KR20200136215A - Wafer level packaging method with solderball for Cap wafer, and Cap wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 솔더볼을 이용한 MEMS 소자 웨이퍼의 패키징에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 캡 웨이퍼의 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성한 후, 이를 MEMS 소자 웨이퍼와 결합하는 캡 웨이퍼의 웨이퍼 레벨 패키징 방법 및 웨이퍼레벨 패키징용 캡 웨이퍼에 관한 것이다.The present invention relates to packaging of a MEMS device wafer using a solder ball, and more particularly, wafer-level packaging of a cap wafer in which solder balls are formed at predetermined intervals along the wetting layer of the cap wafer and then bonded to the MEMS device wafer. It relates to a method and a cap wafer for wafer level packaging.
MEMS(Micro-Electro_Mechanical System)는 초소형 정밀 전자기계 시스템을 말하는 것으로, 반도체 제조공정 등의 일괄 공정을 사용하여 제조된다. 그리고 상기 공정은 수 ㎛크기에서 수 mm 크기 수준의 3차원 구조물을 기판상에 제작할 수 있는 마이크로 공정기술로서, 기판 상에 초소형 정밀 전기 기계 시스템으로 구현되어 외부의 물리적, 화학적, 생물학적 변화를 감지하여 전기 신호로 변화해 주는 장치를 제작가능하게 한다. MEMS (Micro-Electro_Mechanical System) refers to a micro-precision electromechanical system, and is manufactured using a batch process such as a semiconductor manufacturing process. In addition, the above process is a microprocessing technology capable of fabricating a three-dimensional structure of several µm to several mm on a substrate. It is implemented as a micro-precision electromechanical system on the substrate to detect external physical, chemical, and biological changes. It makes it possible to manufacture a device that changes with an electric signal.
이러한 일례로, 기계적 움직임이 있게 제작된 3차원 구조물로서 압력센서, 가속도센서, 자이로센서, 음향센서 등과 같은 액추에이터와, 기계적 움직이없이 제작된 3차원 구조물로서 적외선센서, 자기센서, 유량센서 등과 같은 센서를 들 수 있다. For example, as a three-dimensional structure manufactured with mechanical movement, actuators such as pressure sensors, acceleration sensors, gyro sensors, and acoustic sensors, and three-dimensional structures manufactured without mechanical movement, such as infrared sensors, magnetic sensors, and flow sensors. Sensor.
상기 MEMS 구조물은 반도체 제작공정과 동일한 공정방법을 사용하기 문에 센서의 감지부를 초소형으로 제작 가능할 뿐 아니라 일괄 공정에 의한 대량 생산이 가능하므로 제조되는 소자의 크기와 단가 및 소비 전력을 크게 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한 기계부품, 센서, 전자회로 등을 한 칩에 집적하여 높은 성능과 신뢰도를 얻을 수 있으며, 작은 소자를 이용하여 초미량의 물질을 다루거나 분석할 수 있으며, 나아가 다수의 소자를 함께 집적하여 다중분석 등을 통해 분석 시간을 줄일 수 있는 장점이 있으므로 일찍부터 이에 대한 연구 개발이 계속되어 오고 있는 실정이다. Since the MEMS structure uses the same process method as the semiconductor manufacturing process, not only can the sensing part of the sensor be manufactured in a very small size, but also mass production through a batch process is possible, greatly reducing the size, unit cost, and power consumption of the device to be manufactured. There is an advantage to be able to. In addition, high performance and reliability can be obtained by integrating mechanical parts, sensors, and electronic circuits on one chip. It is possible to handle or analyze a very small amount of material using a small device. Furthermore, multiple devices can be integrated together Since it has the advantage of reducing the analysis time through analysis, etc., research and development on this has been continued from early on.
이러한 MEMS 구조물이 형성된 웨이퍼를 상부 캡 웨이퍼와 패키징 하기 위해서는 상기 MEMS 웨이퍼나 캡 웨이퍼에 접합을 위한 솔더층 형성이 필요하다. In order to package the wafer on which the MEMS structure is formed with the upper cap wafer, it is necessary to form a solder layer for bonding to the MEMS wafer or the cap wafer.
이와 같은 MEMS 구조물이 형성된 웨이퍼상에 솔더층을 형성하는 방법으로는, 크게, Lift -off 방식, Etching 방식, 그리고 도금(plating) 방식을 들 수 있다. As a method of forming a solder layer on a wafer on which such a MEMS structure is formed, a lift-off method, an etching method, and a plating method may be used.
