JP2005233939A

JP2005233939A - デジタル出力を持つ圧力センサ、その製造方法及びそのセンシング方法

Info

Publication number: JP2005233939A
Application number: JP2005009622A
Authority: JP
Inventors: Jong-Hwa Won; 鍾華元; Jung-Ho Kang; 姜　正　浩; An-Sik Nam; 安植南; Tae-Sik Park; 太植朴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2005-09-02
Also published as: EP1555516A1; US20050155433A1; US7246526B2; KR20050075659A

Abstract

【課題】周辺回路を単純化することにより、費用節減かつ消費電力お節減が可能なデジタル出力を持つ圧力センサ、その製造方法及びそのセンシング方法を提供する。
【解決手段】圧力センサは、複数のチャンネルが形成された基板と、複数のチャンネルに対応する部位が基板から所定離隔だけ空間を持つように形成され、外部圧力によって複数のチャンネルの対応部位が運動して複数のチャンネルを選択的に導通できるように形成されたゲーティング部とを含む。このような圧力センサは、外部圧力に対してゲーティング部に形成された複数のチャンネル対応部位の運動により、チャンネルの導通の可否が決定されるため、各チャンネルのバイナリ情報が得られ、複数のチャンネルの各バイナリ情報から設定された範囲内の圧力を測定できる。これにより、圧力センサの周辺回路を単純化できるので、製造費用及び消費電力を減少できる。
【選択図】図３ａ

Description

本発明は圧力センサに関し、特に、デジタル出力を持つ圧力センサ、その製造方法及びそのセンシング方法に関する。

圧力センサはプロセスやシステムにおける圧力測定素子として、工業計測、自動制御、医療、自動車エンジン制御、環境制御、電気用品などに幅広く使用されるセンサである。このような圧力センサの測定原理として、変位、変形、自己-熱伝導率、振動数等を用いる方法が公知されている。

最近は、半導体技術とマイクロマシニング技術の発展に伴い、センサの価格対比性能が大きく向上し、量産に可能になった。特に、マイクロマシニング技術を用いて１個のチップ内に複数の圧力センサを集積したマルチ化、異種の機能を持つセンサを集積した多機能化、及びエレクトロニクスを集積したインテリジェント化した圧力センサが開発されつつある。

上述の圧力センサは、機械式、電子式、半導体式に大別される。
代表的な機械式の圧力センサとしては、ブルドン管(ｂｏｕｒｄｏｎｔｕｂｅ)、ダイアフラム(ｄｉａｐｈｒａｇｍ)、ベローズ(ｂｅｌｌｏｗｓ)がある。最も多用されている弾性式のブルドン管は、断面が円形または平面形の金属パイプであって、開けた固定端から測定圧力を導入すれば、他の閉じた管の先端が移動する原理を用いる。

次に多用されているものが平板とベローズであり、前者は圧力差に比例する円板の曲げ度から、後者は円筒の内部と外部の圧力差により蛇腹状の箱が伸縮してその変位量が圧力差に比例することから、各々圧力を測定する。

電子式の圧力センサの殆んどは、機械的な変位を電気信号に変換する部分が機械式と異なるだけで、基本的には機械式と同様である。例えば、容量(ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ)型圧力センサは、２個の物体(電極)間の静電容量変化からその間の変位を測定する方法を基本的に利用する。

この他にも、ストレーンゲージを用いたピエゾ抵抗(ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ)型、有機または無機圧電素子を用いた圧電型、ＬＶＤＴ・インダクティブタイプのコイル型があり、最近は、超高温の環境や遠隔感知などの目的のため、光繊維や光隔路差を用いた光学型圧力センサが開発されて使用されている。その中でも、ストレーンゲージを用いたピエゾ抵抗型センサが性能や価格面に優れて最も多用されている。

また、半導体圧力センサは、最近実用化が加速しているセンサであって、クリープ現像がなく、直線性に優れ、小型・軽量であり、振動にも非常に強い特徴を持つ。また、機械式よりも高感度かつ高信頼性を持ち、量産性が良い。

半導体圧力センサは、圧力を歪応力に変換するダイアフラムと、ダイアフラムから発生する動力を電気信号に変換する部分とから構成される。ダイアフラムは、単結晶シリコンを化学的にエッチングして形成し、ダイアフラムから発生する応力を電気的な信号に変換する方法であって、振動子の固有振動数の変化と表面弾性波を利用することもあるが、主にピエゾ抵抗式と静電容量式の２種類が最も多用されている。

