(57)【要約】【課題】センサパッケージング方法を提供する。【解決手段】方法８０は、センサウェハ９２及びキャップウェハ９４を含む構造１１７を設けること８２、コントローラ要素１０２、２４を設けること１００、コントローラ要素を構造の外面５２、６４に接合すること１１６を含む。ウェハ９２、９４の内面３４、３６はともに結合され、センサ３０はウェハ９２、９４の間に置かれる。一方のウェハはその内面上に形成されるボンドパッド４２を有する基板部分４０、７６を含む。他方のウェハは基板部分を被覆する。接合の後、方法８０は、要素１０２、２４上に導電性要素６０を形成すること１２０、ウェハ９２、９４、１０２から材料区画９６、９８、１０７を除去して、ボンドパッド４２を露出させること１２６、電気的相互接続５６を形成すること１３０、パッケージング材料６４を塗布すること１３４、単体化してセンサパッケージ２０、７０を製造すること１３８を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサパッケージを形成する方法であって、
キャップウェハの第１の内面が、センサウェハの第２の内面に結合されて、センサ構造が形成され、少なくとも１つのコントローラ要素の底面が、前記センサ構造の外面に結合されて、積層ウェハ構造が形成されるように、前記センサウェハ、前記キャップウェハ、および前記少なくとも１つのコントローラ要素をともに接合することであって、前記センサウェハは、前記キャップウェハによって封入される複数のセンサを含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第１の一つは、前記第１の内面および前記第２の内面のうちの対応する一方の上に位置する複数の第１のボンドパッドを有する基板部分を含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第２の一つは、前記基板部分を被覆し、前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面は、制御回路および複数の第２のボンドパッドを含む、前記接合すること、
前記センサウェハおよび前記キャップウェハのうちの前記第２の一つから第１の材料区画を除去して、前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を露出させること、
前記第１のボンドパッドと前記第２のボンドパッドとの間に電気的相互接続を形成すること、
前記積層ウェハ構造を単体化して、前記センサパッケージを製造すること
を含む、方法。
【請求項２】
前記接合することは、
前記キャップウェハの前記第１の内面を、前記センサウェハの前記第２の内面と接合して、前記センサ構造を形成すること、
前記キャップウェハと前記センサウェハとの接合の後、前記少なくとも１つのコントローラ要素の底面を、前記センサ構造の外面と接合して、前記積層ウェハ構造を形成すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコントローラ要素は、上面および底面を有するコントローラウェハの形態であり、前記上面は、複数のコントローラダイを含み、前記複数のコントローラダイの各々は、前記制御回路および前記複数の第２のボンドパッドを有し、
前記接合することは、前記複数のコントローラダイの各々が、前記複数のセンサのうちの１つと位置整合されるように、前記コントローラウェハの底面を、前記センサ構造の外面に取り付けることを含み、
前記除去することは、前記第１の材料区画と一致する前記コントローラウェハの第２の材料区画を除去して、前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を露出させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のセンサのうちの１つと位置整合された前記複数のコントローラダイの各々について、前記形成することは、前記第１のボンドパッドと第２のボンドパッドとの間の前記電気的相互接続を形成し、
前記単体化することは、前記形成することの後に実行されて、複数のセンサパッケージが製造され、前記センサパッケージは、前記複数のセンサパッケージのうちの１つである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコントローラ要素は、互いに物理的に分離された複数の別個のコントローラダイを含み、前記複数の別個のコントローラダイの各々は、上面および底面を有し、前記上面は、前記制御回路および前記複数の第２のボンドパッドを含み、前記接合することは、前記複数のコントローラダイの各々が前記複数のセンサのうちの１つと位置整合されるように、前記複数の別個のコントローラダイの各々の底面を前記センサ構造の外面に取り付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のセンサのうちの１つと位置整合された前記複数のコントローラダイの各々について、前記形成することは、前記第１のボンドパッドと第２のボンドパッドとの間の前記電気的相互接続を形成し、
前記単体化することは、前記形成することの後に実行されて、複数のセンサパッケージが製造され、前記センサパッケージは、前記複数のセンサパッケージのうちの１つである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記センサ構造の外面は、前記センサウェハの第２の外面であり、前記接合することは、前記少なくとも１つのコントローラ要素の底面を、前記センサウェハの前記第２の外面に取り付けて、前記キャップウェハと前記少なくとも１つのコントローラ要素との間に位置付けられる前記センサウェハを有する前記積層ウェハ構造を製造することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ構造の外面は、前記キャップウェハの第１の外面であり、前記接合することは、前記少なくとも１つのコントローラ要素の底面を、前記キャップウェハの前記第１の外面に取り付けて、前記センサウェハと前記少なくとも１つのコントローラ要素との間に位置付けられる前記キャップウェハを有する前記積層ウェハ構造を製造することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのコントローラ要素は、前記上面の上に形成されるバンプパッドを含み、前記方法は、前記接合することの後に前記バンプパッドの上に導電性要素を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記除去することは、前記接合することの後に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記制御回路および前記電気的相互接続を封入するために、前記少なくとも１つのコントローラ要素の前記上面の上にパッケージング材料を塗布すること、
前記塗布することの後に、前記単体化することを実行すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記接合することの後に、前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面の上にセンサダイを据え付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
センサパッケージであって、
センサダイおよびキャップを有するセンサ構造であって、前記センサダイは、センサを含み、前記キャップの第１の内面は、前記センサダイの第２の内面に結合され、前記キャップおよび前記センサダイのうちの一方は、前記第１の内面および第２の内面のうちの対応する一方の上に位置する複数の第１のボンドパッドを有する基板部分を含み、前記キャップおよび前記センサダイのうちの他方の材料区画は存在しない、前記センサ構造と、
上面、および該上面と対向する底面を有するコントローラダイであって、前記上面は、制御回路および複数の第２のボンドパッドを含み、前記底面は、前記センサ構造の外面に接合されて積層構造が形成される、前記コントローラダイと、
前記複数の第１のボンドパッドのうちの対応する一つと前記複数の第２のボンドパッドのうちの対応する一つとの間に取り付けられる電気的相互接続であって、該電気的相互接続は、少なくとも、前記材料区画が存在しない領域を通ってルーティングされる、前記電気的相互接続と、
前記コントローラダイの上面の上方に位置し、前記制御回路および前記電気的相互接続を封入するパッケージング材料と
を備える、センサパッケージ。
【請求項１４】
