傳感器封裝方法以及傳感器封裝的制作方法
【專利摘要】一種傳感器封裝方法以及傳感器封裝。所述方法包括提供（82）結(jié)構(gòu)（117）、提供（100）控制器元件（102、24）、以及將控制器元件粘結(jié)（116）到所述結(jié)構(gòu)（117）的外表面（52、64）。所述結(jié)構(gòu)包括傳感器晶圓（92）和帽晶圓（94）。晶圓（92、94）的內(nèi)表面（34、36）耦合在一起，其中傳感器（30）插入在所述晶圓（92、94）之間。一個晶圓（92、94）包括襯底部分（40、76），其中粘結(jié)盤（42）形成于其內(nèi)表面（34、36）上。另一個晶圓（92、94）隱藏了所述襯底部分（40、76）。粘結(jié)之后，方法（80）包括形成（120）導(dǎo)電元件（60），移除材料部分（96、98、107），形成（130）電互連（56），應(yīng)用（134）封裝材料（64），以及切割（138）。
【專利說明】傳感器封裝方法以及傳感器封裝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體封裝。更具體地說，本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體封裝的晶圓級半導(dǎo)體封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微電子系統(tǒng)技術(shù)廣受歡迎。這是因為它們提供了一種制作非常小的電子和機械結(jié)構(gòu)的方式并且通過使用傳統(tǒng)批量半導(dǎo)體加工工藝在單一襯底上集成這些結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些微電子器件成為主流技術(shù)時，半導(dǎo)體封裝的制作和易用性方面的有效封裝費用面臨著挑戰(zhàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]結(jié)合附圖并參閱詳細說明書以及權(quán)利要求，對本發(fā)明會有比較完整的理解。其中在附圖中類似的參考符號表示相同元件，并且附圖不一定是按比例繪制；以及
[0004]圖1示出了根據(jù)實施例的示例傳感器封裝的俯視圖；
[0005]圖2示出了沿著圖1的剖面線A-A的傳感器封裝的側(cè)視圖；
[0006]圖3示出了根據(jù)另一個實施例的沿著圖1的剖面線A-A的傳感器封裝的側(cè)視圖；
[0007]圖4示出了制作圖1-圖3的傳感器封裝的封裝過程的流程圖；
[0008]圖5示出了結(jié)合封裝過程被使用的傳感器晶圓結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0009]圖6示出了與圖2中說明的實施例相對應(yīng)的傳感器晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)視圖；
[0010]圖7示出了與圖3中說明的實施例相對應(yīng)的另一個傳感器晶圓結(jié)構(gòu)的部分俯視圖；
[0011]圖8示出了結(jié)合封裝過程被使用的、以控制器晶圓的形式的控制器元件的俯視圖；
[0012]圖9示出示了控制器晶圓的放大部分俯視圖；
[0013]圖10示出了沿著圖9的剖面線10-10的控制器晶圓的部分側(cè)面剖視圖；
[0014]圖11示出了根據(jù)另一個實施例的結(jié)合封裝過程被使用的、以多個單獨控制器管芯的形式的控制器元件的側(cè)視圖；
[0015]圖12示出了根據(jù)封裝過程的在封裝的初始階段的控制器晶圓的部分側(cè)面剖視圖；
[0016]圖13示出了在封裝的后續(xù)階段被粘結(jié)到圖6的傳感器結(jié)構(gòu)以形成堆疊結(jié)構(gòu)的控制器晶圓的部分側(cè)面剖視圖；
[0017]圖14示出了在封裝的后續(xù)階段的圖13的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0018]圖15示出了在封裝的后續(xù)階段的圖14的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0019]圖16示出了在封裝的后續(xù)階段的圖15的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0020]圖17示出了在封裝的后續(xù)階段的圖16的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0021]圖18示出了根據(jù)圖4的封裝過程的產(chǎn)生于圖17的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的傳感器封裝的側(cè)面劑視圖；
[0022]圖19示出了根據(jù)圖4的封裝過程、以控制器管芯的形式在封裝的中間階段被粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)以形成堆疊結(jié)構(gòu)74的控制器元件的部分側(cè)面剖視圖；
[0023]圖20示出了在封裝的后續(xù)階段的圖19的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0024]圖21示出了在封裝的后續(xù)階段的圖20的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0025]圖22示出了在封裝的后續(xù)階段的圖21的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；
[0026]圖23示出了在封裝的后續(xù)階段的圖22的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的部分側(cè)面剖視圖；以及
[0027]圖24示出了根據(jù)圖4的封裝過程的產(chǎn)生于圖23的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的傳感器封裝的側(cè)面剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]半導(dǎo)體封裝通常提供了一組相關(guān)的元件。這些元件包括例如一個或多個封裝的半導(dǎo)體器件、從器件到封裝的互連、提供機械支撐和電、化學(xué)、以及環(huán)境保護的周圍或包括結(jié)構(gòu)、以及將封裝附著于主板或系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體封裝過程的研發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)起因于例如半導(dǎo)體器件對高溫工藝的靈敏度(例如，微電子和微觀結(jié)構(gòu))、對合適屏蔽的需要，在某些情況下需要密封或接近密封的密封以保護器件免受污染，等等。由于至少部分的這些挑戰(zhàn)，封裝是這些器件的主要成本動因中的一個。
[0029]半導(dǎo)體封裝中的一個或多個半導(dǎo)體器件可以是微電子傳感器(例如，磁強計)、微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器(例如，加速度計、陀螺儀、壓力傳感器)、或一些其它微型傳感器。對于這樣的傳感器，適當(dāng)?shù)姆庋b是很重要的以確保在傳感器器件之間往返的信號完整性。例如，傳感器封裝中的一個傳感器器件或多個傳感器器件的角位移可以導(dǎo)致測量信號的誤差。同樣地，傳感器封裝中的傳感器的精確角對準對于接收準確測量結(jié)果是至關(guān)重要的。
