(57)【要約】      （修正有）【課題】基板及び圧力隔離部材の表面が圧力媒体中の湿気を吸収するのを防止する。【解決手段】原子層堆積（ＡＬＤ）で被覆された入力ポート１０２を有する統合基準真空圧力センサ１００は、媒体が筐体の内部へ入れるためのポートを有する筐体１０４と、筐体内の基板１２２及びチャネル１０８が基板及び圧力隔離部材を通って延び、配線が圧力隔離部材に埋め込まれ、チャネルにさらされた圧力隔離部材及び基板の表面にはＡＬＤで被覆される、圧力隔離部材１１０と、圧力隔離部材に結合されたセンサダイ１０６であって、センサダイは、回路を有するダイヤフラム１０５を備え、ダイヤフラムの側面はチャネルにさらされ、回路はダイヤフラムの他の側面に搭載される、センサダイと、センサダイを通って延び回路と配線を電気的に接続するビアと、圧力隔離部材に結合された、窪みを有するカバー１２０と、を備え、センサダイは窪み内に配置される。【選択図】図１Ａ
2014163936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力隔離部材（１１０）を基板（１２２）に接触させて形成するステップであって、前記圧力隔離部材（１１０）及び前記基板（１２２）は、前記基板（１２２）及び前記圧力隔離部材（１１０）を通って形成されたチャネル（１０８）を有する、形成するステップと、
センサ回路が形成されるダイヤフラム（１０５）を有するセンサダイ（１０６）を製造するステップと、
前記センサダイ（１０６）を前記圧力隔離部材（１１０）に搭載するステップであって、前記ダイヤフラム（１０５）の第１の側が、前記チャネル（１０８）の開口にさらされる、搭載するステップと、
前記圧力隔離部材（１１０）、前記基板（１２２）、及び前記センサダイ（１０６）を、入力ポート（１０２）を有する筐体（１０４）に固定するステップであって、前記チャネル（１０８）は、前記入力ポート（１０２）に入った圧力媒体が前記チャネル（１０８）にも入るように、前記筐体（１０４）内に配置される、固定するステップと、
前記入力ポート（１０２）又は前記チャネル（１０８）のいずれかにさらされる、前記圧力隔離部材（１１０）及び前記基板（１２２）の表面に、原子層堆積（１２６）で被覆するステップと、
前記センサ回路を外部システムに電気的に接続するステップと、
前記センサダイ（１０６）の第２の側を、既知の圧力を有する環境内に密封するステップであって、前記第２の側は、前記チャネル（１０８）の開口から気密に隔離されている、密封するステップとを有する、
圧力センサを製造する方法。
【請求項２】
入力ポート（１０２）を備える筐体（１０４）であって、前記入力ポート（１０２）は、前記筐体（１０４）が媒体を含む環境に置かれたときに前記筐体（１０４）内に媒体が入るのを許容するよう構成された、筐体（１０４）と、
前記筐体（１０４）内に固定搭載された基板（１２２）と、
前記基板（１２２）に搭載された圧力隔離部材（１１０）であって、チャネル（１０８）が、前記入力ポート（１０２）の端部から前記基板（１２２）及び前記圧力隔離部材（１１０）を通って延び、少なくとも１つの配線（１１２）が、前記圧力隔離部材（１１０）内に埋め込まれた、圧力隔離部材（１１０）と、
前記圧力隔離部材（１１０）に結合されたセンサダイ（１０６）であって、前記センサダイ（１０６）は、センサ回路（２０７）が形成されるダイヤフラム（１０５）を備え、前記ダイヤフラム（１０５）の第１の側面は、前記圧力隔離部材（１１０）の前記チャネル（１０８）の開口にさらされ、前記センサ回路（２０７）は、前記圧力隔離部材（１１０）の前記チャネル（１０８）の開口から密封されている、前記ダイヤフラム（１０５）の第２の側面に搭載される、センサダイ（１０６）と、
前記センサダイ（１０６）を通って延びる少なくとも１つのビアであって、前記ビアは、前記センサ回路（２０７）を前記少なくとも１つの配線（１１２）に電気的に接続する、ビアと、
前記圧力隔離部材（１１０）に密封結合される真空照合カバー（１２０）であって、前記真空照合カバー（１２０）は、その内部に形成される真空を収容する窪み（１２１）を備え、前記センサダイ（１０６）は、前記窪み（１２１）の内部に配置され、前記センサ回路（２０７）は、前記真空にさらされる、真空照合カバー（１２０）と、
を備える、圧力センサ。
【請求項３】
請求項２の圧力センサにおいて、
前記入力ポート（１０２）又は前記チャネル（１０８）のいずれかにさらされる、前記圧力隔離部材（１１０）及び前記基板（１２２）の表面を、原子層堆積（１２６）によって被う、原子層堆積（１２６）のコーティング、をさらに備える、
圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]シリコン圧力センサは、小型で、良質で、安定した性能を含む、複数の利点を提供する。さらに、複数の同一センサは、単一ウェハ上で、同時に組み立て製造することができるので、シリコン圧力センサは製造の費用効率がよい。圧力センサの少なくとも１つの例では、ダイヤフラムが圧力媒体から与えられた圧力に反応することによってピエゾ抵抗構造がダイヤフラムの歪を検出するように、ダイヤフラム上にピエゾ抵抗シリコン構造が製造される。しかしながら、ダイヤフラムの支持構造によって生じる歪は、センサ出力に変化を生じさせ得る。支持構造を製造するために用いられる材料には、吸湿部材がある。支持構造が吸湿部材の場合、支持構造の物理的なサイズは、支持構造が空気中の湿気を吸収することによって変化する。物理サイズの変化は、ダイヤフラムにかかる圧力を変化させ、ダイヤフラムにかかる圧力の変化は、センサ出力を比例的に変化させ、センサエラーを引き起こす。
