(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）とその製造方法に関するものであり、具体的には垂直方向に集積化したＭＥＭＳシステムに関するものである。ＭＥＭＳと垂直方向に集積化したＭＥＭＳの製造は、好ましくはウエハーレベルで、基板に選択的に接合されたＭＥＭＳレイヤー上に複数のＭＥＭＳを形成すること、及び前記ＭＥＭＳレイヤーを無傷で取り除くことにより容易にされる。
2005500172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳレイヤーであって、前記ＭＥＭＳレイヤー上にＭＥＭＳを形成する前の前記レイヤーは基板層に選択的に接合されるものであり、前記選択的な接合は前記ＭＥＭＳレイヤーと前記基板層間の接合インターフェースにおいて少なくとも１つの強接合領域及び少なくとも１つの弱接合領域を含むものであり、複数のＭＥＭＳが前記弱接合領域において前記ＭＥＭＳレイヤーの表面或いは内部に形成され、更に前記ＭＥＭＳレイヤーは主に前記強接合領域でデボンディングされることによって前記基板から取り外されるようになっている、前記ＭＥＭＳレイヤー。
【請求項２】
請求項１記載のＭＥＭＳレイヤーにおいて、前記ＭＥＭＳレイヤーは、前記ＭＥＭＳレイヤーと前記基板層間の接合インターフェース周縁部において前記基板層に選択的に接合されるようになっている。
【請求項３】
垂直方向に集積化されたＭＥＭＳシステムであって、請求項１記載のＭＥＭＳレイヤーと、それに関連付けられた制御層を有する、ＭＥＭＳシステム。
【請求項４】
請求項３記載の垂直方向に集積化されたＭＥＭＳシステムにおいて、前記関連制御層は、ロジック部と、メモリ部と、熱制御部と、前記ＭＥＭＳレイヤーの表面或いは内部に形成された類似のＭＥＭＳと、前記ＭＥＭＳレイヤーの表面或いは内部に形成された異なるＭＥＭＳと、それらのあらゆる組み合せと、から成る制御コンポーネントの群から選択されたものである。
【請求項５】
ＭＥＭＳレイヤーの製造方法であって、
第２の層に選択的に接合された第１の層を有する層構造を提供する工程であって、前記選択的接合は、１つ又は複数の弱接合領域と１つ又は複数の強接合領域とを有する、前記工程と、
前記弱接合領域において、前記第１の層の内部又は表面にあるＭＥＭＳの少なくとも１部分を処理する工程と
を有する、前記製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記第２の層から前記第１の層をデボンディングする工程をさらに有し、前記デボンディングは、前記ＭＥＭＳを最小限にしか損傷しないものである。
【請求項７】
ＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
第１の層と第２の層を提供する工程と、
弱接合のために前記第１の層、前記第２の層、又は前記第１の層と前記第２の層両方の領域を処理する工程と、
前記第１と前記第２の層を接合する工程と、
前記弱接合領域で前記第１の層上に１つ又は複数のＭＥＭＳを形成する工程と
を有する。
【請求項８】
ＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
第１の層と第２の層とを選択的に接着する工程と、
前記弱接合領域で前記第１の層上に１つ又は複数のＭＥＭＳを形成する工程と
を有する。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接着剤又は処理工程により処理されてなる接合インターフェースに強ボンド領域を提供する工程を有し、さらに前記弱ボンド領域は前記第１の層と前記第２の層間の接着剤又は処理工程で処理されていない接合インターフェースに残るものである。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は、前記第１の層と前記第２の層間の接着剤又は処理工程で処理された接合インターフェースに強ボンド領域を提供する工程を有し、さらに弱ボンド領域は、前記強ボンド領域と比べて、前記第１の層と前記第２の層間のより低い接着度で処理された接合インターフェースに残るものである。
【請求項１１】
請求項８記載の前記方法において、前記選択的接着は、前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、この弱ボンド領域は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースでの強ボンド領域よりも大きい多孔性を有するものである。
【請求項１２】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、この弱ボンド領域は複数の柱を有するものである。
【請求項１３】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、この弱ボンド領域は多孔質炭素材を有するものである。
【請求項１４】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに強ボンド領域を提供する工程を有し、この強ボンド領域は接着を促進するために照射を受けるものである。
【請求項１５】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、この弱ボンド領域は固体材料及び分解可能な要素を有するスラリーから得られた多孔質固体材料を有するものである。
【請求項１６】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、この弱ボンド領域はボイド（ｖｏｉｄ）を有するものである。
【請求項１７】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は金属を有する前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、前記第１の層と前記第２の層は、半導体、絶縁体、又は半導体及び絶縁体の組み合せを有するものである。
【請求項１８】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに強ボンド領域を提供する工程を有し、この強ボンド領域は親水性の特徴を有するものである。
【請求項１９】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに強ボンド領域を提供する工程を有し、この強ボンド領域は接着剤を有するものであり、前記接合インターフェースは光によって層間剥離されるようになっている。
【請求項２０】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに弱ボンド領域を提供する工程を有し、この弱ボンド領域は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェースに注入されたイオン又は粒子を有するものである。
【請求項２１】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は、共晶、溶解、陽極、真空、ファンデルワールス、化学的接着、疎水性現象、親水性現象、水素結合、クーロン力、毛管力、超近距離力、又は前記接合技術の少なくとも１つを有する組み合せから成る群から選択された接合技術を含む。
【請求項２２】
請求項８記載の方法において、前記選択的接着は前記第１の層と前記第２の層間の接合インターフェース周縁部に強ボンド領域を提供する工程を有する。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法は、さらに前記強ボンド領域を選択的に走査することによって前記第２の層から前記第１の層をデボンディングする工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の分野
本発明は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）及びその製造方法に関するものであり、より具体的には垂直方向に集積化されたＭＥＭＳシステムに関するものである。
【０００２】
従来技術の説明
ＭＥＭＳの分野においては、ＭＥＭＳベースのセンサへの適用が激増したことから急成長の段階を迎えている。主要な報道ではゲノム・ラボ・オン・チップや超微細ロボットについて特に注目しているが、ＭＥＭＳ技術の最大の利点はこのように工具やセンサを小型化することから得られるものではない。むしろその最大の利点は工具やセンサをより安価に作成することから得られるものである。大部分のＭＥＭＳデバイスはスタンドアロン型の部品であるから、ユビキタス集積化による価格上の利点はこのアプローチでは得られない。ＭＥＭＳデバイスは、従来、電子マイクロチップの製造方法から引き継がれた方法を利用することで生産される。集積化はマイクロエレクトロニクス革命をもたらした。大規模集積回路（ＬＳＩ）は、何百万ものトランジスタを単一のチップ上に配置したもので、それは着実に費用を減少することで市場にさらなる力をもたらし続けている。さらにマイクロエレクトロニクスの集積化は次のレベルに移行しており、単一チップ上にシステムを作成したり、単一パッケージ中にシステムを作成できるようになっている。一方、単一チップ上へのＭＥＭＳデバイスの集積化は、大部分が現実されていないままである。ＭＥＭＳ集積化への挑戦は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）への挑戦とは非常に異なる。ＣＭＯＳ技術は１億個のトランジスタ集積回路（ＩＣ）のマイルストーンに達したが、ＭＥＭＳ界はまだ大部分が個別のデバイスから構成されている。ＭＥＭＳ産業においては小規模な集積化が断片的に行われているのみである。多くのＭＥＭＳは、従来のＭＥＭＳ製造の要求された処理過程のために個別のデバイスになっている。
【０００３】
製造コストを削減することに加えて、ＭＥＭＳデバイスの集積化は、前記デバイスの機能を拡張することに大きく貢献する。一般に大部分のマイクロセンサの感度はサイズの縮小と共に幾何学的に低下する。例えば、ねじれ容量型加速度センサからの出力は側方次元（ｌａｔｅｒａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の５乗で下降する（Ｇａｂｒｉｅｌｓｏｎ，Ｔ．Ｂ．，「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｎｏｉｓｅ  ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ａｎｄ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒｓ」，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＳＭＥ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．１７（４），ｐ．４０５（１９９５））。線容量（ｌｉｎｅ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）や信号対雑音比の問題は、搭載回路なしにそのようなセンサを縮小し、逓減信号のように検知し処理することを非実用化することである。今日の産業において、ＭＥＭＳセンサ集積化の主な焦点はオンチップ制御回路を提供することにある。自動車産業は単一のチップ上への異なるセンサの組み合せにおいて指導的立場を取ってきた。例えば、多くの圧力センサと加速度センサにおいては、温度補償のためにオンチップ温度計を加えることによってレスポンス曲線の温度感度の問題に対応する。更なる以下のようなステップが達成されている。例えば、トヨタ・日本電装は、同一のチップ上にエンジン圧力や温度のためにセンサを組み合せた自動車センサ一式を衝撃エアバッグトリガーとして報告した（Ｔ．Ｆｕｊｉｉ，Ｙ．Ｇｏｔｏｈ，ａｎｄ  Ｓ．Ｋｕｒｏｙａｎａｇｉ，「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｄｉａｐｈｒａｇｍ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ」，Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ａ３４：２１７（１９９２））。しかしながら、前記のようなセンサ一式は、複雑な設計と広範囲な開発資源がその構築に必要とされるために高度に特殊な機能と大量生産の隙間市場であり続ける。
