JP2008132587A - ウェハレベル真空パッケージデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内に基板とＭＥＭＳデバイスを取り付けたパッケージを低コストで提供する。
【解決手段】１又はそれ以上の微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えたデバイス層は、第１の表面が第１のウェハにボンディングされる。第１のウエハは導電のための１またはそれ以上のシリコンピン３２を有し、シリコンピンとデバイス層を電気的に接続する。同様に１又はそれ以上のシリコンピンを有する第２のウェハが、デバイス層の第１の表面の反対面である第２の表面にボンディングされる。第１及び第２のウェハは、ホウケイ酸ガラスから作られており、デバイス層はシリコンからできている。
【選択図】図２Ｋ

Description

現在、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、図１に示したようなチップスケールパッケージング技術を使用してパッケージされている。

ＭＥＭＳデバイスは、最初に基板に製造される。ＭＥＭＳデバイスおよび基板は、次いで、ハウジングの外の他のシステムとＭＥＭＳデバイスとを電気的に接続するために、ハウジングを介して外に延びるような導線を備えたハウジング内に配置される。この方法は、基板とハウジングとの間の熱膨張の係数が異なるため、熱応力を露呈しないような仕方で、ハウジング内に基板とＭＥＭＳデバイスを取り付けるコストおよび時間、並びにハウジング材料の超過コストを負う。また、この方法によって形成された結果としてのデバイスは、最終的な集積回路製品の大きな取り付け不動産を要する大きなパッケージである。

それゆえ、ウェハレベル真空パッケージデバイスを製造するための低コストの方法が当該技術分野において必要とされている。

本発明は、真空パッケージデバイスおよび、真空パッケージデバイスを製造する方法を提供する。デバイスは、１またはそれ以上の微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを備えたデバイス層を含む。デバイス層は、１またはそれ以上のＭＥＭＳデバイスに結合された１またはそれ以上の導線を含む。デバイスはまた、１またはそれ以上のシリコンピンを備えた第１のウェハを有し、第１のウェハの第１の表面は、１またはそれ以上のシリコンピンが導線と電気的に接続されるような仕方でデバイス層の第１の表面に結合される。第２のウェハは、デバイス層の第２の表面にボンディングされる。

第１及び第２のウェハは、１またはそれ以上のキャビティを形成するように、ＭＥＭＳデバイスと同じ場所に配置された１またはそれ以上の凹地を含む。ゲッタリング材料が、少なくとも１つのキャビティ内に堆積され、それぞれのキャビティ内に真空を作るために活性化される。

第１のウェハは、（コーニング社によって製造されたパイレックス（登録商標）ガラスのような）ホウケイ酸ガラスから作られており、第２のウェハはシリコンからできている。

図２Ａ乃至２Ｋは、ウェハレベル真空パッケージデバイスを製造するための製造プロセスにおける段階を図示する。まず図２ＡおよびＢでは、デバイス層ウェハ２０は、シリコン基板上のエピタキシャル層の深堀り反応性イオンエッチング（Deep Reactive Ion Etching）によって作られる。別の実施形態では、このデバイス層ウェハ２０は、別の表面及びバルクシリコンマイクロマシン法によって製造され得る。デバイス層ウェハ２０は、基板２４の頂部にデバイス層２２またはメカニズムを含む。このステップで形成されたメカニズムは、後のステップにおける「シールリング」として役立つように同じ層にフレームによって意図的に取り囲まれる。

