(57)【要約】  カテーテルダイ（１０）が提供され、このカテーテルダイは、キャビティ（２５）を規定するデバイス層（２０）を有し、ピエゾ抵抗圧力センサ（３５）がキャビティの近傍に動作可能に配置され、開口部を含む絶縁体（３０）がデバイス層の上面に配置され、ピエゾ抵抗圧力センサの一部がその開口部を通して露出している。カテーテルダイはさらに、デバイス層の下面に接合された絶縁層（４０）と、第１および第２のボンドパッド（５０、６０）とを有し、第１のボンドパッドは、開口部を介してピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続され、第２のボンドパッドは、絶縁層に搭載されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを規定するデバイス層であって、ピエゾ抵抗圧力センサが前記キャビティの近傍に動作可能に配置され、開口部を含む絶縁体が前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部が前記開口部を通して露出するように当該デバイス層の上面に配置されたデバイス層と、
前記デバイス層の下面に接合された絶縁層と、
第１および第２のボンドパッドとを有し、
前記第１のボンドパッドは、前記開口部を介して前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続され、前記第２のボンドパッドは、前記絶縁層に搭載されている、カテーテルダイ。
【請求項２】
請求項１において、
前記絶縁層は、前記キャビティと連通するベントチャンネルを規定するように形成されている、カテーテルダイ。
【請求項３】
請求項１において、
前記デバイス層の厚みが３９０μｍ程度以下である、カテーテルダイ。
【請求項４】
請求項１において、
前記絶縁層の厚みが３９０μｍ程度以下である、カテーテルダイ。
【請求項５】
請求項１において、
前記デバイス層はシリコンを含み、前記絶縁層はガラスを含む、カテーテルダイ。
【請求項６】
キャビティを規定するデバイス層であって、ピエゾ抵抗圧力センサが前記キャビティの近傍に動作可能に配置され、開口部を含む絶縁体が前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部が前記開口部を通して露出するように当該デバイス層の上面に配置されたデバイス層と、
前記デバイス層の下面に接合された絶縁層と、
前記開口部を介して前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続される第１のボンドパッドと、
前記絶縁層に搭載され、前記第１のボンドパッドと配線により電気的に接続された第２のボンドパッドと、
前記配線に対し所定の距離を開けた位置で前記第２のボンドパッドと電気的に接続された外部コネクタとを有するカテーテルダイ。
【請求項７】
請求項６において、
前記絶縁層は、前記キャビティと連通するベントチャンネルを規定するように形成されている、カテーテルダイ。
【請求項８】
請求項６において、
前記デバイス層の厚みが３９０μｍ程度以下である、カテーテルダイ。
【請求項９】
請求項６において、
前記絶縁層の厚みが３９０μｍ程度以下である、カテーテルダイ。
【請求項１０】
請求項６において、
前記第１のデバイス層は、ｎタイプおよびｐタイプの少なくともいずれか一方の半導体を含み、前記第２のデバイス層は、ｎタイプの半導体を含み、前記絶縁層はガラスを含む、カテーテルダイ。
【請求項１１】
請求項６において、
前記外部コネクタと前記配線との間の前記所定の距離が１ｍｍ以上である、カテーテルダイ。
【請求項１２】
上面および下面を含むデバイス層に、少なくとも前記上面から凹んだキャビティと、前記キャビティの近傍に動作可能に配置されたピエゾ抵抗圧力センサとを形成することと、
前記デバイス層に、前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部を露出させて、開口部を含む絶縁体を配置することと、
前記デバイス層の下面に絶縁層を接合することと、
第１のボンドパッドを前記開口部を介して前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続するとともに、前記絶縁層に第２のボンドパッドを搭載することとを有するカテーテルダイを製造する方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記キャビティを形成することは、湿式および乾式の少なくとも一方でエッチングすることを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記絶縁体を配置することは、不動態層を堆積することおよび不動態層を成長させることの少なくとも一方を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記ピエゾ抵抗圧力センサを形成することは、ドーパントの拡散およびドーパントの注入の少なくとも一方を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１２において、
