KR20210076946A - Mems 패키징 구조 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
MEMS 패키징 구조 및 이의 제조 방법에 있어서, MEMS 패키징 구조는 MEMS 칩(210, 220) 및 소자 웨이퍼(100)를 포함하되, MEMS 칩(210, 220)은 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 설치되고, MEMS 칩(210, 220)은 폐쇄된 마이크로 캐비티(211, 221) 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드(212, 222)를 구비하며, 소자 웨이퍼(100)에는 제어 유닛과, 접촉 패드(212, 222) 및 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조(300)가 설치되고, 소자 웨이퍼의 제2 표면(100b)에는 상호 연결 구조(300)와 전기적으로 연결되는 재배선층(400)이 설치된다. MEMS 패키징 구조의 제조 방법은 MEMS 칩(210, 220)과 재배선층(400)을 소자 웨이퍼(100)의 양측에 설치하여, MEMS 패키징 구조의 사이즈를 축소하는데 유리하고, 또한 동일한 소자 웨이퍼에서 동일하거나 상이한 구조 및 기능을 갖는 복수의 MEMS 칩을 통합시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 분야에 관한 것으로, 특히 MEMS 패키징 구조 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
대규모 집적 회로의 개발 추세에 따라, 집적 회로의 특징 사이즈는 지속적으로 감소되고 있으며, 이에 따라 집적 회로 패키징 기술에 대한 사람들의 요구도 끊임없이 증가하고 있다. 센서 MEMS 패키징 구조 시장에서, 마이크로 전기 기계 시스템(micro-electromechanical system, MEMS) 칩은 스마트폰, 피트니스 팔찌, 프린터, 자동차, 드론 및 VR/AR 헤드마운트 기기와 같은 제품 분야에서 널리 사용된다. 일반적으로 사용되는 MEMS 칩은 압력 센서, 가속도계, 자이로스코프, MEMS 마이크, 광 센서, 촉매 센서 등이다. MEMS 칩과 기타 칩은 일반적으로 패키지 내 시스템(system in package, SIP)과 통합되어 마이크로 전기 기계 장치를 형성한다. 구체적으로, 일반적으로 하나의 웨이퍼에서 MEMS 칩이 제조되고 다른 하나의 웨이퍼에서 제어 회로가 제조된 다음 통합된다. 현재 일반적으로 사용되는 통합 방법은 주로 2가지 있는데, 하나는, MEMS 칩 웨이퍼 및 제어 회로 웨이퍼를 동일한 패키징 기판에 각각 접합시키고, 리드 와이어를 사용하여 MEMS 칩 웨이퍼 및 제어 회로 웨이퍼를 패키징 기판의 패드에 본딩함으로써 제어 회로와 MEMS 칩이 전기적으로 연결되도록 하는 것이며; 다른 하나는 MEMS 칩 웨이퍼 및 제어 회로 웨이퍼가 접합되도록 직접 제조하여, 이들에 대응되는 패드가 전기적 연결을 형성하도록 함으로써 제어 회로와 MEMS 칩이 전기적으로 연결되도록 하는 것이다.
그러나, 상기 전자의 통합 방법으로 제조된 마이크로 전자 기계 장치의 경우, 패키징 기판에 패드 영역을 남겨야 하는데, 일반적으로 사이즈가 상대적으로 커 전체 장치의 축소에 불리하다. 이밖에, 상이한 기능(또는 구조)의 MEMS 칩 제조 공법의 차이가 비교적 크므로, 동일한 웨이퍼에서 일반적으로 한 가지 기능(또는 구조)의 MEMS 칩만 제조할 수 있고, 상기 후자의 통합 방법으로는, 동일한 웨이퍼에 반도체 공법을 사용하여 다양한 기능의 MEMS 칩을 형성하기 어려우며, 기능이 상이한 MEMS 칩 웨이퍼를 여러 회 나누어 상이한 제어 웨이퍼에 통합한 후 다시 서로 연결하면 절차가 복잡하고 비용이 높으며, 또한 획득한 마이크로 전자 기계 장치 사이즈가 여전히 크다. 따라서, 종래의 MEMS 칩을 통합하는 방법과 이에 따라 획득된 MEMS 패키징 구조는 실제 응용에서 사이즈 및 기능 통합 성능에 대한 요구 사항을 여전히 충족시킬 수 없다.
MEMS 패키징 구조의 사이즈를 축소하기 위해, 본 발명은 MEMS 패키징 구조 및 이의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 목적은 MEMS 패키징 구조의 기능 통합 성능을 향상시키는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면,
폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드를 갖는 MEMS 칩; 서로 대향되는 제1 표면과 제2 표면을 구비하고, 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 접합되며, 상기 MEMS 칩에 대응되는 제어 유닛이 설치된 소자 웨이퍼; 상기 소자 웨이퍼에 위치하고, 상기 접촉 패드 및 상기 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조; 및 상기 제2 표면에 설치되며, 상기 상호 연결 구조와 전기적으로 연결되는 재배선층을 포함하는 MEMS 패키징 구조를 제공한다.
선택 가능하게, 복수의 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 접합되고, 복수의 상기 MEMS 칩은 제조 공법에 따라 동일하거나 상이한 카테고리에 속하는 것으로 구분된다.
선택 가능하게, 복수의 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 접합되고, 복수의 상기 MEMS 칩은 대응되는 마이크로 캐비티 내의 진공도에 따라 동일하거나 상이한 카테고리에 속하는 것으로 구분된다.
선택 가능하게, 복수의 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 접합되고, 복수의 상기 MEMS 칩은 자이로스코프, 가속도계, 관성 센서, 압력 센서, 변위 센서, 마이크로 액추에이터 중 적어도 하나를 포함한다.
선택 가능하게, 상기 제어 유닛은 하나 또는 복수의 MOS 트랜지스터를 포함한다.
선택 가능하게, 상기 상호 연결 구조는,
제1 전도성 플러그 및 제2 전도성 플러그를 포함하되, 상기 제1 전도성 플러그는 적어도 상기 소자 웨이퍼의 일부를 관통하여 상기 제어 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전도성 플러그는 상기 소자 웨이퍼를 관통하여 상기 접촉 패드와 전기적으로 연결되고, 상기 재배선층은 상기 제1 전도성 플러그 및 상기 제2 전도성 플러그와 모두 전기적으로 연결된다.
