特開 2024-128956 センサダイを有するセンサパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128956

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】センサダイを有するセンサパッケージ

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/00 20060101AFI20240913BHJP

【ＦＩ】

G01L9/00 303A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024033458

(22)【出願日】2024-03-06

(31)【優先権主張番号】18/181836

(32)【優先日】2023-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】518345815

【氏名又は名称】ティーイー コネクティビティ ソリューソンズ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110004347

【氏名又は名称】弁理士法人大場国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド エリック ワグナー

(72)【発明者】

【氏名】ジョセ アルファロ ペレス

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055BB01

2F055BB05

2F055CC02

2F055DD05

2F055EE14

2F055FF43

2F055GG11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】絶対圧および差圧の両方の測定を必要とする場合、必要な構成要素の数と製造コストが増大し、サイズまたは占有面積が増大する。
【解決手段】シリコンウェハ（１１０）は、第１のキャビティ（１３０）と位置合わせされている第１の膜（１１６）、および第２のキャビティ（１４０）と位置合わせされている第２の膜（１１８）を有する。シリコンウェハ（１１０）は、キャリアウェハ（１２０）とは別個に単一品としてモノリシックに形成され、第１の膜（１１６）および第２の膜（１１８）を通して均一なウェハ厚さ（１１１）を有する。第１の膜（１１６）は、シリコンウェハ（１１０）の第１のウェハ面（１１２）、および第１のウェハ面（１１２）の反対側にある第２のウェハ面（１１４）のうちの１つにおける絶対圧に応じて撓み可能である。第２の膜（１１８）は、第１のウェハ面（１１２）と第２のウェハ面（１１４）との間の差圧に応じて撓み可能である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のキャビティ（１３０）および第２のキャビティ（１４０）を有するキャリアウェハ（１２０）と、
前記キャリアウェハ（１２０）に配されているシリコンウェハ（１１０）と
を備えるセンサダイ（１００）であって、

前記シリコンウェハ（１１０）は、前記第１のキャビティ（１３０）と位置合わせされている第１の膜（１１６）、および前記第２のキャビティ（１４０）と位置合わせされている第２の膜（１１８）を有し、
前記シリコンウェハ（１１０）は、前記キャリアウェハ（１２０）とは別個に単一品としてモノリシックに形成され、前記第１の膜（１１６）および前記第２の膜（１１８）を通して均一なウェハ厚さ（１１１）を有し、
前記第１の膜（１１６）は、前記シリコンウェハ（１１０）の第１のウェハ面（１１２）、および前記第１のウェハ面（１１２）の反対側にある第２のウェハ面（１１４）のうちの１つにおける絶対圧に応じて撓み可能であり、
前記第２の膜（１１８）は、前記第１のウェハ面（１１２）と前記第２のウェハ面（１１４）との間の差圧に応じて撓み可能である、
センサダイ（１００）。

【請求項2】

前記シリコンウェハ（１１０）と前記キャリアウェハ（１２０）との間のエッチストップ（１５０）をさらに備える、
請求項１に記載のセンサダイ（１００）。

【請求項3】

前記第１のキャビティ（１３０）は、第１のキャビティ幅（１３２）を有し、前記第２のキャビティ（１４０）は、前記第１のキャビティ幅（１３２）よりも大きいまたはそれに等しい第２のキャビティ幅（１４２）を有する、
請求項１に記載のセンサダイ（１００）。

【請求項4】

前記第１のキャビティ（１３０）は、前記第１のキャビティ幅（１３２）に垂直な深さ方向（Ｄ）における第１のキャビティ深さ（１３４）を有し、前記第２のキャビティ（１４０）は、前記第２のキャビティ幅（１４２）に垂直な前記深さ方向（Ｄ）における第２のキャビティ深さ（１４４）を有し、前記第２のキャビティ深さ（１４４）は、前記第１のキャビティ深さ（１３４）よりも大きいまたはそれに等しい、
請求項３に記載のセンサダイ（１００）。

【請求項5】

前記キャリアウェハ（１２０）は、第３のキャビティ（１４６）を有し、前記シリコンウェハ（１１０）は、前記第３のキャビティ（１４６）と位置合わせされている第３の膜（１１７）を有し、前記第３の膜（１１７）は、前記第１の膜（１１６）とは異なる範囲の前記絶対圧に応じて撓み可能であり、かつ／または、
前記キャリアウェハ（１２０）は、第４のキャビティ（１４８）を有し、前記シリコンウェハ（１１０）は、前記第４のキャビティ（１４８）と位置合わせされている第４の膜（１１９）を有し、前記第４の膜（１１９）は、前記第２の膜（１１８）とは異なる範囲の前記差圧に応じて撓み可能である、
請求項１に記載のセンサダイ（１００）。

【請求項6】

センサダイ（１００）であって、
前記センサダイ（１００）は、
● 第１のキャリアウェハ（１２０）、および前記第１のキャリアウェハ（１２０）に配されている第１のシリコンウェハ（１１０）を有する第１のダイ部分（１６０）であって、
前記第１のキャリアウェハ（１２０）は、第１のキャビティ（１３０）を有し、前記第１のシリコンウェハ（１１０）は、前記第１のダイ部分（１６０）における第１の圧力（Ｐ１）の絶対測定値に応じて前記第１のキャビティ（１３０）へと撓み可能である、第１のダイ部分（１６０）と、

