JP2005117011A - ウエハーレベルパッケージの方法及び構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハーレベルパッケージのための方法及び構造の提供。
【解決手段】 半導体ウエハー或いは透光基板に複数のスペーサウォ−ル構造を形成し、この複数のスペーサウォ−ル構造の形成により正確にシーラントの位置を制御し、スペーサウォ−ル及びシーラントの位置により素子サイズを決定し、これによりシーラントと感光領域の距離を短縮してウエハーのパッケージ完成並びにスクライビング工程実行の後に、ダイ数の増加を達成してその生産能力を高める。このほか、半導体工程によりこのスペーサウォ−ルの高さを制御して半導体ウエハー及び透光基板間のギャップの均一性とシーラント幅の安定性を制御し、その歩留りを高める。
【選択図】 図８

Description

本発明は一種のウエハーレベルパッケージのための方法及び構造に係り、特に、ウエハー上或いは透光基板上にスペーサウォ−ルとシーラントを形成したウエハーレベルパッケージの方法及びその構造に関する。

近年、チップのマイクロ回路の製作は高集積度に向けて発展し、このため、チップパッケージにも高効率、高密度、軽量、薄型及び微小化等の工程が必要となる。チップパッケージはウエハー製造完成後に、プラスチック或いはセラミック等の材料でダイをそのなかに被包してダイを保護し、ダイが外界の水分や機械性損害を受けないようにする目的を達成するものである。チップパッケージの主要な機能には、電気エネルギー伝送（Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）、信号伝送（Ｓｉｇｎａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）、熱の放出（Ｈｅａｔ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）、及び保護と支持（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ）がある。集積回路の製造工程の発展は集積回路パッケージの技術に影響を与え、現在、電子製品には軽量薄型、高い集積度が要求されるため、集積回路工程は微細化され、チップ内のロジック回路が増加し、更にチップの入出力（Ｉ／Ｏ）ピン数が増加する。これらの要求に合わせて多くの異なるパッケージ方式、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）、マルチチップモジュールパッケージ（ＭＣＭパッケージ）、フリップチップパッケージ、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）及びウエハーレベルパッケージ（ＷＬＰ）等が発生した。

どのような形式のパッケージ方法であっても、ほとんどのパッケージ方法はウエハーを独立したチップとしてからパッケージの工程を完成する。ウエハーレベルパッケージは半導体パッケージ方法中の一つの趨勢であり、ウエハーレベルパッケージでは全体のウエハーをパッケージ対象となし、伝統的な、パッケージが単一チップをパッケージの標的としているのとは異なり、このため樹脂充填、組立、ダイマウント、ワイヤボンディングの工程を省略でき、またリードフレーム或いは基板が不要で、このため大量に人件費を節約でき製造時間を短縮できる。伝統的なパッケージ技術の主要な工程は、スクライビング、ダイマウント、ワイヤボンディング、検査切断、検査、印字、電気めっき、検査等の工程を具えている。

図１から３は伝統的なパッケージ技術を示す。まず、半導体ウエハー１０１及び透光基板１１３を提供し、この半導体ウエハー１０１は複数のダイ１０３を具え、更にこの複数のダイ１０３には半導体工程を利用して複数のマイクロ回路が形成される。続いて、図２に示されるように、半導体ウエハー１０１の各ダイ１０３をチップカッティングマシンで切断して分離し、複数の独立したダイ１０３を得る。その後、ダイボンディングマシンのアームでこの独立したダイ１０３を半導体基板１０５の上に置き、並びにエポキシ（図示せず）で接合する。この半導体基板１０５はボーダー（ｂｏｒｄｅｒ）１０７を具え、このボーダー１０７は特定パターンの型版及び半導体工程技術を利用して得られる。ダイマイウント工程ではダイマウントマシンを利用し、独立した各ダイ１０３を半導体基板１０５の上に置き、このために独立したダイ１０３が脱落する状況が発生しやすく、このため半導体ウエハー１０１よりスクライビングされるダイ数が減り、このため歩留りが下がる。その後、ワイヤボンディング工程を実行し、独立した各ダイ１０３の回路信号を外界に伝送できるようにする。このワイヤボンディング工程では金線１０９を独立したダイ１０３にボンディングする。

続いて、図３に示されるように、独立した各ダイ１０３を半導体基板１０５の上に接合させた後に、モールド工程を行なう。これは、ボーダー１０７の上にシーラント１１１を塗布し、並びに透光基板１１３で被覆し、半導体基板１０５の上のダイ１０３を被覆する強固なケースとなし、湿気の外部からの進入を防止し、並びに上下二つの基板を効果的に接合する。