선택 가능하게, 상기 소자 웨이퍼에는 격리 구조가 더 설치되되, 상기 격리 구조는 인접한 MOS 트랜지스터 사이에 위치하고, 상기 제1 전도성 플러그 및 상기 제2 전도성 플러그는 모두 상기 격리 구조를 관통한다.
선택 가능하게, 상기 MEMS 패키징 구조는,
상기 제1 표면을 덮는 접합층; 및 상기 MEMS 칩 및 상기 접합층을 덮는 패키지층을 더 포함하되, 상기 MEMS 칩은 상기 접합층을 통해 상기 제1 표면에 접합된다.
선택 가능하게, 상기 접합층은 접착 재료를 포함한다.
선택 가능하게, 상기 접착 재료는 건조 필름을 포함한다.
선택 가능하게, 상기 마이크로 캐비티는 댐핑 가스로 채워지거나 진공 상태이다.
선택 가능하게, 상기 재배선층은 재배선 및 상기 재배선과 전기적으로 연결되는 용접 패드를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면,
MEMS 칩 및 상기 MEMS 칩을 제어하기 위한 소자 웨이퍼를 제공하는 단계; 상기 MEMS 칩을 상기 제1 표면에 접합시키는 단계; 상기 소자 웨이퍼에 상기 접촉 패드 및 상기 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상기 상호 연결 구조를 형성하는 단계; 및 상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측 표면에 상기 상호 연결 구조와 전기적으로 연결되는 재배선층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 MEMS 칩은 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드를 구비하고, 상기 소자 웨이퍼는 제1 표면을 구비하며, 상기 소자 웨이퍼에는 제어 유닛이 형성되는 MEMS 패키징 구조의 제조 방법을 더 제공한다.
선택 가능하게, 상기 MEMS 칩을 상기 제1 표면에 접합시키는 단계는,
접합층을 형성하는 단계; 및 상기 MEMS 칩 및 상기 접합층을 덮는 패키지층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 접합층을 사용하여 상기 MEMS 칩과 상기 제1 표면을 접합시킨다.
선택 가능하게, 상기 소자 웨이퍼에 상기 상호 연결 구조를 형성하는 단계는,
상기 소자 웨이퍼에 제1 전도성 플러그 및 제2 전도성 플러그를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 전도성 플러그는 적어도 상기 소자 웨이퍼의 일부를 관통하여 상기 제어 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전도성 플러그는 상기 소자 웨이퍼를 관통하여 상기 접촉 패드와 전기적으로 연결되고, 여기서 상기 제1 전도성 플러그 및 상기 제2 전도성 플러그의 일단은 상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측 표면에 노출된다.
선택 가능하게, 상기 소자 웨이퍼에 상기 상호 연결 구조를 형성하는 단계 이전에,
상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측으로부터 두께 방향을 따라 상기 소자 웨이퍼를 시닝하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에서 제공된 MEMS 패키징 구조는 MEMS 칩 및 소자 웨이퍼를 포함하고, 각각의 상기 MEMS 칩은 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드를 구비하며, 상기 소자 웨이퍼는 서로 대향되는 제1 표면과 제2 표면을 구비하고, 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 설치되며, 상기 소자 웨이퍼에는 상기 접촉 패드 및 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조가 설치되고, 소자 웨이퍼의 제2 표면에는 상기 상호 연결 구조와 전기적으로 연결되는 재배선층이 설치된다. 상기 MEMS 패키징 구조는 MEMS 칩과 소자 웨이퍼의 전기적 상호 연결을 구현하고, 또한 MEMS 칩 및 재배선층을 각각 소자 웨이퍼의 양측 표면에 설치하여, MEMS 패키징 구조의 사이즈를 축소하는데 유리하다. 또한, 상기 MEMS 패키징 구조는 동일하거나 상이한 기능 및 구조를 갖는 복수의 상기 MEMS 칩을 포함할 수 있으며, 이로써 사이즈를 축소하는 동시에 상기 MEMS 패키징 구조의 기능 통합 성능을 향상시키는데 유리하다.
본 발명에서 제공된 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 있어서, MEMS 칩을 소자 웨이퍼의 제1 표면에 접합시키고, 상기 소자 웨이퍼에 MEMS 칩의 접촉 패드 및 소자 웨이퍼 중 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조를 형성하며, 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측 표면에 재배선층을 형성한다. MEMS 칩 및 재배선층을 소자 웨이퍼의 양측에 각각 설치하여, MEMS 패키징 구조의 사이즈를 축소하는데 유리하다. 이밖에, 동일하거나 상이한 기능 및 구조를 갖는 복수의 상기 MEMS 칩을 패키징 통합하여, 사이즈를 축소하는 동시에 상기 MEMS 패키징 구조의 기능 통합 성능을 향상키는데 유리해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에서 제공된 소자 웨이퍼 및 복수의 MEMS 칩의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 접합층을 사용하여 복수의 MEMS 칩과 소자 웨이퍼를 접합시킨 후의 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 패키징층을 형성한 후의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 베이스를 시닝한 후의 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 상호 연결 구조를 형성한 후의 단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 재배선층을 형성한 후의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 접합층을 사용하여 복수의 MEMS 칩과 소자 웨이퍼를 접합시킨 후의 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 패키징층을 형성한 후의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 베이스를 시닝한 후의 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 상호 연결 구조를 형성한 후의 단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 재배선층을 형성한 후의 단면 모식도이다.
아래에 도면과 구체적인 실시예를 결부하여 본 발명의 MEMS 패키징 구조 및 이의 제조 방법에 대해 더 상세하게 설명한다. 아래 설명에 따르면, 본 발명의 장점 및 특징은 보다 명확해질 것이다. 설명해야 할 것은, 도면은 모두 매우 간단한 형태를 사용하고 부정확한 비율을 사용하는 바, 이는 단지 본 발명의 실시예의 목적을 간편하고 명확하게 보조 설명하기 위한 것이다.
