(57)【要約】【課題】絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）又は絶縁ベース及び共振器ウエハを含む、２ウエハ・プロセスにより形成した単結晶シリコン（ＳＣＳ）微細機械加工共振器を提供する。【解決手段】共振器１０６は、ＳＯＩベース・ウエハ１０４内に形成されたＳＯＩベース・プレート１０２と、ＳＯＩ共振器ウエハ１０８内に形成された単結晶シリコン微細機械加工共振器１０６とで形成され、ウエハ１０４は、ハンドル層１１２とアクティブ層１１４の間に挟持されている埋め込み誘電体層１１０を含む。容量性エアー・ギャップ１１６の上方に共振器１０６が配置され、共振器１０６は、端部１１８、１２０において、ベース・ウエハ１０４のアクティブ層１１４内に形成されている単結晶シリコン・アンカー１２２、１２４にボンディングされており、これによってベース・プレート１０２に両端において結合されて、クランプ−クランプ型の共振器が得られる。【選択図】      図７
2007184931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機密封止した振動微細機械加工構造を形成する方法であって、
実質的に平面状であり、離間された上面及び底面を有するカバー・ウエハにおけるカバーを形成するステップであって、
前記離間された上面及び底面間に、前記カバー・ウエハを貫通する複数の進入孔を形成するステップと、
少なくとも前記進入孔の各々の周囲及び前記ウエハ底面の内部区域の周囲に、ボンディングパターンにボンディングするために、前記カバー・ウエハの底面を準備するステップと、
を含むカバー形成ステップと、
被制御雰囲気において、前記カバーを、絶縁物上シリコン共振器ウエハの単結晶シリコン半導体材料のアクティブ層内にエッチングされた共振器を有し、更に前記単結晶シリコン共振器に結合されたベース・ウエハを備えている微細機械加工共振器デバイスとボンディングするステップであって、前記共振器を完全に包囲するように位置付けられた前記ウエハ底面の内部区域を包囲するボンディングパターンによって、前記カバーを前記共振器のアクティブ層とボンディングし、前記進入孔を、前記共振器ウエハのアクティブ層上に形成したコンタクト・パッドと位置合わせしてボンディングするボンディング・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記載の方法において、該方法は更に、前記ウエハ底面の内部区域において、前記デバイス共振器に対応する隙間窪みをエッチングするステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
該方法は更に、多結晶シリコン半導体材料、及び単結晶シリコン半導体材料を含む半導体材料群の１つで前記カバー・ウエハを形成するステップを含み、
前記ボンディングのために前記カバー・ウエハの底面を準備するステップは更に、前記カバー・ウエハの底面内に溶融溝のパターンをエッチングするステップであって、前記パターンは、前記進入孔の各々を包囲する第１溶融溝と、前記ウエハ底面の内部区域を包囲する１つ以上の第２溶融溝とを含んでいる、エッチング・ステップを含み、
前記方法は更に、前記第１及び第２溶融溝において溶融ボンディング材料をスクリーン印刷するステップを含み、
前記カバーを微細加工共振デバイスとボンディングするステップは更に、前記ウエハ底面の内部区域を包囲する第１及び第２溶融溝を前記共振器を完全に包囲するように位置付け、前記進入孔を前記共振器ウエハのアクティブ層上に形成されたコンタクト・パッドと位置合わせして、前記カバーを前記共振器ウエハのアクティブ層とボンディングするステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、該方法は更に、前記被覆上面及び底面を酸化させるステップと、前記被覆上面及び底面において、前記酸化によって形成した酸化層を貫通する導電路をエッチングするステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、該方法は更に、前記進入孔の１つ以上において、前記対応するコンタクト・パッドと、前記カバーの上面上に形成されたコンタクト・パッドとの間に導電路を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、該方法は更に、カバーを微細機械加工共振デバイスとボンディングした後に、前記共振デバイス及びカバー・ウエハを方形切断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記載の方法において、
前記カバー・ウエハは更に、硼珪酸ガラス及びクオーツ材料を含む、絶縁基板材料で形成されたウエハを備えており、
前記カバーを微細機械加工共振デバイスとボンディングするステップは更に、陽極ボンディング又は共晶ボンディングのいずれかによって、前記カバーを前記共振器ウエハのアクティブ層にボンディングすることを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、該方法は更に、
前記カバーを前記微細加工共振デバイスとボンディングする前又は後のいずれかにおいて、前記カバー・ウエハを薄くするステップと、
前記進入孔を通じて、前記共振器ウエハのアクティブ層上にある前記コンタクト・パッドに、電気接続部をワイヤ・ボンディングによりボンディングするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）ウエハを用いた微細機械加工共振器の製造方法に関し、特に、単結晶シリコン・ウエハ材料を用いて微細機械加工共振器を製造する方法に関する。
なお本願は、米国国民であるIjaz H. Jafri, Jonathan L. Klein及びGalen P. Magendanzの名義で２００５年３月２１日に出願した同時継続中の米国特許出願第１１／０８４，９７８号の一部継続出願であり、その優先権を主張する。その開示内容全体は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
Yoon, et al.によって２００２年１２月３日付けの米国特許第６，４９０，１４７号"High-Q Micromechanical Device and Method of Tuning Same"（「高Ｑ微細機械加工デバイス及びその同調方法」）、そして２００１年６月１９日付けの米国特許６，２４９，０７３号"Device Including a Micromechanical Resonator Having an Operating Frequency and Method of Extending Same"（「動作周波数を有する微細機械加工共振器を含むデバイス、及びその拡大方法」）に開示されているように、一般にはポリシリコンとして知られている多結晶シリコンで形成された振動微細機械加工共振器は、種々の高Ｑ発振器及び濾波用途におけるクリスタルの微細化した代用物として周知である。技術的現状における微細機械加工共振器の製造技法は、多結晶シリコンを利用して、シリコン犠牲面微細加工によって生成した微細機械加工共振デバイスを製造している。
【０００３】
技術的現状における犠牲面微細加工を用いた製造方法では、デバイスの性能に影響がある内因性応力(intrinsic stress)、応力勾配、又は双方を有する多結晶共振器又はその他の薄膜共振器を生産する。これらの真性応力及び応力勾配は、製造の間制御するのが難しい。とは言え、高信頼性及び再現性を必要とする用途において用いるデバイスでは、これら内因性応力及び応力勾配の制御は重大である。
