JP7282342B2 - Ｍｅｍｓデバイスの製造方法 - Google Patents

Ｍｅｍｓデバイスの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7282342B2
JP7282342B2 JP2020525385A JP2020525385A JP7282342B2 JP 7282342 B2 JP7282342 B2 JP 7282342B2 JP 2020525385 A JP2020525385 A JP 2020525385A JP 2020525385 A JP2020525385 A JP 2020525385A JP 7282342 B2 JP7282342 B2 JP 7282342B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mems device
wafer
manufacturing
cap wafer
working space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020525385A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019239829A1 (ja
Inventor
裕輝夫 鈴木
秀治 田中
貴城 塚本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Publication of JPWO2019239829A1 publication Critical patent/JPWO2019239829A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7282342B2 publication Critical patent/JP7282342B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00277—Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS
    • B81C1/00293—Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS maintaining a controlled atmosphere with processes not provided for in B81C1/00285
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0035—Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS
    • B81B7/0041—Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS maintaining a controlled atmosphere with techniques not provided for in B81B7/0038
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0292—Sensors not provided for in B81B2201/0207 - B81B2201/0285
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0111—Bulk micromachining
    • B81C2201/0116—Thermal treatment for structural rearrangement of substrate atoms, e.g. for making buried cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0109—Bonding an individual cap on the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0145—Hermetically sealing an opening in the lid

