由疊置元件組成的微結構的集體性製造過程的製作方法

2023-11-03 18:25:32 2

專利名稱：由疊置元件組成的微結構的集體性製造過程的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及疊置粘接的微結構的集體性製造，尤其應用於集 成電路的製造，並且可擴展至採用與集成電路採用的工藝相類似的集 體性工藝所製造的微型機器結構。這些微型機器結構在其結合了電和機械功能(例如壓力微傳感器，加速度微傳感器等)時稱為MEMS， 在其結合了電和光學功能(圖像傳感器，顯示器)時稱為MOEMS。
背景技術：
為了僅僅通過舉例而使得本發明更加清楚的理解，將更精確地描 述製造電子圖像傳感器的應用。電子圖像傳感器通常用於例如形成數 字相機的核心部件。其將投影至其檢測表面的圖像轉換為電子信號。傳統上，圖像傳感器是在矽襯底上形成的單片電子集成電路。在 該襯底的表面上， 一方面形成光檢測器矩陣，另一方面還形成稱為"驅 動器"的外圍電子電路。驅動器用於驅動該矩陣以及提取並處理電子 信號，該電子信號由矩陣輸出並且以電子形式表示物鏡投影於該矩陣 上的圖像。因此，該單片集成電路用於在相機中與投影光學系統(一個透鏡 或幾個疊置的透鏡)組合，該投影光學系統將待檢測的圖像投影至該 矩陣的光敏表面上。該投射光學系統可以形成傳感器的一部分，艮P， 其可以與位於其上表面前面的傳感器集成在一起，或者其可以是獨立 的並形成相機的一部分。然而，即使其是獨立的，在傳感器本身上提 供另外一種光學元件，例如在傳感器製造過程中直接安放在傳感器上 的透明保護晶片或者光學濾光器，也是非常有用的。這不僅僅可以用 於可見光範圍內的攝影，也可以用於例如X射線成像領域，在該情 況下，最好在傳感器的製造過程中將閃爍器物質的晶片以及光學上的 在閃爍器與光檢測器矩陣之間的纖維光學晶片安放在傳感器上。
因此，可以給出多個示例，其中，有用的是將具有電子功能的集 成電路與機械或光學結構相結合，該機械或光學結構在最初並沒有形 成與實際集成電路相同的襯底的一部分，而是在其製造過程中必須附 著於該襯底。最簡單的示例是在圖像傳感器上的透明晶片，將繼續針 對此簡單情形進行解釋，儘管本發明能夠應用於上面提及的其他結構 (透鏡，纖維晶片等)，或者甚至於是簡單的保護覆蓋層(不管透明 與否)，或者電子電路板的疊置。將會看到的是，將保護平板或者另 一個結構轉移至集成電路上迄今為止仍然存在很多問題，並且本發明 的目的是解決這些問題。傳統上，集成電路的製造是從矽晶片開始集體性地執行的。通過 連續操作，即層的沉積、這些層的光刻以及化學蝕刻或離子蝕刻，可 以在該晶片上形成按照行和列的陣列排列的大量相同的單個集成電 路。接下來，將該晶片切割成單個的"晶片"，其每一個都對應於單 個的集成電路。隨後將每個晶片安放在單個封裝中。當必須將透明玻璃平板附著至集成電路的前表面上時，在將該集 成電路安放在其單個的封裝中之前，首先要將該平板切割為期望的尺 寸(比晶片自身的尺寸稍小)，然後將其粘接至所述晶片的上表面。 以下，術語晶片或襯底的"上表面"或"前表面"指的是這種表面 即，在該表面上通過連續的沉積和蝕刻操作形成了構成圖像傳感器電 子功能的電路部件。在這些部件中，存在多個觸點，用於與傳感器外 部進行電連接、控制傳感器以及接收表示圖像的信號。這些觸點位於 所述晶片的外圍並且必須保持是可接觸到的，以便能夠被焊接至封裝 上的連接管腳。這就是為什麼要將透明玻璃平板切割為比晶片的表面 更小的尺寸一晶片外圍的觸點必須不會被玻璃平板所遮蓋。此製造技術意味著透明晶片必須單個地粘接至每個晶片。因此該 粘接步驟並不是用於由多個晶片組成的整個晶片的集體性步驟。為了 減少製造成本，則希望該步驟是集體性步驟。另外，如果該粘接步驟 在切割之前集體性地實行，則該透明平板能夠保護晶片免受由切割操 作造成的灰塵汙染，這和粘接僅發生在切割之後的情況是不同的。然而，集體性製造技術遇到了基本困難如果將玻璃平板粘結至
