(57)【要約】  気密キャビティ内に封入されることが望ましくかつキャビティの気密性を損なわずにキャビティの外部への少なくとも単一または複数の電気リード線の送出を必要とするＭＥＭＳ構造のためのウェハレベルのパッケージング方法を提供する。リード線送出が、封入されたキャビティを作り出すために同じ作製ステップ内でキャップ基板上にパターニングされる垂直フィードスルーを使用して達成される。更に、垂直フィードスルーとこれらのフィードスルーに達するビア開口部の構造は、従来のワイヤボンディングが、このビア開口部内部への導体充填の必要なしに、垂直フィードスルーを外界に接続するのに十分であるように構成される。方法は、薄膜金属および合金などのさまざまなシール材料を使用する低温熱圧着に基づく接合／シール工程、ならびにまた、シリコン−ガラス陽極接合工程またはシリコン−シリコン融解接合工程に適合する。【選択図】図１Ａ−１Ｄ
2017504490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳ部品（４）のウェハレベル気密パッケージング方法であって、
ＭＥＭＳ部品（４）と、前記ＭＥＭＳ部品（４）の「導電性リード線」と、前記ＭＥＭＳ部品（４）のいくつかの部分を前記基板の表面から所定のオフセットで保持するアンカー（１０）と、前記ＭＥＭＳ部品（４）と前記「導電性リード線」とを完全に包囲するシール領域（１２）と、を有する第１の基板（２）を用意することと、
前記基板の第１のシリコン層（１８）を使用して形成された複数の垂直フィードスルー（２８）と、前記基板の前記第１のシリコン層（１８）を使用して形成されるとともに、前記垂直フィードスルー（２６）を完全に包囲するシール壁（２６）と、前記基板の第２のシリコン層（２２）および埋め込み酸化物層（２０）を使用して形成されるとともに、前記シール壁（２６）によって包囲された前記領域を上から完全にカバーするルーフ（３２）と、前記基板の前記第２のシリコン層（２２）および埋め込み酸化物層（２０）を使用して形成されるとともに、前記ルーフ（３２）を貫通して前記垂直フィードスルー（２８）の上面に達する複数のビア開口部（２４）と、前記シール壁（２６）と前記ルーフ（３２）とにより包囲されたキャビティ（３０）と、を有する第２の基板（１６）を用意することと、
前記第１の基板（２）上の前記ＭＥＭＳ部品（４）が、前記第１の基板（２）と前記第２の基板（１６）の前記キャビティ（３０）とにより画定された密閉容積内に封入されるように、前記第１の基板（２）の前記シール領域（１２）を前記第２の基板（１６）の前記シール壁（２６）に接合すると同時に、前記第１の基板（２）上の前記「導電性リード線」を前記第２の基板（１６）上の前記対応する垂直フィードスルー（２８）に接合することと、
前記第２の基板（１６）上の前記ビア開口部（２４）に露出される前記垂直フィードスルー（２８）の露出表面上にワイヤボンディングパッド（３８）を形成することと、
絶縁層（５８）が前記キャップ基板（１６）の前記露出表面をカバーする前記キャップ基板（１６）上に堆積され、前記垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得るために、前記ビア開口部（２４）が電気導体（６０）で充填されることと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記第２の基板（１６）が、第１のシリコン層（１８）と、第２のシリコン層（２２）と、前記第１のシリコン層（１８）と前記第２のシリコン層（２２）との間に挟まれた埋め込み酸化物層（２０）とを備えるＳＯＩ基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の基板（１６）が、前記キャビティ（３０）に面する前記ルーフ（３２）の底面にコートされたゲッター材料（３４）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の基板（２）若しくは前記第２の基板（１６）のいずれか一方またはその両方が、ＣＭＯＳまたは類似のＩＣ作製工程を経て作製された集積回路を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シール領域（１２）はガラス製であり、前記シール領域（１２）若しくは前記シール壁（２６）またはその両方が、それらの上にシール材料（１４）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
接合が、共晶接合または過渡液相接合を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記シール領域（１２）も前記シール壁（２６）もそれらの上にシール材料（１４）を含まない、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
