KR20060113891A

KR20060113891A - 소자의 작동에 있어 비증발성 게터 재료를 필요로 하는소자를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20060113891A
Application number: KR1020067006260A
Authority: KR
Inventors: 마르코 모라자; 마르코 아미오티; 코스탄자 드라고니; 마시모 팔라디노
Original assignee: 사에스 게터스 에스.페.아.
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-11-03
Also published as: CN1846012A; MY139594A; DK1685269T3; PL1685269T3; KR100742422B1; EP1685269B1; WO2005047558A3; NO20060595L; DE602004022078D1; BRPI0413417B1; IL173224A; ITMI20032209A1; WO2005047558A2; AU2004288886A1; JP4865562B2; JP2007523467A; ES2326812T3; TW200527692A; CN100554496C; EP1685269A2

Abstract

동일한 소자의 내부 벽일 수 있는, 지지부(22;33) 상의 비증발성 게터 재료(17;32)를 내부에 포함하는 소자(20;30)의 제조를 단순화하는 공정이 기재되어 있다. 상기 공정은 게터 재료를 갖춘 지지부를 하나 이상의 산성 또는 염기성 용액으로 처리하는 공정을 포함한다.

Description

소자의 작동에 있어 비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법 {PROCESS FOR MANUFACTURING DEVICES WHICH REQUIRE A NON EVAPORABLE GETTER MATERIAL FOR THEIR WORKING}

본 발명은 소자의 작동에 있어 비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 소형 소자의 제조 방법에 이용되기에 특히 적합할 수 있다.

NEG로도 알려진 비증발성 게터 재료는 수소를 가역적으로 흡수할 수 있으며 산소, 물, 탄소산화물, 및 몇몇의 재료의 경우에 질소와 같은 가스를 비가역적으로 흡수할 수 있다.

주요 NEG 재료는 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 니오븀, 하프뮴, 및 탄탈과 같은 전이 금속, 또는 전이 금속(특히, 티타늄 및 지르코늄), 희토류 및 알루미늄 중에서 선택되는 하나 이상의 원소들의 합금이다.

이들 재료의 제 1 용도는 진공을 유지하는 것이다. 진공의 유지는 입자가속기, X-선 발생 관, 전계방출형태의 평판 디스플레이, 그리고 보온 용기(thermal vessels) (보온병;thermos), 보온병(Dewar bottle) 또는 기름 추출과 수송을 위한 관과 같은 단열을 위한 배기(evacuated) 자켓(jacket)과 같은 여러 분야에서 요구 된다.

NEG 재료는 전술한 가스들이 다른 가스들 내에, 일반적으로 희가스들 내에 미량으로 존재할 때 그 가스를 제거하는데도 사용될 수 있다. 한 예로, 램프 특히 수천 mbar 압력의 희가스들로 채워진 형광 램프에서 이용되고, 이때, NEG 재료는 램프 작동에 있어, 적합한 분위기를 유지하기 위해서 미량의 산소, 물, 수소 및 다른 가스를 제거하는 기능이 있고; 다른 가스에 의해 미량의 전술된 가스를 제거하는 다른 예는 특히, 마이크로전자 산업 분야를 위한 불활성 가스의 정화이다.

최근 생겨난 다른 분야는 소형 기계, 전자기계 또는 광소자에 NEG 재료를 이용한다. 상기 소자는 산업상 중요하며, 본 발명의 방법이 동일한 제조 공정에 특히 적합할 수 있기 때문에, 이 후의 관련 설명은 특히 상기 소자 및 공정에 관해 구성될 것이지만, 본 발명의 공정은 NEG 재료가 이용되는 각각의 분야 있어 일반적인 적용가능성을 갖도록 계획될 것이다.

소형 기계 또는 전자기계 소자는 일반적으로 영어 용어로 "마이크로전자 시스템(Microelectromechanical System)", 또는 약어 MEMS로 공지되는 반면에, 소형 광소자는 약어 MOEMS로 공지되며; 그러나, 간결함을 위해서 용어 MEMS는 MOEMS와 관련하여 본문에 이용될 것이다. MEMS는 일반적으로 활성 소자(소형 기계, 전자기계 또는 광학 부품) 및 밀봉되는 공동 내에 부착되는 보조 부품을 포함하며; 전기 피드스루(electrical feedthroughs)는 소자에 전기 공급 및 외부로 신호의 전달을 보장한다.

최근 발생 MEMS는 일반적으로, 통상의 기술을 통해서는 달성될 수 없는 소형 구조 및 기하학적 특성을 달성하기 위해서, 증착되는 층 또는 지지부의 미리 결정되는 부분만을 제거하기 위해서 선택적이며 국부적인 화학 침식 및 임의의 재료의 층의 지지부 상에 증착물을 포함하는 반도체 산업으로부터 고안되는 기술을 통해서 제조된다. 이미 이용되거나 현재 개발중인 MEMS의 주요 형태 중에서, 예를 들어 충돌을 인식하여 차량의 에어백을 작동시키기 위해서 자동차 분야에 이용되는, 미국 특허 제 5,952,572 호에 기재되어 있는 예인, 마이크로가속도계; 광섬유로 정보통신 시스템에 이용되는, 미국 특허 제 5,155,778호에 기재되어 있는 것과 같은 소형 미러; 이미지의 형성에 이용되는, 예를 들어, 미국 특허 제 6,469,821호에 기재되어 있는 것과 같은 소형 미러의 배열; 또는, 마이크로볼로미터(microbolometer), 즉, 미국 특허 제 6,252,229호에 기재되어 있는 것의 예인, 적외선의 소형 탐지기를 언급할 수 있다.

