JP2010266441A - 電子圧力センシングデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】電子圧力センシングデバイス及びこのようなデバイスの使用方法並びに製造方法を提供すること。
【解決手段】電子圧力センシングデバイス１００は基板１１０の上に配置されるトランジスタ１０５を備える。電子圧力センシングデバイスはまた、基板の接触領域１２５であって、トランジスタの近傍に位置している接触領域１２５に接触するように構成されるチップ１２０を有するリンカーアーム１１５を備える。電子圧力センシングデバイスはさらに、リンカーアームに機械的に結合される圧力変換器１３０を備える。圧力変換器は、圧力変化に応答して、チップに、トランジスタの導電率を変化させることができる力を付与させるように構成される。
【選択図】図１Ａ

Description

本出願は一般に圧力センシングデバイスを対象とし、より具体的には電子圧力センシングデバイス及びこのようなデバイスの使用方法並びに製造方法を対象とする。

圧力センシングデバイスは、それらを小型化することによってそれらの用途が拡張され、また、それらの材料費又は製造費を低減することができるため、小型化されることが望ましい。しかし、圧力センシングデバイスのコンポーネントは通常、個別に製造された後にアセンブルされてデバイスが形成されるため、小型化及び費用の低減が妨げられる。

本開示の一実施形態は電子圧力センシングデバイスである。電子圧力センシングデバイスは基板の上に配置されるトランジスタを備える。電子圧力センシングデバイスはまた、基板の接触領域であって、該トランジスタの近傍に位置している接触領域に接触するように構成されるチップを有するリンカーアームを備える。電子圧力センシングデバイスはさらに、リンカーアームに機械的に結合される圧力変換器を備える。圧力変換器は、圧力変化に応答して、チップに、トランジスタの導電率を変化させることができる力を付与させるように構成される。

本開示の他の実施形態によれば、圧力変化を測定する方法が提供される。この方法には、圧力変換器を取り囲んでいる媒体の圧力変化によって機械的に振動する圧力変換器に応答して、該圧力変換器に結合されるリンカーアームを移動させるステップが含まれる。この運動により、リンカーアームのチップは基板の接触領域に力を付与する。この方法にはまた、基板上の接触領域の近傍に配置されるトランジスタの両端間に電圧を印加するステップが含まれる。この方法にはさらに、トランジスタからの第１の電圧又は第１の電流を記録するステップが含まれており、記録される第１の電圧又は第１の電流は、付与される力の変化の関数として変化する。

本開示のさらに他の実施形態は電子圧力センシングデバイスを製造する方法である。この方法には、基板の上にトランジスタを形成するステップ、及びリンカーアームのチップが、基板の接触領域であって、トランジスタの近傍の接触領域に接触することができるようにリンカーアームを基板の上方に配置するステップが含まれる。この方法にはさらに、圧力変換器を取り囲んでいる環境の圧力変化によってチップが接触領域に力を付与することができるようにリンカーアームを圧力変換器に結合するステップが含まれる。

添付の図と共に読むことにより、以下の詳細な説明から様々な実施形態を理解することができる。様々なフィーチャは、必ずしもスケール通りには描かれておらず、また、説明を分かり易くするために場合によっては恣意的にサイズが拡大又は縮小される。以下の説明には添付の図面が参照される。

本開示の電子圧力センシングデバイス例の一部の横断面図である。 本開示の電子圧力センシングデバイス例の一部の横断面図である。 本開示の電子圧力センシングデバイス例の一部の横断面図である。 図１Ａ〜１Ｃに示されるデバイスなどの本開示の電子圧力センシングデバイスの差動増幅器電気回路の一例を示す図である。 本開示による、圧力変化を測定する方法の一例を示す流れ図である。 本開示による、電子圧力センシングデバイスを製造する方法の一例を示す流れ図である。

本開示には、外力に対するトランジスタの感度を有利に使用して電子圧力センシングデバイスを提供することができる、という認識が利用される。外部から印加される力はトランジスタの導電率に影響を及ぼすため（例えばトランジスタのキャリアの移動度を大きくし、或いは小さくすることによって）、外力が印加される際のトランジスタの導電率の変化を使用して、トランジスタを取り囲んでいる環境媒体の圧力変化を測定することができる。

