專利名稱：器件封裝及其制造和測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及器件封裝(device package)，并且尤其但非局限地涉及密封微光器件封裝。本發(fā)明還涉及測試器件封裝的方法，諸如檢測內(nèi)部泄漏的方法以及電氣和光學測試器件封裝的方法。本發(fā)明還涉及密封通孔結(jié)構(gòu)，連接器化的光電子器件，以及光電器件封裝蓋子。另外，本發(fā)明涉及將部件粘結(jié)在一起的方法。
背景技術(shù)：
光電子器件在數(shù)據(jù)通訊中起著著至關(guān)重要的作用。然而，為了推進這些設備的應用和使用，希望有效制造光電子器件的能力達到所需要的低成本目標。尤其重要的是降低封裝光電子器件工藝的成本，這是由于光電子通訊設備的大部分(達75％之多)是封裝成本。封裝一般在逐個單元(unit-by-unit)的基礎(chǔ)上進行。從成本上考慮，使得光電子器件在大范圍例如在晶片級別或網(wǎng)格級別(grid level)上進行制造將是有益的。
我們已經(jīng)知道了密封光電子器件封裝。這種組件提供了對于所封裝的設備和部件的保持和保護，使之不受存在于該組件外側(cè)的大氣中的污染物和水蒸氣的影響。這種組件還提供使所封裝的光電子器件連接到其它光學部件，如光纖的能力。這些組件一般包括由Kovar制成的敞口式外殼，該外殼包括其中安裝有激光器的空腔區(qū)域。具有通過殼體內(nèi)壁的饋通(feedthrough)延伸到空腔中的光纖，并且蓋子附著在外殼上從而密封該空腔。但是使用這種光纖饋通存在許多缺點。例如，在形成密封中使用金屬化光纖的情況下，成本非常高。另外，很難有效地在饋通中密封光纖，使得組件在密封中容易泄漏和損耗。因此希望一種不依賴光纖饋通的密封組件。
此外，器件封裝中的泄漏一般導致所容納的部件暴露到水蒸氣和污染物中，使得部件的性能降低。這對于光電子和光學部件是特別的情形。因此用于測試所密封的器件封裝的簡單技術(shù)是有利的。
因此相對于現(xiàn)有技術(shù)，在本領(lǐng)域中需要克服或顯著改善一個或多個上述問題的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種光電子器件封裝。該組件包括基底，該基底具有在基底表面上的光電子器件安裝區(qū)域和蓋子安裝區(qū)域。光電子器件安裝在光電子安裝區(qū)域上。蓋子安裝在蓋子安裝區(qū)域上，從而在基底和蓋子之間形成密封容積。光電子器件在所密封的容積中。該蓋子具有光傳輸區(qū)域，該光傳輸區(qū)域適于沿著光路徑將給定波長的光傳輸?shù)焦怆娮悠骷蛘邚墓怆娮悠骷鬏斀o定波長的光，其中至少蓋子安裝區(qū)域的一部分沿著光路徑設置在基底表面下小于光路徑的深度上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種晶片或網(wǎng)格級的光電子器件封裝蓋子。該蓋子包括具有多個單元片(die)的硅晶片或網(wǎng)格，其中每個單元片具有多個側(cè)壁以及一個連接到側(cè)壁上的頂部，從而形成空腔。一個或多個側(cè)壁具有光傳輸區(qū)域，該光傳輸區(qū)域用于沿著光軸傳輸給定波長的光通過側(cè)壁。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種在晶片或網(wǎng)格級上形成光電子器件蓋子的方法。該方法包括提供具有多個單元片的硅晶片或網(wǎng)格；以及蝕刻該晶片或網(wǎng)格從而產(chǎn)生多個蓋結(jié)構(gòu)，每個蓋結(jié)構(gòu)具有多個側(cè)壁以及連接到這些側(cè)壁的一個頂部，從而形成空腔。每個蓋結(jié)構(gòu)的一個或多個側(cè)壁具有光傳輸區(qū)域，該光傳輸區(qū)域適合于沿著光軸傳輸給定波長的光通過側(cè)壁。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種連接器化光電子器件。該設備包括連接器以及光電子器件封裝，該連接器具有內(nèi)部空腔以及光接口，該光電子器件封裝設置在空腔中與光接口進行光通訊。
該光器件封裝可包括基底，該基底具有光電子器件安裝區(qū)域以及蓋子安裝區(qū)域；安裝在光電子器件安裝區(qū)域上的光電子器件；以及安裝在蓋子安裝區(qū)域上從而在基底和蓋子之間形成密封容積的蓋子。該蓋子具有光傳輸區(qū)域，該光傳輸區(qū)域適合于沿著光軸將給定波長的光傳輸?shù)焦怆娮悠骷蛘邚墓怆娮悠骷鬏斀o定波長的光。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種形成密封通孔結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括(a)提供具有第一表面和第二表面的半導體基底，該第二表面與第一表面相對；(b)在基底的第一表面上形成層；(c)從第二表面到該層蝕刻通過基底的通孔，該通孔在第一表面上具有第一周長；(d)在該層中形成孔，其中該孔具有第一周長之內(nèi)的第二周長；以及(e)提供用于密封該通孔結(jié)構(gòu)的導電結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成密封通孔結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括(a)提供具有第一表面和第二表面的半導體基底，第二表面與第一表面相對；(b)在基底的第一表面上形成絕緣層；(c)從第二表面到絕緣層蝕刻通過基底的通孔；(d)在該層中形成孔；以及(e)提供用于密封通孔結(jié)構(gòu)的金屬化結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種密封通孔結(jié)構(gòu)。該通孔結(jié)構(gòu)包括具有第一表面和第二表面的半導體基底，該第二表面與第一表面相對；在基底的第一表面上的層；從第二表面到該層通過基底的通孔，該通孔在第一表面中具有第一周長；在層中的孔，其中該孔具有第一周長內(nèi)的第二周長；以及密封通孔結(jié)構(gòu)的金屬化結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種密封通孔結(jié)構(gòu)。該通孔結(jié)構(gòu)包括具有第一表面和第二表面的半導體基底，該第二表面與第一表面相對；在基底第一表面上的絕緣層；從第二表面通過基底到該層的通孔；在絕緣層中的孔；以及密封該通孔結(jié)構(gòu)的金屬化結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種檢測密封器件封裝中的泄漏的方法。該方法包括(a)提供包含設備的密封組件，其中在組件的內(nèi)壁中提供可測量的偏轉(zhuǎn)的情況下密封該組件，并且其中偏轉(zhuǎn)的程度依賴于組件內(nèi)部的壓力；以及(b)在密封組件后測量內(nèi)壁的偏轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種密封器件封裝。該組件包括基底；蓋子，該蓋子包括基底上的半導體材料；基底和蓋子之間的密封容積；以及在所密封的容積中的設備。該密封容積處于一壓力下使得蓋子的內(nèi)壁具有可測量的偏轉(zhuǎn)的壓力下，以及其中偏轉(zhuǎn)的程度依賴于所密封的容積的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種器件封裝。該器件封裝包括具有第一表面的基底；安裝在基底第一表面上的設備；基底中的空腔；以及在空腔中用于去掉由設備產(chǎn)生的熱的冷卻結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種器件封裝。該器件封裝包括基底，該基底包括蓋子安裝區(qū)域和設備安裝區(qū)域；在蓋子安裝區(qū)域上的蓋子，從而在基底和蓋子之間形成密封容積；在設備安裝區(qū)域上密封容積中的設備；以及在空腔中的冷卻結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種將第一部件粘結(jié)到第二部件的方法。該方法包括(a)在第一和第二部件之間提供多個層，該多個層包括第一成分層，與第一成分層不同組成的第二成分層，以及擴散勢壘層，其中擴散勢壘層設置在第一成分層和第二成分層之間，并且第二成分層設置在第一部件和擴散勢壘層之間；(b)施加壓力到第一部件上，從而在第一部件和第二成分層之間形成粘結(jié)；以及(c)加熱該粘結(jié)結(jié)構(gòu)到某個溫度一段時間，從而足夠使得第一和第二成分層之間原子內(nèi)部擴散。所得到的結(jié)構(gòu)具有比加熱溫度高的整體熔點。


當結(jié)合附圖進行閱讀時，本發(fā)明的前述概要和后面的示范性實施例的詳細描述將更易理解，其中圖1A至1C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明不同制造階段的光微型臺的透視圖；圖2A和2B示意性地示出了分別沿每個截取線2A和2B的圖1A和1C的微型臺的側(cè)剖面圖；圖3A和3B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有與圖1A-C所示地凹進區(qū)域不同的設置的微型臺的其它結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖；圖4A示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的包括多個光微型臺的底部晶片的頂視圖；圖4B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的包括多個蓋子的晶片的頂視圖(向蓋子空腔里看)；圖4C示意性地示出了具有沿微型臺的一行截取的橫截面的密封到圖4A的底部晶片上的圖4B的蓋子的晶片的側(cè)剖面圖；
圖4D-F示意性地分別示出了在蓋子從蓋子晶片成為整體后組裝了圖4C的蓋子的晶片和底部晶片分別的頂視圖和側(cè)剖面圖；圖5B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明由圖5A中示出的部件組裝成的微光器件封裝的透視圖；圖6A示意性地示出了沿圖5A的微光器件封裝的光軸截取的側(cè)剖面圖；圖6B示意性地示出了與圖6A類似的沿微光器件封裝的光軸截取的側(cè)剖面圖，但具有單個透鏡，該透鏡將激光的光發(fā)射區(qū)域集中到光纖的端面上；圖7A-7C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有各種冷卻結(jié)構(gòu)的微光器件封裝的側(cè)剖面圖；圖8A和8B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另外的微光器件封裝的側(cè)剖面圖；圖9A和9B示意性地分別示出了根據(jù)本發(fā)明的具有密封通孔的微光器件封裝的側(cè)剖面圖和頂視圖，該密封通孔從密封空腔的內(nèi)部延伸到組件的外部；圖10A和10B示意性地分別示出了其中覆蓋根據(jù)本發(fā)明的微光器件封裝的連接器的側(cè)剖面圖和透視圖；圖11A-11C示意性地示出了與用于冷卻微光器件封裝的熱吸收器一起的用于安裝本發(fā)明的微光器件封裝的連接器的透視圖；圖12A和12B示出了表示根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有導電引導線路的光微型臺的過程的流程圖；圖13A-13C示出了表示根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有導電密封通孔的光微型臺的過程的流程圖；圖14A-14G示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造導電密封通孔的過程；圖15A-15H示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造導電密封通孔的另一過程；圖16A-16D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在蓋子晶片上制造具有空腔的蓋子的過程的頂視圖；圖17A和17B示意性地分別示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在蓋子晶片上制造具有空腔的蓋子的另一過程的頂視圖和側(cè)視圖；以及圖18A-18D示意性地示出了具有玻璃質(zhì)的側(cè)壁部分的蓋子。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中通篇中相同的元件進行相同的標記，提供了根據(jù)本發(fā)明的微光器件封裝500。該微光器件封裝500具有的結(jié)構(gòu)是，通過消除蓋子200中光通路開口的需要從而有助于蓋子200對于光微型臺100的密封。該蓋子200包括側(cè)壁220，該側(cè)壁足夠透明將要從設置在蓋子下的光電子器件12，18接收和傳輸?shù)牟ㄩL的光透過。如此處所用，術(shù)語“光”并不局限于可見光譜，還包括可見光譜以外的電磁輻射。