아래에서, 용어 “제1”, “제2” 등은 유사한 요소 사이에서 구분하기 위한 것일 뿐, 특정된 순서 또는 시간 순서를 설명하려는 것이 아닐 수 있다. 이해해야 할 것은, 적절한 경우, 이렇게 사용되는 이러한 용어는 교체할 수 있으며, 예를 들어 본문에서 서술한 본 발명의 실시예가 본문에서 서술하거나 도시된 다른 순서와 달리 작동될 수 있도록 한다. 유사하게, 본문에서 서술한 방법이 일련의 단계를 포함하면, 본문에서 개시된 이러한 단계의 순서가 반드시 이러한 단계가 수행될 수 있는 유일한 순서는 아니며, 일부 서술된 단계는 생략되거나 및/또는 일부 본문에서 서술되지 않은 다른 단계는 상기 방법에 추가될 수 있다. 특정 도면의 구성 요소가 다른 도면의 구성 요소와 동일한 경우, 모든 도면에서 이러한 구성 요소를 쉽게 식별할 수 있지만 도면의 설명을 보다 명확하게 하기 위해 본 명세서에서는 모든 동일한 구성 요소의 표기 부호를 각 도면에 표기하지 않을 것이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 MEMS 패키징 구조는, MEMS 칩(예를 들어, 도 6의 제1 MEMS 칩(210) 및/또는 제2 MEMS 칩(220)) 및 소자 웨이퍼(100)를 포함하되, 상기 MEMS 칩은 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드(예를 들어, 도 6에서, 제1 MEMS 칩(210)은 제1 마이크로 캐비티(211) 및 제1 접촉 패드(212)를 구비하고, 제2 MEMS 칩(220)은 제2 마이크로 캐비티(221) 및 제2 접촉 패드(222)를 구비함)를 구비하고, 상기 소자 웨이퍼(100)는 제1 표면(100a) 및 상기 제1 표면(100a)에 대향하는 제2 표면(100b)을 포함하며, 소자 웨이퍼(100)에는 상기 MEMS 칩에 대응되는 제어 유닛 및 상호 연결 구조(300)가 설치되고, 상호 연결 구조(300)는 MEMS 칩의 접촉 패드 및 소자 웨이퍼 중 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되며, 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)에는 상호 연결 구조(300)와 전기적으로 연결되는 재배선층(400)이 설치된다.
상기 MEMS 패키징 구조는 복수의 상기 MEMS 칩을 포함할 수 있고, 소자 웨이퍼(100)는 복수의 MEMS 칩을 제어하는데 사용되며, 여기서 복수의 MEMS 칩(200)을 대응되게 제어하는 복수의 제어 유닛을 설치하여, 이의 제1 표면(100a)에 접합된 복수의 MEMS 칩이 작동하도록 각각 구동한다. 소자 웨이퍼(100)는 일반적인 반도체 공법에 의해 형성될 수 있는 바, 예를 들어, 하나의 베이스(예를 들어, 실리콘 베이스)에서 상기 복수의 제어 유닛을 제조하여 소자 웨이퍼(100)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 소자 웨이퍼(100)는 베이스(101)를 포함할 수 있고, 상기 베이스(101)는 예를 들어 실리콘 베이스 또는 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 베이스 등이며, 상기 베이스(101)의 재료는 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 비소, 인듐 갈륨 또는 기타 Ⅲ, Ⅴ족 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 베이스(101)는 바람직하게 반도체 공법 처리 또는 통합을 수행하기 쉬운 베이스이다. 상기 복수의 제어 유닛은 베이스(101)를 기반으로 형성될 수 있다.
각각의 상기 제어 유닛은 하나 또는 복수의 MOS 트랜지스터를 포함할 수 있고, 인접한 MOS 트랜지스터는 소자 웨이퍼(100)(또는 베이스(101))에 설치된 격리 구조(102) 및 베이스(101)를 덮은 절연 재료에 의해 격리될 수 있으며, 상기 격리 구조(102)는 예를 들어 얕은 트랜치 격리 구조(STI) 및/또는 깊은 트랜치 격리 구조(DTI)이다. 예시로서, 제어 유닛은 그 중 하나의 MOS 트랜지스터의 소스/드레인 전극을 통해 제어 전기 신호를 출력하여 MEMS 칩을 제어한다. 본 실시예에서, 소자 웨이퍼(100)는 베이스(101)의 일측 표면에 형성된 제1 유전체층(103)을 더 포함하고, 제어 유닛의 제어 전기 신호를 출력하기 위한 하나의 소스/드레인 전극(전기 연결 단부로 사용됨)은 제1 유전체층(103)에 설치되며, 베이스(101)의 타측 표면에는 제2 유전체층(104)이 형성되고, 제1 유전체층(103) 및 제2 유전체층(104)의 재료는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥시나이트라이드 등 절연 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
편의상, 제1 유전체층(103)에서 베이스(101)로부터 멀리 떨어진 표면을 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)으로 사용하고, 제2 유전체층(104)에서 베이스(101)로부터 멀리 떨어진 표면을 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)으로 사용할 수 있다. 상기 베이스(101)는 바람직하게 얇은 베이스로서 최종 형성된 MEMS 패키징 구조의 두께를 감소시킨다.
MEMS 칩과 소자 웨이퍼(100) 중 제어 유닛의 전기적 상호 연결을 형성하기 위해, 본 실시예에서, 소자 웨이퍼(100)에 MEMS 칩의 접촉 패드 및 소자 웨이퍼(100) 중 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조(300)를 설치한다. 구체적으로, 도 6을 참조하면, 상기 상호 연결 구조(300)는 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)를 포함할 수 있고, 상기 제1 전도성 플러그(310)는 적어도 상기 소자 웨이퍼의 일부(100)를 관통하여 대응되는 상기 제어 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전도성 플러그(320)는 상기 소자 웨이퍼(100)를 관통하여 대응되는 MEMS 칩의 접촉 패드와 전기적으로 연결된다. 바람직하게는, 상기 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)는 모두 격리 구조(102)를 관통하여 소자 웨이퍼(100) 중 제어 유닛에 미치는 영향을 방지하거나 감소시킨다.