[0030]目前，傳統(tǒng)管芯級封裝中的傳感器角對準限于大約正或負兩個精度。角對準精度受限于管芯放置技術(shù)利用的放置設(shè)備的耐受性。為了提高從這些傳感器接收的測量值的精度，本行業(yè)要求更精確的角對準。隨著集成電路(IC)器件幾何尺寸的持續(xù)減小，對微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的使用持續(xù)增加、以及包括多個半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體封裝的制作持續(xù)發(fā)展、對低成本、可靠的、高密度封裝解決方案的需求增加了。
[0031]實施例包括傳感器封裝方法和根據(jù)封裝方法產(chǎn)生的傳感器封裝。該封裝方法涉及代替?zhèn)鹘y(tǒng)管芯-管芯放置技術(shù)的晶圓級封裝技術(shù)。晶圓級封裝是指在晶圓級封裝半導(dǎo)體器件，并且實質(zhì)上延伸了晶圓制作過程以包括器件互連和器件保護過程。本發(fā)明所討論的晶圓級封裝過程以相對低的成本提供了傳感器的高生產(chǎn)量和精確放置封裝。附加優(yōu)勢包括一種管芯規(guī)模的封裝技術(shù)，導(dǎo)致了傳感器封裝的大小通常與管芯的大小相同、傳感器堆疊以及大小減小的微電子器件、改進的電性能等等。
[0032]現(xiàn)在參照圖1和圖2。圖1示出了根據(jù)實施例的的示例傳感器封裝20的俯視圖。圖2示出了沿著圖1的剖面線A-A的傳感器封裝的側(cè)視圖。通常，傳感器封裝20包括以控制器元件的形式的傳感器結(jié)構(gòu)22和半導(dǎo)體管芯，該控制器元件在本發(fā)明中被稱為粘結(jié)到傳感器結(jié)構(gòu)22的控制器管芯24。為了清晰的說明，圖1-圖3以及圖5-圖24使用了各種陰影和/或剖面線進行圖示以區(qū)分傳感器封裝的不同元件。這些不同元件可以利用當(dāng)前和即將到來的微加工和/或半導(dǎo)體封裝技術(shù)產(chǎn)生。[0033]傳感器結(jié)構(gòu)22包括傳感器管芯26、帽28、以及形成于傳感器管芯26的襯底材料32上或內(nèi)的傳感器30。帽28的內(nèi)表面34 f禹合于傳感器管芯26的內(nèi)表面36,其中傳感器30插入在傳感器管芯26和帽28之間。因此，帽28的內(nèi)表面34在下文中被稱為內(nèi)部帽表面34以及傳感器管芯26的內(nèi)表面36在下文中被稱為內(nèi)管芯表面36。傳感器30可以是微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器器件，例如加速度計、陀螺儀、或某個其它傳感器。然而，傳感器30不需要被限定為MEMS傳感器配置。相反，傳感器30可以是光學(xué)器件、電磁器件、化工器件、或包含微米和/或次微米大小的組件的某個其它傳感器器件。此外，雖然傳感器30是以單數(shù)形式提到的，在替代實施例中，傳感器管芯26可能包括不止一個形成于襯底材料32上或內(nèi)的傳感器器件。
[0034]帽28通常覆蓋傳感器管芯26以便封裝傳感器30。帽28可能包括從內(nèi)部帽表面34向內(nèi)延伸的腔38以便給傳感器30的活動元件提供空隙，但是這種配置不是限定。帽28可以例如通過密封環(huán)附著于傳感器管芯26，以便將傳感器30密封地或接近密封地密封在封裝區(qū)域內(nèi)。在圖2中所示出的說明的實施例中，帽28包括從傳感器管芯26暴露出來的襯底部分40。即，傳感器管芯26的材料部分不覆蓋帽28的襯底部分40，即帽28的襯底部分40不存在傳感器管芯26的材料部分。形成于帽28的內(nèi)部帽表面34上的粘結(jié)盤42位于被帽28密封的區(qū)域外。根據(jù)傳統(tǒng)的和發(fā)展的傳感器器件制作過程，粘結(jié)盤42可以被電連接到傳感器30的各種結(jié)構(gòu)和/或電極。為了便于討論，粘結(jié)盤42和傳感器30的各種結(jié)構(gòu)和/或電極之間的電互連在本發(fā)明中沒有被說明和詳細描述。
[0035]控制器管芯24具有頂面44和與頂面44相對的底面46。在圖2中，頂面44被顯示為物理放置于底面46上。因此，不同的術(shù)語“頂”和“底”在本發(fā)明中被利用。頂面44包括控制電路48和在其上形成的粘結(jié)盤50。控制電路48可以是用于控制器管芯24的“有源區(qū)域”內(nèi)的任何有源或無源電路以用于將信號傳遞到傳感器30或從傳感器30傳遞出來。
[0036]傳感器結(jié)構(gòu)22包括與帽28的外表面相對應(yīng)的外表面52。因此，清楚起見，外表面52在下文中被稱為外部帽表面52。傳感器結(jié)構(gòu)22還包括與傳感器管芯26的外表面相對應(yīng)的相對外表面54。因此，清楚起見，外表面54在下文中被稱為外部管芯表面54。在所說明的實施例中，控制器管芯24的底面46附著于傳感器結(jié)構(gòu)22的外部管芯表面54以產(chǎn)生具有位于帽28和控制器管芯24之間的傳感器管芯26的堆疊結(jié)構(gòu)55。
[0037]在傳感器結(jié)構(gòu)22中，位于帽28的襯底部分40的內(nèi)部帽表面34上的粘結(jié)盤42與粘結(jié)盤50所在的控制器管芯24的頂面44朝著相同的方向(即，在圖2中向上)。在本發(fā)明中被稱為接合線56的電互連容易地附著于帽28的內(nèi)部帽表面34上的相應(yīng)粘結(jié)盤42和控制器管芯24的頂面44上的粘結(jié)盤50之間以提供在控制器管芯24和傳感器結(jié)構(gòu)22的傳感器管芯26之間的合適的電互連。
[0038]控制器管芯24還包括形成于并且分布于頂面44的隆起58。在實施例中，在控制器管芯24被粘結(jié)到傳感器結(jié)構(gòu)22之后，導(dǎo)電兀件60形成于隆起58上。導(dǎo)電兀件60可以是支柱、球、插頭、或在隆起58上延伸的某個其它導(dǎo)電特征。導(dǎo)電元件60在圖1中被說明為圓形橫截面。然而，根據(jù)特定設(shè)計標(biāo)準，導(dǎo)電元件60可能有不同形狀的橫截面。導(dǎo)電元件60被用作傳感器封裝20的輸入/輸出兀件。
[0039]在一些實施例中，根據(jù)常規(guī)的和即將到來的半導(dǎo)體制作過程，集成傳感器61可以被整體形成，其中控制電路48的有源和無源元件位于控制器元件24內(nèi)。代替集成傳感器61或除了集成傳感器61之外，傳感器封裝20可能包括安裝到控制器元件24的頂面44的傳感器管芯62。在實施例中，集成傳感器61或傳感器管芯62可以是用于測量磁場強度或方向的磁強計。然而，根據(jù)傳感器封裝20的特定設(shè)計標(biāo)準，集成傳感器61或傳感器管芯62可以是某個其它傳感器器件。
[0040]封裝材料64被應(yīng)用于控制器管芯24的頂面44上以封裝控制電路48、接合線56、傳感器管芯62、以及至少部分封裝導(dǎo)電元件60，使得只有導(dǎo)電元件60的頂側(cè)面66從封裝材料64暴露出來。封裝材料64可以是任何常規(guī)的模塑化合物，例如環(huán)氧樹脂材料。
