(57)【要約】【課題】犠牲材料層の全エッチング時間を減らし、ＭＥＭＳデバイス用の強化保護キャップ構造を提供するＭＥＭＳデバイス用の低コストウェハレベルパッケージング技術を提供する。【解決手段】キャップ構造４は、基板２上に形成されたＭＥＭＳ素子１を封入して構成される。第１の流路９は、エッチング液１２の前記ＭＥＭＳ素子を収納した室３への通路として、前記キャップ構造４上に設けられたエッチングのための流入孔８、流出孔７と連通する。前記流入孔８、流出孔７は、それらが重なり合わないように配置され、それによって、前記ＭＥＭＳ素子１の上方に多数のエッチング孔を設けることができ、封止材料１０が前記ＭＥＭＳ素子に達することを防ぐ。【選択図】図１
2008091334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に接合することで室を形成するキャプ構造とからなり、更に前記基板上
に形成され、前記室内に収納される少なくとも一つのＭＥＭＳ素子からなるＭＥＭＳパッ
ケージにおいて、
前記キャップ構造は、その上面上に少なくとも一つの流入孔およびその下面上に少なく
とも一つの流出孔を有する少なくとも一つの単一保護層からなり、該単一保護層はエッチ
ング液の前記室への通路として前記流入孔および前記流出孔と連通する少なくとも一つの
第１の流路を含み、前記流入孔および前記流出孔はそれらが重なり合わないように配置さ
れていることを特徴とするＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２】
少なくとも一つの流出孔が前記ＭＥＭＳ素子の上方に位置する請求項１に記載のＭＥＭ
Ｓパッケージ。
【請求項３】
少なくとも一つの流入孔が前記ＭＥＭＳ素子の上方に位置する請求項１または請求項２
に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項４】
前記キャップ構造は、前記室にアクセスを提供する少なくとも一つの流出孔を有する第
１の保護層および少なくとも一つの流入孔を有し、前記第１の保護層を覆って位置する第
２の保護層の少なくとも二つの層を含み、第１の流路が、前記流入孔および前記流出孔と
連通して前記第１の保護層および前記第２の保護層の間に規定されることを特徴とする請
求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項５】
少なくとも一つの前記第１の保護層または前記第２の保護層上の前記流入孔および前記
流出孔は、一様に分布していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳ素子が形成される前記基板の表面は、実質的に平坦であり、前記ＭＥＭＳ
素子の上方の前記第１の保護層および前記第２の保護層の主要部が前記表面と実質的に平
行であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケ
ージ。
【請求項７】
前記第１の流路ならびに前記第１の保護層および前記第２の保護層の前記流入孔および
前記流出孔は、エッチング液の通路として前記キャップ構造内に非直線的導管を形成し、
該導管の寸法が封止材料が前記室に入るのを防ぐように設定されていることを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項８】
前記第１の流路の一部は前記基板に対して実質的に平行であることを特徴とする請求項
７に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項９】
前記ＭＥＭＳ素子の上方の前記第２の保護層の一部が、前記第１の保護層から選定され
た距離に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のＭＥＭ
Ｓパッケージ。
【請求項１０】
前記流入孔および前記流出孔は円形、楕円形あるいは多角形形状を有し、前記孔の幾何
学中心が前記基板に対して実質的に直交する方向で整列していないことを特徴とする請求
項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１１】
少なくとも一つの保護層は前記基板に接合され、他の保護層と接触しないことを特徴と
する請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１２】
少なくとも二つの保護層が該層の周辺接合領域で互いに接合することを特徴とする請求
項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１３】
前記流入孔および前記流出孔の全てが同じ形状あるいは大きさとは限らないことを特徴
とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１４】
前記流入孔および前記流出孔が、前記第１の保護層または前記第２の保護層の少なくと
も一つの上に網状分布で配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいず
れか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１５】
少なくとも一つの孔を有し、前記第１の保護層または前記第２の保護層の上方に位置し
、前記第１の保護層または前記第２の保護層と共に第２の流路を規定する第３の保護層を
含み、前記第２の流路が第２の保護層および第３の保護層の前記孔および前記流入孔と連
通することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケ
ージ。
【請求項１６】
少なくとも二つの隣接する前記第１の保護層または前記第２の保護層または前記第３の
保護層が選定された位置で接続し、該位置が前記第１の保護層または前記第２の保護層ま
