(57)【要約】【課題】カプセル化構造（１００）を作製する方法を提供すること。【解決手段】方法は、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料部分（１１０）を作製するステップであって、材料部分が、カプセル化構造の気密封止された空胴（１０２）の内側と連通する、ステップと、気体の少なくとも一部が空胴内の前記材料部分から放出されるように、前記材料部分のすべてまたは一部を加熱するステップとを含み、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料部分は、前記材料部分内に閉じ込められた要素を含み、前記閉じ込められた要素は、前記材料が加熱されると気体の状態で前記材料部分から放出される。【選択図】図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセル化構造（１００、２００、２５０、３００、４００）を作製する方法であって、少なくとも、
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）を作製するステップであって、前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）が、前記カプセル化構造（１００、２００、２５０、３００、４００）の気密封止された空胴（１０２）の内側と連通する、ステップと、
前記気体の少なくとも一部が前記空胴（１０２）内の前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）から放出されるように、前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）のすべてまたは一部を加熱するステップとを含み、
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）が、前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）内に閉じ込められた要素を含み、前記閉じ込められた要素が、前記材料が加熱されると気体の状態で前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）から放出される、
方法。
【請求項２】
前記空胴（１０２）が気密封止される前に、前記空胴（１０２）内に少なくとも１つの電子デバイス（１０４）を作製するステップをまた含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料部分（１１０）の前記加熱ステップを適用する前に、
前記電子デバイス（１０４）および前記材料部分（１１０）を基板（１０６）上に作製するステップと、
少なくとも前記電子デバイス（１０４）および前記材料部分（１１０）が中に配置される前記気密封止された空胴（１０２）を作製するステップとをまた含み、前記空胴（１０２）が前記基板（１０６）とカバー（１１４）との間に形成される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料層（２０２）の製作をまた含み、前記材料層（２０２）が、前記気密封止された空胴（１０２）の作製中に、前記空胴（１０２）内で前記カバー（１１４）に接触して構成され、または前記カバー（１１４）を形成し、前記加熱ステップはまた、前記材料層（２０２）を加熱し、前記空胴（１０２）内で前記材料層（２０２）からの前記気体の少なくとも一部を放出する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記加熱ステップが前記材料部分（２０２）に適用される前に、
前記電子デバイス（１０４）を基板（１０６）上に作製するステップと、
少なくとも前記電子デバイス（１０４）が中に配置される前記気密封止された空胴（１０２）を作製するステップとをまた含み、前記空胴（１０２）が、前記基板（１０６）とカバー（１１４）との間に形成され、前記材料部分（２０２）が、前記空胴（１０２）内で前記カバー（１１４）に接触して構成された材料層を形成する、
請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記空胴（１０２）の製作が、少なくとも前記カバー（１１４）を貫通する少なくとも１つの孔（１１６）の製作を含み、したがって前記孔（１１６）が、前記空胴（１０２）内側へのアクセスを形成し、次いで前記空胴（１０２）が、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの第２の材料部分（３０２）で前記孔（１１６）を閉鎖することによって気密封止され、前記加熱ステップがまた、前記第２の材料部分（３０２）を加熱して、前記空胴（１０２）内の前記第２の材料部分から前記気体の少なくとも一部を放出する、請求項３から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記空胴（１０２）の製作が、少なくとも前記カバー（１１４）を貫通する少なくとも１つの孔（１１６）の製作を含み、したがって前記孔（１１６）が、前記空胴（１０２）内側へのアクセスを形成し、次いで前記空胴（１０２）が、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料層（３０４）で前記孔（１１６）を閉鎖し、前記カバー（１１４）を覆うことによって気密封止され、前記加熱ステップがまた、前記材料層（３０４）を加熱して、前記空胴（１０２）内の前記材料層（３０４）から前記気体の少なくとも一部を放出する、請求項３から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記材料部分（３０２）を作製する前記ステップの前に、
前記電子デバイス（１０４）を基板（１０６）上に作製するステップと、
