特許 7080898 マイクロ電気機械システムの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-27

(45)【発行日】2022-06-06

(54)【発明の名称】マイクロ電気機械システムの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/08 20060101AFI20220530BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20220530BHJP

【ＦＩ】

H01L23/08 Z

B81C1/00

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2019554935

(86)(22)【出願日】2018-04-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-05-28

(86)【国際出願番号】 US2018026107

(87)【国際公開番号】W WO2018187486

(87)【国際公開日】2018-10-11

【審査請求日】2020-04-03

(31)【優先権主張番号】62/481,635

(32)【優先日】2017-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/685,957

(32)【優先日】2017-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504151918

【氏名又は名称】キオニックス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】特許業務法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】ヘラー，マーティン

(72)【発明者】

【氏名】デウォール，ジョナ

(72)【発明者】

【氏名】ホッキング，アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】リンチ，クリスティン

(72)【発明者】

【氏名】パク，サンテ

【審査官】平林 雅行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／２０３１０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０００－５０８４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０１５２１８（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０１５－１０３６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０２２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１７４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４８５４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ８１Ｂ １／００－７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００－９９／００

Ｈ０１Ｌ ２１／５４

Ｈ０１Ｌ ２３／００－２３／０４

Ｈ０１Ｌ ２３／０６－２３／１０

Ｈ０１Ｌ ２３／１６－２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の半導体基板の表面上に第１の酸化物層を成長させるステップと、
前記第１の酸化物層上に絶縁材料の層を形成するステップと、
前記絶縁材料の層および前記第１の酸化物層をパターニングおよびエッチングして、複数の酸化物絶縁体構造を形成し、前記エッチングは前記第１の半導体基板の表面を露出させるステップと、
前記第１の半導体基板の露出表面に第２の酸化物層を成長させるステップと、
前記第２の酸化物層を除去することにより、半導体デバイスが形成されるキャビティを形成するステップと、
前記第１の半導体基板の上に第２の半導体基板の上面を配置するステップと、
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間の前記キャビティを密閉するように、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを接合するステップと、
前記第１の半導体基板に第１および第２のモートを形成し、前記第１および第２のモートは前記第２の半導体基板内に部分的に延びるステップと、
前記第１の半導体基板の前記キャビティ内に複数のフィンガーを形成するステップと
を含む半導体デバイスの製造方法。

【請求項2】

前記キャビティ内に第３の酸化物層を成長させるステップと、
前記キャビティの深さを増加させるために、前記第３の酸化物層を除去するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記キャビティの深さが事前に定義された値に達するまで、前記第３の酸化物層の成長と前記第３の酸化物層の除去を繰り返すステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記キャビティ内に複数のバンプストップを形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記キャビティ内に酸化物層を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の半導体基板を薄くするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の半導体基板および前記第２の半導体基板の外面に第４の酸化物層を形成するステップと、
前記キャビティ上の前記第１の半導体基板にトレンチを形成するステップと、
前記トレンチを第５の酸化物層で充填して、絶縁接合を形成するステップと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記キャビティ上の前記第４の酸化物層に接触開口部を形成するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記接触開口部上にスクリーン酸化物の層を形成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記スクリーン酸化物を通して前記第１の半導体基板にドーパントを注入するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記スクリーン酸化物を除去するステップと、
前記接触開口部内および前記接触開口部に隣接する前記第４の酸化物層上に、金属第１層を堆積するステップと、
前記金属第１層の一部の上に第１のパッシベーション層を堆積させるステップと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１のモートに隣接して第１のチャネル金属を形成するステップと、
前記第２のモートに隣接して第２のチャネル金属を形成するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

第３の半導体基板に複数の凹部を形成するステップと、
前記第３の半導体基板に対してカーフ切断を行うステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第３の半導体基板上に第１の金属層を形成するステップと、
前記第１の金属層をパターニングするステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記パターニングされた第１の金属層の上に酸化物層を形成して、第１および第２のボンディングポストを形成するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第３の半導体基板に形成された少なくとも１つの凹部に金属ゲッターを形成するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１のチャネル金属と前記第１のボンディングポストとの間に第１接点を形成するステップと、
前記第２のチャネル金属と前記第２のボンディングポストとの間に第２接点を形成するステップと、
前記第１の半導体基板を前記第２の半導体基板に接合するステップと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記第１、第２および第３の半導体基板がシリコン基板である、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記絶縁材料が窒化ケイ素である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記金属ゲッターがチタンを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の半導体基板を前記第２の半導体基板にフリット接合するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項22】

