JP2008207306A - パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法およびパッケージングされたマイクロ可動素子 - Google Patents
パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法およびパッケージングされたマイクロ可動素子 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】マイクロ可動素子の有する可動部の動作特性のばらつきを抑制するのに適した、パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法、および、そのような素子を提供する。
【解決手段】本発明の方法は、可動部１０，２０を有するマイクロ可動素子Ｙと、凹部８１ａを有するパッケージング部材８１と、凹部８２ａを有するパッケージング部材８２とを備えるパッケージドデバイスＸを製造するためのものであり、複数のマイクロ可動素子Ｙを形成するためのデバイスウエハに、複数の凹部８１ａが設けられたパッケージングウエハを接合する工程と、当該デバイスウエハに、複数の凹部８２ａが設けられた他のパッケージングウエハを接合する工程と、デバイスウエハおよび両パッケージングウエハを含む積層構造体を切断する工程とを含む。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の方法は、可動部１０，２０を有するマイクロ可動素子Ｙと、凹部８１ａを有するパッケージング部材８１と、凹部８２ａを有するパッケージング部材８２とを備えるパッケージドデバイスＸを製造するためのものであり、複数のマイクロ可動素子Ｙを形成するためのデバイスウエハに、複数の凹部８１ａが設けられたパッケージングウエハを接合する工程と、当該デバイスウエハに、複数の凹部８２ａが設けられた他のパッケージングウエハを接合する工程と、デバイスウエハおよび両パッケージングウエハを含む積層構造体を切断する工程とを含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、可動部を有してパッケージングされた、加速度センサや角速度センサなどのマイクロ可動素子の製造方法、および、パッケージングされたマイクロ可動素子に関する。
近年、様々な技術分野において、マイクロマシニング技術により形成される微小構造を有する素子の応用化が図られている。そのような素子には、微小な可動部ないし揺動部を有するセンシングデバイス（角速度センサ，加速度センサ等）が含まれる。そのようなセンシングデバイスは、例えば、ビデオカメラやカメラ付き携帯電話の手振れ防止機能、カーナビゲーションシステム、エアバック開放タイミングシステム、車やロボット等の姿勢制御システムの用途で、利用される。
微小構造のセンシングデバイスは、例えば、揺動可能な可動部と、固定部と、当該可動部および固定部を連結する連結部と、可動部を駆動するための駆動用電極対と、可動部の動作や変位量を検出するための検出用電極対とを備える。このようなセンシングデバイスにおいては、電極への異物ないしゴミの付着や電極の損傷が、動作性能の悪化の要因となっている。そのため、電極への異物ないしゴミの付着や電極の損傷を回避すべく、センシングデバイスの製造過程において、ウエハレベルでパッケージングが行われる場合がある。そのようなパッケージングに関する技術については、例えば下記の特許文献１，２に記載されている。
図１７は、パッケージングされたセンシングデバイス３００の従来の製造方法における一部の工程を表す。
図１７（ａ）に示すデバイスウエハ３００’には、所定の過程を経て複数のセンシングデバイス３００が作り込まれている。各センシングデバイス３００は、揺動可能な可動部３０１と、固定部３０２と、当該可動部３０１および固定部３０２を連結する連結部（図示略）と、可動部３０１を駆動するための駆動用電極対（図示略）と、可動部３０１の動作や変位量を検出するための検出用電極対（図示略）とを備える。可動部３０１は、固定部３０２よりも薄肉である。また、デバイスウエハ３００’には、パッケージングウエハ３０３’，３０４’が接合されている。すなわち、デバイスウエハ３００’ないし各センシングデバイス３００は、ウエハレベルでパッケージングされている。ウエハレベルでパッケージングが達成されたデバイスウエハ３００’は、図１７（ｂ）に示すように、ダイシング工程を経て個片に分離される。これによって、パッケージング部材３０３，３０４によってパッケージングされたセンシングデバイス３００が得られる。
センシングデバイス３００においては、デバイス駆動時に揺動する可動部３０１がパッケージング部材３０３，３０４に当接することのないよう、可動部３０１とパッケージング部材３０２，３０４との間に充分なギャップＧ，Ｇ’が設けられている。各センシングデバイス３００の可動部３０１および固定部３０２などの各部位は、当初は一様な厚さを有するデバイスウエハ３００’に対して所定のエッチング処理などを施すことによって当該デバイスウエハ３００’に作り込まれるところ、ギャップＧ，Ｇ’を設けるために、パッケージング部材３０３，３０４と接合する固定部３０２よりも可動部３０１が薄肉となるように、デバイスウエハ３００’にエッチング加工が施される。
しかしながら、このような従来の方法によると、デバイスウエハ３００’に作り込まれる複数の可動部３０１の厚さについて、比較的大きなばらつきが不可避的に生じる。そのため、単一のデバイスウエハ３００’から得られる複数のセンシングデバイス３００間において、素子駆動時に揺動する可動部３０１のイナーシャについて、比較的大きなばらつきが不可避的に生じる。マイクロ可動素子たるセンシングデバイス３００の具備する可動部３０１のイナーシャのばらつきは、可動部３０１の動作特性のばらつきの要因であり、より小さい方が好ましい。また、センシングデバイス３００の具備する可動部３０１のイナーシャのばらつきは、可動部３０１の動作や変位量の検出に係る検出特性のばらつきの要因であり、より小さい方が好ましい。
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、マイクロ可動素子の具備する可動部の動作特性のばらつきを抑制するのに適した、パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法、および、パッケージングされたマイクロ可動素子を、提供することを目的とする。
