(57)【要約】  外部環境に曝露される部分を備えるＭＥＭＳデバイスを提供する方法およびシステムが開示される。方法は、ハンドルウエハをデバイスウエハに接合して、ハンドルウエハとデバイスウエハとの間に配設される誘電体層を備えるＭＥＭＳ基板を形成するステップを含んでいる。方法は、少なくとも１つのスタンドオフをデバイスウエハ上にリソグラフィにより画成するステップと、少なくとも１つのスタンドオフを集積回路基板に接合して、ＭＥＭＳ基板と集積回路基板との間に封止キャビティを形成するステップを含んでいる。本方法は、ハンドルウエハにおける少なくとも１つの開口部、スタンドオフ、または集積回路基板を画成して、デバイスウエハの一部を外部環境に曝露するために一部を曝露するステップを含んでいる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部環境に曝露される部分を備える微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを提供する方法において、
ハンドルウエハをデバイスウエハに接合して、ＭＥＭＳ基板を形成するステップであって、誘電体層が前記ハンドルウエハと前記デバイスウエハとの間に配設されるステップと、
少なくとも１つのスタンドオフを前記デバイスウエハ上にリソグラフィにより画成するステップと、
前記少なくとも１つのスタンドオフを集積回路基板に接合して、前記ＭＥＭＳ基板と前記集積回路基板との間に封止キャビティを形成するステップと、
前記ハンドルウエハにおいて少なくとも１つの開口部をエッチングして、前記誘電体層の一部を曝露するステップと、
前記誘電体層の曝露部をエッチングして、前記デバイスウエハの一部を前記外部環境に曝露するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記集積回路基板は、少なくとも１つの電極と、前記少なくとも１つの電極に結合される少なくとも１つの回路とを備えるＣＭＯＳウエハを備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記封止キャビティの間隙は前記少なくとも１つのスタンドオフの高さにより画成されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、更に、
前記少なくとも１つのスタンドオフと前記集積回路基板との間の導電性接合を利用することによって、前記デバイスウエハと前記集積回路基板との間に電気接続を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記デバイスウエハの曝露部はフレキシブルプレートであり、前記フレキシブルプレートの少なくとも１つの領域は前記封止キャビティの表面であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、更に、
前記デバイスウエハの前記曝露部を部分的にエッチングして、前記デバイスウエハの厚さを減少するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、更に、
前記デバイスウエハの前記曝露部を完全にエッチングして、前記集積回路基板の表面を曝露するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、更に、
流体チャネルを備える基板を前記ＭＥＭＳ基板の上面に接合するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、更に、
シリコン貫通ビア工程を用いて前記ＭＥＭＳデバイスをパッケージ化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、更に、
成形化合物が前記封止キャビティの膜領域に侵入するのを防ぐため、前記ハンドルウエハをダムとして用いるプラスチック成形パッケージに前記ＭＥＭＳデバイスをパッケージ化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、更に、
成形化合物が前記封止キャビティの膜領域に侵入するのを防ぐため、接着テープを用いるプラスチック成形パッケージに前記ＭＥＭＳデバイスをパッケージ化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記ハンドルウエハにおいて前記少なくとも１つの開口部をエッチングするステップは更に、傾斜側壁を作成することを特徴とする方法。
【請求項１３】
外部環境に曝露される部分を備える微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを提供する方法において、
ハンドルウエハをデバイスウエハに接合して、ＭＥＭＳ基板を形成するステップにおいて、誘電体層が前記ハンドルウエハと前記デバイスウエハとの間に配設されるステップと、
少なくとも１つのスタンドオフを前記デバイスウエハ上にリソグラフィにより画成するステップと、
デバイスの縁部まで延在するチャネルを提供するステップと、
前記少なくとも１つのスタンドオフを集積回路基板に接合して、前記ＭＥＭＳ基板と前記集積回路基板との間に封止キャビティを形成するステップと、
