JP2002539460A - センサの設計およびプロセス - Google Patents
センサの設計およびプロセスInfo
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Abstract
Description
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。
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。
する。
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
。
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。
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。
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。
、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。
センサに使用する金属電極パターンが提供される。
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。
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。
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。
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。
00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
。
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。
10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。
5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。
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。
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3
10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。
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3
05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。
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7
i、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。
、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。
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71
5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70
5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。
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。
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。
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w
1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7
20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7
l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。
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。
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7
35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。
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。
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。
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。
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8
05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81
5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8
c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8
20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。
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。
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。
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82
0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3
05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41
5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7
j、図7kおよび図7lに示す。
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8
25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82
5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。
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83
5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。
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8
30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8
30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。
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。
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。
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9
05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90
5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。
、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。
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。
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91
0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9
10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9a
a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96
0a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970
a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91
0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。
5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41
1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。
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。
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9
40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。
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3
05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。
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9a
b、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9
25、底部質量接触パッド935、および溝945を含む。
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9
11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41
5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。
、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。
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4
15のウェーハからミクロ機械加工する。
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9
15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3
05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82
0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8
20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970
b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。
0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4
15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。
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9
35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。
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。
f、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。
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。
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。
20a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。
b、図11hc、図11hd、図11he、図11hf、図11hg、図11h
h、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。
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。
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11
60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1
120a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。
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、K
OH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。
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。
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。
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95
0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。
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4
15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114
3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。
、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11
42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4
11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1
1hiおよび図11hjで示すように、パターン形成表面1165aおよび11
65b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。
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91
1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5,48
4,073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91
1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114
0b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。
5、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103
5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。
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41
1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92
0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。
08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4
05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。
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。
23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。
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、12
10、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9
10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9
50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。
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。
6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。
1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。
21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。
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120
5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、12
20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。
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1
2c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。
305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。
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1
315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。
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。
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13
05の加速度計305内に真空を生成する。
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。
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。
形態を示す。
極の断面図を示す。
極の断面図を示す。
す。
よび底部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
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。
ーハの底面図を示す。
ーハおよび底部開始質量ウェーハの断面図を示す。
す。
示す。
示す。
る。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 加速度計であって、 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つまたは複数の電極パターンを含む、加速度を
検出する測定質量と、 頂部コンデンサ電極、頂部キャップ平衡金属パターン、頂部キャップ・プレス
・フレーム窪み、および頂部キャップ過剰衝撃バンパを含む、測定質量に結合さ
れた頂部キャップ・ウェーハと、 底部コンデンサ電極、底部キャップ平衡金属パターン、底部キャップ・プレス
・フレーム窪み、および底部キャップ過剰衝撃バンパを含む、測定質量に結合さ
れた底部キャップ・ウェーハとを備える加速度計。 - 【請求項2】 加速度計であって、 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、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、およびハウジング
内の空洞から空気を通気する1つまたは複数の通路を含む、加速度を検出する測
定質量と、 頂部コンデンサ電極、頂部キャップ平衡金属パターン、頂部キャップ・プレス
・フレーム窪み、および頂部キャップ過剰衝撃バンパを含む、測定質量に結合さ
れた頂部キャップ・ウェーハと、 底部コンデンサ電極、底部キャップ平衡金属パターン、底部キャップ・プレス
・フレーム窪み、および底部キャップ過剰衝撃バンパを含む、測定質量に結合さ
れた底部キャップ・ウェーハとを備える加速度計。 - 【請求項3】 加速度計を作成する方法であって、 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ステップと、 頂部キャップ・ウェーハを作成するステップと、 底部キャップ・ウェーハを作成するステップと、 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ステップと、 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
るステップと、 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
合するステップと、 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ステップ
とを含む方法。 - 【請求項4】 加速度計を結合する方法であって、 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ス
テップと、 頂部結合リングおよび頂部キャップ・プレス・フレーム窪みを含む頂部キャッ
プ・ウェーハを作成するステップと、 底部結合リングと底部キャップ・プレス・フレーム窪みを含む底部キャップ・
ウェーハを作成するステップと、 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ステップと、 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
るステップと、 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
合するステップとを含む方法。 - 【請求項5】 ウェーハを形成してセンサの構成要素を生成する方法であっ
て、 エッチ・マスキング層およびエッチング停止層をウェーハに適用するステップ
と、 エッチ・マスキング層に露出区域を生成するため、エッチ・マスキング層にパ
ターン形成するステップと、 露出区域内でエッチ・マスキング層を除去するため、1つまたは複数のエッチ
ング剤を露出区域に適用するステップと、 ウェーハをハウジング、測定質量、および1つまたは複数のばねをエッチング
停止層まで形成するため、1つまたは複数の露出区域に適用するステップと、 エッチング停止層をばね上に維持するステップとを含む方法。 - 【請求項6】 センサであって、 ハウジング、1つまたは複数の電極を含む測定質量、および測定質量をハウジ
ングに結合する複数のばねを含む測定質量アセンブリと、 センサ内の静摩擦を軽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・ウェーハと、 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・ウェーハとを備
えるセンサ。 - 【請求項7】 静摩擦軽減パターンを含む金属電極を備える、センサに使用
する金属電極パターン。 - 【請求項8】 センサ内で使用するため、静摩擦軽減用金属電極パターンを
生成する方法であって、 表面パターンをセンサの表面にエッチングするステップと、 表面パターンを含むセンサの表面に金属層を適用するステップと、 金属層を成形して静摩擦軽減用金属電極パターンを生成するステップとを含む
方法。 - 【請求項9】 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、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
法であって、 下部金属電極パターン層を生成するステップと、 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ステップ
と、 上部金属電極パターンの1つまたは複数の部分を選択的に除去して、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
露出させるステップとを含む方法。 - 【請求項10】 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であって、 下部金属電極パターン層を生成するステップと、 頂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ステップ
と、 上部金属電極パターン層と下部金属電極パターン層の1つまたは複数の部分を
選択的に除去して、金属電極パターン内に空洞を生成するステップとを含む方法
。 - 【請求項11】 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、厚さが減少する窪みを含む金属電極パターンを生成する
方法であって、 金属電極パターンを生成するステップと、 金属電極パターンの1つまたは複数の部分を選択的に除去して、厚さが減少し
た窪みを生成し、下にある金属電極パターンの層を露出させるステップを含む方
法。 - 【請求項12】 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であって、 金属電極パターンを生成するステップと、 金属電極パターンの1つまたは複数の部分を選択的に除去して、空洞を生成す
るステップとを含む方法。
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