(57)【要約】トップ・キャップ（２５０）および上部感知プレートを有するＭＥＭＳデバイス（３００）を製造する方法。方法は、エッチングされた基板（１８６）と、エッチングされたＭＥＭＳコンポーネントと、一部がボンド・パッド（１３２）である相互接続金属（１９８、２００）とを含むデバイス・ウェハを作成するステップ（１５２）と、デバイス・ウェハの後側（３３０）と、縁側（３２０）と、前側（３４２）の一部とに、金属ラップアラウンド層（２３２）を付加するステップ（１５４）とを含む。また、方法は、エッチングされた基板と相互接続金属とを含む上部ウェハを作成するステップ（１５６）と、デバイス・ウェハと上部ウェハとをボンディングするステップ（１６０）と、ボンディングされた上部ウェハおよびデバイス・ウェハを、個々のＭＥＭＳデバイスへとダイシングするステップ（１６４）とを含む。
2007508956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップ・キャップおよび上部感知プレートを有するマイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスを製造する方法であって、
エッチングされた基板と、エッチングされたシリコンと、一部がボンド・パッドである相互接続金属とを含むデバイス・ウェハを作成するステップと、
前記デバイス・ウェハの後側と、縁側と、前側の一部とに、金属ラップアラウンド層を付加するステップと、
エッチングされた基板と相互接続金属とを含む上部ウェハを作成するステップと、
前記デバイス・ウェハと前記上部ウェハとをボンディングするステップと、
ボンディングされた前記上部ウェハおよび前記デバイス・ウェハを、個々のＭＥＭＳデバイスへとダイシングするステップと
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記デバイス・ウェハを作成する前記ステップは、
ガラス基板に、キャビティ内へ導電経路が通るための凹部を形成するステップと、
前記凹部の中および周りに導電リードを形成するステップと、
ガラス層が前記基板の面と実質的に同じ高さとなるように、前記ガラス層を前記凹部にデポジットするステップと、
を備える、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記金属ラップアラウンド層を付加する前記ステップは、
前記デバイス・ウェハを固定具に取り付けるステップと、
前記デバイス・ウェハの基板へバイアス電圧を印加するステップと、
前記ラップアラウンド金属層を前記基板上にスパッタリングするステップと
を備える、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記上部ウェハの、前記デバイス・ウェハと前記上部ウェハとをボンディングした後の前記ボンド・パッドの上に来る位置に、凹部を形成するステップと、
前記上部ウェハの前記凹部のところを切断するステップと
を更に備える方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記上部ウェハの前記凹部のところを切断するステップは、前記トップ・キャップの一部を切断して前記デバイス・ウェハ上のボンド・パッドを露出させるステップを含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、エッチングされた前記ＭＥＭＳデバイスのコンポーネントは少なくとも１つのプルーフ・マスを含み、エッチングされた基板と相互接続金属とを含む前記上部ウェハを作成するステップは、
感知プレートとして構成される前記デバイス・ウェハの前記相互接続金属と前記プルーフ・マスとの間の距離を決定するステップと、
上部感知プレートとして構成される前記上部ウェハの前記相互接続金属の、前記プルーフ・マスからの距離が、ボンディングの後に、感知プレートとして構成された前記デバイス・ウェハの前記相互接続金属の、前記プルーフ・マスからの距離と実質的に同じになるように、前記上部ウェハのエッチングの深さを制御するステップと
を備える、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記デバイス・ウェハ上および前記上部ウェハ上の前記相互接続金属の少なくとも一部に固着防止金属をデポジットするステップを更に備える方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記デバイス・ウェハを作成する前記ステップは、
前記ＭＥＭＳデバイスのコンポーネントの周囲に、前記上部ウェハを支持する支持リングを形成するステップと、
何れかの粒子が前記支持リングに電気的に接触することを実質的に妨げるように、前記ＭＥＭＳデバイスに保護シールドを形成するステップと
を備える、方法。
【請求項９】
マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスのためのトップ・キャップであって、
表面と、該表面に形成された凹部とを備える基板と、
前記凹部内にデポジットされてそこから外へ延びるようにデポジットされて且つ表面上にデポジットされる相互接続金属と
を備え、
少なくとも１つの凹部は、前記基板の前記表面に形成され、前記トップ・キャップがボンディングされるデバイス・ウェハのボンド・パッドの上に来るように配置される、
トップ・キャップ。
【請求項１０】
マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイス・ウェハであって、
表面を含む前側、後側、前記前側と前記後側との間の縁部、および表面に形成された凹部を備える基板と、
前記凹部内にデポジットされ、該凹部の外側へ延びるようにデポジットされ、且つ表面にデポジットされる相互接続金属と、
シリコンから作られ且つ基板にボンディングされるＭＥＭＳ構造と、
前記デバイス・ウェハの前記後側および前記縁部にデポジットされ、また、前記前側の一部の上へも延びるラップアラウンド金属層と
を備えるＭＥＭＳデバイス・ウェハ。
【請求項１１】
マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスであって、