복수의 MEMS 칩은 동일하거나 상이한 기능, 용도 및 구조를 갖는 MEMS 칩으로부터 선택될 수 있고, 각각 본 기술분야의 공지된 MEMS 칩의 제조 공법을 사용하여 상이한 베이스(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)에서 자이로스코프, 가속도계, 관성 센서, 압력 센서, 변위 센서, 마이크로 액추에이터(예를 들어, 마이크로 모터, 마이크로 공진기, 마이크로 릴레이, 마이크로 광학/RF 스위치, 광학 프로젝션 디스플레이, 스마트 스킨, 마이크로 펌프/밸브)와 같은 MEMS 소자를 제조할 수 있으며, 다음 별도의 칩 결정립을 분할하여 본 실시예에서의 MEMS 칩으로 사용한다. 구체적으로 실시할 경우, 설계 및 용도의 수요에 따라, 일정한 개수 또는 다양한 MEMS 칩을 선택하여 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 설치할 수 있다. 예를 들어, 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 하나 또는 다수의 센싱 성능을 가진 MEMS 칩을 접합시킬 수 있다. 이해할 수 있는 것은, 본 실시예는 소자 웨이퍼(100) 및 이의 제1 표면(100a)에 MEMS 칩을 설치한 MEMS 패키징 구조를 포함하는 것을 중점적으로 설명하였지만, 본 실시예의 MEMS 패키징 구조가 단지 상기 부재만 포함하는 것을 의미하지 않으며, 소자 웨이퍼(100)에 다른 칩(예를 들어, 메모리 칩, 통신 칩, 프로세서 칩 등)이 설치/접합되거나, 다른 소자(예를 들어, 전력 소자, 바이폴러 소자, 저항, 커패시터 등)가 설치될 수도 있으며, 본 기술분야의 공지된 소자 및 연결 관계도 이에 포함될 수 있다. 또한, 소자 웨이퍼(100)에 접합된 MEMS 칩은 하나에 한정되지 않고, 2개 또는 3개 이상일 수 있으며, 이러한 MEMS 칩의 구조 및/또는 종류는 수요에 따라 상응하게 변화될 수도 있다.
MEMS 패키징 구조의 기능 통합 성능을 향상시키기 위해, 바람직하게는, 상기 복수의 MEMS 칩은 제조 공법에 따라 동일하거나 상이한 카테고리에 속하는 것으로 구분되고, 여기서 두 가지 MEMS 칩의 제조 공법은 완전히 동일한 것은 아니며, 다른 실시예에서, 복수의 MEMS 칩은 대응되는 마이크로 캐비티 내의 진공도에 따라 동일하거나 상이한 카테고리에 속하는 것으로 구분되고, 예를 들어, 그 중 2개의 MEMS 칩에 대응되는 마이크로 캐비티 내의 진공도의 비율은 10보다 크거나 같을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 상기 MEMS 칩은 자이로스코프, 가속도계, 관성 센서, 압력 센서, 변위 센서, 마이크로 액추에이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수요에 따라, MEMS 칩의 마이크로 캐비티는 진공 상태이거나 댐핑 가스(damping gas)로 채워질 수도 있다. 도 6의 제1 MEMS 칩(210)은 예를 들어 자이로스코프이고, 제2 MEMS 칩(220)은 예를 들어 가속도계이다.
본 실시예의 MEMS 패키징 구조는 상기 MEMS 칩(예를 들어, 제1 MEMS 칩(210) 및/또는 제2 MEMS 칩(220))과 소자 웨이퍼(100)를 접합시켜 고정하기 위한 접합층(500)을 더 포함할 수 있다. 상기 접합층(500)은 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)을 덮고, 상기 MEMS 칩은 상기 접합층(500)을 통해 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 접합된다.
접합층(500)의 재료는 산화물 또는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접합층(500)은 본딩 재료일 수 있고, 용융 본딩(fusing bonding) 또는 진공 본딩 등 방식을 통해 상기 MEMS 칩과 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)을 본딩한다. 접합층(500)은 접착 재료를 더 포함할 수 있는 바, 예를 들어 다이어태치 필름(Die Attach Film, DAF) 또는 건조 필름(dry film)을 포함하여, 접착 방식을 통해 상기 MEMS 칩과 소자 웨이퍼(100)를 접합시킨다. 건조 필름을 예로, 이는 점성을 가진 포토레지스트 필름으로서, 자외선에 의해 조사된 후 중합 반응이 발생하여 안정적인 물질을 형성하여 접착면에 부착되며, 건조 필름은 제1 표면(100a)의 일부 또는 전부를 덮을 수 있고, 전기 도금 및 에칭을 차단하는 장점을 갖는다. 제2 표면(100b) 일측에서의 간편한 상호 연결을 위해, 상기 MEMS 칩은 접촉 패드를 소자 웨이퍼(100)의 접합면을 향하는 방위로 접합시키는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)을 접합면으로 사용하며, 다른 실시예에서, 제2 표면(100b)도 접합면으로 사용될 수 있다.
본 실시예의 MEMS 패키징 구조는 소자 웨이퍼(100)에 접합된 MEMS 칩 및 상기 접합층(500)을 덮는 패키징층(501)을 포함할 수 있다. 패키징층(501)은 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a) 일측에 설치되어, 상기 MEMS 칩이 소자 웨이퍼(100)에서 보다 더 견고해지고, 상기 MEMS 칩이 외부에 의한 손상을 받는 것을 방지할 수 있도록 한다. 상기 패키징층(501)은 예를 들어 플라스틱 밀봉 재료층으로, 예를 들어 사출 성형 공법을 통해 복수의 MEMS 칩 사이의 간격을 채우고 또한 상기 복수의 MEMS 칩을 접합층(500)에 고정시킬 수 있다. 상기 패키징층(501)은 성형 과정에서 연화 또는 유동할 수 있는 재료, 즉 가소성을 갖는 재료를 사용하여 일정한 형상으로 제조할 수 있고, 상기 패키징층(501)의 재료는 또한 화학 반응이 발생하여 가교 및 경화될 수 있으며, 예시로서, 상기 패키징층(501)의 재료는 페놀알데히드(phenolic aldehyde) 수지, 요소-포름알데히드 수지, 포름알데히드 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄과 같은 열경화성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 그 중에서 에폭시 수지를 패키징층(501)의 재료로 사용하는 것이 비교적 바람직하며, 에폭시 수지는 충진재를 포함할 수 있고, 다양한 첨가제(예를 들어, 경화제, 개질제, 이형제, 감온 변색제, 난연제 등)를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어 페놀알데히드 수지를 경화제로 사용하고, 고체 입자(예를 들어, 마이크로실리카) 등을 충진재로 사용한다.
본 실시예의 MEMS 패키징 구조는 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)에 설치된 재배선층(400)을 더 포함하고, 재배선층(400)은 전도성 재료를 사용하여 상기 상호 연결 구조(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 재배선층(400)은 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)의 일부를 덮음으로써 상호 연결 구조(300)와 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 재배선층(400)은 재배선 및 상기 재배선과 전기적으로 연결되는 용접 패드(I/O pad)(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 용접 패드는 다른 외부 신호 또는 장치와 연결되어 상기 재배선에 의해 전송된 전기 신호를 처리하거나 제어하는데 사용된다.
