(57)【要約】【課題】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）や、微小機械技術（micro-structure-technology：ＭＳＴ）構造体に適したデバイスを提供する。【解決手段】基板３１０には、複数のキャビティ３２０が形成されており、基板３１０，２１０を結合した際は、基板２１０上に作成された構造体１２０は、キャビティ３２０内に位置する。このことにより、構造体１２０を保護することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の基板を備えた構造体を形成する過程を有し、
前記１つ又は複数の基板は、単一の基板又は複数の基板を互いに結合したものからなり、
前記構造体は、前記１つ又は複数の基板の少なくとも一部を含む、及び／又は前記１つ又は複数の基板に取り付けられた非電子機能部品を有し、
前記１つ又は複数の基板は、第１面、前記第１面側に設けられた開口、開口内に設けられた導体を備える第１の基板を含み、
当該方法が更に、前記第１の基板における第２面において前記導体が露出するように、前記構造体から材料を除去する過程を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記開口内の前記導体は、前記１つ又は複数の基板上に作成された回路の一部であり、前記非電子機能部品の動作に使用されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記１つ又は複数の基板は、互いに結合された複数の基板であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記構造体形成過程が、
前記複数の基板の一つをなす基板Ｓ１上に、周囲よりも突出した離隔部材を設ける過程と、
前記離隔部材が、前記基板Ｓ１と、前記複数の基板の一つをなす別の基板Ｓ２との間に位置するように、前記基板を互いに結合する過程とを有し、
前記第１の基板が、前記両基板Ｓ１、Ｓ２の一方からなることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記離隔部材する材料が、前記開口を少なくとも部分的に埋めることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記他の基板Ｓ２への前記基板Ｓ１の結合は、前記離隔部材が硬化する前に行われ、結合中に、前記離隔部材の材料が、前記開口内に流入することを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記基板Ｓ１又はＳ２上に、前記両基板Ｓ１、Ｓ２間の最小限の間隔を保つためのスペーサを作成することにより、前記基板Ｓ１、Ｓ２間に少なくとも部分的に位置する前記非電子機能部品を保護することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項８】
前記他の基板Ｓ２への前記基板Ｓ１の結合は、前記離隔部材が固まる前に行われ、前記スペーサが、前記離隔部材の固まっていない材料中にある固い材料であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第１の基板における前記第２面の第１部分から材料を除去することにより、前記第１部分を前記第１の基板における前記第２面の第２部分に対して凹設することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記導体が前記第２面上に露出した後に、前記構造体をダイシングすることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記複数の基板は、前記した基板から材料を除去する間に、前記非電子機能部品を少なくとも部品的に保護する第２の基板を含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記第２面上に露出した導体の表面を配線用基板に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記第２面は、前記第１面の反対側であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の基板は、半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記第２面側の前記半導体物質上に絶縁体を形成し、前記絶縁体は前記第２面側の導体を完全には覆わないことを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記開口は、前記第１面に一つ又は複数形成され、前記開口内には電気的信号を伝達するための導体を有し、前記第２面から材料を除去することにより、前記開口内において前記導体を露出させることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記非電子機能部品の動作により、前記構造体が、（ａ）動く又は変形する、及び／又は（ｂ）電磁放射線を放射、検出、又はその他の相互作用を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１８】
１つ又は複数の基板を備えた構造体を有するデバイスであって、
前記１つ又は複数の基板は、単一の基板又は複数の基板を互いに結合したものからなり、
前記１つ又は複数の基板は、第１面、第２面、前記第１面から前記第２面に貫通する開口、及び前記開口内に設けられた導体を含み、
前記導体は前記第２面側に露出し、
前記構造体は、前記第１の基板側における前記第１面の少なくとも一部を含む、及び／又は前記第１の基板における前記第１面に取り付けられた非電子機能部品を有することを特徴とするデバイス。
