(57)【要約】  基板とセンサダイの間に置かれた結合フレームによって、基板に直接結合された基板とセンサを含む苛酷な環境における使用のための圧力センサ。センサダイは、それを横切る十分な圧力差に露出されるとき、屈曲するように構成された概ねフレキシブルなダイヤフラムを含んでいる。センサはさらに、感知素子がダイヤフラムの屈曲作用の電気的信号を提供するように、ダイヤフラムに少なくとも部分的に配置された圧電性またはピエゾ抵抗の感知素子を含んでいる。また、センサは、結合フレームによってダイヤフラムから流体的に隔離される接続位置の感知素子と電気的に接続された接続コンポーネントを含んでいる。結合フレームは、材料で作られている。そして、接続コンポーネントは、結合フレームと同じ材料によって感知素子と電気的に接続される。
2010504529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
苛酷な環境下で使用する圧力センサであって、
基板と、
前記基板とセンサダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続されるセンサダイであって、充分な差圧にさらされたときに曲がるように構成された概ね柔軟なダイヤフラムを含む前記センサダイと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記ダイヤフラムの曲がりの電気信号を提供する、圧電性又はピエゾ抵抗性の感知素子と、
前記結合フレームによって、前記ダイヤフラムから流体的に分離された接続位置で、前記感知素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは材料で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ材料によって、前記感知素子に電気接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームは、前記結合フレーム、前記基板及び前記センサダイが、前記接続位置の周りに概ね密閉された空洞を形成するように、前記接続位置の周辺に置かれていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームの前記材料は、ボンディング温度で形成され、
形成後の前記結合フレームの前記材料は、前記ボンディング温度にさらされたときに溶けないことを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームの前記材料は、５００℃未満のボンディング温度で形成され、
形成後の前記結合フレームの前記材料は、６００℃を超える温度にさらされたときに溶けないことを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームの前記材料は、亜共晶合金を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項６】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板はセラミック材料で作られ、前記センサダイは半導体オン絶縁体材料であることを特徴とする圧力センサ。
【請求項７】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は開口を含み、前記接続部材は開口を通って伸びており、前記開口で前記基板に直接接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項８】
請求項７記載の圧力センサにおいて、
前記基板はセラミックであり、前記接続部材は金属であり、前記接続部材は前記開口で前記基板にろう着されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記感知素子は、
前記ダイヤフラム上に置かれた圧電フィルムと、
前記圧電フィルム及び前記ダイヤフラム上に置かれた電極と、
一端が前記電極に電気接続され、他端が前記接続位置で前記接続部材に電気接続されたリードと、を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の圧力センサにおいて、
前記リードの少なくとも一部が、前記結合フレームと前記センサダイとの間に直接置かれていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１１】
請求項９記載の圧力センサにおいて、
前記感知素子は、電気的に接地された基準コンタクトを含み、
前記圧力センサは、前記結合フレームによって前記ダイヤフラムから流体的に分離された追加の接続位置で、前記基準コンタクトに電気接続された追加の接続部材を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１２】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記接続部材は、接続手段によって前記感知素子に電気接続され、
前記接続手段は、第１の温度で実行される遷移液相共晶ボンディング処理によって形成され、
前記接続手段は、前記第１の温度より高い第２の温度にさらされたときに溶けないことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１３】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記接続部材は、固溶共晶合金によって前記接続位置で前記感知素子に電気的及び機械的に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載の圧力センサにおいて、
前記固溶共晶合金は、亜共晶金・ゲルマニウム固溶合金、又は亜共晶金・シリコン固溶合金、又は亜共晶金・錫固溶合金であることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１５】
請求項１３記載の圧力センサにおいて、
メタライゼーション層が、前記共晶合金の両側に置かれ、前記共晶合金に隣接して置かれることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１６】
請求項１５記載の圧力センサにおいて、
少なくとも１つのメタライゼーション層は、
前記センサダイ又は基板の反応生成物である化合物から成る群から選択される接着層と、
タンタル、クロミウム、ジルコニウム及びハフニウムから成る群から選択される金属と、
珪化タンタル、炭化タンタル、窒化タンタル及び窒化タングステンから成る群から選択される化合物の第１の拡散阻止層と、
珪化プラチナの第２の拡散阻止層と、を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１７】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は、セラミック材料で作られ、金属リングの中に置かれ、
前記基板は、ろう着接合部によって前記リングにろう着され、
前記ろう着接合部は、メタライゼーション層を含み、
前記メタライゼーション層は、
前記基板の反応生成物である化合物から成る群から選択される接着層と、
タンタル、クロミウム、ジルコニウム及びハフニウムから成る群から選択される金属と、
珪化タンタル、炭化タンタル、窒化タンタル及び窒化タングステンから成る群から選択される化合物の第１の拡散阻止層と、
珪化プラチナの第２の拡散阻止層と、を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１８】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は、セラミック材料で作られ、リングの中に置かれ、
前記基板は、前記リングの中で圧縮状態に維持されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１９】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記センサダイは、絶縁体層上に置かれた半導体材料のデバイス層を有する半導体オン絶縁体材料であり、
前記デバイス層は前記ダイヤフラムを形成することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２０】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記センサダイは、絶縁体層上に置かれたシリコンのデバイス層を有するシリコンオン絶縁体材料であり、
前記デバイス層は（１１１）シリコンであり、
前記感知素子は、前記デバイス層上にエピタキシャルに成長された圧電フィルムを含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２１】
請求項２０記載の圧力センサにおいて、
前記圧電フィルムは珪化アルミニウムであることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２２】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記圧力センサは、６００℃の温度にさらされたとき、耐えることができ、動作を続けることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２３】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記圧力センサは、６００ｐｓｉｇの圧力にさらされたとき、耐えることができ、動作を続けるようなパッケージを含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２４】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが概ね流体静力学的に均衡するように、両側の概ね同じ静的圧力にさらされることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２５】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラムは、シリコンで作られていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２６】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラムは、約３ミクロン及び約３００ミクロンの間の厚さを有することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２７】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は、一対の対向する側を含み、
前記センサダイ及び前記接続位置は、両方とも前記基板の同じ側に置かれていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２８】
苛酷な環境下で使用する圧力センサであって、
基板と、
前記基板とセンサダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続されるセンサダイであって、充分な差圧にさらされたときに曲がるように構成された概ね柔軟なダイヤフラムを含む前記センサダイと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記ダイヤフラムの曲がりの電気信号を提供する、圧電性又はピエゾ抵抗性の感知素子と、
前記感知素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは合金材料で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ材料によって、前記感知素子に電気接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２９】
変換器を形成する方法であって、
電気絶縁層によって分離された第１及び第２の半導体層を含む半導体オン絶縁体ウエハを提供する第１ステップと、
前記ウエハ上に圧電フィルム又はピエゾ抵抗フィルムを堆積又は成長する第２ステップと、
少なくとも１つの電極を形成するために、前記圧電フィルム又はピエゾ抵抗フィルム上に導電材料を堆積又は成長する第３ステップと、
前記電極上に置かれ、かつ前記電極に電気接続される電気接続部を含むボンディング層を堆積又は成長する第４ステップと、
ボンディング層を有するセラミック基板を提供する第５ステップであって、前記ボンディング層は、電気接続部を含み、前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と概ね整合する方法でパターニングされる前記第５ステップと、
前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と、前記基板の前記ボンディング層とを一緒に結合し、それにより、前記センサを形成するため、前記半導体オン絶縁体ウエハと前記基板とを機械的及び電気的に接続する第６ステップと、を有し、
前記半導体オン絶縁体ウエハ及び前記基板の前記ボンディング層の電気接続部は、前記ボンディング層により、周辺環境から流体的に分離されていることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、
前記第２ステップは、前記ウエハ上に前記圧電フィルムをエピタキシャルに成長することを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２９記載の方法において、
前記第６ステップの後に形成された前記変換器は、６００℃の温度及び６００ｐｓｉｇの圧力にさらされたときに、耐えることができ、動作を続けることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２９記載の方法において、
前記ウエハ及び前記基板の前記ボンディング層は、前記第６ステップの後、亜共晶合金を形成することを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２９記載の方法において、
前記半導体オン絶縁体ウエハは、シリコンオン絶縁体ウエハであり、
前記方法は、さらに、約３ミクロンと約３００ミクロンとの間の厚さを有するシリコンダイヤフラムを形成するために、前記シリコンオン絶縁体ウエハの一部を除去する第７ステップを有し、
前記第２ステップは、前記ダイヤフラム上に、前記圧電又はピエゾ抵抗フィルムを堆積又は成長することを特徴とする方法。
【請求項３４】
苛酷な環境下で使用する変換器であって、
基板と、
前記基板と変換器ダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続される変換器ダイであって、測定される物理的特性に関する出力信号を提供し、または入力信号を受信して応答的に物理的出力を提供する変換器素子を含む前記変換器ダイと、
前記結合フレームによって前記変換器素子から流体的に分離された接続位置で、前記変換器素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは材料で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ材料によって、前記感知素子に電気接続され、
前記接続部材は、前記結合フレームから電気的に絶縁されていることを特徴とする変換器。
【請求項３５】
上層が、（１１１）結晶方位を有し、かつ概ね柔軟なダイヤフラムを形成する前記シリコンオン絶縁体ベースと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記上層にエピタキシャルに成長した圧電フィルムと、
前記圧電フィルム及び前記ダイヤフラム上に置かれた電極と、
前記圧電フィルムに電気接続された接続部材と、を有することを特徴とする変換器。
【請求項３６】
請求項３５記載の変換器において、
前記圧電フィルムは珪化アルミニウムであることを特徴とする変換器。
【請求項３７】
請求項３５記載の変換器において、
前記接続部材は、前記シリコンオン絶縁体ベースを基板に接続する結合フレームによって前記ダイヤフラムから流体的に分離された接続位置で、前記圧電フィルムに電気接続されていることを特徴とする変換器。
【請求項３８】
苛酷な環境下で使用する圧力センサであって、
基板と、
前記基板とセンサダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続されるセンサダイであって、前記センサダイは、充分な差圧にさらされたときに曲がるように構成された概ね柔軟なダイヤフラムを含み、前記結合フレームは、前記ダイヤフラムの周りに概ね広がっている、前記センサダイと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記ダイヤフラムの曲がりの電気信号を提供する、圧電性又はピエゾ抵抗性の感知素子と、
接続位置で、前記感知素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは亜共晶合金で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ亜共晶合金によって、前記感知素子に電気接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３９】
部材を接続する方法であって、
取り付け表面を有するセラミック部材を提供する第１ステップと、
金属部材を提供する第２ステップと、
前記取り付け表面上に活性ろう着材料を堆積する第３ステップと、
前記活性ろう着材料を備えた前記取り付け表面に隣接して前記金属部材を置く第４ステップと、
金属部材及び前記セラミック部材と接合するジョイントから、取り付けろう着材料が前記活性ろう着材料及び前記金属部材に接触するように、取り付けろう着材料を堆積する第５ステップと、
前記金属部材及び前記セラミック部材が概ね平らになるように、前記金属部材又は前記ジョイントを平坦化する第６ステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、
前記セラミック部材は開口を有し、前記開口の内部表面は前記取り付け表面を構成することを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法において、
前記開口は、概ね壁が直線又は傾斜を有することを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４０記載の方法において、
前記開口は、階段状ボア孔であることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４０記載の方法において、
前記開口は、ウォータージェットドリルで形成されることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３９記載の方法において、
前記金属部材又は前記ジョイントは、前記平坦化のステップの前に、前記セラミック部材を通って突き出ており、
前記平坦化のステップは、前記金属部材又は前記ジョイントの前記突き出た部分を除去することを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３９記載の方法において、
前記平坦化のステップは、前記セラミック部材が、約１ミクロン以下の数値的な平坦性を有するように平坦化することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項３９記載の方法において、
さらに、前記メタライゼーション層及び前記ボンディング材料が、前記金属部材と前記他の部材との間の電気接続を提供するように、前記メタライゼーション層及びボンディング層が前記金属部材に電気接続されるように、前記セラミック部材を他の部材に接続するように、前記セラミック材料又は前記ジョイント又は前記金属部材の少なくとも１つの上に、メタライゼーション層及びボンディング材料を堆積する第７ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４７】
セラミック基板を通り抜けて形成され、かつ第１の表面から第２の表面へ伸びる開口を備えた前記第１及び第２の対向する表面を有するセラミック基板と、
前記開口内に位置し、かつ前記基板に接続され、前記第１の表面から伸びる金属ピンと、を有し、
前記ピンは、活性ろう着材料及び取り付けろう着材料を含むろう着ジョイントによって前記基板に接続され、
前記基板の前記第２の表面は、約１ミクロン以下の数値的な平坦性を有することを特徴とするシステム。
【請求項４８】
請求項４７記載のシステムにおいて、
前記メタライゼーション層及びボンディング材料が前記ピンに電気接続されるように、前記基板は、前記基板又は前記ジョイント又は前記ピンの上に位置するメタライゼーション層及びボンディング材料を有し、
