(57)【要約】【課題】  基板上に上下に積層された第１の階層と第２の階層とにそれぞれ分配された第１の電気素子と第２の電気素子との間の良好な電気的接続を可能にするほどに広い上面を有し、かつ熱膨張に伴う損傷を生じないほどに小さな断面を有する相互配線を備えたマイクロ電子デバイスを製造する方法を提供する。【解決手段】  この方法は、互いに異なる長さを有する少なくとも１本の第１のアームと少なくとも１本の第２のアームとを、各アームが、各アームの断面積より十分に広い上面を有する導電パッドと、基板上に定められている固着エリアとを機械的に直接に接続するように作製するステップ（１０２）と、この導電パッドを、第１の階層の領域内に形成し、次いで、第２の電気素子との電気的接続に先立って、導電パッドの上面が、第２の階層の領域の下端または内部の、基板に平行な面内に存在している接続位置まで変位させるステップ（１０６）とを含んでいる。【選択図】図７
2011233896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に上下に積層された第１の階層と第２の階層に、それぞれ分配された少なくとも１つの第１の電気素子と少なくとも１つの第２の電気素子とを備えるマイクロ電子デバイスを製造する方法であって、
上面の幅および長さが厚さより大きい、少なくとも１つの導電パッドを作製するステップ（１０２）と、その後に、
前記導電パッドを介して、前記第２の電気素子と前記第１の電気素子とを電気的に接続するために、前記第２の電気素子と前記上面とを電気的に接続するステップ（１２０）とを含む方法において、
前記方法は、少なくとも１本の第１のアームと、この少なくとも１本の第１のアームの長さと異なる長さを有する少なくとも１本の第２のアームとを、各アームが、前記導電パッドと、前記基板上に定められている対応する固着エリアとを機械的に直接に接続するように作製するステップ（１０２）を、さらに含み、
前記導電パッドは、前記第１の階層の形成される領域の内部に作られ、次いで、前記第２の電気素子との電気的接続に先立って、前記導電パッドの上面が、前記第２の階層の形成される領域の下端または内部の、前記基板と平行な面内に存在する接続位置まで変位する（１０６）ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記アームのうちの少なくとも１本は、前記導電パッドと前記基板の導電トラックとを電気的に接続する導電体として働くように、導電材料で作られている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、さらに、前記導電パッドと、前記基板上に定められている、前記固着エリアと異なる固着エリアとを機械的に接続する少なくとも１本の第３のアームを作製するステップ（１０２）を含んでおり、該第３のアームの一端は、前記第１および第２のアームの付着エリアから空間的に隔たった付着エリアにおいて、前記導電パッドに付着しており、該第３のアームの長さは、前記接続位置において、前記導電パッドの上面を、前記基板に平行に保つように選ばれている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
各々が、前記上面の対応する付着エリアと、前記基板上に定められている対応する固着エリアとを機械的に直接に接続する、同じ長さの少なくとも４本のアームと、
前記導電パッドと、前記基板上の対応する固着エリアとを機械的に直接に接続する、該少なくとも４本のアームの長さと異なる長さを有する少なくとも１本のアームとを作製するステップ（１０２）を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記導電パッドの変位は、温度変化、および／または電気エネルギーまたは磁気エネルギーの外部からの供給によって引き起こされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記導電パッドの作製および変位の後に、同一の基板上に同時に製造された複数のマイクロ電子デバイスを互いに分離するために、該基板を分割するステップ（１２４）を含んでいる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記導電パッドと前記第２の電気素子との電気的接続の前で、かつ前記導電パッドの変位の後に、前記第２の階層を積層する基部を形成するために、また前記導電パッドを前記接続位置に固定するために、前記第１の階層を封止材料で封止するステップ（１１２、１２２）を含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記導電パッドの変位の後で、かつ前記導電パッドと前記第２の電気素子との電気的接続の後に、前記導電パッドを前記接続位置に固定するために、前記第１および第２の階層を、封止材料で封止するステップを含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記導電パッドの変位の後に、前記導電パッドと、前記第２の電気素子の、前記導電パッドに対向する外面上に形成されている電気接点とを接続するように、少なくとも部分的に前記導電パッド上に前記第２の電気素子を積層するステップ（１２０）をさらに含んでいる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記導電パッドの作製（１０２）は、前記基板上への前記第１の階層の導電トラックおよび／または導電パッドの作製と同時に行われる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および／または第２の電気素子は、マイクロ電子チップである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電パッドの幅および長さは、厚さの少なくとも５倍を超過している、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
基板（４）と、
該基板上に上下に積層された第１の階層と第２の階層（１２、１４、１６２）とにそれぞれ分配されている少なくとも１つの第１の電気素子と少なくとも１つの第２の電気素子（８、１０、１６４）と、
