JP2008221450A - Mems package and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMS素子を内部に封止したMEMSパッケージの製法方法およびMEMSパッケージに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a MEMS package in which a MEMS element is sealed and a MEMS package.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子では、一般に、中空構造又はフリースタンディング構造と呼ばれる構造が用いられる。かかる構造では、例えば、基板電極の上に、数10μmのギャップを隔てて可動電極が保持されており、構造の機械的な保護と塵埃の付着防止のために、気密パッケージ内にMEMS素子を封入する必要がある。このため、従来のMEMS素子では、中空構造を形成する中空化工程を行った後に、気密封止工程が行われている(例えば、非特許文献1参照)。 In a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element, a structure called a hollow structure or a free standing structure is generally used. In this structure, for example, the movable electrode is held on the substrate electrode with a gap of several tens of μm, and the MEMS element is enclosed in an airtight package for mechanical protection of the structure and prevention of adhesion of dust. There is a need to. For this reason, in the conventional MEMS element, after performing the hollowing process which forms a hollow structure, the airtight sealing process is performed (for example, refer nonpatent literature 1).
しかしながら、中空化工程から気密封止工程までの間、中空構造は大気中に露出した状態で保管されるため、この間に中空構造に塵埃が付着し、動作不良が起きるという問題があった。 However, since the hollow structure is stored while being exposed to the atmosphere from the hollowing process to the hermetic sealing process, there is a problem in that dust adheres to the hollow structure during this time and malfunction occurs.
これに対して、MEMS素子を覆うように金属犠牲層を形成し、さらに金属犠牲層を覆うようにキャップ層を形成した後に、キャップ層に形成した通路を通して金属犠牲層をエッチング除去して中空構造を形成し、中空構造に塵埃が付着するのを防止する方法が行われている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、気密封止の蓋となるキャップ層が薄膜で構成されているために、機械的強度が弱く、製造工程の途中でキャップ層が変形し、MEMS素子の中空構造が破壊されるという問題があった。
However, in the method described in
また、キャップ層の厚みが制限されるため、キャップ層の強度を大きくするには、相対的に封止面積を小さくする必要があり、比較的大きなMEMS素子に適用できないという問題もあった。 Moreover, since the thickness of the cap layer is limited, in order to increase the strength of the cap layer, it is necessary to relatively reduce the sealing area.
また、キャップ層とMEMS素子との間の空隙は犠牲層の厚みで規定されるため極めて狭い。このために、犠牲層のエッチング時に供給できるエッチング液等が少なくなり、犠牲層のエッチング時間が長くなるという問題点もあった。 Moreover, since the space | gap between a cap layer and a MEMS element is prescribed | regulated by the thickness of a sacrificial layer, it is very narrow. For this reason, the etching solution etc. which can be supplied at the time of etching of a sacrificial layer decreases, and there also existed a problem that the etching time of a sacrificial layer became long.
更に、エッチング液等の供給通路ははんだで封止するが、キャップ層内の空隙が狭いため、はんだがMEMS素子に接触し、MEMS素子の動作不良が発生するという問題もあった。 Furthermore, the supply path for the etching solution or the like is sealed with solder, but since the gap in the cap layer is narrow, there is a problem in that the solder comes into contact with the MEMS element, causing malfunction of the MEMS element.
そこで、本発明は、中空化工程後の塵埃の付着を防ぐとともに、製造工程中における破壊等が発生しないMEMSパッケージの製造方法およびMEMSパッケージの提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a MEMS package manufacturing method and a MEMS package that prevent dust from being attached after the hollowing process and that do not break down during the manufacturing process.
本発明は、中空構造のMEMS素子を有するMEMSパッケージの製造方法であって、MEMS基板を準備する工程と、MEMS基板上に、犠牲層を形成する工程と、MEMS基板に接続され、犠牲層の上に延在したMEMS素子を形成する工程と、MEMS基板上に、MEMS素子を覆うように蓋基板を接合する基板接合工程と、犠牲層を除去してMEMS素子を中空構造とする中空化工程と、通路を封止する封止工程とを含むことを特徴とするMEMSパッケージの製造方法である。 The present invention relates to a method of manufacturing a MEMS package having a hollow-structure MEMS element, a step of preparing a MEMS substrate, a step of forming a sacrificial layer on the MEMS substrate, and a sacrificial layer connected to the MEMS substrate. A step of forming a MEMS element extending above, a substrate bonding step of bonding a lid substrate on the MEMS substrate so as to cover the MEMS element, and a hollowing step of removing the sacrificial layer to form a hollow structure of the MEMS element And a sealing process for sealing the passage.
また、本発明は、中空構造のMEMS素子を有するMEMSパッケージであって、MEMS基板と、MEMS基板に接続され、中空構造を有するMEMS素子と、MEMS基板上に、MEMS素子を覆うように接合された蓋基板とを含み、MEMS基板または蓋基板に、シール材で埋め込まれた通路を有することを特徴とするMEMSパッケージである。 The present invention also relates to a MEMS package having a hollow structure MEMS element, which is connected to the MEMS substrate and connected to the MEMS substrate, and is joined to the MEMS substrate so as to cover the MEMS element. The MEMS package includes a passage embedded in the MEMS substrate or the lid substrate with a sealing material.
本発明によれば、中空化工程後の塵埃の付着を防ぐとともに、製造工程中における破壊等が発生しないMEMSパッケージを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while preventing adhesion of the dust after a hollowing process, the MEMS package which does not generate | occur | produce the destruction in a manufacturing process, etc. can be provided.
実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかるMEMSパッケージの製法工程の断面図である。かかる製造工程は、以下の工程1−1〜1−6を含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the MEMS package according to the first embodiment of the present invention, the whole being represented by 100. This manufacturing process includes the following steps 1-1 to 1-6.
工程1−1:図1(a)に示すように、まず、MEMS基板1を準備する。MEMS基板1は、例えばSi、Ge、GaAsなどの半導体材料や、ガラス、セラミックなどからなる。MEMS基板1の厚みは、例えば10μmから1mm程度であることが好ましい。
Step 1-1: As shown in FIG. 1A, first, a
次に、MEMS基板1上に犠牲層となる材料を成膜し、所定の形状にパターニングして犠牲層2を形成する。犠牲層2の材料は、後述の中空化工程において他の材料に対して選択的にエッチング除去される必要があり、例えば、SiO2などの誘電体材料、多孔質シリコン、ポリシリコン、フォトレジスト、Cu、Ni、Fe、Al、Cr、Tiなどを主成分とする金属材料等が用いられる。犠牲層2の厚みは、中空構造のギャップを規定するものであり、MEMS素子3の用途により決められる。一般には、100nmから500μmまでの範囲となる。犠牲層2の成膜には、めっき法、スパッタ法、蒸着法、化学的気相成長法などを用いることができる。
Next, a material to be a sacrificial layer is formed on the
工程1−2:図1(b)に示すように、MEMS基板1と犠牲層2上に、MEMS素子の材料を成膜し、その一部が犠牲層2に重なるようにパターニングして、MEMS素子3を形成する。MEMS素子3の材料や厚みは用途により決められる。材料には、例えば、ポリシリコン、SiO2、SiN、Cu、Ni、Fe、Al、Cr、Ti、Au、Wなどを主成分とする金属材料を用いることができ、厚みは、50nmから500μm程度である。
なお、MEMS素子3と犠牲層2は異なる材質から形成する必要がある。MEMS素子3の成膜には、めっき法、スパッタ法、蒸着法、化学的気相成長法などが用いられる。
Step 1-2: As shown in FIG. 1B, a MEMS element material is deposited on the
Note that the
工程1−3:図1(c)に示すように、MEMS基板1に少なくとも1つの孔を開けて、後の中空化工程においてエッチングエージェントの供給通路となる通路4を形成する。通路4の形成には、機械的ドリリング、サンドブラスト、放電加工、レーザーアブレーション、反応性イオンエッチング、ウェットエッチングなどの方法を用いることができる。通路4の水平断面は、円形や矩形であり、その断面寸法は、10μm角(又はφ)から1mm角(又はφ)の範囲であるのが好ましい。
なお、通路の形成は、工程1−1(図1(a))の前後や、工程1−5(図1(e))の直前に行っても良い。また、工程1−1〜1−3(図1(a)〜(c))では、途中まで孔を開けておき、中空化工程直前に、残りの部分をエッチングで除去したり、MEMS基板1を研磨薄板化して、孔を貫通させても良い。
Step 1-3: As shown in FIG. 1C, at least one hole is formed in the
The passage may be formed before or after step 1-1 (FIG. 1A) or immediately before step 1-5 (FIG. 1E). Further, in steps 1-1 to 1-3 (FIGS. 1A to 1C), a hole is made halfway, and the remaining portion is removed by etching immediately before the hollowing step, or the
工程1−4:図1(d)に示すように、蓋基板5を準備する。蓋基板5には、MEMS基板1と同じく、例えばSi、Ge、GaAsなどの半導体材料や、ガラス、セラミックなどを用いることができる。また、厚みは、10μmから1mm程度であることが好ましい。蓋基板5には、MEMS素子3を内包するための窪みを設けることができる。窪みの形成には、サンドブラスト、ウェットエッチング、反応性イオンエッチングなどの方法が用いられる。
Step 1-4: As shown in FIG. 1D, the
続いて、MEMS基板1と蓋基板5とを、MEMS素子3を内包するように接合する基板接合工程を行う。接合には、はんだや、樹脂、低融点ガラスを接着剤として接着する方法や、接合面に形成したAuなどの金属膜と基板材質との高温での合金化を接合方法、接着剤を用いずに接合面を活性化して加熱加圧のみで接合するダイレクトボンディング法、Si基板とガラス基板を加熱、加圧し電圧を印加することによって接着する陽極接合法などが用いられる。
Subsequently, a substrate bonding step is performed in which the
工程1−5:図1(e)に示すように、犠牲層2を選択的に除去する中空化工程を行う。中空化工程は、犠牲層2を選択的に除去するエッチングエージェント(エッチングガス、またはエッチング液)をキャビティ6内部に導入して行う。
犠牲層2が選択的に除去されたあと、リンス液、ガスを充分に流し、乾燥させる。この際、エッチングエージェントが液体である場合には、中空構造が表面張力によりスティッキング(固着)するのを防止するため、フリーズドライや臨界乾燥法の手法を用いることが好ましい。
Step 1-5: As shown in FIG. 1E, a hollowing step for selectively removing the
After the
工程1−6:図1(f)に示すように、通路4をシール材7で塞ぎ、パッケージ内を気密封止する。シール材7としては、SiO2や低融点ガラス、はんだ、Au、Cu、Niなどの金属、樹脂、導電性ペーストなどを用いることができる。シール材7は、通路4に完全に充填しても良いし、気密性が確保される程度に、部分的に充填しても良い。
シール材7の充填には、インクジェット法、溶融金属吐出法、充填めっき法、ディスペンサによる注入法、高温で溶融したシール材をキャビティ内部と外部との気圧差でキャビティ内部に吸引する方法などを用いることができる。
また、シール材7としてSiやガラスなどの基板を用い、これを通路4上に被せて接着剤やはんだなどで接着し気密封止してもよい。
Step 1-6: As shown in FIG. 1 (f), the
For filling the sealing
Alternatively, a substrate such as Si or glass may be used as the sealing
以上の工程により、図1(f)に示す、本実施の形態1にかかるMEMSパッケージ100が完成する。
Through the above steps, the
本実施の形態1にかかる製造方法では、基板接合工程(図1(d))の後に、中空化工程(図1(e))を行うため、中空化工程後の塵埃付着を防止して動作不良の恐れのないMEMSパッケージが得られる。
また、製造工程、使用環境において破損しない、機械的強度の高いパッケージ構造が得られる。
また、従来の薄膜パッケージング製法に比べ、比較的大きな面積を気密封止でき、さらに、薄膜パッケージング製法では必要であったMEMS素子全体を覆うような犠牲層の形成が不要であり、また薄膜パッケージングに比べて素子を封止する空間の体積が大きく犠牲層エッチング時にエッチング液またはエッチングガスが大量に供給されることから、犠牲層エッチングに必要な時間を大幅に低減できる。
In the manufacturing method according to the first embodiment, since the hollowing process (FIG. 1 (e)) is performed after the substrate bonding process (FIG. 1 (d)), the dust adhesion after the hollowing process is prevented. A MEMS package free from the risk of defects is obtained.
In addition, a package structure with high mechanical strength that does not break in the manufacturing process and use environment can be obtained.
In addition, a relatively large area can be hermetically sealed as compared with the conventional thin film packaging manufacturing method. Further, it is not necessary to form a sacrificial layer that covers the entire MEMS element, which is necessary in the thin film packaging manufacturing method. Compared with packaging, the volume of the space for sealing the element is large, and a large amount of etching solution or etching gas is supplied during the sacrifice layer etching. Therefore, the time required for the sacrifice layer etching can be greatly reduced.
以上の工程で完成したMEMSパッケージ100では、MEMS基板1には貫通孔からなる通路4が設けられており、その通路に、シール材7が充填されている。MEMS基板1上には、MEMS素子3が設けられている。MEMS素子3は、その一部がMEMS基板1によって支持され、かつ、その一部がMEMS基板1から離れた中空構造となっている。
In the
MEMS素子3は、例えばMEMSスイッチであり、この中空構造によってスイッチの静電可動電極を構成することができる。なお、図1(f)には、MEMS素子3の可動電極のみが記載されており、下部電極、静電吸引電極、配線、パッドなどの他の構成要素は記載されていない。
なお、MEMS素子3はMEMS基板1上に直接形成されてもよく、またMEMS素子3を形成した別の基板をMEMS基板1上に搭載しても良い。MEMS基板1のMEMS素子3の側には、蓋基板5が接合されている。MEMS基板1と蓋基板5の間のキャビティ6は、MEMS素子3を内包するように取り囲んでおり、結果的に、MEMS素子3を気密的に封止している。キャビティ6は、蓋基板5に窪みを形成することによって構成しても良く、また、蓋基板が窪みのない平板である場合には、蓋基板5とMEMS基板1との接合面に厚みのあるスペーサや接着剤層を挟むことによって構成しても良い。
The
The
以上のようなMEMSパッケージ100の構成によって、中空構造を有するMEMS素子3は、塵埃や湿度、腐食性ガス、他の部品との物理的な接触などの外部環境に対し保護されることとなる。
With the configuration of the
実施の形態2.
図2は、全体が200で表される、本発明の実施の形態2にかかるMEMSパッケージの製法工程の断面図である。図2中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造工程は、以下の工程2−1〜2−6を含む。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the MEMS package according to the second embodiment of the present invention, the whole being represented by 200. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts. This manufacturing process includes the following steps 2-1 to 2-6.
工程2−1〜2−2:図2(a)〜(b)に示すように、上述の実施の形態1の工程1−1〜1−2と同じ工程を行う。 Steps 2-1 to 2-2: As shown in FIGS. 2A to 2B, the same steps as steps 1-1 to 1-2 of the first embodiment are performed.
工程2−3:図2(c)に示すように、蓋基板5を準備した後、蓋基板5に少なくとも1つの貫通孔を開口し、通路4とする。
Step 2-3: As shown in FIG. 2C, after preparing the
工程2−4〜2−6:実施の形態1の工程1−4〜1−6と同様に、まず、図2(d)に示すように、MEMS基板1と蓋基板5とを接合する。
続いて、図2(e)に示すように、蓋基板5に形成した通路4を介してエッチングエージェントを供給し、犠牲像2を選択的に除去する。
最後に、図2(f)に示すように、通路4にシール材7を充填して封止し、MEMSパッケージ200が完成する。
Steps 2-4 to 2-6: As in the steps 1-4 to 1-6 of the first embodiment, first, the
Subsequently, as shown in FIG. 2E, an etching agent is supplied through the
Finally, as shown in FIG. 2 (f), the
本実施の形態2にかかるMEMSパッケージ200では、MEMS基板1に通路4の開口部のための領域を確保する必要がないため、MEMSパッケージの面積を小さくできる。
In the MEMS package 200 according to the second embodiment, since it is not necessary to secure a region for the opening of the
また、シール材7を通路4に充填する際、通路4のアスペクト比(貫通孔深さ/貫通孔開口径)が大きくなる程、シール材の充填が難しくなるという問題がある。これを避けるためには、貫通孔を開ける基板を薄くすればよいが、実施の形態1では、MEMS基板1を薄くしすぎると基板の反りが発生し、MEMS素子3の動作に支障をきたすという問題がある。
これに対して、本実施の形態2にかかるMEMSパッケージ200では、MEMS素子3の動作に影響を与えることなく、蓋基板5の厚みを薄くして、通路4の充填工程を容易にすることができる。具体的には、MEMS基板1の厚み500μmに対して、蓋基板5の厚みを250μmとし、通路4の深さを50μm、通路の直径を50μmとすれば、通路4のアスペクト比は1となり、シール材7の充填が容易となる。
Further, when the sealing
On the other hand, in the MEMS package 200 according to the second embodiment, the thickness of the
実施の形態3.
図3は、全体が300で表される、本発明の実施の形態3にかかるMEMSパッケージの製法工程の断面図である。図3中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造工程は、以下の工程3−1〜3−6を含む。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the MEMS package according to the third embodiment of the present invention, the whole being represented by 300. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts. This manufacturing process includes the following steps 3-1 to 3-6.
工程3−1:図3(a)に示すように、MEMS基板1を準備し、MEMS基板1上に犠牲層2とエッチングストップ膜21とを形成する。エッチングストップ膜21は、犠牲層2と同じ材料から形成され、同じパターニング工程で形成されるのが好ましい。
Step 3-1: As shown in FIG. 3A, the
工程3−2:図3(b)に示すように、実施の形態1と同様の工程で、MEMS基板1と犠牲層2上にMEMS素子3を形成する。
Step 3-2: As shown in FIG. 3B, the
工程3−3:図3(c)に示すように、エッチングストップ膜21の裏面側のMEMS基板1に少なくとも1つの孔を開けて、通路4を形成する。通路4の上部はエッチングストップ膜21により封止されている。
かかる工程では、エッチングストップ膜21を設けることにより、エッチング時間がばらついても、通路4の仕上がり形状を略一定にすることができ、プロセスマージンを大きくできる。
Step 3-3: As shown in FIG. 3C, at least one hole is formed in the
In such a process, by providing the
工程3−4:図3(d)に示すように、MEMS基板1と蓋基板5とを、MEMS素子3を内包するように接合する基板接合工程を行う。
Step 3-4: As shown in FIG. 3D, a substrate bonding step for bonding the
工程3−5:図3(e)に示すように、エッチングストップ膜21と犠牲層2とを選択的に除去する中空化工程を行う。中空化工程は、エッチングストップ膜21と犠牲層2を選択的に除去するエッチングエージェント(エッチングガス、またはエッチング液)をキャビティ6内部に導入して行う。
Step 3-5: As shown in FIG. 3E, a hollowing step for selectively removing the
工程3−6:図3(f)に示すように、通路4をシール材7で塞ぎ、パッケージ内を気密封止する。以上の工程で、本実施の形態3にかかるMEMSパッケージ300が完成する。
Step 3-6: As shown in FIG. 3 (f), the
上述のように、本実施の形態3にかかる製造方法では、エッチングストップ膜21の下部に通路4を形成するため、エッチング時間がばらついても通路4の仕上がり形状を略一定にすることができる。このために、エッチング工程のプロセスマージンを大きくすることができる。
As described above, in the manufacturing method according to the third embodiment, since the
なお、本実施の形態3では、通路4とエッチングストップ層21は、MEMS基板1に設けたが、蓋基板5に設けても同様の効果が得られる。
In the third embodiment, the
実施の形態4.
図4は、全体が400で表される、本発明の実施の形態4にかかるMEMSパッケージの製法工程の断面図である。図4中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the MEMS package according to the fourth embodiment of the present invention, the whole being represented by 400. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
本実施の形態4にかかる製造方法では、上述の実施の形態2の工程2−1〜2−2(図2(a)〜(b))を行った後に、図4(a)に示す工程を行う。 In the manufacturing method according to the fourth embodiment, after performing steps 2-1 to 2-2 (FIGS. 2A to 2B) of the second embodiment, the steps shown in FIG. I do.
図4(a)に示すように、蓋基板5に通路4を形成した後、通路4の内壁にはんだ下地膜8を形成する。はんだ下地膜8は、通路4の部分のみ開口したステンシルマスクを用いて、Cr、Ni、Auを順次、スパッタ法または蒸着法により形成することにより成膜する。ここで、Crは蓋基板5の材質との密着強化層であり、Niはバリア層である。また、Auは、はんだとの濡れ性改善層である。各層の厚みは、例えば、Crが0.05μm、Niが1μm、Auが0.05μmである。
As shown in FIG. 4A, after the
なお、密着強化層には、Crに代えてTiなどを用いても構わない。また、バリア層には、Niに代えてFeやNi、Feを主成分とする合金を用いても構わない。更に、はんだ濡れ性改善層には、Auに代えて、Ag、Pt、Pdなどを用いても構わない。密着強化層の膜厚は、好適には0.001〜0.2μmであり、バリア層は、好適には0.1〜20μmであり、はんだ濡れ性改善層は、好適には0.01〜1μmである。 Note that Ti or the like may be used for the adhesion reinforcing layer instead of Cr. In addition, instead of Ni, Fe, Ni, or an alloy containing Fe as a main component may be used for the barrier layer. Further, Ag, Pt, Pd or the like may be used for the solder wettability improving layer instead of Au. The film thickness of the adhesion reinforcing layer is preferably 0.001 to 0.2 μm, the barrier layer is preferably 0.1 to 20 μm, and the solder wettability improving layer is preferably 0.01 to 1 μm.
また、はんだ下地膜8の作製方法として、ステンシルマスクを用いずに、蓋基板5の全面にスパッタ法や蒸着法、またはこれらにめっき法を組み合わせてはんだ下地膜を形成してもよい。
Further, as a method for producing the
通路4の内壁以外の部分のはんだ下地膜の除去には、イオンミリングなどの異方的ドライエッチングが用いられる。このほかに、はんだ下地膜が形成された蓋基板5の表面に粘着テープを貼り付けて、剥がすことによっても、通路4の内壁以外の蓋基板表面のはんだ下地膜を除去することができる。また、通路4をフォトレジストなどでマスクした状態で、写真製版によって、通路4の内壁以外の蓋基板5の表面のはんだ下地膜を除去しても良い。
Anisotropic dry etching, such as ion milling, is used to remove the solder base film other than the inner wall of the
図4(a)に示す工程に続いて、MEMS基板1と蓋基板5とを、MEMS素子3を内包するように接合する基板接合工程を行い、続いて、犠牲層2を選択的に除去する中空化工程を行う。犠牲層2が選択的に除去されたあと、リンス液、ガスを充分に流し、乾燥させる。
Subsequent to the step shown in FIG. 4A, a substrate bonding step of bonding the
次に、図4(b)に示すように、通路4の直径よりわずかに大きなはんだボールからなるシール材7を通路4の上に載せる。はんだボールの材料には、例えば、SnAgCuが用いられる。
Next, as shown in FIG. 4B, a sealing
次に、図4(c)に示すように、これを真空槽中に設置し、真空槽の内部を排気し、0.95気圧にする。
続いて、MEMSパッケージをSnAgCuの融点(約220℃)以上、例えば250℃に加熱し、SnAgCuボールを溶融させる。
続いて、真空槽内部の圧力を1気圧に戻し、その後、MEMSパッケージの温度を室温付近まで冷却した後、真空槽から取り出す。
この結果、図4(c)に示すように、シール材7は、はんだ下地膜8に濡れあがった形状で通路4を充填し、封止する。
Next, as shown in FIG.4 (c), this is installed in a vacuum chamber and the inside of a vacuum chamber is exhausted and it is set to 0.95 atmospheric pressure.
Subsequently, the MEMS package is heated to a melting point of SnAgCu (about 220 ° C.) or higher, for example, 250 ° C. to melt the SnAgCu balls.
Subsequently, the pressure inside the vacuum chamber is returned to 1 atm, and then the temperature of the MEMS package is cooled to near room temperature and then taken out from the vacuum chamber.
As a result, as shown in FIG. 4C, the sealing
このように、シール材7は、はんだ下地膜8との濡れ性が非常によく、シール材7は、はんだ下地膜8のAu、Niと合金化し、強固な接合が得られる。一方、蓋基板5のSiやガラス、セラミックなどの材質に対しては濡れ性が小さい。このため、シール材7には、通路4の内壁に密着し、かつ通路4の内部に拘束する表面張力が働き、シール材の量のばらつきに関わらずに、キャビティ6内部やMEMS素子3の領域へのシール材7の漏れが防止でき、気密性が高いMEMSパッケージが得られる。
As described above, the
更に、従来の薄膜パッケージングに比べて、通路4の下面とMEMS基板1の上面との距離を10μm以上と大きくできるので、シール材7がMEMS基板1上に拡がったり、MEMS素子3にまで拡がってMEMS素子3の動作不良を引き起こすのを防止できる。
Furthermore, since the distance between the lower surface of the
なお、シール材7の材料には、SnAgCuに代えて、SnPb、SnAg、SnIn、SnCu、SnBiなどの各種はんだ材料を用いても構わない。
In addition, instead of SnAgCu, various solder materials such as SnPb, SnAg, SnIn, SnCu, SnBi may be used as the material of the sealing
また、本実施の形態4では、通路4は、蓋基板5に設けたが、実施の形態1のように、MEMS基板1側に設けても同様の効果を得ることができる。
In the fourth embodiment, the
また、シール材7で通路4を塞ぐ方法としては、はんだボールを溶融させて通路4内に充填する方法について述べたが、通路4の内部を局所的にめっきで充填する方法などを用いても構わない。
Further, as a method of closing the
実施の形態5.
図5は、全体が500で表される、本発明の実施の形態5にかかるMEMSパッケージの製法工程の断面図である。図5中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
FIG. 5: is sectional drawing of the manufacturing process of the MEMS
本実施の形態2にかかる製造方法では、上述の実施の形態2の工程2−1〜2−4(図2(a)〜(d))を行った後に、図5(a)に示す工程を行う。 In the manufacturing method according to the second embodiment, after performing steps 2-1 to 2-4 (FIGS. 2A to 2D) of the second embodiment, the steps shown in FIG. I do.
図5(a)に示す工程では、上述の実施の形態4と同様に、蓋基板5に通路4を形成し、その内壁にはんだ下地膜8を形成する。更には、MEMS基板1上の通路4の開口部に対向する領域にもはんだ下地膜81を形成する。
In the step shown in FIG. 5A, the
はんだ下地膜8、81の形成は、はんだ下地膜8、81を形成する前に、MEMS基板1と通路4を形成した蓋基板5を接合しておき、次に、蓋基板5の側から、蒸着法やスパッタ法により、ステンシルマスクを通してはんだ下地膜8、81を同時に成膜して行う。かかる工程では、通路4の内壁だけでなく、通路4の開口部に対向するMEMS基板1上にもはんだ下地膜81を形成することができ、はんだ下地膜8とはんだ下地膜81を別々に形成する場合に比べて、製造工程が簡略化できる。
Before forming the
続いて、図5(b)に示すように、犠牲層2を選択的に除去する中空化工程を行う。中空化工程は、犠牲層2を選択的に除去するエッチングエージェントをキャビティ6内部に導入して行う。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, a hollowing process for selectively removing the
続いて、図5(c)に示すように、上述の図4(b)と同様の工程で、通路4の直径よりわずかに大きなはんだボールからなるシール材7を通路4の上に載せる。はんだボールの材料には、例えば、SnAgCuが用いられる。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, a sealing
続いて、図5(d)に示すように、上述の図4(c)と同様の工程で、シール材7を溶融させ、通路4をシール材7で塞ぎ、パッケージ内を気密封止する。本実施の形態5にかかる方法では、シール材7の量として、通路4を充填する以上の量を供給する。この結果、図5(d)に示すように、溶融したシール材7は通路4をはみ出して、MEMS基板1上のはんだ下地膜81にも接触する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, the sealing
この結果、シール材7は、通路4の内壁のはんだ下地膜8だけでなく、MEMS基板1上のはんだ下地膜81とも合金化して接合される。これにより、シール材7による気密封止が確実に行われ、かつ、シール材7の量の製造マージンを大きくすることができる。
As a result, the sealing
また、シール材7は、はんだ下地膜81との濡れ性が良いため、表面張力によって、はんだ下地膜81の外部には拡がりにくくなる。このため、シール材7が、MEMS基板1上に拡がって、MEMS素子3の動作不良を引き起こすのを防止できる。
Further, since the sealing
また、シール材7が、キャビティ6の中で、MEMS基板1と蓋基板5との間を接続するため、パッケージの機械的強度が向上する。以上の工程で、本実施の形態5にかかるMEMSパッケージ500が完成する。
Moreover, since the sealing
1 MEMS基板、2 犠牲層、3 MEMS素子、4 通路、5 蓋基板、6 キャビティ、7 シール材、100 MEMSパッケージ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
MEMS基板を準備する工程と、
該MEMS基板上に、犠牲層を形成する工程と、
該MEMS基板に接続され、該犠牲層の上に延在したMEMS素子を形成する工程と、
該MEMS基板上に、該MEMS素子を覆うように蓋基板を接合する基板接合工程と、
該犠牲層を除去してMEMS素子を中空構造とする中空化工程と、
該通路を封止する封止工程とを含むことを特徴とするMEMSパッケージの製造方法。 A method for manufacturing a MEMS package having a hollow MEMS element,
A step of preparing a MEMS substrate;
Forming a sacrificial layer on the MEMS substrate;
Forming a MEMS element connected to the MEMS substrate and extending over the sacrificial layer;
A substrate bonding step of bonding a lid substrate on the MEMS substrate so as to cover the MEMS element;
A hollowing step of removing the sacrificial layer to make the MEMS element have a hollow structure;
And a sealing step for sealing the passage.
上記中空化工程が、該通路を介して上記犠牲層を除去する工程であることを特徴とする請求項1に記載のMEMSパッケージの製造方法。 A substrate opening step for forming a passage through the MEMS substrate;
The method of manufacturing a MEMS package according to claim 1, wherein the hollowing step is a step of removing the sacrificial layer through the passage.
上記中空化工程が、該エッチングストップ膜と上記犠牲層とを除去する工程を含むことを特徴とする請求項2に記載のMEMSパッケージの製造方法。 The substrate opening step includes a step of forming a passage through the MEMS substrate until the etching stop film is exposed after forming an etching stop film made of the same material as the sacrificial layer on the MEMS substrate,
3. The method of manufacturing a MEMS package according to claim 2, wherein the hollowing step includes a step of removing the etching stop film and the sacrificial layer.
上記中空化工程が、該通路を介して上記犠牲層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のMEMSパッケージの製造方法。 A substrate opening step for forming a passage through the lid substrate in the lid substrate;
The method of manufacturing a MEMS package according to claim 1, wherein the hollowing step includes a step of removing the sacrificial layer through the passage.
上記封止工程が、該通路の外側に配置したはんだボールを溶解して該通路を充填封止する工程を含むことを特徴とする請求項4に記載のMEMSパッケージの製造方法。 The substrate opening step includes a step of forming a solder base film on the inner wall of the passage,
5. The method of manufacturing a MEMS package according to claim 4, wherein the sealing step includes a step of melting and filling a solder ball disposed outside the passage.
上記封止工程が、該通路の外側に配置したはんだボールを溶解して、該MEMS基板上の該はんだ下地膜に接続するように該通路を充填封止する工程を含むことを特徴とする請求項4に記載のMEMSパッケージの製造方法。 The substrate opening step includes a step of forming a solder underlayer on each of the inner wall of the passage and the MEMS substrate facing the passage;
The sealing step includes a step of filling and sealing the passage so that the solder balls disposed outside the passage are melted and connected to the solder base film on the MEMS substrate. Item 5. A method for manufacturing a MEMS package according to Item 4.
MEMS基板と、
該MEMS基板に接続され、中空構造を有するMEMS素子と、
該MEMS基板上に、該MEMS素子を覆うように接合された蓋基板とを含み、
該MEMS基板または該蓋基板に、シール材で埋め込まれた通路を有することを特徴とするMEMSパッケージ。 A MEMS package having a hollow MEMS element,
A MEMS substrate;
A MEMS element connected to the MEMS substrate and having a hollow structure;
A lid substrate bonded on the MEMS substrate so as to cover the MEMS element;
A MEMS package comprising a passage embedded in the MEMS substrate or the lid substrate with a sealing material.
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- 2007-03-16 JP JP2007067728A patent/JP2008221450A/en active Pending
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