(57)【要約】  マイクロ加工真空センサは、半導体集積回路プロセスを使用して形成できる。このセンサは、マイクロ加工部品と共にエンクロジャの中に形成してもよい。その後、このセンサを使用してエンクロジャ内の圧力を計測してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
真空センサを微細加工する工程と、
前記真空センサを集積回路と共に、筐体（エンクロジャ）内に入れる工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記真空センサおよび前記集積回路を同一基板上に集積する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記真空センサおよび前記集積回路を別々のダイに集積する工程と、
前記別々のダイを同一エンクロジャ内に入れる工程と
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記真空センサを、蛇行形状ワイヤとして微細加工する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記センサを、懸架された蛇行形状ワイヤとして微細加工する工程を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ワイヤに結合しているコンタクトを表面上に形成する工程を含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記コンタクトをＵ形状にする工程を含む請求項６の方法。
【請求項８】
前記真空センサおよび前記集積回路を覆い、かつ、気密封止チャンバを提供するエンクロジャを、提供する工程を含む請求項１の方法。
【請求項９】
前記エンクロジャの外部から前記チャンバ外部への電気的接続を提供する工程を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
集積回路デバイスであって、
マイクロ加工真空センサと、
集積回路と、
エンクロジャと、
基板と
を備え、前記エンクロジャは、前記基板上に取り付けられ、かつ、前記真空センサおよび前記回路両方を囲い込む集積回路デバイス。
【請求項１１】
前記真空センサおよび前記集積回路は、同一ダイに一体となって集積されている請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記真空センサおよび集積回路は、別々のダイになっている請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記真空センサが、蛇行形状ワイヤを含む請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ワイヤは、懸架されている請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ワイヤに結合されたコンタクトを含む請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記コンタクトは、Ｕ形状である請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記コンタクトから前記ワイヤまで上方に延長している垂直部分を含む請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記エンクロジャは、気密封止されている請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記エンクロジャ下部より前記エンクロジャ外部への電気的接続を含む請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
集積回路デバイスであって、
基板と、
前記基板に集積された真空センサと、
前記基板に集積された集積回路と、
前記基板に取り付けられ、前記真空センサと前記集積回路を囲い込む前記エンクロジャと
を含む集積回路デバイス。
【請求項２１】
前記真空センサが、蛇行形状ワイヤを含む請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ワイヤは、懸架されている請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ワイヤに結合されたコンタクトを含む請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記コンタクトは、Ｕ形状である請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記コンタクトから前記ワイヤまで上方に延長している垂直部分を含む請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記エンクロジャは、気密封止されている請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記エンクロジャ下部より前記エンクロジャ外部までの電気的接続を含む請求項２６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に密閉システム内での真空センサによる圧力の計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、気密パッケージ化される場合がある。