DE102004001892B4

DE102004001892B4 - Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ

Info

Publication number: DE102004001892B4
Application number: DE102004001892A
Authority: DE
Inventors: Jong Oh Suwon Kwon
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2003-09-15
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: JP2005094728A; US7282388B2; US20050056917A1; KR100558439B1; DE102004001892A1; JP3983226B2; KR20050027330A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ, wobei die FBAR-Vorrichtung ein mit mehreren externen Elektroden ausgebildetes Substrat aufweist, umfassend die Schritte:
a) Ausbildung mehrerer funktioneller Teile der Vorrichtung auf einem ersten Wafer in bestimmten Abständen;
b) Ausbildung mehrerer externer Elektroden zwischen den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung auf dem ersten Wafer, um mit den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung elektrisch verbunden zu werden, wobei jede einzelne eine bestimmte Querlänge auf der Basis des Mittelpunkts zwischen den benachbarten funktionalen Teilen der Vorrichtung hat;
c) Ausbildung mehrerer Hohlräume in bestimmten Abständen auf einem zweiten Wafer, um jeweils den funktionellen Vorrichtungsteilen des ersten Wafers zu entsprechen;
d) Ausbildung mehrerer vertikaler Perforationen auf dem zweiten Wafer, wobei jede einzelne eine bestimmte Querlänge auf der Basis des Mittelpunktes zwischen den benachbarten Hohlräumen hat;
e) Verbinden einer oberen Oberfläche des ersten Wafers mit einer unteren Oberfläche des zweiten Wafers, so dass...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Film-Bulk-Akkustikresonators (im Folgenden als FBAR bezeichnet) vom Wafer-Level-Package-Typ, durch das eine Miniaturisierung und Reduzierung der Herstellungskosten aufgrund eines vereinfachten Verfahrens erreicht wird.
Beschreibung des Standes der Technik
In den vergangenen Jahren haben drahtlose Kommunikationsvorrichtungen dazu tendiert, viel kleiner und aufgrund der Entwicklung der Kommunikationsindustrie bzgl. ihrer Qualität und Funktionen verbessert und diversifiziert zu werden. Dieser aktuelle Trend erfordert eine Miniaturisierung und Verbesserung der Qualität in Bezug auf verschiedene Elemente zur Verwendung in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen. Heutzutage sind deshalb zunehmend Elemente in Chipform auf den Markt gebracht worden.
Die drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen benutzen im Wesentlichen einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), einen Filter, einen Duplexer und andere Vorrichtungen, und diese Vorrichtungen umfassen grundsätzlich wenigstens einen Resonator. Solch ein Resonator wird dazu verwendet, aufgrund seines piezoelektrischen Effekts eine Resonanzwirkung zu induzieren. Gegenwärtig zielt die aktive Entwicklung auf einen FBAR, der aufgrund seiner dünnen Filmform für die Integration zu bevorzugen ist und gute Eigenschaften hat.
Typischerweise wird der FBAR auf einem Wafer mit einer piezoelektrischen Schicht durch Aufdampfen und dergleichen ausgebildet. Auf den oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Schicht werden jeweils obere und untere Elektroden angeordnet, um Elektrizität an die piezoelektrische Schicht anzulegen, um sie zum Schwingen zu bringen. Zusätzlich zu den oberen und unteren Elektroden wird ein gewünschter Luftspalt auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht ausgebildet, um die Resonanzeigenschaft der piezoelektrischen Schicht zu verbessern. Die ausgebildete piezoelektrische Schicht und die oberen und unteren Elektroden werden aus Schutzzwecken verpackt. In diesem Fall kann eine Wafer-Level-Package-Technik gewählt werden (im Folgenden als WLP bezeichnet), um die Massenproduktion zu vereinfachen und Miniaturisierung aufgrund eines vereinfachten Packverfahrens zu erreichen. Die WLP-Techniken erreichen die gleichzeitige Herstellung und Verpackung der Vorrichtung durch das Miteinanderverbinden eines Deckwafers, der als oberes Paket dient, einer unteren Baugruppe und eines Substrat-Wafers. Das Substrat erfüllt die Funktion der Vorrichtung. Durch die WLP-Technik hergestellte FBAR-Vorrichtungen führen auch zu Erhöhungen der Anzahl und Funktion auf der Außenseite bereitgestellter externer Terminals (Anschlüsse), aufgrund der Diversifizierung ihrer Funktionen, aber sie führen auch zu einer Reduzierung der Größe der zugehörigen Pakete. Dadurch wird es schwierig, die Form, Größe und Position der externen Terminals zu entwerfen.
