(57)【要約】ベース基板を封止実装するための保護基板に電気的に連結されて前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された間隔だけ離間させる第１層と、前記第１層と電気的に連結され、前記ベース基板の表面上に共融接合される第２層を含むことを特徴とする多層バンプ構造物が開示される。前記第１層は、前記第２層と前記ベース基板の共融温度よりも高い溶融点を有することができる。前記多層バンプ構造物を使用すれば、ベース基板の表面上に形成されたＭＥＭＳ素子などのような微細構造物が駆動するための空間を確保することができ、封止実装過程で接合物質の拡がりによって基板上の隣接構造物又は電極間で接触が発生しないという利点がある。【選択図】      図３
2011500343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板を封止実装するための保護基板に電気的に連結されて前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された間隔だけ離間させる第１層と、
前記第１層と電気的に連結され、前記ベース基板の表面上に共融接合される第２層と
を含み、
前記第１層は、前記第２層と前記ベース基板の共融温度よりも高い溶融点を有することを特徴とする多層バンプ構造物。
【請求項２】
前記第１層の厚さは、前記第２層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の多層バンプ構造物。
【請求項３】
前記第１層及び前記第２層の間に形成され、前記第２層と前記ベース基板の共融接合時に前記第２層を構成する物質が前記第１層に拡がるのを防止するための拡散防止層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の多層バンプ構造物。
【請求項４】
前記拡散防止層は、ニッケル、チタニウム、クロム、銅、バナジウム、アルミニウム、金、コバルト、マンガン、パラジウム又はこれらの合金の中から選択されるいずれか１つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項３に記載の多層バンプ構造物。
【請求項５】
前記第２層はＡｕで構成されることを特徴とする請求項１に記載の多層バンプ構造物。
【請求項６】
表面上に微細構造物が形成されたベース基板と、
前記ベース基板を封止実装するための保護基板と、
前記保護基板の底面に電気的に連結されて前記ベース基板に形成された微細構造物の駆動のために前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された間隔だけ離間させる第１層と、
前記第１層に電気的に連結されて前記ベース基板の表面上に共融接合される第２層と
を含み、
前記第１層は、前記第２層と前記ベース基板の共融温度よりも高い溶融点を有することを特徴とする封止実装された構造物。
【請求項７】
前記第１層の厚さは、前記第２層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の封止実装された構造物。
【請求項８】
前記第１層及び前記第２層の間に形成され、前記第２層と前記ベース基板の共融接合時に前記第２層を構成する物質が前記第１層に拡がるのを防止するための拡散防止層を更に含むことを特徴とする封止実装された構造物。
【請求項９】
前記拡散防止層は、ニッケル、チタニウム、クロム、銅、バナジウム、アルミニウム、金、コバルト、マンガン、パラジウム又はこれらの合金の中から選択されるいずれか１つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項８に記載の封止実装された構造物。
【請求項１０】
前記第２層はＡｕで構成され、前記ベース基板はＳｉで構成されることを特徴とする請求項６に記載の封止実装された構造物。
【請求項１１】
前記第２層はＡｕで構成され、
前記ベース基板は、前記ベース基板の表面上に形成されて前記第２層と共融接合されるシリコン層を含むことを特徴とする請求項６に記載の封止実装された構造物。
【請求項１２】
前記微細構造物は、ＭＥＭＳ素子であることを特徴とする請求項６に記載の封止実装された構造物。
【請求項１３】
ベース基板を封止実装するための保護基板に、前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された距離だけ離間させる第１層を形成する段階と、
前記第１層上に、前記ベース基板と共融接合されるための第２層を形成する段階と、
前記第２層と前記ベース基板を共融接合する段階と
を含み、
前記第１層は、前記第２層と前記ベース基板の共融温度よりも高い溶融点を有することを特徴とする多層バンプ構造物の製造方法。
