JP2020077855A - チップパッケージおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】パッケージのサイズを増大させずに、導電パッド間の間隔を小さくし、電子素子パッケージ中の導電パッド数を増加させるチップパッケージを提供する。【解決手段】チップパッケージ20において、基板100は第1の開口101と第1の開口101を取り囲む第2の開口103とを有し、基板100の中に位置すると共に、第1の表面100aに隣接するセンサーデバイス102を含む。第1の導電構造236は、基板100の第1の開口101内に位置する第1の導電部234aと、基板100の第2の表面100b上方に位置する第2の導電部234bとを含む。電気分離構造232は、基板100の第2の開口103中に位置する第1の分離部230aと、第1の分離部230aから基板100の第2の表面100bと第2の導電部234bとの間にて延伸する第2の分離部230bとを含む。第1の分離部230aは、第1の導電部234aを取り囲む。【選択図】図3

Description

本発明はチップパッケージング技術に関し、特に基板貫通ビア電極(substrate through via, TSV)分離構造を備えるチップパッケージおよびその製造方法に関する。
オプトエレクトロニクスデバイス(例えばイメージセンサーデバイス)は撮像等の用途において重要な役割を果たすもので、すでに例えばデジタルカメラ(digital camera)、デジタルビデオレコーダ(digital video recorder)、携帯電話機(mobile phone)等といった電子製品に広く用いられており、電子製品を形成する工程においてチップパッケージング工程は重要なステップである。チップパッケージは、センサーチップをその中に保護して外部環境の汚染から守る他、センサーチップ内部の電子素子と外部との電気接続経路を提供する。
しかしながら、電子またはオプトエレクトロニクス製品の機能が複雑化するのに伴って、チップパッケージ中に用いられる高機能または多機能の半導体チップにより多くの入力/出力(I/O)の導電パッドが要されるのが一般的となってきた。よって、チップパッケージのサイズを増大させずに、導電パッド間の間隔を小さくし、電子素子パッケージ中の導電パッド数を増加させる必要がある。このことは、パッケージチップ製造の難度を高め、チップパッケージの歩留まりを低下させてしまう。
よって、上述の問題を解決または改善できる新規なチップパッケージおよびその製造方法が求められている。
本発明の実施形態は、第1の表面と第1の表面に対向する第2の表面とを有し、かつ第1の開口と第1の開口を取り囲む第2の開口とを有する基板であって、基板が、基板内に位置すると共に基板の第1の表面に隣接しているセンサーデバイスを含む基板と、基板の第1の開口内に位置する第1の導電部、および基板の第2の表面上方に位置する第2の導電部を含む第1の導電構造と、基板の第2の開口内に位置し、第1の導電部を取り囲んでいる第1の分離部、および第1の分離部から基板の第2の表面と第2の導電部との間にて延伸する第2の分離部を含む電気分離構造と、を含むチップパッケージを提供する。
本発明の実施形態は、第1の表面と第1の表面に対向する第2の表面とを有する基板であって、基板内に位置すると共に基板の第1の表面に隣接しているセンサーデバイスを含む基板を準備する工程と、第1の開口と第1の開口を取り囲む第2の開口とを基板内に形成する工程と、電気分離構造の第1の分離部を基板の第2の開口内に形成し、かつ電気分離構造の第2の分離部を基板の第2の表面上方に形成する工程であって、第2の分離部が第1の分離部から延伸する、工程と、第1の導電構造の第1の導電部を基板の第1の開口内に形成する工程と、を含むチップパッケージの製造方法を提供する。
本発明の一実施形態によるチップパッケージの断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の一工程の断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの断面説明図を示している。 本発明の一実施形態によるチップパッケージの断面説明図を示している。
以下に本開示の実施形態の製造および使用の方法について詳細に説明する。ただし、本実施形態は、利用に供し得る多数の発明概念を提供するもので、多種の特定の方法で実施することができるという点に注意しなければならない。文中で例示され記載されている特定の実施形態は、単に本開示を製造および使用する特定の方法にすぎず、本開示の範囲を限定するためのものではない。また、異なる実施形態で重複する番号またはマークを使用することがある。これらの重複は、単に簡潔明瞭に本発明を説明するためのもので、記載された異なる実施形態および/または構造間に何らかの関連性があることを意味するものではない。さらに、第1の材料層が第2の材料層またはその上に位置すると言及された際、それには、第1の材料層と第2の材料層とが直接に接触しているか、または間に1つもしくはそれ以上のその他の材料層を有して離間している、という態様も含まれる。
本発明の一実施形態のチップパッケージはマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(MEMS)チップをパッケージングするのに用いることができる。ただし、その利用はこれに限定されることはなく、例えば本発明のチップパッケージの実施形態において、それは、各種の能動素子または受動素子(active or passive elements)、デジタル回路またはアナログ回路(digital or analog circuits)等の集積回路を含む電子部品(electronic components)に用いることができるものであって、例えばオプトエレクトロニクスデバイス(opto electronic devices)、MEMS(Micro Electro Mechanical System)、生体認証デバイス(biometric device)、マイクロ流体システム(micro fluidic systems)、または熱、光線、容量および圧力などの物理量変化を利用して測定を行う物理センサー(Physical Sensor)に関する。特に、ウェハースケールパッケージ(wafer scale package, WSP)工程を用いて、イメージセンサーデバイス、発光ダイオード(light-emitting diodes, LEDs)、太陽電池(solar cells)、無線周波数素子(RF circuits)、加速装置(accelerators)、ジャイロスコープ(gyroscopes)、指紋認識デバイス(fingerprint recognition device)、マイクロアクチュエータ(micro actuators)、表面波デバイス(surface acoustic wave devices)、圧力センサー(process sensors)またはインクプリンタヘッド(ink printer heads)等の半導体チップに対してパッケージングを行うことができる。
