(57)【要約】電子部品のハウジング内への機能構造の統合を達成するために、少なくとも１つの側面に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する少なくとも１つの素子を有する少なくとも１つの半導体要素を備える電子部品の作製方法を提供する。本方法は、ウエハ上に少なくとも１つのダイを設けるステップと、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する少なくとも１つの構造を有する少なくとも１つのパターニングされた支持体を作製するステップと、ウエハを少なくとも１つの支持体と接合するステップであって、それによってダイの、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子を有する側面が支持体と向かい合う、接合するステップと、ダイを分離するステップとを含む。
2005501405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの側面（５）に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する少なくとも１つの素子（７）を有する少なくとも１つの半導体要素（３）を備える電子部品（１）の作製方法であって、
ウエハ（３５）上に少なくとも１つのダイを設けるステップと、
前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）に対して機能する少なくとも１つの構造（１１）を有する少なくとも１つのパターニングされた支持体（９）を作製するステップと、
前記ウエハ（３５）を前記少なくとも１つの支持体（９）と接合するステップであって、それによって前記ダイの、前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）を有する側面（５）が前記支持体（９）と向かい合う、接合するステップと、
前記ダイを分離するステップとを含む電子部品の作製方法。
【請求項２】
前記パターニングされた支持体（９）を作製するステップは、パターニングされた多層支持体を作製するステップを含む請求項１に記載の電子部品の作製方法。
【請求項３】
前記パターニングされた多層支持体を作製するステップは、該パターニングされた多層支持体（９）の各層（９１、９２、９３、９４）において、前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）に対して機能する少なくとも１つの構造（１１）を作製するステップを含む請求項２に記載の電子部品の作製方法。
【請求項４】
前記ウエハ（３５）を前記少なくとも１つの支持体（９）と接合するステップは、前記層（９１、９２、９３、９４）を前記ウエハ（３５）に連続して接合するステップを含む請求項２または３に記載の電子部品の作製方法。
【請求項５】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、前記ウエハ（３５）と接合されている前記支持体をパターニングするステップを含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項６】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、前記支持体（９）の構造（１１）を前もって作製するステップを含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項７】
前記パターニングされた支持体（９）を作製するステップは、前記支持体をリソグラフィーによりパターニングするステップを含む請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項８】
前記パターニングするステップは、ドライエッチングおよび／またはウェットケミカルエッチングおよび／または機械研削および／または機械ラッピングによりパターニングするステップを含む請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項９】
前記パターニングするステップは、蒸着および／またはスパッタリングおよび／またはＣＶＤコーティングおよび／またはＰＶＤコーティングおよび／またはメッキにより、かつ／またはステンシル印刷とレジストコーティングによりパターニングするステップを含む請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１０】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、特に少なくとも１つの光学要素（２３、２５、３１）のスペーサを作製するステップを含む請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１１】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、特に流体、光学要素、圧電部品、超小型電子部品および／または能動または受動電子要素のレセプタクル（１７）を作製するステップを含む請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１２】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、特に共振空間であるか、あるいは前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）または該センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）上に配置された光学要素の表面を取り囲むキャビティである少なくとも１つのキャビティを作製するステップを含む請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１３】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、特にＶ字溝である少なくとも１つのトレンチを作製するステップを含み、該トレンチは好ましくは前記支持体の表面に沿った方向に延びる請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１４】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、機械嵌合部（２１）を作製するステップを含む請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１５】
