JP5496552B2 - 上部感知プレート設計システム中のダイ上のゲッター - Google Patents

Description

ジャイロスコープ等の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置および赤外放射（ＩＲ）検出器等の他の装置は、多くの場合、長期間（例えば２０年に達する）、規定の性能レベルを達成するために良好な品質および安定した真空環境を必要とする。安定した真空の達成に役立てるために、多くの場合、装置を収容する真空の空洞内にゲッターを配置する。スクリーン印刷ゲッターや焼結ゲッター等の標準的な産業用ゲッターは、高Ｇの機械的衝撃または過度の機械的振動条件で、しばしば粒子を発生する。このような粒子は、真空の空洞内に収容されたＭＥＭＳまたは他の装置の機能に有害であることがある。さらに、多くの標準的な産業用ゲッターは、プレートまたは他の基板上に設けられ、次いで、これを装置パッケージの内側に溶接するか、または他の方法で固定する。これは、時間がかかる単調なプロセスとなることがあり、また場合によっては、信頼性を低下させ、結果として製品のコストが上昇することもある。

米国特許出願公開第２００６／０１１０８５４Ａ１号

したがって、粒子の発生が少ないか、またはまったくないゲッター、および／または所望の真空空洞内にさらに容易に設けることができるゲッターが必要とされている。

本発明は、種々の真空レベルで密閉されたパッケージ装置の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を提供し、これは、組立てるのにより少ない手間ですみ、したがって製造するのにより少ない費用ですむ。

例示のパッケージ装置は、底部と蓋とを有するパッケージを含む。ＭＥＭＳダイが、上部感知プレート設計に従って作製された上部および下部プレートを含む。ＭＥＭＳダイは、底部に実装される。上部および下部プレートは、ＭＥＭＳ装置を収容する空洞を形成する。上部および下部プレートは、１つまたは複数のボンドパッドと、空洞を囲繞するシールリングとによって接着される。シールリングは、空洞をパッケージ内の空間に曝すことが可能である溝を含む。ゲッター材料が、上部プレート上のＭＥＭＳダイの上面に適用される。ゲッター材料は、蓋が底部に実装される間に、またはその後に活性化される。

本発明の好ましい実施形態および代替実施形態が、下記の図面を参照して以降で詳細に説明される。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）パッケージの横断面図であって、本発明の実施形態によるダイに堆積させたゲッターを有するＭＥＭＳダイを含む。 例示の上部感知プレート設計のＭＥＭＳダイであって、図１に示したものである。 図１に示したような例示のＭＥＭＳパッケージの上面Ｘ線図である。 図１に示したような例示のＭＥＭＳパッケージの上面Ｘ線図である。

図１は、薄膜ゲッター５０を有する装置パッケージ４０の概略部分横断面図であって、ゲッターは、上部感知プレート設計した、上部プレート５２と下部プレート５６とを有するダイ５４の上に堆積させる。パッケージ４０は、装置を収容する空洞５８を画定するパッケージハウジング７２と、パッケージ蓋７０とを含む。例示の実施形態では、パッケージ４０は、熱圧着接合に適応したリードレスチップキャリア（ＬＣＣ）パッケージであるが、必要に応じて任意の種類のダイアタッチおよび／またはワイアボンディングを使用する任意の種類のパッケージであってよい。

例示の実施形態では、パッケージハウジング７２は、いくつかのボンドパッドを含み、これらのボンドパッドは対応する表面実装パッドに電気的に接続可能である。表面実装パッドは、一般的にプリント回路基板等の上にある対応するボンドパッドと整合されおり、またこれらのボンドパッドに接合（例えば、はんだ付け）されるようになっている。

