JP3651888B2 - 微細機械構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基部体（Grundkoerper）上に形成され、保護体（Abdeckkoerper）によって損傷から保護される、微細機械構造（mikromechanischer Strukturen）の製造方法に関するものである。
【０００１】
微細機械構造は、例えば、エアバック起爆装置のための加速度センサーとして使用される。この際、微細機械構造は、仕切り板（Membran）またはバネ材（Federbalk）といった自己支持部からなり、加速度が生じたときにたわむようになっている。たわみに基づいて、加速度の値は決定される。
【０００２】
微細機械構造は、例えば基部体の表面上に配列されており、保護体によって、機械的、あるいは化学的な破壊といった環境的な影響から保護されている。
【０００３】
微細機械構造の製造方法は、例えば、Sven Michaelis, Hans-Joerg Timme、 付加的な電気的メッキＭＥＭＳ工程からの加速度しきい値スイッチ ユーロセンサー13, 第13回固体状態変換器ヨーロッパ会議、1999年９月12〜15日、オランダ ハーグ）；M. Wycisk, T. Toennesen and J. Binder, S. Michaelis and H. J. Timme 慣性センシングのための電気的にメッキされた微細構造の低コストポスト-ＣＭＯＳ集積回路、そして、M. Wycisk and J.Binder, S. Michaelis and H.J. Timme 微細機械の加速度しきい値スイッチのための新しいオン-チップセンサー技術で具体的に述べられている。
【０００４】
微細機械構造を保護する方法は、例えば、Sven Michaelis, Hans-Joerg Timme, Michael Wycisk, Josef Binder 輸送に適用したＭＥＭＳ加速度しきい値スイッチの製造のためのポスト-ＣＭＯＳ工程としての付加的な電気メッキ技術に記述されている。この際、下部に空洞を有する特別に調整された保護体を使用する。なお、空洞は、基部体上に配置されている微細機械構造を保護するものである。また、保護体には、該保護体を貫通する穴が配置されており、基部体の接触パッドは、基部体と保護体との接合後に使用できる。この穴がなければ、構造に電気的な接触をもたらすことは不可能となる。
【０００５】
保護体の穴によって、壊れやすくひびの影響を受けやすくなる。これにより生産性は低くなり、コスト高になってしまう。さらに、穴の製造は６時間以上の入念なエッチング工程となるためにコスト高になってしまう。
【０００６】
微細機械構造を保護して、接触パッドを露出するさらなる方法は、切り込み法を用いることである。この際、保護体の大部分を切り取って、切り込みを伴う洗浄操作で洗浄する。この大部分の洗浄によって構造が損傷を受ける危険性が高く、さらに切り込み板が破損する。
【０００７】
本発明の目的は、基部体と保護体とをこれらの表面で接合し、基部体の接合された面の少なくとも一部分を簡単な方法で露出する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明によれば、上記目的は、次の工程を伴う微細機械構造の製造方法によって達成される：共有する境界面に沿って基部体と保護体とを接合し、複合体を形成する。複合体内には、境界面に沿って空洞が形成されている。複合体の表面の領域の物質を除去して空洞を開口する。
【０００９】
本発明における方法の利点は、微細機械構造を非常に簡単に保護できる点にある。さらに、従来技術において、シリコン結晶の（１１１）方向に沿ってエッチングする方法において必要だったシリコンカバーのみ使用可能となるのではない。本発明によれば、ガラスカバー、あるいはプラスチックカバーといった、低コストの物質もまた使用することが可能である。
【００１０】
さらに、通常６時間かかる貫通穴をエッチングする必要がないので、カバーを製造する時間はかなり短くなる。さらに、エッチング時間が長いことによって、穴のエッチングは、レジストマスクに存在する欠陥、または、カバーを形成するシリコンウェハーに存在するひびが増長されるという欠点がある。つまり、従来の技術によって製造されたカバーは、結果として品質の悪いものとなる。
