JP6557776B2 - パッケージ構造およびパッケージング方法 - Google Patents
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Description
本願は、２０１５年９月２日に中華人民共和国国家知識産権局に出願された「パッケージ構造およびパッケージング方法（PACKAGE STRUCTURE AND PACKAGING MEHTOD）」と題される中国特許出願番号第２０１５１０５５２４０５．０号に対する優先権、および、２０１５年９月２日に中華人民共和国国家知識産権局に出願された「パッケージ構造（PACKAGE STRUCTURE）」と題される中国特許出願番号第２０１５２０６７３６８８．Ｘ号に対する優先権を主張し、これらは全文が引用によって本明細書に援用される。
分野
本開示は、半導体の技術分野に関し、特にパッケージング構造およびパッケージング方法に関する。
本開示は、半導体の技術分野に関し、特にパッケージング構造およびパッケージング方法に関する。
背景
従来の技術では、ＩＣチップは金属ワイヤボンディングによって外部回路と接続される。ＩＣチップの寸法が小さくなり、集積回路の規模が拡大するにつれて、ワイヤボンディング技術は適さなくなっている。
従来の技術では、ＩＣチップは金属ワイヤボンディングによって外部回路と接続される。ＩＣチップの寸法が小さくなり、集積回路の規模が拡大するにつれて、ワイヤボンディング技術は適さなくなっている。
ウェハレベルチップサイズパッケージング（wafer level chip size packaging：ＷＬＣＳＰ）技術は、ウェハ全体をパッケージングおよび試験し、次いでウェハ全体を切断して単一の完成したチップを得る技術であり、パッケージングされたチップのサイズは、ベアチップのサイズと同じである。ウェハレベルチップサイズパッケージング技術は、セラミックリードレスチップキャリアパッケージング方法および有機リードレスチップキャリアパッケージング方法などの従来のパッケージング方法を覆すものであり、ますます軽量、小型、短尺、薄型および安価になっている超小型電子製品の市場要件を満たす。ウェハレベルチップサイズパッケージング技術によりパッケージングされたチップは非常に小型化され、チップのコストは大幅に削減されて、チップのサイズが小さくなるとともにウェハのサイズが大きくなる。ウェハレベルチップサイズパッケージング技術は、ＩＣ設計、ウェハ作製およびパッケージ試験を統合し、現在のパッケージング分野の中心であり開発トレンドである。
画像センサチップは、検知領域を含み、光学画像を電子信号に変換することができる。画像センサチップが既存のウェハレベルチップサイズパッケージング技術を使用してパッケージングされる場合、検知領域がパッケージングプロセス中に損傷を受けたり汚染されたりすることから保護するために、一般的には、検知領域上に上部カバー基板が形成される。上部カバー基板は、検知領域が画像センサチップの使用中に損傷を受けたり汚染されたりすることから保護し続けるために、ウェハレベルチップサイズパッケージングプロセスが終了した後も保持されてもよい。
しかし、上記のウェハレベルチップサイズパッケージング技術によって形成された画像センサは、低い性能を示す。
概要
本開示によって対処される問題は、従来の技術によって形成された画像センサが低い性能を示すことである。
本開示によって対処される問題は、従来の技術によって形成された画像センサが低い性能を示すことである。
上記の問題に対処するために、本開示の実施形態に係るパッケージング構造が提供され、上記パッケージング構造は、チップユニットを含み、上記チップユニットの第１の面は、検知領域を含み、上記パッケージング構造はさらに、上部カバープレートを含み、上記上部カバープレートの第１の面は、支持構造を備え、上記上部カバープレートは、上記チップユニットの上記第１の面を被覆し、上記支持構造は、上記上部カバープレートと上記チップユニットとの間に位置し、上記検知領域は、上記支持構造および上記チップユニットの上記第１の面によって囲まれるキャビティ内に位置し、上記上部カバープレートは、上記上部カバープレートの側壁によって反射された光が上記検知領域に直接入射しないように、予め設定された厚みを有する。
任意に、上記予め設定された厚みは、５０μｍから２００μｍであってもよい。
任意に、上記予め設定された厚みは、１００μｍであってもよい。
任意に、上記予め設定された厚みは、１００μｍであってもよい。
任意に、上記予め設定された厚みは、上記検知領域の幅、上記支持構造の幅、および上記支持構造の高さに基づいて決定されてもよい。
任意に、上記支持構造の上記幅に対する上記予め設定された厚みの比率は、上記検知領域の上記幅に対する上記支持構造の上記高さの比率よりも小さくてもよい。
任意に、上記上部カバープレートの材料は、透過性材料であってもよい。
任意に、上記チップユニットはさらに、上記検知領域の外側に位置するコンタクトパッドと、上記チップユニットの上記第１の面とは反対側の上記チップユニットの第２の面から上記チップユニットを貫通する貫通孔とを含んでもよく、上記コンタクトパッドは、上記貫通孔を介して露出され、上記チップユニットはさらに、上記チップユニットの上記第２の面および上記貫通孔の側壁の面を被覆する絶縁層と、上記絶縁層の面上に位置し、上記コンタクトパッドに電気的に接続された金属層と、上記金属層の面および上記絶縁層の上記面上に位置するはんだマスクとを含んでもよく、上記はんだマスクは、上記金属層の一部を露出させる開口を備え、上記チップユニットはさらに、上記開口を埋める外部接続のための突起を含んでもよく、上記外部接続のための突起は、上記はんだマスクの面の外側で露出される。