MEMS를 제조하는 몇몇의 방법이 제안되지만 가장 일반적인 방법은 유리 또는 석영, 세라믹 재료(예를 들어, 실리콘 카바이드) 또는 반도체(실리콘이 바람직하다)로 형성되는 두 개 이상의 평면 지지부의 이용을 포함하며, 상부에 MEMS의 여러 가지의 능동 및 수동 부품으로 구성된다. 일반적으로, 두 개의 지지부(일반적으로 실리콘으로 형성됨) 중 하나의 지지부 상에 능동 부품이 예를 들어, 마이크로메카니칼 소자의 가동성 부품으로 구성되며, 반면에 제 2 지지부(유리 또는 석영, 세라믹 또는 반도체 재료로 형성될 수 있음)는 필수적으로 완성된 소자의 밀폐 기능을 가지며; MEMS의 내부와 외부 사이에 신호를 전달하기 위한 전기 피드스루는 두 개의 평면 지지부중 임의의 지지부 상에서 공평하게 달성될 수 있다.

MEMS의 작동에 필요한 모든 부품이 두 개의 지지부 상에서 달성된다면, 상기 지지부는 소자의 부품을 에워싸는 라인에 따라서 이들을 용접시킴으로써 서로 정합된다. 소형 소자는 밀폐 공간에서 밀봉되며 외부로부터 기계 및 화학적으로 보호된다. 집합적으로 용어 "접합"으로 공지되는 다수의 기술은 용접을 위해서 이용될 수 있다. 제 1 가능성은 단순 접합 또는 압력("압력 접합")에 의한 용접이며, 두 개의 지지부 사이에 인듐, 납 또는 금과 같은 가단성 금속이 삽입되며, 단순 용접의 경우에 있어서는 용융되어 고체화를 야기하며, 또는 압력 접합의 경우에 있어서는 기판들 사이에서 압착되며: 그러나, 이러한 기술은 기술적 저항 관점으로부터 완전히 신뢰할 수 없는 용접을 초래한다. 다른 형태의 접합은 양극 접합(두 개의 지지부들 중 하나가 유리 또는 석영 및 다른 실리콘으로 형성되는 경우에 특히 이용됨)이며, 300 내지 500 ℃ 범위의 온도로 유지되는 두 개의 부품들 사이에서, 약 1000 V의 전위차가 가해지며; 이러한 상태에 있어서, 보다 양전위로 유지된 지지부로부터 보다 음전위로 유지된 지지부로 양이온(예를 들어, 유리로부터의 나트륨 이온)의 이동이 있으며, 반대 방향으로 음이온(예를 들어 실리콘으로부터의 산소)의 이동이 있으며; 두 개의 지지부들 사이의 재료의 이러한 이동은 지지부들의 상호 용접을 초래한다. 다른 가능성 있는 기술은 공융 접합이며, 두 개의 지지부 사이에 두 개의 지지부들 중 하나 이상의 재료와 함께 공융 조성물을 형성할 수 있는 합금 또는 금속 층이 삽입되어 열처리가 적합할 수 있어 용접 영역의 국부적 용융이 초래된다. 최종적으로, 지지부의 재료의 국부적 용융 단계를 포함하는 직접 접합을 이용할 수 있으나, 이러한 방법은 일반적으로, 실리콘의 경우에 있어서, 너무 높은 온도, 예를 들어, 약 1000 ℃를 필요로하며, 이는 마이크로소자의 구성 부품을 손상시킬 수 있다. 일반적으로, 모든 형태의 접합은 서로 정합될 표면의 사전 처리를 필요로 하며, 이는 오염된 표면이 용접의 견고함을 방해할 수 있기 때문이다. 이러한 처리는 용접 영역에 존재하는 입자를 제거하기 위한 기계적 형태(고체 CO₂로 기계적 세정 또는 가스 블로잉(gas blowing)), 및 종(예를 들어, 산화물)을 제거하기 위한 화학 형태이며; 일반적으로, 화학 처리는 순서대로 산성 용액 또는 염기성 용액, 또는 이들의 조합물로 지지부를 세척하는 단계를 포함한다.