【０００２】
[0002]加えて、圧力センサが環境の絶対圧力を測定するために用いられる場合、安定した基準真空が、圧力検出ダイヤフラムの圧力媒体にさらされる側面とは反対の、センサの圧力検出ダイヤフラムの側面の周りに提供される。基準真空内の材料は、時間をかけてガス放出し得る。基準真空内の材料のガス放出は、ダイヤフラムの異なる側面間の差圧を変化させ、差圧変化は、センサ測定値のドリフトエラーを引き起こす。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]原子層堆積で被覆された入力ポートを有する統合基準真空圧力センサが提供される。一つの実施形態において、圧力センサは、筐体であって、前記筐体が媒体を含む環境に置かれたときに前記筐体内に媒体が入るのを許容するよう構成された入力ポートを備える筐体と、前記筐体内に固定搭載された基板と、前記基板に搭載された圧力隔離部材であって、チャネルが、前記入力ポートの端部から前記基板及び前記圧力隔離部材を通って延び、少なくとも１つの配線が、前記圧力隔離部材内に埋め込まれ、前記チャネル及び前記入力ポートに対向する、前記圧力隔離部材及び前記基板の表面に、原子層堆積で被覆された、圧力隔離部材と、を備える。圧力センサは、さらに、前記圧力隔離部材に結合されたセンサダイであって、前記センサダイは、センサ回路が形成されるダイヤフラムを備え、前記ダイヤフラムの第１の側面は、前記圧力隔離部材の前記チャネルの開口にさらされ、前記センサ回路は、前記圧力隔離部材の前記チャネルの開口から密封されている、前記ダイヤフラムの第２の側面に搭載される、センサダイと、前記センサダイを通って延びる少なくとも１つのビアであって、前記ビアは、前記センサ回路を前記少なくとも１つの配線に電気的に接続する、ビアと、前記圧力隔離部材に密封結合される真空照合カバーであって、前記真空照合カバーは、その内部に形成される真空を収容する窪みを備え、前記センサダイは、前記窪みの内部に配置され、前記センサ回路は、前記真空にさらされる、真空照合カバーと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
[0004]図は例示的な実施形態のみを描写し、範囲を限定することを考慮されないことを理解した上で、例示的な実施形態は、添付の図を用いて、具体的かつ詳細に記述される。
【図１Ａ】[0005]図１Ａは、本開示で記述される異なる実施形態における圧力検出装置の断面を説明する図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示で記述される異なる実施形態における圧力検出装置の断面を説明する図である。
【図２】[0006]図２は、本開示で記述される１つの実施形態における、圧力隔離部材に搭載されたセンサダイの断面を説明する図である。
【図３】[0007]図３は、本開示で記述される１つの実施形態における圧力センサを製造するための方法を説明するフロー図である。
【０００５】
[0008]一般的な慣行にしたがって、説明する様々な特徴は一定の比率で描かれず、例示的な実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれている。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0009]以下に示す実施形態の説明では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、そしてここでは、説明の特定の例示的な実施形態が例として示されている。しかしながら、他の実施形態が利用されてもよいし、その論理的、機械的、および電気的変更がなされ得ることが理解されるべきである。さらに、図面および本明細書に提示されるこの方法は、個々のステップが実行され得る順序を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で理解されるべきではない。
【０００７】
[0010]少なくとも１つの実施形態では、センサダイ上のダイヤフラムの吸湿支持部材による湿気吸収は、空気にさらされる吸湿支持部材の表面を原子層堆積の保護層で被覆することによって回避される。例えば、ダイヤフラムを含むセンサダイは、（台座のような）圧力隔離部材に搭載され得る。圧力隔離部材は、圧力媒体がチャネルを通過することができ、ダイヤフラムに圧力をかけることができるように、圧力隔離部材を通って延びるチャネルを有する。さらに、圧力隔離部材は、基板上に搭載され得る。チャネルは基板を通って延びる。基板及び圧力隔離部材の表面が圧力媒体中の湿気を吸収するのを防止するために、圧力媒体にさらされた、基板及び圧力隔離部材の表面には、原子層堆積プロセスによって保護層で被覆される。
【０００８】