任意に、上記チップユニットはさらに、上記検知領域の外側に位置するコンタクトパッドと、上記チップユニットの上記第１の面とは反対側の上記チップユニットの第２の面から上記チップユニットを貫通する貫通孔とを含んでもよく、上記コンタクトパッドは、上記貫通孔を介して露出され、上記チップユニットはさらに、上記チップユニットの上記第２の面および上記貫通孔の側壁の面を被覆する絶縁層と、上記絶縁層の面上に位置し、上記コンタクトパッドに電気的に接続された金属層と、上記金属層の面および上記絶縁層の上記面上に位置するはんだマスクとを含んでもよく、上記はんだマスクは、上記金属層の一部を露出させる開口を備え、上記チップユニットはさらに、上記開口を埋める外部接続のための突起を含んでもよく、上記外部接続のための突起は、上記はんだマスクの面の外側で露出される。
上記パッケージング構造に対応して、本開示の実施形態に係るパッケージング方法がさらに提供され、上記パッケージング方法は、パッケージング対象のウェハを設けるステップを含み、上記パッケージング対象のウェハの第１の面は、複数のチップユニットと、上記複数のチップユニット間に位置する切断経路領域とを含み、上記複数のチップユニットの各々は、検知領域を含み、上記パッケージング方法はさらに、カバー基板を設けるステップを含み、上記カバー基板の第１の面上に複数の支持構造が形成され、上記支持構造は、上記パッケージング対象のウェハ上の上記検知領域に対応し、上記パッケージング方法はさらに、上記カバー基板の上記第１の面を上記パッケージング対象のウェハの上記第１の面に取り付けるステップを含み、上記支持構造および上記パッケージング対象のウェハの上記第１の面によってキャビティが形成され、上記検知領域は、上記キャビティ内に位置し、上記パッケージング方法はさらに、上記切断経路領域に沿って上記パッケージング対象のウェハおよび上記カバー基板を切断するステップを含み、上記複数のパッケージング構造の各々は、上記複数のチップユニットのうちの１つと、上記カバー基板を切断することによって形成される上記上部カバープレートとを含み、上記上部カバープレートは、上記上部カバープレートの側壁によって反射された光が上記検知領域に直接入射しないように、予め設定された厚みを有する。
任意に、上記予め設定された厚みは、５０μｍから２００μｍである。
任意に、上記支持構造の幅に対する上記予め設定された厚みの比率は、上記検知領域の幅に対する上記支持構造の高さの比率よりも小さくてもよい。
任意に、上記支持構造の幅に対する上記予め設定された厚みの比率は、上記検知領域の幅に対する上記支持構造の高さの比率よりも小さくてもよい。
任意に、上記設けられたカバー基板は、上記予め設定された厚みを有してもよい。
任意に、上記設けられたカバー基板は、上記予め設定された厚みよりも大きな厚みを有してもよく、上記パッケージング方法はさらに、上記カバー基板を薄くして、上記薄くされたカバー基板が上記予め設定された厚みを有するようにするステップを含んでもよい。
任意に、上記設けられたカバー基板は、上記予め設定された厚みよりも大きな厚みを有してもよく、上記パッケージング方法はさらに、上記カバー基板を薄くして、上記薄くされたカバー基板が上記予め設定された厚みを有するようにするステップを含んでもよい。
上記パッケージング方法はさらに、上記カバー基板を薄くして、上記薄くされたカバー基板が５０μｍから２００μｍの上記予め設定された厚みを有するようにするステップを含んでもよい。
任意に、上記切断経路領域に沿って上記パッケージング対象のウェハおよび上記カバー基板を切断するステップは、上記パッケージング対象のウェハの上記第１の面に到達するまで、上記パッケージング対象のウェハの上記第１の面とは反対側の上記パッケージング対象のウェハの第２の面から上記切断経路領域に沿って上記パッケージング対象のウェハを切断して、第１の切断溝を形成することを含む、第１の切断プロセスを実行するステップと、上記カバー基板を切断し続けて、上記第１の切断溝と接続された第２の切断溝を形成し、複数のチップパッケージング構造を形成することを含む、第２の切断プロセスを実行するステップとを含んでもよい。
任意に、上記チップユニットはさらに、上記検知領域の外側に位置するコンタクトパッドを含み、上記カバー基板の上記第１の面を上記パッケージング対象のウェハの上記第１の面に取り付けた後、上記パッケージング方法はさらに、上記パッケージング対象のウェハの上記第１の面とは反対側の上記パッケージング対象のウェハの第２の面から上記パッケージング対象のウェハを薄くするステップと、上記パッケージング対象のウェハの上記第２の面から上記パッケージング対象のウェハをエッチングして、上記チップユニットの上記コンタクトパッドを露出させる貫通孔を形成するステップと、上記パッケージング対象のウェハの上記第２の面および上記貫通孔の側壁の面上に絶縁層を形成するステップと、上記絶縁層の面上に金属層を形成するステップとを含んでもよく、上記金属層は、上記コンタクトパッドと接続され、上記パッケージング方法はさらに、上記金属層の面および上記絶縁層の上記面上にはんだマスクを形成するステップを含んでもよく、上記はんだマスクは、上記金属層の上記面の一部を露出させる開口を備え、上記パッケージング方法はさらに、上記はんだマスクの面上に外部接続のための突起を形成するステップを含んでもよく、上記開口は、上記外部接続のための突起によって埋められる。
従来の技術と比較して、本開示の実施形態に係る技術的解決策は、以下の利点を有する。
本開示の実施形態に係るパッケージング構造は、チップユニットと上部カバープレートとを含み、チップユニットの第１の面は、検知領域を含み、上部カバープレートの第１の面は、支持構造を備え、上部カバープレートは、チップユニットの第１の面を被覆し、支持構造は、上部カバープレートとチップユニットとの間に位置し、検知領域は、支持構造およびチップユニットの第１の面によって囲まれるキャビティ内に位置する。上部カバープレートは、上部カバープレートの側壁によって反射された光が検知領域に直接入射しないように、小さな予め設定された厚みを有し、それによって、画像センサの役割を果たすパッケージング構造の画質を向上させる。
