JP2006216963A - ウエハーレベルパッケージングキャップおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は耐温度性能の実験時に接続棒とキャップ基板との連結部分の破損が発生せず、高断面比を有するウエハーの連結穴の加工が容易なウエハーレベルパッケージングキャップおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップは、素子が収容される空間を提供する所定容積の空洞部がその底面に形成され、素子ウエハーと１つに結合されるキャップウエハーと、素子ウエハーに素子に電気的に接続されるよう形成された複数の素子パッドとそれぞれ対応してキャップウエハーの底面に形成された複数のメタルラインと、複数のメタルラインそれぞれが接触され、複数の溝を形成する緩衝ウエハーと複数の溝に充填されたメタルから構成された複数の緩衝部と、複数の緩衝部のそれぞれに電気的に接続され、緩衝部の上側から前記キャップウエハーを貫通して形成された複数の接続棒と、キャップウエハーの上面に形成され、複数の接続棒の上端とそれぞれ電気的に接続された複数のキャップパッドとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップのウエハーレベルパッケージングに関し、詳細にはウエハーレベルパッケージングに使用されるウエハーレベルパッケージングキャップとそのキャップの製造方法に関する。

一般にチップ単位で製造され、ＩＣ、通信用Ｈｙｂｒｉｄ ｃｈｉｐ、ＲＦ（Radio Frequency） ＭＥＭＳなどの微細構造物、およびアクチュエーターなどのように特定機能を行う素子は、水分、パーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）、高温に弱いのでパッケージングする必要がある。このようなパッケージングは、特定機能を行う素子が形成された素子ウエハーの上面を、素子の収容できる空間を提供する所定容積の空洞部が形成されたキャップで覆って密封することによりなされる。ウエハーレベルパッケージングは、複数の素子が形成されたウエハーをチップ単位で切断する前に、ウエハー単位で形成されたパッケージングキャップで密封しパッケージングしてから、チップ単位で切断しチップを完成するパッケージング方法である。前記の素子以外に、ＣＣＤ，センサなどのように高温、水分、ガス性物質、パーティクルなどの最小化の求められる素子生産においてもこのようなウエハーレベルパッケージングが適用される。以下、ウエハーレベルパッケージングに使用されるパッケージングキャップにつき説明の便宜のためチップ単位で説明する。

このような従来技術によるウエハーレベルのパッケージングキャップを使用してパッケージングを行ったチップの一例が図１に図示されている。
同図に示すように、パッケージングされたチップ１は、素子ウエハー１０とパッケージングキャップ２０とを含んでなる。
素子ウエハー１０は、素子基板１１、その上面に形成された特定機能を行う素子１２、素子１２と電気的に接続された複数の素子パッド１３から構成され、一般に半導体製造工程によって製造される。

パッケージングキャップ２０は、素子１２が収容される空間を提供する所定容積の空洞部２２がその底面に形成され、素子ウエハー１０と１つに結合されているキャップ基板２１、素子１２に電気的に接続されて複数の素子パッド１３と対応してキャップ基板２１の底面から空洞部２２の内面２２ａで形成された複数のメタルライン２５、メタルライン２５のそれぞれに対応してキャップ基板２１の空洞部内面２２ａからキャップ基板２１の上面に至って貫通する複数の連結穴２８、複数の連結穴２８それぞれの内側に形成され、その下部は複数のメタルライン２５とそれぞれ電気的に接続される複数の接続棒２４、およびキャップ基板２１の上面に形成され複数の連結穴２８の接続棒２４上部と電気的に接続される複数のキャップパッド２３から構成される。

従って、チップ１は前述した素子ウエハー１０のシーリングライン１４と、パッケージングキャップ２０に形成されたキャップシーリングライン２７と、を融点結合（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）などで溶融ボンディングすることでパッケージングが完了される。

上記の従来技術によるパッケージングキャップ２０は、耐温度性を実験する過程で連結穴２８部分に大量の破損が生じている。耐温度性能を実験するため熱を加えれば、連結穴２８を形成しているキャップ基板２１ウエハーの材質と接続棒２４を形成している材質との熱変形率の差異によって生じる熱的ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）により破損が生じるのである。従って、上記問題を解決するためそれを緩衝する必要が求められる。

