JP6339669B2 - Ｍｅｍｓデバイスおよび製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上部キャップおよび／または底部キャップからの電気的な測定を可能にする微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関する。また、本発明は、ＭＥＭＳデバイスを製造する方法に関する。
関連出願
本特許出願は、米国特許出願第６１／８４３，５９８号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
本特許出願は、米国特許出願第６１／８４３，５９８号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
微小電気機械システム、またはＭＥＭＳは、実現技術である。一般的に言えば、ＭＥＭＳデバイスは、とても小さい機械的な、光学的な、磁気的な、電気的な、化学的な、生物学的な、またはその他の、トランスデューサまたはアクチュエータを含有する集積回路である。それらは、マイクロエレクトロニクス産業に関してここ最近５０年にわたり開発された高容量シリコンウエハ製作技法を使用して製造される。結果として生じるそれらの小さいサイズおよび低いコストは、消費者、自動車、医療、航空宇宙／防衛、自然エネルギー、産業、および、その他の市場におけるますます増加する用途で使用することに関して、それらを魅力的にする。
一般に、ＭＥＭＳデバイスは、環境による損傷から保護されながら、その環境の特定の態様と相互作用しなければならない。たとえば、マイクロミラーは、湿分および機械的な損傷から保護されながら、電気的なアドレス指定信号および光と相互作用しなければならない。加速度計は、加速運動に応答して自由に移動できなければならないが、ほこりおよび湿分から保護されなければならず、また、恐らく、真空下または低圧下で維持され、空気減衰を最小化しなければならない。ほとんどすべての用途において、トランスデューサ信号を読み取るために、または、アクチュエータをアドレス指定するために、電気的な接続が、ＭＥＭＳトランスデューサまたはアクチュエータと、外部集積回路（ＩＣ）またはプリント回路基板（ＰＣＢ）との間で作られなければならない。
結果的に、電気信号へのアクセスを提供しながらＭＥＭＳデバイスを保護するためにＭＥＭＳデバイスをパッケージングする方法を開発することに、多くの努力が行われてきた。初期には、ＭＥＭＳパッケージングは、むき出しのＭＥＭＳシリコンチップを金属またはセラミックパッケージのベース部に接着剤で取り付けること、ＭＥＭＳをパッケージリードにワイヤー結合すること、および、最後に、蓋をパッケージに取り付けることから構成された。大きな労力を要し、物質的要求が大きい、このチップレベルパッケージングは、最終的なパッケージングされたデバイスのコストの５０〜８０％までを占める可能性がある。多くのケースでは、パッケージングされたＭＥＭＳは、依然として、基板の上のＩＣセンシング電子機器に電気的に接続される必要がある。改善された技術として、ＭＥＭＳおよびＩＣは、単一のパッケージへと一体化された。しかし、チップの設置、ワイヤーボンディング、およびパッケージシーリングは、依然として、高いデバイスコストをもたらした。
ＭＥＭＳパッケージングの多数の後続の改善が、パッケージを簡単化し、コストを低減させるために行われてきた。これらのアプローチのほとんどは、シリコンマイクロエレクトロニクス製作の２Ｄ平面的な性質を利用する。すべてのマイクロ電子ＩＣおよびほとんどのＭＥＭＳデバイスは、フォトリソグラフィーのプロセスを使用して、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、多結晶シリコン、金属などのような薄膜を連続的に堆積させて、膜（たとえば、トランジスタゲート、ＭＥＭＳ加速度計プルーフマスなど）の所望の２Ｄ形状を形成し、パターンを膜の中へエッチングすることによって制作される。場合によっては、フォトリソグラフィーのプロセスは、フォームを作り出し、フォームの中へ膜がめっきまたは堆積させられ、所望のパターンを形成する。このプロセスは、最終的なデバイスを形成するまで何度も繰り返される。結果として、ほとんどのＭＥＭＳデバイスは、平面的または２次元である。その理由は、それらが、非常に薄い膜のスタックから構成されており、それぞれが、典型的に、数マイクロメートルのオーダー以下の厚さであるからである。
典型的に、キャップ（たとえば、シリコンまたはガラス）が、ＭＥＭＳを覆って設置され、ＭＥＭＳを保護しており、電気接点が、ＭＥＭＳの上部に作製されている。これらの統合アプローチのほとんどは、デバイスの平面におけるセンサー検出および信号変換を備える２Ｄアーキテクチャに基づいている。たとえば、ほとんどすべての加速度計およびジャイロスコープは、デバイスの平面の中での駆動および検出のために、櫛形コンデンサを使用する。ＭＥＭＳの下方のシリコン、および、ＭＥＭＳの上方のキャップの中のシリコンは、非機能的である。しかし、多くのＭＥＭＳの適用例は、本質的に３次元的である。たとえば、いくつかのマイクロ流体チップは、３次元で流体を転送することが必要である。加速度計およびジャイロスコープの設計は、低いブラウニアンノイズを有し、３次元で移動することが可能であるプルーフマスからの利益を受けている。これらのケースでは、ＭＥＭＳエレメントの上方に、下に、中に、または、周りに配置されるセンサー電極またはアクチュエータを有することが望ましい。これらの電極は、上記に説明されている典型的な２Ｄ平面的なアーキテクチャを使用して、容易にアクセス可能ではない。結果的に、３Ｄデバイスは、非機能的なパッケージキャップを使用するパッケージングアーキテクチャに大きく制約されてきた。
必要とされているものは、ＭＥＭＳセンシングエレメントを包囲しながら、デバイスの中から少なくとも１つのキャップへ電気信号を送信することを可能にするＭＥＭＳデバイスである。また、そのようなデバイスのためのコスト効率の良い製造方法を提供することが望ましいこととなる。
ＭＥＭＳデバイスが開示されている。ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ構造体を備えるＭＥＭＳウエハを含む。ＭＥＭＳウエハは、第１の側部および第２の側部を有している。また、ＭＥＭＳデバイスは、内側側部および外側側部を備える第１のキャップウエハまたは上部キャップウエハを含む。この第１のキャップウエハまたは上部キャップウエハの内側側部は、ＭＥＭＳウエハの第１の側部に結合されている。第１のキャップウエハまたは上部キャップウエハの外側側部は、電気接点を有している。電気接点は、結合パッドおよび／またはリードを含むことが可能であり、アルミニウムなどのような金属または多結晶シリコンから作製され得る。また、ＭＥＭＳデバイスは、内側側部および外側側部を備える第２のキャップウエハまたは底部キャップウエハを含むことが可能である。内側側部は、ＭＥＭＳウエハの第２の側部に結合されている。ＭＥＭＳウエハ、上部／第１のキャップウエハ、および底部／第２のキャップウエハは、ＭＥＭＳ構造体を収容するためのキャビティを画定している。ＭＥＭＳ構造体は、それに限定されないが、膜；ダイヤフラム；プルーフマス；櫛形センサー、アクチュエータ、トランスデューサ、マイクロバルブ、またはマイクロポンプなどのような、任意のセンシングエレメントであることが可能である。また、ＭＥＭＳデバイスは、絶縁された伝導経路を含み、絶縁された伝導経路は、底部キャップウエハから上部キャップウエハの上の電気接点へ電気信号を転送するために、底部キャップウエハの中から、ＭＥＭＳウエハおよび上部キャップウエハを通って、それぞれの電気接点へ延在している。ＭＥＭＳウエハ、上部キャップウエハ、および底部キャップウエハは、導電性である。好ましくは、上部キャップウエハ、ＭＥＭＳウエハ、および底部キャップウエハは、シリコンベースの半導体から作製されている。また、それらは、好ましくは、フュージョンボンディングによって、または、導電性のボンディングを用いて、伝導性接合によって接合されている。伝導性のボンディングは、可能性のある例として、金熱圧着、金共晶ボンディング、または銅圧着ボンディングを使用する金属シールであることが可能である。
デバイスの可能性のある実施形態では、絶縁された伝導経路のうちの少なくとも１つが、（対応する上部キャップウエハ、ＭＥＭＳウエハ、または底部キャップウエハの全体厚さを通って延在するチャネルによって形成される部分を含む。チャネルは、二酸化ケイ素などのような絶縁材料でコーティングされたその側壁部を有することが可能である。随意的に、チャネルの内側は、銅またはドープされた多結晶シリコンなどのような伝導性材料で充填され得る。
デバイスの可能性のある実施形態では、伝導経路のうちの少なくとも１つが、伝導性ウエハプラグを取り囲むトレンチによって形成される部分を含む。場合によっては、トレンチは、二酸化ケイ素などのような絶縁材料で充填され得る。
絶縁された伝導経路が、上部キャップウエハチャネル、ＭＥＭＳウエハチャネル、および底部キャップチャネルからそれぞれ作製され得、これらのチャネルは、ウエハ境界面において整合させられている。
デバイスの可能性のある実施形態では、絶縁された伝導経路のうちの１つまたは複数に関して、上部キャップウエハチャネルおよび／または底部キャップウエハチャネルが、それぞれ、スルーシリコンビア（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａ）（ＴＳＶ）を含むことが可能である。
可能性のある実施形態では、上部キャップウエハの上の電気接点のうちの１つが、外部電位に接続可能であり、対応する絶縁された伝導経路は、好ましくは、デバイスの周辺に位置付けされているケース経路である。
好ましくは、第２のキャップウエハまたは底部キャップウエハの外側側部が、電気接点を有している。このケースでは、絶縁された伝導経路のうちの少なくとも１つが、上部キャップウエハの上の電気接点のうちの１つから底部キャップウエハの上の電気接点のうちの１つへ延在するデバイスフィードスルーである。上部キャップおよび／または底部キャップの上の電気接点は、金属スタックから作製され得、金属スタックは、例として、チタンまたはチタン／タングステン、ポリシリコンなどのようなスティッキング層、および、アルミニウム、アルミニウム／シリコン、アルミニウム／シリコン／チタンなどのような接合可能な金属を含む。また、スティッキング層は、ポリシリコン、クロムおよび／またはニッケル、ならびに、金、金／パラジウム、または金／スズなどのようなはんだ付け可能な金属を含むことが可能である。
可能性のある実施形態では、底部キャップウエハが、底部キャップ電極を含む。このケースでは、絶縁された伝導経路のうちのいくつかが、底部キャップ電極にそれぞれ接続されている。これらの経路は、底部キャップ電極と上部キャップウエハの上の対応する電気接点との間で電気信号を送信するためのものである。
可能性のある実施形態では、ＭＥＭＳデバイスが、少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路を含む。この追加的な経路は、ＭＥＭＳウエハおよび上部キャップウエハを通って延在している。この１つまたは複数の追加的な絶縁された伝導経路は、ＭＥＭＳ構造体と結合パッドなどのようなこの電気接点との間で電気信号を送信するために、上部キャップウエハの上の電気接点のうちの１つにＭＥＭＳ構造体を接続している。
好ましくは、ＭＥＭＳウエハが、ハンドル層からデバイス層を分離する絶縁層（典型的に、埋め込み酸化物）を備えるＳＯＩウエハである。絶縁された伝導経路は、それぞれのＳＯＩ伝導性シャントを含み、それぞれのＳＯＩ伝導性シャントは、デバイス層およびハンドル層を電気的に接続する。このケースでは、ＭＥＭＳ構造体が、好ましくは、デバイス層およびハンドル層の両方の中でパターニングされている。シャントは、アルミニウム、アルミニウムシリサイド、アルミニウム合金、クロム、金、チタン、チタン−タングステン、銅、ニッケル、または他の金属などのような、金属から作製され得る。また、伝導性のドープされた多結晶シリコン（ポリシリコン）を使用することも可能である。
可能性のある実施形態では、上部キャップウエハが、上部キャップ電極を含む。したがって、他の追加的な絶縁された伝導経路は、上部キャップ電極と上部キャップウエハの上の対応する電気接点との間で電気信号を送信するために、これらの上部キャップ電極と上部キャップウエハの上の対応する電気接点との間で、上部キャップウエハを通ってそれぞれ延在することが可能である。
好ましくは、ＭＥＭＳデバイスが、キャップ絶縁層を含み、キャップ絶縁層は、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハのうちの少なくとも１つの外側側部の上に堆積させられている。
好ましくは、キャビティが、密封されているか、または、少なくとも、密封された一部分を有している。ＭＥＭＳデバイスは、ゲッターを含むことが可能であり、ゲッターは、上部キャップおよび／または底部キャップの上に堆積させられている。いくつかの実施形態では、キャビティが、真空下であるか、または、流体を含有することが可能である。流体は、ガスまたは液体であることが可能である。ガスである場合には、その圧力は、１ミリトールから１０００トールの間であることが可能である。ガスは、単なる例として、窒素、アルゴン、六フッ化硫黄、またはキセノンであることが可能である。
また、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が開示されている。方法は、ａ）それぞれがそれぞれの内側側部および外側側部を有する、上部／第１のキャップウエハおよび底部／第２のキャップウエハを提供するステップと、キャップウエハの内側側部の上に絶縁された伝導性のキャップウエハチャネルを形成するステップとを含む。別のステップｂ）は、第１の側部および第２の側部を有するＭＥＭＳウエハを提供するステップと、第１の側部および第２の側部のうちの１つの中で、ＭＥＭＳ構造体の一部および絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの一部をパターニングするステップから構成される。次に、方法は、キャップウエハの絶縁された伝導性チャネルを絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネルの前記一部と整合させることによって、先にパターニングされたＭＥＭＳウエハの前記側部を、上部キャップウエハまたは底部キャップウエハの内側側部に結合するステップｃ）を含む。次いで、方法は、ＭＥＭＳウエハの他方の側部において、ＭＥＭＳ構造体の残りの部分および絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの残りの部分をパターニングするステップｄ）を含む。方法は、他方の上部キャップウエハまたは底部キャップウエハの絶縁された伝導性キャップチャネルを、絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネルの残りの部分と整合させることによって、先のステップにおいてパターニングされたＭＥＭＳウエハの前記側部を、他方の上部キャップウエハまたは底部キャップウエハの内側側部に結合するステップｅ）を含む。したがって、絶縁された伝導経路が生成され、絶縁された伝導経路は、第２の／底部キャップウエハからＭＥＭＳウエハおよび第１の／上部キャップウエハを通って延在する。また、方法は、絶縁された伝導経路を露出させ隔離するために上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの外側側部の一部分を除去するステップｆ）を含む。
