JP6133140B2 - Junction structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、実装時に用いる接合構造およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a joint structure used at the time of mounting and a manufacturing method thereof.
近年、LSIやMEMSデバイスの作製において、チップを対となるチップ、あるいはチップへ分割する前のウェハに張り合わせるチップ実装技術が広く利用されている(非特許文献1参照)。これらのチップ実装技術は、「Chip on chip (CoC)」,「 Chip on Wafer (CoW)」などと呼ばれている。 In recent years, in the manufacture of LSI and MEMS devices, a chip mounting technique in which a chip is bonded to a pair of chips or a wafer before being divided into chips has been widely used (see Non-Patent Document 1). These chip mounting technologies are called “Chip on chip (CoC)”, “Chip on Wafer (CoW)”, and the like.
上述したチップ実装技術では、例えば、チップ面に形成したバンプなどの突起状の構造、あるいは板状または気密シールを兼ねたリング状の凸構造からなる接合部を介し、チップ同士で張り合わせ、電気的接続と構造的接合を行うようにしている。このようなチップ実装技術では、従来のワイヤボンディングによる実装技術と比較した場合、周辺部の配線(ワイヤボンディング)スペースが不要であり、チップサイズを小さくすることが可能となる。 In the above-described chip mounting technology, for example, the chips are bonded to each other via a joint having a protruding structure such as a bump formed on the chip surface, or a ring-shaped convex structure that also serves as a plate or an airtight seal. Connections and structural connections are made. Such a chip mounting technique does not require a peripheral wiring (wire bonding) space and can reduce the chip size as compared with a conventional wire bonding mounting technique.
ところで、光デバイスやMEMSデバイスなどの技術では、素子間の位置関係の誤差で性能が大きく変動する。このため、上述したチップ実装技術を、光デバイスやMEMSデバイスなどに適用する場合、実装時の位置合わせ精度が重要となる。チップ実装時の精度を向上させる技術として、高精度実装機を用い、目標精度を達成するまでチップ同士の近接と位置確認を繰り返し行うことで、精度を高める方法がある(特許文献1参照)。 By the way, in technologies such as an optical device and a MEMS device, performance greatly varies due to an error in the positional relationship between elements. For this reason, when the chip mounting technique described above is applied to an optical device, a MEMS device, or the like, the alignment accuracy at the time of mounting becomes important. As a technique for improving the accuracy at the time of chip mounting, there is a method for improving accuracy by using a high-precision mounting machine and repeatedly performing proximity and position confirmation between chips until the target accuracy is achieved (see Patent Document 1).
また、実装時の位置合わせにおいて、チップを作製するウェハプロセスの段階において接合部とは別に、エッチングやめっきなどにより、傾斜を持った嵌め合い構造を形成し、実装ずれを機械的に補正する方法も提案されている(特許文献2参照)。この技術では、チップ同士を対応する嵌め合い構造の部分で位置合わせを行うことで、実装を行う。このとき、互いの嵌め合い構造が、わずかに位置ずれした状態で配置されても、嵌め合う方向に荷重を印加すれば、嵌め合い構造の傾斜面が互いに滑りあい、嵌め合いの位置まで移動して停止する。この後、接着剤やはんだ等の方法で接合を行えば、互いに位置合わせがされた状態で実装が行える。 In addition, a method for mechanically correcting mounting displacement by forming an inclined fitting structure by etching, plating, etc. in addition to the joint at the stage of the wafer process for manufacturing a chip in alignment during mounting. Has also been proposed (see Patent Document 2). In this technique, mounting is performed by aligning chips at a portion of a corresponding fitting structure. At this time, even if the fitting structures are arranged in a slightly displaced state, if a load is applied in the fitting direction, the inclined surfaces of the fitting structures slide against each other and move to the fitting position. And stop. After that, if bonding is performed by a method such as an adhesive or solder, mounting can be performed in a state of being aligned with each other.
特許文献2の技術によれば、特許文献1に比較して、繰り返し位置合わせなどの特別な操作が必要なく、より精度の低い安価な実装装置で実施することができ、コストをかけることなく、また、実装に要する時間を短縮することが可能となる。このため、嵌め合い構造により位置合わせを行う実装は、大量生産に適した高精度実装法として大きな利点を持つ。 According to the technique of Patent Document 2, it is not necessary to perform special operations such as repeated positioning as compared with Patent Document 1, and can be carried out with an inexpensive mounting apparatus with lower accuracy. In addition, the time required for mounting can be shortened. For this reason, the mounting which performs alignment by the fitting structure has a great advantage as a high-precision mounting method suitable for mass production.
