(57)【要約】本発明は集積デバイスを形成する方法に関し、前記デバイスは、第１基板と、第２基板上に設けた少なくとも１つのエレメントを備える。前記基板の少なくとも一方にボンディング材料を配置する。前記第１および第２基板は相互に結合される。少なくとも前記第１基板および前記材料を通して、少なくとも１つの窪みを設ける。前記少なくとも１つの窪みの少なくとも一部分に支持構造を設けて、前記第２基板上の前記少なくとも１つのエレメントと前記第１基板とを機械的および／または電気的に相互接続する。前記第１基板から、少なくとも１つのエレメントを形成して、前記少なくとも１つの支持構造に機械的および／または電気的に接続可能であるようにする。前記第１、第２基板間にある前記材料の少なくとも一部を剥ぎ取り、前記第１基板上の前記エレメントを移動可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積デバイスを形成する方法で、前記デバイスが第１基板と、第２基板上に設けた少なくとも１つのエレメントとを備え、
材料の層を前記基板のうち一方の少なくとも一部上に配置する動作と、
前記第１、第２基板を相互に結合する動作と、
少なくとも前記第１基板および前記材料を通して少なくとも１つの窪みを設ける動作と、
前記第２基板上の前記少なくとも１つのエレメントと前記第１基板とを機械的および／または電気的に相互接続するため、前記少なくとも１つの窪みの少なくとも部分に支持構造を設ける動作と、
前記第１基板から、前記少なくとも１つの支持構造と機械的および／または電気的に接続可能になる少なくとも１つのエレメントを形成する動作と、
前記第１基板上の前記エレメントを動作可能にするために、前記第１、第２基板間にある前記材料の少なくとも一部を剥ぎ取る動作とを含む方法。
【請求項２】
前記第１および第２基板が、ボンディング、リベット締め、ボルト付きジョイント、外部取り付け具、フリップ・チップ・ボンディング、キャピラリ・ウェッジ・ボンディング、超音波ボンディングというグループのうち少なくとも１つによって相互に結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、
第１基板の厚さの一部を除去する動作を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、
前記結合の前に、前記第１基板の少なくとも１つの表面上に金属層を配置する動作を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、
前記第１、第２基板を相互に結合する前に、半導体材料で作成した前記第１基板の少なくとも一部をドーピングする動作を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、
応力補償材料の少なくとも１つの追加層を前記第１基板上に設ける動作を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記応力補償材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、金属という材料の少なくとも１つである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記支持構造が非導電材料で作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記支持構造が導電材料で作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１基板および前記第２基板が、蒸着、スピン・コーティング、スパッタリング、めっき、リベット締め、はんだ付け、接着、化学蒸着、エピタキシャル成長、毛細管流動というグループのうち１つにより相互に固定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料が低温接着剤、例えばポリイミド、ベンゾサイクロブテン（ＢＣＢ）、エポキシ、フォトレジストから選択されたポリマである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記材料が金属、半導体または誘電体材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１基板から形成される前記少なくとも１つのエレメントが、マイクロ・ミラーである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１基板から形成される前記少なくとも１つのエレメントが、単結晶材料で作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１基板から形成される前記少なくとも１つのエレメントが、非晶質材料で作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１基板から形成される前記少なくとも１つのエレメントが、ナノ結晶質材料で作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記材料が半導体である、請求項１４から１６いずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２基板上に設けた前記少なくとも１つのエレメントが集積回路である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記集積デバイスが空間光変調器（ＳＬＭ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記空間光変調器がマイクロミラーＳＬＭである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２１】
