JP2003513337A - 向き合った空間光モジュレータとプロセッサを有する集積回路 - Google Patents

向き合った空間光モジュレータとプロセッサを有する集積回路

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Abstract

(57)【要約】 集積回路が、半導体の支持体（１０）の一方の側面（１１）上に形成された空間光モジュレータと、反対側の側面（１３）上に形成されたマイクロプロセッサとを有している。このマイクロプロセッサ及び空間光モジュレータは、半導体の支持体（１０）を貫通して伸びる電気的接続部（２４）を介して互いに通信することができる。マイクロプロセッサは、バンプパッケージング技術を用いて交信することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景 本発明は、一般に、空間光モジュレータ及びマイクロプロセッサに関する。 多種多様の電子装置用の比較的小形のディジタルディスプレイについて、増大
する要求がある。例えば、携帯電話及び各種の電気機器には、比較的小形のディ
スプレイに対する要求があり、場合によっては、装置全体が手持ちサイズになる
ように十分に小形であることが望まれる。これらの装置は、ディスプレイはもと
より、種々のアプリケーションを実行するプロセッサベースのシステムを有して
いる。従来は、プリント基板を利用して各種の集積回路チップを編成し、プロセ
ッサと空間光モジュレータ用の回路を実現している。これは、装置の寸法を横方
向に広げる傾向があり、最小可能装置寸法を増加させてしまう。
【０００２】 出現している多数のディスプレイの技術により、比較的小形のディスプレイを
提供することが可能になっている。例えば、反射式光バルブは、液晶オンシリコ
ン（liquid crystal on silicon）（ＬＣＯＳ）技術に基づいて、成熟したシリ
コン技術を液晶光学技術と組み合わせることができる。手持ち式携帯電話、パー
ソナルコンピュータ用の背面投影ディスプレイ、及び家庭用娯楽器具で使用され
るようなマイクロディスプレイは、ハイブリッド反射式光モジュレータ技術の応
用例である。さらに、Silicon Light Machine社からのグレーティング式光バル
ブ及びTexas Instruments社からのDigital Micro-Mirror Device（ＤＭＭＤ）も
、ディスプレイを作るために使用することができる。
【０００３】 空間光モジュレータは、媒体の光学特性を変調して、この媒体が露光される場
合に、イメージを表示させることができる。空間光モジュレータの性質は、マイ
クロプロセッサの性質とは本質的に相反する。マイクロプロセッサは完全にシリ
コンのディバイスであり、ダイ上に形成することができるとともに、外界と接続
するための各種の異なる接点を付けてパッケージされる。空間光モジュレータで
は、一対の離間したプレートの間に挟まれた液晶層が使用されている。従来、液
晶ベースのディバイス及びマイクロプロセッサをパッケージする要求事項は、著
しく異なっていると考えられてきた。
【０００４】 このため、より小形のディスプレイ配列を備えたプロセッサベースのシステム
を実現する、マイクロプロセッサと空間光モジュレータとをより好適に一体化す
る方法に対して継続的な要求がある。
【０００５】 要約 １つの態様によれば、集積回路は、向き合った側面を有する支持体を備えてい
る。空間光モジュレータは、この支持体の一方の側面上に形成される。プロセッ
サは、この支持体の反対側に形成される。導体が、モジュレータとプロセッサと
を支持体を通して電気的に結合する。
【０００６】 別の態様は、添付の詳細な説明及び特許請求の範囲の中に記載されている。
【０００７】 詳細な説明 集積回路は、一方の面上に空間光モジュレータを、反対側の面上にマイクロプ
ロセッサを含んでいる。この空間光モジュレータ及びマイクロプロセッサは、集
積回路を通って全面的に伸びる１つ以上の導電性の配線によって電気的に接続さ
れる。
【０００８】 図１を参照する。最初に支持体１０がエッチングされて、支持体１０の上側１
３に複数の飛び飛びのホールすなわちトレンチ１２が形成される。この支持体１
０は、本発明の１つの実施形態では、Ｐ型シリコンの半導体基板によって形成さ
れる。あるいはまた、この支持体は、例えば、半導体オーバーインシュレータ（
semiconductor over insulator）（ＳＯＩ）技術によりサファイアを含むことが
できる。
【０００９】 トレンチ１２を酸化して、図２に示すように、酸化物１４を形成することがで
きる。ここで、酸化されているトレンチ１２は、支持体１０を通ってかなりの距