晶片，則此玻璃平板將覆蓋所有的晶片，即，不僅覆蓋光敏矩陣及其 驅動器，而且還覆蓋所述觸點，因此難以接觸到它們。解決此困難的集體性製造技術已經提出。因此，美國專利6040235 提出了一項技術，其在於在粘接了透明平板之後製造具有傾斜側壁 的溝渠，該側壁切割觸點，隨後將金屬沉積在該溝渠中並與觸點的切 割部分相接觸。該溝渠中沉積的金屬最高可以達到所述平板的上表 面，以形成可接觸到的新觸點。此技術比較複雜——其使用在微電子 技術中不常用工藝步驟，並且構造在溝渠內的觸點並不容易。另一項技術在於將觸點布置為位於晶片的後表面上，而所述觸點仍然通過半導體晶片的厚度而連接至在晶片的前表面上所形成的 電路。此技術已經具體應用於具有薄半導體襯底的圖像傳感器。然而， 將觸點從襯底(在其表面上生成所有的集成電路元件)的前表面轉移 至後表面是困難的並且一方面需要深度蝕刻而另一方面需要在襯底 兩側都進行沉積和蝕刻處理，這不是所希望的。在微型機器化的機電傳感器(例如加速度計)的特定領域中，已 經提出了用於粘接兩個矽晶片的各種粘接技術，例如美國專利5668033。然而，這些技術十分複雜，因為這些技術需要在將兩個晶 片接觸之前對這兩個晶片形成特定紋理。因此，存在從晶片開始進行晶片的更為簡單的集體性製造的需 求，該需求允許將平板集體性地粘接至晶片的前表面，而同時允許在 將晶片切分為多個晶片之後經由傳感器的前表面電接觸至傳感器的 電觸點。發明內容總之，本發明提出了一種用於單個結構的集體性製造的工藝，其 中每個所述單個結構都包含第一和第二疊置元件。所述第一元件製造 在第一集體性結構上，所述第二元件製造在第二集體性結構上。所述 集體性結構在其相對的表面的主要部分上粘接在一起，但是其表面是 預先製造的，以便形成沒有粘接的受限區域。然後，通過一方面從上 方、另一方面從下方沿著不同的並行切割線進行切割並且穿過所述沒
有粘接的區域，來切割所述單個結構，從而使得在所述第一元件被切 割之後，表面部分(位於所述平行切割線之間的部分)不會被剩餘的 第二元件所遮蓋。更精確地，本發明提供了一種用於由兩個粘接在一起的疊置元件 組成的結構的集體性製造的工藝，所述工藝開始於兩個平板，其中一 個包括第一元件的陣列，屬於第二平板的第二元件必須粘接至所述第 一元件，所述第一平板包括受到隔離保護層保護的電子電路元件，所 述工藝包含以下操作-所述第二平板的下表面粘接至所述第一平板的上表面，所述粘 接發生在它們各自表面的主要部分上，但是不粘接被稱為"切割路徑" 的區域，所述"切割路徑"是通過在所述第一平板的隔離保護層中蝕 刻出缺口 (indentation)而形成的；以及-將所述平板切割為多個單個結構，所述單個結構包含兩個疊置 元件，包括下平板元件和上平板元件，所述切割操作至少包括沿著 穿過切割路徑的第一切割線，經由所述第二平板的元件的頂部對所述 第二平板的元件進行切割，以及沿著穿過同一切割路徑但與所述第一 切割路徑不重疊的第二切割線，經由底部對位於所述第二平板的元件 之下的所述第一平板的元件進行切割，從而使得下平板元件的、位於 兩條切割線之間的部分不會被粘接至所述第一元件的上平板元件所 覆蓋。術語"上平板"和"下平板"或者"上表面"和"下表面"並不 暗示這些平板或這些平面的特殊功能性，這些平板或平面可以是活動 的或非活動的。從而，所述下平板元件可以包括在其上表面上和該暴露部分中的 用於接入所述結構的一個電觸點(或幾個觸點)，兩條切割線之間的 橫向間距比該觸點的寬度更大(通常集成電路上的觸點寬度是幾十微 米而切割線之間的橫向間隔可以至少有一百微米)大的。