KR20020017604A - Method for hermetic packaging of microsensors - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 자이로등과 같은 마이크로 센서의 제작시, Au막을 이용한 실리콘과 상기 실리콘의 본딩(Bonding)작업을 통해, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하면서, 마이크로 센서의 밀봉 패키지 공정을 원활하게 수행할수 있는 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 관한 것으로 이는 특히, 웨이퍼 디바이스 상측으로 설치되는 마이크로 센서 주연에 내부 고정점과 저융점 밀봉 본딩부를 형성하여, 이에 착설되는 웨이퍼 캡의 Au-실리콘 저융점 본딩을 통해 웨이퍼 디바이스의 마이크로 센서를 밀봉토록 함으로써, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하고, 상기 마이크로 센서를 손쉽고, 용이하게 밀봉 패키지할 수 있도록한 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 관한 것이다.The present invention provides a microsensor, while preventing the occurrence of stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the wafer cap and the wafer device through the bonding operation of the silicon and the silicon using the Au film in the manufacture of a micro sensor, such as a micro-gyro The present invention relates to a sealing package method of a microsensor capable of smoothly performing a sealing package process of the microsensor. In particular, an internal fixation point and a low melting point sealing bonding part are formed at the periphery of the microsensor installed above the wafer device, thereby forming a wafer cap. By sealing the microsensor of the wafer device through Au-silicon low melting point bonding, it is possible to prevent stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the wafer cap and the wafer device, and to easily and easily seal the microsensor. Sealing package method of microsensor It is about.
일반적으로 알려져있는 종래의 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법에 있어서는 도 1에 도시한 바와같이, 상측에 마이크로 센서(20)가 장착된 실리콘 디바이스(10)의 상측으로 글래스(30)의 몰딩에 의한 웨이퍼 캡(40)을 본딩 결합토록 하며, 이때 상기 글래스(30)에는 비아홀(50)을 형성한후, 상기 비아홀(50)의 내부에는 알루미늄 등과 같은 금속막(60)을 스퍼터링에 의해 형성하여 마이크로 센서를 밀봉하여 패키지하는 것이다.In the conventionally known sealing package method of the microsensor, as shown in Figure 1, the wafer cap by molding the glass 30 on the upper side of the silicon device 10, the microsensor 20 is mounted on the upper side 40 to bond to each other. At this time, after the via hole 50 is formed in the glass 30, a metal film 60 such as aluminum is formed inside the via hole 50 by sputtering to form a microsensor. It is sealed and packaged.
그러나, 글래스(30)로 구성되는 웨이퍼 캡(40)을 실리콘 디바이스(10)에 본딩처리 함으로써 밀봉 패키지를 수행토록 하는 과정중, 상기 글래스(30)로 이루어진 웨이퍼캡(40) 에서의 본딩시 발생되는 이온의 방출로 인한 마이크로 센서의 진공도를 저하시키게 되는 단점이 있으며, 글래스와 실리콘간의 본딩에 따른 뒤틀어짐(Warping)의 발생으로 수율이 저하되고, 웨이퍼 캡과, 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이 발생으로 인한 스트레스의 발생에 의하여, 주위의 분위기에 극히 민감한 마이크로 자이로스코프등과 같은 관성센서를 제대로 밀봉 패키지 하기가 어렵게 되는등 많은 문제점이 있는 것이다.However, during bonding of the wafer cap 40 made of the glass 30 to bond the wafer cap 40 made of the glass 30 to the silicon device 10 to perform a sealing package. There is a disadvantage in that the degree of vacuum of the microsensor decreases due to the release of ions, and the yield decreases due to warping caused by bonding between glass and silicon, and a difference in thermal expansion coefficient between the wafer cap and the wafer device occurs. Due to the occurrence of stress, it is difficult to properly package an inertial sensor such as a micro gyroscope which is extremely sensitive to the surrounding atmosphere, and there are many problems.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 여러 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, Au막을 이용한 실리콘과 상기 실리콘의 본딩(Bonding)작업을 통해, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하며, 이에따라 주위 분위기에 민감한 관성센서인 마이크로 센서를 손쉽고, 용이하게 밀봉 패키지할 수 있도록할 수 있는 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve various problems of the related art as described above, and an object thereof is to provide a method of bonding silicon and Au using an Au film, resulting in a difference in thermal expansion coefficient between a wafer cap and a wafer device. The present invention provides a method for packaging a microsensor, which can prevent stress from occurring, and accordingly, can easily and easily seal a microsensor which is an inertial sensor sensitive to an ambient atmosphere.
도 1은 종래의 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a sealing package method of a conventional microsensor.
