(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境状態を検出するための装置であり、
該装置が、
ハウジング、
該環境状態に反応する、該ハウジングに結合された測定質量ウェーハ、
該ハウジングに結合された、少なくとも１つのキャップ・ウェーハ、
過剰衝撃保護を提供する、該キャップ・ウェーハ上に幾何学的に配置される複数のバンパ、
該測定質量ウェーハに結合された、少なくとも１つの電極とを含み、
該少なくとも１つの電極が、装置動作中に、静摩擦を低減するように適合され、該少なくとも１つの電極の一部が、
（ｉ）      複数の正方形、
（ｉｉ）    複数の円、
（ｉｉｉ）  複数の同心円、
（ｉｖ）    複数の長方形、
（ｖ）      一連の幾何学的に配置されたパイ形状のセグメント、
から選択される静摩擦低減パターンを含むことを特徴とする、
環境状態を検出するための装置。
【請求項２】
該環境状態が、加速度であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該少なくとも１つのキャップ・ウェーハがさらに、空洞を形成する頂部キャップ・ウェーハ及び底部キャップ・ウェーハとを含み、該測定質量ウェーハがさらに、該空洞中に少なくとも部分的に収容される測定質量を含む、ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該頂部キャップ・ウェーハが、プレス・フレームの窪みを含むことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
該底部キャップ・ウェーハが、プレス・フレームの窪みを含むことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
該測定質量ウェーハがさらに、該ハウジング中の該空洞から空気を通気するための通路を含むことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
該通路が、該測定質量における略Ｖ字状の溝を含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも１つの電極との間の静摩擦を低減するための、１つは又はそれより多くの空洞を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも１つの電極との間の静摩擦を低減するための、１つ又はそれより多くの厚さが減少された窪みを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
該複数のバンパが、円形及び隆起状のうちの少なくとも１つの形状であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ハウジング、
該ハウジングに結合された、環境状態を検出するための測定質量ウェーハ、
該ハウジングに結合された、少なくとも１つのキャップ・ウェーハ、
該測定質量ウェーハに結合された、少なくとも１つの電極とを含むセンサを、
該センサの動作中に保護する方法であり、
該方法が、
該キャップ・ウェーハ上に幾何学的に配置された複数のバンパを用いて、該センサに過剰衝撃保護を提供するステップと、
該複数のバンパと該少なくとも１つの電極との間の静摩擦を該センサの動作中に低減させるために、該少なくとも１つの電極の一部分上に静摩擦低減パターンを用いるステップとを含み、
該静摩擦低減パターンが、
（ｉ）      複数の正方形、
（ｉｉ）    複数の円、
（ｉｉｉ）  複数の同心円、
（ｉｖ）    複数の長方形、
（ｖ）      一連の幾何学的に配置されたパイ形状のセグメント、
から選択されることを特徴とする動作中に該センサを保護する方法。
【請求項１２】
該環境状態は加速度である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも１つの電極との間の静摩擦を低減させるための１つまたはそれより多くの空洞をさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも１つの電極との間の静摩擦を低減させるための１つまたはそれより多くの厚さが減少した窪みをさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
該複数のバンパが、該複数のバンパと該少なくとも１つの電極との間の静摩擦の低減のための、円形及び隆起状のうちの少なくとも１つの形状であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は概ね加速度計に関するもので、特にウェーハ本体の反りを軽減し、加速度計内に低圧環境を生成するのを促進する加速度計の作成方法に関する。
【０００２】
加速度計は、環境データの検出および記録に使用される。特に、加速度計は、地震データを収集するため、地震用途に使用することが多い。既存の加速度計には幾つかの限界がある。その限界とは、熱で誘発された応力によるキャップ・ウェーハの反り、およびブラウン・ノイズの影響により大きい動的範囲を達成することができないことなどがあり、両方ともこの加速度計が収集するデータの品質に悪影響を与える。多くの既存の加速度計は、大きい動的範囲、マイクロＧレベル未満の感度、高い耐衝撃性、および良好な交叉軸阻止を費用効果の高い技術で提供しない。
【０００３】
本発明は、既存の加速度計にある１つまたは複数の限界を克服することを指向する。
【０００４】
（概要）
本発明の１つの実施形態によると、空洞を有するハウジング、空洞内に配置されたばね質量アセンブリ、およびばね質量アセンブリに結合された１つまたは複数の金属電極パターンを含む、加速度を検出する測定質量と、測定質量に結合され、頂部コンデンサ電極、頂部キャップの平衡金属パターン、頂部キャップのプレス・フレームの窪み、および頂部キャップの過剰衝撃バンパを含む頂部キャップ・ウェーハと、測定質量に結合され、底部コンデンサ電極、底部キャップの平衡金属パターン、底部キャップのプレス・フレームの窪み、および底部キャップの過剰衝撃バンパを含む底部キャップ・ウェーハとを含む加速度計が提供される。
【０００５】
本発明の別の実施形態によると、空洞を有するハウジング、および空洞内に配置されたばね質量アセンブリを含む、加速度を検出する測定質量を作成することと、頂部キャップ・ウェーハを作成することと、底部キャップ・ウェーハを作成することと、測定質量、頂部キャップ・ウェーハ、および底部キャップ・ウェーハをほぼ平行な方法で垂直に積み重ねることと、結合プロセスを使用して、頂部キャップ・ウェーハを測定質量の側部に結合することと、結合プロセスを使用して、底部キャップ・ウェーハを測定質量の別の側部に結合することと、加速度計の所定の位置に１つまたは複数の方形切断カットを作成することとを含む、加速度計を作成する方法が提供される。
【０００６】
本発明の別の実施形態によると、空洞を有するハウジング、空洞内に配置されたばね質量アセンブリ、およびハウジングに結合された１つまたは複数の結合リングを含む測定質量を作成することと、頂部結合リングおよび頂部キャップのプレス・フレームの窪みを含む頂部キャップ・ウェーハを作成することと、底部結合リングおよび手部キャップのプレス・フレームの窪みを含む底部キャップ・ウェーハを作成することと、測定質量、頂部キャップ・ウェーハおよび底部キャップ・ウェーハをほぼ平行な方法で垂直に積み重ねることと、結合プロセスを使用して、頂部キャップ・ウェーハを測定質量の側部に結合することと、結合プロセスを使用して、底部キャップ・ウェーハを測定質量の別の側部に結合することとを含む、加速度径を結合する方法が提供される。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、保護層をウェーハに付与することと、露出区域を生成するため、保護層にパターンを作成することと、露出区域内の保護層を除去するため、露出区域に１つまたは複数のエッチング剤を塗布することと、ウェーハを形成してハウジング、測定質量、および１つまたは複数のばねにするため、１つまたは複数のエッチング剤を露出区域に塗布することと、ばね上にエッチング停止層を維持することとを含む、センサの構成要素を作成するためにウェーハを形成する方法が提供される。
【０００８】
本発明の別の実施形態によると、ハウジングを含む測定質量アセンブリを含み、測定質量が１つまたは複数の電極を含み、さらに測定質量をハウジングに結合する複数のばねを含み、さらにセンサ内の静摩擦を低減するよう設計された頂部キャップ過剰衝撃バンパ・パターンを含む、測定質量アセンブリに結合された頂部キャップ・ウェーハ、およびセンサ内の静摩擦を軽減するよう設計された底部キャップ過剰衝撃バンパ・パターンを含む、測定質量アセンブリに結合された底部キャップ・ウェーハを含む測定データのセンサが提供される。
【０００９】
本発明の別の実施形態によると、静摩擦軽減パターンを含む金属電極を含む、センサに使用する金属電極パターンが提供される。
【００１０】
本発明の別の実施形態によると、センサの表面に表面パターンをエッチングすることと、表面パターンを含むセンサの表面に金属層を適用することと、静摩擦軽減金属電極パターンを生成するため、金属層を成形することとを含む、センサ内で使用する静摩擦軽減金属電極パターンを生成する方法が提供される。
【００１１】
本発明の別の実施形態によると、下部金属電極パターン層を生成することと、上部金属電極パターン層を下部金属電極パターン層の頂部に適用することと、厚さが減少した窪みを生成し、金属電極パターン内で下にある下部金属電極パターン層を露出させるため、上部金属電極パターン層の１つまたは複数の部分を選択的に除去することとを含む、加速度計内の金属電極パターンと過剰衝撃バンパの間で静摩擦を軽減するため、厚さが減少した窪みを含む金属電極パターンを生成する方法が提供される。
【００１２】
本発明の別の実施形態によると、下部金属電極パターン層を生成することと、下部金属電極パターン層の頂部に上部金属電極パターン層を適用することと、金属電極パターンに空洞を生成するため、上部金属電極パターン層および下部金属電極パターン層の１つまたは複数の部分を選択的に除去することとを含む、加速度計内の金属電極パターンと過剰衝撃バンパとの間の静摩擦を軽減するため、空洞を含む金属電極パターンを生成する方法が提供される。
【００１３】
本発明の現在の実施形態は、信頼できるデータ測定を提供する加速度計を提供する。加速度計は真空密封され、加速度計の性能の劣化を防止する平衡金属パターンを含む。加速度計で方形切断プロセスを実行して、加速度計の電気リード線を絶縁する。加速度計は、さらに、加速度計の作動中に静摩擦を軽減するため、過剰衝撃保護バンパおよびパターン状金属電極を含む。
【００１４】
（例示的実施形態の詳細な説明）
最初に図１を参照すると、データ測定値を記録するよう設計されたシステム１００の好ましい実施形態が図示されている。システム１００は、１つまたは複数のセンサ１０５、制御装置１１０、およびケーブル１１５を含むことが好ましい。
【００１５】
システム１００内では、センサ１０５を使用してデータ測定値を検出する。好ましい実施形態では、システム１００を地震用途に使用して、地震データ測定値を記録する。センサ１０５は、例えば受振器、水中聴音器、または加速度計など、従来市販されている任意の数のセンサでよい。好ましい実施形態では、センサ１０５はそれぞれ加速度計である。
【００１６】
制御装置１１０は、センサ１０５の監視および制御に使用される。制御装置１１０は、ケーブル１１５によってセンサ１０５に結合することが好ましい。制御装置１１０は、例えば地震データ収集装置、ＰＩＤ制御装置、またはマイクロコントローラなど、センサ１０５の制御に適し、従来市販されている任意の数の制御装置でよい。
【００１７】
ケーブル１１５は、センサ１０５と制御装置１１０を結合する。ケーブル１１５は、例えば線または光ファイバなど、センサ１０５と制御装置１１０の間で情報を転送するのに適した任意のケーブルでよい。
【００１８】
図２を参照すると、システム１００内におけるセンサ１０５とケーブル１１５の位置合せの好ましい実施形態が図示されている。センサ１０５およびケーブル１１５は、直線または非直線状に位置合わせすることができる。好ましい実施形態では、センサ１０５とケーブル１１５とは直線状に位置合わせされる。
【００１９】
