晶片封装体与其制备方法 |
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| 申请号 | CN201610069667.6 | 申请日 | 2016-02-01 | 公开(公告)号 | CN105858586A | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 精材科技股份有限公司; | 发明人 | 温英男; 姚皓然; 刘建宏; | ||||
| 摘要 | 一种晶片封装体与其制备方法，该晶片封装体包含：一 基板 ；一顶盖层，位于基板上，且具有一第一开口贯穿顶盖层；一第一腔室，位于基板与顶盖层之间；一第一微机电元件，位于第一腔室中；一第一塞件，位于第一开口中；以及一第一密封盖，位于顶盖层上以密封第一开口。本 发明 能整合不同的微机电元件于晶片封装体中，且密封盖还能防止腔室漏气的情事发生，进而提升晶片封装体的良率与使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种晶片封装体，其特征在于，包含： |
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| 说明书全文 | 晶片封装体与其制备方法技术领域[0001] 本发明是有关一种晶片封装体，特别是一种具有微机电元件的晶片封装体与其制备方法。 背景技术[0002] 随着电子产业的蓬勃发展，电子产品的功能需求随之增加，而为满足多功能的使用需求，电子产品中的电路板上需布设多样功能的半导体封装体与电子组件。然而，提升此些元件的数量势必增加电子产品的体积，导致电子产品无法满足微小化的需求。为了满足微小化的需求，现有技术将半导体封装体整合电子组件以成为微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)封装体，不仅可减少电路板的布设空间从而减少电子产品的体积，而且能维持多功能的需求。 [0003] 微机电元件通常形成于一腔室中。然而，晶片封装体中的多个微机电元件所需的气压环境不同，例如：真空封装提供微机电元件真空腔室，但有些微机电元件则需制备于非真空腔室中。此将会增加整合微机电元件至同一晶片的难度，不仅耗费生产成本，还需较长的制程时间，因此，业界急需研发一种调控腔室气压的方法，以增加制程效率。 发明内容[0004] 本发明的一态样提供一种晶片封装体，包含：一基板；一顶盖层，位于基板上，且具有一第一开口贯穿顶盖层；一第一腔室，位于基板与顶盖层之间；一第一微机电元件，位于第一腔室中；一第一塞件，位于第一开口中；以及一第一密封盖，位于顶盖层上以密封第一开口。 [0005] 根据本发明一或多个实施方式，第一腔室为非真空环境。 [0006] 根据本发明一或多个实施方式，第一塞件的一上表面与顶盖层的一上表面在同一水平线上。 [0008] 根据本发明一或多个实施方式，第一密封盖完全覆盖第一塞件的一上表面。 [0011] 本发明的另一态样提供一种晶片封装体，包含：一基板；一顶盖层，位于基板上，且具有一第一开口贯穿顶盖层；一第一腔室与一第二腔室，位于基板与顶盖层之间；一第一微机电元件，位于第一腔室中；一第二微机电元件，位于第二腔室中；一第一塞件，位于第一开口中；以及一第一密封盖，位于顶盖层上以密封第一开口。 [0012] 根据本发明一或多个实施方式，第一腔室为非真空环境，而第二腔室为真空环境。 [0014] 根据本发明一或多个实施方式，顶盖层还具有一第二开口贯穿顶盖层。 [0015] 根据本发明一或多个实施方式，还包含一第二塞件，位于第二开口中，以及一第二密封盖，位于顶盖层上以密封第二开口，其中第一腔室具有一第一气压值，而第二腔室具有一第二气压值。 [0016] 根据本发明一或多个实施方式，第一塞件的一上表面、第二塞件的一上表面与顶盖层的一上表面在同一水平线上。 [0017] 根据本发明一或多个实施方式，第一密封盖完全覆盖第一塞件的一上表面，而第二密封盖完全覆盖第二塞件的一上表面。 [0018] 本发明的另一态样提供一种晶片封装体的制备方法，包含下列步骤：接合一顶盖层于一晶圆上，以于顶盖层与晶圆之间形成一第一腔室与一第二腔室，其中一第一微机电元件位于第一腔室中，而一第二微机电元件位于第二腔室中；形成一第一开口贯穿顶盖层；形成一第一塞件于第一开口中；以及形成一第一密封盖于顶盖层上以密封第一开口。 [0019] 根据本发明一或多个实施方式，形成第一塞件于第一开口中包含下列步骤：先沉积一感光性环氧树脂覆盖顶盖层，且部分感光性环氧树脂位于第一开口中，接着图案化感光性环氧树脂，并研磨感光性环氧树脂至顶盖层的一上表面，以形成该第一塞件于第一开口中。 [0020] 根据本发明一或多个实施方式，形成第一密封盖于顶盖层上以密封第一开口包含下列步骤：先形成一密封层覆盖顶盖层与第一塞件，接着图案化密封层。 [0021] 根据本发明一或多个实施方式，在形成第一开口贯穿顶盖层后，还调整第一腔室的气压至一第一气压值。 [0022] 根据本发明一或多个实施方式，还包含下列步骤：形成一第二开口贯穿顶盖层，并调整第二腔室的气压至一第二气压值，再形成一第二塞件于第二开口中，最后形成一第二密封盖于顶盖层上以密封第二开口。 [0023] 根据本发明一或多个实施方式，还沿着一切割道切割晶圆，以形成一晶片封装体。 [0025] 为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下： [0026] 图1绘示本发明部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图； [0027] 图2A与2B绘示本发明部分实施方式中，图1的晶片封装体的俯视图； [0028] 图3绘示本发明其他部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图； [0029] 图4绘示本发明其他部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图； [0030] 图5为本发明部分实施例中晶片封装体的制备方法流程图； [0031] 图6A-6F绘示图3的晶片封装体，在制程各个阶段的剖面图； [0032] 图7为本发明部分实施例中晶片封装体的制备方法流程图；以及 [0033] 图8A-8H绘示图4的晶片封装体，在制程各个阶段的剖面图。 [0034] 其中，附图中符号的简单说明如下： [0035] 100：晶片封装体 420：顶盖层 [0036] 110：基板 422：第一开口 [0037] 120：顶盖层 424：上表面 [0038] 122：第一开口 430a：第一腔室 [0039] 124：上表面 430b：第二腔室 [0040] 130：第一腔室 440a：第一微机电元件 [0041] 140：第一微机电元件 440b：第二微机电元件 [0042] 150：第一塞件 450a：第一塞件 [0043] 152：上表面 450b：第二塞件 [0044] 160：第一密封盖 452a：上表面 [0045] 300：晶片封装体 452b：上表面 [0046] 310：基板 460a：第一密封盖 [0047] 320：顶盖层 460b：第二密封盖 [0048] 322：第一开口 510-570：步骤 [0049] 324：上表面 610：晶圆 [0050] 330a：第一腔室 620：光阻层 [0051] 330b：第二腔室 630：感光性环氧树脂 [0052] 340a：第一微机电元件 632：凹陷 [0053] 340b：第二微机电元件 640：切割道 [0054] 350：第一塞件 710-790：步骤 [0055] 352：上表面 810：晶圆 [0056] 360：第一密封盖 820：光阻层 [0057] 400：晶片封装体 830：第一感光性环氧树脂 [0058] 410：基板 840：第二感光性环氧树脂 [0059] 850：切割道。 具体实施方式[0060] 以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些已知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。 [0061] 请先参阅图1，图1绘示本发明部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图。一晶片封装体100包含一基板110、一顶盖层120、一第一腔室130、一第一微机电元件140、一第一塞件150以及一第一密封盖160。