[0041]圖3示出了根據(jù)另一個實施例的沿著圖1的剖面線A-A的傳感器封裝70的側(cè)視圖。傳感器封裝70與傳感器封裝20 (圖2)相似。因此，傳感器封裝70包括被粘結(jié)到傳感器結(jié)構(gòu)72以產(chǎn)生堆疊結(jié)構(gòu)74的控制器管芯24，其中傳感器結(jié)構(gòu)72由傳感器管芯26、帽28、以及傳感器30組成。如同傳感器封裝20，傳感器封裝70附加地包括將傳感器結(jié)構(gòu)72和被封裝材料64封裝的控制器管芯24、導(dǎo)電兀件60、積分傳感器6和/或傳感器管芯62等等進行電互連的接合線56。
[0042]如圖3中具體說明的，傳感器封裝70的不同特征是傳感器管芯26包括從帽28暴露出來的襯底部分76。S卩，冒28的材料部分不覆蓋傳感器管芯26的襯底部分76，即傳感器管芯26的襯底部分76不存在冒28的材料部分。因此,代替形成于冒28的內(nèi)部帽表面34上(如圖2中所不出的),粘結(jié)盤42在襯底部分76形成于傳感器管芯26的內(nèi)管芯表面36上。因此，粘結(jié)盤42位于被帽28密封的傳感器管芯26的區(qū)域外。如圖2的實施例，根據(jù)傳統(tǒng)的和發(fā)展的傳感器器件制作過程，粘結(jié)盤42可以被電連接到傳感器30的各種結(jié)構(gòu)和/或電極。為了便于討論，粘結(jié)盤42和傳感器30的各種結(jié)構(gòu)和/或電極之間的電互連在本發(fā)明中沒有被說明和詳細描述。
[0043]還如圖3中說明的，傳感器封裝70的另一個不同特征是控制器管芯24的底面46附著于傳感器結(jié)構(gòu)72的外部帽表面52以產(chǎn)生具有位于傳感器管芯26和控制器管芯24之間的帽28的堆疊結(jié)構(gòu)74。因此在傳感器管芯26的襯底部分76的內(nèi)管芯表面36上的粘結(jié)盤42與粘結(jié)盤50所在的控制器管芯24的頂面44朝著相同的方向(即，在圖3中向上)。接合線56容易地附著于傳感器管芯26的內(nèi)管芯表面36上的相應(yīng)粘結(jié)盤42和控制器管芯24的頂面44上的粘結(jié)盤50之間以提供位于控制器管芯24和傳感器結(jié)構(gòu)72的傳感器管芯26之間的合適的電互連。
[0044]如上面所討論的，傳感器封裝20 (圖2)表示了傳感器管芯26被插入在帽28和控制器管芯24之間的結(jié)構(gòu)配置。然而，傳感器封裝70表示了帽28被插入在傳感器管芯26和控制器管芯24之間的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)配置。提供傳感器封裝20和70是為了示例的目的。然而，根據(jù)特定設(shè)計標(biāo)準，傳感器封裝可能呈現(xiàn)很多形式、大小、形狀、以及功能。
[0045]圖4示出了根據(jù)另一個實施例的制作傳感器封裝20和70 (圖1-圖3)的封裝過程80的流程圖。封裝過程80闡述了一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)管芯放置技術(shù)的晶圓級封裝技術(shù)，其中半導(dǎo)體元件被封裝，而仍在晶圓切塊之后的晶圓內(nèi)。封裝過程80將結(jié)合多個傳感器封裝20(圖2)的封裝和多個傳感器封裝70 (圖3)的封裝被討論。然而，應(yīng)該越來越明顯，下面的方法可以適合于大量半導(dǎo)體設(shè)計的封裝。簡潔起見，封裝過程80闡述了一種示例操作流程。然而，在實際實踐中，根據(jù)封裝設(shè)備的加工能力，操作順序可以有變化。
[0046]封裝過程80從活動82開始。在活動82，傳感器晶圓結(jié)構(gòu)被提供有在其上形成的多個傳感器30 (圖2)。傳感器晶圓結(jié)構(gòu)可以由器件制作商提供并且根據(jù)封裝過程80在單獨的封裝設(shè)備封裝。替選地，傳感器晶圓結(jié)構(gòu)可以在相同制作設(shè)備內(nèi)制作和封裝。
[0047]結(jié)合活動82參照圖5，圖5示出了結(jié)合封裝過程80被使用的傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的俯視圖。圖5具體別說明了示例傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84，其包括多個由虛線所表示的、用于產(chǎn)生堆疊結(jié)構(gòu)55 (圖2)的傳感器結(jié)構(gòu)22。因此，在傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的俯視圖中，傳感器管芯26的外部管芯表面54是可見的。
[0048]替選地，圖5的說明可以表不另一個傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86。在圖5中傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86以及其相關(guān)的元件通過括號來區(qū)分。如同傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84，傳感器晶圓86包括多個由虛線所表示的、用于產(chǎn)生堆疊結(jié)構(gòu)74 (圖3)的傳感器結(jié)構(gòu)72。因此，在傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86的俯視圖中，帽28的外部帽表面52是可見的。
[0049]傳感器結(jié)構(gòu)22和72可以包括任何多個傳感器器件中的任何一個，例如慣性傳感器、陀螺儀、光學(xué)設(shè)備、壓力傳感器、磁場傳感器、開關(guān)、麥克風(fēng)等等。然而，在替代實施例中，傳感器結(jié)構(gòu)22和72可以包括任何其它器件，其中期望單獨地保護，即帽的敏感特性以及附加地暴露或顯示終端元件，即晶圓級的粘結(jié)盤42 (圖2)。
[0050]傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84和86可以利用常規(guī)的和即將到來的體微機械加工、表面微機械加工、和/或高寬比硅微機械加工技術(shù)被制作。用于表面微機械加工技術(shù)的制作過程通常可以包括例如沉積、構(gòu)圖、以及刻蝕一個或多個犧牲氧化層、一個或多個結(jié)構(gòu)多晶硅層，等等。例如，一個或多個犧牲氧化物層可以沉積在基于硅晶圓上，以及一個或多個結(jié)構(gòu)層可以然后沉積在犧牲層上。
[0051 ] 傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84或86上的所有元件可以是相同的，或傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84或86可以包括傳感器元件的混合物。虛線88表示劃定了組成傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的各種傳感器結(jié)構(gòu)22的邊界，或者替選地表示劃定了組成傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86的各種傳感器結(jié)構(gòu)72的邊界。虛線88可以附加地表示傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84最終將被切割、切塊、蝕刻、或以其它方式切割(下面討論)的位置。因此，虛線88在下文中被稱為鋸線88。
