KR101713375B1 - 패키지화된 mems 디바이스 - Google Patents
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Abstract
패키지화된 MEMS 디바이스는 매립 배열부, 매립 배열부에 배치되는 MEMS 디바이스, 매립 배열부에 배치되고 MEMS 디바이스에 음향적으로 결합되는 사운드 포트, 및 사운드 포트 내의 그릴을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 매립 물질과 매립 물질에 매립되는 기판-제거된 MEMS 다이를 포함하는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트에 관한 것이다. MEMS 다이는 사운드 변환용 다이어프램을 포함할 수 있다. 사운드 트랜스듀서 컴포넌트는 다이어프램과 유체 또는 음향 접촉하는 매립 물질 내에 사운드 포트를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예는 MEMS 디바이스 패키징 방법 또는 음향 트랜스듀서 컴포넌트 제조 방법에 관한 것이다.
Description
실시예는 패키지화된 MEMS 디바이스에 관한 것이다. 몇몇 실시예는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트에 관한 것이다. 몇몇 실시예는 MEMS 다이를 패키징하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스 및 미세 전자 기계 시스템(microelectromechanical systems(MEMS))의 기술 분야에서, 소형화 및 이기종 시스템의 통합으로 향하는 경향이 있다. 그중에서도, 소형화 및 이기종 시스템의 통합에 대한 욕구는 또한 저비용 어플리케이션을 위한 가능성을 갖춘 대면적 처리 및 3D 통합을 허용하는 새로운 패키징 기술을 요구한다. 이 영역에서의 두 가지 중요한 패키징 경향은 박막 기술과 소위 칩 인 서브스트레이트 패키지 기술(Chip-in-Substrate Package technique(CiSP))이다.
일반적으로, 칩 패키지의 주요 기능은 반도체 칩 또는 반도체 다이를 인쇄 회로 기판(printed circuit board(PCB))에 부착하고 반도체 칩/다이 상에서 구현되는 집적 회로를 인쇄 회로 기판 상에 있는 회로와 전기적으로 접속하는 것일 수 있다. 칩은 인터포저(interposer) 상에 배치될 수 있다. 또한, 패키지는 손상 및 환경 영향(먼지, 수분 등)에 대해 다이를 보호할 수 있다.
매립 배열부, 매립 배열부에 배치된 MEMS 디바이스, 매립 배열부에 배치되고 MEMS 디바이스에 음향적으로 결합된 사운드 포트, 및 사운드 포트에 배치된 그릴(grille)을 포함하는, 패키지화된 MEMS 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 매립 배열부, 매립 배열부에 배치된 MEMS 디바이스, 매립 배열부에 매립된 사운드 포트, 및 사운드 포트에 걸쳐 배치된 그릴(grille)을 포함하는, 패키지화된 MEMS 디바이스가 제공된다. 사운드 포트는 MEMS 디바이스에 음향적으로 결합된다.
또다른 실시예는 매립 배열부, 매립 배열부에 배치된 MEMS 디바이스, 매립 배열부에 배치된 개구, 및 개구 내의 그릴을 포함하는, 패키지화된 MEMS 디바이스를 제공한다. 개구 MEMS 디바이스에 인접한다.
다른 실시예에 따르면, 매립 물질과, 매립 물질에 매립된 기판 제거(substrate-stripped) MEMS 다이를 포함하는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트가 제공된다. MEMS 다이는 사운드 변환을 위한 다이어프램을 포함할 수 있다. 사운드 트랜스듀서 컴포넌트는 다이어프램과 유체(예를 들면, 음향) 접촉 상태로 매립 물질 내에 사운드 포트를 더 포함할 수 있다.
MEMS 디바이스를 패키징하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 매립된 프리커서(precusor) MEMS 다이를 얻기 위해 매립 배열부에 프리커서 MEMS 다이를 매립하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 매립된 프리커서 MEMS 다이의 표면에 그릴을 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 매립 배열부 내에 사운드 포트를 생성하기 위해 그릴에 인접한 매립된 프리커서 MEMS 다이의 보조 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
사운드 트랜스듀서 컴포넌트 또는 복수의 사운드 트랜스듀서 컴포넌트를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 프리커서 MEMS 다이를 포함하는 웨이퍼의 표면에 복수의 스페이서를 생성하는 단계를 포함한다. 각각의 스페이서는 대응 프리커서 MEMS 다이의 다이어프램의 적어도 일부를 커버한다. 상기 방법은 또한 복수의 싱귤레이팅된(singulated) 프리커서 MEMS 다이를 얻기 위해 웨이퍼를 싱귤레이팅(singulating)하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 재구성 웨이퍼를 형성하기 위해 매립 배열부에서 스페이서와 함께 복수의 싱귤레이팅된 프리커서 MEMS 다이중 선택된 수만큼 매립하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 매립 배열부 내에 복수의 사운드 포트를 얻기 위해 복수의 스페이서를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 재구성 웨이퍼를 싱귤레이팅하여, 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(들)를 형성하거나 얻는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에서 설명된다.
도 1은 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2h는 산화물이 희생 층으로 사용되는, 예를 들면 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 프로세스 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3l은 사운드 포트가 커버 층 내에 생성되는, 예를 들면 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 프로세스 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4g는 탄소가 희생 층으로 사용되는, 예를 들면 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5f는 패키지가 사운드 트랜스듀서 구조체의 일부를 포함하는, MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 1은 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2h는 산화물이 희생 층으로 사용되는, 예를 들면 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 프로세스 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3l은 사운드 포트가 커버 층 내에 생성되는, 예를 들면 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 프로세스 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4g는 탄소가 희생 층으로 사용되는, 예를 들면 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5f는 패키지가 사운드 트랜스듀서 구조체의 일부를 포함하는, MEMS 디바이스를 패키징하는 방법의 단계에 대한 개략적 단면도를 도시한다.
아래의 설명에서, 본 발명의 실시예에 대한 보다 완전한 설명을 제공하기 위해 복수의 세부 사항이 제시된다. 그러나 본 발명의 실시예가 이러한 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 공지의 구조 및 디바이스는 본 발명의 실시예를 모호하게 하지 않도록 상세히 설명하기보다는 블록도 형태로 도시된다. 또한, 이하 설명되는 다른 실시예의 특징은 특별히 달리 언급되지 않는 한 서로 결합될 수 있다.
본 발명은 특정 문맥에서 구현 예, 즉 칩 매립 프로세스에서 제조된 매립된 MEMS 마이크로폰에 대하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명의 실시예는 또한, 다른 MEMS 디바이스, 센서 또는 트랜스듀서 및 다른 패키징 프로세스에 적용될 수 있다.
도 1은 제 1 구현 가능 예에 따른 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)의 개략적 단면도를 도시한다. 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)는 패키지화된 MEMS 디바이스일 수 있고 다이어프램(112)을 포함하는 MEMS 다이(110)를 포함할 수 있다. MEMS 다이(110)는 MEMS 디바이스 또는 MEMS 디바이스의 일부일 수 있다. 사운드 트랜스듀서 컴포넌트는 MEMS 다이(110)가 매립될 수 있는, 즉 MEMS 다이가 매립 배열부에 배치될 수 있는 매립 물질(252)(몇몇 구현 예에서 "주 매립 부"라고도 지칭함)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, MEMS 다이(110)는 매립 물질(252)에 몰딩함으로써 매립될 수 있다. 캐비티(160)가 매립 물질(252) 내에 형성될 수 있다. 캐비티(160)는 다이어프램(112)과 접촉할 수 있다. 캐비티(160)는 다이어프램(112)과 유체 및/또는 음향 접촉할 수 있고, 즉 공기, 가스 또는 사운드 웨이브와 같은 캐비티(160) 내의 유체는 유체 이동 또는 사운드 전파를 통해 다이어프램(112)에 도달할 수 있다. 유체 이동은 천공된 백플레이트 또는 그릴을 통해, 또는 다이어프램(112)에 바로 인접한 유체의 체적과 캐비티(160) 사이에 유체 및/또는 음향 통신을 제공하는 다른 유사 구조체를 통해 발생할 수 있다. 보다 일반적으로, 캐비티(160)는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)의 사운드 변환 영역과 접촉하거나 바로 인접할 수 있다. 사운드 변환 영역은 일반적으로 적어도 다이어프램을 포함할 수 있다. 또한, 사운드 변환 영역은 용량성 사운드 트랜스듀서용 카운터 전극으로 하나 이상의 백플레이트를 포함할 수 있다. 대안으로서, 사운드 트랜스듀서 컴포넌트는 예를 들면 다이어프램의 변형 또는 변위를 전기 신호로 변환하는 압전 소자를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다이어프램(112)은 멤브레인으로 구현될 수 있다. 매립 물질(밀봉 물질)(252)은 몰딩된 화합물 부분 또는 몰드 화합물이거나 이들을 포함할 수 있다. 매립 물질은 플라스틱 또는 수지이거나 이들을 포함할 수 있다.
