JP4472682B2

JP4472682B2 - イメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法

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Inventors: ムンリュジン
Original assignee: 三星電機株式会社
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Description

本発明は、イメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法に関し、さらに詳細には、外部接続端子としてメタルで構成されたバンプが形成されるように、ウエハレベル状態でガラスを付着し、前記ウエハを薄型化（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）した後、ドライエッチングにより形成された長空のビアをメタルで充填してパッケージが製作されると共に、ソルダーボールの削除により、製造工程が短縮されることにより、量産能力を向上させ、異物不良を最小化できるイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法に関する。

現在、半導体産業においては、可能な限り半導体素子を小型化するのが一つの傾向である。小型化の要求は、特に、半導体チップパッケージ産業において著しく、パッケージとは、微細回路が設計された集積回路チップを実際の電子機器に実装して使用できるように、プラスチック樹脂やセラミックでシールした形態のことを言う。

従来の典型的なパッケージは、その中に内蔵される集積回路チップに比べて、はるかに大きいサイズを有する。したがって、パッケージのサイズをチップサイズ水準に縮小することが、パッケージ技術者らの関心事のひとつであった。

このような背景により、最近開発された新しいパッケージ類型がまさにチップスケールパッケージ（またはチップサイズパッケージとも言う）である。その中で、特に、ウエハレベルチップスケールパッケージ（ＷａｆｅｒＬｅｖｅｌＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）は、個別チップ単位でパッケージ組立を行う典型的なパッケージの製造方法とは異なり、ウエハ状態において一括にパッケージを組み立て及び製造するという点に特徴がある。

半導体集積回路チップの発達は、パッケージ技術の発達につながり、持続的に高密度化、高速化、小型化、及び薄型化が実現されつつある。特に、パッケージ素子の構造的な面での変遷を見れば、ピン挿入型（ＰｉｎＩｎｓｅｒｔＴｙｐｅｏｒＴｈｒｏｕｇｈＨｏｌｅＭｏｕｎｔＴｙｐｅ）から表面実装型（ＳＵＲＦＡＣＥＭＯＵＮＴＴＹＰＥ）に発展して、回路基板に対する実装密度を高めてきたのであり、最近では、ベアチップ（ＢａｒｅＣｈｉｐ）の特性をパッケージ状態でそのまま維持し、かつパッケージのサイズをチップ水準に減らすことのできるチップサイズパッケージ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ；ＣＳＰ）に対する研究が盛んに進められている。

チップサイズパッケージの中で、特に、チップ表面においてチップパットを再配線（ＲｅｒｏｕｔｉｎｇＯｒＲｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）した後、ソルダーボールを形成させた類型をウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷａｆｅｒＬｅｖｅｌＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ；ＷＬＣＳＰ）という。前記ウエハレベルチップサイズパッケージは、いわゆるフリップチップ（Ｆｌｉｐｃｈｉｐ）と呼ばれる方式であって、チップ（チップまたはダイ）が回路基板に直接実装され、チップの再配線された回路上に形成されたソルダーボールが、回路基板の導電性パッドに接合される。このとき、導電性パッドにもソルダーボールが形成されて、パッケージのソルダーボールと接合をなすこともある。

最近では、半導体チップとパッケージのサイズがほとんど差がない程度に小さな各種ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）技術が登場し始めたし、この技術は、半導体の小型、高速、高集積化傾向により、予想よりはるかに早く拡散されつつある。

これと共に、チップを切断しないウエハ状態において全ての組立過程を終わるウエハレベルパッケージ技術が、次世代ＣＳＰ技術として注目されつつある。現在までの半導体組立工程は、ウエハを各々のチップで切断した後に行われることに対し、ウエハレベルパッケージ技術は、複数のチップが付着されているウエハ状態においてダイボンディング（ＤｉｅＢｏｎｄｉｎｇ）、ワイヤボンディング（ＷｉｒｅＢｏｎｄｉｎｇ）、モールディング（Ｍｏｌｄｉｎｇ）などの一連の組立工程を終えた後、これを切断し直ちに完成品を作る。