対応して、上記のパッケージング構造を形成するために使用される本開示の実施形態に係るパッケージング方法も、上記の利点を有する。
詳細な説明
技術背景から、従来の技術によって形成された画像センサが低い性能を示すことが分かる。
技術背景から、従来の技術によって形成された画像センサが低い性能を示すことが分かる。
本開示の発明者は、従来のウェハレベルチップサイズパッケージング技術を使用して画像センサチップをパッケージングするプロセスを研究し、従来の技術を使用して形成された画像センサチップが低い性能を示すことを見出す。低い性能を示す理由は、検知領域に入射した光が、チップパッケージング手順中に、検知領域の上方に形成された上部カバー基板によって妨害され、画質を低下させるからである。
具体的に、従来の技術を使用して形成された画像センサチップの構造を示す断面図である図１を参照する。画像センサチップは、基板１０と、基板１０の第１の面上に位置する検知領域２０と、基板１０の第１の面上に検知領域２０の両側に位置するコンタクトパッド２１と、貫通孔（図１には図示せず）とを含み、当該貫通孔は、基板１０の第１の面とは反対側の第２の面から基板１０を貫通し、当該貫通孔を介してコンタクトパッド２１が露出される。画像センサチップはさらに、貫通孔の側壁および基板１０の第２の面上に位置する絶縁層１１と、第２の面からコンタクトパッド２１および絶縁層１１の一部を被覆する配線層１２と、配線層１２および絶縁層１１を被覆する、開口を含むはんだマスク１３と、はんだマスク１３の開口内に位置し、配線層１２を介してコンタクトパッド２１と電気的に接続されるはんだボール１４と、検知領域２０の周囲および基板１０の第１の面上に位置するキャビティ壁３１と、キャビティ壁上に位置する上部カバー基板３０とを含む。キャビティは、上部カバー基板３０、キャビティ壁３１および基板１０の第１の面によって形成され、そのため、センサ２０はキャビティ内に位置し、それによって、検知領域２０がパッケージングおよび使用中に汚染されたり損傷を受けたりすることを防止する。上部カバー基板３０は、一般に、４００μｍなどの大きな厚みを有する。
本開示の発明者は、上記の画像センサチップの使用中に、光Ｉ１が画像センサの上部カバー基板３０に入射すると、上部カバー基板３０に入った光の一部は、上部カバー基板３０の側壁３０ｓに入射し、屈折されて反射されることを見出した。反射光が検知領域２０に入射すると、画像センサによる撮像が妨害される。画像センサの撮像手順において、当該妨害の結果、反射光Ｉ２の光路とは反対の方向に虚像が形成され、画質の低下を生じさせる。
また、ウェハレベルチップサイズパッケージの小型化の傾向に伴って、ますます多くのセンサチップパッケージがウェハレベルチップ上に集積されるようになるとともに、単一の完成したチップパッケージのサイズが小さくなり、その結果、上部カバー基板３０の側壁から検知領域２０の端縁までの距離が短くなる。この場合、上記の妨害はより深刻である。
上記の研究に基づいて、本開示の実施形態に係るパッケージング構造およびパッケージング構造を形成するためのパッケージング方法が提供される。パッケージング構造は、チップユニットと上部カバープレートとを含む。チップユニットの第１の面は、検知領域を含む。上部カバープレートの第１の面は、支持構造を備え、上部カバープレートは、チップユニットの第１の面を被覆し、支持構造は、上部カバープレートとチップユニットとの間に位置し、検知領域は、支持構造およびチップユニットの第１の面によって囲まれるキャビティ内に位置する。本開示に係るパッケージング構造では、上部カバープレートは、上部カバープレートの側壁によって反射された光が検知領域に直接入射しないように、予め設定された厚みを有し、それによって、検知領域に入る干渉光を減少させて、検知領域の画質を向上させる。対応して、本開示の実施形態に係る上記のパッケージング構造を形成するためのパッケージング方法も、上記の利点を有する。
本開示の上記の目的、特徴および利点をより明らかにして理解を容易にするために、本開示の具体的な実施形態について図面と併せて以下で詳細に説明する。
なお、図面を提供する目的は、本開示の実施形態の理解を手助けするというものであり、本開示を過度に限定するように解釈されるべきではない。明確にする目的で、図中の寸法は、一定の縮尺に応じて描かれているわけではなく、拡大されたり、縮小されたり、他の態様で変更されたりしてもよい。
まず、本開示の実施形態に係るパッケージング構造が提供される。図２を参照して、パッケージング構造は、チップユニット２１０を含み、チップユニット２１０は、第１の面２１０ａと、第１の面２１０ａとは反対側の第２の面２１０ｂとを含み、第１の面２１０ａは、検知領域２１１を含む。パッケージング構造はさらに、上部カバープレート３３０を含み、上部カバープレート３３０は、第１の面３３０ａと、第１の面３３０ａとは反対側の第２の面３３０ｂとを含み、第１の面３３０ａは、支持構造３２０を備え、上部カバープレート３３０は、チップユニット２１０の第１の面２１０ａを被覆し、支持構造３２０は、上部カバープレート３３０とチップユニット２１０との間に位置し、検知領域２１１は、支持構造３２０およびチップユニット２１０の第１の面２１０ａによって囲まれるキャビティ内に位置する。上部カバープレート３３０は、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光が検知領域２１１に直接入射しないように、予め設定された厚みを有する。