● 前記第１のダイ部分（１６０）の下に配されている第２のダイ部分（１７０）であって、
前記第２のダイ部分（１７０）は、第２のキャリアウェハ（１２０）、および前記第２のキャリアウェハ（１２０）に配されている第２のシリコンウェハ（１１０）を有し、前記第２のキャリアウェハ（１２０）は、第２のキャビティ（１４０）を有し、前記第２のシリコンウェハ（１１０）は、前記第２のシリコンウェハ（１１０）における前記第１の圧力（Ｐ１）と前記第２のキャビティ（１４０）における第２の圧力（Ｐ２）との差分測定値に応じて撓み可能である、第２のダイ部分（１７０）と
を備える、

センサダイ（１００）。

【請求項7】

前記第１のダイ部分（１６０）は、前記第１のキャリアウェハ（１２０）が配されている第１の制限部（２００）を有し、
前記第１の制限部（１２０）は、前記第１のダイ部分（１６０）が前記第２のダイ部分（１７０）に積層されている深さ方向（Ｄ）において、前記第１のダイ部分（１６０）と前記第２のダイ部分（１７０）との間の間隙（１８０）を空けて前記第２のシリコンウェハ（１１０）に取り付けられ、
前記第１のダイ部分（１６０）は、前記第１のキャリアウェハ（１２０）および前記第１の制限部（１２０）を通って延在するシリコン貫通ビア（１６２）により前記第２のダイ部分（１７０）に取り付けられている、
請求項６に記載のセンサダイ（１００）。

【請求項8】

制限部（２００）と、
前記制限部（２００）に配されているセンサダイ（１００）と
を備えるセンサパッケージ（１０）であって、

前記センサダイ（１００）は、キャリアウェハ（１２０）、および前記キャリアウェハ（１２０）に配されているシリコンウェハ（１１０）を含み、
前記キャリアウェハ（１２０）は、第１のキャビティ（１３０）および第２のキャビティ（１４０）を有し、
前記シリコンウェハ（１１０）は、前記第１のキャビティ（１３０）と位置合わせされている第１の膜（１１６）、および前記第２のキャビティ（１４０）と位置合わせされている第２の膜（１１８）を有し、

前記シリコンウェハ（１１０）は、前記キャリアウェハ（１２０）とは別個に単一品としてモノリシックに形成され、前記第１の膜（１１６）および前記第２の膜（１１８）を通して均一なウェハ厚さ（１１１）を有し、
前記第１の膜（１１６）は、前記シリコンウェハ（１１０）の第１のウェハ面（１２２）、および前記第１のウェハ面（１２２）の反対側にある第２のウェハ面（１２４）のうちの１つにおける絶対圧に応じて撓み可能であり、
前記第２の膜（１１８）は、前記第１のウェハ面（１２２）と前記第２のウェハ面（１２４）との間の差圧に応じて撓み可能である、
センサパッケージ（１０）。

【請求項9】

前記制限部（２００）を通って延在し、かつ前記第２のキャビティ（１４０）と連通する差分制限部ポート（２０６）を前記制限部（２００）が有し、前記第１のキャビティ（１３０）は、前記制限部（２００）により遮蔽され、前記第１のキャビティ（１３０）は、真空圧を有する、
請求項８に記載のセンサパッケージ（１０）。

【請求項10】

前記制限部（２００）とは反対側の前記センサダイ（１００）の面に配されているキャップ層（４００）と、前記センサダイ（１００）と前記キャップ層（４００）との間に配されている酸化物層（４１０）とをさらに備え、
前記酸化物層（４１０）は、前記第１の膜（１１６）と位置合わせされている第１の酸化物開口部（４１２）、および前記第２の膜（１１８）と位置合わせされている第２の酸化物開口部（４１４）を有する、
請求項８に記載のセンサパッケージ（１０）。

【請求項11】

前記キャップ層（４００）は、前記第１の酸化物開口部（４１２）を遮蔽し、
前記キャップ層（４００）は、前記第２の酸化物開口部（４１４）と連通するキャップポート（４０２）を有し、

前記制限部（２００）を通って延在し、かつ前記第１のキャビティ（１３０）と連通する絶対制限部ポート（２０８）を前記制限部（２００）が有する、
請求項１０に記載のセンサパッケージ（１０）。

【請求項12】

● 開口部（３３）を有するハウジング（３０）と、
● 前記開口部（３３）に配されているセンサパッケージ（１０）と
を備えるセンサアセンブリ（２０）であって、

前記センサパッケージ（１０）は、キャリアウェハ（１２０）、および前記キャリアウェハ（１２０）に配されているシリコンウェハ（１１０）を有するセンサダイ（１００）を含み、

前記キャリアウェハ（１２０）は、第１のキャビティ（１３０）および第２のキャビティ（１４０）を有し、

前記シリコンウェハ（１１０）は、前記第１のキャビティ（１３０）と位置合わせされている第１の膜（１１６）、および前記第２のキャビティ（１４０）と位置合わせされている第２の膜（１１８）を有し、

前記シリコンウェハ（１１０）は、前記キャリアウェハ（１２０）とは別個に単一品としてモノリシックに形成され、前記第１の膜（１１６）および前記第２の膜（１１８）を通して均一なウェハ厚さ（１１１）を有し、

前記第１の膜（１１６）は、前記シリコンウェハ（１１０）の第１のウェハ面（１１２）、および前記第１のウェハ面（１１２）の反対側にある第２のウェハ面（１１４）のうちの１つにおける絶対圧に応じて撓み可能であり、

前記第２の膜（１１８）は、前記第１のウェハ面（１１２）と前記第２のウェハ面（１１４）との間の差圧に応じて撓み可能である、
センサアセンブリ（２０）。

【請求項13】

前記開口部（３３）に配され、前記センサダイ（１００）に電気的に接続されている処理回路（６０）をさらに備え、
前記開口部（３３）には、オイル（８０）が充填されている、
請求項１２に記載のセンサアセンブリ（２０）。

