(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのホール（６）を含んでなるキャビティーを封止する方法であって、
−  キャビティーの少なくとも一部の上に導電性材料（４、５）を蒸着するステップと、
−  エレクトロマイグレーションを用いて前記導電性材料の一部を前記ホール（６）に移動させてプラグ（２０）を形成するステップと、
を備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項２】
請求項１記載のキャビティーの封止方法において、
前記キャビティー内に電子部品（３０）を配置するステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項３】
請求項２記載のキャビティーの封止方法において、
前記電子部品をＭＥＭＳタイプのマイクロシステムとするステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のキャビティーの封止方法において、
前記電子部品を共振器または加速度計とするステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記導電性材料を、銅、アルミニウム、銀、インジウム、錫、鉛またはマグネシウムとするステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記導電性材料を、真空蒸着または陰極スパッタリングによって蒸着するステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記ホールを、０．５μｍ〜５μｍの直径で形成するステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記導電性材料を、０．１μｍ〜５μｍの厚さで蒸着するステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記エレクトロマイグレーションを、１５０℃〜３００℃の温度で行なうステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記エレクトロマイグレーション工程が、１ＭＡ／ｃｍ２以上の電流密度の電流注入ステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記エレクトロマイグレーション工程が、３〜５ＭＡ／ｃｍ２の電流密度の電流注入ステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記ホール（６）の周囲を除く少なくとも一部の前記導電性材料の上に、インターフェース保護層（１４、１５）を蒸着する工程を備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
電流フローを用いて行なわれる前記エレクトロマイグレーション工程が、前記プラグ（２０）の形成後に前記電流フローを中断するステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
前記封止を、真空中または例えば０．５ｂａｒ〜１．５ｂａｒの非ゼロ圧力下で行なうステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のキャビティーの封止方法において、
エレクトロマイグレーションの前段で、前記導電性材料上に導電路を形成するステップを備えることを特徴とするキャビティーの封止方法。
【請求項１６】
電子部品（３０）のキャビティー封止部を備える電子デバイスであって、電子部品（３０）が配置されたホール（６）を含み、
−  少なくとも一部の前記キャビティー上に設けられた導電性材料（４、５）の層と、
−  エレクトロマイグレーションを用いて前記導電性材料の一部を前記ホール（６）に移動させることによって前記導電性材料と同じ材料で形成され、前記ホール（６）を封止もしくは閉鎖するプラグ（２０）と、
を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１７】
請求項１６記載の電子デバイスにおいて、
前記導電性材料が、銅、アルミニウム、銀、インジウム、錫、鉛またはマグネシウムであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の電子デバイスにおいて、
前記導電性材料が、０．１μｍ〜５μｍの厚さで蒸着されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１９】
請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の電子デバイスにおいて、
前記ホール（６）の周囲を除く少なくとも一部の前記導電性材料の上に、インターフェース保護層（１４、１５）を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２０】
