(57)【要約】本発明は、基盤（１２）の非プレーナー表面上に形成され、従って非プレーナー形状を有するブリッジ（１８）を備えた固体（solid-state）すなわち集積回路型（integrated circuit-type）イグナイターダイ（igniter die）（１０）に関する。従って本発明のイグナイターダイ（１０，１０’、１１０，２１０，３１０）は３次元形状を有しており、好ましくは中に反応性材料を囲むことが出来る形状を有するのがよい。典型的実施例では、本発明のイグナイター素子のブリッジはチューブ状の形状を有する。反応性材料は該チューブの内部に配置され、或る電荷の電流が１つの端部からもう１つへ該チューブを通って流れ、該反応性材料を起爆するプラズマを形成する。
2005502024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イグナイターダイに於いて、該イグナイターダイが
基盤を通って延びる、材料の、端部の開いたチューブ状のブリッジと、そして
該基盤上に配置され、該ブリッジの各端部に接続された電気接触部とを具備することを特徴とする該イグナイターダイ。
【請求項２】
該ブリッジが半導体材料を備えることを特徴とする請求項１の該ダイ。
【請求項３】
該ブリッジと該電気接触部が該基盤から絶縁されることを特徴とする請求項２の該ダイ。
【請求項４】
該基盤は半導体材料を有し、該ブリッジは該基盤の半導体材料から絶縁されており、そして該基盤は第１及び第２表面を有し、かつ、静電放電に対し該ブリッジを保護する１対の背中合わせダイオードを該ブリッジに並列に該基盤を横切って規定するために該第１及び第２表面に該基盤の中心部に対し相補型のドーピングの領域を有しており、そして該電気接触部は該ブリッジの該端部とのみならず該相補型のドーピングの領域の該基盤と接触していることを特徴とする請求項２の該ダイ。
【請求項５】
該基盤の少なくとも１表面は該ブリッジの少なくとも１つの端部の周りにマイクロキャビテイを規定することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３又は請求項４の該ダイ。
【請求項６】
多数ブリッジイグナイターダイに於いて、該ダイが
基盤を通って延びる、材料の、少なくとも２つのブリッジを具備しており、各ブリッジは２つの端部を備えており、該ダイは又
各該ブリッジの各該端部に接続され電気接触部を具備しており、該電気接触部は該２つのブリッジの各々の１つの端部を相互接続するリンク用電気接触部と該ブリッジのもう１つの端部に於けるターミナル電気接触部とを備えることを特徴とする該ダイ。
【請求項７】
該ブリッジが半導体材料を備えることを特徴とする請求項６の該ダイ。
【請求項８】
該ブリッジと該電気接触部が該基盤から絶縁されることを特徴とする請求項７の該ダイ。
【請求項９】
該基盤は半導体材料のウエハーを有し、該ブリッジは該基盤半導体材料から絶縁されており、そして該基盤半導体材料は第１表面と第２表面を有し、かつ、間に１対のダイオードを規定するために該第１表面上に該ウエハーの中心部に対し相補型のドーピングの分離された領域を有しており、そして該ターミナル電気接触部は該ブリッジとのみならず該相補型のドーピングの領域の該基盤とも接触しており、それにより該２つのダイオードは該２つのブリッジとの端部接触部間に並列に配置されることを特徴とする請求項６の該ダイ。
【請求項１０】
イグナイターダイを形成する方法に於いて、該方法が
第１表面と第２表面とを有する基盤を穴あけする過程と、
該穴内に、材料の、端部の開いたチューブ状ブリッジを形成する過程と、そして
該ブリッジの各端部に接続された電気接触部を該基盤上に形成する過程とを具備することを特徴とする該方法。
【請求項１１】
該ブリッジが半導体材料を有することを特徴とする請求項１０の該方法。
【請求項１２】
該ブリッジと該電気接触部とを該基盤から絶縁する過程を具備することを特徴とする請求項１１の該方法。
【請求項１３】
該基盤は半導体材料を有しており、そして該方法が更に、該ブリッジを該基盤半導体材料から絶縁する過程と、該ブリッジと並列の、該基盤を横切る１対のダイオード規定するために該基盤の該第１及び第２表面に、該基盤の中心部に対し相補型のドーピングの領域を形成する過程と、そして該ブリッジの該端部とのみならず該相補型のドーピングの該領域の該基盤とも接触している該電気接触部を配置する過程とを具備することを特徴とする請求項１１の該方法。
【請求項１４】
該穴の少なくとも１つの端部の周りにキャビテイを形成する過程を具備することを特徴とする請求項１０，請求項１１又は請求項１２の該方法。
【請求項１５】
多数ブリッジイグナイターダイを形成する方法に於いて、該方法が
基盤を通して少なくとも２つの穴を形成する過程と、
該少なくとも２つの穴の各々内に材料のブリッジを形成する過程を具備しており、各ブリッジは２つの端部を有しており、そして該方法は又
各ブリッジの各端部に於いて電気接触部を形成する過程を具備しており、該電気接触部は２つのブリッジの各々の１つの端部を相互接続するリンク用接触部と該ブリッジのもう１つの該端部に於けるターミナル電気接触部とを有することを特徴とする該方法。
【請求項１６】
該ブリッジが半導体材料を有することを特徴とする請求項１５の該方法。
【請求項１７】
該ブリッジと該電気接触部とを該基盤から絶縁する過程を具備することを特徴とする請求項１５の該方法。
【請求項１８】
