(57)【要約】本発明は、第１のシリコンウエハ［ＷＡ１］の接続面を第２のシリコンウエハ［ＷＡ２］の接続面に対して接続して、組立後に絶縁キャビティを形成するための方法であって、２つのシリコンウエハ［ＷＡ］のうち、少なくとも一方が前記キャビティ内に位置するようになっている、少なくとも１つの機能領域［ＤＡ］を有している方法に関する。本発明に係る方法は、前記第１のシリコンウエハ［ＷＡ１］の接続面上に合金半田付けバンプ［ＰＬＴＣ］を堆積させるステップ［ＰＬＴＳ］を含み、前記バンプ［ＰＬＴＣ］は、２つのシリコンウエハの組立中に接合し得る十分短い等しい距離をもって互いに離間している。半田付けバンプを堆積させる前記ステップ［ＰＬＴＳ］は、電気接点用の半田付けバンプ［ＰＬＴＥ］を堆積させるステップ中に行なわれる。前記方法は、還流半田付けステップ［ＲＦＸ］を行ない、前記合金半田付けバンプを溶かすことにより、２つのシリコンウエハを組み立てることを含む。用途：外的条件の影響を受け易い半導体素子の保護。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコンウエハの接続面を第２のシリコンウエハの接続面に対して接続し、組立後に絶縁キャビティを形成するための方法であって、２つのシリコンウエハのうちの少なくとも一方が、前記キャビティ内に位置するようになっている少なくとも１つの機能領域を有している方法において、
−  前記第１のシリコンウエハの接続面上に合金半田付けバンプを堆積させるステップであって、前記バンプは、２つのシリコンウエハの組立中に接合し得る十分短い等しい距離をもって互いに離間し、半田付けバンプの前記堆積は、電気接点用の半田付けバンプを堆積させるステップ中に行なわれるステップと、
−  還流半田付けを行なって、前記合金半田付けバンプを溶かすことにより、２つのシリコンウエハ同士を接続するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記キャビティの外郭に樹脂を加えるステップを更に含む、方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
前記２つのシリコンウエハにおいて機能的なエッチングを含む、方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の方法において、
前記キャビティを不活性ガスで満たすステップを含む、方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の方法において、
不活性雰囲気で満たされた外装体内で実施される、方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法に従って形成される、少なくとも１つの絶縁キャビティを有する、集積回路。
【請求項７】
通信信号を送受信するようになっている装置であって、少なくとも１つのアンテナと、送受信増幅器と、送受信信号を処理するユニットとを備え、請求項６に記載された少なくとも１つの回路を有する装置。
【請求項８】
送受信信号のための２つの処理チェーン同士を切り換えるための少なくとも１つのスイッチと、送受信信号を濾過するようになっている少なくとも１つのフィルタをも有し、前記スイッチおよび前記フィルタが絶縁キャビティ内に位置されている、請求項７に記載の通信信号を送受信する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１のシリコンウエハの接続面を第２のシリコンウエハの接続面に対して接続して、組立後に絶縁キャビティを形成するための方法であって、２つのシリコンウエハのうちの少なくとも一方が、前記キャビティ内に位置するようになっている少なくとも１つの機能領域を有する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は、US6062461の番号で発行された特許によって知られており、この特許は、エッチングされたシリコンウエハ同士を半田付けによって接続する方法について説明している。この方法によれば、２つのシリコンウエハを組み付けることにより絶縁キャビティを形成することができ、半田付け材料から成る連続するラインが各シリコンウエハ上に堆積、あるいは、一方のシリコンウエハ上に連続するラインおよび他方のシリコンウエハ上に拡張された金属層が堆積され、その後、この方法では、半田付け材料が溶融するように加熱が行なわれ、これにより、２つのシリコンウエハ同士の接続がなされる。
【０００３】