【請求項１９】
前記開口内の前記導体は、前記１つ又は複数の基板上に作成された回路の一部であり、前記非電子機能部品の動作に使用されることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記１つ又は複数の基板は、互いに結合された複数の基板であることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記構造体は、前記１つ又は複数の基板をなす基板Ｓ１、基板Ｓ２間に、離隔部材を有し、
前記第１の基板が、前記両基板Ｓ１、Ｓ２の一方からなることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記離隔部材は、前記開口を少なくとも部分的に埋めることを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記基板Ｓ１又は基板Ｓ２上に作成されたスペーサを有することを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記スペーサは、前記離隔部材に埋め込まれたガラス又は樹脂製の球状部材であることを特徴とする請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記導体が前記第２面における第１部分において露出され、前記第２面は、該第２面から前記第１部分よりも突出する第２部分を有することを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記第２面を覆い、該第２面上に露出した導体から前記第２部分に延出する１つ又は複数の相互接続線と、前記第２部分上の接続部を露出させた状態で前記第２面上の前記導体を覆う絶縁体とを有し、前記接続部は１つ又は複数の前記相互接続線により前記導体と電気的に接続していることを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
配線用基板を前記第２面上に露出した導体の表面に取り付けることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記第２面は、前記第１面の反対側であることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記開口は、前記第１の基板を前記第１面から前記第２面に貫通する一つ又は複数の開口であり、該開口には前記第２面に露出する導体が設けられていることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項３０】
非電子機能部品の動作は、（ａ）動く又は変形する、（ｂ）電磁放射線を放射、検出、又はその他の相互作用を行うことを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項３１】
第１面、前記第１面に設けられた開口、前記開口内に設けられた導体を含む第１の基板を有する構造体を形成する過程を有し、
前記第１の基板における前記第２面において前記導体を露出させるために前記基板から材料を除去し、
前記第１の基板における前記第２面の第１部分から材料を除去することにより、前記第１の部分を前記第１の基板における前記第２面の第２部分に対して凹設することを特徴とする製造方法。
【請求項３２】
前記構造体がチップを構成し、
前記開口は前記チップの境界付近に位置し、前記第２部分は前記チップの境界に向かって延出する延出部を有していることを特徴とする請求項９又は請求項３１に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記第１の基板は前記第１面側に複数の開口を有し、各開口には導体が設けられ、前記第２面側において、前記材料を除去することにより、前記第２各開口に設けられた導体を露出させ、
前記延出部は、各開口間において前記境界に向かって延出することを特徴とする請求項３２に記載の製造方法。
【請求項３４】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記境界に少なくとも前記開口と同じくらい近接することを特徴とする請求項３３に記載の製造方法。
【請求項３５】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記境界に達することを特徴とする請求項３２に記載の製造方法。
【請求項３６】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記チップの隅に達することを特徴とする請求項３２に記載の製造方法。
【請求項３７】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記境界に前記第２面において露出している導体と同じくらい近接することを特徴とする請求項３２に記載の製造方法。
【請求項３８】
境界前記延出部は、前記チップの隅に向かって延出することを特徴とする請求項３２に記載の製造方法。
【請求項３９】
前記第２面上に、露出された導体から前記第２部分に延出する１つ又は複数の相互接続線を形成する過程と、
前記第２面上に、前記第２部分において接続部を露出させた状態で、前記導体を覆う絶縁体を形成する過程とを含み、
前記接続部は前記１つ又は複数の相互接続線によって前記導体と電気的に接続することを特徴とする請求項９又は請求項３１に記載の製造方法。
【請求項４０】
前記第１の基板は半導体基板であることを特徴とする請求項３１に記載の製造方法。
【請求項４１】
前記開口は、前記導体を前記開口の側壁から隔離する第１の絶縁体を有し、
