KR20150024788A

KR20150024788A - Mems 소자

Info

Publication number: KR20150024788A
Application number: KR20140111332A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 퍼거트; 호스트 튜스
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-09
Also published as: CN104418292B; KR101719872B1; US10125012B2; DE102014216742B4; US20150061045A1; CN104418292A; DE102014216742A1

Abstract

MEMS 소자는 제 1 칩 및 MEMS 칩을 포함한다. 제 1 칩은 탑재면을 갖고, 적어도 집적 회로를 포함한다. MEMS 칩은 주표면을 갖고, 이 주표면에는 MEMS 소자를 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 제 1 칩을 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치된다. 제 1 칩은, 주표면과 마주보는 탑재면을 통해서, 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착되고 전기적으로 접속된다. 제 1 칩의 탑재면은 MEMS 칩의 주표면보다 적어도 25% 작다.

Description

MEMS 소자{MEMS DEVICE}

본 발명은 MEMS 소자 및, MEMS 소자를 제조하는 다양한 방법에 관한 것이다.

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)은 소형화된 소자로, 전형적으로 반도체 기술을 이용해서 제조되며, 주변 기기와 인터렉트하도록 구성된다. 이 소자의 응용 분야는, 압력 센서와 같은 센서나, 잉크젯 프린터의 압전기와 같은 액터(actor), 혹은 예컨대, 모바일 애플리케이션용 마이크이다. MEMS 마이크 시스템은 전형적으로, 제 1 전극을 구비한 진동 멤브레인(예컨대, 금속 멤브레인으로 형성된) 및 제 1 전극에 대향하는 상대 전극을 포함한다. 이 2개의 전극으로 인해서, 멤브레인에 진동을 발생시킨 음향 신호가 용량적으로 검출될 수 있다. 이 멤브레인은 양호한 진동 특성을 가질 수 있도록, 예컨대, 200nm 미만 혹은 100nm 미만의 얇은 두께를 갖고 있다. 이 멤브레인은 에칭 기술을 이용해서, 즉 기판이 국부적으로 오픈되고, 소망의 멤브레인 두께까지 박형화되는 방식으로 제조될 수 있다. 멤브레인 마이크의 후면에는 전형적으로 백 볼륨이 형성되어 있으며, 여기에 음향적으로(acoustically) 연결되어 있다.

마이크 배치와 같은 통상의 MEMS 애플리케이션에서, MEMS 칩은 다른 칩, 예컨대 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA, ADC 혹은 CPU를 포함할 수 있는 다른 칩과 같은 컨트롤러와 결합된다. 따라서, 통상의 MEMS 소자는 전형적으로 MEMS 칩 및 ASIC을 포함하며, 이는 모두 공통 기판에 배치되고, 하나의 케이스 내에 수용된다. 이들 2개의 칩은 전형적으로 본드 와이어를 이용해서 전기적으로 접속된다. 그러나, 이 솔루션은 MEMS 소자를 소형화할 기회를 제한해서, 제조에 더 많은 수고가 들게 된다. 따라서, 개선된 방식이 요구된다.

본 발명의 실시예는 제 1 칩 및 MEMS 칩을 포함하는 MEMS 소자를 제공한다. 제 1 칩은 탑재면을 갖고, 적어도 집적 회로를 포함한다. MEMS 칩은 주표면을 갖고, 이 주표면에는 MEMS 소자를 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 제 1 칩을 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치된다. 제 1 칩은, 주표면과 마주보는 탑재면을 통해서, 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착되고 전기적으로 접속된다. 제 1 칩의 탑재면은 MEMS 칩의 주표면보다 적어도 25% 작다.

다른 실시예는 ASIC과 MEMS 칩을 포함하는 MEMS 소자를 제공한다. ASIC은 탑재면을 갖고, MEMS 칩은 주표면을 갖는다. MEMS 칩은 주표면에 배치된 멤브레인을 포함하고, 이 주표면에는, MEMS 소자를 외부 소자(예컨대, PCB(Printed Circuit Board)에 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 탑재면을 통해서 MEMS 칩을 ASIC에 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치된다. 여기서, 멤브레인은 제 2 컨택트 패드 세트의 영역에 인접해서 놓인다. ASIC은, 주표면과 마주보는 탑재면을 웨이퍼 본딩함으로써, 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착되고 전기적으로 접속된다. ASIC의 탑재면은 MEMS 칩의 주표면보다 적어도 50% 작다.

다른 실시예는 제 1 칩과 MEMS 칩을 포함하는 MEMS 소자를 제공한다. 제 1 칩은 적어도 집적 회로를 포함하고, 상면 및 적어도 측벽을 갖는다. MEMS 칩은 주표면 및 적어도 측벽을 갖는다. 제 1 칩 및 MEMS 칩은, 상면과 주표면이 공통 표면을 형성하도록, 제 1 칩의 측벽 및 MEMS 칩의 측벽을 통해서 서로 기계적으로 부착된다. 제 1 칩 및 MEMS은 도체 선로를 통해서 공통 표면에 전기적으로 접속된다.

