特表 2025-500315 ダイパッケージの熱電冷却

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-09

(54)【発明の名称】ダイパッケージの熱電冷却

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241226BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H05K7/20 F

H05K7/20 E

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024537071

(86)(22)【出願日】2022-12-16

(85)【翻訳文提出日】2024-08-19

(86)【国際出願番号】 US2022081849

(87)【国際公開番号】W WO2023122509

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】63/265,765

(32)【優先日】2021-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518065991

【氏名又は名称】アデイア セミコンダクター ボンディング テクノロジーズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(72)【発明者】

【氏名】ハーバ ベルガセム

(72)【発明者】

【氏名】カトカー ラジェシュ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァリオ パトリック

(72)【発明者】

【氏名】シェン ホン

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AB11

5E322DB10

5E322DC01

5E322FA04

5F136BA04

5F136BB18

5F136BC03

5F136CC11

5F136FA02

5F136FA16

5F136FA17

5F136FA18

5F136JA03

(57)【要約】

幾つかの観点では、開示する技術は、熱を効率的に放散させることができる熱電デバイス及び開示する熱電デバイスを作製する方法を提供する。幾つかの実施形態では、開示するデバイスは、第１の集積化デバイスダイを有するのがよい。開示するデバイスは、第１の集積化デバイスダイにボンディングされた熱電素子をさらに有するのがよい。開示するデバイスは、少なくとも熱電素子に被着されたヒートシンクをさらに含むのがよい。熱電素子は、熱を第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達するよう構成されているのがよい。熱電素子は、接着剤なしで第１の集積化デバイスダイにダイレクトボンディングされるのがよい。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ電子デバイスであって、
第１の集積化デバイスダイと、
前記第１の集積化デバイスダイにボンディングされた熱電素子と、
少なくとも前記熱電素子に被着されたヒートシンクと、を有し、
前記熱電素子は、熱を前記第１の集積化デバイスダイから前記ヒートシンクに伝達するよう構成され、前記熱電素子は、接着剤なしで前記第１の集積化デバイスダイにダイレクトボンディングされている、マイクロ電子デバイス。

【請求項2】

前記第１の集積化デバイスダイは、アクティブ回路部を有する、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項3】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイのうら面にダイレクトボンディングされている、請求項２記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項4】

前記第１の集積化デバイスダイと前記熱電素子との間のインターフェースは、導体‐導体ダイレクトボンドを含む、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項5】

前記第１の集積化デバイスダイと前記熱電素子との間のインターフェースは、不導体‐不導体ダイレクトボンドをさらに含む、請求項４記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項6】

前記熱電素子と前記ヒートシンクとの間に設けられたキャリヤ素子をさらに有する、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項7】

前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない、請求項６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項8】

前記キャリヤ素子は、シリコン、セラミック、アルミニウム、窒化アルミニウム、又は炭化シリコンからなる、請求項６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項9】

前記キャリヤ素子は、１Ｗ／ｃｍ／℃を超える熱伝導率を有する材料からなる、請求項６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項10】

前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記キャリヤ素子上に成長してある、請求項６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項11】

前記熱電素子は、焼結プロセスによって前記キャリヤ素子内のキャビティ中に成長してある、請求項６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項12】

前記熱電素子は、接着剤なしで前記キャリヤ素子にダイレクトボンディングされている、請求項６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項13】

前記熱電素子と前記キャリヤ素子との間のインターフェースは、誘電体‐誘電体ダイレクトボンドを含む、請求項１２記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項14】

熱は、前記熱電素子の動作中に前記第１の集積化デバイスダイから前記ヒートシンクに伝達される、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項15】

前記熱電素子上に設けられるとともに、前記ヒートシンクに接触している第２の集積化デバイスダイをさらに有する、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項16】

前記第１の集積化デバイスダイ上に設けられるとともに、前記熱電素子に隣接して位置した第２の集積化デバイスダイをさらに有する、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項17】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイを介して前記第２の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項１６記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項18】

前記熱電素子は、外部電力源に接続可能なボンドワイヤに取り付けられている、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項19】

前記熱電素子は、金属接点により前記第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項20】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ内の基板貫通ビアに電気的に接続されている、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項21】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイを冷却するゾーン化制御が可能であるように構成されている、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項22】

前記第１の集積化デバイスダイ又は前記熱電素子内に設けられた複数の温度センサをさらに有する、請求項２１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項23】

複数の電気接点対をさらに有し、各電気接点対は、前記熱電素子の一部分を独立して制御する、請求項２１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項24】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ、前記熱電素子、又は外部チップによって作動される、請求項２１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項25】

マイクロ電子デバイスであって、
第１の集積化デバイスダイと、
前記第１の集積化デバイスダイ上に形成された熱電素子と、
少なくとも前記熱電素子に被着されたヒートシンクと、を有し、
前記熱電素子は、熱を前記第１の集積化デバイスダイから前記ヒートシンクに伝達するよう構成されている、マイクロ電子デバイス。

【請求項26】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ上に成長してある、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項27】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ上に堆積してある、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項28】

前記第１の集積化デバイスダイは、アクティブ回路部を有する、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項29】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ上に成長してある、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項30】

前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記第１の集積化デバイスダイ上に成長してある、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項31】

熱は、前記熱電素子の動作中に前記第１の集積化デバイスダイから前記ヒートシンクに伝達される、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項32】

前記熱電素子上に設けられるとともに、前記ヒートシンクに接触している第２の集積化デバイスダイをさらに有する、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項33】

前記第１の集積化デバイスダイ上に設けられるとともに、前記熱電素子に隣接して位置した第２の集積化デバイスダイをさらに有する、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項34】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイを介して前記第２の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項３３記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項35】

前記熱電素子は、外部電力源に接続可能なボンドワイヤに取り付けられている、請求項１記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項36】

前記熱電素子は、金属接点により前記第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項37】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ内の基板貫通ビアに電気的に接続されている、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項38】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイを冷却するゾーン化制御が可能であるように構成されている、請求項２５記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項39】

前記第１の集積化デバイスダイ又は前記熱電素子内に設けられた複数の温度センサをさらに有し、各温度センサは、前記熱電素子の一部分を作動させるために２つの電気接点と連携している、請求項３８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項40】

複数の電気接点対をさらに有し、各電気接点対は、前記熱電素子の一部分を独立して制御する、請求項３８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項41】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ、前記熱電素子、又は外部チップによって作動される、請求項３８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項42】

マイクロ電子デバイスであって、
第１の集積化デバイスダイと、
前記第１の集積化デバイスダイ上に設けられた熱電素子と、
前記熱電素子上に設けられたキャリヤ素子と、を有し、
前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイを冷却するゾーン化制御が可能であるように構成されている、マイクロ電子デバイス。

【請求項43】

前記第１の集積化デバイスダイは、複数のゾーンを有し、前記ゾーンのうちの少なくとも１つは、温度トリガによって作動され、前記温度トリガは、熱センサから受け取られる、請求項４２記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項44】

前記熱センサは、前記第１の集積化デバイスダイ又は前記熱電素子内に設けられている、請求項４３記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項45】

前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない、請求項４２記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項46】

前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記第１の集積化デバイスダイのうら面上に成長してある、請求項４２記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項47】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイのうら面にダイレクトボンディングされている、請求項４２記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項48】

マイクロ電子デバイスであって、
第１の集積化デバイスダイと、
前記第１の集積化デバイスダイ上に設けられた熱電素子と、
前記熱電素子上に設けられたキャリヤ素子と、
少なくとも前記キャリヤ素子に被着されたヒートシンクと、を有し、
前記熱電素子は、熱を前記第１の集積化デバイスダイから前記ヒートシンクに伝達するよう構成されている、マイクロ電子デバイス。

【請求項49】

前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項50】

前記第１の集積化デバイスダイと前記熱電素子との間に設けられた追加のキャリヤ素子を有する、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項51】

前記第１の集積化デバイスダイは、アクティブ回路部を有し、前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記第１の集積化デバイスダイのうら面上に成長してある、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項52】

前記熱電素子は、アクティブ回路部を有し、前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイのうら面にダイレクトボンディングされている、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項53】

前記キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項54】

前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記キャリヤ素子上に成長してある、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項55】

前記熱電素子は、焼結プロセスによって前記キャリヤ素子にダイレクトボンディングされている、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項56】

前記熱電素子は、接着剤なしで前記キャリヤ素子にダイレクトボンディングされている、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項57】

熱は、前記熱電素子の動作中に前記第１の集積化デバイスダイから前記キャリヤ素子を通って前記ヒートシンクに伝達される、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項58】

前記熱電素子上に設けられるとともに、前記ヒートシンクに接触している第２の集積化デバイスダイをさらに有する、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項59】