図２Ｃに示したように、第１のガラスウェハ３０は、１又はそれ以上の埋め込まれたＳｉピン３２を有する。ウェハ３０は、（コーニング社によって製造されたパイレックス（登録商標）ガラスのような）ホウケイ酸ガラスウェハであるのが好ましい。ピン３２は、ＭＥＭＳデバイス電気接続に近位になるように、予め規定された距離でウェハ３０上で間隔が隔てられる。ピン３２は、ウェハ３０に埋め込まれ、ウェハ３０と密封にシールされる。ピン３２は、ウェハ３０を完全に貫通し、ウェハ３０の表面と面一になるように、または、かすかに立派に仕上げられる。図２Ｄに示したように、凹地の底面３４は、ＭＥＭＳデバイスをハウジングするため（及び、容量ギャップを提供するため）のキャビティを形成するために、ウェハ３０の頂部表面にエッチングされる。図２Ｅに示したように、金属トレースおよび「パッド」３６（後で電気的接続のために指定される領域）が、ピン３２の頂部に堆積されるとき、ウェハ３０を介して稼働するピン３２とメカニズム（ＭＥＭＳデバイス）との間の電気的接続は、このステップの間に作られる。電気的な伝導コンポーネント、該コンポーネントに対するトレース、および、パッド３６は、それぞれのＳｉピン３２と整列して指定される。次いで、図２Ｂに示されたデバイスウェハ２０は、反転され、次いで、Ｓｉとパイレックス（登録商標）とをボンディングするための陽極ウェハボンディングのような多くのボンディング方法のうちの種々のボンディング方法のいずれかを使用してウェハ３０の頂部表面に取り付けられる。使用されうる他の方法は、フリット（frit）、共晶、または、接着ボンディングを含む。次いで、ウェハ２０の犠牲基板２４がエッチングによって除去され、それにより、ウェハ３０の頂部表面に取り付けられたデバイス層２２だけが残る。ボンディングの前に、デバイス層に作られたＭＥＭＳデバイスが、凹地の底面３４と同じ場所に配置されるように、図２のデバイス／メカニズムは、ウェハ３０の上に配置され、ＭＥＭＳデバイスは、移動するための自由を必要とする。デバイス層２２は、接続ポイントまたはメサで第１のウェハ３０に取り付けられる。ボンディングは、電気的接続を形成する、デバイス層２２のシリコンとの密接な接触に、第１のウェハ３０で金属パターンをもたらす。これらのパッドは、ピン３２の頂部に直接あるか、または、金属がピンの上に堆積されるポイントに対して、第１のウェハ３０の金属トレースによって接続されうる。

基板２４の除去は、バフ、エッチング、グラインディング、ポリッシング、プラズマエッチング（ＲＩＥ、ＤＲＩＥ）、イオンミーリング、または、ＫＯＨ，ＥＤＰ，ＴＭＡＨ等のような化学エッチング（ここで、基板は溶液によって溶解されるが、デバイス層は、適当なドーピングのため、溶解されない）、若しくは、他の周知の方法のような種々の知られた基板除去方法によって実行される。

図２Ｈ乃至Ｊに示したように、パイレックス（登録商標）またはＳｉで形成されたキャップウェハ４０が、ＭＥＭＳデバイスをハウジングするためのキャビティの上部を形成する凹地４２となるようにエッチングされる。この実施形態では、キャップウェハ４０は、Ｓｉピン４４を包含する。ゲッタリング材料４６が、凹地４２の各々に堆積されうる。別の実施形態では、ゲッタリング材料は、ベース基板３０の凹地３４に取り付けられ得る。電気的接続コンポーネントが、凹地４２のベース、側面、及び、頂部の周りに適用されうる（図２Ｃ乃至Ｅと同様）。

図２Ｋに示すように、図２Ｊのキャップ層４０は、反転され、凹地４２が、デバイス層２２のＭＥＭＳデバイスに関して、ウェハ３０に形成された凹地３４とおなじ場所に配置されるように、図２Ｇのデバイスに取り付けられる。ボンディングは、陽極ボンディング、シリコン間での直づけ、加熱及び加圧ボンディング（溶融ボンディングとも呼ばれ得る）、共晶ボンディング、フリットボンディング、または、他の方法のような種々の方法によって実行されうる。図２Ｇのベース構造に対するキャップウェハ４０のボンディングのとき（または、ボンディングが生じた後）、ゲッタリング材料４６は、３００℃のように予め規定された温度までデバイスを加熱することによって達成される。ゲッタリング材料４６の活性化によって、凹地４２および３４によって形成されたキャビティにゲッタリングが生じる。このボンディングは、デバイス層２２から第１のウェハ３０に作られたボンディングと非常に似ている。

