(57)【要約】圧電超音波トランスデューサアレイ、光学検出アレイ、ＭＥＭＳのような感温材料を含む構造体を他の構造体（例えば集積回路または機械アセンブリー）に高密度で相互接続するための技術を開示している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１構造体を第２構造体に相互接続する方法であって、前記第１構造体は感光性ポリマー層、マスク層、前記マスク層の孔を通してアクセス可能な電気接点、および温度上限を有する感温材料を含み：
前記感光性ポリマー層をエッチングし、それにより前記感光性ポリマー層に１セットの孔を開け（これら開孔の各々は電気接点上に位置し、かつ前記マスク層の対応する孔よりも広い）；
導電性材料層を少なくとも前記電気接点上および前記感光性ポリマー層の各々の孔の壁に堆積させ（前記導電性材料は前記感温材料の温度限界よりも低い融点を有する）；
前記感光性ポリマー層、および前記導電性材料の過剰部を除去し、それにより導電性材料の残留部分を残し（各々の残留部分は電気的かつ機械的に電気接点に接続される）；および
残留導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより導電性ボリュームを前記電気接点上に形成する（各々の導電性ボリュームは前記対応する電気接点に接続された前記導電性材料の前記残留部分から形成されている）
ことを含む方法。
【請求項２】
各々の電気接点はその上に堆積されたアンダーバンプ冶金（ＵＢＭ）層を有し、前記導電性材料層は前記ＵＢＭ層上、および前記感光性ポリマーの各々の孔の壁に堆積される請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記導電性材料の前記残留部分の各々は各々の電気接点に結合したＵＢＭ層に電気的かつ機械的に接続される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１構造体の前記導電性ボリュームを前記第２構造体の電気接点と位置合わせし；および
前記位置合わせした導電性ボリュームおよび電気接点を強制的に加圧し、それにより結合構造体を形成する
ことをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記結合構造体を、前記位置合わせした導電性ボリュームおよび電気接点をリフローさせるのに十分な温度に加熱して、前記第１構造体と前記第２構造体との間に導電性カラムを作ることをさらに含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記結合構造体の加熱は反応性原子種を含む気体還元性雰囲気中でなされる請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２構造体のうち少なくとも１つは圧電素子、音響トランスデューサ、超音波トランスデューサ、加速度計、受振器、赤外検出器、マイクロエレクトロメカニカルシステム、化学検出器、ガス検出器、有機分子検出器、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プラスチック、およびガラスの少なくとも１つを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記マスク層を前記感温材料を含む構造体に塗布し（ここで導電性材料は前記マスク層に接着しない）；
最初の感光性ポリマー層を前記マスク層に塗布し；
前記最初の感光性ポリマー層をあるパターンの光に露光し（前記パターンは前記電気接点の位置に対応する）；
前記最初の感光性ポリマー層を現像およびエッチングし、それにより前記マスク層上の前記最初の感光性ポリマー層に孔を開け；
前記マスク層をエッチングし、それにより前記マスク層に前記孔を開け；および
前記最初の感光性ポリマー層を除去する
予備工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記感光性ポリマー層をエッチングし、それにより１セットの孔を前記感光性ポリマー層に開けることは：
前記感光性ポリマー層を前記マスク層に塗布し；
前記感光性ポリマー層をあるパターンの光に露光し（前記パターンは前記電気接点の位置に対応する）；および
前記感光性ポリマー層を現像およびエッチングし、それにより１セットの孔を前記感光性ポリマー層に開ける