前記第１の集積化デバイスダイ上に設けられるとともに、前記熱電素子に隣接して位置した第２の集積化デバイスダイをさらに有する、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項60】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイを介して前記第２の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項５９記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項61】

前記熱電素子は、外部電力源に接続可能なボンドワイヤに取り付けられている、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項62】

前記熱電素子は、金属接点により前記第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項63】

前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイ内の基板貫通ビアに電気的に接続されている、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項64】

前記熱電素子内に設けられた複数の温度センサをさらに有し、各温度センサは、前記熱電素子の一部分を作動させるために２つの電気接点と連携している、請求項３８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項65】

複数の電気接点対をさらに有し、各電気接点対は、前記熱電素子の一部分を独立して制御する、請求項４８記載のマイクロ電子デバイス。

【請求項66】

ダイレクトボンディング可能に構成されたマイクロ電子デバイスであって、
キャリヤ素子を有し、前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がなく、
ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記キャリヤ素子上に成長してある熱電素子を有し、前記熱電素子は、ダイレクトハイブリッドボンディング可能に構成された表面を有する、マイクロ電子デバイス。

【請求項67】

ダイレクトボンディング可能に構成されたマイクロ電子デバイスであって、
キャリヤ素子を有し、前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がなく、
焼結プロセスによって前記キャリヤ素子内のキャビティ中に成長してある熱電素子を有し、前記熱電素子は、ダイレクトハイブリッドボンディング可能に構成された表面を有する、マイクロ電子デバイス。

【請求項68】

ダイレクトボンディング可能に構成されたマイクロ電子デバイスであって、
キャリヤ素子を有し、前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がなく、
接着剤なしで前記キャリヤ素子にダイレクトボンディングされている表面及びダイレクトハイブリッドボンディング可能に構成されている反対側の表面を備えた熱電素子を有する、マイクロ電子デバイス。

【請求項69】

マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、前記方法は、
アクティブ回路部を備えた第１の集積化デバイスダイを用意するステップと、
熱電素子を前記第１の集積化デバイスダイのうら面上に成長させるステップと、を含む、方法。

【請求項70】

前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記キャリヤ素子上に成長してある、請求項６９記載の方法。

【請求項71】

前記熱電素子は、金属接点により前記第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている、請求項６９記載の方法。

【請求項72】

マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、前記方法は、
アクティブ回路部のないキャリヤ素子を用意するステップと、
熱電素子を前記キャリヤ素子上に成長させるステップと、
前記熱電素子の表面をダイレクトハイブリッドボンディング可能に前処理するステップと、を含む、方法。

【請求項73】

前記熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって前記キャリヤ素子上に成長してある、請求項７２記載の方法。

【請求項74】

前記キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる、請求項７２記載の方法。

【請求項75】

マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、前記方法は、
アクティブ回路部のないキャリヤ素子を用意するステップと、
前記キャリヤ素子内にキャビティを形成するステップと、
熱電素子を前記キャリヤ素子上にかつ前記キャビティ中に成長させるステップと、
前記熱電素子の表面をダイレクトハイブリッドボンディング可能に前処理するステップと、を含む、方法。

【請求項76】

前記熱電素子を焼結プロセスによって成長させる、請求項７５記載の方法。

【請求項77】

前記キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる、請求項７５記載の方法。

【請求項78】

マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、前記方法は、
熱電素子を有するウエハを用意するステップと、
前記ウエハの片面をキャリヤ素子にダイレクトボンディングするステップと、
前記ウエハを反対側の片面から薄化して前記熱電素子を露出させるステップと、
前記熱電素子の表面をダイレクトハイブリッドボンディング可能に前処理するステップと、を含む、方法。

【請求項79】

前記キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない、請求項７８記載の方法。

【請求項80】

前記キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる、請求項７８記載の方法。

【請求項81】

マイクロ電子デバイスであって、
第１の集積化デバイスダイと、
前記第１の集積化デバイスダイにボンディングされた熱電素子と、
少なくとも前記熱電素子に被着されたヒートシンクと、を有し、
前記熱電素子は、熱を前記第１の集積化デバイスダイから前記ヒートシンクに伝達するよう構成され、前記熱電素子は、前記第１の集積化デバイスダイによって作動される、マイクロ電子デバイス。

【請求項82】

前記熱電素子は、接着剤なしで前記第１の集積化デバイスダイにダイレクトボンディングされている、請求項８１記載のマイクロ電子デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術分野は、マイクロエレクトロクス、特にダイレクトボンデッド素子を含むマイクロ電子デバイスにおける熱の放散に関する。

【0002】

〔関連出願の引照〕
本願は、２０２１年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６３／２６５，７６５号（発明の名称：THERMOELECTRIC COOLING FOR DIE PACKAGES）の優先権主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

【背景技術】

【0003】

電子部品の超小型化及び高密度集積化により、マイクロエレクトロニクス内の熱流束密度が増大している。マイクロ電子部品は、典型的には、最適動作を保証するようある特定の定格運動未満で動作する。ヒートスプレッダ（熱拡散器）又はヒートシンクが熱伝導材料（ＴＩＭ）を用いて高温マイクロ電子部品又は半導体ダイの頂部上に取り付けられ、それにより熱を半導体ダイの頂部から引き出す場合がある。マイクロエレクトロニクスの動作中に生じる熱が十分に放散されず又は引き出されない場合、マイクロエレクトロニクスは、信頼性を持って動作することができず、その性能が悪影響を受ける場合があり、それどころか、マイクロエレクトロニクスは、動作停止となり、又は焼き切れる場合がある。特に、熱放散及び引き出しは、高電力（ハイパワー）デバイスにおいて深刻な課題であり、この課題は、チップ積層化と共に難しくなる。

【発明の概要】

【0004】

本発明の一観点によれば、マイクロ電子デバイスであって、第１の集積化デバイスダイと、第１の集積化デバイスダイにボンディングされた熱電素子と、少なくとも熱電素子に被着されたヒートシンクとを有し、熱電素子は、熱を第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達するよう構成され、熱電素子は、接着剤なしで第１の集積化デバイスダイにダイレクトボンディングされていることを特徴とするマイクロ電子デバイスが提供される。

【0005】

次に、以下の図面を参照して特定の実施形態について説明するが、以下の図面は、本発明を限定するものではなく、例示として提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図1B】図１Ａに示す例示のマイクロ電子システムの概略平面図である。

【図2A】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製する方法を示す略図である。

【図2B】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製する方法を示す略図である。

【図2C】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製する方法を示す略図である。

【図2D】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製する方法を示す略図である。

【図2E】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製する方法を示す略図である。

【図2F】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製する方法を示す略図である。

【図3A】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するもう１つの方法の一部分の略図である。

【図3B】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するもう１つの方法の一部分の略図である。

【図3C】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するもう１つの方法の一部分の略図である。

【図4A】開示する一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図4B】開示する一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図4C】開示する一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図4D】開示する一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図5A】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図5B】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図5C】開示する技術の一実施形態に従って熱電素子をダイスタック内に作製するさらにもう１つの方法の略図である。

【図6A】もう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図6A-2】図６Ａに示す例示のマイクロ電子システムの概略平面図である。

【図6B】さらにもう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図7A】さらにもう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図7B】さらにもう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図8A】さらにもう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図8B】図８Ａに示す例示のマイクロ電子システムの概略平面図である。

【図9】さらにもう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【図10】さらにもう１つの例示のマイクロ電子システムの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

マイクロ電子素子（例えば、ダイ／チップ）を積層して互いにボンディングすると、デバイスを作製することができる。チップ積層化、特にチップの薄化につれてデバイスダイの熱を放散させることは困難になっている。チップ接合技術、例えば接着剤ボンディング、フリップチップインターコネクションなどの使用により、熱放散又はヒートスプレッダに向かう熱伝達及びデバイス内における最終的な熱の引き出しの効率を遅くする場合があり、というのは、接着剤が１つのダイからもう１つのダイへの、あるいは底部ダイから頂部ダイに向かう（ヒートスプレッダの方向に向かう）熱伝達を減少させ又は断熱する場合があるからである。さらに、デバイスの所望の部分内における温度を特別に下げることは困難である。例えば、ダイのスタックをパッケージ化する際、熱放散は、典型的には、スタックの頂部のところに設けられたヒートシンクによって助けられるが、ダイスタック中の下側ダイ（特に、スタックの最も下に位置するダイ）から熱を効率的に引き出すことは、難題である。したがって、マイクロ電子デバイス内における熱を放散させる改良技術が要望され続けている。