したがって、この技術を適用する場合には、現在のＣＳＰ技術より全体的なパッケージ費用をさらに少なくすることができる。

このようなウエハレベルチップスケールパッケージは、半導体チップの活性面にソルダーボールが形成されるのが一般的であり、このような構造により、ウエハレベルチップスケールパッケージを積層するか、又は電荷結合素子（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）のようなセンサパッケージ（ＳｅｎｓｏｒＰａｃｋａｇｅ）などの製作に応用するときは、構造的に相当な困難がある。

上記のウエハレベルチップスケールパッケージ技術を利用してイメージセンサのパッケージを製造した従来のパッケージされた集積回路素子は、下記特許文献１に開示されており、前記パッケージされた集積回路素子の構造を図１に基づいて簡略に説明すれば、次の通りである。

図１には、結晶質基材形成されたマイクロレンズアレイを備える集積回路素子を示している。

表面にマイクロレンズアレイ１００が形成された基材１０２の下には、通常、ガラスで形成されたパッケージ層１０６が、エポキシ１０４により密封されているが、前記パッケージ層１０６のエッジに沿って電気コンタクト１０８が形成される。前記電気コンタクト１０８は、前記パッケージ層１０６の下部面に形成される通常のソルダーボールバンプ１１０と接続し、前記基材１０２の上部面に形成された導電性パッド１１２と電気的に接続される。

通常、ガラスで形成されたパッケージ層１１４と、これと関連したスペーサ要素１１６は、基材１０２上にエポキシ１１８などの接着剤で密封されて、マイクロレンズアレイ１００とパッケージ層１１４との間にキャビティ２０を形成できるようになる。

前記電気コンタクト１０８は、前記エポキシ１０４及びパッケージ層１０６の傾斜面にメッキなどの方法により形成されている。

上述の従来の集積回路素子は、前記基材１０２の導電性パッド１１２と前記バンプ１００とを電気的に接続するために、前記電気コンタクト１０８が形成されているが、前記導電性パッド１１２と前記電気コンタクト１０８とが互いに当接した形態で接続するため、接続の信頼性が低く、前記集積回路素子は、複数の構成が積層される工程により製作されるため、構造及び工程が複雑となるという短所がある。

また、上記のウエハレベルチップスケールパッケージ技術を利用し、信頼性の高いＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）を有する従来の半導体装置が記載された特許は、代表的に、特許文献２と、特許文献３及び特許文献４に記載されているため、前記特許は、共通的にパッド電極と電気的接続のために、ソルダーボールが装着されたソルダーバンプが形成された構造であって、前記ソルダーボールが製作されるための工程の数が多く、かつ複雑なため、工程数の増加による量産速度が遅くならざるをえず、生産性が低下するという問題が指摘されている。

また、ソルダーボールが装着された従来のチップスケールパッケージは、パッケージの下部に複数のソルダーボールが突出形成された構造からならなければならなかったため、ソケットタイプのカメラモジュールを製作する時に行われるホットバー（ＨｏｔＢａｒ）工程中に、別のＰＣＢ基板またはセラミック基板上にパッケージの側面や底面が直接結合できないため、パッケージの電気的接続のための別のコンタクトが介在されなければならないという短所がある。

韓国特許出願公開第２００２−７４１５８号明細書国際出願公開第ＷＯ９９／０４０６２４号パンフレット特開２０００−２９６２号公報特開２００２−４９９４０号公報

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウエハレベル状態でエアーキャビティ形成面にガラスを付着し、前記ウエハの反対面を薄型化（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）した後、ウエハ面に長空形状のビアをエッチングして、各ビアにメタルを充填し、再びウエハをエッチングことにより、メタル部位のみが突出するようにしたチップスケールパッケージが製作されることによって、超薄型の電子パッケージの構成要求を満足させることができ、ＦＡＢ工程上において一括したプロセスが適用され得るようにしたイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ウエハのエッチング部位の両端に突出した金属バンプがソルダーボールの機能を代えることにより、ソルダーボールを付着するための工程が省略され、これによりパッケージの量産時間が短縮して生産性が画期的に向上することのできるイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージを提供することにある。

本発明に関連するイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージによれば、上面にイメージセンサが形成され、イメージセンサの両端部にパッドが備えられたウエハと、前記ウエハの上部にキャビティ（ＣＡＶＩＴＹ）を有するように、支持部に両端部が支持されて付着されるガラスと、前記パッドと電気的に接続し、ウエハの底面より突出形成されたメタルバンプと、を備える。