為了進一步允許光通過側(cè)壁220和通過光系統(tǒng)的剩余部分無阻礙的傳播，蓋子200的密封表面226可凹進到光微型臺100中，這樣使得光系統(tǒng)的通光孔徑不被光微型臺100的任何表面切斷。在這一點上，可以提供凹進的余隙面50，52，54。這種余隙面50，52，54的使用以及凹進去的蓋子的安裝對于許多微光系統(tǒng)都是有用的。在這點上，發(fā)光源，諸如用作光電子器件12的激光單元片(laser die)，通常將有效條帶(active strip)側(cè)向下粘結(jié)到微型臺100上，從而使得有效條帶相對微型臺100上的零件(features)而精確定位。這種設置導致光軸靠近微型臺100的上表面70進行設置。如果不使蓋子200凹進去，光束將被蓋子粘結(jié)線和微型臺100干擾。通過使蓋子(或蓋子晶片)凹進微型臺100(或微型臺晶片)中，光束的全部孔徑可通過蓋子側(cè)壁220及微型臺100上光系統(tǒng)的剩余部分，而不會存在因為光束的阻塞而出現(xiàn)的不需要的損耗。例如，如果沒有凹進去的蓋子200，達到光源產(chǎn)生的光的一半的光將會丟失。然而，在某些應用中，將蓋子200安裝到微型臺100的未凹進部分上是可以接受的。
A微型臺1.微機加工的微型臺部件的設計現(xiàn)在參考圖1A-1C，2A和2B，示出了根據(jù)本發(fā)明的用作微光器件封裝500的基底的示范性光微型臺100。盡管微型臺100在圖1A-1C中示出為分散部件，但微型臺100可成為底部晶片(網(wǎng)格)110的一部分或整個的底部晶片110，其上可具有多個光微型臺100，如圖4A所示。該微型臺基底材料是根據(jù)在微型臺100中要制造的零件進行選擇的。例如，微型臺材料可包括導熱的微型模制塑料以及粉漿澆注(slip-cast)陶瓷，其可由主微機加工的晶片中復制。一種特別適合微型臺100的材料是單晶硅，其可由采用確定的照相平板印刷技術(shù)的各向異性工藝進行蝕刻從而在微型臺100上提供部件的精確定位。盡管我們知道本發(fā)明考慮到能實現(xiàn)光微型臺100的其它材料和工藝，但為了顯示的目的，下面將微型臺100描述為包括能進行各向異性蝕刻的單晶材料，但并不局限于此。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1A和2A，示出了示范性微型臺100，該微型臺100包括上表面70，其中形成一個或多個安裝零件。安裝零件總的設計通常包括這些光學部件相互作用的光模型，這些安裝零件用于保持光學部件。例如，在上表面70中可具有第一和第二凹陷20，30，監(jiān)視器槽11，光纖槽40，以及前、后蓋子安裝通道62，64。如下面更充分描述的，這些零件可進行各向異性蝕刻到(100)硅襯底中。為了在凹陷20，30，槽11，40以及安裝通道62，64之間提供精確的對準，這些零件可在相同的掩模和蝕刻工藝中形成。所得到的蝕刻結(jié)構(gòu)每個包括傾斜側(cè)壁，這些側(cè)壁是{111}結(jié)晶平面。上表面70的未蝕刻的部分提供設備安裝區(qū)域10，其上可安裝，粘結(jié)以及電氣互連一個或多個光電子，電子，機械(例如MEMS)或光機械設備。
例如，當透明蓋子200設置在光路徑和任選的光隔離器中時，可使用兩個透鏡22，32，第一透鏡22用于半對準光束，使得光束通過透明蓋子200和任選的隔離器，第二透鏡32用于將光連接到光纖42上，如圖5A，5B和6A所示。盡管這樣描述設備使得光路徑在遠離光電子器件12的方向上，我們清楚光路徑可在光電子器件接收光的相反方向上。光學部件和用于它們的機械對準的相應的安裝零件的間隔將由任何密封劑，焊盤(solder pad)和其它可最終影響它們的粘結(jié)位置和它們的光學性能的零件占據(jù)。
這些安裝零件通常制造得盡可能小，從而使蝕刻到硅中的深度最小，從而使得所保持的公差更緊。在示范性情況下，對于有效區(qū)域向下安裝到安裝區(qū)域10的Fabrey-Perot(FP)或分散反饋(DFB)激光單元片12，光軸可是在光微型臺100的上表面70上的幾微米。此時，安裝元件設計可設計成將球形透鏡22，32(例如，具有等級為10或更緊的公差的500微米直徑的堅晶石)的中心和光纖42的中心設置在激光單元片12有效區(qū)域的高度上，如圖6A和6B所示。球形透鏡22，32，還有系統(tǒng)中的其它光學表面，可用防反射涂層進行涂敷。例如，通過LPCVD沉積的氮氧化硅1/4波層可提供合適的保形涂層。該防反射涂層可例如采用N2O，NH3以及SiCl2H2制成，同時氣流和壓強可進行調(diào)節(jié)從而實現(xiàn)所希望的涂層厚度以及指標一致。
當光電子器件將要發(fā)熱時，在某些情況下希望提供冷卻結(jié)構(gòu)，使得熱從密封腔中去掉。圖7A-C示出了可使用的示范性冷卻結(jié)構(gòu)。例如，圖7A示出了在微型臺100中激光單元片12的位置下的冷卻空腔74。該空腔結(jié)構(gòu)74例如可通過采用濕法或干法蝕刻(例如RIE蝕刻)蝕刻底部晶片而形成，通常蝕刻到底部晶片厚度50和90％之間的深度。提供在冷卻結(jié)構(gòu)76的空腔中可形成諸如小型熱電冷卻器(TEC或者珀爾帖效應冷卻器)或者金屬螺栓，該金屬螺栓可連接到TEC冷卻劑上，該冷卻結(jié)構(gòu)對于激光單元片區(qū)域允許有效的，某些選擇性的冷卻(或者溫度控制)。這既可以減小冷卻所需的功率又可以控制凝結(jié)。如圖所示，熱沉(heatsink)77可附著在基本襯底上，從而有助于熱傳遞。圖7B和7C示出了其它的冷卻結(jié)構(gòu)，其中冷卻結(jié)構(gòu)采用微型制造技術(shù)可以在底部晶片110(圖7B)的正上或下表面70，72，或者可在蓋子200內(nèi)或蓋子200(圖7C)上的密封腔230中產(chǎn)生。為了在冷卻結(jié)構(gòu)76和光電子器件12之間得到改進的熱接觸，可使用導熱材料78，例如導熱潤滑脂。
再次參考圖1C，兩個軸向蓋子安裝通道66，68可設置在光微型臺100的外圍上，并且沿著光微型臺100的長度進行延伸。該軸向蓋子安裝通道66，68與前、后蓋子安裝通道62，64相交提供了具有深溝形狀的蓋子安裝區(qū)域60。因此，蓋子安裝區(qū)域60可包括圍繞設備安裝區(qū)域10，第一凹坑20以及第一凹進余隙表面50的凹陷周邊在該第一凹進余隙表面50中可安裝著蓋子200。如圖所示，該深溝可為矩形。軸向通道66，68的深度可與蓋子安裝通道62，64的深度相同。如果希望密封蓋子200的子表面，該深溝可凹進上表面70下的光微型臺100到低于微光系統(tǒng)的光路徑的深度。
2.微型臺導電路徑如圖1B所示，為了提供到光電子器件12，18的電連接，導電導線14形式的電連接可在微型臺100的上表面70的可選擇區(qū)域上形成圖案?？蓪щ妼Ь€14進行定位從而允許在設備安裝區(qū)域10和密封蓋子200之外的微型臺100的區(qū)域之間的電聯(lián)通，該熱密封蓋子200覆蓋和封閉設備安裝區(qū)域10如圖5A和5B所示。例如，由于蓋子200的一部分位于后蓋子安裝通道64中，導電導線14可沿后蓋子安裝通道64的表面61，63延伸。因此，電信號可沿著位于后安裝通道64中的蓋子200的邊沿下的導電導線14傳輸。在沿著導電導線14選擇的位置，焊盤(solder pad)16可提供在例如設備安裝區(qū)域10中的導電導線14的端部。
可替換地或者除此以外，為了在設備安裝區(qū)域10的設備12，18之間和密封蓋子200外部提供電連接，可設置一個或多個密封導電通孔90，例如如圖9A和9B所示。該導電通孔90一般從設備安裝區(qū)域10的上表面70延伸通過微型臺100，從而提供與微型臺100下表面72的電聯(lián)通。該導電通孔在導電導線14中是有利的，并且在這些導線上面蓋子200的密封是不必要的。與導線在蓋子下延伸相比，我們相信這樣將導致電氣傳輸特性，例如傳輸速度得到改進。密封導電通孔90可提供以高速例如從10到60GHz運行的導電路徑。另外，導電通孔90的使用使得可使用金屬焊料，例如Au-Sn共晶(例如，從3到8微米厚)，從而替代電介質(zhì)密封例如焊料玻璃或介電密封劑而將蓋子200密封到微型臺100上，這些電介質(zhì)密封通常當密封在導線14上時使用。作為使用導電通孔的另一個好處，不必使用用于導線的傾斜側(cè)壁，其中蓋子深溝，如果使用的話，可通過切割簡單產(chǎn)生。所密封的導電通孔90可通過下面描述的工藝提供。
3.微型臺光軌跡轉(zhuǎn)到圖1A-1C，其它的凹入零件可設置在微型臺100中，從而如果必要的話，為光束通過安裝在微型臺100上的光學系統(tǒng)的通道提供縫隙。凹入余隙表面(recessed clearence surface)50，52，54設置在沿著光路徑的位置，從而允許光束自由通過微型臺100在余隙表面50，52，54的區(qū)域，而在這些區(qū)域中沒有光束照射到微型臺100上。例如，如圖1C所示，第一凹入余隙表面50設置為鄰近第一凹坑20，第二凹入余隙表面52設置為鄰近第二凹坑30，并且第三凹入余隙表面54設置在第二凹坑30和光纖槽40之間。凹入余隙表面具有所確定的深度，最小為隔開光束所需要的深度，最大為所蝕刻的零件和所蝕刻的零件內(nèi)的粘結(jié)光學部件之間的接觸點的深度。
現(xiàn)在參考圖4A-4E，5A和5B，示出了附加到光微型臺100上的光學和密封部件的其它部分，其中示出了最終組裝的微光器件封裝500。所組裝的微光器件封裝500包括光學部件以及在安裝零件例如第一和第二凹坑20，30處安裝在光微型臺100上的光電子器件。如此處所使用，術(shù)語“光電子器件”包括發(fā)射，檢測或其他改變光束的有源設備，包括例如光源，光檢測器，以及MEMS設備。術(shù)語“光學部件”包括光電子器件，還包括無源光學部件，例如透鏡，光柵，棱鏡，濾波器等等。
參考圖5A，示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性微光器件封裝500的分解圖。該微光器件封裝500包括光微型臺100和蓋子200。光電子器件12，例如半導體激光單元片，設置在與焊盤16電聯(lián)通的設備安裝區(qū)域10上。另外，任選的背面監(jiān)測發(fā)光二極管18設置在設備安裝區(qū)域上，從而監(jiān)測激光單元片12。類似激光單元片12，監(jiān)測發(fā)光二極管18與每個焊盤電氣接觸地進行安裝，從而允許與每個導電導線14電聯(lián)通。其它的焊盤可設置在表面上，用于提供機械粘結(jié)，并且可與用于電氣連接的成分相同或不同。各種成分可用于制造可兼容的分級層。這些成分可在將要粘結(jié)的各部分和微型臺表面之間分開，這樣焊接合金不形成或者不完全形成直到兩部分互相接觸。這使得在粘結(jié)分層中更自由，并且對于給定的低共熔混合物周圍的成分改變，可產(chǎn)生幾種熔化以及粘結(jié)溫度。
為了可以進行有源設備例如激光單元片12在微型臺上的無源，可視對準，本發(fā)明的有源設備可結(jié)合合適的基準。這些基準可在與激光單元片12的有源區(qū)域避免光刻偏移的同時限定，以便該光刻偏移依次使粘結(jié)誤差最小。為了有助于布置粘結(jié)后的檢查，可提供單元片12的側(cè)面與單元片基準直接相對而沒有金屬。這使得通過當觀察微型臺100和激光材料時觀察硅臺基準相對激光器單元片基準的對準而進行IR無源檢查。該無源檢查方法，其一般使用基于“加權(quán)平均值”的每象限的強度來確定粘結(jié)后精度，可在某個精度的粘結(jié)裝置上使用從而改進它們的粘結(jié)精確度。同樣，它們可提供在激光單元片12通電前將要實現(xiàn)的連接效率。
我們可以選擇性制造具有例如約1nm的柵格產(chǎn)生光譜線寬的DFB型單元片或者FP單元片。這個值比用于典型的DFB激光器的寬得多，其中該設計允許幾種(例如從2到6)模式出現(xiàn)但具有比單個FP中所提供的線寬窄的線寬。該方法可延伸到FP單元片的范圍內(nèi)并且使得DFB型單元片進行使用而沒有隔離件。這可通過形成比等效FP激光器中通常出現(xiàn)的窄的光譜寬度實現(xiàn)，并且有助于通過使得波長依靠網(wǎng)格的dn/dt而不是簡單地依靠增益曲線的dn/dt來減小中心波長的熱漂移。最后，在單個模式DFB上采用“幾種模式”單元片的好處包括在某些可延伸的范圍內(nèi)(例如1到20kM應用)可從系統(tǒng)中去掉隔離件。在這點上，回反射將不會與在單個光譜模式激光器(DFB)中相同的程度干擾所有的模式。這使得更便宜的FP型單元片用于非冷卻運行中更長的連接長度進行使用，該非冷卻運行相對DFB和隔離件從合格率和成本前景考慮是值得希望的。
如果使用選擇的后面監(jiān)測發(fā)光二極管18，需要提供設置在半導體激光單元片12和監(jiān)測發(fā)光二極管18之間的選擇的縫隙槽11。該縫隙槽11為由激光單元片12發(fā)射的光提供縫隙，從而在向上反射并且到達發(fā)光二極管18之前向下傳播進入縫隙槽11中?？p隙槽11可包括傾斜端面13，用于接收從激光單元片12發(fā)射的光并且發(fā)射這種所接收的光向上遠離光微型臺100并且進入到發(fā)光二極管18中。對監(jiān)測器發(fā)光二極管18的位置進行選擇以便接收由此而折射的光束。如果存在比希望更多的光，為了確保光的所有調(diào)節(jié)范圍均在監(jiān)測器發(fā)光二級管18的動態(tài)范圍內(nèi)，監(jiān)測器發(fā)光二級管18的位置可離開與激光后面耦合的最大點進行調(diào)節(jié)。例如，該端面13可進行金屬化或者其它鍍層從而加強其反射性。選擇的縫隙槽11可在提供第一和第二凹坑20，30的各向異性蝕刻步驟中形成。在這種情況下，成角度的端面13可包括在各向異性蝕刻(100)的單個結(jié)晶硅中的{111}平面。