少なくとも１つのチャネルの一部を貫通して切断し、それによって前記少なくとも１つのチャネルを前記外部環境に曝露することによって前記ＭＥＭＳデバイスを単体化するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記提供されたチャネルは、前記ハンドルウエハにおいて１つまたは複数のキャビティをエッチングすることによって画成されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、前記提供されたチャネルは、前記少なくとも１つのスタンドオフにおける１つまたは複数の間隙によって画成されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法において、前記提供されたチャネルは、前記集積回路基板において１つまたは複数のキャビティをエッチングすることによって作成されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
外部環境に曝露される部分を備える微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスにおいて、
ＣＭＯＳ基板と、
前記ＣＭＯＳ基板に接合されるＭＥＭＳ基板において、デバイス基板に接合されるハンドル基板を、前記ハンドル基板と前記デバイス基板との間に配設される誘電体層とともに含むＭＥＭＳ基板と、
前記ハンドル基板における少なくとも１つの開口部において、前記デバイス基板の表面を前記外部環境に曝露する少なくとも１つの開口部と
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記少なくとも１つの開口部の一部は、前記ハンドル基板の縁部まで延在することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項１９】
請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記少なくとも１つの開口部は、流体の流れを可能にする流体チャネルであることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２０】
請求項１７に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、封止キャビティが、前記ＭＥＭＳ基板と前記ＣＭＯＳ基板との間に形成され、前記デバイス基板上でリソグラフィにより画成される少なくとも１つのスタンドオフの高さによって画成されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記封止キャビティは、フレームの上に位置する前記ハンドルウエハにおける前記開口部よりも小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２２】
請求項２０に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記封止キャビティは、前記フレームの上に位置する前記ハンドルウエハにおける前記開口部よりも大きいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２３】
請求項２０に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記少なくとも１つの開口部は、前記封止キャビティの上に位置することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２４】
請求項１７に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記デバイス基板は更に、
底部構造層に接合される上部構造層を、前記上部構造層と前記底部構造層との間に配設される第２の誘電体層とともに備え、前記上部構造層は、前記誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配設されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２５】
請求項２４に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記少なくとも１つの開口部は、前記誘電体層および前記上部構造層を貫通して延在して、前記第２の誘電体層の一領域を前記外部環境に曝露することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２６】
請求項１７に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記ハンドル基板において少なくとも１つのキャビティを備え、前記ハンドル基板における前記少なくとも１つの開口部は、前記ハンドル基板における前記少なくとも１つのキャビティ内に延在することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２７】