ステップａ）が、底部キャップウエハおよび上部キャップウエハの内側側部の上のトレンチをパターニングするステップを含むことが可能であり、トレンチ（２８）は、キャップウエハを通って部分的にだけ延在している。また、このステップは、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハのトレンチを絶縁材料で充填するステップを含むことが可能である。随意的に、ステップａ）が、少なくとも上部キャップウエハの中に凹部をパターニングして、ＭＥＭＳ構造体を収容するためのキャビティの一部を形成するステップを含む。ステップａ）は、上部キャップ電極および／またはリードを形成するために、トレンチをパターニングすることによって、ならびに、トレンチを絶縁材料で、および、随意的に、絶縁材料の内側を伝導性材料で、充填することによって、実施され得る。
好ましくは、ステップｂ）において提供されるＭＥＭＳウエハは、ハンドル層からデバイス層を分離する絶縁層を備えるＳＯＩウエハである。このケースでは、方法は、デバイス層および絶縁層を通してＳＯＩ伝導性シャントを形成するステップを含むことが可能である。
方法の可能性のある実施形態では、ステップｂ）が、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの一部分を形成するために、ＳＯＩ伝導性シャントのうちのいくつかを取り囲むトレンチをエッチングするステップを含むことが可能である。また、ステップｂ）は、ＭＥＭＳ電極および／またはリードを形成するためにトレンチをエッチングするステップを含むことが可能である。随意的に、そのステップは、他のＭＥＭＳセンシング構造体を形成するようにトレンチをエッチングするステップを含むことが可能である。
好ましくは、ステップｃ）は、伝導性接合によって上部キャップウエハをＭＥＭＳウエハの第１の側部に接合するステップによって実施される。
好ましくは、ステップｄ）は、ＭＥＭＳ構造体の残りの部分を形成するために、および、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの伝導性ウエハプラグ部を形成するために、トレンチをエッチングするステップを含む。
好ましくは、ステップｄ）は、ＭＥＭＳ構造体の残りの部分を形成するために、および、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの伝導性ウエハプラグ部を形成するために、トレンチをエッチングするステップを含む。
さらに好ましくは、ステップｅ）が、伝導性接合によって、底部キャップウエハをＭＥＭＳウエハの第２の側部に接合するステップを含む。ステップｃ）およびｅ）が、フュージョンボンディングによって、または、伝導性材料を使用して行われ得る。
可能性のある実施形態では、ステップｆ）が、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの外側側部を研削および研磨するステップを含む。また、ステップｆ）が、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの外側側部を、キャップ絶縁層によって電気的に不動態化するステップを含むことが可能である。
可能性のある実施形態では、方法は、上部キャップウエハの外側側部の上に電気接点を形成するステップｇ）を含み、接点は、絶縁された伝導経路に接続されており、底部キャップウエハから上部キャップウエハの上の電気接点のいくつかへ電気信号を転送することを可能にする。好ましくは、ステップｇ）が、底部キャップウエハの外側側部の上に、絶縁された伝導経路のうちのいくつかに接続された複数の電気接点を形成するステップをさらに含み、底部キャップウエハの上の電気接点へ電気信号を転送することを可能にする。さらに好ましくは、ステップｇ）が、キャップウエハの外側側部の上のキャップ絶縁層の中に、絶縁された伝導性のウエハキャップチャネルに一致して、開口部を生成させるステップを含む。また、ステップｇ）が、好ましくは、キャップ絶縁層の上に金属層を適用するステップと、電気的なリードおよび結合パッドを形成するように金属層をパターニングするステップとを含む。最後に、ステップｇ）は、また、好ましくは、電気的なリードおよび結合パッドを覆って不動態化膜を適用するステップと、結合パッドを覆う不動態化膜の中に開口部を生成させるステップとを含むこととなる。
当然のことながら、他の処理ステップが、上記に説明されているステップの前に、間に、または後に、実施され得る。また、ステップの順序は、異なることが可能であり、また、ステップのいくつかを組み合わせることが可能である。
添付の図面は、単に、本発明の例示的な実施形態を図示しており、したがって、本発明の範囲を限定するように考慮されるべきではないということが留意される。その理由は、本発明は、他の等しく効果的な実施形態を認める可能性があるからである。
以下の説明の中では、図面の同様の特徴は、同様の参照番号が与えられている。図面の明確性を守るために、いくつかの参照番号は、先行する図においてすでに特定されたときには、省略されている。
本発明は、上部キャップウエハ、中央ＭＥＭＳウエハ、および底部キャップウエハによって形成されているＭＥＭＳデバイスを提供し、ウエハは、シリコンなどのような導電性材料から作製されている。ＭＥＭＳデバイスは、絶縁された伝導経路を含み、絶縁された伝導経路は、底部キャップウエハから、ＭＥＭＳウエハを通って、上部キャップウエハへ延在しており、ＭＥＭＳデバイスを通して、底部キャップウエハから上部キャップウエハへ電気信号を転送または送信することを可能にする。ＭＥＭＳデバイスのこのアーキテクチャは、膜またはダイヤフラム、プルーフマス、マイクロバルブ、センサー、およびトランスデューサ、櫛形センサー、マイクロポンプなどのような、ＭＥＭＳ構造体の上方、下方、および／または周りに、電極および電気的なリードを設置することを可能にし、また、デバイスの少なくとも１つの側部へ信号を転送することを可能にし、デバイスの少なくとも１つの側部において、信号は、信号処理のためにアクセスされ得る。追加的に、このアーキテクチャは、集積回路（ＩＣ）へのワイヤー−ボンド−フリーの電気的な接続を可能にし、集積回路（ＩＣ）は、チップレベルまたはウエハレベルのいずれかにおいて、ＭＥＭＳデバイスの上部にフリップチップボンディングされ得、ＭＥＭＳおよびＩＣ統合のコスト、ならびに、パッケージングの複雑さおよびパッケージングコストを低減させる。
説明の全体を通して、「ＭＥＭＳデバイス」の用語は、それに限定されないが、加速度計、ジャイロスコープ、圧力センサー、磁力計、アクチュエータ、マイクロ流体のデバイス、およびマイクロ光学デバイスなどのような、デバイスを包含する。また、ＭＥＭＳデバイスは、電力増幅器、検出回路、ＧＰＳ、およびマイクロプロセッサーなどのような、マイクロ電子回路を含むことが可能である。
図１を参照すると、可能性のある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１０の異なる層の分解図が示されている。したがって、ＭＥＭＳデバイス１０は、マルチウエハスタックによって形成されている。ＭＥＭＳデバイス１０は、内側側部１２１および外側側部１２２を有する上部キャップウエハ１２と、第１の側部１６１および第２の側部１６２を有するＭＥＭＳウエハ１６と、内側側部１４１および外側側部１４２を有する底部キャップウエハ１４とを含む。ＭＥＭＳウエハ１６、上部キャップウエハ１２、および底部キャップウエハ１４は、導電性であり、上部キャップウエハ１２の少なくとも外側側部１２２は、電気接点４２を有している。ＭＥＭＳウエハ１６は、標準的なウエハ、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）ウエハ、または、複数のウエハから構成され得る。上部ウエハ、底部ウエハ、およびＭＥＭＳウエハは、好ましくは、シリコンベースの材料から作製されている。この実施形態では、ＭＥＭＳウエハ１６は、ハンドル層２２からデバイス層２０を分離する絶縁層２４を備えたＳＯＩウエハである。ＭＥＭＳウエハ１６は、ＭＥＭＳ構造体１７を含み、ＭＥＭＳ構造体１７は、この特定の実施形態では、懸垂式のモーションセンサープルーフマスおよび曲げスプリングを含む。図２Ａ〜図２Ｆの断面図に最良に示されているように、ＭＥＭＳウエハ１６、上部キャップウエハ１２、および底部キャップウエハ１４は、結合されると、ＭＥＭＳ構造体１７を収容するためのキャビティを画定する。ＭＥＭＳ構造体１７は、上部キャップ電極１３および底部キャップ電極１５によって取り囲まれている（数個の電極だけが図の上に特定されており、図に負担をかけないようになっている）。上部キャップウエハおよび底部キャップウエハは、好ましくは、いくつかの電極をそれぞれ含み、ＭＥＭＳウエハも、同様に、デバイスの側部に、および／または、ＭＥＭＳ構造体１７の上に、電極を含むことが可能である。
本説明では、「上部」および「底部」の用語は、図に示されているようなウエハの位置に関連する。別段の指示がない限り、「上部」および「底部」などのような位置的な説明は、図の文脈において解釈されるべきであり、限定的なものとして考慮されるべきではない。また、上部キャップウエハは、第１のキャップウエハと称することが可能であり、底部キャップウエハは、第２のキャップウエハと称することが可能である。「上部」および「底部」の用語は、説明を読むことを促進させるために使用されており、ＭＥＭＳの当業者は、ＭＥＭＳデバイスが、使用時に異なる配向で設置され得、「上部キャップウエハ」および「底部キャップウエハ」が上下逆さまに位置決めされ得ることを知っている。この特定の実施形態では、「上部」は、デバイス層の方向を表している。
さらに図１を参照すると、層が組み立てられ、ＭＥＭＳデバイス１０を形成するときに、上部キャップウエハ１２の内側側部１２１は、ＭＥＭＳウエハ１６の第１の側部１６１に結合されており、底部キャップウエハの内側側部１４１は、ウエハ１６の第２の側部１６２に結合されている。この特定の実施形態では、上部キャップ１２は、デバイス層２０に結合されており、デバイス層２０と電気的に接触している。底部キャップ１４は、ハンドル層２２に結合されており、ハンドル層２２と電気的に接触している。絶縁層２４は、典型的に、埋め込み酸化物から構成されており、絶縁層２４は、デバイス１０の底部部分から上部部分を絶縁している。ＳＯＩ伝導性シャント３４が、絶縁層２４を通して提供され、デバイス層２０とハンドル層２２との間で、特定の所望の場所で、電気的な接続を作っている。上部キャップウエハ１２、ＭＥＭＳウエハ１６、および底部キャップウエハ１４は、典型的に、伝導性接合によって接合されている。
ＭＥＭＳデバイス１０は、絶縁された伝導経路３３ｉ、３３ｉｉ、３３ｉｉｉ、および３３ｉｖを含み、絶縁された伝導経路３３ｉ、３３ｉｉ、３３ｉｉｉ、および３３ｉｖは、底部キャップウエハ１４から上部キャップウエハ１２の上の電気接点４２へ電気信号を転送するために、底部キャップウエハ１４の中から、ＭＥＭＳウエハ１６および上部キャップウエハ１２を通って、それぞれの電気接点４２へ延在している。したがって、スタックは、電気的に隔離された「３次元スルーチップビア（ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｈｒｏｕｇｈ−ｃｈｉｐ ｖｉａｓ）」（３ＤＴＣＶ）を含み、底部キャップ１４から（たとえば、底部キャップ電極１５から）、ＭＥＭＳウエハ１６を通して、上部キャップウエハ１２へ、および、上部キャップウエハ１２を通して、上部キャップウエハ１２の外側側部１２２の上にある結合パッドなどのような電気接点４２へ、信号を転送する。したがって、３ＤＴＣＶという用語は、ＭＥＭＳデバイスの中で１つまたは複数の方向に（すなわち、ウエハの平面に対して横断方向に、および／または、ウエハの平面の中で）延在する絶縁された伝導経路を表している。
ここで図２Ａ〜図２Ｆを参照すると、これらの断面図は、ＭＥＭＳデバイスの中に提供される異なる絶縁された導電性経路を示している。より詳細に以下に説明されることとなるように、異なる理由のために、上部キャップウエハ１２、ＭＥＭＳウエハ１６（このケースでは、デバイス層２０およびハンドル層２２を含む）、および底部キャップウエハ１４を電気的に接続することが望ましい。絶縁された伝導経路のうちの１つまたは複数は、上部キャップウエハ、ＭＥＭＳウエハ、または底部キャップウエハのうちの１つの全体厚さを通って延在する少なくとも一部分を含む。絶縁された伝導経路３３ｉ〜３３ｉｖのうちのいくつかは、上部キャップウエハチャネル１２３、ＭＥＭＳウエハチャネル１６３、および底部キャップチャネル１４３によって形成されており、これらのチャネルは、（たとえば、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、および図２Ｆに示されているように）ウエハ境界面において整合させられ、伝導経路を形成する。１つまたは複数の追加的な絶縁された伝導経路３５が、（図２Ｃに示されているように）ＭＥＭＳウエハ１６および上部キャップウエハ１２だけを通って延在しており、一方、さらなる他の追加的な絶縁された伝導経路３７が、（図２Ｅに示されているように）上部キャップウエハだけを通って延在している。
図２Ａを参照すると、絶縁された伝導経路３３ｉは、上部キャップウエハチャネル１２３、ＭＥＭＳウエハチャネル１６３、および底部キャップチャネル１４３によって形成されている。このケースでは、絶縁された伝導経路３３ｉは、ＭＥＭＳデバイスの外側側壁部によって、ならびに、上部キャップウエハ１２、ＭＥＭＳウエハ１６、および底部キャップウエハ１４の中に形成されているトレンチ２８ｉ、２８ｉｉ、２８ｉｉｉによって、部分的に絶縁されている。上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４の中のトレンチ２８ｉ、２８ｉｉは、絶縁材料３０で充填されており、また、随意的に、絶縁材料３０の内側の伝導性材料３２で充填されており、一方、ＭＥＭＳウエハの中のトレンチは、キャビティ３１の輪郭を画定するもので空であり、キャビティ３１の中にＭＥＭＳ構造体１７が収容されている。上部キャップウエハ１２の上の電気接点４２（結合パッド２３）は、外部電位に接続可能であり、対応する絶縁された伝導経路３３ｉが、ケース経路として使用され得るようになっている。ケース経路３３ｉは、典型的に、デバイス１０の周辺に位置付けされている。代替例として、または、加えて、電気接点４３は、外部電位に接続され得る。典型的に、外部電位は、０Ｖであり、ケース経路３３ｉは、グランドケースであるが、いくつかの適用例については、ケース経路３３ｉをたとえば５Ｖなどの別の電位に接続することが可能である。
