(57)【要約】【課題】熱的に絶縁される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造を製作するための方法を提供すること。【解決手段】この方法が、第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む複合材料基板を形成することを目的としてガラスウエハーを用いて第１の材料の第１のウエハーを処理することと、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することと、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子を形成することと、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャを形成することを目的として複合材料基板内の第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することとを含む。ＭＥＭＳデバイスが、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャによりサーマルアイソレーションステージ上で熱的に絶縁される。少なくとも１つの温度感知素子が、サーマルアイソレーションステージおよびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方のそれぞれの上にある。【選択図】図１３
2016215366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的に絶縁される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造（２５１）を製作するための方法であって、
第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造（１１０）と、ガラスとを含む複合材料基板（１２０）を形成することを目的としてガラスウエハー（１２５）を用いて前記第１の材料の第１のウエハー（１００）を処理するステップと、
第２の材料内にＭＥＭＳデバイス（３２１）を形成するステップと、
前記複合材料基板（１２０）および前記ＭＥＭＳデバイス（３２１）の少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子（１３０）を形成するステップと、
少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャ（４０１）を形成することを目的として前記複合材料基板（１２０）内の前記第１の材料の前記少なくとも１つの犠牲構造（１１０）をエッチングで除去するステップとを含み、前記ＭＥＭＳデバイス（３２１）が、前記少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャ（４０１）によりサーマルアイソレーションステージ（３２７）上で熱的に絶縁され、前記少なくとも１つの温度感知素子（１３０）が前記サーマルアイソレーションステージ（３２７）および前記ＭＥＭＳデバイス（３２１）の少なくとも一方のそれぞれの上にある、
方法。
【請求項２】
前記複合材料基板（１２０）を形成することを目的として前記ガラスウエハー（１２５）を用いて前記第１の材料の前記第１のウエハー（１００）を処理するステップが、
前記少なくとも１つの犠牲構造（１１０）を形成することを目的として前記第１の材料の層（１０８）をエッチングするステップであって、前記少なくとも１つの犠牲構造（１１０）が、前記少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャ（４０１）および前記サーマルアイソレーションステージ（３２７）のためのモールドを画定する、ステップと、
外部周囲空気未満の空気中で前記第１の材料の前記少なくとも１つの犠牲構造（１１０）を前記ガラスウエハー（１２５）に接着するステップと、
ガラス内に前記第１の材料の前記少なくとも１つの犠牲構造（１１０）が埋め込まれるようになる修正されたガラスウエハー（１１７）を形成することを目的としてガラスの軟化温度を超えるように前記ガラスウエハー（１２５）を加熱するステップと、
前記修正されたガラスウエハー（１１７）の第１の表面（１２８）を研磨するステップと、
前記修正されたガラスウエハー（１１７）の第２の表面（１１２）を研磨するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガラスウエハー（１２５）が第１のガラスウエハー（１２５）であり、前記複合材料基板（１２０）が第１の複合材料基板（１２０）であり、前記方法が、
第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造（１１０）と、ガラスとを含む第２の複合材料基板（１２０）を形成することを目的として第２のガラスウエハー（１２５）を用いて前記第３の材料の第３のウエハーを処理するステップと、
前記ＭＥＭＳデバイス（３２１）を有する第２のウエハーと、前記第１の複合材料基板（１２０）との一方に前記第２の複合材料基板（１２０）を接着するステップと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[1]本出願は２０１５年５月２２日に出願された「ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＴＨＥＲＭＡＬＬＹ  ＩＳＯＬＡＴＥＤ  ＭＥＭＳ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題される米国仮特許出願第６２／１６５，２８６号の利益を主張するものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[2]一部の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）デバイスは広い温度範囲で動作することを求められるが、しばしば、これらのデバイスの性能は温度変化の悪影響を受ける。例えば、ＭＥＭＳ慣性センサのバイアス因子およびスケール因子は−４５℃から８５℃で大きく変化する。これらの影響を最小にするために、センサ出力データが、しばしば、１回の工場較正（ｏｎｅ−ｔｉｍｅ  ｆａｃｔｏｒｙ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）に基づいて温度補償される（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）。較正によりエラーが軽減されるが、エラーが完全に排除されるわけではない。ＭＥＭＳデバイスをさらに改善するのにしばしば使用される１つの方法は、規定される最大の動作温度よりわずかに高い温度に加熱した状態でデバイスを維持することである。ＭＥＭＳデバイスの温度を理論的に安定させることにより、温度変化による悪影響が排除される。
【０００３】
[3]温度安定化には、しばしば、容認できないレベルの電力消費が必要となる。十分な熱的絶縁が達成される場合、電力消費を制限しながら能動的な温度制御が実施され得る。従来技術のシステムでの十分な熱的絶縁では、デバイスの幾何形状および材料に制約が課されることを理由として複雑さ（ひいては、コストも）が増すことが必要となる。
【０００４】
[4]従来技術によって提供される解決策には、サーマルアイソレーションステージ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｓｔａｇｅ）がＭＥＭＳダイとは別個に製作されるような非モノリシックシステムが含まれる。サーマルアイソレーションステージの製作後、ＭＥＭＳダイが、はんだ付け、熱超音波接着、バンプ接着などにより、サーマルアイソレーションステージに取り付けられる。以下の両方が必要になることによりコストおよび複雑さが増す：１）分離のサーマルアイソレーションステージを製作するためのプロセス、および、２）ＭＥＭＳダイをサーマルアイソレーションステージに取り付けるためのプロセス。ダイをサーマルアイソレーションステージに取り付けるための追加の処理は、ＭＥＭＳダイの長時間の安定性を損なわせる可能性があり、また、取り付け位置の機械的な変化（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｄｒｉｆｔ）を原因として性能を劣化させる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[5]本出願は、熱的に絶縁される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造を製作するための方法に関する。