JP2008221456A - フリップチップｕｓｐウェハに関するダイシング技術 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減した密封ＭＥＮＳセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】個々のダイに複数のＭＥＮＳ機構４２を有する第１のウエハ１２と、個々のダイにセンスプレート４５を有する第２のウエハ１５を製造する。第１のウエハ１２のトレース２４と第２のウエハ１５のコンタクト２１とを陽極ボンディングあるいはシリコン溶融ボンディングで接合することで、第１のウエハ１２の各ダイを第２のウエハ１５の各ダイに対して個々に密封する。その後第２のウエハ１５の第１のひき目３３と第２のひき目３６を切断しインタスペース材料１８を除去する。最後に第１ウエハ１２の第３のひき目で個々のダイにダイシングする。
【選択図】図１

Description

微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）センサは、シリコンウェハ上に複数製造され、次いで、ウェハソーの使用によって個々のチップに切断される。切断は、半導体製造において最終ステップである。ウェハソーは、ダイヤモンドを埋め込んだ丸鋸を使用し、パターニングされたウェハを個々の半導体チップに切断する。ソーは、数値制御を使用し、ウェハにわたって、チップを画定する正確なラインを切断する。ウェハソーは、選択された深さで真っ直ぐなラインしか切断できない。ウェハソーは、ウェハの途中で止まるのではなく、ウェハを完全に横断する。

ＭＥＭＳセンサの製造は、複数の個々のユニットにウェハをビルドアップすることによって達成され、次いで、空間にプレスされたドームインサートを備えたユニットを密封して完了する。各ユニットのシーリングは、ロボットアームおよび種々のプレスの明確な運動によって個々のドームの配置を要求する。各運動は、コストおよび失敗の非ゼロの可能性を調整する。

製造コストを維持するための少数のロボット運動で複数のチップを密封する手段が、この技術分野で必要とされる。

少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサ及び少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサを包含する混合ウェハと、方法は第１のウェハを含む。第１のウェハは、少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリと、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリとを包含する。第２のウェハは、少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリと、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリと、溶融マトリックスとを包含する。溶融マトリックスは、少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のアセンブリの各々と、少なくとも１つのＭＥＭＳセンサの各々を形成する少なくとも１つのＭＥＭＳセンサの第２のアセンブリの各々とをカプセル化するように構成された第１のジョイントを含む。第２のジョイントは、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳの第１のサブアセンブリの各々と、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの各々を形成する少なくとも１つの第２のＭＥＭＳの第２のサブアセンブリの各々とをカプセル化するように構成される。

方法は、個々のドームを除去し、各ＭＥＭＳセンサに関するサイトの間に犠牲にできる材料を備えたモノリシックの第２のウェハを置き換える。第２のウェハは、混合ウェハを形成するように溶融マトリックスによって第１のウェハに溶融される。溶融マトリックスは、明確に密封されたシリコンチップを形成する第１のウェハに第２のウェハを溶融するように構成される。溶融は、任意では実質的に真空で実行されてもよく、真空または真空に近い状態で作動するようにＭＥＭＳセンサダイを包含するように密封されたチップを生ぜしめる。別の方法では、溶融は選択されたガス雰囲気を生じさせ、その結果、ＭＥＭＳセンサダイはガスが満たされたチップにおいて作動する。

ウェハからチップを個別化することは、一連の少なくとも３つの切断によって達成されうる。かかる３つの切断は、既存のウェハソーで全て容易に達成することができ、それによって、製造方法の変更に関する多大な資本コストを軽減することができる。第１及び第２の切断は、第２のウェハを横断するのに十分な深さで行うことにより、犠牲材料を除去することができる。かかる材料の除去により、第２のウェハの下に横たわるトレースが露出し、密封されたチップ内でＭＥＭＳセンサに電気的に接続させることができる。ある実施形態では、コンタクトは更に、第２のウェハに添えられたＭＥＭＳセンサダイに電気的な接続をも提供する。第３の切断は、溶融ウェハを明確なチップに分離する。