図１は従来のピエゾ抵抗式圧力センサの構造を示す断面図である。ピエゾ抵抗式圧力センサは、ｎ型半導体基板１１０の下部に所定深さでエッチングしてダイアフラム１１５を形成する。そして、ｎ型半導体基板１１０の上部の所定位置にｐ型不純物を拡散してＰ型不純物領域１１４を形成し、各ｐ型不純物領域１１４はピエゾ抵抗１１６を用いて互いに連結する。

そして、積層された酸化膜１２０を貫通してピエゾ抵抗１１６の抵抗変化に従う電気信号を検出するために、両端のｐ型不純物領域１１４の上部に電極１２２を設ける。
このようなピエゾ抵抗式圧力センサは、外部圧力によるピエゾ抵抗素子１１６の抵抗変化を用いて計測する。圧力センサの駆動方法として静電圧方式と静電流方式があり、各駆動方式はピエゾ抵抗係数が負の温度特性を持つことから、温度に対応できる補償回路を必要とする。

図２は従来の静電容量式圧力センサの構造を示す断面図である。静電容量式圧力センサは、ｎ型半導体基板２１０の下部に所定深さでエッチングしてダイアフラム２１５を形成し、ｎ型半導体基板２１０の上部に所定深さでｐ型不純物を拡散して下部電極２１２を形成し、ｎ型半導体基板２１０の上部から下部電極２１２に対応するように金属を用いて上部電極２１６を形成する。

このような静電容量式圧力センサは、向き合う電極板２１２、２１６の間隔が外部圧力に従う応力によって変化すれば、その電極２１２、２１６間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を電気信号に変換させることにより応力を検出できる。

静電容量式圧力センサの場合、半導体特有の特性を応用していないため、必ずしも半導体に限定されず、前述したように、単結晶シリコンがダイアフラムの素材として優れること、微細加工が容易なことから、静電容量式にシリコンが多用されている。

また、静電容量式圧力センサは、ピエゾ抵抗式に比べて高感度であるが、電極の形成や外部回路との連結が複雑であるため、応答性が悪くて需要は多くない。しかし、温度特性に優れ、小型かつ高感度であるため、生体等の微圧領域での使用時には利点が多い。

前記のように、ピエゾ抵抗式圧力センサ及び静電容量式圧力センサは各々の利点を持つが、前者は温度に対する影響及び電流消耗の発生という短所があり、後者は静電容量を電圧に変換するための外部回路を必要とするという短所がある。

また、前者も後者もアナログ方式のインターフェースを利用するため、別度のアナログ/デジタル変換機が要求され、静電容量または抵抗を測定するために各種増幅部及び信号変調部を必要とするので、外部回路が複雑になるという問題点を持つ。

結果として、現在の圧力センサでは、センサ構造物その自体の複雑性よりは周辺回路の複雑性のため、生産時の費用上昇及び製造の困難があり、それに伴う消費電力も高くなるという問題点を持つ。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、周辺回路を単純化することにより、費用節減かつ消費電力の低減が可能なデジタル出力を持つ圧力センサ及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、複数のチャンネルが形成された基板と、前記複数のチャンネルに対応する部位が前記基板から所定距離だけ離隔形成され、外部圧力によって前記複数のチャンネルの対応部位が運動して前記複数のチャンネルを選択的に導通できるように形成されたゲーティング部とを含む。

このような圧力センサにおいて、前記チャンネルは互いに平行に配設され、所定位置にコーム状で形成される。また、前記複数のチャンネルは、前記ゲーティング部のチャンネル対応部位の中心に対応する中間チャンネルを中心として、前記対称する二つのチャンネルが単一のチャンネル出力を持つように形成できる。また、形成された複数のチャンネルをグループ化し、各グループが単一のチャンネル出力を持つように形成できる。

前記ゲーティング部は外部圧力によって応力を発生させる平板形態で形成する。好ましくは平板は円形または四角形の形態を持つ。
前記複数のチャンネル及び前記平板は、各々互いに異なる第１及び第２の半導体基板に形成され、前記第１及び第２の半導体基板は、前記平板が外部圧力によって前記複数のチャンネルに対して導通の可否を決定できるように接合される。

