JP5489751B2 - 少なくとも１つのマイクロエレクトロニクスデバイス用の空洞閉鎖方法 - Google Patents
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Description
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）および／またはナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）などのマイクロエレクトロニクスデバイス、またはチップの分野に関する。具体的には、本発明は、単一基板上に製作された複数のＭＥＭＳまたはＮＥＭＳタイプのデバイス用の集合的カプセル封止方法に関する。
ＭＥＭＳタイプのマイクロエレクトロニクスデバイスを製造するコストを低減するために、単一基板上にできるだけ多数のデバイスを備えるようにそのサイズを縮小し、したがってデバイスのコストを低減することが有用である。これらのデバイスの製造に集合的製造プロセスを用いることも有用であり、基板をダイシングした後に各デバイスについて個々に行うと非常にコストがかかるカプセル封止ステップを集合的製造プロセスが含むことによって特に有用になる。カプセル封止ステップは、１つまたは複数のマイクロエレクトロニクスデバイスを空洞内の外部環境から隔離するために、このマイクロエレクトロニクスデバイスの頂部のカバーを封止するステップから成る。
小型化にもかかわらずマイクロエレクトロニクスデバイスの性能を維持するための手段の１つは、デバイスが配置される雰囲気を常にしっかりと制御することである。そのようなＭＥＭＳタイプのマイクロエレクトロニクスデバイスは、可動の機械的物体であり、その特性は、非常に周囲の雰囲気に左右される。具体的には、デバイスが有することがある懸吊されたマスの熱力学ノイズが、このデバイスのＱに、したがってデバイスが配置されている空洞内のガスからのダンピングに直接関係する。例えば可能な最高の真空によって、ダンピングが小さくなる。他の場合には、ダンピングが大きいと、デバイスの帯域幅を制限し、衝撃に対する感度を低減するのに有用であり得る。この大きいダンピングは、デバイスのまわりのほぼ大気圧である圧力に起因することがある。したがって、デバイスが配置される空洞の所望の雰囲気の範囲は、低ノイズで非常に狭い共振ピークを有する非常に高度の真空から、ダンピングが大きく遮断周波数が低い数バールに及ぶことがある。
カバーの封止および空洞の内部圧力の制御を同時に保証する単一のテップを実施することにより、ＭＥＭＳタイプのデバイスのカプセル封止を達成することが可能である。しかし、この場合、封止のステップの前にデバイスを解放すること、および封止作業がデバイスに望まれる環境（真空または特定の雰囲気）に適合することが必要とされるので、そのようなカプセル封止には、これら２つの機能の互換性を保証するために厳しい制約が伴う。これらの制約は非常に制限的であり、用いることができる技法の数は少ない。
ＭＥＭＳタイプのデバイスのカプセル封止も、一般に穴またはトレンチの形で小開口を維持する一方でカバーを封止することによってデバイスを保護するステップ、次いで制御雰囲気下でこれらの開口部を閉鎖するステップの２ステップで実施することができる。この場合、カバーの封止は、デバイスの解放の前に行われてよい。したがって、表面の準備条件における自由が大幅に増す。デバイスの解放は、カバーの封止の後に、この目的のために維持された開口部を介して化学的侵食により行われる。封止はまた、封止作業中の雰囲気および温度の条件を最適に選択して、解放後に行われてもよい。この場合、カプセル封止は、次の２つの主ステップで行われる。
− 空洞を作成するために、開口部を備えた覆い基板を転写する、あるいは開口部を備えた薄層を堆積する。
− その空洞に望まれる環境（圧力および／または特定ガス）に対応する環境で開口部の施栓または閉鎖を行う。
− 空洞を作成するために、開口部を備えた覆い基板を転写する、あるいは開口部を備えた薄層を堆積する。
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空洞を覆う機能と閉鎖する機能とを分離すると、雰囲気に基づいて少ない制約でカバーを封止することが可能になる。
基板転写は、可溶性ガラスの細長片によるもの、Ａｕ−Ｓｉ共晶層によるもの、直接的Ｓｉ／ＳｉＯ２結合によるもの、またはシリコン上でのガラスの陽極溶接（または陽極接合）による（高電圧および高温を同時に加える）ものさえある、様々な封止のタイプによって行われ得る。この封止は、およそ２００℃と１０００℃との間に含まれる温度で、より一般的には約４００℃で一般に行われる。
基板の転写に対する代替は、チップの能動部品を覆う犠牲層と称される層を覆って薄層を堆積することから成る。次いで、この犠牲層は、穴を介して化学的侵食によってエッチングされる。犠牲層によって残された空の部分が、空洞を形成する。
あとは、空洞を所望の圧力にさらす一方で穴に施栓することだけである。いくつかのタイプの栓が使用され得る。
そのために、カバーの上に別の基板を転写することは可能であるが、追加基板のコスト、封止の高温、および非常に高品質の研磨が必要になるといった欠点を伴う。この技法は、カバー自体がシリコン基板である場合のために保留される。この技法には、デバイスにさらなる厚さ（転写された基板の厚さに相当するもの）が加わり、したがってデバイスの体積が増加するといった短所もある。
