DE102004013770A1 - Wafer level package for micro device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Joo Ho Suwon Lee
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Abstract

Es wird ein Wafer-Level-Paket für eine Mikrovorrichtung beschrieben, wie zum Beispiel eine FBAR-Vorrichtung. Das Wafer-Level-Gehäuse umfasst einen Vorrichtungswafer mit einer Mikrovorrichtung und Anschlussflächen, die mit der Mikrovorrichtung verbunden sind, die an einer Oberfläche des Vorrichtungswafers ausgebildet sind, Kontaktanschlüsse, die sich von den Anschlussflächen zu der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers erstrecken, externe Anschlussflächen, ausgebildet auf der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers und daran angepasst, jeweils mit den Anschlussflächen durch die Kontaktanschlüsse verbunden zu werden, und eine Deckstruktur, die mit einer Oberfläche des Vorrichtungswafers verbunden ist, um so der Mikrovorrichtung zu ermöglichen, isoliert und hermetisch versiegelt zu sein.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wafer-Level-Gehäuse (wafer level package) und ein zugehöriges Herstellungsverfahren und insbesondere auf ein Wafer-Level-Gehäuse und ein zugehöriges Herstellungsverfahren zum Ausbilden einer Mikrovorrichtung, wie z. B. eines Film-Bulk-Akustikresonators (im Folgenden als FBAR bezeichnet), als ein Chip-Scale-Gehäuse.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Gemäß der schnellen Entwicklung der Kommunikationstechnik in jüngster Zeit ist die technische Entwicklung von Hochfrequenzvorrichtungen besonders erwünscht geworden. Als Antwort auf eine solche Nachfrage wurde eine FBAR-Vorrichtung entwickelt, die eine Dünnfilmfilter-Vorrichtung ist, die durch Aufbringen eines piezoelektrischen Materials auf ein Halbleiter-Substrat hergestellt wurde. Gegenwärtig steht die FBAR-Vorrichtung als wichtiges passives Element im Bereich der drahtlosen mobilen RF-Kommunikation im Rampenlicht.
  • Im Allgemeinen werden Mikrovorrichtungen wie FBAR-Vorrichtungen verpackt, um ein Produkt wie einen Duplexer-Filter zu erhalten, und zu dem Produkt zusammengesetzt. Deshalb ist es notwendig, eine Miniaturisierung der Produkte der mobilen Kommunikation zu erreichen, um die Gesamtgröße eines erhaltenen Mikrovorrichtungs-Gehäuses zu verringern.
  • Herkömmlicherweise werden die Mikrovorrichtungen wie die FBAR-Vorrichtungen unter Verwendung eines Hochtemperatur-Sinterkeramik-Substrats (im Folgenden als HTCC bezeichnet) verpackt. 1 stellt ein herkömmliches Mikrovorrichtungs-Gehäuse unter Verwendung eines solchen HTCC-Substrats dar.
  • Wie in 1 gezeigt umfasst das herkömmliche Mikrovorrichtungs-Gehäuse, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, eine Mikrovorrichtung 15 und ein HTCC-Substrat 11, in dem die Mikrovorrichtung 15 befestigt ist. Zur Aufnahme der Mikrovorrichtung 15 ist das HTCC-Substrat 11 mit einer Bohrung 14 ausgebildet. Im eingebauten Zustand in der Bohrung 14 ist die Mikrovorrichtung mit Anschlussflächen 12, die auf dem HTCC-Substrat 11 angeordnet sind, durch Drähte verbunden. Weiterhin ist über dem HTCC-Substrat 11 eine Deckschicht 18 ausgebildet, um die Bohrung 14, in der die Mikrovorrichtung 15 angeordnet ist, hermetisch zu versiegeln.
  • Das Mikrovorrichtungs-Paket 10, das in 1 gezeigt ist, wird hergestellt, indem eine in Wafereinheiten bereitgestellte Mikrovorrichtung aufgeschnitten wird, während ein ausreichender Chip-Formbereich sichergestellt wird, und indem dann die aufgeschnittene Mikrovorrichtung in einer Struktur mit einer Größe, die größer ist als die der Mikrovorrichtung, befestigt wird. Solch ein Mikrovorrichtungs-Gehäuse 10 vergrößert die Größe des Chips selbst, und weiterhin hat das HTCC-Substrat 11 aufgrund seines darin abgegrenzten gestuften Bereichs für die Anordnung der Mikrovorrichtung eine große Größe. Deswegen hat das herkömmliche Mikrovorrichtungs-Paket, das in 1 gezeigt ist, ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, eine Miniaturisierung bezüglich der Größe des Endgehäuses zu erreichen. Zum Beispiel ist es in dem Fall eines FBAR-Vorrichtungs-Gehäuses mit einer einzigen FBAR-Vorrichtung, wie in 1 gezeigt, sehr schwierig, eine gewünschte kleine Größe eines Duplexer-Gehäuses mit zwei FBAR-Vorrichtungen zu erreichen (z. B. 5 Millimeter in Länge und Breite), da das FBAR-Vorrichtungs-Paket eine Größe von nicht weniger als 3 Millimetern in Länge und Breite hat.
  • Um einer solchen Anforderung an eine Miniaturisierung Genüge zu tun, ist aktuell eine Wafer-Level-Chip-Scale-Gehäuse-Technik entwickelt worden, die ein bestimmtes im Wafer-Level durchgeführtes Verfahren verwendet, in dem eine Mikrovorrichtung ausgebildet wird. Solch ein Wafer-Level-Chip-Scale-Gehäuse verwendet eine Deckstruktur, wie z. B. einen Cap-Wafer, der zur Bildung eines Terminals verarbeitet wurde. 2 zeigt eine Seitenschnittansicht, die ein herkömmliches Wafer-Level-Gehäuse darstellt, das einen Deckwafer verwendet.
  • Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Wafer-Level-Gehäuse, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 40, einen Vorrichtungswafer 20, ausgebildet mit einer Mikrovorrichtung 25, wie z. B. einer FBAR-Vorrichtung, und einen Deckwafer 30. Der Vorrichtungswafer 20 umfasst elektrische Anschlussflächen 21 zur Verwendung in der Ansteuerung der Mikrovorrichtung 25, ausgebildet an der oberen Oberfläche des Vorrichtungswafers 20, und ein peripheren Sockel 22, angeordnet um den Umfang des Vorrichtungswafers 20. Der Cap-Wafer 30 ist mit Kontaktlöchern H in einigen Teilen, entsprechend den Anschlussflächen 21, ausgebildet, um so den Anschlussflächen 21 die Verbindung mit bestimmten externen Schaltungen (nicht gezeigt) durch Kontaktdrähte 39 dazwischen zu ermöglichen.
  • Um die Betriebszuverlässigkeit der Mikrovorrichtung 25 sicherzustellen, werden zwischen dem Deckwafer 30 und dem Vorrichtungswafer 20 erste und zweite Dichtungselemente 23 und 24 bereitgestellt. Jedes einzelne der ersten Dichtungselemente 23 ist in einer Ringform ausgebildet, so dass es zur Benutzung bei der Drahtkontaktierung entlang der Peripherie der jeweiligen Anschlussflächen 21 angeordnet ist, um zu verhindern, dass die Mikrovorrichtung 25 über die Kontaktlöcher H der Umgebung ausgesetzt ist. Das zweite Dichtungselement 24 ist auf dem peripheren Sockel 22 entlang dem Umfang des Wafer-Level-Gehäuses 40 ausgebildet.
  • Obwohl das Wafer-Level-Gehäuse 40, das eine Mikroabdeckung verwendet, wie in 2 gezeigt, bezüglich der Miniaturisierung vorteilhaft im Vergleich mit einem herkömmlichen Wafer-Level-Gehäuse, das ein HTCC-Substrat verwendet, ist, ist, da die Kontaktlöcher H vorher ausgebildet werden sollten, um jeweils den Anschlussflächen 21 zu entsprechen, die Verarbeitung des Deckwafers 30 komplex, wodurch sich eine Schwierigkeit beim gesamten Herstellungsverfahren ergibt.
  • Weiterhin sollte, wie oben angegeben, das Wafer-Level-Paket 40, das in 2 gezeigt ist, die ersten Dichtungselemente 23 aufweisen, um die Mikrovorrichtung 25 davor zu schützen, durch die Kontaktlöcher H, die zur Verbindung der Anschlussflächen 21, bereitgestellt auf dem Vorrichtungswafer 20, mit bestimmten externen Schaltungen ausgebildet sind, der Außenseite ausgesetzt zu werden. In diesem Fall ist es wesentlich für die ersten Dichtungselemente 23, dass sie aus metallischen Dichtungselementen hergestellt sind, da sie auf den metallischen Anschlussflächen 21 ausgebildet sind.
  • Aus den oben angegebenen Gründen hat ein Bedarf an einem starren Chip-Scale-Wafer-Level-Paket und einem entsprechenden Herstellungsverfahren bestanden, das durch Vereinfachung des Verfahrens, das sich auf die Deckstruktur wie einen Deckwafer bezieht, das die Gesamtausbeute verbessern kann und die vollständige Luftdichtigkeit des Wafer-Level-Pakets sicherstellen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Deshalb ist die vorliegende Erfindung angesichts der oben stehenden Probleme gemacht worden, und es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Wafer-Level-Gehäuse bereitzustellen, das in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass an einem Vorrichtungswafer eine Paket-Verbindungsstruktur zur Benutzung im Anschluss von externen Schaltungen, bereitgestellt wird, wodurch eine Miniaturisierung der Größe eines sich ergebenden Chips erreicht wird.
  • Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Wafer-Level-Gehäuses anzugeben, das in einer solchen Weise durchgeführt wird, dass eine Gehäuse-Verbindungsstruktur, zur Verwendung beim Anschluss von externen Schaltungen, an einem Vorrichtungswafer ausgebildet wird, um so dem Ausbildungsverfahren der Paket-Verbindungsstruktur zu erlauben, gleichzeitig in einem Halbleiter-Herstellungsverfahren des Vorrichtungswafers durchgeführt zu werden, ohne ein separates, auf eine Deckstruktur bezogenes Verfahren zu benötigen, wodurch das Gesamtherstellungsverfahren des Wafer-Level-Pakets vereinfacht wird.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die oben genannten und andere Ziele durch die Bereitstellung eines Wafer-Level-Gehäuses erreicht werden, das umfasst: einen Vorrichtungswafer mit einer Mikrovorrichtung und mit der Mikrovorrichtung verbundene Anschlussflächen, die an einer Oberfläche des Vorrichtungswafers ausgebildet sind; Kontaktanschlüsse, die sich von den Anschlussflächen zur anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers erstrecken; externe Anschlussflächen, die an der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers ausgebildet sind und daran angepasst sind, jeweils mit den Anschlussflächen über die Kontaktanschlüsse verbunden zu werden; und eine mit einer Oberfläche des Vorrichtungswäfers verbundene Deckstruktur, um der Mikrovorrichtung die Isolation und hermetische Versiegelung zu ermöglichen.