前記目的を達成するために、本発明に係る圧力センサの製造方法は、第１の半導体基板の所定領域をエッチングし、前記第１の半導体基板のエッチング面に沿って平板を形成するための不純物を蒸着する段階と、前記第１の半導体基板のエッチング部位に対応するように、第２の半導体基板に複数のチャンネルを形成し、絶縁層を積層する段階と、前記第１の半導体基板の不純物蒸着面と、前記第２の半導体基板のチャンネル形成面とが向き合うように接合される段階と、前記第１の半導体基板の前記エッチング部位の背面をエッチングして平板を形成する段階とを含む。

前記目的を達成するために、本発明に係る圧力センサの他の製造方法は、前記第１の半導体基板の一定領域をエッチングし、前記第１の半導体基板のエッチング面に沿って平板を形成するための不純物を蒸着する段階と、前記第１の半導体基板の不純物蒸着面と第２の半導体基板とを接合する段階と、前記第１の半導体基板の前記エッチング部位の背面をエッチングして平板を形成する段階と、前記第１の半導体基板のエッチング部位に対応するように、第３の半導体基板に複数のチャンネルを形成する段階と、前記第３の半導体基板のチャンネル形成部位が前記第１の半導体基板の平板に対応するように、向き合って接合する段階とを含む。

一方、このような圧力センサの製造方法において、前記第３の半導体基板に複数のチャンネルを形成する段階は、前記第３の半導体基板に感光物質を塗布し、チャンネルをパターニングする段階と、前記パターニングしたチャンネル部位に不純物をドープする段階と、前記感光物質を除去する段階と、前記複数のチャンネルへの信号入出力のための電極を形成する段階と、前記電極が形成された前記第３の半導体基板の上部に絶縁層を積層する段階と、外部圧力が前記平板に伝達されるように、前記絶縁層から前記第３の半導体基板を貫通する貫通孔を形成する段階とを含む。

また、前記複数のチャンネルは、互い平行に配設され、各々前記平板の対応位置にコーム状を持つようにドープして形成される。また、前記複数のチャンネルは、中間チャンネルを中心として前記対称する二つのチャンネルが単一のチャンネル出力を持つように形成できる。また、複数のチャンネルに対してグループ毎に所定距離を持つように形成し、グループ毎チャンネル出力に対して単一のチャンネル出力で認識することもできる。即ち、チャンネルの構造及び結合形態は特定構造に限定されず、多様な形態を持つことができる。チャンネルのコーム状はゲーティング部の有効面積を拡張させることができる。

また、前記目的を達成するために、本発明に係るデジタル出力を持つ圧力センサのセンシング方法は、半導体基板に形成された複数のチャンネルのそれぞれの出力信号に従う圧力強さを設定する段階と、外部圧力によって前記複数のチャンネルに対して導通の可否を決定する平板の運動に従う各チャンネルの導通の可否を検出する段階と、前記複数のチャンネルのそれぞれの導通の可否に従う出力信号をバイナリ情報として判断する段階と、前記バイナリ情報として設定された前記圧力強さにより外部圧力を算出する段階とを含む。

ここで、前記複数のチャンネルのそれぞれの出力信号に従う圧力強さを設定する段階は、前記平板に対してテスト圧力を印加する段階と、前記テスト圧力に従う前記平板の隣り合うチャンネルに対するゲーティング誤りを補正する段階とを含む。

前記補正段階は、前記ゲーティング誤りに従う前記チャンネル出力値が、前記テスト圧力に対する前記デコーディング部の出力情報として使用されるように転換する。以後、外部圧力に従うチャンネル信号に対して補正された内容によって圧力強さを算出する。

以上のようなデジタル出力を持つ圧力センサ、その製造方法及びそのセンシング方法は、外部から加えられた圧力によって平板に応力が発生して複数のチャンネルを選択的に導通させ、チャンネルの導通の可否に従うバイナリ情報により外部圧力を測定できる。

本発明のデジタル出力を持つ圧力センサ、その製造方法及びそのセンシング方法は、圧力センサがデジタル出力をすることにより、従来の圧力センサに比べて飛躍的に低消費電力を実現でき、かつ、外部回路を単純化することにより、生産費用を大きく節減できる。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図３ａ乃至図３ｃは、各々本発明の実施形態による圧力センサの構造を概略的に示す断面図、斜視図、複数のチャンネルが形成された半導体基板を示す図である。

圧力センサは、図３ｃのように複数のチャンネル３１２、３１２'が互いに平行に配設される半導体基板３２０と、外部圧力によって運動し、複数のチャンネル３１２、３１２'を選択的に導通できるように、複数のチャンネルの対応部位を所定距離だけ離隔させた空間を持つように形成され、半導体基板に接合されるゲーティング部３３０とを持つ。ここで、チャンネルが形成される半導体基板３２０とゲーティング部３３０との間には、絶縁層３４０が積層される。