前記システムは、さらに、前記他の部材が前記ピンに電気接続されるように、前記メタライゼーション層及び前記ボンディング材料によって前記基板に接続された他の部材を有することを特徴とするシステム。
【請求項４９】
測定される物理的特性に関する出力信号を提供し、または入力信号を受信して応答的に物理的出力を提供する変換器素子を含む変換器ダイであって、前記変換器素子は、出力部材に電気接続されている前記変換器ダイと、
前記変換器ダイを保護又は支持するために前記変換器ダイの周辺又は隣接して置かれた金属ハウジングと、
前記変換器ダイを外部プロセッサ又はコントローラに電気接続する接続位置で、前記出力部材に電気接続された出力ワイヤであって、前記出力ワイヤは、導管の中に概ね置かれている前記出力ワイヤと、
前記接続位置を保護するため、前記導管及び前記ハウジングに接続された金属スリーブであって、前記スリーブは、前記スリーブが前記導管及び前記ハウジングに接続されていないとき、前記導管に摺動自在に接続されている金属スリーブと、を有することを特徴とする変換器システム。
【請求項５０】
変換器を形成する方法であって、
電気絶縁層によって分離された第１及び第２の半導体層を含む半導体オン絶縁体ウエハを提供する第１ステップと、
ピエゾ抵抗フィルムを形成するために、前記半導体オン絶縁体ウエハの上層をドーピングする第２ステップと、
少なくとも１つのピエゾ抵抗を形成するために、ピエゾ抵抗フィルムをエッチングする第３ステップと、
前記ピエゾ抵抗フィルム上に置かれ、かつ前記ピエゾ抵抗フィルムに電気接続される電気接続部を含むボンディング層を堆積又は成長する第４ステップと、
ボンディング層を有するセラミック基板を提供する第５ステップであって、前記ボンディング層は、電気接続部を含み、前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と概ね整合する方法でパターニングされる前記第５ステップと、
前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と、前記基板の前記ボンディング層とを一緒に結合し、それにより、前記センサを形成するため、前記半導体オン絶縁体ウエハと前記基板とを機械的及び電気的に接続する第６ステップと、を有し、
前記半導体オン絶縁体ウエハ及び前記基板の前記ボンディング層の電気接続部は、前記ボンディング層により、周辺環境から流体的に分離されていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、苛酷な環境下で使用する変換器に関し、特に、高温及び腐食環境に耐えるように構成されたセンサ又はアクチュエータなどの変換器に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、一部継続出願、米国出願番号「No.11/120,885」、タイトル「SUBSTRATE WITH BONDING METALLIZATION」、出願日「２００５年５月３日」の全内容が参照してここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
センサ又はアクチュエータなどの変換器は、しばしば、高温及び腐食環境などの苛酷な環境下で使用される。例えば、タービン又はエンジンの中の動圧変化を検出するために、マイクロフォン又は動圧センサを、タービン、航空エンジン又は内燃エンジンの燃焼領域内に（又は隣接して）置くことが要求されるであろう。そして、動圧データは、タービン又はエンジンの効率及び性能を追跡するために分析されるであろう。動圧センサは、また、タービン又はエンジンの音響特性（すなわち、ノイズ出力）を追跡するのに用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような変換器は、高い動作温度及び圧力、広範囲の温度及び圧力、及び燃焼副産物の存在に耐えることができなければならない。変換器がＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカル・システム）デバイスのとき、ＭＥＭＳ変換器は、生産のその固有の材料に起因して損傷を受けやすく、それにより、追加的な保護が必要となる。
【０００５】
変換器は、一般に、コントローラなどの外部装置に電気的に接続される。したがって、関連する接続もまた、変換器の適正な動作を保証するため、苛酷な環境から保護されなければならない。それにより、このような苛酷な環境に耐え得る改良された変換器の要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、本発明は、苛酷な環境に耐え得る変換器である。例えば、ある事例において、変換器は、周辺の苛酷な環境から電気的接続を保護するため、流体的に絶縁された電気接続を含む。特に、一実施形態において、本発明は、基板と、基板と変換器ダイとの間に置かれた結合フレームによって基板に直接接続された変換器ダイを含む、苛酷な環境下で使用される変換器である。変換器ダイは、測定された物理的特性に関する出力信号を提供し、または入力信号を受信してそれに応答して物理的出力を提供する変換器素子を含む。変換器は、さらに、結合フレームによって変換器素子から流体的に絶縁された接続位置において変換器素子に電気接続された接続部材を含む。結合フレームは、材料で作られ、接続部材は、結合フレームと同じ材料によって感知素子に電気接続される。
【０００７】
別の実施形態において、本発明は、基板と、基板とセンサダイとの間に置かれた結合フレームによって基板に直接接続されたセンサダイを含む、苛酷な環境下で使用される圧力センサである。センサダイは、両端間に十分な差圧を受けたときに変形する概ね柔軟なダイヤフラムを含む。センサは、さらに、ダイヤフラムの撓みに対応する電気信号を感知素子が提供するような、ダイヤフラム上に少なくとも部分的に配置された圧電（piezoelectric）又はピエゾ抵抗（piezoresistive）感知素子を含む。センサは、また、結合フレームによってダイヤフラムから流体的に絶縁された接続位置において感知素子に電気接続された接続部材を含む。結合フレームは、材料で作られ、接続部材は、結合フレームと同じ材料によって感知素子に電気接続される。
【０００８】
さらに別の実施形態において、本発明は、電気絶縁層によって分離された第１及び第２半導体層を含む半導体オン絶縁体ウエハを提供するステップを含む、変換器を形成する方法である。この方法は、さらに、ウエハ上に圧電又はピエゾ抵抗膜を堆積又は成長することと、少なくとも１つの電極を形成するために圧電又はピエゾ抵抗膜上に導電材料を堆積又は成長することを含む。この方法は、また、電極上に置かれた、または電極に電気接続された、電気接続部を含むボンディング層を堆積又は成長するステップを含む。この方法は、さらに、その上に置かれたボンディング層を有するセラミック基板を提供することを含み、そのボンディング層は、電気接続部を含み、半導体オン絶縁体ウエハのボンディング層に整合する方法でパターンが形成される。この方法は、半導体オン絶縁体ウエハのボンディング層と、基板のボンディング層とをともに接着させ、それにより、センサを形成するために、半導体オン絶縁体ウエハと基板とを機械的及び電気的に接続すること含み、半導体オン絶縁体ウエハの電気接続部と基板とは、ボンディング層によって周囲の環境から流体的に絶縁されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の圧力センサの一実施形態の垂直断面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切り取られた上面図である。
【図３】図１の線３−３に沿って切り取られた、図１のセンサダイの底面図である。
【図４】線４−４に沿って切り取られた、図３のセンサダイの垂直断面図である。
【図５】センサダイの別の実施形態の底面図である。
【図６】本発明の圧力センサの別の実施形態の垂直断面図である。
【図７Ａ】別のセンサダイの底面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのセンサダイの垂直断面図である。
【図８】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図９】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１０】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１１】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１２】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１３】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１４】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１５】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１６】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１７】センサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図１８】図１１に示した領域の詳細図である。
【図１９】アニーリング後の図１８の構造を示す。
【図２０】アニーリング後における図１１に示した領域の詳細図である。
【図２１】ボンディング材料が堆積された、図１９の構造を示す。
【図２２】分離され、ともに接続されようとしている、図１のセンサダイ及び基板を示す。
【図２３】図２２に示した領域の詳細図である。
【図２４】ともに押圧された図２３の構成を示す。
【図２５】図２４に示した領域の詳細図である。
【図２６】ボンディングプロセス中に形成された種々の層を示す。
【図２７】ボンディングプロセス中に形成された種々の層を示す。
【図２８】ボンディングプロセス中に形成された種々の層を示す。
【図２９】ボンディングプロセス中に形成された種々の層を示す。
【図３０】ボンディングプロセス中に形成された種々の層を示す。
【図３１】ボンディングプロセスが完了した後の図２４の構成を示す。
【図３２】ゲルマニウム／金合金の共晶型状態図である。
【図３３】お互いに分解した図１の基板及びリングを示す。
【図３４】堆積されたろう付け材料を備えた、図３３のリング内に配置された図３３の基板を示す。
【図３５】堆積されたメタリゼーション及びボンディング層と、その上に配置されたセンサダイを備えた、ともに接続された図３４の基板及びリングを示す。
【図３６】お互いに分解したピン及び基板を示す。
【図３７ａ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３７ｂ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３７ｃ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３７ｄ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３７ｅ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３７ｆ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３７ｇ】図３６のピン及び基板をともに取り付け、かつ結果組立部材をセンサダイに接続するステップを示す。
【図３８ａ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３８ｂ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３８ｃ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３８ｄ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３８ｅ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３８ｆ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３８ｇ】図３６のピン及び基板をともに接続するステップを示す。
【図３９】代わりの外部コネクタと、奥に位置する覆いを備えた図１の圧力センサを示す。
【図４０】閉鎖位置に覆いを備えた図３９の圧力センサを示す。
【図４１】電子モジュールとともに用いられる図３９及び図４０のコネクタを示す。
【図４２】本発明のピエゾ抵抗圧力センサの第１実施形態の垂直断面図である。
【図４３】キャッピングウエハを取り除いた図４２のセンサの上面図である。
【図４４】図４３のセンサダイの抵抗のレイアウトの上面図である。
【図４５】図４３のセンサダイの抵抗の別のレイアウトを示す図である。
【図４６】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図４７】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図４８】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図４９】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５０】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５１】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５２】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５３】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５４】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５５】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５６】図４２のセンサダイを形成するプロセスを示す垂直断面図である。
【図５７】図４２のセンサとともに使用される基台組立部材の垂直断面図である。
【図５８】本発明のピエゾ抵抗圧力センサの第２実施形態のセンサダイの垂直断面図である。
【図５９】図５８のセンサダイ上面斜視図である。
【図６０】本発明のピエゾ抵抗圧力センサの第２実施形態の垂直断面図である。
【図６１】本発明のピエゾ抵抗圧力センサの第３実施形態の垂直断面図である。
【図６２】図６１の圧力センサのセンサダイの上面図である。
【図６３】図６１の圧力センサの基板の底面図である。
【図６４】ボンディングのために、図６３の基板に位置合わせした図６２のセンサダイを示す。
【図６５】ともに接続された図６４のセンサダイ及び基板を示す。
【図６６】本発明のピエゾ抵抗圧力センサの別の実施形態の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（概要−圧電センサ）
図１に示すように、変換器の一実施形態は、周囲流体内の急速な圧力変動を感知するのに使用される動圧センサ又はマイクロフォンなどの圧力センサ１０の形態をとる。圧力センサ１０は、タービン、航空エンジン又は内燃エンジンなどのエンジンの燃焼空洞の中に（または隣接して）取り付けられるように構成される。この場合、圧力センサ１０は、高い動作温度、広い温度範囲、高い動圧、及び燃焼副産物（水、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯx、及び種々の窒素及び硫黄の化合物など）の存在に、それぞれ耐えるように構成される。
【００１１】
図示したセンサ１０は、下にある基板１４に電気的又は機械的に接続された変換器ダイ又はセンサダイ１２を含む。センサダイ１２は、ダイヤフラム／膜１６を含み、ダイヤフラム１６にかかる動的差圧を測定するように構成されている。センサダイ１２及び基板１４の材料については後述するが、一実施形態において、センサダイ１２は、半導体オン絶縁体ウエハ又はシリコンオン絶縁体（ＳＯＩ）ウエハを含むか、または半導体オン絶縁体ウエハ又はシリコンオン絶縁体（ＳＯＩ）ウエハで作られている。基板１４は、薄い壁状の金属リング１８内に圧入された、概ね円盤状のセラミック材料である。次に、リング１８は、リング１８及び構造を支持し、センサ１０全体を保護するヘッダー、ヘッダープレート、ベース又は基台２０に取り付けられる。ダイヤフラム１６は、半導体材料などの種々の材料で作ることができるが、ある場合は、非金属材料に近いもので作られる。
【００１２】
ピン２２（または、接続部材としても称される）は、ピン２２の一方の端でセンサダイ１２に電気接続され、その他方の端でワイヤ２４に電気接続されている。そして、ワイヤ２４は、外部のコントローラ、プロセッサ、増幅器、電荷変換器などに接続され、それにより、センサダイ１２の出力と通信することができる。センサダイ１２に、ある種の機械的保護を与えるため、また、流体及び熱的なスパイクから保護するため、ベース２０の上部の開口部分にスクリーン２６を設けてもよい。
【００１３】
（圧電センサダイ構造）
センサダイ１２の動作及び構成について、ここで詳細に説明する。図４に示すように、センサダイ１２は、ＳＯＩウエハ３０で作られる（または、ＳＯＩウエハ３０を含む）。ウエハ３０は、シリコンのベース層又はハンドル層（handle layer）３２、シリコンの上部層又は素子層３４、及び素子層３４とベース層３２との間に配置された酸化層又は電気絶縁層３６を含む。素子層３４は、ドープされたシリコンのような導電材料である。しかし、後で詳しく説明するように、ＳＯＩウエハ３０／素子層３４は、シリコンの代わりに他の種々の材料で作られてもよい。ベース層３２及び酸化層３６の一部は、素子層３４の一部が露出するように取り除かれ、それによって、ダイヤフラム１６にかかる差圧に反応して変形するダイヤフラム１６を形成する。
【００１４】
センサ１０は、素子層３４／ダイヤフラム１６の上に置かれた圧電フィルム４２を含む圧電感知素子（概して４０で示される）を含む。電極４４，４６のセットは、圧電フィルム４２上に置かれる。必要に応じて、これらの構成を保護するため、電極４４，４６及び圧電フィルム４２の上に誘電体層又はパシベーション層４８を置いてもよい。
【００１５】
図３は、電極の一構成を示すが、ここで、センサダイ１２は、中心電極４４と、電極４４，４６間の隙間４９を有し、概して中心電極４４の近くに置かれた周辺電極４６とを含む。中心電極４４は、ダイヤフラム１６が湾曲しているときに（すなわち、差圧に起因して）ダイヤフラム１６の張力性の表面歪みの領域の上に位置するように構成され、周辺電極４６は、ダイヤフラム１６が湾曲しているときにダイヤフラム４６の圧縮性の表面歪みの領域の上に位置するように配置されている。中心電極４４と周辺電極４６との間の隙間４９は、ダイヤフラム１６が曲がっているときに最小の歪み又は歪みのない領域の上に置かれる。
【００１６】
図３のセンサダイ１２は、一対の出力コンタクト５０，５２を含み、出力コンタクト５０，５２のそれぞれは、電極４４，４６の１つに、直接、電気接続されている。例えば、リード５６が、中心電極４４と出力コンタクト５０とを電気接続するために中心電極４４から出力コンタクト５０に伸びており、リード５８が、周辺電極４６と出力コンタクト５２とを電気接続するために周辺電極４６から出力コンタクト５２に伸びている。リード５６，５８はともに、誘電体層４８と圧電フィルム４２との間に置かれた「埋設された（buried）」リードであってもよい（すなわち、図４のリード５８参照）。もし、圧電フィルム４２がセンサダイ１２の表面を完全に覆っていない場合、素子層３４からリード５６，５８を電気的に絶縁するために、絶縁体層（図示せず）が、センサ１２上に堆積され、リード５６，５８と素子層３４との間に置かれる。
【００１７】
センサダイ１２は、また、素子層３４と直接接続するために、圧電フィルム４２を通過して伸びる基準コンタクト６０を含んでもよい（図４参照）。このようにして、基準コンタクト６０は、コンタクト５０，５２で測定された電圧と比較することができる基準電圧又は「グランド」電圧を提供する。しかし、必要に応じて、電極４４，４６に関して誘発された圧電電荷が、電荷変換器又は電荷増幅器を使用して測定される場合は、基準コンタクト６０を省いてもよい。
【００１８】