しかしながら、上述した嵌め合い構造の形成では、ウェットプロセスや、エッチングプロセス,プラズマプロセスなどウェハプロセスレベルでの加工が必要とされている。このため、表面の光学特性に関して高い精度を要求される光学デバイス、微小な懸架構造を持つMEMSデバイスなどの繊細なデバイスの作製においては、プロセス設計時に、上述した加工によるデバイスへのダメージを個別に考慮する必要がある。 However, the formation of the fitting structure described above requires processing at a wafer process level such as a wet process, an etching process, and a plasma process. For this reason, in the fabrication of delicate devices such as optical devices that require high accuracy with respect to the optical characteristics of the surface and MEMS devices having a microscopic suspended structure, damage to the device due to the above-mentioned processing is individually performed during process design. It is necessary to consider.
特に、50μm程度以上のチップ間高さ(距離)が必要なMEMSデバイスの場合には、嵌め合い構造形成時に、より大きな段差の表面加工、もしくは、より大きな高さを得るための厚膜めっき処理などを行う必要がある。このため、嵌め合い構造を形成するためには、数μm程度の素子膜厚であるMEMSデバイスに比べてより長い加工時間を必要とし、デバイスへダメージを与える可能性が大きくなる。 In particular, in the case of a MEMS device that requires a chip-to-chip height (distance) of about 50 μm or more, when forming a mating structure, surface processing with a larger step or thick film plating treatment to obtain a larger height It is necessary to do. For this reason, in order to form a fitting structure, a longer processing time is required compared with a MEMS device having an element film thickness of about several μm, and the possibility of damaging the device is increased.
また、前述したように、「Chip on chip (CoC)」などの実装技術においては、チップの更なる縮小化を目的としており、例えば、周辺部のワイヤボンディングのための配線領域の削減などを行っている。これに対し、上述したように、嵌め合い構造を用いる場合、この嵌め合い構造を形成するための新たな領域を必要とするため、チップの縮小化に反することになる。 In addition, as described above, the mounting technology such as “Chip on chip (CoC)” aims to further reduce the size of the chip. For example, the wiring area for wire bonding in the peripheral portion is reduced. ing. On the other hand, as described above, when the fitting structure is used, a new region for forming the fitting structure is required, which is contrary to the reduction of the chip.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より小さなチップの実装に適用でき、また、チップに形成されているデバイスにダメージを与えることなく、嵌め合い構造により実装時の位置合わせができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be applied to mounting a smaller chip, and can be applied to a device formed on the chip without damaging the fitting structure. The purpose is to enable alignment during mounting.
本発明に係る接合構造は、第1基板および第1基板に実装する第2基板と、第1基板の主表面の位置合わせ箇所に形成された上面を接合面とする金属材料からなるバンプで構成される第1接合部と、第2基板の主表面の位置合わせ箇所に形成された上面を接合面とする金属材料からなるバンプで構成される第2接合部とを備え、第1接合部の接合面は、第1基板の主表面に平行な平面上で第1方向に延在し、かつ平面上で第1方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第1嵌め合い構造を備え、第2接合部の接合面は、第2基板の主表面に平行な平面上で第2方向に延在し、かつ平面上で第2方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第2嵌め合い構造を備え、第1接合部の接合面と第2接合部の接合面とは、第1嵌め合い構造と第2嵌め合い構造とを嵌合して接合され、第1嵌め合い構造と第2嵌め合い構造とは、一方が他方に形状を転写した関係となっているものである。 The bonding structure according to the present invention includes a first substrate, a second substrate to be mounted on the first substrate, and bumps made of a metal material having an upper surface formed at an alignment position of the main surface of the first substrate as a bonding surface. a first joint portion that is provided with a second joint consisting of the bump made of a metal material and the second bonding surface a top surface formed on the alignment portion of the main surface of the substrate, the first joint portion The joint surface extends in the first direction on a plane parallel to the main surface of the first substrate, and has a plurality of groove portions having the same groove width arranged at equal intervals in the direction perpendicular to the first direction on the plane. And a bonding surface of the second bonding portion extends in the second direction on a plane parallel to the main surface of the second substrate and is perpendicular to the second direction on the plane. A second fitting structure of irregularities by a plurality of groove portions of the same groove width arranged at equal intervals in the direction, Bonding surface of the first joining portion and the bonding surface of the second connecting portion, the first fitting structure and are joined fitted and a second mating structure, the first fitting structure and the second mating structure a shall have a relationship in which one is transferring the shape to the other.
上記接合構造において、金属材料はAuであればよい。 In the junction structure, a metal material may be Re Au der.