ここで、一実施形態では、前記ガラスが付着されたウエハは、可能な限り薄型化（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）されて上面中央部にイメージセンサが形成され、その両端部に備えられたパッドを保護し得るように、スペーサが含まれた樹脂を硬化した支持部が備えられる。

前記ウエハの上面に付着されるガラスは、ＩＲフィルタの機能を行うことのできるＩＲフィルタガラスが用いられ、ウエハの上面に付着される時にマイクロレンズ部にエアーキャビティ（ＡｉｒＣａｖｉｔｙ）を形成させることを基本とするが、エアーキャビティなしで透明接着剤を使用して付着させることができる。

前記ウエハ面にガラスを付着するときに使用する接着剤、すなわち前記支持部を構成する樹脂は、ガス排出の少ない樹脂を使用することが好ましく、ガス排出の少ない樹脂には、エポキシ系樹脂及びシリコーン系樹脂、ＢＣＢ樹脂及びＵＶ硬化方式の樹脂などを用いることができる。

また、前記接着剤は、パッドを保護するためのスペーサが含まれ、熱膨張係数と吸湿率が小さいのに対し、接着強度は高いという特性を有するものを使用することが好ましい。

一方、前記メタルバンプは、ウエハのエッチング部分に電気銅メッキによるメッキ方式と、導電性ペーストをプリントして硬化させる方式とにより形成することができ、ウエハの上面の両端に備えられたパッドの露出部位と電気的な接続をとることが可能である。

一方、上記目的を達成すべく、本発明のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法によれば、上面にイメージセンサが備えられたウエハレベルの上部にキャビティを有するようにガラスを付着するステップと、前記ウエハの下部面を薄く形成するための薄型化工程を行うステップと、前記ウエハのガラス付着面の反対面に長空形状のビア孔が形成されるようにエッチングするステップと、前記ウエハに形成されたビア孔上に導電性ペーストなどを充填して導電経路を形成するステップと、前記ウエハのビアに充填された長空形状のメタルを除外したウエハをエッチングして、メタルバンプが突出されるようにするステップと、前記ウエハレベル状態で完成されたパッケージを個別的に分離するステップと、を含むイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法であって、前記薄型化工程が行われるステップと前記ウエハエッチングステップとの間には、ウェットエッチングを行うためのレジスト層が形成されるステップをさらに含み、前記レジスト層は、ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）装備を利用してＳｉ ₃ Ｎ ₄ の成膜により形成される。

前記薄型化工程を行うステップにおいて、前記ウエハレベルは、その下部面が１００μｍ以下の薄い厚さに薄型化が行われて、パッケージがスリム化される。

ウエハのエッチングの際、長空形状のビア壁面は、直角または所定の角度の枠裏面で構成される。

一方、前記メタルによる導電経路を形成するステップは、ウエハ面に導電性またはソルダーペーストをプリントした後、リフローを通過させてペーストを硬化させるペースト注入方式と、シード（Ｓｅｅｄ）層を形成した後に銅メッキを施し、メッキ面がＣＭＰ工程により平坦化して配線を形成するメッキ方式を含み、いずれを用いてもよい。

前記ウエハに形成されたビアにメタルが各パッドと電気的に接続した後には、長空のビアにメタルが充填された部分を除外したウエハ面を再びエッチングして、メタルがウエハ面に対して数十μｍの厚さに突出することによって、バンプパッドの機能を果たすようにすることができる。

このとき、前記長空形状のビアに充填されたメタル部分の中央部を切断するダイシング（Ｄｉｃｉｎｇ）工程により、両端部にメタルバンプが形成された個別パッケージの製作を完了することができる。

本発明のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージによれば、イメージセンサが形成されたウエハが薄く形成されて、ウエハの両端の下部にウエハ上部のパッドと直接接触されて導電経路が形成されたメタルバンプを突出形成させることにより、カメラモジュールにパッケージを結合する際に、別のＰＣＢ基板やセラミック基板がなくても直接装着可能なことから、モジュールの組立空間を低減して製品の小型化を図ることができ、各種基板の製造費用が減少されて、製品単価を低減できるという利点がある。

また、本発明は、薄型ウエハの両端の下部に突出したメタルバンプがソルダーボールの役割を代替するため、ソルダーボール及びソルダーボールと導電経路を形成するための再分配線の形成工程が省略されることによって、パッケージを製造するための工数が画期的に単純化されることによって、製造時間が短縮され、合わせて量産能力が向上するという長所がある。