ここで、チャンネル３１２、３１２'は互いに平行に形成され、ゲーティング部３３０のチャンネル対応部位に対応する所定位置ではコーム(ｃｏｍｂ)状を持つように形成される。また、チャンネルは中間チャンネルを中心として対称する二つのチャンネルが単一のチャンネル出力を持つように形成できる。また、複数のチャンネルをグループ化し、グループ毎に所定間隔を持つように形成でき、グループ毎チャンネル出力に対して単一のチャンネル出力を持つようにすることができる。このときも、同様に中間チャンネルグループを中心として対称する二つのチャンネルグループが単一のチャンネル出力を持つように形成できる。図６ａは中間チャンネルを中心として対称するチャンネルの単一のチャンネル信号出力構造を示し、図１１ａは複数のチャンネルをグループ化した形態を示す。

ゲーティング部３３０は、外部圧力によって応力を発生させる平板部３１５と、平板を保持する支持構造物３３４とを含む。
このような圧力センサにおいて、チャンネル３１２、３１２'は各々両端に信号電極が連結しており、各チャンネルの一端３１２に入力された信号が、平板３１５の接近に従うゲーティング動作により、他端３１２'に信号を出力する。即ち、圧力センサは、平板３１５の分離されたチャンネル連結動作をゲートとする複数のＦＥＴ(ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ)構造を持つ。

図４ａ乃至図４ｇは図３に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。同図に示すように、圧力センサは二つの半導体基板を用いて製造されることが分かる。図６ａ乃至図６ｃは第１の半導体基板に対する製造工程、図４ｄ及び図６ｅは第２の半導体基板に対する工程を示す。図４ｆ及び図６ｇは各々第１及び第２の半導体基板の接合及び完成工程を示す。

圧力センサの製造工程をより詳細に見れば、まず、図４ａのように第１の半導体基板４１０に、図４ｂのように所定領域４１２をエッチングし、図４ｃのように第１の半導体基板４１０のエッチング面に沿って不純物４１４を蒸着する。

一方、第２の半導体基板４２０に対しては、図４ｄ及び図４ｅに示すように、分離された二つの領域４２２、４２２'からなるチャンネルを形成する。複数のチャンネルを形成するには、まず、第２の半導体基板４２０に感光物質を塗布し、チャンネルをパターニングした後、パターニングしたチャンネル部位に、第２の半導体基板４２０の所定深さまでエッチングした後、チャンネル形成部位に不純物をドープして形成する。

図４ｄは前記過程を通して不純物４２２、４２２'がドープした状態を示す。この後、第２の半導体基板４２０に塗布された感光物質を除去し、複数のチャンネルの両端部に信号の入出力のための電極(図示せず)を形成した後、電極が形成された第２の半導体基板４２０の上部に絶縁層４４０を積層する。

図４ｅはチャンネルを形成した後、第２の半導体基板４２０の上部に絶縁層４４０が積層された結果を示す。
このように、第１の半導体基板４１０及び第２の半導体基板４２０の各々に対する一部工程が完了すれば、以後、第１の半導体基板４１０の不純物蒸着面と第２の半導体基板４２０のチャンネル形成面とを向き合うように接合する。図４ｆは接合された様子を示す。次に、接合された二つの半導体基板４１０、４２０に、図４ｇのように第１の半導体基板４１０のエッチング部位の背面を再度エッチングして平板４１５を形成する。

このような圧力センサは、平板４１５が外部圧力によって運動するため、複数のチャンネルの形成部位に対応する絶縁層３４０に接触面積の拡張が発生し、これにより、チャンネルの導通の可否が決定される。このような平板４１５の運動により決定されるチャンネルの導通の可否は、チャンネルの出力端から外部圧力に従うバイナリ情報を出力する状態で分かる。

図５ａ乃至図５ｆは、図３に示す圧力センサの外部圧力に従う動作を順次示す図である。
圧力センサは、まず、図５ａのように外部圧力が伝達されれば、これにより平板３１５は下方に運動する。図５ｂはチャンネルの形成部位の絶縁層３４０と平板３１５がまだ接触されていないことを示す。以後、図５ｃ及び図５ｅのように、外部圧力の増加に従って平板３１５は絶縁層３４０に対して中心から両側に漸進的に接触面積が拡張される。即ち、接触面積の拡張は導通チャンネルの個数の増加を発生させる。図５ｄ及び図５ｆは各々図５ｃ及び図５ｅの平面図である。