接合が、シリコン−ガラス陽極接合を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記シール領域（１２）はシリコン製である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記シール領域（１２）若しくは前記シール壁（２６）のいずれか一方またはその両方が、それらの上にシール材料（１４）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
接合が、共晶接合または過渡液相接合を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記シール領域（１２）も前記シール壁（２６）もそれらの上にシール材料（１４）を含まない、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
接合が、シリコンフュージョンボンディングを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
「前記垂直フィードスルーの露出表面」から電気接触を得るために、「電気導体」が、前記「第２の基板」上の前記「ビア開口部」内に充填される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密（ハーメチック）キャビティ内に封入される必要がありかつキャビティの気密性を損なわずに単一または複数の電気リード線がキャビティの外部に送出される微細構造のウェハレベルパッケージングの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、家電市場から自動車および更には軍用電子製品に至るまでさまざまな用途で使用される最先端のトランスデューサ、センサ、アクチュエータ、共振器などの開発を可能にする。ＭＥＭＳ製品は、従来の電気機械システムと比較して、より低コスト、大量バッチ作製に対するより良好な適合性、省スペース要件、およびより高い信頼性といった利点を提供する。ＭＥＭＳ製品のコアは、物理信号、化学信号、生体信号などを電気信号に変換する精密に微細加工された電気機械部品を含む。これらの微細加工部品のいくつかは、ガス流量センサまたは圧力センサと同じように、外界と直接物理的に接触しなければならない。一方で、限定されるものではないが、慣性センサ、共振器、および赤外線検出器を含む、多種多様な微細加工部品は、それら微細加工部品を動作させる周囲環境の雰囲気から隔離されなければならない。この隔離は、「微細加工部品のための制御された動作雰囲気を形成すること」と「固体、液体および／若しくはガス汚染、湿度、ならびに／または圧力変動を含む様々な要因の悪影響からこれらのとても小さな部品を保護すること」の両方のために必要である。周囲環境からの微細加工部品の隔離は、ハーメチックシールされたパッケージ内に微細加工部品を封入することにより簡単に達成される。
【０００３】
ＭＥＭＳ部品をパッケージングする先の例では、作製された全てのＭＥＭＳ部品のハーメチックシールが個別に達成されるが、これら例では、労力および時間の増大ならびに工程歩留まりおよび信頼性の低下のためパッケージングコストが増大する。明らかで、より良好な代替案は、ＭＥＭＳ部品をウェハレベルでシールすることであり、労力および時間ならびに工程歩留まりおよび信頼性を最小限に抑えることによりパッケージングコストを大幅に低減する。ウェハレベルパッケージングとは、典型的には、パッケージングされるＭＥＭＳ部品を含むセンサウェハの上にキャップ要素（層またはウェハのいずれか）を形成するウェハレベルのＭＥＭＳ加工技術を使用することを指す。このように、センサウェハ上に位置する全てのＭＥＭＳ部品を同時に封入することができる。しかしながら、封入は、パッケージング工程の前半部分だけであり、これに対して、後半部分は、封入の気密性を低下させずに、封入されたＭＥＭＳ部品の導電性リード線を外界に送出することのみである。
【０００４】
リード線送出のための技術を含むＭＥＭＳ部品のウェハレベルの封入のためのさまざまな方法が従来技術で報告されている。キャップウェハとセンサウェハとの間のシール材料として、ガラスフリットの使用（封入されたＭＥＭＳ部品のリード線が、センサウェハの表面を通して横方向に送出され、かつガラスフリット材料の下にステップ高さ（適切にシールしなければならない）を生じさせる）が従来技術でよく知られている。ガラスフリットが焼成後に典型的には２５μｍを超える厚みを有するので、最大で数マイクロメートルのステップ高さをガラスフリット材料でシールすることは、重大な問題ではない。一方で、ガラスフリット接合に必要とされる温度が４３０°Ｃを超えることが、ＭＥＭＳ部品に使用可能な適合する材料の数を制限するだけでなく、高いパッケージング応力をもたらす場合もある。その上、ガラスフリットは、封入されたキャビティ内部で自由に移動するフリット粒子を生じさせ、ＭＥＭＳ部品を汚染する危険性を有する圧膜ペーストであり、これによって、パッケージング歩留まりと長期信頼性の両方が低減される場合がある。最後に、ガラスフリットの気密性は、シール材料として使用される金属系合金と比較してより悪化することが知られている。
【０００５】