本明細書において開示される電子圧力センシングデバイス及びそれらの使用は、通常はトランジスタの機能に対する外力の効果が除去又は最小化されるように設計され、且つ、実装される電子デバイスとは対照的である。電子工学デバイス中のトランジスタの場合、そのトランジスタ及びデバイスの電気特性が本来設計される挙動とは別様に挙動することになるため、一般的には外力に対して敏感であることは望ましくない。例えば、トランジスタを製造している間（ワイヤボンディング、探針及び実装中）にそれらに印加される力の変化は、トランジスタの電気特性に望ましくない変化をもたらすことになる。一方、本開示の圧力センシングデバイスは、その環境の圧力変化に対するトランジスタの感度を改善する構造を含むことができる。

図１Ａ〜１Ｃは本開示の電子圧力センシングデバイス１００実施形態例の一部の横断面図を示したものである。電子圧力センシングデバイス１００は、半導体基板１１０の上に配置されるトランジスタ１０５を備える。電子圧力センシングデバイス１００はまた、基板１１０の接触領域１２５であって、トランジスタ１０５の近傍に位置している接触領域１２５に接触するチップ１２０を有するリンカーアーム１１５を備える。電子圧力センシングデバイス１００はさらに、リンカーアーム１１５に機械的に結合される圧力変換器１３０を備える。圧力変換器１３０は、圧力変化に応答して、チップ１２０に、トランジスタ１０５の導電率を変化させることができる力を付与させるように構成される。

基板１１０の接触領域１２５は、基板１１０の面１３２の一部であって、チップ１２０と接触する部分である。本開示の目的のために、接触領域１２５は、トランジスタ１０５が接触領域１２５の周囲１３４内に、チップ１２０から付与される力の意図される方向１３６に沿って位置すると、トランジスタ１０５の近傍に存在していると見なされる。

図１Ａに示される実施形態などのいくつかの実施形態では、リンカーアーム１１５のチップ１２０は基板１１０の上方に配置される。チップ１２０を基板１１０の上方に配置することにより、圧力に対する電子圧力センシングデバイス１００の感度の最適化を促進することができる。例えば、基板１１０がトランジスタ１０５の上に薄い誘電体層１４０を含んでいる場合を考察する。例えば、酸化ケイ素誘電体層１４０は約１０ミクロンないし２０ミクロンの厚さ１４２を有する。チップ１２０からの力を実質的に散逸させることができないため、チップ１２０から伝達される実質的にすべての力がトランジスタ１０５に到達する。

図１Ｂに示される実施形態などのいくつかの実施形態では、リンカーアーム１１５のチップ１２０は基板１１０の下方に配置される。このような構成はトランジスタ１０５にいつでもアクセスすることができる利点を提供することができる。例えば、トランジスタ１０５を他のデバイス（図示せず）に接続するためのコンタクト１４４を誘電体層１４０中のトランジスタ１０５の真上に配置することができ、従ってトランジスタ１０５とコンタクト１４４の間の通路の相互接続を容易に短くすることができる。しかし、図１Ｂに示されるように構成されるデバイス１００は、基板１１０がチップ１２０からのより多くの力を散逸させることができるため、場合によっては、図１Ａに示される構成より鈍感な感度を有することができる。例えば、基板１１０は誘電体層１４０より実質的に分厚いため（例えばシリコンの厚さ１４６は約２００ミクロンないし３００ミクロンである）、比較的より大きい力の散逸が生じることがある。一方、いくつかの実施形態では、基板の厚さ１１４を薄くして散逸効果を抑制することができ、それにより圧力感度を高くすることができる。例えば、図１Ｂに示されるように、チップ１２０を接触させるために、トランジスタ１０５の真下の基板１１０の一部を除去し、薄い基板厚さ１４８（例えば約５０ミクロンないし１００ミクロン）を提供することができる。

図１Ｃに示される実施形態などのさらに他の実施形態では、基板１１０に隣接してリンカーアーム１１５のチップ１２０を配置することができる。このような実施形態は、図１Ａ又は１Ｂに示される構成と比較すると垂直方向の寸法がよりコンパクトなデバイス構成を提供する利点を有することができる。

