(57)【要約】【課題】  改善されたマイクロデバイスと、微細構造体を有するマイクロデバイスの製造方法とを提供する。【解決手段】  マイクロデバイスは、ウエハ（１４）内にデバイス微細構造体（３８）及び通気通路（３４）を備え、ウエハ（１４）は基材（１０）及びキャップ（１６）の間に挟まれている。キャップ（１６）及び基材（１０）は、キャビティを区画するために、微細構造体（２２）の回りに凹部（４１，２１）を有する。通気孔（２５）は通気通路（３４）、続いてキャビティに接続されている。通気孔（２５）は、キャビティ内において、微細構造体（３８）から気体を抜くとともに密閉するために使用される。ゲッター層（３２）は、キャビティの真空を維持するために使用され得る。ゲッター層（３２）を電気的に接地するために、通気孔（２５）、通気通路（３４）及びキャビティを介してゲッター（３２）に配線が形成され得る。【選択図】      図５
2006116694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉マイクロデバイスの製造方法であって、
内部に凹部を有する基材を準備する工程と、
内部に凹部を有するキャップを準備する工程と、
シリコン層内に微細構造体および通気通路を区画する工程であって、該通気通路は、接合工程後に前記各凹部と連結するように構成されていることと、
通気孔を形成する工程であって、該通気孔は、接合工程後に前記通気通路と連結するように構成されていることと、
少なくとも一つの前記凹部にゲッター層を配置する工程と、
前記キャップ及び基材内の凹部が前記微細構造体を囲むキャビティを形成し、且つ前記通気孔、通気通路およびキャビティが互いに連結するように、前記キャップ、シリコンウエハ、及び基材を互いに接合する工程と、
前記通気孔および通気通路を介して前記キャビティから気体を抜く工程と、
前記微細構造体を囲む密閉キャビティを形成するために前記通気孔を密閉する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記区画する工程は、前記微細構造体および通気通路を形成するために、シリコンウエハをパターン化するとともにエッチング処理する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ゲッター層を配置する工程は、シールド層、ゲッター層、及び保護層を備える３層複合ゲッター層を配置する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記接合する工程は、マイクロデバイス組立品を形成するために、前記キャップ、シリコン層及び基材を陽極接合する工程、又は複合マイクロデバイスのウエハ層接合工程の少なくとも一方を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
密閉マイクロデバイスの製造方法であって、
内部に凹部を有する基材を準備する工程と、
内部に凹部を有するキャップを準備する工程と、
シリコンウエハ内に微細構造体および通気通路を区画する工程であって、該通気通路は、接合工程後に前記両凹部と連結するように構成されていることと、
通気孔を形成する工程であって、該通気孔は、接合工程後に前記通気通路と連結するように構成されていることと、
金属製の内部接続部を配置する工程と、
前記シリコンウエハを前記基材に取り付ける工程と、
前記キャップの凹部内に複合金属薄膜ゲッターを配置して、該凹部への接地配線を形成する工程と、
前記キャップ内の凹部が前記微細構造体を囲むキャビティを形成し、且つ前記通気孔が前記通気通路と協調し、更に前記通気孔、通気通路及びキャビティが互いに連結するように、前記キャップを前記シリコンウエハに陽極接合する工程と、
前記通気孔および通気通路を介して前記キャビティから気体を抜く工程と、
前記微細構造体を囲む密閉キャビティを形成し、且つ外部電気接地配線を前記ゲッター層に形成するために、はんだを用いて前記通気孔を密閉する工程とを含む方法。
【請求項６】
前記組み立て工程における前記複合金属薄膜ゲッターは、前記キャップの凹部に面する電気的シールド及び気体放出阻止層、ゲッター層、及び最外抗酸化層の３つの層を備える請求項５に記載の方法。
【請求項７】
内部に区画された凹部を有する基材と、
内部に区画された凹部を有するキャップと、
前記基材に接合されたシリコンウエハ層内に形成されたデバイス微細構造体および通気通路であって、前記微細構造体の一部が、前記基材の凹部の上方で、且つ前記キャップの凹部の下方で浮いているように前記キャップに接合され、前記基材の凹部およびキャップの凹部は、前記微細構造体を囲むキャビティを形成し、前記通気通路は前記キャビティに連結されていることと、