【請求項14】

前記ハウジング（３０）を通って延在し、前記センサダイ（１００）および前記処理回路（６０）に電気的に接続されているピン（４０）をさらに備え、

前記ピン（４０）は、前記ハウジング（３０）のピン通路（３６）を通って延在し、前記ピン通路（３６）は、気密シール（４２）により前記ピン（４０）の周囲で封止されている、
請求項１３に記載のセンサアセンブリ（２０）。

【請求項15】

前記ハウジング（３０）に接続されているダイヤフラム（５０）をさらに備え、前記ダイヤフラム（５０）は、前記開口部（３３）における前記オイル（８０）に外圧を伝達する、
請求項１３に記載のセンサアセンブリ（２０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサパッケージに関し、より詳細には、センサパッケージのセンサダイに関する。

【背景技術】

【0002】

圧力センサは通常、センサダイヤフラムと、センサダイヤフラムに配されたピエゾ抵抗器とを含む。印加される力または圧力がセンサダイヤフラムを撓ませ、それにより、ダイヤフラムにおけるピエゾ抵抗器の抵抗が変化し、それに対応して、その力または圧力を反映する圧力センサの測定出力が変化する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

マスフローコントローラなどの特定の適用例は、絶対圧および差圧の両方の測定を必要とする。しかしながら、既存の圧力センサは、別個の構成要素を用いてそれぞれ絶対圧および差圧を測定する。例えば、ピエゾ抵抗器を有する１つのセンサダイヤフラムが絶対圧を測定し、異なるピエゾ抵抗器を有するもう１つの別個のセンサダイヤフラムが差圧を測定する。複数のダイヤフラムを用いてこれらの圧力を測定することにより、圧力センサに必要な構成要素の数が増大し、それにより製造コストが増大する。さらに、複数のダイヤフラムを用いることにより、圧力センサのサイズまたは占有面積が増大し、それにより、特定の用途における圧力センサの使用が制限される場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

センサダイは、第１のキャビティおよび第２のキャビティを有するキャリアウェハと、キャリアウェハに配されているシリコンウェハとを含む。シリコンウェハは、第１のキャビティと位置合わせされている第１の膜、および第２のキャビティと位置合わせされている第２の膜を有する。シリコンウェハは、キャリアウェハとは別個に単一品としてモノリシックに形成され、第１の膜および第２の膜を通して均一なウェハ厚さを有する。第１の膜は、シリコンウェハの第１のウェハ面、および第１のウェハ面の反対側にある第２のウェハ面のうちの１つにおける絶対圧に応じて撓み可能である。第２の膜は、第１のウェハ面と第２のウェハ面との間の差圧に応じて撓み可能である。

【0005】

ここで、添付の図面を参照して、本発明を例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態に係るセンサパッケージの斜視図である。

【図2】図１のセンサパッケージの断面斜視図である。

【図3】別の実施形態に係るセンサパッケージの断面側面図である。

【図4】別の実施形態に係るセンサパッケージの断面側面図である。

【図5】別の実施形態に係るセンサパッケージの断面斜視図である。

【図6】別の実施形態に係るセンサパッケージの断面斜視図である。

【図7】別の実施形態に係るセンサパッケージの断面側面図である。

【図8】一実施形態に係るセンサアセンブリの断面側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

添付の図面を参照して、本開示の例示的実施形態を以下で詳細に説明する。図面において、同様の参照符号は同様の要素を指す。しかしながら、本開示は、多数の異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が開示の概念を当業者に伝達するように提供されている。加えて、以下の詳細な説明においては、説明の目的で、多数の具体的な詳細事項が、開示の実施形態の完全な理解をもたらすために記載されている。しかしながら、１つまたは複数の実施形態がこれらの具体的な詳細事項なしで実現されてもよいことは明らかである。

【0008】

図面の全体にわたって、図面を明確にするために、図中で複数の同一の要素のうちの１つのみに符号を付している場合があるが、本明細書における要素の詳細な説明は、その図中で同一のものとして出現する要素の各々に等しく当てはまる。本明細書の全体にわたって、「深さ方向」および「幅方向」などの方向の記述語が用いられる。これらの記述語は、単に説明を明確にするためのものであり、様々な方向を区別するためのものである。これらの方向の記述語は、開示されている要素の任意の特定の向きを含意または要求するものではない。

【0009】

一実施形態に係るセンサパッケージ１０を図１および図２に示す。センサパッケージ１０は、センサダイ１００と、センサダイ１００が配された制限部２００と、センサダイ１００に配された複数のピエゾ抵抗素子３００とを含む。

【0010】

図１および図２に示すように、センサダイ１００は、シリコンウェハ１１０およびキャリアウェハ１２０を含む。シリコンウェハ１１０は、第１のウェハ面１１２と、深さ方向Ｄにおいて第１のウェハ面１１２の反対側にある第２のウェハ面１１４とを有する。シリコンウェハ１１０は、シリコンウェハ１１０の一部分における第１の膜１１６、およびシリコンウェハ１１０の別の部分における第２の膜１１８を形成する。シリコンウェハ１１０は、第１の膜１１６および第２の膜１１８を通して均一であることを含め、深さ方向Ｄに垂直な平面において均一なウェハ厚さ１１１を有する。

【0011】

図１および図２に示すように、キャリアウェハ１２０は、第１のキャリア面１２２と、深さ方向Ｄにおいて第１のキャリア面１２２の反対側にある第２のキャリア面１２４とを有する。図示の実施形態において、キャリアウェハ１２０は、ウェハ厚さ１１１よりも大きい深さ方向Ｄにおけるキャリア厚さ１２６を有する。シリコンウェハ１１０およびキャリアウェハ１２０は、各々シリコン材料から形成され、同じシリコン材料から形成されてよい。