センサ１０５は、センサの生成に適し、従来市販されている任意の数の構成要素を含むことができる。図３ａおよび図３ｂを参照すると、好ましい実施形態では、センサ１０５は１つまたは複数の加速度計３０５、および空洞３２０を有するハウジング３１５を含む。別の好ましい実施形態では、センサ１０５はさらに測定装置３１０を含む。好ましい実施形態では、センサ１０５はそれぞれ、３つの加速度計３０５を含む。加速度計３０５は、センサ１０５のハウジング３１５内にある空洞３２０に配置することが好ましい。加速度計３０５は、測定装置３１０に結合するか、センサ１０５内で独立して操作することができる。好ましい実施形態では、加速度計３０５はセンサ１０５内で独立して作動する。測定装置３１０は、例えば受振器または水中聴音器などのセンサ１０５を生成するため、加速度計３０５と結合するのに適し、従来市販されている任意の数の装置でよい。好ましい実施形態では、測定装置３１０は水中聴音器である。
【００２０】
加速度計３０５は、加速度計を形成するのに適した任意の数の構成要素を含むことができる。図４、図５および図６を参照すると、好ましい実施形態では、加速度計３０５は頂部キャップ・ウェーハ４０５、頂部測定質量部分４１０、底部測定質量部分４１５、および底部キャップ・ウェーハ４２０を含む。加速度計３０５の動作は、ほぼ米国特許第５，８５２，２４２号に記載されているように提供することが好ましく、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
頂部キャップ・ウェーハ４０５は、頂部キャップ・ウェーハの形成に適し、従来市販されている任意の数の構成要素を含むことができる。好ましい実施形態では、図７ａ、図７ｂ、図７ｃ、図７ｄ、図７ｅ、図７ｆ、図７ｇ、図７ｈ、図７ｉ、図７ｊ、図７ｋおよび図７ｌで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は頂部ウェーハ・キャップ本体４０６、上面４０７、底面４０８、頂部コンデンサ電極７０５、頂部結合リング７０７、頂部結合酸化物リング７１０、頂部キャップ寄生溝７１５、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０、頂部キャップ・プレス・フレームの窪み７２５、頂部キャップ平衡金属パターン７３０、頂部キャップ接触パッド７３５を含む。
【００２２】
頂部キャップ・ウェーハ本体４０６は、例えばガラス、クォーツ、セラミック、またはシリコンなど、キャップ・ウェーハ本体の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６はシリコンで作成する。
【００２３】
頂部コンデンサ電極７０５は、外部回路から電気信号を時間ベースで多重伝送するのに使用することが好ましく、その操作はほぼ、＿＿＿に出願された米国特許出願第＿＿＿号、代理人文書第１４７３７．７３３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。頂部コンデンサ電極７０５は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の底面４０８で、頂部キャップ寄生溝７１５によって限定された区間内に位置することが好ましい。好ましい実施形態では、図７ｃで示すように、頂部コンデンサ電極７０５はスロット７０６を含み、この中に頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を作成する。頂部コンデンサ電極７０５は、例えば金属、珪化物またはドーピングした半導体など、電極の生成に適した任意の数の導電材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部コンデンサ電極７０５を金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタン層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【００２４】
頂部結合リング７０７および頂部結合酸化物リング７１０は、頂部キャップ・ウェーハ４０５を頂部測定質量部分４１０に結合し、頂部測定質量部分４１０の上面に配置された電極と頂部コンデンサ電極７０５の間に狭いギャップを形成するのに役立つことが好ましい。頂部結合酸化物リング７１０は、頂部キャップ・ウェーハ４０５と頂部測定質量部分４１０の間に電気絶縁を提供することが好ましい。頂部結合リング７０７および頂部結合酸化物リング７１０は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の底面４０８に配置することが好ましい。頂部結合リング７０７は、例えば金、銀、またはアルミなど、結合リングの作成に適した任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部結合リング７０７は金とチタンとの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。結合リング７０７は、加速度計３０５内で使用するのに適した任意の寸法を有することができる。好ましい実施形態では、図７ａで示すように、結合リング７０７は、頂部キャップ・プレス・フレームの窪み７２５の幅より小さい幅ｄ１を有する。好ましい実施形態では、結合リング７０７は、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０の下で距離ｄ２だけ延在する。頂部結合酸化物リング７１０は、例えば二酸化シリコンまたは誘電体など、結合酸化物リングの作成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部結合酸化物リング７１０は、二酸化シリコンから作成する。
【００２５】
頂部キャップ寄生溝７１５は、外部閉ループ回路の静電気フィードバックの、頂部測定質量部分４１０に含まれたばねへの結合を最小にすることが好ましい。頂部キャップ寄生溝７１５は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の底面４０８にある溝であることが好ましい。頂部キャップ寄生溝７１５は、頂部コンデンサ電極７０５を限定し、頂部結合酸化物リング７１０に囲まれることが好ましい。頂部キャップ寄生溝７１５は、適切な寄生溝の生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ寄生溝７１５は、寸法が深さ約５μｍより大きく、頂部測定質量部分４１０内にあるばねの幅より広い幅を有する。
【００２６】
頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０は、頂部測定質量部分４１０に面外衝撃保護を提供することが好ましい。頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の底面４０８に配置することが好ましく、頂部コンデンサ電極７０５の切欠き７０６を通して露出する。頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０は、例えば二酸化シリコンまたは誘電体など、過剰衝撃バンパの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０は二酸化シリコンで作成する。好ましい実施形態では、図７ａで示すように、頂部過剰衝撃バンパ７２０は幅ｗ１を有する。頂部キャップ・ウェーハ４０５は、任意の数の頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含むことができる。頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０の設計およびレイアウトは、幾つかの要素の影響を受ける。好ましい実施形態では、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０の設計およびレイアウトは、衝撃保護の必要性と、頂部測定質量部分４１０に配置された金属電極パターン９１０と頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０との最小静摩擦の必要性とのバランスをとる。静摩擦は、加速度計３０５の作動中に、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０が頂部測定質量部分４１０上の金属電極パターン９１０に付着した場合に発生する。頂部測定質量部分４１０に配置された金属電極パターンと頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０との間の静摩擦は、例えば頂部測定質量部分４１０に配置された金属電極パターン９１０に頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を刻印すること、ファンデルワールス力、静電力、加速度計３０５の作成の結果生じた表面残滓、またはパッケージから誘発された応力など、幾つかの発生源から生じることがある。好ましい実施形態では、図７ｄで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は４つのバンパを含む。代替実施形態では、図７ｅで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は５つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含む。代替実施形態では、図７ｆで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は、幾何学的に配置された８つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含む。代替実施形態では、図７ｇで示すように頂部キャップ・ウェーハ４０５は、幾何学的に配置された９つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含む。代替実施形態では、図７ｈで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は、３つの平行な直線の列で配置された９つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含み、各列が３つのバンパ７２０を含む。代替実施形態では、図７ｉで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は、幾何学的に配置された１３の頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含む。代替実施形態では、図７ｊで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は、４９の頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含む。代替実施形態では、図７ｋおよび図７ｌで示すように、頂部キャップ・ウェーハ４０５は、円形および隆起状に幾何学的に配置された複数の頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０を含む。
【００２７】
頂部キャップ・プレス・フレームの窪み７２５は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の上面４０７で、頂部キャップ平衡金属パターン７３０と頂部キャップ接触パッド７３５との間に配置することが好ましい。頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５は、結合プロセス中に加えられる結合力が頂部結合酸化物リング７１０の領域に局所化されることを保証することが好ましい。結合力を、頂部コンデンサ電極７０５と頂部測定質量部分４１０の上面に配置された電極との間の狭いギャップの領域ではなく、頂部結合酸化物リング７１０領域に局所化することにより、電極間の狭いギャップが維持される。頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５は、例えばシリコン・エッチングなど、プレス・フレーム窪みを形成するのに適した幾つかの処理ステップを使用して形成することができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５を、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の上面４０７にエッチングする。頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５は、プレス・フレーム窪みの生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５は、寸法が深さ約２０μｍであり、結合リング７０７の幅ｄ１より広い幅を有する。
