利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0299

利用課題名 / Title

MEMSリゾネータのシリコンマイグレーションシール真空封止技術

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

MEMS, リゾネータ, シリコンマイグレーションシール, 真空封止

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

鈴木裕輝夫

所属名 / Affiliation

東北大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-011：i線露光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　MEMS resonators were vacuum-encapsulated by Silicon Migration Seal (SMS) technology. SMS is new wafer-level vacuum packaging technology, which utilizes silicon reflow phenomena to close release holes in hydrogen (H₂) environment at high temperature (>1000°C). We first demonstrated the encapsulation of a MEMS resonator made on an SOI wafer, which is one of the most standard structures for inertial sensors and timing devices. After the encapsulation, hydrogen trapped in the sealed cavity was diffused out by annealing. The resonator was capacitively driven and sensed, and the Q factor reached 6000~19000. The sample after successful packaging was penetrated by focused ion beam (FIB) out of the resonating element area. Judging from the Q factor, the vacuum level of the sealed cavity is much better than that of the hydrogen annealing (10 kPa)

実験 / Experimental

【NPF011】i線露光装置【NPF091】自動塗布現像装置を利用し，下記露光条件で露光現像を行った。
　レチクル:　Venthole04FPA (19860 x 19860 )
　露光条件　460 msec　Offset + 0.2 µm
　現像条件　90 sec

結果と考察 / Results and Discussion

　i線露光装置にてフォトリソグラフィしたあとDeep RIEにて直径0.5 µm，深さ5 µmのリリースホールをCAPウェハに形成する（図１）。CAPウェハはMEMSリゾネータウェハと直接接合し，内部のMEMSの犠牲層酸化膜をリリースホールを介してエッチングする。リリースホールは水素100％ 1000 ℃以上の還元雰囲気で内部の脱ガスソースを除去しながらシリコンマイグレーション現象にて閉塞する。
　完成したリゾネータに0.3 Vppのドライブシグナルを与え，櫛歯電極間の静電容量変化を評価した。35.5 kHzにアンチフェーズモードの共振が確認され，Q値は6000から19000を示した。この値は，10~50 Paに相当し，MEMSリゾネータのSMS封止技術は実証された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1: SEM images of release hole before SMS(a) and after SMS(b)

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

　今後，内部に残った水素の有効な脱気方法を検討し，1 Pa以下を達成する。
　産総研NPF 増田様に最適な露光条件を指導いただいた。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

Tianjiao Gong,Yukio Suzuki,Muhammad J. Khan,Karla Hiller,Shuji Tanaka,"Characterization of Vapor HF Sacrificial Etching Through Submicron Relase Holes for Wafer-Level Vacuum Packaging Based on Silicon Migration Seal", The 36th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (IEEE MEMS 2023)（Munich）, 2023.1.16
Muhammad Jehanzeb Khan,Yukio Suzuki,ianjiao Gong,Takashiro Tsukamoto,Shuji Tanaka, "Mems Resonator Vacuum-Sealed by Silicon Migration and Hydrogen Outdiffusion", The 36th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (IEEE MEMS 2023)（Munich）, 2023.1.17

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件