【０００４】
この技術的現状におけるポリシリコンを用いた製造方法は、ウェット・エッチング技法を用いて犠牲材料層を除去することも必要であり、製造プロセスが複雑となり、共振器と下位電極との間の狭いギャップにある犠牲材料を除去することが難しいために、全体的に歩留まりが低下する。この多結晶シリコンを用いた製造方法では、静止摩擦(stiction)が生じ、歩留まりが更に低下する。
【０００５】
例えば、製造許容度を補償するため、又は同調のため、又は同調可能な共振器の櫛歯フィルタとして用いるために、非常に小さい容量性エアー・ギャップを必要とするデバイスでは、犠牲層の除去は過度に困難になる。何故なら、液体又は蒸気エッチング技法であっても共振器の直下には容易に入り込むことができず、自立構造を形成することができないからである。エッチングした犠牲材料を除去して容量性ギャップを形成するのは、約３００オングストローム以下の小さなエアー・ギャップのためのプロセスであると共に動作歩留まりを抑えるためである。
加えて、ポリシリコン薄膜内にある不純物がデバイスの性能を低下させ、共振器のＱも低下させる。
【０００６】
図１及び図２は、それぞれ、Yoon, et al.が米国特許第６，４９０，１４７号において教示する、同調可能なキャパシタ１０の概念模式図及び斜視模式図である。キャパシタ１０は、基板１４に固定されている下位キャパシタ・プレート１２と、下位プレート１２の上方に懸垂されている上位キャパシタ・プレート１６とを有する。上位キャパシタ・プレート１６も基板１４に締結されている。プレート１２及び１６は双方とも、銅（Ｃｕ）で構成されており、デバイスの品質指数Ｑを最大限高める試みにおいて、それらの総直列抵抗を最小限に抑えている。
【０００７】
誘電体スラブ１８が２枚のプレート１２及び１６の間に懸垂されており、ばね構造２０を介して、２枚のプレート１２及び１６の外側において、基板１４に締結されている。この誘電体１８は、静電変異によって自由に移動し、それ自体とキャパシタ・プレート１２及び１６間の重複、又はこれらの間の漏れ磁場のいずれかを変化させる。前者の場合、２枚のプレート１２及び１６間にＤＣバイアスを印加すると、キャパシタ・プレート１２及び１６上の電荷が、静電力を誘電体１８内に誘発した電荷に加え、図１に示すように、プレート１２及び１６間のギャップの中に誘電体１８を引き込む。図２に示すキャパシタ１０の「ワッフル」形状は、容量の所与の変化に必要な移動距離、又は必要な電圧を最小限に抑え、更にエッチングによって薄い犠牲総を除去するための製作プロセスにおける工程の間にエッチャント導入経路を設けることを意図している。
【０００８】
図３Ａ〜図３Ｅは、キャパシタ１０によって描写した形式の微細機械加工共振器を生産する技術的現状の製作プロセスの１つを示す側断面図である。この従来技術のプロセスは、米国特許６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示するように、図３Ａにおいて、ＳｉＯ２の１ミクロン層３０を熱成長させることから始まり、最終的な金属構造とシリコン・ウエハ即ち基板３２との間の絶縁即ち誘電体層として用いられる。次に、まず３００オングストローム／２０００オングストロームのＣｒ／Ｃｕシード層３４を蒸着し、ついで５ミクロンの銅（Ｃｕ）の層３６を電気めっきすることによって、下位キャパシタ・プレート１２を形成する。次いで、Ｃｕ層３６の上に、３０００オングストロームのニッケル（Ｎｉ）層３８を電気めっきし、後続の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）プロセスの間各チャンバのＣｕ汚染を防止するためのバッファ層として用いる。
【０００９】
図３Ｂは、第１の２０００オングストロームのアルミニウム（Ａｌ）犠牲層４０を蒸着し、パターニングしてビアを形成し、これを通じて、後続の層であるＰＥＣＶＤ窒化物誘電体膜４２が下地のＮｉ層３８に接着することを示す。窒化物膜４２をＲＩＥによってパターニングし、可動誘電体プレート１８を形成し、図３Ｃに示すように、次いで、０．９ミクロン表面下にある第２犠牲Ａｌ膜４４を形成し、誘電体プレート１８と最終的な上位金属プレート１６との間に間隔を規定する。エッチングした誘電体のフィンガ間の谷状トポロジのために、Ａｌの０．９ミクロン層４４を堆積すると、これら２つを係合したときに上位プレート１６と誘電体１８との間にできるギャップは、０．３ミクロンに過ぎない。
【００１０】
Ａｌ層４４を貫通するビアをエッチングして上位プレートのアンカー（図３Ｃに示す）を規定した後、図３Ｄに示すように、最初に薄いＣｒ／Ｃｕシード層４６を蒸着し、次いで規定用フォトレジスト・モールド５０を介して、上位プレート１６に作動電圧をかけた状態でも屈曲しない程度の十分な厚さにＣｕ層４８を電気めっきし、上位プレート１６を形成する。ＰＲ及びＰＲの下にあるシード層を除去する。Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６／ＮａＯＨ溶液を用いて、２つのＡｌ犠牲層４０及び４４を選択的にエッチングして誘電体４２を解放する。この溶液はＡｌを攻撃するがＣｕを報知し、窒化物誘電体４２は無傷のままであり、図３Ｅに示す仕上がりの断面が得られる。放出後、昇華及び臨界点乾燥機を用いてキャパシタ１０を乾燥させ、静止摩擦を防止しようとする場合が多い。
加えて、犠牲層の洗浄及び除去は、小さなギャップでは過度に困難であり、界面活性剤の使用が必要となることが多い。
【００１１】
図４は、米国特許第６，２４９，０７３号においてNguyen, et al.が教示するような、フリー−フリー・ビーム(free-free beam)、曲げモード微細機械加工デバイス即ち共振器５２、及び電気的ピック・オフ方式の模式斜視図を示す。デバイス５２は、４本の歪みビームによって曲げ節点において支持されているフリー−フリー微細機械加工曲げ共振ビーム５４を含む。各節点は、剛性接触アンカー６０によって基板５９に締結されている。駆動電極６２がフリー−フリー共振ビーム５４の直下にあることにより、印加ＡＣ電圧Ｖｉによって静電励起が生じ、出力電流が、ＤＣバイアスされた（Ｖｐによって）共振構造６４外部で直接検出される。歪み支持ビーム５８は、１／４波長寸法で設計されており、インピーダンス変換が行われ、フリー−フリー共振ビーム５４を剛性アンカー６０から分離する。理想的には、フリー−フリー共振ビーム５４は、その支持部即ちビーム５８にむかってゼロ・インピーダンスを見るので、事実上、全く支持されずに浮揚しているかのように動作する。その結果、通常従来のクランプ−クランプ・ビーム共振器(clamped-clamped beam resonator)に見られる締結消散機構(anchor dissipation mechanism)が大幅に抑制され、デバイスのＱを遥かに高めることが可能となる。しかしながら、プッシュ・プル励起のために、多数の駆動電極を利用する場合がある。電極は、検知、周波数同調、及び出力検出にも用いることができる。
【００１２】
通常、変換器のキャパシタ・ギャップの間隔は、薄い犠牲酸化物層を除去するための犠牲面微細加工プロセス、及びキャパシタ・ギャップを形成するための曲げ共振ビーム５４の最終的な解放のための犠牲層のウェット・エッチングによって全体的に決定される。
【００１３】