前記機械嵌合部（２１）は、光学要素（２３、２５）、特に導波管（２５）を受け入れる（receive）のに適している請求項１４に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１６】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、光学部品（３１）を有する支持体を作製するステップを含む請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１７】
前記光学部品を有する支持体を作製するステップは、レンズ（３１）、特に凹面および／または凸面レンズおよび／またはフレネルレンズおよび／またはプリズムレンズを作製するステップ、および／または格子、特に位相格子、および／またはプリズムを作製するステップを含む請求項１６に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１８】
前記パターニングされた支持体を作製するステップは、前記支持体を貫く少なくとも１つの通路（１７）を作製するステップを含む請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項１９】
前記ウエハ（３５）を前記少なくとも１つのパターニングされた支持体と接合するステップは、スペーサとして働く少なくとも１つのさらなる支持体と接合するステップを含む請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２０】
前記支持体は、半導体材料、特にシリコンおよび／またはガリウムヒ素および／またはリン化インジウム、ガラス、特に石英ガラス、フッ化カルシウム、金属、発泡ガラス、発泡金属、低誘電率絶縁膜、サファイア、特にサファイアガラス、合成材料、セラミックおよびプラスチックを含む群からの材料を有する請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２１】
前記ウエハ（３５）および前記支持体（９）は同一材料からなる請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２２】
前記支持体および前記ウエハは、互いに向かい合う境界面において互いに適合した熱膨張係数を有する請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２３】
前記ウエハを前記支持体と接合するステップは、前記ウエハを前記支持体に陽極接合するステップを含む請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２４】
前記ウエハを前記支持体と接合するステップは、前記ウエハを前記支持体に接着剤接合するステップを含む請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２５】
前記ウエハを前記支持体に接着剤接合するステップは、ポリマーおよび／またはエポキシ接着剤で接着剤接合するステップを含む請求項２４に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２６】
前記ウエハを前記支持体に接合するステップは、前記ウエハおよび／または前記支持体の領域を金属化するステップと、該金属化した領域を合金により半田付けするステップとを含む請求項１ないし２５のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２７】
前記ウエハを前記支持体と接合するステップは、拡散溶接し、かつ／またはガラスにより半田付けするステップを含む請求項１ないし２６のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのパターニングされた支持体を作製するステップは、前記少なくとも１つの支持体に分離点（４０）を作製するステップを含む請求項１ないし２７のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項２９】
さらに、前記ダイの、前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）を有する側面とは反対の側面にある、該センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）に対して機能する少なくとも１つの構造（１１）を作製するステップを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の電子部品の作製方法。
【請求項３０】
少なくとも１つの第１の側面（５）に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する少なくとも１つの素子（７）を有する少なくとも１つの半導体要素（３）を備え、特に請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の方法で作製される電子部品（１）であって、前記半導体要素（３）の前記第１の側面（５）は、前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）に対して機能する少なくとも１つの構造を有するパターニングされた支持体（９）で被覆される電子部品。
【請求項３１】
前記機能構造は、ドライエッチングおよび／またはウェットケミカルエッチングおよび／または機械研削および／または機械ラッピング、蒸着および／またはスパッタリングおよび／またはＣＶＤコーティングおよび／またはＰＶＤコーティングおよび／またはメッキにより、かつ／またはステンシル印刷および／またはレジストコーティングにより作製される請求項３０に記載の電子部品。
【請求項３２】
前記パターニングされた支持体は、特に少なくとも１つの光学要素（２３、２５、３１）のスペーサを有する請求項３０または３１に記載の電子部品。
【請求項３３】
前記パターニングされた支持体は、特に流体の少なくとも１つのレセプタクルを有する請求項３０、３１または３２に記載の電子部品。