Die 1A und 1B und 2A und 2B stellen verschiedene Strukturen herkömmlicher FBARs dar, die jeweils gemäß einer WLP-Technik hergestellt wurden.
Bezug nehmend auf die 1A und 1B umfasst eines der herkömmlichen FBARs ein Substrat 11 und eine Abdeckfläche 12, die auf dem Substrat 11 angeordnet ist. Das Substrat 11 ist mit einem Luftspalt 11a, einer unteren Elektrode 11b, einer piezoelektrischen Schicht 11c und einer oberen Elektrode 11d ausgebildet. Die Abdeckfläche 12, die aus einem Wafer hergestellt ist, wird mit einem leeren Hohlraum 12a an einem Teil, an dem ein Schaltungselement angeordnet ist, ausgebildet. Die Abdeckplatte 12 ist weiterhin mit gelochten Bohrungen an Positionen, die den oberen und unteren Elektroden 11d und 11b entsprechen, ausgebildet. Nachdem die Abdeckplatte 12 mit dem Substrat 11 verbunden wurde, werden die gelochten Bohrungen mit einem gedrucktem Metallmaterial gefüllt und externe Elektroden 13 werden auf die obere Oberfläche der Deckplatte 12 mittels einer Drucktechnik aufgedruckt, so dass die externen Elektroden 13 elektrisch mit den oberen und unteren Elektroden 11d und 11b auf dem Substrat 11 verbunden werden.
In diesem Fall erfordert die Bildung der externen Elektroden 13 ein Druckverfahren für Metallelektroden zur Verwendung als externe Elektroden. Weiterhin gibt es, da die gelochten Bohrungen in der Abdeckplatte 12 ausgebildet werden müssen, um eine elektrische Verbindung zwischen den externen Elektroden 13 und den oberen und unteren Elektroden 11d und 11b auf dem Substrat 11 zu erreichen, eine beträchtliche Beschränkung im Design eines Deckwafers.
Bezug nehmend auf die 2A und 2B umfasst der andere herkömmliche FBAR, der in seinem grundlegenden Aufbau dem in 1A gezeigten ähnlich ist, das Substrat 11 und eine auf dem Substrat angeordnete Abdeckplatte 15. Das Substrat 11 ist mit dem Luftspalt 11a, der unteren Elektrode 11b, der piezoelektrischen Schicht 11c und der oberen Elektrode 11d ausgebildet. Die aus einem Wafer hergestellte Abdeckplatte 15 ist mit einem leeren Hohlraum 15a an einer Stelle, an der ein Schaltungselement angeordnet ist, ausgebildet und ist weiterhin mit gelochten Bohrungen 16a an Positionen, die den oberen und unteren Elektroden 11d und 11b entsprechen, ausgebildet. Nach Verbindung der Deckplatte 15 mit dem Substrat 11 werden anstelle des Füllens eines gedruckten Metallmaterials in die gelochten Bohrungen 16a Metallfilme an den inneren Oberflächen der gelochten Bohrungen 16a und an bestimmten Teilen der oberen Oberfläche der Deckplatte 15 neben den gelochten Bohrungen 16a durch ein Metallauftragsverfahren in einem Zustand ausgebildet, in dem der verbleibende Teil der oberen Oberfläche der Deckkappe 15, mit der Ausnahme bestimmter Teile zur Bildung externer Elektroden 16, durch die Verwendung einer Maske aus einem Fotoresist (PR), Metall- oder Glasmaterialien abgeschirmt ist. Auf diese Art und Weise werden die oberen und unteren Elektroden 11d und 11b auf dem Substrat 11 jeweils elektrisch mit den externen Elektroden 16 verbunden.
In diesem Fall erfordert die Ausbildung der externen Elektroden 16 ähnlich zum vorher beschriebenen Fall einen Schritt zur Ausbildung einer gelochten Bohrung und ein Metallauftragsverfahren, wodurch sich eine beträchtliche Beschränkung des Designs eines Deckwafers aufgrund der gelochten Bohrungen ergibt.
