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Hintergrund der Erfindung
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Bereich der Erfindung
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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.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugterweise
kann die Deckstruktur einen Hohlraum an einem der Mikrovorrichtung
entsprechenden Teil haben und kann aus einem Siliciumwafer, Glaswafer
oder fotosensitivem Trockenfilm hergestellt sein.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugterweise
kann die Passivierungsschicht ein Material, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus einem Epoxidharz, einem wärmehärtbaren
Harz, einem metallischen und einem fotosensitiven Harz, sein.
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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.
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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.
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Bevorzugterweise
kann der Schritt b-3) wahlweise vor oder nach dem Schritt c) durchgeführt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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:
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1 ist
eine Seitenschnittdarstellung, die ein Mikrovorrichtungs-Gehäuse unter
Verwendung eines herkömmlichen
HTCC-Substrats zeigt;
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2 ist
eine Seitenschnittdarstellung, die ein herkömmliches Wafer-Level-Paket darstellt;
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3a und 3b sind
eine Seitenschnittdarstellung bzw. eine Ansicht von unten, die ein
Wafer-Level-Paket gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung darstellen;
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4a bis 4e sind
Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der
Herstellung des Wafer-Level-Gehäuses
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellen;
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5 ist
eine Seitenschnittansicht, die ein Wafer-Level-Paket gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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6a bis 6d sind
Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der
Herstellung des Wafer-Level-Pakets gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die 4a bis 4e sind
Seitenschnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung
des Wafer-Level-Pakets gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.