JP2001168221A - コンポーネントおよび製造方法 - Google Patents
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Abstract
することを目的とする。 【構成】 コンポーネント10は、基板(15)、キャ
ップ・ウェーハ(23)、およびキャップ・ウェーハ
(23)の表面上に形成された保護層(28)を含む。
同時に、保護層(28)およびキャップ・ウェーハ(2
3)は接合層(33)を介して基板(15)に接合され
るキャップ構造(39)を形成する。開口(47)は、
キャップ・ウェーハ(23)をエッチングすることによ
りキャップ・ウェーハ(23)内に形成される。保護層
(28)は、キャップ・ウェーハ(23)のエッチング
中、下に横たわる接合層(33)および基板(15)中
に形成された装置(11,12)に対する保護を提供す
る。
Description
ーネントに関し、さらに詳しくはキャップ・ウェーハを
用いる電子装置の保護に関する。
び集積回路のような装置は、それらのサイズによるが、
扱い方、小さい粒子、および湿度からのダメージを受け
やすい。マイクロマシン装置は、典型的には、動作中に
それらを保護するために封止材中に収容される。ある先
行技術であるコンポーネントは、周囲から電子センサを
封止しかつ密封シールするために半導体基板に接合(ボ
ンディング)されたキャップ・ウェーハを含む。ホール
(空間)がキャップ・ウェーハを基板に接合する前にキ
ャップ・ウェーハ中に形成される。キャップ・ウェーハ
中の空間は、センサを外部回路に電気的に接続するため
に提供する。
の空間は、キャップ・ウェーハの機械構造的な信頼性を
弱める可能性がある。この問題に対する1つの対策はキ
ャップ・ウェーハの厚みを増加させることで、それによ
りキャップ・ウェーハの構造的な無欠陥性を向上させ
る。しかしながら、キャップ・ウェーハの厚みを増加さ
せることにより、またマイクロエレクトロニクス装置の
サイズおよびそのコストを増加させる。
して保護を与えるコンポーネントをもつことは有効であ
る。そのコンポーネントがサイズおよびコスト的に効果
的であるならさらに有効である。加えて、標準の半導体
プロセスと互換性のあるコンポーネントを製造する方法
をもつことは有効である。
中のコンポーネント10の一部断面図である。この実施
例では、コンポーネント10は、基板15中に形成され
た装置11,12を含む半導体コンポーネントである。
コンポーネント10は、さらに、基板15の表面21上
に形成された導電性経路13,14を含む。基板15
は、例としてシリコンのような半導体材料からなる。装
置11,12は、集積回路あるいは圧力センサまたは加
速度計のようなマイクロマシン変換器である。装置1
1,12は、基板15中に形成されるように示される
が、これが本願発明を限定するものではない。装置1
1,12は、また、基板15の表面21上に形成され得
る。
気的導電性材料層を配置し、この導電性材料をフォトリ
ソグラフおよびエッチ技術を用いてパターン化すること
により形成される。例えば、導電性経路13,14は、
電気的導電性材料をフォトレジスト層(図示せず)で被
覆し、除去されるべき電気的導電性材料の一部を(例え
ば、フォトリソグラフを用いて)露出させ、そして電気
的導電性材料の露出部をエッチングすることによって形
成される。導電性経路13,14にとって適切な材料に
は銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、ある
いはその類似物を含む。
び下部表面27を有するキャップ・ウェーハ23を含
む。キャップ・ウェーハ23は、例えば、シリコンのよ
うな半導体材料から構成される。キャップ・ウェーハ2
3に対する他の適切な材料は、ガラス、水晶、ポリマ、
または金属を含む。キャップ・ウェーハ23の適切な層
厚の範囲は、約50ミクロンから約600ミクロンの間
である。
部表面27上に配置成長される。保護層28は上部層3
0および下部層31を有し、ここで保護層28の上部層
27はキャップ・ウェーハ23の下部層27に接触す
る。好ましくは、保護層28は、約0.2ミクロンから
約2ミクロンの範囲の厚みを有する。また、キャップ・
