JP2005528782A - 基板およびコンポジット要素の接続方法 - Google Patents
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-
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
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- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Abstract
本発明は、コンポジット要素の他に電気、半導体、機械、および/または光学部品を備える基板を結合する方法に関する。方法は、結合する基板に関して実質上材料に依存せず、特に高感度基板に適当であることに加え、他方で同時に高い化学的および物理的安定性を示し、および/または密封空洞を作出する。本発明によって、結合要素の役割をさせるために2枚の基板のうち1枚の上に、特に陽極接合性ガラスからなる昇揚されたフレームを蒸着によって堆積させる。
Description
本発明は、概して基板の結合方法に関し、電気、半導体、機械、および/または光学部品を備える基板の結合方法に関し、特にコンポジット要素に関する。
結合技術は、広い範囲の技術分野で利用されている。現時点では、例として、たとえば、それによって電子回路が封入される電子部品の収納部の形成について言及することができる。
たとえば、半導体チップ上のまたはさらに半導体ウェハに結合された部品または集積回路に、収納部および電気的接続接触子を備え付ける既知の方法がある。チップまたは集積回路の取付け、およびチップの接触領域と外部へリードされている収納部接触子との結合を、チップが依然としてウェハに結合されている間に実施する場合、一般に、この型の取付け方法をウェハ・レベル・パッケージング法と称する。個々のチップまたはダイを封入することも知られており、単一ダイ・パッケージングとして知られている。
これらの方法を使用して部品を、たとえば、エポキシ樹脂を使用し接着結合する。しかし、接着結合の欠点は、低耐薬品性、不十分な光学特性、および接着剤によって部品が汚染される危険性である。さらに、接着位置は、結合特性の劣化を伴う経年変化を受ける。
基本的に既知の結合技術または方法は、接合として知られているものも含む。ある型の接合は、陽極接合として知られているもので、その際、熱の作用下インターフェースに電圧をかけ、それにより電荷担体の拡散を強いる。
接合法は、エポキシ接着結合に勝る幾つかの利点があるが、その適用は非常に制限され融通性が失われている。
例として、陽極接合は、極めて厳しく制限された数の材料に不都合に制限されている。電荷担体を材料中に供給しなければならないからである。たとえば、陽極接合は、通常、アルカリ金属を含有する材料を必要とする。したがって、陽極接合は広い範囲の適用には不適当である。同じことが他の接合法にも当てはまる。
さらに、接合法はどんな堆積も伴わず、結果としてこれまで接合法は並行平面接続にしか適当ではなかった。これも相当に適用範囲を制限している。
2002年4月15日出願DE20205830.1
2002年5月23日出願DE10222964.3
2002年5月23日出願DE10222609.1
2002年5月23日出願DE10222958.9
2002年11月13日出願DE10252787.3
2003年1月16日出願DE10301559.0
米国特許第5,825,233号
いずれにせよ、依然として用途が広く改善された結合法が相当必要とされている。
したがって、本発明は、安価で用途が広く、特に迅速で効率よく機能する結合方法を提供するという目的に基づく。
さらに、本発明の目的は、実質上、結合する部品または基板で使用される材料型に依存せず、特に高感度基板にも適当である結合方法を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、高い化学的および/または物理的結合安定性を有し、永久的な密封結合を確実にする結合方法を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、空洞または空隙の生成を可能にする結合方法を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、電気、電子部品だけでなく、光学、電気光学、電気機械、および/または光学電気機械システムにも適切な結合方法を提供することである。
本発明の目的は、独立クレームの主題によって驚くほど容易な方式で実現される。本発明の有利な改良は、従属クレームで定義する。
本発明は、少なくとも2枚の基板、特に電気、半導体、機械、および/または光学部品を備える基板の結合方法を提案する。
基板は、ガラス、セラミック、または半導体材料、特にシリコン、GaAsまたはGaAlXAs1−X(VCSEL)などのIII−V族、II−VI族InP(LED)、および、たとえば、金属、たとえば、Kovarなどの他の有機または無機材料を含む、材料または合成材料を原料とすることが好ましい。
特に第1基板を準備した後、第1基板第1表面上に構築することによって、または第1基板第1表面上に被着させることによって結合要素は生成される。同様にして第2基板を構築することができるし、または代替に構築しなくてもよい。
