ＭＥＭＳデバイスアセンブリ及びそのパッケージング方法

【課題】パッケージング応力による基板変形が無く、かつ安価なパッケージングが可能なＭＥＭＳデバイスアセンブリを提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイスアセンブリ２０は、ＭＥＭＳダイ２２と、集積回路ダイ２４とを備える。また、ＭＥＭＳダイは、基板３８に形成されたＭＥＭＳデバイス３６とキャップ層３４とを備える。パッケージング処理は、基板３８にＭＥＭＳデバイス３６を形成することとＭＥＭＳデバイスが存在するカンチレバー基板台を形成するためにＭＥＭＳデバイスを包囲する基板の一部分を除去することを含み、キャップ層３４は基板に接続される。ＭＥＭＳダイは集積回路ダイに電気接続され、ＭＥＭＳダイ、集積回路ダイ、およびそれらを電気的に相互接続する相互接続部３０を実質的に封止するためにモールド成形化合物３２が施される。キャップ層はモールド成形化合物がＭＥＭＳデバイスと接触することを防止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスアセンブリに関する。より詳細には、本発明はＭＥＭＳデバイスアセンブリ及び改善された応力分離のためのパッケージングの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、埋め込んだ機械部品を有する半導体デバイスである。ＭＥＭＳデバイスは、例えば、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ、マイクロホン、デジタルミラー表示装置、マイクロ流体デバイス等を含む。ＭＥＭＳデバイスは、例えば、自動車エアバッグシステム、自動車における制御応用、ナビゲーション、ディスプレイシステム、インクジェット・カートリッジのような種々な商品に使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，４７５，５９７号
【特許文献２】米国特許第７，６６１，３１８号
【特許文献３】米国特許出願出願公開第２００８／００２２７７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
少なくとも部分的に、ＭＥＭＳデバイスを外部環境と互いに作用させる必要性、種々のタイプのＭＥＭＳデバイスの脆弱性、及び深刻なコスト制約のせいで、ＭＥＭＳデバイスのパッケージングには克服すべき重要な課題がある。実際、競争的コスト目標を満たすために多くのＭＥＭＳデバイス応用はより小型で安価なパッケージングを要する。ＭＥＭＳセンサ応用のパッケージングは、しばしば異なる熱膨張係数を有する材料を使用する。従って、ＭＥＭＳデバイス製造及び動作の間に、高熱により引き起こされる応力が発生する可能性がある。この熱応力と共に、湿気及び組立工程による応力により、下にある基板の変形（以下に「パッケージング応力」という）が生じる可能性がある。パッケージング応力の変化は、ＭＥＭＳデバイスの不安定性及びＭＥＭＳデバイスにおける出力の変化を引き起こし得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】１つの実施形態による、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）チップの上面図である。
【図２】ＭＥＭＳチップの側断面図である。
【図３】別の実施形態による、図１及び２のＭＥＭＳチップを製造及びパッケージングするためのパッケージング処理のフローチャートである。
【図４】（ａ）処理の初期段階の、部分的ＭＥＭＳウェハの上面図である。（ｂ）図４（ａ）の部分的ＭＥＭＳウェハの４−４線における側断面図である。
【図５】処理の後の段階の、マスクの上面図である。
【図６】（ａ）処理の後の段階の、図４の構造の上面図である。（ｂ）図６（ａ）の構造の６−６線における側断面図である。
【図７】（ａ）処理の後の段階の、図６の構造の上面図である。（ｂ）図７（ａ）の構造の７−７線における側断面図である。
【図８】処理の後の段階の、マスクの上面図である。
【図９】（ａ）処理の後の段階の、図７の構造の上面図である。（ｂ）図７（ａ）の構造の９−９線における側断面図である。
【図１０】（ａ）図１のＭＥＭＳチップを形成するために使用される第２基板の上面図である。（ｂ）図１０（ａ）の構造の１０−１０線における側断面図である。
【図１１】処理の後の段階の、図９の構造の側面図である。
【図１２】（ａ）処理の後の段階の、図１１の構造の上面図である。（ｂ）図１２（ａ）の構造の１２−１２線における側断面図である。側断面図及び上面図である。
【図１３】（ａ）処理の後の段階の、図１２の構造の上面図である。（ｂ）図１３（ａ）の構造の１３−１３線における側断面図である。
【図１４】（ａ）処理の後の段階の、図１３の構造の上面図である。（ｂ）図１４（ａ）の構造の１４−１４線における側断面図である。
【図１５】（ａ）別の実施形態による、ＭＥＭＳチップの上面図である。（ｂ）図１５（ａ）のＭＥＭＳチップのＡ−Ａ線における側断面図である。
【図１６】（ａ）別の更なる実施形態による、ＭＥＭＳチップの上面図である。（ｂ）図１６（ａ）のＭＥＭＳチップのＣ−Ｃ線における側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ＭＥＭＳデバイスの使用が発展し、多様化し続けるほど、部品の性能を犠牲にしない、より小型で安価なパッケージングの重要性が増加している。ＭＥＭＳデバイスパッケージングにおける別の継続的課題は、ＭＥＭＳデバイスの繊細な移動部分の機械的移動に影響しない、該繊細な移動部分のための環境保護を提供する。実施形態は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスアセンブリ及び改善された応力分離のためのＭＥＭＳデバイスアセンブリをパッケージングする方法を含む。特に、ＭＥＭＳデバイスは、改善されたパッケージング応力分離を提供するカンチレバー構造のような比較的簡単な技術の実施により形成される。この技術は更に、ＭＥＭＳデバイスの移動部分の機械的移動に影響しないＭＥＭＳデバイスの適切な環境保護を提供する、安価なオーバーモールドされたパッケージングの使用を可能にする。
