KR100757695B1

KR100757695B1 - 부품 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR100757695B1
Application number: KR1020000062806A
Authority: KR
Inventors: 헤이디엘. 덴턴; 헨리지. 휴스; 토어디. 오스본; 다슈 수
Original assignee: 프리스케일 세미컨덕터, 인크.
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2007-09-13
Also published as: KR20010051226A; US20020171131A1; US6514789B2; EP1096564A1; JP4769353B2; JP2001168221A

Abstract

부품(10)은 기판(15), 캡 웨이퍼(23), 및 캡 웨이퍼(23) 위에 형성된 보호층(28)을 포함한다. 또한, 보호층(28) 및 캡 웨이퍼(23)는, 결합층(33)을 통하여 기판(15)에 결합된 캡 구조(39)를 형성한다. 개구부(47)는, 캡 웨이퍼(23)를 에칭함으로써 캡 웨이퍼(23) 내에 형성된다. 보호층(28)은, 캡 웨이퍼(23) 에칭 동안에 아래에 놓인 결합층(33) 및 기판(15)에 형성된 디바이스들(11, 12)을 보호한다.

캡 웨이퍼, 보호층, 결합층, 캡 구조, 공동, 에칭

Description

부품 및 이의 제조 방법{Component and method for manufacture}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 중의 부품의 일부분의 횡단면도.

도 2는 도 1의 공정의 다음 단계에서의 부품의 횡단면도.

도 3은 도 2의 공정의 다음 단계에서의 부품의 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 부품 11, 12 : 디바이스

13, 14 : 도전성 트레이스 15 : 기판

21 : 기판의 표면 23 : 캡 웨이퍼

26 : 캡 웨이퍼의 상부면 27 : 캡 웨이퍼의 바닥면

28 : 보호층 30 : 보호층의 상부면

31 : 보호층의 바닥면 33 : 결합층

36, 37 : 공동 39 : 캡 구조

41, 42 : 마스킹층 46, 47, 48 : 개구부

기술 분야

본 발명은 일반적으로 전자 부품들에 관한 것이며, 보다 상세하게 캡 웨이퍼들을 사용한 전자 디바이스들의 보호에 관한 것이다.

발명의 배경

디바이스들의 크기로 인해, 마이크로 전자 센서들 및 집적 회로들과 같은 디바이스들은 취급, 작은 티끌들 및 습기로부터 손상받기 쉽다. 미세 가공된 디바이스들은 통상적으로, 작업 중에 그들을 보호하기 위해 격납 장치(enclosure) 내에 배치된다. 하나의 종래 부품은, 상기 환경으로부터 전자 센서를 둘러싸고 밀폐시키기 위해 반도체 기판에 결합된 캡 웨이퍼를 포함한다. 상기 기판에 캡 웨이퍼를 결합하기 전에 홀(hole)들이 캡 웨이퍼 내에 형성된다. 캡 웨이퍼 내의 홀들은 외부 회로에 센서들을 전기적으로 연결하기 위해 제공된다.

캡 웨이퍼 내의 홀들은 캡 웨이퍼의 기계 구조적 신뢰성을 약화시킬 수 있다. 이 문제에 대한 하나의 해결책은, 캡 웨이퍼의 구조적 무결성(structural integrity)이 향상되도록 캡 웨이퍼의 두께를 증가시키는 것이다. 그러나, 캡 웨이퍼의 두께를 증가시키는 것은 또한 마이크로 전자 디바이스의 크기 및 비용을 증가시킨다.

따라서, 잡업 중에 부품 내의 미세 가공된 디바이스들에 대한 보호를 제공하고, 부품의 크기 및 비용이 효율적인 것이 바람직하다. 또한, 표준 반도체 공정과 호환 가능한 부품을 제조하기 위한 방법을 갖는 것이 바람직하다.