【０００４】
集積化は引き続き困難である。ポリシリコンはマイクロマシニングのための主材料であり、ＭＥＭＳ集積化における葛藤の最適な例である。蒸着（約６３０℃）及びアニ−リング（>９００℃）における高温はアルミニウム及び銅メタライゼーションに適合しない。前記プロセスの流れは妥協されなければならないか、又はタングステンのようなより高価でより抵抗性のある耐熱性金属が用いられなければならない（Ｋ．Ａ．Ｈｏｎｅｒ，「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｐｈ．Ｄ．ｔｈｅｓｉｓ，Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍａｒｃｈ，２００１）。ＭＥＭＳ処理は、温度過敏性の高い薄膜材料、非常に深いエッチング、アノーディック接合、及び必要な疲労緩和のためのアニ−ル等からもたらされる集積化に対する一連の挑戦を有するものである。単一チップ上に集積化されたセンサ一式を設計する場合には、例えば一般的な加速度センサを形成するために用いられる工程をＩＣ温度センサ又は薄膜サーミスタに組み合せることに多くの挑戦がある。更に結果として生じた設計は柔軟性がないものであり、改良型センサの機能をアップグレードするためには完全な再設計と新規のマスクセットの購入を必要とする。
【０００５】
垂直方向の集積化又は同パッケージ中のマイクロデバイスの積層化は、パッケージの容量減少、回路密度の増加及びボードスペースの節約、及び性能と機能性を高める魅力的な方法である。チップ間の遅延の減少及び消費電力の削減は、両方とも積層による集積化の利点である。前記デバイスが薄形化され相互に上方向に積み重ねられる場合、コストや回路密度の利点は潜在的に大きい。ＩＣ及びＭＥＭＳプロセス両方において、シリコンウエハーの第３次元方向の利用は大部分がされないままである。
【０００６】
２次元デバイスの垂直方向の積層化への現在の商用アプローチは、チップスケールのものであり、研削によるウエハーの薄形化に依存する。大部分の方法はスルーホール又はワイヤー接合され積み重ねられた母娘チップの方法による相互接続に依存する。現在の方法は全て、パッケージのサイズ、コスト、信頼性及び生産高の影響に関して限界がある。このような困難にもかかわらず、３次元集積化を得るためのデバイスの積層化は、特にＭＥＭＳをＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）コントローラと組み合せることにおいて、その応用対象を見出しつつある。組み合せ個別のチップを積み重ねることによって作成された高密度のメモリパッケージには特殊な応用が見出されている。
【０００７】
３次元パッケージ化の成功例は、Ｉｒｖｉｎｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ（Ｉｒｖｉｎｅ、ＣＡ）及びＩＢＭによってなされている。個別のダイは、エッジリフトオフ工程を使用して積み重ねられ相互接続される（Ｊ．Ｍｉｎａｈａｎ，Ａ．Ｐｅｐｅ，Ｒ．Ｓｏｍｅ，ａｎｄ  Ｍ．Ｓｕｅｒ，「Ｔｈｅ  ３Ｄ  ｓｔａｃｋ  ｉｎ  ｓｈｏｒｔ  ｆｏｒｍ（ｍｅｍｏｒｙ  ｃｈｉｐ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ）」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ４２ｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ（１９９２））。ノウン・グッド・ダイ（ＫＧＤ）は薄層化されたものである。前記ダイの縁部においてはんだバンプは、前記積み重ねられたダイを位置合わせし相互接続するために用いられる。前記ダイは、エポキシマトリクス中に埋め込まれる。前記エポキシは異なるサイズのダイを位置決めすることを容易にし、前記相互接続面として使用される。個別の積層化及びダイの相互接続は、ＫＧＤの必要条件に伴い非常に高価な製造方法となる。
【０００８】
３次元パッケージ化の別の成功例は、全ウエハー上にポリイミドの絶縁層に溶着された金の相互接続トレースを適用することによって高密度に積み重ねられたメモリモジュールを製造するＣｕｂｉｃ  Ｍｅｍｏｒｙによってなされている。しかしながら、積層化及び垂直方向の相互接続はまだ個別のチップスケールである。
【０００９】
３次元パッケージ化の更なる成功例は、Ｔｅｓｓｅｒａ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＣＡ）によってなされたもので、Ｉｎｔｅｌと共同してマイクロボールグリッドアレイ（ｍｉｃｒｏ−ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）接合を介して柔軟な基板上に前記チップを取り付け、前記チップ搭載テープをその上にゼット折することによってチップスケールの積み重ねられたパッケージを開発している。
【００１０】
また、Ｚｉｐｔｒｏｎｉｘは、明らかにＩＣのウエハースケールの積層化を開発している。アラインメント、ストレス管理、温度管理、高密度相互接続及び生産高に伴う重要な挑戦はさらに取り組まれている。
【００１１】
利用可能な垂直方向の集積化では様々な欠点がある。１つの主な欠点は歩留まり損失にある。現在市場にあるデバイス積層化に対する全てのアプローチはダイスケールである。個別のダイが用意され、位置合わせされ、積み重ねられ、及び接続される。そのプロセスは高価で、前記積層による歩留まり損失は層中の各デバイスに対する複合歩留まり損失である。増加した歩留まり損失は、積層したＳＲＡＭのような安価なデバイスに対しては耐えられる場合がある。しかしより高価なデバイスが積層される際には、その解決方法はノウン・グッド・ダイ（ＫＧＤ）を使用することにある。ＫＧＤではパッケージされないダイ毎にバーンインテストが実施される。更に前記積層は各層の完成後に電気的テストを必要とする。そのプロセスは非常に高価で、その適用は軍隊や人工衛星技術等の高エンドユーザに限定されるものである。
【００１２】
従来の垂直方向の集積化のその他の欠点は、前記技術がダイスケールに限定されるという事実にある。Ｚｉｐｔｒｏｎｉｘの未だ市場に届いていないアプローチを除いて、積層化デバイスの前記アプローチの全ては、ダイスケールである。ウエハースケール製造の重大な経済的利点は、これらの技術には完全に利用できない。個別のダイを処理しテストする高コストのためにこれらの方法はハイエンドの適用に制限される。
【００１３】
従来の垂直方向の集積化のその他の欠点は、材料の非互換性に関するものである。有機的な接着剤及び埋め込み用樹脂は、前記積層を構築するために使用される。接着剤と埋め込み用樹脂の使用は多くの有用なプロセスと互換性がない。前記接着剤の熱膨張係数（ＴＣＥ）は、前記ウエハーのＴＣＥに一致しない。次のプロセス及びダイの亀裂や層間剥離を避けるためのデバイス操作において、温度や熱サイクリングは厳密に制限されなければならない。さらに前記接着剤の大部分は有機化合物であるので、酸化環境、高温及び過度な化学物質に晒されることを含む半導体プロセスとは互換性がない。
【００１４】
センサ集積化は非常に高価で設計に特化した取り組みを残している。電流センサの集積化は主に自動車産業に見られ、高い設計費用は部品の膨大な量の生産によって返済される。集積化の新規なシステム及び方法は、集積化されたＭＥＭＳデバイスの広大なポテンシャルをより幅広い適用へ利用可能にさせるために必要である。
【００１５】
半導体及びＭＥＭＳデバイスは、ウエハーの厚さのごく一部にのみ作成され、前記ウエハーの厚さの大部分は前記デバイスの製造中に構造的な保持を提供するために使われている。確かに、完成したウエハーをパッケージ化する前に裏面研削し熱伝導性を向上させることは一般的になされている。超薄形デバイスのさらなる特徴はそれらが柔軟であることにあり、そのことはワイヤー接合やパッケージングにおける機械的負荷を管理する際に有利である。非常に薄い層はこのような利点を有するにもかかわらず、１００ミクロン以下の薄層化は、非常に高価で、そのためほとんど実施されない。前記ウエハーのいかなる領域において穴あきを避けるために、ラッピングは低速で実施されかつこのラッピングは慎重なウエハー厚マッピングのもとに繰り返し実施されなければならない。ウエハーの薄層化は、裏面のウェットエッチング又はプラズマエッチングの場合でも、厚さ均一性及びブレークスルーに関して上記と同様の複雑さで実行されなければならないであろう。各層は、エッチング又は研磨停止部材として前記ウエハーに組み込まれる。例えば、窒素ケイ素層は硬研磨停止部材としてシリコンに組み込まれ、又は、ボーン注入層がドーパント選択エッチングを停止することができる。これらの方法は効果的であるが、それらは高価でその実施は困難である。
【００１６】
ＭＥＭＳセンサのアプリケーションは急成長している。全ての種類のマイクロシステムの市場規模は２０００年＄１４Ｂ以上と見積もられ、年平均成長率（ＣＡＧＲ）予測は２１％である。前記のような環境監視装置は、市場の５％未満であるが、次の４年にわたって予測されたＣＡＧＲ３５％は市場平均より非常に高い（Ｒ．Ｈ．Ｇｒａｃｅ，「Ｔｈｅ  Ｎｅｗ  ＭＥＭＳ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｋｉｌｌｅｒ  Ａｐｐｓ」，Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｊｕｌｙ  ２０００）。コスト及び信頼性の改善は、多くの従来形のセンサのマイクロセンサへの置き換えを引き起こす主要な駆動力である。マイクロセンサは、加速度、振動、圧力、温度、湿度、歪み、近接、回転、アコースティックエミッション及び多くのその他のものの測定に利用可能である。適用例は、自動車のエアーバッグ安全システム、他の自動車のアプリケーション、防犯システム、衝撃センサ、生物医学的アプリケーションを含む。
【００１７】
