JP6405465B2 - Memsの搬送方法、製造方法、デバイス及び機器 - Google Patents

Memsの搬送方法、製造方法、デバイス及び機器 Download PDF

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Description

本発明は、MEMS(微小電気機械システム)技術分野に関し、より具体的には、MEMSの搬送方法、MEMSデバイスの製造方法、MEMSデバイス及びMEMSデバイスを含む電子機器に関する。
MEMSは現在、産業界で注目されている技術である。その応用は非常に幅広い。例えば、スマートフォンにおけるセンサはMEMS応用の一例である。
MEMSデバイスを製造する過程において、一般的には、先にキャリアウェハ(wafer)にMEMS構造を形成し、その後、MEMS構造をパッケージ基板に搬送し、最後に、キャリアウェハを除去する。キャリアウェハを除去しやすくするために、従来技術において、仮結合の方式によりキャリアウェハとMEMS構造との間を接合する。
例えば、AlainPhommahaxay、LieveBogaerts等の「Thin MEMS packages obtained by a novel collective cap transfer process」、Proc.EurosensorsXXV、September4−7,2011,Athens,Greeceでは、熱可塑性ゴムを用いてMEMS構造を搬送する方式を紹介している。該文献は、ここで全て参考として引用される。一般的に、熱可塑性ゴムを用いる搬送は低温処理のみを許容するが、例えば200℃〜250℃である。
例えば、PCT特許出願公開WO 2014/037829 A1では、電気構造を形成するための方法を開示している。該特許出願では、キャリアウェハとデバイスウェハとの間に仮結合の方式を採用し、処理温度は、例えば400℃より小さい。該特許出願は、ここで全て参考として引用される。
例えば、R.Delmdahl,R.Patzel等の「Large−area laser−lift−off processing in microelectronics」,PhysicsProcedia41(2013)pp.241−24では、レーザー剥離によりガラスキャリアに結合された薄いシリコンウェハを処理する方法を紹介し、処理温度は、例えば400℃より小さい。該文献は、ここで、全て参考として引用される。
従来技術において、熱可塑性ゴム又は仮結合によりMEMS構造の搬送を行うため、キャリアにおけるMEMS構造に対して直接高温処理を実行することが難しい。圧電層のような多くのMEMS構造は、より高い品質を得るために、例えば、焙焼、アニール等の高温処理が必要であるため、従来技術において高品質且つ低コストのMEMS構造の搬送及びパッケージングが難しい。
本発明の1つの目的は、MEMSの搬送に用いられる新しい技術的解決手段を提供することである。
本発明の一実施例によれば、レーザー透明性のキャリアの第1表面にレーザー吸収層を蒸着させることと、レーザー吸収層にMEMS構造を形成することと、MEMS構造を吸収体に付着させることと、キャリアを除去するために、キャリア側からレーザー剥離を実行することと、を含む、MEMSの搬送方法を提供する。
好ましくは、レーザー透明性のキャリアの第1表面にレーザー吸収層を蒸着させるステップは、さらに、低圧化学気相蒸着又は常圧化学気相蒸着によりレーザー吸収層を蒸着させることを含む。
好ましくは、レーザー吸収層を蒸着させる過程において570℃以上の温度を用いる。
好ましくは、前記レーザー吸収層の材料は、誘電体、金属及び/又は合金及びポリマーの少なくとも1つを含む。
好ましくは、前記レーザー吸収層の材料は、ポリシリコンと金属酸化物の少なくとも1つを含む。
好ましくは、レーザー吸収層にMEMS構造を形成するステップは、さらに、キャリアにおいて直接MEMSに対する処理を実行することを含む。
好ましくは、前記処理は、焙焼処理、アニール処理及びエピタキシャル材料蒸着の少なくとも1つを含む。
好ましくは、前記処理の温度は420℃以上の温度である。
好ましくは、前記処理の温度は600℃以上である。
好ましくは、前記処理の温度は700℃以上である。
好ましくは、前記処理の温度は1000℃以上である。
好ましくは、前記吸収体は吸収ウェハであり、前述のキャリア側からレーザー剥離を実行するステップは、ウェハレベルで実行されるものであり、前記方法は、さらに、キャリアを除去した後、吸収ウェハにおいてMEMS構造を切断することを含む。
好ましくは、前記吸収体は組立基板であり、レーザー吸収層にMEMS構造を形成するステップは、さらに、MEMS構造を分割することを含み、前述のキャリア側からレーザー剥離を実行するステップは、組立レベルで実行されるものである。
好ましくは、前記キャリアは、サファイア、SiC、ガラス及び石英の少なくとも1つである。
