(57)【要約】【課題】はんだ材料によって二つのコンポーネントを互いにはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法を提供する。【解決手段】本方法は、コンポーネントの対向する表面上に、はんだ材料によってぬらすことのできる表面を形成する段階と、ぬれ性の表面の一つの上にはんだまたはハイブリダイゼーションパッドを構成することができる適切な量のはんだ材料を堆積させる段階と、脱酸化機能、はんだ材料の再酸化を制限する機能、熱伝達機能、及び、表面張力を低減させる機能を有する液状のフラックス材料を堆積させる段階と、堆積させたはんだ材料に他方のコンポーネントのぬれ性の表面を接触させる段階と、少なくともはんだ材料の融点に達するまで、コンポーネントが配置されているチャンバの温度を上昇させる段階と、を含む。更に、液体のはんだフラックスに関して異なるぬれ性の領域を、コンポーネント上に画定する段階を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ材料によって二つのコンポーネントを互いにはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法であって、前記コンポーネントの少なくとも一つ（以下、“第一のコンポーネント”（３）と称する）が、同数の外部結合パッド（５）に接続された一つ以上の金属導線（４）を備えていて、
‐  はんだ付けまたはハイブリダイズされる前記コンポーネントの対向する表面上に、前記はんだ材料によってぬらすことのできる表面であって、前記金属導線（４）に電気的に接触している前記第一のコンポーネント（３）上に形成される表面を形成する段階と、
‐  該ぬれ性の表面の一つの上にはんだまたはハイブリダイゼーションパッド（６）を構成することができる適切な量のはんだ材料を堆積させる段階と、
‐  はんだ付けされた結合部が実際に形成された後の脱酸化機能及び前記はんだ材料の再酸化を制限する機能と、熱を伝達する機能と、表面張力を低減させる機能とを有する液状のフラックス（９）材料を堆積させる段階と、
‐  堆積させた前記はんだ材料に他方の前記コンポーネントのぬれ性の表面を接触させる段階と、
‐  リフロー効果による効果的な前記二つのコンポーネントの互いのはんだ付けまたはハイブリダイゼーションを確実にするために、少なくとも前記はんだ材料の融点に達するまで、はんだ付けまたはハイブリダイズされる前記コンポーネントが配置されているチャンバの温度を上昇させる段階と、
を含み、
更に、前記はんだ材料を受ける前記第一のコンポーネントの領域と前記外部結合パッド（５）によって画定された領域とに接触する部分の前記フラックスを少なくとも電気的に絶縁するように、液体のはんだフラックスに関して異なるぬれ性の領域を、前記第一のコンポーネント（３）上に画定する段階を含むことを特徴とする、はんだ付けまたはハイブリダイズするための方法。
【請求項２】
前記異なるぬれ性の領域は、前記第一のコンポーネント上に薄い耐ぬれ性のコーティング（８）を堆積させる結果であることを特徴とする、請求項１に記載のはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法。
【請求項３】
前記コーティングがＳｉＯＣまたはＣ４Ｆ８から成ることを特徴とする、請求項２に記載のはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法。
【請求項４】
前記コーティング（８）がＰＥＣＶＤによって堆積される、請求項２または請求項３のいずれかに記載のはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法。
【請求項５】
前記コーティング（８）が前記外部結合パッド（５）の垂直な上に堆積される、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法。
【請求項６】
前記コーティング（８）が前記はんだ材料（６）を受ける領域と前記外部結合パッド（５）との間に堆積される、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロニクスの分野に係り、特に相互結合バンプ（“はんだバンプ”とも称される）を用いた二つの異なるコンポーネントのハイブリダイゼーションのための方法に関する。従って、本発明は、マイクロコンポーネント（より一般的にはチップと称される）の分野全般に関するが、マイクロセンサ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ，微小電気機械システム）等のマイクロアクチュエータ、半導体ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ，垂直キャビティ面発光レーザ）のオプトエレクトロニクスコンポーネント等への応用も有する。