Description

本発明は、ＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。
近年、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム素子（Micro Electro Mechanical System；ＭＥＭＳ）を利用したデバイス（以下、「ＭＥＭＳデバイス」と呼ぶ）として、物体の姿勢や角速度あるいは角加速度を電気的に検出する計測器であるジャイロスコープや、ＭＥＭＳ振動子とアナログ発振回路とから成るタイミングレゾネータＭＥＭＳ発振器、赤外線を電気的に検出する計測器であるＩＲセンサなどが開発されている。
これらのＭＥＭＳデバイスは、真空封止パッケージされることで、高性能での動作が可能となる。真空封止パッケージには、いろいろなパッケージの形態が提案されているが、例えば、タイミングレゾネータＭＥＭＳ発振器として、作動素子である振動板を形成したシリコン基板に対し、同じくシリコン基板で形成したＣＡＰ基板を接合して、振動板の作動空間を形成した状態で密封したものがある（例えば、特許文献１参照）。このＭＥＭＳ発振器では、振動子の高いＱ値を維持するために、作動空間を１００Ｐａ以下の真空雰囲気で封止している。
ＭＥＭＳデバイスを真空封止する方法として、ウエハレベルパッケージ技術、通称エピシール技術が開発されている（例えば、特許文献２または３参照）。この方法では、まず、シリコン基板またはポリシリコンから成るＣＡＰウエハに、厚さ方向に貫通する通気孔を形成しておき、ＭＥＭＳデバイスの作動素子の動きを阻害しない作動空間を形成した状態で、そのＣＡＰウエハを、ＭＥＭＳデバイスウエハに接着する。その後、Ｈ２雰囲気で、少量のソースガスとなるＳｉＨ２Ｃｌ２ジクロロシランやＨＳｉＣｌ３トリクロロシランなどを原料として、高温下での熱分解と化学反応とを組み合わせた気相成長成膜を行うことにより、ＣＡＰウエハに形成しておいた通気孔を閉塞する。具体的には、エピタキシャル反応装置を用いて、ＣＡＰウエハの通気孔の側壁上に、単結晶または多結晶のシリコンをエピタキシャルに堆積させてエピタキシャルシリコン層を形成し、通気孔を閉塞、ピンチオフする。このとき、作動空間は、エピタキシャルシリコン層堆積時の未反応ガスで満たされるが、原子サイズが極めて小さいＨ２は、熱拡散現象によりほぼすべて外部に抜けるため、作動空間を高真空にすることができる。
なお、シリコン基板の表面に複数の孔を一列に設け、シリコンの融点よりも低い温度で熱処理を行うことによりシリコンの表面流動（silicon surface migration）を発現させ、その表面流動により、シリコン基板の表面で各孔を塞ぐと共に、シリコン基板の表面に沿って各孔を連結し、シリコン基板中に管状の中空を形成する方法が開発されており、表面流動によるシリコン原子の拡散係数と熱処理温度との関係を利用して、熱処理温度が決定されている（例えば、非特許文献１参照）。
特開２０１６－１７１３９３号公報 米国特許第６９２８８７９号明細書 特許第５１１３９８０号公報
Tsutomu Sato, et. al., "Fabrication of Silicon-on-Nothing Structure by Substrate Engineering Using the Empty-Space-in-Silicon Formation Technique", Jpn. J. Appl. Phys., 2004, Vol. 43, No. 1, p.12-18
特許文献２および３に記載のエピシール技術では、通気孔を閉塞して作動空間を封止後、雰囲気ガスのＨ２は熱拡散により作動空間から抜けるが、エピタキシャルシリコン層堆積時に未反応のＳｉＨ２Ｃｌ２ジクロロシランやＨＳｉＣｌ３トリクロロシランなどが、作動空間の内部に残ってしまうため、作動空間の内部の真空度が低下してしまうという課題があった。また、エピタキシャル成長を利用して通気孔を閉塞する際のコストが嵩むと共に、使用原料ガスも多く、エピタキシャル成長系の制御を必要とするため、エピタキシャル装置が複雑となり、エピタキシャル炉自体も高価であることから、装置の導入コストやその維持コストも嵩むという課題もあった。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、作動空間の内部の真空度を高めることができ、製造コスト並びに、製造装置の導入および維持コストを低減可能なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第１の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記ＣＡＰウエハはシリコン製であり、前記ＣＡＰウエハで前記作動素子を覆うよう、前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを重ね合わせた後、加熱して前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合し、前記ＣＡＰウエハに、前記作動空間に連通する通気孔を形成し、水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記ＣＡＰウエハのシリコンの表面流動で前記通気孔を塞ぎ、前記作動空間を封止することを特徴とする。