次いで、第2基板を準備した後、結合要素によって第1基板および第2基板を結合する。特に、たとえば、後続の処理工程の間保護するために一時的に、または永続的に第2基板表面を結合要素の表面に結合する。このようにしてコンポジット要素、たとえば密閉封入または収納したチップまたはダイを単一ダイ技術を使用する非常に単純な方式で、またはウェハ・レベル・パッケージングの一部として生成することができる。
ウェハ・レベル・パッケージングの場合には、第1および第2の基板は、それぞれ、第1および第2ウェハによって実現する。左右に多数隣接し、かつ/または左右に離間したフレームが生成されるように、各半導体領域周囲の第1ウェハ第1表面、すなわちその後のチップにフレームを蒸着被膜によって被着させる。2枚のウェハを結合してウェハ組立体を形成した後、後者の組立体をフレーム間で特に鋸によってダイスして個々のチップを生成する。したがって、好都合には、単一作業工程で多数のチップを同時に収納する。
収納部は、電子部品、特に半導体、光学および/またはマイクロ機械システムに特に適している。
可能な適用範囲は極めて多様であり、例として、結合させる2枚の基板のうちの1枚の上にあるマイクロ電気機械システム(MEMS)、マイクロ光学システム(MOMS)、マイクロ電気機械光学システム(MOEMS)、または従来の半導体領域または要素の封入に本発明による方法は特に適当である。本出願では、結合要素は、たとえば、マイクロ・スイッチまたはマイクロ・ミラーなど、マイクロ機械部品のための任意の一時的な障害物(stop)を形成する。
結合要素は、2枚の基板のうちの1枚の第1表面上に堆積され、堆積中に永続的に固着して第1基板に結合するフレームまたは接合フレームであることが好ましい。フレームは、結合要素の層厚によって基板第1表面に対して昇揚され、適当な接合表面を提供する。
特に多段階構築法によってフレームを被着させる場合、フレームは1枚または別の複数の基板に完全にまたは少なくとも部分的に接合表面を提供する。
フレームは、2元材料系、特にガラスまたはガラス質材料製の第1表面上に堆積または蒸着被膜させることに特に好都合であることが判明している。使用ガラスは、特に珪酸塩ガラスまたは硼珪酸塩ガラス、たとえば、SCHOTT Glas社製蒸着被膜ガラス8329および/またはG018−189である。この蒸着被膜法または堆積法の1つの利点は、室温から約150℃までで絶縁性のガラス層を被着させることあり、その結果金属基板の場合でさえ基板表面を損傷または酸化させる恐れがない。この意味において本出願人と同じ出願人の名において適用についての以下の参考文献:
2002年4月15日出願DE20205830.1、
2002年5月23日出願DE10222964.3、
2002年5月23日出願DE10222609.1、
2002年5月23日出願DE10222958.9、
2002年11月13日出願DE10252787.3、
2003年1月16日出願DE10301559.0、
も有り、その開示内容をこれにより参照により組み込む。
2002年4月15日出願DE20205830.1、
2002年5月23日出願DE10222964.3、
2002年5月23日出願DE10222609.1、
2002年5月23日出願DE10222958.9、
2002年11月13日出願DE10252787.3、
2003年1月16日出願DE10301559.0、
も有り、その開示内容をこれにより参照により組み込む。
したがって、たとえば、蒸着被膜によって被着させマスクによって構築する構築ガラス層となるように結合要素またはフレームを使用することが好ましい。たとえば、フォトレジストを使用するフォトリソグラフ法、特に基本的に当業者には周知であるリフト・オフ法として知られる方法が構築に適当であることが判明している。
しかし、たとえば、基板に接着結合され、または標的と基板の間に配置されるマスクを蒸着被膜中に使用することも可能である。
本発明による結合要素、特にこの方式でフレームとして蒸着被膜によって被着されるガラス層には多数の利点がある。
第1にガラスは、安定性、密封性、および特に溶剤、酸、アルカリに対する耐薬品性の点で優れた特性を有する。これらの特性は、硼珪酸塩ガラスの特性に合致する。
特にフォトリソグラフによる構築法を利用する場合には、結合要素の側方位は非常に正確である。
この結合要素は、蒸着被膜によって非常に正確な側方位寸法および高さで被着させることができる。本発明者らが確立することができた限りでは、この結合要素は尚事実上どの構築法を使用するかに依存しない。
さらに結合要素またはフレームは、組立体の一部として、たとえば、ウェハ・レベルでまたはバッチで低コストで生成することができる。
さらに、本方法は非常にクリーンであり、したがって特にたとえばMEMSに適当であり、その場合MEMSまたは他の部品を備える基板上にフレームを直接蒸着被膜によって堆積させることさえできる。
フレームの生成またはガラス層の構築は、低温で好都合に実施され、その結果たとえばレジスト・マスクは保持され、再度たとえばアセトンなどの溶剤を使用し除去することができる。したがって、この方法は感温性基板、たとえば、プラスチック基板または有機基板にも適当である。
さらに、結合要素の生成すなわちガラス層の構築は、侵襲性エッチング用気体および/または液体なしに実施され、高感度基板の使用にも可能という結果を伴う。
特に以下の技術:接着結合、はんだ付け、および/または接合は、2枚の基板の結合または第2基板とフレームまたは接合フレームとの結合に適当である。