【００２８】
頂部キャップ接触パッド７３５は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の上面４０７に配置することが好ましい。頂部キャップ接触パッド７３５は、例えば金、アルミ、または銀など、接触パッドの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ接触パッド７３５は金で作成する。別の好ましい実施形態では、頂部キャップ接触パッド７３５は金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【００２９】
頂部キャップ平衡金属パターン７３０は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の反りを最小にするために使用する。頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の反りは、加速度計３０５の性能に悪影響を与えるので望ましくない。頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の反りは、通常、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６と頂部コンデンサ電極７０５の金属との熱膨張率（ＴＣＥ）の差から生じる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の材料はシリコンである。好ましい実施形態では、頂部キャップ平衡金属パターン７３０は、パターンおよび厚さが頂部コンデンサ電極７０５とほぼ等しく、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５の内部で、頂部コンデンサ電極７０５のほぼ反対側に配置される。好ましい実施形態では、頂部キャップ平衡金属パターン７３０は、頂部コンデンサ電極７０５の切欠き７０５をオフセットする切欠き７３１を含む。この位置合わせは、ＴＣＥの不一致が加速度計３０５の性能に与える影響を最小に抑えるのに役立つ平衡した金属／シリコン／金属のサンドイッチを生成することが好ましい。
【００３０】
底部キャップ・ウェーハ４２０は、底部キャップ・ウェーハの形成に適し、従来市販されている任意の数の構成要素を含むことができる。好ましい実施形態では、図８ａ、図８ｂおよび図８ｃで示すように、底部キャップ・ウェーハ４２０は底部キャップ・ウェーハ本体４２１、上面４２３、底面４２２、底部コンデンサ電極８０５、底部結合リング８０７、底部結合酸化物リング８１０、底部キャップ寄生溝８１５、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５、底部キャップ平衡金属パターン８３０、底部キャップ接触パッド８３５、および延長キャップはんだ取付け（ＥＣＳＡ）金属結合パッド８４０を含む。
【００３１】
底部キャップ・ウェーハ本体４２１は、例えばガラス、クォーツ、セラミックまたはシリコンなど、キャップ・ウェーハ本体の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部キャップ・ウェーハ本体４２１はシリコンで作成する。
【００３２】
底部コンデンサ電極８０５は、外部回路からの電気信号を時間ベースで多重伝送するのに使用することが好ましく、その操作はほぼ、＿＿＿に出願された米国特許出願第＿＿＿号、代理人文書番号第１４７４７．７３３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。底部コンデンサ電極８０５は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の上面で、底部キャップ寄生溝８１５に限定された区域内に配置することが好ましい。好ましい実施形態では、図８ｃで示すように、底部コンデンサ電極８０５は、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が内部に形成される切欠き８０６を含む。底部コンデンサ電極８０５は、例えば金属、珪化物またはドーピングした半導体など、電極の生成に適した任意の数の導体材料を使用して作成することができる。好ましい実施形態では、底部コンデンサ電極８０５は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【００３３】
底部結合リング８０７および底部結合酸化物リング８１０は、底部キャップ・ウェーハ４２０を底部測定質量部分４１５に結合することが好ましく、底部コンデンサ電極８０５と底部測定質量部分４１５の下面に配置された電極との間に狭いギャップを確立するのに役立つ。底部結合酸化物リング８１０は、底部キャップ・ウェーハ４２０と底部測定質量部分４１５との間に電気絶縁を提供することが好ましい。底部結合リング８０７および底部結合酸化物リング８１０は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の上面４２３に配置することが好ましい。底部結合リング８０７は、例えばアルミ、銀または金など、結合リングの作成に適した任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部結合リング８０７は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタンの層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。好ましい実施形態では、結合リング８０７は、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５の幅より小さい幅ｄ４を有する。好ましい実施形態では、結合リング８０７は底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０を越えて距離ｄ３だけ延在する。底部結合酸化物リング８１０は、例えば誘電体など、結合酸化物リングの作成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、底部結合酸化物リング８１０は二酸化シリコンから作成する。
【００３４】
底部キャップ寄生溝８１５は、外部閉ループ回路の静電気フィードバックの、底部測定質量部分４１５に含まれたばねへの結合を最小にすることが好ましい。底部キャップ寄生溝８１５は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の底面４２３にある溝であることが好ましい。底部キャップ寄生溝８１５は、底部コンデンサ電極８０５を限定し、底部結合酸化物リング８１０に囲まれることが好ましい。底部キャップ寄生溝８１５は、適切な寄生溝の生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、底部キャップ寄生溝８１５は、寸法が深さ約５μｍより大きく、底部測定質量部分４１５内にあるばねの幅より広い幅を有する。
【００３５】
底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０は、底部測定質量部分４１５に面外衝撃保護を提供することが好ましい。底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０は、底部キャップ・ウェーハ本体４０６の上面４２３に配置することが好ましく、底部コンデンサ電極８０５の切欠き８０６を通して露出する。底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０は、例えば誘電体または二酸化シリコンなど、過剰衝撃バンパの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０は二酸化シリコンで作成する。好ましい実施形態では、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０は幅ｗ２を有する。底部キャップ・ウェーハ４２０は、任意の数の底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０を含むことができる。底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０の設計およびレイアウトは、幾つかの要素の影響を受ける。好ましい実施形態では、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０の設計およびレイアウトは、衝撃保護の必要性と、底部測定質量部分４１５に配置された金属電極パターン９１５と底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０との最小静摩擦の必要性とのバランスをとる。静摩擦は、加速度計３０５の作動中に、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が底部測定質量部分４１５上の金属電極パターン９１５に付着した場合に発生する。底部測定質量部分４１５に配置された金属電極パターンと底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０との間の静摩擦は、例えば底部測定質量部分４１５に配置された金属電極パターン９１５に底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０を刻印すること、ファンデルワールス力、静電力、加速度計３０５の作成の結果生じた表面残滓、またはパッケージから誘発された応力など、幾つかの発生源から生じることがある。好ましい実施形態では、底部キャップ・ウェーハ４２０上の底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０の数は、頂部キャップ・ウェーハ４０５上の頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０の数と等しく、その変形を図７ｄ、図７ｅ、図７ｆ、図７ｇ、図７ｈ、図７ｉ、図７ｊ、図７ｋおよび図７ｌに示す。
【００３６】
底部キャップ・プレス・フレームの窪み８２５は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の底面４２２で、底部キャップ平衡金属パターン８３０と底面４２２の外縁との間に配置することが好ましい。底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５は、結合プロセス中に加えられる結合力が底部結合酸化物リング８１０の領域に局所化されることを保証することが好ましい。結合力を、底部コンデンサ電極８０５と底部測定質量部分４１５の底面に配置された電極との間の狭いギャップの領域ではなく、底部結合酸化物リング８１０領域に局所化することにより、電極間の狭いギャップが維持される。底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５は、例えばシリコン・エッチングなど、プレス・フレーム窪みを形成するのに適した幾つかの処理ステップを使用して形成することができる。好ましい実施形態では、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５を、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の底面４２２にエッチングする。底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５は、プレス・フレーム窪みの生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５は、寸法が高さ約２０μｍより大きく、結合リング８０７の幅ｄ４より広い幅を有する。
【００３７】
底部キャップ接触パッド８３５は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の底面４２２に配置することが好ましい。底部キャップ接触パッド８３５は、ウェーハのプロービングに使用可能であることが好ましい。底部キャップ接触パッド８３５は、例えば金、アルミ、または銀など、接触パッドの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、底部キャップ接触パッド８３５は金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【００３８】