デバイス・ウェハ表面を含む前側、後側、前記前側と前記後側との間の縁部、および前記デバイス・ウェハ表面に形成された凹状の溝部を備える基板と、前記凹状の溝部内にデポジットされ、該溝部から外側へ延びるようにデポジットされ且つ前記デバイス・ウェハ表面にデポジットされるものであり、且つ少なくとも１つのボンド・パッドを備える相互接続金属と、シリコンから作られ且つ基板にボンディングされるＭＥＭＳ構造と、前記デバイス・ウェハの前記後側および前記縁部にデポジットされ、また前記前側の一部の上へも延びるラップアラウンド金属層と、を備えるデバイス・ウェハと、
上部ウェハ表面と該上部ウェハ表面に形成された凹部とを備えるトップ・キャップ基板と、前記凹部にデポジットされ且つ該凹部の外側へ延びるようにデポジットされ且つ前記上部ウェハ表面にデポジットされる上部ウェハ相互接続金属とを備えるものであり、少なくとも１つの凹部が前記少なくとも１つのボンド・パッドの上の位置に来るように前記凹部が上部ウェハ表面に形成されるものであり、前記デバイス・ウェハにボンディングされるものである、上部ウェハと
を備えるＭＥＭＳデバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＭＥＭＳデバイスであって、前記ＭＥＭＳ構造は、
前記ＭＥＭＳ構造の残りの部分を囲む支持リングと、
粒子と前記支持リングとの接触が起きることを低減するための少なくとも１つの保護シールドと
を備える、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
請求項１１に記載のＭＥＭＳデバイスであって、前記上部ウェハの前記凹部の深さは、前記デバイス・ウェハと前記上部ウェハとのボンディングの後に、上部感知プレートとして構成される前記上部ウェハの前記相互接続金属のプルーフ・マスからの距離が、感知プレートとして構成された前記デバイス・ウェハの前記相互接続金属の前記プルーフ・マスからの距離と同じになるように制御される、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
請求項１１に記載のＭＥＭＳデバイスであって、前記上部ウェハは、前記凹部の部分が切断され、前記デバイス・ウェハの前記ボンド・パッドが露出される、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスのためのトップ・キャップおよび上部感知プレートを製造する方法であって、前記トップ・キャップはデバイス・ウェハにボンディングされるものであり、前記デバイス・ウェハはボンド・パッドを含むものであり、
前記デバイス・ウェハと前記トップ・キャップとをボンディングした後に前記ボンド・パッドの上に来ることになる前記トップ・キャップの位置に、凹部を作るステップと、
前記トップ・キャップの一部を切断して前記デバイス・ウェハ上のボンド・パッドを露出させるステップと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスおよびプロセスに関し、より詳細には、上部センス・プレートを有するトップ・キャップまたはカバーを組み込んだＭＥＭＳデバイスを提供するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロメカニカル構造（ＭＥＭＳ）を製造する１つの方法は、パターニングされたシリコン・ウェハをガラス（通常はパイレックス（登録商標））基板へ結合させる。シリコン・ウェハの幾つかの部分はエッチングされ、機械的シリコン構造が残されてガラス基板に固定される。このプロセスはガラス・ウェハで開始される。ウエットまたはドライ・エッチング・プロセスを用いてウェハにキャビティ（空洞）が形成される。エッチングの深さにより、この構造の容量エレメントの分離が決定される。金属層がガラス上にデポジットされパターニングされ、導電電極および相互接続部が形成される。多量のボロンでドーピングされた（ｐ＋＋）エピタキシャル層が、分離しており軽くドーピングされたシリコン基板の上に成長させられる。シリコン・ウェハには、エピタキシャル層の厚さよりも大きい深さでパターンがエッチングされる。ガラスおよびシリコンのウェハは、陽極接合（anodic bonding）を用いて共に結合される。軽くドーピングされたシリコンはエッチングするがｐ＋＋シリコンはエッチングしないエッチ液を用いて、シリコン基板のドーピングされていない部分をエッチングして取り去り、自立構造で立っているマイクロ構造を残す。このようなプロセスは、一般に、ここではシリコン−ガラスＭＥＭＳプロセスと言う。
【０００３】
ほとんどの既知のＭＥＭＳデバイスでは、マイクロ構造は、動作中に周囲環境に対して露出される。露出されるマイクロ構造に関連する既知の問題の幾つかのものを以下に説明する。更に、特別な動作環境を提供することが望まれる場合、またはマイクロ構造を周囲環境から単に保護することが望まれる場合、その保護はパッケージング・ステップで行わねばならない。
【０００４】
１つの既知のパッケージング・ステップは、上部ウェハまたはトップ・ウェハと呼ばれることもある、凹部を含むガラス・ウェハを、デバイス・ウェハと呼ばれることもある、以前に組み立てられたガラス／シリコン・ウェハの上部に、結合する。デバイス上のシリコン構造の少なくとも一部は、連続する支持リングであり、このリングは、マイクロ構造を完全に囲むものであるが、マイクロ構造に接続される場合もされない場合もあり得る。第２のガラス・ウェハがこのシール・リングに結合され、キャビティを形成する。更に、キャビティの外側からキャビティの内側へと延びる電気的リードを有することが望ましい。このような方法およびデバイスが考えられてきたが、これらは製造環境とうまく統合されていない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様において、トップ・キャップ（top cap）および上部センス・プレート（感知プレート、sense plate）を有するマイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスを作る方法が提供される。この方法は、エッチングされた基板と、エッチングされたシリコン・デバイス・コンポーネントと、一部がボンド・パッドである相互接続金属とを含むデバイス・ウェハを作成するステップと、金属ラップアラウンド層（金属製の覆い被さる層）をデバイス・ウェハの裏側、縁側、および前側の一部に付加するステップとを備える。方法は、更に、エッチングされた基板および相互接続金属を含む上部ウェハを作成するステップと、デバイス・ウェハと上部ウェハとを結合するステップと、結合された上部ウェハおよびデバイス・ウェハを個々のＭＥＭＳデバイスへとダイシングするステップとを備える。
