JP2017537302A - 変形可能な圧力道管を含む圧力センサ - Google Patents
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Abstract
Description
I.導入
[0032]以下の詳細な説明は、本発明の例示的な実施例を図示する添付図面を参照する。しかし、本発明の範囲は、これらの実施例に限定されず、その代わりに、添付の特許請求の範囲によって規定される。したがって、添付図面に示された実施例以外の実施例、例えば図示する実施例の修正された変形例は、それにもかかわらず本発明によって包含され得る。
II.例示的な実施例
[0034]本明細書で説明する例示的な実施例は、変形可能な圧力道管を含む圧力センサを使用して、圧力センサ技術(例えば容量ベースの圧力センサ技術)を実行することができる。圧力道管は、空隙を画定する断面を有する物体である。変形可能な圧力道管は、圧力道管の少なくとも一部分が懸架された空洞内の空洞圧力と、圧力道管内の道管圧力との間の圧力差に基づいて構造的変形(例えば曲げ変形、せん断変形、伸び変形など)するように構成された少なくとも1つの曲線部分を有する圧力道管である。
トランスデューサ503または圧力道管520の幾何形状は、その中の誘電体の形状、その中の誘電体の厚さなど、またはその任意の組合せを含み得る。例えば、圧力道管520の幾何形状は、圧力道管520が中に形成されるトレンチの最大幅、圧力道管520が中に形成されるトレンチの深さ、圧力道管520が形成される誘電体によって形成される空隙の最大幅、圧力道管520が形成される誘電体によって形成される空隙の深さなど、またはその組合せを含み得る。
第1および第4の圧力道管1020aおよび1020dにおいて、ならびに第2および第3の空洞1086bおよび1086cにおいては(第2および第3の圧力道管1020bおよび1020cの外側を除く)、第2の圧力P2であるように示される。したがって、第1の感知要素1088aと第4の感知要素1088dとは、同様の構成を有する。第2の感知要素1088bと第3の感知要素1088cとは、同様の構成を有する。
圧力道管は、空洞内の空洞圧力と圧力道管内の道管圧力との間の圧力差に基づいて構造変形するように構成された少なくとも1つの曲線部分を有する。圧力道管の少なくとも一部分が、空洞内に懸架される。例示的実装では、道管論理1404が圧力道管を製作する。
III.実例的な計算システム実装
[0126]製作システム1400、測定システム1600、フローチャート1300および1500を含むがこれらに限定されない、本明細書で説明する例示的な実施例、システム、構成要素、下位構成要素、デバイス、方法、フローチャート、ステップなどは、ハードウェア(例えばハードウェア論理/回路部品)、もしくはハードウェアとソフトウェア(1つまたは複数のプロセッサもしくは処理デバイスにおいて実行されるように構成されたコンピュータプログラムコード)との任意の組合せ、および/またはファームウェアに実装されてもよい。システム、方法/プロセス、および/または装置を含む本明細書で説明する実施例は、周知の計算デバイス、例えば図17に示すコンピュータ1700を使用して実装されてもよい。例えば、製作システム1400、測定システム1600、フローチャート1300のステップのそれぞれ、およびフローチャート1500のステップのそれぞれは、1つまたは複数のコンピュータ1700を使用して実装されてもよい。
IV.おわりに
[0137]様々な実施例が上記されたが、それらは単に例として示され、限定ではないことを理解されたい。関連技術における当業者には、形式および詳細における様々な変化が、実施例の趣旨および範囲から逸脱することなくその中でなされてもよいことが明らかであろう。したがって、実施例の広がりおよび範囲が、上記の例示的実施例のうちの任意のものによって限定されてはならず、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物に従ってのみ規定されなければならない。
Claims (27)
- 圧力センサであって、該圧力センサは、
第1の空洞を含む半導体基板と、
4よりも大きなアスペクト比を有するトレンチ内に形成された誘電体ライニングから作成された圧力道管であって、空隙を画定する断面を有し、前記第1の空洞内の空洞圧力と前記圧力道管内の道管圧力との間の圧力差に基づいて構造変形するように構成された少なくとも1つの曲線部分を有し、前記圧力道管の少なくとも第1の部分が前記第1の空洞内に懸架される、圧力道管と、
前記圧力道管の第1の部分に結合された第1のトランスデューサであって、前記圧力道管の構造変形とともに変化する属性を有する、第1のトランスデューサと、
を備える圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、前記第1のトランスデューサが、
前記圧力道管の構造変形とともに変化する第1の容量を提供するように構成された変形可能な容量構造を備えることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項2に記載の圧力センサにおいて、前記変形可能な容量構造が、
複数の交互配置されたコンデンサ極板を備えることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項2に記載の圧力センサにおいて、前記変形可能な容量構造が、