図５Ａ及び図５Ｂは、米国特許第６，２４９，０７３号においてNguyen, et al.が教示するような、変換器のキャパシタ・ギャップ間隔を示す。これは、以前のクランプ−クランプ・ビーム高周波デバイスにおいて（困難を伴って）行われていたような、薄い犠牲酸化物によって全体的に決定されることはない。そうではなく、Nguyen, et al.が教示するように、キャパシタ・ギャップ６６は、時限エッチングによって設定されるスペーサ即ちディンプル(dimple)６８の高さによって決定される。ディンプル６８は、十分に大きいＤＣバイアスＶｐを駆動電極６２と共振ビーム５４との間に印加したときに、構造全体が下降し、曲げ節点５６に位置するディンプル６８上に載るような高さとなっている。共振ビーム５４上又は基板５９上のいずれかにスペーサ６８を形成する。
【００１４】
米国特許第６，２４９，０７３号においてNguyen, et al.が教示するように、ディンプルの使用によりキャパシタ・ギャップ間隔６６を決定するのは、遥かに厚い犠牲酸化物スペーサが使用できるようにして、これによって変換器のキャパシタ・ギャップ間隔が全体的に、薄い犠牲酸化物を除去するための犠牲面微細加工によって決定されるときに用いられる極めて薄い犠牲小におけるピンホールや非均一性による以前の問題を軽減することを意図している。また、犠牲酸化物が厚い程、以前の薄い酸化物よりも除去が容易になることも意図しており、必要なＨＦ解放のエッチング時間を短縮し、エッチング副産物がギャップ６６内に残留し、共振器の動作及びＱに干渉し得る確率を低くすることも意図している。
【００１５】
図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、米国特許第６，２４９，０７３号においてNguyen, et al.が教示するような、微細機械加工共振器を生産する、技術的現状の製作方法の１つを示し、米国特許第６，２４９，０７３号において示されているプロセス・フローによって記述される、５−マスク、多結晶シリコン即ち「ポリシリコン」表面微細加工技術を用いて、デバイス５２を製作する。Nguyen, et al.が教示する製作シーケンスは、連続成長、並びに、＜１００＞低濃度ドープｐ−型開始シリコン・ウエハ７４上に、それぞれ、２ミクロンの熱酸化物及び２０００オングストロームのＬＰＣＶＤ  Ｓｉ３Ｎ４を堆積することによって、分離層７０及び７２を形成することから開始する。次に、５８５℃において３０００オングストロームのＬＰＣＶＤポリシリコンを堆積し、打ち込みによって燐をドープし、次いでパターニングして接地面６４及び相互接続部を形成する。次いで、ＬＰＣＶＤ犠牲酸化物層７８を、数学的に決定した厚さまで堆積し、その誤連続マスキング工程によって、ディンプル及びアンカー開口８０、８２を生成する。ディンプル開口８２は、反応性イオン・エッチングによって規定し、正確に制御しなければならない。アンカー開口８０は、単に、緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）の溶液内においてウェット・エッチングする。
【００１６】
次に、図６Ｂに示すように、構造的ポリシリコンを、５８５℃においてＬＰＣＶＤによって堆積し、イオン打ち込みによって燐ドーパントを導入して、曲げ共振ビーム５４を設ける。次いで、９００℃において、ＬＰＣＶＤによって、厚さ２０００オングストロームの酸化物マスクを堆積し、その誤応力を軽減しドーパントを分散させるために、１０００℃で１時間ウエハをアニールしなければならない。
【００１７】
図６Ｃに示すように、曲げ共振ビーム５４の最終的な解放のために犠牲層のウェット・エッチングを用い、キャパシタ・ギャップ６６を形成する。ＳＦ６／Ｏ６及びＣｌ２系ＲＩＥエッチングによって、それぞれ、酸化物マスク及び構造層の双方にパターニングを行う。次いで、４８．８wt.%HFにおいて５分間のエッチングによって、構造５４及び５８を解放する。米国特許第６，２４９，０７３号においてNguyen, et al.が教示するように、この５分間の解放エッチング時間は、以前のクランプ・クランプ・ビーム共振器に必要であった約１時間よりも遥かに短い。何故なら、Nguyen, et al.が教示するような、ディンプル活性化(dimple-activated)ギャップ間隔の効果がなかったからである。以前のクランプ−クランプ・ビーム共振器は、犠牲酸化物の厚さが数百オングストロームであることが必要であった。犠牲層のウェット・エッチングによる構造的解放の後、アルミニウムを蒸着し、リフト・オフによってポリシリコンの相互接続部の上でパターニングし、直列抵抗を低減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
このように、多結晶シリコンを用いた製造方法の技術的現状では、内因性応力、応力勾配、又は双方を有する共振器が生産され、デバイスの性能に影響を及ぼす。また、これらの多結晶シリコンを用いた製造方法の技術的現状では、ウェット・エッチング技法を用いた犠牲材料層の除去も必要であり、製造プロセスが複雑化し、共振器と下位電極との間の小さいギャップにおいて犠牲材料を除去することが困難であるために、歩留まりが低いのが一般的である。この多結晶シリコンを用いた製造方法では、更に、静止摩擦が生じて更に歩留まりが低下し、ポリシリコンの薄膜に不純物が存在してデバイスの性能を悪化させ、共振器のＱが低下する結果となっている。
このため、デバイス及び製造方法の改良が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）又は絶縁ベース及び共振器ウエハを含む、二ウエハ・プロセスを用いて形成した単結晶シリコン（ＳＣＳ）微細機械加工共振器を有する振動微細機械加工構造を形成する方法において、共振器アンカー、容量性エアー・ギャップ、分離溝、及び位置合わせマークを、ベース・ウエハのアクティブ層内に微細加工する。ガラス、Pyrex、クオーツ、又は酸化シリコンのような絶縁ウエハを用いて実施する場合、バルク及び表面微細加工並びに金属堆積及びエッチングの組み合わせを用いて、位置合わせマーク、容量性エアー・ギャップ、伝送線、及び共振器アンカーを、絶縁ウエハ上に製作する。位置合わせのためにウエハ・フラットを用いて、共振器ウエハの単結晶シリコン半導体材料のアクティブ層を、直接、ベース・ウエハのアクティブ層にボンディングする。共振器ウエハのハンドル及び誘電体層を除去する。本発明の一態様によれば、視認枠を共振器ウエハのアクティブ層内に開口して、ベース・ウエハのアクティブ層内にある位置合わせマークに到達できるようにする。あるいは、位置合わせを遂行するには、従来の両面アライナを用いる。共振器ウエハのＳＣＳ半導体材料のアクティブ層に、フォトレジスト材料でマスキングし、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）又は深反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）のようなシリコン・ドライ・エッチング微細加工技術を用いて、共振器ウエハの単結晶半導体材料のアクティブ層内に単結晶シリコン共振器を製作する。続いて、フォトレジスト材料を乾燥させ引き剥がすことにより除去する。
【００２０】
本発明の一態様によれば、２枚以上の積層ウエハのウエハ・フラット位置合わせのみを用いて、共振器ウエハの単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料のアクティブ層をベース・ウエハにボンディングするための位置合わせを行う。