前記支持構造が中空で、開放端を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１基板が、前記第１、第２基板を結合する前に、少なくとも部分的に事前製造される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね、半導体デバイスなどの集積デバイスを形成する技術、特に前記集積回路を形成する低温方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、当技術分野では、米国特許第４５６６９３５号、第４７１０７３２号、第９５６６１９号のマイクロ・ミラー・タイプの空間光変調器（ＳＬＭ）を構築することがよく知られている。概して、マイクロミラーＳＬＭなどの集積デバイスを構築するために２つの主要な原理が用いられている。
【０００３】
集積回路（ＩＣ）を完成状態まで製造し、次に前記ＩＣ上にマイクロ・ミラーを製造する。マイクロ・ミラーは、ＩＣウェハ上に構築される。この方法の利点は、電子ウェハの非常に費用効果が高い製造法であるいわゆるＩＣファウンドリを使用できることである。欠点は、マイクロミラーの製造に使用可能な材料および方法の選択肢が非常に制限されることである。というのは、約４００℃という温度の上限があり、それを超えると電子機器が損傷を受けるからである。これによって、光学的性能を有するマイクロミラーの製造がさらに困難になる。
【０００４】
マイクロミラーＳＬＭを構築する別の方法は、ＩＣ作成プロセスの最後に、同じウェハ上でマイクロミラーの製造を開始する。この方法の利点は、良好な性能を有するマイクロミラーを製造するために材料、方法および温度を選択する上での自由度が大きくなることである。欠点は、ＩＣウェハを標準的なＩＣファウンドリで製造できないことである。というのは、後者が、プロセスの品質を維持できるようにするため、標準化すべき製造のプロセスに対して非常に厳密な要求をするからである。
【０００５】
したがって、当技術分野では、小型電気／機械／光学的集積デバイスを製造するために改良された方法を必要としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の背景を鑑みて、例えばマイクロミラーＳＬＭなどの集積デバイスを製造する方法が、このようなデバイスの性能にとって非常に重要である。
【０００７】
したがって、上述した欠点を克服するか、少なくとも軽減する集積デバイスの改良された製造方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の実施形態では、本発明は、集積デバイスを形成する方法を提供し、前記デバイスは、第１基板、および第２基板上に設けた少なくとも１つのエレメントを備える。材料の層を、前記基板の一方の少なくとも一部分上に配置する。前記第１基板と第２基板は相互に接合する。少なくとも前記第１基板および前記材料を通して、少なくとも１つの窪みを設ける。前記少なくとも１つの窪みの少なくとも一部に少なくとも１つの支持構造を設けて、前記第２基板および前記第１基板上の前記少なくとも１つのエレメントと機械的および／または電気的に相互接続させる。前記第１基板から少なくとも１つのエレメントを形成して、前記少なくとも１つの支持構造と機械的および／または電気的に接続可能であるようにする。前記第１基板と第２基板間にある前記材料の少なくとも一部分を剥ぎ取り、前記第１基板上の前記エレメントを移動可能にする。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、前記第１および第２基板をボンディング手段で相互に結合する。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第１および第２基板をリベット手段で相互に結合する。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第１および第２基板を、ボルト付きジョイント、外部取り付け具、フリップ・チップ・ボンディング、キャピラリ・ウェルド・ボンディングまたは超音波ボンディングによって相互に結合する。
【００１２】
さらに別の実施形態では、前記発明はさらに、第１基板の厚さの一部を除去する動作を含む。
【００１３】
さらに別の実施形態では、前記発明はさらに、前記第１および第２基板を相互に結合する前に、前記第１基板の少なくとも１つの表面上に金属層を配置する動作を含む。
【００１４】
さらに別の実施形態では、前記発明はさらに、前記第１基板と第２基板を相互に結合する前に、半導体材料で作成した前記第１基板の少なくとも一部分をドーピングする動作を含む。