【０００７】
図１及び２を参照すると、図１は、１つの実施形態による、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）チップ２０の上面図を示し、図２はＭＥＭＳチップ２０の側断面図を示す。図１に示されたＭＥＭＳチップ２０の上面図は、図２の切断線１−１に沿って切り取ったものであり、図２示されたＭＥＭＳチップ２０の側断面図は、図１の切断線２−２に沿って切り取ったものである。以下に説明するように、ＭＥＭＳチップ２０の異なる要素を識別するために、図１〜２及び後の図３〜１６は、種々なシェーディングまたは斜め線を用いて示される。構造層内のこれらの異なる要素は、堆積、パターニング、エッチング、等の現在及び将来の微小機械技術を利用して製造可能である。
【０００８】
ＭＥＭＳチップ２０は、ＭＥＭＳダイ２２及び集積回路ダイ２４を備えたＭＥＭＳデバイスアセンブリである。ＭＥＭＳダイ２２はボンドワイヤパッド２６を有する。同様に、集積回路ダイ２４はボンドワイヤパッド２８を有する。ＭＥＭＳ２２及び集積回路ダイ２４は、ボンドワイヤパッド２６とボンドワイヤパッド２８との間にまたがる導電性相互接続部３０を介して電気的に相互接続される。ＭＥＭＳダイ２２、集積回路ダイ２４、ボンドワイヤパッド２６、ボンドワイヤパッド２８、相互接続部３０はモールド成形化合物３２を用いてオーバーモールドされる。すなわち、モールド成形化合物３２が、ＭＥＭＳダイ２２、集積回路ダイ２４、ボンドワイヤパッド２６、ボンドワイヤパッド２８、相互接続部３０を実質的に封止する。しかし、ＭＥＭＳダイ２２は、ＭＥＭＳデバイス３６の上にキャップ層３４を含むＭＥＭＳパッケージである。キャップ層３４が、モールド成形化合物３２がキャップ層３４の下にあるＭＥＭＳデバイス３６に接触することを防止する。
【０００９】
ＭＥＭＳダイ２２は、正面４０と、基板厚４４の分だけ正面４０から離れた裏面４２とを有する第１基板３８を更に含む。ＭＥＭＳデバイス３６は、第１基板３８の正面４０の上に、または代替的には正面４０に、形成される。ＭＥＭＳデバイス３６が存在するカンチレバー（片持ち梁）基板台４６を形成するために、ＭＥＭＳデバイス３６を包囲する第１基板３８の材料部分は除去される。カンチレバー基板台４６は、基板台４６から延在するアーム４８を含む。アーム４８の第１端部５０は第１基板３８に固定され、アーム４８の第２端部５２は基板台４６に固定される。従って、第１基板３８の材料部分が除去された後、開口５４は第１基板３８の基板厚４４を貫通して延び、カンチレバー基板台４６を部分的に包囲し、アーム４８の第１端部５０は周囲の第１基板３８に対するカンチレバー基板台４６の唯一の取付点である。また、アーム４８には導電性トレース５５が形成される可能である。トレース５５が、カンチレバー基板台４６に存在するＭＥＭＳデバイス３６にボンドワイヤパッド２６を電気接続する。特に明記しない限り、「第１」及び「第２」等の用語は、一連の可算な要素内の要素のの順序又は優先順位付けを示そうとするものではなく、議論を明確にするための特定の要素を区別するために用いている。
【００１０】
図示された実施形態では、第１基板３８が、第１基板３８の裏面４２からＭＥＭＳデバイス３６のアクティブ領域５８まで延びる孔であるアパーチャ５６を含む。ＭＥＭＳデバイス３６は、第１基板３８の裏面４２に取付けられた第２基板６０を更に含む。図１０に示すように、別のカンチレバー基板台６２を形成するために、第２基板６０の材料部分が第２基板６０から除去される。第２基板６０の材料部分が除去された後、開口６４が第２基板６０を貫通して延び、カンチレバー基板台６２を部分的に包囲する。
【００１１】
積み重ね型（スタック型）カンチレバー台構造６６を形成するためにカンチレバー基板台６２（図１０）が第１基板３８のカンチレバー基板台４６と垂直に積み重なるように、第２基板６０が第１基板３８の裏面４２に取り付けられる。この構成において、ＭＥＭＳデバイスのアクティブ領域下に密封されたキャビティ６８を形成するために、第２基板６０のダイ６２がアパーチャ５６を覆う。ＭＥＭＳデバイス３６のアクティブ領域５８がＭＥＭＳチップ２０の外部の環境７０に露出されるように基板３８、６０のそれぞれの開口５４、６４はポートとして働く。代替え実施形態において、第２基板６０は必要ではない（以下に説明する）。また更なる実施形態において、ＭＥＭＳデバイスは環境７０へ到るポートを要しなくてもよい。従って、基板６０はシールまたはキャップとして働き得る（これも以下に説明する）。
【００１２】
ＭＥＭＳデバイス３６は、ＭＥＭＳチップ２０の外部の環境７０からの圧力刺激を感知するように構成可能である。アクティブ領域５８は、それぞれの基板３８、６０を貫通して延びる一直線上に整列された開口５４、６４を介して外部環境７０に露出される。代表的実施形態において、ＭＥＭＳデバイス３６はピエゾ抵抗型圧力センサでもよい。ピエゾ抵抗型圧力センサは、圧力感知デバイスとしてのシリコンダイアフラムのピエゾ抵抗効果の手段により、外部圧力を感知する。例えば、ピエゾ抵抗材料（図示せず）は、移動可能なダイアフラムとして働くアクティブ領域５８の位置で、第１基板３８の正面４０の上または中に堆積、拡散、または形成される。ピエゾ抵抗素子は拡散レジスタとして典型的に実現され、この拡散レジスタはブリッジ回路に典型的に接続される。ダイアフラム、例えばアクティブ領域５８、の変位により引き起こされる拡散レジスタの抵抗値の変化に従って、圧力信号がブリッジ回路から取出される。
