用以封装微机电系统装置的晶圆级治具及方法

专利名称：用以封装微机电系统装置的晶圆级治具及方法

技术领域：

本发明涉及一种用以封装微机电系统(MEMS)装置的治具及方法，特别 是涉及一种晶圆级治具，可用于微机电系统装置封装后，再重复使用。

背景技术：

孩吏4几电系统(Micro-electro-mechanical System; MEMS)元件逐渐SI进于 许多电子电路的应用及各种微感测器的应用。微机电系统元件是可为机电 马达(electromechanical motor)、射步贞开关(radio frequency switch)、压力转换 器(pressure tmnsducer)及力口速器(accelerometer)等。美国专利公开第6,768,628号，标题为"隔离的微机电系统装置的制造 方法及 一 晶圆纟及帽盖(Method For Fabricating an Isolated Micro-electro-mechanical System (MEMS) Device Incorporating a Wafer Level Cap)"，揭示一种微机电系统装置的结构，其包含晶圆级帽盖，用以封装多 数个微机电系统元件，如此可保护微机电系统元件，以避免该微机电系统 元件受到外界灰尘的污染。该晶圆级帽盖包含多数个帽盖，其是彼此相连 接，其中全部的帽盖必须先被固定于微机电系统装置上，然后再被分离。然而，该专利并无揭示该等帽盖的分离制程。目前，另一种微机电系统装置的封装方法如后。参考图la，提供一基 材IO,其具有凹口区域14位于该表面12上。然后，将一光阻层20形成该 基材10上，并将该光阻层20图案化，用以棵露出该凹口区域14。参考图 lb，蚀刻该基材10的该凹口区域14,用以形成凹口 16。参考图lc，将一 种子金属层30溅镀于位于该基材10的表面12上的该光阻层20与该凹口 16上。参考图ld,将一绝缘层40形成于该种子金属层30上，并将该绝缘 层40图案化，用以棵露出位于该凹口 16上的该种子金属层30。参考图le， 将一金属层50电镀于位于该凹口 16上的该种子金属层30上，并形成帽盖 52。参考图lf，将该帽盖52接合于多数个^敞机电系统装置60。参考图lg， 当该基材10、该光阻层20、部分该种子金属层30及该绝缘层40被蚀刻掉 时，可将该帽盖52保留，用以封装该微机电系统装置60。然而，先前技术的封装方法的步骤繁复，且浪费该基材、该光阻层、 该种子金属层及该绝缘层的材料成本。因此，便有需要提供一种用以封装微机电系统(MEMS)装置的治具及方 法，能够解决前述的缺点。 发明内容本发明的目的在于，提供一种晶圓级治具，可于微机电系统装置封装 后，再重复使用。本发明提出的一种用以封装微机:系统装置"治具，包含:二基材，具有 一表面，并定义有至少一单元，其包含一凹口位于该表面上； 一第一材料 层，配置于位于该基材的表面与该凹口上； 一绝缘层，配置于部分该第一 材料层上，并棵露出位于该凹口上的该第一材料层；以及一第二材料层， 配置于在该凹口上的该第一材料层上，并形成有至少一帽盖，其用以接合 于该微机电系统装置，并使该微机电系统装置对应该基材上的单元，其中 该第 一与该第二材料层之间具有第 一接合力，该帽盖与该微机电系统装置 之间具有第二接合力，且该第二接合力是大于该第一接合力。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的治具，其另包含 一光阻层，包覆部份该基材，并棵露出该凹 口 ，其中该第一材料层是配置于在该基材的表面上的该光阻层与该凹口上。 前述的治具，其中所述的第二材料层同时延伸至位于该光阻层上的该 第一材料层上。前述的治具，其中所述的第一与第二材料层分别为第一与第二金属层。 前述的治具，其中所述的第一与第二金属层分别为钛(Ti)与镍(Ni)金属所制。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本 发明提出的 一种用以封装多数个微机电系统装置的治具的制造方法，包含 下列步骤提供一基材，其具有一表面，并定义有多数个单元，每一单元 具有一凹口区域位于该表面上；形成一光阻层该基材上；图案化该光阻层， 用以棵露出所述凹口区域；蚀刻该基材的表面上的每一凹口区域以形成一 凹口；形成一第一材料层于在该基材的表面上的该光阻层与所述凹口上； 形成一绝缘层于该第一材料层上；图案化该绝缘层，用以棵露出位于所述 凹口上的该第一材料层；以及形成一第二材料层于在所述凹口上的该第一 材料层上，并形成有多数个帽盖，其用以接合于所述微机电系统装置，并 使每一微机电系统装置对应该基材上的每一单元，其中该第 一与该第二材 料层之间具有第一接合力，所述帽盖与所述微机电系统装置之间具有一第 二接合力，且该第二接合力是大于该第一接合力。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的制造方法，其中所述的第一与第二材料层分别为第 一与第二金 属层。

