KR20010005462A - 마이크로 센서 및 그 패키지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 센서의 제작시, 웨이퍼 본딩에 의한 패키지 작업공정중, 패키지된 마이크로 센서의 내부와 웨이퍼의 표면을 단락없이 효과적으로 연결 접속시킬 수 있는 마이크로 센서 및 그 패키지방법에 관한 것으로 그 기술적인 구성은, 웨이퍼 표면에 구조물이 장착토록 일정 두께로 식각하고, 상기 식각부 저부에 희생층을 형성하며, 별도의 패키지용 웨이퍼에 캐비티를 형성하고, 상기와 같이 각각 제작된 디바이스 웨이퍼의 표면으로 이를 보호하는 패키지 웨이퍼를 본딩 작업에 의해 일체로 착설하며, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍을 형성한후, 상기 패키지 웨이퍼에 형성된 연결구멍에 금속을 증착시키는 것을 요지로 한다.
Description
본 발명은 마이크로 자이로스코프등에 사용되는 마이크로 센서의 제작시, 마이크로 구조물을 보호하거나 진공 또는 특정기체를 포함하여 밀폐시키는 목적으로 웨이퍼 본딩에 의한 패키지 작업공정중, 패키지된 마이크로 센서의 내부와 웨이퍼의 표면을 단락없이 효과적으로 연결 접속시켜 연결구멍(contact hole)의 금속 증착면 단락현상을 미연에 예방할 수 있도록한 마이크로 센서 및 그 패키지방법에 관한 것으로 이는 특히, 패키지 웨이퍼의 연결구멍과 디바이스 웨이퍼의 표면이 접촉하는 모서리부에 금속 증착면을 연속적으로 형성하여, 연결구멍의 금속 증착면 단락현상을 미연에 예방할 수 있도록한 마이크로 센서의 패키지방법에 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려져있는 종래의 마이크로 센서의 패키지 방법에 있어서는 도 1의 공정도에 나타낸 바와같이, 디바이스 웨이퍼(10)(도1 a)의 표면에 구조물이 장착될수 있도록 일정 두께로 식각(20)하고(도1 b), 상기 식각(20)된 식각부 저부에는 도1 c에서와 같이 희생층(30)을 역시 식각 작업에 의해 형성하여 디바이스 공정을 완료한후, 별도의 패키지용 웨이퍼(40)(도1 d)의 하측으로 식각 공정에 의해 캐비티(cavity)(50)를 형성한후(도1 e), 상기 패키지용 웨이퍼(40)에는 디바이스 웨이퍼(10)의 표면과 접촉될 수 있도록 도1 f에서와 같이, 관통되는 연결구멍(60)을 형성하여 패키지 웨이퍼 공정을 완성한다.
계속해서, 상기와 같이 각각 제작된 디바이스 웨이퍼(10)의 표면으로 이를 보호하는 패키지 웨이퍼(40)를 도1 g에서와 같이 본딩(50') 작업에 의해 일체로 착설시킨후, 상기 디바이스 웨이퍼(10)의 표면과 패키지 웨이퍼(40)의 표면에 형성될 패턴과 연결 접속을 위하여, 상기 패키지 웨이퍼(40)에 형성된 연결구멍(60)에 도1 h에서와 같은 도체인 금속 증착(70)공정을 거쳐 패터닝 작업을 수행함으로써, 마이크로 센서의 패키지가 완성되는 것이다.
그러나, 상기와같이 패키지 웨이퍼(40)에 형성되는 연결구멍(60)은 도 2의 요부 확대도 에서와 같이, 그 형상은 금속증착(70)이 연결구멍(60) 내벽에 양호하게 수행될 수 있도록 구멍의 하부로 갈수록 직경 혹은 너비가 좁아지는 형상이 되어야 하며, 이에따라 별도의 패키지 웨이퍼제작 공정에 의해 형성된 연결구멍(60)의 하부는 예리한 모서리가 형성되어야 하나, 구멍 제작시 또는 구멍의 제작공정후 도 2의 상세도에서와 같이 모서리가 떨어져 나가는 경우가 빈번하게 발생되는 단점이 있는 것이다.