【０００２】
本発明の意義の範囲内において、“コンポーネント”という用語は、チップ等の電子センサ、電気または電子回路用の取り付け構造、集積回路の蓋型のパッシブ電気コンポーネントや、更には物理量の特性を明らかにするためのセンサであるものと理解される。
【背景技術】
【０００３】
本発明において問題としているマイクロコンポーネントは従来、適切な特性の基板（例えば、電子コンポーネント用の半導体型基板（単結晶シリコン、サファイア等））の上に堆積される。
【０００４】
こうした基板は、マイクロコンポーネントから基板の周辺に向けて放射状に広がる導線（例えばアルミニウム製）を有する。これによって、妥当な場合には、コンポーネント用の必要な電力供給を提供することが可能になることに加えて、とりわけ、このコンポーネントが生成すると予想される信号を処理及び分析することが可能になり、更には、それが組み込む機能を制御することが可能になる。
【０００５】
異なるコンポーネントを互いに組み立てるために今日広範に用いられている方法の一つは、“フリップチップ”と称されるはんだバンプを用いたハイブリダイゼーション法である。簡潔に言うと、この技術は、
‐  組み立てられるべきコンポーネントの一つの上に位置する一以上のぬらすことのできる表面上にはんだバンプを構成する適切な量の材料を堆積させること；
‐  はんだ材料によってぬらすことの可能な表面（この表面は、第二のコンポーネントが第一のコンポーネント上に取り付けられた際に第一のコンポーネントの表面の実質的に垂直な下に位置する）を備えた、ハイブリダイズされるべき他のコンポーネントを提供すること；
‐  熱伝導を確実することを可能にする熱的機能及び表面張力を低減させることを可能にする物理的機能を備えた液体状のフラックス材料（このフラックスは、化学的な脱酸機能を有して、はんだ付け中再酸化を防止する）を堆積させて、実際のはんだバンプの形成を促進すること；
‐  その後、他のコンポーネントのぬれ性表面を、堆積させたはんだ材料に接触させること；
‐  最後に、所望の結果（具体的には、第二のコンポーネント上の第一のコンポーネントのハイブリダイゼーションであり、バンプは各コンポーネントのぬらすことのできる表面間の機械的及び／又は電気的結合を形成し、このぬらすことのできる表面の少なくとも一つ自体はコンポーネントに提供された導線に接続されている）が得られるまでバンプを溶解するために、バンプを構成する材料の融点を超える温度に達するまで温度を上昇させること；
を含む。
【０００６】
従って、組み立てプロセス中において、バンプを構成するはんだ材料は球形となる。
【０００７】
一般的には金製のぬらすことのできる表面上へのインジウム（この材料はこのようなバンプを生成するために一般的に選択される）のはんだ付けは、液体または気体状の脱酸剤を使用することを必要とする。液体フラックスは、この場合、“はんだフラックス”とも称される。
【０００８】
一般的に言って、はんだフラックスは本質的に腐食性であり、酸化物還元後には、実際のはんだ金属を冒す可能性もある。
【０００９】
実験によって、この望ましくない腐食が、二つの特定の構成によって悪化することが示されている。
‐  はんだフラックス（電解質として機能する）の存在下において異なる電気化学ポテンシャルを有する一対の金属を使用することによるガルバニック効果；
‐  はんだバンプ及びフラックスが過度に長時間接触したままであること。
【００１０】
従来技術によるフリップチップハイブリダイゼーションを概略的に示す図１及び２に関して、ガルバニック効果について以下に説明する。これらの図面は、チップ２がその上にハイブリダイズされた第一のコンポーネント１を示す。
【００１１】
コンポーネント１は、シリコン等のホスト基板３を有し、その上には、導線４（例えばアルミニウム製）が存在している。ハイブリダイゼーション領域の垂直な上と下には、それぞれ基板３上とハイブリダイズされるべきチップ２上とに、ぬらすことのできる表面７及び８が存在する。このぬらすことのできる表面は、ＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ  Ｂｕｍｐ  Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）とも称され、典型的には金製である。
【００１２】
同時に、コンポーネント１は、複数の外部結合パッド５も有する。パッドは実質的に、ハイブリダイズされるコンポーネントとその外部環境との間の接続を確実にすることが可能な導電性表面から構成されている。このようなパッドは、その上にワイヤ（典型的には金製）が熱圧着され得る金属表面から通常は構成されている。
【００１３】
ハイブリダイゼーション中においては、ハイブリダイゼーションバンプ６を構成することを意図されているはんだまたは蝋付け材料を堆積させた後に、脱酸剤９（図２）がコンポーネント１全体にわたって広がって、外部結合パッド５及びハイブリダイゼーションバンプ６の両方を実質的に覆う。ハイブリダイゼーションバンプを構成する材料は一般的に、インジウム、錫‐鉛合金、またはＡｇＣｕＳｎ等の鉛フリーの合金製である。