また、第２の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記基板はシリコン製であり、前記ＣＡＰウエハで前記作動素子を覆うよう、前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを重ね合わせた後、加熱して前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合し、前記基板に、前記作動空間に連通する通気孔を形成し、水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記基板のシリコンの表面流動で前記通気孔を塞ぎ、前記作動空間を封止することを特徴とする。
また、第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記ＭＥＭＳデバイスウエハの前記ＣＡＰウエハとの接合部および／または前記ＣＡＰウエハはシリコン製であり、前記ＣＡＰウエハで前記作動素子を覆うよう、前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを重ね合わせた後、加熱して前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合し、その接合界面に、前記作動空間に連通する通気孔を形成し、水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記接合部および／または前記ＣＡＰウエハのシリコンの表面流動で前記通気孔を塞ぎ、前記作動空間を封止することを特徴とする。
第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、水素ガス雰囲気中で前記熱処理を行うことにより、熱拡散で水素ガスが前記作動空間から流出して、前記作動空間が真空状態または低圧力状態になることが好ましい。
第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、熱処理による、ＣＡＰウエハのシリコンや、ＭＥＭＳデバイスウエハの基板のシリコンの表面流動を利用することにより、作動空間に連通する連通孔を塞いで、作動空間を封止することができる。熱処理の際、水素ガス雰囲気中に、エピタキシャル成長のソースガス等を混入させる必要がないため、封止後の作動空間の内部に水素ガス以外のガスを残さないようにすることができる。また、水素濃度が十分に低い水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、熱拡散現象でほぼ全ての水素ガスが作動空間の外部に流出するため、作動空間内部の真空度を高めることができる。
また、第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、熱処理のみで通気孔を閉塞することができ、エピタキシャル成長を利用するエピシール技術などの従来技術と比べて、使用原料ガスが少なく、成長系の制御の必要がないため、単純な装置構成にすることができる。このため、製造コスト並びに、製造装置の導入および維持コストを低減することができる。
第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法で、前記通気孔は、少なくとも一部の径が、前記表面流動で閉塞可能な大きさを有していることが好ましい。その径は、熱処理の温度および時間によるが、１μｍ以下であることが好ましく、０．８μｍ以下であることがより好ましい。また、通気のために、通気孔の径は、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．４μｍ以上であることがより好ましい。また、通気孔は、ＣＡＰウエハとＭＥＭＳデバイスウエハとを接合する前に形成されていてもよく、接合後に形成されてもよい。
第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法で、通気孔は、シリコンの表面流動で閉塞可能であれば、いかなる形状を成していてもよい。例えば、前記通気孔は、互いに径が異なる前記作動空間側の内側孔と、前記作動空間とは反対側の外側孔とを連通して成り、前記内側孔の径をφ１、前記外側孔の径をφ２とすると、φ１＞φ２であってもよく、φ１＜φ２であってもよい。また、前記通気孔はテーパ状を成し、前記作動空間側の表面での径をφ１、前記作動空間とは反対側の表面での径をφ２とすると、φ１＞φ２であってもよく、φ１＜φ２であってもよい。