離伸びる比較的深いトレンチとすることができる。例えば、トレンチ１２は、酸
化された後、上側１３から裏側１１に向かって支持体１０の厚さの半分以上伸び
ることができる。あるいはまた、酸化物１４を蒸着することができる。さらに別
の代替え例のように、窒化ケイ素を酸化物１４の代わりに使用することができる
。
【００１０】 トレンチ１２は、図３に１６で示すように、いわゆるメタルワンメタライゼー
ション（metal one metallization）を形成する金属被覆層によってカバーされ
る。このメタルワンメタライゼーション１６は、中間層の誘導体（ＩＬＤ）層及
び別の金属被覆層１８によってカバーされる。この別の金属被覆層は、介在する
誘電体層が付いた第２、第３及び第４又はそれ以上の金属被覆層を含むことがで
きる。この金属被覆層は、従来のマイクロプロセッサに対して所望の構造と機能
とを実現することができる。
【００１１】 この後、トレンチ２０が支持体１０の裏側１１から形成されて、上側１３に前
に形成されたトレンチ１２のアレイと結合する。その結果、ホールすなわちトレ
ンチ２０が、支持体１０を完全に貫通して伸びる。これらのトレンチ２０は、裏
側１１からの化学的な又はレーザによる除去によって形成することができる。都
合がいいことに、これらのトレンチはメタルワンレイヤー（metal one layer）
１６に悪影響を与えない。
【００１２】 この後で、トレンチ２０の露出した面が酸化されて、トレンチ２０の内面をカ
バーするトレンチの酸化物１４を形成する。この酸化物１４は、蒸着された酸化
物とすることもできる。さらに、窒化ケイ素のような他の誘電性材料を酸化物の
代わりに又は酸化物に加えて蒸着することができる。これらのトレンチは、本発
明の１つの実施形態では、断面の形状が円形に形成することができる。
【００１３】 次に、図６に示すように、トレンチを金属被覆化して、２４で示すように、上
側１３から支持体１０の裏側１１へ貫通して伸びる導電性の通路（conductive v
ia）２４を形成する。上側１３では、これらの導電性の通路２４はメタルワンレ
イヤー１６に電気的に接触し、底部では、これらの通路はミラー形パッド（mirr
or pad）２６に電気的に接触する。アルミニウム、銅、及び金を含む各種の従来
の材料を利用して、通路２４を形成することができる。さらに、ケイ素化合物の
ような他の導電性材料を使用することができる。通路２４をコーティング処理に
よって形成する代わりに、トレンチ２０をほぼ充填する固体の導電性プラグから
通路２４を形成することができる。
【００１４】 この後、裏側１１を金属被覆化して、複数の金属パッド２６をパターン形成及
び規定する。これらの金属パッド２６は、空間光モジュレータ用にいわゆるメタ
ルゼロレイヤー（metal zero layer）すなわちミラー形パッド２６を形成する。
金属パッド２６は、液晶オーバーシリコン（liquid crystal over silicon）（
ＬＣＯＳ）技術を用いて形成することができる。アライメント層２８が、ミラー
形パッド２６の上に形成される。このアライメント層２８は、例えば、酸化イン
ジウム錫から形成することができる。液晶材料３０は、透明な上部プレート３４
上にコーティングされたアライメント層３２と層２８との間に挟まれている。層
３２も、酸化インジウム錫から形成することができる。スペーサ（図示せず）を
アライメント層２８と上部プレート３４との間に設けて、所望の間隔を維持する
。
【００１５】 ヒートシンク３６を支持体１０の周辺部に固定して、二重矢印で示した光子の
モジュレータへの入射に干渉せずに、マイクロプロセッサ及び／又は空間光モジ
ュレータが発生した熱を除いている。電気的接点３８を設けて、アライメント層
３２及び２８に電気的に接続している。シール４０を設けて、アライメント層２
８と３２との間の液晶材料を保持している。
【００１６】 支持体１０はＰ型シリコンの半導体材料から作ることができ、Ｎ+型の拡散物
５０が金属の相互接続体２４の間に形成される。これらの拡散物５０は、空間光
モジュレータの動作をコントロールするトランジスタを形成する。
【００１７】 複数の金属接点４２が、マイクロプロセッサの上部にパターン形成及び規定さ
れ、マイクロプロセッサへの入出力接続を可能にされている。本発明の１つの実
施形態では、これらの接点４２は、メタルファイブメタライゼーションレイヤー
（metal five metallization layer）から形成することができる。本発明の１つ
の実施形態では、はんだボールすなわちバンプ４４を利用して、マイクロプロセ
ッサの入力部と出力部とをプリント基板４６に接続するフリップチップ形のパッ
ケージを実現することができる。これらのバンプ４４は、通路２４を経由する空