この方法が、第１の材料の少なくとも１つの犠牲（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）構造と、ガラスとを含む複合材料基板を形成することを目的としてガラスウエハーを用いて第１の材料の第１のウエハーを処理することと、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することと、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子を形成することと、少なくとも１つの熱的絶縁用（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｉｓｏｌａｔｉｎｇ）ガラスフレキシャ（ｇｌａｓｓ  ｆｌｅｘｕｒｅ）を形成することを目的として複合材料基板内の第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することとを含む。ＭＥＭＳデバイスが、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャによりサーマルアイソレーションステージ上で熱的に絶縁される。少なくとも１つの温度感知素子がサーマルアイソレーションステージおよびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方のそれぞれの上にある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[6]本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図２】本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図３】本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図４】本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図５】本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図６】図６Ａは、本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。図６Ｂは、本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図７】本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図８】[7]図８Ａは、本出願の実施形態による、基板上にＭＥＭＳデバイスを形成するための第２のウエハーの処理の実施形態の製造の種々の段階を示す側断面図である。図８Ｂは、本出願の実施形態による、基板上にＭＥＭＳデバイスを形成するための第２のウエハーの処理の実施形態の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図９】本出願の実施形態による、基板上にＭＥＭＳデバイスを形成するための第２のウエハーの処理の実施形態の製造の種々の段階を示す側断面図である。
【図１０】[8]図５の複合材料基板に接着された図９の処理された第２のウエハーを示す図である。
【図１１】[9]本出願の一実施形態による、製造の種々の段階における一体化された熱的絶縁ステージ（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｓｔａｇｅ）上のＭＥＭＳ構造を示す側断面図である。
【図１２】本出願の一実施形態による、製造の種々の段階における一体化された熱的絶縁ステージ上のＭＥＭＳ構造を示す側断面図である。
【図１３】[10]本出願の一実施形態による、パッケージ上にあるＭＥＭＳ構造の一実施形態を示す上面図である。
【図１４】[11]図１３のＭＥＭＳ構造の実施形態を示す第１の側断面図である。
【図１５】[12]図１３のＭＥＭＳ構造の実施形態を示す第２の側断面図である。
【図１６】[13]本出願の一実施形態による、ＭＥＭＳ構造の別の実施形態を示す側断面図である。
【図１７】[14]本出願の一実施形態による、ＭＥＭＳ構造の別の実施形態を示す側断面図である。
【図１８】[15]本出願による、ＭＥＭＳ構造の別の実施形態を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[16]慣例に従い、説明される種々の特徴は正確な縮尺で描かれず、例示の実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。
【０００８】
[17]本明細書で説明される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造またはデバイスアーキテクチャの実施形態が、ＭＥＭＳデバイスを外部環境から熱的に絶縁するためにＭＥＭＳデバイスをサーマルアイソレーション構造（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に一体化する。サーマルアイソレーション構造は、ＭＥＭＳデバイスを外部環境から絶縁するために十分に非熱伝導性（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）である材料から形成される。本明細書では、ＭＥＭＳデバイスを一体化させる「サーマルアイソレーション構造」という用語は、比較的低い速度で熱伝達（ＭＥＭＳデバイスへの熱伝達またはＭＥＭＳデバイスからの熱伝達のいずれか）が起こるようにするのに十分に低い熱伝導率を有する構造である。この実施形態の一実装形態では、サーマルアイソレーション構造が、サーマルアイソレーションステージと、少なくとも１つの熱的絶縁用フレキシャとを有する。
【０００９】
[18]本明細書で説明されるＭＥＭＳ構造は、比較的低い所要電力でＭＥＭＳデバイスを所望の温度で維持する低コストのＭＥＭＳ構造である。熱的絶縁ステージを能動的に加熱することにより、熱的絶縁ステージが選択される温度で維持される。ＭＥＭＳデバイスを支持するサーマルアイソレーションステージが少なくとも１つの熱的絶縁用フレキシャにより外部環境から熱的に絶縁されることから、熱的絶縁ステージを所望の温度で維持するのに必要となる電力は従来技術のシステムより大幅に少ない。
【００１０】
[19]熱的絶縁用フレキシャは、ＭＥＭＳデバイスを含有する熱的絶縁ステージを、パッケージに対して固定される固定のフレームに接続するビームである。本明細書では、「熱的絶縁用フレキシャ」という用語は、フレキシャの断面積を小さくすることを少なくとも部分的に理由として、サーマルアイソレーションステージから外側フレームへの熱伝達を比較的低い速度で起こすのに十分に低い熱伝導率を有する１つまたは複数のフレキシャである。この実施形態の一実装形態では、熱的絶縁用構造がガラスから形成される。
【００１１】
[20]熱的絶縁用構造がガラスから形成される場合、ガラスのサーマルアイソレーションステージと一体化されるＭＥＭＳデバイスが、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャにより外部環境から熱的に絶縁される。「熱的絶縁用ガラスフレキシャ」、「熱的絶縁用フレキシャ」および「ガラスフレキシャ」という用語は本明細書では互換的に使用される。
【００１２】
[21]この実施形態の別の実装形態では、熱的絶縁用構造が、ＭＥＭＳ構造を製作するのを可能にする適切な融点を有するような、および、熱的絶縁ステージ上の一体化されるＭＥＭＳデバイスを熱的に絶縁するのに適切な熱伝導率を有するような、ガラス以外の材料から形成される。適切な融点は、後で説明する複合材料基板内の犠牲材料の融点未満である。適切な熱伝導率はガラスの熱伝導率未満であるかまたはガラスの熱伝導率程度である（すなわち、１Ｗ／ｍ−Ｋ程度であるかまたはそれより低い）。
【００１３】
[22]本明細書で説明される熱的に絶縁されるＭＥＭＳ構造のいくつかの実施形態は、少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む複合材料基板内の埋め込み式犠牲材料を用いて製作される。本明細書で説明される熱的に絶縁されるＭＥＭＳ構造の他の実施形態は、少なくとも１つの犠牲構造と、ＭＥＭＳ構造を製作するのを可能にする適切な融点および適切な熱伝導率を有する材料とを含む複合材料基板内の埋め込み式犠牲材料を用いて製作される。
【００１４】
[23]本明細書で使用される「犠牲構造」という用語は、ＭＥＭＳ構造を形成するプロセスを完了する前に除去される材料の層内に形成される特徴部分を意味する。本質的に、犠牲構造は、ＭＥＭＳ構造のガラス層内にサーマルアイソレーション特徴部分の構造（形状、サイズおよびロケーション）を画定するためのモールドとして機能する。
【００１５】
[24]ガラス層内で犠牲構造を使用することにより、ＭＥＭＳアーキテクチャ内に一体化されるつまり埋め込み式のサーマルアイソレーション特徴部分を形成することが可能となる。ガラスをパターニングする伝統的な手法には、湿式化学エッチングプロセスおよびディープ反応性イオンエッチングが含まれる。これらの手法はＭＥＭＳデバイスアーキテクチャ内の様々な材料にしばしば適合せず、したがって、ＭＥＭＳデバイスのガラス層内にサーマルアイソレーション特徴部分を製作する手段として望ましくない。