第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、不活性ガスを含有する水素ガス雰囲気中で前記熱処理を行うことにより、熱拡散で水素ガスが前記作動空間から流出して、前記作動空間が前記不活性ガスの低圧力状態になってもよい。この場合、不活性ガスの含有率を調整することにより、作動空間の内部の真空度を容易に調整することができる。これにより、作動空間の内部を、作動素子の機能に最適な真空度にすることができる。不活性ガスは、例えばＡｒガスなど、作動素子の機能に悪影響を与えないものであれば、いかなるものであってもよい。
第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法で、前記熱処理は、熱処理温度が１０００℃～１１５０℃、熱処理時間が１０分間以上１時間以内であることが好ましい。この場合、作動空間の内部の作動素子などに、熱による悪影響を与えることなく、シリコンの表面流動を発生させて、通気孔を塞ぐことができる。熱処理時間は、３０分以内であることがより好ましい。
本発明に関するＭＥＭＳデバイスは、基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有し、前記ＭＥＭＳデバイスウエハおよび前記ＣＡＰウエハは、それぞれＳＯＩウエハまたはＳｉウエハから成り、前記作動空間は、前記ＳＯＩウエハおよび／または前記Ｓｉウエハ由来の材料のみで内壁が形成され、封止されていることを特徴とする。
本発明に関するＭＥＭＳデバイスは、第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法により好適に製造することができる。本発明に関するＭＥＭＳデバイスは、第１乃至第３の本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法で製造することにより、作動空間の内部の真空度を高めることができ、安価に製造することができる。本発明に関するＭＥＭＳデバイスは、例えば、共振子、ジャイロ、ローレンツ力磁気センサ、加速度センサ、タイミングレゾネータ、ＩＲセンサ、圧力センサなどのデバイスである。本発明に関するＭＥＭＳデバイスで、前記ＭＥＭＳデバイスウエハはＳＯＩウエハから成り、前記作動素子が、前記ＳＯＩウエハのＳｉ基板上に形成されていることが好ましい。
本発明によれば、作動空間の内部の真空度を高めることができ、製造コスト並びに、製造装置の導入および維持コストを低減可能なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を示す断面図である。 図１に示すＭＥＭＳデバイスの製造方法の、（ａ）熱処理前のＣＡＰウエハの通気孔付近の拡大断面図、（ｂ）シリコンの表面流動によりＣＡＰウエハの通気孔を塞いだ状態の、ＣＡＰウエハの通気孔付近の拡大断面図である。 本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法の、ＭＥＭＳデバイスがタイミングレゾネータから成る、熱処理前の変形例を示す断面図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法およびＭＥＭＳデバイスを示している。
図１は、作動素子がジャイロ（Ｇｙｒｏ）から成るＭＥＭＳデバイスの製造方法を示しており、図１の例に沿って、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、まず、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１として、Ｓｉ基板１１ａとＳｉ単結晶膜１１ｂとの間に、ＳｉＯ２膜（酸化膜）１１ｃを挟んだＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハを用い、そのＳｉ単結晶膜１１ｂの表面を熱酸化させて、熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）１１ｄを形成する（図１（ａ）参照）。具体的な一例では、熱酸化膜１１ｄの厚みは、１μｍである。次に、熱酸化膜１１ｄとＳｉ単結晶膜１１ｂとをエッチングして、作動素子２１や非可動部２２を形成する（図１（ｂ）参照）。
次に、ＳＯＩウエハから成るＣＡＰウエハ１２で、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１の作動素子２１や非可動部２２を覆うよう、ＣＡＰウエハ１２のＳｉ単結晶膜１２ｂと非可動部２２の熱酸化膜１１ｄとを接合して一体化する（図１（ｃ）参照）。接合の際には、あらかじめ作動素子２１の表面の熱酸化膜１１ｄを取り除いておく。また、図２（ａ）に示すように、作動素子２１に対向するＣＡＰウエハ１２のＳｉ単結晶膜１２ｂの表面に、１または複数の凹状キャビティ（内側孔）２３ａを形成しておく。具体的な一例では、接合は、１１００℃で５時間の熱処理で行っている。次に、ＣＡＰウエハ１２をＳｉ基板１２ａの側から削って薄くし（図１（ｄ）参照）、ＣＡＰウエハ１２のＳｉ基板１２ａとＳｉＯ２膜１２ｃとを取り除いて、Ｓｉ単結晶膜１２ｂのみを残す。