前記半導体デバイスがＭＥＭＳデバイスである、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、２０１７年４月４日に出願された出願シリアル番号６２／４８１６３５の米国特許法第１１９条（e）の下で利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、ＭＥＭＳに関し、より具体的には、ＭＥＭＳの基板接合に関する。

【背景技術】

【0003】

モーションセンサ、慣性センサ、可動ミラーなどの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）が広く使用されている。周知のように、ＭＥＭＳ運動センサは、例えば、直線運動を検出するための加速度計、または回転および角速度を検出するためのジャイロスコープであり得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

先進の平面シリコン製造プロセスは、ＭＥＭＳの主要な製造技術となっている。ダブルまたはトリプルシリコンウエハの直接接合は、最も魅力的なパッケージング技術として認識されている。ただし、ＭＥＭＳデバイスの製造に複数のウエハを使用する、統合された堅牢な基板接合は依然として課題である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態による半導体デバイスの製造方法は、部分的に、第１の半導体基板の表面上に酸化物の第１の層を成長させ、酸化物上に絶縁材料の層を形成することを含む。層、絶縁材料および第１酸化物層をパターニングおよびエッチングして、多数の酸化物絶縁体構造を形成し、さらに半導体基板の表面を露出させ、半導体基板の露出表面に第２酸化物層を成長させ、除去する。それにより、酸化物の第２層がキャビティを形成し、その中に半導体デバイスが後に形成される。

【0006】

一実施形態では、方法は、部分的に、キャビティの露出表面上に第３の酸化物層を成長させること、および第３の酸化物層を除去することによりキャビティの深さを増加させることをさらに含む。キャビティの露出面に酸化物を成長させ、この酸化物を除去するプロセスは、キャビティの深さが事前に定義された値に達するまで繰り返される。一実施形態では、方法は、キャビティ内に多数のバンプストップを形成することを部分的に含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、方法は、キャビティ内の半導体の表面上に酸化物の層を形成することを部分的に含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第１の半導体基板の上に第２の半導体基板の上面を配置することを部分的に含む。そして、第１および第２の半導体基板間のキャビティを封止するように、第１および第２の半導体ウエハを接合する。

【0008】

いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、第１の半導体基板を薄くすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、第１および第２の半導体基板の外面上に酸化物の層を形成することをさらに含む。キャビティ上の第１の半導体基板にトレンチを形成する。そして、トレンチを酸化物の層で充填して分離接合部を形成する。

【0009】

いくつかの実施形態では、この方法は、キャビティの上の酸化物の層に接触開口部を形成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、接触開口部の上にスクリーン酸化物の層を形成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、スクリーン酸化物を通して第１の半導体基板にドーパントを注入することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、スクリーン酸化物を除去することをさらに含む。コンタクト開口部内およびコンタクト開口部に隣接する酸化物層上に、金属の第1層を堆積する。そして、第１の金属層の一部の上に第１のパッシベーション層を堆積する。

【0010】

いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、第１の半導体基板に第１および第２のモートを形成することをさらに含む。そして、第１の半導体基板のキャビティの上に多数のフィンガーを形成する。第１および第２の堀は、部分的に第２の半導体基板内に延びている。いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、第１の堀に隣接する第１のチャネル金属を形成することをさらに含む。そして、第２の堀に隣接する第２のチャネル金属を形成する。

【0011】

いくつかの実施形態では、方法は、第３の半導体基板に多数の凹部を形成することを部分的に含む。そして、第３の半導体基板を切り分ける。いくつかの実施形態では、方法は、第３の半導体基板上に第１層金属を形成することを部分的に含む。そして、第1層金属をパターニングする。いくつかの実施形態では、方法は、部分的に、パターン化された第１金属層上にフリット層を形成して、第１および第２フリットボンディングポストを形成することをさらに含む。

