AuフリーでMEMSウェーハレベル封止に適したAl-Ge共晶
Al-Geを慣性MEMS封止の量産標準にした特性は3つあります。特に3つ目のパターニング技術が、当社に成膜をご依頼いただく主な理由です。
CMOS/MEMSプロセスとの親和性
アルミニウムはCMOSで一般的な配線金属であり、ゲルマニウムには金のような汚染の懸念がありません。Al-GeはAu汚染懸念を持ち込まないため、金系冶金が採用しにくいCMOS互換環境でも選ばれています。この一点が、読み出し回路の直上で封止されるMEMS、すなわち量産ジャイロスコープ・加速度センサーの内部にAl-Geを送り込みました。
封止とコンタクトを1レイヤーで
接合されたAl-Ge共晶は金属で導電性のため、キャビティを気密に閉じるレイヤーが、同時にキャップとデバイスウェーハ間の電気配線とグラウンドを担えます。1回の成膜、1回の接合で2つの機能。Al-Ge接合部の耐熱性は、後続のはんだ付け・モールド・リフロー工程の熱履歴に対して個別に評価します。
リフトオフがGeエッチングに勝つ
ゲルマニウムをエッチングでパターニングするには、直下のアルミを傷めずにGeを選択的に除去するエッチング条件が必要です。歩留まりに影響する選択比の課題です。リフトオフはこれを完全に回避します：Geはレジスト開口部だけに着膜し、下のAlはエッチング液に一度も触れず、フレームエッジは±0.5µmでレジスト定義。Ge-over-Alリフトオフが一般的なルートである理由であり、当社のこの工程で蓄積した技術です。
Al上のGe、Ge上のAl、そしてペアの両面
接合には、一方の面のアルミニウムがもう一方の面のゲルマニウムと出会うこと、または片側にカップル全体を事前構築することが必要です。お客様のインテグレーションが求める分割を、キャップウェーハ・デバイスウェーハ・その両方に成膜します。下記の膜厚は開始点であり、Al:Ge比・密着層・フレーム形状はボンダー・荷重・キャビティ要件に合わせて調整します。
一般的な構成：パターンまたは全面のAlの上に、リフトオフでGeフレーム。アルミにエッチングは一切触れません。相手ウェーハは裸のAlまたは裸のSiで構いません。
ゲルマニウムを先に置くインテグレーション、またはキャップウェーハがAl側を担う場合の、Ge上へのAlパターニング。同じリフトオフ規律を反転して適用します。
Al側を一方のウェーハに、Ge側をもう一方に。フレームは接合時に出会うよう位置合わせ。両ウェーハを同一フローで処理し、カップルを整合した状態でお届けします。
電気パッド・フィードスルーランディング・グラウンドパスを、シールフレームと同じAl-Geレイヤーでパターニング。1回のリソグラフィで2つの機能。
- Geはリフトオフでパターニング：AlはGeエッチング液に一切触れない
- フレーム幅 ~20µmから：±0.5µmレジスト定義
- Al 0.3〜1µm · Ge 0.2〜0.6µm 標準：比率はレシピに合わせて調整
- 既存スタックに合わせた密着・バリアオプション
- キャップとデバイスウェーハを整合ペアとして処理
- 接合はお客様のラインで：ウェーハ接合トライアルは当社ボンディングサービスで
- 膜厚はロットごとに文書化
- 1ペアから対応：確立したベースラインレシピで継続製造
Al-Ge接合層の対応仕様
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 共晶温度 | 424°C（Al-Ge共晶） |
| ウェーハサイズ | 4〜12インチ（100〜300mm） |
| 基板 | Si・MEMSデバイスウェーハ・CMOSキャップウェーハ（その他はリクエストで） |
| 膜厚 | Al 0.3〜1µm · Ge 0.2〜0.6µm 標準：接合レシピごとに調整 |
| 構成 | Ge-on-Al · Al-on-Ge · ウェーハペアへの分割 |
| パターニング | リフトオフ ±0.5µm：全面成膜にも対応 |
| フレーム幅 | ~20µmから |
| 追加機能 | シールレイヤー内のインターコネクト・パッド・グラウンドパス |
| 計測 | ロットごとに文書化：SEMはリクエストで |
| 接合 | お客様のラインで：トライアルは当社ウェーハボンディングサービスで |
| 最低ロット | 1ペアから：同一レシピで試作から量産まで |
慣性MEMSと真空パッケージングにわたるAl-Ge
ジャイロスコープ・加速度センサー
旗艦アプリケーション：民生・車載量産スケールでの慣性MEMS気密キャビティ封止。CMOS読み出し回路の上でAuフリー、共振構造が要求する真空度を製品寿命にわたって保持します。
MEMS共振器・タイミング
MEMS発振器・タイミングリファレンス向けの真空封止キャビティ。キャビティ圧力がQ値を決め、シールは導電性・安定性・パッケージングを通じたリフロー耐性を求められます。
圧力・環境センサー
絶対圧センサーのリファレンスキャビティ封止と、環境センシング素子の保護環境。電気フィードスルーランディングを同じレイヤーに。
マイクロボロメータ・IR
熱画像アレイの真空パッケージング。キャビティ真空が感度予算そのものであり、AuフリーのウェーハレベルシールがプロセスをCMOS互換に保ちます。
キャップウェーハ製造
納品物としてのキャップウェーハ：キャビティエッチング済み・Al-Geフレーム済み・お客様のデバイスウェーハに接合するだけの状態で。キャビティ側は当社DRIEとリソグラフィのフローを使用します。
R&Dウェーハペア
接合開発のための整合済み単一ペア：厚さ比スプリット、フレーム形状バリエーション、そして当社ウェーハボンディングサービスでの接合トライアルで、レシピへ収束させます。
当社のAl-Ge能力が異なる理由
Geパターニングに適したリフトオフプロセス
Alに対するGeの高選択比エッチングはプロセス上の課題となるため、Geのパターニングにはリフトオフを適用します。当社の微細バンプ形成で培ったリソグラフィ・リフトオフ技術を活用できます。
両ウェーハを1つのフローで
キャップ側とデバイス側を一緒に成膜・パターニング・文書化。カップルは設計どおりの状態で接合に臨みます。
キャビティからフレームまで1プログラム
DRIEキャビティ・リソグラフィ・成膜・リフトオフが、専任プロジェクトマネージャーのもとで1つのフローとして進行。複数工程を一括管理し、加工済みキャップウェーハとして納品できます。
比率はボンダーに合わせて設計
Al:Ge厚さ比・フレーム幅・荷重予算を、論文のコピーではなくお客様の接合レシピに合わせて設定し、文書化します。
シールフレームのフルメニュー
AuフリーCMOS案件にはAl-Ge、金が許される場合はAuSnとSLIDフレーム。すべて同じフローでパターニングされるため、ファブルールにメタラジーを合わせられます。
1ペアから、最小ロット：1枚から
単一ペアでシールを試作し、接合・リークテストしてから、同じレシピでスケール。試作データがそのまま量産のベースラインになります。
プロジェクトを開始しましょう。
通常1営業日以内にご連絡します。
構成・フレーム形状・膜厚目標・対象ウェーハ・数量をお知らせください。エンジニアが通常1営業日以内にご連絡します。