前述的制造方法，其中所述的第一与第二金属层分别为钛(Ti)与镍(Ni)金属所制。前迷的制造方法，其中所述的第一与第二金属层之间的第一接合力是 通过一电镀制程而形成。前述的制造方法，其中所述的帽盖与该微机电系统装置之间的第二接 合力是通过一黏接制程而形成。前述的制造方法，其中所述的帽盖与该微机电系统装置之间的第二接 合力是通过一焊接制程而形成。本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种微机电系统装置的封装方法，包含下列步骤提供一 治具，其包含一基材、 一第一材料层及一第二材料层，其中该第一材料层 与该第二材料层是依序配置于该基材上，该第二材料层形成有多数个帽盖， 且该第 一该第 一与第二材料层之间具有一第一接合力；提供一晶圓具有多 数个微机电系统装置；经由所述帽盖将该治具接合于该晶圆，其中所述帽 盖与所述微机电系统装置之间具有一第二接合力，且该第二接合力是大于 该第一接合力；以及分离该晶圓与该治具，并保留所述帽盖于所述微机电 系统装置上。本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以下技术方案来实现。依 据本发明提出的一种微机电系统装置的封装方法，包含下列步骤提供一 基材，其具有一表面，并定义有多数个单元，每一单元具有一凹口区域位 于该表面上；形成一光阻层该基材上；图案化该光阻层，用以棵露出所述 凹口区域；蚀刻该基材的表面上的每一凹口区域以形成一凹口 ；形成一第 一材料层于在该基材的表面上的该光阻层与所述凹口上；形成一绝缘层于 该第一材料层上；图案化该绝缘层，用以棵露出位于所述凹口上的该第一 材料层；形成一第二材料层于在所述凹口上的该第一材料层上，并形成多 数个帽盖，其中该第一与该第二材料层之间具有一第一接合力，且该基材、 第 一及第二材料层是构成一治具；提供一晶圓具有多数个微机电系统装置； 经由所述帽盖将该治具接合于该晶圓，并使每一微机电系统装置对应该基 材上的每一单元，其中所述帽盖与所述微机电系统装置之间具有一第二接 合力，且该第二接合力是大于该第一接合力；以及分离该晶圓与该治具， 并保留所述帽盖于所述微机电系统装置上。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为了 达到上述目的，本发明提供了一种用以封装微机电系统装置的治具，包含 一基材、 一第一材料层、 一绝缘层及一第二材料层。该基材具有一表面， 并定义有至少一单元，其包含一凹口位于该表面上。该第一材料层是配置 于位于该基材的表面与该凹口上。该绝缘层是配置于该第一材料层上，并

棵露出位于该凹口上的该第一材料层。该第二材料层是配置于在该凹口上 的该第一材料层上，并形成有至少一帽盖，其用以接合于该微机电系统装 置，并使该微机电系统装置对应该基材上的单元，其中该第一与该第二材 料层之间具有第 一接合力，该帽盖与该微机电系统装置之间具有 一第二接 合力，且该第二接合力是大于该第一接合力。本发明的晶圓级治具于该微机电系统装置封装后，只需再将一第二材 料层形成帽盖，则本发明的晶圆级治具即可重复使用。相较于先前技术， 本发明的晶圓级治具可重复使用，而不会浪费该基材、该光阻层、该第一 材料层及该绝缘层的材料成本。再者，利用本发明晶圆级治具的用以封装微机电系统(MEMS)装置的方法的步骤简单。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细il明如下。

图la至lg为先前技术的微机电系统装置的封装方法的剖面示意图。 图2为本发明的 一 实施例的用以封装工件的晶圆级治具的剖面示意图。 图3为本发明的该实施例的治具的制造方法的流程图。 图4a至4e为本发明的该实施例的治具的制造方法的剖面示意图。 图5为本发明的该实施例的微机电系统装置的封装方法的流程图。 图6a、 6b为本发明的该实施例的微机电系统装置的封装方法的剖面示 意图。