如果所述下 平板元件是集成電路晶片，則所述觸點位於該晶片的前表面上，艮P， 在其上執行沉積和蝕刻操作以形成晶片的電子電路的表面。所述第一平板元件可以是具有任意電子功能的集成電子電路。由 兩個疊置元件組成的所述結構是純粹的電子或光電子結構或者是具有機械和電子功能(MEMS)或光學功能(MOEMS)的微型機器結 構。所述第二平板的元件可以是將要與所述第一平板的元件相結合的 光學元件，即，簡單的透明保護晶片或者具有更多複雜功能(濾光、 顏色濾光器嵌鑲幕(mosaics)、透鏡、微透鏡陣列、纖維光學晶片、 帶有或不帶有用於X射線成像的纖維晶片的閃爍器結構、等等)的曰b!r在包含被單個光學結構所覆蓋的集成電路晶片的圖像傳感器或 圖像顯示器的製造過程中，需要理解的是，所述第一元件是所述傳感 器或顯示器晶片，所述第一平板是半導體晶片，在其上形成了按照行 和列排列相同晶片的陣列，所述第二平板可以是簡單的透明平板，不 一定包括蝕刻的部件，或者正如稍後將要看到的那樣，所述第二平板 可以包括蝕刻的單個部件，所述單個部件按照與所述半導體晶片的芯 片相同的行列周期進行排列。通常，所述切割路徑寬度為幾微米，觸點寬度為幾十微米，所述 晶片的邊有幾毫米，通常是五到十毫米。所述粘接可以是附帶粘接物質(粘合劑，黃銅)的粘接或沒有粘 接物質的粘接。具體而言，使用採用在兩個高度平坦的、乾淨的並且 低粗糙度的表面之間的簡單分子粘接的直接粘接是非常有益的。如果 所述表面是高度平坦的並且面積很大，則平板之間的粘接力是很大 的，尤其是在退火操作之後。在該情況下，未粘接的區域是通過其中 一個(或兩個)平板的表面中的缺口而簡單地形成的。第一和第二平 板上的表面幾乎在任何地方都相接觸，但是在缺口中不接觸，從而使 得平板之間的粘附發生在除了缺口中的區域之外的所有地方。所述粘 接也可以通過熱粘接，陽極粘接，熔融粘接等執行。沿著切割路徑的所述切割原則上由機械鋸執行，但是其也可以使 用雷射、化學蝕刻、等離子蝕刻、電氣放電加工等進行切割。對於每個切割路徑，對所述第一平板的切割原則上發生在沿著穿 過兩行晶片之間的切割路徑的一條精確切割線上。該切割線的寬度， 即鋸條的寬度(如果是用鋸來進行切割的)是很小的，通常是大約 30至50微米寬。然而，，.對於所述第二平板有幾種可能性-沿著穿過兩行晶片之間的切割路徑的一條精確切割線進行切割，此線並行於(但不與之重疊)所述第一平板的切割線；-或者，沿著穿過兩行晶片之間的切割路徑的兩條並行精確切割線進行切割，這兩條線並行於所述第一晶片的切割線但其中 至少一條不與所述第一晶片的切割線重疊；在該第二種情況下，位於所述第二平板的兩條切割線之間的那一部分是小片(scmp)，其被移除並且不形成由兩個疊置元件所組成的最終結構的一部分；-或者，採用寬度比所述第一平板的精確切割線寬度更大的巨大的切口 (kerf)寬度進行對所述第二平板的切割。在此情況下，根據本發明，此切口被認為至少具有一條相對於所述第一平板的切割線水平偏移的邊緣，並且該邊緣構成所述第二平板切割 線並且不與所述第一平板切割線相重疊。在此還有，在切割之後，所述第一平板元件包括不被與其粘接的第二平板元件所覆蓋的 部分。此暴露部分包含至少一個外部連接觸點。


在參考附圖閱讀了以下的詳細描述後本發明的其他特徵將變得 現而易見，在附圖中圖1示出了在用於晶片上單個晶片的兩種觸點配置中，從上方觀 察的矽晶片；圖2用截面圖示出了放大後的矽晶片；圖3示出了通過分子粘合而粘接的晶片和透明玻璃平板的疊置 組裝；圖4示出了所述疊置組裝的上下切割線； 圖5示出了由切割生成的單個的疊置結構；圖6示出了將該結構安放在封裝中，並且在該結構與該封裝之間 具有電連接；
