KR101560961B1

KR101560961B1 - 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101560961B1
Application number: KR1020137029070A
Authority: KR
Inventors: 크리스찬 바우어; 한스 크루저; 주에르겐 포트만; 알로이스 스텔츠르; 울프강 폴; 로버트 코츠
Original assignee: 에프코스 아게
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2015-10-15
Also published as: US20140111062A1; KR20130137039A; CN103443021A; CN103443021B; US9647196B2; DE102011016554B4; WO2012136544A1; DE102011016554A1

Abstract

바람직하게는 물질이 동일한 2개의 압전 웨이퍼들로 이루어진 밀봉적 웨이퍼 레벨 패키지 및 이를 위한 제조 방법이 설명된다. 두 웨이퍼들 사이의 전기적 및 기계적 결합은 프레임 구조물 및 필라에 의해 이루어지며, 2개의 웨이퍼 상에 분포하는 프레임 구조물 및 필라의 부분 구조물은 결합층들을 이용하여 웨이퍼 본딩된다.

Description

웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법{WAFER-LEVEL PACKAGE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

MEMS-소자(=Micro Electro Mechanical System) 및 특히 음향파로 동작하는 소자는 기계적 약화에 민감한 소자 구조물을 포함한다. 일반적으로, 그러한 소자는 캐비티를 포함한 패키지를 필요로 하고, 캐비티 내에서 소자 구조물은 기계적 영향으로부터 안전하게 보호된다.

기계적으로 안정된 2개의 기판 사이에서 소자 구조물이 보호되는 소자는 공지되어 있으며, 이는 예컨대 적합한 캐리어 기판상에서 소자의 플립칩 배치에 의하여 획득될 수 있는 바와 같다.

MEMS-소자의 제조를 간단하게 하기 위해, 웨이퍼 레벨 패키지를 이용하여 소자를 더 신속하고 비용 효과적으로 제조하는 것이 추구된다. 공개된 US-특허 출원 2009/0224851 A로부터 SAW-소자(SAW = Surface Acoustic Wave)를 위한 웨이퍼 레벨 패키지가 공지되어 있으며, 이러한 패키지에서 제1 소자 구조물을 포함한 제1 웨이퍼는 간격 구조물을 이용하여 제2 소자 구조물을 포함한 제2 웨이퍼에 의해 덮여서, 두 소자 구조물들은 두 웨이퍼들 사이의 중공 내에서 봉입되어 있다. 소자 구조물들을 고리형(ring-shaped)으로 둘러싸는 폴리머 프레임이 간격 구조물로서 기능한다.

제1 소자 구조물과 제2 소자 구조물 사이의 전기적 접촉은 중공 내에서 기둥형 연결부들을 통하여 이루어진다. 소자 구조물의 전기적 연결부들은 수평으로 상기 중공으로부터 나와 바깥쪽으로 웨이퍼 레벨 패키지의 주 표면들 중 하나 위로 이어진다. 상기 방법은 다수의 제 1 또는 제 2 소자 구조물들을 각각 포함하는 2개의 웨이퍼가 사전에 제조되고, 서로 결합되어 전체를 이룰 수 있는 방식으로 진행될 수 있다.

그러나 이러한 공지된 웨이퍼 패키지는 소형화된 MEMS-소자 및 특히 음향파로 동작하는 소자라는 근대적 요건을 따르지 못하고, 특히 중공의 밀폐성, 3D-도전로를 위해 필요한 방법적 비용 및 달성해야 할 소형화와 관련하여 결점이 있다.

따라서 본 발명의 과제는 MEMS-소자를 위한 웨이퍼 레벨 패키지를 제공하는 것으로, 상기 웨이퍼 레벨 패키지는 앞에 언급된 공지된 웨이퍼 레벨 패키지에 비해 상기 기재된 사항들 중 적어도 하나에 있어서 개선된다.

상기 과제는 본 발명에 따르면 제1항의 특징들을 갖는 웨이퍼 레벨 패키지에 의하여 해결된다. 본 발명의 유리한 형성방식 및 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법은 다른 청구항들로부터 추론될 수 있다.

전기 소자를 위한 웨이퍼 레벨 패키지가 제안되며, 이러한 웨이퍼 레벨 패키지에서 제1 압전 웨이퍼와 제2 압전 웨이퍼와의 사이에 그리고 웨이퍼들 사이에 배치된 금속 프레임 구조물과의 사이에는 밀봉적으로 기밀적인(tight) 중공이 봉입되어 있다. 중공 내에서 적어도 제1 소자 구조물들은 제1 압전 웨이퍼상에 배치되어 있다. 제2 압전 웨이퍼도 마찬가지로 소자 구조물들을 지지하고, 상기 소자 구조물들은 중공 내에서 제2 웨이퍼의 대향된 표면 위에 배치되거나 또는 제2 웨이퍼의 양 표면들 위에 배치되어 있을 수 있다.

본 발명의 견지에서 웨이퍼란 바람직하게는 단결정 기판을 의미하고, 상기 단결정 기판상에서는 각각 다수의 소자 구조물들이 나란히 구현되어 있고, 이러한 소자 구조물들이 복수 개의 소자들을 구현하거나, 또는 상기 단결정 기판 상에서는 소자 구조물들이 정확히 하나의 소자 또는 하나의 패키지를 위해 구현되어 있고, 상기 소자 또는 패키지는 대면적 기판으로서 처리되며 차후에 개별 소자들이 되도록 개별화되었다.

이하에 더 상세히 설명되는 다른 형성방식에서, 웨이퍼는 제1 웨이퍼와 다른 웨이퍼로 이루어진 제1 웨이퍼 레벨 패키지를 의미하고, 상기 제1 웨이퍼 레벨 패키지는 제2 웨이퍼와 함께 고유의 (제 2) 웨이퍼 레벨 패키지를 형성함으로써, 상기 제2 웨이퍼 레벨 패키지는 서로 결합된 3개 및 그 이상의 웨이퍼들로 이루어진 스택(stack)을 포함한다.

금속의 프레임 구조물은 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼에서 서로를 향해있는 두 표면들 위에 안착하고, 상기 표면들과 밀봉적으로 결합되어 있다. 제1 및 제2 소자 구조물들을 포함하는 소자의 전기적 연결부들은 중공으로부터 멀어지는 방향을 가리키는 제2 웨이퍼의 표면 위에 제공되어 있다.

상기 봉입된 중공의 내부에는 필라들(pillars)이 배치되어 있고, 필라들은 제1 소자 구조물들과 제2 소자 구조물들 사이 또는 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼 사이의 기둥형 전기적 연결부들을 나타내며 상기 두 웨이퍼의 서로를 향해있는 표면들 위에서 떠받쳐지고 있다. 필라들은 제1 및/또는 제2 소자 구조물과 전기 전도적으로 연결되어 있다. 마찬가지로 상기 두 웨이퍼의 서로를 향해있는 표면들 위에서 떠받쳐지는 부가적인 기둥형 구조물들이 제공될 수도 있으며, 이러한 구조물들에는 기계적으로 지지하는 기능만이 지정되고, 상기 구조물들은 소자의 기계적 안정성을 개선할 수 있다.

중공의 내부에서 안쪽을 향해있는 제1 및 제2 웨이퍼의 표면들 위에는 접촉 패드들(contact pads)이 배치되어 있고, 접촉 패드들은 동일한 표면 위의 각각의 소자 구조물들과 연결되어 있다. 제2 웨이퍼를 관통하여 관통 접촉부들이 안내되고, 관통 접촉부들은 웨이퍼들 사이에서 프레임 구조 위에, 또는 필라 위에 또는 언급한 접촉 패드들 중 하나 위에서 종결되고, 단 이로 인하여 밀봉적으로 기밀적인 중공이 개방되지는 않는다. 이로써 관통 접촉부들은 필라들 또는 접촉 패드들을 통하여 제2 웨이퍼의 상측의 전기적 연결부들을 중공 내부의 제1 및 제2 소자 구조물과 연결한다. 프레임 구조물 및 필라는 실질적으로 구리로 구성되는 반면, 접촉 패드들은 적어도 구리를 포함한다.

제1 및 제2 압전 웨이퍼는 열적 팽창 거동에 있어 서로 정합되거나 동일한 팽창 거동을 포함한다. 이에 상응하여, 바람직하게는 물질이 동일한 2개의 웨이퍼는 웨이퍼 레벨 패키지를 위한 제1 웨이퍼 및 제2 웨이퍼로서 사용된다. 그 외의 가능한 조합은 리튬 탄탈레이트(Lithium Tantalate), 리튬 니오베이트(Lithium Niobate) 및 석영으로 구성된 웨이퍼들에서 존재하며, 이러한 웨이퍼들은 거의 동일한 열적 팽창 거동을 보인다. 이로써, 상대적으로 높은 공정 온도를 적용하는 경우에도, 냉각 이후에 응력이 없는 패키지가 획득될 수 있고, 상기 패키지 내에서 소자는 양호하게 재현 가능한 전기적 특성이 있고 개선된 기계적 특성이 있다.

금속의 프레임 구조물은 두 웨이퍼의 표면들과 아래위로 밀봉적으로 닿음으로써 프레임 구조물 내부에서 두 웨이퍼들 사이에 봉입된 중공을 밀봉적으로 기밀하게 폐쇄할 수 있다. 소자의 전기적 연결부들은 상기 패키지의 바깥쪽으로 향해있는 2개의 주 표면 중 하나 위에 배치되어 있고, 부가적인 면적을 필요로 하지 않는다. 두 웨이퍼의 전체적으로 적어도 2개의 표면 위에 소자 구조물이 제공됨으로써, 소자는 3D-집적물(integration)을 포함하고, 상기 집적물의 밑면은 단일 평면에서의 소자 구조물들만을 포함하는 웨이퍼 레벨 패키지에 비해 줄어든다.

재배선(rewiring), 즉 웨이퍼들 중에 일 웨이퍼의 표면으로부터 외부에 위치한 표면으로 전기적 연결부를 빼내는 것은 관통 접촉부들을 통하여서만 이루어지므로, 가령 앞에 언급한 특허 출원에 공지된 웨이퍼 레벨 패키지의 경우와 같이 소자의 밑면에 부하를 주지 않는다.