顶盖层120位于基板110上，并与基板110共同形成第一腔室130于顶盖层120与基板110之间，其中第一微机电元件140位于此第一腔室130中。 [0062] 于本发明的部分实施例中，基板110为互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)的晶片结构，但不以此为限。基板110亦可为陶瓷线路板、金属板等。 [0063] 在本发明的部分实施例中，第一微机电元件140可为物理感测器(physical sensor)、射频元件(RF circuits)、加速度感应器(accelerators)、陀螺仪(gyroscopes)、微制动器(micro actuators)、表面声波元件、气压感测器(pressure sensors)等，但不以此为限。 [0064] 此外，顶盖层120还具有一第一开口122贯穿顶盖层120，且此第一开口122与第一腔室130连通。由于不同的微机电元件所需的气压环境不同，例如：陀螺仪因持续震荡而非常敏感，其需设置于真空环境中，但加速度感应器则需设置于非真空环境，以减少噪声(noise)产生。因应不同微机电元件的需求，可通过第一开口122以调控第一腔室130的气压。在本发明的部分实施例中，第一微机电元件140为加速度感应器，通过第一开口122注入气体至第一腔室130中以调整气压至一大气压，但不以此为限。在本发明的其他部分实施例中，第一微机电元件140可为陀螺仪，并通过第一开口122将第一腔室130抽至真空。 [0065] 第一塞件150位于第一开口122中，其中第一塞件150的材质包含感光性环氧树脂，且第一塞件150的一上表面152与顶盖层120的一上表面124在同一水平线上。此外，为防止第一塞件150有漏气情况产生，第一密封盖160设置于顶盖层120上以密封第一开口122，使第一腔室130维持第一微机电元件140所需的气压值。此外，第一密封盖160还完全覆盖第一塞件150的上表面152。第一密封盖160的材质可为氧化物或金属，例如，可使用物理气相沉积法沉积二氧化硅以形成第一密封盖160，或者使用溅镀法沉积铝以形成第一密封盖160，但并不以此限制本发明，任何合适的氧化物或金属皆可用于制备第一密封盖160。由于氧化物与金属均为不透气材料，因此第一密封盖160能有效防止第一塞件150漏气的情事发生，进而提升晶片封装体100的良率。 [0066] 请继续参阅图2A与2B，图2A与2B绘示本发明部分实施方式中，图1的晶片封装体的俯视图。在图2A中，第一密封盖160的材质为金属。由于金属为不透光材料，因此在图2A中只看的到第一密封盖160位于顶盖层120的上表面124上。而在图2B中，第一密封盖160的材质为氧化物。因氧化物为透光材料，如图2B所示，第一密封盖160位于顶盖层120的上表面124上，并完全覆盖第一塞件150的上表面152，以防止第一腔室130漏气。 [0067] 应了解到，已叙述过的元件材料将不再重复赘述。在以下叙述中，将叙述其他实施方式的晶片封装体。 [0068] 请接着参阅图3，图3绘示本发明其他部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图。一晶片封装体300包含一基板310、一顶盖层320、一第一腔室330a、一第二腔室330b、一第一微机电元件340a、一第二微机电元件340b、一第一塞件350以及一第一密封盖360。顶盖层 320位于基板310上，并与基板310共同形成第一腔室330a与第二腔室330b于顶盖层320与基板310之间，其中第一微机电元件340a位于此第一腔室330a中，而第二微机电元件340b位于此第二腔室330b中。 [0069] 在本实施例中，第一微机电元件340a为加速感应器，而第二微机电元件340b为陀螺仪。在制程初期，第一腔室330a与第二腔室330b均为真空环境。为调整第一腔室330a的气压至非真空环境，顶盖层320还具有第一开口322贯穿顶盖层320，且此第一开口322与第一腔室330a连通以调控第一腔室330a的气压。借此有利于整合陀螺仪与加速感应器至同一晶片上。 [0070] 第一塞件350位于第一开口322中，且第一塞件350的一上表面352与顶盖层320的一上表面324在同一水平线上。