(57)【要約】      （修正有）【課題】  マイクロ技術分野において使用するウエハーどうしの電気的接続。【解決手段】  第１、第２のウエハー２、３を電気的に接続する素子において、上記第１，第２ウエハー２,３の対向面とそれぞれ不可分であるとともにそれぞれ少なくとも１つの薄層として実現した（achieve）少なくとも第１及び第２の接触部材を備える。上記第１接触部材は突出部領域６を有し、上記第２接触部材は第２ウエハー３に形成した凹部８の上方に懸吊したビーム（beam）７で形成されている。上記突出部領域６は、その幅Ｌ１が上記凹部８の幅より小さく、スタッド又はリブで形成されている。上記第１、第２のウエハー２、３が組付けられると、上記突出部領域６とビーム７とは上記凹部８上方で接触し、その突出部領域６によって加えられる圧力によってビーム７が変形させられ、このビーム７が可撓となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ技術分野において使用される第１及び第２のウエハー（２、３）を電気的に接続する素子（１）であって、上記第１，第２ウエハー（２，３）の対向面（2a、3a）とそれぞれ一体であるとともにそれぞれ少なくとも１つの薄層として実現される少なくとも第１及び第２の接触部材を備え、上記第１接触部材が突出部領域（６）を有している、電気的接続素子において、上記第２接触部材を第２ウエハー（３）に形成した凹部（８）の上方に懸吊したビーム（７）で形成し、突出部領域（６）の幅を凹部（８）の幅より小さくしたことを特徴とする電気的接続素子。
【請求項２】
第１ウエハー（２）が、上記突出部領域（６）を形成するように金属層（５）をその上に蒸着させた凸部（４）を備える、請求項１に記載の電気的接続素子。
【請求項３】
上記突出部領域（６）がスタッドを形成している、請求項１または請求項２に記載の電気的接続素子。
【請求項４】
上記突出部領域（６）がリブを形成している、請求項１または請求項２に記載の電気的接続素子。
【請求項５】
上記ビーム（７）を、薄金属層で被覆した薄誘電体層で形成している、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気的接続素子。
【請求項６】
上記ビーム（７）を、薄金属層で形成している、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気的接続素子。
【請求項７】
上記ビーム（７）の長さを数１０μｍ乃至数１００μｍの範囲内とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の電気的接続素子。
【請求項８】
上記突出部領域（６）の厚み（e1）を凹部（８）の深さ（e2）より小さくあるいはそれと等しくした、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電気的接続素子。
【請求項９】
上記突出部領域（６）の厚み（e1）を凹部（８）の深さ（e2）より大きくした、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電気的接続素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の電気的接続素子（１）を備えた超小型電子部品を製造する方法において、第１、第２のウエハー（２、３）を組付けるにあたり、
第１接触部材の突出部領域（６）と、凹部（８）上方における第２接触部材のビーム（７）と、を電気的接続させることを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
上記の組付けた第１、第２ウエハー（２，３）間に絶縁層（９）を施してそれらウエハーを封止する、請求項１０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ技術（microtechnology）分野において使用する第１、第２のウエハーを電気的に接続する素子であって、上記第１，第２ウエハーの対向面とそれぞれ一体であるとともにそれぞれ少なくとも１つの薄層として実現される（achieve）少なくとも第１及び第２の接触部材（contact element）を備え、上記第１接触部材が突出部領域を有している電気的接続素子に係る。
【０００２】
また本発明は、上記のような電気的接続素子を備えた超小型電子部品の製造方法にも係る。