【０００６】
別の態様において、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスのためのトップ・キャップが提供され、このトップ・キャップは基板を備え、基板は、表面と、表面に形成された凹部と、凹部内にデポジットされてそこから外へ延びるものであり且つ表面にデポジットされる相互接続金属とを備える。トップ・キャップは、更に、少なくとも１つの深い凹部を備え、この凹部は、基板の表面に形成された凹部であり、トップ・キャップが結合されるデバイス・ウェハのボンド・パッドの上にくるように構成される。
【０００７】
更に別の態様において、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスのウェハが提供され、ウェハは基板を備え、基板は、表面を含む前側、後側、前側と後側との間の縁部、および表面に形成された凹部を有する。デバイス・ウェハはまた、凹部内にデポジットされてその外側へ延びるものであり且つ表面にデポジットされる相互接続金属と、シリコンから作られ且つ基板に結合されるＭＥＭＳデバイスと、デバイス・ウェハの後側および縁部にデポジットされるラップアラウンド金属層とを備える。ラップアラウンド金属層はまた、デバイス・ウェハの前側の一部の上へも延びる。
【０００８】
更に別の態様において、デバイス・ウェハおよび上部ウェハを備えるマイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスが提供される。デバイス・ウェハは基板を備え、基板は、デバイス・ウェハ表面を含む前側と、後側と、前側と後側との間の縁部と、デバイス・ウェハ表面に形成された凹状の溝部とを備える。また、デバイス・ウェハは相互接続金属を備え、相互接続金属は、凹状の溝部にデポジットされてその外側へ延びるものであり且つデバイス・ウェハ表面にデポジットされるものであり、少なくとも１つのボンド・パッドを形成する。シリコンから形成され基板に結合されるＭＥＭＳ構造と、デバイス・ウェハの後側、縁部、およ前側の一部にデポジットされるラップアラウンド金属層ともまた、デバイス・ウェハの一部である。上部ウェハは、デバイス・ウェハと結合されるものであり、トップ・キャップ基板を備え、トップ・キャップ基板は、上部ウェハ表面と、上部ウェハ表面に形成された凹部とを備える。また、上部ウェハは相互接続金属を備え、相互接続金属は、凹部にデポジットされてその外側へ延びるものであり、且つ上部ウェハ表面および少なくとも１つの深い凹部にデポジットされる。深い凹部は、ボンド・パッドの上に配置される上部ウェハ表面に形成された凹部を含む。
【０００９】
別の態様において、支持リングの下を通る少なくとも１つの電気的相互接続を含むＭＥＭＳデバイスにおける電気的短絡を防止する方法が提供される。電気的相互接続は、凹状の溝部においてのものであり、支持リングが上に取り付けられる溝部を充填する材料が提供される。この方法は、支持リングの近くに保護シールドを形成するステップを備え、これにより、支持リングを電気的相互接続へ短絡する小片（粒子）の入射を低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイス１０を示し、これは大きな分類での既知のＭＥＭＳデバイスを表す。ＭＥＭＳデバイス１０は、感知プレート１４上に懸架されたプルーフ・マス（proof mass）１２を含む。感知プレート１４は基板（示さず）に形成される。プルーフ・マス１２は、基板に取り付けられたアンカー１８に取り付けられた複数のビームまたはサスペンション１６を用いて、感知プレート１４の上に懸架される。モータ・ドライブ・コム２０および２６、およびモータ・ピックオフ・コム２２および３０は、基板に取り付けられる。プルーフ・マス１２は延びた複数のフィンガを含み、これらのフィンガは、モータ・ドライブ・コム２０から延びたフィンガ２６と交互配置（インターリーブ）される。プルーフ・マス１２は、延びた複数のフィンガ２８を更に含み、これらのフィンガは、モータ・ピックオフ・コム２２から延びたフィンガ３０と交互配置される。このようなデバイスの動作はよく知られており、上述のＭＥＭＳデバイス１０の複数の変形が存在する。更に、例えばＭＥＭＳジャイロスコープのように、複数のＭＥＭＳデバイス１０をプラットフォームで使用できることが知られている。また、ＭＥＭＳデバイス１０が、例えば、ジャイロスコープ、加速時計、共鳴器、温度センサ、圧力センサなどの複数のプラットフォームで使用されることが知られている。ここでは、ＭＥＭＳジャイロスコープに関連して、およびその構造について説明する場合もあるが、ここで記載する説明および構造は、他の上述のＭＳデバイスにも適用可能である。
【００１１】
図２はＭＳデバイス１０の側面図であり、図１に示すＡ−Ａ’線に沿った断面であり、プルーフ・マス１２が感知プレート１４上に懸架されているところを示す。プルーフ・マス１２の交互配置されたフィンガ２４は、モータ・ドライブ・コム２０およびそのフィンガ２６の方へ延びる。プルーフ・マス１２の交互配置されたフィンガ２８は、モータ・ピックオフ・コム２２およびそのフィンガ３０の方へ延びる。更に、モータ・ドライブ・コム２０と、モータ・ピックオフ・コム２２と、感知プレート１４とが配置される副構造４０が示されている。図２は断面であるので、交互配置されたフィンガ２６および２８は隠れた状態として示されている。
【００１２】