上記のウェハースケールパッケージ工程とは主に、ウェハー段階でパッケージングステップを完了した後、独立したパッケージに切り分ける工程を意味するが、特定の実施形態では、例えば分割した半導体チップを、キャリアウェハに再度分布させてから、パッケージング工程を行うものも、ウェハースケールパッケージ工程と称することができる。また、上記ウェハースケールパッケージ工程は、スタック(stack)方式で集積回路を有する複数のウェハーを配し、多層集積回路(multi-layer integrated circuit devices)のチップパッケージを形成するのにも適用される。
図1を参照されたい。本発明の一実施形態によるチップパッケージ10の断面説明図が示されている。いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は基板100を含む。基板100は、シリコンまたはその他の半導体からなるものであり得る。基板100は、第1の表面100a(例えば上表面)、第1の表面100aに対向する第2の表面100b(例えば下表面)、および基板100縁辺に位置する側壁表面100cを有する。いくつかの実施形態では、基板100はその中にセンサー領域102を含む。センサー領域102は基板100の第1の表面100aに隣接していてもよく、かつセンサー領域102はその中にセンサーデバイス(図示せず)、例えばイメージセンサーデバイスを含んでいてもよい。その他の実施形態において、センサー領域102はその中に、生体の特徴を検知するデバイス(例えば指紋認識デバイス)またはその他の適したセンサーデバイスを含み得る。
いくつかの実施形態では、絶縁層110は基板100の第1の表面100aを覆う。絶縁層110と基板100とがチップを構成し得る。さらに、絶縁層110は、層間絶縁膜(interlayer dielectric, ILD)、金属間絶縁膜(inter-metal dielectric, IMD)、パッシベーション膜(passivation)またはこれらの組み合わせを含んでいてもよい。図を簡潔にするため、この部分については単層の絶縁層110のみを示している。
いくつかの実施形態において、絶縁層110はその中に1つまたは複数の導電パッド106を有し、かつ基板100の第1の表面100aに隣接している。いくつかの実施形態において、導電パッド106は単層の導電層または多層の導電層構造であってもよい。図を簡潔にするため、この部分については単層の導電層のみを例として示し説明している。いくつかの実施形態において、センサー領域102内のセンサーデバイスは、基板100および絶縁層110内の配線構造(図示せず)を介して導電パッド106と電気接続することができる。
いくつかの実施形態において、基板100は複数の第1の開口101および複数の第2の開口103を含み、かつ各第2の開口103は対応する第1の開口101を取り囲んでいる。図を簡潔にするため、この部分については2つの第1の開口101と、第1の開口101を取り囲む2つの第2の開口103のみを示している。いくつかの実施形態において、第1の開口101および第2の開口103は基板100の第2の表面100bから基板100の第1の表面100aへと延伸し、基板100および絶縁層110を貫通して、対応する導電パッド106を露出させている。導電パッド106の一部は第2の開口103の縁辺から横方向に突出している。つまり、上から見ると、第1の開口101および第2の開口103は、対応する導電パッド106の領域内に完全に入っている。
いくつかの実施形態において、第1の開口101と対応する第2の開口103とは距離D(図2Bに示される)だけ間隔があいていて、基板100の一部が、第1の開口101を取り囲み、かつ第2の開口103に取り囲まれている。いくつかの実施形態において、距離Dは第1の開口の幅Wよりも小さいかまたはこれに等しい(図2Bに示される)。例えば、距離Dは約10μmである。
いくつかの実施形態において、第1の開口101の基板100の第2の表面100bにおける第1の径(つまり、第1の開口101の底部の幅)は、基板100の第1の表面100aにおける第2の径(つまり第1の開口101の上部の幅)と実質的に同じである。よって、第1の開口101は実質的に垂直な側壁を有する。第1の開口101の上から見た輪郭は円形の上面視輪郭を有していてもよいが、第1の開口101はその他の形状の上面視輪郭を有していてもよく、これに限定されないということが理解されよう。いくつかの実施形態において、第2の開口103の基板100の第2の表面100bにおける第1の径(つまり、第2の開口103の底部の幅)は、基板100の第1の表面100aにおける第2の径(つまり、第2の開口103の上部の幅)と実質的に同じである。よって、第2の開口103も実質的に垂直な側壁を有する。第2の開口103の上から見た輪郭は環形、例えばリング形の上面視輪郭を有していてもよい。第2の開口103はその他の形状の上面視輪郭を有していてもよく、これに限定されないということが理解されよう。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、絶縁層110上に設けられ、かつセンサー領域102に対応する光学素子114をさらに含む。一実施形態において、光学素子114は、マイクロレンズアレイ、カラーフィルタ、これらの組み合わせまたはその他の適した光学素子を含む。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、基板100の第1の表面100a上方に設けられて、光学素子114を保護するカバープレート200をさらに含む。一実施形態において、カバープレート200はガラス、石英、透明高分子材料またはその他の適した透明材料を含み得る。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、基板100とカバープレート200との間に設けられたスペーサー層(またはダム(dam)と呼ぶ)120をさらに含む。スペーサー層120は、導電パッド106を覆うと共に光学素子114を露出させる。本実施形態において、カバープレート200、スペーサー層120および絶縁層110がセンサー領域102にて囲繞するようにしてキャビティ116を形成し、光学素子114がキャビティ116内に位置している。他の実施形態では、スペーサー層120が光学素子114を覆って、カバープレート200と絶縁層110との間にキャビティが無い。
