(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニカル装置（１）であって、
おもて面（Ｖ）および裏面（Ｒ）を有するベース基板（２）と、
キャップ基板（２ａ）とを含み、
前記ベース基板（２）の当該おもて面（Ｖ）に、凹凸のある側壁（３ａ）を有する少なくとも１つの環状のトレンチ（３）が形成されており、
前記ベース基板（２）の当該おもて面（Ｖ）および前記トレンチ（３）は、少なくとも１つの金属層（４、４ａ）によって被覆されており、
前記トレンチ（３）の当該凹凸のある側壁（３ａ）は、前記おもて面（Ｖ）に対して垂直な方向に電流経路を形成しないように前記金属層（４、４ａ）によって不均整に被覆されており、
前記トレンチ（３）の領域において、封止手段、特にシールガラス封止体（５）が、前記ベース基板（２）と前記キャップ基板（２ａ）との間で前記トレンチ（３ａ）を完全に被覆するように形成されている、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロメカニカル装置（１）であって、前記金属層（４、４ａ）は、アルミニウム、銀および金からなる群のうちの少なくとも１つの金属を有する、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロメカニカル装置（１）であって、前記ベース基板（２）の当該おもて面および前記トレンチ（３）は、２つの異なる金属層によって被覆されている、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロメカニカル装置（１）であって、前記ベース基板（２）の当該おもて面および前記トレンチ（３）は、銀からなる金属層（４）によって被覆されており、該金属層上にアルミニウムからなる金属層（４ａ）が形成されている、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル装置（１）であって、前記トレンチ（３）は、１０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの幅と２０マイクロメートルから２００マイクロメートルまでの深さとを有する、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル装置（１）であって、前記トレンチ（３）の当該凹凸のある側壁（３ａ）は複数の切り込みを有し、当該複数の切り込みは、好ましくは１マイクロメートルから１０マイクロメートルまでの深さを有する、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル装置（１）であって、前記シールガラス封止体（５）は、前記トレンチ（３）を完全に被覆する、マイクロメカニカル装置（１）。
【請求項８】
マイクロメカニカル装置（１）の製造方法であって、
おもて面（Ｖ）および裏面（Ｒ）を有するベース基板（２）を用意するステップと、
キャップ基板（２ａ）を用意するステップと、
前記ベース基板（２）のおもて面（Ｖ）に、凹凸のある側壁（３ａ）を有する少なくとも１つの環状のトレンチ（３）を形成するステップと、
前記ベース基板（２）の当該おもて面（Ｖ）および前記トレンチ（３）を少なくとも１つの金属層（４、４ａ）によって被覆するステップと、
前記トレンチ（３）の当該凹凸のある側壁（３ａ）を、前記おもて面（Ｖ）に対して垂直な方向に電流経路を形成しないように前記金属層（４、４ａ）によって不均整に被覆するステップと、
前記トレンチ（３）の領域において、前記ベース基板（２）と前記キャップ基板（２ａ）との間で前記トレンチ（３）を完全に被覆する封止手段、特にシールガラス封止体（５）を形成するステップとを備えるマイクロメカニカル装置（１）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメカニカル装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意のマイクロメカニカルコンポーネントを使用することもできるが、本発明および本発明の基礎をなす課題は、マイクロチップを有するコンポーネントに基づいて説明する。
【０００３】
マイクロチップには、気密性に関して高い要件が課されている。例えば、マイクロチップは、例えばチップの鋸面で露出されたアルミニウム−銀金属スタックの金属間腐食といった酸化還元反応による腐食を引き起こすことなく、いわゆる「湿度試験」に耐えなければならない。金属スタックは連続的である。すなわち、金属スタックはチップ表面全体にわたって完全に堆積されており、これにより、シールガラス接続の基部ともなる。このことは、例えば、ＤＥ１０２００５０４０７８９Ａ１により知られている。この金属スタックが湿気の影響下で腐食した場合には、シール基部がシールガラス接続部から除去され、十分な密閉性が損なわれる可能性がある。従来技術による対処法は、例えばＤＥ１０３４２１５５Ａ１に記載されているように、チップ外側領域の金属を局所的に除去することである。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、請求項１に記載のマイクロメカニカル装置および請求項８に記載のその製造方法を開示するものである。