【００１１】
本発明のさらなる利点は、構造化されていないカバーを用いることが可能となり、微細機械構造を基部体の窪み内に配置するのが可能となる点にある。上記方法によって、カバーを非常に低コストで形成することができる。
【００１２】
本発明のさらなる利点は、プラスチックでカバーを形成できることにある。
【００１３】
さらに、本発明における方法によれば、基部体と保護体とが接合されていれば、微細機械構造の与えられた保護体の窪みを形成することができる。
【００１４】
本発明における方法の有利な改良点は、複合体の表面の領域にある物質を、丸鋸盤を用いて、少なくとも部分的に切り込むことによって空洞が開口されるという点にある。この結果、近年、ウェハーを個々のチップに切り分ける際に用いられる方法を、本発明の方法に用いることが可能である。
【００１５】
さらに、基部体の表面に接合する保護体を切断するために、複合体を土台（Traeger）上に配置する。この土台は、通常、金属薄片（Folie）であり、この金属薄片に基部体が被せられている。この方法とこの配置とによって、基部体が土台に固定されているときに、保護体のみを切り込むことが可能となる。
【００１６】
他の有利な方法は、保護体の表面に接合する基部体を切断するために、複合体を土台に配置することである。この方法の際には、保護体を用いて複合体を金属薄片上に被せ、これに続く切断工程で、基部体のみを切断できる。または、基部体と保護体とをより深く切断できる。従来の技術では、ウェハーを金属薄片上に被せて丸鋸盤を用いて分割するのが通例である。この場合、ウェハーのみを切り分けて、金属薄片には傷はつかない。この方法を本発明における方法に適用できる。
【００１７】
本発明における方法の他の有利な改良点は、空洞に形成された電気的接触部を、少なくとも部分的に露出する点にある。この方法によって、次の接続工程において電気的接触部をリードフレームに電気的に接続することが可能となる。
【００１８】
本発明における方法の他の有利な改良点は、窪みを保護体内に形成する点にある。なお、この窪みは、基部体と保護体との接合後に空洞を形成する。この方法によって、微細機械構造を備えるための空洞を、簡易に形成することが可能である。
【００１９】
本発明における方法の他の有利な改良点は、基部体と保護体との接合後に空洞を形成する窪みが、基部体内に形成される点にある。この配置によって、空洞内に形成される電気的接触部を、本発明の方法によって露出することが可能である。この際、保護体を構造化する必要はないという点が特に有利である。これによって、保護体を製造する際のコストを節約できる。
【００２０】
また、保護体と基部体とを、共晶接合、シリコン融着接合、陽極接合、接着接合および／またははんだ付けを用いて接合するのが有利である。これらの技術については、例えばA. Heuberger 微細機械 Springer-Verlag, 1991 に記述されている。
【００２１】
本発明における方法の他の有利な変形例では、保護体が、シリコン、ガラス、プラスチック、ポリマーあるいはポリアミドからなることである。
【００２２】
従来技術においては、保護体としてのシリコンの使用は制限されている。本発明でも、保護体としてシリコンウェハーを使用すると、比較的コスト高になるので、ガラスあるいはプラスチックを使用することで、コストを削減する。
【００２３】
本発明における方法の他の有利な改良点は、基部体を金属薄片に被せ、保護体を切り目（Saegeschnitt）に沿って切断する点にある。この方法によって、保護体のみを切断するように、丸鋸盤が切断する深さを選択することが可能であり、空洞を切断して開口し、基部体を変化させないようにして行う。この際、切り離された部分を切りくずと別にして、保護体から取り除く。その結果、基部体の構造の損傷、あるいは切断板への損傷を回避することができる。
【００２４】
本発明における方法の他の有利な改良点は、保護体を用いて複合体を金属薄片上に被せ、複合体をさらなる切り目に沿って切断する点にある。こうして、個々の分離したチップとして切り分けられる。この方法によって、保護体を切り込んだ後、複合体を金属薄片から取り外し、続いて保護体を用いて金属薄片上に被せる。このトップダウン配置（微細機械構造と電気的接触部とが金属薄片に向き合うように配置されている表面に、保護体が位置する。）によって、複合体を切り分けることで、「切り離された部分」は金属薄片上に残る。