모든 MEMS 소자는 이들의 작동에 있어 특정 분위기를 필요로하며; 예를 들어, 마이크로볼로미터의 내부 공간은 엄격히 진공상태여야만 하며, 이는 극히 적은 미량의 가스더라도 시스템 내에 열 전달을 하여 대류 분포에 측정을 변경시킬 수 있기 때문이며; 가동성 부품을 갖는 MEMS는 진공 또는 불활성 분위기에 있을 수 있지만, 습도량은 제어되어야만 하며, 이는 마이크로소자를 구성하는 상이한 부품의 표면 상에 존재하는 물 분자가 고정 부품과 가동성 부품 사이의 마찰을 조절하거나 고착 현상을 야기하여, 시스템의 기계적 특성을 변경시킬 수 있기 때문이다. 그 결과로서, MEMS의 내부 분위기의 제어는 이들의 적합한 작동에 있어 매우 중요하다.

MEMS의 내부 분위기의 질을 저하시키는 경향이 있는 여러 가지의 메커니즘이 있다. 첫째, 적합하게 수행됨에도 불구하고, 두 개의 지지부 사이의 용접은 항상, 소자가 저장되는 공동의 외부에서 내부로 가스의 경로를 위한 채널인 극미한 구멍 이 있다. 공동 및 MEMS의 모든 내부 부품의 동일한 벽은 구성 재료 내부에서 용해되거나 이들의 표면 상에 흡수되는 가스를 제조 시간 중에 방출시키며 ("탈가스(outgassing)"로서 공지된 현상); 이러한 문제는 진공 또는 제어되는 분위기 하에서의 모든 소자에 일반적이며, 특히 MEMS의 경우에 영향을 받으며, 이는 이들이 내부 표면과 공동의 부피 사이의 매우 높은 값의 비율을 갖기 때문이다. 이러한 두 현상으로 인하여 MEMS의 내부 공간 쪽으로의 가스 흐름이 적으며, 소자의 수명에 있어서 거의 일정한 흐름을 보이며, 오랜 주기 동안, 초기 소자와 관련하여 분위기 변경의 전체 효과는 중요하다. 최선의 효과와 관련하여 분위기를 변경하는데 상당히 기여하는 제 3 현상은 MEMS의 제조 공정 중에 일어난다. 특히, 두 개의 지지부의 용접은 항상 수백 도에서 약 1000 ℃ 이하의 높은 온도를 요구하며; 제조 단계 중에, MEMS의 부품 및 용접을 위해 첨가되는 재료 모두는 소자의 내부 공간에 거의 트랩핑되는 대량의 가스를 방출시킨다.

이러한 문제를 미연에 방지하기 위해서, MEMS 제조업자들은 소자에 게터 재료를 이용한다. 그러나, 통상적인 제품과는 상이하게, 소자의 상이한 부품은 개별적으로 제조되어 최종적으로 조립되며, 소형 제품에 있어서, 소자의 모든 부품은 일반적으로 단일 지지부, 또는 두 개 이하의 지지부 상에 직렬로 제조된다. 이는 임의의 연속 제조 단계로 지지부 상에 증착되는 각각의 재료의 양립성의 일반적인 문제를 야기하며; 재료와 공정 단계 사이에 비양립성이 생기며, 이미 증착되는 재료는 예를 들어, 중요한 작용이 수행된 후에 제거되는 중합제 재료로 일시적으로 보호되어야만 하지만, 이는 명백히 비용의 계속적인 증가와 공정의 복잡화 및 감속 을 수반한다. MEMS 제조에 있어서 현존하는 문제점은 예를 들어, 미국 특허 제 6,252,229 호에서 확인된다. 게터의 경우에 있어서 이러한 재료는 희가스 및 몇몇의 경우에 있어서 질소와 별개로 저분자로 높은 화학 반응성을 갖는 것으로 공지되어 있으며, 종래 기술에서, 지지부 상에 일단 증착된 게터는 제조 공정의 말까지 보호되어야만 하며, 즉 MEMS의 이미 밀봉된 공동의 내부 분위기에 노출될 때까지이다. 특히, 기술 상태에 있어서, 상부에 게터 재료가 있는 지지부의 처리는 이미, 용접 작용 전에 두 개의 지지부의 표면을 사전-처리하기 위해 이용되는 산성 또는 염기성욕과 함께 존재하며, 특히 문제점으로 간주된다.

이러한 문제점은 특히 MEMS 내의 이용을 위해서 게터 증착물을 갖춘 지지부를 제조하기 위한 방법이 개시되어 있는 특허 출원 US-A1-2003/0138656의 주제이다. 이러한 기록은 게터가 시스템의 정밀한 부품인 것을 명백히 나타내며, MEMS의 제조되는 순간으로부터 제조 순환의 말까지 일시적으로 보호되어야만 한다. 이러한 목적을 위해서, 전술된 분야는 귀금속, 예를 들어, 금의 몇 나노미터의 층으로 게터 증착물을 덮도록 제안하고 있으며; 상기 층은 MEMS의 여러 제조 단계에 이용되는 화학 시약 및 가스에 저항력이 있으며 불활성이어서 상기 단계 중에 게터 증착물을 보호한다. 마지막 단계에서, 이들의 접합, 공정의 온도는 귀금속 층을 하부 재료 내측으로 확산하게 하며, 즉 MEMS의 공동 내의 분위기에 노출된다.