激光單元片12通常發(fā)射總體上圓錐形光束80，該光束80具有上下的邊沿光線，該邊沿光線位于與微型臺100的上表面70垂直的平面內(nèi)，并且包括光軸。光學部件，例如第一球面透鏡22，可位于第一凹坑20內(nèi)，用于接收由激光單元片12發(fā)射的錐形光80，如圖6A所示。選擇地，第一凹坑20可比所要的大，從而允許第一透鏡22位于其中。例如，第一凹坑20可沿著光軸的方向更長一些，這樣第一透鏡22通過僅與凹坑20的四個側(cè)壁的三個接觸從而位于第一凹坑20內(nèi)。以類似的方式，第二凹坑30可比第二透鏡32大。
采用合適的粘合劑或者粘接劑，第一球面透鏡22可附著在凹坑20上，該粘合劑或者粘接劑諸如焊料玻璃或者將浸濕透鏡的焊接劑。這種焊接劑可通過遮光板進行蒸發(fā)或濺射直接沉積到凹坑20中，或者在其他方法中可通過采用焊接球進行沉積。為了防止從激光單元片12發(fā)射的低邊沿光線的黑暗，激光單元片12的光發(fā)射邊沿希望設置成與凹坑20毗連，這樣低邊沿光線向下傳播到凹坑20中去，從而遮斷第一透鏡22而不會照到光微型臺100的任何部分?？商鎿Q地，激光單元片12可與球面透鏡22隔開，并且可提供凹入的余隙表面56，從而允許低邊沿光線不被阻礙地到達球面透鏡22，如圖9A所示。第一透鏡22的光學性質(zhì)可希望地用位于激光單元片12的發(fā)光區(qū)域的焦點進行選擇，這樣第一透鏡22將從激光單元片12接收的光80的錐形部分校準到預定程度，如圖6A所示。可替換地，可對第一透鏡22的光學性質(zhì)進行選擇從而提供沿光軸向光纖槽40傳播的會聚光束，如圖6B所示。
4.密封空腔微光器件封裝500還包括位于微型臺100到蓋子安裝區(qū)域的蓋子200，如果存在蓋子安裝通道的話，該蓋子安裝區(qū)域例如蓋子安裝通道62，64，66，68中，從而在激光單元片12，第一透鏡22，發(fā)光二極管18，以及第一凹入余隙表面50周圍提供密封外殼。例如，蓋子200可包括四個側(cè)壁220以及一個頂部250，從而在蓋子200內(nèi)提供矩形空腔230。在其它示范性實施例中，蓋子200可包括單個弓形側(cè)壁或者可包括蓋子側(cè)壁，該蓋子側(cè)壁具有透鏡形狀從而提供光放大率。蓋子200的頂部250通常具有范圍從10到100微米的厚度。頂部250的厚度與空腔230的最長尺寸(跨度)的比通常是1/10到1/50。這種比率允許頂部250可響應密封性的改變或損壞而有效的彎曲。這種彎曲可進行測量，從而提供組件密封性顯示。例如，對于具有1mm的空腔跨度的蓋子200，40微米的蓋子厚度通?？商峁┳銐虻钠D(zhuǎn)以及強度。該蓋子空腔深度通常由凹溝(如果存在的話)的深度和嵌入的元件的高度確定。例如，通常的蓋子深度為從100到600微米。
前后蓋子安裝通道62，64的傾斜側(cè)壁65，63可有助于引導蓋子200的相應側(cè)壁220位于蓋子安裝通道62，64內(nèi)的指定位置。蓋子安裝通道62，64，66，68的深度，以及前后蓋子安裝通道62，64的深度，可希望地進行選擇，從而允許蓋子200的低密封表面226附著在光微型臺100的足夠深度上，這樣使得密封表面226位于光系統(tǒng)的光路徑外部。因此，只要低密封表面226位于光路徑外部，前后蓋子安裝通道62，64的寬度可等于，大于或者小于位于其中的側(cè)壁220的寬度。另外，蓋子200可密封到光微型臺100上，使得與光軸交叉的蓋子側(cè)壁221以足夠防止反射到激光單元片12的相對光軸略微偏離垂直地進行設置，例如，這個量為1或2度。進入激光單元片12的反射可有害干擾某些設備例如DFB激光器的光學性能。
蓋子200通常這樣進行構(gòu)造，使得至少位于光路徑內(nèi)的側(cè)壁221一部分在光學上對由激光單元片12傳輸?shù)墓獾牟ㄩL是透明的。這使得光信號在激光單元片12和蓋子200的外部以最小損耗進行傳遞。在某些情況下，可希望側(cè)壁部分包括光波導。透明的側(cè)壁部分應該具有可與傳輸通過其中的光束相比的物理特性。例如，其中光束通過的側(cè)壁表面的厚度，平行度，以及平滑度應該提供可接受的光學性能，并且不能進行不能接受地惡化光束。作為一個實施例，蓋子側(cè)壁220可包括硅，并且具有10-100微米的厚度。為了減小光束對厚度或表面粗糙度上的改變的敏感性，可希望將接近準直的光束通過蓋子200的側(cè)壁部分。因為這個原因，可希望提供第一透鏡22的上述準直功能。另外，側(cè)壁部分可涂敷有防反射涂層，例如氮化硅，其為1/4波長厚度，從而減小反射。
蓋子200可通過任何合適的粘結(jié)材料240密封到微型臺100的蓋子安裝區(qū)域上，該粘結(jié)材料例如焊料玻璃或者金屬焊接劑。很方便地，粘結(jié)材料240可首先施加到蓋子密封表面226上?？商鎿Q地，蓋子200可直接使用焊接或者其它技術(shù)直接密封到微型臺100上。合適地粘結(jié)材料包括，例如，焊料玻璃，例如包括SnF2，SnO，PO2.5，PbF2，NbO2.5，ZnF2以及BaF2的一種或多種，以及來自Diemat，Inc.，Byfield，MA，USA得到的那些可用材料，例如DM2700PF焊接玻璃，以及金屬焊接劑，例如在底基層例如Cr/Ni上的Au-Sn的共晶體或者近共體。
如果導電導線14沿著微型臺100的上表面提供，將不能使例如金屬焊接劑的導電粘結(jié)材料240與導線14進行電聯(lián)通。在這種情況下，電介質(zhì)將設置在導線14和導電粘結(jié)材料之間。然而，由于電容效應，這種結(jié)構(gòu)可導致速度上的降級，信號以該速度可通過導電導線14。因此，例如環(huán)氧樹脂或者玻璃焊接劑等介電粘結(jié)材料可進行用于在導線14上密封蓋子200。然而，甚至是玻璃焊接劑都不適合高RF傳輸應用，其中密封導電通孔90是優(yōu)選的。為了減小導電導線14上的密封效果，設置在導線14上的至少蓋子側(cè)壁220部分可制得很薄。
第二光學部件，諸如球透鏡32，可提供在第二凹坑30中，用于接收來自第一透鏡22的對準的光束，第一透鏡22穿過蓋子200的側(cè)壁221，如圖5B和6A所示。采用合適的粘合劑或者粘接劑，第二球透鏡32可附著在凹坑30上。在分開之后，光纖42可位于光纖槽40內(nèi)，并且用合適的粘合劑或者粘接劑進行附著。光纖槽40具有足夠的深度，從而允許光纖部42沿著光軸設置。光纖42可設置在陶瓷套圈44內(nèi)，該陶瓷套圈44延伸超過光微型臺100長度，從而為光纖42提供機械支撐，并且有助于將光纖42連接到其它光學部件上?？商鎿Q地，陶瓷縱剖套管或者塑料插座(plastic receptacle)可取代光纖作為光纖光插座設計的一部分進行粘結(jié)。這使得可以進行外部光纖光連接器的精確配準，該連接器然后可插入到插座中，從而形成與器件封裝500的可再生光連接。
第二透鏡32的光學性質(zhì)可進行有益地選擇，該透鏡的焦點位于光纖42的近乎端面43上。以這種方式，第二透鏡32將準直的光束聚焦到光纖端面43上，從而有效地將從激光單元片12發(fā)射的光連接到光纖42中。為了防止光系統(tǒng)不受例如灰塵等污染物的影響，密封劑34可提供在光纖端面43和第二透鏡32上，并且還可沿著第二透鏡32和蓋子200的側(cè)壁221之間的光路徑的空隙填充，如圖5A和5B所示。密封劑34和第二透鏡32的光學性質(zhì)這樣進行選擇，使得光束在光纖端面43的預定聚焦出現(xiàn)。可使用商業(yè)可用的材料，其包括，例如，硅酮密封劑，指數(shù)耦合環(huán)氧樹脂，從Nye Optical Products，Inc.，F(xiàn)airhaven，MA，USA買到的SmartGelTM密封劑，以及從Dow Corning買到的其他密封劑。
除示于圖1-6的示范性微光器件封裝500以外，根據(jù)本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)的微光器件封裝也是可以的。例如，微光器件封裝500可通過第一側(cè)壁220接收光束，具有由器件封裝500中的光學部件選擇性地改變的光束，并且然后將選擇性地改變的光束通過一個或多個相同的側(cè)壁220，不同的側(cè)壁200或者蓋子頂部250傳輸?shù)浇M件500外。此外，一組相同或不同結(jié)構(gòu)的器件封裝500可菊花鏈(daisy-chained)在一起，從而提供器件封裝500的光學鏈路。另外，參考圖8A和8B，微光器件封裝500可這樣設置，不包括一個或多個光纖部件42以及第二球透鏡32。相反，該微光器件封裝500可構(gòu)造成附著到光纖套圈210a，210b上，光纖套圈210a，210b可在套圈中包括球面透鏡32。選擇的，器件封裝500之間的縫隙67可包括粘結(jié)材料，從而可固定的將套圈210安裝在器件封裝500。此外，指數(shù)匹配(index matching)材料可設置在縫隙67中。
B.連接器化微光器件封裝500可使用在各種光電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，例如安裝到電子器件基底或者在電子器件基底上進行安裝，該電子器件基底例如印刷布線電路板(PWB)或者作為連接器化設備的一部分。例如，如圖10A和10B所示，連接器520可提供用于接收根據(jù)本發(fā)明的微光器件封裝500，從而允許微光器件封裝500光學地連接到其它系統(tǒng)元件上。歸功于本發(fā)明的微光器件封裝中可實現(xiàn)的小型化，微光器件封裝500可被容納在連接器520的內(nèi)部空腔512內(nèi)。另外，本發(fā)明的微光器件封裝非常適于包括在現(xiàn)今商業(yè)提供的連接器中。例如，連接器520可為LC連接器或者其它合適的連接器。因此，包括本發(fā)明的光微型臺的連接器使得光纖連接器用作光發(fā)送器，接收器或者收發(fā)器。
采用合適的粘結(jié)材料，微光器件封裝500可安裝在外殼支架506上。外殼支架506可設計成既提供機械支撐也提供熱散逸。套圈殼體508可提供在連接器520中，用于接收并支撐包括光纖段42的套圈44，該光纖段42光連接在微光器件封裝500上。采用合適的粘結(jié)材料，套圈殼體508連接在外殼支架506上?？商鎿Q地，外殼支架506以及套圈殼體508可用單個單片部分形成。理想地，套圈殼體508和外殼支架506可包括金屬。微光器件封裝500的套圈44可方便地具有使得光纖套圈44的終端與套圈殼體508的終端重合的長度。套圈殼體508可在光纖套圈44上型模鑄造。
電信號以及功率可通過撓性電路510供給到微光器件封裝500上，該撓性電路510依據(jù)是否使用導電導線或者通孔而電連接到導電導線和/或通孔上。撓性電路510可例如由在例如由3M生產(chǎn)的聚酰亞胺上電鍍的銅形成。撓性電路510使得器件封裝500機械連接到電子器件基底上或者從電子器件基底上機械分離，該電子器件基底例如PWB，PWB可令人滿意的防止CTE差值導致各種粘結(jié)失敗。撓性電路510可調(diào)節(jié)PWB和器件封裝接觸焊盤之間的間距差，可包括其端部的焊接劑，可包括沿其長度的端接電阻，并且包括可控制的阻抗傳輸線路，從而恰當?shù)卦赑WB和器件封裝500之間傳輸RF信號。
套圈殼體508可滑動安裝在連接器520內(nèi)，從而使得套圈殼體508在連接器520內(nèi)進行活塞運動。在這點上，連接器520可包括套圈彈簧502，例如螺旋彈簧，設置在套圈殼體508的一部分上并且在連接器空腔512內(nèi)。套圈彈簧502的前端503靠在套圈殼體508的肩部509上，并且套圈彈簧502的后端505靠在連接器空腔512的肩部507上?？商鎿Q地，微光器件封裝500可固定安裝在連接器520內(nèi)而不能活塞移動。
為了有助于微光器件封裝500的冷卻，連接器520可設有熱吸收器(heatsink)540，545，如圖11A-11C所示。連接器530，包括其內(nèi)部部件，可與連接器520大體相似。然而，為了容納示范性熱吸收器540，545，希望能修正連接器520的殼體，從而在連接器殼體內(nèi)提供槽路532，從而使得熱吸收器540，545可延伸到連接器空腔的限定之外。如圖11B所示，熱吸收器540可包括通路543，通路543具有與金屬套圈殼體的近端541的斷面形狀類似的斷面形狀，從而使得熱吸收器可滑動地安裝在金屬套圈殼體的近端541上，這樣熱吸收器與金屬套圈連接器508進行熱聯(lián)通，其接著與微光器件封裝500進行熱聯(lián)通。熱吸收器545可類似連接到金屬套圈殼體508上。熱吸收器540，545可令人滿意地包括多個翅片542，546，用于有助于熱吸收器的熱逸散。熱吸收器通常包括具有足夠?qū)嵝缘牟牧?，例如金屬。另外，連接器殼體519的后部可由導熱塑料形成從而有助于連接器或插座殼體內(nèi)外熱傳遞。合適的塑料可商業(yè)提供，例如Cool PolyTM，來自Cool Polymers，of Warwick，RI，USA中得到。當安裝到PWB上時，熱吸收器可設置在PWB上，從而逸散來自器件封裝500的熱。
C.微型臺的制造1.具有導電引線的微型臺參考圖12A和12B，提供了根據(jù)本發(fā)明的制造具有導電引線14的光微型臺100的示范性工藝的流程圖。盡管通過實施例的方式對關(guān)于在底部晶片110上制造單個光微型臺100描述了流程和過程，我們應當理解，實際上，可在單個底部晶片110或者從晶片中移出的柵格上制造多個光微型臺100。
