JP4769353B2 - コンポーネントを製造する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に電子コンポーネントに関し、さらに詳しくはキャップ・ウェーハを用いる電子装置の保護に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニクス・センサおよび集積回路のような装置は、それらのサイズによるが、扱い方、小さい粒子、および湿度からのダメージを受けやすい。マイクロマシン装置は、典型的には、動作中にそれらを保護するために封止材中に収容される。ある先行技術であるコンポーネントは、周囲から電子センサを封止しかつ密封シールするために半導体基板に接合(ボンディング)されたキャップ・ウェーハを含む。ホール(空間)がキャップ・ウェーハを基板に接合する前にキャップ・ウェーハ中に形成される。キャップ・ウェーハ中の空間は、センサを外部回路に電気的に接続するために提供する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
キャップ・ウェーハ中の空間は、キャップ・ウェーハの機械構造的な信頼性を弱める可能性がある。この問題に対する1つの対策はキャップ・ウェーハの厚みを増加させることで、それによりキャップ・ウェーハの構造的な無欠陥性を向上させる。しかしながら、キャップ・ウェーハの厚みを増加させることにより、またマイクロエレクトロニクス装置のサイズおよびそのコストを増加させる。
【0004】
従って、動作中にマイクロマシン装置に対して保護を与えるコンポーネントをもつことは有効である。そのコンポーネントがサイズおよびコスト的に効果的であるならさらに有効である。加えて、標準の半導体プロセスと互換性のあるコンポーネントを製造する方法をもつことは有効である。
【0005】
【実施例】
図1は、本願発明の一実施例に従うプロセス中のコンポーネント10の一部断面図である。この実施例では、コンポーネント10は、基板15中に形成された装置11,12を含む半導体コンポーネントである。コンポーネント10は、さらに、基板15の表面21上に形成された導電性経路13,14を含む。基板15は、例としてシリコンのような半導体材料からなる。装置11,12は、集積回路あるいは圧力センサまたは加速度計のようなマイクロマシン変換器である。装置11,12は、基板15中に形成されるように示されるが、これが本願発明を限定するものではない。装置11,12は、また、基板15の表面21上に形成され得る。
【0006】
導電性経路13,14は、表面21上に電気的導電性材料層を配置し、この導電性材料をフォトリソグラフおよびエッチ技術を用いてパターン化することにより形成される。例えば、導電性経路13,14は、電気的導電性材料をフォトレジスト層(図示せず)で被覆し、除去されるべき電気的導電性材料の一部を(例えば、フォトリソグラフを用いて)露出させ、そして電気的導電性材料の露出部をエッチングすることによって形成される。導電性経路13,14にとって適切な材料には銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、あるいはその類似物を含む。
【0007】
コンポーネント10は、上部表面26および下部表面27を有するキャップ・ウェーハ23を含む。キャップ・ウェーハ23は、例えば、シリコンのような半導体材料から構成される。キャップ・ウェーハ23に対する他の適切な材料は、ガラス、水晶、ポリマ、または金属を含む。キャップ・ウェーハ23の適切な層厚の範囲は、約50ミクロンから約600ミクロンの間である。
【0008】
保護層28がキャップ・ウェーハ23の下部表面27上に配置成長される。保護層28は上部層30および下部層31を有し、ここで保護層28の上部層30はキャップ・ウェーハ23の下部層27に接触する。好ましくは、保護層28は、約0.2ミクロンから約2ミクロンの範囲の厚みを有する。また、キャップ・ウェーハ23および保護層28はキャップ構造39を形成する。保護層28にとって適切な材料は、酸化物または窒化物を含む。
【0009】