湿式および乾式の少なくとも一方のエッチングにより前記開口部を規定することをさらに有する方法。
【請求項１７】
請求項１２において、
前記第１のボンドパッドを前記ピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続することは、堆積処理することを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１２において、
前記絶縁層に前記第２のボンドパッドを搭載することは、前記デバイス層の下面に前記絶縁層を接合することの前に行われ、さらに、
前記絶縁体に第１のスルーホールをエッチングすることと、
前記デバイス層に第２のスルーホールをエッチングすることとを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１２において、
個片化処理することをさらに有する方法。
【請求項２０】
請求項１２において、
前記絶縁層に、前記キャビティと連通したベントチャンネルを規定することをさらに有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、圧力検出用のカテーテルダイおよびカテーテルダイの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサは、通常、気体または液体の圧力を測定する。圧力は、流体の膨張を止めるために必要とされる力を示し、通常は、単位面積当たりの力の観点から表現される。圧力センサは、通常は、信号を、印加された圧力のある関数として生成するトランスジューサとして作動する。その信号は、電圧信号または電流であってよい。
【０００３】
圧力センサは基本的に２つに分類される。感圧（フォースコレクタ）タイプは、ダイアフラム、ピストン、ブルドン管、または蛇腹のようなフォースコレクタを一般的に使用し、ある面積に対して加えられた力または圧力による歪みや撓みを測定し、他のタイプとしては、密度などの他の特性を使用して、気体または液体の圧力を推定するものがある。ピエゾ抵抗圧力センサは、感圧型の圧力センサであり、クウォーツといった特定の材料による圧電効果を使用し、圧力によるセンシングメカニズムにおける歪みを測定する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様においてはカテーテルダイが提供され、このカテーテルダイは、キャビティを規定するデバイス層を有し、ピエゾ抵抗圧力センサがキャビティの近傍に動作可能に配置され、開口部を含む絶縁体が、ピエゾ抵抗圧力センサの一部が開口部を通して露出するようにデバイス層の上面に配置されている。カテーテルダイは、さらに、デバイス層の下面に接合された絶縁層と、第１および第２のボンドパッドとを有し、第１のボンドパッドは、開口部を介してピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続され、第２のボンドパッドは、絶縁層に搭載されている。
【０００５】
本発明の別の態様においてはカテーテルダイが提供され、このカテーテルダイは、キャビティを規定するデバイス層であって、ピエゾ抵抗圧力センサがキャビティの近傍に動作可能に配置され、開口部を含む絶縁体が、ピエゾ抵抗圧力センサの一部が開口部を通して露出するようにデバイス層の上面に配置されたデバイス層と、デバイス層の下面に接合された絶縁層と、開口部を介してピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続される第１のボンドパッドと、絶縁層に搭載され、第１のボンドパッドと配線により電気的に接続された第２のボンドパッドと、配線に対し所定の距離を開けた位置で第２のボンドパッドと電気的に接続された外部コネクタとを有する。
【０００６】
本発明のさらに別の態様においてはカテーテルダイを製造する方法が提供され、この方法は、上面および下面を含むデバイス層に、少なくとも上面から凹んだ（リセスされた）キャビティと、キャビティの近傍に動作可能に配置されたピエゾ抵抗圧力センサとを形成することと、デバイス層に、ピエゾ抵抗圧力センサの一部が露出するように、開口部を含む絶縁体を配置することと、デバイス層の下面に絶縁層を接合することと、第１のボンドパッドを開口部を介してピエゾ抵抗圧力センサの一部と電気的に接続するとともに、絶縁層に第２のボンドパッドを搭載することとを有する。
【０００７】
これら、および他の利点および特徴は、図面と併せて以下の記載からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明と見なされることは、本明細書の最後で特許請求の範囲として特定され明確に主張される。本発明の前述の、および他の特徴および利点は、以下に添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかである。
【図１】本発明の実施形態によるカテーテルダイの側面図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるカテーテルダイの側面図である。
【図３】ウエハの側面図である。