少なくとも前記電子デバイス（１０４）が中に配置される前記空胴（１０２）を作製するステップとをまた含み、前記空胴（１０２）が、前記基板（１０６）とカバー（１１４）との間に形成され、
前記空胴（１０２）の製作が、少なくとも前記カバー（１１４）を貫通する少なくとも１つの孔（１１６）の製作を含み、次いで前記空胴（１０２）が、前記孔（１１６）を閉鎖するように前記材料部分（３０２）を作製することによって気密封止される、
請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記材料部分（３０４）を作製する前記ステップの前に、
前記電子デバイス（１０４）を基板（１０６）上に作製するステップと、
少なくとも前記電子デバイス（１０４）が中に配置される前記空胴（１０２）を作製するステップとをまた含み、前記空胴（１０２）が、前記基板（１０６）とカバー（１１４）との間に形成され、
前記空胴（１０２）の製作が、少なくとも前記カバー（１１４）を貫通する少なくとも１つの孔（１１６）の前記製作を含み、次いで前記空胴（１０２）が、前記カバー（１１４）を覆う層の形で前記材料部分（３０４）を作製することによって気密封止される、
請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）が、前記材料の少なくともＰＶＤまたはＰＥＣＶＤタイプの堆積によって作製され、前記堆積が、前記材料部分内に閉じ込められた要素の少なくとも一部に対応して、前記材料内に気体状要素を格納する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料部分内に閉じ込められた要素が、前記材料内に注入されたドープ剤を含み、前記ドープ剤が、前記材料が加熱されると気体の状態で放出される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記空胴（１０２）が、真空下または少なくとも１つの気体の低圧で気密封止される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料が、少なくとも１つの金属から構成され、前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）の加熱が、前記材料の融点以上の温度で行われる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料部分（１１０、２０２、３０２、３０４）の製作が、第１の金属の第１のＰＶＤまたはＰＥＣＶＤタイプの堆積と、前記第１の金属上の第２の金属の電気分解またはデグレーデッド電気分解による第２の堆積とを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された雰囲気で気密封止された空胴を含むカプセル化構造を作製する方法に関する。本発明は、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）、ＭＯＥＭＳ（マイクロ光電気機械システム）、もしくはＮＥＭＳ（ナノ電気機械システム）タイプのデバイスなどの電子デバイス、たとえばデバイス内の振動を抑制するために、たとえば圧力が約１〜数百ミリバール（最高約１バール）の環境内で動作するスイッチ、または可変もしくは調整可能キャパシタなどの受動素子をカプセル化するために適用できることが有利である。
【背景技術】
【０００２】
たとえばＭＥＭＳタイプの電子デバイスは、電子デバイスを第１の基板上に作製し、次いでボンディング界面を通じて第１の基板に第２の基板を連結させることによって、空胴内にカプセル化できることが知られている。このときデバイスは、空胴の上部壁および下部壁を形成する２つの基板ならびに空胴の側壁を形成するボンディング界面によって区切られた空胴内にカプセル化される。
【０００３】
特にカプセル化構造の寸法を低減させるために、ＴＬＰ（薄層パッケージング）を用いて薄層によって電子デバイスをカプセル化できることも知られている。ＴＬＰタイプのカプセル化は、第１に電子デバイスを基板上に作製し、次いで必要な空胴の形状に応じて成形された犠牲層で電子デバイスを覆うことからなる。次いでこの犠牲層は薄層によって覆われ、この薄層がカバーを形成する。次いでカバーを貫通する放出孔が作製され、それによって犠牲層をエッチングできるようにアクセスが形成される。次いで放出孔は封止される。その結果、電子デバイスが内部にカプセル化された空胴が得られる。
【０００４】
正しく動作するには、たとえばスイッチタイプのＭＥＭＳデバイスなどの一部の電子デバイスは、圧力が約１００ミリバール〜約１バールの制御された気体雰囲気中に配置されなければならない。この雰囲気は特に、これらのデバイスの振動を抑制し、したがってデバイスの正しい動作を維持することが可能である。
【０００５】
ＴＬＰタイプのカプセル化の場合、放出孔は、閉鎖材料のＰＶＤ（物理蒸着）タイプの堆積を行うことによって封止することができる。空胴が封止されたとき、空胴内で得られる圧力は、堆積チャンバ内の周囲圧力に対応する。しかし、このようにして空胴を封止することによって得ることができる圧力は通常、数ミリバールであり、これらのデバイスが正しく機能することを保証するには十分でない。
【０００６】
空胴はまた、閉鎖材料のＰＥＣＶＤ（プラズマ促進化学蒸着）タイプの堆積によって封止することもできる。この場合も、得ることができる圧力は低すぎる（最善でも数十ミリバール）。さらに、このようにして空胴を封止すると、空胴内に前駆体ガスの残留物を生成することが多く、これらの残留物は、デバイスの正しい動作を妨げることがある。
【０００７】
空胴はまた、放出孔を閉鎖するポリマー堆積を行うことによって封止することもできる。しかしこの場合、放出孔に有機化合物が存在することで、電子デバイスの動作を妨げることがある。通常、このようにして封止された空胴の気密性は不十分である。
【０００８】