動作において、センサダイ１２が、ダイヤフラム１６にかかる差圧に晒されるとき、ダイヤフラム１６は、図４に示した位置から上方か下方のどちらかへ撓む。例えば、ダイヤフラム１６の下方への撓みは、比較的高い圧力がダイヤフラム１６の上面にかかったときに生じ、これによって、中心電極４４に隣接して置かれた圧電フィルム４２の一部に誘発された張力性の歪みを発生する。同時に、周辺電極４６に隣接して置かれた圧電フィルム４２の一部に圧縮性の歪みが誘発される。誘発された応力は、中心電極４４及び周辺電極４６と、関連する電気コンタクト５０，５２と通信される圧電フィルム４２の電気特性（すなわち、電位又は電荷）に変化を生じる。一実施形態において、図６に示すように、必要に応じて、基板１４は、ダイヤフラム１６の下方への撓みを受け入れるため、その上部表面に形成された窪み６２を含んでもよい。しかし、窪み６２は選択的であり、必要に応じて省くことができる。
【００１９】
基準コンタクト６０に対して感知されるような、コンタクト５０，５２間の電気的差分は、ダイヤフラム１６にかかる圧力差を示す出力を提供する。言い換えれば、電極４４，４６及びリード５６，５８は、誘発された圧電電荷を蓄積してコンタクト５０，５２へ伝送する。そこから、コンタクト５０，５２は、電荷が（ピン２２及びワイヤ２４を介して）電荷変換器又は電荷増幅器、及び最終的にはコントローラ、プロセッサなどの感知した圧力／圧力電荷を確認するために出力を処理することができるものへ伝送されるのを可能にする。圧電フィルム４２は、非常に速い応答時間を提供し、したがって、振動及び他の高周波数現象を測定するのに有益である。圧電フィルム４２は、一般に、動的又はＡ／Ｃ又は高周波数圧力変化の感知に使用される。静的又はＤ／Ｃ又は低周波数圧力変化を感知するのに圧電フィルムを利用することは、通常、圧電フィルムを介した誘電漏れに関連するリークバック効果により限定される。
【００２０】
しかし、圧電フィルム４２を使用するよりもむしろ、感知素子４０は、ピエゾ抵抗膜を使用するであろう。ピエゾ抵抗膜は、正確に静的又はＤ／Ｃ、又は低周波数圧力変化を感知することができる。この場合、ピエゾ抵抗膜は、ダイヤフラム１６上に、周知の方法で、図４３に示すように蛇行状のパターンで形成され、周知の方法でコンタクト５０，５２に電気接続される。蛇行パターンは、ホイートストン・ブリッジの２つの脚がダイヤフラム１６の上に置かれているようなホイートストン・ブリッジ構成を形成する。そして、ダイヤフラム１６の撓みは、周知の方法によって、ピエゾ抵抗膜の抵抗の変化を通して測定される。
【００２１】
当然のことながら、圧電感知素子４０は、ここで特に示したものから異なる種々の形状及び構成を有することが可能である。例えば、必要に応じて、ダイヤフラム１６、中心電極４４及び周辺電極４６は、それぞれ、正方形又は長方形ではなく、上面図において円形又は他の形状を有することが可能である。さらに、図５及び図６に示すように、必要に応じて、１つだけの感知電極４４を用いてもよい。この場合、単一電極４４は、ダイヤフラム１６の内部のみ（必要に応じて周辺）の上に置かれる。この実施形態において、センサ１０の感度は、差分電気測定が提供されないので、ある程度減少するかもしれない。しかし、この実施形態は、非常に小さいセンサダイ１２（及びセンサ１０）及び単純化された電気接続を提供する。
【００２２】
図３のセンサダイ１２の底面図から分かるように、結合フレーム７０がセンサダイ１２上に置かれ、ダイヤフラム１６の下側の周辺に包囲を形成している。結合フレーム７０は、センサダイ１２の周囲の周りに伸び、また、センサダイ１２を横切って横方向に伸びる隔壁７２を含んでいる。隔壁７２は、コンタクト５０，５２，６０の環境絶縁を提供する。センサ１０がエンジン燃焼室内等で使用されるとき、燃焼室は、６００ｐｓｉｇ以上で動作し、５０Ｈｚの低さ（及び１０００Ｈｚの高さ）の周波数での圧力変動は０．１ｐｓｉｇの低さとなるであろう。したがって、ダイヤフラム１６を横切って流体バランスを提供するために、結合フレーム７０を横切ってある種の圧力除去機構を設けることが望ましく、薄いダイヤフラム１６が、それによってセンサ１０の感度を増加させることが可能になる。
【００２３】
図１に示すように、一実施形態において、流体バランスを提供するため、ダイヤフラム１６にかかる圧力の均等化を可能にするために、結合フレーム７０の下の基板１４内に小さい開口７４が形成されている。ダイヤフラム１６の上側の圧力変動が、開口７４を通過して、弱められ、または減衰するように、この開口７４は、比較的小さい（すなわち、１０分の数ミリメートル以下の断面領域を有する）。言い換えれば、Ａ／Ｃ変動は、ダイヤフラム１６の下側に伝送されず、より低い周波数、静的又は大規模の圧力変動のみが開口７４を通過する。このようにして、開口７４は、ロウパス周波数フィルタを形成する。後で詳しく述べるように、流体バランスを提供する他の方法が設けられる。
【００２４】
隔壁７２は、コンタクト５０，５２，６０の周辺に密閉空胴７６（図３）を提供する。密閉空胴７６は、それらの周辺の結合フレーム７０及び隔壁７２と、上側のセンサダイ１２及び底側の基板１４とによって形成されている（図１参照）。密閉空胴７６は、圧力媒体が、電気素子又は電気部品に侵入して汚染／腐食しないように、また、電気素子及び電気部品を高圧から保護するために、デバイスの電気部分（すなわち、コンタクト５０，５２，６０）を圧力部（すなわち、ダイヤフラム１６）から隔離する。
【００２５】
かくして、各リード５６，５８は、コンタクト５０，５２に電気接続し、および／または、各コンタクト５０，５２は、接続位置５７で、ピン２２に電気接続され、接続位置は、保護を提供するために密閉空胴７６内に配置される。各リード５６，５８は、密閉空胴７６の隔離を譲歩することなく、周知の表面マイクロマシニング技術を使用して、隔壁７２の下方又は上方を通過し、又は隔壁７２を貫通する。ンタクト５０，５２及びピン２２は、結合フレーム７０から電気的に絶縁されている。
【００２６】
各リード５６，５８が隔壁７２の下を通過又は隔壁７２を貫通する位置では、各リード５６，５８は、フレーム７０、隔壁７２、及びセンサダイ１２のボディの間に、直接、置かれる。この位置では、これらの部材を電気絶縁し、リード５６，５８がフレーム７０又は隔壁７２にショートすることを防止するために、電気絶縁材料が各リード５６，５８及び隔壁７２の金属層の間に置かれる。代わりの実施形態において、隔壁７２（及び実際には全フレーム７０）は、誘電体層４２の上面に置かれ、この場合、誘電体層４２が、リード５６，５８を隔壁７２から電気絶縁する。
【００２７】
しかし、センサが比較的良好な環境で使用される場合、隔壁７２は、必ずしも含まれないであろう。例えば、図７Ａは、隔壁７２を含まないセンサダイ１２の一実施形態を示す。さらに、ここで説明して示した実施形態のいずれも、必要に応じて、隔壁７２を含んだり含まなかったりするであろう。図７Ａ及び図７Ｂに示した実施形態において、図７Ａの矢印で示すように、ダイヤフラム１６を横切る圧力の均等化を可能にするため、結合フレーム７０は、普通、蛇行路７８を形成する。センサダイ１２のボディはまた、それらの中に形成された整合蛇行空胴８０を有する。この場合、開口７４（すなわち、図１の）は必要とされず、代わりに蛇行路７８によって流体バランスが提供される。蛇行路７８は、圧力変動の周波数に応じて、膜１６の下側の圧力変動の大きな減衰を提供するであろう。さらに、必要に応じて、図７Ａに示した実施形態は、コンタクト５０，５２，６０の周辺に密閉空胴７６を形成するために、隔壁７２を利用している。
【００２８】
さらに、代わりとして、図５に示すように、基板１４内に開口７４を形成したり、蛇行路７８を設けたりするのではなく、圧力の均等化を可能にするために、結合フレーム７０内に（すなわち、端壁７０’に沿って）比較的小さい開口８２を形成してもよい。以下で、さらに詳しく説明するように、結合フレーム７０は、製造／組立てプロセスの間、リフローされる。したがって、開口８２が開口を維持し、リフロー材料によって塞がれないようにするため、ある経路又は他のフローコントロール手段（誘電体層４８内に空間を置くことなど）が利用される。
【００２９】
当然のことながら、センサダイ１２は、必ずしも、圧力均等化を提供する通路又は経路を含む必要はなく、この場合、ダイヤフラム１６の両側はお互いから流体的に分離されるさらに当然のことながら、圧力バランスを提供する種々の構造（すなわち、基板１４内に形成された開口７４；結合フレーム７０内に形成された開口８２；又は蛇行路７８）のいずれも、ここで開示した実施形態のいずれにおいても使用可能であり、また、代わりに、圧力バランス構造が設けられなくてもよい。
【００３０】
（圧電センサダイの製造）
図１〜図７のセンサダイ１２を形成するプロセスの一例が、図８〜図１７に示され、以下で説明されるが、当然のことながら、プロセスにおいて異なるステップを使用してもよく、また、本発明の要旨から逸脱することなく、完全に異なるプロセスを使用してもよい。したがって、ここで示した製造ステップは、センサダイ１２を製造するほんの一例に過ぎず、ここで述べる各ステップの指示及び詳細は、変更可能であり、また、他のステップを使用し、または本技術分野において周知である他のステップと置き換えてもよいない。多くのセンサダイ１２が、バッチ製造プロセスにおいて、１つのウエハ上で、又は多くのウエハ上で同時に形成される。しかし、説明を明確にするために、図８〜図１７は、形成されるセンサダイ１２の１つのみを示す。
【００３１】
当然のことながら、層又は構成部材が、別の層、構成部材又は基板の「上」又は「上方」に配置されるとして示されるとき、この層又は構成部材は必ずしも、他の層、構成部材又は基板の上に直接配置されているものではなく、間に、層、構成部材又は材料が介在している場合がある。さらに、層又は構成部材が、別の層、構成部材又は基板の「上」又は「上方」に配置されるとして示されるとき、その層又は構成部材は、完全に又は部分的に、他の層、構成部材又は基板を覆っていてもよい。
【００３２】
また、注目すべきは、一般に、図面の種々の層のシェーディングは、図８〜図１７及びその他の図面を通して、概して整合的に維持されているが、構成部材及び材料が莫大であるため、材料又は層のシェーディングは、種々の図面の間で異なる場合がある。加えて、図８〜図１７は、製造過程におけるウエハの断面図を表し、ある構成部材の配置は、必ずしも、実際の断面に関するものではない。
【００３３】
図８に示すように、プロセスは、両面型、研磨された直径３インチ又は４インチ（又はより大きい）のウエハのようなＳＯＩウエハ３０で始まる。一実施形態において、ウエハ３０の素子層３４は、シリコンであり、約３０ミクロンの厚さであり（別の実施形態では、８ミクロンの厚さである）、素子層３４は、約１ミクロンから約６０ミクロン、又は約３ミクロンから約６０ミクロン、又は約３ミクロンから約３００百ミクロン、又は約６０ミクロン以下、又は約３００ミクロン以下、又は約２００ミクロン以下、又は１ミクロン以上、又は約３ミクロン以上、又は必要に応じた他の厚さ（当然のことながら、図で示された種々の層の厚さは、必ずしも計られるものではない）の各種の厚さを有する。
【００３４】
素子層３４は、（ｎドープ又はｐドープのどちらかに）ドープされたシリコンであり、次の圧電フィルム４２の堆積を促進するように（１１１）の結晶方位を有する。必要に応じて、素子層３４は、シリコンの代わりに、サファイア、窒化ガリウム、窒化シリコン、炭化シリコン、又は高温度耐性の材料又はセラミックなどの他の材料で作られてもよい。素子層３４は、炭化シリコンで作られるかもしれないが、本発明の一実施形態では、素子層３４は、シリコンでない炭化物の半導体材料で作られる。
【００３５】
圧力変動範囲に対するセンサダイ１２の応答性は、ダイヤグラム１６の厚さに直接関係する。多くの場合、素子層３４の厚さは、最終的にダイヤグラム１６の厚さを決めるであろう。したがって、素子層３４の厚さは、注意深く選択されるべきである。しかし、必要に応じて、素子層３４の厚さは、ダイヤグラム１６の応答性を、対象の圧力範囲及び圧力変動に合わせるために、後に続く処理ステップの間で減らすことが可能である。
【００３６】
ベース層３２もまた、シリコン又は上述の他の材料で作られ、約１００ミクロン及び約１０００ミクロン以上、及び特に、約５００ミクロン等の各種の厚さを有する。ベース層３２は、センサダイ１２を構造的に支持するのに充分な厚さを有するべきである。一実施形態において、ベース層３２は、それのエッチングを容易にするため、（１００）の結晶方位を有する単結晶シリコンである。
【００３７】
絶縁層３６は、様々な材料で作られるが、一般的には二酸化シリコンである。絶縁層３６は、エッチストップとして働き、またウエハ３０に対して電気的な絶縁を提供する。絶縁層３６は、例えば、約０．５ミクロンと約４ミクロンとの間など、及び典型的には約１又は２ミクロンの厚さの様々な厚さを持ちうる。加えて、下方の絶縁層８４（例えば、厚さ０．３ミクロンの二酸化シリコンの層）は、ウエハ３０上に堆積又は成長される。下方の絶縁層８４は、絶縁層３６と同じ特徴を有する。代わりに、後述するように及び図９に示すように、下方の絶縁層８４は、圧電フィルム４２が堆積された後に、堆積又は成長される。
【００３８】
図９に示すように、ウエハ３０が提供された後に、圧電フィルム４２が素子層３４の上部に堆積される。圧電フィルム４２は、素子層３４の全部を被覆する。代わりに、圧電フィルム４２が素子層３４の一部のみを被覆するようにしてもよい（例えば、ダイヤフラム１６のみ、又は電極４４，４６が配置される場所のみ）。圧電フィルム４２の材料は、その動作温度範囲、電気抵抗、圧電係数、及び結合係数に基づいて選択される。窒化アルミニウムは、１１００℃まで圧電活性を維持し、したがって、圧電フィルムに有益である。しかし、これに限定されるものではないが、窒化ガリウム、オルトリン酸塩ガリウム（ＧａＰＯ4）、チタン酸ランタン（Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7の形を取りうる）又はランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14，Ｌａ3Ｇａ5.5Ｔａ0.5Ｏ14，Ｌａ3Ｇａ5.5Ｎｂ0.5Ｏ14などのランタン及びガリウムを一般に含むいくつかの化合物の形を取りうる）を含む様々な他の材料が使用される。加えて、他のいずれの圧電材料も、動作温度に応じて、膜４２として利用可能である。
【００３９】
ウエハ３０の素子層３４が（１１１）シリコンのとき、窒化アルミニウムは、窒化アルミニウムの六方構造及び（１１１）シリコンに近似する構造のため、素子層３４上でエピタキシャル成長することが可能である。さらに代わりに、金属・有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、気相エピタキシー（ＶＰＥ）又は圧電フィルム４２のエピタキシャル成長を提供することができる他のいずれかの堆積プロセスを使用して圧電フィルム４２を堆積することができる。さらに代わりに、圧電フィルム４２は、ナノ結晶又は非晶質のいずれかの形式において、スパッターで堆積することも可能である。この場合は、素子層３４は、必ずしも（１１１）シリコンである必要はなく、代わりに、圧電フィルムのスパッタリング処理中に電極として機能するように、圧電フィルム４２の堆積の前にプラチナのような金属の薄い膜を素子層３４上に堆積してもよい。スパッタリング処理中に金属電極が利用される場合、金属膜が代わりに所望の導電性を素子層３４に提供するので、素子層３４は、必ずしも、ドープされる必要はない。圧電フィルム４２は、約０．２ミクロン及び約２ミクロンの間等の様々な厚さを有することが可能である。
【００４０】
図１０に示すように、圧電フィルム４２の一部は、その下の素子層３４の一部を露出するため、８６でパターニングされ除去される。圧電フィルム４２は、高密度プラズマエッチング（すなわち、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング）などのいずれかの許容できる方法によってエッチング／パターニングされうる。
【００４１】
図１１に示すように、中心電極４４、周辺電極４６、リード５６，５８（図１１に図示せず）、基準コンタクト６０、出力コンタクト５０，５２及び結合フレーム７０へ材料を形成又は提供するために、スパッタリング及びフォトパターニング等によって、メタライゼーション層８８が選択的に堆積される。詳細は後述するが、メタライゼーション層８８は、活性層３４へ良いオーミックコンタクトを提供し、かつ拡散バリヤとして機能する。メタライゼーション層８８を堆積するための材料及びプロセスについて、後で詳しく述べるが、一実施形態では、メタライゼーション層８８は、タンタルの層上に配置された珪化タンタルの層及び珪化タンタル層上に配置されたプラチナの層を有する、ウエハ３０上に配置されたタンタルの層を含む。
【００４２】
中心電極４４、周辺電極４６、基準コンタクト６０、出力コンタクト５０，５２及びリード５６，５８は、様々な形状及び寸法を有することが可能である。一実施形態において（図３を参照して）、中心電極４４は約３９００×３９００ミクロンの寸法を有し、周辺電極４６は約６０００×６０００の外形寸法を有し、基準コンタクト６０は約２０００×１０００ミクロンの寸法を有し、出力コンタクト５０，５２のそれぞれは約６００×６００ミクロンの寸法を有し、リード５６，５８のそれぞれは約５０及び約１５０ミクロンの間の幅を有する。
【００４３】
図１２に示すように、パシベーション層４８（もし、使用された場合）がウエハ３０上、メタライゼーション層８８の上、圧電フィルム４２の上に堆積される。一実施形態において、パシベーション層４８はＳｉＯxＮyであり、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって、約１ミクロンの厚さ（別の実施形態では０．３ミクロン）まで堆積される。しかし、パシベーション層４８は、多様な保護／絶縁材料のいずれかで作ることが可能である。上述のように、追加的な保護／絶縁が必要でない場合は、パシベーション層４８は省略されるであろう。しかし、残りのこのプロセスフローでは、パシベーション層４８が利用されることを前提とする。
【００４４】
図１３に示すように、基準コンタクト６０、出力コンタクト５０，５２及び結合フレーム７０のメタライゼーション部８８が露出するように、パシベーション層４８の一部が除去される。電極４４，４６及びリード５６，５８を形成するメタライゼーション層８８は、埋め込まれたままである。次に、図１４に示すように、さらにコンタクト５０，５２，６０及び結合フレーム７０の構造を追加するため、ボンディング材料９０が露出したメタライゼーション層８８上に堆積される。ボンディング材料９０の材料（及び堆積）については、後で詳しく述べるが、一実施形態では、金及びゲルマニウムを含む。
【００４５】
図１５に示すように、エッチングのためにベース層３２の一部を露出するため、下方の絶縁層８４がパターニングされる。次に、図１６に示すように、上方にダイヤフラム１６が配置されているキャビティ９２を画定するため、及び一対のダイシングレーン９４を画定するため、ベース層３２の露出した部分が除去される。ダイヤフラム１６上の熱的ストレスを減らすため、ダイヤフラム１６の下に配置された酸化層３６の一部もまた除去される。ダイヤフラム１６は様々な寸法を有することが可能であり、一実施形態では、約０．２５ｍｍ2及び約４ｍｍ2の間の表面領域を有する。図１６のこのエッチングステップは、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）、ＫＯＨエッチングなどのウェットエッチング、又は様々な他のエッチング方法のいずれかで行うことが可能である。そして、センサダイ１２がダイシングレーン９４に沿って切り離され（singulated）、結果として図１７に示す最終的な構造となる。
【００４６】
（メタライゼーション層）
メタライゼーション層８８の構造及び堆積方法（図１１及び添付の記載を参照）について、ここで詳細に説明する。図１８及び図１９は、素子層３４直上のメタライゼーション層８８の堆積を示す（すなわち、基準コンタクト６０を形成するとき）。図１８で示した一実施形態において、メタライゼーション層は、第１の層又は接着層１０２、第２の層又は外部拡散阻止層１０４、及び第３の層又は内部拡散阻止層１０６を含む。接着層１０２は、ウエハ３０に良く接着する様々な材料のいずれか（例えば、シリコン）で作ることが可能である。したがって、接着層１０２は、第一にウエハ３０に強く結合する能力に基づいて選択されるが、接着層１０２の材料は、ウエハ３０の材料に応じて変更することが可能である。
【００４７】
タンタルは、様々な材料に良く接着するので、タンタルは、接着層１０２の一例である。しかし、タンタルの代わりに、クロミウム、ジルコニウム、ハフニウム、又はウエハ３０と親和的に反応してウエハ３０と強く結合する化合物を形成するいずれかの元素などの様々な他の材料を、接着層１０２として利用することが可能である。
【００４８】
接着層１０２は、様々な厚さを有することが可能であり、様々な方法で堆積することが可能である。しかし、接着層１０２は、ウエハ３０への適当な接着を確実にするのに充分な厚さを有するべきであるが、メタライゼーション層８８に対して顕著なバルクを追加するようになるほど厚くすべきではない。接着層１０２は、最初に、約１００オングストローム及び約１００００オングストロームの間の厚さまで堆積され、プラズマ物理的気相成長法又は当該技術分野で周知の他の適した堆積技術によって堆積されるであろう。