本発明の別の態様によれば、両面アライナを用いて、共振器ウエハの単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料のアクティブ層をベース・ウエハにボンディングするための位置合わせを行う。
本発明の別の態様によれば、更に、従来のフォトリソグラフィ・マスキング及びドライ・エッチング微細加工方法を用いて、共振器ビーム・アンカー、容量性エアー・ギャップ、伝送線、分離溝、及び位置合わせマークを、ベースＳＯＩウエハのアクティブ層内に加工する。
本発明の更に別の実施形態によれば、絶縁層のエッチング及び金属堆積を用いて、ガラス、Pyrex、クオーツ、酸化シリコン、又は窒化物のような絶縁基板上に、共振器ビーム・アンカー、容量性エアー・ギャップ、伝送線、分離溝、及び位置合わせマークを加工し、これらの造作を作成する。
本発明の別の態様によれば、拡散ボンディング、陽極ボンディング、又は溶融ボンディング方法によって、２枚のウエハをボンディングする。
本発明の別の実施形態によれば、共振ウエハの単結晶シリコン半導体材料のアクティブ層内に、単結晶シリコン共振器ビームをシリコン・ドライ・エッチング微細加工して、単結晶クランプ−自由共振器ビームを生成する。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、共振ウエハの単結晶シリコン半導体材料のアクティブ層内に、単結晶シリコン共振器ビームをシリコン・ドライ・エッチング微細加工して、単結晶フリー−フリー共振器ビームを生成する。
本発明の別の態様によれば、共振ウエハの単結晶シリコン半導体材料のアクティブ層内に、単結晶シリコン共振器ビームをシリコン・ドライ・エッチング微細加工して、単結晶シリコン・メンブレーン又はディスクを生成する。
本発明の別の態様によれば、単結晶シリコン・クランプ−クランプ共振器ビームは、フィルタ・デバイスを形成する構造を有する相互接続二重共振器である。
本発明の一態様によれば、単結晶シリコン・ウエハ機械加工共振器は、フィルタとしての動作のためのクランプ−クランプ相互接続二重ビーム共振器としての構造を有する。
本発明の一態様によれば、単結晶シリコン・ウエハ機械加工共振器は、フィルタとしての動作のためのクランプ−フリー相互接続二重ビーム共振器としての構造を有する。
本発明の一態様によれば、単結晶シリコン・ウエハ機械加工共振器は、フィルタとしての動作のためのフリー−フリー相互接続二重ビーム共振器としての構造を有する。
本発明の一態様によれば、単結晶シリコン・ウエハ機械共振器は、フィルタとしての動作のための単一ディスク又は多重ディスク相互接続共振器としての構造を有する。
本発明の別の態様によれば、本発明の方法を用いて、単結晶シリコン・ウエハ材料で構成した、改良微細機械加工共振器を提供する。
【００２２】
本発明の更に別の態様によれば、本発明の振動微細加工構造を用いて、機密封止した振動微細機械加工構造を形成する方法を提供する。この方法は、実質的に平面状であり、離間された上面及び底面を有するカバー・ウエハにおいて、離間されたカバー・ウエハの上面及び底面間に、カバー・ウエハを貫通する複数の進入孔をエッチングすることによりカバーを形成し、カバー・ウエハの底面に溶融溝のパターンをエッチングし、パターンが、進入孔の各々を包囲する１つ以上の溶融溝と、ウエハの底面の内部区域を完全に包囲する１つ以上の溶融溝とを含み、カバーの上面及び底面を酸化させ、溶融溝内に溶融ボンディング材料をスクリーン印刷し、真空又はその他の被制御雰囲気を密閉するチャンバにおいて、カバーを本発明の微細機械加工共振デバイスと溶融ボンディングし、微細機械加工共振デバイスは、絶縁物上シリコン共振器ウエハの単結晶半導体材料アクティブ層内にエッチングした共振器を有し、更に、単結晶シリコン共振器に結合されたベース・ウエハを備えており、共振器を完全に包囲するように位置付けられたウエハ底面の内部区域を包囲するボンディングパターンによって、カバーを共振器のアクティブ層とボンディングし、進入孔を、共振器ウエハのアクティブ層上に形成したコンタクト・パッドと位置合わせしてボンディングすることを含む。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、前述の方法は、更に、ウエハ底面の内部区域において、デバイス共振器に対応する隙間窪みをエッチングするステップを含む。加えて、任意に、本発明の方法は、デバイス内、例えば、隙間窪み内に「ゲッタ」材料を堆積することも含む。
本発明の別の態様によれば、本方法は、カバーの上面及び底面において酸化させることによって形成した酸化物層を貫通する導電路をエッチングするステップを含む。
本発明の別の態様によれば、本方法は、更に、進入孔の１つ以上において、共振器ウエハ上の対応するコンタクト・パッドと、カバー・ウエハの上面上に形成されたコンタクト・パッドとの間に導電路を形成するステップを含む。
本発明の別の態様によれば、共振器ウエハ上のコンタクト・パッドとカバー・ウエハの上面上に形成されたコンタクト・パッドとの間の導電路は、金又はアルミニウムのような金属を、アパーチャ・マスク又はステンシル・マスクを介して堆積することによって形成することができる。
本発明の別の態様によれば、カバー・ウエハを所望の厚さまで薄くして、直接ワイヤ・ボンディングによって、共振器ウエハ上のコンタクト・パッド間に導電路を設けることができる。
本発明の別の態様によれば、本方法は、更に、カバーの微細機械加工共振デバイスとの溶融ボンディングの後、共振デバイス及びカバー・ウエハを、封入及び機密封止した微細機械加工共振デバイスとして、方形切断するステップも含む。
本発明のこれら及びその他の特徴及び利点は、添付図面と関連付けて好適な実施形態を詳細に明記した、以下の説明から明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面において、同様の番号は同様の要素を示すものとする。
本発明は、絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）ベース・ウエハ及びＳＯＩ共振器ウエハを含む、あるいは、その代わりに絶縁ベース・ウエハ及び単結晶シリコン（ＳＣＳ）又はＳＯＩ共振器ウエハを含む、二ウエハ・プロセスを用いて微細機械加工共振器を製造するための装置及び方法である。
【００２５】
図７は、ＳＯＩベース・ウエハ１０４内に形成されたＳＯＩベース・プレート１０２と、ＳＯＩ共振器ウエハ１０８（後続の図において示し以下で説明する）内に形成された単結晶シリコン微細機械加工共振器１０６とで形成された、本発明の微細機械加工共振デバイス１００のアーキテクチャを示す断面図である。ＳＯＩベース及び共振器ウエハは、一般に市販されている種類である。ＳＯＩベース・ウエハ・エレメント１０４は、典型的な厚さが約０．５から２．０ミクロンであり、双方共単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料の、比較的厚い方の「ハンドル」及び「アクティブ」層１１２、１１４の間に挟持されている埋め込み誘電体層１１０を含む。
【００２６】