このほか、シーラント工程では、ＴＦＴ−ＬＣＤの製造工程において、複数のスペーサボール（図示せず）がシーラント１１１と混合される。シーラント１１１の用途は液晶パネル中の上下二層の基板を緊密に接合させ、並びにパネル中の液晶分子と外界を隔離することにあり、スペーサボールは上下二層の基板を支持する。上層の透光基板１１３の被覆及び圧着を行なう時、このスペーサボールが扁平状態を形成し、このスペーサボールの大きさ、形状が一定でないことから、シーラント１１１の幅の制御が容易でなく、また上下二層の基板に適当なギャップを維持させることができず、このため電場分布が不均一となる現象が形成され、このため液晶のグレーレベル表現に影響が生じる。且つ、シーラント１１１は高分子の材質であり、このため液晶と化学反応を起こしやすく、或いは、塗布時にあふれてダイ１０３を具えたセンサーエリア内にオーバーフローしやすい。シーラント１１１とセンサーエリアに大きな安全距離を具備させるために、素子の寸法を縮小しにくくなり、ウエハーから切り出せるダイ数も減り、生産率向上が難しくなる。

前述の伝統的な、パッケージ工程或いはＴＦＴ−ＬＣＤの製造工程では有効及び正確にシーラントの位置及び幅を制御することができず、このため周知のパッケージ工程の問題を克服できる改良されたシーラント工程の提供が待たれている。

本発明の目的はウエハーレベルパッケージの方法及び構造を提供することにあり、それは、半導体工程を利用してスペーサウォ−ルを形成し、且つシーラントをスペーサウォ−ルの内側側壁或いは外側側壁に置き、正確にシーラントの位置及び範囲を制御し、これにより、シーラントとセンサーエリアの距離を短縮して装置のサイズを制御し、ウエハーより形成できるダイ数を増加して生産能力を高められる方法及び構造であるものとする。

本発明のもう一つの目的は、ウエハーレベルパッケージの方法及び構造を提供することにあり、それは、半導体工程によりスペーサウォ−ルを形成し、正確のスペーサウォ−ルの高さを制御して有効に半導体ウエハー及び透光基板間のギャップの均一性を維持し、且つ半導体ウエハー及び透光基板の接合を実行する時に、スペーサウォ−ルによりシーラント幅の安定性を制御し歩留りを高められる方法及び構造であるものとする。

本発明のさらにもう一つの目的は、ウエハーレベルパッケージの方法及び構造を提供することにあり、それは、半導体工程によりスペーサウォ−ルを形成し、これにより半導体ウエハー及び透光基板の接合後に、外界の湿気のセンサーエリアへの進入がダイに対して形成する損害を防止し、且つ内部に発生する熱を効果的に外部に排出できるようにする方法及び装置であるものとする。

本発明のさらにまた別の目的は、ウエハーレベルパッケージの方法及び構造を提供することにあり、それは、ウエハーと透光基板の接合後に全体のウエハーに対してスクライビングを行なうことにより、半導体工程中のダイの脱落と塵埃（Ｐａｒｔｉｃｌｅ）のダイ上の落下の確率を減らし、その歩留りを高められるようにする方法及び装置であるものとする。