나머지 소자 구조물에 비해 더 높은 금속배선 밀도를 필요로 하는 필라 및 프레임 구조물을 위해 구리를 사용하면 갈바닉 성막 공정 또는 무전류 성막 공정에서 구조물이 신속하게 구성될 수 있다. 또한, 구리를 이용하면 리드 저항은 감소하면서 전기적으로 양호한 도전 연결이 제조될 수 있다.

구리 외에, 금속배선은 다른 (부분) 층들을 더 포함할 수 있고, 예컨대 구리 표면은 이러한 층들을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 제1 웨이퍼는 표면 탄성파로 동작하는 소자 구조물(SAW-소자 구조물)을 포함하고, 예컨대 SAW-필터로서 형성되어 있다. 제2 웨이퍼 상의 소자 구조물도 마찬가지로 표면 탄성파를 위한 변환기를 포함할 수 있고, 대안적으로 또는 그 외에 부가적인 수동 소자들을 더 포함할 수 있으며, 예컨대 인덕턴스 및 커패시턴스를 더 포함할 수 있다.

변환기를 위한 이러한 모든 소자 구조물 및 언급한 수동 소자들은 표면에 제공되어 구조화된 금속배선을 이용하여 구현될 수 있다. 따라서, 금속 배선은 특히 조합이 가능하고, 공통의 방법 단계에서 생성될 수 있다. 따라서 수동 소자들 및 SAW 변환기들이 하나의 소자 내에 비용 효과적으로 집적될 수 있고, 이는 크기가 작아진 구조 형태를 가지는 고 집적형 소자를 야기한다.

다른 실시 형태에 따르면, 제1 웨이퍼의 하측은 차폐층을 포함하고, 차폐층은 웨이퍼의 전체 하측 및 경우에 따라서 제1 및/또는 제2 웨이퍼의 측변의 일부를 덮는다. 이러한 차폐층이 있으면, 소자 구조물 및 이로 인하여 소자의 전기적 차폐가 이루어지고, 차폐층의 물질을 적합하게 선택하면 전자기적 차폐도 구현될 수 있다. 전자기적 차폐는 예컨대 니켈층과 같은 자성 물질을 포함할 수 있다. 차폐층은 서로 다른 금속들로 이루어진 2개 또는 그 이상의 부분층들을 포함할 수 있고, 이때 특정한 요건을 위해 차폐층의 총 두께는 이미 1 ㎛부터 충분할 수 있다. 차폐층은 예컨대 40 ㎛ 및 그 이상으로 임의적으로 더 큰 값의 두께로 제공될 수 있다. 모든 경우에, 달성 가능한 차폐는 제조 비용 및 특히 층 생성 시의 증가된 공정 시간을 감안해야 한다.

다른 실시 방식에서 웨이퍼 레벨 패키지는 바깥쪽을 가리키는 제1 웨이퍼의 하측에서 벌크파를 위한 감쇠층을 포함한다. 이를 위해 다양한 실시 방식이 적합하다.

적합한 물질 및 특히 금속층(예컨대, 은)으로 구성된 소위 λ-1/4층이 제공될 수 있다. 상기 λ-1/4층을 위해 유전체도 적합하다. 이러한 층의 두께는 이미 그 이름이 말해주는 바와 같이 소자 구조물에 의해 생성되는 음향파의 파장( λ)이 1/4일 때 선택되고, 상기 음향파는 웨이퍼 내부에서 확산되고, 웨이퍼 후면측에서 원하지 않는 방식으로 반사된다. 상기 음향파는 λ-1/4-층의 전면측 및 후면측에서 반사되어, 두 부분파들은 중첩 시 소거된다.

감쇠층의 다른 실시 방식은, 제1 웨이퍼의 하측에 불규칙적 패턴을 제공하는 것에 있으며, 상기 패턴의 물질은 상기 도달하는 음향파를 통과하도록 하여, 상기 음향파를 상기 패턴 내에서 분산시킨다. 따라서 소자 안으로 돌아가는 분산된 파동은 원하지 않는 신호를 더 이상 야기하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 상기 패턴은 음향적으로 양호하게 정합된 물질을 포함하고, 예컨대 Cu , Cr 또는 LT -웨이퍼를 위한 Ni 또는 LN -웨이퍼를 위한 Ti를 포함한다.

그러한 패턴은 특히 금속 패턴으로서, 바람직하게는 불규칙적 필라 패턴으로서 형성된다. 이를 위해 양호하게 성막 가능하며 구조화 가능한 금속이 사용될 수 있다.

일 실시 형태에서 구조화된 금속 패턴은 니켈로 구성된다. 이러한 필라의 높이 또는 감쇠층의 높이는 상기 실시 방식에서 통상적으로 1 ㎛를 초과한다. 그러나 바람직하게는 최대의 반사 구조물이 제공되고, 이는 예컨대 가급적 조밀한 필라의 패턴, 즉 단위 면적 당 최대 개수의 필라에 의해 달성될 수 있다. 2개의 인접한 필라들 사이의 평균 간격이 대략 상기 필라들의 직경에 상응하는 패턴은 공정 기술적으로 바람직하다.

필라는 불규칙적 분포, 불규칙적 밑면 또는 상이한 크기를 포함할 수 있다. 모든 경우에, 규칙적인 변형예 또는 배열은 방지해야 한다.

바람직하게는, 표면파로부터 반사되는 요소들의 불규칙적인 패턴은 필라들과 상이한 음향 임피던스를 가진 층의 매트릭스 내에 매립되어 있다. 바람직하게는, 필라 또는 금속 구조물은 폴리머 층 내에 매립되어 있다.

일 실시 형태에서, 제1 웨이퍼의 하측에는 불규칙적 금속 패턴의 형태로 벌크파를 위한 음향적 감쇠층이 배치될 뿐만 아니라, 바로 그 위에 전기적 차폐층 또는 전자기적인 차폐층이 배치되어 있다. 감쇠층의 금속 구조물은 차폐층과 연결되어 있을 수 있다.

다른 실시 형태에서, 적어도 제1 웨이퍼상에 형성된 SAW 필터의 삽입 손실을 줄이기 위한 처리법이 수행된다. SAW 소자의 소자 구조물은 표면 탄성파를 위한 변환기를 포함하고, 이때 각각의 변환기는 인터디지털식으로 서로 맞물려 들어간 2개의 빗형 전극을 포함한다. 빗형 전극에서 전극 핑거들은 부스바(bus bar)와 연결되고, 부스바는 빗형 전극의 모든 전극 핑거들에 동일한 전기 전위를 공급한다. 복수 개의 변환기는 부스바와 양호한 전기 접촉을 하는 도전 패드들을 통하여 적합하게 서로 접속된다. 변환기들 및 패드들은 함께 상기 SAW 필터를 형성한다. 부스바들 및 패드들은 SAW 필터의 전기적인 총 손실에서 현저한 비율을 차지하므로, 가급적 낮은 전기 저항을 가져야 할 것이다. 이를 위해, 부스바들 및 패드들은 이제까지 별개의 리소그라피 제조 단계에서 1 ㎛까지 달하는 두께를 가진 다른 금속층을 포함하여 두꺼워졌다. 신규하게 제안되는 실시 방식에 따르면, 패드들은 금속 프레임을 포함하여, 바람직하게는 구리 소재의 금속 프레임을 포함하여 생성된다. 이러한 패드들은 구리의 양호한 전도도 및 이제까지의 패드 두께 증대에 비해 더 두꺼운 두께로 인하여 현저히 더 낮은 저항을 가진다. 이로써 유리하게는, 패드들의 전도도가 개선됨과 동시에 필요한 공정 단계의 수는 줄어든다.

바람직하게는, 부스바들 및/또는 패드들은 종래의 금속배선 내에 제조되어 있고, 구리층의 형태로 두께 증대 부분을 포함하며, 따라서 전극 핑거 및 그 외의 소자 구조물에 비해 더 높은 금속배선 높이를 가진다.

일 실시 방식에서, 부스바들 및/도는 패드들의 두께 증대는 기판의 표면 위의 트렌치들(trenches) 내에 배치된 구리 구조물을 포함한다. 이러한 실시 방식을 이용하면, 더 두꺼운 전체 층 두께는 이에 상응하여 함몰부의 깊이를 산정함으로써 전체적으로 또는 부분적으로 보상될 수 있다. 두 경우에, 부스바들, 패드들 및 전극 핑거들은 동일한 공정 내에서 단일의 층 두께를 가진 종래의 전극 물질로 제조될 수 있고, 다만 패드들은 두께 증대 부분으로서 상기 패드들 아래 또는 위에 배치된 구리층에 의해 증대된 허용 전류 용량(current carrying capactity)을 가질 수 있고, 따라서 상기 패드들의 전기 저항이 줄어들 수 있다.

그러나, 부스바들 및 패드들을 위해 오로지 구리층만 사용될 수 있는데, 상기 구리층은 나머지 전극 구조물을 위해 사용되며 특히 알루미늄을 함유하는 물질에 비해 더 높은 전기 전도도에도 불구하고 전극 구조물(소자 구조물)보다 더 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 약 0.9 ㎛의 통상적 금속배선 두께를 가진 종래의 알루미늄계 변환기에서 2 ㎛로 증대된 층 두께를 가진 상응하는 구리 구조물로 이행되면, 필터의 통과 영역 내에서 삽입 손실의 감소가 약 0.15 dB로 얻어질 수 있고, 이는 시뮬레이션을 통해 도출되는 바와 같다.

다른 유리한 형성방식에서 제2 웨이퍼의 상측과 전기적 연결부 및/또는 소자 구조물을 위한 금속 배선의 사이에는 폴리머를 포함한 응력 제거층이 배치될 수 있다. 응력 제거층은 도전로 아래에 위치하고, 바람직하게는 GBAW-소자(GBAW=guided bulk acoustic wave) 또는 SAW 소자들과 같이 음향파로 동작하는 소자의 능동적 소자 구조물 아래에는 위치하지 않아서, 이러한 소자 구조물의 음향적 기능을 저하시키지 않을 수 있다.