底部キャップ平衡金属パターン８３０は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の反りを最小にするために使用する。底部キャップ・ウェーハ本体４２１の反りは、加速度計３０５の性能に悪影響を与えるので望ましくない。底部キャップ・ウェーハ本体４２１の反りは、通常、底部キャップ・ウェーハ本体４２１を構成する材料と底部コンデンサ電極８０５の金属との熱膨張率（ＴＣＥ）の差から生じる。好ましい実施形態では、底部キャップ・ウェーハ本体４０６を構成する材料はシリコンである。好ましい実施形態では、底部キャップ平衡金属パターン８３０は、パターンおよび厚さが底部コンデンサ電極８０５とほぼ等しく、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５の内部で、底部コンデンサ電極８０５のほぼ反対側に配置される。図８ｂで示すように、底部キャップ平衡金属パターン８３０は、底部コンデンサ電極８０５の切欠き８０６５をオフセットするよう設計された切欠き８３１を含むことが好ましい。この位置合わせは、ＴＣＥの不一致が加速度計３０５の性能に与える影響を最小に抑えるのに役立つ平衡した金属／シリコン／金属のサンドイッチを生成することが好ましい。
【００３９】
ＥＣＳＡ金属結合パッド８４０は、加速度計３０５が配置される外部パッケージに導電性ダイ接着するのに使用可能であることが好ましい。ＥＣＳＡ金属結合パッド８４０の操作はほぼ、＿＿＿に出願された米国特許出願第＿＿＿号、代理人文書第１４７３７．７３３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４０】
頂部測定質量部分４１０は、測定質量部分の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、図９ａ、図９ａａ、図９ａｃ、図９ａｄ、図９ｂ、図９ｃおよび図９ｄで示すように、頂部測定質量部分４１０は、上面４１１、下面４１２、１つまたは複数のばね９０５、結合リング９２０、および頂部質量接触パッド９３０を含む。別の好ましい実施形態では、頂部測定質量部分４１０は、さらに、溝９４０を含む。
【００４１】
ばね９０５は、頂部測定質量９０６をハウジング９０７に結合し、頂部測定質量９０６とハウジング９０７との間に導電路を提供することが好ましい。ばね９０５は、例えばクォーツ、金属またはシリコンなど、ばねを生成するのに適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ばね９０５はシリコンで作成し、頂部測定質量版部４１０のウェーハからミクロ機械加工する。ばね９１１は、頂部測定質量９０６に横方向の衝撃保護を提供しながら、交叉軸阻止を維持するよう設計することが好ましい。ばね９０５は直線のＬ字形ばねであることが好ましく、その設計は米国特許第５，６５２，３８４号および第５，７７７，２２６号に記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
頂部測定質量９０６は、測定データの検出に使用する。頂部測定質量９０６は、その使用が適切な任意の用途に使用することができる。好ましい実施形態では、頂部測定質量９０６は、地震用途に使用して加速度を検出する。頂部測定質量９０６は、ばね９０５によってハウジング９０７と結合することが好ましい。頂部測定質量９０６は、例えば金属、クォーツまたはシリコンなど、測定質量の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部測定質量９０６はシリコンで作成し、頂部測定質量部分４１０のウェーハからミクロ機械加工する。
【００４３】
ハウジング９０７は頂部測定質量９０６を囲み、ばね９０６によって頂部測定質量９０６に結合される。ハウジング９０７は、例えば金属、クォーツまたはシリコンなど、ハウジングの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ハウジング９０７はシリコンから作成し、頂部測定質量部分４１０のウェーハからミクロ機械加工する。
【００４４】
金属電極パターン９１０は、外部回路からの電気信号の時間ベースの多重伝送に使用する。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１０は１本の電極を含む。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１０は頂部測定質量部分４１０の上面４１１で、頂部測定質量９０６の上に配置される。金属電極パターン９１０は、例えばアルミ、銀または金など、電極パターンの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１０は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。金属電極パターン９１０は、例えば円形、正方形または長方形など、電極パターンを形成するのに適した任意のサイズまたは形状でよい。金属電極パターン９１０は、頂部コンデンサ電極７０５とサイズおよび形状がほぼ等しいことが好ましい。代替実施形態では、金属電極パターン９１０は、結合リング９２０とほぼ等しい厚さである。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１０および結合リングの厚さは、頂部結合リング７０７の厚さより小さい。金属電極パターン９１０と結合リング９２０と頂部結合リング７０７との厚さの差は、加速度計３０５の作動中に、金属電極パターン９１０への頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０の刻印を減少させることにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図９ａａで示すように、金属電極パターン９１０は、加速度計３０５の作動中に頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の静摩擦を最小に抑えるよう設計された１つまたは複数のパターン９６０ａを含む。パターン９６０ａは、加速度計３０５内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を含むことができる。金属電極パターン９１０内のパターン９６０ａは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の密接な接触領域の表面積を最小に抑えることにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図９ａｃで示すように、金属電極パターン９１０は、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０が金属電極パターン９１０と接触する区域に１つまたは複数の厚さが減少した窪み９７０ａを含む。金属電極パターン９１０内の厚さが減少した窪み９７０ａは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の静摩擦を軽減するよう設計することが好ましい。厚さが減少した窪み９７０ａは、金属電極パターン９１０に厚さが減少した窪みを形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み９７０ａは、金属電極パターン９１０から金の層を除去し、下にあるチタン層を露出させることによって形成する。厚さが減少した窪み９７０ａは、加速度計３０５内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み９７０ａは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０の幅ｗ１より広く、金属電極パターン９１０上で、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０が金属電極パターン９１０と接触区域に配置される。金属電極パターン９１０の厚さが減少した窪み９７０ａは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０が金属電極パターン９１０と接触した場合に発生する金属電極パターン９１０の刻印の量を減少させることにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図９ａｄで示すように、金属電極パターン９１０は１つまたは複数の空洞９８０ａを含む。金属電極パターン９１０の空洞９８０ａは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の静摩擦を解消するよう設計することが好ましい。空洞９８０ａは、金属電極パターン９１０に空洞を形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、空洞９８０ａは、金層およびチタン層を金属電極パターン９１０から選択的に除去し、下にある頂部測定質量部分４１０を露出させることによって形成する。空洞９８０ａは、加速度計３０５内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、空洞９８０ａは、頂部過剰衝撃バンパ７２０の幅ｗ１より広く、金属電極パターン９１０上で、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０が金属電極パターン９１０と接触する区域に配置される。金属電極パターン９１０の空洞９８０ａは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０が金属電極パターン９１０と接触した場合に発生する金属電極パターン９１０の刻印を解消することにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０と金属電極パターン９１０との間の静摩擦を軽減することが好ましい。金属電極パターン９１０の操作はほぼ、＿＿＿に出願された米国特許出願第＿＿＿号、代理人文書第１４７３７．７３３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
結合リング９２０は、頂部測定質量部分４１０の頂部キャップ・ウェーハ４０５への結合を容易にする。結合リング９２０は、例えば金、アルミまたは銀など、結合リングの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、結合リング９２０は金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。結合リング９２０は、頂部測定質量部分４１０の上面４１１で、ハウジング９０７の内縁に隣接して配置することが好ましい。
【００４６】
頂部質量接触パッド９３０は、頂部測定質量部分４１０との電気的接触を形成するために使用することが好ましい。頂部質量接触パッド９３０は、ハウジング９０７の上面４１１のいずこかに配置することができる。好ましい実施形態では、頂部質量接触パッド９３０は、ハウジング９０７の上面４１１の、金属電極パターン９１０から離れた外縁に配置される。頂部質量接触パッド９３０は、例えば銀、アルミまたは金など、接触パッドの生成に適した任意の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部接触パッド９３０はは金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。頂部質量接触パッド９３０は、接触パッドの生成に適した任意の寸法を含んでよい。好ましい実施形態では、頂部質量接触パッド９３０は、従来のワイヤ・ボンディングが可能なほど十分に大きい。
【００４７】
溝９４０は、ハウジング９０７の下面４１２に配置され、ハウジング９０７の外縁からハウジング９０７の内縁へと延在することが好ましい。溝９４０は、頂部測定質量部分４１０を底部測定質量部分４１５に結合した場合に、通路９５０を形成することが好ましい。通路９５０は、加速度計３０５内の空洞から空気を除去し、加速度計３０５を真空パッケージ内で密封した場合に、加速度計３０５内に真空または低圧環境を生成することが好ましい。溝９４０は、通気用の通路を生成するのに適した任意の方法で形成してよい。好ましい実施形態では、溝９４０はＶ字形である。好ましい実施形態では、溝９４０は、真空へとポンプで空気抜きする間に、加速度計３０５内から空気の流体が流出できるよう設計する。頂部測定質量部分４１０は、任意の数の溝９４０を含んでよい。好ましい実施形態では、頂部測定質量部分４１０は２本の溝９４０を含む。代替実施形態では、頂部測定質量部分４１０は複数の溝９４０を含む。代替実施形態では、頂部測定質量部分４１０は溝９４０を含まない。溝９４０の形状は、幾つかの要素の影響を受ける。好ましい実施形態では、溝９４０は、通路９５０を通過する空気の最適ポンプ空気抜き時間を達成するよう設計する。通路９５０を通る空気のコンダクタンスは、下式で与えることが好ましい。