Obwohl die Strukturen der herkömmlicher FBARs wie oben aufgeführt gemäß äußerst wirksamer Verfahren zur Miniaturisierung erreicht wurden, erfordern die herkömmlichen FBARs aufgrund der vorerwähnten verschiedenen Verfahren umfassend Drucken, Metallauftragen und Bildung gelochter Bohrungen, ein vergleichsweise kompliziertes Verfahren und weisen beträchtliche Beschränkungen im Design auf. Dadurch wird es schwierig, eine für die Massenproduktion erforderliche Profitmarge sicherzustellen, und es ergeben sich hohe Herstellungskosten.
Zusätzlich zu den oben stehenden Problemen muss, wenn es gewünscht wird, die Anzahl externer Terminals bei existierenden, auf den Markt gebrachten Produkten zu erhöhen, eine Fotolithografietechnik angewandt werden, wodurch sich ein weiteres Anwachsen der Herstellungskosten ergibt.
Aus der US 2002/0121337 A1 ist eine FBAR-Vorrichtung bekannt, die ein Substrat mit einem Hohlraum umfasst, wobei der Hohlraum durch einen FBAR-Resonator bedeckt wird. Auf der Oberfläche des Substrats befinden sich Elektroden. Weiterhin wird das Substrat von einer Deckplatte bedeckt.
Die WO 02/058233 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung, wobei mehrere Resonatoren auf einem Wafer ausgebildet werden. Ein mehrere Hohlräume aufweisender zweiter Wafer wird mit dem ersten Wafer so verbunden, dass die Hohlräume des zweiten Wafers den Resonatoren des ersten Wafers gegenüberliegen. Aus den derart verbundenen Wafern werden einzelne FBAR-Vorrichtungen gewonnen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ anzugeben, das eine Miniaturisierung und eine Reduktion der Herstellungskosten bewirkt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ vorgesehen, wobei die FBAR-Vorrichtung ein Substrat umfasst, ausgebildet mit externen Elektroden, umfassend die Schritte: a) Ausbildung mehrerer funktioneller Teile der Vorrichtung auf einem ersten Wafer in bestimmten Abständen; b) Ausbildung mehrerer externer Elektroden zwischen den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung auf dem ersten Wafer, um so eine elektrische Verbindung mit den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung herzustellen, wobei jede eine bestimmte Querlänge auf der Basis eines Mittelpunkts zwischen den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung aufweist; c) Ausbildung mehrerer Hohlräume in bestimmten Abständen auf einem zweiten Wafer, um derart jeweils zu den funktionellen Teilen der Vorrichtung auf dem ersten Wafer zu passen; d) Ausbildung mehrerer vertikaler Perforationen auf dem zweiten Wafer, wobei jeder eine bestimmte Querlänge auf der Basis eines Mittelpunkts zwischen den benachbarten Hohlräumen hat; e) Verbinden einer oberen Fläche auf dem ersten Wafer mit einer unteren Fläche auf dem zweiten Wafer, so dass die mehreren Hohlräume jeweils den mehreren funktionellen Teilen der Vorrichtung vertikal gegenüberliegen und die mehreren Perforationen jeweils den mehreren externen Elektroden vertikal gegenüberliegen; und f) Aufschneiden der miteinander verbundenen ersten und zweiten Wafer entlang der Mittelachse der Perforationen.
Bevorzugterweise kann der Schritt a) die folgenden Schritte umfassen: a-1) Aufteilen des ersten Wafers in mehrere Abschnitte durch wenigstens einen Satz vertikaler und horizontaler Linien und gleichzeitige Ausbildung einer galvanisch aktiven Schicht mit einer bestimmten Fläche auf jedem Abschnitt, um einen Bereich für akustische Reflexion auszubilden; a-2) Ausbildung mehrerer unterer Elektroden durch Aufbringung eines leitenden Materials auf die galvanisch aktive Schicht jedes Abschnitts; a-3) Ausbildung einer piezoelektrischen Schicht auf jedem Abschnitt durch Aufbringen eines piezoelektrischen Materials jeweils auf den ersten Wafer und die unteren Elektroden; a-4) Ausbildung mehrerer oberer Elektroden durch Aufbringen eines leitenden Materials auf die piezoelektrische Schicht jedes Abschnitts; und a-5) Ausbildung von Luftspalten durch Entfernung der galvanisch aktiven Schicht jedes Abschnitts, wobei die Luftspalte ein akustisches Reflexionsvermögen bewirken.