전기적 연결부를 통하여 웨이퍼 레벨 패키지는 회로 환경과 전기적으로 연결될 수 있고, 이때 상기 연결은 특히 범프(bumps)를 이용하여 이루어진다. 회로 환경(예컨대 도체판)은 MEMS 소자와 상이한 열적 거동을 가지므로, 온도 변화 부하 시 상당한 범프 부하가 발생할 수 있다. 응력 제거층을 이용하면, 이러한 힘은 응력 부하층이 이에 상응하여 휨으로써 보상될 수 있어서, 전기적 연결부의 파손 위험 또는 전기적 연결부로부터의 범프 연결부의 파손 위험이 줄어든다. 응력 제거층은 바람직하게는 구조화되고 각각의 전기적 연결부 아래에서 각각의 범프 연결부 둘레의 주변 영역으로 한정되어 있다.

웨이퍼 레벨 패키지는 두 웨이퍼들 중에 일 웨이퍼 상의 수동 소자들을 포함할 수 있고, 특히 구리 코일들을 포함할 수 있으며, 구리 코일들은 수평 나선의 형태로 두 웨이퍼들 중에 일 웨이퍼의 표면 위에 또는 두 웨이퍼의 표면 위에 특히 제2 웨이퍼의 표면 위에 배치되어 있다. 중공 안으로 이어지는 제2 웨이퍼의 하측이 충분한 자유 면을 포함하면, 구리 코일은 상기 표면 위에서 중공의 내부에 배치될 수 있다. 구리 코일은 원칙적으로 어떠한 중공도 필요로 하지 않으므로, 구리 코일은 바깥쪽을 향해있는 패키지의 표면 위에 배치될 수 있고, 특히 바깥쪽을 향해있는 제2 웨이퍼의 상측 위에 배치될 수 있다. 수동 소자들 또는 구리 코일들은 전기적 소자의 일부분이며, 소자 구조물들과 전기 전도적으로 연결되며 소자의 일부 기능을 충족한다. 예컨대, 구리 코일에 의해 외부 회로 환경에 대한 소자 구조물의 전기적 정합이 제공될 수 있다.

구리 코일들과 웨이퍼 사이에는 바람직하게는 낮은 ε을 가진 수 ㎛ 두께의 폴리머층이 구리 코일들의 품질 증대를 위해 배치되어 있다.

일 실시 형태에서, 제1 웨이퍼뿐만 아니라 제2 웨이퍼와도 연결된 모든 금속 배선 요소들, 즉 프레임 구조물들 및 필라들은 이들의 전체 높이를 넘어서 볼 때 상이한 횡단면을 가진 2개의 부분들을 포함하고, 상기 부분들은 제1 또는 제2 웨이퍼상에 배치된 2개의 부분 구조물들 중 하나에 각각 부속한다. 이는, 한편으로는 접합 시의 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼의 조정이 간단해지게 하는 이점을 제공한다. 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼 또는 제1 부분 구조물과 제2 부분 구조물이 부정확하게 쌍방 조정되는 경우에도, 서로 맞닿는 부분 구조물들의 접촉면은 일정하게 유지되는데, 더 작은 횡단면을 가진 부분 구조물이 만일에 잘못 조정되더라도 그것이 다른 부분 구조물의 더 큰 횡단면의 한계 내에 있는 경우에 한하여 그러하다. 그러므로 2개의 연결된 부분 구조물 사이의 접촉면은 항상 각각의 부분 구조물쌍의 더 작은 횡단면에 상응한다.

일 실시 형태에서, 차폐층은 제1 웨이퍼를 통과하는 관통 접촉부를 통하여 상기 제1 웨이퍼의 내부를 향해 있는 표면에서 패드, 필라 또는 프레임 구조물과 연결되어 있다. 제2 웨이퍼를 통과하는 하나 이상의 다른 관통 접촉부를 통하여, 상기 언급한 구조물은 외부를 향해 있는 상기 제2 웨이퍼의 상측에서의 전기 연결부와 전기 전도적으로 연결되어 있다. 바람직하게는, 프레임 구조물 및 차폐층은 접지와 연결될 상기 상측의 전기적 연결부와 연결된다.

본 발명의 범위에는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법이 포함되며, 본 방법은 공지된 방법에 비해 이점을 가진다. 신규한 방법은 독립적 방법 청구항에 따라 적어도 이하의 단계를 포함한다:

a. 제1 압전 웨이퍼의 준비 단계, 상기 제1 압전 웨이퍼는 그의 상측에서 제1 소자 구조물 및 제1 프레임 부분 구조물을 포함함,

b. 상측 및/또는 하측에 배치된 제2 소자 구조물 및 하측의 제2 프레임 부분 구조물을 포함하는 제2 압전 웨이퍼의 준비 단계,

c. 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼를 상기 제1 및 제2 웨이퍼의 서로 상응하는 프레임 부분 구조물을 통하여 접합하는 단계,

d. 프레임 부분 구조물 사이의 밀봉적 결합을 포함하는 제1 웨이퍼 레벨 패키지를 제조하기 위해 웨이퍼 본딩 공정을 수행하는 단계로, 이로써 상기 연결된 두 개의 프레임 부분 구조물들은 하나의 프레임 구조물을 형성하고, 상기 프레임 구조물은 자신과 두 웨이퍼들 사이에서 중공을 밀봉적으로 봉인함,

e. 제2 웨이퍼의 상측으로부터 정공들을 천공(boring)하는 단계, 이때 제1 및/또는 제2 소자 구조물 또는 프레임 구조물이 노출되고, 이때 상기 천공을 위해 레이저 어블레이션(laser ablation) 공정이 사용됨,

f. 제2 웨이퍼의 상측에 금속배선을 형성하여 제1 및 제2 소자 구조물 및 경우에 따라서 프레임 구조물까지 이르는 관통 접촉부를 제조하고 각각의 관통 접촉부와 연결된 전기적 연결부를 제조하는 단계.

방법의 다른 형성 방식에서, f) 단계에서 획득된 제1 웨이퍼 레벨 패키지는 그의 상측에서 전기적 연결부 대신 프레임 부분 구조물을 구비하고, 제1 웨이퍼로서 다시 a) 내지 f) 단계를 포함한 공정에 투입되며, 이때 상기 제1 웨이퍼는 제2 (전체적으로 제3) 웨이퍼와 함께 접합되어 하나의 (제2) 웨이퍼 레벨 패키지가 된다.

각각의 웨이퍼 본딩 공정을 수행하기 위해, 두 웨이퍼는 예컨대 150℃를 초과하여 온도 상승 시 접합되고, 이후에 훨씬 더 높은 온도에서 뜨임(tempering)될 수 있다.

제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼의 결합은 2개의 프레임 부분 구조물의 결합을 통해 이루어지며, 프레임 부분 구조물은 서로를 향해있는 상기 제1 및 제2 웨이퍼의 표면들 상에 배치되어 있다. 제1 및 제2 프레임 부분 구조물은 서로 기하학적으로 일치함으로써, 프레임 부분 구조물들의 꼭 맞는 결합이 가능하다. 두 프레임 부분 구조물 중에 일 부분 구조물에서, 앞에서 이미 계속하여 언급한 바와 같이 더 작은 접촉면이 제공될 수 있어서, 조정은 어느 정도의 허용공차를 포함하여 수행될 수 있고, 이때 제1 프레임 부분 구조물과 제2 프레임 부분 구조물 사이의 접촉면이 줄어들진 않는다. 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼의 접합 시, 필라의 제1 및 제2 부분 구조물들도 서로 결합되고, 상기 필라들은 두 웨이퍼의 서로를 향해있는 두 표면 위에 분포한다. 필라의 부분 구조물들도 서로 경상적인(mirror-imaged) 방식으로 상기 두 표면들 위에 배치되고, 경우에 따라서 상이한 횡단면을 포함한다.

레이저 어블레이션(laser ablation) 공정을 이용하여, 차후의 관통 접촉부들을 위한 정공들이 높은 정확도로 제1 웨이퍼 또는 제2 웨이퍼를 관통하여 천공될 수 있다. 레이저 어블레이션 공정을 위해 ps-레이저가 제공될 수 있고, 상기 ps-레이저는 빠른 속도로 다수의 정공들을 생성할 수 있다. 레이저빔은 높은 빔 품질로(TEM₀₀) 스캐너를 통해 웨이퍼 위에 안내 및 집속될 수 있어서, 정공들의 원추형 횡단면이 얻어진다. 바람직하게는, 바깥을 향하는 개구부는 내부의 개구부보다 더 큰 횡단면을 가진다.

바람직하게는, 적합한 파장을 가진 펄스 ps-레이저(pulsed ps-laser)가 사용된다. ps-레이저를 위한 적합한 파장은 500 내지 600 nm의 범위 또는 250 내지 400 nm의 범위에 있다.

정공들은 두 웨이퍼들이 결합한 이후에야 비로소 생성되므로, 이러한 변형예는 출원인에 의해 "Vias Last"로 칭해진다. 이때 아래쪽으로 또는 점점 더 깊게 뾰족해지는 횡단면을 가지는 정공을 생성하기 위해 레이저빔에서 가우스 에너지 분포(TEM₀₀ - 모드)가 최적이다. 바람직한 실시 형태에서, 정공의 이러한 에지 기울기가 조절되어, 직경은 웨이퍼를 관통하여 상부의 진입면으로부터 출구면까지 가면서 절반이 되고, 이 위치에서 바람직하게는 웨이퍼의 절반의 두께 범위에 있다.

관통 접촉부를 이용하여 제1 또는 제2 소자 구조물과의 접촉이 안내된다. 따라서, 관통 접촉부를 위한 정공은, 출구 개구부가 제2 웨이퍼의 하부 표면위의 금속 배선 내에서 완전히 종결되도록 위치한다. 관통 접촉부를 위해 적합한 금속 배선은 제2 웨이퍼의 하부 표면 위의 필라, 프레임 구조물 및 패드를 나타낸다. 그러한 조정을 위해, 정공의 출구 개구부의 직경은 출구 개구부의 영역 내에서 마주칠 금속 배선 구조물의 직경보다 더 작을 필요가 있다.

