(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳデバイスを分離するためのデバイスおよび方法を提供すること。【解決手段】デバイスは、１対のほぼ対称なウェハを含み、それぞれは周囲取付フランジおよびカバープレートを含み、各カバープレートおよび周囲取付フランジは複数の歯状体によって隔てられる。ウェハのカバープレートはデバイス層の両側に接合され、次いでシステムは取付フランジを用いて他の構造に接合することができる。方法は、１対のウェハ内に歯状体を形成するステップと、ウェハをデバイス層の両側に接合するステップを含む。代替方法は、１対のウェハをデバイス層に接合するステップと、次いで分離機能をエッチングするステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１（１２）および第２（１４）のウェハであって、各ウェハは周囲取付フランジ（２２）およびカバープレート（２０）を含み、各カバープレート（２０）および周囲取付フランジ（２２）は複数の分離構造（１８）によって隔てられる、第１（１２）および第２（１４）のウェハと、
第１の側で前記第１のウェハ（１２）の前記カバープレート（２０）に接合され、対向する第２の側で前記第２のウェハ（１４）の前記カバープレート（２０）に接合されるデバイス層（１６）とを備えるデバイス（１０）。
【請求項２】
前記分離構造（１８）が歯状体を含む、請求項１に記載のデバイス（１０）。
【請求項３】
前記デバイス層（１６）が微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを含む、請求項１に記載のデバイス（１０）。
【請求項４】
第１および第２のウェハを貫通して分離構造を形成するステップ（４２）であって、前記分離構造は、前記第１および第２のウェハ上の周囲取付フランジと内部カバープレートの間に配置される、分離構造を形成するステップ（４２）と、
前記第１のウェハのカバープレートおよび取付フランジを、ＭＥＭＳデバイスを含むデバイス層の第１の表面に接合するステップ（４４）と、
前記デバイス層に隙間を形成するステップ（４６）であって、前記隙間の位置は前記第１のウェハの分離構造に対応し、前記隙間は前記カバープレートに対応するデバイス層の一部分を、前記取付フランジに対応するデバイス層の一部分から分離する、前記デバイス層に隙間を形成するステップ（４６）と、
前記第２のウェハのカバープレートを前記デバイス層の対向する第２の表面に接合するステップ（４８）であって、それにより前記デバイス層の隙間が前記第１および第２のウェハの分離構造の間に配置されるようになる、前記第２のウェハのカバープレートを接合するステップ（４８）とを含む方法（３８）。
【請求項５】
前記分離構造を形成するステップが、分離構造を形成するのに、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）および水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチングのうちの少なくとも１つを用いるステップを含む、請求項４に記載の方法（３８）。
【請求項６】
前記ウェットエッチング法が、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）エッチング、または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチングの１つを含む、請求項５に記載の方法（３８）。
【請求項７】
前記分離構造を形成するステップが、少なくとも１つの衝撃防止器を形成するステップを含む、請求項４に記載の方法（３８）。
【請求項８】
第１および第２のウェハ内に所定の距離に分離構造を形成するステップ（５０）であって、前記分離構造は、前記第１および第２のウェハ上の周囲取付フランジおよび内部カバープレートを画定する、分離構造を形成するステップ（５０）と、
前記第１および第２のウェハの残りの厚さを貫通して隙間を形成するステップ（５２）と、
前記第１のウェハのカバープレートを、ＭＥＭＳデバイスを含むデバイス層の第１の表面に接合するステップ（５４）と、
前記デバイス層内に隙間を形成するステップ（５６）であって、前記隙間の位置は前記第１のウェハの隙間に対応し、前記隙間は前記カバープレートに対応するデバイス層の一部分を、前記取付フランジに対応するデバイス層の一部分から分離する、前記デバイス層内に隙間を形成するステップ（５６）と、
前記第２のウェハのカバープレートを前記デバイス層の対向する第２の表面に接合するステップ（５８）であって、それにより前記デバイス層の隙間が前記第２のウェハの隙間に対応するようになる、前記第２のウェハのカバープレートを接合するステップ（５８）とを含む方法（４０）。