上記接合構造において、第1接合部の嵌め合い構造は、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備え、第2接合部の嵌め合い構造は、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備えるようにすればよい。 In the joint structure, the fitting structure of the first joint portion includes an inclined surface having an inverse tangent or more of the static friction coefficient of the surface of the fitting structure, and the fitting structure of the second joint portion is a surface of the fitting structure. It suffices to provide an inclined surface that is equal to or greater than the arc tangent of the static friction coefficient.
また、本発明に係る接合構造の製造方法は、第1基板の主表面の位置合わせ箇所に上面を接合面とする第1接合部を金属材料からなるバンプで形成する第1工程と、第1基板に実装する第2基板の主表面の位置合わせ箇所に上面を接合面とする第2接合部を金属材料からなるバンプで形成する第2工程と、第1接合部の接合面に、第1基板の主表面に平行な平面上で第1方向に延在し、かつ平面上で第1方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第1嵌め合い構造をインプリント法により形成する第3工程と、第2接合部の接合面に、第2基板の主表面に平行な平面上で第2方向に延在し、かつ平面上で第2方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第2嵌め合い構造をインプリント法により形成する第4工程とを備え、第1接合部の接合面と第2接合部の接合面とは、第1嵌め合い構造と第2嵌め合い構造とを嵌合して接合され、第1嵌め合い構造と第2嵌め合い構造とは、一方が他方に形状を転写した関係となっている。 In addition, the manufacturing method of the bonding structure according to the present invention includes a first step of forming a first bonding portion having a bonding surface on the upper surface with a bump made of a metal material at a position where the main surface of the first substrate is aligned, A second step of forming a second bonding portion having a top surface as a bonding surface at a position of alignment of the main surface of the second substrate mounted on the substrate with a bump made of a metal material ; and a bonding surface of the first bonding portion on the first surface First fitting of concavities and convexities by a plurality of groove portions of the same groove width extending in a first direction on a plane parallel to the main surface of the substrate and arranged at equal intervals in a direction perpendicular to the first direction on the plane A third step of forming a mating structure by an imprint method; and a second surface extending in a second direction on a plane parallel to the main surface of the second substrate and extending in a second direction on a bonding surface of the second bonding portion Second fitting of irregularities by a plurality of groove portions having the same groove width arranged at equal intervals in a direction perpendicular to And a fourth step of forming a structure by imprinting, the bonding surface of the first joint portion and the joint surface of the second connecting portion, fitted first mating structure and the second mating structure They are joined, the first fitting structure and the second mating structure, that has become a relationship in which one is transferring the shape to the other.
上記接合構造の製造方法において、第1基板の主表面および第2基板の主表面の各々に嵌め合い構造形成時の位置合わせ用の位置合わせ凹部を形成する第5工程を備え、第3工程では、インプリント法で用いる鋳型基板の位置合わせ部に設けられた弾性部材からなる球体を第1基板の位置合わせ凹部に配置させ、鋳型基板を第1基板に押し付けて球体を変形させてインプリント法を実施し、第4工程では、インプリント法で用いる鋳型基板の位置合わせ部に設けられた球体を第2基板の位置合わせ凹部に配置させ、鋳型基板を第2基板に押し付けて球体を変形させてインプリント法を実施すればよい。 The method for manufacturing a joint structure includes a fifth step of forming an alignment recess for alignment at the time of forming the fitting structure on each of the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate. In the third step, A sphere made of an elastic member provided in the alignment portion of the mold substrate used in the imprint method is disposed in the alignment recess of the first substrate, and the sphere is deformed by pressing the mold substrate against the first substrate. In the fourth step, the sphere provided in the alignment portion of the mold substrate used in the imprint method is placed in the alignment recess of the second substrate, and the sphere is deformed by pressing the mold substrate against the second substrate. The imprint method may be performed.
上記接合構造の製造方法において、金属材料としてAuを用いればよい。 In the method for manufacturing the bonding structure, it is used Au as the metallic material.
上記接合構造の製造方法において、第1接合部の嵌め合い構造は、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備える状態に形成し、第2接合部の嵌め合い構造は、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備える状態に形成すればよい。 In the manufacturing method of the joint structure, the fitting structure of the first joint portion is formed in a state having an inclined surface equal to or greater than the inverse tangent of the static friction coefficient of the surface of the fitting structure, and the fitting structure of the second joint portion is The surface of the fitting structure may be formed in a state having an inclined surface equal to or greater than the arc tangent of the static friction coefficient.
