JP2007013174A - キャップ内でビアコンタクトを通って、ずらされたコンタクタへと延びる、ｆｂａｒチップのウェハレベルパッケージングのためのコンタクトを形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビアが接するパッドの寸法を小さくし、デバイス数を減らさない構造を有する電気的接続手段を備えたデバイスパッケージを提供する。
【解決手段】キャップウェハ２０２に形成されたシールリング３１０を被覆するボンディングパッド４０６と、デバイス５０６を囲むようにデバイスウェハ５０２に形成されたボンディングパッド５０４とを押し付け合うことによって、キャップウェハ２０２とデバイスウェハ５０２との間で冷間溶接接合を形成し、デバイスパッケージを製造する。ビア７０２の形成位置を、コンタクタ３０２からずらして配置する。外部コンタクトパッド９０４、ビア７０２に沿って形成されたビアコンタクト９０２、キャップウェハ２０２の底面に形成されたビアパッド４０３、およびコンタクタ３０２上に形成されたコンタクタパッド４０２を介して、デバイスウェハ５０２の上面に形成されたコンタクトパッド５０８へと電気的な接続が形成される。
【選択図】図９

Description

本発明は、ＦＢＡＲデバイスのデバイスパッケージに関する。

薄膜半導体プロセスを利用して、空気中に浮かせた電極−圧電材料−電極のサンドイッチ構造からなる薄膜バルク波音響共振器（ＦＢＡＲ）を製造することが知られている。この電極−圧電材料−電極のサンドイッチ構造に、交番する電気ポテンシャルを印加すると、圧電層全体が拡張・収縮し、振動が発生する。この構造による共振は、表面音響波（ＳＡＷ）デバイスでは共振が表面に限定されているのとは異なり、材料の本体（バルク）内で起こる。このような音響共振器は、携帯電話端末用のデュープレクサ内のフィルタとして機能することができる。

ＦＢＡＲデバイスを形成するためには、基板に窪みを形成し、この窪みを犠牲材料で充填する。さらに、この充填された窪みの上に、底部電極、圧電材料および上部電極からなる積層体を形成する。続いて、積層体上にパッシベーション層を形成する。上部電極および圧電材料をパターン化し、犠牲材料を除去すると、窪み上に浮かせられた積層体が得られ、ひいてはＦＢＡＲデバイスが形成される。

ＦＢＡＲデバイスは、微小サイズキャップ（「マイクロキャップ」）ウェハレベルパッケージ内に封止することができる。このパッケージは、キャップウェハをデバイスウェハに接合することによって形成される。接合領域は、各デバイスの周りに形成されたシールリングと、ビアコンタクトもしくはプラグを受容するためのビアである。その後、接合されたキャップウェハおよびデバイスウェハから、パッケージを単一化もしくは個別化（個々に分割）させる。

キャップウェハを通って下方に向かってデバイスウェハにまで延びるビアの周りにシールリング構造が形成されているデバイスパッケージは公知である（例えば、特許文献１を参照）。ビアコンタクトがビア内に形成され、これにより、デバイスウェハ上のビアパッドに接触する。シールリング構造は金属で被覆された凹凸表面を有し、ビアがデバイスウェハ上のビアパッドと接触する箇所でビアを密封する。この従来技術では、シールリング構造が適切に接合されていないと、シールが破断してしまう。さらに、このシールリング構造の寸法は比較的大きく、デバイスウェハ上で大きなビアパッドが必要となる。例えば、ビアパッドによって占められる領域は、約０．５平方ミリメートルの小さなデバイスに対してデバイス領域の５０％に達しうる。このようにビアパッドの寸法が比較的大きいと、ウェハ１つ当たりに対して製造可能なデバイスの数が減ってしまう。
米国特許第６７７７２６３号明細書

上記従来技術の欠点を回避した、デバイスパッケージ内でデバイスに電気的接続を提供するための代替的な手段を提供することが必要である。

本発明の一態様では、デバイスパッケージは、デバイス基板およびこのデバイス基板上に取り付けられたキャップを備えている。デバイス基板は、コンタクトパットを備えている。キャップは、キャップを通りかつわずかに傾斜した側壁を有するビア、キャップの内側面から延びているコンタクタ（接触部）、このコンタクタ上に設けられているコンタクタパッド、キャップの内側面上にかつビアの下に設けられている、コンタクタパッドに結合するビアパッド、およびキャップの外側面上にかつビア内に設けられている、ビアパッドに結合するビアコンタクトを規定する。コンタクタは、ビアの位置からオフセットされている（ずらされている）。キャップをデバイス基板上に取り付けたら、コンタクタ上のコンタクタパッドをデバイス基板上のコンタクトパッドに押し付け、冷間溶接する。