【請求項９】
前記分離構造を形成するステップが、分離構造を形成するのに、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）および水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチングのうち少なくとも１つを用いるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第１および第２のウェハであって、各ウェハは周囲取付フランジおよびカバープレートを含み、各カバープレートおよび周囲取付フランジは複数の分離構造によって隔てられる、第１および第２のウェハと、
第１の側で前記第１のウェハの前記カバープレートに接合され、対向する第２の側で前記第２のウェハの前記カバープレートに接合される、複数の分離構造を含むデバイス層とを備え、
前記ウェハ分離構造およびデバイス層分離構造は、歯状体および隙間のうち少なくとも１つを含むことができるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、様々な目的に使用される。加速度計およびジャイロなどのＭＥＭＳデバイスは、構造体が受ける慣性力を測定するために、しばしば他の構造体に取り付けられる。直接取り付けられたＭＥＭＳデバイスは、構造体によって加えられる非慣性的応力、力学的応力、および熱応力にさらされ、それによってＭＥＭＳデバイスが不正確な測定を生じる。
【０００２】
これらの応力は、ＭＥＭＳデバイスと構造体の間に分離機構を用いることによって低減される。分離機構の１つのシステムおよび方法は、「ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＳＨＯＣＫ  ＬＯＡＤ  ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ  ＡＮＤ  ＳＴＲＥＳＳ  ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＡＮ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＭＩＣＲＯ−ＭＡＣＨＩＮＥＤ  ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴＥＲ」という名称のレオナルドソンらの米国特許第６，２５７，０６０号に記載されており、同特許を参照により本明細書に組み込む。
【特許文献１】米国特許第６，２５７，０６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レオナルドソンのデバイスは有用であるが、たとえば静電的に動作するデバイスには不適当であり、多くのセンサにおいて最適性能のために必要な全体的なデバイスの対称性も保たれない。デバイスに作用し出力誤差を生じ得る非慣性力を大幅に低減する、改良された、広範囲に適用可能な、デバイスに不可欠な対称分離構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明により、ＭＥＭＳデバイスを分離するためのデバイスおよび方法が提供される。本発明によるデバイスは、１対のほぼ同一のウェハを含み、それぞれは周囲取付フランジとカバープレートを含み、各カバープレートおよび取付フランジは、複数の歯状体によって隔てられる。ウェハのカバープレートはデバイス層の両側に接合され、次いでシステムは周囲取付フランジを用いて他の構造体に接合することができる。
【０００５】
本発明による方法は、１対のウェハ内に歯状体を形成するステップと、ウェハをデバイス層の両側に接合するステップを含む。代替方法は、１対のウェハをデバイス層に接合するステップと、次いで外側のウェハ中へ分離機能をエッチングするステップを含む。
【０００６】
本発明の目的には、熱膨張効果による力を含む非慣性的負荷の低減が含まれる。
以上の概要から容易に理解されるように、本発明はＭＥＭＳデバイスを機械的に分離するための改良型のデバイスおよび方法を提供する。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態および代替実施形態について、以降の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明によるデバイス１０を示す。デバイス１０は、第１のウェハ１２、第２のウェハ１４、およびデバイス層１６を含む。第１のウェハ１２は、第１のウェハ１２の周囲に沿って、第１のウェハ１２を貫通して延びる分離歯状体１８を含む。分離歯状体１８は、中央カバープレート２０を周囲取付フランジ２２から隔てる。