好ましくは、前記キャリアはシリコン基板であり、シリコン基板の両側には反射防止層が塗布されている。
本発明の別の実施例によれば、本発明によるMEMSの搬送方法を用いてMEMS構造をパッケージ基板に搬送することを含む、MEMSデバイスを製造する方法を提供する。
本発明の別の実施例によれば、本発明によるMEMSデバイスを製造する方法を用いて製造されたMEMSデバイスを提供する。
本発明の別の実施例によれば、本発明によるMEMSデバイスを含む電子機器を提供する。
本発明の発明者は、従来技術において、仮結合がMEMSの搬送に用いられることを発見した。本発明の発明者は、このようにしてもキャリアにおけるMEMSに対して直接高温処理をすることが難しいことを発見した。本発明の発明者は、仮結合の必要がないMEMSの搬送に用いられる技術的解決手段を提案している。本発明の発明者は、本発明が実現しようとする技術的任務又は解決しようとする技術的問題は、当業者にとって想到したことのない又は予想できなかったものであることを意識し、そのため、本発明は新しい技術的解決手段である。
また、当業者であれば、従来技術には多くの問題が存在するが、本発明の各実施例または請求項の技術的解決手段は1つまたは複数の面のみから改善することができ、従来技術又は背景技術に挙げられた全ての技術的問題を同時に解決する必要がないことを理解すべきである。当業者であれば、1つの請求項に言及されていない内容を該請求項を限定するものとしてはならないことを理解すべきである。
以下、図面を参照して本発明の例示的な実施例を詳細に説明し、よって本発明のその他の特徴及び利点は明らかになる。
図面は明細書に結び付けられ明細書の一部となり本発明の実施例を示し、その説明とともに本発明の原理を解釈するのに用いられる。
本発明の方法による一例示的な実施例を示すフローチャートである。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる一例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる一例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる一例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる一例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる一例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる一例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる別の例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる別の例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる別の例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる別の例を示す。 本発明によるMEMSの搬送に用いられる別の例を示す。
以下、図面を参照して本発明の様々な例示的な実施例を詳細に説明する。注意すべきことは、別途具体的な説明がない限り、これらの実施例に記載の部品とステップの相対的な配置、数式及び数値は本発明の範囲を限定するものではない。
以下、少なくとも1つの例示的な実施例に対する説明は、実質的には解釈的なものに過ぎず、本発明及びその応用又は使用を限定するものではない。
かかる分野の一般的な技術者の公知の技術、方法及び装置については詳しく検討しないかも知れないが、適切な場合、前記技術、方法及び装置は明細書の一部と見なされるべきである。
ここで例示し検討される全ての例において、任何なる具体的な値は例示的なものに過ぎず、限定するためのものではないと解釈されるべきである。そのため、例示的な実施例のその他の例は異なる値を有することができる。
注意すべきことは、類似する記号とアルファベットは以下の図面において類似する項目を示すため、ある項目がある図面において定義された場合、後の図面において更に検討する必要がない。
以下、図面を参照して本発明の実施例と実例を説明する。
図1は本発明によるMEMSの搬送に用いられる方法の一例示的な実施例を示すフローチャートである。
図1に示すように、ステップS1100において、レーザー透明性のキャリアの第1表面にレーザー吸収層を蒸着させる。
レーザー透明性のキャリアは、例えば、サファイア基板、SiC基板、ガラス基板又は石英基板等であってもよい。それに応じて、用いられるレーザーは紫外レーザー、例えば深紫外レーザーであってもよい。例えば、一般的なエキシマレーザーを用いることができる。例えば、レーザーの波長は193nm、248nm又は308nmである。