前記センサ構造の外面は、前記センサダイの第２の外面であり、前記コントローラダイの底面は、前記センサダイの前記第２の外面に取り付けられて、前記キャップと前記コントローラダイとの間に位置付けられる前記センサダイを有する前記積層構造が製造される、請求項１３に記載のセンサパッケージ。
【請求項１５】
前記キャップは、前記第１の内面の上に位置する前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を含み、前記複数の第１のボンドパッドは、前記コントローラダイの上面と同じ方向を向いている、請求項１４に記載のセンサパッケージ。
【請求項１６】
前記センサ構造の外面は、前記キャップの第１の外面であり、前記コントローラダイの底面は、前記キャップの第１の外面に取り付けられて、前記センサダイと前記コントローラダイとの間に位置付けられる前記キャップを有する前記積層構造が製造される、請求項１３に記載のセンサパッケージ。
【請求項１７】
前記センサダイは、前記第２の内面の上に位置する前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を含み、前記複数の第１のボンドパッドは、前記コントローラダイの上面と同じ方向を向いている、請求項１６に記載のセンサパッケージ。
【請求項１８】
前記コントローラダイの上面に位置する第２のセンサをさらに備える、請求項１３に記載のセンサパッケージ。
【請求項１９】
センサパッケージを形成する方法であって、
キャップウェハの第１の内面が、センサウェハの第２の内面に結合されて、センサ構造が形成され、少なくとも１つのコントローラ要素の底面が、前記センサ構造の外面に結合されて、積層ウェハ構造が形成されるように、前記センサウェハ、前記キャップウェハ、および前記少なくとも１つのコントローラ要素をともに接合することであって、前記センサウェハは、前記キャップウェハによって封入される複数のセンサを含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第１の一つは、前記第１の内面および前記第２の内面のうちの対応する一方の上に位置する複数の第１のボンドパッドを有する基板部分を含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第２の一つは、前記基板部分を被覆し、前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面は、制御回路および複数の第２のボンドパッドを含む、前記接合すること、
前記センサウェハおよび前記キャップウェハのうちの前記第２の一つから第１の材料区画を除去して、前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を露出させること、
前記接合することおよび除去することの後に、前記第１のボンドパッドと前記第２のボンドパッドとの間に電気的相互接続を形成すること、
前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面の上方にパッケージング材料を塗布して、前記制御回路および前記電気的相互接続を封入すること、
前記塗布することの後に、前記積層ウェハ構造を単体化して、前記センサパッケージを製造すること
を含む、方法。
【請求項２０】
前記除去することは、前記接合することの後に実行される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には半導体パッケージングに関する。より具体的には、本発明は、センサパッケージを形成するためのウェハレベル半導体パッケージングに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイス技術は、非常に小さな電子構造および機械構造を作成し、従来のバッチ半導体処理技法を使用して単一の基板上にこれらの構造を集積する方法を提供するため、近年において広く普及している。このようなマイクロ電子デバイスは主流の技術になりつつあるが、製造および容易に使用するために、それらを半導体パッケージ内にコスト効率的にパッケージングすることが課題として残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４１９８５３号明細書
【特許文献２】米国特許第６８３８７７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６９２１９７５号明細書
【特許文献４】米国特許第７４４６０１７号明細書
【特許文献５】米国特許第７８６８７２９号明細書
【特許文献６】米国特許第８１２４４３５号明細書
【特許文献７】米国特許第８１５４１２６号明細書
【特許文献８】米国特許第７８５８４４０号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１１／０２５０７２１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１１／００１８０８４号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２０１１／０２２１０４２号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００６／０２１６８５７号明細書
【特許文献１３】国際公開第２００２／０５６０３１号
【特許文献１４】国際公開第２００７／０１７７５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
センサパッケージング方法およびセンサパッケージを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の態様によれば、センサパッケージを形成する方法であって、キャップウェハの第１の内面が、センサウェハの第２の内面に結合されて、センサ構造が形成され、少なくとも１つのコントローラ要素の底面が、前記センサ構造の外面に結合されて、積層ウェハ構造が形成されるように、前記センサウェハ、前記キャップウェハ、および前記少なくとも１つのコントローラ要素をともに接合することであって、前記センサウェハは、前記キャップウェハによって封入される複数のセンサを含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第１の一つは、前記第１の内面および前記第２の内面のうちの対応する一方の上に位置する複数の第１のボンドパッドを有する基板部分を含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第２の一つは、前記基板部分を被覆し、前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面は、制御回路および複数の第２のボンドパッドを含む、前記接合すること、前記センサウェハおよび前記キャップウェハのうちの前記第２の一つから第１の材料区画を除去して、前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を露出させること、前記第１のボンドパッドと前記第２のボンドパッドとの間に電気的相互接続を形成すること、前記積層ウェハ構造を単体化して、前記センサパッケージを製造することを含む、方法が提供される。
【０００６】
本発明の第二の態様によれば、センサパッケージであって、センサダイおよびキャップを有するセンサ構造であって、前記センサダイは、センサを含み、前記キャップの第１の内面は、前記センサダイの第２の内面に結合され、前記キャップおよび前記センサダイのうちの一方は、前記第１の内面および第２の内面のうちの対応する一方の上に位置する複数の第１のボンドパッドを有する基板部分を含み、前記キャップおよび前記センサダイのうちの他方の材料区画は存在しない、前記センサ構造と、上面、および該上面と対向する底面を有するコントローラダイであって、前記上面は、制御回路および複数の第２のボンドパッドを含み、前記底面は、前記センサ構造の外面に接合されて積層構造が形成される、前記コントローラダイと、前記複数の第１のボンドパッドのうちの対応する一つと前記複数の第２のボンドパッドのうちの対応する一つとの間に取り付けられる電気的相互接続であって、該電気的相互接続は、少なくとも、前記材料区画が存在しない領域を通ってルーティングされる、前記電気的相互接続と、前記コントローラダイの上面の上方に位置し、前記制御回路および前記電気的相互接続を封入するパッケージング材料とを備える、センサパッケージが提供される。
【０００７】