【００１３】
特定の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス３６はピエゾ圧力センサであり、アクティブ領域５８は移動可能ダイアフラムでもよいが、ＭＥＭＳデバイス３６は種々のＭＥＭＳチップ２０の１つまたは複数のＭＥＭＳ部品（例えば、マイクロスイッチまたはマイクロセンサ）を表すことを理解されるべきである。マイクロセンサは、例えば、圧力センサ、加速度計、ジャイロスクープ、マイクロホン、マイクロ流体デバイス等を含む。従って、アクティブ領域５８は、特定ＭＥＭＳ部品の任意の感知または移動可能素子を表す。集積回路ダイ２４は、ＭＥＭＳデバイス３６からデータを処理する中央ユニット（例えばマイクロプロセッサ）を表す。従って、集積回路ダイ２４が、ＭＥＭＳチップ２０に組み込んだ「知能」を提供する。ＭＥＭＳチップ２０は、１つのＭＥＭＳデバイス及び１つの集積回路ダイ２４のみを含むように図示されているが、ＭＥＭＳチップ２０の特定設計要件に従ってＭＥＭＳチップ２０はいかなる数のＭＥＭＳダイ２２及び集積回路ダイ２４をも含む可能であることを理解されるべきである。
【００１４】
一般に、ＭＥＭＳダイ２２は、ＭＥＭＳデバイス３６の改善されたパッケージ応力分離を達成するウェハレベルパッケージング技術に従って作成される。ＭＥＭＳダイ２２及び集積回路ダイ２４は導電性相互接続部３０を介して相互接続され、以下の技術を説明するように、得られた構造はモールド成形化合物３２に封止される。
【００１５】
図３は、別の実施形態に従って、ＭＥＭＳチップ２０（図１及び２）を製造及びパッケージングするためのパッケージング処理７２のフローチャートを示す。処理７２は、改善されたパッケージ応力分離を有する少なくとも１つのＭＥＭＳダイ２２を備えたＭＥＭＳチップ２０を費用効率的に生成する公知及び開発中のＭＥＭＳマイクロ機械を実行する。ＭＥＭＳ２０が製造及びパッケージングされる単一処理が示されているが、複数の存在が処理７２の特定動作を実行できることを理解すべきである。例としてであるが、ＭＥＭＳチップ２０を生じるために、１つの製造者がＭＥＭＳダイ２２を製造し、別の製造者が次にＭＥＭＳダイ２２をパッケージングすることが可能である。処理７２は、幾つかのＭＥＭＳダイ２２及び幾つかのＭＥＭＳチップ２０のみの作成及びパッケージングに関連して以下に記載される。しかし、当業者は、以下の処理が複数のＭＥＭＳダイ２２の同時ウェハレベル製造を可能にすることを理解すべきである。この個別ＭＥＭＳダイ２２は次に、集積回路ダイ２４を含むエンドアプリケーションへとパッケージングまたは集積される。
【００１６】
ＭＥＭＳチップパッケージング処理７２はタスク７４で始まる。タスク７４で、ＭＥＭＳデバイス３６、ボンドワイヤパッド２６、およびトレース５５の形成に関連する組立処理が実行される。
【００１７】
タスク７４に関連する図４（ａ）および（ｂ）を参照すると、図４（ａ）および（ｂ）は、ＭＥＭＳチップ２０（図１）を製造するための処理８０の初期段階の、部分的ウェハの上面図７６及び側断面図７８を示す。側断面図７８は上面図７６の切断線４−４に沿って切り取ったものである。１実施形態において、組立処理はシリコン・オン・インシュレータ技術（ＳＯＩ）を実行する可能である。ＳＯＩ技術は、従来シリコン基板の代わりにシリコン・インシュレータ・シリコン基板の使用を意味する。ＳＯＩベースデバイスは、シリコン接合部が通常二酸化ケイ素である電気絶縁体上に存在する点で、従来のシリコンより形成されたデバイスとは異なる。ＭＥＭＳデバイスでは、ＳＯＩウェハを使用してピエゾ抵抗圧力センサを作成することが可能であるが、その理由は、圧力が印加された時に圧力センサの反り可能なダイアフラムを形成するために薄いシリコン接合部または層が使用可能であるためである。他のＭＥＭＳセンサ構成において、センサのアクティブ（移動）部分を形成するために薄いシリコン接合部を使用してもよい。
【００１８】
図示されるように、第１基板３８は、シリコン（例えば、単一結晶シリコン）ベース層８２、二酸化ケイ素絶縁層８４、およびシリコン（例えば、ポリシリコン）頂部層８６を有するＳＯＩベースのウェハである。拡散レジスタを有するＭＥＭＳデバイス３６のアクティブ領域５８を形成するために、組立処理は、ピエゾ抵抗材料（図示せず）を第１基板３８の正面４９、特に、シリコン頂部層８６に拡散または注入することを含む。次に、ボンドワイヤパッド２６とトレース５５を形成するために、金属堆積、パターニング、及びエッチングが実行され得る。適切な電気的接続部を形成するためにトレース５５は少なくとも拡散レジスタと部分的に重なり得る。本明細書を明確にするために本明細書では説明または図示していない他の組立作業を、従来技術に従って実行してもよい。
【００１９】
戻って図３を参照すると、パッケージング処理はタスク８８に続く。タスク８８では、１つまたは複数の正面エッチング処理が第１基板３８に実行される。
タスク８８に関連する図５、図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）を参照すると、図５は、タスク８８によって代表された後の段階の処理に関連して使用されたマスク９２の上面図９０を示す。図６（ａ），（ｂ）は、処理９８の後の段階の、図４の構造の上面図９４及び側断面図９６を示し、図７（ａ），（ｂ）は、処理１０４の後の段階の、図６の構造の上面図１００及び側断面図１０２を示す。側断面図９６は、図６における上面図９４の切断線６−６に沿って切り取られたものであり、同様に、側断面図１０２は、図７における上面図１００の切断７−７に沿って切り取られたものである。
【００２０】