図１Ａ〜１Ｃに示されるいずれの実施形態の場合にも、リンカーアーム１１５は任意の固体材料を使用して構築することができ、また、圧力変換器１３０によって記録される圧力変化の接触領域１２５への伝達を促進する任意の形状を持たせることができる。例えば、リンカーアーム１１５は、金属又はプラスチックを使用して構築することができ、例えば、圧力変換器１３０を基板１１０に結合し、また、接触領域１２５に接触させることができるチップ１２０を提供するボディ１５０を提供するべく、成形し、湾曲させ、機械加工し、或いは形状化することができる金属又はプラスチックを使用して構築することができる。いくつかのケースでは、接触領域１２５に接触するチップの表面１５２（図１Ａ）の面積を最小化することにより、チップ１２５から付与される力を集中させることができるため、チップの表面１５２の面積が最小化されることが好ましい。一方、表面１５２の面積を最小化するためには、トランジスタ１０５に対する同じ単位当たりの圧力変化に対して、再現可能な力の量が提供されるよう、表面１５２の中心をトランジスタ１０５の上方に置くことと、面積を十分に広くすることとの間の採択のバランスを取らなければならない。再現性に対する要求は単一のデバイス内で適用可能であり、また、例えばバッチプロセスで製造される異なるデバイス間で適用可能である。いくつかの実施形態では、表面１５２の面積は、基板１１０上のトランジスタ１０５によって占有される面積の１０倍から１００倍の広さに及んでいる。例えば、トランジスタ１０５が４０ｎｍ接続点（例えばトランジスタ１０５のゲートの長さは約４０ｎｍである）で製造され、従って約０．０２ミクロン^２の面積を占有する場合を考察する。いくつかの実施形態では、表面１５２の面積は約０．２ミクロン^２から２ミクロン^２までの範囲であることが好ましい。一方、他のケースでは、信頼性がより高い電気特性を有するより大型のトランジスタ（例えば６５ｎｍ接続点以上）を使用することも可能である。このようなケースでは、表面１５２の面積は、場合によっては約２ミクロン^２より広いことが望ましい。

図１Ａに示されるように、いくつかのケースでは、斜角が付けられたチップ１２０を有するようにリンカーアーム１１５を構成することが好ましい。このような構成にすることにより、リンカーアーム１１５から接触領域１２５に付与される力の集中を促進することができる。

図１Ａ〜１Ｃに示されるように、基板１００は誘電体層１４０を含むことができる。誘電体層１４０は、トランジスタ１０５を電子圧力センシングデバイス１００の他のコンポーネント（図示せず）に結合する金属相互接続線、ビア及びコンタクト（図示せず）を含む相互接続構造の一部であってもよい。いくつかの実施形態では、誘電体層１４０は、それ自体がトランジスタ１０５を覆うひずみ誘電体層であるか、或いはこのような誘電体層を含んでいることが有利である。ひずみ誘電体層１４０はトランジスタ１０５に引張り力又は圧縮力を付与するように構成することができる。いくつかの実施形態では、例えば、ひずみ誘電体層１４０には、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は酸化ケイ素から構成される複数の層のうちの１つ又は複数が含まれる。

ひずみ誘電体層１４０は、リンカーアーム１１５のチップ１２０から付与される力に対するトランジスタ１０５の電気的感度を変化させることができる（つまり敏感又は鈍感にすることができる）。トランジスタ１０５の感度は、非ひずみ誘電体層を有する等価トランジスタの場合とは異なり、印加される所与のゲート電圧に対するトランジスタのドレイン電流の変化、及びチップ１２０によって付与される力を測定することによって評価することができる。

ひずみ誘電体層１４０がチップ１２０によって付与される力に対するトランジスタ１０５の感度を敏感にするか、或いは鈍感にするかは、非ひずみ等価トランジスタの場合とは異なり、誘電体層１４０によって印加されるひずみのタイプ、及び電子圧力センシングデバイス１００中のトランジスタ１０５のタイプによって決まる。方向１３６に沿ってｎ型金属酸化物半導体（ｎＭＯＳ）トランジスタ１０５に圧縮力を印加するひずみ誘電体層１４０はトランジスタ１０５の感度を敏感にすることができる。つまり、非ひずみ誘電体層１４０によって覆われ、付与される同じ力を受け取る等価ｎＭＯＳトランジスタ１０５の場合と比べて、チップ１２０から付与される力に応答してｎＭＯＳトランジスタ１０５の導電率（例えば、印加される所与のゲート電圧に対するドレイン電流によって反映される）がより広い範囲まで変化する。方向１３６に沿ってｎＭＯＳトランジスタ１０５に引張り力を印加するひずみ誘電体層１４０はトランジスタ１０５の感度を鈍感にすることができる。つまり、非ひずみ誘電体層１４０によって覆われ、付与される同じ力を受け取る等価ｎＭＯＳトランジスタ１０５の場合とは異なり、チップ１２０から付与される力に応答してｎＭＯＳトランジスタ１０５の導電率がより狭い範囲で変化する。