ウェーハ23および保護層28はキャップ構造39を形
成する。保護層28にとって適切な材料は、酸化物また
は窒化物を含む。
ウェーハ23の上部表面26上に配置される。アルミニ
ウムのような金属層をキャップ・ウェーハ23の上部表
面26上に配置し、そしてこの金属層をフォトリソグラ
フおよびエッチ技術を用いてパターン化することにより
形成される。加えて、後続のエッチング段階中のマスク
として機能するために、マスク41,42は、また、装
置11,12に対して電気的遮蔽を行う。マスク41,
42は、また、マスク層と呼ばれ、好ましくは装置1
1,12上にそれぞれ位置する。
基板15に接合され、キャビティ36,37を形成す
る。例として、接合材料33は、層28の下部表面の一
部上にスクリーン・プリントによって配置されるフリッ
ト・ガラス(frit glass)である。フリット・ガラスは、
粉末ガラスとも呼ばれるが、有機結合材または溶剤中に
拡散したガラス粒子の混合物である。スクリーン・プリ
ント後に、フリット・ガラスは有機結合材または溶剤を
蒸発させるために加熱される。その後、フリット・ガラ
スを含むキャップ構造39は、基板15の表面に接触し
て載置される。熱が与えられ、その後フリット・ガラス
はエナメル化しキャップ構造39を基板15に接合する
ために流動して、キャビティ36,37を与える。キャ
ップ構造39が基板15に接合された後、装置11,1
2はキャビティ36,37内にそれぞれ密封シールされ
る。接合材33、保護層28の一部、および基板15の
一部は密封シールされたキャビティ36,37の壁を形
成する。接合材33はフリット・ガラスとして記述され
るが、これは本願発明を限定するものではない。接合材
33は、金、金属、または同種のガラスから構成するこ
ともできる。さらに、他のタイプの接合プロセスをキャ
ップ構造39を、基板15に接合するために、使用する
ことも可能である。例えば、陽極、共晶、または熱圧縮
の接合を、キャップ構造39を基板15に接合するため
に、使用してもよい。
るが、これが本願発明に限定されるものではないことに
注意されたい。本願発明は他の実施例、例えばバイオ
(生物)センサを用いる応用に適用することができ、そ
のバイオ・センサはキャップ材料を用いて保護される。
これらの他の応用例では、基板15はガラス、水晶、金
属などの他の材料から構成されてもよい。好ましくは、
キャップ・ウェーハ23および基板15は、実質的に同
じ熱膨張係数を有する材料から形成される。
ーネント10の断面図を示す。同じ参照番号は同じ要素
を示すために図面に使用されることを理解されたい。図
2は、キャップ・ウェーハ23の一部を除去した後のコ
ンポーネント10を示す。
MAH: tetramethylammonium hydrooxide)のようなエッチ
ング材からなる湿式エッチ溶剤は、キャップ・ウェーハ
23をエッチングするために使用される。マスク41,
42によって被覆されていないキャップ・ウェーハ23
の一部は、エッチングの間除去される。湿式エッチ溶剤
は、エッチ・ストップとして機能する保護層28に影響
を与えない。図2に示す実施例では、接合層33はフリ
ット・ガラスで、それはTMAHからなる湿式エッチ溶
剤によって損傷を受ける可能性がある。保護層28は、
キャップ・ウェーハ23のエッチング中、接合層33を
保護するためのエッチ・ストップ層として働く。好まし
くは、保護層28はTMAHからなる湿式エッチ溶剤に
耐性のある材料からなる。保護層28に対する適切な材
料は酸化物または窒化物を含む。
2のコンポーネントの断面図である。図3は保護層28
の一部を除去した後のコンポーネント10を示す。
素のいずれかを基調とした化学物質を用いる反応性イオ
ン・エッチング(RIE: Reactive Ion Etch)または深部反
応性イオン・エッチング(DRIE: Deep Reactive Ion Etc
h)のような乾式エッチング・プロセスを用いて形成され
得る。マスク41,42の下に横たわる保護層28の一
部は、乾式エッチング・プロセス中には除去されない。
開口47は、導電経路13,14に電気的な接続を与え
る。例えば、接合線(図示せず)が開口47を通して導
電経路13,14に結合されてもよい。図示されていな