タスク８８は、１つまたは複数のエッチング処理を第１基板３８の正面４０から第１基板３８の裏面４２へ向かって実行することに関する。マスク９２は、エッチングされる予定ではない正面４０の領域を覆うかまたは保護するために使用される。従って、マスク９２が、第１基板３８を貫通する開口５４（図１）を形成するためであると共に、カンチレバー基板台４６（図１）を製造するためのパターンを提供する。図解のために、マスク９２は別の要素として示されているが、１実施形態において、マスク９２は、正面４０におけるマスク９２のパターンを製造するために絶縁材料を正面４０に堆積し、絶縁材料を適切にパターニングすることによって形成されてもよい。図６（ａ），（ｂ）が第１正面除去（すなわち、エッチング）処理の結果を表し、該処理が、埋め込んだ二酸化ケイ素絶縁層８４を露出するようにシリコン頂部層８６の材料部分を除去する。図７（ａ），（ｂ）が第２正面除去（すなわち、エッチング）処理を表し、該処理が、埋め込んだシリコンベース層８２を露出するように二酸化ケイ素絶縁層８４の材料部分を除去する。
【００２１】
第１基板の総合材料部分から除去された区画１０８の厚さ１０６が第１基板３８の厚さ４４より小さいように、第１及び第２正面の除去処理は、例えば、深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）技術、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング技術、または任意の他の適切な技術を用いて実行可能である。
【００２２】
戻って図３を参照すると、タスク８８の後で、パッケージング処理７２がタスク１１０に続く。タスク１１０では、１つまたは複数の裏面エッチング処理が第１基板３８に実行される。
【００２３】
タスク１１０に関連する図８及び９（ａ），（ｂ）を参照すると、図８はタスク１１０によって代表された後の段階の処理に使用されるマスク１１４の上面図１１２を示し、図９（ａ），（ｂ）は処理１２０の後の段階の、図７の構造の上面図１１６及び側断面図１１８を示す。側断面図１１８は図９（ａ）における上面図１１６の切断線９−９に沿って切り取られたものである。
【００２４】
タスク１１０は、１つまたは複数のエッチング処理を第１基板３８の裏面４２から第１基板３８の正面４０に向かって実行することに関する。マスク１１４は、除去されない予定の裏面４２の領域を覆うかまたは保護するために使用される。従って、カンチレバー基板台４６（図１）を生じるために、マスク１１４が第１基板３８を貫通する開口５４（図１）を形成するためのパターンを提供する。また、マスク１１４が、ＭＥＭＳデバイス３６のアクティブ領域４８下の基板３８を貫通するアパーチャ５６を形成するためのパターンを提供する。
【００２５】
図９（ａ），（ｂ）は、タスク１１０で実行された裏面除去（すなわち、エッチング）処理の結果を表す。該裏面除去処理は、第１基板３８の全体を貫通して延びる開口５４を形成するように第１基板３８の材料部分の残りを除去し、従ってカンチレバー基板台４６を生成する。また、裏面除去処理は第１基板３８の別の材料部分を同時に除去し、第１基板３８を貫通してアクティブ領域５８まで延びるアパーチャ５６を生じさせる。裏面除去処理は、例えば、深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）技術、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング技術、または任意の他の適切な技術を用いて実行可能である。幾つかのＭＥＭＳデバイス実施形態がアパーチャ５６を要しないことに注意すべきである。従って、カンチレバー基板台４６を生じさせるための第１基板３８における開口５４は、正面エッチング処理または、代替え的に、裏面エッチング処理のみを実行することによって形成可能である。
【００２６】
戻って図３を参照すると、タスク１１０の後で、パッケージング処理７２がタスク１２２で続く。タスク１２２では、第２基板６０は提供および／またはエッチングされる。
タスク１２２に関連する図１０（ａ），（ｂ）を参照すると、図１０（ａ），（ｂ）は、ＭＥＭＳチップ２０（図１）を形成するために使用される第２基板６０の上面図１２４及び側断面図１２６を示す。側断面図１２６は図１０（ａ）における上面図１２４の切断線１０−１０に沿って切り取られたものである。第２基板６０は、カンチレバー基板台６２を生じさせるために内部に既に形成された開口６４を有する、外部提供者によって供給されたウェハでも良い。或いは、第２基板６０は、カンチレバー基板台６２を少なくとも部分的に包囲する開口６４を形成するために後にエッチングまたは処理される、外部提供者によって供給されたウェハでも良い。
【００２７】
戻って図３を参照すると、タスク１２２の後で、パッケージング処理７２がタスク１２８に続く。タスク１２８では、第２基板６０が第１基板３８の裏面４２に取り付けられる。

タスク１２２に関連する図１１を参照すると、図１１は、処理１３２の後の段階の、図９（ａ），（ｂ）の構造の側断面図１３０を示す。図１１は、処理７２の取り付けタスク１２８の結果を表す。
【００２８】
図示されるように、積み重ね型カンチレバー台構造６６（図２）を形成するために第１及び第２基板３８、６０のそれぞれの開口５４、６４が一直線上に整列されるよう、カンチレバーが垂直に積み重なるように第２基板６０の正面１３３は第１基板３８の裏面４２に取り付けられる。この構成において、密封されたキャビティ６８を生じさせるために第２基板６０のカンチレバー基板台６２（図１０）がアパーチャ５６を覆う。当業者に周知の任意の適切な取り付け処理または材料（例えば、ガラスフリット接着、シリコン融解接着、金属共晶接着、陽極接着、熱圧縮接着、等）を用いて第２基板６０は第１基板３８に取付け可能である。アパーチャ５６及び密封されたキャビティ６８を要しないＭＥＭＳデバイス実施形態では、ＭＥＭＳダイ２２（図１）に第２基板６０を含むことを要しないことに注意すべきである。更に他の実施形態は第２基板６０の変形バージョンを要してもよい。