【請求項３４】
前記パターニングされた支持体は機械嵌合部（２１）を有する請求項３０ないし３３のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項３５】
前記機械嵌合部は、光学要素（２３、２５）、特に導波管（２５）、および／または超小型電子部品および／または圧電部品を受け入れるのに適している請求項３４に記載の電子部品。
【請求項３６】
前記支持体は、前記半導体要素（３）と陽極接合によって互いに接続される請求項３０ないし３５のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項３７】
前記支持体は、特にポリマーおよび／またはエポキシ接着剤および／またはガラス半田により前記半導体要素（３）に接着剤接合および／または半田付けおよび／または拡散溶接される請求項３０ないし３６のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項３８】
前記半導体要素（３）の、前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（７）を有する前記側面（５）とは反対の側面（１０）に少なくとも１つの機能構造（１１）を有する請求項３０ないし３７のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項３９】
前記支持体は少なくとも１つの通路（１７）を有する請求項３０ないし３８のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項４０】
前記支持体は複数の層（９１、９２、９３、９４）を有する請求項３０ないし３９のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項４１】
前記層（９１、９２、９３、９４）はそれぞれ、前記センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する少なくとも１つの構造（１１）を有する請求項４０に記載の電子部品。
【請求項４２】
前記支持体は少なくとも１つのキャビティ、特に共振空間を有する請求項３０ないし４１のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項４３】
前記支持体は少なくとも１つのトレンチ、特にＶ字溝を有し、該トレンチは好ましくは前記支持体の表面に沿った方向に延びる請求項３０ないし４２のいずれか１項に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の作製方法、および収容型（housed）電子部品に関する。本発明は特に、パターニングされた支持体を有するウエハ内に接合された収容型電子部品を作製する方法、およびパターニングされた支持体を有する収容型電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の集積電子部品は、とりわけ様々なウエハレベルの実装法を用いて作製されている。この方法は特に光電子部品の作製にも用いられる。このため部品には、感光部品を周囲の影響（例えば水分等）または例えば機械的損傷から保護する光透過性の被覆が設けられる。
【０００３】
しかしながらこの場合、機械的および光学的機能はこれまで、後から搭載する場合の半導体の実際の収容とは別に実現されてきた。したがって例えば、プラスチック製対物レンズやガラスファイバ等の光学系構成部（arrangement）は、作製後の収容型光学チップに接続される。しかしながらこれは必然的に、集積回路を作製するときに通常得られる可能性のある高い精度に比べて大きな製造公差をもたらす。さらにダイシング後、すなわちウエハからチップまたはダイを分離した後で、完成した収容型部品の位置および方向を変えてから光学要素を据え付けなければならないため、製造工程が増え、それに応じて作製が遅くなり費用が増す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明は、特に光電子部品等の電子部品の作製および構築における上記欠点を回避するか、あるいは少なくとも減らすことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は驚くほど単純な方法で、請求項１に記載の方法ならびに請求項３０に記載の電子部品により既に達成されている。それぞれの従属項は有利な開発技術（development）に関する。
【０００６】
したがって、本発明による、少なくとも１つの側面に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する（sensor-technologically active and/or emitting）少なくとも１つの素子を有する少なくとも１つの半導体要素を備える電子部品の作製方法は、
ウエハ上に少なくとも１つのダイを設けるステップと、
センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する少なくとも１つの構造を有する少なくとも１つのパターニングされた支持体を作製するステップと、
ウエハを少なくとも１つの支持体と接合するステップであって、それによってダイの、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子を有する側面が支持体と向かい合う、接合するステップと、
ダイを分離するステップとを含む。
【０００７】
これに関連して、電子部品とは、電気信号を他の信号に、かつ／または他の信号を電気信号に変換できる部品として理解される。特に光電子部品とは、光信号を電気信号に、また電気信号を光信号に変換できる光電子部品を意味することが理解される。しかしながら電子部品という用語は、例として音や圧力等の物理的測定量または濃度等の化学的測定量を例えば電気信号に、あるいはその逆に変換することのできるセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する他の素子も等しく包含する。
【０００８】