[0052]在所說明的實施例中，虛線點序列表示的線的選擇對90表示最高晶圓，即傳感器晶圓或帽晶圓(下面討論)，將被移除的位置(下面討論)以訪問是另一個傳感器晶圓或帽晶圓的底層晶圓的粘結(jié)盤42 (圖2和圖3)。這些選擇對在下文中被稱為鋸線90。傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84和86被說明為通常的磁盤形狀。然而，傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84和86的替代實施例可以是任何合適的形狀，例如矩形形狀。此外，組成給定傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84或86的傳感器結(jié)構(gòu)22或72的數(shù)量會有所不同，這取決于傳感器結(jié)構(gòu)22或72的大小和用于組裝傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84或86的晶圓(下面討論)的大小。
[0053]現(xiàn)在結(jié)合活動82 (圖4)參照圖6，圖6示出了與圖2中說明的實施例相對應(yīng)的傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的部分側(cè)視圖。傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84包括傳感器晶圓92、帽晶圓94、以及形成于傳感器晶圓92的襯底材料32上的多個傳感器30。根據(jù)常規(guī)的和即將到來的過程，傳感器晶圓92被制作以包括傳感器30和被單獨制作的帽晶圓94。帽晶圓94隨后通過使用任何合適的粘結(jié)技術(shù)和粘結(jié)材料耦合于傳感器晶圓92。鋸線88描繪了每個相鄰傳感器管芯26的邊界。同樣，鋸線88描繪了每個相鄰帽28的邊界。而且，鋸線88或相鄰的鋸線90描繪了將要被移除以暴露形成于帽28的襯底部分40上的底層粘結(jié)盤42的控制器管芯26的襯底部分96。在實施例中，傳感器晶圓92可以被適當(dāng)形成以便腔91或空間從粘結(jié)盤42位于的內(nèi)部管芯表面92向內(nèi)延伸。這樣的配置在很大程度上防止了對帽晶圓94上的底層結(jié)構(gòu)的損壞，以及在下面被討論的鋸切操作期間產(chǎn)生鋸切。在替代配置中，底層結(jié)構(gòu)例如電連接可以被埋在帽晶圓94的襯底材料中并且和帽晶圓94電隔離開，因此不需要腔91。
[0054]現(xiàn)在結(jié)合活動82 (圖4)參照圖7，圖7示出了與圖3中說明的實施例相對應(yīng)的傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86的部分頂視圖。傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86包括傳感器晶圓92、帽晶圓94、以及形成于襯底材料32上的傳感器30。如上面所描述的，傳感器晶圓92被制作以包括傳感器30和被單獨制作的帽晶圓94。帽晶圓94隨后通過使用任何合適的粘結(jié)技術(shù)和粘結(jié)材料耦合于傳感器晶圓92。鋸線88描繪了每個相鄰傳感器管芯26的邊界。同樣，鋸線88描繪了每個相鄰帽28的邊界。在該配置中，鋸線88或相鄰的鋸線90描繪了將要被移除以暴露形成于傳感器管芯26的襯底部分76上的底層粘結(jié)盤42的帽28的材料部分98。
[0055]返回參照圖4，響應(yīng)于活動82，傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84 (圖6)或傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86(圖7)被提供。封裝過程80首先將結(jié)合傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的提供被討論以產(chǎn)生傳感器封裝20 (圖2)。
[0056]在活動82之后，封裝過程80繼續(xù)活動100。在活動100，至少一個控制器元件被提供?？刂破髟梢詮钠骷谱魃烫峁┎⑶腋鶕?jù)封裝過程80在單獨的封裝設(shè)備封裝。替選地，控制器元件可以在相同制作設(shè)備內(nèi)制作和封裝。
[0057]結(jié)合活動82參照圖8-圖10，圖8示出了結(jié)合封裝過程80被使用的、以控制器晶圓102的形式的控制器元件的俯視圖。圖9示出了控制器晶圓102的放大部分頂視圖以及圖10顯示了沿著圖9的剖面線10-10的控制器晶圓的部分側(cè)面剖視圖。控制器晶圓102具有頂面44和底面46，其中頂面44包括多個控制器管芯24，并且每個控制器管芯包括控制電路48和在一些實施例中包括集成傳感器61。
[0058]控制器晶圓102可以利用常規(guī)的和即將到來的用于在控制器晶圓102的有源區(qū)域形成控制電路48的集成電路(IC)制作技術(shù)被制作。標(biāo)準IC晶圓制作技術(shù)的實施創(chuàng)建了三極管、電容、電阻、二極管、以及控制電路48、集成傳感器61 (如果有的話)的所有其它組件。此外，這些IC制作技術(shù)可以被實現(xiàn)以在控制器晶圓102的頂面44上形成粘結(jié)盤50和隆起58。這些常規(guī)方法步驟在本發(fā)明中不必進行描述。
[0059]沿著控制器晶圓102的平面頂面44，控制器晶圓102的頂面44被標(biāo)有虛線104。虛線104表示控制器晶圓102被鋸開或切塊的位置。例如，在所說明的實施例中，虛線點序列表示的垂直排列的虛線104的相鄰對106表示材料部分107 (下面討論)將被移除以訪問底層傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84 (圖6)的位置。剩余的虛線104表示與傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的切割同時發(fā)生的控制器晶圓102最終被切割的位置。虛線104在本發(fā)明中統(tǒng)稱為鋸線104。
[0060]控制器晶圓102被說明為通常的磁盤形狀以與傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84—致(圖6)。然而，控制器晶圓102的替代實施例可以是任何合適的形狀，例如矩形形狀。此外，形成于給定控制器晶圓102上的控制器管芯24的數(shù)量會有所不同，這取決于控制器管芯24的大小和控制器晶圓102的大小。
[0061]現(xiàn)在參照圖11，圖11示出了根據(jù)另一個實施例的結(jié)合封裝過程80被使用的、以控制器管芯24的形式的控制器元件的側(cè)視圖。封裝過程80 (圖3)呈現(xiàn)為晶圓-晶圓制作過程，其中所提供的控制器元件是控制器晶圓102 (圖10)，該元件首先結(jié)合圖12-圖18被描述。在替代實施例中，封裝過程80可以呈現(xiàn)為管芯-晶圓制作過程，其中所提供的至少一個控制器元件是多個控制器管芯24，該管芯結(jié)合圖19-圖24被描述。同樣，圖11示出了在控制器晶圓102 (圖8)被切塊、鋸切、蝕刻、或以其它方式被切割以形成彼此物理分離的多個控制器管芯24。
[0062]現(xiàn)在返回封裝過程80，在活動100之后，封裝過程80繼續(xù)活動108。在活動108，控制器晶圓102 (圖8)經(jīng)歷背磨過程以薄化晶圓102。具體地，底面46 (圖10)使用了一種常規(guī)的研磨材料和設(shè)備經(jīng)歷了背磨，該背磨還被稱為晶圓薄化。