自動車のエアーバッグ安全システムは、ＭＥＭＳ加速度計によって起動される。ＭＥＭＳセンサによって手に入れやすくなったエアーバッグシステムにより毎年１，０００以上もの人命が救われている。全米高速道路交通安全委員会（ＮＨＴＳＡ）は、衝撃の強度及び位置及び乗員の存在、位置、動作及び重量に応じて調整するセンサアレイを有する高性能のエアーバッグシステムによって数百より多くの人命が救われると見積もる（「Ａｄｖａｎｃｅｄ  ａｉｒ  ｂａｇｓ，ｆｉｎａｌ  ｅｃｏｎｏｍｉｃ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ」，ＦＭＶＳＳ  ＮＯ．２０８，ＮＨＴＳＡ  Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  &  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｐｌａｎｓ  ａｎｄ  Ｐｏｌｉｃｙ，Ｍａｙ，２０００）。エアーバッグ配備用のセンサ市場は、過去５年間で２０〜２５％ＣＡＧＲの急成長を遂げた。
【００１８】
ＭＥＭＳにとって自動車へのアプリケーションは莫大なものである。ＭＥＭＳセンサによって、エンジン油、燃料、冷却液、トランスミッション及びブレーキ液のレベルが測定される。圧力センサは、ＡＢＳラインの圧力、真空レベル、燃料噴射圧力、タイヤ圧力及びより多くものを監視する。化学及び流量センサは、排気メークアップ（吹込みフロー）を監視するために使用される。温度センサは、エンジン性能を最適化し、湿度センサに伴い車内の快適さを決定する。ドライバの安全性及び利便性は、ヨーレートを測定するための車両動的制御及び衝突防止近接センサによって高められる。さらに多くのものがある。より安価でより強力なセンサ一式はドライバの安全性を高め、車内の快適さを改善し、エンジンをより長く存続させ、より環境に配慮させるような非常に大きな可能性を有する。
【００１９】
防犯システムはセンサのタイプを組み合せ、検出網を広げて警報の知的冗長性による誤警報を制限する。近接、動作、振動及び熱検出が組み合わされる。集積化センサアレイは、兵力及び動向を監視する戦場センサ網に対して莫大な可能性を有する。マイクロセンサ一式を用いて集積化された小型化無線通信は、膨大な可能性を有するスマートセンサウェブを可能にする（Ｊ．Ｍ．Ｋａｈｎ，Ｒ．Ｈ．Ｋａｔｚ  ａｎｄ  Ｋ．Ｓ．Ｊ．Ｐｉｓｔｅｒ，「Ｍｏｂｉｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｓｍａｒｔ  Ｄｕｓｔ」，ＡＣＭ／ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｌ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＭｏｂｉＣｏｍ  ９９），Ｓｅａｔｔｌｅ，ＷＡ，Ａｕｇｕｓｔ  １７−１９，１９９９）。
【００２０】
衝撃センサは、機械的障害の間、読取り／書込み操作を禁止することによってディスクドライブを保護する。製品寿命は振動センサからのデータにより延長されることができ、重要な部品の差し迫った故障は予測され、基幹システムの故障時間を減少する。環境監視装置は、水及び空気試験と同様に製品在庫及び品質管理のモニタリングに有望である。
【００２１】
生物医学的適用は真に画期的であり、ＤＮＡ塩基配列決定法をはるかに超え、疾病のための新しい迅速試験だけではなく新規なドラッグ発見技術を含むものである。生活の質の面での莫大な改善は、改良されたドラッグ配送方法や補聴器及び人工視力のような生体力学的なデバイスからもたらされる。
【００２２】
光スイッチ及び光スイッチング部品（例えば可変光減衰器）はまたＭＥＭＳを使用して提案され形成されるものであり、例えば、所望の方向に光を導き、遅延及び他の機能を与える回転マイクロミラーを含む。
【００２３】
マイクロシステム市場は、大きく、急速に大きくなっている。経済的でセンサのいかなる種類にも万能である集積化されたセンサ一式を構築する方法は巨大な可能性を有し、多くの新規で刺激的なアプリケーションを作成する。より安価でより強力なセンサは社会のあらゆる側面に莫大な肯定的影響を与える。
【００２４】
ＭＥＭＳ温度、湿度及び衝撃センサのための様々なセンサ技術が存在する。温度は多くの手段により測定され、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、サーミスタ及びＩＣデバイスが最も一般的である。温度変化に基づいて電気信号を生成するために圧力変更の容量性の測定を使用することもまた可能である。これは圧力感知発振器として実施され、所要電力を比較的高くするものである。前記ＲＴＤもまた比較的高い動作電流を必要とし、自己発熱は短い負荷サイクリングを実施困難にさせる。これに反して、非常に低電力の薄膜サーミスタは単純に構成される。アモルファスゲルマニウムサーミスタは、２Ｖで１ｍｉｃｒｏＡしか得られないことが報告されている（Ｇ．Ｕｒｂａｎ，Ａ．Ｊａｃｈｉｍｏｗｉｃｚ，Ｈ．Ｅｒｎｓｔ，Ｓ．Ｓｅｉｆｅｒｔ，Ｊ．Ｆｒｅｕｎｄ，Ｆ．Ｋｏｈｌ，「Ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｆｌｏｗ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ  ＸＩＩＩ，Ｔｈｅ  １３ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，ｐ．６９１（１９９９））。抵抗の温度係数（ＴＣＲ）は、室温で約−２％／Ｋと報告されている。そのような低電流ドレインでは、前記サーミスタの自己発熱効果は支障なく無視される場合がある。更なる利点は、前記センサが外部電流源を必要としない電力供給源（電池）によって操作可能なことである。レスポンス曲線は、放物線であるが、十分に線形の特徴を有するものであり、その線形化は必要でなくてもよい。
【００２５】
集積回路センサは、シリコン接合の順方向電圧の周知である温度依存から温度を得る。３Ｖで作動するＣＭＯＳ温度計が市販されている。低電流電源（５０μＡを大きく下回る）は非常に低い自己発熱（０．１℃未満）を生成する。ナショナル・セミコンダクター（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は、<１０ｍｉｃｒｏＡを引き出し３Ｖで作動する低消費電力ＣＭＯＳ温度計を提供している（ＮＳＣ部品ｎｏ．ＬＭ１９）。コストは、<１０００の量で＄０．２０である。アナログデバイス（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）は、０．５μＡ未満の電流電源を切断する内蔵式運転停止機能を有するＣＭＯＳ温度計を製造している（Ｐａｒｔ  ｎｏ．ＴＭＰ３５／ＴＭＰ３６／ＴＭＰ３７，Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ）。
【００２６】
相対湿度センサは、大気中の湿度の吸収に対応して材料特性における変化を検出する。対象の前記材料特性は、キャパシタンス・ゲージ、抵抗湿度センサの電気インピーダンス又は熱伝導率において見られるような誘電体機能であってもよい。容量性の相対湿度（ＲＨ）センサは、多くの工業用及び気象のアプリケーションにおいて使用される単純なデバイスである。容量性のＲＨセンサは、低温度係数及び低消費電力（<１０ｍｉｃｒｏＡ）を有する。
【００２７】
標準のＭＥＭＳ衝撃センサは、容量性、ピエゾ抵抗、及び圧電測定に基づくものである。外部電源は、可変静電容量センサ又はブリッジタイプのピエゾ抵抗デバイスに必要とされる。しかし、圧電（ＰＥ）は外部電力供給から電流を引き出すことなく電気信号を生成する。ＰＥセンサからのハイインピーダンスの出力信号は、電磁雑音を検出させ易くし、その測定回路に取り組まれることを必要とする。
【００２８】
多くのセンサはまたオンボード電源（例えば電池）を有する。一般の市販されている電池、リチウム一次電池は長時間電池寿命に対応するために用いられている。リチウム電池は、３Ｖの動作電圧及び高エネルギー密度、長い（１０年以上）貯蔵寿命、良好な低温作動及び優秀な漏れ抵抗を有する。前記センサ一式を負荷サイクルすることを所望する場合、それらはまたパルス放電に適している。
【００２９】
長い電池寿命は低平均電流ドレインを必要とする。低平均電流ドレインは、常時接続のデバイスの極めて低い一定のドレイン電流又は非常に低い動力クロック・リレーを使用して前記センサ一式をより高い動作電流に負荷サイクルさせることのどちらかによって得ることができる。市販のリチウム・コイン電池のエネルギー密度は２５〜１７００ｍＡｈへ及び、最も代表的なリチウム電池の静電容量は３００〜４００ｍＡｈである。４００ｍＡｈ電池（Ｔａｄｉｒａｎ  ＴＬ−５１８６）では、１０年の電池寿命に達するために、この平均電流ドレインは、４．５ｍｉｃｒｏａｍｐｓ未満でなければならない。これは極めて低い動作電流であり、市販の加速度計（衝撃センサ）の必要条件外である。より大きくより高価な円筒形電池が用いられなければならないか（最高１９Ａｈまで利用可能）、又は前記センサ一式は起動され又は負荷サイクルされなければならない。温度及び湿度は時間ごと又はそれ以下の低いサンプリングレートに適切な緩やかに変化する変数であるが、影響は偶発的である。衝撃センサは常時接続していなければならないか、又はトリガー・インパルスの後で急速な始動ができなければならない。パッケージ衝撃は比較的短い継続時間のイベント（５〜３０ｍｓｅｃ）であり、従って起動された衝撃センサはスリープ・モードからサブミリセカンドの応答ができなければならない。Ｄａｌｌａｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＤＳ１３０６Ｅは警報を有するリアルタイムクロックであり、１ｍｉｃｒｏＷの平均電力ドレインで作動し、１ｍｉｃｒｏＷの全スリープ消費電力を保証する。
【００３０】
室温排出曲線は、前記ドレイン電流が<３０ｍｉｃｒｏａｍｐｓである場合、１０年の操作寿命が３Ｖリチウム電池において可能であることを示している（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｅｎｅｒｇｉｚｅｒ．ｃｏｍ／ｄａｔａｓｈｅｅｔｓ／＿ｐａｒｔｏｆ／ｓｐｌａｓｈ．ｈｔｍ）。非常に低温な状態（−２１Ｃ）での連続作動は、約１桁その寿命を縮める。
【００３１】
当該のＭＥＭＳの質量使用に対応し、ＭＥＭＳを日常生活のより多くの側面に取り入れるために、より経済的な製造方法が必要とされる。チップスケール技術又は従来のシンニング技術を使用しているウエハースケール技術に基づいたＭＥＭＳ製造は経済的なＭＥＭＳ集積化に適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
従って、本発明の主要目的は低価格ＭＥＭＳを提供することである。
【００３３】
本発明のもう１つの目的は垂直方向集積化ＭＥＭＳを提供することにある。
【００３４】
本発明のさらなる別の目的は、１つ又はそれ以上のＭＥＭＳデバイス及び関連エレクトロニクス、光学システム、太陽電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）、電気化学セル、温度管理、通信システム及び／又は他の機能を含む垂直方向に集積化されたＭＥＭＳを提供することにある。