図３は、ＭＥＭＳデバイス１０の露出部分と係合した小片（粒子）が原因で生じ得る、ＭＥＭＳデバイス１０の動作における問題を示す。例えば、粒子５２は、ＭＥＭＳデバイス１０のモータ・ピックオフ・コム２２と他の電気的コンポーネント（示さず）との間に短絡回路を作り得る。別の例では、粒子５４がプルーフ・マス１２に付き、プルーフ・マス１２の一部の質量を変化させ、図に示すようにその部分を重みで下げる。更なる例において、粒子５６は、プルーフ・マス１２と基板４０との間に入り、プルーフ・マス１２の動きを妨げる。ＭＥＭＳデバイス１０に似たＭＥＭＳデバイスの上にカバーを配置することにより、粒子５２、５４、５６に似た粒子の存在と、その存在に起因する動作の問題とが低減されることが、知られている。
【００１３】
図４は、図１に示すＢ−Ｂ’線に沿ってのＭＥＭＳデバイス１０の断面であり、露出したＭＥＭＳ構造で起きる別の問題を示す。尺度は誇張されているが、断面は、プルーフ・マス１２の交互配置されたフィンガ２８およびモータ・ピックオフ・コム２２の交互配置されたフィンガ３０を通してのものである。ＭＥＭＳデバイス１０または他の任意のＭＥＭＳデバイスを動作させるために、フィンガ２８は、フィンガ３０がバイアスされている電圧とは異なる電圧でバイアスされる。２方向を指す矢印６０は、フィンガ２８とフィンガ３０との間の電界線を表す。しかしながら、フィンガ２８およびフィンガ３０の上の電界線６０と、フィンガ２８およびフィンガ３０の下の電界線６０との間には差がある。電界線６０の差は、フィンガ２８およびフィンガ３０の下の金属膜（感知プレート１４）が在ること、およびフィンガ２８およびフィンガ３０の上に同様の膜が無いことに起因する。これらの電界の間の非対称性は、幾つかのＭＥＭＳデバイスの性能を低下させる。
【００１４】
ＭＥＭＳデバイス１０に影響することが知られている露出に関する別の問題は温度変化であり、この影響は図５に示す。種々の環境要因により、応力がもたらされ得る。例えば、ＭＥＭＳデバイス１０が動作する温度が変化すると、ガラス部分７０とシリコン部分７２との熱膨張が異なることにより、図に示すように、応力による傾斜および変形が発生する。基板４０は、ガラス部分７０から構成され、プルーフ・マス１２、モータ・ドライブ・コム２０、モータ・ピックオフ・コム２２（全て図１に示す）は、シリコン部分７２から構成される。
【００１５】
図３に示したおよび上述の粒子に関する問題は、ＭＥＭＳデバイス１００の断面図を示す図６に示すように解決される。図６および後続の図において、ＭＥＭＳデバイス１００の、ＭＥＭＳデバイス１０のコンポーネントと同じコンポーネントは、図１ないし図５で用いた参照符号を用いて示している。ＭＥＭＳデバイス１００はトップ・キャップ１０２を含み、このトップ・キャップは、ＭＥＭＳデバイス１００の最上部を提供し、プルーフ・マス１２、モータ・ドライブ・コム２０およびモータ・ピックオフ・コム２２を覆う。１つの実施形態では、トップ・キャップ１０２はリング１０４を介して基板４０に取り付けられ、このリングは基板４０上に形成され且つＭＥＭＳデバイス１００のコンポーネントを囲むものであり、そして、プルーフ・マス１２、感知プレート１４、モータ・ドライブ・コム２０およびモータ・ピックオフ・コム２２、およびそれらのフィンガ２４、２６、２８、３０と同じ材料の層にパターニングされる。更に、トップ・キャップ１０２は上部感知プレート１０６を含み、１つの実施形態では、この上部感知プレートは、トップ・キャップ１０２に形成された凹部内に配置される。特定の実施形態では、リング１０４は、トップ・キャップ１０２の支持のためおよび陽極接合へのために備えられて、ＭＥＭＳデバイス１００のコンポーネントの動作のために、ハーメチック・シールされた範囲１１０（キャビティ１１０と呼ばれる）を提供する。しかしながら、キャビティ１１０は必ずしもハーメチック・シールされなくてもよい。
【００１６】
図７は、トップ・キャップ１０２を含むＭＥＭＳデバイス１００の別の断面図である。上述のように、トップ・キャップ１０２を用いることにより、ハーメチック・シール範囲１１０を提供することができる。しかし、キャビティ１１０を必ずしもハーメチック・シールするという必要はない。トップ・キャップ１０２およびリング１０４を使用する場合において、キャビティ１１０への開口部が粒子（例えば図３に示す粒子５２、５４、５６）が入らないほど十分に小さい場合には、ＭＥＭＳデバイス１００のコンポーネントの露出を、望まれるほど十分に低減する。更に、パターニングされた金属膜（即ち、上部感知プレート１０６）を含むトップ・キャップ１０２の実施形態の場合、図４と関連して説明した電界の非対称性の問題が除かれる。図７に示すように、フィンガ２４および２６と感知プレート１４との間の電界線１２０は、フィンガ２４および２６と上部感知プレート１０６との間の電界線１２０と対称である（釣り合っている）。従って、上部感知プレート１０６を用いる場合、フィンガ２４および２６（および図７には示していない２８および３０）の上側と下側とで電界線１２０は対称である。また、ＭＥＭＳデバイス１００のエレメントを機械的に対称の構造とすることで、温度変化に起因しての応力による傾斜を上から下まで無くすか又は少なくとも最小化し、図５に示すような温度変化に起因するＭＥＭＳデバイスのひずみを最小にする。
【００１７】
図８は、トップ・キャップ１０２および上部感知プレート１０６を除いたＭＥＭＳデバイス１００の概略図である。図８に示すように、断面線Ｃ−Ｃ’は、図６のＭＥＭＳデバイス１００の断面図のためのものである。同様に、断面線Ｄ−Ｄ’は、図７のＭＥＭＳデバイス１００の断面図のためのものである。更に、図８は、ＭＥＭＳデバイス１００のコンポーネントの周りに周囲部を形成するリング１０４を示す。電気的接続部１３０は図６および７には示されていないが、この接続部は、リング１０４の下の凹状の溝部１３１を通って、ＭＥＭＳデバイス１００の種々のコンポーネントからボンド・パッド１３２へ延び、このボンド・パッドは外部デバイスへの接続を可能にする。トップ・キャップ１０２（図７に示す）および上部感知プレート１０６（図７に示す）を持つＭＥＭＳデバイス１００の利点は知られているが、トップ・キャップおよび上部感知プレートを組み合わせて製造するための既知の方法は、製造に適していない。特に、改善が必要とされるプロセス・ステップは、電気的接続部１３０が短絡回路を形成することなしに、ＭＥＭＳデバイス１００のコンポーネントからボンド・パッド１３２への（即ち、外部接続への）電気信号を得ることを含む。この短絡回路の問題を解決する１つの既知の方法は、支持リング１０４に大きいギャップ（示さず）を作ることであった。これらのギャップは、デブリ（屑）がリングにとどまる確率を最小にするが、ダイシング・プロセスの間に水や切り屑がキャップ１０２内へ入るようになる。しかし、キャビティ１１０内に水および切り屑が入るのは非常に望ましくないことである。