図１に、本発明の一態様によるデバイスパッケージ９００（図９）の製造方法１００のフローチャートを示す。方法１００は、図２に部分的に示すキャップウェハ２０２から始まる。一態様では、キャップウェハ２０２は、シリコンウェハである。当業者によって理解されるように、以下のステップは、ウェハレベルプロセスで、複数のデバイスパッケージの製造のために並行して行われる。

図３に示すステップ１０２では、コンタクタ３０２および３０４を、キャップウェハ２０２の内側面（例えば、底面）に形成する。コンタクタ３０２および３０４は、キャップウェハ２０２の底面から延びる突出部である。連続的なシールリング３１０も、キャップウェハ２０２の底面上に形成する。コンタクタおよびシールリングのそれぞれは、ガスケット３０８と、ガスケット３０８上のトレッド（突起）３０６とからなっていてよい。トレッド３０６は、ガスケット３０８上に設けられている単一の狭いフィンガー状突起からなっていていよい。一態様では、キャップウェハ２０２をエッチングして、同じ２つのマスクを使用して、シールリング３１０ならびにコンタクタ３０２および３０４を形成する。別の態様では、コンタクタ３０２および３０４は、長方形もしくは円形の単なるキャップウェハ２０２の底面からの突出部からなっていて、ガスケットもしくはトレッドを備えていなくともよい。

図４に示すステップ１０４では、コンタクタパッド４０２を、コンタクタ３０２上に形成し、ビアパッド４０３を、キャップウェハ２０２の底面上に形成する。コンタクタパッド４０２は、コンタクトパッド５０８（図５）に接続するようになっており、ビアパッド４０３は、ビアコンタクト９０２（図９）に接続するようになっている。同様に、コンタクタパッド４０４を、コンタクタ３０４上に形成し、ビアパッド４０５を、キャップウェハ２０２の底面上に形成する。コンタクタパッド４０４は、コンタクトパッド５１０（図５）に接続するようになっており、ビアパッド４０５は別のビアパッド（図示せず）に接続するようになっている。ボンディングパッド４０６も、シールリング３１０上に形成する。

ビアパッドは、コンタクタパッドからは離れて位置しているが、これら２つのパッドは導体によって電気的に接続されている。この態様では、パッド４０２、４０３、４０４、４０５および４０６は、同じマスクを使用して金属エッチングプロセスによって形成された金製のパッドである。

図５に示すステップ１０６では、キャップウェハ２０２を、デバイスウェハ５０２上に取り付ける。具体的には、シールリング３１０を、デバイスウェハ５０２の内側面（例えば上面）にデバイス５０６の周りを囲むように形成された連続的なボンディングパッド５０４に押し付ける。一態様では、キャップウェハ２０２およびデバイスウェハ５０２を押し付け合って、（１）シールリング３１０上のボンディングパッド４０６と、（２）デバイスウェハ５０２上のボンディングパッド５０４との間で冷間溶接接合部を形成する。このような態様に対応する典型的な接合条件は、圧力６０〜１２０メガパスカル、温度３００〜４００度で２分〜１時間、ウェハを互いに押し付け合うことを含む。別の態様では、キャップウェハ２０２およびデバイスウェハ５０２は、はんだ、ガラスもしくはシールリング材料の変成を伴う接着材によって接合することができる。

シールリング３１０をボンディングパッド５０４に押し付けると、コンタクタ３０２はコンタクトパッド５０８に、コンタクタ３０４はコンタクトパッド５１０にそれぞれ押し付けられる。冷間溶接接合部は、（１）コンタクタ３０２／３０４上のコンタクタパッド４０２／４０４と、（２）デバイスウェハ５０２のコンタクトパッド５０８／５１０との間でそれぞれ形成される。一態様では、デバイス５０６は、デバイスウェハ５０２上に形成された薄膜バルク波音響共振器（ＦＢＡＲ）である。コンタクトパッド５０８および５１０は、デバイス５０６に電気的な接続を提供する。一態様では、ボンディングパッド５０４ならびにコンタクトパッド５０８および５１０は、フォトリソグラフィにより形成された金製のパッドである。

図６に示すステップ１０８では、キャップウェハ２０２を、適切な厚みにまで薄くする。一態様では、キャップウェハ２０２の外側面（例えば上面）を、標準的なウェハの研磨プロセスによって研磨する。