本発明の第１の側面によると、可動部を有するマイクロ可動素子と、可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材とを備える、パッケージングされたマイクロ可動素子を製造するための方法が提供される。この方法は、第１接合工程、第２接合工程、およびダイシング工程を含む。第１接合工程では、可動部を有する複数のマイクロ可動素子を形成するための、第１面および当該第１面とは反対の第２面を有するデバイスウエハ、の第１面側に、複数の第１凹部が設けられた第１パッケージングウエハを接合する。第２接合工程では、デバイスウエハの第２面側に、複数の第２凹部が設けられた第２パッケージングウエハを接合する。ダイシング工程では、これらデバイスウエハ、第１パッケージングウエハ、および第２パッケージングウエハを含む積層構造体を切断する。
このような構成の本方法における第１接合工程では、デバイスウエハに既に作り込まれた或は作り込まれることとなる各マイクロ可動素子の可動部に対応した箇所に一の第１凹部が位置するように、デバイスウエハと第１パッケージングウエハとを接合する。第２接合工程では、デバイスウエハに既に作り込まれた各マイクロ可動素子の可動部に対応した箇所に一の第２凹部が位置するように、デバイスウエハと第２パッケージングウエハとを接合する。このような第１および第２接合工程を経ることによってウエハレベルでのパッケージングを達成した後、ダイシング工程を経ることによって、各マイクロ可動素子がパッケージングされた状態にある個片を得る。
本方法においては、可動部の動作領域を確保するための第１凹部が予め設けられた第１パッケージングウエハが、第１接合工程にてデバイスウエハに接合され、且つ、可動部の動作領域を確保するための第２凹部が予め設けられた第２パッケージングウエハが、第２接合工程にてデバイスウエハに接合される。したがって、本方法では、素子駆動時に揺動する可動部が第１および第２パッケージング部材に当接することのないように当該可動部と両パッケージング部材との間に充分なギャップを設けるうえで、可動部にエッチング加工を施して当該可動部を固定部等よりも薄肉にする必要はない。エッチング加工によって可動部の厚さを固定部等の厚さよりも減ずる場合、従来の方法に関して上述したように、複数のマイクロ可動素子の可動部の厚さについて比較的大きなばらつきが不可避的に生じ、当該可動部のイナーシャにばらつきが生じ、当該イナーシャのばらつきは可動部の動作特性のばらつきの要因であって好ましくないところ、可動部を薄肉にする必要のない本方法は、可動部のイナーシャのばらつきを抑制するのに適する。素子駆動時に揺動する可動部のイナーシャのばらつきを抑制するのに適する本方法は、可動部の動作特性のばらつきを抑制するのに適する。
また、本方法は、当初は一様な厚さを有するデバイスウエハに作り込まれる可動部の厚さを減ずる工程を要しないので、パッケージングされたマイクロ可動素子を歩留りよく製造するのに適する。
加えて、本方法によると、マイクロ可動素子の製造過程においてウエハレベルでのパッケージングを達成することができるので、マイクロ可動素子の各部のゴミの付着や損傷に起因する、可動部の動作性能の悪化を抑制するのに適する。
本発明の第１の側面におけるマイクロ可動素子は、好ましくは、可動部に加え、固定部と、当該固定部および可動部を連結するための連結部とを備え、可動部は揺動可能である。より好ましくは、マイクロ可動素子は、角速度センサまたは加速度センサ等のセンシングデバイスである。センシングデバイスの具備する可動部のイナーシャのばらつきは、可動部の動作や変位量の検出に係る検出特性のばらつきの要因であるところ、可動部のイナーシャのばらつきを抑制するのに適した本方法は、可動部の動作特性のばらつきを抑制するのに加え、当該可動部の動作や変位量の検出に係る検出特性のばらつきを抑制するのにも適する。
本発明の第１の側面に係る方法においては、好ましくは、デバイスウエハは、第１面を有する第１層と、第２面を有する第２層と、当該第１および第２層の間の中間層とからなる積層構造を有し、第１接合工程より前に、所定のマスクパターンをマスクとして用いて第１層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う。この場合、好ましくは、第１接合工程より後であって第２接合工程より前に、所定のマスクパターンをマスクとして用いて第２層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う。
好ましくは、マイクロ可動素子の固定部は、外部接続用の端子部を有し、第１パッケージング部材は、当該第１パッケージング部材を貫通して当該端子部と接続する導電連絡部を有する。このような構成によると、マイクロ可動素子と電気的に接続する配線をパッケージ外に適切に引き出すことが可能である。この場合、本発明の第１の側面に係る方法においては、好ましくは、第１接合工程より前に、第１パッケージングウエハを貫通する導電連絡部を形成する。或は、第１接合工程より後に、第１パッケージングウエハを貫通する導電連絡部を形成してもよい。
好ましくは、第１接合工程および／または第２接合工程は、陽極接合法、直接接合法、常温接合法、または共晶接合法により行う。
好ましくは、デバイスウエハと第１パッケージングウエハの境界、および／または、デバイスウエハと第２パッケージングウエハの境界には、絶縁膜が存在する。このような構成によると、デバイスウエハないし各マイクロ可動素子と第１パッケージングウエハとの間や、デバイスウエハないし各マイクロ可動素子と第２パッケージングウエハとの間が、不当に電気的に接続するのを回避することができる。
好ましくは、第１凹部および／または第２凹部は、ＤＲＩＥ、異方性ウエットエッチング、または等方性ウエットエッチングにより形成される。これらの方法によると、第１凹部や第２凹部を適切に形成することができる。
本発明の第２の側面によると、パッケージングされたマイクロ可動素子が提供される。このマイクロ可動素子は、可動部を有するマイクロ可動素子と、可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材とを備える。このような構成を有するマイクロ可動素子は、本発明の第１の側面に係る方法によって適切に製造することができる。本マイクロ可動素子は、好ましくは、可動部に加え、固定部と、当該固定部および可動部を連結するための連結部とを備え、可動部は揺動可能である。より好ましくは、マイクロ可動素子は、角速度センサまたは加速度センサ等のセンシングデバイスである。
図１から図８は、本発明に係るパッケージドデバイスＸを表す。図１はパッケージドデバイスＸの一部省略平面図であり、図２はパッケージドデバイスＸの他の一部省略平面図である。図３から図８は、各々、図１の線III−III、線IV−IV、線V−V、線VI−VI、線VII−VII、および線VIII−VIIIに沿った断面図である。
パッケージドデバイスＸは、センシングデバイスＹと、パッケージング部材８１（図１において省略）と、パッケージング部材８２（図２において省略）とを備える。
