JP2009516346A

JP2009516346A - Ｍｅｍｓ素子を有する電子デバイス

Info

Publication number: JP2009516346A
Application number: JP2008540742A
Authority: JP
Inventors: デッケル，ローナルト; ポールマン，ハウケ; デュームリンク，マルティン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2009-04-16
Also published as: KR20080077958A; CN101309854A; WO2007057814A2; WO2007057814A3; EP1951612A2; US20080283943A1

Abstract

デバイス（１００）はキャビティ（３０）内にＭＥＭＳ素子（６０）を有している。キャビティ（３０）は、基板（１０）の第２の面（２）側でパッケージ部（１７）によって閉じられている。基板の第１の面（１）側の柔軟性を有する樹脂層（１３）上にコンタクトパッド（３１）が画成されている。電気的接続（３２）が、デバイス（１００）の少なくとも１つの素子まで樹脂層（１３）を貫通して延在している。デバイス（１００）は好ましくは、一時的なキャリア（４２）と、基板（１０）の第２の面（２）からエッチング開口（１８）を設けることとを用いて製造される。

Description

本発明は、固定電極と、キャビティ内に画成され、第１の間隙位置と第２の位置との間で固定電極に対して近付いたり離れたりする方向に移動可能な可動電極と、を備えた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）素子を有する電子デバイスの製造方法に関する。

この方法は、
− 第１の面とその反対側の第２の面とを有し且つ犠牲部を備えた基板を設ける工程；
− 基板の第１の面側に、ＭＥＭＳ素子の電極が電気的に結合されるコンタクトパッドを設ける工程；
− コンタクトパッド上に一時的なキャリアを設ける工程；
− 基板に第２の面から、基板の犠牲部まで延在する少なくとも１つのエッチング開口を設ける工程；
− 基板内のこれら少なくとも１つのエッチング開口を介して犠牲部を除去し、それによりキャビティを形成する工程；
− 基板の第２の面側のこれら少なくとも１つのエッチング開口を閉じる工程；及び
− 一時的なキャリアを除去する工程；
を有する。

本発明はまた、第１の面とその反対側の第２の面とを有する半導体材料から成る基板、及び、固定電極と可動電極とを備えたＭＥＭＳ素子、を有する電子デバイスに関する。可動電極は、キャビティ内に画成され、第１の間隙位置と第２の位置との間で固定電極に対して近付いたり離れたりする方向に移動可能であり、キャビティは、基板の第２の面側で露出された基板内のエッチング開口によって開かれ、電極は、基板の第１の面側に存在するコンタクトパッドに電気的に結合されている。

上述のような方法及びデバイスは特許文献１から知られている。この既知の方法は、電気素子としての微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造方法に関する。この素子は、固定電極及び可動電極を有している。可動電極はキャビティ内に画成されており、開位置において間隙によって離隔される。可動電極は、固定電極に対して近付いたり離れたりする方向に移動することができる。センサにおいては、この移動は外力によって発生する。キャパシタ又はスイッチにおいては、この移動は作動電圧の印加によって発生する。この既知のデバイスに含まれるＭＥＭＳ素子は、具体的にはセンサである。半導体素子から成る回路が基板の第１の面に存在している。この回路は、特に、ＭＥＭＳ素子で生成された信号を読み出すように適応されている。コンタクトパッドが画成され、回路に電気的に接続されている。

この既知の方法においては、犠牲部として機能する埋め込み絶縁層を有する基板が使用される。可動電極及び固定電極は底部の半導体層内に画成され、基板平面に対して垂直に延在する。少なくとも１つのエッチングホールが、事実上、上記電極間のチャネルの形を成し、これらの穴が反応性イオンエッチングによって設けられる。可動電極が位置するキャビティは、チャネルと犠牲部との双方によって形成される。

チャネルの画成に先立って、基板の第１の面から、埋め込み絶縁層内に導電性のコンタクトプラグが画成される。そして、絶縁部の除去工程がアンダーエッチングプロセスとして実行される。これは、基板を２つの別々の部分に分離することなく可動電極を解放するように制御される。そして、半導体若しくはポリマー材料のボディ、又はガラス板である第２の面にキャップ層を設けることにより、エッチングホールが閉じられる。キャップ層はキャビティを閉じ、安定性を提供する。キャップ層が可動電極に付着することを防止するため、この可動電極は、エッチングホールを設けることに先立って僅かに薄くされている。

