JP2009289835A

JP2009289835A - 構造体の製造方法、発光装置の製造方法

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Publication number: JP2009289835A
Application number: JP2008138673A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakasuji; 威中筋; Yoshiharu Sanagawa; 佳治佐名川
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】チップを一表面側に実装したベース基板と機能基板とを接合する接合工程の歩留まりの向上を図れ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ＬＥＤチップ（チップ）１を収納する凹部２０ｂを有するベース基板２０を形成した後でベース基板２０における凹部２０ｂ内にＬＥＤチップ１を収納して実装し、その後、ベース基板２０と配光用基板３０との互いの接合表面が対向するようにベース基板２０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ベース基板２０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、その後、ベース基板２０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。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくともチップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される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１と、３枚のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成されＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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時おいて、配光用基板３０を多数形成したウェハ３００（図６（ａ）参照）と素子基板４０を多数形成したウェハ４００（図６（ａ）参照）との積層体におけるウェハ３００とベース基板２０が多数形成され各ベース基板２０ごとにＬＥＤチップ１が実装されたウェハ２００（図６（ａ）参照）とを接合するにあたっては、図６（ａ）に示すようにウェハ３００とウェハ２００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２００，３００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６（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６（ｂ）に示すように２つのウェハ２００，３００の互いの接合表面を重ね合わせて接合した場合、ベース基板２０においてビーム照射源１００からのイオンビームもしくは原子ビームがＬＥＤチップ１の影になって到達しない接合表面の清浄・活性化が不十分で、接合不良が発生し、歩留まりが低下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、ベース基板２０と配光用基板３０との接合歩留まりが低下してしまうことが考えられる。

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、チップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される機能基板とを接合する接合工程の歩留まりの向上を図れ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、チップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される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チップを収納する凹部を有するベース基板を形成するベース基板形成工程と、ベース基板形成工程の後でベース基板における凹部内にチップを収納して実装する実装工程と、実装工程の後でベース基板と機能基板との互いの接合表面が対向するようにベース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ベース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ベース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、ベース基板形成工程において、機能基板との接合表面側にチップを収納する凹部を有するベース基板を形成し、ベース基板形成工程の後の実装工程において、ベース基板における凹部内にチップを収納して実装するので、実装工程の後でベース基板と機能基板との互いの接合表面が対向するようにベース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ベース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チップにより遮られるのを防止することができて、各接合表面において清浄・活性化されない部位が生じるのを防止することができ、チップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される機能基板とを接合する接合工程の歩留まりの向上を図れる。

請求項２の発明は、チップであるＬＥＤチップと、ＬＥＤチップ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配置されＬＥＤチップからの光を取り出す開口窓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ＬＥＤチップを収納する凹部を有するベース基板を形成するベース基板工程と、ベース基板形成工程の後でベース基板における凹部内にＬＥＤチップを収納して実装する実装工程と、実装工程の後でベース基板と機能基板との互いの接合表面が対向するようにベース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ベース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ベース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、ベース基板形成工程において、機能基板との接合表面側にチップであるＬＥＤチップを収納する凹部を有するベース基板を形成し、ベース基板形成工程の後の実装工程において、ベース基板における凹部内にＬＥＤチップを収納して実装するので、実装工程の後でベース基板と機能基板との互いの接合表面が対向するようにベース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ベース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チップにより遮られるのを防止することができて、各接合表面において清浄・活性化されない部位が生じるのを防止することができ、ＬＥＤチップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される機能基板とを接合する接合工程の歩留まりの向上を図れる。

請求項１，２の発明では、チップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される機能基板とを接合する接合工程の歩留まりの向上を図れるという効果がある。

以下、少なくともチップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される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、チップであるＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ１および当該ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ１が一表面側に実装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円形状の光取出窓４１が形成されるとともに光取出窓４１の周部に受光素子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ＬＥＤチップ１からの光を取り出す配光用基板（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、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、ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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。

ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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。