一方、方向１３６に沿ってｐ型金属酸化物半導体（ｐＭＯＳ）トランジスタ１０５に圧縮力を印加するひずみ誘電体層１４０はトランジスタ１０５の感度を鈍感にすることができる。つまり、非ひずみ誘電体層１４０によって覆われ、付与される同じ力を受け取る等価ｐＭＯＳトランジスタ１０５の場合とは異なり、チップ１２０から付与される力に応答してｐＭＯＳトランジスタ１０５の導電率がより狭い範囲で変化する。方向１３６に沿ってｐＭＯＳトランジスタ１０５に引張り力を印加するひずみ誘電体層１４０はトランジスタ１０５の感度を敏感にすることができる。つまり、非ひずみ誘電体層１４０によって覆われ、付与される同じ力を受け取る等価ｐＭＯＳトランジスタ１０５の場合とは異なり、チップ１２０から付与される力に応答してｐＭＯＳトランジスタ１０５の導電率がより広い範囲まで変化する。

外部から印加される力に対するトランジスタの感度を敏感にするためのひずみ誘電体層の使用は、外部から印加される力に対するトランジスタの感度の最小化をしばしば試行しる特定の従来の集積回路（ＩＣ）設計とは相反している。外力に対する最小感度はしばしば探求されるが、それは、ＩＣ中のトランジスタの電気特性に対する望ましくない効果を有し、そのために許容可能な範囲内で機能するＩＣの歩留りをより小さくしているＩＣ製造ステップを回避するためである。

図１Ａにさらに示されるように、いくつかの実施形態では、電子圧力センシングデバイス１００はさらに、基板１１０の上に配置される基準トランジスタ１５５を含むことができる。基準トランジスタ１５５とトランジスタ１０５の間の分離距離１５７は、チップ１２０から付与される力によって基準トランジスタ１５５の導電率が実質的に変化しない十分な距離である。例えば、いくつかの実施形態では、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５は、基板１１０の接触領域１２５に接触するチップ表面１５２の面積の平方根の少なくとも約５倍長い距離１５７だけ分離される。例えばチップ表面１５２の面積が約２ミクロン^２に等しい場合、分離距離は約１０ミクロンである。

また、同様の理由で、基準トランジスタ１５５は、場合によっては、接触領域１２５の周囲１３４の外側に位置するように配置され、チップ１２０から付与される力の意図される方向１３６には沿っていないことが望ましい。例えば、図１Ｃに示される実施形態などの実施形態の場合、基準トランジスタは、チップ１２０からの力の方向１３６が基板１１０の両端間を横方向に移動し、従って図に示される断面内に配置される基準トランジスタ１５５に影響を及ぼす可能性があるため、図には示されていない。基準トランジスタは、場合によっては、図１Ｃに示される断面内ではなく、断面の内側又は外側のいずれかに配置されることが好ましい。

いくつかの実施形態では、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５は両方ともｐＭＯＳトランジスタであるか或いはｎＭＯＳトランジスタであるかのいずれかである。そうすることにより、容易にトランジスタ１０５、１５５の電気特性を互いに良好に整合させることができ、延いてはチップ１２０から力が印加される際のトランジスタ１０５、１５５の電気応答の差をより容易に検出することができる。一方、他のケースでは、トランジスタ１０５、１５５のうちの一方をｐＭＯＳ又はｎＭＯＳトランジスタのうちの一方にし、また、もう一方のトランジスタ１５５、１０５をもう一方のｎＭＯＳ又はｐＭＯＳトランジスタにすることも可能である。さらに他のケースでは、トランジスタ１０５、１５５のうちの一方又は両方をバイポーラトランジスタ又は他のタイプのトランジスタにすることも可能である。本明細書において説明されるこれらの実施形態例は、１つのトランジスタ１０５及び１つの基準トランジスタ１５５の存在が記述されるが、接触領域１２５の周囲１３４内に複数のトランジスタを配置することができ、或いは必要に応じて基準トランジスタとして使用することができることは当業者には理解されよう。

