用于使用粘合剂粘结的微部件最优化放置的开槽配置的制作方法
【专利说明】用于使用粘合剂粘结的微部件最优化放置的开槽配置
[0001]本申请是申请人为思科技术公司，申请日为2010年11月30日的题为“用于使用粘合剂粘结的微部件最优化放置的开槽配置”的发明专利申请N0.201080053263.9的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2009年12月I日提交的美国临时申请N0.61/265，459的优先权，并且该申请通过引用结合在此。
技术领域
[0004]本发明涉及一种用来在组件中改善微部件的粘合剂附加的安排，并更特别涉及在微部件有待附加到其上的表面内形成的特定开槽配置的利用，从而改善粘合剂附加的质量和微部件关于组件其余部分的定位精度。
【背景技术】
[0005]在许多集成电路微部件安排中，经常需要在各种组装和/或封装操作期间利用环氧树脂(或任何其它合适粘合剂)将一个部件接合到另一部件。当然，并且为本讨论的目的，假设接合涉及将微部件附加到支撑衬底。将微部件附加到衬底的需要在电子集成电路组件、光学系统子组件、光电安排等中是一个普遍工艺步骤。
[0006]由于这些微部件的大小继续收缩，因此增加了用改善的对齐精度放置元件的需要。这在光学或光电安排中特别真实，其中一个或多个微部件形成一个光信号路径的部分，该路径要求中间部件对齐从而维持信号路径完整性。例如在一个硅光子组件中，由于部件例如微透镜和光纤附加到一个共用衬底上，例如绝缘体上硅(SOI)衬底，因此它们需要以亚10nm位置精度相互对齐。
[0007]尽管在一个衬底上精确放置这些微部件的能力是一个必需的需求，但在组件寿命期内维持这些位置同样重要。一个给定的组件在其寿命期内受到温度、湿度等的变更是非常可能的，其中这些环境变化可降低粘合剂粘结的质量并导致一个部件相对于另一个移位。解决寿命问题的一个方式是在原附加工艺中利用尽可能薄的粘结线(“粘结线”被定义为被粘结的两个表面之间的粘合剂厚度)。已经发现约几十微米等级的粘结线会提高微部件组件的寿命稳定性。然而，该相对薄的粘结线在与有待相对于粘合剂总体积(相对小)而接合的相对大表面积关联的粘合剂流动的基于摩擦约束(即分子流状态)方面存在问题。这种与少量粘合剂材料相关联的摩擦问题然后也限制可执行的微部件后放置调整量，消除了在许多光学或光电系统中执行主动或半主动对齐的可能性。现有技术中存在用来解决涉及使用环氧树脂或其它粘合剂接合部件的各种问题的安排。于2009年5月7日向Z.Zhu等人颁发的美国专利公开2009/0115039涉及控制用于半导体器件附加的环氧树脂的粘结线厚度。然而，Zhu等人的安排涉及创造相对“厚”的粘结线(与在本环境中期望的“薄”粘结线相反)并围绕一个粘结区的周界使用边界墙从而用作一个堤坝以防止环氧树脂流入不希望的区域。
[0008]在本领域中存在涉及防止环氧树脂流入不希望的区域而形成‘毛细管停止’沟槽等的许多其它参考文献。在2003年2月25日向D.W.Sherrer等人颁发的美国专利6，526, 204是该技术的不范，其中在“离开” 一条光信号路径/光纤支持凹槽的方向上形成了一条沟槽。因此，环氧树脂的任何溢出量将被引导出信号路径并进入毛细管停止沟槽。
[0009]然而，这些沟槽在其中具有需要紧密靠近放置的多个部件的情况下具有受限制使用。S卩，具有其中一个或多个毛细管停止沟槽的内含物在安排中需要过多有价值表面积的许多系统安排。
[0010]因此仍需要一种安排以便更好地控制用来将接合微部件接合到衬底的一种粘合剂的应用和控制。
【发明内容】
[0011]本发明解决现有技术中的需要，其涉及一种用来在组件中改善微部件的粘合剂附加的安排，并更特别涉及在微部件有待附加到其上的表面内形成的特定开槽配置的利用，从而改善粘合剂附加的质量和微部件关于组件其余部分的定位精度。
[0012]根据本发明，多个并置狭槽用来控制一个粘合剂“点”的流动和“形状”以便精确将微部件附加到衬底的表面上。狭槽在衬底的表面中以给予其自身从一个衬底到另一个的可复制精度的方式形成(优选蚀刻)。额外的狭槽(在下文中称为“沟道”)可连同粘结狭槽一起形成，从而使得外来粘合剂材料将流入这些沟道并且不散布进入不希望的区域。在一个优选实施方案中，沟道被形成为比狭槽更远延伸进入衬底，以便确保溢出粘合剂的全部被容纳。
[0013]能够以任何期望的配置(即矩形、圆形等)形成多个狭槽以便定义粘合剂材料的“形状”。在本发明的一个实施方案中，形状被定义为模拟被附加到衬底的微部件的表面拓扑，从而使得微部件将使其自身在粘合剂上自然“定心”，并在衬底上期望位置提供自对齐。