該基盤は半導体材料を有しており、そして該方法が、該ブリッジを該基盤半導体材料から絶縁する過程と、そしてその間に１対のダイオード規定するために該基盤の第１表面上に該基盤の中心部に対し相補型のドーピングの分離した領域を形成する過程とを具備しており、そして該ターミナル電気接触部が該ブリッジとのみならず該相補型のドーピングの該領域の該基盤とも接触しており、それにより該２つのダイオードは該２つのブリッジとの端部接触部間に並列に配置されることを特徴とする請求項１５の該方法。
【請求項１９】
該少なくとも２つの穴の周りで該基盤内にキャビテイを形成する過程を具備することを特徴とする請求項１５，請求項１６、請求項１７又は請求項１８の該方法。
【請求項２０】
該少なくとも２つの穴内にチューブ状ブリッジを形成する過程を具備することを特徴とする請求項１５、請求項１６、請求項１７又は請求項１８の該方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイグナイター素子（igniter elements）に関し、特に基盤（substrates）上にイグナイターブリッジ（igniter bridges）を提供するために固体製造技術（solid state manufacturing technology）を使用して形成されるイグナイターダイ（igniter dies）に関する。
【背景技術】
【０００２】
イグナイターダイは反応性材料（reactive materials）、すなわち火工材料（pyrotechnic materials）及び／又は爆発材料（explosive materials）の起爆（initiation）で使用される。この様なイグナイターダイは比較的非導電性の基盤上に配置された導電性又は半導電性材料のブリッジを含む。典型的に、該ブリッジは、該基盤の表面からのその高さであるその最小寸法を有した直方体（rectangular solid）として設計（configured）される。該ブリッジ材料のより大きいパッド（pads）が、電流を受けるための電気接触部（electric contacts）を支持するために該ブリッジの端部（ends）に形成される。使用時、この様なダイは起爆デバイス（initiation device）内に組み入れられるが、該デバイスは又反応性材料、すなわち火工及び／又は爆発材料を含む。該反応性材料は該ブリッジに対し加圧され、小電荷の電流が１つのパッドからもう１つへ該ブリッジを通して送られ、それが該反応性材料を気化させ、起爆する。該起爆過程は種々のデバイス、例えば、花火（squibs）、信管（detonators）、ロケットモーター他で、有用である。
【０００３】
従来技術のイグナイターダイでは、該ブリッジ及びパッドはプレーナー基盤（planar substrate）、すなわち平坦な頂面を有するものの上に形成され、それでプレーナー形状（planar configuration）を有する。
【０００４】
背景材料として引用によりここに組み入れられる特許文献１は電気爆発デバイス（electro-explosive device）を開示している。該デバイスはその底部層上に電気接触部（３３）を有するシリコン基盤（３１）（図２）を備える。その頂部層上では、第２の電気接触部（３８）は、該基盤内に形成されたキャビテイ（cavity）（３６）を該電気接触部のカップ型ブリッジ部分（３７，３８）が線で仕切る領域以外では、誘電体層（dielectric layer）（３４）により基盤から絶縁されている。反応性材料は該キャビテイ内に配置される。１つの接触部からもう１つへ電位を印加することにより、該ブリッジ部分及び該基盤を通る電流（current flow）が誘起され得て、該頂部接触部のブリッジ部分の抵抗加熱（ohmic heating）はそれに中の反応性材料を起爆させる。該金属性ブリッジ素子と該シリコン基盤の間のインターフエースは該電気接触部間に直列に配置されたショトキーダイオード（Schottky diode）を規定する。
【０００５】
特許文献２は平坦な、非導電性基盤（サフアイヤ）８上に配置された半導体材料のプレーナー形成体（planar formation）｛ドープ（doped）されたシリコン３、図１Ａ、１Ｂ｝を含むデバイスを説明している。該半導体材料は、約１から１０マイクロメートル（μｍ）の厚さを有し、それら間の小さなブリッジ２により接合される２つの大きなパッド１４を規定するよう構成され、該ブリッジは約２００μｍまでの長さを有する。該パッドは金属性ランド（metallic lands）１１でカバーされるので該半導体ブリッジ２のどちらかの側で導電体がそれへ接続され得る。反応性材料１（図２Ｂ）は該ブリッジに対し加圧され、該ブリッジを蒸発させるに充分なエネルギーを有する電流を該導体を通して送ることにより起爆される。特定の実施例では、１つのブリッジは長さ１７μｍ、幅３５μｍそして厚さ２μｍの大きさがあり、６０×１０−４オームセンチメートルの抵抗率（resistivity）を有する。もう１つは１００×６７×４の大きさがあり、３オームの抵抗を有する。これらの従来技術の構成の各々では、該イグナイター素子はプレーナー形状（planar configuration）を有する。
【０００６】
特許文献３は絶縁用シリコンブリッジの頂部上に蒸着（deposited）されたタングステンブリッジを含む点火素子（ignition element）を開示している。該ブリッジは平坦な基盤上に形成され、実質的に平坦な形状を有する。使用時は、反応性材料が該タングステンブリッジに対し加圧され、小電荷の電流が該ブリッジを通るよう送られ、それが該反応性材料を起爆させるプラズマ（plasma）を形成する。
【０００７】
