專利名稱：功能元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成為MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微機電系統(tǒng)) 的功能元件。在MEMS中，進行利用蝕刻來加工以Si為主體的基板的高頻濾 波器的制造，各種傳感器、執(zhí)行器的制造。
背景技術(shù)：
在MEMS領(lǐng)域中，利用蝕刻技術(shù)加工以Si為主體的基材，來形成高頻傳感 器、加速度或角速度的傳感器、執(zhí)行器等功能元件。在基材中，也經(jīng)常使用 Si晶片，在晶片內(nèi)部有絕緣層，也經(jīng)常使用所謂的SOI(Silicon on Insulator,絕 緣硅)晶片。
手機等中所使用的高頻濾波器，代表的有SAW(Surface Acoustic Wave,聲 表面波)濾波器。但是，近年，也使用FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator,薄 膜聲體波諧振器)等。在SAW濾波器中，在壓電元件基板上形成功能元件。另 一方面，在FBAR濾波器中，其特點之一為在以Si為主體的基板上，形成壓 電膜來制造功能元件。在這樣的高頻濾波器中，為了確保功能元件的特性、可 靠性，需要對功能元件部進行氣密密封。
在MEMS制品中，加速度等傳感器，作為形成功能元件的第1方式，有 根據(jù)功能元件的運動變化來測量機器整體所負荷的加速度的方式。此時，作為 功能元件用的電極是利用蝕刻來形成錘狀或櫛狀的電極。作為第2方式，有從 電阻變化來讀取加速度的方式，該電阻變化是由于預(yù)先在梁上形成的對電阻所 施加的負荷的形變而產(chǎn)生的。此時，對以Si為主體的基板實施利用蝕刻的貫 通加工，通過薄梁形成緊夾錘的結(jié)構(gòu)，在該梁上形成電阻體。無論是哪種方式， 因為電極和錘的運動受到封裝內(nèi)的氣壓的影響，所以有必要進行封裝內(nèi)的氣密 密封。而且，近年，作為第3方式，開發(fā)出利用溫度檢測傳感器來測定功能元 件內(nèi)的溫度分布，從而檢測加速度的方法。該例子是在以Si為主體的基板上 形成中空結(jié)構(gòu)，在其上形成薄的網(wǎng)目狀的梁。在其梁的所定位置上形成溫度抬r
測傳感器，而且，在一部分上形成熱源。這樣，封裝內(nèi)部的氣體由于熱源成為 熱的狀態(tài)，負荷加速度時，氣體流動。通過測量其溫度分布，檢測出負荷的加 速度。在這樣的功能元件中，需要對封裝氣密密封。
無論怎樣，具有MEMS這樣的可動部的傳感器或高頻濾波器等，為了恒 定地保持特性，而不能缺少對封裝的氣密密封。
作為用于進行這樣的氣密密封的現(xiàn)有技術(shù)，有將功能元件實裝于陶瓷制的 封裝，然后，在其上使用焊料或低熔點玻璃來連接金屬、陶瓷、玻璃等蓋子的 方法。但是，這些方法通常是個別地實裝元件的方法。
近年，作為降低MEMS的功能元件的實裝成本的方法之一，進行了以晶 片狀態(tài)來完成密封的嘗試。為此，在形成功能元件的Si為主體的基板上，接 合其他的晶片，進行氣密密封是必要的。作為這樣的例子，可以例舉出如非專 利文獻1等。
非專利文獻1: DIGEST OF TECHNICAL PAPERS 2002;正EE International Solid-State Circuits Conference 0-7803-7335-9/02/2002 IEEE

發(fā)明內(nèi)容