本発明による方法では、部品を支持体と接合し、この支持体には、既にウエハに接合された状態でセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する構造が設けられる。これにより、支持体の構造をセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子（例えば、光電センサ層等）に対して正確な方向に向けることができる。さらに、本発明による方法はまた、例えば光電部品用の光学レンズ等のさらなる機能構造または要素を少なくとも部分的に設けた状態のパターニングされた支持体を貼り付けることによって、ウエハレベルの実装を完全なものにする。これにより、このようなセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する部品の作製におけるさらなるプロセス工程が省かれる。さらに部品の寸法は、支持体の機能構造がチップ上のセンサまたは放出構造に非常に近くなることで著しく小さくすることができ、そうした電子部品の小型化に大きく貢献する。
【０００９】
特に有利なことには、本発明による方法は、パターニングされた多層支持体を作製することも含んでもよい。この場合、これらの層は材料が異なっていてもよい。したがって例として、ガラスやプラスチックでできた透明な層を半導体層と組み合わせることが可能である。
【００１０】
特に個々の層がそれぞれ、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する少なくとも１つの構造を有する場合は有利である。例として、この方法で光電子部品の多要素からなる光学系構成部を組み立てることが可能である。
【００１１】
パターニングは、ウエハと接合された状態で行ってもよい。例として、ポリリフロー（polyreflow）レンズを支持体上に貼り付けることができる。接合した状態でのパターニングは、特に支持体が薄すぎて例えば機械加工によるパターニング動作では支持体を破壊してしまう場合にも有利である。支持体は、ウエハと接合されることにより支持されて当該構造に高い強度をもたらし、支持体の非破壊的な処理を可能にする。
【００１２】
接合プロセス前の支持体上に構造を前もって作製しておくことも有利である。この場合、前もって作製された構造を有する支持体を、例えばウエハと接合する際に、ウエハに対して正確な方向に向けることができる。構造を前もって作製してからウエハに接続することにより、支持体をパターニングする予備プロセスに耐えられない材料を半導体上で使用することができる。例えば、バイオセンサ技術的な受容器または有機マイクロレンズを半導体要素上で使用することが可能になる。
【００１３】
パターニングされた多層支持体の個々の層は、まず互いに接続してからこの複合体（composite）をウエハと接合する必要はない。むしろ支持体との接合プロセスは、個々の層がウエハ（例えばウエハと、このウエハに既に接合されている層とを含む複合体）に接合されるように行うことも有利である。例えばそのとき各層を、ウエハの構造に対して別々の方向に向けることができる。これによりさらに、ウエハ上に固定された層をパターニングすること、あるいは例として、ウエハ複合体の層の機械シンニング（mechanical thinning）が可能になる。
【００１４】
支持体の作製は例えば、リソグラフィーによるパターニングにより行うことができる。これは、適切なシャドーマスクを使用して、あるいはリソグラフィーにより作製したプリフォームを成形することによって行うことができる（ＬＩＧＡ法）。
【００１５】
支持体の好適な機能構造を作製するために、支持体はネガ型とポジ型でパターニングすることができる。
【００１６】
この場合、ネガ型のパターニングは、ドライエッチングおよび／またはウェットケミカルエッチングおよび／または機械研削、あるいは研削および／または機械ラッピングによって作製されることが好ましい。ポジ型構造は、特に蒸着、材料のスパッタリング、ＣＶＤまたはＰＶＤコーティング、メッキまたはステンシル印刷およびレジストコーティングによって作製することができる。
【００１７】
光学要素のスペーサを有するパターニングされた支持体は、とりわけ小型化された光学系構成部に関連する。支持体の配置により達成できる高い精度、ならびにウエハ複合体における接合プロセスにより達成されるウエハ表面と支持体の高い平行度により、例えば光電子部品の場合、ウエハ上のダイのセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子の精密な光学系構成部を小型でも構築することが可能であり、これらはウエハの分離すなわちダイシング後に、電子部品の半導体要素を形成する。
【００１８】
さらに支持体にはレセプタクルを作製することができ、当該レセプタクルは、例えば流体工学におけるセンサの応用または化学センサの流体、光学要素、超小型電子部品あるいは能動または受動電子要素の場合に例えば流体を受け入れることができる。これらのレセプタクルはまた、別個のセンサまたはエミッタ部品、例えば圧電式圧力センサまたは圧電式エミッタ（例えば超音波エミッタ等）を正確な嵌合で受け入れることもできる。
【００１９】
さらなる機能構造としてはキャビティも考えられる。特に、パターニングされた支持体はこの場合、部品内に少なくとも１つの共振空間が画定されるように作製することができる。支持体中または支持体と半導体要素の間に画定されたこれらのキャビティはこの場合、少なくとも部分的に開放していてもよい。キャビティはまた、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子の表面あるいはその上に配置した光学要素を囲み、よって当該表面または要素を例えば損傷から保護することが有利である。
【００２０】
多くの用途について、機械嵌合部は、支持体の構造としても特に有利である。例えば、導波管の嵌合部を支持体に作製することができる。この場合も、ウエハ複合体におけるウエハに対する支持体の向きで達成できる高い精度が再び、ダイまたはチップ上のセンサまたはエミッタ構造に対して導波管コアを正確な向きにするために有利に利用することができる。同様に機械嵌合部は、例えばレンズやさらなる支持体等の他の機能要素の方向付けにも役立ち得る。これらの機能要素は、後の製造プロセスで、例えばウエハのダイシング後に搭載してもよい。その後のさらなる要素の搭載中にも、ウエハ複合体における支持体とウエハの組み立てにおいて達成できる精度、ならびにそうして達成される嵌合部の向きの精度は、さらなる要素に伝わる。