【背景技術】
【０００３】
マイクロ技術分野において使用しているようなウエハーを２枚、それらの間の電気伝導を確保して組み付ける場合、それら２枚のウエハーの間に接触スタッド（contact stud）を配設するのが通例である。接触スタッドは最大の信頼性と良好な接触抵抗とを保証するものとして実際に公知である。
【０００４】
例えば、 接触スタッドは、2枚のウエハーどうしが組付けられた状態では片方のウエハーのスタッドが他方のウエハーの対応スタッドと接触するようにそれら2枚のウエハーの対向面にそれぞれ配設できる。しかしながら、接触スタッドを配設しているウエハー面は必ずしも平坦ではなく、このために２つの対応スタッドどうしを接触させることができない場合がある。それらウエハーの片方または両方における平面度欠陥（flatness defects）は例えば、ウエハー表面の不均質もしくはシールの不連続部（sealing stops）またはシールの段差（sealing steps）に起因することがある。例えば、片方のウエハーの表面にある程度の凹凸があったり、あるいは両ウエハーの表面が相補的でないことがある。さらに、そうした剛性スタッドは、組付け状態のウエハーに変形を許さない。実際、いったん互いに組付けられたウエハーは熱膨張が相異なって互いに反対方向に移動させられることがあるが、剛性スタッドを使用した場合にはそうした移動が起こらない。
【０００５】
したがって、2枚のウエハーの間の電気的接続部材は、熱膨張による移動を阻止しまた平面度欠陥（flatness defects）を補償するためには可撓性を有することが好ましい。このため、文献“Sea of Leads Ultra High Density Compliant Wafer-Level Packaging Technology（2002 Electronic Component and Technology Conference）において、ムハンナド・エス・バキール（Muhannad S. Bakir）氏他は可撓接触部（flexible contact）をポリマー膜で作成することを提案している。ポリマー膜はウエハー表面にブリッジを形成し、金の薄層で部分的に被覆される。その金薄層の一端はウエハーに固定され、また他端は別のウエハーとの接触を実現するようにしたはんだボールを含む。しかしながら、これらの可撓接触部の使用は限られたままである。確かに、ポリマー材の可撓膜の使用によって、上記のように実現した接触部の２００℃以上での使用が制限される。さらに、この種の接触部は、機械的接触が実現されない限り２枚のウエハーを封止することができず、このため気密封止及び／または密封を得ることができない。最後に、こうした接触部は一般的には容易に実現することができず、製造は細心を要し、また高コストとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、２枚のウエハーどうしを電気的に接続する素子であって、ウエハーの片方あるいは両方の表面の凹凸を補償することが出来、２００℃以上の温度に耐えかつそれら２枚のウエハーを封止することもできる一方で、実現（achieve）が容易でしかも好ましくは超小型電子技術分野等の技法を利用する電気的接続素子を実現（achieve）することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を適用した電気的接続素子は、上記第２接触部材を第２ウエハーに形成した凹部の上方に懸吊したビーム（梁）（beam）で形成し、突出部領域の幅を凹部の幅より小さくしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の１つの展開（development）を適用した電気的接続素子は、第１ウエハーが、上記突出部領域を形成するように金属層をその上に蒸着させた凸部を備える。
【０００９】
本発明の好適実施例を適用した電気的接続素子は、上記ビームを、薄金属層で被覆した薄誘電体層で形成している。
【００１０】
本発明の別の実施例を適用した電気的接続素子は、上記ビームを薄金属層で形成している。
【００１１】
本発明の別の目的は、信頼でき、低価格、簡単でしかも好ましくは超小型電子技術分野で使用する技法によって実現できる電気的接続素子を備えた超小型電子部品の製造方法を実現することにある。
【００１２】