【００１６】
[25]有利には、ガラスに凹部をパターニングする前におよびＭＥＭＳデバイスを金属化する前に、本明細書で説明される犠牲材料によるプロセス（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ−ｍａｔｅｒｉａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いてサーマルアイソレーション特徴部分が画定される。これを達成するために、犠牲構造が、ガラスより高い融解温度または軟化温度を有する材料で形成される。したがって、犠牲構造として使用するのに材料のアレイが利用可能である。一実施形態では、犠牲材料として半導体材料（真性シリコンなど）が選択される。シリコンは、高い融解温度または軟化温度を有することに加えて、ディープ反応性イオンエッチングを介して精密機械加工することが容易であり、それにより、犠牲特徴部分を形成するのに有用である高アスペクト比の特徴部分を形成することが可能となる。
【００１７】
[26]犠牲材料は、その後のＭＥＭＳプロセスステップに適合するように工作される。ＭＥＭＳデバイスを製作した後、埋め込み式犠牲構造が適切な腐食液を用いて除去され得、ガラス層内に埋め込み式サーマルアイソレーション特徴部分が残る。有利には、このテクニックはそのアーキテクチャ内にガラス層を含有する任意のＭＥＭＳ構造に適用可能である。
【００１８】
[27]以下で説明される実施形態は、ガラスのサーマルアイソレーションステージに直接に一体化され、ＭＥＭＳデバイスを熱的に絶縁するためにガラスフレキシャにより固定されるＭＥＭＳデバイスをモノリシックに製作するための安価な方法を提供する。本明細書で説明されるテクノロジを使用して、温度に敏感であるＭＥＭＳデバイスがモノリシックの熱的絶縁パッケージ（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｐａｃｋａｇｅ）内に容易に製作され得る。本明細書で説明されるＭＥＭＳ構造は熱的絶縁用パッケージ内の従来技術のＭＥＭＳ構造ほど複雑ではないことから、本明細書で説明されるＭＥＭＳ構造は製作するのが比較的安価であり、また、最適な動作温度でＭＥＭＳデバイスを維持するために大量の電力を必要とすることなく広範囲の温度で使用され得る。
【００１９】
[28]本明細書で説明される製作プロセスは、犠牲構造をガラス内に埋め込むのを可能にする既存の製作プロセスを使用する。これらの犠牲構造はガラス内に切欠部（ボイド）を作るために後で除去される。ガラス内のこれらの切欠部は、少なくとも１つのガラスフレキシャと、固定のガラスフレームと、ＭＥＭＳデバイスを保持する熱的絶縁ステージとを形成するのに使用される。ガラスは低い熱伝導率を有することから、ガラスフレキシャは高い熱抵抗を有し、それにより、取り付けられたステージの加熱中の電力消費が最小となる。少なくとも１つのガラスフレキシャに取り付けられるサーマルアイソレーションステージはＭＥＭＳデバイスにモノリシックに一体化される。したがって、このモノリシックに製作されるシステムは、従来技術のシステムと比較して、複雑さが低く、制作するのがより安価である。
【００２０】
[29]この実施形態の一実装形態では、ガラスのサーマルアイソレーションステージが１つまたは複数のガラスフレキシャにより固定のフレームに対して固定され、それによりＭＥＭＳデバイスを低電力で能動的に温度制御することが可能となる。無視できるほどの熱伝導率しか有さない断面を有するメタルライン（例えば、トレースライン）がガラスフレキシャ上に付着され得、それにより、外部回路が、ＭＥＭＳデバイスと、ＭＥＭＳデバイス上のまたはＭＥＭＳデバイスを保持する熱的絶縁ステージ上の任意の他の温度制御回路または温度読み取り回路（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｒｅａｄｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）（すなわち、温度感知回路）とに電気接続されることになる。この実施形態の一実装形態では、ガラスステージ上に形成される抵抗器が加熱および／または温度読み出し（感知）のために使用される。このようにして、ＭＥＭＳデバイスの精度および安定性を向上させるためにガラスステージの温度が制御される。
【００２１】
[30]ＭＥＭＳデバイスは、複合材料基板上または複合材料基板に接着される第２のウエハー上に形成され得る。図１〜１４を参照して後で説明する処理ステップが、少なくとも１つのそれぞれのガラスのサーマルアイソレーションステージ上に少なくとも１つのＭＥＭＳデバイスを構築するための任意選択である２つの考えられる製作フローを提供する。この実施形態の一実装形態では、ＭＥＭＳデバイスが１つまたは複数のシリコンＭＥＭＳ慣性センサである。ＭＥＭＳデバイスには、限定しないが、プルーフマス、インターデジタル形のコムフィンガ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  ｃｏｍｂ  ｆｉｎｇｅｒ）、フレキシャ、および、他の電極が含まれてよい。サーマルアイソレーションステージ上のＭＥＭＳデバイスを参照しながら、ＭＥＭＳ構造の実施形態を製作するための処理ステップを説明する。ＭＥＭＳ構造の実施形態を製作するための処理ステップが、個別の複数のガラスのサーマルアイソレーションステージ上に複数のＭＥＭＳデバイスを有する複数のＭＥＭＳ構造を製作することに適用可能であることを理解されたい。
【００２２】
[31]図１〜７は、本出願の実施形態による、ガラス内に埋め込まれる少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を有する複合材料基板の製造の種々の段階の側断面図である。第１の材料の第１のウエハー１００が提供される（図１）。第１のウエハー１００は、ガラスを軟化させる温度で処理されるときにその形状を維持する任意の材料で製作されるウエハーである。この実施形態の一実装形態では、第１の材料は半導体材料である。この実施形態の別の実装形態では、第１の材料はシリコンである。この実施形態の別の実装形態では、第１のウエハー１００はＰタイプシリコンウエハー１００である。この最後の実施形態を図１〜５および６Ｂ〜１３を参照しながら以下で説明する。
【００２３】
[32]第１の材料の層１０８がエッチングされて少なくとも１つの犠牲構造１１０が形成される（図２）。犠牲構造１１０が、パターニングおよびエッチングの完了後に残る第１のウエハー１００のベース部分１０９上で支持される。少なくとも１つの犠牲構造１１０が、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャと、サーマルアイソレーションステージとのためのモールドを画定する。この実施形態の一実装形態では、シリコンウエハー１００がディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ：ｄｅｅｐ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）を使用してパターニングおよびエッチングされ、それにより、本明細書では「犠牲構造１１０」とも称される犠牲シリコン構造１１０が形成される。犠牲構造１１０を形成するのに他のテクニックが使用されてもよい。
【００２４】
[33]ＭＥＭＳデバイス、サーマルアイソレーションステージおよびガラスフレキシャの所望されるデザインに従って犠牲構造１１０がパターニングされる。犠牲シリコン構造１１０の形成後、図２に示されるエッチングされたシリコンウエハー１００は「パターニングされた第１のウエハー１１５」または「パターニングされたシリコンウエハー１１５」と称される。
【００２５】
[34]図３に示されるように、ガラスウエハー１２５が、外部環境空気７５（すなわち、圧力Ｐ１）未満の空気（すなわち、圧力Ｐ２）中で、パターニングされた第１のウエハー１１５上に配置されて接着（例えば、アノード接合）される。パターニングされた第１のウエハー１１５に接着されるガラスウエハー１２５は本明細書ではウエハースタック１０５とも称される。この実施形態の一実装形態では、パターニングされた第１のウエハー１１５がパターニングされたシリコンウエハー１１５であり、パターニングされたシリコンウエハー１１５に接着されるガラスウエハー１２５は本明細書ではガラス−シリコン・ウエハースタック１０５と称される。以下の例示の処理ステップは、シリコンウエハー１００である第１のウエハー１００を参照して説明される。
【００２６】