請求項１の発明は、ウエハーレベルパッケージの構造において、複数のダイと、複数のスペーサウォ−ル構造と、複数のシーラントと、透光基板とを具え、
該複数のダイは相互に近接し、それぞれがセンサーエリアを具え、
該複数のスペーサウォ−ル構造は該複数のダイの上に位置し、各センサーエリアが該複数のスペーサウォ−ル構造の間に位置し、
該複数のシーラントは該複数のダイの上に位置し、各シーラントはスペーサウォ−ル構造の任意の側壁に隣接し、
該透光基板は複数のスペーサウォ−ル構造の上に位置することを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造の材料がシリコン酸化物とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項３の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造の材料がシリコン窒化物とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項４の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造の材料が高分子薄膜とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項５の発明は、請求項４記載のウエハーレベルパッケージの構造において、高分子薄膜がポリイミドを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項６の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、透光基板の材料がガラスとされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項７の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、シーラントの材料がエポキシ樹脂とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項８の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、シーラントの材料が紫外線接着剤とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項９の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、シーラントの材料がサーモプラスチックとされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、任意の側壁が内側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１１の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、任意の側壁が外側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１２の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が少なくとも二つのユニット構造を具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１３の発明は、請求項１２記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数のダイの相互に対立する二辺に位置することを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１４の発明は、請求項１２記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数のダイの相互に隣接する二辺に位置することを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１５の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数の独立したユニット構造が配列されてなるアーム状の幾何形状を具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１６の発明は、請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数の連続したユニット構造が配列されてなるアーム状の幾何形状を具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造としている。
請求項１７の発明は、ウエハーレベルパッケージの方法において、
複数のダイを具えた半導体ウエハーを提供するステップ、
該半導体ウエハーの上に誘電層を堆積させ、並びに複数のダイを被覆させるステップ、 該誘電層の一部を除去して複数のスペーサウォ−ル構造を各ダイの表面上に形成するステップ、
複数のシーラントを複数のスペーサウォ−ル構造の任意の側壁に隣接するよう形成するステップ、
透光基板で半導体ウエハーの上を被覆するステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項１８の発明は、請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、複数のダイがそれぞれセンサーエリアを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項１９の発明は、請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、誘電層の一部を除去するステップがセンサーエリアを露出させるステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２０の発明は、請求項１９記載のウエハーレベルパッケージの方法において、センサーエリアが任意の四つのスペーサウォ−ル構造により包囲されたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２１の発明は、請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が内側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２２の発明は、請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が外側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２３の発明は、請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、透光基板の材料が石英とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２４の発明は、ウエハーレベルパッケージの方法において、
複数のダイを具えた半導体ウエハー、及び、透光基板を提供するステップ、
該透光基板の上に誘電層を堆積させるステップ、
ホトレジスト層を該誘電層の上に堆積させるステップ、
該ホトレジスト層の一部を除去して一部の誘電層を露出させるステップ、
露出した部分の誘電層を除去し、該ホトレジスト層をマスクとして複数のスペーサウォ−ル構造を透光基板の上に形成するステップ、
複数のシーラントを複数のスペーサウォ−ル構造の任意の側壁に隣接するよう形成するステップ、
半導体ウエハーで透光基板の上を被覆するステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２５の発明は、請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、露出した部分の誘電層を除去するステップが半導体ウエハーの複数のダイを参考パターンとするステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２６の発明は、請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が内側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２７の発明は、請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が外側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。
請求項２８の発明は、請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、ダイがセンサーエリアを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法としている。

本発明では、スペーサウォ−ル構造を形成し、このスペーサウォ−ルの形成により、正確にシーラントの位置を制御でき、更に素子のサイズを制御でき、これによりウエハースクライビング後に得られるダイ数を増すことができる。このほか、正確にスペーサウォ−ルの高さを制御できるため、半導体ウエハー及び透光基板の間の間隙の均一性とシーラント幅の安定性を制御でき、且つ半導体ウエハーと透光基板接合後にスクライビング工程を行なうことにより、その生産能力を高めることができる。

本発明は一種のウエハーレベルパッケージの方法及び装置を提供する。本発明によると、まず半導体ウエハーと透光基板を提供する。そのうち、この半導体ウエハーは複数のダイを具え、且つ半導体工程により複数のマイクロ回路がこの複数のダイに形成されている。この半導体ウエハーはシリコン或いはその他の半導体材料、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）或いはインジウムリン（ＩｎＰ）を具え、半導体ウエハー上の複数のダイは感光効果を具えた素子を具えている。このほか、透光基板は光学メッキ膜、例えば反射防止（ＡＲ）層、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）導電層、赤外線カット（ＩＲ ｃｕｔ）層、或いは紫外光カット（ＵＶ ｃｕｔ）層を具えたガラス或いは石英を具えている。更に透光基板の上には誘電層、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、或いは高分子層が堆積され、そのうち、この高分子層はポリイミドとされうる。続いて、この誘電層の上にホトレジスト層を堆積させ、並びにこのホトレジスト層に対してリソグラフィー工程を実行して誘電層を露出させ、その後、このホトレジスト層をマスクとして、この誘電層に対してエッチング工程を実行し、最後にホトレジスト層を除去して誘電層を具えた複数のスペーサウォ−ル構造を透光基板の上に形成し、このスペーサウォ−ルの位置、サイズ及び幾何形状は半導体ウエハー上の複数のダイの位置及び幾何形状を参考とし、このスペーサウォ−ルのサイズはダイのサイズよりやや小さく、且つその幾何形状はアーム状物とし、その位置を対立する両側に位置させるか、或いは四周を囲むように矩形或いは四角形の形状とするか、或いはＬ形とする。上述のリソグラフィー工程中、半導体ウエハー上の複数のダイを参考パターンとして利用し、並びに自動シーリングマシンでシーラントを塗布し並びに複数のスペーサウォ−ルの外側側壁或いは内側側壁に近接させ、このシーラントはエポキシ樹脂、紫外線接着剤（ＵＶ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）或いはサーモプラスチックとし、並びに半導体ウエハー上の複数のダイを透光基板上の複数のスペーサウォ−ルにアライメントさせ、このパッケージの工程を完成する。