請求項１７に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記少なくとも１つの開口部は、前記デバイスの前記縁部に延在することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年６月２９日出願の米国仮特許出願第６１／５０２，６０３号明細書、発明の名称「ＭＥＭＳデバイス、製造工程、集積センサ、圧力センサ、光学センサ、マイクロ流体、加速度計（ＭＥＭＳ  ＤＥＶＩＣＥ，ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ，ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＳＥＮＳＯＲＳ，ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＳＥＮＳＯＲＳ，ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＥＮＳＯＲＳ，ＭＩＣＲＯ−ＦＬＵＩＤＩＣ，ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴＥＲ）」の利益を主張し、その全体を引用して本明細書に組み込む。本出願は、２０１１年６月２９日出願の米国仮特許出願第６１／５０２，６１６号明細書、整理番号ＩＶＳ−１５６ＰＲ（５０２８ＰＲ）、発明の名称「一部が環境に曝露され、縦型集積電子回路を備える密閉封止型ＭＥＭＳデバイス（ＨＥＲＭＩＴＩＣＡＬＬＹ  ＳＥＡＬＥＤ  ＭＥＭＳ  ＤＥＶＩＣＥ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＰＯＲＴＩＯＮ  ＥＸＰＯＳＥＤ  ＴＯ  ＴＨＥ  ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ  ＡＮＤ  ＷＩＴＨ  ＶＥＲＴＩＣＡＬＬＹ  ＩＮＴＥＲＧＲＡＴＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ）」、および本発明と同時に出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号明細書、整理番号ＩＶＳ−１５６（５０２８Ｐ）、発明の名称「一部が環境に曝露され、縦型集積電子回路を備える密閉封止型ＭＥＭＳデバイス（ＨＥＲＭＥＴＩＣＡＬＬＹ  ＳＥＡＬＥＤ  ＭＥＭＳ  ＤＥＶＩＣＥ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＰＯＲＴＩＯＮ  ＥＸＰＯＳＥＤ  ＴＯ  ＴＨＥ  ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ  ＷＩＴＨ  ＶＥＲＴＩＣＡＬＬＹ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ）」に関連し、その全体を引用して本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関し、より詳細には、外部環境に曝露される部分を備えるＭＥＭＳデバイスの製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くのＭＥＭＳデバイスは、特に、これらのうちでデバイスの外側の環境を測定したり、変更する態様のもの（例えば、圧力センサ、マイクロフォン、スピーカ、化学センサ、生物学的センサ、光学センサ等）は、ＭＥＭＳ構造の一部を外部環境に曝露させる必要がある。外部環境に曝露される部分を備えるデバイスを製造することによって、かかるＭＥＭＳデバイスの動作を実装し、向上させる、費用対効果が高く、効率的な製造工程が強く望まれている。本発明は、かかる要望に応えるものである。
【発明の概要】
【０００４】
外部環境に曝露される部分を備えるＭＥＭＳデバイスを提供する方法およびシステムが開示されている。第１の態様において、方法は、ハンドルウエハをデバイスウエハに接合して、ハンドルウエハとデバイスウエハとの間に配設される誘電体層を備えるＭＥＭＳ基板を形成するステップを含んでいる。方法は、少なくとも１つのスタンドオフをデバイスウエハ上にリソグラフィにより画成するステップと、少なくとも１つのスタンドオフを集積回路基板に接合して、ＭＥＭＳ基板と集積回路基板との間に封止キャビティを形成するステップを含んでいる。方法は、ハンドルウエハにおいて少なくとも１つの開口部をエッチングして、誘電体層の一部を曝露するステップと、誘電体層の曝露部をエッチングして、デバイスウエハの一部を外部環境に曝露するステップを含んでいる。
【０００５】
第２の態様において、ＭＥＭＳデバイスは、ＣＭＯＳ基板と、ＣＭＯＳ基板に接合されるＭＥＭＳ基板とを備えている。ＭＥＭＳ基板は、デバイス基板に接合されるハンドル基板を、ハンドル基板とデバイス基板との間に配設される誘電体層とともに含んでいる。ＭＥＭＳデバイスは、ハンドル基板における少なくとも１つの開口部を含み、少なくとも１つの開口部は、デバイス基板の表面を外部環境に曝露する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付図面は発明のいくつかの実施形態を示し、説明とともに、発明の原理を説明する目的を果たす。当業者にとって、図に示す特定の実施形態は単なる例示であり、本発明の適用範囲を制限する意図が無いことは、容易に認識される。
【０００７】
【図１】図１は、ある実施形態による第１のＭＥＭＳデバイスのための出発材料を示す。
