JP2009289834A - 構造体の製造方法、発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子基板に形成した素子の特性劣化を防止できる構造体の製造方法および発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】配光用基板（機能基板）３０との接合表面側に凹部４２を有する素子基板４０を形成した後で素子基板４０における凹部４２の内底面に素子たる受光素子４を形成し、その後、素子基板４０と配光用基板３０との互いの接合表面が対向するように素子基板４０と配光用基板３０とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源１００から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板４０と配光用基板３０との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化し、続いて、素子基板４０と配光用基板３０とを互いの接合表面を重ね合わせて接合する。その後、発光素子が実装されたベース基板と配光用基板３０とを接合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも素子基板と機能基板とが表面活性化接合法により接合された構造体の製造方法および発光装置の製造方法に関するものである。

従来から、表面活性化接合法を利用して製造する構造体の一例として、図５に示すように、ＬＥＤチップからなる発光素子１と、３枚のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成され発光素子１が収納される収納凹所２ａが一表面に形成された実装基板２とを備え、発光素子１から放射される光を検出するフォトダイオードからなる受光素子４が実装基板２における収納凹所２ａの周部から内方へ突出する突出部２ｃに形成された発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上述の実装基板２は、シリコン基板２０ａを用いて形成され発光素子１が一表面側に実装されるベース基板２０と、シリコン基板４０ａを用いて形成されベース基板２０の上記一表面側に対向配置され光取出窓４１が形成されるとともにフォトダイオードからなる受光素子４が形成された素子基板４０と、シリコン基板３０ａを用いて形成されてベース基板２０と素子基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する開口窓３１が形成され開口窓３１の内側面が発光素子１から放射された光の一部を受光素子４へ導くミラー面２ｄとなる配光用基板（機能基板）３０とで構成されており、ベース基板２０および配光用基板３０それぞれに受光素子４と電気的に接続される貫通孔配線２４，３４が形成されるとともに、ベース基板２０に発光素子１と電気的に接続される貫通孔配線（図示せず）が形成されている。

また、配光用基板３０は、素子基板４０側である一表面側に貫通孔配線３４に電気的に接続された導体パターン（以下、第１の接続用金属層と称す）３７が形成されるとともに、ベース基板２０側である他表面側に貫通孔配線３４に電気的に接続された導体パターン（以下、第２の接続用金属層と称す）３５が形成されており、第１の接続用金属層３７が素子基板４０において受光素子４に電気的に接続された導体パターン（以下、第３の接続用金属層と称す）４７と接合されて電気的に接続され、第２の接続用金属層３５がベース基板２０において貫通孔配線２４に電気的に接続された導体パターン（以下、第４の接続用金属層と称す）２５ｂと接合されて電気的に接続されている。また、配光用基板３０と素子基板４０とは、図示しない接合用金属層同士が接合され、配光用基板３０とベース基板２０とは、接合用金属層３６，２９同士が接合されている。

また、上記特許文献１には、上述の発光装置の製造にあたって、受光素子４が形成されたシリコン基板４０ａと配光用基板３０とを接合する第１の接合工程を行った後、シリコン基板４０ａを所望の厚さまで研磨する研磨工程を行い、続いて、シリコン基板４０ａに光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行い、その後、発光素子１が実装されたベース基板２０と配光用基板３０とを接合する第２の接合工程を行い、その後、実装基板２の収納凹所２ａに封止用の透光性材料を充填して封止部５を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後で実装基板２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程を行うようにし、第３の接合工程が終了するまでの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程により個々の発光装置に分割している。

ここにおいて、上記特許文献１には、第１の接合工程および第２の接合工程において、接合前に互いの接合表面の清浄・活性化を行ってから接合表面同士を接触させて接合する表面活性化接合法の一種である常温接合法を採用することが記載されている。ここで、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのイオンビーム若しくはアルゴンの原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。なお、常温接合法による接合を行うための常温接合装置としては、接合対象の２つの基板を対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを２つの基板の間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化し、その後、２つの基板の互いの接合表面を重ね合わせて接合できるように構成されたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−２９４８３４号公報 特開２００７−２６６０５８号公報

