JP3682046B2 - 圧力センサおよび圧力系統および圧力センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサの分野および圧力センサの製造分野に関する。本発明はまた、圧力センサを他のデバイスおよびシステムに組み込む分野にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧力センサは、特定圧力の維持が重要なデバイスまたはシステムにおける圧力を監視または制御するために、多種多様な用途に使用されている。しかし、従来の圧力センサは比較的大型である。
【０００３】
したがって、従来の圧力センサは他のデバイスと集積することが容易ではなかった。従来の圧力センサは、載置面積が小さいものであっても、たとえば超小型電子デバイスとの集積は難しい。さらに、従来の圧力センサは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）、すなわち超小型電子機器を備えた可動部を含む機械構造との集積も難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、他のデバイス、たとえば超小型電子デバイスとの集積が容易な圧力センサおよびその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態によれば、圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた参照空洞であって、内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接し参照空洞の内部にない第２の膜とを備えることができる。第１および第２の膜はコンデンサを形成し、その静電容量は第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、添付の図面は、本発明の実施形態を示し、本明細書の一部をなす。図面は、以下の説明を併せて、本発明の原理を具体的に説明する。示される実施形態は、本発明の例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【０００７】
図面を通して、同一の参照符号は、必ずしも同一とは限らないが等価な要素を指す。
【０００８】
一実施形態では、本発明は、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接した第２の膜とを備える圧力センサとなし得る。第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、加圧環境において圧力を調整する圧力調整器と、加圧環境に配置されるかまたは加圧環境に連通して、加圧環境における圧力の指示を出力する圧力センサとを備える圧力系統であって、圧力調整器は、圧力センサからの出力に応答して動作するように構成される圧力系統であることができる。上述した本発明の原理による圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接する第２の膜とを備え、第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積された圧力センサであることができる。この集積デバイスは、好ましくは、シリコン基板、基板上または基板に形成されたＭＥＭＳ、および基板に形成された圧力センサを備える。上述した本発明の原理による圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接する第２の膜とを備え、第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【００１１】
別の実施形態では、本発明は、ＡＲＳ（atomic resolution storage）デバイスと集積された圧力センサであることができる。この集積デバイスは、好ましくは、第１の基板、第１の基板に形成されたＡＲＳデバイス、および第１の基板に形成された圧力センサを備える。上述した本発明の原理による圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接する第２の膜とを備え、第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【００１２】