【0012】

いくつかの実施形態では、方法は、第３の半導体基板に形成された凹部の少なくとも１つに金属ゲッターを形成することを部分的にさらに含む。いくつかの実施形態では、この方法は、部分的に、第１のチャネル金属と第１のフリットボンディングポストとの間に第１の接点を形成することをさらに含む。第２のチャネル金属と第２のフリットボンディングポストとの間に第２の接点を形成する。そして、第１および第３の半導体基板間でフリットボンディングプロセスを実行する。一部の実施形態では、第１、第２および第３の半導体基板はシリコン基板である。いくつかの実施形態では、絶縁材料は窒化ケイ素である。いくつかの実施形態では、金属ゲッターはチタンを含む。いくつかの実施形態では、フリットボンディング以外のボンディング技術を使用して、組み立てられた第１および第２の基板に第３の半導体基板をボンディングする。一実施形態では、半導体デバイスは、ジャイロスコープまたは加速度計などのＭＥＭＳデバイスである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】図１Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、その上に複数の層を形成した後のデバイスウエハの断面図である。

【図1B】図１Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、パターニングおよびエッチングステップを実行した後の図１Ａのデバイスウエハの断面図である。

【図1C】図１Ｃは、本発明の例示的な一実施形態による、熱酸化プロセス後の図１Ｂのデバイスウエハの断面図である。

【図1D】図１Ｄは、本発明の例示的な一実施形態による、酸化物を除去した後の図１Ｃのデバイスウエハの断面図である。

【図1E】図１Ｅは、本発明の例示的な一実施形態による、酸化物層および窒化物層を除去した後の図１Ｃのデバイスウエハの断面図である。

【図1F】図１Ｆは、本発明の例示的な一実施形態による、酸化物および窒化物層の形成およびパターニング後の図１Ｅのデバイスウエハの断面図である。

【図1G】図１Ｇは、本発明の例示的な一実施形態による、熱酸化とそれに続く酸化物および窒化物の除去後の図１Ｆのデバイスウエハの断面図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の別の例示的な実施形態による、パターニングおよびエッチングステップを実行した後の図１Ａのデバイスウエハの断面図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、熱酸化プロセス後の図２Ａのデバイスウエハの断面図である。

【図2C】図２Ｃは、本発明の例示的な一実施形態による、成長した酸化物を除去した後の図２Ｂのデバイスウエハの断面図である。

【図3】図３は、本発明の例示的な一実施形態による、酸化物の層がデバイスウエハキャビティ内に形成された後の図１Ｇのデバイスウエハの断面図である。

【図4】図４は、本発明の一例示的実施形態に係る、第２の半導体ウエハと接合されてデバイス―ハンドルウエハアセンブリを形成した後の図３のデバイスウエハの断面図である。

【図5A】図５Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、熱酸化プロセス後の図４のデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図5B】図５Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、酸化物に開口部を形成した後の図５Ａのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図5C】図５Ｃは、本発明の例示的な一実施形態による、トレンチの形成後の図５Ｂのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図5D】図５Ｄは、本発明の例示的な一実施形態による、トレンチの充填後の図５Ｃのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図6A】図６Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、酸化物の開口部の形成およびスクリーン酸化物の層の堆積後の図５Ｄのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図6B】図６Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、ドーパント注入ステップおよびスクリーン酸化物の除去後の図６Ａのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図6C】図６Ｃは、本発明の例示的な一実施形態による、第１の金属層の堆積およびパターニング後の図６Ｂのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図7A】図７Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、第１パッシベーション層の堆積およびパターニング後の図６Ｃのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図7B】図７Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、遅延しない酸化物の部分の除去後の図７Ａのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図8】図８は、本発明の例示的な一実施形態による、第２の金属層の堆積およびパターニング後の図７Ｂのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図9A】図９Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、第２のパッシベーション層の堆積後の図８のデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図9B】図９Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、第２パッシベーション層のパターニング後の図９Ａのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図10A】図１０Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、フォトレジスト層の堆積およびパターニング後の図９Ｂのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図10B】図１０Ｂは、本発明の一例示的実施形態に係る、多数のエッチングステップ後の図１０Ａのデバイスハンドルウエハアセンブリの断面図である。