図７に示すステップ１１０では、実質的に垂直な側面を有する極めて狭いビア７０２を、キャップウェハ２０２を通ってキャップウェハ２０２の底面上のビアパッド４０３へと下方に向かって形成する。ビア７０２は、設計上の要求によって決定された距離だけコンタクタ３０２からずらされている。ビア７０２は、様々な形状（例えば、長方形もしくは円形）および配向を有していてよい。一態様では、ビア７０２を、異方性ドライ深堀シリコンエッチング（例えばボッシュ法）を用いて形成する。簡潔さのために、ビアを１つしか図示してないが、同様のビアを、他のビアパッド４０５へと下方へ形成することができる。

図８に示すステップ１１２では、ビア７０２の幅を広げ、傾斜した側壁を提供する。一態様では、等方性ドライシリコンエッチングにより狭いビア７０２の幅を広げ、キャップウェハ２０２の内側から角度８０〜８７度のわずかに傾斜した側壁を形成する。

図９に示すステップ１１４では、ビアコンタクト９０２を、キャップウェハ２０２の上面に、ビア７０２に沿って、そしてビアパッド４０３へと形成する。一態様では、電気めっきプロセスを使用して、ビアコンタクト９０２を形成し、その場合、シード層をキャップウェハ２０２の上面およびビア７０２内に堆積させる。続いて、そのシード層上に金を電気めっきする。このような態様では、ビアの側壁がわずかに傾斜していることによって、金のシード層によるビア７０２に沿った側壁の被覆が促進される。

ステップ１１６では、ビアコンタクト９０２をパターン化して、デバイス５０６を外部回路に接続するために使用される外側コンタクトパッド９０４を形成する。一態様では、ビアコンタクト９０２を、フォトリソグラフィにより、また、めっきされたシード金属をエッチングすることによってパターン化する。シード金属上には電気めっきを施す。外側コンタクトパッド９０４とビアコンタクト９０２とは、近接して図示しているが、これらがトレースによって電気的に接続されていれば、離して配置することが可能である。

ステップ１１８では、デバイスパッケージ９００を、接合されたキャップウェハ２０２およびデバイスウェハ５０２から、同時に並行して製造された別のデバイスパッケージと共に単一化する。図９でも、デバイスパッケージ９００の個々のキャップおよびキャップウェハを示すのに同じ参照番号を使用し、またデバイスパッケージ９００の個々のデバイス基板およびデバイスウェハを示すために同じ参照番号を使用していることに留意されたい。

上述のように、デバイスパッケージ９００は、特許文献１に記載のビアの周りのシールリング構造のための代替手段を提供する。また、デバイスウェハ５０２上のコンタクトパッド５０８および５１０は、従来のコンタクトパッドよりもはるかに小さい。

以上開示した態様の特徴の別の様々な応用ならびにそれらの組合せは、本発明の範囲内にある。キャップウェハ２０２およびデバイスウェハ５０２に対してシリコンを使用したが、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のような別の材料を使用することもできる。多くの態様が、添付の特許請求の範囲に含まれる。

本発明の一態様によるデバイスパッケージの製造方法のフローチャートである。 図１の方法を用いたデバイスパッケージ形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージ形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージの形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージの形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージの形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージの形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージの形成の一工程の断面図である。 図１の方法を用いたデバイスパッケージの形成の一工程の断面図である。

符号の説明

２０２ キャップウェハ
３０２ コンタクタ
３０６ トレッド
３０８ ガスケット
３１０ シールリング
４０２ コンタクタパッド
４０３ ビアパッド
４０６ 第２のボンディングパッド（キャップウェハ側）
５０２ デバイスウェハ
５０４ 第１のボンディングパッド（デバイスウェハ側）
５０６ デバイス
５０８ コンタクトパッド
７０２ ビア
９００ デバイスパッケージ
９０２ ビアコンタクト
９０４ コンタクトパッド

Claims (18)