センシングデバイスＹは、ランド部１０と、内フレーム２０と、外フレーム３０と、一対の連結部４０と、一対の連結部５０と、櫛歯電極６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４とを備え、角速度センサまたは加速度センサとして構成されたものである。また、センシングデバイスＹは、ＭＥＭＳ技術などのバルクマイクロマシニング技術により、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）基板であるウエハに対して加工を施すことによって製造されたものである。当該ウエハは、例えば、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。図１では、第１シリコン層に由来して絶縁層より紙面手前方向に突き出る部位について、斜線ハッチングを付して表し、図２では、第２シリコン層に由来して絶縁層より紙面手前方向に突き出る部位について、斜線ハッチングを付して表す。
ランド部１０は、図３および図５に示すように、上記の第１シリコン層に由来する第１層部１１と、上記の第２シリコン層に由来する第２層部１２と、上記の絶縁層に由来する絶縁層１３とからなる積層構造を有する。
内フレーム２０は、例えば図３に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部２１と、第２シリコン層に由来する第２層部２２と、これらの間の絶縁層２３とからなる積層構造を有する。第１層部２１は、図１に示すように、部分２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆを含む。部分２１ａ〜２１ｆは、空隙を介して互いに分離している。このような内フレーム２０は、上記のランド部１０とともに、センシングデバイスＹにおける可動部を構成する。
外フレーム３０は、例えば図３および図４に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部３１と、第２シリコン層に由来する第２層部３２と、これらの間の絶縁層３３とからなる積層構造を有する。第１層部３１は、図１に示すように、部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，３１ｈを含む。部分３１ａ〜３１ｈは、空隙を介して周囲と分離し、センシングデバイスＹにおける外部接続用の端子部を構成する。このような外フレーム３０は、センシングデバイスＹにおける固定部を構成する。
一対の連結部４０は、ランド部１０および内フレーム２０を連結するための部位であり、上記の第１シリコン層に由来する。各連結部４０は、二本のトーションバー４１からなる。図１に示すように、一方の連結部４０の各トーションバー４１は、ランド部１０の第１層部１１に接続するとともに内フレーム２０における部分２１ａに接続し、第１層部１１および部分２１ａを電気的に接続する。他方の連結部４０の各トーションバー４１は、ランド部１０の第１層部１１に接続するとともに内フレーム２０における部分２１ｄに接続し、第１層部１１および部分２１ｄを電気的に接続する。このような一対の連結部４０は、ランド部１０の揺動動作の軸心Ａ１を規定する。内フレーム２０の側からランド部１０の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー４１を含む各連結部４０は、ランド部１０の揺動動作における不要な変位成分の発生を抑制するのに好適である。
一対の連結部５０は、内フレーム２０および外フレーム３０を連結するための部位であり、上記の第１シリコン層に由来する。各連結部５０は、三本のトーションバー５１，５２，５３からなる。図１に示すように、一方の連結部５０におけるトーションバー５１は、内フレーム２０における部分２１ａに接続するとともに外フレーム３０における部分３１ａに接続して部分２１ａおよび部分３１ａを電気的に接続し、トーションバー５２は、内フレーム２０における部分２１ｂに接続するとともに外フレーム３０における部分３１ｂに接続して部分２１ｂおよび部分３１ｂを電気的に接続し、トーションバー５３は、内フレーム２０における部分２１ｃに接続するとともに外フレーム３０における部分３１ｃに接続して部分２１ｃおよび部分３１ｃを電気的に接続する。他方の連結部５０におけるトーションバー５１は、内フレーム２０における部分２１ｄに接続するとともに外フレーム３０における部分３１ｄに接続して部分２１ｄおよび部分３１ｄを電気的に接続し、トーションバー５２は、内フレーム２０における部分２１ｅに接続するとともに外フレーム３０における部分３１ｅに接続して部分２１ｅおよび部分３１ｅを電気的に接続し、トーションバー５３は、内フレーム２０における部分２１ｆに接続するとともに外フレーム３０における部分３１ｆに接続して部分２１ｆおよび部分３１ｆを電気的に接続する。このような一対の連結部５０は、内フレーム２０の揺動動作の軸心Ａ２を規定する。外フレーム３０の側から内フレーム２０の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー５１，５３を含む各連結部５０は、内フレーム２０の揺動動作における不要な変位成分の発生を抑制するのに好適である。
櫛歯電極６１は、第１シリコン層に由来する部位であり、ランド部１０の第１層部１１から延出する複数の電極歯６１ａからなる。複数の電極歯６１ａは、例えば図１および図４に示すように、相互に平行である。
櫛歯電極６２は、第１シリコン層に由来する部位であり、櫛歯電極６１の電極歯６１ａとは反対の側へランド部１０の第１層部１１から延出する複数の電極歯６２ａからなる。複数の電極歯６２ａは、相互に平行である。
櫛歯電極６３は、第１シリコン層に由来する部位であり、櫛歯電極６１に対向して配置され、内フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂから延出する複数の電極歯６３ａからなる。複数の電極歯６３ａは、例えば図１および図４に示すように、相互に平行であり、また、上述の櫛歯電極６１の電極歯６１ａとも平行である。このような櫛歯電極６３と櫛歯電極６１とは、センシングデバイスＹにおける一の検出用電極対をなす。
櫛歯電極６４は、第１シリコン層に由来する部位であり、櫛歯電極６２に対向して配置され、内フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｅから延出する複数の電極歯６４ａからなる。複数の電極歯６４ａは、相互に平行であり、また、上述の櫛歯電極６２の電極歯６２ａとも平行である。このような櫛歯電極６４と櫛歯電極６２とは、センシングデバイスＹにおける一の検出用電極対をなす。