【００１８】
図８は、更に、短絡回路の問題に対する１つの解決法と、参照として、粒子１３４が短絡回路を形成する様子を示す。上述のように、金属線（電気的接続部１３０）は、支持リング１０４の下の溝部１３１を通るので、支持リング１０４と短絡しない。しかしながら、粒子１３４が凹状の溝部１３１の開口部にとどまった場合、図に示すように、その金属を支持リング１０４へ短絡し得る。もし他の粒子１３４が更なる電気的接続部１３０を、デバイス全体の周りで連続的に繋がった支持リング１０４へ短絡した場合、それら個々の電気的接続部１３０は互いに短絡することになる。この問題を避けるために、電気的接続部１３０のための少なくとも幾つかの経路に保護シールド１３６が付加されていところが示されている。示されるように、保護シールド１３６は、粒子１３８が支持リング１０４へ接触するのを実質的に妨げることにより、隔離を提供する。保護シールド１３６はシリコンの他部分（例えば支持リング１０４）に接続されていないので、他の電気的接続部１３０への連続する電気経路がない。保護シールド１３６は、デバイス・ウェハの製造中にシリコンにパターニングされるものであり、他のシリコン部分から接続されておらず、上述の電気的短絡を避けるために挿入されるものである。
【００１９】
トップ・キャップ１０２を使用する際の別の既知の問題は、トップ・キャップ１０２をリング１０４へボンディングするときのナトリウム残留物の生成である。現在のボンディング方法は、非常に簡素であるが、多量のナトリウム残留物を生成する。１つの既知の解決法は、ＭＥＭＳデバイス１００が作られているウェハを、ダイシング・プロセスの間に水で洗浄することを含む。しかし、このプロセスは、全ての残留物が除去されることを保証するものではない。上述のように、キャビティ１１０内の水は望ましいものではない。上述のように、水はダイシング・プロセスの間にナトリウム残留物を除去するために用いられるが、デブリ、残留物、およびＭＥＭＳデバイス１００のコンポーネントが互いにくっつくというのは、水がキャビティ１１０内へ入ることを許容することに関連する問題の幾つかである。
【００２０】
トップ・キャップ１０２および上部感知プレート１０６を組み込む既知のＭＥＭＳデバイス１００において、ボンド・パッド１３２へのアクセスにも問題点がある。例えば、外部デバイスへ接続するためのボンド・パッド１３２へアクセスする１つの既知の方法は、リング１０４への取り付けの前にトップ・キャップ１０２に穴（示さず）を形成するために超音波ドリル・プロセスを用いる。これらの穴は縁部が欠けたりひびが入ったりし、また、ドリルすることによりトップ・キャップ１０２に残留応力を残す。
【００２１】
図９は、トップ・キャップおよび上部感知プレートを含むＭＥＭＳデバイスの製造における上述の問題を多少とも解消する、トップ・キャップおよび上部感知プレートを含むＭＥＭＳデバイス１００を製造するプロセスを示すフローチャート１５０である。ここでフローチャート１５０を参照する。デバイス・ウェハが準備され（１５２）、これは、高くされた面および低くされた面を含むガラス基板、シリコン構造物、およびＭＥＭＳデバイスを外部ボンド・パッドへ電気的に接続するためのガラス面上の金属パターン（相互接続金属および固着防止（anti-stick）金属）を含む。ボンド・パッドは、デバイス・ウェハ上のシリコン支持リングの周囲部の外側にあり、追加された支持リングへもまた互いにも短絡しない。このような構成は、デバイス・ウェハのマスク・レイアウトへ追加されるが、デバイス・ウェハのプロセスの流れは変化しない。更に、デバイス・ウェハは複数のダイを含み、各ダイがここで説明する構成を含むということが理解される。デバイス・ウェハへラップアラウンド金属層が追加される（１５４）。この金属層は、デバイス・ウェハの後側の金属膜であり、前側の方へと覆い被さる。従って、デバイス・ウェハの後側から前側への連続的電気経路がある。
【００２２】
次に、上部ウェハが処理される（１５６）（デバイス・ウェハのためのプロセスであり、上部ウェハも並列に行われ得る）。プロセス１５６は、上部ウェハの表面をエッチングし、エッチングした表面へ相互接続金属および固着防止金属を付加することを含む。上部ウェハに深い凹部が追加され（１５８）、デバイス・ウェハのボンド・パッドへ最終的にアクセスできるようにする。次に、上部ウェハおよびデバイス・ウェハは、位置合わせされて結合される（１６０）。上部ウェハの、下部ウェハにおける外部接続がなされるボンド・パッドと整合する位置に、深い凹部であるチャネルまたは「ストリート（道）」が切られる（１６２）（図１５−１７に更に示す）。上部ウェハおよびデバイス・ウェハは個々のダイへとダイシングされる（１６４）。
【００２３】
図１０は、トップ・キャップ１０２および１以上の上部感知プレートを用いる、例えばＭＥＭＳジャイロスコープ（または加速時計）などのようなＭＥＭＳデバイスのためのデバイス・ウェハ１８０の製造プロセスを示す。図１−８は、ウェハ上の１つのダイを示すが、図１０−１７は、多くの個々のダイを含むことができるウェハ全体を表す。デバイス・ウェハ１８０は、基板１８６にエッチングされた複数の凹状の溝部１８２および１８４を含む。パターニングおよびエッチングにより、高くされた面１８８、１９０および低くされた面１９２、１９４、１９６が基板１８６に形成される。基板１８６は通常はガラスである。パターニングされた金属構造物１９８、２００が、これらの面の一部に形成される。このような金属パターンは感知プレートとして用いられ、また、例えばモータ・ドライブ・コムおよびモータ・ピックオフ・コムへの電気的接続を提供する。パターニングされた金属構造物１９８、２００上には固着防止金属部２０２が形成されて、例えばプルーフ・マスが感知プレートへくっつくのを防止する。固着防止金属部２０２は矩形で示されているが、固着防止金属部２０２に他の幾何学的形状を用いることもできる。