上述のウエハーレベルパッケージの方法及び構造によると、半導体ウエハーを基板とすることも可能で、この半導体ウエハーの上にスペーサウォ−ルとシーラントの構造を形成する。このほか、半導体ウエハー或いは透光基板の上にスペーサウォ−ル構造を形成してもよく、相互に対応する半導体ウエハー或いは透光基板の上にシーラントを形成し、並びに前述と同じパッケージ工程を実行する。

図４から図９を参照して本発明の第１実施例を説明する。まず、図４に示されるように、半導体ウエハー２００と透光基板２０３を提供する。この半導体ウエハー２００は半導体材料、例えばシリコン、インジウムリン或いはガリウム砒素を具えている。半導体ウエハー２００には複数の相互に近接するダイ２０１が形成され、ダイ２０１は例えば矩形或いは四角形とされ、各ダイ２０１は感光効果を具えた素子、例えばＣＭＯＳイメージセンサ、ＬＣｏＳ、電荷結合素子（ＣＣＤ）等を具え、即ち各ダイ２０１はセンサーエリア（図示せず）を具えている。このほか、複数のダイ２０１に複数のマイクロ回路（図示せず）が形成され、更に各ダイ２０１の一側或いは相互に対立する両側に複数のボンディングパッド２０１Ａ、例えばアルミボンディングパッドが設けられて半導体ウエハー２００をパッケージ工程完成並びにスクライビング工程実行後に別の基板と電気的に接続するためのボンディングポイントとされる。このボンディングパッド２０１Ａは化学気相成長法或いは物理気相成長法で形成される。このほか、透光基板２０３は光学めっき膜２０３Ａ、例えば良好な導電性を具えた透明インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層或いは反射防止層、赤外線カット層、紫外光カット層を具えている。

続いて、図５に示されるように、透光基板２０３を提供する。この透光基板２０３は例えば石英或いはガラス基板とされ、該透光基板２０３の上には光学めっき膜２０３Ａが形成されている。この光学めっき膜２０３Ａの上に誘電層２０５が堆積され、この誘電層２０５の材質は酸化シリコン、窒化シリコン或いは高分子薄膜（例えばポリイミド）とされうる。この誘電層２０５は化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成される。

続いて、図６に示されるように、この誘電層２０５の上にホトレジスト層２０７を塗布し、並びに露光、現像及びエッチング等の半導体工程によりスペーサウォ−ル２０９構造を形成する。このスペーサウォ−ル２０９の形状は以下の工程により形成される。まず、露光工程を実行し、特定パターンを具えたマスク（図示せず）を使用し、パターン転写の方法でパターンをホトレジスト層２０７に転写する。続いて、露光済みのホトレジスト層２０７に対して露光後ベーク（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）の工程を実行し、スタンディングウエーブ（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ）現象の発生を軽減する。その後、露光工程を実行し、露光したホトレジスト層２０７を除去して一部の誘電層２０５を露出させる。その後、未除去のホトレジスト層２０７をマスクとしてウエットエッチング或いはドライエッチングの方式、例えばフッ化水素酸（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ Ａｃｉｄ）のウエットエッチング方式、プラズマエッチング或いは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチング方式を利用し、この露出した誘電層２０５とその下の光学めっき膜２０３Ａを除去する。最後に、未除去のホトレジスト層２０７を剥離（ｓｔｒｉｐ）すると、スペーサウォ−ル２０９構造が透光基板２０３の上に形成され、これは図７に示されるとおりである。このスペーサウォ−ル２０９は誘電層２０５と光学めっき膜２０３Ａを具え、スペーサウォ−ル２０９の高さはスペーサウォ−ル２０９の材質により決定され、一般には高度は０．１から数十マイクロメーターとされる。

更にスペーサウォ−ル２０９の位置、幾何形状とサイズはダイ２０１のセンサーエリアの位置、サイズ及び幾何形状により定められる。本発明のある実施例では、スペーサウォ−ル２０９はアーム状の幾何形状を具えるか、或いは複数の独立或いは連続した或いは一部が連続したユニット構造が配列されてなるアーム状の幾何形状とされる。上述のアーム状のスペーサウォ−ル２０９はダイ２０１の相互に対立する両側辺に配置されてサイズがダイの辺長よりやや小さいものとされうる。また別の実施例では、スペーサウォ−ル２０９の幾何形状は半導体ウエハー上のダイ或いはダイ上のセンサーエリアの幾何形状と相似とされ、サイズはダイの周長よりやや小さくされて後続工程に供されるギャップを保留するものとされる。特に、説明することは、本発明のスペーサウォ−ル２０９の位置、幾何形状とサイズは上述の実施例に制限されるものではなく、半導体リソグラフィー工程を利用して形成されて透光基板２０３と後続のダイ間の固定距離を平均して支持できるもの、例えばＬ型等も、本発明の範囲を逸脱しない、ということである。