数百ミリバール程度の圧力を得るために、欧州特許出願第０８４６９４１Ａ１号は、空胴のカバーを形成する膜を通じて気相を注入するプロセスを開示している。この気体注入は、空胴が封止された後に行われる。このプロセスは、空胴内に必要な圧力で必要な気相を得ることができるが、膜および封止層に気相を通すために必要なエネルギーは非常に高い。一部の電子デバイスはまた、この気体注入による影響を受けやすいことがある。したがって、そのような気体注入中にこれらのデバイスを保護するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願第０８４６９４１Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一目的は、空胴が封止された後に空胴内で気体注入を必要とすることなく、たとえばＴＬＰタイプのカプセル化に適合している約１００ミリバール以上の空胴内の圧力を得るように、気密封止された空胴を有するカプセル化構造を作製する方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これを実現するために、本発明は、カプセル化構造を作製する方法を開示し、この方法は少なくとも、
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料部分を作製するステップであって、この材料部分が、カプセル化構造の気密封止された空胴の内側と連通する、ステップと、
気体の少なくとも一部が空胴内の前記材料部分から放出されるように、前記材料部分のすべてまたは一部を加熱するステップとを含む。
【００１２】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料部分は、前記材料部分内に閉じ込められた要素を含み、前記閉じ込められた要素は、前記材料が加熱されると気体の状態で前記材料部分から放出される。
【００１３】
したがって、本発明による方法は、気密封止される前、または気密封止されている間に、空胴内または空胴の内側に通じる位置に、たとえば少なくとも１つの気体を放出することが可能な１つまたは複数の層および／または部分の形で、材料堆積を形成するステップと、次いで、空胴が気密封止された後に前記材料を加熱することによって前記気体を放出するステップとからなる。
【００１４】
したがって、そのような方法は、空胴が気密封止された後に少なくとも１つの気体を放出することができ、この気体は空胴内の圧力を増大させ、その結果、空洞が封止された後に空胴内で気体注入を必要とすることなく、気密封止された空胴内で、封止されたときの空胴内の圧力より大きい最終的な圧力を得ることができる。さらに、この方法を使用すると、空胴内へ放出される気体の量および／または材料から潜在的に放出できる気体の量を、加熱パラメータを使用して確認することができ、したがって気密封止された空胴内で得られる最終的な圧力を正確に制御することができる。さらにこの方法により、空胴内で放出される気体の性質、したがって空洞が封止された後の空胴内の気体雰囲気の種類を制御することもできる。
【００１５】
空胴内で形成される材料部分の体積は、空胴内で必要な圧力に応じて選択することができ、それに対応して、空胴の体積、したがって必要な圧力を得るために放出すべき気体の体積を変更する。材料部分は、空胴内で放出すべき気体の量に応じて寸法設定することができる。
【００１６】
さらに、材料、たとえば有機材料の分解から生じる気体とは異なり、材料内の閉じ込められた要素、言い換えれば密閉または格納された要素の性質は、気体を放出する材料の性質によって制限されずに選択することができる。有機材料の分解から生じる気体とは、カプセル化構造内に存在する要素、特に電気接点にとって攻撃的であり、または邪魔になる可能性のある有機気体である。本発明による方法では、これらの気体が材料自体からではなく材料内に閉じ込められた要素から生じるため、気体が放出される材料部分は分解されない。放出された気体は、有利にも、無機物であり得る。
【００１７】
閉じ込められた要素は、たとえば前記材料部分を作製する方法または前記材料部分の存在下で実施されるステップから導出される、注入されたドープ剤および／または化学要素とすることができ、これらの方法またはステップは、場合によっては、材料内に閉じ込められたこれらの要素の体積を最適化し、したがって材料内へ放出できる気体の体積を最適化するために使用される。閉じ込められた化学要素は、前記部分（たとえば、電解析出中に存在する窒素および／もしくは水素、ならびに／またはエッチング中に存在するアルゴンなど）を作製するときに使用されるプラズマガスから導出される要素とすることができる。閉じ込められた要素は、有利にも、無機物であり得る。
【００１８】
最終的に、この方法は、ＴＬＰタイプのカプセル化に適合し、また基板搬送によるカプセル化にも適合している。
【００１９】
作製された材料部分は、封止された空胴の内側と連通し、これは、流体が材料部分から空胴の内側へ循環できることを意味する。
【００２０】
方法はまた、空胴が気密封止される前に空胴内に少なくとも１つの電子デバイスを作製するステップを含むことができる。そのような方法は、空胴内で放出される気体の性質を制御することができ、これらの気体は、電子デバイスの性能または動作に影響を与えない不活性ガスの中から選択することができる。
【００２１】
「電子デバイス」という用語は、任意のタイプの電子および／または電気デバイスを指し、その寸法は、マイクロメートル（マイクロ電子デバイス）もしくはナノメートル（ナノ電子デバイス）、またはさらにミリメートル単位で測定することができる。
【００２２】
方法はまた、前記材料部分の加熱ステップを適用する前に、
電子デバイスおよび前記材料部分を基板上に作製するステップと、
少なくとも電子デバイスおよび前記材料部分を中に配置できる気密封止された空胴を作製するステップとを含むことができ、この空胴は、場合によっては、基板とカバーとの間に形成される。