[0014]本发明的一方面是形成多个狭槽的单独狭槽的数目和狭槽深度允许形成期望的薄粘合线。另外，沟道的内含物允许在向外方向上(即作为压力的结果)或在向内方向上(即作为表面张力的结果)以可预测和可复制方式控制并约束在有待接合的表面下方的粘合剂流动。
[0015]在本发明的一个实施方案中，一个或多个加热器元件(例如电阻带)可嵌入一个或多个狭槽内，从而允许粘合剂材料的局部加热，按需要改变其粘度和/或提供粘合剂的固化。事实上，通过各种元件的加热的选择性控制，多个微部件可附加到一个共用衬底，其中一种热敏粘结材料用来将分离的附加操作排序。即，通过控制加热器元件的“开启”和“关闭”，数个分离微部件可安置在一个共用衬底上，其中每个微部件的粘合通过在每个部件的局部面积中控制粘合剂的温度以一个优选顺序执行。
[0016]本发明的一个优点是在支持衬底包括一种材料(例如硅)时，在CMOS器件制造中普遍的一种标准蚀刻工艺可用来形成狭槽。一种常规蚀刻工艺的利用允许狭槽图案从一个衬底到下个衬底的可复制性，因此改善了组件的可制造性。
[0017]根据本发明的粘合槽群的使用发现了在纯电气集成电路粘合操作、光学组件或光电安排中的使用。粘合剂材料自身包括如在本领域中为此使用的任何合适环氧树脂或可流动粘合剂。
[0018]本发明的其它和进一步实施方案和方面将在以下讨论的过程期间并参考附图变得明显。
【附图说明】
[0019]现在参考附图，其中相似数字在若干图中表示相似部件:
[0020]图1是根据本发明的利用多个狭槽形成粘合剂点的一个光学系统的一部分的等距视图；
[0021]图2是图1的安排的概略形式的顶视图，其中一个微部件被安置为有待附加到光学衬底上；
[0022]图3是图2的安排的侧视图；
[0023]图4和图5分别是图2和图3的视图的替代实施方案，展示了用来容纳溢出粘合剂的沟道的内含物；
[0024]图6是本发明的一个替代实施方案的等距视图，在此情况下使用了以具体配置形成的多个狭槽来模拟被附加到衬底上的一个微部件的表面积，该配置允许微部件在分布到狭槽上的一个粘合剂点上自定心；
[0025]图7是本发明的仍另一实施方案的顶视图，在此情况下将多个加热器元件与狭槽合并，其中粘合剂的局部加热在控制粘合剂的固化中是有用的；以及
[0026]图8是本发明的仍另一实施方案的等距视图，利用了与围绕狭槽的一个外围防护沟道结合的多个狭槽。
【具体实施方式】
[0027]图1是适合使用本发明的开槽附加安排的绝缘体上硅(SOI)光电组件10的一部分的等距视图。组件10包括在衬底14中形成并用来支持微部件例如透镜(未示出)的蚀刻腔12。根据本发明，多个狭槽16在衬底14的顶面18中形成。在一个实施方案中，介电层15可跨越衬底14的表面和使用标准CMOS光刻技术蚀刻进入介电层15的狭槽16来布置。尽管上面讨论的焦点利用光学组件作为实例，但应当理解的是使用狭槽群提供微部件到衬底的附加在电气集成电路系统、光学系统或光电系统中是有用的。
[0028]在图1中所示的特定安排中，多个狭槽16包括布置在空腔12的一侧的第一多个狭槽16-1和布置在空腔12相反侧的第二多个狭槽16-2。一个粘合剂“点”20 (例如规定体积的环氧树脂或其它合适的可流动的粘合剂材料)示作分布到狭槽16-2上。根据本发明，由于表面张力性质，预定长度和深度(以及槽间间隔)的多个狭槽的利用允许液体粘合剂的量自然取得狭槽的形状。
[0029]图2是图1的安排的框图形式的顶视图，其中，一个微部件40被布置为装入空腔12并跨越在衬底14的顶面18中形成(具体而言，穿过布置在衬底14上的介电层15)的狭槽16-1和16-2。在图2中示出了与狭槽16关联的长度I和槽间间隔S。尽管在该具体实例中每个狭槽都被形成为包括近似相同的长度并被蚀刻为近似相同的深度，但应当理解的是在其最一般实施方案中，狭槽可包括不同的长度、深度和间隔，只要它们用来容纳粘合剂材料的流动到适合附加一个特定微部件的一个区域。粘合剂20 (例如环氧树脂)示作沿狭槽16并在其中布置的成形材料。在该实例中，微部件40包括布置在一个透镜支架44内的一个光学透镜42，其中透镜自身被放置为位于空腔12内，并且支架44跨越空腔并通过使用沿狭槽16-1和16-2布置的粘合剂20接合到衬底14。
[0030]在图3中具体展示了所创造的狭槽16的深度d。再次，在该实例中，由于硅衬底14可用作用于狭槽16的工艺的一个蚀刻停止物，因此每个狭槽都被蚀刻为相同深度d，并被定义为介电层15的厚度。在其最一般形式中，狭槽可被形成为各种形状。事实上，如以下将要讨论的，沟道可与狭槽关联并可更深