【０００５】
マイクロメカニカル装置はキャップ基板を含み、ベース基板のおもて面には、凹凸のある側壁を有する少なくとも１つの環状のトレンチが形成されており、ベース基板のおもて面およびトレンチは、少なくとも１つの金属層によって被覆されており、トレンチの凹凸のある側壁は、当該おもて面に対して垂直な方向に電流経路を形成しないように金属層によって不均整に被覆されており、トレンチの領域において、封止手段、特にシールガラス封止体が、ベース基板とキャップ基板との間に形成されている。
【０００６】
好ましい形態が各従属請求項の主題である。
【０００７】
発明の利点
本発明は、感度が低下したマイクロメカニカル装置を製造する可能性を生み出すものである。このとき、封止された内部と周囲との間の金属腐食経路（電流経路）がトレンチ構造によって遮断されるので、その封止された内部と周囲とが、金属層を別途構造化する必要なしに電気的に分離される。したがって、金属層は、内部にそのまま残り、トレンチの凹凸のある側壁で遮断される。これにより、マイクロメカニカル装置の、湿気および様々な環境影響に対するロバスト性を特に有利に高めることができる。
【０００８】
本発明によるマイクロメカニカル装置の好ましい形態によれば、金属層は、アルミニウム、銀および金からなる群のうちの少なくとも１つの金属を有する。これらの金属によって、マイクロメカニカル装置に関する機能的な課題の多くを特に有利に解決することができる。
【０００９】
本発明によるマイクロメカニカル装置の好ましい形態によれば、ベース基板のおもて面およびトレンチは、２つの異なる金属層によって被覆されている。これにより、多数のさらなる用途がもたらされ、同時に、銀／アルミニウムなどの、著しく異なる電気化学ポテンシャルを有する複数の金属を使用する用途で生じ得る金属間腐食が防止される。
【００１０】
本発明によるマイクロメカニカル装置の好ましい形態によれば、ベース基板およびトレンチは、銀からなる金属層によって被覆されており、この金属層上にアルミニウムからなる金属層が形成されている。これにより、マイクロメカニカル装置に課される課題の多くがマイクロチップによって特に有利に解決され、金属間腐食を防止することができる。
【００１１】
本発明によるマイクロメカニカル装置の好ましい形態によれば、トレンチは、１０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの幅と２０マイクロメートルから２００マイクロメートルまでの深さとを有する。これらの寸法を選択することにより、トレンチの両側部間の電流経路を効果的に遮断することができる。
【００１２】
本発明によるマイクロメカニカル装置の好ましい形態によれば、トレンチの凹凸のある側壁は複数の切り込みを有し、当該複数の切り込みは、好ましくは１マイクロメートルから１０マイクロメートルまでの深さを有する。これにより、トレンチの両側部間の電流経路を特に確実に遮断することができる。
【００１３】
本発明によるマイクロメカニカル装置のさらなる好ましい形態によれば、シールガラス封止体はトレンチを完全に被覆する。
【００１４】
図面の概略図に示した例示的な実施形態を参照して、本発明を以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル装置を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル装置を説明するための概略平面図であり、ギャップ基板なしで示すものである。
【図３】第２の実施形態によるマイクロメカニカル装置の製造方法を説明するための概略的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素、あるいは機能的に同一の構成要素を示す。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル装置を説明するための概略断面図である。
【００１８】
図１において、符号１はマイクロメカニカル装置を示し、マイクロメカニカル装置は、おもて面Ｖおよび裏面Ｒを有するベース基板２を備えている。符号２ａはキャップ基板、符号３は環状のトレンチ、符号３ａはトレンチ３の凹凸のある側壁、符号４は第１の金属層、符号４ａは第２の金属層、符号５はシールガラス封止体、符号６は、金属層４，４ａの不均整な形成により凹凸のある側壁３ａによって遮断された電流経路を示す。
【００１９】
１つの金属層および／または複数の金属層を電気的に分離するための公知の方法は、例えばリソグラフィおよび後工程のエッチングによって、特定領域の金属を選択的に取り除くこと、すなわち金属を構造化することである。
【００２０】
