JP5578803B2 - ウェハパッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハパッケージおよびその製造方法に関し、特にキャップウェハを備えたウェハパッケージおよびその製造方法に関するものである。

半導体デバイスを気密封止するためのキャップウェハを備えたウェハパッケージが提案されている。たとえば、特開２００１−６８５８０号公報によれば、半導体のウェハパッケージの製造方法が提案されている。この半導体のウェハパッケージでは、マイクロデバイスがベースウェハ上のボンディングパッドに接続されている。ベースウェハ上の周縁パッドがボンディングパッドおよびマイクロデバイスを取り囲んでいる。キャップウェハにガスケットが形成されている。キャップウェハに形成されたガスケットがベースウェハの周縁パッドおよびボンディングパッドにボンディングされている。

これにより、ベースウェハとキャップウェハとの間に気密封止容量が形成されている。気密封止容量にマイクロデバイスが気密封止されている。また、キャップウェハは、スルーホールを有している。スルーホールは、キャップウェハの下面にウェルが形成され、キャップウェハが上面よりウェルに達するまで薄く削られることによって形成される。スルーホールを通してボンディングワイヤがボンディングパッドにボンディングされてマイクロデバイスへの電気接続が作られている。

特開２００１−６８５８０号公報

しかし、この公報のウェハパッケージでは、上面よりウェルに達するまでキャップウェハが薄く削られることによってスルーホール（穴）が形成されている。これにより、この穴の上面におけるエッジ部分は略直角に構成されるので鋭利な形状に形成されている。そのため、配線取り出し用のワイヤ配線がこの穴のエッジ部分と擦れることによってワイヤ配線が切れ易いという問題点がある。また、この穴の径が小さいためワイヤボンディングの作業性が悪いという問題点がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ワイヤ配線の断線を抑制することができるウェハパッケージおよびその製造方法を提供することである。

本発明のウェハパッケージは、表面に複数のボンディングパッドを有する基板と、基板と対向する面にキャビティを有し、基板上に接着され、かつ複数のボンディングパッドの各々の少なくとも一部に達し、複数のボンディングパッドの各々にそれぞれ１個ずつ達する複数の穴と、基板と反対側の面から複数の穴に連通する溝とを有するキャップウェハと、キャビティ内に収容されたマイクロデバイスと、ボンディングパッドとキャップウェハとを接着する封止部材とを備えている。溝は、基板と反対側の面から穴に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有している。封止部材がボンディングパッドとキャップウェハとを接着することで基板とキャップウェハとがマイクロデバイスを気密封止している。

本発明のウェハパッケージの製造方法は、表面に複数のボンディングパッドと、ボンディングパッド上に配置されたマイクロデバイスとを有する基板を準備する工程と、基板と対向する面にキャビティを有し、複数のボンディングパッドの各々の少なくとも一部に達し、複数のボンディングパッドの各々にそれぞれ１個ずつ達する複数の穴を有するキャップウェハを、キャビティ内にマイクロデバイスを収容するようにボンディングパッドに封止部材で接着することにより、マイクロデバイスを気密封止するように基板上にキャップウェハを接着する工程と、キャップウェハの基板と反対側の面から複数の穴に連通する溝であって、基板と反対側の面から穴に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有している溝を形成する工程と、穴および溝を経由してボンディングパッドに配線を接続する工程とを備えている。

本発明によれば、キャップウェハの溝が基板と反対側の面から穴に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有しているため、溝とキャップウェハの基板と反対側の面との成す角度が鈍角となるので、ワイヤ配線の断線を抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージを概略的に示す斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージの製造方法を概略的に示す断面図であって、ベースウェハ上にボンディングパッド、周縁パッドおよびマイクロデバイスを設ける工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージの製造方法を概略的に示す断面図であって、キャップウェハ上に酸化膜を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージの製造方法を概略的に示す断面図であって、キャップウェハにキャビティおよび穴を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージの製造方法を概略的に示す断面図であって、キャップウェハ上に封止部材を設ける工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージの製造方法を概略的に示す断面図であって、ベースウェハとキャップウェハとを接合する工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるウェハパッケージの製造方法を概略的に示す断面図であって、キャップウェハに溝を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるウェハパッケージを概略的に示す斜視図である。 図９におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１のウェハパッケージの構成について説明する。

