JP2022545678A - 膜を使用してキャビティを封止する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、膜を使用してキャビティ(11)を封止するための方法であって、この方法が、(a)マトリックスに配列され、間隔bだけ離間されている、深さp、特徴寸法aのキャビティ(11)を形成する段階と、(b)封止フィルムを移すことにより、膜を形成し、キャビティ(11)を封止する段階と、を含み、この方法が、ステップ(b)の前に実行され、前面(10a)及び/又は封止面(16a)に第1の輪郭を形成するステップ(a1)を含み、第1の輪郭が、幅L及び深さp1を有する第1のトレンチ(21)を含み、ステップ(b)の後に、キャビティ(11)が第1の輪郭によって外接するように第1の輪郭の形成が実行され、前記第1の輪郭が、bの5分の1と5bとの間の、キャビティから距離Gにある、方法に関する。
Description
本発明は、特にガスを検出するための、又はより一般的には膜ベースの変換器デバイス、特に超音波変換器を製造するための、基板及び/又は微小電気機械システムの分野に関する。
特に、本発明は、キャビティを封止する複数の膜を集合的に製造するための方法に関する。
本発明による方法は、膜によって封止されることを意図したキャビティの配列の周りに形成された、特に有利には連続的な第1のトレンチを含む第1の輪郭の形成を含む。この輪郭は、膜の形成中に膜に加えられやすい変形を減衰又は集中させるために特に使用される。
吊るされた膜の使用は、微小電気機械システム(MEMS)の分野と、基板、特に一時的な基板の分野の両方で関心が高まっている。
封止フィルムによって形成されたこれらの膜は、キャビティ、特に支持基板の表面に生成されたキャビティを有利に封止する。
キャビティを封止する膜を形成するための従来技術から知られている方法が、図1aから図1cに示されている。
この方法は、特に次の手順を含む:
(i)ドナー基板1、及び、受容基板2の前面2aに開口するキャビティ31、32を備えた受容基板2を提供するステップ;
(ii)キャビティ3を封止するために、ドナー基板1及び受容基板2を組み立てるステップ;
(iii)封止フィルム4と呼ばれる、基板1の一部のみを保持するようにドナー基板1を薄化し、膜のセット41、42などを形成するステップ。
(i)ドナー基板1、及び、受容基板2の前面2aに開口するキャビティ31、32を備えた受容基板2を提供するステップ;
(ii)キャビティ3を封止するために、ドナー基板1及び受容基板2を組み立てるステップ;
(iii)封止フィルム4と呼ばれる、基板1の一部のみを保持するようにドナー基板1を薄化し、膜のセット41、42などを形成するステップ。
一般に機械的エッチング(粉砕)及び/又は化学的エッチングによって実行される薄化ステップ(iii)は、ドナー基板を確実に消費する。
さらに、ステップ(iii)で使用される技術に大きく依存する、ステップ(iii)後の封止フィルムの均一性は、制御するのが難しいままである。
さらに、キャビティで鉛直になっている封止フィルム部は、キャビティからの背圧を受けない。したがって、ステップ(iii)が機械的薄化を含むと、膜を破壊する危険を冒さずに、例えば厚さが5μm未満の非常に薄い膜を得ることが想定できない。
均一性及び薄い膜の取得に関連する問題を克服するために、ドナー基板を取り外し可能にすることができる(図2aに示すように)。
そのようなドナー基板1は、特に、ステップ(iii)の後に膜41、42を形成することを意図した、機械的支持体6と封止フィルム4との間に挿入された障壁層5と呼ばれる層を含む。
障壁層5は、特に、封止フィルムに対して選択的にエッチングすることができ、その結果、膜の厚さの均一性は、薄化するステップによってわずかに影響を受けるか、又は影響を受けない(図2c)。
例えば、この膜がシリコンを含むと、取り外し可能なドナー基板は、シリコンオンインシュレータ(SOI)タイプの基板であり得る。
しかしながら、その「除去」が機械的支持体及び障壁層の消費ももたらすそのような基板は、マイクロエレクトロニクス及び/又はマイクロメカニカル産業の要件と両立しないコストを有する。
あるいは、又はさらに、ステップ(i)(図3a)の間に形成されたキャビティは、ステップ(iii)の後でステップ(iv)(図3c及び図3d)の間に除去されることを意図した犠牲材料7で満たされ得る。しかしながら、この後者のステップでは、膜の各々に開口部を形成し、犠牲材料を除去した後にその封止を行う必要がある(図3e)。したがって、後者のアプローチは複雑なままであり、膜の機械的挙動に変化を引き起こす傾向がある。
欧州特許第533551号明細書に記載されている、いわゆる「Smart-Cut(商標)」アプローチも検討することができる。
このアプローチは、脆化領域で、ドナー基板と呼ばれる基板から封止フィルムを分離することによって、封止フィルムを移すことを可能にする。注入及び/又はアモルファス化によって形成された脆化領域は、比較的薄い封止フィルム(特に2μm未満の厚さ、例えば、1.5μm)を区切ることを可能にする。さらに、「Smart-Cut(商標)」アプローチは、ドナー基板を再利用して封止フィルムを再び移すための道を開く。
封止フィルムによって形成された膜は、キャビティの配列、特にマトリックス配列上に後者が形成されると、ある膜から別の膜へと均一ではない変形を有する。
より具体的には、変形は、膜配列の中心から端に向かって増加する。
