微小電気機械システム用のパッケージングおよびその製造方法
本開示の実施の形態は、微小電気機械デバイスパッケージを製造するためのシステムおよび方法を提供する。簡単に述べると、構造において、中でも、システムの１つの実施の形態は、基板層に形成された微小電気機械デバイスと、微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する熱分解可能な犠牲構造物と、を含み、犠牲構造物は基板層に形成され、微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲むキャビティを囲繞する。他のシステムおよび方法も提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主に微小電気機械デバイスに関し、より詳細には、微小電気機械デバイスのパッケージングに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクスパッケージを微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに適合させることは、いくつかの挑戦的なパッケージング要件を必要とする。多くのＭＥＭＳデバイスの典型的な三次元の可動要素は一般に、ＭＥＭＳデバイスの活性表面の上に自由空間を提供するためにある種のキャビティパッケージを必要とする。キャビティの内部は一般に、材料の過剰ガス放出を含む汚染物質がないものでなければならない。ＭＥＭＳデバイスはまた、パッケージ内の熱的分離、および、デバイスへの機械的応力を最小限にする装着方法を必要とすることもある。キャビティは、排気されてもよく、または、ゲッター等の大気制御剤で満たされてもよい。
【０００３】
これらの要件に加えて、ＭＥＭＳデバイスは、通常のマイクロパッケージング手順中に損傷を受けやすい。動くことができる三次元機械的構造物の存在は、パッケージされていないＭＥＭＳデバイスに脆弱性を加える。たとえば、可動ＭＥＭＳ構造物は、粗雑に扱われると、接触し永久的にくっついてしまう（吸着効果）。
【０００４】
さらに、ＭＥＭＳパッケージングのコストは、多くの用途で重大な問題になっている。たとえば、大半のＭＥＭＳデバイスを製造する際に、コストの５０〜９０％は、ＭＥＭＳデバイスのパッケージングに費やされる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスの表面特徴およびキャビティ要件は、典型的には、大半の集積回路に使用される低コストの移送成形されたプラスチックパッケージングの適用を禁じる。さらに、射出成形等の共通の密閉技術は、高圧を必要とすることが多く、それは、微小構造物を容易に損傷することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、前述の欠陥および不適切さに対処するために、業界では、今までに取り組まれていない需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施の形態は、微小電気機械デバイスパッケージを製造するためのシステムおよび方法を提供する。簡単に述べると、構造面において、中でも、当該システムの１つの実施の形態は、基板層上に形成された微小電気機械デバイスと、微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する熱分解可能な犠牲構造物と、を含み、犠牲構造物は基板層上に形成され、微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲む気体キャビティを囲繞する。
【０００７】
本開示の実施の形態はまた、微小電気機械デバイスパッケージを製造するための方法をも提供する。この点に関して、中でも、そのような方法の１つの実施の形態は、下記のステップに大ざっぱに要約することができる。すなわち、微小電気機械デバイスの基板に熱分解可能な犠牲層を形成するステップであって、犠牲層は微小電気機械デバイスの一部を密閉する気体キャビティを囲繞するステップと、犠牲層のまわりに保護層を形成するステップと、犠牲層を熱分解するステップであって、分解された分子が保護層を通って透過し、熱分解可能な犠牲層が形成された場所に気体キャビティが形成されるステップと、である。
【０００８】
本開示の他のシステム、方法、特徴および利点は、下記の図面および詳細な説明を調べれば当業者には明らかであるかまたは明らかになる。すべてのそのような追加システム、方法、特徴および利点は、本説明に含まれ、本開示の範囲内であることが意図される。
【０００９】
本開示の多くの態様は、下記の図面を参照して良好に理解されることができる。図面の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、本開示の原理を明らかに例示することが重要視されている。さらに、図面において、類似の参照符号は、数枚の図面にわたって対応する部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本開示の１つの実施の形態にしたがったＭＥＭＳデバイスパッケージ１００を示す。それに応じて、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１００は、自立ＭＥＭＳ構造物１１０をパッケージするために使用され、一般に、基板層１０５と、基板層１０５に形成された１つまたはそれ以上のＭＥＭＳ構造物（単／複）１１０と、自立ＭＥＭＳ構造物１１０を囲繞するキャビティまたはエアギャップまたは気体キャビティ１０８と、ＭＥＭＳデバイスに機械的、電気的、化学的および／または環境的な保護を提供するためのキャビティ１０８のまわりのバリア層１２０と、キャビティの内部から外部へ延出する（電気信号を内部から外部へガイドするために、バリア層１２０を通って、または、その下で）複数の電気フィードスルーと、外部の点または端子へパッケージ１００を接続するために基板１０５に形成されたコンタクト１３０と、を含む。自立または解放されたＭＥＭＳ構造物１１０をＭＥＭＳパッケージ１００内にパッケージした後に、パッケージ１００は、次いで、下記に検討されるように、様々な独特で異なったアプローチで回路基板またはシステムに取り付けられてもよい。
【００１１】
基板層１０５は、特定のＭＥＭＳシステムまたはデバイスに適切な材料から作ることができる。例示的な材料として、ガラス、ダイヤモンド、石英、サファイア、シリコン、シリコン化合物、ゲルマニウム、ゲルマニウム化合物、ガリウム、ガリウム化合物、インジウム、インジウム化合物、または、他の半導体材料および／または化合物を含むが、それらに限定されない。加えて、基板層１０５は、いずれの誘電性材料、金属（たとえば、銅およびアルミニウム）、または、たとえばプリント配線板に見られるセラミックまたは有機の材料を含む非半導体基板材料を含むことができる。コンタクト１３０は、接着および熱特性等を適切に考慮して、金属および／または金属合金等の導体から形成される。
【００１２】
先に述べたように、キャビティ１０８のまわりのバリア層１２０は、ＭＥＭＳデバイス（単／複）に機械的、電気的、化学的および／または環境的な保護を提供する。特定のＭＥＭＳデバイスまたは特定の用途に依存して、異なるレベルの保護が望まれることがある。一般に、エアギャップまたはキャビティは、必ずしも呼吸気ではない気体を含む取り囲まれた領域であり、エアギャップは真空状態下にある。エアギャップまたはキャビティは、一般に、上部構造物によって取り囲まれる。
【００１３】
一般に、ＭＥＭＳ構造物１１０は、デバイスを作業環境から保護し、かつ、環境をデバイス材料および操作から保護するのを確実にするようにパッケージされる。たとえば、保護の１つのレベルは、ＭＥＭＳ構造物１１０の構造的一体性を確実にするために、他の機械的構造物または物体から干渉されることから保護する。この種類のエンクロージャにおいて、バリア層１２０は、ＭＥＭＳデバイスの特定の操作環境の一般的な厳しさに耐えることができる材料から作らなければならない。保護の別の追加レベルは、酸素または水への露出からの保護を提供する（たとえば、密封エンクロージャ）。それに応じて、この種類の保護では、バリア層１２０は、一般にエアキャビティ１０８のまわりに気密封止を提供する金属材料から作られる。加えて、いくつかのバリア層１２０はまた、いずれの外部気体への露出からの保護をさらに提供する追加レベルの保護を提供してもよい。この最後のレベルの保護では、エアキャビティ１０８内部に真空が生成され、バリア層２０は、一般にエアキャビティ１０８内部に真空を維持する金属材料から作られる。
【００１４】
本開示の１つの実施の形態にしたがって、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１００を製造するためのプロセス２００が、図２および図３に関して検討される。このプロセス２００は、本願に記載されるように、犠牲材料の熱分解に基づいている。明瞭化のために、製造プロセスのいくつかは図２に含まれないことに留意されたい。このため、下記の製造プロセスは、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１００を製造するために必要なすべてのステップを含む網羅的なリストであることは意図されない。加えて、プロセスのステップは、図２に例示された順番とは異なる順番で行われてもよく、または、いくつかのステップは同時に行われてもよいため、製造プロセスは柔軟性がある。
【００１５】
次に図２および図３を参照すると、熱分解可能な犠牲ポリマー（たとえば、ユニティ２００、プロメラス、ＬＬＣ、オハイオ州ブレックスヴィル（Ｕｎｉｔｙ ２００， Ｐｒｏｍｅｒｕｓ， ＬＬＣ， Ｂｒｅｃｋｓｖｉｌｌｅ， ＯＨ））が、解放されたＭＥＭＳデバイス３１０の表面に加えられて（２１０）、犠牲層３２５を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ３２０を生成する。犠牲ポリマー材料は、ＭＥＭＳデバイス３１０の表面または表面の一部を密閉するようにパターニングされて、犠牲層３２５を形成する。たとえば、光電性または感光性の犠牲ポリマー材料を使用して、犠牲層３２５を作ってもよい。それに応じて、感光性ポリマーは、たとえば、スピンコーティング、ドクターブレード法、スパッタリング、ラミネーション、スクリーンまたはステンシル印刷、溶融排出、化学蒸着（ＣＶＤ）、および、プラズマ系蒸着システム等の技術を使用して、基板３２８に付着されることができる。
【００１６】
次いで、犠牲材料３２５でパターニングした後に、ＭＥＭＳデバイスは、犠牲層３２５の頂部およびＭＥＭＳ構造物の他のいずれの所望の区域を、誘電性材料（たとえば、アバトレル（Ａｖａｔｒｅｌ）、ポリイミド、ＳＵ８）３３５で上塗りされる。このため、上塗り層が、ＭＥＭＳ構造物３２０に加えられて（２２０）、犠牲層３２５および上塗り層３３５を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ３３０を形成する。上塗り層３３５は、たとえば、スピンコーティング、感光方法、ドクターブレード法、スパッタリング、ラミネーション、スクリーンまたはステンシル印刷、溶融排出、化学蒸着（ＣＶＤ）、および、プラズマ系蒸着システム等の技術を使用して、基板３２８に付着されることができる。上塗り材料もまたパターニングすることができ、ボンドパッドまたはコンタクト等の特徴部を露出する。
【００１７】
上塗り３３５が準備された後に、犠牲層３２５の犠牲ポリマー材料を、ポリマーを分解するのに十分な温度（たとえば、２００〜２５０℃）へ加熱することによって、犠牲層３２５は分解される。たとえば、犠牲層３２５は、犠牲層３２５の熱分解温度を超えることによって、炉内で分解されてもよく（２３０）、上塗り層３３５によって囲繞され実質的に残留物がない低残留エアギャップかまたは残留物がないキャビティ３４８を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ３４０を作る。「実質的」な値未満の残留物は、最終製品にほとんどまたはまったく影響を与えず、「残留物がない」とみなすことができる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスにおいて、１０ｎｍ未満の残留物は典型的には最終製品に影響を与えず、残留物がないとみなされる。
【００１８】
このプロセス中に、犠牲層３２５の分解生成物は、上塗り層３３５を通って拡散するかまたは透過する。追加ステップにおいて、追加の金属材料３５５が、上塗り層３３５上でＭＥＭＳ構造物に加えられて（２４０）、ＭＥＭＳデバイスの活性表面３５８を保護する金属キャップまたはバリア３５５を備えたＭＥＭＳデバイスパッケージ３５０を形成する。金属バリア３５５は、外部力または要素からＭＥＭＳデバイス３１０を保護する１つのタイプの保護を提供する。特に、金属は密封バリアを提供することが知られている。したがって、金属密封バリア３５５は、ＭＥＭＳデバイスが大気条件にもたらされることを可能にする。
【００１９】
いくつかの実施の形態においては、ＭＥＭＳデバイスの真空パッケージングが望まれる。その中で、ＭＥＭＳデバイスの真空パッケージングを実行するための１つの実施の形態は、先に記載されたプロセス２００を使用する。しかし、ステップ３３５で追加金属を加えるために、ＭＥＭＳデバイス３４０は、エバポレータ等の真空チャンバに配置され、エアキャビティ領域３４８内の空気は排気される。真空下で、次にが先にステップ２５５に述べられたように、上塗り材料上に付着される。金属バリア３５５は、金属によって密閉された領域に空気が入るのを防止し、したがって、ＭＥＭＳデバイスに真空パッケージを提供する。いくつかの実施の形態では、犠牲層を除去するためのステップは、次に複数のステップが同時に行われてもよいように、真空チャンバで行われてもよいことに注意されたい。
【００２０】
いくつかの実施の形態では、ＭＥＭＳパッケージは、図２の前述のステップの各々を実行することなく作られて、下記に検討されるように、外部の点または端子へ電気接続を提供するためのさらなる処理をするのに依然として適切であることにさらに注意されたい。
【００２１】
犠牲層３２５を作るのに使用される犠牲ポリマーは、ゆっくりと分解し、囲繞する材料内にエアキャビティ領域３４８を形成しながら過度の圧力蓄積を生成しないポリマーでありうる。加えて、犠牲ポリマーの分解は、上塗り層３３５を透過するのに十分小さな気体分子を生成する。さらに、犠牲ポリマーは、ＭＥＭＳ構造物および上塗り材料の分解または減成温度よりも低い分解温度を有する。さらに、犠牲材料は、上塗り材料の付着または硬化の温度よりも高いが、犠牲ポリマーが使用されている構造物の構成要素の劣化温度よりも低い分解温度を有するべきである。
【００２２】
犠牲ポリマーは、たとえば、ポリノルボルネン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリエステル、各々の官能化化合物、および、それらの組み合わせ等であるが、それらに限定されない化合物を含むことができる。ポリノルボルネンは、アルケニル置換ノルボルネン（たとえば、シクロアクリレートノルボルネン）を含むことができるが、それに限定されない。ポリカーボネートは、ノルボルネンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリエチレンカーボネート、ポリシクロヘキセンカーボネート、および、その組み合わせを含むが、それらに限定されない。
【００２３】
加えて、犠牲ポリマーは、犠牲ポリマーの処理可能性を変える（たとえば、熱および／または光放射に対する犠牲ポリマーの安定性を増加するかまたは減少する）追加構成要素を含むことができる。これに関して、構成要素は、光開始剤および光酸開始剤を含むことができるが、それに限定されない。
【００２４】
開示された犠牲組成物の実施の形態は、犠牲ポリマーおよび１つまたはそれ以上のポジ型またはネガ型の構成要素を含むが、それらに限定されない。ポジ型の構成要素は、光酸発生剤を含むことができる。