いくつかの実施形態において、スペーサー層120はほとんど水気を吸収せず、かつ粘性を持たない。この場合、追加の接着剤によりカバープレート200を基板100上の絶縁層110に貼付することができる。他の実施形態では、スペーサー層120は粘性を有し得る。この場合、スペーサー層120によりカバープレート200を基板100上の絶縁層110に貼付することができる。このようにすると、スペーサー層120はいかなる接着剤とも接触することなく、スペーサー層120の位置が確実に、接着剤により動かないようにできる。同時に、接着剤を使用する必要がないため、接着剤が溢れ出し光学素子114が汚染されるのを回避され得る。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、基板100の第2の表面100bに設けられた電気分離構造132をさらに含む。いくつかの実施形態において、電気分離構造132は第1の分離部130aおよび第2の分離部130bを含む。第1の分離部130aは基板100の各第2の開口103中に充填され、第2の分離部130bは第1の分離部130aから基板100の第2の表面100bにて延伸する。いくつかの実施形態において、第1の分離部130aは第2の開口103中に部分的に充填され、第2の開口103底部と第1の分離部130aとの間にホール103aが形成される。ホール103aは、基板100と後続で形成される再配線層との間の電気分離を提供することができ、かつ電気分離構造132と基板100との間のバッファーとなり得る。いくつかの実施形態において、ホール103aと第1の分離部130aとの間の境界面はアーチ形の輪郭を有する。いくつかの実施形態において、電気分離構造132は、フォトレジスト材料、エポキシ樹脂、またはその他の適した有機高分子材料(例えば、ポリベンゾオキサゾール(polybenzoxazole, PBO)、ポリイミド樹脂(polyimide)、ブチルシクロブテン(butylcyclobutene, BCB)、パリレン(parylene)、ポリナフタレン(polynaphthalenes)、フルオロカーボン(fluorocarbons)、アクリレート(acrylates))を含む。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、電気分離構造132上に設けられた第1の導電構造136をさらに含む。いくつかの実施形態において、第1の導電構造136は第1の導電部134aおよび第2の導電部134bを含む。第1の導電部134aは各第1の開口101中にそれぞれ位置し、第1の分離部130aが第1の導電部134aを取り囲んでいる。さらに、第1の導電部134aは各第1の開口101の側壁および底部をコンフォーマル(conformally)に覆い、かつ絶縁層110内に延伸して対応する導電パッド106と電気接続する。いくつかの実施形態において、第2の導電部134bは第1の導電部134aから第2の分離部130b上で延伸し、第2の分離部130bが基板100の第2の表面100bと第2の導電部134bとの間で延伸している。この場合に、第1の導電構造136は再配線層であるということができ、かつ第2の導電部134bと第1の導電部134aとは同一の導電材料層で構成される。第1の導電構造136(例えば再配線層)は単層または多層構造であってもよい。図を簡潔にするため、この部分については単層の導電層だけを例で示して説明する。いくつかの実施形態において、第1の導電構造136はアルミニウム、チタン、タングステン、銅、ニッケル、金またはこれらの組み合わせを含み得る。
第1の導電構造136は、電気分離構造132を介して基板100と電気的に分離されており、かつ第1の開口を通して直接または間接的に、露出した導電パッド106に電気的に接続する。よって、第1の開口101中の第1の導電部134aも基板貫通ビア電極(through substrate via, TSV)と称することができる。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、基板100の第2の表面100b上方に設けられて第1の導電構造136および電気分離構造132を覆うパッシベーション層142をさらに含む。さらに、パッシベーション層142は基板100縁辺の側壁表面100cおよび絶縁層110縁辺の側壁表面110aに沿ってスペーサー層120内へ延伸する。例えば、パッシベーション層142が基板100および絶縁層110を十分に保護できるように、延伸の深さはスペーサー層120の厚さのおよそ半分である。いくつかの実施形態において、パッシベーション層142は複数の開口142aを有し(図2G参照)、第2の導電部134bの一部を露出させる。
いくつかの実施形態において、パッシベーション層142は第1の開口101に充填されて、第1の導電部134aを覆う。ホール101aを第1の開口101内の第1の導電部134aとパッシベーション層142との間に形成させるように、パッシベーション層142で第1の開口101を完全に満たすことはしない。ホール101aはパッシベーション層142と第1の導電部134aとの間のバッファーの役目をし、後続の工程において熱処理を行うときにパッシベーション層142と第1の導電構造136との間の熱膨脹率のミスマッチにより引き起こされる不要な応力を低減することができる。さらに、ホール101aは、外部温度または圧力の急激な変化があったときに、パッシベーション層142が第1の導電構造136を過度に引っ張るのを回避し、ひいては導電パッド106付近の第1の導電部134aが剥離または断裂するのを防ぐことができる。いくつかの実施形態において、ホール101aとパッシベーション層142との間の境界面はアーチ形の輪郭を有する。
いくつかの実施形態において、チップパッケージ10は、パッシベーション層142の開口142a(図2G参照)内に対応して設けられ、露出した第2の導電部134bと電気的に接続する複数の第2の導電構造144(例えば、はんだボール、バンプまたは導電性ピラー)をさらに含む。上記実施形態において、第2の導電構造144を有するチップパッケージ10はボールグリッドアレイ(ball grid array, BGA)パッケージである。しかしながら、その他の実施形態では、チップパッケージ10は第2の導電構造144を備えない。この場合、チップパッケージ10はランドグリッドアレイ(land grid array, LGA)パッケージであってもよい。
上記実施形態において、チップパッケージ10は表面照射型(front side illumination, FSI)センサーデバイスを含む。その他の実施形態では、チップパッケージ10は裏面照射型(back side illumination, BSI)センサーデバイスを含んでいてもよい。