【００４９】
接着層１０２がタンタルのとき、接着層１０２及びウエハ３０の界面における酸素の存在は、材料がその拡散阻止特性を望まれる珪化物の形成を抑制する。また、界面における酸素の存在は、接着層１０２において、逆の金属的変化を引き起こし、それによって、ストレスの高い（すなわち、弱い）接着層１０２を生成する。
【００５０】
よって、素子層３４上に接着層１０２を堆積する前に、酸化膜を除去するために素子層３４の上部表面がクリーニングされる。このクリーニングステップは、プラズマスパッターエッチング、又は液体ＨＦ（フッ化水素酸）溶液又はドライＨＦ蒸気クリーニングプロセス又は当該技術分野で周知の他の方法を通じての酸化膜の除去を含む。素子層３４上に酸化膜が再成長する機会をもつ前に、その上の堆積を確実にするために、接着層１０２は、クリーニングステップの後すぐに、素子層３４上に堆積されるべきである（すなわち、周辺環境の酸素による酸化化学反応により）。
【００５１】
外見上、拡散材料（すなわち、ウエハ３０のシリコン）は、メタライゼーション層８８の材料と反応し、これは、メタライゼーション層８８を弱める可能性がある。したがって、第２の層１０４は、ウエハ３０の材料の外部拡散を阻止する材料で作られる。第２の層１０４及び第３の層１０６は、内部拡散阻止層及び外部拡散阻止層として、それぞれ示されているが、当然のことながら、第２の層１０４及び第３の層１０６は、それ自身、必ずしも思い通りに拡散を阻止するものではない。後で詳しく説明するように、代わりに、層１０４，１０６のそれぞれは、メタライゼーション層８８の焼結、アニール、化学反応等において、拡散阻止層を形成するように反応する材料を含むか、またはそれに貢献するかもしれない。
【００５２】
第２の層１０４は、ウエハ３０の材料に応じて、多様な材料のいずれかで作ることができる（どの外部拡散が阻止されることが望まれるか）。これに限定されるものではないが、炭化タンタル及び窒化タングステンを含む様々な他の材料が利用可能であるが、一実施形態では、第２の層１０４は、珪化タンタルである。第２の層１０４は、ウエハ材料３０の外部拡散を阻止するのに充分な厚さ、またはアニーリング後の充分な外部拡散障壁層を形成するのに充分な材料を提供するのに充分な厚さを有するべきである。第２の層１０４は、最初に、プラズマスパッタリング、又は当該技術分野で周知の他の適した堆積技術により、約１００オングストローム及び約１００００オングスオロームの間の厚さに堆積される。
【００５３】
第２の層１０４が化合物（例えば、珪化タンタル）で作られるとき、珪化タンタルは、そのまま珪化タンタルとして直接堆積される。代わりに、タンタルの層及びシリコンの層は、所望の珪化タンタルを形成するように層が実質的に反応して堆積される。この場合、代わりに、２つの基本的な材料（タンタル及びシリコン）の薄い（すなわち、５から２０オングストローム）個別の層が、連結堆積プロセスで接着層１０２上に堆積される。交互層の数は重要ではないが、混合層のトータル厚さは、上述のように、約１００及び約１００００オングストロームの間である。後で詳しく述べるが、タンタル及びシリコンの交互層が堆積された後、交互層は、アニーリングステップの間、上昇した温度に晒される。アニーリングステップの間、タンタル及びシリコンの交互層は、珪化タンタルの単一層を形成するために拡散又は反応する。
【００５４】
珪化タンタル１０４を堆積するためにこの方法を使用するとき、共同堆積処理中におけるタンタル及びシリコンの堆積層の相対厚さは、珪化タンタル１０４の成果物におけるタンタル及びシリコンの比率を制御する。したがって、タンタル及びシリコンの層の相対厚さを制御する能力は、形成されるべき珪化タンタルのシリコンリッチ又はシリコンリーンの層を可能にする。例えば、拡散抵抗を向上させるための外部拡散障壁１０４として、比較的、珪化タンタルのシリコンリッチ層（すなわち、化学量論的な珪化タンタル（ＴａＳｉ2）よりもシリコンが数パーセント多い原子組成を有する珪化タンタル）が好ましいであろう。
【００５５】
メタライゼーション層８８の第３の層１０６は、好ましくない元素、化合物又は気体の内部拡散を阻止又は制限する材料で作られている。例えば、第３の層は、周囲環境の窒素、酸素又は二酸化炭素のような気体の内部拡散を阻止し、または、メタライゼーション層８８上に位置する固体の元素又は化合物の内部拡散を阻止する材料で作られる。これらの好ましくない元素、化合物又は気体は、メタライゼーション層８８の他の材料又はウエハ３０の材料と逆に反応する可能性がある。
【００５６】
内部拡散を阻止されるべき元素、化合物又は気体と同様に、第３の層の材料は、ウエハ３０の材料、及び接着層１０２及び第２の層１０４の材料に依存するが、第３の層１０６はプラチナなどの様々な材料で作られる。第３の層１０６は、プラズマスパッタリング又は当業者にとって周知な適した他の堆積方法により、約１００オングストローム及び約１００００オングストロームの間の初期厚さに堆積される。
【００５７】
一実施形態において、第１の層１０２は、約１５００オングストロームの厚さを有するタンタル層を含み、第２の層１０４は、約３０００オングストロームの厚さを有する珪化タンタルを含み、第３の層１０６は、約１００００オングストロームの厚さを有するプラチナを含む。プラチナ−プラチナのワイヤボンディンングのために、メタライゼーション層８８の外部表面上に可能な限り充分なプラチナを残しつつ、様々な層１０２，１０４，１０６の仕様の厚さ公差は、効果的な接着層の生成の必要性、並びに拡散及び内部及び外部拡散障壁を生成するために処理される材料の必要性によって決められる。
【００５８】
図１８は、第１の層１０２（示された実施形態ではタンタル）、第２の層１０４（示された実施形態では珪化タンタル）及び第３の層１０６（示された実施形態ではプラチナ）の堆積後のメタライゼーション層８８を示す。層１０２，１０４，１０６の堆積の後、ある反応及び／又は反応副産物を引き起こすため、メタライゼーション層８８がアニールされる（または、いわゆるシンタリング）。特に、一実施形態では、図１８に示した構造は、真空中で約６００℃で約３０分アニールされる。アニーリング処理は、珪化タンタル１０４の層が形成されるように（タンタル及びシリサイドが交互層として堆積される場合）、または他の必要な反応が完了するまで実行される。
【００５９】
代わりに、単一ステップのアニール処理の利用ではなく、２つのステップのアニール処理が利用されるかもしれない。２つのステップのアニール処理は、毎分約６℃−１０℃の（室温からの）温度上昇による約４５０℃の温度までのランピング（傾斜）を含む。そして、約１時間、約４５０℃の温度を保持することによって、第１のアニールステップが実施される。約１５分の期間にわたって、約６００℃まで温度がゆっくりと上昇し、そして、第２のアニールステップのために、約１時間、約６００℃に温度が保持される。そして、メタライゼーション層８８が、ゆっくりと冷やされる。
【００６０】
２つのステップのアニール処理は、メタライゼーション層８８のウエハ３０への接着を改善し、特に、接着層１０２／１０８の圧電フィルム４２への接着を改善する（図２０）。さらに、２つのステップのアニール処理のほとんどの部分が、比較的、低い温度（すなわち、６００℃以下）で実行されるので、圧電フィルム４２を通じての、及び素子層３４へのプラチナ又はタンタルの拡散が減らされ、それによって、電気的なリークが減少する。
【００６１】
図１９は、アニールステップの後の図１８の構造を示す。注目すべき点は、拡散目的のため、第１、第２及び第３の層は、ここでは「タンタル層１０２」「珪化タンタル層１０４」「プラチナ層１０６」としてそれぞれ参照される。しかし、この約束ごとは、説明の容易化のためのみであって、層１０２，１０４，１０６がこれらの特定の材料に限定されることを意図するものではない。さらに、注目すべき点は、図１９に示され以下に述べるこれらのもの以外の様々な層又は材料が、アニーリング後のメタライゼーション層８８内に形成されるかもしれないのであり、図１９は、単に、アニーリング後に存在するであろうと予測される様々な主な層の存在を示すものである。
【００６２】
特に、ウエハ３０がＳＯＩウエハであり、第１の層１０２、第２の層１０４及び第３の層１０６がそれぞれタンタル、珪化タンタル及びプラチナのとき、アニーリングの後、接着層１０２及びウエハ３０の反応生成物として、内部珪化タンタル層１０８が形成される。内部珪化タンタル層１０８は、タンタル接着層１０２及びウエハ３０によく接着し、したがって、メタライゼーション層８８の大きな接着強度を提供する。さらに、珪化タンタルは、一般に、多くの材料の外部拡散を阻止し（シリコンを含めて）、内部珪化タンタル層１０８もまた、シリコンウエハ３０の外部拡散阻止層として働く。ウエハ３０がシリコン以外の材料で形成され、タンタルが接着層１０２として使用されるとき、ウエハ３０の材料に応じて、様々な他の拡散阻止タンタル化合物が形成されるであろう。
【００６３】
図１９に示すように、アニーリングの後、層１０６のプラチナとウエハ３０のシリコン及び／又は珪化タンタル１０４のシリコンとの間の反応によって、上部プラチナ層１０６は、珪化プラチナ層１１０に変換される。結果物としての珪化プラチナ１１０は、内部拡散阻止層として働き、特に、酸素及び窒素の内部拡散を阻止する。珪化プラチナ層１１０は、完全な珪化プラチナでないかもしれない。代わりに、メタライゼーション層８８の上部表面が少なくとも約９０％、又は少なくとも約９９％、又は少なくとも約９９．９９％プラチナのような、プラチナと珪化プラチナとの傾斜を含むかもしれない。注目すべき点は、メタライゼーション層８８の第２の層１０４として珪化タンタルを使用しないで、第２の層として窒化タンタル（すなわち、約５００オングストロームの厚さ又は必要に応じて他の厚さを有する）が利用されるかもしれない。
【００６４】
メタライゼーション層８８の第２の層１０４として珪化タンタルが使用されるとき、珪化タンタルは、それを通って酸素が拡散してシリコン／タンタルの界面に酸化物を形成するのを効果的に防止する。しかし、約７００℃より上の温度では、メタライゼーション層８８を通って、シリコンが上方へ拡散して、メタライゼーション層８８の上部に酸化シリコン層を形成するかもしれない。これは、メタライゼーション層８８へのその後のワイヤボンディングを困難にする。
【００６５】
その一方、第２の層１０４として窒化タンタルが利用されるとき、窒化タンタルは、酸素が内部に拡散するのを防止するだけでなく、メタライゼーション層８８の上部表面を保護するためにシリコンが外部へ拡散することも防止する。タンタル・ベース・ライナーの拡散障壁効果は、窒素濃度の増加（少なくともＴａに対するＮが化学量論的に１：１まで）とともに増えると考えられている。したがって、必要に応じて、窒化タンタルもまた、第２の層１０４として使用することができる。
【００６６】
上述のように、図１９は、基準コンタクト６０の少なくとも一部を形成するために素子層３４上に直接置かれたアニーリング後のメタライゼーション層８８を示す。しかし、図１１に見られるように、メタライゼーション層８８はまた、圧電フィルム４２の上部に置かれる（すなわち、電極４４，４６、コンタクト５０，５２、リード５６，５８及び結合フレーム７０の一部を形成するために）。この場合、図１１の圧電フィルム４２上に堆積されたメタライゼーション膜８８は、同じ構造を有し、図１８及び上述のメタライゼーション膜８８と同じ方法で堆積される。圧電フィルム４２上に置かれたメタライゼーション膜８８のアニーリング後の構造（図２０参照）は、図１９に示したアニーリング後のメタライゼーション膜８８と同じかもしれない。したがって、メタライゼーション層８８は、高温で金属学的に安定、かつ拡散及び化学反応に対する耐性を有するコンタクト５０．５２，６０、電極４４，４６及びリード５６，５８及び結合フレーム７０を提供する。
【００６７】
（ボンディング材料）
ボンディング材料又はボンディング層９０（図１４及び添付の説明で参照された）の応用について、ここで、詳細に説明する。図２１に示すように、ボンディング層９０が、メタライゼーション層８８上に配置される。ボンディング層９０は、お互いに共晶を形成することができる第１のボンディング材料（又は層）１２０及び第２のボンディング材料（又は層）１２２を含む。例えば、第１のボンディング材料１２０は金、又は第２のボンディング材料１２２とともに共晶合金を形成することができる他の元素又は材料である。第２のボンディング材料１２２は、ゲルマニウム、錫、又はシリコン、又は第１のボンディング材料１２０とともに共晶合金を形成することができるいずれかの元素又は材料である。ボンディング層９０の他の材料の代表的な例は、ＩｎＣｕＡｕ、ＡｕＮｉ、ＴｉＣｕＮｉ、ＡｇＣｕ、ＡｇＣｕＺｎ，ＩｎＣｕＡｇ、及びＡｇＣｕＳｎを含む。
【００６８】
第１のボンディング材料１２０及び第２のボンディング材料１２２はともに、プラズマスパッタリング又は当業者に知られた他の適当な堆積技術によって、関連するメタライゼーション層８８上に堆積される。さらに、第１のボンディング材料１２０及び第２のボンディング材料１２２は、様々な厚さで堆積され得る。しかし、ボンディング材料１２０，１２２は、最終製品のボンドにおいて、第１のボンディング材料１２０及び第２のボンディング材料１２２の間の望ましい比率を提供するように選択されるべきである。
【００６９】
示された実施形態において、ボンディング層９０は、第２のボンディング材料１２２上に配置されたキャッピング層１２４を含む。第２のボンディング材料１２２の酸化を防止するため、キャッピング層１２４は、第２のボンディング材料１２２を覆いかつ保護する。キャッピング層１２４は、金のような酸化を防ぐ様々な材料のいずれかである。この場合、キャッピング層１２４が共晶接合処理に関与するように、キャッピング層１２４は、第１のボンディング材料１２０と同じ材料である得る。キャッピング層１２４は、例えば、約１０００オングストローム以下の錫である。
【００７０】
（センサダイ・アタッチメント）
図１７に示すようなセンサダイが用意されると（センサダイ１２は、その上に置かれたメタライゼーション層８８及びボンディング層９０を含む）、センサダイ１２は、基板１４に結合されることが望まれる。図２２に示すように、センサダイ１２は、図１７に示した位置から反転されて、基板１４に位置合わせされる。基板１４は、センサダイ１２の項目で上述したのと概して同じ方法で、その上に堆積されたメタライゼーション層８８及びボンディング材料９０を有する。
【００７１】
しかし、基板１４は、センサダイ１２と異なる材料で作られるかもしれないので、基板１４上のメタライゼーション層８８の材料のいくつかは、センサダイ１２の項目で上述したのと異なるかもしれない。例えば、基板１４が、窒化アルミニウムのとき（センサダイ１２のシリコンとは対照的に）、メタライゼーション層８８の層１０８は、窒化タンタル、アルミ化タンタル、又はタンタル、アルミニウム及び窒素の三元化合物などの、珪化タンタル以外の材料を含むかもしれない。さらに、メタライゼーション層８８の接着層１０２の材料は、基板１４の材料に応じて変わる。
【００７２】
以下の説明のため、金／ゲルマニウム共晶合金の特定の性質の議論を可能にするため、ボンディング材料９０の第２のボンディング材料１２２がゲルマニウムであり、第１のボンディング材料１２０及びキャッピング材料１２４が金であると仮定する。しかし、この議論は、説明目的のためであって、当然のことながら、第１のボンディング材料１２０、第２のボンディング材料１２２、及びキャッピング材料１２４として、様々な他の材料を使用することが可能である。
【００７３】
基板１４及びセンサダイ１２は、ボンディングの準備のため、図２２に示すように位置合わせされ、どちらか又は両方の構成部材は、位置合わせ処理を容易にするため、自己位置合わせ機構を含んでもよい。基板１４のメタライゼーション層８８／ボンディング層９０は、一度接続されると、それらの構成部材をともに接続する電気コンタクト５０，５２，６０及び結合フレーム７０を形成／完成するようにそれらの材料がよく調和するような、センサダイ１２のメタライゼーション層８８／ボンディング層９０のパターンマッチング・パターンを有する。図２３及び図２４に示すように、センサダイ１２及び基板１４は、それらのボンディング層９０がお互いに接触するように、一緒に押圧される。共晶ボンディング処理（後述する）の間、ボンディング処理の間に形成される液体が、ボンディング層９０間の空間又は隙間を完全に満たすように、ボンディング層９０の材料は、充分に平らであるべきである。
【００７４】
以下に概要を説明するが、センサダイ１２及び基板１４は、当該技術分野で周知である過渡的な液体相ボンディング処理で次に連結され又は結合される。過渡的な液体相ボンディングを開始するため、センサダイ１２及び基板１４、及びそれらのボンディング層９０を一緒に押圧するため、軽い圧力（例えば、数ポンド）がかけられる（図２４）。そして、ボンディング層９０は、共晶点以上又はボンディング合金（すなわち、金／ゲルマニウム合金）の共晶温度以上の温度に晒される。例えば、図３２で見られるように、金／ゲルマニウム合金の共晶温度は、約３６１℃である。
【００７５】
例示において、ボンディング層９０は、約４５０℃の温度に晒される。しかし、実際のボンディング温度は、ボンディング材料９０の拡散レート、ボンディング材料９０の厚さ、及びボンディング合金の均一な固体溶解が達成されるような拡散が完了するのに可能な時間に依存する。
【００７６】
金／ゲルマニウム界面の材料が共晶温度（すなわち３６１℃）に達するとすぐに、熔解又は液体材料の区域１３２が、材料の熔解により、それぞれの界面に形成される（図２５参照）。図２５において、すべてのキャッピング層１２４は、中心液体区域１３０を形成するために熔解し（それらの層の薄さのため）。第２のボンディング層１２２及び第１のボンディング層１２０の一部は、上部及び底部の液体区域１３２を形成するために熔解する。各液体材料区域１３０，１３２は、共晶組成と同じ（又は近い）組成を有する。
【００７７】
ボンディング層９０は、温度が上昇し続け、周囲温度（すなわち４５０℃）に近づき、ゲルマニウム層１２２のすべての材料が熔けて液体区域１３０，１３２になるまで、液体区域１３０，１３２が成長及び伸長し続ける。したがって、図２５の分離した液体区域は成長し、結局、単一の大きな液体区域１３４を形成するように結合する（図２６）。図２６で示した段階では、ゲルマニウム層１２２の材料の最後は、熔解し、液体区域は図３２の組成Ａを維持する。
【００７８】
次に、液体区域１３４の隣の金層１２０の材料は、周囲の材料が周囲温度に近づくにつれて、熔解し続ける。追加の金は、溶けて、液体区域１３４に加わるのにつれて、液体区域１３４のゲルマニウムは、希釈され、液体区域１３４のゲルマニウムの百分率が、これにより、減少する。したがって、液体区域１３４の組成は、図３２の液体ライン１３８に沿って、点Ａの左上に動く。熔解した金がゲルマニウムを希釈し続けるので、液体組成は、液体区域１３４が４５０℃の周囲温度に達するとき、結局、図３２の点Ｂの組成に達する。
【００７９】
図２７は、液体区域が組成Ｂにあるような、液体区域１３４が成長して金が加えられたボンディングプロセスを示す。この段階では、液体区域１３４は、４５０℃の周囲温度に達して、約２４原子百分率のゲルマニウム及び７６原子百分率の金の組成を有する。
【００８０】
液体区域の組成が点Ｂに達すると、液体区域１３４のゲルマニウムが、液体区域１３４及び金層１２２の残存する固体の金層１２０の中へ拡散し始める。これにより、界面に隣接する液体区域１３４のゲルマニウムの濃度は、下がる。界面のゲルマニウムの百分率が充分に低く下がると（すなわち、約３原子百分率ゲルマニウム以下）、界面の液体区域は、固溶体層１４０を形成する（図２８参照）。新たに形成された固体１４０は、図３２のグラフ上の点Ｃに示す組成を有する。図３２に示すように、点Ｃは固相線１４２上に位置するが、これは、固体が所定温度で形成されるゲルマニウムの百分率を示す。したがって、新たに形成された固体は、約３原子百分率ゲルマニウム及び約９７原子百分率金を有する。
【００８１】
周囲温度は、４５０℃で維持し続け、液体区域１３４の残存するゲルマニウムは、新たに形成された固体１４０を通って、大部分は金層１２０へ外部拡散し続ける。液体区域１３４のゲルマニウムが外部拡散し続けるにつれて、液体区域１３４及び固体１４０の界面のよりゲルマニウムの少ない液体が生成され、最終的には、固体１４０を形成する。このようにして、固体１４０は、液体区域１３４が完全に消費されるまで、内部へ成長する（図２９）。この点において、固体１４０は、比較的、ゲルマニウムが多く（すなわち、約３原子百分率ゲルマニウム）、周囲の金層１２０は、比較的、ゲルマニウムが少ない（すなわち、約３原子百分率ゲルマニウムより少ない）。この場合、ゲルマニウムは、均衡が達成し、固体１４０及び金層１２０の両方がすべて同じ組成を有するまで、固相拡散を通じて、固体１４０から金層１２０へ拡散し続ける（図３０の固体１４０に示すように）。
【００８２】