これに関して、図4a及び図4bはそれぞれ、光干渉法を使用して得られた画像、及びSmart-Cut(商標)法によってマトリックス配列に従って形成された膜の変形プロファイルを示す。
これらの2つの図は、ある膜から別の膜への変形の不均一性を非常に明確に示す。
さらに、これらの膜の変形は、封止フィルムの薄さが増すにつれて増大する。
図5は、この効果を図で表したものである。特に、図5は、結合条件(横軸に沿った条件「1」、「2」、「3」及び「4」)に従って、1.5μm(A)、0.85μm(B)及び0.2μm(C)の封止フィルム厚に対する膜変形の観測された振幅(縦軸に沿って「nm」)を示す。
この変動性は、膜の環境、特に近接環境にも依存する。他の膜からの距離が大きいほど、変形が大きくなる。
最後に、この変動性は、受容基板2上のキャビティマトリックスの位置にも依存する。図6Aは、基板の中央にあるマトリックスと端にあるマトリックスの膜の変形をグラフで表したものである(図6b)。特に、変形のより大きな変動性は、前記基板の中心の近くに位置する同一のマトリックス(図6A、曲線E)と比較して、受容基板の縁部の近くに位置するマトリックス(図6A、曲線D)について観察することができる。
これらの変形の変動性は、例えば、MEMS又はNEMSタイプのデバイスの膜の様々な電気機械的挙動を生成する。
また、その後の技術的ステップの実行が遥かに不均一、複雑、又は不可能になる可能性もある。
本発明の目的は、膜を使用して複数のキャビティを封止する方法を提供することであり、それにより、それらの間の変形差を低減することが可能になる。
本発明の目的は、複数の膜を使用して複数のキャビティを封止する方法によって達成され、この方法は、以下のステップを含む:
(a)支持基板の前面又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティを形成するステップであって、キャビティが、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bによって離間されている、複数のキャビティを形成するステップと、
(b)移すことが封止面を前面と組み立てることを含む前に、前面と重なる封止フィルムを移すことによって、複数の膜を形成し、キャビティの各々を封止するステップと、
を含み、
この方法は、ステップ(b)の前に実行され、前面及び封止面の一方及び/又は他方に第1の輪郭を形成するステップ(a1)を含み、第1の輪郭が、幅L及び第1の深さp1を有する、有利に連続する第1のトレンチを含み、第1の輪郭の形成が、ステップ(b)の後に複数のキャビティが第1の輪郭によって外接されるように実行され、前記第1の輪郭が、bの5分の1と5bとの間、有利にはbの半分と2bとの間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間の、複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあることを特徴とする。
(a)支持基板の前面又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティを形成するステップであって、キャビティが、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bによって離間されている、複数のキャビティを形成するステップと、
(b)移すことが封止面を前面と組み立てることを含む前に、前面と重なる封止フィルムを移すことによって、複数の膜を形成し、キャビティの各々を封止するステップと、
を含み、
この方法は、ステップ(b)の前に実行され、前面及び封止面の一方及び/又は他方に第1の輪郭を形成するステップ(a1)を含み、第1の輪郭が、幅L及び第1の深さp1を有する、有利に連続する第1のトレンチを含み、第1の輪郭の形成が、ステップ(b)の後に複数のキャビティが第1の輪郭によって外接されるように実行され、前記第1の輪郭が、bの5分の1と5bとの間、有利にはbの半分と2bとの間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間の、複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあることを特徴とする。
一実施形態によれば、幅Lは、aの5分の1と5aとの間、有利にはaの半分と2aとの間、より有利には0.9×aと1.1×aとの間である。
一実施形態によれば、キャビティは、正方形、円形又は多角形の形状であり、特に六角形の形状である。
一実施形態によれば、第1の深さp1は、キャビティの深さpに等しい。
一実施形態によれば、第1の輪郭は前面に形成され、ステップ(b)の後に、第1の輪郭を明らかにするために封止フィルム(16)を部分的に除去するステップ(c)が続き、前記部分的な除去は、第1の輪郭によって外接された封止フィルムの部分を保持する。
一実施形態によれば、第1の輪郭は封止面に形成され、第1の深さp1は封止フィルムの厚さ未満である。
一実施形態によれば、第1の輪郭は封止面に形成され、第1の深さp1は、ステップ(b)の後に第1の輪郭が外部環境に晒されるように、封止フィルムの厚さ以上である。
一実施形態によれば、ステップ(a1)はまた、第1の輪郭から本質的に一定の距離にある、有利には全ての点で第1のトレンチの周りの第2のトレンチ又は一連の第2のキャビティを含む少なくとも1つの第2の輪郭を形成することを含む。