도면의 상세한 설명

도 1은 본 발명에 따른 공정 중에 부품(10)의 일부분의 횡단면도이다. 이 실시예에서, 부품(10)은, 기판(15) 내에 형성된 디바이스들(11, 12)을 포함하는 반도체 부품이다. 부품(10)은 기판(15)의 표면(21) 상에 형성된 도전성 트레이스(trace)(13, 14)를 더 포함한다. 기판(15)은, 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함한다. 디바이스들(11, 12)은 압력 센서들 및 가속도계들과 같은 집적 회로들 또는 미세 가공된 변환기들이 될 수 있다. 기판(15) 내에 형성된 디바이스들(11, 12)이 도시되지만, 이것은 본 발명을 제한하지 않는다. 디바이스들(11, 12)은 또한 기판(15)의 표면(21) 상에서 형성될 수 있다.

도전성 트레이스들(13, 14)은, 표면(21) 상에 전기적 도전 물질층을 배치하고 포토리소그래픽(photolithographic) 및 에칭 기술들을 사용하여 이 도전 물질들을 패터닝(patterning)함으로써 형성된다. 예를 들어, 도전성 트레이스들(13, 14)은, 포토레지스트(도시되지 않음) 층으로 전기적 도전 물질을 코팅(coating)하고 (예를 들어, 포토리소그래픽 기술들을 사용하여) 제거될 전기적 도전 물질의 부분들을 노출시키고 전기적 도전 물질의 노출된 부분들을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 도전성 트레이스들(13, 14)에 적당한 도전 물질들은 구리, 알루미늄, 구리 합금들, 알루미늄 합금들 등을 포함한다.

부품(10)은 상부면(26) 및 바닥면(27)을 갖는 캡 웨이퍼(cap wafer)(23)를 포함한다. 캡 웨이퍼(23)는 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함한다. 캡 웨이퍼(23) 용의 다른 적당한 물질들은 유리, 석영, 중합체, 또는 금속을 포함한다. 캡 웨이퍼(23)에 대한 두께의 적당한 범위는 대략 50 미크론(microns)과 대략 600 미크론 사이이다.

보호층(28)은 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)에 배치되거나 성장된다. 보호층(28)은 상부면(30) 및 바닥면(31)을 가지고, 보호층(28)의 상부면(30)은 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)과 접촉한다. 보호층(28)의 두께는 대략 0.2 미크론에서 대략 2 미크론까지의 범위인 것이 바람직하다. 더불어, 캡 웨이퍼(23) 및 보호층(28)은 캡 구조(39)를 형성한다. 보호층(28)의 적당한 물질들은 산화물 및 질화물을 포함한다.

에칭 마스크들(41, 42)은 캡 웨이퍼(23)의 상부면(26)에 배치된다. 마스크들(41, 42)은 예를 들어, 캡 웨이퍼(23)의 상부면(26) 상에 알루미늄과 같은 금속층을 배치시키고, 포토리소그래픽 및 에칭 기술들을 사용하여 이 금속층을 패터닝함으로써 형성된다. 후속 에칭 단계 동안에 마스크들로서 역할을 하는 것 이외에, 마스크들(41, 42)은 또한 디바이스들(11, 12)에 대해 전기적 차폐를 제공한다. 마스크들(41, 42)은 또한 마스킹층들로 지칭되고, 각각의 디바이스들(11, 12) 위에 위치되는 것이 바람직하다.

캡 구조(39)는, 공동들(cavities)(36, 37)을 형성하기 위해 결합 물질층(33)을 사용하여 기판(15)에 결합된다. 예로서, 결합 물질(33)은 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 보호층(28)의 바닥면(31)의 일부분에 배치된 프릿 유리(frit glass)이다. 또한, 분말 유리로 지칭되는 프릿 유리는 유기 접합제 또는 용매(organic binder or solvent) 내에 확산된 유리 입자들의 혼합물이다. 스크린 프린팅 후, 프릿 유리는 유기 접합제 또는 용매를 증발시키기 위해 가열된다. 그후, 프릿 유리를 포함하는 캡 구조(39)는 기판(15)의 표면(21)과 접촉하여 배치된다. 열이 가해지고, 그후 프릿 유리는, 기판(15)에 캡 구조(39)를 결합하고 공동들(36, 37)을 제공하기 위해 에나멜을 입히거나 흘러내린다. 캡 구조(39)가 기판(15)과 결합된 후, 디바이스들(11, 12)은 공동들(36, 37) 내에 각각 밀폐된다. 결합 물질(33), 보호층(28)의 일부, 및 기판(15)의 일부는 밀폐된 공동들(36, 37)의 측벽들을 형성한다. 결합 물질(33)이 프릿 유리로 설명되지만, 이것은 본 발명을 제한하지 않는다. 결합 물질(33)은 또한 금(gold), 금속, 또는 알카리 유리(alkali glass)를 포함할 수 있다. 또한, 결합 공정의 다른 형태들이 기판(15)에 캡 구조(39)를 결합시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 양극(anodic), 공융(eutectic), 또는 열압축(thermocompression) 결합이, 기판(15)에 캡 구조(39)를 결합시키는데 사용될 수 있다.