第2セットのコンデンサ極板と交互配置された第1のセットのコンデンサ極板を備え、
前記第1のセットのコンデンサ極板が、前記第1の容量を変化させるために、前記圧力道管の構造変形に基づいて前記第2のセットのコンデンサ極板に対して移動するように構成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項4に記載の圧力センサにおいて、
前記変形可能な容量構造が、前記圧力道管の構造変形とともに変化する第2の容量を提供するようさらに構成され、
前記変形可能な容量構造が、第4のセットのコンデンサ極板と交互配置された第3のセットのコンデンサ極板をさらに備え、
前記第3のセットのコンデンサ極板が、前記第2の容量を変化させるために、前記圧力道管の構造変形に基づいて前記第4のセットのコンデンサ極板に対して移動するように構成され、
前記第1の容量の変化が、前記第2の容量の変化と反対であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記第1のトランスデューサは圧電素子を備え、
前記圧電素子は、前記圧力道管の構造変形の結果として該圧電素子に作用する力に基づいて電荷を生成するように構成されたことを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記第1のトランスデューサは、圧電素子を備え、
前記圧電素子は、前記圧力道管の変形の結果として該圧電素子に作用する力に基づいて変化する抵抗を有することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管の第2の部分が、前記第1の空洞の外側にあり、
前記第2の部分の少なくとも一部分が、前記圧力道管内の第1の環境を前記圧力道管の外側の第2の環境に曝露する道管圧力出入口を提供するために除去されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管の第2の部分が、前記第1の空洞の外側にあり、
前記半導体基板が、前記第1の空洞の外側にある第2の空洞を含み、
前記圧力道管の第2の部分の少なくとも一部分が、前記第2の空洞内に含まれ、
前記第2の部分の一部分が、前記圧力道管内の第1の環境を前記第2の空洞内の第2の環境に曝露する開口部を有することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項9に記載の圧力センサにおいて、
蓋をさらに備え、該蓋は、
前記第1の環境および前記第2の環境を前記圧力センサの外側にある第3の環境に曝露する道管圧力出入口を提供するための孔を含むことを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
周囲の長方形が、前記圧力センサが製作されるウェハの平面内の前記第1の空洞を囲む、最小面積を有する長方形として画定され、
前記周囲の長方形が、第1の平行辺と、前記第1の平行辺に垂直な第2の平行辺と、を有し、それぞれの第1の平行辺が、第1の長さを有し、それぞれの第2の平行辺が、前記第1の長さ以下である第2の長さを有し、
前記圧力道管が前記基板に結合する第1の点と、前記第1のトランスデューサが前記基板に結合する第2の点との間の距離が、前記第2の長さの1/3以下であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
周囲の長方形が、前記圧力センサが製作されるウェハの平面内の前記第1の空洞を囲む、最小面積を有する長方形として画定され、
前記周囲の長方形が、第1の平行辺と、前記第1の平行辺に垂直である第2の平行辺とを有し、それぞれの第1の平行辺が、第1の長さを有し、それぞれの第2の平行辺が、前記第1の長さ以下である第2の長さを有し、
前記圧力道管が前記基板に結合する第1の点と、前記圧力道管が前記第1のトランスデューサに結合する第2の点との間の距離が、前記第2の長さの1/3以下であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
周囲の長方形が、前記圧力センサが製作されるウェハの平面内の前記第1の空洞を囲む、最小面積を有する長方形として画定され、
前記周囲の長方形が、第1の平行辺と、前記第1の平行辺に垂直である第2の平行辺とを有し、それぞれの第1の平行辺が、第1の長さを有し、それぞれの第2の平行辺が、前記第1の長さ以下である第2の長さを有し、
前記第1のトランスデューサが前記圧力道管に結合する第1の点と、前記第1のトランスデューサが前記基板に結合する第2の点との間の距離が、前記第2の長さの1/3以下であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記空隙の最大幅が、2ミクロン以下であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管の少なくとも1つの曲線部分が、蛇行形状を有する少なくとも1つの蛇行部分を含むことを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管の少なくとも1つの曲線部分が、螺旋形状を有する少なくとも1つの螺旋部分を含むことを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管の少なくとも1つの曲線部分が、半円形状を有する少なくとも1つの半円部分を含むことを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管の少なくとも1つの曲線部分が、複数の同心半円部分を含み、それぞれの半円部分が、半円形状を有することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
