JP2007214369A - 半導体装置用パッケージとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱歪みが生じない表面活性化接合法を採用しながら、２つのウェハを精度良く位置合わせした半導体パッケージを実現する。
【解決手段】第一のウェハ１と第二のウェハ２とに、互いを接合する接合部１３，２３と接合位置を案内する位置合わせ手段１９，２９を有する非接合部１４，２４とを備え、第一のウェハ１の非接合部１４は、接合部１３が非接合部１４に対して空間を形成する脚部１１と、接合部１３に対して折り曲がる溝が形成された折れ曲り部１５を備えた構造とする。２つの非接合部１４，２４を遮蔽した状態で、イオンビームにより接合部１３，２３のみを表面活性化した後、位置合わせ手段１９，２９により第一のウェハ１と第二のウェハ２との接合位置を合わせ、接合部１３の接合面とは反対の面側から接合部１３を加圧することにより、折れ曲り部１５を接合部１３に対して折り曲げて、接合部１３，２３同士を接触させて表面活性化接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体パッケージとその製造方法に関し、特に、第一のウェハと第二のウェハとを表面活性化接合して製造される半導体パッケージに関する。

ボロメータ方式やサーモパイル方式の赤外線検出器に適用されている中空形状の半導体パッケージを小型、低コストで実現する従来技術として、特許文献１に示す特開平１１−３２６０３７号公報「赤外線検出器用真空パッケージおよびその製造方法」が提案されている。該特許文献１においては、シリコンの受光基板上に形成した赤外線受光部の前面に真空気密な空隙を設けて配置する必要がある赤外線透過窓を接着した後、赤外線透過窓を接着した受光基板を真空中に置くことによって、赤外線透過窓に設けた貫通穴から空隙部の空気を排気させて、真空状態にした後、貫通穴を封止する製法が採用されている。この封止を行うために、気密に接着することができる接着材料と貫通穴を封止する封止材料として、真空封止用のハンダが用いられている。
特開平１１−３２６０３７号公報

前記特許文献１のような従来の技術は、赤外線透過窓を気密に接着する工程で、ハンダを溶融するために、赤外線透過窓を高温下におく必要があり、特に、赤外線光学窓ウェハと受光基板ウェハとを接着する場合のように、２枚のウェハが異種材料であった場合には、熱歪みが発生してしまうという問題があった。

一方、ウェハ同士を熱歪みを生じないように結合させる技術として、表面活性化接合法が、最近用いられるようになってきている。ここで、表面活性化接合法とは、真空チャンバ内にて、接合させる２つのウェハの表面の汚染物をそれぞれビームエッチングして清浄化することにより、それぞれのウェハ表面に結合手を出現させ、しかる後、結合手が出現した状態のウェハ清浄面同士を加圧して接触させることによって、２つのウェハを化学的に結合させるというものである。

しかしながら、表面活性化接合法を適用して、赤外線光学窓ウェハと受光基板ウェハなどのように、２つのウェハを接合する場合、表面活性化処理されたウェハ同士が接触すると、瞬時に化学結合してしまい、接合位置を再度調整し直すことができなくなる。このため、マイクロレンズアレイ等を持った赤外線光学窓ウェハとアレイ状に並ぶ受光素子を持った受光基板ウェハとの場合においては、ウェハ同士を接触させる前に正確に位置合わせをしなければならず、所望の機能・性能を有した半導体パッケージを製造することが困難であった。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、第一のウェハと第二のウェハ、例えば、赤外線光学窓ウェハと受光基板ウェハ、との接合を行う際に、熱歪みを生じることがない表面活性化接合法を採用しながら、精度良く位置合わせがなされ、さらに、その最中に、接合面が誤って結合してしまう問題も解決可能な半導体パッケージとその製造方法とを提供することを目的としている。

本発明は、前述の課題を解決するために、表面活性化接合する２つのウェハにおいて、それぞれのウェハに、表面を活性化してウェハ同士を接合するための接合部と、表面活性化させることなく、互いの接合位置を案内する位置合わせ手段を形成した非接合部とを備え、少なくとも一方のウェハの接合部の接合面側が、非接合部に対して空間を形成する脚部を当該非接合部に有することにより、２つのウェハの接合部同士が接合しない状態で、位置合わせ手段によって２つのウェハの接合位置を合わせた後、一方のウェハの接合部に圧力を加えて、当該ウェハの非接合部に設けた折れ曲り部を折り曲げて、２つのウェハの接合部同士を接合して半導体パッケージを完成させることを特徴としている。