다른 특허는 이러한 문제점을 방지하기 위한 방법, 또는 완성된 소자의 전반적인 제조 공정에서 이러한 부품의 형성을 어떻게 완성하는지 개시하지 않은 채, MEMS 내에 게터 존재의 필요성을 언급하고 있다.

전술된 미국 특허 제 6,252,229호는 이중 접합 단계, 즉 기밀성을 달성하기 위해서 공동 주변에 이어져 있는 밀폐 라인을 따른 "압력 접합 단계" 및 제 2 단계, 예를 들어, 두 개의 지지부의 기계 저항 용접을 완수하기 위해서 제 1 단계와 관련하여 더욱 외부적인 양극 접합 단계를 포함하는 제조 공정을 제안하고 있다. 이 기록에 기재되어 있는 내용에 따라서, MEMS의 공동 내의 게터를 제거하는 것은 가능할 수 있지만, 이러한 방식으로 공동 내의 가스의 축적으로 인한 문제점은 내부 표면의 탈가스로 인해 해결되지 않으며, 임의의 경우에 있어서, 이러한 방법은 접합을 위한 두 개의 공정 단계를 필요로 하여 복잡하고 값비싸며, 일반적으로, 단일 작용으로 완수된다.

미국 특허 제 6,621,134 호 및 제 6,635,509 호에는 내부에 MEMS가 단일 지지부로부터 시작하여 제조되어, 제 2 지지부와 접합하는 문제점을 방지하는 공정이 기재되어 있다. 상기 특허는 게터 재료의 존재를 나타내고 있지만; 게터 증착물의 형성 단계가 거의 공정의 말에 일어나기 때문에, 상기 증착물은 공동에 외부적으로 산출되어, 이들의 벽 상에 달성된 작은 개구를 덮으며, 이러한 상태에 있어, 공동 내에 존재하는 가스에 노출되는 게터 재료의 표면은 극히 제한되어, MEMS의 수명 동안 게터의 흡수 효능 또한 감소한다.

미국 특허 제 5,701,008 호에는 게터 재료를 포함하며 두 개의 지지부를 조립함으로서 제조되는 마이크로볼로미터가 기재되어 있다. 제조 공정에 따라서, 이러한 기록은 통상적인 형태(MEMS 아님)의 적외선 센서를 제조하기 위한 공정과 관련된 사전 미국 특허 제 5,433,639 호에 기재되어 있으며, 여기서 여러 가지의 부 품은 유사하게 제조되어 최종적으로 조립되며, 미국 특허 제 5,433,639 호의 공정은 미국 특허 제 5,701,008 호에 직접적으로 적용되지 않으며, 적어도 공동 내의 게터의 집적화와 관련되며, 마지막 기록은 이러한 문제를 해결하기 위해 유용한 임의의 정보를 주지 않는다.

최종적으로, 미국 특허 제 6,590,850 호는 MEMS 내의 게터의 일반적인 용도를 언급하고 있으며, 이들의 위치를 기재하고 있으나, 소자의 제조 공정을 기재하고 있지는 않으며, 결과적으로 내부에 게터 재료를 어떻게 도입하는 지는 언급하고 있지 않으며; 미국 특허 제 5,952,572 호는 더욱더 모호하며, 공동 내의 게터 재료를 도입하는 단계를 기재하지 않은 채 공동 내의 게터의 위치, 및 티타늄과 Zr-V-Fe 합금 사이의 조합물 게터의 용도만을 언급하고 있다.

현 기술 상태에 따라서, MEMS의 제조 공정에서 게터 재료 증착물의 형성의 완성은 여전히 미해결 문제이며, 지금까지 제안된 해결책은 복잡하며 값비싸다.

본 발명의 목적은 소자의 작동에 있어 비증발성 게터 재료를 요구하는 소자를 제조하는데 있어서 종래 기술의 문제점이 없는 공정을 제공하는 것이다.

상기 목적은 비증발성 게터 재료의 증착물이 지지부 상에 형성되며;

비증발성 게터 재료의 증착물을 갖춘 지지부는 적어도 산성 또는 염기성 용액으로 처리되며; 그리고

그렇게 처리된 지지부는 소자의 내부 공간 내로 도입되며, 상기 소자의 작동은 비증발성 게터 재료의 존재를 필요로 하며, 또는 상기 소자의 내부 공간을 형성하는 표면의 일부분 이상을 형성하는데 이용되며, 이러한 방식으로 상기 증착물은 상기 공간과 접촉하게 되는 공정으로 본 발명에 따라서 달성된다.

