JP6064135B2 - ボンディングウェハにｍｅｍｓを取付ける方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関するものであり、さらに詳しくはボンディングウェハ接触部にＭＥＭＳを形成する方法に関するものである。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、トランスデューサとして機能することの重要性が増加している。加速度計の例では、まずＭＥＭＳ内での動きによって加速度が検出され、その動きが、キャパシタンス等の電気特徴の変化に変換される。キャパシタンスの変化は、加速度の測定値を提供する電気信号に変換される。電気信号が、様々の用途で使用されてもよく、１つの用途ではエアバッグを起動するために用いられる。このような用途での使用は重大であるので、適切に機能することは重要である。ＭＥＭＳ内での動きがあるので、可動構造が一体性を有する必要がある。したがって、可動構造に関する応力が、可動構造の故障を生じさせるほど大きくなるべきではない。

したがって、ＭＥＭＳの製造における応力を軽減についての改良が望まれる。

米国特許第４０７７８５４号明細書 米国特許第５２７６９５５号明細書 米国特許出願公開第２００４／００６７６０４号明細書

一実施形態の処理の工程におけるＭＥＭＳデバイスの断面図である。 処理の後の段階における図１のＭＥＭＳデバイスの断面図である。 図２のＭＥＭＳデバイスの上面図である。 ＭＥＭＳデバイスとボンディングウェハとの間の共晶接合を形成する前のボンディングウェハおよび図２のＭＥＭＳデバイスの断面図である。 共晶接合を形成した後、図２のＭＥＭＳデバイスおよびボンディングウェハの断面図である。

本発明は例示の方法により説明されており、添付の図面により限定されるものではなく、図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。図中の要素は簡潔かつ明確に説明されており、必ずしも寸法通りに描かれていない。

１つの態様において、ＭＥＭＳデバイスがＭＥＭＳデバイス上に形成される接触部を有する。接触部が、ＭＥＭＳデバイスの上にあるポリシリコン層であり得る付着と、付着層上にあるシリコンゲルマニウムであり得る第１共晶層とを有する。第１共晶層は,第１共晶層の形成により生成される応力を減少するようにパターン化される。ボンディングウェハは、第１共晶層の材料と共晶対である材料（共晶接合形成層が２以上である場合には複数の材料）からなる第２共晶層である共晶接合形成層を有する。共晶接合形成層が熱および圧力を用いて第１共晶層に適用されて、ボンディングウェハとＭＥＭＳデバイスとの間に共晶接合が形成される。これは、図面および以下の説明を参照することによってより良く理解される。

図１には、ＭＥＭＳ１２ＭＥＭＳ１２上にあるポリシリコンギャップストップ１４、ＭＥＭＳ１２上にあり、ポリシリコンギャップストップ１４内においてポリシリコンギャップストップ１４から離間されたポリシリコン層１５、ポリシリコン層１５上にある漸変シリコンゲルマニウム層１６、および漸変シリコンゲルマニウム層１６上にあるシリコンゲルマニウム層１８が示されている。漸変シリコンゲルマニウム層１６が、非常に低い濃度のゲルマニウムで開始し、最終濃度のゲルマニウムに達するまでゲルマニウムの濃度が増加する。シリコンゲルマニウム層１８が、漸変シリコンゲルマニウム層１６の最終のゲルマニウム濃度と同一のゲルマニウム濃度である連続ゲルマニウム濃度を有する。ゲルマニウムの漸変により、最後のシリコンゲルマニウムの接触部分とシリコンゲルマニウム層１８との間の付着が改善される。いくつかの場合において、ゲルマニウムの漸変が必要でない場合がある。段階的漸変の代わりに、シリコンゲルマニウム層１８のゲルマニウム濃度より低い濃度である連続濃度のシリコンゲルマニウム層も使用され得る。シリコンとゲルマニウムとの間の良好な付着によりアルミニウムと有効な共晶接合が形成されるので、このシリコンおよびゲルマニウムの組み合わせは特に有効である。しかしながら、他の材料は有効であると認められ得る。ゲルマニウムは、十分な付着を提供するシリコンとは異なる材料を使用し得る。同様に、後に適用される導電性材料と有効な共晶接合を提供する異なる材料も使用され得る。例えば、銅および錫も、金およびシリコンと同様に有効な共晶接合を形成し得る。よって、ゲルマニウムが、例えば、アルミニウムのような材料と共晶接合を形成し得るので、ゲルマニウムは共晶材料であるものと見なし得る。この例において、共晶結合を形成する後で適用される材料（この場合、導電性材料）も共晶材料として見なし得る。圧力および熱の下でゲルマニウムおよびアルミニウムが接触する時、ゲルマニウムおよびアルミニウムが共晶接合を形成するので、ゲルマニウムおよびアルミニウムは共晶対として見なし得る。

