JP2007510295A - 半導体ウェハー処理物の安定性のある絶縁的接合及び導電的接合 - Google Patents

Abstract

この発明は、半導体ウェハーの間もしくは電子的構造物（３）の間において、安全な構成及び電気的接続（５）を形成するための半導体ウェハー処理物（１及び２）の構成方法及び装置に関する。この発明は、安全な構成が、低融点で絶縁層としてふるまう中間ガラス層（６及び６ａ）からなり、かつ電気的接続（５）が、非導電性ガラスからなる、ことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、導電性中間接合層及び非導電性中間接合層によって施される半導体ウェハー処理物の接合工程に関する。この発明は、その工程を用いて構成されるウェハーの配置も含んでいる。

半導体ウェハー処理物の接合工程は、ウェハー処理を行うときにはすでにキャップが特定の構造物を覆蓋している、という状況を作るために、マイクロ電子システム及びマイクロ電子技術システムの製造において用いられる。一方ではこの操作は、次の処理段階の間、精密な機器的構造物を保護するために、及び／又は、ウェハー接合するときには既に個々の要素、例えば光学部品の封止を行い、したがって、特殊な構造物を形成するために、必要である。例えば制御ウェハーと覆蓋ウェハーとを接合するような通常の工程は、陽極接合、かつ直接接合し、かつ低融点の中間ガラス層（ガラスフリット結合）である。

普通は、機器的活性な性質及び／又は電気的活性な性質をもった部品が、制御ウェハーに取り付けられている。一方、覆蓋層は、ほとんどが変形保護（キャップ）として機能すること、かつ、従来技術に関する如何なる電気的構造物を有していないこと、もしくは電気的構造物を極少数有すること、に限られていた。

前記接合処理は、ウェハーが互いに電気的接続を持っていないという特徴を有する。一方で、覆蓋ウェハーそれ自体は導電性を有していない（陽極接合）。他方で、接合過程で形成される中間層は導電性を有していない（直接接合中に酸素バインディング、ガラスフリット接合中に中間ガラス層）。しかしながら、封止接合を用いたときには、覆蓋部全体を接合し及び／又は導電性を有した覆蓋部上の構造物を接合する必要がある。覆蓋部全体の電気的接続は、部分的に特有の可能性、例えばマスに接合するために必要である。

キャパシティブセンサの値に関しては、電極評価が、可能な限り一つの面において設置及び接合処理を行うときにワイヤボンディングを構成するために、制御ウェハーへの接合を有する覆蓋部に必要不可欠である。

マイクロシステムのパッキングデンシティの増加は、制御ウェハーへの電気的接続を有しているならば、覆蓋ウェハー上の回路を評価するのに有利である。今までは、ウェハー同士の電気的接合が、陽極接合の代わりに用いることに限られていた。接続用ウェハーのメタライゼーション部分は、機械的接続となり、かつ、例えばアルミニウムをガラスとシリコンの陽極接合用に圧着されるように（KADARら,Sensors & Actuators A52 (1996) P.151-155参照）ウェハーの接合力により互いに堅固に圧縮されている。

その処理は確定的であるというわけではない。一方では、電気的接続部は実際のウェハーボンド接合の形成を阻害している。他方で、電気的接続部においてはその確実性が疑わしいので接合用物質がない。ガラスフリット結合は、非常に高い接合収率を示し、かつ、溶融した中間ガラス層の平坦化効果により接合用ウェハーの表面を整合し、可能な限りの接合境界面上で金属接合側面を貫通させるので、最も普遍的に用いられる封止目的のウェハー接合処理であると考えられている。

この発明は、ウェハーの模擬的な電気的接続を形成する少なくとも二つの半導体ウェハーの穴を密封した強固な接合の方法において、接合工程を設計するという技術的な目的に基づいている。