도 1에서 개략적으로 도시된 가능한 구현의 예에서, MEMS 다이(110)는 백플레이트(114)를 포함할 수 있다. 다이어프램(112) 및 백플레이트(114)는 서로 실질적으로 평행하게 배열될 수 있고 갭(113)이 이들 사이에 삽입되어 있다. 다이어프램(112)은 다이어프램(112)의 변형/변위를 용이하게 하도록 구성될 수 있는 파형부(corrugations)(116)를 포함할 수 있다. 특히 파형부(116)는 다이어프램(112)에 부딪쳐서 다이어프램(112)의 변위를 유발시키는 사운드 웨이브에 응답하여, 다이어프램(112)의 중앙부의 실질적으로 평행한 변위를 제공하는 역할을 할 수 있다. 백플레이트(114)는 백플레이트(114)와 다이어프램(112)이 실질적으로 영구적인 방식으로 서로 부착되어 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)를 사용할 수 없게 만드는 것을 방지하도록 구성될 수 있는 복수의 접착 방지 범프(bump)(118)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 백플레이트(114)는 캐비티(160)에 대향할 수 있는 다이어프램(112)의 측면에 배열될 수 있다. 대안의 구현 예에서, 백플레이트(114) 및 다이어프램(112)의 위치는 반대로 될 수 있다. 백플레이트(114)는 천공되어, 도착하는 사운드 웨이브가 다이어프램(112)에 도달할 수 있게 하는 복수의 홀을 포함할 수 있다. 다이어프램(112)은 또한 캐비티(160) 보다 다이어프램(112)의 반대 측에 배치될 수 있는 트랜스듀서 개구 또는 사운드 포트(180) 및 캐비티(160)에 있는 정지압력(static pressures)의 평형을 용이하게 하는 홀을 포함할 수 있다. 사운드 포트(180)는 MEMS 디바이스에 음향적으로 결합될 수 있다.
MEMS 다이(110)는 지지 구조체(도 1에 명시적으로 도시되지 않음), 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이의 유전체 스페이서 요소(도 1에 명시적으로 도시되지 않음), 및 다이어프램(112)과 백플레이트(114)에 대한 전기 접점을 제공하도록 구성될 수 있는 전기 접속부(115, 117, 119)중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
매립 물질(252)은 전기 관통 접점 또는 "비아(vias)"(122, 124)를 포함할 수 있다. 매립 물질 또는 주 매립 부(252)는 커버 층(170)이 배치될 수 있는 주 표면을 포함할 수 있다. 커버 층(170)은 제 1 재분배 층 또는 제 1 금속 층(174)을 포함할 수 있다. 제 1 금속 층(174)은 매립 물질(252) 내의 관통 접점(122, 124)과 전기적으로 접촉하고 따라서 MEMS 다이(110)의 접점 패드(119, 117)과 전기적으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 도 1에서 개략적으로 도시된 예에서, 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)는 사운드 포트(180)에 또는 사운드 포트(180)에 걸쳐서 배치된 그릴 또는 그리드(172)를 더 포함할 수 있다. 그릴(172)은 사운드 웨이브가 사운드 포트(180)를 통해 MEMS 다이의 다이어프램(112)에 도달하도록 허용하면서, MEMS 다이(110)에 대해 기계적 보호 및/또는 오물, 먼지 등으로부터의 보호를 제공하도록 구성될 수 있다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 그릴(172)은 전자기 간섭 차폐의 기능을 더 이행할 수 있다. 이를 위해, 그릴(172)은 커버 층(170) 내에 또한 배치되는 제 2 금속 층 또는 재분배 층(176)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제 1 재분배 층(174)은 제 2 재분배 층(176)에 비해 하부에 있는 재분배 층일 수 있다. 접촉 패드(178)는 제 2 금속 층(176)을 통해 그릴(172)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제 2 금속 층(176)은 다음의 기능 즉, ASIC(도시되지 않음)와의 접촉 차폐, 하부 재분배 층의 차폐, 입자 또는 접촉으로부터의 MEMS 층의 기계적 보호, 및/또는 결과적인 정면 캐비티와 관련하여 오디오 대역의 전위 음향 저역 필터링 기능 중 적어도 하나를 제공할 수 있다.
모바일 폰, 스마트 폰, 디지털 카메라, 디지털 캠코더 등과 같은 보다 복잡한 시스템에 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)를 통합하면, 접촉 패드(178)는 서라운딩 시스템의 매스(mass)(전기 접지)에 접속될 수 있다. 이러한 방식으로, 그릴(172)은 실질적으로 일정한, 잘 한정된 전위로 유지될 수 있다. 그릴(172)은 복수의 홀을 포함할 수 있고, 홀은 원형 단면, 정사각형 단면, 직사각형 단면, 기다란 단면, 육각형 단면, 벌집 배열 등을 가질 수 있다.
사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)는 캐비티(160)를 닫도록 구성된 배면 커버(190)를 더 포함할 수 있다. 매립 물질(252), 커버 층(170) 및 배면 커버(190)는 MEMS 다이(110)용 패키지 또는 매립 배열부의 일부일 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 캐비티(160)의 단면은 MEMS 다이(110)의 표면과 실질적으로 동일할 수 있다. 캐비티(160)의 단면은 여기서 MEMS 다이(110)의 주 표면과 평행한 단면 즉, 도 1에서 좌표 시스템으로 표시된 XY 평면에 대해 실질적으로 평행한 단면을 따라서의 단면이다. 즉, 캐비티(160)의 밑면은 MEMS 다이(110)에 의해 실질적으로 온전히 형성될 수 있다. 이러한 특징은 완성된 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)에 존재하는 것과 같은 MEMS 다이(110)가 기판이 없는(기판-제거된(substrate-stripped)) MEMS 다이라는 사실에 기인한 것일 수 있다. 제조하는 동안(특히, 프론트 엔드 프로세싱 동안) MEMS 다이(110)에 대해 기계적 안정성을 제공하는 기능이 매립 물질(252)에 의해 궁극적으로 수행될 수 있기 때문에, 패키징 프로세스 전에 원래 MEMS 다이(110)의 일부였던 기판은 패키징 프로세스 과정 동안 제거될 수 있다. MEMS 다이(110)는 매립 물질(252)에 몰딩함으로써 매립될 수 있다. 대안적인 실시예에 따르면, 또한, 원래 기판의 일부만이 캐비티(160)를 형성하기 위해 패키징 프로세스 동안 제거되는 것이 가능하다.
도 1에 도시되지는 않았으나, 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(MEMS 디바이스)(100)는 다른 다이를 더 포함할 수 있다. 다른 다이는 예를 들면, 매립 물질(252)에 (예를 들면, 몰딩에 의해) 매립될 수 있다. 다른 다이는 예를 들면, 사운드 트랜스듀서 부분(특히, 다이어프램(112) 및 백플레이트(114))용 전원 및/또는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)에 의해 수신된 사운드 웨이브에 대응하는 전기 신호를 제공하기 위한 판독 기능을 제공하는데 사용될 수 있는 주문형 반도체(application-specific integrated circuit(ASIC))일 수 있다. 예를 들면, ASIC는 증폭 및/또는 아날로그-디지털 변환을 수행하도록 구성될 수 있다. 재분배 층(174, 176) 중 적어도 하나는 MEMS 다이(110)와 다른 다이(예를 들면, ASIC) 사이에 전기 접속을 제공하도록 구성될 수 있다. 이 문맥에서, "제 1 재분배/금속 층" 및 "제 2 재분배/금속 층"이라는 용어는 커버 층(170) 내의 특정 적층 순서를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 하는 것을 주의한다. 커버 층(170)이 둘 이상의 재분배/금속 층을 포함하는 경우에, 적어도 하나의 재분배 층(일반적으로, 최상측 또는 최외측 재분배 층)은 하부 재분배 층에 대한 전자기 간섭(electromagnetic interference(EMI))에 대한 차폐로 역할을 할 수 있다. 그릴(172)은 적어도 부분적으로 전기 전도성일 수 있다. EMI 차폐 전용인 상기 재분배 층 또는 다른 EMI 전용 재분배 층에 접속될 때, 그릴(172)은 MEMS 다이와 다른 다이(예를 들면, ASIC) 사이의 전기 접속에 대해 및/또는 MEMS 다이(110)의 사운드 변환 부분 즉, 예를 들면, 다이어프램(112) 및 백플레이트(114)에 대해 EMI 차폐를 제공할 수 있다.