【００２４】
１つの実施形態において、凹部１８４およびその中の金属構造物１９６の部分はガラス材料２０４で覆われ、それにより、高くされた面１８８、１９０と同じ高さでの平滑な面２０６を提供する。金属１９６の一部は、外部接続のために使用される電気リード２０８を提供する。デバイス・ウェハ１８０は複数の凹状の溝部１８４を含み得るものであり、それぞれの溝部は、その中に金属部を有し、ガラス材料２０４で充填されるものであり、金属部は複数の電気リード２０８を提供し、それぞれの電気リードがデバイス・ウェハ１８０の個々のコンポーネントへの接続を提供するということが、理解される。
【００２５】
同時に、構造（例えばＭＥＭＳデバイスのコンポーネント）がシリコン・ウェハ（示さず）へパターニングされる。シリコン・ウェハは、基板１８６へボンディングされる。ガラス・ウェハとシリコン・ウェハとを組み合わせたものがエッチングされ、その結果として、シリコン・ウェハの殆どの部分がエッチングで取り除かれ、シリコン・ウェハのパターニングされた部分のみが残り、基板１８６へ固着される。図１０を参照すると、シリコン・ウェハのパターニングされた部分は、基板１８６へ固着されており、ＭＥＭＳデバイスのコンポーネント、例えば、プルーフ・マス２１０、２１２、モータ・ドライブ・コム２１４、２１６、モータ・ピックオフ・コム２１８、２２０、支持リング２２２、保護シールド２２４を含む。支持リング２２は、デバイス・ウェハ１８０上のコンポーネントの周囲を囲む。支持リング２２２は、支持部の一部であり、ここにトップ・キャップがボンディングされる。保護シールド２２４は、保護シールド１３６（図８に示す）と関連して説明したように、導電性粒子（示さず）が支持リング２２２へ接触するのを妨げる役割を担う。
【００２６】
支持リング２２２の下を通る凹状の溝部１８４を基板１８６に形成することは望ましいが、必ずしもというわけではない。しかしながら、凹状の溝部１８４内の金属２００は、ＭＥＭＳデバイスのコンポーネントからボンド・パッド（電気リード２０８）へ、電気信号を搬送する。ボンド・パッドは、支持リング２２２により形成された凹部の外側である。凹状の溝部１８４および金属２００は、支持リング２２２に接触することなく、キャビティ内部へおよびキャビティ外部へ電気信号を送ることを可能にする。金属２００が支持リング２２２に接触した場合、種々の金属線を共に短絡することになり、ＭＥＭＳデバイスの動作に影響を及ぼす。また、例えばデバイス・ウェハ１８０を切ることにより出たデブリのような小片が溝の開口部に入った場合、それが金属２００を支持リング２２２へ短絡させ得る。
【００２７】
図１１は、デバイス・ウェハ１８０の全てのコンポーネントを含み、更に、ラップアラウンド金属層２３２を含むデバイス・ウェハ２３０を示し、このラップアラウンド金属層は、デバイス・ウェハ２３０の前側から後側へ連続的電気経路を提供する。デバイス・ウェハ１８０および２３０は、１つのＭＥＭＳデバイスの一部として示した。しかし、デバイス・ウェハ１８０および２３０は、多くの個別のダイへと切り分けられる場合には、ダイシング・プロセスの間に分離されるＭＥＭＳデバイスの多くの部分を含み得ることが理解される。これについては以下で更に説明する。従って、ラップアラウンド金属層２３２が、個々のダイではなくデバイス・ウェハ２３０全体を覆うことも理解される。
【００２８】
図１２−１５は、デバイス・ウェハ２３０（図１１に示す）へボンディングされるトップ・キャップ２５０の作成のプロセスの流れを示す。プロセスの流れは、デバイス・ウェハ２３０についてのプロセスと非常に似ている。図１２に示すように、トップ・キャップ２５０は基板２５２を含み、この基板は、エッチングされた１以上の凹部２５４を含む。図１３を参照すると、相互接続金属２５６および２５８が、トップ・キャップ２５０に追加されている。一例として、相互接続金属２５６は、将来の電気的接続のために、凹部２５４から外へ延びて面２５７上へ延びている。一例において、相互接続金属２５６および２５８は、ＭＥＭＳデバイスの上部感知プレートとなるように作られる。図１４は、固着防止金属２６０が相互接続金属２５６および２５８に追加されているところを示し、これにより、相互接続金属２５６および２５８（上部感知プレート）と、ＭＥＭＳデバイスの１以上のプルーフ・マスとの間の長い接触を防止する手助けをする。
【００２９】
図１５において、トップ・キャップ２５０は、更に、面２５７の一部にエッチングされた深い凹部２６２を備えるように構成する。以下に更に説明するように、基板２５２の深い凹部２６２は、デバイス・ウェハ２３０（図１１に示す）のボンド・パッドへのアクセスを提供するための、プロセスの一部である。例示したトップ・キャップ２５０は、１つの凹部２５４および１つの深い凹部２６２を有するものとして示しているが、ＭＥＭＳの個々のコンポーネントの数やこれらのコンポーネントに対して作られる電気的接続部の数に応じて、複数の凹部２５４および複数の深い凹部２６２を有するように構成できることも、理解される。更に、トップ・キャップ２５０が、デバイス・ウェハ２３０へボンディングされる上部ウェハの一部であり、また、上述のように、個々のダイへとダイシングされるものであることも、理解される。
【００３０】
図１６は、デバイス・ウェハ２３０およびトップ・キャップ２５０、およびこれらの上述の個々のコンポーネントの全てを含むＭＥＭＳデバイス３００を示す。トップ・キャップ２５０は、支持リング２２２の周囲部分にボンディングされる。トップ・キャップ２５０は、デバイス・ウェハ２３０のガラス部分１８６と同じように処理されるが、プルーフ・マス２１０と下部感知プレート１９８との間のギャップ３０２と、プルーフ・マス２１０と上部感知プレート２５８との間のギャップ３０４とが、それらの個々の固着防止金属２０２および２６０も含めて、釣り合うようにせねばならない、というところが異なる。シリコン製の機構のひずみや、とりわけギャップ３０２および３０４を僅かに変えるエッチ液への不均一な露出などのような不完全性を考慮して、トップ・キャップ２５０の凹部２５４の深さを、デバイス・ウェハ２３０のエッチングの深さと異ならせることもできる。１つの実施形態では、ギャップ３０２と３０４とを等しくするために、トップ・キャップ２５０のエッチング時間が調節される。