図２が、漸変シリコンゲルマニウム層１６およびシリコンゲルマニウム層１８がチェッカーボードパターンにエッチングされた後のＭＥＭＳ１２を示す。図２に示すように、パターンの一部であるセグメント２４、２６、２８、及び３０が存在している。シリコンゲルマニウム層１８の一部である頂部２２および漸変シリコンゲルマニウム層１６の一部である部分２０を示すことによって、セグメント３０が、セグメント２４、２６および２８等の他のセグメントを代表する。

図３は、チェッカーボードパターンとしてのパターン３１を示す図２のＭＥＭＳ１２の上面図を示す。線２−２は図２の断面箇所を示す。この例において、パターン３１を形成する４つの行および４つの列のセグメントがある。１つの行はセグメント２４、２６、２８および３０から形成される。列の１つの列はセグメント２３、２５、２４および２７から形成される。パターン３１を形成することによって、漸変シリコンゲルマニウム層１６およびシリコンゲルマニウム層１８によって生成される応力が軽減される。漸変シリコンゲルマニウム層１６およびシリコンゲルマニウム層１８によって生成される応力は著しく、ＭＥＭＳ１２に伝達され、後にＭＥＭＳ１２に損傷を与える。パターン３１は、チェッカーボードパターンと見なし得る。セグメントは、四角として示されるが、示されたものよりも丸くしてもよいが、その場合もチェッカーボードパターンと見なし得る。

図４は、セグメント２４、２６、２８および３０を有するＭＥＭＳ１２と、ボンディングウェハ３２とを示し、ボンディングウェハ３２は、ボンディングウェハ３２上の共晶接合形成ボンディング層３４を有する（この場合、共晶接合形成ボンディング層３４は導電性を有するが、必ずしも導電性を有していなくてもよい）。本実施形態では、共晶接合形成ボンディング層３４はアルミニウムからなる。ボンディングウェハ３２が、ＭＥＭＳ１２に接続される集積回路を含んでもよい。図４において、共晶接合形成層３４とパターン３１との間に共晶接合を形成する前に、ＭＥＭＳ１２およびボンディングウェハ３２は位置合わせされる。

図５は、ＭＥＭＳ１２およびボンディングウェハ３２が圧力および熱を使用して互いに押し付けられて、パターン３１と導電性層３４との間に共晶接合３６が形成された後のＭＥＭＳ１２およびボンディングウェハ３２を示す。ポリシリコンギャップストップ１４により、共晶接合３６が内包されることが保障される。

従って、漸変シリコンゲルマニウム層１６およびシリコンゲルマニウム層１８にパターンを付加することにより、ボンディングウェハとＭＥＭＳとの間に有効な共晶接合を形成しつつ応力が軽減される。