상기 Lift -off 방식은 금속의 선택적 증착 공정을 말하는 것으로, 기판상에 마스킹 물질(일반적으로 photoresist(PR))을 패턴한 후, 기판에 원하는 금속을 증착한다, 이어, 상기 마스킹 물질을 솔벤트와 같은 제거액으로 제거한 후, 기판상에 원하는 금속 패턴만 남기는 방법이다. The lift-off method refers to a selective deposition process of metal, and after patterning a masking material (generally photoresist (PR)) on a substrate, a desired metal is deposited on the substrate, and then, the masking material is applied as a solvent. This is a method of leaving only the desired metal pattern on the substrate after removal with a removal solution.
도 1은 일반적인 Lift-off 방식을 이용하여 MEMS 웨이퍼를 제작하는 과정을 보이는 공정도이다. 1 is a process diagram showing a process of manufacturing a MEMS wafer using a general lift-off method.
도 1(a)에 나타난 바와 같이, 그 표면에 희생층(13)과 젖음층(15)이 형성된 MEMS 구조물(11)이 형성된 웨이퍼(10)를 준비한다. 그리고 도 1(b-c)와 같이, 솔더링을 위해 웨이퍼상에 포토레지스터 패턴을 형성한 후, 금속 솔더층을 증착한다. 이어, 도 1(d)와 같이, 웨이퍼상의 마스킹 물질을 솔벤트와 같은 제거액으로 제거하고, 도 1(e)와 같이, 금속 솔더층(17)을 젖음층(15)상에 형성한다. 이후, 잘 알려진 건식 식각 방식의 산소 플라즈마나 습식 식각 방식의 BOE 등을 이용하여 희생층(13)을 제거함으로써 최종 MEMS 소자 웨이퍼를 제작된다.As shown in FIG. 1(a), a
한편 상기 Etching 방식은 금속의 패터닝 공정을 말하는 것으로, 먼저, 기판상에 원하는 금속을 증착한다. 이어, 상기 금속이 증착된 기판상에 마스킹 물질(일반적으로 photoresist(PR))을 패턴한 후, 물리적 및/또는 화학적 방법을 이용하여 증착된 금속을 식각한다, 후속하여, 마스킹 물질을 솔벤트와 같은 제거액으로 제거함으로써 기판상에 원하는 금속 패턴만 남기는 방법이다. Meanwhile, the etching method refers to a metal patterning process. First, a desired metal is deposited on a substrate. Subsequently, after patterning a masking material (generally photoresist (PR)) on the substrate on which the metal is deposited, the deposited metal is etched using a physical and/or chemical method. Subsequently, a masking material is used such as a solvent. This is a method of leaving only the desired metal pattern on the substrate by removing it with a removal solution.
그리고 상기 도금방식은 금속의 패터닝 공정을 말하는 것으로, 기판상에 도금을 위한 씨앗층(seed layer) 금속을 증착한 후, 씨앗층 금속이 증착된 기판상에 마스킹 물질(일반적으로 photoresist(PR))을 패턴하고, 이어, 원하는 금속을 성장시킬 수 있게 마련된 도금조에 웨이퍼를 넣는다, 그리고 웨이퍼 씨앗층 금속에 바이어스를 가하여 원하는 금속 솔더를 씨앗층 상단에 성장시킨 후, 마스킹 물질을 솔벤트와 같은 제거액으로 제거한다. 후속하여, 건식 식각방식으로 기판 전면에 증착된 도금을 위한 씨앗층을 식각함으로써 기판상에 원하는 금속 패턴만 남기는 방식이다. In addition, the plating method refers to a metal patterning process, and after depositing a seed layer metal for plating on a substrate, a masking material (generally photoresist (PR)) on the substrate on which the seed layer metal is deposited. Pattern, and then, put the wafer in a plating bath prepared to grow the desired metal, and apply a bias to the wafer seed layer metal to grow the desired metal solder on the top of the seed layer, and then remove the masking material with a removal solution such as solvent. do. Subsequently, by etching the seed layer for plating deposited on the entire surface of the substrate by a dry etching method, only a desired metal pattern is left on the substrate.
그런데 웨이퍼레벨 패키징을 위하여, 상술한 바와 같은 제조공정을 이용할 경우, 다음과 같은 문제가 있다. 첫째 복합한 반도체공정을 불가피하게 이용하므로 공정수가 증가할 뿐만 아니라 제조 비용 또한 증가될 우려가 있다. 둘째, 에칭. lift-off, evaporation 공정 등을 통하여 고가의 금속 재료가 패턴에 상관없이 소모되므로 생산 비용 상승을 야기한다. 셋째, 솔더층의 조성관리도 어렵다. 넷째, 상술한 방법을 이용하여 금속 솔더층을 형성할 경우, 솔더층의 높이 조절이 어렵다. However, for wafer-level packaging, when using the manufacturing process as described above, there are the following problems. First, since a complex semiconductor process is inevitably used, there is a concern that not only the number of processes will increase, but also manufacturing costs will increase. Second, etching. High-priced metal materials are consumed irrespective of the pattern through lift-off and evaporation processes, leading to an increase in production cost. Third, it is difficult to manage the composition of the solder layer. Fourth, when forming a metal solder layer using the above-described method, it is difficult to adjust the height of the solder layer.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 간단하고 경제성 있는 솔더볼을 이용한 웨이퍼의 패키징 방법 및 웨이퍼레벨 패키징용 캡 웨이퍼를 제공함을 그 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for packaging a wafer using a solder ball and a cap wafer for wafer-level packaging, which can solve the problems of the prior art, which are simple and economical.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. Can be.