ところで、上述の発光装置の製造にあたって、第１の接合工程において、図６（ａ）に示すように、配光用基板３０を多数形成したウェハ３００と受光素子４を多数形成したウェハ４００とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源１００から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを２つのウェハ３００，４００の間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化し、その後、図６（ｂ）に示すように２つのウェハ３００，４００の互いの接合表面を重ね合わせて接合した場合、受光素子４の受光部がイオンビームもしくは原子ビームによるダメージを受けて受光素子４の特性が劣化してしまうことが考えられる。要するに、上述の構造体の製造方法では、素子基板４０に形成されている素子である受光素子４の特性が劣化してしまうことが考えられる。なお、素子基板４０に形成する素子としては、フォトダイオードからなる受光素子４に限らず、例えば、カラーセンサ素子や、ダイオードからなる温度検出素子なども考えられる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、素子基板に形成した素子の特性劣化を防止できる構造体の製造方法および発光装置の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、少なくとも素子基板と機能基板とが表面活性化接合法により接合された構造体の製造方法であって、機能基板との接合表面側に凹部を有する素子基板を形成する素子基板形成工程と、素子基板形成工程の後で素子基板における凹部の内底面に素子を形成する素子形成工程と、素子形成工程の後で素子基板と機能基板との互いの接合表面が対向するように素子基板と機能基板とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板と機能基板との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程と、表面活性化工程の後で素子基板と機能基板とを互いの接合表面を重ね合わせて接合する接合工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、素子基板形成工程において、機能基板との接合表面側に凹部を有する素子基板を形成し、素子基板形成工程の後の素子形成工程において、素子基板における凹部の内底面に素子を形成するので、素子形成工程の後で素子基板と機能基板との互いの接合表面が対向するように素子基板と機能基板とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板と機能基板との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程で、不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームが素子に照射されるのを抑制することができ、素子の特性劣化を防止することができる。

請求項２の発明は、発光素子と、発光素子が一表面側に実装されたベース基板と、ベース基板の前記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともに素子である受光素子が形成された素子基板と、ベース基板と素子基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成され発光素子から放射された光の一部を受光素子側へ反射するミラーが形成された機能基板とを備えた発光装置の製造方法であって、機能基板との接合表面側に凹部を有する素子基板を形成する素子基板形成工程と、素子基板形成工程の後で素子基板における凹部の内底面に受光素子を形成する素子形成工程と、素子形成工程の後で素子基板と機能基板との互いの接合表面が対向するように素子基板と機能基板とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板と機能基板との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程と、表面活性化工程の後で素子基板と機能基板とを互いの接合表面を重ね合わせて接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後で発光素子が実装されたベース基板と機能基板とを接合する第２の接合工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、素子基板形成工程において、機能基板との接合表面側に凹部を有する素子基板を形成し、素子基板形成工程の後の素子形成工程において、素子基板における凹部の内底面に素子である受光素子を形成するので、素子形成工程の後で素子基板と機能基板との互いの接合表面が対向するように素子基板と機能基板とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板と機能基板との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程で、不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームが素子に照射されるのを抑制することができ、素子の特性劣化を防止することができる。

請求項１，２の発明では、素子基板に形成した素子の特性劣化を防止できるという効果がある。

以下、少なくとも素子基板と機能基板とが表面活性化接合法により接合された構造体の一例である発光装置について図２および図３に基づいて説明した後、製造方法について図１に基づいて説明する。