本発明は、次のことを考慮している。すなわち、従来技術においては、先ず、少なくとも１つのシリコンウエハ上に１つの層を堆積させる必要がある。また、２つのシリコンウエハのうち、一方に連続する１または複数のラインを形成するステップは、材料堆積、溶着、マスクまたはイオン衝撃による印刷によって、付加的な製造ステップを必要とする。これにより、時として、別個のツール、すなわち、痕跡を形成するためのマスク等を開発しなければならなくなる。その結果、コストが余計にかかってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、速くて簡単な方法で絶縁キャビティを製造できるようにすること、すなわち、付加的なステップまたは付加的なツールを必要としない方法で絶縁キャビティを製造できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実際には、本発明において、前置きの段落に係る方法は、
−  第１のシリコンウエハの接続面上に合金半田付けバンプを堆積させるステップであって、前記バンプは、２つのシリコンウエハの組立中に接合し得るだけ十分短い、等しい距離をもって互いに離間し、半田付けバンプの前記堆積は、電気接点用の半田付けバンプを堆積させるステップ中に行なわれるステップと、
−  還流半田付けを行なって、前記合金半田付けバンプを溶かすことにより、２つのシリコンウエハ同士を接続するステップと、
を含むことを特徴とする。
【０００６】
このような方法は、必須のステップ、すなわち、電気接点用の半田付けバンプを堆積させて絶縁キャビティを形成するステップから利益を得ることにより、前述した問題を有利に解決する。
【０００７】
本発明の一実施形態において、還流加熱によって半田付けバンプが互いに接合されない場合、キャビティの外郭に樹脂（例えば、高分子系接着剤）を加えるステップを行なって、キャビティを閉じる。この実施形態は、半田付けバンプが互いに接合されないが絶縁キャビティの形成が必要な場合に時として直面する問題を解決する。
【０００８】
特定の実施形態においては、２つのシリコンウエハが機能的なエッチングを含んでいる。この実施形態は、外部環境に影響され易い幾つかの機能を同一の回路上の同一のキャビティ内で組み合わせることができるという利点を有しており、そのため、回路の製造ステップの数を抑えて、得られる回路の複雑度を緩和することができる。このような実施形態の目的は、僅かな空間内において且つ少ないステップで、少なくとも２つの機能を同一の回路上で組み合わせ可能にすることである。
【０００９】
有利な実施形態において、前記方法は、前記キャビティを不活性ガスで満たすステップを含む。この実施形態の目的は、キャビティの内側のシリコンウエハ上に存在する構成要素の絶縁を良好に確保して、前記構成要素を汚染物および外部環境の変化からうまく隔離できるようにすることである。それによって、不活性雰囲気で満たされた外装体内で前記方法を有利に実施することができる。
【００１０】
したがって、絶縁されたキャビティが有益である任意の集積回路を製造するために、本発明を実施することができる。そのため、その用途のうちの１つにおいて、本発明は、本発明にしたがって得られる集積回路にも関連している。より広義には、本発明は、ワイヤによって（“フリップチップ”によって）接続することなく、１つの集積回路を他の集積回路または基板に対して取り付けたい任意の用途に関する。これは、別個の構成要素（例えば、表面波フィルタ、ＢＡＷ（バルク音響フィルタ）、ＳＡＷ（表面音響波フィルタ）、ＭＥＭ（マイクロ電気機械）スイッチ等）を伴う用途であって、接続が寄生現象を引き起こす比較的高い周波数の用途において特に有益である。これらの構成要素は、一方が第１のシリコンウエハ上で有利にエッチングでき、他方が第２のシリコンウエハ上で有利にエッチングできる。したがって、本発明において、これらの構成要素は、同一の絶縁キャビティ内で有利に組み合わせることができる。
【００１１】
そのような用途は、特に遠隔通信、ＴＶチューナ、無線、高速送信用の回路等に関与する。
【００１２】
本発明に係る方法によって得られる集積回路は、その後、金属グリル上で有利に（ボンディングまたはフリッピングにより）組み立てられて、プラスチックボックス内で成形される。最後のステップは、半導体回路の組み立てにおける従来と同様である。
【００１３】