상기 MEMS 패키징 구조는 MEMS 칩과 소자 웨이퍼(100)를 통합하고, 재배선층(400)을 접합 방향에 대향하는 타측에 설치함으로써 전체 MEMS 패키징 구조의 사이즈를 축소하는데 유리하다. 또한, 재배선층(400)은 재배선 및 상기 재배선과 전기적으로 연결되는 용접 패드를 포함할 수 있고, 용접 패드를 제2 표면(100b)에 설치함으로써 MEMS 패키징 구조의 사이즈를 감소시키는데 유리하다. 또한, 동일한 소자 웨이퍼(100)에 복수의 MEMS 칩을 통합할 수 있고, 복수의 MEMS 칩은 동일하거나 상이한 기능(용도) 및 구조에 대응되어 MEMS 패키징 구조의 기능 통합 성능을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 실시예는 상기 MEMS 패키징 구조를 제조하는데 사용될 수 있는 MEMS 패키징 구조의 제조 방법을 더 포함한다. 상기 MEMS 패키징 구조의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.
제1 단계에서, MEMS 칩, 상기 MEMS 칩을 제어하기 위한 소자 웨이퍼를 제공하되, 상기 MEMS 칩은 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드를 구비하고, 상기 소자 웨이퍼는 제1 표면을 구비하며, 상기 소자 웨이퍼에는 제어 유닛이 형성된다.
제2 단계에서, 상기 MEMS 칩을 상기 제1 표면에 접합시킨다.
제3 단계에서, 상기 소자 웨이퍼에 상기 접촉 패드 및 상기 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상기 상호 연결 구조를 형성한다.
제4 단계에서, 상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측 표면에 상기 상호 연결 구조와 전기적으로 연결되는 재배선층을 형성한다.
아래에 도 1 내지 도 6을 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에서 제공된 소자 웨이퍼 및 복수의 MEMS 칩의 단면 모식도이다. 도 1을 참조하면, 우선 MEMS 칩 및 상기 MEMS 칩을 제어하기 위한 소자 웨이퍼(100)를 제공하는 제1 단계를 수행하되, 상기 MEMS 칩은 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드를 구비하고, 상기 소자 웨이퍼(100)는 제1 표면(100a)을 구비하며, 상기 소자 웨이퍼(100)에 제어 유닛이 형성된다. 본 실시예에서, 동일한 소자 웨이퍼(100)에 통합될 MEMS 칩은 하나 이상일 수 있고, 대응되는 소자 웨이퍼(100) 중 제어 유닛도 하나 이상일 수 있다. 상기 소자 웨이퍼(100)는 일반적으로 평판 형상이고, 복수의 제어 유닛은 소자 웨이퍼(100)에 병렬로 배열될 수 있다.
본 실시예의 소자 웨이퍼(100)는 베이스(101)를 포함할 수 있고, 상기 베이스(101)는 예를 들어 실리콘 베이스 또는 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 베이스 등이다. 후속에 복수의 MEMS 칩을 용이하게 제어하기 위해 성숙된 반도체 제조 과정을 사용할 수 있고, 베이스(101)를 기반으로 복수의 제어 유닛을 형성한다. 각각의 상기 제어 유닛은 하나의 CMOS 제어 회로 세트일 수 있고, 예를 들어 각각의 제어 유닛은 하나 또는 복수의 MOS 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 인접한 MOS 트랜지스터는 베이스(101)(또는 소자 웨이퍼(100))에 설치된 격리 구조(102) 및 베이스(101)에 덮여있는 절연 재료를 통해 격리될 수 있고, 상기 격리 구조(102)는 예를 들어 얕은 트랜치 격리 구조(STI) 및/또는 깊은 트랜치 격리 구조(DTI)이다. 소자 웨이퍼(100)는 베이스(101)의 일측 표면에 형성된 제1 유전체층(103)을 더 포함할 수 있고, 각각의 제어 유닛의 제어 전기 신호를 출력하기 위한 연결 단부는 제1 유전체층(103)에 설치될 수 있으며, 편의상, 제1 유전체층(103)에서 상기 베이스(101)로부터 멀리 떨어진 표면을 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)으로 사용할 수 있다. 소자 웨이퍼(100)는 본 기술분야에서 개시된 방법으로 제조될 수 있다.
복수의 MEMS 칩은 동일하거나 상이한 기능, 용도 및 구조를 갖는 MEMS 칩으로부터 선택될 수 있고, 본 실시예에서, MEMS 패키징 구조가 다양한 용도 또는 기능을 구비하도록 하기 위해, 통합될 복수의 MEMS 칩은 2가지 또는 2가지 이상의 카테고리로부터 선택되는 것이 바람직하며, 예를 들어 복수의 MEMS 칩은 자이로스코프, 가속도계, 관성 센서, 압력 센서, 유량 센서, 변위 센서 및 마이크로 액추에이터 중 적어도 2가지로부터 선택될 수 있거나, 전기장 센서, 전기장 강도 센서, 전류 센서, 자속 센서 및 자기장 강도 센서 중 적어도 2가지로부터 선택될 수 있다. 본 실시예에서, 각각의 MEMS 칩은 별도의 칩(또는 결정립)일 수 있고, 센싱 부재로 사용되는 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호(MEMS 칩이 작동하도록 제어함)를 연결하기 위한 접촉 패드를 구비한다. MEMS 칩의 마이크로 캐비티는 높은 진공 또는 낮은 진공의 환경일 수 있거나 댐핑 가스(damping gas)로 채워질 수도 있다.
도 1을 참조하면, 예시로서, 복수의 MEMS 칩은 제1 MEMS 칩(210) 및 제2 MEMS 칩(220)을 포함하되, 상기 제1 MEMS 칩(210)은 예를 들어 자이로스코프이고, 상기 제2 MEMS 칩(220)은 예를 들어 가속도계이다. 이해할 수 있는 것은, 도 1에 2개의 MEMS 칩이 도시되었지만, 본 실시예의 MEMS 패키징 구조는 하나 또는 2개 이상의 MEMS 칩을 포함한 경우에 적용될 수도 있다.