固相拡散後に形成された固体１４０は、約３原子百分率ゲルマニウムを有する金／ゲルマニウム合金又は固熔合金である。しかし、利用可能なゲルマニウムの量は、ゲルマニウム層１２２の厚さ制限によって、利用可能な金と比較して比較的低い百分率に限定される。結果としての固体１４０が約３原子百分率ゲルマニウムより少ない組成を有するように（例えば、約０．５原子百分率ゲルマニウム以下）、利用可能なゲルマニウムの量は、また、掃除（プラチナ、ニッケル及びクロミウムのようなゲルマニウム掃除材料で）によって減らすことが可能である。いずれにせよ、ゲルマニウムの量が制限され／減らされるとき、固体１４０の組成は、図３２の点Ｃの左に位置する。図３２の状態図を参照して、３原子百分率より下への原子百分率ゲルマニウムの減少は、点Ｃの左上の固相線１４２上に位置する熔解をもたらす。点Ｃの左への組成の移動は、４５０℃より上、理論上最大１０６４℃まで、の融点を有する固熔体をもたらす。
【００８３】
上述の遷移液体相ボンディング方法は、比較的低い温度で（しかし、共晶温度より上で）、温度の影響を受けやすい部材の損傷を防止し、比較的融点の高い結合となる、シリコン・センサダイ１２とセラミック基板１４の結合を可能にする。結果としてのボンディング材料１４０は、比較的高い融点を有する亜共晶・金−ゲルマニウム固体合金である。固体ボンディング材料１４０は、また、ボンディング層９０の開始材料に応じて、亜共晶・金−シリコン固体合金又は亜共晶・金−錫固体合金とすることが可能である。ボンディング処理は、また、融合処理の加速のための加熱されたステージ及び超音波エネルギを備えた共晶ダイボンダを使用して実行することが可能である。
【００８４】
図３１は、単一ボンド層１４０を形成するためにボンディング層９０が結合された後のセンサダイ１２及び基板１４の一部を示す。したがって、図３１は、ボンディング後の図２２に示されている囲まれた領域「２３」を示す。
【００８５】
上述のように、メタライゼーション膜８８は、ボンディング処理中において、メタライゼーション膜８８内への（介しての）材料の内部拡散を阻止する内部拡散阻止層１１０を含む。同様に、層１０４及び／又は１０２及び／又は１０８は、ボンディング中において、センサダイ１２及び／又は基板１４の材料の外部拡散を阻止する。したがって、メタライゼーション層８８は、それを通じての拡散を防止し、様々な基板によく接着し、長時間にわたる温度上昇のときでさえ、熱的に安定である。確かな高温動作とともに、メタライゼーション層８８及びボンディング材料９０は、低温度ボンディングを可能にする。
【００８６】
（基板アタッチメント）
上述したように、基板１４は、リング１８の内部に位置し、リング１８に接続され、アタッチメント処理について、ここで、詳細に説明し、図３３−３５に示す。しかし、基板１４及びリング１８の取り付けについて、ここで説明するが（センサダイ１２及び基板１４の取り付け後については、上述した）、実際の組み立ての間、操作順序は逆転する。特に、組み立て中、基板１４はリング１８に最初に取り付けられ、そして、センサダイ１２が、基板１４／リング１８アセンブリに取り付けられる。この操作順序は、基板１４がリング１８にろう付けする際、センサダイ１２のより敏感な電気構成部材が高温に晒されないことを確実にする。
【００８７】
基板１４は、比較的、高温に耐えられ、耐酸化性があり、比較的良くセンサダイ１２の熱膨張係数に整合する熱膨張係数を有する材料で作られる。したがって、基板１４は、モノリシック窒化シリコン、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム（ホットプレス及びシンター（すなわち、多結晶窒化アルミニウム））のような、様々なセラミック材料で作ることが可能である。
【００８８】
リング１８は、高温に比較的耐えられ、耐酸化性があり、比較的良く基板１４の熱膨張係数に整合する熱膨張係数を有する材料で作られる。したがって、リング１８は、ワシントン、デルウエアのＣＲＳホールディングス会社によって販売されるＴＨＥＲＭＯ−ＳＰＡＮ（登録商標）合金、または類似の環境耐性及び物理特性を有する他の金属のような、様々な合金で作ることが可能である。
【００８９】
リング１８のような金属材料に、基板１４のようなセラミック材料を結合するとき、結合技術は、注意して選択されるべきである（特に、結合が上昇温度及び広範囲温度に晒されるとき）。セラミック基板１４を金属リング１８に接続するのに、ろう着が利用される。このとき、基板１４は、ろう着処理を促進するため、薄膜メタライゼーションのような材料で最初に処理される必要がある。
【００９０】
上述の及び図１８〜図２０に示したメタライゼーション層８８は、また、基板１２をリング１８に、ろう着するのに使用される。例えば、図３３は、基板１４の表面端上に置かれたサブ層１０２，１０４，１０８，１１０を含むアニーリング後のメタライゼーション層８８を示す。図３３に示すように、基板１４のメタライゼーション層８８は、周辺の外部表面１４６上に置かれる。この場合、基板１４だけが、その上に堆積されたメタライゼーション層８８を有する。そして、リング１８は、その固有の金属的な構成のため、メタライゼーションが必要とされない。しかし、ろう着処理を改善するため、及び／又は耐腐食性を改善するため、ニッケルの薄い層（すなわち、１０ミクロン）が、リング１８のろう着（内部）表面上に堆積される。
【００９１】
周辺の外部表面１４６上にメタライゼーション層８８を堆積するために（すなわち、図１８の第１の層１０２、第２の層１０４及び第３の層１０６）、円筒型マグネトロンプラズマスパッタ堆積システムが利用される。このようなスパッタシステムにおいて、基板１４が、円筒型マグネトロンのスパッタチャンバ内部の回転取り付け具上に置かれる。円筒型マグネトロンは、第１の層１０２、第２の層１０４及び第３の層１０８を基板の外部表面１４６上に、通常の外部表面１４６方向に、連続的に堆積する。このようにして、円筒型マグネトロンは、通常曲面のスパッタリングフラックス（流れ）を提供する（すなわち、堆積中の金属原子の流れの方向が通常外部表面１４６へ放射状に内部方向に）。注目すべきは、円筒型スパッタリングは、容易であり、かつ効果的であるが、同じ結果を得るために、特定の取り付け具及び道具が、従来の堆積システム内で使用されるかもしれない。したがって、円筒型スパッタリング以外のシステムが使用されるかもしれない。
【００９２】
第１の層１０２、第２の層１０４及び第３の層１０６が、図１８〜図２０の上述の材料で作られ、そして上述の方法で堆積される。しかし、一実施形態において、外部表面１４６上のアニーリング前のメタライゼーション層８８は、約５００オングストロームの厚さを有するタンタル層１０２；約５０００オングストロームの厚さを有するシリコンの多い珪化タンタル層１０４；及び約３０００オングストロームの厚さを有するプラチナ層１０６を含む。図１９及び図３３に示すように、堆積の後、層１０２，１０４，１０６は、層１０８，１０２，１０４，１１０を提供するため、アニールされる。しかし、下記の後に続く、ろう着処理が同じ反応をドライブするので、必要に応じて、アニーリングステップを省略してもよい。
【００９３】
図３３は、リング１８から離れた基板１４を示す。図３４は、リング１８の中に緩くフィットした基板１４を示す。ろう着処理を実行するために、延性のあるろう着材料、ろう着スラリー、ろう着合金又はろう着ペースト１５０が、基板１４の外部周辺及びリング１８及びメタライゼーション層８８の密接コンタクトに堆積される。したがって、ろう着材料１５０が、基板１４の外部直径及び／又はリング１８の内部直径に与えられる。ろう着材料、ろう着スラリー、ろう着合金又はろう着ペースト１５０の特別な種類は、基板１４及びリング１８の材料の種類に依存するが、金／ニッケルろう着材料のような高温耐性及び環境腐食耐性を有する高温ろう着材料１５０であってもよい。
【００９４】
ろう着材料１５０が、室温で堆積され、そして、ろう着材料１５０を溶かすように、上昇する温度に晒される（例えば、金／ニッケルろう着では約９８０℃）。溶けたろう着材料１５０は、キャピラリ動作により、基板１４及びリング１８の間の隙間に流し込まれる（図３５参照）。メタライゼーション層８８の露出領域を設けるために、及び基板１４とリング１８の間にろう着材料１５０を「注ぐ」ために、必要に応じて、基板１４の外部端が、面取りされる（図示せず）。そして、周知な標準的なろう着の方法で、ろう着材料１５０が冷やされて強い結合を形成するように、温度が下げられる。図３５は、図２２〜図３１で示した上述の処理におけるその後の接続のため、完成したろう着リング１８／基板１２アセンブリの上に置かれたセンサダイ１２を示す。
【００９５】
基板１４及びリング１８は、機械的に強い結合を形成するような寸法で形成される。特に、加熱において（すなわち、ろう着処理の間）、リング１８は、基板１４を比較的緩く受けるように膨張する（図３３及び図３４参照）。リング１８は金属であるので、リング１８は、基板１４と比較して、比較的大きな熱膨張係数を有する。冷却のとき、金属のリング１８は、基板１４の周りで収縮し、これによって、より強固な構造をもたらす放射状圧縮の状態に基板１４を置く。
【００９６】
（ピン取り付け）
上述のように、センサダイ１２は、複数のコンタクトを含む（図３に示した実施形態の３つのコンタクト５０，５２，６０）。外部のコントローラ、プロセッサ、増幅器等へのセンサダイ１２の出力を設けるため、ピン２２（その１つだけが図１に示されている）がコンタクト５０，５２，６０のそれぞれに電気接続されている。ピン２２は、粘り強い酸化膜を形成し、酸化の増殖により剥離しにくい酸化防止金属などの様々な材料で作られる。例えば、ピン２２は、導電性、熱膨張係数などの必要な特性に応じて、ニッケル、ステンレススティール、ココモ、インディアナ、Ｈａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社が販売するＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）合金、又はウイルミントン、デレウエアのＣＲＳホールディングス社が販売するＫＯＶＡＲ（登録商標）合金などで作られる。ピン２２は、また、管又は他の金属部材の構成をとる。
【００９７】
ピン２２は、ピン２２が、センサダイ１２上の関連するコンタクト５０，５２，６０と位置合わせされるように、基板１４に適当に置かれる。以下の取り付け処理は、ピン２２及び関連する取り付け構造が苛酷な環境に耐えることができるような方法で、基板１４の中にピン２２を正確に取り付けるのに利用される。
【００９８】
ピン２２を取り付ける処理を示す図３６〜図３８以下は、たった１つだけのピン２２を示しているが、当然のことながら、必要な数のピン２２が、この方法で取り付けられてもよい。図３６は、第１の表面１５４から第２の表面１５６へ伸び、取り付け表面１６０を画定する開口１５８を備えた一対の対向表面１５４，１５６を有する基板１４を示す。基板１４は、約０．６０及び約０．００６インチの間の様々な厚さを有し、一実施形態では、約０．０６０インチの厚さである。
【００９９】
図３７（ａ）〜（ｅ）に示すように、一実施形態では、開口１５８は、階段状ボア開口の形式をとる（図３７（ａ））。階段状ボア開口１５８は、超音波ドリル又は他の可能な方法によって形成される。基板１４にピン２２をろう着するため、活性金属ろう着１６２が、基板１４上に、開口１５８に隣接して又はその中に堆積される（図３７（ｂ））。そして、活性ろう着１６２が液体状態で下の方へ流れていき、開口１５８の側壁１６０を覆い、小さい径を満たすように、活性ろう着１６２が、真空中でリフローされる。活性ろう着１６２が下方へ流れるにしたがい、基板１４と化学的に反応し、基板１４の次の濡れを可能にする。このようにして、活性金属ろう着１６２は、側壁１６０を覆い、上述のろう着合金１５０と同様な従来のろう着合金による次のろう着のために、基板を準備する。
【０１００】
図３７（ｃ）に示すように、活性金属ろう着１６２は、開口１５８の小さい径の部分を満たして埋め込まれる。研磨、ラッピング又は他の終了方法の後、基板１４と共通な平面を持つ、平らな、邪魔されない金属コンタクトが提供されるように、活性金属ろう着材料１６２によって形成されたプラグは、基板１４のサイド１５６上に連続的な金属を提供する。したがって、階段状ボア開口１５８及び材料の小径、及び活性金属ろう着１６２の量は、活性金属ろう着１６２が開口１５８の小径部分に埋め込まれるように選択されるべきである。
【０１０１】
次に、図３７（ｄ）に示すように、ピン２２が活性ろう着材料１６２の底に達するまで、ピン２２が、開口１５８の大径部分の中に挿入される。そして、第２のろう着材料１６４がピン２２を取り囲み、活性ろう着材料１６２／基板１４にピン２２を固着／ろう着するように、開口１５８の大径部分の残った領域の中に、第２のろう着材料１６４が挿入される。そして、図３７（ｅ）に示すように、センサダイ１２の後のボンディングのために充分な平坦さを有するまで、研磨及びポリッシング等によって、基板１４の対向表面が平坦化される。一実施形態では、基板アセンブリ１４及び付随するメタライゼーションは、１ミクロン以内、又はより具体的には０．５ミクロンに平坦化される。平坦化は、メタライゼーション膜８８及びボンディング膜９０が、それらの上に配置され、基板１４がセンサダイ１２に取り付けられることを確実にする。したがって、図３７(ａ)〜図３７（ｅ）に示す複数のろう着、又は「ステップろう着」処理は、活性ろう着１６２がプレ・メタライゼーションとして機能し、第２のろう着材料１６４が接合を生成して、ピン２２と基板１４を接続するのに利用される。
【０１０２】
ろう着材料１６２，１６４は、対象の基板１４にピン２２をろう着するのに利用することができる様々なろう着金属のいずれかであってもよい。一実施形態において、活性ろう着１６２は、チタン／銅、チタン／ニッケル、チタン／金、チタン／ニッケル／金などのチタン活性ろう着である。第２のろう着材料１６４は、比較的高温（すなわち、６００−７００℃まで）に耐えることができ、腐食耐性を提供する、金／ニッケル、又は銅／ニッケルの共晶比率を有する銅／ニッケルなどの標準的なろう着、又は高温ろう着材料である。
【０１０３】
図３７（ｆ）に示すように、ピン２２が所定の位置にろう着され、表面が平坦化された後、メタライゼーション膜８８／ボンディング材料９０が一般に、活性ろう着材料１６２と位置合わせされるように、又は電気的に接続されるように、メタライゼーション膜８８及びボンディング材料９０が、基板１４上に堆積される。このようにして、堆積されたメタライゼーション膜８８／ボンディング材料９０は、ろう着材料１６２，１６４を介してピン２２に電気接続される。そして、導電体ピン２２及びコンタクト５０，５２，６０の間の電気接続を完結するために、上述して図２２〜図３１に示したように、基板のボンディング材料９０は、センサダイ１２に結合される（図３７（ｇ））。このようにして、メタライゼーション膜８８／ボンディング材料９０は、センサダイ１２及び基板１４に機械的に接続されるばかりでなく、センサダイ１２及びピン２２にも電気的に接続される。
【０１０４】
図３８（ａ）〜（ｆ）は、ピン２２を基板１４にろう着する代替の方法を示す。より具体的には、この実施形態では、基板は、真っすぐな壁の開口１５８（図３８（ａ））又はわずかに傾斜のある開口１５８（図３８（ｂ））のような、ステップのないボア開口を含む。図３８（ａ）又は（ｂ）の開口１５８は、超音波、ウオータージェット、レーザ、電気放電切除、又はその他によって孔が開けられ、ピン２２の直径に適合する（すなわち、わずかに大きい）直径を有する。例えば、ピン２２／開口１５８は、約０．０２０インチ、又は約０．０３０インチ、又はより大きい開口を有する。ウオータージェットの使用は、それほど高価ではないが、図３８（ｂ）にしめすように、結果としてわずかに傾斜を有する開口が得られる。しかし、傾斜がわずかである限り（すなわち、約０．０６０インチ、又は０．１２５インチまで、又はそれ以上の厚さを有する基板１２の厚さにわたって数千インチより少ない）、傾斜は、悪影響はない。
【０１０５】
２ステップで形成されなければならず、より正確さが必要な図３７（ａ）の階段状の開口１５８と対照的に、図３８（ａ）及び図３８（ｂ）の開口１５８は、それぞれ１つのステップで形成される。さらに、階段状ボアの形成は、図３８の開口で使用されるウオータージェット穴あけよりも高価な超音波穴あけなどの使用が必要とされる。
【０１０６】
図３８（ａ）又は図３８（ｂ）のどちらかの開口１５８が形成されると、図３８（ｃ）及び図３８（ｄ）で示したように、上述と概ね同じ方法で、活性金属ろう着１６２が加えられてリフローされる。開口１５８が傾斜を有する場合（図３８（ｂ））、活性ろう着１６２が下方へ流れるにつれて、側壁１６０を覆うことを確実にしつつ薄くなるように、活性金属ろう着１６２が、開口１５８のより大きな径の端（すなわち、図３８（ｂ）の上端）に加えられる。
【０１０７】
活性ろう着１６２が堆積され（図３８（ｃ））リフローされる（図３８（ｄ））と、開口１５８の中にピン２２が挿入され、第２のろう着１６４が加えられる（図３８（ｅ））。図３８（ｃ）に示すように、必要に応じて、充分な深さまでそれが挿入されるように、ピン２２は基板１４を完全に貫通する。次に、基板の一方又は他方の側１５４，１５６が平坦化される（すなわち、研磨又はポリッシングによって（図３８（ｆ））。上述のように、メタライゼーション膜８８及びボンディング材料９０が堆積され、ボンディング処理が実行される。
【０１０８】
第３の代替として、図３８（ｇ）に示すように、ろう着材料１６２／１６４で形成された固体金属プラグが孔１５８の中に形成される。この場合、ピン２２は、様々な他の方法によって固着又は取り付けるために突合せ溶接される。この単純な金属充填方法はまた、必要に応じてピン２２の代わりに、ワイヤボンド又は他の電気接続に利用される。
【０１０９】
第４の代替として、孔１５８は、産業界でよく知られた方法の導電性のコファイアド（Cofired）メタライゼーションで満たされるが、結果として図３８（ｇ）と同じ外観となる。ピン２２は、ろう着又は他のよく知られた手段で、コファイアド（Cofired）メタライゼーションに取り付けられる。
【０１１０】
（組み立て）
図１及び図６に示した構成を組み立てるために、一実施形態では、基板１４が設けられ、開口１５８が基板上に形成される。プレ・メタライゼーション層１６２（すぐ上で説明し、図３７及び図３８で示されている）が、開口１５８の上又は隣接して堆積され、メタライゼーション８８及びボンディング層９０が、基板１４の円周表面上に堆積される（「基板取り付け」と題名がつけられたセクションで説明し、図３３で示されている）。基板１４が、リング１８にろう着される（「基板取り付け」と題名がつけられたセクションで説明し、図３４及び図３５で示されている）。図３７及び３８で示すように、基板１４がリング１８にろう着される前、後、又は同時に、ピン２２が、ろう着材料１５８で基板１４にろう着される。
【０１１１】
「センサダイの取り付け」と題名がつけられたセクション、図３５で示されるように、センサダイ１２（「センサダイの製造」と題名がつけられたセクションで形成され、図３４及び図３５で示された）が、基板１４に取り付けられる。センサダイ１２及び基板１４が接続された後、ピン２２への電気的接続が完了し、結果物としてのアセンブリがベース２０及びリング１８内にパッケージングされる（図１および６）。
【０１１２】
図１の実施形態において、ベース２０は、それへの支持を提供するため基板１４の大部分の下に位置し、基板１４が比較的高圧に耐えることができることを確保するバッキング部１７０を含む。必要に応じて、バッキング部１７０及びピン２２の間の間隔１７１は、高温ポッティングコンパウンドで満たされる。さらに必要に応じて、バッキング部１７０は、金属リング内の間隔及び基板１４の低表面１５６に隣接する間隔を実質的に満たす高温ポッティングコンパウンドですべて交換される。対照的に、図６の実施形態では、基板１４は著しく小さくて表面領域がほとんどないので、ベース２０は、バッキング支持部を含まない。さらに、図６の実施形態では、メタルリング１８は、リング１８（及び基板１４）がベース２０に固定されるようにする比較的広い足１７２を含む。
【０１１３】
いずれにせよ、基板１４を囲むリング１８の部分は（放射状に）、温度変動の間に、基板１４およびリング１８の間の熱膨張係数のミスマッチに適応するためにリング１８がいくつかの整合性を有し柔軟であるように、比較的薄い厚さを有する。リング１８の湾曲はまた、ベース２０の熱膨張・収縮を許容する追加的な整合性を提供する。基板１４を受け入れるリング１８の部分の厚さは、基板１４上の残留応力によって決まり、基板１４及びベース２０の間に必要な応力隔離の量は、一実施形態では、約０．０１０インチ厚である。
【０１１４】
リング１８は、基板１４の熱膨張係数と可能な限り近く、整合するために比較的低い熱膨張係数を有するべきである。例えば、リング１８、及びパッケージングの他の材料は、所定の方向に、同じ方向の基板１４及び／又はセンサダイ１２の熱膨張係数の約５０％、又は約１００％、又は約１５０％以内の熱膨張係数を有する。リング１８の材料及び形状は、これに限定されるものではないが、次の要因に基づいて決まる；動作、スタートアップ及びクールダウンの間の関係する熱環境；ベース２０及び基板１４の熱膨張係数；振動限界；及び予測される最大値及び動作圧力及び圧力変動。ベース２０によって加えられた（また生成された）いかなる応力も基板１４に伝送されないように、リング１８は、センサダイ１２及び基板１４をベース２０から片持ち梁で分離する。