【請求項１４】
前記共融接合する段階は、
前記ベース基板と前記第２層の密着のために予め設定された圧力を加える段階と、
前記ベース基板及び前記第２層を予め設定された温度で過熱する段階と
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の多層バンプ構造物の製造方法。
【請求項１５】
前記第１層を形成する段階の前に、
前記ベース基板上にシリコン層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の多層バンプ構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記第２層を形成する段階の前に、
共融接合時に前記第２層を構成する物質が前記第１層に拡がるのを防止するための拡散防止層を前記第１層上に形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の多層バンプ構造物の製造方法。
【請求項１７】
前記拡散防止層は、ニッケル、チタニウム、クロム、銅、バナジウム、アルミニウム、金、コバルト、マンガン、パラジウム又はこれらの合金の中から選択されるいずれか１つ以上の物質を含むことを特徴とする請求項１６に記載の多層バンプ構造物の製造方法。
【請求項１８】
前記第１層はＡｕで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の多層バンプ構造物の製造方法。
【請求項１９】
前記第１層の厚さは、前記第２層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載の多層バンプ構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板レベルの封止実装（ｗａｆｅｒ-ｌｅｖｅｌ ｈｅｒｍｅｔｉｃｐａｃｋａｇｉｎｇ)のための多層バンプ構造物及びその製造方法に関し、詳細には、ＭＥＭＳ素子又は半導体チップなどのような微細構造物が形成されたベース基板を保護基板に結合して封止実装する技術において、ベース基板と保護基板との間に電気的に連結されてストッパ（ｓｔｏｐｐｅｒ）及びスペーサ（ｓｐａｃｅｒ）として機能し、ベース基板と共融接合（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ)される多層バンプ構造物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術が今後電子機器及び半導体技術分野をリードする革新的なシステム小型化技術として紹介されている。ＭＥＭＳ技術は、シリコン工程を用いてシステムの特定部位をマイクロメートル単位の精巧な形状でシリコン基板などの基板上に集積して形成する技術である。前記ＭＥＭＳ技術は、薄膜蒸着技術、エッチング技術、写真描画技術、不純物の拡散及び注入技術などの半導体素子製造技術を基礎とする。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を用いて製作された装置の場合、所定の外部環境、詳細には温度、湿度、微粒子、振動及び衝撃などの外部環境に敏感に反応し、これにより、動作を行わなかったり、又は動作中にエラーが頻繁に発生するという問題があった。従って、ＭＥＭＳ素子が位置するベース基板の上部に保護基板を設けることで、封止実装されたＭＥＭＳパッケージを形成してＭＥＭＳ素子を外部環境から遮蔽させることが必要である。
【０００４】
前述したＭＥＭＳパッケージの生成において、加速度センサなどのようなＭＥＭＳ素子の場合に素子が正常に駆動されるためには加速度センサの感知電極などのような微細構造物が駆動されるための所定の空間が必要である。従って、構造物内でＭＥＭＳ素子が駆動可能なように素子が位置するベース基板と保護基板との間に一定の離間距離を維持する必要がある。
【０００５】
更に、従来のＭＥＭＳパッケージの場合、ベース基板ははんだ材質や金属材質で構成されたバンプ構造物を通じて保護基板と結合されて封止実装される。しかし、単一材料で構成されたバンプ構造物を用いてベース基板と保護基板を結合する場合、局部的な融着によってバンプ構造物の上部表面が水平的に拡がる変形が起こりやすい。このようなバンプ構造物の変形は、バンプ構造物が隣接するバンプ構造物に連結されたり、基板上に形成されている構造物及び配線などに侵入乃至接触して電気的な不良を引き起こる原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ベース基板の表面上に形成されたＭＥＭＳ素子などのような微細構造物が駆動されるための空間を提供し、ベース基板と保護基板の結合による接合物質の拡がりによって隣接構造物又は電極間で接触が発生するおそれのない封止実装のための多層バンプ構造物及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態による多層バンプ構造物は、ベース基板を封止実装するための保護基板に電気的に連結されて前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された間隔だけ離間させる第１層と、前記第１層と電気的に連結され、前記ベース基板の表面上に共融接合される第２層とを含んで構成されることができる。