[0011]さらなる実施形態では、真空基準カバーは、ダイヤフラムのための基準真空内のガス放出を抑制するために、センサダイを覆って結合される。真空照合カバーの結合を可能にするため、ダイヤフラム上の回路は、ビアを介して外部回路へ電気的に接続される。ビアは、センサダイを通って延び、圧力隔離部材に埋め込まれた金属配線に接触する。配線は、圧力隔離部材を通り、配線をフロントエンド回路及び外部システムへ接続する相互接続子まで延びる。真空照合カバーは、ダイヤフラムに形成されたセンサ回路以外の部品が、基準真空にさらされるのを防止する。また、部品が基準真空にさらされるのを制限することは、基準真空内で起こるガス放出の総量を制限することにもなる。ある実施形態では、真空照合カバーは基準真空内の真空を維持するゲッタを含む。
【０００９】
[0012]図１Ａは、圧力検出装置１００の断面図である。圧力検出装置１００は、ある媒体の圧力を測定可能である。例えば、圧力検出装置１００によって検出される圧力媒体は、空気又は液体を含んでいてもよい。圧力媒体の圧力を検出するため、圧力検出装置１００は、圧力メディアが筐体１０４へ入るのを許容する入力ポート１０２を備える。筐体１０４は、圧力検出装置１００に損害を与え得る又は圧力検出装置１００の性能に影響を与え得る環境の影響から、圧力検出装置１００を保護する。
【００１０】
[0013]筐体１０４の内部の圧力媒体の圧力を検出するために、圧力検出装置１００は、センサダイ１０６を備える。少なくとも１つの実施形態において、センサダイ１０６は、ピエゾ抵抗型シリコン圧力センサダイであり、シリコンダイヤフラム１０５上に形成されたピエゾ抵抗型シリコン構造は、ダイヤフラム１０５の歪に応答する。少なくとも１つの実施形態において、センサダイ１０６を圧力媒体にさらすために、圧力媒体は、入力ポート１０２を介して筐体１０４へ入り、圧力隔離部材１１０内のチャネル１０８を通過する。チャネル１０８内の圧力媒体は、センサダイ１０６に対して力を加え、その力はピエゾ抵抗型シリコン構造に歪を生じさせ、センサダイ１０６のダイヤフラム１０５は圧力媒体によって加えられた圧力にしたがって移動する。ピエゾ抵抗型シリコン構造の歪は、ピエゾ抵抗型シリコン構造のピエゾ抵抗型素子の抵抗を変える。既知の電流がピエゾ抵抗型シリコン構造を流れ、ピエゾ抵抗型素子の抵抗による電圧降下が、センサダイ１０６のダイヤフラムに対する圧力媒体の圧力を測定するのに用いられ得る。
【００１１】
[0014]筐体１０４への圧力は、筐体内に配置された圧力検出装置１００の部品に影響を与え得る。筐体内のいくつかの部品は圧力によって最小限の影響しか受けないが、筐体１０４への圧力によって生じる、センサダイ１０６上に配置されたピエゾ抵抗型シリコン構造の歪は、圧力検出装置１００によって測定される圧力測定の正確性に負の影響を与え得る。例えば、筐体１０４の歪は、圧力媒体によってセンサダイ１０６のダイヤフラム１０５に与えられる歪と同様に、センサダイ１０６に歪を生じさせ、これはセンサダイ１０６から得られる圧力測定にバイアスをもたらす。ある実施形態では、筐体１０４又は圧力検出装置１００の他の部品の圧力からセンサダイ１０６を隔離するために、センサダイ１０６は圧力隔離部材１１０上に載せられる。圧力隔離部材１１０は、筐体１０４に加わる歪、又は、筐体１０４内に他の部品によって生じる歪、からセンサダイ１０６を隔離する。例えば、圧力隔離部材１１０は、その上に載せられたセンサダイを有する台座を備え、台座は、筐体１０４、又は、圧力検出装置１００の他の部品に影響する物理的な力から、筐体１０４内のセンサダイを隔離する。
【００１２】
[0015]ある実施形態では、センサダイ１０６による正確な圧力測定への影響から歪をさらに防ぐために、圧力隔離部材１１０は、センサダイ１０６と同様の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料によって作成される。例えば、センサダイ１０６がシリコンによって製造されたときには、圧力隔離部材１１０は、シリコンと実質的に同じ熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料によって製造される。したがって、圧力隔離部材１１０及び／又はセンサダイ１０６に熱膨張が発生するときには、センサダイ１０６に形成されたピエゾ抵抗型素子へ圧力を与える熱膨張を防止するために、圧力隔離部材１１０とセンサダイ１０６は、同じ割合で膨張する。少なくとも１つの代表的な実施形態では、センサダイ１０６は、シリコンマッチング低温同時焼成セラミックス（ＳＭ−ＬＴＣＣ）によって製造される。さらなる実施形態では、圧力隔離部材１１０が製造されたときに、センサダイ１０６は、センサダイ１０６を圧力隔離部材１１０に接合するための熱電接合プロセス又は他のプロセスを用いて、圧力隔離部材１１０に接合される。
【００１３】
[0016]少なくとも１つの実施形態では、センサダイ１０６のダイヤフラム上の電子機器間の電気接続を容易化するために、金属化ビア１１１がセンサダイ１０６を通って形成される（以下図２に関して説明する）。さらに、圧力隔離部材１１０の製造の間、埋め込み配線１１２が圧力隔離部材１１０内に形成される。埋め込み配線１１２は、センサダイ１０６内に形成されたビアに電気的に接続され、圧力隔離部材１１０を通って相互配線ピン１１４まで延びる。相互配線ピン１１４は、圧力隔離部材１１０から、筐体１０４内に配置された回路ウェハ１１８上に形成されたフロントエンド回路１１６まで延びる。