사운드 포트(180)는 다이어프램(112)으로부터 캐비티(160) 보다 다이어프램(112)의 반대측 표면에서 매립 물질(252) 내에서 연장될 수 있다. 사운드 포트(180)는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 외부 표면으로 연장될 수 있고 따라서 패키지화된 MEMS 디바이스의 주변 환경으로 연장될 수 있다. 그릴(172)은 매립 물질(252)에 의해서 또는 커버 층(170)에 의해서 기계적으로 지지될 수 있다. 사운드 포트(180)는 또한 커버 층(170)을 통해 연장될 수 있다. 즉, 패키지화된 MEMS 디바이스(100)는 MEMS 디바이스(110)와 MEMS 디바이스(110)에 인접한 사운드 포트(180)를 포함할 수 있다. 패키지화된 MEMS 디바이스(100)는 MEMS 디바이스(110) 및 사운드 포트(180)를 매립하는 매립 배열부를 더 포함할 수 있다. 매립 배열부는 매립 물질(252)과 선택적으로 커버 층(170)을 또한 포함할 수 있다. 패키지화된 MEMS 디바이스(110)는 사운드 포트(180) 내에 그릴(172)을 더 포함할 수 있다.
도 1은 또한 매립 물질(252), 기판-제거된 MEMS 다이(110), 및 매립 물질(252) 내의 사운드 포트(180)를 포함할 수 있는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)를 개략적으로 도시하는 것으로 이해될 수 있다. 기판-제거된 MEMS 다이(110)는 매립 물질(252) 내에 매립될 수 있고 사운드 변환용 다이어프램을 포함할 수 있다. 사운드 포트(180)는 다이어프램과 유체 및/또는 음향 접촉(유체적으로 및/또는 음향적으로 결합)할 수 있다. 따라서, 사운드 포트(180)는 매립 물질(252)의 표면에 직접 배치되는 기판-제거된 MEMS 다이(즉, 매립 물질(252)의 외부 표면 중 하나와 실질적으로 동일 평면 상에 있는 기판-제거된 MEMS 다이(110))와는 달리, 매립 물질(252) 내로 연장될 수 있다. 즉, 기판-제거된 MEMS 다이(110)는 매립 물질의 상기 외부 표면에 대하여 다소 오목하게 들어갈 수도 있다.
백 커버(190)는 캐비티(160)를 커버하도록 구성된 캐비티 커버라고 칭할 수도 있다.
실리콘 마이크로폰 또는 MEMS 마이크로폰은 일반적으로 다음의 기능, 즉
- MEMS 부품의 기계적 보호
- 음향 사운드 포트를 제공
- 음향 기준 볼륨을 제공
- 판독용 ASIC를 하우징
- EMI 차폐
- 제 2 레벨 인쇄 회로 기판(PCB)에 기계적 및 전자적 상호 접속
중 적어도 하나를 제공하기 위한 패키징을 필요로 한다.
원하는 기능이 유익한 어플리케이션을 위해 예를 들면, 슬림 스마트폰에 최소 볼륨으로 통합되어야 하는 것이 바람직하다.
반도체 디바이스용 패키징 기술과 관련하여, 비교적 새로운 기술이 "웨이퍼 레벨 패키징(Wafer Level Packaging)"이다. 이전의 패키징 기술과 비교하여, 웨이퍼 레벨 패키징은 유연성(주로 반도체 제조 및/또는 패키징 프로세스의 관점에서), 가격 및 성능에 있어서 장점을 제공할 수 있다. 웨이퍼 레벨 패키징은 멀티 다이 패키지 즉, 복수의 (개별) 다이를 포함하는 패키지를 제공하는데 사용될 수 있다. 개별 다이는 서로 유사하거나 동종일 수 있거나, MEMS 다이 및 제 2 다이로서 ASIC 다이와 같은 이종일 수 있다. ASIC는 MEMS 다이를 동작시키는데 사용될 수 있는 전자 회로를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 다른 전용 반도체 제조(예를 들면, MEMS 다이용 희생 물질 처리를 포함하는 전용 MEMS 프로세스 및 예를 들면, ASIC용 CMOS 프로세스) 프로세스에 의해 제조된 다른 다이가 단일 패키지에 결합될 수 있다.
실리콘 웨이퍼 상에 형성되는 웨이퍼 레벨 패키지 기술에 따르면, 상호 접속부는 칩 상에 설비될 수 있다(소위 팬인 디자인(fan-in design)). 제 1 단계에서, 프론트 엔드 처리된 웨이퍼의 다이싱(dicing)이 수행되고, 후속하여 싱귤레이팅된 칩이 캐리어 상에 배치될 수 있다. 칩은 비교적 자유롭게 선택될 수 있는 거리에서 캐리어에 배치될 수 있다. 일반적으로 칩의 거리는 원래의 실리콘 웨이퍼 상의 칩의 원래의 거리보다 길 수 있다. 주조 화합물(casting compound)은 이제 인공 웨이퍼(재구성 웨이퍼(reconstitution wafer))를 형성하도록 칩 주변의 에지 및 갭을 채우는데 사용될 수 있다. 경화 후, 인공 웨이퍼는 다이 주변의 몰드 프레임을 포함할 수 있고, 원래의 실리콘 웨이퍼 상에 원래 존재했던 것보다 긴 거리에 칩을 배치함으로써 생길 수 있는 "팬 아웃(fan-out)"으로 인해 추가적인 상호 접속 요소를 운반하도록 구성될 수 있다. "재구성"이라는 용어는 인공 웨이퍼의 형성을 가리킨다. 재구성에 이어서, 칩 패드는 예를 들면, 박막 기술을 이용하여 상호 접속부에 전기적으로 접속될 수 있다.
상호 접속부의 개수를 증가시킬 가능성은 일반적으로 복수의 상호 접속부를 필요로 하는 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, 아날로그-디지털 변환기, 디지털-아날로그 변환기 등과 같은 복잡한 전자 반도체 디바이스를 위해 특별히 관심 있을 수 있음과 동시에, 웨이퍼 레벨 패키지 기술은 또한 사운드 트랜스듀서와 같은 MEMS 디바이스에 따른 새로운 시야를 제공할 수 있다. 웨이퍼 레벨 패키지에 따른 패키지 해법을 MEMS 사운드 트랜스듀서에 적용할 때, 근접 칩 스케일 통합(near chip scale integration)을 달성하는 것이 가능하고 즉, 패키지화된 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 작고 얇은 볼륨이 달성될 수 있다. 몇몇 사운드 트랜스듀서 디자인에서 필요로 하는 캐비티(160)는 대안적인 방식으로, 그리고 프론트-엔드 처리하는 동안 캐비티 에치가 완전히 생략될 수조차 있는 몇몇 실시예에서 수행될 수 있다. 이것은 프론트 엔드 프로세스 동안 딥 리액티브 이온 에칭 프로세스(deep reactive ion etching process(DRIE))와 같은 고가의 에칭 기술을 피할 수 있다. 본 명세서에서 제안된 웨이퍼 레벨 패키지 해법은 또한, EMI 차폐와 같은 차폐뿐만 아니라, 추가적인 기계적 보호도 제공할 수 있다. 이하 설명될 몇몇 실시예에서, 웨이퍼 레벨 패키지 기반 해법 또는 그 일부는 센서의 일부 즉, 용량성 사운드 트랜스듀서의 경우 일반적으로 다이어프램 및 백플레이트(카운터 전극)를 포함하는 사운드 변환 구조의 일부일 수도 있다.
MEMS 칩 또는 MEMS 다이는 패키지에 몰딩될 수 있고 최종적으로 백 캐비티는 예를 들면, 벌크 실리콘 또는 벌크 실리콘의 적어도 일부의 습식 화학적 제거에 의해 실현될 수 있다. 추가적인 양태로서, (제 2) 금속 층은 ASIC와 센서(MEMS 다이) 사이의 중요한 상호 접속부의 EMI 차폐를 위해 사용될 수 있다. (제 2) 금속 층은 또한 MEMS 부분의 기계적 보호(예를 들면, 입자 보호)를 위해 사용될 수 있다. 대안으로, (제 2) 금속 층은 또한 백플레이트(카운터 전극)로 직접 사용될 수 있다.