본 발명의 일측면은, One aspect of the present invention,
일면에 캐비티가 형성되어 있으며, 상기 캐비티의 외주를 따라 젖음층이 형성되어 있는 캡 웨이퍼를 마련하는 공정;A step of providing a cap wafer having a cavity formed on one surface and having a wetting layer formed along an outer circumference of the cavity;
상기 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성하는 공정; 및 Forming solder balls at predetermined intervals along the wetting layer; And
상기 솔더볼이 형성된 캡 웨이퍼를 MEMS 소자 웨이퍼상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 웨이퍼를 접합하는 공정;을 포함하는 솔더볼을 이용한 웨이퍼레벨 패키징 방법에 관한 것이다. It relates to a wafer-level packaging method using a solder ball comprising a step of bonding the cap wafer and the MEMS device wafer by pressing the cap wafer on the MEMS device wafer after the solder ball is formed.
또한 본 발명은,In addition, the present invention,
일면에 캐비티가 형성되어 있으며, 상기 캐비티의 외주를 따라 젖음층이 형성되어 있는 캡 웨이퍼를 마련하는 공정;A step of providing a cap wafer having a cavity formed on one surface and having a wetting layer formed along an outer circumference of the cavity;
상기 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성하는 공정; Forming solder balls at predetermined intervals along the wetting layer;
상기 솔더볼이 형성된 캡 웨이퍼를 캡 다이(cap die)로 개별화하는 공정; 및 Individualizing the cap wafer on which the solder balls are formed into a cap die; And
상기 개별화된 캡 다이 중 하나 이상을 MEMS 소자 웨이퍼상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 다이를 접합하는 공정;을 포함하는 솔더볼을 이용한 웨이퍼의 패키징 방법에 관한 것이다 It relates to a method of packaging a wafer using a solder ball comprising a step of attaching at least one of the individualized cap dies on the MEMS device wafer and then pressurizing the MEMS device wafer to the cap die.
상기 캡 웨이퍼는 상기 젖음층의 하부에 형성된 확산방지층을 추가로 포함할 수 있다. The cap wafer may further include a diffusion barrier layer formed under the wetting layer.
상기 캐비티내에는 게터가 형성될 수 있다. A getter may be formed in the cavity.
상기 MEMS 소자 웨이퍼의 일면에 MEMS 구조물이 형성되어 있으며, 상기 MEMS 구조물 주변에 젖음층이 형성될 수 있다. A MEMS structure is formed on one surface of the MEMS device wafer, and a wetting layer may be formed around the MEMS structure.
상기 젖음층의 하부에는 확산방지층이 형성될 수 있다. A diffusion barrier layer may be formed under the wetting layer.
상기 MEMS 소자 웨이퍼의 젖음층의 좌우 측면을 따라 솔더 reflow를 방지할 수 있는 overflow 방지막을 형성하는 것이 바람직하다. It is preferable to form an overflow prevention film capable of preventing solder reflow along the left and right sides of the wetting layer of the MEMS device wafer.
상기 캡 웨이퍼의 젖음층의 좌우 측면을 따라 솔더 reflow를 방지할 수 있는 overflow 방지막을 형성할 수도 있다. An overflow prevention film may be formed along the left and right sides of the wetting layer of the cap wafer to prevent solder reflow.