分離歯状体１８は、様々な、たわみ形状を有することができる。歯状体１８は、図示のように単一のひだを有することができ、または２つ以上のひだを有することができ、あるいはひだがなくてもよい。歯状体１８は、必要なら入れ子とすることができ、隅部の周りを通ってもよい。第２のウェハ１４は、第１のウェハ１２とほぼ対称であり、（図２に示される）歯状体２４の形の分離構造、カバープレート２６、および周囲取付フランジ２８を含む。デバイス層１６は、第１および第２のウェハ１２、１４のカバープレート２０、２６の間に位置するＭＥＭＳデバイス３０（図示せず）を含む。第１および第２のウェハ１２、１４およびデバイス層１６は、応用分野に適した、当業者には知られているシリコンその他の適当な材料を含むことができる。
【０００９】
図２および３Ａから分かるように、デバイス層１６は、ＭＥＭＳデバイス３０とデバイス層１６の周囲３３の間に、隙間３１を含む。隙間３１は、第１および第２のウェハ１２、１４の分離歯状体１８、２４の位置に対応する。ＭＥＭＳデバイス３０を含むデバイス層１６は、第１の表面３４上で第１のウェハ１２のカバープレート２０に接合され、第２の表面３６上で第２のウェハ１４のカバープレート２６に接合される。したがってＭＥＭＳデバイス３０およびカバープレート２０、２６は、分離歯状体１８、２４のみによって周囲取付フランジ２２、２８およびデバイス層周囲３３に接続される。分離歯状体１８、２４によって許容される変位量を制限するために、第１および第２のウェハ１２、１４内に、衝撃防止器３５（図３Ｂ）を形成することもできる。こうすることにより、大きな入力加速度による歯状体１８、２４中の最大応力が制限される。
【００１０】
図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ本発明による方法３８、４０の流れ図である。図４Ａの方法３８は、図１および２に示される構造１０を製造するのに用いることができる。まず、ブロック４２で、ＤＲＩＥまたはその他の当業者には知られているエッチング技法を用いて、第１および第２のウェハ１２、１４を貫通して、歯状体１８、２４が形成される。次にブロック４４で、第１のウェハ１２の第１の側１１が、先に形成されたＭＥＭＳデバイス３０を含むデバイス層１６に接合される。接合の後、ブロック４６で、やはりＤＲＩＥまたはその他のエッチング技法を用いて、デバイス層１６内に隙間３１が形成される。隙間３１は、歯状体１８と同じ場所に配置される。隙間３１を形成した後、ブロック４８で、第２のウェハ１４上の歯状体２４が隙間３１と同じ場所に配置されるように、第２のウェハ１４の第１の側１３がデバイス層１６に接合される。
【００１１】
図４Ｂの方法４０は、図７に示される構造９を製造するのに用いることができる。まず、ブロック５０で、ＤＲＩＥまたはその他のエッチング方法を用いて、第１および第２のウェハ１２、１４の第２の側１５、１７中に所定の深さで、歯状体１８、２４が形成される。歯状体１８、２４を形成した後、ブロック５２で、第１および第２のウェハ１２、１４の残りの厚さを貫通して隙間３７、３９を形成するために、第１および第２のウェハ１２、１４の第１の側１１、１３から、ＫＯＨエッチングが開始される。ブロック５４で、第１のウェハ１２の第１の側１１は、シリコン融合接合、金共晶接合、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂接着、またはその他の当業者には知られている方法を用いて、デバイス層１６に接合される。接合の後、ブロック５６で、デバイス層１６内に隙間３１が形成され、隙間３１は歯状体１８、２４の間に配置されるようになる。次いでブロック５８で、第２のウェハ１４の第１の側１３は、デバイス層１６に接合される。
【００１２】
図５Ａ〜５Ｄは、図４Ａの方法３８で生成される様々な中間構造を示す。図５Ａは、第１または第２のウェハ１２、１４を貫通して形成された歯状体１８、２４を有するウェハ１２、１４を示す。図５Ｂは、（図示されていない、形成されたＭＥＭＳデバイス３０を含む）デバイス層１６に接合された第１のウェハ１２の第１の側１１を示す。図５Ｃは、デバイス層１６内に隙間３１が形成された後の、図５Ｂの構造を示す。最後に図５Ｄは、第２のウェハ１４の第１の側１３上で、デバイス層１６に接合された、歯状体２４を有する第２のウェハ１４を示し、それにより、隙間３１は、垂直軸に対して歯状体１８、２４と整合される。
【００１３】