【図２】図２は、ある実施形態によるハンドルウエハの第１のエッチングを有する第１のＭＥＭＳデバイスを示す。
【図３】図３は、ある実施形態による誘電体層の第２のエッチングを有する第１のＭＥＭＳデバイスを示す。
【図４ａ】図４ａは、ある実施形態によるデバイスウエハの任意の第３のエッチングを有する第１のＭＥＭＳデバイスを示す。
【図４ｂ】図４ｂは、デバイスウエハの可撓部分の寸法が、エッチングされる開口部の位置および寸法よりもスタンドオフフレームの位置によって画成されるように、エッチングされる開口部がスタンドオフフレームの上に設置される、第１のＭＥＭＳデバイスを示す。
【図５】図５は、ある実施形態による２つのシリコン層を備えるデバイスウエハを備えるＭＥＭＳデバイスを示す。
【図６】図６は、ある実施形態による第１のＭＥＭＳデバイスの第１のウェハレベルパッケージング工程を示す。
【図７】図７は、ある実施形態による第１のＭＥＭＳデバイスの第２のウェハレベルパッケージング工程を示す。
【図８】図８は、ある実施形態による第２のウェハレベルパッケージング工程のフォトレジストパターン堆積を示す。
【図９】図９は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスのプラスチック成形パッケージング工程を示す。
【図１０ａ】図１０ａは、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示す。
【図１０ｂ】図１０ｂは、ある実施形態による第２のＭＥＭＳデバイスを示す。
【図１１】図１１は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスのキャビティの上面図を示す。
【図１２】図１２は、ある実施形態による図１１のＭＥＭＳデバイスの断面図Ａ−Ａ’を示す。
【図１３】図１３は、ある実施形態によるスタンドオフ層側方チャネルを介して外部環境に曝露されるキャビティを備えるＭＥＭＳデバイスの断面図を示す。
【図１４】図１４は、ある実施形態によるＣＭＯＳウエハ内のキャビティによって画成される側方チャネルを備えるＭＥＭＳデバイスの上面図および断面図を示す。
【図１５】図１５は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示す。
【図１６】図１６は、ある実施形態によるＣＭＯＳウエハ開口部を作成するＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す。
【図１７】図１７は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示す。
【図１８】図１８は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスのハンドルウエハへの融着前にデバイスウエハの一部を薄肉化する製造工程を示す。
【図１９】図１９は、ある実施形態による図１８の製造工程に従って薄肉化され、処理されたＭＥＭＳデバイスの更なる製造工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関し、より詳細には、外部環境に曝露される部分を備えるＭＥＭＳデバイスの製造に関する。以下の説明を、当業者が本発明を実施および使用できるよう与え、特許出願およびその要件との関連において提供する。記載の実施形態および一般原則に対する種々の改変形態および本明細書に記載の特徴形態は、当業者にとって、容易に明らかであろう。従って、本発明は、提示の実施形態によって限定されるものではなく、本明細書に記載する原則および特徴形態と一致する最大の適用範囲に従うものである。
【０００９】
ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ集積化工程は、ウエハボンディングによりＣＭＯＳウエハ／基板と集積化される密閉封止型ＭＥＭＳデバイスを作成することに用いることができる。結果として生じるＭＥＭＳデバイスは、結果として生じるエンクロージャの内部に封止され、環境に直接曝露されない。圧力センサ、光学ＭＥＭＳ、生物学的センサを含むがこれらに限定されないいくつかのデバイスにとって、ＭＥＭＳ構造が環境と直接接続することが望ましい。
【００１０】
本発明による方法とシステムは、一部が外部環境に曝露されるＭＥＭＳデバイスを製造する工程を提供する。ＭＥＭＳ基板を集積回路基板に接合し、ＭＥＭＳ基板の一部をエッチングすることによって、ＭＥＭＳ基板の一部はその後、外部環境に曝露される。外部環境に曝露されるＭＥＭＳ基板の一部は、圧力センサまたは強化された感度を必要とする関連ＭＥＭＳデバイスの作成を可能にするよう、ＭＥＭＳ基板の残りの構造素子層よりも薄くてもよい。かかる圧力センサまたは関連ＭＥＭＳデバイスの、モーションセンサを含むがこれに限定されない他のＭＥＭＳデバイスとの集積化は、製造工程によっても達成される。
【００１１】
本発明の特徴をより詳細に説明するため、ここで、添付図面とともに以下の説明を参照する。
【００１２】