【0008】

ダイスタック中の熱流の向きを例えばスタック中の下側ダイから上側の熱放散構造体（例えば、ヒートシンク／ヒートパイプ）に変えるための方法及び構造が提供される。また、かかる構造体を作製するプロセスが提供される。一観点では、図１Ａに示すように、マイクロ電子デバイス電子１００は、熱電素子１０３を有するのがよく、熱電素子１０３は、デバイス１００から熱を奪うのを助け、そしてデバイス１００内の熱流の向きをアクティブに変え、例えばデバイス１００内のある１つのチップ、チップのある１つの場所、又はチップ中のある１つのホットスポットの温度を積極的に下げることができる。熱電素子１０３は、接合部のところで互いに接合された互いに異なるペルチェ係数を持つ２つの物質を含むペルチェ素子からなるのがよい。ペルチェ素子は、ペルチェ効果を利用し、接合部に流入したりこれから流出したりするペルチェ熱のアンバランスに起因して、電気エネルギー（例えば、ＤＣ電流）が送られた２つの互いに異なる物質の接合部のところで正味の熱流速を生じさせることができる。幾つかの実施形態では、ペルチェ素子は、例えば図１Ａに示す形態では、電気的に直列に、かつ熱的に並列に連結された複数の対１０３０をなすｐ型及びｎ型の半導体ペレット又はチップなどを含むのがよい。この形態では、電荷キャリヤ及び熱は全て、ペレット１０３４，１０３６を通って同一の方向に（印加された電圧バイアスに応じて、底部から頂部へ、又は頂部から底部へ）流れることができる。例えば、図１Ａでは、ペレット１０３４，１０３６は、熱流速が矢印で指示されているように下側アクティブチップ１０１からペルチェ素子及びキャリヤ素子１０５を通ってヒートシンク１０７に上方に流れるよう付勢されるのがよい。

【0009】

幾つかの実施形態では、熱電素子１０３は、熱伝達を妨害する場合のある接着剤又は熱伝導材料（ＴＩＭ）によってデバイス１００の他の素子にはボンディングされてはいない。これとは異なり、熱電素子１０３は、デバイス１００中の別の素子にダイレクトボンディングされるのがよく、かくして、熱伝達効率が向上する。例えば、複数のｐ型及びｎ型半導体ペレット対１０３０又は複数のｐ型及びｎ型半導体ペレット対１０３０を含む構造体（例えば、ウエハ、ダイなど）は、アクティブチップ１０１にダイレクトボンディングされるのがよい。他の実施形態では、熱電素子１０３をアクティブチップ１０１又はダイ上に成長させることができる。アクティブチップ１０１は、アクティブ回路部を有するダイであるのがよく、例えば、アクティブ回路部は、１つ以上のトランジスタを含むのがよい。

【0010】

幾つかの実施形態では、複数のｐ型及びｎ型半導体熱電ペレット対１０３０を多くのグループに分割することができ、各グループを独立して制御することができる。例えば、センサ（例えば、ダイオード）を用いると、デバイス１００中の１つの場所の温度を測定することができる。当該場所の温度がデバイス１００のしきい値又は最適動作温度よりも高い場合、当該場所と関連した熱電ペレット１０３０のグループは、電流を１つ以上の対をなす電気接点ピン／パッド１１７に流すことによってアクティブ状態にされるのがよい。かくして、デバイス１００中の温度を局所的にモニタして制御することができる。また、熱電ペレット１０３０の各グループ又は選択されたグループを独立して作動させることができるようにすることにより、熱電素子の消費電力を少なくすることができる。

【0011】

図１Ａは、積層半導体素子（例えば、ダイ／チップ／キャリヤ）及び熱電素子１０３を含む例示のマイクロ電子システム１００の概略断面図であり、熱電素子１０３は、熱をスタックの頂部のところに位置するヒートシンク１０７（例えば、金属ヒートシンク又は流体冷却剤を収容したヒートパイプ）に差し向けることができる。動作中に下側半導体素子１０１（例えば、アクティブチップ）により生じた熱を熱電素子１０３によってアクティブにヒートシンク１０７に伝達し、そして矢印で指示するようにシステム１００から放散させることができる。幾つかの実施形態では、熱電素子１０３を介在する接着剤なしでダイレクトボンディングにより、例えば、以下において説明するとともにカリフォルニア州サンノゼ所在のアデイア（Adeia）社から商業的に入手できるハイブリッドダイレクトボンディングプロセスによって、ボンディングインターフェース１０７７のところで素子（例えば、下側アクティブチップ１０１又は上側キャリヤ１０５）にボンディングすることができる。幾つかの実施形態では、熱電素子１０３をＦ２Ｆ（表と表のつき合わせ）又はＦ２Ｂ（表と裏のつき合わせ）形態で下側アクティブチップ１０１にボンディングすることができる。幾つかの実施形態では、熱電素子１０３の電気接点１１７を直接又は導電トレースを介して、熱電素子の電力供給のために素子１０１中に延びるＴＳＶ（基板貫通ビア）１０１５に接続するのがよい。例えば、熱電素子１０３の電気接点１１７を素子１０１中のＴＳＶ１０１５にダイレクトボンディングするのがよい。他の実施形態では、熱電素子１０３を下側アクティブチップ１０１上に成長させることができる。

【0012】

図１Ｂは、図１Ａに示す例示のマイクロ電子システム１００の概略平面図である。熱電素子１０３は、下側アクティブチップ１０１を冷却するゾーン化制御を行うことができるよう構成されているのがよい。図１Ｂに示すように、一例として、複数の電気接点１１７が冷却動作中、熱電素子１０３中の熱電ペレット対１０３０の互いに異なるグループのマルチゾーン制御／位置制御のために使用され、測定されたホットスポット分布に応答して局所的熱放散が行われる。種々の実施形態では、温度センサにより測定された信号を用いると、熱電素子１０３を制御することができ、温度センサは、下側アクティブチップ１０１内又は熱電素子１０３中に配置されるのがよい。種々の実施形態では、熱電素子１０３の制御は、熱電素子１０３内の下側アクティブチップ１０１によって、又はシステムボード上の外部チップによって行われるのがよい。

【0013】

図２Ａ～図２Ｆは、熱電素子１０３をダイスタック中に作製する方法を概略的に示している。図２Ａは、Ｎドープ又はＰドープ領域（それぞれ、２０３４，３０３６）を適当な熱電基板２０１０（例えば、Ｂｉ₂Ｔｅ₃ウエハ）内に作製する第１のステップを示し、この場合、Ｎドープ又はＰドープ領域は、物理的ギャップ２０１５又は幅の広い（例えば、＞１μｍ）固有の領域２０１７によって互いに隔てられている。物理的ギャップ２０１５は、１種類以上の適当な有機又は無機誘電体で満たされるのがよい。Ｐ又はＮ領域（２０３６又は２０３４）の幅は、一方又は両方の平面方向において数十μｍから数ｍｍまで様々であってよい。図２Ｂは、誘電体デポジション（堆積）を行い、次に互いに連結されたＮ／Ｐ対２０３０を形成するためのメタライゼーションを含む第２のステップを示している。メタライゼーションは、各Ｐ領域とＮ領域（それぞれ、２０３６と２０３４）との間の１つ以上の導電トレース２０３１であるのがよい。幾つかの実施形態では、もう１つのメタライゼーションはまた、ホットプレート又はコールドプレートとして作用するよう形成されるのがよい。Ｐ領域及びＮ領域の幅が大きい場合、数個の導電トレース２０３１がホットプレートとコールドプレートとの間に一様に熱勾配を効果的に作る一様なキャリヤ流／分布を可能にするよう実現されるのがよい。他の実施形態では、Ｐ領域とＮ領域（それぞれ、２０３６と２０３４）を連結するメタライゼーション層の形成に続き、誘電体２０３２の被着を実施する。誘電体層２０３２は、ダイレクトボンディング可能に（例えば、ダイレクトインシュレータ間ボンド又はダイレクトハイブリッドボンドに）前処理される（例えば、クリーニング、化学機械研磨又はＣＭＰプラズマ活性化など）。図２Ｃは、作製した熱電素子１０３をキャリヤ１０５に取り付ける（例えば、誘電体‐誘電体（以下、「誘電体間」という場合がある）ダイレクトボンディング、例えばアデイア社から商業的に入手できるＺＩＢＯＮＤ（登録商標））含む第３のステップを示している。キャリヤ１０５は、その後に除去されない永続的なキャリヤであるのがよく、このキャリヤは、適当な良熱伝導性材料（例えば、Ｓｉ、セラミック、アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素など、又は１Ｗ／ｃｍ／℃を超える熱伝導率を有する材料）で形成されるのがよい。他の実施形態では、レーザ加工中、キャリヤ１０５を除去することができる。図２Ｄは、熱電基板２０１０（例えば、Ｂｉ₂Ｔｅ₃ウエハ）を除去してＮ／Ｐ対２０３０を露出させるための研削、研磨又は任意他の適当なプロセスを含む第４のステップを示している。図２Ｅは、誘電体２０４２デポジション、電気接点１１７を作るためのメタライゼーション、及びボンディング層２０５１（ハイブリッドボンディング、例えば、アデイア社から商業的に入手できるＤＢＩ（登録商標）ボンディングを行うことができるよう構成された層）の作製を含む第５のステップを示している。図２Ｆは、ＴＳＶを含むのがよいアクティブチップ１０１又はウエハ（表と表のつき合わせ（Ｆ２Ｆ）、又は表と裏のつき合わせ（Ｆ２Ｂ））に熱電素子１０３を取り付ける（例えば、ダイレクトハイブリッドボンディングによって）第６のステップを示している。他の実施形態では、熱電素子１０３は、アクティブチップウエハにこれらの間に電気的に接続なしにダイレクトボンディングされる。図２Ａ～図２Ｆと関連して説明した方法は、２０２１年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６３／２６５，７７０号（発明の名称：TERMOELECTRIC COOLING IN MICROELECTRONICS ）において説明しているデバイス及びシステムを製造するとともに／あるいはこれらデバイス及びシステムと関連して作用するよう利用されるのがよく、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