【００２９】
戻って図３を参照すると、タスク１２８の後で、パッケージング処理７２はタスク１３４に続く。タスク１３４では、ＭＥＭＳデバイス３６の下の第１基板３８にキャップ層３４が結合される。
【００３０】
タスク１３４に関連して図１２（ａ），（ｂ）を参照すると、図１２（ａ），（ｂ）は処理１４０の後の段階での図１１の構造の上面図１３６および側断面図１３８を示す。側断面図１３８は図１２（ａ）の上面図１３６の切断線１２−１２に沿って切り取られたものである。１実施形態において、キャップ層３４は、キャビティ１４２を備えるように適切にエッチング、機械加工、または処理されたウエハ構造であってよい。キャップ層３４は、処理の後の段階中および動作中、ＭＥＭＳデバイス３６に対する保護を提供し、キャビティ１４２は、キャップ層３４の内壁がＭＥＭＳデバイス３６のいかなる可動部分にも接触しないようＭＥＭＳデバイス３６に対する自由空間を提供する。図には示されていないが、キャップ層３４は、キャップ層３４の内壁がボンドワイヤパッド２６に接触しないようボンドワイヤパッド２６上にキャビエィを更に備えてもよい。第１基板構造３８に対するキャップ層３４の結合は、ガラスフリット接着、金属共晶接着等を用いて達成可能である。
【００３１】
戻って図３を参照すると、タスク１３４の後で、パッケージング処理７２はタスク１４２に続く。タスク１４２では、ボンドワイヤパッド２６がキャップ層３４の外に露出される。
【００３２】
タスク１４２に関連して図１３（ａ），（ｂ）を参照すると、図１３（ａ），（ｂ）は処理１４８の後の段階での図１２（ａ），（ｂ）の構造の上面図１４４および側断面図１４６を示す。側断面図１４６は図１３（ａ）の上面図１４４の切断線１３−１３に沿って切り取られたものである。１実施形態において、キャップ層３４の一部分が、ボンドワイヤパッド２６を露出させるために切断、エッチング、または除去される。上述のタスクの実行により、各々が少なくとも一つのＭＥＭＳデバイス３６を備えたＭＥＭＳダイ２２のパネル１５０が生産される。
【００３３】
戻って図３を参照すると、タスク１４２の後で、パッケージング処理７２はタスク１５２に続く。タスク１５２では、ＭＥＭＳダイ２２のパネル１５０が、各々が少なくとも一つのＭＥＭＳデバイス３６を備えた個々のＭＥＭＳダイ２２を形成するよう分離される。
【００３４】
タスク１５２に関連して図１４（ａ），（ｂ）を参照すると、図１４（ａ），（ｂ）は処理１５８の後の段階での図１３（ａ），（ｂ）の構造の上面図１５４および側断面図１５６を示す。側断面図１５６は図１４（ａ）の上面図１５４の切断線１４−１４に沿って切り取られたものである。図１４（ａ），（ｂ）はタスク１５２で実施されたパネル分離処理の結果を表す。図示されるように、パネル１５０（図１３（ａ），（ｂ））は、各々がキャップ層３４により保護された少なくとも一つのＭＥＭＳデバイス３６を備えた個々のＭＥＭＳダイ２２を形成するよう切断、ダイス型に裁断、または分離される。
【００３５】
戻って図３を参照すると、パッケージング処理７２はタスク１６０に続く。タスク１６０では、各ＭＥＭＳダイ２２（図１）が導電性相互接続部３０（図１）を介してＭＥＭＳダイ１２２の集積回路ダイ２４（図１）に電気的に相互接続される。例えば、図１に示すように、導電性相互接続部３０を用いて集積回路ダイ２４のボンドワイヤパッド２８とＭＥＭＳダイ２２のボンドワイヤパッド２６との間の外部接続部を形成するために、ワイヤボンディング処理が実行されても良い。
【００３６】
タスク１６０に続いて、タスク１６２が実行される。ＭＥＭＳチップ２０（図１）はモールド成形化合物３２に封止されることを思い出せる。しかし、一直線上に整列された開口６４、５４はモールド成形化合物によって充填またはブロックできない。従って、タスク１６２では、開口６４をブロックし、従って開口５４をブロックするために第２基板６０の裏面にプラグ要素が配置される。図１４を簡潔に参照すると、プラグ要素１６４は、１つのＭＥＭＳダイ２２の第２基板６０の裏面１６６に痕跡の形で示される。プラグ要素１６４はテープ、リードフレームの一部分、または開口６４をブロックするいかなる要素でもよい。図１４に示されたプラグ要素１６４は例示のためであることを理解すべきである。実際の使用では、ＭＥＭＳダイ２２のボンドワイヤパッド２６（図１）が既に集積回路ダイ２４のボンドワイヤパッド２８（図１）に相互接続された後で、開口６４をブロックするためにプラグ要素１６４が適切に配置され得る。
【００３７】
タスク１６２に続いて、タスク１６８が実行される。タスク１６８で、モールド成形化合物３２は、集積回路ダイ２４が取り付けられたＭＥＭＳ２２に施される。モールド成形化合物３２は、ＭＥＭＳダイ２２、集積回路ダイ２４、ボンドワイヤ２６，２８、導電性相互接続部３０を実質的に封止する。しかし、ＭＥＭＳデバイス３６の上のＭＥＭＳダイ２２のキャップ層３４は、モールド成形化合物３２がＭＥＭＳデバイス３６に直接接触することを防止する。また、開口６４をブロックするプラグ要素１６４（図１４（ｂ））は、モールド成形化合物３２が開口６４に流れるのを防止する。
【００３８】