[35]ガラスウエハー１２５が、外部環境空気７５の圧力Ｐ１（Ｐ１＞Ｐ２）未満の圧力Ｐ２の空気中で、パターニングされた第１のウエハー１１５に接着され、表面１１１と、ガラスウエハー１２５の表面１１９と、犠牲構造１１０（例えば、犠牲の第１の材料の構造１１０）とによって囲まれるキャビティ１１６が周囲空気７５の圧力Ｐ１を基準としてより低い圧力Ｐ２となる。接着プロセス中に低圧のキャビティ１１６が確実に形成されるようにするために、ガラスウエハー１２５の２つの反対側の表面１１９および１２６を通って延在するような孔または開口部をガラスウエハー１２５が一切有さないことを理由として、ガラスウエハー１２５は本明細書では固体ガラスウエハー１２５とも称される。
【００２７】
[36]通常は大気圧であるかほぼ大気圧である周囲空気７５中で、ガラス−シリコン・ウエハースタック１０５がガラスの軟化温度まで加熱されるかまたはガラスの軟化温度を超えるように加熱される。圧力差ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２、周囲空気７５の圧力Ｐ１。キャビティ１１６内の空気のより低い圧力Ｐ２により、軟化したガラスが図４に示されるようにキャビティ１１６内に引き入れられる。このプロセスにより、ウエハースタック１０５（図３）から修正されたガラスウエハー１１７（図４）が形成される。融解／軟化により、固体ガラスウエハー１２５（図３）が、犠牲シリコン構造１１０を覆う領域において表面１２８上にバンプ１２４を備える改善されたガラスウエハー１１８となるように改善される。修正されたガラスウエハー１１７は、パターニングされたシリコンウエハー１１５のベース部分１０９と、犠牲シリコン構造１１０と、犠牲シリコン構造１１０（図２）を取り囲む改善されたガラスウエハー１１８とを有する。
【００２８】
[37]改善されたガラスウエハー１１８の表面１２８およびシリコンウエハー１００の表面１１２（例えば、修正されたガラスウエハー１１７の表面１２８および１１２）が、研削、研磨および／またはエッチングされ、それにより関係のないシリコンおよび関係のないガラスが除去され、本明細書では「ガラス基板１２０」とも称される複合材料基板１２０（図５）が形成される。複合材料基板１２０は反対側にあるガラス表面１２６および１２７を有する。埋め込み式犠牲特徴部分１１３が表面１２７の上へ確実に突出しないようにするために、犠牲シリコン構造１１０の端部１２９が、複合材料基板１２０の表面１２７より低くなるかまたは複合材料基板１２０の表面１２７と面一となるように、エッチングされる。
【００２９】
[38]本明細書で定義される関係のないシリコンとは、パターニングされたシリコンウエハー１１５（図２）のベース部分１０９のことである。本明細書で定義される関係のないガラスには、ガラスバンプ１２４と、修正されたガラスウエハー１１７（図４）の犠牲シリコン構造１１０の端部１２９を覆うガラスとが含まれる。パターニングされた第１のウエハー１１５（図２および３）上の犠牲構造１１０は、「複合材料基板１２０内の犠牲構造１１３」、「埋め込み式犠牲構造１１３」および「埋め込み式犠牲シリコン構造１１３」と称される。
【００３０】
[39]図１〜５に示されるプロセスは、第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造１１０と、ガラスとを含む複合材料基板１２０を形成することを目的としてガラスウエハー１００を用いて第１の材料の第１のウエハー１００を処理するためのステップを示す。
【００３１】
[40]この実施形態の一実装形態では、ＭＥＭＳ構造のためのＭＥＭＳデバイス３２１が複合材料基板１２０の研磨された第１の表面１２７上に直接に形成される。図１〜６Ａに示される処理ステップは、埋め込み式犠牲構造１１３を有するガラス基板１２０と、複合材料基板１２０の第１の表面１２７上に一体化されるＭＥＭＳデバイス３２１とを形成するのに必要である処理ステップである。この実施形態では、第２の材料の層が複合材料基板１２０の研磨された第１の表面１２７上に付着される。次いで、第２の材料の層がパターニングおよびエッチングされ、ＭＥＭＳデバイス３２１が形成される。第２の材料は、当業者には既知であるような、ＭＥＭＳデバイス３２１のデザインおよび機能に適する材料である。この実施形態の別の実装形態では、少なくとも１つの電気伝導性層が、複合材料基板１２０の研磨された第１の表面１２７の上におよび／または第２の材料の層の上に付着される。電気伝導性層は以下のうちの少なくとも１つを形成するようにパターニングおよびエッチングされる：回路、回路要素、導電性相互接続部（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）、ボンドパッド、電極、加熱のための抵抗器、および、温度読み出しのための抵抗器。これらは本明細書では各々が要素１３０と称される。
【００３２】
[41]この実施形態の別の実装形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１が、複合材料基板１２０に接着される第２のウエハー上に形成される。図８Ａ、８Ｂおよび９は、本出願の実施形態による、基板２１５上にＭＥＭＳデバイス３２１を形成するための第２のウエハー２１０の処理の実施形態の製造の種々の段階のための側断面図である。図１〜５、６Ｂおよび７に示される処理ステップが、埋め込み式犠牲構造１１３を有するガラス基板１２０を形成することと、図９に示されるＭＥＭＳデバイス３２１に後で接着されるための隆起エリア１２１および１２２を形成することと、電気部品および／または電気的特徴部分１３０を形成することとに必要である処理ステップを示す。図８Ａ、８Ｂおよび９に示される処理ステップは、第２のウエハー２１０の基板２１５上のＭＥＭＳデバイス３２１を形成するのに必要である処理ステップを示す。図１０に示されるように、処理された第２のウエハー２１１（図９）は次いで複合材料基板１２０（図７）に接着される。
【００３３】
[42]図８Ａおよび８Ｂに示される実施形態では、第２のウエハー２１０が、基板２１５の表面２２４を覆うデバイス層２２０を有する。第２のウエハー２１０が処理され、処理された第２のウエハー２１１（図９）の表面２２４上にＭＥＭＳデバイス３２１が形成される。基板２１５は、第２のウエハーを複合材料基板１２０に接着するときの次の処理ステップのためのハンドルである。
【００３４】
[43]ＭＥＭＳデバイス３２１に後で接着されるための隆起エリア１２１および１２２（図６Ｂおよび７）がガラス基板１２０の表面１２７内においてパターニングおよびエッチングされる。埋め込み式犠牲特徴部分１１３がエッチングされた複合材料基板１２０の表面１２３の上へ確実に突出しないようにするために、犠牲シリコン構造１１０の端部１２９が、複合材料基板１２０の表面１２３（図６Ｂ）より低くなるかまたは複合材料基板１２０の表面１２３（図６Ｂ）と面一となるように、エッチングされる。
【００３５】
[44]この実施形態の一実装形態では、さらに、電気部品および／または電気的特徴部分１３０がガラス基板１２０上に形成される。この場合、少なくとも１つの電気伝導性層が、研磨された第１の表面１２７（図５）の上に、または、複合材料基板１２０内で隆起エリア１２１および１２２の次に露出される表面１２３（図６Ｂ）の上に付着される。次いで、少なくとも１つの電気伝導性層がパターニングされ（フォトレジストおよび／または他の既知のテクニックを使用して）、エッチングされ、それにより、回路、回路要素、導電性相互接続部、ボンドパッド、電極、加熱のための抵抗器、および、温度読み出しのための抵抗器のうちの少なくとも１つが形成される。これらの電気伝導性特徴部分は本明細書では概して要素１３０と称される。この実施形態の一実装形態では、電気伝導性特徴部分１３０が金属または金属合金から形成される。この実施形態の別の実施形態では、電気伝導性特徴部分１３０は半導体材料内に形成される。
【００３６】
[45]この実施形態の一実装形態では、少なくとも１つの電気伝導性層が付着され、パターニングされ、エッチングされ、それにより、ガラス基板１２０を後で処理することにより形成されるサーマルアイソレーションステージの上に温度感知素子１３０が形成される。この実施形態の別の実装形態では、少なくとも１つの電気伝導性層が付着され、パターニングされ、エッチングされ、それにより、サーマルアイソレーションステージの上に温度制御要素１３０が形成される。この実施形態の別の実装形態では、少なくとも１つの電気伝導性層が付着され、パターニングされ、エッチングされ、それにより、サーマルアイソレーションステージの上に温度感知素子１３０および温度制御要素１３０が形成される。温度感知素子１３０および温度制御要素１３０は抵抗素子であってよい。この実施形態の一実装形態では、温度感知素子１３０はガラス基板１２０上にパターニングされる抵抗素子から形成されるホイートストンブリッジ１３０である。
【００３７】
[46]図８Ａの第２のウエハー２１０を処理することによりＭＥＭＳデバイス３２１（図９）が形成される例示の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１が、第１の部分２２１と、第２の部分２２２と、第３の部分２２３とを有する。ＭＥＭＳデバイス３２１のための別の構成も可能である。一実施形態では、図９に示されるＭＥＭＳデバイス３２１上に温度感知素子または温度制御要素が存在しない。