前記キャビティの少なくとも一つの前記凹部に配置される導電性のゲッター層と、
前記通気通路、従って前記キャビティに接続される通気孔であって、該通気孔は、前記キャビティ内において前記微細構造体を密閉するための密封材を有することとを備える密閉マイクロデバイス組立品。
【請求項８】
前記ゲッター層を電気的に接地するために、前記通気孔およびキャビティを介した前記ゲッター層への配線を形成する工程を更に備える請求項１に記載の方法、又は前記配線を更に備える請求項７に記載のマイクロデバイス組立品。
【請求項９】
前記通気孔が前記基材またはキャップの少なくとも一方に形成される請求項１若しくは請求項５に記載の方法、又は請求項７に記載のマイクロデバイス組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、真空キャビティを必要とする構造体を有するマイクロデバイスに関し、より詳しくは、マイクロデバイスと、該マイクロデバイスを囲むキャビティ内に密閉真空を有するマイクロデバイスを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性基材および絶縁性基材に接合されているマイクロデバイスは、多様な異なる構成要素から組み立てられることができる。これらのデバイス及びそれらのパッケージを形成するために、金属、ガラス及び半導体の組み合わせがよく使用される。当技術分野で周知のように、これらの材料は、多様な異なる工程によって構造体内に溶融される。これらのデバイスの一部は、内部にデバイスを有し、且つパッケージの外部への配線を有する密閉された部屋を必要とする。一般に、非常に多くのマイクロデバイスが、この種の構造を要件とする。デバイスの多様性を考慮して、これらのデバイスの多くが共通して有する一つの特徴は、別々の密閉パッケージ化を含む必要がある複合構造体であり、これは製造が困難であって高価である。パッケージ化の問題に加えて、操作上の問題がある。
【０００３】
例えば、ＭＥＭＳ技術によって製造されたマイクロデバイスは、様々な分野で重要な役割を果たす。例えば、微細機構ジャイロスコープは、輸送および商用の用途において様々な重要な制御系を可能にする。圧力センサ、加速度計、作動装置および共振器等のＭＥＭＳ技術によって組み立てられた他のマイクロデバイスもまた、様々な分野で用いられている。一部のマイクロデバイス、例えばマイクロジャイロスコープ及び共振器は、密閉される必要があるだけでなく、内部で真空密閉キャビティを維持する必要がある微細構造体を含む。これらの種類のマイクロデバイスのために、真空環境を提供し続けて真空の寿命を改善し続ける必要がある。真空密閉キャビティは概して、密閉工程、及びパッケージ材料、密閉材料、及びキャビティ内の構成要素から気体を抜く工程の間に、ガスの生成に起因する圧力の増加の影響を受けやすい。この圧力変化は、デバイスの性能を低下させて多様な密閉マイクロデバイスの寿命を縮める可能性がある。加えて、真空パッケージを提供するためのパッケージ化および装置は、複雑で高価となる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水蒸気およびガス種を吸着するためにゲッターを使用することによって、キャビティ内の密閉真空を維持することが知られている。従来の残留ガス除去方法の成功の程度は、様々である。例えば、厚膜ゲッターには、組み立て工程の際、又は低い機械的強度および使用されたゲッターの過剰に大きい粒径に起因して、デバイスが振動または衝撃を受けることにより、ゲッターの粒子が落下して信頼性の問題が生じる。分離したゲッター粒子の存在は、多孔性の厚膜ゲッターによって密閉された一部のマイクロジャイロスコープに対して主な故障モードとみなされる。加えて、従来のゲッターは概して大きな細孔径を有することから、ゲッターには通常、大きなサイズが要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
薄膜ゲッターに関して、周知の無定形または多結晶のシリコンの機械的特性は、堆積状態に伴って変化して再現が困難である。周知のタイプの薄膜ゲッターは概して、その僅か２ミクロンの限られた厚さのために、大きな平面領域を有する大きなサイズのキャビティの形で使用される。従って、改善されたマイクロデバイスと、微細構造体を有するマイクロデバイス（例えばマイクロジャイロスコープ）の製造方法とを提供することが好ましく、前記微細構造体は、長期間にわたって真空下で密閉されたキャビティを備え、前記問題の全てではないにしても殆どを克服する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