本発明の半導体装置用パッケージとその製造方法によれば、熱歪みが生じない表面活性化接合法により、２つのウェハ同士を化学的に接合を行うとともに、２つのウェハの位置合わせを行う際に、２つのウェハの互いの接合面を接触させない状態で、位置合わせ手段により接合位置を微調整して高精度な位置合わせを行うことが可能であり、所望の機能・性能を有する半導体パッケージを容易に製造することができる。

以下に、本発明による半導体装置用パッケージとその製造方法の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明に関わる半導体パッケージに用いる２つのウェハの構造について説明する。図１は、本発明の半導体パッケージに用いる２つのウェハの構造の一例を示す斜視図である。本発明の半導体パッケージ１０は、第一のウェハ１と第二のウェハ２とを表面活性化接合法によって接合して製造されるものであり、製造された半導体パッケージ１０をあらかじめ設定されている所定のサイズの複数のチップにダイシングすることによって、例えば赤外線検出素子などの半導体チップとして利用されるものである。

図１に示すように、第一のウェハ１、第二のウェハ２には、それぞれ、接合部１３，２３、非接合部１４，２４、位置合わせ手段１９，２９を備えて構成されている。また、第一のウェハ１は、非接合部１４の一部に、上面と下面とにそれぞれ緩和溝１６、折れ曲り溝１７を有する折れ曲り部１５が形成され、折れ曲り部１５を有する非接合部１４と接合部１３とが一体化されている。

さらに、第一のウェハ１の接合部１３の下面（第二のウェハ２と接合する接合面）が、第一のウェハ１の非接合部１４に対して空間を有するように、第一のウェハ１の非接合部１４の上下方向の厚さは、第一のウェハ１の接合部１３の上下方向の厚さよりもあらかじめ定めた厚みｔだけ厚くなる脚部１１を非接合部１４に有している。

その結果、第一のウェハ１と第二のウェハ２との２枚のウェハを単に重ね合わせただけでは、非接合部１４，２４同士が当接し合う状態になり、それぞれの接合部１３，２３同士は接しない構造とされている。

さらに、折れ曲り部１５は、前述のように、上面と下面とにそれぞれ緩和溝１６、折れ曲り溝１７が穿設されており、折れ曲り部１５の下面は、折れ曲り溝１７により、非接合部１４に対してはもちろん、接合部１３に対してもさらに空間を有した構造になっていて、第一のウェハ１の接合部１３の上方向から加圧して第二のウェハ２の接合部２３に接合する接合工程において折れ曲がり易い構造になっている。

一方、折れ曲り部１５の上面の緩和溝１６は、接合部１３の第二のウェハ２と接合する接合面と反対の面側から当該接合部１３に加圧して、折れ曲り部１５が折れ曲がる際に、非接合部１４の上側の先端部が非接合部１４に当接して、接合部１３に対する応力が発生しないように、接合部１３に対する応力を緩和することができる緩和機構として備えられているものであり、当該緩和溝１６の空間に向かって、非接合部１４の先端部が倒れるように傾斜していくことにより、非接合部１４には当接しない構造とされている。

なお、ここでは、第一のウェハ１の非接合部１４に設けられる折れ曲り部１５の一例として、非接合部１４の上面（すなわち、第一のウェハ１と第二のウェハ２とを接合する接合工程において、第一のウェハ１の接合部１３を加圧する面と同じ側の面）に緩和溝１６を穿設する例を説明したが、緩和機構としてはかかる場合のみに限るものではない。

例えば、第一のウェハ１の内部にレーザを照射して、折れ曲り部１５に該当する箇所に、すなわち、折れ曲がる際に非接合部１４の先端部が当接しそうな非接合部１４の位置に沿って、第一のウェハ１の剛性を弱くする改質を施した改質層を形成させることにより、第一のウェハ１と第二のウェハ２との接合部１３，２３同士を接合する接合工程において、第一のウェハ１の接合部１３を加圧した際に、第一のウェハ１の改質層に亀裂を成長させるようにしても良い。その結果、加圧した際に、改質層が折れ曲り部１５として折り曲げられることになり、接合部１３に対する応力を緩和することができる。