【図11】図１１は、本発明の例示的な一実施形態による、その上にいくつかの構造を含むように処理された後の蓋ウエハの断面図である。

【図12】図１２は、本発明の一例示的実施形態に係る、多数の凹部を含むように処理された後の図１１の蓋ウエハの断面図である。

【図13】図１３は、本発明の例示的な一実施形態による、その上にいくつかのボンディングポストを形成した後の図１２の蓋ウエハの断面図である。

【図14】図１４は、本発明の例示的な一実施形態による、凹部の１つに金属ゲッターを形成した後の図１３の蓋ウエハの断面図である。

【図15】図１５は、本発明の一例示的実施形態に係る、図１０Ｂのデバイスハンドルウエハアセンブリでフリット接合された後の図１４の蓋ウエハの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態によれば、ＭＥＭＳデバイスは、半導体基板のキャビティ内に形成される。キャビティを形成するために、一実施形態では、半導体表面上に多数の酸化物窒化物構造が形成され、その後、パターン化およびエッチングされて、１つ以上の所定領域の半導体表面を露出させる。その後、１つ以上の局所酸化およびエッチングステップが実行され、事前に選択された深さのキャビティが形成される。

【0015】

本発明の一実施形態によれば、ＭＥＭＳデバイス（本明細書ではセンサと呼ぶ）は、ＭＥＭＳセンサが製造される第１の半導体ウエハ（以下、デバイスウエハと呼ぶ）と第２の半導体ウエハ（以下、ハンドルウエハと呼ぶ）と第３の半導体ウエハ（以下、蓋ウエハと呼ぶ）との間に基板接合を適用することによりキャビティ内に密閉される。本発明の例示的な一実施形態に従って、三重基板接合によりＭＥＭＳセンサを形成するための処理ステップを以下に説明する。

【0016】

図１Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、その上に複数の層を形成した後のデバイスウエハ１００の断面図である。デバイスウエハ１００は、部分的に、熱酸化を使用して成長したパッド酸化物層１０５と、パッド酸化物層１０５上に形成されたＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）窒化物層１１０とを含むものとして示されている。

【0017】

その後、図１Ｂに示すように、従来のパターニングおよびエッチングステップを使用して酸化物層１０５およびＬＰＣＶＤ窒化物層１１０をパターニングおよびエッチングし、酸化物層１０５および窒化物層１１０をそれぞれ含む構造１２０を形成する。その後、図１Ｃに示すように、熱酸化プロセス中に酸化物層１２５が成長する。次いで、例えばフッ化水素（ＨＦ）酸を使用して、酸化物層１２５が剥離され、図１Ｄに示されるデバイス構造が形成される。

【0018】

次に、窒化物層１１０は、例えば、熱リン酸エッチングを使用して除去され、パッド酸化物層１０５は、ＨＦ酸を使用して除去され、図１Ｅに示されるデバイス構造を形成する。上述の処理ステップにより、図１Ｅに示されるシリコンウエハ１００は、本発明の一態様に従って、シリコンバンプストップ１６５を含む。一実施形態では、バンプストップ１６５は、１．１μｍの厚さを有し得る。シリコンウエハ１００は、上述の同じパターニングプロセスおよびエッチングプロセスを使用して形成され得る多数の位置合わせマーク１６０を含むことが示されている。一実施形態では、バンプストップ１６５は、ＭＥＭＳセンサの動きを制御および制限するために使用される。

【0019】

その後、図１Ｅのデバイス上にパッド酸化物層が成長し、成長したパッド酸化物層上にＬＰＣＶ層が堆積される。パッド酸化物層およびＬＰＣＶＤ窒化物層は、図１Ｆに示すように、従来のパターニングおよびエッチングステップを使用してパターニングおよびエッチングされ、構造１４５を形成する。一実施形態において、窒化物層は、フッ素ベースの反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用してエッチングされる。各構造１４５は、パッド酸化物層１３０およびＬＰＣＶ窒化物層１４０を含む。

【0020】

その後、図１Ｆのデバイス構造は、熱酸化プロセス（図示せず）を受け、その後、熱成長酸化物、ＬＰＣＶＤ窒化物１４０、およびパッド酸化物１３０が除去され、バンプ内に比較的深いキャビティ１５０が形成される。図１Ｇに示すように、バンプストップ１６５が配置されている。一実施形態では、キャビティ１５０の深さは２．５μｍである。