【0012】

キャリアウェハ１２０は、第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０を有する。第１のキャビティ１３０は、深さ方向Ｄに垂直な幅方向Ｗにおける第１のキャビティ幅１３２、および深さ方向Ｄにおける第１のキャビティ深さ１３４を有する。第２のキャビティ１４０は、幅方向Ｗにおける第２のキャビティ幅１４２、および深さ方向Ｄにおける第２のキャビティ深さ１４４を有する。図２に示す実施形態において、第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０は各々、第２のキャリア面１２４から第１のキャリア面１２２まで深さ方向Ｄにおいて完全にキャリアウェハ１２０を貫通して延在する。第１のキャビティ深さ１３４は、第２のキャビティ深さ１４４に等しい。図２に示す実施形態において、第２のキャビティ幅１４２は、幅方向Ｗにおいて第１のキャビティ幅１３２よりも大きい。

【0013】

センサダイ１００を形成するために、シリコンウェハ１１０は、キャリアウェハ１２０とは別個に均一なウェハ厚さ１１１を有する単一品としてモノリシックに形成される。次いで、エッチストップ１５０が深さ方向Ｄにおいてシリコンウェハ１１０とキャリアウェハ１２０との間にある状態で、シリコンウェハ１１０の第２のウェハ面１１４がキャリアウェハ１２０の第１のキャリア面１２２に取り付けられる。図１および図２の実施形態において、エッチストップ１５０は、シリコンウェハ１１０をキャリアウェハ１２０に取り付ける酸化物材料層である。「ウェハ」という用語は、シリコンウェハ１１０およびキャリアウェハ１２０を指すものとして一貫性のために用いられるが、これらのウェハ１１０、１２０は、本明細書において説明し示すように、センサダイ１００を形成するためにカットされることになる。

【0014】

様々な実施形態において、シリコンウェハ１１０は、キャリアウェハ１２０における第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０の形成の前または後に、キャリアウェハ１２０に取り付けられてよい。シリコンウェハ１１０がキャリアウェハ１２０に取り付けられるときにキャリアウェハ１２０がシリコン材料の中実体である実施形態において、第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０は両方、キャリアウェハ１２０の第２のキャリア面１２４から開始する単一のエッチングにより、キャリアウェハ１２０に形成される。このエッチング、例えば深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）またはウェットエッチングは、第２のキャリア面１２４から開始して第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０をキャリアウェハ１２０に同時にエッチングする。
このエッチングは、エッチストップ１５０に達するまで継続し、それにより、上述のようにキャビティ幅１３２、１４２およびキャビティ深さ１３４、１４４を有する第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０を完全に形成し、エッチングがシリコンウェハ１１０に達することを防止する。

【0015】

図２に示すように、センサダイ１００において、第１のキャビティ１３０の上に延在し、深さ方向Ｄにおいて第１のキャビティ１３０と位置合わせされるシリコンウェハ１１０の一部分が、シリコンウェハ１１０の第１の膜１１６である。第２のキャビティ１４０の上に延在し、深さ方向Ｄにおいて第２のキャビティ１４０と位置合わせされるシリコンウェハ１１０の一部分が、シリコンウェハ１１０の第２の膜１１８である。上述のように、シリコンウェハ１１０は、第１の膜１１６および第２の膜１１８を通して均一なウェハ厚さ１１１を有し、第１の膜１１６および第２の膜１１８を有する単一品としてモノリシックに形成される。

【0016】

図１および図２に示すように、制限部２００は、第１の面２０２と、深さ方向Ｄにおいて第１の面２０２の反対側にある第２の面２０４を有する。制限部２００は、第１の面２０２から第２の面２０４まで深さ方向Ｄにおいて制限部２００を通って延在する差分制限部ポート２０６を有する。様々な実施形態において、制限部２００は、ガラスまたはシリコン材料から単一品としてモノリシックに形成されてよい。

【0017】

図１および図２に示すセンサパッケージ１０において、センサダイ１００は、キャリアウェハ１２０の第２のキャリア面１２４が制限部２００の第１の面２０２に取り付けられた状態で、制限部２００に配される。図示の実施形態において、制限部２００は、第１のキャビティ１３０を遮蔽する。図２に示すように、差分制限部ポート２０６は、第２のキャビティ１４０と位置合わせされ、第２のキャビティ１４０と連通する。

【0018】

図１および図２に示すように、ピエゾ抵抗素子３００は、第１の膜１１６においてシリコンウェハ１１０に配されたピエゾ抵抗素子３００の第１のセット３０２と、第２の膜１１８においてシリコンウェハ１１０に配されたピエゾ抵抗素子３００の第２のセット３０４とを含む。図１および図２に示すように、ピエゾ抵抗素子３００の第１のセット３０２は、第１の膜１１６の周囲に配置され、深さ方向Ｄにおいて第１のキャビティ１３０の周囲と位置合わせされ、ピエゾ抵抗素子３００の第２のセット３０４は、第２の膜１１８の周囲に配置され、深さ方向Ｄにおいて第２のキャビティ１４０の周囲と位置合わせされる。

【0019】

ピエゾ抵抗素子３００は、シリコンウェハ１１０のシリコン材料にパターニングされまたは埋め込まれた元素材料であり、ピエゾ抵抗素子３００は、第１のウェハ面１１２にまたはシリコンウェハ１１０内に配置されてよい。一実施形態において、元素材料は、ｐ型ホウ素などの正のドーパントであるが、ピエゾ抵抗器をシリコン材料に形成するために用いられる任意のタイプの材料であり得る。