以上説明したことにより、本発明によれば、より小さなチップの実装に適用でき、また、チップに形成されているデバイスにダメージを与えることなく、嵌め合い構造により実装時の位置合わせができるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it can be applied to mounting of a smaller chip, and can be aligned at the time of mounting by a fitting structure without damaging a device formed on the chip. An excellent effect is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における接合構造を説明するための構成図である。図1の(a)は、接合構造の構成を模式的に示す断面図、(b),(c)は、接合構造の一部を示す斜視図、(d),(e)は、接合構造の一部を示す断面図、(f)は、接合構造の一部を示す平面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a joint structure according to an embodiment of the present invention. 1A is a cross-sectional view schematically showing the structure of the joining structure, FIGS. 1B and 1C are perspective views showing a part of the joining structure, and FIGS. 1D and 1E are joining structures. Sectional drawing which shows a part of (f) is a top view which shows a part of joining structure.
この接合構造は、まず、第1基板101および第1基板101に実装する第2基板121を備える。また、第1基板101は、第1基板101の主表面の位置合わせ箇所に形成された上面を接合面とする第1接合部104を備える。同様に、第2基板121は、第2基板121の主表面の位置合わせ箇所に形成された上面を接合面とする第2接合部124を備える。第1嵌め合い構造105と第2嵌め合い構造125とは、一方が他方に形状を転写した関係となっていればよい。
This bonding structure first includes a
また、第1接合部104および第2接合部124は、第1基板101および第2基板121の各々において、対応する位置合わせ箇所に形成されていればよい。言い換えると、対応する第1接合部104と第2接合部124とを、第1嵌め合い構造105と第2嵌め合い構造125とを嵌合させて接合させることで、第1基板101と第2基板121との位置合わせができるように、第1接合部104と第2接合部124とを配置すればよい。
Moreover, the
第1基板101は、例えばシリコン(Si)などの半導体から構成されている。また、第1基板101の上には、チタン(Ti)からなるTi密着層102を介して金(Au)からなるAu薄膜パッド103が形成されている。Au薄膜パッド103の上に、第1接合部104が形成されている。同様に、第2基板121は、例えばSiなどの半導体から構成されている。また、第2基板121の上には、Ti密着層122を介してAu薄膜パッド123が形成されている。Au薄膜パッド123の上に、第2接合部124が形成されている。これらは、例えば「CoC」接合部を構成している。
The
また、第1接合部104の接合面は、第1基板101の主表面に平行な平面上で第1方向に延在し、かつ平面上で第1方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部151による凹凸の第1嵌め合い構造105を備える。図1の(b)に示すように、隣り合う溝部151の間は、第1方向(y方向)に延在する線条の山部152となる。山部152も、第1方向に垂直な方向(x方向)に等しい間隔で配列されている。第1嵌め合い構造105は、傾斜を持った周期的な凹凸形状が二次元平面波状に形成されているものと言える。
The bonding surfaces of the
同様に、第2接合部124の接合面は、第2基板121の主表面に平行な平面上で第2方向に延在し、かつ平面上で第2方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第2嵌め合い構造125を備える。隣り合う溝部の間は、第2方向に延在する線条の山部となる。第2嵌め合い構造125も、傾斜を持った周期的な凹凸形状が二次元平面波状に形成されているものと言える。
Similarly, the bonding surfaces of the
上述したように構成した第1接合部104の接合面と第2接合部124との接合面は、第1嵌め合い構造105と第2嵌め合い構造125とを嵌合して接合されるものとなる。言い換えると、第1嵌め合い構造105と、第2嵌め合い構造125とは、互いに嵌合可能な形状とされていればよい。例えば、図1の(a),(b),(c),(d)に例示するように、第1嵌め合い構造105,第2嵌め合い構造125の、第1方向(第2方向)に垂直な面の断面形状は、sin波形状,連続した半円形状などの周期関数で表される形状であればよい。また、第1嵌め合い構造105,第2嵌め合い構造125の、第1方向(第2方向)に垂直な面の断面形状は、図1の(e)に示すように、接合部104aの嵌め合い構造105aを三角波形状とするとよりよい。
The joint surface of the first
また、第1接合部104および第2接合部124は、第1嵌め合い構造105および第2嵌め合い構造125を嵌合させた状態で、両者が直接接合可能な材料から構成されているとよい。例えば、第1接合部104および第2接合部124は、Auから構成されていれば、大気中であっても、自然酸化膜などが形成されないので、所定の圧力を印加することで直接接合させることが可能である。また、第1接合部104および第2接合部124は、銀(Ag),銅(Cu),アルミニウム(Al)などの金属であっても、例えば、いわゆる真空処理装置内で、接合面をプラズマで処理して自然酸化膜などを除去した後、嵌合させて所定の圧力を印加させることで、直接接合させることが可能である。
Moreover, the
ここで、第1嵌め合い構造105,第2嵌め合い構造125の形状について説明する。まず、第1接合部104と第2接合部124との位置合わせ状態が、ある程度ずれて入れも、第1嵌め合い構造105と第2嵌め合い構造125とを当接させたときに、傾斜面において互いに滑りを起こして嵌合すれば、位置ずれの状態を解消させることができる。従って、嵌合構造の表面では、滑りを起こす状態であることが重要となる。
Here, the shapes of the first
一般に傾斜を持つ2つの面に対し、鉛直方向に荷重が印加された際、面間の滑りが発生するか否かは、2面間の静止摩擦係数、および傾斜角度によって一意に決定する。このため、嵌め合い構造が荷重を受けた際、滑りを起こすためには接触点の傾斜角度がある角度以上となる必要がある。 In general, when a load is applied in the vertical direction to two inclined surfaces, whether or not slip occurs between the surfaces is uniquely determined by a static friction coefficient between the two surfaces and an inclination angle. For this reason, when the fitting structure receives a load, in order to cause slipping, the inclination angle of the contact point needs to be greater than a certain angle.