具体实施方式

参考图2，其显示本发明的 一实施例的用以封装工件的晶圓级治具100。 在本实施例中，该工件是可为一晶圓158的多数个微机电系统 (Micro-electro-mechanical System; MEMS)装置160。该治具100包含一基 材110、 一光阻层120、 一第一材料层130、一绝缘层140及一第二材料层 150。该基材110具有一表面112,并定义有至少一单元111，其包含至少一 凹口 116位于该表面112上。该光阻层120包覆部份该基材110，并棵露出 该凹口 116。在本实施例中，该光阻层120可做为一保护层。该第一材料层 130是配置于位于该基材110的表面112上的该光阻层120与该凹口 116上。 该第一材料层130可为第一金属层。较佳地，该第一金属层是为钛(Ti)金属 所制。该绝缘层140是配置于位于该光阻层120上的该第一材料层130上，

并棵露出位于该凹口 116上的该第 一材料层130。该第二材料层150是配置于位于该凹口 116上的该第一材料层130上， 并形成有至少一帽盖152。或者，该第二材料层150可同时被延伸至位于该 光阻层120上的该第一材料层130上，以形成较佳的盖帽外形。该第二材 料层150可为第二金属层。较佳地，该第二金属层是为镍(Ni)金属所制。该第一与第二材料层130、 150之间具有一第一接合力，诸如可通过一 电镀制程而形成。该第二材料层150所形成的帽盖152是可用以接合于该 微机电系统装置160,并使该微机电系统装置160对应该基材IIO上的单元 111。该帽盖152与该微机电系统装置160之间具有一第二接合力。诸如, 该帽盖152与该微机电系统装置160之间的第二^l妄合力是可通过一黏接或 焊接制程而形成。再者，在本实施例中，该第二接合力是大于该第一接合 力参考图3,其显示本发明的该实施例的用以封装微机电系统(MEMS)装 置的治具IOO的制造方法。参考图4a，在步骤202,提供一基材110，其具 有一表面112,并定义有多数个单元111,每一单元111具有一凹口区域114 位于该表面112上。在步骤204，将一光阻层120形成该基材IIO上。在步 骤206，将该光阻层120图案化，用以棵露出该凹口区域114。在本实施例 中，图案化后的该光阻层120可做为一保护层。参考图4b,在步骤208，蚀刻该基材110的表面112上的每一凹口区 域114,用以形成一凹口 116。参考图4c，在步骤210，将一第一材料层130形成于位于该基材110 的表面112上的该光阻层120与该凹口 116上。该第一材料层130可为第 一金属层。较佳地，该第一金属层是为钛(Ti)金属所制。诸如，将钛(Ti)金 属溅镀于位于该基材110的表面112上的该光阻层120与该凹口 116上，以 形成该第一材料层130。参考图4d,在步骤212,将一绝缘层140形成于该第一材料层1S0上。 在步骤214,将该绝缘层214图案化，用以棵露出位于该凹口 116上的该第 一材料层130。参考图4e，在步骤216，将一第二材料层150形成于位于该凹口 116 上的该第一材料层130上，并形成有多数个帽盖152。或者，将该第二材料 层150同时延伸至位于该光阻层120上的该第一材料层130上，以形成较 佳的盖帽外形。该第二材料层150可为第二金属层。较佳地，该第二金属 层是为镍(Ni)金属所制。该第一与第二材料层130、 150之间具有第一接合力。诸如，将镍(Ni) 金属层电镀于该钛(Ti)金属层上，亦即该第一与第二材料层130、 150之间 的第一接合力是可通过一电镀制程而形成。再参考图2，该第二材料层150所形成的帽盖152是可用以接合于该微 机电系统装置160，并使每一微机电系统装置160对应该基材IIO上的每一 单元111。该帽盖152与该微机电系统装置160之间具有一第二接合力。诸 如，将该帽盖152黏接于该微机电系统装置160上，亦即该帽盖152与该 微机电系统装置160之间的第二接合力是可通过一黏接制程而形成。