前記第１の電気素子と前記第２の電気素子とを電気的に接続している、上面の幅および長さが厚さより大きい少なくとも１つの導電パッドとを備えているマイクロ電子デバイスであって、
このマイクロ電子デバイスは、少なくとも１本の第１のアームと、該少なくとも１本の第１のアームの長さと異なる長さを有する少なくとも１本の第２のアームとを備えており、各アームは、前記導電パッドと、前記基板上に定められている対応する固着エリアとを、機械的に直接に接続していることを特徴とするマイクロ電子デバイス。
【請求項１４】
前記第２の電気素子と前記導電パッドとを電気的に接続している可溶融材料または熱圧着材料から成る被着物を有する、請求項１３に記載のマイクロ電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にマイクロ電子デバイスを製造する方法、およびこの方法によって製造されたマイクロ電子デバイスに関する。
【０００２】
マイクロ電子デバイスは、集合的なマイクロ電子製造方法によって製造されるデバイスである。したがって、通常、マイクロ電子デバイスは、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて、連続する複数の層の積層およびエッチングによって製造される。
【０００３】
マイクロ電子デバイスは、基板上に上下に積層された第１と第２の階層にそれぞれ分配された少なくとも１つの第１の電気素子と、少なくとも１つの第２の電気素子とを備えている。
【０００４】
これらの電気素子は、同一の基板上で、他方の階層に形成されている他の電気素子に電気的に接続されるべき任意の素子である。これらの電気素子は、例えばマイクロ電子チップ、導電トラック、または電気的な相互配線である。
【０００５】
用語「マイクロ電子チップ」は、本明細書においては、半導体ウエハ片を意味している。この半導体ウエハ片は、トランジスタ、キャパシタ、レジスタ、インダクタ、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）素子、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）、またはＮＥＭＳ（ナノ電気機械システム）などの、１つ以上の電子素子を備えていることが好ましい。これらの電子素子は、リソグラフィー、ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）などの集合的なマイクロ電子製造方法による半導体ウエハのエッチング、または半導体ウエハ上への被着によって製造される。
【背景技術】
【０００６】
このようなマイクロ電子デバイスを製造するための、従来技術による方法は、次のステップを含んでいる。
上面の幅および長さが厚さより大きい、少なくとも１つの導電パッドを形成するステップと、次いで、
この導電パッドを介して、第１の電気素子に第２の電気素子を電気的に接続するために、この上面に第２の電気素子を電気的に接続するステップ。
【０００７】
例えば特許文献１は、「第２のタイプの」相互配線と呼ばれる、電解成長法によって形成された相互配線が、第１の層のマイクロ電子チップの上部の封止層を完全に貫通しているマイクロ電子デバイスの製造方法を開示している。この相互配線は銅から成っており、上層との電気接点を高い信頼度で構成するために十分な広さを有する平坦な上面を得ることができる十分な断面積、すなわち１０μｍ2を超過する断面積を有している。この十分に大きな断面積のために、マイクロ電子デバイスの温度が上昇すると、導電パッドは相当に膨張する。この膨張によって、マイクロ電子デバイスは損傷する場合がある。
【０００８】
したがって、次のような、相反する２つの技術的な制約が存在する。
１．相互配線が、上層との電気接点を確実に構成することができるほどに広い上面を有するように、相互配線の断面積は大きくなければならない。
２．同時に、膨張に関する問題を限定的なものにすることができるほどに、また相互配線の実装密度を十分に大きくすることができるほどに、相互配線の断面積は小さくなければならない。
【０００９】
さらに、従来のリソグラフィーおよび電解成長において、従来技術で実現可能である断面積より小さい断面積を得ることはできない。したがって、この相互配線の高さと幅との比に対して限界値が存在する。最後に、導電パッドの作製には、とりわけ電解成長の遂行を含む多数のステップが必要とされる。したがって、上述の製造方法は、相当に複雑で長時間を要し、それゆえ高コストを伴うものになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０９／１４７１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、これらのマイクロ電子デバイスの別の製造方法を提供することによって、これらの欠点の少なくとも１つを解消させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、次のような製造方法を提供するものである。
この方法は、少なくとも１本の第１のアームと、この少なくとも１本の第１のアームの長さと異なる長さを有する少なくとも１本の第２のアームとを、各アームが、導電パッドと、基板上に定められている対応する固着エリアとを機械的に直接に接続するように作製するステップを、さらに含んでいる。
導電パッドは、第１の階層の形成される領域の内部に作られ、次いで、第２の電気素子との電気的接続に先立って、導電パッドの上面が、第２の階層の形成される領域の下端または内部の、基板に平行な面内に存在している接続位置まで変位する。
【００１３】
以下の説明において、導電パッドの上面は、ある階層の下端と同一平面内にあるにすぎない場合でさえ、その階層の内部にあると表現する場合がある。
【００１４】
上記の方法は、多くの長所を有する。作製位置から接続位置への導電パッドの変位によって、大きな断面を有するピラーを介する下の階層との接続を必要としない、１０μｍ2を超過する上面を有する導電パッドの容易な作製が可能になる。したがって、導電パッドの膨張に関する問題が緩和される。同時に、上の階層のマイクロ電子チップとの効果的な電気的接続の実現性は失われない。上の階層の第２のマイクロ電子チップとの電気的接続を実現するために、例えば導電パッド上にマイクロインサートを形成したり、溶融ボールを被着したりすることができる。マイクロインサートは、熱圧着によって電気的接続を実現するために用いられる材料の被着物である。この材料は、例えばニッケルである。このマイクロインサートは、電気接点が、平坦な表面上に支持されている板ばねの先端によって構成される他の方法に比して、本発明の方法が特に優れている点である。