このようにＭＳＭＳをボンディングウェハに取付けるための方法が提供されていると理解されるべきである。該方法は、ボンディングウェハの上方に第２材料の第２共晶層を形成することを含み、第１材料および第２材料は共晶対である。該方法は、第１共晶層および第２共晶層が接触した状態で熱および圧力を加えてＭＥＭＳとボンディングウェハとの間に共晶接合を形成することを含む。該方法は、第１材料がシリコンゲルマニウムからなることを特徴し得る。該方法が、第２材料がアルミニウムからなることをさらに特徴とし得る。該方法が、第１共晶層を形成することの前に、ＭＥＭＳ上に付着層を形成することをさらに含み、ここで、第１共晶層は付着層上に形成される。該方法は、第１共晶層を形成することの前に、ＭＥＭＳ上に付着層を形成することをさらに特徴してもよく、ここで、第１共晶層は付着層上に形成される。該方法が、付着層がシリコン層を含むことをさらに特徴としてもよい。該方法は、付着層がシリコンゲルマニウム層をさらに含むことをさらに特徴としてもよく、ここで、シリコンゲルマニウム層はシリコン層上にあり、第２シリコンゲルマニウム層が、第１材料のゲルマニウム濃度よりも低い平均ゲルマニウム濃度を有する。該方法が、シリコンゲルマニウム層が漸変濃度のゲルマニウムを有することをさらに特徴としてもよい。該方法は、漸変濃度が、シリコン層との境界よりも第１共晶層との境界において高い濃度のゲルマニウムを有することによって特徴付けられることをさらに特徴し得る。該方法は、第１材料および第２材料がシリコンと金の共晶対を備えることをさらに特徴とし得る。該方法は、第１材料および第２材料が銅と錫の共晶対を備えることをさらに特徴とされ得る。方法は、パターン化することが、シリコンゲルマニウムのエッチングを実行することを含むことを特徴とし得る。方法は、チェッカーボードパターンが、第１共晶層の行および列のセグメントを含むことを特徴とし得る。

ボンディングウェハにＭＥＭＳを取付ける方法も記載される。該方法は、ＭＥＭＳの上方に支持層を形成することを含む。該方法が、支持層層の上方に第１共晶層を形成することをさらに含む。該方法は、応力を軽減するために共晶層をセグメントにパターン化することをさらに含む。該方法は、ボンディングウェハの上方に第２共晶層を形成することをさらに含む。該方法は、セグメントと第２共晶層との間に共晶接合を形成して、ＭＥＭＳをボンディングウェハに取付けることをさらに含む。該方法は、パターン化するステップがセグメントを行および列に形成することをさらに特徴し得る。該方法は、パターン化するステップによりセグメントがチェッカーボードパターンに形成されることをさらに特徴とし得る。該方法は、セグメントは四角形状であることをさらに特徴とし得る。該方法は、支持層と第１共晶層との間に付着層を形成することをさらに含んでもよい。該方法は、支持層がシリコンからなり、第１共晶層がシリコンゲルマニウムからなり、第２共晶層がアルミニウムからなることをさらに特徴し得る。

共晶接合形成層を有するボンディングウェハに取付けるために準備されたＭＥＭＳも記載される。ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳの上方にある支持層およびボンディング層に取付けるための、支持層の上方にある複数のセグメントを備える。複数のセグメントは行および列の交差点に存在する。複数のセグメントは、共晶接合形成層と共晶対である第１材料である。ＭＥＭＳは、セグメントがシリコンゲルマニウムからなることをさらに特徴とし得る。

前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更が加えられ得ることが理解されよう。詳細な説明及び添付図面は限定するものではなく、単に例と見なされるべきであり、そのような修正又は変更は、すべて本明細書で説明され定義された本発明の範囲内に入るものとする。以上、具体的な実施例に関して、利益、他の利点、及び問題の解決方法について説明してきたが、利益、利点、問題の解決方法、及びこうした利益、利点、問題 の解決方法をもたらし、又はより顕著なものにする構成要素は、全ての請求項又は何れかの請求項において重要とされ、要求され、不可欠とされる機能や構成要 素であると見なされるべきではない。

特に明記しない限り、「第１」及び「第２」等の用語は、そのような用語が述べる要素間を任意に区別するために用いる。したがって、これらの用語は、必ずしもそのような要素の時間的な又は他の優先順位付けを示そうとするものではない。

Claims (8)

