JP2000176900A - 金属製のマイクロ構成素子をカプセル封止するための方法 - Google Patents

金属製のマイクロ構成素子をカプセル封止するための方法

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JP2000176900A
JP2000176900A JP11354668A JP35466899A JP2000176900A JP 2000176900 A JP2000176900 A JP 2000176900A JP 11354668 A JP11354668 A JP 11354668A JP 35466899 A JP35466899 A JP 35466899A JP 2000176900 A JP2000176900 A JP 2000176900A
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Stefan Dr Pinter
ピンター シュテファン
Hirtleiter Josef
ヒルトライター ヨーゼフ
Helmut Dr Baumann
バウマン ヘルムート
Michael Fehrenbach
フェーレンバッハ ミヒャエル
Franz Laermer
レルマー フランツ
Bernhard Elsner
エルスナー ベルンハルト
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Robert Bosch GmbH
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    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00333Aspects relating to packaging of MEMS devices, not covered by groups B81C1/00269 - B81C1/00325

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Micromachines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ面を節約し、最終製品を安価にする。 【解決手段】 評価回路2を有する基板ウェーハ1上に
金属製のマイクロ構成素子3,4を配置し、保護キャッ
プウェーハ5に結合媒体7を被着させ、保護キャップウ
ェーハ5を基板ウェーハ1に被せる前に保護層6を設
け、結合媒体7を直接、評価回路2の上に位置させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属製のマイクロ
構成素子をカプセル封止するための方法であって、評価
回路を有する基板ウェーハ上に金属製のマイクロ構成素
子を配置し、保護キャップウェーハに結合媒体を被着さ
せ、該保護キャップウェーハを基板ウェーハ上に載置さ
せ、この場合、マイクロ構成素子が配置されている空洞
を結合媒体により閉鎖する形式の方法に関する。
【0002】さらに本発明は、個別化されていないウェ
ーハ積層体であって、複数の評価回路と金属製の複数の
マイクロ構成素子とを有する基板ウェーハと、該基板ウ
ェーハに載置された保護キャップウェーハと、結合媒体
とが設けられており、該結合媒体を用いて基板ウェーハ
が保護キャップウェーハに結合されている形式のものに
関する。
【0003】
【従来の技術】アディティブ(additiv)な集積
技術を用いて,完成した集積回路上にたとえば慣性セン
サを製造することができる。ICウェーハ上にこのよう
な構成素子を製造した後では、ウェーハの個別化(ソー
イング)の前にこれらの構成素子を保護するために、ま
たあとからのパッケージングのためにも、これらの構成
素子のカプセル封止(Verkapselung)が行
われなければならない。シリコン表面マイクロメカニク
ス(Silizium−Oberflaechenmi
kromechanik)では、この目的のために種々
の技術が使用される。たとえば、保護シートを使用する
ことができる。この保護シートはソーイングプロセスの
後に再び除去される。次いで、上記センサは開放状態で
セラミックケーシング内にパッケージングされる。
【0004】同一出願によるドイツ連邦共和国特許出願
公開第19700734号明細書に基づき、センサなら
びにウェーハ積層体を製造するための方法がすでに公知
である。この公知先行技術においては、1つの基板ウェ
ーハと1つのキャップウェーハとを互いに結合させる結
合媒体が、結合ストリップの形で各センサ素子の間に配
置されている。この方法では、各センサ素子の間に、専
らキャップウェーハを配置するためにしか使用されない
ウェハ面を準備することが必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、冒頭で述べた形式の方法ならびに冒頭で述べた形
式のウェーハ積層体を改良して、チップ面が節約され、
ひいては最終製品が安価となるような方法ならびにウェ
ーハ積層体を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、結合媒体を直接、評価回路の上に
位置させ、保護キャップウェーハを基板ウェーハに載置
させる前に評価回路に保護層を設けるようにした。
【0007】さらに上記課題を解決するために本発明の
ウェーハ積層体の構成では、結合媒体が直接、評価回路
の上に配置されており、該評価回路が保護層を備えてい
るようにした。
【0008】
【発明の効果】請求項1の特徴部に記載の特徴を有する
本発明による方法もしくは請求項12の特徴部に記載の
特徴を有する本発明によるウェーハ積層体は従来のもの
に比べて、チップ面にかかる手間が減じられるという利
点を有している。これにより、チップ面の節約ひいては
構成素子全体のコスト削減が得られる。
【0009】請求項2〜請求項11もしくは請求項13
以下には、請求項1に記載の方法もしくは請求項12に
記載のウェーハ積層体の有利な改良形が記載されてい
る。
【0010】特に、請求項2および請求項3に記載の構
成において規定された保護層を用いることにより、集積
回路の形で存在する完成した評価回路と、有利にはセン