漸進的に穴を塞ぐために、カバーの上に、例えば窒化シリコンまたは多結晶シリコンに基づく薄層を堆積することにより、施栓を達成することも可能である。次いで、薄層を堆積している間に、十分な厚さになった後で、施栓は終わりである。しかし、この技法は非常に小さな直径（数マイクロメートル）の穴に限定され、また、堆積チャンバ内の圧力に等しい空洞圧力を許容することができるＭＥＭＳデバイスに対してのみ用いることができるものである。これは非常に限定的であり、数ミリバールの圧力を用いるＭＥＭＳデバイスにのみ関係する。さらに、転写された基板のタイプのカバーの場合、穴の表面近くの穴の底部に堆積させるための面が存在せず、したがって穴を施栓するまでの堆積時間が非常に長くなるため、この技法を用いるのがより困難である。
穴の周辺に可溶性鉱物の層（一般に、フォスフォシリケートガラス、ボロフォスフォシリケートガラスなど）を堆積させ、次いで、穴の中心に向かう厚い流れで穴を施栓するために、この層の高温リフローを行うことにより施栓を達成することも可能である。この技法によって、（リフローのとき）様々な空洞圧力を用いることが可能になるが、鉱物層に対して、およそ９００℃の、より高い溶融温度が必要とされ、この温度は、多くのＭＥＭＳデバイス、特にＣＭＯＳ回路を組み入れるものに適合し難い。さらに、デバイスが高温にあり、したがってガス抜きしているときに空洞が施栓され、これによって高真空を得ることが困難になる。
別の施栓技法によれば、穴のあたりに低融点金属（一般に、錫／鉛または金／錫ベースのもの）の層を堆積し、毛管現象の影響下では、堆積された金属が穴の上の一滴に集まって穴を閉じるという見込みでこの金属を溶解することが可能である。この技法により、比較的低温で空洞内に様々な圧力を得ることが可能になり得る。しかし、その一滴が穴を施栓する機会を得るように、可融合金の比較的厚い層を堆積しなければならないという重大な欠点がある。これは液媒中の電解析出の方法によって得られるが、この方法は、ほとんどの場合、電解液中の様々な化学的作用物質によって汚染されてはならない、既に解放されているＭＥＭＳデバイスにとって許容できないものである。穴のまわりの金属は、形状を画定するための感光性樹脂の使用を想定するリボン形状をさらに有する必要があり、この場合もまた、この技術は、カバーの上の穴の存在に適合し難い。別の強い制約として、トレンチ形の開口部の場合、溶解された金属がトレンチの上でなくリボンに沿って集まる傾向があるので、この技法はうまく機能しない。円筒状の穴の場合でさえ、施栓を達成するためには非常に小さい寸法でなければならない。
最後に、穴の上に可融合金のビードを手動で堆積させ、このビードを溶解し、次いで、以前に穴のまわりに堆積されてエッチングされた金属リボンに溶接することも可能である。この解決策は、デバイスの空洞内に液体が侵入する不都合を解消する。しかし、この解決策には、複数のデバイスのカバーの穴を施栓したいとき個々の手作業を用いるという欠点があり、これは、コスト低減のためにマイクロ工学を用いるという目的に反する。この技法も、トレンチの施栓には不向きである。
本発明の一目的は、例えば低コストで複数のマイクロエレクトロニクスデバイスの集合的カプセル封止を実施するための、また従来技術からの欠点を伴わない、複数の空洞の集合的閉鎖に適合する、少なくとも１つのマイクロエレクトロニクスデバイスについて少なくとも１つの空洞を閉鎖するための方法を提案することである。
それを行うために、本発明は、少なくとも１つのマイクロエレクトロニクスデバイス用の少なくとも１つの空洞を閉鎖するための方法を提案するものであり、この方法は、少なくとも、
ａ）空洞への通路を形成する少なくとも１つの開口部が横断している少なくとも１つの第１の層を備える第１の基板に、少なくとも１つの空洞を製造するステップと、
ｂ）開口部のまわりに、空洞の反対側の面に配置された第１の層の面上に、または第１の層の面に接して、結合材または接着材の少なくとも１つの部分を製造するステップと、
ｃ）第２の基板上に、例えば可溶材料を堆積させ、マスクを用いて、第２の基板上に可溶材料の少なくとも１つの部分を製造するステップと、
ｄ）この可溶材料部分を、結合材部分に接触させて配置するステップと、
ｅ）可溶材料を溶解し、次いで凝固させることにより、結合材部分に接着する開口部用の栓を形成するステップと、
ｆ）栓と第２の基板とを分離するステップとを含む。
ａ）空洞への通路を形成する少なくとも１つの開口部が横断している少なくとも１つの第１の層を備える第１の基板に、少なくとも１つの空洞を製造するステップと、
ｂ）開口部のまわりに、空洞の反対側の面に配置された第１の層の面上に、または第１の層の面に接して、結合材または接着材の少なくとも１つの部分を製造するステップと、
ｃ）第２の基板上に、例えば可溶材料を堆積させ、マスクを用いて、第２の基板上に可溶材料の少なくとも１つの部分を製造するステップと、
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ｅ）可溶材料を溶解し、次いで凝固させることにより、結合材部分に接着する開口部用の栓を形成するステップと、
ｆ）栓と第２の基板とを分離するステップとを含む。
マイクロエレクトロニクスデバイスは、マイクロメートルまたはナノメートルサイズの要素を備えるデバイスを意味するものと理解されている。このデバイスは、例えば圧力変換器、慣性センサ、共振器などのＭＥＭＳまたはＮＥＭＳでよい。