構成部品を気密パッケージ化する理由は複数あるが、一般的に気密パッケージは、これらの構成部品を周辺環境の有害な影響から隔離するべく使用される。マイクロシステム内の集積回路を真空パッケージ化することは、デバイス性能を向上させる、および/または信頼性を向上させることもあり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、単体の真空センサは一般的に集積回路パッケージ内に集積するには大きくかつ高価過ぎるので、真空パッケージ内の圧力を監視することは難しい。内部センサが不在であれば、真空パッケージ内キャビティの内部圧力は製品寿命期間中不明である。内部圧力はパッケージ化工程にてガス圧力を測定することにより推定できるだけである。
【０００４】
気密パッケージ化は、周囲ガスの構成および/または圧力を制御することを可能とすることもある。パッケージの気密性を特徴付けして調べる技術として、例えば過フッ化炭化水素バブルテストおよびヘリウム検出テストがある。しかし、非常に小さいキャビティを持つパッケージの気密性を測定する普遍的な技術は存在していない。非常に小さいキャビティサイズとして、例えば一立方センチより小さいものは、無線周波数帯部品を含む多くの産業用マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスに含まれている。
【０００５】
このような課題を解決するべく、キャビティ圧力を測定する、より優れた方法が必要である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態を示す透視図である。
【０００７】
【図２】本発明の一実施形態を示す縮小横断面図である。
【０００８】
【図３】本発明の別の実施形態を示す縮小横断面図である。
【０００９】
【図４】本発明の一実施形態の製造工程途中を示す縮小横断面図である。
【００１０】
【図５】本発明の一実施形態の後続製造工程途中を示す縮小横断面図である。
【００１１】
【図６】本発明の一実施形態の更なる後続製造工程途中を示す縮小横断面図である。
【００１２】
【図７】本発明の基板上での一実施形態を図１内７−７のワイヤに沿って示した縮小横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示されているように、マイクロ加工熱線真空センサ１０は、集積回路製造技術を使用して基板（図示せず）上に形成してもよい。いくつかの実施例では、センサ１０は内部キャビティ圧力を測定することができる。一つの実施例では、センサ１０は真空パッケージ化されたマイクロシステム内にて１０−２から１０３Ｔｏｒｒ範囲程度の圧力を測定できる。センサ１０は、密閉された集積回路またはマイクロシステムパッケージでの漏れ試験に使用してもよい。真空パッケージ化されたデバイスの圧力監視は、較正された真空センサ１０により直接実行してもよい。漏れ試験は、真空センサ１０を使用した適切な測定技術にて実行してもよい。
【００１４】
センサ１０は、絶縁体２４上に形成してもよい。第１のＵ形状コンタクト１２をセンサ１０の片側に配置して、第２のＵ形状コンタクト１２をその反対側に配置する。コンタクト足部１７は、蛇行形状で電導性で懸架されたマイクロ加工ワイヤ１４を支持する。足部１７は、コンタクト１２とワイヤ１４を電気的にも結合する。ワイヤ１４は、コンタクト１２より供給される電流がワイヤ１４を通過する時に熱くなる。一つの実施例では、コンタクト１２は２つのリード１３を備えてもよく、４点抵抗値測定が実施可能となる。
【００１５】
ワイヤ１４は、印加された電圧および周囲圧力により所定の温度まで熱くなる。ワイヤ１４間の電圧および電流は測定可能であり、適切な較正をすることによりワイヤ１４の温度も測定することができる。ワイヤ１４を通過する電流および電圧により、ワイヤ１４からの定常的な熱損失を測定することがきる。
【００１６】
ワイヤ１４の抵抗値を４点抵抗値測定により局所的に測定してもよいので、懸架されたワイヤ１４の温度は、既知の抵抗値温度係数または、ワイヤ材料の適切な較正関数を使用して計算してもよい。
【００１７】
ワイヤそのものは、サーミスタあるいは抵抗値基準温度センサとして作動する。この設定は、集積回路、微細加工、および集積回路またはマイクロシステムとの集積が容易な一つの構造材料による簡素なセンサを可能としている。
【００１８】
図２に示すように、センサ１０は、集積回路１８上の絶縁体２０上に形成してもよい。一実施例として、デバイス１０は集積回路、モノリシック加工技術を使用して加工してもよい。同時に、マイクロシステム２２も、モノリシック、マイクロ回路、集積回路加工技術を使用して基板１８上に形成してもよい。