一実施形態によれば、第2の深さp2と呼ばれる少なくとも1つの第2の輪郭の深さは、深さpに等しい。
一実施形態によれば、第1の輪郭及び少なくとも第2の輪郭は、1つ又は複数の相互接続チャネルによって連結されている。
一実施形態によれば、1つ又は複数の相互接続チャネルは、第1の輪郭及び第2の輪郭の2つの隣接する角部をそれぞれ連結する。
一実施形態によれば、ドナー基板を支持基板と結合するステップ(b1)を含み、ドナー基板は、ハンドル基板に載る封止フィルムを備え、続いて、ハンドル基板を除去するステップ(b2)が続く。
一実施形態によれば、ステップ(b2)は、機械的及び/又は化学的摩耗によるエッチングを含む。
一実施形態によれば、ドナー基板が、ハンドル基板と封止フィルムとの間に挿入された中間層を含み、中間層は、封止フィルム及びハンドル基板に対してエッチング選択性を有する。
一実施形態によれば、ドナー基板は、封止フィルムを区切る脆化領域を含み、機械的応力及び/又は熱処理を加えることによって破壊するように構成される。
一実施形態によれば、脆化領域は、種の注入によって得られる。
一実施形態によれば、封止フィルムは、半導体材料を含み、有利には、半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン及びゲルマニウム合金、リン化インジウム、III-V族半導体ヒ化物、III-V族半導体リン化物、又は、III-V族半導体窒化物、シリコンカーバイドから選択される少なくとも要素を含む。
一実施形態によれば、封止フィルムは、金属材料を含み、有利には、金属材料は、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タングステンシリサイド、金から選択される少なくとも要素を含む。
一実施形態によれば、封止フィルムは絶縁材料を含み、有利には、絶縁材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素から選択される少なくとも要素を含む。
一実施形態によれば、封止フィルムは圧電材料を含み、有利には、圧電材料は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、亜鉛及びタンタル酸鉛から選択される少なくとも要素を含む。
本発明はまた、微小電気機械システムを製造するための発明による方法の使用に関する。
一実施形態によれば、微小電気機械システムは、容量性超音波変換器である。
本発明はまた、複数の膜を使用して封止された複数のキャビティを備えたデバイスであって、
このデバイスが、
(a)支持基板の前面又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティであって、キャビティが、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bだけ離間されている、複数のキャビティと、
(b)その封止面を使用して前面と組み立てられた封止フィルムによって形成された、キャビティの各々を封止する複数の膜と、
を備え、
このデバイスが、前面及び封止面の一方及び/又は他方に幅Lの第1の輪郭を含み、第1の輪郭が、第1のトレンチを含み、複数のキャビティが、第1の輪郭によって外接され、第1の輪郭が、複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあり、bの5分の1と5bとの間、有利にはbの半分と2bとの間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間にあるように配置されることを特徴とする、デバイスに関する。
このデバイスが、
(a)支持基板の前面又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティであって、キャビティが、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bだけ離間されている、複数のキャビティと、
(b)その封止面を使用して前面と組み立てられた封止フィルムによって形成された、キャビティの各々を封止する複数の膜と、
を備え、
このデバイスが、前面及び封止面の一方及び/又は他方に幅Lの第1の輪郭を含み、第1の輪郭が、第1のトレンチを含み、複数のキャビティが、第1の輪郭によって外接され、第1の輪郭が、複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあり、bの5分の1と5bとの間、有利にはbの半分と2bとの間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間にあるように配置されることを特徴とする、デバイスに関する。
さらなる特徴及び利点は、以下の添付の図面を参照して、非限定的な例として与えられた、膜を使用してキャビティを封止するための方法の以下の説明において明らかになるであろう。
本発明は、膜を使用して、例えばマトリックスに配列されたキャビティを封止するための方法を提案する。本発明による方法は、特に、膜を形成することを目的とした封止フィルムを移す(トランスファー)ことを含む。
さらに、キャビティを封止する膜の、より均一な限定された変形を確実にするために、本発明による方法は、キャビティの配列を取り囲む有利には連続する第1のトレンチを含む第1の輪郭を形成するステップを含む。