共振器１０６は、容量性エアー・ギャップ１１６の上方に位置付けられており、ギャップ内において共振器１０６は面外に移動する。単結晶シリコン共振器１０６は、いずれの端部１１８、１２０においても、ベース・ウエハ１０４のアクティブ層１１４内に形成されている単結晶シリコン・アンカー１２２、１２４に直接的に、直接又は拡散ボンディングされており、これによってベース・プレート１０２に両端において結合され、クランプ−クランプ型の共振器が得られる。従来技術において公知であったように、このようなクランプ−クランプ型共振器は、小質量及び高い剛性の双方を比較的容易に達成する。これは、通信級共振器では最も重要である。何故なら、剛性は、このような共振器を利用する回路のダイナミック・レンジに直接影響を及ぼすからである。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、ベース・ウエハ１０４がＳＯＩウエハである場合、共振器１０６をＳＣＳアンカー１２２、１２４に直接又は拡散ボンディングする。あるいは、共振器１０６をＳＯＩベース・ウエハ１０４のＳＣＳアンカー１２２、１２４に溶融ボンディング(frit bond)する。
共振器１０６用の単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料は、ポリシリコン等のような多結晶膜と比較すると、低い内部摩擦、したがって高い機械的Ｑ、低い内部応力、及び多結晶シリコン半導体材料が呈する種々のプロセス・パラメータからの独立のためには、微細共振器にとって良好な構造材料である。
【００２８】
図８は、相対的に厚いＳＣＳ半導体材料ハンドル及びアクティブ層１１２、１１４間に挟持された埋め込み誘電体層１１０を有するＳＯＩベース・ウエハ１０４の断面図である。これらによって、ＳＯＩベース・プレート１０２が形成されている。
【００２９】
図９は、ＳＯＩベース・プレート１０２の断面図であり、ＳＣＳアクティブ層１１４のフォトリソグラフィ及びエッチングによって作成した位置合わせマーク１３２を示す。位置合わせマーク１３２は、アクティブ層１１４上における基準位置合わせのため、そして後のＳＯＩ共振器ウエハ１０８の位置合わせのために用いられる。容量性エアー・ギャップ１１６も、ＳＯＩベース・ウエハ１０４のアクティブ層１１４内に形成されている。このようにアクティブ層１１４内に容量性エアー・ギャップ１１６を形成することは、変換器のキャパシタ・ギャップ間隔が薄い犠牲層の除去によって決定されていた従来技術のクランプ−クランプ、クランプ−自由、及びフリー−フリー・ビーム高周波デバイスとは正に対照的である。アクティブ層１１４は、例えばそして限定ではなく、従来のフォトリソグラフィ・マスキング及びウェット・エッチング技術を用いて加工する。あるいは、アクティブ層１１４を加工するには、ＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）又はＤＲＩＥ（深反応性イオン・エッチング）プロセスのようなドライ・エッチング・プロセスを用いる。このようなプロセスは、例えば、商業的には"BOSCH"及び"ALCATEL"ＲＩＥ及びＤＲＩＥプロセスとして知られている、深溝ドライ・シリコン・エッチング・プロセスを含む。双方共、エッチングされる基板の結晶方位に対する懸念がなく、エッチングした造作(features)の実質的に垂直な側壁が得られ、これによって一層小型化したＭＥＭＳデバイスが得られ、更にウエハ当たり製作可能なデバイスが増加し、重要なコスト的利点が得られる。
【００３０】
一例としてそして限定ではなく、アクティブ層１１４を加工するには、シリコン窒化物の堆積を用い、その上に、フォトレジスト・マスキング材料を用いてフォトリソグラフ・パターンを形成し、続いて窒化シリコンをエッチングし、フォトレジストを引き剥がして、溝がマスク・パターンを形成するアクティブ層１１４上に窒化シリコン・マスクを形成する。酸化シリコンを熱酸化によって溝内に成長させる。酸化シリコン／窒化シリコンのエッチングを行って、ベース・プレートのアクティブ層１１４内に、非常に高い精度の深さの窪み(recess)として、エアー・ギャップ１１６を作成する。エアー・ギャップ１１６を形成する窪みの精度は、フォトレジストを犠牲材料として用いる場合よりも高い。従来技術のウェット・エッチング方法とは対照的に、本発明の方法は、正確で非常に小さいキャパシタ・エアー・ギャップを設けることができる。何故なら、間隔は、フォトレジストのウェット・エッチングではなく、酸化のみによって制御されるからである。エアー・ギャップ１１６の深さは、用途に特定的な設計及び性能パラメータの関数となる。正確に凹状に形成したエアー・ギャップ１１６は、数オングストローム程度であり、この技法を用いて達成することができる。本発明の一実施形態によれば、熱酸化及び後続のエッチングを用いて、ベース・プレートのアクティブ層１１４内に約３００Åの窪みを作成する。
【００３１】
図１０は、ＳＯＩベース・プレート１０２の別の断面図であり、ＳＯＩベース・ウエハ・エレメント１０４の半導体材料のアクティブ層１１４の微細加工を示し、これによって機構造作(mechanism features)を形成する。例えば、共振器アンカー１２２、１２４は、エアー・ギャップ１１６に対して共振器１０６を支持するために形成され、伝送線１２６は、共振器１０６と協同する構造のパターンに形成されている。１つ以上の分離溝１２８、１３０が形成されており、機構造作の異なるアンカー１２２、１２４及びＲＦ伝送線１２６を電気的に分離するために、埋め込み誘電体層まで達している。アンカー１２２、１２４、ＲＦ伝送線１２６、及び分離溝１２８、１３０を形成するには、フォトリソグラフィによってパターニングしたフォトレジスト・マスク材料を用いて、これらの造作をパターニングし、その後、ＲＩＥ又はＤＲＩＥのようなシリコン・エッチングを行い、ＳＯＩベース・ウエハ１０４内に埋め込まれている酸化物誘電体層１１０において停止させる。次いで、フォトレジスト・マスク材料を除去し、得られたＳＯＩベース・プレート１０２を清浄化する。
【００３２】
図１１は、ＳＯＩ共振器ウエハ１０８とボンディングされ配置されたＳＯＩベース・ウエハ１０４の側面図である。ＳＯＩ共振器ウエハ・エレメント１０８は、厚さが約０．４〜約２．０ミクロンの埋め込み誘電体層１４０を含み、この誘電体層１４０は、相対的に厚い「アクティブ」及び「ハンドル」層１４２、１４４の間に挟持されている。層１４２、１４４は双方共、半導体材料である。
【００３３】
未パターニング状態で、ＳＯＩ共振器ウエハ１０８は垂直方向にひっくり返されており、アクティブ層１４２は、容量性エアー・ギャップ造作１１６によって分離されている共振器アンカー造作１２２、１２４、ＲＦ伝送線造作１２６、分離溝造作１２８、１３０、及び位置合わせマーク造作１３２を有するＳＯＩベース・ウエハ１０４のアクティブ層１１４に面している。パターニングされておらず、ひっくり返されているＳＯＩ共振器ウエハ１０８は、双方のウエハの大又は小フラットを用いて、ＳＯＩベース・ウエハ１０４と平面位置合わせされている。ＳＯＩ共振器ウエハ１０８は、平面位置合わせのみを必要とする。何故なら、これは未だパターニングされていないので、従来技術の方法では必要であった正確な位置合わせが不要であるからである。
【００３４】
図１２は、微細機械加工シリコン共振器１０６、及び必要に応じて補助動作造作を造成するために加工したＳＯＩ共振器ウエハ１０８を有する本発明の微細機械加工共振デバイス１００の断面図である。ハンドル層１４４及び内部酸化物誘電体層１４０を、ＳＯＩ共振器ウエハ・エレメント１０８のアクティブ層１４２から引き剥がす。本発明の一実施形態によれば、フォトリソグラフィ及びシリコン・エッチングを用いて、１つ以上の枠１４８をエッチングして、ベース・ウエハ１０４のアクティブ層１１４上にある位置合わせマーク１３２への道筋を開く。枠１４８は、位置合わせマーク１３２よりも大きく、これと位置合わせされている。位置合わせマーク１３２は、ＳＯＩ共振器ウエハのアクティブ層１４２に対する後続のフォトリソグラフィ位置合わせ工程のために用いられる。