図１および図２を参照して、本実施の形態のウェハパッケージ１は、基板２と、マイクロデバイス１３と、キャップウェハ２０とを主に有している。なお、図１は、ウェハパッケージ１の内部構成を示すため、キャップウェハ２０の一部を破断した図である。

基板２は、ベースウェハ１０と、ボンディングパッド１１と、周縁パッド１２とを有しており、ボンディングパッド１１および周縁パッド１２は基板２の表面に位置するようにベースウェハ１０上に形成されている。ボンディングパッド１１は平面視においてベースウェハ１０の中央部に配置されており、周縁パッド１２はボンディングパッド１１の周囲を取り囲むように配置されている。

マイクロデバイス１３はボンディングパッド１１と電気的に接続するようにベースウェハ１０上に形成されている。キャップウェハ２０は、マイクロデバイス１３を気密封止するように封止部材１４、１５により基板２上に接着されている。キャップウェハ２０は、基板２と対向する面にキャビティ２１を有しており、このキャビティ２１内にマイクロデバイス１３が収容されている。

封止部材１４は、ボンディングパッド１１とキャップウェハ２０とを接着しており、ボンディングパッド１１の少なくとも一部に達するように形成された穴２２からの通気を防ぐことにより気密性を保持している。封止部材１５は、周縁パッド１２とキャップウェハ２０とを接着しており、周縁パッド１２の周囲の気密性を保持している。

キャップウェハ２０は、基板２と対向する面に形成された穴２２を有しており、基板２と反対側の面２０ａに形成された溝３１を有している。穴２２は、ボンディングパッド１１の少なくとも一部に達するようにキャップウェハ２０に形成されており、深さ方向（キャップウェハ２０の厚さ方向）にほぼ一定の径を有している。溝３１は穴２２に連通するようにキャップウェハ２０に形成されており、かつ基板２と反対側の面２０ａから穴２２に達するまで深さ方向に幅が狭くなるように断面においてテーパ形状を有している。穴２２と溝３１とが連通することにより、ボンディングパッド１１の一部表面がキャップウェハ２０から露出している。

キャップウェハ２０から露出したボンディングパッド１１の一部表面にワイヤ配線４０がボンディングされている。これにより、ワイヤ配線４０はボンディングパッド１１を介してマイクロデバイス１３と電気的に接続されている。

ベースウェハ１０は、たとえば単結晶シリコンからなっている。ボンディングパッド１１および周縁パッド１２は、アルミニウム、金などの金属材料からなっている。マイクロデバイス１３は、たとえば機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路を集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などのデバイスである。

次に、本実施の形態のウェハパッケージの製造方法について説明する。
まず、図３を参照して、ベースウェハ１０上にボンディングパッド１１、周縁パッド１２およびマイクロデバイス１３を設ける工程について説明する。ベースウェハ１０上にボンディングパッド１１および周縁パッド１２が形成された基板２が準備される。ボンディングパッド１１および周縁パッド１２は、アルミニウム、金などの金属材料の蒸着、スパッタリングなどで形成される。ボンディングパッド１１および周縁パッド１２は、一括して形成されてもよい。マイクロデバイス１３は、その一部がボンディングパッド１１の上に配置されるように設けられる。

次に、図４〜６を参照して、キャップウェハ２０にキャビティ２１、穴２２が形成され、封止部材１４、１５が設けられる工程について説明する。

図４に示すように、キャップウェハ２０上に酸化膜２３が形成される。酸化膜２３は、キャップウェハ２０をエッチングする際のマスクとなる。酸化膜２３は、たとえばＳｉＯ２（酸化シリコン）などである。