【０００８】
本発明の一実施形態による封止実装された構造物は、表面上に微細構造物が形成されたベース基板と、前記ベース基板を封止実装するための保護基板と、前記保護基板の底面に電気的に連結されて前記ベース基板に形成された微細構造物の駆動のために前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された間隔だけ離間させる第１層と、前記第１層に電気的に連結されて前記ベース基板の表面上に共融接合される第２層とを含んで構成されることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態による多層バンプ構造物の製造方法は、ベース基板を封止実装するための保護基板に、前記ベース基板と前記保護基板を予め設定された距離だけ離間させる第１層を形成する段階と、前記第１層上に、前記ベース基板と共融接合されるための第２層を形成する段階と、前記第２層と前記ベース基板を共融接合する段階とを含んで構成されることができる。
【００１０】
前述した多層構造物、封止実装された構造物及び多層バンプ構造物の製造方法において、第１層は第１層とベース基板の共融温度（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ)よりも高い溶融点を有することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多層バンプ構造物を用いて、ベース基板の表面上に形成されたＭＥＭＳ素子などのような微細構造物が駆動するための空間を確保することができ、封止実装過程で接合物質の拡がりによって基板上の隣接構造物又は電極間で接触が発生しなくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態によるバンプ構造物を用いて封止実装された構造物を示す斜視図である。
【図２】図１に示す封止実装された構造物をＡ-Ａ’に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図３】図２に示す断面図の一部分を拡大して示す部分拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるバンプ構造物の断面を示す断面図である。
【図５】ベース基板及び保護基板を示す断面図である。
【図６】シリコン層形成後のベース基板及び保護基板を示す断面図である。
【図７】第１層形成後のベース基板及び保護基板を示す断面図である。
【図８】第２層形成後のベース基板及び保護基板を示す断面図である。
【図９】拡散防止層形成後のベース基板及び保護基板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付する図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による多層バンプ構造物を用いて封止実装された構造物を示す斜視図である。図示するように、封止実装された構造物の下部にはベース基板１１が位置する。ベース基板１１は印刷回路基板（ＰＣＢ)又は半導体基板を含む各種基板で構成されることができ、好ましくは、シリコン（Ｓｉ）で構成される。ベース基板１１の上部には保護基板１６が位置し、ベース基板１１は保護基板１６によって覆われて封止実装される。ベース基板１１と保護基板１６は、本発明の一実施形態によるバンプ構造物によって電気的に連結され、これについては後述する。
【００１５】
図２は、図１に示す構造物をＡ-Ａ’に沿って切断した断面を示す断面図である。図２には、本発明の一実施形態による封止実装された構造物でバンプ構造物が位置する領域１０が示される。図示するように、ベース基板１１と保護基板１６との間で２つの基板が向かい合う領域の一部分に本発明の一実施形態によるバンプ構造物が位置して２つの基板を電気的に連結する。また、前記バンプ構造物によってベース基板１１と保護基板１６が所定の距離だけ離間してベース基板１１の表面上に形成されたＭＥＭＳ素子などのような微細構造物が駆動されるための空間を提供する。
【００１６】
図３は、図２に示す断面図において、本発明の一実施形態によるバンプ構造物が位置する領域１０を拡大して示す部分拡大図である。図３を参照すれば、本発明の一実施形態によるバンプ構造物は、保護基板１６の底面に電気的に連結される第１層１５及び第１層１５と電気的に連結され、ベース基板１１の表面上に共融接合される第２層１４を含んで構成される。前記第１層１５及び第２層１４は、導電性に優れた１つ以上の金属で形成される。