特許文献４はシリコン基盤を有する集積回路チップを開示しており、該基盤上にはポリシリコン（polysilicon）のブリッジが形成され、該ブリッジに電気接触部が接続される。ガラスチューブが該ブリッジ上で該基盤に接合され（bonded）、反応性材料は、該チューブのボア内にパックされ、かくして該半導体ブリッジと接触するよう導かれる。
【特許文献１】
米国特許第６、１０５、５０３号明細書
【特許文献２】
米国特許第４、７０８、０６０号明細書
【特許文献３】
米国特許第４、９７６、２００号明細書
【特許文献４】
米国特許第４、８３１、９３３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基盤を通して延びる、材料の、端部の開いたチューブ状ブリッジ（open-ended tubular bridge of material）と、該基盤上に配置され、該ブリッジの各端部に接続された電気接触部と、を有するイグナイターダイに関する。
【０００９】
本発明の１側面に依れば、該ブリッジは半導体材料（semiconductor material）を有する。オプションとして、該ブリッジと該電気接触部とは該基盤から絶縁されてもよい。
【００１０】
本発明のもう１つの側面に依れば、該基盤は半導体材料を含み、該ブリッジは該基盤半導体材料から絶縁されてもよい。該基盤は第１表面と第２表面とを有しており、該ブリッジを静電放電（electrostatic discharge）に対し保護するために、該ブリッジと並列に該基盤を横切る１対の背中合わせ（back-to-back）のダイオードを規定するよう、該第１と第２面に該基盤の中心部（center）に対し相補性（complementary）のドーピングの領域を含んでもよい。該電気接触部は該ブリッジの端部のみならず該相補性ドーピングの領域での該基盤にも接触している。
【００１１】
本発明のなおもう１つの側面に依れば、該基盤の少なくとも１つの表面は該ブリッジの少なくとも１端の周りにマイクロキャビテイ（microcavity）を規定する。
【００１２】
本発明は又、基盤を通って延びる少なくとも２つのイグナイターブリッジであり、各ブリッジが２つの端部を有する該イグナイターブリッジと、各ブリッジの各端部に接続された電気接触部と、を備える多数ブリッジイグナイターダイ（multi-bridge igniter die）に関する。リンク用電気接触部（linking electrical contact）は該２つのブリッジの各々の１つ端部を相互接続する。又該ブリッジのもう１つの端部にはターミナル電気接触部（terminal electrical contacts）がある。
【００１３】
オプションでは、この実施例の基盤は半導体材料のウエハー（wafer）を有し、該ブリッジは該基盤半導体材料から絶縁される。該基盤半導体材料は第１表面と第２表面とを有し、間に１対のダイオードを規定するために、該第１表面上に該ウエハーの中心部に対し相補性のドーピングの分離された領域を含んでもよい。該ターミナル電気接触部は該ブリッジのみならず相補性ドーピングの領域の該基盤にも接触してもよく、そこでは該２つのダイオードは、該２つのブリッジとの該端部接触部間に（across the end cintacts）、並列に配置される。
【００１４】
本発明は又イグナイターダイを形成する方法を提供するが、該方法は、第１表面と第２表面とを有する基盤を穴あけする（perforating）過程と、該穴（perforation）内に、材料の、端部の開いたチューブ状ブリッジを形成する過程と、そして該ブリッジの各端部に接続された電気接触部を該基盤上に形成する過程とを具備する。
【００１５】
オプションとして、該方法は該ブリッジと該電気接触部とを該基盤から絶縁する過程を具備する。例えば、該基盤は半導体材料を具備してもよく、該方法は、該ブリッジを該基盤半導体材料から絶縁する過程と、該ブリッジと並列に、該基盤を横切る１対のダイオードを規定するために該基盤の第１と第２表面に（該基盤の中心部に対し）相補性のドーピングの領域を形成する過程と、そして該ブリッジの端部とのみならず該相補性ドーピングの領域でも該基盤に接触する該電気接触部を配置する過程と、を具備する。
【００１６】
オプションとして、該穴の少なくとも１つの端部の周りにキャビテイを形成する過程を含んでもよい。
【００１７】
特定の実施例では、本発明は多数ブリッジダイを形成する方法を提供するが、該方法は、基盤を通して少なくとも２つの穴を形成する過程と、各ブリッジが２つの端部を有する、材料の、ブリッジを少なくとも２つの穴の各々内に形成する過程と、そして２つのブリッジの各々の１つの端部を相互接続するリンク用接触部と該ブリッジのもう１つの端部でのターミナル電気接触部とを含む、電気接触部を各ブリッジの各端部に形成する過程と、を具備する。
【００１８】
オプションとして、該方法は、該２つのブリッジとの該端部接触部間に並列に配置された２つのダイオードを該基盤内に形成する過程を具備してもよい。
【実施例】
【００１９】
本発明のイグナイターブリッジは端部の開いたチューブ状の形状（open-ended tubular configuration）を有し（すなわち、両端が開いた）、それはかくして反応性材料が配置され得る空間又は容積を規定する。｛本発明を説明する目的では、用語”チューブ状（tubular）”は円筒形構造、すなわち、中空の中心部を囲む、断面が、円形の構造体を有するもののみならず、非円筒形構造、すなあち、非円形の断面を有するものも含むよう意味する。｝好ましくは、金属の電気的接触パッド｛”電気接触部（electrical contacts）”｝がその相対する端部で該ブリッジに接続されるのがよい。次いで反応性材料が該ブリッジの内部容積内に配置され、該ブリッジに中の該反応性材料を起爆するのに充分なエネルギーを解放（release）させるために、該電気接点を経由して１つの端部からもう１つへ該ブリッジを通して電荷の電流（charge of electric current）が流される。