【００３１】
トップ・キャップ２５０へのデバイス・ウェハ２３０の陽極接合は、ラップアラウンド金属層２３２の後側３３０とトップ・キャップ２５０の後側３４０との間に高電圧を印加することにより行われる。ラップアラウンド金属層２３２が無い場合、電圧を、デバイス・ウェハ２３０とトップ・キャップ２５０との間に印加する。このようなボンディングを行うために必要な電圧は、ラップアラウンド金属層２３２を使用する時に必要な電圧の２倍であり、幾つかの商用のボンディング・システムで特別な電力供給源を設置せずに供給できる電圧よりも高い。しかしながら、更に重要なことは、ラップアラウンド金属層２３２を用いないボンディング・プロセスでは、ナトリウムがデバイス・ウェハ２３０から移動して、デバイス・ウェハ２３０とトップ・キャップ２５０との間の面に残留物として堆積することである。
【００３２】
後にＭＥＭＳデバイス３００が適正に動作するためには、残留物を取り除く必要があり、そのため、ボンディング・プロセスの後の或る時点で水での洗浄が必要とされる。不都合なことに、ウェハの間のキャビティ３５０に水が入るのは非常に望ましくなく、また、水での洗浄により全てのナトリウム残留物が取り除かれる保証はない。従って、１つの実施形態において、ＭＥＭＳデバイスを作り上げるボンディング・プロセスを、ラップアラウンド金属層２３２を使用しないボンディング方法から調整して、その結果としてナトリウムが移動する問題を軽減する。特定的には、デバイス・ウェハ２３０の後側３３０からの電気的接触を用い、これが、ウェハ・ボンダ（bonder）・チャックおよび電源を、デバイス・ウェハ２３０の前側３４０のシリコン層に接触させる（例えば、ラップアラウンド金属層２３２）。ラップアラウンド金属層２３２は、デバイス・ウェハ２３０の後側３３０にデポジットされるが、このデポジットは、金属層２３２が、縁部３２０と、前側３４２の少しの部分とを覆い包むうようにする。１つの実施形態において、ラップアラウンド層２３２は、基板１８６のための適切な固定具およびバイアス電圧の制御が与えられる場合には、スパッタリングにより加えられる。デバイス・ウェハ２３０上のシリコンおよび金属は、バイアス電圧がデバイス・ウェハ２３０の全ての部分へ分配されるように配置され、それにより、ナトリウムの移動の発生率を低減する。
【００３３】
典型的には１００マイクロメートル以上の深さである深い凹部２６２が、図１５と関連して説明したように、トップ・キャップ２５０に形成されている。トップ・キャップ２５０がデバイス・ウェハ２３０と整合されボンディングされると、それらの深い凹部２６２は、デバイス・ウェハ２３０の個々のボンド・パッド（電気リード２０８）の真上にくる。図１７を参照すると、組み立ておよびボンディングが完了した後、切断を行うことにより、電気リード２０８へアクセスできるようにされる。深い凹部２６２は、ソー（鋸）の刃がデバイス・ウェハ２３０に近接しすぎる危険性なく、トップ・キャップ２５０が切断されるようにする。このプロセスは、トップ・キャップ２５０に「ワイド・ストリート（広い道）」を切る、と呼ばれることもある。深い凹部は、知られているように超音波ドリルにより作成することができるが、超音波ドリルでは縁部が非常に粗くなる。電気リード２０８へのアクセス範囲３１０を作る別の方法は、化学エッチングやレーザ・ドリルを含む。最後に、トップ・キャップ２５０とデバイス・ウェハ２３０とを組み合わせたものがダイシングされて個々のダイにされる。これは、図１７では、ラップアラウンド金属層２３２が基板１８６の縁部３２０で終わっていることを示すことで、表されている。
【００３４】
１つの実施形態において、トップ・キャップ２５０とデバイス・ウェハ２３０とがボンディングされた後に、２つの切断動作がある。第１の切断動作は、トップ・キャップ２５０の一部を切断してデバイス・ウェハ２３０上のボンド・パッドを露出させることを含む。ソーの刃を下げすぎた場合、ソーの刃がデバイス・ウェハ２３０を切る危険性が高い。深い凹部２６２は、ソーの刃をボンド・パッドより十分上に位置するように容易に設定できる深さとされている。個々のボンド・パッドへのアクセスが完全にできるようにするための、より広い切断は、標準の狭い切り溝（narrow-kerf）の鋸刃で並列に二列切るか、または広い切り溝の鋸刃で一列切ることにより、行われ得る。
【００３５】
第２の切断動作は、ボンディングされたトップ・キャップ２５０およびデバイス・ウェハ２３０を個々のダイへと切断する。好適には、例えば凹状の溝部１８４や支持リング２２２自体のギャップなどのような、支持リングの下の何れの溝も、両方の切断動作の間に水およびデブリがキャビティ３５０へ入るのを妨げるように設計される。１つの実施形態において、凹部１８４のガラス材料２０４は、水が支持リング２２２を通過すること及びキャビティ３５０へ入ることを妨げる。
【００３６】
上述の実施形態は、トップ・キャップおよび上部感知プレートによる既知の利益を、容易に製造できる形でＭＥＭＳデバイスにもたらし、また、外部デバイスへの電気的接続のためにボンド・パッドへ容易にアクセスすることを可能にする。しかしながら、ここで説明した方法および構造は、トップ・キャップおよび上部感知プレートをＭＥＭＳデバイスへ適用することを含む構成以外の応用にも範囲が広がることを企図している。例えば、ラップアラウンド金属層および／または保護シールドを、トップ・キャップを用いないＭＥＭＳデバイスで用いることもでき、それにより他の製造上および性能上の利益を提供することができ得る。
【００３７】
また、ここで説明した方法は、トップ・キャップを支持する支持リングを使用することを含み、これは、その中にあるＭＥＭＳデバイスの動作のために、より良く制御された環境を提供する手助けとなり、その結果として動作の信頼性が高くなる。従って、本発明は、種々の特定の実施形態に関連して説明したが、当業者は、本発明を特許請求の範囲に記載した精神および範囲内で変更を行って実施できることを、認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、ＭＳデバイスを示す。