これは、本発明の並外れた利点を明瞭に例示している。使用することができる接続技術に関して、これは極めて用途が広いだけでなく、結合要素によって基板を、たとえば、陽極接合することも可能であり、片方または両方の基板の材料が、たとえば、SCHOTT Glas社製AF45、AF37、AF32などの無アルカリガラスなど、それ自体陽極接合に不適当であってもよい。適切な場合は、2枚の基板のそれぞれに結合要素を被着または蒸着被膜させる。
特にアルカリガラスを含む陽極接合性材料を原料とするフレームが陽極接合に使用される。接合層を利用しガラス基板への直接接合として知られている手段によって、たとえば、このフレームをガラス基板に結合させることができる。
陽極接合の代替法として、他の適当な方法には融接、ゾル・ゲル接合、および/または低温接合が含まれる。当業者は、これらの方法に熟達している。とはいえ、蒸着被膜材料すなわち接合フレーム材料は、基板材料に関わりなく所望の接合方法に適合させることができるので、本発明の別の恩恵は上記と関連している。したがって、1つまたは複数の結合要素によって、事実上どんな所望の材料を原料とする基板にも事実上どんな接合方法を使用しても合体させることができ、莫大な潜在能力を有する完全に新規な適用分野が開拓されるという結果を伴う。
代替法として、またはさらにフレーム表面に金属被膜を施し、次いで合金はんだ付け、または軟質はんだ付けをする。適切な場合には接合表面を活性化させる。
例として、半導体材料、たとえばシリコン、有機材料、ガラス、特に珪酸塩ガラスまたは硼珪酸塩ガラス、たとえばBorofloat33、セラミック、または金属を原料とするウェハまたはチップは、第1基板および/または第2基板用材料として使用される。
フレームは、特にたとえば、直線または曲線ウェブ、円形、または他の所望の形から形成される切れ目のない多角形であり、第2基板は密封方式で固着して永続的にフレームに結合する。これにより第1基板および第2基板が特にフレーム内で互いに離間した状態で、フレーム内側領域に密閉封入すなわち収納部がもたらされ、その結果空隙または空洞が形成される。したがって、少なくとも第1基板表面上のフレーム内側領域はフレーム材料が皆無な状態で残る。あるいは、しかし、空洞に抜け口を付けるためにウェブ中に遮断物を備えるオープン・フレームを適用することも可能である。
特に、2枚の基板間に空洞を形成してフレームの厚さを個々の適用例に適合させる。100μm乃至1μmの範囲の、好ましくは10μm乃至2μmの範囲の、または4μmの蒸着被膜の膜厚が上記適用例に適していることが判明している。原則として、厚さ1mm乃至0.1μmまたは10nmを実現することが可能であり、厚さ0.5μm未満を実現することも可能であるが、厚さ10μm未満または3μm未満が特に好ましい。
接合表面の幅は、十分変化してよく、実現できる構築法用のマスクのアスペクト比でしか制限されない。幅広フレームは、数ミリメートルまでのウェブ幅を有し、または基板表面全体でさえ占めてもよい。
フレームは、ウェブ幅10mm以下の構築体が好ましく、特に1mm以下または100μm以下、特に1μm乃至500μmが好ましい。狭いフレームの極端な仮定では、ウェブ幅100nm未満またはわずか数十nmでさえ実現することができる。たとえば、単純なスクリーン印刷の場合とは異なり材料の粒径による制限は課せられない。
本発明に従い、簡単な手段を使用し優れたマイクロ構築体/ナノ構築体アスペクト比、たとえば、3μm/2μm=3:2を得るためにリフト・オフ法を使用することもできる。結果として、アスペクト比1より大または1.5以上を実現することもできる。
したがって、本発明による方法を用いて、非常に狭いながら非常に厚手のすなわち高いフレームを好都合に生成することができ、その結果合体した基板間に十分な間隔が生成すると同時に側方間隔も保たれる。
さらに、本発明者らは、狭いフレームが、特に首尾よく、かつ優れた密封状態で接合できることを確立している。他方で、狭いフレームすなわちウェブ幅5μmまたは10μmから1000μmまでのガラスフレームでさえ、制御した雰囲気を用いて適切な場合には、密封収納部に関して有効な対ガス、湿気、および侵襲性媒体拡散障壁を形成することが判明している。
例として、MEMS、MOMS、MOEMS、ならびに/あるいはシリコンチップまたはウェハの半導体領域を空洞に配置し収納しまたは密閉封入する。
さらに、フレーム内の第1基板第1表面上に配置する1つまたは複数の支持要素、たとえば、支持ポイントまたは領域をフレーム内に提供することができ、これはフレーム生成と同じ処理工程で実現することが好ましい。支持要素および/またはフレームは、切れ目のないフレーム形、たとえば、円、多角形、または楕円の形を含むが、フレーム形の一部、たとえば、直線、角、円の一部、点も含み、これらは実質上スペーサの役割をする。
接合フレームの上面(plateau)、すなわち実質上並行に特に基板表面に成長する(extend)蒸着被膜ガラス表面は、接合表面としての役割をすることが好ましい。この場合は、被着されるフレームは、第1基板および1つまたは複数の第2基板の間の所定の距離を定義する機能を有する。
代替法として、第2基板の堆積中に部分フレームを使用することによって第1基板に対して正確に所定の角度の勾配を生じさせることもできる。傾斜した設計は、たとえば、「個別VCSELパッケージング」として知られているオプティカルキャップにとってモニタダイオード用レーザの部分反射を利用するために好都合である。したがって、結合状態では第1基板および第2基板は、特に実質上、互いに対して並行または傾斜している。
さらに、代替法として、フレーム側壁を接合表面として使用することもできる。さらに、非平面表面をガラスで被覆することができる。