【００１５】
本発明の方法は、同一の基板上に、複数の同等のマイクロ電子デバイスを同時に製造するための集合的な製造方法である。この製造方法の実行には、従来の方法より少ないステップしか必要としない。例えば第１の階層内への導電トラックの形成と導電パッドの形成とは、同一のステップにおいて行うことができる。電気分解のステップも、原則として存在しない。
【００１６】
最後に、相異なる長さの少なくとも２本のアームを用いることによって、接続位置において、導電パッドが基板の上方に立ち上がる最大高さの正確な設定が可能になる。
【００１７】
この方法の実施形態には、次の特性の１つ以上が含まれる場合がある。
この方法は、さらに、導電パッドと、基板上に定められている、第１および第２のアームの固着エリアと異なる固着エリアとを機械的に接続する少なくとも１本の第３のアームを作製するステップを含んでいる。この第３のアームの一端は、第１および第２のアームの付着エリアから空間的に隔たった付着エリアにおいて、導電パッドに付着しており、第３のアームの長さは、接続位置において、導電パッドの上面を、基板に平行に保つように選ばれている。
この方法は、各々が、導電パッドの上面の対応する付着エリアと、基板上に定められている対応する固着エリアとを機械的に直接に接続する、同じ長さの４本のアーム、および導電パッドと、基板上の対応する固着エリアとを機械的に直接に接続する、この４本のアームの長さと異なる長さを有する少なくとも１本のアームを作製するステップを含んでいる。
導電パッドの変位は、温度変化、および／または電気エネルギーまたは磁気エネルギーの外部からの供給によって引き起こされる。
この方法は、導電パッドの作製および変位の後に、同一の基板上に同時に製造された複数のマイクロ電子デバイスを互いに分離するために、基板を切断するステップを含んでいる。
この方法は、導電パッドと第２の電気素子との電気的接続の前で、かつ導電パッドの変位の後に、第２の階層を積層する基部を形成するために、また導電パッドを接続位置に固定するために、第１の階層を、封止材料で封止するステップを含んでいる。
この方法は、導電パッドの変位の後で、かつ導電パッドと第２の電気素子との電気的接続の後に、導電パッドを接続位置に固定するために、第１および第２の階層を、封止材料で封止するステップを含んでいる。
この方法は、導電パッドの変位の後に、導電パッドと、第２の電気素子の、導電パッドに対向するように作られている外面上に形成された電気接点とを接続するように、少なくとも部分的に導電パッド上に第２の電気素子を積層するステップを含んでいる。
上述の導電パッドの作製は、基板上への第１の階層の導電トラック、および／または導電パッドの作製と同時に行われる。
第１および／または第２の電気素子は、マイクロ電子チップである。
【００１８】
本発明の方法のこれらの実施形態は、さらに、次の長所を有している。
少なくとも１本の第３のアームを用いることによって、接続位置における導電パッドの平坦性および平行性を調整することができる。
少なくとも５本のアームを用いることによって、導電パッドを所望の高さに位置決めすることができると同時に、基板に平行に保つことができる。
外部からのエネルギーの供給または温度変化を用いることによって、望みの時刻に導電パッドの変位を開始することができる。
切断ステップの採用によって、同一の基板上への、いくつかのマイクロ電子デバイスの集合的な製造が可能になる。
導電パッドと第２の電気素子との電気的接続の前に、第１の階層を封止することによって、第１の階層と第２の階層との間に空洞または案内ピボットを設けることなく、第２の電気素子を容易かつ正確に位置決めすることができる堅固な基部を構築することができる。
いくつかの階層を同時に封止することによって、製造時間を短縮し、製造方法を単純化することができる。
導電パッド上に第２の電気素子を積層することによって、第２の階層にエッチングによって形成しなければならない導電トラックの数が制限される。
第１の階層の導電トラックの作製と同時に導電パッドの作製を行うことによって、製造方法が単純化される。
【００１９】
本発明は、さらに、次のものを備えているマイクロ電子デバイスを提供するものである。
基板と、
基板上に上下に積層された第１の階層と第２の階層とにそれぞれ分配されている少なくとも１つの第１の電気素子と少なくとも１つの第２の電気素子と、
第１の電気素子と第２の電気素子とを電気的に接続している、上面の幅および長さが厚さより大きい少なくとも１つの導電パッドと、
少なくとも１本の第１のアームと、この少なくとも１本の第１のアームの長さと異なる長さを有する少なくとも１本の第２のアーム。各アームは、導電パッドと、基板上に定められている対応する固着エリアとを機械的に直接に接続している。
【００２０】
本発明のマイクロ電子デバイスの実施形態では、次の特性を有している場合がある。
マイクロ電子デバイスは、第２の電気素子と導電パッドとを電気的に接続している、可溶融材料または熱圧着材料から成る被着物を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】積層された２つの階層に分配された電気素子を有する、本発明の実施形態によるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２】図１のマイクロ電子デバイスの２つの電気素子の間の電気的な相互配線の上面図である。
【図３】図２の相互配線の作製位置における側断面図である。
【図４】図２の相互配線の作製位置における上面図である。
【図５】図２の相互配線の接続位置における側断面図である。
【図６】図２の相互配線が接続位置において立ち上がる高さｈを求める方法を示す図である。
【図７】図１のマイクロ電子デバイスの製造方法のフローチャートである。