幾つかの従来技術の設計では、ＭＥＭＳデバイスはシリコン・ゲル・コーティング処理を受け、次に、ＭＥＭＳダイ及び関連する集積回路ダイはモールド成形化合物を用いて後にオーバーモールドされる。ゲルコーティングの応力はＭＥＭＳデバイスをモールド成形化合物から分離する。このような構成では、ＭＥＭＳダイと集積回路ダイとの間の電気的相互接続部は、シリコン・ゲル・コーティング及びモールド成形化合物の両方を通過することが可能である。あいにくシリコン・ゲル・コーティングは、ＭＥＭＳチップの材料コスト及びパッケージング複雑さを増大させる。また、電気相互接続部はゲルコーティングとモールド成形化合物との間の境界で応力及び破壊を受ける。この問題は、従来技術の設計では、電気相互接続部により大きな直径なワイヤを用いることによって少なくとも部分的に対応された。当然ながら、より大きな直径ワイヤは更に高価になり、ＭＥＭＳダイ全体がより大きくなり得る。キャップ層３４及びモールド成形化合物３２の実行は、いくつかの実施形態におけるシリコン・ゲル・コーティングの必要及びいくつかの実施形態におけるより大きな直径ワイヤの必要を除去し、従って、組立処理を簡略化し、材料コスト及び作成コストを減少する。
【００３９】
タスク１６８における封止に続いて、タスク１７０が実行される。タスク１７０で、プラグ要素１６４が除去されて、ＭＥＭＳチップ２０（図１）が生じる。パッケージング処理７２はタスク１７０の後に終了する。パッケージング処理７２から得られたＭＥＭＳチップ２０は、カンチレバー基板台４６に自在に保持された１つまたは複数のＭＥＭＳデバイス３６を備えている。従って、ＭＥＭＳデバイス３６はパッケージング応力の変化に対する感度が低い。更に、ＭＥＭＳチップ２０の素子は、環境保護を提供するために安価なオーバーモールド成形化合物のパッケージでパッケージング（すなわち、モールド成形化合物３２で封止）される。しかし、ＭＥＭＳデバイス３６上にキャップ層３４をカップリングすることにより、ＭＥＭＳデバイス３６がパネル分離による残留物のような粒子汚染から保護される。更に、モールド成形化合物３２がＭＥＭＳデバイス３６に接触しないようにキャップ層３４がＭＥＭＳデバイス３６の繊細な移動部分を保護する。
【００４０】
図１５（ａ），（ｂ）は、別の実施形態における、ＭＥＭＳチップ１７６の上面図１７２及び側断面図１７４を示す。ＭＥＭＳチップ１７６の上面図１７２は側断面図１７４の切断線Ｂ−Ｂに沿って切り取ったものである。同様に、側断面図１７４は上面図１７２の切断線Ａ−Ａに沿って切り取ったものである。パッケージング処理７２はＭＥＭＳチップ１７６を生じるように適合される。ＭＥＭＳチップ１７６は、相互接続部１８２を介して電気接続された集積回路ダイ１７８とＭＥＭＳダイ１８０を備える。ＭＥＭＳダイ１８０は、第１基板１８６に表面マイクロ機械加工され、かつキャップ層１８８によって保護されたＭＥＭＳデバイス１８４を有する。代表的実施形態において、第１基板１８６はＳＯＩ出発材料ではなく、従来のシリコンウェハでもよく、該従来シリコンウェハに、ＭＥＭＳデバイス１８４を形成するためにポリシリコン及び金属層を表面マイクロ機械加工されていてもよい（詳細は記載しない）。ＭＥＭＳダイ１８０は、第１基板１８６に取り付けられた第２基板１９０を更に含んでもよい。ＭＥＭＳデバイス１８４が存在する積み重ね型（スタック型）カンチレバー台構造１９２を生じるために、それぞれの第１基板１８６及び第２基板１９０はパッケージング処理７２（図３）に従って形成される。当然ながら、他の実施形態において、第２基板９０は要しなくてもよい。それに関わらず、この代替え実施形態は、改善されたパッケージング応力分離及び安価なオーバーモールドされたパッケージの利点を達成する。
【００４１】
図１６（ａ），（ｂ）は、また更なる実施形態による、ＭＥＭＳチップ１９８の上面図１９４及び側断面図１９６を示す。ＭＥＭＳチップ１９８の上面図１９４は側断面図１９６の切断線Ｄ−Ｄに沿って切り取ったものである。同様に、側断面図１９６は上面図１９４の切断線Ｃ−Ｃに沿って切り取ったものである。パッケージング処理７２もＭＥＭＳチップ１９８を生じるように適合される。ＭＥＭＳ１９８は、相互接続部２０４を介して電気接続された集積回路ダイ２００とＭＥＭＳダイ２０２を含む。ＭＥＭＳダイ２０２は、基板２０８に表面マイクロ機械加工されたＭＥＭＳデバイス２０６を含み、ＭＥＭＳデバイス２０６は、ＭＥＭＳ２０６が収容された密封されたパッケージを形成するために第１キャップ層２１０及び第２キャップ層２１２によって保護される。代表的実施形態において、ＭＥＭＳデバイス２０６は、加速度計のような慣性センサでも良い。このようなセンサは、外部環境に露出するためのポートを要しなくてもよい。しかし、このようなセンサが、ＭＥＭＳデバイス２０６を粒子、湿気等の影響から保護するために密封されたキャビティ設計（この実施形態において、キャップ層２１０及び２１２を用いる）を要する場合がある。ＭＥＭＳデバイス２０６の機械移動を可能にする自由空間を達成するために、キャップ層２１０及び２１２がキャビティ２１４及び２１６をそれぞれ提供する。
【００４２】
上記の代表的実施形態において、基板２０８は処理フローに依存してＳＯＩ出発材料ではなくてもよく、むしろ、従来のシリコンウェハでもよく、この場合、従来シリコンウェハに、ＭＥＭＳデバイス１８４を形成するためにポリシリコン及び金属層が表面マイクロ機械加工される（詳細は記載されない）。ＭＥＭＳデバイス２０６が存在するカンチレバー基板台２１８を形成するために、基板２０８が処理される。しかし、第２キャップ層２１２は、基板２０８に取り付けられた第２基板として機能するが、基板２０８のカンチレバー基板台２１８下のキャビティ２１６を含むように構成される。第２キャップ層２１２は、パッケージング処理７２（図３）に従って基板２０８に後に取り付けられる。上述に記載された実施形態と同様に、この代替え実施形態が、改善されたパッケージング応力分離及び安価なオーバーモールドされたパッケージの利点を達成する。
【００４３】