本発明の第三の態様によれば、センサパッケージを形成する方法であって、キャップウェハの第１の内面が、センサウェハの第２の内面に結合されて、センサ構造が形成され、少なくとも１つのコントローラ要素の底面が、前記センサ構造の外面に結合されて、積層ウェハ構造が形成されるように、前記センサウェハ、前記キャップウェハ、および前記少なくとも１つのコントローラ要素をともに接合することであって、前記センサウェハは、前記キャップウェハによって封入される複数のセンサを含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第１の一つは、前記第１の内面および前記第２の内面のうちの対応する一方の上に位置する複数の第１のボンドパッドを有する基板部分を含み、前記キャップウェハおよび前記センサウェハのうちの第２の一つは、前記基板部分を被覆し、前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面は、制御回路および複数の第２のボンドパッドを含む、前記接合すること、前記センサウェハおよび前記キャップウェハのうちの前記第２の一つから第１の材料区画を除去して、前記複数の第１のボンドパッドを有する前記基板部分を露出させること、前記接合することおよび除去することの後に、前記第１のボンドパッドと前記第２のボンドパッドとの間に電気的相互接続を形成すること、前記少なくとも１つのコントローラ要素の上面の上方にパッケージング材料を塗布して、前記制御回路および前記電気的相互接続を封入すること、前記塗布することの後に、前記積層ウェハ構造を単体化して、前記センサパッケージを製造することを含む、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による例示的なセンサパッケージの上面図である。
【図２】図１の切断線Ａ−Ａに沿ったセンサパッケージの側面図である。
【図３】別の実施形態による、図１の切断線Ａ−Ａに沿ったセンサパッケージの側面図である。
【図４】図１〜図３のセンサパッケージを作製するためのパッケージング・プロセスの流れ図である。
【図５】パッケージング・プロセスに関連して使用されるセンサウェハ構造の上面図である。
【図６】図２に示される実施形態に対応するセンサウェハ構造の部分側面図である。
【図７】図３に示される実施形態に対応する別のセンサウェハ構造の部分上面図である。
【図８】パッケージング・プロセスに関連して使用される、コントローラウェハの形態のコントローラ要素の上面図である。
【図９】コントローラウェハの拡大部分上面図である。
【図１０】図９の切断線１０−１０に沿ったコントローラウェハの部分側断面図である。
【図１１】別の実施形態によるパッケージング・プロセスに関連して使用される、複数の別個のコントローラダイの形態のコントローラ要素の側面図である。
【図１２】パッケージング・プロセスによるパッケージングの初期段階におけるコントローラウェハの部分側断面図である。
【図１３】パッケージングの後続の段階における、積層構造を形成するために図６のセンサ構造に接合されるコントローラウェハの部分側断面図である。
【図１４】パッケージングの後続の段階における図１３の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図１５】パッケージングの後続の段階における図１４の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図１６】パッケージングの後続の段階における図１５の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図１７】パッケージングの後続の段階における図１６の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図１８】図４のパッケージング・プロセスにしたがって図１７の積層ウェハ構造から製造されるセンサパッケージの側断面図である。
【図１９】図４のパッケージング・プロセスによるパッケージングの中間段階における、積層構造７４を形成するためにセンサウェハ構造に接合される、コントローラダイの形態のコントローラ要素の部分側断面図である。
【図２０】パッケージングの後続の段階における図１９の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図２１】パッケージングの後続の段階における図２０の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図２２】パッケージングの後続の段階における図２１の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図２３】パッケージングの後続の段階における図２２の積層ウェハ構造の部分側断面図である。
【図２４】図４のパッケージング・プロセスにしたがって図２３の積層ウェハ構造から製造されるセンサパッケージの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面と併せて考察して詳細な説明および請求項を参照することで、より完全に本発明を理解することができる。これらの図面では全般にわたり同様の参照符号は類似の項目を示しており、図面は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
【００１０】
半導体パッケージは一般的に、関連要素のセットを提供する。これらの要素は、いくつかの例において、パッケージングされる１つまたは複数の半導体デバイス、当該デバイスからパッケージへの相互接続、機械的支持と電気的、化学的、および環境的保護との両方を提供するための包囲または収容構造、ならびにパッケージを基板またはシステムに取り付けるための接合構造を含む。半導体パッケージング・プロセスの開発者が直面する問題は、たとえば、半導体デバイス（たとえば、マイクロエレクトロニクスおよび微細構造）が高温のプロセスに敏感であること、適切な遮蔽が必要であること、場合によってはデバイスを汚染物質から保護するために気密シールまたは気密に近いシールが要求されることなどから生じる。これらの問題に少なくとも部分的に起因して、パッケージングはこのようなデバイスにとっての主要なコスト推進要因の１つである。
【００１１】
半導体パッケージ内の半導体デバイスのうちの１つまたは複数は、マイクロ電子センサ（たとえば、磁気探知器）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ（たとえば、加速度計、ジャイロスコープ、圧力センサ）、または何らかの他の小型センサであり得る。このようなセンサに関して、適切なパッケージングは、センサデバイスへの、およびセンサデバイスからの信号の完全性を保証するために重要である。たとえば、センサパッケージ内のセンサデバイスまたは複数のセンサデバイスの角度不整合によって、測定信号が不正確になる可能性がある。したがって、正確な測定値を受信するために、センサパッケージ内のセンサの精密な角度アラインメントが重要である。
【００１２】
従来のチップ・レベル・パッケージングにおけるセンサの角度アラインメントは、現在、約±２度の精度に制限されている。角度アラインメント精度は、ダイ配置技法に利用される配置機器の公差によって制限される。このようなセンサから受信される測定値の精度を向上させるために、より精密な角度アラインメントが業界内で求められている。集積回路（ＩＣ）デバイスの形状寸法が縮小し続けており、小型センサデバイスの使用が増え続けており、複数のマイクロ電子構成要素を収容する半導体パッケージの作製が発展し続けているため、低コストで、正確で、信頼性があり、高密度のパッケージングソリューションへの需要が増大している。
【００１３】
実施形態は、センサパッケージング方法、および、当該センサパッケージング方法にしたがって製造されるセンサパッケージをもたらす。パッケージング方法は、従来のダイトゥダイ（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ）配置技法の代わりにウェハレベルパッケージング技法を含む。ウェハレベルパッケージングとは、ウェハレベルで半導体デバイスをパッケージングすることを指し、本質的に、ウェハ作製プロセスを拡大してデバイス相互接続およびデバイス保護プロセスを含むようにするものである。本明細書で説明するウェハレベルパッケージング・プロセスは、センサの高スループットおよび精密配置パッケージングを低コストで提供する。追加の利点は、センサパッケージを結果として概してダイと同じサイズにするチップスケールパッケージング技術、サイズ低減のためにセンサおよびマイクロ電子デバイスを積層し、電気的性能を向上させることなどを含む。
【００１４】