【図８】図７のステップ７０におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図９】図７のステップ７４におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１０】図７のステップ７８におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１１】図７のステップ８０におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１２】図７のステップ８２におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１３】図７のステップ８６におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１４】図７のステップ９２におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１５】図７のステップ９６におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１６】図７のステップ９８におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１７】図７のステップ１０２におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１８】図７のステップ１０４におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図１９】図７のステップ１０６におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２０】図７のステップ１０８におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２１】図７のステップ１１２におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２２】図７のステップ１１６におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２３】図７のステップ１１８におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２４】図７のステップ１２０におけるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２５】図１のマイクロ電子デバイスの別の相互配線の側断面図である。
【図２６】図２５の相互配線の上面図である。
【図２７】本発明の別の実施形態によるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２８】本発明のさらに別の実施形態によるマイクロ電子デバイスの側断面図である。
【図２９】図２８のマイクロ電子デバイスに用いられる相互配線の上面図である。
【図３０】相互配線の別の実施例の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付図面を参照して、単に非限定的な例にしかすぎない以下の説明を読むことによって、本発明をより明瞭に理解することができると思う。
【００２３】
添付図面において、同一の要素には、同一の符号が付してある。
【００２４】
以下の説明において、当業者に周知の特性および機能に関しては、詳細な説明は行われない。
【００２５】
図１は、マイクロ電子デバイス２を示している。このマイクロ電子デバイス２は、いくつかの電気素子が積層されている基板４を有している。本明細書においては、マイクロ電子デバイス２は、電気素子がマイクロ電子チップである特定の場合について説明する。通常、マイクロ電子チップの最大寸法は５ｍｍ未満である。
【００２６】
基板４は、切断ステップの後に得られる半導体ウエハ片である。この基板４は、添付図面において水平位で示されている平坦な基板である。水平位は、直交し合う２つの軸、すなわちｘ軸およびｙ軸によって（図１ではｘ軸しか見えない）特定されている。図１および以降の図において、ｚ軸は垂直軸を表わしている。
【００２７】
基板４は、基板４上に被着されているか、または基板４に集積されているマイクロ電子チップ同士を接続するための、およびマイクロ電子チップと各電子素子とを接続するための複数の導電トラックが被着されている、またはエッチングによって形成されている平坦な上面６を有している。各導電トラックは、同一の階層内にしか延びていない。通常、重ね合わされた各マイクロ電子チップに電力を供給するための導電トラックが、上面６上に形成されている。
【００２８】
単純化のために、図１には、階層１２および１４にそれぞれ割り当てられている１つずつのマイクロ電子チップ８および１０しか示していない。階層１４は、階層１２上に積層されている。各階層は一定の厚さを有しており、上面６と平行に延在している。
【００２９】
マイクロ電子チップ８および１０の下面に、上面６の方向に向けられた電気接点を有している。マイクロ電子チップ８および１０は、それぞれ例えば電気接点１６、１７および１８、１９を有している。電気接点１６および１７は、上面６上に被着されているか、またはエッチングによって形成されている導電トラック２２および２４に、それぞれ接続されている。導電トラック２２および２４への電気接点１６および１７の電気的接続は、例えばマイクロインサートまたは溶融ボールを用いて行われる。
【００３０】
各マイクロ電子チップ８および１０は、それぞれ対応する封止層２６および２８内に埋め込まれている。封止層２６および２８は、各マイクロ電子チップの全周を覆うように外側に拡がっている。これらの封止層２６および２８は、各マイクロ電子チップを保護し、また各マイクロ電子チップを確実に基板上に固定するために用いられている。これらの封止層２６および２８は、例えばエポキシ系樹脂などの高分子で作られている。封止層２６と２８との間の境界線３０は、階層１２と１４との間の境界と一致している。
【００３１】
マイクロ電子デバイス２は、さらに、マイクロ電子チップ８と１０とを互いに電気的に接続するための電気的な相互配線を有している。図１には、２本の相互配線３２および３４が示されている。これらの相互配線３２、３４の各々は、マイクロ電子チップ１０を、例えばマイクロ電子チップ８に電気的に接続されている、基板の導電トラックに電気的に接続している。