  • Bevorzugterweise kann die Deckstruktur einen Hohlraum an einem der Mikrovorrichtung entsprechenden Teil haben und kann aus einem Siliciumwafer, Glaswafer oder fotosensitivem Trockenfilm hergestellt sein.
  • Bevorzugterweise kann das Wafer-Level-Paket weiterhin ein Dichtungselement zur Verbindung der Deckstruktur mit dem Vorrichtungswafer umfassen, wodurch der Mikrovorrichtung die hermetische Versiegelung ermöglicht wird.
  • Bevorzugterweise kann der Vorrichtungswafer weiterhin einen peripheren Metallsockel umfassen, der um einen Umfang einer Oberfläche ausgebildet ist, um mit der Deckstruktur verbunden zu werden, und das Dichtungselement kann ein metallisches Material sein, das auf dem peripheren Metallsockel ausgebildet ist. Alternativ ist das Dichtungselement eine Glasfritte oder ein harzbasierter Klebstoff.
  • Im Fall eines anderen Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer Cap-Struktur, die aus einem Trockenfilm hergestellt ist, kann die Deckstruktur eine Trockenfilmstruktur aufweisen, die auf dem Vorrichtungswafer ausgebildet ist, wobei die Trockenfilmstruktur eine Bohrung zur Aufnahme der Mikrovorrichtung aufweist, und eine Passivierungsschicht, angebracht an einer äußeren Oberfläche der Trockenfilmstruktur.
  • Bevorzugterweise kann die Passivierungsschicht ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Epoxidharz, einem wärmehärtbaren Harz, einem metallischen und einem fotosensitiven Harz, sein.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wafer-Level-Pakets bereitgestellt, umfassend die Schritte: a) Vorbereitung eines Vorrichtungswafers, in dem eine Mikrovorrichtung und Kontaktflächen, verbunden mit der Mikrovorrichtung, an einer Oberfläche davon ausgebildet werden; b) Ausbildung von Kontaktanschlüssen, die sich von den Anschlussflächen bis zu anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers erstrecken; c) Verbinden einer Deckstruktur mit einer Oberfläche des Vorrichtungswafers, um so der Mikrovorrichtung zu erlauben, isoliert und hermetisch versiegelt zu werden; und d) Ausbildung externer Anschlussflächen an der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers, wobei die externen Anschlussflächen jeweils mit den Anschlussflächen über die Kontaktanschlüsse verbunden sind.
  • Bevorzugterweise umfasst der Schritt b): b-1) Ausbildung von Kontaktlöchern mit einer vorbestimmten Tiefe in den Anschlussflächen und damit dem Vorrichtungswafer; b-2) Aufbringen eines leitenden Materials in die Kontaktlöcher, um so die Kontaktanschlüsse auszubilden; und b-3) Schleifen des Vorrichtungswafers, um so den Kontaktanschlüssen zu ermöglichen, von der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers her der Außenseite ausgesetzt zu werden.
  • Bevorzugterweise kann der Schritt b-3) wahlweise vor oder nach dem Schritt c) durchgeführt werden.
  • Bevorzugterweise kann die Deckstruktur durch ein Verfahren vorbereitet werden, das die Schritte umfasst: f) Ausbildung einer Trockenfilmstruktur mit einer Bohrung zur Aufnahme der Mikrovorrichtung und von Anschlussflächen und g) Aufbringen einer Passivierungsschicht auf eine äußere Oberfläche der Trockenfilmstruktur.
  • Hierbei kann der Schritt f) umfassen: f-1) Ausbildung einer Seitenwandstruktur an einer Oberfläche des Vorrichtungswafers durch die Verwendung eines Trockenfilms, wobei die Seitenwandstruktur eine Höhe aufweist, die nicht geringer ist als die der Mikrovorrichtung, um so einen Bereich zu umfassen, in dem die Mikrovorrichtung und die Anschlussflächen ausgebildet werden; und f-2) Ausbildung einer Dachstruktur durch die Verwendung eines Trockenfilms, wobei die Dachstruktur die Seitenwandstruktur überdeckt.
  • Gemäß dem grundlegenden Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Paket-Verbindungsstruktur an einem Vorrichtungswafer eines Wafer-Level-Pakets ausgebildet, abweichend von einem herkömmlichen Wafer-Level-Gehäuse. Das heißt, während Kontaktanschlüsse an dem Vorrichtungswafer ausgebildet werden und weiterhin externe Kontaktflächen an einer Oberfläche des Vorrichtungswafers ausgebildet werden, um mit den Kontaktanschlüssen verbunden zu werden, wird eine Paket-Verbindungsstruktur an dem Vorrichtungswafer bereitgestellt.
  • Abweichend von einem herkömmlichen Mikro-Cap-Wafer-Level-Paket, worin Kontaktlöcher an einer Deckstruktur ausgebildet und daran angepasst werden, Anschlussflächen, die an einem Vorrichtungswafer angeordnet sind, der Umgebung auszusetzen, hat eine Paket-Anschlussstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung keine Kontaktlöcher an ihrer Deckstruktur und beseitigt die Verwendung jedweder ringförmiger Dichtungselemente, die herkömmlicherweise auf den Anschlussflächen ausgebildet werden. Deshalb ist es möglich, da keine Dichtungselemente auf metallischen Anschlussflächen, die mit einer Mikrovorrichtung verbunden sind, ausgebildet werden, vollständig jede Geringwertigkeit auszuschließen, wie zum Beispiel eine Undichtigkeit aufgrund der herkömmlichen ringförmigen Dichtungselemente, und den Vorrichtungswafer mit der Deckstruktur durch die Verwendung eines Klebstoffs zu verbinden, oder durch das wahlweise Übernehmen verschiedener Verfahren, umfassend eine anodische Verbundtechnik, zusätzlich zu einem Metall-Versiegelungsverfahren.