[0063]結(jié)合活動108參照圖12，圖12示出了根據(jù)封裝過程80的在封裝的初始階段110的控制器晶圓102的部分側(cè)面剖視圖。如圖12中的虛線111所表示的，控制器晶圓102展示了當(dāng)在任務(wù)80 (圖4)提供控制器晶圓102用于封裝時的初始厚度112。控制器晶圓102的初始厚度112可以大約750微米厚。晶圓背磨是半導(dǎo)體器件制作操作，其中晶圓厚度被減小以使能半導(dǎo)體器件的堆疊和高密度封裝。如圖12中所示出的，在執(zhí)行背磨活動108之后，控制器晶圓102的最終厚度92小于初始厚度112。最終厚度114可以是盡可能薄的任何合適的尺寸，而不過度犧牲機械穩(wěn)定性。例如，控制器晶圓102的最終厚度114可以大約100微米。
[0064]返回參照圖4，在背磨活動108之后，封裝過程80繼續(xù)活動116。在活動116，控制器晶圓102被粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84以形成堆疊晶圓結(jié)構(gòu)55 (圖2)。
[0065]結(jié)合活動116參照圖13，圖13示出了在封裝的后續(xù)階段118被粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84以形成堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117的控制器晶圓102的部分側(cè)面剖視圖。接合可以通過利用直接接合、附著接合、熱壓接合、活性接合、等離子激活接合、陽極接合、共晶接合、或任何其它合適的接合技術(shù)被執(zhí)行。例如，環(huán)氧樹脂管芯附著材料或薄膜可以被利用以將控制器晶圓102粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84。在示出的實施例中，傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84被提供有在將控制器晶圓102粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84之前粘結(jié)在一起的傳感器晶圓92和帽晶圓94以在活動116形成堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117。然而，在替代實施例中，傳感器晶圓92、帽晶圓94、以及控制器晶圓102可以同時被粘結(jié)在一起。此外，注意當(dāng)控制器晶圓102包括集成傳感器61 (圖2)時，集成傳感器61的溫度敏感性可能限定了使用的粘結(jié)材料和技術(shù)。
[0066]控制器晶圓102和傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的對齊可以通過利用機械的或光學(xué)框標(biāo)，例如控制器晶圓102和傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的沿處的凹槽口、插腳、蝕刻、或全息圖像，除了別的之外。硅晶圓接合的自動工藝設(shè)備，以及合適的集成對齊技術(shù)可以提供控制器晶圓102和傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的半導(dǎo)體元件上的特定特性的精確位置。因此，傳感器的小于十分之一的精度的角對準可以被實現(xiàn)。該對準精度與在傳統(tǒng)管芯級管芯封裝中實現(xiàn)的傳感器的角對準形成對比；其中傳統(tǒng)管芯級封裝中的傳感器角對準通常限于大約正或負兩個精度。
[0067]參照圖4，在粘結(jié)活動116之后，封裝過程80繼續(xù)活動120。在活動120，導(dǎo)電元件60 (圖2)形成于控制器晶圓102 (圖10)的隆起58 (圖10)上。此外，封裝過程80的活動122可以被執(zhí)行。在活動122，當(dāng)傳感器封裝20 (圖2)的設(shè)計配置需要傳感器管芯62 (圖2)時，傳感器管芯62可以在控制器晶圓102的控制器管芯24 (圖2)上的適當(dāng)位置被安裝到控制器晶圓102。
[0068]結(jié)合封裝過程80的活動120和122參照圖14，圖14示出了在封裝的后續(xù)階段124的圖13的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117的部分側(cè)面剖視圖。在圖14表示的活動120，導(dǎo)電元件60形成于控制器晶圓102的隆起58上。導(dǎo)電元件60可以是電鍍到控制器晶圓102的隆起58上的銅柱。替選地，根據(jù)常規(guī)的方法，螺柱隆起或錫球可以附著于隆起58。
[0069]導(dǎo)電元件60形成于堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117的粘結(jié)晶圓的隆起58上用作晶片級過程，以實現(xiàn)傳感器封裝20 (圖2)的旋轉(zhuǎn)精度對產(chǎn)品電路的改進。當(dāng)與組裝到傳感器封裝的管芯進行比較時，形成為晶圓級過程的導(dǎo)電元件60在將傳感器封裝組裝到產(chǎn)生電路之后實現(xiàn)了精度的改進。因此，當(dāng)傳感器封裝20通過例如焊接最終被組裝到產(chǎn)品電路時，相對于產(chǎn)品電路，傳感器封裝20的位置和旋轉(zhuǎn)將通過導(dǎo)電元件60的位置和旋轉(zhuǎn)被決定，因為焊接將導(dǎo)電元件60對齊到產(chǎn)品電路上的相應(yīng)的特性。
[0070]在還是通過圖14表示的活動122，傳感器管芯62可以通過管芯附著工藝被粘結(jié)到控制器晶圓102以及通過引線被粘結(jié)到控制器晶圓102。替選地，傳感器管芯62可以通過利用倒裝管芯技術(shù)被安裝到控制器晶圓102 ;其中在該技術(shù)中，通過使用例如焊接凸點安裝、柱形凸起焊接等等，而不是常規(guī)的引線接合技術(shù)，傳感器管芯62被倒轉(zhuǎn)并和直接連接到控制器元件24。為了簡便說明，傳感器管芯62到控制器晶圓102的管芯附著工藝以及引線被接合的細節(jié)在本發(fā)明沒有被說明。
[0071]倒裝管芯技術(shù)可以在傳感器管芯62和底層傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的傳感器30之間實現(xiàn)良好的旋轉(zhuǎn)和傾斜精度。然而，因為控制器晶圓102上的每個控制器管芯24被粘結(jié)到包括傳感器30的底層傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84，其中通過晶圓-晶圓接合實現(xiàn)了極好的旋轉(zhuǎn)和傾斜精度，甚至管芯附加過程的實施可以在傳感器管芯62和傳感器30之間實現(xiàn)改進對準精度。然而，更重要的是，將傳感器管芯62安裝到控制器晶圓102可以實現(xiàn)改進的封裝密度。
[0072]返回參照圖4，封裝過程80繼續(xù)活動126。在活動126，控制器晶圓102的材料部分107 (圖10)和傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84的材料部分96 (圖6)被移除以展現(xiàn)帽晶圓94 (圖6)上的粘結(jié)盤42 (圖2)。