在步驟S10開始，提供底部晶片110，例如(100)雙側(cè)拋光的硅晶片。通常，底部晶片110的厚度是525微米厚，并且希望對于高頻應用，電阻率比1000ohm-cm高。底部晶片110希望進行選擇從而具有最低氧濃度以及缺陷密度，在實踐上，可通過使顯微機械加工工藝中的缺陷最小而獲得。
在步驟S20，第一硬掩模(hard mask)提供在底部晶片110上。該硬掩模可包括，例如，氮化硅層，例如低應力氮化硅層。第一硬掩模的合適厚度是，例如，200-250nm。選擇地，可執(zhí)行晶體排列步驟，從而確定結(jié)晶排列的精確軸線，這樣進行蝕刻零件可對齊到結(jié)晶軸上以達到所需的精確度。
如步驟S30提供，底部晶片110形成圖案用于金屬剝離(metal lift-off)。選擇地，用于金屬剝離的構(gòu)圖可以利用在更厚的抗蝕劑之下設置剝離抗蝕劑層，被構(gòu)圖成薄的抗蝕劑可以在后續(xù)的工序中被底切?？梢赃x擇地使用一種新加入抗蝕劑分布以便在構(gòu)圖金屬時取得清晰的剝離。
在步驟S40繼續(xù)處理，一個或多個金屬層沉積到底部晶片110通過形成圖案的硬掩模暴露的區(qū)域上。這可通過物理氣相沉積(PVD)，例如，濺射或者蒸汽過程，化學氣相沉積(CVD)，或者其它合適的工藝進行。金屬層可包括，例如，一個或多個附著層(例如Ti，TiW，TiN，Cr，NiCr，W或其它合適材料)，擴散勢壘層(例如Ni，Pt，或其它合適材料)，以及表面金屬(例如Au，Al或者其它合適材料)。附著層的通常厚度(當存在的時候)為5到100nm，例如40到60nm，例如50nm，擴散勢壘層的通常厚度為100到300nm，例如200到275nm，例如250nm，表面金屬的通常厚度為200nm到1微米，例如，500nm到1微米?？蓪饘龠M行選擇，使得它們可與隨后的處理，例如濕法蝕刻，焊接以及熱處理兼容。我們可以使用，例如，Ti/Pt/Au，TiW/Au，TiN/Au，Cr/Ni/Au或者NiCr/Ni/Au的堆疊層。可使導電導線14和焊盤16結(jié)合電阻和/或焊料擋圈(solder dam)兩者功能的擴散勢壘層或者附著層厚度是有用的，如所希望的，由此表面金屬可為導電導線14的部分有選擇地剝離。焊料擋圈可直接設置在焊盤外部，從而防止焊接劑在回流過程中沿著導電(表面金屬)導線14由于毛細作用被帶走。電阻通常希望使得傳輸線路終端電阻與激光單元片12進行匹配到驅(qū)動器所需要的阻抗，例如25或50歐姆。當需要的時候，金屬化以及表面安裝離散元件的粘結(jié)過程中的縫隙可代替集成元件。
在步驟S50，形成圖案的剝離金屬部分可進行剝離，從而在底部晶片110以及對準基準的上表面70生成第一組表面金屬化元件，例如導電導線14。通過采用另一抗蝕劑涂層以及通過硬掩模(氮化硅)進行的干法蝕刻圖案，對于隨后的硅顯微機械加工所期望的形狀的金屬“環(huán)”或者軌跡可提供將要在底部晶片110的上表面70上進行性刻的安裝零件的自對準，如于2000年3月6日申請的標題為“用于對多種表面零件形成圖案的單個掩模平版印刷工藝”的共同未審美國專利申請09/519,165中所提供，其內(nèi)容在此結(jié)合作為參考?？商鎿Q的，用于導電導線14以及金屬環(huán)的金屬化可通過分開的步驟實現(xiàn)。另外，可使用將金屬化應用到導電導線14以及總的保護圖案以及硬掩模的干法蝕刻的更多的傳統(tǒng)工藝。
在步驟S50中，限定安裝零件，例如透鏡22，32的凹坑20，30，前后蓋子安裝通道62，64，監(jiān)測器槽11，光纖槽40，以及激光和背面監(jiān)測對準基準的金屬掩模也形成圖案。制造顯微機械加工零件的形成圖案工藝包括形成金屬環(huán)，通常為5到20微米，該金屬環(huán)外接進行顯微機械加工的區(qū)域。因此，傳輸線路，金屬排列基準以及將要進行顯微機械加工的區(qū)域的金屬化通常在一個平版印刷步驟中完成。然后可執(zhí)行具有較小的精確性的第二平版印刷步驟，將開口留在這些金屬環(huán)上的抗蝕劑層中。這使得金屬環(huán)的內(nèi)邊沿用作等離子蝕刻步驟的精確硬掩模，該等離子蝕刻步驟將從環(huán)內(nèi)部去掉氮化硅或者氧化硅。在去掉抗蝕劑層之后，晶片可使它們的硅各向異性蝕刻。掩模材料上的改變可依據(jù)所執(zhí)行的蝕刻的特別的蝕刻化學類型進行使用。制造顯微機械加工零件的形成圖案工藝包括從金屬環(huán)內(nèi)部去掉氮化物硬掩模。該內(nèi)部為通過蝕刻進行顯微機械加工的區(qū)域，其可通過在CF4或者其它包含等離子的氟中進行干法蝕刻而實現(xiàn)。這些技術(shù)的詳細描述可在上述參考的美國專利申請09/519,165中提供。
選擇地，如果需要電阻和焊料擋圈，表面金屬層可在一個溶液例如碘或碘化鉀溶液中采用附加的平版印刷步驟以及濕法蝕刻進行選擇性的剝掉。在某些情況下，需要更高的單位面積上電阻率，希望能剝回擴散勢壘層，并且采用附著層，例如Cr，NiCr，W，TiW，TiN，或者Ti。抗蝕劑層可為例如旋轉(zhuǎn)涂覆的或者電泳抗蝕劑層。電泳抗蝕劑層可從Shipley Company，L.L.C.，Marlborough，MA，USA中商業(yè)得到。作為使用腐蝕工藝的可替換實施例，步驟S40到S60還可通過首先使金屬向下設置，施加抗蝕劑層，并且濕法或者干法蝕刻該金屬而產(chǎn)生圖案而實現(xiàn)。
在步驟S70中，焊盤16可采用與上述披露的相同的腐蝕工藝進行沉積，焊盤16可例如從約80-20Au-Sn焊接劑或者其它合適的焊接劑中形成。焊盤16可形成得略微富錫，從而允許更長的回流時間。通常的厚度為，例如，2.5到3.5微米。焊盤成分通常設計成具有金屬成分，例如金在基體金屬化中以及在將要粘結(jié)的激光器和監(jiān)測器單元片12，18所占的最終含量。
為了提供安裝零件，可執(zhí)行顯微機械加工步驟，如進行各向異性濕法蝕刻。合適的蝕刻劑包括，例如，乙二基二胺鄰苯二酚(EDP)，氫氧化四甲基銨(TMAH)，聯(lián)氨，或者堿金屬的氫氧化物，例如氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化銫，或者氫氧化銣等。該蝕刻劑與例如對于結(jié)晶平面的特定選擇性，人工掩模材料的選擇，均勻性，表面粗糙度，表面上的金屬的防護，以及其它設計/制造考慮有關(guān)。
在步驟S80中，可通過例如鋸法等機械方法執(zhí)行凹入余隙表面50，52，54。鋸法可在某些情況中的蝕刻上是令人滿意的。蝕刻可在相鄰的各項異性蝕刻安裝零件例如第一凹坑20上進行，可能改變各向異性蝕刻的安裝零件的精確位置上的分界線。各向異性蝕刻的安裝零件的這種隨后的蝕刻可改變設置在各向異性蝕刻安裝零件中的光學部件之間的相對位置。機械方法的使用防止了需要設計從而保護每個蝕刻安裝部件的暴露的外部拐角的補償零件的必要性，以及在所蝕刻的安裝零件上提供{111}側(cè)壁。前后蓋子安裝通道62，64可通過切割而取代蝕刻提供，如圖3B所示。在這點上，前后蓋子安裝通道62，64在蝕刻操作后形成。
可能需要鈍化步驟，步驟S90，例如，如果需要在導電導線14之間得到電絕緣，并且底部晶片110的電阻率不能提供足夠的電氣絕緣。例如，PECVD氧化硅，氮化硅或者氮氧化硅可作為后安裝通道64中的鈍化涂層進行沉積。鈍化涂層通常需要另一平版印刷步驟，該平版印刷步驟采用，例如，旋轉(zhuǎn)涂層或者電鍍抗蝕劑層，之后是干法蝕刻或濕法蝕刻，干法蝕刻或者濕法蝕刻例如打開觸點或者焊盤表面的緩沖氧化物蝕刻(BOE)。該層的厚度通常為50到250nm或者如需要的，從而提供無管腳孔覆蓋物。
為了提供設置在后安裝通道64中導電導線部分，可執(zhí)行另一組金屬形成圖案步驟，其與步驟S30-S50類似。在步驟S100開始，金屬可形成圖案，用于采用共形抗蝕劑層技術(shù)的在后安裝通道64中的剝離。采用與上述相同的金屬化結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)恰當?shù)慕饘倩?，傾斜表面，例如后安裝通道表面61，63，應該相對于氣化角度進行設置，使得后安裝通道表面61，63都接收足夠的覆蓋物。可替換的，可使用屏蔽掩模從而將設置在后安裝通道表面61，63上設置的導電導線14上形成圖案。采用與后安裝通道64共形的濕法蝕刻從另一蝕刻晶片形成共形屏蔽掩模以及限定后安裝通道64中的導電導線和電氣軌跡的干法蝕刻都能使用。
步驟S100可通過干法蝕刻進行，該干法蝕刻例如采用50到250mTorr的氟進行的反應離子蝕刻。這允許氮化物支架的去掉，該支架可出現(xiàn)并從上表面70延伸并且懸掛在后蓋子安裝通道64，而不完全剝離該表面上的掩模層。在蝕刻過程中采用相對高的壓強使得支架從兩側(cè)更多受到反應離子的攻擊從而建立比表面更高的凈蝕刻率。支架的去掉防止了支架下面金屬上的屏蔽效應，例如后安裝通道64的任一側(cè)上的金屬1軌跡之間的電氣斷續(xù)。支架的大小是一個函數(shù)，例如，為結(jié)晶平面以及蝕刻劑類型之間的刻蝕比率的函數(shù)。在這點上，某些蝕刻劑，例如EDP可導致比其它蝕刻劑明顯更大的支架。如果不使用表面鈍化，或者在隨后的步驟中加入表面鈍化，例如前面所述的當鈍化深溝從而將導體饋送外部時，我們可去掉所有的不由金屬或者抗蝕劑層掩模的表面鈍化。
可以想到將光學部件例如透鏡或者光纖采用焊接劑或者其它金屬粘結(jié)表面(例如由EP0895111A1以及美國專利No.6,034,405中所述的AlO粘結(jié))進行附著時，采用所蝕刻的金屬屏蔽掩模與底部晶片110同時接觸而提供焊接劑。瞬時液相(TLP)以及熱激活擴散(TAD)焊料為了本申請的目的尤其有效。如果計劃提供由焊料進行的光纖粘結(jié)，焊料依據(jù)所使用的粘結(jié)層級可提供在步驟S100中或者隨后的步驟中。粘結(jié)層級，例如，與設計的復雜性(將要采用無機粘結(jié)等而進行粘結(jié)的光學部件的數(shù)量)有關(guān)。通常，焊料為3到5微米厚。均勻性以及厚度控制應當足夠嚴密從而實現(xiàn)系統(tǒng)的預定的光學性能，例如，當在從激光單元片12到光纖42的光學部件之間使用無源對準時。
具有光學部件的光微型臺100的總體將在步驟S130上執(zhí)行。光學部件總體的順序可以改變。然而，所使用的一種傳統(tǒng)方法是采用合適的粘結(jié)材料例如焊料或者焊料玻璃首先粘結(jié)第一透鏡22。為了得到工藝的最大效率，整個的晶片或者從晶片去掉部分的網(wǎng)格可同時在板上安裝。接著可粘結(jié)激光單元片12。
壓縮或者熱壓粘結(jié)是粘結(jié)光學部件的合適技術(shù)，因為可防止焊料層的反應直到單元片粘結(jié)步驟完成。焊料層的反應導致防止焊料為成功的單元片粘結(jié)而充分回流的成分改變。光纖段42，透鏡22，32以及其它光學部件可有利地在基底上采用由本發(fā)明提供的熱活性擴散(TAD)粘結(jié)技術(shù)固定在適當?shù)奈恢?。該技術(shù)通常在凹坑20，30，槽11，40或者硅基底的其它表面上使用至少三層粘結(jié)結(jié)構(gòu)，在硅基底表面上光纖42或者光學部件進行固定。該結(jié)構(gòu)包括由至少一個擴散抑制/勢壘層分開的至少第一和第二成分層。
形成第一和第二成分層的材料在成分上不同，通常從金屬和金屬合金中進行選擇。材料的選擇基于在第一和第二成分層中進行互相擴散的原子能力，其結(jié)果是成分具有比作為原始沉積的第二成分層更高的熔點。適于第一和第二成分層的材料分別包括，例如，金和銦，銅和銦，銀和銦，銅和錫，銀和錫，以及鉍和錫，金和鉍。在每種情況中，較高的熔點金屬通常設置較低熔點金屬的下面?；蛘?，如果成分1的薄膜焊料疊層在成分2的薄膜焊料疊層頂部，那么成分1將具有較高的熔點。除二元系統(tǒng)以外，可采用三元，四元或者更高級系統(tǒng)。多成分組合物可進行調(diào)整從而實現(xiàn)已知的效果。第一和第二連續(xù)層的厚度可基于例如用于制造粘結(jié)的指定熔點進行選擇，隨后的更高溫度上，在熱處理并且互相擴散出現(xiàn)后粘結(jié)，粘結(jié)將變得穩(wěn)定。通常，這些層具有2到10微米的聯(lián)合厚度。成分層可采用公知技術(shù)進行況積，該公知技術(shù)例如，例如蒸發(fā)或者濺射技術(shù)的物理氣相沉積(PVD)，或者化學氣相沉積(CVD)。所采用的特定技術(shù)與例如將要沉積的材料和厚度有關(guān)。
在制造過程中，第一和第二成分層之間的一個或多個擴散勢壘層將使成分層之間的原子的互相擴散更小或者防止該相互擴散，直到基底承受預定閾值溫度。當基底承受等于或高于閾值溫度的溫度時，擴散勢壘層失去了其效用并且允許成分層之間顯著的互相擴散，導致具有比閾值溫度和第二成分層的熔點高的熔點的成分。適于擴散勢壘層的材料包括，例如，鉑，鎳，TiW，TiN，Ta等。
擴散勢壘層的厚度至少是有效抑制用于實際工作時間的成分層之間的互相擴散的厚度，該實際工作時間例如在不確定的室溫下的十二小時以及在基底將要保持的部分粘結(jié)到其上(或者將兩部分粘結(jié)在一起)的溫度上的分鐘或者小時的至少一種。所需要的時間，例如與將要粘結(jié)在相同基底上的部件的數(shù)量以及需要粘結(jié)這些部件的時間有關(guān)。擴散勢壘層厚度將與，例如擴散勢壘層以及成分層材料，該結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的熱歷史有關(guān)。通常，為了使層的成分的濃度在熱處理后的最終結(jié)構(gòu)中最小，希望使擴散勢壘層的厚度最小。然而，該擴散勢壘層可以需要的方式使用以修改最終結(jié)構(gòu)的特性，從而例如使最終結(jié)構(gòu)硬化或者軟化，從而增加附著性，從而增加熔點，等。擴散勢壘層厚度通常為5到100nm。關(guān)于成分層，擴散勢壘層可通過公知技術(shù)，例如PVD或者CVD進行沉積。