本発明はまた、シリコン基板をエッチングして、参照空洞、第１の膜、および第２の膜を形成することによって圧力センサを製造る方法も包含する。より具体的には、本発明の原理による方法は、電気接続を備える第２の基板に第１の基板を接着することと、第１の基板をエッチングして第１の膜、第１の膜に隣接してそこから離間された第２の膜、および前記第１の膜によって接着された参照空洞を形成することであって、第１および第２の膜は第２の基板上の接続との電気接続に配置されることと、および第３の基板を第１の基板に接着して参照空洞内に真空を密閉することとによって圧力センサを製造る方法であることができる。
【００１３】
最後に、別の実施形態では、本発明は、電気接続を有する第２の基板に第１の基板を接着することと、第１の基板をエッチングして第１の膜、第１の膜に隣接してそこから離間された第２の膜、および前記第１の膜によって接着された参照空洞、およびＡＲＳデバイスのフレクチュア（flexture)を形成することであって、第１および第２の膜は第２の基板上の接続との電気接続に配置されることと、第３の基板を第１の基板に接着して参照空洞およびＡＲＳ装置に真空を密閉することと、ならびにＡＲＳデバイスにエミッタ空洞を設けること、によって圧力センサおよびＡＲＳ（Atomic Resolution Storage）デバイスを一体的に製造る方法であることができる。
【００１４】
本発明は、とりわけ、極微デバイスおよび超小型電子デバイスへとの集積がより容易な改良型圧力センサを提供する。図１ａは、本発明の一実施形態による圧力センサの断面図である。
【００１５】
図１ａに示すように、本発明の原理による圧力センサ１００は、第１のシリコン膜であるシリコン薄膜１０１（以下「第１の膜１０１」と称する。）を備える。第１の膜１０１の厚さは、第１の膜１０１がセンサ１００に加えられた圧力１１０に応答するとともに、この圧力に比例して撓むようなものである。第１の膜１０１の背後には、参照空洞１０３がある。密閉された参照空洞１０３の内部は真空である。
【００１６】
第２のシリコン膜１０２は、第１の膜１０１よりも厚く可撓性の低いことが好ましく、参照空洞１０３の外部で第１の膜１０１に隣接して形成される。第１、第２の膜１０１、１０２と参照空洞１０３を画定する壁とは、上部基板１０４と下部基板１０５の間に支持される。接着層１０６が第１、第２の膜１０１、１０２を上部基板１０４と下部基板１０５の間に固定する。
【００１７】
図１ｂは、圧力センサ１００の平面図である。図１ｂに示すように、第１の膜１０１は、ポリシリコンアンカ１０９を使用して側面に沿って固定される。ポリシリコン台座１０９により、第１の膜１０１の両側面を、参照空洞１０３を画定する壁に固定する。
【００１８】
図１ａに戻ると、接着層１０６と上部基板１０４および下部基板１０５との間に誘電体層１０８が配置される。誘電体層下において、いずれかの基板に電気相互接続１０７をパターニングすることができる。図１ａの実施形態では、接続１０７は下部基板１０５に設けられる。図１ａに示す接続１０７は、誘電体層１０８および接着層１０６を貫通して、第１、第２の膜１０１、１０２それぞれに接触する。
【００１９】
併せて、第１の膜１０１および第２の膜１０２は、たとえば、電気接続１０７を通して測定可能な特定の静電容量を有するコンデンサを形成する。様々な量の圧力１１０がセンサ１００に加えられると、第１の膜１０１は加えられた圧力の量に比例して撓む。
【００２０】
第１の膜１０１が撓むと、第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の空間が変化する。第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の空間の変化は、センサ１００に加えられる圧力１１０の量に対応する。また、第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の空間の変化により、第１、第２の膜１０１、１０２によって形成されるコンデンサの静電容量も変化する。この静電容量の変化は以下の式によって与えられる。
【００２１】
△Ｃ＝Ｃo−∫∫｛ε／（ｄ0−ｄ（ｘ、ｙ）｝ｄｘｄｙ