予備工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記電気接点、および前記感光性ポリマー層の各々の孔の壁に前記導電性材料層を堆積することは不活性ガスジェットによって補助される堆積により達成される請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記電気接点に電気的かつ機械的に接続される前記導電性材料の残留部分は、各々前記ポリマー層の厚さおよび前記感光性ポリマー層の前記孔の寸法により決定される体積を有する請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記感温材料は圧電材料または赤外検出器の１つと結合している請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記圧電素子は超音波トランスデューサである請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記超音波トランスデューサは多素子アレイである請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記導電性材料は合金である請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記第２構造体は構造体１の前記導電性ボリュームを形成することに使用されるものと実質的に同様の方法で形成された導電性ボリュームを有し：
前記第１構造体の前記導電性ボリュームを前記第２構造体の前記導電性ボリュームと位置合わせをし；
前記位置合わせした導電性ボリュームを互いに強制的に加圧し、それにより結合構造体を形成し；および
前記結合構造体を、前記位置合わせした導電性ボリュームをリフローさせるのに十分な温度に加熱して、前記第１構造体と前記第２構造体との間に導電性カラムを作る
ことを含む請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記導電性材料の前記残留部分は皿状形状を形成し、前記皿状形状の少なくとも一部はそれと対応する電気接点または前記対応する電気接点上のＵＢＭ層に接着する請求項１記載の方法。
【請求項１８】
第１構造体を第２構造体に相互接続する方法であって、前記第１構造体は感温材料、感光性ポリマー層、マスク層、および前記マスク層の孔を通してアクセス可能な電気接点を含み、各々の電気接点はその上に堆積されたアンダーバンプ冶金（ＵＢＭ）層を有し：
前記感光性ポリマー層をエッチングし、それにより前記感光性ポリマー層に１セットの孔を開け（これらの開孔の各々は電気接点上にあり、かつ前記マスク層の対応する孔よりも広い）；
少なくとも前記電気接点ＵＢＭ層上、および前記感光性ポリマー層の各々の孔の壁に導電性材料層を堆積させ（前記導電性材料は前記感温材料の温度限界より低い融点を有する）；
前記感光性ポリマー層、および前記導電性材料の過剰部分を除去し、それにより前記導電性材料の残留部分を残し（各々の残留部分は皿状形状を形成し、前記皿状形状の少なくとも一部は対応する電気接点ＵＢＭ層に電気的かつ機械的に接続されている）；および
残留導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより導電性ボリュームを前記電気接点上に形成させる（各々の導電性ボリュームは対応する電気接点に接続された前記導電性材料の残留部分から形成されている）
ことを含む方法。
【請求項１９】
第１構造体を第２構造体に相互接続する方法であって、前記第１構造体はポリマー層、温度限界を有する感温材料、および孔を通してアクセス可能な電気接点を含み：
導電性材料層を、少なくとも前記電気接点上、および各々のアクセス孔の壁に堆積させ（前記導電性材料は前記感温材料の前記温度限界より低い融点を有する）；
前記ポリマー層、および前記導電性材料の過剰部分を除去し、それにより前記導電性材料の残留部分を残し（各々の残留部分は皿状形状を形成し、前記皿状形状の少なくとも一部はそれに対応する電気接点に電気的かつ機械的に接続されている）；および
残留導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより導電性ボリュームを前記電気接点上に形成する（各々の導電性ボリュームは対応する電気接点に接続された前記導電性材料の前記残留部分から形成されている）
ことを含む方法。
【請求項２０】
前記第１構造体の前記導電性ボリュームを前記第２構造体の電気接点と位置合わせし；
前記位置合わせした導電性ボリュームおよび電気接点を互いに強制的に加圧し、それにより結合構造体を形成し；および
前記結合構造体を、前記位置合わせした導電性ボリュームおよび電気接点をリフローするのに十分な温度に加熱して、前記第１構造体と前記第２構造体との間に導電性カラムを作る
ことをさらに含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
第１構造体を第２構造体に相互接続する方法であって、前記第１構造体は、温度限界を有する感温材料層、電気接点、感光性ポリマー層、そこにある孔を通しての前記電気接点への通路を有するマスク層を含む多数の層を有し、各々の電気接点はその上に堆積されたアンダーバンプ冶金（ＵＢＭ）層を有し：
前記感光性ポリマー層をエッチングし、それにより前記感光性ポリマー層に１セットの孔を開け（これらの開孔の各々は電気接点上に位置し、かつ前記マスク層の対応する孔よりも大きい幅を有する）；
少なくとも１つの電気接点ＵＢＭ領域上、および前記感光性ポリマー層の各々の孔の壁に導電性材料層を堆積させ（前記導電性材料は前記感温材料の前記温度限界よりも低い融点を有する）；