例えば、図1の(d),(e)に示すように、傾斜角θ1,θ2は、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数をμ0としたときarctan(μ0)で表される。嵌め合い構造をAuから構成した場合、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数は、μ0=0.49より、この角度は26°となる。ここで、嵌め合い構造の断面形状より、第1嵌め合い構造105と第2嵌め合い構造125とが嵌め合いを起こした場合、また、嵌め合い構造105aと嵌め合い構造125aとが嵌め合いを起こした場合、接触点の傾斜角が26°を超える範囲、すなわちこの構造で補正可能な最大誤差d1,d2を求める。
For example, as shown in FIGS. 1D and 1E, the inclination angles θ1 and θ2 are expressed by arctan (μ 0 ) where the static friction coefficient of the surface of the fitting structure is μ 0 . When the fitting structure is made of Au, the static friction coefficient of the surface of the fitting structure is μ 0 = 0.49, and this angle is 26 °. Here, due to the cross-sectional shape of the fitting structure, when the first
例えば、図1の(d)に示すように、断面形状を以下の式(1)で示される、周期p,振幅d0/2のsin関数とした場合、最大誤差d1は、以下の式(2)で示されるものとなる。 For example, as shown in (d) of FIG. 1, represented by formula (1) below the cross-sectional shape, the period p, when the sin function of the amplitude d 0/2, the maximum error d1 has the following formula ( 2).
具体的に、p=10μm、d0=4μmとし、断面形状を上述したsin関数とした場合、d1≒3.8μmとなる。従って、この寸法とした断面形状sin関数の第1嵌め合い構造105と第2嵌め合い構造125との嵌め合いにより実装を行った場合、最大3.8μmの誤差が補正できるようになる。このように、各接合部の嵌め合い構造は、嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備える状態に形成しておくことで、第1基板と第2基板との間の、ある程度の位置ずれの状態を解消することができる。なお、この傾斜面は、基板より離れる側の上方より接合部上部の接合面を見た場合、見込める状態となっていることは言うまでもない。
Specifically, when p = 10 μm, d 0 = 4 μm, and the cross-sectional shape is the above-described sin function, d1≈3.8 μm. Therefore, when mounting is performed by fitting the first
また、例えば、図1の(e)に示すように、断面形状を以下の式(3),(4)で示される、周期p,振幅d0/2の三角波とした場合、最大誤差d2は、以下の式(5)で示されるものとなる。 Further, for example, as shown in (e) in FIG. 1, the following equation sectional shape (3), represented by (4), the period p, when the triangular wave amplitude d 0/2, the maximum error d2 is The following equation (5) is obtained.
ところで、図1の(f)の平面図に示すように、チップ110の周辺部に、接合部112および接合部113を配置すればよい。チップ110は、平面視で正方形とされ、向かい合う互いに平行な2組の辺から構成されている。一方の組の2辺の側の周辺部に接合部112が配列されている。また、他方の組の2辺の側の周辺部に接合部113が配列されている。
By the way, as shown in the plan view of FIG. 1F, the joint 112 and the joint 113 may be arranged in the periphery of the
接合部112の溝部の延在方向は、一方の組の2辺の延在方向に平行とされている。また、接合部113の溝部の延在方向は、他方の組の2辺の延在方向に平行とされている。従って、接合部112の溝部の延在方向と、接合部113の溝部の延在方向とは、互いに垂直な関係となっている。このように構成することで、一方の組の2辺の延在方向(x軸方向)と、他方の組の2辺の延在方向(y軸方向)の両軸について、上述したようなチップの位置合わせ時における誤差が補正(解消)できるようになる。
The extending direction of the groove portion of the joint 112 is parallel to the extending direction of the two sides of one set. Further, the extending direction of the groove portion of the
また、チップ110の上には、後述する嵌め合い構造形成のためのインプリント時の位置合わせのための、凹部114を形成しておくとよい。凹部114は、平面視円形の円筒形状でもよく、また、半球形状でもよい。また、凹部114は、平面視矩形の直方体状であってもよい。また、深さは、5μm程度であればよい。後述するように、インプリントに用いる鋳型基板に形成された弾性部材から構成された凸部(球体部)に対応する箇所に凹部114を形成しておけば、凸部を凹部114に嵌合させれば、鋳型基板とチップ110とを位置合わせすることができる。
Moreover, it is preferable to form a
次に、本発明の実施の形態における接合構造の製造方法について図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態における接合構造の製造方法を説明するための構成図である。図2では、途中工程における断面の状態を模式的に示している。 Next, the manufacturing method of the junction structure in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram for explaining a method for manufacturing a joint structure according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the state of the cross section in the middle process is shown typically.