この発明の目的は、請求項１、１１又は１０又は２０（処理工程及び製造）を達成することである。

とりわけ、導電性ガラス構造物と絶縁性ガラス構造物との集合体は、ガラスフリット接合中に電気的接続されるように覆蓋ウェハーに接する。

特にこの発明は、電子的評価の構造物を統合したマイクロ電子技術的構造物に適している。さらに、二つ以上の半導体ウェハーは層状に互いに接合されている。覆蓋ウェハー及び制御ウェハーは、この層の中心部において同時に提供される。

この発明の説明及び補足は、図を用いて二つの半導体ウェハーの例により行う。

図１は、処理例に関する覆蓋ウェハー２に接合した制御ウェハー１であり、図２におけるＡ−Ａの線又は面に沿った切断面の概要を示している。 図２は、図１に示される配置の鳥瞰図である。 図３は、制御ウェハーと覆蓋ウェハーとの間の異なった電気的接続を示している。 図４は、図３と類似しているが制御ウェハーと覆蓋ウェハーとの間のさらに異なった電気的接続を示している。

図１では、電気的接続５が、低融点で、中間ガラス層構造物６、６ａ、６ｂ、及び制御ウェハー１と覆蓋ウェハー２とをガラス（ガラスペースト）接合するために用いられ、覆蓋ウェハー２と制御ウェハー１とを選択的に接合し、及び／又は、（製造時及び処理時に）両ウェハーの電気活性な構造物３の間に同時に形成される、ということを示している。

処理に関していうと、両ガラス接続６、５の添加及び予融解は別々に、かつ連続的に行われる。第一のガラス接合６（組み立て層）の添加及び予融解が行われ、一定の間隔を空けて第二のガラス接合５の添加及び予融解が行われる。

しかしながら、とりわけ４５０℃においては、連続的な添加及び予融解が可能である。

ガラスペーストの調整は、半導体技術の通常の範囲及び通常の処理において、従来の予融解を用いる。

導電性ウェハーと非導電性ウェハーとの接合は、例えば接合処理で同時に形成される。このとき、両方に用いられるガラスの温度処理は同じ温度領域で行われる。

制御ウェハー１を固定し、かつ、中間絶縁体７による基台部で絶縁される、金属条導体４は、非導電性ガラス接合部にはめ込まれる。これは、可能な限り覆蓋部２によって保護される構造物３の低インピーダンス接合を形成する。同時に、覆蓋部により覆蓋される構造物は、密閉され、かつ強固にパッキングされる。

主に機械的に支持をするウェハー接合部６、６ａ、及び６ｂは、ガラス接合によって提供される。熱膨張に関していうと、シリコンが好適である。電気的接続表面は、機械的圧力を最小にするために小規模に保つべきである。

鳥瞰図２の切断線Ａは、図１の断面図を提供するために引かれている。図２においては、覆蓋ウェハーである覆蓋部２は、抽象的に図示しているにとどまっているが、実際は覆蓋部下部に配置される構造物を見ることができるように取り除く。格子模様で示されるウェハー２は、縁部及び構造物３の保護目的の覆蓋部については、図１のように配置されるが、同時に密封し、かつ枠状に配置された絶縁層（層６ａ、５ｂ、６）により機械的に支持されている。結合部及び条導体４は、この図の外側かつ覆蓋ウェハー２の下に確認できる。

仮にＳＯＩ（シリコンオンインシュレーター）ウェハー８が、図３に示すように制御ウェハーと同様に用いられる場合、伝導ガラス結合５によりＳＯＩウェハーの基台部１１に電気的接続される可能性がある。この目的のために、ＳＯＩ基台部のアクティブ層９及び酸化物層１０は、伝導ガラス結合５が開口部に流れることができ、かつそれによりキャリアウェハーに接続することができるように、コレスポンディングサイトに開口する。

ただ一点又はアクティブ半導体層９の要求点を接続する目的で、半導体層９は穴のあいた壁により絶縁される。図１参照の中間絶縁層７は、図３では示していない。従来のＳＯＩベースの技術は各段階を含むので、余計なコストがかさまない。