또한 본 발명은, 웨이퍼 바디; 상기 웨이퍼 바디의 일면에 형성된 캐비티; 상기 캐비티의 외주를 따라 형성된 젖음층; 및 상기 젖음층 상에 소정의 간격으로 형성된 솔더볼;을 포함하는 웨이레벨 패키징용 캡 웨이퍼에 관한 것이다. In addition, the present invention, the wafer body; A cavity formed on one surface of the wafer body; A wetting layer formed along the outer periphery of the cavity; And it relates to a way-level packaging cap wafer comprising; solder balls formed at predetermined intervals on the wetting layer.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 솔더볼을 이용하여 상하부 웨이퍼를 접합함으로써 종래 필요로 하던 복잡한 반도체 단계를 이용을 줄일 수 있으므로 생산성을 제고할 수 있을 뿐만 아니라 제조비용 또한 저감할 수 있다. 또한 에칭 등을 통하여 고가의 금속 재료가 손실되는 것을 방지할 수 있으며, 접합제로서 솔더층의 조성도 효과적으로 제어 가능하다. 나아가. 종래 솔더층 형성 방법에서는 솔더의 높이 조절이 어렵지만, 본 발명에서는 솔더볼의 간격을 조절함으로써 접합 솔더의 높이를 효과적으로 제어할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention having the above configuration, by bonding the upper and lower wafers using a solder ball, it is possible to reduce the use of complex semiconductor steps that have been conventionally required, so that not only productivity can be improved, but also manufacturing cost can be reduced. In addition, it is possible to prevent the loss of expensive metal materials through etching, etc., and it is possible to effectively control the composition of the solder layer as a bonding agent. Furthermore. In the conventional method of forming a solder layer, it is difficult to adjust the height of the solder, but in the present invention, the height of the joint solder can be effectively controlled by adjusting the spacing of the solder balls.
도 1(a-e)은 통상적인 Lift-off 방식으로 솔더층을 형성하는 방법으로 MEMS 소자 웨이퍼를 제조하는 과정을 보이는 공정 개략도이다.
도 2는 종래 솔더볼이 일반적으로 적용되고 있는 PCB기판의 단면 개략도이다.
도 3(a-d)은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼을 이용하여 캡 웨이퍼와 MEMS 소자 웨이퍼를 패키징하는 공정을 나타내는 공정 개략도이다.
도 4(a-d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더볼을 이용하여 캡 다이와 MEMS 소자 웨이퍼를 패키징 하는 공정을 나타내는 공정 개략도이다.
1(ae) is a schematic diagram showing a process of manufacturing a MEMS device wafer by a method of forming a solder layer by a conventional lift-off method.
2 is a schematic cross-sectional view of a PCB substrate to which a conventional solder ball is generally applied.
3(ad) is a process schematic diagram showing a process of packaging a cap wafer and a MEMS device wafer using a solder ball according to an embodiment of the present invention.
4(ad) is a process schematic diagram showing a process of packaging a cap die and a MEMS device wafer using a solder ball according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
본 발명자들은 종래 일반적인 웨이퍼레벨 패키징 공정에서 접착을 위해 솔더층을 형성함에 많은 시간과 비용이 소요됨을 인식하고, 이를 해소하기 위한 다양한 방안에 대하여 연구와 실험을 거듭하였다. 그 결과, 통상의 PCB 공정에서 전기적 신호의 연결을 위해 이용하는 솔더볼을 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 웨이퍼 간의 접착에 이용할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시한다. The present inventors have recognized that it takes a lot of time and cost to form a solder layer for adhesion in a conventional general wafer-level packaging process, and has repeatedly studied and experimented on various methods for solving this. As a result, it was confirmed that a solder ball used for connection of electrical signals in a typical PCB process can be used for bonding between a MEMS device wafer and a cap wafer, and the present invention is presented.
도 2는 종래 솔더볼이 일반적으로 적용되고 있는 PCB기판의 단면 개략도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 기존 PCB에서 사용하는 솔더볼은 전기적 신호의 연결을 위한 것으로, 솔더볼 상호간에 연결되면 단락이 유발되므로 상호간의 연결이 엄격히 금지되는 특징이 있다. 이에 반하여, 본 발명에서는 상기 PCB 공정과는 달리, 캡 웨이퍼의 캐비티의 외주를 따라 젖음층(wetting layer)을 형성하고, 그 위에 소정의 간격으로 솔더볼을 형성한 후, 상기 캡 웨이퍼와 MEMS 소자 웨이퍼를 열과 압력을 가하여 접합시킴으로써 솔더볼 상호간을 의도적으로 연결시켜 완전한 밀봉 패키지를 형성하는 특징이 있다. 즉, 본원발명은 종래 PCB 공정과는 전혀 별개의 기술사상에 근거하여, 솔더볼을 이용함을 알 수 있으며, 이에 착안하여 본 발명을 완성한 것이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a PCB substrate to which a conventional solder ball is generally applied. As shown in FIG. 2, solder balls used in the existing PCB are for connection of electrical signals, and when the solder balls are connected to each other, a short circuit is caused, so that the connection between them is strictly prohibited. On the contrary, in the present invention, unlike the PCB process, a wetting layer is formed along the outer circumference of the cavity of the cap wafer, and solder balls are formed thereon at predetermined intervals, and then the cap wafer and the MEMS device wafer By applying heat and pressure to bond, solder balls are intentionally connected to each other to form a complete sealed package. That is, it can be seen that the present invention uses a solder ball based on a technical idea completely separate from the conventional PCB process, and the present invention has been completed based on this.