このために、キャップ基板２１に複数の連結穴２８を加工した後、連結穴２８の内側壁に緩衝物質層を形成してから電気メッキにより接続棒２４を形成する。ところが、電気メッキを行なうためにはまず連結穴２８の内側壁の緩衝物質層上にシードメタル（ｓｅｅｄ ｍｅｔａｌ）を形成しなければならない。通常、穴の内面にシードメタル層を形成する工程は穴の深さが１００μｍ以下である場合のみ可能であり、穴の深さが１００μｍ以上である場合にはシードメタル層を形成することが困難である。即ち、厚さが１００μｍ以下であるウエハーに形成された連結穴にのみシードメタル層を形成することができる。ところが、ウエハーの機械的な特性と加工上の便宜性を考慮する際、加工が完了したキャップ基板２０の厚さは普通３００μｍ以上である。もし、ウエハーの厚さがそれより薄ければ加工工程中にウエハーが破壊される恐れがある。従って、上記方法にては３００μｍ以上であるキャップ基板２１の連結穴２８にシードメタル層を形成できない。シードメタル層の形成ができなければ電気メッキもできないことから接続棒２４を形成することが不可能となる。

即ち、今までのパッケージングキャップの製造方法は、その厚さが３００μｍ以上であるウエハーに耐温度性能実験により優れた特性を有するべく連結穴の内側に緩衝物質を形成することが困難である問題を抱えていた。

そこで、本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、耐熱性に優れるウエハーレベルパッケージングキャップおよびその製造方法を提供することにある。

本発明１に係る、素子がその上面に形成された素子ウエハーを覆うウエハーレベルパッケージングキャップにおいて、前記素子が収容される空間を提供する所定容積の空洞部がその底面に形成され、前記素子ウエハーと１つに結合されるキャップウエハーと、前記素子ウエハーに前記素子に電気的に接続されるよう形成された複数の素子パッドとそれぞれ対応して前記キャップウエハーの底面に形成された複数のメタルラインと、前記複数のメタルラインそれぞれが接触され、複数の溝を形成する緩衝ウエハーと前記複数の溝に充填されたメタルから構成された複数の緩衝部と、前記複数の緩衝部のそれぞれに電気的に接続され、前記緩衝部の上側から前記キャップウエハーを貫通して形成された複数の接続棒と、前記キャップウエハーの上面に形成され、前記複数の接続棒の上端とそれぞれ電気的に接続された複数のキャップパッドとを含むウエハーレベルパッケージングキャップを提供することによって達成される。

本発明によると、連結穴の下部に緩衝部が形成され、緩衝部の上部の連結穴を埋めるように接続棒が形成される。また、緩衝部は、溝を有する緩衝ウェハと、その溝を充填するメタルとから形成されている。そして、接続棒が形成される連結穴上部からキャップウェハを観察すると、連結穴の底部に緩衝部のメタルが露出している。この底部に位置するメタルがシードメタルの役割を果たし、電気メッキによる接続棒の形成が可能となる。以上のように、本発明によれば、高断面比を有するウエハーである場合にも連結穴の加工が容易であり、シードメタルを形成することができる。よって、電気メッキ工程を介して接続棒を形成することができる。

また、本発明によると、キャップウェハに用いるウェハの厚みを維持することができるので、ウェハの強度を増して破損を抑制することができる。つまり、上述の緩衝部によりシードメタルを形成することで高アスペクト比に対応するため、基板の厚みを薄くする必要がない。
また、緩衝部の溝はメタルで埋められ、このメタルと接続棒とが電気的に連結されるため、空洞部に形成された素子と接続棒に接続される外部装置とを電気的に接続することができる。

発明２は、発明１において、前記複数の溝とメタルとの間、および前記接続棒とキャップウエハーとの間には緩衝物質層が形成される。
接続棒とウエハとが異なる熱変形率からなるものであっても、接続棒とウエハーとの間の熱的ストレスが緩衝物質の緩衝作用によって緩和される。つまり、接続棒及びウェハの変形の違いが緩衝物質により緩和されるため、接続棒等の周囲での破損を抑制できるなど耐熱性に優れる。よって、例えば耐温度性能を実験する際に接続棒の周囲で破損が生じないウエハーレベルパッケージングキャップを提供することができる。

発明３は、発明２において、前記緩衝物質層は酸化層であることが好ましい。
発明４は、発明１において、前記緩衝部の断面積が前記接続棒の断面積より大きいことが好ましい。
発明５は、発明１において、前記緩衝部は、その断面がメタルと緩衝ウエハーが繰り返される縞模様のパターンで形成されたことがよい。

発明６は、発明１において、前記緩衝部のメタルは前記メタルラインをなす材質と同じものであることが好ましい。
発明７は、発明１において、前記複数の緩衝部は前記空洞部に形成されることが好ましい。
発明８は、発明１において、前記キャップウエハーは前記素子ウエハーのシリングラインに対応されるキャップシーリングラインを更に含むことが好ましい。