ここで、図１および図２を参照すると、図１は一実施形態による例示的なセンサパッケージ２０の上面図を示しており、図２は図１の切断線Ａ−Ａに沿ったセンサパッケージ２０の側面図を示している。概して、センサパッケージ２０は、センサ構造２２と、センサ構造２２に接合される、本明細書においてはコントローラダイ２４と称する制御要素の形態の半導体ダイとを含む。様々な図１〜図３および図５〜図２４は、説明を明瞭にするために、様々な陰影および／または網掛けを使用してセンサパッケージの種々の要素を区別するように示されている。これらの種々の要素は、現行のおよび近い将来のマイクロマシニングおよび／または半導体処理技法を利用して製造されることができる。
【００１５】
センサ構造２２は、センサダイ２６と、キャップ２８と、センサダイ２６の基板材料３２の上またはその中に形成されるセンサ３０とを含む。キャップ２８の内面３４は、センサダイ２６とキャップ２８との間にセンサ３０が置かれた状態で、センサダイ２６の内面３６に結合される。したがって、キャップ２８の内面３４を、以下ではキャップ内面３４と称し、センサダイ２６の内面３６を、以下ではダイ内面３６と称する。センサ３０は、加速度計、ジャイロスコープ、または何らかの他のセンサのような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサデバイスであってもよい。しかしながら、センサ３０はＭＥＭＳセンサ構成に限定される必要はない。そうではなく、センサ３０は、光学デバイス、電磁デバイス、化学デバイス、または、ミクロンおよび／もしくはサブミクロンサイズの構成要素を含む何らかの他のセンサデバイスであってもよい。加えて、センサ３０は単数形において述べられているが、代替的な実施形態では、センサダイ２６は基板材料３２の上またはその中に形成される２つ以上のセンサデバイスを含んでもよい。
【００１６】
キャップ２８は概してセンサダイ２６を被覆し、それによってセンサ３０を封入する。キャップ２８は、キャップ内面３４から内向きに広がり、それによって、センサ３０の可動要素のための隙間をもたらす空洞３８を含み得るが、このような構成は限定ではない。キャップ２８は、たとえば、シールリングによってセンサダイ２６に取り付けられ得、それによって、センサ３０が封入領域内で気密または準気密に封止される。図２に示されている例示の実施形態では、キャップ２８はセンサダイ２６から露出される基板部分４０を含む。すなわち、センサダイ２６の材料区画は、キャップ２８の基板部分４０を被覆しない、すなわち、センサダイ２６の材料区画は、キャップ２８の基板部分４０には存在しない。ボンドパッド４２が基板部分４０においてキャップ２８のキャップ内面３４上に形成される。したがって、キャップ２８のキャップ内面３４上に形成されるボンドパッド４２は、キャップ２８によって封止される領域の外側に位置する。ボンドパッド４２は、従来のおよび発展中のセンサデバイス製造プロセスにしたがってセンサ３０の様々な構造および／または電極に電気的に接続され得る。ボンドパッド４２とセンサ３０の構造および／または電極との電気的相互接続は、説明を簡潔にするために本明細書においては詳細に例示または記載されていない。
【００１７】
コントローラダイ２４は、上面４４と、上面４４に対向する底面４６とを有する。図２において、上面４４は、物理的に底面４６の上に位置するものとして図示されている。したがって、本明細書においては「上」および「底」という区別する用語が利用されている。上面４４は、その上に形成される制御回路４８とボンドパッド５０とを含む。制御回路４８は、センサ３０への、およびセンサからの信号を通信するためにコントローラダイ２４の「活性領域」内で使用される任意の能動または受動回路であり得る。
【００１８】
センサ構造２２は、キャップ２８の外面または外部表面に対応する外面５２を含む。したがって、外面５２は、明瞭にするために以下ではキャップ外面５２と称する。センサ構造２２は、センサダイ２６の外面または外部表面に対応する、対向する外面５４をさらに含む。したがって、外面５４は、明瞭にするために以下ではダイ外面５４と称する。示されている実施形態では、コントローラダイ２４の底面４６はセンサ構造２２のダイ外面５４に取り付けられて、キャップ２８とコントローラダイ２４との間に位置するセンサダイ２６を有する積層構造５５が製造される。
【００１９】
センサ構造２２において、キャップ２８の基板部分４０のキャップ内面３４上のボンドパッド４２は、ボンドパッド５０が位置するコントローラダイ２４の上面４４と同じ方向（すなわち、図２における上向き）を向いている。本明細書においてはボンドワイヤ５６と称する電気的相互接続が、キャップ２８のキャップ内面３４の対応するボンドパッド４２とコントローラダイ２４の上面４４上のボンドパッド５０との間に容易に取り付けられて、コントローラダイ２４とセンサ構造２２のセンサダイ２６との間の適切な電気的相互接続がもたらされる。
【００２０】
コントローラダイ２４は、上面４４上に形成されて上面にわたって分布されるバンプパッド５８をさらに含む。一実施形態では、コントローラダイ２４がセンサ構造２２に接合された後に、導電性要素６０がバンプパッド５８上に形成される。導電性要素６０は、ピラー、ボール、プラグ、または、バンプパッド５８の上に伸張する何らかの他の導電性特徴部であり得る。導電性要素６０は、図１においては断面が円形状であるものとして示されている。しかしながら、導電性要素６０は、特定の設計基準にしたがって異なる断面形状を有してもよい。導電性要素６０は、センサパッケージ２０の入出力要素として利用される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、一体型センサ（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｓｅｎｓｏｒ）６１が、従来のおよび近い将来の半導体製造プロセスにしたがって、コントローラダイ２４の制御回路４８の受動および能動要素と一体的に形成され得る。一体型センサ６１の代わりに、またはそれに加えて、センサパッケージ２０は、コントローラダイ２４の上面４４上に据え付けられるセンサダイ６２を含んでもよい。一実施形態では、一体型センサ６１またはセンサダイ６２は、磁場の強度または向きを測定するための磁気探知器であってもよい。しかしながら、一体型センサ６１および／またはセンサダイ６２は、センサパッケージ２０の特定の設計基準による何らかの他のセンサデバイスであってもよい。
【００２２】
パッケージング材料６４がコントローラダイ２４の上面４４の上に塗布されて、制御回路４８、ボンドワイヤ５６、センサダイ６２が封入され、導電性要素６０が少なくとも部分的に封入され、それによって、導電性要素６０の上面６６のみがパッケージング材料６４から露出される。パッケージング材料６４は、たとえば、エポキシ樹脂材料のような任意の従来の成形コンパウンドであってもよい。
【００２３】
図３は、別の実施形態による、図１の切断線Ａ−Ａに沿ったセンサパッケージ７０の側面図を示す。センサパッケージ７０は、センサパッケージ２０（図２）に類似している。したがって、センサパッケージ７０はセンサ構造７２に接合されるコントローラダイ２４を含み、積層構造７４が製造され、センサ構造７２はセンサダイ２６、キャップ２８、およびセンサ３０から構成される。センサパッケージ２０のように、センサパッケージ７０は、センサ構造７２と、パッケージング材料６４によって封入されるコントローラダイ２４、導電性要素６０、一体型センサ６１および／またはセンサダイ６２などとを電気的に相互接続するボンドワイヤ５６を付加的に含む。
【００２４】
図３に部分的に示されているように、センサパッケージ７０の際立った特徴は、センサダイ２６が、キャップ２８から露出する基板部分７６を含むことである。すなわち、キャップ２８の材料区画は、センサダイ２６の基板部分７６を被覆しない、すなわち、キャップ２８の材料区画は、センサダイ２６の基板部分７６には存在しない。したがって、（図２に示されているように）キャップ２８のキャップ内面３４上に形成される代わりに、ボンドパッド４２は、基板部分７６においてセンサダイ２６のダイ内面３６上に形成される。したがって、ボンドパッド４２は、センサダイ２６のキャップ２８によって封止される領域の外側に位置する。図２の実施形態におけるように、ボンドパッド４２は、従来のおよび発展中のセンサデバイス製造プロセスにしたがってセンサ３０の様々な構造および／または電極に電気的に接続され得る。ボンドパッド４２とセンサ３０の構造および／または電極との電気的相互接続は、説明を簡潔にするために本明細書においては詳細に例示または記載されていない。
【００２５】