次に、図２（ａ）に示すように、ＣＡＰウエハ１２の表面から、凹状キャビティ２３ａに向かって貫通孔（外側孔）２３ｂを開け、通気孔２３を形成する。また、ＣＡＰウエハ１２をエッチングして、電極を設けるための電極領域２４も形成する（図１（ｅ）参照）。具体的な一例では、通気孔２３は、その径と深さとの比を軽減する目的で、内側孔として凹状キャビティ２３ａが形成されおり、内側孔の径をφ１、貫通孔（外側孔）２３ｂの径をφ２とすると、φ１＞φ２になっている。貫通孔（外側孔）２３ｂの径φ２は、１μｍ以下である。なお、通気孔２３は、φ１＜φ２であってもよい。
次に、作動素子２１が作動するよう、作動素子２１に接する、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１のＳｉＯ２膜１１ｃの一部もエッチングする（図１（ｆ）参照）。これにより、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１のＳｉ基板１１ａとＣＡＰウエハ１２とで囲まれた、作動素子２１を作動可能に収容する作動空間１３が形成される。また、このとき、通気孔２３が作動空間１３と外部とを連通しているため、作動空間１３はまだ封止されていない。
次に、水素ガス雰囲気中で、１０００℃～１１５０℃で１０分間以上１時間以内の熱処理を行い、ＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動を発現させる。これにより、図２（ｂ）に示すように、表面流動したシリコン１２ｄが通気孔２３の貫通孔２３ｂに流れ込み、通気孔２３を閉塞、ピンチオフして、作動空間１３を封止することができる（図１（ｇ）参照）。
このとき、水素濃度が十分に低い水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、熱拡散現象でほぼ全ての水素ガスが作動空間１３の外部に流出するため、作動空間１３が高真空（低圧力）状態になる。
このように、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、熱処理によるＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動を利用することにより、作動空間１３に連通する連通孔を塞いで、作動空間１３を封止することができる。これにより、被封止デバイスをパッケージ封止したＭＥＭＳデバイス１０を製造することができる。
本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、熱処理の際、水素ガス雰囲気中に、エピタキシャル成長のソースガス等を混入させる必要がないため、封止後の作動空間１３の内部に水素ガス以外のガスを残さないようにすることができ、熱拡散現象によりほぼ全ての水素ガスが外部に流出した後の作動空間１３の内部の真空度を高めることができる。また、熱処理のみで通気孔２３を閉塞することができ、エピタキシャル成長を利用するエピシール技術などの従来技術と比べて、使用原料ガスが少なく、成長系の制御の必要がないため、単純な装置構成にすることができる。このため、製造コスト並びに、製造装置の導入および維持コストを低減することができる。
また、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、エピシール技術を利用しないため、堆積されたエピタキシャルシリコン層によって発生する問題点や、エピタキシャル成長のソースガス等によって発生する可能性のある問題点を回避することができる。また、通気孔２３を塞ぐ物質は、純粋なシリコンであり、酸化物プラグや金属プラグではないため、酸化物や金属で封止された膜によって発生する可能性のある問題点を回避することもできる。
また、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、シリコンの表面流動を発現させるための熱処理の熱処理温度が１０００℃～１１５０℃、熱処理時間が１０分間以上１時間以内であるため、作動空間１３の内部の作動素子２１などに、熱による悪影響を与えることなく、通気孔２３を塞ぐことができる。また、熱処理によるシリコンの表面流動により、ＭＥＭＳデバイス１０の側壁などのＳｉ表面を平滑にすることができる。
本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、作動素子２１がジャイロであるものに限らず、図３に示すタイミングレゾネータ、共振子、ローレンツ力磁気センサ、加速度センサ、ＩＲセンサ、圧力センサなどのデバイスを製造してもよい。図３に示す場合にも、熱処理によるＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動を利用することにより、作動空間１３に連通する通気孔２３を塞いで、作動空間１３を封止することができ、被封止デバイスをパッケージ封止したＭＥＭＳデバイス１０を製造することができる。