既知の方法の欠点は、キャップ層を設けるために、可動電極を僅かに薄くする必要があることである。この薄化は、追加のマスク工程が必要なエッチングによって行われる。位置に不整合があると、歩留まりが大きく低下する。さらに、マスクは通常、基板の第２の面に設けられる。キャビティの存在は、局所的な薄化の結果として、エッチングマスクの画成において問題を生じさせ得る。
国際公開第２００４／７１９４３号パンフレット

本発明は、キャビティの実装が改善される、背景技術にて述べられた種類の方法を提供することを第１の目的とする。

本発明はまた、本発明に係る方法を用いて得られる、背景技術にて述べられた種類のデバイスを提供することを第２の目的とする。

上記課題は、ＭＥＭＳ素子の電極とコンタクトパッドとの間に樹脂層が設けられ、この樹脂層を貫通して電気的接続がデバイス内の少なくとも１つの素子まで延在し、且つ、基板が、エッチング開口が延在するパッケージング部を基板の第２の面側に備え、犠牲部が少なくとも部分的に可動電極とパッケージング部との間に存在することにより達成される。

上記課題は、実際、ＭＥＭＳ素子の改良された構造及びそれに対応する改良された方法によって解決される。本発明によれば、可動電極は、基板の一部であるパッケージング部の上に位置する。キャビティは、故に、それら双方の間に存在する。従来技術においては、１つ以上のエッチング開口が可動電極と固定電極との間に空間をもたらしていたが、本発明に係るデバイスの少なくとも１つのエッチング開口は、主として、犠牲部へのアクセスをもたらすことを目的とする。故に、この犠牲部の除去後、その部分は何らかの方法で単にエッチング開口を架橋する層を用いて閉じられることが可能である。

このように少なくとも１つのエッチング開口を単純に閉じることの結果として、キャップ層として剛体を使用する必要はない。しかしながら、このように剛体が存在しなくてよいことは、デバイスの安定性に関して別の解決策を必要とする。これは、本発明において、ハンドリング用のキャリアとして機能する柔軟な樹脂層を設けることによって達成される。この樹脂層は基板の第１の面に設けられる。そして、樹脂層の頂部にコンタクトパッドが設けられ、縦方向の相互接続が樹脂層を貫通して少なくとも１つの素子まで延在させられる。これはＭＥＭＳ素子であってもよいが、例えば検出回路やドライバ等のその他の素子であってもよい。上記の少なくとも１つのエッチング開口を閉じた後に、第２の樹脂層が基板の第２の面に設けられてもよい。これは安定性を更に改善することになる。

本発明の１つの利点は、本発明により、ＭＥＭＳ素子が外部基板から大きく隔てられるように、デバイスを外部基板にフリップチップ組立することが可能になることである。このことは、ＭＥＭＳ素子が外部基板の内部又は付近の電源配線及び磁場によって少なくとも実質的に乱されなくなるので、特にセンサ及び共振器において、性能面で有利である。

本発明の他の１つの利点は、樹脂層１３が応力解放手段として作用することである。このことは特に、熱サイクル中の応力を解放するために意義を有する。このようなＭＥＭＳデバイス、特に、例えば共振器、調整可能キャパシタ、スイッチといった、ＭＥＭＳが作動電極と作動電圧を提供する手段とを備えた実施形態において、熱サイクルは有意な問題であることが認識される。この問題は必要とされる作動電圧はかなりの大きさであり、それにより明らかに熱放散がもたらされるというものである。

有利な一実施形態において、基板は基板アイランドへとパターニングされる。知られているように、フレキシブル回路は、それ自体を曲げ、丸めるという生来の傾向を有する。この曲げは深刻な機械的応力を生じさせる結果となる。この応力は例えばクラック等の不可逆的な変形をもたらす。故に、それはまた、固定電極に対する可動電極の位置など、ＭＥＭＳ素子の変形をもたらす。このような制御不能な変形は、デバイスの寿命を縮め、デバイスを仕様外のものにし得るので望ましくない。ここでは、基板をアイランド状に効果的にパターニングすることにより、曲げ及びそれによる応力はデバイスの至るところで同一である必要はない。曲げは、効果的に、基板アイランドに相当する領域内で制限され、その他の領域で一層強められることになる。