【0014】

図３Ａ～図３Ｃは、熱電素子１０３をダイスタック中に作製するもう１つの方法の一部分を概略的に示している。図３Ａは、キャリヤウエハ１０５（これは、高い熱伝導率、例えば１Ｗ／ｃｍ／℃を超える熱伝導率を有するのがよい）から始まるステップを示している。幾つかの実施例では、材料は、永続的なキャリヤとして用いられる場合にはＳｉ又はセラミックであるのがよい。アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化シリコンのような他のキャリヤ材料を幾つかの実施例において使用することができる。図３Ｂは、次に小さなキャビティ３０３３をウエハ１０５中に作製するステップを示している（さらに誘電体／絶縁体の層をキャビティ３０３３中に被着させるステップを用いて又はこのステップを実施しないで）。図３Ｃは、キャビティをＢｉとＴｅの混合物３０３９で満たし、次に高温焼結を行うステップを示している。変形例として、Ｂｉ₂Ｔｅ₃（ドープ済み）ウエハを圧潰させ、パウダをキャビティ／ポケット中に押し込んで焼結させる。変形例として、キャビティ３０３３をこの中のドープ材料３０３９の被着、ステンシル塗り又は３Ｄ印刷で満たしてもよい。次に、本方法は、図２Ｂ～図２Ｆと関連するステップで進められるのがよい。図３Ａ～図３Ｃと関連して説明した方法は、２０２１年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６３／２６５，７７０号（発明の名称：TERMOELECTRIC COOLING IN MICROELECTRONICS ）において説明しているデバイス及びシステムを製造するとともに／あるいはこれらデバイス及びシステムと関連して作用するよう利用されるのがよく、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

【0015】

図４Ａ～図４Ｄは、熱電素子１０３をダイスタック中に作製するさらにもう１つの方法を概略的に示している。図４Ａは、キャリヤ１０５（又は、インタポーザ）で始まる第１のステップを示している。図４Ｂは、電気接続部４０３１を作るためのメタライゼーションを行い、次にドープＢｉ₂Ｔｅ₃キャリヤ１０５上に被着させ、ステンシル塗りし、又は３Ｄ印刷して熱電Ｎ／Ｐ対４０３０となる特徴部／ペレット４０３４，４０３６を形成する第２のステップを示している。図４Ｃは、Ｂｉ₂Ｔｅ₃特徴部相互間のギャップ４０１５を誘電体４０１７で満たし、電気的接続部４０３３及び接点１１７を作るためのメタライゼーションを行い、そしてボンディング層４０５１（例えば、ダイレクトハイブリッドボンディング、例えば、アデイア社から商業的に入手できるＤＢＩ（登録商標）ボンディングを行うことができるよう構成された層）を形成する第３のステップを示している。図４Ｄは、作製された熱電素子１０３を、ＴＳＶを含むのがよいアクティブチップ１０１又はウエハをＦ２Ｆ又はＦ２Ｂ）に取り付ける（例えば、ダイレクトハイブリッドボンディング）第４のステップを示している。他の実施形態では、熱電素子１０３をアクティブチップ１０１又はウエハにこれらの間に電気的接続なしでダイレクトボンディングする。幾つかの実施形態では、熱電素子１０３は、サイズが約１ｍｍから３ｍｍまでの範囲に及ぶのがよい。Ｎ‐Ｐ４０３０のピッチは、約０．５ｍｍ～数ｍｍであってもよく、あるいは約数十ミクロンであってもよい。幾つかの実施形態では、Ｎ‐Ｐ対４０３０のピッチは、約０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、又はこれらの間の数値であってよく、あるいは、約１０ミクロン、３０ミクロン、５０ミクロン、７０ミクロン、９０ミクロン、又はこれらの間の数値であってもよい。図４Ａ～図４Ｄと関連して説明した方法は、２０２１年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６３／２６５，７７０号（発明の名称：TERMOELECTRIC COOLING IN MICROELECTRONICS）において説明しているデバイス及びシステムを製造するとともに／あるいはこれらデバイス及びシステムと関連して作用するよう利用されるのがよく、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

【0016】

図５Ａ～図５Ｃは、熱電素子１０３をアクティブウエハ／チップ１０１上に直接成長させることによって熱電素子１０３をダイスタック中に作製するさらにもう１つの方法を概略的に示している。図５Ａは、アクティブウエハ／チップ１０１で始まる第１のステップを示している。図５Ｂは、電気接続部５０３１を作るためのメタライゼーションを行い、次にドープＢｉ₂Ｔｅ₃をアクティブウエハ／チップ１０１の裏（うら）面５０１０上に被着／ステンシル塗り／３Ｄ印刷して熱電Ｎ／Ｐ対５０３０になるペレット５０３４，５０３６を形成する第２のステップを示している。図５Ｃは、Ｂｉ₂Ｔｅ₃特徴部相互間のギャップ５０１５を誘電体５０１７で満たし、次に電気接続部５０３３を作るためのメタライゼーションを作る第３のステップを示している。幾つかの実施形態では、熱電素子１０３は、サイズが約０．５ｍｍから３ｍｍまでの範囲に及ぶのがよい。Ｎ‐Ｐ５０３０のピッチは、約０．５ｍｍ～１ｍｍであってもよく、あるいは約数十ミクロンであってもよい。幾つかの実施形態では、Ｎ‐Ｐ対５０３０のピッチは、約０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、又はこれらの間の数値であってよく、あるいは、約１０ミクロン、３０ミクロン、５０ミクロン、７０ミクロン、９０ミクロン、又はこれらの間の数値であってもよい。図５Ａ～図５Ｃと関連して説明した方法は、２０２１年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６３／２６５，７７０号（発明の名称：TERMOELECTRIC COOLING IN MICROELECTRONICS）において説明しているデバイス及びシステムを製造するとともに／あるいはこれらデバイス及びシステムと関連して作用するよう利用されるのがよく、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

【0017】

図６Ａは、例示のマイクロ電子システム６００Ａの概略断面図であり、マイクロ電子システム６００Ａは、積層半導体素子（例えば、キャリヤ素子６００及びアクティブダイ６０１Ａ，６００１Ａ，６００２Ａ）及び熱を底部チップ（６０１Ａ）からスタックの頂部のところのヒートシンク６０７Ａに差し向ける熱電素子６０３Ａを含む。熱電素子６０３Ａ及び複数のチップ（例えば、６００１Ａ及び６００２Ａ）は、底部チップ（６０１Ａ）に取り付けられる（実装される）のがよい。熱電素子６０３Ａは、底部チップ６０１Ａにダイレクトボンディングされるのがよい（例えば、絶縁体‐絶縁体（以下、「絶縁体相互間」という場合がある）ダイレクトボンディング又はハブリッドダイレクトボンディングによって）。熱電素子６０３Ａは、少なくとも１つのチップ（例えば、少なくとも６００１Ａ及び／又は６００２Ａ）に隣接して位置するのがよく、かくして少なくとも１つのチップ６００１及び６００２Ａを通る熱流量が減少する。熱電素子６０３Ａは、底部チップ６０１Ａに結合している電気接点６１７Ａによって電力供給されるのがよい。図６Ａ‐２は、図６に示す例示のマイクロ電子システム６００Ａの概略平面図である。図６Ｂは、もう１つの例示のマイクロ電子システム６００Ｂの概略断面図であり、このマイクロ電子システム６００Ｂは、積層半導体素子（例えば、キャリヤ素子６０５及びアクティブダイ６０１Ｂ、６００１Ｂ，６００２Ｂ）及び熱を底部チップ（６０１Ｂ）からスタックの頂部のところのヒートシンク６０７Ｂに，方向づける熱電素子６０３Ｂを含む。熱電素子は、底部チップ（６０１Ｂ）に取り付けられるのがよく、複数のチップ（例えば、６００１Ｂ及び６００２Ｂ）は、熱電素子６０３Ｂに取り付けられるのがよい。マイクロ電子素子６０３Ｂは、隣のチップ（例えば、６０１Ｂ、６００１Ｂ又は６００２Ｂ）のうちの任意のものの中に設けられたセンサによる温度検出に応答して、底部チップ（６０１Ｂ）に結合している電気接点６１７Ｂにより電力供給されるとともに制御されるのがよい。