따라서 본 발명의 일실시예에 의한 솔더볼을 이용한 캡 웨이퍼의 웨이퍼레벨 패키징 방법은, 일면에 캐비티가 형성되어 있으며, 상기 캐비티의 외주를 따라 젖음층이 형성되어 있는 캡 웨이퍼를 마련하는 공정; 상기 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성하는 공정; 및 상기 솔더볼이 형성된 캡 웨이퍼를 MEMS 소자 웨이퍼상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 웨이퍼를 접합하는 공정;을 포함한다.Accordingly, a wafer-level packaging method of a cap wafer using a solder ball according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing a cap wafer having a cavity formed on one surface and a wetting layer formed along an outer circumference of the cavity; Forming solder balls at predetermined intervals along the wetting layer; And a step of bonding the MEMS device wafer and the cap wafer by placing the cap wafer on which the solder balls are formed on the MEMS device wafer and pressing.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3(a-d)은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼을 이용한 웨이퍼레벨 패키징 공정을 나타내는 공정 개략도이다.3(a-d) are process schematic diagrams showing a wafer-level packaging process using a solder ball according to an embodiment of the present invention.
도 3(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는, 일면에 캐비티(110)가 형성되어 있으며, 상기 캐비티(110)의 외주를 따라 젖음층(150)이 형성되어 있는 캡 웨이퍼(100)를 마련하다. As shown in Figure 3 (a), in the present invention, a
본 발명에서 상기 캡 웨이퍼(100)는 Si, SOI, Glass, SOG 웨이퍼등을 사용할 수 있다. In the present invention, the
그리고 상기 캐비티(110)는 Si 또는 Glass를 KOH, TMAH, HF, BOE 등의 화학적 식각 용액을 사용한 습식 식각 방법과, DRIE 법, RIE법, XeF2 등을 이용한 건식 식각 방법을 사용하여 형성할 수 있으며, 그 캐비티의 깊이(depth)는 약 50~100㎛ 정도이나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. In addition, the
또한 본 발명에서는 상기 캐비티(110) 형성 후, 하부 MEMS 소자 웨이퍼의 MEMS 구조물의 제품 유형에 따라 캡 웨이퍼의 양면에 도시되지 않은 적외선 필터를 형성할 수도 있다. 그리고 후속하는 접합 후, 패키지 내부의 밀봉 상태를 유지하기 위해서 상기 캐비티(110)내에 게터(115)를 형성할 수 있다. In addition, in the present invention, after the
한편 본 발명에서 상기 젖음층(150)은 통상의 lift-off 공정을 이용하여 상기 캐비티(110)의 외주를 따라 패턴으로 형성되며, 상기 젖음층(150)의 양측면을 따라서는 후속하는 접합 공정에서 솔더 리플로우(reflow)를 방지할 수 있는 overflow 방지막(155)이 형성될 수도 있다. Meanwhile, in the present invention, the
본 발명에서는 필요에 따라, 상기 젖음층(150)의 하부에 도시되지 않은 확산방지층을 형성함이 바람직하다.In the present invention, if necessary, it is preferable to form a diffusion barrier layer (not shown) below the
이어, 본 발명에서는 도 3(b)와 같이, 상기 젖음층(150)을 따라 소정의 간격으로 솔더볼(170)을 형성한다. 이러한 솔더볼(170)은 잘 알려진 laser jetting 법이나 ball plaser를 이용하여 효과적으로 형성할 수 있다. 상기 솔더볼의 일례로 AuSn 솔더볼을 이용할 수 있으며, 이때, Au:Sn=80wt%:20wt%인 솔더볼을 이용함이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. Subsequently, in the present invention, as shown in FIG. 3(b),
그리고 본 발명에서는 도 3(c)와 같이, 상기 솔더볼(170)이 형성된 캡 웨이퍼(100)를 MEMS 소자 웨이퍼(200)상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 웨이퍼를 접합한다. 즉, 상기 MEMS 소자 웨이퍼(200)와 캡 웨이퍼(100)가 솔더볼(170)을 통하여 빈틈없이 연결되어 완전 밀봉 솔더(Hermetic solder)를 형성할 수 있다. In the present invention, as shown in FIG. 3(c), the
한편 본 발명에서 상기 MEMS 소자 웨이퍼(200)의 일면에는 MEMS 구조물(210)이 형성되어 있으며, 상기 MEMS 구조물(210) 주위를 따라 젖음층(250)이 패턴으로 형성되어 있다. 그리고 상기 젖음층(250)의 양측면을 따라서는 후속하는 접합 공정에서 솔더 리플로우(reflow)를 방지할 수 있는 overflow 방지막(255)을 형성될 수도 있다. 본 발명에서는 필요에 따라, 상기 젖음층(250)의 하부에 도시되지 않은 확산방지층을 형성함이 바람직하다.Meanwhile, in the present invention, a
본 발명은 상기 MEMS 소자 웨이퍼를 제조하는 구체적인 제조방식에 제한되지 않으며, 잘 알려진 다양한 반도체 제조공정을 이용할 수 있다.The present invention is not limited to a specific manufacturing method for manufacturing the MEMS device wafer, and various well-known semiconductor manufacturing processes may be used.