【００２１】
さらに支持体は、支持体自体が例えばレンズや格子等の光学部品を機能構造として含むようにパターニングすることができる。有利な方法において、支持体はさらに、少なくとも１つの通路を機能構造として有するように作製することができる。このような通路は、特にセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子あるいはセンサまたはエミッタ構造への接続を他の機能構造または部品の周囲に対して行うというタスクを実行することができる。
【００２２】
支持体の作製中に支持体に組み込むことのできる光学部品として考慮されるのは特に、略凹面および／または凸面のレンズ、フレネルレンズまたはプリズムレンズ、格子（特に位相格子）、および／またはプリズムである。プリズムは、例えば導波管のガイドまたは嵌合部と組み合わせて、部品の表面に沿って導かれる導波管からの光をセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子へそらすことができる。
【００２３】
最後に、トレンチ、特にＶ字溝もまた、特定用途の機能構造として適している。この場合、トレンチまたはＶ字溝は支持体上で、好ましくは支持体の表面に沿った方向に延びる。このような溝またはトレンチは特に、導波管を受け入れて固定するために使用することができる。例えばこの結果として、上述のように、導波管のガイドとしてのＶ字溝と、分光（light-diverting）要素としてのプリズムとの有利な組み合わせが得られる。
【００２４】
本発明による方法はまた、ウエハを少なくとも１つのパターニングされた支持体と接合することが、スペーサとして働く少なくとも１つのさらなる支持体と接合するステップをさらに含むように有利に拡張することができる。このように、スペーサとして働く１つまたは複数のパターニングされた支持体を互いにかつ／または支持体と組み合わせることができ、これは、レンズ、機械嵌合部等といったさらなる機能構造を持つ。
【００２５】
支持体はとりわけ、半導体材料、特にシリコンやガリウムヒ素から有利に作製することができる。別に密閉封止しなければならないリン化インジウムも支持体材料として使用でき、実際にウエハ複合体にありながら例えばさらなる支持体層により密閉封止を得ることができる。上記の半導体材料は、それぞれの機能構造を作製するために既知の方法によって正確に加工することができる。支持体材料としてのガラス、特に石英ガラス、および／または金属もまた、部品の意図する使用分野に応じて有利に用いることができる。とりわけ発泡ガラスや発泡金属を用いても興味深い特性を得ることができる。
【００２６】
低誘電率絶縁膜（low-k dielectrics）は概して、例えば部品の寄生容量を低減し、よって部品の高周波特性を改善するために有利に用いることができる。低誘電率（low-k）材料としては特に様々なプラスチックまたは発泡材料（発泡ガラス等）を用いることができる。これは特に、半導体部品が高周波部品を含む場合にも有利である。
【００２７】
支持体材料としてのサファイアもまた、例えばその高い熱伝導率およびＵＶ透過率のために、いくつかの用途に優れた特性を持つ。
【００２８】
さらに、合成材料、セラミックやプラスチックあるいは多くの他の無機および有機材料を、応用分野と目的に応じて支持体材料として有利に用いることができる。
【００２９】
特に、支持体とウエハは同一材料からなっていてもよい。これにより特に、ダイを有するウエハと支持体を、コストを削減するように同一の方法で加工する可能性が生じる。
【００３０】
ウエハおよび支持体はさらに、互いに向かい合う境界面において互いに適合した熱膨張係数を持つように作製することができる。よって、ウエハと支持体の間に発生する熱応力を回避または低減することができる。好適な材料の例としては、ＧａＡｌＡｓウエハにコバール、支持体にＤ２６３ガラスがある。特にＳｉ（１００）ウエハにはＡＦ４５、ＡＦ３７またはＢ３３ガラスを用いることもできる。
【００３１】
特に、ウエハと支持体の接合にはウエハを支持体へ陽極接合することが好適である。しかしながら、使用する材料によっては、例えばポリマーおよび／またはエポキシ接着剤による接着剤接合、前もって金属化したウエハおよび／または支持体領域の合金半田による接続、ならびに拡散溶接またはガラス半田による接続も考えられる。支持体が２つ以上の層を含む場合、様々な接合法を互いに組み合わせることもできる。特にガラスを含む支持体の場合、ガラスによる半田付けも接合プロセスに有利に用いることができる。
【００３２】
ウエハと支持体を含む構造全体のダイシングを容易にするために、支持体のパターニング中にさらに分離点を支持体に加えることができる。
【００３３】
本方法はさらに、支持体上の構造に加えて、ダイの、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子を有する側面とは反対の側面に機能構造を作製するように発展させることができる。したがって例として、部品の、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子を有する側面のセンサ技術的な機能を損なうことなく、２つの側面からの信号を部品に供給することができる。
【００３４】
本発明はまた、電子部品の上記欠点に関して改良された構造を有する電子部品の提供も行う。したがって、特に上述の方法に従って作製される、少なくとも１つの半導体要素を備える本発明による電子部品は、第１の側面に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子を有し、半導体要素の第１の側面は、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する少なくとも１つの構造をさらに有するパターニングされた支持体で被覆される。
【００３５】
支持体の機能構造は、例えばドライエッチング、ウェットケミカルエッチング、機械研削、または研削、機械ラッピング、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤまたはＰＶＤコーティング、メッキにより、あるいはステンシル印刷またはレジストコーティングにより作製されていてもよい。
【００３６】