上述の課題を解決するための手段から明らかなように、結果として生じたチップは、チップを密封するためにドームの個々の配置をすることなく形成され、それによって、製造コストが低減する。

図１を参照すると、混合ウェハ１０が第１のウェハ１２および第２のウェハ１５によって形成されている。第１のウェハ１２は、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサを含むように構成され、第２のサブアセンブリ１３は、トレース２４およびＭＥＭＳ機構４２を備える。第２のウェハ１５は、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサを含むように構成され、第２のサブアセンブリ１６は、コンタクト２１および少なくとも一つのコンタクト２１と電気的に接続するセンスプレート４５を備える。

ＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリ１６を各々包含する個々のチップに第２のウェハ１５を分割するために、まずインタースペース材料１８を除去する。実施形態によれば、第１のひき目３３および第２のひき目３６は、インタースペース材料１８を画定するように配置される。２つのひき目が切断されたならば、インタースペース材料１８は分離される。インタースペース材料１８の容易な分離を可能にするために、第２のウェハ１５の全体で第１のひき目３３および第２のひき目３６との間において、チャネル２７がエッチングされる。別の実施形態では、ウェハソーの単一のパスでインタースペース材料１８を完全に除去するのに十分広くなるように、単一の第１のひき目３３が、構成される。かかる実施形態では、第１のひき目３３の深さは、トレース２４に損傷を与えることなく、インタースペース材料だけを除去することを確実にするように選択される。

ここで記載する実施形態は、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサ１４（図２および３）を、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリ１３と、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリ１６に分割する。例えば、ＭＥＭＳ機構４２を含むように第２のＭＥＭＳセンサのサブアセンブリ１６を形成し、一方、第１のＭＥＭＳセンサのサブアセンブリ１４はセンスプレート４５を含む。第２のＭＥＭＳセンササブアセンブリ１６に対向する第１のＭＥＭＳセンササブアセンブリ１３に包接する特定のコンポーネントの選択は、混合ウェハ１０およびそれによって達成される利益として、阿線釣りの容易さによって指示される。

混合ウェハ１０の実施形態では、第１のウェハ１２は、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリ１３を含むように製造される。ＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリは、ＭＥＭＳ機構４２に電気的に接続される少なくとも１つのトレース２４を含む。少なくとも１つのトレース２４は、ＭＥＭＳ機構４２に接続され、第１のウェハ１２の表面に（無傷で示されている）第３のひき目に向かってＭＥＭＳ機構４２から離れるように延びるように容易に構成される。

第２のウェハ１５は、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンササブアセンブリ１６を含むように構成され、該第２のＭＥＭＳセンササブアセンブリ１６は、少なくとも１つのコンタクト２１と電気的に接続するセンスプレート４５を含む。この実施形態では、コンタクト２１は、ボールグリッドアレイの部材として描かれる。

ある実施形態では、ボールグリッドアレイは、表面マウントコンタクトセットとして選択される。一般的に、ボールグリッドアレイコンタクトは、トレース２４のような第１及び第２の伝導トレースの間のはんだのビーズである。これらのジョイントのアレイは、シリコン基板上にチップを取り付けるのに用いられる。この実施形態では、ボールグリッドアレイコンタクトは、コンタクト２１が、トレース２４に従うように接触する際に容易に変形するときに、使用するのが好ましい。