Bevorzugterweise kann der Schritt e) ausgeführt werden, um die ersten und zweiten Wafer durch die Verwendung eines Zwischenisolators, umfassend ein Isolatorklebematerial und eine Glasfritte, miteinander zu verbinden.
Vorzugsweise können die externen Elektroden, die den oberen und unteren Elektroden entsprechen, während der Bildung der oberen und unteren Elektroden gleichzeitig ausgebildet werden, und es ist noch mehr zu bevorzugen, die oberen und unteren Elektroden in einem Stück mit den entsprechenden externen Elektroden auszubilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben stehenden und anderen Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich, wobei:
1A und 1B zeigen jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die eine FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ gemäß des Standes der Technik darstellen;
2A und 2B sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die eine andere FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ gemäß dem Stand der Technik darstellen;
3A und 3B sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die eine FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ darstellen;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5A bis 5D sind jeweils Schnittansichten, die die aufeinander folgenden Schritte der Herstellung der FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen; und
6 ist eine Schnittansicht, die die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte und auf eine Platte montierte FBAR-Vorrichtung darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nun werden das Herstellungsverfahren und die Struktur einer FBAR-Vorrichtung beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
3A und 3B sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die die Struktur einer FBAR-Vorrichtung darstellen. Wie in den 3A und 3B gezeigt, umfasst die FBAR-Vorrichtung grundsätzlich ein Substrat 21, wenigstens ein funktionelles Teil der Vorrichtung, ausgebildet auf der oberen Oberfläche des Substrats 21, mehrfache externe Elektroden 23, 23a und 23b und eine Abdeckplatte 22. Der funktionelle Teil der Vorrichtung umfasst einen Luftspalt 21a, eine untere Elektrode 21b, eine piezoelektrische Schicht 21c und eine obere Elektrode 21d und bewirkt einen Resonanzeffekt. Die externen Elektroden 23, 23a und 23b sind derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen in Kontakt mit beiden gegenüberliegenden Kanten der oberen Oberfläche des Substrats 21 kommen, und jeweils elektrisch mit den unteren und oberen Elektroden 21b oder 21d des funktionellen Teils der Vorrichtung verbunden sind, um elektrische Signaleingabe- und Ausgabefunktionen und eine Erdungsfunktion zu erfüllen. Die Abdeckplatte 22 wird mit dem Substrat 21 durch die Verwendung eines Klebematerials 24 verbunden und ausgebildet, um den funktionellen Teil der Vorrichtung zu versiegeln und zu schützen, nämlich den Luftspalt 21a, die untere Elektrode 21b, die piezoelektrische Schicht 21c und die obere Elektrode 21d, mit der Ausnahme der Mehrzahl der externen Elektroden 23, 23a und 23b.
In Anbetracht des Bildungsverfahrens des funktionellen Teils der Vorrichtung wird z. B. eine galvanisch aktive Schicht (nicht gezeigt) zuerst auf dem Substrat 21 angeordnet, und dann werden die untere Elektrode 21b, die piezoelektrische Schicht 21c und die obere Elektrode 21d in dieser Reihenfolge auf der galvanisch aktiven Schicht ausgebildet, und schließlich wird der Luftspalt 21a, der als akustische Reflexionsschicht dient, durch Entfernen der galvanisch aktiven Schicht ausgebildet. Der funktionelle Teil der Vorrichtung kann unter Verwendung eines anderen bekannten Verfahrens anstelle des oben aufgeführten Verfahrens hergestellt werden, und dessen Struktur ist variabel.
Die externen Elektroden 23, 23a und 23b werden in der gleichen Ebene wie die unteren und oberen Elektroden 21b und 21d auf dem Substrat 21 ausgebildet und jeweils elektrisch mit den entsprechenden unteren und oberen Elektroden 21b und 21d verbunden. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, dass die externen Elektroden 23, 23a und 23b in einem Stück mit den passenden oberen und unteren Elektroden des funktionellen Teils der Vorrichtung ausgebildet werden.