【００３５】
本発明の更なる目的は、ＭＥＭＳ及び垂直方向集積化ＭＥＭＳを製造する方法を提供することにあり、デバイス層がＭＥＭＳ、マイクロエレクトロニクス及び／又はその他の構造の処理が可能な状態で支持層に提供される。
【００３６】
本発明のもう１つの目的は、ＭＥＭＳ及び垂直方向集積化ＭＥＭＳの製造方法を提供することにあり、デバイス層はＭＥＭＳ、マイクロエレクトロニクス及び／又はその他の構造の処理が可能な状態で支持層に提供され、その内部又はその面上に形成された前記構造を有する前記デバイス層が前記デバイス層上に形成された前記構造を損傷せず又は最小限の損傷で前記支持層から（例えばピーリングによって）容易に取り除かれ、前記デバイス層はＭＥＭＳを形成し、又は異なる或いは同様に有用な構造の複数のデバイス層は垂直方向に集積化されたＭＥＭＳ一式を形成するために位置合わせされ積み重ねられる。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記で議論されその他の従来技術の問題及び欠点は本発明の方法及びデバイスにより克服され又は軽減され、本発明の目的が達成される。ウエハースケールの除去、移送、及び薄デバイス層の積層化は、ＭＥＭＳの３次元集積化のための有効で効率的なシステムを提供するものである。ウエハー接合（ボンディング）及びデボンディングは、デバイスの経済的な３次元集積化を可能にするカスタマイズ可能なウエハーを製造するために採用される。
【００３８】
ＭＥＭＳデバイス又はデバイス一式は多重層基板を使用して組み立てられたものであり、選択的に第２の層に接着又は接合された第１の層を含むものである。前記層は好ましくはウエハーの層である。このプロセスは、有用な層上にある処理されたデバイスを損傷させることなく薄い前記「有用な」層の除去及び移送を可能にするために設計されたスタート用基板ウエハーを使用する。前記技術は、設計過程を単純化及び可能にするため及びウエハーレベルでセンサ及びコントローラの垂直方向の集積化を可能にするために用いられる。選択的な接合技術を使用する単純化された薄膜層の移送では、設計は簡単になる。あらゆるＭＥＭＳセンサ及びアクチュエータの安価で柔軟性のある集積化が、ＭＥＭＳ及びマイクロエレクトロニクス・ハイブリッドと共に得られる。前記技術は、極めて高密度なマイクロエレクトロニクスを作成することに拡張可能である。
【００３９】
前記選択的な接合アプローチは、大規模フィロ葉状構造（ＭＦＴ）を形成する前記設計過程を薄膜層を生成し移送する費用効果の高い手段を提供することによって開発する。以前の複雑なプロセス工程は単純な工程に分割される。アンダーカット及びその他の従来のリフトオフ技術の困難は、ウエハースケールでコンポーネント層を剥離し、その層を１度に１層ずつ積み重ねることによってなくすことができる。このように、積層されたスタート用ウエハーを用いていかなる層も移送することが可能である。前記選択的な接合プロセスは複数のコンポーネント層及び更に全体が完成したハイブリッド型デバイス（ＭＥＭＳ及びマイクロプロセシングシステムを含む）のウエハースケールの移送に適用され、その他のものの間で、このことにより効果的にＭＥＭＳ技術に集積化をもたらしている。
【００４０】
ＭＥＭＳの製造方法は、その内部やその面上に有用な構造を任意的に有する第１の層を第２の支持層に選択的に接着する工程と、前記第１の層を取り除く工程と、同様な又は異種の有用な構造（又はいずれでもない）を用いて前記プロセスを繰り返す工程と、３次元の集積された構造を形成するために前記複数の層を積み重ねる工程とを有する。
【００４１】
この方法は、安価なマイクロエレクトロニクス、ＭＥＭＳセンサ、ＭＥＭＳアクチュエータ、ハイブリッド型ＭＥＭＳ・マイクロエレクトロニクス又はあらゆる組み合せの生産を可能にする。
【００４２】
上記に議論されその他の本発明の機能及び利点は、下記の詳細な記述及び図面から当業者によって認識され理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明においてＭＥＭＳデバイスは垂直に積み重ねられるものであり、他のマイクロシステム（これに限定されるものではないが、マイクロエレクトロニクス、マイクロフルイディクス（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）、温度管理及び同様なものを含む）の３次元集積化を提供するものである。ＭＥＭＳデバイスの臨界寸法は最先端のＣＭＯＳと比較してかなり大きく、ウエハーレベルの位置合わせの基準を著しく緩和する。また、所定のデバイスの必要なピン数は比較的少なく、そのため垂直方向に集積されたマイクロエレクトロニクスと比較して垂直方向の相互接続を単純化する。例えば、市販の温度計（１−ｗｉｒｅＴＭ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ，ｐａｒｔ  ｎｏ．ＤＳ１８２０（ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ））及び湿度計（Ｄａｎ  Ａｗｔｒｅｙ，「Ａ  １−Ｗｉｒｅ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  Ｓｅｎｓｏｒ」，Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｖｏｌ．１７（８），Ａｕｇ．２０００）チップは、電源及びデータ通信両方に対して単一のねじりペアリード線しか必要としない。垂直方向の相互接続を最大化することができ、信頼性に極めて肯定的な影響を与える。積層されたＭＥＭＳセンサの他の側面は消費電力がＭＥＭＳセンサにとしては比較的低いことであり、この温度管理を簡易にする。
【００４４】
この製造方法を用い、ウエハースケールのボンディングを利用することによって、垂直方向の集積化のコストは個別デバイスを形成するコストと同じにすることができ、最終的には大幅に減少することができる。
【００４５】
垂直方向に集積したＭＥＭＳ一式、例えば１つ又はそれ以上のセンサ、光スイッチ、通信システム（例えばアンテナ、送信器）又はその他の機能のＭＥＭＳを含む、が開示される。前記製造方法は柔軟性があり、あらゆるＭＥＭＳのハイブリッド組み合せが製造でき、且つ設計のアップグレードを容易にする。前記方法は集積化ＭＥＭＳのコストを削減し、アプリケーションの新規なクラスにおける使用を可能にする。
【００４６】
接合強度は、全デバイス層が完成した後でこれらデバイス層の除去及び移送を可能にするスタート用ウエハーを作成するために制御される。これらの接合されたウエハーは、デバイスの加工処理に耐えるように設計され、困難な研削及びエッチングなしにウエハースケールで前記薄形デバイス層のピーリングを可能にする。
【００４７】
ＳＯＩウエハーを製造する新規な方法は、イオン注入の損傷の面に沿って制御された劈開によってシリコンウエハーから薄膜層の移送を利用する。通常この層は、シリコン−酸化物−シリコンの積層板を形成するために酸化シリコンウエハーに永続的に接合されるものである。前記接合は接着剤なしで作成される。永続的な接合を形成することへの代替として、前記接合強度は、ウエハー面の全体に又は強弱接合域の選択されたパターンのどちらにおいても制御されることができる。例えば、前記接合エネルギーはナノスケール・ラフニング（ｎａｎｏｓｃａｌｅ  ｒｏｕｇｈｅｎｉｎｇ）によって制御されることができる。制御されたエネルギーの内部面を使用してこれらのウエハーは、信頼できるセンサの設計を組み立てるために用いられるものである。組み立ての後、各薄形センサデバイス層は、ハンドルウエハーへ移送される。前記デバイス層の移送及びボンディングはウエハースケールで起こり、すなわち上層部全体は１つの断片に移送され、前記ハンドルウエハーに直接接合される。センサ又はコントローラの更なる層は、３次元センサ一式を作成するために元々移送された層上にあるハンドルウエハー上へ積み重ねられることができる。このアプローチは、あらゆる種類のセンサが積み重ねられた一式に集積されることを可能にする。
【００４８】
図１を参照すると、選択的に接合されてなる多重層基板１００が示されている。前記多重層基板１００は、露出面１Ｂ及び層２の面２Ａに選択的に接合された面１Ａを有する層１を含む。層２はさらに反対側の面２Ｂを含む。一般的に、前記選択的に接合されてなる多重層基板１００を形成するには、層１、層２、又は層１と層２の両方が弱接合領域５及び強接合領域６を定義するために処理され、その後に接合されるものであって、前記弱接合領域５は、有用なデバイス又は構造の処理が可能な状態にあり、ＭＥＭＳ及び／又はその他の有用なデバイス又は構造を含む。
【００４９】
ここで、層１及び層２は相互適応性を有する。前記層１及び層２は、適合性のある熱的、機械的、及び／又は結晶的特性を有する。特定の好ましい実施例においては、前記層１及び層２は、同一の材料から成る。もちろん、異なる材料が使用されてもよいが、好ましくは相互適応性を有するように選択される。
【００５０】
層１の１つ又は複数の領域は、その中もしくはその上に例えばマイクロエレクトロニクスのような１つ又は複数の構造が形成される特定の基板領域として機能するように定義される。これらの領域は、この明細書で詳細に記載されているように、所望のパターンであればいかなるものであってもよい。次に層１の選択された領域の接合が最小限になるように処理され、前記弱ボンド領域５が形成される。或いは、層２の対応領域の接合が最小限になるように（層１の処理と共に、又は層１への処理の代わりに）処理される。さらなる代替例は、前記構造を形成するために、層１及び／又は層２の前記選択された以外の領域を処理することを含み、それにより前記強ボンド領域６での接合強度を高める。
【００５１】
層１及び／又は層２の処理後、これらの層が位置決めされ、接合される。前記接合は、この明細書で詳細に記載されているように、適切な方法であればいかなるものでもよい。加えて、前記位置合わせは、機械的、光学的又はその組み合せのものでもよい。当然のことながら、前記位置合わせは、一般的に層１上に形成された構造がない限りは、この段階において重要なことではない。しかしながら、両層１及び層２が処理される時、位置合わせは前記選択された基板領域から最小化された変化に必要とされる。
【００５２】
前記多重層基板１００は層１の内部又は上にＭＥＭＳ又はその他のあらゆる所望の構造を形成するために処理される。従って、前記ユーザが従来の製造技術又は様々な関連技術が発達するに従って知られるようになるその他の技術を使用して任意の構造又はデバイスを処理できるように、前記多重層基板１００が形成される。ある特定の製造技術は、前記基板に過酷な条件、例えば高温、圧力、過酷な化学物質、又はその組み合せ等を受けるものである。それゆえ、これらの条件に耐えるために、前記多重層基板１００が好ましくは形成される。
【００５３】