パッケージハウジング７２は、ダイ５４に熱圧着（またはフリップチップ）接合するように構成されているが、しかし他の種類のダイボンディング、ダイ構成および／または接合技法が使用されてもよい。ダイ５４は、概略的にしか示してないが、減圧環境または真空環境が有利であろう任意の種類の装置を含んでもよい。例えば、ダイ５４は、ジャイロスコープ、加速度計、何か他の種類のＭＥＭＳ装置等の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を含んでもよい。さらにダイ５４は、マイクロボロメータ等のＩＲ検出装置、または、その内容が参照により本明細書に組込まれる同時係属中の米国特許出願公開第２００６／０１１０８５４Ａ１号に示されたような、少なくとも上部感知プレート設計を有する何か他の種類の装置を含んでもよい。ダイ５４はいくつかのパッドを含み、これらのパッドはパッケージハウジング７２のボンドパッドと位置合わせされている。

パッケージハウジング７２およびパッケージ蓋７０が装置を収容する空洞を画定する。パッケージングの間、装置を収容する空洞を減圧または真空に曝してもよい。またパッケージ蓋７０がパッケージングハウジング７２に固定され、装置を収容する空洞内に減圧環境または真空環境を残しておく。例示の実施形態では、装置を収容する空洞内に減圧環境または真空環境を長時間維持するのに役立てるために、薄膜ゲッター５０をダイ５４の外側に直接堆積させる。薄膜ゲッター５０を適切なパターニングプロセスを用いてパターン形成できる。しかし、適用した薄膜ゲッター５０をマスクし、エッチングする必要はない。なぜならダイ５４の一部を形成するウェーハ（例えば、ガラス、シリコン）に薄膜ゲッターを直接適用するからである。

薄膜ゲッター５０は、例えばスパッタリング、抵抗加熱蒸着、電子ビーム加熱蒸着等の蒸着、気相堆積、原子層堆積、または何か他の適切な堆積技法を含む、任意の数の方法で堆積してもよい。薄膜ゲッター５０は、任意の所望の化学組成を含んでもよい。いくつかの場合には、薄膜ゲッター５０は、ジルコニウム（Ｚｒ）であってもよく、スパッタリング技法を用いて堆積させることができる。Ｚｒは、多くの化学的特性を保有しており、それを薄膜ゲッター５０用の魅力ある選択対象となし得る。他の場合では、薄膜ゲッター５０は、チタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）、コバルト（Ｃｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、トリウム（Ｔｈ）、これらの組み合わせ、あるいは任意の他の適切なゲッター元素、化合物、または材料であってよい。一般に薄膜ゲッター５０は、任意の所望の堆積技法を用いることによって堆積した任意の所望の化学組成であってよい。いつかの実施形態において、薄膜ゲッター５０は活性化した場合に、装置を収容する空洞に入り込み、または放出されると予想される、例えばＨ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、および／または必要に応じて他のガスを含む、多くのまたは全てのガスを化学的に吸収できる。

いつかの実施形態では、薄膜ゲッター５０は安定した形態で堆積され、活性化するまで活性にならない。いくつかの場合には、薄膜ゲッター５０は、熱を加えることより活性化される。図１の例示の実施形態については、薄膜ゲッター５０は、高い温度を加えることができるパッケージ封止プロセスの間に活性化されてもよい。

図２に示したように、上部感知プレート設計のダイ５４は、上部および下部基板６０と６２を含み、これらは上部感知プレート設計に従って形成される。上部および下部基板６０および６２は、既知の接合技法（陽極接合）に従って接合されて装置空洞６８を形成する。基板６０および６２を接合すると、小さな通路（複数可）（図３−１および３−２に示した）が、装置空洞６８と装置を収容する空洞（５８）の間に残る。通路（複数可）は、ゲッター活性化の間、真空生成を可能にするが、十分小さくして装置構成要素６６をゲッター材料のない状態に保つ。

ゲッター５０は、上部基板ウェーハを製造する間に上部基板６０（例えばガラス）の上面に堆積することができる。本実施形態において、ゲッター５０はパターン形成もエッチングもしない。基板６０と６２を接合した後、それらを単一ユニットに分離（例えば鋸断）する。装置空洞６８は、基板６０および６２の内面の１つまたは両方に形成された感知プレートを有する装置構成要素（ＭＥＭＳ装置構成要素）６６を含む。