この場合、電子部品のパターニングされた支持体は、半導体要素のセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子と、例えば光電子部品のレンズ等の機能要素との間に間隔を設けるために、とりわけスペーサの役割を果たすことができる。
【００３７】
パターニングされた支持体は、レセプタクルを画定するように構成することもできる。このようなレセプタクルは特に、流体、光学要素、超小型電子部品、能動または受動電子要素あるいは圧電部品を受け入れることができる。
【００３８】
パターニングされた支持体はさらに、機械嵌合部を有利に有することができ、それによって特に、その中に嵌合する、例えば導波管等の要素の位置を正確に定めることができる。
【００３９】
しかしながら、本発明による部品の特定の用途では、機能構造を当該部品の、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子を有する側面だけでなく、その反対の側面にも設けることができる。
【００４０】
半導体要素上の支持体は特に複数の層を有することができ、その場合、これらの層は異なる材料からなっていてもよい。これらの層はそれぞれ、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する少なくとも１つの構造を有することができる。この場合は特に、それぞれに異なる機能構造を含むことができ、これらの構造は互いに一連の層により組み合わされる。したがって、例えば光電子部品の場合、通路を有しスペーサとして働く層を、レンズを有する層と組み合わせることができる。その場合、このような部品は、半導体要素上に高い精度で直接配置される、複雑な多要素からなる光学系構成部によって特徴付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明を以下で、好ましい実施形態を用い添付図面を参照してより詳細に説明する。この場合、同一の参照符号は同一または同様の部分を指す。
【００４２】
図１Ａは、全体を１で示す本発明による電子部品の第１の実施形態の断面図を示す。電子部品１は、第１の側面５（以後、上面と呼ぶ）に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７を有する半導体要素３すなわちダイを備える。センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７は一例として、電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する光電層であり得る。半導体要素３の上面５は、パターニングされた支持体９の下面１３と接合される。半導体要素３とパターニングされた支持体９の間の接続は、これらの部分の間にある接続層１５によってなされる。
【００４３】
パターニングされた支持体９は、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７に対して機能する構造１１として通路開口１７を有する。この通路開口は、被覆１９（支持体９に塗布される）および半導体要素３の上面５とともにキャビティ１８を画定する。接続層１５を適切に選択することにより、キャビティ１８を周囲から密閉し、例えば水分を通さないようにすることができる。半導体要素３と支持体９の間のこのような接続はとりわけ、陽極接合によって達成することができる。
【００４４】
光電子部品の場合、キャビティ１８により、当該部品の光電層７を屈折率の低い媒体で囲むことができる。同じく、機能構造１１により形成されるキャビティ１８は、一例として、センサ層の形態の特別に適合されたセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７を用いて流動相の化学分析を行うことができるように、流体レセプタクルの役割を果たすことができる。
【００４５】
このようなキャビティ１８は共振器の役割も果たすことができる。一例として、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７は、電磁高周波、マイクロ波または超音波を発生または検出する素子であってもよい。
【００４６】
このようなキャビティはさらに、実装された部品の高周波特性を改善する役割を果たすこともできる。特にこのために、キャビティは、誘電率が１またはほぼ１である媒体を有することができる。一例として、キャビティはこのために、排気または給気され得る。キャビティは同一の目的で、低誘電率材料で充填されてもよい。キャビティ媒体の低誘電率は、半導体部品の寄生容量を低減するのに役立つ。また低誘電率材料は一般に、支持体の、特に半導体部品および／またはそのリード線を直接囲む領域の被覆材料としても用いることができる。
【００４７】
電子部品１はさらに、部品の接続部の接点がその下面１０にあるように作製することができる。このために、半導体要素の基板を貫いてメッキスルーホール４を作製することが可能である。このメッキスルーホールは例えば、基板に通路を挿入し、その後その通路に導電材料を充填することによって作製することができる。このメッキスルーホール上に半田ビーズ６を塗布すれば、回路基板に接続することができる。
【００４８】
図１Ｂは、図１Ａに示した本発明の実施形態の変形を示す。図１Ｂに示す電子部品１を作製するには、パターニングされた支持体９を同様にして半導体要素を有するウエハに貼り付け、その後ウエハを分離する。パターニングされた支持体には、半導体要素３に割り当てられた通路開口１７が挿入されている。この通路開口は、ウエハと接合された状態で、支持体９の被覆１９とともにキャビティを画定し、このキャビティは、センサ技術的に能動の、または放出する素子の表面を囲む。ウエハを支持体９と接合する前に、センサ技術的に能動の、または放出する素子の表面に光学要素１４（例えばレンズやプリズム等）を直接配置する。一例として、この目的のレンズを素子７上に、ポリマーリフローにより作製することができる。したがって接合プロセス後は、これらの光学要素もキャビティ１８に囲まれ、センサ技術的に能動の、または放出する素子７および光学要素１４は密閉封止されて損傷から保護される。
【００４９】