【００２５】
さらなる工程において、基部体と保護体とからなる複合体全体を切り目に沿って切断するように、丸鋸盤の切断の深さを選択する。これにより、金属薄片上に残っている個々の切り分けられたチップを、さらに切り取ることができる。
【００２６】
本発明における方法の他の有利な改良点は、個々のチップを、バキューム・ピペットを用いて金属薄片から取り外すことで、電気的接触部の上方に配置されていた保護体の部分が金属薄片上に残るようにする点にある。この方法によって、個々のチップを金属薄片から取り外すことが可能になる。この際、もともと電気的接触部の上方にわたって配置されていたカバーは、金属薄片上に付着して残っている。
【００２７】
本発明における方法の他の有利な改良点は、複合体を切り分けた後に、チップは少なくとも一方の側に電気的接触部を備えている点にある。通常、チップは長方形であり、この変形例の場合、チップの一方の側には電気的接触部を備えている。
【００２８】
本発明における方法の他の有利な改良点は、複合体を切り分けた後に、チップは一方の側であり、少なくとも１つの隣接する側に電気的接触部を備えている点にある。この配置によって、電気的接触部の数を増やして、隣接する２つのチップの側を分割することが可能である。
【００２９】
本発明における方法の他の有利な改良点は、複合体を切り分けた後で、チップは、一方の側と該一方の側と互いに向き合う側とに、電気的接触部を備えている点にある。このように電気的接触部を配置することによって、電気的接触部の数を増やすことが可能である。その結果、チップをより小さくし、かつ、チップの接触部の数をより多くできる。同様に、例えば、微細コントローラーの集積化のように、チップに多機能性を有して集積化することが可能になる。これによって、製造の多様性が高められる。
【００３０】
本発明における方法の他の有利な改良点は、複合体を切り分けた後で、チップは、少なくとも３つの隣接する側に電気的接触部を備えている点にある。これにより、電気的接触部の数をさらに増やすことが可能である。
【００３１】
本発明における他の有効な具体例については、従属の請求項に示す。
【００３２】
図１に示すのは、本発明の微細機械構造であり、該微細機械構造は、基部体１からなり、共有する境界面３で保護体２に接合している。基部体１の上には、微細機械構造１７および電気的接触部９が配置されている。基部体１を、この際、金属薄片１０からなる土台８に取り付ける。この際、基部体１と保護体２とからなる複合体４を、金属薄片１０に被せる。この複合体４に、電気的接触部９を備える空洞５を配置する。さらに、微細機械構造１７を備える空洞１８を、複合体の共有する境界面３に沿って配置する。そして、点線１９に沿って、丸鋸盤を用いて保護体を切断すると、電気的接触部９と基部体１との大部分は主なる原形を保ったまま残る。
【００３３】
続いて、複合体４を土台８から取り外し、図２に示すように、保護体を土台８に取り付ける。すなわち、保護体２を金属薄片１０に被せる。
【００３４】
図２において、保護体２の切り込み部１９によって作られる開口部１６をはっきりと確認できる。また、他の切り目２０を用いて、複合体を切断する。この切り込みは、少なくとも空洞５の一部を切断するように延びている。これにより、図３に示す個々に切り分けられたチップ１１が作られる。
【００３５】
切り込み板に損傷を与える虞のある断片を、保護体２から切り取り、第１切込み１９を行う。切り目２０の深さは複合体全体を切断するところまで達するが、土台８が支持材としての機能を維持するので、複合体全体は切断されない。
【００３６】
図４に、本発明のさらなる具体例を示す。図１との違いは、保護体２の大部分が構造化されていなく、基部体１には、電気的接触部９を備える空洞５と、微細機械構造１７を備える空洞１８とが形成されているという点にある。図４に示す本発明の変形例の利点は、構造化されない保護体２を利用できる点にある。ここでも、外部表面７において保護体２を切り込むことにより、物質６を除去する。
【００３７】
続いて、複合体４を支持材８から取り外し、図５に示すように、この際、金属薄片からなる支持材に、保護体２を用いて複合体４を被せる。図５において、複合体４を点線２０に沿って切断する。こうして、個々に切り分けられたチップ１１が作られる。