【００１４】
[0017]ある実施形態では、センサダイ１０６のダイヤフラム１０５の一方の側面は、チャネル１０８の圧力媒体にさらされ、ダイヤフラム１０５の反対の側面は、基準真空１２１にさらされている。ある実施形態では、基準真空１２１内のさまざまな部品が、時間とともにガス放出する。ダイヤフラム１０５が圧力媒体にさらされたとき、さまざまな部品のガス放出は、基準真空１２１内の圧力を変え、基準真空１２１内の圧力変化は、センサダイ１０６のダイヤフラム１０５上のピエゾ抵抗型素子によって生じる歪の量もまた変える。基準真空１２１内における圧力変化による圧力媒体と基準真空１２１との間の差圧の変化が、圧力測定におけるエラーを引き起こす。基準真空１２１内における様々な部品からの材料のガス放出の可能性を制限するため、真空照合カバー１２０内にダイヤフラム１０５をシールすることができる。真空参照カバー１２０は、基準真空にさらされるガス放出部品の可能性のある数を制限する。
【００１５】
[0018]ある実施形態では、センサダイ１０６が圧力隔離部材１１０に載せられたときに、真空照合カバー１２０は、通過するセンサービア１１１及び埋め込み配線１１２の存在により実現可能になっている。ビア１１１及び埋め込み配線１１２は、ダイヤフラム１０５の上に形成されたピエゾ抵抗型素子からセンサダイ１０６及び圧力隔離部材１１０を通って相互接続ピン１１４までの電気接続を許容する。電気接続は、フロントエンド回路１１６を含む回路ウェハ１１８まで延びる。図１Ｂは、圧力検出装置１５０の他の実施形態を示している。圧力検出装置１５０は、図１Ａにおける真空照合カバー１２０又はビア１１１を備えていない。図１Ｂに示すように、センサダイ１０６を通るビア１１１が設けられていないので、センサダイ１０６のダイヤフラム１０５の上に形成されたピエゾ抵抗素子を通る信号は、スルーワイヤ１１３によって実行される。スルーワイヤ１１３は、基準真空１２１内におけるセンサダイ１０６の表面に結合される。ワイヤ１１３は、センサダイ１１６から回路ウェハ１１８上にあるフロントエンド回路１１６のようなさらなる電子部品に直接延びる。もし、ワイヤ１１３がセンサダイ１０６からフロントエンド回路１１６へ直接延びたら、フロントエンド回路１１６、接続ワイヤ１３、及び回路ウェハ１１８のようなフロントエンド回路１１６を支持する構造は、基準真空１２１内に位置することになり、基準真空１２１内の様々な部品は、基準真空１２１内にガスを放出し、圧力検出装置１５０の性能を変える可能性がある。これに対して、図１Ａに示すように、センサダイ１０６を通って延びるコミュニケーションビア１１１及び圧力隔離部材１１０を通って延びる埋め込み配線１１２は、基準真空内の材料がダイヤフラム１０５表面の電気へガス放出するのを制限するために、真空照合カバー１２０をセンサダイ１０６に被せて結合することを可能にする。
【００１６】
[0019]少なくとも一つの実施形態では、真空照合カバー１２０は、製造工程の間にセンサダイ１０６に供給されセンサダイ１０６を覆って適合する、窪み形状のカバーである。センサダイ１０６と圧力隔離部材１１０が真空環境に存在するときに、真空照合カバー１２０は、シリコン又はＳＭ−ＬＴＣＣのような他の材料などの材料から製造される。圧力隔離部材１１０と同様に、真空照合カバー１２０は、センサダイ１０６及び圧力隔離部材１１０と同じＣＴＥを有する材料で製造されてよい。真空照合カバー１２０と圧力隔離部材１１０とが真空環境にあるとき、真空照合カバー１２０は、熱電結合、又は、センサダイ１０６と真空照合カバー１２０の間の真空を真空照合カバー１２０の窪み部内に密封シールする他の結合方法、を使って圧力隔離部材１１０に結合される。
【００１７】
[0020]少なくとも１つの実施形態では、センサダイ１０６及び真空照合カバー１２０が圧力隔離部材１１０上に乗せられたとき、圧力隔離部材１１０は基板１２２上に乗せられる。ある典型的な実施形態では、基板１２２は、アルミナ素材、又は、真鍮材料で形成される。圧力隔離部材１１０は、センサダイ１０６及び真空照合カバー１２０が圧力隔離部材１１０に結合される前に基板１２２上に形成される。ある実施形態では、圧力隔離部材１１０は基板１２２上に製造される。センサダイ１０６及び真空照合カバー１２０は、圧力隔離部材１１０のそれぞれへ結合されることができる。センサダイ１０６及び真空照合カバー１２０が圧力隔離部材１１０のそれぞれへ結合されるとき、マルチ圧力隔離部材１１０は、センサダイ１０６及び真空照合カバー１２０に関して、基板１２２上に形成された独立の圧力隔離部材１１０へ単一化される。
【００１８】