また、レーザー透明性のキャリアは、例えば、シリコン基板であってもよく、且つ、用いられるレーザーは赤外レーザー又は近赤外レーザーであってもよい。現在、ウェハ製造業界では、シリコン基板は、非常に一般的なものであり、コストの高いキャリアである。また、シリコン基板を通過するレーザーの透過率を強化するために、シリコン基板の両面に反射防止層を塗布することができる。
レーザー吸収層の材料は、例えば、誘電体、金属及び/又は合金、及びポリマーの少なくとも1つであってもよい。例えば、前記レーザー吸収層の材料は、ポリシリコン又は金属酸化物である。
例えば、レーザー吸収層を蒸着する方法は、低圧化学気相蒸着法(LPCVD)であってもよい。LPCVD法によりキャリア(例えば、サファイア又はシリコン)にポリシリコンを蒸着させることができる。蒸着時の処理温度は、例えば570℃以上であってもよい。好ましくは、常圧化学気相蒸着法(APCVD)によりレーザー吸収層を蒸着させてもよい。
本発明の技術的解決手段では、仮結合によりキャリアとMEMS構造を接続することではなく、一般的な半導体製造プロセスによりキャリアとMEMS構造を接続する。このような方式により、後続の処理過程において、キャリアとMEMS構造との接続は、より高い温度に耐えることができる。
ステップS1200において、レーザー吸収層にMEMS構造を形成する。
例えば、MEMS構造を形成する過程に、キャリアにおいて直接MEMS構造に対する処理を実行することができる。
従来技術では、一時的な結合を採用しているため、キャリアにおいてMEMSを処理する時に許容可能な最高温度は400℃を超えない。ところが、本発明では、一般的な半導体製造プロセス、例えば蒸着を採用しているため、キャリアにおいてMEMSを処理する時に許容可能な最高温度は400℃を超えてもよい。例えば、前記処理の温度は420℃以上の温度であってもよい。言い換えれば、その他の方面以外に、本発明は、さらにレーザー吸収層におけるMEMS構造の処理温度において従来技術と異なってもよい。当業者であれば、ここに記載の処理の温度とは、該温度が処理過程にデバイスに加えられたことがあることを指し、処理過程に常に該温度を保持することを指さない。
本発明の解決手段によれば、従来技術に対して、キャリアにおいてより高い処理温度を許容することができるため、本発明は低コスト且つ簡単な方式で、技術者により多い且つより柔軟な方式を提供してキャリアにおけるMEMS構造を処理することができる。例えば、前記処理は、焙焼処理、アニール処理及びエピタキシャル材料蒸着の少なくとも1つを含む。
例えば、レーザー吸収層において高温と互換性のある底面電極蒸着と構成を行うことができる。例えば、底面電極の材料はTa、TaN、W、TiW又はTiN等である。
例えば、レーザー吸収層に圧電層を蒸着させてもよい。例えば、圧電層を焙焼処理してもよい。例えば、焙焼処理の温度は600℃以上であり、例えば、好ましくは、700℃以上であり、例えば、700℃〜1100℃である。例えば、圧電層を積層処理してもよい。
例えば、キャリア(レーザー吸収層)において直接LPCVD又はAPCVDにより高品質のMEMS構造を製造することができる。例えば、キャリア(レーザー吸収層)において、直接蒸着、ドーピング、アニール等を行うことができる。例えば、600℃以上の温度でポリシリコンを処理する。
例えば、さらに、キャリア(レーザー吸収層)に直接エピタキシャル材料を蒸着させてもよい。例えば、シリコンをエピタキシャル蒸着させる時の温度は1000℃以上である。
当業者であれば、レーザー吸収層はMEMS構造の一部であってもよいことを理解すべきである。例えば、MEMS構造の一部は不透明なものであってもよく、該部分からレーザーを吸收し、それにより、剥離を実現することができる。
ステップS1300において、MEMS構造を吸収体に付着させる。
前記吸収体は、例えば吸収ウェハである。または、前記吸収体は、例えばパッケージ基板又は組立基板、例えば、吸収結晶粒(die)である。
ステップS1400において、キャリアを除去するために、キャリア側からレーザー剥離を実行する。例えば、剥離するために、キャリアの第1表面に対向する第2表面からレーザーを照射してもよい。
一実施形態において、吸収体が吸収ウェハである場合、ウェハレベルでレーザー剥離を実行し(S1400)、レーザー剥離のステップ(S1400)の後、吸収ウェハにおいてMEMS構造を切断することができる。このような方式の利点は、キャリアを改めて利用することができ、それによりコストをさらに削減する。
別の実施形態において、吸収体が結晶粒のような組立基板である場合、MEMS構造を形成するステップ(S1200)においてMEMS構造を分割し、結晶粒レベルのような組立レベルで前記レーザー剥離を実行することができる。