図2Aから図2Hは、本発明の実施形態によるチップパッケージの製造方法の断面説明図を示している。図1におけるのと同じ構成要素には同じ符号を用い、その説明を省略することもある。図2Aを参照されたい。基板100を準備する。基板100は第1の表面100a(例えば上表面)、およびこれと対向する第2の表面100b(例えば下表面)を有し、かつ複数のチップ領域、およびこれらチップ領域を取り囲むと共に隣り合うチップ領域を隔離するスクライブライン領域を有する。この部分は簡略化した図であり、1つの完全なチップ領域C、それに隣接するチップ領域Cの一部、およびこれらチップ領域Cを隔離するスクライブライン領域SCのみを示している。いくつかの実施形態において、基板100はシリコンウェハーであり、ウェハースケールパッケージ工程を行うのに適している。別の実施形態では、基板100はシリコン基板またはその他の半導体基板であってもよい。基板100のチップ領域Cはその中にセンサー領域102を含み、センサー領域102は基板100の第1の表面100aに隣接している。さらに、センサー領域102はその中にセンサーデバイス(図示せず)、例えばイメージセンサーデバイスを含んでいてもよい。
いくつかの実施形態において、絶縁層110を基板100の第1の表面100a上に形成する。絶縁層110は層間絶縁膜(ILD)、金属間絶縁膜(IMD)、パッシベーション層またはこれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態において、絶縁層110は、無機材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリコン、金属酸化物もしくはこれらの組み合わせ、またはその他の適した絶縁材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の導電パッド106を絶縁層110中に形成する。導電パッド106は基板100のチップ領域Cに対応し、かつ基板100の第1の表面100aに隣接する。いくつかの実施形態において、センサー領域102中のセンサーデバイスは、基板100および絶縁層110中の配線構造(図示せず)を介して導電パッド106と電気接続することができる。
いくつかの実施形態において、半導体装置のフロントエンド(front end)工程(例えば、基板100内にセンサー領域102を形成する)およびバックエンド(back end)工程(例えば基板100上に絶縁層110、配線構造および導電パッド106を作製する)を順次行うことにより、前述の構造を作製することができる。換言すると、以下のチップパッケージの製造方法は、バックエンド工程を完了した基板に対して、後続のパッケージング工程を行うのに用いられる。
いくつかの実施形態において、光学素子114を基板100の第1の表面100a上方の絶縁層110上に形成し、かつセンサー領域102に対応させる。いくつかの実施形態において、光学素子114はマイクロレンズアレイ、カラーフィルタ、これらの組み合わせ、またはその他の適した光学素子であってもよい。
次いで、カバープレート200を準備する。本実施形態において、カバープレート200はガラス、石英、透明高分子材料またはその他の適した透明材料を含み得る。続いて、スペーサー層120をカバープレート200上に形成すると共に、スペーサー層120を介してカバープレート200を基板100の第1の表面100aの絶縁層110上に接合させることができる。基板100のセンサー領域102を取り囲むスペーサー層120により、キャビティ116がチップ領域C内における基板100とカバープレート200との間に形成されて、光学素子114がキャビティ116内に位置すると共に、カバープレート200によりキャビティ116内の光学素子114を保護できるようになる。
他の実施形態では、先ずスペーサー層120を基板100の絶縁層110上に形成してから、カバープレート200を基板100の絶縁層110上に接合させることもできる。他の実施形態では、スペーサー層120が光学素子114を覆い、基板100とカバープレート200との間にキャビティが備わらないようにすることもできる。
一実施形態において、堆積工程(deposition)(例えば、塗布工程、物理蒸着工程、化学蒸着工程またはその他の適した工程)によりスペーサー層120を形成することもできる。さらに、スペーサー層120は、エポキシ樹脂、無機材料(例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリコン、金属酸化物もしくはこれらの組み合わせ)、有機高分子材料(例えば、ポリイミド樹脂、ブチルシクロブテン、パリレン、ポリナフタレン、フルオロカーボン、もしくはアクリレート)またはその他の適した絶縁材料を含み得る。あるいは、スペーサー層120はフォトレジスト材料を含んでいてもよく、かつリソグラフィ工程によりパターン化してキャビティ116を形成することもできる。
図2Bを参照されたい。カバープレート200をキャリア基板とし、基板100の第2の表面100bに対して薄膜化工程(例えばエッチング工程、ミリング(milling)工程、研削(grinding)工程または研磨(polishing)工程)を行って基板100の厚さを小さくする。いくつかの実施形態において、薄膜化工程を行った後、基板100の厚さは約100μmから200μmの範囲となる。
次いで、いくつかの実施形態において、リソグラフィ工程およびエッチング工程(例えば、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程、プラズマエッチング工程、反応性イオンエッチング工程またはその他の適した工程)により、各チップ領域Cの基板100に1つまたは複数の第1の開口101および対応する1つまたは複数の第2の開口103を形成する。第1の開口101は導電パッド106に対応し、かつ第2の開口103は第1の開口101を取り囲むと共に、同じく導電パッド106に対応する。第1の開口101および第2の開口103は、基板100の第2の表面100bから基板100の第1の表面100aへと延伸し、基板100を貫通している。
次いで、エッチング工程(例えば、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程、プラズマエッチング工程、反応性イオンエッチング工程またはその他の適した工程)により第1の開口101および第2の開口103を絶縁層110内に延伸させて導電パッド106を露出させる。いくつかの実施形態において、導電パッド106の一部は第2の開口103の縁辺から横方向に突出する。いくつかの実施形態において、第1の開口101と対応する第2の開口103とは距離Dだけ離れているため、基板100の一部が第1の開口101を囲むと共に、第2の開口103に囲まれている。いくつかの実施形態において、距離Dは第1の開口の幅Wよりも小さいかまたはこれに等しい。例えば、距離Dは約10μmである。
いくつかの実施形態において、第1の開口101と第2の開口103はそれぞれ実質的に垂直な側壁を有する。さらに、第1の開口101の上から見た輪郭は円形の上面視輪郭を有していてもよい。第2の開口103の上から見た輪郭は環形、例えばリング形の上面視輪郭を有していてもよい。なお、第1の開口101および第2の開口103はその他の形状の上面視輪郭を有していてもよく、これらに限定されないということが理解されよう。