本発明９は、素子がその上面に形成された素子ウエハーをパッケージングするウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法において、ウエハーの一面に空洞部を形成するステップと、
前記ウエハーの反対面で前記空洞部側に所定深さの複数の連結穴を形成するステップと、前記空洞部と複数の連結穴との間のウエハーに複数の緩衝部を形成するステップと、前記複数の緩衝部上側で複数の連結穴の内側にメタルをメッキし接続棒を形成するステップと、前記ウエハーの反対面に複数のキャップパッドを形成するステップと、前記ウエハーの一面に前記緩衝部と電気的に接続される複数のメタルラインを形成するステップとを含むウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を提供することによって達成される。

発明１０は、発明９において、前記空洞部の形成ステップは、前記ウエハーの全面に酸化層を形成するステップと、前記ウエハーの一面に写真工程を介して前記空洞部に対応されるパターンを形成するステップと、前記空洞部に当たる酸化層部分をエッチングして取除くステップと、前記酸化層が取除かれたウエハー部分をエッチングし所定の深さまで取除くステップとを含む。

発明１１は、発明９において、前記連結穴の形成ステップは、前記ウエハーの反対面に写真工程を介して複数の連結穴に対応されるパターンを形成するステップと、前記複数の連結穴に当たる酸化層部分をエッチングし取除くステップと、前記酸化層が取除かれたウエハー部分をエッチングし所定の深さまで取除くステップと、前記複数の連結穴の内側壁に酸化層を形成するステップとを含む。

発明１２は、発明９において、前記緩衝部の形成ステップは、前記ウエハーの一面に写真工程を介して複数の緩衝部に対応されるパターンを形成するステップと、前記複数の緩衝部に対応されるウエハー部分をエッチングして前記連結穴と連通する所定パターンの溝を形成するステップと、前記複数の緩衝部のパターンを取除き、酸化層を積層するステップと、前記ウエハーの一面にシードメタル層を蒸着するステップと、前記シードメタル層の上側にメタルをメッキし前記所定パターンの溝を充填するメッキ層を形成するステップとを含む。

発明１３は、発明１２において、前記緩衝部は、縞模様のパターンを有する溝で形成される。
発明１４は、発明９において、前記キャップパッド形成ステップは、前記ウエハーの反対面を平坦化するステップと、前記ウエハーの平坦化された面にトップメタル層を蒸着するステップと、前記トップメタル層の上側に複数のキャップパッドに対応するパターンを形成するステップと、前記トップメタル層をエッチングし複数のキャップパッドを形成するステップとを含む。

発明１４は、発明９において、前記ウエハーの一面にキャップシーリングラインを形成するステップを更に含むことを特徴とする。
発明１６は、発明１５において、前記ウエハーの一面にキャップシーリングラインを形成するステップは、写真工程を介し 前記ウエハーの一面にキャップシーリングラインに対応されるパターンを形成するステップと、前記ウエハーの一面にシーリングメタルを蒸着するステップと、前記キャップシーリングラインのパターンを取除きクリーニングするステップとを含む。

本発明によると、耐熱性に優れるウエハーレベルパッケージングキャップおよびその製造方法を提供することができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。但し、従来技術と同一または類似の部分は同一参照符号を付与して説明する。

図２に示すように、本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップ１００は、キャップウエハー１１０と、空洞部１１１と、複数のメタルライン１１２と、複数の緩衝部１２０と、複数の接続棒１１３と、複数のキャップパッド１１４と、シーリングライン１１６とを含んでなる。
キャップウエハー１１０は、パッケージングキャップ１００の本体を形成し、キャップシーリングライン１１６を形成するシーリング材料（ｓｏｌｄｅｒ）によって素子ウエハー１０と１つに結合されるものであって、半導体を製造するため一般的に使用される材質のウエハーが使用されている。本実施の形態ではシリコン（Ｓｉ）ウエハーを使用した。

空洞部（ｃａｖｉｔｙ）１１１は、特定の機能を行う素子１２が収容される空間を提供する所定容積の空間であって、キャップウエハー１１０の底面に形成されている。空洞部１１１のサイズは素子ウエハー１０に備えられた特定機能の素子１２によって決められる。空洞部１１１は写真工程とエッチング工程を介してキャップウエハー１１０を所定の形状および深さでエッチングすることにより形成される。