作為利用晶片接合來氣密密封功能元件的方法，有非專利文獻1例舉出的 例子。此方法采用如下順序。即，在Si晶片上的功能元件的外周實施厚的Au 鍍敷，進而，在其上重合別的Si晶片，邊加壓邊加熱到Au-Si的共晶溫度 (361°C)以上。這樣一來，形成Au-Si共晶融體，將兩晶片互相接合。但是， 在此方法中，在晶片上必須厚厚地形成由Au鍍敷所成的密封部的圖案，要大 量使用Au。因此，具有成本非常高的難處。
本發(fā)明抑制Au等貴金屬的使用量，在功能元件的外周形成低成本的金屬 膜(在該技術(shù)領(lǐng)域中，通稱為金屬化。下面，簡稱為金屬化膜)，接合其他的 晶片來得到氣密密封。
本發(fā)明的要點是在功能元件的外周形成密封金屬化膜，對此密封金屬化膜 進行玻璃基板的陽極接合。密封金屬化膜的結(jié)構(gòu)，是在表面部上形成以Al為 主成分的金屬化膜，在其上形成以Sn、 Ti之中的至少一種為主成分的金屬化 膜或者它們的組合的金屬化膜。
功能元件的通常例子是使用至少表面為Si的基板。更具體來講，是Si基
板或SOI基板等。并且，此時，至少表面為Si的基板、第l密封用金屬膜和
玻璃基板所進行陽極接合時的反應(yīng)生成物層，形成于該陽極接合后的所述第1 密封用金屬膜和玻璃基板的界面。由此，可以充分地密封。形成陽極接合時的 反應(yīng)生成物層，在以下的其他的諸方式中也基本相同。
所述第1密封用金屬膜的代表的例子，是至少使用以Al為主成分的金屬 膜與以Ti為主成分的金屬膜的層疊體的例子。此時，在所述金屬膜的層疊體 和玻璃基板之間，形成陽極接合時的反應(yīng)生成物層。該反應(yīng)生成物層可以稱為 以Ti為主成分的金屬化膜。
所述第1密封用金屬膜的其他例子，是至少使用以Al為主成分的金屬膜 與Sn為主成分的金屬膜的層疊體的例子。此時，在以Al為主成分的金屬膜和 所述玻璃基板之間，形成陽極接合時的反應(yīng)生成物層。該反應(yīng)生成物層可以稱 為以Sn為主成分的金屬化膜。
所述第1密封用金屬膜的另外的例子，是至少使用以Al為主成分的金屬 膜與以Ti、 Au和Sn為主成分的金屬膜的層疊體的例子。并且，在以A1為主 成分的金屬膜和所述玻璃基板之間，形成陽極接合時的反應(yīng)生成物。此反應(yīng)生 成物層可以是具有以A1、 Ti、 Sn的至少一種為主成分的化合物膜。
而且，在所述基f反上，設(shè)置對第1密封用金屬膜的粘合層，在實裝過程中 是有用的。其代表的例子是Ti膜。
關(guān)于功能元件的電極的取出，是在形成功能元件的晶片 一側(cè)以同樣的金屬 化膜的結(jié)構(gòu)形成電極，在玻璃基板上形成貫通孔，為了使貫通孔位于電極的內(nèi) 部而要進行位置對合，在電極金屬化膜上將貫通孔周圍的玻璃基板進行陽極接 合，使得可以一邊進行氣密密封， 一邊取出電極。
更具體地陳述其代表例如下。即，所述玻璃基板在圍繞所述功能元件的第 1密封用金屬膜的內(nèi)側(cè)，具有貫通孔，所述的至少表面為Si的基板上還形成配 線用金屬膜，該配線用金屬膜導(dǎo)電性地連接所述功能元件，與所述配線用金屬 膜相連接進一步形成第2密封用金屬膜。
所述第2密封用金屬膜的相對于基板的平面位置是對應(yīng)于所述玻璃基板 的貫通孔的位置。并且，以所述功能元件部與所述玻璃基板相對的狀態(tài)，所述 的至少表面為Si的基板和所述玻璃基板，即使以所述第2密封用金屬膜為媒
介，也可通過陽極接合而接合，且所述的至少表面為Si的基板，所述第1和 第2密封用金屬膜和所述玻璃基板所進行陽極接合時的反應(yīng)生成物層，形成于 該陽極接合后的所述第1和第2密封用金屬膜和所述玻璃基板的界面上。
利用本發(fā)明，可以提供便宜的MEMS的功能元件。這是因為能夠?qū)EMS 的功能元件一并以晶片的方式進行氣密密封。


圖1表示本發(fā)明所涉及的功能元件的晶片級封裝的概略的斜視圖。 圖2:例示切割位置，表示本發(fā)明所涉及的功能元件的晶片級封裝的概略 的斜視圖。