【００１４】
外部結合パッド５の金層は、アルミニウム導線４から成る電気接続によってはんだバンプ６に接続されている。よって、電解質として機能するはんだフラックス９の存在により、密接な電気回路が形成される。これによって、用いられる金属の異なる電気化学ポテンシャルによる電池の周知の原理に従って、ハイブリダイゼーションバンプを構成する材料の還元をもたらす電気化学的な現象が引き起こされる。こうして、バンプを構成する材料の還元が観測されて、これによって、この材料がはんだフラックス中に少なくとも部分的に溶解し、結果として、チップ２とコンポーネント１との間の求められているハイブリダイゼーションの機能障害がもたらされる。
【００１５】
この欠点を解消するための初期の提案は、上述の電気化学回路を絶縁するために絶縁層（例えば樹脂層）で外部結合パッドを覆うというものや、バンプを構成する材料と同じ電気化学ポテンシャルを有する金属によって外部結合パッドの金を置き換えるというものとであった。しかしながら、これらの解決策のどちらにおいても、製造歩留まりを下げる追加的な段階のみならず、より高くなる製造コストによって、ホスト回路（この場合コンポーネント）の製造プロセスが更に複雑になる。
【００１６】
陰極防食を用いることも提案されている：
‐  バイメタル腐食の原理に基づいて犠牲陽極を堆積させることによるもの。或る金属が保護されるべき金属に接続されて、この追加された金属が金属構造の代わりに腐食する。
‐  ＤＣ電源の使用を必要とする所謂外部電源方式を用いることによるもの。この場合、保護されるべき構造は、保護されるべき構造に影響を与える腐食活性を低減するように調節されているＤＣ発電機の負極端子に接続されている。
【００１７】
どちらの場合においても、陰極防食は、製造プロセスを更に複雑なものにする。また、後者の場合においては、信号の入力及び出力の管理が更に複雑なものになる。
【００１８】
しかしながら、ここで強調されるべきなのは、このようなハイブリダイゼーションが短時間で行われるのであれば、ハイブリダイゼーションバンプを構成する材料の電気化学的消費における固有のこの技術的問題が実際には致命的ではないということである。
【００１９】
しかしながら、このハイブリダイゼーションの作業は、製造コストを削減するために、系統立てて集合的に実施される傾向にある。従って、単一のホスト基板上の数百から数千のコンポーネントに対する集合的なリフロー法を用いて、ハイブリダイゼーションが実施される。対応するハイブリダイゼーションシーケンスはその後数時間続き得る。この事実に鑑みるに、上述の電気化学的腐食または消費の現象は最早許容できるものではない。何故ならば、これらの現象は時間にわたって悪化するからである。
【００２０】
不活性ガスはんだ付けの使用も提案されている。この方法を用いると、不活性ガスを、はんだ付けを確実にするために使用することができる。この場合、ハイブリダイゼーションを確実にするためにコンポーネントが互いの上面の上に取り付けられる段階中に、バンプ及び金属コンタクトは電解質によって電気的に接続されてはいない。使用される不活性ガスとして知られているものでは、Ｎ２＋ＨＣＯＯＨまたはＮ２Ｈ２の混合物が挙げられる。しかしながら、これらのガスは、それぞれ２００℃と３５０℃を超える幾分高い活性温度を有する。このような温度上昇は欠点になり得る。インジウムに対しては、１７０〜１８０℃の大まかなピークでの熱はんだ付けサイクルが充分なものであることに読者は気付かれたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明が解決しようとする課題は、ハイブリダイゼーションプロセスを更に複雑にせずに、上述の多種多様な技術的問題を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、はんだ材料によって二つのコンポーネントを互いにはんだ付けまたはハイブリダイズするための方法に関する。ここで、コンポーネントの少なくとも一つ（以下、“第一のコンポーネント”と称する）は一つ以上の金属導線を備え、金属導線は同数の外部結合パッドに接続されている。
【００２３】
本方法は、
‐  はんだ付けまたはハイブリダイズされるコンポーネントの対向する表面上に、はんだ材料によってぬらすことのできる表面であって、金属導線に電気的に接触している第一のコンポーネント上に形成される表面を形成する段階と、
‐  該ぬれ性の表面の一つの上にはんだまたはハイブリダイゼーションパッドを構成することができる適切な量のはんだ材料を堆積させる段階と、
‐  はんだ付けされた結合部が実際に形成された後の脱酸化機能及びはんだ材料の再酸化を制限する機能、熱を伝達する機能、表面張力を低減させる機能を有する液状のフラックス材料を堆積させる段階と、