静電容量の変化△Ｃは、センサ１００に加えられた圧力１１０の量に直接関連する。したがって、加えられた圧力１１０の指示値は、接続１０７を備え、第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の静電容量を監視する回路によって出力することが可能である。所望により、静電容量の変化から、該圧力の読み値を計算することができる。
【００２２】
あるいは、第１の膜１０１は、圧力がかかった第１の膜１０１の撓みに伴って変化する圧電抵抗を有する。したがって、膜に加えられた圧力の指示値は、第１の膜１０１の圧電抵抗を測定することによっても得ることができる。この圧電抵抗測定値から、加えられた圧力を計算することが可能である。
【００２３】
図２は、図１の圧力センサが圧力制御回路に使用される本発明の別の実施形態を示すブロック図である。図２に示すように、特定圧力の維持、または指定された範囲内での圧力の維持が重要な加圧環境１２２が作り出される。
【００２４】
加圧環境１２２における圧力を変化させるために、圧力調整器１２０が設けられる。圧力調整器１２０は、環境１２２における圧力を変化させる任意の装置または手段であることができる。たとえば、圧力調整器１２０は、真空ポンプ、圧縮器、ゲッタ等であることができる。
【００２５】
本発明の原理による圧力センサ１００は、好ましくは、加圧環境１２２内に配置されるか、または加圧環境１２２と連通して配置される。したがって、圧力センサ１００は、加えられた圧力、すなわち加圧環境１２２における圧力の指示値を与える出力１２３を出力する。
【００２６】
図２に示すように、この出力１２３は、圧力調整器１２０に提供されることが好ましい。圧力調整器１２０は、圧力センサ１００からの入力に応答する。たとえば、圧力センサ１００が、加圧環境における圧力が最適なレベルまたは最適な範囲内にあることを示す場合、圧力調整器１２０は非活性化されるか、または反応しない。
【００２７】
しかし、圧力センサ１００が、環境１２２における圧力が最適なレベルまたは範囲を上回るか下回ることを示す場合、圧力調整器１２０は適宜応答して、環境１２２における圧力を最適なレベルかまたは最適な範囲内に戻す。所望の圧力が環境１２２内で元に戻ると、圧力センサ１００は圧力が戻ったことを圧力調整器１２０に通知する。次いで、調整器１２０は再び非活性化されるか、またはさらには反応せず、圧力が所望のレベルまたは所望の範囲内に留まるようにする。
【００２８】
図３は、図１の圧力センサを微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積した本発明の別の実施形態の図である。ＭＥＭＳは、機械的構造（可動部）と超小型電子機器を組み合わせたシステムである。ＭＥＭＳ１３０は、半導体ウェハまたはダイ１３１上に形成されることが多い。
【００２９】
図３に示すように、単一ダイ１３１上に形成された一つあるいは沢山のＭＥＭＳ１３０が、圧力下で空気、ガス、または液体等の入力を必要としうる。したがって、図３は、５個の異なる加圧入力１３２ａ〜１３２ｅを使用するＭＥＭＳ１３０を示す。
【００３０】
容易にわかるように、これら加圧入力１３２ａ〜１３２ｅそれぞれの圧力を監視する必要がありうる。ＭＥＭＳ１３０が適宜動作するには、最小圧力が求められる場合がある。あるいは、あまりに高い圧力はＭＥＭＳ１３０にダメージを与える恐れがある。
【００３１】
したがって、図３に示すように、本発明の原理による圧力センサ１００ａ〜１００ｅを加圧入力１３２ａ〜１３２ｅそれぞれに使用して入力の圧力を監視するのよい。次いで、圧力センサ１００ａ〜１００ｅからの出力を圧力調整器が使用して、加圧入力１３２ａ〜１３２ｅの圧力を制御することができる。
【００３２】
図４は、図１の圧力センサをＡＲＳ（Atomic Resolution Storage：原子レベルの解像度を有する高密度記憶装置）デバイスと集積した本発明の別の実施形態の図である。ＡＲＳは、たとえば、１平方インチあたり１テラビット（すなわち、１０００ギガビット）を越える記憶密度を有する親指サイズのデータ記憶装置の提供を目的とする新生技術である。この技術は、データが記憶される材料の表面を単一原子ほどの小さなプローブ先端で走査して、数ナノメートル以内までの精度でイメージを生成する原子プローブ顕微鏡の進歩に基づいている。プローブ記憶技術は、原子サイズのプローブ先端の配列を使用して、データを記憶媒体上のスポットに読み書きする。マイクロムーバが記憶媒体をプローブ先端に相対して位置決めする。
【００３３】