なお、本実施形態で用いる第一のウェハ１、第二のウェハ２の材料として、互いに異なる材料からなっている場合であっても良く、例えば、第一のウェハ１が、ガラス、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛、カルコゲナイドガラスのような特定の波長の光線を通す材料や、セラミクスや炭化シリコンといった材料であり、第二のウェハ２が、半導体プロセスにてトランジスタやセンサ素子を形成可能なシリコンや炭化シリコンといった材料を用いても良い。

また、第一のウェハ１を製造する場合、中央部の接合部１３よりも厚みｔだけ厚くする脚部１１を有する非接合部１４を周辺部に備え、かつ、該非接合部１４の一部には、緩和溝１６、折れ曲り溝１７を有する折れ曲り部１５を備える第一のウェハ１の構造を成形するために、例えば、既存のエッチング技術、切削技術を用いて作製しても良いし、あるいは、特に、硫化亜鉛やカルコゲナイドガラスのような材料を用いる場合には、粉末やフリットから、モールド成形（すなわち、型による成形）を行うことも可能である。このようなモールド成形技術を用いることにすれば、より簡便に第一のウェハ１を作製することができる。また、第二のウェハ２についても、既存のエッチング技術、切削技術を用いても良いし、モールド成形技術を用いて作製してももちろんかまわない。

一方、第二のウェハ２において、シリコンや炭化シリコンといった材料を用いる接合部２３の表面には、複数個の半導体装置（回路パターン）が既存のＬＳＩ技術などにより別途形成されている。このような半導体装置（回路パターン）が形成された第二のウェハ２の接合部２３に第一のウェハ１の接合部１３を接合することにより、第一のウェハ１が、第二のウェハ２の半導体装置（回路パターン）の“蓋”として（例えば、赤外線検出素子の場合、赤外線透過窓として）機能することになる。このように、第一のウェハ１と第二のウェハ２とを接合することによって作製した半導体パッケージ１０をあらかじめ定めた所定のサイズにダイシングすることにより、複数個の半導体チップを同時に製造することができる。

図１１は、半導体パッケージ製造装置１００へ第一のウェハ１と第二のウェハ２とを取り付けた様子を示す模式図であり、図示していない真空チャンバ内部の状態を示しているものである。

第一のウェハ１と第二のウェハ２とは真空チャンバ内の第一のステージ１０１と第二のステージ１０２とにそれぞれ固定される。第二のステージ１０２は、真空チャンバ内に固定設置されているが、第一のステージは、多軸アクチュエータによって、少なくとも、左右・上下方向への移動、中心軸を中心に時計・反時計方向への回転が自在な構造とされている。

また、第一のステージ１０１は、第一のウェハ１の接合部１３の接合裏面（図１の第一のウェハ１の上面：第二のウェハ２と接合する面の反対側の面）のみに接した状態で固定保持することができ、第一のウェハ１の非接合部１４とは接していない状態で固定保持される。また、第一のステージ１０１は、前述のように、多軸アクチュエータを駆動して上下、左右、回転の各方向に自在に移動させることにより、第一のステージ１０１に固定保持されている第一のウェハ１を、第二のステージ１０２に固定保持されている第二のウェハ２に対して位置の調整を行ったり、接触させたりすることが可能である。

カメラ１０３は、第二のステージ１０２の下側に取り付けられて、少なくとも第二のステージ１０２上に載置された第二のウェハ２について透明な波長域を用いて撮像可能なものであり、第二のウェハ２の接合裏面（図１の第二のウェハ２の下面：第一のウェハ１と接合する接合面の反対側の面）より、第一、第二のウェハ１，２の非接合部１４，２４それぞれに設けられている位置合わせ手段１９，２９の状態を撮影する。なお、第二のステージ１０２は、位置合わせ手段１９，２９をカメラ１０３によって撮像することができるように、カメラ１０３に対して、透明、あるいは、開口されている。

イオンビーム源１０４は、イオンビーム（アルゴンイオンＡｒなどのビーム）を発生させ、第一のウェハ１と第二のウェハ２との表面の汚染物を除去して清浄化し、それぞれのウェハ表面に原子の結合手を出現させる。これを、ウェハ表面の”活性化”と呼び、活性化されたウェハ表面同士が接触すると、瞬時に化学的な結合が生じて、強固に接合された状態になる。

以下に、第一のウェハ１と第二のウェハ２とを表面活性化接合することにより製造する本発明の半導体パッケージの製造方法の一例について、図２ないし図５を参照しながら説明する。

まず、図示していないウェハ製造工程において、第一のウェハ１と第二のウェハ２とは、接合部１３，２３、非接合部１４，２４や、脚部１１、折れ曲り部１５などを有する前述したような形状のウェハとして、モールド成形技術などを用いて作製される。