新規と考えられている本発明の特徴は、添付された特許請求の範囲において詳細に説明されている。本発明は、添付された図面とともに下記の説明を参照することによって、更なる目的および利点とともによく理解され、いくつかの図面において、同じ符号は同一の構成要素を示す。
【０００７】
従って、本発明はマイクロデバイス及び方法のためのパッケージ組立品であり、溶接密閉に基づいて、マイクロデバイスのための真空環境を提供することができる。マイクロデバイスは、低コストで高い信頼性を有する単一の組立品として製造される。具体的には、本発明は、容易に真空になるとともに密閉されることが可能で単純な組立構造を提供する。特に、実際のマイクロデバイスを組み立てる際に、通気通路が、同一のシリコンウエハに一体化されるとともに一緒に処理される。好ましくは、パッケージ内の気体を抜くことができる各種の高温密閉処理を特に考慮して、真空を維持するために、金属製のゲッターがパッケージに組み込まれる。より好ましくは、金属製のゲッターは、電気的シールド及び／又はアースとしても使用される。
【０００８】
説明及び描写のために、マイクロデバイスとしてマイクロジャイロスコープの例が使用される。しかしながら、本発明は、マイクロジャイロスコープの製造及び取扱いに限定されず、内部で真空キャビティを維持する必要がある他のマイクロデバイス及び構造体に適用されてもよい。この開示の恩恵を受ける当業者は、このようなデバイスを製造するために本願に記載された装置及び方法が他の用途に使用されることができることを理解するだろう。
【０００９】
図１から図５において、本発明に係る密閉パッケージの状態の真空閉鎖マイクロデバイスの製造工程を教示するために、装置及び方法が説明される。真空減圧およびパッケージの密閉を促進する通気通路がマイクロデバイス自身として同時に製造されることから、本発明は先行技術の欠陥を克服する。本方法の適用によって生じるデバイスが図５に示され、車両のジャイロスコープセンサー等のセンサーシステムに組み込まれるために、追加の電子機器（図示略）とともに使用される。
【００１０】
図１を参照すると、基材１０は上面１２及び底面１１を備えている。この基材１０は通常、支持材として使用される。好ましくは、基材はガラスから形成されている。しかしながら、シリコン等の他の絶縁基材又は導電基材も同様に、この機能のために使用されることができる。シリコン素子層１４もまた、上面１５及び底面１３を備えている。好ましくは、半導体層はｐ型単結晶（１００）シリコンウエハである。しかしながら、多結晶の材料も使用されることができる。
【００１１】
図１はまた、絶縁キャップ１６を示す。このキャップ１６は本来、平面基材であり、上面１９と反対側の底面１７とを有する。好ましくは、キャップはガラスから形成されている。しかしながら、シリコン等の他の絶縁基材又は導電基材も使用されることができる。キャップは、各マイクロデバイス組立品毎の個々の部分として、又は（図のように）ウエハの形式で製造されることができる。複数のフィードスルー２５，２７が、キャップ１６の上面及び底面１９，１７の間を延びている。好ましくは、各フィードスルーは、例えばサンドブラストを用いて研磨される。しかしながら、当技術分野で周知であるガラス又はシリコン内でビアを形成するための各種技術が使用されることができる。
【００１２】
図２を参照すると、図のようにキャップ凹部４１を区画するために、絶縁キャップ１６は、底面１７上でパターン化されるとともにエッチング処理される。加えて、図のように基材凹部２１を区画するために、基材１０は、上面１２上でパターン化されるとともにエッチング処理される。本実施形態で使用されるパターン化工程は、フォトレジストを塗布し、該フォトレジストを感光させて現像する工程と、塗布されたフォトレジストの表面をウェットエッチング処理する工程と、次いでフォトレジストを除去する工程とからなるフォトリソグラフィー工程である。この工程は一般に当業者に知られており、通常はフッ化水素または緩衝化フッ化水素ウェットエッチング工程を使用する。しかしながら、任意の周知の工程が凹部を得るために使用可能であり、特定のキャップ及び基材の材料のために調整可能である。
【００１３】