位置合わせ枠がある結果、位置合わせ精度が高くなるが、位置合わせは、任意に他の方法でも遂行できる。あるいは、例えば、位置合わせマーク１３２をＳＯＩベース・プレート１０２の背面側１４９に形成し、前面と背面の位置合わせに用いる。
【００３５】
次の工程は、選択した位置においてアクティブ層１４２に燐をドープすることを含む。これに続いて、金又はアルミニウムのような金属をアクティブ層１４２上に金属堆積して、信号線及び少なくとも１つの接地接続のためのコンタクト・パッド１５０を作成する。次の工程は、ベース・ウエハ１０４の背面側１４９に金属を堆積して、ＳＯＩベース・プレート１０２の接地のための金又はアルミニウムの接地コンタクト・パッド１５１を作成することを含む。ベース・ウエハ１０４の背面側にあるコンタクト・パッド１５１は、任意に、従来のブランケット金属堆積工程によって設けられる。実際には、接地コンタクト・パッド１５１及びコンタクト・パッド１５０の接地線を接続して、浮遊接地(floating ground)を防止する。
【００３６】
視認枠１４８を用いてＳＯＩ共振器ウエハ・エレメント１０８上にある位置合わせマーク１３２に対して位置合わせするか、又は他の位置合わせ方法を用いて、フォトリソグラフィによってフォトレジスト・マスキング材料を用いてアクティブ層１４２をパターニングする。したがって、従来技術の方法では必要であった正確な拡散ボンディング位置合わせが不要となる。ＲＩＥ又はＤＲＩＥ加工のいずれかを用いてアクティブ層１４２をシリコン・ドライ・エッチングして、アクティブ層１４２内に単結晶シリコン共振器１０６を規定する。つまり、従来技術の共振器を解放する方法とは対照的に、本発明はウェット・エッチングによる解放を必要としない。何故なら、本発明のシリコン共振器１０６を解放するためには、犠牲層を除去しないからである。フォトレジスト・マスキング材料を乾燥させて引き剥がすことにより、微細機械加工共振器デバイス１００が自由となる。
【００３７】
拡散又は直接ボンディングによって合体(join)する場合、界面１４６が単結晶シリコン共振器１０６をＳＯＩベース・プレート１０２の単結晶シリコン・アンカー造作１２２、１２４に結合する。このように、本発明のいずれの実施形態によっても、共振器１０６は単結晶シリコンで形成される。したがって、本発明により、従来技術に対する様々な利点が実現される。デバイス共振器１０６は、単結晶シリコンである。従来技術のポリシリコン共振器とは対照的に、単結晶共振器１０６のＱは向上し、多結晶シリコン即ち「ポリシリコン」薄膜あるいはその他の材料の薄膜には不純物がないので、デバイスの性能が悪化することがない。単結晶シリコンを共振器１０６に用いることにより、多結晶シリコン共振器に基づく従来技術のデバイスの性能に影響を及ぼす内因性応力や応力勾配を排除する。これは、高信頼性及び再現性を必要とする用途において用いられるデバイスには重大な属性である。共振器１０６のドライ・エッチングによる解放、及びフォトレジスト・マスキング材料の相補的な乾燥引き剥がしにより、従来技術の製造プロセスを複雑化し、一般に共振器と下位電極との間にある小さなギャップにおける犠牲材料を除去することが困難なために低歩留まりをもたらし、静止摩擦又は接着が生じて、一層歩留まりを低下させる、従来技術の犠牲表面ウェット・エッチング微細加工方法を不要にする。逆に、従来技術の方法とは対照的に、ベース・ウエハ１０４のアクティブ層１１４内に容量性エアー・ギャップ１１６を形成することにより、正確な深さ制御ができ、非常に小さなキャパシタ・エアー・ギャップ１１６が得られる。ベース・プレート１０２上の適所にひっくり返したＳＯＩ共振器のアクティブ層１４２を用いて共振器１０６を微細加工することにより、正確な拡散ボンディング位置合わせが不要となり、代わりに、それよりも簡単な、視認枠１４８を通じた視覚的な平面位置合わせをすればよい。
【００３８】
ベース・ウエハ１０４が単結晶シリコンＳＯＩウエハである本発明の実施形態によれば、得られる単結晶シリコン・アンカー１２２、１２４は、従来技術において知られているアンカーよりも剛性が高い。拡散ボンディングによって合体する場合、界面１４６がＳＯＩベース・プレート１０２のアンカー造作１２２、１２４によって共振器１０６を単結晶シリコン内に結合する。このように、本発明のこの拡散ボンディングした実施形態によれば、共振器１０６及びアンカー１２２、１２４は、均一な単結晶シリコンで形成された集積単位に合体される。したがって、本発明のこの拡散ボンディングした実施形態によって、従来技術に対して更に別の利点が実現する。デバイス共振器１０６は、支持アンカー１２２、１２４と一体化しているので、材料及び熱膨張係数の差によって生ずる従来技術のデバイスの界面応力が解消する。このように、従来技術のポリシリコン共振器ビームとは対照的に、本発明の一体化した単結晶共振器１０６及び支持アンカー１２２、１２４によって、従来技術のデバイスにおいて発生しデバイスの性能を悪化させていた、多結晶シリコン共振器と下地のシリコン支持アンカーとの間の界面における熱傾斜及び内因性応力が解消する。
【００３９】
図１３は、フィルタ・デバイスを形成するために結合ビーム１５６と接続された第１及び第２の単結晶シリコン共振器ビーム１５２、１５４を有するクランプ−クランプ・デュアル・ビーム共振器として具体化した、単結晶シリコン共振器１０６を有する、本発明のデバイス１００の一例の一部の平面図である。本発明の方法によれば、第１及び第２の共振器ビーム１５２、１５４は、拡散、陽極、又は共唱ボンディングのいずれかによって、ＳＯＩベース・プレート１０２の単結晶シリコン支持アンカー１２２、１２４に結合されており、これによってデバイス１００は、高いＱ及び高い剛性を同時に達成することができる。これは、通信用の共振器にとっては最も重要である。
【００４０】
あるいは、単結晶シリコン共振器１０６は、単結晶シリコン・クランプ−自由共振器ビーム、フリー−フリー共振器ビーム、あるいは単結晶シリコン・メンブレーン又はディスクとしても具体化される。
本発明の一実施形態によれば、クランプ−クランプ共振器１０６は、フィルタ・デバイスとしての動作のための構造とした、相互接続デュアル共振器である。
本発明の別の実施形態によれば、単結晶シリコン・ウエハ機械共振器１０６は、フィルタ・デバイスとしての動作のための構造としたクランプ−自由相互接続デュアル・ビーム共振器(clamped-free interconnected dual beam resonator)とした構造を有する。
あるいは、単結晶シリコン・ウエハ機械共振器１０６は、フィルタ・デバイスとしての動作のための構造とした、フリー−フリー相互接続デュアル・ビーム共振器とした構造を有する。
あるいは、単結晶シリコン・ウエハ機械共振器１０６は、フィルタ・デバイスとしての動作のための構造とした単一ディスク又は多重ディスク相互接続共振器とした構造を有する。
【００４１】
本発明の異なる実施形態によれば、ＳＯＩ共振器ウエハ１０８のアクティブ層１４２は、ＳＯＩベース・ウエハ・エレメント１０４のアクティブ層１１４に拡散ボンディングされて単一の基板となり、これを微細加工して共振器１０６を生成し、一例としてそして限定ではなく、第１及び第２単結晶シリコン共振器ビーム１５２、１５４が、ＳＯＩベース・プレート１０２の単結晶シリコン支持アンカー１２２、１２４と一体化する。その結果得られるデバイス１００は、単結晶シリコン共振器の従来技術に対する全ての利点をもたらし、その上単一の一体化した基板の共振器ビーム１５２、１５４及び支持アンカー１２２、１２４を形成する際に固有の付加的な利点ももたらす。
