JP2012091317A - マイクロメカニック式のキャップ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な真空封入を維持しかつできるだけ変らない外側のチップ寸法を維持して、ボンディングされた表面マイクロメカニック構成部分の安定性を高める。
【解決手段】マイクロメカニック式のキャップ構造はサブストレート１０を有し、サブストレート１０には空洞Ｋが設けられている。空洞Ｋは方形の基面と互いに向き合った平行な側壁区分から成る２つの側壁区分対とを有する。空洞Ｋの基面に相応するダイヤフラムの局部的な補強は安定化ビームＳＫ１，ＳＫ２を有する安定化クロスによって達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロメカニック式のキャップ構造に関する。この場合、キャップ構造はサブストレート、特にウェハの形をしたサブストレートとそれに設けられた空洞を有している。この場合、空洞は１つの基面と互いに向き合った平行な側壁区分から成る２つの側壁区分対とを有している。

原理的には任意のマイクロメカニック式の構成部材に使用可能であるにも拘らず、本発明及び本発明の根底を成す問題は、公知の表面マイクロメカニック式の回転値センサに関連して詳細に説明することにする。

図４は公知のマイクロメカニック式の回転値センサの概略的な横断面図である。この回転値センサは通常のマイクロメカニック式のキャップ構造を有している。

図４においては符号１はＳｉ−サブストレート、符号２は下側の酸化膜、符号３は埋設された、ポリシリコンから成る導体路、符号４は上側の酸化膜、符号６はエピタキシーポリシリコンから成るボンドフレーム、符号７はアルミニウムから成るボンドパッド、符号９は封止ガラスもしくはシールガラス、符号１０は空洞Ｋを有するＳｉ−保護キャップウェハ、符号１００はＳｉ−ウェハ、符号２０はスウィンガ、符号３０は櫛構造、符号ＶＳは前面側、符号ＲＳは背面側である。

通常の技術では特に前面側ＶＳにおいては厚さ１０μｍのポリシリコンの層からトレンチ（ピット形式）とその下にある犠牲層（酸化膜２，４）の除去とによってマイクロメカニック式の構造が露出させられる。裏面側ではＳｉ−ウェハ１内への深いエッチングが行なわれる。

Ｓｉ−ウェハ１とＳｉ−保護キャップウェハ１０との結合はシール−ガラス−ボンディングによって高温と高圧とのもとで達成される。この場合シールガラスもしくはガラスろう９はスクリーン印刷法でキャップウェハに施され、次いで炉プロセスで焼結される（プリベークプロセス）。

Ｓｉ−保護キャップウェハ１０における空洞Ｋは異方性のマイクロメカニック式エッチングによって、例えばＫＯＨ−ウェットエッチングで製造される。したがって空洞Ｋは（１１１）側面と（１００）エッチング底とを有する逆截頭ピラミッド形を提する。

表面マイクロメカニック−回転値センサであって、質が高く、ガスで取囲まれた媒体による機械的な振動構造の減衰のわずかなものにとっては、わずかな絶対圧、すなわちバキュームカプセル化が必要である。

５ｍｂａｒよりも下のガスの閉込めが可能であるシールガラスプロセスは開発された。これはなかんづく空洞の最大可能な容積によって実現された。

さらに空洞内縁からできるだけ離してシールガラスを位置決めすることが有利である。これは外方へずらされたスクリーン印刷によって実現可能である。

もちろん、外方へずらされたスクリーン印刷に基づく幅の狭まいシールガラス結合並びに空洞容積が大きい場合の薄いキャップダイヤフラムは、モルドパッケージのためにキャップされたチップの安定性を減少させる。何故ならばリードフレームに接着する場合にかつ次いで冷却する場合にはモルド材料を押込む場合の高いハイドロスタティックな圧力によって高い応力が発生するからである。

本発明の課題は良好な真空封入を維持しかつできるだけ変らない外側のチップ寸法を維持して、ボンディングされた表面マイクロメカニック構成部分の安定性を高めることである。

上記目的を達成するために、本願発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造は、Ｓｉ−保護キャップウエハ（１０）の形をしたサブストレートを有し、該サブストレートに異方性のマイクロメカニック式エッチングによって形成された空洞（Ｋ）が設けられているマイクロメカニック式のキャップ構造であって、空洞（Ｋ）が１つの基面と互いに向き合った平行な側壁区分から成る２つの側壁区分対（Ａ１，Ａ２；Ａ３，Ａ４）とを有するマイクロメカニック式のキャップ構造において、前記空洞（Ｋ）が、少なくとも１つの、前記基面を補強する壁区分である安定化壁区分（ＳＫ１，ＳＫ２；Ｓ１−Ｓ４）を有し、該安定化壁区分が２つの側壁区分を互いに結合していることを特徴とする。

本発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造においては、前記空洞（Ｋ）が方形の形を有している。

本発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造においては、前記空洞（Ｋ）が側壁区分（Ａ１−Ａ４）に対し平行に基面の上を延びる２つの交差する安定化壁区分（ＳＫ１，ＳＫ２）を有している。