エッチ・マスク41,42は、キャップ・ウェーハ23の上部表面26上に配置される。アルミニウムのような金属層をキャップ・ウェーハ23の上部表面26上に配置し、そしてこの金属層をフォトリソグラフおよびエッチ技術を用いてパターン化することにより形成される。加えて、後続のエッチング段階中のマスクとして機能するために、マスク41,42は、また、装置11,12に対して電気的遮蔽を行う。マスク41,42は、また、マスク層と呼ばれ、好ましくは装置11,12上にそれぞれ位置する。
【0010】
キャップ構造39は接合材層33を用いて基板15に接合され、キャビティ36,37を形成する。例として、接合材料33は、層28の下部表面の一部上にスクリーン・プリントによって配置されるフリット・ガラス(frit glass)である。フリット・ガラスは、粉末ガラスとも呼ばれるが、有機結合材または溶剤中に拡散したガラス粒子の混合物である。スクリーン・プリント後に、フリット・ガラスは有機結合材または溶剤を蒸発させるために加熱される。その後、フリット・ガラスを含むキャップ構造39は、基板15の表面に接触して載置される。熱が与えられ、その後フリット・ガラスはエナメル化しキャップ構造39を基板15に接合するために流動して、キャビティ36,37を与える。キャップ構造39が基板15に接合された後、装置11,12はキャビティ36,37内にそれぞれ密封シールされる。接合材33、保護層28の一部、および基板15の一部は密封シールされたキャビティ36,37の壁を形成する。接合材33はフリット・ガラスとして記述されるが、これは本願発明を限定するものではない。接合材33は、金、金属、または同種のガラスから構成することもできる。さらに、他のタイプの接合プロセスをキャップ構造39を、基板15に接合するために、使用することも可能である。例えば、陽極、共晶、または熱圧縮の接合を、キャップ構造39を基板15に接合するために、使用してもよい。
【0011】
ここで議論される実施例は半導体装置であるが、これが本願発明に限定されるものではないことに注意されたい。本願発明は他の実施例、例えばバイオ(生物)センサを用いる応用に適用することができ、そのバイオ・センサはキャップ材料を用いて保護される。これらの他の応用例では、基板15はガラス、水晶、金属などの他の材料から構成されてもよい。好ましくは、キャップ・ウェーハ23および基板15は、実質的に同じ熱膨張係数を有する材料から形成される。
【0012】
図2は、後段におけるプロセスでのコンポーネント10の断面図を示す。同じ参照番号は同じ要素を示すために図面に使用されることを理解されたい。図2は、キャップ・ウェーハ23の一部を除去した後のコンポーネント10を示す。
【0013】
例えば、4メチルアンモニウム水酸化物(TMAH: tetramethylammonium hydrooxide)のようなエッチング材からなる湿式エッチ溶剤は、キャップ・ウェーハ23をエッチングするために使用される。マスク41,42によって被覆されていないキャップ・ウェーハ23の一部は、エッチングの間除去される。湿式エッチ溶剤は、エッチ・ストップとして機能する保護層28に影響を与えない。図2に示す実施例では、接合層33はフリット・ガラスで、それはTMAHからなる湿式エッチ溶剤によって損傷を受ける可能性がある。保護層28は、キャップ・ウェーハ23のエッチング中、接合層33を保護するためのエッチ・ストップ層として働く。好ましくは、保護層28はTMAHからなる湿式エッチ溶剤に耐性のある材料からなる。保護層28に対する適切な材料は酸化物または窒化物を含む。
【0014】
図3はさらに後段におけるプロセスでの図2のコンポーネントの断面図である。図3は保護層28の一部を除去した後のコンポーネント10を示す。
【0015】
開口46,47,48は、塩素またはフッ素のいずれかを基調とした化学物質を用いる反応性イオン・エッチング(RIE: Reactive Ion Etch)または深部反応性イオン・エッチング(DRIE: Deep Reactive Ion Etch)のような乾式エッチング・プロセスを用いて形成され得る。マスク41,42の下に横たわる保護層28の一部は、乾式エッチング・プロセス中には除去されない。開口47は、導電経路13,14に電気的な接続を与える。例えば、接合線(図示せず)が開口47を通して導電経路13,14に結合されてもよい。図示されていないが、導電経路13,14は装置11,12をコンポーネント10の他の部分へ電気的に結合するために用いられる。