[0073]結(jié)合活動126參照圖15，圖15示出了在封裝的后續(xù)階段128的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117的部分側(cè)面剖視圖。暫時返回參照圖6，粘結(jié)盤42位于傳感器晶圓92的材料部分96下的腔或空間內(nèi)。如圖15中所示出的，控制器晶圓102的材料部分107以及傳感器晶圓92的材料部分96已被移除，即顯示位于這些腔內(nèi)的以及形成于底層帽晶圓94上的粘結(jié)盤42。材料部分107以及材料部分96可以通過沿著控制器晶圓102內(nèi)的鋸線106和傳感器晶圓92內(nèi)的鋸線90 (見圖6)被移除。
[0074]再次返回參照圖4，一旦材料部分107和96已被移除以在活動126暴露，即展現(xiàn)粘結(jié)盤42，封裝過程80繼續(xù)活動130。在活動130，以接合線56的形式的電互連附著于帽晶圓的粘結(jié)盤42 (圖2)和控制器晶圓102的粘結(jié)盤50 (圖2)之間。
[0075]現(xiàn)在結(jié)合活動130參照圖16，圖16示出了在封裝的后續(xù)階段132的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117的部分側(cè)面剖視圖。如所示出示的，通過使用常規(guī)的引線接合工藝，接合線56被粘結(jié)到帽晶圓94的內(nèi)部帽表面34上的粘結(jié)盤42和控制器晶圓102的頂面44上的相應(yīng)粘結(jié)盤50。應(yīng)觀察到導(dǎo)電元件60高于接合線56的引線接合環(huán)高度。引線接合是符合成本效益和靈活的互連技術(shù)，并且當(dāng)在晶圓級制作過程期間形成電互連時可以被容易地實施。
[0076]返回參照圖4，在引線接合活動130之后，封裝過程80繼續(xù)活動134。在活動134，封裝材料64 (圖2)被應(yīng)用于封裝堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117。
[0077]結(jié)合活動134參照圖17，圖17示出了在封裝的后續(xù)階段136的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117的部分側(cè)面剖視圖。如圖17中所顯示的，導(dǎo)電元件60、控制器管芯102的頂面44、傳感器管芯62、接合線56、以及帽晶圓94的暴露的內(nèi)部帽表面34被封裝材料64封裝。封裝材料可以是模塑化合物、灌注化合物、環(huán)氧樹脂等等。封裝材料64在足夠厚的層中被施加以覆蓋接合線56和導(dǎo)電元件60。如果在封裝期間，封裝材料64完全覆蓋導(dǎo)電元件60，封裝材料64可以被背磨或以其它方式被研磨以暴露導(dǎo)電兀件60的頂面66而不暴露接合線56。
[0078]如上面所提到的，根據(jù)封裝設(shè)備的特定加工能力，操作順序可以有變化。例如，導(dǎo)電元件60可以形成于引線接合(圖16所表示的)之后或封裝(圖17所表示的)之后，但是在切割活動(下面討論)之前。
[0079]再次返回參照圖4，在引線接合活動130和/或封裝活動134之后，簡便起見，在本發(fā)明未示出的繼續(xù)處理可以被執(zhí)行。這種繼續(xù)處理可以包括在導(dǎo)電元件60上添加錫球。添加的錫球可以增加平衡和改進電互連。附加繼續(xù)處理可能包括目視檢查、操作測試、老化測試、壓力測試、加速壽命測試、在封裝材料64和導(dǎo)電元件的頂面64上建立附加再分配層、等等，而一切都在晶圓級上進行。
[0080]在活動134之后，活動138最終被執(zhí)行。在活動138，制作的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117通過常規(guī)的方式被切割，即切、沖孔、或切塊。在活動138之后，封裝過程80結(jié)束。
[0081]結(jié)合活動138參照圖18，圖18示出了根據(jù)封裝過程的產(chǎn)生于堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117(圖17)的傳感器封裝20的側(cè)面剖視圖。如所示出的，堆疊晶圓結(jié)構(gòu)117沿著與傳感器結(jié)構(gòu)22的鋸線88 (見圖6)和控制器晶圓102的剩余鋸線104 (見圖10)相對應(yīng)的鋸線已被切割，即被切、沖孔、或切塊以產(chǎn)生單個傳感器封裝20。在切割活動138之后，在結(jié)束應(yīng)用中單個傳感器封裝20可以例如耦合于印刷電路板。每個生成的傳感器封裝20表示管芯級封裝，其中X和y封裝尺寸大約等于傳感器結(jié)構(gòu)22的X和y尺寸。然而，z尺寸，即每個傳感器封裝70的厚度大約比堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的厚度大100到200微米以容納導(dǎo)電元件60和接合線56。
[0082]封裝過程80在上面被描述為利用傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86(圖6)和控制器晶圓102(圖10)以產(chǎn)生傳感器封裝20的晶圓-晶圓封裝過程。根據(jù)替代實施例，封裝過程80在下面被描述為利用傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86 (圖7)和先前被切割的，即被分離的控制器管芯24以產(chǎn)生傳感器封裝70 (圖3)的管芯-晶圓封裝過程。然而，應(yīng)很容易了解封裝過程80可以被實施為利用晶圓結(jié)構(gòu)86和控制器晶圓102以產(chǎn)生傳感器封裝70的晶圓-晶圓封裝過程。同樣，封裝過程80可以被實施為利用傳感器晶圓結(jié)構(gòu)84和先前被切割的，即被分離的控制器管芯24以產(chǎn)生傳感器封裝20的管芯-晶圓封裝過程。在每個實施例中，改進可以在相對于傳統(tǒng)管芯級管芯封裝的旋轉(zhuǎn)和傾斜精度中實現(xiàn)。
[0083]圖19示出了根據(jù)封裝過程80 (圖4)的粘結(jié)活動116 (圖4)、以多個控制器管芯24的形式在封裝的中間階段142被粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86以形成堆疊結(jié)構(gòu)140的控制器元件的部分側(cè)面剖視圖。通過實施將切割的控制器管芯24附著于傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86的技術(shù)，切割的控制器管芯24在活動116被粘結(jié)之前可以被探測和被測試。因此，只有“良好的”(即能夠適當(dāng)運行)控制器管芯24將被粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)86。此外，由于控制器管芯24已經(jīng)被切割，即彼此物理分離，控制器管芯24的X和Y尺寸可以不同于傳感器管芯26的X和Y尺寸。
[0084]圖20示出了根據(jù)封裝過程80 (圖4)的活動120和122 (圖4)在封裝的后續(xù)階段144的圖19的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的部分側(cè)面剖視圖。因此，在階段144，導(dǎo)電元件60形成于控制器管芯24的隆起58上。此外，傳感器管芯62 (如果存在的話)被安裝到控制器管芯24的頂面44。