【0018】

図７Ａは、図６Ａに示すマイクロ電子システムに類似した例示のマイクロ電子システム７００Ａの概略断面図であり、同一の特徴は、同一の参照符号によって示されているが、ボンドワイヤ７９９Ａを用いて熱電素子６０３Ａにうら面から電力供給している。熱電素子６０３Ａは、底部チップ６０１Ａにダイレクトボンディングされるのがよい（例えば、ダイレクトハイブリッドボンディングにより又は絶縁体間ダイレクトボンディングにより）。図７Ｂは、図６Ｂに示すマイクロ電子システムに類似した例示のマイクロ電子システム７００Ｂの概略断面図であり、同一の特徴は、同一の参照符号によって示されているが、外部接続部、例えばボンドワイヤ７９９Ｂを用いて熱電素子６０３Ｂに裏（うら）面から電力供給している。図７Ａ及び図７Ｂの実施形態では、外部デバイスは、熱電素子６０３Ａ又は６０３Ｂの動作を制御することができる。例えば、システムボード（図示せず）上のチップ又はダイは、熱電素子６０３Ａ又は６０３Ｂの動作を制御することができる。

【0019】

図８Ａは、図６Ｂに示すマイクロ電子システムに類似した例示のマイクロ電子システム８００の概略断面図であり、同一の特徴は、同一の参照符号で示されているが、追加的に又は代替的に、このマイクロ電子システム８００は、温度分布及びチップアクティビティを制御するよう熱電素子６０３Ｂに埋め込まれた温度センサ８２６を含む。例えば、センサ８２６が温度を検出しているとき、センサ８２６は、信号をダイ６０１Ｂ，６００１Ｂ及び／又は６００２Ｂ中の回路部に送り、ダイ６０１Ｂ，６００１Ｂ及び／又は６００２Ｂは、制御信号を熱電素子６０３Ｂに送るのがよい。図８Ｂは、図８Ａに示す例示のマイクロ電子システム８００の概略平面図であり、熱電Ｎ／Ｐペレットは、温度センサ８２６によってモニタされるとともに、１対の電気接点８１７によって連続供給される。

【0020】

図９は、図６Ａに示すマイクロ電子システムに類似した例示のマイクロ電子システム９００の概略断面図であり、同一の特徴は、同一の参照符号で示されている。底部チップ６０１Ａ又は外部デバイスにより制御されるのではなく、熱電素子６０３Ａは、底部チップ６０１Ａを通る電気経路９０９（例えば、トレース）経由で隣接のチップ（例えば、６００１Ａ又は６００２Ａ）によって制御される。

【0021】

図１０は、例示のマイクロ電子システム１０００の概略断面図であり、このマイクロ電子システム１０００は、積層半導体素子（例えば、アクティブダイ１００２０，１０２０及び１００５１）及び熱の向きをシステム１０００内に又はこれから積極的に変える（例えば、スタックの頂部のところのヒートシンク１００７７を通って）ために使用できる多数の熱電素子１０００３を含む。

【0022】

幾つかの実施形態では、熱電素子６０３Ａ，６０３Ｂ又は１０００３をキャリヤ（例えば、６０５又は１００５１）又はアクティブチップ（例えば、６０１Ａ，６０１Ｂ，１００２０又は１０２０）上に成長させるのがよい。幾つかの実施形態では、熱電素子６０３Ａ，６０３Ｂ又は１０００３をアクティブチップ（例えば、６０１Ａ，６０１Ｂ，１００２０又は１０２０）の裏（うら）面上に成長させることができ、又はダイレクトボンディングすることができる。幾つかの実施形態では、積層半導体素子を介在する接着剤なしで互いにダイレクトボンディングすることができる。例えば、６００１Ａ，６００１Ｂ，６００２Ａ，６００２Ｂ及び／又は１００２０を底部チップ（例えば、６０１Ａ，６０１Ｂ又は１０２０）に又は熱電素子６０３Ｂにダイレクトボンディングすることができる。幾つかの実施形態では、頂部ヒートシンク６０７Ａ，６０７Ｂ，又は１００７７を半導体素子（例えば、６００１Ａ，６００１Ｂ，６００２Ａ，６００２Ｂ又は１００２０）及び／又は熱電素子６０３Ａ，６０３Ｂ又は１０００３と関連したキャリヤ６０５又は１００５１にダイレクトボンディングすることができる。例えば、ダイレクトボンディングプロセスとしては、室温向きに構成されたＺＩＢＯＮＤ（登録商標）及びＤＢＩ（登録商標）プロセス、低温ハイブリッドボンディング向きに構成された大気圧ダイレクトボンディング又はカリフォルニア州サンノゼ所在のアデイア（Adeia）社から商業的に入手できるＤＢＩ（登録商標）ウルトラプロセスが挙げられる。ダイレクトボンドは、ボンデッド素子の誘電体相互間に位置するのがよく、また、ダイレクトハイブリッドボンディング可能にボンドインターフェースのところ又はその近くに導電材料を含むのがよい。ボンディングインターフェースのところの導電材料は、ダイ上の再配線層（ＲＤＬ）内に又はこの上に形成されたボンディングパッド、及び／又はパッシブ電子部品であるのがよい。

【0023】

電子素子
ダイは、任意適当な形式の集積化デバイスダイを指すと言える。例えば、集積化デバイスダイは、電子部品、例えば集積回路（例えば、プロセッサダイ、コントローラダイ、又はメモリダイ）、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）ダイ、光学デバイス、又は任意他の適当な形式のデバイスダイを含むことができる。幾つかの実施形態では、電子部品としては、パッシブデバイス、例えばキャパシタ、インダクタ、又は他の表面実装デバイスが挙げられる。回路（例えば、トランジスタのようなアクティブ部品）が種々の実施形態では、アクティブ面のところ又はその近くのところにパターン化されるのがよい。アクティブ面は、ダイのうら面と反対側のダイの面（おもて面）上に位置するのがよい。うら面は、任意のアクティブ回路又はパッシブ回路を有してもよく、有さなくてもよい。

【0024】

集積化デバイスダイは、ボンディング表面及びボンディング表面（この場合、「おもて面」）と反対側のうら面を有するのがよい。ボンディング表面は、一導電ボンドパッドを含む複数の導電ボンドパッド、及び導電ボンドパッドの近くに位置する非導電材料を有するのがよい。幾つかの実施形態では、集積化デバイスダイの導電ボンドパッドは、介在する接着剤なしで基板又はウエハの対応の導電パッドにダイレクトボンディングされるのがよく、集積化デバイスダイの非導電材料は、介在する接着剤なしで基板又はウエハの対応の非導電材料の一部分にダイレクトボンディングされるのがよい。接着剤なしのダイレクトボンディングは、米国特許第７，１２６，２１２号明細書、同第８，１５３，５０５号明細書、同第７，６２２，３２４号明細書、同第７，６０２，０７０号明細書、同第８，１６３，３７３号明細書、同第８，３８９，３７８号明細書、同第７，４８５，９６８号明細書、同第８，７３５，２１９号明細書、同第９，３８５，０２４号明細書、同第９，３９１，１４３号明細書、同第９，４３１，３６８号明細書、同第９，９５３，９４１号明細書、同第９，７１６，０３３号明細書、同第９，８５２，９８８号明細書、同第１０，０３２，０６８号明細書、同第１０，２０４，８９３号明細書、同第１０，４３４，７４９号明細書、及び同第１０，４４６，５３２号明細書全体に記載されており、これら米国特許の各々を参照により引用し、その記載内容全体を全ての目的に関して本明細書の一部とする。