  • In einer weiteren Betrachtung eines Verfahrens ist es möglich, auf eine vereinfachte Weise ein genaues Wafer-Level-Paket herzustellen, da eine Paket-Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung kontinuierlich während eines Herstellungsverfahrens für einen Halbleiter ausgebildet werden kann, das meist für die Ausbildung eines Vorrichtungswafers verwendet wird, ohne dass ein separates Verfahren im Zusammenhang mit einer Deckstruktur benötigt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben stehenden und andere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klarer verständlich, worin:
  • 1 ist eine Seitenschnittdarstellung, die ein Mikrovorrichtungs-Gehäuse unter Verwendung eines herkömmlichen HTCC-Substrats zeigt;
  • 2 ist eine Seitenschnittdarstellung, die ein herkömmliches Wafer-Level-Paket darstellt;
  • 3a und 3b sind eine Seitenschnittdarstellung bzw. eine Ansicht von unten, die ein Wafer-Level-Paket gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 4a bis 4e sind Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung des Wafer-Level-Gehäuses gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 5 ist eine Seitenschnittansicht, die ein Wafer-Level-Paket gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 6a bis 6d sind Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung des Wafer-Level-Pakets gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Bezüglich 3a ist darin ein Seitenschnitt eines Wafer-Level-Pakets gezeigt, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 70, umfassend einen Vorrichtungswafer 50 und eine Deckstruktur 60. Der Vorrichtungswafer 50 ist mit einer zugehörigen Mikrovorrichtung 55 ausgebildet, wie zum Beispiel einer FBAR-Vorrichtung. Die Deckstruktur, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist ein Cap-Wafer 60, der aus dem gleichen Siliciummaterial wie der Vorrichtungswafer 50 hergestellt ist. Außer aus einem solchen Siliciumwafer kann der Deckwafer 60 aus einem Glaswafer oder einem fotosensitiven Trockenfilm hergestellt werden. Wie in 3a gezeigt, weist der Deckwafer 60 einen Hohlraum 64 in einem der Mikrovorrichtungen 55 zugeordneten Bereich auf.
  • Der Vorrichtungswafer 50 verfügt weiterhin über Anschlussflächen 51 zur Verwendung in der Ansteuerung der Mikrovorrichtung 55, ausgebildet an der oberen Oberfläche des Vorrichtungswafers 50, und einem peripheren Metallsockel 52, ausgebildet um den Umfang der oberen Oberfläche. Die Mikrovorrichtung 55 kann eine aktive Vorrichtung sein, wie zum Beispiel eine integrierte Schaltung, oder eine passive Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Sensor. Im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das eine Resonanzvorrichtung darstellt, wie zum Beispiel eine FBAR-Vorrichtung, kann der Vorrichtungswafer 50 einen Luftspalt 54 aufweisen, der in einem Bereich ausgebildet ist, in dem die Mikrovorrichtung 55 lokalisiert ist.
  • Der Vorrichtungswafer 50 weist Kontaktanschlüsse 57 auf, die sich von den jeweiligen Anschlussflächen 51 zur unteren Oberfläche davon erstrecken. Die Kontaktanschlüsse 57 können leitende Schichtteile 57a jeweils an einer Seite davon aufweisen, die auf den Anschlussflächen 51 während des Aufbringens des leitenden Materials in den Kontaktlöchern ausgebildet werden. Die Kontaktanschlüsse 57 werden an der anderen Seite davon mit externen Anschlussflächen 58 verbunden, die jeweils an der unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers ausgebildet werden. Deshalb können die externen Anschlussflächen 58 mit den Anschlussflächen 51 jeweils durch die Kontaktanschlüsse 57 verbunden werden.
  • Weil die externen Anschlussflächen 58 mit bestimmten externen Schaltungen (nicht gezeigt) durch Drähte 59 wie in 3b gezeigt verbunden sind, können Signale von den externen Schaltungen zur Mikrovorrichtung 55 übertragen werden.
  • Wie oben festgestellt wird das Wafer-Level-Paket 70 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, abweichend vom herkömmlichen Wafer-Level-Gehäuse, das in 2 gezeigt ist, an seinem Vorrichtungswafer 50 mit den Kontaktanschlüssen 57 und externen Anschlussflächen 58 ausgebildet, um mit bestimmten externen Schaltungen verbunden zu werden. Dies bedeutet, dass eine Paket-Verbindungsstruktur kontinuierlich mit dem Herstellungsverfahren des Vorrichtungswafers 50 ohne das Erfordernis eines separaten Verfahrens im Zusammenhang mit einer Deckstruktur 60 ausgebildet werden kann. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung einen Vorteil dahingehend dar, dass keine ringförmigen Verbindungselemente benötigt werden, die herkömmlicherweise ausgebildet werden, um eine Mikrovorrichtung vor dem Ausgesetzsein gegenüber der Außenseite zu bewahren, das aufgrund von herkömmlicher Weise an einer Deckstruktur wie in 2 gezeigt ausgebildeten Kontaktlöchern auftritt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3a wird das Wafer-Level-Paket 70 mit einem Metall-Versiegelungselement 53 auf dem peripheren Metallsockel 52, angeordnet um den Umfang der oberen Oberfläche des Vorrichtungspakets 50, ausgebildet. Da das Metall-Dichtungselement 53 mit dem Deckwafer 60 bei einer hohen Temperatur verbunden wird, kann die Mikrovorrichtung 55, die an der oberen Oberfläche des Vorrichtungswafers 50 angebracht ist, isoliert und hermetisch versiegelt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Mikrovorrichtung 55 und Anschlussflächen 51, die sich innerhalb des Wafer-Level-Pakets 70 befinden, durch die Verwendung verschiedener Verfahren in einem luftdichten Zustand gehalten werden. Herkömmlicherweise wird ein Cap-Wafer mit Kontaktlöchern ausgebildet, und in der Folge sollten ringförmige Versiegelungselemente auf den Anschlussflä chen ausgebildet werden, um Dichtungsmittel für die Kontaktlöcher zu erhalten. Da solche Dichtungselemente auf den Metall-Anschlussflächen ausgebildet werden sollten, besteht keine andere Wahl, als die Versiegelungselemente aus einem metallischen Material herzustellen.