【００２５】
たとえば、犠牲構成要素は、ネガ型の構成要素および／またはポジ型の構成要素を含むことができる。ネガ型の構成要素は、犠牲ポリマーに架橋を生じさせる反応剤を生成する構成要素を含むことができる。ネガ型の構成要素は、たとえば、光電性フリーラジカル発生剤等の化合物を含むことができるが、それに限定されない。代替のネガ型の構成要素は、光酸発生剤として（たとえば、エポキシド官能化システムに）使用されることができる。
【００２６】
ネガ型の光電性フリーラジカル発生剤は、光に露出されるときに、少なくともその１つがフリーラジカルである２つまたはそれ以上の化合物になる化合物である。特に、ネガ型の光開始剤は、ビス（２、４、６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィン酸化物（イルガキュア８１９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ８１９）、チバスペシャルティケミカルズ社（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．））； ２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタノン−１（イルガキュア３６９、チバ）； ２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−１−オン（イルガキュア６５１、チバ）； ２−メチル−１［4−（メチルチオ）−フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン（イルガキュア９０７、チバ）； ベンゾインエチルエーテル（ＢＥＥ、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ））； ２−メチル−４’−（メチルチオ）−２−モルホリノ−プロピオフェノン； ２，２’−ジメトキシ−２−フェニル−アセトフェノン（イルガキュア１３００、チバ）； ２、６−ビス（４−アジドベンジリデン）−４−エチルシクロヘキサノン（ＢＡＣ−Ｅ）、および、その組み合わせを含むことができるが、それらに限定されない。
【００２７】
ポジ型の構成要素は、光酸発生剤（単／複）を含むことができるが、それに限定されない。より具体的には、ポジ型の光酸発生剤は、求核ハロゲン化物（ｎｕｃｌｅｏｐｈｉｌｉｃ ｈａｌｏｇｅｎｉｄｅｓ）（たとえば、ジフェニルヨードニウム塩、ジフェニルフルオロニウム塩）、および、錯体金属ハライドアニオン（ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｅｔａｌ ｈａｌｉｄｅ ａｎｉｏｎｓ）（たとえば、トリフェニルスルホニウム塩）を含むことができるが、それらに限定されない。特に、光酸発生剤は、テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート−４−メチルフェニル［４−（１−メチルエチル）フェニル］ヨードニウム（ＤＰＩ−ＴＰＦＰＢ）； トリ（４−ｔ−ブチルフェニル）スルホニウムテトラキス−（ペンタフルオロフェニル）ボレート（ＴＴＢＰＳ−ＴＰＦＰＢ）； トリ（４−ｔ−ブチルフェニル）スルホニウムヘキサフルオロリン酸（ＴＴＢＰＳ−ＨＦＰ）； トリフェニルスルホニウムトリフレート（ＴＰＳ−Ｔｆ）； ビス（４−ターシャルブチルフェニル）ヨードニウムトリフレート（ＤＴＢＰＩ−Ｔｆ）； トリアジン（ＴＡＺ−１０１）； トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート（ＴＰＳ−１０３）； ロードシル（Ｒｈｏｄｏｓｉｌ）（商標）光開始剤２０７４（ＦＡＢＡ）； トリフェニルスルホニウムビス（ペルフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＰＳ−Ｎ１）； ジ−（ｐ−ｔ−ブチル）フェニルヨードニウムビス（ペルフルオロメタンスルホニル）イミド（ＤＴＢＰＩ−Ｎ１）； トリフェニルスルホニウム； トリ（ペルフルオロメタンスルホニル）メチド（ＴＰＳ−Ｃ１）； ジ−（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムトリ（ペルフルオロメタンスルホニル）メチド（ＤＴＢＰＩ−Ｃ１）； およびその組み合わせであってもよい。
【００２８】
光酸発生剤は、犠牲組成物の約０．５重量％から５重量％でありうる。特に、光酸発生剤は、犠牲組成物の約１重量％から３重量％でありうる。
【００２９】
光酸発生剤および犠牲ポリマーを占めない犠牲組成物の残りのパーセンテージ（たとえば、約５０％から約９０％）は、溶剤から作ることができ、たとえば、メシチレン、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、アニソール、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、Ｎ−ブチルアセテート、ジグリム、エチル３−エトキシプロピオネート、およびその組み合わせ等であるが、それらに限定されない。
【００３０】
犠牲ポリマーの熱分解は、ＭＥＭＳデバイスパッケージを犠牲ポリマーの分解温度へ加熱し一定の時間の間（たとえば、１〜２時間）その温度を保持することによって、行うことができる。その後、分解生成物が、上塗りポリマー層を通って拡散するかまたは透過し、実質的に残留物のない中空構造物（エアキャビティ）を残す。
【００３１】
上塗り層３３５は、エアギャップまたはキャビティを形成しながら犠牲ポリマーの分解によって生成された分解気体へ透過性であるかまたは半透性であるという特性を含むいずれの分子ポリマーまたは蒸着膜（たとえば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等）であってもよい。加えて、上塗りポリマー層は、製造および使用状態下で破裂したり崩壊したりしないように、弾性特性を有する。さらに、上塗り層３３５は、犠牲ポリマーが分解する温度範囲で安定している。上塗り層３３５の例は、たとえば、ポリイミド、ポリノルボルネン、エポキシド、ポリアリーレンエーテルおよびパリレン等の化合物を含む。より具体的には、上塗り層３３５は、アモコウルトラデル（Ａｍｏｃｏ Ｕｌｔｒａｄｅｌ）（商標）７５０１、ＢＦグッドリッチ（ＢＦ Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）アバトレル（Ａｖａｔｒｅｌ）（商標）ジーエレクトリック（Ｄｉｅｅｌｅｃｔｒｉｃ）ポリマー、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）２６１１、デュポン２７３４、デュポン２７７１およびデュポン２５５５等の化合物を含む。上塗り層３３５は、たとえば、スピンコーティング、ドクターブレード法、スパッタリング、ラミネーション、スクリーンまたはステンシル印刷、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ系蒸着システム等の技術を使用して、基板に付着されることができる。
【００３２】
様々なアプローチを使用して熱分解可能な犠牲層および上塗り層をＭＥＭＳデバイスに加えてもよい。図４は、図５に表されるように、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）共振器または小さな穴（たとえば、Ｈ＞＞ｇおよびｔ＜＜５０μｍであり、ただし、Ｈはエアキャビティの高さ、ｇは穴の幅、ｔは犠牲層の厚さである）を備えた他のＭＥＭＳデバイス等の表面微細加工されたＭＥＭＳデバイスをパッケージするのに適切である１つのそのようなプロセスを説明する図を示す。
【００３３】
このパッケージング・バイア・パターニング（ＰＶＰ）アプローチにおいて、感光性犠牲ポリマーユニティ２００（プロメラス、ＬＬＣ（Ｐｒｏｍｅｒｕｓ， ＬＬＣ）、オハイオ州ブレックスヴィル）が、まず、ＭＥＭＳデバイス４１０の表面にスピンコーティングされて、薄い犠牲層４１２を生成し、ＭＥＭＳデバイスは、軟焼付される（４２０）。次いで、深いＵＶ露出（λ＝２４８ｎｍ）が行われ（４２０）、薄い犠牲層４１２をパターニングする。犠牲層４１２は、約１１０℃で焼付展開され（４３０）、露出された区域を分解し、続いて、感光性ポリマー上塗りアバトレル（プロメウス、ＬＬＣ）４１４を使用して犠牲材料を密閉する（４４０）。
【００３４】
密閉（４４０）後に、上塗り材料４１４のフォトパターニング（４５０）によってボンドパッド４１６が開かれる。ＭＥＭＳ構造物を覆う上塗りの下の犠牲材料は、次いで、約２００〜３００℃で熱分解され（４６０）、エアキャビティ４１８を形成する。これは、このプロセスではもっとも高い温度のステップである。熱分解の副産物は、上塗り４１４を通ってキャビティ４１８から容易に拡散することができる。アルミニウム層４１７がスパッタリングされ（４７０）、パッケージされたＭＥＭＳデバイスを気密封止する。
【００３５】
犠牲材料の分解後に、キャビティ４１８の内部には、犠牲材料がなく、デバイス構造物４１９は損なわれていず、デバイス上にいずれの残留物なしで自由に動く。たとえば、１つの実験において、１μｍギャップを備えた２５μｍ厚さのＳＯＩビーム共振器（２．６ＭＨｚ周波数）が、ＰＶＰによってユニティ犠牲材料でパッケージされた。ユニティ犠牲材料は、シリコン、酸化物および金属に良好に接着し低音で熱分解する感光性ポリカーボネートである。さらに、ユニティ犠牲材料は、狭い温度範囲できれいに分解することによって特徴づけられる。この実験において、Ｑファクター（Ｑ＝８０００）は、このデバイスでは、犠牲材料をパッケージし除去した後に変わらなかった。
【００３６】
代替として、図６は、熱分解可能な犠牲層を加えるためのパッケージング・バイア・ディスペンジング（ＰＶＤ）アプローチを説明する。このアプローチは、図７に表されるように、脆弱な要素および広く深いキャビティ（たとえば、Ｌ＞＞ｇであり、ただし、Ｌはエアキャビティ７１０の高さを表し、ｇは穴７２０の幅を表す）で、嵩のある微細加工された構造物（たとえば、ＨＡＲＰＳＳジャイロ／加速度測定装置）をパッケージするのにより適切である。
【００３７】
このアプローチにおいて、熱分解可能な犠牲材料６１０（感光性である必要はない）は、調整可能な小滴サイズ（たとえば、１ｍｍから１ｃｍ）を備えたシリンジディスペンスツールによって（たとえば、手動でまたは自動的に）加えられ（６２０）、エアキャビティ６１２を覆う。犠牲材料６１０は、次いで、アバトレル上塗り材料を使用して上塗りされ（６３０）、プロセス順序はＰＶＰプロセスに類似して進み、犠牲層６１０を分解するための熱解放ステップ（６４０）と、エアキャビティ６１６上に金属バリア層６１７を加えるための金属化ステップ（６５０）と、を含む。最終金属化ステップ（６５０）は、気密封止パッケージ６１８を可能にする。
【００３８】
前述のプロセスは、犠牲材料１０５および／またはバリア材料１２０（たとえば、上塗り材料、金属層、他の保護バリア等）をＭＥＭＳデバイスに加えるための技術の例である。しかし、本開示は、図４〜７に関して検討されたプロセスに限定されない。たとえば、半導体製造プロセスに使用される他のリソグラフィおよびエッチング技術が使用されてもよい。このため、ＭＥＭＳデバイスはまた、図８に表されるように、脆弱な要素または広く深い穴（たとえば、ｔ＞Ｌ＞５０μｍであり、ただし、ｔは犠牲層８１０の厚さを表し、Ｌはエアキャビティ８２０の長さである）で、小型ＭＥＭＳデバイス（たとえば、ＨＡＲＰＳＳ共振器、ＲＦスイッチ）をパックするのに適切である厚い犠牲材料にマスクエッチングプロセスを使用して、パッケージされることができる。酸素マスクを使用して、酸素プラズマで望ましくない区域から犠牲材料を除去してもよい。
【００３９】
ＭＥＭＳデバイスをパッケージするのに前述の方法を適用する実現可能性は、成功裏に実証されている。たとえば、図９Ａに示されるように（ＳＣＳビームおよび分離溝を備えて）、１μｍギャップ間隔あけで、１５μｍ厚２．６ＭＨｚＳＯＩビーム共振器（解放された）が、ＰＶＰによってパッケージされた。狭い溝が包埋酸化物までエッチングされ、共振器および検知／駆動パッドの形状を規定し、続いて、ＨＦ溶液内の包埋酸化物が除去された。図９Ｂは、ＰＶＰ後の共振器の図を示す。図示のように、共振器は、２０μｍ厚上塗り層を備えた１５μｍ高さのキャビティを特徴とする。
【００４０】
図９Ｃは、デバイスを気密封止するために金のＤＣスパッタリング後のパッケージされた共振器を示す。このデバイスにおいて、アバトレル上塗りは、分離溝上に延ばされた。図９Ｄは、破断されたパッケージされた共振器（ＳＣＳビーム）の断面図を示し、２０μｍ厚アバトレルキャップ下の１５μｍ高さ８０μｍ幅のキャビティを示す。
【００４１】
ＰＶＤ法を評価するために、図１０Ａに示されるように、１μｍギャップおよび２００μｍ深さのキャビティを備えた５０μｍ厚のポリシリコンＨＡＲＰＳＳリングジャイロスコープが製造された。ＨＡＲＰＳＳ順序は、窒化物アンカーをパターニングし溝を画成することで開始する。犠牲酸化物の薄い層が付着されて、溝の側壁を均一に覆い、ＳＣＳとポリシリコン電極との間に容量性ギャップを画成する。溝は、ドープされたポリシリコンが補充されて、リング、ばね、および、電極を形成する。最後に、センサが、ＤＲＩＥツールに解放され、続いて、ＨＦ溶液内の犠牲酸化物が除去される。図１０Ｂは、犠牲材料を手で排出した後の同一のデバイスの図を示す。図１０Ｃは、厚い（１２０μｍ）上塗りキャップを形成しキャビティ内部から犠牲材料を分解した後のデバイスの図である。図１０Ｄは、２ｍｍ幅のアバトレルカプセルを壊した後のデバイスを示し、非常にきれいなキャビティおよび損なわれていないデバイス構造物（デバイスは自由に振動する）を確認する。
【００４２】
電極、１μｍ容量性ギャップ、および、４μｍ幅ポリシリコンリングおよびサポートばねのクローズアップ図が、図１０Ｅおよび１０Ｆに示される。これは、堅いキャップを形成するために、犠牲材料が非常に厚い上塗りを通って分解することができることを明らかに示す。空気分子がアバトレルキャップを通って真空チャンバの気体を抜くことができ且つ構造物が高いＱファクターで共振を開始することができるまでに、室温で数時間かかる。
【００４３】
図９Ａ〜９Ｄのパッケージされた共振器は、真空プローブステーション内部でウェーハレベルで検査された。電極がネットワークアナライザに直接接続される間に、７０〜８０Ｖの範囲のＤＣ分極電圧が加えられた。図１１Ａは、パッケージする前の真空における共振器の周波数応答を示し、図１１Ｂは、パッケージした後の真空における共振器の周波数応答を示す。およそ５０００の高いＱファクターは、このデバイスでは変わらず、このことはパッケージング後にユニティ犠牲材料の熱分解がデバイスの性能に影響を与えないことを実証した。
【００４４】
先に述べたように、様々なＭＥＭＳデバイスパッケージが、環境要素に対して様々な保護のレベルで製造されてもよい。それに応じて、ＭＥＭＳパッケージの実施の形態の例は、下記を含むが、それらに限定されない。
【００４５】
図１２には、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１２００の１つの実施の形態が示される。この実施の形態において、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１２００は、基板層１２１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性領域１２２０と、真空パックされたエアキャビティ領域１２２５と、コンタクト１２３０と、上塗り層１２４０と、バリア層１２５０と、を含む。パッケージ１２００は、図２のプロセスに関して記載されたものと類似のプロセスによって製造され、犠牲層３２５は除去されており、上塗り層１２４０およびバリア層１２５０を形成し、これは、ＭＥＭＳデバイスに様々な程度の密封保護を提供してもよい。このプロセス中に、キャビティ１２２５内部の空気が排気され、キャビティ１２２５内部に真空を生成し、金属バリア１２５０は、空気がエアキャビティ領域１２２５に入るのを防止する。