メタルライン１１２は、複数の素子パッド１３それぞれに対応してキャップウエハー１１０の底面に複数形成される。素子パッド１３は、素子ウエハー１０に備えられ、素子１２に電気的に接続されている。このメタルライン１１２は接続棒１１３と素子パッド１３とを電気的に接続させ、メタルライン１１２の一端は緩衝部１２０の下面に接続され、その他端は素子ウエハー１０の素子パッド１３と接触される位置のキャップウエハー１１０の底面に形成される。

緩衝部１２０は、接続棒１１３とキャップウエハー１１０間との熱的ストレスによるストレスを緩衝させるためのものである。この熱的ストレスは、接続棒１１３とキャップウエハー１１０との変形率の差異に起因するもので、温度変化により接続棒１１３とキャップウエハー１１０との変形に差が生じることにより発生する。この緩衝部１２０は、複数のメタルライン１１２と複数の接続棒１１３との間のキャップウエハー１１０に形成される。緩衝部１２０により３００μｍ以上のウエハーに形成された穴の内側壁に緩衝物質層を形成しながらもシードメタル層を形成することができる。

緩衝部１２０は複数の溝１２３（図３参照）を形成する緩衝ウエハー１２２と複数の溝１２３に充填されているメタル１２１とから構成される。複数の溝１２３を形成する緩衝ウエハー１２２は、図２のＩ−Ｉ線で切断したとき多様なパターンで形成され得る。図３には本発明に係るパッケージングキャップ１００の一実施の形態に係る緩衝部１２０を構成する緩衝ウエハー１２２の一例が図示されている。同図における緩衝部１２０を構成する緩衝ウエハー１２２は縞模様のパターンをなし、複数の溝１２３には電気メッキで形成されたメタル１２１が充填されている。また、複数の溝１２３を形成している緩衝ウエハー１２２と複数の溝１２３に充填されるメタル１２１との間にはシリコンとメタル間で生じる熱的ストレスを吸収することができるよう緩衝物質層１１７が形成される。なお、緩衝物質層１１７は酸化層で形成されることが好ましい。この緩衝物質層１１７は複数の溝１２３の側壁に形成される緩衝物質層の厚さが０．５〜１μｍであることが好ましい。そして、緩衝部１２０の緩衝ウエハー１２２を、図３に示すよう、縞模様のパターンにすることは一実施の形態に過ぎず、その他、格子パターンなどメタルからなる。接続棒１１３が、シリコンウエハーにより形作られる連結穴１１５から抜け出ることを防止できるパターンであればいずれのパターンでも構わない。このように、接続棒１１３が連結穴１１５から抜け出てしまっては、接続棒１１３とメタル１２１とを電気的に連結することができない。ここで、緩衝部１２０は、後述のように電気メッキにより溝１２３にメタル１２１が充填されるように形成される。よって、メタル１２１が電気メッキにより溝１２３に充填可能なパターンであり、かつ接続棒１１３とメタル１２１とが電気的に連結されるようなパターンであればどのようなパターンであっても良く、特に限定されない。

また、緩衝部１２０の複数の溝１２３を充填するメタル１２１は、メタルライン１１２と接続棒１１３とを電気的に接続するものであって、メタルライン１１２を形成するメタルと同一材質からなると、両金属間の電気的抵抗を減らすことができ好ましい。そして、緩衝部１２０は、図３に示すように、その断面積が連結穴１１５の断面積より大きく形成される。ただし、緩衝部１２０の断面積が連結孔の断面積より小さい場合もあり得る。しかし、そのサイズは連結穴１１５の直径の１．３倍以下であることが好ましい。

また、緩衝部１２０の高さは約１００μｍ以下であることが好ましい。これは、空洞部や緩衝ウェハの溝の表面にシードメタル層を蒸着させる際に、１００μｍ以下であると高低差が小さいため、断線などを防止しつつ連続したシードメタル層を形成することができるからである。
複数の接続棒１１３は、金属、即ちメタルで形成される。また、接続棒１１３は、緩衝部１２０のメタル１２１を介して、メタルライン１１２と、キャップウエハー１１０の上面に形成されたキャップパッド１１４と、を電気的に接続する。また、キャップウエハー１１０と接続棒１１３との間には、シリコンとメタルとの間で発生する熱的ストレスを吸収することができるよう緩衝物質層１１７が形成される。なお、緩衝物質層１１７は酸化層で形成することが好ましい。ここで、連結穴１１５は、キャップウエハー１１０の上面から緩衝部１２０まで連通されるように形成される。また、その連結穴１１５の内側には、酸化層１１７を形成してからメタルが電気メッキにより形成される。そして、接続棒１１３は、この所定深さの連結穴１１５を埋めるように形成される。