発光装置は、ＬＥＤチップからなる発光素子１と、発光素子１を収納する収納凹所２ａが一表面に形成され収納凹所２ａの内底面に発光素子１が実装された実装基板２と、実装基板２の上記一表面側において収納凹所２ａを閉塞する形で実装基板２に固着された透光性部材３と、実装基板２に設けられ発光素子１から放射された光を検出するフォトダイオードからなる受光素子４と、実装基板２の収納凹所２ａに充填された透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど）からなり発光素子１および当該発光素子１に接続されたボンディングワイヤ１４（図３参照）を封止した封止部５と備えている。ここで、実装基板２は、上記一表面側において収納凹所２ａの周部から内方へ突出した庇状の突出部２ｃを有しており、当該突出部２ｃに受光素子４が設けられている。なお、本実施形態では、実装基板２と透光性部材３とでパッケージを構成しているが、透光性部材３は、必ずしも設けなくてもよく、必要に応じて適宜設ければよい。

実装基板２は、発光素子１が一表面側に搭載される矩形板状のベース基板２０と、ベース基板２０の上記一表面側に対向配置されベース基板２０側の一表面に形成された凹部４２の底部に円形状の光取出窓４１が形成されるとともに凹部４２の内底面に受光素子４が形成された素子基板４０と、ベース基板２０と素子基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する矩形状の開口窓３１が形成された配光用基板（機能基板）３０とで構成されており、ベース基板２０と配光用基板３０と素子基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成している。ここにおいて、ベース基板２０および配光用基板３０および素子基板４０の外周形状は矩形状であり、配光用基板３０および素子基板４０はベース基板２０と同じ外形寸法に形成されている。なお、本実施形態では、受光素子４が素子を構成し、素子基板４０において配光用基板３０の開口窓３１上に張り出した部位が、上述の突出部２ｃを構成している。

上述のベース基板２０、配光用基板３０、素子基板４０は、それぞれ、導電形がｎ形で主表面が（１００）面のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成してあり、配光用基板３０の開口窓３１の内側面が、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面からなる鏡面により構成されており（つまり、配光用基板３０は、開口窓３１の開口面積がベース基板２０から離れるにつれて徐々に大きくなっており）、当該開口窓３１の内側面が、発光素子１から放射された光の一部を受光素子４側へ反射するミラー２ｄを構成しているが、当該開口窓３１の内側面に金属膜などからなる反射膜を形成してもよい。

ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの一表面側に、発光素子１の両電極それぞれと電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａが形成され、当該導体パターン２５ａ，２５ａとシリコン基板２０ａの他表面側に形成された第１の外部接続用電極（図示せず）とがそれぞれ第１の貫通孔配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。また、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、配光用基板３０に形成された貫通孔配線３４，３４を介して受光素子４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂが形成されており、当該導体パターン２５ｂ，２５ｂとシリコン基板２０ａの上記他表面側に形成された第２の外部接続用電極２７ｂ，２７ｂとがそれぞれ第２の貫通孔配線２４を介して電気的に接続されている。また、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、配光用基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。

発光素子１は、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成された可視光ＬＥＤチップである。そこで、ベース基板２０は、発光素子１が電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａのうちの一方の導体パターン２５ａを、発光素子１がダイボンディングされる矩形状のダイパッド部２５ａａと、ダイパッド部２５ａａに連続一体に形成され貫通孔配線２４との接続部位となる引き出し配線部２５ａｂとで構成してある。要するに、発光素子１は、上記一方の導体パターン２５ａのダイパッド部２５ａａにダイボンディングされており、ダイパッド部２５ａａ側の電極がダイパッド部２５ａａに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２５ａと電気的に接続されている。

また、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの上記他表面側に、シリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料からなる矩形状の放熱用パッド部２８が形成されており、ダイパッド部２５ａａと放熱用パッド部２８とがシリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数（本実施形態では、９つ）の円柱状のサーマルビア２６を介して熱的に結合されており、発光素子１で発生した熱が各サーマルビア２６および放熱用パッド部２８を介して放熱されるようになっている。