【００２０】
ブリッジは、本発明により、ウエハーの様な、比較的非導電性の、基盤内に形成された穴の内部表面上に導電性又は半導電性材料（conductive or semiconductive material）を蒸着（depositing）することにより、形成される。該電気接触部は同様に該基盤上に、典型的には該ブリッジの該開いた端部に、形成されてもよい。該ブリッジを含む該材料は、該基盤上に接触パッドを形成するために該ブリッジの端部を越えて延びてもよく、該電気接触部は該接触パッド上に形成されてもよい。反応性材料は該イグナイター素子ブリッジにより規定された空間内に配置される。該反応性材料を起爆するために小さな電荷の電流が１つの端部からもう１つへ、例えば、該電気接触部及び該接触パッドを経由して、該ブリッジを通して送られる。
【００２１】
本発明の端部の開いたチューブ状ブリッジを有するイグナイターダイは従来技術のイグナイター素子（prior art igniter elements）を上回る特異な利点を提供する。特に、従来技術のイグナイター素子（すなわち、端部の閉じたチューブ状ブリッジ及びプレーナーブリッジ）は、もし該反応性材料が該ブリッジから離れるか又はそれと完全にかみ合うことに失敗するならば、故障となる（subject to failure）。一般に反応性材料の装填物（charge of reactive material）は該イグナイターを製造する過程中に該ブリッジに対し加圧されるるが、端部の閉じたチューブ状ブリッジの場合（上記で論じた特許文献１で示したものの様に）該反応性材料はカップ状イグナイター素子の底部で空気ポケットを形成する傾向があり、該空気ポケットは該材料が中の空間を充たすのを妨げる。該ブリッジと該反応性材料の間の良好な接触はプレーナーブリッジ素子では得るのがより容易であるが、起爆前の該デバイスの物理的取り扱い、熱的サイクリングの結果として又は他の理由で、該反応性材料の該ブリッジからの分離が起こり得る。もしこれらの要因がこの様な分離を引き起こすなら、起爆の確率は急激に減少する。
【００２２】
従来技術と対照的に、本発明は反応性材料が該ブリッジにより規定される容積内に配置される点で特異な利点を提供する。一旦該反応性材料が中に配置されると、該ブリッジ自身の中空の形状は該反応性材料がそれから離れることを禁じる。本発明により提供される端部の空いたチューブ状ブリッジは、該ブリッジ内の空気が１つの端部から逃げる手段を提供する一方反応性材料はもう１つの端部内へ導入される。該ブリッジと中の該材料の間の接触を減じるであろう該ブリッジ内の空気ポケットの形成は避けられる。従って、本発明のイグナイター素子を含む起爆デバイスは、プレーナーの、又はチューブ状であるが、端部の閉じたブリッジの形状を有するイグナイター素子からの反応性材料の分離を引き起こす条件に比して遙かに改良された信頼性を示す。
【００２３】
本発明の１実施例に依るイグナイターダイがチューブ状半導体ブリッジダイ１０として図１で示される。ダイ１０は、中に穴１４が形成された、基盤１２を有する。穴１４は基盤１２の底部上で凹型のマイクロキャビテイ（cocave microcavity）１４ａの方へ開いている。穴１４の内部のみならず基盤１２の頂部及び底部もカバーするシリコン酸化物層（silicon oxide layer）１６を含む、幾つかの層の材料が基盤１２上に蒸着される。シリコン酸化物層１６の頂部上にポリシリコンを含む層１８があり、それも又該穴１４の内部のみならず基盤１２の頂部及び底部もカバーしており、該穴の内部ではそれは両端部が開いたチューブ状ブリッジ１８ａを構成する。該ポリシリコン層１８はそれが半導体材料を形成するようドープ（doped）されている。該チューブ状ブリッジに隣接する基盤１２の頂部及び底部表面上の層１８の領域は、ブリッジ１８ａの端部に接続される接触パッド１８ｂと１８ｃを提供する。最後に、電気接触部２０と２２を含む金属層が基盤１２の頂部と底部上の接触パッド１８ｂと１８ｃ上に形成され（マイクロキャビテイ１４ａ内を含む）、そしてブリッジ１８の端部まで延びるが、その内部内には延びてない。ポリシリコン層１８とその上の接触パッド１８ｂと１８ｃはシリコン酸化物層１６により該基盤から電気的に絶縁される。該デバイスを着火（firing）するための電流を供給する導体は該電気接触部に容易に接続され得る。該頂部及び底部電気接触部２０と２２間（across the top and bottom electrical contacts 20 and 22 ）に電圧が印加されると、その電流は穴１４内の該ブリッジ１８を通して流れることが出来て、それにエネルギーを解放させ（例えば、プラズマを形成することにより）、かくして中の反応性材料を起爆する。この実施例では、層１６の絶縁効果により、基盤１２の電気的特性は該イグナイター素子の動作では役割を演じない。接触パッド１８ｂ及び１８ｃと電気接触部２０及び２２とは、該基盤上に配置されるが、ブリッジ１８ａを介してのみ電気的に相互接続される。従って、この実施例では、基盤１２は導電性、半導電性又は非導電性材料を含んでもよい。
【００２４】