【0020】

図示の実施形態において、ピエゾ抵抗素子３００の第１のセット３０２は、第１の膜１１６の周囲に分散し、第１のホイートストンブリッジを第１の膜１１６に形成する４つのピエゾ抵抗素子を含む。ピエゾ抵抗素子３００の第２のセット３０４は、第２の膜１１８の周囲に分散し、第２のホイートストンブリッジを第２の膜１１８に形成する４つのピエゾ抵抗素子を含む。他の実施形態においては、ピエゾ抵抗素子３００の第１のセット３０２および第２のセット３０４は、３つ以下または４つよりも多くのピエゾ抵抗素子３００を含んでよい。

【0021】

センサダイ１００を有するセンサパッケージ１０は、それが配置される環境において、物理的要素からまたは流体から様々な圧力を測定するために用いられる。図２に示す第１の圧力Ｐ１は、シリコンウェハ１１０の第１のウェハ面１１２に働く。図２における第１の圧力Ｐ１の位置は、単に例示的なものであり、第１の圧力Ｐ１は、深さ方向Ｄにおいて第１の膜１１６および第２の膜１１８の両方にわたって働く。シリコンウェハ１１０は、可撓性であり、弾性的に撓み可能である。第１の膜１１６は、深さ方向Ｄにおいて第１のキャビティ１３０に向かって第１の圧力Ｐ１の大きさに応じて撓み可能であり、第２の膜１１８は、第１の膜１１６とは独立に、深さ方向Ｄにおいて第２のキャビティ１４０に向かって第１の圧力Ｐ１の大きさに応じて撓み可能である。

【0022】

図２に示すように、第２のキャビティ１４０は、差分制限部ポート２０６を通して第２のキャビティ１４０に入り、第２の膜１１８においてシリコンウェハ１１０の第２のウェハ面１１４に働く第２の圧力Ｐ２を有する。第２の圧力Ｐ２は、第１の圧力Ｐ１とは反対の深さ方向Ｄにおいて第２の膜１１８の第２のウェハ面１１４にわたって働く。第２の圧力Ｐ２は、第２の膜１１８の第１のウェハ面１１２における第１の圧力Ｐ１に逆らって働くので、第２の膜１１８は、第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との間の差圧に応じて撓み可能である。ピエゾ抵抗素子３００の第２のセット３０４の抵抗は、第２の膜１１８の撓み量に応じて変化し、ピエゾ抵抗素子３００の第２のセット３０４を介して伝送される出力信号は、第２の膜１１８の撓み量および第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との間の差圧を表す。

【0023】

第１の膜１１６は、第１の圧力Ｐ１の下で第２の膜１１８と同時に撓み可能である。制限部２００により封止または遮蔽される第１のキャビティ１３０は、真空圧または既知の圧力Ｐ０を有し、真空圧または既知の圧力Ｐ０は、第１の膜１１６の第１のウェハ面１１２における第１の圧力Ｐ１に逆らって第１の膜１１６の第２のウェハ面１１４に働く。それにより、第１の膜１１６は、第１の膜１１６の第１のウェハ面１１２における第１の圧力Ｐ１の絶対尺度に応じて第１のキャビティ１３０へと撓み可能である。第２の膜１１８と一体に形成される第１の膜１１６は、第２の膜１１８と同時に、しかし第２の膜１１８とは異なる圧力の尺度に応じて撓みする。ピエゾ抵抗素子３００の第１のセット３０２の抵抗は、第１の膜１１６の撓み量に応じて変化し、ピエゾ抵抗素子３００の第１のセット３０２を介して伝送される出力信号は、第１の膜１１６の撓み量および第１の圧力Ｐ１の絶対尺度を表す。

【0024】

別の実施形態に係るセンサパッケージ１０を図３に示す。同様の参照番号は同様の要素を指し、主に図１および図２に示すセンサパッケージ１０の実施形態との差異を、本明細書において詳細に説明する。ピエゾ抵抗素子３００は、図３の模式図では省略されているが、図１および図２のセンサパッケージ１０に関して上述したものと同様に、図３のセンサパッケージ１０の第１の膜１１６および第２の膜１１８に存在する。

【0025】

図３の実施形態に係るセンサパッケージ１０において、キャリアウェハ１２０の第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０は、異なるサイズを有する。第２のキャビティ幅１４２は、依然として第１のキャビティ幅１３２よりも大きく、図示の実施形態において、第２のキャビティ深さ１４４は、第１のキャビティ深さ１３４よりも大きい。図３に示す実施形態において、エッチングは、第１のキャビティ幅１３２よりも大きい第２のキャビティ幅１４２を有する第２のキャビティ１４０を、第１のキャビティ１３０よりも深さ方向Ｄにおいて高速にエッチングし、第１のキャビティ１３０がエッチストップ１５０に達する前に第２のキャビティ１４０においてエッチストップ１５０に達する、アスペクト比依存エッチングである。

【0026】

別の実施形態においては、エッチストップ１５０は、酸化物層に代えて、シリコンウェハ１１０とキャリアウェハ１２０との間の接合部であり得る。そのようなエッチストップ１５０を用いる場合、エッチングは、本明細書に記載の第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０を形成するための電気化学エッチングであり得る。第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０は、電気化学エッチングの結果として、傾斜した壁を有してよい。

【0027】

別の実施形態に係るセンサパッケージ１０を図４に示す。同様の参照番号は同様の要素を指し、主に図１および図２に示すセンサパッケージ１０の実施形態との差異を、本明細書において詳細に説明する。ピエゾ抵抗素子３００は、図４の模式図では省略されているが、図１および図２のセンサパッケージ１０に関して上述したものと同様に、図４のセンサパッケージ１０の第１の膜１１６および第２の膜１１８に存在する。