別の実施形態では、第１のウェハ３０のＳｉピン３２は、デバイス層２２を介してウェハ４０のＳｉピン４４にボンディングされうる。
次いで、図２Ｋに示された結果としてのデバイスは、Ｓｉピン３２および４４を介してデバイスの底部表面及び／又は外部頂部に電気的に接続された真空キャビティに形成されるＭＥＭＳデバイスを含む。それ故、デバイスは、Ｓｉピン３２および４４を使用して、プリント配線基盤（ＰＷＢ）に接続されうる。Ｓｉピン３２をプリント回路基板に直接接続すること、若しくは、あるパターンのダイの外に信号を持ち出し、次いで、異なるパターンを使用して（ピンが底部にあるときは）フリップチップ技術又は（ピンが頂部にあるときは）ワイヤボンド技術を使用してボードに接続することは可能である。それ故、トレースは、Ｓｉピン３２および４４から、ダイの表面の他の領域のパッドに形成される。

更に別の実施形態では、キャップウェハ４０は、いかなるＳｉピンをも含まないホウケイ酸ガラスウェハであり、それ故、全ての信号は第１のガラスウェハ３０のピンを介して送信される。キャップウェハ４０は、第１のガラスウェハ３０に陽極またはフリットボンディングされるシリコンウェハであって良い（密封を保証する）。

上記図２Ａ乃至Ｋについて示したプロセスは、全体のウェハにわたって実行されるのが好ましい。換言すれば、複数のＭＥＭＳキャビティが形成され、いったんキャップウェハがベースウェハにボンディングされたならば、全体のウェハは、回路ボード、又は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）ダイのような他のダイに最終的に取り付けるための具体的なユニット（個々のダイ）内にキャビティを分離するようにダイシングされる。

上述のように本発明の好ましい実施形態を例示してきたけれども、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形が可能である。従って、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって制限されない。本発明は、添付の特許請求の範囲を参照して全体的に決定されるべきである。

従来技術によって形成された密封パッケージデバイスの側面断面図である。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。 本発明の実施例によって形成されたウェハレベル真空パッケージデバイスの製造段階を図示する。

Claims (4)

1. 密封シールされたデバイスであって、
   １またはそれ以上の微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを有するデバイス層（２２）と、
   １またはそれ以上のシリコンピン（３２）を有するホウケイ酸ガラスを含む第１のウェハ（３０）と、を有し、
   電気的に活性な領域と導線とを備えた第１のウェハの第１の表面が、１またはそれ以上のシリコンピンがＭＥＭＳデバイスの個々の部分および／または導線と電気的に接続されるような仕方でデバイス層の第１の表面とボンディングされ、
   前記デバイス層の第２の表面にボンディングされた第２のウェハ（４０）と
   を有することを特徴とするデバイス。
2. 前記第１及び第２のウェハが、１またはそれ以上のＭＥＭＳデバイスを包含するように１またはそれ以上のキャビティを形成する１またはそれ以上の凹地を含み、
   １またはそれ以上のキャビティ内に配置されたゲッタリング材料（４６）を更に有し、
   加熱処理を使用して活性化されているゲッタリング材料およびデバイス層にウェハをボンディングする前に、前記ゲッタリング材料が、第１及び第２のウェハの一方または両方に配置されたことを特徴とする
   請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第２のウェハが、１またはそれ以上のシリコンピンを含み、
   前記第２のウェハが、第１及び第２の表面を含み、
   前記１またはそれ以上のシリコンピンが、前記第１の表面から前記第２の表面まで延びる
   ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
4. デバイス層に１またはそれ以上の微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを形成するステップと、
   １またはそれ以上のシリコンピンと、前記シリコンピンに結合された１またはそれ以上の導線とを有する第１のウェハを形成するステップと、
   前記１またはそれ以上のシリコンピンが、前記デバイス層の部分と電気的に接続するような仕方で、前記デバイス層の第１の表面に１またはそれ以上のシリコンピンを備えた第１のウェハをボンディングするステップと、
   密封を形成するようにデバイス層の第２の表面に、前記第１のウェハと同様な仕方で形成された第２のウェハをボンディングするステップと、
   前記第１及び第２のウェハに１またはそれ以上の凹地を形成するステップと、
   キャビティを形成するように１またはそれ以上のＭＥＭＳデバイスの上に前記凹地を配置するステップと、
   要求された凹地の少なくとも１つにゲッタリング材料を堆積させるステップと、
   活性化ポイントまでゲッタリング材料を加熱するステップと
   を有することを特徴とする方法。

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