従来技術における別の方法は、シール材料としての金属系合金（Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｇｅ、Ｓｉ−Ａｕなど）の使用である。これらの合金は、一般にガラスフリットと比較してより良好な気密性を提供するとともに、さまざまな合金材料および組成物に対して典型的には２００℃〜４００℃の範囲でのより低いプロセス温度が必要とされる。しかしながら、これらのシール材料は、導電性であるが、追加の絶縁層をリード線とシール材料との間に使用しない場合には、リード線がシール領域を通して送出されることができない。この絶縁層があっても、金属系シール材料は依然として、シール領域の下を通るリード線により生じるステップ高さを覆うことができなければならず、これには、典型的に数ミクロン以上のシール材料の厚みを必要とする。このような厚みは、機械的応力の増大およびより厚い金属層のコストのため金属合金系シール材料には望ましくない。
【０００６】
従来技術の他の例では、リード線は、センサウェハの表面に対して垂直に加工される導電性フィードスルーパターンを使用して外界に送出される。このように、リード線がシール領域を横断しない経路を通して外界に送出される場合、リード線がシール領域の下にステップ高さを生じさせないので、ＭＥＭＳ部品をシールするために、より薄肉のシール材料を使用することができる。また、垂直フィードスルーを実装することにより、センサ若しくはキャップウェハ、またはその両方を作製するために使用される工程のステップの複雑さまたはステップ数が増大する。垂直フィードスルー工程に関する困難の１つは、シールおよびリード線送出を同じステップで達成することであり、これには、シール材料、センサリード線、シール領域、垂直フィードスルーの厚みの正確な制御が必要となる。いくつかのこれらのパラメータ間の任意のオフセットが、「成功したリード線送出のない適切に封入されたキャビティ」または「封入されたキャビティのない成功したリード線送出」をもたらしてもよい。垂直フィードスルーを使用するいくつかの従来技術に関する別の困難は、ビア開口部へ導電性材料をボイドなしで気密充填することであり、この導電性材料が垂直フィードスルーを形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
要するに、金属合金系シール材料を使用することにより、または更にはシール材料を全く必要としないいくつかのよく知られている方法により、ＭＥＭＳ部品のハーメチックシールを達成する方法を開発することが望ましい。その上、この方法は、複雑なビア充填（ビアフィル）、トレンチ充填（トレンチリフィル）、または同様の堆積に基づく技術を必要とせずに、よく知られているＭＥＭＳエッチング工程により形成される垂直フィードスルーパターンを使用してリード線送出を可能にするべきである。上述の特徴を有する方法は、「高温シール工程」および「垂直フィードスルーパターンを充填すること」の両方を排除し、工程歩留まり、信頼性、および異なるセンサ工程に対する適合性を改善し、その一方でパッケージングコストを大幅に低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、リード線送出用の垂直フィードスルーを用いたウェハレベルハーメチックシール工程の方法を提供し、この方法は、垂直フィードスルービア開口部内部への充填を必要としないばかりでなく、低温接合／シール（封止）工程に適用可能であり、ハーメチックシール（気密封止）とリード線送出の両方の非常に簡単な方式を提供する。本発明の少数の実施形態が開示されており、それら実施形態のいくつかは、「シール材料の必要性を排除する」または「シールされたＭＥＭＳ構造の作製に必要とされる工程ステップ数を最小限に抑える」といった利点を提供する。本発明のために４つの例示的な実施形態が開示されているが、本発明の範囲および精神の範囲内においてより多くのことを開示することができる。
【０００９】
本発明で説明する方法は２つの基板の接合（ボンディング）を必要とし、それら基板の一方が、シールされるＭＥＭＳ部品を含み、かつセンサ基板と呼ばれる。第２の基板は、キャップ基板と呼ばれ、ハーメチックシールするためにかつセンサ基板上に配置されたＭＥＭＳ部品のリード線送出のためにも使用される。センサ基板の作製は、数ミクロンのオフセットで基板表面に懸架されるシリコン微細構造を作り出すことを目的とする、従来技術で説明されるさまざまな方法を使用することにより達成することができる。センサ基板、キャップ基板またはその両方の基板は、ＣＭＯＳまたは同様の作製工程を経て作製された集積回路も含んでいてもよい。
【００１０】
本発明の別の実施形態において、センサ基板の作製は、当業者によく知られている任意の標準のＭＥＭＳまたはＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ工程を使用することにより達成することができる。これらの工程は、異なる表面微細加工法およびバルク微細加工法を含んでもよく、かつ、限定されるものではないが、シリコン、ＳＯＩ、ガラス、またはＣＭＯＳを含む異なるセンサ基板を利用してもよい。本発明により開示するパッケージング方法は、本発明の例示的な実施形態で説明するように、多くの異なるセンサ基板構造に適用できる。
【００１１】