さらに、第１の基板および／または第２の基板は、類似の材料または異なる材料の１つまたは複数の層（スタッキング）から形成された均質または異質の構造体でよい。
第１の基板は、いくつかの層の組立体でよく、例えば、空洞に配置された、空洞頂部のカバーまたは膜であり得るマイクロエレクトロニクスデバイスを備えてよい。
例えば、この方法は、本発明による方法によって閉鎖されることが意図された１つまたは複数の空洞に配置された１つまたは複数のマイクロエレクトロニクスデバイスをカプセル封止するために適用されてよい。この方法は、１つまたは複数のマイクロエレクトロニクスデバイス（例えば空洞の壁を形成する膜を備えるデバイス）の一部分である１つまたは複数の空洞を閉鎖するのに用いられてもよい。
第１の基板がカバーを備えるとき、第１の基板は構造体を有し、それによって、空洞の少なくとも一部分を形成することができる。
本発明による方法は、複数の空洞の集合的閉鎖を実施するために特に興味深いものである。
さらに、この方法は、以下の利点のために技術的かつ経済的に非常に魅力的である。
− この方法は、可溶材料の１つまたは複数の部分を備えた第２の基板を使用するので、集合的に製作された複数のマイクロエレクトロニクスデバイスが配置されている１つまたは複数の空洞の集合的閉鎖を、第１の基板をダイシングする前に達成することができる。
− この方法は、空洞用のカバーを形成することができる第１の層上で表面積をほとんど消費せず、したがって、この方法は、マイクロエレクトロニクスデバイスのサイズをますます縮小することに適合できる。
− この方法は、第１の層に形成された１つまたは複数の開口部の閉鎖を意味する封止の瞬間の空洞内部の圧力の制御に適合することができる。
− この方法は、第１の層の上の栓を溶接するので、厳しい温度および湿度の環境で非常に長い時間（２０年以上）にわたって非常に優れたハーメチックシールを保証することができる。
− この方法は、マイクロエレクトロニクスデバイスに対して寄生応力をほとんど発生せず、装置自体の設計を制約しない。
− この方法は、例えば約４００℃未満の低温で行われるステップに適合することができ、したがって、例えばＣＭＯＳタイプの１つまたは複数の集積電子回路がマイクロエレクトロニクスデバイス上に存在するとき実施されてよい。
− 製作された栓は、大きな過剰肉厚を形成せず、このことによって、カプセル封止されたマイクロエレクトロニクスデバイスの体積が低減する。
− 特に空洞内で高真空を達成しなければならないとき、この方法は、非常に低圧のガス抜きおよび非常に高圧の封止の金属シール材の使用に適合することができる。
− この方法は、既に機械加工されている解放されたマイクロエレクトロニクスデバイスに接する液相を含まない。
− この方法は、マスクを使用して第２の基板上に可溶材料が形成されることにより、第１の層に製作された開口部の、例えば穴、トレンチといったすべての形式に適合することができ、マスクは、あらゆるパターンの１つまたはいくつかの開口部が製作され得る堆積マスクまたはエッチングマスクでよい。
− この方法は、空洞を迅速に閉鎖する前に、ガス抜きを延長できる可能性がある。
− この方法は、例えば単一基板上に大気圧で動作する必要がある加速度計と真空で動作する必要があるジャイロとが存在するとき、別々の圧力で空洞を製作することとも適合できる。
− この方法は、可溶材料の１つまたは複数の部分を備えた第２の基板を使用するので、集合的に製作された複数のマイクロエレクトロニクスデバイスが配置されている１つまたは複数の空洞の集合的閉鎖を、第１の基板をダイシングする前に達成することができる。
− この方法は、空洞用のカバーを形成することができる第１の層上で表面積をほとんど消費せず、したがって、この方法は、マイクロエレクトロニクスデバイスのサイズをますます縮小することに適合できる。
− この方法は、第１の層に形成された１つまたは複数の開口部の閉鎖を意味する封止の瞬間の空洞内部の圧力の制御に適合することができる。
− この方法は、第１の層の上の栓を溶接するので、厳しい温度および湿度の環境で非常に長い時間（２０年以上）にわたって非常に優れたハーメチックシールを保証することができる。
− この方法は、マイクロエレクトロニクスデバイスに対して寄生応力をほとんど発生せず、装置自体の設計を制約しない。
− この方法は、例えば約４００℃未満の低温で行われるステップに適合することができ、したがって、例えばＣＭＯＳタイプの１つまたは複数の集積電子回路がマイクロエレクトロニクスデバイス上に存在するとき実施されてよい。
− 製作された栓は、大きな過剰肉厚を形成せず、このことによって、カプセル封止されたマイクロエレクトロニクスデバイスの体積が低減する。
− 特に空洞内で高真空を達成しなければならないとき、この方法は、非常に低圧のガス抜きおよび非常に高圧の封止の金属シール材の使用に適合することができる。
− この方法は、既に機械加工されている解放されたマイクロエレクトロニクスデバイスに接する液相を含まない。
− この方法は、マスクを使用して第２の基板上に可溶材料が形成されることにより、第１の層に製作された開口部の、例えば穴、トレンチといったすべての形式に適合することができ、マスクは、あらゆるパターンの１つまたはいくつかの開口部が製作され得る堆積マスクまたはエッチングマスクでよい。
− この方法は、空洞を迅速に閉鎖する前に、ガス抜きを延長できる可能性がある。
− この方法は、例えば単一基板上に大気圧で動作する必要がある加速度計と真空で動作する必要があるジャイロとが存在するとき、別々の圧力で空洞を製作することとも適合できる。