다음의 설명에서, 몇몇 가능한 구현은 대응 도면을 참조하여 설명된다. 도 2a 내지 도 2h는 산화물 희생 층을 구비한 구현에 따른 프로세스 플로우를 개략적으로 도시한다. 도 3a 내지 도 3k는 사운드 포트가 패키지의 일부인 커버 층 내에 형성되는 구현에 따른 프로세스 플로우를 개략적으로 도시한다. 도 4a 내지 도 4g는 탄소 희생 층을 구비한 구현에 대한 프로세스 플로우를 개략적으로 도시한다. 도 5a 내지 도 5f는 패키지 또는 보다 정확하기로는 패키지의 컴포넌트가 MEMS 구조체의 기능부로서 사용되는 가능한 구현을 도시한다.
도 2a는 패키징 프로세스 전에, 프론트-엔드 프로세스로부터 산출될 수 있는 프리커서(precusor) MEMS 다이(210)의 개략적 단면도를 도시한다. 프리커서 MEMS 다이(210)는 기판(202)과 기판(202)의 주 표면에 배치되는 실제 MEMS 구조체를 포함한다. 기판(202) 및 거의 전체의 MEMS 구조체는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물일 수 있거나, 또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수 있는 에치 정지 층(231)에 의해 서로 분리될 수 있다. 기판(202)의 표면에서, 다이어프램(112)의 파형부(116)의 형성기간 동안 사용되는 소형 아일랜드(216)가 제공될 수 있다. 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이의 궁국적 갭(113)(도 1을 참조)은 예를 들면 실리콘 산화물과 같은 산화물과 같은, 희생 물질(234)로 여전히 채워진다. 다이어프램(112)은, 위에서 설명된 바와 같이, 정지 압력의 평형을 위해 통기 구멍(111)을 더 포함할 수 있다. 희생 물질(234)은 또한 백플레이트 내에 형성되는 홀(211) 내와 백플레이트(114) 주변으로 연장될 수 있다. 희생 물질(234)은 에치 정지 층(231)의 물질과 동일할 수 있지만, 반드시 그렇지는 않다.
전기 접점에 관하여, 설명된 실시예에 따르면, 접점(117)은 기판(202)과 접촉하도록 구성되고, 전기 접점(119)은 다이어프램(112)과 접촉하도록 구성되며, 접점(115)은 백플레이트(114)와 전기적으로 접촉하도록 구성된다는 것을 도 2에서 훨씬 상세히 알 수 있다. 전기 접점(115, 117,119)의 다른 배열도 또한 가능하다.
백플레이트(114)는 두 층 즉, 전기 전도 층(215) 및 제 2 층(214)을 포함할 수 있다. 전기 전도 층은 예를 들면, 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 제 2 층(214)은 예를 들면 Si3N4를 포함할 수 있고, 폴리실리콘 증착용 베이스 층을 제공할 수 있고/있으며 폴리실리콘의 도핑 물질(P 주입)용 확산 장벽으로서 기능을 할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 제 2 층(214)은 인장 응력, 추가적인 기계적 안정성, 및/또는 추가적인 전기 절연을 제공할 수 있다.
MEMS 다이(210)는 패시베이션 층(232)을 더 포함할 수 있다. 패시베이션 층(232)은 예를 들면, 약 400nm의 두께를 갖는 SiON 패시베이션일 수 있다. 일반적으로, 패시베이션 층(232)은 약 200nm에서 약 700nm까지의 범위에 있는 두께를 가질 수 있다. 패시베이션 층(232)은 MEMS 다이(210)의 전체 상부 표면을 커버할 수 있다.
도 2b는 보조 층(242)이 패시베이션 층(232)에 증착된 후의 프리패키징 또는 프리커서 MEMS 다이(210)의 개략적 단면도를 도시한다. 보조 층(242)은 또한 평탄화 및 구조화를 겪어서, 보조 층(242)이 단지 사운드 변환 구조체의 풋프린트 영역(12) 내에 존재하게 된다. 풋프린트 영역(12)의 주변에서 패시베이션 층(232) 및 보조 구조체(242)가 제거되었다. 더 나아가, 또한 풋프린트 영역(12) 너머로 연장되는 부분까지 희생 물질(234)의 마진이 제거되었다. 제거는 프론트-엔드 프로세스 동안 수행되었을 수 있고, 예를 들면 이온 에칭 또는 다른 적절한 반도체 제조 기술에 의해 달성되었을 수 있다. 백플레이트(114)와 백플레이트(114)의 상부 표면에 증착되는 층(232, 242)은 단지 희생 물질(234)에 의해서만 일시적으로 지지된다. 그러나 사운드 트랜스듀서 구조체/풋프린트 영역(12)의 원주를 따라서 적어도 하나 이상의 위치에서 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이의 유전체 스페이서와 같은 지지 구조체의 적어도 일부를 유지하는 것이 가능하다. 보조 구조체(242)는 포스포실리케이트 유리(phosphosilicate glass(PSG))를 포함할 수 있고, 증착된 보조 구조체(242)의 두께는 약 6㎛와 약 30㎛ 사이, 특히 8㎛와 20㎛ 사이일 수 있다. 그러나 PSG 층(242)의 증착, 평탄화 및 구조화는 선택사항이다. SiON 패시베이션 층(232)은 단독으로 실행될 것이다.
도 2c는 예를 들면 몰딩에 의해 매립 물질(252)에 매립된 후의 증착, 평탄화, 및/또는 구조화된 보조 구조체(242)를 구비하는 프리커서 MEMS 다이(210)의 개략적 단면도를 도시한다. 선행하는 도 2b에서 프리커서 MEMS 다이(210)는 일반적으로 프론트 엔드 프로세스에 의해 만들어진 결과물로서 복수의 유사한 MEMS 다이와 함께, 원래의 실리콘 웨이퍼 상에 여전히 제공될 수 있는 반면, 칩 싱귤레이션은 도 2b와 도 2c 사이에서 수행되었을 수 있다. 적어도 몇몇 실시예에 따르면, 특정 개수의 프리커서 MEMS 다이(210)는 표준 실리콘 웨이퍼의 크기와 모양을 갖는 캐리어 상에 배열될 수 있다. 개별 MEMS 다이(210)가 배치되는 거리는 원래의 실리콘 웨이퍼 상에서 MEMS 다이(210)들이 이격되었던 거리보다 더 클 수 있어서, 원래의 실리콘 웨이퍼 상에 존재하는 경우보다 더 적은 개수의 프리커서 MEMS 다이(210)가 원래의 웨이퍼 크기의 캐리어에 잘 맞게 된다. 프리커서 MEMS 다이(210)는 매립 물질(252)에 MEMS 다이(210)를 매립한 후 매립 물질(252)의 표면이 보조 구조체(242)의 표면과 실질적으로 같은 높이가 되도록 캐리어 상에서 거꾸로 배치될 수 있다. 매립 물질(252)의 두께는 최종 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)에 대해 충분한 기계적 안정성을 제공하도록 선택될 수 있다. 도 2c에서, 매립 물질(252)은 프리커서 MEMS 다이(210)의 기판(202)을 완전히 둘러쌀 수 있다. 대안적인 실시예에서, 매립 물질(252)은 기판(202)의 일부가 매립 물질(252)의 제 2 주 표면으로부터 돌출하도록 하는 높이로 채워질 수 있다(위에서 언급된 바와 같이, 프리커서 MEMS 다이(210)는 캐리어 상에서 거꾸로 배치될 수 있고, 매립 물질(252)은 매립 물질(252)이 소정의 높이를 가질 때까지 캐리어 상에 부어져서 프리커서 MEMS 다이(210) 사이의 갭을 채울 수 있다).
도 2d는 정면 재분배 층(RDL)(174)이 형성된 후 패키징 프로세스 동안 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 개략적 단면도를 도시한다. 또한, 관통 접점 또는 비아(122, 124)가 MEMS 다이(120)의 접점(117, 119)과 전기적으로 접촉하도록 매립 물질(252)에 형성되었을 수 있다. 비록 도 2d에 도시되지 않았으나, 다른 관통 접점 또는 비아가 백플레이트(114)와 전기적으로 접촉하기 위해 사용될 수 있는 접점(115)용으로 제공될 수 있다. 관통 접점(122, 124) 및/또는 정면 RDL(174)의 형성은 레이저 드릴링에 의해 또는 포토리소그래피 기반 방법과 같은 다른 적절한 방법에 의해 실행될 수 있다.