いくつかの実施形態では、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５は、いずれもひずみ誘電体層１４０で覆われている。ひずみ誘電体層１４０は引張り力又は圧縮力のいずれかをトランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５に付与するように構成される。このような実施形態によれば、費用をより安くすることができ、また、トランジスタ１０５、１５５の上に単一の誘電体層１４０を堆積させるプロセスをより単純にすることができる。さらに、トランジスタ１０５、１５５は、それらの上に同じ誘電体層１４０を有するため、特定のタイプの差動増幅器回路にそれらが組み込まれると、場合によっては役に立つ可能性のある同じ電気特性を有することができる。

一方、他のケースでは、適切なマスキング及び堆積プロセスを使用して、トランジスタ１０５の上にひずみ誘電体層のみを提供し、また、基準トランジスタ１５５の上に非ひずみ誘電体層のみを提供することも可能である。このような構造は、場合によっては、例えば基準トランジスタ１５５が接触領域１２３から離れている場合であっても、チップ１２０から付与される力がさもなければ基準トランジスタの電気特性に実質的に影響を及ぼすことになる場合に有利である。

また、図１Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、圧力変換器１３０はチップ１２０が接触する基板１１０の同じ面１３２に取り付けられている。例えば、電子圧力センシングデバイス１００は、マイクロホンなどの音声デバイス、記録デバイス、電話又はそれらの組合せ、或いは圧力変換器として構成することができる。いくつかのケースでは、圧力変換器１３０は、基板１１０に取り付けられるリンカーアーム１１５のボディ１５０に取り付けられるダイヤフラムを含むことができ、或いはそれ自体がそのようなダイヤフラムであってもよい。一方、他のケースでは、基板１１０の面１３２に直接圧力変換器１３０を取り付けることも可能である。ダイヤフラム圧力変換器１３０は、ボディ１５０を介してチップ１２０に機械的な力が付与され、それによりチップ１２０が方向１３６の力を接触領域１２５に付与するよう、圧力変化に応答して移動するように構成することができる。例えば、ダイヤフラム圧力変換器１３０は、電子圧力センシングデバイス１００又は圧力変換器１３０が置かれている媒体（例えば空気、液体又は固体）を通って移動する音波に応答して機械的に振動することができ、また、これらの機械的な振動をリンカーアーム１１５のチップ１２０に付与することができる。

一方、さらに他の実施形態では、リンカーアーム１１５又は圧力変換器１３０のうちの一方又は両方が基板１１０に取り付けられていない。例えば、図１Ｃに示されるように、圧力変換器１３０及びリンカーアーム１１５を第２の基板１６０に個別に取り付けることができ、また、基板１１０に隣接して配置することができる。

いくつかの実施形態では、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５はいずれも電子圧力センシングデバイス１００の差動増幅器電気回路の一部である。図２は、図１Ａ〜１Ｃに示される電子圧力センシングデバイス１００などの本開示の電子圧力センシングデバイスの差動増幅器電気回路２００の一例を示したものである。図２に示されるように、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５は共通接続点２１５を介して共通電圧源２１０に結合することができる（例えば電圧Ｖ_Ｓを印加することによって）。例えば、両方のトランジスタ１０５、１５５のソース電極２２０、２２２は共通接続点２１５に結合することができる。入力電流（Ｉ_ｉｎ）はトランジスタ１０５と１５５の間に分割される。トランジスタ１０５、１５５が電気的に等しい場合、それらは、それぞれＩ_ｉｎの半分を運ぶことになる。チップ１２０（図１）からの力が一方のトランジスタ１０５に印加され、もう一方のトランジスタ１５５には印加されない場合、これらのトランジスタのうちの一方（例えばトランジスタ１０５又は基準トランジスタ１５５のいずれか）がより導電性になり、従ってより多くの電流を運ぶことになる。運ばれる第１の電流と第２の電流（Ｉ１_ｏｕｔ、Ｉ２_ｏｕｔ）の差は、延いてはトランジスタ１０５、１５５のドレイン電極２２４、２２６上の第１の電圧と第２の電圧（Ｖ１_ｏｕｔ、Ｖ２_ｏｕｔ）の差になる。

回路２００を完成させるために含むことができる追加コンポーネントは当業者によく知られている。例えば、図２に示されるように、回路２００はさらに、第３のトランジスタ２３０を含むことができる。この第３のトランジスタ２３０を使用して、例えばこの第３のトランジスタ２３０のゲート２２５に印加される電圧（Ｖ_Ｇ）を調整することによってトランジスタ１０５、１５５に対するＩ_ｉｎを制御することができる。回路２００はさらに、トランジスタ１０５、１５５のドレイン電極２２４、２２６に結合される抵抗２３５、２３７を含むことができる。他の実施形態では、電流負荷を担うために、抵抗２３５、２３７の代わりに、或いはこれらの抵抗に加えて、追加トランジスタを使用することも可能である。