たは前記第３の保護層の前記孔を含まないことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のい
ずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１７】
二つの隣接する前記第１の保護層または前記第２の保護層または前記第３の保護層間に
柱を備え、該柱が前記第１の保護層または前記第２の保護層または前記第３の保護層と結
合することを特徴とする請求項１６に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１８】
複数の相互連通する第１の流路が、少なくとも二つの隣接する前記第１の保護層または
前記第２の保護層または前記第３の保護層間に規定され、各前記第１の流路が前記層の孔
の組と連通することを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか一項に記載のＭＥＭ
Ｓパッケージ。
【請求項１９】
前記ＭＥＭＳ素子が、前記室内に気密収納されたことを特徴とする請求項１乃至請求項
１８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２０】
前記第２の保護層の前記流入孔が封止材料で閉ざされていることを特徴とする請求項１
乃至請求項１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２１】
封止材料の個々の部分が前記第１の保護層上に堆積し、前記ＭＥＭＳ素子上方の前記第
１の保護層の前記流出孔は封止材料によって充填されていないことを特徴とする請求項２
０に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２２】
前記第３の保護層の前記孔が封止材料で閉ざされていることを特徴とする請求項１５に
記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２３】
封止材料の個々の部分が前記第２の保護層上に堆積し、前記ＭＥＭＳ素子上方の前記第
２の保護層の前記流入孔が封止材料によって充填されていないことを特徴とする請求項２
２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２４】
前記基板が、半導体基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項２３のいずれか一
項に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２５】
前記ＭＥＭＳ素子が、圧力センサ、ジャイロスコープ、可変容量、インダクタ、共振器
、マイクロジャイロスコープ、マイクロ加速度計、マイクロアクチュエータ、マイクロス
イッチを含む組から選定されることを特徴とする請求項１乃至請求項２４のいずれか一項
に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２６】
請求項１乃至請求項２５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージを含むことを特徴
とする集積回路。
【請求項２７】
基板上に少なくともＭＥＭＳ素子を形成し、
犠牲材料層を堆積して前記ＭＥＭＳ素子を覆い隠し、
前記基板と接合するキャップ構造を前記犠牲材料層上に形成し、ここで、該キャップ構
造は、その上面上に少なくとも一つの流入孔およびその下面上に少なくとも一つの流出孔
を有する少なくとも一つの単一保護層を含み、前記単一保護層は前記流入孔および前記流
出孔と連通する少なくとも一つの第１の流路を含み、前記流入孔および前記流出孔はそれ
らが重なり合わないように配置され、
エッチング液を供給して、前記ＭＥＭＳ素子をリリースし、前記ＭＥＭＳ素子をその内
部に収納する室を形成することを特徴とするＭＥＭＳパッケージの製造方法。
【請求項２８】
封止材料を堆積して前記キャップ構造の前記流入孔を封止することを特徴とする請求項
２７に記載のＭＥＭＳパッケージの製造方法。
【請求項２９】
前記キャプ構造の形成は、少なくとも一つの流出孔を有する第１の保護層を前記犠牲材
料層上に配し、少なくとも一つの流入孔を有する第２の保護層を、前記第１の流路が前記
第１の保護層および第２の保護層間に規定されるように、前記第１の保護層を覆って配す
ることを含むことを特徴とする請求項２７または請求項２８に記載のＭＥＭＳパッケージ
の製造方法。
【請求項３０】
前記エッチング液が前記流入孔、前記第１の流路、前記流出孔を通って供給されること
を特徴とする請求項２７乃至請求項２９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージの製
造方法。
【請求項３１】
封止材料が堆積して前記流入孔を充填し、該封止材料が前記流出孔内には堆積しないこ
とを特徴とする請求項２７乃至請求項３０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳパッケージの
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用ウェハレベルパッケージング
技術に関する。特に、ＭＥＭＳパッケージおよびその製造方法並びにＭＥＭＳパッケージ
を含む集積回路に関する。
【０００２】
本発明は、概して半導体デバイスの製造技術の分野に係わるものである。
【背景技術】
【０００３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、加速度計、光通信、生物医学システム等、多く
の応用分野で広く使用されている。しかし、ＭＥＭＳは標準的な集積回路（ＩＣ）パッケ
ージング技術とは両立し得ない。なぜなら、それらは一般的に可動要素を含んでいるし、
あるいは真空や不活性ガスのような特殊な大気条件を必要とし、そのために、集積回路に