なお、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法で、通気孔２３は、少なくとも一部の径が、熱処理による表面流動で閉塞可能な大きさを有していれば、いかなる形状を成していてもよい。通気孔２３は、図１に示す形状に限らず、例えば、テーパ状を成していてもよい。この場合には、作動空間１３の側のＣＡＰウエハ１２の内側面での径をφ１、作動空間１３とは反対側のＣＡＰウエハ１２の外側面での径をφ２とすると、φ１＞φ２であってもよく、φ１＜φ２であってもよい。
また、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法で、熱酸化膜１１ｄは、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１ではなく、ＣＰＡウエハの作動空間１３の側の表面に形成されていてもよい。この場合、ＣＡＰウエハ１２の熱酸化膜とＭＥＭＳデバイスウエハ１１の非可動部２２とを接合することにより、ＣＡＰウエハ１２をＭＥＭＳデバイスウエハ１１に接合することができる。
また、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、熱処理を、不活性ガスを含有する水素ガス雰囲気中で行ってもよい。この場合、熱処理により、熱拡散現象で水素ガスが作動空間１３から流出するため、作動空間１３が不活性ガスの高真空（低圧力）状態になる。このため、不活性ガスの含有率を調整することにより、作動空間１３の内部の真空度を容易に調整することができる。これにより、作動空間１３の内部を、作動素子２１の機能に最適な真空度にすることができる。不活性ガスは、例えばＡｒガスなど、作動素子２１の機能に悪影響を与えないものであれば、いかなるものであってもよい。
また、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、通気孔２３がＣＡＰウエハ１２ではなく、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１のＳｉ基板１１ａに設けられていてもよい。この場合にも、熱処理により、Ｓｉ基板１１ａのシリコンの表面流動で通気孔２３を塞ぎ、作動空間１３を封止することができる。
また、本発明の実施の形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、通気孔２３がＣＡＰウエハ１２とＭＥＭＳデバイスウエハ１１との接合界面に設けられていてもよい。この場合にも、熱処理により、ＭＥＭＳデバイスウエハ１１のＳｉ単結晶膜１１ｂおよび／またはＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動で通気孔２３を塞ぎ、作動空間１３を封止することができる。
非特許文献１を参考にして、通気孔２３の大きさと、熱処理温度および時間とを様々に変えて、シリコンの表面流動による通気孔２３の封止についてシミュレーションを行った。
［シミュレーション１］
ＣＡＰウエハ１２に形成された通気孔２３の径を０．６μｍ、深さを５μｍとしたとき、水素ガス雰囲気中で、１１００℃で１５分の熱処理を行うことにより、ＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動で通気孔２３を封止することができる。
［シミュレーション２］
ＣＡＰウエハ１２に形成された通気孔２３の径を０．４μｍ、深さを３μｍとしたとき、水素ガス雰囲気中で、１０００℃で１５分の熱処理を行うことにより、ＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動で通気孔２３を封止することができる。
［シミュレーション３］
ＣＡＰウエハ１２に形成された通気孔２３の径を０．８μｍ、深さを６μｍとしたとき、水素ガス雰囲気中で、１１３０℃で１５分の熱処理を行うことにより、ＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動で通気孔２３を封止することができる。
［シミュレーション４］
ＣＡＰウエハ１２に形成された通気孔２３の径を１μｍ、深さを８μｍとしたとき、水素ガス雰囲気中で、１１５０℃で１５分の熱処理を行うことにより、ＣＡＰウエハ１２のシリコンの表面流動で通気孔２３を封止することができる。
１０ ＭＥＭＳデバイス
１１ ＭＥＭＳデバイスウエハ
１１ａ Ｓｉ基板
１１ｂ Ｓｉ単結晶膜
１１ｃ ＳｉＯ２膜
１１ｄ 熱酸化膜
２１ 作動素子
２２ 非可動部
１２ ＣＡＰウエハ
１２ａ Ｓｉ基板
１２ｂ Ｓｉ単結晶膜
１２ｃ ＳｉＯ２膜
１２ｄ 表面流動したシリコン
２３ 通気孔
２３ａ 凹状キャビティ（内側孔）
２３ｂ 貫通孔（外側孔）
２４ 電極領域
１３ 作動空間