  • Gemäß der Paket-Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung ist es jedoch, da die Anschlussflächen 51 nicht durch Kontaktlöcher, die an dem Cap-Wafer 60 ausgebildet sind, gegenüber der Umgebung ausgesetzt werden, unnötig, irgendwelche Versiegelungselemente auf den Anschlussflächen 51 auszubilden. Deshalb ist die Verwendung von metallischen Versiegelungselementen nicht länger ein wesentlicher Faktor. Weiterhin kann, da die Versiegelungselemente 53 direkt an der Oberfläche des Vorrichtungswafers 50 ausgebildet werden können, das Verbinden davon durch die wahlweise Verwendung einer Glasfritte oder eines harzbasierten Klebstoffs durchgeführt werden, oder durch die Verwendung verschiedener anderer Versiegelungsmittel, umfassend eine anodische Verbindungstechnik und dergleichen.
  • Weiterhin kann, da die gesamte Paket-Verbindungsstruktur am Vorrichtungswafer 50 ausgebildet ist, die Deck-Struktur aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, zusätzlich zur Herstellung aus einem Siliciumwafer. Andere Ausführungsbeispiele, die die Verwendung von verschiedenen Materialien einsetzen, werden unter Bezugnahme auf die 5 und 6a bis 6d erklärt werden.
  • Die 4a bis 4e sind Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung des Wafer-Level-Pakets gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • Wie in 4a gezeigt, beginnt das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung mit einem Schritt der Vorbereitung eines Vorrichtungswafers 80, der an der oberen Oberfläche davon mit einer Mikrovorrichtung 85 ausgebildet wird, und von Anschlussflächen 81, die mit der Mikrovorrichtung 85 verbunden sind. Der Vorrichtungswafer 80 weist einen peripheren Metallsockel 82 auf, der um den Umfang der oberen Oberfläche davon angeordnet ist. Der periphere Metallsockel 82 kann gleichzeitig mit der Ausbildung der Anschlussflächen 81 ausgebildet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Mikrovorrichtung 85 eine FBAR-Vorrichtung, und deshalb kann der Vorrichtungswafer 80 mit einem Luftspalt 84 ausgebildet werden. Weiterhin ist die Mikrovorrichtung 85 elektrisch mit den Anschlussflächen 81 durch leitende Anschlussdrähte (nicht gezeigt) verbunden.
  • Dann wird ein Schritt der Ausbildung von Kontaktanschlüssen, die sich von den Anschlussflächen 81 zur unteren Oberfläche des Vorrichtungwafers um eine vorbestimmte Tiefe erstrecken, durchgeführt. Die 4b bis 4d stellen ein bevorzugtes Beispiel des Schritts der Ausbildung der Kontaktanschlüsse dar.
  • Wie in 4b gezeigt, werden die Anschlussflächen 81 und damit der Vorrichtungswafer 80 mit Kontaktlöchern H ausgebildet, die sich um eine vorbestimmte Tiefe erstrecken. Obwohl die Kontaktlöcher H so ausgebildet sein können, dass sie den Vorrichtungswafer 80 vollständig durchdringen, kann die vorbestimmte Tiefe der Kontaktlöcher H bevorzugterweise so gewählt werden, dass sie gleich oder größer als die Dicke des Vorrichtungswaferteils ist, der nach einem nachfolgenden Schleifverfahren zurückbleibt. Solch ein nachfolgendes Schleifverfahren wird an der unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers 80 durchgeführt, um eine Miniaturisierung eines sich ergebenden Endpakets zu erhalten.
  • Nach Vervollständigung der Kontaktlöcher H, wird, wie in 4c gezeigt, ein leitendes Material in die Kontaktlöcher H aufgebracht, wodurch Kontaktanschlüsse 87 ausgebildet werden. Die Kontaktanschlüsse 87 können leitende Schichtteile 87a aufweisen, die jeweils auf den Anschlussflächen 81 ausgebildet sind. Während der Ausbildung der Kontaktanschlüsse 87 wird ein Versiegelungselement 83 auf dem peripheren Metallsockel 82 durch die Verwendung des gleichen metallischen Materials wie die Kontaktanschlüsse 87 ausgebildet.