도 2e는 패키징 프로세스의 다른 단계가 실행된 후의 개략적인 단면도를 도시한다. 특히 커버 층(170)은 보조 구조체(242)의 노출된 표면과 실질적으로 같은 높이일 수 있는 매립 물질(252)의 주 표면에 배치되었을 수 있다. 커버 층(170)은 LTC-이미드(저온 경화 이미드(temperature curing imide))를 포함할 수 있다. 대안으로서, 커버 층(170)은 포토레지스트, 예를 들면 SU-8을 포함할 수 있다. 커버 층(170)은 제 1 단계가 제 1 재분배 층(174)을 커버하고 중간 표면을 제공하는 두 단계로 증착될 수 있다. 커버 층 증착의 제 2 단계에 앞서, 제 2 재분배 층(176)이 상기 중간 층 위에 증착된 다음 구조화될 수 있다. 또한, 그릴(172)은 또한 이때 생성될 수 있다. 그릴(172)은 매립된 프리커서 MEMS 다이(210)의 표면에 생성될 수 있고, 특히, 도 2e에 개략적으로 도시된 바와 같이, 보조 구조체(242)의 표면 상에 생성될 수 있다. 대안으로, 그릴(172)은 도 3f의 설명의 문맥에서 아래에 설명되는 바와 같이 다른 표면 상에 생성될 수 있다.
그릴(172)의 형성은 특히, a) (예를 들면, 보조 구조체(242)의 표면 상에 구리를 스퍼터링 함으로써 - 스퍼터링된 구리는 보통 구조화되지 않고 따라서 후속 구리 증착을 위해 시드 포인트를 제공한다) 보조 구조체(242) 상에 시드 층을 증착하는 단계와, b) 시드 층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계와, c) 포토레지스트의 선택된 영역을 노출시키는 단계와, d) 구리가 시드 층 위에 성장될 위치에서 포토레지스트가 제거되도록 노출된 포토레지스트를 현상하는 단계와, e) 예를 들면, 증착 프로세스에 의해 포토레지스트에 있는 개구에 구리를 성장시키는 단계와, f) 잔류 포토레지스트를 제거하는 단계와, g) 구리 시드 층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 단계 e)에서 성장될 수 있는 구리의 높이는 일반적으로 성장된 구리의 높이가 대략 포토레지스트의 두께와 최소한 동일해질 수 있도록 포토레지스트의 두께와 관련된다. 구리 시드 층은 비교적 얇아서, 성장된 구리 시드 구조체가 실질적으로 더 두껍기 때문에 구리 시드 층의 제거가 그릴(172)을 형성하는 성장된 구리 구조체를 크게 바꾸지는 않게 된다. 구리에 대한 대안으로서, 다른 적절한 물질, 특히 금속이 사용될 수 있다. 그릴(172)은 전기 전도성이고 EMI 차폐를 제공할 수 있거나, 아래에 설명될 실시예에서 다이어프램(112)과 협력하여 백플레이트로서 기능할 수 있다.
제 2 재분배 층(176, 172) 및 그릴(172)이 형성된 후, 커버 층(170)의 증착의 제 2 단계가 수행될 수 있다. 매립 물질(252) 및 커버 층(170)은 매립 배열부로 간주될 수 있다.
도 2f는 MEMS 다이(210)를 패키징하는 방법의 다른 단계가 수행된 후의 개략적 단면도를 도시한다. (배면) 캐비티(160)는 매립된 프리커서 MEMS 다이(210)의 기판(202)을 제거함으로써 매립 물질(252)의 제 2 주 표면에 형성되었고, 사실상 기판-제거된 MEMS 다이(또는 적어도 부분적으로 기판-제거된 MEMS 다이)에 이르렀을 수 있다. 기판 또는 벌크 실리콘(202)의 제거는 배면 실리콘 에칭 단계에 의해 이행될 수 있다. 매립 물질(252)의 층에 의해 커버될 수 있는 기판(202)을 노출시키기 위해, 연마 단계가 매립 물질(252)의 제 2 주 표면에서 수행될 수 있다. 대안으로, 기판(202)을 덮고 있는 매립 물질(252)의 상기 부분은 매립 물질(252)을 부분적으로 용해 또는 에칭하는 것과 같은 화학 반응에 의해 제거될 수 있다. MEMS 다이(210)가 이제 그 기판(202) 또는 기판(202)의 주요 부분을 제거할 수 있다 하더라도 그 개별 구성 요소, 특히 다이어프램(112) 및 백플레이트(114)는 여전히 서로 잘 정의된 공간적 관계에 있을 수 있다. 먼저, 희생 물질(234)은 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이에 존재할 수 있다. 더욱이, 매립 물질(252)은 초기 프리커서 MEMS 다이(210)의 잔류 부분 즉, 다이어프램(112) 및 백플레이트(114)를 보강해줄 수 있다.
도 2g는 패시베이션 층(232)과 그릴(172) 사이의 보조 구조체(242)가 제거된 후의 개략적 단면도를 도시한다. 이러한 방식으로, 그릴(172)에 인접한 매립된 프리커서 MEMS 다이(210)의 보조 부분(예를 들면, 보조 구조체(242))이 제거되어 매립 배열부(252, 170) 내에 사운드 포트(180)를 생성할 수 있다. 보조 구조체(242)(예를 들면, 포스포실리케이트 글라스(PSG))의 제거는 정면으로부터 에칭 단계를 포함할 수 있다. 보조 구조체(242)의 제거 후, 사운드 포트(180) 또는 사운드 포트(180)의 일부가 얻어질 수 있다. 그 결과, 그릴(172)은 사운드 포트(180)에 또는 사운드 포트(180)에 걸쳐서 배치될 수 있다.
도 2h는 릴리스 에치가 수행된 후 및 배면 커버리지 후의 개략적 단면도를 도시한다. 릴리스 에치를 수행함으로써, 희생 층/물질(234)은 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이에서 제거되어 갭(113)이 생성될 수 있다. 도 2h에서, 배면 캐비티(160)는 배면 커버(190)에 의해 닫힐 수 있다. 배면 커버(190)는 플라스틱 필름, 배면 커버(190)의 사출 성형 동안 몰드 화합물에 부착되는 사출 성형부, 소형 금속 조각, 또는 심지어 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)가 사용되는 (예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라 등과 같은) 시스템/어플리케이션 층의 하우징의 벽일 수도 있다. 도 2a 내지 도 2h에 개략적으로 도시된 프로세스 단계의 순서는 변경될 수 있다. 예를 들면, 배면 커버리지는 더 일찍, 예를 들면, 보조 구조체(242)의 제거 전에 수행될 수 있다.
이전의 단락에서 언급된 바와 같이, 도 1에 개략적으로 도시된 최종 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(패키지화된 MEMS 디바이스)(100)는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(100)의 정면으로부터 즉, 그릴(172)의 개구를 통해 수행되는 적절한 에칭 단계에 의해 패시베이션 층(232) 및 희생 층(234)이 제거된 후 얻어질 수 있다. 희생 물질(234)은 테트라에틸 오르토실리케이스(tetraethyl orthosilicate(TEOS))를 포함할 수 있다. 다이어프램(112) 및 백플레이트(114)를 포함하는 MEMS 부분의 기계적 안정성은 이제는 주로 매립 물질(252)에 의해 이제 주로 제공될 수 있다. 도 2h에서 알 수 있는 바와 같이, 패키지화된 MEMS 디바이스(100)는 사운드 포트(180)와 배면 캐비티(160) 사이에 배치된 (주로 다이어프램(112), 백플레이트(114), 및 지지 구조체의 가능한 일부 잔류물을 포함하는) MEMS 디바이스를 포함할 수 있다. 패키지화된 MEMS 디바이스(100)는 (주로 매립물질(252) 및 커버 층(170)을 포함하는) 매립 배열부, 사운드 포트(180)에 또는 사운드 포트(180)에 걸쳐서 배치될 수 있는 그릴(172), 및 배면 커버(190)를 더 포함할 수 있다.