【0025】

ダイレクトボンディング方法及びダイレクトボンデッド構造体の実施例
本明細書において開示する種々の実施形態は、２つの素子を介在する接着剤なしでダイレクトボンディングすることができるダイレクトボンデッド構造体に関する。２つ以上の電子素子は、半導体素子（例えば、集積化デバイスダイ、ウエハなど）であるのがよく、かかる２つ以上の電子素子を互いに積層し又はボンディングすると、ボンデッド構造体を形成することができる。１つの素子の導電接触パッドをもう１つの素子の対応の導電接触パッドに電気的に接続することができる。任意適当な数の素子を積層してボンデッド構造体とすることができる。接触パッドは、非導電ボンディング領域に形成された金属パッドからなるのがよく、これら接触パッドを下に位置するメタライゼーション、例えば再配線層（ＲＤＬ）に接続するのがよい。

【0026】

幾つかの実施形態では、素子は、接着剤なしで互いにダイレクトボンディングされる。種々の実施形態では、第１の素子の非導電材料又は誘電体は、接着剤なしで第２の素子の対応の非導電又は誘電フィールド領域ダイレクトボンディングされるのがよい。非導電材料を第１の素子の非導電ボンディング領域又はボンディング層という場合がある。幾つかの実施形態では、第１の素子の非導電材料は、誘電体間ボンディング技術を用いて第２の素子の対応の非導電材料にダイレクトボンディングされるのがよい。例えば、誘電体間ボンドは、少なくとも米国特許第９，５６４，４１４号明細書、同第９，３９１，１４３明細書、及び同第１０，４３４，７４９号明細書に開示されているダイレクトボンディング技術を用いて接着剤なしで形成でき、これら米国特許を参照により引用し、全ての目的に関しこれらの各々の記載内容全体を本明細書の一部とする。ダイレクトボンディングに適した誘電体としては、無機誘電体、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、オキシ窒化シリコンが挙げられるが、これには限定されず、あるいは、炭素、例えば炭化シリコン、オキシ炭窒化シリコン、炭窒化シリコンもしくはダイヤモンド状炭素が挙げられる。幾つかの実施形態では、誘電体は、ポリマー材料、例えばエポキシ、樹脂又は成形材料を含まない。

【0027】

幾つかの実施形態では、ダイレクトハイブリッドボンドは、介在する接着剤なしで形成できる。例えば、誘電ボンディング表面を高い平滑度に研磨することができる。ボンディング表面を清浄化してプラズマ及び／又はエッチング剤に当てると、これら表面を活性化することができる。幾つかの実施形態では、これら表面は、活性化後又は活性化中（例えば、プラズマ及び／又はエッチングプロセス中）、化学種で末端基化することができる。理論に束縛されるものではないが、幾つかの実施形態では、活性化プロセスは、ボンディング表面のところの化学結合を壊すために実施されるのがよく、末端基化プロセスは、ダイレクトボンディング中におけるボンディングエネルギーを向上させる追加の化学種をボンディング表面のところに提供することができる。幾つかの実施形態では、活性化及び末端基化は、同一のステップで提供され、例えば、プラズマ又はウェットエッチング剤用いて表面を活性化して末端基化することができる。他の実施形態では、ボンディング表面を別個の処理で末端基化して追加の化学種を提供することができ、それによりダイレクトボンディングを行うことができる。種々の実施形態では、末端基化化学種は、窒素を含むのがよい。例えば、幾つかの実施形態では、ボンディング表面をフッ素にさらすのがよい。例えば、層及び／又はボンディングインターフェースの近くに１つ又は多数のフッ素ピークが現れる場合がある。かくして、ダイレクトボンデッド構造体では、２つの誘電体相互間のボンディングインターフェースは、ボンディングインターフェースのところに高い窒素含有量及び／又はフッ素ピークを有する極めて滑らかなインターフェースを構成することができる。活性化及び／又は末端基化処理の追加の例が米国特許第９，５６４，４１４号明細書、同第９，３９１，１４３号明細書、及び同第１０，４３４，７４９号明細書全体にわたって見受けられ、これら米国特許の各々を参照により引用し、全ての目的に関してその記載内容全体を本明細書の一部とする。

【0028】

種々の実施形態では、第１の素子の接触パッドもまた、第２の素子の対応の導電接触パッドにダイレクトボンディングされるのがよい。例えば、ハイブリッドダイレクトボンディング技術を用いると、上述したように前処理された共有直接結合状態の誘電体間表面を含むボンドインターフェースに沿って導体‐導体ダイレクトボンドを提供することができる。種々の実施形態では、導体‐導体（例えば、接触パッド‐接触パッド）ダイレクトボンド及び誘電体‐誘電体ハイブリッドボンドは、少なくとも米国特許第９，７１６，０３３号明細書及び同第９，８５２，９８８号明細書に開示されたダイレクトボンディング技術を用いて形成でき、これら米国特許の各々を参照により引用し、全ての目的についてその記載内容全体を本明細書の一部とする。

【0029】

例えば、誘電ボンディング表面を前処理して、上述したように介在接着剤なしで互いにダイレクトボンディングすることができる。導電接触パッド（これらは、非導電性の誘電フィールド領域によって包囲されるのがよい）もまた、介在接着剤なしで互いにダイレクトボンディングすることができる。幾つかの実施形態では、接触パッドをそれぞれ、誘電フィールド領域又は非導電ボンディング層の外面（例えば、上面）の下に凹ませるのがよく、例えば３０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、１５ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満だけ凹ませるのがよく、例えば、２ｎｍから２０ｎｍまでの範囲又は４ｎｍ～１０ｎｍの範囲で凹ませるのがよい。非導電ボンディング層を幾つかの実施形態では本明細書において説明したボンディングツールで室温において接着剤なしで互いにダイレクトボンディングするのがよく、その後、ボンデッド構造体をアニールするのがよい。アニールは、別個の装置で実施されるのがよい。アニール時、接触パッドは、膨張して互いに接触し、それにより金属‐金属（金属間）ダイレクトボンドを形成することができる。有益には、ハイブリッドボンディング技術、例えばカリフォルニア州サンノゼ所在のアデイア社から商業的に入手できるダイレクトボンドインターコネクト（Direct Bond Interconnect）、すなわち、ＤＢＩ（登録商標）技術の使用により、ダイレクトボンドインターフェースを横切って接続された高密度のパッドを実現できる（例えば、規則的なアレイについては僅かな又は細かいピッチで）。幾つかの実施形態では、ボンディングパッド、又はボンデッド素子のうちの１つのボンディング表面内に埋め込まれた導電トレースのピッチは、４０ミクロン未満又は１０ミクロン未満であるのがよく、それどころか２ミクロン未満であってもよい。幾つかの用途に関し、ボンディングパッドのピッチとボンディングパッドの諸元のうちの１つの比は、５未満又は３未満であり、場合によっては望ましくは２未満である。他の用途では、ボンデッド素子のうちの１つのボンディング表面内に埋め込まれた導電トレースの幅は、０．３ミクロンから５ミクロンまでの範囲にあるのがよい。種々の実施形態では、接触パッド及び／又はトレースは、銅からなるのがよいが、他の金属が適している場合がある。

【0030】

かくして、ダイレクトボンディングプロセスでは、第１の素子を介在接着剤なしで第２の素子にダイレクトボンディングすることができる。幾つかの構成例では、第１の素子は、単体化された素子、例えば単体化集積化デバイスダイからなるのがよい。他の構成例では、第１の素子は、単体化されたときに複数の集積化デバイスダイを形成する複数（例えば、数十個、数百個、又はそれ以上）のデバイス領域を含むキャリヤ又は基板（例えば、ウエハ）からなるのがよい。本明細書において説明した実施形態では、ダイであれ基板であれ、いずれにせよ、第１の素子は、ホスト基板と見なされる場合があり、これは、第２の素子をピックアンドプレース（pick-and-place）又はロボットエンドエフェクタを受け取るためにボンディングツールのサポートに取り付けられる。図示の実施形態の第２の素子は、ダイからなる。他の構成例では、第２の素子は、キャリヤ又はフラットパネル、もしくは基板（例えば、ウエハ）からなるのがよい。