（Ａ）前記第１の絶縁体を露出させるために、前記第２面から半導体材料を除去する過程と、
（Ｂ）前記導体を露出させるために、前記第２面上の前記第１の絶縁体を除去する過程とを含むことを特徴とする請求項１４又は請求項４０に記載の製造方法。
【請求項４２】
前記第２面において、前記半導体材料上に第２の絶縁体を形成する過程を含み、前記第２の絶縁体は前記導体を完全には覆わないことを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項４３】
前記第２の絶縁体は、前記（Ｂ）過程の後に形成されることを特徴とする請求項４２に記載の製造方法。
【請求項４４】
前記第２の絶縁体は、前記（Ａ）過程の後、かつ前記（Ｂ）過程において前記導体が露出される前に形成されることを特徴とする請求項４２に記載の製造方法。
【請求項４５】
前記第２の絶縁体を形成する過程が、
前記半導体材料及び導体上に前記第２の絶縁体を形成する過程と、
前記半導体材料上の前記第２の絶縁体を完全に除去することなく、少なくとも前記導体の一部を覆う前記第２の絶縁体を完全に除去するため、前記第２の絶縁体をブランケットエッチング法によりエッチングする過程とを含むことを特徴とする請求項４２に記載の製造方法。
【請求項４６】
第１の基板を含む構造体を有するデバイスであって、
前記第１の基板は、第１面、第２面、前記第１面から前記第２面に貫通する開口、及び前記開口内に設けられ、前記第２面側に露出する導体を含み、
前記導体は、前記第２面における第１部分において露出し、
前記第２面は、該第２面から前記第１部分よりも突出している第２部分を有することを特徴とするデバイス。
【請求項４７】
前記開口は前記構造体の境界付近に位置し、前記第２部分は前記構造体の境界に向かって延出する延出部を有していることを特徴とする請求項２５又は請求項４６に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記第１の基板は前記第１面から前記第２面に貫通する複数の開口を有し、各開口には導体が設けられ、前記延出部は、前記開口間において前記境界に向かって延出することを特徴とする請求項４７に記載のデバイス。
【請求項４９】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記境界に達することを特徴とする請求項４７に記載のデバイス。
【請求項５０】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記境界に少なくとも前記開口と同じくらい近接することを特徴とする請求項４７に記載のデバイス。
【請求項５１】
前記境界に向かって延出する前記延出部は、前記境界に前記第２面において露出している導体と同じくらい近接することを特徴とする請求項４７に記載のデバイス。
【請求項５２】
前記延出部は、前記チップの隅に達することを特徴とする請求項４７に記載のデバイス。
【請求項５３】
前記第２面上に露出された導体から前記第２部分に延出する１つ又は複数の相互接続線と、
前記第２面上で、前記第２部分において接続部を露出させた状態で、前記導体を覆う絶縁体とを有し、
前記接続部は前記１つ又は複数の相互接続線によって前記導体と電気的に接続することを特徴とする請求項４７に記載のデバイス。
【請求項５４】
前記第１の基板は半導体基板であることを特徴とする請求項１８又は請求項３１に記載のデバイス。
【請求項５５】
前記開口は、前記導体を前記開口の側壁から隔離する第１の絶縁体を有することを特徴とする請求項５４に記載のデバイス。
【請求項５６】
前記第２面上に前記半導体材料を覆う第２の絶縁体を有し、前記絶縁体は前記第２面において前記導体を完全には覆わないことを特徴とする請求項５５に記載のデバイス。
【請求項５７】
前記第２面上に前記半導体材料を覆う絶縁体を有し、前記絶縁体は前記第２面において前記前記導体を完全には覆わないことを特徴とする請求項５４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を貫通する開口部を有し、その開口部に導体が設けられたデバイスに関するものである。また、本発明は、そのデバイスの製造方法に関するものである。本発明に基づくデバイスとしては、非電子的に機能する部品が含まれる。このようなデバイスの例としては、微小電気機械システム（micro-electro-mechanical systems：ＭＥＭＳ）や、他の微小機械技術（micro-structure-technology：ＭＳＴ）構造体がある。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造技術は、微小電気機械構造体(micro-electro-mechanical structure)や、微小電気光学構造体（micro-electro-optical structures）を作成するのに用いられている。そのような構造体の例としては、リレー、マイクロポンプ、指紋照合用の光学デバイスなどがある。
【０００３】
図１は、半導体のダイ（チップ）１３０の上に形成された、そのような構造体１２０の一例を示している。ダイ１３０は、電気回路（図示せず）や、構造体１２０とコンタクトパッド１４０とを接続する相互接続線を有している。ダイ１３０は、半導体ウエハ上に、他の複数のダイと同時にバッチ処理により製造される。ダイシングにより、ウエハからダイを分割（切り出した）後、ボンドワイヤ１５０により、コンタクトパッド１４０とリードフレームピン１６０とを接続する。そして、リードフレームは、ピン１６０が基板１７０の裏面から突出した状態で、セラミックの基板１７０内に封入される。ダイ１３０と構造体１２０とを保護するために、別の基板１８０が、基板１７０に接合されている。なお、構造体１２０が光学デバイス（例えば、ミラーや、光学センサー）の場合は、基板１８０は例えばガラスなどの適切な透明材料から作られる。