図２は、さらなる実施形態の断面図を示す。図２において、パターニングされた支持体９の機能構造１１は、光学要素の機械嵌合部（mechanical fit）２１を画定する。この場合、構造１１は、紙面に垂直な方向に沿って延びるトレンチの形態で実現されることが好ましい。トレンチは、鋳込んだ球面レンズ２３（そのうち１つを図に示す）を受け入れるのに適した寸法を有する。透明接着剤を充填することにより、球面レンズをパターニングされた支持体９とともに固定することができる。
【００５０】
図３は、本発明による部品１のさらなる実施形態を示す。図３において、パターニングされた支持体９は、機械嵌合部２１の形態の機能構造１１を有する。嵌合部２１の形状は、光学レンズ２３の形状と正確に嵌合する形で一致する。レンズは、支持体を有する部品を作製した後で嵌合部２１に挿入することができる。この場合、レンズの正確な着座は、ウエハ複合体中の半導体要素３と既に接合されているパターニングされた支持体９の正確な向きによって保証される。
【００５１】
図４は、導波管２５を受け入れて位置付けする役割を果たす嵌合部２１を支持体９が有する実施形態を示す。導波管２５は、嵌合部２１に導入した後に接着ボンド２９で部品１に固定することができる。
【００５２】
本発明に従った作製により、支持体９とそれにつながった嵌合部２１を半導体要素３の上に正確に位置付けすることができるため、これに対応してセンサまたは発光層７を小型に保つことができる。なぜなら、嵌合部２１によりセンサまたは発光層７に対する光導波管のコア２７の向きも対応して正確になるためである。こうして、部品その他の寸法を縮小し、空間要件の小さい光電子部品に複数の導波管を結合させることも可能となる。
【００５３】
前述の例ではすべて、パターニングされた支持体の透明性は不可欠でなかった。したがって、パターニングされた支持体は例えば、半導体材料から作製することができる。一例として、支持体は半導体要素と同じ材料であってもよく、その結果、熱膨張係数が同一であるので部品全体の温度感受性は低くなる。
【００５４】
しかしながら、パターニングされた支持体９自体が、種々の放射に対して透明である光学要素の形態の機能構造を有することもできる。
【００５５】
このような実施形態を図５に示す。この場合、支持体９は透明材料（例えばガラス等）からなる。本実施形態において、機能構造１１はレンズ３１を含む。このレンズ３１は、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７に割り当てられており、素子７が発した光を集光するか、あるいは部品１に入射する光の焦点を素子７上に合わせることができる。
【００５６】
可視光に対して透明な材料（ガラス等）以外の支持体の材料には、赤外光を透過する半導体材料（ＧａＡｌＡｓ等）も含まれ得る。
【００５７】
図６は、図５に示した実施形態に対する変形を示す。図６に示す変形では、パターニングされた支持体の機能構造１１はプリズムレンズ３１を含む。
【００５８】
前述の例示的な実施形態と同様に、パターニングされた支持体９が有するのは単一層のみでなくともよい。それどころか、パターニングされた多層支持体も可能であり、支持体と、半導体要素のダイを積載したウエハとの接合は、ウエハ複合体において行われる。よって多層支持体９は各層に、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７に対して機能する構造を有し得る。
【００５９】
このような実施形態では、パターニングされた支持体が２つの層を含み、これら２つの層は別の接続層により互いに接続されている。両変形において一方の層は、例えばガラスやプラスチック等の透明材料、または赤外線を透過するＧａＡｌＡｓからなり、少なくとも１つのレンズの形態の機能構造を有する。
【００６０】
前記一方の層は、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対してレンズのスペーサの役割を果たす。機能構造としての通路が他方の層に挿入され、レンズによって集光された光をセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子から、また当該素子へ送ることを可能にする。
【００６１】
前記の変形例におけるレンズの形態としては、凸レンズ構造またはプリズムレンズを用いることができる。
【００６２】
前記の実施形態のスペーサにより、焦点を合わせる際の焦点距離を短くし、よって例えばセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子の平面における像誤差を低減することが可能となる。
【００６３】
図７は、パターニングされた多層支持体を有するさらに別の実施形態を示す。この例示的な実施形態の支持体９は４つの層９１、９２、９３、９４を含む。この場合、層９１、９３は、図７および図８を参照して説明した実施形態の層９１と同様にスペーサとして形成される。これら２つの層の間には、レンズ３１を機能構造１１として有する層がある。層９４は導波管２５の嵌合部２１を有する。この種の構成を用いれば、導波管コア２７から出てくる光信号の焦点をセンサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７上に合わせるか、あるいは素子７が発した光を導波管コア２７に正確に集光することが可能である。
【００６４】
当然ながら、層の順番や各層の機能構造は図示の例示的な実施形態に限定されない。これらの順番や機能構造はむしろ、意図する用途に応じた要望に合わせて互いに組み合わせることができる。特に、熱膨張係数に関して互いに適合した材料を使用することにより、光電子部品の複雑で正確な光学系構成部を作製することも可能である。
【００６５】
図８は、半導体要素自体がさらに、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子に対して機能する構造を有する１実施形態を示す。したがって半導体素子の、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７を有する側面とは反対の側面も同様に機能構造を有する。
【００６６】
この例示的な実施形態において、パターニングされた多層支持体９は、図７を参照して示した実施形態と同様である。さらに半導体要素３は、部品１に下面１０から供給される導波管の嵌合部を機能構造として有する。さらにこの電子部品は、センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７を有する半導体要素３を含むチップ積層体（chip stack）と、このチップすなわち半導体要素３を上部に配置するさらなるチップ３３とを含む。この配置も同様にウエハ複合体において、支持体との接合と同じ方法で行うことができる。さらなる部品３３も同様に嵌合部２１を有し、この嵌合部２１は導波管２５を導き、この導波管２５は例えば接着剤接合２９によって嵌合部２１に接続され得る。