しかる後、半導体パッケージ製造装置１００の真空チャンバ内の第一のステージ１０１、第二のステージ１０２それぞれに第一のウェハ１、第二のウェハ２が取り付けられた後、真空チャンバ内は排気されて、真空状態にされる。その後、表面活性化工程において、第一のウェハ１、第二のウェハ２は、図２に示すように、イオンビーム源７からのイオンビームによって、それぞれの接合部１３，２３の表面（接合面）が活性化される。図２は、本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ表面活性化工程の一例を示す模式図である。

このとき、図２に示すように、非接合部１４は、左右の方向に非接合部１４の接触面側に沿って移動可能な遮蔽手段１０５によって、イオンビーム源１０４から照射されるイオンビームが遮蔽された状態になるので、接合部１３，２３の接合面側の表面のみが活性化され、非接合部１４、２４の表面にはイオンビームが照射されず、表面が活性化されることはない。

ここで、遮蔽手段１０５としては、例えば金属板を用いても良い。この場合、イオンビーム源１０４からのイオンビーム照射前に、第一のウェハ１、第二のウェハ２の非接合部１４，２４それぞれを覆うように前進移動し、イオンビーム照射によって接合部１３，２３の表面を活性化した後、接合部１３，２３同士の接合を行うべき接合位置を合わせるために、非接合部１４，２４それぞれに設けられている位置合わせ手段１９，２９による、第一のウェハ１、第二のウェハ２の位置合わせを邪魔しない位置にまで後退移動する。

この他、非接合部１４，２４の表面を活性化させない方法としては、例えば、第一のウェハ１、第二のウェハ２それぞれを第一のステージ１０１、第二のステージ１０２に取り付ける前の前記ウェハ製造工程で、非接合部１４，２４表面に、イオンビームの遮蔽可能なポリイミドなどのフィルムを付着させて覆った状態にしておいて、接合部１３，２３の表面活性化処理後に、真空チャンバ内で非接合部１４，２４に付着していたフィルムを剥がす等の作業をさせても良く、先の移動可能な金属板による遮蔽手段１０５の場合と同じ効果を得ることができる。

第一のウェハ１、第二のウェハ２それぞれの接合部１３，２３の表面が活性化された後、位置合わせ工程において、図３（Ａ）に示すように、第一のウェハ１と第二のウェハ２との非接合部１４，２４同士を接触させた後、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第一のウェハ１、第二のウェハ２それぞれの位置合わせ手段１９，２９とカメラ１０３とを用いて、２枚のウェハの接合位置を合わせる。ここに、図３は、本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ位置合わせ工程の一例を示す模式図である。

図３（Ａ）が、図１１に示した第一のステージ１０１の左右・上下方向の移動により、第一のウェハ１と第二のウェハ２との非接合部１４，２４を互いに接触させた状態を示している。また、図３（Ｂ）、（Ｃ）は、いずれも、非接合部１４，２４それぞれの接触面またはその近傍に画像パターンとして描画されている位置合わせ手段１９，２９を拡大して表示している平面図である。図３(Ｂ)が、カメラ１０３により撮像された位置合わせ手段１９，２９の画像パターンを用いて、第一のステージ１０１の回転・左右方向の微調整をするとともに、微調整後の上下方向の移動により、互いの位置を合わせるように非接合部１４，２４同士を接触させる状態を示し、図３（Ｃ）が、位置合わせ手段１９，２９が互いに所定の位置に位置合わせされ、所定の合成画像形状が形成されて位置決めされた状態に達したことを示している。

すなわち、位置合わせ工程においては、非接合部１４，２４それぞれの先端部に形成されている位置合わせ手段１９，２９の画像パターンの状態が、カメラ１０３で撮像され、位置合わせ手段１９，２９それぞれの画像パターンの画像処理的な確認結果として、図３（Ｃ）のように、互いに嵌合されたような所定の位置関係になる微調整が第一のステージ１０１の移動によって行われ、非接合部１４，２４の精密な位置合わせと接触とが行われる。

ここで、図３においては、図３（Ｂ）に示すように、第二のウェハ２の非接合部２４における位置合わせ手段２９が、十字形状の画像パターンであり、第一のウェハ１の非接合部１４における位置合わせ手段１９は、第二のウェハ２の位置合わせ手段２９の十字形状の４隅の溝部に嵌め込むような４つの円形状の画像パターンである場合を一例として示しているが、本発明における位置合わせ手段１９，２９は、このような形状の画像パターンに限るものではなく、互いの位置合わせが可能な形状であれば、いかなる形状であってもかまわない。