圖7示出了採用覆蓋觸點的寬切口的上平板的切割；圖8示出了由此生成的單個疊置結構；圖9示出了在電子晶片具有在該晶片的兩個對立邊上的觸點的情況下，採用相應切割線的半導體晶片和保護平板的疊置組裝； 圖10示出了由切割圖7中的組裝而產生的單個結構； 圖11示出了採用寬切口的橫截面；圖12示出了兩個平板，其具有由上平板中的缺口所形成的切割 路徑；以及圖13示出了兩個平板，其具有具有兩個深度等級的凹槽所形成 的切割路徑。
具體實施方式
將針對簡單示例詳細描述本發明，該示例是由被透明玻璃平板覆 蓋的矽晶片所形成的圖像傳感器，所述玻璃平板保留晶片上的觸點可 以被接觸，從而允許晶片和傳感器外部之間的電連接。然而，本發明 不限於此具體示例。該工藝由半導體晶片(原則上是單晶矽晶片)開始，在該晶片上 採用傳統沉積和光蝕刻工藝製造出按照行和列的相同晶片的陣列，每 個晶片都對應於相應的圖像傳感器。下標n分配給陣列中第n行的芯 片，下標n-l分配給在一側的相鄰晶片，而下標n+l分配給在另一側 的相鄰晶片。每個晶片Pn都具有活動區域ZAn，其包括光敏元件矩 陣和相關的電子驅動器。導電觸點PLn位於此活動區域外圍並且位於 此活動區域的外側，隨後，在將晶片切割為單個晶片之後並且在將芯 片封裝在保護封裝過程中，將導電觸點PLn連接至該封裝上的引出 線。觸點和外部引出線之間的連接通常由金線或鋁線形成，其一端焊 接至觸點而另一端焊接至封裝。當然，在此造成的在活動區域和包含觸點的區域之間的區別並不 一定意味著活動區域之外沒有活動元件。此區別僅僅是用來區分包含 外部連接觸點的區域和不包含外部連接觸點的區域，包含觸點的區域 位於不包含觸點的區域的外圍。
觸點可以沿著晶片的一個或幾個邊布置。在圖1A中，觸點僅沿 著晶片的兩個相鄰的邊布置，而並不是布置在兩個對立邊上。在圖1B中，觸點至少位於晶片的兩個對立邊上，從而使得晶片Pn上的觸 點PLln沿著將晶片Pn與晶片分離的邊而面向晶片Pn_,上的觸點， 並且採用同樣的方式，在對立的邊上，晶片Pn上的點PL2n沿著將芯 片Pn與晶片Pn+,分離的邊而面向晶片Pn+,上的觸點。作為示例，圖 lb示出了在晶片的三個邊上的觸點。該製造工藝取決於觸點的排列， 正如稍後將要看到的那樣。圖2以放大視圖示出了穿過具有並列放置的晶片的矽晶片10的 橫截面，所述晶片僅在一邊或兩個相鄰的邊上具有觸點，而不是在兩 個對立邊上。如圖1所示，相鄰晶片被標記為Pn.p Pn， Pn+1，晶片 Pn的活動區域被標記為ZAn。位於活動區域外的觸點PLn已經被示意 性地示出。當然，活動區域的部件的細節沒有示出。這些部件可以包 含成百上千的電路元件，這些電路元件基本上是採用在晶體前表面(在圖2中位於上部的上表面)上沉積絕緣層、半導體層和導電層以及這些層的光蝕刻的傳統操作而產生的。為簡化表述，每個活動區域的電路在圖2中通過相應的矩形50示意性地示出。在傳感器被製造之後，可以在晶片的表面上執行稱為"平面化" 的操作。這是因為對於各種導電層、絕緣層或半導體層的沉積和蝕刻 已經造成了晶片上的凹凸(圖2中看不到)，並且優選的是儘可能消 除該凹凸，以便最終獲得的晶片表面在其表面主要部分上儘可能地平 坦。在實際中，該平面化操作基本上在於用厚度為幾微米的保護層 30 (普遍由矽石構成)覆蓋晶片，保護層30填充所述凹凸的凹陷處， 然後，對該層進行均勻蝕刻，以便將其僅僅保留所期望的厚度，選擇 該厚度以便為傳感器提供用以防止外部環境影響的足夠的保護。平面 化不是必須的，但是通常在晶片的表面上使用絕緣層(例如30)並 且以後將會將該層稱為"平面化層"。傳統上，在平面化操作之前或之後，在層30上製造孔洞，以便 至少暴露觸點的中心並且令其在隨後焊接導線的過程中是可接觸的。 然而，在本發明中，將製造更寬的孔洞，不僅覆蓋了觸點而且還覆蓋