.圖3A為在本發(fā)明的第一實施例中涉及的功能元件的制造工序順序中例 示的截面圖。
圖3B為在本發(fā)明的第一實施例中涉及的功能元件的制造工序順序中例 示的截面圖。
圖3C為在本發(fā)明的第一實施例中涉及的功能元件的制造工序順序中例 示的截面圖。
圖4為表示本發(fā)明的第一實施例所涉及的密封用金屬化膜的層疊結(jié)構(gòu)的 截面圖。
圖5為表示本發(fā)明的第一實施例所涉及的密封用金屬化膜的細節(jié)的截面圖。
圖6為表示本發(fā)明的第一實施例所涉及的密封用金屬化膜的陽極接合時 的情況的截面圖。
圖7為說明本發(fā)明的第一實施例所涉及的密封用金屬化膜的氣密密封的 機理的截面圖。
圖8為表示本發(fā)明的第二實施例所涉及的密封用金屬化膜的細節(jié)的截面圖。
圖9為說明本發(fā)明的第二實施例所涉及的密封用金屬化膜的氣密密封的 機理的截面圖。
圖IO是表示本發(fā)明的第3實施例所涉及的功能元件的截面圖。 圖11是表示本發(fā)明的第4實施例所涉及的功能元件的截面圖。
具體實施例方式
對本申請發(fā)明的諸實施例進行說明，但首先來說明所述金屬化膜的細節(jié)。
Al金屬化膜的成分基本上純Al是合適的。但是，為了控制Al金屬化膜的硬 度、結(jié)晶等，可以添加其他的元素。此時，實際情況是其他元素的添加量在 10wt。/。以下，以使AI成分在90wt。/。以上。如果在Al金屬化膜中添加10wt。/o以 上的其他元素，因為多會產(chǎn)生它們與Al的合金、化合物等，可能會使A1金屬 化膜的表面粗度變大。而且，為了控制金屬化膜的硬度和結(jié)晶，所添加的其他 元素有Ti、 Cr、 V、 W、 Cu、 Ni、 Fe等。根據(jù)具體的要求，有時向A1中添加 這些元素的至少一種。而且，所述Ti層、Sn層、Au層等，普遍意義上也存 在含有雜質(zhì)的情況。
在Al金屬化膜上形成的Ti的厚度，基本上比Al金屬化膜的表面凹凸厚。 其理由是因為在陽極接合的過程中，Ti擴散至玻璃中，凸起部分的Ti逐漸失 去而進行接合。為了在凸起部分完全消失、金屬化膜整體被接合之前Ti仍在 整體內(nèi)殘留，需要使Ti的厚度比Al金屬化膜的凹凸厚。在后述實施例的陽極 接合的詳細地說明的部分中，以具體例子來詳細進行說明。而且，Al金屬化 膜的選擇在以下的發(fā)明方式中也同樣充分地考慮。
Ti金屬化膜基本上是Ti，但其中含有雜質(zhì)。
上述Sn、 Ti之中，至少一種為主成分的金屬化膜，或者它們的組合的金 屬化膜，相當于所述陽極接合時的反應(yīng)生成物膜，由以下方式的制造工序來形 成。
(1)第1制造方法具有如下工序。具有在以Si為主體的基板上，形成 Al為主成分的金屬化膜的工序和連續(xù)形成Ti金屬化膜的工序，還進一步具有 在表面部的Ti金屬化膜上將玻璃基板利用陽極接合來接合的工序。這樣，形 成以Ti為主成分的金屬化膜。其詳細方式，在實施例中有詳細敘述。
(2)第2制造方法具有如下工序。具有在以Si為主體的基板上，形成 Al為主成分的金屬化膜的工序和隨后形成Sn金屬化膜的工序，具有邊熔融表 面部的Sn膜邊利用陽極接合來接合玻璃基板的工序。這樣，形成以Sn為主 成分的金屬化膜。
(3 )第3制造方法具有如下工序。具有在以Si為主體的基板上，形成以
Al為主成分的金屬化膜的工序和隨后形成Ti和Au金屬化膜的工序，具有緊 隨其后的在Au金屬化膜上形成Sn金屬化膜的工序，具有邊熔融Sn和Au的 合金，邊利用陽極接合來接合玻璃基板的工序。這樣，形成在Ti、 Al、 Sn之 中至少一種為主成分的化合物。其具體方式在實施例中有詳述。
如果觀察本發(fā)明的諸方式的截面結(jié)構(gòu)，可以說此功能元件是將以Al為主 成分的金屬化膜的結(jié)晶粒界的凹陷部和玻璃基板之間的部分用Ti、 Al、 Sn、 Au之中的至少一種為主成分的化合物來填充的功能元件。