前記感光性ポリマー層、および前記導電性材料の過剰部分を除去し、それにより前記導電性材料の残留部分を残し（各々の残留部分は皿状形状を形成し、前記皿状形状の少なくとも一部は対応する電気接点ＵＢＭ層に電気的かつ機械的に接続されている）；
導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより導電性ボリュームを前記電気接点上に形成し（各々の導電性ボリュームは対応する電気接点に接続された前記導電性材料の残留部分から形成されている）；
前記第１構造体の前記導電性ボリュームの少なくとも１つを前記第２構造体の対応する電気接点と位置合わせし；
前記位置合わせした構造体を互いに強制的に加圧し、それにより結合構造体を形成し；および
前記結合構造体を前記位置合わせした導電性ボリュームをリフローするのに十分な温度に加熱して、前記第１構造体と前記第２構造体との間に導電性カラムを作る
ことを含む方法。
【請求項２２】
第１構造体を第２構造体に相互接続する方法であって、前記第１構造体は少なくとも１つの電気接点および温度限界を有する感温材料を有し、前記第１構造体はマスク層を前記感温材料に堆積し、第１感光性ポリマー層を前記マスク層に堆積し、前記第１ポリマー層をあるパターンの光に露光し、前記第１ポリマー層を現像して、前記マスク層が露出するように前記ポリマー層に少なくとも１つの孔を作り、前記マスク層をエッチングして少なくとも１つの電気接点を露出させ、アンダーバンプ冶金を前記電気接点に堆積し、１つまたはそれ以上の追加の感光性ポリマー層を堆積し、前記追加のポリマー層をあるパターンの光に露光し、前記追加のポリマー層を現像して前記アンダーバンプ冶金および前記マスク層の一部が露出するように前記ポリマー層に少なくとも１つの孔を作ることとにより作製され、かつ前記第２構造体は能動電子回路および少なくとも１つの電気接点を有し；
導電性材料を少なくとも１つの前記アンダーバンプ冶金接点上に堆積し（前記導電性材料は前記感温材料の前記温度限界よりも低い融点を有する）；
前記ポリマー層、および前記導電性材料の過剰部分を除去し、それにより前記導電性材料の少なくとも１つの残留部分（電気的かつ機械的にその対応するアンダーバンプ冶金に接続される）を残し；
残留導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより前記アンダーバンプ冶金上に導電性ボリュームを形成し（各々の導電性ボリュームは前記導電性材料の残留部分から形成され、対応するアンダーバンプ冶金に電気的かつ機械的に接続される）；
前記第１構造体の少なくとも１つの導電性ボリュームを前記第２構造体の少なくとも１つの電気接点と強制的に接触させて結合アセンブリーを形成し；および
前記アセンブリーを、前記導電性材料の前記融点以上に反応性原子種を含む雰囲気中で加熱して、前記第１構造体と前記第２構造体との間に電気的かつ機械的な相互接続を得る
ことを含む方法。
【請求項２３】
前記第２構造体の少なくとも１つの電気接点は前記第１構造体の前記導電性ボリュームと同様の方法で形成された導電性ボリュームである請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、参照により本明細書に全体的に組み込まれた、２００２年８月２日に出願された米国仮出願第60/401,017号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は集積回路に関し、より詳細には感温デバイスの集積回路への高密度相互接続に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体工業は、非常に増大した容量を持つより小型で高密度の集積回路（ＩＣ）へと動き続けている。「システムオンチップ（system-on-a-chip）」が近年現実になっている。高密度化へのこの傾向に並行して集積回路のパッケージングにおいて進歩があり、より小さな面積で外部回路に対する多数の入出力接続を可能にしている。集積回路パッケージ例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）、およびＣ４パッケージ（フリップチップ）はこのようなパッケージングの例である。
【０００４】
これらの進歩に加えて、ＩＣパッケージを外部のプリント回路基板に相互接続する新しい方法も開発されている。フリップチップボンディングは高密度相互接続のための工業的な標準になっており、数百またはそれ以上の相互接続を同時に作ることを可能にし、しばしばマス相互接続法と呼ばれる。しかし、電子産業は発展し続けるので、より多数の相互接続およびより高密度を達成する技術が強く望まれるであろう。
【０００５】
さらに、開発されつつある多くのシステムオンチップは、プラスチック、圧電セラミックス、または有機分子センサのような感温デバイスまたは材料を用いている。他のこのような感温材料およびデバイスは本技術の当業者には明らかであろう。これらのデバイスはチップ自身に含まれるか、またはハイブリッド構造としてチップに「バンプボンディングされる」ことがある。