후속하여, 본 발명은 도 3(d)와 같이, 본 발명에서는 상기 MEMS 소자 웨이퍼(200)의 전극패턴(275)이 노출될 수 있도록 상기 캡 웨이퍼(100)를 partial dicing 처리할 수 있다. Subsequently, according to the present invention, as shown in FIG. 3(d), in the present invention, the
또한 본 발명의 솔더볼을 이용한 웨이퍼의 패키징 방법은, 일면에 캐비티가 형성되어 있으며, 상기 캐비티의 외주를 따라 젖음층이 형성되어 있는 캡 웨이퍼를 마련하는 공정; 상기 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성하는 공정; 상기 솔더볼이 형성된 캡 웨이퍼를 캡 다이(cap die)로 개별화하는 공정; 및 상기 개별화된 캡 다이 중 하나 이상을 MEMS 소자 웨이퍼상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 다이를 접합하는 공정;을 포함한다. In addition, a method of packaging a wafer using a solder ball of the present invention includes a step of preparing a cap wafer having a cavity formed on one surface and having a wetting layer formed along an outer circumference of the cavity; Forming solder balls at predetermined intervals along the wetting layer; Individualizing the cap wafer on which the solder balls are formed into a cap die; And placing at least one of the individualized cap dies on the MEMS device wafer, and then bonding the MEMS device wafer and the cap die by pressing.
도 4(a-d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더볼을 이용하여 캡 다이와 MEMS 소자 웨이퍼를 패키징 하는 공정을 나타내는 공정 개략도이다.4(a-d) are process schematic diagrams showing a process of packaging a cap die and a MEMS device wafer using a solder ball according to another embodiment of the present invention.
도 4(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는, 일면에 캐비티(310)가 형성되어 있으며, 상기 캐비티(310)의 외주를 따라 젖음층(350)이 형성되어 있는 캡 웨이퍼(300)를 마련하다. As shown in Figure 4 (a), in the present invention, a
본 발명에서 상기 캡 웨이퍼(300)는 Si, SOI, Glass, SOG 웨이퍼등을 사용할 수 있다. In the present invention, the
그리고 상기 캐비티(310)는 Si 또는 Glass를 KOH, TMAH, HF, BOE 등의 화학적 식각 용액을 사용한 습식 식각 방법과, DRIE 법, RIE법, XeF2 등을 이용한 건식 식각 방법을 사용하여 형성할 수 있으며, 그 캐비티의 깊이(depth)는 약 50~100㎛ 정도이다. In addition, the
또한 본 발명에서는 상기 캐비티(310) 형성 후, 하부 MEMS 소자 웨이퍼의 MEMS 구조물의 제품 유형에 따라 캡 웨이퍼의 양면에 도시되지 않은 적외선 필터를 형성할 수도 있다. 그리고 후속하는 접합 후, 패키지 내부의 밀봉 상태를 유지하기 위해서 상기 캐비티(310)내에 게터(315)를 형성할 수 있다. In addition, in the present invention, after the
한편 본 발명에서 상기 젖음층(350)은 통상의 lift-off 공정을 이용하여 상기 캐비티(310)의 외주를 따라 패턴으로 형성되며, 상기 젖음층(350)의 양측면을 따라서는 후속하는 접합 공정에서 솔더 리플로우(reflow)를 방지할 수 있는 overflow 방지막(355)이 형성될 수도 있다. Meanwhile, in the present invention, the
본 발명에서는 필요에 따라, 상기 젖음층(350)의 하부에 도시되지 않은 확산방지층을 형성함이 바람직하다.In the present invention, if necessary, it is preferable to form a diffusion barrier layer (not shown) under the
이어, 본 발명에서는 도 4(b)와 같이, 상기 젖음층(350)을 따라 소정의 간격으로 솔더볼(370)을 형성한다. 이러한 솔더볼(370)은 잘 알려진 laser jetting 법이나 ball plaser를 이용하여 효과적으로 형성할 수 있다. 상기 솔더볼의 일례로 AuSn 솔더볼을 이용할 수 있으며, 이때, Au:Sn=80wt%:20wt%인 솔더볼을 이용함이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. Subsequently, in the present invention, as shown in FIG. 4(b),
그리고 본 발명에서는 도 4(c)와 같이, 상기 솔더볼(370)이 형성된 캡 웨이퍼(300)를 캡 다이(cap die:300')로 개별화시킨다. 즉, 캡 웨이퍼(300)를 다이싱함으로써 하나 이상의 개별화된 캡 다이(300')를 형성한다. 이때, 만일 blade 를 사용하여 dicing하면, 게터와 솔더볼에 영향을 줄 수 있으므로, laser 다이싱 중 특별하게는 stealth dicing을 사용한다. In the present invention, as shown in FIG. 4(c), the
후속하여. 본 발명에서는 도 4(d)와 같이, 상기 개별화된 캡 다이(300') 중 하나 이상을 MEMS 소자 웨이퍼(400)상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 다이를 접합한다. Subsequently. In the present invention, as shown in FIG. 4(d), after placing at least one of the individualized cap dies 300' on the