ところで、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａに、上述の２つの第１の貫通孔配線それぞれが内側に形成される２つの第１の貫通孔と、２つの第２の貫通孔配線２４それぞれが内側に形成される２つの第２の貫通孔２２ａと、上述の９つのサーマルビア２６それぞれが内側に形成される９つ第３の貫通孔２２ｂとが厚み方向に貫設され、シリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と上記第１の貫通孔、第２の貫通孔２２ａ、第３の貫通孔２２ｂそれぞれの内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜（以下、第１の絶縁膜と称する）２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各第１の外部接続用電極、各第２の外部接続用電極２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８、各第１の貫通孔配線、各第２の貫通孔配線２４および各サーマルビア２６がシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。

ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各第１の外部接続用電極、各第２の外部接続用電極２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８は、第１の絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、シリコン基板２０ａの上記一表面側の各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９が同時に形成され、シリコン基板２０ａの上記他表面側の各第１の外部接続用電極、各第２の外部接続用電極２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８が同時に形成されている。なお、本実施形態では、第１の絶縁膜２３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と第１の絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、上記第１の貫通孔配線、第２の貫通孔配線２４およびサーマルビア２６の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどを採用してもよい。

配光用基板３０は、シリコン基板３０ａの一表面側（図２における上面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して導体パターン３５，３５と電気的に接続される導体パターン３７，３７が形成されるとともに、素子基板４０と接合するための接合用金属層（図示せず）が形成されており、シリコン基板３０ａの他表面側（図２における下面側）に、ベース基板２０の２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン３５，３５が形成されるとともに、ベース基板２０の接合用金属層２９と接合される接合用金属層３６が形成されている。

また、配光用基板３０は、上述の２つの貫通孔配線３４それぞれが内側に形成される２つの貫通孔３２がシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、シリコン基板３０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔３２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜（以下、第２の絶縁膜と称する）３３が形成されており、各導体パターン３５，３５，３７，３７、素子基板４０側の上記接合用金属層、およびベース基板２０側の接合用金属層３６がシリコン基板３０ａと電気的に絶縁されている。ここにおいて、各導体パターン３５，３５，３７，３７、上記接合用金属層、および接合用金属層３６は、第２の絶縁膜３３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、シリコン基板３０ａの上記他表面側の導体パターン３５，３５および接合用金属層３６が同時に形成され、シリコン基板３０ａの上記一表面側の導体パターン３７，３７および上記接合用金属層が同時に形成されている。なお、本実施形態では、第２の絶縁膜３３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と第２の絶縁膜３３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線３４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどを採用してもよい。

素子基板４０は、シリコン基板４０ａの一表面側（図２における下面側）に、配光用基板３０の２つの導体パターン３７，３７と接合されて電気的に接続される２つの導体パターン４７，４７が形成されるとともに、配光用基板３０の上記接合用金属層と接合される接合用金属層（図示せず）が形成されている。ここにおいて、受光素子４は、フォトダイオードにより構成されており、素子基板４０に形成された２つの導体パターン４７，４７の一方の導体パターン４７（図２における右側の導体パターン４７）が、受光素子４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ａに電気的に接続され、他方の導体パターン４７（図２における左側の導体パターン４７）が、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｂを構成するシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。ここで、受光素子４の受光部となるｐ形領域４ａは、シリコン基板４０ａの上記一表面に形成された凹部４２の内底面にイオン注入技術や拡散技術などを利用して形成されている。

また、素子基板４０は、シリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜（以下、第３の絶縁膜と称する）４３が形成されており、当該第３の絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、素子基板４０は、上記一方の導体パターン４７が、第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ａを通してｐ形領域４ａと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７が第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｂを通してｎ形領域４ｂと電気的に接続されている。ここにおいて、各導体パターン４７，４７および上記接合用金属層は、第３の絶縁膜４３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、第３の絶縁膜４３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と第３の絶縁膜４３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