例えば、本発明によれば、キャリアにMEMS構造を生成する時、仮結合ではなく、一般的な半導体製造プロセス、例えば蒸着を用いることにより、後続の処理においてより高い処理温度を許容することができる。このような方式により、従来技術に対して、簡単な方式により直接キャリアにおいてより高品質のMEMS構造を生成することができる。また、レーザー剥離によりMEMS構造の搬送を実現し、それによりこのようなより高品質のMEMS構造の搬送を大規模に工業生産に適用することができる。
別の実施例において、本発明によるMEMSの搬送に用いられる方法をMEMSデバイスを製造する方法に応用することができる。例えば、MEMSデバイスを製造するための方法において、本発明によるMEMSの搬送に用いられる方法を用いてMEMS構造をパッケージ基板に搬送する。
また別の実施例において、本発明によるMEMSデバイスを製造するための方法を用いてMEMSデバイスを製造することができる。例えば、MEMSデバイスの実例は、センサ、加速度計等を含む。
本発明の技術的解決手段により、高品質、低コストのMEMSデバイスを実現することができる。本発明によるMEMSの搬送方法及び/又は製造方法により、直接キャリアにおいて高い温度の処理を実行することができるため、キャリアにおいてMEMS構造を形成する時の処理はより柔軟である。そのため、同等の条件において、従来技術に対して、本発明はより薄いMEMSデバイス構造のパッケージを実現することができる。
また別の実施例において、例えば、携帯電話、タブレットPC等の電子機器に本発明によるMEMSデバイスを含むことができる。
以下、図2A〜2F及び図3A〜図3Eを参照して、本発明を適用可能な2つの実例を説明する。
図2A〜図2Fは本発明によるMEMSの搬送に用いられる例を示す。
図2Aにおいて、例えば、LPCVDにより、570℃より大きい温度で、キャリア1にレーザー吸収層2を蒸着させる。キャリア1は、例えばサファイア基板又はシリコン基板であってもよい。レーザー吸収層2は、例えばポリシリコンであってもよい。
図2Bにおいて、レーザー吸収層2において高温で底面電極3を蒸着し、底面電極3を構成する。底面電極3の材料は、例えばTa、TaN、W、TiW又はTiN等であってもよい。
図2Cにおいて、底面電極3に圧電層4(例えば、PZT材料)を蒸着し、例えば、600℃より大きい温度で圧電層4を焙焼し、積層する。圧電層4に上部電極5を形成し、圧電層4と上部電極5を構成する。
図2Dにおいて、MEMS構造に対してその他の処理を行う。例えば、MEMS構造を密閉し、パッケージ7等を行う。MEMS構造において接着パッド又は突起6、例えば、金属バンプ又は金属カバーが塗布されたNi/Cu柱を形成してもよく、又はMEMS構造において溶接後にシルクスクリーン印刷又は分配等を行う。
好ましくは、MEMS構造が吸収体に搬送される前に、キャリア1において形成されたMEMS構造を結晶粒に分割することができる。
図2Eにおいて、形成されたMEMS構造を吸収体(パッケージ基板)8に付着させる。
図2Fにおいて、レーザー剥離により、キャリア1をMEMS構造から除去する。
例えば、図2A〜図2Fに示す例におけるMEMSデバイスにおいて、フリップチップ(flip−chip)技術を利用して垂直リード線をパッケージ基板に設置する。
図3A〜図3Eは、本発明によるMEMSの搬送に用いられる別の例を示す。
図3Aにおいて、例えば、LPCVDにより、570℃より大きい温度で、キャリア11にレーザー吸収層12を蒸着させる。キャリア11は、例えば、サファイア基板又はシリコン基板であってもよい。レーザー吸収層12は、例えばポリシリコンであってもよい。
図3Bにおいて、レーザー吸収層12において高温で底面電極13を蒸着し、底面電極13を構成する。次に、底面電極13に圧電層14(例えば、PZT材料)を蒸着し、例えば、600℃より大きい温度で圧電層14を焙焼し、圧電層14を積層し構成する。圧電層14に上部電極15を形成し、上部電極15を構成する。
図3Cにおいて、例えば、金属蒸着/構成又は剥離により、MEMS構造に接着パッド16を形成する。次に、MEMS構造に対してその他の処理を行う。例えば、MEMS構造を密閉し、パッケージング17等を行うことができる。
好ましくは、MEMS構造が吸収体に搬送される前に、キャリア11において形成されたMEMS構造を分割することができる。
図3Dにおいて、形成されたMEMS構造を吸収体(パッケージ基板)18に付着させる。
図3Eにおいて、レーザー剥離により、キャリア11をMEMS構造から除去する。
図3Bにおいて、レーザー吸収層12において高温で底面電極13を蒸着し、底面電極13を構成する。次に、底面電極13に圧電層14(例えば、PZT材料)を蒸着し、例えば、600℃より大きい温度で圧電層14を焙焼し、圧電層14を積層し構成する。圧電層14に上部電極15を形成し、上部電極15を構成する。
図3Cにおいて、例えば、金属蒸着/構成又は剥離におより、MEMS構造に接着パッド16を形成する。次に、MEMS構造に対してその他の処理を行う。例えば、MEMS構造を密閉し、パッケージング17等を行うことができる。