使用される標準的なパッケージング技術をＭＥＭＳデバイスにそのまま適用することがで
きないからである。従って、ＭＥＭＳはＩＣパッケージに一体化される前にパッケージに
よって保護される必要がある。例えば、ＭＥＭＳが保護されていない場合には、ホストウ
ェハのダイシング、あるいは射出成形によるパッケージング加工によってＭＥＭＳの可動
部が重大な損傷を被ることも起こり得る。
【０００４】
そのため、ＭＥＭＳの製造分野においては、パッケージングが常に製品化の障害となっ
てきた。何故なら、それが大抵は製造において厳しい制約となり、デバイス当りのコスト
の著しい増加を常に招く原因となっているからである。実際に、パッケージングはＭＥＭ
Ｓデバイスコスト全体の非常に大きい部分を占めている。
【０００５】
ＭＥＭＳのパッケージングに関しては、様々なレベルで幾つかの取り組みがされてきた
。第１レベル、所謂、ゼロレベルあるいはダイシング前のウェハレベルは、デバイスのパ
ッケージングである。ＭＥＭＳのウェハレベルパッケージングにおいては、現在までに二
つの主な方法が評価されている。すなわち、結合加工と薄膜加工である。結合による方法
としては、一般に、様々なウェハの積層加工が用いられる。それらは一般的にコストがか
かり、大掛かりなものである。
【０００６】
薄膜加工による方法では、パッケージの製造に表面微細加工技術を用いる。追加の加工
、あるいは現行加工を改良して使用することもある。これは、外気と内部の圧力（一般的
には真空あるいは真空に近い状態）との間での圧力差に曝された場合に、パッケージとＭ
ＥＭＳデバイスとの接触を防止するために厚い層が一般的に必要なためである。
【０００７】
一般的に、リリース加工工程と後の封止工程を可能にするために、パッケージキャップ
上にエッチング孔を設ける必要がある。パッケージキャップは、ＭＥＭＳデバイス上に堆
積された犠牲材料層上に構成され、その後、犠牲材料層を除去するためにエッチング液が
供給されて、ＭＥＭＳデバイスがリリースされる。エッチング孔はパッケージキャップ内
に設けられ、エッチング液が犠牲材料層に接触できるようにする。加工の最終工程として
、封止材料がエッチング孔を封止するために供給される。エッチング孔は、ＭＥＭＳデバ
イスの上方には配置することはできない。何故なら、封止材料の一部がＭＥＭＳ上に堆積
するような場合には、ＭＥＭＳに重大な損傷を生じる原因となるからである。この技術で
はＭＥＭＳ領域の外側に位置する周辺孔を使用することを基本としており、それによって
封止工程は相対的に容易にできるようになるが、パッケージキャップ上に設けることので
きるエッチング孔の数や、エッチング孔を設けることのできるキャップの面積の制約から
、エッチング時間が長く、約３時間以上にも及ぶ可能性があるという大きな不都合を伴う
。
【０００８】
他の方法としては、パッケージの理論上の孔を覆う、エッチング液に対する透過性薄膜
層を用いる方法がある。この方法は、パッケージの全表面を覆おう多数の孔のために相対
的にエッチング時間が速いという利点があるが、透過性の膜を製造することが難しいため
に信頼性の問題がある。最後に、他の方法として、エッチング液は通過できるが、材料の
高い粘性のために後の封止材料は通過できない非常に小さい孔を用いる方法がある。これ
ら技術の主な難点は、使用することのできる封止材料に対する制約やパッケージを覆う孔
の最小サイズの定義に関するものである。
【０００９】
薄膜による方法の他の問題は、パッケージが被る可能性のある圧力と変形である。この
問題は二つの異なる方法で解決された。すなわち、厚い層の形成と基板に接続された柱を
使用することである。更に、パッケージは、例えば、チップ全体のパッケージング加工の
ような後加工にも耐えられなければならない。
【００１０】
パッケージの封止には様々な加工を用いることができる。使用可能な技術の一つのグル
ープとして、ＰＶＤ（物理的気相成長法）と呼ばれる加工がある。それらの中に、真空蒸
着技術、スパッタ蒸着がある。両方の方法とも、材料の粒子は、材料源からそれが堆積す
る表面に物理的に向かって行く。この場合、外面上見える表面のみが材料粒子の衝突を受
け、材料が堆積することになる。
【００１１】
以下に前述の従来のパッケージング技術に関する非特許文献、ＭＥＭＳデバイス用パッ
ケージング技術に関する特許文献を示す。
【００１２】
【特許文献１】米国特許公開公報第２００４００２８８４９号明細書
【特許文献２】米国特許第４９９６０８２号明細書
【特許文献３】米国特許第６４７８９７４号明細書
【非特許文献１】Ｂ．Ｈ．Ｓｔａｒｋ、Ｋ．Ｎａｊａｆｉ、「Ａ  ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｖａｃｕｕｍ  ｐａｋａｇｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２００４年２月刊、第１３巻、１４７〜１５７頁。
【非特許文献２】Ｃ．Ｇｉｌｌｏｔ等、「Ｗａｆｅｒ  ｌｅｖｅｌ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＭＥＭＳ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００５年。  Ｔ．Ｔｓｕｃｈｉｙａ、「Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ  ｖａｃｕｕｍｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  ｉｎ  ａｎ  ｏｎ−ｃｈｉｐ  ｍｉｃｒｏ  ｃｈａｍｂｅｒ」、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ａ、２００１年、第９０巻、４９〜５５頁。