【００３２】
相互配線３２、３４の各々は、封止層２６内を、その一方の面から他方の面まで貫通している。マイクロ電子チップの外面を介する、このような相互配線技術は、「チップインポリマー」技術として知られている。
【００３３】
相互配線３２と３４とは同等であり、以下においては、相互配線３２のみについて詳細に説明する。
【００３４】
図２〜図５は、相互配線３２の特定の一実施形態の詳細図である。相互配線３２は、移動可能な導電パッド４０を有している。マイクロ電子チップ１０を基板４に電気的に接続するために、この導電パッド４０は、マイクロ電子チップ１０の電気接点の１つ、この場合には電気接点１９に対向して、マイクロ電子チップ１０の下方に位置するように作られている。導電パッド４０の幅および長さの寸法は、その厚さの寸法よりずっと大きい。用語「ずっと大きい」は、幅および長さが、厚さの少なくとも５倍、１０倍、または５０倍を超過しているということを意味している。導電パッド４０とマイクロ電子チップ１０との強固で信頼性の高い電気的接続を可能にするために、導電パッド４０の上面は平坦であり、少なくとも１０μｍ2、好ましくは少なくとも１００μｍ2の表面積を有している。
【００３５】
導電パッド４０は、図３および図４に示されている作製位置と、図１および図５に示されている接続位置との間で変位することができる。
【００３６】
作製位置においては、導電パッド４０は、階層１２の形成される領域の範囲内にしか位置していない。すなわち、作製位置においては、導電パッド４０は、犠牲層４２の厚さしか基板の上面６から隔てられていない（図３）。犠牲層４２の厚さは、例えば１０μｍ未満である。
【００３７】
接続位置においては、導電パッド４０は、基板４の上方に立ち上がっている。接続位置における、導電パッド４０と基板の上面６との間の距離すなわち高さが、符合ｈで表わされている（図５）。この高さｈは、階層１２の形成される領域の厚さに等しいか、それ以上である。通常、高さｈは、２０μｍないし１００μｍを超過している。
【００３８】
導電パッド４０を、作製位置と接続位置との間で変位させるための手段が、マイクロ電子デバイス２に備えられている。例えば相互配線３２は、さらに、一端で導電パッド４０に、他端で、上面６上に定められている各固着エリアに機械的に接続されている５本の直線状のアーム４４〜４８を有している。図２において、アーム４４〜４８に対する各固着エリアが、それぞれ符号５０〜５４が付された、破線の矩形によって表わされている。これらの固着エリア５０〜５４は、図６において、互いに異なる位置に配置されている。
【００３９】
アーム４４〜４８は、同一の垂直面５５（水平な上面６との交線のみが図２に示されている）と平行に延在している。この垂直面５５は、上面６と直交している。
【００４０】
垂直面５５は、さらに、導電パッド４０およびアーム４４〜４８に対する対称面を形成している。導電パッド４０、アーム４４、および固着エリア５０は、垂直面５５の両側に同じ幅を有している。
【００４１】
作製位置（図３）において、アーム４４〜４８は、さらに、それらのほとんどの部分において、上面６と実質的に平行に延在している。
【００４２】
接続位置においては、アーム４４〜４８は、垂直方向および水平方向から傾いている。例えばアームが延在している方向と上面６との間の角度は、５〜８５°の範囲である。
【００４３】
各アーム４４〜４８は、例えば数μｍ2ないし数百μｍ2未満の面積の断面を有している。
【００４４】
固着エリアの反対側の各アームの端部は、対応する付着エリア５８〜６２を介して、導電パッド４０に固定されている。
【００４５】
アーム４４〜４６の付着エリア５８〜６０は、垂直面５５と直交する軸６４上に並べられている。付着エリア５８〜６０が一軸上に並べられているのは、高さｈを高精度に調整するためである。図６は、接続位置において到達する高さｈを定めるために、アーム４４〜４６がどのように作用するかを説明するための図である。軸６４は、固着エリア５０の位置に中心Ｏを定められている円弧Ｃ１上に位置している。軸６４は、固着エリア５１および５２の位置に中心Ｂを定められている円弧Ｃ２上に位置している。アーム４４の長さが、アーム４５および４６の長さより十分に長ければ、接続位置における導電パッド４０の高さｈは、次の関係式（数１）によって与えられる。
【数１】
2011233896.tif 000003
式中、
ｋは、アームを作るために用いられている材料の熱膨張係数、
ΔＴは、作製位置と接続位置との間の温度変化（℃）、
Ｌは、相互配線３２の作製時の温度Ｔ１におけるアーム４４の長さ、
ｙは、温度Ｔ１におけるアーム４５、４６の長さである。
【００４６】
作製された相互配線３２が冷却されるとき、アーム４４はアーム４５および４６より長いから、この相互配線はもはや縮んでいない。このために、導電パッド４０が高さｈに達するまでレバーとして働くアーム４５および４６の運動を通じて、導電パッド４０を持ち上げる張力が、付着エリア５８に及ぼされる。本明細書において、導電パッド４０を引っ張るアームは「作動アーム」と呼ばれ、圧縮力を及ぼす他のアームは「レバーアーム」と呼ばれる。導電パッド４０を変位させるこれらの手段が働くためには、中心ＯとＢとは一致していてはならない。この状態は、固着エリア５１および５２の位置を、アーム４４の固着エリア５０の位置に相対的に、ｘ軸に沿ってずらすことによって得られる。
【００４７】
さらに、中心ＯとＢの間の距離は、導電パッド４０を持ち上げるだけの張力を及ぼすことができるほどに、十分に長くなければならない。しかしながら、この距離は、座屈によるアーム４４の変形を避けることができるほどに、十分に短くなければならない。この距離は、例えば接続位置において到達する高さｈを考慮したシミュレーションソフトウェアプログラムによって、実験的に決定される。
【００４８】