ＭＥＭＳ又は有用な構造又はデバイスは、領域３の中又は上に形成されるものであって、部分的に又は略弱ボンド領域５に重複する。従って、領域４であって、部分的に又は略強ボンド領域６に重複し、一般的にその中又はその上に構造を持たないものである。前記多重層基板１００の層１の中又は上にＭＥＭＳ又はその他の有用なデバイスの形成後、層１は、次にデボンディングされる。前記デボンディングは、前記ＭＥＭＳ又はその他の有用なデバイスに有害な層間剥離技術を直接受ける必要なしに、例えば剥離のようないかなる便宜的な方法によってでもよい。ＭＥＭＳ又はその他の有用なデバイスが、領域４の中又は上に形成されるので、これらの領域は、領域３の中又は上に形成された構造に損害なしに、例えばイオン注入のようなデボンディング処理を受ける。
【００５４】
弱ボンド領域５を形成するためには、面１Ａ、２Ａ、又は両方が実質上接合なく、又は弱接合を形成するために弱ボンド領域５の場所で処理される。或いは、前記弱ボンド領域５は、未処理のままであってもよく、それによって、前記強ボンド領域６は、強接合を誘発するように処理される。領域４は、部分的に又は略強ボンド領域６と重複する。強ボンド領域４を形成するためには、面１Ａ、２Ａ、又は両方が強ボンド領域６の場所で処理される。或いは、前記強ボンド領域６は未処理のままであってもよく、それによって、前記弱ボンド領域５は、弱接合を誘発するように処理される。さらに、両領域５及び６は異なった処理技術によって処理されてもよく、前記処理は質的に又は量的に異なるものである。
【００５５】
弱ボンド領域５及び強ボンド領域６のグループの１つ又は両方の処理後、層１及び層２は実質上完全な多重層基板１００を形成するために共に接合される。それゆえ、形成される時、多重層基板１００は、例えばその中又はその上に、特に層１の領域３の中又は上に構造又はデバイスを形成するために、エンドユーザによって過酷な環境を受ける。
【００５６】
語句「弱接合」又は「弱ボンド」の語は、一般的に、例えばデボンディング技術によって、剥離、その他の機械的分離、熱、光、圧力、又は前記デボンディング技術の少なくとも１つを有する組み合せ等によって容易に解決される層又は層の１部分間の接合を意味する。これらのデボンディング技術は、特に弱ボンド領域５の周縁部の層１及び層２への欠陥又は損害を最小限にする。
【００５７】
弱ボンド領域５及び強ボンド領域６のグループの１つ又は両方の処理は、様々な方法によって達成される。前記処理の重要な点は、強ボンド領域６よりも、弱ボンド領域５がより容易にデボンディングされることである（ここでさらに記載されているように次のデボンディング工程において）。これは領域３に対して損傷を最小限又は妨げるものであって、デボンディング中、その上に有用な構造を含むものである。さらに、強ボンド領域６の含有が、特に構造処理中、多重層基板１００の機構完全性を高める。従って、層１の次の処理が、その中又はその上の有用な構造と共に除去されるとき、最小化され、又は除去される。
【００５８】
弱ボンド領域５及び強ボンド領域６のグループの１つ又は両方の処理の特定のタイプは、一般的に選択された材料に依存して実行される。さらに、層１及び層２の接合技術の選択は、少なくとも一部分、選択された処理方法に依存する。さらに、次のデボンディングは、例えば前記処理技術、前記接合技術、前記材料、有用な構造のタイプ又は存在、又は前記要素の少なくとも１つを有する組み合せのような要素に依存する。ある実施例では、選択された処理、接合、及び後続のデボンディングの組み合せによって（すなわち、領域３に有用な構造を作成するエンドユーザによって実行、あるいは更に高度なレベルのデバイス中の中間要素として実行されてもよい）、層２から層１をデボンディングするための劈開伝搬、又は層２を除去するための機械的薄層化の必要性が除去され、好ましくは、劈開伝搬及び機械的薄層化の両方が除去される。なぜなら、従来の教示による劈開伝搬又は機械的薄層化は層２を損傷し、大幅な後処理なしでは実際的に使用不可能なものになるから、これにより前記下地基板は、最小限の処理又は処理なしで再使用が可能となる。
【００５９】
１つの処理技術は、弱ボンド領域５及び強ボンド領域６間の表面粗度の変化に依存する。前記表面粗度は、面１Ａ（図４）、面２Ａ（図５）、又は面１Ａと２Ａの両方で修正される。一般的に、前記弱ボンド領域５は、前記強ボンド領域６よりもより高い表面粗度７（図４及び図５）を有する。半導体材料において、例えば、前記弱ボンド領域は、約０．５ナノメータ（ｎｍ）よりも大きい表面粗度を有してもよく、前記強ボンド領域４は、一般的に約０．５ｎｍよりも小さい低表面粗度を有してもよい。他の例において、前記弱ボンド領域５は、約１ｎｍよりも大きい表面粗度を有してもよく、前記強ボンド領域４は、一般的に約１ｎｍよりも小さい低表面粗度を有してもよい。更なる例において、前記弱ボンド領域５は、約５ｎｍよりも大きい表面粗度を有してもよく、前記強ボンド領域４は、一般的に約５ｎｍより小さい低表面粗度を有してもよい。表面粗度は、エッチング（例えば、ＫＯＨ又はＨＦ溶液中）又は蒸着工程（例えば、減圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）又はプラズマ成長化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ））によって修正されることができる。表面粗度に関連する接合強度は、例えば、Ｇｕｉら、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  ｂｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１４８（４）Ｇ２２５−Ｇ２２８（２００１）に更に完全に記載され、ここで引用することにより本明細書に組み込まれる。
【００６０】
同様な方法において（図４及び図５にあるように、同様に位置された領域は、同様の参照数字で参照されるものとする）、多孔質領域７が、前記弱ボンド領域５に形成されてもよく、前記強ボンド領域６は、未処理のままでもよい。それゆえ、層１は、その多孔質性質のため前記弱ボンド領域５の場所で層２に最小限に接合する。多孔性は面１Ａ（図４）、面２Ａ（図５）、又は両面１Ａ及び２Ａで修正されてもよい。一般的に、前記弱ボンド領域５は、前記強ボンド領域６よりも前記多孔質領域７（図４及び図５）で、より高い多孔性を有する。
【００６１】
その他の処理技術は、弱ボンド領域５（面１Ａ（図４）、２Ａ（図５）、又は両１Ａ及び２Ａで）の選択的なエッチングに依存してもよく、その後にエッチングされた領域において、フォトレジスト又はその他の炭素含有材料（例えば、高分子ベース分解可能材料を含む）の堆積が続く。さらに、同様に位置された領域は、図４及び図５にあるように、同様な参照数字で参照されるものとする。層１及び層２の接合にあたっては、それは好ましくは媒介材料を分解するために十分な温度であるが、前記弱ボンド領域５は、多孔質炭素材料を含み、それゆえ弱ボンド領域５での層１及び層２間の接合は、前記強ボンド領域６での層１及び層２間の接合と比べてかなり弱い。状況に応じて、基板層１又は２、又は領域３中又は上に形成される任意の有用な構造にガス放出したり、汚れを生じさせたり、あるいは、劣化させたりしない分解材料が選択されることは当業者であれば理解されることである。
【００６２】
更なる処理技術は強ボンド領域６及び／又は弱ボンド領域５を得るために照射を使用する。この技術において、層１及び／又は層２は、必要に応じ、強及び／弱接合を達成するために中性子、イオン、粒子ビーム、又はその組み合せを照射される。例えば、Ｈｅ＋、Ｈ＋、又はその他の適切なイオン又は粒子等の粒子、電磁エネルギー、又はレーザビームは、前記強ボンド領域６で（面１Ａ（図１０）、２Ａ（図１１）、又は両１Ａ及び２Ａで）照射されてもよい。当然のことながら、この照射方法は、層を剥離する目的のためのイオン注入と異なり、一般的にこの方法において、用量及び／又は注入エネルギーは、より少ない（例えば、剥離するための使用量のおよそ１００分の１から１０００分の１程度）。
【００６３】
更なる処理技術は、面１Ａ、２Ａ、又は両１Ａ及び２Ａで固体要素及び分解可能要素を含んでいるスラリーの使用を含む。前記固体要素は、例えば、アルミナ、酸化ケイ素（ＳｉＯ（ｘ））、その他の固体金属又は金属酸化物、又は前記層１及び層２の接合を最小化するその他の材料であってもよい。前記分解可能要素は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、又はその他の適切な分解可能高分子化合物であってもよい。一般的に、スラリー８は、前記面１Ａ（図２）、２Ａ（図３）、又は両１Ａ及び２Ａでの弱ボンド領域５中に適用される。次に、層１及び／又は層２は、前記高分子化合物を分解するために、好ましくは不活性環境において、熱せられる。従って、多孔質構造（前記スラリーの固体要素を有する）は、前記弱ボンド領域５に残り、接合時に層１及び層２は、前記弱ボンド領域５で接合しない。
【００６４】
更なる処理技術は、前記弱ボンド領域５の表面のエッチングを含むものである。このエッチング工程中、ピラー９は、面１Ａ（図８）、２Ａ（図９）、又は両１Ａ及び２Ａの前記弱ボンド領域で定義される。前記ピラーは、選択的なエッチングによって定義され、後にピラーを残したままである。前記ピラーの形は、三角形、ピラミッド形、長方形、半球、又は適切な形である。或いは、前記ピラーは、エッチングされた領域中で成長され又は、堆積されてもよい。材料が接合するための接合場所が少ないので、前記弱ボンド領域５での全接合強度は、前記強ボンド領域６での接合よりもより弱いものである。
【００６５】
その他の処理技術は、ボイド（ｖｏｉｄ）域１０（図１２及び図１３）の含有を伴い、例えば層１（図１２）、層２（図１３）中、前記弱ボンド領域５でエッチング、機械加工、又は両方（使用される材料に応じて）によって形成されるものである。従って、第１の層１が第２の層２に接合されるとき、前記ボイド域１０は、前記強ボンド領域６に比べて接合を最小化し、次のデボンディングを容易にする。
【００６６】
その他の処理技術は、面１Ａ（図２）、２Ａ（図３）、又は両１Ａ及び２Ａの前記弱ボンド領域５で１つ又は複数の金属領域８の使用を含むものである。例えば、これに限定されるものではないが、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ又は任意の組み合せ、又はその合金を含んでいる金属は、前記弱ボンド領域５上に堆積されてもよい。層１及び層２の接合時に、前記弱ボンド領域５は、弱く接合される。前記強ボンド領域は、未処理のまま残されてもよく（ここで接合強度の違いは、弱ボンド層５及び強ボンド領域６に関して必要な強接合対弱接合の比を提供する）、又は強接着を促進するために上記又は下記に記載のように処理される。
【００６７】
さらに処理技術は、面１Ａ（図１０）、２Ａ（図１１）、又は両１Ａ及び２Ａ上に前記強ボンド領域６で１つ又は複数の接着促進剤１１の使用を含むものである。適切な接着促進剤は、これに限定されるものではないが、ＴｉＯ（ｘ）、酸化タンタル、又はその他の接着促進剤を含む。或いは、接着促進剤が実質上前記面１Ａ及び／又は２Ａ全体に使用されてもよく、ここで金属材料は、前記弱ボンド領域５で前記接着促進剤及び前記面１Ａ又は２Ａの間に（前記接着促進剤の場所に応じて）置かれる。それゆえに接合時に、前記金属材料は、前記弱ボンド領域５での強接合を妨げる一方で、前記強ボンド領域６に残っている前記接着促進剤は強接合を促進する。
【００６８】