請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載の電子デバイスにおいて、
前記電子部品がＭＥＭＳタイプのマイクロシステムであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２１】
請求項１６から請求項２０のいずれか一項に記載の電子デバイスにおいて、
前記電子部品が共振器または加速度計であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２２】
請求項１６から請求項２１のいずれか一項に記載の電子デバイスにおいて、
前記キャビティーが真空中または例えば０．５ｂａｒ〜１．５ｂａｒの非ゼロ圧力下で形成されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２３】
請求項１６から請求項２２のいずれか一項に記載の電子デバイスにおいて、
エレクトロマイグレーションの前段で、前記導電性材料上に導電路が形成されることを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉したキャビティーの形成に関し、特に、保護されたキャビティー内で、特定の流体や周囲圧力に対して制御された環境を要する電子部品のパッケージングに関するものである。
また、本発明は、特に、マイクロテクノロジーの発展により可能になったマイクロシステム（ＭＥＭＳ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多くの部品やシステムには、様々なセンサやアクチュエータが組み込まれている。これらの部品は、モニタリング機能や計測機能に利用される。また、サイズが小さいことから、あるいは動作上の理由から、これらのマイクロ部品は、制御雰囲気下（埃を除去した雰囲気、または中性ガス）、または十分に制御された圧力下（真空であると否とにかかわらず）で封止される必要がある。
【０００３】
しかしながら、これら部品の封止工程は、ボックス内に設けた主要部品上で、または基板上に配した状態で、製造工程の最終段階でまとめて行なわれる。
このように、まとめて部品を封止することは、経済性の理由から好ましいが、本発明は、単一部品の封止にも関するものである。
【０００４】
このような封止を行なうための別の技術も知られている。
【０００５】
第一の技術によれば、例えば、カバー（第２の基板）は、基板アセンブリ（または「ウェハボンディング」と称される）、ガラス焼結、共晶形成または陽極結合を用いて、真空中で組み立てられる。この技術においては、高感度部品の周囲を封止することで部品の全表面が覆われてしまい、また、２つの基板を必要とする。その上、封止後のガス抜き時に、部品が直接影響を受けてしまうため、例えば特許文献１または特許文献２に記載されるような技術を適用しても満足な真空度を得ることが難しい。
【０００６】
また、他の技術によれば、局部的なパッケージングに関連したホールを、蒸着層で封止することが行なわれる。この蒸着層は、程度の差はあるが高真空度（真空蒸着もしくはスパッタリング）、またはＰＥＣＶＤ法もしくはＬＰＣＶＤ法を用いて低圧状態で形成することができる。しかしながら、このような蒸着層は、回路基板上の全体に形成されるため（もしくは技術的に許容されればステンシルを介して行なわれるため）、蒸着後に作業領域を形成するための他の作業が必要になってしまう。また、封じ込めた雰囲気及び残留圧力は、使用した技術によって変化してしまう。
【０００７】
また、キャビティー内側に蒸着されてマイクロシステムに不具合を生じさせることを防止するために、不均一に蒸着層を形成する試みが頻繁になされている。一般に、この状態では、ホールを封止することができない。この種の技術は、例えば、特許文献３や特許文献４に記載されている。
【０００８】
さらに、別の技術として、外側から材料を取り付けて局部的に封止するものがある。この技術では、ビード材をホールの上に載せて封止する。加熱して溶融したビード材でホールが封止される。この作業は、一般に、まとめて部品を処理するものではなく、また、ビード材の融点よりも高温で加熱する必要が生じる。
【０００９】
このため、非特許文献１で示されるように、キャビティー内部の圧力を制御することが困難になる。
【００１０】
よって、上記のいずれの技術においても、用いる製造手法及び／又は製造時に発生する温度に起因してキャビティー内部の圧力を制御することが非常に困難である。
【００１１】
一方で、共振器タイプの部品に対しては、十分な品質係数（quality coefficient）を得るためにキャビティー内部を高真空度（すなわち高度に制御された圧力）とすることが重要になる。
【特許文献１】米国特許第５６６８０３３号明細書
【特許文献２】米国特許第５９５２５７２号明細書
【特許文献３】米国特許第５５８９０８２号明細書