【0021】

本発明のいくつかの実施形態によれば、以下でさらに説明するように、キャビティ内にバンプストップは形成されない。そのような実施形態では、図１Ａに示される、酸化物層１０５およびＬＰＣＶＤ窒化物層１１０は、従来のパターニングおよびエッチングステップを使用してパターニングおよびエッチングされ、それぞれ酸化物層１０５および窒化物層１１０を含む多数の構造１２０を形成する（図２Ａ参照）。その後、熱酸化プロセス中に、図２Ｂに示すように、酸化物層１２５が成長する。次に、例えばフッ化水素（ＨＦ）酸を使用して、酸化物層１２５が剥離され、図２Ｃに示されるようにキャビティ１５０が形成される。図示されていないが、局部的に酸化物を成長させ、局部的に成長した酸化物をエッチングするプロセスは、キャビティ１５０が所望の深さに達するまで何度も繰り返され得ることが理解される。本発明の以下の説明は、図１Ｅに示されるように、バンプストップを含むキャビティに関して行われる。しかし、本発明の実施形態は、バンプストップを含まないキャビティにも等しく適用されることが理解される。さらに、図面には詳細に示されていないが、本発明の実施形態による加速度計などの半導体ＭＥＭＳデバイスは、そのようなキャビティ内に形成されることが理解される。

【0022】

その後、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）酸化物の層１７５が堆積され、キャビティ１５０にパターン化されて、図３に示されるデバイス構造を形成する。一実施形態では、ＴＥＯＳ酸化物層は０．２μｍの厚さを有し得る。別の例示的な実施形態（図示せず）では、例えば５０ｎｍの厚さを有し得るチタンの層が、ＴＥＯＳのパターニングおよびエッチングの前に、ＴＥＯＳ酸化物層１７５上に堆積され得る。チタンは赤外線を反射するため、このようなチタン層を使用して、後続の処理段階でくぼみの深さまたはデバイス層の厚さを監視できる。

【0023】

次に、図３に示すデバイスウエハ１００とハンドルウエハの両方が、従来のＲＣＡ-１およびＲＣＡ-２洗浄プロセスを受ける。ハンドルウエハも、接合の前にＨＦで洗浄されます。次に、図４に示すように、デバイスウエハ１００の空洞１５０がハンドルウエハ２００の上面に面する状態で、デバイスウエハ１００とハンドルウエハ２００は互いに直接結合される。次いで、デバイスウエハ１００は、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスを使用して、その裏面２９０上で平坦化および薄化される。一実施形態では、ＣＭＰプロセスに続いて、ウエハ１００は２５μｍの厚さを有する。図４にも示されるように、位置合わせプロセス中に、デバイスウエハ１００の位置合わせマーク１６０は、ハンドルウエハ２００の位置合わせマーク２６０と位置合わせされる。したがって、キャビティ１５０に形成されるＭＥＭＳデバイスは密閉される。図４に示される接合されたデバイスウエハ１００およびハンドルウエハ２００は、本明細書ではデバイスハンドルウエハアセンブリ３００とも呼ばれる。

【0024】

次に、図５Ａに示すように、熱酸化プロセス中に、熱酸化物の層３１０が、デバイスハンドルウエハアセンブリ３００の上面および裏面上に成長する。パターニングおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）ステップの使用、図５Ｂに示されるように、開口部３１５がキャビティ１５０の上の酸化物層３１０に形成される。

【0025】

次に、図５Ｃに示すように、ＤＲＩＥプロセス中に、開口部３１５でデバイスウエハ１００にトレンチ３２５が形成される。次に、図５Ｄに示されるように、トレンチ３２５に酸化物が充填されて分離接合部３３５が形成される。続いて、酸化物層３１０が平坦化される。一実施形態では、平坦化ステップ後の酸化物層３１０の厚さは約１μｍである。デバイスハンドルウエハアセンブリ３００は、１つの分離接合部３３５を含むように示されているが、他の実施形態は２つ以上の分離接合部を含み得ることが理解される。

【0026】

次に、図６Ａに示すように、デバイスウエハ１００の酸化物層３１０にコンタクト開口部３５０が形成され（例えば、フッ素ベースのＲＩＥを使用）、得られる構造上に比較的薄いスクリーン酸化物層３４５が堆積される。スクリーン酸化物層３４５の厚さは、酸化物層３１０の厚さよりも小さいことが多い。例えば、一実施形態では、酸化物層の厚さが１．１μｍである場合、スクリーン酸化物層３４５の厚さは２５ｎｍである。図に示されているさまざまな層および構造は縮尺通りに描かれていないことが理解される。その後、スクリーン酸化物層３４５を通してホウ素イオンがシリコンに注入される。