図２Ｂを参照すると、また、１つまたは複数の底部キャップ電極１５を隔離し、ＭＥＭＳウエハ１６および上部キャップウエハ１２を通して、上部キャップウエハ１２の上の結合パッド２３へ、それらを独立してフィードすることが望ましい。絶縁された伝導経路３３ｉｉは、上部キャップウエハチャネル１２３、ＭＥＭＳウエハチャネル１６３、および底部キャップウエハチャネル１４３を含み、３つのチャネルは、電気的に接続されている。上部キャップウエハチャネル１２３は、伝導性ウエハプラグ２６ｉを取り囲むトレンチ２８ｉによって形成されており、トレンチ２８ｉは、絶縁材料３０で充填され、ウエハプラグ２６ｉを隔離している。より具体的には、トレンチ２８ｉは、その側壁部が絶縁材料３０でコーティングされており、随意的に、トレンチ２８ｉの内側は、伝導性材料３２で充填されている（図３Ｃにおいて拡大されて最良に示されている）。ＭＥＭＳウエハチャネル１６３は、閉じたトレンチ２８ｉｉ、２８ｉｉｉによって取り囲まれているウエハプラグ２６ｉｉ、２６ｉｉｉから構成されている。トレンチ２８ｉｉ、２８ｉｉｉは、ＭＥＭＳウエハ１６のデバイス層２０およびハンドル層２２の中でパターニングされている。ＳＯＩ伝導性シャント３４は、デバイス層およびハンドル層（より具体的には、プラグ２６ｉｉおよび２６ｉｉｉ）を電気的に接続し、信号がＭＥＭＳウエハ１６の全体厚さを通って移行することを可能にする。底部キャップウエハチャネル１４３は、底部キャップ電極１５に接続されている（または、底部キャップ電極１５の一部を形成している）。したがって、絶縁された伝導性チャネル３３ｉｉは、底部キャップ電極１５および上部キャップウエハ１２の上の電気接点４２を接続する。この経路３３ｉｉは、底部キャップ電極１５から、および、底部キャップ電極１５へ、信号を送信するために使用され、たとえば、ＭＥＭＳデバイス１０がモーションセンサーとして使用される適用例において、ＭＥＭＳ構造体１７が移動するときに、上部電極１３と底部電極１５との間の静電容量の変化を検出することが可能である。随意的に、（結合パッド２３の形態の）電気接点４３が、同様に、底部キャップウエハ１４の中に提供され得、底部キャップ電極１５へ／底部キャップ電極１５から電気接点４３へ、信号を送信することを可能にする。注目されるのは、明確化のために、すべての電極がＭＥＭＳデバイスの中に特定されているわけではないということである。当然のことながら、底部キャップ電極のうちのいくつかまたはすべては、同様の絶縁された伝導経路に接続され得る。
また、図２Ｃを参照すると、たとえば、デバイス層の中に提供されるＭＥＭＳ電極１９などに関して、デバイス層２０の一部だけを隔離することができるということが望ましい。また、ＭＥＭＳ構造体１７から上部キャップウエハ１２を通して電気接点（たとえば、結合パッドなど）へ信号をフィードするために、ＭＥＭＳウエハ１６の全体厚さ（ハンドル層２２、デバイス層２０、および絶縁層２４を組み合わせる）を通って延在するデバイスの一部分を隔離することが望ましい。図２Ｃでは、追加的な絶縁された伝導経路３５が、ＭＥＭＳウエハ１６および上部キャップウエハ１２を通って延在し、上部キャップウエハ１２の上の電気接点４２のうちの１つにＭＥＭＳ構造体１７を接続する。このケースでは、この追加的な絶縁された伝導経路３５は、上部キャップウエハチャネル１２３およびＭＥＭＳウエハチャネル１６３を含む。上部キャップウエハチャネル１２３は、閉じたトレンチ２８ｉによって取り囲まれているウエハ部分２６ｉによって形成されており、トレンチ２８ｉは、絶縁材料で充填され、随意的に、伝導性材料で充填されている。ＭＥＭＳウエハチャネル１６３は、埋め込み酸化物層２４ｉの一部分によって、および、ＭＥＭＳ構造体１７を収容するキャビティ３１によって、部分的に境界を定められている。ＳＯＩ伝導性シャント３４は、ＭＥＭＳ構造体１７の中のデバイス層およびハンドル層を接続することを可能にする。上部キャップウエハ１２とＭＥＭＳウエハ１６との間の結合は伝導性であるので、上部キャップウエハチャネル１２３およびＭＥＭＳウエハチャネル１６３は、電気的に接続されており、追加的な絶縁された伝導経路３５を形成している。この経路は、たとえば、ＭＥＭＳ構造体１７に信号を送るために使用され得る。この実施形態では、ＭＥＭＳ構造体１７は、懸垂式のプルーフマスであり、信号は、経路３５を介して送られ、たとえば、ジャイロスコープの用途において、所定の周波数でプルーフマスを揺り動かすことが可能である。
また、図２Ｄを参照すると、ＭＥＭＳウエハ１６の内側キャビティの側部に沿って電極２１を隔離することが望ましい。絶縁された伝導経路３３ｉｉｉは、上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４を通って、ならびに、ＭＥＭＳウエハ１６を通って延在している。経路３３ｉｉｉは、上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４の中の充填されたトレンチによって、ならびに、デバイス層２０およびハンドル層２２の中に形成されている空のトレンチによって、境界を定められており、ＭＥＭＳ構造体１７の境界を定めている。したがって、経路３３ｉｉｉは、側部電極２１を画定しており、側部電極２１は、上部キャップ電極１３ｉ、１３ｉｉ、１３ｉｉｉおよび底部キャップ電極１５ｉ、１５ｉｉ、１５ｉｉｉに加えて、ＭＥＭＳ構造体１７のモーションを検出するために使用され得る。経路３３ｉｉｉは、上部キャップウエハの中の電気接点４２に接続されており、また、随意的に、底部キャップウエハの中に接点４３に接続されている。
また、図２Ｅを参照すると、上部キャップウエハ１２の上の上部キャップ電極１３は、隔離され、電気接点４２に接続され得る。これは、他の追加的な絶縁された伝導経路によって行われ、他の追加的な絶縁された伝導経路は、上部キャップ電極１３と結合パッド２３との間で上部キャップウエハ１２を通って延在している。図２Ｅでは、参照符号３７によって特定されているそのような経路の例は、上部キャップ電極１３と、対応する電気接点４２、このケースでは、結合パッド２３との間での、電気信号の送信を可能にする。絶縁された伝導経路３７は、絶縁層２４を形成する埋め込み酸化物によって、および、キャビティ３１によって、部分的に境界を定められている。
また、図２Ｆを参照すると、結合パッドなどのような電気接点４３が、底部キャップ１４の上に位置付けされており、ＭＥＭＳデバイス１０を通して、たとえば、上部にあるＩＣから、ＭＥＭＳデバイス１０を通して、下層のＩＣまたはＰＣＢへ、信号を通すことが可能である。底部キャップウエハ１４の外側側部１４２は、結合パッド２３などのような電気接点４３を有しており、絶縁された伝導経路３３ｉｖは、デバイスフィードスルー２５であり、デバイスフィードスルー２５は、上部キャップウエハ１２の上の電気接点４２から、底部キャップウエハ１４の上の電気接点４３へ延在している。絶縁された伝導経路３３ｉｖは、トレンチ２８ｉ、２８ｉｖによって、上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４の中に及びトレンチ２８ｉｉ、２８ｉｉｉによってデバイス層２０およびハンドル層２２の中に形成されており、トレンチ２８ｉ、２８ｉｖは、絶縁材料で充填されており、また、随意的に、絶縁されたトレンチの内側の伝導性材料で充填されている。トレンチ２８ｉｉ、２８ｉｉｉは、それぞれのシリコンウエハプラグ２６ｉ、２６ｉｉを取り囲み、ＳＯＩ伝導性シャント３４によって接続されている。
示されている実施形態では、絶縁された伝導経路は、典型的に、シリコンウエハのプラグを取り囲む充填されたまたは空のトレンチによって形成されているが、他の実施形態では、上部キャップウエハおよび／または底部キャップウエハ、ならびに、また場合によってはＭＥＭＳウエハが、スルーシリコンビア（ＴＳＶ）を含み、絶縁された伝導経路の一部分を形成することも可能である。
認識され得るように、アーキテクチャの態様は、マルチウエハスタックの中の絶縁されたチャネルの使用であり、個々の電極、ならびに、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの上の相互接続部を隔離する。チャネルは、上部ウエハおよび底部ウエハの内側を向く表面の上の電極、リード、フィードスルー、および結合パッドの境界線を「描く」ためにエッチングされている。次いで、これらのチャネルは、熱酸化物または化学蒸着（ＣＶＤ）二酸化ケイ素などのような、絶縁材料で充填される。１つの可能性のある製作方法は、スルーシリコンビア（ＴＳＶ）プロセスを利用し、絶縁された伝導経路の少なくとも一部を形成する。ＴＳＶのケースでは、孔部が、シリコンウエハの中へエッチングされ、熱酸化物またはＣＶＤ酸化物が、ウエハの上に堆積させられ、孔部の側壁部を絶縁している。次いで、孔部は、銅またはポリシリコンなどのような伝導性材料で充填され、シリコンを通る隔離された伝導経路を提供する。別の可能性のある製作方法は、絶縁材だけで充填された閉じたまたは環状のトレンチを利用することである。この充填されたトレンチは、シリコンのプラグを隔離するために使用され、シリコンのプラグは、次いで、ＴＳＶとしての役割を果たす。本発明のＭＥＭＳデバイスを製造するために、異なるＴＳＶプロセスが使用され、電極を隔離し、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの中に絶縁されたチャネルを形成することが可能である。デバイスによって必要とされる様々な伝導経路は、上部キャップウエハ、ＭＥＭＳウエハ、および／または底部キャップウエハからのチャネルを、ウエハ境界面において整合させることによって構築される。絶縁された伝導性の経路のうちのいくつかは、キャップウエハおよびＭＥＭＳウエハの中の整合させられた絶縁されたチャネルを通して、底部キャップ電極１５へおよび底部キャップ電極１５から、電気信号が進行することを可能にする。ＭＥＭＳウエハの中の絶縁されたチャネルは、フィードスルーを形成する。ＳＯＩ ＭＥＭＳウエハのケースでは、フィードスルーは、ＳＯＩデバイス層およびハンドル層の中に形成されており、それらは、ＳＯＩ伝導性シャントによって接続されている。ＭＥＭＳウエハは、スタックの中に完全に包含されており、隔離トレンチは、キャップトレンチのように大気漏出に対するシールを提供する必要がないので、ＭＥＭＳウエハの上のフィードスルーは、絶縁材で充填されたチャネル、または、エッチングされたオープントレンチのいずれかによって隔離され得る。ＭＥＭＳデバイスの利点は、ＭＥＭＳが上部キャップと底部キャップとの間に位置付けされているので、ＭＥＭＳ構造体を収容するキャビティが密封され得るということである。必要とされる場合には、キャビティは、真空下にされ、または、不活性ガスもしくは液体などのような流体で充填され得る。ウエハスタックが組み立てられた後に、キャップウエハ１２、１４は、隔離された伝導性領域を露出させるために研削および研磨される。ＭＥＭＳデバイスの製作プロセスが、より詳細に以下に説明されることとなる。
製作
ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が、好適な実施形態に関連して説明されることとなる。しかし、説明されている実施形態に本発明を限定する意図は存在していないということが理解されることとなる。
図３、図３Ａ〜図３Ｂ、図４、および図４Ａを参照すると、可能性のある実施形態によるＭＥＭＳデバイスの構築を始めるために、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハが提供される。上部ウエハ１２は、内側側部１２１および外側側部１２２を有しており、底部キャップウエハ１４は、内側側部１４１および外側側部１４２を有している。上部キャップウエハおよび底部キャップウエハ１２、１４は、好ましくは、シリコンベースのウエハである。絶縁された伝導性のキャップウエハチャネル１２３、１４３は、キャップウエハ１２、１４の内側側部１２１、１４１の上に形成されている。トレンチ２８が、内側側部１２１、１４１の上にパターニングされており、トレンチ２８は、キャップウエハ１２、１４を部分的にだけ通って延在している。次いで、上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４のトレンチ２８は、絶縁材料３０で充填されており、随意的に、（図３Ｃに最良に示されているように）伝導性材料３２でも充填されている。デバイスのいくつかの実施形態について、ＭＥＭＳ構造体を最終的に収容することとなるキャビティの一部から、少なくとも上部キャップウエハ１２の中に、凹部３８をパターニングすることが必要とされ得る。また、底部キャップウエハ１４は、同様の凹部３８でパターニングされ得る。また、上部キャップウエハ１２は、トレンチ２８でパターニングされ得、トレンチ２８は、絶縁材料で充填され、上部キャップ電極１３および／またはリードを形成する。また、好ましくは、底部キャップウエハは、同様の方式でパターニングされ、底部キャップ電極１５およびリードを生成させる。多数のプロセスが、異なるＭＥＭＳ製作設備において利用可能であり、絶縁材料３０および伝導性材料３２は、それらの間で異なる。この実施形態では、チャネル１２３、１４３および電極１３、１５の形状の伝導性のウエハのアイランド（典型的に、シリコン）は、絶縁バリアによって取り囲まれており、最終的な所望のキャップ厚さよりも十分に大きい深さでシリコンの中へパターニングされている。
図５、図５Ａ〜図５Ｂを参照すると、ＭＥＭＳウエハ１６が提供されており、ＭＥＭＳウエハ１６は、第１の側部１６１および第２の側部１６２を有している。この例では４つの曲げスプリングを備えたプルーフマスを含むＭＥＭＳ構造体の一部分（図６で特定されている）、および、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの一部分は、ＭＥＭＳウエハ１６の第１の側部または上部側部１６１の中にパターニングされている。また、その代わりに、第２の側部または底部側部１６２を最初にパターニングすることが可能であることとなる。この実施形態では、ＭＥＭＳウエハ１６は、ハンドル層２２からデバイス層２０を分離する絶縁層２４を備えるＳＯＩウエハである。デバイス層２０および絶縁層２４の中に、および、場合によってはわずかにハンドル層２４の中に、最初にビアを開口することによって、ならびに、ドープされた多結晶シリコン（ポリシリコン）、金属、または他の伝導性材料などのような伝導性材料でビアを充填することによって、ＳＯＩ伝導性シャント３４は、デバイス層２０および絶縁層２４（典型的に、埋め込み酸化物）を通して形成されている。このように、ＳＯＩ伝導性シャント３４は、デバイス層２０とハンドル層２２との間で、所望のスポットにおいて垂直方向に形成されている。
図６および図６Ａを参照すると、ＳＯＩ伝導性シャント３４のいくつかを取り囲むトレンチ２８は、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（たとえば、フィードスルーなど）の一部分を形成するためにエッチングされる。いくつかの実施形態では、このステップは、他のＭＥＭＳ構造体、ならびに、圧力センサー、磁力計、電極１９、および／またはリードなどのようなエレメントを形成するために、デバイス層２０の中にトレンチ２８をエッチングすることを含むことが可能である。
図７および図７Ａを参照すると、先のステップにおいてパターニングされているＭＥＭＳウエハの側部は、最終的に絶縁された伝導性チャネル１２３を、最終的に絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネル１６３の部分１６３ｉと整合させることによって、上部キャップウエハまたは底部キャップウエハの内側側部に結合される。この例では、上部キャップウエハ１２に結合されるのは、ＭＥＭＳウエハの第１の側部１６１である。当然のことながら、ハンドル層を最初にパターニングし、それをパターニングされた底部キャップウエハに結合することが可能であることとなる。上部キャップウエハ１２をＭＥＭＳウエハ１６の第１の側部１６１に結合することは、伝導性接合を用いて行われる。好ましくは、フュージョンボンディングが使用されるが、たとえば、伝導性材料を使用することなど、他の代替例を考慮することが可能である。ボンディングは、たとえば、金熱圧着ボンディング、または金−シリコン共晶ボンディングを使用して行われ得る。ＭＥＭＳウエハがＳＯＩウエハであるこの実施形態では、上部キャップウエハ１２は、ＭＥＭＳウエハ１６の上のＳＯＩデバイス層２０に整合させられ、結合される。ＳＯＩデバイス層２０の上のフィードスルーパッドは、上部キャップウエハ１２の上の対応するパッドに整合させられ、上部キャップウエハ１２の上の電極１３は、ＭＥＭＳウエハ１６の上の関連の電極１９に整合させられる。
