KR100311818B1 - 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하면서, 센서의 밀봉 패키지 공정을 수행할수 있는 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 관한 것으로 이는 특히, 마이크로 센서가 상측으로 설치되는 실리콘 웨이퍼 디바이스의 센서 주연으로 내부 고정점과 외부 고정점을 형성하고, 일정두께의 실리콘으로 구성되는 웨이퍼 캡의 상측으로 절연체를 개재하여 내부 고정점과 외부 고정점이 연결될수 있는 도전막 패턴을 형성한후, 재차 2차 절연체를 개재하여 Cr/Au를 증착하여 본딩 밀봉에 의해 패키지하는 것을 요지로 한다.
Description
본 발명은 마이크로자이로등과 같은 마이크로 센서의 제작시, Au막을 이용한 실리콘과 상기 실리콘의 본딩(Bonding)작업을 통해, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하면서, 센서의 밀봉 패키지 공정을 수행할수 있는 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 관한 것으로 이는 특히, 웨이퍼 디바이스의 상측 마이크로 센서 주연에 내부 고정점과 외부 고정점을 형성하고, 그 중간에는 저융점 밀봉 본딩부를 형성하여, 이에 착설되는 웨이퍼 캡의 Au-실리콘 저융점 본딩을 통해 웨이퍼 디바이스의 마이크로 센서를 밀봉토록 함으로써, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하고, 상기 마이크로 센서를 손쉽고, 용이하게 밀봉 패키지할 수 있도록한 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려져있는 종래의 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법에 있어서는 도 1에 도시한 바와같이, 상측에 마이크로 센서(20)가 장착된 실리콘 디바이스(10)의 상측으로 글래스(30)의 몰딩에 의한 웨이퍼 캡(40)을 본딩 결합토록 하며, 이때 상기 글래스(30)에는 비아홀(50)을 형성한후, 상기 비아홀(50)의 내부에는 알루미늄 등과 같은 금속막(60)을 스퍼터링에 의해 형성하여 마이크로 센서를 밀봉하여 패키지하는 것이다.
그러나, 글래스(30)로 구성되는 웨이퍼 캡(40)을 실리콘 디바이스(10)에 본딩처리 함으로써 밀봉 패키지를 수행토록 하는 과정중, 상기 글래스(30)로 이루어진 웨이퍼캡(40) 에서의 본딩시 발생되는 이온의 방출로 인한 마이크로 센서의 진공도를 저하시키게 되는 단점이 있으며, 글래스와 실리콘간의 본딩에 따른 뒤틀어짐(Warping)의 발생으로 수율이 저하되고, 웨이퍼 캡과, 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이 발생으로 인한 스트레스의 발생에 의하여, 주위의 분위기에 극히 민감한 마이크로 자이로스코프등과 같은 관성센서를 제대로 밀봉 패키지 하기가 어렵게 되는등 많은 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 여러 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, Au막을 이용한 실리콘과 상기 실리콘의 본딩(Bonding)작업을 통해, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하고, 이에따라 주위 분위기에 민감한 관성센서인 마이크로 센서를 손쉽고, 용이하게 밀봉 패키지할 수 있도록 함은 물론, 상기 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 밀봉을 위한 본딩시, 수율 저하를 미연에 예방할 수 있는 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법을 설명하기 위한 도면.