【０００６】
これらのデバイスと関連する温度限界は比較的高温で作用する従来の製作方法の使用を妨げる。例えば、多数の方法で使用される鉛−スズ（ＰｂＳｎ）ハンダは３００℃以上の融点を有する。いったんその温度限界以上に加熱されると、デバイスは悪化した性能を示すか、さもなければ機能しなくなることがある。このような障害は一般的に可逆的ではない。したがって、このようなデバイスの相互接続は温度限界に考慮を払って製造しなければならない。
【０００７】
例えば、いくつかの赤外検出アレイの相互接続は蒸着した純粋なインジウムハンダを用いて作られ、この場合ハンダ「バンプ」をフォトリソグラフィーを使用してパターニングし、検出アレイをＩＣに冷間圧接することで相互接続を作る。しかし他の用途（例えば超音波アレイ）では、赤外用途から改変したインジウム冷間圧接法は信頼できるものではない。感温デバイスをバンプボンディングさせる他の従来の方法はポリマー「ハンダ」の使用、ハンダジェッティング、蒸着、ステンシル印刷、ハンダ押し出し、ハンダ鋳造、無電解メッキ、電気メッキ、スパッタリング、およびフリップチップリフロー技術を含む。これら従来法の各々は問題が付随している。
【０００８】
したがって、必要とされることは、感温電子デバイスの高密度マス相互接続を実施するための改良された技術である。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の１つの実施形態は、第１構造体（例えば、圧電超音波トランスデューサアレイ）を第２構造体（例えば、集積回路またはアセンブリー）に相互接続する方法を提供する。第１構造体は感光性ポリマー層、マスク層、マスク層の孔を通してアクセス可能な電気接点、および温度上限を有する感温材料（temperature sensitive material）を含む多数の層または領域を有する。前記方法は、前記感光性ポリマー層をエッチングし、それにより前記感光性ポリマー層に１セットの孔を開けることを含む。これらの開孔の各々は電気接点上に位置し、かつ前記マスク層の対応する孔よりも通常広い。
【００１０】
前記方法は、少なくとも前記電気接点、および前記感光性ポリマー層の各々の孔の壁に導電性材料を堆積することをさらに含む。ここで、前記導電性材料層は、前記電気接点、および前記感光性ポリマー層の各々の孔の壁だけでなく、感光性ポリマー層上にも堆積して、堆積処理を簡易化するようにしてもよいことに注意されたい。前記導電性材料は感温材料の温度限界より低い融点を有する。
【００１１】
前記方法は続けて前記感光性ポリマー層および前記導電性材料の過剰な部分を除去し、それにより前記導電性材料の残留部分を残す。各々の残留部分は電気接点に電気的かつ機械的に接続している。前記方法は、前記残留導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより前記電気接点上に導電性ボリュームを形成することをさらに含む。各々の導電性ボリュームは対応する電気接点に接続された前記導電性材料の前記残留部分から形成されている。
【００１２】
本発明のその他の実施形態は、第１構造体を第２構造体に相互接続する方法を提供する。前記第１構造体は多数の層または領域を有し、かつポリマー層の孔を通してアクセス可能な電気接点、および温度限界を有する感温材料を含む。前記電気接点を前記感温材料および／または前記構造体に含まれる他の部品に接続してもよい。前記方法は少なくとも前記電気接点上、および各々のアクセス孔の壁に導電性材料を堆積することを含む。前記導電性材料は前記感温材料の前記温度限界より低い融点を有する。
【００１３】
前記方法は前記ポリマー層および前記導電性材料の過剰な部分を除去し、それにより前記導電性材料の残留部分を残すことをさらに含む。各々の残留部分は皿状形状を形成し、前記皿状形状の少なくとも一部はその対応する電気接点に電気的かつ機械的に接続されている。
【００１４】
前記方法は続けて残留導電性材料をその融点以上に加熱し、それにより導電性ボリュームを前記電気接点上に形成する。各々の導電性ボリュームを前記対応する電気接点に接続された前記導電性材料の前記残留部分から形成する。代わりの実施形態では、前記電気接点をアンダーバンプ冶金層と結合して、導電性材料の接着を改善することができる。前記方法は、前記第１構造体の前記導電性ボリュームを第２構造体上の電気接点と位置合わせし、その後に前記接合アセンブリーを前記導電性ボリュームを溶融するのに充分な温度に加熱して、前記構造体間に電気的かつ機械的な結合を作ることをさらに含んでいてもよい。
【００１５】
本明細書に記載されている特徴および利点は包括的なものではなく、特に多数のさらなる特徴および利点が図面、明細書および特許請求の範囲を考慮して本技術の通常の当業者により明らかになるであろう。さらに、明細書で使用される用語は主に読みやすさ、および教示の目的で選択されたものであり、発明の主題の範囲を制限するためではない、ということに気付くべきである。