或者， 将该帽盖152通过焊锡(图未示)而焊接于该微机电系统装置160上，亦即该 帽盖152与该微机电系统装置160之间的第二接合力是可通过一焊接制程 而形成。再者，在本实施例中，本发明的帽盖152与该微4几电系统装置160 之间的第二接合力是大于该第 一与第二材料层130、 150之间的第 一接合力。参考图5，其显示本发明的该实施例的微机电系统装置的封装方法。在 步骤302,提供本发明的治具IOO(如图4e所示)，其包含一基材110、第一 及第二材料层130、 150,其中该第一材料层130与该第二材料层150是依 序配置于该基材110上，该第二材料层150形成有多数个帽盖152，且该第 一与第二材料层130、 150之间具有一第一接合力。诸如，该第一材料层130 可为第一金属层。较佳地，该第一金属层是为钛(Ti)金属所制。该第二材料 层150可为第二金属层。较佳地，该第二金属层是为镍(Ni)金属所制。若将 镍(Ni)金属层电镀于该钛(Ti)金属层上时，则该第一与第二材料层130、 150 之间的第一接合力是可通过一电镀制程而形成。参考图6a，在步骤304,经由该帽盖152将该治具IOO接合于一晶圆 158的多数个微机电系统装置160，并使每一微机电系统装置160对应该基 材110上的每一单元111，其中该帽盖152与该微机电系统装置160之间具 有一第二接合力。诸如，将该帽盖152黏接于该微机电系统装置MO上， 亦即该帽盖152与该微机电系统装置160之间的第二接合力是可通过一黏 接制程而形成。或者，将该帽盖152通过焊锡(图未示)而焊接于该微机电系 统装置160上，亦即该帽盖152与该微机电系统装置160之间的第二接合 力是可通过一 焊接制程而形成。参考图6b，在步骤306,通过该帽盖l52与该微机电系统装置WO之 间的第二接合力是大于该第一与第二材料层130、 150之间的第一接合力， 可分离该晶圆158与该治具100,并保留该帽盖152于该微机电系统装置 160上。换言之，当该治具100被移除时，可将该帽盖152保留，以封装该 微机电系统装置160。举例而言，再参考图6b,若第一及第二材料层130、 150分别钛(Ti)金 属及镍(Ni)金属所制，且该钛(Ti)金属及镍(Ni)金属层之间的第一接合力是 通过一电镀制程而形成。而该帽盖152即为该第二材料层150，亦为镍(Ni) 金属所制。该微机电系统装置160包含一基板162、 一微机电系统元件164 及一支撑墙166。该微机电系统元件164及支撑墙166皆配置于该基板162 上，且该支撑墙166围绕该微机电系统元件164。该帽盖152是放置于该微 机电系统装置160的支撑墙166上。该帽盖152与该支撑墙166之间的第 二接合力是通过黏接制程或焊接制程而形成。由于镍(Ni)金属电镀于钛(Ti)金属上的附着性不佳，因此该帽盖152与 该支撑墙166间的黏接或焊接的附着性优于镍(Ni)金属与钛(Ti)金属上的附 着性，亦即该帽盖152与该微机电系统装置160之间的第二接合力是大于 该第一与第二材料层130、 150之间的第一接合力。通过该第二接合力是大 于该第一接合力，当该治具100被移除时，可将该帽盖152保留在该微机 电系统装置160的支撑墙166上，以封装该孩M几电系统元件164。再者，若 晶圆级治具100包含多数个盖帽152，则当该治具IOO被移除时，所述盖帽 152亦同时4皮此分离。如前所述，本发明的晶圆级治具于该微机电系统装置封装后，只需再 将一第二材料层形成帽盖，则本发明的晶圓级治具即可重复使用。相较于 先前技术，本发明的晶圆级治具可重复使用，而不会浪费该基材、该光阻 层、该第一材料层及该绝缘层的材料成本。再者，利用本发明晶圓级治具 的用以封装微机电系统(MEMS)装置的方法的步骤是简单。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