さらに、第２の基板は、次いで、新規の組立ての実行または空洞を閉鎖するための別のプロセスの実施のために再使用されてよい。
さらに、可溶材料は、栓を形成する前に第２の基板上に堆積されるので、可溶材料が第２の基板に接着することができ、それによって、第２の基板の上または下に第１の基板を配置することにより、可溶材料部分を結合材部分に接触して配置することが可能になる。
結合材または接着材は、その上で可溶材料が溶解されたときに湿潤性を示し、その上で可溶材料が溶解されたとき広がって付着することを意味する材料であると理解されている。この結合は、可溶材料が冷えて再び固体になるときにも見出され、次いで結合材が表面を形成し、これに可溶材料が溶接される。
さらに、閉鎖されることになる開口部と第２の基板との間に可溶材料を用いることにより、このプロセスによって、栓を形成するためのステップｅ）を実施する間に、特に可溶材料が溶解されるときに毛細管力が現われるので、この開口部を前記可溶材料と自己位置合わせさせることが可能になる。第２の基板も、空洞の封止中に第１の基板と自己位置合わせを行う。
少なくとも部分的に第１の層によって形成されたカバーがデバイスの上に形成されるとき、１つまたは複数のマイクロエレクトロニクスデバイスがまだ解放されていない場合、このプロセスは、例えば固定された構造体を覆うカプセル封止に適用可能である。この場合、カバーに形成された開口部は、マイクロエレクトロニクスデバイスを固定する材料のエッチングのために用いられてよい。このプロセスは、カバーの封止に先立ってマイクロエレクトロニクスデバイスの解放が行われる場合、解放された構造体を覆うカプセル封止にも適用可能である。
結合材は、チタン、金およびニッケルをベースとする合金、またはチタン、金およびパラジウムをベースとする合金、またはチタン、金および白金をベースとする合金でよく、かつ／あるいは、可溶材料は、錫および／または金および／またはインジウムおよび／またはニッケルをベースとするものでよい。
マイクロエレクトロニクスデバイスは、ＭＥＭＳタイプのものでよい。
第１の層は、半導体層の上に、あるいは半導体層と接して配置された電気的絶縁層でよく、半導体層も第１の基板の一部分を形成し、開口部が半導体層を付加的に横断する。
開口部は、例えばいくぶん複雑な幾何学的形状の穴またはトレンチでよい。
この方法は、第２の基板上に可溶材料部分を製造するステップｃ）の前に、第２の基板に接して結合材の第２の部分を構築するステップをさらに含んでよく、次に、結合材の第２の部分の上を覆うことによって第２の基板上に可溶材料部分が製作される。
可溶材料部分を製造するステップｃ）は、
− 結合材の第２の部分および第２の基板を覆う、少なくとも１つの導電材料に基づく副層を堆積するステップと、
− 可溶材料部分のための位置を形成する少なくとも１つの開口部を備えるマスクを副層上に製造するステップと、
− 電解によって、副層に接してマスクの開口部内に可溶材料を堆積するステップと、
− 可溶材料部分によって覆われていない副層の一部分およびマスクを除去するステップとを実施することにより得ることができる。
− 結合材の第２の部分および第２の基板を覆う、少なくとも１つの導電材料に基づく副層を堆積するステップと、
− 可溶材料部分のための位置を形成する少なくとも１つの開口部を備えるマスクを副層上に製造するステップと、
− 電解によって、副層に接してマスクの開口部内に可溶材料を堆積するステップと、
− 可溶材料部分によって覆われていない副層の一部分およびマスクを除去するステップとを実施することにより得ることができる。
副層からの導電材料は可溶材料でよく、例えば電解によって堆積された可溶材料と類似の性質であり、それによって、可溶材料部分および副層からの材料の溶解によって形成された均質の栓を得ることが可能になる。
変形形態では、可溶材料部分を製造するステップｃ）は、
− 可溶材料部分のための位置を形成する少なくとも１つの開口部を備えるマスクを第２の基板上に製造するステップと、
− マスクの開口部内に可溶材料を堆積するステップと、
− マスクを除去するステップとを実施することにより得ることができる。
− 可溶材料部分のための位置を形成する少なくとも１つの開口部を備えるマスクを第２の基板上に製造するステップと、
− マスクの開口部内に可溶材料を堆積するステップと、
− マスクを除去するステップとを実施することにより得ることができる。
可溶材料部分を製造するステップｃ）は、
− 第２の基板上に可溶材料に基づく層を堆積するステップと、
− 可溶材料に基づく層の上にマスクを製造するステップと、
− マスクのパターンに従って可溶材料に基づく層をエッチングして可溶材料部分を形成するステップと、
− マスクを除去するステップとを実施することにより得ることができる。
− 第２の基板上に可溶材料に基づく層を堆積するステップと、
− 可溶材料に基づく層の上にマスクを製造するステップと、
− マスクのパターンに従って可溶材料に基づく層をエッチングして可溶材料部分を形成するステップと、
− マスクを除去するステップとを実施することにより得ることができる。
可溶材料の堆積は、例えば真空蒸着の下での蒸着または陰極スパッタによる堆積でよい。
第２の基板は、支持体材料に対して選択的にエッチングされ得る材料に基づく層に接して配置された支持体を備えてよい。
栓と第２の基板とを分離するステップｆ）は、第２の層のエッチングのステップによって行われてよい。