暗黙のうちにすでに示した図３の異なる実施例として、図４に完全に示すように、中間絶縁体７ａは、伝導ガラス接合５により占められる開口部内部についていうと、とりわけ円筒状の絶縁層７ａが半導体層９の上に形成され、円周端を持ち、端に配され又は異なる形状を有しているので、接続可能に半導体層９の上部まで貫通しないように形成されてなる。条導体４は、この端部及び半導体層９の上方に形成することに限られる。さらに、図４における設計は、この明細書における図３と同じようになされる。

電気的接続部及び必要なウェハー接合枠が、制御ウェハー１及び覆蓋ウェハー２の設計を考慮に入れる場合、次の伝導体の形成工程及び絶縁ウェハー接合の工程は、例えば、
覆蓋ウェハー２上に非伝導ガラスペースト６を適用するためのスクリーンプリント、
非伝導ガラスペースト６の調整及び予融解、
覆蓋ウェハー上に伝導ガラスペースト５を適用するためのスクリーンプリント、
伝導ガラスペーストの調整及び予融解、
制御ウェハー及び覆蓋ウェハーの配置、
ガラス及び／又はガラスペースト５、６の温度処理を施すために機械的圧力下で結合形成、
という処理が可能である。

ガラス及び／又はガラスペーストの代替技術は、逆構造で行われ、及び／又は上記のように適した工程段階で制御ウェハー１上に実行される。

符号の説明
１ マイクロ電子技術的構造物及び／又は電子的構造物３からなる制御ウェハー
２ 特に電気的構造物で形成される覆蓋ウェハー
３ 保護用マイクロ電子技術的構造物及び／又は電気的構造物
４ 給電路及び／又は結合部（結合パッド）で形成される金属構造物
５ （第一のガラスペーストで形成される）導電性接合ガラス
６ （第二のガラスペーストで形成される）非導電性接合ガラス
７ 中間絶縁層
８ ＳＯＩウェハー（シリコンオンインシュレーター）
９ 電気活性な構造物を支持するシリコン層（アクティブ層）
７ａ アクティブ層の開口部における絶縁体
１０ ＳＯＩウェハーの酸化物層
１１ 支持ウェハー（基台部）
１２ アクティブ層９における絶縁ダクト

Claims (20)