エッチング開口を閉じることは、様々な手段を用いて行われることができる。剛体の使用は排除されないが、好ましくはない。何故なら、剛体が基板アイランドの外側に隔てられて延在させられるか、例えばウェハレベルではなく、ＭＥＭＳ素子を有するアイランドごとに別個のキャップが設けられるか、の何れかが為されなければならないからである。より良好な代替策は、例えばはんだレジストとして利用可能な予めパターニングされたテープを使用することである。柔軟性を有する金属箔も更なる代替策となる。その一例が、国際公開第２００３／８４８６１号から知られている。

更なる選択肢は、パッシベーション層を設けることである。このような層は、化学的気相成長法によって堆積されてもよく、トレンチを閉じることができる。膜内の開口又はスリットを覆うことによってキャビティを密閉するために化学的気相成長法を用いることは、それ自体、例えばＱ．Ｚｏｕ等の文献（ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＡ、第７２巻、１９９９年、ｐ１１５−１２４）から既知である。しかしながら、この文献は基板の第1の面においてキャビティを密閉することしか開示していない。また、その方法においては、キャビティは、膜（membrane）を貫通するスリットを膜内にエッチングすることによって画成されている。可動電極を備えたＭＥＭＳ素子がどのようにしてキャビティ内に画成されるかは明確でなく、それを行うことは不可能であると思われる。実際、この文献における密閉された膜は、それ自体が可動素子であるようである。この密閉された膜は別個のキャッピング層で保護されていない。

有利には、デバイスは２つ以上の基板アイランドを有する。１つのアイランドはＭＥＭＳ素子に使用されるのに適しており、別の１つのアイランドは更なる回路素子に使用される。好ましくは、これらの更なる回路素子は例えばトランジスタ等の能動素子を有する。そして、これらの回路素子は検出回路を構成していてもよい。この従来技術に係る文献にて参照されているようなＤＭＯＳトランジスタを用いる高電圧プロセスの使用は有利であると思われる。これに代えて、あるいは加えて、上記の更なる回路素子はキャパシタ（特にトレンチキャパシタ）等の受動素子であってもよい。第１の基板アイランド内の素子と更なる基板アイランド内の素子とは、実質的な応力の生成なく横方向に変形され得る導電体を用いて、互いに結合されることが非常に好ましい。これは、具体的には、例えば、任意形状を有する補強リブの形態、又は螺旋の形態に幾何学的に部分構造化することによって実現される。このような導電体は好ましくは樹脂層の付近に、あるいは幾つかの樹脂層の間に設けられる。これはそれ自体、米国特許第６４７９８９０号から既知である。

この方法においては、さらに、一時的なキャリアへの回路の取り付けに先立って、コンタクトパッド上にバンプ下金属及び好適なはんだ材料を設けることが好ましい。これは、特に、樹脂層上に存在するコンタクトパッドにより実現され得る。そして、例えば電気めっき、無電解メタライゼーション、又は浸漬はんだバンプ形成によって、バンプがウェハレベルで設けられる。ここでは、ハンドリング用キャリアとして樹脂が使用されているので、微細ピッチバンプが使用され得る。これは、デバイスの熱膨張係数と、このデバイスが搭載されるべき印刷回路基板等のポリマーのキャリアの熱膨張係数との差が小さいことを意味する。はんだボールは、故に、その差を補償する必要はなく、高さ、大きさ及びピッチにおいて縮小され得る。

さらに、有利には、基板アイランドの外側の領域に何らかの分離レーンが設けられる。これは、基板を介して分離することは必要なく、デバイスに導入される応力の大きさが低減されることを意味する。好ましくは、分離レーンは更に、基板の第１の面上の例えばシリコン酸化物層及びシリコン窒化物層など、如何なるセラミック材料もないままにされている。