栓と第２の基板とを分離するステップｆ）は、栓から第２の基板を引き離すことにより、場合によっては栓の完全な凝固の前に行われてよい（この場合、ステップｅ）における可溶材料の凝固だけが局部的である）。
結合材部分に接触して可溶材料部分を配置するステップｄ）の前に、第１および第２の基板は、圧力制御された環境および／または制御された気体の雰囲気下に配置されてよい。
ステップｄ）の間中互いに接触するように意図された可溶材料部分の表面積と結合材部分の表面積とは、互いに実質的に等しいものでよい。
ステップｂ）からステップｆ）の実施を含むサイクルは、第１の層を横断する様々な開口部用にいくつかの連続した栓を製作して数回繰り返されてよく、そのとき、各サイクルについて、第１の基板と第２の基板とは、接触させるステップｄ）の前に、圧力制御された環境および／または制御された気体の雰囲気下の環境に置かれてよく、この環境は各サイクルについて異なるものであり、また、あるサイクルで用いられる可溶材料の融点は、それ以前の１つまたは複数のサイクルで用いられる１つまたは複数の可溶材料の融点を下回るものでよい。
本発明は、空洞内に配置された少なくとも１つのマイクロエレクトロニクスデバイスをカプセル封止する方法にも関し、前述のものなど少なくとも１つの空洞を閉鎖する方法の実施を含む。
本発明は、あくまで情報のためであっていかなる限定でもない、示された実施例の説明を解読することにより、添付図を参照することによって一層よく理解されよう。
以下で説明される様々な図の同一部分、類似部分または同等な部分は、１つの図から他の図への移行をより容易にするために、同一の参考番号が付いている。
これらの図に示される様々な部分は、図の解読をより簡単にするために、必ずしも同寸では示されていない。
様々な可能性（変形形態および実施形態）が互いに排他的ではなく、組合せ可能であることを理解されたい。
図１Ａおよび図２から図９を参照すると、特定の実施形態による、この実施例ではＭＥＭＳタイプの複数のマイクロエレクトロニクスデバイス１００、１０２および１０４に関するカプセル封止方法のステップが示されている。これらのデバイスは、例えば加速度計、ジャイロ、ＲＦスイッチ、共振器、または動作させるのにカプセル封止する必要がある任意の他のタイプのデバイスである。
図１Ａに示されるように、これらの３つのＭＥＭＳデバイス１００、１０２および１０４が、第１の基板の例えばシリコンベースである表面層１０６内に製作され、第１の基板は、表面層１０６と、これもシリコンベースの支持層１１０との間に配置された例えばＳｉＯ２ベースの誘電体層１０８も備える。
デバイス１００、１０２および１０４は、第１の基板の一部分であって具体的にはシリコンなどの半導体に基づく層１１３で形成されるカバー１１２によって保護されており、層１１３は、デバイス１００、１０２および１０４の上に配置された、例えば誘電体層１０８の材料と類似のものであり得る誘電体に基づく中間層１１４によって表面層１０６に結合されている。有利には、カバー１１２は、中間層１１４に接触する面から反対側の層１１３の面に接して形成された電気的絶縁層１１６も備える。したがって、デバイス１００、１０２および１０４のそれぞれが、カバー１１２によって閉鎖された空洞１１８内に配置される。このように形成されて図１Ａに示される組立体が、第１の基板を構成する。
そのような構造体は、例えば表面層１０６においてフォトリソグラフィおよびエッチングのステップを用いることにより、層１０６、１０８および１１０によって形成されたＳＯＩ基板からデバイス１００、１０２および１０４を最初に製作することにより得られる。次に、デバイス１００、１０２および１０４上を含む表面層１０６上に中間層１１４が堆積される。次に中間層１１４上に層１１３が堆積され、次いで層１１３上に絶縁層１１６が堆積される。次に、中間層１１４に接続するために、デバイス１００、１０２および１０４のそれぞれの領域で、絶縁層１１６および層１１３を通って開口部１２０が製作される。中間層１１４および誘電体層１０８の材料の選択エッチングが行われ、それによって、各デバイス１００、１０２および１０４のまわりに空洞１１８が形成される。
ここで説明される実施例では、開口部１２０は、カバー１１２を横断する実質的に筒状の形状を有する。同様に、開口部１２０の形状は製作されるべき空洞の形状および寸法によって、したがってデバイス１００、１０２および１０４の形状および寸法によって適合される。したがって、これらの開口部１２０は例えばカバー１１２を通して製作されたトレンチでよく、それによって、中間層１１４のより大きな表面の覆いを取ることが可能になる。
次に、空洞１１８を閉鎖するために、開口部１２０用の栓を製作するステップが含まれる。それを行うために、絶縁層１１６上に第１の結合材に基づく層を堆積し、次いでこの層をエッチングして結合材部分１２２を形成することにより、開口部１２０のまわりに第１の結合材部分１２２が製作される。絶縁層１１６を堆積した後ではあるが開口部１２０を製作する前に、この結合材の層を堆積してエッチングすることも可能である。ここで説明された実施例では、用いられる結合材は、チタン、金およびニッケルベースの合金、またはチタン、金およびパラジウムベースの合金、あるいはチタン、金および白金ベースの合金でさえある。これらの合金は、具体的には優れた湿潤性および結合特性を有し、プロセスの残りの部分で可溶材料が用いられることになる。
図１Ａに示された実施例では、第１の基板に形成された空洞１１８内に配置されたデバイス１００、１０２および１０４がカプセル封止される。