설명된 패키징 프로세스는 배면 캐비티(160)가 예를 들면, 원래의 MEMS 다이(210)의 기판(202)의 습식 에칭에 의해, 비용 효율적인 방식으로 형성될 수 있기 때문에 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 제조 원가를 낮출 가능성이 큰 것으로 여겨진다. DRIE와 같은 고가의 에칭 기술은 더 이상 필요치 않다. 그에 반해, 매립 물질(252) 내로의 몰딩에 의해 MEMS 다이(210)가 몰딩된 후 기판(202) 에칭에 대비하지 않는, 사운드 트랜스듀서 컴포넌트를 제조하고 패키징하는 다른 방법은 프론트 엔드 프로세스 동안 DRIE 또는 다른 화학적 에칭 단계에 의해 캐비티(160)를 생성해야만 할 수 있다. 실리콘에서 화학적 에칭은 일반적으로 대각선 또는 테이퍼 측벽 (약 54°)을 초래할 수 있으며, 이는 캐비티(160)가 훨씬 큰 풋프린트 영역을 필요로 할 것임을 의미한다는 것을 주목하자. 이는 원래의 실리콘 웨이퍼 상의 MEMS 다이에 필요한 영역을 증가시키고, 이어서 보다 "낭비된(wasted)" 실리콘 영역을 초래하게 된다. 즉, 원래의 실리콘 웨이퍼 상의 낭비된 영역의 크기가 축소됨으로써 비용 효율성 및 웨이퍼 생산성에 관해 큰 잠재력을 갖게 된다.
도 3a 내지 도 3k는 보조 물질(242)을 사용하지 않고 대신 커버 층(170)의 제 1 부분 층을 그릴(172)을 형성하는 물질을 증착하고 구조화하는 베이스로서 사용하는 구현 예에 대한 개략적 단면도의 시퀀스를 사용하는 프로세스 플로우를 개략적으로 도시한다.
도 3a는 도 2a와 유사하고 패키징 전의 MEMS 다이(210)를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 패시베이션 층(232)이 백플레이트(114) 및 다이어프램(112)의 일부를 노출시키도록 구성된 후의 프리커서 MEMS 다이(210)의 개략적 단면도를 도시한다. 이러한 방식으로, 매립 물질(252)은 궁국적으로 백플레이트(114) 및 다이어프램(112)에 대한 지지 구조체로서 기능하도록 백플레이트(114) 및 다이어프램(112)의 상기 부분과 접촉할 수 있다. 패시베이션 층(232)은 리액티브 이온 에칭(reactive ion etching(RIE))과 같은 이방성 에칭 프로세스에 의해 구성될 수 있다. 도 2b에 도시된 구현 예와의 차이점은 도 3b의 구현예에서 보조 구조체(242)가 사용되지 않는다는 것이다. 패시베이션 층(232)은 평탄화될 수 있다.
도 3c는 매립 물질(252)에 매립된 후의 MEMS 다이(210)의 개략적 단면도를 도시한다. 패시베이션 층(232)의 표면은 매립 물질(252)의 표면과 실질적으로 정렬될 수 있거나 높이가 같을 수 있다.
도 3d는 정면의 재분배 층(redistribution layer(RLD))이 형성된 후 패키징 프로세스 동안의 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 개략적 단면도를 도시한다. 또한, 관통 접점 또는 비아(122, 124)는 MEMS 다이(210)의 접점(117, 119)과 전기적으로 접촉하도록 매립 물질(252)에 형성되었을 수 있다.
도 3e는 패키징 프로세스의 다른 단계가 수행된 후의 매립된 프리커서 MEMS 다이의 개략적 단면도를 도시한다. 특히, 커버 층(170)의 제 1 부분은 패시베이션 층(232)의 노출된 표면과 실질적으로 높이가 같은 매립 물질(252)의 주 표면에 증착되었을 수 있다. 커버 층(170)의 제 1 부분은 제 1 재분배 층(174)을 커버할 수 있고 매립 프리커서 MEMS 다이의 중간 표면을 제공할 수 있다. 커버 층(170)의 제 1 부분은 이미드, LTC-이미드, 및/또는 SU-8을 포함할 수 있다.
도 3f는 제 2 재분배 층(176) 및 그릴(172)이 중간 표면에 형성된 후의 개략적 단면도를 도시한다. 이러한 방식으로, 제 2 재분배 층(176) 및 그릴(172)은 공통 평면에 제공될 수 있다. 특히, 도 2e에 도시된 구현 예에서와 같이 그릴(172)과 제 2 재분배 층(176) 사이의 단계가 없다. 그릴(172)과 제 2 재분배 층(176) 사이의 단계의 부재는 보다 용이한 제조의 견지에서 유리할 수 있다.
도 3g에서, 그릴(172)과 패시베이션 층(232) 사이에 배치된 커버 층(170)의 부분은 사운드 포트(180)를 생성하기 위해 제거되었을 수 있다. 커버 층(170)의 상기 부분은 그릴(172)의 개구를 통해 에칭제, 용매, 또는 산화제를 주입함으로써 제거될 수 있다. 즉, 그릴(172)에 인접한 매립된 프리커서 MEMS 다이의 보조 부분은 제거될 수 있다.
도 3h는 예를 들면, 증착 프로세스에 의해 제 2 재분배 층(170)을 커버하는 커버 층(170)의 제 2 층이 제공된 후의 개략적 단면도를 도시한다. 그릴(172) 및 접촉 패드(178)의 영역은 커버 층(170)의 제 2 층으로의 커버링에서 생략될 수 있다. 대안으로서, 커버 층(170)은 그릴(172) 및 접촉 패드(178)를 노출시키도록, 증착 후 구성될 수 있다. 사운드 포트(180)를 생성하기 전에 커버 층(170)이 먼저, 완성(즉, 증착 및 구성) 되도록 도 3g 전에 도 3h에 대응하는 단계를 수행할 수도 있다.
도 3i에서, 매립 물질(252)의 부분은 MEMS 다이(210)의 기판(202)이 노출되도록 커버 층(170)의 반대 측에서 제거되었을 수 있다.
도 3j는 MEMS 다이(210)의 기판(202)이 제거된 후의 MEMS 다이(210)의 패키징 프로세스의 개략적 단면도를 도시한다. 이러한 방식으로, 배면 캐비티(160)가 생성될 수 있다. 기판(202)의 제거는 에치 정지 층(231)에서 멈출 수 있는 에칭 단계를 포함할 수 있다.
도 3k는 희생 물질(234)이 갭(313)을 제공하기 위해 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이에서 제거될 수 있는 릴리스 에치(release etch)의 결과를 개략적으로 도시한다. 동시에, 에치 정지 층(231)은 동일한 물질 또는 유사한 물질이 에치 정지 층(231) 용으로 그리고 희생 물질(234)용으로 사용되는 경우 제거될 수 있다.
도 3l은 캐비티(160)를 막기 위해 백 커버(190)를 포함하는 완성된 사운드 트랜스듀서 컴포넌트를 도시한다. 즉, 도 3l은 MEMS 디바이스, MEMS 디바이스에 인접한 사운드 포트(180), MEMS 디바이스 및 사운드 포트(180)를 캡슐화하는 매립 배열부(252, 170), 및 사운드 포트 내의 그릴(172)을 포함하는, 패키지화된 MEMS 디바이스의 개략적 단면도를 도시한다. 도 3l에 도시된 바와 같이, MEMS 다이는 매립 물질(252)의 제 1 주 표면 즉, 커버 층(170)과 접하는 표면에 대해 우묵해 질 수 있다. 리세스는 프리커서 MEMS 다이에 원래 존재했고 외부로부터 백플레이트(114) 및 다이어프램(112)으로 음향 및/또는 유체 액세스를 제공하기 위해 후속적으로 제거된 패시베이션 층(232)으로 인해 생길 수도 있다. 그릴(170)은 사운드 포트(180)에 또는 사운드 포트(180)에 결쳐서 배치될 수 있다.
도 4a 내지 도 4g는 TEOS 희생 층(234) 대신 탄소 희생 층(434)을 사용할 수 있는 구현 예에 대한 개략적 단면도의 시퀀스를 이용하는 프로세스 플로우를 개략적으로 도시한다. 도 4a 내지 도 4g에 제시된 구현 예에 따르면, 도 2a 내지 도 2h에 따른 예에서 패시베이션 층(232) 및 보조 구조체(242)는 또한 탄소 즉, 희생 층으로 구성될 수 있으며 선택적으로 보호 커버 층은 탄소로 구성될 수 있다. 도 4a는 프론트 엔드 프로세스에 의해 그리고 아마도 싱귤레이팅 전에 산출될 수 있는 프리커서 MEMS 다이(410)의 개략적 단면도를 도시한다. 탄소 층(434)은 MEMS 다이어프램(112)과 백플레이트(114) 사이에 갭(113)으로 궁극적으로 변환될 스페이스와 또한 사운드 포트(180)(의 부분)에 의해 궁국적으로 점유될 스페이스를 채울 수 있다. 탄소 희생 층(434)은 백플레이트(114)에 형성되는 다공성 홀을 더 채울 수 있다. 탄소 희생 층(434)은 가령 백플레이트(114)용 물질과 같은 다른 물질의 증착 및 구성에 의해 분리될 수 있는 여러 상태(phase)로 형성될 수 있다.