【０００４】
前記したようなデバイスに適した製造技術及び構造体の改善が望まれる。また、非電子的に機能する部品の有無を問わず、デバイスの機械的強度を向上させることが望まれる。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００５】
本発明のいくつかの実施形態は、微小電気機械及び微小電気光学構造体の技術と、垂直統合に用いられるＰＣＴ番号WO 98/19337(TruSi Technologies,LLC, May 7,1998)に記載されている裏面側接触の作成技術を結びつけるものである。
【０００６】
本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。ある実施形態では、製造方法は、１つ又は複数の基板を備えた構造体を形成する過程を有し、前記１つ又は複数の基板は、単一の基板又は複数の基板を互いに結合したものからなり、前記構造体は、前記１つ又は複数の基板の少なくとも一部を含む、及び／又は前記１つ又は複数の基板に取り付けられた非電子機能部品を有し、前記１つ又は複数の基板は、第１面、前記第１面側に設けられた開口、開口内に設けられた導体を備える第１の基板を含み、当該方法が更に、前記第１の基板における第２面において前記導体が露出するように、前記構造体から材料を除去する過程を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、ある実施形態では、前記第２面は、前記第１の基板の裏側であり、露出された導体がコンタクトパットとなる。前記第１の基板の表面は、その他の基板、又は結合工程中（導体を露出させる工程を含む）に前記非電子機能部品を保護する基板と結合される。前記非電子機能部品は、ダイシング中も保護される。
【０００８】
前記他の基板又は基板は、光学部品の場合は、必用に応じて透明にすることができる。その場合、前記他の基板は又は基板は、光学ひずみを減少させるために、前記非電子機能部品の近くに位置することが望ましい。また、このことにより、システムエリアを小型化することができる。
【０００９】
また、ある実施形態では、製造方法は、第１面、前記第１面に設けられた開口、前記開口内に設けられた導体を含む第１の基板を有する構造体を製造した後、前記第１の基板における第２面において前記導体を露出させるために材料を除去する。このとき、前記第１の基板の前記第２面における第１部分から材料を除去することにより、前記第１部分を前記第１の基板の前記第２面における第１部分よりも凹設する。
【００１０】
作成された構造体は、非電子機能部品を有していてもよいし、有していなくともよい。ある実施形態では、前記第１の基板は、前記第２部分において、前記第１部分よりも厚い。前記第２部分を厚くすることにより、前記構造体の機械強度を向上させることができる。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２−Ａは、ウエハ２１０上及び／又は内部に作成された、小型の構造体１２０を示す。構造体１２０は、光学的、機械的、磁気的、及び／又はその他の種類の非電子的に機能する部品（非電子機能部品）を含む。非電子機能部品は、電子回路（例えばトランジスタ）を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。だが、非電子機能部品の動作は、従来の電子回路には無い機能を有している。例えば、非電子機能部品は、動作中に、動く又は変形する必要がある。このような非電子機能部品の例としては、マイクロポンプのダイアフラムや、微小機械スイッチの作動部分がある。
【００１３】
また、非電子機能部品には、可視又は不可視の光（電磁放射線）を放射及び／又は検出するものもある。「J. E. Gulliksen, "MST vs. MEMS: WHERE ARE WE ", Semiconductor Magazine, Oct. 2000, Vol. 1, No. 10」を参照されたい。このような非電子機能部品としては、ミラーやレンズがある。このような非電子機能部品は、指紋認識装置、光ディスクリーダ、バーコードリーダ、その他の微小機械システム（ＭＥＭＳ）やＭＳＴ構造体内に設けられているものであってよい。
【００１４】
また、非電子機能部品には、外部の磁場に対して、互いに作用し合うものもある。なお、本発明は、特定の種類の部品に限定されるものではない。また、本発明は、既存の部品以外に適用することも可能である。
【００１５】
構造体１２０の非電子機能部品には、基板２１０の一部を含むものもある。また、非電子機能部品には、他の基板（図示しない）上で作成された後、その基板から切り離された部品を含むものもある。例えば、米国特許第6,076,256号（released mirrors）を参照されたい。
【００１６】
構造体１２０は、基板２１０上及び／又は内部に作成された回路２２０に接続されている。回路２２０は、非電子機能部品の動作のために使用される。この回路２２０は、非電子機能部品をコントロールする、又は非電子機能部品の状態を示す信号を受信する。このような回路２２０としては、アンプ、フイルタ、又はその他の電子回路がある。基板２１０は、例えばシリコンなどの、適宜な半導体材料から作成することができる。また、ある実施形態では、回路２２０は接続線のみからなる。これらの実施形態では、基板２１０は、例えば誘電性ポリマやガラスなどの半導体以外の材料から作成される場合もある。
【００１７】