図２を参照すると、第２のウェハ１５が、第１のウェハ１２と溶融接触するように持ってこられるときに、混合ウェハ１０は形成される。特に、コンタクト２１は、トレース２４に従うように溶融接触する際に変形し、トレース２４とセンスプレート４５との間に電気的な連続性を容易に提供する。従って、溶融シリコンまたはシリコンコンパウンドは、第１のウェハ１２と第２のウェハ１５との間にジョイント２２を形成するだけでなく、封止カプセル化されたコンタクト２１をも形成する。それにより、ジョイント２２は、ＭＥＭＳセンサ１４の各々を取り囲む。残ったコンポーネントである、第１のウェハ１２，ＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリ１３、トレース２４、ＭＥＭＳ機構４２、第２のウェハ１５、ＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリ１６およびセンスプレート４５，第１のひき目３３および第２のひき目３６、並びに、インタースペース材料１８は、一般的には、図１に描かれたように残る。

図３を参照すると、第１のひき目３３（図１、２）および第２のひき目３６（図１、２）での切断により、インタースペース材料１８が第２のウェハ１５（図１、２）から分離され、それを個々のドーム１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄおよび１５ｅに分割する。ＭＥＭＳセンサ１４は、ジョイント２２によって包含されるＭＥＭＳ機構４２およびセンスプレート４５を含む。インタースペース材料１８（図１、２）の除去は、トレースを露出させ、トレース２４に電気的に接続されたジョイント２２によって気密密封されたＭＥＭＳセンサ１４の間に電気的な連続を可能にする。第三のひき目での第１のウェハ１２の更なる個別化は、直線ソーイングによって達成されうる。個別化の結果、第１のウェハ１２および個別化されたドーム１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄおよび１５ｅは、露出されたトレース２４を備えた個々の密封されたＭＥＭＳチップとなる。

図４に示したように、ＭＥＭＳチップを製造するための方法５０は、ブロック５１で第１のウェハを製造することを含む。第１のウェハの製造は、同一のＭＥＭＳセンサである必要はないけれども、少なくとも２つのＭＥＭＳセンサを製造することを含む。ＭＥＭＳ製造は、任意に種々の又はそれらの組み合わせによってなされるが、一般的には、製造技術は、バルクミクロ機械加工または表面ミクロ機械加工、若しくはそれらの組み合わせによってなされうる。

バルクミクロ機械加工は、比較的長い研究開発の歴史があり、シリコンウェハのバルクからマイクロメカニカル構造を形成するために単結晶シリコンの異方性及び等方性エッチングの組み合わせに基づいている。深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が一般的に用いられ、高いアスペクト比を備えた微細構造を製造するための２次元設計の自由を可能にする。

一方、表面ミクロ機械加工は、キャリア基板の表面での薄膜の一連の堆積およびエッチングに基づいている。１又はそれ以上の中間薄膜（犠牲層）が、交互のステップで除去され、引き続いて、基板からリリースされまたは吊り下げる堆積された薄膜構造を残す。これらの吊り下げ構造（hanging structure）は、加速度計、又は、ディジタルライトプロセッサにおけるマイクロミラーに関する慣性質量およびスプリングサスペンションを構成する。

第１のウェハを製造する際に、トレースは、最後の形状に製造されたデバイスのオペレーションに関して必要なパワー及び信号に関する電気的なパスを提供するように包含される。

ブロック５４では、第２のウェハは、第１のウェハを補うように製造される。第２のウェハは全体的には、第１のものと同様な技術によって製造され、第１のウェハにおいて製造されたそれらに対するコンポーネントを感染させることを提供するように完成される。第１のウェハ上のトレースのそれらに対応する位置におけるコンタクトが、第２のウェハに製造されうる。

ブロック５７では、トレースにコンタクトを接合し、第１及び第２のウェハ上の相補的なＭＥＭＳコンポーネントをユニット化することによってＭＥＭＳセンサを完成させる仕方で第２のウェハに対して第１のウェハを溶融する。第１のウェハを第２のウェハに溶融することにより、結果として生じる混合ウェハにわたって母材（マトリックス）を溶融する際にジョイントでウェハを密封する作用を生じる。ジョイントは、結果として生じるＭＥＭＳセンサの気密密封ユニットの各々を取り囲む。各ジョイントは、取り囲まれたＭＥＭＳセンサに全体的に面したジョイント内部アスペクトと、該ジョイント内部アスペクトに関して反対のジョイント外部アスペクトとを含むように構成される。ある実施形態では、ジョイントは、シリコン又は酸化シリコンを備えたトレース接合に対してコンタクトを包囲するようにトレースと接触するコンタクトをカプセル化する。