変形形態では、ここで説明された空洞閉鎖方法が、マイクロエレクトロニクスデバイスの一部分である空洞の閉鎖に適用されてよい。図１Ｂに示されるように、ここでは圧力センサであるデバイス３００が、層１１７を備える第１の基板１１５に形成される。層１１５に空洞１１８が製作され、空洞１１８の上部壁は、ここでは圧力感応膜の役割を担う層１１７によって形成される。開口部１２０は、層１１７を横断して空洞１１８への通路を形成する。図１Ａからの実施例で説明されたように、開口部１２０のまわりに結合材部分１２２が形成される。
次に、図１Ａに示された空洞１１８用の栓を形成する方法の継続が説明される。同様に、デバイス３００の空洞１１８の閉鎖は、類似のやり方で行われてよい。
図１Ａに関連して以前に説明された構造体（または図１Ｂに示された構造体）の実現と並行して、開口部１２０用の栓を製作するために使用される第２の構造体が製作される。図２に示されるように、ここでは例えばシリコンである半導体ベースの支持体２００ａ上に、例えば堆積によって、例えばＳｉＯ２またはチタンに基づく表面層２００ｂが製作される。犠牲層２００ｂおよび支持体２００ａは、参照２０２によって示される第２の基板を形成する。
次に、例えば結合部分１２２を形成するのに用いられた材料と同一の材料に基づく結合層が、犠牲層２００ｂ上に堆積される。この結合層は次にエッチングされ、結合層２０４のうち可溶材料部分を受けるように意図された部分の位置の領域だけが残り、この部分は、開口部１２０用の栓を製作するために用いられることになる（図３を参照されたい）。
次に、製作された構造体上に電解副層２０５が堆積され、これは結合部分２０４および犠牲層２００ｂが覆われることを意味する。この電解副層２０５は導電材料ベースであり、好ましくは、開口部１２０の施栓用に用いられることになる可溶材料部分を形成するのに用いようと意図した材料に類似の可溶材料に基づくものである。次に、電解副層２０５上にマスク層２０６が堆積される。このマスク層２０６は、次に、可溶材料部分を製作するように意図された結合部分２０４の領域内に位置２０８を形成するために、フォトリソグラフィおよびエッチングを施される（図４）。
次に、図５に示されるように、電解副層２０５上で、開口部２０８内に、副層２０５からの材料に基づく可溶材料部分２１０が電解によって製作される。この可溶材料は、電解副層２０５からの材料に類似である。
位置２０８の形状および寸法は、得たいと望む可溶材料部分２１０の形状および寸法の関数として選択され、したがって、施栓したいと望む開口部１２０の形状および寸法の関数として選択される。ここで説明された実施形態では、結合材部分２０４の寸法は、可溶材料部分２１０の寸法よりはるかに小さいものである。
最後に、図６に示されるように、マスク層２０６が除去され、また、可溶材料部分２１０の間に依然として存在する電解副層２０５は、例えばエッチングによって除去される。
次いで、デバイス１００、１０２および１０４を備える第１の基板は、開口部１２０が可溶材料部分２１０と対向して位置合わせされるように、ひっくり返される（図７を参照されたい）。
デバイス１００、１０２および１０４が特定の環境で（真空または特定ガスの雰囲気下で）動作するように意図されるならば、次いで、この特定の環境が空洞１１８で見られるように、互いに向かい合う２つの基板は、真空または気体の雰囲気下に配置される。
次いで、可溶材料部分２１０と結合部分１２２とが接触させられ、次いで、可溶材料２１０は、可溶材料部分２１０の下に配置された電解副層２０５の部分とともに、例えば加熱することにより溶解される。可溶材料部分２１０および電解副層２０５は、溶解している間に結合部分１２２および２０４を湿らせ、また、空洞１１８を閉鎖する栓２１２を形成する。可溶材料の溶解中に、この可溶材料と結合部分１２２との間に現われる毛細管力のために、開口部１２０に対する栓２１２の自己位置合わせが自動的に達成される。次いで、栓２１２が凝固するまで温度が低下される。
次いで、犠牲層２００ｂをエッチングすることにより、支持体２００ａと栓２１２とが分離される（図９）。ここで、結合部分２０４は、栓２１２に堅く結合されたままである。
可溶材料部分２１０を（したがって電解副層２０５も）製作するために、結合材部分１２２とともに１つまたは複数の材料を選択することは、特にデバイス１００、１０２および１０４が、これらの材料の溶解中に耐えることができる温度の関数に基づくものである。例えばデバイス１００、１０２および１０４が非常に低い温度しか耐えられないとき、可溶材料はインジウムベース（融点は約１５０℃と等しい）でよく、デバイス１００、１０２および１０４が中程度の温度に耐えるとき、可溶材料は金と錫との合金（融点は約２６０℃と等しい）に基づくものでよく、デバイス１００、１０２および１０４がより高い温度に耐えるとき、可溶材料はニッケルと錫との合金（融点は約３００℃と等しい）に基づくものでさえあり得る。
変形形態として、例えば２つの異なるタイプのデバイスに対して、様々な圧力または様々な気体環境で、空洞１１８を塞ぐことが可能である。それを行うために、図２から図９に関連して以前に説明されたステップが、毎回、諸気体環境または様々な圧力の下で別の空洞を塞ぎながら数回繰り返される。施栓するステップの各サイクルに用いられる可溶材料は、この場合、製作された栓が先の施栓するステップ中に溶解しないように、以前の施栓するステップで用いられた可溶材料より低い融点に選択される。それを行うために、異なるサイクル中に用いられる可溶材料は、異なる融点を有する異なる合金に基づくものでよく、これらの差は、例えば数十度の差になることがある。例えば、第１の一連の開口部を施栓するとき、９５．５％の錫、３．５％のアルミニウムおよび１％の銅に基づく第１の合金を用いることが可能である。そのような合金の融点は、約２３５℃と２４５℃との間に含まれる。第２の開口部を施栓するステップ中に、約２１５℃と２２５℃との間に含まれる融点を有する、６３％の錫および３７％の鉛に基づく第２の合金を用いることができる。