櫛歯電極７１は、第１シリコン層に由来する部位であり、内フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃから延出する複数の電極歯７１ａからなる。複数の電極歯７１ａは、例えば図１および図６に示すように、相互に平行である。
櫛歯電極７２は、第１シリコン層に由来する部位であり、内フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｆから延出する複数の電極歯７２ａからなる。複数の電極歯７２ａは、相互に平行である。
櫛歯電極７３は、第１シリコン層に由来する部位であり、櫛歯電極７１に対向して配置され、外フレーム３０の第１層部３１の部分３１ｇから延出する複数の電極歯７３ａからなる。複数の電極歯７３ａは、例えば図１および図６に示すように、相互に平行であり、また、上述の櫛歯電極７１の電極歯７１ａとも平行である。このような櫛歯電極７３と櫛歯電極７１とは、センシングデバイスＹにおける一の駆動用電極対をなす。
櫛歯電極７４は、第１シリコン層に由来する部位であり、櫛歯電極７２に対向して配置され、外フレーム３０の第１層部３１の部分３１ｈから延出する複数の電極歯７４ａからなる。複数の電極歯７４ａは、相互に平行であり、また、上述の櫛歯電極７２の電極歯７２ａとも平行である。このような櫛歯電極７４と櫛歯電極７２とは、センシングデバイスＹにおける一の駆動用電極対をなす。
パッケージング部材８１は、センシングデバイスＹの外フレーム３０の第１層部３１側に接合されており、センシングデバイスＹの可動部に対応する箇所に凹部８１ａを有する。また、パッケージング部材８１には、例えば図３、図７、および図８に示すように、導電プラグＰ１〜Ｐ８が埋め込み形成されている。導電プラグＰ１〜Ｐ３は、図７に示すように、各々、外フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃに接合するとともに、外部に露出する。導電プラグＰ４〜Ｐ６は、図８に示すように、各々、外フレーム３０の第１層部３１の部分３１ｄ，３１ｅ，３１ｆに接合するとともに、外部に露出する。導電プラグＰ７，Ｐ８は、図３に示すように、各々、外フレーム３０の第１層部３１の部分３１ｇ，３１ｈに接合するとともに、外部に露出する。一方、パッケージング部材８２は、センシングデバイスＹの外フレーム３０の第２層部３２側に接合されており、センシングデバイスＹの可動部に対応する箇所に凹部８２ａを有する。このようなパッケージング部材８１，８２により、センシングデバイスＹは封止されている。
パッケージドデバイスＸにおいては、素子駆動時に揺動する可動部（ランド部１０，内フレーム２０）がパッケージング部材８１，８２に当接することのないよう、可動部とパッケージング部材８１，８２との間に充分なギャップが設けられている。
センシングデバイスＹの駆動時には、可動部（ランド部１０，内フレーム２０）は、所定の振動数ないし周期で軸心Ａ２まわりに揺動動作される。この揺動動作は、櫛歯電極７１，７３間への電圧印加と、櫛歯電極７２，７４間への電圧印加とを、交互に繰り返すことによって実現される。その際、櫛歯電極７１への電位付与は、導電プラグＰ３、外フレーム３０における部分３１ｃ、一方の連結部５０のトーションバー５３、および、内フレーム２０における部分２１ｃを介して、実現することができる。櫛歯電極７２への電位付与は、導電プラグＰ６、外フレーム３０における部分３１ｆ、他方の連結部５０のトーションバー５３、および、内フレーム２０における部分２１ｆを介して、実現することができる。櫛歯電極７３への電位付与は、導電プラグＰ７、および、外フレーム３０における部分３１ｇを介して、実現することができる。櫛歯電極７４への電位付与は、導電プラグＰ８、および、外フレーム３０における部分３１ｈを介して、実現することができる。本実施形態では、例えば、櫛歯電極７１，７２をグラウンド接続したうえで、櫛歯電極７３への所定電位の付与と櫛歯電極７４への所定電位の付与とを交互に繰り返すことによって、可動部を揺動動作させることができる。
例えば上述のようにして可動部を揺動動作ないし振動させている状態において、センシングデバイスＹないしランド部１０に所定の角速度や加速度が作用すると、ランド部１０が軸心Ａ１まわりに所定程度に回転変位し、櫛歯電極６１，６３間の静電容量および櫛歯電極６２，６４間の静電容量が変化する。櫛歯電極６１，６３間の静電容量の変化と、櫛歯電極６２，６４間の静電容量の変化とに基づいて、ランド部１０の回転変位量を検出することができる。その検出結果に基づき、センシングデバイスＹないしランド部１０に作用する角速度や加速度を算出することが可能である。
図９から図１１は、パッケージドデバイスＸの製造方法を表す。この方法は、マイクロマシニング技術によりパッケージドデバイスＸを製造するための一手法である。図９および図１０は、単一のデバイス形成区画に含まれる複数の所定箇所の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。図１１は、複数のデバイス形成区画にわたる部分断面を表す。また、センシングデバイスＹについては、例えば図１０（ｃ）に示すランド部Ｌ、内フレームＦ１、外フレームＦ２、および連結部Ｃ１，Ｃ２の形成過程を主に示す。ランド部Ｌは、ランド部１０の一部に相当する。内フレームＦ１は、内フレーム２０の一部に相当する。外フレームＦ２は、外フレーム３０の一部に相当する。連結部Ｃ１は、連結部４０に相当し、トーションバー４１の横断面を表す。連結部Ｃ２は、連結部５０に相当し、トーションバー５１，５２，５３のいずれかの縦断面を表す。
パッケージドデバイスＸの製造においては、まず、図９（ａ）に示すようなデバイスウエハ１００を用意する。デバイスウエハ１００は、シリコン層１０１，１０２と、当該シリコン層１０１，１０２間の絶縁層１０３とからなる積層構造を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハであり、複数のセンシングデバイス形成区画を含む。シリコン層１０１は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなり、面１０１ａを有する。シリコン層１０２は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなり、面１０２ａを有する。不純物としては、Ｂなどのｐ型不純物や、ＰおよびＳｂなどのｎ型不純物を採用することができる。絶縁層１０３は例えば酸化シリコンよりなる。シリコン層１０１の厚さは例えば１０〜１００μｍであり、シリコン層１０２の厚さは例えば１００〜５００μｍであり、絶縁層１０３の厚さは例えば１〜２μｍである。また、シリコン層１０１，１０２および絶縁層１０３は、本発明における第１および第２層ならびに中間層である。