間光モジュレータ用の入力／出力接続部も実現することができる。別の実施形態
では、テープ自動化ボンディング（tape automated bonding）（ＴＡＢ）システ
ムをバンプ４４に代えて使用することができる。
【００１８】 ミラー形パッド２６は、空間光モジュレータ用のミラーを規定する。液晶材料
３０に印加される電位が入射光を変調して、イメージを形成する。これらのイメ
ージを直接観察したり、投影スクリーン上に投影することができる。一般に、金
属パッド２６は長方形又は正方形であり、共に長方形のミラーのアレイを形成す
る。このミラーのアレイは、ミラー上に配置された液晶材料と共にピクセル素子
のアレイを規定する。液晶材料３０の透過度は、支持体１０に形成されたＬＣＯ
Ｓのアクティブ素子によってコントロールされる。
【００１９】 ダイすなわち支持体１０の両側が使用されるので、いくつかの実施形態では、
単一シリコンのダイの利用度を増加させることができる。さらに、マイクロプロ
セッサと空間光モジュレータとは、接近して並列に配置することができる。ピク
セル記憶コンデンサは、通常はシリコンの液晶装置のディスプレイのバックプレ
ーンで大きな領域を占めているが、金属の通路２４と裏側１３の酸化物１４ｂ上
のミラー形パッド２６とによって自然に形成される。これにより、電気装置を大
きくする必要性を減らすことができ、またピクセルのプレーン処理トランジスタ
を追加すること又はグラフィックディスプレイコントロール若しくはプロセッサ
機能のような他の機能を一体化することが可能となる。いくつかの実施形態は、
光学システムを極めて小形にすることにより、フレームシーケンシャルの用途及
び多チャネルの用途の両方で、マイクロディスプレイ及び背面投影ディスプレイ
の中で使用することに特に適している。
【００２０】 絶縁体を使用して支持体１０を形成する場合、酸化物の層又は他の絶縁層を使
用して導電性の通路２４を絶縁する必要はない。
【００２１】 本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、当業者はこれらの実
施形態からの多くの修正例及び変更例を理解されよう。添付した特許請求の範囲
が、本発明の真の精神及び範囲の中に入る全てのそのような修正例や変更例をカ
バーするものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体の支持体の拡大断面図であり、この支持体はエッチングされて、支持体
の上側にトレンチのアレイが形成されている。
【図２】 図１で形成されたトレンチが酸化された後の拡大断面図である。
【図３】 図２に示した酸化されたトレンチが金属被覆されて、中間層の誘電体層及び金
属被覆層でカバーされた後の拡大断面図である。
【図４】 支持体が貫通されて、支持体を貫通して伸びる複数のホールが形成された後の
、図３に示した支持体の拡大断面図である。
【図５】 横方向に並んだホールが酸化された後の、図４に示した実施形態の拡大断面図
である。
【図６】 ホールを金属被覆した後の、図５に示した実施形態の拡大断面図である。
【図７】 金属被覆されたホールが表面金属被覆及び研磨された後の、図６に示した実施
形態の拡大断面図である。
【図８】 本発明の１つの実施形態による、完成した集積回路の拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H089 HA40 JA08 JA10 QA11 QA16 2H090 JA03 JA04 JA05 JA19 JB04 JC01 JC07 LA04 2H092 GA17 GA34 GA38 GA42 GA44 GA45 GA59 HA04 JA21 MA01 MA37 NA25 RA10

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 向き合った側面を有する支持体と、 前記支持体の一方の面上に形成された空間光モジュレータと、 前記支持体の反対側の面上に形成されたプロセッサと、 前記モジュレータと前記プロセッサとを前記支持体を介して電気的に接続する
    導体と、 を備えることを特徴とする集積回路。
  2. 【請求項２】 前記空間光モジュレータが液晶オンシリコン技術を用いて形
    成されることを特徴とする請求項１に記載の回路。
  3. 【請求項３】 前記支持体が半導体材料から形成されることを特徴とする請
    求項１に記載の回路。
  4. 【請求項４】 前記支持体が電気的絶縁体から形成されることを特徴とする
    請求項１に記載の回路。
  5. 【請求項５】 前記集積回路が前記支持体の一方の向かい合う面から他方の