また、本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージは、ウエハレベル状態でガラスが直接付着されるため、異質物による不良を最小化できるという作用効果も期待できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法の上記の目的に対する技術的構成をはじめとする作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施の形態が示された図面を参照した以下の詳細な説明により明確に理解できるであろう。

ウエハレベルチップスケールパッケージの構造
まず、図２は、本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの断面図である。

同図に示すように、本発明のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージは、シリコンウエハ１０の上面の中央部にイメージセンサ１１及びエアーキャビティ１２が形成され、その両端部に１対のパッド１３が備えられ、前記イメージセンサ１１の上部にウエハ１０の全面が覆われるガラス２０が付着されるとともに、前記ウエハ１０の下部の両端に前記パッド１３及び導電経路を形成するメタルバンプ３０が突出形成された構造である。

前記ウエハ１０は、通常のシリコンで構成されて上面の中央部にイメージセンサ（マイクロレンズ）１１が形成され、前記イメージセンサ１１の両端に１対のパッド１２が備えられ、前記パッド１２上には、その上部に付着されるガラス２０の両端の底面を支持する支持部１４が形成される。

前記支持部１４は、イメージセンサ１１の上面とガラス２０の底面との間にエアーキャビティ１２が形成される空間を維持するための適切な高さが提供され得るように、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー工程により、ダム（ＤＡＭ）の形態で構成される。

また、前記支持部１４は、スペーサを含む感光性樹脂（Ｓｅａｌａｎｔ）をプリントまたはディスペンスしてガラスに付着する際に、イメージセンサ１１と離隔された空間が生成されるように、樹脂内にスペーサを含浸させる。このとき、前記スペーサは、必要に応じてその大きさを調整することができる。

ここで、前記樹脂は、熱膨張係数と吸湿率が少なく、接合強度が強い材質で構成されることが好ましく、樹脂の硬化方式は、ＵＶや熱、またはハイブリッド（ＵＶ＋熱）硬化方法を取ることが好ましい。

また、前記パッド１１は、一般的なサイズのパッドまたは拡張パッドのうちのいずれかのパッドで形成することができる。

前記ガラス２０は、前記ウエハ１０の上面の支持部１４が硬化するまで、前記支持部１４に直接付着させてもよく、あるいは前記支持部１４の上部に塗布された別の接着剤により付着させてもよい。

このとき、接着剤を使用する際には、硬化時のガス排出の少ないＵＶ硬化方式の樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂またはＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ、ベンゾシクロブテン）樹脂等の接着剤が適している。

また、前記ガラス２０は、ＩＲフィルタの機能を行うことのできるＩＲフィルタガラスも使用できる。

一方、前記ウエハ１０は、パッケージ工程の初期工程である薄型化（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）工程により１００μｍ以下の薄い厚さに形成され、両端の下部にウエハ１０の底面より突出された１対のメタルバンプ３０が備えられる。

前記メタルバンプ３０は、シリコンウエハ１０の初期エッチングステップで形成された長空のビア孔に導電性ペーストの注入による硬化方式やメタルのメッキ方式により形成され、前記ウエハ１０のエッチングの際に露出されるパッド１３の一部分と電気的に接続して配線を形成する。

このとき、前記ウエハ１０の底面に対してその両端の下部に突出したメタルバンプ３０は、前記パッド１３及び導電経路を形成してその底面に装着される電気的結合体の平面上において直接接触可能な構造で形成されることによって、ソケットタイプのカメラモジュールにメタルバンプ３０が突出した底面が直接密着するように配置することができる。

すなわち、上述の従来のソルダーボール形態のバンプが突出形成されたチップスケールパッケージは、ソケットタイプのカメラモジュールを結合する際に、別のＰＣＢ基板やセラミック基板を利用しなければ、側面及び底面結合が不可能であるのに対し、本発明に係るチップスケールパッケージは、ウエハ１０の底面の両端部に突出したメタルバンプ３０がウエハ１０面と僅か数十μｍの微々たる差で平面をなして突出形成されることによって、直接ソケットタイプカメラモジュールに結合され得ることから、カメラモジュールを製作する際の工程が短縮され、組立部品の減少により生産単価が低減する。