상기와같은 경우, 상기 연결구멍(60)의 내부에 금속증착(70) 작업을 수행할 경우, 증착된 금속이 디바이스 웨이퍼(10)의 표면과 단락되는 현상이 발생하게 되어 디바이스가 정상적으로 작동하지 못하게 되며, 제품의 불량을 유발하게 되는등 많은 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 여러 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 패키지 웨이퍼의 연결구멍과 디바이스 웨이퍼의 표면이 접촉하는 모서리부에 라운드부를 형성하여, 이에 금속 증착면을 연속적으로 형성함으로써, 상기 패키지 웨이퍼의 연결구멍(contact hole)의 금속 증착면 단락현상을 미연에 예방할 수 있도록 함은 물론, 이에따라 상기 패키지 웨이퍼의 연결구멍과 디바이스 웨이퍼의 표면 전극의 연결 접속이 확실하게 이루어질 수 있는 마이크로 센서를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기와같이 전기적 도선 역할을 수행하는 패키지 웨이퍼 연결구멍 내부를 샌드 블라스트에 의한 미세흠집의 발생에 의해 표면 거칠기를 향상시킴과 동시에 이에 증착되는 금속과 웨이퍼와의 접착력을 증대시켜 본딩시 발생하는 금속박막의 이탈현상을 방지시킬 수 있는 마이크로 센서의 패키지방법에 방법을 제공하는데 있다.
도 1(a) ~ (h)는 일반적인 마이크로 센서의 패키지 방법을 설명하기 위한 개략 공정도.
도 2는 종래 마이크로 센서의 패키지용 웨이퍼의 연결구멍내에 증착되는 금속 증착층의 요부 확대 구조도.
도 3(a) ~ (h)는 본 발명에 따른 마이크로 센서의 패키지방법을 설명하기 위한 웨이퍼 패키지 공정의 개략 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 센서의 디바이스 웨이퍼와 패키지용 웨이퍼의 결합상태를 도시한 정단면 구조도.
도 5(A) 및 (B)는 본 발명의 패키지용 웨이퍼에 형성되는 연결구멍의 가공 방법을 각각 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110...디바이스 웨이퍼 120...식각층
130...희생층 140...패키지 웨이퍼
150...캐비티 150'본딩
160...연결구멍 170...금속증착
180...샌드 블라스트 필름 200...마이크로 센서
210...전극 220...전극 패턴
230...라운드부 240...금속 증착부
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 웨이퍼 표면에 구조물이 장착토록 상기 구조물 장착부를 소정두께로 식각하고, 상기 식각부 저부에 희생층을 형성하는 디바이스 제작단계와,
별도의 패키지용 웨이퍼에 캐비티(cavity)를 형성하는 패키지 웨이퍼 제작단계와,
상기와 같이 각각 제작된 디바이스 웨이퍼의 표면전극으로 이를 보호하는 패키지 웨이퍼를 본딩 작업에 의해 일체로 착설하는 웨이퍼 본딩단계와,
상기 디바이스 웨이퍼의 표면전극과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍을 형성하는 연결구멍 가공단계와,
상기 패키지 웨이퍼에 형성된 연결구멍에 금속을 스퍼터링에 의해 증착시키는 금속증착 및 패터닝 단계를 통하여 제조됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법을 마련함에 의한다.
또한, 본 발명은 상측에 표면전극이 인쇄되는 디바이스 웨이퍼와,
상기 표면전극의 보호를 위하여 디바이스 웨이퍼의 상측으로 본딩에 의해 착설되는 패키지 웨이퍼와,
상기 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과, 그 상측에 착설되는 패키지 웨이퍼의 표면에 형성되는 금속 전극패턴의 연결 접속을 위해 패키지 웨이퍼에 형성되는 연결구멍과,
상기 패키지 웨이퍼의 연결구멍과 디바이스 웨이퍼의 표면의 전극이 접촉하는 모서리부에 형성되는 라운드부와,
상기 패키지 웨이퍼에 형성된 연결구멍 및 표면에 금속을 증착하여 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과 연결 접속하는 금속 증착부를 포함하여 구성됨을 특징으로 허는 마이크로 센서를 마련함에 의한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 마이크로 센서의 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 센서의 디바이스 웨이퍼와 패키지용 웨이퍼의 결합상태를 도시한 정단면 구조도로서, 마이크로 센서(200)의 디바이스 웨이퍼(110) 상측 표면으로 전극(210)이 일정두께 인쇄되며, 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)의 보호를 위하여 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 상측에는 본딩에 의해 패키지 웨이퍼(140)가 착설토록 된다.
또한, 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과, 그 상측에 착설되는 패키지 웨이퍼(140)의 표면에 형성되는 금속 전극패턴(220)의 연결 접속을 위해 상기 패키지 웨이퍼(140)의 내부에 연결구멍(160)을 형성하며, 상기 패키지 웨이퍼(140)의 연결구멍(160)과 디바이스 웨이퍼(110)의 표면의 전극(210)이 접촉하는 모서리부에는 라운드부(230)를 형성한다.