【００１７】
ベース基板１１の表面上には微細構造物１２が形成される。本発明の一実施形態において、微細構造物１２は加速度センサ、慣性センサなどのようなＭＥＭＳ素子であってもよく、又は半導体チップであってもよい。本発明によるバンプ構造物を用いて封止実装される場合、ベース基板１１はバンプ構造物の第２層１４と共融接合される。共融接合とは、金属と金属を共融温度まで加熱圧着した後、共融温度以下の温度で硬化させて接合層を形成する金属と金属間の接合方法をいう。共融接合のためにベース基板１１は好ましくはシリコン（Ｓｉ）で構成され、ベース基板１１がシリコンで構成されていない場合、ベース基板１１の表面上に形成されて第２層１４と共融接合されるシリコン層１３を更に含むこともできる。
【００１８】
ベース基板１１は保護基板１６に結合されて封止実装される。保護基板１６はベース基板１１を外部環境から遮蔽させるように封止実装するための基板であって、本発明の一実施形態によるバンプ構造物を用いてベース基板１１の上部に結合される。この場合、バンプ構造物はベース基板１１と保護基板１６を電気的に連結するための通路としての役割も果たす。
【００１９】
保護基板１６の底面には第１層１５が電気的に連結される。第１層１５は、ベース基板１１と保護基板１６との間でスペーサ及びストッパとしての役割を果たす。まず、第１層１５はベース基板１１と保護基板１６を予め設定された間隔だけ離間させて２つの基板の間で微細構造物１２の駆動のための空間を形成するスペーサとして機能する。加速度センサなどのＭＥＭＳ素子が正常に動作するためには、加速度を感知する微細電極などが加速度に応じて上下又は左右に動くための空間が必要である。従って、保護基板１６を結合してベース基板１１を封止実装するにおいて、必要な空間の大きさに応じて第１層１５の高さを調節して所望の距離だけベース基板１１と保護基板１６を離間させることが可能である。
【００２０】
また、第１層１５は、共融接合時に第２層１４の水平的拡がり現象が第２層１４の厚さ範囲内で制限されるようにするストッパとして機能する。本発明の一実施形態において、第１層１５は第２層１４とベース基板１１又は第２層１４とシリコン層１３の共融温度よりも高い溶融点を有する。この場合、第２層１４とシリコンの共融接合中に第１層１５が溶融されないので、共融接合によって第１層１５の物理的な形態が変形されるのを防止でき、従って、バンプ構造物の形態が堅固に維持される。
【００２１】
例えば、本発明の一実施形態によって第２層１４が金（Ａｕ）で構成され、ベース基板１１がシリコン（Ｓｉ）で構成された場合、接触面ではＡｕ-Ｓｉの共融反応が発生する。従って、Ａｕ-Ｓｉの共融温度である３６３℃よりも高い溶融点を有する物質で第１層１５を構成することが好ましい。本発明の一実施形態において、第１層１５は銅、銅合金、チタニウム、チタニウム合金、クロム、クロム合金、ニッケル、ニッケル合金、金、金合金、アルミニウム、アルミニウム合金、バナジウム及びバナジウム合金で構成された群より選択された物質で構成されるが、これに限定されるものではなく、多様な金属で第１層１５を構成することが可能である。
【００２２】
また、前述した第１層１５の存在により、共融接合によってバンプ構造物が過度に水平的に拡がる現象を防止できるので、バンプ構造物が基板上の隣接構造物又は他のバンプ構造物に電気的に連結される現象を防止できる。更に、第１層１５が第２層１４に連結されて１つのバンプ構造物を形成するため、第２層１４だけでバンプ構造物を形成する場合に比べて、第２層１４の厚さを減らすことができる。このとき、仮りに第２層１４が金（Ａｕ）のような高価な金属を用いる場合には、第２層１４よりも大きい厚さを有する第１層１５を用いてバンプ構造物の大部分を形成し、共融接合のために要求される最小限の厚さだけ第２層１４を構成することで、バンプ構造物の形成に要される材料費を低減できる。
【００２３】
前述した第１層１５の下部にはベース基板１１との共融接合のための第２層１４が電気的に連結される。本発明の一実施形態において、第２層１４は金（Ａｕ）で構成され、ベース基板１１はシリコン（Ｓｉ）で構成され、Ａｕ-Ｓｉ共融接合を通じてベース基板１１と第２層１４が共融接合される。共融反応によって第２層１４は水平的に拡がるようになり、従って、第２層１４とベース基板１１の接触界面の面積が増加する。
【００２４】
図３に示す実施形態において、第２層１４はベース基板１１の表面に形成された微細構造物１２の上部に共融接合されたが、これは例示的なものであって、第２層１４はベース基板１１上で微細構造物１２が形成されない領域に共融接合されることも可能である。