図１は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１００のための出発材料を示す。ＭＥＭＳデバイス１００は、ハンドルウエハ１０２と、誘電体層１０４を介してハンドルウエハ１０２に結合されるデバイスウエハ１０６とを備えるＭＥＭＳ基板を含んでいる。一実施形態において、デバイスウエハ１０６は、純シリコンウエハである。一実施形態において、誘電体層１０４は酸化物層である。ＭＥＭＳデバイス１００は、少なくとも１つのスタンドオフ１１０を介してＭＥＭＳ基板のデバイスウエハ１０６に結合されるＣＭＯＳウエハ１０８を含んでいる。ＭＥＭＳデバイス１００は、上部キャビティ１１２および底部キャビティ１１４を含んでいる。
【００１３】
従って、ＭＥＭＳデバイス１００は、標準工程により作成される出発ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ接合ウエハである。ＭＥＭＳ基板の上面は、フォトレジスト材料によってコーティングされ、開口部は、外部環境に曝露されるべきＭＥＭＳ基板の領域の上にフォトリソグラフィを用いて画成される。一実施形態において、出発ウエハは、ＣＭＯＳウエハとのボンディング前に所望の厚さまで薄肉化されるＭＥＭＳ構造素子層の一部を有している。
【００１４】
図２は、ある実施形態によるハンドルウエハ１０２の第１のエッチング２０２を有するＭＥＭＳデバイス２００を示す。一実施形態において、第１のエッチング２０２は、ハンドルウエハ１０２の下に埋設されている誘電体層１０４の上面に到達した場合に止まる、ハンドルウエハ１０２を貫通する膜ＤＲＩＥエッチングであり、ハンドルウエハ１０２に初期開口部またはキャビティを作成する。図３は、ある実施形態によるハンドルウエハ１０２の第２のエッチング２０４を有するＭＥＭＳデバイス３００を示す。一実施形態において、第２のエッチング２０４は、デバイスウエハ１０６の上面に到達した場合に止まる、誘電体層１０４を貫通する膜ＤＲＩＥエッチングである。この時点において、デバイスウエハ１０６の上面は、ここで外部環境に曝露されている。
【００１５】
図４ａは、ある実施形態によるハンドルウエハ１０２の任意の第３のエッチング２０６を有するＭＥＭＳデバイス４００ａを示す。一実施形態において、第３のエッチング２０６は、所望の膜厚に達した場合に止まる、デバイスウエハ１０６を貫通する膜ＤＲＩＥエッチングである。当業者にとって、所望の膜厚は異なる必要性および用途に応じて変更でき、本発明の精神と適用範囲内にあることは、容易に認識されよう。第１、第２、および第３のエッチング２０２〜２０６のそれぞれは、所定の期間および正確な厚さレベルでエッチング工程が止まるように調節できる。更に、第１、第２、および第３のエッチング２０２〜２０６のそれぞれは、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて選択的にエッチングされる。
【００１６】
図４ｂは、水平方向の膜寸法が、隣接するスタンドオフフレーム１１２によって決定される実施形態である。膜１１６の直径は、スタンドオフフレームの内寸によって決定される。この膜サイズ定義は、ハンドルウエハ１０２の上側からパターン形成される第１、第２、および第３のエッチングによって画成される膜よりも優れた水平方向寸法制御を有していてもよい。
【００１７】
一実施形態において、デバイスウエハ１０６は、誘電体を介して融着される２層のシリコンの上部構造層および底部構造層を備えている。図５は、ある実施形態による２つのシリコン層を備えるデバイスウエハを備えるＭＥＭＳデバイス５００を示す。ＭＥＭＳデバイス５００は、ハンドルウエハ５０２と、第１の誘電体層５０４を介してハンドルウエハ５０２に接合されるデバイスウエハの上部構造層５０６と、第２の誘電体層５１４を介してデバイスウエハの上部構造層５０６に接合されるデバイスウエハの底部構造層５０８とを備えるＭＥＭＳ基板を含んでいる。ＭＥＭＳデバイス５００は、デバイスウエハの底部構造層５０８に結合されるＣＭＯＳウエハ５１０を含んでいる。
【００１８】
図５において、開口部５１２は、ハンドルウエハ５０２、誘電体層５０４、上部構造層５０６、および第２の誘電体層５１４をエッチングすることで作成される。これにより底部構造層５０８が露出する。従って、残りの構造層の厚さは、デバイスウエハの底部構造層５０８の厚さによって決定され、エッチング期間によって決定されない。
【００１９】
一実施形態において、流体またはガスチャネルを備える付加基板は、ＭＥＭＳ基板の上面に接合されて、ＭＥＭＳデバイスの曝露部分に対する流体またはガス界面を生じる。当業者にとって、付加基板は、ＭＥＭＳ基板のハンドルウエハの上面を含むがこれに限定されない種々の表面に接合でき、これが本発明の精神と適用範囲内にあることは、容易に認識されよう。別の実施形態において、ハンドルウエハおよび酸化物層における開口部は、ソーダイシング、レーザ穴あけ、レーザアシストエッチング、および機械的な穴あけを含むがこれらに限定されない非エッチング手段によって作成される。
【００２０】
図６は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１００のウェハレベルパッケージング工程６００を示す。ＭＥＭＳデバイス１００は、図２〜４で説明した工程を受けている。ウェハレベルパッケージング工程６００は、ＣＭＯＳウエハ金属との接点を作成するシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）６０２、再分配メタライゼーション６０４、応力除去および電気的絶縁層６０６、ソルダマスク６０８、およびソルダボール６１０を含んでいる。別の実施形態において、絶縁および導電と組み合わせたウェッジダイシング技術により、ＣＭＯＳウエハ金属との接点を作成する。