【００１５】
さらに別の実施形態では、前記発明はさらに、前記第１基板上に応力補償材料の少なくとも１つの追加層を設ける動作を含む。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、前記応力補償材料は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは金属という材料のうち少なくとも１つである。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態では、前記支持構造は、非導電材料で作成する。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態では、前記支持構造は、導電材料で作成する。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第１基板および前記第２基板は、蒸着、スピン・コーティング、スパッタリング、めっき、リベット締め、はんだ付け、接着、毛細管流動、スクリーン印刷、化学蒸着、エピタキシャル成長、毛細管流動というグループのうち１つにより相互に固定される。
【００２０】
本発明のさらに別の実施形態では、前記ボンディング材料は低温接着剤、例えばポリイミド、ベンゾサイクロブテン（ＢＣＢ）、エポキシ、フォトレジストから選択されたポリマである。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態では、前記ボンディング材料は金属、半導体または誘電体材料である。
【００２２】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第１基板から形成される前記少なくとも１つのエレメントは、マイクロ・ミラーである。
【００２３】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第１基板から形成される前記少なくとも１つのエレメントは、単結晶材料、非晶質材料またはナノ結晶質材料で作成する。
【００２４】
本発明のさらに別の実施形態では、前記材料は半導体である。
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第２基板上に設ける前記少なくとも１つのエレメントは集積回路である。
【００２６】
本発明のさらに別の実施形態では、前記集積デバイスは、空間光変調器（ＳＬＭ）である。
【００２７】
本発明のさらに別の実施形態では、前記空間光変調器はマイクロミラーＳＬＭである。
【００２８】
本発明のさらに別の実施形態では、前記支持構造は中空で、開放端を有する。
【００２９】
さらに別の実施形態では、本発明はさらに、ボンディング前に中間ボンディング材料をパターン形成することにより、前記支持構造をリソグラフィ技術で形成する動作を含む。
【００３０】
本発明のさらに別の実施形態では、前記第１基板は、ボンディング前に少なくとも部分的に事前製造する。
【００３１】
本発明およびその利点をさらに完全に理解するために、次に添付図面に関連させて以下の説明を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本出願では、「ウェハ」および「基板」という用語は区別なく使用し、その違いはその寸法に過ぎない。「エレメント」および「コンポーネント」は、ウェハまたは基板上にサブユニットとして設けた任意の構造を意味するものとし、デバイス全体、さらに１部片の材料でも、このようなデバイスの細部を備えることができる。
【００３３】
本発明による方法は、マイクロ・ミラー空間光変調器の製造に有用である。しかし、これは多種多様な熱および非熱検出器およびアクチュエータ・デバイス、例えば量子井戸検出器、焦電検出器、ボロメータ、光スイッチ、ＲＦリレーなどに適用することができるが、それに制限するものではない。この方法は、前記基板上に設けた構造が、自身上に設ける構造を処理するためのプロセス温度に対して温度感受性があるか、例えば基板が多結晶質であり、基板の上に成長させるエレメントが単結晶質でなければならない場合など、他のプロセス・パラメータに対して感受性がある場合に、特に有用である。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態による第１プロセス・ステップを概略的に示す。第１基板１００は、第２基板２００と集積するものである。前記第１基板は、前記第１および第２基板を相互に結合した後、コンポーネント、例えば少なくとも１つのマイクロ・ミラーまたは他のタイプのコンポーネント、例えば電気／機械／光学的コンポーネントを生成／形成するために使用することができる。
【００３５】
ステアリング電子機器（および／または他のタイプの回路）を有する第２ウェハ２００は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の生産に、または「ＩＣ」ファウンドリに一般的に使用するような標準タイプで費用効率が高いプロセスで製造する。
【００３６】
前記第２基板上に、前記ステアリング電子機器に接続可能な電極２１０を設けることができる。
【００３７】