도2 (A) 내지 도2 (F)는 본 발명에 따른 웨이퍼 디바이스와 웨이퍼 캡의 형성에 따른 마이크로센서의 밀봉 패키지 공정을 설명하기 위한 개략 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 마이트로센서의 밀봉 패키지가 완료된 웨이퍼 디바이스 및 웨이퍼 캡의 결합상태 정단면 구조도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110...실리콘 120...절연체
130...마이크로 센서 140...웨이퍼 디바이스
150...내부 고정점 160...외부 고정점
170...밀봉 본딩부 210...웨이퍼 캡
220,220'...절연체 230...도전막 패턴
240...Cr/Au 증착층 250...와이어 본딩
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 일정두께의 실리콘 상측에 절연체를 개재하여 마이크로 센서가 상측으로 설치되는 실리콘 웨이퍼 디바이스의 센서 주연으로 내부 고정점과 외부 고정점을 형성하고, 그 사이에는 저융점 밀봉 본딩부를 형성하는 웨이퍼 디바이스 형성단계;
상기 웨이퍼 디바이스의 외부 및 내부 고정점과 저융점 밀봉 본딩부를 제외한 부위의 절연체를 식각에 의해 제거하는 절연체 제거단계;
일정두께의 실리콘으로 구성되는 웨이퍼 캡의 상측으로 절연체를 증착하고, 그 상측에 내부 고정점과 외부 고정점이 연결될수 있는 도전막 패턴을 형성하는 도전막 패턴 형성단계;
상기 도전막 패턴 상측으로 2차 절연체를 증착하여 도전막을 보호토록 하며, 상기 절연체패턴의 상측에는 Cr/Au를 증착하여 패터닝하는 Cr/Au증착 및 패터닝 단계;
상기 웨이퍼 캡의 외부 고정점 연결부 외측을 식각하여 웨이퍼 디바이스의 외부 고정점으로 부터 와이어 본딩이 가능토록 하는 식각단계;
상기 웨이퍼 캡을 웨이퍼 디바이스와 저융점 본딩에 의해 웨이퍼 디바이스의 마이크로 센서를 밀봉토록 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법을 마련함에 의한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도2 (A) 내지 도2 (F)는 본 발명에 따른 웨이퍼 디바이스와 웨이퍼 캡의 형성에 따른 마이크로센서의 밀봉 패키지 공정을 설명하기 위한 개략 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 마이트로센서의 밀봉 패키지가 완료된 웨이퍼 디바이스 및 웨이퍼 캡의 결합상태 정단면 구조도로서, 약 500㎛ 두께의 실리콘(110) 상측에 산화막으로 구성되는 절연체(120)를 개재하여 마이크로 센서(130)가 상측으로 설치되는 실리콘 웨이퍼 디바이스(140)의 센서 주연에는, 일정한 간격으로 내부 고정점(150)과 외부 고정점(160)을 형성한다.(도2의 A) 이때 상기 내부 고정점(150)과 외부 고정점(160) 사이에는 웨이퍼 캡(210)과의 본딩시 마이크로 센서(130)가 밀봉될수 있도록 저융점 밀봉 본딩부(170)를 형성하게 되며, 상기와같이 제작된 웨이퍼 디바이스(140)는 도2의 B에서와 같이, 그 외부 고정점(160) 및 내부 고정점(150)과 저융점 밀봉 본딩부(170)를 제외한 부위의 절연체(120)를 식각 처리에 의해 제거하여 웨이퍼 디바이스(140)를 완성하게 된다.
계속해서, 상기 웨이퍼 디바이스(140)와 결합토록 일정두께의 실리콘으로 구성되는 웨이퍼 캡(210)의 상측으로 절연체(220)를 증착하고, 그 상측에는 상기 웨이퍼 디바이스(140)의 내부 고정점(150)과 외부 고정점(160)이 각각 연결될수 있는 도전막 패턴(230)을 형성한다.(도2의 C) 또한, 상기와같은 도전막 패턴(230)의 상측으로는 2차 절연체(220')를 증착하여 상기 도전막 패턴(230)을 보호할 수 있도록 하며,(도2의 D) 상기 2차 절연체(220')의 패턴 상측에는 도2의 E에서와 같이, Cr/Au 증착층(240)을 패터닝하여 상기 웨이퍼 디바이스(140)의 본딩 결합시, 내부 고정점(150)에서 실리콘-Au-Cr-도전막으로 연결토록 되며, 또한 도전막 배선이 외부 고정점(160)으로 도전막-Cr-Au-실리콘으로 연결되도록 한다.