實施例1
對本發(fā)明的第一實施例采用圖1~圖7來說明。圖1是表示功能元件的晶 片級封裝的概要的斜視圖，圖2表示同樣的晶片級封裝的概要的斜視圖，但例 示了切割線。即，在圖l的Si基板l上，形成功能元件2，在其外周形成密封 用的金屬化膜3。在此密封用金屬化膜3上利用P曰極接合來接合玻璃基板4。 在陽極接合后，如圖2所示，沿著密封用金屬化膜之間所示的切割線30來切 斷，分割各功能元件2。在圖2中，記載了 l列的切割線作為例子。在各功能 元件之間當然要進行蝕刻。根據(jù)制造的裝置而異，但Si基板l可以是單結(jié)晶 Si晶片、也可以是SOI晶片，哪種情況都是以Si為主體的基材。在本申請說 明書中，含有這樣的諸方式，稱為以Si為主體的基材。
使用圖3C來說明功能元件的詳細結(jié)構(gòu)。圖3C是代表性的功能元件的截 面圖。在Si基板l上，形成夾于配線和電極8間的A1N壓電膜9。在其下方， 存在通過蝕刻Si基板1而形成的型腔5。導(dǎo)電性地連接配線和電極8的貫通電 極6是通過貫通Si基板1來形成的。而且，在Si基板1的相對側(cè)的表面，形 成用于焊料連接等的電極塊7。在這些功能元件的外周，在功能元件存在一側(cè) 的Si基板l表面上，形成密封用的金屬化膜3。在該密封金屬化膜3上，利用 陽極接合來接合玻璃基板4。而且，Si基板l在表面上形成了用于絕緣的氧化 物層等，但并未圖示出來。
圖4中例示了密封用的金屬化膜的結(jié)構(gòu)。圖4是圖3C的區(qū)域A的擴大圖。 在Si基板l上，形成用于密合的Ti膜10，在其上的Al膜ll和Ti膜12，在 該Ti膜12上，利用陽極接合來接合玻璃基板4。
參考圖3A 圖3C。對形成這樣的結(jié)構(gòu)的工序的例子進行說明。首先，利
用光刻技術(shù)，在Si基板1上形成用于形成貫通電極6用的貫通孔的抗蝕刻掩 模。接著，采用干式蝕刻技術(shù)，在Si基板上形成貫通孔30。為了絕緣，對Si 基板1進行熱氧化使表面形成熱氧化膜31。接著，在貫通孔30的內(nèi)部和其周 圍，用濺射等使Ti等金屬化。這樣，形成金屬膜32。接著，在貫通孔30內(nèi)部 填充金屬6。適于實施Cu、 Ni等金屬的鍍敷。該貫通電極部6因為會對功能 元件的氣密性有影響，所以需要無間隙地填充。然后，研磨Si基板l的兩面， 除去凸起的金屬鍍敷來平坦化。而且，在以下的附圖中，因為圖會變得繁雜， 所以省略了熱氧化膜31和金屬膜32的圖示。
接著，使用濕式或干式的蝕刻法，形成型腔5(圖3A)。在Si基板l上使 用SOI晶片時，因為存在于基板中間的Si02成為蝕刻終止，所以容易得到均 一深度的型腔。使用Si晶片時，在型腔的的底部經(jīng)常產(chǎn)生一些蝕刻粗糙。
然后，在該工序中為了使型腔不成為干擾，而在型腔內(nèi)埋入了犧牲層，其 在后續(xù)工序中除去?？梢允褂脤ζ浜蟮墓ば蛴谐浞帜褪苄缘目刮g刻材料。進而， 研磨Si基板1來平坦化。
接著，利用光刻技術(shù)形成配線和電極8、電極塊7的圖案。此工序可以使 用這樣的方法例如，用濺射形成金屬化Ti后，在Ti表面實施Ni/Au鍍敷。 此時，制成Ti (0.1)、 Ni (2)、 Au (2)等的厚度(括弧內(nèi)是金屬化膜的厚度， 單位為pm。后同)。作為其他的方法，利用濺射或蒸鍍法來提供Ti (0.1) /Pt (0.2 ) /Au ( 0.5 )、 Ti ( 0.1 ) M ( 0.5 ) /Au (0.5 )等的金屬化化膜，圖案化可 以利用碾磨或剝離法來進行。形成配合和電極8時，先形成A1N壓電膜9之 下的電極，形成A1N壓電膜后，在其上方包覆另一電極的金屬化化膜來形成。 在這些工序中，與配線和電極8同樣來形成電極塊7。