前述の実施例では、犠牲層２００ｂは、この犠牲層２００ｂをエッチングすることにより、支持体２００ａから栓２１２を分離するために用いられる。しかし、変形形態では、この犠牲層２００ｂをエッチングするのでなく栓２１２が完全に凝固する直前に栓２１２から取り外すのが好ましく、というのは、その瞬間、栓がたとえ固体の状態に近くても結合部分２０４と可溶材料との間の拘束力は依然として小さいからである。この場合、これらの栓２１２から層２０２が分離した後には、結合部分２０４が、凝固した栓２１２に結合され続けることはない。
変形形態では、第２の基板２０２上に、電解ではなく蒸着または陰極スパッタによる真空蒸着などの堆積を用いて、可溶材料部分２１０を得ることが可能であり、したがって、可溶材料部分２１０を第２の基板２０２に接着することが可能になる。この変形形態では、電解副層２０５は製造されず、第２の基板２０２上に、例えば犠牲層２００ｂおよび／または結合材部分２０４上に、マスク２０６および可溶材料部分２１０が直接堆積される。
別の代替実施形態では、蒸着マスクによるのでなくエッチングマスクを用いて、可溶材料部分を製作することが可能である。この場合、例えば蒸着またはスパッタリングにより、第２の基板上の層として可溶材料が最初に堆積される。次いで、可溶材料の層の上にリソグラフィマスクが製造され、次いで、マスクパターンに従って可溶材料のこの層がエッチングされ、可溶材料部分を製造する。
どの実施形態でも、ここで説明された空洞閉鎖方法は、あらゆる形状またはパターンの開口部を閉鎖または施栓することが可能である。図１０に開口部１２０の２つの実施例が示され、一方（左側）は円形の穴であり、他方（右側）は閉鎖された矩形のトレンチである。これらの開口部１２０のそれぞれが、開口部１２０の形状に適合した形状の栓２１２によって閉鎖されていることが分かる。栓２１２の形状は、第２の基板上への可溶材料の堆積または可溶材料のエッチング用に用いられるマスクによって製作された開口部の形状に対応する。
１００ ＭＥＭＳデバイス
１０２ ＭＥＭＳデバイス
１０４ ＭＥＭＳデバイス
１０６ 表面層
１０８ 誘電体層
１１０ 支持層
１１２ カバー
１１３ 層
１１４ 中間層
１１５ 基板
１１６ 電気的絶縁層
１１７ 層
１１８ 空洞
１２０ 開口部
１２２ 結合部分
２００ａ 支持体
２００ｂ 犠牲層
２０２ 基板
２０４ 結合層
２０５ 電解副層
２０６ マスク層
２０８ 開口部
２１０ 可溶材料部分
２１２ 栓
３００ デバイス
１０２ ＭＥＭＳデバイス
１０４ ＭＥＭＳデバイス
１０６ 表面層
１０８ 誘電体層
１１０ 支持層
１１２ カバー
１１３ 層
１１４ 中間層
１１５ 基板
１１６ 電気的絶縁層
１１７ 層
１１８ 空洞
１２０ 開口部
１２２ 結合部分
２００ａ 支持体
２００ｂ 犠牲層
２０２ 基板
２０４ 結合層
２０５ 電解副層
２０６ マスク層
２０８ 開口部
２１０ 可溶材料部分
２１２ 栓
３００ デバイス
Claims (19)
- 少なくとも１つのマイクロエレクトロニクスデバイス（１００、１０２、１０４、３００）用の少なくとも１つの空洞（１１８）を閉鎖するための方法であって、
ａ）前記空洞（１１８）への通路を形成する少なくとも１つの開口部（１２０）が横断している少なくとも１つの第１の層（１１６、１１７）を備える第１の基板（１１５）に、少なくとも１つの前記空洞（１１８）を製造するステップと、
ｂ）前記開口部（１２０）のまわりに、前記空洞（１１８）の反対側の面に配置された前記第１の層（１１６、１１７）の面上に、結合材の少なくとも１つの部分（１２２）を製造するステップと、
ｃ）第２の基板（２０２）上に可溶材料を堆積させ、マスク（２０６）を用いて、前記第２の基板上に少なくとも１つの可溶材料部分（２１０）を製造するステップと、
ｄ）前記可溶材料部分（２１０）を、前記結合材部分（１２２）に接触させて配置するステップと、
ｅ）前記可溶材料部分（２１０）を溶解し、次いで凝固させることにより、前記結合材部分（１２２）に接着する前記開口部（１２０）用の栓（２１２）を形成するステップと、
ｆ）前記栓（２１２）と前記第２の基板（２０２）とを分離するステップとを少なくとも含む方法。 - 前記結合材が、チタン、金およびニッケルをベースとする合金、またはチタン、金およびパラジウムをベースとする合金、またはチタン、金および白金をベースとする合金であり、かつ／あるいは、前記可溶材料が、錫および／または金および／またはインジウムおよび／またはニッケルをベースとするものである請求項１に記載の方法。
- 前記マイクロエレクトロニクスデバイス（１００、１０２、１０４、３００）がＭＥＭＳタイプである請求項１または２に記載の方法。