1. ボンディングウェハにＭＥＭＳを取付ける方法であって、
   前記ＭＥＭＳ上に付着層を形成することであって、前記付着層は、シリコン層と、該シリコン層上の第１のシリコンゲルマニウム層とを含む、前記付着層を形成すること、
   前記ＭＥＭＳの上方に、前記第１のシリコンゲルマニウム層上の第２のシリコンゲルマニウム層を含む第１共晶層を形成することであって、前記第１のシリコンゲルマニウム層は、前記第２のシリコンゲルマニウム層の平均ゲルマニウム濃度よりも低い平均ゲルマニウム濃度を有する、前記第１共晶層を形成すること、
   チェッカーボードパターンに前記第１のシリコンゲルマニウム層および前記第１共晶層をパターン化すること、
   前記ボンディングウェハの上方にアルミニウムからなる第２共晶層を形成することであって、前記第１共晶層の前記第２のシリコンゲルマニウム層のゲルマニウムおよび前記第２共晶層のアルミニウムは共晶対である、前記第２共晶層を形成すること、
   前記第１共晶層および前記第２共晶層が接触した状態で熱および圧力を加えて前記ＭＥＭＳと前記ボンディングウェハとの間に共晶接合を形成すること、
   を含む、方法。
2. 前記第１のシリコンゲルマニウム層が、漸変濃度のゲルマニウムを有する、請求項１に記載の方法。
3. 漸変濃度は、前記シリコン層との境界よりも前記第１共晶層との境界において高い濃度のゲルマニウムを有することによって特徴付けられる、請求項２に記載の方法。
4. 前記パターン化することが、前記第１及び第２のシリコンゲルマニウム層のエッチングを実行することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記チェッカーボードパターンが、前記第１共晶層の行および列のセグメントを含む、請求項１に記載の方法。
6. ＭＥＭＳをボンディングウェハに取付ける方法であって、
   前記ＭＥＭＳの上方にシリコンからなる支持層を形成すること、
   前記支持層上に第１のシリコンゲルマニウム層を含む付着層を形成すること、
   前記付着層の前記第１のシリコンゲルマニウム層上に第２のシリコンゲルマニウム層を含む第１共晶層を形成することであって、前記第１のシリコンゲルマニウム層は、前記第２のシリコンゲルマニウム層の平均ゲルマニウム濃度よりも低い平均ゲルマニウム濃度を有する、前記第１共晶層を形成すること、
   前記第１及び第２のシリコンゲルマニウム層によって生じる応力を軽減するために、前記付着層および前記第１共晶層を行および列に形成された複数のセグメントを含むチェッカーボードパターンにパターン化すること、
   前記ボンディングウェハの上方にアルミニウムからなる第２共晶層を形成することであって、前記第１共晶層の前記第２のシリコンゲルマニウム層のゲルマニウムおよび前記第２共晶層のアルミニウムは共晶対である、前記第２共晶層を形成すること、
   前記複数のセグメントおよび前記第２共晶層で共晶接合を形成して、前記ＭＥＭＳを前記ボンディングウェハに取付けること、
   を含む、方法。
7. 前記複数のセグメントは四角形状である、請求項６に記載の方法。
8. アルミニウムからなる共晶接合形成層を有するボンディングウェハに取付けるように準備されたＭＥＭＳであって、
   前記ＭＥＭＳの上方にあるシリコンからなる支持層と、
   前記ボンディングウェハに取付けるための、前記支持層の上方にあるチェッカーボードパターンに形成された複数のセグメントであって、
   前記複数のセグメントは行および列の交互点に存在し、
   前記複数のセグメントは、前記支持層の上方にある第１のシリコンゲルマニウム層と、前記第１のシリコンゲルマニウム層上に設けられ、前記共晶接合形成層のアルミニウムと共晶対であるゲルマニウムを含有する第２のシリコンゲルマニウム層とを含み、前記第１のシリコンゲルマニウム層は、前記第２のシリコンゲルマニウム層の平均ゲルマニウム濃度よりも低い平均ゲルマニウム濃度を有する、複数のセグメントと、
   を備える、ＭＥＭＳ。