イグナイターダイ１０を有する起爆デバイスの１実施例が図２Ａで示される。図で見られる様に、起爆デバイス２４は反応性材料２６とダイ１０が配置される内部スペースを規定するハウジングを有する。該ハウジングは短い円筒又は”フエルール（ferrule）”２８と、該フエルール２８が上に設置されるベース３０とを有する。ダイ１０はそれを囲みそして穴１４内に配置される（図１）反応性材料２６と共にベース３０上に位置する。第１電気リード３２はベース３０を通過し、ジャンパー３２ａを介してダイ１０の頂部表面に電気的に接続される。第２リード３４も又ベース３０を通過し、ダイ１０の底部上の金属層に電気的に接続される。リード３２からリード３４へ送られる小さな電荷の電流がダイ１０内の円筒形の半導体ブリッジに、中の該反応性材料２６を起爆させる。該ブリッジ内の該反応性材料が起爆すると、該穴内とその下のマイクロキャビテイ内でガス圧力は、急速に形成され、残りの反応を上方へのジェットの様な出力に持って行き、かくしてミニスラスター効果（mini-thruster effect）を提供する。該ダイ１０に対し配置された何等かの更にある反応性材料が次いで起爆される。該反応性材料の該累積的出力が種々の種類のデバイスを起爆するため使用され得ることは当業者により理解される通りである。
【００２５】
図２Ｂに示す様に、平坦な表面が下方へ配置され、該凹型の表面が上方を向くように、図２Ａに示すダイ１０の垂直配向が逆にされ得ることも又理解されるであろう。この様な場合、該凹型のマイクロキャビテイ１４ａが、反応性材料の装填物を受け、それを該穴１４内へじょうご作用（funnel）するために、使われてもよい。例え上方を向いていても、その形状のために、該マイクロキャビテイは、起爆時、該穴内の該材料の出力を集中するため役立つ。本発明のイグナイター素子はかくして何れの配向でもミニスラスターとしての利用を見出す。
【００２６】
もしダイ１０の様な２つのイグナイターが何れの配向でも同じ導電性ベース上に置かれるなら、該ブリッジの２つの端部は、それらの電気接触部と該ベースにより直列に電気的に相互接続され、次いで該素子は、表面搭載技術とワイヤボンデイング技術を使って付随制御回路へ接続され得る。
【００２７】
本発明のイグナイターダイを作る１つの過程は、ｐ型不純物（p-type impurities）でドープされるのが好ましく、（１００）結晶配向｛(100)crystalline orientation｝を有するシリコンウエハー基盤でスタートする。該シリコン基盤は少なくとも１つの側、好ましくは両側をポリッシ（polished）され、約５００μｍの厚さを有する。該基盤は典型的には一般に円形であるが、少なくとも１つ、好ましくは、２つの弓形（segments）が除かれ、少なくとも１つの平らな辺（at least one flat edge）、好ましくは２つの垂直の平らな辺（preferably two perpendicular flat edges）を残すのがよい。該基盤はフオトレジスト（photoresist）でコートされ、該基盤内の穴への先行体（precursors）として中に形成されるべき細孔（pores）の開口部（opening）を規定するためにマスクが適用される。マスクされないフオトレジストは紫外線光源に露光され、現像され、次いで該細孔開口部を露光するためにリンス（rinsed）される。該パターン付けされた基盤は、該残りのフオトレジスト内の開口部で該基盤内に細孔を形成するために深い反応性イオンエッチング環境（deep reactive ion etching environment）に供される。今図３Ａを参照すると、該過程のこの点に於いて、該基盤１２はフオトレジスト３６ａの完全な底部層（intact bottom layer）と、フオトレジスト３６ｂの穴あけされた頂部層（perfolated top layer）とフオトレジスト３６ｂの該頂部層を通り該基盤１２内へ延びる複数の細孔３８を有する。
【００２８】
図３Ａに示す細孔の初期形成後、フオトレジスト３６ａと３６ｂは該基盤の頂部及び底部からはがされ、該基盤上に低応力型のシリコン窒化物（low-stress-type of silicon nitride）を蒸着するために低圧化学蒸着（low pressure chemical vapor deposition）が使われる。シリコン窒化膜（silicon nitride film）は直径で１マイクロメートルより大きいピンホール又は他の欠陥を無いものとすべきである。
【００２９】
該手順の次の２，３過程は底部表面から、該細孔の閉じた端部を開くに充分な深さまで、該基盤の部分をエッチし去るのに役立つので、次いで該細孔は該基盤を穴あけする。これを達成するために、該マイクロキャビテイと該細孔との良好な整合を保証するために該細孔の見当合わせ写像（registration map）が該基盤の底部上に印を押される（imprinted）。フオトレジストコーテイング４２が該基盤の底部上の該シリコン窒化物４０に付けられ、図３Ｂで示唆される様に、細孔と整合されるマイクロキャビテイ用の開口部を規定するためにマスク４４の配列が該底部表面に付けられる。マスクされないフオトレジストは現像され、次いで残った未現像のフオトレジストは離れるようリンスされて、該穴と反対の、マスクの在ったシリコン窒化物の範囲を露光する。該基盤は次いで、該フオトレジスト内のホール（holes）を通して該基盤を穴あけするためにＣＦ４とＯ２を含むプラズマエッチング環境に曝され、そして次いで該フオトレジストははがされ、図３Ｃに示す様に、該細孔３８の反対のシリコン窒化物層４０内に穴を残す。該マイクロキャビテイが次いで該細孔３８の反対の該基盤１２内へエッチされるので、該細孔は該基盤の底部まで開く。これは、該細孔の底部が開かれ、かくして該基盤が穴あけされ、該細孔周りにマイクロキャビテイを提供するまで、４５℃から９０℃の温度で２０から５０％の範囲の濃度を有する水酸化カリウム溶液を使う化学的エッチングに該基盤を供することにより行われる。この過程はエッチングが目標深さの約５マイクロメートル内まで達成されるよう制御される。