本明細書において、導電パッド４０は矩形である。接続位置において、導電パッド４０の上面を基板の上面６に平行に保つために、付着エリア５９〜６２は、導電パッド４０の各頂点に配置されている。付着エリア５９〜６２のこの配置によって、接続位置における導電パッド４０の平坦性を制御することができる。接続位置において、導電パッド４０の上面の最高点と最低点との間の距離が、５０μｍ未満、好ましくは１μｍ未満にとどまるように、この平坦性を制御することができることが好ましい。アーム４５〜４８の長さは、導電パッド４０の上面の平坦性、および基板の上面６に対する平行性を制御することができるように定められる。接続位置において、導電パッド４０の上面は基板の上面６と平行である。
【００４９】
アーム４４の長さは、他のアームの長さと等しくはならない。アーム４５と４７との長さは、必ずしも同じでなくてもよい。
【００５０】
アーム４４〜４８の長さは、例えば実験によって決定される。この決定のために、例えば相互配線３２およびアーム４４〜４８の変形のデジタルモデルがシミュレートされる。
【００５１】
一例として、相互配線３２の各寸法は、次表（表１）に定められた範囲内にある。
【表１】
2011233896.tif 000004
【００５２】
本明細書において、アーム４４〜４８、固着エリア５０〜５４、および導電パッド４０は、同一の導電材料で作られている。アーム４４〜４８のうちの少なくとも１本は、導電パッド４０と基板４の導電トラックとを電気的に接続する導電体として働く。用いられている導電材料は、例えば銅である。より特定的には、相互配線３２は、この導電材料の全く同一の層で作られている。
【００５３】
図７は、マイクロ電子デバイス２の製造方法の一例を示している。
【００５４】
最初に、ステップ７０において、半導体ウエハが供給される。この半導体ウエハ上に、いくつかのマイクロ電子デバイス２が同時に作られる。そのために、半導体ウエハ上に、これらのマイクロ電子デバイスのための導電トラックが作られている。この半導体ウエハに、電子素子が集積されている場合もある。説明を簡単にするために、図８〜図２８は、次のように単純化されている。
各製造段階において、この半導体ウエハの、単一のマイクロ電子デバイスに対応する部分のみの断面が図示されている。
相互配線３２の形成過程のみが示されている。
相互配線３２のアーム４５〜４８は省略されている。
【００５５】
図８は、マイクロ電子デバイス２の製造の開始時（ステップ７０）における、半導体ウエハの、マイクロ電子デバイス２に対応する部分の断面を示している。この半導体ウエハから、導電トラック２２および２４が被着されているか、またはエッチングによって形成されている基板４が作られている。誘電体層７２が、導電トラック２２および２４を除いて、基板４の上面６の全体を覆っている。
【００５６】
次に、ステップ７４（図９）において、犠牲層７６が、基板４上に被着される。犠牲層７６は、例えば樹脂である。
【００５７】
ステップ７８（図１０）において、導電パッド４０およびアーム４４〜４８を形成するべき領域上のみに犠牲層を残すために、犠牲層７６が、例えばリソグラフィーによってパターン化される。
【００５８】
次いで、ステップ８０（図１１）において、犠牲層７６は、ドーム状を呈するようにアニールされる。
【００５９】
ステップ８２（図１２）において、金属層８４が、基板４の上面６および犠牲層７６上に被着される。この被着は、例えば２００℃以上の被着温度Ｔ１で行われる。
【００６０】
ステップ８６（図１３）において、感光性樹脂層８８が、金属層８４上に被着され、次いで、金属のマイクロインサートを内部に作り込むための孔９０を形成するために、この感光性樹脂層８８が、フォトリソグラフィーによってパターン化される。
【００６１】
ステップ９２（図１４）において、金属導電材料が、ステップ８６において形成された孔９０内に被着される。被着されたこれらの金属導電材料は、金属層８４上に直接被着されたマイクロインサート９４を構成する。
【００６２】
その後、ステップ９６（図１５）において、マイクロインサート９４を露出させるために、感光性樹脂層８８は除去される。
【００６３】
ステップ９８（図１６）において、新しい感光性樹脂層１００が基板４上に被着され、次いで、階層１２の各導電トラックおよび相互配線３２、３４を形成しなければならない位置を画定するために、例えばフォトリソグラフィーによって、この感光性樹脂層１００がパターン化される。
【００６４】
ステップ１０２（図１７）において、階層１２の導電トラックおよび相互配線３２、３４を形成するために、金属層８４がエッチングされる。階層１２の導電トラックは、例えばアームの固着エリア５０〜５４の少なくとも１つと、基板４の導電トラック２２および２４とを接続するように働く。階層１２の導電トラックは固定され、その後に変位することはない。
【００６５】
ステップ１０４（図１８）において、感光性樹脂層１００は除去される。
【００６６】
ステップ１０６（図１９）において、犠牲層７６も除去され、また温度は温度Ｔ２まで下げられる。温度Ｔ２は、例えば１００℃以下である。本明細書においては、温度Ｔ２は、８０℃の近くである。犠牲層７６の除去によって、導電パッド４０およびアーム４４〜４８は解放される。温度の低下によって、導電パッド４０は、その作製位置から接続位置へ変位する。
【００６７】
ステップ１０８（図２０）において、マイクロ電子チップ８が、第１の階層すなわち階層１２に混在化させられる。このステップにおいて、マイクロ電子チップがボンディングされるべき位置に、ボンダー層１１０が被着される。その後、マイクロ電子チップ８が、このボンダー層１１０上に配置され、マイクロインサート９４を介して、金属層８４および導電トラック２２、２４と電気的に接続される。
【００６８】
次に、ステップ１１２（図２１）において、マイクロ電子チップ８の外面封止が行われる。この外面封止は、マイクロ電子チップ８の全周にわたり、この例においては、さらに上面にもおよぶ高分子の塗布によって行われる。導電パッド４０、および導電パッド４０上に形成されているマイクロインサート９４は、封止層２６内に完全に埋め込まれる。固化後、硬化した封止層２６は、マイクロ電子チップ８を、基板４に確実に固定する。封止層２６の硬化によって、さらに、相互配線３２が、その接続位置に固定される。
【００６９】
ステップ１１６（図２２）において、封止層２６は、機械加工によって表面を削られ、平坦化される。この目的のために、本発明においては、例えばＣＭＰ（化学機械研摩）プロセスが用いられる。この研摩によって、導電パッド４０上に形成されているマイクロインサート９４の上面と、封止層２６の上面とは同じ高さになる。