【0028】

図４に示すように、センサパッケージ１０は、制限部２００とは反対側のセンサダイ１００の面に配されたキャップ層４００を有する。キャップ層４００は、シリコン材料から形成されてよい。センサパッケージ１０は、キャップ層４００をセンサダイ１００に取り付ける、酸化物材料から形成され、深さ方向Ｄにおいてキャップ層４００とセンサダイ１００との間に配された酸化物層４１０を有する。酸化物層４１０は、深さ方向Ｄにおいて第１の膜１１６と位置合わせされる第１の酸化物開口部４１２を有し、深さ方向Ｄにおいて第２の膜１１８と位置合わせされる第２の酸化物開口部４１４を有する。キャップ層４００は、第１の酸化物開口部４１２を遮蔽し、キャップ層４００を通って延在して第２の酸化物開口部４１４と連通するキャップポート４０２を有する。

【0029】

図４に示すセンサパッケージ１０の実施形態において、第１の膜１１６および第２の膜１１８は、依然としてそれぞれ絶対圧および差圧に応じて撓むが、両方が制限部２００を通して第２の圧力Ｐ２にさらされる。図４の制限部２００は、上述の差分制限部ポート２０６に加えて、絶対制限部ポート２０８を有する。絶対制限部ポート２０８は、第１のキャビティ１３０と連通する。図４に示すように、第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０は両方、深さ方向Ｄにおいてエッチストップ１５０までキャリアウェハ１２０にエッチングされ、第１のキャビティ幅１３２は第２のキャビティ幅１４２に等しい。

【0030】

図４のセンサパッケージ１０において、遮蔽された第１の酸化物開口部４１２は、真空圧または既知の圧力Ｐ０を有する。第２の圧力Ｐ２は、絶対制限部ポート２０８および第１のキャビティ１３０を通して第１の膜１１６に達し、第１の膜１１６は、第２の圧力Ｐ２の絶対尺度に応じて第１の酸化物開口部４１２へと撓む。第２の圧力Ｐ２はまた、差分制限部ポート２０６および第２のキャビティ１４０を通して第２の膜１１８に達し、第２の膜１１８の第２のウェハ面１１４に働く。第１の圧力Ｐ１は、キャップ層４００のキャップポート４０２を通して第２の酸化物開口部４１４に入り、第２の膜１１８の第１のウェハ面１１２に働く。第２の膜１１８は、第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との間の差圧に応じて撓む。

【0031】

別の実施形態に係るセンサパッケージ１０を図５に示す。同様の参照番号は同様の要素を指し、主に図１および図２に示すセンサパッケージ１０の実施形態との差異を、本明細書において詳細に説明する。ピエゾ抵抗素子３００は、図５の模式図では省略されているが、図１および図２のセンサパッケージ１０に関して上述したものと同様に、図５のセンサパッケージ１０の第１の膜１１６および第２の膜１１８に存在する。

【0032】

図５のセンサパッケージ１０において、キャリアウェハ１２０および制限部２００は、本実施形態においてベースウェハ１２０、２００と称されるシリコン材料から単一品としてモノリシックに形成される。ベースウェハ１２０、２００は、第１のキャビティ１３０を形成するように第１のキャリア面１２２からエッチングされ、上述の第２のキャビティ１４０および差分制限部ポート２０６として結合する開口部を形成するように、第１のキャリア面１２２から第２の面２０４まで深さ方向Ｄにおいて貫通してエッチングされる。本実施形態における第１のキャビティ１３０は、埋込みキャビティと称されてよい。図示の実施形態において、第２のキャビティ１４０および差分制限部ポート２０６は、幅方向Ｗにおいて同じ幅を有する。次いで、シリコンウェハ１１０がベースウェハ１２０、２００に接合されて、第１の膜１１６および第２の膜１１８を形成する。別の実施形態においては、第２のキャビティ１４０を含む開口部は、シリコンウェハ１１０がベースウェハ１２０、２００に接合された後にエッチングされてよい。

【0033】

別の実施形態に係るセンサパッケージ１０を図６に示す。同様の参照番号は同様の要素を指し、主に図１および図２に示すセンサパッケージ１０の実施形態との差異を、本明細書において詳細に説明する。ピエゾ抵抗素子３００は、図６の模式図では省略されているが、図１および図２のセンサパッケージ１０に関して上述したものと同様に、図６のセンサパッケージ１０の第１の膜１１６および第２の膜１１８に存在する。

【0034】

図６の実施形態において、均一なウェハ厚さ１１１を有する単一品としてモノリシックに形成されるシリコンウェハ１１０は、上述の第１の膜１１６および第２の膜１１８に加えてさらなる膜を有し、ベースウェハ１２０、２００は、上述の第１のキャビティ１３０および第２のキャビティ１４０に加えてさらなるキャビティを有する。

【0035】

図６に示すように、ベースウェハ１２０、２００は、第３のキャビティ１４６および第４のキャビティ１４８を有する。第３のキャビティ１４６は、第１のキャビティ１３０と同様に形成され、第１のキャリア面１２２からエッチングされ、第１のキャビティ１３０よりも大きい幅方向Ｗにおける幅を有する。第４のキャビティ１４８は、第２のキャビティ１４０と同様に形成され、第１のキャリア面１２２から第２の面２０４まで深さ方向Ｄにおいて貫通してエッチングされ、第２のキャビティ１４０よりも大きい幅方向Ｗにおける幅を有する。第３のキャビティ１４６および第４のキャビティ１４８は、図６においては一体に形成されたベースウェハ１２０、２００と共に示されているが、代替的に、図１および図２の実施形態に係るキャリアウェハ１２０において同じ相対的寸法および配置で形成され得る。