‐  堆積させたはんだ材料に他方のコンポーネントのぬれ性の表面を接触させる段階と、
‐  リフロー効果による効果的な二つのコンポーネントの互いのはんだ付けまたはハイブリダイゼーションを確実にするために、少なくともはんだ材料の融点に達するまで、はんだ付けまたはハイブリダイズされるコンポーネントが配置されているチャンバの温度を上昇させる段階と、
を含む。
【００２４】
本発明によると、本方法は、はんだ材料を受ける第一のコンポーネントの領域と外部結合パッドによって画定された領域とに接触する部分のフラックスを少なくとも電気的に絶縁するように、液体のはんだフラックスに関して異なるぬれ性の領域を、第一のコンポーネント上に画定する段階を含む。
【００２５】
言い換えると、本発明は、用いられる金属の異なる酸化還元電位に固有の電気化学反応を防止するために、はんだ材料が位置している特定の領域と外部結合パッドとの間のはんだフラックスのレベルに電気的不連続性を生成する段階を含む。
【００２６】
本発明の特定の一実施形態によると、はんだフラックスによってぬらすことのできない領域は、第一のコンポーネント上に、例えば薄い耐ぬれ性のコーティングを堆積させることによって画定される。このコーティングは例えばＳｉＯＣまたはＣ４Ｆ８から成る。
【００２７】
フラックスによってわずかにしかぬらすことのできないまたはぬらすことのできないこの領域は、外部パッドの垂直な上に、または、はんだ材料を受ける領域と外部パッドとの間に配置可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
添付図面を参照して、単に例として与えられた以下の実施形態の記載によって、本発明を実施可能にする方法及びその利点がより容易に理解可能になるものである。
【００２９】
図３から６を参照して、本発明によるハイブリダイゼーション法をより具体的に開示する。
【００３０】
これらの図面は、電子コンポーネント１上のチップ２のハイブリダイゼーションを示す。図１及び２について説明したように、このコンポーネントは基本的に基板３（ホスト基板とも称される）を有する。基板は典型的に半導体材料（特に単結晶シリコン）製である。この基板３上に、この場合電気信号の処理を目的としてチップ２から外部環境への電気信号の伝達を可能にするように設計された複数の導線４が存在する。導線は例えばアルミニウム製であり、一以上の外部結合パッド５に繋がる。
【００３１】
このような外部結合パッドは、電気伝導を促進しこの場合金ワイヤから成る局在化層の使用を必要とする。
【００３２】
接続及びインターフェイスを確実にするハイブリダイゼーションバンプ（“有効バンプ”とも称される）は典型的に、ぬれ性領域７（金製であり、選択されたハイブリダイゼーション位置において導線４と接触するように位置付けられている）上に或る量のはんだ材料６（特にインジウム）を堆積させることによって形成される。既知の方法では、チップ２もこのようなぬれ性領域を有するが、図３から６に関しては、コンポーネントの下部（つまり基板）しか示されていないために、図示されていない。
【００３３】
導線を備えた基板を、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４製のパッシベーション層でコーティングすることも可能である。
【００３４】
本発明の第一の側面によると、ハイブリダイゼーション段階中に用いられるはんだフラックスによってぬらすことのできないコーティング８を、外部結合パッド５上に堆積させる。このコーティングは、薄くて（典型的には１０から５００ｎｍ）、例えば、ＳｉＯＣまたはＣ４Ｆ８から成る。
【００３５】
こうして、はんだフラックス９を堆積させた際に、はんだフラックスがぬらすことのできない領域８を覆わず、従って、はんだフラックスが外部結合パッド５に接触しない。
【００３６】
このはんだフラックス９が外部結合パッド５に接触しないことを確実にするために、はんだフラックスによってぬらすことのできないコーティングは、外部結合パッドの表面積よりも大きな表面積を有する。
【００３７】
こうして、外部結合パッド５、金属導線４、ハイブリダイゼーションバンプ６及びはんだフラックス９から成る密接した電気回路が存在しないようにすることができる。結果として、従来技術の記載において例示したような、バンプ６を構成するインジウムに関して、腐食現象に関連した電解質としてはんだフラックス９が機能し得るような様々な要素間のあらゆる電気化学反応が存在しないようにすることができる。
【００３８】
僅かにしかぬらすことのできないまたはぬらすことのできないこのコーティング８によって外部結合パッド５を保護することは必須ではない。絶対に必須な特徴は、ハイブリダイゼーションバンプと接触しているはんだフラックスと外部結合パッドとの間に何ら電気的接触が存在しないことである。
【００３９】