【0031】

本明細書において説明するように、第１の素子と第２の素子を接着剤なしで互いにダイレクトボンディングすることができ、これは、蒸着プロセスとは異なっている。１つの用途では、ボンデッド構造体中の第１の素子の幅は、第２の素子の幅とほぼ同じであるのがよい。幾つかの他の実施形態では、ボンデッド構造体中の第１の素子の幅は、第２の素子の幅とは異なるのがよい。ボンデッド構造体中の大きい方の素子の幅又は面積は、小さい方の素子の幅又は面積よりも少なくとも１０％大きいのがよい。したがって、第１及び第２の素子は、非蒸着素子からなるのがよい。さらに、ダイレクトボンデッド構造体は、蒸着層とは異なり、ボンドインターフェースに沿って、ナノキャビティが存在する欠陥領域を含む場合がある。ナノキャビティは、ボンディング表面の活性化（例えば、プラズマへの曝露）に起因して形成される場合がある。上述したように、ボンドインターフェースは、活性化及び／又は最終化学処理プロセスから生じる物質の濃縮を呈する場合がある。例えば、活性化のために窒素プラズマを利用する実施形態では、窒素ピークがボンドインターフェースのところに形成される場合がある。活性化のために酸素プラズマを利用する実施形態では、酸素ピークがボンドインターフェースのところに形成される場合がある。幾つかの実施形態では、ボンドインターフェースは、オキシ窒化シリコン、オキシ炭窒化シリコン、又は炭窒化シリコンからなるのがよい。本明細書において説明したように、ダイレクトボンドは、共有結合を含むのがよく、この共有結合は、ファンデルワールス結合よりも強固である。ボンディング層は、高い平滑度まで平坦化された研磨表面をさらに有するのがよい。例えば、ボンディング層は、１ミクロン当り２ｎｍ二乗平均（ＲＭＳ）又は１ミクロン当り１ｎｍＲＭＳの表面粗さを有するのがよい。

【0032】

種々の実施形態では、ダイレクトハイブリッドボンデッド構造体中の接触パッド相互間の金属‐金属ボンドは、導電特徴部上の導電特徴部粒、例えば銅結晶粒がボンドインターフェースを横切って互いの中に成長するよう接合されるのがよい。幾つかの実施形態では、銅は、ボンドインターフェースを横切る銅の拡散を向上させるために、１１１結晶面に沿って配向した結晶粒を有するのがよい。ボンドインターフェースは、ボンデッド接触パッドの少なくとも一部分まで実質的に完全に延びるのがよく、その結果、ボンデッド接触パッドのところ又はその近くには非導電ボンディング領域相互間には隙間が実質的に生じないようになっている。幾つかの実施形態では、バリヤ層を接触パッド（例えば、これは、銅を含むのがよい）の下に設けるのがよい。しかしながら、他の実施形態では、例えば、米国特許出願公開第２０１９／００９６７４１号明細書に記載されているように、接触パッドの下にバリヤ層が存在しなくてもよく、この米国特許を参照により引用し、その記載内容全体を全ての目的に関して本明細書の一部とする。

【0033】

一観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスであって、第１の集積化デバイスダイと、第１の集積化デバイスダイにボンディングされた熱電素子と、少なくとも熱電素子に被着されたヒートシンクとを有し、熱電素子は、熱を第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達するよう構成され、熱電素子は、接着剤なしで第１の集積化デバイスダイにダイレクトボンディングされていることを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0034】

１つの実施形態では、第１の集積化デバイスダイは、アクティブ回路部を有する。

【0035】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイのうら面にダイレクトボンディングされている。

【0036】

１つの実施形態では、第１の集積化デバイスダイと熱電素子との間のインターフェースは、導体‐導体ダイレクトボンドを含む。

【0037】

１つの実施形態では、第１の集積化デバイスダイと熱電素子との間のインターフェースは、不導体‐不導体ダイレクトボンドをさらに含む。

【0038】

１つの実施形態では、キャリヤ素子が熱電素子とヒートシンクとの間に設けられている。

【0039】

１つの実施形態では、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない。

【0040】

１つの実施形態では、キャリヤ素子は、シリコン、セラミック、アルミニウム、窒化アルミニウム、又は炭化シリコンからなる。

【0041】

１つの実施形態では、キャリヤ素子は、１Ｗ／ｃｍ／℃を超える熱伝導率を有する材料からなる。

【0042】

１つの実施形態では、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによってキャリヤ素子上に成長してある。

【0043】

１つの実施形態では、熱電素子は、焼結プロセスによってキャリヤ素子内のキャビティ中に成長してある。

【0044】

１つの実施形態では、熱電素子は、接着剤なしでキャリヤ素子にダイレクトボンディングされている。

【0045】

１つの実施形態では、熱電素子とキャリヤ素子との間のインターフェースは、誘電体‐誘電体ダイレクトボンドを含む。

【0046】

１つの実施形態では、熱は、熱電素子の動作中に第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達される。

【0047】

１つの実施形態では、
第２の集積化デバイスダイが熱電素子上に設けられるとともに、ヒートシンクに接触している。

【0048】

１つの実施形態では、第２の集積化デバイスダイが第１の集積化デバイスダイ上に設けられるとともに、熱電素子に隣接して位置している。

【0049】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイを介して第２の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0050】

１つの実施形態では、熱電素子は、外部電力源に接続可能なボンドワイヤに取り付けられている。

【0051】

１つの実施形態では、熱電素子は、金属接点により第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0052】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ内の基板貫通ビアに電気的に接続されている。

【0053】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイを冷却するゾーン化制御が可能であるように構成されている。

【0054】

１つの実施形態では、複数の温度センサが第１の集積化デバイスダイ又は熱電素子内に設けられている。

【0055】

１つの実施形態では、マイクロ電子デバイスは、複数の電気接点対をさらに有し、各電気接点対は、熱電素子の一部分を独立して制御する。

【0056】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ、熱電素子、又は外部チップによって作動される。

【0057】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスであって、第１の集積化デバイスダイと、第１の集積化デバイスダイ上に形成された熱電素子と、少なくとも熱電素子に被着されたヒートシンクとを有し、熱電素子は、熱を第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達するよう構成されていることを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0058】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ上に成長してある。

【0059】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ上に堆積してある。

【0060】

１つの実施形態では、第１の集積化デバイスダイは、アクティブ回路部を有する。

【0061】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ上に成長してある。

【0062】

１つの実施形態では、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって第１の集積化デバイスダイ上に成長してある。

【0063】

１つの実施形態では、熱は、熱電素子の動作中に第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達される。

【0064】

１つの実施形態では、第２の集積化デバイスダイが熱電素子上に設けられるとともに、ヒートシンクに接触している。

【0065】

１つの実施形態では、第２の集積化デバイスダイが第１の集積化デバイスダイ上に設けられるとともに、熱電素子に隣接して位置している。

【0066】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイを介して第２の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0067】

１つの実施形態では、熱電素子は、外部電力源に接続可能なボンドワイヤに取り付けられている。

【0068】

１つの実施形態では、熱電素子は、金属接点により第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0069】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ内の基板貫通ビアに電気的に接続されている。

【0070】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイを冷却するゾーン化制御が可能であるように構成されている。

【0071】

１つの実施形態では、複数の温度センサが第１の集積化デバイスダイ又は熱電素子内に設けられ、各温度センサは、熱電素子の一部分を作動させるために２つの電気接点と連携している。

【0072】

１つの実施形態では、マイクロ電子デバイスは、複数の電気接点対をさらに有し、各電気接点対は、熱電素子の一部分を独立して制御する。

【0073】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ、熱電素子、又は外部チップによって作動される。

【0074】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスであって、第１の集積化デバイスダイと、第１の集積化デバイスダイ上に設けられた熱電素子と、熱電素子上に設けられたキャリヤ素子とを有し、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイを冷却するゾーン化制御が可能であるように構成されていることを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0075】

１つの実施形態では、第１の集積化デバイスダイは、複数のゾーンを有し、ゾーンのうちの少なくとも１つは、温度トリガによって作動され、温度トリガは、熱センサから受け取られる。

【0076】

１つの実施形態では、熱センサは、第１の集積化デバイスダイ又は熱電素子内に設けられている、請求項４３記載のマイクロ電子デバイス。

【0077】

１つの実施形態では、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない。

【0078】

１つの実施形態では、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって第１の集積化デバイスダイのうら面上に成長してある。

【0079】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイのうら面にダイレクトボンディングされている。

【0080】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスであって、第１の集積化デバイスダイと、第１の集積化デバイスダイ上に設けられた熱電素子と、熱電素子上に設けられたキャリヤ素子と、少なくともキャリヤ素子に被着されたヒートシンクとを有し、熱電素子は、熱を第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達するよう構成されていることを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0081】

１つの実施形態では、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない。

【0082】

１つの実施形態では、マイクロ電子デバイスは、第１の集積化デバイスダイと熱電素子との間に設けられた追加のキャリヤ素子を有する。

【0083】

１つの実施形態では、第１の集積化デバイスダイは、アクティブ回路部を有し、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによって第１の集積化デバイスダイのうら面上に成長してある。

【0084】

１つの実施形態では、熱電素子は、アクティブ回路部を有し、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイのうら面にダイレクトボンディングされている。

【0085】

１つの実施形態では、キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる。

【0086】

１つの実施形態では、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによってキャリヤ素子上に成長してある。