本発明の特に好ましい改良によれば、複数のフレームを互いに内側へ入れ子にする。これにより複式によって密封性および信頼性が上昇する。
さらに、フレーム内側または入れ子フレーム間に結合目的の接着剤を導入することができる。あるいは、所定の流体、すなわち空気ではない所定のガス、または液体、および/または粒子を空洞および/または入れ子フレーム間の空間に導入した後、第1基板および第2基板を結合する。流体は、空間または通路を流動することができ、冷却液、感知液、カラーフィルタ、および/または1つまたは複数の反応気体を含めてよい。
フレームは、2枚の基板、および/またはその上に存在する部品が収納状態では互いに接触しないことを確実にする最小限の厚みを有することが好ましい。
本発明の特に好ましい実施形態によれば、インタコネクト、たとえば、半導体要素の接触−接続を基板の1枚、たとえば、第1基板上に配置する。
フレームの形をとるガラス層は蒸着被膜によってインタコネクト上に堆積させることが好ましく、その結果後者のインタコネクトは、少なくとも一部領域でフレームを密封的に貫通し、またはフレームによって封入される。インタコネクトの一部は、ウェブの片側または両側上で依然として透明であり、その後の接触−接続が可能になることが好ましい。いずれの場合にも1ウェブまたはフレーム端はインタコネクトに対して横断して被着されることが好ましい。それによりフレームを第2基板に結合した後、インタコネクトは密封方式でフレームを貫通して外部から空洞中へ至る。インタコネクトは、第1基板に対して左右にだけでなく上下に延びてよく、この方式で結合要素を貫通してよく、その結果密閉封入を貫通して左右にまたは上下に延びる電気的接続を生成することができる。
適切な場合には、フレームは、第1基板第1表面上に生成後、より詳細には蒸着被膜によって被着後平坦化し、特に化学機械研磨または別の適当な方法によって研磨平坦化する。これは、インタコネクト厚が原因の高低を好都合に補正し、したがって均一な接合がもたらされる。
さらに、第2表面が第1表面の反対側に存在する状態で、第1基板第1表面または第2表面上に整合要素または補助を生成することができる。たとえば、フレーム、ポイント、および/または直線の形をとるこの型の整合補助は、レンズ系あるいは他の光学または機械部品の整合に好都合である。
さらに、多数の基板を結合して積層体を形成するために、別の結合要素を第1基板第2表面すなわちその裏面上に生成することが好ましい。これもダイシング前に実施することが好ましくさらに処理量を増大させる。
以下の文章では、例示的実施形態に基づき図面を参照して本発明をより詳細に説明し、その際同一および類似の要素には同一の参照符号を付し、様々な例示的実施形態の特徴は互いに組合せることができる。
図1aは、金属製基板2を示す。あるいは、基板2は、シリコン、セラミック、またはガラス基板であってもよい。フォトレジスト4が、当業者に既知の方法を使用し基板2に塗布されて、フォトリソグラフィによってパターン形成されている。この場合、レジスト層は基板に固着しているマスクを表す。あるいは、シャドー・マスク、または固着していないカバーリング・マスクを使用することも可能である。
次いで、図1bを参照して、蒸着被膜ガラス8329を含むガラス6の連続層を蒸着被膜によって基板2およびフォトレジスト4に被着させる。
次に、図1cを参照して、フォトレジスト4をその上に存在する断面8のガラス層6と共にアセトンによって除去する。後は、断面10が金属基板2に固着されて残る。この方法は、リフト・オフ法として知られており当業者が精通している方法である。
次に、1dを参照して、後に残っているものは、基板2と接合フレーム10の形をとる構築ガラス層である。
図1eに例示されるように、コンポジット要素20を形成するためにシリコン製カバー基板12を接合フレーム10に陽極接合し、接合位置を14で示す。接合フレーム10の厚さまたは高さHによって、Hよりさほど高くない高さH’を有する空洞16が形成され、その結果上部基板12上の半導体部品18は金属基板2から少し離れる。
再度、図1bを参照して、ガラス層6は、電子ビーム蒸着によって被着されている。この方法は久しく知られているが、これまでこの方法は主として限られた層部分(areal layers)の被着のみを伴うプラスチック製またはガラス製眼鏡レンズの機械的かつ光学的表面処理に使用されてきた。
速度4μm/minまで、特に>10nm/minまたは>100nm/minの高速蒸着被膜が、蒸着被膜ガラス8329(脱気Duran製)では可能である。約500nm/minが特に好ましい。この速度は、たとえば、枚葉式(by a multiple)スパッタリングの速度を超え、この方法の使用を本発明による適用例にとって非常に重要なものにする。これは、単一成分系、たとえばSiO2を含むスパッタ層は、スパッタリング速度毎分数ナノメータでしか被着させることができないからである。
連続ガラス層6を金属基板2に被着させるために以下のパラメータを設定する。
蒸着中のBIAS温度:100℃
蒸着中の圧力:10−4mbar
さらに、表面粗度<50μmの金属基板2を使用し、その熱膨張係数(CTE)が適度に熱膨張方式で金属基板2および/または上部基板12に適合する蒸着被膜用ガラスを選択する。ガラス8239のCTEは、3.3ppm/Kであり、これはシリコンのCTEにほぼ一致する。