まず、図2の(a)に示すように、第1基板201の主表面の位置合わせ箇所に上面を接合面とする第1接合部204を形成する(第1工程)。例えば、第1基板201は、Siなどの半導体から構成されている。また、第1基板201の上には、Ti密着層202を介してAu薄膜パッド203を形成し、Au薄膜パッド203の上に、第1接合部204を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a
例えば、スパッタ法や蒸着法などにより、第1基板201の上にまずTiを堆積し、この上にAuを堆積することで、Ti密着層202およびAu薄膜パッド203を形成すればよい。Ti密着層202は層厚0.1μm程度とし、Au薄膜パッド203は、膜厚0.1μm程度とすればよい。なお、第1基板201の上には、図示しない領域に、MEMS構造体、光学発光素子、トランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された集積デバイスなど、チップ機能部が形成されている。
For example, the
第1接合部204は、例えば、Auからなるバンプである。例えば、よく知られたワイヤボンディング装置を用い、Auワイヤ先端に放電して金属を溶融させボールを形成した後、超音波を印加した状態で所定の圧力で形成したボールをAu薄膜パッド203の所定箇所に押し付けることで、第1接合部204を形成する。この形成時には、第1基板201を150℃程度に加熱しておくとよい。第1接合部204は、平面視の直径を、10μm程度から150μm程度とすればよい。
The first
なお、第1基板201には、後述する鋳型基板221との位置合わせのための位置合わせ凹部205を形成する。位置合わせ凹部205は、鋳型基板221の位置合わせ部223に対応した箇所に形成する。例えば、よく知られたフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により凹部205を形成すればよい。チップ機能部と同時に形成すればよい。凹部205の形成は、チップ機能部に損傷を与えないように形成する。また、凹部205は、例えば、平面視円形の円筒形状とすればよい。凹部205は、半球形状でもよい。また、凹部205は、平面視矩形の直方体状であってもよい。また、凹部205は、深さは、5μm程度であればよい。
The
また、図2の(b)に示すように、鋳型基板221を用意する。鋳型基板221には、嵌め合い構造を形成するための凹凸からなる型部222が形成されている。型部222は、例えば、鋳型基板221の表面に平行な平面で、同一の方向に延在してこの延在方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸から構成されている。凹凸は、z方向に形成される。また、鋳型基板221の位置合わせ部223には、接着剤224により弾性部材からなる球体225が固定されている。
Further, as shown in FIG. 2B, a
次に、図2の(c)に示すように、平板231を第1接合部204の上面(接合面)に押し付けて、平坦化する。例えば、450℃以下の温度条件で、Siからなる平板231の平坦面を第1接合部204の上面(接合面)に押圧させて変形させることで、第1接合部204の上面を平坦面とする。押圧する荷重は、1つの第1接合部204あたり1N以下程度でよい。形成する平坦面の直径は、10μm程度から120μm程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 2C, the flat plate 231 is pressed against the upper surface (bonding surface) of the
次に、図2の(d)に示すように、鋳型基板221の位置合わせ部223に設けられた球体225を第1基板201の位置合わせ凹部205に配置させる。この結果、第1基板201上に形成されている各第1接合部204の上面に、鋳型基板221の各型部222が配置された状態となる。
Next, as shown in FIG. 2D, the
次に、図2の(e)に示すように、鋳型基板221を第1基板201に押し付け、型部222の形状を第1接合部204の上面に転写する。このとき、球体225は押しつぶされるように変形する。この後、鋳型基板221を離型すれば、図2の(f)に示すように、型部222の形状が第1接合部204の上面(接合面)に転写され、第1嵌め合い構造206が形成された状態となる。第1嵌め合い構造206は、第1基板201の主表面に平行な平面上で第1方向に延在し、かつ平面上で第1方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸を備えるものとなる。
Next, as shown in FIG. 2E, the
上述したインプリント法による鋳型基板221の第1基板201に対する押し付けでは、1つの第1接合部204あたり10N以下程度でよい。前述した平坦部形成時の荷重よりも大きい方が望ましい。
When the
なお、第1基板201に実装する第2基板(不図示)においても、上述同様に、第2接合部を形成し、第2接合部の接合面に、第2基板の主表面に平行な平面上で第2方向に延在し、かつ平面上で第2方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第2嵌め合い構造をインプリント法により形成すればよい。例えば、第1嵌め合い構造206を形成するための型部222の形状が、第2接合部における第2嵌め合い構造の形状であり、第2嵌め合い構造を形成するために用いる型部の形状が、第1嵌め合い構造206の形状である。従って、第1接合部204の接合面と第2接合部の接合面とを、第1嵌め合い構造と第2嵌め合い構造とを嵌合して接合させることができるようになる。
Note that, in the second substrate (not shown) mounted on the