权利要求

1、一种用以封装微机电系统装置的治具，其特征在于包含一基材，具有一表面，并具有至少一单元，其包含一凹口位于该表面上；一第一材料层，配置于位于该基材的表面与该凹口上；一绝缘层，配置于部分该第一材料层上，并裸露出位于该凹口上的该第一材料层；以及一第二材料层，配置于在该凹口上的该第一材料层上，并形成有至少一帽盖，其用以接合于该微机电系统装置，并使该微机电系统装置对应该基材上的单元，其中该第一与该第二材料层之间具有一第一接合力，该帽盖与该微机电系统装置之间具有一第二接合力，且该第二接合力是大于该第一接合力。

2、 根据权利要求1所述的治具，其特征在于另包含一光阻层，包覆部份该基材，并棵露出该凹口，其中该第一材料层是 配置于在该基材的表面上的该光阻层与该凹口上。

3、 根据权利要求1所述的治具，其特征在于所述的第二材料层同时延 伸至位于该光阻层上的该第 一材料层上。

4、 根据权利要求1所述的治具，其特征在于所述的第一与第二材料层 分别为第一与第二金属层。

5、 根据权利要求4所述的治具，其特征在于所述的第一与第二金属层 分别为钛与镍金属所制。

6、 一种用以封装多数个微机电系统装置的治具的制造方法，其特征在 于包含下列步骤提供一基材，其具有一表面，并定义有多数个单元，每一单元具有一 凹口区i或4立于该表面上；形成一光阻层于该基材上； 图案化该光阻层，用以棵露出所述凹口区域； 蚀刻该基材的表面上的每一凹口区域以形成一凹口 ；形成一第一材料层于在该基材的表面上的该光阻层与所述凹口上； 形成一绝缘层于该第一材料层上；图案化该绝缘层，用以棵露出位于所述凹口上的该第一材料层；以及 形成一第二材料层于在所述凹口上的该第一材料层上，并形成有多数 个帽盖，其用以接合于所述微机电系统装置，并使每一微机电系统装置对 应该基材上的每一单元，其中该第一与该第二材料层之间具有一第一接合力，所述帽盖与所述微机电系统装置之间具有一第二接合力，且该第二接 合力是大于该第一接合力。

7、 根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于所述的第一与第二材 料层分别为第一与第二金属层。

8、 根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于所述的第一与第二金 属层分别为钛与镍金属所制。

9、 根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于所述的第一与第二金 属层之间的第一接合力是通过一电镀制程而形成。

10、 根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于所述的帽盖与该微 机电系统装置之间的第二接合力是通过一黏接制程而形成。

11、 根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于所述的帽盖与该微 机电系统装置之间的第二接合力是通过一焊接制程而形成。

12、 一种微机电系统装置的封装方法，其特征在于包含下列步骤 提供一治具，其包含一基材、 一第一材料层及一第二材料层，其中该第 一材料层与该第二材料层是依序配置于该基材上，该第二材料层形成有 多数个帽盖，且该第一该第一与第二材料层之间具有一第一接合力； 提供一 晶圓具有多数个微机电系统装置；经由所述帽盖将该治具接合于该晶圆，其中所述帽盖与所述微机电系 统装置之间具有一第二接合力，且该第二接合力是大于该第一接合力；以 及分离该晶圆与该治具，并保留所述帽盖于所述^f效机电系统装置上。

13、 一种微机电系统装置的封装方法，其特征在于包含下列步骤 提供一基材，其具有一表面，并具有多数个单元，每一单元具有一凹口区i或4立于该表面上；形成一光阻层该基材上；图案化该光阻层，用以棵露出所述凹口区域；蚀刻该基材的表面上的每一凹口区域以形成一凹口 ；形成一第一材料层于在该基材的表面上的该光阻层与所述凹口上；形成一绝缘层于该第 一材料层上；图案化该绝缘层，用以棵露出位于所述凹口上的该第一材料层；形成一第二材料层于在所述凹口上的该第 一材料层上，并形成多数个帽盖，其中该第一与该第二材料层之间具有一第一接合力，且该基材、第一及第二材料层是构成一治具；提供一晶圓具有多数个微机电系统装置；经由所述帽盖将该治具接合于该晶圆，并使每一微机电系统装置对应该基材上的每一单元，其中所述帽盖与所述微机电系统装置之间具有一第 二接合力，且该第二接合力是大于该第一接合力；以及分离该晶圓与该治具，并保留所述帽盖于所述微机电系统装置上。

全文摘要

本发明是关于一种治具及其制造方法，包含一基材、一第一材料层、一绝缘层及一第二材料层。该基材具有一表面，并定义有至少一单元，其包含一凹口位于该表面上。该第一材料层是配置于位在该基材的表面与该凹口上。该绝缘层是配置于部分该第一材料层上，并裸露出位于该凹口上的该第一材料层。该第二材料层是配置于在该凹口上的该第一材料层上，并形成有至少一帽盖，其用以接合于微机电系统装置，并使该微机电系统装置对应该基材上的单元，其中该第一与该第二材料层之间具有一第一接合力，该帽盖与该微机电系统装置之间具有一第二接合力，且该第二接合力是大于该第一接合力。

文档编号B81C3/00GK101148244SQ1016328

公开日3月26日 申请日期10月19日 优先权日10月19日

发明者杨学安 申请人:日月光半导体制造股份有限公司