【非特許文献３】Ａ．Ｊ．Ｇａｌｌａｎｔ、Ｄ．Ｗｏｏｄ、「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｆｏｒ  ｗａｆｅｒ  ｌｅｖｅｌ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２００５年刊、第１５巻、Ｓ４７〜Ｓ５２頁。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、犠牲材料層の全エッチング時間を減らし、ＭＥＭＳデバイス用の強化保護キ
ャップ構造を提供するＭＥＭＳデバイス用の低コストウェハレベルパッケージング技術を
提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＭＥＭＳ用薄膜パッケージング技術を提供するものであり、少なくとも一つ
の単一保護層で形成されるキャップ構造が設けられ、それは少なくともＭＥＭＳ素子を該
ＭＥＭＳ素子が予め形成された基板と一緒に封入している。前記単一保護層は、その上面
上に少なくとも一つの流入孔およびその下面上に少なくとも一つの流出孔を有し、かつエ
ッチング液の通路として前記流入孔および前記流出孔と前記室を連通し前記ＭＥＭＳ素子
をリリースする少なくとも一つの流路を含む。
【００１５】
前記流入孔および前記流出孔は、前記単一保護層内において、それらが重なり合わない
ように配置されている。前記単一保護層の前記流入孔および前記流出孔は、前記基板に対
して実質的に直交する方向に整列していないので、その結果、前記ＭＥＭＳをその内部に
封入している前記室への非直線的アクセスが前記流入孔および前記流出孔と連通する前記
第１の流路によって規定される。
【００１６】
本発明のＭＥＭＳパッケージにおいて、前記キャップ構造は、少なくとも一つの非直線
の導管を備え、該導管は前記エッチング液がその流動性によって循環することを可能にし
、前記封止材料の通過を防ぐ。前記封止材料は、前記導管の曲がりくねった形状および／
または前記第１の流路の流体抵抗や、その粘度のために前記導管を流れることができない
。前記封止材料は、その堆積の間は、前記ＭＥＭＳ素子への直線的アクセスができず、そ
の結果、前記封止材料は前記キャップ構造内に捕捉されることになる。前記非直線的導管
あるいは流体通路は、前記第１の保護層および前記第２の保護層の前記流入孔および前記
流出孔ならびにそれらに連通する前記第１の流路によって規定される。
【００１７】
前記流入孔および前記流出孔のこの特別な配置により、前記封止材料が前記ＭＥＭＳ素
子に達するというリスクを伴わずに多数のエッチング孔を前記ＭＥＭＳの上方であっても
前記キャップ構造内に設けることができる。その結果、前記犠牲材料層が前記エッチング
液と広い面積で接触し、該犠牲材料層を除去するために要する時間が減少し、パッケージ
ング加工のコストも減少する。
【００１８】
この配置により速いエッチング加工が可能となり、更に広い面積の孔の使用が可能とな
り、その結果、エッチング時間およびエッチング加工中に前記ＭＥＭＳが損傷するリスク
も更に減少する。
【００１９】
本発明の他の態様であるＭＥＭＳパッケージの製造方法は、従来の加工によって基板上
にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、前記基板に接合するキャップ構造を形成し、前記ＭＥ
ＭＳ素子を室内に封止する工程とを含む。前記キャップ構造は、その上面上に少なくとも
一つの流入孔およびその下面上に少なくとも一つの流出孔を有する少なくとも一つの単一
保護層を含む。前記単一保護層は、エッチング液の前記室への通路として、前記流入孔お
よび前記流出孔に連通する少なくとも一つの流路も含む。
【００２０】
前記流入孔および前記流出孔は、それらが重なり合わないように配置されている。
【００２１】
前記キャップ構造が形成された後、エッチング液が前記流入孔および前記第１の流路を
通じて供給され、前記ＭＥＭＳをリリースする。必要により、封止材料が最終的に堆積さ
れ、前記単一保護層の前記流入孔を封止する。
【００２２】
前記流入孔および前記流出孔が前記キャップ構造の前記単一保護層の上面および底面で
不整合に配置されているので、封止加工では、前記封止材料が前記ＭＥＭＳを覆って堆積
するのが防止される。前記流入孔および前記流出孔をこのように配置することにより、エ
ッチング孔の前記ＭＥＭＳが位置している領域の位置の上方での使用も可能となり、全エ
ッチング時間が減少し、パッケージのコストおよび長いエッチング時間による悪影響も減
少する。
【００２３】
もし封止材料の層の厚みが十分厚い場合には、前記流入孔および前記流出孔の寸法とは
関係なく、常に室は封止される。
【００２４】
本発明はボンディング加工を必要としない。集積回路およびＭＥＭＳの同じ製造加工内
で全てが製造される。ＭＥＭＳをパッケージするのに追加のウェハあるいは外部のキャッ
プは使用しない。
【００２５】
更に、パッケージの信頼性を制限する可能性のある接着材料を必要としないという利点
を有する。
【００２６】
本発明に記載のパッケージング技術は、低い温度での製造、低製造コスト、短いエッチ
ング時間、ボンディング加工が不要のため標準的ＩＣの製造技術が適用できるという利点
から、ＭＥＭＳのウェハレベルパッケージングに使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の目的とするＭＥＭＳパッケージの一例示実施形態を図１に示す。同図において
、少なくとも一つのＭＥＭＳ素子１が基板２上に既知の方法で形成されている。好ましく
は、基板２は、例えば酸化シリコンウェハのような半導体基板であり、ＭＥＭＳ素子１は
基板２の平面上に形成されている。
【００２８】
ＭＥＭＳパッケージは、基板２と接合しているキャップ構造４を含み、キャップ構造４
はその基板と共に室３を形成し、ＭＥＭＳ素子１が室３内に封入されている。キャップ構
造４は、その上面に複数の流入孔８およびその下面に複数の流出孔７を有する単一保護層