한편, 도2의 F에서와 같이 상기 웨이퍼 캡(210)의 외부 고정점(160) 연결부 외측을 식각하여 웨이퍼 디바이스(140)의 외부 고정점(160)으로 부터 와이어 본딩(250)이 가능토록 하게 되며, 이때 상기 식각작업은 Cr/Au에 전혀 영향이 없도록 포토 레지스터(Photo-Resist)에 의해 수행하도록 한다.
상기와같이 웨이퍼 디바이스(140) 및 웨이퍼 캡(210)의 제작이 완료되면, 도 3에서와 같이 웨이퍼 캡(210)을 웨이퍼 디바이스(140)와 저융점 본딩에 의해 웨이퍼 디바이스(140)의 마이크로 센서를 밀봉토록 하며, 이때 Au는 도전성이므로 본딩과 도전의 2가지 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다. 또한 상기 웨이퍼 캡(210)과 웨이퍼 디바이스(140)의 본딩 밀봉이 Au막을 이용한 실리콘과 실리콘의 본딩이므로 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하고, 수율의 저하가 발생하지 않는다. 그리고 종래와 같은 글래스를 사용하지 않고 실리콘만을 사용함으로써, 본딩시 발생하는 이온의 방출로 인한 진공도 저하를 방지할 수 있게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 의하면, Au막을 이용한 실리콘과 상기 실리콘의 본딩작업을 통하여, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하며, 이에따라 주위 분위기에 민감한 관성센서인 마이크로 센서를 손쉽고, 용이하게 밀봉 패키지할 수 있게 됨은 물론, 상기 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 밀봉을 위한 본딩시, 수율 저하를 미연에 예방할 수 있는 우수한 효과가 있다.
Claims (4)
- 마이크로센서의 밀봉 패키지방법에 있어서,일정두께의 실리콘 상측에 절연체를 개재하여 마이크로 센서가 상측으로 설치되는 실리콘 웨이퍼 디바이스의 센서 주연으로 내부 고정점과 외부 고정점을 형성하고, 그 사이에는 저융점 밀봉 본딩부를 형성하는 웨이퍼 디바이스 형성단계;상기 웨이퍼 디바이스의 외부 및 내부 고정점과 저융점 밀봉 본딩부를 제외한 부위의 절연체를 식각에 의해 제거하는 절연체 제거단계;일정두께의 실리콘으로 구성되는 웨이퍼 캡의 상측으로 절연체를 증착하고, 그 상측에 내부 고정점과 외부 고정점이 연결될수 있는 도전막 패턴을 형성하는 도전막 패턴 형성단계;상기 도전막 패턴 상측으로 2차 절연체를 증착하여 도전막을 보호토록 하며, 상기 절연체패턴의 상측에는 Cr/Au를 증착하여 패터닝하는 Cr/Au증착 및 패터닝 단계;상기 웨이퍼 캡의 외부 고정점 연결부 외측을 식각하여 웨이퍼 디바이스의 외부 고정점으로 부터 와이어 본딩이 가능토록 하는 식각단계;상기 웨이퍼 캡을 웨이퍼 디바이스와 저융점 본딩에 의해 웨이퍼 디바이스의 마이크로 센서를 밀봉토록 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 디바이스의 외부 고정점으로 부터 와이어 본딩이 가능토록 웨이퍼 캡의 외부 고정점 연결부 외측을 식각하는 방법은, Cr/Au에 영향이 없도록 포토 레지스터에 의해 수행토록 되는 것을 특징으로 하는 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캡의 Cr/Au 증착층을 패터닝하여 상기 웨이퍼 디바이스의 본딩 결합시, 내부 고정점에서 실리콘-Au-Cr-도전막으로 연결토록 되는 것을 특징으로 하는 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캡의 Cr/Au 증착층을 패터닝하여 상기 웨이퍼 디바이스의 본딩 결합시, 도전막 배선이 외부 고정점으로 도전막-Cr-Au-실리콘으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법.
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