図８および図８Ａを参照すると、ＭＥＭＳ構造体１７の残りの部分、および、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル１６３の残りの部分１６３ｉｉは、ＭＥＭＳウエハ１６の他方の側部１６２の上にパターニングされている。このステップは、トレンチ２８をエッチングすることによって行われ、ＭＥＭＳ構造体１７の残りの部分を形成し、また、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル１６３の伝導性ウエハプラグ２６部を形成することが可能である。本例では、他方の側部は、ハンドル層２２に対応しており、プルーフマスおよび電極は、デバイス層２０の上の電極およびスプリングなどのような同様のエレメントに整合させられる。この例では、ＭＥＭＳウエハチャネル１６３は、ハンドル層２２の周辺に位置付けされるデバイスフィードスルーの一部を最終的に形成することとなる。トレンチ２８は、伝導性のシリコンウエハプラグ２６の周りでエッチングされ、それを層２２の残りから隔離する。デバイス層２０および絶縁層２４の中のＳＯＩ伝導性シャント３４は、チャネル１６３の中の電気伝導性を提供する。シャント３４が存在しなかった場合には、シリコンプラグは、単に、機械的なサポートであることとなる。
図９および図９Ａを参照すると、先のステップにおいてパターニングされているＭＥＭＳウエハ１６の側部１６２は、次に、他方のキャップウエハの内側側部１４１に結合され、他方のキャップウエハは、このケースでは、底部キャップウエハ１４である。ボンディングステップは、ウエハキャップ１４の絶縁された伝導性チャネルを、絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネルの残りの部分１６３ｉｉに整合させることによって行われ、それによって、底部キャップウエハ１２からＭＥＭＳウエハ１６および上部キャップウエハ１４を通って延在する絶縁された伝導経路３３を生成させる。他方のキャップウエハのボンディングと同様に、接合は、伝導性接合であり、それは、たとえば、フュージョンボンディング、または、金熱圧着ボンディングまたは金−シリコン共晶ボンディングなどの伝導性材料を用いたボンディングなどのような様々なボンディング方法を使用して実施され得る。接合剤は、ＭＥＭＳウエハの中のチャネルとキャップウエハ１４の中のチャネル１４３との間の電気接点を提供するために使用され、そのうちのいくつかは、底部電極１５に電気的に接続されている。このように、伝導性の経路３３が、底部電極１５から、底部キャップシリコンパッド、ハンドルフィードスルー、ＳＯＩ伝導性シャント、およびＳＯＩデバイス層パッドを通して、上部キャップウエハパッドへ提供される。この時点において、ＭＥＭＳウエハ１６が、キャップウエハ１２、１４の間で密封されている。ＭＥＭＳ構造体１７は、上部キャップおよび／または底部キャップの電極および／または任意のハンドル側部電極に整合させられる。絶縁チャネルは、キャップに完全には貫通していないので、それぞれのキャップの上の電極１３、１５は、残りのシリコンを通して一緒に短絡させられる（ｓｈｏｒｔｅｄ）。
図１０Ａを参照すると、上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４の外側側部１２２、１４２の一部分が除去され、絶縁された伝導経路３３を露出させ、隔離する。このステップは、上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの外側側部を研削および研磨することによって行われ得る。好ましくは、上部キャップウエハ１２および底部キャップウエハ１４の外側側部は、キャップ絶縁層４０で電気的に不動態化される。示されている例では、他の随意的なステップが後で行われるので、上部キャップの側部１２２だけが、除去および不動態化される。上部キャップウエハおよび底部キャップウエハの両方の外側側部を研削し、それらを不動態化し、この時点でプロセスを停止させることが可能であり、同じまたは異なるプラントおいて、次のステップが後に実施されるようになっているということが留意されるべきである。実際に、このステップでは、底部キャップウエハからＭＥＭＳウエハを通ってキャップウエハへ延在する絶縁された伝導経路が形成されている。
しかし、ＭＥＭＳデバイス１０を製造することは、典型的に、上部キャップウエハ１２の少なくとも外側側部１２２の上に電気接点を形成するステップを含む。上部キャップの上の電気接点は、絶縁された伝導経路３３に接続されており、底部キャップウエハ１４から上部キャップウエハ１２の上の電気接点へ電気信号を転送することを可能にする。好ましくは、方法は、同様に、底部キャップウエハ１４の外側側部１４２の上に電気接点を形成することをさらに含む。これらの電気接点４３は、絶縁された伝導経路３３のいくつかに接続されており、これらの電気接点４３は、伝導経路３３から底部キャップウエハ１４の上の電気接点４３へ電気信号を転送することを可能にする。
上部キャップウエハおよび／または底部キャップウエハの外側側部の上に電気接点を形成するこのステップは、以下のように行うことが可能である。手順は、ＭＥＭＳデバイスの一方の側部だけに関して図示されているが、当然のことながら、同様に、同じステップが、他方の側部に実施され得る。
図１１Ａを参照すると、開口部３９が、絶縁された伝導性のウエハキャップチャネル１２３に一致して、キャップウエハ１２の外側側部１２２の上のキャップ絶縁層４０の中に生成されている。
図１２Ａを参照すると、金属層４１が、キャップ絶縁層４０の上に適用されている。図１３Ａに示されているように、次いで、金属層４１は、電気的なリード３６および結合パッド２３を形成するようにパターニングされる。最後に、図１４Ａに示されているように、不動態化膜４５が、電気的なリード３６および結合パッド２３を覆って適用される。不動態化膜は、キャップウエハの上部表面に沿って延在し得る電気的なリード３６を保護する。この時点において、電気接点が底部キャップの中に望まれる場合には、図１４Ａにさらに示されているように、図１１から図１４に示されているプロセスステップが、底部ウエハに対して繰り返され得る。図１５Ａに示されているように、次いで、開口部が、結合パッド２３を覆う不動態化膜４５の中に生成される。このように、ＭＥＭＳデバイスの上部、側部、および底部からの絶縁された伝導経路３３は、ワイヤーボンディング、フリップチップボンディング、またはウエハボンディングのために、少なくとも上部キャップウエハ１２からアクセス可能である。
結合パッド２３は、ＭＥＭＳデバイスの第１の側部または上部側部の上にあるので、説明されている３ＤＴＣＶアーキテクチャは、３Ｄ ＭＥＭＳデバイス（たとえば、大きいプルーフマスを含むものなど）でありながら２Ｄチップ（たとえば、櫛形センサーなど）のパッケージングフレキシビリティを提供し、ＣＭＯＳ回路と互換性がある。たとえば、ＭＥＭＳデバイス１０は、センシングＩＣと隣り合わせで装着され、センシングＩＣにワイヤー結合され得る。
図１６Ａを参照すると、ＩＣ４４は、ＭＥＭＳデバイス１０の上部にスタックされ、ＭＥＭＳデバイス１０にワイヤー結合され得る。代替的に、図１６Ｂに示されているように、ＩＣ４４およびＭＥＭＳデバイス１０の相対的なサイズに応じて、ＭＥＭＳデバイス１０は、ＩＣ４４の上に装着され、ワイヤー結合され得る。
好ましくは、図１６Ｃに示されているように、ＭＥＭＳデバイス１０は、一致するサイズおよび結合パッドレイアウトのカスタムＩＣ４４と一体にされる。これは、図１６Ｃに示されているようなチップレベル、または、より有利には、図１７および図１９に示されているようなウエハレベルのいずれかにおいて、ＭＥＭＳ１０およびＩＣ４４のフリップチップボンディングを可能にする。図１７を参照すると、ＭＥＭＳウエハ１０が底部側部接点を含まない場合には、それは、ウエハレベルにおいて、ＴＳＶを備えるＩＣウエハ４４にバンプボンディングされ得る。ＴＳＶ技術は、ＣＭＯＳのために開発され、イメージャーおよびマルチチップメモリーのために開発されたマルチレベルＣＭＯＳチップボンディングを可能にする。したがって、ＭＥＭＳウエハ３３の絶縁された伝導経路は、図１７に示されているように、ＣＭＯＳ ＩＣウエハ４４のＴＳＶ１８に直接的に接続され得る。次いで、結合されたＭＥＭＳウエハ１０およびＴＳＶを備えるＣＭＯＳウエハ４４は、ダイシングされ、それによって、密封されたチップを作り出すことが可能である。ＣＭＯＳ ＴＳＶ１８は、図１８に示されているように、任意のワイヤーボンディングなしに、ＰＣＢに直接的にフリップチップボンディングされ得る。
代替的に、図１９に示されているように、電気接点が、ＭＥＭＳデバイスの上部キャップおよび底部キャップの両方の上に含まれている場合には、デバイスフィードスルーなどのような絶縁された伝導経路３３は、ＴＳＶなしのＩＣウエハ４４からＭＥＭＳデバイス１０を通して信号を転送するために使用され得る。したがって、経路３３は、３ＤＴＣＶとして使用され、それは、ＭＥＭＳデバイス１０の上部キャップから底部キャップへ延在している。図２０に示されているように、３ＤＴＣＶは、ＣＭＯＳ ＴＳＶの使用なしに、ＰＣＢ４６へのＭＥＭＳ／ＩＣスタックのフリップチップボンディングを可能にする。ＭＥＭＳデバイスの中の経路または３ＤＴＣＶのいくつかは、ＭＥＭＳチップを通してＣＭＯＳ出力をフィードして戻すために使用され得る。結合パッド開口部は、ＭＥＭＳデバイス（ＣＭＯＳの反対側の側部）の底部にパターニングされている底部キャップ不動態化およびバンプボンドの中に作製され得る。このアプローチでは、図２０に示されているように、ＣＭＯＳの代わりにＭＥＭＳデバイスが、次いで、ＰＣＢにフリップチップボンディングされる。
図は、単に、本発明の例示的な実施形態を図示しており、したがって、本発明の範囲を限定するように考慮されるべきではない。その理由は、本発明は他の等しく効果的な実施形態を認める可能性があるからである。特許請求の範囲は、例の中で述べられている好適な実施形態によって限定されるべきではないが、全体として説明と一致する最も広い解釈を与えられるべきである。
［形態１］
ＭＥＭＳデバイス（１０）において、
ＭＥＭＳ構造体（１７）を含むＭＥＭＳウエハ（１６）であって、第１の側部および第２の側部（１６１、１６２）を有するＭＥＭＳウエハ（１６）と、
内側側部および外側側部（１２１、１２２）を有する上部キャップウエハ（１２）であって、前記内側側部（１２１）は、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第１の側部（１６１）に結合されており、前記外側側部（１２２）は、電気接点（４２）を有している、上部キャップウエハ（１２）と、
内側側部および外側側部（１４１、１４２）を有する底部キャップウエハ（１４）であって、前記内側側部（１４１）は、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第２の側部（１６２）に結合されており、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、前記上部キャップウエハ（１２）、および前記底部キャップウエハ（１４）は、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）を収容するためのキャビティ（３１）を画定している、底部キャップウエハ（１４）と、
前記底部キャップウエハ（１４）から前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）へ電気信号を転送するために、前記底部キャップウエハ（１４）の中から、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）および前記上部キャップウエハ（１２）を通って、前記それぞれの電気接点（４２）へ延在する絶縁された伝導経路（３３）と
を含み、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、前記上部キャップウエハ（１２）、および前記底部キャップウエハ（１４）は、導電性である、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態２］
形態１に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つが、対応する上部キャップウエハ（１２）、ＭＥＭＳウエハ（１６）、または底部キャップウエハ（１４）の全体厚さを通って延在するチャネル（１２３、１６３、または１４３）によって形成される部分を含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態３］
形態１または２に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つが、伝導性ウエハプラグ（２６）を取り囲むトレンチ（２８）によって形成される部分を含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態４］
形態３に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記トレンチ（２８）が、絶縁材料（３０）で充填されている、ＭＥＭＳデバイス。
［形態５］
形態２に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記チャネル（１２３、１６３、または１４３）が、絶縁材料（３０）でコーティングされた側壁部を有しており、前記チャネルの内側は、伝導性材料（３２）で充填されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態６］
形態１から５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記絶縁された伝導経路（３３）が、上部キャップウエハチャネル（１２３）、ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）、および底部キャップチャネル（１４３）をそれぞれ含み、前記チャネル（１２３、１６３、または１４３）は、ウエハ境界面において整合させられている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態７］
形態６に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つに関して、前記上部キャップウエハチャネル（１２３）および前記底部キャップウエハチャネル（１４３）が、それぞれ、ＴＳＶを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態８］