２４で形成されている。単一保護層２４は、流入孔８および流出孔７と連通しエッチング
液１２の室３への通路となる第１の流路９を含んでいる。流入孔８および流出孔７は、封
止材料１０が室３に達するのを防ぐために、互いが重ならないように配置される。
【００２９】
図３および図４の本好適な実施形態において、キャップ構造４は、室３へのアクセスを
提供する複数の流出孔７を有する第１の保護層６および第１の保護層６の上に位置する第
２の保護層５の二つの保護層を含み、第１の保護層６および第２の保護層５の間に第１の
流路９が形成されるようになっている。
【００３０】
第２の保護層５も複数の流入孔８を備えている。その結果、図６に示すように、実領域
１４および孔領域１５が第１の保護層６、第２の保護層５内に区分けされる。第１の流路
９は両方の層の流出孔７および流入孔８と連通し、流入孔８は、封止加工の前は、第１の
流路９と共に大気と連通している。
【００３１】
図２、図３、図４、図５の好適な実施形態において、第１の保護層６および第２の保護
層５の主要部と基板２は実質的に平行である。ＭＥＭＳ素子１上方の第２の保護層５の主
要部は、選定された距離で第１の保護層６の上方に配置され、第１の流路９は第１の保護
層６の水平部全体に渡って延設されている。第１の流路９の一部は基板２に対して平行で
ある。
【００３２】
例えば、図３と図４からわかるように、第１の保護層６および第２の保護層５其々の流
出孔７および流入孔８は、お互いが重ならないように配置されている。すなわち、流出孔
７および流入孔８のどの部分も重なり合わない。言い換えれば、第２の保護層５の流入孔
８の全ての領域は第１の保護層６の実領域１４と重なり、同様に、第１の保護層６の流出
孔７の全ての領域は第２の保護層５の実領域によって覆われる。この配置により、第１の
保護層６の実領域は、封止材料１０の流入孔８を介して室３へのアクセスを閉ざす遮蔽物
あるいはマスクのように機能する。
【００３３】
図３および図４に示すように、封止材料１０は第１の保護層６の流入孔８内に堆積され
ることになり、この封止材料１０の一部は第２の保護層５の実領域上の第１の流路９内に
も堆積される可能性がある。しかし、封止加工では封止材料を第１の流路９を介して導入
するようなことはできず、あるいは、封止材料の流体的特性および第１の流路９の流体抵
抗の組み合わせが封止材料の室３中への侵入を防ぐために、封止材料１０は第２の保護層
５の流出孔７に達することはできない。第１の流路９の寸法は、具体的事例毎に使用され
る封止材料１０の流体特性に応じて選定され、封止材料１０が室３に達しないことを保証
する。
【００３４】
両保護層の孔は、基板２の平面に対して実質的に直交する方向において互いに整列しな
いようになっている。一方、基板２では図２に示すように、犠牲材料層１１の大きな領域
がＭＥＭＳ素子１をリリースするために線１３で示される経路を通って流れるエッチング
液１２と接触し、同時にＭＥＭＳ素子１を保護するためのパッケージの封止を更に強化す
るだけでなく、封止材料が室３の中に入ることを避けることができるようになっている。
本パッケージにおいては、ＭＥＭＳ素子１の上方であっても、封止材料がＭＥＭＳ素子１
に達するというリスクを伴わずに多数の孔をキャップ構造４内に設けることができる。
【００３５】
図２に示すように、キャップ構造４の第１の保護層６および第２の保護層５に配置され
た多数の孔により、エッチング液１２はキャップ構造４の多数の場所から、ＭＥＭＳ素子
１の付近でも、犠牲材料層１１に到達し、その結果、犠牲材料層１１のエッチング時間が
減少し、ＭＥＭＳへの損傷のリスクは最小になる。
【００３６】
犠牲材料層１１がエッチング液１２で除去され、従ってＭＥＭＳ素子１がリリースされ
た後、封止材料１０が第２の保護層５上の流入孔８の近くに既知の方法で供給される。エ
ッチング液１２はその流動性により、第１の流路９および流出孔７、流入孔８によって形
成された曲がりくねった導管に沿って流れることができる。一方、封止材料１０はその粘
度および／または第１の流路９の流動抵抗のために、第１の流路９に沿って流れることは
できず、従って、第１の保護層６の流出孔７に達することはできない。その結果、封止材
料１０の個々の部分は、例えば図３に示すように、リリースされたＭＥＭＳには達するこ
となく、第１の保護層６の実領域上に堆積することはできるが、室３にアクセスすること
はできない。
【００３７】
図４は、同じパッケージを示すが、封止材料は孔の寸法に関係なく室３を埋めるのに十
分な量である。
【００３８】
第１の保護層６と第２の保護層５との間の距離が十分小さければ、大きな孔の場合であ
っても、デバイスに到達するリスクを伴わずに、低粘度封止材料を使うことができる。
【００３９】
封止加工が完了したキャップ構造４は、室３内部に気密で低圧の環境を提供し、ＭＥＭ
Ｓ素子１が動作し、以降のウェハ切断および射出成形加工においてＭＥＭＳを保護するこ
とを可能にする。
【００４０】
キャップ構造４の基板２に対する固定は様々な方法で得ることができる。図２、図３、
図４に示す第１の実施形態において、各保護層は基板２に個別に接合することができ、そ
の結果、異なる保護層間での接触は生じない。他の方法として、各保護層を一緒に積層し
、下層のみを基板に接合することができる。これは図５の実施形態の場合であり、第１の
保護層６は基板２に接合し、第２の保護層５は第１の保護層６にその周辺接合領域１６上
で接合している。また、これらの方法を組み合わせて実施することができる。
【００４１】
パッケージ材料が、例えば、犠牲材料層あるいは例えば他の誘電材料上のような前出の
図面に示された以外の層に頼るようなパッケージ固定の領域もあり得る。これは、例えば
、電気的接続がパッケージ室でない場所で起こり得る。
【００４２】
例えば、図５および図６からわかるように、第１の保護層６は矩形で、基板２に接合さ