ところで、ベース基板２０は、上記一表面側にＬＥＤチップ１を収納する凹部２０ｂが形成されており、当該凹部２０ｂにＬＥＤチップ１が収納され実装されている。すなわち、ベース基板２０は、上記一表面側において凹部２０ｂの内底面にダイパッド部２５ａａが形成されており、当該ダイパッド部２５ａａにＬＥＤチップ１がダイボンディングされている。ここにおいて、凹部２０ｂは、開口サイズがＬＥＤチップ１のチップサイズよりもやや大きく設定され、深さ寸法がＬＥＤチップ１の厚みよりもやや大きく設定されているが、深さ寸法については、ＬＥＤチップ１が上記一表面を含む平面から突出しないように適宜設定することが望ましいが、ＬＥＤチップ１の厚みとダイパッド部２５ａａの厚みとを合わせた寸法に設定してもよい。なお、ベース基板２０の凹部２０ｂは、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を利用して形成されており、凹部２０ｂの開口面積が当該凹部２０ｂの内底面から離れるにつれて徐々に大きくなっている。

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、ＬＥＤチップ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。

また、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凹部２０ｂの内側面および内底面と上記第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、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、シリコン基板４０ａを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、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、ＬＥＤチップ１が上記一表面側に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。

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、ＬＥＤチップ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、ＬＥＤチップ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，３０ａ，４０ａとして、それぞれベース基板２０、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）２００，３００，４００（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、研磨工程、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、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部がミラー２ｄにより反射されて受光素子４へ導かれる。

ところで、上述のベース基板２０の形成にあたっては、ベース基板２０の基礎となるシリコン基板２０ａの上記一表面に凹部２０ｂを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凹部形成工程を行った後、シリコン基板２０ａに第１の貫通孔、第２の貫通孔２２ａおよび第３の貫通孔２２ｂをＩＣＰ型のドライエッチング装置などを用いたドライエッチングにより形成する貫通孔形成工程を行い、その後、第１の絶縁膜２３を形成する絶縁膜形成工程を行ってから、第１の貫通孔配線（ビア）、第２の貫通孔配線（ビア）２４およびサーマルビア２６を形成するビア形成工程を行い、続いて、第１の外部接続用電極、第２の外部接続用電極２７ｂ，２７ｂおよび放熱用パッド部２８を形成する電極形成工程を行い、その後、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９を形成する金属層形成工程を行うようにすればよい。ここにおいて、本実施形態では、凹部形成工程と、貫通孔形成工程と、絶縁膜形成工程と、ビア形成工程と、電極形成工程と、金属層形成工程とで、機能基板たる配光用基板３０との接合表面側にＬＥＤチップ１を収納する凹部２０ｂを有するベース基板２０を形成するベース基板形成工程を構成している。なお、本実施形態では、ベース基板２０にＬＥＤチップ１を収納する凹部２０ｂを形成してあり、ベース基板２０においてＬＥＤチップ１が搭載されている部位の厚みが他の部位に比べて薄くなっているので、サーマルビア２６は必ずしも設ける必要はない。また、凹部２０ｂ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２０ｂの形成後に形成する導体パターン２５ａ，２５ａの断線を防止するために凹部２０ｂ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時において、配光用基板３０を多数形成したウェハ３００（図１（ａ）参照）と素子基板４０を多数形成したウェハ４００（図１（ａ）参照）との積層体におけるウェハ３００とベース基板２０が多数形成され各ベース基板２０ごとにＬＥＤチップ１が実装されたウェハ２００（図１（ａ）参照）とを接合するにあたっては、図１（ａ）に示すように、ウェハ３００とウェハ２００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２００，３００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２００，３００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ウェハ２００，３００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。また、ウェハ４００とウェハ３００とを接合するにあたっては、ウェハ４００とウェハ３００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４００，３００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つのウェハ４００，３００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ウェハ４００，３００を接合すればよい。ここでも、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ＬＥＤチップ１を収納する凹部２０ｂを有するベース基板２０を形成するベース基板工程と、ベース基板形成工程の後でベース基板２０における凹部２０ｂ内にＬＥＤチップ１を収納して実装する実装工程と、実装工程の後でベース基板２０と配光用基板３０との互いの接合表面が対向するようにベース基板２０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ベース基板２０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ベース基板２０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接合工程とを備えるので、ベース基板形成工程において、配光用基板３０との接合表面側にチップであるＬＥＤチップ１を収納する凹部４０ｂを有するベース基板２０を形成し、ベース基板形成工程の後の実装工程において、ベース基板２０における凹部２０ｂ内にＬＥＤチップ１を収納して実装するので、実装工程の後でベース基板２０と配光用基板３０との互いの接合表面が対向するようにベース基板２０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ベース基板２０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ＬＥＤチップ１により遮られるのを防止することができて、各接合表面において清浄・活性化されない部位が生じるのを防止することができ、ＬＥＤチップ１を一表面側に実装したベース基板２０と当該ベース基板２０の上記一表面側に配置される配光用基板３０とを接合する接合工程の歩留まりの向上を図れる。なお、凹部２０ｂの深さ寸法をビーム照射源１００からのイオンビームもしくは原子ビームがＬＥＤチップ１に照射されないように設定しておくことにより、表面活性化工程においてビーム照射源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がＬＥＤチップ１に照射されるのを抑制することができ、ＬＥＤチップ１の特性変化を防止することができる。