第１基板１００は、例えば何らかの半導体材料、例えばシリコン、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、金属、またはガラス、水晶、シリコン・カーバイド、窒化シリコンまたはダイアモンドを含む誘電材料などの他の材料で作成することができる。前記材料は単結晶材料でよい。材料は、可能な限り最高の性能（選択性、応答時間、寿命要件など）になるよう選択することができる。
【００３８】
図１ａで示すような第１基板１００は、シリコン・カーバイド、窒化シリコン、酸化シリコン、未硬化または硬化ポリマ、例えばエポキシ、ＢＣＢ（ブチルサイクロブテン）、ベンゾサイクロブテン、任意のフォトレジスト、任意のポリイミド、任意の低温接着剤または一般的に任意の熱硬化性材料、セラミック材料など、任意のタイプの材料の層１１０で被覆することができる。
【００３９】
しかし、前記第２基板２００は、図１ｃで示すように、前記第１基板１００で被覆する代わりに、または前記第１基板１００の被覆に加えて、図１ｂで示すように前記層１１０で被覆することができる。一方または両方の基板１００、２００上に異なる被覆をしてもよい。
【００４０】
エポキシ、ＢＣＢ（ブチルサイクロブテン）、ベンゾサイクロブテン、任意のフォトレジスト、任意のポリイミド、任意の低温接着剤または一般的に任意の熱硬化性材料など、接着材料を、例えば前記第２基板２００、前記第１基板１００、または前記第１基板２００と前記第２基板１００の両方にスピニングにより、つまり接着材料を塗布しながら基板を回転する、または毛細管流動により塗布することができる。任意の他の材料、シリコン・カーバイド、窒化シリコン、酸化シリコン、誘電材料または他の同様のまたは適切な材料を塗布する場合、前記材料は、スパッタリング、めっき、ＣＶＤ、エピタキシャル成長またはＰＶＤを使用して、好ましくは低温で塗布することができる。
【００４１】
前記層１１０は、滑らかな表面を生成するために研磨、ラップ加工またはエッチングすることができ、この表面は、前記第１基板１００、前記第２基板または他の基板に加えた層１１０の十分に研磨した表面に、少なくとも部分的に取り付け／ボンディングする。前記２つの表面の表面の均一性および／またはクリーンさが良好なほど、相互によく付着／ボンディングする。このボンディング力は、この場合、ファンデルワールス力などの分子間力のタイプである。プラズマ処理などの活性化処理および／またはクリーニング手順、例えば前記表面から吸着分子を除去するために使用する真空中のアルゴン原子衝撃を遂行することができる。
【００４２】
第１基板１００および第２基板２００は、図２のように圧力を加えて、または圧力を加えないで、好ましくは加熱もして相互に結合（ボンディング）することができる。一緒にする前に、前記接着材料を６０℃で約５分間獲得することができる。したがって、第１基板１００および第２基板２００は、接着材料として機能するポリマ層１１０によって相互に結合する。この手順は、標準機器で実行することができる。例えば、２つのウェハは、真空中で約１バールのボンディング圧力にて相互にボンディングすることができる。圧力を加えながら、ウェハの温度を、例えば２００℃まで２時間上昇させ、接着材料を硬化する。
【００４３】
前記第１基板１００および前記第２基板２００は、分子間力または接着ボンディングについて上述した方法とは異なる手段で、例えば前記第１基板１００および第２基板２００の外面でのステープル、前記第１基板１００および第２基板２００の縁での接着、リベット締め、ねじおよびボルトなどによって結合することができる。
【００４４】
第１基板１００は、少なくとも１つのメタライゼーション層および／または別の材料の少なくとも１つの層（図示せず）で、その表面の少なくとも一方を覆うことができる。第１基板１００に使用する材料の光学特性が十分に良好でない場合、これより良好な光学的特徴を有する別の材料を、前記第１基板の表面の少なくとも一方上に配置することができる。前記材料は、化学蒸着（ＣＶＤ）または物理蒸着（ＰＶＤ）、または当業者によく知られる同様の方法で、前記第１基板上にスパッタリング、めっき、または付着させることができる。光学的特徴が良好な材料は、少なくとも反射性の観点からアルミニウムである。
【００４５】
前記接着剤の所定の厚さを選択することにより、第１基板１００と第２基板２００間の距離を制御することができる。
【００４６】
第１基板１００上にパターンを形成するため、フォトレジストの層を、前記第１基板の自由表面の上でスピンさせ、前記基板は、適切な材料の１つまたは複数の追加層で覆うことができる。周知のフォトリソグラフィ技術を使用することにより、前記フォトレジスト層に所望のパターンを配置することができる。使用したフォトレジストに推奨されるエッチング剤を使用することにより、前記コンポーネント材料に、良好に特徴付けされたパターンを達成することができる。持ち上げ技術を用いて、前記材料１１０を除去することもできる。第１基板および接着剤の穴２２０を、湿式エッチングによって、例えばＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨによって設け、当業者には、通常の知識を用いて適切な技術が分かる。例えばＲＩＥタイプなどの乾式エッチングも使用することができる。
【００４７】