【０１１５】
一実施形態において、ベース２０及びリング１８は、それぞれ、良好な腐食耐性を示す広く制御された合金ウイルミントン、デルウエアのＣＲＳホールディングス社が販売するＴＨＥＲＭＯ−ＳＰＡＮ（登録商標）金属合金で作られる。しかし、必要に応じて、ベース２０及び／又はリング１８は、ステンレススティール、フランス、パリのＩｍｐｈｙの商標のＩＮＶＡＲ（登録商標）合金、ウエストバージニアのＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓ  ｏｆ  Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ社のＫＯＶＡＲ（登録商標）合金、ＮＩ−ＳＰＡＮ−Ｃ（登録商標）合金、又はこのシステムが動作する環境に適合する、比較的低い熱膨張係数及び腐食耐性を有する他の材料で作ることも可能である。リング１８は、ベース２０に溶接される（すなわち、図１及び６に示す溶接部１７６）。パッケージングの腐食耐性を阻害することがないように、溶接の間、注意すべきである。さらに、溶接ではなく、ベース２０の部材が、ねじ止めやボルト取り付けによって接続されてもよく、リング１８が、ねじ止めやボルト取り付けによってベース２０に接続されてもよい。
【０１１６】
（外部接続）
外部のコントローラ、プロセッサ、アンプまたは同様のものに電気的信号を伝えるために、ワイヤ２４（それの１つは図１と６に示されている）は接続位置のそれぞれのピン２２と結合される。電気的に絶縁しているおおいがあるＮｉＣｒやプラチナのように、さまざまな材料で各ワイヤ２４を作ることができる。それぞれのワイヤ２４の先が関連ピン２２の下側の端に巻きつけられて、ろう着アタッチメントによって、それに結合されるかもしれない。ワイヤアセンブリ１９０で柔軟性を許容するぶつ切りされた埋め金（すなわち、セントポール、ミネソタの３Ｍによって作られたＮＥＸＴＥＬ（登録商標）熱バリヤ、又は他の耐熱材料）のような、ワイヤ２４の反対端は熱伝導的及び電気的に絶縁された材料１８０を通り抜ける。別の実施形態において、熱伝導的および電気的に絶縁な材料１８０は、高温セラミックかガラス埋め込み用化合物である。
【０１１７】
図１の金属（ニッケルかステンレスなどの）導管１８２は、そこに位置したワイヤ２４にＥＭＩシールディングを提供するために、電気的及び／又は熱的絶縁材料１８０の周りに位置している。金属製導管１８２が、ろう着材料１８６によって、ベース２０の下側のポート１８４と結合される。各ワイヤ２４が単一の導管１８２を通り抜けるかもしれないか、または交互に、各ワイヤ２４はそれ自身の専用導管１８２を通り抜けるかもしれない。各ワイヤ２４は、電気的絶縁材でコーティングされて、絶縁材料１８０によって適所に保たれる。各導管１８２は、固定管の形を取るか、または編まれた金属線か同様のものなどの可撓性材料の形を取るかもしれない。導管１８２が可撓性材料であるとき、ろう着材料１８６が利用されないかもしれない。そして、ある他の許容できる取り付け手段が代わりに使用されるであろう。
【０１１８】
図３９と４０で示したアセンブリは、電気的にピン２２をワイヤ２４に接続するためのアセンブリを例証する。図３９に示されているように、多くのワイヤ２４（すなわち、示された実施形態では３つ）が、金属導管１９０の中に含まれている。各ワイヤ２４は熱的及び電気的絶縁シーティングで個別に覆われ、ワイヤ２４の端は、関連ピン２２への電気接続のために露出されている。外側のシース（覆い）１９２は、導管１９０上に摺動自在に位置し、導管１９０にかしめられた下側の端１９４から、ベース２０の下側と整合するように形成される比較的大きな口１９６へ、外側に広がっている。
【０１１９】
電気の接続を終了するために、それぞれのワイヤ２４の露出部分は関連ピン２２（それの１つだけが図３９に示されている）にろう着される。次に、シース１９２が、ベース２０と当接するまで導管２０に沿って上向きに滑り、溶接１９８などによってベースに固定される（図４０）。シース１９２が、ろう着２００等によって、反対端に、導管１９０に固定される。酸化を最小にするため、密閉する直前に、シース１９２の中のスペースに、不活性ガスが注入されるかもしれない。
【０１２０】
したがって、図３９と４０の組立法は、ピン２２とワイヤ２４との間に、高温能力を備えた、密閉された電気接続を提供する。また、アセンブリは、センサパッケージの総合的なサイズにおけるかなりの縮小を可能にする比較的コンパクトなパッキングを提供する。ワイヤ２４／導管１９０の反対端は、出力の電気接続（すなわち、プロセッサとの接続など）への保護を提供するために、その上に取り付けた第２のシース１９２（図示せず）を持っているかもしれない。
【０１２１】
必要に応じて、図３９と４０に示された付属方法はまた、エレクトロニクスモジュールに適用できる。  例えば、図４１に示されているように、金属シェル２０４の中でエレクトロニクスアセンブリ２０２を要約できる、それのどちらの終わりにも見つけられたさや１９６で。  このアレンジメントは密閉して同封の金属さやのアセンブリにおける、２個のアセンブリの電気の接続を可能にする。
【０１２２】
（使用の分野）
上で説明されるように、センサ１０とパッケージは高周波圧力変動を検出するためのマイクロフォンを形成するのに使用されるかもしれない。しかしながら、当然のことながら、ここに明らかにされたパッケージ構造が、加速、温度、放射または化学センサを含む（これに限定されないが）高温センサ（ダイナミックまたは他）とともに（または一部として）使用される。例えば、センサ１０とパッケージは、電気化学検出または振動検出のどちらかまたは両方に使用される環境下での検体の存在を検出する化学検出器を形成するのに使用されるかもしれない。氷、汚染物質、化学物質、材料の堆積、微生物、流体の濃度などの存在を検出するために、さまざまな方法で、共鳴している変化を測定するコンポーネントとして、順番に、そのような振動センサを使用できる。
【０１２３】
また、ピエゾ抵抗、または容量性検出素子、測温体、または同様のものを利用するセンサなどのように、変換器とパッケージは、一部か他のさまざまなタイプのセンサの一部として使用されるかもしれない。また、ここで示した構造は、例えば機械的入力（すなわち、加速か振動）を測定するのに使用できる受動的構造として、または、エネルギ収穫（すなわち、バッテリーを充電するための電荷か同様のものに振動を変換する）に使用されるかもしれない。ここに説明されたアクチュエータパッケージの熱的保護及び隔離機能は、さまざまな応用と環境で使用するのに役立ち、さまざまな変換器と共に使用できる。
【０１２４】
（ピエゾ抵抗の変換器−第１実施形態）
また、本発明は、様々なピエゾ抵抗の変換器の形を取るかもしれない。その実施形態は以下でさらに詳細に説明される。図４２で示したベストのように、第１実施形態では、本発明のピエゾ抵抗の変換器は、概して２１０で示された圧力センサの形をとる。センサ２１０は、ベースウエハ２１４、キャップまたはキャップウエハ２１６及びベースウエハ２１４とキャッピングウエハ２１７の間に置かれたデバイスウェハ２１８を含むウエハスタック又はセンサダイ２１２（また、ここでは基板と呼ばれる）を含む。ウエハスタック２１２は、ペデスタル、ヘッダープレート、ベース又はヘッダー２１９、及びフレーム、カバー、パッケージベース、圧力ケース、フィッティングと結合され、また、２２０は、フレーム２２０とヘッダープレート２１９がウエハスタック２１２をそこに入れるようにヘッダープレート２１９と結合される。フレーム２２０の下位部はしばしば圧力容器と呼ばれ、そして、フレーム２２０の上部はしばしば真空容器と呼ばれる。
【０１２５】
ヘッダープレート２１９は、そこに圧力ポート２２２と結合された導管２２４で形成された圧力ポート２２２を含んでいる。圧力ポート２２２と導管２２４は、対象の流体が、デバイスウエハ２１８のダイヤフラム２２６上（ウエハスタック２１２の第１の表面の上）に圧力をかけることを可能にする。キャッピングウエハ２１６は、ダイヤフラム２２６の反対の表面に対する参照圧力（または、真空）を供給するためにダイヤフラム２２６（第２の、ウエハスタック２１２の表面の反対側）の反対側を密閉する。ダイヤフラム２２６を横切る差圧は、ダイヤフラム２２６の撓みを起こし、その撓みは、その上に置かれた感知コンポーネント２３０によって検出される。感知コンポーネント２３０の出力は、１セットのピン２３４と電気的に結合される１セットの出力コンタクト２３２を通して、外部のプロセッサ、コントローラ、アンプまたは同様のものに伝えられる。ピン２３４は、それにより、感知コンポーネント２３０に関する出力信号を、プロセッサ、コントローラ、アンプ、または同様のものに伝えるために、ヘッダープレート２１９を通って伸びている。
【０１２６】
図４３に示されているように、感知コンポーネント２３０は、ホイートストン・ブリッジ構成で一緒に接続された１セットの抵抗２４０を含むかもしれない。抵抗２４０はお互いと、そして、出力コンタクト２３２のセットと、１セットのリード２４２で結合される。抵抗２４０は、ダイヤフラム２２６上に置かれ、ダイヤフラム２２６が特定の方向に撓むとき、２つの抵抗体２４０が、主として機械的なテンションを受ける、そして、ダイヤフラム２２６がその特定の方向に撓むとき、他の２つの抵抗２４０が、主として機械的な圧縮を受ける。したがって、２組の抵抗体はお互いに、ダイヤフラム２２６の偏向に対応して反対の抵抗変化を示す。そして、抵抗変化はホイートストン・ブリッジの周知の方法で増幅される。２組の抵抗体は、ダイヤフラム２２６上のそれらの位置のため、または、それらの方向に依存する抵抗特性のオリエンテーションのため、反対の抵抗変化を示すかもしれない。
【０１２７】
抵抗体２４０は、ｐドーピング又はｎドーピングされた単結晶シリコンなどのドーピングされたシリコンで作られているかもしれない。抵抗２４０がｐドーピングされたシリコンで作られるとき、図４３および４４に示されている構成が利用されるかもしれない。抵抗２４０がｎドーピングされたシリコンで形成されるとき、図４５に示された構成が利用されるかもしれない。その際、ｐドーピングされたシリコンと比べて、抵抗２４０は、ｎドーピングされたシリコンの異なった方向感受性のため、図４４のそれらの位置から約４５度回転される。図４５の抵抗２４０が４５度回転されるので、図４５の抵抗２４０はフォトリソグラフィを使用するとき、形成するのが、より難しいかもしれない。さらに、通常、ｐタイプ抵抗体は、ｎタイプの抵抗体より温度依存性が少ないので、ｐタイプ抵抗体が利用されることが望まれる。必要に応じて、出力コンタクト２３２およびリード２４２又はそれらの部分は、抵抗２４０と同じ材料で形成されるかもしれない（すなわち、ドーピングされたシリコン）。
【０１２８】
温度感知抵抗などの温度センサ２３１は、リードを介して、温度センサ２３１の反対側に接続された１対の出力コンタクト２３２を有するデバイスウエハ２１８上に配置されるかもしれない。温度センサ２３１は、感知コンポーネント２３０の出力を分析するとき、温度補償のテクニックを使用することを、コントローラ、プロセッサアンプに許容する。
【０１２９】
図４２のウエハスタック２１２を形成するための１つのプロセスが、図４６−５６に示されていて、以下で説明されるが、当然のことながら、本発明の範囲から逸脱せずに、異なったステップがプロセスで使用されるかもしれず、または完全に異なったプロセスは使用されるかもしれない。したがって、ここで例証された製造ステップが、ウエハスタック２１２が製造される１つの方法であり、ここで説明されたそれぞれのステップの順序と詳細が異なるかもしれないし、または当該技術分野でよく知られている他のステップで、他のステップを使用し、代用するかもしれない。バッチ製造プロセスが利用されるが、説明の明確さのためのものであり、図４６−５６は、形成される単一のウエハスタック２１２だけを例証しる。
【０１３０】
また、注意すべき点は、一般に、図面の様々な層の陰影が図４６−５６の図面中とほかの場所で一貫した方法で一般に維持されるが、コンポーネントと多くの材料のため、材料か層のための陰影が様々な数字の間で異なるかもしれない。さらに、図４６−５６は、製造の間のウエハの断面図を表す。そして、あるコンポーネントの位置は、必ずしも正しい断面図に対応するというわけではない。
【０１３１】
図４６に示されているように、プロセスは、両面が磨かれた３インチか４インチ直径（より大きい）の半導体・オン・インシュレータ・ウエハ又はシリコン・オン・インシュレータのような半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ２４４から始まる。ＳＯＩウエハ２４４は、ベースまたはバルク層２４６とデバイス層２４８とを含み、その間に電気的絶縁層２５０が置かれている。一実施形態において、デバイス層２４８は、約０．３４ミクロンの厚みを持っている単結晶シリコンである。しかし、デバイス層２４８は、例えば、約０．０５ミクロン及び約１ミクロンの間、約１ミクロン未満、約１．５ミクロン未満、約０．５ミクロン未満、または約０．０５ミクロン以上のさまざまな厚さを有する。デバイス層２４８の厚さが結局、抵抗２４０の厚さを決定するので、デバイス層２４８の厚さは慎重に選択されるべきである（必要に応じて、デバイス層２４８の厚さは、後の処理ステップで減少することができる）。
【０１３２】
デバイス層２４８には、（１００）結晶配向性があるかもしれない。望んでいるなら、デバイス層２４８をピエゾ抵抗であることのその他の材料で作ることができるか、またはピエゾ抵抗にすることができる、ポリシリコンや炭素ケイ素のように。デバイス層２４８が単結晶半導体の材料（すなわち、シリコン）で作られているとき、ポリシリコンと対照的に、粒成長によって引き起こされたデバイス層２４８における欠陥と結晶粒界で隔離をドーピングするのは避けられる。
【０１３３】
デバイス層２４８が十分薄いときに（すなわち、約０．５ミクロン未満か、約１．５ミクロン未満、または約５ミクロン未満）、デバイス層を形成するための特定のテクニックは利用されるかもしれない。例えば、薄いデバイス層は、より厚くて、始めのウエハ（図示せず）からガスの微小気泡の副層を定義するために、より厚いウエハの表面にイオンを打ち込むことによって、形成されるかもしれない。そして、より厚いウエハは、薄いデバイス層２４８を提供するために微小気泡の線に沿って切り離される。次に、層は、ＳＯＩウエハ２４４を形成するために絶縁層２５０に堆積される。そのようなプロセスは、米国特許番号５，３７４，５６４、Ｂｒｕｅｌに概説されている。その全体の内容は、ここに、これにより組み込んでいる。また、フランス、Ｂｅｒｎｉｎの「Ｓ．Ｏ．Ｉ．  ＴＥＣ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｓ．Ａ」によって提供される商標「ＳＭＡＲＴ  ＣＵＴ（登録商標）」の下でそのようなプロセスが提供される。したがって、デバイス層２４８は、より厚いウエハのヒドロニウムイオン離層によって形成されるか、または提供されるかもしれない。ウエハ２４４を形成するこの方法は一定の厚みを持っているデバイス層２４８を提供する。厚みは製品収量を増加させる。ウエハを形成するこの方法は、また、素晴らしいドーピングの一様性を提供して、例えば、ポリシリコンと比べて、高温耐熱性を改良したシリコンの使用を許す。
【０１３４】
デバイス層２４８として上に記載されたシリコンやその他の材料のような、さまざまな材料で基層２４６を作ることができる。基層２４６は約１００ミクロンや約１，０００ミクロンなどの間、さまざまな厚みを持つことができる、そして、特に約５００ミクロン。基層２４６はウエハ２４４に構造支柱を供給できるくらいの厚さのものであるはずである。一実施形態では、基層２４６はそれの簡単なエッチングを許容する（１００）結晶配向性がある単結晶シリコンである。
【０１３５】
絶縁層２５０は、どんな種類の材料もあることができて、通常、二酸化珪素である。絶縁層２５０が主として行動する、停止を刻み込んで、また、ウエハ２４４に電気的遮蔽を供給する。また、絶縁層２５０は、センサ２１０がｐ−ｎ接合タイプデバイス（すなわち、基層２４６を通した現在の通過による）に関連している漏えい効果なしで非常に高い温度で機能するのを可能にする。絶縁層２５０は、約０．５ミクロンや約１．５ミクロンなどのさまざまな厚みを持っているかもしれなくて、通常厚さ約１ミクロンである。
【０１３６】
ウエハ２４４を提供した後に、その後のドーピングで支援するためにデバイス層２４８の上とウエハ２４４（図４７）の下部の上で２００オングストロームの厚さの熱酸化被膜などの熱酸化物２５２を堆積するか、または成長する。次に、デバイス層２４８はｐドーピングかｎドーピングのどちらかによってドーピングされる（図４７の矢印で図式的に示す）、ｐドーピングは、上に概説されているように、確実な利益を提供するかもしれないが。デバイス層２４８を最高水準の溶解度にドーピングするかもしれない、そして、さまざまな方法が、多量イオン注入やホウ素拡散などのように、ドーピングを行うかもしれない。一実施形態では、デバイス層２４８は、約１４および約３０オーム−ｃｍの間の事後ドーピング抵抗を持っているかもしれない。
【０１３７】
そして、ウエハ２４４は、ドーピングのプロセスを完了するためにアニールされる。一実施形態では、約１５分間、ウエハ２４４はＮ2の大気の中の約１０５０℃の温度でアニーリングされる。次に、図４８に示されているように、熱酸化被膜２５２を取り除き、そして、ウエハ２４４の両側に低圧の化学気相成長法（“ＬＰＣＶＤ”）又は適当な堆積処理で、窒化珪素などのマスク材料２５４を堆積する。窒化珪素２５４は、さまざまな厚みを持つことができて、一実施形態で厚さ約１５００オングストロームである。上側の層の窒化珪素２５４は、図４９に図式的に示されているように、次に、抵抗体２４０の希望の形で型に基づいて作られて（または、型に基づいて作られた形で、堆積される）、コンタクト２３２を出力して、リード２４２。そして、デバイス層２４８の露出部分を取り除きます。そして、図５０に示されているように、デバイス層２４８の残存部分を露出するために上側の層の窒化珪素２５４を取り除く。
【０１３８】
図５１に示されているように、次に、二酸化珪素２５８は、ウエハ２４４の上にコーティングされる、ＰＥＣＶＤなどのように。そして、二酸化珪素２５８の一部は、出力コンタクト２３２が終了できるように、下にある出力コンタクト２３２の部分を露出するため、取り除かれる（図５２）。その領域が位置を基板に提供するために基層２４６を露出する２３１を示した、二酸化珪素２５８と、また２５０が取り除かれる絶縁層の一部が基板コンタクト２６０（図４２と５３参照）。コンタクト２６０がウエハ２４４／センサの上に電圧強化を避けるために基層２４６への電流の接触を供給する下層は２１２で消滅し、その結果、雑音を減少させる。
【０１３９】
次に、金属化層は、基板コンタクト２６０を形成するか、または終了するために二酸化珪素２５８の始まりに堆積される、そして、出力コンタクト２３２。金属化層は、上で「金属化層」と題するセクションで説明された同じ金属化層８８であるかもしれない。したがって、一実施形態では、堆積される金属化層８８はタンタルの下層を含んでいる、タンタル窒化物の層がタンタル層に見つけられていて、最上層のプラチナがタンタル窒化物層に見つけられている状態で。リフト・オフ抵抗（“ＬＯＲ”）、またはシャドウ・マスキング・スパッタ・テクニックにより、金属化層８８はパターニングされる。
【０１４０】
金属化層８８は高い温度に耐えることができて、高い温度へのそのような露出の後にまだ溶接できる表面を備えます。ベースウエハ２１４であるときに、例えば、金属化層８８は高い温度にさらされるかもしれなくて、デバイスウエハ２１８とウエハ２１６にふたをするのは組み立てる、ウエハスタック２１２がヘッダープレート２１９と結合されるときに時結合される。しかしながら、金属化層８８の化粧で、それは、十分伝導のままで残っていて、粘着性の強さを保有して、そのような温度への露出後、センサ２１０の操作の間、高い温度にさらされているという場合に金属学的に安定したままで残っている。
【０１４１】
次に、図５４に示されているように、ウエハ２４４の下部の熱酸化物２５２は、抵抗体２４０の下に位置する基層２４６の一部を露出するためにパターニングされる。そして、基層２４６の露出部分は、ダイヤフラム（図５５）の下に位置するダイヤフラム２２６と空洞２６２を定義するために刻み込まれる。ＤＲＩＥはこのエッチングステップを行うことができて、ＫＯＨは他のさまざまなエッチング方法をいくらか刻み込む。そして、下部層のサーマル酸化物２５２を取り除く。
【０１４２】
ダイヤフラム２２６が、約０．２５ｍｍ2と約９ｍｍ2の間に、平面図で円形又は正方形などのさまざまな形を持っているか、一実施形態で表面積を持っている。ダイヤフラム２２６は約１ミクロンから約２００ミクロン、約２００ミクロン未満、約１ミクロン以上、約８ミクロン以上、約３０ミクロン以上、または約１５０ミクロン未満の厚さまでエッチングされるかもしれない。