徹底的な試験を利用して、本発明者らは、SCHOTT Glasによって生成されたガラス8329またはG018−189が、熱蒸着法または電子ビーム蒸着法による金属コーティングに特に適していることを発見している。これらの蒸着被膜ガラスは、溶剤、湿度(85°,85%,1000時間)、および温度(T<Tg)に対して極めて耐性である。さらに、これらのガラスは、低温度(<−100℃)であっても非常に優れた熱機械特性を有し、結果として超伝導電子部品への使用に適当であると思われる。他方で、これらのガラスは、高温(>300℃)で使用することもでき、したがって、特にパワーCMOS部品などのパワー・エレクトロニクスにも使用することができる。
図2および3は、互いに入れ子式になっている4個の接合フレーム110a乃至110dを含む配置を示し、これらのフレームは基板102上の電子部品118の範囲を定める。
次に、図4を参照して、フレーム表面は接着剤で被覆されフレーム間の空間は接着剤で満たされている状態でエポキシ接着剤124をフレーム110a乃至110d領域に塗布する。これにより結合の強度が増加する。さらに、フレームは接着剤を一層首尾よく収納し接着結合方法を容易にする。
次に、図4を参照して、フレーム表面は接着剤で被覆されフレーム間の空間は接着剤で満たされている状態でエポキシ接着剤124をフレーム110a乃至110d領域に塗布する。これにより結合の強度が増加する。さらに、フレームは接着剤を一層首尾よく収納し接着結合方法を容易にする。
適切な場合には、空間が接着剤を吸い込む方式を向上させるために接着剤を減圧塗布する。さらに、複数のフレームは、亀裂防止体として役立ちコンポジット要素の機械的許容荷重を増加させ、この場合は信頼性を高め、いずれの場合にも複数のフレームはウェブ幅bが狭いほど軽量であり、総ウェブ幅Bが同じ単一充実フレームよりも安定している。
次に、図5を参照して、上部基板212を支持するため、かつ部品218の領域中の空洞高H’を確実にするための点状の支持要素226および支持フレーム228が接合フレーム210a乃至210dの内側に配置される。
支持要素226および支持フレーム228は、上部基板212に結合されず、むしろ上部基板は単にそれらの上に緩く載っているだけである。
次に、図7および8a乃至8cを参照して、以下の文章によってマイクロ光学電気機械システム(MOEMS)の例示的実施形態を説明する。構築ガラス基板302を上部基板として使用してウェハ・レベル・パッケージング法の一部としてイメージ・センサを収納する。収納部内には「スペーサ」および「封止要素」として空洞が必要である。空洞によってマイクロ・レンズおよび/またはマイクロ・ミラーなどのマイクロ光学要素が機能可能になる。
ガラス基板302の光学機能により本出願には従来の方法は適当ではなく、または安価な解決策を提供できない。原理的には、エッチング、研磨、超音波機械加工、サンドブラスト、またはプレスなどの材料除去法によって空洞を生成することができるが、このような方法は基板302の高品質光学内面に対して有害な作用があるはずである。したがって、本発明に従い接合構築体は堆積によって被着させる。
図9は、多数の長方形ウインドウ断面303を備える珪酸塩ガラス基板302を例示し、各ウインドウ部303はフォトレジスト304によって完全に被覆されている。基板302の熱機械特性は、CMOSイメージ・センサ318(図9参照)を備える第2基板312シリコンウェハに適合する。基板302は、蒸着被膜ガラス8329を使用しパターン形成され、それによって高さ5μmの多数のフレームを備える。この例では、基板302は、研磨済みBorofloat33ウェハ(CTE:3.3ppm/K)、直径150mm、厚さ500μmである。
図7および8a中のフォトレジスト304は、既に構築されており、長方形凹305を各ウインドウ部303周囲に有する。レジスト・コーティングは、たとえば、厚さ10μmのAZを備え、フォトレジストは露光され、マスク・アライナとして知られる手段によって現像され、次いで「ソフトキュア」として知られる手段によって硬化される。これによりその後のリフト・オフ法が、たとえば、アセトンで可能になる。
図8bは、ウェハ表面を示し、この表面はその後の進行工程でガラス層が蒸着被膜されている。フォトレジストを使用し構築されているネガ像は、堆積速度毎分約1μmで8329から5μm厚ガラス層が形成されて蒸着被膜されている。その後の表面または空洞のウインドウ部303をフォトレジスト・マスクによって保護し、その結果これらの領域中の蒸着被膜ガラスは基板302と接触することができないどころかフォトレジスト・マスク上に堆積する。被覆されていない位置305では、ガラス8329が直接に基板302上に堆積する。
次いで、レジスト・マスク上のこれらの堆積ガラス層領域をリフト・オフ法によって除去する。この目的のために、フォトレジストをアセトンに溶解する。フォトマスクのない領域305中の堆積ガラスは、基板302上に残存し、接合フレームマトリックス310の形をとる所望の構築体を形成する。
図8cは、リフト・オフ工程に続くウェハの部分図を示す。
次に、図9を参照して、次いで、構築したBorofloat33ウェハ302を多数のイメージセンサ318を備える第2基板312に陽極接合する。したがって、その結果が、ウェハ・レベルで収納される多数の光電式コンポジット要素320である。
最後に、切取り線326にそってダイシングすることによって個々のコンポジット要素320を分離する。半導体基板312上でイメージ・センサ318の形をした光電式部品を備える、この型の個々のコンポジット要素320を図9の断面で例示する。