  • Nachfolgend wird, wie in 4d gezeigt, der Vorrichtungswafer 80 mit einem Deckwafer 90 mittels des metallischen Versiegelungselements 83 verbunden. Als ein Ergebnis kann die Mikrovorrichtung 85 isoliert und hermetisch versiegelt werden. Der Cap-Wafer 90 kann aus dem gleichen Siliciummaterial wie der Vorrich tungswafer 80 hergestellt werden und mit einem Hohlraum 94 an einer Stelle, die der Mikrovorrichtung 85 entspricht, ausgebildet werden, um so eine Bohrung zu kennzeichnen, die geeignet ist, um die Mikrovorrichtung 85 aufzunehmen.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Schleifverfahren durchgeführt werden, nachdem der Vorrichtungswafer 80 mit dem Deckwafer 90 verbunden ist, wie in den 4c und 4d dargestellt und erklärt. Alternativ kann das Schleifverfahren durchgeführt werden, bevor der Vorrichtungswafer 80 mit dem Cap-Wafer 90 verbunden wird.
  • Nachdem der Vorrichtungswafer 80 mit dem Cap-Wafer 90 verbunden ist, wird er auf einen Teil geschliffen, der mit einer gepunkteten Linie markiert in 4d gezeigt ist, wodurch die Kontaktanschlüsse 87 der Außenseite von der geschliffenen unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers 80 ausgesetzt werden. Schließlich wird, wie in 4e gezeigt, der Vorichtugswafer 80 an der unteren Oberfläche davon mit externen Anschlussflächen 89 ausgebildet, die mit den Anschlussflächen 81 durch die Kontaktanschlüsse 87 jeweils verbunden sind. Auf diese Weise kann eine Paket-Verbindungsstruktur an dem Vorrichtugswafer 80 ausgebildet werden.
  • Wie aus der oben stehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung die Verwendung von metallischen Versiegelungselementen ausschließen und direkt ein Dichtungselement auf der Oberfläche des Vorrichtungswafers ausbilden. Die Versiegelungselemente können aus einer Glasfritte oder einem harzbasierten Klebstoff oder anderen verschiedenen Versiegelungselementen, umfassend eine anodische Verbundtechnik und dergleichen, ausgewählt werden. Der Grund, warum eine solche freie Auswahl verschiedener Versiegelungsverfahren akzeptabel ist, ist, dass, da die Kontaktanschlüsse an dem Vorrichtungswafer ausgebildet werden, die Kontaktflächen nicht durch Kontaktlöcher, die herkömmlicherweise an einem Cap-Wafer ausgebildet werden, exponiert werden, wodurch jeglicher Bedarf der Ausbildung von Dichtungselementen auf den Anschlussflächen beseitigt wird.
  • 5 ist eine Seitenschnittansicht, die ein Wafer-Level-Gehäuse darstellt, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 130, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem oben stehenden Ausführungsbeispiel, wie in 3a gezeigt, dahingehend, dass eine Paket-Anschlussstruktur an einem Vorrichtungswafer ausgebildet wird, aber es ist unterschiedlich. von dem Ausführungsbeispiel in Bezugnahme auf die Struktur seiner Deckwafer und Verbindungsweisen zwischen dem Vorrichtungswafer und dem Deckwafer.
  • Unter Bezugnahme auf 5 weist der Vorrichtungswafer, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 110, Anschlussflächen 111 zur Verwendung in der Ansteuerung einer Mikrovorrichtung 115, ausgebildet an der oberen Oberfläche davon, auf. Die Mikrovorrichtung 115 ist eine FBAR-Vorrichtung, und deswegen kann der Vorrichtungswafer 110 einen Luftspalt 114 für die Mikrovorrichtung 115 aufweisen.
  • Ähnlich der Paket-Verbindungsstruktur, die in 3a gezeigt ist, umfasst eine Paket-Anschlussstruktur, die an dem Vorrichtungswafer 110 ausgebildet ist, Kontaktanschlüsse 117, die sich von den Anschlussflächen 111 zur unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers 110 erstrecken, und die Kontaktanschlüsse 117 sind mit externen Anschlussflächen 118 verbunden, die an der unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers 110 ausgebildet sind. Auf diese Weise können die Anschlussflächen 111 mit bestimmten externen Schaltungen durch die Kontaktanschlüsse 117 und die externen Anschlussflächen 118 verbunden werden, wodurch sie eine Paket-Verbindungstruktur vervollständigen.
  • Ein Deckwafer 120, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, wird mit einer Bohrung 124 an einem Teil bereitgestellt, das sowohl den Anschlussflächen 111 als auch der Mikrovorrichtung 115 des Vorrichtungswafers 110 entspricht, um sie aufzunehmen. Der Deckwafer 120 ist mit der oberen Oberfläche des Vorrichtungswafers 110 durch die Verwendung von Dichtungselementen 113 verbunden, die aus einem harzbasierten Klebstoff hergestellt sind, wie zum Beispiel einem Epoxidharz. Wie oben angegeben ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel, da es so gestaltet ist, dass es dem Deckwafer 120 ermöglicht, di rekt mit dem Vorrichtungswafer 110 durch ihre Siliciumwaferoberflächen ohne das Erfordernis eines separaten peripheren Metallsockels, ausgebildet auf dem Vorrichtungswafer, wie in 3a gezeigt, verbunden zu werden, die Verwendung eines herkömmlichen Klebstoffs anstelle eines metallischen Dichtungselements. Hier sind die annehmbaren Dichtungselemente 113 nicht auf den harzbasierten Klebstoff beschränkt, sondern können durch die Verwendung einer Glasfritte oder einer anodischen Verbundtechnik erreicht werden.