同じく図３に示されている、センサパッケージ７０の別の際立った特徴は、コントローラダイ２４の底面４６がセンサ構造７２のキャップ外面５２に取り付けられて、センサダイ２６とコントローラダイ２４との間に位置するキャップ２８を有する積層構造７４を生成することである。したがって、センサダイ２６の基板部分７６のダイ内面３６上のボンドパッド４２は、ボンドパッド５０が位置するコントローラダイ２４の上面４４と同じ方向（すなわち、図３における上向き）を向いている。ボンドワイヤ５６が、センサダイ２６のダイ内面３６の対応するボンドパッド４２とコントローラダイ２４の上面４４上のボンドパッド５０との間に容易に取り付けられて、コントローラダイ２４とセンサ構造７２のセンサダイ２６との間の適切な電気的相互接続がもたらされる。
【００２６】
上記で説明したように、センサパッケージ２０（図２）は、センサダイ２６がキャップ２８とコントローラダイ２４との間に置かれる構造的構成を表している。その一方で、センサパッケージ７０は、キャップ２８がセンサダイ２６とコントローラダイ２４との間に置かれる入れ替わった構造的構成を表している。センサパッケージ２０および７０は、本明細書においては例示を目的として提供されている。しかしながら、センサパッケージは、特定の設計基準にしたがって、広範な形態、サイズ、形状、および機能をとってもよい。
【００２７】
図４は、別の実施形態によるセンサパッケージ２０および７０（図１〜図３）を作製するためのパッケージング・プロセス８０の流れ図を示す。パッケージング・プロセス８０は、半導体要素が、従来のダイ配置技法の代わりに、依然としてウェハ内にある状態でパッケージングされ、その後ウェハダイシングされる、ウェハレベルパッケージング技法を記載している。パッケージング・プロセス８０は、複数のセンサパッケージ２０（図２）のパッケージングに関連して、および、複数のセンサパッケージ７０（図３）のパッケージングに関連して説明される。しかしながら、以下の方法は、非常に多数の半導体設計のためのパッケージング方法に適合されることができることが諒解される。パッケージング・プロセス８０は、説明を明瞭にするために、例示的な工程の流れを記載している。しかしながら、現実の実務においては、パッケージング施設の特定の処理能力にしたがって、工程の順序に変更があってもよい。
【００２８】
パッケージング・プロセス８０はアクティビティ８２によって開始する。アクティビティ８２において、センサウェハ構造が設けられ、その上には複数のセンサ３０（図２）が形成される。センサウェハ構造は、デバイス製造者から提供され、別個のパッケージング施設においてパッケージング・プロセス８０にしたがってパッケージングされ得る。代替的には、センサウェハ構造は、同じ製造施設内で作製およびパッケージングされてもよい。
【００２９】
アクティビティ８２に関連して図５を参照すると、図５は、パッケージング・プロセス９０に関連して使用されるセンサウェハ構造８４の上面図を示す。図５は特に、センサパッケージ２０（図２）の積層構造５５（図２）を製造するのに使用される、点線によって表される複数のセンサ構造２２を含む例示的なセンサウェハ構造８４を示している。したがって、センサウェハ構造８４の上面図において、センサダイ２６のダイ外面５４が見えている。
【００３０】
代替的に、図５の図解は、別のセンサウェハ構造８６を表すことができる。センサウェハ構造８６およびその関連要素は、図５においては括弧によって区別される。センサウェハ構造８４のように、センサウェハ８６は、センサパッケージ７０（図３）の積層構造７４（図３）を製造するのに使用される、点線によって表される複数のセンサ構造７２を含む。したがって、センサウェハ構造８６の上面図において、キャップ２８のキャップ外面５２が見えている。
【００３１】
センサ構造２２および７２は、慣性センサ、ジャイロスコープ、光学デバイス、圧力センサ、磁場センサ、スイッチ、マイクロフォンなどのような複数のセンサデバイスのいずれかを含んでもよい。しかしながら、代替的な実施形態では、センサ構造２２および７２は、ウェハレベルにおいて敏感な特徴部を個別に保護、すなわちキャッピングし、付加的に末端要素、すなわちボンドパッド４２（図２）を露出または暴露することが望ましい任意の他のデバイスを含んでもよい。
【００３２】
センサウェハ構造８４および８６は、従来のおよび近い将来のバルクマイクロマシニング、表面マイクロマシニング、および／または高アスペクト比シリコンマイクロマシニング技法を利用して製造され得る。表面マイクロマシニング技法のための作製プロセスは概して、たとえば、１つまたは複数の犠牲酸化物層、１つまたは複数のポリシリコン構造層などの堆積、パターニング、およびエッチングを含むことができる。たとえば、１つまたは複数の犠牲酸化物層は、シリコンベースのウェハの上に重ねて堆積され得、その後、１つまたは複数の構造層が犠牲層の上に堆積され得る。
【００３３】
センサウェハ構造８４または８６のいずれかの上のすべての要素は同一であってもよく、または、センサウェハ構造８４または８６のいずれかは、センサ要素を混合したものを含むことができる。破線８８は、センサウェハ構造８４を構成する様々なセンサ構造２２、または代替的には、センサウェハ構造８６を構成する様々なセンサ構造７２を線引きする境界を表す。破線８８は付加的に、センサウェハ構造８４が最終的にソーイング、ダイシング、エッチング、または他の様態で単体化（後述）されることになるロケーションを表す。したがって、破線８８は、以下ではソーライン（ｓａｗ  ｌｉｎｅ）８８と称する。
【００３４】
示されている実施形態では、一点鎖線の選択対９０は、最上部ウェハ、すなわちセンサウェハまたはキャップウェハ（後述）のいずれかのうちの部分（後述）が、センサウェハまたはキャップウェハのうちの他方である下部ウェハのボンドパッド４２（図２および図３）にアクセスするために除去されることになる部分のロケーションを表す。これらの選択対９０は、以下ではソー暴露線（ｓａｗ−ｔｏ−ｒｅｖｅａｌ  ｌｉｎｅ）９０と称する。センサウェハ構造８４および８６は、概して円盤形状であるものとして示されている。しかしながら、センサウェハ構造８４および８６の代替的な実施形態は、長方形形状のような、任意の適切な形状であってもよい。所与のセンサウェハ構造８４または８６を構成するセンサ構造２２または７２の量は、センサ構造２２または７２のサイズ、および、センサウェハ構造８４または８６を組み立てるのに使用されるウェハ（後述）のサイズに応じて変化する。
【００３５】
ここで、アクティビティ８２（図４）に関連して図６を参照すると、図６は、図２に示される実施形態に対応するセンサウェハ構造８４の部分側面図を示す。センサウェハ構造８４は、センサウェハ９２と、キャップウェハ９４と、センサウェハ９２の基板材料３２上に形成される複数のセンサ３０とを含む。従来のおよび近い将来のプロセスにしたがって、センサウェハ９２はセンサ３０を含むように作製され、キャップウェハ９４は別個に作製される。その後、任意の適切な接合技法および接合材料を使用して、キャップウェハ９４はセンサウェハ９２に結合される。ソーライン８８が各隣接するセンサダイ２６の境界を線引きしている。同様に、ソーライン８８は各隣接するキャップ２８の境界を線引きしている。さらに、ソーライン８８および隣接するソー暴露線９０は、キャップ２８の基板部分４０上に形成される下部ボンドパッド４２を露出するために除去されることになるコントローラダイ２６の材料区画９６を線引きする。一実施形態では、センサウェハ９２は、ボンドパッド４２が存在するダイ内面９２から空洞９１、または空間が内向きに広がるように適切に形成され得る。このような構成は、主として、キャップウェハ９４上の下部構造に対する、後述のソー暴露工程中に発生するソー切断からの損傷を防止する。代替的な構成では、電気接続のような下部構造が、キャップウェハ９４の基板材料内に埋め込まれて、キャップウェハ９４から電気的に絶縁され得、したがって、空洞９１の必要がなくなる。
【００３６】
ここで、アクティビティ８２（図４）に関連して図７を参照すると、図７は、図３に示される実施形態に対応するセンサウェハ構造８６の部分側面図を示す。センサウェハ構造８６は、センサウェハ９２と、キャップウェハ９４と、基板材料３２上に形成されるセンサ３０とを含む。上述のように、センサウェハ９２はセンサ３０を含むように作製され、キャップウェハ９４は別個に作製される。その後、任意の適切な接合技法および接合材料を使用して、キャップウェハ９４はセンサウェハ９２に結合される。ソーライン８８が各隣接するセンサダイ２６の境界を線引きしている。同様に、ソーライン８８は各隣接するキャップ２８の境界を線引きしている。この構成では、ソーライン８８および隣接するソー暴露線９０は、センサダイ２６の基板部分７６上に形成される下部ボンドパッド４２を露出するために除去されることになるキャップ２８の材料区画９８を線引きする。
【００３７】