본 발명은 게터 재료의 당업자들에 의해 일반적으로 신뢰 되는 것과는 정 반대로 산성 또는 염기성 용액(또는 이들의 차례대로의 조합)으로의 화학 처리가 재료의 가스 흡수 특성을 감소시키지 못하고, 증착물로부터의 입자 손실 또는 지지부로부터의 입자 분리를 야기하지 못하여, NEG 재료는 몇몇의 소자의 제조를 위해서 이용되는 화학 처리의 적용을 받을 수 있으며, 여기서 상기 재료는 종래 기술의 측정에 의지하지 않은 채 필요로 된다. 특히, 본 발명자들은 상기 용액으로의 화학 처리가 NEG 재료로부터 입자의 손실 및 지지부로부터의 입자의 분리를 야기하지 못할 뿐만 아니라, 몇몇의 경우에 있어서도 재료의 가스 흡수 특성을 개선할 수 없다고 결정했다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기재될 것이다.

도 1은 NEG 재료를 포함하는 복수의 소자를 제조하는데 이용될 수 있는, 복수의 NEG 재료의 증착물이 놓인 지지부의 일부를 도시하며,

도 2 및 도 3은 NEG 재료를 포함하는 소자의 두 가지 가능한 실시예의 개략적 방식의 단면도이며,

도 4 및 도 5는 본 발명의 공정에 적용되는 NEG 증착물의 전형적인 가스 흡수 특성의 도표이다.

본 발명은 NEG 재료를 포함하는 소자의 제조 공정이 산성 용액 또는 염기성 용액과 증착되는 상기 재료가 놓여있는 일부분의 처리를 포함하는 모든 경우에 이용될 수 있다. 게다가, 본 발명의 공정은 NEG 재료의 적어도 부분적인 활성화를 위해 이용될 수 있으며; 본 발명의 공정에 따라서 화학적인 방식으로 달성되는 활성화는 열적 활성화의 추가의 처리에 의해 선택적으로 수반될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 MEMS 형태 소자의 제조 공정에 이용되기에 특히 적합할 수 있으며, 두 개 이상의 지지부의 결합이 완수되며, 이들 중 하나의 지지부 상에 게터 재료가 존재한다. 본 공정에 이용되는 지지부는 실리콘, 유리, 석영 또는 세라믹의 일부분이며, 이는 당업계에서 "웨이퍼"로 지칭되며, 일반적으로 약 0.2 내지 2 mm의 두께 및 약 10 내지 30 ㎝ 사이의 범위로 구성되는 직경을 갖는다. 이러한 웨이퍼 상에는 여러 가지 기술로 제조되는 MEMS 소자 및 NEG 증착물의 활성 부분이 있다. 각각의 웨이퍼로부터 수백 개에서 수천 개의 소자가 달성된다. NEG 재료는 소자의 활성 부분이 구성되는( 또는 달성되는) 동일한 지지부 상에 증착될 수 있다. 그러나, NEG 재료는 바람직하게 소자(당업계에 "캡 웨이퍼"로 정의됨)를 밀폐시키기 위해서 이용되는 한 지지부, 다른 지지부 상에 증착되며, 이는 이들 부분들 상에 보다 이용 가능한 공간이 있어서, 게터의 증착과 활성 구조물의 존재 사이에 비양립성의 문제점이 없기 때문이다. 도 1은 웨이퍼 상에 복수의 NEG 증착물이 존재하는 "캡 웨이퍼"의 일부를 도시하며, 용이함을 위해서, 이러한 캡 웨이퍼는 여러 작업 단계에서 몇몇의 상이한 영역을 가지며, 그러나 실제 공정에 있어서 웨이퍼 표면의 모든 부분은 항상 동일한 제조 단계로 처리될 것이다. 웨이퍼(10)는 상부면(11)을 가지며, 이상적으로 영역(12, 12'...)(파선으로 도면에 정의됨)들로 분리되며, 각각의 영역은 단일 MEMS의 밀폐 부분을 형성하도록 이용될 수 있으며; 예를 들어, 반도체 분야에 공지된 비등방성 화학 침식을 통해 각각의 영역(12. 12',...)의 중심의, 영역(13, 13',...)에 있어 바닥벽(16) 및 측벽(15, 15',...)에 의해 형성되는 중공(14)이 달성된다. 벽(15, 15' 또는 16)들 중 하나 이상의 벽에 게터 증착물(17)이 제조되며, 바람직하게, 상기 소자는 하나 이상의 바닥 벽(16)에 형성되며, 상기 벽은 가장 큰 표면을 제공하는 표면 중 하나이며; 게다가, MEMS 제조에 있어서 게터 증착의 가장 일반적인 기술은 스퍼터링이며, 벽(16)은 이러한 기술에 따른 재료의 도달 방향에 특히 수직인 상기 증착에 가장 수월하다. 모든 중공(14)이 게터 재료의 증착물(17)을 내부에 갖는 완성된 캡 웨이퍼(10)는 MEMS의 활성 부품이 구성되는 지지부(도시되지 않음) 위에 위치되며, 이와 같은 방식으로, 중공(14)은 완성된 MEMS 소자의 공동을 형성하며, 벽(15, 15',... 및 16)은 다른 지지부의 표면과 상기 공동의 벽을 형성한다. MEMS의 활성 부품이 존재하는 지지부와 캡 웨이퍼(10) 사이의 용접은 각각의 영역(12. 12'...)의 주변 영역인 영역(18) 내에서 실행되며; 용접은 공지된 방법, 예를 들어 양극 접합 또는 공융 접합에 의해 실행될 수 있다.