도 4b는 칩 싱귤레이션 및 프리커서 MEMS 다이(410)를 매립 물질(252)에 매립한 후의 개략적 단면도를 도시한다. 패시베이션 층(232) 또는 프리커서 MEMS 다이(410)의 지지 구조체의 부분은 여전히 존재할 것이고 또한 매립 물질(252)에 매립될 수 있다.
도 4c는 정면의 재분배 층을 형성하는 프로세스 단계가 매립 물질(252)의 제 1 주 표면에서 수행된 후의 반제품 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 개략적 단면도를 도시한다. 이 방법 단계는 비아 레이저 및 제 1 구리 층(제 1 CU)(174)을 포함할 수 있다.
도 4d는 제 2 정면 RDL이 수행된 후의 개략적 단면도를 도시한다. 큰 의미에서, 제 2 정면 RDL은 커버 층(170)의 제 1 층(예를 들면, LTC 이미드), 제 2 구리 층(176) 및 커버 층(170)의 추가적인 층(예를 들면, LTC 이미드)의 증착 또는 형성을 포함할 수 있다. 그릴(172)은 위에서 설명된 바와 같이 형성될 수 있다. 일단 이 단계가 수행되면, 도 4e에서 단면도로 개략적으로 도시된 구조체가 얻어진다. 기판(202)과 또한 에치 정지 산화물(231)(예를 들면, 도 4a를 참조)은 배면 캐비티(160)가 생성되도록 제거될 수 있다.
도 4f는 배면 커버(190)를 사용하여 배면 커버리지가 이루어진 후의 개략적 단면도를 도시한다.
도 4g는 산화물 플라즈마 에치에 의한 보호 층 및 희생 층 탄소(434)의 고속 드라이 릴리스 에치의 방법 단계 후의 개략적 단면도를 도시한다. 대안적인 실시예에 따르면, 다이어프램(112)과 백플레이트 전극(114) 사이의 갭(113)이 백플레이트(114)의 다공성으로 인해, 백플레이트(114)를 통해 더 쉽게 액세스 가능하기 때문에 릴리스 에치는 특히, 밑면 백플레이트 마이크로폰 또는 이중 백플레이트 마이크로폰의 경우에, 배면 커버리지 전에 수행될 수 있다.
다음에 설명되는 도 5a 내지 도 5f에서, 가능한 구현 예는 패키지가 MEMS의 부분으로 기능하는 곳에서 제시된다. 도 5a는 프론트 엔드 웨이퍼 프로세스에 의해 산출된 원래의 실리콘 웨이퍼에 존재할 수 있는 프리커서 MEMS 다이(510)의 개략적 단면도를 도시한다. 프리커서 MEMS 다이(510)는 기판(202), 에치 정지 층(231), 패시베이션 층(232)의 잔류 부분, 멤브레인(112), 및 희생 층(534)을 포함할 수 있다. 따라서, 실리콘 다이(510)는 백플레이트 층이 아닌 상부에 멤브레인 층(112)과 희생 층(534)만을 포함할 수 있다. 희생 층(534)은 TEOS, 탄소 또는 임의의 다른 적절한 희생 물질일 수 있다.
도 5b는 예비 MEMS 다이(510)가 매립 물질(252)에 몰딩됨으로써 매립된 후의 개략적 단면도를 도시한다. 또한, 정면 RDL(1)은 비아 레이저 및 제 1 구리 층(174)을 사용하여 수행되었을 수 있다.
도 5c는 제 2 정면 RDL 정지가 제 1 LTC 이미드 층, 제 2 구리 층(176) 및 제 2 LTC 이미드 층을 형성하는 단계를 포함하여 수행된 개략적 단면도를 도시한다. 커버 층(170)은 따라서 LTC 이미드 층과 제 1 및 제 2 구리 층(174, 176)을 포함할 수 있다. 전기 전도성 그릴(172)은 또한 희생 층(534)의 노출된 표면에 형성되거나 생성될 수 있다.
도 5d는 반제품 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 배면에서 연마, 실리콘 에칭 및 정지 산화물 에칭 후의 개략적 단면도를 도시한다. 이러한 방식으로, 배면 캐비티(160)는 MEMS 다이(510)의 기판(202)에 의해 원래 점유된 스페이스에 형성될 수 있다.
도 5e의 개략적 단면도에서 배면 캐비티(160)는 배면 커버(190)에 의해 커버되었을 수 있다.
산화물 플라즈마 에치에 의해 보호 층 및 희생 층 탄소(534)의 고속 드라이 릴리스 에치 후, 도 5f의 단면도에 개략적으로 도시된 구조체가 얻어질 수 있다. 보호 층 및 희생 층 탄소(534)를 제거함으로써 이제 MEMS 트랜스듀서의 다공성 백플레이트 또는 카운터 전극으로 서비스할 수 있는 그릴(172)과 다이어프램(112) 사이의 갭(513)을 남길 수 있다. 위에서 이미 언급한 바와 같이, 릴리스 에치는 배면 커버리지(도 5e) 전에 수행될 수 있다. 도 5f의 개략적 단면도는 실질적으로 완성된 사운드 트랜스듀서 컴포넌트(500)를 도시한다.
사운드 트랜스듀서 컴포넌트(500)는 제 2 재분배 층(RDL(2))에 의해 생성되는 다공성 백플레이트(172)를 포함할 수 있다. 에어 갭(513)은 탄소/산화물 층 두께에 의해 제어될 수 있다. 실리콘 멤브레인 또는 다이어프램(112)은 프론트 엔드 프로세스에 이해 비교적 잘 제어될 수 있다. 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 원하는 용도에 따라, 에어 갭(513) 및 다공성 백플레이트(172)는 실리콘 다이어프램(112)만큼 높은 정밀도를 요구하지 않을 수 있고 따라서 백 엔드 오브 라인 프로세싱(back-end-of-line processing) 또는 패키징 동안 또한 생성될 수 있다.
다른 구현 예에 따르면, MEMS 다이(110, 210, 410, 510)는 캐비티(160) 보다 다이어프램(112)의 반대 측에 배열될 수 있는 스페이서(234, 334, 434, 534)를 포함할 수 있다. 스페이서는 매립 물질에 MEMS 다이를 매립하는 단계 동안 매립 물질(252)에 적어도 부분적으로 매립될 수 있다. 이 방법은 스페이서(234, 334, 434, 534)의 표면 상에 그릴(172)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 방법은 매립 물질(252) 내의 다이어프램(112)으로 연장하는 트랜스듀서 개구(사운드 포트)(180)를 형성하기 위해 스페이서(234, 334, 434)를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 방법은 매립 물질(252)의 제 1 표면에서 제 1 커버층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 1 커버 층은 (제 1) 재분배 층(174)을 더 포함할 수 있다. 재분배 층(174)은 MEMS 다이(110)용 전기 접점을 제공하도록 구성될 수 있다.
이 방법은 ASIC와 같은 다른 다이를 매립 물질(252)에 몰딩함으로써 매립하는 단계를 더 포함할 수 있다. 재분배 층(174, 176)은 MEMS 다이(110)와 다른 다이, 예를 들면 ASIC 사이에 전기 접속을 제공하도록 구성될 수 있다.
이 방법은 커버 층(170) 내에 제 2 재분배 층(176)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 2 재분배 층(176)은 (제 1) 재분배 층(174)에 대해 전자기 간섭(electromagnetic interference(EMI)) 차폐를 제공할 수 있다.