本発明のキャップウェハの作製には、単に単純なシリコンエッチングおよび薄膜堆積／エッチング技術だけを使用することによる、ＳＯＩウェハまたは類似の構造を有するウェハの両面パターニングが必要となる。キャップウェハの第１の面をエッチングすることにより、「ＭＥＭＳ部品が封入されるキャビティ（空洞）」と、「キャビティ内部に封入されるＭＥＭＳ部品の導電性リード線に面する垂直フィードスルーパターン」とが同時に形成される。キャップウェハの第２の面をエッチングすることにより、「外界に面する垂直フィードスルーパターンの表面」に達する「ビア開口部」が形成される。本発明の異なる実施形態では、キャップウェハの単一面または両面上に、堆積箇所に応じて、シール材料、ゲッター材料、またはワイヤボンディングパッドとしての役割を果たす金属層を堆積し、パターニングすることも可能である。
【００１２】
本発明で説明する方法の利点を以下に列挙する。
ａ．本発明は、キャップ基板上での「封入キャビティ」と「垂直フィードスルー」の両方の同時パターニングを利用して、キャップ基板の作製工程を簡略化する。
ｂ．本発明は、キャップ基板上に作製された垂直フィードスルーパターンに達するビア開口部を充填する必要性を排除する。これらのビアを開けることが、シール領域を傷付けたり、封入されたキャビティの気密性に影響を与えたりすることはない。
ｃ．本発明は、薄膜金属および合金などのさまざまなシール材料を使用する低温熱圧着に基づく接合／シール工程、および、実施形態のいくつかでは、接合／シールのためにいかなるシール材料もセンサ上にもキャップ基板上にも堆積する必要はない、シリコン−ガラス陽極接合工程またはシリコン−シリコンフュージョンボンディング工程に適用できる。
ｄ．本発明の実施形態のいくつかでは、センサ基板のシール領域上に意図的に配置される、センサ基板の金属層をシール材料として使用することが可能である。シール材料が導電性であるならば、所望により異なるシール材料も使用できるが、このことは、キャップ基板上にパターニングされる追加のシール材料の必要性を排除する。
ｅ．本発明は、シール領域およびＭＥＭＳ部品の導電性リード線が±１μｍ未満の公差で互いに対して同一のオフセットレベルで配置されるほとんどのセンサ基板にも適用できる。これはまた、ＣＭＯＳまたは同様の工程を経て作製されかつ集積回路を含むセンサ基板にも有効である。
ｆ．本発明は、開示の方法がシール領域にステップ高さを確保しないので、サブミクロンの厚みのシール材料の使用を可能にする。
ｇ．本発明は、ワイヤボンディングパッドを形成するために堆積される金属層の追加のパターニングステップを不要にする。このことは、キャップ基板のシリコン層および酸化物層をそれぞれシャドウマスクおよび分離層として利用することにより達成される。
ｈ．本発明の実施形態の１つでは、ハーメチックシールされたキャビティ内に封入された懸架されたＭＥＭＳ部品の完全な作製には、リソグラフィステップが３つだけ必要となる。
ｉ．工程ステップ数の低減およびよく知られているＭＥＭＳ堆積／エッチング／接合工程以外の複雑な工程の排除により、信頼性および歩留まりが高まるとともに、本発明の方法によって、ハーメチックシールされたＭＥＭＳ部品を製造するコストが低下する。
ｊ．本発明は、センサ、キャップ基板またはその両方としての役割を果たすＣＭＯＳウェハに適用できる。
ｋ．本発明は、ビア開口部内部での導体充填工程に適用できるが、導体充填工程が本発明のために垂直フィードスルーから電気接触を得る唯一の方式ではない。その上、導体充填工程は、充填工程が開示のパッケージング方法のシールされたキャビティの気密性に影響を及ぼさないので、本発明のためにビア開口部を気密に充填する必要がない。
【００１３】
本発明を更に詳細に解説するために、以下の図を用意し、本明細書に添付している。それら図の一覧および定義を以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１−４】図１、図２、図３および図４は、それぞれ、本発明で提示する方法の４つの異なる実施形態を説明している。
【図１Ａ】ＭＥＭＳ部品（４）、金属リード線（６）、リード線支持体（８）、ＭＥＭＳ部品（４）のアンカー（１０）、シール領域（１２）およびシール領域（１２）上に配置されたシール材料（１４）を備えた、第１の基板（２）を示す。
【図１Ｂ】図１ＡのＭＥＭＳ部品（４）用のキャップ基板を作製するために使用される、第２の基板（１６）を示す。
【図１Ｃ】埋め込み酸化物層（２０）に達するまで図１Ｂのキャップ基板（１６）の第１のシリコン層（１８）を単にエッチングすることによりシール壁（２６）および垂直フィードスルー（２８）を同時にパターニングすることを示す。
【図１Ｄ】ＭＥＭＳ部品（４）が密閉キャビティ（３０）内に完全に封入されるように、シール材料（１４）を使用してキャップ基板（１６）のシール壁（２６）に接合されたセンサ基板（２）のシール領域（１２）を示す。
【図２Ａ】ＭＥＭＳ部品（４）、金属リード線（６）、リード線支持体（８）、ＭＥＭＳ部品（４）のアンカー（１０）、遮蔽金属（４２）、およびシール領域（１２）を備えた、第１のセンサ基板（２）を示す。