이용되는 게터 재료는 임의의 공지된 NEG 재료, 예를 들어, 지르코늄, 티타늄, 탄탈, 니오븀, 하프뮴 또는 이트륨과 같은 금속, 또는 이들 금속들(바람직하게는 지르코늄 또는 티타늄) 중 하나 이상의 전이 금속, 희토류 및 알루미늄들 중에서 선택되는 하나 이상의 원소들의 합금일 수 있다.

전술된 바와 같이, 접합 전에, 영역(18)은 이들의 세척을 위해서 화학 처리의 적용을 받아야만 한다. 웨이퍼의 다수의 세정욕이 제공되는 반도체 산업에 있어서, 이들의 조성은 특정 효과를 달성하도록 표준화되고 최적화되며; 이들 세정욕은 산성 및 염기성 용액 모두를 포함한다. 통상적인 세정 용액에는 예를 들어, 명칭이 SC1 및 SC2인 용액이 있으며, 상기 용액에 웨이퍼는 차례대로 침지되며; SC1 명칭의 세정 용액은 (부피로) 수산화 암모늄 1: 과산화수소(oxygenated water)1: 증류수 5로 형성되며, 보통 약 60 내지 80 ℃ 사이의 범위로 구성되는 온도에서 이용되며, SC2 명칭의 세정 용액은 염산 1: 과산화수소 1: 증류수 6으로 형성되며, 이러한 경우에서도, 약 60 내지 80 ℃의 온도에서 이용되며; SC2 산성 용액, 및 SC1 및 SC2 산성 용액들 중에서 선택하여 세정한 후에, 지지부는 일반적으로 증류수로 린싱한다. 용액 SC1은 웨이퍼 표면의 적당한 화학 침식을 달성시키며, 상기 표면에 부착된 유기 오염물질 및 입자를 제거하는 반면에 용액 SC2는 금속 오염물질을 제거한다. 본 기술 분야에 이용되는 다른 표준 용액은 물(water) 내에 65 중량%의 질산이 있는 용액이며, 이는 실온과 약 120 ℃ 사이의 범위로 구성되는 온도에서 이용되며, 이러한 경우에 있어서도 증류수에 의해 린싱된다. 다른 표준 세정은 상이한 농도에서 불화수소산 또는 황산의 수용액으로 이루어지며; 본 기술 분야에 이용되는 여러 가지의 세정 용액, 및 물질에 있어 이들의 효과의 광범위한 설명은 마르셀 데커, 아이엔씨.(Marcel Dekker, Inc) 출판사에 의해 2000년 출판됐으며, 와이. 니시(Y. Nishi) 및 알. 도어링(R. Doering)에 의해 편집된, "반도체 제조 기술의 안내서" ("Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology")에 기 재되어 있다.

본 발명의 공정에 따라서, 화학 침식의 단계 중에, 캡 웨이퍼의 전체 표면(11) 뿐만 아니라, 게터가 없는 중공(14)의 벽 및 게터 자체는 게터의 일시적인 보호를 위해서 차폐의 필요성 없이 동일한 처리의 적용을 받으며; 이는 단순하고, 효과적이면서 경제적인 제조 공정을 달성시킨다. 일단 접합이 캡 웨이퍼(10)와 MEMS 소자의 활성 부품이 구성되는 지지부 사이에서 실행된다면, 단일 소자는 도 1에서의 파선(19, 19',...)을 따라서 절단함으로써 분리될 수 있다.

도 2는 본 발명의 공정을 통해 제조될 수 있는 MEMS 소자를 개략적인 방식의 단면도로 도시되어 있다. 소자(20)는 용접점(23)을 통해 서로 연결되는, 조립부(21, 22)에 의해 형성되며; 이들 두 조립부 각각은 보다 큰 용적의 지지부로부터 시작되며, 특히, 도 1의 파선을 따라서 절단된 후에 (웨이퍼)형태(10)의 지지부로부터 시작되어; 상기 절단은 바람직하게는, 두 지지부의 용접 작용 후에 실행된다. 상기 조립부(21, 22)들 사이에는 진공 상태이거나 제어되는 분위기를 포함할 수 있는 공동(24)이 있으며; 이 공동은 도 1을 참조하여 조립부(21)의 표면(25), 벽(15, 15',... 및 16)들에 의해 형성된다. 조립부(22)의 벽(16)에는 게터 재료(17)의 증착물이 있으며; 최종적으로, 공동(24) 내에 MEMS 소자의 활성부(26)를 수용하고 있다. 단순성을 위해서, 소자의 외부와 활성부(26)를 연결하는 전기 피드스루(electrical feedthrough)와 같은 소자를 형성하는 다른 부품은 도시되어 있지 않다.