図６ａ乃至図６ｃは、圧力センサに伝達される圧力による平板の接触状態を示す平面図である。ここで、チャンネルは中間チャンネルを中心として対称されるチャンネルが互に連結して、単一のチャンネル信号を出力するように形成される。

図６ａは、第１の圧力に対して、平板が中間チャンネル部位に対応してチャンネルが形成された半導体基板の上部の絶縁層に接触された状態を示す。これにより、第１のチャンネルａは短絡状態になり、第２のチャンネルｂ及び第３のチャンネルｃは開放状態になる。

図６ｂは、第２の圧力に対して、平板が第１のチャンネルａ及び第２のチャンネルｂに対応して接触された状態を示す。これにより、第１のチャンネルａ及び第２のチャンネルｂは短絡状態になり、第３のチャンネルｃは開放状態になる。

図６ｃは、第３の圧力に対して、平板が第１のチャンネルａから第３のチャンネルｃまで対応して接触された状態を示し、このとき、第１のチャンネルａから第３のチャンネルｃは短絡状態になる。

このように、平板６１５のチャンネル形成部位の接触面積に従うチャンネルａ、ｂ、ｃの導通の可否は、結果として、３ビットのバイナリ出力情報を持つ。そして、各チャンネルａ、ｂ、ｃのバイナリ出力情報は第１乃至第３の圧力を表現できるので、圧力センサは出力端からデジタル出力を持つ。

図１１ａ乃至図１１ｃは、チャンネルをグループ化して形成した基板に対して、圧力センサに伝達された圧力に従う平板の接触状態及びチャンネの状態を示す平面図であって、図１１ａはチャンネルが全部開放状態を、図１１ｂは第１のチャンネルグループのみ短絡状態を、図１１ｃは第１及び第２のチャンネルが短絡状態を示す。

図７ａ乃至図７ｈは、本発明の他の実施形態による圧力センサの製造工程を示す断面図である。ここで、圧力センサは３個の半導体基板７１０、７２０、７３０を用いて製造される。

図７ａ及び図７ｃは、第１の半導体基板７１０の製造工程を、図７ｅは第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０との接合及びその後工程を、図７ｆ及び図７ｇは第３半導体基板７３０に複数のチャンネルを形成する製造工程を、図７ｈは完成構造を備えた圧力センサを示す。

図７ｈに示す圧力センサは、まず、図７ａのように第１の半導体基板７１０に図７ｂのように所定領域７１２をエッチングし、図７ｃのように第１の半導体基板７１０のエッチング面に沿って不純物７１４を蒸着する。

次に、図７ｅのように第１の半導体基板７１０の不純物蒸着面と図７ｄに示す第２の半導体基板７２０とを接合後、第１の半導体基板７１０のエッチング部位７１２の背面を不純物形成層７１４までエッチングして平板７１５を形成する。

一方、第３の半導体基板７３０に対しては、第１の半導体基板７１０のエッチング部位７１２に対応するように、チャンネル７３２、７３２'を形成する。チャンネルは測定範囲によって複数個が形成される。チャンネルを形成する工程は、上述の図４ｄと図４ｅで説明した工程と同様である。

但し、絶縁層７５０を積層後、図７ｇのように、絶縁層７５０から第３の半導体基板７３０を貫通する貫通孔７３４を形成する工程が追加される。後で貫通孔７３４は第１乃至第３の半導体基板７１０、７２０、７３０の接合後、第１の半導体基板７１０に形成された平板７１５に外部圧力を伝達する通路となる。図７ｈは第１乃至第３の半導体基板７１０、７２０、７３０の接合状態を示す。

図８ａ乃至図８ｆは、図７ｈに示す圧力センサにおける外部圧力に従う平板の動作を示す断面図である。
圧力センサは、図８ａのように、初期平板７１５がチャンネル形成部位絶縁層７５０に接触されて全チャンネルを導通させる状態において、貫通孔７３４を通して外部圧力が伝達されれば、これにより平板７１５が下方に運動する。

図８ｂはチャンネルが形成された基板と平板がまだ接触を維持している状態を示す。以後、外部圧力の増加に従って図８ｃ及び図８ｅのように、漸進的に平板が上部のチャンネル形成部位の絶縁層７５０に対して両側から中心にその接触面積が減少される。即ち、導通チャンネルの個数の減少が発生する。図８ｄ及び図８ｆは各々図８ｃ及び図８ｅの平面図を示す。

