JP4601629B2 - マイクロ加工熱線真空センサ - Google Patents

Description

本発明は、一般に密閉システム内での真空センサによる圧力の計測に関する。

集積回路は、気密パッケージ化される場合がある。構成部品を気密パッケージ化する理由は複数あるが、一般的に気密パッケージは、これらの構成部品を周辺環境の有害な影響から隔離するべく使用される。マイクロシステム内の集積回路を真空パッケージ化することは、デバイス性能を向上させる、および/または信頼性を向上させることもあり得る。
米国特許第６０７４８９１号明細書 米国特許第６１４０１４４号明細書 米国特許第６５５３８４１号明細書 特開昭６３−２８４８３５号公報 独国特許発明４３２４１１９号明細書 独国特許発明１９９０３０１０号明細書 独国特許発明１００４９５５６号明細書

しかし、単体の真空センサは一般的に集積回路パッケージ内に集積するには大きくかつ高価過ぎるので、真空パッケージ内の圧力を監視することは難しい。内部センサが不在であれば、真空パッケージ内キャビティの内部圧力は製品寿命期間中不明である。内部圧力はパッケージ化工程にてガス圧力を測定することにより推定できるだけである。

気密パッケージ化は、周囲ガスの構成および/または圧力を制御することを可能とすることもある。パッケージの気密性を特徴付けして調べる技術として、例えば過フッ化炭化水素バブルテストおよびヘリウム検出テストがある。しかし、非常に小さいキャビティを持つパッケージの気密性を測定する普遍的な技術は存在していない。非常に小さいキャビティサイズとして、例えば一立方センチより小さいものは、無線周波数帯部品を含む多くの産業用マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスに含まれている。

このような課題を解決するべく、キャビティ圧力を測定する、より優れた方法が必要である。

本発明の一実施形態を示す透視図である。

本発明の一実施形態を示す縮小横断面図である。

本発明の別の実施形態を示す縮小横断面図である。

本発明の一実施形態の製造工程途中を示す縮小横断面図である。

本発明の一実施形態の後続製造工程途中を示す縮小横断面図である。

本発明の一実施形態の更なる後続製造工程途中を示す縮小横断面図である。

本発明の基板上での一実施形態を図１内７−７のワイヤに沿って示した縮小横断面図である。

図１に示されているように、マイクロ加工熱線真空センサ１０は、集積回路製造技術を使用して基板（図示せず）上に形成してもよい。いくつかの実施例では、センサ１０は内部キャビティ圧力を測定することができる。一つの実施例では、センサ１０は真空パッケージ化されたマイクロシステム内にて１０^−２から１０^３Ｔｏｒｒ範囲程度の圧力を測定できる。センサ１０は、密閉された集積回路またはマイクロシステムパッケージでの漏れ試験に使用してもよい。真空パッケージ化されたデバイスの圧力監視は、較正された真空センサ１０により直接実行してもよい。漏れ試験は、真空センサ１０を使用した適切な測定技術にて実行してもよい。

センサ１０は、絶縁体２４上に形成してもよい。第１のＵ形状コンタクト１２をセンサ１０の片側に配置して、第２のＵ形状コンタクト１２をその反対側に配置する。コンタクト足部１７は、蛇行形状で電導性で懸架されたマイクロ加工ワイヤ１４を支持する。足部１７は、コンタクト１２とワイヤ１４を電気的にも結合する。ワイヤ１４は、コンタクト１２より供給される電流がワイヤ１４を通過する時に熱くなる。一つの実施例では、コンタクト１２は２つのリード１３を備えてもよく、４点抵抗値測定が実施可能となる。

ワイヤ１４は、印加された電圧および周囲圧力により所定の温度まで熱くなる。ワイヤ１４間の電圧および電流は測定可能であり、適切な較正をすることによりワイヤ１４の温度も測定することができる。ワイヤ１４を通過する電流および電圧により、ワイヤ１４からの定常的な熱損失を測定することがきる。

ワイヤ１４の抵抗値を４点抵抗値測定により局所的に測定してもよいので、懸架されたワイヤ１４の温度は、既知の抵抗値温度係数または、ワイヤ材料の適切な較正関数を使用して計算してもよい。