回路２２０及び／又は構造体１２０は、接続用構造体２３０に接続されている。接続構造体２３０の一つを、図２−Ｂに拡大して示す。接続構造体２３０は、例えば、PCT番号第WO 98/19337号（Tru Si Technologies, LLC, May 7, 1998）、2001年2月６日出願の米国特許出願第6,184,060号、2001年11月27日出願の米国特許出願第6,322,903号に記載されている方法により作成することができる。これらの方法は、言及することをもって、本願明細書の一部とする。
【００１８】
接続構造体２３０の作成方法について簡単に説明すると、バイア２６０は、基板２１０内にエッチングされる。絶縁体２７０は、バイア２６０内に形成される。導体２８０（例えば金属）は、絶縁体２７０上に形成される。また、所望に応じて、バイア２６０を充填するために、導体２８０上に他の材料２９０を形成することもできる。
【００１９】
なお、ウエハ２１０が絶縁性材料から作成される場合は、絶縁体２７０を省略することができる。また、バイア２６０を導体２８０によって充填することもできる。
【００２０】
構造体１２０、回路２２０、及び接続構造体２３０は、どの順序で作成してもよい。例えば、最初に回路２２０を作成し、次に接続構造体２３０を作成し、最後に構造体１２０を作成することもできる。また、要素２３０、２２０、１２０を作成するステップは、交互に行うことができる。そして、これらの要素の一つ以上を作成するのに同じステップを用いることができる。
【００２１】
図３は、ウエハ２１０に結合されるウエハ３１０を示す。ウエハ３１０には、複数のキャビティ３２０が形成されている。基板３１０には、キャビティ３２０と同じ側又は反対側に、位置合わせ用の印（図示しない）を形成することができる。ある実施形態では、ウエハ３１０は、上面及び下面に、ガラス磨きがされている。また、ある実施形態では、ウエハ３１０とウエハ２１０は、両者の熱膨張率を一致させるため、同一種類の材料（例えばシリコン）から作成される。
【００２２】
キャビティ３２０と、位置合わせ用の印は、従来の方法により形成することができる。例えば、米国特許番号第6,097,140号（glass etch）を参照されたい。
【００２３】
ウエハ３１０，２１０は互いに結合される（図４参照）。このとき、構造体１２０は、キャビティ３２０内に位置する。ウエハ３１０，２１０は、例えば接着剤や真空中でのガラス・フリットなどの、従来の方法により結合させることができる。また、接着剤を塗布する前や、構造体１２０がウエハ２１０に取り付けられる前に、ウエハ２１０を接着剤から隔離するために、ウエハ２１０の一部を隔離用の材料により覆うこともできる。
【００２４】
また、ウエハ３１０，２１０は、ハンダ付け、共晶接合、エポキシ樹脂による熱圧着、その他の公知又はこれから発明されるであろう方法によっても結合させることができる。
【００２５】
そして、ウエハ２１０の下面２１０Ｂ（ウエハ３１０に結合される側の反対側）は、バイア２６０の底部に形成された導体２８０からなる接続部２８０Ｃが露出するように処理される。この処理は、米国特許出願第6，322，903号や、ＰＣＴ番号第WO 98/19337号に記載されている方法により行うことができる。そのような方法の一つによれば、基板２１０と絶縁体２７０は、接続部２８０Ｃを露出させるために、常圧プラズマエッチング法によりエッチングされる。そして、絶縁層５２０（図６参照）は、シリコン２１０上に、導体２８０上を避けて選択的に形成される。
【００２６】
他の方法では、基板２１０と絶縁体２８０をエッチングして、導体２８０を露出させた後に、基板２１０を逆さまにする（図７参照）。そして、絶縁層５２０がスピンオン又はスプレー工程により形成された後、硬化される。絶縁層５２０としては、ポリイミド、ガラス、その他の流動性を有する材料（例えば、流動性熱硬化性重合体）を用いることができる。層５２０の表面は略平面状に形成されており、少なくとも、接続構造体２３０上では、層５２０は他の部分よりも薄く形成されている。
【００２７】
ある実施形態では、層５２０は、接続部２８０Ｃを覆ってはいない。絶縁層５２０が接続部２８０Ｃを覆っている場合は、必要ならば、接続部２８０Ｃを十分に露出させるために、層５２０をブランケットエッチング法によりエッチングすればよい。ウエハ基板２１０の結果は、図５に示すようになる。
【００２８】
また、他の方法では、構造体２１０のエッチングは、導体２８０ではなく絶縁体２７０を露出させる。図８を参照して、絶縁体２７０は、基板２１０の表面から突出している。ウエハ基板２１０は、逆さまにされており（図８参照）、絶縁層５２０は、前記した図７のような方法で形成される。層５２０は、接続構造体２３０上では、他の部分よりも薄い。
【００２９】
ある実施形態では、層５２０は、接続部２８０Ｃを覆ってはいない。また、必要ならば、絶縁体２７０を十分に露出させるために、層５２０をブランケットエッチング法によりエッチングすればよい（図９参照）。そして、導体２８０を露出させるために、絶縁体２７０は、絶縁層５２０から選択的にエッチングされる。ある実施形態では、絶縁体２７０は二酸化珪素からなり、絶縁層５２０はポリイミドからなる。ウエハ基板２１０の結果は、図６に示すようになる。
【００３０】
図５〜９に示した処理における利点の一つとしては、リソグラフィを行う必要がない。なお、リソグラフィを含む技術に含まれる他の技術も同様に使用することができる。
【００３１】
ウエハ基板２１０は、個々のチップ１０１０にダイシングされる（図１０参照）。ダイシング中は、構造体２１０は、基板２１０，３１０により保護される。
【００３２】
チップ１０１０は、例えばプリント基板（ＰＣＢ）などの配線用基板（図示せず）に取り付けられる。接続部２８０Ｃは、フリップ・チップ技術を用いて、配線用基板に直接取り付けられる。前記した米国特許出願第6，322，903号を参照されたい。
【００３３】