【００１６】
以下の図は本発明の１つの実施形態による、感温デバイスの高密度相互接続をなす方法を説明する。多数の変形および改変がこの開示を考慮して明らかになるであろうが、本発明はこのようなこのような実施形態のいずれか１つに限定されることは意図していない。図は一定の比率で描かれておらず、示したサイズ（例えば、層の厚さ）は、説明と理解の促進のために非常に誇張されていることに注意されたい。断面図は通常「ａ」で表示され、一方平面図は「ｂ」で表示される。特定のグループの図面に対する全体的な参照はこれらの図面に関連する数字を参照することでなされる。例えば、図１ａおよび図１ｂに対する全体的な参照は図１でなされる。
【００１７】
本発明の実施形態は、温度制約が従来のリフロー技術の使用を妨げる場合に、大面積で高密度の電子素子を他の電子装置に相互接続する技術を提供する。強靭で信頼性のある電気接続を与えるので、前記技術はより小さく、より密度の低いデバイスを相互接続する場合に用いてもよい。
【００１８】
図１ａおよび図１ｂは、感温材料、およびそのいくつかが前記感温材料に接続しているであろう電気接続点を含む構造体の図を説明する。特に、図１ａおよび図１ｂは概略図であり、構造体１の断面図および平面図を示し、構造体は感温材料、電気接続子３、および構造体に結合している能動素子（図示しない）からの電気リード５を含む。層の厚さは明確さのために非常に誇張されていることに注意されたい。
【００１９】
構造体１の感温材料は例えば、音響／超音波トランスデューサ（例えば、多素子アレイ）、加速度計または受振器のような圧電素子；ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂのような赤外検出器；マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）；有機の分子および／または気体の検出器；およびマイクロプロセッサおよびフィールドプログラマブルゲートアレイのような他の半導体デバイスに用いられる種類のものかもしれない。同様に、感温材料は光学ディスプレイで用いるような特別なプラスチックまたはガラスかもしれない。
【００２０】
一般的に述べると、前記構造体の電気接続部３を他の集積回路（図示しない）または構成部材上の同様の電気接続部に接続してもよい。この方法のどれか一部または全てを例えば個々のデバイスレベルまたはウェハレベルで行ってもよい。
【００２１】
図２ａおよび図２ｂはマスク層７の図１の構造体への塗布を示す。１つの例示的な実施形態では、このマスク層７（ハンダマスク層または非接着層とも呼ばれる）は薄膜コーティングであり、これに対しては金属またはハンダのような他の導電性材料が接着しない。
【００２２】
適切なマスク層７は例えば二酸化珪素、硫化亜鉛（例えばスパッタリングのような低温真空堆積技術により堆積される）、フォトレジストまたはポリイミドのような有機コーティング、および他のコーティング／層を含み、これらに対しては金属が接着しない。一般的に言うと、このようなコーティング／層の硬化温度は障害を避けるために構造体１の感温材料に関連する温度の最大温度限界よりも低くあるべきである。
【００２３】
図３ａおよび図３ｂは第１感光性ポリマー層の図２の構造体への塗布を説明する。特に、フォトレジストとしても知られている第１感光性ポリマー層９（例えばAZ Hoechstにより製造されたＰ４６２０）を図２に示された構造体のマスク層７の上にスピン塗布する。
【００２４】
この工程を達成するための処理パラメータは例えば製造されているデバイスおよび所望の結果のような因子に依存して変化するであろう。１つの実施形態においては、感光性ポリマー層９を構造体の層７の上に約５０００ＲＰＭで４０秒間スピン塗布する。その後、この構造体を、例えばホットプレート上で３０分間ベークする。
【００２５】
図４ａおよび図４ｂはマスク層を露出させるための図３の構造体における開孔を説明する。ここで、第１感光性ポリマー層９をパターンすなわちマスク（図示しない）を使用して紫外光に露光する。このマスクはポリマー９の孔が所望されるところでは紫外光を通し、ポリマーを残そうとするところでは紫外光を遮光する。その後、構造体を真空中で１時間ベークし、オーブンでアンモニア処理し、水和化し、紫外光にフラッド露光する。次にポリマー９を「現像し」、こうして孔１１を開孔し、それにより下地のマスク７を露出させる。
【００２６】
図５ａおよび図５ｂはマスク層をエッチングし、第１ポリマー層を除去して感温材料上の電気接点を露出させた後の、図２の構造体を説明する。この工程では、（図４の孔１１にて）露出したマスク層７の領域をエッチングし、孔１３を残しそれにより電気接点３を露出させる。いったん接点３を露出させると、第１ポリマー層９（図４）を剥離して、図５の構造体を残す。代わりに、感光性ポリマー層９を次の処理工程において使用するために残してもよい。
【００２７】
