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

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路器件，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各方面。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。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。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。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。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。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。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。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术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专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。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，本专利技术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。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。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”。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。在WLCSP的形成中，提供或以其他方式形成MEMS/CMOS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/CMOS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。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)。鉴于以上所述，本申请针对WLCSP，该WLCSP具有沿着BGA和MEMS/CMOS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/CMOS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/CMOS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。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100a，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(IC)108。例如，如图所示，管芯104可以包括布置在MEMS结构106上方的IC 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。IC 108包括IC衬底110、器件区112和后段制程(BEOL)金属化堆叠件114。器件区112位于IC衬底110下面并且延伸至IC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。BEO本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2015.03.12 US 14/645,6501.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：游绍祺，洪嘉明，黄信锭，陈相甫，张华伦，戴文川，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71