【００３０】
一旦該マイクロキャビテイ１４ａが該細孔を開くに充分な深さまで形成されると、該シリコン窒化物層は該基盤からはがされ、図３Ｄに示す様に該基盤内の、穴１４の様な、穴を残す。次いで該基盤は約０．４から１マイクロメートルの範囲内の厚さを有する酸化物層をその上に形成するために酸化条件に供される。次いで、穴１４内部のチューブ型層（該ブリッジ１８ａ、図１）と、該基盤の頂部及び底部上で該ブリッジの端部から延びる接触パッド領域（１８ｂ及び１８ｃ、図１）と、を含む、該基盤上のポリシリコン層を約０．５から２マイクロメートルの範囲の厚さまで蒸着するために、低圧化学蒸着（low-pressure chemical vapor deposition）が使われる。次いで、該ポリシリコンが、標準的な化学蒸着（chemical vapor deposition）｛シーブイデー（CVD）｝技術、例えば、燐の熱拡散、を用いてドープされる。該ドーピングのレベルは制御され、そして典型的に１から１０オームの範囲にある、望ましい電気抵抗を達成するために、最終の円筒形チューブ状ポリシリコンブリッジ｛すなわち、長さＬ、厚さｔ、直径Ｄ（＝２＊Ｒ２）｝の他の特性と協調させられる。（該マイクロキャビテイは、好ましいシーブイデーパラメーター（CVD parameters）を用いて望ましい抵抗Ｒが達成されるように該基盤の厚さを減じ、従ってＬを減じるよう、該穴の周りに形成される。該チューブ状ブリッジの抵抗Ｒは下記として見積もられ得るが、
Ｒ＝（ＲＳ）／π）[Ｌ／（（２＊Ｒ２）−ｔ）]
ここでＲＳ＝シート抵抗であって、それはｔで割った該抵抗率であり；Ｌ＝チューブの長さ；Ｒ２＝該チューブの外部半径；そしてｔ＝該チューブの厚さである。）アルミニウム、金、チタン、他の様な導電性金属の層が、該穴の内側、すなわち、該ブリッジ上への蒸着を避けるために、熱的気化（thermal evaporation）とスパッタリング（sputtering）の様なラインオブサイトデポジション技術（line-of-sight deposition technique）により、該ブリッジの端部に隣接するポリシリコン層の接触パッド領域の頂部表面上に蒸着（deposited）される。該マイクロキャビテイ内を含むが、これ又、該穴内を除く、該基盤の底部表面上にも金属が付けられ、図１に示すイグナイター素子を生じる。該基盤は次いで別々のダイ（イグナイター素子）にソウダイス（saw-diced）され、何等かの適当な仕方でチップキャリア（chip carriers）に取り付けられる。例えば、該ダイは導電性エポキシ、半田、共晶接合（eutectic bonding）他により該キャリアに取り付けられてもよい。該ダイ頂部表面はそれへのジャンパーの超音波溶接により該キャリアに電気的に接続されてもよい。
【００３１】
該イグナイターダイは次いで、もし該金属がこの様なアニール温度（annealing temperature）と両立するならば該金属層を該ドープされたポリシリコン層に化学的に着ける（adhere）ために低温度熱サイクリング（low-temperature thermal cycling）に供される｛該金属が金、タングステン、銅、他の時はこの様なアニーリング（annealing）は避けられるべきである｝。
【００３２】
代わりの実施例では、該ブリッジ材料は、化学蒸着を介して該穴内にに蒸着され得る何等かの材料、例えば、ポリシリコン、タングステン、銅他、を含んでもよい。該ブリッジ素子を静電放電に対し不感応にする（desensitize）ために前記過程は該イグナイター素子上にツエナーダイオード（zener diode）を含むよう容易に適合され得ることは当業者には明らかである。これを達成するために、半導体基盤は、該穴用の位置の周りの領域内の該基盤の頂部及び底部表面上について、マスクされ、｛該基盤のドーパント（dopant）に対して｝相補型のイオンでドープされる。典型的に、図３Ｄに示す様にオプションとして中に形成されたマイクロキャビテイを有する穴あけされた基盤はマスクされ、該基盤の該頂部及び底部表面内に相補型のドーパントを導入するためにドーピング過程（doping process）に供される。図４に図解される、典型的な実施例では、ｐ型半導体材料を有する基盤５０は、該穴５０ａの周りにｎ型半導体材料を構成するようドープされた、その頂部及び底部表面上の領域５２ａ、５２ｂを有する。かくして該基盤５０の該頂部及び底部表面の領域５２ａ、５２ｂは該基盤の中心部のドーピングに対し相補型（すなわち、反対の）のドーピングを有する。該ｎ型とｐ型の領域間のインターフエースはダイオードを規定するので、該相補型ドーピングの領域間で該頂部から該底部へ感知（sensed）すると、該基盤５０は中に背中合わせのダイオード（back-to-back diodes）を規定するように、ダイオードを規定するであろうと言うことは同業者により理解されるであろう。一旦該穴とダイオード領域とが形成されると、図５の半導体ブリッジダイ１０’で示す様に、絶縁層５４，ブリッジ材料５６そして金属接触部５８ａ、５８ｂを提供するために、更に進んだ蒸着過程が行われる。この場合、しかしながら、該金属接触部は該ブリッジの端部でブリッジ材料の接触パッド領域へ接続するのみならず、それは又該穴の周りで基盤５０の表面上の相補型のドープされた領域５２ａ、５２ｂへも延びる。図５では、ダイ１０’は、該接触部が該半導体ブリッジ（抵抗として表される）によってのみならず、それに並列に配置された背中合わせダイオードによっても電気的に相互接続されることを図解する回路線図の上書き（overlay）を伴って図解されている。