一般的に、図１から図５までで説明した処理工程を従来のフォトリソグラフィー技術を用いて実行することができる。しかし、基板にフォトレジストを塗布する（特にＰ４６２０のような厚いフォトレジストを用いる）時には、フォトレジストの厚いビードがしばしばデバイスの端に生じる。フォトレジストを拡げる時にウェハの高い回転速度を用いると、このビード形成効果を最小化することができる。このようなビードを除去するための他の技術は例えばビードを露光および現像することを含む。しかし、このような技術はデバイスの端の近くのパターンを規定する能力をなくする。
【００２８】
例えば、１つまたはそれ以上のハンダバンプパターンはビード領域付近のデバイスの端の１００μｍ以内に規定されるであろう。このような場合、ウェハの内部のパターンを過度に現像しないように、ビード領域に沿う現像液の局所塗布を使用することがある。この手法を使用すると、ハンダバンプを個々のデバイスの縁に非常に近接して作ってもよい。この手法はウェハのデバイス上でのパターニング時には必要ないことに注意されたい。
【００２９】
図６ａおよび図６ｂは、第２感光性ポリマー層を塗布し、開孔し、アンダーバンプ冶金を堆積し、第２感光性ポリマー層を除去した後の、図５の構造体を説明する。この方法は図３および図４で説明したものと同様である。具体的に言うと、ポリマーの層を構造体の層７上にスピン塗布し、次にポリマーを光に露光して現像し、開孔して電気接続部３を露出させる。アンダーバンプ冶金（Under-Bump metallurgy、ＵＢＭ）層として知られる別の金属の層を堆積し、ポリマーを剥離し、電気接続部３に接着しているＵＢＭ層１４を残す。
【００３０】
ＵＢＭ層は金属であり、金属またはハンダのような導電性材料が容易にそれをぬらして接着する。真空薄膜技術を使用して導電性材料を堆積させる前には、ＵＢＭ層は酸化物または混入物を理想的には少しも含まない。このような品質は、ＵＢＭ層および電気接続部３との間にも、ＵＢＭ層１４と次の金属または金属合金の層との間にも強固な接着を保証するであろう。
【００３１】
１つの実施形態においては、以下のようなＵＢＭ系列の金属層を提供する：デバイスへのＵＢＭの接着を増加させるための、約１００オングストロームの厚さのクロム；約１２００オングストロームの厚さのニッケル；および約５００オングストロームの厚さの金。これらの層を好ましくは、同じ真空チャンバで、酸化ニッケルの成長を防ぐために酸素を侵入させることなく、連続的に堆積させる。金層をなくすための代替法は、図８に関連して議論するように、導電性材料の堆積に先立って、その場でニッケルを水素を用いて洗浄することである。金層を避ける他の方法は層１９の堆積の前にその場でＮｉをイオン洗浄することである。
【００３２】
図７ａおよび図７ｂは、追加の感光性ポリマー層を塗布し、開孔し、アンダーバンプ冶金層を露出させた後の、図５の構造体を説明する。より詳しく述べると、第３系列の感光性ポリマー層１５を塗布し、追加の孔１７を以前に記載したフォトリソグラフィー方法を使用して開孔する。この特定の実施形態においては、孔１７は前に開孔した孔１３よりも大きいことに注意されたい。こうして、ＵＢＭ層１４をＵＢＭ層１４を覆うマスク層７の部分と共に露出させる。
【００３３】
この例では、感光性ポリマー層１５の層は感光性ポリマーの２回の塗布を含み、それにより次の処理のために十分に厚い層（例えば、＞１０μｍ）を与えるということにさらに注意されたい。他の実施形態では、図９、図１０に関連して次に議論するようなこの開示を考慮して明らかなように、追加の感光性ポリマー層を設けて感光性ポリマー層１５全体により大きな厚みを与えてもよい。
【００３４】
図８ａおよび図８ｂは導電性材料の図７の構造体上への堆積を説明する。ここで導電性材料層１９を真空チャンバ中で図７の構造体に堆積させる。材料１９とＵＢＭ層１４の間の強固な接着が形成されることに注意されたい。一般的に、材料１９の選択は、材料１９も最終構造体が必要とする構造的特性を有することを想定すると、感温材料の最大温度限界によって規定される。
【００３５】
１つの実施形態においては、材料１９はその融点温度が構造体１の感温材料の最大温度限界よりもわずかに低い（例えば、５°から５０°）金属合金である。材料１９の堆積を不活性ガスを使用することにより促進してもよく、それは高い堆積速度はもちろん低い堆積温度を可能にし、それは比較的厚い層（例えば、１０から３０μｍ）を堆積する場合にコスト効率のよい技術である。材料１９の選択に影響するであろうほかの品質は、望ましい剪断強度およびコストのような因子に依存するであろう。
【００３６】
剪断強度（例えばポンド／インチ２またはｐｓｉの単位で測定される）は典型的なパラメータであって相互接続の信頼性の決定において考慮される。より高い剪断強度はより強固な接続をもたらす。最も広く使用される普通のハンダは９０％鉛（Ｐｂ）１０％スズ（Ｓｎ）合金であり、３０２℃の融点および２４００ｐｓｉの剪断強度を有する。その他の普通のハンダは共融合金６３Ｓｎ３７Ｐｂであって、１８３℃の融点および６２００ｐｓｉの剪断強度を有する。
【００３７】