A1N壓電膜使用光刻技術(shù)和薄膜形成技術(shù)，在配線和電極8上形成。
接著，形成密封用的金屬化膜3 (圖3B)。金屬的提供方法中合適的有濺 射、蒸鍍等。圖案形成適合使用的有利用光刻技術(shù)的碾磨、剝離或者濕式蝕刻。 圖4中，TilO形成厚度(0.1), Alll形成厚度(5)，在其上面以厚度(0.2) 形成Til2。因為是由A1來確保厚度，使得功能元件接觸不到玻璃基板4。而 且，Al除了上述中所述的干式方法以外，還可適用鍍敷法來形成厚膜。而且， 本實施例的Al金屬化膜的凹凸在0.2pm以下，所以在其上形成的Ti為0.2pm。
然后，用溶劑溶解去除在型腔5內(nèi)形成的犧牲層。至此形成功能元件。 接著，利用陽極接合將玻璃基板4接合在密封金屬化膜3上(圖3C )。 此后的工序涉及利用陽極接合將玻璃基板4接合在金屬化膜3上，進行氣 密密封。這里對陽極接合進行詳細說明。陽極接合是這樣的技術(shù)通常是將玻 璃基板重合在Si晶片上，將電極壓在Si晶片的下面和玻璃基板的上面，整體 加熱到400°C,同時以Si側(cè)作為陽極、以玻璃側(cè)作為陰極施加電壓來接合的技 術(shù)。通過加熱，玻璃中含有的Na等堿成分變得易擴散。這里，在陽極的Si 和陰極的玻璃側(cè)施加電壓，使得這些堿成分離子化而擴散。Na的陽離子被吸 引到玻璃基板的上側(cè)，即陰極側(cè)，在與Si晶片接合界面附近，可以說形成了 陽離子欠缺層。本來這樣的區(qū)域是電中性的，但由于電壓使陽離子強制擴散， 使得正電荷減少，可以認為相對地帶上了負電。此帶電與Si晶片之間產(chǎn)生了 更強的靜電引力，這使Si晶片和玻璃基板牢固地密合。同時，在Si和玻璃界 面中，玻璃中含有的氧使Si氧化，從而形成牢固的接合。
陽極接合適用于密封的優(yōu)點是因為將玻璃直接結(jié)合在密封用金屬化膜上， 不會產(chǎn)生多余的成本。而且，密封用金屬化膜也正如圖4說明的那樣，因為沒 有大量使用高成本的貴金屬，所以可以完成低成本的氣密密封。特別是使用組 合了 Al和Ti的Ti/Al/Ti的金屬化膜時，有利于制造成本的降低。這是因為這 些金屬化膜被用在一般的半導(dǎo)體裝置的制造中，多數(shù)情況下不需要用于形成新 型金屬化膜的設(shè)備投資。
玻璃和Si的陽極接合時，如果將兩者的接合面各自研磨成粗度為lnm等， 在接合部進行氣密密封是比較容易的。另一方面，在Si晶片上形成金屬化膜， 在進行該金屬化膜和玻璃基板的陽極接合時，未必是像Si和玻璃那樣大致平 坦的面之間的接合，所以不容易實現(xiàn)高氣密性。
圖5至圖7是模式地顯示密封用金屬化膜3的陽極接合的接合狀態(tài)的截面 圖。各圖中符號的意思與此前相同。圖5是接合前的金屬化膜的截面結(jié)構(gòu)。Si 基板l上層疊了Ti10、 A113和Til2各層。這里，特別是A1存在晶粒13和晶 界14，晶界14有若干凹陷。在Ti金屬化膜中，也因為形成了無數(shù)的微小結(jié)晶 粒，所以同樣形成了晶界。但是，因為A1金屬化膜厚，所以A1的晶界的凹陷 較深。
像這樣形成A1金屬化膜，在其上形成Ti金屬化膜的原因是，首先要求密 封金屬化膜具有某種程度的厚度。不能增厚Ti金屬化膜，是因為Ti的膜應(yīng)力 高，極端厚的話會產(chǎn)生剝離。在這方面，Al因為柔軟，膜應(yīng)力小，即使形成 厚膜也難以發(fā)生剝離。作為增厚的結(jié)果，是形成了晶界的凹陷部，即使載有玻 璃基板4，也會產(chǎn)生間隙。在進行陽極接合后，該間隙也會成為損失氣密性的 原因。而且，在薄的Ti膜中，因為電阻高，通過形成A1膜有利于降低電阻。 由此， 一般情況下，Al膜適于0.1pm至5pm， Ti膜適于0.01|im至0.3pm。