図３は、本開示の他の実施形態である、圧力変化を測定する方法３００の流れ図を示したものである。上で説明した、図１Ａ〜２のコンテキストにおける実施形態などのデバイス１００の任意の実施形態を使用して方法３００を実施することができる。

引き続いて図１Ａ〜２を通して参照すると、方法３００には、圧力変換器１３０に結合されるリンカーアーム１１５を移動させるステップ３１０が含まれる。ステップ３１０におけるリンカーアーム１１５の運動は、圧力変換器を取り囲んでいる媒体の圧力変化によって機械的に振動する（ステップ３２０）圧力変換器１３０に応答して生じる。リンカーアーム１１５のこの運動により、そのチップ１２０は基板１１０の接触領域１２５に付与される力を変化させる（ステップ３３０）。この方法３００には、また、基板１１０上の接触領域１２５の近傍に配置されるトランジスタ１０５の両端間に電圧Ｖ_Ｓを印加するステップ３４０が含まれる。この方法３００には、さらに、ステップ３５０で、トランジスタ１０５からの、付与される力の変化の関数として変化する第１の電圧（Ｖ１_ｏｕｔ）を記録するステップが含まれる。本開示に基づいて、当業者には、別法として、ステップ３５０で、トランジスタ１０５からの、付与される力の変化の関数として変化する第１の電流（Ｉ１_ｏｕｔ）を記録するための回路２００（図２）の変更方法が理解されよう。

いくつかの実施形態では、他のＶ_Ｇ値と比較した場合に、付与される所与の力に対してより大きいＩ１_ｏｕｔの変化を得ることができるため、ステップ３５５で、選択されたゲート電圧（Ｖ_Ｇ）がトランジスタ１０５に印加されることが望ましい。例えば、いくつかの実施形態では、約０．０１ボルトから０．４ボルトまでの範囲のＶ_Ｇが印加されると（ステップ３５０）、チップ１２０から力（例えば約１×１０^−４Ｎ以上）が印加された場合、力が印加されない場合と比較してＩ１_ｏｕｔを約１５パーセント以上変化させることができる（例えばｎＭＯＳトランジスタ１０５の場合、約１５パーセント以上大きくすることができる）。いくつかの好ましい実施形態では、ステップ３５０で印加されるＶ_Ｇは約０．０１ボルトないし０．１５ボルトであり、この範囲のＶ_Ｇを印加することにより、チップ１２０から力が印加された場合に、Ｉ１_ｏｕｔを約３０パーセント以上容易に変化させることができる。

いくつかの実施形態では、この方法３００には、さらに、基板１１０の上に配置される基準トランジスタ１５５に同じ電圧（Ｖ_Ｓ）を印加するステップ３６０が含まれる。図２のコンテキストの中で説明したように、基準トランジスタ１５５はトランジスタ１０５と共通の入力接続点２１５を有することができる。いくつかのケースでは、基準トランジスタは接触領域１２５から離れているため、基準トランジスタ１５５からの第２の電圧（Ｖ２_ｏｕｔ）はチップ１２０から付与される力の変化に応答して実質的に変化しない。基準トランジスタを存在させることにより、トランジスタ１０５の電気応答の変化を容易に検出することができる。例えば、ステップ３７０で、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５からの電圧の差（例えばＶ１_ｏｕｔ−Ｖ２_ｏｕｔ）を記録することができ、この電圧差は付与される力の変化の関数として変化する。本開示に基づいて、当業者には、ステップ３７０で、トランジスタ１０５及び基準トランジスタ１５５からの第１の電流と第２の電流の差（例えばＩ１_ｏｕｔ−Ｉ２_ｏｕｔ）を記録するための代替回路２００（図２）の使用方法が理解されよう。当業者には、ステップ３５０又は３７０でそれぞれ記録される電圧又は電流、或いは電圧差又は電流差を、記憶情報又はエンドユーザのための有用な情報に変換するための適切なステップの実行方法が理解されよう。

本開示のさらに他の実施形態は電子圧力センシングデバイスを製造するための方法である。この方法により、図１Ａ〜３のコンテキストにおいて説明したデバイス１００の任意の実施形態を製造することができる。図４は本開示による電子圧力センシングデバイス製造方法４００の一例の流れ図を示したものである。