了與觸點相鄰的區域。更精確地，這些孔洞擴展至將被稱為"切割路 徑"的區域的整個寬度，並佔據了將晶片Pn的活動區域ZAn與相鄰 晶片的活動區域Z^或ZAn+!相分離的間隔。晶片P^和Pn之間的 切割路徑被標記為ZDn。圖2中的虛線表示切割線LDn、 LDn+1、 LDn+2，沿著這些切割線 切割晶片，以便將其分割為單個的晶片。圖2中的切口厚度被認為可 以忽略不計。在實際中，其寬度通常是30至50微米。切割線LDn在晶片P。的觸點PU和鄰接晶片PLn.,的活動區域之間穿過切割路徑ZDn。這些切割線應該被想像為沿著切割路徑前移的垂直鋸的線刃。在實際中，切割路徑是位於規則陣列中晶片的行之間和列之間的垂直 帶。將平面化層從切割路徑中完全移除。因此，圖2示出的階段中所製造的晶片包括晶片、觸點、活動區 域以及位於相鄰晶片的活動區域之間的切割路徑。活動區域由平坦的 保護層所覆蓋。切割路徑覆蓋了觸點，並且通過局部移除平面化層 30來對其進行清除，以便露出觸點。後續的切割平面將在一個晶片 的觸點與相鄰晶片的活動區域之間穿過切割路徑。圖3示出了製造的下一步驟。為了保護晶片或者是為了提供另一 種光學功能，用與此保護功能或此光學功能相對應的平板覆蓋晶片。 在此例中，這是簡單的有統一厚度的透明玻璃平板40，但是需要理 解的是，可以將平板製造為具有與在半導體表面上製造晶片模式相對 應的功能模式(比如光學功能)。平板的厚度例如是lmm數量級。玻璃平板40的下表面和晶片10的上表面是極度平坦的並且可通 過分子粘附直接相互粘接。通過分子粘附相粘接是有利的，因為其不 需要額外的粘接物質，額外的粘接物質會造成在切割路徑中尤其是在 觸點上溢出的風險，並且不能夠承受高於200攝氏度的溫度。粘附實 際上發生在這些表面的全部區域，但是切割路徑ZD中沒有粘附，其 原因是由於它們相對於平面化層30的表面而被刻印，因此它們沒有 接觸到平板。在此階段，需要注意的是，還可以在玻璃平板中而不是 矽晶片中提供缺口，並且是在相同區域中，即切割路徑中，並且獲得
相同結果，即，在區域中沒有粘附。然而，這則需要在玻璃平板中蝕 刻切割路徑並使其與將要在晶片上切割的晶片之間準確地對齊，並且 此解決方案沒有省略蝕刻平面化層的步驟，因為在任何情況下都有必 要露出觸點。圖4示出了由此獲得的粘接結構的切割線。在每個切割區域ZDn 中有兩條切割線，已經提到的在下半導體晶片上的切割線LDn，以及 在上平板上的切割線LHn。這些線都位於切割路徑中，但是其相互之 間橫向偏移。晶片10的切割線LD。，如提到的那樣，在晶片Pn.,的活動區域ZA^與晶片P。的觸點PU之間穿過。上平板40的切割線 LHn在觸點PLn與同一晶片Pn的活動區域ZAn之間穿過。線之間的間 隔比觸點的寬度大。沿著切割線LHn的切割經由上平板的上表面執行，而沿著線LDn 的切割經由下平板的下平面執行。圖5示出了由該雙切割操作所產生的晶片(下平板元件)和玻璃 平板(上平板元件)的疊置結構。透明晶片基本上覆蓋了晶片的整個 上表面並且強烈粘附於該整個表面，除了在與切割部分相對應的部 分。觸點PU是完全可接觸到的，沒有被玻璃平板40或平面化層30遮蓋o在晶片的沒有觸點PU (圖5中晶片的右側)的另一邊，玻璃平 板擴展至超出晶片。圖6示出了將晶片安裝在封裝基座60上，晶片受到其透明平板 的保護。晶片通過其下表面粘接至基座(通常是粘接至基座上的導電 表面)上，並且在晶片上的觸點PU和基座上的相應觸點64之間的 導線62是傳統的線連接，觸點64原則上連接至管腳，用於由此產生 的組件進行外部連接。在圖4至圖6示出的示例中，切割線被認為是採用鋸(或另一種 切割工具)獲得的，其能夠造成非常精確的切口寬度(小於50微米) 並且在任何情況下切口寬度都比觸點寬度小，期望的是使得觸點在下 平板元件上保持可見性。