図６Ａ〜６Ｅは、図４Ｂの方法４０で生成される様々な中間構造を示す。図６Ａは、第１または第２のウェハ１２、１４内に形成された歯状体１８、２４を有するウェハ１２、１４を示す。図６Ｂは、第１または第２のウェハ１２、１４の残りの厚さを貫通して隙間３７、３９が形成された後の、ウェハ１２、１４を示す。図６Ｃは、第１のウェハ１２の第１の側１１に接合されたデバイス層１６を示す。図６Ｄは、デバイス層１６内に隙間３１が形成された後の、図６Ｃの構造を示す。図６Ｅは、第２のウェハ１４の第１の側１３がデバイス層１６に接合された、図６Ｄの構造を示す。
【００１４】
図７は、本発明による、ＫＯＨエッチングされたデバイス９を示す。デバイス９は、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いてエッチングしてもよい。デバイス９は、第１および第２のウェハ１２、１４を貫通して延びない分離歯状体１８、２４を含む。その代わりに、歯状体１８、２４は第１および第２のウェハ１２、１４を部分的に通って延び、隙間３１はデバイス層１６を貫通して延び、隙間３７、３９は歯状体１８、２４からデバイス層１６の隙間３１まで、第１および第２のウェハ１２、１４を部分的に通って延びる。
【００１５】
図は、ウェハ１２、１４を貫通して延びる、あるいは、間に隙間３１、３５、３７を有してウェハ１２、１４の外側表面から延びる分離歯状体１８、２４を示しているが、他の構成も可能である。歯状体１８、２４をデバイス層１６に隣接して配置し、隙間３１、３５、３７を歯状体１８、２４からウェハ１２、１４の外側表面へ延ばすこともできる。また、ウェハ１２、１４の両側にウェットエッチングを実施し、歯状体１８、２４をウェハ１２、１４の中央部分内に残すこともできる。したがって、歯状体１８、２４は、ウェハ１２、１４の厚さに沿って任意に配置することができる。
【００１６】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示し説明してきたが、上述のように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。たとえば、分離歯状体はカバープレート層内に配置するのではなくデバイス層内に配置し、隙間を両カバープレート層内に有することもできる。別法として、３つの層すべてに分離歯状体を含めることもできる。これらのいずれの構成も、製作方法を大幅に変えずに実現することができる。したがって、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示に限定されない。代わりに、本発明は専ら添付の特許請求の範囲によって判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるＤＲＩＥエッチングされたデバイスを示す図である。
【図２】図１のデバイスの断面図である。
【図３】図３Ａは本発明による、取り付けられたデバイスの垂直断面図である。図３Ｂは衝撃防止器を含む分離構造の部分上面図である。
【図４】図４Ａは本発明による方法のブロック図である。図４Ｂは本発明による方法のブロック図である。
【図５】図５Ａは図４Ａの方法によって製造される中間構造の側面図である。図５Ｂは図４Ａの方法によって製造される中間構造の側面図である。図５Ｃは図４Ａの方法によって製造される中間構造の側面図である。図５Ｄは図４Ａの方法によって製造される中間構造の側面図である。
【図６】図６Ａは図４Ｂの方法によって製造される中間構造の側面図である。図６Ｂは図４Ｂの方法によって製造される中間構造の側面図である。図６Ｃは図４Ｂの方法によって製造される中間構造の側面図である。図６Ｄは図４Ｂの方法によって製造される中間構造の側面図である。図６Ｅは図４Ｂの方法によって製造される中間構造の側面図である。
【図７】本発明による、ＤＲＩＥエッチングおよびＫＯＨエッチングを組み合わせたデバイスの断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
９、１０  デバイス
１１  第１のウェハの第１の側
１２  第１のウェハ
１３  第２のウェハの第１の側
１４  第２のウェハ
１５  第１のウェハの第２の側
１６  デバイス層
１７  第１のウェハの第２の側
１８、２４  分離歯状体
２０、２６  カバープレート
２２、２８  周囲取付フランジ
３０  ＭＥＭＳデバイス
３１、３７、３９  隙間
３３  デバイス層周囲
３４  デバイス層の第１の表面
３５  衝撃防止器
３６  デバイス層の第２の表面
３８、４０  方法
４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８  ブロック
【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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【外国語明細書】
2007290121000001.pdf