図2Cおよび図2Dを参照されたい。電気分離構造132を基板100の第2の表面100bに形成する。いくつかの実施形態において、堆積工程(例えば塗布工程)により電気分離材料層128を基板100の第2の表面100bに形成し、かつ第1の開口101および第2の開口103中に部分的に充填することができる。いくつかの実施形態において、電気分離材料層128は、エポキシ樹脂、またはその他の適した有機高分子材料(例えばポリベンゾオキサゾール、ポリイミド樹脂、ブチルシクロブテン、パリレン、ポリナフタレン、フルオロカーボン、アクリレート)を含む。
続いて、マスク層129を電気分離材料層128上に形成する。いくつかの実施形態において、図2Cに示されるように、マスク層129は、第1の開口101に対応し、かつ第1の開口101上方の電気分離材料層128を露出させる開口129aを有する。次いで、いくつかの実施形態において、エッチング工程(例えばドライエッチング工程、ウェットエッチング工程、プラズマエッチング工程、反応性イオンエッチング工程またはその他の適した工程)により、マスク層129をエッチマスクとして用い、露出した電気分離材料層128を除去する。図2Dに示されるように、残った電気分離材料層128が電気分離構造132を形成する。
他の実施形態では、電気分離材料層128はフォトレジスト材料を含み、かつリソグラフィ工程によりパターン化することもでき、マスク層129の形成および上記エッチング工程の実行は不要となる。
いくつかの実施形態において、電気分離構造132は第1の分離部130aおよび第2の分離部130bを含む。第1の分離部130aは、第2の開口103中に部分的に充填され、第2の開口103の底部と第1の分離部130aとの間にホール103aが形成される。さらに、第2の分離部130bは第1の分離部130aから基板100の第2の表面100bにおいて延伸する。
図2Eを参照されたい。第1の導電構造136を電気分離構造132上に形成する。いくつかの実施形態において、第1の導電構造136は第1の導電部134aおよび第2の導電部134bを含む。第1の導電部134aは各第1の開口101中に位置し、かつ各第1の開口101の側壁および底部をコンフォーマルに覆うと共に、対応する導電パッド106と電気的に接続する。いくつかの実施形態において、第1の導電部を形成する過程で、第2の導電部134bを第2の分離部130b上方に形成して、第2の導電部134bを第1の導電部134aから延伸させる。この場合に、第1の導電構造136を再配線層ということができる。第1の導電構造136は電気分離構造132を介して基板100と電気的に分離され、第1の開口101により露出した導電パッド106と直接または間接に電気接続する。
いくつかの実施形態において、第1の導電構造136はアルミニウム、チタン、タングステン、銅、ニッケル、金またはこれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態において、堆積工程(例えば、物理蒸着工程、化学蒸着工程、電気メッキ工程、無電解メッキ工程またはその他の適した工程)、リソグラフィ工程およびエッチング工程を順次行うことにより、第1の導電構造136(つまり、パターン化された再配線層)を形成することができる。例えば、堆積工程、リソグラフィ工程およびエッチング工程を順次行うことによりパターン化されたアルミニウム層を形成してから、類似する方式でパターン化されたアルミニウム層上にパターン化されたニッケル層およびパターン化された金層を順次形成することで、積層されたアルミニウム層、ニッケル層および金層を第1の導電構造136に形成する。
図2Fを参照されたい。各チップ領域Cにおける基板100に開口140を形成して、開口140が、隣り合うチップ領域C間のスクライブライン領域SCに沿って延伸しチップ領域Cを取り囲むようにする。いくつかの実施形態において、開口140は基板100および絶縁層110を貫いてスペーサー層120内に延伸し、各チップ領域C内における基板100を相互に分離させると共に、各チップ領域C内における基板100に側壁表面100cを備えさせる。いくつかの実施形態では、予め切削工程により開口140を形成し、開口140がスペーサー層120内において延伸する深さはスペーサー層120のおよそ半分の厚さである。
図2Gを参照されたい。パッシベーション層142を形成して第1の導電構造136および電気分離構造132を覆う。いくつかの実施形態において、堆積工程により、基板100の第2の表面100b上方にパッシベーション層142を形成し、かつ第1の開口101および開口140を充填するようにして、第1の導電部134aを覆うことができる。いくつかの実施形態において、パッシベーション層142は開口140を完全に満たして、パッシベーション層142がスペーサー層120内に延伸するようになる。さらに、パッシベーション層142が第1の開口101に部分的に充填されて、第1の開口101中の第1の導電部134aとパッシベーション層142との間にホール101aが形成されるようになる。他の実施形態では、パッシベーション層142が第1の開口101を完全に満たしていてもよい。
次いで、いくつかの実施形態において、リソグラフィ工程およびエッチング工程によりパッシベーション層142をパターン化して開口142aを形成し、第2の導電部134bの一部を露出させることができる。いくつかの実施形態において、パッシベーション層142は、エポキシ樹脂、ソルダーマスク(solder mask)、有機高分子材料(例えばポリイミド樹脂、ブチルシクロブテン、パリレン、ポリナフタレン、フルオロカーボン、もしくはアクリレート)またはその他の適した絶縁材料を含み得る。
図2Hを参照されたい。いくつかの実施形態において、電気メッキ工程、スクリーン印刷工程またはその他の適した工程によりパッシベーション層142の開口142a中に第2の導電構造144(例えばはんだボール、バンプまたは導電性ピラー)を充填し、露出した第2の導電部134bと電気的に接続させることができる。いくつかの実施形態において、第2の導電構造144はスズ、鉛、銅、金、ニッケル、またはこれらの組み合わせを含み得る。
続いて、スクライブライン領域SCに位置する基板100およびスクライブライン領域SCに位置する基板100の上方および下方の膜層を切断して、各チップ領域Cの基板100を互いに分離する。例えば、ダイシングソーまたはレーザーを使用して切断工程を行うことができ、切断工程を行った後、図1に示されるような独立したチップパッケージ10が形成され得る。