계속해서, 상기 패키지 웨이퍼(140)에 형성된 연결구멍(160)과 패키지 웨이퍼(140)의 표면에 전극인 금속을 증착하여 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 일체로 연결 접속한 금속 증착부(240)를 형성한다.
이때, 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 일체로 연결 접속하는 금속 증착부(240)의 증착 금속은 크롬(Cr)/금(Au) 또는 티타늄(Ti)/금(Au), 알루미늄(Al)등으로 구성되며, 이때의 증착두께는 1000 - 1㎛ 바람직하게로는 2000 - 4000Å으로 증착되는 구성으로 이루어진다.
이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 마이크로 센서의 제조방법의 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 센서의 패키지방법을 설명하기 위한 웨이퍼 패키지 공정의 개략 구성도로서, 본 발명의 디바이스 웨이퍼의 패키지 방법은, 반도체 공정에 의해 제작되는 디바이스 웨이퍼(110)(도3 a)의 표면에 구조물의 리드가 장착될수 있도록 도3의 b에서와 같이, 상기 디바이스 웨이퍼(110) 표면에 소정의 두께로 식각하여 구조물이 장착되는 식각층(120)을 형성시킨후, 상기 식각층(120)의 저부에는 도3의 c에서와 같이 SiO₂로 구성되는 희생층(130)을 역시 식각 작업에 의해 형성하게 되며, 이때 상기 희생층의 두께는 2 - 3㎛로 형성하여 디바이스 공정을 완료하게 된다.
계속해서, 상기 디바이스 웨이퍼(110)를 보호하기 위하여 그 상측에 착설되는 패키지용 웨이퍼(140)를 제작하기 위하여, 도 3의 d에서와 같이 글래스 웨이퍼(glas wafer)로 구성되는 패키지용 웨이퍼(140)를 약 500㎛의 두께로 마련하고, 상기 패키지 웨이퍼(140)의 하측으로 식각 공정에 의해 캐비티(cavity)(150)를 형성하고(도1 e), 상기 캐비티(150)가 형성된 패키지용 웨이퍼(140)를 도3의 f에서와 같이, 웨이퍼 본딩(150') 작업에 의해 디바이스 웨이퍼(110)의 식각층(120)과 패키지 웨이퍼(140)의 캐비티(150)를 일치시켜 착설시키게 된다.
상기와같이, 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)으로 이를 보호하는 패키지 웨이퍼(140)가 본딩(150')에 의해 결합이 완료된후, 도1 g에서와 같이 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 패키지 웨이퍼(140) 표면에 형성된 금속 전극패턴(220)과 연결 접속될 수 있도록 관통되는 연결구멍(160)을 형성하여 패키지 웨이퍼 공정을 완성한다.
상기 패키지 웨이퍼(140)에 형성되는 연결구멍은 도 5의 a에서와 같이, 연결구멍(160)의 모양과 같은 모양으로 형성되는 핀(Pin)을 초음파로 흔들어 주면서 패키지용 웨이퍼(140)를 절삭하는 초음파 가공과 도 5의 b에서와 같이 샌드 블라스트(Sand blaster)용 필름(180)을 패키지 웨이퍼(140) 표면에 부착시키고 연결구멍(160)의 형상으로 패터닝하여 개방된 부분을 일정 속도를 갖는 미세 분말로 충돌하여 절삭하는 방법인 샌드 블라스트 방법을 이용할 수 있다.