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン層１０１を加工して、ランド部Ｌの一部、内フレームＦ１の一部、外フレームＦ２の一部、および連結部Ｃ１，Ｃ２を成形する。具体的には、シリコン層１０１上に所定のレジストパターン（図示略）を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用して、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）により、シリコン層１０１に対してドライエッチング処理を施す。ＤＲＩＥでは、エッチングと側壁保護とを交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好な異方性エッチングを行うことができる。本工程および後出のＤＲＩＥについては、このようなＢｏｓｃｈプロセスを採用することができる。
次に、図９（ｃ）に示すようにシリコン層１０２を加工する。具体的には、シリコン層１０２上に所定のマスクパターン（図示略）を形成した後、当該マスクパターンをマスクとして利用して、ＤＲＩＥにより、シリコン層１０２に対し、シリコン層１０２の厚さ方向の途中までドライエッチング処理を施す。本工程におけるマスクパターンは、例えば、酸化膜パターンおよびこの上のレジストパターンよりなる。
次に、図１０（ａ）に示すように、デバイスウエハ１００のシリコン層１０１側にパッケージングウエハ２０１を接合する（第１接合工程）。パッケージングウエハ２０１は、所定のシリコンウエハを加工して得られたものである。パッケージングウエハ２０１には、センシングデバイスＹの可動部に対応する箇所に予め複数の凹部８１ａが設けられ、且つ、デバイス形成区画毎に複数の導電プラグＰｘが埋め込み形成されている。導電プラグＰｘは、上述の導電プラグＰ１〜Ｐ８に相当するものである。パッケージングウエハ２０１におけるデバイスウエハ１００側の表面（導電プラグ表面を除く）には、予め絶縁膜（図示略）が設けられている。このような絶縁膜は、例えば熱酸化法により設けることができる。また、本接合工程は、陽極接合法、直接接合法、または常温接合法により行う。パッケージングウエハ２０１表面に予め設けられている絶縁膜が存在することにより、デバイスウエハ１００の各部がパッケージングウエハ２０１を介して不当に電気的に接続するのを、回避することができる。
パッケージングウエハ２０１の製造においては、例えば、まず、所定のマスクを利用して行うＤＲＩＥによりシリコンウエハに対してドライエッチング処理（異方性ドライエッチング）を施すことによって、凹部８１ａを形成する。次に、所定のマスクを利用して行うＤＲＩＥによりシリコンウエハに対してドライエッチング処理を施すことによって、当該シリコンウエハを貫通する貫通孔を形成する。次に、当該貫通孔に導電部材を充填することによって、導電プラグＰｘを形成する。
パッケージドデバイスＸの製造においては、次に、図１０（ｂ）に示すように、シリコン層１０２を加工して、ランド部Ｌの一部、内フレームＦ１の一部、および外フレームＦ２の一部を形成する。具体的には、所定のマスクパターンを利用して行うＤＲＩＥにより、シリコン層１０２に対してドライエッチング処理を施す。
次に、絶縁層１０３において露出する箇所を所定のエッチングによって除去した後、図１０（ｃ）に示すように、デバイスウエハ１００のシリコン層１０２側にパッケージングウエハ２０２を接合する（第２接合工程）。パッケージングウエハ２０２は、所定のシリコンウエハを加工して得られたものである。パッケージングウエハ２０２には、センシングデバイスＹの可動部に対応する箇所に予め複数の凹部８２ａが設けられている。パッケージングウエハ２０２におけるデバイスウエハ１００側の表面には、予め絶縁膜（図示略）が設けられている。このような絶縁膜は、例えば熱酸化法により設けることができる。また、本接合工程は、陽極接合法、直接接合法、または常温接合法により行う。パッケージングウエハ２０２表面に予め設けられている絶縁膜が存在することにより、デバイスウエハ１００の各部がパッケージングウエハ２０２を介して不当に電気的に接続するのを、回避することができる。
パッケージングウエハ２０２の製造においては、例えば、所定のマスクを利用して行うＤＲＩＥによりシリコンウエハに対してドライエッチング処理（異方性ドライエッチング）を施すことによって、凹部８２ａを形成する。また、パッケージドデバイスＸについて気密封止する必要のない場合には、例えばパッケージングウエハ２０２における凹部８２ａと外部とを連通させる貫通孔を設けてもよい。
次に、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、デバイスウエハ１００およびパッケージングウエハ２０１，２０２よりなる積層構造体を切断する（ダイシング工程）。以上のようにして、本発明に係るパッケージドデバイスＸを製造することができる。
図１０（ａ）を参照して上述した第１接合工程では、デバイスウエハ１００に作り込まれることとなる各センシングデバイスＹの可動部（ランド部１０，内フレーム２０）に対応した箇所に一の凹部８１ａが位置するように、デバイスウエハ１００とパッケージングウエハ２０１とを接合する。図１０（ｃ）を参照して上述した第２接合工程では、デバイスウエハ１００に既に作り込まれた各センシングデバイスＹの可動部（ランド部１０，内フレーム２０）に対応した箇所に一の凹部８２ａが位置するように、デバイスウエハ１００とパッケージングウエハ２０２とを接合する。このような第１および第２接合工程を経ることによってウエハレベルでのパッケージングを達成した後、図１１を参照して上述したダイシング工程を経ることによって、各センシングデバイスＹがパッケージングされた状態にある個片（パッケージドデバイスＸ）を得ることができる。
本方法においては、センシングデバイスＹの可動部（ランド部１０，内フレーム２０）の動作領域を確保するための凹部８１ａが予め設けられたパッケージングウエハ２０１が、第１接合工程にてデバイスウエハ１００に接合され、且つ、可動部の動作領域を確保するための凹部８２ａが予め設けられたパッケージングウエハ２０２が、第２接合工程にてデバイスウエハ１００に接合される。したがって、本方法では、素子駆動時に揺動する可動部がパッケージング部材８１，８２に当接することのないように当該可動部と両パッケージング部材８１，８２との間に充分なギャップを設けるうえで、可動部にエッチング加工を施して当該可動部を固定部（外フレーム３０）よりも薄肉にする必要はない。エッチング加工によって可動部の厚さを固定部（外フレーム３０）の厚さよりも減ずる場合、従来の方法に関して上述したように、複数のマイクロ可動素子の可動部の厚さについて比較的大きなばらつきが不可避的に生じ、当該可動部のイナーシャにばらつきが生じ、当該イナーシャのばらつきは可動部の動作特性のばらつきの要因であって好ましくないところ、可動部を薄肉にする必要のない本方法は、可動部のイナーシャのばらつきを抑制するのに適する。素子駆動時に揺動する可動部のイナーシャのばらつきを抑制するのに適する本方法は、可動部の動作特性のばらつきを抑制するのに適する。また、センシングデバイスの具備する可動部のイナーシャのばらつきは、可動部の動作や変位量の検出に係る検出特性のばらつきの要因であるところ、可動部のイナーシャのばらつきを抑制するのに適した本方法は、可動部の動作特性のばらつきを抑制するのに加え、当該可動部の動作や変位量の検出に係る検出特性のばらつきを抑制するのにも適する。