다른 구현 예에 따르면, 사운드 트랜스듀서 컴포넌트는 매립 물질(252), 매립 물질(252)에 몰딩함으로써 매립된 기판-제거된 MEMS 다이(110), 캐비티(160) 및 트랜스듀서 개구(사운드 포트)(180)를 포함할 수 있다. MEMS 다이는 사운드 변환용 다이어프램(112)을 더 포함할 수 있다. 캐비티(160)는 매립 물질(252) 내에 형성될 수 있고, 다이어프램(112)과 (유체 또는 음향) 접촉을 할 수 있다. 트랜스듀서 개구(180)는 매립 물질(252) 내에 형성될 수 있고 캐비티(160)보다 다이어프램(112)의 반대 측에서 다이어프램(112)과 (유체 또는 음향) 접촉할 수 있다.
구현의 다른 가능 예는 사운드 트랜스듀서 컴포넌트의 MEMS 다이를 패키징하는 방법에 의해 제공된다. 이 방법은 복수의 프리커서 MEMS 다이(예를 들면, 프리커서 MEMS 다이)(210, 410, 510)를 포함하는 웨이퍼의 표면에 복수의 스페이서(234, 334, 434 또는 534)를 형성 또는 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 각각의 스페이서는 대응 MEMS 다이의 다이어프램의 적어도 한 부분을 커버할 수 있다. 이 방법은 복수의 싱귤레이팅된 반제품 프리커서 MEMS 다이를 얻기 위해 웨이퍼를 싱귤레이팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 복수의 싱귤레이티드 프리커서 MEMS 다이중 선택된 수만큼이 재구성 웨이퍼를 형성하기 위해 매립 물질(252)을 포함하는 매립 배열부에 몰딩함으로써 매립될 수 있다. 싱귤레이티드 프리커서 MEMS 다이는 그들의 대응 스페이서와 함께 매립될 수 있다. 이 방법은 또한 매립 배열부(252) 내에서 복수의 사운드 포트(180)를 얻기 위해 복수의 스페이서의 적어도 한 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 재구성 웨이퍼는 싱귤레이팅되어 사운드 트랜스듀서 컴포넌트를 형성할 수 있다. 스페이서는 보조 구조체(242, 434, 534)이거나 또는 보조 구조체(242, 434, 534)를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 패시베이션 층(232)의 부분 및/또는 커버 층(170)의 부분이거나 패시베이션 층(232)의 부분 및/또는 커버 층(170)의 부분을 포함할 수 있다.
몇몇 스페이서가 장치의 문맥에서 설명되었지만, 이러한 양태는 또한 대응 방법의 설명을 나타내고, 블록 또는 다바이스가 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 대응한다는 것이 명백하다. 유사하게, 방법 단계의 문맥에서 설명된 양태는 또한 대응 장치의 대응 블록, 아이템 또는 특징에 대한 설명을 나타낸다. 방법 단계의 일부 또는 전부는 예를 들면, 마이크로프로세서, 프로그래머블 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 하드웨어 장치를 이용하여) 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 일부 하나 이상의 가장 중요한 방법 단계는 그러한 장치에 의해 실행될 수 있다.
위에서 설명된 실시예는 본 발명의 원리에 대한 예시에 불과하다. 본 명세서에서 설명된 배열부의 수정 및 변형과 세부 사항은 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것으로 이해된다. 따라서, 본 명세서에서 실시예에 대한 기술 및 설명을 통해 제시된 특정 세부 사항에 의해서가 아니라 특허 청구 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.
각각의 청구항이 단지 한 항만 인용한다 하더라도, 본 발명은 또한 청구항들의 임의의 가능한 조합을 커버한다.
Claims (32)
- 패키지화된 MEMS 디바이스로서,
매립 배열부(an embedding arrangement) - 상기 매립 배열부는 몰드 화합물을 포함함 - 와,
상기 매립 배열부의 상기 몰드 화합물 내에 매립되는 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 사운드 변환을 위한 다이어프램을 포함하고, 상기 몰드 화합물은 상기 다이어프램을 보강함 (brace) - 와,
상기 매립 배열부 내에 매립되는 사운드 포트(a sound port) - 상기 사운드 포트는 상기 MEMS 디바이스에 음향적으로 결합됨 - 와,
상기 사운드 포트 내에 배치되는 그릴(a grille)을 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 그릴은 전기 전도성인
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 2 항에 있어서,
상기 그릴은 상기 다이어프램과 결합하여 용량성 트랜스듀서(a capacitive transducer)의 백플레이트로 기능하도록 구성되는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 포트는 상기 매립 배열부의 상기 몰드 화합물 내에 매립되는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 매립 배열부는 주 매립 부와 상기 주 매립 부의 제 1 표면에 있는 커버 층을 포함하며, 상기 주 매립 부는 상기 몰드 화합물을 포함하고, 상기 MEMS 디바이스는 상기 주 매립부의 상기 몰드 화합물 내에 매립되는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 사운드 포트는 상기 커버 층을 통해 연장되며, 상기 그릴은 상기 커버 층을 통해 연장되는 상기 사운드 포트의 부분 내에 있는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 커버 층은 재분배 층(a redistribution layer)을 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 7 항에 있어서,
상기 그릴은 상기 재분배 층의 부분인
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 7 항에 있어서,
상기 그릴은 전기 전도성이고 상기 재분배 층은 상기 그릴과 전기적으로 접촉하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 7 항에 있어서,
상기 재분배 층은 상기 MEMS 디바이스에 대해 적어도 하나의 전기 접점을 제공하도록 구성되는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 7 항에 있어서,
상기 재분배 층은 적어도 하나의 상기 MEMS 디바이스, 상기 MEMS 디바이스에 대한 전기 접속부 및 하부 재분배 층에 대한 전자기 간섭 차폐(an electromagnetic interference shielding)를 제공하도록 구성되는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 MEMS 디바이스는 상기 주 매립 부의 제 1 주 표면 및 반대 측 제 2 주 표면에 대하여 우묵하게(recessed) 되는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 매립 배열부 내에 매립되는 추가적인 디바이스와,
상기 MEMS 디바이스와 상기 추가적인 디바이스 사이의 전기 접속부를 더 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 포트보다 상기 MEMS 디바이스의 반대 측에 있는 상기 MEMS 디바이스에 인접한 상기 매립 배열부의 상기 몰드 화합물 내에 형성되는 캐비티를 더 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 14 항에 있어서,
상기 캐비티의 단면은 상기 MEMS 디바이스의 주 표면과 평행한 면을 따라서의 단면(cross-section)인
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 MEMS 디바이스는 기판-제거된 MEMS 다이(substrate-stripped MEMS die)를 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 포트는 개구를 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 사운드 포트는 상기 MEMS 디바이스에 인접한
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 패키지화된 MEMS 디바이스로서,
매립 배열부 - 상기 매립 배열부는 몰드 화합물을 포함함 - 와,
상기 매립 배열부의 상기 몰드 화합물 내에 매립되는 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 사운드 변환을 위한 다이어프램을 포함하고, 상기 몰드 화합물은 상기 다이어프램을 보강함 - 와,
상기 매립 배열부 내에 배치되는 개구 - 상기 개구는 상기 MEMS 디바이스에 인접함 - 와,
상기 개구 내의 그릴을 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 패키지화된 MEMS 디바이스로서,
매립 배열부 - 상기 매립 배열부는 몰드 화합물을 포함함 - 와,
상기 매립 배열부의 상기 몰드 화합물 내에 매립되는 MEMS 디바이스 - 상기 MEMS 디바이스는 사운드 변환을 위한 다이어프램을 포함하고, 상기 몰드 화합물은 상기 다이어프램을 보강함 - 와,
상기 매립 배열부 내에 매립되는 사운드 포트 - 상기 사운드 포트는 상기 MEMS 디바이스에 음향적으로 결합됨 - 와,
상기 사운드 포트에 걸쳐있는 그릴
을 포함하는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 20 항에 있어서,
상기 사운드 포트는 개구를 포함하며, 상기 그릴은 상기 개구에 걸쳐 있는
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 제 20 항에 있어서,
상기 사운드 포트는 상기 MEMS 디바이스에 인접한
패키지화된 MEMS 디바이스.
- 사운드 트랜스듀서 컴포넌트로서,
몰드 화합물을 포함하는 매립 물질과,
상기 매립 물질의 상기 몰드 화합물 내에 매립되는 기판-제거된 MEMS 다이(substrate-stripped MEMS die) - 상기 기판-제거된 MEMS 다이는 사운드 변환용 다이어프램을 포함하고, 상기 몰드 화합물은 상기 다이어프램을 보강함 - 와,
상기 다이어프램과 유체 접촉하는 상기 매립 물질 내의 사운드 포트를 포함하는
사운드 트랜스듀서 컴포넌트. - 삭제
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