引き続いてもう一度図１Ａ〜２を通して参照すると、方法４００には、基板１１０の上にトランジスタ１０５を形成するステップ４１０が含まれる。この方法４００には、また、リンカーアーム１１５のチップ１２０が、基板１１０の接触領域１２５であって、トランジスタ１０５の近傍に位置している接触領域１２５に接触することができるようにリンカーアーム１１５を基板１１０の上方に配置するステップ４２０が含まれる。この方法４００には、さらに、リンカーアーム１１５を圧力変換器１３０に結合するステップ４３０であって、圧力変換器１３０を取り囲んでいる媒体の圧力変化によってチップ１２０が接触領域１２５に力を付与することができるように結合するステップ４３０が含まれる。

いくつかのケースでは、ステップ４１０で基板１１０の上にトランジスタ１０５を形成するステップには、フォトリソグラフィパターニング、ドーパント注入、エッチング及び他の従来の半導体処理技法を使用して、シリコンウェーハ基板などの半導体基板１１０の中又は上にトランジスタ１０５を製造するステップを含むことができる。ステップ４１０の一部である、ｎＭＯＳ、ｐＭＯＳ又は他のトランジスタタイプを形成するプロセスについては当業者によく知られている。一方、他のケースでは、ステップ４１０で基板１１０の上にトランジスタ１０５を形成するステップには、トランジスタ１０５を含んだ予め製造済みのＩＣを印刷回路基板１１０に取り付けるステップを含むことも可能である。

いくつかの実施形態では、ステップ４１０で基板１１０の上にトランジスタ１０５を形成するステップには、トランジスタ１０５が誘電体層１４０によって覆われるよう、基板１０５の上に誘電体層１４０を堆積させるステップ４３５を含むことができる。いくつかのケースでは、ステップ４３５で堆積される誘電体層１４０はひずみ誘電体層である。ひずみ誘電体層１４０は、引張り力又は圧縮力のいずれかをトランジスタ１０５に付与するように構成される。非ひずみ又はひずみ誘電体層１４０を例えば半導体トランジスタフロントエンド製造プロセスフローの一部として堆積させる方法については当業者によく知られている。例えば、トランジスタ１０５がｎＭＯＳトランジスタであるいくつかのケースでは、圧縮力又は引張り力のいずれかがトランジスタ１０５に印加されるよう、シリコン基板の上にひずみ窒化ケイ素誘電体層１４０を堆積させることができる。

いくつかの実施形態では、この方法４００には、さらに、基板１１０の上に基準トランジスタ１５５を形成するステップ４４０を含むことができる。基準トランジスタ１５５は、リンカーアーム１１５のチップ１２０から付与される力が基準トランジスタ１５５の導電率を実質的に変化させない、トランジスタ１０５から十分な距離１５７を隔てた基板１１０上の位置に形成されることが好ましい。いくつかのケースでは、基準トランジスタ１５５を形成するステップ４４０は、ステップ４１０でトランジスタ１０５を形成するために使用される半導体トランジスタフロントエンド製造プロセスフローと同じ半導体トランジスタフロントエンド製造プロセスフローの一部である。このようなケースでは、ステップ４３５で堆積される誘電体層１４０（例えばひずみ誘電体層）は、同じく基準トランジスタ１５５を覆うことができる。一方、他のケースでは、基準トランジスタ１５５を覆うための個別の誘電体層（例えば非ひずみ誘電体層）堆積ステップ４４５を実行することも可能である。さらに他のケースでは、ステップ４４０で基板１１０の上に基準トランジスタ１５５を形成するステップには、基準トランジスタ１５５を含んだ予め製造済みの第２のＩＣを、トランジスタ１０５（例えばＩＣ中の）が取り付けられる印刷回路基板１１０と同じ印刷回路基板１１０に取り付けるステップを含むことも可能である。

いくつかのケースでは、リンカーアーム１１５及び圧力変換器１３０は、それぞれステップ４２０及び４３０に従って配置され、且つ、結合される予め製造済みのコンポーネントである。或いは、金属、プラスチック又は同様の材料からリンカーアーム１１５を成形し、湾曲させ、或いは機械加工して適切な形状にするプロセス、及びダイヤフラムなどの圧力変換器１３０又は他のタイプの圧力感応構造を製造するための手順については当業者によく知られている。