ある実施形態では、ユニットを気密密封するような溶融を包含し、別の手段は、第１のウェハを第２のウェハにボンディングするために用いられ得る。ある実施形態では、陽極ボンディングが用いられる。陽極ボンディングは、接着剤を用いることなく、密封且つ永久的にガラスをシリコンに接合する方法である。シリコン及びガラスのウェハは、ガラスのアルカリ金属が移動することができる温度（典型的には、ガラスのタイプに依存するが３００乃至５００℃の範囲）に加熱される。コンポーネントは、コンタクトに化合し、それらにわたって高電圧が印加される。その結果、電界によって、界面からアルカリカチオンを移動させ、高電界強度を備えた空乏層が生じる。結果として生じた静電引力は、シリコン及びガラスに親密な接触をもたらす。ガラスからシリコンへの酸素アニオンのこの流れは更に、界面で陽極反応を生じ、シリコンに対してガラスを永久的に化学結合させることを生じさせる。

更に別の実施形態では、ダイレクトボンディングを任意に採用することができ得る。２つの平らで、高度に研磨され、クリーンな表面は、それらが接合されるのであれば、一緒に組み込む。結合は、ファンデルワールス又は水素タイプであり、弱い強度であるが、熱処理によって著しく改善される。このプロセスは、プレーンまたは酸化したウェハとのシリコン結合のようなシリコンを用いて、ＭＥＭＳ製造に関して上手く開発されてきた。熱処理のため、かかる技術はしばしば、シリコン溶融ボンディングとも呼ばれる。

許容できる結合強度を達成するのに要求される高温（典型的には、１０００℃）は、シリコンの直接結合を使用した用途に関しては限度がある。しかしながら、（例えば、プラズマ反応を用いたような）表面処理における最近の開発では、このような高温は必要でないことが示されている。ＭＥＭＳ設計では、金属化層と適合する温度で応力フリーの結合を達成することができ、シリコン直接結合に関する用途のより大きなレンジまであいているので、低温直接結合は有利である。初期の結合は、何らかの応力を加えて室温で標準的になされる。いくつかのウェハボンダーは、ボンドを形成する際に、ウェハの中心からスタートし、ウェハのエッジに向かって作用するようにする特別なピンチャックを含み、かくして、界面に閉じこめられた空気を生じさせない。中心でスタートすることは、ボンディングにおけるボイドを低減させ、より良好で高い歩留まりのボンドを導く。

ブロック６０では、第１のひき目は、第１のＭＥＭＳを取り囲むジョイントのジョイント外部アスペクトから間隔を隔てられている。ある実施形態では、ウェハソーは、第１のひき目を切断するのに用いられる。第１のひき目は、第１のウェハ又はトレースのいずれかを貫通することなく、第２のウェハを横断するような十分な深さで切断される。

ブロック６３では、第２のひき目は、第２のＭＥＭＳセンサを取り囲むジョイントのジョイント外部アスペクトから間隔が隔てられている。
ブロック６６では、第１のひき目と第２のひき目との間の材料が、トレースを露出するように除去される。ある実施形態では、ブロック５４での第２のウェハの製造において、かかる材料の除去を容易にするために、溶融の前に、チャネルを第２のウェハに画定する。かかる画定されたチャネルは、溶融のための第２のウェハの限定された部分を呈することにより溶融ジョイントの位置確認を確実にする。かかる材料の除去によって、トレースを十分開示することができる。

ブロック６９では、第１のウェハが、個別化されたチップを生成するように第３のひき目にそって切断される。その結果、チップは各々、フリップチップ構成に関して適した露出したトレースを備えて気密密封されたカプセルにＭＥＭＳセンサを包含する。