【図２Ｂ】第２の基板（１６）が追加の犠牲導体層（４４）を含むことを除いて、図１Ｃの基板とほぼ同一である第２の基板（１６）（すなわち、キャップ基板）を示す。
【図２Ｃ】ＭＥＭＳ部品（４）が密閉キャビティ（３０）内に完全に封入されるように、いかなるシール材料も使用せずにキャップ基板（１６）のシール壁（２６）に陽極接合されたセンサ基板（２）のシール領域（１２）を示す。
【図２Ｄ】図２Ｃの犠牲導体層（４４）を除去し、ビア開口部（２４）内の埋め込み酸化物を除去し、かつ（ワイヤボンド（４０）が接続される）垂直フィードスルー（２８）の露出表面（３６）上にワイヤボンディングパッド（３８）を最終的に形成した後の図２Ｃの接合されたウェハ対を示す。
【図３Ａ】ＭＥＭＳ部品（４）、金属リード線（６）、シリコンリード線（４６）、ＭＥＭＳ部品（４）のアンカー（１０）およびシール領域（１２）を備えた、第１のセンサ基板（２）を示す。
【図３Ｂ】第２の基板（１６）が、シール壁（２６）と垂直フィードスルー（２８）の両方の底面上に堆積される、追加のシール材料（４８）を含むことを除いて、図１Ｃのキャップ基板とほぼ同一である第２の基板（１６）（すなわち、キャップ基板）を示す。
【図３Ｃ】ＭＥＭＳ部品（４）が密閉キャビティ（３０）内に完全に封入されるように、シール材料（複数可）（４８）を使用して互いに接合されたセンサ基板（２）およびキャップ基板（１６）を示す。
【図４Ａ】ＭＥＭＳ部品（４）、ＭＥＭＳ部品（４）のシリコンリード線（４６）、およびシール領域（１２）を備えた第１の基板（５０）を示す。
【図４Ｂ】シール壁（２６）を介してセンサ基板（５０）のシール領域（１２）にかつ垂直フィードスルー（２８）を介してシリコンリード線（４６）に接合された、図１Ｃのキャップ基板と同一である、第２の基板（１６）を示す。
【図５】垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得るために使用されるワイヤボンディング技術の代替案として、本発明のパッケージング方法に適用されるビア充填技術を示している。
【符号の説明】
【００１５】
図における要素（特徴／部品／部分）の定義
本発明をより良く解説するために用意される図に網羅される特徴／部品／部分の定義は、別々に番号が付され、以下の通りである。
２    ガラス下地で作られた第１の（センサ）基板
４    ＭＥＭＳ部品
６    ＭＥＭＳ部品の金属リード線
８    ＭＥＭＳ部品用のリード線支持体
１０  ＭＥＭＳ部品のアンカー
１２  シール領域
１４  センサ基板上に配置されたシール材料
１６  第２の（キャップ）基板
１８  第２の（キャップ）基板の第１のシリコン層
２０  第２の（キャップ）基板の埋め込み酸化物層
２２  第２の（キャップ）基板の第２のシリコン層
２４  ビア開口部
２６  シール壁
２８  垂直フィードスルー
３０  キャビティ
３２  キャビティのルーフ（屋根）
３４  ゲッター材料
３６  ビア開口部内部の垂直フィードスルーの露出表面
３８  ワイヤボンディングパッド
４０  ワイヤボンド
４２  遮蔽金属層
４４  犠牲導体層
４６  シリコンリード線
４８  キャップ基板上に配置されたシール材料
５０  ＳＯＩウェハで作られた第１の（センサ）基板
５２  第１の（センサ）基板の埋め込み酸化物層
５４  オフセットギャップ
５６  第１の（センサ）基板の下地シリコン層
５８  第２の（キャップ）基板の絶縁層
６０  リード線送出のためにビア開口部内に充填された電気導体
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、簡単に繰り返しが可能で、高い歩留まりで、信頼性が高くかつ低コストのウェハレベル気密パッケージング方法であって、ＭＥＭＳ構造に適用可能な方法を提供することを目指す。本発明の範囲および精神はこれらの実施形態により開示される特定の形態に限定されるものではないが、本発明は、少数の例示的な実施形態によって説明される。
【００１７】
図１Ａは、ＭＥＭＳ部品（４）、金属リード線（６）、リード線支持体（８）、ＭＥＭＳ部品（４）のアンカー（１０）、シール領域（１２）およびシール領域（１２）上に配置されたシール材料（１４）を備えた、第１の基板（２）を示している。基板（２）の下地は、ホウケイ酸ガラスまたはパイレックス（登録商標）などのガラスで作ることができ、当業者に知られている適切なマスキング層およびエッチング液を使用する基板表面のエッチングにより、アンカー（１０）、リード線支持体（８）、およびシール領域（１２）を同時に形成する。アンカー（１０）は、ＭＥＭＳ部品（４）のいくつかの部分と基板のエッチングされた表面との間に数ミクロンオーダのオフセットを生じさせる。このように、基板（２）の表面部分に接触していないＭＥＭＳ部品（４）の部分を懸架されたものと見なすことができる。金属リード線（６）およびシール材料（１４）は、同じ種類の材料を使用して、同じ作製ステップで形成することができ、かつ金属リード線（６）およびシール材料（１４）は、同一の厚みを有してもよい。金属リード線（６）の一端部は、ＭＥＭＳ部品（４）の固定された（懸架されていない）端部とアンカー（１０）との間に挟まれ、その一方で、リード線（６）の他端部がリード線支持体（８）上に部分的に載っている。リード線支持体（８）およびシール領域（１２）は、平面に対して±１μｍ未満のオフセット公差で同一平面上にある。第１の基板（２）は、以後、センサ基板とも呼ばれる。