【0016】
前述したように、保護層28はキャップ・ウェーハ23の下部表面27上に配置され、接合層33に対する保護を与えるが、化学的湿式エッチの間損傷を与え得る。代わって、コンポーネント10は保護層28を有しないで形成してもよく、開口46,47,48は単一のエッチング・ステップを用いて形成できる。例えば、保護層28が省略される場合、そのときキャップ・ウェーハ23は適切な湿式エッチまたは乾式エッチ・プロセスのいずれかを用いる単一のエッチング・ステップを用いてエッチングされ得る。保護層28がコンポーネント10に含まれない場合、接合層33はキャップ・ウェーハ23の下部表面の一部上に配置され、キャップ・ウェーハ23は接合層33を介して基板15に接合される。キャビティ36,37は、キャップ・ウェーハ23、接合層33、および基板15によって形成される。
【0017】
キャビティ36,37は全ての場合に必ずしも必要でないことに注意されたい。たとえば、接合層33は装置11,12を取り囲み、接触する。
【0018】
開口46,47,48はキャップ構造39および基板15が共に接合された後に形成されるので、キャップ・ウェーハ23は比較的薄いウェーハであり得、それにより、コンポーネント10の全スタックの層厚が減少する。例えば、キャップ・ウェーハ23は、シリコンからなるが、約50ミクロンより薄くすることができる。従来のシリコン・キャップ・ウェーハは、典型的には375ミクロンより厚い層厚である。さらに、キャップ・ウェーハ23が基板15に接合されて後に開口46,47,48を形成することは、コンポーネント10のレイアウトおよび製造を簡易にする。
【0019】
以上により、コンポーネントおよびそのコンポーネントを製造するための方法が提供されたと理解される。本願発明は動作中にその要素を保護するコンポーネントを与える。本願発明の方法は、CMOSプロセスを含む標準半導体プロセスと互換性がある。さらに、本方法はキャップ・ウェーハを有するコンポーネントを製造するための処理ステップ数を削減する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施例に従ってプロセス中のコンポーネントの一部断面図である。
【図2】後段におけるプロセスでの図1のコンポーネントの断面図である。
【図3】さらに後段におけるプロセスでの図2のコンポーネントの断面図である。
Claims (5)
- 基板上に形成された導電性トレースを有する前記基板を提供する段階と、
キャップ・ウェーハを提供する段階と、
前記キャップ・ウェーハの表面上に保護層を配置する段階と、
前記保護層の一部上に接合層を配置する段階と、
前記キャップ・ウェーハおよび前記保護層を前記基板に接着するために前記接合層を用いる段階と、
前記保護層を前記基板に接着する段階の後に、前記キャップ・ウェーハおよび前記保護層中に開口を形成し、前記基板上の前記導電性トレースを露出する段階と、
から構成されることを特徴とするコンポーネントを製造する方法。 - 前記基板中にマイクロマシン化された装置は、前記接合層、前記保護層、および、前記基板によって形成されたキャビティ内に封止されることを特徴とする請求項1記載のコンポーネントを製造する方法。
- 前記開口を形成する段階は、湿式エッチ溶剤を用いて前記キャップ・ウェーハをエッチングする段階を含み、前記保護層は、前記湿式エッチ溶剤に耐性のある材料で形成され、その結果前記保護層は、前記キャップ・ウェーハをエッチングしている間、前記接合層を保護するためのエッチ・ストップ層として作用することを特徴とする請求項1記載のコンポーネントを製造する方法。
- 前記キャップ・ウェーハの第2表面の一部上にマスクを配置する段階をさらに含み、前記マスクによって被覆されない前記キャップ・ウェーハの一部は、前記キャップ・ウェーハのエッチング中に、除去されることを特徴とする請求項3記載のコンポーネントを製造する方法。
- 前記湿式エッチ溶剤は、4メチルアンモニウム水酸化物(TMAH)を含むことを特徴とする請求項3記載のコンポーネントを製造する方法。
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