【００７０】
次いで、ステップ１１８（図２３）において、封止層２６は、その上面が導電パッド４０の上面と同一平面になるまで、マイクロインサート９４の厚さ方向に沿ってエッチングされる。
【００７１】
ステップ１２０（図２４）において、第２のマイクロ電子チップ１０が混在化させられる。第２のマイクロ電子チップ１０の混在化は、例えばステップ１０８において説明したようになされる。第２のマイクロ電子チップ１０は、その電気接点１９（図２４には示されていない）が、導電パッド４０に対向するように、導電パッド４０の上方に積層される。したがって、導電パッド４０は、マイクロインサート９４を介して、マイクロ電子チップ１０に電気的に接続される。
【００７２】
ステップ１２２において、マイクロ電子チップ１０の外面は封止される。
【００７３】
この封止が完了すると、切断ステップ１２４において、同一の半導体ウエハ上に製造された各同等のマイクロ電子デバイスは、互いに分離される。
【００７４】
切断ステップ１２４の後、ステップ１２６において、積層された複数のマイクロ電子チップを備える各マイクロ電子デバイスは、例えば電子ボードまたは電気回路への接続を可能にするラグまたは接続ピンを有するパッケージ内に組み込まれる。
【００７５】
図２５および図２６は、相互配線３２または３４に替えて、マイクロ電子デバイス２に用いることができる相互配線の別の実施形態を示している。この相互配線１４０は、上述の５本のアームではなくて、３本のアームしか用いられていないという点で、相互配線３２と相違している。相互配線１４０は、次のものを備えている。
−  導電パッド４０と同様の移動可能な導電パッド１４２と、
−  対称面を形成している垂直面１４６に沿って延在している、例えばアーム４４と同様のアーム１４４。
【００７６】
この実施形態においては、前述のアーム４５および４６が、単一のアーム１４６に替えられている。このアーム１４６は、例えばアーム１４４の下方に延在する単一の平面を形成するように、前述のアーム４５と４６とを結合させることによって得られる。前述のアーム４７および４８も、単一のアーム１４８に替えられている。アーム１４８は、例えばアーム１４６の下方に延在する単一の平面を形成するように、前述の相互配線３２のアーム４７と４８とを結合させることによって得られる。
【００７７】
アーム１４８、１４６、１４４の下に直接位置する、それぞれの犠牲層ブロック１４９、１５０、１５２を用いることによって、このような相互配線１４０を作製することができる。
【００７８】
犠牲層ブロック１４９、１５０、および１５２が除去されると、相互配線１４０は、それらの犠牲層ブロックから解放され、したがって、導電パッド１４２は、図２５に示されている作製位置から接続位置に変位することができる。
【００７９】
図２７は、マイクロ電子デバイスの別の一実施形態を示している。このマイクロ電子デバイス１６０は、階層１２および１４に加えて、階層１４上に積層されており、かつマイクロ電子チップ１６４を組み込まれている第３の階層１６２を備えているという点を除けば、マイクロ電子デバイス２と同等である。
【００８０】
マイクロ電子チップ１６４は、それを基板４の上面６に電気的に直接接続している相互配線１６６を介して、マイクロ電子チップ８および１０に電気的に接続されている。この相互配線１６６は、各アームが、導電パッド１６８を、導電パッド４０と同じ高さの位置ではなく、導電パッド１６８が階層１６２の下端または内部に位置するように、導電パッド４０よりかなり高い位置に持ち上げることができる寸法を有しているという点を除けば、相互配線３２と同等に作られている。接続位置において、導電パッド１６８は、例えば前述の実施形態の高さｈの２倍以上の高さまで持ち上げられている。
【００８１】
必要に応じて、任意の１つのマイクロ電子チップの上面と、その上の階層のマイクロ電子チップの直接対向している下面との間に、マイクロインサートが作られ、それらの上面と下面との電気接点同士が直接的に接続される。一例として、図２７において、マイクロ電子チップ８の上面が、垂直方向だけに延びているマイクロインサート１７０を介して、マイクロ電子チップ１０の下面に接続されている。
【００８２】
図２８および図２９は、図２７のマイクロ電子チップ１０と１６４とを電気的に接続することができる相互配線の別の一実施形態を有するマイクロ電子デバイス１７８を示している。
【００８３】
この実施形態によれば、相互配線１８０は、共通のアーム１８４、およびレバーアームであるそれぞれのアーム１８６〜１８９および１９０〜１９３を介して基板４に接続されている、導電パッド４０と同様の２つの導電パッド１８２および１８４を有している。
【００８４】
アーム１８４は、前述のアーム４４と同じ機能を果たす。例えばアーム１８４は、固着エリアから、導電パッド１８２を通過して導電パッド１８４まで延在しているという点を除けば、アーム４４と同等である。
【００８５】
アーム１８６〜１８９および１９０〜１９３は、それぞれ導電パッド１８２および１８４に対して、前述のアーム４５〜４８と同じ機能を果たす。
【００８６】
図３０は、アームのｘ軸方向の長さが変更されているという点を除けば、前述の相互配線３２と同等の相互配線２００を示している。より詳細には、この実施形態においては、アーム４４、４７および４８の長さは、アーム４５および４６の長さより相当に短い。アーム４４、４７および４８の長さは、アーム４５および４６の長さの、長くとも１／２倍、１／３倍または１／４倍未満であることが好ましい。アーム４４の長さは、アーム４７および４８の長さの例えば７０〜１３０％の範囲にある。本明細書においては、アーム４４、４７、４８の長さは相等しい。この実施形態においては、アーム４５および４６は作動アームであり、アーム４４、４７および４８はレバーアームである。
【００８７】
他の多くの実施形態が可能である。例えばマイクロインサート９４を、マイクロ電子チップの電気接点と、この電気接点に対向している導電パッドとを接続することができる任意の手段に替えることができる。例えばマイクロインサートに替えて、溶融ボールを用いることができる。
【００８８】
導電材料は、粘性副層を有する多層材料であってもよい。
【００８９】