圖6中例示了在Al金屬化膜上形成Ti膜且重合玻璃基板4的狀態(tài)的截面 圖。因為還未進行陽極接合，所以存在間隙15。將其陽極接合的話，如圖7 所示。在與玻璃接觸的部分，Ti離子化，擴散至玻璃中。進行接合使得由Al 晶粒所產(chǎn)生的凸起被削平。例如，將接合溫度設(shè)為400°C,電壓為100V等來 進行陽極接合時，快速進行接合，Ti也會擴散。并且，如圖7例示的部分擴大 圖，Ti和Ti-Al化合物(Ti和Al反應(yīng)的物質(zhì))填埋到Al晶界的凹陷部，在界 面上Ti氧化物形成了層狀，得到了氣密性高的接合部。得到本實施例效果的 接合條件的范圍也取決于用于接合的玻璃，但通常用于陽極接合的硼硅酸玻璃 的情況下，接合溫度大概為260。C以上50CTC以下，接合電壓在400V以上1500V 以下?；旧辖雍蠝囟?、接合電壓高時易于接合。但是，Al加熱到熔融的660°C 以上的話，可能會破壞整個裝置。考慮到這種破壞問題和其他部分的耐熱性， 接合溫度適于在500。C以下。而且，施加過高電壓的話，玻璃會發(fā)生絕緣破壞， 可能會破壞裝置，所以適于大致在1500V以下。
密封用金屬化膜表面為Al時，若是有時間去填埋晶界的凹陷部，也能夠 提高氣密性，但在本實施例中，在表面形成Ti金屬化膜是因為積極地利用圖7 所示的反應(yīng)。Al和玻璃基板的陽極接合中，Al向玻璃中的擴散不如Ti多。而 且，與玻璃中含有的氧反應(yīng)形成氧化物層，為A1時，此氧化物層薄，為Ti時 形成的比較厚。這樣的差別的原因可以認為是由于形成的氧化物的結(jié)晶學(xué)的結(jié) 構(gòu)。玻璃的氧被認為擴散到Ti氧化物中，在Ti 一側(cè)生長，所以Ti氧化物膨脹， 能促進填埋凹陷部的反應(yīng)。
因此，具備加工以Si為主體的基材而形成的功能元件、在功能元件外周 形成的密封用金屬化膜、利用陽極接合而接合在密封用金屬化膜上的玻璃基
板，在密封用金屬化膜的表面部中，通過在以Al為主成分的金屬化膜上形成 以Ti為主成分的金屬化膜，使得能夠進行低成本的氣密密封。 實施例2
對本發(fā)明的第2實施例用圖8和圖9進行說明。本實施例將第1實施例的 密封用金屬化膜3的部分置換，其他結(jié)構(gòu)、工序與第l實施例相同。
圖8是在Al晶粒21上形成Ti22、 Au23、 Sn24時的截面圖。在本實施例 中在表面形成Sn的理由是在Sn熔點232。C以上的加熱進行陽極接合，利用熔 融的Sn來填埋因Al晶界所產(chǎn)生的凹陷部。
在Al晶粒21上，形成Ti22、 Au23的理由是因為使用蒸鍍法等來形成Sn24 的膜時，Sn24不會被剝離。但是，形成A121后，在不拿到大氣中而連續(xù)形 成Sn24的話，就未必需要Ti22和Au23 了 。通常，合適的情況是Al膜為O.lnm 至5pm， Ti膜為0.01 ium至0.3fjm， Au膜為0.05pm至0.5|iim, Sn膜為0.1pm 至2(im。
圖9顯示了陽極接合后的狀態(tài)的截面圖。首先，Sn熔融，埋入A1晶界以 外的Sn在密封部之外。Au24溶解在Sn中，Sn中含有低濃度的Au。 Ti22與 實施例1相同，擴散于玻璃中，成為Ti氧化物26。正如圖9的部分擴大圖例 示的那樣，在接合部中，形成Ti氧化物25、 Ti-Al化合物28、 Al氧化物29 及Sn與其他的金屬反應(yīng)而形成的Sn化合物27等。
在實施例1中，利用Ti向玻璃中的擴散，來消除存在于金屬化膜的凹陷 部的間隙，但本發(fā)明的特征因為是通過熔融Sn來填埋凹陷部，所以即4吏是比 較低的溫度也可得到氣密性。Sn的熔點為232。C,所以用比這高的溫度進行接 合的話，就能夠得到本實施例的效果。接合條件的范圍與實施例l相同，結(jié)合 溫度大概在26(TC以上500。C以下，接合電壓為400V以上1500V以下等，但 因為能夠利用Sn熔融來進行氣密密封，所以合適的條件可以例如是300。C、 IOOOV等。