本発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造においては、前記安定化壁区分（ＳＫ１，ＳＫ２）が前記空洞（Ｋ）の空洞輪郭に対し低位に配置されている。

本発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造においては、空洞（Ｋ）が、空洞輪郭に沿って、互いに向き合った平行な安定化壁区分（Ｓ１，Ｓ３；Ｓ２，Ｓ４）を２組有しており、安定化壁区分（Ｓ１，Ｓ３；Ｓ２，Ｓ４）が空洞（Ｋ）の隣り合う側壁区分（Ａ１−Ａ４）を、空洞（Ｋ）が８角形の形を有するように互いに結合している。

本発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造においては、前記８角形の内角が１３５°である。

本発明に係るマイクロメカニック式のキャップ構造においては、基面が（１００）平面であって、側壁区分（Ａ１−Ａ４）が（１１１）平面である。

本発明の課題は、請求項に記載した特徴を有するマイクロメカニック式のキャップ構造によって解決された。

本発明は空洞のための著しい容積の制限なしでキャップダイヤフラムを補強するために役立ちかつ選択的又は付加的に外側のチップ寸法を拡大することなくチップコーナにおける結合面の拡大にも役立つ。これによりプラスチックモルドケーシング内にパッケージするために前述の如きキャップを保持するセンサチップの安定性が高められる。

本発明の根底を成す思想は空洞が２つの側壁区分を互いに結合する少なくとも１つの安定化壁区分を有していることである。単数又は複数の安定化壁区分はキャップの輪郭に沿って位置するか又は基面の上を延びることができ、したがって空洞が複数の部分空洞に分割されることができる。

従属請求項には本発明の対象の有利な構成と改良とが開示されている。

有利な構成によれば空洞は方形の形を有している。このような構造は実現が容易である。

別の有利な構成によれば空洞は２つの交差する安定化壁区分を有し、これらの安定化壁区分は側壁区分に対し平行に基面の上を延びている。このような支持クロスは安定化に関してきわめて有効でかつ容易に製作可能である。

本発明による別の有利な構成によれば、単数又は複数の安定化壁区分は空洞の輪郭に対し下げられている。これには空洞にて著しいスペース損失が発生しないという利点がある。

別の有利な構成によれば、空洞は空洞の輪郭に沿って互いに向き合った２つの平行な安定化壁区分を有している。この安定化壁区分は隣り合った側壁区分を互いに結合し、空洞が８角形の形を有するようにする。この場合には内角は有利には１３５°である。

別の有利な構成ではサブストレートはＳｉ−サブストレートであって、基面は（１００）平面であって、側壁区分は（１１１）平面である。

本発明によるマイクロメカニック式のキャップ構造の第１実施例の概略的な横断面図。 本発明によるマイクロメカニック式のキャップ構造の第２実施例の概略的な横断面図。 本発明によるマイクロメカニック式のキャップ構造の第３実施例の概略的な横断面図。 通常のマイクロメカニック式のキャップ構造を有する公知の回転値センサの概略的な横断面図。

図１から図３までにおいては図４と同じ関係符号は同じ構成部分又は機能的に同じ構成部分を示している。

図１には本発明によるマイクロメカニック式のキャップ構造の第１実施例が示されている。

マイクロメカニック式のキャップ構造はサブストレート１０を有し、該サブストレート１０には空洞Ｋが設けられている。空洞Ｋは方形の基面と互いに向き合った平行な側壁区分から成る２つの側壁区分対とを有する。サブストレートはＳｉ−サブストレートであって、基面は（１００）平面でかつ側壁区分Ａ１−Ａ４は（１１１）平面である。

図１の実施例では空洞Ｋの基面に相応するダイヤフラムの局部的な補強は安定化ビームＳＫ１，ＳＫ２を有する安定化クロスによって達成される。

この安定化クロスはダイヤフラム安定性、すなわち空洞Ｋの基面の安定性及びキャップ全体の安定性を、空洞Ｋの容積、ひいては可能な真空閉込めを著しく制限することなく高める。

ダイヤフラム補強、すなわち安定化ビームＳＫ１，ＳＫ２は公知のマイクロメカニック式のキャップエッチングプロセス、２段階のＫＯＨエッチングプロセスで製作することができる。

図１に示したように安定化クロスＳＫ１，ＳＫ２は空洞の外輪郭に対し低くされている。これは、最後のＫＯＨステップの前に例えばＳｉＯ_２から成るハードマスクの形をした不動態が安定化クロスＳＫ１，ＳＫ２の上で除去されることで達成される。次いで安定化クロスＳＫ１，ＳＫ２は次のＫＯＨエッチングプロセスで薄くされ、同時により細くエッチングされる。すなわち元来の（１１１）側面は扁平化され、図１に示したように別の結晶学的な面が出現する。この異方性のエッチングは良く知られており、マスクレイアウトであらかじめ規定することができる。結果として得られる補強クロスＳＫ１，ＳＫ２は図１に看取ることができる。