更に一般的には、本発明に係る集積回路は、特に無線通信、高速送信等を含む遠隔通信用の装置内で有利に実施することができる。したがって、本発明は、アンテナと、ＭＥＭスイッチによって有利に形成されるスイッチと、送受信フィルタと、送受信増幅器と、受信した信号を処理するユニットとを備える通信装置に関する。ここで、フィルタは、表面波フィルタ、例えばＢＡＷフィルタまたはＳＡＷフィルタであることが好ましい。ＭＥＭは、空気中に吊り下げられた状態の電極を備えており、この電極は、多くの場合、バイメタルストリップから成る。このストリップは、前記電極の感度が良いため、絶縁キャビティ内に配置されなければならない。本発明に係るキャビティは、ここでは、１つの用途を有利に見出すことができる。また、ＢＡＷフィルタまたはＳＡＷフィルタは、共振器が機能できるキャビティの存在を必要とする。無線接続で、１つのシリコンウエハを他のシリコンウエハに取り付ける技術によって組み立てられる同一の回路内の同じキャビティ内で、フィルタとＭＥＭスイッチとを組み合わせることができる本発明の２つの有用性がここで理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に示された実施形態の例を参照しながら本発明について説明するが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。
【００１５】
以下の注釈は、参照符号に関するものである。全ての図面において、同様の構成要素は、同一の文字を用いた参照符号によって示されている。幾つかの同様の構成要素が１つの図面中に現われている場合もある。この場合、同様の構成要素を区別するため、文字による参照符号に対して、数字または添え字が加えられている。便宜のため、数字または添え字が省かれる場合もある。これは、明細書本文および請求の範囲に対して適用される。
【００１６】
以下の説明は、当業者が本発明を製造して利用できるように与えられている。この説明は、特許出願およびその要件に照らして与えられている。好ましい実施形態に対する様々な変形例は当業者にとって自明であり、ここに開示された本発明の一般的な原理は、他の実施に適用できる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されず、むしろ、以下に説明する原理および特徴に基づいて最も広い範囲を有していると考えられる。
【００１７】
図１は、本発明に係る方法の概略図を示している。第１のシリコンウエハＷＡ１には、エッチングステップＤＥＳ１が施される。ここで、エッチングとは、機能的な半導体を製造する周知の方法の全て又は一部の実施を意味している。このステップの最後に、第１のシリコンウエハは、絶縁されたキャビティ内で保護されなければならない、少なくとも１つの機能領域ＤＡ１、例えばＭＥＭスイッチまたは表面波フィルタを備える。機能領域ＤＡ１は、従来の方法を用いた前ステップ（金属層の堆積、基板中に形成された溝に金属を充填する等）中において製造される金属リングによって取り囲まれることが有益である。この任意の金属リングは、その後、第１のシリコンウエハの第２のシリコンウエハに接続するための面を更に正確に定める。また、一般に、機能領域は、電気接点を形成するための金属領域を備えている。次に、電気接点の形成を意図したバンプの堆積ステップＰＬＴＳが行なわれる。これらのバンプは、前述した金属領域上に堆積される。このステップは、ワイヤによる接続なしで１つの集積回路を他の集積回路上で反転させることにより形成される回路の製造のため、従来通りに行なわれる。その後、所要の場所に位置された第１のシリコンウエハの電気接点バンプ上で第２のシリコンウエハが反転されると、電気接点が形成される。バンプの堆積ステップＰＬＴＳ中、機能領域ＤＡ１を取り囲む接続面上には、本発明にしたがって、電気接点用ではない付加バンプが堆積される。接続面が金属リングである場合、バンプは、この金属リング上に堆積される。これにより、第２のシリコンウエハＷＡ２上に還流半田付けステップＲＦＸにより組み立て可能な状態にあるシリコンウエハＷＡＥが得られる。
【００１８】
図２は、バンプを堆積させるこのステップＰＬＴＳ後に得られるシリコンウエハＷＡＥの平面図である。したがって、シリコンウエハＷＡＥは、特に機能領域ＤＡ１を備えるとともに、様々な他の回路領域、例えば誘導子ＩＮＤや、他の機能回路部ＭＣ等を備えることもできる。バンプは、フリップチップ技術において使用される従来の還流半田付け温度で溶けることができる材料から成る。そのため、従来において使用される材料は、スズ−鉛合金（“半田付けバンプ”）または金合金（“金バンプ”）によって形成されるバンプである。ステップＰＬＴＳにおいて堆積されるバンプは、電気接点バンプＰＬＴＥ、または、機能領域ＤＡ１を取り囲むための絶縁キャビティの形成に寄与するようになっている付加バンプＰＬＴＣのいずれかである。例えば、現在の技術を用いると、スズ−鉛合金バンプのサイズは、一般に、直径が約１２０ミクロンである。この場合、キャビティを形成するようになっているバンプＰＬＴＣは、互いに約６０ミクロンの間隔をもって配置されることが好ましい。これらに示される寸法により、従来において機能領域上またはキャビティ内の領域上に実装される素子に適合するサイズを有するキャビティを得ることができる。