ここで、以下で説明するように、シリコン素子層１４の底部に配線を最終的に形成するために、複数の金属製の電極及び内部接続部２３が基材１０上に配置される。同時に、接地可能な電気的シールド層３１が区画される。層３１はその後、囲まれた微細構造体を保護する役割を果たす。任意で、層３１は微細構造体の電極としての役割も果たす。金属薄膜電極、内部接続部２３及びシールド層３１は、多様な周知の方法を用いて配置される。好ましい実施形態において、スパッタリング工程が使用される。好ましくは、当技術分野で周知のように、金属は接着剤を有する金及び／又は拡散障壁金属（例えば、クロム、チタン／白金等）である。金属は、当技術分野で周知のように、多様な異なる技術を用いて溶着されるとともにパターン化されることができる。金属製の内部接続部２３からの配線は、一つ以上のビア２５及び２７に向かって、最終的にシリコン素子層１４を通る。
【００１４】
図３及び図４を参照すると、機械的解放構造体（図示略）を用いて互いに接続される微細構造体３８（例えばジャイロスコープ）、少なくとも一つのシリコン製内部接続島４０、通気通路３４、及び囲んでいるシリコン４２を区画するために、シリコン素子層ウエハ１４が微細機械加工される（即ち、パターン化されるとともにエッチング処理される）。これらのシリコン素子３８，４０，３４及び４２の全ては、結果として同じ厚さを有する。例えば、微細機械加工工程は、当技術分野で周知のようにフォトリソグラフィー工程を用いてシリコンエッチングパターンを区画する工程と、次いで、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、深い反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）又は当技術分野で周知のように水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等の適当な化学物質を用いるウェットエッチングを使用して、シリコン素子層ウエハ１４をその一面または両面上でエッチング処理する工程とを含むことができる。
【００１５】
次いで、シリコン素子層１４が基材１０に取り付けられる。好ましくは、シリコン素子層１４の底面１３を基材１０の上面１２に接合するために、陽極接合が使用される。しかしながら、融接、ガラスフリット接合、ガラス再接合（ｇｌａｓｓ  ｒｅｂｏｎｄ）、金属共晶接合、はんだ接合等の多様な各種接合技術が使用されることが認識されるだろう。好適な陽極接合は当技術分野で周知であり、シリコン片及びガラス片を揃えて固定する工程と、２８０℃を越える温度でそれらの間に高電圧を加える工程とを含む。高温及び負電位のときに、ガラス内の陽イオンが、シリコンに隣接したガラス表面からガラスの大部分の中へ徐々に移行し、界面での正イオンの減少に起因して、ガラス及びシリコンの間の空隙を越えて高い電界が発生する。高静電気力が、二つの接合面を非常に強固に固定して、強力で一様な接合を形成する。陽極接合は金属製の内部接続部２３のシリコン内への拡散を招き、内部接続部２３及び接触するシリコン表面の間に良好な電気的接続を形成することに注意する必要がある。陽極接合は、不活性雰囲気下または真空下で行われることができる。
【００１６】
その後、上述の適切なエッチング方法を用いる解放構造体（図示略）のエッチング処理により、特定の素子３８，４０，３４及び４２が互いに切断される。多様な他の技術が微細構造体を区画するために当技術分野で使用可能であり、これらの技術は全て本発明に適用可能であることが認識されるだろう。
【００１７】
各内部接続島４０を、それら自身、微細構造体３８及びキャビティを囲むシリコン４２から電気的に隔離するために、隔離溝５０もまた、シリコン素子層ウエハ１４内に形成可能である。通気通路３４は、通気ビア２５と協調している各内部接続島４０の一つの内部に形成されている。通気通路３４は、通気ビア２５を介して、基材凹部２１及びキャップ凹部４１と外部環境とを連結している。
【００１８】
キャップを有する微細構造体を囲む前に、通気ビア２５及び貫通ビア２７を金属で覆うとともにキャップ凹部保護層２２を形成するために、ガラスキャップウエハ１６が更に処理される。このような方法で、金属層２２は、微細構造体３８を保護したり、通気通路３４を有する内部接続シリコン島４０と、通気ビア２５を越える金属被膜とを介してゲッター層３２を電気的に接地したりする役目を果たす。また、金属層２２は、ビア２５と直接的に接続可能である。好ましくは、ビアの金属は、ビアの各上部開口及び底部開口を越えて延びており、組み立て後の電気的接続をより容易にする段部を形成する。金属材料としては、クロム／金、又はチタン／白金／金の混合物が可能である。この処理は、選択的金属化処理、例えば周知のシャドーマスク処理と、平面金属化及び当技術分野で周知の選択的金属エッチング処理の組み合わせとのどちらかを含むことができる。