다른 실시예에 따라서, MEMS 소자를 제조하는 방법이 제공되며, MEMS 소자는 제 1 칩 및 MEMS 칩을 포함하고, 제 1 칩은 탑재면을 갖고, 적어도 집적 회로를 포함하며, MEMS 칩은 주표면을 갖고, 주표면에는 MEMS 소자를 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 제 1 칩을 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치된다. 이 방법은 제 1 칩을 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착하고 전기적으로 접속하는 단계를 포함하고, 제 1 칩의 탑재면은 MEMS 칩의 주표면보다 적어도 25% 작다.

또 다른 실시예는 제 1 칩 및 MEMS 칩을 포함하는 MEMS 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 복수의 MEMS 칩을 웨이퍼의 전면에 형성하는 단계와, 복수의 MEMS 칩에 복수의 제 1 칩을 부착하는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은 웨이퍼의 후면의 MEMS 칩 각각에 대해서 제공된 홀이 추가 웨이퍼에 의해 덮여져서 각각의 MEMS 칩에 대한 각각의 백 볼륨을 형성하게 하는 형태로, 웨이퍼의 후면에 추가 웨이퍼를 부착하는 단계를 포함한다. 이후에, 웨이퍼 및 추가 웨이퍼는 다이싱되어서 복수의 MEMS 소자를 분리한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 실시예를 차례로 설명한다.

도 1은 실시예 1에 따른 MEMS 칩 및 제 1 칩을 포함하는 MEMS 소자의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2c는 개선된 실시예에 따른, MEMS 칩 및 MEMS 칩에 부착된 ASIC을 포함하는 MEMS 소자의 개략도이다.
도 3a 내지 3c는 개선된 실시예에 따른, MEMS 칩 및 MEMS 칩에 매입된 ASIC을 포함하는 MEMS 소자의 개략도이다.
도 4는, 도 1 내지 3에 도시된 실시예 중 하나에 따른 MEMS 칩을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 5a 내지 5c는, 도 1 내지 3의 실시예에 따른 MEMS 소자의 응용예의 개략 단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 MEMS 소자 제조 방법의 흐름도이다.
도 7a 및 7b는, 도 6에 도시된 다른 실시예에 따른 방법을 이용해서 제조된 MEMS 소자의 개략도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 MEMS 칩 및 MEMS 칩의 측부에 배치된 제 1 칩을 포함하는 MEMS 소자의 개략도이다.

이하, 여기 개시된 교시의 다양한 실시예가 도 1 내지 8을 참조로 차례로 설명된다. 동일한 혹은 유사한 기능을 가진 개체에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이며, 따라서 다양한 구현예에서 동일한 참조 번호로 표시된 개체는 서로 대체 가능하고, 그 설명은 서로 적용 가능하다.

도 1은 예컨대 마이크와 같은 MEMS 칩(12), 및 이 MEMS 칩(12)을 제어 혹은 바이어싱하는데 사용될 수 있는 예컨대, ASIC이나 로직 혹은 적어도 집적 회로를 포함하는 다른 칩과 같은 제 1 칩(14)을 포함하는 MEMS 소자(10)의 등각도이다. MEMS 칩(12)은 기판을 포함하고, 적어도 2개의 주표면을 갖고 있으며, 여기서 제 1 주표면은 참조 번호 12m로 표시되어 있다. MEMS 칩(12)은 진동 멤브레인(13)을 포함할 수 있으며, 이는 기판 내에 형성될 수도 있고, 혹은 바람직하게는 주표면(12m) 상에 형성될 수 있다. MEMS 칩(12)은 주표면(12m)에 배치된 제 1 컨택트 패드의 세트(16)를 포함한다. 제 1 컨택트 패드의 세트(16)의 목적은 MEMS 소자(10)를, 예컨대 PCB와 같은 외부 소자에 접속하는 것이다. MEMS 칩(12)은, 역시 주표면(12m)에 배치되어 있으며, ASIC(14)를 전기적으로 접속시키는 것을 목적으로 하는 제 2 컨택트 패드의 세트(18)를 더 포함한다. 각각의 패드의 세트(16, 18)는 바람직하게는 예컨대, 2개 혹은 4개의 접촉 패드와 같은 복수의 접촉 패드를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 칩(14)은 예컨대, 웨이퍼 본딩과 같은 플립 칩 기술을 이용해서 MEMS 칩(12)에 직접 접촉된다. 따라서, 칩(14)은, 제 2 컨택트 패드의 세트(18)가 배치된 영역 내에 배치된다. 플립 칩 혹은 마이크로 플립 칩 기술을 통해서 2개의 칩 사이의 접속이 구현되어서, 이들은 서로 전기적으로 접속될 수 있고, 기계적으로 부착될 수 있다. 따라서, 제 2 컨택트 패드의 세트(18)는 2개의 칩(12, 14) 사이의 기계적이고 전기적인 접속을 구현하는데 사용된다. 따라서, 주표면(12m) 중 제 2 세트(18)를 포함하는 부분은 칩(14)에 의해 (바람직하게는 완전히) 덮여진다.