【００２１】
一実施形態において、ウェハレベルパッケージング工程は、ＭＥＭＳ基板側からＴＳＶを用いて行われ、ハンドルウエハをエッチングする工程により、構造層を曝露し、ウェハレベルパッケージング工程に必要とされるＴＳＶ接点用のビアを画成するポートを同時に作成することができる。本実施形態において、ＭＥＭＳ膜層をメタライゼーションおよびソルダマスク堆積から保護するよう、多大な注意を払わなければならない。図７は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１００のウェハレベルパッケージング工程７００を示す。ＭＥＭＳデバイス１００は、図２〜４で説明したＭＥＭＳ基板側エッチング工程を受けており、更に、ハンドルウエハ１０２における２つの開口部７５０および７６０を結果として生じる別の調節された膜ＤＲＩＥエッチング工程も受ける。
【００２２】
ウェハレベルパッケージング工程７００は、化学気相成長法（ＣＶＤ）またはスパッタ法を用いて二酸化シリコン（ＳｉＯ２）絶縁層７０２を堆積させるステップを含んでいる。ＳｉＯ２絶縁層７０２は、先にエッチングした２つの開口部内部の各面を含むＭＥＭＳデバイス１００のハンドルウエハ１０２の上面全体に堆積される。堆積されたＳｉＯ２層を含む２つの開口部７５０および７６０の底面７０４のみエッチングされる。第１のフォトレジストパターンは開口部７６０に堆積され、次いで、再配分層（ＲＤＬ）７０６がリフトオフ法を用いて堆積される。電気めっき上部金属７０８は、ＲＤＬ７０６の頂部に堆積される。一実施形態において、電気めっき上部金属７０８は、銅（Ｃｕ）である。
【００２３】
第２のフォトレジストパターンは、開口部７６０およびハンドルウエハ７０２の左側の上面の両方に堆積され、次いで、絶縁ソルダマスク層７１０がリフトオフ法を用いて堆積される。最後に、ソルダボール７１２が、スクリーン／ステンシル印刷を用いて絶縁ソルダマスク層７１０に堆積される。当業者にとって、ソルダボール７１２は種々の手法で堆積でき、本発明の精神と適用範囲内にあることは、容易に認識されよう。
【００２４】
図８は、ある実施形態による図７のフォトレジストパターン堆積８００を示す。フォトレジストパターン堆積８００は、開口部７６０に堆積される第１のフォトレジストパターン８０２と、開口部７６０およびハンドルウエハ８０５の左側の上面の両方に堆積される第２のフォトレジストパターン８０４とを含んでいる。
【００２５】
また、ＭＥＭＳデバイスは、ダムのように成形化合物がハンドルウエハ内の開口部／キャビティに侵入し、および曝露されている素子層と接触することを防ぐ働きをする成形キャップと組み合わされるハンドルウエハとともにプラスチック成形パッケージにパッケージ化されてもよい。一実施形態において、成形キャップは、ハンドルウエハ内の開口部／キャビティの封止を強化するテープを含むがこれに限定されない軟質材料を用いる。
【００２６】
図９は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスのプラスチック成形パッケージング工程９００を示す。ＭＥＭＳデバイスは、ハンドルウエハ９０２と、誘電体層９０６を介してハンドルウエハ９０２に結合されるデバイスウエハ９０４とを備えるＭＥＭＳ基板を含んでいる。ＭＥＭＳ基板は、ＣＭＯＳウエハ９０８に接合される。ＣＭＯＳウエハ９０８は、ワイヤボンディング９１０を介してパッケージリードフレーム９１４のパッケージパッド９１２に結合されている。
【００２７】
プラスチック成形パッケージング工程９００は、ＭＥＭＳデバイスのダイを単体化するステップと、ダイをワイヤボンディング９１０を介してパッケージリードフレーム９１４に取り付けるステップとを含んでいる。プラスチック成形パッケージング工程９００は、成形キャップ９１６をＭＥＭＳデバイスのハンドルウエハ９０２の上面に結合するステップを含んでいる。成形化合物９１８がＭＥＭＳデバイスに塗布されると、成形キャップ９１６は、成形化合物９１８がハンドルウエハ９０２の開口部に侵入すること、およびＭＥＭＳデバイスの曝露されている素子層と接触することを防ぐ。成形化合物９１８の塗布が終了した後、成形キャップ９１６は除去され、ＭＥＭＳデバイスが単体化される。
【００２８】