여기서 논의된 실시예가 반도체 디바이스이지만, 이것은 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명은 생체 센서(biosensor)들을 사용하는 응용들과 같은 다른 응용들에 적용될 수 있으며, 생체 센서들은 캡 물질을 사용하여 보호된다. 이 다른 응용들에서, 기판(15)은 유리, 석영, 금속 등과 같은 다른 물질들로 구성될 수 있다. 캡 웨이퍼(23) 및 기판(15)은 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 물질들로 형성되는 것이 바람직하다.

도 2는 도 1의 공정의 다음 단계에서의 부품(10)의 횡단면도이다. 도면들에서 동일한 요소들을 표시하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다는 것이 이해되어야 한다. 도 2는 캡 웨이퍼(23)의 일부분들을 제거한 후의 부품(10)을 도시한다.

예를 들어, 테트라메틸암모늄 수산화물(tetramethylammonium hydroxide) (TMAH)과 같은 에천트(etchant)를 포함하는 습식 에칭 용액이 캡 웨이퍼(23)를 에칭하는데 이용된다. 마스크들(41, 42)로 덮여 있지 않은 캡 웨이퍼(23)의 부분들이 에칭 중 제거된다. 습식 에칭 용액은 보호층(28)에 영향을 미치지 않으며, 보호층(28)은 에칭 정지층(etch stop)으로서 작용한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 결합층(33)은, TMAH를 포함하는 습식 에칭 용액에 손상을 입을 수 있는 프릿 유리이다. 보호층(28)은, 캡 웨이퍼(23)의 에칭 동안에 결합층(33)을 보호하기 위한 에칭 정지층으로서 역할을 한다. 보호층(28)은 TMAH를 포함하는 습식 에칭 용액에 내성이 있는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 보호층(28)에 적당한 물질들은 산화물 또는 질화물을 포함한다.

도 3은 도 2의 공정 다음 단계에서의 부품(10)의 횡단면도이다. 도 3은 보호층(28)의 일부분들을 제거한 후의 부품(10)을 도시한다.

개구부들(46, 47, 48)은, 염소계 또는 불소계의 화학물을 포함한 반응 이온 에칭(Reactive Ion Etch; RIE) 또는 급속 반응 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etch; DRIE)과 같은 건식 에칭 공정을 사용하여 형성될 수도 있다. 마스크들(41, 42)의 밑에 있는 보호층(28)의 부분들은 건식 에칭 프로세스 중에 제거되지 않는다. 개구부(47)의 직경은 대략 500 미크론과 2000 미크론 사이의 범위에 있을 수 있다. 개구부(47)는 도전성 트레이스들(13, 14)에 대한 전기적인 접속을 위해 제공한다. 예를 들어, 결합 와이어(bond wire)(도시되지 않음)들은 개구부(47)를 통해 도전성 트레이스들(13, 14)에 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 도전성 트레이스들(13, 14)은 부품(10)의 다른 부분들에 디바이스들(11, 12)을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다.

앞서 논의된 바와 같이, 보호층(28)은, 화학 습식 에칭 동안에 손상을 입을 수 있는 결합층(33)을 보호하기 위해 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)에 배치된다. 대안으로, 부품(10)은 보호층(28) 없이 형성될 수 있고, 개구부들(46, 47, 48)은 단일 에칭 단계를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 만일 보호층(28)이 생략되면, 그후 캡 웨이퍼(23)는 적절한 습식 에칭 또는 건식 에칭 공정 중 어느 하나를 사용하는 단계를 포함하는 단일 에칭 단계를 사용하여 에칭될 수 있다. 보호층(28)이 부품(10)에 포함되지 않을 때, 결합층(33)은 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)의 일부분에 배치되고, 캡 웨이퍼(23)는 결합층(33)을 통해 기판(15)에 결합된다. 공동들(36, 37)은 캡 웨이퍼(23), 결합층(33), 및 기판(15)에 의해 형성된다.