두 웨이퍼들 상에서 프레임 부분 구조물과 필라 부분 구조물의 쌍방간 결합은, 적어도 하나의 웨이퍼의 해당 접촉면들에서 나노 금속 입자로 이루어진 중간층이 제공되는 경우에 간단한 방식으로 이루어진다. 이러한 나노 입자는, 상기 입자의 융점이 동일한 금속의 순 물질(solid material)에 비해 현저히 감소한다는 이점이 있고, 이러한 점은 나노 금속 입자들에서 표면 대 체적의 높은 비율에 소급할 수 있다. 나노 금속 입자는 상대적으로 온건한 조건에서 온도 처리로 공동 소결될 수 있고, 이때 나노 금속 입자는 베이스, 즉 해당 부분 구조물의 금속 표면과 단단히 결합하고 있다. 공동 소결 시, 입자에서 나노 구조가 소실되어, 소결된 나노층의 융점이 접촉면에서 증가한다. 따라서, 낮은 소결 온도에도 불구하고 매우 온도 안정적이며 단단한 결합이 발생할 수 있고, 더 높은 온도에서 상기 결합이 차후에 용융될 위험이 실질적으로 배제되는 것이 보장된다.

나노 금속 입자는, 한편으로는 구리를 포함하는, 프레임 부분 구조물 및 필라 부분 구조물의 접촉면들과의 양호한 결합을 위해 기능하며 다른 한편으로 충분히 낮은 온도에서 소결될 수 있는 금속으로부터 선택된다. 나노 금속 입자를 위해 적합한 금속은 예컨대 은, 금, 구리 및 주석이다. 한편 알루미늄, 인듐 및 예컨대 공융(eutectic) 금/주석과 같은 금속 합금도 적합하다.

금속 은이 961℃의 융점을 가지는 반면, 은-나노 금속 입자를 포함하면 입자 크기에 따라 소결 온도는 100 ℃와 250℃ 사이에 도달할 수 있다. 그 외의 최적화에 의해 소결 온도가 더욱 감소할 수 있는 경우를 배제하지 않는다. 달성 가능한 낮은 소결 온도는, 접촉면들의 기밀적(tight) 결합이 이미 상대적으로 낮은 온도에서의 온도 처리에서 달성될 수 있는 결과를 가져오고, 상기 상대적으로 낮은 온도는 본 경우에 (은-나노 금속 입자) 100℃와 250℃ 사이의 범위에 있다.

나노 금속 입자의 간단한 적용은 유체와 같이 취급될 수 있는 현탁액으로부터 이루어진다. 현탁액에서 나노 금속 입자들이 함께 응집되는 것을 방지하기 위해, 나노 금속 입자들은 폴리머 셸(polymer shell)에 의해 둘러싸여 있다. 바람직하게는, 이를 위해 선택되는 폴리머는 차후에 소결 온도에서 분해됨으로써, 순수한 나노 금속 입자가 노출되며 소결될 수 있어서 이에 상응하여 조밀한 중간층이 얻어진다.

나노 금속 입자란, 예컨대 5 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 10 nm미만의 나노 미터 범위의 직경을 가지는 입자를 의미한다. 바람직하게는, 나노 금속 입자는 알콜 용액 및 특히 저 알킬알콜 용액에서 되고, 상기 알킬 알콜은 나노금속 입자의 소결 온도에서 또는 그보다 낮은 온도에서 기화된다.

현탁액에서의 나노 금속 입자의 적용은 유체의 적용을 위해 적합한 임의적 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 나노 금속 입자는 현탁액으로서 분사되거나, 인쇄되거나, 압연되거나 특히 젯 프린팅 공정으로 적용될 수 있다.

젯 프린팅 공정은, 이러한 공정을 이용하여 그 외의 구조화 단계 없이 10 ㎛미만의 구조 크기를 가진 구조물이 얻어질 수 있는 경우에 바람직하다. 이를 위해 젯 프린팅 공정에서 드롭 직경(drop diameter)은 약 5 ㎛ 직경이 필요하다.

또한 젯 프린팅 공정에서 달성 가능한 작은 드롭 직경은 인쇄된 나노 금속 입자층의 층 두께를 미세하게 조절할 수 있도록 한다.

두 접촉면들의 밀봉적 결합을 달성하기 위해, 젯 프린팅 공정을 이용하면 적어도 연결될 접촉면들의 비평면적 부분이 해소되거나, 또는 상기 비평면적 부분의 최대 높이에 상응하는 층 두께가 제공된다. 거칠기 외에, 나노 금속 입자의 작은 입자 직경 및 수 입자 직경만을 책정한 층 두께가 필요하다. 일반적으로, 나노 금속 입자를 함유하는 층의 층 두께는 약 1/2 ㎛에 달한다.

연결될 구조물의 접촉면들이 언급한 나노 금속 입자 또는 땜납 금속으로 코팅되는 것 외에, 원칙적으로 물론 다른 결합 공정도 적합하고, 특히 직접 웨이퍼 본딩 공정(Cu-Cu-본딩)이 적합하다. 이러한 공정을 이용하여, 적합한 형태를 가진 평편한 금속 표면들은 적합한 온도 조절하에 쌍방간에 함께 눌려져 서로 결합된다. 따라서, 예컨대 구리를 함유하는 접촉면들은 서로 직접적으로 결합될 수 있다. Cu-Cu 결합과 같이 금속간 결합의 제조를 위해 공지된 방법은 열 초음파(thermosonic bonding) 방법이다.

관통 접촉부를 이용하여, 내부에 위치한 소자 구조물 또는 프레임 구조물의 전기적 연결이 이루어진다. 제1 웨이퍼의 하측의 전기 전도적 구조물도 소자 구조물 또는 외부 연결부와 연결될 수 있다. 이를 위해 대부분의 정공은 두 웨이퍼의 접합 이후에 생성되고, 제2 웨이퍼의 상측에서부터 천공된다.

정공을 위해 사용되는 레이저 어블레이션 공정은, 정공들의 천공 이전에 제2 웨이퍼의 두께가 줄어듦으로써 가속화될 수 있다. 이는 예컨대 개별 소자의 충분한 안정성을 가능하게 하는 잔여 층 두께까지 이르는 연삭(grinding)에 의해 수행될 수 있다. 웨이퍼 결합물의 기계적 안정성은 열적으로 정합되거나/정합되며 동일한 웨이퍼 물질로 구성된 2개의 웨이퍼 사이의 웨이퍼 본딩 공정 및 그 이후에 얻어진 근소한 정도의 기계적 응력 그리고 지지 프레임 및 필라에 의해 매우 높다. 약 30 ㎛의 잔여 층 두께는, 웨이퍼 결합물의 개별화 시 생성되는 소자는 패키징 공정의 차후 단계에서 오버 몰딩 시 10 MPa(100 bar)의 압력을 견뎌내야 하는 요건에 따라, 1 ㎟미만의 밑면을 가진 소자를 위해 얻어진다. 상기 요건은 상기 잔여 층 두께에서 보장된다.

정공들의 천공 시, 레이저 어블레이션 공정이 안내되어, 프레임 구조물 내에서 두 웨이퍼들 사이의 중공이 천공되거나 개방되는 경우가 확실하게 방지된다. 이를 위해, 정공들은, (상부의) 제2 웨이퍼의 하측에서 오로지 금속 구조물에서만 종결되도록 국부화된다. 이는 레이저 처리의 정확한 안내를 통해 수행될 수 있다. 또한, 공정은 제때에 중지되어, 금속 배선의 금속이 너무 넓게 제거되거나 정공의 바닥에서 중공이 개방되지 않도록 해야 한다.

레이저 어블레이션 공정 시 깊이 제어는, 한편으로는 공정의 허용 공차를 증대시키는 선택적 제거 공정이 선택됨으로써 지원될 수 있다. 그러나, 종결점을 최적으로 검출하는 것이 유리하다. 이는 유리하게는, 추출된 물질 증기의 스펙트럼선(spectral line) 관찰에 의해 이루어진다. 상기 공정의 종결점은, 추출된 웨이퍼 물질의 스펙트럼 선이 사라질 때 또는 금속배선의 금속의 스펙트럼 선, 즉 특히 구리의 스펙트럼 선 또는 부착층(Ti)의 스펙트럼 선이 나타날 때 도달된다.

제조 방법의 일 실시 형태에서, 두 웨이퍼에서의 상기 공정은, 두 웨이퍼의 해당 표면 또는 표면들 위에서 프레임 부분 구조물에 의해 둘러싸인 면 내에 프레임 부분 구조물 및 지지 부분 구조물이 제공되는 것을 포함한다. 이때, 프레임 부분 구조물 및 지지 부분 구조물은 동일한 방법 단계에서, 그리고 동일한 물질로 생성되어, 두 구조물이 동일한 높이를 가지는 것이 바람직하다. 그 외에 공정 조건적인 공차가 상이한 높이를 야기하거나, 부분 구조물의 표면의 평탄성을 필요로 하는 경우, 웨이퍼 본딩 공정에서 결합해야 할 접촉면들을 나타내는 부분 구조물의 표면은 평탄화 단계를 이용하여 평탄화될 수 있다. 이는 예컨대 다이아몬드 밀링 공정을 이용하여 수행된다. 이러한 방식으로, 접촉면들은 공통의 평면 내에 위치하고, 평편하면서 nm-범위로만 거칠은 표면을 포함하고, 이러한 표면은 접촉면들의 결합을 용이하게 한다.

웨이퍼들의 접합 전에, 상기 접촉면들은 쌍방간에 조정되어, 결합해야 할 접촉면들은 원하는 겹침 영역 또는 최대의 겹침 영역을 포함해야 한다. 상기 쌍방간의 조정은, 결합해야 할 접촉면들의 밑면들이 상이한 크기로 선택됨으로써 용이해질 수 있다.

이후, 결합해야 할 2개의 접촉면들의 최대 겹침면은 더 작은 면적의 부분 구조물의 밑면에 상응한다. 이러한 최대의 겹침은 항상, 조정 허용 공차가 접촉면들의 치수차를 초과하지 않는 경우에 달성된다. 이러한 허용 공차 내에서의 모든 오차는 더 작은 접촉면과 더 큰 접촉면의 100%에 이르는 겹침을 야기한다.

유리하게는, 더 작은 접촉면을 가진 해당 부분 구조물들은 소자 구조물이 최대의 면 수요를 가지는 웨이퍼의 상측에 적용된다. 반대로, 더 큰 접촉면을 가진 부분 구조물들은 소자 구조물의 면 수요가 더 낮아 더 많은 자유 웨이퍼 표면을 제공하는 웨이퍼의 상측에 적용된다. 따라서, 잔여면이 더 작은 웨이퍼 상에서 자유 웨이퍼 표면 수요 증대를 필요로 하지 않고도 접합 시의 공차가 더 높게 달성될 수 있다. 이러한 처리법에 의해 소자의 면 수요는 전체적으로 최소화된다.