図7a~図7c及び図8a~図8cは、本発明の第1の実施形態によるキャビティを封止するための方法の様々なステップを示している。
この方法は、特に、支持基板10の前面10aに開口する複数のキャビティ11を形成するステップ(a)を含む(図7a)。
本開示の残りの部分はまた、前面10a上で、封止面と呼ばれるその面の1つを使用して移すことを意図した封止フィルムの使用に関する。この第1の実施形態の別の態様によれば、封止フィルム上に複数のキャビティ11、特に封止面に開口するキャビティを形成すると考えることができる。以下の説明を読むだけで、当業者は、この他の態様を実施することができるであろう。
キャビティ11は、例えば、マトリックスに配列することができる(図9a)。
「マトリックス配列」とは、同一のキャビティ11の2つの異なる方向、例えば直交する方向に沿った規則的な配列を示す。マトリックス配列は、特に、キャビティ11のn行及びm列を含むことができる。
したがって、本発明によるマトリックス配列は、行及び列の2つの直交する方向に沿った周期的配列に限定されない。マトリックス配列は、例えば六角形配列、又は同心円に編成された円形対称配列などの他のマトリックス形状を含むことができる。
キャビティ11は、深さp、特徴的な寸法aを有し、間隔bによって離間されている。例えば、長方形のマトリックスに従った配列が考慮されると、間隔bは、キャビティマトリックスの列と行によって定義される方向の一方と他方に沿って定義される(図9b)。
本発明による間隔bは、例えば、無秩序な配列のキャビティの平均間隔に対応する。
「特徴寸法」とは、キャビティ開口部の最大寸法を指す。開口部は、円形、正方形、長方形又はより一般的にはn個の辺を有し、例えば多角形、特に三角形又は六角形であり得る。
本発明によるキャビティの形状は、その開口部の形状によって定義される。
例えば、キャビティ11は、0.5μmから500μmの辺aの正方形の形状、及び10nmから10μmの深さpを有することができる。
間隔bは、有利には、1μmから500μmである。
マトリックス配列は、数百又は数千のキャビティを含むことができる。
配列が、前記配列の周辺キャビティによって定義される輪郭によって区切られることが理解される(図9a)。
支持基板は、半導体材料を含むことができ、有利には、半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン及びゲルマニウム合金、リン化インジウム、III-V族半導体ヒ化物、III-V族半導体リン化物又はIII-V族半導体窒化物、シリコンカーバイドから選択される少なくとも要素を含む。
支持基板は、金属材料を含むことができ、有利には、金属材料は、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タングステンシリサイド、金から選択される少なくとも要素を含む。
支持基板は、絶縁材料を含むことができ、有利には、絶縁材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素から選択される少なくとも要素を含む。
封止フィルムは、圧電材料を含むことができ、有利には、圧電材料は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、亜鉛及びタンタル酸鉛から選択される少なくとも要素を含む。
ステップ(a)は、特に、キャビティ11の輪郭を区切るためのマスキングステップ、及びエッチングステップを含むことができる。
マスキングステップは、ハードマスク、特に二酸化ケイ素マスクの形成を伴う可能性がある。
エッチングステップは、ドライエッチング(例えば、プラズマを含むエッチング)又はウェットエッチングを含むことができる。
この方法はまた、第1の輪郭を形成するステップ(a1)を含む。
「第1の輪郭」とは、それが形成される支持体の面に対して凹んだ1つ又は複数の構造によって形成される経路、有利には閉じた経路を指す。第1の輪郭は、特に構造によって規定された幅Lを有する。
説明全体の輪郭の幅Lは、平均の長さに対応する。より具体的には、輪郭を形成するトレンチの側壁は、様々な間隔を有することができる。例えば、これらの壁の一方及び/又は他方は、鋸歯状のプロファイルの輪郭を描いたり、幅の変動を引き起こす不規則性を持ったりする可能性がある。
「リセス」とは、構造が第1の深さp1を有していることを指す。
第1の輪郭は、1つ又は複数の有利な連続的な第1のトレンチを含むことができる。
図21a及び図21bは、第1の不連続トレンチによって形成された第1の輪郭を表し、これは、それぞれ、キャビティの配列の片側の近くにある4つの部分を特に含むことができる。
この第1の実施形態の開示の残りの部分は、第1の連続的なトレンチによって形成される第1の輪郭に限定される。
この第1の実施形態によれば、第1のトレンチ21は、支持基板10上に形成され、前面10aで開く。
特に、第1のトレンチは、キャビティの配列を囲む。
第1のトレンチ21は、幅Lを有し、キャビティ11の配列から本質的に一定の距離Gにある。
言い換えれば、第1のトレンチは、前記配置の輪郭と同じ形状を有する。
説明全体を通して、距離Gは、平均距離を表す。より具体的には、第1の輪郭とキャビティの配列との間の距離の変化を観察することができる。
第1のトレンチ21は、有利には深さpに等しい第1の深さp1を有する。
有利には、ステップ(a1)及びステップ(a)が同時に実行される。