続いて、図８に示されるように、自動シーラントマシンを利用し、スペーサウォ−ル２０９の内側側壁或いは外側側壁に、幅が１０００マイクロメーターより小さく、高さが２００マイクロメーターより小さいシーラント２１１を形成する。このシーラント２１１の材質はエポキシ樹脂、紫外線接着剤（ＵＶ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）或いはサーモプラスチックとされうる。選択されるシーラント２１１の材料はスペーサウォ−ル２０９の材質により決定される。例えばスペーサウォ−ル２０９が高分子薄膜である時、例えばポリイミドである時は、固化（ｃｕｒｉｎｇ）速度が速く加熱不要である紫外線接着剤が使用される。スペーサウォ−ル２０９が酸化物及び窒化物薄膜である時は、前述のいずれの材質のシーラントでも組み合わせられる。

スペーサウォ−ル２０９の位置は各ダイ２０１或いはダイ上のセンサーエリアのサイズに基づき決定され、且つシーラント２１１のスペーサウォ−ル２０９の内側側壁或いは外側側壁に近接し、これによりシーラント２１１の位置は制御され、且つダイ２０１のセンサーエリアとシーラント２１１の距離が効果的に制御され、これによりウエハーより得られるダイ数が増し生産能力が高められる。続いて、シーラント２１１に対して固化工程、例えば紫外光或いは熱工程による固化工程を実行し、その後、研磨工程（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を利用して透光基板２０３上に位置するシーラント２１１を研磨する。続いて、複数のダイ２０１を具えた半導体ウエハー２００で透光基板２０３の上を被覆し、且つ透光基板２０３上の複数のスペーサウォ−ル２０９にアライメントし、これにより各ダイ２０１をスペーサウォ−ル２０９の構造内に位置させる。更にシーラント２１１により半導体ウエハー２００及び透光基板２０３を接合し、本発明のウエハーレベルパッケージを完成する。

本発明では半導体工程を利用してスペーサウォ−ル２０９を形成するため、正確にその高さと平坦度を制御できる。ゆえに、半導体ウエハー及び透光基板の接合時に、半導体ウエハーと透光基板の間のギャップの均一性を制御できる。更に、シーラント２１１は半導体ウエハーと透光基板の間の高さ（或いは距離）を支持しないため、これによっても正確に高さと平坦度を制御でき、その歩留りを高められる。このほか、本発明はその樹脂幅の安定性を制御でき、並びにその歩留りを高めることができ、且つ伝統的なスペーサボール材料をこのシーラント２１１中に混合する必要たないため、工程数を減らすことができ、伝統的なパッケージ方法におけるシーラントのセンサーエリア内へのオーバーフローを防止できる。これによりシーラントとセンサーエリアに大きな安全距離を設ける必要がなくなり、その生産能力を高められる。

本発明のウエハーレベルパッケージ完成後に、このスペーサウォ−ル２０９をスクライブライン（Ｓｃｒｉｂｅ Ｌｉｎｅ）とし、スクライブ（Ｓｃｒｉｂｅ）工程、例えばレーザースクライビング、ウエハー切断（Ｗａｆｅｒ Ｓａｗ）工程を実行する。スクライビング実行時に、全体の半導体ウエハー２００に対して切断を行ない複数の独立したダイ２０１を獲得する。複数のダイ２０１中の一側或いは相互に対立する両側には複数のボンディングパッド２０１Ａがある場合は、複数のボンディングパッド２０１Ａを具えた一側のスクライビング方式には斜め切断方式を採用してボンディングパッド２０１Ａを露出させ並びに外界との電気的接続の接点とする。本発明は半導体ウエハー２００のパッケージ完成後に更にスクライビング工程を行なうため、製造時間を短縮でき、製造過程中にチップの落下及び塵埃のダイ２０１上への落下の確率を減らすことができ、製品の歩留りを高めることができる。