【００３８】
図６に示すのは、基部体１と保護体２とが、共有する境界面３で接合してなる個々に切り分けられたチップである。さらに、基部体１と保護体２との間に配置されている空洞１８には、微細機械構造１７が位置している。
【００３９】
図７ａおよび図７ｂに、電気的接触部を１つの側に有する各チップ１１を、複合体４から切り離すことができる切り込み法を示す。図７ｂは、複合体４の平面図を示している。後に製造される個々に切り分けられたチップ１１は、斜線で示されている。複合体には、保護体２の切り込み部１９を用いて開口される空洞５が位置する。切れ目２０に沿って複合体が個々のチップ１１に切り分けられると、電気的接触部１２はチップ１１の一方の側に位置することになる。
【００４０】
図８ａおよび図８ｂに、個々のチップの製造方法を示す。なお、この方法では、電気的接触部は、側面１３とそれと向きあう側面１５とに配置している。
【００４１】
図８ｂにおいて、空洞５に２列の電気的接触部９が配置されている。空洞５は、保護体２の切り込み部１９に沿って開口される。続いて、複合体を、保護体を用いて金属薄片１０に被せ、複合体を切れ目２０に沿って個々のチップに切り分ける。
【００４２】
図９ａおよび図９ｂに、複合体の切れ目に関するさらに他の具体例を示す。
【００４３】
図９ｂでは、電気的接触部９は、チップの２つの側に配置されている。まず、切り込み部１９を用いて空洞５は開口され、続いて保護体２が金属薄片１０に被せられ、基部体および保護体からなる複合体４全体が切断される。これによって、隣接する２つの側に電気的接触部を有するチップ１１が作られる。
【００４４】
図１０ａおよび図１０ｂに、隣接する３つの側に電気的接触部を備えるチップの製造方法を示す。
【００４５】
基部体１に、電流接触部９を２列に配置する。続いて、保護体２を基部体１に接合することにより、空洞５内に電流接触部９を配置する。保護体２の切り込み部１９を用いて、空洞５を開口する。続いて、保護体を用いて、複合体を金属薄片１０に被せ、切れ目２０に沿って、複合体４をチップ１１ごとに切断する。
【００４６】
上述の方法を用いて、複合体４の２つの切れ目を異なる深さに切り込むことによって、保護ウェハーの部分を取り外して洗浄することなく、電気的接触部を露出できる。この際、保護体２が切断されるよう、第１切り込み工程において開口される空洞に電気的接触部を配置する。この第１切り込み工程において、基部体１を用いて、複合体４を金属薄片部１０上に被せる。そして、保護体だけを切断して基部体の構造は保持するように、切り込みの深さを選択する。空洞５の部分に接するが、保護体２から「切り離された部分」が切り取られないように、切り込み線を配置する。つまり、土台は保たれることになり、土台には、保護体の切り取られた部分が付着している。
【００４７】
上記の第１切り込み工程の後に、複合体を金属薄片から取り外し、それから再び、保護体を用いて金属薄片に被せる。第２切り込み工程では、基部体および保護体からなる複合体を完全に切断する。第２切込み工程の後、チップが作られ、これらチップは金属薄片上に付着する。そして、これらのチップを標準的な方法によって、切り込み薄片部（Saegefolie）から取り外すことができ、電気的接触部の上方に位置する保護体の部分は、切り込み薄片部に付着したまま残る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による微細機械構造の一具体例を示す図である。
【図２】 図１において、さらに工程を経た後の、微細機械構造の一具体例を示す図である。
【図３】 図１における複合体が個々のチップに切り分けられた一具体例を示す図である。
【図４】 本発明によるさらなる微細機械構造を示す図である。
【図５】 図４において、さらに工程を経た後の、微細機械構造の一具体例を示す図である。
【図６】 図５において、複合体が個々のチップに分離された微細機械構造を示す図である。
【図７】 （ａ）は本発明の微細機械構造の断面図であり、（ｂ）は一方の側に電気的接触部を備えるチップを形成する（ａ）における微細機械構造の平面図である。
【図８】 （ａ）は本発明の他の微細機械構造の断面図であり、（ｂ）は複合体が分割されたときに作られる、互いに向き合う側に電気的接触部を有する（ａ）に示す微細機械構造の平面図である。