ところで、上述の実施形態では、ベース基板２０を１枚のウェハ２００を用いて形成してあるが、図４（ａ）に示すように、上述の第１の外部接続用電極、第２の外部接続用電極２７および放熱用パッド部２８などを形成した第１のウェハ（シリコンウェハ）２００Ａと凹部２０ｂに対応する部位に凹部形成用開口窓２０１を形成した第２のウェハ（シリコンウェハ）２００Ｂ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２００Ａと第２のウェハ２００Ｂ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２００Ａと第２のウェハ２００Ｂとを互いの接合表面を重ね合わせて接合して２枚のウェハ２００Ａ，２００Ｂからなるウェハ２００に上述の各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂおよび接合用金属層２９を形成して更にＬＥＤチップ１を実装し、その後、図４（ｃ）に示すように、上述の配光用基板３０を多数形成したウェハ３００と素子基板４０を多数形成したウェハ４００との積層体におけるウェハ３００とベース基板２０が多数形成され各ベース基板２０ごとにＬＥＤチップ１が実装されたウェハ２００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２００，３００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４（ｄ）に示すように２つのウェハ２００，３００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ウェハ２００，３００を接合するようにしてもよい。

ところで、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１として可視光ＬＥＤチップを用いているが、ＬＥＤチップ１は、可視光ＬＥＤチップに限らず、紫外光ＬＥＤチップでもよいし、蛍光体層が積層されたものでもよい。また、チップは、ＬＥＤチップ１に限らず、有機ＥＬチップでもよい。また、ＬＥＤチップ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、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ＬＥＤチップ１を実装してあるが、ＬＥＤチップ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ＬＥＤチップ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、一表面側に形成した凹部に加速度センサチップが収納され当該加速度センサチップが実装されるベース基板と、ベース基板との間に加速度センサチップを囲む形で配置され加速度センサチップの重り部の変位量を制限するストッパとしての機能およびパッケージの構成要素としての機能を有する機能基板とを備え、ベース基板と機能基板とが表面活性化接合法により接合されベース基板と機能基板とでパッケージが構成された加速度センサなどでもよい。要するに、機能基板は、ベース基板と協働する機能を有する基板であればよい。

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

１ＬＥＤチップ（チップ）
２ｄミラー
４受光素子
２０ベース基板
２０ｂ凹部
３０配光用基板（機能基板）
３１開口窓
４０素子基板
４１光取出窓
１００ビーム照射源
２００ウェハ
３００ウェハ
４００ウェハ

Claims

チップを一表面側に実装したベース基板と当該ベース基板の前記一表面側に配置される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チップを収納する凹部を有するベース基板を形成するベース基板形成工程と、ベース基板形成工程の後でベース基板における凹部内にチップを収納して実装する実装工程と、実装工程の後でベース基板と機能基板との互いの接合表面が対向するようにベース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ベース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ベース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。
チップであるＬＥＤチップと、ＬＥＤチップ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配置されＬＥＤチップからの光を取り出す開口窓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ＬＥＤチップを収納する凹部を有するベース基板を形成するベース基板工程と、ベース基板形成工程の後でベース基板における凹部内にＬＥＤチップを収納して実装する実装工程と、実装工程の後でベース基板と機能基板との互いの接合表面が対向するようにベース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ベース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ベース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発光装置の製造方法。