【特許文献４】米国特許第６６３５５０９号明細書
【非特許文献１】L．Lin，”MEMS Post Packaging by Localized Heating and Bonding”， IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING，Vol．23， No．4，pp．608 Nov．2000．
【非特許文献２】P Waltz，December 1998：”analyse et modelisation de la tenue a l’electro-migration des interconnexions en regime dynamique”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、上記の欠点の全て、もしくはその一部を解消して封止された電子デバイスを製造するための新たな手法を創出することが必要である。
【００１３】
このことから、本発明の目的は、高真空度から様々な雰囲気まで、種々の圧力状態で、例えば電子デバイスのカバーに形成されたキャビティーの開口部を封止できるようにすることであり、場合に応じて低温度での封止を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、前述のホールを含んでなるキャビティーを封止する手段として、エレクトロマイグレーションを用いて材料を移動させ、ホールを封止する材料を局所的に供給することを利用している。また、材料の移動現象は、必要に応じて、例えば表面安定化処理層（passivation layers）を設けることにより増幅させることができる。
【００１５】
一般的には、エレクトロマイグレーションを用いた材料の移動、すなわち、電流を流すことによって生じる材料の移動は、金属結合を徐々に腐食させる寄生現象とみなされ、それゆえに最小限に抑えるべきものとされている。
【００１６】
本発明では、意外にも、このようなエレクトロマイグレーション現象を利用している。
【００１７】
そして、本発明は、特に、カバーもしくは基板のホールもしくは開口部を、封止もしくは閉鎖する方法に関するものであり、カバーもしくは基板の少なくとも一部の上に導電性材料を蒸着し、エレクトロマイグレーションを用いてこの導電性材料の一部をホールもしくは開口部に移動させ、プラグを形成する。
【００１８】
また、キャビティー内には、例えばＭＥＭＳタイプのマイクロシステム、または共振器もしくは加速度計といった電子部品が配置されてもよい。
【００１９】
導電性材料は、例えば銅、アルミニウム、銀、インジウム、錫、鉛またはマグネシウムであることが好ましい。
【００２０】
また、この導電性材料は、十分な量が得られるように、予め蒸着されるとともにエングレイブ（engrave）される。そして、電流を流すことによって（例えば、前もって導電性材料上に形成した導電路に沿って）、この導電性材料は、前述のホールを封止するようにホールに向けて移動する。
【００２１】
また、導電性材料は、予め、真空蒸着または陰極スパッタリングを用いて蒸着されてもよい。
【００２２】
さらに、例えば、ホールは、本発明の方法を使用可能にする最適条件の直径またはサイズの範囲をもって形成され、その最大サイズもしくは０．５μｍから５μｍの直径を備えて形成される。
【００２３】
また、蒸着した導電性材料の厚さは、やはり、本発明の方法に対し好適な範囲であることが好ましく、０．１μｍから５μｍであることが好ましい。
【００２４】
エレクトロマイグレーション工程は、１５０℃〜３００℃、例えば２００℃の温度で行なわれるのが好ましい。
【００２５】
インターフェース保護層の蒸着工程は、ホールもしくは開口部の周囲を除き、エレクトロマイグレーションの前段で行なわれることが好ましい。
【００２６】
また、エレクトロマイグレーション工程は、電流フローを用いて行なわれ、プラグ形成の後に、プラグ形成領域の外側に導電性材料がなくなることによって、優先的に、この電流フローが止められる。このように、エレクトロマイグレーション現象は、自動制御され、プラグが完成していない間は電流が流れ、プラグが形成されるとともにこの電流フローが止められる。
【００２７】
ホールもしくは開口部の封止もしくは閉鎖は、真空中もしくは例えば０．５ｂａｒから１．５ｂａｒの非ゼロ圧力下で行なわれることが好ましい。実際、圧力は、部品の周囲を囲むカバーもしくは壁部材で画定されたキャビティー内の必要条件に応じて決められる。
【００２８】
また、エレクトロマイグレーション作業は、材料の移動を最適化して作業時間を短縮するために、所望の圧力下（高真空度あるいは非真空状態）で行なわれてもよく、また、例えば２００℃前後の比較的低温下で行なわれてもよい。
【００２９】
そして、本発明の範囲内で利用する導電性材料の移動が、どんな化学反応もなしで且つ特殊な環境を要することなしに電子流の影響に基づいたエレクトロマイグレーションによって行なわれるので、必要条件に応じた圧力、温度、空気環境の最適条件下で封止を行なうことができる。