한편, 상기와같이 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 패키지 웨이퍼(140)의 표면에 형성될 금속 전극패턴(220)과 연결 접속을 위하여 패키지 웨이퍼(140)에 형성된 연결구멍(160)에는 도3의 h에서와 같이, 도체인 금속박막 예컨대, 크롬(Cr)/금(Au) 또는 티타늄(Ti)/금(Au), 알루미늄(Al)등으로 구성되며, 이때상기 금속박막의 증착두께는 1000 - 1㎛ 바람직하게로는 2000 - 4000Å으로 증착시키는 금속증착(170)공정을 거쳐 패터닝 작업을 수행함으로써, 도 4에서와 같이 연결구멍(160)의 하부가 이탈되지 않고 매끄럽게 라운드부(230)가 형성되어, 연결구멍과 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)이 접촉하는 모서리 라운드부에 금속증착(170)면이 연속적으로 형성되며, 이에따라 전기적으로 단락되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 마이크로 센서의 패키지방법에 의하면, 패키지 웨이퍼의 연결구멍과 디바이스 웨이퍼의 표면이 접촉하는 모서리부에 금속 증착면을 연속적으로 형성하여, 연결구멍의 금속 증착면 단락현상을 미연에 예방할 수 있게 됨은 물론, 전기적 도선 역할을 수행하는 연결구멍이 샌드 블라스트에 의한 미세흠집의 발생에 의해 표면 거칠기를 향상시킴과 동시에 이에 증착되는 금속과 웨이퍼와의 접착력을 증대시켜 본딩시 발생하는 금속박막의 이탈현상을 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
Claims (17)
- 마이크로 센서의 패키지 방법에 있어서,웨이퍼 표면에 구조물이 장착토록 구조물 장착부를 소정의 두께로 식각하고, 상기 구조물 장착부인 식각부 저부에 소정두께의 희생층을 형성하는 디바이스 제작단계와,별도의 패키지용 웨이퍼에 캐비티(cavity)를 형성하는 패키지 웨이퍼 제작단계와,상기와 같이 각각 제작된 디바이스 웨이퍼의 표면으로 이를 보호하는 패키지 웨이퍼를 본딩 작업에 의해 일체로 착설하는 웨이퍼 본딩단계와,상기 디바이스 웨이퍼의 표면과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 금속 전극패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍을 형성하는 연결구멍 가공단계와,상기 패키지 웨이퍼에 형성된 연결구멍에 금속을 증착시키는 금속증착 및 패터닝 단계를 통하여 제조됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 패키지 웨이퍼에 형성되는 연결구멍의 하부에는 라운드부가 형성되어, 디바이스 웨이퍼의 표면 전극이 접촉하는 연결구멍의 모서리에서 금속증착면이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 금속 전극패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍내에 증착되는 금속은, Cr/Au으로 구성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 금속 전극패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍내에 증착되는 금속은, Ti/Au으로 구성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 금속 전극패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍내에 증착되는 금속은, Al으로 구성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 금속 전극패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍내에 증착되는 금속박막의 증착 두께는, 1000Å - 1㎛로 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면 전극과 패키지 웨이퍼의 표면에 형성될 금속 전극패턴과 연결 접속을 위하여 연결 구멍내에 증착되는 금속박막의 증착 두께는, 2000 - 4000Å로 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼를 보호하기 위하여 그 상측에 착설되는 패키지용 웨이퍼는, 글래스 웨이퍼(glas wafer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼를 보호하기 위하여 그 상측에 착설되는 패키지용 웨이퍼는, 약 500㎛의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼 표면의 식각층 저부에 형성되는 희생층은, SiO₂로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼 표면의 식각층 저부에 형성되는 희생층의 두께는, 2 - 3㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서의 패키지 방법.
- 마이크로 센서에 있어서,상측에 표면전극(210)이 인쇄되는 디바이스 웨이퍼(110)와,상기 표면전극(210)의 보호를 위하여 디바이스 웨이퍼(110)의 상측으로 본딩에 의해 착설되는 패키지 웨이퍼(140)와,상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과, 그 상측에 착설되는 패키지 웨이퍼(140)의 표면에 형성되는 금속 전극패턴(220)의 연결 접속을 위해 패키지 웨이퍼(140)에 형성되는 연결구멍(160)과,상기 패키지 웨이퍼(140)의 연결구멍(160)과 디바이스 웨이퍼(110)의 표면의 전극(210)이 접촉하는 모서리부에 형성되는 라운드부(230)와,상기 패키지 웨이퍼(140)에 형성된 연결구멍(160) 및 표면에 금속을 증착하여 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 연결 접속하는 금속 증착부(240)를 포함하여 구성됨을 특징으로 허는 마이크로 센서.
- 제 12항에 있어서, 상기 패키지 웨이퍼(140)에 형성되는 연결구멍(160)은, 디바이스 웨이퍼(110)의 전극(210)이 접촉하는 모서리부로 향하여 그 폭이 좁아지는 것을 특징으로 허는 마이크로 센서.
- 제 12항에 있어서, 상기 패키지 웨이퍼(140)에 형성되는 연결구멍(160)은, 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)이 접촉하는 연결구멍의 모서리에서 금속증착면이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
- 제 12항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 일체로 연결 접속하는 금속 증착부(240)의 증착 금속은, Cr/Au, Ti/Au, Al중 어느 하나가 선택됨을 특징으로 하는 마이크로 센서.
- 제 12항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼(110)의 표면 전극(210)과 일체로 연결 접속하는 금속 증착부(240)의 증착 금속의 증착두께는, 1000Å - 1㎛두께로 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 센서.
- 제 12항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼를 보호하기 위하여 그 상측에 착설되는 패키지용 웨이퍼는, 글래스 웨이퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
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