Die Abdeckplatte 22 wird durch die Verwendung eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) erhalten. Die Abdeckplatte wird an dessen unterer Fläche ausgebildet, mit einem Hohlraum mit einer bestimmten Größe, durch Verwendung eines Ätz- oder Sandstrahlverfahrens, und an beiden seitlichen Kanten des Hohlraums werden Aussparungen an Teilen, die den externen Elektroden 23, 23a und 23b entsprechen, ausgebildet. Gemäß dieser Anordnung ist die Abdeckplatte dazu ausgebildet, den verbleibenden Teil des Substrats 21 mit der Ausnahme der externen Elektroden 23, 23a und 23b abzudecken.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel sechs externe Elektroden 23, 23a und 23b wie in 3A gezeigt umfasst, kann die Anzahl der externen Elektroden 23, 23a und 23b falls erforderlich erhöht oder herabgesetzt werden.
Wie oben dargelegt ist die Abdeckplatte 22 mit dem Substrat 21 durch die Verwendung eines Klebematerials 24 verbunden. Im Fall einer solchen Verbindung kann ein Teil der Abdeckplatte 22, die mit dem Substrat 22 zu verbinden ist, mit Elektrodenmustern in Kontakt kommen, nämlich den externen und internen Elektroden für die Eingabe und Ausgabe elektrischer Signale. Deshalb ist es zu bevorzugen, um den normalen Betrieb der FBAR-Vorrichtung zu erreichen, dass die Abdeckplatte 22 mittels eines Zwischenisolators, wie z. B. ein Epoxyd, ein Flüssigkristallpolymer (LCP), eine Glasfritte oder andere Isolatormaterialien, mit dem Substrat 21 verbunden ist.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der FBAR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 5A und 5D sind jeweils Schnittansichten, die die aufeinander folgenden Schritte des Herstellungsverfahrens für die FBAR-Vorrichtung darstellen. Nun wird das Herstellungsverfahren für die FBAR-Vorrichtung unter Bezugnahme auf die 4 und 5A bis 5D beschrieben werden.
Der funktionelle Teil der Vorrichtung, nämlich der Luftspalt, die untere Elektrode, die piezoelektrische Schicht und die obere Elektrode zur Erfüllung einer Resonanzfunktion, wird auf einem ersten Wafer ausgebildet (Schritt 310). Bei detaillierter Betrachtung des Schritts 310 wird der erste Wafer zunächst durch die Verwendung vertikaler und horizontaler Linien in eine Vielzahl Substratabschnitte eingeteilt und jeder Substratabschnitt wird jeweils mit einer separaten galvanisch aktiven Schicht ausgebildet (Schritt 311). Die untere Elektrode des funktionellen Teils der Vorrichtung wird auf dem ersten Wafer und nachfolgend auf der galvanisch aktiven Schicht ausgebildet, um sich so bis zu einer Grenzlinie zwischen den benachbarten Substratabschnitten auszudehnen, wodurch den zu verbindenden externen Elektroden erlaubt wird, gleichzeitig neben der Ausbildung der unteren Elektrode (Schritt 312) ausgebildet zu werden. Nachfolgend wird die piezoelektrische Schicht auf der unteren Elektrode und auf der galvanisch aktiven Schicht ausgebildet (Schritt 313), und dann wird die obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet (Schritt 314). Ähnlich zur Bildung der unteren Elektrode wird die obere Elektrode ausgebildet, um sich bis zu einer Grenzlinie zwischen den benachbarten Substratabschnitten auszudehnen, wodurch sie den externen Elektroden, die verbunden werden, erlaubt, gleichzeitig neben der Bildung der oberen Elektrode ausgebildet zu werden. Schließlich wird eine Feinbohrung vertikal zur galvanisch aktiven Schicht gebohrt, um so die galvanisch aktive Schicht durch Injektion einer Ätzlösung oder eines Ätzgases dadurch zu entfernen, wodurch sich ein Luftspalt ergibt (Schritt 315). Durch die oben beschriebenen Schritte wird ein funktioneller Teil der Vorrichtung mit einer Resonanzfunktion ausgebildet, um durch von außen aufgebrachte elektrische Signale in Schwingungen versetzt zu werden.