一方、電気接点用のバンプＰＬＴＥは、従来と同様、還流半田付けステップ後に互いに接触しないように、更に大きな間隔をもって配置される。ここで与えられている寸法は、現在の技術に照らした単なる例示的なものである。このことは、いつしか更に小さいバンプを形成することができる技術であって、本発明の原理にしたがって絶縁キャビティを形成することができる技術を排除しない。全体的に、バンプのサイズとバンプ間の間隔との間の比率は、バンプのサイズおよびバンプを形成する材料の拡散能力に応じて、１／１０〜１である。有益なことに、図中に破線で示される金属リングＭＲによって機能領域が随意的に囲まれることが分かった。この場合には、その後、この金属リング上にバンプＰＬＴＣが堆積される。これにより、界面の良好な接着性および信頼性を確保することができる。
【００１９】
次に、再び図１を参照すると、還流半田付けステップＲＦＸが行なわれる。還流半田付けの目的は、第２のシリコンウエハＷＡ２との接触を引き起こすことである。適切な半田付けステップＲＦＸの前に、第２のシリコンウエハＷＡ２が半田付けバンプと接触した状態で配置される。半田付けステップＲＦＸ中、合金を溶かす温度まで組立体が加熱される。例えば、前述した材料を用いる場合、温度は約１００℃である。エッチングされた機能表面を損傷させないように、温度は１１０℃よりも低いことが好ましい。このようにして、２つのシリコンウエハＷＡ１，ＷＡ２間に電気接点および接着接点が設けられる。バンプを溶かすことによりシールが形成される。この場合、バンプ同士が互いに接合して１つの壁を形成する。この壁は、バンプが前述した寸法に従っている場合、約１２０ミクロンの幅と、約６０ミクロンの高さとを有する。第２のシリコンウエハＷＡ２は、随意的なエッチングステップＤＥＳ２においてエッチングされていても良く、あるいは、エッチングされていなくても良く、それに応じて、第２のシリコンウエハＷＡ２は、機能領域ＤＡ２を有したり、そうでなかったりする。随意的に、第１のシリコンウエハとの平行な界面の良好な接着性および信頼性を提供するため、第２のシリコンウエハＷＡ２は、絶縁キャビティ内に位置する領域の周囲にリングを有していることが有益であり、第１のシリコンウエハも、絶縁キャビティ内に位置される機能領域の周囲に金属リングを有していることが有益である。このリングは、エッチングを用いて、あるいは、エッチングを用いることなく、単に堆積させることにより、形成することができる。
【００２０】
なお、ここには、第１のシリコンウエハＷＡ１が機能領域ＤＡ１を備え、このウエハＷＡ１上で接点バンプの堆積が行なわれる方法が記載されているが、本発明に係る方法は、その上でエッチングが行なわれずに半田付けバンプの堆積だけが行なわれるウエハを使用して実施されても良い。この場合、エッチングされた領域が第２のシリコンウエハ上に含まれる。この実施形態は、あまり有益ではないが、本発明に基づいて想起し得る。したがって、図２は、単に、特定の実施形態の中間結果を示しているにすぎない。
【００２１】
１つの有利な実施形態において、還流半田付けステップＲＦＸは、キャビティを不活性ガスで充填した状態で行なわれる。この充填は、還流半田付け中に行うことが好ましい。その場合、還流半田付けは、空気中または不活性雰囲気中で行なわれる。また、この場合、半田付けは、バンプ同士を接続することにより、空気または不活性ガスを捕捉する。
【００２２】
もう一つの方法として、還流半田付けステップＲＦＸ後、樹脂、例えば接着剤や高分子系樹脂等を使用して、これを、２つのシリコンウエハ間のキャビティの周囲に部分的に充填することもできる。樹脂の伝搬は、網目状のバンプによって制限される。また、樹脂によって、バンプ同士がうまく接続されていないキャビティの不浸透性を確保することができる。樹脂を用いたこの充填ステップを加えても、キャビティの周囲で得られる壁のサイズが明らかに変化することはない。このステップは、２つのシリコンウエハを接続するための方法において常に行なわれても良く、あるいは、接合されていないバンプが検知された場合において、単独で行なわれても良い。
【００２３】