この実施形態の核心は、第１の金属層４および付加的な金属層４ａがベース基板２のおもて面Ｖに形成される前に、凹凸のある側壁３ａを有する環状のトレンチ３を形成し、続けて第１の金属層４および付加的な金属層４ａを堆積するときに凹凸のある側壁３ａを不均整に被覆することにより、前述のリソグラフィおよびエッチング工程を回避することである。例えば、幅３５マイクロメートル、深さ９０マイクロメートルのトレンチ３は、ベース基板２のおもて面Ｖのシリコン領域を、いわゆるトレンチ法またはＤＲＩＥ法により、環形状にエッチングしたものである。
【００２１】
このトレンチ３の側壁３ａは、当該トレンチ工程において、通常、切り込みを有する。これらの局所的な切り込みにおいては、スパッタリング工程を通じて形成される第１の金属４および第２の金属４ａが不均整に堆積される。すなわち、第１の金属４および第２の金属４ａは、切り込みの下部にのみ堆積される。このように、封止された内部と周囲との間の電流経路６が遮断されるので、金属間腐食を引き起こす可能性がある酸化還元反応が内部で進行することがない。
【００２２】
このようにベース基板２をあらかじめ構造化することの利点は、塗布、露光、現像、工程内制御、アニーリングといったレジストマスクの形成に必要な工程をなくすこと、工程コストの節約となる、金属エッチングの必要性をなくすこと、並びに、酸素プラズマ雰囲気中でのアッシング、特別なウェット洗浄、工程内制御またはベーキングといったレジストマスクの除去に必要な工程をなくすことである。上述のプロセスステップを省略することにより、金属層に加えられる応力が低減される。これにより、不純物、表面の粗さの増大、局所的なエッチング、汚染、光学特性の変化、熱応力、スクラッチ、例えばレジストマスクのアッシング時の酸素ラジカルの攻撃による化学特性の変化を防止することができる。ベース基板２のいくつかの工程状況ではリソグラフィは不可能であり、よって金属構造化の必要性は完全になくなる。
【００２３】
反応性イオン・エッチング、ＤＲＩＥ、またはトレンチ法の工程によって生成されたトレンチ３は、その側壁３ａに微細なスケールの局所的な切り込みを有し、当該切り込みは、陰極スパッタリングまたはスパッタリングによる異なる金属４および４ａの堆積中に覆われることがない。これにより、トレンチ３の両側部間の電流経路は、遮断されるか、あるいは高インピーダンスとなる。その抵抗測定値は、トレンチ３なしのときの２オームに対し、トレンチ構造ありのときは約６００キロオームの電気抵抗を示す。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル装置を説明するための概略的な平面図であり、キャップ基板なしで示したものである。
【００２５】
本発明は、環境の影響を受ける周囲と密閉封止された内部との間で電流経路を分離するために、上記したトレンチ３の機能を利用するものである。例えば、ＮａＣｌ溶液などの電解質含有媒体とベース基板２との接触は、銀−アルミニウムスタックの場合のように、第１の金属が第１の金属層４として堆積され、第２の金属が第２の金属層４ａとして堆積された場合に、金属間腐食を引き起こすことがある。その金属間腐食に必要とされる電子移動は遮断されるので、もはや内部で金属間腐食が起こることはない。電気化学的な意味では、腐食は、主として、水、塩溶液および酸の影響下における異なる金属間の金属の酸化還元反応である。
【００２６】
周囲に対して内部の密閉されたシールを形成するためには、例えば、接合過程で密着力によってトレンチ３に引きこまれ、この場合に湿気を遮断するシールを形成するシールガラス封止体５が使用される。
【００２７】
図３は、第２の実施形態にしたがって、金属腐食に対する感度を低下させたマイクロチップを有するマイクロメカニカル装置の製造方法を説明するための概略的なフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ０１では、ベース基板２を用意する。ステップＳ０２において、このベース基板２に、凹凸のある側壁３ａを有する少なくとも１つの環状のトレンチ３形成し、ステップＳ０３において、ベース基板２およびトレンチ３を、例えば銀からなる第１の金属層４で被覆する。ステップＳ０４において、第１の金属４の金属とは異なる金属（例えばアルミニウム）を有する少なくとも１つの金属層４ａをさらに被覆することができる。そして、次のステップＳ０５において、トレンチ３の領域に、シールガラス封止体５を公知の方法で形成する。
【００２９】
好ましい例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、これに限定されない。特に、言及された材料およびトポロジーは、例にすぎず、説明した例に限定されない。
【００３０】
本発明によるマイクロメカニカル装置の特に好ましい別の用途は、例えば、増大する環境影響または化学反応性の雰囲気における用途である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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