Das Bildungsverfahren des funktionellen Teils der Vorrichtung auf dem Substrat wie oben beschrieben ist nicht darauf beschränkt, und er kann gemäß anderen bekannten Verfahren oder Strukturen ausgebildet werden. In der vorliegenden Erfindung werden jedoch die externen Elektroden, die den oberen und unteren Elektroden des funktionellen Teils der Vorrichtung entsprechen, gleichzeitig mit der Bildung der oberen und unteren Elektroden ausgebildet, so dass sie in einem Stück auf der gleichen Ebene wie die oberen und unteren Elektroden gebildet werden und mit diesen elektrisch verbunden werden. In diesem Fall werden die externen Elektroden auf den Grenzlinien zwischen den benachbarten Substratabschnitten positioniert, die durch eine vertikale und horizontale Aufteilung des ersten Wafers erhalten werden. Die Grenzlinien dienen als Schnittlinien für ein darauf folgendes Schneideverfahren, sie werden nämlich die Kanten jeweiliger Vorrichtungen.
Der Schritt 310 der Verarbeitung des ersten Wafers zur Verwendung als Substrat kann gleichzeitig mit oder vor einem Schritt 320 der Verarbeitung eines zweiten Wafers durchgeführt werden, der wie im Folgenden beschrieben als Abdeckplatte verwendet wird, aber sowohl der Verarbeitungsschritt 310 für den ersten Wafer als auch der Verarbeitungsschritt 320 für den zweiten Wafer müssen abgeschlossen sein, bevor der erste Wafer mit dem zweiten Wafer verbunden wird, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Bei Betrachtung des Schritts 320 der Verarbeitung des zweiten Wafers zur Verwendung als eine obere Abdeckplatte wie in 5 gezeigt, wird eine Vielzahl Hohlräume 44 an der unteren Oberfläche des zweiten Wafers ausgebildet, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 42 und mit einer bestimmten Dicke. Die Hohl räume 44 sind mit bestimmten Abständen voneinander räumlich getrennt angeordnet. Dazu wird der zweite Wafer 42 zunächst durch die Verwendung vertikaler und horizontaler Linien in eine Vielzahl von Abdeckplatten-Abschnitten unterteilt, und jeder Deckabschnitt wird an der unteren Oberfläche mit einer schützenden Maskenvorlage 43 ausgebildet, um so den übrig gebliebenen Teil der unteren Oberfläche mit Ausnahme des mittleren Teils abzudecken, wodurch einem der Hohlräume 44 mit einer bestimmten Größe und Tiefe die Ausbildung am mittleren Teil jedes Deckabschnitts durch Verwendung eines Ätz- bzw. Schleifverfahrens ermöglicht wird. Die Vielzahl der Deckplatten-Abschnitte, die den zweiten Wafer 42 bilden, entspricht jeweils den Vorrichtungen des ersten Wafers.
Nach Beendigung der Ausbildung der Hohlräume 44, wie in 5B gezeigt, wird eine Mehrzahl vertikaler Bohrungen 46 mit einer bestimmten Größe zwischen den benachbarten Hohlräumen 44 des zweiten Wafers 42 durch vollständige Entfernung der Teile zwischen den Hohlräumen 44 ausgebildet. Jede einzelne der vertikalen Bohrungen 46 hat eine bestimmte Querlänge auf der Basis des Mittelpunkts zwischen benachbarten Hohlräumen 44. In diesem Fall werden die Bohrungen 46 auf den Schnittlinien angeordnet, die jeweils die entsprechenden Abschnitte der Vorrichtung aufteilen.
Ähnlich zur Ausbildung der Hohlräume 44 wie oben beschrieben, wird die obere Fläche (oder die untere Fläche) des zweiten Wafers 42 mit einer Maskenvorlage 45 ausgebildet, um so den verbleibenden Teil der oberen Oberfläche mit Ausnahme bestimmter Teile, in denen die Bohrungen 46 ausgebildet werden sollen, abzudecken, wodurch den Bohrungen 46 unter Verwendung eines Ätz- oder Schleifverfahrens eine vertikale Ausbildung ermöglicht wird, damit sie sich bis zur unteren Oberfläche hinunter erstrecken können. Durch die Entfernung der Maskenvorlage 45 wird die Ausbildung der Bohrungen 46 abgeschlossen.
Die Querschnittsfläche der Bohrungen 46 kann frei aus quadratischen und kreisförmigen Formen ausgewählt werden, solange sie eine Fläche haben, die ein glattes Verbindungsverfahren sicherstellt.