즉, 상기 MEMS 소자 웨이퍼(400)와 캡 다이(300')가 솔더볼(370)을 통하여 빈틈없이 연결되어 완전 밀봉 솔더(Hermetic solder)를 형성할 수 있다. That is, the
한편 본 발명에서 상기 MEMS 소자 웨이퍼(400)의 일면에는 MEMS 구조물(410)이 형성되어 있으며, 상기 MEMS 구조물(410) 주위를 따라 젖음층(450)이 패턴으로 형성되어 있다. 그리고 상기 젖음층(450)의 양측면을 따라서는 후속하는 접합 공정에서 솔더 리플로우(reflow)를 방지할 수 있는 overflow 방지막(455)을 형성될 수도 있다. 본 발명에서는 필요에 따라, 상기 젖음층(450)의 하부에 도시되지 않은 확산방지층을 형성함이 바람직하다. 한편 도 4에서 도면번호 375는 전극패턴을 나타낸다. Meanwhile, in the present invention, a
본 발명은 상기 MEMS 소자 웨이퍼를 제조하는 구체적인 제조방식에 제한되지 않으며, 잘 알려진 다양한 반도체 제조공정을 이용할 수 있다.The present invention is not limited to a specific manufacturing method for manufacturing the MEMS device wafer, and various well-known semiconductor manufacturing processes may be used.
또한 본 발명은, 웨이퍼 바디; 상기 웨이퍼 바디의 일면에 형성된 캐비티; 상기 캐비티의 외주를 따라 형성된 젖음층; 및 상기 젖음층 상에 소정의 간격으로 형성된 솔더볼;을 포함하는 웨이레벨 패키징용 캡 웨이퍼를 제공할 수도 있다. In addition, the present invention, the wafer body; A cavity formed on one surface of the wafer body; A wetting layer formed along the outer periphery of the cavity; And solder balls formed on the wetting layer at predetermined intervals. It is also possible to provide a cap wafer for way-level packaging.
상기 캐비티내 형성된 게터를 추가로 포함할 수 있다.It may further include a getter formed in the cavity.
상기 젖음층의 하부에 형성된 확산방지층을 추가로 포함할 수 있다. A diffusion barrier layer formed below the wetting layer may be further included.
상기 젖음층의 좌우 측면을 따라 형성된, 솔더 reflow를 방지할 수 있는 overflow 방지막을 추가로 포함할 수 있다. It may further include an overflow prevention film formed along the left and right sides of the wetting layer to prevent solder reflow.
상기 캡 웨이퍼는 하나 이상의 캡 다이(cap die)일 수가 있다. The cap wafer may be one or more cap dies.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 캡 웨이퍼 또는 캡 다이의 젖음층을 따라 솔더볼을 소정의 간격으로 형성한 후, 상기 캡 웨이퍼 또는 캡 다이와 MEMS 소자 웨이퍼를 고온에서 압착함으로써 기존 PCB 기판과는 달리 솔더볼 상호간을 의도적으로 연결시켜 완전 밀봉패키지를 형성함을 특징으로 한다. As described above, in the present invention, solder balls are formed at predetermined intervals along the wetting layer of the cap wafer or the cap die, and then the cap wafer or the cap die and the MEMS device wafer are compressed at a high temperature. It is characterized in that by intentionally connecting to form a completely sealed package.
따라서 도 1에 나타난 바와 같은 종래 솔더층 형성 방법 대비 공정 수를 효과적으로 감소시켜 비용절감과 생산성 향상에 기여할 수 있다. 또한 종래 방법에서는 솔더의 높이 조절이 어렵지만, 본 발명에서는 솔더볼의 간격을 조절함으로써 접합 솔더의 높이 조절이 용이한 장점이 있다. Accordingly, compared to the conventional method of forming a solder layer as shown in FIG. 1, the number of processes can be effectively reduced, thereby contributing to cost reduction and productivity improvement. In addition, although it is difficult to adjust the height of the solder in the conventional method, the present invention has an advantage in that it is easy to adjust the height of the joint solder by adjusting the spacing of the solder balls.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, preferred embodiments of the present invention have been described, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various modifications within the limit not departing from the scope of the present invention. Of course this is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and should not be determined by the claims to be described later, as well as those equivalent thereto.