【００２３】
電子デバイスは、前記材料部分の前または後で基板上に作製することができる。
【００２４】
この場合、方法はまた、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料層の製作を含むことができ、この材料層は、気密封止された空胴の作製中に、空胴内でカバーに接触して構成され、またはカバーを形成し、加熱ステップはまた、場合によっては、前記材料層を加熱し、空胴内で前記材料層からの気体の少なくとも一部を放出することが可能である。
【００２５】
気体を放出することが可能な材料層は、連続でも不連続でもよく、また前記材料の１つまたはいくつかのパターンを含むことができる。
【００２６】
さらに、１つの層または１つもしくはいくつかの部分の形で作製される前記材料は、空胴内で放出すべき気体の性質および体積に応じて、積み重ねた１つまたはいくつかの材料から構成することができる。基板上で気体を放出することが可能な材料、および気体を放出することが可能で、カバーに接触する（またはカバーを形成する）材料が存在するとき、これらの材料は、同じ性質であってもなくてもよい。
【００２７】
方法はまた、加熱ステップが前記材料部分に適用される前に、
電子デバイスを基板上に作製するステップと、
少なくとも電子デバイスを中に配置できる気密封止された空胴を作製するステップとを含むことができ、この空胴は、場合によっては、基板とカバーとの間に形成され、前記材料部分は、場合によっては、空胴内でカバーに接触して構成された材料層を形成する。
【００２８】
空胴の製作は、少なくともカバーを貫通する少なくとも１つの孔の製作を含むことができ、したがって孔は、空胴内側へのアクセスを形成することができ、次いでこの空胴は、場合によっては、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの第２の材料部分で孔を閉鎖することによって気密封止され、加熱ステップはまた、場合によっては、前記第２の材料部分を加熱して、空胴内の前記第２の材料部分から気体の少なくとも一部を放出する。
【００２９】
空胴の製作は、少なくともカバーを貫通する少なくとも１つの孔の製作を含むことができ、したがって孔は、空胴内側へのアクセスを形成することができ、次いでこの空胴は、場合によっては、加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な少なくとも１つの材料層で孔を閉鎖し、カバーを覆うことによって気密封止され、加熱ステップはまた、場合によっては、前記材料層を加熱して、空胴内の前記材料層から気体の少なくとも一部を放出する。
【００３０】
方法はまた、前記材料部分を作製するステップの前に、
電子デバイスを基板上に作製するステップと、
少なくとも電子デバイスを中に配置できる空胴を作製するステップとを含むことができ、この空胴は、場合によっては、基板とカバーとの間に形成され、
空胴の製作は、少なくともカバーを貫通する少なくとも１つの孔の製作を含むことができ、次いでこの空胴は、場合によっては、孔を閉鎖できるように前記材料部分を作製することによって気密封止される。
【００３１】
方法はまた、前記材料部分を作製するステップの前に、
電子デバイスを基板上に作製するステップと、
少なくとも電子デバイスが内側に配置される空胴を作製するステップとを含むことができ、この空胴は、基板とカバーとの間に形成され、
空胴の製作は、場合によっては、少なくともカバーを貫通する少なくとも１つの孔の製作を含み、次いでこの空胴は、カバーを覆う層の形で前記材料部分を作製することによって気密封止される。
【００３２】
少なくとも前記材料部分は、前記材料の少なくとも１つのＰＶＤまたはＣＶＤ（たとえば、ＰＥＣＶＤまたはＨＤＰ−ＣＶＤ）タイプの堆積によって作製することができ、このとき前記堆積は、場合によっては、前記材料内に気体状要素を格納する。
【００３３】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料は、注入されたドープ剤を含むことができ、前記ドープ剤は、場合によっては、前記材料が加熱されると気体の状態で放出される。
【００３４】
したがって、放出される気体は、ＰＶＤもしくはＣＶＤタイプの堆積中に格納される気体状要素、または加熱中に気体の状態で放出されるドープ剤に対応することができる。放出される気体はまた、ＰＶＤまたはＣＶＤタイプの堆積中に格納される気体状要素、および加熱中に気体の状態で放出されるドープ剤に対応することができ、これによって、いくつかのタイプの気体を放出することができる。
【００３５】
空胴は、真空下または少なくとも１つの気体の低圧で気密封止することができる。したがって、気密封止された空胴内側の気体の最終的な圧力および性質は、材料が加熱されるときに放出される気体に完全に依存し（空胴が真空下で封止される場合）、または部分的に依存する（空胴が気体圧力下で封止される場合）。このようにして、空胴が封止されるとき、空胴内の空気または湿気または前駆体ガスの存在を回避することができる。
【００３６】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料は、少なくとも１つの金属から構成することができ、前記材料部分の加熱は、場合によっては、前記材料の融点以上の温度で、または前記材料の融点を下回る温度で行われる。
【００３７】
絶縁体によって覆われたマイクロ電子機器内で通常使用される金属とは異なり、少なくとも１つの気体を放出することが可能な材料は、絶縁体上に堆積された金属とすることができる。
【００３８】
加熱されると少なくとも１つの気体を放出することが可能な前記材料部分の製作は、第１の金属の第１のＰＶＤまたはＰＥＣＶＤタイプの堆積と、第１の金属上の第２の金属の電気分解またはデグレーデッド（ｄｅｇｒａｄｅｄ）電気分解による第２の堆積とを含むことができる。
【００３９】