此外，为防止第一塞件350有漏气情况产生，第一密封盖360设置于顶盖层320上以密封第一开口322，使第一腔室330a维持第一微机电元件340a(加速感应器)所需的气压值。此外，第一密封盖360还完全覆盖第一塞件350的上表面352。第一密封盖360能有效防止第一塞件350漏气的情事发生，进而提升晶片封装体300的良率。 [0071] 请接着参阅图4，图4绘示本发明其他部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图。一晶片封装体400包含一基板410、一顶盖层420、一第一腔室430a、一第二腔室430b、一第一微机电元件440a、一第二微机电元件440b、一第一塞件450a、一第二塞件450b、一第一密封盖460a以及一第二密封盖460b。顶盖层420位于基板410上，并与基板410共同形成第一腔室 430a与第二腔室430b于顶盖层420与基板410之间，其中第一微机电元件440a位于此第一腔室430a中，而第二微机电元件440b位于此第二腔室430b中。 [0072] 制程初期，第一腔室430a与第二腔室430b均为真空环境。在本实施例中，可调整第一腔室430a的气压至第一气压值，以及调整第二腔室430b的气压至第二气压值。顶盖层420具有第一开口422a与第二开口422b贯穿顶盖层420，且第一开口422a与第一腔室430a连通以调控第一腔室430的气压至第一气压值，而第二开口422b与第二腔室430b连通以调控第二腔室430b的气压第二气压值。其中，第一气压值与第二气压值不同，但并不以此为限。在本发明的其他部分实施例中，第一气压值可等于第二气压值。 [0073] 第一塞件450a位于第一开口422a中，而第二塞件450b位于第一开口422b中，且第一塞件450a的一上表面452a、第二塞件450b的一上表面452b与顶盖层420的一上表面424在同一水平线上。此外，为防止第一塞件450a与第二塞件450b有漏气情况产生，第一密封盖460a与第二密封盖460b设置于顶盖层420上以分别密封第一开口422a与第二开口422b，使第一腔室430a维持第一气压值而第二腔室430b维持第二气压值。此外，第一密封盖460a完全覆盖第一塞件450a的上表面452a，第二密封盖460b则完全覆盖第二塞件450b的上表面 452b。第一密封盖460a与第二密封盖460b能有效防止第一塞件450a与第二塞件450b漏气的情事发生，进而提升晶片封装体400的良率。 [0074] 接着请参阅下述说明以进一步理解晶片封装体的制备方法。请先参阅图5与图6A-6F以理解图3的晶片封装体的制备方法。图5为本发明部分实施例中晶片封装体的制备方法流程图，而图6A-6F绘示图3的晶片封装体，在制程各个阶段的剖面图。 [0075] 请先参阅步骤510，并请同时参阅图6A。在步骤510中，接合顶盖层320于晶圆610上，以于顶盖层320与晶圆610之间形成第一腔室330a与第二腔室330b，其中第一微机电元件340a位于第一腔室330a中，而第二微机电元件340b位于第二腔室330b中。在以下叙述中，晶圆610意指图3中基板310尚未经切割制程的半导体结构。其中，接合顶盖层320与晶圆610的步骤在真空中进行，因此形成的第一腔室330a与第二腔室330b均为真空环境。 [0076] 请接着参阅步骤520，并同时参阅图6B。在步骤520中，形成第一开口322贯穿顶盖层320。先形成光阻层620于顶盖层320上，接着使用微影蚀刻方式来形成贯穿顶盖层320的第一开口322，最后再移除光阻层620。由于第一开口322与第一腔室330a连通，因此在形成第一开口322贯穿顶盖层320后，可调整第一腔室330a的气压至第一气压值，使第一腔室330a不再为真空环境。 [0077] 在本发明的其他部分实施例中，可先形成第一开口322贯穿顶盖层320，接着再接合顶盖层320与晶圆610。 [0078] 请继续参阅步骤530，并同时参阅图6C。在步骤530中，沉积感光性环氧树脂630覆盖顶盖层320，且部分感光性环氧树脂630位于第一开口322中。可将感光性环氧树脂630刷涂至顶盖层320上，而部分的感光性环氧树脂630将会流入第一开口322中。 [0079] 请接着参阅步骤540，并同时参阅图6D。在步骤540中，图案化感光性环氧树脂630。同样可使用微影蚀刻方式来图案化感光性环氧树脂630，但此步骤不需使用光阻层即可定义感光性环氧树脂630的图案。值得注意的是，感光性环氧树脂630在图案化后将具有一凹陷632，其将不利于后续形成第一密封盖360。例如，在溅镀金属或沉积氧化物时容易形成不连续的结构，其将于后续详述。 [0080] 请继续参阅步骤550，并请同时参阅图6E。在步骤550中，研磨感光性环氧树脂630至顶盖层320的上表面324，以形成第一塞件350于第一开口322中。使用机械研磨(Mechanical Polishing,MP)法移除顶盖层320的上表面324上的感光性环氧树脂630，以形成具有平坦上表面352的第一塞件350。其能有利于后续形成第一密封盖360。 [0081] 在本发明的部分实施例中，可省略图案化感光性环氧树脂630的步骤，而直接研磨感光性环氧树脂630至顶盖层320的上表面324，以形成第一塞件350于第一开口322中。 [0082] 请接着参阅步骤560，并请同时参阅图6F。在步骤560中，形成第一密封盖360于顶盖层320上以密封第一开口322。可使用物理气相沉积法形成密封层于顶盖层320上，接着图案化密封层以形成覆盖第一塞件350的密封盖360，以密封第一开口322，此时第一密封盖360的材质为氧化物。或者可使用溅镀法形成密封层于顶盖层320上，接着图案化密封层以形成覆盖第一塞件350的第一密封盖360，以密封第一开口322，此时第一密封盖360的材质为金属。由于第一塞件350具有平坦的上表面352，因此利于形成连续的第一密封盖360。 [0083] 最后请参阅步骤570，并继续参阅图6F。在步骤570中，沿着一切割道640切割晶圆610，以形成晶片封装体300。在形成第一密封盖360后，即可沿着切割道切割晶圆610，以形成如图3所示的晶片封装体300。 [0084] 接着请参阅下述说明以进一步理解晶片封装体的制备方法。请先参阅图7与图8A-8H以理解图4的晶片封装体的制备方法。图7为本发明部分实施例中晶片封装体的制备方法流程图，而图8A-8H绘示图4的晶片封装体，在制程各个阶段的剖面图。 [0085] 请先参阅步骤710，并请同时参阅图8A。在步骤710中，接合顶盖层420于晶圆810上，以于顶盖层420与晶圆810之间形成第一腔室430a与第二腔室430b，其中第一微机电元件440a位于第一腔室430a中，而第二微机电元件440b位于第二腔室430b中。在以下叙述中，意指图4中基板410尚未经切割制程的半导体结构。其中，接合顶盖层420与晶圆810的步骤在真空中进行，因此形成的第一腔室430a与第二腔室430b均为真空环境。 [0086] 请接着参阅步骤720，并同时参阅图8B。在步骤720中，形成第一开口422a与第二开口422b贯穿顶盖层420。先形成光阻层820于顶盖层420上，接着使用微影蚀刻方式来形成贯穿顶盖层420的第一开口422a与第二开口422b，最后再移除光阻层820。由于第一开口422a与第一腔室430a连通，而第二开口422b与第二腔室430b连通。因此在形成第一开口422a与第二开口422b贯穿顶盖层420后，可调整第一腔室430a与第二腔室430b的气压至第一气压值，使第一腔室430a与第二腔室430b不再为真空环境。 [0087] 在本发明的其他部分实施例中，可先形成第一开口422a与第二开口422b贯穿顶盖层420，接着再接合顶盖层420与晶圆810。 [0088] 请继续参阅步骤730，并同时参阅图8C。在步骤730中，沉积第一感光性环氧树脂830覆盖顶盖层420，且部分第一感光性环氧树脂830位于第一开口422a与第二开口422b中。 可将第一感光性环氧树脂830刷涂至顶盖层420上，而部分的第一感光性环氧树脂830将会流入第一开口422a与第二开口422b中。 [0089] 请接着参阅步骤740，并同时参阅图8D。在步骤740中，图案化第一感光性环氧树脂830以移除第二开口422b中的第一感光性环氧树脂830。同样可使用微影蚀刻方式来图案化第一感光性环氧树脂830，并且不需使用光阻层即可定义第一感光性环氧树脂830的图案。 