【図２】図２は、図１のＭＥＭＳデバイスのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図２のＭＥＭＳデバイスの側面図であり、ＭＥＭＳデバイス内の遊離した粒子の影響を示す。
【図４】図４は、図１のＭＥＭＳデバイスのＢ−Ｂ’線に沿った断面図であり、ＭＥＭＳデバイス内の電場を示す。
【図５】図５は、図２のＭＥＭＳデバイスの側面図であり、ＭＥＭＳデバイスへの温度変化の影響を示す。
【図６】図６は、トップ・キャップおよび上部感知プレートを有するＭＥＭＳデバイスの側面図である。
【図７】図７は、図６のＭＥＭＳデバイスの別の側面図であり、ＭＥＭＳデバイス内の電場への上部感知プレートの影響を示す。
【図８】図８は、支持リングおよび保護シールドを組み込むＭＥＭＳデバイスの上面図である。
【図９】図９は、トップ・キャップおよび上部感知プレートを持つＭＥＭＳデバイスを製造するプロセスを説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、ＭＥＭＳデバイスのデバイス・ウェハの側面図である。
【図１１】図１１は、図１０のデバイス・ウェハ上のラップアラウンド金属層を示す。
【図１２】図１２は、ＭＥＭＳデバイスのトップ・キャップとして使用される基板内の凹部を示す。
【図１３】図１３は、図１２の基板にデポジットされる相互接続金属（上部感知プレート）を示す。
【図１４】図１４は、図１３の相互接続金属上にデポジットされる反スティクション金属を示す。
【図１５】図１５は、図１２の基板に形成される深い凹部を示す。
【図１６】図１６は、図１１のデバイス・ウェハおよび図１５のトップ・キャップを含むＭＥＭＳデバイスの側面図である。
【図１７】図１７は、図１６のＭＥＭＳデバイスを示し、このデバイスでは、図１５の基板が深い凹部に沿って切り取られ、電気的ボンド・パッドへのアクセスを提供している。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年4月24日(2006.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップ・キャップおよび上部感知プレートを有するマイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）・デバイスを製造する方法であって、
エッチングされた基板と、エッチングされたシリコンと、一部がボンド・パッドである相互接続金属とを含むデバイス・ウェハを作成するステップと、
前記デバイス・ウェハの後側と、縁側と、前側の一部とに、金属ラップアラウンド層を付加するステップと、
エッチングされた基板と相互接続金属とを含む上部ウェハを作成するステップと、
前記デバイス・ウェハと前記上部ウェハとをボンディングするステップと、
ボンディングされた前記上部ウェハおよび前記デバイス・ウェハを、個々のＭＥＭＳデバイスへとダイシングするステップと
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記デバイス・ウェハを作成する前記ステップは、
ガラス基板に、キャビティ内へ導電経路が通るための凹部を形成するステップと、
前記凹部の中および周りに導電リードを形成するステップと、
ガラス層が前記基板の面と実質的に同じ高さとなるように、前記ガラス層を前記凹部にデポジットするステップと、
を備える、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記金属ラップアラウンド層を付加する前記ステップは、
前記デバイス・ウェハを固定具に取り付けるステップと、
前記デバイス・ウェハの基板へバイアス電圧を印加するステップと、
前記ラップアラウンド金属層を前記基板上にスパッタリングするステップと
を備える、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記上部ウェハの、前記デバイス・ウェハと前記上部ウェハとをボンディングした後の前記ボンド・パッドの上に来る位置に、凹部を形成するステップと、
前記上部ウェハの前記凹部のところを切断するステップと
を更に備える方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記上部ウェハの前記凹部のところを切断するステップは、前記トップ・キャップの一部を切断して前記デバイス・ウェハ上のボンド・パッドを露出させるステップを含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、エッチングされた前記ＭＥＭＳデバイスのコンポーネントは少なくとも１つのプルーフ・マスを含み、エッチングされた基板と相互接続金属とを含む前記上部ウェハを作成するステップは、
感知プレートとして構成される前記デバイス・ウェハの前記相互接続金属と前記プルーフ・マスとの間の距離を決定するステップと、
上部感知プレートとして構成される前記上部ウェハの前記相互接続金属の、前記プルーフ・マスからの距離が、ボンディングの後に、感知プレートとして構成された前記デバイス・ウェハの前記相互接続金属の、前記プルーフ・マスからの距離と実質的に同じになるように、前記上部ウェハのエッチングの深さを制御するステップと
を備える、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記デバイス・ウェハ上および前記上部ウェハ上の前記相互接続金属の少なくとも一部に固着防止金属をデポジットするステップを更に備える方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記デバイス・ウェハを作成する前記ステップは、
前記ＭＥＭＳデバイスのコンポーネントの周囲に、前記上部ウェハを支持する支持リングを形成するステップと、
何れかの粒子が前記支持リングに電気的に接触することを実質的に妨げるように、前記ＭＥＭＳデバイスに保護シールドを形成するステップと
を備える、方法。
【国際調査報告】
2007508956.tif 000020
2007508956.tif 000021