図３−１および３−２は、上述したものと類似のダイ５４−１を含む装置パッケージ８０の部分的上面Ｘ線図を示す。ダイ５４−１の上部基板（６０）をボンディングパッド９０と、ダイ５４−１内の空洞６８−１を囲繞するボンディングストリップ９２とで、下部基板（６２）に接合する。下部基板は、上部基板に接合される下部基板の表面上に、１つまたは複数の電極パッド領域９６を含む。ダイ５４−１の外縁に沿うパッド領域９６は、ボンディングストリップ９２によって画定される領域の外にある。領域９６は電極パッド１０４を含んでよく、電極パッドはボンディングストリップ９２を通り抜けるリード１０２経由で空洞６８−１内の構成要素に電気的に接続される。リードが、電極パッド１０４を、パッケージ（７０、７２）を通り抜ける電気トレースに接続し、したがって他の装置、システムまたは回路基板へ接続可能になる。

ボンディングストリップ９２およびパッド９０は、上部および下部基板（６０、６２）を互いに付着させるための材料、例えばシリコンである。ボイド（複数可）１００（溝）は、ボンディングストリップ９２中の様々な位置に含まれる。ボイド（複数可）１００は、空洞６８−１内の圧力をダイ５４−１の外側の（すなわち密閉されているパッケージ７０、７２の内側の）圧力に等しくするようになっている。ボイド（複数可）１００は、追いだされたゲッターなどの粒子を空洞６８−１に入り込ませない寸法になっている。例えば、ボイド（複数可）１００は、約２０〜５０μｍ幅（ｘ方向）、５０〜２００μｍ長さ（ｙ方向）および０．５〜１０μｍ高さ（ｚ方向）である。

本発明の好ましい実施形態を上記のように図示し、説明してきたが、本発明の趣旨と範囲を逸脱せずに多くの変更を加えることができる。したがって本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されない。代わりに本発明は、添付の特許請求の範囲を参照して完全に決定されるものである。

４０ 装置パッケージ
５０ 薄膜ゲッター
５２ 上部プレート
５４ ダイ
５６ 下部プレート
５８ 装置を収容する空洞
７０ パッケージ蓋
７２ パッケージハウジング
５４−１ ダイ
６０ 上部基板
６２ 下部基板
６６ 装置構成要素
６８ 装置空洞
６８−１ 空洞
９０ ボンディングパッド
９２ ボンディングストリップ
９６ 電極パッド領域
１００ ボイド（溝）
１０２ リード
１０４ 電極パッド

Claims (3)

1. 種々の真空レベルで密閉されたパッケージ装置（４０）の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）であって、
   底部と蓋（７０）とを含むパッケージと、
   上部プレート（５２）および下部プレート（５６）を有するＭＥＭＳダイであって、該ＭＥＭＳダイは、前記底部に実装され、前記上部および下部プレートは、ＭＥＭＳ装置（６６）を収容するように構成された空洞（６８）を形成し、前記上部および下部プレートは、１つまたは複数のボンドパッドと、前記空洞を囲繞するシールリングとによって接合され、前記シールリングは、前記空洞を前記パッケージ内の空間に曝すことを可能にするように構成された２つ以上の溝（１００）を含む、前記ＭＥＭＳダイと、
   前記上部プレート上の前記ＭＥＭＳダイの上面に適用されるゲッター材料（５０）とを含むシステム。
2. 前記上部プレート（６０）はウェーハから形成され、前記ゲッター材料は、ウェーハ構築段階の１つにおいて、または前記上部プレート（６０）が前記下部プレート（６２）に実装された後で適用される請求項１に記載の装置（４０）。
3. 前記ゲッター材料（５０）は、前記蓋（７０）が前記パッケージの前記底部（７２）に付着される時点で活性化される請求項１に記載の装置（４０）。

Images