소자 구조물은 상이한 종류의 금속배선을 포함할 수 있다. 일반적으로, 소자 구조물의 금속 배선은 프레임 구조물의 금속 배선 및 실질적으로 구리를 포함한 필라 물질과는 구분된다. 그러나, 소자 구조물, 프레임 구조물 및 필라의 원하는 금속배선 높이를 부가적으로 생성할 수 있는데, 금속 배선 공정이 복수 개의 부분단계들로 나누어짐으로써 그러하다. 부분 단계들에서, 소자 구조물을 위해서뿐만 아니라 프레임 구조물 및 필라를 위해서도 동일한 물질, 특히 구리층들이 동시에 적용될 수 있다.

바람직하게는, 금속배선의 생성을 위해 적어도 2개의 스테이지로 이루어진 공정이 선택된다. 제1 스테이지에서, 기본층이 적층되고, 기본층은 이후에 제2 스테이지에서 갈바닉 또는 무전류식으로 보강된다.

구조화된 금속배선은, 상기 기본층의 적층 이후에 금속배선되지 않은 표면들이 구조화된 포토레지스트층으로 덮임으로써 획득될 수 있다. 갈바닉 또는 무전류 보강은, 오로지 포토레지스트층에 의해 덮이지 않아 노출되는 기본층의 영역들 내에서만 이루어진다.

기본층의 적층 가능성은 스퍼터링 공정에 있으며, 이러한 공정은 하나로 이어진 대면적의 기본층을 야기한다. 그러나, 기본층은 구조화된 공정에 의해 적층될 수도 있으며, 이를 위해 예컨대 상기 언급한 젯 프린팅 공정이 적합하다. 잉크젯 프린팅으로부터 파생되거나 또는 이로부터 공지된 상기 공정은 적합한 노즐 직경 및 이로 인하여 상이한 드롭 크기를 이용하여, 대면적 영역들이 충분한 속도로 인쇄되도록 하기 위해 사용될 수 있다. 반대로, 젯 프린팅 공정을 이용하여 구조물은 약 5 ㎛ 미만의 폭에 이르기까지 깔끔하게 구조화될 수 있다.

문제없이 보강 가능한 기본층을 위해서는 스퍼터링된 금속의 층 두께는 예컨대 0.2 ㎛로 충분하다. 기본층은 예컨대 티타늄, 티타늄/구리 또는 나노금속입자들로 제조된 은-, 금- 또는 구리층일 수 있다.

또한 기본층의 보강을 위해, 하나 이상의 갈바닉층들, 예컨대 구리 및 그 위의 니켈로 이루어진 층 시퀀스가 제공될 수 있다.

일 실시 형태에서, 두 웨이퍼들 중에 일 웨이퍼, 바람직하게는 제2 웨이퍼는 일 상측 또는 두 상측에서 각각 하나 이상의 전기 전도층을 포함하고, 전기 전도층은 구조화되어 있을 수 있다. 관통 접촉부를 이용하면, 웨이퍼의 일 상측으로부터 상기 웨이퍼의 타 상측으로의 전기적 연결이 안내될 수 있을 뿐만 아니라, 포개어 배치된 하나 이상의 전기 전도층이 서로 결합될 수 있다. 그러한 층들은 웨이퍼의 두 상측에 적층되고 절연층 및 특히 유전체층에 의해 서로 분리되어 있을 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예들 및 이에 대한 도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 도면들은 개략적이며 축척에 맞지 않아서, 상기 도면으로부터 절대적인 크기 또는 크기 비율을 추론할 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 개략적 횡단면으로 도시한다.
도 2는 감쇠층을 포함하는 웨이퍼를 도시한다.
도 3은 변형예에 따른 감쇠층을 포함하는 웨이퍼를 도시한다.
도 4는 전기 접촉부를 포함한 차폐층을 도시한다.
도 5는 감쇠층 및 차폐층을 포함하고, 이러한 층들이 전기적으로 연결되어 있는 웨이퍼를 도시한다.
도 6은 2개의 웨이퍼를 서로 연결하는 금속 구조물을 도시한다.
도 7a 내지 7f는 외부 연결부 및 관통 접촉부의 제조 시 다양한 방법 단계를 도시한다.
도 8a 내지 8e는 외부 접촉부 및 관통 접촉부를 위한 금속 배선의 제조 시 다양한 방법 단계를 도시한다.
도 9a 내지 9c는 다른 변형예에 따른 외부 접촉부 및 관통 접촉부를 위한 금속 배선의 제조 시 다양한 방법 단계를 도시한다.
도 10은 포개어 배치된 전기 전도 층들을 서로 연결하는 관통 접촉부를 도시한다.
도 11은 적어도 일 웨이퍼, 바람직하게는 두 웨이퍼가 압전 물질로 구성된 다른 웨이퍼 레벨 패키지를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 개략적 횡단면도로 도시한다. 제1 웨이퍼(WF1) 및 제2 웨이퍼(WF2)는 프레임 구조물(RS) 및 필라(PI)와 같은 그 사이에 배치된 구조 요소를 통하여 웨이퍼 본딩 공정을 이용하여 서로 결합되어 있다.

적어도 두 웨이퍼(WF1, WF2)에서 서로를 향해있는 상측에서는 소자 구조물(BES1, BES2)이 배치되어 있다. 프레임 구조물은 소자 구조물(BES)을 고리형으로 둘러싸며, 결합된 웨이퍼의 제1 및 제2 소자 구조물(BES1, BES2)이 서로 이격된 채로 유지되도록 하기에 충분한 높이를 가진다. 두 웨이퍼들(WF1, WF2)과 프레임 구조물(RS) 사이에 중공(CV)이 봉입되어 있다. 제1 및 제2 웨이퍼는 이제 프레임 구조물(RS) 및 필라(PI)를 통해서만 기계적으로 그리고 경우에 따라서 전기적으로도 서로 결합되어 있다.

제1 소자 구조물은 바람직하게는 음향파로 동작하는 소자의 전극 및 변환기이며, 이때 제1 웨이퍼(WF1)는 압전 웨이퍼이다.

제2 웨이퍼(WF2)의 상측 위의 제2 소자 구조물(BES2)도 마찬가지로 음향파로 동작하는 소자의 전극 및 변환기일 수 있다. 그러나 제2 소자 구조물(BES2)은 예컨대 인덕턴스 및 커패시턴스와 같은 수동 소자들로 이루어진 금속배선 구조물을 나타낼 수 있다. 또한, 두 웨이퍼 중에 일 웨이퍼는 MEMS-소자를 포함하고, 이에 상응하는 소자 구조물을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 웨이퍼는 일 실시 방식에서 둘 다 압전성이며, 바람직하게는 동일한 결정 물질로 구성되고, 서로 상대적으로 결정축과 관련하여 동일한 배향으로 배치되어 있다. 제1 및 제2 웨이퍼(WF1, WF2)의 물질은 예컨대 리튬 탄탈레이트(LT), 리튬 니오베이트(LN), 석영 또는 다른 결정 압전 물질로부터 선택될 수 있다.

외부 접촉부를 위한 전기적 연결부(ET)는 바람직하게는 제2 웨이퍼(WF2)의 상측에 배치되고, 관통 접촉부(DK2)를 이용하여 제2 소자 구조물과 결합되어 있다. 다른 관통 접촉부(DK1)는 필라(PI)와 결합되고, 필라를 통해 제1 웨이퍼의 상측에서 제1 소자 구조물(BES1)과의 접촉이 이루어진다.

필요한 관통 접촉부의 수는 해당 소자 구조물(BES1, BES2)의 구조 및 기능에 따른다. 제2 웨이퍼(WF2)에서 바깥쪽을 향해있는 상측에는 상이한 관통 접촉부들 및 이와 결합된 소자 구조물이 전기적으로 서로 결합되어 공통적인 전기적 연결부(ET)로 이어질 수 있다.

전기적 연결부(ET)는 예컨대 범프(BU)를 통하여 외부 환경 및 회로 환경과 결합될 수 있다. 범프(BU)는 솔더볼(solder ball) 또는 스터드 범프(stud bumo)로서 형성될 수 있다. 범프(BU)의 영역 내에서 전기적 연결부 위에는 땜납으로 습윤되는 하부 범프 금속배선(UBM)이 배치되고, 상기 하부 범프 금속배선의 기하학적 형상은 솔더볼 범프의 경우에 상기 범프의 용융 이후에 땜납으로 습윤되는 면을 결정한다.

도 2는 제1 웨이퍼(WF1)의 하측을 개략적 횡단면도로 도시하고, 상기 하측은 이러한 실시 방식에서 벌크파를 위한 감쇠층(DL)을 구비한다. SAW-소자(=Surface Acoustic Wave)의 경우에, 감쇠층(DL)은 장애적인 탄성 벌크파를 감쇠시키거나, 제1 웨이퍼의 하측에서의 반사를 방지하는 기능을 한다. 이를 위해, 감쇠층은 필라들의 패턴(PP)을 포함하고, 상기 패턴은 불규칙적으로 형성된다. 더욱 양호한 제조 가능성 및 추가 가공성을 위해, 필라들의 패턴(PP)은 폴리머 매트릭스(PM) 내에 매립되어, 감쇠층은 거의 평면의 표면을 가진다.

도 3은 가능한 감쇠층(DL)의 다른 실시 방식을 개략적 횡단면도로 도시하며, 여기서 상기 감쇠층은 반사 방지층(AR)으로서 형성된다. 필라의 패턴은 오히려 벌크파의 분산을 야기하는 반면, 반사 방지층(AR)을 이용하면 상기 반사방지층으로 덮인 제1 웨이퍼(WF1)의 측면에서 벌크파의 반사는 반사방지층의 전면측 및 후면측에서 반사되는 파동의 상쇄적 중첩에 의해 방지된다. 이를 위해 반사 방지층은 제1 웨이퍼(WF1)의 음향 임피던스와 상이한 음향 임피던스를 가진 물질을 포함한다. 바람직하게는, 반사 방지층의 두께는 상기 반사 방지층 내에서 탄성 벌크파의 파장의 약 1/4로 산정되며, 이때 벌크파의 입사각이 고려된다. 반사 방지층(AR)을 위해 약 0.52 ㎛의 두께를 가지며 예컨대 은과 같은 금속층들이 2 GHz-필터를 위해 적합하다.