【００４２】
本発明の異なる実施形態によれば、ベース・ウエハ１０４は絶縁ウエハ型基板であり、エアー・ギャップ１１６及び位置合わせマーク１３２、１３２は、バルク微細アーチングによりウェット及び／又はドライ・エッチング技法をもちいて絶縁基板内にエッチングされる。伝送線は、例えば、Ｅ−ビーム金属堆積又はスパッタリングによって基板上にエッチングした窪みのなかに堆積した金属を持ち知恵形成する。陽極又は溶融ボンディングを用いて、ガラス又は絶縁ウエハ型基板を任意にビームＳＯＩウエハ１０８にボンディングする。このような実施形態でも、得られる共振器１０６は単結晶シリコンであり、これによって、ここで論じている利点が実現される。
【００４３】
図１４は、本発明の微細機械加工共振デバイスの真空封入を示し、これによって、ウエハ・レベルの処理でチップ上に封入動作を遂行し、従来技術に対して生産コストの低下及び性能向上が得られる。したがって、本発明は、単結晶シリコン（ＳＣＳ）で形成され、同様に単結晶シリコンで形成され微細機械加工共振器１０６を保護するためのカバー２１２によって封止された微細機械加工共振デバイス１００を含む、密閉真空封入微細機械加工共振デバイス２００を提供する。
【００４４】
単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料、又は限定ではないが、多結晶シリコン、低膨張率の硼珪酸ガラスを含むガラス、及びクオーツを含むその他の材料のカバー・ウエハ・エレメント２１４では、溝２１６を窪みとしてエッチングして、共振デバイス１００の共振器の隙間を作る。任意に、デバイスＳＯＩ共振器ウエハ・エレメント１０８のアクティブ層１４２をボンディングするためのフリットのスクリーン印刷を後に行うために、１つ以上の追加の溝を、カバー・ウエハ・エレメント２１４の底面２２０にエッチングする。共振器１０６に対応するウエハ底面２２０の内部区域２２４を包囲し分離するように構成されたボンディングパターン２１７の溶融溝２１８を設ける。また、任意の溶融溝２１８のボンディングパターン２１７は、コンタクト・パッド１５０に対応するウエハ底面２２０の区域２２６を包囲するように構成され、封止の後コンタクト・パッド１５０を分離する。あるいは、アクティブ層１４２へのボンディングは、従来のボンディング方法のいずれでも遂行でき、限定ではなく、直接又は拡散ボンディング、並びにその低温ボンディングプロセス、陽極及び共晶ボンディングを含み、これによって溶融溝２１８及びスクリーン印刷したフリット２２２を不要とする。カバー・ウエハ・エレメント２１４が異なる材料で形成されている場合、異なるボンディング方法が適している。拡散又は直接ボンディングでは、表面が単結晶シリコンでなければならず、酸化物、窒化物、又は粒子のいずれもが、拡散ボンディングを妨げる。陽極ボンディングは、シリコンと、Pyrex（登録商標）のような、低膨張硼珪酸ガラスとの間では適している。共晶及び溶融ボンディングは、ＳＣＳ、シリコン又はガラスのようないずれの２つの表面間でも、制約なく、実用することができる。
【００４５】
共振器隙間溝２１６、及び任意の溶融溝２１８を形成する場合、ＲＩＥ又はＤＲＩＥのような商業的に知られており、ここで論じたエッチング・プロセスの１つ、あるいは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような、適したエッチャントにおける異方性エッチングのような、従来のウェット・エッチング技法の１つを用いてエッチングする。
【００４６】
進入孔２２８は、アクティブ層１４２上のコンタクト・パッド１５０を露出するように構成されたパターンで、カバー・ウエハ・エレメント２１４を貫通して異方性エッチングによって形成する。あるいは、進入孔２２８をエッチングするには、ＲＩＥ又はＤＲＩＥのような商業的に知られているシリコン・エッチング・プロセスを用いる。進入孔２２８は、デバイス・アクティブ層１４２上の対応するコンタクト・パッド１５０の面積よりも小さいサイズに作られ、カバー２１２をデバイスのアクティブ層１４２と合わせるときに、進入孔２２８がコンタクト・パッド１５０によって封止されるようにしている。進入孔２２８は、通例、コンタクト・パッドよりも小さく、密閉封止が可能であり、確実に分離した電気接続を設けるようにしている。
【００４７】
進入孔２２８の製作後、カバー・ウエハ・エレメント２１４を酸化させて、カバー・ウエハの底面２２０及び対向する上面２３２上に酸化物層２３０を形成し、カバー２１２を電気的に分離する。次いで、カバー・ウエハ２１４の上面及び底面２３２、２２０上の酸化物層２３０を貫通するように接地コンタクト２３４をエッチングして、カバー２１２を接地するために、導電経路を形成する。
ガラス及びクオーツのような絶縁基板材料のカバー・ウエハ・エレメント２１４内にカバー２１２が形成されている代替実施形態では、カバー・ウエハ２１４の対向する上面及び底面２２０上の酸化物層２３０は不要となる。
【００４８】
こうして設置の準備が整うと、カバー２１２の底面２２０に、微細機械加工共振器１０６を封止し、その後にコンタクト・パッド１５０を分離するために、アクティブ層１４２と協同するように決定された構成で、既にエッチングされている溶融溝２１８のパターンで、ボンディング溶融材料２２２を印刷する。また、直接又は拡散ボンディング及びその低温ボンディングプロセス、陽極及び共晶ボンディングを含むがこれらには限定されない、別の従来のボンディング方法のために、カバー・ウエハ・エレメント２１４の底面２２０に、ボンディングパターン２１７を用意する。ボンディングパターン２１７は、共振器１０６に対応するウエハ底面２２０の内部区域を包囲し分離する構成で用意する。また、ボンディングパターン２１７は、コンタクト・パッド１５０に対応するウエハの底面２２０の区域２２６も包囲し、封止後にコンタクト・パッド１５０を分離する。「ゲッタ」金属２３６の膜を、デバイスＳＯＩ共振器ウエハ・エレメント１０８のアクティブ層１４２内に形成されているＳＣＳ微細機械加工共振器１０６に近接して堆積する。ゲッタ金属２３６は、金属又は金属合金であり、後続のボンディングプロセスの間、製作の間又はデバイス動作の間に放出されるガス又は粒子を吸収することができる。この例では、ゲッタ金属２３６は、隙間の窪み２１６内に堆積する。
【００４９】
真空又はその他の被制御雰囲気２４０を密閉するグローブ・ボックス又はボンディングボックスのようなチャンバ２３８において、カバー２１２をデバイスＳＯＩ共振器ウエハ・エレメント１０８とフリップボンディングすることによって、本発明のデバイスを封止し、アクティブ層１４２内に形成された微細機械加工共振器１０６を保護する。あるいは、先に論じたように、アクティブ層１４２へのカバー２１２のボンディングは、代わりに、直接又は拡散ボンディング及びその低温ボンディングプロセス、陽極及び共晶ボンディングを含むがこれらに限定されない、いずれかの従来のボンディング方法にしたがって少なくともボンディングパターン２１７で遂行する。真空チャンバ２３８内で封止することにより、容量性エアー・ギャップ１１６、分離溝１２８、１３０、位置合わせマーク１３２、枠１４８、ゲッタ溝２１６、及びフリット２２２で充填されていない溶融溝２１８の立体空間があればそのいずれをも含む、エッチングした空洞内に適した高さの真空を確実に封止する。
【００５０】