また、チップ１０１０は、接続部２８０Ｃが上を向くように、逆さまにされた後、リードフレームにワイヤボンディングされ、そして、従来の方法により、パッケージされることもできる。ボールグリッドアレイ（Ball grid arrays）、チップスケールパッケージ（chip scale packages）、その他の公知又はこれから発明されるであろうパッケージ技術を用いることができる。
【００３４】
また、他の有利な点としては、ウエハ２１０，３１０を結合した後、基板２１０と回路２２０を両ウエハにより保護することができる。基板３１０は、図１のように、基板２１０の周りに広がっていないので、基板２１０と回路２２０を保護する空間は小さくて済む。基板３１０が構造体１２０の近くに位置するように、キャビティ３２０は浅く形成されることが好ましい。このようにすると、光学的ひずみを減少させることができるので、光学的な用途に用いる場合に好適である。さらに、基板３１０は基板２１０上に直接載置されるので、基板１２０に対して基板３１０を正確に位置決めすることが容易となる。
【００３５】
光学的な用途に用いる場合は、基板３１０は非反射コーティングによって覆うことが好ましい。また、キャビティ３２０には、適宜な屈折率の材料が充填されることが好ましい。基板３１０には、レンズをエッチングすることができる。
【００３６】
基板３１０は、構造体１２０及び／又は回路２２０と接続される電子回路を有していてもよい。基板３１０は、絶縁体や半導体材料から作成してもよい。米国特許出願第6，322，903号には、基板３１０の回路を回路２２０に接続するために用いられる技術が記載されている。
【００３７】
図１１は、エリアに適合したパッケージを得るために、ウエハ２１０の裏側２１０Ｂに沿って、裏側の接続部が再配分された実施形態を示す。図４の工程の後、マスク１１１０が基板２１０の裏側２１０Ｂに形成され、リソグラフィによってパターンが形成される。所望に応じて、マスクが形成される前に、基板２１０は裏側２１０Ｂから薄くすることができる。ただし、このとき、絶縁体２７０を露出させる必要はない。薄くすることは、機械的研磨、プラズマエッチング、その他の公知又はこれから発明されるであろう方法により行うことができる。
【００３８】
裏側２１０Ｂ上の導体２８０の接続部２８０Ｃを露出させるため、基板２１０と絶縁体２７０は、マスク１１１０から選択的にエッチングされる（図１２参照）。適宜なエッチング処理は、前記した図５のような方法で行われる。そして、マスク１１１０が取り除かれた後、基板１２０の裏側２１０Ｂにおける導体２８０上以外に、絶縁層５２０（図１３参照）が選択的に形成される。前記した図６のような方法を参照されたい。
【００３９】
導電層１４１０（図１４参照）、例えば集積回路を結合したパッドに適宜な金属は、導電パッド１４１０Ｃと、それらのパッドを導体２８０に接続する導電線とを形成するために、ウエハ２１０の裏側に形成されパターンされる。そして、適宜な絶縁層１５１０（図１５参照）は、導電パッド１４１０Ｃを露出させるために形成されパターンされる。
【００４０】
そして、ウエハ基板１２０はダイシングされる（図１６参照）。結果として得られるチップ１０１０のパッド１４１０Ｃは、例えばＰＣＢなどの配線用基板に直接取り付けられる。一つのチップ１０１０の底面図を図１７に示す。また、図１７は、図１１に示したマスク１１１０の輪郭も示している。
【００４１】
図１１〜１７に示した実施形態における利点は、下記の点である。
【００４２】
接続構造体２３０の位置が、回路２２０と基板１２０との配置により規制される。例えば、接続構造体２３０は、チップ１０１０の表面において規制される。
【００４３】
また、接続部２８０Ｃが、配線用基板に直接取り付けられないので、そのサイズを小型化することができる。
【００４４】
また、導電パッド１４１０Ｃのサイズは、配線用基板に直接取り付けられるだけ十分に大きいが、導電パッド１４１０Ｃの位置は回路２２０や基板１２０により規制されない。そのため、チップ面積をより小型化することができる。
【００４５】
図１８では、マスク１１１０は、その境界（例えば隅部）において、４つの延出部（extensions）１１１０Ｅを有している。これらの延出部１１１０Ｅは、チップ１０１０の機械的強度を高める。延出部１１１０Ｅは、接続部２８０Ｃの境界の近く、又はすぐ近くに位置してもよい。ある実施形態では、延出部は、チップの境界に達し、隣接するチップの延出部と結合している。また、延出部は、接続部２８０間に延びていてもよい。なお、延出部は、４つ以上又は４つ以下設けることもできる。
【００４６】
また、延出部は、非電子機能部品を有しない基板に形成することもできる。
【００４７】
他の実施形態では、ウエハ基板２１０は、前記した図５〜９のどの方法によっても、図６の工程まで処理される。そして、コンタクトパッド１４１０Ｃと、コンタクトパッド１４１０Ｃを導体２８０に接続するための導電線とを形成するために、導電層１４１０（図１９参照）が、前記した図１４の方法により、ウエハ２１０の裏側２１０Ｂの絶縁層５２０上に、形成され、パターンされる。このとき、マスクは使用しない。そして、コンタクトパッド１４１０Ｃを露出させるために、前記した図１５の方法により、絶縁層１５１０が形成され、パターンされる。
【００４８】
そして、ウエハ基板は、テストされた後、個々のチップ１０１０を作成するためにダイシングされる（図２０参照）。
【００４９】
図２１は、ウエハ３１０の他の処理方法を示している。ウエハ３１０には、キャビティがエッチングされていない。離隔部材（stand-off features）２１１０は、ウエハ３１０の下面に形成されている。離隔部材２１１０は、適宜な材料を積層させて、その材料をリソグラフィによりパターンングすることや、シルクスクリーン印刷や、材料を針により処理することや、その他の公知又はこれから発明されるであろう方法により形成することができる。適宜な材料としては、エポキシ樹脂や、熱硬化性重合体や、ガラス・フリットなどがある。