【数１】
0005078196.tif 000002
ここで、
Ｃ＝通路９５０のコンダクタンス、
ｋ＝ボルツマン定数、
Ｔ＝絶対温度、
ｍ＝気体原子の質量
Ａ＝通路９５０の断面積、
Ｂ＝通路９５０の断面積の周長、および
Ｌ＝通路９５０の長さである。
【００４８】
長さＬ、断面積Ａおよび周長Ｂなど、通路９５０の寸法は、通路９５０を通る空気のコンダクタンスを最適にするよう設計することが好ましい。好ましい実施形態では、通路９５０の最適コンダクタンスＣは、加速度計３０５内から空気を除去する最適ポンプ空気抜き時間を生じる。ポンプ空気抜き時間は、加速度計３０５内に所望の圧力を達成するために、加速度計３０５内から十分な空気を除去するのにかかる時間の量である。ポンプ空気抜き時間は、下式で与えることが好ましい。
【数２】
0005078196.tif 000003
ここで、
ｔ＝ポンプ空気抜き時間、
Ｖ＝加速度計３０５内の内部空洞の容積、
Ｓ＝加速度計３０５から空気を除去するために使用する真空ポンプの速度、
Ｃ＝式（１）からの通路９５０のコンダクタンス、
Ｐｉ＝加速度計３０５内の初期圧力（通常は１気圧）、
Ｐ＝加速度計３０５内の所望の圧力、
Ｐｕ＝（１＋Ｓ／Ｃ）＊Ｐｏ、および
Ｐｏ＝ポンプの最低圧力である。
【００４９】
底部測定質量部分４１５は、測定部分の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、図９ａ、図９ａｂ、図９ａｃ、図９ａｄ、図９ｅ、図９ｆおよび図９ｇで示すように、底部測定質量部分４１５は、上面４１７、下面４１６、１つまたは複数のばね９１１、底部測定質量９１２、ハウジング９１３、金属電極パターン９１５、結合リング９２５、底部質量接触パッド９３５、および溝９４５を含む。
【００５０】
ばね９１１は、底部測定質量９１２をハウジング９１３に結合し、底部測定質量９１２とハウジング９１３との間に導電路を提供することが好ましい。ばね９１１は、例えば金属、クォーツ、ポリシリコンまたはシリコンなど、ばねを生成するのに適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ばね９１１はシリコンで作成し、底部測定質量版部４１５のウェーハからミクロ機械加工する。ばね９１１は、底部測定質量９１２に横方向の衝撃保護を提供しながら、交叉軸阻止を維持するよう設計することが好ましい。ばね９１１は直線のＬ字形ばねであることが好ましく、その設計は米国特許第５，６５２，３８４号および第５，７７７，２２６号に記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００５１】
底部測定質量９１２は、測定データの検出に使用する。底部測定質量９１２は、その使用が適切な任意の用途に使用することができる。好ましい実施形態では、底部測定質量９１２は、地震用途に使用して加速度を検出する。底部測定質量９１２は、ばね９１１によってハウジング９１３と結合することが好ましい。底部測定質量９１２は、例えばシリコンまたはクォーツなど、測定質量の生成に適した任意の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部測定質量９１２はシリコンで作成し、底部測定質量部分４１５のウェーハからミクロ機械加工する。
【００５２】
ハウジング９１３は底部測定質量９１２を囲み、ばね９１１によって底部測定質量９１２に結合される。ハウジング９１３は、例えばクォーツまたはシリコンなど、ハウジングの生成に適した任意の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ハウジング９１３はシリコンから作成し、底部測定質量部分４１５のウェーハからミクロ機械加工する。
【００５３】
金属電極パターン９１５は、外部回路からの電気信号の時間ベースの多重伝送に使用する。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１５は１本の電極を含む。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１５は底部測定質量部分４１５の下面４１６で、底部測定質量９１２の表面に配置される。金属電極パターン９１５は、例えば銀、アルミまたは金など、電極パターンの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１５は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。金属電極パターン９１５は、例えば円形、正方形または長方形など、電極パターンを形成するのに適した任意のサイズまたは形状でよい。金属電極パターン９１５は、底部コンデンサ電極８０５とサイズおよび形状がほぼ等しいことが好ましい。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１５は、結合リング９２５とほぼ等しい厚さである。好ましい実施形態では、金属電極パターン９１５および結合リング９２５の厚さは、底部結合リング８０７の厚さより小さい。金属電極パターン９１５と結合リング９２５と底部結合リング８０７との厚さの差は、加速度計３０５の作動中に、金属電極パターン９１５への底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０の刻印を減少させることにより底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図９ａｂで示すように、金属電極パターン９１５は、加速度計３０５の作動中に底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の静摩擦を最小に抑えるよう設計された１つまたは複数のパターン９６０ｂを含む。金属電極パターン９１５内のパターン９６０ｂは、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の密接な接触領域の表面積を最小に抑えることにより、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図９ａｃで示すように、金属電極パターン９１５は、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が金属電極パターン９１５と接触する区域に１つまたは複数の厚さが減少した窪み９７０ｂを含む。金属電極パターン９１５内の厚さが減少した窪み９７０ｂは、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の静摩擦を軽減するよう設計することが好ましい。厚さが減少した窪み９７０ｂは、金属電極パターン９１５に厚さが減少した窪みを形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み９７０ｂは、金属電極パターン９１５から金の層を除去し、下にあるチタン層を露出させることによって形成する。厚さが減少した窪み９７０ｂは、加速度計３０５内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み９７０ｂは、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０の幅ｗ２より広く、金属電極パターン９１５上で、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が金属電極パターン９１５と接触区域に配置される。厚さが減少した窪み９７０ｂは、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が金属電極パターン９１５と接触した場合に発生する金属電極パターン９１５の刻印の量を減少させることにより、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図９ａｄで示すように、金属電極パターン９１５は１つまたは複数の空洞９８０ｂを含む。金属電極パターン９１５の空洞９８０ｂは、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の静摩擦を解消するよう設計することが好ましい。空洞９８０ｂは、金属電極パターン９１５に空洞を形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、空洞９８０ｂは、金層およびチタン層を金属電極パターン９１５から選択的に除去し、下にある底部測定質量部分４１５を露出させることによって形成する。空洞９８０ｂは、加速度計３０５内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、空洞９８０ｂは、底部過剰衝撃バンパ８２０の幅ｗ２より広く、金属電極パターン９１５上で、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が金属電極パターン９１５と接触する区域に配置される。空洞９８０ｂは、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０が金属電極パターン９１５と接触した場合に発生する金属電極パターン９１５の刻印を解消することにより、底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０と金属電極パターン９１５との間の静摩擦を軽減することが好ましい。金属電極パターン９１５の操作はほぼ、＿＿＿に出願された米国特許出願第＿＿＿号、代理人文書第１４７３７．７３３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００５４】
結合リング９２５は、底部測定質量部分４１５の底部キャップ・ウェーハ４２０への結合を容易にすることが好ましい。結合リング９２５は、例えば金、アルミまたは銀など、結合リングの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、結合リング９２５は金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。結合リング９２５は、底部測定質量部分４１５の下面４１６で、ハウジング９１３の内縁に隣接して配置することが好ましい。
【００５５】
底部質量接触パッド９３５は、底部測定質量部分４１５との電気的接触を形成するために使用することが好ましい。底部質量接触パッド９３５は、ハウジング９１３の下面４１６のいずこかに配置することができる。好ましい実施形態では、底部質量接触パッド９３５は、ハウジング９１３の下面４１６の、金属電極パターン９１５から離れた外縁に配置される。底部質量接触パッド９３５は、例えばアルミ、銀または金など、接触パッドの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部接触パッド９３５は金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。底部質量接触パッド９３５は、接触パッドの生成に適した任意の寸法を含んでよい。好ましい実施形態では、底部質量接触パッド９３５は、従来のワイヤ・ボンディングが可能なほど十分に大きい。
【００５６】
溝９４５は、底部測定質量部分４１５を頂部測定質量部分４１０に結合した場合に、通路９５０を形成することが好ましい。通路９５０は、加速度計３０５内の空洞から空気を除去し、加速度計３０５を真空パッケージ内で密封した場合に、加速度計３０５内に真空または低圧環境を生成することが好ましい。溝９４５は、通気用の通路を生成するのに適した任意の方法で形成してよい。好ましい実施形態では、溝９４５はＶ字形である。好ましい実施形態では、溝９４５は、真空へとポンプで空気抜きする間に、加速度計３０５内から空気の流体が流出できるよう設計する。溝９４５の形状は、上述したような溝９４０の形状とほぼ等しいことが好ましい。溝９４５は、ハウジング９１３の上面４１７に配置され、ハウジング９１３の外縁からハウジング９１３の内縁へと延在することが好ましい。底部測定質量部分４１５は、任意の数の溝９４５を含んでよい。好ましい実施形態では、底測定質量部分４１５は２本の溝９４５を含む。代替実施形態では、底部測定質量部分４１５は１本の溝９４５を含む。代替実施形態では、底部測定質量部分４１５は複数の溝９４５を含む。代替実施形態では、底部測定質量部分４１５は溝９４５を含まない。
【００５７】