【００１９】
金属製の電極および接点は、製造される特定の微細構造体３８に適応するように構成することができる。ジャイロスコープのための特定の線は例えば非常に複雑であり、図面を単純化して示すことができない。しかしながら、一面又は両面上に金属線を有する多様なタイプのデバイスが、本願で記載されているような技術を使用して適用可能であることが理解されるだろう。図のように、組立品は４個のビア連結部を備え、位置合わせ点２６は、金属層２２，２３及び３１による微細構造体３８への配線を形成するために、各ビアホール２５，２７と一致している。更に、必要に応じて金属２２，３１又は微細構造体３８への他の配線を形成するために、複数のビア（図示略）が他の位置合わせ点に接続され得る。各種の異なる接続構造が本発明によって提供されることが理解されるだろう。好ましい実施形態において、以下に説明するように、ゲッターシールド２２，３２への配線を形成するために少なくとも一つのビア２５が使用される。
【００２０】
好ましい実施形態において、ゲッター層３２は、金属で覆われた一つ以上の凹部４１，２１内に配置される。ゲッター層３２は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、及びジルコニウム（Ｚｒ）等の少なくとも一つ又は組み合わせから形成可能である。
【００２１】
図５は、残りの組立部品１０，１４に接合されたガラスキャップ１６を示す。ガラスキャップの底面１７は、シリコン素子層１４の上面１５に、陽極的に、又は静電気的に接合される。好ましくは陽極接合が使用され、正バイアスがシリコン層に適用されるとともに負バイアスがガラス層に適用される。陽極接合は、既に説明したように当技術分野において周知であり、フィードスルー２５，２７の下方の段部のシリコン内への拡散を招いて良好な電気的接続を形成することに注意する必要がある。陽極接合は、不活性雰囲気下または真空下で行われる。
【００２２】
複数の層の融合は、凹部２１，４１に微細構造体３８のキャビティを形成させ、微細構造体は、基材凹部２１の上方、且つキャップ凹部４１の下方で浮かせるために、各種の固定位置で基材１０に取り付けられる。このことは、微細構造体３８の少なくとも主要部分をキャビティ内に浮かせる。微細構造体は、ジャイロスコープ又は他のマイクロデバイス等のために使用される運動性構造体でもよい。
【００２３】
凹部２１，４１によって形成されるキャビティからは、該キャビティによって通気ビア２５に接続する通気通路３４を介して気体が抜かれる。次いで、マイクロデバイスパッケージの溶接密閉を提供するために、ビア２５，２７は、それらの内部においてはんだボール４８を溶融することによって密閉される。各ビア２５，２７内のはんだボールはまた、マイクロデバイス組立品を完成するために、外部の、且つ表面搭載可能の配線の形成を補助する。上述の実施例において、複合マイクロデバイス組立品が、特定のマイクロデバイスパッケージ内の囲んでいるシリコン部分４２内で、ウエハの切り溝加工及び分離を必要とするウエハの形態で製造される。切り溝加工および分離のための処理は、当技術分野で周知の多様な各種技術を用いて行われる。
【００２４】
図６を参照すると、任意の実施形態において、図３から図５のゲッター層３２は、シールド及び／又は接地層２２、ゲッター層２８、及び保護層２９の薄い金属フィルム複合材である。シールド層２２（及び図２及び図３の３１）はキャビティ表面を覆い、３つの機能を果たす。第１に、シールド層は、微細構造体３８を外部の電気的干渉および磁気的干渉から保護する。第２に、シールド層は、デバイスの性能に影響を与えるキャップガラスを保護する。第３に、シールド層は、キャビティ表面をキャビティ内に放出されるガス種から保護する。実際には、シールド層２２（及び３１）は、３つの金属フィルム：ガラス表面への接着層（例えばＴｉ）、内部接続シリコンへの低接続抵抗層（例えばＡｕ）、及び中間の拡散バリア層（例えばＰｔ）から形成される。薄いゲッター層２８の組成は、吸着されるガス種に依存している。例えば、ゲッター層２８としては、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、及びジルコニウム（Ｚｒ）等のいずれか又はそれらの組み合わせが可能である。保護層２９は、白金等の貴金属の例えば約５Å（約０．５ｎｍ）の非常に薄い層であり、密閉前の酸化から主要なゲッター層２８を保護するために、ゲッター材料だけでなく抗酸化層でもある。
【００２５】