エッチング時間を短縮するため、エッチング開口の画成に先立って基板の厚さを薄くすることが好ましい。この基板の薄化は、例えば研磨、エッチング又は化学的機械的研磨などの従来からの技術によって行われることが可能である。基板の厚さは、好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは２０−３０μｍの範囲内まで低減される。エッチング開口の直径は、好ましくは１−２μｍ程度である。本出願において、用語‘エッチング開口’は、リング状は基板の一層大きい領域の除去をもたらすので例外として、円形や細長い形状などの如何なる種類の形状の開口にも及ぶものである。

好ましくは、基板の犠牲部の少なくとも一部は、基板の第１の面側に画成される。基板の犠牲部の少なくとも一部としてシャロートレンチアイソレーションが用いられてもよい。これは横方向で基板ポストによって囲まれている。基板ポストは同時に、絶縁部、ひいては除去されるべき基板部分の高精度な画成を可能にする。基板ポストは基板の第１の面からの処理によって画成されるので、例えばサブミクロンスケールといった高い分解能で設けられ得る。これにより、ポストは、柔軟性を有し且つ／或いはバネのような特性を有することが可能である。さらに、この実施形態においては基板内の埋め込み絶縁層は不要であり、低コスト基板を選択することが可能になる。好ましくは、可動電極は、基板の第１の面に直接的に設けられたポリシリコン又は金属の層内に画成される。理解されるように、縦型及び横型の何れのＭＥＭＳ素子もこのようにして設計されることができる。

ＭＥＭＳ素子の電極が、基板面に対して実質的に垂直な縦方向に画成される場合、犠牲層は半導体層の修飾によって画成される。この半導体層の部分は化学反応にて修飾されてもよく、あるいは代替的に、この半導体層の部分が除去され、得られたトレンチが別の材料で充填されてもよい。このような別の材料は、好ましくは酸化物であり、あるいは場合により窒化物であるが、十分な温度安定性を有する例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等のポリマーを含め、他の材料が代替的に用いられてもよい。

電極が、例えば基板面に対して実質的に平行であるように水平に画成される場合、一方の電極は頂部の半導体層に設けられ、他方の電極は金属層又はポリシリコン層に画成され得る。そして、基板のフィールド酸化物又はシャロートレンチアイソレーションが犠牲層として使用される。ＭＥＭＳ素子が容量性スイッチ又は電気（galvanic）スイッチであり、１つ以上の作動電極への作動電圧の印加によって駆動される場合、好ましくは、頂部半導体層の電極は可動電極である。そのとき、金属層を解放することは必要ではない。代わりに、この金属（又はポリシリコン）層を設けることに先立つシャロートレンチアイソレーションの選択的エッチングによって、更なる造形部が設けられ得る。これは、例えば、可動電極と固定式の調整電極との間隙が、可動電極と作動電極との間隙より小さいものである。このような設計は、固定電極への可動電極の引き込みを防止するために好ましいものである。他方、ＭＥＭＳ素子が圧力センサとして、あるいはマイクロ流体系の一部として使用される場合、可動電極は金属層内に画成され、膜（membrane）として設計されてもよい。

水平型の場合、固定電極は別の金属層内に画成される。この場合、固定電極は可動電極と同様に横方向に延在する必要はなく、例えば調整電極及び作動電極などの２つ以上の電極がこの別の金属層内に画成されることができる。好ましくは、犠牲層上、且つこの固定電極下にエッチング停止層が設けられる。そのとき、このエッチング停止層は、犠牲層が事実上且つ実質的に、可動電極、基板の絶縁部、基板ポストの１つ又は複数、及び該エッチング停止層によって包囲されるように設けられる。好適なエッチング停止層は、例えば低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法によって堆積された窒化物層などの窒化物である。この窒化物層はまた、ＭＥＭＳ素子の第２の位置すなわち閉位置におけるキャパシタンスを高める働きをする。

他の例では、この水平型において、可動電極は圧電アクチュエータを有する可動素子の一部であってもよい。このような圧電アクチュエータは、好ましくは、第１の作動電極と第２の作動電極との間に圧電層を有し、場合により１つの構造層を有する３層又は４層の可動素子である。この構造層は、双方の作動電極が同一の厚さを有する場合、基板側に存在する。好ましくは、この構造層は例えばシリコン窒化物から成り、第１の作動電極は白金、チタン−白金、又はこれらに類するものから成り、圧電層は例えばチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）等の強誘電体材料から成る。