[0021]圧力隔離部材１１０が基板１２２上に乗せられたとき、圧力隔離部材１１０及び基板１２２は筐体１０４内へ配置される。圧力隔離部材１１０及び基板１２２は、筐体１０４内に固定して結合される。例えば、圧力隔離部材１１０及び基板１２２は、ろう付け１２４を介して筐体へ固定して結合される。代替として、圧力隔離部材１１０及び基板１２２は、はんだ接合を介して筐体内に固定して結合されてもよい。典型的な実施形態では、圧力隔離部材１１０が筐体１０４内に固定して結合されたとき、相互接続ピン１１４は、圧力隔離部材１１０内の埋め込み配線１１２が相互接続ピン１１４にコンタクトするように、圧力隔離部材１１０内に配置される。代替的には、相互接続ピン１１４は、圧力隔離部材１１０が筐体１０４内に固定して結合される前に圧力隔離部材１１０内に配置されてもよい。相互接続ピン１１４が圧力隔離部材１１０内に配置されるとき、フロントエンド回路１１６を含む回路ウェハ１１８は、相互接続ピン１１４が埋め込み配線１１２とフロントエンド回路１１６との間の電気接続を提供するように配置される。フロントエンド回路は、センサダイ１０６上の電気要素への入力をコントロールする機能を部分的に有する電気装置を備える。例えば、フロントエンド回路１１６は、アナログ−デジタルコンバータ、デジタル−アナログコンバータ、マルチチップモジュールなどを備える。少なくとも１つの実施形態では、フロントエンド回路１１６は、圧力出力の特性分析、出力信号の調整、及びその他の機能を実行する。
【００１９】
[0022]典型的な実施形態では、回路ウェハ１１８は、密封溶接１２８によって筐体１０４に溶接された電気コネクタ１３０に電気的に接続される。電気コネクタ１３０は、筐体１０４から延び、外部システムへ結合される。例えば、図１Ａに示した例では、電気コネクタ１３０は、圧力検出装置１００を大きなシステムに組み込むのを補助するためねじ込まれている。したがって、電気コネクタ１３０を介して、外部システムは、センサダイ１０６のダイヤフラムのピエゾ抵抗素子からの圧力測定を得ることができる。
【００２０】
[0023]さらなる実施形態では、圧力隔離部材１１０は、シリコン、ＳＭ−ＬＴＣＣ，及びその他の吸湿性材料から製造することができる。圧力隔離部材１１０が吸湿性材料から製造されたとき、圧力隔離部材１１０は、圧力媒体の湿気を吸収して拡大する。圧力隔離部材１１０が圧力媒体の湿気にさらされたら、圧力隔離部材１１０の拡大が広がり、センサダイ１０６上のピエゾ抵抗素子は歪み、したがってピエゾ抵抗素子によって行われる測定にバイアスが生じる。ある（図１Ａ及び図１Ｂに示された）実施形態では、圧力隔離部材１１０は、原子層堆積（ＡＬＤ）コーティング１２６によって湿気から守られる。ＡＬＤコーティング１２６は、圧力媒体の湿気が圧力隔離部材１１０に接触するのを防ぐ。例えば、ＡＬＤコーティング１２６は、圧力媒体にさらされる圧力隔離部材１１０及び基板１２２の表面に堆積される、酸化金属のコーティングを備える。一つの実施形態では、ＡＬＤコーティング１２６は、圧力隔離部材１１０及び基板１２２が筐体内に搭載される前に被覆される。代替的には、ＡＬＤコーティング１２６は、圧力隔離部材１１０及び基板１２２が筐体内に搭載された後に被覆されてもよい。
【００２１】
[0024]上述のように、センサダイ１０６上のセンサ回路（以下の図２ではセンサ回路２０７）をフロントエンド回路１１６へ電気接続するビア１１１及び埋め込み配線１１２は、センサダイ１０６にかぶせられた真空照合カバー１２０の使用を可能にする。真空照合カバー１２０は、基準真空１２１内の部品数を制限することによって、基準真空１２１内の材料のガス放出が基準真空１２１内の圧力に影響するのを防止する。さらに、圧力隔離部材１１０のＡＬＤコーティング１２６は、圧力検出装置１００の吸湿部品が圧力媒体の湿気を吸収するのを防止する。基準真空を保護し、吸湿部品による湿気の吸収を防ぐことにより、圧力検出装置１００は、圧力測定におけるエラー発生源に対してより耐久性を有する。
【００２２】
[0025]図２は、圧力隔離部材２１０の頂部に搭載されたセンサダイ２０６の断面図である。圧力隔離部材２１０は、台座である。典型的な実施形態では、圧力隔離部材２１０は図１Ａの圧力隔離部材１１０のように機能する。圧力隔離部材１１０と同様に、チャネル２０８は圧力隔離部材２１０を通って延びる。チャネル２０８は、圧力媒体が圧力隔離部材２１０を通るのを許容する。
【００２３】
[0026]少なくとも１つの実施形態では、圧力隔離部材２１０は、正確なセンサ測定に影響を及ぼす圧力から圧力隔離部材２１０を隔離する。センサダイ２０６は、図１のセンサダイ１０６と同じように機能する。センサダイ２０６は、ダイヤフラム２０５及びピエゾ抵抗素子２０７を備える。ダイヤフラム２０５は、圧力隔離部材２１０を通って延びるチャネル２０８上に配置され、チャネル２０８内の圧力媒体の圧力にしたがって動く。圧力を測定するために、センサダイ２０６は、ダイヤグラム２０５の、チャネル２０８とは反対側に搭載されるピエゾ抵抗素子２０７を備える。ダイヤグラム２０５は、圧力媒体の圧力に応答して動き、その動きは、ピエゾ抵抗素子２０７に歪応力を働かせる。ピエゾ抵抗素子２０７の歪は、ピエゾ抵抗素子２０７の抵抗を変え、抵抗変化は、ピエゾ抵抗素子２０７を流れる電流の測定電圧に影響を及ぼす。少なくとも１つの実施形態では、ピエゾ抵抗素子２０７は、圧力検出素子と温度検出素子の両方を備える。
【００２４】