また、第一のウェハ１と第二のウェハ２との非接合部１４，２４を互いに接触した状態では、図３（Ａ）に示すように、第一のウェハ１と第二のウェハ２との接合部１３，２３の接合面の間に、第一のウェハ１の非接合部１４に形成した脚部１１の厚みｔ分の接合部空間１８が保たれており、接合部１３，２３の活性化した表面同士が接触することはなく、位置合わせ工程において、位置決めがなされていない誤った位置関係で互いに接合されてしまうようなことは生じない。

その結果、位置合わせ手段１９，２９、カメラ１０３の撮像画像パターン、第一のステージ１０１の移動によって、表面活性化接合を採用しながらも第一のウェハ１の位置調整を繰り返して行うことができるようになる。

なお、位置合わせ手段１９，２９は、非接合部１４，２４の接触面やその近傍に描画されたこのような画像パターンに限るものではなく、互いに機械的な嵌合が可能な凹凸形状とするなど、任意の形状としても良く、レーザやサンドブラスト、エッチングなどによって非接合部１４，２４の接触面の表面に溝や山などの凹凸を付けるなどして作製しても良い。さらに、その溝に金属蒸着などを施して金属を埋めて、カメラ１０３で位置合わせ手段１９，２９がより鮮明に撮像できるようにしても良い。

位置合わせ手段１９，２９の機械的な嵌合機構として、図６に示すように、例えば、第一のウェハ１の非接合部１４に凹形状（例えば円形穴形状）の位置合わせ手段１９Ａを、また、第二のウェハ２の非接合部２４に凸形状（例えば円筒形状）の位置合わせ手段２９Ａを、エッチング、切削、スパッタ、蒸着、型成形などで作製し、ウェハの位置合わせ工程では、それらの凹形状（例えば円形穴形状）の位置合わせ手段１９Ａと凸形状（例えば円筒形状）の位置合わせ手段２９Ａとを互いに嵌め込むことにより機械的に位置決めをしても良い。図６は、本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ位置合わせ工程の異なる例を示す模式図であり、機械的な位置決めを行う場合を示している。

さらには、前述した画像処理的手法と機械的手法とを組み合わせて、互いの位置決めを行うようにしても良い。

第一のウェハ１と第二のウェハ２との位置が正確に合わされた後、次の接合工程において、図４に示すように、第一のウェハ１の接合部１３を第一のステージ１０１により上方向から加圧（加重）する。すると、第一のウェハ１の接合部１３と第二のウェハ２の接合部２３との活性化された表面同士が接触して化学的な接合がなされ、半導体パッケージ１０が完成する。この時、接合部１３への応力の緩和機構として、第一のウェハ１の非接合部１４の上端部（先端部）が折れ曲り部１５の緩和溝１６に沿って中央部側に折れ曲がることにより、接合部１３への応力を緩和し、接合部１３側（半導体パッケージ１０が形成されている領域）への亀裂の進入を防ぐことができる。ここに、図４は、本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ接合工程の一例を示す模式図である。

なお、第一のウェハ１の折れ曲り部１５をより折り曲げやすくするため、図７に示すように、第一のウェハ１の非接合部１４に形成した脚部１１の下面すなわち第二のウェハ２との接触面側の形状を面取り形状または円弧状とするようにしても良い。図７は、本発明の半導体パッケージを製造するための第一のウェハ１の異なる形状を説明するための模式図であり、脚部１１の端部に面取り部１２を形成している場合を例示している。

また、図８に示すように、第一のウェハ１の非接合部１４と相対する第二のウェハ２の非接合部２４の一部に緩和溝２６を設けるようにしても良い。図８は、本発明の半導体パッケージを製造するための第二のウェハ２の異なる形状を説明するための模式図であり、第一のウェハ１の非接合部１４が折れ曲がる脚部１１の端部に相対する非接合部２４の位置に、第二のウェハ２の非接合部２４に当接しそうになる箇所に沿って、緩和溝２６を形成している。