上述の実装基板２の形成にあたっては、凹部４２、受光素子４、第３の絶縁膜４３、各導体パターン４７，４７、および上記接合用金属層が形成されたシリコン基板４０ａと配光用基板３０とを表面活性化接合法（例えば、常温接合法など）により接合する第１の接合工程を行った後、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置などを用いてシリコン基板４０ａに光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行うことで素子基板４０を完成させてから、発光素子１が実装されたベース基板２０と配光用基板３０とを表面活性化接合法（例えば、常温接合法など）などにより接合する第２の接合工程を行うようにすればよい。表面活性化接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのイオンビーム若しくはアルゴンの原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、直接接合する。ここで、表面活性化接合法で用いるガスは、不活性ガスであればよく、アルゴンに限らず、窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。なお、第１の接合工程と光取出窓形成工程との間に、シリコン基板４０ａを上記他表面側から研磨する研磨工程を設けてシリコン基板４０ａを所望の厚みまで薄型化するようにしてもよい。

上述の第１の接合工程では、シリコン基板４０ａの上記一表面側に形成されている上記接合用金属層と配光用基板３０の上記他表面側に形成されている上記接合用金属層とが接合されるとともに、シリコン基板４０ａの上記一表面側に形成されている導体パターン４７，４７と配光用基板３０の導体パターン３７，３７とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン４７，４７と導体パターン３７，３７との接合部位は、貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン４７，４７と導体パターン３７，３７との互いの接合表面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、第２の接合工程では、ベース基板２０の接合用金属層２９と配光用基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、ベース基板２０の導体パターン２５ｂ，２５ｂと配光用基板３０の導体パターン３５，３５とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との接合部位は、貫通孔配線２４に重なる領域および貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との互いの接合表面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。

また、上述の透光性部材３は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど）からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材３は、実装基板２と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、実装基板２側とは反対の光取り出し面に、発光素子１から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材３の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が２次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、発光素子１の発光ピーク波長の１／４〜１００倍程度の範囲で適宜設定すればよい。

以上説明した本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述のシリコン基板２０ａとしてベース基板２０を多数形成可能なウェハ（シリコンウェハ）を用い、シリコン基板３０ａ，４０ａとして、それぞれ配光用基板３０、素子基板４０を多数形成可能なウェハ（シリコンウェハ）３００，４００（後述の図１参照）を用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材３を多数形成可能なウェハ状のもの（透光性ウェハ）を用い、上述の第１の接合工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、実装基板２の収納凹所２ａに封止用の透光性材料を充填して封止部５を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後で実装基板２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程により実装基板２のサイズに分割されている。したがって、ベース基板２０と配光用基板３０と素子基板４０と透光性部材３とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。また、配光用基板３０におけるミラー２ｄと素子基板４０における受光素子４との相対的な位置精度を高めることができ、発光素子１から側方へ放射された光がミラー２ｄにより反射されて受光素子４へ導かれる。

ところで、上述の素子基板４０の形成にあたっては、素子基板４０の基礎となるシリコン基板４０ａの上記一表面に凹部４２を形成することで素子基板４０を形成する凹部形成工程を行った後、凹部４２の内底面に素子である受光素子４を形成する素子形成工程を行い、その後、第３の絶縁膜４３を形成する絶縁膜形成工程を行い、その後、各導体パターン４７，４７および上記接合用金属層を形成する金属層形成工程を行い、その後、上述の第１の接合工程の後で、光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行う。なお、本実施形態では、凹部形成工程が、機能基板との接合表面側に凹部４２を有する素子基板４０を形成する素子基板形成工程を構成している。なお、素子基板４０の凹部４２は、シリコン基板４０ａの上記一表面側に凹部４２を形成するためのマスク層を形成してから、アルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ水溶液など）を用いてシリコン基板４０ａを上記一表面側から所定深さまで異方性エッチングすることにより形成している。なお、凹部４２は、必ずしもアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成する必要はなく、ドライエッチングにより形成するようにしてもよいが、凹部４２の形成後に形成する導体パターン４７，４７の断線を防止するために凹部４２の内側面がテーパ状となるようなエッチング条件を採用することが望ましい。