本発明を適用した製造方法は、第１接触部材の突出部領域と、凹部上方の、第２接触部材の、凹部上方のビーム（beam）とを電気的接続させる（establishing）第１、第２のウエハーを組付けることを特徴とする。
【００１３】
本発明の１つの展開（development）を適用した製造方法は、第１、第２の組付けたウエハーどうしの間に絶縁層を施してそれらウエハーを封止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面にしたがって本発明を詳細に説明する。
図１に示すように、第１、第２のウエハー２、３を備えた超小型電子部品において、電気的接続素子１は上記第１、第２ウエハー２、３の対向面２a、３bとそれぞれ不可分の少なくとも第１、第２の接触部材を備えている。上記第１、第２の接触部材は、上記第１、第２ウエハー２、３を組付けた時に電気的接続を得るべく互いに接触させられるように形成されている。ウエハー２、３は各々、例えばシリコンまたはガラスで形成できる。したがって、第１ウエハーは例えば、その上に集積回路を配設する基板を形成でき、また第２ウエハーのほうは例えば、その上に超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）を配設する基板を形成できる。
【００１５】
図１に示すように、第１ウエハー２の表面2aは凸部４を備えており、また上記表面2aの上には金属層５を配設して凸部４を被覆するとともに突出部領域６を形成している。上記金属層５は好ましくは、上記表面2aの、凸部４と隣接した部分が金属層５の端部によって被覆されるように、その幅Ｌ２を凸部４の幅Ｌ１よりも大きくしている。したがって、凸部４と金属層５とが 上記接続素子の第１接触部材を形成する。上記突出部領域６はスタッド（stud) またはリブ（rib）の形状のものでよい。したがって、例えば、図９乃至図１１に意図し示されるように（for example purposes and as represented in figures 9 to 11）では、第１接触部材は、第１ウエハー２の表面2aの凸部４をエッチングし、次いで、例えば金またはアルミでよい金属層５を上記表面2a上に蒸着することによって実現できる。第１接触部材の形状は上記エッチングの際に決められる。
【００１６】
上記第２ウエハー３の第２接触部材は第２ウエハー３に形成した凹部８の上方に懸吊したビーム（梁）７で形成され、突出部領域６の幅Ｌ１は凹部８の幅Ｌ３よりも小さくなっている。上記ビーム７の両端部は、第２ウエハー３の表面3a上で凹部８の両側にそれぞれ係止している。ビーム７は好ましくは、例えば金またはアルミの薄金属層あるいは、薄金属層で被覆した薄誘電体層で形成されている。
【００１７】
従って、図２、図３に示すように、上記の接続素子は、２枚のウエハー２，３を組付けて、凹部８の上方で、突出部領域６とビーム７とを電気的接続させることによって超小型電子部品を実現させ得るものである。ビーム７の厚みが十分に小さいので、凹部８の上方で突出部領域６によって加えられる圧力で変形可能である。これによって、可撓性のある電気的接続部を形成することができるので、ウエハーの平面度欠陥（flatness defects）を補償できるとともに変形時のウエハーの熱膨張を許容できる。突出部領域とビームとの間に加わる圧力は、実際にそのビーム７の厚みと形状とに応じて、また突出部領域６の幅に応じて、調整することができる。したがって、かなり小さい幅Ｌ３をもった比較的厚みのあるビーム７は、突出部領域とビームとの間に強い圧力を生じさせるのに十分な大きさの剛性をもつ。同様に、突出部領域６の幅Ｌ１を小さくすれば、良好な電気的抵抗をもった接触部材に好適なビーム７に強い圧力を加えることができる。さらに、突出部領域６の寸法を小さくすれば高い接触密度を得ることができる。
【００１８】