구체적으로, 제1 MEMS 칩(210)은 센싱 부재로 사용되는 제1 마이크로 캐비티(211) 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 제1 접촉 패드(212)를 포함하고, 제2 MEMS 칩(220)은 센싱 부재로 사용되는 제2 마이크로 캐비티(221) 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 제2 접촉 패드(222)를 포함한다. 제1 접촉 패드(212) 및 제2 접촉 패드(222)는 대응되는 MEMS 칩 표면에 의해 노출된다. MEMS 칩의 제조 방법은 본 기술분야의 개시된 방법으로 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 접합층을 사용하여 상기 복수의 MEMS 칩과 상기 소자 웨이퍼를 접합시킨 후의 단면 모식도이다. 도 2를 참조하면, 상기 MEMS 칩을 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 접합시키는 제2 단계를 수행한다. 복수의 MEMS 칩이면 복수의 MEMS 칩은 상기 제1 표면(100a)에서 병렬로 배열된다.
구체적으로, 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 접합층(500)을 형성하여, 상기 접합층(500)을 사용하여 상기 MEMS 칩과 상기 제1 표면(100a)을 접합시킬 수 있다. 본 실시예에서, 접합층(500)은 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)을 덮는다.
일 실시형태에서, 용융 본딩, 진공 본딩 방법과 같은 본딩 방식을 사용하여 소자 웨이퍼(100)가 상기 복수의 MEMS 칩과 본딩될 수 있도록 하며, 여기서 상기 접합층(500)의 재료는 본딩 재료(예를 들어, 실리콘 산화물)이고; 다른 실시형태에서, 접합 및 광(또는 열) 경화의 방식을 사용하여 소자 웨이퍼(100)와 상기 MEMS 칩이 접착될 수 있도록 하며, 여기서 상기 접합층(500)은 접착 재료를 포함할 수 있고, 구체적으로 다이어태치 필름 또는 건조 필름을 선택할 수 있다. 복수의 MEMS 칩은 하나씩 접합될 수 있고, 일부 또는 전부가 먼저 하나의 캐리어판(carrier plate)에 부착된 다음 여러 회로 나누어 또는 동시에 소자 웨이퍼(100)와 접합될 수도 있다. 소자 웨이퍼(100)에서 접합면으로부터 멀리 떨어진 일측에서 상호 연결 및 재배선을 용이하게 수행하기 위해, 복수의 MEMS 칩은 접촉 패드를 소자 웨이퍼(100)의 접합면(본 실시예에서 예를 들어 제1 표면(100a))을 향하는 방위로 접합시키는 것이 바람직하다.
소자 웨이퍼(100)에 접합된 MEMS 칩이 외부 요인(예를 들어, 수증기, 산소, 충돌, 식각, 전기 도금 등)의 영향을 받는 것을 방지하고, MEMS 칩이 보다 견고해지도록 하기 위해, 본 실시예의 MEMS 패키징 구조의 제조 방법은 제3 단계를 수행하기 이전에, 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a) 일측에 패키징층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 패키징층을 형성한 후의 단면 모식도이다. 도 3을 참조하면, 접합층(500)을 통해 MEMS 칩을 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 접합시킨 후, 또한 소자 웨이퍼(100)에 패키징층(501)을 형성하였다. 상기 패키징층(501)은 제1 표면(100a)의 MEMS 칩 및 접합층(500)을 덮는다. 패키징층(501)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥시나이트라이드 등과 같은 무기 절연 재료를 포함할 수 있고, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리페닐렌옥시드(Polyphenylene oxide), 폴리아미드(polyamide), 폴리에테르이미드(Polyetherimide), 메타그릴산 수지 또는 시클로폴리올레핀(cyclopolyolefin) 수지 등과 같은 열가소성 수지를 포함할 수도 있으며, 에폭시 수지, 페놀알데히드 수지, 요소-포름알데히드 수지, 포름알데히드 수지, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 비닐에스테르 수지, 이미드 수지, 요소 수지 또는 멜라민 수지 등과 같은 열경화성 수지를 포함할 수도 있고, 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile) 등과 같은 유기 절연 재료를 포함할 수도 있다. 패키징층(501)은 예를 들어 화학 기상 증착 공법 또는 사출 성형 공법에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 패키징층(501)의 제조 과정에서, 패키징층(501)의 상단 표면이 평탄하도록(예를 들어, 제1 표면(100a)에 평행됨) 하여, 후속에 상호 연결 구조 및 재배선층을 형성하는 과정에서 패키징층(501)을 지지면으로 사용하기 위해 소자 웨이퍼(100)에서 상기 접합층(500)이 형성된 일측에서 평탄화 처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 소자 웨이퍼를 시닝한 후의 단면 모식도이다. MEMS 패키징 구조의 사이즈를 감소시키기 위해, 제3 단계를 수행하기 이전에, 본 실시예의 MEMS 패키징 구조의 제조 방법은, 소자 웨이퍼(100)에서 제1 표면(100a)에 대향하는 일측으로부터 두께 방향을 따라 소자 웨이퍼(100)를 시닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
백 그라인딩 공법, 습식 에칭 공법 또는 수소 이온 주입 등 공법을 사용하여 소자 웨이퍼(100)를 시닝할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 표면(100a)에 대향하는 일측으로부터 베이스(101)를 시닝할 수 있고, 베이스(101) 시닝 위치는 베이스(101)에서 격리 구조(102)의 바닥부와 같은 높이일 수 있다.
시닝된 표면을 최적화하고, 후속에 형성되는 재배선층의 부착력을 향상시키며 표면 결함을 감소시키기 위해, 베이스(101)를 시닝한 후, 소자 웨이퍼(100)의 시닝된 표면에 유전체 재료를 증착시켜, 도 4에 도시된 제2 유전체층(104)을 형성할 수 있으며, 제2 유전체층(104)은 소자 웨이퍼(100)의 시닝된 표면을 덮는다. 편의상, 아래에 제2 유전체층(104)에서 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)으로부터 멀리 떨어진 일측 표면을 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)으로 사용한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 상호 연결 구조를 형성한 후의 단면 모식도이다. 도 5를 참조하면, 상기 소자 웨이퍼(100)에 상기 접촉 패드 및 상기 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조(300)를 형성하는 제3 단계를 계속하여 수행한다. 이해할 수 있는 것은, 상기 단계와의 연관성을 반영하기 위해, 소자 웨이퍼(100)는 플립 후 방위로 표시되지 않지만, 본 실시예에서 제3 단계 및 제4 단계를 수행하는 공법에서도 패키징층(501)에서 제1 표면(100a)으로부터 멀리 떨어진 일측 표면을 지지면으로 사용할 수 있고, 소자 웨이퍼(100)를 플립한 후 수행한다.