赤外検出アレイとして普通使用される材料である純粋なインジウム（Ｉｎ）は１５７℃の融点および８９０ｐｓｉの剪断強度（室温で）を有する。赤外検出アレイの典型的な用途では、極低温でインジウムが非常に硬くおよび強くなるので、この低い剪断強度は重要ではない。より高温での用途にとってはインジウムは適切な材料ではないであろう。さらに、純粋なインジウムの融点は感温材料の温度限界以上であるであろう。
【００３８】
典型的な超音波トランスデューサアレイ（例えば圧電セラミック素子）は約１６０から１８０℃の温度限界を有する。この温度近くへのこのような素子の加熱はその性能を劣化させるであろう。同様に、この温度以上の加熱はそれを全く機能させなくするであろう。従って、普通に使用されるＰｂＳｎハンダは適切でない。この用途のためには、導電性材料層１９として堆積することができる例示的合金は５２％インジウム：４８％スズ（Ｉｎ／Ｓｎ）であり、１６３０ｐｓｉの剪断強度を有し、１１８℃で溶融する。
【００３９】
合金を堆積する場合、合金中の金属の化学量論または比率を注意深く維持しなくてはならず、さもなければその熱的および機械的特性が変化するであろうことに注意されたい。数パーセントの変化が融点を劇的に変化させることがある。化学量論を保ついくつかの堆積方法を使用することができる。例は、電気メッキ、スパッタリングおよびハンダジェッティングを含む。不活性ガスジェット（Jet Process Corporation, New Haven, Connecticutにより開発されたもの）により促進された堆積は高堆積速度を低い堆積温度で可能にする。
【００４０】
図９ａおよび図９ｂは、第３感光性ポリマー層の除去後の図８の構造体を図示する。より具体的には、第３ポリマー層１５および孔１７の外部の過剰な導電性材料１９をリフトオフ処理によって除去し、それにより導電性領域２０を残す。１つの実施形態においては、リフトオフ処理は、構造体をアセトンのような溶媒に浸し感光性ポリマー層１５を溶解すること、さもなければ、感光性ポリマー層１５のマスク層７への接着を壊すことを含む。
【００４１】
感光性ポリマー層１５を除去するので、過剰な導電性材料１９は支持されず、効果的に離れる。残留している導電性材料１９の部分（図９において２０として示す）は、ＵＢＭ層１４に接着しているものおよび孔１７に対応する周辺領域である。導電性材料１９とＵＢＭ領域１４との間の強い接着はリフトオフ処理による影響を受けない。
【００４２】
各々の導電性領域２０の最終的な形状は皿状であり、縁上がった外周によって囲まれている窪みを有するが、この形状の高さは図９ａにおいて非常に誇張されている。この皿状形状は孔１７の寸法（例えば、壁の高さおよび孔の径を含む）および感光性ポリマー層１５の厚さを含む因子の組み合わせによって生じる。各々の導電性領域２０の窪みの底部（本明細書においてトラフとも呼ばれる）はその対応する電気接点３（または塗布されている場合にはＵＢＭ領域１４）に接着する。このような因子は変化するので皿状形状に関する変形があり得ることに注意されたい。
【００４３】
残留材料２０の正確な形は、処理変数または方法により、この皿状という記載から変わることがあるかもしれない。その形に係わらず、各々の導電領域２０は電気接点３または塗布されている場合にはＵＢＭ層１４に電気的かつ機械的に接続される。
【００４４】
図１０ａおよび図１０ｂは、導電性材料をリフローして導電性ボリュームを形成した後の図９の構造体を示す。特に、図９の導電領域２０をリフローして半球形２１にし、高さの増加を与えて次の処理を促進する。一般的に、この高さの増加は残留材料２０の体積、および露出した接点３またはＵＢＭ１４の寸法の関数である。各々の導電領域２０を形成する液体材料１９の表面張力がその領域を描かれた半球形を呈すようにする。
【００４５】
導電性材料１９のリフローを様々な方法で達成することができる。１つの実施形態においては、ノークリーン液体フラックス（例えば、Indium Corporation of Americaによって製造されたＮＣ７７１）を材料１９の表面に塗布し、続いて構造体を材料１９の溶融温度より５−１０℃高く加熱し、続いてイソプロパノールのような溶媒中で急冷して、リフロー処理による残留物を洗い流すのを確実にする。
【００４６】
リフローを構造体を加熱フラックス浴に浸漬し、続いて直接溶媒リンスすることでも実行することができる。ハンダはハンダマスク層を濡らさないので、これはハンダがＵＢＭ層１４上に完全に集まる結果となる。
【００４７】
図１１はそれぞれ位置合わせした導電性ボリュームを通して第２構造体と組み合わせた、図１０において説明した第１構造体のアセンブリーを示す。この例の実施形態では、プロセスは感温材料を含む構造体１と、例えば集積回路または他のアセンブリーであるかもしれない構造体２３とを位置合わせして一時的に接続することを含む。この実施形態においては、図１から図１０までに関連して記載されたものと同様の方法で半球形ボリューム２１をもつ構造体２３を準備することに注意されたい。代わりの実施形態においては、構造体２３は電気接点のみを有していてもよいし、付着したＵＢＭを有する電気接点を有していてもよい。
【００４８】