次に、図１０、図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃ、図１１ｄ、図１１ｅ、図１１ｆ、図１１ｇ、図１１ｈ、図１１ｈａ、図１１ｈｂ、図１１ｈｃ、図１１ｈｄ、図１１ｈｅ、図１１ｈｆ、図１１ｈｇ、図１１ｈｈ、図１１ｈｉ、図１１ｈｊ、図１１ｉ、図１１ｊ、図１２ａ、図１２ｂ、図１２ｃおよび図１３を参照し、加速度計３０５の作成方法１０００について説明する。好ましい実施形態では、加速度計３０５を作成する方法１０００は、ステップ１００５で２枚の開始キャップ・ウェーハを取得し、ステップ１０１０でキャップ・ウェーハ・プロセスを使用して２枚の開始ウェーハを形成し、ステップ１０２０で２枚の開始質量ウェーハを取得し、ステップ１０２５で質量ウェーハ・プロセスを使用して２枚の開始質量ウェーハを形成し、ステップ１０３５で結合プロセスを使用してウェーハを結合して加速度計３０５を形成し、ステップ１０４０で加速度計３０５上に方形切断カットを作成し、ステップ１０４５で加速度計３０５をパッケージングすることを含む。
【００５８】
図１１ａで示すように、ステップ１００５で、２枚の開始キャップ・ウェーハ１１０５ａおよび１１０５ｂを作成する。好ましい実施形態では、２枚の開始キャップ・ウェーハ１１０５ａおよび１１０５ｂは等しいサイズおよび形状である。開始キャップ・ウェーハ１１０５ａおよび１１０５ｂは、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、開始キャップ・ウェーハ１１０５ａおよび１１０５ｂはシリコンで作成する。
【００５９】
図１１ｂで示すように、ステップ１０１０では２枚の開始キャップ・ウェーハ１１０５ａおよび１１０５ｂはキャップ・ウェーハ・プロセスにかけられる。好ましい実施形態では、キャップ・ウェーハ・プロセスは、開始キャップ・ウェーハ１１０５ａおよび１１０５ｂを、それぞれ頂部キャップ・ウェーハ４０５および底部キャップ・ウェーハ４２０に変換する。代替実施形態では、キャップ・ウェーハ・プロセスは、以下の１つまたは複数でほぼ開示されているような統合マスク・ミクロ機械加工プロセスを含む。つまり１９９９年７月１３日出願の米国特許出願第０９／３５２，８３５号、代理人文書第１４７３７，６５９．０２号、１９９９年７月１３日出願の米国特許第０９／３５２，０２５号、代理人文書第１４７３７．６５９．０３号であり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００６０】
図１１ｃで示すように、ステップ１０２０では、２枚の開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂを作成する。好ましい実施形態では、２枚の開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂは等しいサイズおよび形状である。開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂは、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂはシリコンで作成する。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂはそれぞれ、エッチング停止層１１４０ａおよび１１４０ｂを含む。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂはそれぞれ、エッチ・マスキング層１１５０ａおよび１１５０ｂを含む。
【００６１】
図１１ｄ、図１１ｅ、図１１ｆ、図１１ｇ、図１１ｈ、図１１ｈａ、図１１ｈｂ、図１１ｈｃ、図１１ｈｄ、図１１ｈｅ、図１１ｈｆ、図１１ｈｇ、図１１ｈｈ、図１１ｈｉ、図１１ｈｊおよび図１１ｉで示すように、ステップ１０２５では２枚の開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂは、２枚の開始質量ウェーハ１１２０ａおよび１１２０ｂをそれぞれ頂部測定質量部分４１０および底部測定質量部分４１５に変換する質量ウェーハ・プロセスにかけられる。好ましい実施形態では、質量ウェーハ・プロセスは、ほぼ米国特許第５，４８４，０７３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。代替実施形態では、質量ウェーハ・プロセスは、１９９９年７月１３日出願の米国特許出願第０９／３５２，８３５号、代理人文書第１４７３７，６５９．０２号、１９９９年７月１３日出願の米国特許第０９／３５２，０２５号、代理人文書第１４７３７．６５９．０３号でほぼ開示されたような統合マスク・ミクロ機械加工プロセスを含み、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００６２】
図１１ｄで示すように、ステップ１０２５の質量ウェーハ・プロセスは、エッチ・マスキング層１１５０ａをフォトリソグラフィでパターン形成し、エッチ・マスキング層１１５０ａに露出区域１１６０を生成することによって開始する。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層１１５０ａをフォトリソグラフィでパターン形成し、頂部即知恵質量９０６、ハウジング９０７、および溝９４０の形状の露出区域１１６０を生成する。好ましい実施形態では、フォトリソグラフィでパターン形成した露出区域１１６０は、隅補償構造ＸおよびＹを含む。
【００６３】
好ましい実施形態では、図１１ｅで示すように、エッチング・プロセスを実行して、開始質量ウェーハ１１２０ａを頂部測定質量部分４１０に形成する。エッチング・プロセスは、エッチングに適した従来市販されている任意の数のプロセスを含むことができる。好ましい実施形態では、エッチング・プロセスは、エッチ・マスキング層１１５０ａを露出区域１１６０内の開始質量ウェーハ１１２０から除去することによって開始する。エッチ・マスキング層１１５０ａは、例えばプラズマ・エッチングなど、エッチ・マスキング層を除去するのに適した任意のプロセスを使用して除去することができる。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層１１５０ａは、エッチング液を使用することにより、露出区域１１６０内の開始質量ウェーハ１１２０ａから除去される。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層１１５０ａを除去すると、開始質量ウェーハ１１２０ａを作成する元となる材料が露出する。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ１１２０ａを作成する材料はシリコンである。好ましい実施形態では、隅補償構造Ｘは、エッチング液が露出区域１１６０内の凸状隅を攻撃し、腐食するのを防止する。隅構造Ｙにより、測定質量９０６およびハウジング９０７の画定に使用するエッチング・プロセス中に、溝９４０を同時に形成できることが好ましい。好ましい実施形態では、隅補償構造Ｙは、溝９４０と露出区域１１６０の交点で、エッチング液に誘発された隅の腐食を軽減する。
【００６４】
好ましい実施形態では、次にウェット・エッチング用化学物質を、開始質量ウェーハ１１２０ａ上に露出したシリコンに塗布する。ウェット・エッチング用化学物質は、シリコンのエッチングに適し、従来市販されている任意の数のウェット・エッチング用化学物質でよい。好ましい実施形態では、ウェット・エッチング用化学物質は水酸化カリウム（ＫＯＨ）である。ＫＯＨは、制御自在にシリコンをエッチングし、開始質量ウェーハ１１２０ａのエッチング停止層１１４０ａで終了することが好ましい。好ましい実施形態では、図１１ｆで示すように、ＫＯＨは、開始質量ウェーハ１１２０ａを頂部測定質量４０６、ハウジング４０７、および溝９４０の形状にエッチングする。好ましい実施形態では、エッチング停止層１１４０ａは、ウェット化学エッチング・プロセスが完了した後も、ばね９０５の背面に残る。代替実施形態では、エッチング停止層１１４０ａはウェット化学エッチング・プロセス中にばね９０５から除去される。
【００６５】
ウェット・エッチング・プロセスの後、開始質量ウェーハ１１２０ａ上に残ったエッチ・マスキング層１１５０ａが、標準的なウェット・エッチング液を使用して開始質量ウェーハ１１２０ａから除去される。
【００６６】
第２開始質量ウェーハ１１２０ｂにも同じエッチング・プロセスを使用して、第２開始質量ウェーハ１１２０ｂを底部測定質量部分４１５に形成することが好ましい。
【００６７】
好ましい実施形態では、図１１ｇで示すように、頂部測定質量部分４１０と底部測定質量部分４１５とを結合し合わせ、質量ウェーハ対１１３０を形成する。ウェーハ結合プロセスは、頂部測定質量部分４１０と底部測定質量部分４１５とを結合するのに適した任意の数の結合プロセスでよい。好ましい実施形態では、ウェーハ結合プロセスは融着プロセスである。好ましい実施形態では、通路９５０を形成するウェーハ結合プロセスの間に、頂部測定質量部分４１０の溝９４０を底部測定質量部分４１５の溝９４５と位置合わせする。
【００６８】
好ましい実施形態では、金属層１１４２を質量ウェーハ対１１５０の上面に蒸着させ、これは頂部測定質量部分４１０の上面４１１と対応する。また、金属層１１４３を質量ウェーハ対１１３０の下面に蒸着し、これは底部測定質量部分４１５の下面４１６に対応する。金属層１１４２および１１４３は、例えばアルミ、銀または金など、金属層の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、金属層１１４２および１１４３は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。金属層１１４２および１１４３は、エッチ・マスキング層を使用してパターン形成することが好ましい。エッチ・マスキング層は、金属層のパターン形成に適した任意のエッチ・マスキング層でよい。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層はフォトレジストである。金属層１１４２および１１４３は、加速度計３０５内に使用するのに適した任意のパターンに形成することができる。好ましい実施形態では、図１１ｈで示すように、質量ウェーハ対１１３０の上面にある金属層１１４２は、金属電極パターン９１０、結合リング９２０、および頂部質量接触パッド９３０に形成する。好ましい実施形態では、図１１ｈで示すように、質量ウェーハ対１１３０の下面にある金属層１１４３は、金属電極パターン９１５、結合リング９２５、および底部質量接触パッド９３５を形成する。
【００６９】
好ましい実施形態では、図１１ｈａで示すように、金属電極パターン９１０は、加速度計３０５の作動中に金属電極パターン９１０と頂部キャップ過剰衝撃バンパ７２０との間の静摩擦を軽減するよう設計されたパターン９６０ａを含む。好ましい実施形態では、図１１ｈｂで示すように、金属電極パターン９１５は、加速度計３０５の作動中に金属電極パターン９１５と底部キャップ過剰衝撃バンパ８２０との間の静摩擦を軽減するよう設計されたパターン９６０ｂを含む。パターン９６０ａおよび９６０ｂは、金属電極パターン９１０および９１５上にパターンを生成するのに適した任意の数の方法を使用し、金属電極パターン９１０および９１５上に生成することができる。好ましい実施形態では、図１１ｈａで示すように、パターン９６０ａは、頂部測定質量部分４１０の上面４１１にパターンをエッチングして、パターン形成した表面１１６５ａを生成し、金属層１１４２をパターン形成表面１１６５ａ上に蒸着することによって生成される。金属層１１４２は、パターン９６０ａを含む金属電極９１０に成形することが好ましい。好ましい実施形態では、図１１ｈｂで示すように、パターン９６０ｂは、底部測定質量部分４１５の下面４１６にパターンをエッチングして、パターン形成した表面１１６５ｂを生成し、金属層１１４３をパターン形成表面１１６５ｂ上に蒸着することによって生成される。金属層１１４３は、パターン９６０ｂを含む金属電極９１５に成形することが好ましい。頂部測定質量部分４１０の上面４１１にエッチングされたパターン形成表面１１６５ａ、および底部測定質量部分４１５の下面４１６にエッチングされたパターン形成表面１１６５ｂは、金属電極パターン９１０および９１５と過剰衝撃保護バンパ７２０および８２０それぞれの間の静摩擦を軽減するのに適した任意の数のパターンを含むことができる。好ましい実施形態では、図１１ｈｃおよび図１１ｈｆで示すように、パターン形成表面１１６５ａおよび１１６５ｂは、複数の幾何学的に配置された正方形を含む。別の好ましい実施形態では、図１１ｈｄおよび図１１ｈｇで示すように、パターン形成表面１１６５ａおよび１１６５ｂは複数の幾何学的に配置された円形を含む。別の好ましい実施形態では、図１１ｈｅで示すように、パターン形成表面１１６５ａおよび１１６５ｂは、一連の同心円を含む。別の好ましい実施形態では、図１１ｈｈで示すように、パターン形成表面１１６５ａおよび１１６５ｂは一連の幾何学的に配置された長方形を含む。別の好ましい実施形態では、図１１ｈｉおよび図１１ｈｊで示すように、パターン形成表面１１６５ａおよび１１６５ｂは、一連の幾何学的に配置されたパイ形のセグメントを含む。