圖7示出了另一種處理方法，其包括使用更大寬度鋸刃(或另一種切割工具)中，其寬度大約等於在下平板元件上希望保持暴露的部分的寬度。圖7示出了通過使用寬切口而得到的切割初始化情況。下平板的精確切割線LDn沒有改變。上平板的寬切割帶包括在一側是 由與圖4的情況中相同的切割線LHn所形成的邊緣，並且該邊緣相對 於線LDn橫向偏移，在另一側是邊緣LH'n，其可以相對於線LD。偏 移或者不偏移。在此情況下，在切割線LHn和LH，n之間的切割帶BHn覆蓋了觸點，觸點必須保持不被上平板元件所覆蓋。此解決方案的優 點是，在切割之後，組件的不具有可見觸點的邊不包括第二平板的在 第一平板上方突出的部分。然而，需要注意的是，有時，如果還希望 與上平板的下表面相接觸(在突出下方)，則優選地是具有該突出。圖8示出了當線LH、與線LDn重疊時，切割之後所產生的組件。 圖9示出了在晶片包含在其兩個對立邊上的觸點的情況下(即圖lb所示)疊置的晶片和平板。在晶片Pn的左側的觸點被標記為PLL 而右側的觸點標記為PL2n。在此情況下，晶片P。和晶片P^之間的切割路徑ZDn再次擴展至分離第一晶片的活動區域和第二晶片的活 動區域的整個間隔，擴展至晶片Pn-!的觸點PL2^上方和相鄰晶片Pn-,的觸點PLln上方。在晶片Pn和Pn-,之間的晶片切割線LDn穿過在晶片Pn-,的觸點PL2"與晶片Pn的觸點PLU之間的切割路徑ZDn。為了形成上平板40的切割，此次有兩條不同的平行切割線，分別是線LHln禾B LH2n。前者穿過在晶片Pn的活動區域ZAn和同一晶片的觸點PLL之間的切割路徑，而後者位於在晶片Pn-,的觸點PL2n-, 與同一晶片的活動區域ZAn-,之間的同一切割路徑ZDn。切割線LHln 和LH2n在兩種情況下都不會與下平板的切割線LDn或LDn+1相重疊。 如同在聯繫圖3和4的解釋中一樣，切割路徑是在平面化操作之 後，通過在整個切割路徑上局部移除平面化層30而形成的。這首先是在整個路徑上形成在晶片表面中的缺口，然後裸露出觸點。在通過 分子粘附的粘接過程中，幾乎整個平板都強烈依附於晶片，但是在切 割路徑中平板和晶片之間沒有粘附。當已經沿著切割路徑原則上首先經由頂部然後經由底部切割了
晶片時，該雙頂部切割產生小片，其是平板的位於同一切割路徑中的兩條切割線LH1和LH2之間的部分。圖10示出了在切割操作之後的雙元件結構。覆蓋每個晶片的玻 璃平板不覆蓋觸點，不論在一邊或在另一邊上，並且其不會在左側或 右側延伸超出晶片。在切割之後，由位於切割線LH2^和LHln之間 的玻璃平板部分所構成的小片或者殘餘Rn在清洗操作過程中被移 除，玻璃小片並不粘附於半導體晶片，因為其完全來自l立於兩條切割 線之間的區域，這兩條切割線本身完全存在於非粘附的切割路徑中。如果晶片僅在三條邊上有觸點(圖lb中的情況)，則將會理解的 是，對於列切割路徑將按照圖4中那樣執行切割而對於fi^刀割路徑將 按照圖9中那樣執行切割。在三條邊上，玻璃平板不突出至晶片之外， 以便使得觸點可接觸，而在第四條邊上，玻璃平板可以從晶片突出。 如果晶片在四條邊上都有觸點，則對於行切割方向和列切割方向切割 都將按照圖9中那樣執行切割，並且玻璃平板將不在任何一條邊上突 出至晶片之外。當兩條對立邊中的一條邊上沒有觸點時(圖la和圖3以及圖5 中的情況)，則也可以希望玻璃平板不突出至晶片之外，不像圖5中 出現的那樣。在此情況下，按照與圖9和IO中的類型相同的情況進 行切割就足夠了，即，在同一切割路徑中對玻璃平面進行雙切割，留 下殘餘Rn。與圖4相比，提供了玻璃平板的第二切割線，與圖9的 切割線LH2^類似，但優選地與切割線LDn重疊，從而消除了突出。如果晶片在兩條對立邊上均有觸點，如圖9和圖10所示，則也 可以採用如圖7所示的方式，採用寬切口切割上平板。