【００４６】
上塗り層１２４０を透過する気体状材料へ犠牲材料３２５を転換することによって、キャビティ１２２５には、いかなる残留犠牲材料を含む残留物もない。相応して、犠牲材料を除去するために上塗り層内に穿孔がドリル開けされていなかったため、上塗り層１２４０にもまた、残留物がなく、構造的一体性を維持する。
【００４７】
ＭＥＭＳパッケージ１２００は、後述されるように、リードフレームパッケージング、表面実装パッケージング、セラミックパッケージング、または、他の高性能技術を使用して、ワイヤボンド技術、フリップチップ技術を含む様々な方法によって、外部の点に接続されるかまたはさらなるパッケージングを受けてもよい。異なる処理技術は異なる量の圧力および負担をマイクロエレクトロニクスデバイスにかけるため、ＭＥＭＳデバイスに利用可能な特定の処理技術は、上塗り層およびバリア層によって提供される保護のレベルに依存してもよい。
【００４８】
次に図１３を参照すると、ＭＥＭＳパッケージ１３００の別の実施の形態が示される。図１３において、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１３００は、基板層１３１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１３２０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面を囲繞するエアキャビティ１３２５と、コンタクト１３３０と、上塗り層１３４０と、バリア層１３５０と、を含む。パッケージ１３００は、図２に関して述べられたプロセスと類似したプロセスによって製造され、犠牲層３２５は除去されており、上塗り層１３４０およびバリア層１３５０を形成する。しかし、真空パッキングを必要としない多くのＭＥＭＳデバイスがあるため、この実施の形態では、エアキャビティ１３２５内部に真空を形成するプロセスは行われない。バリア層１３５０は依然として、バリア層１３５０（たとえば、金属層）によって密閉されたエアキャビティ領域１３２５に空気および湿分が入るのを防止してもよい。さらに、上塗り層１３４０を透過する気体状材料へ犠牲材料３２５を転換することによって、エアキャビティ１３２５には、いかなる残留犠牲材料を含む残留物もない。相応して、犠牲材料を除去するために上塗り層内に穿孔がドリル開けされていなかったため、上塗り層１３４０にもまた残留物がなく、構造的一体性を維持する。ＭＥＭＳデバイスパッケージ１３００は、後述されるように、リードフレームパッケージング、表面実装パッケージング、セラミックパッケージング、または、他の高性能技術を使用して、ワイヤボンド技術、フリップチップ技術を含む様々な方法によって、外部の点に接続されてもよい。異なる処理技術は異なる量の圧力および負担をマイクロエレクトロニクスデバイスにかけるため、ＭＥＭＳデバイスに利用可能な特定の処理技術は、上塗り層およびバリア層によって提供される保護のレベルに依存してもよい。
【００４９】
別の実施の形態において、図１４は、基板層１４１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１４２０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面のまわりのエアキャビティ領域１４２５と、コンタクト１４３０と、保護層としても作用する上塗り層１４４０とを備えたＭＥＭＳデバイスパッケージ１４００を示す。このパッケージ１４００は、図２に関して述べられたプロセスの一部に類似したプロセスによって製造され、犠牲層３２５は除去されており、上塗り層１４４０を形成する。しかし、この例では、パッケージ１４００は、犠牲層３２５が除去された（２３０）後に完了し、上塗り層１４４０はそのままである。
【００５０】
それに応じて、上塗り層を加える（２２０）ことの一部として、上塗りを剛性に固くするために、上塗り材料は一般に焼き付けられ、これは、ＭＥＭＳデバイスの多くの用途および種類では、外部力に対する適切な保護として作用してもよい。さらに、上塗り層１４４０を透過する気体状材料へ犠牲材料３２５を転換することによって、エアキャビティ１４２５には、いかなる残留犠牲材料を含む残留物もない。相応して、犠牲材料を除去するために上塗り層内に穿孔がドリル開けされていなかったため、上塗り層１４４０にもまた、残留物がなく、構造的一体性を維持する。ＭＥＭＳデバイスパッケージ１４００は、パッケージングプロセスの特定の品質および特定のＭＥＭＳデバイスの保護要件に依存して、リードフレームパッケージング、表面実装パッケージング、セラミックパッケージング、または、他の高性能技術を使用して、ワイヤボンド技術、フリップチップ技術を含む様々な方法によって、外部の点に接続されてもよい。
【００５１】
次に図１５を参照すると、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１５００の別の実施の形態が示される。この実施の形態において、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１５００は、基板層１５１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１５２０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面を囲繞するエアキャビティ１５２５と、コンタクト１５３０と、犠牲層１５４０と、を含む。パッケージ１５００は、図２に関して述べられたプロセスの一部に類似したプロセスによって製造され、犠牲材料が加えられて、犠牲層３２５を形成する。しかし、この特定の例において、犠牲層を加えるステップが実行された（２１０）後にプロセスは完了する。それに応じて、犠牲層を加える一部として、犠牲材料は、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１５２０まわりに入れられ、これは、その後、ＭＥＭＳデバイスパッケージが、現在のワイヤボンド技術および／または表面実装法によって外部の点または端子へ取り付けられる前に、外部力に対する適切な保護として作用してもよい。
【００５２】
ＭＥＭＳデバイスをパッケージした後に、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、集積回路に類似してもよいだけではなく（たとえば、ワイヤボンドパッド、コーティングされた表面等を有する）、多くの集積回路のように取り扱われてもよく、多くの集積回路のようにパッケージされてもよい。たとえば、ＭＥＭＳデバイスをサポート構造物へ取り付けるための下記のプロセス、たとえば、従来、集積回路を装着するのに使用される金属フレーム（たとえば、リードフレーム）を考慮する。
【００５３】
図１６に示されているように、ＭＥＭＳデバイスを囲繞する犠牲層１５４０を有するＭＥＭＳデバイス１５００を取り付けるためのプロセスが検討される。それに応じて、リードフレーム（１６００）が設けられる。この例において、薄い金属シート（たとえば、銅）が、マイクロエレクトロニクスデバイスパッケージを取り付けるためのダイパッド１６１０およびワイヤをマイクロエレクトロニクスデバイスのボンドパッドまたはコンタクトに接続するためのリードフィンガ１６２０を有するリードフレーム１６００内に加工される。相応して、犠牲層１５４０を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ１６３０が、（リードフレーム１６００のダイパッド１６１０へパッケージ１６３０を装着するかまたは結合するかによって）リードフレーム１６００に取り付けられる（１６２５）。さらに、金属ワイヤ１６４０がリードフィンガ１６２０またはリードフレーム１６００の端子から、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１６３０のボンドパッドまたはコンタクト１３０に接続される（１６２５）。次いで、コーティング材料１６５０（たとえば、プラスチック成形化合物、熱硬化性ポリマー、エポキシ樹脂等）が、成形プロセスの一部として、ＭＥＭＳデバイスパッケージの表面およびリードフレーム１６００の一部に加えられる（１６４５）。
【００５４】
このプロセスに使用されるコーティング材料１６５０は、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１５００の犠牲材料１５４０の熱分解の温度よりも低い硬化温度を有する。したがって、コーティング材料１６５０は、より低い温度（犠牲材料の熱分解の温度よりも低い）で硬化され、コーティング材料を固める。コーティング材料１６５０は、犠牲層１５４０の犠牲ポリマーの分解によって生成された分解気体へ透過性であるかまたは半透性であるという特性を有する。
【００５５】
コーティング材料１６５０は、チップの表面にかかるパッケージ応力を最小限にする目的で、ＭＥＭＳデバイスの表面およびリードフレームアセンブリまたは「チップ」上に耐湿性材料を提供し、腐食に対するさらなる保護を提供するように作用する。これは、集積回路の低コストマイクロエレクトロニクスパッケージングでは標準ステップである。しかし、ＭＥＭＳデバイスでは、そのようなステップは典型的に、保護カバーを有さないＭＥＭＳ構造物の作業にマイナスに干渉し、それを害する。このため、犠牲層１５４０の存在により、コーティング１６５０は、ＭＥＭＳデバイスの活性表面に接触しないようになっている。
【００５６】
コーティング１６５０が硬化し固くなった後に、次いで、ＭＥＭＳチップが、犠牲材料の熱分解を超える温度で焼き付けられる。その後、犠牲材料は気体状態に転換され、コーティング材料１６５０を通って透過するかまたは拡散する。犠牲層の分解後、エアキャビティがＭＥＭＳデバイスの活性表面のまわりに形成され、コーティング材料１６５０は今や保護層として作用し、要素がエアキャビティに入るのを禁じ、一般に、ＭＥＭＳデバイスを保護する。ＭＥＭＳ「チップ」１６６０は、次いで、シンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）プロセスによってリードフレームから除去され（１６５５）、標準チップパッケージングプロセスの一部として、チップのリードが所望の形状に曲げられる。
【００５７】
今述べたプロセスは、薄いエポキシパッケージ、たとえば、ＴＳＯＰ（シン・スモールアウトライン・パッケージ（ｔｈｉｎ ｓｍａｌｌ ｏｕｔｌｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ））およびＴＱＦＰ（シン・クワッドフラット・パッケージ（ｔｈｉｎ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋａｇｅ））でよく機能する。しかし、プロセスは、薄いエポキシパッケージに限定されず、他のコーティング変形例で稼動してもよい。さらに、ＭＥＭＳデバイスパッケージの他の実施の形態もまた、類似のプロセスで使用されてもよい。
【００５８】
たとえば、１つの実施の形態（図１４によって表されるように）では、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、犠牲材料１４２５の熱分解に影響を与えずに、ＭＥＭＳデバイスにさらなるサポートを提供する上塗り層１４４０を含む。このようにして、そのようなＭＥＭＳデバイスパッケージはまた、図１６に述べられたプロセスを使用してリードフレームに加えられてもよい。
【００５９】
さらに、他の実施の形態（図１２および１３によって表されるように）において、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、犠牲層を含まなくてもよく、代替的に、バリアレベル１２５０、１３５０等の追加サポート構造物を含んでもよい。これらのＭＥＭＳデバイスパッケージは、犠牲材料が存在しないため、コーティング材料の硬化温度を超える温度で焼き付ける必要はない。さもなくば、図１６に述べられたプロセスを使用して、そのようなＭＥＭＳデバイスパッケージを、共通集積回路パッケージングプロセス（たとえば、リードフレームパッケージング）を使用して、さらにパッケージしてもよい。
【００６０】
本開示にしたがって、微小電気機械デバイスパッケージのいくつかの実施の形態は一般に、１つまたはそれ以上のＭＥＭＳデバイスと、デバイス（単／複）からパッケージへの相互接続と、機械的保護、および、電気、化学および環境的保護との両方を提供する囲繞または含有構造物と、パッケージを回路基板またはシステムに取り付ける結合構造物と、を含む。そのような実施の形態は、様々な用途のために異なるプロセスによって製造されたデバイスをパッケージするのに一般に適用可能であるＭＥＭＳデバイス用のウェーハレベルで多様なパッケージングプロセスを提供する。それに応じて、本開示の実施の形態は、図１７に例示されるように、十分に開発された集積回路パッケージング技術に適用することができる。
【００６１】
次に図１７を参照すると、本開示のＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０は、各種のパッケージング要件および好みに合致するように作成することができる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０は、ＭＥＭＳデバイスに様々なレベルまたは程度の密封保護を提供するようパッケージすることができる。図１７に示されるように、密封保護のレベルは、機械的な保護１７２０（たとえば、不用意な接触、さらなるパッケージング等から）、機械的な保護に加えて酸素および水からの保護１７３０、および、機械的な保護に加えてすべての気体（たとえば、純真空を有する）への全露出からの保護１７４０を含むが、それらに限定されない。
【００６２】
様々な程度の密封保護に加えて、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０はまた、様々なボンディング技術を使用して、外部の点または端子へ電気接続を提供することができる。そのようなボンディング技術は、ワイヤボンド技術１７５０およびフリップチップボンド技術１７６０を含むが、それらに限定されない。
【００６３】
さらに、本開示のＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０は、既に普通に使用されている様々なマイクロエレクトロニクスデバイスパッケージング技術に利用されることができる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、低コストプラスチックパッケージング技術１７７０およびセラミックまたは他の高性能パッケージング技術１７８０を含むがそれらに限定されない共通の集積回路技術を使用してもよい。これらのアプローチのいずれかのために、表面実装プロセス１７９０およびスルーホール装着プロセス１７９５を含むがそれらに限定されないさらなるパッケージング技術もまた利用可能である。
【００６４】
有利なことに、本開示の実施の形態は、ＭＥＭＳデバイスを保護するための様々な改良されたアプローチを提供する。たとえば、本開示にしたがって、ＭＥＭＳデバイス上の犠牲層は、ＭＥＭＳデバイスの犠牲層および活性表面を囲繞する上塗り層を穿孔することなく、除去されてもよい。さらに、上塗り層および／またはバリア層の厚さは、外部の圧力またはパッケージングプロセス中に遭遇する圧力に耐えるように、調整されるかまたは合わされてもよく（たとえば、５０ｎｍから５００μｍの間の範囲に）、ＭＥＭＳデバイスに適切な保護を提供する。たとえば、ＭＥＭＳデバイス上に形成される上塗り層の厚さを調整するために、上塗り層は、異なる速度でスピンコーティングされることができ、または、上塗り材料の粘度が変えられてもよい。したがって、上塗り材料の厚さは、合理的に必要なほど（たとえば、５ｃｍ）厚く作ることができる。