【０１４３】
図５５Ａに示されている交互の実施形態では、ウエハ２４４は追加埋まっている酸化被膜２６４を含んでいる。埋まっている酸化被膜２６４が利用されるかもしれない、基層２４６のエッチングの間、停止を刻み込んで、ダイヤフラム２２６を形成しる。この様に、埋まっている酸化被膜２６４は、一貫したダイヤフラムに２２６の厚さを確実にするのを助ける。図５５Ａに示しませんが、必要に応じて、酸化被膜２６４によってダイヤフラム２２６に課された熱応力を減少させるために酸化被膜２６４の露出部分を取り除くかもしれない。
【０１４４】
そして、デバイスウエハ２１８を形成した後に、（図５６）をベースウエハ２１４に提供する。ベースウエハ２１４は穴２６５を形成するためにエッチングされたＫＯＨである８００の厚さミクロンのシリコン・ウエハであるかもしれない。キャッピングウエハ２１６は、また、提供されて、空洞２６６を形成するためにエッチングされたＫＯＨかＤＲＩＥであるシリコン・ウエハであるかもしれない。そして、ウエハスタック２１２は、ベースウエハ２１４、デバイスウエハ２１８を結合して、ウエハ２１６に一緒にふたをすることによって、形成される。ウエハ２１４、２１６、２１８は、ガラスフリット付属層２２１（図５６）か他の許容できる接合方法を使用することで並べられて、連結される。ガラスフリット付属はよくテストされて、予測できる付属方法を提供する。また、プラズマの高められた溶融接着は、ウエハスタック２１２を接着するのに利用されるかもしれない。プラズマ・エンハンスト・ヒュージョン・ボンディングは、ウエハスタック２１２接着が最小３００℃の温度で形成されるのを可能にする。これは、エレクトロニクス／ピエゾ抵抗の材料への損害を減らす。
【０１４５】
ウエハスタック２１２がいったん形成されると、スタック２１２は、約７５０のボンディング温度で形成されたＩｎＣｕＡｇろう着材料２７０（図４２を参照する）などによって、ヘッダープレート２１９と結合される。ＩｎＣｕＡｇろう着材料、温度がろう着する他の高値を使用するよりむしろ、材料は利用されるかもしれない、４４０℃以上の発火温度、６００℃以上の発火温度がある絶縁性のガラスフリット、またはＩｎＣｕＡｇの合金ベースのろう着が共晶で７０５℃以上の液温を前もって形成する、他の共晶接合の材料（すなわち、金／ゲルマニウム共晶）、または伝導のガラス転送テープなどのように。また、６００℃から６５０℃の回復温度があるＡＬ１０１０２ガラスフリットは使用されるかもしれない。スタック２１２を基底に取り付ける材料は、５００℃で８００ｐｓｉｇ以上に耐えることができるかもしれない。
【０１４６】
取り付け材料２７０が下部ポリエチレンキャリヤー片を含む標準のサンドイッチタイプ構造のものであるかもしれなくて、使用されるガラス転送テープ、ガラス層はキャリヤーの頂上、ガラス層の上の有機的な接着剤層、およびリリース紙の最上層に配置される。したがって、ボンド２７０は、約６百℃と約６５０℃の間の回復温度で形成され、約４００℃、約５００℃、約５５０℃において安定した機械特性を持っている。
【０１４７】
上で述べたように、金属化層８８は、最大６００℃の温度がシリコンと安定した電気特性に粘着力が良く、最大少なくとも７２５℃か７５０℃の温度に耐えることができる。したがって、金属化層８８はウエハ２１４、２１６、２１８の付属を一緒に乗り切るはずであることができる、ウエハスタック２１２からヘッダープレート２１９の付属と同様に。
【０１４８】
しかしながら、いくつかの場合、ウエハスタック２１２は、ベースウエハ２１４とデバイスウエハ２１８、及び／又は、デバイスウエハ２１８及びキャッピングウエハ２１６を接合して、比較的高い温度接着工程で形成されるかもしれない。この場合、接着温度は、金属化層８８かウエハスタック２１２の上の他の敏感なコンポーネントが高温に耐えることができないほど十分高い。すなわち、この場合、ウエハスタック２１２が部分的または完全に形成された後に、金属化層８８が堆積されるかもしれない（ベースウエハ２１４とデバイスウエハ２１８、および／または、デバイスウエハ２１８とキャッピングウエハ２１６が結合された後）。
【０１４９】
上に述べられて、図４２に示されているように、センサ２１０は、多くのピン２３４を含んでいる、ワイヤ２７２によって出力コンタクト２３２と結合される、センサ２１０の出力を伝える各ピン２３４で。ワイヤ２７２は、プラチナで作られていて、約２５？約７５ミクロンの直径を持っているかもしれない。それのもう一方の端のときに関連出力に片端のプラチナのピン２３４、または、接着された（すなわち、このアプリケーションの目的のための「ワイヤボンディング」であるとともに考えられている）コンタクト２３２を溶接する、またはくさびで留めても、各ワイヤ２７２はスポットであるかもしれない。ウェッジ・ボンディングは、よく知られているプロセスであり、溶接されるためにワイヤ２７２を表面に押して、結合を完成するために超音波エネルギを付けるのを包括する。
【０１５０】
プラチナコーティングされたＫＯＶＡＲ（登録商標）合金又は固体のプラチナなどのさまざまな材料でピン２３４を作ることができる。ピン２３４が固体のプラチナであるときに、メッキされたプラチナの代わりにニッケルのどんな拡散も排除される。（ニッケルはワイヤ２７２とピン２３４の間のジョイントで妥協できる）。ワイヤ２７２がプラチナであるときに、さらに、伝統的な金の材料の代わりに、プラチナから白金線への結合を利用できる（金属化８８の最高表面が最上層１１０のプラチナの珪化物の勾配のため主としてプラチナであるかもしれないので）。ワイヤ２７２が金で作られるつもりであったなら、金は、もろくなって、高温で失敗するように移動して、２７２／出力コンタクト２３２をワイヤに引き起こす金シリコン共晶を形成するかもしれない。したがって、プラチナから白金線への結合で、接続はプラチナが高温と腐食性の環境に耐える天与の才能を利用できる。
【０１５１】
多くのピン２３４が、ヘッダープレート２１９に取り付けられて、それを通して広がって、適所でセラミックの、そして、セラミックガラス又はガラスフリット材料２７６または他の許容材料によって持たれている。セラミック又はガラスフリット両面間接続端子２７６の使用はガラス両面間接続端子の材料と比べてより高い温度に耐えることができる材料を供給する。さらに、ガラスフリットかセラミックの両面間接続端子２７６がピンシールをガラスで覆うよりプラチナと互換性がある。
【０１５２】
ステンレスや、ＩＮＶＡＲ（登録商標）合金、ＫＯＶＡＲ（登録商標）合金、ＮＩ−ＳＰＡＮ−Ｃ（登録商標）合金、窒化アルミニウム、または熱膨張の比較的低い係数がある他の耐食性材料などのさまざまな材料で、ヘッダープレート２１９、フレーム２２０を作ることができる。ヘッダープレート２１９とフレーム２２０に一緒に溶接するか、またはネジ止めすることができる。
【０１５３】
図５７、ピエゾ抵抗センサ２１０のこの最初の実施形態の交互のバージョンに示されているように、図４２に示されていたヘッダープレート２１９は図５７の基底アセンブリ２８０に取り替えることができる。基底アセンブリ２８０はセラミック基板２８２を含むかもしれない。（基板１４のために上で説明された材料でそれを作ることができる）。下層２８２はリング２８４の中に仕掛けられた圧縮であるかもしれない、上で「基質付着」と題するセクションで説明された同じ方法で。１セットのピン２３４は下層と下層２８２を通して取り付けられるかもしれない。ピン２３４を取り付けるためのさまざまな方法が、利用されているが、上がるプロセスが上で「ピンの取り付け」と題するセクションで説明した一実施形態で利用されているかもしれない。導管２８６は、圧力を伝える流体をダイヤフラム２２６の下側に伝えるために下層と下層２８２を通して取り付けられるかもしれない。下層とピン２３４と同じ方法による下層２８２に導管２８２を取り付けることができる、そして、上側の端は、平坦化されて平らに磨かれ、センサダイ２１２が取り付けられることを可能にする。センサダイ２１２は、例えば、ガラスフリット、金ゲルマニウム（または、他の材料）遷移液体相ボンドによって、基底アセンブリ２８０に取り付けられる。
【０１５４】
図５７に示された基底アセンブリ２８０が設けられると、図４２のワイヤ２７２をピン２３４に取り付けることができて、同じくらいのフレーム２２０と基底アセンブリ２８０を結合できるかどうかということであるか基底／ヘッダーとしての同様の方法は２１９の図４２にメッキする。基底アセンブリ２８０は、セラミック基板２８２の使用のためより高い温度を収容できるかもしれなくて、製造しているのは、より簡単であるかもしれない。
【０１５５】
上で述べたように、感知コンポーネント２３０は、示された実施形態では、ピエゾ抵抗の材料を作られているか、または含んでいる。しかしながら、感知コンポーネント２３０は、ピエゾ抵抗の材料で作られているよりむしろ、圧電性物質を作られているか、または含むかもしれない、上（すなわち、図８−１７と付随の記述で）で詳細に説明されたセンサ１０への動圧センサをもたらす同じであるか同様の方法で。そして、さらに、実施形態におけるピエゾ抵抗の材料が以下で説明した（「ピエゾ抵抗変換器−第２実施形態」及び「ピエゾ抵抗変換器−第３実施形態」）、また、圧電振動子をもたらすために圧電性物質に取り替えるかもしれない。しかしながら、これらのセクションで説明されたセンサ／変換器は、圧電性のセンサ／変換器よりむしろピエゾ抵抗センサ／変換器としてユーティリティを増加させたかもしれない、そして、その結果、見出しはそれらの変換器を「圧電」よりむしろ「ピエゾ抵抗」と呼ぶ。
【０１５６】
（ピエゾ抵抗変換器−第２実施形態）
ピエゾ抵抗変換器２９２の第２実施形態が、図５８−６０に示されている。この実施形態では、図に６０、センサダイが示されているように、２９０は、ヘッダープレート２１９の反対側にピン２３４に比例して取り付けられて、図４２の実施形態にたとえられる。  図４２の実施形態、２２６はセンサを引くために傾向があるダイヤフラムに加えられた圧力では、センサダイ２１２遠くでヘッダープレート２１９。対照的に、２９０は、図６０の実施形態、適用されて、ダイセンサという圧力では、圧縮における付属共同２７０を押して、その結果、圧力センサ２９２の破壊圧力を大いに増加させる。
【０１５７】
図５８−６０には一般に同じ構造があるかもしれないので２９０の実施形態でセンサダイ、同じ方法で形成される、センサダイは図４２−５６で２１２の実施形態。しかしながら、センサダイは２９０個の図５８−６０は、ベースウエハ２１４を含まないかもしれない。さらに、キャッピングウエハ２１６は、それを通して、出力コンタクト２３２へのアクセスを提供するために、図５８と５９で見ることができるように、一般に、デバイスウエハ２１８を覆っていて、１組のスロット２９４を形成するかもしれない。また、各ワイヤ２７２は出力コンタクト２３２にアクセスするためにヘッダープレート２１９で形成された始まり３０９を通り抜ける。
【０１５８】
図６０に関して、真空／不活性ガスか参照圧力がキャッピングウエハ２１６とダイエハース２１８の間の空洞２６６で封をされるかもしれない。添加、または交互に、真空、不活性ガスまたは参照圧力がキャッピングウエハ２１６とヘッダープレート２１９の間に位置する空洞３００で封をされるかもしれない。この場合、キャッピングウエハ２１６は、２つの空洞２６６、３００が通信するようにそこに（図示せず）形成された始まりを含むかもしれない。添加、またはさらに交互に、真空、不活性ガスまたは参照圧力がフレーム２２０とヘッダープレート２１９の間に位置する空洞３０２に存在しているかもしれない、そして、この空洞３０２は他の２つの空洞３００、２６６で通信するかもしれない。
【０１５９】
図６０の実施形態では、ピン２３４はそれを通して部分的に広がるだけであるヘッダープレート２１９の穴に取り付けられる。ピン２３４のブラインド取り付けは、ヘッダープレート２１９とフレーム２２０によって定義された空洞３０２が、妥協しないのを確実にする。ピン２３４は図４２の実施形態のように物質的な２７６を通してガラスフリットかセラミックの給送によって取り付けられるかもしれない。図６０の実施形態、ポート２２４がセンサダイの下部の側面にあるという圧力では、２９０。そうすれば、センサ素子と電気の接続の汚染、及び／又は、酸化を防ぐために空洞２０６、３００、３０２の真空又は窒素環境で、すべての電気の接続は保護できる。
【０１６０】
各ピン２３４は、白金線３０８によって電気的に関連管状のフィードスルー３０６と結合されて、センサ２９２の出力を伝えます。それぞれの管状のフィードスルー３０６をカバー２２０の上側の端まで結合して、プラチナであるかもしれない。チューブ３０６は、ろう着か同様のものによってフレーム２２０の上側の端まで結合されるより大きいチューブかシェル３０９の中に位置決めされるかもしれない。シェル３０９はセラミック製品、ガラスフリット、または埋め込み用樹脂３１０で満たされる、そして、各チューブ３０６はろう着か同様のものによって物質的な３１０と結合される。
【０１６１】
各ワイヤ３０８はそのワイヤ３０８の上側の端の関連チューブ３０６と、そして、もう一方の端の関連ピン２３４にろう着をかぶせられるかもしれない。セラミックなどのプラグ物質的な３１２は、チューブ３０６を封鎖するために各チューブ３０６の中に挿入されるかもしれない。真空包装チューブ３１５は、空洞３０２、３００、及び／又は、２６６が絶対圧測定値を提供するために避難するのを許容するためにチューブ３０６に隣接して位置決めされるかもしれない。真空包装チューブは、外で周囲環境の封をするために封をされる。図１と６で示した圧電性のセンサと関連パッケージと共に他のさまざまなセンサと共に使用されるかもしれなくて、例えば、ワイヤ３０８の出口経路を提供するために管配置をパッケージしながら図６０に示されていた管配置３０６は使用できることに注意するべきである。
【０１６２】
上で説明されたＫＯＶＡＲ（登録商標）、ＡｌＮのように、または、他の高温抵抗力、耐食性材料があるさまざまな材料でヘッダープレート２１９を作ることができ、そして、材料が選択されるかもしれないので、熱膨張係数（「テック」）が比較的シリコンのものの近くにある。さらに、示された実施形態では、１対のストレスアイソレータリング３１４はヘッダープレート２１９のどちらの端にも位置している。ＫＯＶＡＲ（登録商標）、ステンレス、ヘッダープレート２１９と同様なその他の材料のようなさまざまな材料でストレスアイソレータリング３１４を作ることができる。それぞれのストレスアイソレータリング３１４は、ヘッダープレート２１９の先端か滑走面に溝に受け取られて、圧力ケース２２０に溶接されるかもしれない。それぞれのストレスアイソレータリング３１４には、それぞれのストレスアイソレータリング３１４をセンサパッケージ／アセンブリで熱ミスマッチを収容するために広げるか、または屈曲させるのを許容する比較的薄い肉厚（すなわち、約１０ミル）があるかもしれない。非常に腐食性の環境では、ヘッダープレート２１９及び／又はリング３１４のＫＯＶＡＲ（登録商標）材料を、ＴＨＥＲＭＯ−ＳＰＡＮ（登録商標）、他の制御拡大、高温の抵抗力がある材料に取り替えることができる。
【０１６３】
（ピエゾ抵抗変換器−第３実施形態）
本発明のセンサの第３実施形態が、図６１−６５に示されている。すなわち、この実施形態では、上で説明されたデバイスウエハ２１８と同じ又は同様である、デバイスウエハ３２０、が利用される。また、デバイスウエハ３２０は、図４６−５５に示されていたプロセスと付随の記述で形成される。図６１に示されているように、デバイスウエハ３２０は、機械的に電気的に隣接している基板３２２と結合される。デバイスウエハ３２０は逆さの構成で取り付けられる、高圧を収容するためにセンサ３２４の能力を改良するために上で説明された第２実施形態のように。参照圧力、真空または不活性ガスが基板３２２とフレーム２２０の間に置かれた空洞３２５、及び／又は、基板３２２とデバイスウエハ３２０の間の空洞３２６に位置するかもしれない。その上、必要に応じて、開口３１９は、空洞３２５、３２６が通信するのを許容するために基板３２２で形成されるかもしれない。
【０１６４】
図６２に示されているように、デバイスウエハ３２０は、デバイスウエハ３２０の向こう側に横に１組の隔壁３４２の広がりと同様にそれの周辺の周りで広がるフレーム３４０を含んでいる。フレーム３４０と隔壁３４２は物質的な８８と接着層９０が上で説明した金属化で作られているかもしれない。この意味で、フレーム３４０と隔壁３４２は図３に示されていたデバイスウエハのフレーム７０と隔壁７２と同じ材料で作られているかもしれない。
【０１６５】
図６３に示されているように、基板３２２は、一般に、図６２のデバイスウエハ３２０のフレーム３４０と隔壁３４２に合っている（大きさ形状で）フレーム３４４と隔壁３４６を含んでいる。また、接着層９０をその頂上に持つメタライゼーション層８８で、フレーム３４４と隔壁３４６を作ることができる。また、基板３２２は、デバイスウエハ３２０の出力コンタクト２３２と位置合わせするように構成される１セットのコンタクト３４８を含んでいる。この意味で、基板３２２は、上に説明されて、示されていた基板１４に類似している。
【０１６６】
デバイスウエハ３２０と基板３２２を接合して、それらは、それらのフレーム３４０、３４４、隔壁３４２、３４６、およびコンタクト２３２、３４８が並べられるように、図６４に示されているように、並べられる。次に、デバイスウエハ３２０と基板３２２がコンタクトに押し込まれるので、フレーム３４０、３４４、隔壁３４２、３４６、およびコンタクト３３２、３４８はお互いにつながる。上で「センサダイ取り付け」と題するセクションで説明される一時的な液相接着工程で接合されるか、または接着されて、デバイスウエハ３２０と基板３２２は次である。結果の構造は図６５に示されている。
【０１６７】
デバイスウエハ３２０と基板３２２が結合した後に、フレーム３１０、３４４と隔壁３４２、３４６は、コンタクト２３２、３７８の周りの密封された空洞を提供する。密封された空洞は、圧媒体が電気要素かコンポーネントを侵入して、汚染するか、またはむしばまないで、また、高圧から電気要素とコンポーネントを保護するのを保証するために圧力部分（すなわち、ダイヤフラム２２６）からデバイス（すなわち、コンタクト２３２）の電気部分を隔離する。
【０１６８】
基板３２２は、上で説明された基板１４と同じ材料で作られている一般にディスク形をしているセラミック製品であるかもしれない。基板３２２は、薄い壁で囲まれた金属リング１８（すなわち、上で「基板取り付け」と題するセクションで説明される同じ方法による）の中に組み込まれた圧縮であるかもしれない。リング１８は順番にリング１８と構造へのサポートと全体でセンサ３２４への保護を提供するフレーム２２０に取り付けられる。
【０１６９】
１セットのピン２３４は電気的に片端のデバイスウエハ３２０と、そして、それのもう一方の端の関連ワイヤ３０８と結合される。各ピン２３４は、上で「ピンの取り付け」と題したセクションで説明されるように、基板３２２と結合されるかもしれない。３０８が結合されるか、または広がる各ワイヤ、図６０に示されていた実施形態と同様のもう一方の端のチューブ３０６。図６１−６５での第３実施形態では、導体パッド２３２へのワイヤボンディングは排除される。その場所では、フリップ・チップのプロセス（より自動化されていて、制御されて予測できる）は、導体パッド２３２とピン２３４に電気の接続を終了するのに使用される。
【０１７０】
図６６は、図５８−６０のセンサと図６１−６５のセンサの間の「ハイブリッド」である別の実施形態を例証する。ダイ２９０はセンサと同様であるかもしれない。このセンサのセンサダイ、２９０の実施形態で、図５８−６０。ヘッダープレート２１９は、ＡｌＮや、ＫＯＶＡＲ（登録商標）、上で説明された高い温度抵抗力、耐食性材料などのさまざまな材料で作ることができる。出力コンタクト２３２は、（プラチナ）ワイヤ２７２によってピン２３４と結合される。ヘッダープレート２１９がリング１８の中に組み込まれた圧縮であり、ピン２３４は、適所で図６１に示されていたピン２３４と同様の状態で平坦化されて、ろう着をかぶせられる。この実施形態は、圧縮の利点が取り付けられているワイヤボンディングの予測できる技術、隔離しているヘッダープレート２１９を結合する。
【０１７１】
ピエゾ抵抗センサの第１の、第２の、第３の、及びハイブリッドの実施形態は、かなり頑丈であり、高圧、温度、および腐食性の環境に耐えることができる。特に、各実施形態は、６００ｐｓｉｇ、または８００ｐｓｉｇまでの圧力に耐えるように設計される。最初の実施形態は最大６００ｐｓｉｇの圧力と最大５００℃の温度に耐えることができる。第２、第３の、及びハイブリッドの実施形態は、最大４０００ｐｓｉｇの圧力と最大４５０℃又は最大５００℃の温度に耐えることができる。また、様々な実施形態のセンサは腐食性の環境に耐えることができる。例えば、燃焼ゾーンに隣接してセンサを使用するような、燃焼副産物への直接的な露出、長時間（すなわち、最大４０時間、最大４００時間、または最大４，０００時間）及び連続的な動作などである。
【０１７２】