図９は本発明の図８中の半導体ウエハー２００と透光基板２０３の接合状況を示す。

本発明の内容は以下の第２実施例と関係する図１０から図１４によっても提示される。まず、図１０に示されるように、半導体ウエハー３００と透光基板３０３を提供する。この半導体ウエハー３００は半導体材料、例えばシリコン、インジウムリン或いはガリウム砒素を具えている。半導体ウエハー３００には複数の相互に近接するダイ３０１が形成され、ダイ３０１は例えば矩形或いは四角形とされ、各ダイ３０１は感光効果を具えた素子、例えばＣＭＯＳイメージセンサ、ＬＣｏＳ、電荷結合素子（ＣＣＤ）等を具え、即ち各ダイ３０１はセンサーエリア（図示せず）を具えている。このほか、複数のダイ３０１に複数のマイクロ回路（図示せず）が形成され、更に各ダイ３０１の一側或いは相互に対立する両側に複数のボンディングパッド３０１Ａ、例えばアルミボンディングパッドが設けられて半導体ウエハー３００をパッケージ工程完成並びにスクライビング工程実行後に別の基板と電気的に接続するためのボンディングポイントとされる。このボンディングパッド３０１Ａは化学気相成長法或いは物理気相成長法で形成される。このほか、透光基板３０３は光学めっき膜３０３Ａ、例えば良好な導電性を具えた透明インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層或いは反射防止層、赤外線カット層、紫外光カット層を具えている。

続いて、図１１に示されるように、半導体ウエハー３００の上に誘電層３０５が堆積され、この半導体ウエハー３００は複数のダイ３０１を具え、この誘電層３０５の材質は酸化シリコン、窒化シリコン或いは高分子薄膜（例えばポリイミド）とされうる。この誘電層３０５の上にホトレジスト層３０７が塗布され、この誘電層３０５とホトレジスト層３０７は化学気相成長法で形成される。

誘電層３０５の上にホトレジスト層３０７を堆積させた後に、続いて、図１２に示されるように、露光、現像及びエッチング等の半導体工程によりスペーサウォ−ル３０９構造を各ダイ３０１の表面の相互に対立する両側に形成する。このスペーサウォ−ル３０９の形成は以下のステップによる。先ず、リソグラフィー工程を実行し、特定パターンを具えたマスク（図示せず）を使用し、パターン転写の方法でパターンをホトレジスト層３０７に転写する。続いて、露光済みのホトレジスト層３０７に対して露光後ベーク（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）の工程を実行し、スタンディングウエーブ（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ）現象の発生を軽減する。その後、露光したホトレジスト層３０７を除去して一部の誘電層３０５を露出させる。その後、未除去のホトレジスト層３０７をマスクとしてウエットエッチング或いはドライエッチングの方式、例えばフッ化水素酸（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ Ａｃｉｄ）のウエットエッチング方式、プラズマエッチング或いは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチング方式を利用し、この露出した誘電層３０５を除去する。最後に、未除去のホトレジスト層３０７を剥離（ｓｔｒｉｐ）すると、スペーサウォ−ル３０９構造が半導体ウエハー３００の各ダイ３０１の表面上の、例えば相互に対立する両辺に形成され、このスペーサウォ−ル３０９は、誘電層３０５を具え、スペーサウォ−ル３０９の高さはスペーサウォ−ル３０９の材質により決定され、一般には高度は０．１から数十マイクロメーターとされる。

更にスペーサウォ−ル３０９の位置、幾何形状とサイズはダイ３０１のセンサーエリアの位置、サイズ及び幾何形状により定められる。更に、スペーサウォ−ル３０９の位置、幾何形状とサイズはダイ３０１のサイズ及び幾何形状により定められる。本発明のある実施例では、スペーサウォ−ル３０９はアーム状の幾何形状を具えるか、或いは複数の独立或いは連続した或いは一部が連続したユニット構造が配列されてなるアーム状の幾何形状とされる。上述のアーム状のスペーサウォ−ル３０９はダイ３０１の相互に対立する両側辺に配置されてサイズがダイの辺長よりやや小さいものとされうる。また別の実施例では、スペーサウォ−ル３０９の幾何形状は半導体ウエハー上のダイ或いはダイ上のセンサーエリアの幾何形状と相似とされ、サイズはダイの周長よりやや小さくされて後続工程に供されるギャップを保留するものとされる。特に、説明することは、本発明のスペーサウォ−ル３０９の位置、幾何形状とサイズは上述の実施例に制限されるものではなく、半導体リソグラフィー工程を利用して形成されて透光基板３０３と後続のダイ間の固定距離を平均して支持できるもの、例えばＬ型等も、本発明の範囲を逸脱しない、ということである。