形態１から７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハの上の前記電気接点のうちの少なくとも１つが、外部電位に接続可能であり、対応する前記絶縁された伝導経路は、前記デバイスの周辺に位置付けされているケース経路である、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態９］
形態１から８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記底部キャップウエハ（１４）の前記外側側部（１４２）が、電気接点（４３）を有しており、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つが、前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）のうちの１つから前記底部キャップウエハ（１４）の上の前記電気接点（４３）のうちの１つへ延在するデバイスフィードスルー（２５）である、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１０］
形態１から９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記底部キャップウエハ（１４）が、底部キャップ電極（１５）を含み、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちのいくつかが、前記底部キャップ電極（１５）と前記上部キャップウエハ（１２）の上の対応する電気接点（４２）との間で電気信号を送信するために、前記底部キャップ電極（１５）にそれぞれ接続されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１１］
形態１から１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）および前記上部キャップウエハ（１２）を通って延在する少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路（３５）を含み、前記少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路（３５）は、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）と前記電気接点（４２）のうちの１つとの間で電気信号を送信するために、前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）のうちの前記１つに前記ＭＥＭＳ構造体（１７）を接続している、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１２］
形態１から１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）が、ハンドル層（２２）からデバイス層（２０）を分離する絶縁層（２４）を備えるＳＯＩウエハであり、前記絶縁された伝導経路（３３）は、それぞれのＳＯＩ伝導性シャント（３４）を含み、前記それぞれのＳＯＩ伝導性シャント（３４）は、前記デバイス層および前記ハンドル層（２０、２２）を電気的に接続する、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１３］
形態１２に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）が、前記デバイス層および前記ハンドル層（２０、２２）の両方の中でパターニングされている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１４］
形態１から１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハ（１２）が、上部キャップ電極（１３）を含み、前記ＭＥＭＳデバイスが、他の追加的な絶縁された伝導経路（３７）を含み、前記他の追加的な絶縁された伝導経路（３７）は、前記上部キャップ電極（１３）と前記上部キャップウエハ（１２）の上の対応する電気接点（４２）との間で電気信号を送信するために、前記上部キャップ電極（１３）と前記上部キャップウエハ（１２）の上の対応する電気接点（４２）との間で、前記上部キャップウエハ（１２）を通ってそれぞれ延在している、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１５］
形態１から１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、キャップ絶縁層（４０）を含み、前記キャップ絶縁層（４０）は、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）のうちの少なくとも１つの前記外側側部（１２２、１４２）の上に堆積させられている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１６］
形態１から１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハ（１２）、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、および前記底部キャップウエハ（１４）が、シリコンベースの半導体から作製されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１７］
形態１から１６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハ（１２）、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、および前記底部キャップウエハ（１４）が、伝導性接合によって接合されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１８］
形態１から１７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記キャビティ（３１）が、密封されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１９］
形態１から１８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記キャビティ（３１）が、真空下であるか、または、流体を含有する、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態２０］
ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、
ａ）それぞれの内側側部および外側側部（１２１、１２２；１４１、１４２）を有する上部キャップウエハおよび底部キャップウエハ（１２、１４）を提供するステップと、前記キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部（１２１、１４１）の上に絶縁された伝導性のキャップウエハチャネル（１２３、１４３）を形成するステップと、
ｂ）第１の側部および第２の側部（１６１、１６２）を有するＭＥＭＳウエハ（１６）を提供するステップと、前記第１の側部および前記第２の側部（１６１、１６２）のうちの１つの中で、ＭＥＭＳ構造体（１７）の一部および絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の一部をパターニングするステップと、
ｃ）前記上部または底部キャップウエハ（１２、１４）の前記絶縁された伝導性キャップチャネルを前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネル（１６３）の前記部分と整合させることによって、ステップｂ）においてパターニングされた前記ＭＥＭＳウエハの前記側部を、前記上部または底部キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部に結合するステップと、
ｄ）前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の他方の側部において、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）の残りの部分および前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の残りの部分をパターニングするステップと、
ｅ）前記他方のキャップウエハ（１２、１４）の前記絶縁された伝導性チャネルを、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネル（１６３）の前記残りの部分と整合させることによって、ステップｄ）においてパターニングされた前記ＭＥＭＳウエハの前記側部を、他方の上部または底部キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部に結合するステップであって、それによって、前記底部キャップウエハ（１２）から前記ＭＥＭＳウエハ（１６）および前記上部キャップウエハ（１４）を通って延在する絶縁された伝導経路（３３）を生成させる、ステップと、
ｆ）前記絶縁された伝導経路（３３）を露出させ隔離するために前記上部キャップウエハおよび底部キャップウエハ（１２、１４）の前記外側側部（１２２、１４２）の一部を除去するステップと
を含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２１］
形態２０に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップａ）が、前記底部キャップウエハおよび前記上部キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部（１２１、１４１）の上のトレンチ（２８）をパターニングするステップであって、前記トレンチ（２８）は、前記キャップウエハ（１２、１４）を通って部分的にだけ延在している、ステップと、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）の前記トレンチ（２８）を絶縁材料（３０）で充填するステップとを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２２］
形態２０または２１に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップａ）が、少なくとも前記上部キャップウエハ（１２）の中に凹部（３８）をパターニングして、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）を収容するためのキャビティ（３１）の一部を形成するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２３］
形態２０から２２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップａ）が、上部キャップ電極（１３）および／またはリード（３６）を形成するために、トレンチ（２８）をパターニングし、前記トレンチ（２８）を充填するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２４］
形態２０から２３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）が、ハンドル層（２２）からデバイス層（２０）を分離する絶縁層（２４）を備えるＳＯＩウエハである、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２５］
形態２４に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｂ）が、前記デバイス層（２０）および前記絶縁層（２４）を通してＳＯＩ伝導性シャント（３４）を形成するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２６］
形態２５に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｂ）が、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の前記一部分を形成するために、前記ＳＯＩ伝導性シャント（３４）のうちのいくつかを取り囲むトレンチ（２８）をエッチングするステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２７］
形態２０から２６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｂ）が、ＭＥＭＳ電極（１９）および／またはリード（３６）を形成するためにトレンチ（２８）をエッチングするステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２８］
形態２１から２７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｃ）が、伝導性接合によって、前記上部キャップウエハ（１２）を前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第１の側部（１６１）に接合するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２９］
形態２１から２８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｄ）が、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）の前記残りの部分を形成するために、および、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の伝導性ウエハプラグ（２６）部を形成するために、トレンチ（２８）をエッチングするステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３０］
形態２１から２９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｅ）が、伝導性接合によって、前記底部キャップウエハ（１６）を前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第２の側部（１６２）に接合するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３１］
形態２１から３０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｃ）およびｅ）が、フュージョンボンディングによって行われる、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３２］
形態２１から３０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｃ）およびｅ）が、伝導性材料を使用して行われる、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３３］