【００６５】
有利なことに、犠牲材料および上塗り材料はポリマー物質であり、共通の基板材料との良好な熱的不整合特性を有し、結果としてＭＥＭＳ構造物の変形にならないため、本開示の実施の形態は、いずれの基板材料上に保護層を提供してもよい。さらに、広い範囲の熱分解温度内で本開示にしたがって使用することができる広く様々な技術材料がある。したがって、所望の熱分解温度を選択することができ（たとえば、８０℃から４００℃）、選択された温度に基づいて、犠牲材料を選ぶことができる。それに応じて、分解時間および温度が、上塗り厚さにしたがって各用途用に最適化されてもよい。さらに、犠牲材料は、光電性犠牲材料が望まれているか否かに基づいて、選ぶことができる。
【００６６】
本開示の上述の実施の形態は、単に実施の可能の例であり、単に開示の原理を明らかに理解するために述べられただけであることを強調すべきである。開示の精神および原理から実質的に逸脱せずに、開示の上述の実施の形態（単／複）に、多くの変形例および修正例が作られてもよい。すべてのそのような修正例および変形例は、ここに、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本開示の１つの実施の形態にしたがったＭＥＭＳパッケージの図である。
【図２】図１のＭＥＭＳパッケージを製造するための例示的なプロセスを説明するフローチャート図である。
【図３】図２のプロセスの製造ステップを示す図である。
【図４】図２で行われたように犠牲層を加えるステップを実行するためのプロセスの１つの実施の形態を説明する図である。
【図５】図４のプロセスに適切であるＭＥＭＳデバイスの１つの実施の形態が示された図である。
【図６】図２で行われたように犠牲層を加えるステップを実行するためのプロセスの１つの実施の形態を説明する図である。
【図７】図６のプロセスに適切であるＭＥＭＳデバイスの実施の形態が示された図である。
【図８】図２で行われたように犠牲層を加えるプロセスを実行するためのエッチングプロセスに適切であるＭＥＭＳデバイスの実施の形態が示された図である。
【図９Ａ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図９Ｂ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図９Ｃ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図９Ｄ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ａ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｂ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｃ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｄ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｅ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｆ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１１Ａ】パッケージする前およびした後の図９Ａ〜９ＤのＳＯＩビーム共振器の周波数応答を示す図である。
【図１１Ｂ】パッケージする前およびした後の図９Ａ〜９ＤのＳＯＩビーム共振器の周波数応答を示す図である。
【図１２】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１３】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１４】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１５】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１６】本開示にしたがって、リードフレームパッケージへＭＥＭＳデバイスを取り付けるための製造プロセスを説明する図である。
【図１７】本開示のＭＥＭＳパッケージで使用することができる様々なパッケージング技術を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主に微小電気機械デバイスに関し、より詳細には、微小電気機械デバイスのパッケージングに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクスパッケージを微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに適合させることは、いくつかの挑戦的なパッケージング要件を必要とする。多くのＭＥＭＳデバイスの典型的な三次元の可動要素は一般に、ＭＥＭＳデバイスの活性表面の上に自由空間を提供するためにある種のキャビティパッケージを必要とする。キャビティの内部は一般に、材料の過剰ガス放出を含む汚染物質がないものでなければならない。ＭＥＭＳデバイスはまた、パッケージ内の熱的分離、および、デバイスへの機械的応力を最小限にする装着方法を必要とすることもある。キャビティは、排気されてもよく、または、ゲッター等の大気制御剤で満たされてもよい。
【０００３】
これらの要件に加えて、ＭＥＭＳデバイスは、通常のマイクロパッケージング手順中に損傷を受けやすい。動くことができる三次元機械的構造物の存在は、パッケージされていないＭＥＭＳデバイスに脆弱性を加える。たとえば、可動ＭＥＭＳ構造物は、粗雑に扱われると、接触し永久的にくっついてしまう（吸着効果）。
【０００４】
さらに、ＭＥＭＳパッケージングのコストは、多くの用途で重大な問題になっている。たとえば、大半のＭＥＭＳデバイスを製造する際に、コストの５０〜９０％は、ＭＥＭＳデバイスのパッケージングに費やされる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスの表面特徴およびキャビティ要件は、典型的には、大半の集積回路に使用される低コストの移送成形されたプラスチックパッケージングの適用を禁じる。さらに、射出成形等の共通の密閉技術は、高圧を必要とすることが多く、それは、微小構造物を容易に損傷することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、前述の欠陥および不適切さに対処するために、業界では、今までに取り組まれていない需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施の形態は、微小電気機械デバイスパッケージを製造するためのシステムおよび方法を提供する。簡単に述べると、構造面において、中でも、当該システムの１つの実施の形態は、基板層上に形成された微小電気機械デバイスと、微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する熱分解可能な犠牲構造物と、を含み、犠牲構造物は基板層上に形成され、微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲む気体キャビティを囲繞する。
【０００７】
本開示の実施の形態はまた、微小電気機械デバイスパッケージを製造するための方法をも提供する。この点に関して、中でも、そのような方法の１つの実施の形態は、下記のステップに大ざっぱに要約することができる。すなわち、微小電気機械デバイスの基板に熱分解可能な犠牲層を形成するステップであって、犠牲層は微小電気機械デバイスの一部を密閉する気体キャビティを囲繞するステップと、犠牲層のまわりに保護層を形成するステップと、犠牲層を熱分解するステップであって、分解された分子が保護層を通って透過し、熱分解可能な犠牲層が形成された場所に気体キャビティが形成されるステップと、である。
【０００８】
本開示の他のシステム、方法、特徴および利点は、下記の図面および詳細な説明を調べれば当業者には明らかであるかまたは明らかになる。すべてのそのような追加システム、方法、特徴および利点は、本説明に含まれ、本開示の範囲内であることが意図される。
【０００９】
本開示の多くの態様は、下記の図面を参照して良好に理解されることができる。図面の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、本開示の原理を明らかに例示することが重要視されている。さらに、図面において、類似の参照符号は、数枚の図面にわたって対応する部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本開示の１つの実施の形態にしたがったＭＥＭＳデバイスパッケージ１００を示す。それに応じて、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１００は、自立ＭＥＭＳ構造物１１０をパッケージするために使用され、一般に、基板層１０５と、基板層１０５に形成された１つまたはそれ以上のＭＥＭＳ構造物（単／複）１１０と、自立ＭＥＭＳ構造物１１０を囲繞するキャビティまたはエアギャップまたは気体キャビティ１０８と、ＭＥＭＳデバイスに機械的、電気的、化学的および／または環境的な保護を提供するためのキャビティ１０８のまわりのバリア層１２０と、キャビティの内部から外部へ延出する（電気信号を内部から外部へガイドするために、バリア層１２０を通って、または、その下で）複数の電気フィードスルーと、外部の点または端子へパッケージ１００を接続するために基板１０５に形成されたコンタクト１３０と、を含む。自立または解放されたＭＥＭＳ構造物１１０をＭＥＭＳパッケージ１００内にパッケージした後に、パッケージ１００は、次いで、下記に検討されるように、様々な独特で異なったアプローチで回路基板またはシステムに取り付けられてもよい。
【００１１】
基板層１０５は、特定のＭＥＭＳシステムまたはデバイスに適切な材料から作ることができる。例示的な材料として、ガラス、ダイヤモンド、石英、サファイア、シリコン、シリコン化合物、ゲルマニウム、ゲルマニウム化合物、ガリウム、ガリウム化合物、インジウム、インジウム化合物、または、他の半導体材料および／または化合物を含むが、それらに限定されない。加えて、基板層１０５は、いずれの誘電性材料、金属（たとえば、銅およびアルミニウム）、または、たとえばプリント配線板に見られるセラミックまたは有機の材料を含む非半導体基板材料を含むことができる。コンタクト１３０は、接着および熱特性等を適切に考慮して、金属および／または金属合金等の導体から形成される。
【００１２】
先に述べたように、キャビティ１０８のまわりのバリア層１２０は、ＭＥＭＳデバイス（単／複）に機械的、電気的、化学的および／または環境的な保護を提供する。特定のＭＥＭＳデバイスまたは特定の用途に依存して、異なるレベルの保護が望まれることがある。一般に、エアギャップまたはキャビティは、必ずしも呼吸気ではない気体を含む取り囲まれた領域であり、エアギャップは真空状態下にある。エアギャップまたはキャビティは、一般に、上部構造物によって取り囲まれる。
【００１３】
一般に、ＭＥＭＳ構造物１１０は、デバイスを作業環境から保護し、かつ、環境をデバイス材料および操作から保護するのを確実にするようにパッケージされる。たとえば、保護の１つのレベルは、ＭＥＭＳ構造物１１０の構造的一体性を確実にするために、他の機械的構造物または物体から干渉されることから保護する。この種類のエンクロージャにおいて、バリア層１２０は、ＭＥＭＳデバイスの特定の操作環境の一般的な厳しさに耐えることができる材料から作らなければならない。保護の別の追加レベルは、酸素または水への露出からの保護を提供する（たとえば、密封エンクロージャ）。それに応じて、この種類の保護では、バリア層１２０は、一般にエアキャビティ１０８のまわりに気密封止を提供する金属材料から作られる。加えて、いくつかのバリア層１２０はまた、いずれの外部気体への露出からの保護をさらに提供する追加レベルの保護を提供してもよい。この最後のレベルの保護では、エアキャビティ１０８内部に真空が生成され、バリア層２０は、一般にエアキャビティ１０８内部に真空を維持する金属材料から作られる。
【００１４】
本開示の１つの実施の形態にしたがって、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１００を製造するためのプロセス２００が、図２および図３に関して検討される。このプロセス２００は、本願に記載されるように、犠牲材料の熱分解に基づいている。明瞭化のために、製造プロセスのいくつかは図２に含まれないことに留意されたい。このため、下記の製造プロセスは、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１００を製造するために必要なすべてのステップを含む網羅的なリストであることは意図されない。加えて、プロセスのステップは、図２に例示された順番とは異なる順番で行われてもよく、または、いくつかのステップは同時に行われてもよいため、製造プロセスは柔軟性がある。
【００１５】
次に図２および図３を参照すると、熱分解可能な犠牲ポリマー（たとえば、ユニティ２００、プロメラス、ＬＬＣ、オハイオ州ブレックスヴィル（Ｕｎｉｔｙ ２００， Ｐｒｏｍｅｒｕｓ， ＬＬＣ， Ｂｒｅｃｋｓｖｉｌｌｅ， ＯＨ））が、解放されたＭＥＭＳデバイス３１０の表面に加えられて（２１０）、犠牲層３２５を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ３２０を生成する。犠牲ポリマー材料は、ＭＥＭＳデバイス３１０の表面または表面の一部を密閉するようにパターニングされて、犠牲層３２５を形成する。たとえば、光電性または感光性の犠牲ポリマー材料を使用して、犠牲層３２５を作ってもよい。それに応じて、感光性ポリマーは、たとえば、スピンコーティング、ドクターブレード法、スパッタリング、ラミネーション、スクリーンまたはステンシル印刷、溶融排出、化学蒸着（ＣＶＤ）、および、プラズマ系蒸着システム等の技術を使用して、基板３２８に付着されることができる。
【００１６】
次いで、犠牲材料３２５でパターニングした後に、ＭＥＭＳデバイスは、犠牲層３２５の頂部およびＭＥＭＳ構造物の他のいずれの所望の区域を、誘電性材料（たとえば、アバトレル（Ａｖａｔｒｅｌ）、ポリイミド、ＳＵ８）３３５で上塗りされる。このため、上塗り層が、ＭＥＭＳ構造物３２０に加えられて（２２０）、犠牲層３２５および上塗り層３３５を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ３３０を形成する。上塗り層３３５は、たとえば、スピンコーティング、感光方法、ドクターブレード法、スパッタリング、ラミネーション、スクリーンまたはステンシル印刷、溶融排出、化学蒸着（ＣＶＤ）、および、プラズマ系蒸着システム等の技術を使用して、基板３２８に付着されることができる。上塗り材料もまたパターニングすることができ、ボンドパッドまたはコンタクト等の特徴部を露出する。
【００１７】
上塗り３３５が準備された後に、犠牲層３２５の犠牲ポリマー材料を、ポリマーを分解するのに十分な温度（たとえば、２００〜２５０℃）へ加熱することによって、犠牲層３２５は分解される。たとえば、犠牲層３２５は、犠牲層３２５の熱分解温度を超えることによって、炉内で分解されてもよく（２３０）、上塗り層３３５によって囲繞され実質的に残留物がない低残留エアギャップかまたは残留物がないキャビティ３４８を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ３４０を作る。「実質的」な値未満の残留物は、最終製品にほとんどまたはまったく影響を与えず、「残留物がない」とみなすことができる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスにおいて、１０ｎｍ未満の残留物は典型的には最終製品に影響を与えず、残留物がないとみなされる。