図４に戻って参照すると、アクティビティ８２に応答して、センサウェハ構造８４（図６）またはセンサウェハ構造８６（図７）が設けられる。パッケージング・プロセス８０は、最初にセンサパッケージ２０（図２）を製造するためにセンサウェハ構造８４を設けることに関連して説明される。
【００３８】
アクティビティ８２の後、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１００によって継続する。アクティビティ１００において、少なくとも１つのコントローラ要素が設けられる。コントローラ要素は、デバイス製造者から提供され、別個のパッケージング施設においてパッケージング・プロセス８０にしたがってパッケージングされ得る。代替的には、コントローラ要素は、同じ製造施設内で作製およびパッケージングされてもよい。
【００３９】
アクティビティ８２に関連して図８〜図１０を参照すると、図８は、パッケージング・プロセス８０に関連して使用される、コントローラウェハ１０２の形態のコントローラ要素の上面図を示す。図９は、コントローラウェハ１０２の拡大部分上面図を示し、図１０は、図９の切断線１０−１０に沿ったコントローラウェハ１０２の部分側断面図を示す。コントローラウェハ１０２は上面４４および底面４６を有し、上面４４は複数のコントローラダイ２４を含み、コントローラダイの各々は制御回路４８と、いくつかの実施形態では、一体型センサ６１とを含む。
【００４０】
コントローラウェハ１０２は、コントローラウェハ１０２の活性領域内に制御回路４８を形成するために、従来のおよび近い将来の集積回路（ＩＣ）作製技法を利用して製造され得る。標準的なＩＣウェハ作製技法の実施は、トランジスタ、コンデンサ、抵抗、ダイオード、ならびに、制御回路４８、および存在する場合には一体型センサ６１のすべての他の構成要素を作成する。加えて、これらのＩＣ作製技法は、コントローラウェハ１０２の上面４４にボンドパッド５０およびバンプパッド５８を形成するように実施され得る。これらの従来のプロセスのステップは、本明細書に記載する必要はない。
【００４１】
コントローラウェハ１０２の上面４４は、コントローラウェハ１０２の概して平坦な上面４４に沿った破線１０４を用いてマーキングされている。破線１０４は、コントローラウェハ１０２がソーイングまたはダイシングされることになるロケーションを表す。たとえば、示されている実施形態では、一点鎖線によって示される垂直に配列される線１０４の隣接する対１０６は、コントローラウェハ１０２の材料区画１０７（後述）が、下部にあるセンサウェハ構造８４（図６）にアクセスするために除去され得るロケーションを表す。これらの線の隣接する対は、本明細書においてはソー暴露線１０６と総称される。残りの破線１０４は、コントローラウェハ１０２が、センサウェハ構造８４の単体化と同時に最終的に単体化（後述）されることになるロケーションを表す。破線１０４は、以下ではソーライン１０４と称する。
【００４２】
コントローラウェハ１０２は、概して円盤形状であり、センサウェハ構造８４（図６）と対応するものとして示されている。しかしながら、コントローラウェハ１０２の代替的な実施形態は、長方形形状のような、任意の適切な形状であってもよい。加えて、所与のコントローラウェハ１０２上に形成されるコントローラダイ２４の量は、コントローラダイ２４のサイズおよびコントローラウェハ１０２のサイズに応じて変化する。
【００４３】
ここで図１１を参照すると、図１１は、別の実施形態によるパッケージング・プロセス８０に関連して使用され得る、コントローラダイ２４の形態のコントローラ要素の側面図を示す。パッケージング・プロセス８０（図３）は、設けられるコントローラ要素がコントローラウェハ１０２（図１０）であるウェハトゥウェハ（ｗａｆｅｒ−ｔｏ−ｗａｆｅｒ）作製プロセスとして具現化され、これは図１２〜図１８に関連して最初に説明される。代替的な実施形態では、パッケージング・プロセス８０は、図１９〜図２４に関連して説明されるような、設けられる少なくとも１つのコントローラ要素が複数のコントローラダイ２４であるダイトゥウェハ（ｄｉｅ−ｔｏ−ｗａｆｅｒ）作製プロセスとして具現化され得る。このように、図１１は、コントローラウェハ１０２（図８）がダイシング、ソーイング、エッチング、または他の様態で単体化されて、物理的に互いに分離された複数のコントローラダイ２４が形成された後のコントローラダイ２４を示している。
【００４４】
ここでパッケージング・プロセス８０に戻って、アクティビティ１００の後、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１０８によって継続する。アクティビティ１０８において、コントローラウェハ１０２（図８）が裏面研削プロセスを受けて、ウェハ１０２が薄くされる。特に、底面４６（図１０）が、従来の研削材料および機器を使用した、ウェハ薄化とも称される裏面研削を受ける。
【００４５】
アクティビティ１０８に関連して図１２を参照すると、図１２は、パッケージング・プロセス８０によるパッケージングの初期段階１１０におけるコントローラウェハ１０２の部分側断面図を示す。図１２において点線１１１によって表されるように、コントローラウェハ１０２は、タスク１００（図４）におけるパッケージングのために提供されるときの初期厚さ１１２を呈する。コントローラウェハ１０２の初期厚さ１１２は、概ね７５０マイクロメートル（ミクロン）の厚さであり得る。ウェハ裏面研削は、半導体デバイスの積層および高密度パッケージングを可能にするためにウェハ厚さが低減される半導体デバイス作製工程である。図１２にさらに示すように、裏面研削アクティビティ１０８を実行した後のコントローラウェハ１０２の最終厚さ１１４は、初期厚さ１１２よりも薄い。最終厚さ１１４は、機械的安定性を過度に犠牲にすることのない可能な限り薄い任意の適切な寸法であることができる。たとえば、コントローラウェハ１０２の最終厚さ１１４は概ね１００マイクロメートル（ミクロン）であり得る。
【００４６】
図４に戻って参照すると、裏面研削アクティビティ１０８の後、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１１６によって継続する。アクティビティ１１６において、コントローラウェハ１０２はセンサウェハ構造８４に接合されて、積層ウェハ構造５５（図２）が形成される。
【００４７】
アクティビティ１１６に関連して図１３を参照すると、図１３は、パッケージングの後続の段階１１８における、積層ウェハ構造１１７を形成するためにセンサウェハ構造８４に接合されるコントローラウェハ１０２の部分側断面図を示す。接合は、直接ボンディング、接着、熱圧着、反応性接合、プラズマ励起接合、陽極接合、共晶接合、または任意の他の適切な接合技法を利用して実行され得る。たとえば、エポキシダイ取り付け材料またはフィルムが利用されて、コントローラウェハ１０２がセンサウェハ構造８４に接合され得る。図示されている実施形態では、センサウェハ構造８４には、アクティビティ１１６においてコントローラウェハ１０２がセンサウェハ構造８４に接合されて積層ウェハ構造１１７が形成される前に、ともに接合されるセンサウェハ９２およびキャップウェハ９４が設けられる。しかしながら、代替的な実施形態では、センサウェハ９２、キャップウェハ９４、およびコントローラウェハ１０２は同時にともに接合されてもよい。加えて、コントローラウェハ１０２が一体型センサ６１（図２）を含むとき、一体型センサ６１が温度に敏感であることによって、利用される接合材料および技法が制限される場合があることに留意されたい。
【００４８】
コントローラウェハ１０２とセンサウェハ構造８４との位置整合は、とりわけ、コントローラウェハ１０２およびセンサウェハ構造８４の端部のノッチ、ピン、エッチング、またはホログラフィ像のような機械的または光学的な基準マークを利用することによって達成され得る。シリコンウェハ接合のための自動プロセス用機器、ならびに適切な位置整合技法の統合によって、コントローラウェハ１０２およびセンサウェハ構造８４の半導体要素上の特定の特徴部に適合された精密配置が可能になり得る。したがって、センサの１０分の１を下回る精度の角度アラインメントが達成され得る。このアラインメント精度は、通常、約±２度の精度に制限される従来のチップレベルのダイパッケージングにおいて達成されるセンサの角度アラインメントとは対照的である。
【００４９】
図４に戻って参照すると、接合アクティビティ１１６の後、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１２０によって継続する。アクティビティ１２０において、導電性要素６０（図２）が、コントローラウェハ１０２（図１０）のバンプパッド５８（図１０）上に形成される。加えて、パッケージング・プロセス８０のアクティビティ１２２が実行され得る。アクティビティ１２２において、センサパッケージ２０（図２）の設計構成がセンサダイ６２（図２）を必要とするとき、センサダイ６２は、コントローラウェハ８２のコントローラダイ２４（図２）の直上の適切なロケーションにおいてコントローラウェハ１０２に据え付けられ得る。