1. 絶縁的接続６、６ａ、６ｂ及び電気的接続５を半導体ウェハー間に用いる機械的な固定接合方法において、二つ以上のウェハーを用いて、層の中央部に配されるウェハーが制御ウェハーと覆蓋ウェハーとの両方からなる場合に、半導体処理を施したウェハーの固定接合を形成し、かつ、マイクロ電子技術的構造物又は電気的構造物を支持する制御ウェハー１と、好ましくは電気的構造物を支持する覆蓋ウェハー２と、を接続するような、例えば、
   相互接続用のウェハー２面のそれぞれに非伝導ガラスペースト及び伝導ガラスペーストの層状構造物を適用することと、
   ガラス又はガラスペースト５、６の調整及び予融解と、
   接続用ウェハーを幾何学的に配置することと、
   機械的圧力を用いたガラス又はガラスペーストの温度処理を施したウェハーの取付（特に結合）と、
   からなる工程。
2. ガラスペースト、特にガラス結合は、スクリーンプリント工程に用いられることを特徴とする前期請求項１に記載の工程。
3. 非伝導かつ低融点のガラスペースト及び導電性のガラスペーストは、異なる調整及び予融解を行わなければならず、調整及び予融解はそれぞれ別個の工程で連続的に行われることを特徴とする前期請求項１に記載の工程。
4. 非伝導かつ低融点のガラスペースト及び導電性ガラスペーストは、おおむね同じ温度処理を施されることを特徴とする前期請求項１に記載の工程。
5. 非伝導かつ低融点のガラスペースト及び導電性したガラスペーストは、異なる温度処理を施され、かつ連続した工程で処理されることを特徴とする前期請求項１に記載の工程。
6. 少なくとも一つのウェハーは、電気的構造部において（装置の端部）電気的接続されていることを特徴とする前期全ての請求項に記載の工程。
7. ウェハーは、電気的構造部３において、特殊なスイッチングポイントに電気的接続されていることを特徴とする前期全ての請求項に記載の工程。
8. ガラスペーストの接合は、４５０℃以下で起こることを特徴とする前期全ての請求項に記載の工程。
9. ＳＯＩウェハーの基台部の電気的接続は、酸化物層及びアクティブシリコン層において、前もって形成された開口部を通って提供され、特にアクティブシリコン層における開口部の壁面は、前記電気的接続に絶縁層７ａを形成してなることを特徴とする前期全ての請求項に記載の工程。
10. 前期全ての請求項に記載の工程により提供されるウェハーの配置。
11. 絶縁的接続６、６ａ、６ｂ、及び電気的接続５を半導体ウェハー間に用いる機械的な固定接合方法において、半導体処理を施したウェハーの固定接合を形成し、かつ、マイクロ電子技術又は電気的構造物を支持する制御ウェハー１と、特に電気的構造物を支持する覆蓋ウェハー２と、を接続する、
    相互接続用のウェハー２面の内、少なくとも１面において、それぞれガラスペースト５、６の一つを第一の非伝導層状構造物及び第二の伝導層に適用することと、
    ガラスペースト５、６の調整と、
    調整ガラスペースト５、６の予融解と、
    接続用ウェハーを幾何学的１、２に配置することと、
    機械的圧力を用いてガラス又はガラスペーストの温度処理を施したウェハー１、２の取付（特に結合）と、
    からなる工程。
12. ガラスペースト５、６、特にガラス結合は、スクリーンプリント工程に用いられることを特徴とする前期請求項１１に記載の工程。
13. 非伝導かつ低融点のガラスペースト６、６ａと導電性のガラスペースト５とは、異なる調整及び／又は予融解を行わなければならず、各ペーストの調整及び予融解はそれぞれ別個の工程で連続的に行われることを特徴とする前期請求項１１に記載の工程。
14. 非伝導かつ低融点のガラスペースト５及び導電性ガラスペースト６は、おおむね同じ温度処理を施されることを特徴とする前期請求項１１に記載の工程。
15. 非伝導かつ低融点のガラスペースト５及び導電性したガラスペースト６は、異なる温度処理を施され、かつ連続した工程で処理されることを特徴とする前期請求項１１に記載の工程。
16. 少なくとも一つのウェハーは、非電気的構造部（装置の端部）において電気的接続されていることを特徴とする前期請求項１１に記載の工程。
17. 少なくとも一つのウェハーは、電気的構造部３において、特殊なスイッチングポイントに電気的接続されていることを特徴とする前期請求項１１に記載の工程。
18. ガラスペーストの接合は、４５０℃以下で起こることを特徴とする前期全ての請求項に記載の工程。
19. ＳＯＩウェハー８の基台部１１の電気的接続は、酸化物層１０及びアクティブシリコン層９において、前もって形成された開口部を通って提供され、特にアクティブシリコン層における開口部の壁面は、伝導ガラス結合をからなる前記電気的接続に絶縁層７ａを形成して成ることを特徴とする前期全ての請求項に記載の工程。
20. 絶縁的接続６、６ａ、６ｂ、及び電気的接続５を半導体ウェハー間に用いる機械的な固定接合方法において、二つ以上のウェハーを用いて、層の中央部に配されるウェハーが制御ウェハーと覆蓋ウェハーとの両方からなる場合に、半導体処理を施したウェハーの固定接合を形成し、かつ、マイクロ電子技術的構造物又は電気的構造物を支持する制御ウェハー１と、電気的構造物を支持する覆蓋ウェハー２と、を接続するような、
    相互接続用のウェハー２面のそれぞれに非伝導ガラスペースト及び伝導ガラスペーストの層状構造物を適用することと、
    ガラス又はガラスペースト５、６の調整及び予融解と、
    接続用ウェハーを幾何学的に配置することと、
    機械的圧力を用いてガラス又はガラスペーストの温度処理を施したウェハーの取付（特に結合）と、
    を特徴とする工程。

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