【0027】

次に、例えば、緩衝酸化物エッチング工程（ＢＯＥ）を使用して、犠牲酸化物エッチング工程が実行され、それにより、図６Ｂに示されるように、コンタクト開口部３５０から酸化物を除去する。その後、図６Ｃに示すように、例えばプラズマ蒸着（ＰＶＤ）を使用して、アルミニウムなどの金属層が堆積され、開口３５０の下に位置するホウ素ドープシリコン領域と接触する金属トレース３６０を形成するようにパターン化される。一実施形態では、金属トレース３６０は、０．１μｍから０．５μｍの範囲の厚さを有する。

【0028】

次に、ＴＥＯＳ酸化物などのパッシベーション層が、図６Ｃに示されるデバイスウエハハンドリングアセンブリ３００上に堆積される。一実施形態では、ＴＥＯＳ酸化物は約１ミクロンの厚さを有し、ＰＥＣＶＤプロセスを使用して堆積されてもよい。続いて、図７Ａに示すように、パッシベーション層をパターン化してパッシベーション構造３７０を形成する。次に、図７Ｂに示すように、例えばフッ素ベースのＲＩＥプロセスを使用して、パッシベーション層３７０によって覆われていない領域から酸化物層３１０が除去され、それによりモートトレンチ開口３８０が形成される。

【0029】

第２の金属層を形成するために、図７Ｂに示されるデバイス構造上に、ＴＥＯＳなどの第２のパッシベーション層４００が形成され、続いてパターン化される。一実施形態では、そのようなパッシベーション層は、０．５μｍの厚さを有し得る。その後、第２の金属層４２０が堆積され、パターン化される。一実施形態において、アルミニウムは、例えば０．７μｍの厚さを有する第２の金属層として使用される。図８は、第２の金属層のパターニング後のデバイスハンドルウエハアセンブリ３００を示している。図８に示すように、第２の金属層４１０の一部は、開口部４２０を通して第１の金属層３６０の一部と電気的接触を形成するものとして見られる。

【0030】

次に、図９Ａに示されているように、ＴＥＯＳなどの別のパッシベーション層４５０は、厚さが例えば０．２μｍであってもよく、図８のデバイスハンドルウエハアセンブリ３００上に堆積される。３７５℃から４５０℃の温度範囲でのシンターベークプロセスが、金属アルミニウムとシリコン表面との間の接触開口部３５０における電気接続を強化するために使用される。よく知られているように、金属とシリコンの接触で同じ効果を達成するために、急速熱アニールプロセス（ＲＴＡ）を使用してもよい。

【0031】

次に、図９Ｂに示すように、開口部５１０、５２０、５３０を形成するために、例えばＲＩＥエッチング技術を使用して、パッシベーション層４５０をパターン化およびエッチングし、それにより、これらの開口部でデバイスウエハ１００の表面を露出させる。

【0032】

次に、図１０Ａに示すように、開口部５２０内に多数のフォトレジスト構造５５０を形成するために、フォトレジストの層が塗布され、パターン化される。その後、例えばＲＩＥエッチングプロセスを用いて、ハンドルウエハ２００の底面に配置された酸化物層４５０および酸化物層３１０、ならびに露出面に残っている残留酸化物が除去される。その後、ＤＲＩＥエッチングプロセスを使用して、開口部５２０に露出したシリコンと、開口部５１０および５３０に露出したシリコンがエッチングされる。その後、フォトレジスト５５０が除去され、ストリンガーエッチングステップが実行されて、分離接合部の側壁に残っている可能性のあるシリコン残留物がエッチングされる。

【0033】

次に、キャビティ１５０内の酸化物層１７５を除去するために蒸気ＨＦエッチングステップが実行され、それにより、図１０Ｂに示されるデバイスハンドルウエハアセンブリ３００が形成される。見られるように、図１０Ｂに示されるデバイスハンドルウエハアセンブリ３００は、部分的に、ハンドリングウエハ２００に延びるモート６１０および６２０、ならびにＭＥＭＳセンサの様々な領域間の電気的分離を提供するように適合された多数のシリコンフィンガー６００を含む。シリコンフィンガー６００は、図示されていないＭＥＭＳセンサを駆動するために使用され得る。モート６１０に隣接して配置された金属２層構造４５５は、本明細書では代替的にチャネル金属と呼ばれる。