本開示の実施形態では、上部カバープレート３３０の予め設定された厚みは、５０μｍから２００μｍである。たとえば、上部カバープレート３３０の予め設定された厚みは、１００μｍである。上部カバープレート３３０は厚みが薄いので、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光は、検知領域２１１に直接入射しない。光が検知領域２１１に直接入射するとは、光が検知領域２１１に入射する前に他の界面によって反射されないことを指す。具体的に、本開示の実施形態に係るパッケージング構造を、入射光Ｉ１が一例として挙げられている図１に示される従来技術に係る画像センサと比較する。図１では、光Ｉ１は、画像センサの上部カバー基板３０に入り、上部カバー基板３０の側壁３０ｓによって反射されて検知領域２０に入射し、検知領域２０の撮像と干渉する。しかし、図２に示されるように、本開示の実施形態に係るパッケージング構造では、上部カバープレート３３０は、比較的小さな１００μｍなどの予め設定された厚みを有するため、光Ｉ１は、上部カバープレート３３０に入らず、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射されず、したがって、検知領域２１１との干渉を回避することができる。
いくつかの実施形態では、上部カバープレート３３０の予め設定された厚みは、検知領域３３０の幅ならびに支持構造３２０の幅および高さに基づいて決定される。具体的には、続けて図２を参照して、光Ｉ３は上部カバープレート３３０に入射して側壁３３０ｓによって反射されるものとする。いくつかの状況では、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光（Ｉ４で示される）は、支持構造３２０の最上面に入射する。したがって、反射光Ｉ４が検知領域２１１に直接入射するか否かは、支持構造３２０の幅に関係する。いくつかの他の状況では、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光（Ｉ５で示される）は、検知領域２１１が位置するキャビティに入り、検知領域２１１を横切って、他方の側の支持構造３２０に入射する。したがって、反射光Ｉ５が検知領域２１１に直接入射するか否かは、支持構造３２０の高さおよび検知領域２１１の幅、すなわち検知領域２１１が位置するキャビティの形状、にさらに関係する。要約すると、本開示の実施形態によれば、上部カバープレート３３０の予め設定された厚みは、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光が検知領域２１１に直接入射しないように、検知領域２１１の幅ならびに支持構造３２０の幅および高さに基づいて決定される。たとえば、支持構造の幅に対するカバープレートの予め設定された厚みの比率は、検知領域の幅に対する支持構造の高さの比率よりも小さく設定される。
いくつかの他の実施形態では、上部カバープレート３３０の予め設定された厚みは、検知領域２１１と支持構造３２０の内側側壁との間の距離および上部カバープレート３３０の屈折率などの要素をさらに検討することに基づいて決定される。要約すると、上部カバープレート３３０の予め設定された厚みは、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光が検知領域２１１に直接入射しないように決定される。
この実施形態では、パッケージング構造はさらに、検知領域２１１の外側に位置するコンタクトパッド２１２と、貫通孔（図示せず）とを含み、当該貫通孔は、チップユニット２１０の第１の面２１０ａとは反対側のチップユニット２１０の第２の面２１０ｂからチップユニット２１０を貫通し、当該貫通孔を介してコンタクトパッド２１２が露出される。パッケージング構造はさらに、チップユニット２１０の第２の面２１０ｂおよび貫通孔の側壁の面を被覆する絶縁層２１３と、絶縁層２１３の面上に位置し、コンタクトパッド２１２に電気的に接続された金属層２１４と、金属層２１４の面および絶縁層２１３の面上に位置するはんだマスク２１５とを含み、はんだマスク２１５は、金属層２１４の一部を露出させる開口（図示せず）を含む。パッケージング構造はさらに、開口を埋める外部接続のための突起２１６を含み、外部接続のための突起２１６は、はんだマスク２１５の面の外側で露出される。上記の構造では、検知領域２１１は、コンタクトパッド２１２、金属層２１４および外部接続のための突起２１６を介して外部回路に電気的に接続され、それによって、電気信号を送信する。
対応して、本開示の実施形態に係る図２に示されるパッケージング構造を形成するためのパッケージング方法が提供される。本開示の実施形態に係るパッケージング方法を使用してパッケージングプロセスにおいて形成される中間構造を示す概略図である図３〜図９を参照する。
まず、図３および図４を参照して、パッケージング対象のウェハ２００を設ける。図３は、パッケージング対象のウェハ２００の構造を示す平面図である。図４は、図３におけるＡＡ１に沿った断面図である。
パッケージング対象のウェハ２００は、第１の面２００ａと、第１の面２００ａとは反対側の第２の面２００ｂとを含む。パッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａは、複数のチップユニット２１０と、チップユニット２１０間に位置する切断経路領域２２０とを備える。
この実施形態では、パッケージング対象のウェハ２００上の複数のチップユニット２１０は、アレイ状に配置されており、切断経路領域２２０は、隣接するチップユニット２１０間に位置している。その後、パッケージング対象のウェハ２００を切断経路領域２２０に沿って切断して、各々がチップユニット２１０を含む複数のチップパッケージング構造を形成する。