図2Aから図2Hの実施形態は、表面照射型(front side illumination, FSI)センサーデバイスを有するチップパッケージの製造方法であるが、チップの外部電気接続経路(例えば基板の開口、電気分離構造、第1の導電構造、パッシベーション層および第2の導電構造)の作製方法に関しては、裏面照射型(back side illumination, BSI)センサーデバイスの製造工程にも用いることができる、ということが理解されよう。
上述した実施形態によれば、第1の開口101および第2の開口103は垂直の側壁を有し、かつ上面から見ると、第1の開口101および第2の開口103は対応する導電パッド106の領域内に完全に入っているため、導電パッド106の間隔を有効に縮小して導電パッドの数量および設計のフレキシビリティを増大させることができる。さらに、第1の開口101の幅は導電パッド106の幅よりも小さいことから、基板貫通ビア電極を覆うパッシベーション層142の総量を減らすことができ、ひいてはパッシベーション層142により引き起こされる応力を低減することができる。
上述した実施形態によれば、第1の開口101内に位置する基板貫通ビア電極(すなわち第1の導電部134a)は、第2の開口103内に位置する第1の分離部130aを介して基板100と電気的に分離され得る。
上述した実施形態によれば、基板100の一部が第1の開口101を取り囲み、かつ第2の開口103に取り囲まれているため、この部分の基板100は基板貫通ビア電極の一部として機能し得る。よって、第1の導電部134aに断裂が生じても、基板貫通ビア電極は依然として導電パッド106に有効に電気接続することができる。
図3を参照されたい。本発明の一実施形態のチップパッケージ20の断面説明図を示している。図1中のものと同じ構成要素には同じ符号を使用しており、その説明は省略する。チップパッケージ20の構造は図1におけるチップパッケージ10の構造に類似する。いくつかの実施形態では、チップパッケージ10の電気分離構造132とは異なり、チップパッケージ20の電気分離構造232は第1の分離部230aおよび第2の分離部230bを含み、第1の分離部230aは基板100の各第2の開口103を完全に満たしている。いくつかの実施形態において、電気分離構造232は酸化物(例えば酸化シリコン)またはその他の適した無機材料(例えば窒化シリコン、窒酸化シリコン、金属酸化物もしくはこれらの組み合わせ)を含む。
いくつかの実施形態では、チップパッケージ10の第1の導電構造136とは異なり、チップパッケージ20の第1の導電構造236は第1の導電部234aおよび第2の導電部234bを含み、第1の導電部234aの一部は基板100の第2の表面100bから突出して、第1の導電部234aがT字形の輪郭を持つようになっており、かつ第2の分離部230bの一部は、第2の導電部234bと基板100の第2の表面100bから突出する第1の導電部234aの部分との間に位置する。さらに、第2の導電部234bは第1の導電部234aに接続し、かつ第2の分離部230b上方において延伸している。この場合に、第1の導電部234aを基板貫通ビア電極ということができ、第2の導電部234bを再配線層ということができる。また、第2の導電部234bと第1の導電部234aは異なる導電材料層からなる。例えば、第2の導電部234bは、アルミニウム、チタン、タングステン、銅、ニッケル、金またはこれらの組み合わせを含み得る。第1の導電部234aは銅を含み得る。
図4Aから図4Dは、本発明の一実施形態によるチップパッケージの製造方法の断面説明図を示しており、図3および図2Aから図2Hにおけるものと同じ構成要素には同じ符号を用い、その説明を省くこともある。図4Aを参照されたい。図2Bに示されるような構造を準備する。次いで、基板100の第2の表面100bにパターン化マスク層131を形成する。いくつかの実施形態において、パターン化マスク層131は第2の開口103中に部分的に充填され、第2の開口103底部とパターン化マスク層131との間にホール103aが形成される。さらに、パターン化マスク層131は開口を有して、第1の開口101を露出させる。いくつかの実施形態において、パターン化マスク層131はフォトレジスト材料を含む。
続いて、いくつかの実施形態において、パターン化マスク層131の開口および第1の開口101中に第1の導電部234aを形成し、基板貫通ビア電極とする。第1の導電部234aの一部は基板100の第2の表面100bから突出し、第1の導電部234aがT字形の輪郭を持つようになる。いくつかの実施形態において、第1の導電部234aは銅を含み、かつ堆積工程(例えば電気メッキ工程または無電解メッキ工程)により形成される。
図4Bを参照されたい。パターン化マスク層131を除去する。続いて、堆積工程(例えば、塗布工程、物理蒸着工程、化学蒸着工程またはその他の適した工程)により電気分離構造232を基板100の第2の表面100bに形成することができる。電気分離構造232は第1の分離部230aおよび第2の分離部230bを含む。第1の分離部230aは、基板100の各第2の開口103を満たすように充填され、第2の分離部230bは第1の導電部234aを覆い、かつ開口233を備えて、対応する第1の導電部234aの一部を露出させる。いくつかの実施形態において、電気分離構造232は、酸化物(例えば酸化シリコン)またはその他の適した無機材料(例えば窒化シリコン、窒酸化シリコン、金属酸化物またはこれらの組み合わせ)を含む。
図4Cを参照されたい。第2の導電部234bを第2の分離部230b上に形成すると共に、開口233(図4Bに示される)に充填して第1の導電部234aと接続させる。いくつかの実施形態において、第2の導電部234bの材料および作製方法は、図2Eにて述べた第1の導電構造136と同じであるかまたは類似する。この場合に、第2の導電部234bを再配線層ということができる。さらに、第1の導電部234aおよび第2の導電部234bが第1の導電構造236を形成する。次いで、図2Fと同じかまたは類似する方法を用い、基板100に開口140を形成する。
図4Dを参照されたい。図2Gおよび2Hにて述べたのと同じかまたは類似する方法を用い、図4Cの構造中にパッシベーション層142および第2の導電構造144を順次形成する。
次いで、スクライブライン領域SCに位置する基板100ならびにスクライブライン領域SCに位置する基板100の上方および下方の膜層を切断して、各チップ領域Cの基板100を互いに分離する。例えば、ダイシングソーまたはレーザーを使用して切断工程を行うことができ、切断工程を行った後、図3に示されるような独立したチップパッケージ20が形成され得る。
図4Aから図4Dの実施形態は、表面照射型(FSI)センサーデバイスを有するチップパッケージの製造方法であるが、チップの外部電気接続経路(例えば基板の開口、電気分離構造、第1の導電構造、パッシベーション層および第2の導電構造)の作製方法に関しては、裏面照射型(BSI)センサーデバイスの製造工程にも用いることができる、ということが理解されよう。