最適な動作のために、ＡＲＳデバイスは一般に、読み書きビームからの電子散乱の可能性を低減するため、またデータスポット間の熱の流れを低減するために、真空内もしくは少なくとも制御された雰囲気内に保持される。したがって、本発明の原理によれば、ＡＲＳデバイスが動作する真空または制御された雰囲気の圧力を継続的に監視することが可能なように、ＡＲＳデバイスを圧力センサと集積することが有利である。このような集積デバイスを図４に示す。
【００３４】
図４に示すように、ＡＲＳデバイスおよび圧力センサは、集積デバイスとして形成することができる。図４では、ＡＲＳデバイスは図面の左側にあるが、前の図面から馴染みのあるように、圧力センサ構造は図面の右側にある。
【００３５】
ＡＲＳデバイスは、ロータウェハ（rotor wafer)１４３として知られているシリコン基板に形成されるシリコンフレクチャ１４１を備える。第１の膜１０１、第２の膜１０２、および参照空洞１０３を備える圧力センサは１００は、ロータウェハ１４３にも形成される。
【００３６】
ロータウェハ１４３は、ステータウェハ１４４およびエミッタウェハ１４２として知られる上部基板と下部基板の間に挟まれる。ＡＲＳデバイスは、ロータウェハ１４３をエミッタウェハ１４２に露出させるエミッタ空洞１４５を備える。
【００３７】
図５ａ〜図８ｂは、図４に示す集積された圧力センサおよびＡＲＳデバイスの製造工程を示す。図５ａ〜図８ｂでは、集積された装置が各種製造段階において示される。以下の文章で、これらステップおよび全体的な製造工程について説明する。
【００３８】
図５ａは、製造工程における第１工程を説明するための図である。図５ａに示すように、この製造工程はシリコン基板１５０から開始される。この基板１５０は最終的に、図４に示すロータ基板１４３になる。好ましくは、基板はＮ+基板である。図５ａは、基板１５０の断面を示す。
【００３９】
基板１５０を貫通して２つの穴１５１がエッチングされる。好ましくは、穴１５１のエッチングにはＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）が使用される。穴１５１の一方の断面を図５ａに示す。図５ｃは基板の平面図であり、図５ａに示す穴１５１の好ましい相対位置を見つけるためにも参照することができる。２つの穴は、基板１５０の相対する縁の付近にある。
【００４０】
図５ｂもまた基板１５０の断面である。図５ｂに示すように、図５ａにおいてエッチングされた穴１５１は、ポリシリコン１５２で埋め戻される。図５ｃは、２つの穴１５１がポリシリコン１５２で充填された基板１５０の平面図を示す。このポリシリコン１５２は、図１ｂに示すポリシリコンアンカの形成に使用される。
【００４１】
図６ａに示すように、穴１５１がエッチングされポリシリコン１５２で充填されたシリコン基板１５０、１４３は、下部基板１４４に接着される。この下部基板１４４は、図４に示すステータ基板１４４になる。下部基板１４４をロータ基板１５０、１４３に接着する前に、電気相互接続１０７が基板１４４上にパターニングされる。次いで、誘電体層１０８を基板１４４上に堆積することができる。接続１０７は誘電体層１０８を貫通して、圧力センサの薄膜および第２の膜が形成されることになるポイントでシリコン基板１５０、１４３に接触する。
【００４２】
接着層１０６が塗布される。次いで、図６ａに示すように、ロータ基板１５０、１４３およびステータ基板１４４が共に接着される。
【００４３】
図６ｂに示すように、次いで、接着された基板が研磨され薄膜化される。ロータ基板１５０、１４３は、好ましくは、約１００μｍ厚に研磨される。
【００４４】
図７ａに示すように、次に、ＡＲＳデバイス１７０のシリコンフレクチュア１４１および圧力センサの参照空洞１０３が、基板１５０、１４３に切り込まれる。ここでも、これら構造を基板１５０、１４３に切り込むにはＤＲＩＥが使用されることが好ましい。図７ａは、この製造段階にあるデバイスの断面図である。さらなるエッチングが行われて、圧力センサ１００のシリコン第１の膜１０１および第２の膜１０２が画定される。
【００４５】
図７ｂは、この製造段階にあるデバイスの上から下を見た図である。図７ｂの図から、第１の膜１０１、第２の膜１０２、および参照空洞１０３を備える圧力センサ１００の構造がより容易に観察される。図７ｂはまた、ＡＲＳデバイス１７０のシリコンフレクチュア１４１のもう一つの図も提供する。