キャップパッド１１４は、パッケージングキャップ１００で覆われた素子１２と外部装置とを電気的に接続させるものであって、素子１２に備えられた素子パッド１３の個数に応じて複数形成される。このようなキャップパッド１１４は、複数の連結穴１１５の接続棒１１３の上端と電気的に接続できるように、キャップウエハー１１０の上面に形成される。

キャップシーリングライン１１６は、素子ウエハー１０のシーリングライン１４と結合されることで、空洞部１１１内に位置する素子１２に外部の水分やパーティクルなどが進入されないよう密封するものである。キャップシーリングライン１１６は、空洞部１１１の形成されたキャップウエハー１１０の底面に、空洞部１１１の周辺に位置するように形成される。このとき、キャップシーリングライン１１６を形成するシーリング材料（ｓｏｌｄｅｒ）として、一定の熱が加えられれば溶融され、素子ウエハー１０のシーリングライン１４を形成しているシーリング材料と融合されて密封できる金属材料が使用される。このようなキャップシーリングライン１１６のはんだ材質は本発明の主要部分ではなく、今までに既知のはんだを使用可能である。

ウエハーレベルパッケージングでは、前述したパッケージングキャップ１００のキャップシーリングライン１１６が、特定機能を行う素子１２がをその上面に備える素子ウエハー１０のシーリングライン１４と一致するようパッケージングキャップ１００を覆う。ここで、シーリングライン１４，１１６を構成しているシーリング材料（ｓｏｌｄｅｒ）が溶融できる程度の熱を加えれば、素子ウエハー１０及びパッケージングキャップ１００のシーリングライン１４，１１６が互いに接着されることによってパッケージングが完成される。

次に、本発明にかかるウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法について詳説する。
まず、前述のような本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップを製造する方法は大きく次のステップから区分される。
即ち、ウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法は、ウエハーの一面に空洞部を形成するステップと、ウエハーの反対面から前記空洞部側に向って所定深さの複数の連結穴を形成するステップと、空洞部と複数の連結穴との間のウエハーに複数の緩衝部を形成するステップと、複数の緩衝部の上側かつ複数の連結穴の内側にメタルをメッキし接続棒を形成するステップと、ウエハーの反対面に複数のキャップパッドを形成するステップと、ウエハーの一面に緩衝部と電気的に接続できる複数のメタルラインを形成するステップと、を含む。

以下、添付の図４Ａないし図４Ｖに基づいて前記のようなウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法の一実施の形態について詳説する。
まず、空洞部、複数の緩衝部、連結穴を加工してキャップウエハー１１０を形成する、シリコンなどからなるウエハー１３０を準備する（図４Ａ）。
ウエハー１３０の全面を、熱酸化して第１酸化層１３１を形成する(図４Ｂ)。

写真工程をにより、空洞部１１１に対応する感光膜パターン１３２をウエハー１３０の一面に形成する（図４Ｃ）。ここで、写真工程（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）とは、加工すべきウエハー１３０の一面にフォトレジスト感光膜を形成した後、感光膜上に必要な形状の感光膜パターンが形成されたマスクをかぶせてから、紫外線などの光を照射し現像することによって必要な形状を形成することのできるパターンに対応された感光膜部分のみを残す工程である。以下の製造方法説明において写真工程はそれと同一ないし類似な意味として使用される。

次に、空洞部１１１が形成される部分に該当する第１酸化層部分１３１ａをエッチングにより除去する。このとき、エッチングとしては、例えば第１酸化層部分１３１ａを選択的にエッチングするドライエッチングを用いる。続いて、酸化層が除去されたウエハー部分を、湿式シリコンエッチングを介して所定の深さで除去し所定面積の深さを有する空洞部１１１を形成する（図４Ｄ）。

続いて、空洞部のパターンをなしていた感光膜パターン１３２を除去してから洗浄する（図４Ｅ）。
それから写真工程を介して、空洞部が形成された面の反対面に、複数の連結穴１１５に当たる感光膜パターン１４２を形成する(図４Ｆ)。
次に、複数の連結穴１１５が形成される部分の第１酸化層１３１ｂを、例えばドライエッチングして除去する（図４Ｇ）。続いて、例えばウェットエッチングによるエッチングを介してウエハー１３０に所定の深さを有する複数の連結穴１１５を形成する（図４Ｈ）。なお、複数の連結穴１１５の加工深さは、連結穴１１５の下端と空洞部１１１との間に残存するウエハー１３０の厚さ（ｔ）が緩衝部１２０として機能することができる程度まで加工する。従って、緩衝部１２０が形成される箇所の厚さ（ｔ）は１００μｍ以下であることが好ましい。そして、複数の連結穴１１５をエッチングする方法として、ＩＣＰ−ＲＩＥ(inductively coupled plasm Reactive Ion Etching)装置を用いてシリコンウエハーをエッチングして加工する乾式エッチングが適用できる。