實施例3
對本發(fā)明的第3實施例用圖IO進行說明。本例子是從玻璃基板的貫通孔 中取出功能元件的外部電極的方式的例子。如圖IO的元件的截面圖所示，在 玻璃基板4上預(yù)先形成貫通孔101。另一方面，在Si基板1 一側(cè)，在與A1N 壓電膜9相連的配線和電極8上，將密封用金屬化膜3-1及3-2形成在所述玻 璃基板4上的預(yù)先對應(yīng)貫通孔101的位置及其外側(cè)的這兩處上。并且，利用陽 極接合來接合貫通孔101周圍的玻璃和密封金屬化膜3。因為即使在Si基板1 上不形成貫通電極，經(jīng)由貫通孔101，也能連接外部電極，所以更有利低成本 化。
玻璃基板4，通過接合于密封用金屬化膜3-1和密封用金屬化膜3-2,可 以提高氣密性，其中，密封用金屬化膜3-l位于功能元件的外周，密封用金屬 化膜3-2導(dǎo)電性地與A1N壓電膜連接。貫通孔101完全位于密封用金屬化膜 3-1覆蓋Si基板一側(cè)的面內(nèi)，貫通孔101周圍的玻璃基板與密封用金屬化膜 3-2完全陽極接合。
密封用金屬化膜3-1和3-2可以是與實施例1和2中所敘述的相同的結(jié)構(gòu)， 但在外周的密封用金屬化膜3-l的下面，通過形成與配線和電極8相同結(jié)構(gòu)的 金屬化膜，可以使密封用金屬化膜3-1和3-2的高度均一。
在本實施例中，與實施例1相同，接合溫度適于大積無在260°C以上500。C 以下，接合電壓適于在400V以上1500V以下。
如以上所述的實施例，密封用金屬化膜形成在功能元件的外周，通過對該 密封用金屬化膜與玻璃基板進行陽極接合，可以提供出低成本的功能元件。本 發(fā)明的密封用金屬化膜的結(jié)構(gòu)不限于實施例中敘述的FBAR濾波器，氣密密 封完全可以適用于必要的MEMS裝置。
實施例4
對本發(fā)明的第4實施例用圖11進行說明。圖11是使用壓電元件的裝置的 截面圖。在專利文獻l中，敘述了加速度傳感器的氣密密封結(jié)構(gòu)。在專利丈獻
蓋子的基板的圖。而且，在其中，也敘述了使用與Si熱膨脹率大致相等的玻 璃基板，利用陽極接合將玻璃基板接合在形成功能元件的基板上，進行氣密密 封的方法。但是，在此文獻中，并未詳細敘述在進行氣密密封的同時取出電極 的結(jié)構(gòu)。
本實施例提供了利用陽極接合將玻璃基板接合在形成功能元件的Si基板 上， 一邊進行氣密密封， 一邊取出電極的結(jié)構(gòu)。
如圖11所示，通過蝕刻加工Si基板111來形成錘112和梁113。在梁113 上預(yù)先形成壓電元件114。壓電元件114上有連接的配線115，在配線115上， 連接形成了具有電極作用的密封用金屬化膜116-2。而且，在其外周，形成有 密封用金屬化膜116-1。密封用金屬化膜的數(shù)量是根據(jù)MEMS的功能元件來決 定的，但基本上，在功能元件的外周形成第1密封用金屬化膜，在該第2密封 用金屬化膜的內(nèi)側(cè)形成具有電極作用的密封用金屬化膜。并且，在該電極的密 封用金屬化膜所覆蓋的Si基板的范圍內(nèi)，使其位于玻璃基板的貫通孔來進行 接合。對此，與實施例3相同。
在本實施例中，加工Si基板111形成作為加速度傳感器的功能元件后， 用玻璃基板117夾住，利用陽極接合進行接合，來進行氣密密封。密封用金屬 化膜的結(jié)構(gòu)可以適用實施例1和實施例2中殺又述的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，與實 施例1相同，接合溫度適于大概在260。C以上500。C以下，接合電壓適于在400V 以上1500V以下。