上述した実施形態によれば、チップパッケージ20は構造が図1におけるチップパッケージ10の構造と類似するため、チップパッケージ10と同じかまたは類似する利点を有する。
上述した実施形態によれば、チップパッケージ20中の基板貫通ビア電極(すなわち第1の導電部234a)が電気メッキ工程により第1の開口101を完全に満たすように充填されるため、基板貫通ビア電極の信頼性を高めることができると共に、後続に形成される再配線層(すなわち第2の導電部234b)の設計のフレキシビリティおよびプロセスウィンドウ(process window)が増す。
図5を参照されたい。本発明の一実施形態のチップパッケージ30の断面説明図を示している。図1および図3におけるものと同じ構成要素には同じ符号を用いており、その説明は省く。いくつかの実施形態において、チップパッケージ30の構造および製造方法は図3におけるチップパッケージ20の構造に類似するが、チップパッケージ30では、図1におけるチップパッケージ10と同じ電気分離構造132を、図3におけるチップパッケージ20の電気分離構造232に代えて用いた点で相違する。
上述した実施形態によれば、チップパッケージ30は構造が図3におけるチップパッケージ20の構造と類似しており、かつ図1におけるチップパッケージ10の電気分離構造132を用いているため、チップパッケージ10および20と同じかまたは類似する利点を有する。
図6を参照されたい。本発明の一実施形態のチップパッケージ40の断面説明図を示している。図5におけるものと同じ構成要素には同じ符号を用いており、その説明は省く。いくつかの実施形態において、チップパッケージ40の構造および製造方法は図5におけるチップパッケージ30の構造に類似する。チップパッケージ30の第1の導電構造236とは異なり、チップパッケージ40の第1の導電構造336は第1の導電部334aおよび第2の導電部334bを含む。第1の導電部334aは基板100の第2の表面100bから突出していない。第1の導電部334aは凹部337を有し、かつ第2の分離部130bは凹部337に対応する開口132aを有しており、これにより第2の導電部334bが凹部337および開口132aを通って基板100の第2の表面100b上方にて延伸するようになる。
上述した実施形態によれば、チップパッケージ40は構造が図5におけるチップパッケージ30の構造と類似しているため、チップパッケージ30と同じかまたは類似する利点を有する。
図7を参照されたい。本発明の一実施形態のチップパッケージ50の断面説明図を示している。図6におけるものと同じ構成要素には同じ符号を用いており、その説明は省く。いくつかの実施形態において、チップパッケージ50の構造および製造方法は図6におけるチップパッケージ40の構造に類似するが、チップパッケージ50では、図3におけるチップパッケージ20と同じ電気分離構造232を、図6におけるチップパッケージ40の電気分離構造132に代えて用いた点で相違する。同じように、第2の分離部230bは凹部337に対応する開口232aを有しており、これにより第2の導電部334bが凹部337および開口232aを通って基板100の第2の表面100b上方にて延伸するようになる。
上述した実施形態によれば、チップパッケージ50は構造が図6におけるチップパッケージ40の構造と類似しており、かつ図3におけるチップパッケージ20の電気分離構造232を用いているため、チップパッケージ20および40と同じかまたは類似する利点を有する。
以上、本発明の数個の実施形態の特徴を概略的に説明し、当該技術分野において通常の知識を有する者が本開示の態様をより容易に理解できるようにした。当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、本開示をその他の製造工程または構造の変更または設計の基礎として利用して、本明細書に記載した実施形態と同じ目的を達成する、および/または同じ利点を得ることができる、ということが理解できるはずである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、上述と同等の構造が本開示の精神および保護範囲を逸脱せず、かつ本開示の精神および範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、置換および修飾を加え得るということも、理解できるであろう。
10、20、30、40…チップパッケージ
100…基板
100a…第1の表面
100b…第2の表面
100c、110a…側壁表面
101、103、129a、132a、140、142a、232a、233…開口
101a、103a…ホール
102…センサー領域
106…導電パッド
110…絶縁層
114…光学素子
116…キャビティ
120…スペーサー層
128…電気分離材料層
129…マスク層
130a、230a…第1の分離部
130b、230b…第2の分離部
131…パターン化マスク層
132、232…電気分離構造
134a、234a、334a…第1の導電部
134b、234b、334b…第2の導電部
136、236、336…第1の導電構造
142…パッシベーション層
144…第2の導電構造
200…カバープレート
337…凹部
C…チップ領域
D…距離
SC…スクライブライン領域
W…幅

Claims (29)

  1. 第1の表面と前記第1の表面に対向する第2の表面とを有し、かつ第1の開口と前記第1の開口を取り囲む第2の開口とを有する基板であって、前記基板が、前記基板内に位置すると共に前記基板の前記第1の表面に隣接しているセンサーデバイスを含む基板と、
    前記基板の前記第1の開口中に位置する第1の導電部、および前記基板の前記第2の表面上方に位置する第2の導電部を含む第1の導電構造と、
    前記基板の前記第2の開口中に位置して、前記第1の導電部を取り囲んでいる第1の分離部、および前記第1の分離部から前記基板の前記第2の表面と前記第2の導電部との間にて延伸する第2の分離部を含む電気分離構造と、
    を含むチップパッケージ。
  2. 前記第2の導電部および前記第2の分離部を覆うパッシベーション層と、
    前記パッシベーション層を貫通して前記第2の導電部に電気接続する第2の導電構造と、
    をさらに含む請求項1に記載のチップパッケージ。
  3. 前記基板の前記第1の表面上方に設けられたカバープレートと、
    前記基板と前記カバープレートとの間に設けられたスペーサー層と、
    をさらに含み、
    前記パッシベーション層が前記基板縁辺の側壁表面に沿って前記スペーサー層内に延伸する、請求項2に記載のチップパッケージ。
  4. 前記第1の導電部が前記基板の前記第1の開口の側壁および底部をコンフォーマルに覆い、かつ前記パッシベーション層が前記第1の開口中に延伸して、前記第1の開口中の前記第1の導電部と前記パッシベーション層との間にホールが形成される、請求項2に記載のチップパッケージ。