第1の接続点で前記圧力道管に結合され、第2の接続点で前記第1のトランスデューサに結合されたコネクタをさらに備え、
前記第1の接続点が、前記圧力道管の変形から生じる第1の動作を有し、
前記コネクタが、前記第2の接続点に第2の動作をさせるように構成され、前記第2の動作が、前記第1の動作の増幅された変形であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
第1の接続点で前記圧力道管に結合され、第2の接続点で前記第1のトランスデューサに結合されたコネクタをさらに備え、
前記第1の接続点が、前記圧力道管の変形から生じる第1の動作を有し、
前記コネクタが、前記第2の接続点に第2の動作をさせるように構成され、前記第2の動作が、前記第1の動作の減衰された変形であることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力道管と前記第1のトランスデューサとの間に結合されたコネクタをさらに備え、前記コネクタは、異方剛性を有することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサにおいて、
第2の空隙を画定する断面を有する第2の圧力道管であって、前記半導体基板内に含まれる第2の空洞内の空洞圧力と前記第2の圧力道管内の道管圧力との間の圧力差に基づいて構造変形するように構成された少なくとも1つの曲線部分を有し、前記第2の圧力道管の少なくとも第1の部分が前記第2の空洞内に懸架される、第2の圧力道管と、 前記第2の圧力道管の第1の部分に結合された第2のトランスデューサであって、前記第2の圧力道管の構造変形とともに変化する属性を有する、第2のトランスデューサと、をさらに備え、
前記第1のトランスデューサが、前記圧力道管の加速度または前記第1の空洞内の空洞圧力と前記第1の圧力道管内の道管圧力との間の前記圧力差のうちの少なくとも1つから生じる前記第1のトランスデューサの属性の変化に基づいて、第1の信号を提供するように構成され、
前記第2のトランスデューサが、前記圧力道管の加速度または前記第2の空洞内の空洞圧力と前記第2の圧力道管内の道管圧力との間の圧力差のうちの少なくとも1つから生じる前記第2のトランスデューサの属性の変化に基づいて、第2信号を提供するように構成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項22に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力センサが、前記第1の信号と前記第2の信号との間の差が、前記圧力センサの加速度の尺度を提供し、前記第1の信号と前記第2の信号との合計が、圧力差の尺度を提供するように構成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項22に記載の圧力センサにおいて、
圧力センサが、前記第1の信号と前記第2の信号との合計が、前記圧力センサの加速度の尺度を提供し、前記第1の信号と前記第2の信号との間の差が、圧力差の尺度を提供するように構成されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項22に記載の圧力センサにおいて、
前記第1の空洞と前記第2の空洞が、同じであることを特徴とする圧力センサ。 - 空洞を含む半導体基板を提供するステップと、
4よりも大きなアスペクト比を有するトレンチ内に形成された誘電体ライニングから圧力道管を製作するステップであって、前記圧力道管が、空隙を画定する断面を有し、前記圧力道管が、前記空洞内の空洞圧力と前記圧力道管内の道管圧力との間の圧力差に基づいて構造変形するように構成された少なくとも1つの曲線部分を有し、前記圧力道管の少なくとも一部分が前記空洞内に懸架される、ステップと、
前記圧力道管の一部分に結合されたトランスデューサを製作するステップであって、前記トランスデューサが、前記圧力道管の構造変形とともに変化する属性を有する、ステップと、
を備える方法。 - 圧力センサの半導体基板内に含まれる空洞内に空洞圧力を受け取るステップと、
4よりも大きなアスペクト比を有するトレンチ内に形成された誘電体ライニングから作成された前記圧力センサの圧力道管内に道管圧力を受け取るステップであって、前記圧力道管が、空隙を画定する断面を有し、前記空洞圧力と前記道管圧力との間の圧力差に基づいて構造変形するように構成された少なくとも1つの曲線部分を有し、前記圧力道管の少なくとも一部分が、前記空洞内に懸架される、ステップと、
前記圧力道管の一部分に結合されたトランスデューサの属性を測定するステップであって、前記属性が、前記圧力道管の構造変形とともに変化する、ステップと、
を備える方法。
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