도 1은 또한, 칩(14)이 주표면(12m) 상에 배치될 수 있도록, 칩(14)이 MEMS 칩(12)보다 실질적으로 작은 것을 도시하고 있다. 여기서 예컨대, 크기가 0.5×0.7mm(0.6×0.6mm)인 칩(14)은, 예컨대 크기가 1.3×1.3mm(1.0×1.0mm)인 MEMS 칩(12)보다 적어도 심지어 25% 혹은 50% 작다. 적어도 25%라는 것은 칩(14)의 최대 크기가 MEMS 소자(12)의 75%라는 것을 의미한다. 도시된 실시예에 따라서, 주표면(12m)에서 칩(14)용으로 보존된 부분은 멤브레인(13)에 인접해서 놓여진다. 추가 공간을 만들기 위해서, MEMS 칩(12)은 칩(14)의 부분보다 확대될 수 있다. 이러한 배치(10)를 통해서 제조 단계(예컨대, 본드 와이어를 통해서 ASIC을 MEMS 칩에 전기적으로 접속시키는 본딩 단계)의 수가 감소된다는 점에서 제조 비용을 표준 이하로 저감시킨다. 제조 비용을 저감시키는 또 하나의 요인은, 고비용의(cost intensive) ASIC 칩(칩(14) 참조)을 가능한 한 작게 설계할 수 있다는 점이다. 전반적으로, MEMS 칩(12)의 기판이 종래의 MEMS 소자 중 하나에 비해서 기본 면적이 증가될 수는 있겠지만, 도시된 MEMS 소자는, 상기 설명한 종래의 MEMS 소자에 비해서 적은 공간을 필요로 한다는 점에 주의한다. 이로써, MEMS 소자를 더 축소할 수 있다. 이러한 방식의 추가적인 이점은, 커버에 의해 형성되는 추가적인 케이스가 필요없어서, 도시된 MEMS 소자(10)가 제 1 컨택트 패드의 세트(16)를 통해서, 예컨대, 휴대 전화의 PCB와 같은, 응용 분야의 PCB에 직접 접속될 수 있게 된다는 점이다.

도 2a, 2b 및 2c는 다른 MEMS 소자(10')를 나타내는 도면으로, 도 2a는 제조 과정에 있는 MEMS 소자(10)를 등각도로 나타내고 있고, 도 2b는 제조 과정을 완료한 후의 MEMS 소자(10)를 나타내고 있으며(등각도), 도 2c는 완료된 MEMS 소자(10')의 단면도이다. MEMS 소자(10')는, 원형 멤브레인(13) 및 2 세트의 컨택트 패드(18', 16')를 가진 MEMS 칩(12')을 포함한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, MEMS 칩(12')은 백 볼륨(20)을 형성하고 있으며 이는 주표면(12m')의 한쪽의 멤브레인(13), 및 후면(12b)(주표면(12m')에 대향하는)의 후면 리드(22)에 의해서 규정되어 있다. 또한, 음향 백 볼륨(20) 내에는, 멤브레인(13)과 일체화된 제 1 전극(13a)에 대향해서 상대 전극(24)이 배치될 수 있다. 완벽하게 하기 위해서는, 백 볼륨(20)은, 예컨대 이방성 에칭 기술을 이용한 후면 에칭에 의해 MEMS 칩(12')의 후면(12b)(즉, 오디오 신호가 도달하는 면에 대향하는)으로부터 제공되는 것이 바람직하다는 점에 주의한다. 에칭된 개구부 혹은 트렌치는, 얇은 멤브레인(13)이 형성되는 깊이까지 연장된다. 에칭 깊이는 멤브레인(13) 아래에 배치된 에칭 정지층을 이용해서 규정될 수 있다. 요약하면, 백 볼륨(20)은 MEMS 칩(12')의 기판 내에는 배치될 수 있으며, 멤브레인(13)을 형성하도록 기판을 얇게 하기 위해서 제공된 개구부에 의해 형성될 수 있다. 백 볼륨 리드(22)는 MEMS(12')의 전체 후면(12b)을 덮을 수 있다. 리드(22)가 전자기장으로 역할할 수 있다면, 이 리드는 금속 혹은 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 컨택트 패드(16')는 땜납 볼(26)에 의해 형성되거나, 혹은 컨택트 패드(16') 자체 혹은 땜납 볼(26)이 주표면(12m')으로부터 돌출하는 형태로 땜납 볼(26)에 연결된다. 이와 달리, 땜납 볼(26) 대신에, 핀이 주표면(12m')으로부터 돌출하는 형태로 배치될 수 있다. 컨택트 패드(16') 및 땜납 볼(26)이 주표면(12m')을 따라 분산되어, 예컨대, MEMS 칩(12')의 네 모서리 내에 배치될 수 있다는 점에 주의한다. 이로써, MEMS 소자(10')를 외부 소자에 본딩하는 경우에, 음파 통로를 결정하는 다른 수단을 제공하는 일 없이 음파 신호가 멤브레인(13)에 도달할 수 있도록, 외부 소자와 주표면(12m') 사이의 공지된 공간이 규정된다는 이점이 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 컨택트 패드(18')는, 도 1a와 관련해서 설명한 바와 같이 멤브레인(13)에 인접해서 배치된다. 제 1 컨택트 패드의 세트(18')에 의해 규정된 영역은 칩(14)의 탑재면(14m)에 접속되는 목적을 달성한다. 탑재면(14m)을 통해서 칩(14)을 MEMS 칩(12')에, 즉 상세하게는 컨택트 패드(18')가 배치되는 주표면(12m')의 일부에 부착하는 이 단계가 도 2a에 도시되어 있다(화살표 참조). 이 때, 칩(14)은 탑재면(14m)에 배치된 이른바 플립칩 범프를 포함한다. 칩(14)을 부착하는 이 단계의 결과가 도 2b 및 2c에 도시되어 있다. 여기서, 탑재면(14m)은 컨택트 패드(18')를 통해서 주표면(12m')에 접속되는 것으로 도시되어 있다. 도 2c는 또한, 칩(14) 및 컨택트 패드(18')의 두께에 의해 규정되는 전체 패널 두께가, 컨택트 패드(16') 및 땜납 볼(26)에 의해 규정되는 공간보다 작은 것을 도시하고 있다. 이로써, 외부 소자 내에 (칩(14)용의) 홈을 형성할 필요없이 MEMS 소자(10')가 외부 소자에 직접 부착될 수 있게 한다.