도2 (A) 내지 도2 (F)는 본 발명에 따른 웨이퍼 디바이스와 웨이퍼 캡의 형성에 따른 마이크로센서의 밀봉 패키지 공정을 설명하기 위한 개략 구성도.2A to 2F are schematic configuration diagrams for explaining a sealing package process of a microsensor according to the formation of a wafer device and a wafer cap according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 마이트로센서의 밀봉 패키지가 완료된 웨이퍼 디바이스 및 웨이퍼 캡의 결합상태 정단면 구조도.Figure 3 is a cross-sectional structure of the bonded state of the wafer device and the wafer cap completed the sealing package of the mitro sensor according to the invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110...실리콘 120...절연체110 ... Silicone 120 ... Insulator
130...마이크로 센서 140...웨이퍼 디바이스130 ... micro sensor 140 ... wafer device
150...내부 고정점 170...밀봉 본딩부150 ... internal fixing point 170 ... sealing bonding
210...웨이퍼 캡 220,220'...절연체210 ... wafer cap 220,220 '... insulator
230...도전막 패턴 240...Cr/Au 증착층230 ... conductive pattern 240 ... Cr / Au deposited layer
250...와이어 본딩250 ... wire bonding
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 일정두께의 실리콘 상측에 절연체를 개재하여 마이크로 센서가 상측으로 설치되는 실리콘 웨이퍼디바이스의 센서 주연으로 내부 고정점과 저융점 밀봉 본딩부를 형성하는 웨이퍼 디바이스 형성단계;As a technical configuration for achieving the above object, the present invention is a wafer for forming an internal fixed point and a low-melting-point sealing bonding portion around a sensor wafer of a silicon wafer device in which a microsensor is installed on an upper side of a silicon having a predetermined thickness. Device forming step;
상기 웨이퍼 디바이스의 외부 및 내부 고정점과 저융점 밀봉 본딩부를 제외한 부위의 절연체를 식각에 의해 제거하는 절연체 제거단계;An insulator removal step of removing the insulators at portions other than the outer and inner fixing points of the wafer device and the low melting point sealing bonding portion by etching;
일정두께의 실리콘으로 구성되는 웨이퍼 캡의 상측으로 1차 절연체를 증착하고, 상기 1차 절연체 상측에 내부 고정점과 연결될수 있는 도전막 패턴을 형성하는 도전막 패턴 형성단계;A conductive film pattern forming step of depositing a primary insulator on an upper side of a wafer cap made of silicon having a predetermined thickness, and forming a conductive film pattern that can be connected to an internal fixed point on the primary insulator;
상기 도전막 패턴 상측으로 2차 절연체를 증착하여 도전막을 보호토록 하며, 상기 절연체패턴의 상측에는 Cr/Au를 증착하여 패터닝하는 Cr/Au증착 및 패터닝 단계;Depositing and patterning a second insulator on the conductive layer pattern to protect the conductive layer, and depositing and patterning Cr / Au on the upper side of the insulator pattern;
상기 웨이퍼 캡의 외측 Cr/Au 증착층에 와이어 본딩을 하는 수행하는 와이어 본딩단계;A wire bonding step of performing wire bonding to an outer Cr / Au deposition layer of the wafer cap;
상기 웨이퍼 캡을 웨이퍼 디바이스와 저융점 본딩에 의해 웨이퍼 디바이스의 마이크로 센서를 밀봉토록 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로센서의 밀봉 패키지 방법을 마련함에 의한다.And sealing the microsensor of the wafer device by low melting point bonding the wafer cap to the wafer device.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2 (A) 내지 도2 (F)는 본 발명에 따른 웨이퍼 디바이스와 웨이퍼 캡의 형성에 따른 마이크로센서의 밀봉 패키지 공정을 설명하기 위한 개략 구성도이고, 도3은 본 발명에 의한 마이트로센서의 밀봉 패키지가 완료된 웨이퍼 디바이스 및 웨이퍼 캡의 결합상태 정단면 구조도로서, 약 500㎛ 두께의 실리콘(110) 상측에 산화막으로 구성되는 절연체(120)를 개재하여 마이크로 센서(130)가 상측으로 설치되는 실리콘 웨이퍼 디바이스(140)의 센서 주연에는, 일정한 간격으로 내부 고정점(150)과 웨이퍼 캡(210)과의 본딩시 마이크로 센서(130)가 밀봉될수 있도록 저융점 밀봉 본딩부(170)를 도2의 A와 같이 형성하게 되며, 상기와같이 제작된 웨이퍼 디바이스(140)는 도2의 B에서와 같이, 내부 고정점(150)과 저융점 밀봉 본딩부(170)를 제외한 부위의 절연체(120)를 식각 처리에 의해 제거하여 웨이퍼 디바이스(140)를 완성하게 된다.2 (A) to 2 (F) are schematic configuration diagrams for explaining a sealing package process of a microsensor according to the formation of a wafer device and a wafer cap according to the present invention, and FIG. 3 is a mitro sensor according to the present invention. Is a schematic cross-sectional structural view of a wafer device and a wafer cap in which a sealed package is completed, in which a microsensor 130 is installed upward through an insulator 120 formed of an oxide film on a silicon 110 having a thickness of about 500 μm. At the periphery of the sensor of the silicon wafer device 140, a low melting point seal bonding portion 170 is shown in FIG. 2 so that the microsensor 130 can be sealed during bonding between the internal fixed point 150 and the wafer cap 210 at regular intervals. As shown in FIG. 2A, the wafer device 140 manufactured as described above may have an insulator 120 at a portion except for the internal fixing point 150 and the low melting seal bonding part 170, as shown in FIG. 2B. In etching process It is removed to complete the device wafer (140).