도 4는 제1 웨이퍼(WF1)에서 아래를 향해있는 상측을 도시하고, 상기 상측은 상기 실시 방식에서 차폐층(SL)을 구비한다. 차폐층은 충분한 층 두께의 금속을 포함한다. 차폐층은 패키지 내에서 소자 구조물과 외부 환경의 전자기적 상호 작용을 방지하여, 패키지 내의 소자가 외부 환경으로부터 받는 방해작용 및 소자 구조물에 의해 주변이 받는 방해 작용이 일어나지 않을 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 차폐층(SL)은 관통 접촉부(DK3)를 통하여 제1 웨이퍼(WF1)의 대향된 상측과 전기적으로 직접 결합되거나 또는 상기 차폐층은 간접적으로 다른 구조물을 통하여, 제2 웨이퍼(WF2)의 바깥쪽을 향한 상측에서의 외부 연결부와 결합되어 있다.

제1 웨이퍼(WF1)를 관통하여 상기 제1 웨이퍼의 하측에서 금속 배선과 결합되는 관통 접촉부(DK1)는 금속 배선과 함께 히트 싱크(heat sink)로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 복수 개의 관통 접촉부들(DK1)이 서로 좁게 이웃하여 이어질 수 있다. 히트 싱크는 활성의 필터 구조물 내에서 핫 스폿(hot spot)으로부터 열을 끌어내기 위해 사용될 수 있다. 이어서 두 웨이퍼는 결합해야 할 양 측면에서 포개어 설치되어, 서로 대응하는 부분 구조물이 포개어 위치한다. 이어서, 두 웨이퍼는 가열되고, 서로 상대적으로 조정되며, 나노 금속 입자가 소결되는 온도 또는 결합층에 종속적인 해당 결합 공정이 시작되는 온도에 이르기까지 계속 가열된다. 은으로 구성된 나노 금속 입자는 예컨대 100 ℃와 200 ℃ 사이의 온도에서 소결될 수 있는 반면, 순은의 융점은 961 ℃이다.

소결 이후에 나노 구조가 소실되어, 소결된 나노 금속 입자층의 융점은 자동적으로 상기 순은의 융점에 가까워지고 현저히 더 높다. 이는, 두 부분 구조물이 상기 소결된 나노 금속 입자를 이용하여 결합층 내에서, 차후의 소자의 납땜 또는 비납땜(unsoldering) 시 발생하는 온도 이상으로 내온도성을 가진다는 것을 의미한다.

프레임 구조물, 필라(PI) 및 기둥형 지지 구조물을 위한 금속의 부분 구조물이 서로 결합된 웨이퍼 본딩 이후에, 도 7a에 도시된 배열이 얻어지며, 이러한 배열은 제1 및 제2 웨이퍼로서의 웨이퍼 결합물을 나타낸다. 도시된 부분은 전체적으로 2개의 소자를 위한 소자 구조물을 포함하고, 상기 소자는 각각 그 자체가, 닫힌 프레임 구조물(RS)에 의해 둘러싸여 있다. 또한, 웨이퍼 본딩 이후에, 제1 및 제2 소자 구조물(BES)은 중공(CV) 내에 봉입된다.

도시된 소자 구조물(BES)은 2개의 분리된 소자(BE1, BE2)에 속하고, 상기 소자는 차후의 방법 단계에서 비로소 개별화된다.

단일의 웨이퍼의 안정성에 비해 웨이퍼 결합물의 안정성이 증대되므로, 이제 일 웨이퍼 또는 두 웨이퍼는 그 두께가 줄어들 수 있다. 이를 위해 바람직하게는 연삭 방법이 사용된다.

이후의 단계에서, 상기의 얇아진 웨이퍼, 여기서 제2 웨이퍼(WF2)에서 외부쪽을 향하는 표면 내에는 차후의 관통 접촉부를 위한 정공들(VI)이 생성된다. 이를 위해 예컨대 레이저 어블레이션 공정이 적합하고, 이 공정은 적합한 파장을 가진 펄스 ps-레이저로 동작한다. 상기 레이저의 파장은 500 내지 600 nm의 범위 또는 250 내지 400 nm의 범위에 있을 수 있다.

어블레이션 공정으로, 추가적인 행위 없이 원추형 횡단면을 가진 정공을 생성할 수 있다. 정공의 바람직한 경사각은, 상부의 진입 개구부가 가지는 직경이 상기 얇아진 웨이퍼의 두께보다 더 작고, 대향된 말단에서의 개구부가 가지는 직경이 상기 얇아진 웨이퍼의 절반의 층 두께의 범위에 있거나 그보다 작은 경우에 달성된다. 얇아진 웨이퍼의 충분한 층 두께는 리튬 탄탈레이트, 리튬 니오베이트 및 석영과 같은 압전 물질을 위해 예컨대 70 ㎛이다.

관통 접촉부를 위한 정공은, 상기 정공이 천공된 웨이퍼(WF2)의 내부 표면에서 패드(PD) 또는 다른 금속면과 만나는 지점에서 생성되고, 상기 다른 금속면은 이에 상응하는 소자 구조물(BES2)의 일부일 수 있다. ps-레이저를 이용한 레이저 어블레이션 공정에 대해 웨이퍼 물질과 금속 배선 사이의 선택성은 근소한 정도에 불과하나, 그럼에도 불구하고 물질들 사이의 접합점은 레이저 어블레이션 공정의 종결점 인식을 위해 사용될 수 있다. 이를 위해 레이저를 이용하여 추출된 물질의 스펙트럼 선이 관찰될 수 있다. 그러므로 웨이퍼 물질을 위한 통상적인 스펙트럼 선의 소실이 관찰되어 종결점으로서 결정될 수 있거나, 이를 위해 금속배선의 스펙트럼 선의 발생이 제공될 수 있다.

도 7b: 이제 우선 필라(PI) 및 패드(PD)의 접촉을 위한 정공(VI)이 제공되고, 전체적으로, 적어도 외부의 전기적 연결면들이 접촉되어야 하는 만큼의 수로 제공된다. 적어도 하나의 다른 정공(VI)은 프레임 구조물의 접촉을 위해 생성될 수 있다.

제1 웨이퍼(WF1)의 전체 표면 위에는 정공의 천공 이후에 기본 금속배선(ML1)이 생성된다.

이어서, 차후에 금속을 포함하지 않을 면들은 구조화된 제1 폴리머층(RL1)으로 덮인다. 폴리머층(RL1)은 스텐실 프린팅 또는 젯 프린팅 공정에 의해 적층될 수 있다. 폴리머는 대면적으로 스퍼터링된 기본 금속배선을 위한 식각 레지스트로서 기능한다. 도 7c는 상기 방법 단계에서의 배치를 도시한다.

도 7d: 이후의 단계에서, 필요하다면, 기본 금속배선 위에 부가적 금속층(ML2)이 기본 금속배선(ML1)을 위한 보강층으로서 상기 구조화된 폴리머층(RL1)에 의해 덮이지 않은 면들에서 생성되고, 특히 갈바닉 또는 무전류식 공정을 이용하여 그러하다. 보강 단계(ML2)를 위한 금속으로서 구리가 적합하다. 최종적으로 구리는 다른 금속층으로 덮어씌워질 수 있고, 예컨대 니켈층으로 덮어씌워질 수 있다.

금속의 보강층(ML2)은, 관통 접촉부를 위해 제공된 정공(VI)이 완전히 금속으로 막혀서 완전히 채워진 관통 접촉부(DK)가 얻어질 만큼의 두께로 생성될 수 있다.

도 7d는 제1 레지스트 구조물(RL1) 및 그 아래에 위치한 기본 금속배선(ML1)의 층이 제거된 이후의 배열을 도시한다. 상대적으로 낮은 층 두께로 인하여, 기본 금속배선의 제거를 위해 어떠한 부가적 식각 마스크도 필요하지 않다.

이후의 단계에서, 연결면들(ET) 위에는 습윤층(UBM)이 생성되고, 습윤층은 한편으로는 상기 연결면(ET)위에서 범프들의 양호한 접착을 위해 기능하고, 다른 한편으로는 주로 우선 범프를 위해 제공된 금속면이 상기 범프로 습윤될 수 있는 것을 보장한다.

이어서, 범프(BU)는 접촉부를 위해 제공되며 습윤층(UBM)을 구비하는 모든 면들 위에 생성되거나 사전 형성된다. 이는 솔더 페이스트 프린팅 및 그 이후의 리플로우 공정에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 범프는 유체 땜납의 젯 프린팅 공정에 의해 적용될 수도 있다.

이후의 단계에서 소자는 개별화된다. 이를 위해 우선 톱질 라인(SL)을 따라 제1 단계는 상부의 제2 웨이퍼(WF2)를 통과하여 제1 웨이퍼의 표면에 이르기까지 안내될 수 있다. 이때 톱질 라인(SL)은 인접한 2개의 프레임 구조물(RS) 사이에 안내된다. 도 7e는 이러한 방법 단계에서의 배치를 도시한다.

제1 웨이퍼(WF1)는 계속하여 위로부터 제2 웨이퍼(WF2)의 톱질 궤적을 통과하여 적어도 대략적으로 최종적인 두께에 이르기까지 톱질되어 들어간다. 이후, 제1 웨이퍼는 상기 제1 웨이퍼의 후면측으로부터 톱질되어 들어간 부분까지 얇아짐으로써, 이러한 방식으로 개별적인 소자들이 생성된다. 도 7f 참조.

그러나 또한, 웨이퍼 결합물을 여전히 결합시키는 잔여 층 두께는 제2 톱질 단계를 이용하여 하측으로부터 톱질되어 절단될 수 있다.

또한, 제1 웨이퍼가 먼저 얇아진 경우에 두 웨이퍼를 관통하는 톱질 절단이 이루어질 수 있다.