【００３３】
基盤５０内の該ドーピングは、中に形成されるダイオード６０ａ、６０ｂが正規の着火電流（n ormal firing current）が通って流れることを防止するのに充分な絶縁破壊電圧を有するよう制御され得る。換言すれば、該絶縁破壊電圧は該正規の着火信号の電圧より大きい。１つの特定の実施例では、例えば、該エスシービー用正規動作信号（normal operating signal for the SCB）が該ブリッジ間で６ボルトの電位を有する時、１０ボルトのダイオード絶縁破壊電圧が適切であるだろう。この様な場合、該正規動作信号は該ダイオードの絶縁破壊電圧を越えないので、電流は該ブリッジを通って流れ、該基盤内の該ダイオードを通る放電として逸らされることはない。しかしながら、もし、例えば、故意でない静電放電の結果として、異常電圧の電位が該接触部間に発生されたとすれば、この様な電圧は該ダイオードの絶縁破壊しきい値を越え得るので、それに付随する電流流れは該半導体ブリッジを通してよりもむしろ該基盤を通して放電され得る。かくして、該ブリッジ内の反応性材料の故意でない起爆は避けられる。
【００３４】
一般に、該ダイオード（複数を含む）の絶縁破壊電圧は正規動作信号の電位より常に高く、好ましくは２５％以上高く、種々の実施例では、該絶縁破壊電圧は、予想される静電放電の種類に依り、該着火電圧の２から３倍であってもよい。しかしながら、オプションとして、該正規動作信号の電圧と該絶縁破壊電圧は６から１０ボルトの範囲内であることが可能である。
【００３５】
イグナイターダイが１つより多いブリッジを有する時、２つの隣接するブリッジ用の電気接触部は、基盤の１つの側上で相互接続され得て、かくして該基盤の同じ側上に電気接触部を有する着火回路内で該２つのブリッジを直列に配置することを可能にする。１つのこの様な実施例が図６に図解され、そこでは該デバイスを表す回路線図が該図面上に重ねられている。この図に示す様に、該双対ブリッジイグナイターダイ（dual bridge igniter die）１１０は該基盤の底部表面上に共通の電気接触部１５８を有する２つのオプション的にチューブ状のエスシービーエス（SCBs）１１８ａ、１１８ｂを備える。電気起爆信号を供給するための入力リードが、該基盤１５０の頂部表面上の該穴１５０ａ、１５０ｂの周りに配置された第１及び第２電気接触部１５９ａ、１５９ｂで該デバイスに接続され得る。これは該入力リード間に直列に該２つのエスシービーエス１１８ａ、１１８ｂを配置する。好ましくは、ダイ１１０は非導電性ベース上に設置されるのがよい。代わりの実施例では、該基盤の底部に２つの相互に分離された電気接触部がある。この様な場合、該電気接触部を電気的に相互接続するために導電性ベースが提供される。
【００３６】
本発明のもう１つの代替え的実施例では、多数のエスシービーダイが図７に示す様に下方に向いたマイクロキャビテイを有するよう構成され得る。図７の双対ブリッジダイ２１０は、１つのマイクロキャビテイ２１４ａの内部から隣接マイクロキャビテイ２１４ｂまで延びる両エスシービーエス２１８ａ、２１８ｂに共通な電気接触部２５８を有する。該イグナイター素子の頂部表面上の該接触部２５９ａ、２５９ｂは相互に電気的に分離され、各々は単一のそれぞれのエスシービーにのみ付随される。
【００３７】
図６と７に示す多数エスシービーダイは、オプションとして、図５を参照して説明された背中合わせダイオード電圧保護を組み入れるよう適合されている。この様な場合、２つのダイオードは、相互に分離された電気接触部間で、該基盤の同じ側上に、背中合わせで形成される。図８は、上向きに配置されたマイクロキャビテイを有するこの様な双対半導体ブリッジダイ３１０の略図的断面とそれを表す電気回路の略図的上書きとを提供する。図９は下向きに配置されたマイクロキャビテイを有する同様なダイ３１０’を示し、他の点では、ダイ３１０’はイグナイターダイ３５０（図８）と同様に構成されており、ダッシ記号（prime mark）の追加を除けば同様な構造体が同じ参照数字を着けている。説明の冗長を避けるために、ダイ３１０（図８）に付随する参照数字のみが下記説明では含まれるが、説明は、特定の特異点が述べられる場合を除けば、ダイ３１０’にも等しく適用されることは理解されるべきである。これらのデバイスは、図５のイグナイター素子ダイの様に、各々がｐ型ドーピングの中心部領域（central region）を有する基盤を備える。ダイ３１０では、該エスシービーエス３１８ａ、３１８ｂは共通の電気接触部３５８により相互接続される。相補型のｎ型ドーピングの分離されたダイオード領域３５２ａ、３５２ｂは該エスシービーエス間の１対の背中合わせダイオードを規定するために各エスシービー３１８ａ、３１８ｂに付随する。｛ダイ３１０’では（図９）、共通の電気接触部３５８’が１つのマイクロキャビテイからもう１つへ延び、接触部３５９ａ’、３５９ｂが該デバイスの平坦な側上にある。｝これらの実施例では、しかしながら、故意でない高エネルギー電気パルス、例えば、静電放電、の逸らし用回路通路（circuit path for the diversion）は１つの側からもう１つへ該基盤を貫通せず、代わりに、それは該基盤３５０’の頂部表面に沿って該接触部の１つ、例えば、３５９ａ’からもう１つ３５９ｂ’へ進む。加えて該電気接触部はダイオード領域と直接接触している。シリコン酸化物の層３５４’が該接触部と該ダイオード領域３５２ａ’、３５２ｂ’との間に介在する。該誘電体層（dielectric layer）の存在は該背中合わせダイオードの放電逸らし機能に影響せず、何故なら該誘電体の絶縁破壊バリア電圧（breakdown barrier voltage of the dielectric）は該ダイオードの絶縁破壊電圧より遙かに高いからである。