続いて、複数の連結穴１１５に対応されるパターンを形成した感光膜パターン１４２を除去する（図４Ｉ）。
そして、空洞部１１１が形成されたウエハー面（以下、ウエハーの下面）に、写真工程を介して複数の緩衝部１２０に対応する感光膜パターン１５１を形成する（図４Ｊ）。
その後、シリコンエッチングを介して複数の緩衝部１２０それぞれは所定のパターンを有する複数の溝１２３（図３参照）が形成される（図４Ｋ）。なお、それぞれの緩衝部１２０を構成している複数の溝１２３は、ウエハー１３０の反対面に予め形成された連結穴１１５と連通できる程度の深さでエッチングし加工する。

続いて、緩衝部１２０に対応するパターンを形成した感光膜パターン１５１を除去しクリーニングする。その後、空洞部１１１、複数の連結穴１１５、緩衝部１２０の溝１２３が形成されたウエハー１３０を酸化させることで第２酸化層１５２を形成する（図４Ｌ）。この第２酸化層１５２は緩衝物質層１１７（図２参照）の役割を果す。このとき、緩衝部1２０の複数の溝１２３を形成している緩衝ウエハー１２２の側壁および連結穴１１５の内側壁に形成されている第２酸化層１５２の厚さが０．５〜１μｍになるよう第２酸化層１５２を形成する。すると、第１酸化層１３１が除去された空洞部１１１と複数の連結穴１１５内面、および緩衝部１２０の溝１２３にも酸化層が形成されて、シリコンとメタルとの間に生じる熱応力を緩衝することができる。例えば、緩衝部１２０において、シリコン１２２とメタル１２１との熱応力を緩衝することができる。

次に、空洞部１１１が形成されたウエハー１３０の下面にシードメタルを蒸着してシードメタル層１５３を形成する（図４Ｍ）。このシードメタル層１５３は緩衝部１２０の複数の溝１２３を電気メッキして充填するためのもので、緩衝部１２０の複数の溝１２３の内側面にも形成される。よって、このときのシリコン１２２には、第２酸化層１５２及びシードメタル層１５３が順に積層されている。

次に、ウエハー１３０の下面のシードメタル層１５３に電気メッキを施してメタル積層を行い、第１メッキ層１５５を形成する（第１電気メッキ工程とする）（図４Ｎ）。このとき、電気メッキによって積層される第１メッキ層１５５のメタルが複数の緩衝部１２０の溝１２３を完全に充填させることができるよう電気メッキを行なう。
緩衝部１２０の複数の溝１２３を充填する第１電気メッキが完了すれば、複数の連結穴１１５をメタルで充填させて複数の接続棒１１３を形成する第２電気メッキ工程を行う（図４Ｏ）。なお、一般に電気メッキにより形成される複数の接続棒１１３の高さは一致しない。それはシリコン（Ｓｉ）ウエハー１３０をエッチングし連結穴１１５が形成されれば連結穴１１５の内面は不規則に加工されるからである。従って、複数の連結穴１１５にメタルを電気メッキすることによって積層し複数の接続棒１１３を製造すれば複数の接続棒１１３上端の高さが互いに相違する。

接続棒１１３を形成する第２電気メッキ工程が完了すれば複数の連結穴１１５が形成されたウエハー１３０面（以下、ウエハーの上面）を複数の接続棒１１３上端がウエハー１３０面と一致されるべく加工して平坦化させる（図４Ｐ）。通常、平坦化の加工法としてラッピング（Ｌａｐｐｉｎｇ）およびＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈｅｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置などが用いられる。

次に、ウエハー１３０の上面にはキャップパッド１１４になるメタルを蒸着してトップメタル層１６１を形成する（図４Ｑ）。
そして、写真工程を介してトップメタル層１６１上に複数のキャップパッド１１４を形成するための感光膜パターンを作る（図示せず）。トップメタル層１６１をエッチングしキャップパッド１１４のパターンをなしている感光膜パターンを除去してクリーニングし、複数のキャップパッド１１４を完成する（図４Ｒ）。