一実施形態において、ＭＥＭＳデバイスのエッチング工程は、曝露されている素子層の上に位置するハンドルウエハの領域において行われる。図１０ａは、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１０００を示す。ＭＥＭＳデバイス１０００ａは、少なくとも１つのスタンドオフを介してＣＭＯＳ基板に接合されるＭＥＭＳ基板を含んでいる。ＭＥＭＳデバイス１０００ａのハンドルウエハは、外部環境に曝露されるＭＥＭＳデバイス１０００の上部キャビティ１００４の上に位置する領域１００２においてエッチングされている。上部キャビティ１００４には、３つの異なる利点がある。第１に、上部キャビティに対するエッチング領域の終端は、浮動構造１０１６を曝露させる。この構造は、ねじれミラーまたは他の光変調構造であってもよいが、これに限定されない。図１０ｂに示す第２の利点は、ハンドルウエハ１０２のエッチング深さの低減である。エッチング領域１０１８は、ハンドルウエハ１０２の全層よりも薄く、その結果、早いサイクルタイムと低い製造コストをもたらす。上部キャビティ１０２０の第３の利点は、その水平方向寸法が良好に制御され、スタンドオフ１１０によって画成される膜への位置合わせがエッチング領域１０１８のものよりも正確に行われることである。上部キャビティ１０２０の位置合わせとエッチングプロフィルの両方は、ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳボンディングの後に行われるエッチング領域１０２０のものよりも優れている。スタンドオフ１１０に関する上部キャビティ１０１８のオーバーレイにおける改良は、位置合わせ不良または不均衡によるパッケージ感度のいずれかの低下を低減すると期待される。
【００２９】
一実施形態において、ＭＥＭＳデバイスのデバイスウエハの一部は、ＭＥＭＳデバイスが単体化される場合に、上部キャビティが外部環境に曝露され、従って、外部環境に曝露される側方チャネルを作成するように、ＭＥＭＳデバイスの上部キャビティをダイシングレーン縁部まで延長することによって、外部環境に曝露される。当業者にとって、本実施形態が圧力センサのフレキシブルプレートを外部環境圧力に曝露することを含むがこれに限定されない種々の用途において利用でき、本発明の精神と適用範囲内にあることは、容易に認識されよう。
【００３０】
本実施形態において、ＭＥＭＳデバイスのキャビティ封止は、全てのウエハ単体化前処理の間、維持されて、ハンドルウエハ／ＭＥＭＳデバイスの開口部を処理液、ガス、および残渣から保護する必要がないようにする。別の実施形態において、側方チャネルは、単体化残渣から側方チャネルを保護するよう、狭小サイドプレートおよび単体化後の融着を含むがこれらに限定されない種々の機構によって封止されたままである。狭小サイドプレートまたは融着は次いで、レーザ加工またはレーザダイシングを含むがこれに限定されない穴あけ工程により、その後の段階において開口される。
【００３１】
図１１は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１１００のキャビティの上面図を示す。ＭＥＭＳデバイスのキャビティは外部環境に曝露されている。ＭＥＭＳデバイス１１００は、上部キャビティ１１０２、素子層１１０４、素子層１１０４とＣＭＯＳウエハとの間の接合部１１０６、および単体化切断部１１０８を含んでいる。図１２は、ある実施形態による図１１のＭＥＭＳデバイスの断面図Ａ−Ａ’１２００を示す。ＭＥＭＳデバイス１２００は、ダイシングレーン縁部まで延長された上部キャビティ１２０２と、外部環境に曝露されるデバイスウエハの一部に接続される側方チャネル１２０４とを含んでいる。
【００３２】
図１３は、ある実施形態によるスタンドオフ層側方チャネル１３０４を介して外部環境に曝露されるキャビティ１３０２を備えるＭＥＭＳデバイスの断面図Ａ−Ａ’１３００を示す。スタンドオフ層側方チャネルは、製造中に共晶接合によって封鎖されるが、スタンドオフ層側方チャネルは、ダイ単体化中に外部環境に開口される。当業者にとって、単体化は、残渣を防ぐよう、ダイシングソー、またはステルスダイシングおよびレーザダイシング等の乾式工程を用いることを含むがこれに限定されない種々の方法で達成することができ、本発明の精神と適用範囲内にあることは、容易に認識されよう。
【００３３】
図１４は、ある実施形態による側方チャネル１４０６を備えるＭＥＭＳデバイスの上面図１４０２および断面図１４０４を示す。本実施形態において、側方チャネルを介して外部環境に曝露されるＭＥＭＳデバイスのキャビティは、ＣＭＯＳウエハ内の底部キャビティを用いて実現される。側方チャネルは、製造中に共晶接合によって封鎖されるが、側方チャネルは、ダイ単体化中に外部環境に開口される。
【００３４】
図１５は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１５００を示す。本実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１５００のハンドルウエハは、エッチングまたは研削または両方の組み合わせによって完全に除去される。ＭＥＭＳデバイス１５００は、ＭＥＭＳウエハ１５０２と、ＭＥＭＳウエハ１５０２に結合されるベースウエハ１５０４とを含んでいる。ＭＥＭＳウエハ１５０２は、ハンドルウエハ部分を含んでいない。
【００３５】
図１６は、ある実施形態によるＣＭＯＳウエハ開口部を作成するＭＥＭＳデバイスの製造工程１６００を示す。製造工程１６００は、ステップ１６０２を介して、ＭＥＭＳデバイスのＣＭＯＳウエハ基板のシリコンに開口部を（湿式または乾式化学エッチングを用いて）エッチングするステップを含んでいる。製造工程１６００は、次いで、ステップ１６０４を介して、ＣＭＯＳ金属間誘電体および保護層を貫通して全体的にエッチングして、ＭＥＭＳデバイスのＭＥＭＳ部分を外部環境に曝露するステップか、または、ステップ１６０６を介して、１つまたは複数のＣＭＯＳ金属および誘電体層の金属膜化合物を部分的に曝露するステップのいずれかを含んでいる。エッチングによりＣＭＯＳ内にスルーホールを作成し、それによって、ＭＥＭＳ機構を曝露する。ステップ１６０６において、ＭＥＭＳ素子層は、静止電極として用いられて、金属膜の動きを容量的に検知する。