도 8은 결합 도선, 연결면 및 습윤층을 위한 금속배선을 제2 웨이퍼(WF2)의 표면에 생성하는 대안적 가능성을 개략적 횡단면도로 도시한다. 제2 웨이퍼(WF2)의 전체 표면 위에는 정공(VI)의 천공 이후에(도 7b에서와 같이) 기본 금속배선(ML1)이 생성된다(도 8a 참조). 이를 위해 예컨대 스퍼터링 공정이 적합하다. 기본 금속배선은 예컨대 50 내지 100 nm의 티타늄을 함유하는 얇은 부착층을 포함할 수 있다. 또한 예컨대 2-5 ㎛ 구리와 같은 전기 전도층이 마찬가지로 스퍼터링된다. 기본 금속배선(ML1)은 정공(VI)의 내측을 덮고, 따라서 제2 웨이퍼의 하측 위에서 중공(CV)의 내부에서 정공(VI)의 바닥에 노출된 금속배선과 접촉한다.

그러나 또한, 기본 금속 배선은 층 생성을 위해 적합한 다른 공정을 이용하여 적층될 수 있고, 예컨대 증발증착될 수 있거나 또는 젯 프린팅 공정을 이용하여 인쇄될 수 있다.

이어서, 차후에 범프를 위한 전기적 연결을 나타내는 면은 구조화된 폴리머층(RL1)으로 덮인다. 폴리머층(RL1)은 스텐실 프린팅 또는 젯 프린팅 공정에 의해 적층될 수 있다. 폴리머는 대면적으로 스퍼터링된 기본 금속배선을 위한 식각 레지스트로서 기능한다. 도 8b는 이러한 방법 단계에서의 배열을 도시한다.

도 8c: 이후의 단계에서, 차후에 범프가 안착하는 지점에서는 습윤층(UBM)이 생성된다. 이는 다시 예컨대 금-나노 금속 입자의 젯 프린팅에 의해 수행될 수 있다. 이어서, 폴리머의 열 경화 및 나노 금속 입자의 소결이 수반된다.

이제 기본 금속 배선(ML1)은 폴리머 또는 습윤층(UBM)에 의해 덮이지 않은 지점에서 제거 식각된다. 도 8d는 이러한 방법 단계에서의 배열을 도시한다.

도 8e: 이어서, 범프(BU)는 접촉부를 위해 제공되며 습윤층(UBM)을 구비하는 모든 면들 위에 생성되거나 사전 형성된다. 이는 솔더 페이스트 프린팅 및 그 이후의 리플로우 공정에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 범프는 유체 땜납의 젯 프린팅 공정에 의해 적용될 수도 있다.

도면에 미도시된 변형예에서, 모든 금속배선(ML1, ML2)은 제2 웨이퍼의 표면에 직접 생성될 수 있으며, 구조화 적용 방법이 사용되면서 그러하다. 이를 위해, 금속 배선은 나노금속 입자의 젯 프린팅 공정을 이용한 인쇄 또는 도전 접착제의 인쇄에 의해 원하는 구조로 생성될 수 있다. 이후의 단계에서, 습윤층(UBM)이 생성되고, 예컨대 젯 프린팅을 이용한 인쇄 공정에 의해 구조화되어 생성된다. 경우에 따라서 습윤층(UBM)은 확산 방지층을 더 구비할 수 있다. 마찬가지로 대안적으로, 직접적으로 생성된 전체 금속배선은 무전류식으로 또는 갈바닉으로 더 보강될 수 있다.

도 9a는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지가 가지는 온도 변화에 대한 내구성이 개선될 수 있는 다른 변형예를 개략적 횡단면도에 의거하여 도시한다. 이를 위해 제2 웨이퍼와 범프(BU) 사이에 응력 제거층(SRL)이 제공되고, 응력 제거층은 상기 층의 탄성(elasticity) 또는 낮은 E-모듈로 인하여, 웨이퍼 레벨 패키지의 동작 중에 발생하는 응력을 억제하거나 제거할 수 있다. 도 9a에는 이러한 응력 제거층이 전면적 층으로서 제2 웨이퍼(WF2) 상에 적층되어 있다. 이러한 적층은 정공의 천공 이전에 수행된다. 결과적으로 제2 웨이퍼의 상측에서 전체의 금속 배선은 보어 내에 또는 응력 제거층의 표면 위에 위치한다.

도 9b는 다른 변형예로서 구조화된 응력 제거층을 개략적 횡단면도로 도시하며, 상기 구조화된 응력 제거층도 마찬가지로 바람직하게는 정공의 천공 이전에 생성되고 구조화되었다. 이러한 변형예에서, 금속 배선은 정공들 내에, 제2 웨이퍼의 표면 위에 그리고 부분적으로 응력 제거층의 표면 위에 적용된다.

응력 제거층의 구조화된 제공은 예컨대 젯 프린팅 또는 스텐실 프린팅과 같은 프린팅 공정을 이용하여 가능하다.

응력 제거층의 사용 시에도, 도 7 또는 도 8에서와 같은 금속 배선이 적용되고 경우에 따라서 2개의 스테이지에서 기본 금속 배선 및 보강층으로서 생성될 수 있으며, 이때 정공은 예컨대 도 9c에 도시된 바와 같이 보강층에 의해 완전히 채워질 수 있다.

도 10은 필라(PI) 또는 프레임 구조물(RS) 상에 안내된 관통 접촉부를 개략적 횡단면도에 의거하여 도시한다. 상기 관통 접촉부는 제2 웨이퍼의 위에 또는 아래에 위치하거나 상기 제2 웨이퍼의 상측에 적용된 복수 개의 도전층들을 동시에 갈라서 이러한 모든 층들을 전기 전도적으로 연결한다. 도시된 실시예에서, 제2 웨이퍼의 하측에는 금속의 도전성인 2개의 층들(MP4, MP5)이 위치하고, 상기 층들은 절연층들에 의해 서로 분리되어 있다. 상측에는 3개의 금속 도전성 층들(MP1 내지 MP3)이 위치하고, 이러한 층들도 마찬가지로 절연 층들에 의해 서로 분리되어 있다. 이러한 방식으로, 관통 접촉부를 이용하여 상이한 도전로 평면들의 접속이 이루어지며, 상기 도전로 평면들은 제2 웨이퍼(WF2)의 위 또는 아래에서 금속의 도전층들(MP) 내에서 구현되어 있다.

도 11은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지의 다른 형성방식을 도시하고, 이는 적어도 일 웨이퍼, 바람직하게는 두 웨이퍼가 압전 물질로 구성되는 경우를 위한 것이다. 도시된 바와 같이 상기 두 웨이퍼 중에 일 웨이퍼의 표면 위에, 바람직하게는 제2 웨이퍼(WF2)에서 내부를 향해 있는 표면 위에 제2 소자 구조물(BES2)이 코일로서 형성되면, 직접적으로 압전 물질 상에서의 금속 배선은, 코일의 적절한 전기적 품질만을 야기한다. 상기 압전 물질은 약 40이라는 상대적으로 큰 유전 상수를 가질 수 있다. 도시된 변형예에서, 웨이퍼(WF2)의 표면과 소자 구조물(BES2)로서 구현된 코일 사이에는 디커플링층(DKL)이 적용된다. 이는 작은 유전 상수를 가진 유전체층이고, 상기 유전체층을 위해 무기 폴리머층 및 폴리머층이 적합하다.

도 11과 달리, 코일은 물론 두 웨이퍼 중에 일 웨이퍼, 바람직하게는 제2 웨이퍼(WF2)에서 외부를 향해있는 상측 위에 적용될 수 있고, 이 경우에 상기 디커플링층(DKL)은 코일 금속배선과 압전 웨이퍼(WF2) 사이에 배치되어 있다. 바람직하게는, 디커플링층(DKL)은 코일의 영역으로 한정되고, 따라서 이에 상응하여 구조화되어 적용된다.

본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지는 도면에 도시된 실시 형태들에 한정되지 않으며, 상기 실시 형태들은 일반적 사상의 개별적인 구체적 형성 방식만을 나타낼 뿐이다. 특히 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지는 소자 구조물, 관통 접촉부 및 범프의 수와 형태에 있어서 상이할 수 있다. 상이한 도면들에 도시된 실시 방식에서 개별적 웨이퍼 레벨 패키지는 조합될 수 있고, 이러한 조합은 마찬가지로 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 나타낸다.

WF1 제1 압전 웨이퍼
BES1 제1 소자 구조물
WF2 제2 압전 웨이퍼
BES2 제2 소자 구조물
RS 금속 프레임 구조물
TS1, TS2 프레임 구조물을 위한 제1 및 제2 부분 구조물
CV 밀봉적으로 밀폐된 중공
PI 기둥형의 전기적 연결부 - 필라
DK 관통 접촉부
ET 전기적 연결부
SL 차폐층
DL 벌크파를 위한 감쇠층(λ/4 층 또는 구조화된 금속 패턴- 필라 패턴)
PD 패드(내부)
SRL 응력 제거층(예컨대 폴리머)
BES2 구리 코일
PM 폴리머 매트릭스(필라의 패턴을 위함)
PP 필라의 패턴
TS 프레임 부분 구조물
TS 필라 부분 구조물
TS 지지 부분 구조물
VI 정공(관통 접촉부를 위함)
NML 예컨대 나노금속입자들로 이루어진 결합층
ML1 금속배선의 기본층
ML2 다른 금속배선층(보강층)
RS1,2 제1 및 제2 레지스트 구조물
SL 톱질 라인
UBM 하부 범프-금속 배선(습윤층)
VI 정공
DCL 디커플링층
MP 금속배선평면
BL 연삭 이후 WF1의 잔여 두께
SRL 응력 제거층