第１のウェハ上に形成されたコンタクトと一致させるように、第２のウェハにトレースが形成される。

図１は、第１及び第２のウェハの断面図である。 図２は、溶融された混合ウェハの断面図である。 図３は、除去されるインタースペース材料を備えた、溶融された混合ウェハの断面図である。 図４は、溶融混合ウェハを製造するための方法を示したフローチャートである。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサと、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサとを製造するための方法であって、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリと、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリとを含む第１のウェハを製造するステップと、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリの各々に対応する少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリと、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリの各々に対応する少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリとを含む第２のウェハを製造するステップと、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサを形成する少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリと少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリとを整列させ、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサを形成する少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリと少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリとを整列させるように、第１のウェハと接触するように第２のウェハを持ってくるステップと、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサに向かうように方位付けされた第１のジョイント内部アスペクトと、ＭＥＭＳセンサから離れるように方位付けされた第１のジョイント外部アスペクトとを備えた第１のジョイントと、少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサに向かうように方位付けされた第２のジョイント内部アスペクトと、ＭＥＭＳセンサから離れるように方位付けされた第２のジョイント外部アスペクトとを備えた少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの各々を取り囲む第２のジョイントとを有する少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの各々を取り囲む第１のウェハに第２のウェハを溶融するステップと
   を有することを特徴とする方法。
2. 第１のウェハを実質的に貫通することなく第２のウェハを完全に横断するような深さで第１の外部アスペクトの実質的に直近に間隔が隔てられた第１のひき目を切断することによりインタースペースから材料を除去するステップ
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のひき目から間隔が隔てられ、前記第２の外部アスペクトに対して実質的に直近の第２のひき目を切断するステップと、
   前記第１のひき目及び前記第２のひき目によって画定されたインタースペースから第２のウェハの材料を除去するステップと
   を更に有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第１及び第２のＭＥＭＳの第１のサブアセンブリの各々が、少なくとも１つのトレースを含み、
   前記材料を除去するステップが、少なくとも１つのトレースを露出することを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記第１及び第２のＭＥＭＳの第２のサブアセンブリの各々が少なくとも１つのコンタクトを含み、
   前記第１のウェハと接触するように前記第２のウェハを持ってくるステップが、少なくとも一つのコンタクトを少なくとも１つのトレースと接触させることを含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記第２のウェハを製造するステップが、
   実質的に第１のジョイントから実質的に第２のジョイントまで延びるチャネルを画定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサ及び少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサを包含する溶融混合ウェハであって、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリと、
   少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリと
   を備えた第１のウェハと、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリと、
   少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリと
   を備えた第２のウェハと、
   溶融マトリックスと
   を有し、
   前記溶融マトリックスが、
   少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの各々を形成するように少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第２のアセンブリの各々と整列する少なくとも１つの第１のＭＥＭＳセンサの第１のアセンブリの各々をカプセル化するように構成された第１のジョイントと、
   少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの各々を形成するように少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第２のサブアセンブリの各々と整列する少なくとも１つの第２のＭＥＭＳセンサの第１のサブアセンブリの各々をカプセル化するように構成された第２のジョイントと
   を有することを特徴とする溶融混合ウェハ。
8. 前記第２のウェハが、実質的に前記第１のジョイントから実質的に前記第２のジョイントに延びるチャネルを画定する
   ことを特徴とする請求項７に記載の溶融混合ウェハ。
9. 前記第１及び第２のＭＥＭＳの第１のサブアセンブリの各々が、少なくとも１つのトレースを包含することを特徴とする請求項７に記載の溶融混合ウェハ。
10. 前記第１及び第２のＭＥＭＳの第２のサブアセンブリが、少なくとも１つのトレースと接触する少なくとも１つのコンタクトを包含することを特徴とする請求項９に記載の溶融混合ウェハ。

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