Nach Abschluss der oben geschilderten Verfahren werden der verarbeitete Substratwafer und der Deckwafer unter Verwendung eines Klebematerials miteinander verbunden, wobei das Klebematerial aus einem Isolatormaterial besteht (Schritt 330). 5C ist eine Schnittansicht, die den Substratwafer, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 41', und den Deckwafer, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 42', darstellt, die aufgrund des oben stehenden Schrittes 330 miteinander verbunden sind. Wie in 5C gezeigt, sind der Substratwafer 41' und der Abdeckwafer 42' miteinander verbunden, so dass jeder einzelne Hohlraum 44 des Deckwafers 42' dem funktionellen Teil der Vorrichtung des Substratwafers 41' gegenüberliegt, nämlich der piezoelektrischen Schicht, dem Luftspalt und oberen und unteren Elektroden, und die Bohrungen 46 des Deckwafers 42' liegen den Elektrodenstrukturen des Substratwafers 41' gegenüber. Deswegen hat jeder Hohlraum 44 eine Fläche, die ausreichend ist, um wenigstens einen auf dem Substratwafer 41' ausgebildeten funktionellen Teil der Vorrichtung abzudecken.
Der Substratwafer 41' und der Deckwafer 42', die miteinander verbunden sind, werden entlang der Schnittlinien durch ein Würfelschneideverfahren aufgeschnitten, wodurch einzelne Vorrichtungen 50 erhalten werden (Schritt 340). Hier fallen die Schnittlinien jeweils mit Randlinien entlang der Mittelachsen der Bohrungen 46, die im Schritt 322 ausgebildet wurden, zusammen.
Die Querschnittsform jeder einzelnen Vorrichtung, die gemäß dem vorstehenden Verfahren hergestellt wurde, ist in 5D gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 5D wird jede Vorrichtung 50, während der Substratwafer 41' durch ein Würfelschneideverfahren entlang der Schnittlinien, die den Randlinien der Bohrungen 46 entsprechen, aufgeschnitten, um so einzelne Vorrichtungen 50 zu erhalten, mit externen Elektroden 49 ausgebildet, die fest mit beiden entgegengesetzten Kanten der oberen Oberfläche des Substrats in Berührung kommen. An beiden Seitenteilen einer erhaltenen Abdeckplatte 42" werden Aussparungen ausgebildet, die zu externen Elektroden 49 gehören, wodurch den externen Elektroden 49 ermöglicht wird, der Umgebung ausgesetzt zu werden.
Im Fall der FBAR-Vorrichtung wird deshalb kein Metallauftrag- oder Aufdruckverfahren für die Ausbildung separater externer Elektroden benötigt.
Wenn es erwünscht ist, die gemäß dem oben stehenden Verfahren hergestellte FBAR-Vorrichtung auf einer Platte 51 wie in 6 gezeigt anzubringen, wird die Vorrichtung 50 unter Verwendung eines Die-Bonding-Verfahrens auf der Platte 51 befestigt. Die externen Elektroden 49, die auf dem Substrat der Vorrichtung 50 ausgebildet sind, um so der Umgebung ausgesetzt zu sein, ohne durch die Abdeckplatte 42'' abgedeckt zu werden, sind jeweils verbundene Drähte. Die über ein Drahtkontaktierungsverfahren verbundenen externen Elektroden 49 haben jeweils die gleiche Höhe wie die Elektroden, die den funktionellen Teil der Vorrichtung ausmachen, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 48.
Die Vorrichtung kann durch die Ausbildung von Stoßkugeln mit einer Größe, die den Elektroden 49 entspricht, erstellt werden, und durch Durchführung einer Flip-Verbindung, so dass ein Positionierungsteil einer Chip-Ansteuer-Einheit der Leiterplatte gegenüberliegt.
Wenn ein Vergleich mit der herkömmlichen FBAR-Vorrichtung, die in den 1A und 1B und 2A und 2B gezeigt ist, durchgeführt wird, hat die herkömmliche FBAR-Vorrichtung eine Drahtkontaktierungsposition auf der oberen Oberfläche des erhaltenen Bauteils, aber die FBAR-Vorrichtung hat eine Drahtkontaktierungsposition auf der oberen Oberfläche des Substratwafers. Deshalb kann die Drahtkontaktierungsposition beträchtlich verringert werden, wodurch sich eine Reduzierung der Dicke der FBAR-Vorrichtung ergibt.