また、本方法は、当初は一様な厚さを有するデバイスウエハ１００に作り込まれる可動部（ランド部１０，内フレーム２０）の厚さを減ずる工程を要しないので、パッケージングされたマイクロ可動素子たるセンシングデバイスＹを歩留りよく製造するのに適する。
加えて、本方法によると、ウエハレベルでのパッケージングを達成することができるので、マイクロ可動素子たるセンシングデバイスＹの各部のゴミの付着や損傷に起因する、可動部の動作性能の悪化を抑制するのに適する。
図１２（ａ）は、パッケージング部材８１の変形例たるパッケージング部材８３を表す。パッケージング部材８３は凹部８３ａを有する。凹部８３ａは、所定のマスクを利用して行う異方性ウエットエッチングによって、シリコンウエハに形成されたものである。このウエットエッチングのためのエッチング液としては、ＫＯＨやＴＭＡＨを使用することができる。図１０（ａ）を参照して上述した第１接合工程では、複数のパッケージング部材８１が作り込まれたパッケージングウエハ２０１の代りに、複数のパッケージング部材８３が作り込まれたパッケージングウエハを、デバイスウエハ１００のシリコン層１０１側に接合してもよい。
図１２（ｂ）は、パッケージング部材８１の変形例たるパッケージング部材８４を表す。パッケージング部材８４は凹部８４ａを有する。凹部８４ａは、所定のマスクを利用して行う等方性ウエットエッチングによって、シリコンウエハに形成されたものである。このウエットエッチングのためのエッチング液としては、ＨＦ、ＨＮＯ3、およびＣＨ3ＣＯＯＨを含む混合液を使用することができる。図１０（ａ）を参照して上述した第１接合工程では、パッケージングウエハ２０１の代りに、複数のパッケージング部材８４が作り込まれたパッケージングウエハを、デバイスウエハ１００のシリコン層１０１側に接合してもよい。
図１３（ａ）は、パッケージング部材８２の変形例たるパッケージング部材８５を表す。パッケージング部材８５は凹部８５ａを有する。凹部８５ａは、所定のマスクを利用して行う異方性ウエットエッチングによって、シリコンウエハに形成されたものである。このウエットエッチングのためのエッチング液としては、ＫＯＨやＴＭＡＨを使用することができる。パッケージドデバイスＸについて気密封止する必要のない場合には、例えば凹部８５ａと外部とを連通させる貫通孔を設けてもよい。図１０（ｃ）を参照して上述した第２接合工程では、複数のパッケージング部材８２が作り込まれたパッケージングウエハ２０２の代りに、複数のパッケージング部材８５が作り込まれたパッケージングウエハを、デバイスウエハ１００のシリコン層１０２側に接合してもよい。
図１３（ｂ）は、パッケージング部材８２の変形例たるパッケージング部材８６を表す。パッケージング部材８６は凹部８６ａを有する。凹部８６ａは、所定のマスクを利用して行う等方性ウエットエッチングによって、シリコンウエハに形成されたものである。このウエットエッチングのためのエッチング液としては、ＨＦ、ＨＮＯ3、およびＣＨ3ＣＯＯＨを含む混合液を使用することができる。パッケージドデバイスＸについて気密封止する必要のない場合には、例えば凹部８６ａと外部とを連通させる貫通孔を設けてもよい。図１０（ｃ）を参照して上述した第２接合工程では、パッケージングウエハ２０２の代りに、複数のパッケージング部材８６が作り込まれたパッケージングウエハを、デバイスウエハ１００のシリコン層１０２側に接合してもよい。
上述の製造方法における第１接合工程は、共晶接合法により行ってもよい。共晶接合法により第１接合工程を行う場合には、デバイスウエハ１００のシリコン層１０１上に、図１４に示すような共晶金属パターン９１を予め設けておく。共晶金属パターン９１は例えばＡｕよりなる。これとともに、デバイスウエハ１００のシリコン層１０１上に、図１４に示すような電極パッド９２を予め設けておく。電極パッド９２は、例えばＡｕよりなり、導電プラグＰ１〜Ｐ８と接合されるものである。そして、第１接合工程では、所定の温度で加熱しつつ、図１５に示すようにデバイスウエハ１００およびパッケージングウエハ２０１を圧着させ、シリコンとＡｕの共晶によりデバイスウエハ１００およびパッケージングウエハ２０１を接合させる。
上述の製造方法における第１接合工程では、図１６（ａ）に示すように、導電プラグＰｘが未だ形成されていない状態にあるパッケージングウエハ２０１をデバイスウエハ１００のシリコン層１０１側に接合してもよい。このような手法を採用する場合、図１６（ｂ）に示すように第２接合工程を行った後に、図１６（ｃ）に示すように、パッケージングウエハ２０１の貫通孔内に導電材料を充填することによって導電プラグＰｘを形成する。この後、図１１を参照して上述したのと同様にダイシング工程を行う。このような方法によっても、本発明に係るパッケージドデバイスＸを製造することができる。
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
（付記１）可動部を有するマイクロ可動素子と、前記可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、前記可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材とを備える、パッケージングされたマイクロ可動素子を製造するための方法であって、
可動部を有する複数のマイクロ可動素子を形成するための、第１面および当該第１面とは反対の第２面を有するデバイスウエハ、の第１面側に、複数の第１凹部が設けられた第１パッケージングウエハを接合する第１接合工程と、
前記デバイスウエハの第２面側に、複数の第２凹部が設けられた第２パッケージングウエハを接合する第２接合工程と、
