TWI458058B - 晶片封裝體及其形成方法 - Google Patents

Description

晶片封裝體及其形成方法

本發明係有關於晶片封裝體，且特別是有關於微機電系統(MEMS)之晶片封裝體。

微機電系統(MEMS)晶片封裝體可應用於多種電子產品而日漸重要。順應人們對電子產品輕、薄、短、小化之需求，業界亟需尺寸更小之微機電系統晶片封裝體及其形成方法。

本發明一實施例提供一種晶片封裝體，包括：一基底，具有一第一表面及一第二表面；一保護基板，設置於該基底之該第二表面上；至少一穿孔，貫穿該保護基板；複數個開口，自該第一表面朝該第二表面延伸或自該第二表面朝該第一表面延伸；至少一第一可移動塊體及至少一第二可移動塊體，位於該些開口之間，其中該第一可移動塊體與該第二可移動塊體分別與該基底相連；以及至少一導電層，自該保護基板之一表面延伸至該穿孔之中，並與該第二可移動塊體電性連接。

本發明一實施例提供一種晶片封裝體的形成方法，包括：提供一基底，具有一第一表面及一第二表面；移除部分的該基底以於該基底中形成複數個開口，該些開口自該第一表面朝該第二表面延伸或自該第二表面朝該第一表面延伸；在形成該些開口之後，至少一第一部分的該基底成為一第一可移動塊體，且至少一第二部分的該基底成為一第二可移動塊體，其中該第一可移動塊體及該第二可移動塊體分別位於該些開口之間；於該基底之該第二表面上設置一保護基板；於該保護基板中形成至少一穿孔；以及於該保護基板上形成至少一導電層，該導電層自該保護基板之一表面延伸至該穿孔之中，並與該第二可移動塊體電性連接。

以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。

本發明一實施例之晶片封裝體可用以封裝微機電系統晶片，例如是微機電掃描鏡(scanning mirror)。然其應用不限於此，例如在本發明之晶片封裝體的實施例中，其可應用於各種包含主動元件或被動元件(active or passive elements)、數位電路或類比電路(digital or analog circuits)等積體電路的電子元件(electronic components)，例如是有關於光電元件(opto electronic devices)、微機電系統(Micro Electro Mechanical System;MEMS)、微流體系統(micro fluidic systems)、或利用熱、光線及壓力等物理量變化來測量的物理感測器(Physical Sensor)。特別是可選擇使用晶圓級封裝(wafer scale package;WSP)製程對影像感測元件、發光二極體(light-emitting diodes;LEDs)、太陽能電池(solar cells)、射頻元件(RF circuits)、加速計(accelerators)、陀螺儀(gyroscopes)、微制動器(micro actuators)、表面聲波元件(surface acoustic wave devices)、壓力感測器(process sensors)、噴墨頭(ink printer heads)、或功率模組(power modules)等半導體晶片進行封裝。

其中上述晶圓級封裝製程主要係指在晶圓階段完成封裝步驟後，再予以切割成獨立的封裝體，然而，在一特定實施例中，例如將已分離之半導體晶片重新分布在一承載晶圓上，再進行封裝製程，亦可稱之為晶圓級封裝製程。另外，上述晶圓級封裝製程亦適用於藉堆疊(stack)方式安排具有積體電路之多片晶圓，以形成多層積體電路(multi-layer integrated circuit devices)之晶片封裝體。

以下，以微機電系統(MEMS)晶片之封裝為例，配合圖式說明本發明一實施例之晶片封裝體的實施方式。例如，在一實施例中，所封裝之微機電系統晶片可包括一微機電掃描鏡晶片。

第1A-1L圖顯示根據本發明一實施例之晶片封裝體的製程剖面圖。如第1A圖所示，提供基底100，其具有表面100a及表面100b。基底100例如包括半導體材料或陶瓷材料。在一實施例中，基底100為一半導體晶圓(例如是矽晶圓)而便於進行晶圓級封裝。採用晶圓級封裝來形成晶片封裝體可降低成本並節省製程時間。在一實施例中，基底100包括絕緣層上覆半導體基底，例如是絕緣層上覆矽基底(SOI substrate)。在以下之敘述中，基底100係以絕緣層上覆半導體基底為例。基底100包括半導體層102、104、及夾置於兩半導體層之間的絕緣層106。

接著，如第1B圖所示，可選擇性自基底100之表面100a薄化基底100。即，移除部分的半導體層102。例如，可採用化學機械研磨、機械研磨(grinding)、或其他適合之方法將基底100薄化至適合的厚度。例如，在一實施例中，可將半導體層102薄化至(但不限於)約350μm之厚度。