本発明の好ましい実施形態によれば、距離Gは、bの5分の1(b/5)と5b(5×b)との間であり、有利には、bの半分(0.5×b)と2b(2×b)との間であり、より有利には、0.9×bと1.1×bとの間である。
本発明による方法はまた、各キャビティ11を封止する膜19を形成するステップ(b)を含む。
膜19を形成するステップ(b)は、特に、支持基板10の前面10a及び第1のトレンチ21(図7b、図7c、図8a、図8b及び図8c)上に封止フィルム16を移すことを含む。
より具体的には、移すことは、封止フィルム16の封止面16aを前面10aと組み立てることを含む。
換言すれば、封止フィルム16は、第1のトレンチ21及びキャビティ11を密閉する。
したがって、膜19は、キャビティ11の上に吊るされている。
封止フィルム16は、半導体材料を含むことができ、有利には、半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン及びゲルマニウム合金、リン化インジウム、III-V族半導体ヒ化物、III-V族半導体リン化物、又は、III-V族半導体窒化物、シリコンカーバイドから選択される少なくとも要素を含む。
封止フィルム16は、金属材料を含むことができ、有利には、金属材料は、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タングステンシリサイド、金から選択される少なくとも要素を含む。
封止フィルム16は、絶縁材料を含むことができ、有利には、絶縁材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素から選択される少なくとも要素を含む。
封止フィルム16は、圧電材料を含み、有利には、圧電材料は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、亜鉛及びタンタル酸鉛から選択される少なくとも要素を含む。
封止フィルム16はまた、層のスタック、特にLTO及びSiのスタックを含むことができる。
封止フィルムを移すことは、特に、ドナー基板17と呼ばれる基板を前面10aに結合するステップ(b1)、及び、封止フィルム16を形成する前記基板の第2の部分のみを保持するようにドナー基板17の、ハンドル基板17aと呼ばれる第1の部分を除去するステップ(b2)を含むことができる(図7b及び図8a)。
結合ステップ(b1)が分子(又は直接)結合又は熱圧着結合又は共晶結合を含み得ることが理解される。
結合ステップ(b1)はまた、真空又は制御された雰囲気中で、特に封止フィルム16を使用して封止されたキャビティ11に所定のガス及び圧力を印加するために実施することができる。
より一般的には、当業者に知られている任意の結合方法を、本発明の範囲内で使用することができる。
この第1の実施形態の第1の代替実施形態によれば、ステップ(b2)は、薄化ステップ(図7aから図7c)を含むことができる。
薄化ステップは、特に、ウェットエッチング、ドライエッチング又は機械的摩耗(研削)を含むことができる。
例えば、シリコンを含むハンドル基板17aは、KOH又はTMAH溶液を用いた湿式プロセスを使用してエッチングすることができる。
特に有利に、この第1の実施形態の範囲内で、ドナー基板17は、ハンドル基板17aと封止フィルム16との間に挿入された中間層17cを含む。
中間層17cは、特に、封止フィルム16に対してエッチングに面する選択性を有する。したがって、封止フィルム16の厚さが20μm未満、又は10μm、例えば5μmに等しいと考えることが可能である。
この代替案によれば、ドナー基板17は、特に、シリコンオンインシュレータ(SOI)基板であり得、絶縁層は、中間層である。SOI基板のシリコン層は、有利に強くドープされている。障壁層は、摩耗又は選択的化学エッチングステップを使用してエッチングすることができる。
第1の実施形態の第2の代替実施形態によれば、ステップ(b1)の前に、ドナー基板内の封止フィルムを区切る脆化領域17dを形成するステップを行うことができる。脆化領域は、特に、熱処理及び/又は機械的作用の影響下で、ステップ(b2)の実行中にドナー基板17の破壊が起こり易い領域である(図8aから図8c)。
脆化領域17dは、アモルファス化された領域又は注入領域、特に水素原子が注入された領域であり得る。
考慮される代替の実施形態に関係なく、ステップ(a1)はまた、少なくとも第2の輪郭31の形成を含むことができる。第2の輪郭は、第1の輪郭21のように、有利には連続的な第2のトレンチを特に含むことができる。
第2のトレンチ31は、第1のトレンチ21から本質的に一定の距離にある全ての点で有利には第1のトレンチ21の周りに、例えば閉じた輪郭を形成する(図10a及び図10b)。
第2の深さp2と呼ばれる少なくとも第2のトレンチ31の深さは、深さpに等しくなり得る。
第1のトレンチ21及び少なくとも第2のトレンチ31は、1つ又は複数の相互接続チャネル40によって連結することができる。特に、1つ又は複数の相互接続チャネルは、それぞれ、第1のトレンチ及び第2のトレンチの2つの隣接する角部を連結することができる(図10b)。
特に有利なことに、ステップ(b)の間に移された封止フィルムはまた、少なくとも第2のトレンチを封止する。
第1のトレンチ21、及び任意に少なくとも第2のトレンチ31を考慮すると、マトリックス配列の中心と縁部との間に観察され易い膜の変形に関して不均一性を低減することが可能になる。