【0036】

第３のキャビティ１４６の上に延在し、深さ方向Ｄにおいて第３のキャビティ１４６と位置合わせされるシリコンウェハ１１０の一部分は、ウェハ１１０の第３の膜１１７を形成し、第４のキャビティ１４８の上に延在し、深さ方向Ｄにおいて第４のキャビティ１４８と位置合わせされるシリコンウェハ１００の一部分は、ウェハ１１０の第４の膜１１９を形成する。

【0037】

第１の膜１１６および第３の膜１１７は各々、第１の圧力Ｐ１の絶対測定値に応じて撓む。第３の膜１１７は幅方向Ｗにおいて第１の膜１１６よりも大きいので、第３の膜１１７は、第１の膜１１６よりも、第１の圧力Ｐ１に対してより高感度であり、より低い範囲の絶対圧を測定するために用いられてよい。同様に、第２の膜１１８および第４の膜１１９は各々、第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との間の差圧に応じて撓む。第４の膜１１９は幅方向Ｗにおいて第２の膜１１８よりも大きいので、第４の膜１１９は、第２の膜１１８よりも、差圧に対してより高感度であり、より低い範囲の差圧を測定するために用いられてよい。一実施形態において、下記で説明する処理回路６０などの集積回路が、撓む膜１１６～１１９の各々からの信号を収集し、絶対圧および差圧のどの測定範囲が所与の用途に適切であるかを決定するために用いられてよい。

【0038】

図６に示すように、センサパッケージ１０は、複数の異なる範囲にわたる絶対圧および差圧を測定するための複数の膜１１６～１１９を有してよい。図示の実施形態は単に例示的なものであり、他の実施形態においては、センサパッケージ１０は、絶対圧および差圧のさらなる範囲を測定するためのさらなる膜を有し得る。別の実施形態においては、米国特許第１０，８７１，４０７号に開示されているように、単一の膜１１６、１１８が、絶対圧または差圧の複数の範囲を測定するために用いられてよい。

【0039】

別の実施形態に係るセンサパッケージ１０を図７に示す。同様の参照番号は同様の要素を指し、主に図１および図２に示すセンサパッケージ１０の実施形態との差異を、本明細書において詳細に説明する。ピエゾ抵抗素子３００は、図７の模式図では省略されているが、図１および図２のセンサパッケージ１０に関して上述したものと同様に、図７のセンサパッケージ１０の第１の膜１１６および第２の膜１１８に存在する。

【0040】

図７のセンサパッケージ１０は、センサダイ１００および制限部２００を第１のダイ部分１６０および第２のダイ部分１７０に分離する。第１のダイ部分１６０および第２のダイ部分１７０の各々は、シリコンウェハ１１０の一部、キャリアウェハ１２０の一部、および制限部２００の一部を有する。図７および対応する説明において、第１のダイ部分１６０および第２のダイ部分１７０にあるシリコンウェハ１１０の一部、キャリアウェハ１２０の一部、および制限部２００の一部は、上記で用いられている参照番号を保持するが、第１のダイ部分１６０の要素は、下記では「第１の」要素（例えば第１のシリコンウェハ１１０）と称され、第２のダイ部分１７０の要素は、「第２の」要素（例えば第２のシリコンウェハ１１０）と称される。

【0041】

図７に示すように、第１のダイ部分１６０は、第１のキャリアウェハ１２０と、第１のキャリアウェハ１２０に配された第１のシリコンウェハ１１０とを有する。第１のキャリアウェハ１２０は、第１のキャビティ１３０を有し、第１のシリコンウェハ１１０は、第１の膜１１６を形成する。第１のキャビティ１３０は、第１の制限部２００により遮蔽されて、第１のキャビティ１３０において真空圧または既知の圧力Ｐ０を有する。

【0042】

図７に示すように、第２のダイ部分１７０は、第２のキャリアウェハ１２０と、第２のキャリアウェハ１２０に配された第２のシリコンウェハ１１０とを有する。第２のキャリアウェハ１２０は、第２の制限部２００を通って延在する差分制限部ポート２０６と連通する第２のキャビティ１４０を有する。第２のシリコンウェハ１１０は、第２の膜１１８を形成する。

【0043】

図７のセンサパッケージ１０において、第２のダイ部分１７０は、積層構成で第１のダイ部分１６０の下に配される。この積層構成により、幅方向Ｗにおけるセンサパッケージ１０の寸法が減少する。第１のダイ部分１６０の第１の制限部２００は、深さ方向Ｄにおいて第１のダイ部分１６０と第２のダイ部分１７０との間の間隙１８０を空けて、第２のダイ部分１７０の第２のシリコンウェハ１１０に取り付けられる。図示の実施形態において、第１のダイ部分１６０は、第１のキャリアウェハ１２０および第１の制限部２００を通って延在するシリコン貫通ビア１６２により、第２のダイ部分１７０に取り付けられる。

【0044】

図７の実施形態において、第１のシリコンウェハ１１０の第１の膜１１６は、第１のダイ部分１６０における第１の圧力Ｐ１の絶対測定値に応じて第１のキャビティ１３０へと撓み可能である。第１の圧力Ｐ１はまた、シリコン貫通ビア１６２の周囲におけるダイ部分１６０、１７０の間の間隙１８０に入り、第２の膜１１８において第２のシリコンウェハ１１０の第１のウェハ面１１２に働く。第２の圧力Ｐ２はまた、差分制限部ポート２０６を通して第２のキャビティ１４０に入り、第２の膜１１８の第２のウェハ面１１４に働く。第２の膜１１８は、第１の圧力Ｐ１および第２の圧力Ｐ２の差分測定値に応じて撓む。