【００３０】
また、本発明は、電子部品が配置されて、この電子部品を封止するホールを含んでなるキャビティーを備えた電子デバイスに関するものであり、少なくとも一部のキャビティー上に設けられた導電性材料の層と、この導電性材料と同じ材料で形成され、ホールを封止もしくは閉鎖するプラグを備えて構成されている。
【００３１】
また、導電性材料は、銅、アルミニウム、銀、インジウム、錫、鉛またはマグネシウムであることが好ましい。
【００３２】
蒸着した導電性材料の厚さは、０．１μｍから５μｍであることが好ましい。
【００３３】
さらに、本発明に係る電子デバイスにおいては、ホールの周囲を除いた部分がインターフェース保護層で包まれていることが好ましい。
【００３４】
キャビティーは、その内部が真空または例えば０．５ｂａｒから１．５ｂａｒの非ゼロ圧力状態であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明に係る実施例を図１から図３を参照して説明する。
【００３６】
例えばマイクロシステム（図２中、概略的に符号３０で示した）の部品と、保護カバー２２、２４が、基板２上に形成されている。
【００３７】
この保護カバーは、壁部材２３、２５で、部品を絶縁状態で収容するキャビティーを形成している。
【００３８】
以下、一つの部品がキャビティー内に収容されているものとして説明を行なうが、本発明は、キャビティー内に複数の部品が設けられていてもよい。
【００３９】
キャビティーの内部１６は、ホール６（図１及び図２）のような、一つ以上のホールを介して開放されている。この開放工程は、事前に（例えばＳｉＯ２の酸化物、またはポリイミドもしくはＢＣＢのようなポリマーからなる）犠牲層を選択的にエングレーブ形成する（engraving）ことによってなされる。また、この犠牲層は、壁部材２３、２５を形成している。このとき、エングレーブ時間は、特定の表面積を開放させるように制御される。
【００４０】
ホール６は、直径、すなわち基板２と平行する水平方向の最大寸法が、０．５μｍ〜５μｍとされている。例えば、このホール６は、直径が２μｍで形成されている。直径が大きければ大きいほど、このホールを封止するために、より多くの材料を、エレクトロマイグレーションによって移動させる必要が生じる。
【００４１】
また、閉鎖する開口部６からあまり離れていないところに、好適にエレクトロマイグレーションを生じさせるための導電性材料の層４、５が形成される。また、この導電性材料の層４、５は、エレクトロマイグレーションが生じている間に、ホールの周囲に導電性材料が成長し、このホールに集中するようにエングレーブされることが好ましい。
【００４２】
この導電性材料は、例えば、銅、アルミニウム、銀、インジウム、錫、鉛またはマグネシウムで形成されている。
【００４３】
また、電流供給部１０、１２が、このエレクトロマイグレーション層の後端部に優先的に設けられている。また、導電性材料の層４、５に、導電路が規定されていてもよい。
【００４４】
また、図２に示すように、電流供給部１０、１２は、電子デバイスの外側に延出した導電性材料の層４、５のいずれかの端部上に形成される。導電性材料の層は、電流密度が領域１０’、１２’に集中して増加するように、ホール６の近傍の内側に向けて漸次幅が小となるように形成されており、これにより、エレクトロマイグレーション現象が所望の領域で集中的に生じる。
【００４５】
また、エレクトロマイグレーション現象は、異物との接触部分において非常に敏感に反応する。このため、導電性材料の層４、５の表面は、開口部６の周囲を除いて、非常に付着性が高い絶縁層１４、１５（例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４など）で保護し、エレクトロマイグレーションによって導電性材料を集積させてその効果が得られるようにすることが好ましい。この絶縁層は、優先的にホール６の近傍で終端するように形成されるが、ホールの周囲にのみ形成されるわけではない。これは、図２に詳細に示しており、この図において、ホール６の近傍に位置する絶縁層１４、１５の端部を符号１７、１９で示している。
【００４６】
絶縁性材料で形成された絶縁層１４、１５は、導電性材料／空気（または雰囲気）の接触部分を保護するために設けられている。また、これらの絶縁層１４、１５は、該絶縁層が終端している（エングレーブされた）端部１７、１９で、導電性材料の集積現象に好適な応力勾配部を形成するために設けられている。
【００４７】
開口部６近傍（例えば領域８）の電流供給部は、ホールを封止した後に、導電性材料の移動により導通が自動的に停止するように設計することができ、この場合には、導電性材料は、一方の電気供給部１２から他方の電気供給部１０まで電流を供給してそれ以上回路を閉じることはない。
【００４８】