【００５０】
ウエハ２１０は、図３のように処理される。そして、ウエハ３１０，２１０は、位置合わせがなされた後、図２２のように結合される。このとき、離隔部材２１１０は、ウエハ２１０に結合される。ウエハ２１０，３１０が結合された際は、構造体１２０は、離隔部材２１１０，２１１０間に位置する。そして、ウエハ基板は、前記した図５〜２０のどの方法によっても処理される。
【００５１】
図２２に示す実施形態では、材料２１１０は、バイア２６０を充填するのに使用される。この場合、図２２では、図２−Ｂにおいてバイア２６０を充填するのに使用された材料２９０は存在しない。或いは、材料２９０は、バイア２６０を部分的に充填するのにしか使用されない。材料２１１０は、ウエハ２１０，３１０が結合されたときは、完全には固まらない。材料２１１０は、ウエハ２１０，３１０の結合中、バイア２６０を充填する。ウエハ２１０，３１０の結合は、バイア２６０に材料２１１０を充填するのを容易にするために、真空中で行われる。
【００５２】
材料２１１０が固まる前にウエハ２１０，３１０の結合が始まる場合は、ウエハ３１０とウエハ２１０間における構造体２１０損傷を防止するために必用な最小限の間隔を保つために、ウエハ３１０及び／又はウエハ２１０上には、スペーサが設けられる。
【００５３】
スペーサとしては、ウエハ上に固定された硬い部材を用いることができる。また、スペーサとしては、材料２１１０内に埋め込まれた硬い球状部材２１２０（図２２参照）を用いることもできる。球状部材は、ガラス、樹脂、その他の適宜な材料（できれば導電体）から作成することができる。
【００５４】
球状部材２１２０は、ウエハ３１０，２１０が結合された際に、ウエハ３１０，２１０間の最小限の間隔を保つ。球状部材の好ましい直径は、１０〜３０μｍである。なお、球状部材の直径は、ウエハ３１０，２１０間の保つべき間隔に基づいて決定される。2000年7月25日に交付された米国特許番号第6,094,244号を参照されたい。
【００５５】
ある実施形態では、離隔部材２１１０が構造体１２０を完全に取り囲み、構造体１２０が位置する範囲を真空に保っている。真空にすることにより、構造体１２０の周囲の気圧が大気圧まで高まったときに、構造体１２０を密閉して周囲から隔離するのに役立つ。また、真空にすることにより、ウエハ３１０，２１０間の結合の強度も向上する。
【００５６】
ある実施形態では、材料２１１０は、ウエハ３１０上ではなく、ウエハ２１０上に形成される。
【００５７】
また、ある実施形態では、材料２１１０は、構造体１２０を覆う、かつ接触する。
【００５８】
また、ある実施形態では、材料２１１０は、ウエハ３１０，２１０が結合される前に固められる。この場合、材料２１１０は、バイア２６０を充填するのには使用されない。
【００５９】
図２３に示す実施形態では、構造体１２０は基板１２０の表面から突出していない。また、ウエハ３１０には、キャビティや離間部材は設けられていない。このことにより、基板３１０と構造体１２０間の間隔を狭くすることができる。これは、構造体１２０が光学部品を有している場合は、特に利点となる。
【００６０】
図２４〜２６に示す実施形態では、少なくとも接続構造体２３０のいくつかがチップ同士の境界（ダイシングライン上）に配置されている。その他の点では、ウエハ３１０，２１０の処理は、前記した図５〜２３のどの方法によっても続行することができる。図２４は、図４のように加工されたウエハ基板を示している。また、図２５は、ダイシングされた後の基板を示している。また、図２６は作成されたチップ１０１０の底面図である。
【００６１】
接続構造体２３０をチップ同士の境界に配置することの利点の一つは、面積を減らすことができるということである。また、特に、材料２９０が導電性の場合や、材料２９０が省略されている場合は、接続構造体２３０が、チップの側面に接触することができるという利点もある。また、もし、ウエハ基板２１０が図１６や図２０のように処理された場合は、接続構造体２３０が側面において接続している間は、接続部１４０Ｃはウエハ基板２１０の裏側で使用可能である。
【００６２】
また、図２４に示すように、バイア２６０の幅を広く形成することにより、バイアを等方性エッチング（isotropic etching）により形成することが可能になる。なお、等方性エッチングは、異方性エッチング（anisotropic etching）よりも安上がりである。
【００６３】
また、バイア２６０は、図２２のように、材料２１１０で充填することもできる。
【００６４】
なお、図２４〜２６に示す実施形態では、ウエハ３１０は図２１のように処理されている。また、接続構造体２３０がチップの境界に配置されている場合の他の実施形態では、ウエハ３１０は、図３や図２３のように処理されている。
【００６５】
図２７に示す実施形態では、キャビティ２７１０が、ウエハ３１０の上面に、ダイシングラインに沿って形成されている。キャビティ２７１０は、ウエハ３１０，２１０の結合前でも結合後でも形成することができる。また、キャビティ２７１０は、ダイシングラインの全長に、又はダイシングラインに沿って分散して、どのような形状でも形成することができる。
【００６６】
図２８は、ダイシング後の基板を示している。キャビティ２７１０は、ダイシング中に、基板にかかる圧力や、基板に圧力がかかる時間を減少させる。そのため、ダイシングによる損傷は少なくなる。このことは、基板３１０が光学的な目的に用いられる透明な基板である場合には、特に有利である。なぜならば、基板３１０の損傷は、光学的ひずみの原因となるからである。
【００６７】