真空チャック２７および２９を用いて、構造体間に正確なｘおよびｙの位置合わせおよび平行化を確立してボリューム２１の接触を確実にするだけでなく、望ましくない変形を起こすことなしに保持することができる。このことは、例えばKarl Suss, Basel, Germany、またはResearch Devices (Model M-8G), Princeton, NJにより製作されているようなチップアライナを用いて達成することができる。これらのアライナは５μｍよりも良好なｘ−ｙ位置精度を有する。このような精度を必要とする用途に正確なアライメントツールが利用できる。
【００４９】
構造体を位置合わせして、制御された力３１をアセンブリーに加える。１つの実施形態においては、この力３１は約５．０から１０．０×１０４ｇ／ｃｍ２であり、ここで面積（この場合センチメートルで測定される）はアセンブリーに含まれる全てのボリューム２１の断面積である。認識されるように、加える力は材料１９の種類、ボリューム２１の寸法、ボリューム２１の数、および力を加えるために用いる特定の機器のような因子に依存して変化するであろう。力を加えることによる最終結果は構造体２３および構造体１を含み、感温材料を有する結合構造体である。
【００５０】
材料層１９が以前議論したようにインジウム合金、５２Ｉｎ：４８Ｓｎである１つの実施形態を想定されたい。このような合金は、室温でいくらか可鍛であるために、二つの構造体（ＩＣ２３アセンブリーおよび構造体１アセンブリー）を一時的に互いに接続させることを可能にする。また、力３１によりもたらされるこの結合は、それらが接触するボリューム２１の表面酸化物層を破砕することにも役に立つ。これは金属−金属界面または接合ボリューム２１間の一時的な結合を生み、それは続く処理を促進する。
【００５１】
図１２は図１１の構造体を熱処理して、それぞれの導電性ボリュームをリフローして融着させることを説明する。より具体的には、アセンブリーを材料１９の融点以上にオーブン３３内で加熱処理することにより強制的に接続されたボリューム２１をリフローして導電性カラム３５にする。好ましい位置合わせを想定すると、カラム３５は高信頼性で頑強である相互接続アセンブリーに必要とされる機械的完全性を形成し与えるであろう。
【００５２】
１つの実施形態では、接合ボリューム２１のリフローを、アセンブリーをフッ素系または他の高反応性原子種を含む気体還元性雰囲気中で加熱することで達成する。このような気体ハンダリフローを果すためのシステムの例は、Integrated Electronic Innovations, Incによって作製されている。また、この特別な処理は、ボリューム２１上の硬い、高融点の酸化物膜を、より柔らかく、より容易に貫通可能なオキシフロライド層に置き換えることに注意されたい。
【００５３】
本発明の実施形態の上記記載を説明と記載の目的のために示してきた。網羅的あること、または本発明を開示された詳細な形態に限定することを意図していない。多数の改良または変形がこの開示を考慮して可能である。例えば、電気接点３上にＵＢＭ領域を堆積することは材料１９への接着強度を改良するが、電気接点３が既に適切に調整された表面を有するのであれば、それは必要ない。加えて、図に示した全てのプロセスが本発明を実行するために含まれる必要はない。さらに、プロセスまたはプロセスの任意のサブセットを実行する順序を変えることができる。本発明の範囲はこの詳細な説明ではなくむしろこれに添付される請求項によって限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】感温材料および電気的接続を含む構造体を示す図。
【図２】マスク層の図１の構造体に対する塗布を示す図。
【図３】第１感光性ポリマー層の図２の構造体に対する塗布を示す図。
【図４】マスク層を露出させるための図３の構造体の開孔を示す図。
【図５】マスク層をエッチングし、第１感光性ポリマー層を除去して基板上の電気接続を露出させた後の図２の構造体を示す図。
【図６】第２感光性ポリマー層の塗布、開孔、アンダーバンプ冶金の堆積および第２感光性ポリマー層の除去後の図５の構造体を示す図。
【図７】追加の感光性ポリマー層の塗布、開孔、アンダーバンプ冶金およびマスク層の一部の露出後の図５の構造体を示す図。
【図８】図７の構造体上への導電性材料の堆積を示す図。
【図９】追加の感光性ポリマー層の除去後の図８の構造体を示す図。
【図１０】導電性材料をリフローして導電性ボリュームを形成した後の図９の構造体を示した図。
【図１１】それぞれの導電性ボリュームを互いに機械的に加圧することを通しての、図１０に図示された第１構造体の第２の同様に処理された構造体へのアセンブリーを示す図。
【図１２】図１１のアセンブリーを熱処理し、それぞれの導電性ボリュームをリフローおよび融合させてカラムにすることを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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