상호 연결 구조(300)는 소자 웨이퍼(100)에 형성된 하나 이상의 전기 접촉, 전기 연결 부재 및 이들을 연결하는 것 중 어느 2개의 전기 연결선을 포함할 수 있고, 본 실시예에서, 상호 연결 구조(300)는 상기 소자 웨이퍼(100)에 형성된 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)를 포함한다. 복수의 MEMS 칩을 통합할 경우, 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)는 복수 개일 수 있다. 각각의 상기 제1 전도성 플러그(310)는 적어도 상기 소자 웨이퍼의 일부(100)를 관통하여 대응되는 상기 제어 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전도성 플러그(320)는 상기 소자 웨이퍼(100)를 관통하여 대응되는 MEMS 칩의 접촉 패드와 전기적으로 연결되고, 여기서 상기 복수의 제1 전도성 플러그(310) 및 상기 복수의 제2 전도성 플러그(320)의 일단은 상기 소자 웨이퍼(100)에서 상기 제1 표면(100a)에 대향하는 일측 표면(도 5의 제2 표면(100b))에 의해 노출된다. 이로써, 상호 연결 구조(300)는 복수의 MEMS 칩의 접촉 패드 및 소자 웨이퍼(100) 중 복수의 제어 유닛과 전기적 연결을 형성하며, 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)에서의 전기 접촉을 구비한다.
제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)는 본 기술분야의 개시된 방법으로 형성될 수 있다. 예시로서, 하기와 같은 과정을 포함할 수 있다. 우선, 소자 웨이퍼(100)에 포토마스크 및 에칭 공법을 사용하여 제1 통공 및 제2 통공을 형성하고, 구체적으로 상기 제1 통공이 소자 웨이퍼(100)의 일부를 관통하여 제2 표면(100b)의 일측으로부터 각각의 제어 유닛의 전기적 연결 단부를 노출시키며, 상기 제2 통공이 소자 웨이퍼(100) 및 접합층(500)을 관통하여 제2 표면(100b) 일측으로부터 대응되는 MEMS 칩의 접촉 패드를 노출시키도록 하고, 상기 제1 통공 및 제2 통공을 형성할 경우, 바람직하게는 소자 웨이퍼(100)의 격리 구조(102) 영역으로부터 관통되어 제어 유닛에 미치는 영향을 감소시키거나 방지하며; 다음, 상기 제1 통공 및 제2 통공에 전도성 재료를 충진하여 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)를 각각 형성하고, 전도성 재료는 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD) 또는 전기 도금과 같은 본 기술분야에서 개시된 방법으로 충진될 수 있으며, 상기 전도성 재료는 코발트, 몰리브덴, 알루미늄, 구리 및 텅스텐 등과 같은 원소를 함유한 금속 또는 합금을 선택할 수 있고, 상기 전도성 재료는 또한 금속 실리사이드(예를 들어, 티타늄 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드 등), 금속 질화물(예를 들어, 티타늄 질화물) 또는 도핑된 폴리실리콘 등을 선택할 수 있다. 그러나, 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)를 형성하는 단계는 상기 방법에 한정되지 않으며, 예를 들어 다른 실시예에서, 제1 통공을 형성하여 전도성 재료로 충진함으로써 제1 전도성 플러그(310)를 획득한 후, 다시 제2 통공을 형성하여 전도성 재료로 충진함으로써 제2 전도성 플러그(320)를 획득할 수도 있다. 이밖에, 상기 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)를 형성한 후, CMP 공법을 사용하여 제2 표면(100b)을 덮은 전도성 재료를 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 패키징 구조의 제조 방법에 따라 재배선층을 형성한 후의 단면 모식도이다. 도 6을 참조하면, 상기 소자 웨이퍼(100)에서 상기 제1 표면(100a)에 대향하는 일측 표면(본 실시예에서 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)임)에 재배선층(400)을 형성하는 제4 단계를 계속하여 수행하며, 상기 재배선층(400)은 상기 상호 연결 구조(300)와 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 상기 재배선층(400)은 상기 제2 유전체층(104)을 덮고, 상기 제1 전도성 플러그(310) 및 제2 전도성 플러그(320)와 접촉함으로써 상호 연결 구조(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 재배선층(400)의 형성 과정은 예를 들어 먼저 소자 웨이퍼(100)의 제2 표면(100b)에 금속층을 증착시키되, 금속층은 물리 기상 증착(PVD) 공법, 원자층 증착(ALD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 공법으로 형성될 수 있으며, 다음 패턴화 처리를 수행하여 재배선층(400)을 형성한다. 재배선층(400)은 제1 전도성 플러그(310) 또는 제2 전도성 플러그(320)와 동일한 재료를 사용할 수 있다.
상기 재배선층(400)은 또한 재배선 및 상기 재배선과 전기적으로 연결되는 용접 패드를 포함할 수 있고, 재배선은 상호 연결 구조(300)와의 전기적 연결을 통해 MEMS 칩 및 소자 웨이퍼(100)의 전기가 소자 웨이퍼에서 MEMS 칩으로부터 멀리 떨어진 일측으로 유도되도록 한다. 상기 재배선과 전기적으로 연결된 용접 패드는 재배선층(400)과 다른 외부 신호 또는 장치와의 연결에 사용되어 재배선에 의해 전송된 전기 신호에 대해 처리하거나 제어할 수 있도록 한다.
본 실시예의 MEMS 패키징 구조의 형성 방법에 있어서, MEMS 칩을 소자 웨이퍼(100)의 제1 표면(100a)에 접합시키고, 상기 소자 웨이퍼(100)에 MEMS 칩의 접촉 패드 및 소자 웨이퍼(100) 중 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조(300)를 형성하며, 소자 웨이퍼(100)에서 상기 제1 표면(100a)에 대향하는 일측 표면에 재배선층(400)을 형성한다. MEMS 칩 및 재배선층(400)을 소자 웨이퍼(100)의 양측에 각각 설치하여, MEMS 패키징 구조의 사이즈를 축소시키는데 유리하다. 이밖에, 동일하거나 상이한 기능(또는 용도) 및 구조를 갖는 복수의 상기 MEMS 칩과 동일한 소자 웨이퍼를 패키징 통합하여, 실제 응용에서 MEMS 칩을 포함한 MEMS 패키징 구조의 통합도, 휴대성 및 고성능의 요구를 충족시키는데 유리해질 수 있다.