TAD粘結(jié)層結(jié)構(gòu)可選擇地包括一個或多個附加層，例如，用于防止基底和第一成分層之間擴散的勢壘層和/或用于促進基底和其上的層之間的良好的附著性的第一成分層下的附著層。例如，當?shù)谝怀煞謱邮墙饘訒r，鉻勢壘層以及鎳附著層將設置在硅基底上。還可希望的是在第二成分層或者其它與大氣接觸的層上使用氧化抑制層。例如，當初級層另外氧化并且不希望使用真空，降低大氣壓或者焊料時，貴金屬例如金的薄層或者薄聚合物膜是有效的。其它材料，例如，稀土金屬例如Lu，可選擇地添加，從而有助于增加金屬和氧化物之間的粘結(jié)效果。
粘結(jié)層結(jié)構(gòu)通常在基底表面上一個層一個層地形成?？商鎿Q的，粘結(jié)層結(jié)構(gòu)的一個或多個層可預先形成并且然后粘結(jié)到基底上。
在光學部件和第二成分層之間可形成壓縮或者熱壓粘結(jié)。這可通過例如在銦層上的金薄層(例如0.1微米)實現(xiàn)，其中銦層在其下具有TAD系統(tǒng)的其它元件。金的機械位移通過透鏡到用這種系統(tǒng)涂覆的凹坑中的壓縮或者熱壓出現(xiàn)，其后為退火從而對于TAD系統(tǒng)形成指定回流溫度。該工藝保護銦表面不被氧化，并且還允許透鏡表面開始與銦進行機械和化學接觸，從而產(chǎn)生進行金屬粘結(jié)的氧化物。選擇地，壓縮或熱壓粘結(jié)在形成在第二成分層上形成的表面氧化物的出現(xiàn)中形成。薄膜氧化物可在粘結(jié)過程中被擊碎，因此將原金屬暴露在第二成分層中，該第二成分層能產(chǎn)生Si-O-金屬鍵。
沒有聯(lián)系到特別的理論，我們相信該工藝機械變形其表面并且毀壞第二成分層上出現(xiàn)的表面氧化物，因此在光纖42或者元件以及第二成分層之間形成粘結(jié)。例如，當透鏡由硅氧化物涂覆以及結(jié)構(gòu)從金(成分層1)以及銦(成分層2)結(jié)構(gòu)中形成時，可形成Si-O-In鍵合界面。
然后對該結(jié)構(gòu)進行加熱到擴散勢壘層不再有效防止第一和第二成分層之間原子的互相擴散時的溫度。該溫度可高于或者低于成分層熔點，但通常低于每個成分層的熔點從而使光學部件的移動最小或者消失。該溫度與，例如與成分和擴散勢壘層的材料有關(guān)。通常，熱處理溫度可為低于回流溫度的任一溫度，例如，低于形成粘結(jié)的溫度25到100℃。在該升高的溫度上，并且足夠的時間，擴散勢壘層破壞，并且在第一和第二成分層之間出現(xiàn)原子擴散。例如，依據(jù)熱處理的溫度和時間，以及成分層和擴散勢壘層的厚度和成分，可導致均勻成分，各相混合方案，或者粘結(jié)結(jié)構(gòu)的分級成分。所得的結(jié)構(gòu)具有比第二成分層的熱處理溫度和熔點都高的整體熔點(結(jié)構(gòu)內(nèi)的熔點可作為成分不均勻的結(jié)果而改變)。結(jié)果是，光學部件可安全粘結(jié)到合適的位置并且能設置在比在粘結(jié)元件中使用的溫度更高的溫度上經(jīng)受進一步的熱處理工藝。
通過這種技術(shù)，大量的光纖，透鏡22，32以及其它光學部件可精確粘結(jié)并且鎖定到基底表面上，并且在粘結(jié)層級上具有大量的適應性。由于在粘結(jié)光學部件中使用相對低的溫度，可使用標準焊料例如Au-Sn共晶體而沒有由高溫度工藝所導致的相反效果。由于所粘結(jié)的光學部件的高溫穩(wěn)定性，這些標準焊料可用于高成本設備例如激光單元片與基底表面的充分粘結(jié)。
薄膜Au-Sn共晶體以及近晶體焊料在高于其熔點上具有相對短的工作壽命(例如10到45秒)。因此，希望將底部晶片110的溫度保持在其熔點以下，并且當激光單元片連接到基底上時盡可能低。這可通過激光單元片12的壓強和脈沖熱的結(jié)合而將每個單元片合適定位而實現(xiàn)。如果其不具有沉積在其上的焊料，同樣用于背面監(jiān)測發(fā)光二極管18。在所有的光學部件粘結(jié)后，可對底部晶片110進行加熱，使得焊料為固態(tài)互相擴散，增加其有效熔點到足夠高的溫度，該高溫將防止在任何隨后的熱處理(蓋子粘結(jié)，撓性連接，板連接等)過程中的任何顯著的單元片運動(由焊料漫延、馳豫、表面張力成為新的狀態(tài)等所導致)。激光單元片12可進行粘結(jié)，例如，具有高精確單元片粘結(jié)設備，這些設備從例如德國的Karl Suss或者日本的Toray等公司中購買到。這種設備可安裝紅外線可視記錄檢測使得機器可通過激光單元片12和/或底部晶片110成像，以便看到激光單元片12和光微型臺100的基準，從而不被破壞地確定單元片對準，并且使用該信息確保高精度粘結(jié)。由于希望采用高精度粘結(jié)設備粘結(jié)單元片不利用激光單元片12的光軸對準的主動反饋的好處，因此我們希望微型臺部分和激光單元片12沒有妨礙通過基準部分以及用于采用IR照相機進行的非破壞性對準檢測的視線的金屬。另外，激光單元片12最好構(gòu)造成具有有源區(qū)域和對準基準，如果存在的話，其在相同的平版印刷步驟中限定。這使得激光器，波導以及微型臺可精確對準。
一旦將要安裝在蓋子200內(nèi)(例如，波長鎖定器，或者波長選擇器，如果需要在內(nèi)部之上的隔離器等)的激光單元片12，背面檢測發(fā)光二極管18，第一透鏡22以及任何其他光學，電氣或者機械器件粘結(jié)在適當?shù)奈恢茫蓤?zhí)行蓋子連接步驟，步驟S140，如下所述?？商鎿Q地，在粘結(jié)蓋子200之前，剩下的光學部件可在步驟S160上附著在底部晶片110上。
關(guān)于蓋子連接，在步驟S140中，蓋子粘結(jié)材料240，例如焊料玻璃，可以膏狀形式施加在蓋子密封表面226上?？商鎿Q地，焊料玻璃可例如通過篩選法，壓印法或者分配操作進行施加。粘結(jié)材料240可在蓋子200上進行固化，從而消除在凝固過程中形成的析出氣體。然后將蓋子晶片210施加到底部晶片110上(或者將蓋子晶片部分施加到底部晶片部分)，如圖4C所示。然后蓋子晶片210以及底部晶片110可在某個溫度上，例如部分真空、干氮或者其他干的惰性氣體中高于100攝氏度，進行烘烤從而干燥晶片110，210。然后將晶片進行加熱到焊接玻璃的粘結(jié)溫度上，然后將壓力施加在蓋子晶片210和底部晶片110之間從而在每個蓋子200和各個光微型臺100之間形成密封。如果需要，蓋子晶片210和底部晶片110可密封在幾個大氣壓的氦氣氛中，使得蓋子200膨脹并且可以通過檢測膨脹程度來進行整體泄漏檢測。
蓋子晶片210可具有介電層，例如設置在蓋子晶片210上的氮氧化硅層，包括蓋子側(cè)壁220，蓋子側(cè)壁220可作為防反射涂層。另外，蓋子晶片210可具有在蓋子晶片210的上表面上預先形成圖案的硬掩模。這使得被粘結(jié)組件在分開的通道228中進行干法或者濕法蝕刻，從而提供開口232，通過該開口在電氣和/或光學探測可從蓋子晶片210的上表面上的微光器件封裝上執(zhí)行并且早于微光器件封裝的單一化而執(zhí)行，如圖4B和4E所示?？商鎿Q地，我們可通過上表面進行部分切片以便分開蓋子200，從而提供開口232以及在上底部晶片表面70上探測金屬化。這使得在步驟S155上可進行激光單元片老化以及高頻測試。
對于在第二透鏡32設置在單個微型臺100之前蓋子200已經(jīng)在底部晶片110上進行密封的情況，部分光束借助于晶片110中的相應傾斜表面向上偏轉(zhuǎn)通過晶片210中被蝕刻或者被切片的開口232。在晶片層上測試光微型臺100的能力可由光束偏轉(zhuǎn)器提供，該光束偏轉(zhuǎn)器引導光束到用于測試的光微型臺100的平面。由于光束被引導向上離開光微型臺100，因此當多個這種光微型臺100互相以晶片形式連接時，光微型臺100可進行測試。
對于各向異性蝕刻(100)硅底部晶片110，傾斜表面可包括{111}平面。傾斜表面可以是第三凹入余隙表面54加入之前的第二透鏡凹坑30的傾斜側(cè)壁33。該傾斜側(cè)壁33可沿著光軸進行設置并且面對激光單元片12的方向，如圖1A和2A所示?？商鎿Q地，斜面可為光纖槽40的傾斜側(cè)壁41，如圖2B所示。
為了增強斜面的反射率，可進行金屬化或者其他的處理。在兩種情況的任一種情況下，蓋子晶片210中的切割的或者蝕刻的開口232可位于使得從傾斜側(cè)壁33，41折射的光導向通過開口232的位置。對于老化操作的情形，光信號可形成圖像并且進行分析從而使得多個設備可同時有效地進行監(jiān)測。如果組件需要光被表面垂直發(fā)射時，這些表面可原封不動，并且在這些情況下，如果需要的話，(100)硅的切割軸可提供45度的反射表面。
第二球透鏡32，在蓋子200的外部，可采用例如焊接玻璃，環(huán)氧樹脂，或者其他合適的材料和方法進行粘結(jié)。然后對微型臺100進行切片，并在一端上留下開口式光纖v-槽易于接收光纖段42?？商鎿Q地，底部晶片110可靠近第二透鏡32進行切片，并且可有效對準到基準或套圈組件上，如圖8B所示。
2.具有密封導電通孔的微型臺a.各向異性蝕刻參考圖13A-13C，制造根據(jù)本發(fā)明的具有密封導電通孔90的光微型臺100的示范性工藝的流程圖。該過程示于圖14A-14G。該工藝與如圖12A和12B所示的用于制造導電導線14的微光器件封裝500的工藝的幾方面類似。因此，包括相似的工藝步驟的地方，在圖12A和圖12B中使用的相同的附圖標記也使用在圖13A-13C中。然而，盡管相同的附圖標記對于專門的步驟使用，對于通孔工藝和導線工藝，這些步驟不必完全相同，并且?guī)追N可能的不同標注在下面的正文中。關(guān)于在底部晶片110上制造單個光微型臺100，通孔流程以及工藝與導線工藝相類似地以實施例的方式進行描述。然而，我們知道實際上可以在單個底部晶片110上制造，裝配以及測試多個光微型臺100。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖13A，在步驟S10開始，提供底部晶片110，例如(100)雙側(cè)拋光硅晶片。底部晶片110的厚度可方便地為525±25微米厚度，并且對于高頻應用，電阻率通常高于1000ohm-cm，盡管低電阻率也可使用。在步驟S20，低應力氮化硅的第一硬掩模301在底部晶片110上提供，如上所述，圖14A。
在步驟S21，設置在底部晶片110的后表面72上的硬掩模301可采用標準平版印刷以及干法蝕刻技術(shù)形成圖案，例如，對每個通孔提供開口304，如圖14B所示。在步驟S22，然后底部晶片110可通過硬掩模301中的開口304進行各向異性蝕刻直到錐形凹坑303形成通過底部晶片110，從而留出跨過開口304的孔徑307的氮化硅硬掩模隔板302。錐形凹坑303的側(cè)壁305包括{111}結(jié)晶平面表面?；谝阎牡撞烤穸?，側(cè)壁角度以及希望的隔板跨度307，我們可計算將要設置在后表面72上的目標開口304的尺寸，從而形成目標通孔307。
在步驟S22蝕刻凹坑303步驟的過程中，開口304上的硬掩模301可進行底切，從而在開口304的側(cè)面上形成氮化物支架306。在凹坑側(cè)壁305金屬化之前，可以根據(jù)需要去掉該氮化物支架306，這樣氮化物支架306不能形成防止支架306下的凹坑側(cè)壁305的金屬化的屏蔽。防止支架306下面的金屬化可防止與后面進行沉積的金屬層的電氣連續(xù)性。
在步驟S23，氮化物支架306可通過使用例如在通常為50到200mT的壓強下的CF4進行的干法蝕刻步驟來去掉。該壓強通常為足夠蝕刻在晶片蝕刻側(cè)上的氮化物支架306，該晶片的蝕刻側(cè)通常懸掛凹坑側(cè)壁305上而不去掉隔板。由于氮化硅可由氟離子以及其他含氟的種類在蝕刻過程中進行化學處理，并且因為壓強足夠高從而在短距離上允許原子顯著的散射，因此氮化物支架306的兩側(cè)都被蝕刻，然而，因為或者在一側(cè)上互相粘結(jié)到硅晶片上或者具有屏蔽(面對反應器板)的表面等，因此在所有其他的表面上只有一個氮化硅的表面進行腐蝕。因此，氮化物支架306可去掉而不用完全去掉孔徑隔板302或者底部晶片110的剩余部分上的氮。該步驟可在其他階段執(zhí)行，例如在使用例如涂層的下一個氮涂層之后，但應該在金屬化之前執(zhí)行，從而確保在表面和側(cè)壁305上金屬化的連續(xù)性。該步驟可以省略，例如，在沉積工藝存在明顯散射的地方，在氮化物支架很小的地方，或者使用共形導體沉積的地方。代替氮化物，可使用其他任何不進行自腐蝕的硬掩模，例如氧化硅或者二氧化鈦。
接著，在步驟S24，提供第二層低應力氮化物308，如圖14C所示。第二氮化物層308為厚度(例如200-500nm)與第一氮化物層301類似的選擇性的絕緣層，并且用于電氣地隔離通孔90。
在該工藝中的這個階段，一個平面310由氮隔板302和一個蝕刻表面72覆蓋，一個或多個蝕刻凹坑-通孔包括端接在氮化硅隔板302的{111}平面，該氮化硅隔板為第二氮層308的厚度加上第一氮化硅層301的厚度的兩倍。當前的通孔方法，無論用濕法蝕刻或者干法蝕刻執(zhí)行，提供底部晶片110的至少一個表面，該表面具有高度的平面性，允許抗蝕劑層的精確旋涂以及任意的接觸平版印刷可將隨后的安裝零件形成圖案，隨后的安裝零件用于硅臺上的光學部件的對準。另外，當前的工藝使得我們可以在任何金屬或者焊料施加之前實現(xiàn)第二氮鍍層，使得可利用具有所確定應力的共形涂層的LPCVD硅氮化物以及氧化物。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖13和14所示的工藝，接著在步驟S25上底部晶片110可使其后表面72用金屬層309進行金屬化，如圖14D所示。選擇地，該金屬化步驟可通過屏蔽掩模，通過共形剝離抗蝕劑層，通過疊層圖案抗蝕劑層等執(zhí)行。在側(cè)壁305上使用形成圖案技術(shù)的好處是多于一個的獨立導電導線14可通過單個臺以及隔板形成圖案。例如在具有單個隔板的矩形臺中，一組饋送孔可通過將后表面金屬，側(cè)壁金屬形成圖案，恰當?shù)貙⒌韪舭逍纬蓤D案并且蝕刻，以及將頂表面金屬形成圖案而制成。