レンズ322の形をとる昇揚された受動型光学部品は、半導体基板すなわちウェハ312上、イメージ・センサ318に接して、密封空洞316の内側に配置される。さらに、移動可能であってよい2個のマイクロ・ミラー324を空洞316内に配置する。
位置314を接合フレーム310に接合することによって、Borofloat33透明基板302を陽極接合させ、5μmのそのフレームの高さHは光学部品322および324の高さを超える。その結果が、イメージ・センサ318、マイクロ・レンズ322、およびマイクロ・ミラー324用の空洞高も同様に約5μmである、密封で少なくとも部分的に透明な収納部である。
本発明による方法によって、空洞316領域中の基板ガラス302の光学機能は実質上無傷のままである。
本発明にしたがって生成されたフレームは、ダイシングに必要な切取り線326は依然として明確であり得るという別の利点を有する。
さらに、以下の変形形態が可能である。
基板302を別のガラス基板に結合する場合、たとえば、合金はんだ付けまたは陽極接合するためにリフト・オフ法工程の前に接合層を被着させる。この目的のために、物理気相成長法(PVD)または化学気相成長法(CVD)によって接合層として金属層を堆積させ、またはポリシリコン接合層をCVDによって堆積させる。この方式で作業工程におけるリフト・オフ法中接合層がフレーム310と共に構築される。
陽極接合は、特に密封接合の場合には、所定のガス組成および所定の圧力を伴う制御した雰囲気で行うことができ、その結果空洞316は制御された所定の雰囲気を備える。
さらに、気体、生体液、センサ液、および/または粒子を空洞316に封入することができる。
図10は、多数の半導体領域418を備えるシリコンウェハ402の部分図を例示する。半導体領域418は、インタコネクト430により接触−接続する。いずれの場合にも、図1a乃至1dで例示した工程に対応する、本発明による方法によって、接合フレーム410は半導体領域に属するアルミニウム製インタコネクトを覆い蒸着被膜によって被着している。あるいは、インタコネクトには金、タングステン、またはチタン−タングステンを含めてよい。長方形接合フレーム410を形成するウェブ411乃至414をインタコネクト430の上を横断して配置する。
このようにして、特に蒸着被膜によって被着されている接合フレームすなわちガラスフレーム410は、基板402上のインタコネクト430など、陽極接合できない構築体を覆うことができる。その結果が、密封保護範囲、特にインタコネクト430が通り抜けるための密封通路である。上部基板に結合し切取り線426に沿ってダイシングした後、外部接触を有する多数の密閉封入したチップが得られる。
図11は、線H−Hでの断面図の形をした、図10の領域Gの部分拡大図を示す。
図12aは、上部基板に結合する前の線K−Kでの断面図の形をした図10の領域Gの部分拡大図を示す。この実施例では、インタコネクト430は、比較的厚め、すなわち高さ2μmであり図面平面に関して横断して延びる。インタコネクト430の厚さは、蒸着被膜中に起伏のある高台の表面415の接合フレーム410の形成をもたらした。
次に、図12bを参照して、比較的高低が甚だしい地形を補正し、適切な平坦接合フレーム上部表面415を生成するために、後者のフレーム表面をCMP法によって平坦化する。さらに、同時に、著しく薄化すること、たとえば、5μmから4μmにすることができる。他の非平面基板用の相当する手順も採用することができる。さらに、接合フレームを研磨してインタコネクト430の表面431を超し、その結果インタコネクト430が上部から接触接続できるようにすることも考えられる(図示せず)。
通常400nmであるインタコネクトの厚みが小さいと、適宜平坦化工程を省くことができる。
この実施例8329でのものなど、陽極接合性ガラスを被覆目的で使用する場合、フレームは順次上部基板に陽極接合することができる。
以下の文章は、蒸着被膜によって堆積しているガラス8329から形成したガラス層で実施した様々な試験の結果を提供する。
図14は、TOF−SIMS測定の結果を示し、計数率をスパッタリング時間の関数としてプロットする。この測定はガラス・フレームの要素濃度プロフィールを特徴づけている。ガラス・フレームの一様な厚みが、この層の厚さの1%未満であるということが定量された。
図15は、リフト・オフ工程に続く蒸着被膜によって堆積しているガラス8329から形成したフォトレジスト構築ガラス構築体を例示する。
図16は、Borofloat33基板502、インタコネクト530、およびそれらの上に蒸着被膜したガラス・フレーム510を備える、第5の例示的実施形態に類似するコンポジット要素520を示す。
インタコネクト530の厚さは200nmであり、ガラス・フレーム510の厚さは4μmである。この第6の例示的実施形態では、平坦化工程なしに上部基板を陽極接合している。
接合による結合が、540および542領域中にしか存在しないことに対し、インタコネクト530付近の544および546領域中には接合による結合は生成できないことは明らかである。接合の欠如は、実際、インタコネクトによって生じたガラス・フレーム510の表面または上部面の高低に帰することができる。
図17は、コンポジット要素520に類似する構築体であるコンポジット要素620を示す。コンポジット要素620の場合には、陽極接合の前にガラス・フレーム610を平坦化した。ガラス・フレーム610を蒸着被膜によって4μm厚で被着させ、次いで約2μm厚にまで研磨減少させた。インタコネクト630の厚さも同様に200nmである。