在此情況下， 不是採用兩條相鄰的精確切割線LHU和LH2w，而是僅僅使用一個 寬切口，該寬切口的一個邊緣由線LHL形成而另一邊緣由線LH2^ 形成。圖11示出了由具有寬切口的鋸產生的切割初始化情況。該切 割同時移除了觸點PL2^和PLln之上的物質。由該切割產生的組件 與圖IO中相同。通常，所述切割是採用雷射器或鋸來執行的。其優選地在整個晶 片上是線性的，切割路徑是單個晶片行和列之間的縱向帶。所述切割首先經由底部執行。在實際中，該過程可以 如下第一次切割經由透明平板40的上表面進行，切割深度與平板 40的厚度相對應或略小。接著經由半導體晶片的下表面繼續進行切 割，切割深度與晶片10的厚度相對應或者略小。如果在平板上或晶 片上留下了未切割厚度部分，則通過沿著切割線打破平板和晶片來完 成分離，以便形成單個晶片。在前面，平板和晶片被認為是通過分子粘附而粘接在一起的，這 也是粘接的優選方法。這是因為， 一方面由於表面的高平面性以及相 向表面的幾乎全部區域都直接相互接觸，只有狹窄的切割路徑沒有直 接接觸，從而使得粘附非常牢固；另一方面，由於不存在粘接物質汙 染半導體晶片表面的風險，因此該過程極為純淨。使得兩個平板接觸的操作之後通常進行退火操作，該操作完成該粘附。在切割平板40的操作過程中，必須注意雷射器或鋸不會破壞芯 片表面，因為切割線位於晶片的活動部分之上。這就是為什麼即使是 採用分子粘附執行該粘接，也最好在平板中提供在切割路徑之上提供 大缺口 (例如圖12中，例如深度為幾十微米)。因此，可以調節切割 的深度以便不會存在切割工具到達半導體晶片的危險。這在如圖7和 11所示的採用寬切口的切割中尤其有用。還可以將多個淺缺口組合，用於避免在切割路徑中的粘附和在平 板40中的更深的缺口，並且用於避免晶片IO的上表面被切割工具損 壞。因此，更深的缺口 80位於玻璃平板40的切割線上。圖13示出 了在一種玻璃平板的配置實例，其具有在切割路徑中的兩種深度的缺 口。如果在平板40中在同一切割路徑中有兩條切割線，則存在兩個 深缺口。該深度可以是幾十微米。缺口是通過光刻蝕刻或通過機械加工或雷射加工而製造的，取決 於想要的深度。當將上平板放置在下平板之上時，兩個平板對齊，從而使得缺口相對於切割路徑準確放置。如果上平板是透明的，則該對 齊尤其簡單。因此，已經詳細描述了在採用透明玻璃平板保護圖像傳感器的情 況下的本發明。本發明還可以應用於所有類型的由兩個疊置元件組成 的其他結構。在平板對於可見光的透明性不是關鍵參數而重要的是膨 脹係數相同並且重要的是對上平板執行的處理與對下平板執行的處理具有相同的特性的情況下，上平板40可以是採用於晶片IO相同材 料的平板。所述平板也可以是纖維光學晶片。在放射學的情況下，上結構元件可以具有閃爍器結構，其將X 射線轉換為能夠被圖像傳感器(下結構元件)檢測到的光學圖像。此 閃爍器結構可以與並列的纖維光學晶片相組合，在該纖維光學晶片 中，光學纖維垂直於傳感器的表面。然後，使用閃爍器物質層覆蓋此 纖維光學晶片。所述玻璃平板可以由熔凝矽石平板或其他材料所替代，這取決於 所希望的應用。例如，可以提高壓電材料，以用於壓電應用。
權利要求
1、 一種用於由兩個粘接在一起的疊置元件組成的結構的集體性製造的工藝，所述工藝從兩個平板(10， 40)開始，其中一個包含第 一元件的陣列，屬於所述第二平板的第二元件必須粘接至所述第一元 件，所述第一平板包括由絕緣保護層保護的電子電路元件，所述工藝 包含以下操作將所述第二平板(40)的下表面粘接至所述第一平板(10)的上 表面，所述粘接是在其各自表面的主要部分上進行的，但是不粘接稱 為"切割路徑"(ZDn)的區域，所述"切割路徑"是通過在所述第一 平板上的隔離保護層中蝕刻缺口而形成的；以及將所述平板切割為單個結構，所述單個結構由兩個疊置元件組 成，包括有下平板元件和上平板元件，所述切割操作至少包括沿著 穿過切割路徑(ZDn)的第一切割線(LHn; LHln)，經由所述第二平 板(40)的頂部對所述第二平板(40)的元件進行切割；以及沿著穿 過同一切割路徑但不與所述第一切割線重疊的第二切割線(LDn)，經 由下方，對位於所述第二平板的所述元件的下方的、所述第一平板 (10)的元件進行切割，從而使得所述下平板元件的、位於所述兩條 切割線之間的部分不被所述上平板元件覆蓋。