図７を参照すると、本発明の代替実施形態が図示されている。この代替実施形態において、キャビティから気体を抜くととともに微細構造体を電気的に接続するために、ビア２５及び２７は基材１０内に形成されている。加えて、この実施形態における通気通路３４は、通気ビア２５と協調する内部接続シリコン島内に形成されている。この通気通路３４は、囲まれたキャビティを、通気ビア２５を介して組立品の外部に接続する。更に、例えば単一のシリコン製キャップ１６が示されている。しかしながら、既に示したように、複合ユニットを含むウエハ層密閉も使用可能であることが理解されるだろう。複合ゲッター層２０は、シリコン製キャップ１６を介して基材１０上の金属線３０に電気的に接地されることができ、次いで、金属で覆われたビア２５を介してパッケージの外部に電気的に接地されることができる。ビア及び通気通路の多様な変化及び組み合わせが本発明において同様に使用可能であり、各実施形態が全て本願で概説されている技術を使用して提供され得ることが認識されるだろう。
【００２６】
図８を参照すると、本発明は、密閉マイクロデバイス組立品を組み立てるための方法を定義する。第１工程８０は基材を準備する工程を含む。基材は凹部を形成するために更に処理される。次の工程８１はキャップを準備する工程を含む。キャップは凹部を形成するために更に処理される。次の工程８２は、シリコンウエハ素子層内において、微細構造体、通気通路、少なくと一つの内部接続島、及び囲んでいるシリコンを区画する工程を含む。通気通路は、接合工程８６後に各凹部を連結するように構成される。この工程８２は、解放構造体によって互いに接続される層デバイスを区画するために、ウエハをパターン化するとともにエッチング処理する工程を含む。
【００２７】
次の工程８３は、例えば、一つ以上のキャップ及び基材内において、配線のためにも使用される貫通ビアを含む少なくとも一つの通気孔を形成する工程を含む。非電気的接続ビアもまた使用されるが、はんだ密閉を促進するために金属で覆われる必要がある。組み立て後にマイクロデバイスのキャビティから気体を抜くことを促進するために、通気孔は、接合工程８６後に通気通路に連結されるように構成される。次の工程は、必要に応じて金属製の電極、内部接続部、シールド及び接地層を配置する工程を含む。具体的には、この工程８４は、金属フィルムを全てのビア及び両側上に延長した段部上に配置し、キャップ及び／又は基材の凹部上に保護金属層を形成する。マイクロデバイスの外部への配線は、接合工程８６後に金属配線がシリコン層に接触可能なようなフィードスルーの開口を介した金属配線の配置により、関連した密閉フィードスルーを介して形成される。次の工程８５は、（例えばキャップ及び／又は機材の）少なくとも一つの凹部内に複合ゲッター層を配置する工程を含む。好ましくは、このステップ８５は、シールド層、ゲッター層、及び保護層を含む３層複合ゲッター層を配置する工程を含む。好ましい実施形態において、ゲッター層はまた、金属配線工程８４の金属層との適当な接続を介して、シールド及び／又はアースとしての役割も果たす。特に、ゲッター層を電気的に接地するために、通気孔及びキャビティを介してゲッター層に配線を形成する工程を備えることが好ましい。このような方法で、ゲッター層は、残留ガスの除去と、保護／接地との二つの目的を果たすことができる。
【００２８】
次の工程８６は、微細構造体を囲むべくキャップ内の凹部がキャビティを形成するために、キャップ、シリコンウエハ、及び基材を互いに接合する工程を含む。好ましくは、このステップ８６は、シリコン素子層ウエハを基材に陽極接合する工程、シリコンデバイスの解放構造体をエッチング処理する工程、及び密閉マイクロデバイス組立品を形成するためにキャップをマイクロデバイスウエハに接合する工程を含む。特に、この工程は、通気孔が通気通路と境を接するとともに、接合工程８６後に他のビアが任意の必要な配線と境を接するように、通気孔の貫通開口をシリコン層に調整する工程を含む。接合工程はまた、通気孔、通気通路、及びキャビティを連結する。加えて、シリコン素子層の使用は、必要に応じて特定の配線を連結することを補助することができる。例えば、接地ビアは、内部接続シリコン島を介して、シールド／接地層およびゲッター層に接続されることができる。好ましくは、この工程８６は、後に切り溝加工されるとともに分離され得る複合マイクロデバイスのウエハ層接合工程を含む。
【００２９】