本発明は、添付の図面を参照し、限定ではなく案内のためだけに与えられる例示的な実施形態の説明を読めば、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態によるカプセル化構造を作製する方法のステップを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態によるカプセル化構造を作製する方法のステップを示す図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施形態によるカプセル化構造を作製する方法のステップを示す図である。
【図１Ｄ】本発明の第１の実施形態によるカプセル化構造を作製する方法のステップを示す図である。
【図１Ｅ】本発明の第１の実施形態によるカプセル化構造を作製する方法のステップを示す図である。
【図２】本発明によるカプセル化構造を作製する方法において実行される加熱ステップ中に放出される気体の量を、温度の関数として、気体種を含有する材料のモル／ｍｍ２単位で示すグラフである。
【図３】本発明で開示する方法によって作製されるカプセル化構造の空胴内で得られる圧力を、空洞内側の気体のモル数の関数として示すグラフである。
【図４】異なる実施形態およびこれらの実施形態の変形形態によって、本発明によるカプセル化構造を作製する方法を使用することで得られるカプセル化構造を示す図である。
【図５】これらの実施形態の異なる実施形態および変形形態によって、本発明によるカプセル化構造を作製する方法を使用することで得られるカプセル化構造を示す図である。
【図６Ａ】これらの実施形態の異なる実施形態および変形形態によって、本発明によるカプセル化構造を作製する方法を使用することで得られるカプセル化構造を示す図である。
【図６Ｂ】これらの実施形態の異なる実施形態および変形形態によって、本発明によるカプセル化構造を作製する方法を使用することで得られるカプセル化構造を示す図である。
【図７】これらの実施形態の異なる実施形態および変形形態によって、本発明によるカプセル化構造を作製する方法を使用することで得られるカプセル化構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
異なる図間の比較を容易にするために、後述する異なる図内の同一、類似、または相当の部分は同じ参照番号を有する。
【００４２】
図をより容易に読めるようにするために、これらの図に示す異なる部分は、必ずしもすべて同じ縮尺で示すわけではない。
【００４３】
異なる可能性（変形形態および実施形態）は、相互に排他的ではないことが理解されるものとし、これらは互いに組み合わせることができる。
【００４４】
第１に、電子デバイス１０４が内側にカプセル化される空胴１０２を含む、第１の実施形態によるカプセル化構造１００を作製する方法のステップを示す図１Ａ〜図１Ｅを参照されたい。
【００４５】
図１Ａに示すように、電子デバイス１０４、たとえばＭＥＭＳタイプのデバイスが、たとえばシリコンから構成された基板１０６上に作製される。この場合、電子デバイス１０４は、制御された雰囲気および圧力下で動作することになるＭＥＭＳスイッチである。電子デバイス１０４は、固定部品および可動部品を含むいくつかの要素から形成される。デバイス１０４が作製されるとき、可動部品は、デバイス１０４を覆う層の形で図１Ａに図示する犠牲材料１０８によって定位置で保持される。犠牲材料１０８は、たとえばポリマーおよび／または多結晶シリコンから構成され、空胴１０２内に存在することになる他の材料に対して選択的にエッチングすることができる。
【００４６】
次いで、気体状要素を含有する材料部分１１０が、基板１０６上で電子デバイス１０４の周りに作製される（図１Ｂ）。これは、第１に、気体状要素が内側に格納された材料層を堆積させて基板１０６および電子デバイス１０４（したがって犠牲材料１０８）を覆うことによって行われる。次いでこの層は、気体状要素を含有するこの材料部分１１０を基板１０６上で電子デバイス１０４の周りに維持するように、たとえばフォトリソグラフィおよびエッチングによって成形される。これらの材料部分１１０は、後の空胴１０２内でカプセル化される基板１０６の表面上に位置する。部分１１０は、基板１０６上で可能な限り大きい表面積を占めるように作製することができる。
【００４７】
気体が内側に密閉される部分１１０の材料は、たとえばＳｉＯ２またはＳｉＮなどの誘電体材料とすることができる。この材料内の気体の存在は、使用される堆積プロセスによって得られる。したがって、部分１１０が材料のＰＶＤ堆積によって作製されるとき、堆積チャンバ内に圧力が存在するため、堆積チャンバ内に存在する気体は、堆積された材料内に閉じ込められる。したがって、堆積チャンバ内に存在する気体の性質に応じて、堆積された材料は、後の空胴１０２内で必要な気体雰囲気の性質に応じて、１つまたはいくつかのタイプの気体状要素を含有することができ、たとえばアルゴンおよび／または水素および／または窒素とすることができる。
【００４８】
堆積チャンバ内に存在する気体の圧力および性質は、たとえば材料部分１１０内に閉じ込められまたは密閉される気体の性質および量に応じて選択される。
【００４９】
一変形形態では、材料部分１１０内に、この材料のＰＥＣＶＤ堆積を行うことによって、気体を閉じ込めることができる。ＰＥＣＶＤ堆積では、堆積された材料内に、ＰＶＤ堆積より大量の気体種を閉じ込めることができる。しかし、そのようなＰＥＣＶＤ堆積はまた、材料内により複雑な気体種および前駆体ガスを閉じ込める。
【００５０】
別の変形形態では、他のタイプの堆積プロセスまたはステップを実施して、材料部分１１０内に化学要素を格納することができる。
【００５１】