【図４】ウエハの側面図である。
【図５】図３のウエハに形成されたキャビティの側面図である。
【図６】図３および４のウエハのアセンブリの側面図である。
【図７】複数の層が除去された図６のアセンブリの側面図である。
【図８】絶縁体が形成された図６のアセンブリの側面図である。
【図９】キャビティの近傍に形成されたピエゾ抵抗圧力センサおよび相互接続部を含む図８のアセンブリの側面図である。
【図１０】図９のアセンブリの側面図であり、開口部が絶縁体に形成され、相互接続部の一部が露出している。
【図１１】開口部を介して相互接続部と電気的に接続されたボンドパッドの側面図である。
【図１２】図１１のアセンブリの側面図であり、スルーホールが形成されている。
【図１３】絶縁層を含む図１２のアセンブリの側面図である。
【図１４】個片化された図１３のアセンブリの側面図である。
【図１５】本発明の異なる実施形態による図１のカテーテルダイの側面図である。
【０００９】
詳細な説明では、図面を参照して実施例により、利点および特徴とともに、本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１において、カテーテルダイ１０が提供され、このカテーテルダイ（カテーテル用のダイ）１０は、第１のデバイス層２０と、第２のデバイス層３０と、絶縁層４０と、第１のボンドパッド５０と、第２のボンドパッド６０とを含む。第１のデバイス層２０は、上面２２および上面２２とは反対側の下面２３を含む本体２１を備えている。第１のデバイス層２０はまた、少なくとも上面２２から凹んだ（奥まった、リセスされた）キャビティ２５を内部に規定するように形成されている。
【００１１】
第２のデバイス層３０は、本体３１を備え、本体３１は上面３２および上面３２とは反対側の下面３３を含む。第２のデバイス層３０の下面３３は、第１のデバイス層２０の上面２２に接合されており、キャビティ２５を少なくとも上面２２でシールする。第２のデバイス層３０は、さらに、キャビティ２５の上に規定されたダイアフラム３４と、ダイアフラム３４およびキャビティ２５の近傍に動作可能に配置されたピエゾ抵抗圧力センサ３５と、絶縁体３６とを含む。絶縁体３６は、第２のデバイス層３０の上面３２に配置され、その内部に形成された開口部３７を含み、開口部３７はピエゾ抵抗圧力センサ３５の一部３５１を露出させる。
【００１２】
絶縁層４０は、上面４２および上面４２とは反対側の下面４３を含む本体４１を備えている。絶縁層４０の上面４２は、第１のデバイス層２０の下面２３に接合され、カテーテルダイ１０を支持し、安定させ、さらに強度を確保している。第１のボンドパッド（接合パッド、接着パッド）５０は、電気的に導電性材料で形成され、開口部３７を通して露出したピエゾ抵抗圧力センサ３５の一部３５１に電気的に接続されている。第２のボンドパッド６０も同様に電気的に導電性材料で形成され、絶縁層４０の上に配置されている。図１５を参照して以下で説明するように、第１のボンドパッド５０および第２のボンドパッド６０はワイヤボンドを介して互いに電気的に接続されていてもよく、第２のボンドパッド６０はさらに外部コネクタと電気的にさらに接続さていてもよい。
【００１３】
これらの実施形態によれば、絶縁層４０は、面積に関しては、第１のデバイス層２０または第２のデバイス層３０よりも実質的に大きい。したがって、絶縁層４０の一部４０１は、第１のデバイス層２０および第２のデバイス層３０の境界から外側に延び、上面４２は、その少なくとも一部が露出してもよい。第２のボンドパッド６０は、例えば、部分的に露出した上面４２の一部に搭載されていてもよい。したがって、第２のボンドパッド６０は、第１のボンドパッド５０よりも実質的に長くてもよい。
【００１４】
この構成において、キャビティ２５の内部は、真空または既知の所定の内圧であってもよい。いずれにおいても、キャビティ２５の内部とカテーテルダイ１０の外部との圧力差は、カテーテルダイ１０が未確認の大気条件に曝されたときに、キャビティ２５の内圧がカテーテルダイ１０の外圧よりも低いか高いかにより第２のデバイス層３０のダイアフラム３４が内側または外側に曲がる原因となるのに十分であることが望ましい。ダイアフラム３４のこの曲りが、ピエゾ抵抗圧力センサ３５に歪みを生じさせて、その内部に電流を誘起する。ピエゾ抵抗圧力センサ３５に適当な回路を接続することにより、この電流の大きさを測定でき、これにより、キャビティ２５の外部の圧力を計算できる。
【００１５】
他の実施形態によれば、図２に示すように、ベントチャンネル７０が絶縁層４０の中に形成されていてもよい。図２に示すように、キャビティ２５は、第１のデバイス層２０の上面２２および下面２３の両方に開いていても（から凹んでいても、リセスされていても）よい。したがって、ベントチャンネル７０を下面２３の近傍の連結部分を介してキャビティ２５に連通してもよく、キャビティ２５の内圧を能動的に制御してもよい。
【００１６】
さらに異なる実施形態によれば、第１のデバイス層２０および第２のデバイス層３０は単一のデバイス層として形成されてもよく、設けられてもよい。また、第１のデバイス層２０と第２のデバイス層３０との合計した厚みは３９０μｍ程度以下であってもよく、その場合、第２のデバイス層３０の厚みは１〜４．５μｍ程度以下であってもよい。同様に、絶縁層４０の厚みは、３９０μｍ程度以下であってもよいが、少なくともこの厚みは実質的に変化され得るものである。