形態２１から３２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｆ）が、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）の前記外側側部（１２２、１４２）を研削および研磨するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３４］
形態２１から３３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記ステップｆ）が、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）の前記外側側部（１２２、１４２）を、キャップ絶縁層（４０）によって電気的に不動態化するステップを含む、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
［形態３５］
形態２１から３４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、ｇ）前記絶縁された伝導経路（３３）に接続されている前記上部キャップウエハ（１２）の前記外側側部（１２２）の上に電気接点（４２）を形成するステップを含み、前記底部キャップウエハ（１４）から前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）へ電気信号を転送することを可能にする、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３６］
形態３５に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちのいくつかに接続されている前記底部キャップウエハ（１４）の前記外側側部（１４２）の上に電気接点（４３）を形成するステップをさらに含み、前記底部キャップウエハ（１４）の上の前記電気接点（４３）へ電気信号を転送することを可能にする、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３７］
形態３５または３６に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、キャップウエハの前記外側側部の上の前記キャップ絶縁層（４０）の中に、前記絶縁された伝導性のウエハキャップチャネル（１２３、１４３）に一致して、開口部（３９）を生成させるステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３８］
形態３７に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、前記キャップ絶縁層（４０）の上に金属層（４１）を適用するステップと、電気的なリード（３６）および結合パッド（２３）を形成するように前記金属層（４１）をパターニングするステップとを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３９］
形態３８に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、前記電気的なリード（３６）および前記結合パッド（２３）を覆って不動態化膜（４５）を適用するステップと、前記結合パッド（２３）を覆う前記不動態化膜（４５）の中に開口部を生成させるステップとを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態１］
ＭＥＭＳデバイス（１０）において、
ＭＥＭＳ構造体（１７）を含むＭＥＭＳウエハ（１６）であって、第１の側部および第２の側部（１６１、１６２）を有するＭＥＭＳウエハ（１６）と、
内側側部および外側側部（１２１、１２２）を有する上部キャップウエハ（１２）であって、前記内側側部（１２１）は、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第１の側部（１６１）に結合されており、前記外側側部（１２２）は、電気接点（４２）を有している、上部キャップウエハ（１２）と、
内側側部および外側側部（１４１、１４２）を有する底部キャップウエハ（１４）であって、前記内側側部（１４１）は、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第２の側部（１６２）に結合されており、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、前記上部キャップウエハ（１２）、および前記底部キャップウエハ（１４）は、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）を収容するためのキャビティ（３１）を画定している、底部キャップウエハ（１４）と、
前記底部キャップウエハ（１４）から前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）へ電気信号を転送するために、前記底部キャップウエハ（１４）の中から、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）および前記上部キャップウエハ（１２）を通って、前記それぞれの電気接点（４２）へ延在する絶縁された伝導経路（３３）と
を含み、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、前記上部キャップウエハ（１２）、および前記底部キャップウエハ（１４）は、導電性である、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態２］
形態１に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つが、対応する上部キャップウエハ（１２）、ＭＥＭＳウエハ（１６）、または底部キャップウエハ（１４）の全体厚さを通って延在するチャネル（１２３、１６３、または１４３）によって形成される部分を含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態３］
形態１または２に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つが、伝導性ウエハプラグ（２６）を取り囲むトレンチ（２８）によって形成される部分を含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態４］
形態３に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記トレンチ（２８）が、絶縁材料（３０）で充填されている、ＭＥＭＳデバイス。
［形態５］
形態２に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記チャネル（１２３、１６３、または１４３）が、絶縁材料（３０）でコーティングされた側壁部を有しており、前記チャネルの内側は、伝導性材料（３２）で充填されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態６］
形態１から５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記絶縁された伝導経路（３３）が、上部キャップウエハチャネル（１２３）、ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）、および底部キャップチャネル（１４３）をそれぞれ含み、前記チャネル（１２３、１６３、または１４３）は、ウエハ境界面において整合させられている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態７］
形態６に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つに関して、前記上部キャップウエハチャネル（１２３）および前記底部キャップウエハチャネル（１４３）が、それぞれ、ＴＳＶを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態８］
形態１から７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハの上の前記電気接点のうちの少なくとも１つが、外部電位に接続可能であり、対応する前記絶縁された伝導経路は、前記デバイスの周辺に位置付けされているケース経路である、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態９］
形態１から８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記底部キャップウエハ（１４）の前記外側側部（１４２）が、電気接点（４３）を有しており、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちの少なくとも１つが、前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）のうちの１つから前記底部キャップウエハ（１４）の上の前記電気接点（４３）のうちの１つへ延在するデバイスフィードスルー（２５）である、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１０］
形態１から９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記底部キャップウエハ（１４）が、底部キャップ電極（１５）を含み、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちのいくつかが、前記底部キャップ電極（１５）と前記上部キャップウエハ（１２）の上の対応する電気接点（４２）との間で電気信号を送信するために、前記底部キャップ電極（１５）にそれぞれ接続されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１１］
形態１から１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）および前記上部キャップウエハ（１２）を通って延在する少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路（３５）を含み、前記少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路（３５）は、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）と前記電気接点（４２）のうちの１つとの間で電気信号を送信するために、前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）のうちの前記１つに前記ＭＥＭＳ構造体（１７）を接続している、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１２］
形態１から１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）が、ハンドル層（２２）からデバイス層（２０）を分離する絶縁層（２４）を備えるＳＯＩウエハであり、前記絶縁された伝導経路（３３）は、それぞれのＳＯＩ伝導性シャント（３４）を含み、前記それぞれのＳＯＩ伝導性シャント（３４）は、前記デバイス層および前記ハンドル層（２０、２２）を電気的に接続する、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１３］
形態１２に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）が、前記デバイス層および前記ハンドル層（２０、２２）の両方の中でパターニングされている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１４］
形態１から１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハ（１２）が、上部キャップ電極（１３）を含み、前記ＭＥＭＳデバイスが、他の追加的な絶縁された伝導経路（３７）を含み、前記他の追加的な絶縁された伝導経路（３７）は、前記上部キャップ電極（１３）と前記上部キャップウエハ（１２）の上の対応する電気接点（４２）との間で電気信号を送信するために、前記上部キャップ電極（１３）と前記上部キャップウエハ（１２）の上の対応する電気接点（４２）との間で、前記上部キャップウエハ（１２）を通ってそれぞれ延在している、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１５］
形態１から１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、キャップ絶縁層（４０）を含み、前記キャップ絶縁層（４０）は、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）のうちの少なくとも１つの前記外側側部（１２２、１４２）の上に堆積させられている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１６］
形態１から１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハ（１２）、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、および前記底部キャップウエハ（１４）が、シリコンベースの半導体から作製されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１７］
形態１から１６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記上部キャップウエハ（１２）、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）、および前記底部キャップウエハ（１４）が、伝導性接合によって接合されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１８］
形態１から１７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記キャビティ（３１）が、密封されている、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態１９］
形態１から１８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）において、前記キャビティ（３１）が、真空下であるか、または、流体を含有する、ＭＥＭＳデバイス（１０）。
［形態２０］
ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、
ａ）それぞれの内側側部および外側側部（１２１、１２２；１４１、１４２）を有する上部キャップウエハおよび底部キャップウエハ（１２、１４）を提供するステップと、前記キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部（１２１、１４１）の上に絶縁された伝導性のキャップウエハチャネル（１２３、１４３）を形成するステップと、
ｂ）第１の側部および第２の側部（１６１、１６２）を有するＭＥＭＳウエハ（１６）を提供するステップと、前記第１の側部および前記第２の側部（１６１、１６２）のうちの１つの中で、ＭＥＭＳ構造体（１７）の一部および絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の一部をパターニングするステップと、