100...........캡 웨이퍼
110...........캐비티
115...........게터
150...........젖음층
170...........솔더볼
200...........MEMS 소자 웨이퍼100...........cap wafer
110...........cavity
115...........Getter
150...........wet layer
170...........Solder Ball
200...........MEMS device wafer
Claims (20)
상기 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성하는 공정; 및
상기 솔더볼이 형성된 캡 웨이퍼를 MEMS 소자 웨이퍼상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 웨이퍼를 접합하는 공정;을 포함하는 솔더볼을 이용한 웨이퍼레벨 패키징 방법.
A step of providing a cap wafer having a cavity formed on one surface and having a wetting layer formed along an outer circumference of the cavity;
Forming solder balls at predetermined intervals along the wetting layer; And
The wafer-level packaging method using a solder ball comprising a; a step of attaching the cap wafer on which the solder balls are formed on the MEMS device wafer and then pressurizing the MEMS device wafer and the cap wafer.
The wafer-level packaging method according to claim 1, wherein the cap wafer further comprises a diffusion barrier layer formed under the wetting layer.
The wafer level packaging method according to claim 1, wherein a getter is formed in the cavity.
The wafer-level packaging method according to claim 1, wherein a MEMS structure is formed on one surface of the MEMS device wafer, and a wetting layer is formed around the MEMS structure.
The wafer-level packaging method according to claim 4, wherein a diffusion barrier layer is formed under the wetting layer.
The method of claim 4, wherein an overflow prevention film is formed along the left and right sides of the wetting layer of the MEMS device wafer to prevent solder reflow.
The wafer-level packaging method according to claim 4, wherein an overflow prevention film is formed along the left and right sides of the wetting layer of the cap wafer to prevent solder reflow.
The wafer-level packaging method of claim 1, further comprising a step of partially dicing the cap wafer so that the electrode pattern of the MEMS device wafer is exposed after bonding the cap wafer to the MEMS device wafer.
상기 젖음층을 따라 소정의 간격으로 솔더볼을 형성하는 공정;
상기 솔더볼이 형성된 캡 웨이퍼를 캡 다이(cap die)로 개별화하는 공정; 및
상기 개별화된 캡 다이 중 하나 이상을 MEMS 소자 웨이퍼상에 적치한 후, 가압함으로써 MEMS 소자 웨이퍼와 캡 다이를 접합하는 공정;을 포함하는 솔더볼을 이용한 웨이퍼의 패키징 방법.
A step of preparing a cap wafer having a cavity formed on one surface and having a wetting layer formed along an outer circumference of the cavity;
Forming solder balls at predetermined intervals along the wetting layer;
Individualizing the cap wafer on which the solder balls are formed into a cap die; And
A method of packaging a wafer using a solder ball comprising a step of attaching at least one of the individualized cap dies on the MEMS device wafer and then pressing the MEMS device wafer and the cap die by pressing.
10. The method of claim 9, wherein the cap wafer further comprises a diffusion barrier layer formed under the wetting layer.
The method of claim 9, wherein a getter is formed in the cavity.
The method of claim 9, wherein a MEMS structure is formed on one surface of the MEMS device wafer, and a wetting layer is formed around the MEMS structure.
The method of claim 12, wherein a diffusion barrier layer is formed under the wetting layer.
The method of claim 12, wherein an overflow prevention film is formed along the left and right sides of the wetting layer of the MEMS device wafer to prevent solder reflow.
The method of claim 9, wherein an overflow prevention film is formed along the left and right sides of the wetting layer of the cap wafer to prevent solder reflow.
상기 웨이퍼 바디의 일면에 형성된 캐비티;
상기 캐비티의 외주를 따라 형성된 젖음층; 및
상기 젖음층 상에 소정의 간격으로 형성된 솔더볼;을 포함하는 웨이레벨 패키징용 캡 웨이퍼.
Wafer body;
A cavity formed on one surface of the wafer body;
A wetting layer formed along the outer periphery of the cavity; And
Cap wafer for way-level packaging including; solder balls formed at predetermined intervals on the wetting layer.
17. The cap wafer for way-level packaging according to claim 16, further comprising a getter formed in the cavity.
The cap wafer for way-level packaging according to claim 16, further comprising a diffusion barrier layer formed under the wetting layer.
The cap wafer for way-level packaging according to claim 16, further comprising an overflow prevention film formed along the left and right sides of the wetting layer to prevent solder reflow.
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| KR1020190062008A KR102328922B1 (en) | 2019-05-27 | 2019-05-27 | Wafer level packaging method with solderball for Cap wafer, and Cap wafer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |