JP2008546553A - キャップを備えたmems用基板コンタクト及び同基板コンタクトをウェハレベルにて形成する方法 - Google Patents

キャップを備えたmems用基板コンタクト及び同基板コンタクトをウェハレベルにて形成する方法 Download PDF

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Abstract

MEMS装置100が提供され、同装置100は側壁138を有するハンドル層108と、同ハンドル層108を覆うキャップ132と、を含み、同キャップ132は側壁138を有し、かつ導電性材料136が同キャップの側壁138及び同ハンドル層の側壁138の少なくとも一部に堆積され、それにより同ハンドル層108と同キャップ132とが電気的に接続される。ハンドル層108と同ハンドル層108を覆うキャップ132とからなる基板300からMEMS装置をウェハレベルにて製造する方法も提供される。同方法は、第一の側壁138を形成するためにキャップ132と基板300の少なくとも一部とを貫通する第一の切断部を形成する工程と、同第一の側壁138に導電性材料136を堆積させて、同キャップ132と同基板300とを電気的に接続させる工程と、を含む。

Description

本発明は微小電気機械システム(MEMS)に関し、より詳細には、MEMSにおいて使用するためのコンタクトを構築することに関する。
多くの装置及びシステムは、種々のモニタ機能及び/又は制御機能を実施する種々の異なるタイプのセンサを含む。微小機械プロセス及びその他の微小加工プロセスにおける進歩は、多岐にわたる微小電気機械システム(MEMS)装置の製造を可能にした。近年、モニタ機能及び/又は制御機能を実施するために使用されるセンサの多くは、MEMS装置内に組み込まれてきた。
MEMSセンサの一つの特殊なタイプは加速度計である。典型的には、MEMS加速度計は、幾らかの構成部品のうちで特に、シリコン−オン−インシュレータ・ウェハ上に構成され得るプルーフマスを含む。プルーフマスは、ウェハの一つの領域に一つ以上の懸架バネにより弾性的に懸架されている。MEMS加速度計が加速するとプルーフマスが移動し、その移動は、加速に比例したパラメータ強度(例えば、電圧、電流、振動数等)を有する電気信号に変換される。
MEMS加速度計は、典型的には、多くの電子装置を有するシステム中に組み込まれる。各装置は電磁妨害波を発し、かつ仮にMEMS加速度計が別の装置に非常に接近して配置された場合には、操作時に装置からの寄生容量を経験する。この現象を最小限に留めるために、典型的には、MEMS加速度計のプルーフマスを包囲するキャップが使用され、同キャップはボンディングワイヤを介してMEMS加速度計のウェハに接地されている。
MEMS加速度計は、そのサイズが一層小さくなっており、微小かつ超微小なピッチと低減された直径を有するボンディングワイヤが典型的には使用されている。しかしながら、これらのボンディングワイヤはある欠点を有している。例えば、ピッチ及び直径が小さくなると、ボンディングワイヤの取り扱い及び結合が困難になる。特に、ボンディングワイヤは、MEMS加速度計のその他の導電性構造体と意図せずしてショートするかもしれない。加えて、ボンディングワイヤを構成部品に取り付けることは比較的費用を要するプロセスである。
従って、比較的安価で、かつ組み込みが容易で、その他の導電性構造体と意図せずしてショートすることのないMEMS加速度計を製造する方法を提供することが望ましい。加えて、その方法は更なる製造用の設備を必要としないことが望ましい。
例示的な一実施形態において、同方法は、第一の側壁を形成するためにキャップと基板の少なくとも一部とを貫通する第一の切断部を形成する工程と、同キャップと同基板とを電気的に接続するために同第一の側壁上に導電性材料を堆積させる工程とを含む。同方法はまた、第二の側壁と、第一の側壁及び同第二の側壁の間のトレンチと、を形成するために、キャップ及び基板の別の部分とを貫通するとともに、第一の側壁に対して所定の角度をなす第二の切断部を形成する工程を含む。第二の切断部を形成する工程は、第一の側壁に隣接した第二の側壁を形成する工程を含む。代替的に、第二の切断部を形成する工程は、第一の側壁及び第二の側壁の間にて約60°未満の角度を形成する工程を含む。別の実施形態において、導電性材料を堆積させる工程は、トレンチに導電性材料を充填する工程を含む。別の例示的な実施形態において、基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを有し、かつ同方法は更に、第一のダイ領域を第二のダイ領域からダイシング(個別化)するために、導電性材料及び基板をソーにより切断する(sawing)工程を含む。
更に別の実施形態において、第一の切断部を形成する工程は、キャップと基板の一部を貫通する一つのベベル切断部を形成するために、ベベルブレードを使用する工程を含む。代替的に、第一の切断部を形成する工程は、キャップとハンドル層の少なくとも一部とを貫通する第一の切断部を形成する工程を含む。別の実施形態において、導電性材料を堆積させる工程は、キャップの少なくとも一部を被覆し、かつ第一の側壁を露出させるために、基板上にマスクを配置させる工程を含む。代替的に、導電性材料を堆積させる工程は、第一の側壁を覆うように、導電性材料層をスパッタリングする工程を含む。別の実施形態において、基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを含み、第一の切断部を形成する工程は、第一のダイ領域と第二のダイ領域との間にて切断部を形成する工程を含む。更に別の実施形態において、基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを有し、同方法は更に第一のダイ領域を第二のダイ領域からダイシングするために、導電性材料及び基板を切断する工程を含む。
同方法の別の例示的な実施形態において、同方法は、キャップと、キャップ固定部と、活性層と、犠牲層と、ハンドル層の一部と、を貫通する第一の切断部を形成する工程と、キャップと、キャップ固定部と、活性層と、犠牲層と、ハンドル層の一部と、を貫通する第二の切断部であって、トレンチを形成するために同第一のベベル切断部に対して所定の角度をなす第二のベベル切断部を配置する工程と、キャップ、キャップ固定部及びハンドル層と接触するトレンチ内に導電性材料を堆積させる工程と、を含む。一実施形態において、第二の切断部を配置する工程は、V字型のトレンチを形成するために第一の側壁に隣接して第二のベベル切断部を配置する工程を含む。更に別の実施形態において、第二の切断部を配置する工程は、第一の切断部と第二の切断部との間に約60°未満の角度を形成する工程を含む。更に別の実施形態において、導電性材料を堆積させる工程は、導電性のエポキシ樹脂をトレンチに充填する工程を含む。更に別の実施形態において、第一の切断部を形成する工程は、キャップ及び基板の一部を貫通する一つのベベル切断部を形成するためにベベルブレードを使用する工程を含む。代替的に、基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域と有し、かつ同方法は更に第一のダイ領域を第二のダイ領域からダイシングするために、導電性エポキシ樹脂及びハンドル層をソーにより切断する工程を含む。
MEMS装置は側壁を有するハンドル層と、同ハンドル層を覆うキャップとを含み、同キャップは側壁を有し、かつ導電性材料が同キャップの同側壁及び同ハンドル層の同側壁の少なくとも一部に堆積され、それにより同ハンドル層と同キャップとが電気的に接続される。一実施形態において、導電性材料は導電性エポキシ樹脂及び金属から構成される群より選択される少なくとも一つの材料を含む。
更に、本発明のその他の望ましい構成要素及び特徴は、添付した図面、上記技術分野及び背景技術と関連して、以下の詳細な説明及び添付された特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本発明は以下の図面と関連して記載され得るが、同一の符号は同一の要素を示す。
以下の詳細な説明は、本来は例示のみのものであり、本発明又は本願及び本発明の使用を制限することを意図していない。加えて、上記した技術分野、発明の背景、簡単な概要又は以下の詳細な説明に示されたいかなる表現された又は意味された理論とも結び付けることを意図していない。この点に関して、本発明は加速度計の文脈において例示され、記載されているが、本発明は、電磁妨害から保護する必要のある基板又は任意の微小電気機械システム(MEMS)装置上に懸架された移動可能なプルーフマスを含む種々の装置の任意のものに少なくとも使用することができることは理解されるであろう。
詳細な説明に移ると、図1は例示的なMEMS装置100の断面図である。MEMS装置100は加速度計のような慣性センサであり、フィールド領域102と、ウェハ106上に形成されたセンサ領域104と、を含む。ウェハ106はこれまでに使用されている種々のタイプのウェハのうちの任意のものであり得る。例えば、図1に示されるように、ウェハ106はSOI(シリコン−オン−インシュレータ)であり得る。そのような場合、ウェハ106は通常、ハンドル層108と、活性層112と、同ハンドル層108と同活性層112との間に配置された犠牲層114と、を含む。フィールド領域102及びセンサ領域104はいずれも活性層112に形成されている。フィールド領域102は、犠牲層114を介してハンドル層108に取り付けられた活性層112の一領域である。逆に、センサ領域104はフィールド領域102に連結されているが、ハンドル層108から部分的に離間されている。特に、センサ領域104は、同センサ領域104の下側の犠牲層114の一部を除去することにより、部分的にアンダーカットされている。このアンダーカットされた部分はセンサ領域104の一部をハンドル層108から解放する解放トレンチ116を形成する。従って、センサ領域104の解放部は、ウェハ106の上部に懸架されている。
センサ領域104は複数のセンサ要素を含み、同センサ要素は、例えば、組み込まれる特定のMEMS装置100に依存して変更され得る。しかしながら、MEMS装置100が加速度計である例示された実施形態において、センサ要素は、懸架バネ122と、この場合は検震用マスである構造体124と、移動電極126と、固定電極128と、を含む。懸架バネ122は、ハンドル層108の上方で検震用マス124及び移動電極126を懸架し、かつ好ましくは比較的可撓性であるように構成されている。懸架バネ122、検震用マス124及び移動電極126の各々は、解放トレンチ116を覆っており、それらは全てウェハ106から解放され、かつ同ウェハ106の上方で懸架されている。しかしながら、固定電極128は、例えば、犠牲層114を介してウェハ106に固定された状態である。
例示を明瞭かつ容易にするために、当然のことながら、図1に示されるセンサ領域104は一つの懸架バネ122、一つの移動電極126及び一つの固定電極128のみを含むように示されている。しかしながら、図2により明瞭に図示され、かつ以下に詳細に記載されている特定の物理的な実施形態において、センサ領域104は、一対の懸架バネ122、複数の移動電極126、及び複数の固定電極128を含んでいる。各懸架バネ122はフィールド領域102と検震用マス124の間にて連結されており、同懸架バネ122は既に述べたように、解放時にはウェハ106の上方にて検震用マス124を弾性的に懸架する。各移動電極126は、検震用マス124に連結されており、また、解放時にはウェハ106の上方にて懸架されている。図2はまた、各移動電極126が二つの固定電極128の間に配置されている状態で示されている。固定電極128は、上記したように、解放されていない。むしろ、固定電極128は、複数の固定部202を介してウェハ106に固定されている。
図1に戻ると、MEMS装置100の操作時における寄生容量の存在を低減するために、保護キャップ132及び相互連結部136が含まれている。保護キャップ132はウェハ106に連結され、センサ領域104を物理的に保護するために、少なくとも同センサ領域104上に延びている。好ましくは、保護キャップ132は、少なくともセンサ領域104の一部が移動できるように同センサ領域104から部分的に離間されている。保護キャップ132及びウェハ106は多数の方法のうちの任意の方法にて互いに連結され得る。例えば、図示された実施形態において、保護キャップ132はキャップ固定部134を介してフィールド領域102に連結されている。キャップ固定部134は、保護キャップ132をウェハ106に例えばフリットシール等にて密封して連結するための種々の適切な装置の任意の一つであり得る。代替的に、保護キャップ132は、例えば一つ以上の固定電極128のようなセンサ領域104の一つ以上の不動領域に連結され得る。
図1及び2に示されるMEMS装置100は容量タイプの加速度計として実施されている。従って、MEMS装置100が加速を経験すると、検震用マス124は、経験される加速の強度に比例して所定の距離を移動するであろう。移動電極126は検震用マス124に連結され、同検震用マス124と同じ距離を移動する。移動電極126及び固定電極128により差動コンデンサが形成される。従って、MEMS装置100が加速を経験する場合、移動電極126は固定電極128に向かって、又は同固定電極128から離間するように移動され得る。移動電極126が移動する距離は、固定電極128と移動電極126との間のキャパシタンスにおける比例的な変化を生ずる。キャパシタンスのこの変化は、加速の強度を決定するために測定され、かつ使用され得る。
寄生容量が上記したキャパシタンスの測定を妨害することを回避するために、相互連結部136は、保護キャップ132をハンドル層108に接地する。好ましくは、相互連結部136は、活性層112、犠牲層114、保護キャップ132及びキャップ固定部134の縁部にて画定される側壁138に連結され得る。相互連結部136は側壁138に接着され、それにより、少なくとも保護キャップ132及びハンドル層108は電気的に接続され得る。代替的に、相互連結部136は側壁138を超えて延び、かつ頂部のような保護キャップ132のその他の部分を被覆する。
相互連結部136は種々の導電性材料の任意の一つから形成され得る。例えば、相互連結部136は金属からなり、かつアルミニウムのような単一の金属層から形成され得るか、又はチタン又はクロムと、アルミニウムと、のような二重の金属層から形成され得る。当然のことながら、その他の適切な金属も同様に使用され得る。別の例において、相互連結部136は導電性のエポキシ樹脂である。
図3について述べると、MEMS装置100を製造する例示的な方法のフローチャート300が示されている。第一に、ハンドル層上に少なくとも一つの保護キャップを有する基板が得られる(工程302)。次に、側壁を形成するために、保護キャップと基板の少なくとも一部とを貫通する切断部が形成される(工程304)。次に、導電性材料が側壁上に堆積される(工程306)。
工程302は種々の従来技術のうちの任意の一つを使用して実施され得る。例えば、適切な基板は、既製品から得られるか、代替的に製造され得る。図4は、例示的かつ適切な基板300の断面図を示す。基板300はハンドル層108、同ハンドル層108上に配置された犠牲層114、同犠牲層114上に配置された活性層112、同活性層112に形成されたセンサ領域157及び159、及び保護キャップ132を含む。キャップ固定部134は保護キャップ132と活性層112との間に配置されている。基板300はまた、点線142で画定された第一のダイ領域141と第二のダイ領域143とを含み、各々がセンサ領域157及び159の一つを含む。二つのダイ領域141及び143が図4では示されているが、当然のことながら、典型的にはそれ以上のダイ領域が基板に形成されている。例えば、図5に記載された基板300の上面図に示されるように、基板300は複数のダイ領域141,143,145,147,149,151,153及び155を含み、それぞれの領域が、同領域上に形成された、複数のセンサ領域157,159,161,163,165,167,169及び171と、結合パッド173,175,177,179,181,183,185及び187をそれぞれ含む。各ダイ領域141,143,145,147,149,151,153及び155は、図5において例えば線144及び146のような垂直に交差する点線により画定されている。各ダイ領域141,143,145,147,149,151,153及び155は長方形として示されているが、当然のことながら、ダイ領域は例えば円形、卵型、五角形、六角形、七角形等のような、その他任意の適切な形状を有し得る。
次に、ダイ領域141,143,145,147,149,151,153及び155の間に、少なくとも保護キャップ132とハンドル層108を貫通する切断部が形成される(工程304)。例えば、切断部は、図5に示される点線の少なくとも一つに沿って、例えば、第一の点線144に沿って、又は第二の点線146に沿って、形成され得る。代替的に、仮にダイ領域141,143,145,147,149,151,153及び155を長方形以外の形状を有する場合には、切断部は、ダイ領域141,143,145,147,149,151,153及び155の不活性領域に形成され得る。切断部は、直線状切断部又はベベル切断部を含む任意の型の切断部であるが、それらに限定されるものではない。直線状切断部が使用される実施形態において、ほぼ垂直な切断部と、同垂直な切断部の間の水平な切断部とから、U字型のトラフが形成される。ベベル切断部が使用される実施形態において、単一のベベル切断部はV字型のブレードを使用して形成され得る。ブレードは60°の傾斜を有し得る。別の例示的な実施形態において、複数のベベル切断部が形成される。例えば、第一のベベル切断部が最初に形成され、次に、第二のベベル切断部が第一のベベル切断部に対して一定の角度にて形成されて、V字型のトラフが形成される。第一のベベル切断部と第二のベベル切断部との間の角度は好ましくは約60°であるが、その他任意の適切な角度が代替的に使用され得る。
図6は、第一のダイ領域141と第二のダイ領域143との間にあるV字型ブレードにより形成されたベベル切断部を含む基板300の一つの例示的な実施形態を示す。本実施形態において、ベベル切断部は、保護キャップ132、キャップ固定部134、活性層112、犠牲層114、及びハンドル層108を貫通して延びている。図6に示されるように、ハンドル層108の一部のみが切り欠かれ、それにより第一のダイ領域141及び第二のダイ領域143は互いに結合された状態にて維持される。保護キャップ132、キャップ固定部134、活性層112、犠牲層114、及びハンドル層108の各々は、露出された縁部を有し、それらの縁部を合わせて第一の側壁138及び第二の側壁150を画定する。第一の側壁138及び第二の側壁150はトラフ152を形成する。
次に、導電性材料が側壁138及び150の一方又は両方に堆積される(工程306)。導電性材料は、例えば、スパッタリング、真空蒸着、又はその他任意のタイプの堆積法のような従来からの方法にて堆積され得る。一つの例示的な実施形態において、適切にパターン化されたマスクを基板300上に配置し、活性層112及び保護キャップ132の表面の少なくとも一部を保護しながら、トラフ152を露出させる。導電性材料を、トラフ152内及び第一の側壁138及び第二の側壁150上に堆積させ、各々を同導電性材料にて被覆する。代替的に、導電性材料は、トラフ152内に堆積させ、同トラフ152を同材料で満たす。そのような場合、好ましくは導電性のエポキシ樹脂が使用され、かつ引き続き硬化工程が実施され得る。
ハンドル層108及び保護キャップ132が導電性材料にて互いに電気的に接続されると、ダイ領域141及び143は互いに個別化されるべくダイシング加工される。ダイシングは例えば、ソーによる切断のような任意の従来的な方法にて起こり、かつ任意のタイプの切断、例えば直線状の切断を使用して達成され得る。いずれにしても、基板300はダイ領域141及び143を互いに分離するために切断され、好ましくは、同切断部はトラフ152の領域を貫通して形成される。例えば、切断部は第一の側壁138及び第二の側壁150の間に配置され得る。
ハンドル層と同ハンドル層を覆うキャップとからなる基板から微小電気機械システム(MEMS)装置を形成する方法をこれまでに記載してきた。
本発明の上記した詳細な説明においては少なくとも一つの例示的な実施形態を提示してきたが、当然のことながら種々の変更が可能である。また、当然のことながら、一つ又は複数の例示的な実施形態は単なる例のみであり、本発明の範囲、応用、又は形態をいかなる様式にても制限することを意図していない。むしろ、上記した詳細な説明は本発明の例示的な実施形態を実施するための簡便な指針を当業者に提供するものであり、添付された特許請求の範囲及びそれらの合法的な均等物に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態において記載された要素の機能及び配置において種々の変更がなされることは理解されるであろう。
例示的なMEMSセンサの断面図である。 図1に記載された例示的なMEMSセンサの上面図である。 図1に示された例示的なMEMSセンサを製造するための例示的な方法を示すフローチャートである。 図3に示された方法に使用され得る例示的な基板の断面図である。 図4に示された例示的な基板の上面図である。 図3に示された例示的な方法の別の工程時における図4の例示的な基板の断面図である。

Claims (20)

  1. ハンドル層と、前記ハンドル層を覆うキャップとからなる基板から微小電気機械システム(MEMS)装置を形成する方法において、前記方法は、
    第一の側壁を形成するために、前記キャップ及び前記基板の少なくとも一部を貫通する第一の切断部を形成する工程と、
    前記第一の側壁上に導電性材料を堆積させて、前記キャップと前記基板とを電気的に接続させる工程と、
    を含む、方法。
  2. 請求項1に記載の方法は、第二の側壁と、前記第一の側壁及び同第二の側壁の間のトレンチと、を形成するために、前記キャップと前記基板の別の部分とを貫通するとともに前記第一の側壁に対して所定の角度をなす第二の切断部を形成する工程を更に含む、方法。
  3. 前記第二の切断部を形成する工程は、前記第一の側壁に隣接して第二の側壁を形成する工程を含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記第二の切断部を形成する工程は、前記第一の側壁と前記第二の側壁との間で約60°未満の角度を形成する工程を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記導電性材料を堆積させる工程は、前記トレンチに同導電性材料を充填する工程を含む、請求項2に記載の方法。
  6. 前記基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを有し、かつ前記方法は、同第一のダイ領域を同第二のダイ領域からダイシングするために、前記導電性材料及び基板をソーにより切断する工程を更に含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記第一の切断部を形成する工程は、前記キャップ及び前記基板の一部を貫通する単一のベベル切断部を形成するために、ベベルブレードを使用する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記第一の切断部を形成する工程は、前記キャップと前記ハンドル層の少なくとも一部とを貫通する第一の切断部を形成する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記導電性材料を堆積させる工程は、前記キャップの少なくとも一部を覆うとともに前記第一の側壁を露出させるマスクを前記基板上に配置させる工程を含む、請求項1に記載の方法。
  10. 前記導電性材料を堆積させる工程は、前記第一の側壁上に導電性材料層をスパッタリングする工程を含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを有し、前記第一の切断部を形成する工程は、前記第一のダイ領域と前記第二のダイ領域との間に切断部を形成する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  12. 前記基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを有し、かつ前記方法は、同第一のダイ領域を同第二のダイ領域からダイシングするために、前記導電性材料及び基板を貫通して切断する工程を含む、請求項1に記載の方法。
  13. ハンドル層と、前記ハンドル層上に配置される犠牲層と、前記犠牲層上に配置される活性層と、前記活性層上に配置されるキャップ固定部と、前記キャップ固定部上に配置させるキャップと、を含む基板からMEMS装置を形成する方法であって、前記方法は、
    前記キャップ、前記キャップ固定部、前記活性層、前記犠牲層及び前記ハンドル層の一部を貫通する第一の切断部を形成する工程と、
    前記キャップ、前記キャップ固定部、前記活性層、前記犠牲層及び前記ハンドル層の少なくとも一部を貫通する第二の切断部であって、トレンチを形成するために前記第一のベベル切断部に対して所定の角度をなす第二のベベル切断部、を配置する工程と、
    前記キャップ、前記キャップ固定部及び前記ハンドル層と接触するトレンチに導電性材料を堆積させる工程と、
    を含む、方法。
  14. 前記第二の切断部を配置する工程は、V字型のトレンチを形成するために、前記第一の側壁に隣接して前記第二のベベル切断部を配置する工程を含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第二の切断部を形成する工程は、前記第一の切断部と前記第二の切断部との間に約60°未満の角度を形成する工程を含む、請求項14に記載の方法。
  16. 前記導電性材料を堆積させる工程は、前記トレンチに導電性エポキシ樹脂を充填する工程を含む、請求項13に記載の方法。
  17. 前記第一の切断部を形成する工程は、前記キャップ及び前記基板の一部を貫通する一つのベベル切断部を形成するために、ベベルブレードを使用する工程を含む、請求項13に記載の方法。
  18. 前記基板は第一のダイ領域と第二のダイ領域とを含み、かつ前記方法は、同第一のダイ領域を同第二のダイ領域からダイシングするために、前記導電性エポキシ樹脂及びハンドル層をソーにより切断する工程を更に含む、請求項13に記載の方法。
  19. MEMS装置であって、
    側壁を有するハンドル層と、
    前記ハンドル層を覆うとともに側壁を有するキャップと、
    導電性材料であって、前記キャップの前記側壁及び前記ハンドル層の前記側壁の少なくとも一部に配置され、それにより前記ハンドル層と前記キャップとを電気的に接続させるための導電性材料と、
    からなる、MEMS装置。
  20. 前記導電性材料は、導電性エポキシ樹脂と金属とからなる群より選択される少なくとも一つの材料を含む、請求項19に記載のMEMS装置。
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