次に、ウエハー１３０下面の第１電気メッキ工程を介して形成された第１メッキ層１５５に写真工程を通じて複数のメタルライン１１２に対応される感光膜パターンを製造する（図示せず）。それから第１メッキ層１５５をエッチングし複数のメタルライン１１２のパターンをなしていた感光膜パターンを除去すれば複数のメタルライン１１２が完成される（図４Ｓ）。

また、ウエハー１３０の下面に写真工程を介してキャップシーリングライン１１６に対応される感光膜パターン１７１を製造する（図４Ｔ）。続いて、ウエハー１３０の下面を、キャップシーリングライン１１６を形成するのに使用されるシーリング材料（はんだ）で蒸着してシーリング層１７２を製造する（図４Ｕ）。それから不要な部分のシーリング層１７２のシーリング材料と、キャップシーリングライン１１６に対応されるパターンをなしていた感光膜１７１とを除去することによってパッケージングキャップを完成する（図４Ｖ）。なお、感光膜１７１とシーリング材料１７２を同時に除去することのできるリフトーオフ（ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ）工法を適用することが好ましい。

本発明のウエハーレベルパッケージングキャップ及びその製造方法によると、接続棒とウエハとが異なる熱変形率からなるものであっても、接続棒とウエハーとの間の熱的ストレスが緩衝物質の緩衝作用によって緩和される。つまり、接続棒及びウェハの変形の違いが緩衝物質により緩和されるため、接続棒等の周囲での破損を抑制できるなど耐熱性に優れる。よって、例えば耐温度性能を実験する際に接続棒の周囲で破損が生じないウエハーレベルパッケージングキャップを提供することができる。

また、本発明によると、連結穴の下部に緩衝部が形成され、緩衝部の上部の連結穴を埋めるように電気メッキにより接続棒が形成される。また、緩衝部は、溝を有する緩衝ウェハと、その溝を充填するメタルとから形成されている。そして、接続棒が形成される連結穴上部からキャップウェハを観察すると、連結穴の底部に緩衝部のメタルが露出している。この底部に位置する緩衝部のメタルがシードメタルの役割を果たし、電気メッキによる接続棒の形成が可能となる。ここで、メタルは連結孔の底部にのみ露出している場合であっても接続棒は形成可能であり、また連結孔の側面は、接続棒を形成するための鋳型の役割を果たします。

以上のように、本発明によれば、高断面比を有するウエハーである場合にも連結穴の加工が容易であり、シードメタルを形成することができる。よって、電気メッキ工程を用いて精度良く接続棒を形成することができる。
また、本発明によると、キャップウェハに用いるウェハの厚みを維持することができるので、ウェハの強度を増して破損を抑制することができる。つまり、上述の緩衝部によりシードメタルを形成することで高アスペクト比に対応するため、基板の厚みを薄くする必要がない。

また、緩衝部の溝はメタルで埋められ、このメタルと接続棒とが電気的に連結されるため、空洞部に形成された素子と接続棒に接続される外部装置とを電気的に接続することができる。
なお、めっき工程は、電気めっきに限定されず、例えば無電解メッキめっき、化学メッキめっき及び溶融メッキめっきなどの他のメッキめっき法を採用しても良い。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明によるウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法は半導体製造分野において使用される。

従来技術にかかるウエハーレベルパッケージングキャップでパッケージングされたチップを示す断面図。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップでパッケージングされたチップを示す断面図。 図２のウエハーレベルパッケージングキャップの緩衝部のＩ−Ｉ断面図。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（２）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（３）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（４）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（５）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（６）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（７）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（８）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（９）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１０）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１１）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１２）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１３）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１４）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１５）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１６）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１７）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１８）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（１９）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（２０）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（２１）。 本発明に係るウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法を示す図面（２２）。

符号の説明

１０ 素子ウエハー
１２ 素子
１３ 素子パッド
１４ 素子シーリングライン
１００ パッケージングキャップ
１１０ キャップウエハー
１１１ 空洞部
１１２ メタルライン
１１３ 接続棒
１１４ キャップパッド
１１５ 連結穴
１１６ キャップシーリングライン
１２０ 緩衝部
１２１ メタル
１２２ 緩衝ウエハー
１２３ 溝

Claims (16)