[0085]圖21示出了根據(jù)封裝過程80 (圖4)的活動126 (圖4)在封裝的后續(xù)階段146的圖20的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的部分側(cè)面剖視圖。在階段146，帽晶圓92的材料部分98被移除以展現(xiàn)底層傳感器晶圓92上的粘結(jié)盤42 (圖3)。材料部分98可以通過沿著帽晶圓94內(nèi)的鋸線90 (見圖20)鋸切被移除。
[0086]圖22示出了根據(jù)封裝過程80 (圖4)的活動130 (圖4)，在封裝的后續(xù)階段148的圖21的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的部分側(cè)面剖視圖。在階段148，以接合線56的形式的電互連附著于傳感器晶圓92的粘結(jié)盤42和每個控制器管芯24的相應(yīng)的粘結(jié)盤之間。
[0087]圖23示出了根據(jù)封裝過程80 (圖4)的活動134 (圖4)，在封裝的后續(xù)階段150的圖22的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的部分側(cè)面剖視圖。在階段150，封裝材料64被施加以封裝堆疊圓結(jié)構(gòu)140。如圖23中所顯示的，導(dǎo)電元件60、控制器管芯24的頂面44、傳感器管芯62、接合線56、以及傳感器晶圓92的暴露的內(nèi)部管芯表面36被封裝材料64封裝。此外，如果在封裝期間，封裝材料64完全覆蓋導(dǎo)電元件60，封裝材料64可以被背磨或以其它方式被研磨以暴露導(dǎo)電兀件60的頂面66而不暴露接合線56。
[0088]圖24示出了在封裝過程80 (圖4)的活動138 (圖4)之后產(chǎn)生于圖23的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的傳感器封裝70的側(cè)面剖視圖。也就是說，制作的堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140通過常規(guī)的方式被切割，即被切、沖孔、或切塊以產(chǎn)生傳感器封裝70。例如，堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140沿著晶圓結(jié)構(gòu)86的線88 (見圖8)被切割以提供單個傳感器封裝70。因此，每個生成的傳感器封裝70表示管芯級封裝，其中X和y封裝尺寸大約等于傳感器結(jié)構(gòu)22的X和y尺寸。然而，z尺寸，即每個傳感器封裝70的厚度大約比堆疊晶圓結(jié)構(gòu)140的厚度大100到200微米以容納導(dǎo)電元件60和接合線56。
[0089]本發(fā)明所描述的實施例包括傳感器封裝方法以及根據(jù)封裝方法產(chǎn)生的傳感器封裝。該封裝方法包括代替?zhèn)鹘y(tǒng)管芯放置技術(shù)的晶圓級封裝技術(shù)。根據(jù)晶圓級封裝技術(shù)，控制器晶圓被粘結(jié)到傳感器晶圓結(jié)構(gòu)以形成堆疊晶圓結(jié)構(gòu)，其中控制器晶圓的有源側(cè)面朝外。因此，封裝輸入和輸出可以形成于控制器晶圓上。堆疊晶圓結(jié)構(gòu)的一部分被鋸切、蝕刻、或以其它方式被切割以展現(xiàn)傳感器晶圓結(jié)構(gòu)的底層粘結(jié)盤并且控制器晶圓上的控制器元件的相應(yīng)粘結(jié)盤以晶圓格式被引線接合到傳感器粘結(jié)盤。當(dāng)傳感器晶圓結(jié)構(gòu)包括被粘結(jié)到傳感器晶圓的帽晶圓時，該方法特別有用，以及傳感器晶圓結(jié)構(gòu)的粘結(jié)盤位于帽晶圓上，而不是傳感器晶圓上。
[0090]晶圓級封裝過程特別適用于小型化傳感器封裝，其中傳感器的精確旋轉(zhuǎn)和傾斜精度可以在晶圓級而不是管芯級被實現(xiàn)。此外，所需要的角度精度可以得到保證，而沒有更昂貴和費時的測試。因此本發(fā)明所討論的晶圓級封裝過程以相對較低的成本提供了傳感器的高生產(chǎn)量和精確放置封裝。此外，晶圓級封裝過程導(dǎo)致了通常與管芯大小相同單個傳感器封裝、堆疊傳感器和微電子器件以進行尺寸縮減和改進的封裝密度、增強的電性能、等等。此外，晶圓結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的方法符合成本效益，易于實施，并適應(yīng)現(xiàn)有的組裝和封裝工具以及技術(shù)。
[0091]雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)被詳細說明和描述，很明顯對本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的精神或所附權(quán)利要求范圍的情況下，可以對其進行各種修改。例如，在晶圓接合之后的處理操作可以以不同順序而不是所提出的順序被執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1.一種形成傳感器封裝的方法，包括: 將傳感器晶圓、帽晶圓、以及至少一個控制器元件粘結(jié)在一起，使得所述帽晶圓的第一內(nèi)表面耦合于所述傳感器晶圓的第二內(nèi)表面以形成傳感器結(jié)構(gòu)以及所述至少一個控制器元件的底面耦合于所述傳感器結(jié)構(gòu)的外表面以形成堆疊晶圓結(jié)構(gòu)，其中所述傳感器晶圓包括被所述帽晶圓封裝的多個傳感器，所述帽晶圓和所述傳感器晶圓中的第一個包括帶有位于所述第一和第二內(nèi)表面的相應(yīng)一個上的第一粘結(jié)盤的襯底部分并且所述帽晶圓和所述傳感器晶圓中的第二個隱藏了所述襯底部分，以及所述至少一個控制器元件的頂面包括控制電路和第二粘結(jié)盤； 從所述傳感器晶圓和所述帽晶圓中的所述第二個移除第一材料部分以暴露具有所述第一粘結(jié)盤的所述襯底部分； 在所述第一和第二粘結(jié)盤之間形成電互連；以及 切割所述堆疊晶圓結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生所述傳感器封裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘結(jié)操作包括: 將所述帽晶圓的所述第一內(nèi)表面和所述傳感器晶圓的所述第二內(nèi)表面粘結(jié)以形成所述傳感器結(jié)構(gòu)；以及 在所述帽晶圓和所述傳感器晶圓的所述粘結(jié)之后，將所述至少一個控制器元件的所述底面和所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面粘結(jié)以形成所述堆疊晶圓結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個控制器元件是以具有所述頂面和所述底面的控制器晶圓的形式，所述頂面包括多個控制器管芯，每個所述控制器管芯具有所述控制電路和所述第二粘結(jié)盤；并且其中: 所述粘結(jié)操作包括將所述控制器晶圓的所述底面附著于所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面，使得所述每個所述控制器管芯與所述傳感器中的一個對齊；以及 