以上に説明したように、本発明によれば、接合部の接合面に嵌め合い構造を形成するようにしたので、より小さなチップの実装に適用できるようになる。また、本発明によれば、嵌め合い構造をインプリント法により形成するようにしたので、チップに形成されているデバイスにダメージを与えることなく、嵌め合い構造が形成でき、嵌め合い構造による実装時の位置合わせができるようになる。また、インプリント法によれば、一度型基板を作製すれば、深掘りエッチングやウェットプロセスなど加工量の大きいウェハプロセスを必要とせず、嵌め合い構造が簡便に形成できる。 As described above, according to the present invention, since the fitting structure is formed on the joint surface of the joint portion, it can be applied to mounting of a smaller chip. Further, according to the present invention, since the fitting structure is formed by the imprint method, the fitting structure can be formed without damaging the device formed on the chip. Can be aligned. Also, according to the imprint method, once a mold substrate is manufactured, a mating structure can be easily formed without requiring a wafer process with a large processing amount such as deep etching or a wet process.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
101…第1基板、102…Ti密着層、103…Au薄膜パッド、104…第1接合部、104a…接合部、105…第1嵌め合い構造、105a…嵌め合い構造、110…チップ、112,113…接合部、114…凹部、121…第2基板、122…Ti密着層、123…Au薄膜パッド、124…第2接合部、125…第2嵌め合い構造、125a…嵌め合い構造、151…溝部、152…山部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1基板に実装する第2基板の主表面の位置合わせ箇所に上面を接合面とする第2接合部を金属材料からなるバンプで形成する第2工程と、
前記第1接合部の接合面に、前記第1基板の主表面に平行な平面上で第1方向に延在し、かつ前記平面上で前記第1方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第1嵌め合い構造をインプリント法により形成する第3工程と、
前記第2接合部の接合面に、前記第2基板の主表面に平行な平面上で第2方向に延在し、かつ前記平面上で前記第2方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第2嵌め合い構造をインプリント法により形成する第4工程と
を備え、
前記第1接合部の接合面と前記第2接合部の接合面とは、前記第1嵌め合い構造と前記第2嵌め合い構造とを嵌合して接合され、前記第1嵌め合い構造と前記第2嵌め合い構造とは、一方が他方に形状を転写した関係となっていることを特徴とする接合構造の製造方法。 A first step of forming a first bonding portion having an upper surface as a bonding surface at an alignment position of the main surface of the first substrate with a bump made of a metal material ;
A second step of forming a second bonding portion having a top surface as a bonding surface with a bump made of a metal material at an alignment position of the main surface of the second substrate mounted on the first substrate;
Extending in the first direction on a plane parallel to the main surface of the first substrate and arranged at equal intervals in the direction perpendicular to the first direction on the plane on the bonding surface of the first bonding portion A third step of forming a first fitting structure of irregularities by a plurality of groove portions having the same groove width by an imprint method;
Extending in the second direction on a plane parallel to the main surface of the second substrate and arranged at equal intervals in the direction perpendicular to the second direction on the plane on the joint surface of the second joint portion And a fourth step of forming an uneven second fitting structure by a plurality of grooves having the same groove width by an imprint method,
Wherein the first and the bonding surface and the bonding surface of the second connecting portion of the joint portion, the is the first fitting structure second mating structure and a fitted junction, wherein the first fitting structure the second mating structure, the manufacturing method of the joining structure characterized that you have a relationship that one is transferring the shape to the other.