ｃ）前記上部または底部キャップウエハ（１２、１４）の前記絶縁された伝導性キャップチャネルを前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネル（１６３）の前記部分と整合させることによって、ステップｂ）においてパターニングされた前記ＭＥＭＳウエハの前記側部を、前記上部または底部キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部に結合するステップと、
ｄ）前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の他方の側部において、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）の残りの部分および前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の残りの部分をパターニングするステップと、
ｅ）前記他方のキャップウエハ（１２、１４）の前記絶縁された伝導性チャネルを、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳチャネル（１６３）の前記残りの部分と整合させることによって、ステップｄ）においてパターニングされた前記ＭＥＭＳウエハの前記側部を、他方の上部または底部キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部に結合するステップであって、それによって、前記底部キャップウエハ（１２）から前記ＭＥＭＳウエハ（１６）および前記上部キャップウエハ（１４）を通って延在する絶縁された伝導経路（３３）を生成させる、ステップと、
ｆ）前記絶縁された伝導経路（３３）を露出させ隔離するために前記上部キャップウエハおよび底部キャップウエハ（１２、１４）の前記外側側部（１２２、１４２）の一部を除去するステップと
を含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２１］
形態２０に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップａ）が、前記底部キャップウエハおよび前記上部キャップウエハ（１２、１４）の前記内側側部（１２１、１４１）の上のトレンチ（２８）をパターニングするステップであって、前記トレンチ（２８）は、前記キャップウエハ（１２、１４）を通って部分的にだけ延在している、ステップと、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）の前記トレンチ（２８）を絶縁材料（３０）で充填するステップとを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２２］
形態２０または２１に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップａ）が、少なくとも前記上部キャップウエハ（１２）の中に凹部（３８）をパターニングして、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）を収容するためのキャビティ（３１）の一部を形成するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２３］
形態２０から２２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップａ）が、上部キャップ電極（１３）および／またはリード（３６）を形成するために、トレンチ（２８）をパターニングし、前記トレンチ（２８）を充填するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２４］
形態２０から２３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ＭＥＭＳウエハ（１６）が、ハンドル層（２２）からデバイス層（２０）を分離する絶縁層（２４）を備えるＳＯＩウエハである、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２５］
形態２４に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｂ）が、前記デバイス層（２０）および前記絶縁層（２４）を通してＳＯＩ伝導性シャント（３４）を形成するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２６］
形態２５に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｂ）が、絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の前記一部分を形成するために、前記ＳＯＩ伝導性シャント（３４）のうちのいくつかを取り囲むトレンチ（２８）をエッチングするステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２７］
形態２０から２６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｂ）が、ＭＥＭＳ電極（１９）および／またはリード（３６）を形成するためにトレンチ（２８）をエッチングするステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２８］
形態２１から２７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｃ）が、伝導性接合によって、前記上部キャップウエハ（１２）を前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第１の側部（１６１）に接合するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態２９］
形態２１から２８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｄ）が、前記ＭＥＭＳ構造体（１７）の前記残りの部分を形成するために、および、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネル（１６３）の伝導性ウエハプラグ（２６）部を形成するために、トレンチ（２８）をエッチングするステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３０］
形態２１から２９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｅ）が、伝導性接合によって、前記底部キャップウエハ（１６）を前記ＭＥＭＳウエハ（１６）の前記第２の側部（１６２）に接合するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３１］
形態２１から３０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｃ）およびｅ）が、フュージョンボンディングによって行われる、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３２］
形態２１から３０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｃ）およびｅ）が、伝導性材料を使用して行われる、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３３］
形態２１から３２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｆ）が、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）の前記外側側部（１２２、１４２）を研削および研磨するステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３４］
形態２１から３３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記ステップｆ）が、前記上部キャップウエハおよび前記底部キャップウエハ（１２、１４）の前記外側側部（１２２、１４２）を、キャップ絶縁層（４０）によって電気的に不動態化するステップを含む、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
［形態３５］
形態２１から３４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、ｇ）前記絶縁された伝導経路（３３）に接続されている前記上部キャップウエハ（１２）の前記外側側部（１２２）の上に電気接点（４２）を形成するステップを含み、前記底部キャップウエハ（１４）から前記上部キャップウエハ（１２）の上の前記電気接点（４２）へ電気信号を転送することを可能にする、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３６］
形態３５に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、前記絶縁された伝導経路（３３）のうちのいくつかに接続されている前記底部キャップウエハ（１４）の前記外側側部（１４２）の上に電気接点（４３）を形成するステップをさらに含み、前記底部キャップウエハ（１４）の上の前記電気接点（４３）へ電気信号を転送することを可能にする、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３７］
形態３５または３６に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、キャップウエハの前記外側側部の上の前記キャップ絶縁層（４０）の中に、前記絶縁された伝導性のウエハキャップチャネル（１２３、１４３）に一致して、開口部（３９）を生成させるステップを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３８］
形態３７に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、前記キャップ絶縁層（４０）の上に金属層（４１）を適用するステップと、電気的なリード（３６）および結合パッド（２３）を形成するように前記金属層（４１）をパターニングするステップとを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
［形態３９］
形態３８に記載のＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法において、前記ステップｇ）が、前記電気的なリード（３６）および前記結合パッド（２３）を覆って不動態化膜（４５）を適用するステップと、前記結合パッド（２３）を覆う前記不動態化膜（４５）の中に開口部を生成させるステップとを含む、ＭＥＭＳデバイス（１０）を製造するための方法。
Claims (35)
- ３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
ＭＥＭＳ構造体を含む電気伝導性のＭＥＭＳウエハであって、第１の側部および第２の側部を有するＭＥＭＳウエハと、
内側上部キャップ側部および外側上部キャップ側部を有する電気伝導性の上部キャップウエハであって、前記内側上部キャップ側部は、前記ＭＥＭＳウエハの前記第１の側部に結合されており、前記外側上部キャップ側部は、前記上部キャップウエハ上又は上方に電気接点を有している、上部キャップウエハと、
内側底部キャップ側部および外側底部キャップ側部を有する電気伝導性の底部キャップウエハであって、前記ＭＥＭＳウエハ、前記上部キャップウエハ、および前記底部キャップウエハが、前記ＭＥＭＳ構造体を収容するためのキャビティを画定するように、前記内側底部キャップ側部が、前記ＭＥＭＳウエハの前記第２の側部に結合されている、底部キャップウエハと、
絶縁された伝導経路であって、前記底部キャップウエハから、前記ＭＥＭＳウエハおよび前記上部キャップウエハを通って、前記電気接点へ延在し、これにより、前記底部キャップウエハ内に延在する絶縁された伝導経路の部分から前記上部キャップウエハ上又は上方の前記電気接点へ電気信号を伝導するように機能する伝導経路と、
を備える、３次元ＭＥＭＳデバイス。 - 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記絶縁された伝導経路のうちの少なくとも１つが、対応する上部キャップウエハ、ＭＥＭＳウエハ、または底部キャップウエハの全体厚さを通って延在するチャネルによって形成される部分を含む、３次元ＭＥＭＳデバイス（１０）。
- 請求項２に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記チャネルが、絶縁材料でコーティングされた側壁部を有しており、前記チャネルの内側は、伝導性材料で充填されている、３次元ＭＥＭＳデバイス（１０）。