その他の処理技術は、様々な疎水性及び／又は親水性領域を提供することを含むものである。例えば、シリコンのような材料は室温で自然に接合するので、親水性領域が特に強ボンド領域６にとって有用である。例えば、Ｑ．Ｙ．Ｔｏｎｇ，Ｕ．Ｇｏｅｓｌｅ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｐ．４９−１３５，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ  １９９９に記載されているように、疎水性及び親水性接合技術が室温及び高温の両方で知られており、ここで引用することにより本明細書に組み込まれる。
【００６９】
更なる処理技術は、選択的に照射される１つ又は複数の剥離層を含むものである。例えば、１つ又は複数の剥離層は、前記面１Ａ及び／又は２Ａ上に置かれてもよい。照射なしに、前記剥離層は、接着剤として作用する。例えば紫外線放射のような放射に晒されることで、前記弱ボンド領域５中、前記接着剤の特性が最小化される。前記有用な構造は、前記弱ボンド領域５中又は上に形成され、次の紫外線放射工程又はその他のデボンディング技術が前記強ボンド領域６での層１及び層２を分離するために使用可能である。
【００７０】
更なる処理技術は、熱処理時に、前記弱ボンド領域３にある層１（図６）、層２（図７）、又は両層１及び層２中、多数の超微粒気泡１３の形成を可能にする注入イオン１２（図６及び図７）を含む。それゆえ、層１及び層２が接合される時、前記弱ボンド領域５は、前記強ボンド領域６よりも少なく接合し、それにより前記弱ボンド領域５での層１及び層２の次のデボンディングが促進される。
【００７１】
その他の処理技術は、エッチング工程に続くイオン注入工程を含む。１の実施例において、この技術は、イオン注入を略面１Ｂ全体に亘って施すことで実施される。次に、前記弱ボンド領域５は、選択的にエッチング処理される。この方法は、Ｓｉｍｐｓｏｎら、「Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｄｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，４（３）Ｇ２６−Ｇ２７中に、欠陥除去のための損傷選択的エッチングとして記載されており、その記載はここで引用することにより本明細書に組み込まれる。
【００７２】
更なる処理技術は、波長帯の広狭に基づいて放射吸収及び／又は反射特性を有する１又は複数の層を、弱ボンド領域５及び／又は強ボンド領域６上に選択的に配置されるように実現する。例えば、強ボンド領域６に選択的に配置された１つ又は複数の層は、ある特定の放射波長に晒されることで接着特性を有してもよく、それにより前記層は放射を吸収し、強ボンド領域６で層１及び層２が接合される。
【００７３】
当業者は、前記処理技術の少なくとも１つを有する組み合せだけでなく、付加的な処理技術が使用されることを認識するものである。しかしながら、使用された任意の処理の重要な特徴は、弱接合の１つ又は複数の領域及び強接合の１つ又は複数の領域を形成する能力である。
【００７４】
層１及び層２の接合インターフェースでの前記弱ボンド領域５及び前記強ボンド領域６の幾何学的形状は、これに限定されるものではないが、領域３の上又は中に形成された有用な構造のタイプ、選択されたデボンディング／接合のタイプ、選択された処理技術、及びその他の要素を含む要素に応じて変化する。図１４〜図１６に示されているように、前記領域５、６は同心であってもよい。もちろん当業者は、任意の形状が選択されてもよいことを理解するものである。さらに、強接合部分と比べて弱接合域比が変化してもよい。一般的に前記比は、特に構造処理中、前記多重層構造１００の完全性を有さないように十分な接合（例えば、前記強ボンド領域６で）を提供する。好ましくは、前記比は構造処理のために有用な領域（例えば、弱ボンド領域５）を最大にする。
【００７５】
上記記載のように、弱ボンド領域５及び／又は強ボンド領域６の実質的な場所に面１Ａ及び２Ａの１つ又は両方の処理後、層１及び層２は、略完全な多重層基板１００を形成するために共に接合される。層１及び層２は、様々な技術及び／又は物理的現象の１つによって、これに限定されるものではないが、共晶、溶解、陽極、真空、ファンデルワールス、化学的接着、疎水性現象、親水性現象、水素結合、クーロン力、毛管力、超近距離力、又は前記接合技術及び／又は物理的現象の少なくとも１つを有する組み合せを含めて、共に接合される。もちろん、前記接合技術及び／又は物理的現象は、用いられる１つ又は複数の処理技術、その上又はその中に形成された有用な構造のタイプ又は存在、予想されるデボンディング方法、又はその他の要素に部分的に依存してもよいことは、当業者にとって明白である。
【００７６】
従って、多重層基板１００が領域３の中又は上にＭＥＭＳ又は１つ又は複数のその他の有用な構造を形成するために使用されてもよく、領域３は、面１Ａ及び２Ａの接合インターフェースで弱ボンド領域５を実質的又は部分的に重複するものである。前記有用な構造は、１つ又は複数の能動的又は受動的要素、デバイス、器具、用具、チャンネル、その他の有用な構造、又は前記有用な構造の少なくとも１つを有する任意の組み合せを含んでもよい。例えば、前記有用な構造は、集積回路又は太陽電池を含んでもよい。当業者は、マイクロテクノロジー及びナノテクノロジーベースのデバイスが形成されることを理解するものであり、センサ、スイッチ、ミラー、マイクロモーター、マイクロファン及びその他のＭＥＭＳのような様々な目的に使用されるＭＥＭＳを含む。
【００７７】
１つ又は複数の構造が層１の１つ又は複数の選択された領域３上に形成された後、層１は、様々な方法によってデボンディングされる。当然のことながら、前記構造が部分的に又は略弱ボンド領域５を重複する領域４の中又は上に形成されるので、例えば構造的な欠陥又は変形のようなデボンディングに関する前記構造への典型的損害を最小化し、又は除去すると共に層１のデボンディングが行われる。
【００７８】
デボンディングは様々な周知の技術によって実現されてもよい。一般的に、デボンディングは、少なくとも一部分、前記処理技術、接合技術、材料、有用な構造のタイプ又は存在、又はその他の要素に依存してもよい。
【００７９】
図１７から図２８を参照すると、デボンディング技術は、一般的に前記層１の厚さに等しい参照深度で超微粒気泡を形成するためにイオン又は粒子の注入に基づいている。前記イオン又は粒子は、酸素、水素、ヘリウム、又はその他の粒子１４から生成される。前記粒子又はイオンに前記超微粒気泡１５を形成させ、最終的に前記層１及び層２を拡張させ、及び剥離させるために、前記注入は、強電磁放射、熱、光（例えば、赤外線又は紫外線）、圧力、又は前記の少なくとも１つを有する組み合せに晒されることがその後に続く。前記注入及び任意で熱、光、及び／又は圧力の後に、例えば、前記層１及び層２の面に垂直に、前記層１及び層２の面に平行に、前記層１及び層２の面に別の角度に、剥離方向に（図１９、図２２、図２５、図２８中に破線によって示される）、又はそれらの組み合せに機械的分離工程（図１９、図２２、図２５、図２８）が続く。薄層分離のためのイオン注入は、例えば、Ｃｈｅｕｎｇら、米国特許出願第６，０２７，９８８号、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍｓ  Ｆｒｏｍ  Ｂｕｌｋ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  Ｂｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ」にさらに詳細に記載され、ここで引用することにより本明細書に組み込まれる。水素の注入の典型的な条件は、用量５ｘ１０１６ｃｍ‐２及びエネルギー１２０ｋｅＶである。上記の条件によれば、約１ミクロンの層厚をウエハーから劈開させることができる。前記層厚は注入の深さの作用のみであり、シリコン中の水素のための層厚は注入エネルギーの９０Å／ｋｅＶである（Ｍ．Ｂｒｕｅｌ，「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｎ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｆｉｌｍｓ」，米国特許出願第５，３７４，５６４号（１９９４））。高エネルギー粒子の注入は、ターゲットを著しく加熱する。好ましくは水素を注入する際２分の１或いはそれ以上でビーム電流を低減すること又は前記ウエハーを固定し冷却することによって、ブリスターを生じることが避けられる。より少ない水素注入量を用いて剥離するには、ヘリウムの混合注入（Ｈｅ＋Ｈ  ｃｏ−ｉｍｐｌａｎｔ）或いはホウ素（スマーターカットプロセス（Ｓｍａｒｔｅｒ−Ｃｕｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ））（Ｑ．−Ｙ．Ｔｏｎｇ，Ｒ．Ｓｃｈｏｌｚ，Ｕ．Ｇｏｅｓｅｌｅ，Ｔ．−Ｈ．Ｌｅｅ，Ｌ．−Ｊ．Ｈｕａｎｇ，Ｙ．−Ｌ．Ｃｈａｏ，ａｎｄ  Ｔ．Ｙ．Ｔａｎ，「Ａ  ‘ｓｍａｒｔｅｒ−ｃｕｔ’  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２，４９（１９９８））により実現されてきた。この技術はＳＯＩウエハーを製造するために商品化されているが、マイクロエレクトロニクスの３次元集積化、マイクロエレクトロメカニカル・デバイスのマシンニング、光学デバイス、及びそれ以上のものにおいて幅広いチャンスを残している。
【００８０】
上記で劈開された面の面質は最適であると報告されている（Ｓｍａｒｔ  ｃｕｔ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｑｕａｌｉｔｙ）。薄膜は水素イオンの注入により形成された微小なひび割れに沿って剥離するようになっている。前記剥離は、格子中の水素超微粒気泡における前記内部圧力を高める熱処理によって実施され、又は機械的ストレスが前記亀裂を開始し伝播させるために用いられてもよい。マイクロ電子デバイスは注入損傷に対して非常に弱いので、前記技術はスタート用ウエハーの準備に限定して用いられ、完成又は処理中のウエハーには実施されないものである。更に、構造化されたウエハーを介する高エネルギーイオン注入は、注入深度のプロファイルをより拡散してしまう。前記入射イオンは異なる材料及び微細構成を体験するので、そのレンジパラメータはウエハーの位置に依存する。
【００８１】
特に図１７〜１９及び図２０〜２２を参照すると、層１及び層２間の接合インターフェースは、特に前記強ボンド領域６で超微粒気泡１７を形成するために選択的にイオン又は粒子１６を注入される。この方法において、領域３（その中又はその上に１つ又は複数の有用な構造を有する）での粒子１６の注入は、最小化され、それゆえ、領域３で１つ又は複数の有用な構造で生じる修復可能な又は非回復性損傷の可能性を軽減する。選択的な注入は、前記強ボンド領域４（図１７〜１９）の選択的なイオンビーム走査又は前記領域３（図２０〜２２）のマスキングによって実施される。選択的なイオンビーム走査は、イオン又は粒子が注入されるように導くために使用される前記構造１００及び／又はデバイスの機械的操作を参照する。当業者にとって周知のように、様々なデバイス及び技術は、これに限定されるものではないが、集束イオンビーム及び電磁ビームを含む選択的な走査を実施するために使用される。さらに、様々なマスキング材料及び技術もまた、当技術分野において周知である。