Claims (14)

  1. 基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
    前記ＣＡＰウエハはシリコン製であり、
    前記ＣＡＰウエハで前記作動素子を覆うよう、前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを重ね合わせた後、加熱して前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合し、前記ＣＡＰウエハに、前記作動空間に連通する通気孔を形成し、水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記ＣＡＰウエハのシリコンの表面流動で前記通気孔を塞ぎ、前記作動空間を封止することを
    特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  2. 基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
    前記基板はシリコン製であり、
    前記ＣＡＰウエハで前記作動素子を覆うよう、前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを重ね合わせた後、加熱して前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合し、前記基板に、前記作動空間に連通する通気孔を形成し、水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記基板のシリコンの表面流動で前記通気孔を塞ぎ、前記作動空間を封止することを
    特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  3. 基板上に作動素子を形成したＭＥＭＳデバイスウエハと、前記作動素子を作動可能に収容する作動空間を形成するよう、前記ＭＥＭＳデバイスウエハを覆って設けられたＣＡＰウエハとを有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
    前記ＭＥＭＳデバイスウエハの前記ＣＡＰウエハとの接合部および／または前記ＣＡＰウエハはシリコン製であり、
    前記ＣＡＰウエハで前記作動素子を覆うよう、前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを重ね合わせた後、加熱して前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合し、その接合界面に、前記作動空間に連通する通気孔を形成し、水素ガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記接合部および／または前記ＣＡＰウエハのシリコンの表面流動で前記通気孔を塞ぎ、前記作動空間を封止することを
    特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  4. 前記通気孔は、少なくとも一部の径が、前記表面流動で閉塞可能な大きさを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  5. 前記通気孔は、互いに径が異なる前記作動空間側の内側孔と、前記作動空間とは反対側の外側孔とを連通して成り、前記内側孔の径をφ１、前記外側孔の径をφ２とすると、φ１＞φ２であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  6. 前記通気孔は、互いに径が異なる前記作動空間側の内側孔と、前記作動空間とは反対側の外側孔とを連通して成り、前記内側孔の径をφ１、前記外側孔の径をφ２とすると、φ１＜φ２であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  7. 前記通気孔はテーパ状を成し、前記作動空間側の表面での径をφ１、前記作動空間とは反対側の表面での径をφ２とすると、φ１＞φ２であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  8. 前記通気孔はテーパ状を成し、前記作動空間側の表面での径をφ１、前記作動空間とは反対側の表面での径をφ２とすると、φ１＜φ２であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  9. 水素ガス雰囲気中で前記熱処理を行うことにより、熱拡散で水素ガスが前記作動空間から流出して、前記作動空間が真空状態または低圧力状態になることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  10. 不活性ガスを含有する水素ガス雰囲気中で前記熱処理を行うことにより、熱拡散で水素ガスが前記作動空間から流出して、前記作動空間が前記不活性ガスの低圧力状態になることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  11. 前記不活性ガスはＡｒガスであることを特徴とする請求項１０記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  12. 前記熱処理は、熱処理温度が１０００℃～１１５０℃、熱処理時間が１０分間以上１時間以内であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  13. 前記ＣＡＰウエハと前記ＭＥＭＳデバイスウエハとを接合した状態で、前記ＣＡＰウエハを薄くし、前記ＣＡＰウエハに前記通気孔を形成することを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
  14. 前記ＣＡＰウエハはＳｉ単結晶層を有し、
    前記熱処理により前記Ｓｉ単結晶層の表面流動で前記通気孔を塞ぐことを
    特徴とする請求項１３記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
JP2020525385A 2018-06-13 2019-05-22 Ｍｅｍｓデバイスの製造方法 Active JP7282342B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018112531 2018-06-13
JP2018112531 2018-06-13
PCT/JP2019/020225 WO2019239829A1 (ja) 2018-06-13 2019-05-22 Ｍｅｍｓデバイスの製造方法およびｍｅｍｓデバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019239829A1 JPWO2019239829A1 (ja) 2021-08-26
JP7282342B2 true JP7282342B2 (ja) 2023-05-29