続いて、図１３に示されるように、自動シーラントマシンを利用し、スペーサウォ−ル３０９の内側側壁或いは外側側壁に、幅が１０００マイクロメーターより小さく、高さが２００マイクロメーターより小さいシーラント３１１を形成する。このシーラント３１１の材質はエポキシ樹脂、紫外線接着剤（ＵＶ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）或いはサーモプラスチックとされうる。選択されるシーラント３１１の材料はスペーサウォ−ル３０９の材質により決定される。例えばスペーサウォ−ル３０９が高分子薄膜である時、例えばポリイミドである時は、固化（ｃｕｒｉｎｇ）速度が速く加熱不要である紫外線接着剤が使用される。スペーサウォ−ル３０９が酸化物及び窒化物薄膜である時は、前述のいずれの材質のシーラントでも組み合わせられる。

スペーサウォ−ル３０９の位置は各ダイ３０１或いはダイのサイズに基づき決定され、且つシーラント３１１はスペーサウォ−ル３０９の内側側壁或いは外側側壁に近接し、これによりシーラント３１１の位置は制御され、且つダイ３０１のセンサーエリアとシーラント３１１の距離が効果的に制御され、これによりウエハーより得られるダイ数が増し生産能力が高められる。続いて、シーラント３１１に対して固化工程、例えば紫外光或いは熱工程による固化工程を実行し、その後、研磨工程（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を利用して半導体ウエハー３００上に位置するシーラント２１１を研磨する。続いて、光学めっき膜３０３Ａを具えた透光基板３０３、例えばガラス或いは石英基板で半導体ウエハー３００の上を被覆し、並びに半導体ウエハー３００上の複数のスペーサウォ−ル３０９にアライメントし、各ダイ２０１をいずれもスペーサウォ−ル３０９の構造内に位置させる。更にシーラント３１１により半導体ウエハー３００及び透光基板３０３を接合し、本発明のウエハーレベルパッケージを完成する。

本発明では半導体工程を利用してスペーサウォ−ル３０９を形成するため、正確にその高さと平坦度を制御できる。ゆえに、半導体ウエハー及び透光基板の接合時に、半導体ウエハーと透光基板の間のギャップの均一性を制御し、並びに更にその樹脂幅の安定性を制御でき、その製品の歩留りを高めることができる。このほか、且つ伝統的なスペーサボール材料をこのシーラント３１１中に混合する必要がないため、工程数を減らすことができ、伝統的なパッケージ方法におけるシーラントのセンサーエリア内へのオーバーフローを防止できる。これによりシーラントとセンサーエリアに大きな安全距離を設ける必要がなくなり、その生産能力を高められる。

本発明のウエハーレベルパッケージ完成後に、このスペーサウォ−ル３０９をスクライブライン（Ｓｃｒｉｂｅ Ｌｉｎｅ）とし、スクライブ（Ｓｃｒｉｂｅ）工程、例えばレーザースクライビング、ウエハー切断（Ｗａｆｅｒ Ｓａｗ）工程を実行する。スクライビング実行時に、全体の半導体ウエハー３００に対して切断を行ない複数の独立したダイ３０１を獲得する。複数のダイ３０１中の一側或いは相互に対立する両側には複数のボンディングパッド３０１Ａがある場合は、複数のボンディングパッド３０１Ａを具えた一側のスクライビング方式には斜め切断方式を採用してボンディングパッド３０１Ａを露出させ並びに外界との電気的接続の接点とする。本発明は半導体ウエハー３００のパッケージ完成後に更にスクライビング工程を行なうため、製造時間を短縮でき、製造過程中にチップの落下及び塵埃のダイ３０１上への落下の確率を減らすことができ、製品の歩留りを高める。

図１４は本発明の図１３中の半導体ウエハー３００と透光基板３０３の接合状況を示す。

以上の第１及び第２実施例の説明により、本発明はまたその他の実施方式を有することが分かり、例えばそのスペーサウォ−ル構造は半導体ウエハーと透光基板にそれぞれ形成可能で、そのシーラントもまたその対応するもう一つの半導体ウエハー或いは透光基板に塗布可能であり、その後、スクライビング工程を実行してパッケージ完成した独立したチップを獲得できる。

伝統的なパッケージ技術の工程に対応する半導体構造の断面図である。 伝統的なパッケージ技術の工程に対応する半導体構造の断面図である。 伝統的なパッケージ技術の工程に対応する半導体構造の断面図である。 本発明の第１実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は透光基板に形成される。 本発明の第１実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は透光基板に形成される。 本発明の第１実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は透光基板に形成される。 本発明の第１実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は透光基板に形成される。 本発明の第１実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は透光基板に形成される。 本発明の第１実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は透光基板に形成される。 本発明の第２実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は半導体ウエハーに形成される。 本発明の第２実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は半導体ウエハーに形成される。 本発明の第２実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は半導体ウエハーに形成される。 本発明の第２実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は半導体ウエハーに形成される。 本発明の第２実施例のウエハーレベルパッケージ方法の工程に対応する半導体構造断面図であり、そのスペーサウォ−ル構造は半導体ウエハーに形成される。