【００８２】
図２３〜２５を参照すると、前記注入が面１Ｂ又は２Ｂ全体に亘って実質上達成される。注入は、対象及び注入材料、及び注入の所望の深さに応じた適切なレベルにある。それゆえ、層２が層１よりもかなり厚い場合、面２Ｂに亘って注入することは実用的でない、しかしながら、層２が適切な注入の厚さ（例えば、実行可能な注入エネルギー以内で）の時、前記面２Ｂに亘って注入することが望ましい。これは、領域３に１つ又は複数の有用な構造に起こる修復可能な又は非回復性損傷の可能性を最小化し、又は除去する。
【００８３】
１の実施例において、図１５及び図２６〜２８を参照すると、強ボンド領域６は層１及び層２間の接合インターフェースの外周縁部で形成される。従って、層１を層２からデボンディングするには、イオン又は粒子１６は、例えば層１及び層２の接合インターフェースで超微粒気泡１７を形成するために領域４に亘って注入される。好ましくは、選択的な走査が使用され、前記構造１００が回転されてもよいし（矢印２０で示される）、走査デバイス２１が回転されてもよく（矢印２２で示される）、又はそれらの組み合せも可能である。この実施例において、さらなる利点は、その中又はその上での形成に有用な構造を選択する際に、エンドユーザに与えられる柔軟性である。前記強ボンド領域６の大きさ（例えば幅）は、前記多重層基板１００の機構的及び熱的完全性を維持するために適切である。好ましくは、前記強ボンド領域６の大きさは、最小化され、それゆえ構造処理のために弱ボンド領域５の部分を最大化する。例えば、強ボンド領域６は、８インチウエハーの約１ミクロンである。
【００８４】
さらに、層２から層１をデボンディングすることは、例えば、強ボンド領域６を通るエッチングを形成するためにエッチング処理（面に平行に）のようなその他の従来の方法によって実施される。そのような実施例において、前記処理技術は、特に相互適応性があり、例えば、ここで前記強ボンド領域６は、バルク材（例えば、層１及び層２）よりもより高いエッチング選択比を有する酸化被膜で処理される。前記弱ボンド領域５は、好ましくは弱ボンド領域５の場所で層２から層１をデボンディングするためにエッチング処理を必要とせず、前記選択的処理又はその欠如が層１を層２に接合する工程において接合することを妨げるからである。
【００８５】
或いは、劈開伝搬が層２から層１のデボンディングを開始するために使用される。さらに、前記弱ボンド領域５での接合が限定されるので、前記デボンディングは、好ましくは前記強ボンド領域６の場所で必要とされるだけである。さらに、デボンディングは、従来公知のように、エッチング処理（表面に垂直に）によって開始され、好ましくは領域４の場所に限定される（すなわち、一部分又は大部分で前記強ボンド領域６と重なり合う）。
【００８６】
層１及び層２は、同一の又は異なる材料であってもよく、これに限定されるものではないが、プラスチック（例えば、ポリカーボネート）、金属、半導体、絶縁体、単結晶、アモルファス、非晶質、生物学的（例えば、ＤＮＡベース膜）、又は前記材料のタイプの少なくとも１つを有する組み合せを含む材料を含んでもよい。例えば、材料の具体的なタイプは、シリコン（例えば、単結晶、多結晶、非晶質、ポリシリコン、及びＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＳｉＯ２といったような誘導体）、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＺｎＳ、ＡｌＮ、ＴｉＮ、その他のＩＩＩＡ−ＶＡ族、ＩＩＢ族、ＶＩＡ族、サファイア、石英（水晶、又はガラス）、ダイアモンド、シリカ、ケイ酸基材料、又は前記材料の少なくとも１つを有する任意の組み合せを含む。もちろん材料のその他のタイプの処理は、所望の分解の多重層基板１００を提供するために、ここで記載されている処理から利益を得る。ここで記載された方法に特に適切である好ましい材料は、層１として半導体材料（例えば、シリコン）、及び層２として半導体材料（例えば、シリコン）を含み、その他の組み合せは、これに限定されるものではないが、半導体（層１）又はガラス（層２）、炭化珪素（層２）上の半導体（層１）、サファイア（層２）上の半導体（層１）、サファイア（層２）上のＧａＮ（層１）、ガラス（層２）上のＧａＮ（層１）、炭化珪素（層２）上のＧａＮ（層１）、プラスチック（層２）上のプラスチック（層１）を含み、ここにおいて層１及び層２は同一又は違うプラスチック、及びガラス（層２）上のプラスチック（層１）である。
【００８７】
層１及び層２は、膜及び／又は基板構造を形成するためにウエハー又は堆積された液体材料を含む様々なソースから得られる。前記開始材料がウエハーの形である場合、任意の従来の処理が層１及び／又は層２を得るために使用される。例えば、層２がウエハーから成り、層１は、同一又は違うウエハーの一部を有する。層１を構成している前記ウエハーの一部は、機械的薄層化（例えば、機械的研削、切削、研磨、化学機械的研磨、研磨停止、又は前記の少なくとも１つを含む組み合せ）、劈開伝搬、イオン注入後の機械的分離（例えば、劈開伝搬、構造１００面の垂線、構造１００面の平行線、剥離方向、又はそれらの組み合せ）、イオン注入後の熱、光、及び／又は層間剥離に誘発された圧力、化学的エッチング処理、又は同様のものから得られる。さらに、層１及び層２のどちらか一方又は両方が、例えば化学蒸着、エピタキシャル成長方法、又は同様のものによって堆積又は成長される。
【００８８】
前記即時方法及びＭＥＭＳ又はその他の有用な構造を有するものであって結果として生じる多重層基板の重要な利点は、前記有用な構造が部分的に又は略前記弱ボンド領域５を重複する前記領域３の中又は上に形成されることである。このことが、前記層１が層２から除去される時、前記有用な構造への損傷の可能性を略最小化し又は排除する。前記デボンディング工程が一般的に注入（例えば、イオン注入で）、力アプリケーション、又は層１及び層２をデボンディングするために必要とされるその他の技術を必要とする。ある実施例において、前記構造が局部的な注入、力アプリケーション、又は前記構造を修正可能又は修理不可能に損傷するその他の処理工程を必要としない領域３の中又は上にあるので、前記層１が除去され、構造は前記構造を修正するための次の処理なしに得られる。前記強ボンド領域６に部分的に又は略重複している領域４は、一般的にその上に構造を有さず、それゆえこれら領域４は、前記構造への損傷なしに注入又は力を受ける。
【００８９】
前記層１が自立した膜又はサポート付きの膜として分離されてもよい。例えば、ハンドルが通常層１へのアタッチメントに使用され、これにより層１が層２から取り外され、残りが前記ハンドルによってサポートされてもよい。一般に前記ハンドルは、次に前記膜又はその一部（例えば、１つ以上の有用な構造を有する）を対象基板上又は別の処理済みの膜上に配置させるために使われても、又はその代わりに前記ハンドル上に残されてもよい。そのようなハンドルの１つは、米国仮特許出願第６０／３２６，４３２号、出願日１０／０２／２００１、発明の名称「Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｆｒａｇｉｌｅ  Ｏｂｊｅｃｔｓ，Ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」に記載され、ここで引用することにより本明細書に組み込まれる。
【００９０】
前記即時方法の１つの利点は、層２を構成している前記材料が再使用及び再生利用されてもよい。例えば単一ウエハーがいかなる周知の方法によって層１を得るために使用されてもよい。前記得られた層１は、上記記載のように前記残りの部分（層２）に選択的に接合される。薄膜がデボンディングされる時、次の層１として使用されるように薄膜を保持するために層２の残りの部分を使用しながら、前記処理が繰り返される。これは、層１のための薄膜を得るために層２の残りの部分を使用することがもはや実行可能又は実用的でなくなるまで繰り返される。
【００９１】
上記のように、ＭＥＭＳデバイスは垂直方向の積層化のための当然の選択である。ＭＥＭＳセンサ一式の３次元集積化への挑戦は、マイクロエレクトロニクスにおける挑戦と比べてより容易に取り組むことができる。ＭＥＭＳデバイスにおいては、その臨界寸法は大きく、Ｉ／Ｏカウントは小さい。また垂直方向の相互接続を最大化することができ、チップサイズを増大することにおけるペナルティなしで中間デバイスの垂直方向の接続の信頼性に極めて肯定的な影響を与える。ウエハーボンディングはＭＥＭＳ製造における確立された工程である。消費電力がＭＥＭＳセンサにおいては比較的低く、それにより温度管理をより容易にさせる。例えば、ある実施例において、その平均消費電力が１００マイクロワット（３Ｖ、平均電流ドレイン<３０ｍｉｃｒｏＡ）未満である場合には、重要な問題として前記積み重ねられた一式の温度管理が取り除かれる。前記薄形デバイス層は移送されるので、垂直方向の相互接続はＭＥＭＳのスルーホール（ｔｈｒｏｕｇｈｈｏｌｅ）技術によって容易に実施されることができる。
【００９２】
前記多重層基板は、薄層化されたデバイスを単一パッケージに経済的に積層化することを可能にする。前記デバイスの薄層化の達成は、前記多重層基板から前記デバイス層のウエハースケールのピーリングによって得られる。
【００９３】
従って、本願明細書における方法によれば、デバイス層は全面的に接合されたウエハーから除去される。前記方法は上記の選択的ボンディングプロセスのために、完成したウエハーを通してのイオン注入、前記ウエハーの裏面研削又は前記ウエハーのエッチングを必要としない。面内の制御された劈開（例えばピーリング）が前記ウエハーの大部分から前記薄い完成したデバイス層を切り離す。前記デバイスの移送は、ウエハースケールで実施されることができる。前記薄膜層の移送の間、前記デバイス層は同様又は異なるデバイスを有する別のウエハー又はその他の面に接合される。前記デバイスは他のＭＥＭセンサであってもよく、又は前記ウエハーはＡＳＩＣコントローラ又はメモリチップを含んでもよい。このアプローチは、設計の制約を取り除き、センサの選択を個別に最適化することを可能にするものである。前記設計は、ベスト・オブ・クラス（ｂｅｓｔ−ｏｆ−ｃｌａｓｓ）センサの選択を可能にするオープンアーキテクチャを有する。前記一式への設計変更は１層又は複数の層を単に置き換えることによって最小限のコストで行われる。
【００９４】
センサは、市販のセンサの形で提供されてもよく、又は個別のウエハー又はウエハー上へ組み付けるために設計されてもよく、ダイの寸法は前記基板ウエハーを前記のようなセンサと適合させるように設計されるものである。前記スタート用ウエハーは、前記デバイス層の除去、及び融着接合される場合には前記プライマリーウエハーへの移送を容易にするようにデボンディング面が設計されたものである。必要に応じて、センサの付加的な層及び／又は制御回路を加えることができる。裏面研削は必要なものではない。前記ウエハーのボンドパッドは、垂直方向に沿って位置決めされるように設計される。ピン数は、平行にピンを設計することによってできる限り削減される。前記層が非常に薄いので、スルーホール経由（ｔｈｒｏｕｇｈｈｏｌｅ  ｖｉａｓ）が３次元の相互接続を形成する実務的な解決方法となる。更に縁部での接続の設計もそうであろう。任意の表面安定化処理の後、前記ウエハーはバックエンド組み立て（ダイシング、ワイヤーボンディング、その他）の準備が整う。