  • Die 6a bis 6d sind Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung eines Wafer-Level-Pakets gemäß noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ähnlich den oben stehenden Ausführungsbeispielen, wie sie in den 3a und 5 gezeigt sind, dahingehend, dass eine Paket-Verbindungsstruktur an einem Vorrichtungswafer ausgebildet wird, aber es unterscheidet sich von diesen darin, dass eine Deckstruktur davon aus einem fotosensitiven Trockenfilm anstelle eines Siliciumwafers hergestellt ist. Wie in 6a gezeigt, wird zunächst ein Vorrichtungswafer 150 mit einer Paket-Verbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines Verfahrens, das dem in den 4a bis 4c gezeigten ähnlich ist, vorbereitet. Im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden jedoch Kontaktlöcher zur Verwendung bei der Ausbildung von Kontaktanschlüssen ausgebildet, um so einen Vorrichtungswafer vollständig zu durchdringen, oder ein Schleifverfahren wird vor der Ausbildung der Kontaktlöcher durchgeführt, unterschiedlich von dem in 4b gezeigten. Das heißt, in einem Schritt, der in 6a gezeigt ist, wird primär ein Mikrovorrichtungswafer 150 mit einer Mikrovorrichtung 155, Kontaktflächen 151 und einem Luftspalt 154 ausgebildet und sekundär mit Kontaktanschlüssen 157, die sich von den Anschlussflächen 151 zur unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers 150 erstrecken, und externen Anschlussflächen 158 ausgebildet, die an der unteren Oberfläche des Vorrichtungswafers 150 angeordnet sind, um mit den Kontaktanschlüssen 157 verbunden zu werden.
  • Nachfolgend wird, wie in 6b gezeigt, eine Seitenwandstruktur 162 an der oberen Oberfläche des Vorrichtungswafers 150 durch die Verwendung eines Tro ckenfilms ausgebildet, um so einen Bereich zu umfassen, in dem die Mikrovorrichtung 155 und Anschlussflächen 151 gebildet werden. Die Seitenwandstruktur 162 hat eine Höhe, die nicht geringer ist als die der Mikrovorrichtung 155. Die Ausbildung der Seitenstruktur 162 kann durch das Auflaminieren eines fotosensitiven Trockenfilms auf die obere Oberfläche des Vorrichtungswafers 150 und selektive Entfernung des Bereichs, in dem die Mikrovorrichtung 155 und die Anschlussflächen 151 ausgebildet sind, durchgeführt werden, wodurch einigen Teilen des Trockenfilms, die den Seitenstrukturen 162 entsprechen, das Verbleiben ermöglicht wird.
  • Danach wird, wie in 6c gezeigt, eine Dachstruktur 164 ausgebildet, um die Seitenwandstruktur 162 durch die Verwendung eines Trockenfilms zu überdecken. Als ein Resultat wird eine Deckstruktur 160 zur hermetischen Versiegelung und zum Schutz des Bereichs, in dem die Mikrovorrichtung 155 und die Anschlussflächen 151 ausgebildet sind, erhalten. Mit anderen Worten kann die Ausbildung der Deckstruktur 160 durch Auflaminieren eines Trockenfilms implementiert werden, der die Schleifenstruktur 164 an dem oberen Ende der Seitenwandstruktur 162 bildet, um so zu bewirken, dass der Bereich, der von der Seitenwandstruktur 162 umfasst wird, hermetisch versiegelt wird.
  • Wie in 6d gezeigt, die den letzen Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Wafer-Level-Pakets darstellt, wird eine Passivierungsschicht 165 auf die äußere Oberfläche der Deckstruktur 160 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 165 ist eine Schutzschicht für die Deckstruktur 160 und kann aus einem Material, ausgewählt aus einer Masse, bestehend aus einem Epoxidharz, wärmehärtbarem Harz, metallischem und fotosensitivem Harz, hergestellt werden.
  • Wie aus der oben stehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein Wafer-Level-Paket bereit, das in einer solchen Weise aufgebaut ist, dass eine Paket-Verbindungsstruktur, zur Verwendung beim Anschluss von externen Schaltungen, an einem Vorrichtungswafer anstelle einer Deckstruktur ausgebildet wird, wodurch der Paket-Verbindungsstruktur ermöglicht wird, kontinuierlich während eines Halbleiterherstellungsverfahrens zur Ausbildung einer Vorrichtung gebildet zu werden, ohne dass ein separates Verfahren, in Verbindung mit dem Deckwafer, erforderlich ist. Weiterhin ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, dass Dichtungselemente auf Anschlussflächen zur Verbindung zwischen dem Vorrichtungswafer und dem Deckwafer ausgebildet werden, abweichend von einem herkömmlichen Verfahren, und der Vorrichtungswafer und Deckwafer können durch die Verwendung verschiedener Deckstrukturen und Versiegelungstechniken verbunden werden, die sich von einer Metallversiegelungstechnik unterscheiden.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für darstellende Zwecke dargestellt worden sind, werden diejenigen, die Fachleute sind, es zu schätzen wissen, dass verschiedene Änderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne den Bereich und Geist der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, zu verlassen.

Claims (22)

  1. Wafer-Level-Paket (70, 130), umfassend: einen Vorrichtungswafer (50, 80, 110, 150) mit einer Mikrovorrichtung (55, 85, 115, 155) und Anschlussflächen (51, 81, 111, 151), die mit der Mikrovorrichtung (55, 85, 115, 155) verbunden sind, und die an einer Oberfläche des Vorrichtungswafers (50, 110, 150) ausgebildet sind; Kontaktanschlüsse (57, 87, 157), die sich von den Anschlussflächen (51, 81, 111, 151) zu der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers (50, 80, 110, 150) erstrecken; externe Anschlussflächen (58, 89, 118, 158), die an der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers (50, 80, 110, 150) ausgebildet und dafür vorgesehen sind, jeweils mit den Anschlussflächen (51, 81, 111, 151) durch die Kontaktanschlüsse (57, 87, 117) verbunden zu werden; und eine Deckstruktur, die mit einer Oberfläche des Vorrichtungswafers (50, 80, 110, 150) verbunden ist, um so der Mikrovorrichtung (55, 85, 115, 155) die Isolierung und hermetische Versiegelung zu ermöglichen.