계속해서, 상기 웨이퍼 디바이스(140)와 결합토록 일정두께의 실리콘으로 구성되는 웨이퍼 캡(210)의 상측으로 1차 절연체(220)를 증착하고, 그 상측에는 상기 웨이퍼 디바이스(140)의 내부 고정점(150)과 연결될수 있는 도전막 패턴(230)을 형성한다.(도2의 C)Subsequently, a primary insulator 220 is deposited on the wafer cap 210 formed of silicon having a predetermined thickness so as to be bonded to the wafer device 140, and an internal fixing point of the wafer device 140 is formed thereon. A conductive film pattern 230 that may be connected to 150 is formed (C of FIG. 2).
또한, 상기와같은 도전막 패턴(230)의 상측으로는 2차 절연체(220')를 증착하여 상기 도전막 패턴(230)을 보호할 수 있도록 하며,(도2의 D) 상기 2차 절연체(220')의 패턴 상측에는 도2의 E에서와 같이, Cr/Au 증착층(240)을 패터닝하여 상기 웨이퍼 디바이스(140)의 본딩 결합시, 내부 고정점(150)에서 실리콘-Au-Cr-도전막으로 연결되도록 한다.In addition, the secondary insulator 220 ′ may be deposited on the conductive layer pattern 230 to protect the conductive layer pattern 230 (FIG. 2D), and the secondary insulator ( On the upper side of the pattern 220 ', as shown in E of FIG. 2, the Cr / Au deposition layer 240 is patterned to bond the wafer device 140 to the silicon-Au-Cr- at the fixed point 150. Connect to the conductive film.
한편, 도2의 F에서와 같이 상기 웨이퍼 캡(210)의 외측으로 증착되는 Cr/Au 증착층(240)에는 와이어 본딩(250)이 이루어지게 되며, 상기와같이 웨이퍼 디바이스(140) 및 웨이퍼 캡(210)의 제작이 완료되면, 도 3에서와 같이 웨이퍼 캡(210)을 웨이퍼 디바이스(140)와 저융점 본딩에 의해 웨이퍼 디바이스(140)의 마이크로 센서를 밀봉토록 하며, 이때 Au는 도전성이므로 본딩과 도전의 2가지 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다. 또한 상기 웨이퍼 캡(210)과 웨이퍼 디바이스(140)의 본딩 밀봉이 Au막을 이용한 실리콘과 실리콘의 본딩이므로 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하고, 수율의 저하가 발생하지 않는다. 그리고 종래와 같은 글래스를 사용하지 않고 실리콘만을 사용함으로써, 본딩시 발생하는 이온의 방출로 인한 진공도 저하를 방지할 수 있게 되는 것이다.Meanwhile, as shown in FIG. 2F, a wire bonding 250 is formed in the Cr / Au deposition layer 240 deposited outside the wafer cap 210, and the wafer device 140 and the wafer cap as described above. When fabrication of the 210 is completed, as shown in FIG. 3, the wafer cap 210 is sealed with the wafer device 140 by low melting point bonding to seal the microsensor of the wafer device 140, in which Au is conductive and thus bonded. You can play two roles at the same time. In addition, since the bonding seal between the wafer cap 210 and the wafer device 140 is bonding of silicon and silicon using an Au film, stress generation due to a difference in thermal expansion coefficient is prevented, and a decrease in yield does not occur. In addition, by using only silicon instead of glass as in the related art, it is possible to prevent a decrease in vacuum degree due to the release of ions generated during bonding.
이상과 같이 본 발명에 따른 마이크로센서의 밀봉 패캐지 방법에 의하면, Au막을 이용한 실리콘과 상기 실리콘의 본딩작업을 통하여, 웨이퍼 캡과 웨이퍼 디바이스의 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스 발생을 방지하며, 이에따라 주위 분위기에 민감한 관성센서인 마이크로 센서를 손쉽고, 용이하게 밀봉 패키지할 수 있는 우수한 효과가 있다.According to the sealing package method of the microsensor according to the present invention as described above, through the bonding operation of the silicon and the silicon using the Au film, to prevent the occurrence of stress due to the difference in the thermal expansion coefficient of the wafer cap and the wafer device, accordingly the ambient atmosphere The micro sensor, a sensitive inertial sensor, can be easily and easily sealed-packed and has an excellent effect.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be appreciated that the invention can be varied and modified without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the claims below. It will be clear to those skilled in the art that they can easily know.
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