【００１８】
図１Ｂは、図１ＡのＭＥＭＳ部品（４）用のキャップ基板を作製するために使用される、第２の基板（１６）を示している。第２の基板（１６）は、導電性の第１のシリコン層（１８）と、埋め込み酸化物層（２０）と、導電性の第２のシリコン層（２２）とで構成されたＳＯＩ基板とすることができる。ビア開口部（２４）は、第２のシリコン層（２２）の、マスクを用いた貫通エッチング、そして、ビア開口部（２４）を通して第１のシリコン層（１８）の上面の限られた部分に達する、ビア開口部（２４）内部に配置された埋め込み酸化物層（２０）のブランクエッチングまたはマスクを用いたエッチングによりパターニングされている。
【００１９】
図１Ｃは、埋め込み酸化物層（２０）に達するまで図１Ｂのキャップ基板（１６）の第１のシリコン層（１８）を単にエッチングすることによりシール壁（２６）および垂直フィードスルー（２８）を同時にパターニングすることを示している。シール壁（２６）は垂直フィードスルー（２８）とキャビティ（３０）の両方を完全に取り囲み、これに対して、キャビティ（３０）の上部も、キャビティ（３０）のためのルーフ（３２）を形成する、図１Ｂのキャップ基板の第２のシリコン層（２２）の残り部分および埋め込み酸化物層（２０）により完全に閉鎖されている。キャビティ（３０）に面するルーフ（３２）の底面上にゲッター材料（３４）をコート（被覆）することが可能である。ゲッター材料（３４）は、ＭＥＭＳ部品をシールした後にキャビティ（３０）内部の不要なガスを吸収できる、薄膜金属層とすることができ、かつ別途用意されたシャドウマスクを使用することにより堆積することができる。
【００２０】
図１Ｄは、ＭＥＭＳ部品（４）が密閉キャビティ（３０）内に完全に封入されるようにシール材料（１４）を使用してキャップ基板（１６）のシール壁（２６）に接合されたセンサ基板（２）のシール領域（１２）を示している。接合工程は熱圧着に基づく工程とすることができ、この工程は、接合界面においてＡｕ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉなどの合金を形成する。接合工程は、密閉キャビティ（３０）内に封入されるＭＥＭＳ部品（４）のための所望の雰囲気を決定する、希ガスまたは真空などの制御された雰囲気下で行うことができる。接合工程の間に、キャップ基板（１６）上の垂直フィードスルー（２８）も、リード線支持体（８）上に載っている金属リード線（６）を中間接合材料として使用して、センサ基板（２）上のリード線支持体（８）に接合される。それゆえ、リード線支持体（８）上に載る、金属リード線（６）の一部は、リード線支持体（８）と垂直フィードスルー（２８）との間に挟まれ、垂直フィードスルー（２８）に電気的に短絡している。このように、ＭＥＭＳ部品（４）の金属リード線（６）は、垂直フィードスルー（２８）の露出表面（３６）を通して外界から電気的に届かせることができ、パッケージの気密性に影響を及ぼさずに外界への金属リード線（６）の送出を達成する。オプションで、単にビア開口部（２４）を通しての適切な金属層のブランク堆積により、ワイヤボンディングパッド（３８）を垂直フィードスルー（２８）の露出表面（３６）上に追加することができる。それから、ボール−ウェッジ式ボンディングなどの技術を使用して、ワイヤボンド（４０）をワイヤボンディングパッド（３８）から取り出すことができる。代替的に、いかなるワイヤボンディングパッド（３８）も使用せずに、ウェッジ−ウェッジ式ボンディングなどの技術を活用して、垂直フィードスルー（２８）の露出表面（３６）からワイヤボンド（４０）を直接取り出すこともできる。ワイヤボンディングパッド（３８）を使用してまたは使用せずに、ワイヤボンド（４０）を使用して垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得ることは、ビア開口部（２４）内部での更なる導体充填工程の必要性を排除する。小さなサイズのパッドを形成する便益と共に工程の複雑さを僅かに増大させ得る、ビア開口部（２４）内部で行われるいくつかの堆積／リソグラフィ／エッチングステップを使用することにより、ワイヤボンディングパッド（３８）を形成することも可能である。
【００２１】
本発明の第２の実施形態では、いかなるシール材料も排除することが望ましい場合がある。シリコン−ガラス陽極接合が中間シール層を必要とせずにハーメチックシールを提供することが当業者によく知られている。図２Ａは、ＭＥＭＳ部品（４）、金属リード線（６）、リード線支持体（８）、ＭＥＭＳ部品（４）のアンカー（１０）、遮蔽金属（４２）、およびシール領域（１２）を備えた、第１のセンサ基板（２）を示している。ここでは、センサ基板（２）は、図１Ａに示すセンサウェハとは対照的に、シール領域（１２）上にいかなるシール材料も含まない。さらに、図２Ａのリード線（６）は、図１Ａのセンサウェハと比較して短い重なりでリード線支持体（８）上に載り、陽極接合のためにリード線支持体（８）上に十分に幅広の接合領域を残す。加えて、図２Ａのセンサウェハ（２）は遮蔽金属層（４２）を含み、この遮蔽金属層（４２）は、最終的な陽極接合ステップの際にＭＥＭＳ部品（４）の懸架された部分が下方に曲がって基板表面に張り付くのを防止する保護遮蔽層としての役割を果たす。