【００１７】
さらに異なる実施形態によれば、第１のデバイス層２０および第２のデバイス層３０はそれぞれシリコンのような半導電性材料で形成されていてもよく、一方、絶縁層４０は、ガラスまたは他の電気的に非導電性材料で形成されていてもよい。
【００１８】
図３〜１５を参照して、上述したようなカテーテルダイを製造する方法を以下に示す。明瞭かつ簡潔のため、以下の記載は、主に図１で示したカテーテルダイ１０の実施形態を例とするものである。図２に示したような、ベントチャンネル７０を含むカテーテルダイ１０を製造する方法は、実質的に同じであり、個別の説明は要しない。
【００１９】
図３および４に示すように、本方法では、最初に、第１のデバイス層１０１を含むウエハ１００（図３参照）および第２のデバイス層１１１を含むウエハ１１０（図４参照）を形成する。ウエハ１００は、第１のデバイス層１０１を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハとして形成されてもよく、第１のデバイス層１０１は上面１０１１および下面１０１２を含み、ｎタイプまたはｐタイプの半導体（すなわちシリコン）で形成される。第１のデバイス層１０１は第１の埋め込み酸化物層１０２に搭載され、第１の埋め込み酸化物層１０２は第１のハンドル層１０３に搭載されている。第１のハンドル層１０３は、ｎタイプまたはｐタイプの半導体で形成されてもよい。ウエハ１１０は、第２のデバイス層１１１を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハとして形成されてもよく、第２のデバイス層１１１は上面１１１１および下面１１１２を含み、ｎタイプの半導体（すなわちシリコン）で形成される。第２のデバイス層１１１は、第２の埋め込み酸化物層１１２に搭載され、第２の埋め込み酸化物層１１２は第２のハンドル層１１３に搭載されている。第２のハンドル層１１３は、ｎタイプまたはｐタイプの半導体で形成されてもよい。
【００２０】
図５に示すように、キャビティ１２０は、第１のデバイス層１０１に形成される。キャビティ１２０は、三角形で示されており、第１のデバイス層１０１の上面１０１１から凹んでいる（リセスされている）が、これは単なる例示であり、キャビティ１２０は様々な形状およびサイズを有してもよい。実施形態によれば、キャビティ１２０は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング、または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチングのような湿式エッチング工程、またはディープ・リアクティブ・イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）のような乾式エッチング工程で形成されてもよい。
【００２１】
図６および７に示すように、ウエハ１１０が反転され、第２のデバイス層１１１の上面１１１１が第１のデバイス層１０１の上面１０１１に接合され、第２のデバイス層１１１が第１のデバイス層１０１の上面１０１１においてキャビティ１２０をシールする（図６参照）。この操作は、約９００〜１２００℃の高温でシリコンフュージョンボンディング工程として実行し得る。この接合に続き、図７に示すように、第２のハンドル層１１３がＫＯＨエッチングまたはＴＭＡＨエッチングのような湿式エッチング工程により除去され、第２の埋め込み酸化物層１１２が湿式または乾式エッチングにより除去され、第２のデバイス層１１１の下面１１１２は露出され、キャビティ１２０の上方に位置することになった第２のデバイス層１１１の一部がダイアフラム１３０となる。
【００２２】
図８に示すように、この段階で露出した第２のデバイス層１１１の下面１１１２に第１の絶縁体１４０が設けられ、第２の絶縁体１４１が第１のハンドル層１０３の下面１０３１に設けられる。第１の絶縁体１４０および第２の絶縁体１４１は、それぞれ、例えば二酸化ケイ素のような不動態層または他の電気的に非導電性材料であってもよい。第１の絶縁体１４０および第２の絶縁体１４１は、堆積プロセスまたは成長プロセスにより形成されてもよい。
【００２３】
図９および１０に示すように、次に、ピエゾ抵抗圧力センサ１５０およびその相互接続部１５１が第２のデバイス層１１１に形成され、ピエゾ抵抗圧力センサ１５０はキャビティ１２０およびダイアフラム１３０の近傍で動作可能な位置に形成される（図９参照）。ピエゾ抵抗圧力センサ１５０および相互接続部１５１を形成することは、ｐ型ドーパントの拡散および注入の少なくとも一方または両方を含んでもよい。この時点では、第１の絶縁体１４０は、ピエゾ抵抗圧力センサ１５０および相互接続部１５１を絶縁している。したがって、開口部１６０を湿式および乾式の少なくとも一方のエッチングにより第１の絶縁体１４０に形成することにより、少なくともピエゾ抵抗圧力センサ１５０の相互接続部１５１は開口部１６０を通して露出できる（図１０参照）。
【００２４】