Family

ID=68842647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020525385A Active JP7282342B2 (ja) 2018-06-13 2019-05-22 Ｍｅｍｓデバイスの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210229985A1 (ja)
EP (1) EP3808699A4 (ja)
JP (1) JP7282342B2 (ja)
CN (1) CN112292345A (ja)
WO (1) WO2019239829A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114804013A (zh) * 2022-06-24 2022-07-29 河北美泰电子科技有限公司 圆片级封装的真空度测试方法及圆片级封装结构

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004260187A (ja) 2003-02-26 2004-09-16 Robert Bosch Gmbh 圧力センサ装置およびその製造方法
JP2005123561A (ja) 2003-09-25 2005-05-12 Kyocera Corp 微小電気機械式装置の封止構造および封止方法ならびに微小電気機械式装置
JP2008221450A (ja) 2007-03-16 2008-09-25 Mitsubishi Electric Corp Ｍｅｍｓパッケージの製造方法およびｍｅｍｓパッケージ
US20110121416A1 (en) 2007-03-09 2011-05-26 Silicon Laboratoires Inc. Planar microshells for vacuum encapsulated devices and damascene method of manufacture
US20110198746A1 (en) 2008-05-28 2011-08-18 Nxp B.V. Mems devices
US20120104589A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Deposition-free sealing for Micro- and Nano-fabrication
US20120237061A1 (en) 2011-03-18 2012-09-20 Stmicroelectronics S.R.L. Process for manufacturing a membrane microelectromechanical device, and membrane microelectromechanical device
US20160318757A1 (en) 2015-04-29 2016-11-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Structure to reduce backside silicon damage
US20170233249A1 (en) 2014-11-07 2017-08-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical systems (mems) devices at different pressures
JP2018056534A (ja) 2016-09-30 2018-04-05 セイコーエプソン株式会社 電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3548382A (en) 1968-06-10 1970-12-15 Burroughs Corp High speed modular data processing system having magnetic core main memory modules of various storage capacities and operational speeds
WO2011070855A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 シャープ株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2013229356A (ja) * 2012-04-24 2013-11-07 Mitsubishi Electric Corp Ｓｏｉウェハおよびその製造方法、並びにｍｅｍｓデバイス
US9255000B2 (en) * 2012-12-22 2016-02-09 Robert Bosch Gmbh CMOS integrated moving-gate transducer with silicon as a functional layer
JP2016171393A (ja) 2015-03-11 2016-09-23 日本電波工業株式会社 Ｍｅｍｓデバイスとその製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004260187A (ja) 2003-02-26 2004-09-16 Robert Bosch Gmbh 圧力センサ装置およびその製造方法
JP2005123561A (ja) 2003-09-25 2005-05-12 Kyocera Corp 微小電気機械式装置の封止構造および封止方法ならびに微小電気機械式装置
US20110121416A1 (en) 2007-03-09 2011-05-26 Silicon Laboratoires Inc. Planar microshells for vacuum encapsulated devices and damascene method of manufacture
JP2008221450A (ja) 2007-03-16 2008-09-25 Mitsubishi Electric Corp Ｍｅｍｓパッケージの製造方法およびｍｅｍｓパッケージ
US20110198746A1 (en) 2008-05-28 2011-08-18 Nxp B.V. Mems devices
US20120104589A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Deposition-free sealing for Micro- and Nano-fabrication
US20120237061A1 (en) 2011-03-18 2012-09-20 Stmicroelectronics S.R.L. Process for manufacturing a membrane microelectromechanical device, and membrane microelectromechanical device
US20170233249A1 (en) 2014-11-07 2017-08-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical systems (mems) devices at different pressures
US20160318757A1 (en) 2015-04-29 2016-11-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Structure to reduce backside silicon damage
JP2018056534A (ja) 2016-09-30 2018-04-05 セイコーエプソン株式会社 電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANG, Yushi，"A Unified EPI-Seal Process For Resonators and Intertial Sensors"，2015 Transducers-2015 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsyste，米国，New York:IEEE，2015年08月06日，1326-1329

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019239829A1 (ja) 2019-12-19
EP3808699A4 (en) 2021-08-04
CN112292345A (zh) 2021-01-29
JPWO2019239829A1 (ja) 2021-08-26
EP3808699A1 (en) 2021-04-21
US20210229985A1 (en) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5889091B2 (ja) 制御された雰囲気を有する電気機械的システム及びこのシステムを製造する方法
CN101643193B (zh) 具有带有不同大气内压力的空腔的微机械装置
US7115436B2 (en) Integrated getter area for wafer level encapsulated microelectromechanical systems
JP4308520B2 (ja) マイクロメカニックな構造エレメント及び相応する製法
US20130119822A1 (en) Mems device and manufacturing method thereof
JP2014517912A (ja) アウトオブプレーンスペーサが画成する電極
TW201722844A (zh) 製造微機械構件的方法
JP7282342B2 (ja) Ｍｅｍｓデバイスの製造方法
EP2432727B1 (en) Substrate with multiple encapsulated pressures
JP2018202556A (ja) Ｍｅｍｓデバイス
JP2004531727A (ja) センサ装置、とりわけマイクロメカニカルセンサ装置
US9469522B2 (en) Epi-poly etch stop for out of plane spacer defined electrode
TW201731760A (zh) 具有擴散停止通道的微機械構件
TW201730089A (zh) 微機械構件
US20240124299A1 (en) Process for manufacturing a micro-electro-mechanical device including two chambers at different pressures and related micro-electro-mechanical device
US11731869B1 (en) MEMS with small-molecule barricade
JP2006500233A (ja) マイクロマシニング型の構成素子および方法
JP2011252824A (ja) 振動式圧力センサおよびその製造方法
JP2009139341A (ja) 圧力センサの製造方法、圧力センサ、半導体装置、電子機器
JPH0419530A (ja) 振動形トランスデュサ

Legal Events

Date Code Title Description
A529 Written submission of copy of amendment under article 34 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A5211

Effective date: 20201201

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220927

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221125

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230509

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7282342

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150