【図９】 （ａ）はさらに他の微細機械構造の断面図であり、（ｂ）は分割後に、隣接する２つの側面に、電気接触部を備えるように配置された（ａ）に示す微細機械構造の平面図である。
【図１０】 （ａ）は本発明による他の微細機械構造を示す断面図であり、（ｂ）は分割後に、３つの隣接する側面に、電気接触部を備えるように配置された（ｂ）に示す微細機械構造の平面図である。

Claims (13)

1. 共有する境界面（３）に沿って基部体（１）と保護体（２）とを接合して複合体（４）を形成し、上記複合体（４）に境界面（３）に沿って空洞（５）を形成する工程と、複合体（４）の表面（７）の領域の物質（６）を除去することによって空洞（５）を開口する工程とを有する微細機械構造の製造方法において、
   上記空洞（５）を開口する工程では、基部体（１）の表面を土台（８）に配置して、保護体（２）を切断し、
   上記空洞（５）を開口する工程に続いて、保護体（２）の表面を土台（８）に配置して、少なくとも空洞（５）の一部を切断するように、保護体（２）および基部体（１）を切断することを特徴とする微細機械構造の製造方法。
2. 複合体（４）の表面（７）の領域にある物質（６）を、丸鋸盤を用いて少なくとも部分的に切り込むことによって空洞（５）を開口することを特徴とする請求項１に記載の微細機械構造の製造方法。
3. 空洞（５）に形成された電気的接触部（９）を、少なくとも部分的に露出することを特徴とする請求項１または２に記載の微細機械構造の製造方法。
4. 基部体（１）と保護体（２）とを接合した後に空洞（５）を形成する窪みを保護体（２）に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
5. 基部体（１）と保護体（２）とを接合した後に空洞（５）を形成する窪みを基部体（１）に形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
6. 保護体（２）と基部体（１）とを、共晶接合、シリコン融着接合、陽極接合、接着結合および／またははんだ付けを用いて接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
7. 保護体（２）が、シリコン、ガラスまたはプラスチックからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
8. 上記空洞（５）を開口する工程では、
   基部体（１）を金属薄片（１０）に被せ、保護体（２）を、基部体（１）の構造を保持するような切れ目に沿って切断することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
9. 保護体（２）および基部体（１）を切断する工程では、
   保護体（２）を金属薄片（１０）に被せ、さらに、保護体（２）および基部体（１）を切断するような切れ目に沿って複合体（４）を切断することによって、個々のチップ（１１）に切り分けることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
10. バキューム・ピペットを用いて、個々に切り分けられたチップ（１１）を金属薄片から取り外し、電気的接触部（９）の上方に配置されていた保護体（２）の部分が、金属薄片上に残ることを特徴とする請求項９に記載の微細機械構造の製造方法。
11. 複合体（４）の切断後、チップ（１１）の少なくとも１つの側に電気的接触部（１２） を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
12. 複合体（４）の切断後、電気的接触部（１２）を、チップ（１１）の１つの側（１３）と、それと隣接する少なくとも１つの側（１４）とに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。
13. 複合体（４）の切断後、電気的接触部（１２）を、チップ（１１）の１つの側（１３）と、それと向き合う１つの側（１５）とに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の微細機械構造の製造方法。

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