[0027]典型的な実施形態では、ピエゾ抵抗素子２０７は、金属化ビア２１１に電気的に接続されている。そして金属化ビア２１１は、圧力隔離部材２１０内に形成された埋め込み配線２１２に接続される。埋め込み配線２１２は、圧力隔離部材２１０を通って延び、図１Ａに関して上述したフロントエンド回路１１６のようなフロントエンド回路への接続を提供する。上述のように、埋め込み配線２１２及び金属化ビア２１１は、真空照合カバー２２０が、センサダイ２０６を覆って配置され、かつ、ピエゾ抵抗素子２０７とフロントエンド回路との間の電気接続に干渉を与えずに圧力隔離部材２１０へ結合される、のを許容する。少なくとも１つの代替的な実施形態では、ゲッタ２２５は、センサダイ２０６を覆う真空照合カバー２２０の窪み部分内に配置される。ゲッタ２２５は、当業者に知られている方法にしたがって活性化される。ゲッタ２２５は、結合の後に、基準真空２２１内に存在する残りの気体分子を吸収し、結合の後に、基準真空２２１内の素子からガス放出された分子を吸収する。
【００２５】
[0028]さらに、圧力隔離部材２１０がシリコン材料で製造され、シリコン材料が圧力媒体内の空気と相互作用するとき、吸湿性の二酸化シリコンの層が形成される。二酸化シリコンは、空気中の湿気を吸収し、圧力隔離部材２１０の形状を変化させる。圧力隔離部材２１０が空気中の湿気を吸収するのを防ぐために、チャネルを介して空気にさらされている、圧力隔離部材の表面は、原子層堆積コーティング２２６で被覆されている。少なくとも１つの実施形態では、コーティング２２６は、酸化アルミニウム又は酸化チタンなどの酸化金属である。コーティング２２６は、湿気が圧力隔離部材２１０の部分によって吸収されるのを防ぎ、湿気が圧力検出の働きに悪影響を及ぼすのを防ぐ。
【００２６】
[0029]図３は、圧力センサを製造するための方法３００の１つの典型的な実施形態のフロー図である。図３に示された典型的な実施形態は、ここでは図１Ａに示した圧力検出装置１００を用いて実施されるよう記述されるが、他の実施形態ではほかの方法で実施されることが理解されるべきである。
【００２７】
[0030]方法３００は、ステップ３０２に進み、圧力隔離部材１１０は、基板１２２と接触させて形成される。ある実施形態では、圧力隔離部材１１０は、アルミナで形成された基板１２２上に、ＳＭ−ＬＴＣＣ材料で形成される。少なくとも１つの実施形態では、チャネル１０８は、気体又は液体の媒体がチャネル１０８を通ることができるように、圧力隔離部材１１０及び基板１２２の両方を通って延びる。また、圧力隔離部材１１０は、台座のような形状であり、チャネルは、圧力隔離部材１１０の台座を長手方向に延びる。
【００２８】
[0031]方法３００は、ステップ３０４に進み、センサダイ１０６が製造される。センサダイ１０６は、シリコンダイヤフラムと、ダイヤフラム上に形成されたセンサ回路と、を備える。少なくとも１つの実施形態では、センサ回路は、ダイヤフラムの動きに応じて抵抗を変えるピエゾ抵抗素子を備える。センサダイ１０６が製造されたら、方法３００は、ステップ３０６へ進み、センサダイ１０６は、圧力隔離部材１１０へ搭載される。少なくとも１つの実施形態では、センサダイ１０６は、センサダイ１０６のダイヤフラムがチャネル１０８の開口の上に配置されるように、圧力隔離部材１１０に搭載される。少なくとも１つの実施形態では、センサダイ１０６上のセンサ回路は、センサダイ１０６を通って延びる金属化ビアに接続される。センサダイ１０６が圧力隔離部材１１０に搭載されたら、センサ回路が、圧力隔離部材１１０に形成された埋め込み配線１１２に電気的に接続されるように、金属化ビアには埋め込み配線１１２との接続がもたらされる。
【００２９】
[0032]ある実施形態では、方法３００はステップ３０８へ進み、圧力隔離部材１１０、基板１２２、及びセンサダイ１０６は、筐体１０４に固定される。例えば、組み立て部品が、入力ポート１０２を有する筐体１０４内に配置され、入力ポート１０２に入った圧力媒体が、基板１２２のチャネル１０８の開口に入ることができるようになる。さらに、少なくとも１つの典型的な実施形態では、組み立て部品は、ろう付け１２４によって筐体１０４内に固定される。代替的には、圧力隔離部材１１０、基板１２２、及びセンサダイ１０６は、各部品が一体に組み立てられるように、個別に筐体１０４内に固定されてもよい。
【００３０】
[0033]方法３００は、ステップ３１０へ進み、圧力隔離部材１１０及び基板１２２の表面は、原子層堆積で被覆される。ある実施形態では、圧力隔離部材１１０及び基板１２２は、吸湿材料によって製造されてもよい。圧力隔離部材１１０及び／又は基板１２２が吸湿性であり、圧力媒体の湿気にさらされたら、圧力隔離部材１１０及び／又は基板１２２は、膨張し、測定エラーを引き起こすセンサダイ１０６の歪を生じさせる可能性がある。湿気の吸収を防ぐために、チャネル１０８又は入力ポート１０２のいずれかにおいて圧力媒体にさらされる、圧力隔離部材１１０及び基板１２２の表面は、原子層堆積１２６によって被覆され得る。ある実施形態では、圧力隔離部材１１０及び基板１２２は、圧力隔離部材１１０及び基板１２２が筐体内に固定される前に被覆される。代替的には、圧力隔離部材１１０及び基板１２２は、圧力隔離部材１１０及び基板１２２が筐体１０４内に固定された後に、原子層堆積１２６によって被覆されてもよい。
【００３１】