該結(jié)構(gòu)使得可以形成帶狀線，該帶狀線在側(cè)壁下以及通過通孔維持改進的阻抗，以及電導體更高的組裝密度。以這種方式，單個臺可變成用于多個，且有利地許多導體的管路。
可替換地，例如通過以旋轉(zhuǎn)式行星軌跡蒸汽而進行沉積。金屬層309例如通過采用上述的抗蝕劑層方法的濕法蝕刻形成圖案。該金屬化提供金屬層309(例如，Cr/Ni/Au，TiW/Au，或者Ti/Pt/Au)，其從后表面72覆蓋氮化硅隔板302，并且從凹坑側(cè)壁305向下將導電性提供給后表面72。該金屬可進行選擇以便具有有效的機械強度，從而在氮化硅隔板302去掉或者部分從底部晶片110的片面?zhèn)炔糠秩サ糁笞兂瑟毩⒋嬖诘?。這提供跨越孔徑307的導電密封。例如，20nm厚的Cr，隨后為200nm厚的Ni，由500nm厚的Au覆蓋形成的堆疊層具有有效的機械強度從而在孔徑307上跨度為例如20到35微米?？梢允褂酶〉幕蛘吒竦慕饘賹印Ａ硗?，如果需要更大的強度，更大的隔板或者更高的電流，我們可以經(jīng)濟地電鍍這些金屬至更大的厚度。
如果在后表面72上使用覆蓋層金屬化，形成圖案將使得多個電氣接觸分開。該步驟可在方便的任意一時間上實現(xiàn)。形成圖案可采用商業(yè)提供的抗蝕劑，例如Shipley Company，L.L.C.，的電解沉積抗蝕劑層或者疊層抗蝕劑層而執(zhí)行。還可以機械地切片金屬，滲透到硅中少量從而將薄膜電氣分開到分開的通孔90中。作為另一個變形，可以從底部晶片110的兩側(cè)濕法或者干法蝕刻通孔，其使得可以在相同的空間中得到更大的組裝密度。例如，如果使用雙側(cè)濕法蝕刻，每個傾斜的{111}平面可靠近另一個。當需要硅的精確厚度以形成接地帶狀線或者接地共面結(jié)構(gòu)時這是十分有效的。在晶片的后側(cè)或者當通孔不在蓋子側(cè)上使用時，清除任何硅拓撲的合適高度的焊球或者焊柱可施加到硅組件上。這可例如通過焊球槍，掩模模板，電鍍等實現(xiàn)。組件可直接表面安裝到PWB上，如果需要的話。此外，組件的電氣粘結(jié)焊盤以分開后它們直接附著在引線框設備上的方式進行設置。
轉(zhuǎn)到圖14D，底部晶片110具有通常用金封頂?shù)拿芊饨饘賹?09，其從后表面72向下到一個或多個側(cè)壁下的提供電氣連續(xù)性，并且覆蓋氮化硅隔板302。在步驟S26中，底部晶片110用抗蝕劑層進行涂層，形成圖案，并且從平面?zhèn)冗M行干法蝕刻，從而從隔板去掉氮化硅而不用蝕刻設置在通孔孔徑中的金屬層309，如圖14E所示。任何圖案可從平面310上進行開口。例如，我們可以在金屬層309上的氮化物層301，308中開出一組孔，格子或者其他形狀出來，如果需要，使得氮化物可提供附加的機械穩(wěn)定性。金屬層309可用作等離子蝕刻的合適的蝕刻停止。此外，在工藝中任何合適的階段，通孔90可用介電材料311填充或者更厚電鍍，如圖14G所示。如上所述，氮化物還以這種方式形成圖案，即如果金屬在兩側(cè)和側(cè)壁上，多個導體都能形成圖案。通常，使用矩形形狀，從而更容易地制成圖案和間隔。
從工藝中的該階段開始，處理用步驟S30到S80以及S110到S160以與相對圖12的流程所示的導線方法提供的類似的形式繼續(xù)下去、參考當前通孔方法的圖13，步驟S30到S50可提供平面310的金屬化從而提供與通孔90的金屬層309進行電聯(lián)通的導線14，如圖14F所示。步驟S90可從當前的通孔法中省略，這是因為導電導線14不需要在后蓋子安裝通道64中。然而，為了將蓋子200密封到底部晶片110中，步驟S100可變形從而在蓋子安裝區(qū)域60(或者作為密封環(huán)，如果不使用挖溝的話)的基座上提供金屬層，而不是在后蓋子安裝通道64中提供導電導線。
再者，可使用例如上述的標準金屬化，從而提供密封環(huán)，該密封環(huán)為蓋子200的密封表面226的形狀和大小。金屬或者玻璃焊料可沉積在底部晶片110或者在蓋子晶片210上，或者在兩者之上。使用加濕到硅底部晶片110，或者底部晶片110上的其它任何絕緣介電薄膜上的焊接玻璃或者其它粘合劑，從而密封蓋子200，那么將不需要金屬化步驟S100。金屬層例如通過屏蔽掩模，通過剝離，通過金屬的化學蝕刻，微電子領(lǐng)域中已知的其它方法可施加金屬層。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員很明顯，其中已經(jīng)指定蒸發(fā)或者濺射的大多數(shù)步驟還可使用一種或者多種金屬的電化學以及無電鍍化學金屬沉積方法(電鍍)，例如，采用種晶工藝以及形成圖案的掩模，如果希望的話。這對于相對厚的層，例如厚含金層，該含金層例如厚Au-Sn層以及某些RF傳輸線路尤其有效?？墒褂没瘜W電鍍，CVD以及PVD的任意組合。
另外，關(guān)于蓋子連接，在步驟S140，蓋子粘結(jié)材料240可包括前述方法所述的焊接玻璃?？商鎿Q地，由于導電導線14并未存在于當前的通孔方法的后安裝通道64中，該蓋子粘結(jié)材料可包括在蓋子密封表面226，底部晶片110或者兩者之上的金屬焊料，例如3到8微米厚的80:20Au-Sn。不具有金屬焊料的表面通常用加濕的并且附著的金屬化，例如Cr-Ni-Au，進行金屬化，盡管可使用其它材料。例如，Pt可適當?shù)厥褂没蛘吲cNi結(jié)合使用。選擇地，以使得金屬焊接可選擇地在給定區(qū)域中流動的方式，Au層可形成圖案，或者整個密封環(huán)可形成圖案，在蓋子連接步驟S140中需要的地方傳送或多或少的焊料。如果存在過渡或者更高表面粗糙度的區(qū)域并且更厚的金屬焊料層需要用于在那個區(qū)域進行密封，這種設置是有效的。該技術(shù)可在Au-Sn層下還可對底下的Cr-Ni粘合劑/勢壘層形成圖案中使用，這是因為與用Au覆蓋的金屬薄膜相比，金屬焊料將不容易加濕氮化硅或者硅表面。
密封工藝通常包括用粘結(jié)激光單元片12在例如具有惰性氣體如He，Ar或者N2或者真空下等可控制的環(huán)境里烘烤蓋子晶片以及底部晶片110，從而去掉任何存在的水蒸氣。然后將蓋子200用某個壓強加壓，并且將該部分加熱到金屬焊料的回流溫度。選擇地，可在達到回流溫度之后施加壓強。在冷卻時的He壓下密封是有好處的，所密封的區(qū)域具有比大氣壓明顯高的壓強。該技術(shù)將可以在形成密封后的任何時間檢測密封性等級或者組件中的泄漏率。這使得蓋子200的偏轉(zhuǎn)或者曲率在任意一時刻上采用自動干涉儀進行檢測。這種測量的結(jié)果可提供組件的密封性等級以及是否它已經(jīng)包含可測量的泄漏的指示。例如，當組件容積小于1000nl時，大于10-8托升/秒的泄漏的停止時間相對較短，使得蓋子200因此改變它們的曲率。工藝步驟的平衡可如上述用于導電導線方法進行。
除上述的用于形成通孔90的工藝以外，幾種變形是可以的。例如，在上述方法中，金屬層309形成在氮化物隔板302的蝕刻側(cè)上并且氮化物隔板302從平面310上切割?？梢韵喾?，首先將金屬層放置在氮化物隔板302的平面310上，并且從后表面72切割氮化物隔板302。該工藝將通過使用共形抗蝕劑層而具有輔助作用。此外，可省略第二氮化物層308，例如，如果電氣設計不需要該絕緣等級。如果需要更高等級的電氣隔離，熱氧化步驟可相反執(zhí)行，或者在第二氮化物層308形成之前，其將有助于防止針孔。當通孔90通過干法蝕刻形成時這是非常有效的，在其蝕刻表面上具有高的拓撲。
對于晶片加工和顯微機械加工的領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它材料和方法可形成從而達到相同或類似的結(jié)果是顯而易見的。例如，激光機加工可代替蝕刻步驟，某種等離子增強化學氣相沉積(PECVD)可形成對于代替LPCVD而使用的質(zhì)量足夠的膜?？墒褂糜袡C化學氣相沉積(OMCVD)，從而降低熱聚集并且使得步驟的順序顯著改變，例如在晶片加工后形成絕緣通孔而不是在金屬化步驟之前。鎳和金的非電鍍種晶以及化學鍍層可實現(xiàn)取代氣相沉積法。當其他方法的深鍍分散能力太有限時，這能有效地施加到高縱橫比通孔上，例如采用氯化鈀/二氯化錫溶液，其中各部分進行浸濕并且攪拌。氯化鹽在酸浸漬中還原從而再現(xiàn)表面上Pd和/或Sn種晶。然后將各部分投進非電Ni溶液中并且進行電鍍層。如果Ni用張應力進行電鍍，將發(fā)現(xiàn)用于在通孔的內(nèi)側(cè)形成密封以及粗糙密封的最好結(jié)果，從而使得將鎳強加成與通孔凹坑303進行密切接觸。然后在無電鍍金中浸漬。
b.孔徑化通孔圖15A-15H示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造導電密封通孔的另一工藝，該密封通孔具有多個形成在其中的孔徑。參考圖15A，蝕刻停止層602在晶片610上形成。該蝕刻停止層602為在隨后的通孔形成蝕刻中有效地用作蝕刻停止的材料。該蝕刻停止層可為，例如，硅氧化物如由熱氧化形成的二氧化硅，或者其他公知材料。該蝕刻停止層沉積到這一厚度，即使得在對后的蝕刻過程中不完全腐蝕。通常，厚度從0.5到2微米，例如，從1到2微米。
參考圖15B，蝕刻停止層通過平版印刷以及干法蝕刻處理形成圖案，從而形成蝕刻停止圖案603。在蝕刻之后剩余的圖案可為相同或者不同的幾何圖形，并且在將要形成的通孔的外圍上進行延伸。
為晶片610的一個表面上的未來自由存在的隔板提供合適材料，厚度以及應力的結(jié)構(gòu)涂層604。該結(jié)構(gòu)涂層604可包括一個或多個層，例如，低應力氮化硅層，多晶硅層，或其組合。結(jié)構(gòu)涂層604通常厚度為0.2到1微米。在形成蝕刻停止圖案603以及結(jié)構(gòu)涂層604中所使用的材料依據(jù)例如蝕刻劑可以是相同的，也可以是不同的?？梢允褂孟嗤牟牧?，例如，如果將要形成的隔板的材料可在通孔蝕刻工藝中用作合適的蝕刻停止，或者如果在形成隔板的通孔蝕刻工藝中具有足夠高的均勻性。結(jié)構(gòu)鍍層采用平版印刷以及蝕刻工藝形成圖案。為此，金屬掩?？蛇x擇地使用。
參考圖15C和15D(16C的部分放大圖)，通孔606在氮化物層604以及晶片610中從與蝕刻停止603相對的第一側(cè)向下蝕刻到蝕刻停止。該蝕刻通常通過干法蝕刻例如深度反應離子蝕刻進行各向異性執(zhí)行。氮化物以及硅的蝕刻可以在相同或者不同的步驟中執(zhí)行。通孔深度與各種因數(shù)有關(guān)。該尺寸可為，例如在直徑上為150到250微米，在深度上約為500微米。該通孔可具有各種形狀，通常為柱狀。
參考圖15E和15E’(圖15E的上下視圖)，隨后處理先前形成的隔板的圖案。通過平版印刷以及一個或多個蝕刻處理，例如反應離子蝕刻等的干法蝕刻，多個孔徑609形成在蝕刻停止圖案以及結(jié)構(gòu)涂層中。去掉在結(jié)構(gòu)上剩余的掩模。該孔徑可具有各種形狀，例如，環(huán)形，方形，矩形，弧形等，以及其組合。例如，如所示出的，孔徑609所有都可以是環(huán)形的，或者，可替換地，可包括各種小孔形狀，例如，以共軸形式圍繞中心圓的一系列圓弧等。孔徑的尺寸將使得它們隨后用金屬或者其他導電材料例如摻雜的多晶硅進行填充。通常，孔徑609具有1到3微米跨度的至少一個軸。當使用到高頻中時，所采用的設計使得信號可從晶片的一側(cè)以最小失真和損耗傳遞到另一側(cè)。此外，孔徑609的圖案可對于一個或多個參數(shù)進行優(yōu)化，該一個或多個參數(shù)例如機械強度，導電性，填充的簡易性等。相對通孔的隔板的表面通常為平面，例如，在幾微米內(nèi)，使得對于旋涂以及精確光刻是合適的。
參考圖15F，接著在晶片上形成抗蝕劑層掩模，并且通孔的側(cè)壁用一個或者多個介電層605進行鈍化，該介電層例如低應力氮化硅的硅氮化物，例如熱二氧化硅或者低溫氧化硅等的氧化物，以及其組合。介電層605在隨后的處理中保護通孔側(cè)壁的暴露區(qū)域。有益地，介電層可包括熱二氧化硅層作為第一層，從而減小或者消除針孔的出現(xiàn)。介電層605通常共形沉積到0.1到0.25微米的厚度，并且將不關(guān)閉孔徑609。任意地，介電層可在隔板608中的孔徑609形成之前形成。
參考圖15G和15H，接著對通孔606進行密封，例如用一個或多個金屬層612。該涂層可施加到晶片的一側(cè)或者兩側(cè)，并且施加到孔徑609上，從而在其中形成栓塞。一個或多個金屬層可包括，例如，一個或多個附著層，擴散勢壘層，頂部導體層。金屬層612可包括，例如，鎢，鈦，鉑，鈀，鉻，銅，鉻，鎳，金以及其合金和它們的組合，例如Cr/Ni/Au，Cr/Au，Cr/Cu，Ti/Pt/Au等。盡管從技術(shù)上說不為金屬，該結(jié)構(gòu)可進一步包括多晶硅層，例如，摻雜的多晶硅。該金屬層可例如通過濺射法或者蒸汽法等PVD，CVD或者非電解或者電解電鍍處理進行沉積。其可以通過CVD或者電鍍處理進行選擇性地沉積?，F(xiàn)在描述示范性的通孔密封處理。