れる平坦な周辺接合領域１６、平坦な周辺接合領域１６に囲まれた隆起中央部１７を規定
し、隆起中央部１７は基板２上に室３を形成する。第２および追加の保護層は第１の保護
層６と同じ構成を有してもよく、第１の保護層６の上に積層される。
【００４３】
図５、図７、図８からＭＥＭＳ領域１９の周りの各層に周辺段差１８が、図１１に係わ
るコンフォーマルな製造加工の結果として形成されるのがわかる。図１１において、各層
の形状はＭＥＭＳ素子１の形状に沿っている。
【００４４】
各保護層上の流入孔８、流出孔７の大きさ、配置、間隔は、層厚み、保護層間の距離の
ようなキャップ構造４の要素の個別の寸法、技術的加工特性、エッチングおよび封止加工
に従って選択される。整列されていない孔の最小面内距離は、層間距離、パッケージ層の
厚み、パッケージを封止するのに使用される個別の加工に依存することになる。最大距離
も、リリースされるべきＭＥＭＳを覆い隠している犠牲材料層１１のほとんどがエッチン
グされなければならないので、エッチング加工のエッチング速度によって制限されること
になる。
【００４５】
キャップ構造を設計する上での好適な値の範囲は以下の通りである。
・保護層厚み（ｈｐ）：０＜ｈｐ＜２０μｍ
・封止材料の層の厚み（ｈｓ）：０＜ｈｓ＜１ｍｍ
・面内孔直径（ｌｈ）：０＜ｌｈ＜１００μｍ
・孔間距離（ｄｈ）：０＜ｄｈ＜１ｍｍ
・パッケージ層間の最大距離（ｄｐｌｍｘ）：０＜ｄｐｌｍｘ＜２０μｍ
【００４６】
孔の異なる配置、大きさの一例を図５および図６に示す。第１の保護層６の流出孔７お
よび第２の保護層５の流入孔８は、各層において均等に網状に配置されている。しかし、
各層上での孔の配置は、他の層に対して、両保護層間で孔の一致あるいは重なりが全くな
いようにずらされている。図５において、第１の保護層６の流出孔７の位置は、流出孔７
の存在を示すように、第２の保護層５上に形成された凹部７’で表示されている。
【００４７】
図５、図６、図７の実施形態では周辺段差１８の外側に設けられた孔がある。しかし、
他の実施形態として周辺段差１８の内側にのみ孔が設けられても良い。何故なら、ＭＥＭ
Ｓ素子１を囲む犠牲材料層１１のみをＭＥＭＳが適切に動作するためにリリースすれば良
いからである。また、室３はＭＥＭＳ素子１からは離れているので、エッチング加工後に
ある程度の犠牲材料層１１が室３内に残留しても良い。
【００４８】
多層の保護層からなるキャップ構造４を用いることにより、従来の薄膜封入技術に通常
伴う問題を最小にすることができる。何故なら、パッケージの剛性が増し、例えば、室３
と外気との圧力差の結果としてキャップ構造４がＭＥＭＳに接触するリスクが減少するか
らである。
【００４９】
パッケージの剛性を更に増すために、エッチングが十分可能な状態で別の保護層を別の
位置に接合する。この実施形態を図９に詳細に示す。図９において、第１の保護層６およ
び第２の保護層５の実領域の一部は、二つの層に両端が結合している柱あるいは支柱２６
によって物理的に接続されている。二つの保護層が接続する幾つかの箇所によって、複数
の第１の流路９，９’，９ｃ”がエッチング液の通路として区画される。
【００５０】
図７ａおよび図８ａに示すように、二つの層間の接続は第２の保護層５と接触する第１
の保護層６のビア２０によって得ることもできる。ビア２０を形成するために使用される
材料は、保護層を形成するのに使用される材料と同じでも異なっても良い。両保護層間に
ビア２０によって区画された接続領域は、両層の多数のエッチング孔と連通する相互接続
された第１の流路９，９’，９”を形成する。あるいは、両保護層間の中間層を両保護層
と選定された位置、例えば、図７ａのビア２０の位置で接続することもできる。
【００５１】
別の保護層を接続することで、パッケージのキャップ構造４の剛性は著しく増加する。
【００５２】
流出孔７、流入孔８は、どのような適切な形状および大きさも可能である。他の実施形
態において円形状は使用することはできるが、円形状を管理するためのいくつかの技術的
な加工上の制約から、孔は四角状の形状が好ましい。孔の形状や大きさは保護層によって
別々にすることができる。例えば、図９に示すように、第１の保護層６の流入孔８は第２
の保護層５の流出孔７よりも大きくても良い。これは、それらの異なる機能のためである
。第１の保護層６はＭＥＭＳ上に封止材料１０が堆積するのを防止するために使用され、
第２およびそれ以上の保護層は封止材料１０の堆積とパッケージの封止のために使用され
る。このことから、様々な保護層に様々な孔の配置が可能であることも明らかである。各
保護層上には複数の孔が配置され、室３を形成するために使用される犠牲材料層１１のエ
ッチング時間を少なくする。
【００５３】
他の実施形態として、同じ保護層での孔も様々な大きさと形状であって良い。
【００５４】
また、ＭＥＭＳ領域１９の外側、すなわち周辺段差１８の外側の領域では、孔は基板２
に対して実質的に直交する方向に互いに整列して配置されても良い。何故なら、この部分
では封止材料１０がＭＥＭＳ素子１上に堆積するリスクは全くないからである。このＭＥ
ＭＳ領域外の領域では、パッケージの剛性を増すために別の層を一緒に接合することがで
きる。
【００５５】
図１０は、他の好適な実施形態を示しており、キャップ構造４は三つの保護層を含んで
いる。すなわち、第２の保護層５の上方に第３の保護層２１が設けられている。三つの保
護層によって形成されたキャップ構造によって得られる長所は、以下の通りである。
・互いに整列しないように配置されたエッチング孔間の最小距離を少なくできる。三
つの保護層の場合、二つの下層の保護層が最上層を通過してきた封止材料をより効果的に
阻止することができる。これは、例えば、幾つかの場合において、層間距離を少なくし、
エッチング液が最上層から最下層へ犠牲材料層１１に達するために通過しなければならな
い流路の長さを減らし、結果としてエッチング時間も少なくする。