また、必要に応じて、ここに明らかにされた様々なピエゾ抵抗、及び圧電性の圧力センサは、ピエゾ抵抗の、及び／又は、圧電性の感知素子に制限されない他の様々な圧力センサの形を取るかもしれない。この場合、パッケージ、金属化、接合、ピンの取り付け、およびここに明らかにされた他の特徴は、そのような圧力センサと共に利用されるかもしれない。さらに、ここに明らかにされた様々な特徴は、圧力と共にセンサを使用するために必ず制限するというわけではなくて、さまざまなセンサと変換器のいずれと共にも例えば上で説明された「使用の分野」と題するセクションで明らかにされるように、使用できる。
【０１７３】
詳細な説明で様々な実施形態を参照して本発明について説明したので、変更とそれの変化が本発明の範囲から逸脱せずに可能であることは、明らかであろう。
【図１】
2010504529.tif 000003
【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７Ａ】
2010504529.tif 000009
【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010504529.tif 000013
【図１１】
2010504529.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７ａ】
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【図３７ｂ】
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【図３７ｃ】
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【図３７ｄ】
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【図３７ｅ】
2010504529.tif 000044
【図３７ｆ】
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【図３７ｇ】
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【図３８ａ】
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【図３８ｂ】
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【図３８ｃ】
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【図３８ｄ】
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【図３８ｅ】
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【図３８ｆ】
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【図３８ｇ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５５Ａ】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月22日(2009.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
苛酷な環境下で使用する圧力センサであって、
基板と、
前記基板とセンサダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続されるセンサダイであって、充分な差圧にさらされたときに曲がるように構成された概ね柔軟なダイヤフラムを含む前記センサダイと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記ダイヤフラムの曲がりの電気信号を提供する、圧電性又はピエゾ抵抗性の感知素子と、
前記結合フレームによって、前記ダイヤフラムから流体的に分離された接続位置で、前記感知素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは材料で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ材料によって、前記感知素子に電気接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームは、前記結合フレーム、前記基板及び前記センサダイが、前記接続位置の周りに概ね密閉された空洞を形成するように、前記接続位置の周辺に置かれていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームの前記材料は、ボンディング温度で形成され、
形成後の前記結合フレームの前記材料は、前記ボンディング温度にさらされたときに溶けないことを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームの前記材料は、遷移液相共晶ボンディング処理で、５００℃未満のボンディング温度で形成され、
形成後の前記結合フレームの前記材料は、６００℃を超える温度にさらされたときに溶けないことを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記結合フレームの前記材料は、固溶合金を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項６】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は開口を含み、前記接続部材は開口を通って伸びており、前記開口で前記基板に直接接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項７】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記感知素子は、
前記ダイヤフラム上に置かれた圧電フィルムと、
前記圧電フィルム及び前記ダイヤフラム上に置かれた電極と、
一端が前記電極に電気接続され、他端が前記接続位置で前記接続部材に電気接続されたリードと、を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項８】
請求項７記載の圧力センサにおいて、
前記リードの少なくとも一部が、前記結合フレームと前記センサダイとの間に直接置かれていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記接続部材は、接続手段によって前記感知素子に電気接続され、
前記接続手段は、第１の温度で実行される遷移液相共晶ボンディング処理によって形成され、
前記接続手段は、前記第１の温度より高い第２の温度にさらされたときに溶けないことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１０】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記接続部材は、固溶合金によって前記接続位置で前記感知素子に電気的及び機械的に接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１１】
請求項１０記載の圧力センサにおいて、
メタライゼーション層が、前記固溶合金の両側に置かれ、前記固溶合金に隣接して置かれ、
少なくとも１つのメタライゼーション層は、
前記センサダイ又は基板の反応生成物である化合物から成る群から選択される接着層と、
タンタル、クロミウム、ジルコニウム及びハフニウムから成る群から選択される金属と、
珪化タンタル、炭化タンタル、窒化タンタル及び窒化タングステンから成る群から選択される化合物の第１の拡散阻止層と、
珪化プラチナの第２の拡散阻止層と、を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１２】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は、セラミック材料で作られ、金属リングの中に置かれ、
前記基板は、ろう着接合部によって前記リングにろう着され、
前記ろう着接合部は、メタライゼーション層を含み、
前記メタライゼーション層は、
前記基板の反応生成物である化合物から成る群から選択される接着層と、
タンタル、クロミウム、ジルコニウム及びハフニウムから成る群から選択される金属と、
珪化タンタル、炭化タンタル、窒化タンタル及び窒化タングステンから成る群から選択される化合物の第１の拡散阻止層と、
珪化プラチナの第２の拡散阻止層と、を含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１３】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は、セラミック材料で作られ、リングの中に置かれ、
前記基板は、前記リングの中で圧縮状態に維持されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１４】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記センサダイは、絶縁体層上に置かれたシリコンのデバイス層を有するシリコンオン絶縁体材料であり、
前記デバイス層は（１１１）シリコンであり、
前記感知素子は、前記デバイス層上にエピタキシャルに成長された圧電フィルムを含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１５】
請求項１４記載の圧力センサにおいて、
前記圧電フィルムは珪化アルミニウムであり、
前記ダイヤフラムはシリコンであり、約３ミクロンと約３００ミクロンとの間の厚さを有することを特徴とする圧力センサ。
【請求項１６】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記圧力センサは、６００℃の温度にさらされたとき、耐えることができ、動作を続けることができ、
前記圧力センサは、６００ｐｓｉｇの圧力にさらされたとき、耐えることができ、動作を続けることができるようなパッケージを含むことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１７】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが概ね流体静力学的に均衡するように、両側の概ね同じ静的圧力にさらされることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１８】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記基板は、一対の対向する側を含み、
前記センサダイ及び前記接続位置は、両方とも前記基板の同じ側に置かれていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１９】
苛酷な環境下で使用する圧力センサであって、
基板と、
前記基板とセンサダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続されるセンサダイであって、充分な差圧にさらされたときに曲がるように構成された概ね柔軟なダイヤフラムを含む前記センサダイと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記ダイヤフラムの曲がりの電気信号を提供する、圧電性又はピエゾ抵抗性の感知素子と、
前記感知素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは合金材料で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ材料によって、前記感知素子に電気接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２０】
変換器を形成する方法であって、
電気絶縁層によって分離された第１及び第２の半導体層を含む半導体オン絶縁体ウエハを提供する第１ステップと、
前記ウエハ上に圧電フィルム又はピエゾ抵抗フィルムを堆積又は成長する第２ステップと、
少なくとも１つの電極を形成するために、前記圧電フィルム又はピエゾ抵抗フィルム上に導電材料を堆積又は成長する第３ステップと、
前記電極上に置かれ、かつ前記電極に電気接続される電気接続部を含むボンディング層を堆積又は成長する第４ステップと、
ボンディング層を有するセラミック基板を提供する第５ステップであって、前記ボンディング層は、電気接続部を含み、前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と概ね整合する方法でパターニングされる前記第５ステップと、
前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と、前記基板の前記ボンディング層とを一緒に結合し、それにより、前記センサを形成するため、前記半導体オン絶縁体ウエハと前記基板とを機械的及び電気的に接続する第６ステップと、を有し、
前記半導体オン絶縁体ウエハ及び前記基板の前記ボンディング層の電気接続部は、前記ボンディング層により、周辺環境から流体的に分離されていることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、
前記第２ステップは、前記ウエハ上に前記圧電フィルムをエピタキシャルに成長することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０記載の方法において、
前記ウエハ及び前記基板の前記ボンディング層は、前記第６ステップの後、固溶合金を形成することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２０記載の方法において、
前記半導体オン絶縁体ウエハは、シリコンオン絶縁体ウエハであり、
前記方法は、さらに、約３ミクロンと約３００ミクロンとの間の厚さを有するシリコンダイヤフラムを形成するために、前記シリコンオン絶縁体ウエハの一部を除去する第７ステップを有し、
前記第２ステップは、前記ダイヤフラム上に、前記圧電又はピエゾ抵抗フィルムを堆積又は成長することを特徴とする方法。
【請求項２４】
苛酷な環境下で使用する変換器であって、
基板と、
前記基板と変換器ダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続される変換器ダイであって、測定される物理的特性に関する出力信号を提供し、または入力信号を受信して応答的に物理的出力を提供する変換器素子を含む前記変換器ダイと、
前記結合フレームによって前記変換器素子から流体的に分離された接続位置で、前記変換器素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは材料で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ材料によって、前記感知素子に電気接続され、
前記接続部材は、前記結合フレームから電気的に絶縁されていることを特徴とする変換器。
【請求項２５】
上層が、（１１１）結晶方位を有し、かつ概ね柔軟なダイヤフラムを形成する前記シリコンオン絶縁体ベースと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記上層にエピタキシャルに成長した圧電フィルムと、
前記圧電フィルム及び前記ダイヤフラム上に置かれた電極と、
前記圧電フィルムに電気接続された接続部材と、を有することを特徴とする変換器。
【請求項２６】
苛酷な環境下で使用する圧力センサであって、
基板と、
前記基板とセンサダイとの間に位置する結合フレームによって、前記基板に直接接続されるセンサダイであって、前記センサダイは、充分な差圧にさらされたときに曲がるように構成された概ね柔軟なダイヤフラムを含み、前記結合フレームは、前記ダイヤフラムの周りに概ね広がっている、前記センサダイと、
前記ダイヤフラム上に少なくとも部分的に置かれ、前記ダイヤフラムの曲がりの電気信号を提供する、圧電性又はピエゾ抵抗性の感知素子と、
接続位置で、前記感知素子に電気接続された接続部材と、を有し、
前記結合フレームは固溶合金で作られ、前記接続部材は、前記結合フレームと同じ固溶合金によって、前記感知素子に電気接続されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２７】
部材を接続する方法であって、
取り付け表面を有するセラミック部材を提供する第１ステップと、
金属部材を提供する第２ステップと、
前記取り付け表面上に活性ろう着材料を堆積する第３ステップと、
前記活性ろう着材料を備えた前記取り付け表面に隣接して前記金属部材を置く第４ステップと、
金属部材及び前記セラミック部材と接合するジョイントから、取り付けろう着材料が前記活性ろう着材料及び前記金属部材に接触するように、取り付けろう着材料を堆積する第５ステップと、
前記金属部材及び前記セラミック部材が概ね平らになるように、前記金属部材又は前記ジョイントを平坦化する第６ステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項２８】
セラミック基板を通り抜けて形成され、かつ第１の表面から第２の表面へ伸びる開口を備えた前記第１及び第２の対向する表面を有するセラミック基板と、
前記開口内に位置し、かつ前記基板に接続され、前記第１の表面から伸びる金属ピンと、を有し、
前記ピンは、活性ろう着材料及び取り付けろう着材料を含むろう着ジョイントによって前記基板に接続され、
前記基板の前記第２の表面は、約１ミクロン以下の数値的な平坦性を有することを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２８記載のシステムにおいて、
前記メタライゼーション層及びボンディング材料が前記ピンに電気接続されるように、前記基板は、前記基板又は前記ジョイント又は前記ピンの上に位置するメタライゼーション層及びボンディング材料を有し、
前記システムは、さらに、前記他の部材が前記ピンに電気接続されるように、前記メタライゼーション層及び前記ボンディング材料によって前記基板に接続された他の部材を有することを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２８記載のシステムにおいて、
前記ピンは管であることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
測定される物理的特性に関する出力信号を提供し、または入力信号を受信して応答的に物理的出力を提供する変換器素子を含む変換器ダイであって、前記変換器素子は、出力部材に電気接続されている前記変換器ダイと、
前記変換器ダイを保護又は支持するために前記変換器ダイの周辺又は隣接して置かれた金属ハウジングと、
前記変換器ダイを外部プロセッサ又はコントローラに電気接続する接続位置で、前記出力部材に電気接続された出力ワイヤであって、前記出力ワイヤは、導管の中に概ね置かれている前記出力ワイヤと、
前記接続位置を保護するため、前記導管及び前記ハウジングに接続された金属スリーブであって、前記スリーブは、前記スリーブが前記導管及び前記ハウジングに接続されていないとき、前記導管に摺動自在に接続されている金属スリーブと、を有することを特徴とする変換器システム。
【請求項３２】
変換器を形成する方法であって、
電気絶縁層によって分離された第１及び第２の半導体層を含む半導体オン絶縁体ウエハを提供する第１ステップと、
ピエゾ抵抗フィルムを形成するために、前記半導体オン絶縁体ウエハの上層をドーピングする第２ステップと、
少なくとも１つのピエゾ抵抗を形成するために、ピエゾ抵抗フィルムをエッチングする第３ステップと、
前記ピエゾ抵抗フィルム上に置かれ、かつ前記ピエゾ抵抗フィルムに電気接続される電気接続部を含むボンディング層を堆積又は成長する第４ステップと、
ボンディング層を有するセラミック基板を提供する第５ステップであって、前記ボンディング層は、電気接続部を含み、前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と概ね整合する方法でパターニングされる前記第５ステップと、
前記半導体オン絶縁体ウエハの前記ボンディング層と、前記基板の前記ボンディング層とを一緒に結合し、それにより、前記センサを形成するため、前記半導体オン絶縁体ウエハと前記基板とを機械的及び電気的に接続する第６ステップと、を有し、
前記半導体オン絶縁体ウエハ及び前記基板の前記ボンディング層の電気接続部は、前記ボンディング層により、周辺環境から流体的に分離されていることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2010504529.tif 000083
2010504529.tif 000084
2010504529.tif 000085