【００１８】
このプロセス中に、犠牲層３２５の分解生成物は、上塗り層３３５を通って拡散するかまたは透過する。追加ステップにおいて、追加の金属材料３５５が、上塗り層３３５上でＭＥＭＳ構造物に加えられて（２４０）、ＭＥＭＳデバイスの活性表面３５８を保護する金属キャップまたはバリア３５５を備えたＭＥＭＳデバイスパッケージ３５０を形成する。金属バリア３５５は、外部力または要素からＭＥＭＳデバイス３１０を保護する１つのタイプの保護を提供する。特に、金属は密封バリアを提供することが知られている。したがって、金属密封バリア３５５は、ＭＥＭＳデバイスが大気条件にもたらされることを可能にする。
【００１９】
いくつかの実施の形態においては、ＭＥＭＳデバイスの真空パッケージングが望まれる。その中で、ＭＥＭＳデバイスの真空パッケージングを実行するための１つの実施の形態は、先に記載されたプロセス２００を使用する。しかし、ステップ３３５で追加金属を加えるために、ＭＥＭＳデバイス３４０は、エバポレータ等の真空チャンバに配置され、エアキャビティ領域３４８内の空気は排気される。真空下で、次にが先にステップ２５５に述べられたように、上塗り材料上に付着される。金属バリア３５５は、金属によって密閉された領域に空気が入るのを防止し、したがって、ＭＥＭＳデバイスに真空パッケージを提供する。いくつかの実施の形態では、犠牲層を除去するためのステップは、次に複数のステップが同時に行われてもよいように、真空チャンバで行われてもよいことに注意されたい。
【００２０】
いくつかの実施の形態では、ＭＥＭＳパッケージは、図２の前述のステップの各々を実行することなく作られて、下記に検討されるように、外部の点または端子へ電気接続を提供するためのさらなる処理をするのに依然として適切であることにさらに注意されたい。
【００２１】
犠牲層３２５を作るのに使用される犠牲ポリマーは、ゆっくりと分解し、囲繞する材料内にエアキャビティ領域３４８を形成しながら過度の圧力蓄積を生成しないポリマーでありうる。加えて、犠牲ポリマーの分解は、上塗り層３３５を透過するのに十分小さな気体分子を生成する。さらに、犠牲ポリマーは、ＭＥＭＳ構造物および上塗り材料の分解または減成温度よりも低い分解温度を有する。さらに、犠牲材料は、上塗り材料の付着または硬化の温度よりも高いが、犠牲ポリマーが使用されている構造物の構成要素の劣化温度よりも低い分解温度を有するべきである。
【００２２】
犠牲ポリマーは、たとえば、ポリノルボルネン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリエステル、各々の官能化化合物、および、それらの組み合わせ等であるが、それらに限定されない化合物を含むことができる。ポリノルボルネンは、アルケニル置換ノルボルネン（たとえば、シクロアクリレートノルボルネン）を含むことができるが、それに限定されない。ポリカーボネートは、ノルボルネンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリエチレンカーボネート、ポリシクロヘキセンカーボネート、および、その組み合わせを含むが、それらに限定されない。
【００２３】
加えて、犠牲ポリマーは、犠牲ポリマーの処理可能性を変える（たとえば、熱および／または光放射に対する犠牲ポリマーの安定性を増加するかまたは減少する）追加構成要素を含むことができる。これに関して、構成要素は、光開始剤および光酸開始剤を含むことができるが、それに限定されない。
【００２４】
開示された犠牲組成物の実施の形態は、犠牲ポリマーおよび１つまたはそれ以上のポジ型またはネガ型の構成要素を含むが、それらに限定されない。ポジ型の構成要素は、光酸発生剤を含むことができる。
【００２５】
たとえば、犠牲構成要素は、ネガ型の構成要素および／またはポジ型の構成要素を含むことができる。ネガ型の構成要素は、犠牲ポリマーに架橋を生じさせる反応剤を生成する構成要素を含むことができる。ネガ型の構成要素は、たとえば、光電性フリーラジカル発生剤等の化合物を含むことができるが、それに限定されない。代替のネガ型の構成要素は、光酸発生剤として（たとえば、エポキシド官能化システムに）使用されることができる。
【００２６】
ネガ型の光電性フリーラジカル発生剤は、光に露出されるときに、少なくともその１つがフリーラジカルである２つまたはそれ以上の化合物になる化合物である。特に、ネガ型の光開始剤は、ビス（２、４、６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィン酸化物（イルガキュア８１９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ８１９）、チバスペシャルティケミカルズ社（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．））； ２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタノン−１（イルガキュア３６９、チバ）； ２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−１−オン（イルガキュア６５１、チバ）； ２−メチル−１［4−（メチルチオ）−フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン（イルガキュア９０７、チバ）； ベンゾインエチルエーテル（ＢＥＥ、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ））； ２−メチル−４’−（メチルチオ）−２−モルホリノ−プロピオフェノン； ２，２’−ジメトキシ−２−フェニル−アセトフェノン（イルガキュア１３００、チバ）； ２、６−ビス（４−アジドベンジリデン）−４−エチルシクロヘキサノン（ＢＡＣ−Ｅ）、および、その組み合わせを含むことができるが、それらに限定されない。
【００２７】
ポジ型の構成要素は、光酸発生剤（単／複）を含むことができるが、それに限定されない。より具体的には、ポジ型の光酸発生剤は、求核ハロゲン化物（ｎｕｃｌｅｏｐｈｉｌｉｃ ｈａｌｏｇｅｎｉｄｅｓ）（たとえば、ジフェニルヨードニウム塩、ジフェニルフルオロニウム塩）、および、錯体金属ハライドアニオン（ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｅｔａｌ ｈａｌｉｄｅ ａｎｉｏｎｓ）（たとえば、トリフェニルスルホニウム塩）を含むことができるが、それらに限定されない。特に、光酸発生剤は、テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート−４−メチルフェニル［４−（１−メチルエチル）フェニル］ヨードニウム（ＤＰＩ−ＴＰＦＰＢ）； トリ（４−ｔ−ブチルフェニル）スルホニウムテトラキス−（ペンタフルオロフェニル）ボレート（ＴＴＢＰＳ−ＴＰＦＰＢ）； トリ（４−ｔ−ブチルフェニル）スルホニウムヘキサフルオロリン酸（ＴＴＢＰＳ−ＨＦＰ）； トリフェニルスルホニウムトリフレート（ＴＰＳ−Ｔｆ）； ビス（４−ターシャルブチルフェニル）ヨードニウムトリフレート（ＤＴＢＰＩ−Ｔｆ）； トリアジン（ＴＡＺ−１０１）； トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート（ＴＰＳ−１０３）； ロードシル（Ｒｈｏｄｏｓｉｌ）（商標）光開始剤２０７４（ＦＡＢＡ）； トリフェニルスルホニウムビス（ペルフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＰＳ−Ｎ１）； ジ−（ｐ−ｔ−ブチル）フェニルヨードニウムビス（ペルフルオロメタンスルホニル）イミド（ＤＴＢＰＩ−Ｎ１）； トリフェニルスルホニウム； トリ（ペルフルオロメタンスルホニル）メチド（ＴＰＳ−Ｃ１）； ジ−（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムトリ（ペルフルオロメタンスルホニル）メチド（ＤＴＢＰＩ−Ｃ１）； およびその組み合わせであってもよい。
【００２８】
光酸発生剤は、犠牲組成物の約０．５重量％から５重量％でありうる。特に、光酸発生剤は、犠牲組成物の約１重量％から３重量％でありうる。
【００２９】
光酸発生剤および犠牲ポリマーを占めない犠牲組成物の残りのパーセンテージ（たとえば、約５０％から約９０％）は、溶剤から作ることができ、たとえば、メシチレン、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、アニソール、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、Ｎ−ブチルアセテート、ジグリム、エチル３−エトキシプロピオネート、およびその組み合わせ等であるが、それらに限定されない。
【００３０】
犠牲ポリマーの熱分解は、ＭＥＭＳデバイスパッケージを犠牲ポリマーの分解温度へ加熱し一定の時間の間（たとえば、１〜２時間）その温度を保持することによって、行うことができる。その後、分解生成物が、上塗りポリマー層を通って拡散するかまたは透過し、実質的に残留物のない中空構造物（エアキャビティ）を残す。
【００３１】
上塗り層３３５は、エアギャップまたはキャビティを形成しながら犠牲ポリマーの分解によって生成された分解気体へ透過性であるかまたは半透性であるという特性を含むいずれの分子ポリマーまたは蒸着膜（たとえば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等）であってもよい。加えて、上塗りポリマー層は、製造および使用状態下で破裂したり崩壊したりしないように、弾性特性を有する。さらに、上塗り層３３５は、犠牲ポリマーが分解する温度範囲で安定している。上塗り層３３５の例は、たとえば、ポリイミド、ポリノルボルネン、エポキシド、ポリアリーレンエーテルおよびパリレン等の化合物を含む。より具体的には、上塗り層３３５は、アモコウルトラデル（Ａｍｏｃｏ Ｕｌｔｒａｄｅｌ）（商標）７５０１、ＢＦグッドリッチ（ＢＦ Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）アバトレル（Ａｖａｔｒｅｌ）（商標）ジーエレクトリック（Ｄｉｅｅｌｅｃｔｒｉｃ）ポリマー、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）２６１１、デュポン２７３４、デュポン２７７１およびデュポン２５５５等の化合物を含む。上塗り層３３５は、たとえば、スピンコーティング、ドクターブレード法、スパッタリング、ラミネーション、スクリーンまたはステンシル印刷、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ系蒸着システム等の技術を使用して、基板に付着されることができる。
【００３２】
様々なアプローチを使用して熱分解可能な犠牲層および上塗り層をＭＥＭＳデバイスに加えてもよい。図４は、図５に表されるように、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）共振器または小さな穴（たとえば、Ｈ＞＞ｇおよびｔ＜＜５０μｍであり、ただし、Ｈはエアキャビティの高さ、ｇは穴の幅、ｔは犠牲層の厚さである）を備えた他のＭＥＭＳデバイス等の表面微細加工されたＭＥＭＳデバイスをパッケージするのに適切である１つのそのようなプロセスを説明する図を示す。
【００３３】
このパッケージング・バイア・パターニング（ＰＶＰ）アプローチにおいて、感光性犠牲ポリマーユニティ２００（プロメラス、ＬＬＣ（Ｐｒｏｍｅｒｕｓ， ＬＬＣ）、オハイオ州ブレックスヴィル）が、まず、ＭＥＭＳデバイス４１０の表面にスピンコーティングされて、薄い犠牲層４１２を生成し、ＭＥＭＳデバイスは、軟焼付される（４２０）。次いで、深いＵＶ露出（λ＝２４８ｎｍ）が行われ（４２０）、薄い犠牲層４１２をパターニングする。犠牲層４１２は、約１１０℃で焼付展開され（４３０）、露出された区域を分解し、続いて、感光性ポリマー上塗りアバトレル（プロメウス、ＬＬＣ）４１４を使用して犠牲材料を密閉する（４４０）。
【００３４】
密閉（４４０）後に、上塗り材料４１４のフォトパターニング（４５０）によってボンドパッド４１６が開かれる。ＭＥＭＳ構造物を覆う上塗りの下の犠牲材料は、次いで、約２００〜３００℃で熱分解され（４６０）、エアキャビティ４１８を形成する。これは、このプロセスではもっとも高い温度のステップである。熱分解の副産物は、上塗り４１４を通ってキャビティ４１８から容易に拡散することができる。アルミニウム層４１７がスパッタリングされ（４７０）、パッケージされたＭＥＭＳデバイスを気密封止する。
【００３５】
犠牲材料の分解後に、キャビティ４１８の内部には、犠牲材料がなく、デバイス構造物４１９は損なわれていず、デバイス上にいずれの残留物なしで自由に動く。たとえば、１つの実験において、１μｍギャップを備えた２５μｍ厚さのＳＯＩビーム共振器（２．６ＭＨｚ周波数）が、ＰＶＰによってユニティ犠牲材料でパッケージされた。ユニティ犠牲材料は、シリコン、酸化物および金属に良好に接着し低音で熱分解する感光性ポリカーボネートである。さらに、ユニティ犠牲材料は、狭い温度範囲できれいに分解することによって特徴づけられる。この実験において、Ｑファクター（Ｑ＝８０００）は、このデバイスでは、犠牲材料をパッケージし除去した後に変わらなかった。
【００３６】
代替として、図６は、熱分解可能な犠牲層を加えるためのパッケージング・バイア・ディスペンジング（ＰＶＤ）アプローチを説明する。このアプローチは、図７に表されるように、脆弱な要素および広く深いキャビティ（たとえば、Ｌ＞＞ｇであり、ただし、Ｌはエアキャビティ７１０の高さを表し、ｇは穴７２０の幅を表す）で、嵩のある微細加工された構造物（たとえば、ＨＡＲＰＳＳジャイロ／加速度測定装置）をパッケージするのにより適切である。
【００３７】
このアプローチにおいて、熱分解可能な犠牲材料６１０（感光性である必要はない）は、調整可能な小滴サイズ（たとえば、１ｍｍから１ｃｍ）を備えたシリンジディスペンスツールによって（たとえば、手動でまたは自動的に）加えられ（６２０）、エアキャビティ６１２を覆う。犠牲材料６１０は、次いで、アバトレル上塗り材料を使用して上塗りされ（６３０）、プロセス順序はＰＶＰプロセスに類似して進み、犠牲層６１０を分解するための熱解放ステップ（６４０）と、エアキャビティ６１６上に金属バリア層６１７を加えるための金属化ステップ（６５０）と、を含む。最終金属化ステップ（６５０）は、気密封止パッケージ６１８を可能にする。
【００３８】
前述のプロセスは、犠牲材料１０５および／またはバリア材料１２０（たとえば、上塗り材料、金属層、他の保護バリア等）をＭＥＭＳデバイスに加えるための技術の例である。しかし、本開示は、図４〜７に関して検討されたプロセスに限定されない。たとえば、半導体製造プロセスに使用される他のリソグラフィおよびエッチング技術が使用されてもよい。このため、ＭＥＭＳデバイスはまた、図８に表されるように、脆弱な要素または広く深い穴（たとえば、ｔ＞Ｌ＞５０μｍであり、ただし、ｔは犠牲層８１０の厚さを表し、Ｌはエアキャビティ８２０の長さである）で、小型ＭＥＭＳデバイス（たとえば、ＨＡＲＰＳＳ共振器、ＲＦスイッチ）をパックするのに適切である厚い犠牲材料にマスクエッチングプロセスを使用して、パッケージされることができる。酸素マスクを使用して、酸素プラズマで望ましくない区域から犠牲材料を除去してもよい。
【００３９】
ＭＥＭＳデバイスをパッケージするのに前述の方法を適用する実現可能性は、成功裏に実証されている。たとえば、図９Ａに示されるように（ＳＣＳビームおよび分離溝を備えて）、１μｍギャップ間隔あけで、１５μｍ厚２．６ＭＨｚＳＯＩビーム共振器（解放された）が、ＰＶＰによってパッケージされた。狭い溝が包埋酸化物までエッチングされ、共振器および検知／駆動パッドの形状を規定し、続いて、ＨＦ溶液内の包埋酸化物が除去された。図９Ｂは、ＰＶＰ後の共振器の図を示す。図示のように、共振器は、２０μｍ厚上塗り層を備えた１５μｍ高さのキャビティを特徴とする。