[0034]少なくとも１つの実施形態では、方法３００は、ステップ３１２へ進み、センサダイ１０６上のセンサ回路は、外部システムに電気的に接続される。上述のように、センサ回路は、圧力隔離部材１１０内の埋め込み配線１１２に接続された、センサダイ１０６内のビアに、接続される。センサ回路を外部システムに電気的に接続するために、埋め込み配線１１２は、外部コネクタ１３０を介して外部システムに接続されたフロントエンド回路１１６に、相互接続ピン１１４を介して接続され得る。代替的には、センサ回路は、センサ回路からフロントエンド回路１１６へ直接延びるワイヤ１１１を介して接続されてもよい。
【００３２】
[0035]方法３００は、ステップ３１４へ進み、センサダイ１０６の第２の側面が、既知の圧力を有する環境内にシールされる。ある実施形態では、センサ１００は、絶対圧力センサであり、センサ回路は、絶対真空に対する圧力媒体の圧力を測定する。代替的には、センサ回路は、既知の参照圧力に対する圧力媒体の圧力を測定することもできる。少なくとも１つの実施形態では、既知の圧力環境における材料からのガス放出は、センサ回路によって提供される測定にエラーを引き起こす。既知の圧力を保ち、ガス放出を防止するため、参照カバー１２０は、センサダイ１０６の、チャネル１０８内の圧力媒体に接触する表面とは反対側の表面の周りで、圧力隔離部材１１０に結合される。参照カバー１２０は、ガス放出をして参照圧力を変え後続の圧力測定をシフトさせる可能性がある材料の総量を制限する。代替的には、フロントエンド回路もまた、筐体１０４内の、既知の圧力を有する環境内に密封シールされてもよい。
【００３３】
[0036]＜実施例＞例１は、圧力センサを製造する方法を備える。圧力センサを製造する方法は、圧力隔離部材を基板に接触させて形成し、前記圧力隔離部材及び前記基板は、前記基板及び前記圧力隔離部材を通って形成されたチャネルを有し、センサダイを製造し、前記センサダイは、センサ回路が形成されるダイヤフラムを含み、前記センサダイを前記圧力隔離部材に搭載し、前記ダイヤフラムの第１の側面は、前記チャネルの開口にさらされ、前記圧力隔離部材、前記基板、及び前記センサダイを、入力ポートを有する筐体に固定し、前記チャネルは、前記入力ポートに入った圧力媒体が前記チャネルにも入るように、前記筐体内に配置され、前記入力ポート又は前記チャネルのいずれかにさらされる、前記圧力隔離部材及び前記基板の表面に、原子層堆積で被覆され、前記センサ回路を外部システムに電気的に接続し、前記センサダイの第２の側面を、既知の圧力を有する環境内に密封し、前記第２の側面は、前記チャネルの開口から気密に隔離されている。
【００３４】
[0037]例２は、例１の方法を備え、前記センサダイの第２の側面を既知の圧力を有する環境内に密封するステップは、前記環境内でリファレンスカバーを前記圧力隔離部材に結合することを含み、前記リファレンスカバーは、窪みを有し、前記センサダイは、前記窪み内に配置される。
【００３５】
[0038]例３は、例２の方法を備え、前記リファレンスカバーは、前記センサダイと同じ熱膨張係数を有する材料で製造されている。
[0039]例４は、例１〜３のいずれかの方法を備え、前記圧力隔離部材を前記基板上に形成するステップは、前記圧力隔離部材の内部に埋め込み導電性配線を形成することを含み、前記埋め込み導電性配線は、前記センサ回路に電気的に接続される。
【００３６】
[0040]例５は、例４の方法を備え、前記センサダイを製造するステップは、前記センサダイを通るビアを形成することを含み、前記センサダイが前記圧力隔離部材に搭載されたときに、前記埋め込み導電配線をセンサ回路へ電気的に接続する。
【００３７】
[0041]例６は、例１〜５のいずれかの方法を備え、前記圧力隔離部材は、シリコン熱膨張係数マッチング低温同時焼成セラミックスによって製造される。
[0042]例７は、例１〜６のいずれかの方法を備え、前記圧力隔離部材は、前記基板の表面から遠ざかって延びる台座を備え、前記チャネルは、前記台座を通って長手方向に延び、前記センサダイは、前記台座に搭載され、前記ダイヤフラムの第１の側面にさらされた前記チャネルの開口は、前記基板から最も遠い前記台座の側面にある。
【００３８】
[0043]例８は、例１〜７のいずれかの方法を備え、前記原子層堆積は、酸化金属を備える。
[0044]例９は、例１〜８のいずれかの方法を備え、前記センサ回路を前記外部システムに電気的に接続するステップは、前記センサ回路を前記筐体内のフロントエンド回路に電気的に接続し、外部コネクタを介して前記フロントエンド回路を前記外部システムに電気的に接続することを含む。
【００３９】
[0045]例１０は、例１〜９のいずれかの方法を備え、前記基板及び前記圧力隔離部材は、ろう付け及びはんだ付けの少なくとも一方によって前記筐体内に固定される。