従って、図５及び６に示される本発明の一バージョンにおいては、明らかなように、はんだフラックスが互いに独立な二つの部分９及び９’に分割されていて、部分９’が外部結合パッド５を覆っている。この場合、非ぬれ性コーティング８は、外部結合パッド５とハイブリダイゼーションバンプ６との間に位置している。
【００４０】
本発明による方法の利点は明らかである。
【００４１】
第一に、上述の電気化学反応を排除することによって、ハイブリダイゼーションバンプ６の腐食の危険性が排除される。また、本発明は、コンポーネントをハイブリダイズするのにかかる時間に関係なく腐食の危険性を排除する。更には、本方法は、液体はんだまたはハイブリダイゼーションフラックスを使用することを可能にし、結果として、インジウムをはんだ材料として使用する場合に必要な低いハイブリダイゼーション温度を用いることを可能にする。
【００４２】
更には、本ハイブリダイゼーション法は、従来技術による方法と比較して何ら特定の複雑性を導入するものではなく、はんだフラックスによっては僅かにしかぬらすことのできるまたはぬらすことのできない薄いコーティングを堆積させることに等しい。
【００４３】
このコーティングは、例えば、前駆体（この場合、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ））及びアルゴンや水素等のキャリヤガスを用いることによって、プラズマ増強化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）で、堆積可能である。
【００４４】
プラズマ出力、圧力、初期前駆体濃度及びプラズマ蒸着時間に依存して、堆積される層の厚さ及びそのＳｉＯｘ１Ｃｙ１Ｈｚ１の化学量論比を制御することができる。ＳｉＯｘ１Ｃｙ１Ｈｚ１材料の化学式は、０．３≦ｘ１≦０．４、０．１５≦ｙ１≦０．２、０．４≦ｚ１≦０．５５となるようなものである。
【００４５】
明らかなように、本堆積法及び対応する処置は、テトラエチルシクロテトラシロキサン（ＴＮＣＴＳ）等の似たような化学式を有する他の種類のシロキサンにも拡張可能である。
【００４６】
また、この材料を、一般式ＳｉＯｘ２Ｃｙ２Ｈｚ２（ｘ２＞＞ｘ１、ｙ２＜＜ｙ１、ｚ２＜＜ｚ１）またはより単純にＳｉＯｘ（ｘは２に向かう傾向にある）の材料に処置及び表面変換することも可能である。これは、特に、その表面エネルギー値（特に極性表面エネルギー）を増大させ、液体に対する極度に良いぬれ性を生じさせ（水に対して５°のオーダの接触角）、また、接着性及びセル発達を大幅に増大させる（未処理のＯＭＣＴＳに対しては生成時間が４０時間であるのに対して、処理されたＯＭＣＴＳに対しては生成時間が２０時間）。
【００４７】
用いられる処理は、大気中または酸素リッチな雰囲気中におけるＵＶ型プラズマ、酸素プラズマ（Ｏ２、ＳＦ６＋Ｏ２、ＣＨＦ３＋Ｏ２等）、ヘリウムプラズマのプラズマ型のものである。
【００４８】
従って、本方法は、機械的マスクまたは光学的マスクのどちらかを用いた処置によって、高表面エネルギー領域を容易に局在化させる可能性を提供する。こうして、多種多様な化学物質（比較的非粘着性の液体（水、生体分子または油）から粘着性の液体（接着剤、樹脂、塗料）まで）の小滴を、マスクで画定されたパターン内に局在化させることが可能になり、また、この領域に生細胞の接着（及び生体分子の吸着）を局在化させることが可能になる。
【００４９】
二つのコンポーネントのハイブリダイゼーションを確実にするために用いられる手段を簡潔にするという点における本発明による方法の利点は容易に理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来技術によるハイブリダイゼーションの原理の概略図である。
【図２】従来技術によるハイブリダイゼーションの原理の概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態によるハイブリダイゼーション法の側面図である。
【図４】本発明の第一実施形態によるハイブリダイゼーション法の上面図である。
【図５】本発明の第二実施形態の図３と同様の図である。
【図６】本発明の第二実施形態の図４と同様の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  コンポーネント
２  チップ
３  ホスト基板
４  導線
５  外部結合パッド
６  バンプ
７  ＵＢＭ
９  はんだフラックス（脱酸剤）
【図１】
2009054992.tif 000003
【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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【外国語明細書】
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