【００２５】
以上で説明したように、図３に示す実施形態では第１層及び第２層の２つの層で構成された多層バンプ構造物を示した。反面、図４は、図３に示す実施形態とは異なり、３つの層で構成された多層バンプ構造物を示す。
【００２６】
図４を参照すれば、第１層１５及び第２層１４の間に付加的に拡散防止層１７が形成されている。前記拡散防止層１７は共融接合時に第２層１４の溶融によって第２層１４を構成する物質が第１層１５に拡がるのを防止するための層である。前記拡散防止層１７は、ニッケル、チタニウム、クロム、銅、バナジウム、アルミニウム、金、コバルト、マンガン、パラジウム又はこれらの合金など一般的に用いられる拡散防止層及び接合層材料で構成でき、１つ以上の層で前記拡散防止層１７を構成することも可能である。
【００２７】
図５〜図９は、本発明の一実施形態による多層バンプ構造物を製造する過程を示す断面図である。まず、バンプ構造物が形成されていない状態のベース基板１１及び保護基板１６が図５に示される。ベース基板１１がシリコン（Ｓｉ）で構成されていない場合には、図６に示すように、共融接合のためのシリコン層１３をベース基板１１上に形成する。シリコン層１３又は後述する第１層１５、第２層１４及び拡散防止層１７の形成は、蒸着、メッキ又はその他の多様な工程によってなされ得る。
【００２８】
次に、図７に示すように、スペーサ及びストッパとして機能する第１層１５を保護基板１６上の一部分に形成する。このとき、ベース基板１１の表面上に形成された微細構造物１２が駆動されるのに十分な離隔距離が確保されるようにするために、十分な厚さで第１層１５を形成する。次に、図８に示すように、保護基板１６上に形成された第１層１５上に第２層１４を形成することで、バンプ構造物を生成する。本発明の一実施形態では、図９に示すように、第２層１４を形成する以前に第１層１５及び第２層１４間の拡散を防止するための拡散防止層１７を第１層１５上に形成することも可能である。
【００２９】
拡散防止層１７が形成されれば、ベース基板１１と保護基板１６を共融接合によって接合する。接合のために、まず所定の圧力を加えてベース基板１１と保護基板１６を互いに密着させる。その後、バンプ構造物の第２層１４及びベース基板１１の共融温度、例えば、第２層１４が金（Ａｕ）で構成され、ベース基板１１がシリコン（Ｓｉ）で構成された場合、Ａｕ-Ｓｉの共融温度である３６３℃まで加熱する。加熱によって、バンプ構造物とベース基板１１が共融接合されて図３及び図４を参照して前述したバンプ構造物を形成するようになる。
【００３０】
以上で説明した本発明による多層バンプ構造物は、ＭＥＭＳパッケージ又は半導体パッケージを含む多様な装置に適用可能である。特に、本発明は振動によって駆動されるＭＥＭＳ素子（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ＭＥＭＳ ｄｅｖｉｃｅｓ）の基板レベルの真空パッケージングにおいて幅広く適用されている接合技術であるＡｕ-Ｓｉ共融接合に効果的に適用されることができる。また、本発明はＭＥＭＳ素子だけでなく、金属配線が形成されたシリコンウェハ素子、シリコンをはじめとする各種金属で形成された２次元又は３次元構造物を有する電子素子などの各種素子に適用されることができる。
【００３１】
以上、本発明の特定の実施形態を示し説明したが、本発明の技術思想は添付する図面と前述した説明内容に限定されず、本発明の思想から逸脱しない範囲内で多様な形態の変形が可能であることは本分野における通常の知識を有する者には自明な事実であり、このような形態の変形は、本発明の精神に違反しない範囲内で本発明の特許請求の範囲に属するといえる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は基板レベルの封止実装のための多層バンプ構造物及びその製造方法に関し、詳細には、ＭＥＭＳ素子又は半導体チップなどのような微細構造物が形成されたベース基板を保護基板に結合して封止実装する技術において、ベース基板と保護基板との間に電気的に連結されてストッパ及びスペーサとして機能し、ベース基板と共融接合される多層バンプ構造物及びその製造方法に関する。
【図１】
2011500343.tif 000003
【図２】
2011500343.tif 000004
【図３】
2011500343.tif 000005
【図４】
2011500343.tif 000006
【図５】
2011500343.tif 000007
【図６】
2011500343.tif 000008
【図７】
2011500343.tif 000009
【図８】
2011500343.tif 000010
【図９】
2011500343.tif 000011
【国際調査報告】
2011500343.tif 000012
2011500343.tif 000013