如第1C圖所示，接著移除部分的半導體層102及絕緣層106以於基底100中形成至少一凹槽108。一般而言，本發明實施例之晶片封裝體係採用晶圓級封裝而形成。因此，較佳於晶圓中形成複數個凹槽以同時於一晶圓中形成出多個晶片封裝體。在一實施例中，所形成之凹槽108的底部露出半導體層104。

接著，於基底100之表面100a上形成金屬層110，並接著將之圖案化。金屬層110之材質例如可為(但不限於)鋁、金、銅等。例如，可透過物理氣相沉積、化學氣相沉積、塗佈、電鍍、無電解電鍍、或其他適合方法於基底100之表面100a上及凹槽108之底部上形成金屬層110。接著，可透過微影及蝕刻製程而將金屬層110圖案化為所需之圖案。位於凹槽108之底部上之圖案化後之金屬層110可作為後續將形成之可移動塊體之導電電極或反射層。形成於半導體層102之表面上之圖案化金屬層110可充當黏著層，用以選擇性與其他基板接合。

在一實施例中，可選擇性於金屬層110中形成對準標記以利後續將於基底之表面100b上進行之製程。例如，在一實施例中，可於將充當黏著層之金屬層110中形成對準標記112。對準標記112可包括各種便於辨識之形狀，例如是(但不限於)十字形。

接著，如第1D圖所示，可選擇性於基底100之表面100a上設置透明基板114。透明基板114例如可為玻璃基板、石英基板、透明高分子基板、或其他適合的透明基板。在一實施例中，透明基板114係採用玻璃基板。如第1D圖所示，可以半導體層102上之金屬層110為黏著層而將透明基板114接合於基底100之上。在一實施例中，可透過透明基板114與金屬層110之間的陽極接合(anodic bonding)而將透明基板114接合於基底100之上。可施加高電壓與溫度以促使透明基板114與金屬層110之間發生離子交換而產生鍵結。然應注意的是，本發明實施例之實施方式不限於此。在其他實施例中，例如可直接於透明基板114與基底100之間塗佈黏著膠層而完成透明基板114之設置。

如第1E圖所示，接著可選擇性自基底100之表面100b薄化基底100。例如，可以薄化半導體層102之相似方法薄化半導體層104。在一實施例中，例如可將半導體層104薄化至(但不限於)約100μm。接著，可於基底100之表面100b上形成遮罩層116。

接著，如第1F圖所示，將遮罩層116圖案化為圖案化遮罩層116a。在一實施例中，可藉由預先形成於黏著層(即金屬層110)中之對準標記112的輔助而形成圖案化遮罩層116a。如第1F圖所示，圖案化遮罩層116a之圖案大抵與金屬層110之圖案相對應。

如第1G圖所示，可接著以圖案化遮罩層116a為罩幕而對基底100進行蝕刻製程(例如是乾式蝕刻)以將未被圖案化遮罩層116a所覆蓋之半導體層104移除。在蝕刻製程之後，於半導體層104中形成複數個開口108a。開口108a自表面100b朝表面100a延伸。在一實施例中，開口108a係貫穿基底100而與凹槽108連通。在此情形下，這些開口108a係彼此連通的。在其他實施例中，開口108a係自表面100a朝表面100b延伸。

在形成這些開口108a之後，同時也形成了至少一第一可移動塊體140a及至少一第二可移動塊體140b。第一可移動塊體140a與第二可移動塊體140b分別與基底100相連。第一可移動塊體140a與第二可移動塊體140b與基底100之相連部分較小因而可於適當條件下相對於基底100而移動或振動。

接著，如第1H圖所示，將圖案化遮罩層116a自基底100上移除。

如第1I圖所示，接著提供保護基板118。保護基板118例如包括(但不限於)玻璃基板或石英基板等。於保護基板118中形成至少一穿孔120b。此外，在一實施例中，可選擇性於保護基板118中形成凹陷120a。在一實施例中，基底100為一半導體晶圓，而保護基板118之尺寸可大抵與半導體晶圓相同，其利於晶圓級封裝之進行。

接著，如第1J圖所示，將保護基板118設置於基底100之表面100b上。相似地，在一實施例中，可透過保護基板118與基底100(半導體層104)之間的陽極接合(anodic bonding)而將保護基板118接合於基底100之上。或者，在另一實施例中，可於保護基板118之底部塗佈黏著膠層而使之黏著於基底100之上。如第1J圖所示，預先形成於保護基板118中之凹陷可與基底100中之開口(108a)與凹陷(108)相連通而於第一可移動塊體140a及第二可移動塊體140b之周邊提供足夠之空間，使得第一可移動塊體140a及第二可移動塊體140b可於此密閉空間中移動或振動。此外，預先形成保護基板118中之穿孔120b可露出基底100。在一實施例中，穿孔120b所露出之部分可包括一接墊150，其可與其中一第二可移動塊體140b上之金屬層110電性連接。在一實施例中，第二可移動塊體140b上之金屬層110可作為驅動第二可移動塊體140b之導電電極，而第一可移動塊體140a上之金屬層110可作為反射層。在此情形下，反射層與導電電極(或導電層)皆為金屬層110之一部分而材質相同。