【００４０】
図９Ｃは、デバイスを気密封止するために金のＤＣスパッタリング後のパッケージされた共振器を示す。このデバイスにおいて、アバトレル上塗りは、分離溝上に延ばされた。図９Ｄは、破断されたパッケージされた共振器（ＳＣＳビーム）の断面図を示し、２０μｍ厚アバトレルキャップ下の１５μｍ高さ８０μｍ幅のキャビティを示す。
【００４１】
ＰＶＤ法を評価するために、図１０Ａに示されるように、１μｍギャップおよび２００μｍ深さのキャビティを備えた５０μｍ厚のポリシリコンＨＡＲＰＳＳリングジャイロスコープが製造された。ＨＡＲＰＳＳ順序は、窒化物アンカーをパターニングし溝を画成することで開始する。犠牲酸化物の薄い層が付着されて、溝の側壁を均一に覆い、ＳＣＳとポリシリコン電極との間に容量性ギャップを画成する。溝は、ドープされたポリシリコンが補充されて、リング、ばね、および、電極を形成する。最後に、センサが、ＤＲＩＥツールに解放され、続いて、ＨＦ溶液内の犠牲酸化物が除去される。図１０Ｂは、犠牲材料を手で排出した後の同一のデバイスの図を示す。図１０Ｃは、厚い（１２０μｍ）上塗りキャップを形成しキャビティ内部から犠牲材料を分解した後のデバイスの図である。図１０Ｄは、２ｍｍ幅のアバトレルカプセルを壊した後のデバイスを示し、非常にきれいなキャビティおよび損なわれていないデバイス構造物（デバイスは自由に振動する）を確認する。
【００４２】
電極、１μｍ容量性ギャップ、および、４μｍ幅ポリシリコンリングおよびサポートばねのクローズアップ図が、図１０Ｅおよび１０Ｆに示される。これは、堅いキャップを形成するために、犠牲材料が非常に厚い上塗りを通って分解することができることを明らかに示す。空気分子がアバトレルキャップを通って真空チャンバの気体を抜くことができ且つ構造物が高いＱファクターで共振を開始することができるまでに、室温で数時間かかる。
【００４３】
図９Ａ〜９Ｄのパッケージされた共振器は、真空プローブステーション内部でウェーハレベルで検査された。電極がネットワークアナライザに直接接続される間に、７０〜８０Ｖの範囲のＤＣ分極電圧が加えられた。図１１Ａは、パッケージする前の真空における共振器の周波数応答を示し、図１１Ｂは、パッケージした後の真空における共振器の周波数応答を示す。およそ５０００の高いＱファクターは、このデバイスでは変わらず、このことはパッケージング後にユニティ犠牲材料の熱分解がデバイスの性能に影響を与えないことを実証した。
【００４４】
先に述べたように、様々なＭＥＭＳデバイスパッケージが、環境要素に対して様々な保護のレベルで製造されてもよい。それに応じて、ＭＥＭＳパッケージの実施の形態の例は、下記を含むが、それらに限定されない。
【００４５】
図１２には、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１２００の１つの実施の形態が示される。この実施の形態において、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１２００は、基板層１２１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性領域１２２０と、真空パックされたエアキャビティ領域１２２５と、コンタクト１２３０と、上塗り層１２４０と、バリア層１２５０と、を含む。パッケージ１２００は、図２のプロセスに関して記載されたものと類似のプロセスによって製造され、犠牲層３２５は除去されており、上塗り層１２４０およびバリア層１２５０を形成し、これは、ＭＥＭＳデバイスに様々な程度の密封保護を提供してもよい。このプロセス中に、キャビティ１２２５内部の空気が排気され、キャビティ１２２５内部に真空を生成し、金属バリア１２５０は、空気がエアキャビティ領域１２２５に入るのを防止する。
【００４６】
上塗り層１２４０を透過する気体状材料へ犠牲材料３２５を転換することによって、キャビティ１２２５には、いかなる残留犠牲材料を含む残留物もない。相応して、犠牲材料を除去するために上塗り層内に穿孔がドリル開けされていなかったため、上塗り層１２４０にもまた、残留物がなく、構造的一体性を維持する。
【００４７】
ＭＥＭＳパッケージ１２００は、後述されるように、リードフレームパッケージング、表面実装パッケージング、セラミックパッケージング、または、他の高性能技術を使用して、ワイヤボンド技術、フリップチップ技術を含む様々な方法によって、外部の点に接続されるかまたはさらなるパッケージングを受けてもよい。異なる処理技術は異なる量の圧力および負担をマイクロエレクトロニクスデバイスにかけるため、ＭＥＭＳデバイスに利用可能な特定の処理技術は、上塗り層およびバリア層によって提供される保護のレベルに依存してもよい。
【００４８】
次に図１３を参照すると、ＭＥＭＳパッケージ１３００の別の実施の形態が示される。図１３において、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１３００は、基板層１３１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１３２０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面を囲繞するエアキャビティ１３２５と、コンタクト１３３０と、上塗り層１３４０と、バリア層１３５０と、を含む。パッケージ１３００は、図２に関して述べられたプロセスと類似したプロセスによって製造され、犠牲層３２５は除去されており、上塗り層１３４０およびバリア層１３５０を形成する。しかし、真空パッキングを必要としない多くのＭＥＭＳデバイスがあるため、この実施の形態では、エアキャビティ１３２５内部に真空を形成するプロセスは行われない。バリア層１３５０は依然として、バリア層１３５０（たとえば、金属層）によって密閉されたエアキャビティ領域１３２５に空気および湿分が入るのを防止してもよい。さらに、上塗り層１３４０を透過する気体状材料へ犠牲材料３２５を転換することによって、エアキャビティ１３２５には、いかなる残留犠牲材料を含む残留物もない。相応して、犠牲材料を除去するために上塗り層内に穿孔がドリル開けされていなかったため、上塗り層１３４０にもまた残留物がなく、構造的一体性を維持する。ＭＥＭＳデバイスパッケージ１３００は、後述されるように、リードフレームパッケージング、表面実装パッケージング、セラミックパッケージング、または、他の高性能技術を使用して、ワイヤボンド技術、フリップチップ技術を含む様々な方法によって、外部の点に接続されてもよい。異なる処理技術は異なる量の圧力および負担をマイクロエレクトロニクスデバイスにかけるため、ＭＥＭＳデバイスに利用可能な特定の処理技術は、上塗り層およびバリア層によって提供される保護のレベルに依存してもよい。
【００４９】
別の実施の形態において、図１４は、基板層１４１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１４２０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面のまわりのエアキャビティ領域１４２５と、コンタクト１４３０と、保護層としても作用する上塗り層１４４０とを備えたＭＥＭＳデバイスパッケージ１４００を示す。このパッケージ１４００は、図２に関して述べられたプロセスの一部に類似したプロセスによって製造され、犠牲層３２５は除去されており、上塗り層１４４０を形成する。しかし、この例では、パッケージ１４００は、犠牲層３２５が除去された（２３０）後に完了し、上塗り層１４４０はそのままである。
【００５０】
それに応じて、上塗り層を加える（２２０）ことの一部として、上塗りを剛性に固くするために、上塗り材料は一般に焼き付けられ、これは、ＭＥＭＳデバイスの多くの用途および種類では、外部力に対する適切な保護として作用してもよい。さらに、上塗り層１４４０を透過する気体状材料へ犠牲材料３２５を転換することによって、エアキャビティ１４２５には、いかなる残留犠牲材料を含む残留物もない。相応して、犠牲材料を除去するために上塗り層内に穿孔がドリル開けされていなかったため、上塗り層１４４０にもまた、残留物がなく、構造的一体性を維持する。ＭＥＭＳデバイスパッケージ１４００は、パッケージングプロセスの特定の品質および特定のＭＥＭＳデバイスの保護要件に依存して、リードフレームパッケージング、表面実装パッケージング、セラミックパッケージング、または、他の高性能技術を使用して、ワイヤボンド技術、フリップチップ技術を含む様々な方法によって、外部の点に接続されてもよい。
【００５１】
次に図１５を参照すると、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１５００の別の実施の形態が示される。この実施の形態において、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１５００は、基板層１５１０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１５２０と、ＭＥＭＳデバイスの活性表面を囲繞するエアキャビティ１５２５と、コンタクト１５３０と、犠牲層１５４０と、を含む。パッケージ１５００は、図２に関して述べられたプロセスの一部に類似したプロセスによって製造され、犠牲材料が加えられて、犠牲層３２５を形成する。しかし、この特定の例において、犠牲層を加えるステップが実行された（２１０）後にプロセスは完了する。それに応じて、犠牲層を加える一部として、犠牲材料は、ＭＥＭＳデバイスの活性表面１５２０まわりに入れられ、これは、その後、ＭＥＭＳデバイスパッケージが、現在のワイヤボンド技術および／または表面実装法によって外部の点または端子へ取り付けられる前に、外部力に対する適切な保護として作用してもよい。
【００５２】
ＭＥＭＳデバイスをパッケージした後に、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、集積回路に類似してもよいだけではなく（たとえば、ワイヤボンドパッド、コーティングされた表面等を有する）、多くの集積回路のように取り扱われてもよく、多くの集積回路のようにパッケージされてもよい。たとえば、ＭＥＭＳデバイスをサポート構造物へ取り付けるための下記のプロセス、たとえば、従来、集積回路を装着するのに使用される金属フレーム（たとえば、リードフレーム）を考慮する。
【００５３】
図１６に示されているように、ＭＥＭＳデバイスを囲繞する犠牲層１５４０を有するＭＥＭＳデバイス１５００を取り付けるためのプロセスが検討される。それに応じて、リードフレーム（１６００）が設けられる。この例において、薄い金属シート（たとえば、銅）が、マイクロエレクトロニクスデバイスパッケージを取り付けるためのダイパッド１６１０およびワイヤをマイクロエレクトロニクスデバイスのボンドパッドまたはコンタクトに接続するためのリードフィンガ１６２０を有するリードフレーム１６００内に加工される。相応して、犠牲層１５４０を有するＭＥＭＳデバイスパッケージ１６３０が、（リードフレーム１６００のダイパッド１６１０へパッケージ１６３０を装着するかまたは結合するかによって）リードフレーム１６００に取り付けられる（１６２５）。さらに、金属ワイヤ１６４０がリードフィンガ１６２０またはリードフレーム１６００の端子から、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１６３０のボンドパッドまたはコンタクト１３０に接続される（１６２５）。次いで、コーティング材料１６５０（たとえば、プラスチック成形化合物、熱硬化性ポリマー、エポキシ樹脂等）が、成形プロセスの一部として、ＭＥＭＳデバイスパッケージの表面およびリードフレーム１６００の一部に加えられる（１６４５）。
【００５４】
このプロセスに使用されるコーティング材料１６５０は、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１５００の犠牲材料１５４０の熱分解の温度よりも低い硬化温度を有する。したがって、コーティング材料１６５０は、より低い温度（犠牲材料の熱分解の温度よりも低い）で硬化され、コーティング材料を固める。コーティング材料１６５０は、犠牲層１５４０の犠牲ポリマーの分解によって生成された分解気体へ透過性であるかまたは半透性であるという特性を有する。
【００５５】
コーティング材料１６５０は、チップの表面にかかるパッケージ応力を最小限にする目的で、ＭＥＭＳデバイスの表面およびリードフレームアセンブリまたは「チップ」上に耐湿性材料を提供し、腐食に対するさらなる保護を提供するように作用する。これは、集積回路の低コストマイクロエレクトロニクスパッケージングでは標準ステップである。しかし、ＭＥＭＳデバイスでは、そのようなステップは典型的に、保護カバーを有さないＭＥＭＳ構造物の作業にマイナスに干渉し、それを害する。このため、犠牲層１５４０の存在により、コーティング１６５０は、ＭＥＭＳデバイスの活性表面に接触しないようになっている。
【００５６】
コーティング１６５０が硬化し固くなった後に、次いで、ＭＥＭＳチップが、犠牲材料の熱分解を超える温度で焼き付けられる。その後、犠牲材料は気体状態に転換され、コーティング材料１６５０を通って透過するかまたは拡散する。犠牲層の分解後、エアキャビティがＭＥＭＳデバイスの活性表面のまわりに形成され、コーティング材料１６５０は今や保護層として作用し、要素がエアキャビティに入るのを禁じ、一般に、ＭＥＭＳデバイスを保護する。ＭＥＭＳ「チップ」１６６０は、次いで、シンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）プロセスによってリードフレームから除去され（１６５５）、標準チップパッケージングプロセスの一部として、チップのリードが所望の形状に曲げられる。
【００５７】
今述べたプロセスは、薄いエポキシパッケージ、たとえば、ＴＳＯＰ（シン・スモールアウトライン・パッケージ（ｔｈｉｎ ｓｍａｌｌ ｏｕｔｌｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ））およびＴＱＦＰ（シン・クワッドフラット・パッケージ（ｔｈｉｎ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋａｇｅ））でよく機能する。しかし、プロセスは、薄いエポキシパッケージに限定されず、他のコーティング変形例で稼動してもよい。さらに、ＭＥＭＳデバイスパッケージの他の実施の形態もまた、類似のプロセスで使用されてもよい。
【００５８】
たとえば、１つの実施の形態（図１４によって表されるように）では、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、犠牲材料１４２５の熱分解に影響を与えずに、ＭＥＭＳデバイスにさらなるサポートを提供する上塗り層１４４０を含む。このようにして、そのようなＭＥＭＳデバイスパッケージはまた、図１６に述べられたプロセスを使用してリードフレームに加えられてもよい。
【００５９】
さらに、他の実施の形態（図１２および１３によって表されるように）において、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、犠牲層を含まなくてもよく、代替的に、バリアレベル１２５０、１３５０等の追加サポート構造物を含んでもよい。これらのＭＥＭＳデバイスパッケージは、犠牲材料が存在しないため、コーティング材料の硬化温度を超える温度で焼き付ける必要はない。さもなくば、図１６に述べられたプロセスを使用して、そのようなＭＥＭＳデバイスパッケージを、共通集積回路パッケージングプロセス（たとえば、リードフレームパッケージング）を使用して、さらにパッケージしてもよい。
【００６０】