도 3a 및 3b는 다른 MEMS 소자(10")를 나타내며, 여기서 도 3a는 제조 과정에 있는 MEMS 소자(10")를 등각도로 나타내고 있고, 도 3b는 제조 완료된 MEMS 소자(10")를 나타내고 있다. 본 실시예에서, MEMS 칩(12")은 홈(12r)을 포함하고 여기에 칩(14)이 매입된다. 여기서 홈(12r)은 모서리에 배치되어 있지만, 이와 달리 주표면(12m") 내의 다른 곳(멤브레인(13) 이외에)에 배치될 수도 있다. 홈(12r)은 예컨대, 에칭 기술을 이용해서 형성될 수 있다. 홈(12r)은 하면을 포함하고, 그 위에 제 2 컨택트 패드의 세트(18')가 배치되어서, 칩(14)이 탑재면(14m)을 통해서 접속(전기적으로 및 기계적으로)될 수 있게 된다. 이러한 특별한 경우에, 홈(12r)의 크기는 칩(14)의 크기와 실질적으로 같다. 제 1 칩(14)을 홈(12r)에 매립한 이후에는, 칩(14)의 후면(14b)과 칩(12")의 주표면(12m")이 같은 면을 형성하게 된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 컨택트 패드 세트(16")는 같은 면(즉, 칩(12")의 주표면(12m") 상)에 및/또는 적어도 부분적으로 칩(14)의 후면(14b)에 배치된다. 도시된 바와 같이, 컨택트 패드(16") 각각은 땜납 볼(26)을 포함한다. 땜납 볼(26)은 홈(12r)에 칩(14)을 매립(도 3a 참조)한 후의 단계에서 제공된다.

다른 해법에 따라서는, 칩(14)으로의 전기 접속이 도체 선로를 이용해서 구현되어야 하는 경우에는, 칩(14)을 접촉시키기 위한 컨택트 패드(18")가 주표면(12m")에 즉, 홈(12r)의 에지 중 하나에 배치될 수도 있다. 도체 선로는 MEMS(12")과 칩(14) 사이의 상호 접속부로서 놓여질 수 있다.

이하, 이러한 MEMS 소자의 제조 방법을 도 4를 참조해서 설명하며, 여기서는 필수적인 단계와 선택적인 단계가 구별된다.

도 4는 상기 설명한 MEMS 소자(10, 10' 혹은 10") 중 하나를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 방법(100)의 중심이 되는 단계는, 제 1 칩(14)을 제 2 컨택트 패드 세트(18, 18' 혹은 18")에 기계적으로 부착하고 전기적으로 접속시키는 단계 110이다. 상술한 바와 같이, 단계 110은 웨이퍼 본딩과 같은 플립칩 기술을 이용해서 수행될 수 있다. 이와 달리, 예컨대 도전성 접착제와 같은 접착 기술을 이용해서 ASIC(14)가 MEMS 칩(12)에 부착될 수도 있다.

방법(100)은 MEMS 칩(12)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 선택적인 단계는 참조 번호 120으로 표시되어 있으며, 순서상 중심 단계 110 앞에 배치된다. 단계 120은 예컨대, 리소그래피, 에칭 및/또는 증착과 같은 여러가지 하위 단계들을 포함할 수 있다. 다수의 MEMS 칩이 동시에 한 웨이퍼 상에 형성되고, 이후에 다이싱될 수도 있다는 점에 주의한다.

따라서, 방법(100)은 복수의 MEMS 칩을 분리해 내기 위해서 다이싱하는 추가 단계 140를 포함할 수 있다. 이 단계 140은 흐름도에서, 예컨대 MEMS 칩에 칩을 부착하기 이전과 같은 임의의 위치에 배치될 수 있지만, 바람직하게는 방법의 마지막에 배치된다.