特に、本発明者らは、距離Gが、第1の輪郭21によって外接される膜の撓みの均一性に直接影響を与えることを実証した。特に、キャビティを封止した後、より具体的には熱処理中に、種は結合界面で拡散し易い。この点で、キャビティは、リザーバーとして機能することができる。さらに、キャビティを取り巻く結合表面積が大きいほど、移された膜の変形が大きくなる。換言すれば、距離Gは、統合の制約(その後の接触など)、アレイのキャビティを分離する距離b、及び、求められる均一性に従って規定することができる。したがって、bに近い距離Gは、膜の変形のより良い均一性を得るのを可能にするであろう。一方、距離Gがbより大きいことを考慮すると、有益な効果は殆ど又は全くない。図22は、これを完全に示す。後者は、間隔bに応じた平均膜変形(縦軸の「nm」)をグラフで表したものである。この点で、間隔bとともに変形が増加することは注目に値する。
さらに、図11a及び図11bは、光学顕微鏡を使用して得られた画像であり、膜がない場合に観察される変形に関連して、膜の変形に対する第1のトレンチ21の効果を観察することを可能にする。
これらの図の比較は、膜の変形の不均一性に対する第1のトレンチ21の有益な効果を明確に明らかにしている。特に、第1のトレンチは、膜の変形の不均一性を低減することを可能にする。
同じ結論につながる図12a及び図12bは、それぞれ図11a及び図11bに関連する領域の光干渉法を使用した測定を表す。特に、膜の変形の振幅は、図12bの1つの膜から別の膜へと遥かに均一である。
本発明による方法はまた、第1のトレンチ及び/又は少なくとも第2のトレンチと重なる封止フィルムの部分を除去する、ステップ(b)の後に実行されるステップ(c)を含むことができる。
言い換えれば、ステップ(c)の後、封止フィルムは、キャビティ上に保持され、第1のトレンチ及び/又は少なくとも第2のトレンチで除去される。
この除去ステップ(c)は、ウェットエッチング又はドライエッチングを含むことができる。
図13a、図13b、図14a、図14b及び図15は、本発明の第2の実施形態の第1の態様による、キャビティを封止するための方法の様々なステップを示している。
第2の製造実施形態は、この点に関して、第1の輪郭21、及び考慮される場合には第2の輪郭31が封止フィルム16に形成されるという点で第1の実施形態とは異なる。特に、第1の輪郭21は、以下、本開示において第1のトレンチに限定される。
この第2の実施形態の第1の態様は、図13a、図13b、図14a、図14b及び図15に示されている。
より具体的には、図13a及び図13bに示される方法は、第1の実施形態の第1の代替実施形態の用語を使用するが、図14a及び図14bに示される方法は、第1の実施形態の第2の代替実施形態の用語を使用する。
図13a及び図14aは、第1の輪郭21が形成される面(封止面16a)上のドナー基板17を表す。
この代替実施形態によれば、第1の輪郭21は、封止フィルムの厚さよりも浅い第1の深さを有する。
次に、キャビティ11の配列が形成される支持基板10は、ドナー基板17(図13b及び図14b)と組み立てられる。
図15に示されるステップ(b)の後、キャビティ11の配列は、第1のトレンチ21によって外接される。
想定される実施形態又は代替実施形態に関係なく、「外接」とは、前面上の第1のトレンチの突起がキャビティの配列を取り囲むことを意味する。
第1のトレンチ21を露出させるように、封止フィルム16を薄化することが可能である。
この第2の実施形態の第2の代替実施形態は、図16a、図16b、図17a、図17b及び図18に示されている。
この第2の代替実施形態によれば、第1のトレンチ21は、移すステップの後に、前記第1のトレンチ21が外部環境に晒されるように、封止フィルムの厚さよりも深い深さを有する(図21)。
図16a及び図16bに示される方法は、第1の実施形態の第1の代替実施形態の用語を使用するが、図17a及び図17bに示される方法は、第1の実施形態の第2の代替実施形態の用語を使用する。
図16a及び図17aは、第1の輪郭21が形成される面(封止面16a)上のドナー基板17を表す。
次に、キャビティ11の配列が形成される支持基板10は、ドナー基板17(図16b及び図17b)と組み立てられる。
図19a、図19b、図20は、本発明の第2の実施形態の第3の態様による、キャビティを封止するための方法の様々なステップを示している。
この第3の態様によれば、第1のトレンチの深さは、封止フィルム16の厚さよりも大きい。
特に、図19a及び図19bに示される方法のステップは、図16a及び図16bに示される方法の用語を使用する。第1のトレンチ及び/又は少なくとも第2のトレンチを考慮することにより、封止フィルムを移すときに起こり易い膜の変形を減衰させることが可能になり、したがって、変形の不均一性も低減される。
本発明による方法は、MEMS、特に、それぞれが膜/キャビティ対によって形成された共振器を含むMEMSを製造するために有利に使用される。
膜によって支えられる変形を減らすことは、共振器マトリックス配列の結合された品質係数の増加をもたらし、したがって、従来技術から知られる配列よりも遥かに感度の高い容量性超音波変換器(cMUT又は容量性マイクロマシン超音波変換器)のマトリックス配列を製造することを可能にする。