第一示范性工藝采用選擇性的CVD沉積的金屬，例如，鎢。選擇性金屬層的種晶層可首先沉積在將要形成金屬的表面。例如，在為鎢的情況下，例如高摻雜多晶硅的多晶硅膜可作為種晶/附著層進行沉積。該多晶硅層在晶片610的上表面和下表面以及通孔側(cè)壁任意形成圖案。通過CVD，例如采用WF6，鎢可選擇性地并且共形地沉積在多晶硅上，并且可填充隔板的孔徑609。頂表面中的孔徑609可替換地通過導電栓塞等本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的技術(shù)來進行封閉。
另一示范性工藝采用非電鍍涂層。首先采用各種化學處理對晶片進行種晶化，例如PdCl/SnCl，用金屬例如鎳的還原和非電解電鍍，來填充孔徑609并且在通孔側(cè)壁上形成層。隨后為浸漬電鍍處理，例如，浸漬金?？商鎿Q地采用其他材料以及電鍍處理。所沉積的薄膜厚度應該為最大孔徑609的寬度的一半。金屬可用壓縮應力形成，從而有助確保表面附著性。
用于將通孔金屬化的另一示范性工藝采用蒸汽法，該蒸汽法采用例如旋轉(zhuǎn)行星式蒸汽系統(tǒng)。
一旦通孔密封性插入，可形成附加的表面金屬圖案和/或顯微機械加工步驟，從而產(chǎn)生微型臺部件。在本申請其他地方描述的傳統(tǒng)工藝覆蓋了處理頂部(平面)表面的方法。包含通孔609(如果它們不插入的話)的后側(cè)可用抗蝕劑層形成圖案，例如采用電泳抗蝕劑層，該抗蝕劑層例如從Shipley Company，L.L.C.買到的EAGLETM抗蝕劑層，疊層抗蝕劑層，或者屏蔽掩模。該通孔任意用金屬例如銅或者鎳通過PVD，CVD或者電鍍處理進行填充。
盡管上述的導線和通孔形成工藝步驟已經(jīng)以示意性次序進行呈現(xiàn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚該步驟中的幾個步驟次序是可以改變的。依據(jù)方案，我們可以改變這些步驟，它們的次序，插入幾個另外的步驟，層厚和/或改變它們的目標應力等。此外，在硅顯微機械加工領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道清除步驟，合適的平版印刷，剝離，涂層技術(shù)等的合適插入，因為這個原因在此并未提及。此外，通常圍繞導電方塊形成導電槽，因此可以促進共面效果以及帶狀線型傳輸元件。另外，底側(cè)上的通孔圖案可以有助于產(chǎn)生例如管腳和插座的互連的方式，或者有助于安裝隨后進行回流從而形成凸塊的焊料球的方式形成。
3.蓋子制造蓋子200可從硅蓋子晶片210進行蝕刻從而提供蓋子200的網(wǎng)格，如圖4B所示。該網(wǎng)格包括空腔230的網(wǎng)格，每個空腔230圍繞著側(cè)壁。在示范性實施例中，四個側(cè)壁220在每個側(cè)壁端部互相交叉，從而形成限定每個空腔230的矩形周邊。如圖4B的頂視圖所示，側(cè)壁220延伸到紙面以外。每個蓋子200之間的空間還可進行蝕刻或者切片或者兩者同時進行，選擇地到與蓋子空腔230相同的深度，從而在蓋子200之間提供分開的通道228。
根據(jù)本發(fā)明，為形成圖4B所示的蓋子200的蝕刻網(wǎng)格，提供各種方法。方法中主要的改變在于蝕刻技術(shù)以及所使用的蓋子晶片210。蝕刻技術(shù)以及蓋子晶片210的選擇，例如與實現(xiàn)需要的側(cè)壁220的拋光的工藝設計，性能以及蓋子200的最終尺寸有關(guān)。除蓋子側(cè)壁以外或與蓋子側(cè)壁可替換的，在光可通過蓋子頂部250或者通過其附著的基底進行投影的情況下，這些表面的拋光還影響進行選擇制造蓋子晶片210的蝕刻類型以及晶片(例如SOI)類型。
因為最小的厚度可使當導電導線14在蓋子200以外通過或者當例如使用密封玻璃時在該蓋子200下的介電層下通過時的組件密度最大并且RF性能影響最小，因此可對側(cè)壁厚度進行選擇從而在給定的合適機械性能下盡量薄。在導電導線14傳輸RF功率或者信號的情況下，希望RF的不連續(xù)性最小。因此我們可以想到保持壁寬為沿著導線14傳輸?shù)淖罡哳l率上的RF波長的一小部分，或者使分界條件下的這種改變上的場相互作用最小或者控制該相互作用。較大的蓋子壁厚可使用在導線尺寸中的改變，從而補償介電常數(shù)或者設計頻率上的吸收系數(shù)中的凈改變。然而對于較小的蓋子200，減小不連續(xù)性大小本身是有好處的。對于RF設計領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯，這些因素與零件的大小以及波長有關(guān)，并且怎樣最佳處理RF傳輸?shù)牟煌瑳Q定將在各種頻率下作出。例如，在更高頻率下，如果信號在硅表面70上以及蓋子200下傳播，可使用基底上的厚氧化物以及非常薄的側(cè)壁(如10到50微米)。以這種方式，具有更高介電常數(shù)材料(如，硅以及焊接玻璃)的場相互作用可最小化。
通常，可使用(110)硅晶片的非常低粗糙度的各向異性深硅干法或者濕法蝕刻，或者這兩種工藝的結(jié)合，以制造薄側(cè)壁220的網(wǎng)格，從而提供用于密封蓋子安裝通道62，64，66，68或者改變底部晶片110的表面的開放式空腔230的網(wǎng)格。垂直的深度蝕刻可例如采用Bosch或者Cyrogenie工藝或者任何其他合適的各向異性干法蝕刻工藝而實現(xiàn)?？墒褂蒙逃玫入x子蝕刻器，例如由Alcatel，Surface Technology System，以及Plasma Therm制造的。
所蝕刻的側(cè)壁220通常在至少是光通過側(cè)壁220的那些區(qū)域具有高度光滑表面。例如，小于25nm的粗糙度能在1250到1650nm波長上保持10％以下的散射損耗。很清楚的是給定粗糙度以及給定波長的散射度是一個例如存在的表面粗糙度類型，光波長以及入射角的函數(shù)。指定側(cè)壁高度以及蓋子厚度是例如安裝在空腔內(nèi)的設備高度以及所需要的表面積的函數(shù)。
a.硅的干法蝕刻根據(jù)本發(fā)明的制造蓋子網(wǎng)格的第一方法包括硅蓋子晶片210的干法蝕刻，例如各向異性干法蝕刻。硅晶片210可包括任意標準取向，例如(100)，(110)或者(111)硅。干法蝕刻可采用例如Bosch工藝的交替鈍化和蝕刻循環(huán)來執(zhí)行。通常，該循環(huán)具有短的時間間隔以及相對慢的速度。后期拋光工藝可選擇使用，從而有助于得到預定的表面粗糙等級。這種拋光可包括，例如，氧化以及剝離工藝或者各向同性化學拋光。
b.硅的SOI干法蝕刻在與上述方法類似的方法中，蓋子200的網(wǎng)格可通過干法蝕刻進行制造，干法蝕刻為例如SOI蓋子晶片210的各向異性于法蝕刻。該SOI蓋子晶片210可包括，例如，設置在處理層(例如，400微米厚)以及器件層(例如，40微米厚)之間的厚氧化物層(例如，1微米厚)。蓋子頂部250由器件層形成并且蓋子側(cè)壁220從處理層形成。
盡管SOI蓋子晶片210通常比相同質(zhì)量的硅晶片價格昂貴，但當氧化物層用作蝕刻停止時，SOI晶片的干法蝕刻可提供更好的蝕刻深度控制?？缭骄奈g刻深度的改變可最小化，從而得到均勻結(jié)構(gòu)以及平滑，均勻的器件層(或者蓋子)表面。
對于上述的兩種干法蝕刻法，可使用干法蝕刻以限定具有不同于一個盒體的四個平面平行側(cè)表面的形狀的光側(cè)壁220。例如，在一個或多個硅表面上，例如在側(cè)壁220上，可限定形狀，如格子，棱柱，或者圓柱形透鏡。因此，所添加的光學性能可結(jié)合到蓋子200中，從而啟動更復雜的光學和機械設計。
c.硅的濕法結(jié)晶蝕刻根據(jù)本發(fā)明的用于制造蓋子的第三方法包括(110)硅的結(jié)晶蝕刻，其中沿著[110]軸形成掩?？讖降乃x擇的邊沿的對準。然后該結(jié)晶蝕刻通過掩模孔徑采用已知的結(jié)晶蝕刻例如基于KOH和EDP的蝕刻進行蝕刻而實現(xiàn)。當恰當?shù)貙实?110)晶片的表面上時，蝕刻形成多個蓋子空腔，每個空腔具有兩個平面平行對置側(cè)壁，其基本上與蓋子晶片的平面垂直，并且具有非常光滑的側(cè)壁表面。
在該方法中，抑制<111>蝕刻速度是非常有益的，這是因為{111}平面產(chǎn)生平面垂直側(cè)壁，用于光IR傳輸。例如，對{111}平面的蝕刻速度大約比對{100}平面慢60到150倍。{111}平面相對{100}平面的蝕刻速度對于不同的蝕刻劑而改變。蝕刻速度之間的差可用于幫助平面化{111}表面。例如當掩模和硅晶片的未對準產(chǎn)生階梯缺陷時，當開始表面粗糙度太高時，和/或當需要更大程度的側(cè)壁平面化時，這可能是需要的?？涨坏钠渌鼉蓚€側(cè)壁可用相對第一垂直側(cè)壁成例如70.5度角度的垂直側(cè)壁成型?？商鎿Q的，具有90度角的盒子可進行蝕刻。
還值得注意的是當單獨使用濕法結(jié)晶蝕刻時，在蝕刻過程中可產(chǎn)生小度的楔形。我們認為楔形可使得通過壁的準直光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。沒有想要由任何特別的理論進行限制，我們相信楔形由慢的{111}沖擊速度和被蝕刻的側(cè)壁220的頂部暴露在該沖擊中的時間比僅在蝕刻結(jié)束時或接近結(jié)束時暴露的側(cè)壁的底部處的{111}平面的區(qū)域長的多而引。改變攪動方法，減慢蝕刻速度或者改變結(jié)晶平面的相對蝕刻速度將減小或者基本消除這種影響。
d.SOI中的濕法結(jié)晶蝕刻作為另一種蓋子制造方法，SOI晶片(上述類型的)可使用在上述的濕法結(jié)晶蝕刻方法中。利用SOI，絕緣層可用作蝕刻停止。與硅晶片蝕刻技術(shù)相比，SOI晶片的結(jié)晶蝕刻可導致更均勻的蓋子頂部厚度以及使光束通過蓋子頂部250的合適平滑度。
e.干法以及濕法結(jié)合的蝕刻仍然作為本發(fā)明的蓋子制造方法，與隨后的濕法蝕刻步驟一起，可在上述的SOI晶片中執(zhí)行干法蝕刻例如深度反應離子蝕刻。該方法包括，首先，參考“硅中的SOI干法蝕刻”的上述的干法蝕刻步驟。該干法蝕刻步驟可以提供側(cè)壁220，221的方式執(zhí)行，側(cè)壁220，221是光學平滑并且與蓋子晶片210的平面垂直。該干法蝕刻可與對準到結(jié)晶軸的掩模一起小心進行，這樣使得由隨后的濕法蝕刻步驟只要求去掉極小的表面不規(guī)則。
為了調(diào)整任何得到的粗糙度以及從垂直的角度變化，然后可執(zhí)行結(jié)晶濕法蝕刻。該濕法蝕刻通常進行幾分鐘直到30分鐘，這依據(jù)所需要的表面平滑的程度。優(yōu)選的是采用更短的蝕刻時間實現(xiàn)平滑。因此，希望在最初的干法蝕刻步驟中實現(xiàn)低的表面粗糙度(例如，小于50到100nm)。
切口可通過暴露出在結(jié)晶后蝕刻中進行沖擊的其它結(jié)晶平面而減小{111}分界側(cè)壁表面的質(zhì)量。在該蝕刻過程中，繼續(xù)蝕刻直到更慢的區(qū)域在氧化物停止上平面化。在該“過蝕刻”期間，首先已經(jīng)暴露氧化物的區(qū)域?qū)⒂捎谂c等離子蝕測劑相互作為而在氧化物表面經(jīng)歷表面電荷形成。這可毀壞較低環(huán)繞側(cè)壁上的本地鈍化并且使得硅橫向蝕刻，或者沿著氧化物表面底切。如果僅使用干法蝕刻，該效果不像如果使用后式濕法蝕刻那么顯著。底切可以露出結(jié)晶平面，使側(cè)壁各向異性濕法蝕刻表面的整理更加具有挑戰(zhàn)性。因此，可以期望使用能檢測蝕刻端點或者能以使切口效應最小的方式改變蝕刻工藝的機器。端點檢測系統(tǒng)可從例如STS Systems of Portsmouth，NH，USA中買到。
盡管上述的干法和濕法蝕刻工藝可在SOI晶片上實現(xiàn)，但可以使用硅晶片而不是SOI晶片。
f.“軟百葉簾”方案參考圖16A-16D，根據(jù)本發(fā)明的另一種蓋子制造方法采用“軟百葉簾”方案。該方案包括濕法蝕刻(濕法各向異性結(jié)晶蝕刻)，其中一系列薄的矩形凹坑231蝕刻到與相互鄰接的蓋子晶片210中。例如，蓋子晶片210可包括(110)硅。凹坑231形成圖案到蓋子晶片210的表面上，從而覆蓋硅蓋子晶片210將要形成每個空腔230的區(qū)域，如圖16A所示。薄的分開的壁233設置在各個槽對之間，如圖16A所示。通常，分開壁233具有例如0到50微米的厚度?？蓪ρ谀Ｉ厦總€凹坑孔之間的間隔進行選擇從而使得分開壁233在蝕刻工藝結(jié)束附近破裂和/或蝕刻掉?？商鎿Q地，可使用各向同性蝕刻，從而去掉分開壁233，盡管由于其可增加用于光信號傳輸?shù)膬蓚?cè)壁221上的表面粗糙度并不是很希望。
與通過具有每個空腔230的單個孔徑的掩模進行蝕刻的可能性相比，該軟百葉簾方案可使得形成更小的空腔。例如，參考圖16C以及16D，示出了作為單個空腔241以及軟百葉簾方案形成空腔之間的區(qū)別。例如，圖16C示出了用相同的整體寬度(指沿凹坑231的長軸尺寸的寬度)以及在虛線222之間相同的留隙寬度形成空腔的兩個方案。圖16D示出了具有與組合式凹坑231匹配的長度的單個凹坑242。(長度指沿線222的方向)。虛線222之間的區(qū)域表示在由凹坑231包圍的整個空腔237內(nèi)的留隙區(qū)域。也就是說，我們可以插入空腔237中一個立方體，其側(cè)邊平行于虛線222，并且該立方體通常不與空腔237中所見的任何一個平面235進行干擾。該立方體在凹坑231的底部基本平立著。當然，立方體的長度與空腔237的長度有關(guān)。
示范性空腔241可通過構(gòu)圖一個大的開口并且蝕刻到深度D而形成。在D上，該空腔241，242包括設置在虛線222之間的寬度。相對應的留隙長度由空腔241的長度設定。相反，采用軟百葉簾形成空腔，提供一系列凹坑231具有蝕刻深度D。