突出部領域６の厚みe1が凹部８の深さe2より小さい場合、上記接続素子は２枚のウエハーを封止することができる。例えば、凹部８の深さe2を５nmに、また突出部領域６の厚みe1を３nmにすることができる。したがって、図２に示すように、ウエハー２、３を組付けた状態では、突出部領域６と、凹部８の上方に懸吊したビーム７の部分とが接触するだけでなく、金属層５とビーム７の端部どうしが接触する。したがって、金属層とビーム７の端部どうしの接触によって凹部８を密封することができる。また、２枚の組付けたウエハーどうしの間に例えばポリマーまたは酸化物で形成した絶縁層９を施してそれらウエハーを密封してもよい。したがって、この種の接続によって、共振マイクロセンサー等の真空中に置かれるべき封入超小型電子部品を、その真空度を維持して、封入することができる。図３に示す別の実施例においては、２枚のウエハーを組付けた状態で、突出部領域６だけがビーム７と接触するように突出部領域６の厚みe1を凹部８の深さe2より大きくする。この場合、ビーム７は、凹部８の底と接触するまで、突出部領域によって加えられる圧力で変形させられる。第１、第２のウエハーが組付けられると、その組立体が超小型電子部品を形成する。
【００１９】
上記の接続素子は、２枚のウエハーの間の可撓性電気的接触の形成を可能にするだけでなく、第１、第２の接触部材の形状の適正化も可能にするものである。したがって、図４に示すように、第１接触部材の突出部領域６を円形リブの形にしてもよい。ビーム７と凹部８も、上記突出部領域６がその全長にわたってビーム７と接触するように円形とする。ビーム７と突出部領域６の長さは、接触密度を高める数１０μｍから数１００μｍまでの範囲内とする。図４に示すように、第２接続部材を作成する際に凹部８上方にビーム７を懸吊するためにビーム７に孔を設ける。
【００２０】
こうして、図５乃至図８に示す特定実施例においては、第２接続部材を形成するのに第２ウエハー３をエッチングして凹部８を形成する（図５参照）。次いで、ポリマー等の捨て層（sacrificial layer）１１を蒸着し、リトグラフ処理し、凹部８内でエッチングして薄金属層の形状でビーム７を蒸着できるようにする（図６参照）。こうして、ビーム７は上記捨て層１１および、ウエハー３の表面3aの隣接部分に蒸着される （図７参照）。さらに、ビーム７の形状をリトグラフとエッチングによって画定し、また、孔１０をビーム７に形成し、上記捨て層１１に接近してこの捨て層１１の除去を可能とするドライエッチングを行なえるようにする（図８参照）。ドライエッチングを行うと、ビーム７は凹部８上方に懸吊される。
【００２１】
上記接続素子は、２００℃以上もしくは２００℃の温度で動作可能な超小型電子部品の製造を可能とする、第１、第２ウエハーどうしの、熱的に安定した可撓性電気的接続を実現する（achieve）という利点を有するものである。最後に、かかる超小型電子部品は実現し易く、製造方法は一括的（collective）であり、比較的低コスト、また超小型電子技術分野で使用する技術と両立するものである。
【００２２】
本発明は以上に説明した実施例に限定されるものではない。すなわち、接続素子は複数の第１、第２の接触部材を備え得る。さらに、この接続素子は、２つの別個の部品の電気的相互接続を可能とする、あるいはウエハーの上に設けた部品の別の部品との電気的接続も可能とするものである。また、この接続素子は、集積回路および／またはマイクロシステムを、基板上に配設する場合に一括的に相互接続させることができる。上記接続素子は、電子回路上に設ける「ＭＥＭＳ」型マイクロシステム等の多数の電子部品からなる装置に特に適用して、その装置の様々な部品どうしを電気的に接続するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用した接続素子の横断面図。
【図２】本発明を適用した接続素子を備え、突出部領域の厚みが凹部（cavity）の深さを越えていない超小型電子部品の横断面図。
【図３】本発明を適用した接続素子を備え、突出部領域の厚みが凹部の深さを越えている超小型電子部品の横断面図。
【図４】本発明を適用した接続素子を備えた超小型電子部品の特定実施例の分解斜視図。
【図５】図１に示す接続素子の第１部分の形成順序を示す横断面図。
【図６】図１に示す接続素子の第１部分の形成順序を示す横断面図。
【図７】図１に示す接続素子の第１部分の形成順序を示す横断面図。
【図８】図１に示す接続素子の第１部分の形成順序を示す横断面図。
【図９】図１に示す接続素子の第２部分の形成順序を示す横断面図。
【図１０】図１に示す接続素子の第２部分の形成順序を示す横断面図。
【図１１】図１に示す接続素子の第２部分の形成順序を示す横断面図。
【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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