ワイヤそのものは、サーミスタあるいは抵抗値基準温度センサとして作動する。この設定は、集積回路、微細加工、および集積回路またはマイクロシステムとの集積が容易な一つの構造材料による簡素なセンサを可能としている。

図２に示すように、センサ１０は、集積回路１８上の絶縁体２０上に形成してもよい。一実施例として、デバイス１０は集積回路、モノリシック加工技術を使用して加工してもよい。同時に、マイクロシステム２２も、モノリシック、マイクロ回路、集積回路加工技術を使用して基板１８上に形成してもよい。

システム２２およびサンサ１０は、その後筐体（エンクロジャ）２４内に気密封止されてもよい。その結果、気密封止され、雰囲気より隔離されたキャビティ２６ができあがる。一実施例として、キャビティ２６の体積は１立方センチより小さくてもよい。

エンクロジャ２４は、例として、基板１８上に接合された蓋の形状であってもよく、センサ１０および基板１８の専用容器として、例えば金属またはセラミック気密パッケージあるいは真空チャンバ等の密閉チャンバでもよい。

多くの場合、真空センサ１０は、マイクロシステム２２を形成する加工プロセスを変更無しであるいは少しの変更で、集積することができる。

センサ１０は、キャビティ２６内の圧力を監視するべく使用されてよい。真空センサ１０は、エンクロジャ２４内にて比較的小さい容量を専有して、さらに一つの実施例では、基板またはダイ上の比較的小さい面積を専有してもよい。例として、一つの実施例では、センサ１０は、金カンチレバーの高周波スイッチを含むシステム２２に微細加工プロセスの変更無しで集積することもできる。ワイヤ１４は、この様な実施例では、金にて形成してもよい。

図３に示すように、本発明の別の実施例によれば、ハイブリッドインテグレーションスキームでは、シールパッケージされた真空センサ１０を使用する。真空センサ１０は、別途加工された集積回路ダイとして形成されてもよい。マイクロシステム２８も、別途加工された集積回路ダイとして形成されてよい。センサ１０および回路２８のそれぞれのダイは、共通のエンクロジャ２４内にパッケージ化されてよい。いくつかの実施例では、基板１８は、シリコン、ガラス、セラミック、または有機ダイあるいはパッケージ基板のこともある。

ワイヤボンディング、フリップチップ、および/または他の電気相互接続技術を使用してセンサ１０および回路２８を相互にあるいは他の部品と結合してもよい。ハイブリッドインテグレーションは、図２に示したモノリシック方法に比較して、より大きなパッケージを得ることもできる。真空センサ１０を使用することにより、既存真空センサ技術に比較してサイズ面、さらに小チップサイズおよび加工プロセスの簡素性によるコスト面での優位点を提供することができる。

図４に示すように、センサ１０の加工は基板１８上に絶縁体２０を配置することにより始めてよい。シード層１２を蒸着およびパターン加工することによりコンタクト１２をセンサ１０の反対側に形成してもよい。

図５に示すように、犠牲層３２を蒸着およびパターン加工することにより最終的に足部１７となる開口部３４を形成してよい。その後、図６に示すように、ワイヤ１４を犠牲層３２上で蒸着およびパターン加工してもよい。パターン加工は、従来型リソグラフィおよびマスキング技術を使用してよい。

その後、層３２は、例えば、化学エッチング、加熱、または他のリリース技術により除去してよい。その結果、ワイヤ１４は図７に示すように、足部１７に取り付けられ絶縁層２０上に懸架された状態になる。

エンクロジャ２４は、基板上に取り付けられた蓋の形状でもよく、センサおよび基板の専用容器として、例えば、金属またはセラミック気密パッケージ、または真空チャンバ等の密閉チャンバ等でもよい。基板１８上の接合部１２は、真空センサ１０へのエンクロジャ２４外部からの電気的アクセスを可能とすべく、エンクロジャ２４の下部より延長してよい。電気的接点は、エンクロジャ２４を通してあるいは、基板１８を通して（例えば、導通ビアを通して）エンクロジャ２４外部に接続してもよい。

外部測定機器（図示せず）を使用してセンサ１０を操作してよく、そのような機器として、ＤＣ電源、電流計、および電圧計を含めてよい。

システム２２は、少数の例として、マイクロメカニカルトランスデューサ、ＭＥＭＳ、マイクロ光変換器、マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム、マイクロイオン化放射トランスデューサ、マイクロ熱トランスデューサ、マイクロ磁気または電磁気トランスデューサ、マイクロ化学または生体トランスデューサ、またはマイクロ流体デバイスであってもよい。システム２２は、真空センサ１０と同じ、エンクロジャ２４内に密閉封じされてよい。