電流は、ホール６の周囲で、導電性材料がホール上及び／又はホールの中に集中して、このホールを封止する局所的なエレクトロマイグレーション効果が得られるような電流密度で供給される。また、電流密度は、エレクトロマイグレーション現象の速度が工業用プロセスに適合するように、好ましくは、少なくとも１ＭＡ／ｃｍ２以上で、例えば３ＭＡ／ｃｍ２から５ＭＡ／ｃｍ２の範囲とされる。さらに、全体を２５０℃から３００℃程度の温度で加熱することにより、この効果をより好適に得ることができ、また、エレクトロマイグレーションの処理時間を短縮させることができる。
【００４９】
また、電流の大きさ、すなわち電流密度を大きくするほどに、ホールを封止するためのエレクトロマイグレーション現象の継続時間は短くなる。
【００５０】
導電性材料の移動は、導電性材料の層４、５に電流を流すことによって生じる。この現象は、自動拡散プロセス（autodiffusion process）を改良し、多量の電子移動の一部を拡散イオンに移行させることによって方向付けられた指向性拡散（directional diffusion）によってもたらされる。これにより、層４、５の導電性材料の量的な拡散及び／又は表面的な拡散及び／又は粒間（intergranular）拡散及び／又は転位（dislocation）拡散及び／又は界面（interface）拡散が得られる。
【００５１】
また、エレクトロマイグレーション作業を行なっている間の雰囲気次第で、封止後のキャビティー内部の状態は次のようであることが判明した。すなわち、作業を真空中で行なった場合には、キャビティー１６内がこれに相当した真空度になり、作業を圧力下で行なった場合には、キャビティー内の圧力はこれと同じ圧力となる。
【００５２】
例えば、共振器タイプの部品３０に対しては、最適な真空度でホール６を封止することが好ましい。
【００５３】
また、他の例として、粘性減衰を必要とする部品（例えば加速度計）に対しては、封止が非ゼロ圧力下、例えば大気圧、もしくは０．５ｂａｒから１．５ｂａｒの圧力下で行なわれる。
【００５４】
加えて、特に、電流密度及び／又はインターフェース及び／又は粒径及び／又は温度及び／又は機械的ストレスなどの様々な条件が、エレクトロマイグレーションを行なうために最適化されることが好ましい。例えば、これらの条件は、本願発明の内容に鑑み、非特許文献２（本願発明の内容が記載されている訳ではないが）の学位論文から推定することができる。
【００５５】
また、表面安定化処理層４、５の存在により、この表面安定化処理層が存在する領域における金属層のエレクトロマイグレーションの発生が抑えられる。これにより、表面安定化処理層は、これが存在しない領域でエレクトロマイグレーションを好適に生じさせる。加えて、応力勾配部が、表面安定化処理層が存在しない例えば領域８、１７、１９などの端部領域（rupture zones）で生じ、この応力勾配部によってエレクトロマイグレーションが好適に生じる。
【００５６】
金属層４、５の粒子径は、好適には、０．５μｍ未満もしくは０．５μｍから３μｍとされる。エレクトロマイグレーションの効果は、小さな粒子径であるほど高くなる。
【００５７】
そして、プラグ２０を形成した後に、電子部品３０が配置されたホール６を含み、この電子部品３０のキャビティー封止部を備えた電子デバイスが得られ、この電子デバイスは、少なくとも一部のキャビティー上に導電性材料の層４、５と、この導電性材料と同じ材料で形成され、ホール６を封止もしくは閉鎖するプラグ２０とを備えて構成される。
【００５８】
また、保護層１４、１５が導電性材料の層４、５上に残っている場合がある。
【００５９】
このように、電子部品３０は、所望の条件で封止される。また、この電子部品は、層１２と異なる独自の接続部に接続している（しかしながら、この層１２の材質はこれらの接続部の材質と同質であってもよい)。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの製造工程において、エレクトロマイグレーション工程前の状態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの製造工程において、エレクトロマイグレーション工程によりプラグを形成してキャビティーを封止した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
２      基板
４      導電性材料の層
５      導電性材料の層
６      ホール
１０    電流供給部
１２    電流供給部
１４    絶縁層（保護層）
１５    絶縁層（保護層）
１６    キャビティーの内部
１７    端部
１９    端部
２０    プラグ
２２    保護カバー
２３    壁部材
２４    保護カバー
２５    壁部材
３０    部品（電子部品）
【図１】
0004787099.tif 000002
【図２】
0004787099.tif 000003
【図３】
0004787099.tif 000004