次のステップは、薄層による電子デバイス１０４および材料部分１１０のカプセル化である。したがって、図１Ｃに見られるように、次いで、たとえばポリマーおよび／または多結晶シリコンから構成され、たとえば犠牲材料１０８に本質的に類似している犠牲材料層１１２が基板１０６上に堆積され、電子デバイス１０４（したがって、犠牲材料１０８）および気体種を含有する材料部分１１０を覆う。この犠牲材料層１１２は、この層１１２の残りの体積が後の空胴１０２の必要な体積に対応するように成形される。たとえば、層１１２は、後の空胴１０２の必要な高さに応じて、厚さ約１μｍ〜１０μｍとすることができる。犠牲材料は、後の空胴１０２内で維持されることになる他の材料、言い換えれば基板１０６、電子デバイス１０４、部分１１０、および後のカバーの材料に対して選択的にエッチングできるように選択される。
【００５２】
次いで、デバイス１０４および材料部分１１０が中にカプセル化される空胴１０２のカバー１１４を形成することになる層を形成するために、材料の共形の堆積が行われる。このようにして、カバー１１４は犠牲層１１２を覆う。このカバー１１４は、たとえばＳｉＯ２またはＳｉＮなどの誘電体材料から構成することができるが、シリコンなどの半導電性材料、またはさらには金属材料などの導電性材料から構成することもできる。カバー１１４の厚さは、たとえば約０．１μｍ〜５μｍとすることができる。
【００５３】
次のステップは、カバー１１４と貫通する１つまたはいくつかの放出孔１１６を作製して、犠牲層１１２へのアクセスを形成することである（２つの孔１１６を示す図１Ｄ参照）。
【００５４】
次いで犠牲層１１２および犠牲材料１０８は、エッチングすべき材料の性質に適合された１つまたはいくつかの化学エッチング剤によって、放出孔１１６を通じてエッチングされ、こうして基板１０６およびカバー１１４によって区切られた空胴１０２を形成し、空胴１０２内に、電子デバイス１０４および気体種を含有する材料部分１１０がカプセル化される。
【００５５】
次いで放出孔１１６は、たとえば誘電体または金属材料に対応する閉鎖材料１１８によって封止または閉鎖され、放出孔１１６を封止して空胴１０２を気密封止する（図１Ｅ）。
【００５６】
空胴１０２は、特に気密封止された空胴１０２内側の電子デバイス１０４の動作を妨げることがある空気、湿気、および／または前駆体ガスの存在を防止するために、真空下、または電子デバイス１０４の動作を妨げない１つもしくはいくつかの気体を有する低圧での環境内で封止されることが有利である。
【００５７】
次いで、カプセル化構造１００に加熱サイクルを適用して部分１１０を加熱し、したがって材料部分１１０内に格納された気体種は、部分１１０から逃げて空胴１０２内へ放出される。部分１１０の加熱は、空胴１０２内の圧力が電子デバイス１０４に必要な動作圧力、たとえば約１００ミリバール〜１バールに到達するまで継続する。空胴１０２内の圧力に相関する放出される気体の量は、カプセル化構造１００に適用される温度サイクルのパラメータ、特に加熱時間および材料部分１１０を露出させる温度を変動させることによって調整することができる。
【００５８】
カプセル化構造１００は、たとえば約１００℃〜４００℃の温度まで加熱することができ、それによってこのプロセスを、基板１０６上のＣＭＯＳデバイスの存在に適合させる。
【００５９】
しかし、カプセル化構造内に加熱温度を制限する要素がない場合、この温度は４００℃より高くすることができる。
【００６０】
カプセル化構造１００の加熱時間は、たとえば数分〜数時間とすることができる。
【００６１】
この第１の実施形態では、気体種を含有する材料部分１１０は、電子デバイス１０４を作製した後に作製され、それによって、これらの部分１１０が電子デバイス１０４の前に基板１０６上に作製された場合、また電子デバイス１０４を作製するステップ（大きな熱量を必要とすることがあるステップ）に露出された場合に発生する可能性がある他の気体による気体種の損失または材料部分１１０の汚染を回避する。しかし、電子デバイス１０４を作製するために実施されるステップに応じて可能な場合、言い換えればこれらのステップが気体種を含有する材料を劣化させない場合、材料部分１１０を電子デバイス１０４の前に基板１０６上に作製することが可能である。別の変形形態では、電子デバイス１０４の部品を形成するために使用される１つまたはいくつかの材料層から材料部分１１０を導出することも可能である。
【００６２】
前述の例では、気体種を含有する材料部分１１０は、カプセル化構造１００全体に温度サイクルを適用することによって加熱される。変形形態として、気体を含有する材料部分１１０は、たとえばカバー１１４を透過するレーザによって部分１１０を光励起することで、局所的に加熱することができる。
【００６３】
部分１１０が作製される材料内に閉じ込められた気体の量は、空胴１０２内の気体の必要な性質および圧力、適用できる温度サイクル、ならびに部分１１０の実現可能な脱気効率に応じて適合させることができる。部分１１０内のこのタイプの材料層によって脱着される気体の量は、次のような特徴を有することができる。
【００６４】
気体が中に閉じ込められている既知の表面材料のサンプルが、真空下で、たとえば容器内に密閉される。この材料サンプルを加熱して、次いで冷却し、閉じ込められた気体種を放出する。次いで、たとえば摩擦真空計タイプのデバイスを使用して容器内の圧力を測定し、脱着された分子の量を計算する。図２は、気体種を含有する材料、この場合タングステン１ｍｍ２当たり放出される気体の蓄積モル数を、アニール温度の関数として示す。
【００６５】
式ＰＶ＝ｎＲＴを使用して、体積が５×１０−３ｍｍ３に等しい空胴内で放出されるこのモル数に相当する圧力を計算することができる。たとえば、約４００℃に等しい温度の加熱サイクルで得られる量が１０−１０モルである場合、得られる圧力は、
Ｐ＝１０−１０×０．０８２×３００／５×１０−９＝０．５ａｔｍ
に等しい。ここで、
ｎ＝１０−１０モルであり、
Ｒ＝０．０８２Ｌ．ａｔｍ．Ｋ−１．モル−１であり、
Ｔ＝３００Ｋであり、
Ｖ＝５×１０−９Ｌである。
【００６６】
図３は、この空胴内で得られる圧力を、空洞内側の気体のモル数の関数として示す。この例で特徴を示す材料の場合、適当な温度サイクルで約０．７ａｔｍに等しい圧力を得ることができることがわかる。
【００６７】
したがって、空胴内で得ることができる圧力は、適用される熱サイクルの特性、材料内に閉じ込められまたは注入された気体用量、気体種を含有する材料の表面積、および空胴の体積に依存することになる。
【００６８】
別の変形形態では、部分１１０は、金属、たとえばインジウム、またはＡｕＳｎなどの金属合金から構成することができる。前述の例では、これらの金属部分内には、たとえばＰＶＤまたはＰＥＣＶＤによるこれらの部分の堆積中に気体種が閉じ込められる。そのようなＰＶＤ堆積は、金属中に溶けにくい気体または気体の混合物から構成されるプラズマを使用して行われる。たとえば、アルミニウムのＰＶＤ堆積は、アルゴンもしくはクリプトンのプラズマで行うことができ、あるいは金の堆積は、アルゴン、クリプトン、もしくは窒素のプラズマ、またはこれらの気体の混合物で行うことができる。
【００６９】
部分１１０はまた、電子素子に適合している温度で脱気を可能にすることになる共晶合金から構成することができる。
【００７０】
したがって、アルゴン、クリプトン、もしくは窒素、またはこれらの気体の混合物の存在下で、たとえば金またはニッケルから構成される第１の金属層をＰＶＤによって堆積させることができ、次いで別の金属、たとえばスズの層を電気分解によって堆積させることができる。金をＰＶＤによって堆積させ、続いてスズを電気分解によって堆積させる場合、８０／２０のＡｕＳｎ共晶に対応する質量比率を考えると、熱処理により、この合金を約２８０℃で溶融させることができ、したがってこの温度で、金の中に閉じ込められた気体は放出される。別の例によれば、第１の金属（たとえば、金）は、同じＰＶＤプロセスを使用して堆積させることができるが、第２の金属（この場合、スズ）は、デグレーデッド電気分解プロセスを使用して堆積させることができ、それによってＨ２気体分子がスズの中に閉じ込められる。このデグレーデッド電気分解は、電気分解中の電流密度を増大させ、それによって従来の電気分解に比べて金属堆積率を増大させることによって行うことができ、電気分解によって堆積された材料内に水素分子が閉じ込められる。再溶融による熱処理は、特性が低減されたＡｒＨ２タイプの気体の混合物を放出することができ、それによって電子デバイス１０４の信頼性を改善し、たとえばデバイスの電気接点などの金属部品の酸化を防止するのに貢献することができる。
【００７１】
空胴１０２を気密封止した後、これらの金属部分１１０は、部分１１０の金属または金属合金の融点より高い温度に（局所的または全体的に）露出され、それによってこれらの部分１１０内に格納された気体種を空胴１０２内で溶融および脱気させる。特に、この変形形態には、部分１１０内に閉じ込められたすべての気体が迅速に放出されるという利点がある。
【００７２】
別の変形形態では、部分１１０は、金属／酸化物２重層から構成することができる。部分１１０は、たとえばＨＤＰ（高密度プラズマ、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ）タイプの堆積によって得られるＳｉＯ２層上にアルミニウム層を堆積させることによって形成し、ドライエッチングプロセスによって成形することができる。この場合、アルミニウム層およびＳｉＯ２層は空胴１０２に通じている（部分１１０上には、材料、特に不活性化材料は存在しない）。
【００７３】
前述の例では、材料部分１１０が気体種を含有するため、これらの部分１１０のＰＶＤまたはＰＥＣＶＤ堆積中に、部分１１０から空胴１０２内へ気体が放出される。一変形形態では、空胴内で放出される気体は、部分１１０内に注入されたドープ剤から生じることができ、これらのドープ剤は、部分１１０が加熱されると気体の状態で放出される。このように、ＰＶＤまたはＰＥＣＶＤタイプの堆積以外の製作技法を使用して部分１１０を作製することも可能である。さらに、基板１０６がデバイス１０４、たとえばＭＥＭＳタイプのデバイスおよびＣＭＯＳデバイスを備えるとき、ＣＭＯＳデバイスをドープするために使用されるステップまたは注入機器を使用して部分１１０をドープすることができる。
【００７４】
放出される気体は、これらの部分の堆積中に部分１１０内に格納される気体種と、部分１１０内に注入されるドープ剤との両方から生じることもできる。
【００７５】
図４は、第２の実施形態による製作方法の使用によって得られるカプセル化構造２００を示す。
【００７６】
前述したカプセル化構造１００と比較すると、カプセル化構造２００は、基板１０６上に、気体種が逃げる材料部分１１０を含まない。この第２の実施形態では、気体種は、空胴１０２内側に位置するカバー１１４の壁（上部壁および側壁）を部分的または全体的（図４の例に示す場合）に覆う材料層２０２内に格納される。
【００７７】
たとえば、そのようなカプセル化構造２００は、第１に電子デバイス１０４を基板１０６上に作製し、次いで犠牲層１１２を作製することによって得ることができる。次いで、たとえば材料部分１１０に類似の性質を有する気体状要素を含有する材料層２０２が、犠牲層１１２を覆うように、たとえばＰＶＤまたはＰＥＣＶＤ堆積によって共形に（ほぼ一定の厚さで）堆積される。次いでこの方法は、カプセル化構造１００を作製するために使用したものと類似の方法で、言い換えればカバー１１４および放出孔１１６（同じく層２０２を貫通する）を作製し、次いで犠牲層１１２および犠牲材料１０８をエッチングし、閉鎖材料１１８によって放出孔１１６を閉鎖し、最終的に層２０２内に格納されている気体種が空胴１０２内へ放出されるように層２０２を加熱することによって完了される。
【００７８】
上述した第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせることもでき、それによって得られるカプセル化構造２５０は、気密封止された空胴１０２内に部分１１０および層２０２を含む（図５参照）。