本開示にしたがって、微小電気機械デバイスパッケージのいくつかの実施の形態は一般に、１つまたはそれ以上のＭＥＭＳデバイスと、デバイス（単／複）からパッケージへの相互接続と、機械的保護、および、電気、化学および環境的保護との両方を提供する囲繞または含有構造物と、パッケージを回路基板またはシステムに取り付ける結合構造物と、を含む。そのような実施の形態は、様々な用途のために異なるプロセスによって製造されたデバイスをパッケージするのに一般に適用可能であるＭＥＭＳデバイス用のウェーハレベルで多様なパッケージングプロセスを提供する。それに応じて、本開示の実施の形態は、図１７に例示されるように、十分に開発された集積回路パッケージング技術に適用することができる。
【００６１】
次に図１７を参照すると、本開示のＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０は、各種のパッケージング要件および好みに合致するように作成することができる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０は、ＭＥＭＳデバイスに様々なレベルまたは程度の密封保護を提供するようパッケージすることができる。図１７に示されるように、密封保護のレベルは、機械的な保護１７２０（たとえば、不用意な接触、さらなるパッケージング等から）、機械的な保護に加えて酸素および水からの保護１７３０、および、機械的な保護に加えてすべての気体（たとえば、純真空を有する）への全露出からの保護１７４０を含むが、それらに限定されない。
【００６２】
様々な程度の密封保護に加えて、ＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０はまた、様々なボンディング技術を使用して、外部の点または端子へ電気接続を提供することができる。そのようなボンディング技術は、ワイヤボンド技術１７５０およびフリップチップボンド技術１７６０を含むが、それらに限定されない。
【００６３】
さらに、本開示のＭＥＭＳデバイスパッケージ１７１０は、既に普通に使用されている様々なマイクロエレクトロニクスデバイスパッケージング技術に利用されることができる。たとえば、ＭＥＭＳデバイスパッケージは、低コストプラスチックパッケージング技術１７７０およびセラミックまたは他の高性能パッケージング技術１７８０を含むがそれらに限定されない共通の集積回路技術を使用してもよい。これらのアプローチのいずれかのために、表面実装プロセス１７９０およびスルーホール装着プロセス１７９５を含むがそれらに限定されないさらなるパッケージング技術もまた利用可能である。
【００６４】
有利なことに、本開示の実施の形態は、ＭＥＭＳデバイスを保護するための様々な改良されたアプローチを提供する。たとえば、本開示にしたがって、ＭＥＭＳデバイス上の犠牲層は、ＭＥＭＳデバイスの犠牲層および活性表面を囲繞する上塗り層を穿孔することなく、除去されてもよい。さらに、上塗り層および／またはバリア層の厚さは、外部の圧力またはパッケージングプロセス中に遭遇する圧力に耐えるように、調整されるかまたは合わされてもよく（たとえば、５０ｎｍから５００μｍの間の範囲に）、ＭＥＭＳデバイスに適切な保護を提供する。たとえば、ＭＥＭＳデバイス上に形成される上塗り層の厚さを調整するために、上塗り層は、異なる速度でスピンコーティングされることができ、または、上塗り材料の粘度が変えられてもよい。したがって、上塗り材料の厚さは、合理的に必要なほど（たとえば、５ｃｍ）厚く作ることができる。
【００６５】
有利なことに、犠牲材料および上塗り材料はポリマー物質であり、共通の基板材料との良好な熱的不整合特性を有し、結果としてＭＥＭＳ構造物の変形にならないため、本開示の実施の形態は、いずれの基板材料上に保護層を提供してもよい。さらに、広い範囲の熱分解温度内で本開示にしたがって使用することができる広く様々な技術材料がある。したがって、所望の熱分解温度を選択することができ（たとえば、８０℃から４００℃）、選択された温度に基づいて、犠牲材料を選ぶことができる。それに応じて、分解時間および温度が、上塗り厚さにしたがって各用途用に最適化されてもよい。さらに、犠牲材料は、光電性犠牲材料が望まれているか否かに基づいて、選ぶことができる。
【００６６】
本開示の上述の実施の形態は、単に実施の可能の例であり、単に開示の原理を明らかに理解するために述べられただけであることを強調すべきである。開示の精神および原理から実質的に逸脱せずに、開示の上述の実施の形態（単／複）に、多くの変形例および修正例が作られてもよい。すべてのそのような修正例および変形例は、ここに、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本開示の１つの実施の形態にしたがったＭＥＭＳパッケージの図である。
【図２】図１のＭＥＭＳパッケージを製造するための例示的なプロセスを説明するフローチャート図である。
【図３】図２のプロセスの製造ステップを示す図である。
【図４】図２で行われたように犠牲層を加えるステップを実行するためのプロセスの１つの実施の形態を説明する図である。
【図５】図４のプロセスに適切であるＭＥＭＳデバイスの１つの実施の形態が示された図である。
【図６】図２で行われたように犠牲層を加えるステップを実行するためのプロセスの１つの実施の形態を説明する図である。
【図７】図６のプロセスに適切であるＭＥＭＳデバイスの実施の形態が示された図である。
【図８】図２で行われたように犠牲層を加えるプロセスを実行するためのエッチングプロセスに適切であるＭＥＭＳデバイスの実施の形態が示された図である。
【図９Ａ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図９Ｂ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図９Ｃ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図９Ｄ】ＳＯＩビーム共振器用の図４のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ａ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｂ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｃ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｄ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｅ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１０Ｆ】ＨＡＲＰＳＳポリシリコンリングジャイロスコープ用の図６のパッケージングプロセスを例示する図である。
【図１１Ａ】パッケージする前およびした後の図９Ａ〜９ＤのＳＯＩビーム共振器の周波数応答を示す図である。
【図１１Ｂ】パッケージする前およびした後の図９Ａ〜９ＤのＳＯＩビーム共振器の周波数応答を示す図である。
【図１２】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１３】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１４】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１５】図２のプロセスの一部を使用して実行されてもよいＭＥＭＳパッケージの異なる実施の形態を示す図である。
【図１６】本開示にしたがって、リードフレームパッケージへＭＥＭＳデバイスを取り付けるための製造プロセスを説明する図である。
【図１７】本開示のＭＥＭＳパッケージで使用することができる様々なパッケージング技術を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械デバイスパッケージングシステムであって、
基板層に形成された微小電気機械デバイスと、
前記微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する保護構造物であって、前記基板層上に形成され、前記微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲む気体キャビティを囲繞し、固体である前記保護構造物と、
を備える微小電気機械デバイスパッケージングシステム。
【請求項２】
前記基板層はシリコン材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記基板層は非シリコン材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記保護構造物は金属材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記金属材料はスパッタリングによって付着される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記保護構造物は上塗りポリマー材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記上塗りポリマー材料はスピンコーティングによって付着される、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記上塗りポリマー材料を囲繞する追加保護構造物をさらに備える、請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記追加保護構造物は金属材料を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記保護構造物は、前記気体キャビティを形成しながら犠牲ポリマーの分解によって生成された分解気体へ透過性であるという特性を有する分子ポリマーを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記気体キャビティには、実質的に残留物がない、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記気体キャビティは真空パックされる、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記保護構造物は、前記基板層に加えられる前に予備成形されていない、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
金属パッケージングフレームであって、前記微小電気機械デバイスが取り付けられている前記金属パッケージングフレームと、
前記微小電気機械デバイスおよび金属パッケージングフレームアセンブリの一部を密閉するコーティング材料と、
をさらに備える請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
微小電気機械デバイスパッケージングシステムであって、
基板層に形成された微小電気機械デバイスと、
前記微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する熱分解可能な犠牲構造物であって、前記微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲む気体キャビティ内に形成される熱分解可能な前記犠牲構造物と、
を備える微小電気機械デバイスパッケージングシステム。
【請求項１６】
前記犠牲構造物は感光性ポリカーボネート材料を含む、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記犠牲構造物はパターニングが続くスピンコーティングによって付着される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
前記犠牲構造物は感光性材料を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記犠牲構造物はシリンジディスペンスツールによって排出される、請求項１５記載のシステム。
【請求項２０】
前記犠牲構造物は非感光性材料を含む、請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
金属パッケージングフレームであって、前記微小電気機械デバイスが取り付けられている前記金属パッケージングフレームと、
前記微小電気機械デバイスおよび金属パッケージングフレームアセンブリの一部を密閉するコーティング材料であって、前記コーティング材料の硬化温度を超える温度で犠牲ポリマーを分解することによって生成された分解気体へ透過性であるという特性を有するコーティング材料と、
をさらに備える請求項１５記載のシステム。
【請求項２２】
前記コーティング材料はエポキシ樹脂を含む、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記犠牲構造物を囲繞する上塗り構造物であって、前記気体キャビティ内部から犠牲ポリマーを分解することによって生成された分解気体へ透過性であるという特性を含む分子ポリマーを備える上塗り構造物をさらに備える請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
微小電気機械デバイスパッケージを製造するための方法であって、
微小電気機械デバイスの基板上に、熱分解可能で前記微小電気機械デバイスの一部を密閉する犠牲層を形成するステップと、
前記犠牲層のまわりに保護層を形成するステップと、
前記犠牲層を熱分解するステップであって、前記犠牲層の分解された分子が前記保護層を通って透過し、前記熱分解可能な犠牲層が形成された場所に気体キャビティが形成される、前記ステップと、
を含む微小電気機械デバイスパッケージ製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲層をスピンコーティングによって付着するステップと、
前記犠牲層をパターニングするステップと、
をさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記犠牲層は、前記基板の分解温度および前記保護層の分解温度よりも低い分解温度を有する、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
前記基板はシリコン材料を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
前記基板は非シリコン材料を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
前記保護層の厚さは５０ｎｍから５００μｍの範囲内である、請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
前記保護層は穿孔されていない、請求項２４記載の方法。
【請求項３１】
前記保護層には、犠牲材料が熱分解された後に、犠牲材料が実質的にない、請求項２４記載の方法。
【請求項３２】
前記保護層は前記気体キャビティのまわりに気密エンクロージャを提供する、請求項２４記載の方法。
【請求項３３】
前記保護層は機械的な力からの保護を提供する、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記保護層は水に対する保護をさらに提供する、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記保護層は酸素ガスに対する保護をさらに提供する、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記保護層は気体状材料への露出に対する保護をさらに提供する、請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記微小電気機械デバイスは、前記犠牲材料が形成される前に、解放された機械構造物を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３８】