この実施形態では、チップユニット２１０は、画像センサチップユニットであり、検知領域２１１と、検知領域２１１の外側に位置するコンタクトパッド２１２とを含む。検知領域２１１は、光学式検知領域であり、たとえばアレイ状に配置された複数のフォトダイオードによって形成されてもよく、フォトダイオードは、検知領域２１１に入射した光信号を電気信号に変換することができる。コンタクトパッド２１２は、検知領域２１１内のコンポーネントを外部回路に接続する入力端子および出力端子の役割を果たす。いくつかの実施形態では、チップユニット２１０は、シリコン基板上に形成され、シリコン基板内に形成された他の機能的コンポーネントをさらに含む。
なお、明らかにするために、図３に示されるＡＡ１に沿ったパッケージング対象のウェハ２００の断面図は、本開示の実施形態に係るパッケージング方法の後続のステップにおいて説明するために一例として挙げられているに過ぎず、同様のプロセスステップは他の領域でも実行される。
次に、図５を参照して、カバー基板３００を設ける。カバー基板３００は、第１の面３００ａと、第１の面３００ａとは反対側の第２の面３００ｂとを含む。カバー基板３００の第１の面３００ａ上には複数の支持構造３２０が形成される。支持構造３２０および第１の面３００ａによって形成される溝構造が、パッケージング対象のウェハ２００上の検知領域２１１に対応する。
この実施形態では、カバー基板３００は、パッケージング対象のウェハ２００上の検知領域２１１を保護するために、後続のプロセスにおいてパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａを被覆する。光は、検知領域２１１に到達する前にカバー基板３００を通過する必要がある。したがって、カバー基板３００は、高い透明度を有する透過性材料で作られる。カバー基板３００の面３００ａおよび３００ｂは両方とも、平坦かつ平滑であり、入射光の拡散および乱反射を生じさせない。具体的には、カバー基板３００の材料は、無機ガラスであってもよく、有機ガラスであってもよく、または一定の強度を有する他の透過性材料であってもよい。
いくつかの実施形態では、支持構造３２０は、カバー基板３００の第１の面３００ａ上に支持構造材料層を堆積させ、支持構造材料層をエッチングすることによって、形成される。具体的には、まず、カバー基板３００の第１の面３００ａを被覆する支持構造材料層（図示せず）が形成され、次いで、支持構造材料層がパターニングされ、支持構造材料層の一部が除去されて、支持構造３２０を形成する。カバー基板３００上に支持構造３２０および第１の面３００ａによって形成される溝構造の位置は、パッケージング対象のウェハ２００上の検知領域２１１の位置に対応し、そのため、後続の取付けプロセスが実行された後に検知領域２１１は溝内および支持構造３２０間に位置することができる。いくつかの実施形態では、支持構造材料層は、湿式膜フォトレジストまたは乾式膜フォトレジストで作られ、吹付けプロセス、スピンコーティングプロセス、接着プロセスなどによって形成される。支持構造３２０は、露光および現像によって支持構造材料層をパターニングすることによって形成される。いくつかの実施形態では、支持構造材料層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素および酸窒化ケイ素などの絶縁誘電材料で、堆積プロセスによって形成されてもよく、その後、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを使用してパターニングされて、支持構造３２０を形成する。
いくつかの他の実施形態では、支持構造３２０は、カバー基板３００をエッチングすることによって形成されてもよい。具体的には、パターニングされたフォトレジスト層がカバー基板３００上に形成されてもよい。次いで、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして用いてカバー基板３００をエッチングして、カバー基板３００に支持構造３２０を形成する。支持構造３２０は、カバー基板３００の第１の面３００ａ上の隆起部分である。
本開示の実施形態では、カバー基板３００は、予め設定された厚みを有する。その後、カバー基板を切断してパッケージング構造の上部カバープレートを形成した後では、上部カバープレートも、上部カバープレートの側壁によって反射された光がチップユニットの検知領域２１１に直接入射しないように、当該予め設定された厚みを有する。いくつかの実施形態では、予め設定された厚みは、５０μｍから２００μｍであってもよく、たとえば１００μｍであってもよい。
いくつかの実施形態では、予め設定された厚みを有するカバー基板３００が直接設けられ、次いで、支持構造３２０がカバー基板３００上に形成され、カバ-基板３００がパッケージング対象のウェハ２００に取り付けられる。いくつかの他の実施形態では、予め設定された厚みよりも大きな厚みを有するカバー基板３００が設けられる。支持構造３２０がカバー基板３００の第１の面３００ａ上に形成された後、カバー基板３００は、第２の面３００ｂから予め設定された厚みに薄くされる。より大きな厚みを有するカバー基板３００は、支持構造３２０を形成するプロセス中により強い機械的支持を提供することができ、それによって損傷を防止する。いくつかの他の実施形態では、予め設定された厚みよりも大きな厚みを有するカバー基板３００が設けられる。支持構造３２０がカバー基板３００上に形成され、カバー基板３００がパッケージング対象のウェハ２００に取り付けられた後、カバー基板３００は、カバー基板の第２の面３００ｂから予め設定された厚みに薄くされる。同様に、より大きな厚みを有するカバー基板３００は、後続のプロセス中により強い機械的支持を提供することができる。上記の薄くするプロセスは、マスキングプロセス、エッチングプロセスなどであってもよいが、本明細書では限定されない。