【0045】

一実施形態に係るセンサアセンブリ２０を図８に示す。センサアセンブリ２０は、ハウジング３０と、ハウジング３０に配された複数のピン４０と、ハウジング３０に配された一対のダイヤフラム５０と、ハウジング３０に配されたセンサパッケージ１０と、ハウジング３０に配された処理回路６０とを含む。センサパッケージ１０が図１および図２に示すセンサパッケージ１０の実施形態に対応する例示的実施形態においてセンサアセンブリ２０を説明するが、センサアセンブリ２０は、図１～図７に関して上記で示し説明した実施形態のいずれかに係るセンサパッケージ１０を含み得る。

【0046】

図８に示すように、ハウジング３０は、ハウジング３０を通って延在し、第１のポート３２、および深さ方向Ｄにおいて第１のポート３２の反対側にある第２のポート３４に接続される複数のオイル通路３１を有する。第１のポート３２および第２のポート３４は、ハウジング３０の端部へと延在する開口部である。ハウジング３０は、オイル通路３１と第１のポート３２との間の第１の開口部３３と、オイル通路３１と第２のポート３４との間の第２の開口部３５とを有する。図示の実施形態において、複数のピン通路３６が、第１の開口部３３からハウジング３０を通してハウジング３０の外部の領域まで延在する。

【0047】

図８に示すように、複数のピン４０は、ピン通路３６を通って延在する。ピン４０は各々、第１の開口部３３に配された第１の端部と、外部への接続のためにハウジング３０の外側に配置された、反対側の第２の端部とを有する。ピン４０は各々、導電性材料から形成され、各々、ピン通路３６のうちの１つにおいて気密シール４２などのシール４２により封止される。ピン通路３６のうちの１つおよびピン４０のうちの１つのみが図８の断面図に示されているが、複数のピン４０が、幅方向Ｗおよび深さ方向Ｄに垂直な方向に沿って分散する複数のピン通路３６に配置されてよい。

【0048】

図８に示すように、ダイヤフラム５０は、第１のポート３２に配された第１のダイヤフラム５２と、第２のポート３４に配された第２のダイヤフラム５４とを含む。第１のダイヤフラム５２および第２のダイヤフラム５４は、ハウジング３０に接続され、ハウジング３０のポート３２、３４を遮蔽する、可撓性金属材料などの弾性的に可撓性の材料である。

【0049】

図８に示すように、センサパッケージ１０および処理回路６０は、第１の開口部３３に配される。処理回路６０は、複数のワイヤボンド６２によりセンサパッケージ１０およびピン４０に電気的に接続される。処理回路６０、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、第１の膜１１６および第２の膜１１８の撓み量を示す上述のセンサパッケージ１０から出力された信号、およびセンサパッケージ１０により感知された対応する絶対圧および差圧を受信する。処理回路６０は、センサパッケージ１０により受信された信号を処理し、処理された信号をピン４０を介して出力する。

【0050】

図８に示す実施形態において、処理回路６０は、第１の開口部３３において基板７０に配置される。他の実施形態においては、処理回路６０は、第１の開口部３３においてハウジング３０に直接配置されてよい。

【0051】

図８に示すように、第１の開口部３３および第２の開口部３５には、オイル通路３１を通してオイル８０が充填され、次いで、オイル通路３１が封止されてよい。外圧Ｐ１、Ｐ２がダイヤフラム５２、５４に働くと、ダイヤフラム５２、５４は撓み、オイル通路３１、第１の開口部３３、および第２の開口部３５におけるオイル８０を押圧する。次いで、オイル８０は、上述のように対応する第１の圧力Ｐ１および第２の圧力Ｐ２でセンサパッケージ１０に作用し、センサパッケージ１０は、絶対圧および差圧を出力する。

【0052】

同じシリコンウェハ１１０に均一なウェハ厚さ１１１で一体に形成される、絶対圧に応じて撓む第１の膜１１６および差圧に応じて撓む第２の膜１１８を有するセンサパッケージ１０を用いることで、より少数の構成要素の使用によりセンサダイ１００の製造性が向上し、一方でセンサパッケージ１０の全体的なサイズまたは占有面積が減少する。センサアセンブリ２０においては、センサパッケージ１０のサイズの減少により、センサパッケージ１０および処理回路６０の両方をハウジング３０の第１の開口部３３に配置することが可能となり、それにより、センサアセンブリ２０の製造性およびサイズがさらに向上し、一方でセンサパッケージ１０と処理回路６０との間の接続が簡略になる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-10

【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】請求項８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項8】

制限部（２００）と、
前記制限部（２００）に配されているセンサダイ（１００）と
を備えるセンサパッケージ（１０）であって、

前記センサダイ（１００）は、キャリアウェハ（１２０）、および前記キャリアウェハ（１２０）に配されているシリコンウェハ（１１０）を含み、
前記キャリアウェハ（１２０）は、第１のキャビティ（１３０）および第２のキャビティ（１４０）を有し、
前記シリコンウェハ（１１０）は、前記第１のキャビティ（１３０）と位置合わせされている第１の膜（１１６）、および前記第２のキャビティ（１４０）と位置合わせされている第２の膜（１１８）を有し、

前記シリコンウェハ（１１０）は、前記キャリアウェハ（１２０）とは別個に単一品としてモノリシックに形成され、前記第１の膜（１１６）および前記第２の膜（１１８）を通して均一なウェハ厚さ（１１１）を有し、
前記第１の膜（１１６）は、前記シリコンウェハ（１１０）の第１のウェハ面（１１２）、および前記第１のウェハ面（１１２）の反対側にある第２のウェハ面（１１４）のうちの１つにおける絶対圧に応じて撓み可能であり、
前記第２の膜（１１８）は、前記第１のウェハ面（１１２）と前記第２のウェハ面（１１４）との間の差圧に応じて撓み可能である、
センサパッケージ（１０）。

【外国語明細書】