前記デバイスウエハ、前記第１パッケージングウエハ、および前記第２パッケージングウエハを含む積層構造体を切断するダイシング工程と、を含む、パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記２）前記マイクロ可動素子は、前記可動部に加え、固定部と、当該固定部および前記可動部を連結するための連結部とを備え、前記可動部は揺動可能である、付記１に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記３）前記マイクロ可動素子は、角速度センサまたは加速度センサである、付記１または２に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記４）前記デバイスウエハは、前記第１面を有する第１層と、前記第２面を有する第２層と、当該第１および第２層の間の中間層とからなる積層構造を有し、前記第１接合工程より前に、マスクパターンをマスクとして用いて前記第１層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う、付記１から３のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記５）前記第１接合工程より後であって前記第２接合工程より前に、マスクパターンをマスクとして用いて前記第２層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う、付記４に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記６）前記マイクロ可動素子は端子部を有し、前記第１パッケージング部材は、当該第１パッケージング部材を貫通して前記端子部と接続する導電連絡部を有する、付記１から５のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記７）前記第１接合工程より前に、前記第１パッケージングウエハを貫通する導電連絡部を形成する、付記６に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記８）前記第１接合工程より後に、前記第１パッケージングウエハを貫通する導電連絡部を形成する、付記６に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記９）前記第１接合工程および／または前記第２接合工程は、陽極接合法、直接接合法、常温接合法、または共晶接合法により行う、付記１から８のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記１０）前記デバイスウエハと前記第１パッケージングウエハの境界、および／または、前記デバイスウエハと前記第２パッケージングウエハの境界には、絶縁膜が存在する、付記１から９のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記１１）前記第１凹部および／または前記第２凹部は、ＤＲＩＥ、異方性ウエットエッチング、または等方性ウエットエッチングにより形成される、付記１から１０のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記１２）
可動部を有するマイクロ可動素子と、
前記可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、
前記可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材とを備える、パッケージングされたマイクロ可動素子。
可動部を有する複数のマイクロ可動素子を形成するための、第１面および当該第１面とは反対の第２面を有するデバイスウエハ、の第１面側に、複数の第１凹部が設けられた第１パッケージングウエハを接合する第１接合工程と、
前記デバイスウエハの第２面側に、複数の第２凹部が設けられた第２パッケージングウエハを接合する第２接合工程と、
前記デバイスウエハ、前記第１パッケージングウエハ、および前記第２パッケージングウエハを含む積層構造体を切断するダイシング工程と、を含む、パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記２）前記マイクロ可動素子は、前記可動部に加え、固定部と、当該固定部および前記可動部を連結するための連結部とを備え、前記可動部は揺動可能である、付記１に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記３）前記マイクロ可動素子は、角速度センサまたは加速度センサである、付記１または２に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記４）前記デバイスウエハは、前記第１面を有する第１層と、前記第２面を有する第２層と、当該第１および第２層の間の中間層とからなる積層構造を有し、前記第１接合工程より前に、マスクパターンをマスクとして用いて前記第１層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う、付記１から３のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記５）前記第１接合工程より後であって前記第２接合工程より前に、マスクパターンをマスクとして用いて前記第２層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う、付記４に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記６）前記マイクロ可動素子は端子部を有し、前記第１パッケージング部材は、当該第１パッケージング部材を貫通して前記端子部と接続する導電連絡部を有する、付記１から５のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記７）前記第１接合工程より前に、前記第１パッケージングウエハを貫通する導電連絡部を形成する、付記６に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記８）前記第１接合工程より後に、前記第１パッケージングウエハを貫通する導電連絡部を形成する、付記６に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記９）前記第１接合工程および／または前記第２接合工程は、陽極接合法、直接接合法、常温接合法、または共晶接合法により行う、付記１から８のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記１０）前記デバイスウエハと前記第１パッケージングウエハの境界、および／または、前記デバイスウエハと前記第２パッケージングウエハの境界には、絶縁膜が存在する、付記１から９のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記１１）前記第１凹部および／または前記第２凹部は、ＤＲＩＥ、異方性ウエットエッチング、または等方性ウエットエッチングにより形成される、付記１から１０のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