サおよび/またはアクチュエータである金属製のマイク
ロ構成素子とが、カプセル封止により損傷を回避させら
れたり、その機能形式が損なわれたりすることが確実に
阻止される。前記保護層により、集積回路にとって不都
合な、IC内部への金属成分の望ましくない拡散が行わ
れることが回避される。
【0011】請求項5に記載の特徴により、結合媒体の
使用に互いに関連して生ぜしめられるストレスもしくは
応力が最小限に抑えられるので、集積回路が損傷を受け
る蓋然性もしくは危険債はさらに減じられている。
【0012】請求項6〜請求項11には、結合媒体に関
連した有利な手段が記載されている。これらの手段によ
り特に、当該方法を450゜Cよりも下の温度で実施す
ることができるので、ICの熱損傷は生じないことが確
保される。それどころか、請求項9〜請求項11の対象
であるような接着方法は200゜Cよりも下の温度で実
行することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【0014】図1から分かるように、シリコンから成る
基板ウェーハ1上には評価回路2が集積回路(IC)の
形で設けられている。この評価回路2上には、やはり複
数の金属製のマイクロ構成素子が配置されている。これ
らのマイクロ構成素子は、たとえば加速度センサ3と加
速度スイッチ4である。加速度センサ3の下側には符号
9でIC金属被覆体が示してある。
【0015】評価回路2の表面には少なくとも所定の領
域において、つまりシリコンから成る保護キャップウェ
ーハ5の両側部5a,5bの両端区分に向かい合って位
置する領域において、保護層6が設けられている。この
保護層6は拡散防止層であり、この拡散防止層は、特に
結合媒体7からIC2内部への金属成分の望ましくない
拡散を防止している。この保護層6は窒化ケイ素から成
っていると有利である。
【0016】保護キャップウェーハ5の両側部5a,5
bの両端区分は、結合媒体7を介して基板ウェーハ1に
結合されているか、もしくはこの基板ウェーハ1に設け
られた、集積回路2のチップ面に結合されており、この
場合、内部領域に位置する空洞8もしくは内部領域に形
成された中空室は密にカプセル封止されている。
【0017】本発明の第1実施例では、結合媒体7がガ
ラスはんだもしくは酸化鉛ガラスである。この結合媒体
7は、スクリーン印刷法を用いて保護キャップウェーハ
5に被着され、そのあとに前硬化させられる。次いで、
集積回路2とこの集積回路2に配置されたマイクロ構成
素子3,4とを有しかつ集積回路2の表面の少なくと
も、保護キャップウェーハ5の両側部5a,5bに向か
い合って位置する領域に保護層6を備えた基板ウェーハ
1と、酸化鉛ガラスが被着された両側部5a,5bを有
する保護キャップウェーハ5とが、ボンディング装置に
おいて互いに結合される。この時、酸化鉛ガラスは、4
30゜Cで不活性雰囲気中で溶融されるか、または真空
の閉じ込め下に溶融される。直接にアクティブ回路の上
に位置するガラスはんだは密に形成されている。これに
より、湿分が空洞8内に侵入し得ないことが確保されて
いる。ガラスはんだの膨張係数は、これに関連して生ぜ
しめられるストレスもしくは応力を最小限に抑えるため
にシリコン基板の膨張係数に適合されている。
【0018】本発明の第2実施例では、結合媒体7が、
シール作用を有する熱伝導性のエポキシ系接着剤であ
る。このエポキシ系接着剤は保護キャップウェーハ5に
ドクタ塗布されるかまたはピンスタンプされる。基板ウ
ェーハ1と保護キャップウェーハ5とを嵌め合わせた後
に、接着剤は最大200゜Cまでの範囲にある温度で熱
硬化される。この方法の場合にも、空洞8内に真空を閉
じ込めることができる。
【0019】本発明による方法により、完成した集積回
路にアディティブに集積された構成素子を密にカプセル
封止することが可能となる。この場合に、カプセル封止
部は直接、アクティブ回路の上に配置される。カプセル
封止部が直接、アクティブ回路の上に配置されることに
より、付加的なチップ面は不要になる。この点で本発明
による方法は収率的にもコスト的にも中立である。完成
した集積回路およびセンサもしくはアクチュエータが、
カプセル封止によって損傷されることはないし、またそ
の機能形式が損なわれることもない。なぜならば、拡散
防止層が設けられており、かつ応力最小化が考慮されて
いるからである。両実施例においても、公知の材料が使
用されるので、結合材料の材料開発は不要である。両方
法は450゜Cよりも下の温度で行われるので、ICの
熱損傷は生じない。両方法はウェーハ平面上で実施され
るので安価である。引き続き、ウェーハの個別化が行わ
れる。カプセル封止された構成素子はその後に、支持体
に載置されて、安価なプラスチック射出成形法でパッケ
ージングされ得る。
【0020】本発明のための使用分野は、たとえば自動
車技術、機械制御、機械コントロールならびに種々の消
費分野である。これらの使用分野全てにとって重要とな
るのは、所属の評価回路を備えた、使用される構成素子
が安価でかつ信頼性良く、しかも高い機能性を有するこ
とである。
【図面の簡単な説明】
【図1】アディティブに集積されたセンサシステムの概
略図である。
【符号の説明】
1 基板ウェーハ、 2 評価回路または集積回路、
3 加速度センサ、4 加速度スイッチ、 5 保護キ
ャップウェーハ、 5a,5b 側部、 6保護層、
7 結合媒体、 8 空洞、 9 IC金属被覆体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ ヒルトライター ドイツ連邦共和国 フィーヒタッハ グロ ーセナウ 21 (72)発明者 ヘルムート バウマン ドイツ連邦共和国 ゴマリンゲン テオド ール−フォンターネ−ヴェーク 1 (72)発明者 ミヒャエル フェーレンバッハ ドイツ連邦共和国 ミッテルシュタット ネッカーテンツリンガー シュトラーセ 3/1 (72)発明者 フランツ レルマー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ヴ ィティコヴェーク 9 (72)発明者 ベルンハルト エルスナー ドイツ連邦共和国 コルンヴェストハイム カール−ヨース−シュトラーセ 52