圖16C中示出的兩空腔237，241總體上具有相同的寬度，相同的留隙面積，以及不同的長度。從單個相鄰掩?？讖街形g刻的凹坑231的留隙寬度，例如可通過減小蝕刻深度，加寬掩模圖案或者其組合而進行延伸。如果深度和寬度一定，或者如果希望將它們保持最小從而提供更小的蓋子，凹坑231的長度由該深度和寬度進行限制。圖16D示出了如果單個空腔242在長度上延伸而不考慮寬度。在這種情況下，深度保持相同?？涨?41代表對于給定寬度和深度的空腔長度(或者“單位長度”)的限制。然而，如圖16C所示，與空腔241相反，空腔237的長度可通過將空腔237分成多個凹坑231進行延伸而不用增加寬度或者減小深度。換句話說，空腔237的最終長度可通過改變所使用的凹坑231的數(shù)量而自由選擇。對于給定的長度，寬度，以及深度，凹坑231形成空腔237的數(shù)量由所希望的總長度與單個凹坑長度的比來給定，約合該比率直到下一個整數(shù)。空腔237最少可由兩個凹坑231形成。
在圖16A-16D所示的形成蓋子中，該工藝開始為基于優(yōu)選空腔237的預定尺寸選擇合適取向及尺寸的蓋子晶片210。然后，合適的硬掩模材料可為基于指定的硅蝕刻劑(如具有KOH蝕刻劑的氮化硅掩模)的濕法硅蝕刻進行沉積。接著，對準硬掩模，并用簡單的光刻以及氮化硅的干法或者濕法蝕刻形成圖案。此后，蓋子晶片219在蝕刻劑中蝕刻到所選擇的深度。
這時，產(chǎn)生并形成凹坑231。如果使用多個凹坑231以形成(110)-蝕刻情形的空腔237，可使用任何附加步驟，以去掉凹坑231之間的分開壁233。這些附加步驟包括例如機械地擊碎壁，用各向同性蝕刻劑進行蝕刻等。初始掩模圖案可這樣進行設計，使得由于掩模底切各向異性濕法蝕刻結(jié)束時使分開壁237消失。如果為該目的需要，SOI蓋子晶片可用作蝕刻停止。
g.45°的結(jié)晶蝕刻作為根據(jù)本發(fā)明的另一種示范性蓋子制造方法，可使用具有到<110>方向45°取向的掩模的(100)硅結(jié)晶蝕刻，如圖17A和17B所示。
可在蓋子晶片210上設置矩形掩?？讖?51。在形成蓋子300的過程中，大范圍的蓋子尺寸需要形成合適尺寸的側(cè)壁321，其中光束通過側(cè)壁321。蓋子300可具有扁平蓋子密封表面326，粘合劑可施加在該表面上。例如，假定蓋子密封表面326的大小是固定的，由當前方法所形成的蓋子300的尺寸可以規(guī)定的，例如由側(cè)壁321的所需尺寸指示。在到達臨界深度B之前(在這點上側(cè)壁321與頂點B形成三角形)側(cè)壁321包括截取的三角形。當蝕刻進行時，由于變深的同時變窄，因此側(cè)壁321的形狀接近大體的三角形。側(cè)壁邊的角度通常為恒定的。在臨界深度上，側(cè)壁321滿足提供大體的三角形側(cè)壁321。當蝕刻繼續(xù)時，每個側(cè)壁321的邊繼續(xù)互相靠近，并且底部頂點向執(zhí)行蝕刻的上晶片表面移動。如果蝕刻繼續(xù)足夠長的期間，三角形垂直側(cè)壁321消失并且僅有一個錐狀凹坑留著，而沒有垂直表面。這與如果蓋子晶片310以更大孔形成圖案并以傳統(tǒng)方式平行{111}平面對準，其是相同的凹坑。
例如通過改變掩模圖案的寬度，改變凹坑的預定深度，或者改變兩者可調(diào)節(jié)側(cè)壁321的最終尺寸。如果掩模圖案的寬度是固定的，側(cè)壁321的尺寸將隨著凹坑的深度減小。如果凹坑的深度固定，側(cè)壁321的尺寸隨著掩模寬度的減小而減小。此外，凹坑的整體寬度(以及因此側(cè)壁321)隨著掩模孔寬度減小而減小。圖17B的演示解釋了我們的設計中，當在光束和蓋子表面之間留出合適的距離時使得光束“B”通過側(cè)壁321的最小深度以及寬度(以及由此而得的整個蓋子尺寸)。
在前述工藝中，可以使用公知的蝕刻劑，例如，諸如KOH和TMAH，或者EDP的堿性氫氧化物，還有其它已知的，更多的氧化物可選擇各向異性蝕刻劑。EDP可以，例如在<111>結(jié)晶平面表面上產(chǎn)生更小的表面粗糙度。此外，可使用例如添加表面活性劑從而改進表面粗糙度的技術(shù)，如本領(lǐng)域中公知的，從而在各向異性蝕刻中實現(xiàn)預定的最終形狀以及表面拋光度。低應力層，例如，低應力氮化物，可作為濕法蝕刻的掩模材料進行使用。硅氧化物例如SiO2，金屬(如Cr，Al，Ni)或者其組合可用作干法蝕刻的掩模材料。掩模可采用公知技術(shù)形成圖案。
另外，當采用濕法蝕刻工藝時，采用在側(cè)壁220的頂部具有形成圖案的薄膜焊料(如共晶或者近晶Au-Sn成分，In，Sn-Pb，In-Cu，瞬變液相(TLP)材料，TAD材料等)可以限定凹坑。該焊料可以具有合適的結(jié)果保持到幾個各向異性蝕刻中，使得在易將蓋子200密封到底部晶片110上的表面上具有焊料環(huán)。厚度，成分，熔點，以及圖案可與，例如，粗糙度，蓋子安裝區(qū)域60，粘結(jié)等級等有關(guān)。焊料的通常厚度為，例如，3到8微米。此外，例如上面描述的附著層以及擴散勢壘層，例如Cr/Ni，Cr/Pt，Ti/W等，可在焊料下面使用。焊料可在蓋子200，底部晶片110，或者兩者上存在。焊料可在兩者之間復合分割，從而防止其在熱處理的其他階段起反應或者有害地擴散。(在某些情況下，當蓋子200由環(huán)氧樹脂粘結(jié)，陽極粘結(jié)，熔化粘結(jié)，HF或者其他低溫共價粘結(jié)，Au-Au粘結(jié)等密封時不需要焊料)。
可能希望，與在蓋子晶片的密封表面上的焊料或者金屬兼容，在更高溫度沉積各種涂層，例如，防反射(AR)涂層。在蓋子的蝕刻之后，掩模選擇地進行剝離-金屬掩模通常剝離。然后晶片例如通過共形CVD進行AR涂覆，采用例如有機化合物的反應劑，硅烷，二氯甲硅烷，氧氣或者氮氣等。沉積通常在高于400攝氏度的溫度上進行，這是與大多數(shù)的焊料和金屬不相容的。在AR鍍層之后，晶片或者各部分的網(wǎng)格可在屏蔽掩模上對準，該屏蔽掩模包含一系列可旋轉(zhuǎn)不對稱的開口，該開口描繪所希望的焊料圖案。例如，如果蓋子的網(wǎng)格包括100微米厚的空腔，可以使用屏蔽掩模。屏蔽掩模通常為具有開口的蝕刻薄金屬。通過該開口，可沉積金屬的蒸汽流。
當蓋子用于光傳輸或者包含波導時，希望在防止外壁或內(nèi)壁表面上的金屬沉積或“過噴“的同時可進行密封表面的連續(xù)覆蓋。屏蔽掩?？衫缬妹枥L蓋子密封表面的開口環(huán)進行構(gòu)造，并對晶片或者網(wǎng)格上的每個器件進行重復。該屏蔽掩?？蓪实骄哂邢Ｍ鹊牟糠稚?，其是在蓋子密封表面上屏蔽掩模的尺寸重疊與尺寸過小的函數(shù)。例如，100微米壁可在屏蔽掩模中采用75微米開口，通常在兩者之間需要至少±12.5微米的對準，從而防止在側(cè)壁上金屬過噴。實際上，對準通常比這個最小程度好，因為在屏蔽掩模和將要考慮到的部分之間通常具有縫隙。該對準可以容易地基于例如對準技術(shù)，沉積的金屬，以及蒸汽源以及基底的分離和對準來進行確定。
掩模設計可包括具有金屬中心的開口環(huán)，其屏蔽了蓋子空腔的內(nèi)部容積。該開口環(huán)可通過用金屬中心附著屏蔽掩模金屬的本體的平臺區(qū)(land)而在一處或多處斷開。將掩模中心和本體附著的平臺區(qū)可以這種方式進行設置，當蓋子旋轉(zhuǎn)180度時，第二金屬化在密封表面周圍形成連續(xù)覆蓋。如果密封掩模的金屬中心由一個以上平臺區(qū)進行連接，那么它們可不對稱地設置，從而可實現(xiàn)不間斷金屬化。例如，掩模可由3密耳厚的不銹鋼形成，該不銹鋼具有兩個平臺區(qū)，每個為2到3密耳，將掩模金屬中心的內(nèi)部連接成4密耳環(huán)。該平臺區(qū)可這樣不對稱設置，即當晶片或者網(wǎng)格180度旋轉(zhuǎn)時，可實現(xiàn)密封表面的完全金屬化。
該掩模通過沉積第一可加濕金屬化形成，該第一可加濕金屬化例如Cr(50nm)/Ni(200nm)/Au(200nm)。該部分由指定的值例如90或者180度進行旋轉(zhuǎn)。第二金屬化可采用與第一金屬化結(jié)構(gòu)相同或不同的結(jié)構(gòu)和厚度形成。接下來對焊料，例如Au-Sn(2到10微米)進行沉積。因此由這兩個沉積步驟形成焊料加濕的金屬環(huán)。焊料可在粘結(jié)表面上連續(xù)沉積并且覆蓋除金屬平臺位置上的小縫隙以外的相同表面。當蓋子施加到底部晶片，并且焊料進行回流時，小縫隙由焊料通過毛細作用進行填充。該縫隙還有助于防止蒸汽密封在隨后的烘干步驟中形成，該烘干步驟用于去掉在蓋子密封到基底之前的濕度以及可冷凝的水蒸氣。
盡管硅對于傳輸高于1100nm的波長是有效的，但是我們希望在某個應用中其能具有通過蓋子200傳輸在可見光譜以及IR附近的波長的能力。這種能力可例如在封裝泵浦激光器，VCSELS，許多傳感器等中有用。關(guān)于這點，可提供對于指定波長光透明的硅蓋子側(cè)壁部分。例如，參考圖18A-18D，硅蓋子200可在(100)單晶硅中通過上述方法進行制造。然后，側(cè)壁222的一部分可變薄到5-30微米的厚度，如圖18A和18B所示。然后對具有變薄的側(cè)壁222的蓋子進行熱氧化足夠長的時間段，從而使得側(cè)壁222的整個深度氧化成二氧化硅，其對可見光譜是光透明的，如圖18C和18D所示。為了減小導致固體體積改變的機械應力，可采用使用蝕刻柱或者矩形，其在氧化過程中互相生長從而形成固體壁。這種柱可通過干法蝕刻，濕法蝕刻或者兩者一起形成。
在使用SOI晶片的地方，蓋子晶片210可包括兩個分開的晶片，其在以后進行粘結(jié)，一個用于側(cè)壁220，另一個隨后用于頂部250而密封。此外，當使用干法蝕刻時，所添加的對準零件，例如用于對準管腳的孔，或者有助于對準套圈套筒的前噴嘴可容易結(jié)合到設計中去。
D.密封性測試根據(jù)本發(fā)明的再一方面，器件封裝的密封性可方便地測試。蓋子尺寸可這樣進行選擇，使得頂部250響應密封性的改變或者損耗而偏轉(zhuǎn)到可測量的程度。測量儀器，例如，干涉儀，可對于這個目的進行使用。該組件在制造過程中填充有惰性氣體，例如，氦或者氮，從而在蓋子中形成膨凸。頂250的厚度與空腔230的最長尺寸(跨度)的比通常為1/10到1/50。例如，對于具有1mm的空腔跨度的蓋子200，40微米的蓋子厚度可提供足夠的偏轉(zhuǎn)以及耐久性。蓋子厚度通常在20微米和100微米之間。由于蓋子膨凸的程度與組件壓力相關(guān)，蓋子膨凸的改變程度代表密封性和泄漏率。
從前面的說明書中，本發(fā)明的這些或那些好處對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很清楚的。因此，在不脫離本發(fā)明的廣闊的創(chuàng)造性精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可意識到可對上述實施例進行各種改變或變形。因此我們知道本發(fā)明并不局限于在此描述的特別實施例，而是包括在權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明范圍和精神內(nèi)的所有改變和變形。
除上述用于測試密封性的技術(shù)以外，我們可以可替換地用可檢測的氣體，例如氦填充組件，并且使用標準泄漏監(jiān)測設備測量組件的泄漏率。
權(quán)利要求
1.一種檢測密封器件封裝中的泄漏的方法，包括(a)提供包含設備的密封封裝，其中在封裝的壁中提供可測量偏折的條件下密封該封裝，并且其中偏折的程度依據(jù)封裝內(nèi)的壓強；以及(b)在密封封裝后測量壁的偏折。
2.一種密封器件封裝，包括基底；蓋子，包含在基底上的半導體材料；在基底和蓋子之間的密封容積；以及在密封容積中的設備；其中密封容積處于使得蓋子的壁具有可測量的偏折的一個壓強下，并且其中偏折的程度依據(jù)所密封的容積壓強。
3.一種器件封裝，包括具有第一表面的基底；安裝在基底第一表面上的設備；基底中的空腔；以及在空腔中的冷卻結(jié)構(gòu)，用于去除由設備產(chǎn)生的熱。
4.一種器件封裝，包括基底，包括蓋子安裝區(qū)域以及設備安裝區(qū)域；在蓋子安裝區(qū)域上的蓋子，從而在基底和蓋子之間形成封閉容積；在封閉容積中的設備安裝區(qū)域上的設備；以及在空腔中的冷卻結(jié)構(gòu)。
5.一種將第一元件粘結(jié)到第二元件上的方法，包括(a)在第一和第二元件之間提供多個層，該多個層包括第一成分層，與第一成分層不同組成的第二成分層，以及擴散勢壘層，其中擴散勢壘層設置在第一和第二成分層之間，并且第二成分層設置在第一元件和擴散勢壘層之間；(b)加壓到第一元件，從而在第一元件和第二組分層之間形成粘結(jié)；以及(c)加熱所粘結(jié)的結(jié)構(gòu)到某個溫度一段時間，該溫度和該段時間有效地使第一和第二成分層之間原子的互相擴散，其中所得的結(jié)構(gòu)具有比加熱溫度更高的整體熔點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種密封器件封裝，包括基底；蓋子，包含在基底上的半導體材料；在基底和蓋子之間的密封容積；以及在密封容積中的設備；其中密封容積處于使得蓋子的壁具有可測量的偏折的一個壓強下，并且其中偏折的程度依據(jù)所密封的容積壓強。
文檔編號H01L33/00GK101079387SQ200710126459
公開日2007年11月28日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月15日
發(fā)明者戴維·W·謝里爾, 拉里·J·拉斯內(nèi)克, 約翰·J·費希爾 申請人:羅姆和哈斯電子材料有限責任公司