[发明专利]集成MEMS传感器的晶圆级封装结构及其晶圆级封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种集成MEMS传感器的晶圆级封装结构及其晶圆级封装方法。

背景技术

MEMS传感器已经被应用于各个领域当中，由于工作环境的需要，MEMS传感器必须采用一种有效的封装结构和封装方法，传统的封装类型主要是芯片级封装，通常是将一个裸芯片放入陶瓷管壳中，通过金丝焊球与管脚相连，其上的盖板由焊料或陶瓷封接与管壳相连，完成裸芯片的封装过程，由于一个晶圆上可以切割出许多个芯片，这种封装方法对每个芯片都需要测试并封装，导致了成本的增加。

针对上述问题，人们发展了其他的封装方法，将ASIC芯片和MEMS芯片分别制造在两个独立的衬底上，然后通过键合工艺将两个芯片封装在一起，以形成MEMS装置，虽然实现了晶圆级的封装，但是采用两个衬底的封装方法使得集成化程度大大降低，使得衬底的利用率降低，还增加了额外的封装面积，封装尺寸也增加，不利于适应MEMS器件封装小型化的发展趋势。同时封装过程中使用的焊料为金锡合金、铅锡合金等，这些材料与标准的CMOS工艺并不完全兼容。

因此，如何在一个衬底上实现CMOS器件和MEMS传感器的晶圆级封装并与CMOS工艺兼容，减少工艺成本和封装的尺寸是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种集成MEMS传感器的晶圆级封装结构及其晶圆级封装方法。这种晶圆级封装方法能够使得ASIC和MEMS传感器与集成电路工艺兼容起来，并且封装体积小，制造成本低。

为了解决上述技术问题，本发明所利用的技术方案是提供一种集成MEMS传感器的晶圆级封装结构，包括：

衬底和位于所述衬底上的介电质层，所述衬底中包括至少一个CMOS器件；

所述衬底中包括一个或多个沟槽，所述沟槽的侧壁上具有绝缘层，所述沟槽中填充有金属，所述金属与所述衬底之间通过所述绝缘层相隔离；

所述介电质层中具有与所述金属电连接的焊垫；

所述介电质层中具有与所述CMOS器件和焊垫电连接的金属互连；

所述介电质层的上面具有一个或多个MEMS传感器，所述MEMS传感器与所述金属互连电连接；

所述MEMS传感器上面具有封装基板，封装基板具有与MEMS传感器上下相对应的通孔、盲孔或透明区域。

在一个衬底上利用集成电路工艺同时制备多个CMOS器件和MEMS传感器能够减小装置的尺寸和体积，同时也有利于节省衬底材料，将MEMS传感器和CMOS器件制造在不同的器件层可以提高整个封装结构的集成度。针对不同的MEMS传感器采用具有通孔、盲孔或透明区域的封装基板可以使得MEMS传感器应用在不同的环境和领域中。

优选的，介电质层中具有与金属互连电连接的检测焊垫。检测焊垫可以对在一个衬底上制备好的所有CMOS器件进行电性能的测试，优化了测试工艺并且节省了测试工艺流程。

优选的，介电质层和封装基板之间具有粘结剂。粘结剂能够使得封装基板和衬底上的介电质层键合的更加牢固与可靠。

优选的，MEMS传感器上面具有一层树脂。例如在MEMS的压力传感器上面涂覆一层树脂，可以在后续的工艺中有效的保护MEMS传感器。

优选的，金属上具有与金属电连接的焊球。焊球可以方便的将装置中的电连接引出去。

优选的，沟槽位于焊垫下面，且与一个或多个焊垫对置连通。在焊垫下面的衬底中制备与焊垫对置连通的沟槽，可以与CMOS工艺兼容起来，并且能够将焊垫的电性能引出去。采用沟槽与多个焊垫对置连通的结构能够减少沟槽的制备数量，减少工艺过程且节省成本。

优选的，衬底的厚度为100um-1000um，封装基板的厚度为100um-1000um。更优选的，衬底的厚度为100um-300um，封装基板的厚度为100um-300um。衬底的厚度和封装基板的厚度的减少有利于装置的封装尺寸的减小，能够应用在各种所需的环境中。

优选的，封装基板为二氧化硅或玻璃。

本发明还提供一种集成MEMS传感器的晶圆级封装方法，包括下列步骤：

提供一个衬底，在所述衬底上制备至少一个CMOS器件；

在所述衬底表面制备焊垫和介电质层；

在所述介电质层中制备将所述CMOS器件与所述焊垫电连接的金属互连；

在所述介电质层上面制备与所述金属互连电连接的MEMS传感器；

在所述MEMS传感器上键合或形成封装基板；

在所述衬底中形成使所述焊垫暴露的沟槽；