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属製のマイクロ構成素子をカプセル封
    止するための方法であって、評価回路を有する基板ウェ
    ーハ上に金属製のマイクロ構成素子を配置し、保護キャ
    ップウェーハに結合媒体を被着させ、該保護キャップウ
    ェーハを基板ウェーハ上に載置させ、この場合、マイク
    ロ構成素子が配置されている空洞を結合媒体により閉鎖
    する形式の方法において、 結合媒体を直接、評価回路の上に位置させ、保護キャッ
    プウェーハを基板ウェーハに載置させる前に評価回路に
    保護層を設けることを特徴とする、金属製のマイクロ構
    成素子をカプセル封止するための方法。
  2. 【請求項2】 保護層が拡散防止層である、請求項1記
    載の方法。
  3. 【請求項3】 保護層が窒化ケイ素から成っている、請
    求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 保護キャップウェーハと基板ウェーハと
    がシリコンから成っている、請求項1から3までのいず
    れか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 結合媒体の膨張係数をシリコンの膨張係
    数に適合させる、請求項1から4までのいずれか1項記
    載の方法。
  6. 【請求項6】 結合媒体がガラスはんだである、請求項
    1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 ガラスはんだをスクリーン印刷法によっ
    て被着させ、前硬化させる、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 基板ウェーハ上への保護キャップウェー
    ハの載置をボンディングによって行い、この場合、結合
    媒体を不活性雰囲気中でまたは真空の閉じ込め下に溶融
    させる、請求項1から7までのいずれか1項記載の方
    法。
  9. 【請求項9】 結合媒体が、熱伝導性の密なエポキシ系
    接着剤である、請求項1から5までのいずれか1項記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 エポキシ系接着剤を保護キャップウェ
    ーハにドクタ塗布またはピンスタンプにより塗布する、
    請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 保護キャップウェーハを基板ウェーハ
    に載置した後にエポキシ系接着剤を熱硬化させる、請求
    項9または10記載の方法。
  12. 【請求項12】 個別化されていないウェーハ積層体で
    あって、複数の評価回路と金属製の複数のマイクロ構成
    素子とを有する基板ウェーハと、該基板ウェーハに載置
    された保護キャップウェーハと、結合媒体とが設けられ
    ており、該結合媒体を用いて基板ウェーハが保護キャッ
    プウェーハに結合されている形式のものにおいて、 結合媒体(7)が直接、評価回路(2)の上に配置され
    ており、該評価回路(2)が保護層(6)を備えている
    ことを特徴とする、個別化されていないウェーハ積層
    体。
  13. 【請求項13】 保護層が拡散防止層である、請求項1
    2記載の個別化されていないウェーハ積層体。
  14. 【請求項14】 保護層が窒化ケイ素層である、請求項
    13記載の個別化されていないウェーハ積層体。
  15. 【請求項15】 保護キャップウェーハ(5)と基板ウ
    ェーハ(1)とがシリコンから成っている、請求項12
    から14までのいずれか1項記載の個別化されていない
    ウェーハ積層体。
  16. 【請求項16】 結合媒体の膨張係数がシリコンの膨張
    係数に適合されている、請求項12から15までのいず
    れか1項記載の個別化されていないウェーハ積層体。
  17. 【請求項17】 結合媒体がガラスはんだである、請求
    項12から16までのいずれか1項記載の個別化されて
    いないウェーハ積層体。
  18. 【請求項18】 結合媒体が熱伝導性の密なエポキシ系
    接着剤である、請求項12から16までのいずれか1項
    記載の個別化されていないウェーハ積層体。
JP11354668A 1998-12-14 1999-12-14 金属製のマイクロ構成素子をカプセル封止するための方法 Pending JP2000176900A (ja)

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DE19857550.5 1998-12-14
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