図３は、本発明にしたがって得られた集積回路ＣＰＣを示している。この図は、２つのシリコンウエハＷＡ１，ＷＡ２がエッチングされる特定の実施形態を単に示しているに過ぎない。更に正確には、第１のシリコンウエハＷＡ１上の活性領域ＤＡ１において、スイッチＭＥＭがエッチングされる。また、第２のシリコンウエハＷＡ２上の活性領域ＤＡ２において、共振器フィルタＢＡＷがエッチングされる。これらの領域の機能および機能回路中へのそれらの挿入は、２つの領域間の電気接点の存在と、これらの領域外の構成要素との少なくとも一方により、確保される。２つの領域間の接点は、半田材料から成るバンプＰＬＴＥによって形成される。これらのバンプは、ワイヤによる接続なしで１つのシリコンウエハを他のシリコンウエハ上で反転させることにより、回路を形成する方法で使用される従来のバンプ堆積ステップ中に堆積される。堆積される電気接点用の各バンプＰＬＴＥの下側には、金属領域ＭＴＤＥが存在する。これらの領域ＭＴＤＥとの接触においては、必要に応じて、活性領域ＤＡ１，ＤＡ２の外側の構成要素を用いて、接点ＣＣＴが設けられることが有益である。例えば、これらの接点は、２つのシリコンウエハを組み立てる前のエッチングステップＤＥＳ中に、シリコンウエハＷＡ１内に穿設される。金属材料はまた、キャビティを形成するようになっているバンプＰＬＴＣの下側に堆積されることが好ましい。この金属領域は、活性領域ＤＡ１，ＤＡ２を取り囲む金属リングＭＴＤＣの形態を成している。
【００２４】
好ましい実施形態においては、図１に示されるように、最後の組立ステップＳＴＫが行なわれる。このステップは、優先的に、少なくとも２つのシリコンウエハから成る回路ＣＰＣを金属グリルＭＴＬ上に半田付けすることにより組み立てた後、その組立体上のプラスチック缶ＰＳＴ内で成形することから成る。前記半田付けは、例えばバンプＰＬＴを使用して行なわれ、これらのバンプＰＬＴは、前述したバンプ堆積ステップＰＬＴＳ中にシリコンウエハＷＡ１上に堆積されても良い。図４から分かるように、本発明の好ましい実施形態において得られる最終的な回路ＦＣは、回路ＣＰＣだけでなく、絶縁キャビティを含んでいてもいなくても良い他の回路部ＯＰＣも有する。このように、最終的な回路ＦＣ上には、完備した機能的回路が含まれる。以下、完備した機能的回路の例について説明する。
【００２５】
図５は、本発明の好ましい実施形態に係る回路ＦＣのブロック線図を示している。本発明の好ましい実施形態において、２つのシリコンウエハから成る回路は、少なくとも１つのキャビティを備えており、このキャビティ内には、ＭＥＭスイッチおよびＢＡＷまたはＳＡＷフィルタが配置されている。また、このような実施例は、図３に一例として与えられている。この場合、ＤＡ１は、特にバイメタルストリップを有するＭＥＭスイッチを表わしており、ＤＡ２は、特にＢＡＷフィルタを表わしている。これらの素子は、例えば、図５に概略的に示される回路ＦＣＳ内で有利に使用することができる。この回路は、例えばアンテナＡＮＴ等の送信／受信ラインに接続されたスイッチＣＯＭと共に、受信信号のための受信チェーンＲＸと、送信信号のための送信チェーンＴＸとから成る。受信チェーンおよび送信チェーンはそれぞれ、少なくとも１つの対応するフィルタＦＩＲ，ＦＩＴを有しており、各フィルタＦＩＲ，ＦＩＴは、増幅器ＲＡ，ＴＡにそれぞれ接続されている。フィルタＦＩＲ，ＦＩＴおよびスイッチＣＯＭは、本発明に係るキャビティ内で使用されるＢＡＷまたはＳＡＷフィルタおよびＭＥＭスイッチであることが好ましい。そのような回路ＦＣＳは、図６に示されるように、信号を送受信するようになっている遠隔通信装置で使用されることが有益である。この遠隔通信装置は、本発明の好ましい実施形態に係る回路ＦＣＳを有利に使用する。また、遠隔通信装置は、少なくとも１つのアンテナＡＮＴと、本発明に係る回路の第１または第２のシリコンウエハ上に有利に集積可能な増幅器ＲＡ，ＴＡと、本発明に係る回路を形成するために使用される２つのシリコンウエハのうちの、一方または両方に有利に集積可能な信号処理手段ＭＣとを備えている。
【００２６】
与えられた実施形態に基づいてこの発明を説明してきたが、当業者であれば直ぐに分かるように、与えられた実施形態に対しては変形例が存在し、これらの変形例は、本発明の思想および範囲に入る。すなわち、当業者であれば、以下の請求項に規定された思想および範囲から逸脱することなく、多くの変更を成すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る方法の概略図を示している。
【図２】本発明に係る方法の中間のステップで得られるシリコンウエハの平面図である。
【図３】本発明にしたがって得られる集積回路を示している。
【図４】本発明の好ましい実施形態にしたがって得られる集積回路を示している。
【図５】本発明の好ましい実施形態に係る回路のブロック線図を示している。
【図６】本発明に係る回路を有利に使用する遠距離通信装置の機能図である。
【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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【国際調査報告】
2005521244.tif 000009
2005521244.tif 000010
2005521244.tif 000011