제 1 컨택트 패드 세트에 땜납 볼(130) 혹은 핀을 제공하는 선택적인 제조 단계가 중심 단계 110에 더 이어질 수도 있다. 단계 110 및 120을 포함하는 상술한 방법 100에서, 단계 130은 단계 120 이후에, 웨이퍼 다이싱 단계 140 이전에 수행될 수 있다. 이와 달리, 단계 130는 단계 140 이후에 수행될 수도 있다는 점에 주의한다.

도 5a는 도 2a 내지 2c와 관련해서 설명한 MEMS 소자(10')의 응용예를 나타내고 있다. 여기서 MEMS 소자(10')는 외부 소자(30)에, 예컨대, 외부 기판 혹은 PCB에 배치된다. 외부 기판은, 예컨대, 도체 선로 및/또는 MEMS 소자(10')가 땜납 볼(26)을 통해서 전기적으로 및 기계적으로 접속되는 관통 컨택트와 같은, 자체 커넥터 패드(32a, 32b)를 포함한다. 상호 접속부 및 땜납 볼(26) 각각이, MEMS 칩(12')에 부착된 ASIC(14)이 MEMS 소자(10')와 외부 소자(30) 사이의 공간 내에 배치될 수 있을 정도의 크기를 갖는다는 것을 이해할 것이다. 이 응용예에서, 외부 소자(30)는 그 안을 관통하는 개구부(34)를 갖고 있다. 개구부(34)는 멤브레인(13)에 대한 음파 통로(음파의 입구)를 형성하고, 따라서 멤브레인(13)과 정렬되어 배치되게 된다.

도 5b는 외부 소자(30)에 부착된 MEMS 수자를 포함하는, 도 5a의 다른 응용예를 나타내고 있다. 여기서 MEMS 칩(12')에는 ASIC 칩(14)이, 컨택트 패드(18)를 둘러싸는 언더필(36)을 이용해서 추가로 접속되어 있다. 또한, 멤브레인(13)은 사전 도포된 구조체(38)에 의해 둘러싸여 있고, 이는 포토레지스트를 포함할 수 있고, 링 형상일 수 있다. 사전 도포된 구조체(38)는 조립 과정에 멤브레인(13)을 보호하기 위한 것으로, 예컨대, 땜납 처리 동안에 플럭스 오염이 있을 수 있다. 나아가, 언더필(36)에 대해서, 사전 도포된 구조체(38)는 언더필(36)이 멤브레인(13)을 덮는 것을 차단한다. 도시된 응용예는 다른 선택적인 특성을 가질 수 있는데, 즉 도전성 리드(22')가 예컨대 컨택트 패드(16') 중 하나를 통해서 접지될 수 있다. 도전성 리드(22')를 접지하는 것은 주위 EMC 에러에 대해서 MEMS 소자(10')를 보호하기 위한 것이다.

도 5c는, 도 5b의 MEMS 소자(10')의 다른 응용예를 나타내며, 여기서 MEMS 소자(10')와 외부 소자(30) 사이의 접속이 다르게 구현된다. MEMS 소자(10')와 외부 소자(30) 사이의 공간은, 적어도 멤브레인(13)이 배치되지 않은 영역에서, 추가 언더필(42)로 채워진다. 그 결과, 추가 언더필(42)은 ASIC(14)을 둘러싸도록 배치된다. 언더필(42)이 제공되는 영역과 언더필(42)이 없는 영역은, 구조체(38)를 이용해서 분리된다. 언더필(42)이 MEMS 소자(10')가 차지하는 공간을 넘어서 연장될 수 있다는 점에 주의한다. 이 실시예에서는, 다른 측면, 즉 멤브레인(13)을 포호하는 공동부(44)가 도시되어 있다. 공동부(44)는 포토레지스트를 포함할 수 있다. 음파 신호가 전면으로부터 멤브레인(13)에 도달하게 하기 위해서, 공동부(440)는 하나 이상의 홀을 포함할 수 있고, 이는 적어도 음파 통로(34)의 영역에 구멍이 형성된 것이다.

이하, 도 6을 참조해서 다른 제조 방법(200)을 설명하며, 이는 상기 설명한 방법(100)의 다른 구현예이다. 방법(200)은 웨이퍼의 전면에 복수의 MEMS 칩을 형성하는 중심 단계(참조 번호 210으로 표시된 단계 참조) 및 복수의 다이싱된 제 1 칩 혹은 ASIC을 복수의 MEMS 칩에 부착하는 단계(참조 번호 220으로 표시된 단계 참조)를 포함한다. 단계 210 동안, 복수의 MEMS 소자가 동시에 웨이퍼에 제조되도록 웨이퍼가 처리되며, 즉 단계 210의 중간 제품이 복수의 MEMS 칩을 포함하는 웨이퍼이다. 단계 220은 상술한 바와 같이 수행되며, 즉 2개의 칩 사이의 기계적이고 전기적인 접속이 이루어진다. 여기서 복수의 ASIC 칩(14)이 차례로 혹은 동시에(예컨대 포지셔닝 수단을 이용해서 동시에) 웨이퍼에 배치될 수 있다.