続いて、図５に示すように、キャップウェハ２０にキャビティ２１および穴２２が形成される。酸化膜２３でマスクされなかった部分のキャップウェハ２０がエッチングされる。これにより、キャビティ２１および穴２２が形成される。キャビティ２１は、ベースウェハ１０とキャップウェハ２０とが接着された際に、ベースウェハ１０上に設けられたマイクロデバイス１３を覆う深さおよび位置に形成される。穴２２は、ボンディングパッド１１の少なくとも一部に達する深さに形成される。穴２２は、ボンディングパッド１１を覆う位置に形成される。キャビティ２１および穴２２が形成された後、酸化膜２３が除去される。

続いて、図６に示すように、キャップウェハ２０上に封止部材１４、１５が設けられる。酸化膜２３が除去された部分に気密封止用の封止部材１４、１５が設けられる。封止部材１４、１５としては、たとえばフリットガラス等が用いられる。

次に、図７を参照して、ベースウェハ１０とキャップウェハ２０とを接合する工程について説明する。キャップウェハ２０のキャビティ２１の形成された面と、ベースウェハ１０のマイクロデバイス１３が設けられた面とが対向して位置合わせされる。そして、封止部材１４が溶融されることによって、ボンディングパッド１１とキャップウェハ２０とが接着される。封止部材１５が溶融されることによって、周縁パッド１２とキャップウェハ２０とが接着される。これにより、ベースウェハ１０とキャップウェハ２０とが接着される。そして、マイクロデバイス１３がキャビティ２１内で気密封止される。

次に、図８を参照して、キャップウェハ２０に溝３１を形成する工程について説明する。ダイシングなどの切削ブレード３０によって、キャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａから穴２２に連通するように溝３１が形成される。溝３１は、基板２と反対側の面２０ａから穴２２に達するまで深さ方向に幅が狭くなるテーパ形状に形成される。

図２を参照して、溝３１および穴２２を経由してボンディングパッド１１にワイヤ配線４０がボンディングされる。このようにして、配線取り出しが行なわれる。これにより、ボンディングパッド１１を介在してマイクロデバイス１３とワイヤ配線４０とが電気的に接続される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、ボンディングパッド１１の少なくとも一部に達する穴２２に連通するようにキャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａから溝３１が形成されている。溝３１が、基板２と反対側の面２０ａから穴２２に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有している。

したがって、溝３１とキャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａとで形成されるエッジ部の角度が鈍角となる。そのため、ワイヤ配線４０がボンディングパッド１１にボンディングされて配線取り出しがされる際に、エッジ部とワイヤ配線４０とが擦れることによりワイヤ配線４０が断線することを抑制することができる。

また、溝３１が基板２と反対側の面２０ａから穴２２に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有していため、穴２２より溝３１を大きく形成することができるのでボンディングの作業を容易にすることができる。

また、ボンディングの作業を容易にするためにボンディングパッド１１を大きく形成する必要が無くなる。これにより、ボンディングパッド１１の面積が大きくなるのを防止することができるので、ウェハパッケージ１の面積を小さくすることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のウェハパッケージは、実施の形態１のウェハパッケージと比較して、銀ペースト（導電材料）および銀ペースト配線（配線）を備えている点が主に異なっている。

最初に本実施の形態のウェハパッケージの構成について説明する。
図９および図１０を参照して、穴２２に銀ペースト（導電材料）５０が充填されている。銀ペースト（導電材料）５０は、基板２のボンディングパッド１１に電気的に接続されている。銀ペースト配線（配線）４１は、銀ペースト（導電材料）５０から溝３１のテーパ形状の表面上を経由してキャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａまで形成されている。

次に本実施の形態のウェハパッケージの製造方法について説明する。
図示しないディスペンサによりウェハパッケージ１の穴２２に銀ペースト（導電材料）５０が充填される。銀ペースト（導電材料）５０から溝３１のテーパ部分の表面上を経由してキャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａまで銀ペースト（導電材料）５０が塗布された後、銀ペースト（導電材料）５０を焼成することによって銀ペースト配線（配線）４１が形成される。これにより、ボンディングパッド１１に銀ペースト配線（配線）４１が接続される。

なお、銀ペースト（導電材料）５０は、ベースウェハ１０とキャップウェハ２０との接着に使用されるフリットガラスの融点より低温にて焼成できるものが用いられる。また、上記では導電材料５０および配線４１として、銀ペーストを例に説明したが、これに限定されない。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、配線４１が導電材料５０から溝３１のテーパ形状の表面上を経由してキャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａまで形成されているため、エッジ部と配線４１とが擦れることにより配線４１が断線することを防止することができる。