好ましくは、MEMS構造が吸収体に搬送される前に、キャリア11において形成されたMEMS構造を分割することができる。
図3Dにおいて、形成されたMEMS構造を吸収体(パッケージ基板)18に付着させる。
図3Eにおいて、レーザー剥離により、キャリア11をMEMS構造から除去する。
例えば、図3A〜図3Eに示す例において、MEMSデバイスはワイヤボンド(wire−bond)によりパッケージされる。
実例により本発明のいくつかの特定の実施例を詳細に説明したが、当業者であれば、上記実例は説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものではないことを理解すべきである。当業者であれば、本発明の範囲と精神を逸脱しない限り、以上の実施例を修正することができることを理解すべきである。本発明の範囲は添付された特許請求の範囲により限定される。

Claims (16)

  1. MEMS搬送に用いられる方法であって、
    レーザー透明性のキャリアの第1表面にレーザー吸収層を蒸着させることと、
    レーザー吸収層にMEMS構造を形成することと、
    MEMS構造を吸収体に付着させることと、
    キャリアを除去するために、キャリア側からレーザー剥離を実行することと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. レーザー透明性のキャリアの第1表面にレーザー吸収層を蒸着させるステップは、さらに、低圧化学気相蒸着又は常圧化学気相蒸着によりレーザー吸収層を蒸着させることを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. レーザー吸収層を蒸着させる過程に570℃以上の温度を用いる、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記レーザー吸収層の材料は、誘電体、金属及び/又は合金及びポリマーの少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  5. 前記レーザー吸収層の材料は、ポリシリコンと金属酸化物の少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  6. レーザー吸収層にMEMS構造を形成するステップは、さらに、直接キャリアにおいてMEMSに対する処理を実行することを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 前記処理は、焙焼処理、アニール処理及びエピタキシャル材料蒸着の少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 前記処理の温度は420℃以上の温度である、ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  9. 前記処理の温度は600℃以上である、ことを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記処理の温度は700℃以上である、ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. 前記処理の温度は1000℃以上である、ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
  12. 前記吸収体は吸収ウェハであり、前述のキャリア側からレーザー剥離を実行するステップはウェハレベルで実行されるものであり、前記方法は、さらに、キャリアを除去した後、吸収ウェハにおいてMEMS構造を切断することを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  13. 前記吸収体は組立基板であり、レーザー吸収層にMEMS構造を形成するステップは、さらに、MEMS構造を分割することを含み、前述のキャリア側からレーザー剥離を実行するステップは、組立レベルで実行される、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  14. 前記キャリアは、サファイア、SiC、ガラス及び石英の少なくとも1つである、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  15. 前記キャリアはシリコン基板であり、シリコン基板の両側には反射防止層が塗布されている、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  16. 請求項1に記載の方法を用いてMEMS構造を吸収体としてのパッケージ基板に搬送する、ことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。
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