デバイス・アクティブ層１４２の上面２４２上にあるコンタクト・パッド１５０は、進入孔２２８を通じて露出され、これと位置合わせされている。金又はアルミニウムのような金属を、従来の金属堆積プロセスによって、アパーチャ・マスク又はステンシル型マスクを介して堆積して、進入孔２２８を通じて、デバイス・コンタクト・パッド１５０とカバー２１２の上面２３２上に形成されているコンタクト・パッド２４６との間に電導路即ち金属トレース２４４を形成する。トレース２４４及びコンタクト・パッド２４６は、デバイス・コンタクト・パッド１５０を介して、デバイス１００の電極、ＲＦ線、及び接地路と電気的に接触する。
【００５１】
ベース及び共振器ウエハ１０４、１０８は、カバー・ウエハ２１４によって合体され、ダイシング・ストリート(dicing street)２４８に沿って方形切断され、機密封止された封入微細機械加工ＳＣＳ共振デバイス２００を、他の同様に機密封止された密封デバイス２００ａ〜２００ｎ（破線で示す）から分離する。こうして、本発明は、従来技術では知られていない単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料で形成した封入デバイス２００を提供する。
【００５２】
カバー・ウエハ・エレメント２１４を、限定ではないが、ガラス、硼珪酸、及びクオーツのような、単結晶シリコン（ＳＣＳ）半導体材料以外の材料で形成する代替実施形態では、任意に、限定ではないが陽極及び共晶ボンディングを含む従来のボンディング方法のいずれによっても、ボンディングパターン２１７でデバイス１００のアクティブ押す１４２にカバー２１２を封止する。
【００５３】
図１５は、単結晶シリコン（ＳＣＳ）で形成されカバー２１２で封止され、更に微細機械加工共振器１０６を保護するために単結晶シリコンで形成された、本発明の微細機械加工共振デバイス１００を含む、本発明の機密封止真空封入微細機械加工共振デバイス２００を示す。ここでは、ボンディングの前又は後に、限定ではなく、研削、サンドブラスト、ウェット・エッチング又はドライ・エッチングを含む従来のいずれかの方法を用いて、上面及び底面２３２、２２０の一方又は双方の材料を除去することによってカバー・ウエハ２１２を薄くして、カバー・ウエハ２１２の厚さを減らし、本発明のデバイス１００の電気コンタクト１５０に、進入孔２２８を通じて直接ワイヤ・ボンド接続部２５０を作るために、いずれの標準的なワイヤ・ボンド・ステーションでも用いることができるようにする。したがって、トレース２４４及び付随するコンタクト・パッド２４６は、カバー２１２から排除される。
更に、進入孔２２８は、任意に、限定ではなく、穿孔、方形切断、サンドブラスト、ドライ又はウェット・エッチングを含む従来のいずれの微細加工方法でも形成される。
【００５４】
以上本発明の好適な実施形態を例示し説明したが、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることは認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、技術的現状の同調可能キャパシタの概念模式図である。
【図２】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、技術的現状の同調可能キャパシタの斜視模式図である。
【図３Ａ】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、図１及び図２に示したキャパシタのために用いられる従来技術の、技術的現状の製作プロセスの１つを示す側断面図である。
【図３Ｂ】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、図１及び図２に示したキャパシタのために用いられる従来技術の、技術的現状の製作プロセスの１つを示す側断面図である。
【図３Ｃ】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、図１及び図２に示したキャパシタのために用いられる従来技術の、技術的現状の製作プロセスの１つを示す側断面図である。
【図３Ｄ】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、図１及び図２に示したキャパシタのために用いられる従来技術の、技術的現状の製作プロセスの１つを示す側断面図である。
【図３Ｅ】米国特許第６，４９０，１４７号においてYoon, et al.が教示したような、図１及び図２に示したキャパシタのために用いられる従来技術の、技術的現状の製作プロセスの１つを示す側断面図である。
【図４】米国特許第６，４９０，１４７においてNguyen, et al.が教示したような、技術的現状のフリー−フリー・ビーム、曲げモード、微細機械加工デバイス即ち共振器、及び電気ピック・オフ方式の斜視模式図である。
【図５Ａ】米国特許第６，４９０，１４７においてNguyen, et al.が教示したような、技術的現状のキャパシタ・ギャップ間隔を示す図である。
【図５Ｂ】米国特許第６，４９０，１４７においてNguyen, et al.が教示したような、技術的現状のキャパシタ・ギャップ間隔を示す図である。
【図６Ａ】米国特許第６，４９０，１４７においてNguyen, et al.が教示したような、プロセス・フローによって記述される、５−マスク、ポリシリコン、表面微細加工技術を用いる、技術的現状の製作方法の１つを示す図である。
【図６Ｂ】米国特許第６，４９０，１４７においてNguyen, et al.が教示したような、プロセス・フローによって記述される、５−マスク、ポリシリコン、表面微細加工技術を用いる、技術的現状の製作方法の１つを示す図である。
【図６Ｃ】米国特許第６，４９０，１４７においてNguyen, et al.が教示したような、プロセス・フローによって記述される、５−マスク、ポリシリコン、表面微細加工技術を用いる、技術的現状の製作方法の１つを示す図である。
【図７】２つの絶縁物上シリコン（ＳＯＩ）ウエハ・エレメントで形成された、本発明の微細機械加工共振デバイスの構造を示す断面図である。
【図８】相対的に厚いほうの半導体材料ハンドルと薄い方のアクティブ層との間に挟持された埋め込み誘電体層を有するＳＯＩベース・ウエハ・エレメントの断面図である。
【図９】本発明のＳＯＩベース・プレートの断面図であり、ＳＯＩベース・ウエハ・エレメント内に形成されている容量性エアー・ギャップを示す図である。
【図１０】本発明のＳＯＩベース・プレートの別の断面図であり、機構の造作を形成する、ＳＯＩベース・ウエハ・エレメントの半導体材料のアクティブ層の微細加工を示す図である。
【図１１】ＳＯＩ共振器ウエハ・エレメントを据えた、本発明のＳＯＩベース・プレートの側面図である。
【図１２】微細機械加工シリコン共振器、及び必要に応じて補助動作造作を造成するために加工したＳＯＩ共振器ウエハを有する本発明の微細機械加工共振デバイスの断面図である。
【図１３】フィルタ・デバイスを形成するために結合ビームと接続されている第１及び第２の単結晶シリコン共振器ビームを有するクランプ−クランプ・デュアル・ビーム共振器として具体化した、単結晶シリコン共振器を有する本発明の一デバイスの一部の平面図である。
【図１４】本発明の微細機械加工共振デバイスの真空封入を示す図である。
【図１５】図１４に示した本発明の微細機械加工共振デバイスの真空封入の代替実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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【外国語明細書】
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