前記第1基板の主表面および前記第2基板の主表面の各々に嵌め合い構造形成時の位置合わせ用の位置合わせ凹部を形成する第5工程を備え、
前記第3工程では、インプリント法で用いる鋳型基板の位置合わせ部に設けられた弾性部材からなる球体を前記第1基板の位置合わせ凹部に配置させ、前記鋳型基板を前記第1基板に押し付けて前記球体を変形させて前記インプリント法を実施し、
前記第4工程では、インプリント法で用いる鋳型基板の位置合わせ部に設けられた前記球体を前記第2基板の位置合わせ凹部に配置させ、前記鋳型基板を前記第2基板に押し付けて前記球体を変形させて前記インプリント法を実施する
ことを特徴とする接合構造の製造方法。 In the manufacturing method of the junction structure according to claim 1,
A fifth step of forming an alignment recess for alignment when forming a fitting structure on each of the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate;
In the third step, a spherical body made of an elastic member provided in an alignment portion of the mold substrate used in the imprint method is disposed in the alignment recess of the first substrate, and the mold substrate is pressed against the first substrate. Performing the imprint method by deforming the sphere,
In the fourth step, the sphere provided in the alignment portion of the mold substrate used in the imprint method is disposed in the alignment recess of the second substrate, and the sphere is pressed by pressing the mold substrate against the second substrate. A method for manufacturing a joint structure, wherein the imprinting method is performed after deformation.
前記金属材料としてAuを用いることを特徴とする接合構造の製造方法。 In the manufacturing method of the junction structure according to claim 1 or 2,
Method for producing a joint structure characterized by Rukoto using Au as the metallic material.
前記第1接合部の嵌め合い構造は、前記嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備える状態に形成し、
前記第2接合部の嵌め合い構造は、前記嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備える状態に形成することを特徴とする接合構造の製造方法。 In the manufacturing method of the junction structure according to any one of claims 1 to 3,
The fitting structure of the first joint portion is formed in a state having an inclined surface equal to or greater than the arctangent of the static friction coefficient of the surface of the fitting structure,
The fitting structure of the second joining portion is formed in a state having an inclined surface having an inverse tangent or more of a static friction coefficient of a surface of the fitting structure.
前記第1基板の主表面の位置合わせ箇所に形成された上面を接合面とする金属材料からなるバンプで構成される第1接合部と、
前記第2基板の主表面の位置合わせ箇所に形成された上面を接合面とする金属材料からなるバンプで構成される第2接合部と
を備え、
前記第1接合部の接合面は、前記第1基板の主表面に平行な平面上で第1方向に延在し、かつ前記平面上で前記第1方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第1嵌め合い構造を備え、
前記第2接合部の接合面は、前記第2基板の主表面に平行な平面上で第2方向に延在し、かつ前記平面上で前記第2方向に垂直な方向に等しい間隔で配列された同一の溝幅の複数の溝部による凹凸の第2嵌め合い構造を備え、
前記第1接合部の接合面と前記第2接合部の接合面とは、前記第1嵌め合い構造と前記第2嵌め合い構造とを嵌合して接合され、前記第1嵌め合い構造と前記第2嵌め合い構造とは、一方が他方に形状を転写した関係となっていることを特徴とする接合構造。 A first substrate and a second substrate mounted on the first substrate;
A first bonding portion composed of a bump made of a metal material having an upper surface formed at an alignment portion of the main surface of the first substrate as a bonding surface;
A second bonding portion composed of a bump made of a metal material having an upper surface formed at an alignment position of the main surface of the second substrate as a bonding surface;
The bonding surfaces of the first bonding portions extend in the first direction on a plane parallel to the main surface of the first substrate, and are arranged at equal intervals in the direction perpendicular to the first direction on the plane. Provided with a first fitting structure of irregularities by a plurality of groove portions having the same groove width,
The bonding surfaces of the second bonding portions extend in the second direction on a plane parallel to the main surface of the second substrate, and are arranged at equal intervals in the direction perpendicular to the second direction on the plane. Provided with a second fitting structure of irregularities by a plurality of groove portions of the same groove width,
Wherein the first and the bonding surface and the bonding surface of the second connecting portion of the joint portion, the is the first fitting structure second mating structure and a fitted junction, wherein the first fitting structure bonding structure and a second mating structure, one of which is characterized that you have a relationship to transfer the shape to the other.
前記金属材料はAuであることを特徴とする接合構造。 The joining structure according to claim 5,
Junction structure wherein the metal material is characterized by Au der Rukoto.
前記第1接合部の嵌め合い構造は、前記嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備え、
前記第2接合部の嵌め合い構造は、前記嵌め合い構造の表面の静止摩擦係数の逆正接以上の傾斜面を備えることを特徴とする接合構造。 In the junction structure according to claim 5 or 6,
The fitting structure of the first joint portion includes an inclined surface equal to or greater than the arctangent of the static friction coefficient of the surface of the fitting structure,
The fitting structure of the second joint portion includes an inclined surface having an inverse tangent or more of a static friction coefficient of a surface of the fitting structure.
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