도 3은 본 발명의 공정으로 제조되는, 다른 가능한 MEMS 소자(30)를 도시하 고 있다. 이러한 경우에, 활성부(31) 및 게터 증착물(32) 모두는 동일한 부분의 지지부(33)에 형성되는 반면에 활성부(34)는 이러한 경우에, 공동(35)의 밀폐 부품으로서만 작용하며; 그러나, 이러한 구조는 도 2의 구조보다 작은 것이 바람직할 수 있으며, 전술된 바와 같이 게터 증착물(32)을 위해 이용가능한 공간이 (감소한 가스 흡수력을 가지며)보다 작기 때문이며, 동일한 부분의 지지부(22) 상의 증착물(32) 및 활성 부분(31)은 보다 복잡하다.

두 개의 지지부들 중 하나의 지지부 상의 게터 증착물(17, 32)의 형성은 여러 가지 기술, 예를 들어, 증발에 의해 실행될 수 있으며; 바람직한 기술은 임의의 경우에 있어서, 평면 지지부 상에 소형 소자, 및 MEMS의 제조 산업에 가장 널리 이용되는 기술인 스퍼터링이다. 스퍼터링 기술은 마이크로미터(미크론, ㎛)에서 수천 미크론의 두께를 갖는 증착물을 달성시키며, 이는 입자의 손실 없이 기판에 양호한 부착성을 갖는다. 이러한 기술로 증착물의 형태를 (적어도 특정 범위 내에서) 제어하는 것이 가능할 수 있으며, 예상 분야에 있어서 이를 최적화할 수 있으며; 예를 들어, 게터 증착물의 경우에 있어서, 높은 표면적(증착물의 중량당 표면적)을 나타내는 원주 형태를 갖는 것이 바람직하다. 게다가, 이러한 기술로, 상기 증착물의 측면 위치를 높은 정확도로 제어하는 것이 가능할 수 있으며, 모든 증착물(17 또는 32)은 항상 각각의 형태의 소자(20 또는 30) 내의 동일한 위치에 있다.

게터 증착물(17 또는 32), 두 개의 지지부의 표면을 화학 용액으로 세정 처리하는 중에 활성화된다면, 상기 지지부의 접합 중에 추가의 활성화를 겪는다. 전술된 바와 같이, 모든 접합 작용은 섭씨 약 100 도의 온도에서 두 개의 지지지부의 가열 단계를 포함하며; 접합 작용은 보통 이들 가스를 제거하기 위해서 펌핑하에서 실행되지만, 접합 중에 두 개의 지지부는 매우 밀접할 필요가 있으며, 접합의 최종 단계에서, 소자의 공동이 밀폐되며 따라서 외부로부터 펌핑은 효과가 없다. 이러한 단계에 있어 활성 게터 소자를 갖는 것은 이 분야에 있어서 잠재적으로 해로운 바람직하지 않은 가스를 제거시킬 수 있게 한다. 본 발명의 공정은 이러한 작용의 초기 단계가 소자의 내부 분위기의 보다 양호한 세정을 보장하게 하여, 게터가 이러한 작용할 수 있는 주기를 증가시키기 때문이다.

본 발명은 다음의 예에 의해 상세히 설명될 것이다.

예 1

이번 예에서, 게터 재료의 증착물을 갖춘 지지부의 양립성이 SC1 및 SC2 용액의 혼합 처리로 관찰된다.

2.5 ㎝의 직경, 2 ㎛ 두께의 세 개의 실리콘 디스크 상에 지르코늄, 코발트 및 희토류로 구성되는 합금의 증착물은 스퍼터링에 의해 생성되며; 상기 증착물은 본 출원인의 명칭으로의 미국 특허 제 5,961,750 호에 기재된 St 787 합금의 타겟으로부터 시작하여 제조된다. 제조되는 제 1 샘플은 추가로 처리되지 않으며, 이러한 테스트를 위한 관련 샘플을 구성한다. 제 2 샘플은 80 ℃에서 유지되는 SC1 용액의 세정욕 내에서 15분 동안 침지되고, 빼내어 증류수로 린싱하며, 건조 질소의 흐름으로 건조된다. 제 3 샘플은 각각의 세정욕에 있어서 15분 주기로 우선 SC1 용액 내에 침지되고, SC2 용액 내에 침지되며, 그 후 증류수로 린싱하여 건조 질소로 건조된다.

이와 같이 달성되는 세 개의 샘플은 증착물의 형태 및 지지부로부터의 가능성있는 분리를 확인하기 위해서 처음에는 광학 현미경에서 육안 분석되며; 이러한 제 1 검사는 SC1 및 SC2 처리 후에는 지지부로부터의 증착물이 분리되지 않으며, 상기 세정욕으로 처리되는 샘플은 입자를 잃지 않는다.