また、上述の発光装置の製造にあたって、第１の接合工程においては、図１（ａ）に示すように、配光用基板３０を多数形成したウェハ３００と光取出窓４１形成前の素子基板４０を多数形成したウェハ４００とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源１００から不活性ガスであるＡｒのイオンビームもしくはＡｒの原子ビームを２つのウェハ３００，４００の間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化し（図１（ａ）において一点鎖線で囲まれた部分はイオンビームもしくは原子ビームが照射される範囲を模式的に示している）、その後、図１（ｂ）に示すように２つのウェハ３００，４００の互いの接合表面を重ね合わせて常温下で適宜の荷重を印加することにより２つのウェハ３００，４００を接合する。なお、荷重を印加する場合の温度は常温に限らず、例えば、８０〜１００℃程度に加熱してもよく、加熱することにより接合強度を高めることが可能となる。

以上説明した本実施形態の発光装置の製造方法によれば、機能基板である配光用基板３０との接合表面側に凹部４２を有する素子基板４０を形成する素子基板形成工程と、素子基板形成工程の後で素子基板４０における凹部４２の内底面に受光素子４を形成する素子形成工程と、素子形成工程の後で素子基板４０と配光用基板３０との互いの接合表面が対向するように素子基板４０と配光用基板３０とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源１００から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板４０と配光用基板３０との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程と、表面活性化工程の後で素子基板４０と配光用基板３０とを互いの接合表面を重ね合わせて接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後で発光素子１が実装されたベース基板２０と配光用基板３０とを接合する第２の接合工程とを備えており、素子基板形成工程において、配光用基板３０との接合表面側に凹部４２を有する素子基板４０を形成し、素子基板形成工程の後の素子形成工程において、素子基板４０における凹部４２の内底面に素子である受光素子４を形成するので、凹部４２の深さ寸法を当該凹部４２の内底面に形成した受光素子４にビーム照射源１００からのイオンビームもしくは原子ビームが照射されないように設定しておくことにより、素子形成工程の後で素子基板４０と配光用基板３０との互いの接合表面が対向するように素子基板４０と配光用基板３０とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源１００から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板４０と配光用基板３０との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程で、不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームが受光素子４に照射されるのを抑制することができ、受光素子４の特性劣化を防止することができる。なお、発光素子１が実装されたベース基板２０と配光用基板３０とを表面活性化接合法により接合する場合、上述の第２の接合工程の前に、配光用基板３０と発光素子１を実装したベース基板２０との互いの接合表面が対向するように配光用基板３０とベース基板２０とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された上記ビーム照射源１００から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを配光用基板３０とベース基板２０との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程を行うことになるが、当該表面活性化工程において発光素子１は、光取出し面に微細な凹凸が形成され、結果的に光取り出し効率が向上することとなる。

ところで、上述の実施形態では、素子基板４０を１枚のウェハ４００を用いて形成してあるが、図４（ａ）に示すように、光取出窓４１を形成した第１のウェハ（シリコンウェハ）４００Ａと凹部４２に対応する部位に凹部用開口窓４１ｂを形成した第２のウェハ（シリコンウェハ）４００Ｂとを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置されたビーム照射源１００から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを第１のウェハ４００Ａと第２のウェハ４００Ｂとの間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程を行ってから、図４（ｂ）に示すように、第１のウェハ４００Ａと第２のウェハ４００Ｂとを互いの接合表面を重ね合わせて接合し（なお、この場合、第１のウェハ４００Ａと第２のウェハとの接合はＳｉ−Ｓｉの接合となる）、続いて、受光素子４を形成し、その後、第３の絶縁膜４３を形成し、その後、各導体パターン４７，４７および上記接合用金属層を形成するようにしてもよい。