【００４６】
図８ａに示すように、次に、上部基板すなわちエミッタ基板１４２が基板１５０、１４３に接着される。この接着工程は、好ましくは、圧力センサ１００の参照空洞１０３に真空封じするため真空内部で行われる。
【００４７】
ＡＲＳ１７０と圧力センサ１００の第１の膜１０１との間を連通させるるために、通路１８０が画定される。通路１８０は、上部基板１４２および下部基板１４４とロータ基板１５０、１４３との間、および第２の膜１０２の側面の周りにあることができる。したがって、圧力センサ１００は、ＡＲＳデバイス１７０の最適な動作のために、ＡＲＳデバイス１７０に維持すべき圧力、すなわち真空を監視することができる。図８ｂは、図８ａに示す完成したデバイスの平面図を提供する。
【００４８】
これは、本発明の原理による垂直圧力センサの製造に使用することができる可能な製造工程の一例にすぎない。本開示の恩恵を受けた当業者には他の工程が明白であろう。かかる製造工程は、ＡＲＳ、ＭＥＭＳ、または他のデバイスとの圧力センサの集積を含んでも含まなくてもよい。要するに、本発明の垂直圧力センサは、小型サイズにでき、また多くの他のタイプのデバイスも構築することができるシリコン基板上に構築できる。そのため、既存の圧力センサに比べはるかに良好に多くの異なるＭＥＭＳ、ＡＲＳ、または他の設計と集積することができる。
【００４９】
図９ａおよび図９ｂは、圧力センサの膜の１枚が凸形または凹形になるように湾曲を付けて形成される本発明のさらに可能な実施形態を示す。図９ａでは、第１の膜１００は、薄膜１０１ａとして変形実施され、第２の膜１０２に関して湾曲するとともに、第２の膜１０２に向かうように湾曲する。図９ｂでは、薄膜１０１ｂもまた第２の膜１０２に関して湾曲するが、第２の膜１０２から離れるように湾曲する。
【００５０】
本発明の１つの重大な利点は、第１、第２の膜１０１、１０２が形成される様式により、他方の膜に関して凸形または凹形になるように湾曲を付けて形成することが可能なことである。上述したように、第１、第２の膜１０１、１０２は、好ましくは、シリコンまたは他の基板をエッチングすることによって形成することができる。したがって、第１、第２の膜１０１、１０２の一方または他方に湾曲を与えるようにエッチングを行うことができる。
【００５１】
第１、第２の膜１０１、１０２の１枚が凸形状または凹形状を有する場合、圧力センサ１００はより広い範囲の圧力を感知することができる。加えて、第１、第２の膜１０１、１０２の１枚が凸形状または凹形状を有する場合、圧力センサ１００の感度をさらに高くする、すなわち、そうしない場合に検出可能な圧力変化よりも小さな圧力変化を記録することができる。
【００５２】
上記説明は、本発明を例示し説明するためにのみ提示された。網羅的である、すなわち本発明を開示したどの厳密な形態にも限定する意図はない。上記教示を鑑みて、多くの変更および変形が可能である。
【００５３】
実施形態は、本発明の原理および本発明の実際の適用を最もよく説明するために選択され説明された。上記説明は、意図する特定の使用に合うように各種実施形態で、また各種変更を行って当業者が本発明を最もよく利用できるようにすることを意図する。本発明の範囲は併記の特許請求の範囲によって定義されるものである。しかしながら、本発明の広範な実施の可能性に鑑み、本願発明の実施者への便宜をはかるため本願発明の実施態様の一部を下記して参考に供する。なお、各実施態様の理解を助けるために、図面の参照番号を付記するが、該付記は本願発明の範囲を限定するためのものではない。
（実施態様１）
圧力に応答して撓む第１の膜（１０１）と、
該第１の膜（１０１）で覆われ内部が真空になった参照空洞（１０３）と、
前記第１の膜（１０１）に隣接し、前記参照空洞（１０３）の前記内部以外に設けられた第２の膜（１０２）とを備え、前記第１、第２の膜（１０１、１０２）は、前記第１の膜（１０１）の撓みおよび前記圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成することを特徴とする圧力センサ。
【００５４】
（実施態様２）
前記第１、第２の膜（１０１、１０２）はシリコン製であることを特徴とする実施態様１に記載の圧力センサ。
【００５５】
（実施態様３）
上部基板（１０４）と、
下部基板（１０５）と、をさらに備え、