・パッケージの剛性が増加する。
・封止材料がＭＥＭＳに達する確率が減少する。
【００５６】
図１０からわかるように、封止材料１０は第３の保護層２１の外表面上に堆積し、その
層の孔２２を満たす。ここでは中間層として機能する第２の保護層５は、第３の保護層２
１の孔２２に対してマスクとして機能する。封止材料１０の一部が第２の保護層５の流入
孔８を通過しても、第１の保護層６によって阻止される。
【００５７】
キャップ構造４が三つの保護層を含む場合、二つの隣接したあるいは連続した保護層、
例えば、第２の保護層５と第１の保護層６あるいは第２の保護層５と第３の保護層２１、
の孔は、図１０に示すように互いに重なり合わない。しかし、上層と下層の孔、この場合
の第１の保護層６の流出孔７と第３の保護層２１の孔２２、は部分的にあるいは完全に重
なり合っても良い。この場合、第１の流路９と同様の機能として、すなわち、孔２２と流
入孔８を連通する第２の流路２３が第２の保護層５と第３の保護層２１の間に形成される
。
【００５８】
機械的あるいは機能的（ＭＥＭＳ素子）材料、犠牲材料層の材料、パッケージキャップ
材料、封止部材材料として様々な材料を使用することができる。可能な材料の組み合わせ
としては、以下のものがあげられる。
・犠牲材料層の材料：酸化シリコン
・機械的材料：ポリシリコン、金属（例えば、ＡｌあるいはＡｌと窒化チタン層との
組み合わせ）、あるいはその組み合わせ物。
・パッケージキャップ：金属（例えば、ＡｌあるいはＡｌと窒化チタン層との組み合
わせ）、ポリシリコン、不働態化材料（窒化シリコンのような）、あるいはこれら材料の
組み合わせ物。
・封止材料：フォトレジスト材料、不働態化材料（窒化シリコンのような）、金属、
あるいはこれら材料の組み合わせ物。
【００５９】
他の材料の組み合わせとしては、次のものがあげられる。
・犠牲材料層の材料：ポリシリコン、フォトレジスト、あるいはこれら材料の組み合
わせ物。
・機械的材料：酸化シリコン、窒化シリコン、金属（Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、金のような
）、あるいはこれら材料の組み合わせ。
・パッケージキャップ：金属（例えば、ニッケル、ＡｌあるいはＡｌと窒化チタン層
との組み合わせ）、ポリシリコン、不働態化材料（窒化シリコンのような）。
・封止材料：フォトレジスト材料、不働態化材料（窒化シリコンのような）、金属（
金、銀、ニッケル、銅のような）。
【００６０】
本発明のＭＥＭＳパッケージは、集積回路の一部を既知の方法によって形成する。
【００６１】
図１１、図１２、図１３は、ウェハレベルでのＭＥＭＳ素子上の保護キャップ構造の製
造方法を示す。ＭＥＭＳ素子１が基板２の表面上に既知の工程で形成された後（図１１（
ａ）〜（ｅ）、図１２（ａ）〜（ｅ））、犠牲材料層１１がその後のキャップ構造の構成
に対応するためにＭＥＭＳを覆い隠して堆積される（図１１（ｆ）、図１２（ｆ））。次
に、第１の保護層６が犠牲材料層１１上に形成され、第１の保護層６の周辺接合領域１６
において基板２に接合される（図１１（ｇ）、図１２（ｇ））。
【００６２】
次に、追加の犠牲材料層１１’が第２の保護層５を形成するために（図１１（ｉ）、図
１２（ｉ））第１の保護層６上に堆積される（図１１（ｈ）、図１２（ｈ））。この場合
、第２の保護層５は第１の保護層６上に、第２の保護層５から選定された距離で堆積・形
成され、犠牲材料層１１，１１’のエッチング時の第１の流路９が規定される。
【００６３】
第２の保護層５を形成する間にビア２０を形成するために、追加の犠牲材料層１１’の
選定された位置にいくつかの開口を任意に形成することができる。
【００６４】
第１の保護層６および第２の保護層５の形成並びに流入孔８および流出孔７の形成は、
一連の加工で行われる。あるいは、流出孔７と流入孔８は保護層の構築の間に形成するこ
ともできる。第１および第２の保護層の孔は其々の層の選定された位置に設けられ、それ
らは互いに重なり合わない。追加の保護層を、同様の構築加工によって第２の保護層５の
上方に形成することができる。
【００６５】
第１の保護層６および第２の保護層５は、同一あるいは別の材料を用いて形成すること
ができる。例えば、第１の保護層６は金属で製作でき、第２の保護層５はパッケージの不
働態化層あるいは、その上に堆積されるフォトレジスト材料で製作することができる。
【００６６】
キャップ構造４の形成後、エッチング液が最上層、この場合には第２の保護層５、に供
給される。エッチング液は流入孔８、第１の保護層６と第２の保護層５の間に形成された
第１の流路９、流出孔７を満たし、同時に犠牲材料層１１，１１’を除去し、ＭＥＭＳ素
子１をリリースする（図１１（ｋ）、図１２（ｋ））。そして、ＭＥＭＳ素子１はエッチ
ング加工の後、室３内に収納される。
【００６７】
最後に、封止材料１０が第２の保護層５上に堆積され（図１１（ｌ）、図１２（ｌ））
、ＭＥＭＳパッケージが気密封止される。封止材料１０は、流入孔８および第１の流路９
の一部を満たすが、第１の保護層６によって阻止される。
【００６８】
実用化における、ほとんどの場合が、パッケージを封止を必要とする。しかし、物理的
に保護されているだけで良いＭＥＭＳのタイプもある。例えば、取り扱い時に外部の物と
の接触を防ぐためであり、特別な大気条件下で動作する必要がない場合である。このよう
な特殊なタイプのＭＥＭＳでは、パッケージは封止されない。
【００６９】
この方法は、また、いくつかの従来技術での方法のように小さい孔を使用するのでなく
、第２の保護層５と第１の保護層６間の形成された第１の流路９，９’，９”の高い流体
抵抗によって、高粘度材料を使用してパッケージを封止することができる。このキャップ
構造４は、実用上はどんな大きさのエッチングのための流出孔７、流入孔８も使用するこ
とができる。
【００７０】
封止材料１０としては、例えば、十分な粘度を有するフォトレジストＳＵ−８を使用す