ところで、上述の実施形態では、発光素子１として可視光ＬＥＤチップを用いているが、発光素子１は、可視光ＬＥＤチップに限らず、紫外光ＬＥＤチップや、ＬＥＤチップと当該ＬＥＤチップに積層され少なくとも当該ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて当該ＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体により形成された蛍光体層とで構成されたものや、有機ＥＬ素子などでもよい。また、発光素子１としては、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する導電性基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。また、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａに限らず、例えば、金属板を用いて形成してもよく、金属板を用いて形成することにより、発光素子１で発生した熱をより効率良く放熱させることが可能となる。

また、受光素子４は、フォトダイオードに限らず、例えば、フォトダイオードとカラーフィルタとを組み合わせたカラーセンサや、フォトダイオードと波長選択フィルタとを組み合わせたものなどでもよい。

また、上記実施形態では、実装基板２の収納凹所２ａの内底面に１つの発光素子１を実装してあるが、発光素子１の数は特に限定するものではなく、発光色が同じ複数の発光素子１を収納凹所２ａの内底面に実装するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、構造体として発光装置を例示したが、構造体は、発光装置に限らず、例えば、加速度センサチップが実装されるベース基板と、ベース基板に対向配置され加速度センサチップの周囲温度を検出する温度検出素子からなる素子を形成した素子基板と、ベース基板と素子基板との間に介在し温度検出素子に電気的に接続される貫通孔配線が形成され加速度センサチップを囲む枠状の機能基板とを備えた加速度センサなどでもよい。

実施形態の発光装置の製造方法の説明図である。 同上の発光装置の概略断面図である。 同上の発光装置の概略分解斜視図である。 同上の発光装置の他の製造方法の説明図である。 従来例の発光装置の概略断面図である。 同上の発光装置の製造方法の説明図である。

符号の説明

１ 発光素子
２ｄ ミラー
４ 受光素子（素子）
２０ ベース基板
３０ 配光用基板（機能基板）
３１ 開口窓
４０ 素子基板
４１ 光取出窓
４２ 凹部
１００ ビーム照射源
３００ ウェハ
４００ ウェハ

Claims (2)

1. 少なくとも素子基板と機能基板とが表面活性化接合法により接合された構造体の製造方法であって、機能基板との接合表面側に凹部を有する素子基板を形成する素子基板形成工程と、素子基板形成工程の後で素子基板における凹部の内底面に素子を形成する素子形成工程と、素子形成工程の後で素子基板と機能基板との互いの接合表面が対向するように素子基板と機能基板とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板と機能基板との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程と、表面活性化工程の後で素子基板と機能基板とを互いの接合表面を重ね合わせて接合する接合工程とを備えることを特徴とする構造体の製造方法。
2. 発光素子と、発光素子が一表面側に実装されたベース基板と、ベース基板の前記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともに素子である受光素子が形成された素子基板と、ベース基板と素子基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成され発光素子から放射された光の一部を受光素子側へ反射するミラーが形成された機能基板とを備えた発光装置の製造方法であって、機能基板との接合表面側に凹部を有する素子基板を形成する素子基板形成工程と、素子基板形成工程の後で素子基板における凹部の内底面に受光素子を形成する素子形成工程と、素子形成工程の後で素子基板と機能基板との互いの接合表面が対向するように素子基板と機能基板とを対向配置して両者の対向方向に直交する方向に配置された１つのビーム照射源から不活性ガスのイオンビームもしくは不活性ガスの原子ビームを素子基板と機能基板との間の空間に向けて照射することで各接合表面それぞれを清浄・活性化する表面活性化工程と、表面活性化工程の後で素子基板と機能基板とを互いの接合表面を重ね合わせて接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後で発光素子が実装されたベース基板と機能基板とを接合する第２の接合工程とを備えることを特徴とする発光装置の製造方法。

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