  2. Paket nach Anspruch 1, wobei die Deckstruktur einen Hohlraum (94) an einem Teil, entsprechend der Mikrovorrichtung, aufweist.
  3. Paket nach Anspruch 1, wobei die Deckstruktur ein Siliciumwafer oder ein Glaswafer ist.
  4. Paket nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: ein Dichtungselement (53, 83, 113) zur Verbindung der Deckstruktur mit dem Vorrichtungswafer (50, 80, 110, 150).
  5. Paket nach Anspruch 4, wobei: der Vorrichtungswafer (50, 80, 110, 150) weist weiterhin einen peripheren Metallsockel (52, 82) auf, der um einen Umfang einer Oberfläche davon ausgebildet ist, um mit der Deckstruktur verbunden zu werden; und das Dichtungselement (53, 83) ist ein metallisches Material, das auf dem peripheren Metallsockel (52, 82) ausgebildet ist.
  6. Paket nach Anspruch 4, wobei das Dichtungselement (113) eine Glasfritte ist.
  7. Paket nach Anspruch 4, wobei das Dichtungselement (113) ein harzbasierter Klebstoff ist.
  8. Paket nach Anspruch 1, wobei die Versiegelung durch eine anodische Verbundtechnik durchgeführt wird.
  9. Paket nach Anspruch 1, wobei die Deckstruktur (160) eine Trockenfilmstruktur aufweist, wobei die Trockenfilmstruktur eine Bohrung zur Aufnahme der Mikrovorrichtung (155) und von Anschlussflächen (151) aufweist, und eine Passivierungsschicht (165), die auf einer äußeren Oberfläche der Trockenfilmstruktur aufgebracht ist.
  10. Paket nach Anspruch 9, wobei die Passivierungsschicht (165) ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Epoxidharz, einem wärmehärtbaren Harz, einem metallischen und einem fotosensitiven Harz, ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Wafer-Level-Pakets, umfassend die Schritte: a) Vorbereitung eines Vorrichtungswafers, in dem eine Mikrovorrichtung und Kontaktflächen, verbunden mit der Mikrovorrichtung, auf einer Oberfläche davon ausgebildet werden; b) Ausbildung von Kontaktanschlüssen, die sich von den Anschlussflächen zu der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers erstrecken; c) Verbindung einer Deckstruktur mit einer Oberfläche des Vorrichtungswafers, um so der Mikrovorrichtung die Isolation und hermetische Versiegelung zu ermöglichen; und d) Ausbildung externer Anschlussflächen an der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers, wobei die externen Anschlussflächen jeweils mit den Anschlussflächen durch Kontaktanschlüsse verbunden sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt b) umfasst: b-1) Ausbildung von Kontaktlöchern mit einer vorbestimmten Tiefe in den Kontaktflächen und damit dem Vorrichtungswafer; b-2) Aufbringen eines leitenden Materials auf die Kontaktlöcher, um so die Kontaktanschlüsse auszubilden; und b-3) Schleifen des Vorrichtungswafers um so den Kontaktanschlüssen das Ausgesetztsein gegenüber der Außenseite von der anderen Oberfläche des Vorrichtungswafers zu ermöglichen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt b-3) vor oder nach dem Schritt c) durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Deckstruktur einen Hohlraum an einem Teil, entsprechend der Mikrovorrichtung, aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Deckstruktur ein Siliciumwafer oder Glaswafer ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin nach dem Schritt b) den Schritt umfasst: e) Ausbildung eines Dichtungselements zur Verwendung in der Verbindung zwischen der Deckstruktur und dem Vorrichtungswafer.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei: der Vorrichtungswafer weist einen peripheren Metallsockel, ausgebildet um einen Umfang einer Oberfläche davon, auf, der mit der Deckstruktur zu verbinden ist; und das Dichtungselement ist ein metallisches Material, das auf dem peripheren Metallsockel ausgebildet ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Dichtungselement eine Glasfritte ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Dichtungselement ein harzbasierter Klebstoff ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Deckstruktur durch ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst, vorbereitet wird: f) Ausbildung einer Trockenfilmstruktur mit einer Bohrung zur Aufnahme der Mikrovorrichtung und der Anschlussflächen, und g) Aufbringen einer Passivierungsschicht auf eine äußere Oberfläche der Trockenfilmstruktur.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt f) umfasst: f-1) Ausbildung einer Seitenwandstruktur auf einer Oberfläche des Vorrichtungswafers durch die Verwendung eines Trockenfilms, wobei die Seitenwandstruktur eine Höhe aufweist, die nicht geringer ist als die der Mikrovorrichtung, um so einen Bereich, in dem die Mikrovorrichtung und die Anschlussflächen ausgebildet sind, zu umfassen; und f-2) Ausbildung einer Deckstruktur durch die Verwendung eines Trockenfilms, wobei die Deckstruktur die Seitenwandstruktur überdeckt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Passivierungsschicht ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Epoxidharz, wämehärtbarem Harz, metallischem und fotosensitivem Harz, ist.
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