移動可能な導電パッドを変位させるために、別の作動手段を用いることもできる。例えば導電パッドは、相異なる膨張係数を有する複数の材料から成るいくつかの層の重ね合わせによって形成されている作動アームに、機械的に固定されていてもよい。この場合には、作動アームは、バイメタル片として働く。
【００９０】
移動可能な導電パッドを作製位置から接続位置に変位させるための作動アームは、圧電材料で作られていてもよい。この場合には、これらの圧電材料から成るアームに電流を流すことができる導電トラックが、特別に、基板４上に設けられる。
【００９１】
移動可能な導電パッドを、静電力を用いて変位させることもできる。これを可能にするために、例えば導電パッドまたは１本のアームに、ある極性に帯電する導電プレートが備えられており、その導電プレートに反発力を与えるための、反対極性に帯電する導電プレートが、例えば基板上に形成されている。
【００９２】
作動手段は、磁気的手段であってもよい。例えば導電パッドまたはアームの１本が、磁性材料すなわち磁化可能な材料で作られている。磁性材料から成るこれらのアームまたは導電パッドに対向して、これらのアームまたは導電パッドに反発力を与えるための、またはその反対に、これらのアームまたは導電パッドを吸引するためのコイル、すなわち制御可能な電磁石が配置されている。このコイルは、通常、基板４の上面６上に形成されている。
【００９３】
別の一実施形態においては、作動手段は、形状記憶材料で形成されている。この場合には、作製位置と接続位置との間の、移動可能な導電パッドの変位は、例えば電流を通すことによって行われる。
【００９４】
上述の相互配線は、Ｎ番目の階層に位置しているマイクロ電子チップと、その下の（Ｎ−１）番目の階層に位置しているマイクロ電子チップとを電気的に接続するために用いることもできる。ここで、（Ｎ−１）は、１より大きい。これは、既にマイクロ電子チップまたはマイクロ電子チップのスタックを含んでいる基板上に相互配線を形成するということを意味する。例えば階層１２の導電トラック、すなわち基板４上にエッチングによって形成されている導電トラックを用いずに、マイクロ電子チップ１０と図２７のマイクロ電子チップ１６４とを直接接続するために、相互配線３２と同様の相互配線を、階層１２の上に作製することができる。この相互配線を作製する方法は、既に相互配線を作られている基板に、基板４と階層１２とが含まれるという点を除けば、例えば図７を参照して説明した方法と同じである。
【００９５】
導電パッド４０は、必ずしも矩形である必要はない。導電パッド４０は、例えば円形またはその他の形状を有していてもよい。導電パッド４０が円形形状を有していない場合には、導電パッド４０の幅および長さが、導電パッド４０の上面を最も特徴付ける２つの寸法になる。導電パッド４０の上面が円形形状を呈している場合には、その幅および長さは直径である。
【００９６】
レバーアームや作動アームは、必ずしも直線状を呈している必要はない。それらのアームは、例えば螺旋状を呈していてもよい。
【００９７】
本発明の方法は、電気素子の２階層以上の積層および電気的接続、したがって低コストの３Ｄタイプのマイクロ電子デバイスの製造を可能にする。
【００９８】
各階層の電気素子の封止は、導電パッドの接続位置への変位の後、または導電パッドと、上階層の電気素子との接続の後に行われてもよい。この場合には、単一の封止ステップによって、いくつかの階層の同時コーティングが実行される。
【符号の説明】
【００９９】
２、１６０、１７８  マイクロ電子デバイス
４  基板
６  上面
８、１０、１６４  マイクロ電子チップ
１２、１４、１６２  階層
１６〜１９  電気接点
２２、２４  導電トラック
２６、２８  封止層
３２、３４、１４０、１６６、１８０、２００  相互配線
４０、１４２、１６８、１８２  導電パッド
４２、７６  犠牲層
４４〜４８、１４４、１４８、１８６〜１９３  アーム
５０〜５４  固着エリア
５５  垂直面
５８〜６２  付着エリア
６４  軸
７２  誘電体層
８４  金属層
８８、１００  感光性樹脂層
９０  孔
９４、１７０  マイクロインサート
１１０  ボンダー層
１４６  垂直面、アーム
１４９、１５０、１５２  犠牲層ブロック
１８４  導電パッド、アーム
Ｂ、Ｏ  中心
Ｃ１、Ｃ２  円弧
ｈ  高さ
Ｌ、ｙ  長さ
【図１】
2011233896.tif 000005
【図２】
2011233896.tif 000006
【図３】
2011233896.tif 000007
【図４】
2011233896.tif 000008
【図５】
2011233896.tif 000009
【図６】
2011233896.tif 000010
【図７】
2011233896.tif 000011
【図８】
2011233896.tif 000012
【図９】
2011233896.tif 000013
【図１０】
2011233896.tif 000014
【図１１】
2011233896.tif 000015
【図１２】
2011233896.tif 000016
【図１３】
2011233896.tif 000017
【図１４】
2011233896.tif 000018
【図１５】
2011233896.tif 000019
【図１６】
2011233896.tif 000020
【図１７】
2011233896.tif 000021
【図１８】
2011233896.tif 000022
【図１９】
2011233896.tif 000023
【図２０】
2011233896.tif 000024
【図２１】
2011233896.tif 000025
【図２２】
2011233896.tif 000026
【図２３】
2011233896.tif 000027
【図２４】
2011233896.tif 000028
【図２５】
2011233896.tif 000029
【図２６】
2011233896.tif 000030
【図２７】
2011233896.tif 000031
【図２８】
2011233896.tif 000032
【図２９】
2011233896.tif 000033
【図３０】
2011233896.tif 000034
【外国語明細書】
2011233896000001.pdf