  5. 前記第1の分離部が前記基板の前記第2の開口中に部分的に充填されて、前記第2の開口底部と前記第1の分離部との間にホールが形成される、請求項1に記載のチップパッケージ。
  6. 前記電気分離構造が酸化物またはフォトレジスト材料を含む、請求項1に記載のチップパッケージ。
  7. 前記第1の導電部の一部が前記基板の前記第2の表面から突出して、前記第2の分離部の一部が、前記第2の導電部と、前記基板の前記第2の表面から突出する前記第1の導電部の前記一部との間に位置している、請求項1に記載のチップパッケージ。
  8. 前記第1の導電部がT字形の輪郭を有する、請求項7に記載のチップパッケージ。
  9. 前記第1の導電部が凹部を有し、かつ前記第2の分離部が前記凹部に対応する第3の開口を有しており、前記第2の導電部が前記凹部および前記第3の開口を通って前記基板の前記第2の表面上方に延伸する、請求項1に記載のチップパッケージ。
  10. 前記第2の導電部が前記第1の導電部から延伸して、前記第2の導電部と前記第1の導電部とが同一の導電材料層から構成されている、請求項1に記載のチップパッケージ。
  11. 前記第2の導電部が前記第1の導電部に接続し、かつ第2の導電部と前記第1の導電部とが異なる導電材料層から構成される、請求項1に記載のチップパッケージ。
  12. 前記第1の開口と前記第2の開口とは所定の距離だけ離間しており、かつ前記距離が前記第1の開口の幅よりも小さいかまたはこれに等しい、請求項1に記載のチップパッケージ。
  13. 前記基板の前記第1の表面を覆う絶縁層をさらに含み、前記絶縁層はその中に導電パッドを有し、かつ前記第1の導電部が前記絶縁層内に延伸して前記導電パッドと電気接続している、請求項1に記載のチップパッケージ。
  14. 前記第2の開口が前記絶縁層内に延伸して前記導電パッドを露出させる、請求項13に記載のチップパッケージ。
  15. 前記導電パッドの一部が前記第2の開口の縁辺から横方向に突出する、請求項14に記載のチップパッケージ。
  16. 第1の表面と前記第1の表面に対向する第2の表面とを有する基板であって、前記基板が、前記基板内に位置すると共に前記基板の前記第1の表面に隣接しているセンサーデバイスを含む基板を準備する工程と、
    第1の開口と前記第1の開口を取り囲む第2の開口とを前記基板に形成する工程と、
    電気分離構造の第1の分離部を前記基板の前記第2の開口内に形成し、かつ前記電気分離構造の第2の分離部を前記基板の前記第2の表面上方に形成する工程であって、前記第2の分離部が前記第1の分離部から延伸する、工程と、
    第1の導電構造の第1の導電部を前記基板の前記第1の開口内に形成する工程と、
    を含むチップパッケージの製造方法。
  17. カバープレートを前記基板の前記第1の表面上方に形成する工程と、
    スペーサー層を前記基板と前記カバープレートとの間に形成する工程と、
    をさらに含む請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  18. 前記第1の導電部を形成する過程で、前記第1の導電構造の第2の導電部を前記第2の分離部上方に形成する工程であって、前記第2の導電部は前記第1の導電部から延伸し、かつ前記第2の導電部と前記第1の導電部とが同じ導電材料層から構成される、工程と、
    パッシベーション層を形成して前記第2の導電部および前記第2の分離部を覆う工程と、
    第2の導電構造を、前記パッシベーション層を貫通するように形成して前記第2の導電部と電気接続させる工程と
    をさらに含む請求項17に記載のチップパッケージの製造方法。
  19. 前記第1の導電部が前記基板の前記第1の開口の側壁および底部をコンフォーマルに覆い、かつ前記パッシベーション層が前記第1の開口内に延伸して、前記第1の開口内の前記第1の導電部と前記パッシベーション層との間にホールが形成される、請求項18に記載のチップパッケージの製造方法。
  20. 前記第1の導電構造の第2の導電部を前記第2の分離部上方に形成し、かつ前記第1の導電部に接続させる工程であって、前記第2の導電部と前記第1の導電部とは異なる導電材料層から構成される、工程と、
    パッシベーション層を形成して前記第2の導電部および前記第2の分離部を覆う工程と、
    第2の導電構造を、前記パッシベーション層を貫通するように形成して前記第2の導電部に電気接続させる工程と、
    をさらに含む請求項17に記載のチップパッケージの製造方法。
  21. 前記第1の分離部が前記基板の前記第2の開口中に部分的に充填されて、前記第2の開口底部と前記第1の分離部との間にホールが形成される、請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  22. 前記電気分離構造が酸化物またはフォトレジスト材料を含む、請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  23. 前記第1の導電部の一部が前記基板の前記第2の表面から突出して、前記第1の導電部がT字形の輪郭を有するようになっている、請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  24. 前記第1の導電部が凹部を有し、かつ前記第2の分離部が前記凹部に対応する第3の開口を有しており、前記第2の導電部が前記凹部および前記第3の開口を通って前記基板の前記第2の表面上方にて延伸する、請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  25. 前記第1の開口と前記第2の開口とは所定の距離だけ離間しており、かつ前記距離が前記第1の開口の幅よりも小さいかまたはこれに等しい、請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  26. 絶縁層を前記基板の前記第1の表面に形成し、かつ導電パッドを前記絶縁層内に形成する工程をさらに含む請求項16に記載のチップパッケージの製造方法。
  27. 前記第1の開口を前記絶縁層内に延伸させる工程をさらに含み、前記第1の導電部は前記第1の開口を通って前記絶縁層内に延伸し、前記導電パッドと電気接続する、請求項26に記載のチップパッケージの製造方法。
  28. 前記第2の開口を前記絶縁層内に延伸させて前記導電パッドを露出させる工程をさらに含む請求項26に記載のチップパッケージの製造方法。
  29. 前記導電パッドの一部が前記第2の開口の縁辺から横方向に突出する、請求項28に記載のチップパッケージの製造方法。
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