前記保護層が形成される前に、前記微小電気機械デバイスを金属パッケージングフレームに取り付けるステップであって、前記保護層は、前記微小電気機械デバイスおよび金属パッケージングフレームアセンブリを密閉するエポキシ樹脂を備えるステップをさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項３９】
前記保護層を硬化する温度で前記微小アセンブリを加熱するステップと、
前記犠牲層を分解する温度で前記微小アセンブリを加熱するステップであって、前記犠牲層を分解する温度は前記保護層を硬化する温度を超えているステップと、
をさらに含む請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記保護層のまわりに機械的な力に対して前記保護層よりも強い保護を提供するバリア層を形成するステップをさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項４１】
前記バリア層は金属材料を備える、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
チャンバ内で前記微小電気機械デバイスを加熱することによって前記気体キャビティ内部に真空を形成するステップと、
真空が形成された後に、前記チャンバ内の前記保護層のまわりに金属材料を備えるバリア層を形成して、真空パックされたエンクロージャを前記気体キャビティのまわりに提供するステップと、
をさらに含む請求項４０記載の方法。
【請求項４３】
前記バリア層が形成された後に、前記微小電気機械デバイスを集積回路パッケージ構造物に取り付けるステップと、
前記電気機械デバイスおよび集積回路パッケージ構造物を保護コーティング内に密閉するステップと、
をさらに含む請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記集積回路パッケージ構造物はリードフレームを備える、請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
前記集積回路パッケージ構造物はセラミックパッケージを備える、請求項４２記載の方法。
【請求項４６】
前記犠牲層を熱分解するステップは真空チャンバ内部で生じる、請求項４２記載の方法。
【請求項４７】
前記犠牲層が分解した後に、前記微小電気機械デバイスを集積回路パッケージ構造物に取り付けるステップと、
前記電気機械デバイスおよびパッケージ構造物を保護コーティング内に密閉するステップと、
をさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項４８】
前記集積回路パッケージ構造物はリードフレームを備える、請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記集積回路パッケージ構造物はセラミックパッケージを備える、請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記犠牲材料の熱分解温度は摂氏１００度未満である、請求項２４記載の方法。
【請求項１】
微小電気機械デバイスパッケージングシステムであって、
基板層に形成された微小電気機械デバイスと、
前記微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する保護構造物であって、前記基板層上に形成され、前記微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲む気体キャビティを囲繞し、固体である前記保護構造物と、
を備える微小電気機械デバイスパッケージングシステム。
【請求項２】
前記基板層はシリコン材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記基板層は非シリコン材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記保護構造物は金属材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記金属材料はスパッタリングによって付着される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記保護構造物は上塗りポリマー材料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記上塗りポリマー材料はスピンコーティングによって付着される、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記上塗りポリマー材料を囲繞する追加保護構造物をさらに備える、請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記追加保護構造物は金属材料を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記保護構造物は、前記気体キャビティを形成しながら犠牲ポリマーの分解によって生成された分解気体へ透過性であるという特性を有する分子ポリマーを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記気体キャビティには、実質的に残留物がない、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記気体キャビティは真空パックされる、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記保護構造物は、前記基板層に加えられる前に予備成形されていない、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
金属パッケージングフレームであって、前記微小電気機械デバイスが取り付けられている前記金属パッケージングフレームと、
前記微小電気機械デバイスおよび金属パッケージングフレームアセンブリの一部を密閉するコーティング材料と、
をさらに備える請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
微小電気機械デバイスパッケージングシステムであって、
基板層に形成された微小電気機械デバイスと、
前記微小電気機械デバイスの少なくとも一部を保護する熱分解可能な犠牲構造物であって、前記微小電気機械デバイスの活性表面を取り囲む気体キャビティ内に形成される熱分解可能な前記犠牲構造物と、
を備える微小電気機械デバイスパッケージングシステム。
【請求項１６】
前記犠牲構造物は感光性ポリカーボネート材料を含む、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記犠牲構造物はパターニングが続くスピンコーティングによって付着される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
前記犠牲構造物は感光性材料を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記犠牲構造物はシリンジディスペンスツールによって排出される、請求項１５記載のシステム。
【請求項２０】
前記犠牲構造物は非感光性材料を含む、請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
金属パッケージングフレームであって、前記微小電気機械デバイスが取り付けられている前記金属パッケージングフレームと、
前記微小電気機械デバイスおよび金属パッケージングフレームアセンブリの一部を密閉するコーティング材料であって、前記コーティング材料の硬化温度を超える温度で犠牲ポリマーを分解することによって生成された分解気体へ透過性であるという特性を有するコーティング材料と、
をさらに備える請求項１５記載のシステム。
【請求項２２】
前記コーティング材料はエポキシ樹脂を含む、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記犠牲構造物を囲繞する上塗り構造物であって、前記気体キャビティ内部から犠牲ポリマーを分解することによって生成された分解気体へ透過性であるという特性を含む分子ポリマーを備える上塗り構造物をさらに備える請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
微小電気機械デバイスパッケージを製造するための方法であって、
微小電気機械デバイスの基板上に、熱分解可能で前記微小電気機械デバイスの一部を密閉する犠牲層を形成するステップと、
前記犠牲層のまわりに保護層を形成するステップと、
前記犠牲層を熱分解するステップであって、前記犠牲層の分解された分子が前記保護層を通って透過し、前記熱分解可能な犠牲層が形成された場所に気体キャビティが形成される、前記ステップと、
を含む微小電気機械デバイスパッケージ製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲層をスピンコーティングによって付着するステップと、
前記犠牲層をパターニングするステップと、
をさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記犠牲層は、前記基板の分解温度および前記保護層の分解温度よりも低い分解温度を有する、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
前記基板はシリコン材料を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
前記基板は非シリコン材料を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
前記保護層の厚さは５０ｎｍから５００μｍの範囲内である、請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
前記保護層は穿孔されていない、請求項２４記載の方法。
【請求項３１】
前記保護層には、犠牲材料が熱分解された後に、犠牲材料が実質的にない、請求項２４記載の方法。
【請求項３２】
前記保護層は前記気体キャビティのまわりに気密エンクロージャを提供する、請求項２４記載の方法。
【請求項３３】
前記保護層は機械的な力からの保護を提供する、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記保護層は水に対する保護をさらに提供する、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記保護層は酸素ガスに対する保護をさらに提供する、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記保護層は気体状材料への露出に対する保護をさらに提供する、請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記微小電気機械デバイスは、前記犠牲材料が形成される前に、解放された機械構造物を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３８】
前記保護層が形成される前に、前記微小電気機械デバイスを金属パッケージングフレームに取り付けるステップであって、前記保護層は、前記微小電気機械デバイスおよび金属パッケージングフレームアセンブリを密閉するエポキシ樹脂を備えるステップをさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項３９】
前記保護層を硬化する温度で前記微小アセンブリを加熱するステップと、
前記犠牲層を分解する温度で前記微小アセンブリを加熱するステップであって、前記犠牲層を分解する温度は前記保護層を硬化する温度を超えているステップと、
をさらに含む請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記保護層のまわりに機械的な力に対して前記保護層よりも強い保護を提供するバリア層を形成するステップをさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項４１】
前記バリア層は金属材料を備える、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
チャンバ内で前記微小電気機械デバイスを加熱することによって前記気体キャビティ内部に真空を形成するステップと、
真空が形成された後に、前記チャンバ内の前記保護層のまわりに金属材料を備えるバリア層を形成して、真空パックされたエンクロージャを前記気体キャビティのまわりに提供するステップと、
をさらに含む請求項４０記載の方法。
【請求項４３】
前記バリア層が形成された後に、前記微小電気機械デバイスを集積回路パッケージ構造物に取り付けるステップと、
前記電気機械デバイスおよび集積回路パッケージ構造物を保護コーティング内に密閉するステップと、
をさらに含む請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記集積回路パッケージ構造物はリードフレームを備える、請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
前記集積回路パッケージ構造物はセラミックパッケージを備える、請求項４２記載の方法。
【請求項４６】
前記犠牲層を熱分解するステップは真空チャンバ内部で生じる、請求項４２記載の方法。
【請求項４７】
前記犠牲層が分解した後に、前記微小電気機械デバイスを集積回路パッケージ構造物に取り付けるステップと、
前記電気機械デバイスおよびパッケージ構造物を保護コーティング内に密閉するステップと、
をさらに含む請求項２４記載の方法。
【請求項４８】
前記集積回路パッケージ構造物はリードフレームを備える、請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記集積回路パッケージ構造物はセラミックパッケージを備える、請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記犠牲材料の熱分解温度は摂氏１００度未満である、請求項２４記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２００７−５２９３３３（Ｐ２００７−５２９３３３Ａ）
【公表日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０４０４６（Ｐ２００７−５０４０４６）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００８６６４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８９３４８
【国際公開日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（５０００２０３５７）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (39)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００８６６４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８９３４８
【国際公開日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（５０００２０３５７）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (39)
【Ｆターム（参考）】
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