次の工程８７は、通気ビア及び通気通路を介してキャビティから気体を抜く工程を含む。次の工程８８は、微細構造体を囲む密閉真空キャビティを形成するために、真空下で通気孔を密閉する工程を含む。好ましくは、密閉は、通気孔のはんだ密閉によって達成される。実際には、適当な低温度はんだボールは、基材またはキャップの外面から通気孔上に配置され、通気孔を密閉するために、真空下で脱気されるとともに融解される。
【００３０】
更なる工程８９は、複数の真空密閉マイクロデバイス内でウエハ組立品を切り溝加工する工程を含む。当然のことながら、当業者は、この方法の各工程の正確な順序が重要なのではなく、この構造体を形成するために他の順序も使用可能であることを理解するだろう。
【００３１】
陽極接合およびはんだリフローの両方が３５０℃より低い温度で行われることが可能であることから、本発明は、高い後処理温度に耐えることができないマイクロデバイスを密閉するために有利に使用されることができる。加えて、本発明は、非常に低いキャビティ圧を有するマイクロデバイスのカプセル化を達成するための低温方法を提供する。低圧は、陽極接合の際に放出されるガスの取り込みを防ぐために、キャビティを開口導電性ビアに接続する通気通路を提供することによって達成される。開口ビアは、例えば３００℃未満の低温でのはんだボールリフローによって、最終的には真空密閉される。はんだボールは、はんだリフロー前に真空システム内で脱気される。はんだボールの脱気および低温密閉処理の結果として、ゲッターを有さない開始キャビティ圧は、１００ミリトールの低さとなることができる。この低温密閉処理は、閉じこめられたガスを非常に少量にすることから、低コスト複合金属フィルムゲッターは、長寿命にわたって低圧を維持するのに十分である。
【００３２】
複合金属フィルムゲッターは、スパッタリング又は蒸着法の使用によって容易に製造され、完全な活性化は、低温はんだリフロー工程の際に達成される。特別な高温活性化処理を行う必要はない。これは、複合金属フィルムゲッターの外面が薄い抗酸化層を有するためであり、陽極接合およびはんだリフローの両方は、ゲッターが酸化されていない高真空環境下で行われる。複合金属フィルムゲッターは、シールド層を介して接地内部接続シリコンに電気的に接続されており、従って、マイクロデバイスを保護してデバイスへのあらゆる寄生効果を最小にする。
【００３３】
本発明は、関連したパッケージ化と同時に製造される通気通路およびマイクロデバイスを提供することによって、真空下において密閉マイクロデバイスをパッケージ化する単純な方法を有利に提供する。結果として生じるデバイスは、低コストで効率的なマイクロデバイス、例えばジャイロスコープの提供の問題を解決する。基材、シリコン層、ガラスキャップ及び本願で示された各種パターンを含む構成要素の形状寸法は、マイクロデバイスの多様な異なるタイプに適応可能である。当然のことながら、他の形状寸法もまた、記載された本発明の工程を利用するために用いられてもよい。この実施形態はジャイロスコープの構造およびパッケージ化を詳述しているが、本発明は、パッケージ化と同時に製造され、密閉真空環境が要求されるデバイスへの他の適用を有することができる。
【００３４】
本発明は、特定の実施形態に関して詳しく示すとともに記載しているが、本発明の幅広い範囲から逸脱することなく、各種の変更がなされるとともに本願の要素が等価物に置換されることが当業者に理解されるだろう。加えて、本願の重要な範囲から逸脱することなく本発明を教示するために、特定の状況または材料に適応すべく多様な変更がなされてもよい。従って、本発明は本願で開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る真空密閉マイクロデバイスの製造工程を示す断面図であって、基材、シリコン層、及びキャップを示す断面図。
【図２】本発明に係る真空密閉マイクロデバイスの製造工程を示す断面図であって、キャップ凹部、基材凹部、金属製の電極、及び内部接続部の図１への追加を示す断面図。
【図３】本発明に係る真空密閉マイクロデバイスの製造工程を示す断面図であって、シリコン層の図２の基材への組み立てを示す断面図。
【図４】本発明に係る真空密閉マイクロデバイスの製造工程を示す平面図であって、図３の組立品を示す平面図。
【図５】本発明に係る真空密閉マイクロデバイスの製造工程を示す断面図であって、図３の最終組立品を示す断面図。
【図６】本発明に係る図３のゲッター層の別例を示す断面図。
【図７】本発明に係る組立品の代替実施形態を示す断面図。
【図８】本発明に係る方法を示すフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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