1. コンタクトパッド（５０８）およびデバイス（５０６）が設けられているデバイス基板（５０２）と、
   わずかに傾斜した側壁を有するビア（７０２）を規定し、かつ前記デバイス基板上に取り付けられたキャップ（２０２）とを備えているデバイスパッケージ（９００）であって、
   該キャップが、
   当該キャップの、前記デバイス基板に対向する内側面から延びるコンタクタ（３０２）であって、該コンタクタから前記ビアがずらされている、コンタクタ、
   前記コンタクタ上に配置され、かつ前記コンタクトパッドに接触するコンタクタパッド（４０２）、
   前記キャップの内側面にかつ前記ビア（７０２）の下に設けられ、前記コンタクタパッドに結合しているビアパッド（４０３）、および
   前記キャップの外側面上にかつ前記ビア内に設けられ、前記ビアパッド（４０３）に結合しているビアコンタクト（９０２）
   を備えている、デバイスパッケージ。
2. 前記コンタクタ（３０２）が、トレッド（３０６）を備えている、請求項１に記載のデバイスパッケージ。
3. 前記コンタクタ（３０２）が、ガスケット（３０８）を備えている、請求項１に記載のデバイスパッケージ。
4. 前記デバイス（５０６）が、薄膜バルク波音響共振器（ＦＢＡＲ）からなる、請求項１に記載のデバイスパッケージ。
5. 前記デバイス基板（５０２）が、前記デバイスの周りを囲んで第１のボンディングパッド（５０４）をさらに備えており、
   前記キャップ（２０２）が、該キャップの内側面から延びているシールリング（３１０）と、該シールリングの上に設けられた第２のボンディングパッド（４０６）をさらに備えており、該第２のボンディングパッドを備えているシールリングが、前記第１のボンディングパッド上に取り付けられる、請求項１に記載のデバイスパッケージ。
6. 前記キャップが、該キャップの外側面上に別のコンタクトパッド（９０４）を備えており、該別のコンタクトパッドが、前記ビアコンタクト（９０２）に結合している、請求項１に記載のデバイスパッケージ。
7. デバイスパッケージ（９００）の製造方法であって、
   キャップウェハ（２０２）の内側面上にコンタクタ（３０２）を形成し、
   前記コンタクタ（３０２）上にコンタクタパッド（４０２）を形成し、
   前記キャップウェハの内側面上に、前記コンタクタパッドに結合するビアパッド（４０３）を形成し、
   デバイスウェハ（５０２）上にデバイス（５０６）を形成し、
   前記デバイスウェハ上にキャップウェハを取り付け、その場合、前記コンタクタ上の前記コンタクタパッドが、前記デバイスウェハの、前記キャップウェハに対面する内側面上のコンタクトパッド（５０８）に接触し、
   わずかに傾斜した側壁を有するビア（７０２）を、前記キャップウェハを通って前記ビアパッドへと延びるように、かつ前記コンタクタからずらして形成し、
   前記キャップウェハの外側面上にかつビア内に、前記ビアパッドと結合しているビアコンタクト（９０２）を形成する、方法。
8. 前記コンタクタ（３０２）を形成することが、キャップウェハ（２０２）をエッチングして該コンタクタを形成することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記コンタクタ（３０２）が、トレッド（３０６）を備えている、請求項８に記載の方法。
10. 前記コンタクタ（３０２）が、ガスケット（３０８）と該ガスケット上のトレッド（３０６）とを備えている、請求項８に記載の方法。
11. コンタクタパッド（４０２）およびビアパッド（４０３）を形成することが、金属エッチングプロセスを含む、請求項７に記載の方法。
12. 前記キャップウェハ（２０２）を取り付けることが、該キャップウェハの内側面に形成され、前記デバイス（５０６）の周りを囲んでいるシールリング（３１０）と、前記デバイスウェハの内側面上のボンディングパッド（５０４）との間に冷間溶接接合部を形成することを含む、請求項７にきさいの方法。
13. 前記デバイスウェハ（５０２）上に前記キャップウェハ（２０２）を取り付ける前記ステップ後、前記ビア（７０２）を形成する前に、前記キャップウェハを研磨して、その厚みを薄くすることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
14. 前記ビア（７０２）を形成することが、異方性エッチングを用い、その後、等方性エッチングを行って、当該ビアに、わずかに傾斜した側壁を形成することを含む、請求項７に記載の方法。
15. 前記ビアコンタクト（９０２）を形成することが、シード金属を形成し、該シード金属上に金属を電気めっきすることを含む、請求項７に記載の方法。
16. 前記デバイス（５０６）が、薄膜バルク波音響共振器（ＦＢＡＲ）からなる、請求項７に記載の方法。
17. 前記接合されたキャップウェハ（２０２）およびデバイスウェハ（５０２）から、デバイスパッケージ（９００）を単一化させることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
18. 前記キャップの外側面上に、前記ビアコンタクト（９０２）に結合する別のコンタクトパッド（９０４）を形成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。

Images