穴２２０は、前記第１基板を前記第２基板に機械的および／または電気的に相互接続するために使用する。これは、図４に示すように、前記穴２２０の内側に導電層２３０を加えることによって達成することができる。あるいは、前記穴を導電材料で充填してもよい。前記層または充填された構造２３０は、支持構造と、前記第１、第２基板間の電気／機械的結合という機能を提供する。
【００４８】
穴は、前記第２基板２００の上の特定位置に設ける。前記穴２２０は、前記第２基板２００の上に配置することが好ましく、前記第２基板２００は、効率的なエッチング停止層で覆われ、これは場合によっては使用するエッチング材に応じて金属でよい。前記第２基板上に配置された回路を、前記第１基板上に印刷するパターンと位置合わせするため、位置合わせ穴２５０を使用することができる。前記穴２５０は、前記第２基板に設けた下の位置合わせマークより多少大きいことが好ましい。
【００４９】
前記第１基板にある少なくとも１つのエレメントは、前記第２基板２００に接続される。前記少なくとも１つのエレメントは、例えば図６のマイクロ・ミラー・アレイでよく、これは個別に移動可能な反射エレメント１７０を特徴とする。図７ａおよび図７ｂを参照。前記ミラー・エレメントには、蝶番の形態の捻りまたは可撓性エレメント１８０を取り付ける。前記蝶番は、前記支持構造２３０に取り付ける。第１電圧を電極２１０に、第２電圧を反射エレメント１７０に印加すると、電位差が静電引力を生成し、これが反射エレメントを所望の方法で屈曲／動作させる。
【００５０】
光学的に、パターン形成したエレメント１７０は、マイクロリベット締めと呼ばれる方法によって第２基板にさらに固定して、これと相互接続させる。前記相互接続は、支持構造２３０の助けにより実行することができる。図８を参照。支持構造２３０は、導電材料で作成するか、導電材料で部分的に被覆し、前記支持構造上の第１基板材料に穴２２０を設け、前記金属のリベット締めはめっき、スパッタリングまたは蒸着などによって実行することができる。
【００５１】
図８で見られるように、金属リベット２７０は、コンポーネントの表面から外方向に延在することができる。前記外方向に延在する部品は、研磨、ラップ加工または同様の方法で除去することができる。
【００５２】
金属リベット２７０は、前記第２基板２００の前記回路と前記第１基板１００の前記少なくとも１つのエレメント１７０との間に電気接続を形成するばかりでなく、前記エレメントを前記支持構造２３０にも固定する。エレメントを前記支持構造に固定することにより、例えば適切なエッチング剤などによってボンディング材料１１０の除去が安全になる。
【００５３】
第１基板の最外面は、半導体材料でよく、これをドーピングすることができる。このドーピングにより、材料は導電性になる。
【００５４】
エレメントまたはコンポーネント１７０は、異なる材料の層状構造を有することができる。この層状構造は、応力補償として機能する。一方の材料はシリコンでよく、他方の材料は窒化シリコンでよい。
【００５５】
第１基板から形成すべきエレメントは、ボンディングの前に部分的または完全に予めパターン形成することができる。前記第１基板を前記第２基板にボンディングする前に、例えば、ＳＬＭマイクロ・ミラーを前記第１基板上に部分的に形成することができる。
【００５６】
前記第１基板は、サイズおよび形態が前記第２基板の構造に位置合わせされるようになっている位置合わせ構造を備えることができる。前記位置合わせ構造は、前記第１および第２基板を振動させる手段によって自動位置合わせすることができる。つまり相互に積極的に位置合わせする。
【００５７】
したがって、ここまでに集積デバイスを形成するためにコンポーネントを組み合わせる方法の特定の実施形態について開示してきたが、このような特定の言及は、請求の範囲に記載されるものを除き、本発明の範囲を制限するものと見なさないものとする。さらに、本発明をその特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者にはさらなる変形が自ずと示唆されることが理解され、このような変形は全て添付請求の範囲に入るものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１ａ】本発明の実施形態による第１プロセス・ステップの第１例を示す。
【図１ｂ】本発明の実施形態による第１プロセス・ステップの第２例を示す。
【図１ｃ】本発明の実施形態による第１プロセス・ステップの第３例を示す。
【図２】本発明の実施形態による第２プロセス・ステップを示す。
【図３】本発明の実施形態による第３プロセス・ステップを示す。
【図４】本発明の実施形態による第４プロセス・ステップを示す。
【図５】位置合わせ穴を備えるウェハの上面図を示す。
【図６】位置合わせ穴およびパターン形成したエレメントを備えたウェハの上面図を示す。
【図７ａ】ＳＬＭの変調エレメントの部分の上面図を示す。
【図７ｂ】図７ａで示したマイクロミラーＳＬＭの一部の側面図を示す。
【図８】マイクロリベット締めにより支持部材に固定した１対のマイクロミラー・エレメントを示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2005528226.tif 000015