（付記１２）
可動部を有するマイクロ可動素子と、
前記可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、
前記可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材とを備える、パッケージングされたマイクロ可動素子。
Ｘ パッケージドデバイス
Ｙ センシングデバイス
１０，Ｌ ランド部
１１，２１，３１ 第１層部
１２，２２，３２ 第２層部
１３，２３，３３ 絶縁層
２０，Ｆ１ 内フレーム
３０，Ｆ２ 外フレーム
４０，５０，Ｃ１，Ｃ２ 連結部
４１，５１，５２，５３ トーションバー
６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４ 櫛歯電極
６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ 電極歯
８１，８２，８３，８４，８５，８６ パッケージング部材
８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ，８６ａ 凹部
１００ デバイスウエハ
１０１，１０２ シリコン層
１０１ａ 第１面
１０２ａ 第２面
１０３ 絶縁層
２０１，２０２ パッケージングウエハ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐｘ 導電プラグ
Ａ１，Ａ２ 軸心
Ｙ センシングデバイス
１０，Ｌ ランド部
１１，２１，３１ 第１層部
１２，２２，３２ 第２層部
１３，２３，３３ 絶縁層
２０，Ｆ１ 内フレーム
３０，Ｆ２ 外フレーム
４０，５０，Ｃ１，Ｃ２ 連結部
４１，５１，５２，５３ トーションバー
６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４ 櫛歯電極
６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ 電極歯
８１，８２，８３，８４，８５，８６ パッケージング部材
８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ，８６ａ 凹部
１００ デバイスウエハ
１０１，１０２ シリコン層
１０１ａ 第１面
１０２ａ 第２面
１０３ 絶縁層
２０１，２０２ パッケージングウエハ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐｘ 導電プラグ
Ａ１，Ａ２ 軸心
Claims (6)
- 可動部を有するマイクロ可動素子と、前記可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、前記可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材と、を備えるパッケージングされたマイクロ可動素子を製造するための方法であって、
可動部を有する複数のマイクロ可動素子を形成するための、第１面および当該第１面とは反対の第２面を有するデバイスウエハ、の第１面側に、複数の第１凹部が設けられた第１パッケージングウエハを接合する第１接合工程と、
前記デバイスウエハの第２面側に、複数の第２凹部が設けられた第２パッケージングウエハを接合する第２接合工程と、
前記デバイスウエハ、前記第１パッケージングウエハ、および前記第２パッケージングウエハを含む積層構造体を切断するダイシング工程と、を含む、パッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。 - 前記マイクロ可動素子は、前記可動部に加え、固定部と、当該固定部および前記可動部を連結するための連結部とを備え、前記可動部は揺動可能である、請求項１に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
- 前記デバイスウエハは、前記第１面を有する第１層と、前記第２面を有する第２層と、当該第１および第２層の間の中間層とからなる積層構造を有し、前記第１接合工程より前に、マスクパターンをマスクとして用いて前記第１層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う、請求項１または２に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
- 前記第１接合工程より後であって前記第２接合工程より前に、マスクパターンをマスクとして用いて前記第２層に対してエッチング処理を施す加工工程を行う、請求項３に記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
- 前記マイクロ可動素子は端子部を有し、前記第１パッケージング部材は、当該第１パッケージング部材を貫通して前記端子部と接続する導電連絡部を有する、請求項１から４のいずれか一つに記載のパッケージングされたマイクロ可動素子の製造方法。
- 可動部を有するマイクロ可動素子と、
前記可動部に対応する位置に第１凹部を有する第１パッケージング部材と、
前記可動部に対応する位置に第２凹部を有する第２パッケージング部材と、を備えるパッケージングされたマイクロ可動素子。
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- 2007-02-28 JP JP2007048806A patent/JP2008207306A/ja not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-02-25 KR KR1020080016825A patent/KR20080080016A/ko not_active Application Discontinuation
- 2008-02-27 US US12/071,862 patent/US20090139328A1/en not_active Abandoned
- 2008-02-27 CN CNA2008100741624A patent/CN101254894A/zh active Pending
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| JP2010069572A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Fujitsu Ltd | パッケージドマイクロ可動デバイス製造方法およびパッケージドマイクロ可動デバイス |
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