一方、上記のような構造からなる本発明のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージは、上面にイメージセンサが備えられたウエハレベルの上部に等間隔で樹脂をプリントし、エアーキャビティを有するようにガラスを付着し、前記ウエハの下部面を薄く形成するための薄型化工程を行い、前記ウエハのガラス付着面の反対面に長空形状のビア孔が形成されるようにエッチングを行い、前記ウエハに形成されたビア孔上に導電性ペーストなどを充填して導電経路を形成し、前記ウエハのビアに充填された長空形状のメタルを除外したウエハをエッチングすることによりメタルバンプが突出し、前記ウエハレベル状態で完成されたパッケージを個別的に分離する順次工程により製作される。

以下、このようなウエハレベルチップスケールパッケージの詳細な製造工程を図３〜図９に基づいて、主な工程別に区分して説明する。

ウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法
図３は、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためにウエハ上面に樹脂をプリントするステップを示す工程図であって、図示のように、イメージセンサ１１が形成されたウエハ１０の上面にエアーキャビティ１２を形成し、前記イメージセンサ１１の両端部のスクライブ（ＳｃｒｉｂｅＬｉｎｅ）を中心にその両端部に伸びたパッド１３が等間隔で備えられる。

このとき、前記スクライブラインは、後述する最終工程中のダイシングステップにおいてダイシングライン（ＤｉｃｉｎｇＬｉｎｅ）として用いられる。

前記スクライブラインを隔てて隣接したパッド１３の上部には、前記ウエハ１０の上部にエアーキャビティ１２を形成させるためのダム形態の支持部１４が形成され、前記支持部１４は、感光性樹脂が塗布された後、フォトリソグラフィー工程により所定の高さを有するパターン形態で形成される。

前記支持部１４のパターン形成方法は、感光性樹脂を塗布した後にパターンのみの硬化を行うように、感光性樹脂をコーティングし、その上部に別の接着剤を塗布する方式と、ＢＣＢ樹脂などの樹脂で別の接着剤なしでパターンを形成させる方式が採択され得る。

次の図４は、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためにウエハ上面にガラスを付着するステップを示す工程図であって、前記プリントステップにおいてウエハ１０の上面に塗布され、スペーサを含む樹脂からなる支持部１４と接触されるように、ガラス２０が配置されて、前記支持部１４の完全硬化によりガラス２０が付着固定される。

前記支持部１４を構成する樹脂の硬化方式は、ＵＶ硬化、熱硬化またはハイブリッド（ＵＶ＋熱）硬化方式の全てが適用可能であり、ガラス２０を付着する際に、前記パッド１３の上部に形成された支持部１４の高さ分だけガラス２０とイメージセンサ１１との間の空間上にエアーキャビティ１２が形成される。

次の図５は、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためにウエハの薄型化が行われるステップを示す工程図であって、図示のように、ガラス２０が付着され、一般に７５０μｍの厚さに形成されたシリコンウエハ１０は、その厚さｈが１００μｍまたはその以下の薄い厚さに薄型化される。

これは、本発明に係るチップスケールパッケージのスリム化を図るためのものであり、以後の工程においてウエハ１０の両端部に形成されるメタルバンプを容易に形成させるためにも、前記ウエハ１０を薄く形成することが有利である。

一方、次の工程のエッチングステップにおいてウェットエッチングを行うためのレジスト層（図示せず）が形成されることができ、前記レジスト層は、ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）装備を利用して、Ｓｉ₃Ｎ₄の成膜により形成される。

次に、図６Ａ及び図６Ｂは、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためのウエハのエッチングステップを示す工程図であって、図６Ａは、エッチングステップの断面図であり、図６Ｂは、エッチングステップの平面図である。

図示するように、まず前記薄型化工程においてレジスト層が形成されている場合、前記レジスト層をエッチングする部分のみを開放して、ＤＲＩＥによりドライエッチングが行われることによって、長空形状のビア１６が形成される。

また、前記ウエハ１０をエッチング液を利用してウェットエッチングすることにより、前記のような長空形状のビア１６が形成され得るが、Ｓｉ₃Ｎ₄の成膜により長空形状のレジストパターンが形成されない部分に対してウェットエッチングが行われる。

