间介电层，所述半导体衬底具有一个或多个半导体器件，所述层间介电层包括多个金属互连层，其中，所述 MEMS结构包括柔性膜，所述柔性膜邻接气密地密封在所述MEMS结构和所述集成电路之间的腔。
[0079]在其他实施例中，本发明提供了一种用于形成WLCSP的方法。提供盖衬底。在盖衬底的上表面上方形成接合环和接合焊盘。在接合焊盘周围形成接合环。在盖衬底内实施蚀刻以在上表面中形成凹槽，凹槽在接合焊盘周围延伸和沿着接合环的侧壁延伸。通过接合环和接合焊盘将盖衬底接合至管芯。形成TSV，TSV从大约与上表面平齐处延伸至盖衬底内。
[0080]在上述方法中，其中，所述方法还包括:在形成所述接合环和所述接合焊盘之前形成所述衬底通孔。
[0081]在上述方法中，其中，所述方法还包括:形成所述凹槽，所述凹槽具有在从约1微米(ym)至约100 ym的范围内的宽度和从约5 ym至约200 ym的范围内的深度。
[0082]在上述方法中，其中，所述衬底通孔从所述接合焊盘延伸至所述盖衬底内。
[0083]在上述方法中，其中，所述方法还包括:在所述盖衬底的下表面上形成与所述衬底通孔电通信的球栅阵列(BGA)。
[0084]在上述方法中，其中，所述方法还包括:在所述管芯上形成第一金属以及在所述盖衬底上形成第二金属；使所述第一金属与所述第二金属接触；以及加热所述第一金属与所述第二金属以将所述盖衬底共晶接合至所述管芯。
[0085]在上述方法中，其中，所述管芯包括MEMS结构和集成电路。
[0086]在上述方法中，其中，所述管芯包括MEMS结构和集成电路，其中，所述方法还包括:使所述MEMS结构和所述集成电路熔融接合以在所述MEMS结构和所述集成电路之间形成气密密封的腔。
[0087]在上述方法中，其中，所述管芯包括MEMS结构和集成电路，其中，所述方法还包括:将所述盖衬底共晶接合至所述MEMS结构。
[0088]在又其他实施例中，本发明涉及MEMS封装件。MEMS结构接合至集成电路。盖衬底通过布置在盖衬底的上表面上的接合环和接合焊盘接合至MEMS结构和集成电路。TSV布置在盖衬底内。TSV从接合焊盘延伸穿过盖衬底。上表面中的凹槽在接合焊盘周围延伸和沿着接合环的侧壁延伸。
[0089]在上述MEMS封装件中，其中，所述凹槽具有在从约1微米(ym)至约100 ym的范围内的宽度和从约5 y m至约200 y m的范围内的深度。
[0090]上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替换以及改变。
【主权项】
1.一种晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)，包括:管芯；盖衬底，具有延伸至所述盖衬底的上表面内的凹槽；一个或多个接合元件，布置在所述盖衬底的所述上表面上并且位于由所述凹槽围绕的 位置处，其中，所述一个或多个接合元件配置为将所述管芯接合至所述盖衬底；衬底通孔(TSV)，延伸穿过所述盖衬底并且配置为提供所述管芯和下面的焊球之间的 电连接，所述焊球设置在所述盖衬底的下表面下方。2.根据权利要求1所述的WLCSP，其中，所述凹槽沿着接合环的侧壁延伸。3.根据权利要求1所述的WLCSP，其中，所述一个或多个接合元件包括接合环和接合焊 盘。4.根据权利要求1所述的WLCSP，其中，所述焊球包括:球栅阵列(BGA)，设置在所述盖衬底和印刷电路板之间并且电连接至所述TSV。5.根据权利要求4所述的WLCSP，其中，所述BGA包括:再分布层(RDL)，沿着所述盖衬底的所述下表面设置；BGA介电层，布置在所述RDL之下和周围；凸块下金属化(UBM)层，位于所述BGA介电层下面并且延伸穿过所述BGA介电层至所 述RDL ;以及焊料凸块，位于所述UBM层下面并且通过所述UBM层电连接至所述RDL。6.根据权利要求1所述的WLCSP，还包括:所述盖衬底和所述管芯之间的共晶接合。7.根据权利要求1所述的WLCSP，其中，所述管芯包括微电子机械系统(MEMS)结构，所 述MEMS结构对应于加速计、磁传感器、陀螺仪、压力传感器、磁传感器和射频共振器中的一 种。8.根据权利要求1所述的WLCSP，其中，所述管芯包括:微电子机械系统(MEMS)结构；以及集成电路，连接至所述MEMS结构，其中，所述集成电路包括半导体衬底和上面的层间 介电层，所述半导体衬底具有一个或多个半导体器件，所述层间介电层包括多个金属互连层。9.一种用于形成晶圆级芯片尺寸封装件(WLCSP)的方法，所述方法包括:提供盖衬底；在所述盖衬底的上表面上方形成接合环和接合焊盘，其中，所述接合环形成在所述接 合焊盘周围；在所述盖衬底内实施蚀刻以在所述上表面中形成凹槽，所述凹槽在所述接合焊盘周围 延伸和沿着所述接合环的侧壁延伸；通过所述接合环和所述接合焊盘将所述盖衬底接合至管芯；以及形成衬底通孔，所述衬底通孔从大约与所述上表面平齐处延伸至所述盖衬底内。10.一种微电子机械系统(MEMS)封装件，包括:集成电路，包括半导体衬底和上面的层间介电(ILD)层，所述半导体衬底具有一个或 多个半导体器件，所述ILD层包括多个金属互连层；MEMS结构，接合至所述ILD层；盖衬底，通过布置在所述盖衬底的上表面上的接合环和接合焊盘接合至所述MEMS结 构，其中，所述盖衬底在所述上表面中具有凹槽，所述凹槽在所述接合焊盘周围延伸和沿着 所述接合环的侧壁延伸；以及衬底通孔(TSV)，布置在所述盖衬底内，其中，所述TSV从所述接合焊盘延伸穿过所述盖衬底。
【文档编号】B81C1/00GK105967137SQ201510450702
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年7月28日
【发明人】游绍祺, 洪嘉明, 黄信锭, 陈相甫, 张华伦, 戴文川
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司