ガラス・フレーム610の表面全体が接合され、その結果として密閉した空洞616が形成されたことは明らかである。ガラス・フレーム610は、ウェブ幅300μm、大きさ3mm×3mmである。
さらに、ガラス層8329で以下のように密閉性試験を実施した。
エッチング停止マスクにシリコンウェハを使用した。図18に例示したように、ウェハ97を9個の刻み目を入れた領域98(1cm×1cm)に分割した。領域内孔間の個々の間隔は、以下のように行ごとに異なった。
第1行:孔間隔1mm
第2行:孔間隔0.5mm
第3行:孔間隔0.2mm
第1行:孔間隔1mm
第2行:孔間隔0.5mm
第3行:孔間隔0.2mm
正孔99はすべて、辺長15μmである。
ウェハの未構築裏面をガラス8329の8μm(検体A)層または18μm(検体B)層で被覆した後、ウェハを刻み目を入れた領域内のガラスだけをドライエッチした。エッチングの成果は、透過型光学顕微鏡下で容易に観察された。
リーク率は、少なくとも<l0−7mbar l/secを実現することができる。この例示的実施形態に関しては、ヘリウムのリーク測定によってガラス層を通過するリーク率<10−8mbar l/secが明らかになり、したがって密封空洞が示された。
それぞれの測定領域で測定中、ウェハの相当の膨張にもかかわらずガラス層領域の高い強度も注目に値する。200℃でコンディショニング後でさえガラス構築体では何の変化もなかった。
上記実施形態は例として理解され、本発明はこれらの実施形態に制限されないばかりか、本発明の範囲から逸脱することなしに多数の方式で異なってよいことが当業者には明らかである。
Claims (41)
- 少なくとも2枚の基板、特に電気、半導体、機械、および/または光学部品を備える基板の結合方法であって、
第1基板を準備する工程と、
前記第1基板第1表面上に結合要素を生成する工程と、
第2基板を準備する工程と、
結合要素によって前記第1および第2基板を結合する工程とを含む方法。 - 結合要素が、前記第1基板第1表面上に堆積し、かつ結合要素が堆積している間に結合要素を前記第1基板に結合する、請求項1に記載の方法。
- 結合要素を蒸着被膜によって前記第1基板第1表面に被着させる、請求項1乃至2のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素としてフレームを蒸着被膜により被着させる、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1基板第1表面上の結合要素の内側に1つまたは複数の支持要素を生成する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素として複数の入れ子フレームを蒸着被膜により被着させる、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素を生成する工程が、蒸着被膜による2元材料系の堆積を含む、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素を形成するために、ガラス層を蒸着被膜により被着させマスクによって構築する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素が、リフト・オフ法によって構築される、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素および前記第2基板が、接着結合、はんだ付け、または接合される、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素および前記第2基板が、陽極接合、融接、ゾル・ゲル接合、または低温接合によって結合される、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1および第2基板が、それぞれ第1および第2ウェハを含み、
多数の左右に隣接する結合要素が前記第1ウェハの第1表面上に生成され、
前記第1および第2ウェハを結合してウェハ組立体を形成した後、前記ウェハ組立体を個々のチップにダイスする、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1と第2基板の間、および前記フレーム内側に空洞が形成される、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- インタコネクトを前記第1基板第1表面上に配置し、かつ前記インタコネクトが少なくとも部分的に覆われるような方式で結合要素を前記第1表面に蒸着被膜によって被着させる、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記インタコネクトが、結合要素によって上下左右に延出する、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の方法。
- 結合要素が前記第1基板第1表面上に生成された後、結合要素を平坦化する、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の方法。
- 整合要素を前記第1基板の第1または第2表面上に生成し、前記第2表面は前記第1表面に対向する、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の方法。
- 多数の基板を結合して積層体を形成する、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の方法。