エンクロジャ２４は、２つの実施例として、集積回路パッケージの一部として、またはそれ自体他のパッケージ内に入れてもよい。

本発明をいくつかの実施形態に従い説明しているが、当業者であれば上記の具体的な説明を参考に本発明からのさまざまな変形例を実施することができる。これらのさまざまな変形例あるいはその同等なものは、本発明の本質的な特徴の範囲にあり、添付の請求項によって包含されることを意図している。

Claims (9)

1. 集積回路を製造する方法であって、
   蛇行形状のワイヤとして真空センサを微細加工する工程と、
   前記真空センサと前記集積回路とを同一基板に集積する工程と、
   前記集積された真空センサおよび集積回路をエンクロジャ内で真空封止する工程と
   を含み、
   前記真空センサを微細加工する工程は、
   前記ワイヤに結合されるコンタクトを前記基板の表面上に形成する工程であって、シード層を堆積してパターン加工することにより、前記ワイヤにそれぞれ結合される第１コンタクトおよび第２コンタクトを前記表面上に形成する工程と、
   犠牲層を蒸着してパターン加工することにより、前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトのそれぞれの上方に、前記ワイヤを支持する支持部が形成される開口を前記犠牲層に形成する工程と、
   前記犠牲層上で蒸着およびパターン加工することにより、蛇行形状の前記ワイヤを形成する工程と、
   前記犠牲層を除去することにより、前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトのそれぞれから前記ワイヤまで上方に延長する前記支持部により懸架された蛇行形状の前記ワイヤを形成する工程と
   を有する
   方法。
2. 前記微細加工された真空センサは別途に加工された集積回路ダイとして形成され、前記集積回路は別の集積回路ダイ上に形成される
   請求項１に記載の方法。
3. 前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトは、２つのリード部を提供すべくＵ形状に形成される
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトは導通ビアにより前記エンクロジャ外部と電気的に接続される
   請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 集積回路デバイスであって、
   集積回路ダイとして形成された、微細加工真空センサと、
   集積回路ダイとして形成された集積回路と、
   エンクロジャと、
   ハイブリッド集積スキームによる前記真空センサおよび集積回路を支持する基板と
   を備え、
   前記真空センサは、
   懸架された蛇行形状のワイヤと、
   それぞれ前記基板上に形成され、それぞれ前記ワイヤに結合された第１コンタクトおよび第２コンタクトと
   を有し、
   前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトは、それぞれ２つのリード部を有するＵ形状を有し、
   前記エンクロジャは、前記基板上に取り付けられ、前記真空センサおよび前記集積回路をともに真空封止する
   集積回路デバイス。
6. 前記真空センサおよび前記集積回路は、別々の集積回路ダイに形成される
   請求項５に記載の集積回路デバイス。
7. 集積回路デバイスであって、
   基板と、
   前記基板に集積された真空センサと、
   前記基板に集積された集積回路と、
   前記基板に取り付けられ、集積された前記真空センサおよび前記集積回路を真空封止するエンクロジャと
   を備え、
   前記真空センサは、
   懸架された蛇行形状のワイヤと、
   それぞれ前記基板上に形成され、それぞれ前記ワイヤに結合された第１コンタクトおよび第２コンタクトと
   を有し、
   前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトは、それぞれ２つのリード部を有するＵ形状を有する
   集積回路デバイス。
8. 前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトを前記エンクロジャ外部と電気的に接続する導通ビア
   をさらに備える請求項５から７のいずれかに記載の集積回路デバイス。
9. 前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトは、シード層を堆積しパターン加工することにより前記基板上に形成され、
   蛇行形状の前記ワイヤは、前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトのそれぞれの上方に前記ワイヤを支持する支持部となる開口を形成すべく蒸着およびパターン加工された犠牲層上に蒸着およびパターン加工により形成され、当該犠牲層を除去することにより前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトのそれぞれから前記ワイヤまで上方に延長する前記支持部により懸架される
   請求項５から８のいずれかに記載の集積回路デバイス。

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