【００６７】
図９は、半導体要素３の両側にキャビティ１８を有する、電子部品のさらなる実施形態を示す。キャビティは例えば、高周波技術用途のキャビティとして使用することができる。これらのキャビティはそれぞれ、パターニングされた支持体９またはパターニングされた基部３３１の通路開口１７の壁と、それぞれの被覆とによって形成される。パターニングされた基部３３１の被覆はさらなる基部３３２を用いて作製され、一方で本実施形態のパターニングされた支持体９には、図１Ａおよび図１Ｂを参照して示した部品と同じように被覆１９が設けられる。
【００６８】
特に多層支持体を用いる場合、ウエハ複合体において接合された部分同士からなる全体的な構成は、従来のダイシングが容易に許容されない厚みになってしまう可能性がある。図１０は、このようなウエハ複合体の構成のダイシング前の詳細断面図を示す。センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子７を有する半導体要素３のダイを有するウエハ３５には、パターニングされた支持体９を形成するさらなるウエハ３６、３７、３８、３９が接合されている。この支持体は、通路開口１７を有するスペーサと、集積レンズ３１の形態の屈折構造１１を有するウエハとを含む。この構成は、集積レンズを有する中実の透明な支持体に対し、同じ屈折力で比較的薄い透明ウエハ３８を用いることができるという利点を生む。
【００６９】
ウエハ３５〜３８を含むこの比較的厚い構造を分離することを可能にするため、これらのウエハには、少なくとも部分的に分離点４０を設けることが有利である。これらの分離点は、ウエハ複合体におけるウエハ３５〜３８の実装や接合に必要な安定性をウエハに持たせるため、個々のウェブ４１によって互いに接続されている。これらのウェブは後に、ウェットケミカルまたはドライケミカルエッチングによって、あるいは鋸引きによって簡単に分離することができる。
【００７０】
接合プロセスの前にウエハに分離点をパターニングすることに対する別法として、まず最初にウエハを基部と接合してからパターニングを行ってもよい。さらに、接合とパターニングの順序は支持体の個々の層で交互してもよい。これは、個々の層の材料および／または厚さが異なる場合に好都合であり得る。よって一例として、支持体の第１の層を、ダイを有する半導体ウエハと接合し、次いでパターニングを行い、その後すぐに支持体の別の層として、例えば事前にパターニングされた層を第１の層と接合する。当然ながらこの順序は、任意の所望の方法で修正し、所望数の層に適用することができる。
【００７１】
ウエハからシンギュレーションすなわち分離を行った後、側壁を適宜不動態化する。これは例えば適切な成膜法（ウェットケミカル成膜、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤまたはＰＶＤコーティング等）によって行うことができる。
【００７２】
最後に、ウエハ複合体においてウエハ積層体を表面処理する。例えば反射防止コーティングまたはＩＲコーティングによって、レンズ３１の光学特性を改善することができる。さらに、耐久性を高めるために耐スクラッチ性または耐食性の層を塗布することができる。これらのコーティングはとりわけ、ＣＶＤまたはＰＶＤ法により既知の方法で生成することができる。
【００７３】
図１２に示す、レンズ３１のアレイを含むウエハの機能構造１１は、ウエハ積層体を作製した後でウエハ積層体に貼り付けることもできる。この場合、ウエハ３８の代わりに例えば図３に示すような個々のレンズを貼り付けるか、あるいは積層体上に上記レンズ、例えばポリマーリフローレンズを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１Ａ】通路としてパターニングされた支持体を有する本発明の１実施形態の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した実施形態の変形を示す図である。
【図２】球面レンズの機械嵌合部としてパターニングされた支持体を有する本発明の１実施形態の断面図である。
【図３】光学レンズの機械嵌合部としてパターニングされた支持体を有する本発明の１実施形態の断面図である。
【図４】導波管の機械嵌合部としてパターニングされた支持体を有する本発明の１実施形態の断面図である。
【図５】レンズを有するパターニングされた透明支持体を有する本発明の１実施形態の断面図である。
【図６】図５に示した本発明の実施形態の、プリズムレンズを有する変更形態の断面図である。
【図７】パターニングされた多層支持体を有するさらなる実施形態を示す図である。
【図８】電子部品の両側に機能構造を有する１実施形態を示す図である。
【図９】半導体要素の両側にキャビティを有する１実施形態を示す図である。
【図１０】ウエハ複合体において組み立てられる、ウエハおよびパターニングされた支持体を含む積層体の断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  電子部品
３  半導体要素、ダイ
４  メッキスルーホール
５  半導体要素の上面
６  半田ビーズ
７  センサ技術的に能動の、かつ／または放出する素子
９  パターニングされた支持体
９１、９２、９３、９４  パターニングされた支持体の層
１０  半導体要素の下面
１１  機能構造
１３  パターニングされた支持体の下面
１４  光学要素
１５  接続層
１７  通路開口
１８  キャビティ
１９  被覆
２１  機械嵌合部
２３、３１  レンズ
２５  導波管
２７  導波管コア
２９  接着剤
３３、３３１、３３２  半導体基部
３５、３６、３７、３８  ウエハ
４０  分離点
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005501405.tif 000053
【国際調査報告】
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