2、 如權利要求l所述的工藝，其特徵在於，所述切割操作包括: 沿著穿過同一切割路徑(ZDn)但不與所述第一和第二切割線重疊的 第三切割線(LH2w)，經由所述第二平板的上表面切割所述第二平 板，位於所述第一和第三切割線之間的、組成小片(Rn)的部分沒有 形成由切割所述平板而獲得的所述雙元件疊置結構的一部分。
3、 如權利要求1所述的工藝，其特徵在於，所述第二平板的切 割採用寬度比所述第一平板的切割寬度大的切口執行，所述更寬的 切口的一個邊緣構成所述第二平板的切割線，其與所述第一平板的 切割線不重疊。
4、 如權利要求1至3所述的工藝，其特徵在於，所述下平板元 件是集成電路晶片，並且所述下平板元件的未被所述上平板元件所遮 蓋的部分至少包括一個電觸點(PLn)，用於接入到在所述晶片上形成 的電子電路，所述觸點位於所述下平板元件的上表面上。
5、 如權利要求1至4所述的工藝，其特徵在於，所述晶片的相 互之間的粘接是直接粘接，尤其是所述第一平板的平坦上表面與所述 第二平板的平坦下表面之間的分子粘附，所述缺口防止局部粘附。
6、 如先前權利要求中的任意一個所述的工藝，其特徵在於，所 述上平板元件是用於保護所述下平板元件的元件。
7、 如先前權利要求中的任意一個所述的工藝，其特徵在於，所 述上平板是透明平板，尤其是玻璃平板或熔融矽石平板。
8、 如先前權利要求中的任意一個所述的工藝，其特徵在於，所 述上平板包括單個光學元件的陣列，每個光學元件都對應於在所述下 平板上形成的相應集成電路晶片。
9、 如權利要求8所述的工藝，其特徵在於，所述下平板元件是 圖像傳感器或圖像顯示器，所述上平板元件是與所述傳感器相關聯的 光學結構。
10、 如權利要求9所述的工藝，其特徵在於，包含兩個疊置元件 的所述結構是放射圖像傳感器，所述上平板元件包括纖維晶片和/或 閃爍器結構，其能將X射線轉換為能夠被所述圖像傳感器檢測到的 光圖像。
11、 如先前權利要求中的任意一個所述的工藝，其特徵在於，由 兩個疊置元件組成的所述結構是MEMS或MOEMS類型的微型機器 結構，其組合了電子功能與機械和/或光學功能。
全文摘要
本發明涉及疊置微結構，例如集成電路和保護覆蓋層，的集體性製造。集體性地製造單個結構，每個單個結構都包含疊置的第一和第二元件。第一元件(例如，集成電路晶片)在第一平板(10)上製造，第二元件(例如，透明覆蓋層)在第二平板(40)上製造。兩個平板在其相向表面的主要部分上相互粘接，但是不存在粘附的特定區域(ZDn)中不進行粘接。隨後，沿著穿過沒有粘附的區域的不同的並行切割線(LH1n，LH2n，LDn)，一方面經由上方另一方面經由下方切割所述單個結構，從而在切割之後，第二元件保留有未被第二元件遮蓋的表面部分(這些部分位於平行切割線之間)。因此，連接觸點(PLn)在該處可以保持可以被接觸。本發明可以應用於被玻璃平板覆蓋的圖像傳感器或者顯示器的製造，但是更廣泛地應用於所有類型的微型機器結構(MEMS，MOEMS)。
文檔編號H01L23/02GK101124673SQ200580046593
公開日2008年2月13日 申請日期2005年12月8日 優先權日2004年12月15日
發明者B·阿斯帕爾, P·羅默沃 申請人:E2V半導體公司;特拉希特技術公司