【００５０】
パッケージング・プロセス８０のアクティビティ１２０および１２２に関連して図１４を参照すると、図１４は、パッケージングの後続の段階１２４における図１３の積層ウェハ構造１１７の部分側断面図を示す。図１４によって表されるアクティビティ１２０において、導電性要素６０が、コントローラウェハ１０２のバンプパッド５８上に形成される。導電性要素６０は、コントローラウェハ１０２のバンプパッド５８上にめっきされる銅ピラーであってもよい。代替的には、スタッドバンプまたははんだボールが、従来のプロセスにしたがってバンプパッド５８に付着されてもよい。
【００５１】
導電性要素６０は、センサパッケージ２０（図２）の製品回路に対する回転精度の向上を達成するためのウェハレベル・プロセスとして、積層ウェハ構造１１７の接合されたウェハのバンプパッド５８上に形成される。ウェハレベル・プロセスとして導電性要素６０を形成することによって、ダイを組み立ててセンサパッケージにして、その後センサパッケージを組み立てて製品回路にするのと比較して精度の向上が達成される。したがって、センサパッケージ２０が、たとえばはんだ付けによって最終的に製品回路に組み付けられるとき、はんだが導電性要素６０を製品回路上の対応する特徴部に位置整合させるため、製品回路に対するセンサパッケージ２０の配置および回転は、導電性要素６０の配置および回転によって決定されることになる。
【００５２】
同じく図１４によって表されるアクティビティ１２２において、センサダイ６２が、ダイ取り付けプロセスによってコントローラウェハ１０２に接合され、コントローラウェハ１０２にワイヤボンディングされ得る。代替的には、センサダイ６２は、従来のワイヤボンディング技法ではなくフリップチップ技法を利用してコントローラウェハ１０２に据え付けられてもよく、この技法において、センサダイ６２は反転されて、たとえば、はんだバンプ据え付け、スタッドバンプ接合などを使用してコントローラ要素２４に直接接続される。ダイ取り付けプロセス、およびセンサダイ６２のコントローラウェハ１０２へのワイヤボンディングの詳細は、説明を簡潔にするために本明細書においては説明されない。
【００５３】
フリップチップ技法によって、センサダイ６２と下部にあるセンサウェハ構造８４のセンサ３０との間の良好な回転および傾き精度が達成され得る。一方で、コントローラウェハ１０２上の各コントローラダイ２４は、ウェハトゥウェハ接合によって達成される優れた回転および傾き精度で、センサ３０を収容する、下部にあるセンサウェハ構造８４に接合されるため、ダイ取り付けプロセスが実施されたとしても、センサダイ６２とセンサ３０との間で位置整合精度の向上を達成することができる。一方で、より重要なことに、センサダイ６２をコントローラウェハ１０２上に据え付けることによって、パッケージ密度の向上を達成することができる。
【００５４】
図４に戻って参照すると、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１２６によって継続する。アクティビティ１２６において、コントローラウェハ１０２の材料区画１０７（図１０）およびセンサウェハ構造８４の材料区画９６（図６）が除去されて、キャップウェハ９４（図６）上のボンドパッド４２（図２）が暴露される。
【００５５】
アクティビティ１２６に関連して図１５を参照すると、図１５は、パッケージングの後続の段階１２８における積層ウェハ構造１１７の部分側断面図を示す。一時的に図６に戻って参照すると、ボンドパッド４２はセンサウェハ９２の材料区画９６の下部にある空洞または空間内に存在する。図１５に示すように、コントローラウェハ１０２の材料区画１０７およびセンサウェハ９２の材料区画９６が除去されて、これらの空洞内に存在し、下部のキャップウェハ９４上に形成されているボンドパッド４２が露出、すなわち、暴露されている。材料区画１０７および９６は、コントローラウェハ１０２内のソー暴露線１０６およびセンサウェハ９２内のソー暴露線９０（図６参照）に沿ってソーイングすることによって除去され得る。
【００５６】
再び、図４に戻って参照して、アクティビティ１２６において材料区画１０７および９６が除去されてボンドパッド４２が露出、すなわち暴露されると、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１３０によって継続する。アクティビティ１３０において、ボンドワイヤ５６（図２）の形態の電気的相互接続が、キャップウェハ９４のボンドパッド４２（図２）とコントローラウェハ１０２のボンドパッド５０（図２）との間に取り付けられる。
【００５７】
ここでアクティビティ１３０に関連して図１６を参照すると、図１６は、パッケージングの後続の段階１３２における積層ウェハ構造１１７の部分側断面図を示す。図示されるように、ボンドワイヤ５６が、従来のワイヤボンディングプロセスを使用してキャップウェハ９４のキャップ内面３４上のボンドパッド４２、およびコントローラウェハ１０２の上面４４上の対応するボンドパッド５０に接合される。導電性要素６０はボンドワイヤ５６のワイヤ・ボンド・ループ高さよりも高いことが観察されるはずである。ワイヤボンディングはコスト効率的で柔軟な相互接続技法であり、ウェハレベル作製プロセス中に電気的相互接続を形成するときに容易に実施することができる。
【００５８】
図４に戻って参照すると、ワイヤボンディングアクティビティ１３０の後、パッケージング・プロセス８０はアクティビティ１３４によって継続する。アクティビティ１３４において、パッケージング材料６４（図２）が塗布されて、積層ウェハ構造１１７が封入される。
【００５９】
アクティビティ１３４に関連して図１７を参照すると、図１７は、パッケージングの後続の段階１３６における積層ウェハ構造１１７の部分側断面図を示す。図１７に示すように、導電性要素６０、コントローラウェハ１０２の上面４４、センサダイ６２、ボンドワイヤ５６、およびキャップウェハ９４の露出したキャップ内面３４が、パッケージング材料６４によって封入される。パッケージング材料６４は、成形コンパウンド、埋め込み用樹脂、エポキシ樹脂などであってもよい。パッケージング材料６４は、ボンドワイヤ５６および導電性要素６０を被覆するのに十分な層厚で塗布される。パッケージング材料６４が封入中に導電性要素６０を完全に被覆してしまう場合、パッケージング材料６４は、摩滅されるかまたは他の様態で研磨され、ボンドワイヤ５６を露出させることがないように導電性要素６０の上面６６を露出させることができる。
【００６０】
上述のように、パッケージング施設の特定の処理能力にしたがって、工程の順序に変更があってもよい。たとえば、導電性要素６０はワイヤボンディング（図１６によって表される）の後または封入（図１７によって表される）の後であるが、単体化アクティビティ（後述）の前に形成されてもよい。
【００６１】
再び図４に戻って参照すると、ワイヤボンディングアクティビティ１３０および／または封入アクティビティ１３４の後、簡潔にするために本明細書には示されていない、継続処理が実行され得る。この継続処理は、導電性要素６０の上にはんだボールを付加することを含み得る。はんだボールを付加することによって、孤立性を増大させつつ、電気的相互接続を改善させることができる。追加の継続処理は、目視検査、運用試験、通電テスト、負荷テスト、加速寿命試験、パッケージング材料６４および導電性要素６０の上面６６の上に追加の再配線層を構築することなどを含んでもよく、これらのすべては依然としてウェハレベルにおけるものである。
【００６２】
アクティビティ１３４の後、アクティビティ１３８が最終的に実行される。アクティビティ１３８において、作製された積層ウェハ構造１１７が単体化、すなわち、従来のように切断、穿孔、またはダイシングされる。アクティビティ１３８の後、パッケージング・プロセス８０は終了する。
【００６３】
アクティビティ１３８に関連して図１８を参照すると、図１８は、パッケージング・プロセス８０にしたがって積層ウェハ構造１１７（図１７）から製造されるセンサパッケージ２０の側断面図を示す。図示されるように、積層ウェハ構造１１７は、センサ構造２２のソーライン８８（図６参照）およびコントローラウェハ１０２の残りのソーライン１０４（図１０参照）に対応するソーラインに沿って単体化、すなわち、切断、穿孔、またはダイシングされて、個々のセンサパッケージ２０がもたらされている。単体化アクティビティ１３８の後、個々のセンサパッケージ２０は、たとえば、最終用途におけるプリント回路基板に結合されることができる。結果もたらされるセンサパッケージ２０の各々は、ｘおよびｙのパッケージ寸法が、センサ構造２２のｘおよびｙ寸法にほぼ等しいチップスケールパッケージを表す。しかしながら、各センサパッケージ２０のｚ寸法、すなわち、厚さは、導電性要素６０およびボンドワイヤ５６を収容するために、積層ウェハ構造の厚さよりも約１００〜２００マイクロメートル（ミクロン）大きいものであり得る。