【００７９】
通常、気体種が中に格納される材料は、空胴が封止されるときにこの材料が空胴内に位置し、または空胴の内側と連通する限り、どのような形態（部分、層など）および／またはパターンでも作製することができる。したがって、気体種が内側に格納される材料は、空胴１０２の外部であるが気密封止されると空胴の内側と連通する空間内に作製することが可能である。
【００８０】
前述した実施形態の変形形態として、部分１１０および／または層２０２はそれぞれ、いくつかの材料の重ね合わせによって形成することができ、これらの材料の少なくとも１つは気体種を含有し、これらの材料は場合によっては互いに異なる。
【００８１】
そのような変形形態は、金属材料の重ね合わせを行うによって適用されることが有利である。したがって、気体種を密閉する材料の融点は、これらの異なる金属材料によって形成された共晶によって適合することができる。
【００８２】
別の変形形態では、気体種が中に格納される部分１１０および／または層１０２の材料は、熱分解性とすることが可能である。これらの熱分解性材料は、たとえばポリマーなどの有機材料から構成することができる。
【００８３】
したがって、それを上回ると材料が分解される温度以上の温度にこの材料が露出されると、材料の分解により、気体種が空胴１０２内へ放出されることになる。加熱によって気体種を放出した後、残りの材料を部分的または完全に分解することができる。
【００８４】
図６Ａおよび図６Ｂは、第３の実施形態の２つの変形形態による製作方法の使用によって得られるカプセル化構造３００を示す。
【００８５】
上述したカプセル化構造１００とは異なり、カプセル化構造３００は、気体種が逃げる材料部分１１０を含まない。この第３の実施形態では、気体種は、放出孔１１６を封止するために使用される閉鎖材料内に格納される。閉鎖材料は、放出孔１１６の１つもしくはいくつかをそれぞれ封止する部分３０２（または栓）の形（図６Ａに示す場合）で、またはカバー１１４、したがって放出孔１１６を覆う材料層３０４の形（図６Ｂに示す場合）で作製される。
【００８６】
そのようなカプセル化構造３００は、たとえば、第１に電子デバイス１０４を基板１０６上に作製し、次いで犠牲層１１２を作製することによって得ることができる。犠牲層１１２上にカバー１１４が作製され、カバー１１４を貫通して放出孔１１６が作製される。次いで、犠牲層１１２および犠牲材料１０８がエッチングされる。次いで、たとえばＰＶＤまたはＰＥＣＶＤ堆積によって、放出孔１１６の部分３０２または閉鎖層３０４が作製され、それによってこれらの材料内へ気体状要素を導入する。こうして部分３０２または層３０４によって空胴１０２を封止することは、真空下、または１つもしくはいくつかの前駆体以外のガスの低圧で行われることが有利である。次いで方法は、前述の実施形態と同じ方法で、部分３０２または層３０４内に格納されている気体種が空胴１０２内へ部分的に放出されるように部分３０２または層３０４を局所的または全体的に加熱することによって完了される。
【００８７】
第３の実施形態は、部分１１０および／または層２０２が中に位置する空胴１０２の内側と部分３０２または層３０４が連通するように、上述した第１の実施形態および／または第２の実施形態と組み合わせることができる。第１の実施形態または第２の実施形態に関連して上述した異なる変形形態を、この第３の実施形態に適用することもできる。
【００８８】
上述したすべての実施形態において、カプセル化構造は、ＴＬＰ（薄層パッケージング）タイプのプロセスの使用によって得られる。しかし、これらの異なるカプセル化構造は、基板搬送によって作製することもできる。この場合、カバー層１１４は、空胴１０２のカバーを形成する第２の基板に置き換えられ、空胴１０２の側壁は、基板１０６と第２の基板との間のボンディング界面を形成する材料部分によって形成される。そのようなカプセル化構造４００を図７に示す。この例では、空胴１０２は、第１の基板１０６と、第１の基板１０６に連結された第２の基板４０２との間に、材料部分４０４を通じて形成され、材料部分４０４はまた、空胴１０２の側壁を形成する。空胴１０２はまた、たとえば微細機械加工によって第２の基板４０２内に形成することができ、この場合、第１の基板１０６と第２の基板４０２は、場合によっては、互いに直接連結される。変形形態として、気体種が中に密閉される材料は、たとえば第２の基板４０２および／または空胴１０２の側壁４０４に接触するように配置された部分および／または層の形で作製することができる。上述した異なる変形形態は、カプセル化構造４００に適用することもできる。
【符号の説明】
【００８９】
１００  カプセル化構造
１０２  空胴
１０４  電子デバイス
１０６  基板、第１の基板
１０８  犠牲材料
１１０  材料部分
１１２  犠牲材料層
１１４  カバー
１１６  放出孔
１１８  閉鎖材料
２００  カプセル化構造
２０２  材料層
２５０  カプセル化構造
３００  カプセル化構造
３０２  部分
３０４  材料層、閉鎖層
４００  カプセル化構造
４０２  第２の基板
４０４  材料部分、側壁
【図１Ａ】
2013056413.tif 000003
【図１Ｂ】
2013056413.tif 000004
【図１Ｃ】
2013056413.tif 000005
【図１Ｄ】
2013056413.tif 000006
【図１Ｅ】
2013056413.tif 000007
【図２】
2013056413.tif 000008
【図３】
2013056413.tif 000009
【図４】
2013056413.tif 000010
【図５】
2013056413.tif 000011
【図６Ａ】
2013056413.tif 000012
【図６Ｂ】
2013056413.tif 000013
【図７】
2013056413.tif 000014
【外国語明細書】
2013056413000001.pdf