本明細書に記載された実施形態は小型のＭＥＭＳデバイスアセンブリ、すなわち、１つまたは複数の集積回路ダイ及び１つまたは複数のＭＥＭＳダイを備えたＭＥＭＳチップを含む。ＭＥＭＳダイは、ＭＥＭＳデバイスが存在するカンチレバー台構造を含む。このカンチレバー台構造が、改善されたパッケージング応力分離及び安価なオーバーモールドされたパッケージの利点を達成する。パッケージング技術は、基板にカンチレバー台構造を形成するステップ、キャップ層にＭＥＭＳデバイスをキャップするステップ、ＭＥＭＳダイを関連する集積回路ダイとワイヤボンディングするステップ、および後に、構造をモールド成形化合物で封止してＭＥＭＳチップのようなオーバーモールドされたパッケージ（例えばＭＥＭＳチップ）を形成するステップを含む。この技術は、種々のＭＥＭＳデバイスアセンブリをパッケージングするために適合可能である。従って、ＭＥＭＳデバイスアセンブリ及びパッケージング技術は、優れたデバイス性能、小型のデバイスサイズ、安価なオーバーモールドされたパッケージング、ならびに種々のＭＥＭＳパッケージング要求に適合する、という利点を達成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを形成する方法であって、
ＭＥＭＳデバイスを基板に形成するステップと、
ＭＥＭＳデバイスが存在するカンチレバー基板台を形成するために、前記ＭＥＭＳデバイスを部分的に包囲する前記基板の一部分を除去するステップと、
前記ＭＥＭＳデバイス上を覆うキャップ層を接続するステップと、
からなる方法。
【請求項２】
前記除去するステップが、前記台から延在するアームを有する前記カンチレバー基板台を形成することを含み、前記アームの第１端部は前記基板に固定され、前記アームの第２端部は前記カンチレバー基板台に固定され、前記アームは前記基板に対する前記カンチレバー基板台の唯一の取付点である、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記カンチレバー基板台を形成するために、前記除去するステップが前記基板の厚さの全体を貫通するように前記一部分をエッチングすることを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記基板が正面と、前記基板の厚さの分だけ前記正面から離れた裏面とを備え、
前記ＭＥＭＳデバイスは前記正面に形成され、
前記除去するステップが、前記基板の一部分の少なくとも１つの区画を前記正面から裏面に除去することを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記一部分の少なくとも１つの区画が前記基板の前記厚さより短い区画厚さを有し、
前記方法が、前記基板の前記一部分の残りを前記裏麺から前記正面に除去することを更に含む、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記一部分は第１部分であり、前記ＭＥＭＳデバイスがアクティブ領域を有し、
前記除去するステップは、前記アクティブ領域まで前記基板を貫通するアパーチャを形成するために、前記アクティブ領域下の前記基板の第２部分を除去する、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記基板が正面と、前記基板の厚さの分だけ前記正面から離れた裏面とを備え、
前記ＭＥＭＳデバイスは前記正面に形成され、
前記除去するステップが、
前記基板の前記第１部分の区画を除去するために前記正面から前記裏面まで第１除去工程を実行することであって、前記区画は前記基板の前記厚さより短い区画厚さを有することと、
前記カンチレバー基板台を形成するため、かつ前記アパーチャを形成するように前記第２部分を同時に除去するために、前記正面から前記裏面まで第２除去工程を実行すること
を含む、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記基板は第１前記基板であり、
前記一部分は第１部分であり、
前記ＭＥＭＳデバイスは前記第１基板の第１正面に形成され、
前記方法が、
第２基板を提供するステップと、
第２カンチレバー基板台を形成するために前記第２基板の第２部分を除去するステップと、
積み重ね型カンチレバー台構造を形成するために前記第２カンチレバー基板台を前記カンチレバー基板台に垂直積み重ねるように前記第２基板の第２正面を前記第１基板の第１裏面に取り付けるステップと、
を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
ＭＥＭＳデバイスがアクティブ領域を有し、
前記除去するステップが、
前記第１部分の区画を除去するために、前記第１基板の前記第１正面から前記第１基板の前記第１裏面まで第１除去工程を実行するステップであって、前記区画は前記第１基板の厚さより短い区画厚さを有することと、
前記第１部分の残りを除去するために、かつ前記第１基板を貫通するアパーチャを形成するように前記アクティブ領域の下の前記第１基板の第３部分を同時に除去するために、前記第１基板の前記第１裏面から前記第１基板の第１正面まで第２除去工程を実行するステップと、
を含み、
前記方法は更に、
前記第２除去工程後、前記取り付けるステップを実行するステップを更に含み、
前記ＭＥＭＳ装置の前記アクティブ領域下に密封されたキャビティを形成するために前記第２基板が前記アパーチャを覆う、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１部分及び前記第２部分を除去するステップが、前記積み重ね型カンチレバー台構造を部分的に包囲する前記第１基板及び前記第２基板を貫通する開口を生じ、
前記方法が、
前記開口をブロックするようにプラグ部材を前記第２基板の第２裏面に配置するステップと、
前記ＭＥＭＳデバイス及び前記接続されたキャップ層を実質的に封止するようにモールド成形化合物を施すステップであって、前記施すステップは前記配置するステップの後に実行されるステップと、
前記施すステップの後に、前記開口の少なくとも一部分を露出するために前記プラグ部材を除去するステップと
を更に含む、