이 단계 220 이후에, 다른 필수적인 단계 230, 즉 복수의 MEMS 칩용 리드(도 2c의 아이템(22) 참조)를 제공하기 위해서 웨이퍼의 후면에 추가 웨이퍼를 부착하는 단계가 이어진다. 단계 220와 230 사이에는 선택적인 단계가 배치될 수 있다는 점에 주의하며, 이하 이에 대해서 설명한다. 단계 230는 이전에 MEMS 칩의 후면에 제공된 홀을 막는 것(백 볼륨(20)을 형성하기 위해서, 도 2c 참조)을 목적으로 한다. 여기서 제 1 웨이퍼의 후면 전체가 하나의 추가 웨이퍼로 덮여져서, 웨이퍼에 제공된 각각의 MEMS 칩의 모든 홀이 이 한번의 단계 230로 막혀진다. 단계 230의 중간 제품은 2개의 웨이퍼, 즉, 복수의 ASIC 칩이 본딩된 복수의 MEMS 칩을 포함하는 웨이퍼 및 MEMS 칩 각각의 백 볼륨을 형성하기 위해 제 1 웨이퍼의 후면에 배치된 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 스택이다. 전형적으로 후면에 배치된 웨이퍼는 MEMS 칩을 포함하는 웨이퍼에 비해서 얇을 수 있다.

마지막 필수적인 단계는 웨이퍼 스택을 다이싱하는 단계 235이다. 다이싱은 스텔스 다이싱이나 톱 다이싱 혹은 다른 다이싱 기술을 이용해서 수행될 수 있다.

상술한 바와 같이, 단계 230 이전에 복수의 홀이 제공된다. 이는 단계 230 직전에 혹은 심지어 단계 210 직전에 수행될 수 있다. 흐름도(220)에서는, 백 볼륨을 형성하기 위해 홀을 제공하는 단계(단계 240 참조)가, 웨이퍼 처리(단계 210 참조) 이후 및 복수의 ASIC 부착(단계 220 참조) 이후에 수행되는 것으로 가정하고 있다. 즉, 선택적인 단계 240는 순서상 단계 220과 230 사이에 배치된다. 상술한 바와 같이, 단계 240는 에칭 기술에 기초할 수 있으며, 따라서, 리소그래피 및/또는 에칭(후면 에칭, 이방성 에칭)과 같은 하위 단계를 포함할 수 있다. 이 에칭은, 멤브레인(13) 아래에 제공된 , 이른바 에칭 정지층을 사용해서 수행될 수 있다. 에칭 정지층은 방법 단계 210 동안에 제공될 수 있다.

다른 실시예에 따라서, 단계 230 이전에 혹은 심지어 단계 240 이전에 추가 선태적인 단계 즉, 후속 단계 240, 230에서의 웨이퍼의 핸들링이 더 용이해지도록 제 1 웨이퍼를 회전시키는 단계 250가 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 이와 달리, 방법(100)과 관련해서 설명한 다이싱(235) 이후에 단계 230이 수행될 수 있다는 점에 주의한다.

방법(200)은 제 1 컨택트 패드 세트에 땜납 볼(도 2의 아이템 26)을 제공하는 추가 단계 260를 포함할 수 있다. 이 단계 260은 단계 220에서 동시에 수행될 수도 있고, 바람직하게는 단계 220 이후에(즉, 회전 단계 250 이전에) 수행될 수 있다.

도시된 방법(200)을 이용해서, MEMS 소자(10, 10', 10")의 실시예 및 다른 MEMS 소자가 제조될 수 있다. 이러한 MEMS 소자가 도 7a 및 7b에 도시되어 있다. 도 7a는 등각도이고, 도 7b는, 땜납 볼(26)이 배치되는 제 1 컨택트 패드의 세트(16')(도 2 참조) 및 ASIC(14)을 컨택트하기 위한 제 2 컨택트 패드 세트(18)를 구비한 MEMS 칩(62)을 포함하는, MEMS 소자(60)의 단면도이다. 도 2의 실시예와는 달리, ASIC(14)를 크게 했다. ASIC은 멤브레인(13)보다 크며, 탑재면(14m')을 가진 주표면(12m')에 배치되어서, 멤브레인(13)을 일정 거리를 두고 덮고 있다. 확대된 ASIC(14')는 멤브레인(13)을 보호하는 역할을 한다. 따라서, ASIC(14')를 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트(18")는 멤브레인 부근에 혹은 멤브레인에 인접해서 배치된다. 도 7b에 도시된 바와 같이 제 2 컨택트 패드 세트(18")는 제 1 컨택트 패드의 세트(16') 중 하나에 직접 접속된다. 이는 예컨대, 접지 접촉이 될 수 있다. 전극(13a), 백 볼륨(20) 혹은 리드(22)와 같은 다른 측면을 고려하면, MEMS 소자(60)는 실질적으로 도 2의 MEMS 소자(10')와 동일하다.