図面を参照しながら、本発明に係る方法及び装置の上記及びその他の態様を更に説明する。図面は縮尺通りには描かれておらず、単に図式的なものである。

図１は、本発明に係るデバイス１００を断面図にて示している。当業者に明らかなように、図示された実施形態の他に、複数の代替実施形態が可能である。特に、ＭＥＭＳ素子６０は、例えば、基板表面１、２に対して実質的に垂直に向けられた電極を有するように変更されてもよい。

デバイス１００は基板１０を有しており、その第１の表面１上には幾つかの層及び封止４０が備えられている。基板１０はポスト１５及びパッケージング部１７を有している。パッケージング部１７を貫通するようにエッチングホール群１８が延在している。基板１０は、ここでは、既に第２の表面２から薄くされた状態で図示されている。基板１０の薄化は、ポスト１５の厚さを除いて５０μｍ未満の厚さまで行われ、好ましくは２０−３０μｍの範囲の厚さまで行われる。この構造は、犠牲層（図示せず）、ポスト１５、及び酸化物層から成る更なる部分１１を形成するように、基板１０をその第１の表面１において局所的に酸化することで製造されている。犠牲層は、プロセスの更なる段階で、キャビティ３０を形成するように除去される。この特有のプロセスの利点は、キャビティが、シャロートレンチ酸化と同様のプロセスで、基板１０の第１の面１から画成されることである。このプロセスは十分に制御され得るものであり、キャビティは適切な寸法で画成され得る。

この実施形態において可動電極５１を形成する導電性パターンが、少なくとも１つのポスト１５まで延在するように犠牲層の頂部に設けられる。導電性パターン５１の頂部に第２の犠牲層２７が、例えばテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）の層として設けられる。この上に、エッチング停止層２８が好ましくパターニングされた形態で設けられる。この例においては、エッチング停止層２８として窒化物を堆積するために、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法が用いられる。この上には、コンタクト２５、固定電極５２、５３、及び必要に応じてのその他の導電性パターン（図示せず）が設けられる。一方の電極５２は作動電極であり、他方の電極５３は、可動電極５１とともに調整可能なキャパシタ、又は場合によりスイッチ、を画成するセンス電極である。共振器、調整可能キャパシタ、スイッチ、センサ、及びこれらに類するものとしての使用に適したＭＥＭＳ素子６０についての更に詳細な説明は、ＭＥＭＳ分野の当業者に既知である。これらの導電性パターン５１、２５、５２、５３の材料は好ましくはポリシリコンであるが、代替的に、例えば銅、銅若しくはアルミニウムの合金などの金属、又は、例えばＴｉＮ若しくはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の導電性の窒化物若しくは酸化物であってもよい。さらに、導電性パターン５１はパターン２５、５２、５３とは異なる材料から成ることも可能である。好適な選択は、例えば、可動電極である導電性パターン５１はポリシリコンから成る一方で、その他のパターンは、場合によりＡｌを含む、ＴｉＮにて形成される。他の例では、導電性パターン５１は、例えば圧電層などの更なる層上に設けられる。その場合、圧電性ＭＥＭＳデバイスが得られることになる。

パターン２５、５２、５３の頂部に絶縁層２６が設けられる。この層は、相互接続６１、６２、６３を画成するために、フォトリソグラフィを用いた従来からの手法でパターニングされる。これらの相互接続６１、６２、６３はパッシベーション層１２で覆われる。好ましくは、図示されていないが、相互接続、コンタクトパッド、並びに、例えばカップラ、ストリップライン、キャパシタ、抵抗及びインダクタ等の何らかの受動部品の画成のために、更なる誘電体層及び金属層が設けられる。さらに、基板１０は、例えばトランジスタ又はトレンチキャパシタ等の更なる素子を含んでいてもよい。そして、それら更なる素子にＭＥＭＳ素子６０を結合させるための回路が、上記のような相互接続を用いて画成される。