Wie aus der oben stehenden Beschreibung offensichtlich, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung bereit, erhalten durch die Verwendung einer WLP-Technik, die interne Elektrodenmuster verwendet, die auf einem Substrat als externe Elektrodenmuster vorgesehen sind, ohne separat die externen Elektroden zu verarbeiten, wodurch sich im Fall der Massenherstellung eine Reduzierung der Investitions- und Herstellungskosten ergibt, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte gesichert wird. Weiterhin ist es, ge mäß der vorliegenden Erfindung, vermöge des Auslassens des Druckens, des Metallauftragens oder anderer Verfahren, die herkömmlich für die Bildung externer Elektroden benötigt werden, möglich, vollständig Kurzschlüsse aufgrund von Staub auszuschließen, der durch die oben stehenden Verfahren oder während des Feilens erzeugt wird. Da die Drahtkontaktierungsposition von der Oberfläche eines Deckwafers zur Oberfläche eines Substratwafers herabgesetzt wird, ist es außerdem möglich, eine Reduzierung der Dicke in der Größenordnung von einigen zehn bis hundert Mikrometern zu erreichen, wenn sie auf einem bestimmten Satz montiert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung vom Wafer-Level-Package-Typ, wobei die FBAR-Vorrichtung ein mit mehreren externen Elektroden ausgebildetes Substrat aufweist, umfassend die Schritte: a) Ausbildung mehrerer funktioneller Teile der Vorrichtung auf einem ersten Wafer in bestimmten Abständen; b) Ausbildung mehrerer externer Elektroden zwischen den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung auf dem ersten Wafer, um mit den benachbarten funktionellen Teilen der Vorrichtung elektrisch verbunden zu werden, wobei jede einzelne eine bestimmte Querlänge auf der Basis des Mittelpunkts zwischen den benachbarten funktionalen Teilen der Vorrichtung hat; c) Ausbildung mehrerer Hohlräume in bestimmten Abständen auf einem zweiten Wafer, um jeweils den funktionellen Vorrichtungsteilen des ersten Wafers zu entsprechen; d) Ausbildung mehrerer vertikaler Perforationen auf dem zweiten Wafer, wobei jede einzelne eine bestimmte Querlänge auf der Basis des Mittelpunktes zwischen den benachbarten Hohlräumen hat; e) Verbinden einer oberen Oberfläche des ersten Wafers mit einer unteren Oberfläche des zweiten Wafers, so dass die mehreren Hohlräume jeweils vertikal den mehreren funktionellen Teilen der Vorrichtung gegenüberliegen, und die mehreren Bohrungen liegen jeweils vertikal den mehreren externen Elektroden gegenüber; und f) Aufschneiden der miteinander verbundenen ersten und zweiten Wafer entlang der Mittelachsen der Bohrungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) die folgenden Schritte umfasst: a-1) Aufteilen des ersten Wafers in mehrere Abschnitte durch wenigstens einen Satz vertikaler und horizontaler Linien, und gleichzeitige Ausbildung einer galvanisch aktiven Schicht mit einer bestimmten Fläche auf jedem Abschnitt, um einen Bereich akustischer Reflexion zu erreichen; a-2) Ausbildung mehrerer unterer Elektroden durch Aufbringen eines leitenden Materials auf die galvanisch aktive Schicht jedes Abschnitts; a-3) Ausbildung einer piezoelektrischen Schicht auf jedem Abschnitt durch Aufbringen eines piezoelektrischen Materials jeweils auf den ersten Wafer und auf die unteren Elektroden; a-4) Ausbildung mehrerer oberer Elektroden durch Aufbringen eines leitenden Materials auf die piezoelektrische Schicht jedes Abschnitts; und a-5) Ausbildung von Luftspalten durch Entfernen der galvanisch aktiven Schicht jedes Abschnitts, wobei der Luftspalt ein akustisches Reflexionsvermögen bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) durchgeführt wird, um die ersten und zweiten Wafer durch die Verwendung eines Isolatorzwischenmaterials miteinander zu verbinden, umfassend ein Isolatorklebematerial und eine Glasfritte.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Elektroden, entsprechend den oberen und unteren Elektroden, gleichzeitig während der Ausbildung der oberen und unteren Elektroden ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Elektroden in einem Stück mit den entsprechenden externen Elektroden gebildet werden.