【００３８】
本発明の該イグナイターダイは特許文献１（上記で論じられた）で示された従来技術のイグナイター素子に対して多数の希な利点（nonobvious advantages）を提供する。該従来技術のデバイスは基盤の表面上の電気接触部と共に中に形成されたキャビテイを有する半導体基盤を備える。該接触部は該キャビテイの領域内を除き誘電体層により該基盤から絶縁されており、そこではそれは端部の閉じたカップ状のブリッジを構成する。第２接触部該基盤の反対の表面上に形成される。該キャビテイ内の該金属接触部と該基盤との間のインターフエースは該接触部間の、すなわち、該ブリッジ素子と直列の、ショトキーダイオードを規定する。該ショトキーダイオードは該ブリッジ素子のそれより遙かに大きい抵抗を有するので、それは該ブリッジ素子の完全性をテストすることに対しバリアとなり、何故ならば該電極間の抵抗の測定値（measurement）は該デバイス内に適切な連続性（continuity）があるか否かに関係なく高いからである。結果として、該デバイスは容易に偽陽性（a false positive）を与え得る。代わりに、特許文献１のデバイスは該絶縁破壊電圧より高い電圧を印加することによりテストされ得るが、これは該デバイスに対し破壊的であり得て、該ブリッジ素子と接触する反応性材料を故意でなく起爆する可能性のため、本来の場所で行われるべきでない。
【００３９】
対照的に、本発明の種々の実施例はダイオード（複数を含む）を該半導体ブリッジと並列に配置する。これは特許文献１のデバイスが行うより容易な該ブリッジ素子の完全性のテストを可能にしており、何故ならば該エスシービーと並列なダイオードは、それらが非導電状態にある時該エスシービーを通る電流流れに干渉しないからである。
【００４０】
更に、端部が開いたブリッジの使用は該中空のブリッジ内への反応性材料の適切な入れ方（placement）の目視検査を可能にする。これは、該イグナイター素子を透明な支持面上に置き、該支持面を通して該穴を見ることにより達成出来る。対照的に、特許文献１のデバイスのブリッジ構造体の内部はその閉じた端部を通して観察することは出来ない。
【００４１】
最後に、ここに説明した端部の開いたチューブ状イグナイターブリッジの製造は特許文献１のデバイスの製造で行われるよりも良好な該ブリッジの抵抗及び着火特性の管理を可能にする。これは、抵抗が容積的結果であり、本発明に依りイグナイター素子を作るために説明した過程により、該ブリッジ素子の容積は良く規定されており、容易に管理可能であるからである。望まれる抵抗値と容積のデバイスは、従って、予測可能にそして信頼性を以て作られることが可能である。対照的に、特許文献１のデバイスの動作用に電流が流れる材料の容積は良く規定されず、何故ならば該容積は、該底部では底部接触部の平坦な表面全体が境となっており、カップ型の電極ブリッジの底部及び側部上の種々の点の方へ上方に延びているからである。この様な拡散電流流れ領域（diffuse current flow region）は該電極ブリッジの与えられた形状について該デバイスの抵抗が如何になるかを予測することを難しくする。
【００４２】
ここで本発明がその特定の実施例を参照して説明されたが、ここで説明されたデバイスと方法の種々の変更品と変型品が本発明の範囲と精神の中に入ることは本開示を読み、理解した時は、当業者により理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の特定の実施例のチューブ状半導体ブリッジダイの部分的断面透視図である。
【図２Ａ】中に下向きに配置されたマイクロキャビテイを有する図１の該チューブ状半導体ブリッジダイを含む起爆デバイスの断面図である。
【図２Ｂ】ダイが上向きに該マイクロキャビテイと共に配置された起爆デバイスの図２Ａと同様な図である。
【図３Ａ−３Ｄ】本発明の特定の過程の実施例に依るイグナイターブリッジダイの製造の種々の段階の略図的断面図である。
【図４】本発明の１実施例に依り中にドープされたダイオード領域を有する半導体基板の略図的断面図である。
【図５】図４の基盤から形成されたチューブ状半導体ブリッジダイの略図的断面図である。
【図６】本発明の双対半導体ブリッジダイの特定の実施例の略図的断面図である。
【図７】本発明のもう１つの実施例の双対半導体ブリッジダイの略図的断面図である。
【図８】本発明の特定の実施例に依り中に形成されたダイオードを有する双対半導体ブリッジダイの略図的断面図である。
【図９】本発明のもう１つの実施例に依り中に形成されたダイオードを有する双対半導体ブリッジダイの略図的断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2005502024.tif 000004
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2005502024.tif 000027
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005502024.tif 000028
2005502024.tif 000029
【国際調査報告】
2005502024.tif 000030