ることができる。保護層間の第１の流路９，９’，９”は通常かなり狭く、従ってその流
体抵抗は高いので、フォトレジストＳＵ−８の多くのタイプがこの目的に対して使うこと
ができる。他のフォトレジストとして、ＡＺ４５６２も使用することができる。また、Ｓ
ｎあるいはＳｎ／Ｐｂのように十分な粘度を有するはんだ材料を封止材料として使用する
ことができる。
【００７１】
ＭＥＭＳの張り付きを防ぐことができることから乾式リリース（エッチング）加工が好
ましいが、湿式リリース加工も用いることができる。封止は様々な方法で実施することが
できる。一つの方法としては、厚いレジスト層を用いることである。他の方法としては、
通常の不働態化加工を用いることである。
【００７２】
エッチングおよび封止加工は、二つの異なる方法で実施することができる。すなわち、
ウェハ製造加工内で、あるいは後加工として、の二つの方法である。最初のケースでは、
エッチングおよび封止加工は最終のパッケージ層の堆積の後、通常の加工工程の中に挿入
されなければならない。この場合、側壁を形成し、エッチングおよび封止加工によって影
響を受けてはならないウェハの他の部分を保護するために、窓開口部２５が含まれなけれ
ばならない。この窓開口部２５は、通常は、封止加工実施後に除去される。２番目のケー
スでは、最後に堆積した層がパッケージの最終層であった場合には、窓開口部は必須では
ない。最後に堆積した層が窓開口部の機能を果たすことになる。もし最後に堆積した層が
パッケージの最終層でない場合には、窓開口部は、除去することは必須ではないが、必要
となる。２番目のケースは、通常の製造工程の加工フローに影響を及ぼさないという利点
がある。通常の加工の後に、窓の開口、犠牲材料層エッチング、封止のような幾つかの加
工のみが追加される。
【００７３】
このパッケージング技術は、パッケージング加工からは独立してＭＥＭＳ素子の設計が
できる。従って、ＭＥＭＳ素子１はどのような動作デバイスでも可能であり、例えば、圧
力センサ、ジャイロスコープ、可変容量、インダクタ、スイッチ、共振器、マイクロジャ
イロスコープ、マイクロ加速度計、マイクロアクチュエータ等が可能である。
【００７４】
本発明のパッケージング技術は単一のＭＥＭＳ素子の封止に関して述べたが、ホストウ
ェハ上に形成された複数のＭＥＭＳ素子の個別あるいは同時一括封止に、同じパケージン
グ技術が使用できることは同業者が理解できるところである。
【００７５】
本発明の更なる実施形態は、添付の独立クレームに記載されている。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のパッケージング技術は、ＭＥＭＳのウェハレベルパッケージングに特に適して
いる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の目的であるＭＥＭＳパッケージの、エッチング加工後で封止加工前の概略断面図。
【図２】本発明の目的であるＭＥＭＳパッケージの、エッチング加工前の概略断面図、同図はＭＥＭＳリリース加工を示し、エッチング液の通路を矢印で示す（エッチング液は矩形の箱として図示している）。
【図３】リリース加工に続く、パッケージされたＭＥＭＳの封止加工を模式的に示す。
【図４】パッケージキャップ層の２層間のギャップを満たすに十分な厚みの封止材料で封止する加工後の、パッケージされたＭＥＭＳを模式的に示す。
【図５】本発明のＭＥＭＳパッケージの一実施形態の、リリース加工後で封止加工前の、上方からの斜視断面図。
【図６】図５のＭＥＭＳパッケージの上平面図（最上保護層の孔を四角で、下部層の孔の位置を点で表す）。
【図７】（ａ）は、本発明のＭＥＭＳパッケージの他の実施形態の、リリース加工後で封止加工前の、斜視断面図（パッケージキャップの最上層および下部層は、パッケージの剛性を増すために異なる点で物理的に接続されている）、（ｂ）はパッケージキャップの裏返した状態の斜視断面図。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、図７（ａ）および図７（ｂ）の斜視断面図（パッケージキャップの最上層および下部層の孔の他の配置を示す）。
【図９】パッケージキャップの最上層および下部層の一部を示す模式図（それらは垂直の柱あるいは支柱によって異なる位置で物理的に接続し、パッケージの剛性を増している）。
【図１０】三層のパッケージキャップおよび最上層の孔を閉ざす封止材料の一部を示す模式図（ＭＥＭＳ素子および基板は図を簡略化するために省略している）。
【図１１】（ａ）〜（ｌ）は、本発明に係わるコンフォーマルな加工でのＭＥＭＳパッケージの製造の連続した工程（ａ〜ｌ）を示す断面図。
【図１２】（ａ）〜（ｌ）は、平面加工でのＭＥＭＳパッケージの製造の連続した工程（ａ〜ｌ）を示す断面図。
【図１３】（ｉ）〜（ｌ）は、追加工を伴うＭＥＭＳパッケージの製造の最終の３工程（ｉ〜ｋ）を示す断面図。
【符号の説明】
【００７８】
１…ＭＥＭＳ素子、２…基板、３…室、４…キャップ構造、７…流出孔、８…流入孔、
９…第１の流路、２４…単一保護層。
【図１】
2008091334.tif 000003
【図２】
2008091334.tif 000004
【図３】
2008091334.tif 000005
【図４】
2008091334.tif 000006
【図５】
2008091334.tif 000007
【図６】
2008091334.tif 000008
【図７】
2008091334.tif 000009
【図８】
2008091334.tif 000010
【図９】
2008091334.tif 000011
【図１０】
2008091334.tif 000012
【図１１】
2008091334.tif 000013
【図１２】
2008091334.tif 000014
【図１３】
2008091334.tif 000015