【００１９】
システム２２およびサンサ１０は、その後筐体（エンクロジャ）２４内に気密封止されてもよい。その結果、気密封止され、雰囲気より隔離されたキャビティ２６ができあがる。一実施例として、キャビティ２６の体積は１立方センチより小さくてもよい。
【００２０】
エンクロジャ２４は、例として、基板１８上に接合された蓋の形状であってもよく、センサ１０および基板１８の専用容器として、例えば金属またはセラミック気密パッケージあるいは真空チャンバ等の密閉チャンバでもよい。
【００２１】
多くの場合、真空センサ１０は、マイクロシステム２２を形成する加工プロセスを変更無しであるいは少しの変更で、集積することができる。
【００２２】
センサ１０は、キャビティ２６内の圧力を監視するべく使用されてよい。真空センサ１０は、エンクロジャ２４内にて比較的小さい容量を専有して、さらに一つの実施例では、基板またはダイ上の比較的小さい面積を専有してもよい。例として、一つの実施例では、センサ１０は、金カンチレバーの高周波スイッチを含むシステム２２に微細加工プロセスの変更無しで集積することもできる。ワイヤ１４は、この様な実施例では、金にて形成してもよい。
【００２３】
図３に示すように、本発明の別の実施例によれば、ハイブリッドインテグレーションスキームでは、シールパッケージされた真空センサ１０を使用する。真空センサ１０は、別途加工された集積回路ダイとして形成されてもよい。マイクロシステム２８も、別途加工された集積回路ダイとして形成されてよい。センサ１０および回路２８のそれぞれのダイは、共通のエンクロジャ２４内にパッケージ化されてよい。いくつかの実施例では、基板１８は、シリコン、ガラス、セラミック、または有機ダイあるいはパッケージ基板のこともある。
【００２４】
ワイヤボンディング、フリップチップ、および/または他の電気相互接続技術を使用してセンサ１０および回路２８を相互にあるいは他の部品と結合してもよい。ハイブリッドインテグレーションは、図２に示したモノリシック方法に比較して、より大きなパッケージを得ることもできる。真空センサ１０を使用することにより、既存真空センサ技術に比較してサイズ面、さらに小チップサイズおよび加工プロセスの簡素性によるコスト面での優位点を提供することができる。
【００２５】
図４に示すように、センサ１０の加工は基板１８上に絶縁体２０を配置することにより始めてよい。シード層１２を蒸着およびパターン加工することによりコンタクト１２をセンサ１０の反対側に形成してもよい。
【００２６】
図５に示すように、犠牲層３２を蒸着およびパターン加工することにより最終的に足部１７となる開口部３４を形成してよい。その後、図６に示すように、ワイヤ１４を犠牲層３２上で蒸着およびパターン加工してもよい。パターン加工は、従来型リソグラフィおよびマスキング技術を使用してよい。
【００２７】
その後、層３２は、例えば、化学エッチング、加熱、または他のリリース技術により除去してよい。その結果、ワイヤ１４は図７に示すように、足部１７に取り付けられ絶縁層２０上に懸架された状態になる。
【００２８】
エンクロジャ２４は、基板上に取り付けられた蓋の形状でもよく、センサおよび基板の専用容器として、例えば、金属またはセラミック気密パッケージ、または真空チャンバ等の密閉チャンバ等でもよい。基板１８上の接合部１２は、真空センサ１０へのエンクロジャ２４外部からの電気的アクセスを可能とすべく、エンクロジャ２４の下部より延長してよい。電気的接点は、エンクロジャ２４を通してあるいは、基板１８を通して（例えば、導通ビアを通して）エンクロジャ２４外部に接続してもよい。
【００２９】
外部測定機器（図示せず）を使用してセンサ１０を操作してよく、そのような機器として、ＤＣ電源、電流計、および電圧計を含めてよい。
【００３０】
システム２２は、少数の例として、マイクロメカニカルトランスデューサ、ＭＥＭＳ、マイクロ光変換器、マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム、マイクロイオン化放射トランスデューサ、マイクロ熱トランスデューサ、マイクロ磁気または電磁気トランスデューサ、マイクロ化学または生体トランスデューサ、またはマイクロ流体デバイスであってもよい。システム２２は、真空センサ１０と同じ、エンクロジャ２４内に密閉封じされてよい。
【００３１】
エンクロジャ２４は、２つの実施例として、集積回路パッケージの一部として、またはそれ自体他のパッケージ内に入れてもよい。
【００３２】
本発明をいくつかの実施形態に従い説明しているが、当業者であれば上記の具体的な説明を参考に本発明からのさまざまな変形例を実施することができる。これらのさまざまな変形例あるいはその同等なものは、本発明の本質的な特徴の範囲にあり、添付の請求項によって包含されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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