此步骤移除第二开口422b中的第一感光性环氧树脂830，使第二开口422b再次与第二腔室 430b连通。但位于第一开口422a中的第一感光性环氧树脂830未被移除。如前所述，第一腔室430a与第二腔室430b具有第一气压值，其中第一感光性环氧树脂830密封第一腔室430a以使第一腔室430a维持于第一气压值，而与第二腔室430b连通的第二开口422b用于调整第二腔室430b至第二气压值。其中第一气压值不等于第二气压值，但并不以此为限。在本发明的部分实施例中，第一气压值可等于第二气压值。 [0090] 请接着参阅步骤750，并同时参阅图8E。在步骤750中，沉积第二感光性环氧树脂840覆盖顶盖层420，且部分第二感光性环氧树脂840位于第二开口422b中。可将第二感光性环氧树脂840刷涂至顶盖层420上以覆盖顶盖层420与第一感光性环氧树脂830，而部分的第二感光性环氧树脂840将会流入第二开口422b中。流入第二开口422b中的第二感光性环氧树脂840将密封第二腔室430b，以使第二腔室430b维持于第二气压值。 [0091] 请接着参阅步骤760，并同时参阅图8F。在步骤760中，图案化第二感光性环氧树脂840。同样可使用微影蚀刻方式来图案化第二感光性环氧树脂840，并且不需使用光阻层即可定义第二感光性环氧树脂840的图案。图案化后，部份的第二感光性环氧树脂840仍位于第二开口422b中，而部份的第二感光性环氧树脂840位于第一感光性环氧树脂830上。 [0092] 请继续参阅步骤770，并请同时参阅图8G。在步骤770中，研磨第一感光性环氧树脂830与第二感光性环氧树脂840至顶盖层420的上表面424，以分别形成第一塞件450a与第二塞件450b于第一开口422a与第二开口422b中。由于第一感光性环氧树脂830与第二感光性环氧树脂840在图案化后会具有一凹陷，其将不利于后续形成第一密封盖460a与第二密封盖460b。因此，使用机械研磨法移除顶盖层420的上表面424上的第一感光性环氧树脂830与第二感光性环氧树脂840，以形成具有平坦上表面452a的第一塞件450a，以及具有平坦上表面452b的第二塞件450b。其能有利于后续形成第一密封盖460a与第二密封盖460b。 [0093] 在本发明的部分实施例中，可省略图案化第二感光性环氧树脂840的步骤，而直接研磨第一感光性环氧树脂830与第二感光性环氧树脂840至顶盖层420的上表面424，以分别形成第一塞件450a与第二塞件450b于第一开口422a与第二开口422b中。 [0094] 请接着参阅步骤780，并请同时参阅图8H。在步骤780中，形成第一密封盖460a与第二密封盖460b于顶盖层420上以密封第一开口422a与第二开口422b。可使用物理气相沉积法形成密封层于顶盖层上420，接着图案化密封层以形成覆盖第一塞件450a与第二塞件450b的第一密封盖460a与第二密封盖460b，以密封第一开口422a与第二开口422b，此时第一密封盖460a与第二密封盖460b的材质为氧化物。或着可使用溅镀法形成密封层于顶盖层 420上，接着图案化密封层以形成覆盖第一塞件450a与第二塞件450b的第一密封盖460a与第二密封盖460b，以密封第一开口422a与第二开口422b，此时第一密封盖460a与第二密封盖460b的材质为金属。由于第一塞件450a与第二塞件450b具有平坦的上表面452a与452b，因此利于形成连续的第一密封盖460a与第二密封盖460b。 [0095] 最后请参阅步骤790，并继续参阅图8H。在步骤790中，沿着一切割道850切割晶圆810，以形成晶片封装体400。在形成第一密封盖460a与第二密封盖460b后，即可沿着切割道 850切割晶圆810，以形成如图4所示的晶片封装体400。 [0096] 由上述本发明实施例可知，本发明具有下列优点。本发明采用晶圆级封装技术制备各种微机电元件所需的气压环境，进而能整合不同的微机电元件于晶片封装体中，且金属或氧化物材质的密封盖还进一步防止腔室漏气的情事发生，而提升晶片封装体的良率与使用寿命。据此，本发明可使用新颖且简单的制程以调控腔室气压，并增加制程效率。 |
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