いくつかのケースでは、基板１１０の上方にリンカーアーム１２０を配置するステップ４２０には、さらに、チップ１２０を接触領域１２５に結合するステップ４５０を含むことができる。例えばエポキシ又ははんだなどの接着材を使用してチップ１２０を結合することができる。チップ１２０を接触領域１２５に結合することにより、基板１１０を介して伝搬する高調波振動の回避を促進することができる。高調波振動は、力を付与する部分として基板１１０の上方の高い位置からチップ１２０を基板１１０に打ち当てなければならない場合に生じることがある。このような高調波振動は、圧力変換器１３０が受け取る圧力変化をトランジスタ１０５の導電率の変化に正確に変換する際の妨げになることがある。

以上、本開示のいくつかの実施形態について詳細に説明したが、当業者は、本開示の範囲を逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換及び修正を加えることができることを当業者は理解すべきである。

Claims (10)

1. 電子圧力センシングデバイスであって、
   基板の上に配置されるトランジスタ、
   前記トランジスタの近傍に位置している、前記基板の接触領域に接触するように構成されるチップを有するリンカーアーム、及び
   前記リンカーアームに機械的に結合される圧力変換器であって、圧力変化に応答して、前記チップに、前記トランジスタの導電率を変化させることができる力を付与させるように構成される圧力変換器
   を備えた電子圧力センシングデバイス。
2. 請求項１記載の電子圧力センシングデバイスであって、前記リンカーアームの前記チップが前記基板の下方又は前記基板に隣接して配置された電子圧力センシングデバイス。
3. 請求項１記載の電子圧力センシングデバイスであって、前記基板が前記トランジスタを覆うひずみ誘電体層をさらに含み、前記ひずみ誘電体層が前記トランジスタに引張り力又は圧縮力を付与するように構成された電子圧力センシングデバイス。
4. 請求項１記載の電子圧力センシングデバイスであって、前記基板の上に配置される基準トランジスタをさらに含み、前記基準トランジスタと前記トランジスタの間の分離距離が、前記力によって前記基準トランジスタの導電率が実質的に変化しない十分な距離である電子圧力センシングデバイス。
5. 請求項４記載の電子圧力センシングデバイスであって、前記トランジスタ及び前記基準トランジスタが前記接触領域に接触する前記チップの表面の面積の平方根の少なくとも約５倍長い距離だけ分離された電子圧力センシングデバイス。
6. 請求項４記載の電子圧力センシングデバイスであって、前記トランジスタ及び前記基準トランジスタが差動増幅器電気回路の一部である電子圧力センシングデバイス。
7. 請求項１記載の電子圧力センシングデバイスであって、前記圧力変換器がダイヤフラムを含み、且つ、前記デバイスが音声デバイス又は圧力変換器として構成された電子圧力センシングデバイス。
8. 圧力変化を測定する方法であって、
   圧力変換器を取り囲んでいる媒体の圧力変化によって機械的に振動する前記圧力変換器に応答して、前記圧力変換器に結合されるリンカーアームを移動させるステップであって、前記運動によって前記リンカーアームのチップが基板の接触領域に力を付与する、ステップ、
   前記基板上の前記接触領域の近傍に配置されるトランジスタの両端間に電圧を印加するステップ、及び
   前記トランジスタからの第１の電圧又は第１の電流を記録するステップであって、前記第１の電圧又は前記第１の電流が前記付与される力の変化の関数として変化する、ステップ
   を備える方法。
9. 請求項８記載の方法であって、
   前記基板の上に配置される基準トランジスタに前記電圧を印加するステップであって、前記基準トランジスタが前記トランジスタと共通の入力接続点を有し、前記基準トランジスタからの第２の電圧又は第２の電流が、付与される力の前記変化の大きさに応答して実質的に変化しない、ステップ、及び
   前記第１の電圧と前記第２の電圧の間の差又は前記第１の電流と前記第２の電流の間の差を計算するステップであって、前記差が前記付与される力の変化の関数として変化するステップ
   をさらに含む方法。
10. 電子圧力センシングデバイスを製造する方法であって、
    基板の上にトランジスタを形成するステップ、
    前記基板の上方にリンカーアームを配置するステップであって、前記リンカーアームのチップが、前記基板の接触領域であって、前記トランジスタの近傍に位置している接触領域に接触することができるように配置する、ステップ、及び
    前記リンカーアームを圧力変換器に結合するステップであって、前記圧力変換器を取り囲んでいる媒体の圧力変化によって前記チップが前記接触領域に力を付与することができるように結合する、ステップ
    を備える方法。

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