いが、導電経路13,14は装置11,12をコンポー
ネント10の他の部分へ電気的に結合するために用いら
れる。
ウェーハ23の下部表面27上に配置され、接合層33
に対する保護を与えるが、化学的湿式エッチの間損傷を
与え得る。代わって、コンポーネント10は保護層28
を有しないで形成してもよく、開口46,47,48は
単一のエッチング・ステップを用いて形成できる。例え
ば、保護層28が省略される場合、そのときキャップ・
ウェーハ23は適切な湿式エッチまたは乾式エッチ・プ
ロセスのいずれかを用いる単一のエッチング・ステップ
を用いてエッチングされ得る。保護層28がコンポーネ
ント10に含まれない場合、接合層33はキャップ・ウ
ェーハ23の下部表面の一部上に配置され、キャップ・
ウェーハ23は接合層33を介して基板15に接合され
る。キャビティ36,37は、キャップ・ウェーハ2
3、接合層33、および基板15によって形成される。
しも必要でないことに注意されたい。たとえば、接合層
33は装置11,12を取り囲み、接触する。
および基板15が共に接合された後に形成されるので、
キャップ・ウェーハ23は比較的薄いウェーハであり
得、それにより、コンポーネント10の全スタックの層
厚が減少する。例えば、キャップ・ウェーハ23は、シ
リコンからなるが、約50ミクロンより薄くすることが
できる。従来のシリコン・キャップ・ウェーハは、典型
的には375ミクロンより厚い層厚である。さらに、キ
ャップ・ウェーハ23が基板15に接合されて後に開口
46,47,48を形成することは、コンポーネント1
0のレイアウトおよび製造を簡易にする。
ンポーネントを製造するための方法が提供されたと理解
される。本願発明は動作中にその要素を保護するコンポ
ーネントを与える。本願発明の方法は、CMOSプロセ
スを含む標準半導体プロセスと互換性がある。さらに、
本方法はキャップ・ウェーハを有するコンポーネントを
製造するための処理ステップ数を削減する。
ポーネントの一部断面図である。
トの断面図である。
ーネントの断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 装置(11)を有する基板(15)と、 前記基板の表面の一部上に配置された接合層(33)
と、 前記基板上のキャップ・ウェーハ(23)と、 第1表面(30)および第2表面(31)を有する保護
層(28)であって、前記保護層の前記第1表面は前記
キャップ・ウェーハの第1表面に接触するとともに前記
保護層の第2表面は前記接合層を介して前記基板の前記
表面に接合される保護層とから成り、前記保護層、前記
接合層、および前記基板は前記装置を囲むキャビティを
形成することを特徴とするコンポーネント(10)。 - 【請求項2】 前記基板の前記表面上に形成された導電
層(13)をさらに含み、前記キャップ・ウェーハは、
前記接合層が前記保護層上に配置された後に、前記導電
層上に形成される開口(47)を有することを特徴とす
る請求項1記載のコンポーネント(10)。 - 【請求項3】 前記装置上にある前記キャップ・ウェー
ハの第2表面の一部上に形成されるマスク層(41)を
さらに有することを特徴とする請求項1記載のコンポー
ネント(10)。 - 【請求項4】 キャップ・ウェーハ(23)を提供する
段階と、 前記キャップ・ウェーハの第1表面(30)上に保護層
(28)を配置する段階であって、前記保護層の第1表
面は前記キャップ・ウェーハの前記第1表面に接合され
る、段階と、 前記保護層の第2表面(31)の一部上に接合層(3
3)を配置する段階と、 前記保護層の前記第2表面を前記接合層を介して基板の
表面に接合する段階と、 前記接合層を配置する段階の後に、前記キャップ・ウェ
ーハ中に開口(47)を形成する段階と、 から構成されることを特徴とするコンポーネントを製造
する方法。 - 【請求項5】 前記基板中のマイクロマシン装置(1
1)は、前記接合層(33)、前記保護層(28)およ
び前記基板(15)によって形成されたキャビティ内に
収容されることを特徴とする請求項4記載のコンポーネ
ントを製造する方法。
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