結果として、圧力センサは、平板７１５が外部圧力によって複数のチャンネルに対する接触面積を減少させることにより、チャンネルに対する導通の可否が決定され、これにより、チャンネルの出力端には各チャンネルのバイナリ情報を出力する。

即ち、図７ｈに示す圧力センサと図３に示す圧力センサとを比較すれば、圧力に従う各チャンネルの出力情報は異なるが、外部圧力に対する測定結果をデジタル情報として得られることは同様である。

図９は本発明による圧力センサ９１０及びデコーディング部９２０を示す回路図である。圧力センサ９１０はゲート信号によってチャンネル入力信号を出力する第１乃至第３のＦＥＴを示し、デコーディング部９２０は各ＦＥＴから出力信号ｏｕｔｐｕｔ０、ｏｕｔｐｕｔ１、ｏｕｔｐｕｔ２を伝達されて、既設定の圧力レベル信号ｐｈａｓｅＡ、ｐｈａｓｅＢを出力することを示す。

前記回路図に示す第１乃至第３のＦＥＴは、上記の製造工程で説明したように、半導体基板に形成されたチャンネルを示し、第１乃至第３のＦＥＴの導通の可否を決定する各ゲーティング信号は、圧力に従う平板の動作による。

前記デコーディング部９２０でデジタル出力を持つ圧力センサをセンシングするには、まず、半導体基板に形成された複数のチャンネルのそれぞれの出力信号ｏｕｔｐｕｔ０、ｏｕｔｐｕｔ１、ｏｕｔｐｕｔ２に従う圧力強さを設定する過程が必要である。

以後、デコーディング部９２０では、外部圧力に従う各チャンネルの導通の可否を検出し、複数のチャンネルのそれぞれの導通の可否に従う各出力信号ｏｕｔｐｕｔ０、ｏｕｔｐｕｔ１、ｏｕｔｐｕｔ２と既設定の圧力強さ情報から圧力レベルを算出し、外部圧力レベル信号ｐｈａｓｅＡ、ｐｈａｓｅＢを出力する。

一方、前記回路図に示さないが、デコーディング部９２０を含んで圧力センサのデジタル出力を処理するデジタル処理部は、デコーディング部６２０の以外に圧力センサ６１０の工程誤差による平板のゲーティング誤りを外部で補正できるように、トリミング(Ｔｒｉｍｍｉｎｇ)部をさらに含むことができる。

即ち、トリミング部は、圧力センサの製造過程における工程誤差により、平板が、設定されたチャンネルをゲーティングせず、隣り合ったチャンネルをゲーティングして、誤り情報が出力される場合、手動でデコーディング部の出力情報を補正できるように具備される。

換言すれば、図１１ａ乃至図１１ｃのように、半導体基板にチャンネルをグループ化して形成し、第１の圧力に中間の第１のチャンネルグループａから対称された第２のチャンネルグループｂまで平板により導通できるように設計し、工程を進行する場合、工程誤差によってチャンバー圧力にトレランス(Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ)が発生する。従って、センサの収率を高めるには、外部でトリミングを行う必要がある。

このようなトリミング部を通して複数のチャンネルのそれぞれの出力信号に従う圧力強さを設定する過程は、平板に対してテスト圧力を印加し、テスト圧力に従う平板の隣り合ったチャンネルに対するゲーティング誤りを補正する過程を含む。補正は各チャンネルのバイナリ出力値に従うテーブルを備え、ゲーティング誤りによるチャンネル出力値がテスト圧力に対するデコーディング部の設定された出力情報として使用されるように転換する。

図１０は、本発明による圧力センサのセンシング方法において、トリミングの例を説明するためのテーブルを示す。テーブルにおいて、圧力センサは８個のセンサ出力を有し、デコーディング部は２個の出力を有するように設計される。

デコーディング部が図のようなテーブルを持つ状態において、圧力センサがテスト圧力に対して第３、第４、第５のチャンネルのチャンネル信号が伝達されるように設計され、工程を進行する場合、正常な場合にはテスト圧力に対して第３乃至第５のチャンネル信号を伝達を伝達される。

テーブルでは、第３乃至第５のチャンネルを導通させるための平板の動作に対して、各々第１乃至第３のゲート信号Ｖｇ０〜Ｖｇ２が伝達されることと示す。しかし、工程上における誤差の発生により、テスト圧力に対して第２乃至第４のゲート信号Ｖｇ１〜Ｖｇ３で表記される第４、第５、第６のチャンネルの信号が伝達される場合が発生し得る。