パッシベーション層１２上に樹脂層１３が設けられる。この場合、典型的に厚さ１０−２０μｍのポリイミドが用いられるが、代替的に、例えばポリアクリレート、ポリシロキサンイミド等のその他の熱可塑性プラスチック材料が用いられてもよい。好ましくは、この樹脂層は弾性的であり、弾力性を有する。ポリイミドを例えばスピンコーティングによって塗布する前に、接着性を改善するために表面が洗浄され且つプライマー層が設けられる。ポリイミドの塗布後、それは先ず１２５℃まで加熱され、その後２００℃まで加熱される。そして、フォトレジストが塗布され、好適な放射線源に露光され、且つ現像される。この現像は、相互接続６１、６２、６３を露出させるコンタクト窓を作り出すようにポリイミド層を構造化することを含んでいる。

そして、樹脂層１３上に導電層３２が設けられる。この導電層３２は、コンタクト窓にて樹脂層１３を貫通して延在し、下に位置する相互接続６１、６２、６３に電気的に接続されるようなパターンにて設けられる。この導電層はＡｌ、又はＡｌベースの合金を含有していてもよい。これは、相互接続６１、６２、６３にＡｌを使用することと組み合わさって、良好な電気接続をもたらすとともに、如何なる屈曲にも耐え且つその結果として如何なる応力をも解放するのに必要な柔軟性を有する。他の例では、電気めっきに基づくその他の材料が、導電層３２及び相互接続６１、６２、６３に用いられてもよい。このプロセスの第１工程は、スパッタによってベース層を設けることである。このベース層は非常に薄く、通常はパターニングされない。そして、フォトレジストが塗布され、コンタクトパッド及び導電性トラックの所望パターンに従ってパターニングされる。これに続いて、銅の電気めっきが例えば０．５−１．３μｍの厚さで行われる。最後に、フォトレジストが除去され、めっきベースがエッチング除去される。

そして、ＭＥＭＳ素子６０及び樹脂層１３を備えた基板１０は、除去可能な取付手段４１を用いてキャリア４２に取り付けられる。この手段４１は、この場合、ＵＶ放射を用いた照射によって解き放すことが可能な接着剤の層である。そのため、キャリア４２は透明であり、この例ではガラスの層である。

キャリア４２への貼り付けに先立って、導電層３２及び樹脂層１３は更なるパッシベーション層３５で覆われる。パッシベーション層３５は、この場合シリコン窒化物であり、約２５０℃の温度でＰＥＣＶＤによって、およそ０．５−１．０μｍの厚さに堆積される。その後、パッシベーション層３５は、コンタクトパッド３１として作用する導電層３２の選択領域を露出させるようにパターニングされる。パッシベーション層３５は部分的にコンタクトパッド３１上に延在し、‘レジスト画成’はんだマスクとして機能する。コンタクトパッド３１は、その後、バンプ下金属層（アンダーバンプメタライゼーション）３６の堆積によって強化される。この例において、バンプ下金属層３６はニッケルを含み、２−３μｍの厚さに無電解めっきによって設けられる。この処理は、バンプ下金属３６を設けるために追加マスクが必要とされないという利点を有する。他の例では、バンプ下金属３６に銅が用いられることができ、銅は電気めっきによって設けられる。この場合、バンプ下金属３６及び電気めっき（galvanic）バンプ３７が１つの工程で設けられ得る。その厚さのため、バンプ下金属３６はパッシベーション層３５上にも延在する。

最終的に、バンプ下金属３６上にバンプ３７が設けられる。この例においては、バンプ３７はＳｎ、ＳｎＢｉ又はＰｂＳｎから成るはんだキャップであり、所望の組成を有する槽（bath）に浸すことによって設けられる。しかしながら、このバンプ下金属３６がおよそ２５０℃の温度の純粋な錫の槽に浸される場合、ＮｉＳｎの金属間化合物が形成され得る。それらはバンプ表面を貫通して突き出る針状に形成される。これは実用的な結果をもたらさない。これら金属間化合物の形成は、低融点Ｓｎ合金の使用によって防止されることができる。このような合金の例には、ＳｎＰｂ、ＳｎＣｕ、及びｘ、ｙ、ｚの少なくとも１つは０より大きいとしてＳｎＢｉ_ｘＩｎ_ｙＺｎ_ｚが含まれる。好ましくは、鉛フリーはんだが塗布される。有利なことに、合金化元素は、Ｓｎと特にＡｕであるメタライゼーション金属との間の反応を妨げない。