Claims

전기 소자를 위한 웨이퍼 레벨 패키지에 있어서,
- 제1 압전 웨이퍼(WF1)를 포함하고, 상기 제1 압전 웨이퍼의 제1 표면에 제1 소자 구조물들(BES1)이 배치되고,
- 제2 압전 웨이퍼(WF2)를 포함하고, 상기 제2 압전 웨이퍼 상에 제2 소자 구조물들(BES2)이 배치되고,
- 금속 프레임 구조물(RS)을 포함하고, 상기 금속 프레임 구조물은 상기 제1 웨이퍼의 상기 제1 표면 및 상기 제2 웨이퍼의 표면과 결합하여, 상기 프레임 구조물에 의해 둘러싸이며 밀봉적으로 밀폐된 중공(CV)이 두 웨이퍼들 사이에 형성되고,
- 상기 중공으로부터 멀어지는 방향을 가리키는 상기 제2 웨이퍼의 표면 위에서의 전기적 연결부들(ET)을 포함하고,
- 상기 중공의 내부에서 상기 제1 및 제2 웨이퍼 상에서 지지되고, 상기 제1 및 또는 제2 소자 구조물들과 전기적으로 연결되는 기둥형의 전기적 연결부들(PI)을 포함하고,
- 상기 중공의 내부에서 상기 제1 및 제2 웨이퍼의 내부 표면들 위에 위치한 접촉 패드들(PD)을 포함하고,
- 이때 상기 제1 소자 구조물들(BES1) 및 상기 제2 소자 구조물들의 적어도 일부분들은 상기 중공의 내부에서 봉입되고, 상기 제2 웨이퍼(WF2)를 통과하는 관통 접촉부들(DK)을 통하여 상기 전기적 연결부들(ET)과 연결되고,
- 이때 상기 모든 관통 접촉부들(DK)은 상기 중공(CV)의 밀봉성을 손상시키지 않고 상기 프레임 구조물(RS)상에서나, 기둥형의 전기적 연결부(PI)상에서나 또는 접촉 패드(PD)상에서 종결되고,
- 상기 프레임 구조물, 상기 기둥형의 전기적 연결부들 및 상기 접촉 패드들은 실질적으로 구리로 구성되고,
- 소자 구조물들(BES)로서의 제1 및/또는 제2 웨이퍼는 표면 탄성파를 위한 벌크파를 포함하고, 각각의 변환기는 전극 핑거들을 가지며 각각 서로 맞물려 배치된 빗형 전극을 포함하고, 상기 빗형 전극의 상기 전극 핑거들은 버스 바들 및/또는 패드들(PD)에 배치되며, 상기 패드들은 갈바닉으로 성막된 구리로 이루어진 두께 증대부분을 포함하고, 상기 두께 증대부분은 상기 패드의 상부에 또는 하부에서 웨이퍼 내에 파묻힌 구조물로서 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제1항에 있어서,
- 상기 제1 웨이퍼(WF1)는 표면 탄성파로 동작하는 소자 구조물들(BES1)을 지지하고 SAW-필터로서 형성되며,
- 상기 제2 웨이퍼의 상기 소자 구조물들(BES2)은 표면 탄성파를 위한 변환기 및/또는 수동 소자들을 포함하고, 상기 수동 소자들은 인덕턴스 및 커패시턴스로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제2항에 있어서,
상기 제1 웨이퍼(WF1)에서 바깥쪽을 향해있는 하측은 차폐층(SL)을 구비하고, 상기 차폐층은 상기 소자 구조물들(BES1)의 전기적 차폐 또는 전자기적 차폐를 야기하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제2항에 있어서,
상기 제1 웨이퍼(WF1)에서 바깥쪽을 향해있는 하측은 벌크파를 위한 감쇠층(DL)을 구비하고, 상기 감쇠층은 λ/4 층으로 또는 구조화된 금속 패턴으로, 필라들의 불규칙적인 패턴(PP)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 웨이퍼(WF1)에서 바깥쪽을 향해있는 상기 하측 위에는 필라들의 불규칙적인 패턴(PP) 및 그 위에 차폐층(SL)이 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 웨이퍼(WF2)에서 바깥쪽을 향해있는 상측과 상기 전기적 연결부들 사이에 응력 제거층(SRL)이 배치되고, 상기 응력 제거층은 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제2항내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 소자 구조물들(BES2) 중 하나로서 상기 제2 웨이퍼(WF2)의 하측 또는 상측에는 구리 코일이 배치되고, 상기 제1 및/또는 제2 소자 구조물들(BES1, BES2)과 전기 전도적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
기둥형의 전기적 연결부들(PI)은 수직 방향에서 볼 때 부분별로 상이한 횡단면을 가진 2개의 부분을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 및 제2 압전 웨이퍼(WF1, 2)는 동일한 단결정 압전 물질로 구성되거나, 리튬 탄탈레이트(LT), 리튬 니오베이트(LN)로 이루어진 웨이퍼 또는 석영으로 이루어진 웨이퍼의 조합을 나타내는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제3항에 있어서,
상기 차폐층(SL)은 Ni층을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제3항에 있어서,
상기 차폐층(SL)은 상기 제1 웨이퍼(WF1)를 통과하는 관통 접촉부(DK)를 통하여 상기 제1 또는 제2 소자 구조물들(BES1, 2), 상기 프레임 구조물(RS) 또는 상기 전기적 연결부들(ET)과 상기 제2 웨이퍼(WF2)의 상측에서 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
제4항에 있어서,
상기 필라들의 불규칙적 패턴(PP)은 벌크파를 감쇠시키는 층에서 Ni 필라들을 포함하고, 상기 필라들은 폴리머 매트릭스(PM) 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법에 있어서,
- 상측의 제1 소자 구조물들(BES1) 및 프레임 구조물의 제1 부분 구조물(TS1)을 포함하는 제1 압전 웨이퍼(WF1)의 준비 단계;
- 상측 및 하측의 제2 소자 구조물들(BES2) 및 하측의 프레임 구조물(RS)의 제2 부분 구조물(TS2)을 포함하는 제2 압전 웨이퍼(WF2)의 준비 단계;
- 상기 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼를 서로 대응하는 상기 프레임 구조물(RS)의 부분 구조물들(TS1, 2)을 통하여 접합하고, 밀봉적 결합을 제조하기 위해 웨이퍼 본딩 공정을 수행하는 단계로, 이로써 상기 두 결합된 부분 구조물들은 프레임 구조물을 형성하고, 상기 프레임 구조물은 상기 프레임 구조물과 상기 두 웨이퍼들 사이에서 중공(CV)을 밀봉적으로 봉입하게 되는, 단계;
- 상기 제2 웨이퍼의 상측으로부터 제2 정공들(VI)을 천공하는 단계로, 제1 또는 제2 소자 구조물들이 노출되고, 상기 천공을 위해 레이저 어블레이션 공정이 사용되는, 단계; 및
- 상기 제1 및 제2 소자 구조물들 및 상기 프레임 구조물에 대한 관통 접촉부(DK)를 제조하고 상기 각각의 관통 접촉부와 연결된 전기적 연결부(ET)의 제조를 위해 상기 제2 웨이퍼의 상측의 금속배선 단계를 포함하고,
상기 소자 구조물들, 상기 프레임 부분 구조물들, 지지 부분 구조물들 및/또는 상기 관통 접촉부들 및 이와 연결된 전기적 연결부들을 위한 금속배선들을 제조하기 위해 우선 스퍼터링에 의해 기본층이 적층되고, 상기 기본층은 이후에 포토레지스트를 이용하여 구조화되어 갈바닉 또는 무전류식으로 보강되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항에 있어서,
- 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼의 접합 전에 제1 또는 제2 프레임 부분 구조물의 표면 위에 나노금속입자들의 적용 단계; 및
- 상기 나노금속입자들의 소결을 위한 온도 처리의 수행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 나노금속입자들은 유체의 형태로 용제 내의 현탁액으로서 적용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제16항에 있어서,
상기 나노금속입자들은 유체 내에 현탁되어 젯 프린팅 공정을 이용하여 적용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
나노 금속입자들이 적용되고, 상기 나노 금속 입자들은 Ag, Au, Cu, Sn 으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 정공들은 펄스 레이저를 이용하여 천공되고, 상기 제 2 정공들은 원추형 횡단면으로 천공되고, 상기 정공들은 상기 제2 웨이퍼의 상측에서의 레이저빔 입사부분에서 상기 제2 웨이퍼의 두께(d) 이하의 직경을 가지고, 상기 제2 웨이퍼의 하측에서의 레이저 빔 출사 부분에서 d/2 이하의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 어블레이션 공정은, 상기 정공들의 천공 동안 각각 추출된 물질의 하나 이상의 스펙트럼 선이 관찰되면서 제어되고, 상기 레이저 어블레이션 공정의 종결점으로서 상기 웨이퍼의 물질을 위한 스펙트럼 선의 소실 또는 상기 금속배선의 스펙트럼 선의 출현이 역할을 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
- 두 웨이퍼를 제공하는 단계는, 상기 두 웨이퍼의 해당 표면들 위에 상기 프레임 부분 구조물들에 의해 둘러싸이는 면 내에 프레임 부분 구조물들 및 지지 부분 구조물들을 제공하는 단계를 포함하고,
- 상기 프레임 부분 구조물들 및 지지 부분 구조물들은 상기 프레임 부분 구조물들과 동일한 공정 단계에서 동일한 물질로 동일한 높이로 생성되고,
- 상기 두 웨이퍼상에서 상기 프레임 부분 구조물들 및 지지 부분 구조물들의 표면들은 상기 두 웨이퍼의 접합 이전에 평탄화 공정을 이용하여 평탄화되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 및 제2 웨이퍼의 상기 프레임 부분 구조물들 및 지지 부분 구조물들은 상기 접합 시 각각 적어도 부분적으로 겹치고, 상기 두 웨이퍼들상에서 각각의 부분 구조물들의 밑면들은 상이한 크기를 가지며, 소자 구조물들은, 각각의 부분 구조물들이 각각 다른 웨이퍼를 향해 있는 표면에서 더 작은 면 수요를 가지는 웨이퍼 상에서, 더 큰 밑면을 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
삭제
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 웨이퍼는 상기 제1 웨이퍼와 결합한 이후에 그리고 상기 상측에서부터 제1 정공들이 천공되기 전에 연삭에 의해 얇아지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼 레벨 패키지는 개별화 이전 또는 이후에 제1 웨이퍼로서 다시 상기 방법에 투입되고, 이때 서로 결합된 적어도 3개의 웨이퍼로 이루어진 제2 웨이퍼 레벨 패키지가 획득되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.
제25항에 있어서,
2개의 웨이퍼를 포함하는 상기 웨이퍼 레벨 패키지는 상기 웨이퍼 레벨 패키지의 상측에서 다른 제2 웨이퍼와 결합하기 전에 프레임 부분 구조물들을 구비하고, 상기 프레임 부분 구조물들은 상기 다른 제2 웨이퍼의 하측에서의 상기 프레임 부분 구조물들에 맞춰지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지의 제조 방법.