次に、図６を参照する。カバー基板３００の第１の面３００ａをパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａに取り付ける。カバー基板３００の第１の面３００ａとパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａとの間に支持構造３２０が位置し、そのため、支持構造３２０およびパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａによってキャビティ（図示せず）が形成され、検知領域２１１はキャビティ内に位置することになる。
この実施形態では、カバー基板３００は、接着剤層（図示せず）を介してパッケージング対象のウェハ２００に取り付けられる。たとえば、接着剤層は、吹付けプロセス、スピンコーティングプロセスまたは接着プロセスによって、カバー基板３００の第１の面３００ａ上および／またはパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａ上の支持構造３２０の最上面上に形成されてもよい。次いで、カバー基板３００の第１の面３００ａは、当該接着剤層を介してパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａに取り付けられる。接着剤層は、接着機能、絶縁機能および封止機能を果たす。接着剤層は、シリカゲル、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン、および他の高分子材料などの高分子接着材料で作られてもよい。
この実施形態では、カバー基板３００の第１の面３００ａをパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａに取り付けた後、支持構造３２０およびパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａはキャビティを形成する。キャビティの位置は、検知領域２１１の位置に対応し、キャビティの面積は、検知領域２１１の面積よりもわずかに大きく、そのため、検知領域２１１はキャビティ内に位置することになる。この実施形態では、カバー基板３００をパッケージング対象のウェハ２００に取り付けた後、パッケージング対象のウェハ２００上のコンタクトパッド２１２は、カバー基板３００上の支持構造３２０によって被覆される。カバー基板３００は、後続のプロセスにおいてパッケージング対象のウェハ２００を保護することができる。
次に、図７を参照する。パッケージング対象のウェハ２００をパッケージングする。
まず、貫通孔を形成するための後続のエッチングを容易にするために、パッケージング対象のウェハ２００は、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂから薄くされる。パッケージング対象のウェハ２００は、機械研磨プロセス、化学機械研磨プロセスなどによって薄くされてもよい。次いで、パッケージング対象のウェハ２００は、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂからエッチングされて、貫通孔（図示せず）を形成し、当該貫通孔を介してコンタクトパッド２１２がパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａ側で露出される。次に、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂおよび貫通孔の側壁上に絶縁層２１３が形成され、絶縁層２１３を介してコンタクトパッド２１２が貫通孔の底部で露出される。絶縁層２１３は、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂに対して電気的絶縁を提供することができ、貫通孔を介して露出されたパッケージング対象のウェハ２００の基板に対して電気的絶縁を提供することができる。絶縁層２１３の材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または絶縁樹脂であってもよい。次いで、絶縁層２１３の面上に、コンタクトパッド２１２と接続された金属層２１４が形成される。金属層２１４は、外部回路との接続のためにパッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂまでコンタクトパッド２１２を延長させる再分配層として使用されてもよい。金属層２１４は、金属薄膜を堆積させてエッチングすることによって形成される。次に、金属層２１４の面および絶縁層２１３の面上に、開口（図示せず）を有するはんだマスク２１５が形成され、当該開口を介して金属層２１４の面の一部が露出される。はんだマスク２１５の材料は、酸化ケイ素および窒化ケイ素などの絶縁誘電材料である。はんだマスク２１５は、金属層２１４を保護するように機能する。次いで、はんだマスク２１５の面上に、外部接続のための突起２１６が形成され、外部接続のための突起２１６によって開口が埋められる。外部接続のための突起２１６は、はんだボールおよび金属柱などの接続構造であってもよく、銅、アルミニウム、金、スズ、および鉛などの金属材料で作られてもよい。