도 8은 MEMS 칩(66) 및 ASIC(68)을 포함하는 다른 MEMS 소자(64)를 나타내고 있다. 칩(66, 68)은 모두 나란히 배치되고, 각각의 측면(66s, 68s)를 통해서 서로 기계적으로 접속되어 있다. 따라서, 두 칩(66, 68)이 공통 주표면(64m)(상면(64m)이라고도 함)을 이룬다. 주표면(64m) 상에는 멤브레인(13) 및 제 1 컨택트 패드의 세트(16")(도 3b 참조)가 배치될 수 있다(즉, MEMS 칩(66) 및/또는 ASIC 칩(68)은 컨택트 패드(16")를 포함할 수 있다). 컨택트 패드(16")는 땜납 볼(26)에 의해 형성될 수 있다. 두 칩(66, 68) 사이의 전기 접속은 주표면(64m)에 배치된 도체 선로(70)에 의해 구현된다. 도체 선로(70)는 MEMS 칩(66)의 에지에 배치된 접속 패드(18"')와 ASIC 칩(68)의 접속 패드(72)를 접속시킨다. 접속 패드(18"', 72) 모두 주표면(64m)에 배치된다.

MEMS 소자(64)는 도 1과 관련해서 설명한 것과 같은 이점, 즉 칩 공간, 상세하게는 고비용의 ASIC(68) 공간이 감소되고, 추가 케이스를 제공할 필요없이 다른 애플리케이션에서 MEMS 소자(64)를 바로 사용할 수 있다는 이점을 갖는다.

대안의 실시예에 따라서, 멤브레인(13)은 MEMS 소자(64)의 주표면(64m)에 대향하는 후면에 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따라서, 컨택트 패드(16") 및 땜납 볼(26)도 이 후면에 배치될 수 있다. 그 결과, 컨택트 패드(16")는 MEMS 칩(66) 및/또는 ASIC 칩(68)을 관통해서 연장하는 관통 접촉부로서 구현될 수 있다.

도 1 및 2와 관련해서, MEMS 구조체(예컨대, 멤브레인(13))은 다른 방안으로 MEMS 칩(12)의 (주표면(12m)에 대향하는) 후면에 배치될 수 있다는 점에 주의한다.

도 1과 관련해서, 2개의 칩(12, 14)의 탑재면(14m)과 주표면(12m) 사이의 크기 차이는, ASIC(14)의 필요 칩 공간이 MEMS 칩의 필요 칩 공간보다 적어도 25% 혹은 심지어 50% 더 작게 되도록 구현될 수 있다는 점에 주의한다. 그 결과, 이만큼, ASIC 칩(14)의 가로 및 세로 페이지 치수가 MEMS 소자(12)의 가로 및 세로 페이지 치수보다 감소될 수 있다.

도 1 및 2의 실시예와 관련해서, ASIC(14)가 반드시 사각형일 필요는 없으며, 삼각형 혹은, MEMS 다이의 표면(12m)에 더 적합한 다른 형상일 수도 있다는 점에 주의한다.

도 2와 관련해서, 칩(14)는 집적 회로를 포함할 수도 있다는 점에 주의하며, 이는 바람직하게는 플립칩 범프 아래에 혹은 인접해서, 탑재면(14m)에 형성된다.

일부 측면이 장치와 관련되어 설명되어 있지만, 이들 측면이 대응하는 방법도 개시하고 있다는 점은 분명하며, 여기서 블록 혹은 장치는 방법 단계 혹은 방법 단계의 특징에 대응한다. 마찬가지로, 여기서 방법 단계와 관련해서 설명한 측면은, 대응하는 장치의 대응하는 블록이나 아이템 혹은 특성도 나타내고 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 원리를 단지 예로서 나타내는 것이다. 당업자에게는 여기 설명된 배치 및 세부 사항의 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것일 뿐, 실시예의 설명에 개시된 특정한 세부 사항으로는 한정되지 않는다.