상기 설명은 단지 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 대한 설명일 뿐, 본 발명의 청구보호범위에 대한 어떠한 한정도 아니며, 본 기술분야의 통상의 기술을 가진 자라면, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 모두 상기 개시된 방법과 기술 내용을 사용하여 본 발명의 기술적 해결수단에 대해 가능한 변경 및 수정을 진행할 수 있고, 따라서 본 발명의 기술적 해결수단의 내용을 벗어나지 않고, 본 발명의 기술적 본질에 따라 이상 실시예에 대해 진행한 임의의 간단한 수정, 등가 변화 및 수식은 모두 본 발명의 기술적 해결수단의 보호 범위에 속한다.
100: 소자 웨이퍼;
100a: 제1 표면;
100b: 제2 표면;
101: 베이스;
102: 격리 구조;
103: 제1 유전체층;
104: 제2 유전체층;
210: 제1 MEMS 칩;
211: 제1 마이크로 캐비티;
212: 제1 접촉 패드;
220: 제2 MEMS 칩;
221: 제2 마이크로 캐비티;
222: 제2 접촉 패드;
300: 상호 연결 구조;
310: 제1 전도성 플러그;
320: 제2 전도성 플러그;
400: 재배선층;
500: 접합층;
501: 패키징층.
100a: 제1 표면;
100b: 제2 표면;
101: 베이스;
102: 격리 구조;
103: 제1 유전체층;
104: 제2 유전체층;
210: 제1 MEMS 칩;
211: 제1 마이크로 캐비티;
212: 제1 접촉 패드;
220: 제2 MEMS 칩;
221: 제2 마이크로 캐비티;
222: 제2 접촉 패드;
300: 상호 연결 구조;
310: 제1 전도성 플러그;
320: 제2 전도성 플러그;
400: 재배선층;
500: 접합층;
501: 패키징층.
Claims (16)
- MEMS 패키징 구조로서,
폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 접촉 패드를 갖는 MEMS 칩;
서로 대향되는 제1 표면과 제2 표면을 구비하고, 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 접합되며, 상기 MEMS 칩에 대응되는 제어 유닛이 설치되는 소자 웨이퍼;
상기 소자 웨이퍼에 위치하고, 상기 접촉 패드 및 상기 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조; 및
상기 제2 표면에 설치되며, 상기 상호 연결 구조와 전기적으로 연결되는 재배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
복수의 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 설치되고, 복수의 상기 MEMS 칩은 제조 공법에 따라 동일하거나 상이한 카테고리에 속하는 것으로 구분되는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
복수의 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 설치되고, 복수의 상기 MEMS 칩은 대응되는 마이크로 캐비티 내의 진공도에 따라 동일하거나 상이한 카테고리에 속하는 것으로 구분되는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
복수의 상기 MEMS 칩은 상기 제1 표면에 설치되고, 복수의 상기 MEMS 칩은 자이로스코프, 가속도계, 관성 센서, 압력 센서, 변위 센서 및 마이크로 액추에이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은 하나 또는 복수의 MOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제5항에 있어서,
상기 상호 연결 구조는,
제1 전도성 플러그 및 제2 전도성 플러그를 포함하되, 상기 제1 전도성 플러그는 적어도 상기 소자 웨이퍼의 일부를 관통하여 상기 제어 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전도성 플러그는 상기 소자 웨이퍼를 관통하여 상기 접촉 패드와 전기적으로 연결되고, 상기 재배선층은 상기 제1 전도성 플러그 및 상기 제2 전도성 플러그와 모두 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제6항에 있어서,
상기 소자 웨이퍼에는 격리 구조가 더 설치되되, 상기 격리 구조는 인접한 MOS 트랜지스터 사이에 위치하고, 상기 제1 전도성 플러그 및 상기 제2 전도성 플러그는 모두 상기 격리 구조를 관통하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
상기 제1 표면을 덮는 접합층; 및
상기 MEMS 칩 및 상기 접합층을 덮는 패키지층을 더 포함하되,
상기 MEMS 칩은 상기 접합층을 통해 상기 제1 표면에 접합되는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제8항에 있어서,
상기 접합층은 접착 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제9항에 있어서,
상기 접착 재료는 건조 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로 캐비티는 댐핑 가스로 채워지거나 진공 상태인 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - 제1항에 있어서,
상기 재배선층은 재배선 및 상기 재배선과 전기적으로 연결되는 용접 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조. - MEMS 패키징 구조의 제조 방법으로서,
MEMS 칩 및 상기 MEMS 칩을 제어하기 위한 소자 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기 MEMS 칩을 상기 소자 웨이퍼에 구비되는 제1 표면에 접합시키는 단계;
상기 소자 웨이퍼에 접촉 패드 및 제어 유닛과 모두 전기적으로 연결되는 상호 연결 구조를 형성하는 단계; 및
상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측 표면에 상기 상호 연결 구조와 전기적으로 연결되는 재배선층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 MEMS 칩은 폐쇄된 마이크로 캐비티 및 외부 전기 신호를 연결하기 위한 상기 접촉 패드를 구비하고, 상기 소자 웨이퍼에는 상기 제어 유닛이 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 MEMS 칩을 상기 제1 표면에 접합시키는 단계는,
접합층을 형성하는 단계; 및
상기 MEMS 칩 및 상기 접합층을 덮는 패키지층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 접합층을 사용하여 상기 MEMS 칩과 상기 제1 표면을 접합시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 소자 웨이퍼에 상기 상호 연결 구조를 형성하는 단계는,
상기 소자 웨이퍼에 제1 전도성 플러그 및 제2 전도성 플러그를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전도성 플러그는 적어도 상기 소자 웨이퍼의 일부를 관통하여 상기 제어 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 전도성 플러그는 상기 소자 웨이퍼를 관통하여 상기 접촉 패드와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전도성 플러그 및 상기 제2 전도성 플러그의 일단은 상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 소자 웨이퍼에 상기 상호 연결 구조를 형성하는 단계 이전에,
상기 소자 웨이퍼에서 상기 제1 표면에 대향하는 일측으로부터 두께 방향을 따라 상기 소자 웨이퍼를 시닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 패키징 구조의 제조 방법.
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