図１１および１２に示すように、第１のボンドパッド１７０は開口部１６０を介してピエゾ抵抗圧力センサ１５０の相互接続部１５１と電気的に接続される（図１１参照）。この処理は、例えば、適当な金属または金属合金（すなわちアルミニウム）の堆積処理を含む、金属化処理により行われてもよい。この時点で、図１２に示すように、第１のハンドル層１０３は、ＫＯＨエッチングやＴＭＡＨエッチングなどの湿式エッチング工程により除去されてもよい。その次に、第１のスルーホール１８０が第１の絶縁体１４０にエッチングされ、第２のスルーホール１８１が湿式エッチング、乾式エッチング、または湿式および乾式エッチングの組み合わせにより第２のデバイス層１１１および第１のデバイス層１０１にエッチングされ、さらに第１の埋め込み酸化物層１０２が湿式または乾式エッチングにより除去されてもよい。
【００２５】
図１３に示すように、絶縁層１９０が、その後、第１のデバイス層１０１の下面１０１１に接合される。絶縁層１９０はガラスまたは他の適当な電気的に非導電性材料で形成されてもよく、さらに絶縁層１９０に、電気的に導電性材料で形成された第２のボンドパッド２００を接合してもよい。実施形態によれば、第２のボンドパッド２００が第１のスルーホール１８０および第２のスルーホール１８１を通して露出されるように、第２のボンドパッド２００を絶縁層１９０の上面１９０１に予め設けておいてもよい。
【００２６】
絶縁層１９０が第１のデバイス層１０１の下面１０１１に接合されると、上記の状態のエレメントでは損傷のリスクがあるような今後の処理作業を行うことができる。これらの今後の処理作業としては、例えば第２のボンドパッド２００を第１のボンドパッド１７０に電気的に接続することや、図１４に示す、個片化処理を含むことができる。個片化処理により、カテーテルダイ１０は、余分な材料から切り離され、それらの材料はその後のカテーテルダイの処理に使用できる。
【００２７】
本発明のいくつかの態様においては、図１および図１５に示すように、図１のカテーテルダイ１０は、配線３００がさらに設けられていてもよく、配線３００はたとえば第１のボンドパッド５０を第２のボンドパッド６０の第１の端部に電気的に接続するように構成されるワイヤボンドである。さらに、図１５に示すように、カテーテルダイ１０は、外部コネクタ５００を第２のボンドパッド６０の第２の端部と電気的に接続するように機能するハンダボンド４００を含んでもよい。その場合、配線３００とハンダボンド４００との間の距離Ｄは任意であるが、絶縁層４０により１ｍｍまであるいはそれ以上が確保され、その距離は実質的に第１のデバイス層２０、第２のデバイス層３０および絶縁層４０の厚みよりも大きい。
【００２８】
さらに、図１および図１５を参照すれば、カテーテルダイ１０は、複数のピエゾ抵抗圧力センサ３５とそれに対応する数の第１のボンドパッド５０および第２のボンドパッド６０とを含んでもよく、同様に、対応する数のハンダボンド４００および外部コネクタ５００とを含んでいてもよいことが理解される。複数の第１のボンドパッド５０は、絶縁体３６上に、軸方向が千鳥状の形態で配置されてもよく、それにより複数の第２のボンドパッド６０は対応した千鳥状の形態で配置される。その場合、複数のハンダボンド４００および複数の外部コネクタ５００もまた、対応した千鳥状の形態で配置されてもよい。あるいは、もし距離Ｄが十分に長ければ（例えば、最も軸方向が離れたボンドパッドのペアが、対応するハンダボンド４００から離れていれば）、複数のハンダボンド４００と複数の外部コネクタ５００とは、直線状の形態で配置されてもよい。
【００２９】
本発明は限られた数の実施形態のみについて詳細に説明されているが、本発明は開示された実施形態に限定されることがないことは当然に解される。むしろ、本発明は、説明されていなくとも、本発明の精神および範囲に相応するような変形、変更、置換、または同等のアレンジをいくつでも組み合わせて変更できる。さらに、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明された実施形態を部分的に含むものであってもよい。したがって、本発明は上記の説明によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2015515609.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７】
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【図８】
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【図９】
2015515609.tif 000011
【図１０】
2015515609.tif 000012
【図１１】
2015515609.tif 000013
【図１２】
2015515609.tif 000014
【図１３】
2015515609.tif 000015
【図１４】
2015515609.tif 000016
【図１５】
2015515609.tif 000017
【国際調査報告】
2015515609.tif 000018
2015515609.tif 000019