これにより、第一のウェハ１の非接合部１４を折り曲げた際に、第一のウェハ１の非接合部１４すなわち脚部１１の端部が第二のウェハ２の非接合部２４と当接しないようにし、第一のウェハ１の折れ曲り部１５をより折り曲げやすくするとともに、第二のウェハ２の接合部２３に対する引っ張り応力を緩和する緩和機構を実現している。また、第二のウェハ２側に設けられる緩和機構として、緩和溝２６を穿設する代わりに、第一のウェハ１側の緩和機構として前述した場合と同様に、第一ウェハ１の非接合部１４の端部が、第二のウェハ２の非接合部２４に当接しそうになる箇所に沿って、剛性を弱くする改質を施した改質層を形成するようにしても良い。

なお、図６に示す第一、第二のウェハ１，２、図７に示す第一のウェハ１や図８に示す第二のウェハ２のような形状を形成する場合についても、エッチング技術、切削技術、モールド成形技術などによって形成することができる。

図４の接合工程により第一のウェハ１の接合部１３と第二のウェハ２の接合部２３とを表面活性化接合して、半導体パッケージ１０を完成させた後、図５に示すように、ダイシング工程において、完成した半導体パッケージ１０を、ダイシンライン１０６に沿って、所定の大きさの半導体チップ２０にダイシングする。これにより、複数のパッケージ済み半導体装置すなわち複数の半導体チップ２０を同時に得ることができる。図５は、本発明の半導体パッケージ１０を複数の半導体チップ２０にダイシングするダイシング工程の一例を示す模式図である。

なお、以上の本発明による実施形態においては、第一のウェハ１の非接合部１４が接合部１３の厚さよりも厚くなるような脚部１１を備えて、接合部１３が非接合部１４に対して接合部空間１８を有する場合を説明したが、逆に、図９に示すように、第二のウェハ２の非接合部２４が接合部２３の厚さよりも厚くなるような脚部２１を備えて、接合部２３が非接合部２４に対して接合部空間２８を有するようにしても良い。ここに、図９は、本発明の半導体パッケージを製造するための第二のウェハ２のさらに異なる形状を説明するための模式図である。

さらには、前述した実施形態においては、図１に示すように、第一のウェハ１の非接合部１４を２箇所に備えているような構造としていたが、図１０に示すように、非接合部１４が３箇所以上に（図１０の場合、図の上下にそれぞれ２箇所の非接合部１４を設けて、合計４個の非接合部１４に）分かれていても良い。ここに、図１０は、本発明の半導体パッケージを製造するための第一のウェハ１のさらに異なる形状を説明するための模式図である。

以上に詳細に説明したように、本発明によれば、 表面活性化接合する第一ウェハ１、第二のウェハ２において、それぞれのウェハに、イオンビーム源１０４からのイオンビームの照射により表面を活性化した接合部１３，２３と、遮蔽手段１０５によりイオンビームを遮蔽して表面活性化させることなく、互いの接合位置を案内する位置合わせ手段１９，２９または１９Ａ,２９Ａを形成した非接合部１４，２４とを備え、少なくとも一方のウェハの接合部１３または２３の接合面側が、非接合部１４または２４に対して空間を形成する脚部１１または２１を有することにより、２つのウェハの接合部１３，２３同士が接合しない状態で、２つのウェハの接合位置を位置合わせ手段１９，２９または１９Ａ,２９Ａによって正確に位置合わせをし、しかる後、第一のウェハ１の接合部１３に圧力を加えて、当該第一のウェハ１の非接合部１４に設けた折れ曲り部１５を折り曲げて、接合部１３，２３同士を接触させることにより、第一ウェハ１、第二のウェハ２の接合部１３，２３同士を表面活性化接合して半導体パッケージ１０を完成させるので、次のような効果を奏することができる。

熱歪みが生じない表面活性化接合法により、２つのウェハすなわち第一ウェハ１、第二のウェハ２同士を化学的に接合するとともに、２つのウェハの位置合わせを行う際に、表面活性化接合を採用しながらも２つのウェハの互いの接合面を接触させない状態で、位置合わせ手段１９，２９または１９Ａ，２９Ａにより接合位置を微調整して高精度な位置合わせを行うことが可能であり、所望の機能・性能を有する半導体パッケージを容易に製造することができる。

また、脚部１１または２１の接触面を、面取り形状または円弧状とすることにより、第一のウェハ１の接合部に圧力を加えたとき、折れ曲り部１５の曲がりを促進することができるとともに、ひび割れが接合部１３側に侵入することを防止することができる。