【００２２】
図２Ｂは、第２の基板（１６）が追加の犠牲導体層（４４）を含むことを除いて、図１Ｃの基板とほぼ同一である第２の基板（１６）（すなわち、キャップ基板）を示している。この犠牲導体層は、薄膜金属とすることができ、スプレーコーティングされかつパターニングされたフォトレジスト層のマスキング層を用いたウェットエッチングが後に続くブランク堆積を使用してパターニングすることができる。代替的に、犠牲導体層を別途用意されたシャドウマスクにより堆積することができ、このことにより、堆積した金属の更なるパターニングが排除される。犠牲導体層（４４）の目的は、最終的な陽極接合ステップの際に電気的に絶縁されたシリコン部分間のいかなるスパークも排除するために、キャップ基板（１６）の電気的に絶縁された垂直フィードスルー（２８）の全てをルーフ（３２）に電気的に短絡することである。
【００２３】
図２Ｃは、ＭＥＭＳ部品（４）が密閉キャビティ（３０）内に完全に封入されるように、いかなるシール材料も使用せずにキャップ基板（１６）のシール壁（２６）に陽極接合されたセンサ基板（２）のシール領域（１２）を示している。陽極接合工程は、６００Ｖ〜１４００Ｖまでの範囲の接合電圧により２５０℃〜４００℃の間の温度でかつ本発明の第１の実施形態と同様に制御された雰囲気下で達成することができる。接合工程の際に、キャップ基板（１６）上の垂直フィードスルー（２８）も、センサ基板（２）上のリード線支持体（８）に陽極接合される。それゆえ、リード線支持体（８）上に載る、金属リード線（６）の一部は、リード線支持体（８）と垂直フィードスルー（２８）との間に挟まれ、垂直フィードスルー（２８）と電気的に短絡している。
【００２４】
図２Ｄは、ビア開口部（２４）内の犠牲導体層（４４）および埋め込み酸化物を除去し、かつ、垂直フィードスルー（２８）の、ワイヤボンド（４０）が接続される露出表面（３６）上にワイヤボンディングパッド（３８）を最終的に形成した後の図２Ｃの接合されたウェハ対を示している。本発明の第１の実施形態と同じように、ＭＥＭＳ部品（４）の金属リード線（６）は、垂直フィードスルー（２８）の露出表面（３６）を通して外界から電気的に届かせることができ、パッケージの気密性に影響を及ぼさずに外界への金属リード線（６）の送出を達成する。ここでもまた本発明の第１の実施形態と同じように、ワイヤボンディングパッド（３８）を使用してまたは使用せずに、ワイヤボンド（４０）を使用して垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得ることが可能であり、ビア開口部（２４）内部での更なる導体充填工程の必要性を排除する。
【００２５】
本発明の第３の実施形態では、シール材料が電気導体であるならば、ＭＥＭＳ部品のリード線金属被覆の厚みおよび材料とは無関係にシール層の厚みおよび材料を選択することが望ましい場合がある。図３Ａは、ＭＥＭＳ部品（４）、金属リード線（６）、シリコンリード線（４６）、ＭＥＭＳ部品（４）のアンカー（１０）、およびシール領域（１２）を備えた、第１のセンサ基板（２）を示している。ここでは、シール領域（１２）は、最初の２つの実施形態のガラス製のシール領域ではなく、シリコン製である。その上、金属リード線（６）に加えて、図３Ａではシリコンリード線（４６）が存在し、これらリード線は互いに電気的に短絡される。金属リード線（６）は、ＭＥＭＳ部品（４）をシリコンリード線（４６）に電気的に接続するために使用され、その一方で、金属リード線（６）は、キャップ基板上の垂直フィードスルーと直接物理接触しない。
【００２６】
図３Ｂは、第２の基板（１６）が、シール壁（２６）と垂直フィードスルー（２８）の両方の底面上に堆積される、追加のシール材料（４８）を含むことを除いて、図１Ｃのキャップ基板とほぼ同一である第２の基板（１６）（すなわち、キャップ基板）を示している。また、この実施形態には示されていないが、図３Ａのセンサ基板（２）のシール領域（１２）およびシリコンリード線（４６）の上面上にシール材料を堆積することも可能である。センサ基板（２）およびキャップ基板（１６）上の前述のシール材料は、使用される接合工程（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ａｕ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｇｅなど）に応じて、材料の種類または厚みの点で同一または異なるものとすることができる。
【００２７】