本発明による方法はまた、キャビティと重なる封止層を剥離することができる取り外し可能な基板を製造するために使用することができる。受容基板と封止膜との間の剥離を伴うエネルギーは、マトリックス配列及びキャビティの寸法特性に従って調整することができる。
想定される用途に関係なく、本発明による方法は、後続の技術的ステップ(フォトリソグラフィ、ボンディング、エッチング、フィルム堆積ステップなど)を実行することを可能にする。
最終的に、第1の輪郭及び/又は第2の輪郭が、前面10a及び封止面16aの両方に形成され得ることが理解される。
本発明はまた、複数の膜19を使用して封止された複数のキャビティ11を備えたデバイスに関し、
このデバイスは、
(a)支持基板10の前面10a又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティ11であって、キャビティ11が、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bだけ離間されている、複数のキャビティと、
(b)その封止面を使用して前面10aと組み立てられた封止フィルム16によって形成された、キャビティ11の各々を封止する複数の膜19と、
を備え、
このデバイスは、前面10a及び封止面の一方及び/又は他方に幅Lの第1の輪郭を含み、
第1の輪郭は、有利には連続的な第1のトレンチ21を含み、
複数のキャビティ11は、第1の輪郭によって外接され、前記第1の輪郭が、複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあり、bの5分の1(b/5)と5b(5×b)との間、有利にはbの半分(0.5×b)と2b(2×b)との間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間にあるように配置される。
このデバイスは、
(a)支持基板10の前面10a又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティ11であって、キャビティ11が、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bだけ離間されている、複数のキャビティと、
(b)その封止面を使用して前面10aと組み立てられた封止フィルム16によって形成された、キャビティ11の各々を封止する複数の膜19と、
を備え、
このデバイスは、前面10a及び封止面の一方及び/又は他方に幅Lの第1の輪郭を含み、
第1の輪郭は、有利には連続的な第1のトレンチ21を含み、
複数のキャビティ11は、第1の輪郭によって外接され、前記第1の輪郭が、複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあり、bの5分の1(b/5)と5b(5×b)との間、有利にはbの半分(0.5×b)と2b(2×b)との間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間にあるように配置される。
10 支持基板
10a 前面
11 キャビティ
16 封止フィルム
16a 封止面
17 ドナー基板
17a ハンドル基板
17c 中間層
17d 脆化領域
19 膜
21 第1のトレンチ
31 第2のトレンチ
40 相互接続チャネル
10a 前面
11 キャビティ
16 封止フィルム
16a 封止面
17 ドナー基板
17a ハンドル基板
17c 中間層
17d 脆化領域
19 膜
21 第1のトレンチ
31 第2のトレンチ
40 相互接続チャネル
Claims (19)
- 複数の膜(19)を使用して複数のキャビティ(11)を封止する方法であって、
前記方法が、
(a)支持基板(10)の前面(10a)又は封止フィルム(16)の封止面(16a)に開口する複数のキャビティ(11)を形成するステップであって、前記キャビティ(11)が、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bによって離間されている、複数のキャビティ(11)を形成するステップと、
(b)前記前面(10a)と重なる前記封止フィルム(16)を移すことによって、前記複数の膜(19)を形成し、前記キャビティ(11)の各々を封止するステップであって、前記移すことが、前記前面(10a)と前記封止面(16a)を組み立てることを含む、前記キャビティ(11)の各々を封止するステップと、
を含み、
前記方法が、ステップ(b)の前に実行され、前記前面(10a)及び前記封止面(16a)の一方及び/又は他方に第1の輪郭を形成するステップ(a1)を含み、前記第1の輪郭が、幅L及び第1の深さp1を有する、有利には連続する第1のトレンチ(21)を含み、前記第1の輪郭の形成が、ステップ(b)の後に前記複数のキャビティ(11)が前記第1の輪郭によって外接されるように実行され、前記第1の輪郭が、bの5分の1と5bとの間、有利にはbの半分と2bとの間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間の、前記複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあることを特徴とする、複数のキャビティ(11)を封止する方法。 - 前記幅Lが、aの5分の1と5aとの間、有利にはaの半分と2aとの間、より有利には0.9×aと1.1×aとの間である、請求項1に記載の方法。