このとき、誤差を補正するために、現在伝達された第４、第５、第６のチャンネルの信号に対して、デコーディング部ではテスト圧力に対する設定された出力情報を出力できるように、テーブルの利用範囲を転換する。

即ち、テーブルにおいて、正常な場合はテーブル内の第１のブロックＡを利用するが、テスト圧力に対して第４、第５、第６のチャンネルの信号が伝達された場合は、テーブル内の第２のブロックＢを参照してデコーディング部のレベル出力情報が出力されるようにする。そして、他の一つのチャンネルゲーティング誤りに対しては第３のブロックＣを利用する。

このように、テーブル利用範囲が転換された場合、デコーディング部は外部圧力によって伝達されたチャンネル信号に対しては、以後、第２のブロックＢを参照して最大可能な圧力レベル情報を出力できる。

結局、トリミング動作は、外部圧力に対して利用チャンネルの位置を異にするだけで、圧力レベルを測定する面では同様な結果が得られるので、これにより収率を向上できる。
一方、上述の最大可能な圧力レベル情報とは、テーブル利用範囲の転換に従って設定した最大検出圧力レベルに変化が発生し得るため、所望の最大圧力レベルを測定するには、正常な動作では利用されないが、誤差発生などに必要に応じて利用できるように、平板に対応する余分のチャンネルを形成することを言う。勿論、この時はデコーディング部も余分だけのチャンネル信号入力端子を持つべきである。

以上では、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形・実施できるのは、この発明に属する技術分野における通常の知識を有した者であれば当然であり、そのような変更は特許請求の範囲の記載内にあるべきである。

従来のピエゾ抵抗式圧力センサの断面図である。従来の静電容量圧力センサの断面図である。本発明の実施形態に係る圧力センサの断面図である。本発明の実施形態に係る圧力センサの斜視図である。本発明の実施形態に係る基板に形成されたチャンネルを示す図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの製造過程を順次示す断面図である。図３に示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図３に示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図３に示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図３に示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図３に示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図３に示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの対称チャンネル構造及び平板の状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの対称チャンネル構造及び平板の状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの対称チャンネル構造及び平板の状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサの製造過程を順次示す図である。図７ｈに示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図７ｈに示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図７ｈに示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図７ｈに示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図７ｈに示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。図７ｈに示す圧力センサの動作を説明する断面図及び平面図である。本発明に係る圧力センサ及びデコーディング部の回路図である。本発明に係るトリミング部の動作を説明するためのテーブルである。本発明の他の実施形態に係る圧力センサのグループチャンネル構造及び平板の状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサのグループチャンネル構造及び平板の状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサのグループチャンネル構造及び平板の状態を示す図である。

符号の説明

１１０、２１０、３１０、３２０、４１０、４２０、７１０、７２０、７３０半導体基板
１１４、３１２、３１２'、２１４、４１４、４２２、４２２'、７１４、７３２、７３２' 不純物(チャンネル)
１１６ピエゾ抵抗
１２０酸化膜
1２２、２１２、２１６電極
２２０ガラス
１１５、２１５、３１５、４１５、６１５、７１５、１０１５ダイアフラム(平板)
３４０、４４０、７５０絶縁層
７３４貫通孔
９１０圧力センサ
９２０デコーディング部