【００３６】
図１７は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイス１７００を示す。ＭＥＭＳデバイス１７００は、図１０のＭＥＭＳデバイス１０００と類似している。従って、ＭＥＭＳデバイス１７００は、ＭＥＭＳデバイス１７００の上部キャビティ１７０４に渡ってエッチングされ、それと接続される開口部１７０２を含んでいる。図１７において、透明プレート１７０６は、ＭＥＭＳデバイス１７００のＭＥＭＳ基板部分の上面に接合されて、光信号との結合と相互作用を可能にしている。一実施形態において、透明プレート１７０６は、特定波長の光に対して透明なウエハである。また、透明プレート１７０６は、ＭＥＭＳ基板部分を環境ガス、湿度、および粒子から保護する。
【００３７】
上述のＭＥＭＳデバイスの素子層または基板は、上述の製造工程中に薄肉化される。一実施形態において、外部環境に曝露されるべきデバイスウエハの一部は、ハンドルウエハへの融着前に薄肉化される。図１８は、ある実施形態によるＭＥＭＳデバイスのハンドルウエハへの融着前にデバイスウエハの一部を薄肉化する製造工程１８００を示す。製造工程１８００は、ステップ１８０２を介して、デバイスウエハの一部に凹部１８５０を形成して、減少した厚さ領域を作成するステップと、ステップ１８０４を介して、ハンドルウエハにキャビティを形成するステップとを含んでいる。ステップ１８０６を介して、酸化物がハンドルウエハのキャビティ側に堆積され、ハンドルウエハは、デバイスウエハの凹部がハンドルウエハに対向するように、デバイスウエハに融着される。ステップ１８０６において、ハンドルウエハに融着されるデバイスウエハを備えるＭＥＭＳデバイスの素子層は、デバイスウエハを所望の厚さまで研削および研磨することによって薄肉化される。
【００３８】
製造工程１８００は、更に、ステップ１８０８を介して、複数のスタンドオフをデバイスウエハに形成し、ゲルマニウムまたは別の材料を堆積させ、素子層をパターン成形し、エッチングすることによって、素子層／ＭＥＭＳ基板ウエハを処理し、薄肉化するステップも含んでいる。図１９は、ある実施形態による製造工程１８００に従って処理されたＭＥＭＳデバイスの製造工程１９００を示す。結果として生じたＭＥＭＳ基板ウエハは、ステップ１９０２を介して、ＣＭＯＳウエハに接合され、その後、素子層１９５０の凹部が、ステップ１９０４を介して、上述の技術のいずれかを利用することによって外部環境に曝露される。
【００３９】
一実施形態において、外部環境に曝露される上述のＭＥＭＳデバイス内のポート開口部は、Ｇｏｒｔｅｘを含むがこれに限定されない多孔質材料で、完全に、または部分的に充填されて、ＭＥＭＳデバイスを大きな粒子および物体から守る一方で、ガスまたは液体が更にＭＥＭＳ部分を透過できる。
【００４０】
以上説明したように、方法およびシステムは、より効果的で、より正確な力検知および力作用ＭＥＭＳデバイスを可能としている集積回路基板をＭＥＭＳ基板に結合し、開口ハンドルウエハキャビティを用いることによって、ＭＥＭＳ基板構造層の上面が、外部環境に曝露される。ＭＥＭＳ基板のフレキシブルプレートの一方の面には、密閉封止キャビティ／チャンバがある一方で、もう一方の面は、周辺周囲環境に曝露されている。
【００４１】
ある実施形態に従って開示したアプローチにより、環境に曝露されるＭＥＭＳ構造のＣＭＯＳウエハとのウエハレベル集積化が可能となり、また、厚みのレベルを変化させる同一ダイ上の他の曝露されない構造とのかかる構造の集積化も可能となる。特に、ダイ上の曝露される構造の構造層厚さは、ダイ上の他のデバイスの構造層厚さの構造層厚さとは異なっても（例えば、薄くても）よい。これにより、曝露されるデバイスが向上した感度の恩恵を受けることができる。更に、方法およびシステムは、曝露される構造層を傷つけたり、損なうことなくこれらのＭＥＭＳデバイスのウェハレベルパッケージングを提供する。
【００４２】
本発明を図示の実施形態に従って説明してきたが、当業者にとって、実施形態に対する変更形態があり得、それらの変更形態が本発明の精神と適用範囲内にあることは、容易に理解されよう。従って、添付請求項の精神と適用範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変形が行われてもよい。
【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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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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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【国際調査報告】
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