- 前記キャビティ(11)が、正方形、円形又は多角形であり、特に六角形である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第1の輪郭が前記前面に形成され、前記ステップ(b)の後に、前記第1の輪郭を明らかにするために前記封止フィルム(16)を部分的に除去するステップ(c)が続き、前記部分的な除去が、前記第1の輪郭によって外接された前記封止フィルム(16)の部分を保持する、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。
- 前記第1の輪郭が前記封止面に形成され、前記第1の深さp1が前記封止フィルムの厚さ未満である、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- 前記第1の輪郭が前記封止面に形成され、前記第1の深さp1が、前記ステップ(b)の後に前記第1の輪郭が外部環境に晒されるように、前記封止フィルムの厚さ以上である、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。
- ステップ(a1)がまた、前記前面(10a)及び前記封止面(16a)の一方及び/又は他方に少なくとも第2の輪郭を形成することも含み、これが、前記第1の輪郭から本質的に一定の距離にある、有利には全ての点で前記第1のトレンチ(21)の周りの第2のトレンチ(31)を含む、請求項1から6の何れか一項に記載の方法。
- 前記第1の輪郭及び前記少なくとも第2の輪郭が、1つ又は複数の相互接続チャネル(40)によって連結され、有利には、前記1つ又は複数の相互接続チャネル(40)が、前記第1の輪郭及び前記第2の輪郭の2つの隣接する角部をそれぞれ連結する、請求項7に記載の方法。
- 前記移すステップ(b)が、ドナー基板(17)を前記支持基板(10)と結合するステップ(b1)を含み、前記ドナー基板(17)が、ハンドル基板(17a)に載る前記封止フィルム(16)を備え、続いて、前記ハンドル基板(17a)を除去するステップ(b2)が続く、請求項1から8の何れか一項に記載の方法。
- ステップ(b2)が、機械的及び/又は化学的摩耗によるエッチングを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記ドナー基板(17)が、前記ハンドル基板(17a)と前記封止フィルム(16)との間に挿入された中間層(17c)を含み、前記中間層(17c)が、前記封止フィルム(16)及び前記ハンドル基板(17a)に対してエッチング選択性を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記ドナー基板(17)が、前記封止フィルム(16)を区切る脆化領域(17d)を含み、機械的応力及び/又は熱処理を加えることによって破壊するように構成される、請求項9に記載の方法。
- 前記脆化領域(17d)が、種の注入によって得られる、請求項12に記載の方法。
- 前記封止フィルム(16)が半導体材料を含み、有利には、前記半導体材料が、シリコン、ゲルマニウム、シリコン及びゲルマニウム合金、リン化インジウム、III-V族半導体ヒ化物、III-V族半導体リン化物、又は、III-V族半導体窒化物、シリコンカーバイドから選択される少なくとも要素を含む、請求項1から13の何れか一項に記載の方法。
- 前記封止フィルム(16)が金属材料を含み、有利には、前記金属材料が、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タングステンシリサイド、金から選択される少なくとも要素を含む、請求項1から13の何れか一項に記載の方法。
- 前記封止フィルム(16)が絶縁材料を含み、有利には、前記絶縁材料が、二酸化ケイ素、窒化ケイ素から選択される少なくとも要素を含む、請求項1から13の何れか一項に記載の方法。
- 前記封止フィルム(16)が圧電材料を含み、有利には、前記圧電材料が、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、亜鉛及びタンタル酸鉛から選択される少なくとも要素を含む、請求項1から13の何れか一項に記載の方法。
- 微小電気機械システムを製造するための、請求項1から17の何れか一項に記載の方法の使用。
- 複数の膜(19)を使用して封止された複数のキャビティ(11)を備えたデバイスであって、
前記デバイスが、
(a)支持基板(10)の前面(10a)又は封止フィルムの封止面に開口する複数のキャビティ(11)であって、前記キャビティ(11)が、有利にはマトリックスに配列され、深さp、特徴寸法aを有し、間隔bだけ離間されている、複数のキャビティ(11)と、
(b)その封止面を使用して前記前面(10a)と組み立てられた前記封止フィルム(16)によって形成された、前記キャビティ(11)の各々を封止する複数の膜(19)と、
を備え、
前記デバイスが、前記前面(10a)及び前記封止面の一方及び/又は他方に幅Lの第1の輪郭を含み、前記第1の輪郭が、第1のトレンチ(21)を含み、前記複数のキャビティ(11)が、前記第1の輪郭によって外接され、前記第1の輪郭が、前記複数のキャビティから有利に本質的に一定の距離Gにあり、bの5分の1と5bとの間、有利にはbの半分と2bとの間、より有利には0.9×bと1.1×bとの間にあるように配置されることを特徴とする、デバイス。
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