이어서, 세 개의 샘플은 진공 소자 내에서 조립되며 45분 동안 450 ℃의 진공하에서 처리되어 활성화되며; 그 후에 샘플은 25 ℃에서 냉각시키며, 수소 및 탄소 일산화물(CO) 흡수의 특성이 측정되며, 표준 ASTM F 798-82로 정의되는 절차에 따라서, 10^-4 Pa의 압력으로 실험한다. 여섯 개의 실험 결과는 (증착물의 제곱센티미터 당 그리고 초당 흡수되는 가스의 세제곱 센티미터로 측정되는) 가스 흡수율 S, 흡수되는 가스의 함수로서 (증착물의 제곱 센티미터당, hPa, Pascal로의 측정 압력에 의해 곱해지는 흡수되는 가스의 세제곱 센티미터로 측정되는) Q로 (더블 로그자(double logarithmic scale ))로 도 4에 작성되며; 특히, 도 4의 그래프 1, 2 및 3은 SC1으로의 단일 처리 후에 그리고 SC2로의 처리 후에 관련 샘플에 있어서 개별적으로 수소 흡수에 관한 것이며, 반면 그래프 4 내지 6은 SC1으로의 처리 후에 그리고 SC2로의 처리 후의 관련 샘플에 있어 CO 흡수에 관한 것이다.

예 2

이번 예에 있어서, 여러 시간 주기에 있어서 상이한 온도에서 질산의 수용액의 화합 처리로 지지부 상의 게터 재료의 증착물의 양립성이 확인된다.

예 1을 위해서 제조되는 샘플과 유사한 네 개의 샘플이 준비된다. 이들 샘 플들 중 제 1 샘플은 어떠한 처리도 되지 않고 관련 샘플을 구성하며; 제 2 샘플은 실온에서 65 중량%의 HNO₃ 수용액 내에 30분 동안 침지되며; 제 3 샘플은 60 ℃에서 10분 동안 동일한 용액 내에 침지되며; 그리고 제 4 샘플은 120 ℃에서 10분 동안 동일한 용액 내에 침지된다.

이러한 경우에 있어서 네 개의 샘플은 또한, 가능한 린싱 단계 및 질소로 건조되는 단계 후에 입자의 손실 및 지지부로부터의 분리의 관점으로 분석되어, 질산으로의 처리가 관련 샘플과 관련하여 두 개의 매개변수를 변경시키지 않는 것을 확인한다.

네 개의 샘플은 예 1에 기재된 바와 같이 수소 및 일산화 탄소 흡수 실험의 적용을 받는다. 실험 결과는 도 5에 기재된 바와 같이 제 1 샘플에서 제 4 샘플의 개별적인, 수소 흡수에 대한 7 내지 10의 그래프로서; 그리고 네 개의 샘플에 의해 CO 흡수과 관련하여 11 내지 14의 그래프로 작성된다(그래프 7 내지 11은 개별적으로 수소 및 CO 흡수에 있어서 관련 샘플의 특성을 나타낸다).

도 4에 작성되는 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, SC1 처리가 수소 및 CO 모두에 있어서 게터 필름의 흡수성을 악화시키며, SC2로의 다음 처리는 상기 흡수성을 개선시켜, 수소 흡수을 증가시키며 이는 관련 샘플의 약 세 배의 값이며, 약 1 차수의 CO 흡수력 및 흡수률을 증가시킨다. 대신에, 질산으로 실험되는 세 개의 처리 모두는 서로 유사한 수소 및 CO의 흡수 특성을 초래하며 이러한 경우에 관련 샘플의 흡착 특성 보다 훨씬 더 현저하다.

Claims

소자의 작동에 있어 비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법으로서,

비증발성 게터 재료(17; 32)의 증착물을 지지부(10) 상에 형성하는 단계;

비증발성 게터 재료의 상기 증착물을 갖춘 상기 지지부를 적어도 산성 또는 염기성 용액으로 처리하는 단계; 및

상기 지지부를 상기 소자의 작동이 비증발성 게터 재료의 존재를 필요로 하는 상기 소자의 내부 공간에 도입하거나, 상기 증착물을 상기 공간과 접촉하는 방식으로, 상기 소자(20; 30)의 상기 내부 공간을 형성하는 상기 표면의 일부분 이상을 형성하기 위해 이용하는 단계를 포함하는,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 용액은 암모니아를 포함하는,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 용액은 염산, 불화수소산, 질산 및 황산 중에서 선택되는 산을 포함하는,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,

산성 또는 염기성 용액으로의 처리는 염기성 용액의 암모니아로의 제 1 처리 및 산성 용액의 염산으로의 제 2 처리를 포함하는,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 소자는 소형 기계, 전자기계 또는 광소자인.

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 지지부는 소형 기계 또는 전자기계 소자의 상기 밀폐 지지부(22)인,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 지지부의 상부에 소형 기계, 전자기계 또는 광소자의 활성 부품이 구성되는 지지부(33)인,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 비증발성 게터 재료는 지르코늄, 티타늄, 탄탈, 니오븀, 하프뮴 및 이트륨, 또는 금속들 중 하나 이상의 전이 금속, 희토류 및 알루미늄 중에서 선택되는 하나 이상의 원소들의 합금 중에서 선택되는,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 게터 재료 증착물은 스퍼터링에 의해 형성되는,

비증발성 게터 재료를 필요로 하는 소자를 제조하는 방법.