    向かい合う面に伸びる誘電性の絶縁された通路として形成された複数の導体を含
    むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
  6. 【請求項６】 前記支持体の前記面の１つに結合された外付けのヒートシン
    クを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
  7. 【請求項７】 前記支持体を貫通して伸びる複数の導電性通路と、前記モジ
    ュレータ内の複数のミラー形パッドと、前記プロセッサ内の複数の導電性パッド
    とを含み、前記通路のそれぞれが前記支持体の一方の面上の前記空間光モジュレ
    ータ内の前記ミラー形パッド及び前記支持体の他方の面上の金属パッドに接触す
    ることを特徴とする請求項１に記載の回路。
  8. 【請求項８】 前記プロセッサ上に外部の装置と電気的接触を行う複数のは
    んだバンプを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
  9. 【請求項９】 透明な導電層と、前記空間光モジュレータを通して前記導電
    層と電気的接触を行う液晶層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
  10. 【請求項１０】 管状の壁を形成する前記支持体を貫通して形成されたホー
    ルと、前記壁上に形成された誘電体層と、前記ホール内に形成された導電層とを
    含み、前記誘電体層が前記導電層と前記支持体との間に挟まれ、前記空間光モジ
    ュレータの一部を形成するミラー形パッドが前記導電層と電気的に接触して形成
    されることを特徴とする請求項１に記載の回路。
  11. 【請求項１１】 コンデンサが前記支持体を貫通して伸びる絶縁された金属
    の通路から形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路。
  12. 【請求項１２】 前記通路の１つが固体の金属プラグであることを特徴とす
    る請求項１１に記載の回路。
  13. 【請求項１３】 向き合った側面を有するダイと、 前記ダイの一方の面上に形成された空間光モジュレータと、 前記ダイの反対側の面上に形成されたプロセッサと、 前記一方の向き合った面から前記他方の向き合った面に伸び、前記空間光モジ
    ュレータ用のコンデンサを形成する絶縁された導体と、 を備えることを特徴とする集積回路。
  14. 【請求項１４】 前記集積回路が、前記ダイの一方の向かい合う面から他方
    の向かい合う面に伸びる誘電性の絶縁された通路として形成された複数の導体を
    含むことを特徴とする請求項１３に記載の回路。
  15. 【請求項１５】 前記ダイを貫通して伸びる複数の金属の通路と、前記モジ
    ュレータ内の複数のミラー形パッドと、前記プロセッサ内の複数の導電性パッド
    とを含み、前記通路のそれぞれが前記ダイの一方の面上の前記空間光モジュレー
    タ内の前記ミラー形パッド及び前記ダイの他方の面上の導電性パッドに接触する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の回路。
  16. 【請求項１６】 管状の壁を形成する前記ダイを貫通して形成されたホール
    と、前記壁上に形成された誘電体層と、前記ホール内に形成された金属の層とを
    含み、前記誘電体層が前記金属の層と前記ダイとの間に挟まれ、前記空間光モジ
    ュレータの一部を形成するミラー形パッドが前記金属の層の上に形成されること
    を特徴とする請求項１３に記載の回路。
  17. 【請求項１７】 前記ダイが半導体を含むことを特徴とする請求項１３に記
    載の回路。
  18. 【請求項１８】 前記ダイが絶縁体を含むことを特徴とする請求項１３に記
    載の回路。
  19. 【請求項１９】 集積回路用ダイの一方の側面上にマイクロプロセッサを形
    成するステップと、 前記集積回路用ダイの反対側の側面上に空間光モジュレータを形成するステッ
    プと、 前記ダイを通して前記モジュレータと前記プロセッサとを電気的に接続するス
    テップと、 を備えることを特徴とする集積回路の形成方法。
  20. 【請求項２０】 前記電気的に接続するステップが、前記ダイを貫通して伸
    びるホールを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法
    。
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