공동들(36, 37)이 모든 경우에 필요한 것은 아니라는 것에 주목되어야 한다. 예를 들어, 결합층(33)이 디바이스들(11, 12)을 둘러싸거나 접촉할 수 있다.

개구부들(46, 47, 48)은 캡 구조(39) 및 기판(15)이 함께 결합된 후에 형성되기 때문에, 캡 웨이퍼(23)는 상대적으로 얇은 웨이퍼일 수 있으며, 이로써 부품(10)의 전체 두께(overall stack thickness)를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 실리콘으로 구성된 캡 웨이퍼(23)는 대략 50 미크론보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 종래 기술의 실리콘 캡 웨이퍼들은 통상적으로 375 미크론 이상의 두께를 가진다. 또한, 캡 웨이퍼(23)가 기판(15)에 결합된 후에, 개구부들(46, 47, 48)을 형성하는 것은 설계(layout) 및 부품(10)의 제조를 단순화할 수 있다.

지금까지, 부품(component) 및 부품을 제조하기 위한 방법이 제공되었다는 것을 인식하여야 한다. 본 발명은 잡업 동안 그 자신의 성분들을 보호하도록 한 부품을 제공한다. 본 발명의 방법은, CMOS 공정을 포함하는 표준 반도체 공정과 호환 가능하다. 또한, 상기 방법은 캡 웨이퍼를 갖는 부품을 제조하기 위한 공정의 단계들의 수를 감소시킨다.

본 발명은, CMOS 프로세스를 포함하는 표준 반도체 프로세스와 호환 가능하며, 캡 웨이퍼를 갖는 부품을 제조하기 위한 공정의 단계들의 수를 감소시키는 효과가 있다.

Claims

부품(component)(10)으로서:

그 위에 디바이스(11)를 갖는 기판(15);

상기 기판의 표면의 일부분 상에 배치된 결합층(33);

상기 기판 위의 캡 웨이퍼(23); 및

제 1 표면(30) 및 제 2 표면(31)을 갖는 보호층(28)을 포함하며,

상기 보호층의 상기 제 1 표면은 상기 캡 웨이퍼의 제 1 표면과 접촉하고, 상기 보호층의 상기 제 2 표면은 상기 결합층을 통해 상기 기판의 표면에 결합되고, 상기 보호층, 상기 결합층 및 상기 기판은 상기 디바이스들을 둘러싼 공동(cavity)을 형성하며,

상기 부품은 또한 상기 기판의 표면 상에 형성된 도전층(13)을 더 포함하고, 상기 캡 웨이퍼는 상기 보호층을 상기 기판에 결합한 후 상기 도전층 위에 형성되는 개구부(47)를 갖는, 부품.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 디바이스 위에 있는 상기 캡 웨이퍼의 제 2 표면의 일부분 상에 형성된 마스킹층(41)을 더 포함하는, 부품.
부품을 제조하기 위한 방법으로서:

캡 웨이퍼(23)를 제공하는 단계;

상기 캡 웨이퍼의 제 1 표면에 보호층(28)을 배치하는 단계로서, 상기 보호층(28)의 제 1 표면은 상기 캡 웨이퍼의 상기 제 1 표면에 결합되는, 상기 보호층 배치 단계;

상기 보호층의 제 2 표면(31)의 일부분에 결합층(33)을 배치하는 단계;

상기 결합층을 통해, 상기 보호층의 상기 제 2 표면을 기판(15)의 표면에 결합하는 단계; 및

상기 보호층을 상기 기판에 결합한 후, 상기 캡 웨이퍼에 개구부(47)를 형성하는 단계를 포함하는, 부품 제조 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 기판 내의 미세 가공된 디바이스(11)가 상기 결합층(33), 상기 보호층(28), 및 상기 기판(15)에 의해 형성된 공동 내에 둘러싸인, 부품 제조 방법.