キャビティ２７１０は、前記した図２〜２６の基板や処理において、どれにでも適用することができる。
【００６８】
基板２９０は、多層ウエハ（multiple wafers）を用いて作成することができる。図２９に示す例では、構造体１２０は、ウエハ２１０と、ウエハ２１０の上面側に結合された複数のウエハ２９０４との一部分を含んでいる。このような構造体１２０としては、例えばマイクロポンプがある。例として、2000年11月12日に交付された米国特許番号第6,116,863号の「Electromagnetically Driven Microactuated Device and Method of Making the Same」を参照されたい。図２９では、ウエハ３１０に形成された通路２９１０が、マイクロポンプにおける出入口に相当する。
【００６９】
作成中は、ウエハ２９０４と、ウエハ２１０の上面側は、構造体１２０が作成できるように処理される。そして、ウエハ２１０，ウエハ２９０４は結合される。また、ウエハ３１０は、必要に応じて、例えば、図３のようなキャビティ３２０や、図２４のような離隔部材２１１０を形成できるように処理される。そして、ウエハ３１０は、ウエハ２９０４の上面に結合される。その後、前記した図４〜２８のような作成工程が続けられる。ウエハ２１０の下側は接続構造体２３０を露出させるように処理される。図２９に示したウエハ２１０の裏側は、図１９のように処理される。ただし、前記した他の処理でもよい。図２９は、ダイシングされた後の  構造を示している。
【００７０】
前記した実施形態は、本発明を限定するものではない。また、本発明は、特定の材料、処理、形状、配置、構造体１２０の特定の種類によって限定されるものではない。また、構造体１２０は、動作中に動く機械部品を有していてもよい。また、他の実施形態や変形例は、〔特許請求の範囲〕において規定された範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来の微小電子機械部品又は微小電子光学構造体を有するデバイスを示す縦断面図である。
【図２−Ａ】本発明の一実施形態に係る非電子機能部品を有するデバイスを示す縦断面図である。
【図２−Ｂ】図２−Ａに示した接続構造体２３０の拡大図である。
【図３】図２−Ａに示したウエハ２１０に結合されるウエハ３１０を示す縦断面図である。
【図４】デバイスの製造工程を示す図であり、ウエハ２１０，３１０を結合させた状態を示す。
【図５】図４に続く工程であり、ウエハ２１０の下面２１０Ｂを処理した状態を示す。
【図６】図５に続く工程であり、ウエハ２１０の下面２１０Ｂに絶縁層５２０を形成した状態を示す。
【図７】デバイスの他の製造方法を示す図であり、ウエハ３１０に逆さまにした基板２１０を結合させた状態を示す。
【図８】図７に続く工程であり、絶縁体２７０を露出させた状態を示す。
【図９】図８に続く工程であり、絶縁層５２０を形成した状態を示す。
【図１０】図６に続く工程であり、基板２１０，３１０をダイシングした状態を示す。
【図１１】デバイスの他の製造方法を示す図であり、図４の工程の後、基板２１０の裏側２１０Ｂにマスク１１１０を形成した状態を示す。
【図１２】図１１に続く工程であり、導体２８０の接続部２８０Ｃを露出させた状態を示す。
【図１３】図１２に続く工程であり、絶縁層５２０を形成した状態を示す。
【図１４】図１３に続く工程であり、導電層１４１０を形成した状態を示す。
【図１５】図１４に続く工程であり、絶縁層１５１０を形成した状態を示す。
【図１６】図１５に続く工程であり、基板２１０，３１０をダイシングした状態を示す。
【図１７】図１５の工程で作成されたチップ１０１０の底面図である。
【図１８】図１５の工程で作成されたチップ１０１０の底面図であり、チップ１０１０が延出部１１１０Ｅを有している場合を示す。
【図１９】デバイスの他の製造方法を示す図であり、図６の工程の後、絶縁層５２０上に導電層１４１０を形成した状態を示す。
【図２０】図１９に続く工程であり、基板２１０，３１０をダイシングした状態を示す。
【図２１】ウエハ３１０の他の処理方法を示す図であり、ウエハ３１０の下面に離隔部材２１１０を形成した状態を示す。
【図２２】図２１に続く工程であり、ウエハ２１０，３１０を結合させた状態を示す。
【図２３】デバイスの他の製造方法を示す図であり、構造体１２０がウエハ１２０内に配置されている様子を示す。
【図２４】デバイスの他の製造方法を示す図であり、接続構造体２３０をダイシングライン上に配置されている様子を示す。
【図２５】図２４に続く工程であり、基板２１０，３１０をダイシングした状態を示す。
【図２６】図２５の工程で作成されたチップ１０１０の底面図である。
【図２７】デバイスの他の製造方法を示す図であり、ウエハ３１０の上面にキャビティ２７１０を形成した状態を示す。
【図２８】図２７に続く工程であり、基板２１０，３１０をダイシングした状態を示す。
【図２９】デバイスの他の製造方法を示す図であり、複合ウエハを用いて作成したチップ１０１０を示す。
【図１】
2004525778.tif 000003
【図２−Ａ】
2004525778.tif 000004
【図２−Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際公開パンフレット】
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2004525778.tif 000034
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【国際調査報告】
2004525778.tif 000063
2004525778.tif 000064
2004525778.tif 000065