如第1K圖所示，接著於保護基板118上形成圖案化導電層122，其自保護基板118之表面延伸至穿孔120b中，並與其中一第二可移動塊體140b電性連接。例如，導電層122可透過接墊150及第二可移動塊體140b上之金屬層110而電性連接第二可移動塊體140b。在一實施例中，可透過導電層122而對第二可移動塊體140b施加電性訊號以驅動第二可移動塊體140b及/或第一可移動塊體140a之移動、轉動、及/或振動。此外，由於保護基板118通常為絕緣基板(如，玻璃基板)，因此不需與導電層122與保護基板118之間形成絕緣層。在此情形下，導電層122係與保護基板118直接接觸。但在其他實施例中，亦可視情況於導電層122與保護基板118之間形成其他適合的材料層。

在一實施例中，第一可移動塊體140a之面積大於第二可移動塊體140b之面積，且形成於第一可移動塊體140a上之金屬層110可充當反射層。在此情形下，當電子訊號透過導電層122傳遞至第二可移動塊體140b而驅動第二可移動塊體140b及/或第一可移動塊體140a之移動、轉動、及/或振動時，第一可移動塊體140a及其上之反射層(即，其上之金屬層110)可視為可移動、轉動、及/或振動之鏡子。因此，可以較大之範圍反射入射之光線。在一實施例中，可用作掃描鏡或反射鏡以大幅擴大掃描或反射的範圍，增加所獲得之掃描資訊或光反射之範圍以供運用。例如，可應用於(但不限於)雷射印表機中之掃描鏡組件、光學觸控式螢幕、或微形投影機(pico-projector)。

請接著參照第1K圖及第1L圖，在一實施例中，可選擇性於保護基板118及導電層122上形成保護層124，其具有露出部分的導電層122之開口。接著，可於保護層124之開口所露出之導電層122上設置導電結構126以供與其他元件電性連接。導電結構126例如可為(但不限於)銲球或導電凸塊。

當採用晶圓級封裝形成晶片封裝體時，還可接著進行切割步驟以自切割道將複數個晶片封裝體分離。

本發明實施例還可有許多其他變化，且其製程方式或順序不限於第1圖實施例所述之方式。例如，雖然第1圖實施例之金屬層110經圖案化後可充當黏著層、導電層、及反射層。然本發明實施例之實施方式不限於此，在其他實施例中，所述黏著層、導電層、及反射層可不是圖案化自同一金屬層。所述黏著層、導電層、及反射層可於不同製程步驟中，採用相同或不同之材料層，端視需求及/或製程便利性而定。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．基底

100a、100b．．．表面

102、104．．．半導體層

106．．．絕緣層

108．．．凹槽

108a．．．開口

110．．．金屬層

112．．．對準標記

114．．．透明基板

116、116a．．．遮罩層

118．．．保護基板

120a．．．凹陷

120b．．．穿孔

122．．．導電層

124．．．保護層

126．．．導電結構

140a、140b．．．可移動塊體

150．．．接墊

第1A-1L圖顯示根據本發明一實施例之晶片封裝體的製程剖面圖。

100a、100b．．．表面

102、104．．．半導體層

106．．．絕緣層

110．．．金屬層

112．．．對準標記

114．．．透明基板

118．．．保護基板

120b．．．穿孔

122．．．導電層

124．．．保護層

126．．．導電結構

140a、140b．．．可移動塊體

150．．．接墊

Claims (30)