有利な変更例においては、槽への浸漬に先立って、ニッケルのバンプ下金属に金の接着層が備えられる。この金の接着層は、はんだ濡れ性の維持のために必要とされる。しかしながら、この金の層は、ニッケルのバンプ下金属を設けた直後に浸漬工程が行われるときには不要である。

この基板１０の一時的なキャリア４２への取り付け後、エッチング開口１８が設けられ、可動電極５１の反対側の部分２７を含むキャビティ３０が形成される。この除去はウェット化学エッチングによって効率的に行われる。有利には、エッチャントの効率的な配給をもたらし、且つ毛管現象に伴う問題を抑制するために、可動電極５１は孔又はスリットを有する。この除去は代替的に、少なくとも部分的にドライエッチングによって行われてもよい。ここでは図示されていないが、開口１８の周りの基板領域は更なる固定電極として適用されることもできる。明らかなように、可動電極５１のこの設計は単なる例示である。これに代えて、二箇所で固定された、あるいは多数箇所で固定された可動電極５１が適用されてもよく、また、この可動電極５１にバネ構造が組み込まれてもよい。ここでは図示されていないが、基板１０はアイランド状にパターニングされてもよい。これは、エッチング開口１８の形成と同時に行われてもよい。基板を基板アイランドへとパターニングすることは、上述のように、有利な熱機械的性質をもたらす。

そして、エッチング開口１８を覆うように密封層１９が設けられる。この例においては、ＰＥＣＶＤによる酸化物層が用いられる。好ましくは、密封層１９の厚さは開口１８の幅と同程度である。そして、ＰＥＣＶＤ酸化物の乏しいステップカバレッジによって、キャビティ３０は自動的に閉じられる。キャビティ３０内に得られる圧力は、ＰＥＣＶＤ酸化物の堆積に使用される反応炉内の減圧された圧力に等しいか同等である。これは例えば４００−８００ｍＴｏｒｒである。

その後、一時的なキャリア４０及び接着剤４１は、はんだバンプ化されたコンタクトパッド３１を露出させるように除去され得る。この構造物は好ましい熱機械的性質及び製造性を有する。

第１に、コンタクトホールが基板１０にその第２の面２側から設けられる構造物に対する、この構造物の利点は、エッチング開口１８の画成を除いて、基板の第２の面２上での追加のリソグラフィ工程を必要としないことである。明らかなように、接合パッドは基板１０の部分的な除去によって露出されることもできる。しかしながら、これらの接合パッドは、その後、密封層１９の堆積中に再び覆われることになる。

第２に、一時的なキャリア４２は通常はガラス板である。このような一時的なキャリア４２は、通常、限られた熱伝導を有し、デバイス１００からの限られた熱放散をもたらす。この構造物は、樹脂層１３を通るように経路変更されたＭＥＭＳ素子６０及び／又は何らかのその他の素子からの接続を含むのみであるが、これらの接続は、必要とされる熱伝達を実現するような大きさに設計されることができる。特に熱放散のための更なる接続が設けられてもよい。

第３に、本発明により、ＭＥＭＳ素子６０が外部基板から大きく隔てられるように、デバイス１００を外部基板にフリップチップ組立することが可能になる。このことは、ＭＥＭＳ素子６０が外部基板の内部又は付近の電源配線及び磁場によって少なくとも実質的に乱されなくなるので、特にセンサ及び共振器において、性能面で有利である。

第４に、樹脂層１３が応力解放手段として作用する。このことは特に、熱サイクル中の応力を解放するために意義を有する。このようなＭＥＭＳデバイス、特に、例えば共振器、調整可能キャパシタ、スイッチといった、ＭＥＭＳが作動電極と作動電圧を提供する手段とを備えた実施形態において、熱サイクルは有意な問題であることが認識される。この問題は必要とされる作動電圧はかなりの大きさであり、それにより明らかに熱放散がもたらされるというものである。