【００３８】
[47]この実施形態の一実装形態では、第２のウエハー２１０の基板２１５が低ドープのＰタイプシリコン基板２２０であり、デバイス層２２０が高ドープのＰ＋＋シリコン層２２０である。第２のウエハー２１０がパターニングされてＤＲＩＥで処理され、それにより高ドープのＰ＋＋シリコン層２２０から例示のシリコンＭＥＭＳデバイス３２１が画定される（図９）。この実施形態の別の実装形態では、第２のウエハー２１０が半導体材料内に形成される。この実施形態の別の実装形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１が半導体以外の材料内に形成される。
【００３９】
[48]第２のウエハー２１０（図８Ａ）を処理することによりＭＥＭＳデバイス３２１（図９）が形成される別の例示の実施形態では、電気伝導性層１３５が第２のウエハー２１０（図８Ｂ）上に付着される。電気伝導性層１３５で被覆される第２のウエハー２１２が、後で説明するように任意選択の温度感知素子１３１および／または温度制御要素１３１（図９に任意選択的に示される）を備えるようにＭＥＭＳデバイス３２１をパターニングおよびエッチングすることを目的として、さらに処理される。この後者の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１上に少なくとも１つの回路が形成される。温度感知素子１３１は本明細書では温度読み出し要素１３１とも称される。温度感知素子１３１は抵抗素子であり、多くの異なる形態をとることができる。この実施形態の別の実装形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１の共振周波数は温度フィードバックを提供するように設計される。
【００４０】
[49]この実施形態の一実装形態では、電気伝導性層１３５が金属層である。この実施形態の別の実装形態では、電気伝導性層１３５が半導体層である。半導体デバイス層２２０をエッチングする前にＭＥＭＳ基板２１０上に電気伝導性層１３５を付着させてパターニングおよびエッチングするとき、ＭＥＭＳ構造の外部にある回路に対して温度制御要素１３１および／または温度感知素子１３１を通信可能に結合させるためのトレースラインも形成される。
【００４１】
[50]この実施形態の一実装形態では、温度制御要素１３１および温度感知素子１３１の一方または両方がホイートストンブリッジ１３１である。この実施形態の別の実装形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１はＭＥＭＳセンサ３２１である。例えば、ＭＥＭＳデバイス３２１はＭＥＭＳ慣性センサ３２１であってよく、加速度計３２１またはジャイロスコープ３２１のうちの１つまたは複数を有してよい。
【００４２】
[51]少なくとも１つの温度感知素子１３０または１３１が、図７に示される複合材料基板１２０、または、図９に示される第２のウエハー２１０上のＭＥＭＳデバイス３２１、の少なくとも一方の上に、それぞれ形成される。この実施形態の一実装形態では、少なくとも１つの温度制御要素１３０または１３１がさらに、図７に示される複合材料基板１２０、または、図９に示される第２のウエハー２１０上のＭＥＭＳデバイス３２１、の少なくとも一方の上に、形成される。この実施形態の別の実装形態では、温度制御要素１３０が図７に示される複合材料基板１２０上に形成され、温度感知素子１３１が図９に示される第２のウエハー２１０上のＭＥＭＳデバイス３２１上に形成される。この実施形態の別の実装形態では、温度感知素子１３０が図７に示される複合材料基板１２０上に形成され、温度制御要素１３１が図９に示される第２のウエハー２１０上のＭＥＭＳデバイス３２１上に形成される。この実施形態の別の実装形態では、温度感知素子１３０および温度制御要素１３０の両方が図７に示される複合材料基板１２０上に形成される。この実施形態の別の実装形態では、温度感知素子１３１および温度制御要素１３１の両方が図９に示される第２のウエハー２１０上のＭＥＭＳデバイス３２１上に形成される。
【００４３】
[52]図１０が、図５の複合材料基板１２０に接着された図９の処理された第２のウエハー２１１を示す。この例示の実施形態では、複合材料基板１２０の隆起エリア１２１および１２２がＭＥＭＳデバイス３２１の第１の部分２２１および第２の部分２２２にそれぞれ接着される（例えば、アノード接合される）。図１０に示されるように、温度感知素子１３０が複合材料基板１２０上に形成される。
【００４４】
[53]図１１〜１２は、本出願の一実施形態による、製造の種々の段階における一体化された熱的絶縁ステージ上のＭＥＭＳ構造の側断面図である。図１１に示されるように、図１０の構造が、本明細書では「シリコンハンドル」と称される低ドープのＰタイプシリコン２１５を除去（エッチングで除去）するように処理されている。低ドープのＰタイプシリコン２１５をエッチングしながらＭＥＭＳデバイス３２１の第１の部分２２１、第２の部分２２２および第３の部分２２３内に高ドープのＰ＋＋シリコンを維持するのに、化学腐食液（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｔｃｈａｎｔ）が使用される。
【００４５】
[54]図１２が、ガラス基板１２０内に埋め込まれる犠牲シリコン構造１１３がエッチングで除去されて、残ったガラス基板４２０がボイド３２９を有するようになった後の、図１１の構造を示す。ここでは、犠牲シリコン構造１１３があった場所がボイド３２９となっている。ボイド３２９は本明細書ではガラス基板４２０内の「切欠部３２９」とも称される。残ったガラス基板４２０がＭＥＭＳデバイス３２１に取り付けられる。取り付けられたＭＥＭＳデバイス３２１を備えるガラス基板４２０はＭＥＭＳ構造２５０と称される。ガラス基板４２０が、パッケージ／チップキャリアに対してＭＥＭＳ構造２５０を電気的に結合させるように構成される少なくとも１つの部位（例えば、ボンドパッド１３０）をさらに有する。
【００４６】
[55]図１３が、本出願の一実施形態による、パッケージ３５０上にあるＭＥＭＳ構造２５１の一実施形態の上面図を示す。ＭＥＭＳ構造２５１は、ガラス基板４２０がダイスカットされて複数のＭＥＭＳ構造２５１が形成された後の、形成されたチップ（ダイ）である。パッケージ３５０は本明細書ではチップキャリア３５０とも称される。図１４は、図１３のチップキャリア３５０上のＭＥＭＳ構造２５１の実施形態の第１の側断面図である。図１４の断面図が沿う平面が、図１３では断面線１４−１４によって示される。図１５は、図１３のチップキャリア３５０上のＭＥＭＳ構造２５１の実施形態の第２の側断面図である。図１５の断面図が沿う平面が、図１３では断面線１５−１５によって示される。
【００４７】
[56]図１３の上面図に示されるように、複合材料基板１２０（図１１）から第１の材料の犠牲構造１１０をエッチングで除去することによりガラス基板４２０内に形成されたボイド（切欠部）３２９が、サーマルアイソレーションステージ３２７と、少なくとも１つのガラスフレキシャ４０１と、ガラスフレーム３２８とを形成する。ＭＥＭＳデバイス３２１が、温度感知素子５１１をさらに支持するガラスのサーマルアイソレーションステージ３２７上に直接に構築される。サーマルアイソレーションステージ３２７が熱的絶縁用ガラスフレキシャ４０１によりガラスフレーム３２８に接続され、それにより、ＭＥＭＳデバイス３２１を能動的に温度制御するときの電力消費を最小するのに必要となる大きい熱抵抗が提供される。ガラスフレキシャ４０１の幅Ｗが狭いことで、サーマルアイソレーションステージ３２７上のＭＥＭＳデバイス３２１とガラスフレーム３２８との間の熱流量が低減される。
【００４８】
[57]ガラス基板４２０のサーマルアイソレーションステージ３２７の部分が図１４および図１５の断面図で破線の枠３２７によって示される。ガラス基板４２０のガラスフレーム３２８の部分が図１４および１５で破線の枠３２８によって示される。ガラスフレーム３２８がボンド２１４によりチップキャリア３５０に取り付けられる（図１４および１５）。
【００４９】
[58]図１３に示されるように、トレースライン１３４がＭＥＭＳデバイス３２１をボンドパッド１３２に通信可能に結合させる。ガラス基板４２０のガラスフレーム３２８が、ＭＥＭＳ構造２５１をパッケージ３５０上のボンド１３３に結合させるための少なくとも１つの部位（ボンドパッド１３２）を有する。複数のワイヤ１３６がボンドパッド１３２をパッケージ３５０上のボンドパッド１３３に電気的に結合させる。トレースライン１３４と、固定されたガラスフレーム３２８上のボンドパッド１３２とを介して、ＭＥＭＳデバイス３２１とパッケージ３５０上のボンドパッド１３３との間を電気信号が転送される。
【００５０】
[59]トレースライン１３４がガラスフレキシャ４０１を覆う。図１５では、ガラス基板４２０のガラスフレーム３２８を覆うトレースライン１３４の断面図が示される。トレースライン１３４がガラスフレキシャ４０１の幅Ｗ（図１３）より大幅に小さい幅を有することから、ＭＥＭＳデバイス３２１とガラスフレーム３２８との間でのトレースライン１３４を介する熱伝達は無視できる程度である。
【００５１】
[60]ＭＥＭＳ構造２５０内のＭＥＭＳデバイス３２１の構造および機能のために必要とされるようにＭＥＭＳ構造２５１がパッケージ化され得ることを当業者であれば認識されよう。ガラス基板４２０の熱伝導率が低いことを理由として、ＭＥＭＳデバイス３２１がパッケージ／チップキャリア３５０から熱的に絶縁される。これにより、ＭＥＭＳデバイス３２１を低電力で能動的に温度制御することが可能となる。
【００５２】
[61]このようにして、ガラス基板４２０に接着されたデバイス層２２０（図８Ａ）が、サーマルアイソレーションステージ３２７上に、ＭＥＭＳデバイス３２１および少なくとも１つの温度感知素子５１１を形成する。この実施形態の一実装形態では、ガラス基板４２０に接着されたデバイス層２２０（図８Ａ）がＭＥＭＳデバイス３２１さらには温度感知素子５１１を形成し、ここでは温度感知素子５１１がＭＥＭＳデバイス３２１の上にある。この実施形態の一実装形態では、温度感知素子５１１はホイートストンブリッジ５１１である。この実施形態の別の実施形態では、温度制御要素５１１はＭＥＭＳデバイス３２１上にあるホイートストンブリッジ５１１である。
【００５３】
[62]いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１が２つのガラス基板によって囲まれる。このようなＭＥＭＳ構造の実施形態が図１６〜１８に示される。図１６〜１８は例示のガラスフレキシャ４０１および５０１の種々の実施形態を示す。図１６が、ＭＥＭＳ構造３５１内でＭＥＭＳデバイス３２１を熱的に絶縁する第１のサーマルアイソレーションステージ３２７および第２のサーマルアイソレーションステージ５２７の実施形態を示す。図１７が、ＭＥＭＳ構造３５２内でＭＥＭＳデバイス３２１を熱的に絶縁する、第１のガラスフレキシャ４０１に取り付けられる第１のサーマルアイソレーションステージ３２７と、第２のガラスフレキシャ５０１に取り付けられる第２のサーマルアイソレーションステージ５２７との実施形態を示す。図１８が、ＭＥＭＳ構造３５３内でＭＥＭＳデバイス３２１を熱的に絶縁する、第１のガラスフレキシャ４０１に取り付けられる第１のサーマルアイソレーションステージ３２７と、第２のガラスフレキシャ５０１に取り付けられる第２のサーマルアイソレーションステージ５２７との別の実施形態を示す。
【００５４】
[63]図１６〜１８に示される実施形態は、第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造１１０と、ガラスとを含む第２の複合材料基板５２０を形成することを目的として、第２の固体ガラスウエハー１００を用いて第３の材料の第３のウエハーを処理することを必要とする。第２の複合材料基板５２０が、ＭＥＭＳデバイス３２１を有する第２のウエハー２１０に接着され、ここでは、ガラス基板４２０が第１のガラス基板４２０である。このようにして、図１６、１７または１８の各々のＭＥＭＳ構造３５１、３５２または３５３が、ＭＥＭＳデバイス３２１を形成するデバイス層２２０（図８Ａおよび８Ｂ）上に付着される第２のガラス基板５２０を有するようになる。ＭＥＭＳデバイス３２１は２つのサーマルアイソレーションステージ３２７および５２７（図１６〜１８）によって熱的に絶縁され、これらは各々が熱的絶縁用ガラスフレキシャ４０１および５０１をそれぞれ有する。これらの実施形態では、ＭＥＭＳデバイス３２１が第１のガラス基板４２０および第２のガラス基板５２０によって囲まれる。
【００５５】
[64]第２の固体ガラスウエハー１００を用いての第３の材料の第３のウエハーの処理は、第１の複合材料基板１２０を形成することを目的とした固体ガラスウエハー１００を用いての第１の材料の第１のウエハーの処理の場合において図１〜５を参照して上で説明したものと同じステップを含む。
【００５６】
[65]第２のガラス基板５２０が、埋め込み式犠牲構造１１３と、ＭＥＭＳデバイス３２１の領域２２１および２２３と接着するためのガラスの隆起エリア１２１および１２２と、相互接続部、ボンドパッド、電極、加熱のための抵抗器、および、温度読み出しのための抵抗器など、として機能するための要素１３０を形成するためにパターニングされた電気伝導性材料とをやはり含有する。第２のガラス基板５２０がウエハー２５０（図１２）に接着（例えば、アノード接合）され、それにより、接着されたウエハースタックが形成され、その一部分が、図１６、１７および１８のそれぞれにＭＥＭＳ構造３５１、３５２および３５３として示される。このようにして、ＭＥＭＳデバイス３２１がガラス内に包含される。
【００５７】
[66]この実施形態の一実装形態では、犠牲シリコン構造１１３をエッチングで取る前に、第２のガラス基板５２０がウエハー２５０（図１２）に接着され、それにより、接着されたウエハースタックが形成される。この場合、接着されたウエハースタック３２５（図１３）のガラスウエハー１２０および５２０内に埋め込まれた犠牲シリコン構造１１３を除去するのに、化学腐食液が使用される。ここでは、犠牲シリコン構造１１３があった場所が第２の複合材料基板５２０内の切欠部３２９となっている。この実施形態の別の実装形態では、犠牲シリコン構造１１３をエッチングで取った後で、第２のガラス基板５２０がウエハー２５０（図１２）に接着され、それにより、接着されたウエハースタックが形成される。
【００５８】
[67]本文献を読んで理解した当業者であれば、第２のガラスウエハーを用いて第３の材料の第３のウエハーを処理することにより第２のガラス基板５２０が形成され、それにより、第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む第２の複合材料基板が形成されることを理解するであろう。図１〜５に示されるように、第３の材料の層がエッチングされ、それにより少なくとも１つの犠牲構造１１０が形成される。少なくとも１つの犠牲構造１１０が、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャと、ＭＥＭＳデバイス３２１のための第２のサーマルアイソレーションステージ（例えば、図１７に示される５２７）とのためのモールドを画定する。
【００５９】
[68]第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造が、外部空気環境７５（例えば、圧力Ｐ１）未満の空気（例えば、圧力Ｐ２）中で第２のガラスウエハー１２５に接着される。第２のガラスウエハーがガラスの軟化温度を超えるように加熱され、それにより第２の修正されたガラスウエハー１１７（図４）が形成され、ここでは、第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造１１０がガラス内に埋め込まれる。第２の修正されたガラスウエハー１１７の第１の表面１２８および第２の表面１１２が研磨される。
【００６０】
[69]ウエハースタックをダイスカットした後、仕上げられたダイがパッケージ／チップキャリア３５０の中に接着される。ワイヤボンド１３６−１および１３６−２がボンドパッド１３２−１および１３２−２にそれぞれ取り付けられ（図１６）、それにより、必要に応じた、外部回路に対する電気接続部が完成する。第１のガラス基板４２０および第２のガラス基板５２０の熱伝導率が低いことを理由として、得られたＭＥＭＳデバイス３２１がパッケージ３５０（図１３）および外部環境から熱的に絶縁され、それによりＭＥＭＳデバイス３２１を低電力で能動的に温度制御することが可能となる。
【００６１】
[70]この実施形態の一実装形態では、第３のウエハーの第３の材料が第１のウエハーの第１の材料と同じである。この実施形態の別の実装形態では、第３の材料および第１の材料がシリコンである。
【００６２】
[71]他の実施形態では、サーマルアイソレーション特徴部分が、デバイスを収容するパッケージによって誘発される比較的高い温度からＭＥＭＳデバイスを絶縁するのに適する他の形状をとる。
【００６３】
[72]この実施形態の一実装形態では、熱的絶縁ステージ３２７および５２７が固定のアンカー（例えば、ダイの中央にあるアンカー）を包囲するかまたは取り囲み、ダイの一部分が固定され、したがってパッケージから熱的に絶縁されない。例えば、中央にあるダイの一部分が熱的に絶縁されず、対して、周囲部周りの（例えば、中央にあるダイの熱的に絶縁される部分を包囲する）領域が熱的に絶縁される。
【００６４】
[73]例示の実施形態
[74]実施例１が、熱的に絶縁される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造を製作するための方法を含み、この方法が、第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む複合材料基板を形成することを目的としてガラスウエハーを用いて第１の材料の第１のウエハーを処理することと、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することと、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子を形成することと、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャを形成することを目的として複合材料基板内の第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することとを含み、ここでは、ＭＥＭＳデバイスが、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャによりサーマルアイソレーションステージ上で熱的に絶縁され、少なくとも１つの温度感知素子がサーマルアイソレーションステージおよびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方のそれぞれの上にある。
【００６５】
[75]実施例２が実施例１の方法を含み、ここでは、複合材料基板を形成することを目的としてガラスウエハーを用いて第１の材料の第１のウエハーを処理することが、少なくとも１つの犠牲構造を形成することを目的として第１の材料の層をエッチングすることであって、少なくとも１つの犠牲構造が、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャおよびサーマルアイソレーションステージのためのモールドを画定する、ことと、外部周囲空気未満の空気中で第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をガラスウエハーに接着することと、ガラス内に第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造が埋め込まれるようになる修正されたガラスウエハーを形成することを目的としてガラスの軟化温度を超えるようにガラスウエハーを加熱することと、修正されたガラスウエハーの第１の表面を研磨することと、修正されたガラスウエハーの第２の表面を研磨することとを含む。
【００６６】
[76]実施例３が実施例２の方法を含み、ここでは、ガラスウエハーが第１のガラスウエハーであり、複合材料基板が第１の複合材料基板であり、この方法が、第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む第２の複合材料基板を形成することを目的として、第２のガラスウエハーを用いて第３の材料の第３のウエハーを処理することと、ＭＥＭＳデバイスを有する第２のウエハーおよび第１の複合材料基板の一方に第２の複合材料基板を接着することとをさらに含む。
【００６７】
[77]実施例４が実施例３の方法を含み、サーマルアイソレーションステージが第１のサーマルアイソレーションステージであり、修正されたガラスウエハーが第１の修正されたガラスウエハーであり、第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む第２の複合材料基板を形成することを目的として第２のガラスウエハーを用いて第３の材料の第３のウエハーを処理することが、少なくとも１つの犠牲構造を形成することを目的として第３の材料の層をエッチングすることであって、少なくとも１つの犠牲構造が、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャと、ＭＥＭＳデバイスのための第２のサーマルアイソレーションステージとのためのモールドを画定する、ことと、外部環境空気未満の空気中で第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造を第２のガラスウエハーに接着することと、ガラス内に第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造が埋め込まれるようになる第２の修正されたガラスウエハーを形成することを目的としてガラスの軟化温度を超えるように第２のガラスウエハーを加熱することと、第２の修正されたガラスウエハーの第１の表面を研磨することと、第２の修正されたガラスウエハーの第２の表面を研磨することとを含む。
【００６８】
[78]実施例５が実施例１〜４のいずれかの方法を含み、ここでは、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することが、第２の材料の層を複合材料基板上に付着させることと、第２の材料の層をパターニングおよびエッチングすることとを含む。
【００６９】
[79]実施例６が実施例１〜５のいずれかの方法を含み、ここでは、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することが、第２のウエハー上にＭＥＭＳデバイスを形成することを目的として第２の材料内で第２のウエハーを処理することと、第２のウエハーを複合材料基板に接着することとを含む。
【００７０】
[80]実施例７が実施例１〜６のいずれかの方法を含み、複合材料基板の研磨された第１の表面上に少なくとも１つの電気伝導性層を付着させることと、回路、回路要素、導電性相互接続部、ボンドパッド、電極、加熱のための抵抗器、および、温度読み出しのための抵抗器のうちの少なくとも１つを形成することを目的として少なくとも１つの電気伝導性層をパターニングおよびエッチングすることとをさらに含む。
【００７１】
[81]実施例８が実施例１〜７のいずれかの方法を含み、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度制御要素を形成することをさらに含み、ここでは、複合材料基板内で第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することで、少なくとも１つの温度制御要素がサーマルアイソレーションステージおよびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方のそれぞれの上に存在するようになる。
【００７２】
[82]実施例９が実施例１〜８のいずれかの方法を含み、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子を形成することが、複合材料基板の研磨された第１の表面の上に少なくとも１つの抵抗素子をパターニングすることを含み、ここでは、複合材料基板内で第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することで、少なくとも１つの温度感知素子がサーマルアイソレーションステージの上に存在するようになる。
【００７３】
[83]実施例１０が、熱的に絶縁される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）構造を製作するための方法を含み、この方法が、少なくとも１つの犠牲構造を形成することを目的として第１の材料の層をエッチングすることであって、少なくとも１つの犠牲構造が、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャと、ＭＥＭＳデバイスのためのサーマルアイソレーションステージとのためのモールドを画定する、こと、外部環境空気未満の空気中で第１の材料の層をガラスウエハーに接着すること、ガラス内に少なくとも１つの犠牲構造が埋め込まれるようになる修正されたガラスウエハーを形成することを目的としてガラスの軟化温度を超えるようにガラスウエハーを加熱すること、修正されたガラスウエハーの第１の表面を研磨すること、および、修正されたガラスウエハーの第２の表面を研磨することにより、少なくとも１つの埋め込み式犠牲構造を含有する複合材料基板を形成することと、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することと、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子を形成することと、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャおよびサーマルアイソレーションステージを形成することを目的として複合材料基板内の第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することであって、ＭＥＭＳデバイスがサーマルアイソレーションステージ上で熱的に絶縁される、こととを含む。
【００７４】
[84]実施例１１が実施例１０の方法を含み、ここでは、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することが、第２の材料の層を複合材料基板上に付着させることと、第２の材料の層をパターニングおよびエッチングすることとを含む。
【００７５】
[85]実施例１２が実施例１０〜１１のいずれかの方法を含み、第２の材料内にＭＥＭＳデバイスを形成することが、ＭＥＭＳデバイスを形成することを目的として第２の材料内で第２のウエハーを処理することを含み、この方法が、複合材料基板の研磨された第１の表面上に隆起エリアを形成することと、複合材料基板の隆起エリアに第２のウエハーを接着することとをさらに含む。
【００７６】
[86]実施例１３が実施例１２の方法を含み、ここでは、複合材料基板が第１の複合材料基板であり、この方法が、第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造と、ガラスとを含む第２の複合材料基板を形成することを目的として第３の材料の第３のウエハーを処理することと、処理された第３のウエハーを、ＭＥＭＳデバイスを有する第２のウエハーに接着することとをさらに含む。
【００７７】
[87]実施例１４が実施例１３の方法を含み、ここでは、モールドが第１のモールドであり、ガラスウエハーが第１のガラスウエハーであり、修正されたガラスウエハーが第１の修正されたガラスウエハーであり、サーマルアイソレーションステージが第１のサーマルアイソレーションステージであり、またここでは、第２の複合材料基板を形成することを目的として第３の材料の第３のウエハーを処理することが、少なくとも１つの犠牲構造を形成することを目的として第３の材料の層をエッチングすることであって、少なくとも１つの犠牲構造が、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャと、ＭＥＭＳデバイスのための第２のサーマルアイソレーションステージとのための第２のモールドを画定する、ことと、外部環境空気未満の空気中で第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造を第２のガラスウエハーに接着することと、ガラス内に第３の材料の少なくとも１つの犠牲構造が埋め込まれるようになる第２の修正されたガラスウエハーを形成することを目的としてガラスの軟化温度を超えるように第２のガラスウエハーを加熱することと、第２の修正されたガラスウエハーの第１の表面を研磨することと、第２の修正されたガラスウエハーの第２の表面を研磨することとをさらに含む。
【００７８】
[88]実施例１５が実施例１０〜１４のいずれかの方法を含み、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度感知素子を形成することが、複合材料基板の研磨された第１の表面の上に少なくとも１つの抵抗素子をパターニングおよびエッチングすることであって、複合材料基板内で第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することで、少なくとも１つの温度感知素子がサーマルアイソレーションステージの上に存在するようになる、ことと、ＭＥＭＳデバイス上で少なくとも１つの温度感知素子をパターニングおよびエッチングすることと、のうちの少なくとも１つを含む。
【００７９】
[89]実施例１６が実施例１０〜１５のいずれかの方法を含み、複合材料基板およびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上に少なくとも１つの温度制御要素を形成することをさらに含む。
【００８０】
[90]実施例１７が実施例１０〜１６のいずれかの方法を含み、複合材料基板の研磨された第１の表面上に少なくとも１つの電気伝導性層を付着させることと、回路、回路要素、導電性相互接続部、ボンドパッド、電極、加熱のための抵抗器、および、温度読み出しのための抵抗器のうちの少なくとも１つを形成することを目的として少なくとも１つの電気伝導性層をパターニングおよびエッチングすることとをさらに含む。
【００８１】
[91]実施例１８が微小電気機械（ＭＥＭＳ）構造を含み、この微小電気機械（ＭＥＭＳ）構造が、第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造およびガラスを含む複合材料基板から第１の材料の少なくとも１つの犠牲構造をエッチングで除去することによりボイドを有する、複合材料基板であって、ＭＥＭＳ構造をパッケージに結合させるように構成される少なくとも１つの部位をさらに有する、複合材料基板と、複合材料基板に取り付けられるデバイス層であって、ＭＥＭＳデバイスを有し、ここでは、少なくとも１つの熱的絶縁用ガラスフレキシャにより熱的に絶縁されるサーマルアイソレーションステージがＭＥＭＳデバイスを支持する、デバイス層と、サーマルアイソレーションステージおよびＭＥＭＳデバイスの少なくとも一方の上にある少なくとも１つの温度感知素子とを備える。
【００８２】
[92]実施例１９が実施例１８のＭＥＭＳ構造を含み、複合材料基板をパッケージに結合させる複数のボンドをさらに有し、ここでは、ＭＥＭＳ構造をパッケージに結合させるように構成される少なくとも１つの部位が、複合材料基板内のガラスフレームに結合される複数のバンプボンドを有する。
【００８３】
[93]実施例２０が実施例１８〜１９のいずれかのＭＥＭＳ構造を含み、ここでは、複合材料基板が第１の複合材料基板であり、ＭＥＭＳ構造がデバイス層上に配置される第２の複合材料基板をさらに有し、ここでは、サーマルアイソレーションステージ上のＭＥＭＳデバイスが第１の複合材料基板および第２の複合材料基板によって囲まれる。
【００８４】
[94]本明細書では特定の実施形態を例示して説明してきたが、同じ目的を達成するように計算される任意の構成が、示される特定の実施形態と置き換えられ得ることを当業者であれば認識するであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲およびその均等物のみによって限定されることを明確に意図される。
【符号の説明】
【００８５】
７５  外部環境空気
１００  第１の材料の第１のウエハー
１０５  ウエハースタック
１０８  第１の材料の層
１０９  ベース部分
１１０  犠牲構造
１１１  表面
１１２  表面
１１３  埋め込み式犠牲特徴部分
１１５  パターニングされた第１のウエハー
１１６  キャビティ
１１７  修正されたガラスウエハー
１１８  改善されたガラスウエハー
１１９  表面
１２０  複合材料基板
１２１  隆起エリア
１２２  隆起エリア
１２３  エッチングされた複合材料基板の表面
１２４  バンプ
１２５  ガラスウエハー
１２６  表面
１２７  表面
１２８  表面
１２９  犠牲シリコン構造の端部
１３０  要素
１３１  温度感知素子、温度制御要素
１３２  ボンドパッド
１３２−１  ボンドパッド
１３２−２  ボンドパッド
１３３  ボンドパッド
１３４  トレースライン
１３５  電気伝導性層
１３６  ワイヤ
１３６−１  ワイヤボンド
１３６−２  ワイヤボンド
２１０  第２のウエハー
２１１  処理された第２のウエハー
２１２  電気伝導性層で被覆される第２のウエハー
２１４  ボンド
２１５  基板
２２０  デバイス層
２２１  第１の部分
２２２  第２の部分
２２３  第３の部分
２５０  ＭＥＭＳ構造
２５１  ＭＥＭＳ構造
３２１  ＭＥＭＳデバイス
３２５  接着されたウエハースタック
３２７  サーマルアイソレーションステージ
３２８  ガラスフレーム
３２９  ボイド
３５０  パッケージ／チップキャリア
３５１  ＭＥＭＳ構造
３５２  ＭＥＭＳ構造
３５３  ＭＥＭＳ構造
４０１  ガラスフレキシャ
４２０  残ったガラス基板
５０１  ガラスフレキシャ
５１１  温度感知素子、温度制御要素
５２０  第２の複合材料基板
５２７  第２のサーマルアイソレーションステージ
【図１】
2016215366.tif 000003
【図２】
2016215366.tif 000004
【図３】
2016215366.tif 000005
【図４】
2016215366.tif 000006
【図５】
2016215366.tif 000007
【図６】
2016215366.tif 000008
【図７】
2016215366.tif 000009
【図８】
2016215366.tif 000010
【図９】
2016215366.tif 000011
【図１０】
2016215366.tif 000012
【図１１】
2016215366.tif 000013
【図１２】
2016215366.tif 000014
【図１３】
2016215366.tif 000015
【図１４】
2016215366.tif 000016
【図１５】
2016215366.tif 000017
【図１６】
2016215366.tif 000018
【図１７】
2016215366.tif 000019
【図１８】
2016215366.tif 000020
【外国語明細書】
2016215366000001.pdf