Claims

탑재면을 갖고, 적어도 집적 회로를 포함하는 제 1 칩과,
주표면을 갖는 MEMS 칩 - 상기 주표면 상에는 MEMS 소자를 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 상기 제 1 칩을 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치됨 - 을 포함하고,
상기 제 1 칩은, 상기 주표면과 마주보는 상기 탑재면을 통해서, 상기 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착되고 전기적으로 연결되며,
상기 제 1 칩의 상기 탑재면은 상기 MEMS 칩의 상기 주표면보다 적어도 25% 작은
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칩의 상기 탑재면은 상기 MEMS 칩의 상기 주표면의 50% 보다 작은
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칩의 두께는 상기 MEMS의 두께보다 적어도 50% 작은
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 MEMS 칩은 상기 주표면에 배치된 멤브레인을 포함하는
MEMS 소자.
제 4 항에 있어서,
상기 멤브레인은 상기 제 2 컨택트 패드 세트의 영역에 인접하는
MEMS 소자.
제 4 항에 있어서,
상기 MEMS 칩은 상기 주표면에 대향하는 후측 표면에 배치된 백 볼륨 리드(back volume lid)를 포함하는
MEMS 소자.
제 6 항에 있어서,
상기 멤브레인과 상기 백 볼륨 리드 사이에는, 상기 후측 표면으로부터 연장하는 트렌치에 의해서 백 볼륨이 형성되어 있는
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칩은 ASIC을 포함하는
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칩 및 상기 MEMS 칩은 웨이퍼 본딩에 의해서 서로 연결되는
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칩과 상기 MEMS 칩 사이에는 언더필(underfill)이 배치되는
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 칩은 상기 제 1 칩용 절결부(cut-out)를 포함하고,
상기 절결부의 측방향 연장부는 상기 MEMS 칩의 탑재면 보다 크거나 상기 MEMS 칩의 탑재면과 동일한 크기인
MEMS 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 컨택트 패드 세트에 배치된 복수의 땜납 볼을 포함하는
MEMS 소자.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 칩의 두께는 상기 땜납 볼의 치수보다 작은
MEMS 소자.
탑재면을 가진 ASIC과,
주표면을 갖고, 상기 주표면에 배치된 멤브레인을 포함하는 MEMS 칩 - 상기 주표면 상에는, MEMS 소자를 외부 소자에 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 상기 탑재면을 통해서 상기 MEMS 칩을 상기 ASIC에 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치되고, 상기 멤브레인은 상기 제 2 컨택트 패드 세트의 영역에 인접함 - 을 포함하고,
상기 ASIC은, 상기 주표면과 마주보는 상기 탑재면을 웨이퍼 본딩함으로써, 상기 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착되고 전기적으로 연결되며,
상기 ASIC의 상기 탑재면은 상기 MEMS 칩의 상기 주표면보다 적어도 50% 작은
MEMS 소자.
적어도 집적 회로를 포함하고, 상면 및 적어도 하나의 측벽을 가진 제 1 칩과,
주표면 및 적어도 하나의 측벽을 가진 MEMS 칩을 포함하고,
상기 제 1 칩 및 상기 MEMS 칩은, 상기 상면과 상기 주표면이 공통 표면을 형성하도록, 상기 제 1 칩의 상기 측벽 및 상기 MEMS 칩의 상기 측벽을 통해서 서로 기계적으로 부착되고,
상기 제 1 칩 및 상기 MEMS은 도체 선로를 통해서 상기 공통 표면에서 전기적으로 연결되는
MEMS 소자.
제 15 항에 있어서,
상기 상면은 상기 주표면보다 작은
MEMS 소자.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 칩의 상기 집적 회로는 상기 상면에 형성되는
MEMS 소자.
MEMS 소자를 제조하는 방법에 있어서 - 상기 MEMS 소자는 제 1 칩 및 MEMS 칩을 포함하고, 상기 제 1 칩은 탑재면을 갖고, 적어도 집적 회로를 포함하며, 상기 MEMS 칩은 주표면을 갖고, 상기 주표면 상에는 상기 MEMS 소자를 접촉시키기 위한 제 1 컨택트 패드 세트 및 상기 제 1 칩을 접촉시키기 위한 제 2 컨택트 패드 세트가 배치됨 - ,
상기 제 1 칩을 상기 제 2 컨택트 패드 세트에 기계적으로 부착하고 전기적으로 연결시키는 단계를 포함하고,
상기 제 1 칩의 상기 탑재면은 상기 MEMS 칩의 상기 주표면보다 적어도 25% 작은
MEMS 소자 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 컨택트 패드 세트 및/또는 상기 제 2 컨택트 패드 세트를 제공하는 단계를 포함하는
MEMS 소자 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 기계적으로 부착하고 전기적으로 연결시키는 단계는 웨이퍼 본딩에 의해 수행되는
MEMS 소자 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 기계적으로 부착하고 전기적으로 연결시키는 단계 이전에, 상기 MEMS 칩의 멤브레인을 보호하기 위한 보호 구조체를 상기 주표면에 제공하는 단계를 포함하는
MEMS 소자 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 주표면에 대향하는 후측 표면에 리드를 제공하는 단계를 포함하는
MEMS 소자 제조 방법.
제 1 칩 및 MEMS 칩을 포함하는 MEMS 소자를 제조하는 방법에 있어서,
복수의 MEMS 칩을 웨이퍼의 전면에 형성하는 단계와,
상기 복수의 MEMS 칩에 복수의 제 1 칩을 부착하는 단계와,
상기 웨이퍼의 후면에 추가 웨이퍼를 부착하는 단계 - 상기 웨이퍼의 후면의 MEMS 칩 각각에 대해서 제공된 홀 각각이 상기 추가 웨이퍼에 의해 커버되어 각각의 MEMS 칩에 대한 각각의 백 볼륨을 형성하게 함 - 와,
상기 웨이퍼 및 상기 추가 웨이퍼를 다이싱해서 복수의 MEMS 소자를 분리하는 단계를 포함하는
MEMS 소자 제조 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 추가 웨이퍼를 부착하는 단계 이전에, 상기 웨이퍼의 상기 후면에 복수의 홀을 제공하는 단계를 포함하는
MEMS 소자 제조 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 복수의 홀을 제공하는 단계는 후면 에칭(back-side-etching)에 의해서 수행되는
MEMS 소자 제조 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 후면 에칭은 상기 웨이퍼의 상기 전면으로부터 제공된 에칭 정지층을 이용해서 수행되는
MEMS 소자 제조 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 MEMS 소자를 접촉시키기 위하여 공통 표면에 있는 컨택트 패드에 땜납 볼을 제공하는 단계를 포함하는
MEMS 소자 제조 방법.