所述移除操作包括移除所述控制器晶圓的與所述第一材料部分相一致的第二材料部分以暴露具有所述第一粘結(jié)盤的所述襯底部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中: 對于與所述傳感器中的所述一個對齊的每個所述控制器管芯，所述形成操作形成在所述第一和第二粘結(jié)盤之間的電互連；以及 所述切割操作在所述形成操作之后被執(zhí)行以產(chǎn)生多個傳感器封裝，所述傳感器封裝是所述多個傳感器封裝中的一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個控制器元件包括彼此物理分離的多個單獨控制器管芯，每個所述單獨控制器管芯具有所述頂面和所述底面，所述頂面包括所述控制電路和所述第二粘結(jié)盤，以及所述粘結(jié)操作包括將每個所述單獨控制器管芯的所述底面附著于所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面使得每個所述控制器管芯與所述傳感器中的一個對齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中: 對于與所述傳感器中的所述一個對齊的每個所述控制器管芯，所述形成操作形成在所述第一和第二粘結(jié)盤之間的電互連；以及 所述切割操作在所述形成操作之后被執(zhí)行以產(chǎn)生多個傳感器封裝，所述傳感器封裝是所述多個傳感器封裝中的一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面是所述傳感器晶圓的第二外表面，以及所述粘結(jié)操作包括將所述至少一個控制器元件的所述底面附著于所述傳感器晶圓的所述第二外表面以產(chǎn)生具有位于所述帽晶圓和所述至少一個控制器元件之間的所述傳感器晶圓的所述堆疊晶圓結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面是所述帽晶圓的第一外表面，以及所述粘結(jié)操作包括將所述至少一個控制器元件的所述底面附著于所述帽晶圓的所述第一外表面以產(chǎn)生具有位于所述傳感器晶圓和所述至少一個控制器元件之間的所述帽晶圓的所述堆疊晶圓結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個控制器元件包括形成于所述頂面上的隆起，以及所述方法還包括在所述粘結(jié)操作之后在所述隆起上形成導(dǎo)電元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的方法，其中所述移除操作在所述粘結(jié)操作之后被執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 將封裝材料應(yīng)用于所述至少一個控制器元件的所述頂面以封裝所述控制電路和所述電互連；以及 在所述應(yīng)用操作之后執(zhí)行所述分割操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述粘結(jié)操作之后將傳感器管芯安裝到所述至少一個控制器元件的所述頂面。
13.—種傳感器封裝,包括: 具有傳感器管芯和帽的傳感器結(jié)構(gòu)，所述傳感器管芯包括傳感器，所述帽的第一內(nèi)表面耦合于所述傳感器管芯的第二內(nèi)表面，所述帽和所述傳感器管芯中的第一個包括帶有位于所述第一和第二內(nèi)表面中的相應(yīng)一個上的第一粘結(jié)盤的襯底部分，以及不存在所述帽和傳感器管芯中的另一個的材料部分； 具有頂面和與所述頂面相對的底面的控制器管芯，所述頂面包括控制電路和第二粘結(jié)盤，所述底面被粘結(jié)到所述傳感器結(jié)構(gòu)的外表面以形成堆疊結(jié)構(gòu)； 附著于相應(yīng)的所述第一粘結(jié)盤和所述第二粘結(jié)盤之間的電互連，所述電互連至少穿過不存在所述材料部分的區(qū)域；以及 位于所述控制器管芯的所述頂面上并且封裝所述控制電路和所述電互連的封裝材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器封裝，其中所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面是所述傳感器管芯的第二外表面，以及所述控制器管芯的所述底面附著于所述傳感器管芯的所述第二外表面以產(chǎn)生具有位于所述帽和所述控制器管芯之間的所述傳感器管芯的所述堆疊結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器封裝，其中所述帽包括具有位于所述第一內(nèi)表面上的所述第一粘結(jié)盤的所述襯底部分，以及所述第一粘結(jié)盤與所述控制器管芯的所述頂面朝著相同的方向。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器封裝，其中所述傳感器結(jié)構(gòu)的所述外表面是所述帽的第一外表面，以及所述控制器管芯的所述底面附著于所述帽的所述第一外表面以產(chǎn)生具有位于所述傳感器管芯和所述控制器管芯之間的所述帽的所述堆疊結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器封裝，其中所述傳感器管芯包括具有位于所述第二內(nèi)表面上的所述第一粘結(jié)盤的所述襯底部分，以及所述第一粘結(jié)盤與所述控制器管芯的所述頂面朝著相同的方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器封裝，還包括位于所述控制器管芯的所述頂面的第二傳感器。
19.一種形成傳感器封裝的方法,包括: 將傳感器晶圓、帽晶圓、以及至少一個控制器元件粘結(jié)在一起，使得所述帽晶圓的第一內(nèi)表面耦合于所述傳感器晶圓的第二內(nèi)表面以形成傳感器結(jié)構(gòu)，以及所述至少一個控制器元件的底面耦合于所述傳感器結(jié)構(gòu)的外表面以形成堆疊晶圓結(jié)構(gòu)，其中所述傳感器晶圓包括被所述帽晶圓封裝的多個傳感器，所述帽晶圓和所述傳感器晶圓中的第一個包括帶有位于所述第一和第二內(nèi)表面中的相應(yīng)一個上的第一粘結(jié)盤的襯底部分以及所述帽晶圓和所述傳感器晶圓中的第二個隱藏所述襯底部分，以及所述至少一個控制器元件的頂面包括控制電路和第二粘結(jié)盤； 從所述傳感器晶圓和所述帽晶圓中的所述第二個移除第一材料部分以暴露具有所述第一粘結(jié)盤的所述襯底部分； 在所述粘結(jié)和移除操作之后在所述第一和第二粘結(jié)盤之間形成電互連； 將封裝材料應(yīng)用于所述至少一個控制器元件的頂面上以封裝所述控制電路和所述電互連；以及 在所述應(yīng)用操作之后，切割所述堆疊晶圓結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生所述傳感器封裝。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述移除操作在所述粘結(jié)操作之后被執(zhí)行。
【文檔編號】B81B7/00GK103663362SQ201310384803
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月29日
【發(fā)明者】菲利普·H·鮑爾斯, 佩奇·M·霍爾姆, 史蒂芬·R·胡珀, 雷蒙德·M·魯普 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司