このとき、前記ウェットエッチングのエッチング液は、７０〜９０℃の範囲の４０％水酸化カリウム（ＫＯＨ）が用いられ、前記ウエハ１０のエッチング広さは、略６００μｍ、エッチング深さは、略９０〜１００μｍの範囲であり、このようなウエハ１０のエッチングは、ウエハの外形及び種類によりその条件が変更され得る。

参考に、前記ウエハ１０のエッチング特性は、ウエハの素材とエッチング液の種類、濃度及び温度条件などにより決定され、前記エッチング液の種類、濃度及び温度条件によりエッチングの速度を速くまたは遅く調節できる。

これにより、シリコンウエハの場合、単結晶や多結晶シリコンの全てが、一般的に硝酸（ＨＮＯ₃）とフッ化水素酸（６ＨＦ）の混合物でウェットエッチングが行われ、シリコン配向（きめの方向）に依存するエッチング特性を表すエッチング液もある。その例には、水酸化カリウムとイソプロフィルアルコールとの混合物がある。

一方、ウェットまたはドライエッチング工程により形成された長空形状のビア１６は、そのエッチング壁面がテーパーした傾斜面に形成される。

仮に、前記ビア１６の両端面が直角に形成されている場合には、前記ウエハ１０のビア１６の内部にメタルペーストを注入する時に、パッド１３と良好な導電経路が形成され難いため、前記ビア１６の両端面は、テーパーした傾斜面に形成されることが好ましい。

しかしながら、前記ウエハ１０のビア１６を介してメタルペーストを注入せず、メタルをメッキする方式が行われる場合には、ビア１６の側面が直角に形成されたとしても、均一な充填による良好な導電経路が形成されることから、前記ビア１６の側面が傾斜面に形成されることに限定しないことが好ましい。

また、図７Ａ及び図７Ｂは、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためにウエハのエッチング部分にメタルが充填されるメタルプリントステップを示す工程図であって、図７Ａは、メタルプリントステップの断面図であり、図７Ｂは、メタルプリントステップの平面図である。

図示のように、前記ウエハ１０面に等間隔でエッチングされた長空形状のビア１６の内部にメタルペースト３０が充填され、前記メタルペースト３０は、ウエハ１０のイメージセンサ１１とガラス２０との間にスクライブラインを中心に両端部にパターニングされたパッド１３と電気的に接続されて、導電経路を形成する。

このとき、前記メタルペースト３０を長空形状のビア１６の内部に充填する方式は、ソルダーペーストを含む導電性ペーストをプリントする方式及びメタルをメッキする方式により行われる。

前記導電性ペーストをプリントする方式は、ウエハ１０面に形成された長空形状のビア１６の内部に導電性ペーストが注入されるようにプリントした後、リフローやオーブンを通過させてビア１６内に注入されたペーストが硬化されるようにした方式であり、メタルをメッキする方式は、シード（Ｓｅｅｄ）メタルをコーティングした後、電気銅メッキを施してＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、化学機械平坦化）を行うと、長空形状のビア１６の内部に充填されたメタルのみが残るようになり、前記パッド１３及び所望の配線が形成されるようにした方式である。

このように、ウエハ１０面にエッチングされた長空形状のビア１６の内部にメタルペーストの注入による硬化が完了して、前記パッド１３及び導電経路が形成されたメタル硬化部３０がウエハ１０面及び平坦面を構成するようにした後に、次の工程であるシリコンの選択的なエッチングステップが行われる。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためにウエハ面の選択的なエッチングステップを示す工程図であって、図８Ａは、選択的エッチングステップの断面図であり、図８Ｂは、選択的エッチングステップの平面図である。

前記図７Ａに示すように、前記ウエハ１０と導電経路が形成されたメタル硬化部３０のみがパッケージの底面に位置するようになることによって、上述のウエハ１０のエッチング方法と条件でシリコンウエハ１０のみを数〜数十μｍにエッチングして、ウエハ１０面に対して長空形状のメタル硬化部３０が突出されるようにする。

このとき、前記ウエハ１０面に対して突出された各メタル硬化部３０は、電気電導度に優れた銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ）メッキにより、柱状電極を形成することが好ましい。

最後に、図９Ａ及び図９Ｂは、本発明に係るチップスケールパッケージを製造するためのダイシングステップを示す工程図であって、図９Ａは、ダイシングステップの断面図であり、図９Ｂは、ダイシングステップの平面図である。