【００９５】
図２９〜３４を参照すると、垂直方向の集積化ＭＥＭＳベースのデバイスを形成するための処理工程が示されている。図２９は、剥離された層（例えば、上記層１に対応する）の側面及び平面図を示すものであって、作動可能なマイクロミラー、アクチュエータ又は他のＭＥＭＳに登録されることを目的とする複数のボイド（前記弱接合領域中にある）を有する。特定のデバイスは動きを可能にするためにボイド領域を必要としなくてもよく、更にこのようなボイド領域はＭＥＭＳ自身を含んでいる層に組み込まれてもよい。図３０は、剥離された層（例えば、上記の層１に対応する）の側面及び平面図を示すものであって、例えば、当技術分野で周知のように、複数の作動可能なマイクロミラー、アクチュエータ又は他のＭＥＭＳ（前記弱接合領域中）はその上に処理されている。図３１は、別の任意に剥離された層（例えば、上記層１に対応する）の側面及び平面図を示すものであって、作動可能なマイクロミラー、アクチュエータ又は他のＭＥＭＳに登録されることを目的とする複数のボイド（前記弱接合領域中）を有する。図３２は、剥離された層（例えば、上記の層１に対応する）の側面及び平面図を示すものであって、例えば、図３０に示された関連したＭＥＭＳデバイスと使用可能な状態で連結されることを目的とする複数のロジックデバイス（前記弱接合領域中）を有する。図３３は、剥離された層（例えば、上記の層１に対応する）の側面及び平面図を示すものであって、例えば、図３０及び図３２それぞれに示された関連したＭＥＭＳデバイス及びロジックデバイスと使用可能な状態で連結されることを目的とする複数のメモリデバイス（前記弱接合領域中）を有する。
【００９６】
図２９〜３３において各別々のデバイス（又はボイド）層は当技術分野で周知のように位置合わせされ積み重ねられるものであり、図３４に示されるように複数の垂直方向の集積化ＭＥＭＳデバイスを形成し、関連したロジック及びメモリ（及び当業者にとって明らかであるように必要とされる他の機能）を含むものである。前記層の縁部（前記強接合領域に対応して破線２１で表示された）は取り除かれてもよく、関連したロジック及びメモリを含む前記個別の垂直方向に集積化されたＭＥＭＳデバイスは破線２２でダイカットされてもよい。
【００９７】
デバイスの集積化は、複合歩留まり損失の問題に取り組まなければならない。層数がｎに等しい積み重ねを考慮する。積み重ねにおける各デバイスがＹ％の歩留まりで製造される場合、その集積化されたシステムの歩留まりはＹのｎ乗である。層数が増加すると共に、前記システムの歩留まりは非常に急速に極めて小さくなる。９０％の歩留まりを有するデバイスから成る５層の積み重ねでは、前記積み重ねの約４０％は機能しないダイを含む。前記実施例では積層した集積化における歩留まり損失が考慮されるが、単一チップエリアの上に処理フローの異なるタイプのものを集積化した場合にもその状況は同様である。
【００９８】
ＭＥＭＳ集積化のスキームは好ましくはＫＧＤを使用すること、特定のデバイスが非機能的でも前記一式の全機能を可能にする冗長な能力を組み込むこと、又は低い歩留まりを支持することができるコスト構造を有することによって複合歩留まり損失を減らす。上記のようにノウン・グッド・ダイを使用することは高い信頼性及び高コストの適用に限定された高価な選択である。冗長なデバイスを設計することは、チップエリア、消費電力、操作の複雑さ及びピン数においてペナルティを伴う。垂直方向の積層化は前記デバイスを積み重ねることによって前記エリアペナルティを緩和する。前記垂直方向の次元を利用することによって、前記デバイスはパッケージ寸法及びコストを増大することなく階層化することができる。
【００９９】
本明細書において記載されているＭＥＭＳ及びＭＥＭＳを形成するプロセスの利点は、経済、ベスト・オブ・クラスセンサ（デバイス処理フローではトレードオフなし）を使用する能力、オープンアーキテクチャを含み、それらはハイブリッド型ＭＥＭＳ・マイクロエレクトロニクス一式に拡張可能なものである。
【０１００】
垂直方向の集積化処理フローは、オープンアーキテクチャのＭＥＭＳセンサ一式を可能にする。具体的には、温度、相対湿度及び３軸衝撃測定を組み合せたセンサ一式が設計されるが、前記方法は全てのセンサタイプの集積化及び電子コントローラチップの組み合せをプラスしたＭＥＭＳに適用することが見込まれている。
【０１０１】
３次元の集積化センサ一式もまた本明細書に記載されている方法を使用して提供される。１実施例において、商品センサは、基礎（ハンドル）ウエハーのために選択されることができる。
【０１０２】
全ウエハーが処理され、所望のダイのサイズ及び出入力（Ｉ／Ｏ）レイアウトとを含んでもよい。この場合残りのセンサは、商用のダイの物理的な大きさ及びボンドパッドに設計される。
【０１０３】
スタート用ウエハーはまたデバイス製造後にピーリングのために提供されるものであり、このスタート用ウエハーは、センサ一式のような３次元ＭＥＭＳの１部分を含むものである。更にそのようなスタート用ウエハーを製造するプロセス、ウエハースケールのデバイス除去及び移送を容易にするものが提供される。
【０１０４】
当業者にとって周知のように、前記３次元ＭＥＭＳはスルーホール接続又はエッジ接続を有するものであってもよい。
【０１０５】
前記方法及び構造は、ＭＥＭＳ及びハイブリッド型ＭＥＭＳ一式以外に高密度のマイクロエレクトロニクス・スタックにまで広げられることができる。前記実施例は、極めて高密度のメモリ・スタック（ｐｅｔａｂｙｔｅ）とメモリ及びロジックチップの組み合せである。
【０１０６】
前記方法は、あらゆる種類のセンサ一式の高速なプロトタイピング及び生産を可能にする。前記方法は、超高密度の電子回路パッケージング及びＡＳＩＣコントローラ及びメモリチップを用いたＭＥＭＳの高密度な組み合せにまで拡張可能である。
【０１０７】
前記ＭＥＭＳは、あらゆる個々の部品がいつでも最小限の再設計及びマスク変更で変えられることを可能にするオープンアーキテクチャを有する。
【０１０８】
ＭＥＭＳセンサの適用が上記で論じられた。論じたように、ＭＥＭＳセンサは３５％の非常に高い年平均成長率を有すると予想されている。改良されたコストストラクチャにより、垂直方向の集積化がＭＥＭＳ技術への多くの新規な適用を切り開くであろう。
【０１０９】
好ましい実施例が示され及び説明されている一方、様々な修正及び代替が本発明の精神と範囲から逸脱することなく行われてもよい。従って、本発明が説明のために記載されているものであり、制限するためのものでない事が理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】図１は、ＭＥＭＳ及びその他の関連マイクロデバイスを形成するために適切なここで記載されている層状構造の実施例の略図である。
【図２】図２は、図１における前記構造の層の選択的な接着のための様々な処理技術を示している。
【図３】図３は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図４】図４は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図５】図５は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図６】図６は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図７】図７は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図８】図８は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図９】図９は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図１０】図１０は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図１１】図１１は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図１２】図１２は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図１３】図１３は、図１における前記構造の層の選択的な接着の様々な処理技術を示している。
【図１４】図１４は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図１５】図１５は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図１６】図１６は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図１７】図１７は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図１８】図１８は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図１９】図１９は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図２０】図２０は、図１の前記構造の様々な接合幾何学的形状を示している。
【図２１】図２１は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２２】図２２は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２３】図２３は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２４】図２４は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２５】図２５は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２６】図２６は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２７】図２７は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２８】図２８は、様々なデボンディング技術を示している。
【図２９】図２９は、垂直方向の集積化ＭＥＭＳを形成する工程を示している。
【図３０】図３０は、垂直方向の集積化ＭＥＭＳを形成する工程を示している。
【図３１】図３１は、垂直方向の集積化ＭＥＭＳを形成する工程を示している。
【図３２】図３２は、垂直方向の集積化ＭＥＭＳを形成する工程を示している。
【図３３】図３３は、垂直方向の集積化ＭＥＭＳを形成する工程を示している。
【図３４】図３４は、垂直方向の集積化ＭＥＭＳを形成する工程を示している。
【図３５】図３５は、模範的な垂直方向の集積化ＭＥＭＳを示している。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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