1. 素子がその上面に形成された素子ウエハーを覆うウエハーレベルパッケージングキャップにおいて、
   前記素子が収容される空間を提供する所定容積の空洞部がその底面に形成され、前記素子ウエハーと一体に結合されるキャップウエハーと、
   前記素子ウエハーに、前記素子に電気的に接続されるよう形成された複数の素子パッドとそれぞれ対応して前記キャップウエハーの底面に形成された複数のメタルラインと、
   前記複数のメタルラインそれぞれと接触し、複数の溝を形成する緩衝ウエハーと前記複数の溝に充填されたメタルとから構成された複数の緩衝部と、
   前記複数の緩衝部のそれぞれに電気的に接続され、前記緩衝部の上側から前記キャップウエハーを貫通して形成された複数の接続棒と、
   前記キャップウエハーの上面に形成され、前記複数の接続棒の上端とそれぞれ電気的に接続された複数のキャップパッドと、
   を含むことを特徴とするウエハーレベルパッケージングキャップ。
2. 前記複数の溝とメタルとの間、および前記接続棒とキャップウエハーとの間には緩衝物質層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
3. 前記緩衝物質層は酸化層であることを特徴とする請求項２に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
4. 前記緩衝部の断面積が前記接続棒の断面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
5. 前記緩衝部は、その断面がメタルと緩衝ウエハーが繰り返される縞模様のパターンで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
6. 前記緩衝部のメタルは前記メタルラインをなす材質と同じものであることを特徴とする請求項１に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
7. 前記複数の緩衝部は前記空洞部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
8. 前記キャップウエハーは前記素子ウエハーのシリングラインに対応されるキャップシーリングラインを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハーレベルパッケージングキャップ。
9. 素子がその上面に形成された素子ウエハーをパッケージングするウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法において、
   ウエハーの一面に空洞部を形成するステップと、
   前記ウエハーの反対面で前記空洞部側に所定深さの複数の連結穴を形成するステップと、
   前記空洞部と複数の連結穴との間のウエハーに複数の緩衝部を形成するステップと、
   前記複数の緩衝部上側で複数の連結穴の内側にメタルをメッキし接続棒を形成するステップと、
   前記ウエハーの反対面に複数のキャップパッドを形成するステップと、
   前記ウエハーの一面に前記緩衝部と電気的に接続される複数のメタルラインを形成するステップと
   を含むことを特徴とするウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
10. 前記空洞部の形成ステップは、
    前記ウエハーの全面に酸化層を形成するステップと、
    前記ウエハーの一面に写真工程を介して前記空洞部に対応されるパターンを形成するステップと、
    前記空洞部に当たる酸化層部分をエッチングして取除くステップと、
    前記酸化層が取除かれたウエハー部分をエッチングし所定の深さまで取除くステップと
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
11. 前記連結穴の形成ステップは、
    前記ウエハーの反対面に写真工程を介して複数の連結穴に対応されるパターンを形成するステップと、
    前記複数の連結穴に当たる酸化層部分をエッチングし取除くステップと、
    前記酸化層が取除かれたウエハー部分をエッチングし所定の深さまで取除くステップと、
    前記複数の連結穴の内側壁に酸化層を形成するステップと
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
12. 前記緩衝部の形成ステップは、
    前記ウエハーの一面に写真工程を介して複数の緩衝部に対応されるパターンを形成するステップと、
    前記複数の緩衝部に対応されるウエハー部分をエッチングして前記連結穴と連通する所定パターンの溝を形成するステップと、
    前記複数の緩衝部のパターンを取除き、酸化層を積層するステップと、
    前記ウエハーの一面にシードメタル層を蒸着するステップと、
    前記シードメタル層の上側にメタルをメッキし前記所定パターンの溝を充填するメッキ層を形成するステップと
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
13. 前記緩衝部は、縞模様のパターンの溝で形成されることを特徴とする請求項１２に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
14. 前記キャップパッド形成ステップは、
    前記ウエハーの反対面を平坦化するステップと、
    前記ウエハーの平坦化された面にトップメタル層を蒸着するステップと、
    前記トップメタル層の上側に複数のキャップパッドに対応するパターンを形成するステップと、
    前記トップメタル層をエッチングし複数のキャップパッドを形成するステップと
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
15. 前記ウエハーの一面にキャップシーリングラインを形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。
16. 前記キャップシーリングラインの形成ステップは、
    写真工程を介して前記ウエハーの一面にキャップシーリングラインに対応されるパターンを形成するステップと、
    前記ウエハーの一面にシーリングメタルを蒸着するステップと、
    前記キャップシーリングラインのパターンを取除きクリーニングするステップと
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載のウエハーレベルパッケージングキャップの製造方法。

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