[0046]例１１は、圧力センサを備える。圧力センサは、入力ポートを備える筐体であって、前記入力ポートは、前記筐体が媒体を含む環境に置かれたときに前記筐体内に媒体が入るのを許容するよう構成された、筐体と、前記筐体内に固定搭載された基板と、前記基板に搭載された圧力隔離部材であって、チャネルが、前記入力ポートの端部から前記基板及び前記圧力隔離部材を通って延び、少なくとも１つの配線が、前記圧力隔離部材内に埋め込まれた、圧力隔離部材と、前記圧力隔離部材に結合されたセンサダイであって、前記センサダイは、センサ回路が形成されるダイヤフラムを備え、前記ダイヤフラムの第１の側面は、前記圧力隔離部材の前記チャネルの開口にさらされ、前記センサ回路は、前記圧力隔離部材の前記チャネルの開口から密封されている、前記ダイヤフラムの第２の側面に搭載される、センサダイと、前記センサダイを通って延びる少なくとも１つのビアであって、前記ビアは、前記センサ回路を前記少なくとも１つの配線に電気的に接続する、ビアと、前記圧力隔離部材に密封結合される真空照合カバーであって、前記真空照合カバーは、その内部に形成される真空を収容する窪みを備え、前記センサダイは、前記窪みの内部に配置され、前記センサ回路は、前記真空にさらされる、真空照合カバーと、を備える。
【００４０】
[0047]例１２は、例１１の圧力センサを備え、前記圧力隔離部材は、前記基板の表面から遠ざかって延びる台座を備え、前記チャネルは、前記台座を通って長手方向に延び、前記センサダイは、前記台座に搭載され、前記ダイヤフラムの前記第１の側面にさらされた前記チャネルの開口は、前記基板から最も離れた前記台座の側面にある。
【００４１】
[0048]例１３は、例１１〜１２のいずれかの圧力センサを備え、前記真空照合カバーは、前記センサダイと同じ熱膨張係数を有する材料によって製造される
[0049]例１４は、例１１〜１３のいずれかの圧力センサを備え、前記圧力隔離部材は、シリコン熱膨張係数マッチング低温同時焼成セラミックスによって製造される。
【００４２】
[0050]例１５は、例１１〜１４のいずれかの圧力センサを備え、前記入力ポート又は前記チャネルのいずれかにさらされる、前記圧力隔離部材及び前記基板の表面、を原子層堆積によって保護する、原子層堆積コーティング、をさらに備える。
【００４３】
[0051]例１６は、例１５の圧力センサを備え、前記原子層堆積は、酸化金属を備える。
[0052]例１７は、例１１〜１６のいずれかの圧力センサを備え、前記筐体内に配置されたフロントエンド回路をさらに備え、前記フロントエンド回路は、少なくとも１つの配線に電気的に接続され、外部コネクタは、前記フロントエンド回路と外部システムとの間の電気接続を提供する。
【００４４】
[0053]例１８は、例１１〜１７のいずれかの圧力センサを備え、前記基板及び前記圧力隔離部材は、ろう付け及びはんだ付けの少なくとも一方によって前記筐体内に固定される。
【００４５】
[0054]例１９は、例１１〜１８のいずれかの圧力センサを備え、前記真空照合カバーは、前記窪み内に配置されたゲッタを備える。
[0055]例２０は、圧力センサを備える。前記圧力センサは、筐体であって、前記筐体が媒体を含む環境に置かれたときに前記筐体内に媒体が入るのを許容するよう構成された、入力ポートを備える、筐体と、前記筐体内に固定された基板と、前記基板に搭載された圧力隔離部材であって、チャネルが前記入力ポートの端部から前記基板及び前記圧力隔離部材を通って延び、少なくとも１つの配線が前記圧力隔離部材内に埋め込まれ、前記チャネル及び前記入力ポートに対向する、前記圧力隔離部材及び前記基板の表面に、原子層堆積で被覆された、圧力隔離部材と、前記圧力隔離部材に結合されたセンサダイであって、前記センサダイは、その上に形成されたセンサ回路を有するダイヤフラムを備え、前記ダイヤフラムの第１の側面は、前記圧力隔離部材内の前記チャネルの開口にさらされ、前記センサ回路は、前記圧力隔離部材内の前記チャネルの開口から密封された、前記ダイヤフラムの第２の側面に搭載された、センサダイと、前記センサダイを通って延びる少なくとも１つのビアであって、前記ビアは、前記センサ回路を前記少なくとも１つの配線に電気的に接続する、ビアと、前記圧力隔離部材に密封結合される真空照合カバーであって、前記真空照合カバーは、その内部に形成される真空を収容する窪みを備え、前記センサダイは、前記窪みの内部に配置され、前記センサ回路は、前記真空にさらされる、真空照合カバーと、を備える。
【００４６】
[0056]具体的な実施形態がここでは図示され説明されたが、同様の目的を解決するために意図される変更が、開示された具体的な実施形態に対して代替的に行われることは、当業者によって認識される。したがって、本発明は、クレーム及びクレームと同意義のものによってのみ制限されることが、明確に意図される。
【００４７】
[0057]本明細書で用いられた相対位置の用語は、ウエハ又は基板の向きに関わらず、ウエハ又は基板の標準面又は作業面に平行な面に基づいて定義される。本明細書で用いられる用語“水平”又は”側面“は、ウエハ又は基板の向きに関わらず、ウエハ又は基板の標準面又は作業面に平行な面に基づいて定義される。用語”垂直“は、水平に対して直交する方向を指す。用語”の上“、” （側壁における）側面“、”より高い“、”より低い“、”の上“、”頂部“、”の下“は、ウエハ又は基板の向きに関わらず、ウエハ又は基板のトッププレート上の標準面又は作業面に関して定義される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2014163936000001.pdf