Claims

複数のチャンネルが形成された基板と、
前記複数のチャンネルに対応する部位が前記基板から所定距離だけ離隔形成され、外部圧力によって前記複数のチャンネルの対応部位が運動して前記複数のチャンネルを選択的に導通できるように形成されたゲーティング部と、
を含むことを特徴とする、デジタル出力を持つ圧力センサ。
前記複数のチャンネルは互いに平行に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル出力を持つ圧力センサ。
前記複数のチャンネルは、各々導通のための前記ゲーティング部の対応位置に、コーム状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル出力を持つ圧力センサ。
前記複数のチャンネルは、中間チャンネルを中心として対称な二つのチャンネルが単一のチャンネル出力を持つように形成されることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル出力を持つ圧力センサ。
前記複数のチャンネルは、所定個数のチャンネルがグループ化してグループ毎に所定距離だけ離隔するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル出力を持つ圧力センサ。
前記ゲーティング部は、
外部圧力によって応力を発生するように形成された平板部と、
前記平板部を保持するように形成される支持構造物と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデジタル出力を持つ圧力センサ。
第１の半導体基板の所定領域をエッチングし、前記第１の半導体基板のエッチング面に沿って平板を形成するための不純物を蒸着する段階と、
前記第１の半導体基板のエッチング部位に対応するように、第２の半導体基板に複数のチャンネルを形成し、絶縁層を積層する段階と、
前記第１の半導体基板の不純物蒸着面と前記第２の半導体基板のチャンネル形成面とが向き合うように、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを接合する段階と、
前記第１の半導体基板の前記エッチング部位の背面をエッチングして平板を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、デジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記第２の半導体基板に複数のチャンネルを形成する段階は、
前記第２の半導体基板に感光物質を塗布し、チャンネルをパターニングする段階と、
前記パターニングしたチャンネル部位に不純物をドープする段階と、
前記感光物質を除去する段階と、
前記複数のチャンネルへの信号の入出力のための電極を形成する段階と、
前記電極が形成された前記第２の半導体基板の上部に絶縁層を積層する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
各々前記平板の対応位置で各々のチャンネルがコーム状になるように、不純物をドープすることを特徴とする、請求項７に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記複数のチャンネルは、中間チャンネルを中心として対称な二つのチャンネルが単一のチャンネル出力を持つように形成されることを特徴とする、請求項７に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記複数のチャンネルは、所定個数のチャンネルがグループ化して、グループ毎に所定距離だけ離隔するように形成されることを特徴とする、請求項７に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
第１の半導体基板の一定領域をエッチングし、前記第１の半導体基板のエッチング面に沿って平板を形成するための不純物を蒸着する段階と、
前記第１の半導体基板の不純物蒸着面と第２の半導体基板とを接合する段階と、
前記第１の半導体基板の前記エッチング部位の背面をエッチングして平板を形成する段階と、
前記第１の半導体基板のエッチング部位に対応するように、第３の半導体基板に複数のチャンネルを形成する段階と、
前記第３の半導体基板のチャンネル形成部位が前記第１の半導体基板の平板に対応するように、前記第１の半導体基板と前記第３の半導体基板とを向かい合わせて接合する段階と、
を含むことを特徴とする、デジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記第３の半導体基板に複数のチャンネルを形成する段階は、
前記第３の半導体基板に感光物質を塗布し、チャンネルをパターニングする段階と、
前記パターニングしたチャンネル部位に不純物をドープする段階と、
前記感光物質を除去する段階と、
前記複数のチャンネルへの信号の入出力のための電極を形成する段階と、
前記電極が形成された前記第３の半導体基板の上部に絶縁層を積層する段階と、
外部圧力が前記平板に伝達されるように、前記絶縁層から前記第３の半導体基板を貫通する貫通孔を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記複数のチャンネルが前記平板の対応位置でコーム状になるように、不純物をドープすることを特徴とする、請求項１３に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記複数のチャンネルは、中間チャンネルを中心として対称な二つのチャンネルが単一のチャンネル出力を持つように形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記複数のチャンネルは、所定個数のチャンネルがグループ化して、グループ毎に所定距離だけ離隔するように形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のデジタル出力を持つ圧力センサの製造方法。
前記半導体基板に形成された複数のチャンネルのそれぞれの出力信号に従う圧力強さを設定する段階と、
外部圧力によって前記複数のチャンネルに対して導通の可否を決定する平板の運動に従う各チャンネルの導通の可否を検出する段階と、
前記複数のチャンネルのそれぞれの導通の可否に従う出力信号をバイナリ情報として判断する段階と、
前記バイナリ情報として設定された前記圧力強さにより外部圧力を算出する段階と、
を含むことを特徴とする、デジタル出力を持つ圧力センサのセンシング方法。
前記複数のチャンネルのそれぞれの出力信号に従う圧力強さを設定する段階は、
前記平板に対してテスト圧力を印加する段階と、
前記テスト圧力に従う前記平板の隣り合うチャンネルに対するゲーティング誤りを補正する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１７に記載のデジタル出力を持つ圧力センサのセンシング方法。
前記補正段階は、前記複数のチャンネルの各バイナリ出力値に従うテーブルから、前記ゲーティング誤りに従う前記チャンネル出力値が、前記テスト圧力に対する前記デコーディング部の設定された出力情報として使用するように転換することを特徴とする、請求項１８に記載のデジタル出力を持つ圧力センサのセンシング方法。