【0034】

上述のように、本発明の実施形態によれば、以下でさらに説明するように、本明細書では蓋ウエハとも呼ばれる第３のウエハがデバイスハンドルウエハアセンブリ３００と結合し、ＭＥＭＳデバイスを封止する。図１１は、本発明の例示的な一実施形態による、ＴＥＯＳ構造８１０および第１の金属層構造８２０を含むように処理された後の蓋ウエハ８００の断面図である。ＴＥＯＳ構造８１０は、以下でさらに説明するように、後続のカーフ切断を実行するために、ワイヤボンドパッド４１０上の蓋ウエハシリコン部分を後で除去するために、ウエハ裏面に開口部８１５を画定する。一実施形態では、ＴＥＯＳ構造８１０は０．６μｍの厚さを有することができ、ＲＩＥエッチング技術を使用してパターン化される。一実施形態では、第１の金属層構造８２０は、厚さが０．７μｍであり、スプレーエッチング技術を使用してパターン化されたアルミニウム構造であってもよい。

【0035】

図１０Ａおよび１０Ｂに関して図示および説明したように、フォトレジストコーティングおよびエッチングステップを使用して、蓋ウエハ８００をエッチングして、その中に多数の凹部８３０、８３２、８３４、８３６、および８３８を形成する。一実施形態では、凹部は６～７μｍの範囲の深さを有する。次に、蓋ウエハ８００は、例えば８０μｍの深さにカーフカットされ、その後、ＴＥＯＳ構造８１０が除去される。別の実施形態では、反射型赤外線（ＩＲ）照明とカメラのセットアップを備えたダイシングソーを使用して、蓋ウエハの接合後のワイヤボンドパッドの上の領域からシリコンを除去するために、蓋ウエハの背面に切り溝を入れる。

【0036】

一実施形態によれば、図１０Ｂに示されるデバイスハンドルウエハアセンブリとフリット接合用の蓋ウエハ８００を準備するために、図１３に示されるように、金属１層８２０の表面にフリット層８５０が堆積される。一実施形態において、ガラスフリットスクリーン印刷およびグレージング、フリット８５０の表面を形成および調整するために使用され、本明細書ではボンディングポストとも呼ばれる。さらに他の実施形態では、フリット結合以外の技術を使用して、蓋ウエハをデバイスハンドルウエハアセンブリに結合することができる。

【0037】

図１４に示すように、チタンまたは金などの金属層も、凹部８３４などの凹部の１つの底面に堆積およびパターン化されて、金属ゲッター８６０を形成する。金属ゲッター８６０は、接合中に凹部内の圧力を設定するために使用されるアルゴンなどの不活性ガスと相互作用することなく、窒素、酸素または他の反応性ガスを吸収するように適合される。

【0038】

次に、図１０Ｂに示すデバイスハンドルウエハアセンブリ３００の表面を蓋ウエハ８００の表面と接触させて、図１５に示すように、フリットボンディングポスト８５０をチャネル金属４５５と接触するように配置する。その後、フリット接合プロセス中に、必要な熱と圧力が加えられる。フリット８５０は、例えば５ミクロンの厚さを有するように圧縮されてもよい。余分な溶融ガラスは、フリッティングプロセス中にモート６１０および６２０に押し込まれ、水平なパッケージを形成します。

【0039】

本発明の上記の実施形態は例示的なものであり、限定的なものではない。本発明の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスのタイプによって限定されない。本発明の実施形態は、本明細書に記載の様々な層および構造を形成するのに必要な堆積、パターニング、エッチング、および他の半導体処理ステップのタイプによって制限されない。本発明の実施形態は、本明細書に記載の層の特定の厚さに限定されない。本発明の実施形態は、上述の材料／層に限定されない。したがって、上記のさまざまな層の間に他の半導体材料が存在し得ることが理解される。他の追加、減算、または修正は、本開示を考慮すれば明らかであり、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】