さらに、非接合部１４または２４に、第一のウェハ１の接合部１３に圧力が加えられることにより生じる接合部１３，２３に対する応力を緩和する緩和機構が設けられているので、第一のウェハ１の折れ曲り部１５が折れ曲がったとき、第一のウェハ１の接合部１３に加わる応力を緩和することができ、接合部１３，２３が変形してしまったり、ひび割れを生じたりすることを抑えることができる。

さらに、接合部１３、非接合部１４、緩和溝１６や折れ曲り溝１７などを備えた折れ曲り部１５、さらには、脚部１１などを有する第一のウェハ１や、接合部２３、非接合部２４、緩和溝２６、場合によっては、脚部２１などを有する第二のウェハ２を、モールド成形技術により一体成型して簡単に製造することができる。

本発明の半導体パッケージに用いる２つのウェハの構造の一例を示す斜視図である。 本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ表面活性化工程の一例を示す模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ位置合わせ工程の一例を示す模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ接合工程の一例を示す模式図である。 本発明の半導体パッケージを複数の半導体チップにダイシングするダイシング工程の一例を示す模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するためのウェハ位置合わせ工程の異なる例を示す模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するための第一のウェハの異なる形状を説明するための模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するための第二のウェハの異なる形状を説明するための模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するための第二のウェハのさらに異なる形状を説明するための模式図である。 本発明の半導体パッケージを製造するための第一のウェハのさらに異なる形状を説明するための模式図である。 半導体パッケージ製造装置へ第一のウェハと第二のウェハとを取り付けた様子を示す模式図である。

符号の説明

１…第一のウェハ、２…第二のウェハ、１０…半導体パッケージ、１１…脚部、１２…面取り部、１３…接合部、１４…非接合部、１５…折れ曲り部、１６…緩和溝、１７…折れ曲り溝、１８…接合部空間、１９，１９Ａ…位置合わせ手段、２０…半導体チップ、２１…脚部、２３…接合部、２４…非接合部、２６…緩和溝、２８…接合部空間、２９,２９Ａ…位置合わせ手段、１００…半導体パッケージ製造装置、１０１…第一のステージ、１０２…第二のステージ、１０３…カメラ、１０４…イオンビーム源、１０５…遮蔽手段、１０６…ダイシングライン。

Claims (15)