請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記方法が、
前記ＭＥＭＳデバイス及び前記接続されたキャップ層を実質的に封止するためにモールド成形化合物を施すステップであって、前記キャップ層は、モールド成形化合物が前記ＭＥＭＳデバイスに接触することを防止するステップ
を更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記形成するステップが、前記基板にボンドワイヤパッドを形成し、
前記ボンドワイヤパッドはトレースを介して前記ＭＥＭＳデバイスに電気接続し、
前記方法が、
前記ＭＥＭＳデバイスの前記ボンドワイヤパッドを前記キャップ層の外部に露出するステップと、
前記ボンドワイヤパッドを導電性相互接続部を介して集積回路ダイに電気的に相互接続するステップと、を更に含み、
前記施すステップが前記モールド成形化合物を用いて前記集積回路ダイ、前記導電性相互接続部、前記ボンドワイヤパッド、前記ＭＥＭＳデバイス、および前記キャップ層を同時に封止する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記形成ステップが、ＭＥＭＳデバイスのパネルを形成するために複数のＭＥＭＳデバイス及びボンドワイヤパッドを前記基板に形成し、
前記ボンドワイヤパッドの個別の組は前記複数のＭＥＭＳデバイスの各々に接続され、
前記除去するステップは、複数のカンチレバー基板台を形成するために前記ＭＥＭＳデバイスを包囲する前記基板の前記一部分を除去し、
前記ＭＥＭＳデバイスの少なくとも１つは前記カンチレバー基板台の各々に存在し、
前記キャップ層が複数のＭＥＭＳデバイスを覆い、
前記露出するステップが前記複数のＭＥＭＳデバイスの各々の前記ボンドワイヤパッドを露出し、
前記方法が、
前記パネルの前記複数のＭＥＭＳデバイスを分割してＭＥＭＳデバイスを形成するステップであって、前記ＭＥＭＳデバイスは前記複数のＭＥＭＳデバイスの１つであるステップと、
を更に含む、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
アセンブリであって、
基板と、前記基板が内部にカンチレバー基板台を含み、前記カンチレバー基板台が前記台から延びるアームを含み、前記アームの第１端部は前記基板に固定され、前記アームの第２端部はカンチレバー基板台に固定され、前記アームは前記カンチレバー基板台に対する前記基板の唯一取付点であることと、
前記カンチレバー基板台に存在する前記微小電子機械（ＭＥＭＳ）デバイスと、
前記ＭＥＭＳデバイスの上を覆うキャップ層と、
を備えたアセンブリ。
【請求項１５】
前記基板は第１基板であり、
前記ＭＥＭＳデバイスは前記第１基板の正面に形成され、
前記アセンブリが、前記第１基板の裏面に取り付けられた第２基板を更に備え、
前記第２基板が、積み重ね型カンチレバー台構造を形成するために前記カンチレバー基板台と共に垂直に積み重ねられた第２カンチレバー基板台を有する、
請求項１４記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記ＭＥＭＳデバイスがアクティブ領域を備え、
前記第１基板が、前記アクティブ領域下に配置されると共に、前記アクティブ領域まで前記第１基板を貫通して延びるアパーチャを有し、
前記ＭＥＭＳデバイスの前記アクティブ領域下に密封されたキャビティを形成するために前記第２カンチレバー基板台が前記アパーチャを覆うように、前記第２基板が前記第１基板に取り付けられる、
請求項１５記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記ＭＥＭＳデバイス及び前記キャップ層を実質的に封止するモールド成形化合物を更に備え、前記キャップ層はモールド成形化合物が前記ＭＥＭＳデバイスに接触するのを防止する、
請求項１４記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記ＭＥＭＳデバイスが、前記基板に形成されたボンドワイヤパッドと、前記アームに形成されたトレースとを備え、
前記トレースは前記ボンドワイヤパッドを前記ＭＥＭＳデバイスと電気接続し、
前記アセンブリが、導電性相互接続部を介してボンドワイヤパッドに相互接続された集積回路ダイを更に備え、
前記モールド成形化合物が、前記集積回路ダイ、前記導電性相互接続部、前記ボンドワイヤパッド、前記ＭＥＭＳデバイス、および前記キャップ層を実質的に封止する、
請求項１７記載のアセンブリ。
【請求項１９】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）アセンブリをパッケージングする方法であって、
前記ＭＥＭＳアセンブリがカンチレバー基板台に形成されたＭＥＭＳデバイスと、前記ＭＥＭＳデバイスの上を覆うキャップ層とを備え、前記カンチレバー基板台が前記カンチレバー基板台から延びるアームを有し、前記アームの第１端部は前記基板に固定され、前記アームの第２アームは前記カンチレバー基板台に固定され、前記アームは前記基板に対する前記カンチレバー基板台の唯一の取付点であり、
前記方法は、
前記ＭＥＭＳデバイス及び前記キャップ層を実質的に封止するためにモールド成形化合物を施すステップであって、前記キャップ層は、モールド成形化合物が前記ＭＥＭＳデバイスに接触することを防止するステップ
を含む方法。
【請求項２０】
前記ＭＥＭＳアセンブリが、
前記ＭＥＭＳデバイスに電気接続され、かつ前記キャップ層の外部に露出されたボンドワイヤパッドを更に含み、
前記方法が、
前記施すステップ前に、導電性相互接続部を介して前記ボンドワイヤパッドを集積回路ダイに電気接続するステップを更に含み、
前記施すステップが前記集積回路ダイ、前記導電性相互接続部、および前記ＭＥＭＳアセンブリを実質的に封止する、
請求項１９記載の方法。

【図１】