1. 一種晶片封裝體，包括：一基底，具有一第一表面及一第二表面；一保護基板，設置於該基底之該第二表面上；至少一穿孔，貫穿該保護基板；複數個開口，自該第一表面朝該第二表面延伸或自該第二表面朝該第一表面延伸；至少一第一可移動塊體及至少一第二可移動塊體，位於該些開口之間，其中該第一可移動塊體與該第二可移動塊體分別與該基底相連；以及至少一導電層，自該保護基板之一表面延伸至該穿孔之中，並與該第二可移動塊體電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，其中該些開口係彼此連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括一凹槽，自該基底之該第一表面朝該第二表面延伸，且該凹槽之一底部露出該些開口。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括一透明基板，設置於該基底之該第一表面上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之晶片封裝體，其中該透明基板透過形成於該透明基板與該基底之間的一黏著層而設置於該基底之該第一表面上，該黏著層包括一金屬層，且該黏著層中形成有至少一對準標記。
6. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括：一保護層，形成於該保護基板及該導電層之上，並具有露出部分的該導電層之一開口；以及一導電結構，設置於該保護層之該開口所露出之部分的該導電層之上而電性接觸該導電層，其中該導電結構包括一銲球或一導電凸塊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括一第二導電層，設置於該第二可移動塊體之上而形成該第二可移動塊體與該導電層之間的導電連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之晶片封裝體，更包括一反射層，形成於該第一可移動塊體之朝向該基底之該第一表面的一表面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之晶片封裝體，其中該反射層之材質與該第二導電層相同。
10. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括一反射層，形成於該第一可移動塊體之朝向該基底之該第一表面的一表面上。
11. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，其中該第一可移動塊體之一表面的面積大於該第二可移動塊體之一表面的面積。
12. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括一絕緣層，位於該基底之該第一表面與該第二表面之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，其中該保護基板包括一玻璃基板。
14. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，其中該導電層與該保護基板直接接觸。
15. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝體，更包括一接墊，位於該穿孔之正下方的該基底之中，該接墊電性連接該導電層及該第二可移動塊體。
16. 一種晶片封裝體的形成方法，包括：提供一基底，具有一第一表面及一第二表面；移除部分的該基底以於該基底中形成複數個開口，該些開口自該第一表面朝該第二表面延伸或自該第二表面朝該第一表面延伸；在形成該些開口之後，至少一第一部分的該基底成為一第一可移動塊體，且至少一第二部分的該基底成為一第二可移動塊體，其中該第一可移動塊體及該第二可移動塊體分別位於該些開口之間；於該基底之該第二表面上設置一保護基板；於該保護基板中形成至少一穿孔；以及於該保護基板上形成至少一導電層，該導電層自該保護基板之一表面延伸至該穿孔之中，並與該第二可移動塊體電性連接。
17. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，其中該基底包括一半導體基底或一絕緣層上覆半導體基底。
18. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，其中在形成該些開口之前，更包括自該基底之該第一表面薄化該基底。
19. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，更包括自該基底之該第一表面移除部分的該基底以形成一凹槽，該凹槽自該第一表面朝該第二表面延伸。
20. 如申請專利範圍第19項所述之晶片封裝體的形成方法，其中在形成該些開口之前，更包括：於該基底之該第一表面上及該凹槽之底部上形成一圖案化金屬層；於該基底之該第二表面上形成一圖案化遮罩層，其中部分的該圖案化遮罩層之位置對應於該凹槽之底部上之部分的該圖案化金屬層之位置；以該圖案化遮罩層為罩幕，蝕刻移除部分的該基底以形成該些開口及該第一可移動塊體與該第二可移動塊體，其中該些開口與該凹槽係彼此連通；以及在形成該些開口之後，移除該圖案化遮罩層。
21. 如申請專利範圍第20項所述之晶片封裝體的形成方法，其中該圖案化金屬層之形成包括：於該基底之該第一表面上及該凹槽之底部上形成一金屬層；以及將該金屬層圖案化為該圖案化金屬層，其中部分的該圖案化金屬層係形成於該第二可移動塊體上，並形成該第二可移動塊體與該導電層之間的導電連接，且其中一另一部分的該圖案化金屬層係形成於該第一可移動塊體上，並用作一反射層。
22. 如申請專利範圍第21項所述之晶片封裝體的形成方法，更包括：在將該金屬層圖案化時，於該金屬層中形成至少一對準圖案，其中該圖案化遮罩層之形成包括：於該基底之該第二表面上形成一遮罩層；以及以該對準圖案為基準，將該遮罩層圖案化為該圖案化遮罩層，而使部分的該圖案化遮罩層之位置對應於該凹槽之底部上之部分的該圖案化金屬層之位置；以及於該基底之該第一表面上設置一透明基板，其中該透明基板係與該基底之該第一表面上之部分的該圖案化金屬層相接合。
23. 如申請專利範圍第22項所述之晶片封裝體的形成方法，其中該透明基板與該圖案化金屬層係透過一陽極接合製程而相接合。
24. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，更包括於該基底之該第一表面上設置一透明基板。
25. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，更包括於該第一可移動塊體上形成一反射層。
26. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，其中該導電層與該保護基板直接接觸。
27. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，其中該導電層係透過位於該穿孔之正下方的該基底中的一接墊而與該第二可移動塊體電性連接。
28. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，更包括：於該保護基板與該導電層上形成一保護層；將該保護層圖案化而使部分的該導電層露出；以及於露出的該導電層上形成一導電結構，該導電結構電性接觸該導電層。
29. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，其中該保護基板係透過一陽極接合製程而設置於該基底之該第二表面上。
30. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝體的形成方法，更包括於該保護基板靠近該第一可移動塊體及該第二可移動塊體之一側上形成一凹陷。