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記絶縁された伝導経路のうちの少なくとも１つが、伝導性ウエハプラグを取り囲むトレンチによって形成される部分を含む、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項４に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記トレンチが、絶縁材料で充填されている、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記絶縁された伝導経路が、上部キャップウエハチャネル、ＭＥＭＳウエハチャネル、および底部キャップウエハチャネルをそれぞれ含み、前記チャネルは、前記上部キャップウエハチャネルとＭＥＭＳウエハチャネルとの間の第１ウェハインターフェース、及び、前記ＭＥＭＳウエハチャネルと前記底部キャップウエハチャネルとの間の第２ウェハインターフェースにおいて整合させられている、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項６に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記絶縁された伝導経路のうちの少なくとも１つに関して、前記上部キャップウエハチャネルおよび前記底部キャップウエハチャネルが、それぞれ、ＴＳＶを含む、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記上部キャップウエハの上の前記電気接点のうちの少なくとも１つが、外部電位に接続可能であり、対応する前記絶縁された伝導経路は、前記デバイスの周辺に位置付けされているケース経路である、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記底部キャップウエハの前記外側底部キャップ側部が、電気接点を有しており、前記絶縁された伝導経路のうちの少なくとも１つが、前記上部キャップウエハの上の前記電気接点のうちの１つから前記底部キャップウエハの上の前記電気接点のうちの１つへ延在するデバイスフィードスルーである、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記底部キャップウエハが、底部キャップ電極を含み、前記絶縁された伝導経路のうちのいくつかが、前記底部キャップ電極と前記上部キャップウエハの上の対応する電気接点との間で電気信号を送信するために、前記底部キャップ電極にそれぞれ接続されている、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ＭＥＭＳウエハおよび前記上部キャップウエハを通って延在する少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路を含み、前記少なくとも１つの追加的な絶縁された伝導経路は、前記ＭＥＭＳ構造体と前記電気接点のうちの１つとの間で電気信号を伝送するために、前記上部キャップウエハの上の前記電気接点のうちの前記１つに前記ＭＥＭＳ構造体を接続している、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ＭＥＭＳウエハが、ハンドル層からデバイス層を分離する絶縁層を備えるシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハであり、前記絶縁された伝導経路は、それぞれのＳＯＩ伝導性シャントを含み、前記それぞれのＳＯＩ伝導性シャントは、前記デバイス層および前記ハンドル層を電気的に接続する、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１２に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ＭＥＭＳ構造体が、前記デバイス層および前記ハンドル層の両方の中でパターニングされている、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記上部キャップウエハが、上部キャップ電極を含み、前記ＭＥＭＳデバイスが、他の追加的な絶縁された伝導経路を含み、前記他の追加的な絶縁された伝導経路は、前記上部キャップ電極と前記上部キャップウエハの上の対応する電気接点との間で電気信号を送信するために、前記上部キャップ電極と前記上部キャップウエハの上の対応する電気接点との間で、前記上部キャップウエハを通ってそれぞれ延在している、３次元ＭＥＭＳデバイス（１０）。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、キャップ絶縁層を含み、前記キャップ絶縁層は、前記上部キャップウエハの前記外側上部キャップ側部および前記底部キャップウエハの外側底部キャップ側部のうちの少なくとも１つの上に堆積させられている、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記上部キャップウエハ、前記ＭＥＭＳウエハ、および前記底部キャップウエハが、シリコン半導体から作製されており、前記上部キャップウエハと、前記ＭＥＭＳウエハと、任意選択で前記底部キャップウエハとが伝導性接合によって接合されている、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、前記キャビティが、密封されており、真空下であるか、または、流体を含有する、３次元ＭＥＭＳデバイス。
- ３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、
第１キャップウエハの内側側部及び第２キャップウエハの内側側部上に、絶縁された伝導性キャップウエハチャネルを形成するステップと、
ＭＥＭＳウエハの第１の側部において、ＭＥＭＳ構造体の第１の部分、および絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの部分をパターニングするステップと、
前記第１キャップウエハの前記絶縁された伝導性キャップウエハチャネルを、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの前記部分と整合させることによって、前記パターニングされた前記ＭＥＭＳウエハの前記第１の側部を、前記第１キャップウエハの前記内側側部に結合するステップと、
前記ＭＥＭＳウエハの第２の側部において、前記ＭＥＭＳ構造体の第２の部分、および前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの更なる部分をパターニングするステップと、
前記第２キャップウエハの前記絶縁された伝導性キャップチャネルが、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの前記更なる部分と整合するように、前記パターニングされたＭＥＭＳウエハの前記第２の側部を、前記第２キャップウエハの前記内側側部に結合するステップであって、それによって、前記第２キャップウエハ内から前記ＭＥＭＳウエハおよび前記第１キャップウエハを通って延在する絶縁された伝導経路を形成するステップと、
前記絶縁された伝導経路を露出させるために、前記第１キャップウエハの外側端部の一部および第２キャップウエハの外側側部の一部を除去するステップと
を含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。 - 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、
前記形成するステップが、
前記第１キャップウエハおよび前記第２キャップウエハの前記内側側部上にトレンチをパターニングするステップであって、前記トレンチは、前記第１キャップウエハおよび前記第２キャップウエハを通って部分的にだけ延在している、ステップと、
前記トレンチを絶縁材料で充填するステップと、
を含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。 - 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記形成するステップが、前記第１キャップウエハ内に凹部をパターニングして、前記ＭＥＭＳ構造体を収容するためのキャビティの一部を形成するステップであって、前記第１キャップウエハが上部キャップウエハを有するステップを含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
- 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記形成するステップが、キャップ電極および／またはリードを形成するために、第１キャップウエハ及び第２キャップウエハ上にトレンチをパターニングし、前記トレンチを充填するステップを含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
- 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、
前記ＭＥＭＳウエハが、ハンドル層からデバイス層を分離する絶縁層を備えるシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハであり、
前記第１部分をパターニングするステップが、前記デバイス層および前記絶縁層を通してＳＯＩ伝導性シャントを形成するステップを含み、更に、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの前記更なる部分を形成するために、１又は複数の前記ＳＯＩ伝導性シャントを取り囲むトレンチをエッチングするステップを含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。 - 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記第１の部分を形成するステップが、ＭＥＭＳ電極および／またはリードを形成するために、前記ＭＥＭＳウエハの第１の側部上にトレンチをエッチングするステップを含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
- 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、
前記結合するステップが、伝導性接合によって、上部キャップウエハを前記ＭＥＭＳウエハの前記第１の側部に接合するステップを含み、
前記更なる結合するステップが、伝導性接合によって、底部キャップウエハを前記ＭＥＭＳウエハの前記第２の側部に接合するステップを含み、
前記伝導性接合が、接着層またはフュージョンボンディングを含む、
む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。 - 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記第２の部分をパターニングするステップが、前記ＭＥＭＳ構造体の更なる部分を形成するために、および、前記絶縁された伝導性ＭＥＭＳウエハチャネルの伝導性ウエハプラグ部を形成するために、前記ＭＥＭＳウエハの前記第２の側部にトレンチをエッチングするステップを含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
- 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記除去するステップが、上部キャップウエハを有する前記第１キャップウエハおよび底部キャップウエハを有する前記第２キャップウエハの前記外側側部を研削および研磨するステップを含み、
前記除去するステップが、前記上部キャップウエハ及び前記底部キャップウエハの前記外側側部を、キャップ絶縁層によって電気的に不動態化するステップを含む、
３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。 - 請求項１８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、上部キャップウエハを有する前記第１キャップウエハの前記外側側部の上に前記絶縁された伝導経路に接続される電気接点を形成するステップを更に含み、前記絶縁された伝導経路が、底部キャップウエハを有する前記第２キャップウエハから前記上部キャップウエハの上の前記電気接点へ電気信号を転送することが可能である、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
- 請求項２７に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、前記電気接点を形成するステップが、前記底部キャップウエハの外側側部の上に前記絶縁された伝導経路の１又は複数に接続される電気接点を形成するステップをさらに含み、前記底部キャップウエハの上の前記電気接点へ電気信号を転送することを可能にする、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。
- 請求項２８に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法において、
前記前記電気接点を形成するステップが、
上部及び／又は底部キャップウエハの外側側部の上のキャップ絶縁層の中に、前記絶縁された伝導性キャップウエハチャネルに一致する開口部を形成するステップと、
前記キャップ絶縁層の上に金属層を適用し、電気的なリードおよび結合パッドを形成するように前記金属層をパターニングするステップと、
前記電気的なリードおよび前記結合パッドを覆って不動態化膜を適用し、前記結合パッドを覆う前記不動態化膜に開口部を生成させるステップと、
を含む、３次元ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法。 - ３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
ＭＥＭＳ構造体を含む電気伝導性のＭＥＭＳウエハであって、第１の側部および第２の側部を有するＭＥＭＳウエハと、
内側上部キャップ側部および外側上部キャップ側部を有する電気伝導性の上部キャップウエハであって、前記内側上部キャップ側部は、前記ＭＥＭＳウエハの前記第１の側部に結合されており、前記外側上部キャップ側部は電気接点を有している、上部キャップウエハと、
内側底部キャップ側部および外側底部キャップ側部を有する電気伝導性の底部キャップウエハであって、前記ＭＥＭＳウエハ、前記上部キャップウエハ、および前記底部キャップウエハが、前記ＭＥＭＳ構造体を収容するためのキャビティを画定するように、前記内側底部キャップ側部が、前記ＭＥＭＳウエハの前記第２の側部に結合されている、底部キャップウエハと、
前記底部キャップウエハから、前記ＭＥＭＳウエハおよび前記上部キャップウエハを通って、前記それぞれの電気接点へ延在する絶縁された伝導経路であって、前記底部キャップウエハ内に延在する絶縁された伝導経路の部分から前記上部キャップウエハ上の前記電気接点へ電気信号を伝導するように機能する伝導経路と、
を備え、
前記絶縁された伝導経路の少なくとも１つが、上部キャップウエハチャネル、ＭＥＭＳウエハチャネル、および底部キャップウエハチャネルを含み、前記チャネルは、前記上部キャップウエハチャネルとＭＥＭＳウエハチャネルとの間の第１ウェハインターフェース、及び、前記ＭＥＭＳウエハチャネルと前記底部キャップウエハチャネルとの間の第２ウェハインターフェースにおいて整合させられている、
３次元ＭＥＭＳデバイス。 - 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記ＭＥＭＳウエハの下にある前記底部キャップウエハ内の絶縁された伝導経路の水平な部分は、前記ＭＥＭＳウエハの一部とともにセンサを形成し、及び、前記絶縁された伝導経路の垂直な部分と接続されている、３次元ＭＥＭＳデバイス。 - 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記ＭＥＭＳウエハの上方にある前記上部キャップウエハの部分は、前記ＭＥＭＳウエハの一部とともにセンサを形成し、及び、前記絶縁された伝導経路の水平な部分及び垂直な部分と接続されている、３次元ＭＥＭＳデバイス。 - 請求項９に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記ＭＥＭＳウエハの一部とセンサを形成する前記上部キャップウエハ又は前記底部キャップウエハの部分は、前記絶縁された伝導経路を介して、前記底部及び上部キャップ上又は上方もしくは下方の電気接点と接続されている、３次元ＭＥＭＳデバイス。 - 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記ＭＥＭＳウエハを貫通して延びる前記絶縁された伝導経路は、更に、前記底部キャップへ及び前記底部キャップから電気信号を伝導する、３次元ＭＥＭＳデバイス。 - 請求項１に記載の３次元ＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記絶縁された伝導経路の少なくとも１つは、前記上部及び底部キャップウエハ上又は上方もしくは下方の電気接点に接続された集積回路から、前記ＭＥＭＳウエハを介して、反対側のキャップウエハまで、信号を伝導する、３次元ＭＥＭＳデバイス。
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