- 前記第１の層（１１６）が半導体層（１１３）の上に配置された電気的絶縁層であり、前記半導体層（１１３）も前記第１の基板の一部分を形成し、前記開口部（１２０）が前記半導体層（１１３）を付加的に横断する請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記開口部（１２０）が穴またはトレンチである請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２の基板（２０２）上に前記可溶材料部分（２１０）を製造するステップｃ）の前に、前記第２の基板（２０２）に接して結合材の第２の部分（２０４）を構築するステップと、次に前記結合材の第２の部分（２０４）の上を覆うことによって前記第２の基板（２０２）上に前記可溶材料部分（２１０）を製作するステップとを付加的に含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記可溶材料部分（２１０）を製造するステップｃ）が、
前記結合材の第２の部分（２０４）および前記第２の基板（２０２）を覆う、少なくとも１つの導電材料に基づく副層（２０５）を堆積するステップと、
前記可溶材料部分（２１０）のための位置を形成する少なくとも１つの開口部（２０８）を備える前記マスク（２０６）を前記副層（２０５）上に製造するステップと、
電解によって、前記副層（２０５）に接して前記マスク（２０６）の前記開口部（２０８）内に前記可溶材料部分（２１０）を堆積するステップと、
前記可溶材料部分（２１０）によって覆われていない前記副層（２０５）の部分および前記マスク（２０６）を除去するステップとを実施することにより得られる請求項６に記載の方法。 - 前記副層（２０５）からの前記導電材料が可溶材料である請求項７に記載の方法。
- 前記副層（２０５）からの前記可溶材料が、電解によって堆積された前記可溶材料部分（２１０）と類似の性質を有する請求項８に記載の方法。
- 前記可溶材料部分（２１０）を製造するステップｃ）が、
前記可溶材料部分（２１０）のための位置を形成する少なくとも１つの開口部（２０８）を備える前記マスク（２０６）を前記第２の基板（２０２）上に製造するステップと、
前記マスク（２０６）の前記開口部（２０８）に前記可溶材料部分（２１０）を堆積するステップと、
前記マスク（２０６）を除去するステップとを実施することにより得られる請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。 - 前記可溶材料部分（２１０）を製造するステップｃ）が、
前記第２の基板（２０２）上に、前記可溶材料に基づく層を堆積するステップと、
前記可溶材料に基づく前記層の上に前記マスクを製造するステップと、
前記マスクのパターンに従って前記可溶材料に基づく前記層をエッチングして前記可溶材料部分（２１０）を形成するステップと、
前記マスクを除去するステップとを実施することにより得られる請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。 - 前記可溶材料の堆積が、蒸着または陰極スパッタによる堆積である請求項１０または１１に記載の方法。
- 前記第２の基板（２０２）が、支持体（２００ａ）の材料に対して選択的にエッチングされる材料に基づく第２の層（２００ｂ）に接して配置された前記支持体（２００ａ）を備える請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記栓（２１２）と前記第２の基板（２０２）とを分離する前記ステップｆ）が、前記第２の層（２００ｂ）のエッチングのステップによって行われる請求項１３に記載の方法。
- 前記栓（２１２）と前記第２の基板（２０２）とを分離する前記ステップｆ）が、前記栓（２１２）から前記第２の基板（２０２）を引き離すステップによって行われる請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合材部分（１２２）に接触して前記可溶材料部分（２１０）を配置するステップｄ）の前に、前記第１および第２の基板（２０２）が、圧力制御された環境および／または制御された気体の雰囲気下に配置される請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｄ）の間中互いに接触するように意図された前記可溶材料部分（２１０）の表面積と前記結合材部分（１２２）の表面積とが、互いに実質的に等しい請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｂ）からステップｆ）の実施を含むサイクルが、前記第１の層（１１６）を横断する様々な開口部（１２０）用にいくつかの連続した栓を製作して数回繰り返され、各サイクルについて、前記第１の基板と前記第２の基板（２０２）とが、接触させる前記ステップｂ）の前に、圧力制御された環境および／または制御された気体の雰囲気下の環境に置かれ、この環境は各サイクルについて異なるものであり、あるサイクルで用いられる前記可溶材料の融点が、それ以前の１つまたは複数のサイクルで用いられる前記１つまたは複数の可溶材料の融点を下回るものである請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも１の空洞（１１８）用の閉鎖方法の実施を含む、空洞（１１８）に配置された少なくとも１つのマイクロエレクトロニクスデバイス（１００、１０２、１０４）をカプセル封止する請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
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