【００７０】
好ましい実施形態では、図１１ｉで示すように、ばね９０５は、頂部測定質量９０６をハウジング９０７に結合するよう形成され、ばね９１１は、底部測定質量９１２をハウジング９１３に結合するよう形成される。ばね９０５および９１１は、質量ウェーハ対１１３０内にばね部材を生成するのに適し、従来市販されている任意の数の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、ばね９０５および９１１は、ＤＲＩＥプラズマ・エッチング技術を使用して形成される。好ましい実施形態では、エッチング技術はほぼ、米国特許第５，４８４，０７３号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。ばね９０５および９１１は、直線のＬ字形ばねであることが好ましく、その設計は米国特許第５，６５２，３８４号および第５，７７７，２２６号に記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。ばね９０５および９１１は、それぞれ頂部測定質量９０６および底部測定質量９１２に横方向の衝撃保護を提供しながら、交叉軸阻止を維持するよう設計することが好ましい。好ましい実施形態では、エッチング停止層１１４０ａおよび１１４０ｂは、プラズマ・エッチング・プロセスが完了した後も、それぞればね９０５および９１１の背面に残る。ばね９０５および９１１上のエッチング停止層１１４０ａおよび１１４０ｂは、ばね９０５および９１１の厚さの均一性を改良することが好ましい。また、ばね９０５および９１１上のエッチング停止層１１４０ａおよび１１４０ｂは、加速度計３０５の作動中にばね９０５の寸法制御を改良することが好ましい。別の好ましい実施形態では、エッチング停止層１１４０ａおよび１１４０ｂは、プラズマ・エッチング・プロセス中に、それぞればね９０５および９１１から除去される。
【００７１】
図１１ｊで示すように、ステップ１０３５では、頂部キャップ・ウェーハ４０５、底部キャップ・ウェーハ４２０、および質量ウェーハ対１１３０が結合プロセスにかけられて、加速度計３０５を形成することが好ましい。ステップ１０３５の結合プロセスは、例えば融着、熱圧着、共晶結合、陽極結合またはガラス・フリット結合など、任意の数の結合プロセスでよい。好ましい実施形態では、ステップ１０３５の結合プロセスは熱圧着結合プロセスである。
【００７２】
ステップ１０３５の結合プロセス中、後部キャップ・ウェーハ４０５は質量ウェーハ対１１３０の上面に結合され、これは頂部測定質量部分４１０の上面４１１に対応する。好ましい実施形態では、頂部結合リング７０７は結合リング９２０と結合し、頂部キャップ・ウェーハ４０５と頂部測定質量部分４１０とを結合する。頂部結合リング７０７と結合リング９２０は、熱圧着結合プロセスを使用して結合することが好ましい。
【００７３】
頂部結合酸化物リング７１０は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の底面４０８の下に延在することが好ましい。その結果、結合プロセスは、頂部コンデンサ電極７０５と金属電極パターン９１０との間に狭いコンデンサ電極ギャップを生成することが好ましい。結合プロセス中、結合力を頂部キャップ・ウェーハ４０５の上面４０７に、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５から離して加えることが好ましい。好ましい実施形態では、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み７２５は、結合プロセス中に加えられる結合力が、結合リング領域に局所化され、狭いコンデンサ電極ギャップ領域から離れていることを保証する位置で、頂部キャップ・ウェーハ４０５の上面４０７に配置される。
【００７４】
これもステップ１０３５の結合プロセス中に、底部キャップ・ウェーハ４２０を質量ウェーハ対１１３０の下面に結合し、これは底部測定質量部分４１５の下面４１６に対応する。好ましい実施形態では、底部結合リング８０７は結合リング９２５と結合し、底部キャップ・ウェーハ４２０と底部測定質量部分４１５とを結合する。底部結合リング８０７と結合リング９２５は、熱圧着結合プロセスを使用して結合することが好ましい。
【００７５】
底部結合酸化物リング８１０は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の上面４２３の上に延在することが好ましい。その結果、結合プロセスが、底部コンデンサ電極８０５と金属電極パターン９１５との間に狭いコンデンサ電極ギャップを生成することが好ましい。結合プロセス中、結合力は、底部キャップ・ウェーハ４２０の底面４２２に、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５から離して加えることが好ましい。好ましい実施形態では、底部キャップ・プレス・フレーム窪み８２５は、結合プロセス中に加えられる結合力が、結合リング領域に局所化され、狭いコンデンサ電極ギャップ領域から離れていることを保証する位置で、底部キャップ・ウェーハ４２０の底面４２２に配置される。
【００７６】
図１２ａ、図１２ｂおよび図１２ｃで示すように、ステップ１０４０では、加速度計３０５が方形切断プロセスにかけられる。方形切断カット１２０５、１２１０、１２１５、１２２０は加速度計３０５の予め決められた位置に形成することが望ましい。方形切断カット１２０５、１２１０、１２１５、１２２０は様々な目的を満足する。好ましい実施形態では、方形切断カット１２０５、１２１５、１２２０は、加速度計３０５のダイをウェーハ１２３５から分離して、電極９１０および９１５から電気リード線を露出させ、電気リード線を分離し、通路９５０を露出させるよう作成される。別の好ましい実施形態では、方形切断カット１２０５、１２１５、１２２０に加えて方形切断カット１２１０を作成して、加速度計３０５のダイをウェーハ１２３５から分離し、電極９１０および９１５から電気リード線を露出させ、電気リード線を分離し、通路９５０を露出させる。
【００７７】
好ましい実施形態では、カット１２０５を頂部キャップ・ウェーハ４０５上に作成する。カット１２０５は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６を通って垂直に延在し、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６の区間を除去することが好ましい。好ましい実施形態では、カット１２０５は頂部質量接触パッド９３０を露出させる。カット１２０５は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来市販されている任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット１２０５はダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【００７８】
好ましい実施形態では、カット１２１５は、頂部キャップ・ウェーハ本体４０６から垂直に延在し、頂部測定質量部分４１０のハウジング９０７に入る。カット１２１５は、カット１２１５が通路９５０に到達する前に、ハウジング９０７内で停止することが好ましい。カット１２１５は、通路９５０に到達する前に任意の距離で停止してよい。好ましい実施形態では、カット１２１５は通路９５０から約２ミル（５．１×１０5ｍ）以上離れて停止する。カット１２１５は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来から商業的に入手可能な任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット１２１５は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【００７９】
好ましい実施形態では、カット１２２０は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１から垂直に延在し、底部測定質量部分４１５のハウジング９１３に入る。カット１２２０は、カット１２２０が通路９５０に到達する前に、ハウジング９１３内で停止することが好ましい。カット１２２０は、通路９５０に到達する前に任意の距離で停止してよい。好ましい実施形態では、カット１２２０は通路９５０から約２ミル（５．１×１０5ｍ）以上離れて停止する。カット１２２０は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来から商業的に入手可能な任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット１２１５は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【００８０】
好ましい代替実施形態では、カット１２１０を底部キャップ・ウェーハ本体４２１上に作成する。カット１２１０は、底部キャップ・ウェーハ本体４２１を通って垂直に延在し、底部キャップ・ウェーハ本体４２１の区間を除去することが好ましい。好ましい実施形態では、カット１２１０は底部質量接触パッド９３５を露出させる。カット１２１０は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来から商業的に入手可能な任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット１２１０はダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【００８１】
カット１２０５、１２１０、１２１５、１２２０は個々に実行するか、カット１２０５、１２１０、１２１５、１２２０を任意の組合せで作成し、特定の用途に最も適した加速度計３０５の形状を達成することができる。好ましい実施形態では、図１２ｂで示すように、カット１２０５、１２１５および１２２０を加速度計３０５上で実行する。代替実施形態では、カット１２０５、１２１５および１２２０に加えてカット１２１０を加速度計３０５上で実行する。カット１２０５は、頂部質量接触パッド９３０を露出することが好ましい。カット１２１０は、底部質量接触パッド９３５を露出することが好ましい。カット１２１５、１２２０は、通路９５０を囲むスクライブ・レーン１２３０を生成することが好ましい。スクライブ・レーン１２３０を別のダイ１２３５に取り付けることが好ましい。
【００８２】
方形切断プロセス中、スクライブ・レーン１２３０は加速度計３０５およびダイ１２３５に取り付けたままで、加速度計３０５を気密封止状態に維持するか、スクライブ・レーン１２３０をスナップ止めして通路９５０を露出し、加速度計３０５をダイ１２３５から分離することができる。好ましい実施形態では、図１２ｃで示すように、スクライブ・レーン１２３０を除去して通路９５０を露出し、加速度計３０５をダイ１２３５から分離する。露出した通路９５０は、加速度計３０５内から空気を除去し、パッケージング中に加速度計３０５内に真空を生成する流路として使用することが好ましい。
【００８３】
図１３で示すように、ステップ１０４５では、加速度計３０５をパッケージ１３０５内にパッケージングする。パッケージ１３０５は、加速度計３０５を保存するのに適した任意の数のパッケージを含むことができる。好ましい実施形態では、パッケージ１３０５はハウジングである。別の好ましい実施形態では、パッケージ１３０５は基板である。
【００８４】
ハウジング１３０５は、加速度計３０５の保存に適した任意の数のハウジングでよい。好ましい実施形態では、ハウジング１３０５は本体１３１０および蓋１３１５を含む。ハウジング１３０５は、従来の多層セラミック・パッケージであることが好ましい。
【００８５】
加速度計３０５は、ハウジング１３０５の本体１３１０内に配置することが好ましい。加速度計３０５は、加速度計３０５をハウジング１３０５内に固定するのに適した任意の数の方法を使用して、ハウジング１３０５内に配置することができる。好ましい実施形態では、加速度計３０５は、ほぼ＿＿＿に出願された米国特許出願第＿＿＿号、代理人文書第１４７３７．７４３号の開示通りのはんだダイ取付けプロセスを使用して、ハウジング１３０５内に配置し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００８６】