權(quán)利要求
1.一種功能元件，其至少具有功能元件部、圍繞所述功能元件部的第1密封用金屬膜、至少表面是Si的基板、以及玻璃基板，所述功能元件部和所述第1密封用金屬膜形成在所述至少表面為Si的基板上，并且在所述功能元件部與所述玻璃基板相對的狀態(tài)下，所述至少表面為Si的基板和所述玻璃基板以所述第1密封用金屬膜為媒介通過陽極接合來接合，其特征在于，所述第1密封用金屬膜和所述玻璃基板的陽極接合時的反應(yīng)生成物層，形成在該陽極接合后的所述第1密封用金屬膜和所述玻璃基板的界面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其特征在于，所述第1密封用金屬 膜至少含有以Al為主成分的金屬膜、以及以Al為主成分的金屬膜和Ti膜的 層疊體與所述玻璃基板的陽極接合時的反應(yīng)生成物層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其特征在于，所述第1密封用金屬 膜至少含有以Al為主成分的金屬膜、以及以Al為主成分的金屬膜和Sn膜的 層疊體與所述玻璃基板的陽極接合時的反應(yīng)生成物層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其特征在于，所述第1密封用金屬 膜至少含有以Al為主成分的金屬膜、以及以Al為主成分的金屬膜和Ti層、 Au層及Sn膜的層疊體與所述玻璃基板的陽極接合時的反應(yīng)生成物層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其特征在于，在所述至少表面為Si 的基板上，設(shè)有所述第1密封用金屬膜的粘合層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其特征在于，所述以A1為主成分的 金屬膜的晶界的凹陷部和所述玻璃基板的間隙部分用以Ti、 Al、 Sn、 Au中的 至少一種為主成分的化合物來填充。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其特征在于，所述玻璃基板在圍繞 所述功能元件的第1密封用金屬膜的內(nèi)側(cè)具有貫通孔，所述至少表面為Si的基板上還形成了配線用金屬膜，該配線用金屬膜與 所述功能元件電連接，與所述配線用金屬膜相接進一步形成第2密封用金屬　　膜，所述第2密封用金屬膜的相對于基板的平面位置對應(yīng)于所述玻璃基板的 貫通孔的位置，在所述功能元件部與所述玻璃基板相對的狀態(tài)下，所述至少表面為Si的 基板與所述玻璃基板還以所述第2密封用金屬膜為媒介通過陽極接合來接合， 并且，所述第1和第2密封用金屬膜及所述玻璃基板在陽極接合時的反應(yīng)生成物 層，形成在該陽極接合后的所述第1及第2密封用金屬膜和所述玻璃基板的界 面上。
全文摘要
本發(fā)明提供便宜的MEMS功能元件，對于MEMS的功能元件的晶片級封裝，可提高陽極接合的結(jié)合部的氣密性。其具備功能元件、密封金屬化膜、玻璃基板，其中，功能元件是采用加工法形成以Si為主體的基板，密封金屬化膜是形成在該功能元件的外周，玻璃基板是利用陽極接合接合在該密封金屬化膜上。在此密封金屬化膜的表面部，在以Al為主成分的金屬化膜上，形成以Sn、Ti中的至少一種為主成分的金屬化膜或者它們的組合的金屬化膜。
文檔編號B81C3/00GK101168437SQ20071016757
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者坂本英次, 松島直樹, 秦昌平 申請人:株式會社日立制作所