1. 第一のウェハと第二のウェハとの２つのウェハを表面活性化接合して製造される半導体パッケージにおいて、前記該第一のウェハと前記第二のウェハとは、表面が活性化された状態で互いに接合する接合部と、表面が活性化されることなく、前記接合部の互いの接合位置を案内する位置合わせ手段を有する非接合部と、を備え、前記第一のウェハの前記非接合部が当該接合部に対して折れ曲がる折れ曲り部を有し、当該折れ曲り部が、前記第一のウェハと前記第二のウェハとの前記非接合部同士を前記位置合わせ手段により位置合わせして当接させた状態で、前記第二のウェハの前記接合部と接合する接合面の反対の面側から前記第一のウェハの前記接合部を加圧した際に、前記第一のウェハと前記第二のウェハとの前記接合部同士を接触させるように折れ曲がることを特徴とする半導体パッケージ。
2. 請求項１に記載の半導体パッケージにおいて、前記第一のウェハの前記非接合部の前記第二のウェハとの接触面側の形状が、面取り形状または円弧状であることを特徴とする半導体パッケージ。
3. 請求項１または２に記載の半導体パッケージにおいて、前記第一のウェハまたは前記第二のウェハの前記非接合部に、前記第一のウェハの前記接合部が加圧されて前記折れ曲り部が折れ曲がることにより生じる当該接合部に対する応力を緩和する緩和機構が設けられていることを特徴とする半導体パッケージ。
4. 請求項３に記載の半導体パッケージにおいて、前記第一のウェハの前記非接合部に設けられる前記緩和機構として、少なくとも、折れ曲がる際に前記第一のウェハの前記非接合部の先端部が当該第一のウェハの前記非接合部に当接する箇所に沿って、空間を形成する緩和溝を穿設するか、あるいは、剛性を弱くする改質を施した改質層を形成するか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージ。
5. 請求項３または４に記載の半導体パッケージにおいて、前記第二のウェハの前記非接合部に設けられる前記緩和機構として、少なくとも、折れ曲がる際に前記第一のウェハの前記非接合部の端部が前記第二のウェハの非接合部側に当接する箇所に沿って、空間を形成する溝を穿設するか、あるいは、剛性を弱くする改質を施した改質層を形成するか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体パッケージにおいて、２つの前記ウェハの前記非接合部に形成される前記位置合わせ手段として、少なくとも、２つの前記非接合部の互いの接触面またはその近傍それぞれに、カメラにより撮像して画像処理することにより双方の位置関係を識別可能な画像パターンを描画するか、あるいは、２つの前記非接合部の互いの接触面それぞれに、互いに機械的に嵌合可能な凹凸形状のパターンを形成するか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体パッケージにおいて、２つの前記ウェハの形状がモールド成形技術により製造されることを特徴とする半導体パッケージ。
8. 第一のウェハと第二のウェハとの２つのウェハを表面活性化接合して製造する半導体パッケージの製造方法において、前記第一のウェハと前記第二のウェハとは、表面が活性化された状態で互いに接合する接合部と、表面が活性化されることなく、前記接合部の互いの接合位置を案内する位置合わせ手段を有する非接合部と、を備え、前記第一のウェハと前記第二のウェハのうち少なくとも一方のウェハの前記接合部の接合面側が前記非接合部に対して空間を形成する脚部を当該非接合部に有し、かつ、前記第一のウェハの前記非接合部が、前記接合部に対して折れ曲がる折れ曲り部を有するウェハをそれぞれ製造するウェハ製造工程と、２つの前記ウェハの前記非接合部を遮蔽手段により表面活性化しないように遮蔽した状態で、イオンビームによって２つの前記ウェハの前記接合部を表面活性化する表面活性化工程と、２つの前記ウェハそれぞれに設けられた前記位置合わせ手段によって、前記第一のウェハと前記第二のウェハとの接合位置を合わせる位置合わせ工程と、前記第一のウェハの前記第二のウェハとの接合面の反対の面側から当該第一のウェハの前記接合部に対して圧力が加えられ、当該第一のウェハの前記非接合部に設けられた前記折れ曲り部が前記接合部に対して折れ曲がることにより、２つの前記ウェハの前記接合部を互いに表面活性化接合する接合工程とを有することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体パッケージの製造方法において、前記第一のウェハの前記非接合部の前記第二のウェハとの接触面側の形状が、面取り形状または円弧状であることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
10. 請求項８または９に記載の半導体パッケージの製造方法において、イオンビームを２つの前記ウェハの前記非接合部に照射しないように遮蔽する前記遮蔽手段として、少なくとも、前記表面活性化工程におけるイオンビームの照射時に、移動可能な金属板により前記非接合部を覆うか、あるいは、前記ウェハ製造工程でイオンビームを遮蔽可能なフィルムにより覆った状態で前記第一のウェハ、前記第二のウェハそれぞれの前記非接合部を作製し、前記表面活性化工程におけるイオンビームの照射後に前記フィルムをそれぞれの前記非接合部から剥がすか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
11. 請求項８ないし１０のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法において、前記第一のウェハまたは前記第二のウェハの前記非接合部に、前記第一のウェハの前記接合部が加圧されて前記折れ曲り部が折れ曲がることにより生じる当該接合部に対する応力を緩和する緩和機構が設けられていることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
12. 請求項１１に記載の半導体パッケージの製造方法において、前記第一のウェハの前記非接合部に設けられる前記緩和機構として、少なくとも、折れ曲がる際に前記第一のウェハの前記非接合部の先端部が当該第一のウェハの非接合部側に当接する箇所に沿って、空間を形成する緩和溝を穿設するか、あるいは、剛性を弱くする改質を施した改質層を形成するか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
13. 請求項１１または１２に記載の半導体パッケージの製造方法において、前記第二のウェハに設けられる前記緩和機構として、少なくとも、折れ曲がる際に前記第一のウェハの前記非接合部の端部が前記第二のウェハの非接合部側に当接する箇所に沿って、空間を形成する溝を穿設するか、あるいは、剛性を弱くする改質を施した改質層を形成するか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
14. 請求項８ないし１３のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法において、２つの前記ウェハの前記非接合部に形成される前記位置合わせ手段として、少なくとも、２つの前記非接合部の互いの接触面またはその近傍それぞれに、カメラにより撮像して画像処理することにより双方の位置関係を識別可能な画像パターンを描画するか、あるいは、２つの前記非接合部の互いの接触面それぞれに、互いに機械的に嵌合可能な凹凸形状のパターンを形成するか、のいずれかを用いることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
15. 請求項８ないし１４のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法において、２つの前記ウェハの形状をモールド成形技術を用いて製造することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

Images