図３Ｃは、ＭＥＭＳ部品（４）が密閉キャビティ（３０）内に完全に封入されるように、少なくとも一つのシール材料（４８）を使用して互いに接合されたセンサ基板（２）およびキャップ基板（１６）を示している。リード線送出は、垂直フィードスルー（２８）およびワイヤボンド（４０）を使用して、本発明の最初の２つの実施形態と同様に達成される。この実施形態では、シール材料および金属リード線が同一の金属層で形成されかつ同一の厚みを有する第１の実施形態の有効な拡張として、金属リード線（６）とは無関係にシール材料（４８）の材料および厚みを選択することが可能である。
【００２８】
本発明の第４の実施形態では、３つのリソグラフィステップのみにより、ハーメチックシールされたキャビティ内に封入された懸架されたＭＥＭＳ部品を作製することが可能である。図４Ａは、ＭＥＭＳ部品（４）、ＭＥＭＳ部品（４）のシリコンリード線（４６）、およびシール領域（１２）を備えた第１の基板（５０）を示している。ここでは、センサ基板（５０）がＳＯＩ基板でありかつその基板上に金属層を含まないことが最初の３つの実施形態とは異なる。ＭＥＭＳ部品（４）の特徴を規定するために使用される、単一のリソグラフィステップがそのようなセンサ基板を作製するのに十分であることが当業者により受け入れられるであろう。センサ基板（５０）の埋め込み酸化物層（５２）上の自己整合マスクとしてＭＥＭＳ部品（４）自体を使用することと、ＭＥＭＳ部品（４）とセンサ基板（５０）の下地シリコン層（５６）との間にオフセットギャップ（５４）を形成するのに十分である埋め込み酸化物層（５２）の時間エッチングを行うこととにより、ＭＥＭＳ部品（４）のリリースを達成することができる。
【００２９】
図４Ｂは、シール壁（２６）および垂直フィードスルー（２８）を介してセンサ基板（５０）のシール領域（１２）およびシリコンリード線（４６）に接合された、図１Ｃのキャップ基板と同一である、キャップ基板（１６）を示している。ここで使用される接合工程は、好ましくは接合温度を約２００℃まで低減するために接合前のプラズマ活性化ステップを伴う、シリコンフュージョンボンディング（シリコンフュージョン接合）である。センサ基板（５０）およびキャップ基板（１６）が互いに接合された時点で、本発明の最初の３つの実施形態と同じように、リード線送出およびワイヤボンディングを達成することができる。図４Ｂ（およびまた図１Ｃ）のキャップウェハ（１６）を作製するのに、リソグラフィマスクは２つだけで十分であるが、リソグラフィマスクを３つだけ使用することにより図４Ｂの「ハーメチックシールされた」ＭＥＭＳ部品（４）を作製することが可能となる。この実施形態のセンサ基板（５０）上およびキャップ基板（１６）上に追加のシール材料を使用し、かつ、必要な作製マスクの数を増大させる代償を払って異なるウェハ接合方法を使用することも可能である。
【００３０】
上記で開示した４つの実施形態の全てにおいて、ワイヤボンディングパッド（３８）を使用してまたは使用せずに、垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得るために、ワイヤボンディング方法が取り上げられている。これにより、ビア開口部（２４）内部での導体充填工程の必要性が排除される。一方で、ビア充填工程などの、垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得るための代替方法が存在する。図５は、キャップ基板（１６）の露出表面を覆う、絶縁層（５８）がキャップ基板（１６）上に堆積されている、図４Ｂの接合された基板を示している。その上、図４Ｂのビア開口部（２４）には、垂直フィードスルー（２８）から電気接触を得るために、電気導体（６０）が充填されている。本発明で説明したパッケージング方法は、ワイヤボンディング技術を代わりに利用することによりビア充填技術の必要性を排除するが、この方法は更に、キャップされたセンサをＩＣチップにフリップチップ実装するなどの、ある特定の用途に対して、ワイヤボンディングよりも望ましい可能性がある、ビア充填工程に適用可能である。図５に明示するビア充填技術は、上記で開示した全ての実施形態に適用可能である。図５に示すビア充填技術の別の利点は、この技術では、キャビティ（３０）の気密性が絶縁層（５８）によってもビア開口部（２４）内部に充填された電気導体（６０）によっても影響を受けていないので、ビア開口部（２４）を気密に充填する必要がないことである。
【００３１】
上記に列挙した本発明の実施形態では、工程ステップ数の低減およびよく知られているＭＥＭＳ堆積／エッチング／接合工程以外の複雑な工程の排除により、信頼性および歩留まりが高まるとともに、ハーメチックシールされたＭＥＭＳ部品を製造するコストを低下させる。
【００３２】
理解を明確にするために本発明および実施形態を説明している。上記の実施形態で提供されるこれらの説明は、本発明の添付の特許請求の範囲を制限または限定するものと見なされるべきではない。当業者が以下の特許請求の範囲および精神の範囲内の異なる修正形態および代替形態を見出すことが常に可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2017504490.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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