次に、蓋１３１５を本体１３１０に締め付けて、ハウジング３０５内で加速度計３０５を密封することが好ましい。好ましい実施形態では、蓋１３１５を本体１３１０に締め付ける前に、真空プロセスを使用してハウジングから空気を除去し、ハウジング１３０５内に真空または低圧環境を生成する。通路９５０が露出したら、真空プロセス中に加速度計３０５内から空気を除去し、ハウジング１３０５の加速度計３０５内に真空を生成する。
【００８７】
別の好ましい実施形態では、ステップ１０３５の結合プロセスを真空環境で実行し、結合プロセス中に加速度計３０５の空洞内に真空を生成する。この実施形態では、通路９５０を加速度計３０５の設計から除去することが好ましい。次に、真空密封加速度計３０５をハウジング１３０５内に配置し、蓋１３１５を本体１３１０に締め付けることにより、ハウジングを密封することが好ましい。
【００８８】
本発明の例示的実施形態について図示し、説明してきたが、以上の開示内で広い範囲の改造、変更および置換が想定される。場合によっては、対応して他の機能を使用しない状態で、本発明の幾つかの特徴を使用することができる。したがって、添付の請求の範囲を広く、本発明の範囲に一致する方法で解釈することが適切である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  環境データ測定の収集に使用するシステムの実施形態を示す。
【図２】  図１のシステム内で使用するセンサおよびケーブルの実施形態を示す。
【図３ａ】  図１のセンサ内における加速度計の配置の断面側面図である。
【図３ｂ】  図１のセンサ内における加速度計の配置の断面上面図である。
【図４】  図３ａの加速度計の実施形態の上斜視図を示す。
【図５】  図４の加速度計の底斜視図を示す。
【図６】  図４の加速度計の断面図を示す。
【図７ａ】  図４の加速度計の頂部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
【図７ｂ】  図７ａの頂部キャップ・ウェーハの上面図を示す。
【図７ｃ】  図７ａの頂部キャップ・ウェーハの底面図を示す。
【図７ｄ】  図７ａの頂部キャップ・ウェーハ上における過剰衝撃バンパの配置構成の実施形態を示す。
【図７ｅ】  図７ｄの過剰衝バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｆ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｇ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｈ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｉ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｊ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｋ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図７ｌ】  図７ｄの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図８ａ】  図４の加速度計の底部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
【図８ｂ】  図８ａの底部キャップ・ウェーハの底面図を示す。
【図８ｃ】  図８ａの底部キャップ・ウェーハの上面図を示す。
【図９ａ】  図４の加速度径の質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図９ａａ】  図６の加速度計内にある頂部キャップ過剰衝撃バンパおよびパターン状金属電極の断面図を示す。
【図９ａｂ】  図６の加速度計内にある底部キャップ過剰衝撃バンパおよびパターン状金属電極の断面図を示す。
【図９ａｃ】  図６の加速度計内にある、厚さが減少した窪みを含む金属電極の実施形態を示す。
【図９ａｄ】  図６の加速度計内にある、空洞を含む金属電極の実施形態を示す。
【図９ｂ】  図９ａの質量ウェーハ対の頂部質量部分の上面図である。
【図９ｃ】  図９ｂの頂部質量部分の底面図である。
【図９ｄ】  図９ｃの頂部質量部分の下斜視図である。
【図９ｅ】  図９ａの質量ウェーハ対の底部質量部分の底面図である。
【図９ｆ】  図９ｅの底部質量部分の上面図である。
【図９ｇ】  図９ｅの底部質量部分の上斜視図である。
【図１０】  図４の加速度計の作成プロセスの流れ図である。
【図１１ａ】  図１０の２つの開始キャップ・ウェーハの実施形態を示す。
【図１１ｂ】  図１０のキャップ・ウェーハ・プロセスから生じる頂部キャップ・ウェーハおよび底部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
【図１１ｃ】  図１０の開始質量ウェーハの実施形態を示す。
【図１１ｄ】  図１０の質量ウェーハ・プロセス中に開始質量ウェーハに適用された隅補償構造を含むフォトマスク・アウトラインの実施形態の上面図を示す。
【図１１ｅ】  図１０の質量ウェーハ・プロセスのエッチング相後における頂部開始質量ウェーハの底面図を示す。
【図１１ｆ】  図１０の質量ウェーハ・プロセスのエッチング相後における頂部開始質量ウェーハおよび底部開始質量ウェーハの断面図を示す。
【図１１ｇ】  図１０の質量ウェーハ・プロセス中に結合された質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図１１ｈ】  電極および結合リングを含む図１１ｇの結合質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図１１ｈａ】  図９ａの質量ウェーハ対の上面にパターン状表面を含む金属電極の実施形態を示す。
【図１１ｈｂ】  図９ａの質量ウェーハ対の下面にパターン状表面を含む金属電極の実施形態を示す。
【図１１ｈｃ】  図９ａの質量ウェーハ対のパターン状表面の実施形態を示す。
【図１１ｈｄ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｈｅ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｈｆ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｈｇ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｈｈ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｈｉ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｈｊ】  図１１ｈｃのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図１１ｉ】  ばねを含む、図１１ｈの結合質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図１１ｊ】  図１０の結合プロセス後における加速度計の断面図を示す。
【図１２ａ】  図６の加速度計ダイ上における方形切断カットの相対的位置を示す側面図である。
【図１２ｂ】  図１２ａの方形切断カットが完了した後の加速度計ダイの図である。
【図１２ｃ】  組み込まれた通路を露出させた後の、図１２ｂの加速度計の実施形態の図である。
【図１３】  ハウジング内にパッケージされた図１２ｃの加速度計の実施形態の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005078196.tif 000010
【図７ａ】
0005078196.tif 000011
【図７ｂ】
0005078196.tif 000012
【図７ｃ】
0005078196.tif 000013
【図７ｄ】
0005078196.tif 000014
【図７ｅ】
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【図７ｆ】
0005078196.tif 000016
【図７ｇ】
0005078196.tif 000017
【図７ｈ】
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【図７ｉ】
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【図７ｊ】
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【図７ｋ】
0005078196.tif 000021
【図７ｌ】
0005078196.tif 000022
【図８ａ】
0005078196.tif 000023
【図８ｂ】
0005078196.tif 000024
【図８ｃ】
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【図９ａ】
0005078196.tif 000026
【図９ａａ】
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【図９ａｂ】
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【図９ａｃ】
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【図９ａｄ】
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【図９ｂ】
0005078196.tif 000031
【図９ｃ】
0005078196.tif 000032
【図９ｄ】
0005078196.tif 000033
【図９ｅ】
0005078196.tif 000034
【図９ｆ】
0005078196.tif 000035
【図９ｇ】
0005078196.tif 000036
【図１０】
0005078196.tif 000037
【図１１ａ】
0005078196.tif 000038
【図１１ｂ】
0005078196.tif 000039
【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１１ｆ】
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【図１１ｇ】
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【図１１ｈ】
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【図１１ｈａ】
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【図１１ｈｂ】
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【図１１ｈｃ】
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【図１１ｈｄ】
0005078196.tif 000049
【図１１ｈｅ】
0005078196.tif 000050
【図１１ｈｆ】
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【図１１ｈｇ】
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【図１１ｈｈ】
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【図１１ｈｉ】
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【図１１ｈｊ】
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【図１１ｉ】
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【図１１ｊ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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