- 特に電気、電子、半導体、機械、および/または光学部品を備え、かつ特に請求項1乃至18のいずれか1項に記載の方法を使用して生成されたコンポジット要素であって、
第1基板と、
前記第1基板第1表面上の結合要素と、
第2基板と、
結合要素によって結合した前記第1基板および第2基板とを含むコンポジット要素。 - 結合要素が、前記第1基板第1表面上に堆積し、かつ前記第1基板に結合した、請求項19に記載のコンポジット要素。
- 結合要素を前記第1基板第1表面に蒸着被膜によって被着させた、請求項1乃至20のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素としてフレームを蒸着被膜により被着させる、請求項1乃至21のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 前記第1基板第1表面上の結合要素内に1つまたは複数の支持要素を配置する、請求項1乃至22のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素として複数の入れ子フレームを備える、請求項1乃至23のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素が、2元材料系を含む、請求項1乃至24のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素が、構築ガラス層を含む、請求項1乃至25のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素が、リフト・オフ法によって構築される、請求項1乃至26のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素および前記第2基板が、互いに接着結合、はんだ付け、または接合される、請求項1乃至27のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素および前記第2基板が、陽極接合、融接、ゾル・ゲル接合、または低温接合によって結合する、請求項1乃至28のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 第1基板および第2基板が、それぞれ第1および第2ウェハを含み、
前記第1ウェハの第1表面に多数の左右に隣接する結合要素を配置し、かつ
結合要素を前記第2基板の表面に結合する、請求項1乃至29のいずれか1項に記載の結合要素。 - 前記第1と第2基板の間、および前記フレーム内側に空洞が形成される、請求項1乃至30のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 前記空洞を密封する、請求項31に記載のコンポジット要素。
- 結合要素によって少なくとも部分的に覆われたインタコネクトが、前記第1基板第1表面に配置されている、請求項1乃至32のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 前記インタコネクトが、結合要素によって上下左右に延出する、請求項1乃至33のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 結合要素の少なくとも一表面を平坦化する、請求項1乃至34のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 前記第1基板の第1または第2表面上に整合要素を配置し、前記第2表面が前記第1表面に対向する、請求項1乃至35のいずれか1項に記載のコンポジット要素。
- 特に電気、電子、半導体、機械、および/または光学部品を備える請求項1乃至36のいずれか1項に記載のコンポジット要素を生成するための中間生成物であって、
第1基板と、
前記第1基板第1表面上の結合要素と、
結合要素によって前記第1基板を第2基板に結合することができるような方式で設計されている結合要素とを含む中間生成物。 - 互いに結合されている請求項1乃至37のいずれか1項に記載の多数のコンポジット要素を含む積層コンポジット要素。
- 2枚の基板間のスペーサとして、または整合要素として蒸着被膜によって被着された2枚の基板を結合するための、特に請求項1乃至38のいずれか1項に記載のコンポジット要素を生成するための方法および/または目的に従う構築体の使用。
- 特に請求項1乃至39のいずれか1項に記載の電気または光学部品を備える基板の結合方法であって、
第1基板および第2基板を準備する工程と、
第1工程では、前記第1基板の少なくとも1つの表面にフレームを被着させる工程であって、前記フレームの材料としてガラスを使用し、かつ前記ガラスを蒸着被膜によって被着させる工程と、
次の第2工程では、前記第2基板表面をフレームに結合し、または接合する工程であって、前記第1と第2基板の間、および前記フレーム内側に空洞が形成される工程とを含む方法。 - 特に基板上に電気または光学部品を備え、特に請求項1乃至40のいずれか1項に記載されるコンポジット要素であって、
第1基板および第2基板と、
前記第1基板の表面に被着されている少なくとも1つのフレームであって、蒸着被膜によって被着されている構築ガラス層を含む前記フレームと、
前記フレーム表面が、前記第2基板の表面に結合または接合する結合領域と、
前記第1と第2基板の間、および前記フレーム内側に形成された空洞とを含むコンポジット要素。
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