図示のように、ウエハレベル状態で完成されたパッケージを前記ウエハ１０面の外側に突出された長空形状の各メタル硬化部３０の中央部、すなわち各パッド１３間のスクライブラインをダイシングラインとしてそれぞれのパッケージで切断することにより、ウエハ１０の両端の下部にウエハ１０の底面に対して１対のメタルバンプ３０が突出し、ウエハ１０の上面のパッド１３と電気的導電経路を形成するウエハレベルチップスケールパッケージの製作が完成される。

一方、図１０Ａ及び図１０Ｂは、ウエハレベル状態で製作されたパッケージダイシングステップを行う前の平面図及び底面図であって、図示のように、円板状のシリコンウエハレベル上に複数のパッケージが等間隔で形成されれば、図１０Ｂのように、各パッケージに形成されたメタルバンプ３０の中央部に形成されたダイシングラインに沿って切断されることによって、四角の個別チップスケールパッケージで構成される。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

従来の内部キャビティを有する結晶質基材素子の断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハの上面に樹脂をプリントするステップを示す断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハの上面にガラスを付着するステップを示す断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハの薄型化工程を行うステップを示す断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハエッチングステップの断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハエッチングステップの平面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハに形成されたビアにメタルをプリントするステップの断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハに形成されたビアにメタルをプリントするステップの平面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハの選択的エッチングステップの断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハの選択的エッチングステップの平面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハダイシングステップの断面図である。本発明に係るウエハレベルチップスケールパッケージの製造工程を示すステップ別工程図であって、ウエハダイシングステップの平面図である。ウエハレベル状態で製作されたパッケージダイシングステップを行う前の平面図である。ウエハレベル状態で製作されたパッケージダイシングステップを行う前の底面図である。

符号の説明

１０ウエハ
１１イメージセンサ
１２エアーキャビティ
１３パッド
１４支持部
１６ビア
２０ガラス
３０メタルバンプ

Claims

上面にイメージセンサが備えられたウエハ上に等間隔でパッドが形成され、前記パッド間のスクライブラインを中心に前記パッド上部の両端に伸びる支持部を形成するための樹脂がプリントされるステップと、
前記ウエハの上部にエアーキャビティが形成されるように、前記支持部の上面にガラスが配置され、前記支持部の完全硬化によりガラスが付着固定されるステップと、
前記ウエハを所定の厚さ以下に形成するために、薄型化工程が行われるステップと、
前記ウエハに、エッチングにより等間隔で長空形状のビアが形成されることによって、前記パッドの一部分をビア側に露出させるウエハエッチングステップと、
前記ウエハにエッチングされたビア内部にメタルペーストが充填されて硬化され、前記メタルペーストが、ウエハ上面の両端部にパターニングされたパッドと電気的に接続されて導電経路が形成されるメタルプリントステップと、
前記メタルペーストが充填されたビアを除外した前記ウエハが選択的にエッチングされて硬化されたメタル底面が、前記ウエハ底面より突出するようにするウエハの選択的エッチングステップと、
前記ウエハの両端の下部に１対のメタルバンプが突出形成された個別パッケージで構成されるように、前記ウエハ上に突出された長空形状のメタル中央部に沿ってウエハが切断されるダイシングステップと、
を含むイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法であって、
前記薄型化工程が行われるステップと前記ウエハエッチングステップとの間には、ウェットエッチングを行うためのレジスト層が形成されるステップをさらに含み、前記レジスト層は、ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）装備を利用してＳｉ ₃ Ｎ ₄ の成膜により形成されることを特徴とするイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。
前記ウエハエッチングステップにおいて形成された長空形状のビアは、そのエッチング壁面がテーパーした傾斜面に形成されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。
前記ウエハエッチングステップにおいて形成された長空形状のビアは、そのエッチング壁面が直角に形成されるようにすることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。
前記メタルプリントステップにおいて、前記メタルペーストをビア内部に充填する方式は、導電性ペーストをプリントする方式により行われることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。
前記メタルプリントステップにおいて、前記メタルペーストをビア内部に充填する方式は、メタルをメッキする方式により行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。
前記メタルペーストは、ソルダーペーストで構成されることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。
前記ウエハの選択的エッチングステップと前記ダイシングステップとの間には、前記メタルバンプ上に銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ）メッキが行われて、柱状電極を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のイメージセンサのウエハレベルチップスケールパッケージの製造方法。