また、配線４１が導電材料５０を塗布、焼成することによって形成されるため、ワイヤ配線を必要としないのでワイヤ配線の断線を防止することができる。

また、導電材料５０が穴２２に充填され、ボンディングパッド１１に電気的に接続されているため、穴２２の径が小さい場合でも配線取出しの作業を容易にすることができる。

また、配線取出しの作業を容易にするためにボンディングパッド１１を大きく形成する必要が無くなる。これにより、ボンディングパッド１１の面積が大きくなるのを防止することができるので、ウェハパッケージ１の面積を小さくすることができる。

また、ボンディングパッド１１から穴２２および溝３１のテーパ形状の表面上を経由してキャップウェハ２０の基板２と反対側の面２０ａまで最短距離で配線４１を形成することができる。

また、導電材料５０が穴２２に充填されているため、ボンディングパッド１１の全面で電気的に接続されているので接続抵抗を小さくすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、キャップウェハを備えたウェハパッケージおよびその製造方法に特に有利に適用され得る。

１ ウェハパッケージ、２ 基板、１０ ベースウェハ、１１ ボンディングパッド、１２ 周縁パッド、１３マイクロデバイス、１４ 封止部材、１５ 封止部材、２０ キャップウェハ、２１ キャビティ、２２ 穴、２３ 酸化膜、３０ 切削ブレード、３１ 溝、４０ ワイヤ配線、４１ 配線、５０ 導電材料。

Claims (4)

1. 表面に複数のボンディングパッドを有する基板と、
   前記基板と対向する面にキャビティを有し、前記基板上に接着され、かつ複数の前記ボンディングパッドの各々の少なくとも一部に達し、複数の前記ボンディングパッドの各々にそれぞれ１個ずつ達する複数の穴と、前記基板と反対側の面から複数の前記穴に連通する溝とを有するキャップウェハと、
   前記キャビティ内に収容されたマイクロデバイスと、
   前記ボンディングパッドと前記キャップウェハとを接着する封止部材とを備え、
   前記溝は、前記基板と反対側の面から前記穴に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有し、
   前記封止部材が前記ボンディングパッドと前記キャップウェハとを接着することで前記基板と前記キャップウェハとが前記マイクロデバイスを気密封止している、ウェハパッケージ。
2. 前記穴に充填され、かつ前記基板の前記ボンディングパッドに電気的に接続された導電材料と、
   前記導電材料から前記溝の前記テーパ形状の表面上を経由して前記キャップウェハの前記基板と反対側の面まで形成された配線とをさらに備えた、請求項１に記載のウェハパッケージ。
3. 表面に複数のボンディングパッドと、前記ボンディングパッド上に配置されたマイクロデバイスとを有する基板を準備する工程と、
   前記基板と対向する面にキャビティを有し、複数の前記ボンディングパッドの各々の少なくとも一部に達し、複数の前記ボンディングパッドの各々にそれぞれ１個ずつ達する複数の穴を有するキャップウェハを、前記キャビティ内に前記マイクロデバイスを収容するように前記ボンディングパッドに封止部材で接着することにより、前記マイクロデバイスを気密封止するように前記基板上に前記キャップウェハを接着する工程と、
   前記キャップウェハの前記基板と反対側の面から複数の前記穴に連通する溝であって、前記基板と反対側の面から前記穴に達するまで幅が狭くなるテーパ形状を有している前記溝を形成する工程と、
   前記穴および前記溝を経由して前記ボンディングパッドに配線を接続する工程とを備えた、ウェハパッケージの製造方法。
4. 前記ボンディングパッドに配線を接続する工程は、前記穴に導電材料を充填し、前記導電材料から前記溝の前記テーパ形状の表面上を経由して前記キャップウェハの前記基板と反対側の面まで配線を形成して前記ボンディングパッドに配線を接続する工程を有している、請求項３に記載のウェハパッケージの製造方法。

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