まず、貫通孔を形成するための後続のエッチングを容易にするために、パッケージング対象のウェハ２００は、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂから薄くされる。パッケージング対象のウェハ２００は、機械研磨プロセス、化学機械研磨プロセスなどによって薄くされてもよい。次いで、パッケージング対象のウェハ２００は、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂからエッチングされて、貫通孔（図示せず）を形成し、当該貫通孔を介してコンタクトパッド２１２がパッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａ側で露出される。次に、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂおよび貫通孔の側壁上に絶縁層２１３が形成され、絶縁層２１３を介してコンタクトパッド２１２が貫通孔の底部で露出される。絶縁層２１３は、パッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂに対して電気的絶縁を提供することができ、貫通孔を介して露出されたパッケージング対象のウェハ２００の基板に対して電気的絶縁を提供することができる。絶縁層２１３の材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または絶縁樹脂であってもよい。次いで、絶縁層２１３の面上に、コンタクトパッド２１２と接続された金属層２１４が形成される。金属層２１４は、外部回路との接続のためにパッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂまでコンタクトパッド２１２を延長させる再分配層として使用されてもよい。金属層２１４は、金属薄膜を堆積させてエッチングすることによって形成される。次に、金属層２１４の面および絶縁層２１３の面上に、開口（図示せず）を有するはんだマスク２１５が形成され、当該開口を介して金属層２１４の面の一部が露出される。はんだマスク２１５の材料は、酸化ケイ素および窒化ケイ素などの絶縁誘電材料である。はんだマスク２１５は、金属層２１４を保護するように機能する。次いで、はんだマスク２１５の面上に、外部接続のための突起２１６が形成され、外部接続のための突起２１６によって開口が埋められる。外部接続のための突起２１６は、はんだボールおよび金属柱などの接続構造であってもよく、銅、アルミニウム、金、スズ、および鉛などの金属材料で作られてもよい。
パッケージング対象のウェハ２００をパッケージングした後、後続の切断プロセスによって得られたチップパッケージング構造は、外部接続のための突起２１６を介して外部回路と接続することができる。チップユニットの検知領域２１１によって光信号が電気信号に変換された後、当該電気信号は、コンタクトパッド２１２、金属層２１４および外部接続のための突起２１６を順次通過し、外部回路に送信されて、処理される。
次に、図８および図９を参照して、パッケージング対象のウェハ２００およびカバー基板３００を切断経路領域２２０（図４参照）に沿って切断して、図２に示される複数のパッケージング構造を形成する。パッケージング構造の各々は、チップユニット２１０と、チップユニット２１０上に位置し、カバー基板３００を切断することによって形成される上部カバープレート３３０とを含む。上部カバープレート３３０は、上部カバープレート３３０の側壁３３０ｓによって反射された光が検知領域に直接入射しないように、予め設定された厚みを有する。
この実施形態では、パッケージング対象のウェハ２００およびカバー基板３００に対して行われる切断は、第１の切断プロセスと第２の切断プロセスとを含む。具体的には、図８に示されるように、まず、第１の切断プロセスが実行され、パッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａに到達するまで、パッケージング対象のウェハ２００がパッケージング対象のウェハ２００の第２の面２００ｂから図４に示される切断経路領域２２０に沿って切断されて、第１の切断溝４１０を形成する。第１の切断プロセスでは、スライスナイフ切断またはレーザ切断が使用されてもよく、スライスナイフ切断は、金属ナイフまたは樹脂ナイフを用いて行われてもよい。
次に、図９を参照して、第２の切断プロセスが実行され、パッケージング対象のウェハ２００の第１の面２００ａに到達するまで、カバー基板３００が、カバー基板３００の第２の面３００ｂから、図４に示される切断経路領域２２０に対応する領域に沿って切断されて、第１の切断溝４１０と接続された第２の切断溝４２０を形成し、複数のパッケージング構造を形成して、それによって切断プロセスが終了する。第２の切断プロセスでは、スライスナイフ切断またはレーザ切断が使用されてもよい。
いくつかの他の実施形態では、第２の切断プロセスは、カバー基板３００の第１の面３００ａから第１の切断溝４１０に沿ってカバー基板３００を切断し続けて、カバー基板３００を貫通する第２の切断溝４２０を形成し、それによって切断プロセスが終了することを含んでもよい。
なお、いくつかの他の実施形態では、第１の切断プロセスは第２の切断プロセス後に実行されてもよく、いくつかの他の実施形態では、パッケージング対象のウェハ２００およびカバー基板３００は１回の切断プロセスによってのみ切断されてもよいが、本明細書では限定されない。
本明細書に記載されていない本開示の実施形態に係るパッケージング方法によって形成されたパッケージング構造を説明するために、図２に示されるパッケージング構造の説明を参照することができる。
本開示について上記したが、それに限定されるものではない。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって本開示の技術的解決策に対してさまざまな変更および変形がなされてもよい。したがって、本開示の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
Claims (11)
- パッケージング構造であって、
チップユニットを備え、前記チップユニットの第１の面は、検知領域を備え、上記パッケージング構造はさらに、
上部カバープレートを備え、
前記上部カバープレートの第１の面は、支持構造を備え、
前記上部カバープレートは、前記チップユニットの前記第１の面を被覆し、
前記支持構造は、前記上部カバープレートと前記チップユニットとの間に位置し、
前記検知領域は、前記支持構造および前記チップユニットの前記第１の面によって囲まれるキャビティ内に位置し、