しかしながら、一緒になってこのようなキャップ構造の空洞容積を形成する２つもしくは４つの部分空洞のエッチングによる補強ウェブ又は補強クロスも考えられる。この場合には表面マイクロメカニック構造に対するウェブもしくはクロスの間隔はガラスろうの厚さだけによって決定される。換言すればこのような実施例においては補強クロスもしくは補強ウェブは空洞輪郭に対して沈降させられない。

図２には本発明によるマイクロメカニック式のキャップ構造の第２実施例が示されている。

図２の実施例では空洞形は８角形により外側の輪郭に近づけられ、もはや方形ではない。このような幾何学的な形状は方形ではない表面マイクロメカニック構造、例えば回転スインガにとって有効である。この構造ではコーナにおける結合面は、垂直な（０１０）平面である安定化壁区分Ｓ１−Ｓ４が間に設けられることで拡大される。すなわち、シュミレーションが示すようにまさにそこでシールガラスの応力が集中する。したがって外側のチップ寸法を変化させることなくシールガラス結合のはきりした安定化が期待できる。

このような構造は同様に通常のキャップエッチングプロセスで実現できる。空洞Ｋの４つの側面は通常のように公知の（１１１）側面によって形成される。他の４つの壁、つまり安定化壁Ｓ１−Ｓ４は垂直な（０１０）平面によって形成される。（０１０）平面のエッチング値は良く知られているので、すなわち空洞基面のエッチング値に相当しているので、この構造はマスクレイアウトで図２において線ＭＶによって示したように良好にあらかじめ規定することができる。

図３には本発明によるマイクロメカニック式のキャップ構造の第３実施例が概略的な横断面図で示されている。

図３の第３実施例は第１実施例と第２実施例との組合わせである。つまり、支持クロスビームＳＫ１，ＳＫ２を有する支持クロスに加えて４つの安定化壁Ｓ１−Ｓ４が設けられている。これにより当該構造には最適な安定性が与えられる。

本発明は先きに有利な実施例について記載したが本発明はこれに限定されることはなく、多様な形式で変更可能である。

特に本発明の保護層はマイクロメカニック式の回転値センサにだけ使用され得るものではなく任意のマイクロメカニック式の構成部材に使用することができる。個々の層のための材料の選択は記述した材料に限定されるものではない。特に本発明はシリコン構成部材のためだけでなく、他のマイクロメカニック式材料から成る構成部材にも使用可能である。

もちろん安定化は図示の形に限定されるものではなく、任意の形式で安定化ウェブによって達成可能である。

１ Ｓｉサブストレート
２ 酸化膜
３ 導体路
４ 酸化膜
６ ボンドフレーム
７ ボンドパッド
９ 封止ガラス
１０ Ｓｉ−保護キャップウェハ

Claims (7)

1. Ｓｉ−保護キャップウエハ（１０）の形をしたサブストレートを有し、該サブストレートに異方性のマイクロメカニック式エッチングによって形成された空洞（Ｋ）が設けられているマイクロメカニック式のキャップ構造であって、空洞（Ｋ）が１つの基面と互いに向き合った平行な側壁区分から成る２つの側壁区分対（Ａ１，Ａ２；Ａ３，Ａ４）とを有するマイクロメカニック式のキャップ構造において、前記空洞（Ｋ）が、少なくとも１つの、前記基面を補強する壁区分である安定化壁区分（ＳＫ１，ＳＫ２；Ｓ１−Ｓ４）を有し、該安定化壁区分が２つの側壁区分を互いに結合していることを特徴とする、マイクロメカニック式のキャップ構造。
2. 前記空洞（Ｋ）が方形の形を有している、請求項１記載のマイクロメカニック式のキャップ構造。
3. 前記空洞（Ｋ）が側壁区分（Ａ１−Ａ４）に対し平行に基面の上を延びる２つの交差する安定化壁区分（ＳＫ１，ＳＫ２）を有している、請求項１又は２記載のマイクロメカニック式のキャップ構造。
4. 前記安定化壁区分（ＳＫ１，ＳＫ２）が前記空洞（Ｋ）の空洞輪郭に対し低位に配置されている、請求項３記載のマイクロメカニック式のキャップ構造。
5. 空洞（Ｋ）が、空洞輪郭に沿って、互いに向き合った平行な安定化壁区分（Ｓ１，Ｓ３；Ｓ２，Ｓ４）を２組有しており、安定化壁区分（Ｓ１，Ｓ３；Ｓ２，Ｓ４）が空洞（Ｋ）の隣り合う側壁区分（Ａ１−Ａ４）を、空洞（Ｋ）が８角形の形を有するように互いに結合している、請求項１記載のマイクロメカニック式のキャップ構造。
6. 前記８角形の内角が１３５°である、請求項５記載のマイクロメカニック式のキャップ構造。
7. 基面が（１００）平面であって、側壁区分（Ａ１−Ａ４）が（１１１）平面である、請求項１記載のマイクロメカニック式のキャップ構造。

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