一時的なキャリアの除去前の本発明に係るデバイスを示す断面図である。

Claims

固定電極と、キャビティ内に画成され、第１の間隙位置と第２の位置との間で前記固定電極に対して近付いたり離れたりする方向に移動可能な可動電極と、を備えたＭＥＭＳ素子を有する電子デバイスを製造する方法であって：
− 第１の面とその反対側の第２の面とを有し且つ犠牲部を備えた基板であり、該基板内あるいは上に前記ＭＥＭＳ素子の前記電極が画成される基板、を設ける工程；
− 前記基板の前記第１の面側にコンタクトパッドを設ける工程；
− 前記コンタクトパッド上に一時的なキャリアを貼り付ける工程；
− 前記基板に前記第２の面から、前記キャビティに到達するように少なくとも１つのエッチング開口を設ける工程；
− 前記少なくとも１つのエッチング開口を介して、前記基板の前記犠牲部を除去する工程；
− 前記少なくとも１つのエッチング開口を閉じる工程；及び
− 前記一時的なキャリアを除去する工程；
を有し、
− 前記コンタクトパッドは、前記ＭＥＭＳ素子の前記電極上に存在する柔軟性を有する樹脂層上に設けられ、電気的接続が前記デバイス内の少なくとも１つの素子まで前記樹脂層を貫通して延在し；且つ
− 前記基板は、前記エッチング開口が延在するパッケージング部を前記第２の面側に備え、前記犠牲部は、少なくとも部分的に、前記可動電極と前記パッケージング部との間に存在する；
ことを特徴とする方法。
前記基板は、前記ＭＥＭＳ素子を有する第１の基板アイランドへとパターニングされる、請求項１に記載の方法。
前記基板の前記パターニングは、前記エッチング開口の形成と同時に行われる、請求項２に記載の方法。
前記一時的なキャリアを貼り付ける工程に先立って、前記コンタクトパッド上にバンプが設けられる、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つのエッチング開口は密封層の堆積によって閉じられる、請求項１に記載の方法。
前記密封層は化学的気相成長法によって堆積される、請求項５に記載の方法。
前記基板の前記第２の面側に前記密封層を設けた後に、前記第２の面側に保護層が設けられる、請求項５に記載の方法。
前記基板アイランドの外側の領域に分離レーンが画成される、請求項２に記載の方法。
第１の面とその反対側の第２の面とを有する半導体材料から成る基板、及び、固定電極と可動電極とを備えたＭＥＭＳ素子、を有する電子デバイスであって、
前記可動電極は、閉じられたキャビティ内に画成され、第１の間隙位置と第２の位置との間で前記固定電極に対して近付いたり離れたりする方向に移動可能であり、前記キャビティは、前記基板の前記第２の面側で露出された前記基板内のエッチング開口によって開かれ、前記電極は、前記第１の面側でコンタクトパッドに結合されており、
前記ＭＥＭＳ素子の電極と前記コンタクトパッドとの間に樹脂層が存在し、前記基板は、前記エッチング開口が延在するパッケージング部を前記第２の面側に備え、前記キャビティは、少なくとも部分的に、前記可動電極と前記パッケージング部との間に存在する、ことを特徴とする電子デバイス。
前記基板は、前記ＭＥＭＳ素子を有する第１の基板アイランドへとパターニングされている、請求項９に記載の電子デバイス。
前記第１の面側に、前記ＭＥＭＳ素子を当該電子デバイス内の更なる素子と相互接続するように回路が存在しており、前記樹脂層は、前記回路を覆っており、且つパッシベーション層により前記回路から隔てられており、前記コンタクトパッドは前記樹脂層上に存在しており、前記コンタクトパッドを前記回路に結合させるように前記樹脂層を貫通して相互接続が延在している、請求項９に記載の電子デバイス。
前記第１の面側において前記樹脂層上にパッシベーション層が存在し、該パッシベーション層は前記コンタクトパッドを少なくとも部分的に露出させている、請求項１１に記載の電子デバイス。
回路の更なる素子が画成された第２の基板アイランドが存在しており、前記第１の基板アイランドと前記第２の基板アイランドとの間の導電体が、変形可能であるように幾何学的に部分構造化されている、請求項１０に記載の電子デバイス。