【００６４】
パッケージング・プロセス８０は、上記において、センサパッケージ２０を製造するためにセンサウェハ構造８４（図６）およびコントローラウェハ１０２（図１０）を利用するウェハトゥウェハパッケージング・プロセスとして説明された。代替的な実施形態にしたがって、パッケージング・プロセス８０は、下記において、センサパッケージ７０（図３）を製造するためにセンサウェハ構造８６（図７）およびすでに単体化された、すなわち、分離されたコントローラダイ２４（図１１）を利用するダイトゥウェハパッケージング・プロセスとして説明される。しかしながら、パッケージング・プロセス８０は、センサパッケージ７０を製造するためにウェハ構造８６およびコントローラウェハ１０２を利用して、ウェハトゥウェハ・パッケージング・プロセスとして実施されてもよいことは容易に理解されるはずである。同様に、パッケージング・プロセス８０は、センサパッケージ２０を製造するためにセンサウェハ構造８４およびすでに単体化された、すなわち、分離されたコントローラダイ２４を利用するダイトゥウェハパッケージング・プロセスとして実施されてもよい。各実施形態において、従来のチップレベルのダイパッケージングと比較して回転および傾き精度の向上が達成され得る。
【００６５】
図１９は、パッケージング・プロセス８０（図４）の接合アクティビティ１１６（図４）によるパッケージングの中間段階１４２における、積層ウェハ構造１４０を形成するためにセンサウェハ構造８６に接合される、複数のコントローラダイ２４の形態のコントローラ要素の部分側断面図を示す。単体化されたコントローラダイ２４がセンサウェハ構造８６に取り付けられる技法を実施することによって、単体化されたコントローラダイ２４は、アクティビティ１１６において接合する前に精査および試験されることができる。したがって、「良好な」（すなわち、適切に機能する）コントローラダイ２４のみがセンサウェハ構造８６に接合されることになる。加えて、コントローラダイ２４はすでに単体化されている、すなわち、物理的に互いから分離されているため、コントローラダイ２４のｘおよびｙ寸法は、センサダイ２６のｘおよびｙ寸法と異なっていてもよい。
【００６６】
図２０は、パッケージング・プロセス８０（図４）のアクティビティ１２０および１２２（図４）によるパッケージングの後続の段階１４４における図１９の積層ウェハ構造１４０の部分側断面図を示す。したがって、段階１４４において、導電性要素６０がコントローラダイ２４のバンプパッド５８上に形成される。加えて、存在する場合、センサダイ６２がコントローラダイ２４の上面４４に据え付けられる。
【００６７】
図２１は、パッケージング・プロセス８０（図４）のアクティビティ１２６（図４）によるパッケージングの後続の段階１４６における図２０の積層ウェハ構造１４０の部分側断面図を示す。段階１４６において、キャップ層９２の材料区画９８が除去されて、下部にあるセンサウェハ９２上のボンドパッド４２（図３）が暴露される。材料区画９８は、キャップウェハ９４内のソー暴露線９０（図２０参照）に沿ってソーイングすることによって除去され得る。
【００６８】
図２２は、パッケージング・プロセス８０（図４）のアクティビティ１３０（図４）によるパッケージングの後続の段階１４８における図２１の積層ウェハ構造１４０の部分側断面図を示す。段階１４８において、ボンドワイヤ５６の形態の電気的相互接続が、センサウェハ９２のボンドパッド４２と、コントローラダイ２４の各々の対応するボンドパッド５０との間に取り付けられる。
【００６９】
図２３は、パッケージング・プロセス８０（図４）のアクティビティ１３４（図４）によるパッケージングの後続の段階１５０における図２２の積層ウェハ構造１４０の部分側断面図を示す。アクティビティ１５０において、パッケージング材料６４が塗布されて、積層ウェハ構造１４０が封入される。図２３に示すように、導電性要素６０、コントローラダイ２４の上面４４、センサダイ６２、ボンドワイヤ５６、およびセンサウェハ９２の露出したダイ内面３６が、パッケージング材料６４によって封入される。ここでも、パッケージング材料６４が封入中に導電性要素６０を完全に被覆してしまう場合、パッケージング材料６４は、摩滅されるかまたは他の様態で研磨され、ボンドワイヤ５６を露出させることがないように導電性要素６０の上面６６を露出させることができる。
【００７０】
図２４は、パッケージング・プロセス８０（図４）のアクティビティ１３８（図４）の後に図２３の積層ウェハ構造１４０から製造されるセンサパッケージ７０の側断面図を示す。すなわち、作製された積層ウェハ構造１４０が単体化、すなわち、従来のように切断、穿孔、またはダイシングされて、センサパッケージ７０がもたらされる。たとえば、積層ウェハ構造１４０は、個々のセンサパッケージ７０を提供するためにウェハ構造８６のソーライン８８（図８参照）に沿って単体化されている。したがって、結果もたらされるセンサパッケージ７０の各々は、ｘおよびｙのパッケージ寸法が、センサ構造２２のｘおよびｙ寸法にほぼ等しいチップスケールパッケージを表す。しかしながら、各センサパッケージ７０のｚ寸法、すなわち、厚さは、導電性要素６０およびボンドワイヤ５６を収容するために、積層ウェハ構造１４０の厚さよりも約１００〜２００マイクロメートル（ミクロン）大きいものであり得る。
【００７１】
本明細書に記載の実施形態は、センサパッケージング方法、および、当該センサパッケージング方法にしたがって製造されるセンサパッケージをもたらす。パッケージング方法は、従来のダイ配置技法の代わりにウェハレベルパッケージング技法を含む。ウェハレベルパッケージング技法によれば、コントローラウェハがセンサウェハ構造に接合されて、コントローラウェハの能動面がパッケージの外方に向いている積層ウェハ構造が形成される。したがって、パッケージ入力および出力はコントローラウェハ上に形成されることができる。積層ウェハ構造の一部がソーイング、エッチング、または他の様態で切断されて、センサウェハ構造の下部にあるボンドパッドが暴露され、コントローラウェハ上のコントローラダイの対応するボンドパッドが、ウェハ形式でセンサ・ボンド・パッドにワイヤボンディングされる。この方法は、センサウェハ構造が、センサウェハに接合されるキャップウェハを含み、センサウェハ構造のボンドパッドがセンサウェハ上にではなくキャップウェハ上に位置する場合に特に有用である。
【００７２】
ウェハレベルパッケージング・プロセスは、小型センサのパッケージングに特に適しており、センサの精密な回転および傾き精度が、ダイレベルではなくウェハレベルで達成されることができる。その上、必要とされる角度精度が、よりコストがかかり時間がかかる試験なしに保証されることができる。したがって、本明細書で説明するウェハレベルパッケージング・プロセスは、センサの高スループットおよび精密配置パッケージングを比較的低コストで提供する。その上、ウェハレベルパッケージング・プロセスの結果として、個々のセンサパッケージが概してセンサダイと同じサイズになり、センサおよびマイクロ電子デバイスが積層されてサイズが低減されてパッケージ密度が改善され、電気的性能が向上されるなどといったことになる。加えて、ウェハ構造および対応する方法はコスト効率的であり、容易に実装され、既存のアセンブリおよびパッケージングツールおよび技法に適合性がある。
【００７３】
本発明の好ましい実施形態が詳細に例示および記載されてきたが、本発明の技術思想または添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく、そこに様々な改変を行うことができることが当業者には容易に明らかとなろう。たとえば、ウェハ接合後のプロセス工程は、提示されたものとは異なる順序で実行されることができる。
【符号の説明】
【００７４】
２０，７０…センサパッケージ、２４，２６…コントローラダイ、２６，６２…センサダイ、２８…キャップ、３０…センサ、４８…制御回路、５８…バンプパッド、６０…導電性要素、６４…パッケージング材料、８２，１０２…コントローラウェハ、８６，９２…センサウェハ、９４…キャップウェハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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