前記上部カバープレートは、前記上部カバープレートの側壁によって反射された光が前記検知領域に直接入射しないように、予め設定された厚みを有し、
前記支持構造の幅に対する前記予め設定された厚みの比率は、前記検知領域の幅に対する前記支持構造の高さの比率よりも小さい、パッケージング構造。 - 前記予め設定された厚みは、５０μｍから２００μｍである、請求項１に記載のパッケージング構造。
- 前記予め設定された厚みは、１００μｍである、請求項２に記載のパッケージング構造。
- 前記上部カバープレートの材料は、透過性材料である、請求項１に記載のパッケージング構造。
- 前記チップユニットはさらに、
前記検知領域の外側に位置するコンタクトパッドと、
前記チップユニットの前記第１の面とは反対側の前記チップユニットの第２の面から前記チップユニットを貫通する貫通孔とを備え、前記コンタクトパッドは、前記貫通孔を介して露出され、前記チップユニットはさらに、
前記チップユニットの前記第２の面および前記貫通孔の側壁の面を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層の面上に位置し、前記コンタクトパッドに電気的に接続された金属層と、
前記金属層の面および前記絶縁層の前記面上に位置するはんだマスクとを備え、前記はんだマスクは、前記金属層の一部を露出させる開口を備え、前記チップユニットはさらに、
前記開口を埋める外部接続のための突起を備え、前記外部接続のための突起は、前記はんだマスクの面の外側で露出される、請求項１に記載のパッケージング構造。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載のパッケージング構造を形成するためのパッケージング方法であって、
パッケージング対象のウェハを設けるステップを備え、前記パッケージング対象のウェハの第１の面は、複数のチップユニットと、前記複数のチップユニット間に位置する切断経路領域とを備え、前記複数のチップユニットの各々は、検知領域を備え、前記パッケージング方法はさらに、
カバー基板を設けるステップを備え、前記カバー基板の第１の面上に複数の支持構造が形成され、前記支持構造は、前記パッケージング対象のウェハ上の前記検知領域に対応し、前記パッケージング方法はさらに、
前記カバー基板の前記第１の面を前記パッケージング対象のウェハの前記第１の面に取り付けるステップを備え、前記支持構造および前記パッケージング対象のウェハの前記第１の面によってキャビティが形成され、前記検知領域は、前記キャビティ内に位置し、前記パッケージング方法はさらに、
前記切断経路領域に沿って前記パッケージング対象のウェハおよび前記カバー基板を切断するステップを備え、前記複数のパッケージング構造の各々は、前記複数のチップユニットのうちの１つと、前記カバー基板を切断することによって形成される前記上部カバープレートとを備え、前記上部カバープレートは、前記上部カバープレートの側壁によって反射された光が前記検知領域に直接入射しないように、予め設定された厚みを有し、
前記支持構造の幅に対する前記予め設定された厚みの比率は、前記検知領域の幅に対する前記支持構造の高さの比率よりも小さい、パッケージング方法。 - 前記予め設定された厚みは、５０μｍから２００μｍである、請求項６に記載のパッケージング方法。
- 前記設けられたカバー基板は、前記予め設定された厚みを有する、請求項６に記載のパッケージング方法。
- 前記設けられたカバー基板は、前記予め設定された厚みよりも大きな厚みを有し、前記パッケージング方法はさらに、前記カバー基板を薄くして、前記薄くされたカバー基板が前記予め設定された厚みを有するようにするステップを備える、請求項６に記載のパッケージング方法。
- 前記切断経路領域に沿って前記パッケージング対象のウェハおよび前記カバー基板を切断するステップは、
前記パッケージング対象のウェハの前記第１の面に到達するまで、前記パッケージング対象のウェハの前記第１の面とは反対側の前記パッケージング対象のウェハの第２の面から前記切断経路領域に沿って前記パッケージング対象のウェハを切断して、第１の切断溝を形成することを備える、第１の切断プロセスを実行するステップと、
前記カバー基板を切断して、前記第１の切断溝と接続された第２の切断溝を形成し、複数のチップパッケージング構造を形成することを備える、第２の切断プロセスを実行するステップとを備える、請求項６に記載のパッケージング方法。 - 前記チップユニットはさらに、前記検知領域の外側に位置するコンタクトパッドを備え、前記カバー基板の前記第１の面を前記パッケージング対象のウェハの前記第１の面に取り付けた後、前記パッケージング方法はさらに、
前記パッケージング対象のウェハの前記第１の面とは反対側の前記パッケージング対象のウェハの第２の面から前記パッケージング対象のウェハを薄くするステップと、
前記パッケージング対象のウェハの前記第２の面から前記パッケージング対象のウェハをエッチングして、前記チップユニットの前記コンタクトパッドを露出させる貫通孔を形成するステップと、
前記パッケージング対象のウェハの前記第２の面および前記貫通孔の側壁の面上に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層の面上に金属層を形成するステップとを備え、前記金属層は、前記コンタクトパッドと接続され、前記パッケージング方法はさらに、
前記金属層の面および前記絶縁層の前記面上にはんだマスクを形成するステップを備え、前記はんだマスクは、前記金属層の前記面の一部を露出させる開口を備え、前記パッケージング方法はさらに、
前記はんだマスクの面上に外部接続のための突起を形成するステップを備え、前記開口は、前記外部接続のための突起によって埋められる、請求項６に記載のパッケージング方法。
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