【0087】

１つの実施形態では、熱電素子は、焼結プロセスによってキャリヤ素子にダイレクトボンディングされている。

【0088】

１つの実施形態では、熱電素子は、接着剤なしでキャリヤ素子にダイレクトボンディングされている。

【0089】

１つの実施形態では、熱は、熱電素子の動作中に第１の集積化デバイスダイからキャリヤ素子を通ってヒートシンクに伝達される。

【0090】

１つの実施形態では、第２の集積化デバイスダイが熱電素子上に設けられるとともに、ヒートシンクに接触している。

【0091】

１つの実施形態では、第２の集積化デバイスダイが第１の集積化デバイスダイ上に設けられるとともに、熱電素子に隣接して位置している。

【0092】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイを介して第２の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0093】

１つの実施形態では、熱電素子は、外部電力源に接続可能なボンドワイヤに取り付けられている。

【0094】

１つの実施形態では、熱電素子は、金属接点により第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0095】

１つの実施形態では、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイ内の基板貫通ビアに電気的に接続されている。

【0096】

１つの実施形態では、複数の温度センサが熱電素子内に設けられ、各温度センサは、熱電素子の一部分を作動させるために２つの電気接点と連携している。

【0097】

１つの実施形態では、マイクロ電子デバイスは、複数の電気接点対をさらに有し、各電気接点対は、熱電素子の一部分を独立して制御する。

【0098】

もう１つの観点では、開示した技術は、ダイレクトボンディング可能に構成されたマイクロ電子デバイスであって、マイクロ電子デバイスがキャリヤ素子を有し、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がなく、マイクロ電子デバイスがステンシル塗り又は印刷プロセスによってキャリヤ素子上に成長してある熱電素子をさらに有し、熱電素子は、ダイレクトハイブリッドボンディング可能に構成された表面を有することを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0099】

もう１つの観点では、開示した技術は、ダイレクトボンディング可能に構成されたマイクロ電子デバイスであって、マイクロ電子デバイスがキャリヤ素子を有し、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がなく、マイクロ電子デバイスが焼結プロセスによってキャリヤ素子内のキャビティ中に成長してある熱電素子を有し、熱電素子は、ダイレクトハイブリッドボンディング可能に構成された表面を有することを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0100】

もう１つの観点では、開示した技術は、ダイレクトボンディング可能に構成されたマイクロ電子デバイスであって、マイクロ電子デバイスがキャリヤ素子を有し、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がなく、マイクロ電子デバイスが接着剤なしでキャリヤ素子にダイレクトボンディングされている表面及びダイレクトハイブリッドボンディング可能に構成されている反対側の表面を備えた熱電素子を有することを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0101】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、本方法は、アクティブ回路部を備えた第１の集積化デバイスダイを用意するステップと、熱電素子を第１の集積化デバイスダイのうら面上に成長させるステップとを含むことを特徴とする方法に関する。

【0102】

１つの実施形態では、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによってキャリヤ素子上に成長してある。

【0103】

１つの実施形態では、熱電素子は、金属接点により第１の集積化デバイスダイに電気的に接続されている。

【0104】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、本方法は、アクティブ回路部のないキャリヤ素子を用意するステップと、熱電素子をキャリヤ素子上に成長させるステップと、熱電素子の表面をダイレクトハイブリッドボンディング可能に前処理するステップとを含むことを特徴とする方法に関する。

【0105】

１つの実施形態では、熱電素子は、ステンシル塗り又は印刷プロセスによってキャリヤ素子上に成長してある。

【0106】

１つの実施形態では、キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる。

【0107】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、本方法は、アクティブ回路部のないキャリヤ素子を用意するステップと、キャリヤ素子内にキャビティを形成するステップと、熱電素子をキャリヤ素子上にかつキャビティ中に成長させるステップと、熱電素子の表面をダイレクトハイブリッドボンディング可能に前処理するステップとを含むことを特徴とする方法に関する。

【0108】

１つの実施形態では、熱電素子を焼結プロセスによって成長させる。

【0109】

１つの実施形態では、キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる。

【0110】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスを作製する方法であって、本方法は、熱電素子を有するウエハを用意するステップと、ウエハの片面をキャリヤ素子にダイレクトボンディングするステップと、ウエハを反対側の片面から薄化して熱電素子を露出させるステップと、熱電素子の表面をダイレクトハイブリッドボンディング可能に前処理するステップとを含むことを特徴とする方法に関する。

【0111】

１つの実施形態では、キャリヤ素子にはアクティブ回路部がない。

【0112】

１つの実施形態では、キャリヤ素子は、シリコン又はセラミックからなる。

【0113】

もう１つの観点では、開示した技術は、マイクロ電子デバイスであって、第１の集積化デバイスダイと、第１の集積化デバイスダイにボンディングされた熱電素子と、少なくとも熱電素子に被着されたヒートシンクとを有し、熱電素子は、熱を第１の集積化デバイスダイからヒートシンクに伝達するよう構成され、熱電素子は、第１の集積化デバイスダイによって作動されることを特徴とするマイクロ電子デバイスに関する。

【0114】

１つの実施形態では、熱電素子は、接着剤なしで第１の集積化デバイスダイにダイレクトボンディングされている。

【0115】

文脈上別段の明示の必要がなければ、原文明細書及び原文特許請求の範囲全体を通じて、“comprise”（訳文では「～を有する」としている場合が多い）、“comprising”、“include”（「～を含む」）、“including”などの用語は、排他的又は網羅的な意味とは異なり、包括的な意味に、すなわち“including, but not limited to”（「～を含むが、これには限定されない」）の意味に解されるべきである。本明細書に一般的に用いられている「結合され」という用語は、互いに直接的に( ダイレクトに) 連結されるか、１つ以上の中間要素により互いに連結される２つ以上の要素を意味している。同様に、本明細書において一般的に用いられている「連結され」という用語は、互いに直接的に連結されるか、１つ以上の中間要素により互いに連結される２つ以上の要素を意味している。加うるに、原語出願において用いられている“herein”（訳文では「本明細書において」としている場合が多い）、“above”（「上述の」又は「上方の」の意）、“below”（「後述の」又は「下方の」の意）、及び同様な趣旨の用語は、本願を全体として意味しており、本願の何らかの特定の部分を意味しているわけではない。さらに、本明細書で用いられているように、第１の素子が第２の素子の「上（on）」又は「覆って（over）」位置すると説明されている場合、第１の素子は、第１の素子と第２の素子は、互いに直接的に接触するよう、第２の素子上に又はこれを覆って直接位置する場合があり、あるいは第１の素子は、１つ以上の素子が第１の素子と第２の素子の間に介在するよう、第２の素子上又はこれを覆って間接的に位置する場合がある。文脈上許容される場合には、単数形又は複数形を用いた上記の詳細な説明中の用語は、それぞれ複数又は単数を含む場合がある。２つ以上のアイテムのリストに関して「又は」という用語は、この用語についての以下の解釈、すなわち、リスト中のアイテムのうちの任意のもの、リスト中のアイテムの全て、及びリスト中のアイテムの任意の組み合わせの全てを含む。

【0116】

さらに、原文明細書で用いられている条件語、とりわけ“can”（「～のがよい」、「～でもよい」又は「～することができる」）、“could”、“might”、“may”、“e.g.”、“for example”、“such as”などは、別段の明示の指定がなければ、又は用いられている文脈内で違ったやり方で理解されない場合、一般に、ある特定の実施形態がある特定の特徴、要素、及び／又は状態を含み、他の実施形態がある特定の特徴、要素、及び／又は状態を含まないということを意味するようになっている。かくして、かかる条件語は、一般的には、特徴、要素、及び／又は状態が、１つ以上の実施形態について必要な何らかの仕方で存在することを意味するようにはなってはいない。

【0117】

ある特定の実施形態を説明したが、これら実施形態は、例示としてのみ提供されており、本発明の範囲を限定するものではない。確かに、本明細書において説明した新規な装置、方法、及びシステムは、種々の他の形態で具体化でき、さらに、本明細書において説明した方法及びシステムの形態における種々の省略、置換、及び変更は、本発明の範囲から逸脱することなく実施できる。例えば、ブロックが所与の配置で示されているが、変形実施形態は、異なるコンポーネント及び／又は回路トポロジでほぼ同じ機能を実行することができ、幾つかのブロックを削除し、動かし、追加し、分割し、組み合わせ、かつ／あるいは改造することができる。これらブロックの各々は、多種多様な仕方で具体化できる。上述の種々の実施形態の要素及び作用の任意適当な組み合わせは、別の実施形態を提供するよう組み合わせ可能である。添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲は、本発明の範囲及び精神に含まれるかかる形態又は改造を含むものである。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6A-2】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A-8B】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】