符号の説明

１０１ 半導体ウエハー
１０３ ダイ
１０５ 半導体基板
１０７ ボーダー
１０９ 金線
１１１ シーラント
１１３ 透光基板
２００ 半導体ウエハー
２０１ ダイ
２０１Ａ ボンディングパッド
２０３ 透光基板
２０３Ａ 光学めっき膜
２０５ 誘電層
２０７ ホトレジスト層
２０９ スペーサウォ−ル
２１１ シーラント
３００ 半導体ウエハー
３０１Ａ ボンディングパッド
３０３ 透光基板
３０５ 誘電層
３０７ ホトレジスト層
３０９ スペーサウォ−ル
３１１ シーラント

Claims (28)

1. ウエハーレベルパッケージの構造において、複数のダイと、複数のスペーサウォ−ル構造と、複数のシーラントと、透光基板とを具え、
   該複数のダイは相互に近接し、それぞれがセンサーエリアを具え、
   該複数のスペーサウォ−ル構造は該複数のダイの上に位置し、各センサーエリアが該複数のスペーサウォ−ル構造の間に位置し、
   該複数のシーラントは該複数のダイの上に位置し、各シーラントはスペーサウォ−ル構造の任意の側壁に隣接し、
   該透光基板は複数のスペーサウォ−ル構造の上に位置することを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
2. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造の材料がシリコン酸化物とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
3. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造の材料がシリコン窒化物とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
4. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造の材料が高分子薄膜とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
5. 請求項４記載のウエハーレベルパッケージの構造において、高分子薄膜がポリイミドを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
6. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、透光基板の材料がガラスとされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
7. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、シーラントの材料がエポキシ樹脂とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
8. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、シーラントの材料が紫外線接着剤とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
9. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、シーラントの材料がサーモプラスチックとされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
10. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、任意の側壁が内側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
11. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、任意の側壁が外側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
12. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が少なくとも二つのユニット構造を具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
13. 請求項１２記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数のダイの相互に対立する二辺に位置することを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
14. 請求項１２記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数のダイの相互に隣接する二辺に位置することを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
15. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数の独立したユニット構造が配列されてなるアーム状の幾何形状を具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
16. 請求項１記載のウエハーレベルパッケージの構造において、複数のスペーサウォ−ル構造が複数の連続したユニット構造が配列されてなるアーム状の幾何形状を具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの構造。
17. ウエハーレベルパッケージの方法において、
    複数のダイを具えた半導体ウエハーを提供するステップ、
    該半導体ウエハーの上に誘電層を堆積させ、並びに複数のダイを被覆させるステップ、 該誘電層の一部を除去して複数のスペーサウォ−ル構造を各ダイの表面上に形成するステップ、
    複数のシーラントを複数のスペーサウォ−ル構造の任意の側壁に隣接するよう形成するステップ、
    透光基板で半導体ウエハーの上を被覆するステップ、
    以上のステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
18. 請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、複数のダイがそれぞれセンサーエリアを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
19. 請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、誘電層の一部を除去するステップがセンサーエリアを露出させるステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
20. 請求項１９記載のウエハーレベルパッケージの方法において、センサーエリアが任意の四つのスペーサウォ−ル構造により包囲されたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
21. 請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が内側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
22. 請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が外側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
23. 請求項１７記載のウエハーレベルパッケージの方法において、透光基板の材料が石英とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
24. ウエハーレベルパッケージの方法において、
    複数のダイを具えた半導体ウエハー、及び、透光基板を提供するステップ、
    該透光基板の上に誘電層を堆積させるステップ、
    ホトレジスト層を該誘電層の上に堆積させるステップ、
    該ホトレジスト層の一部を除去して一部の誘電層を露出させるステップ、
    露出した部分の誘電層を除去し、該ホトレジスト層をマスクとして複数のスペーサウォ−ル構造を透光基板の上に形成するステップ、
    複数のシーラントを複数のスペーサウォ−ル構造の任意の側壁に隣接するよう形成するステップ、
    半導体ウエハーで透光基板の上を被覆するステップ、
    以上のステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
25. 請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、露出した部分の誘電層を除去するステップが半導体ウエハーの複数のダイを参考パターンとするステップを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
26. 請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が内側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
27. 請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、任意の側壁が外側側壁とされたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
28. 請求項２４記載のウエハーレベルパッケージの方法において、ダイがセンサーエリアを具えたことを特徴とする、ウエハーレベルパッケージの方法。
    

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