前記第１、第２の膜（１０１、１０２）は、前記上部および下部基板（１０４、１０５）の間に支持され、前記上部および下部基板（１０４、１０５）に接着されることを特徴とする実施態様１あるいは実施態様２のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５６】
（実施態様４）
前記第１または第２の膜（１０１ａ、１０１ｂ、１０２）が湾曲を有することを特徴とする実施態様１から実施態様３のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５７】
（実施態様５）
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積されることを特徴とする実施態様１から実施態様４のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５８】
（実施態様６）
ＡＲＳ（atomic resolution storage）デバイスと集積されることを特徴とする実施態様１から実施態様５のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５９】
（実施態様７）
加圧環境（１２２）において圧力を調整する圧力調整器（１２０）と、
前記加圧環境（１２２）に配置されるか、または前記加圧環境（１２２）に連通して配置されて、前記加圧環境（１２２）における前記圧力の指示値を与える出力を供給する圧力センサ（１００）とを備える圧力系統であって、
前記圧力調整器（１２０）は、前記圧力センサ（１００）からの前記出力に応答して動作するように構成され、
前記圧力センサ（１００）は、
圧力に応答して撓む第１の膜（１０１）と、
該第１の膜（１０１）で覆われ内部が真空になった参照空洞（１０３）と、前記第１の膜（１０１）に隣接し、前記参照空洞（１０３）の前記内部以外に設けられた第２の膜（１０２）とを備え、前記第１、第２の膜（１０１、１０２）は、前記第１の膜（１０１）の撓みおよび前記圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成することを特徴とする圧力系統。
【００６０】
（実施態様８）
シリコン基板（１５０、１４３）をエッチングして、参照空洞（１０３）、第１の膜（１０１）、および第２の膜（１０２）を形成することを含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【００６１】
（実施態様９）
前記エッチングは、湾曲（１０１ａ、１０１ｂ）を有する前記第１または第２の膜（１０１、１０２）を形成することをさらに含むことを特徴とする実施態様８記載の圧力センサの製造方法。
【００６２】
（実施態様１０）
基板（１５０、１４３）をエッチングすることによって前記基板（１５０、１４３）に集積され、圧力に応答して撓む第１の膜（１０１）と、
該第１の膜（１０１）によって覆われ、内部が真空になった参照空洞（１０３）と、
前記第１の膜（１０１）の圧電抵抗を測定するための前記第１の膜（１０１）への電気接続（１０７）とを備え、
前記圧電抵抗は、前記第１の膜（１０１）の撓みおよび前記圧力に従って変化することを特徴とする圧力センサ。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の実施により、他のデバイス、たとえば超小型電子デバイスとの集積が容易な圧力センサおよびその製造方法が得られ、当業者に至便である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明の一実施形態による圧力センサの断面図である。
【図１ｂ】図１ａに示す圧力センサの上から下を見た平面図である。
【図２】図１ａ、図１ｂの圧力センサが圧力制御回路に使用される本発明の別の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図１の圧力センサをＭＥＭＳデバイスと集積した本発明の別の実施形態の図である。
【図４】図１ａ、図１ｂの圧力センサをＡＲＳ（Atomic Resolution Storage）デバイスと集積した本発明の別の実施形態の図である。
【図５ａ】図５ａは、製造工程のある段階における、図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程の第１工程を説明するための基板の断面図である。
【図５ｂ】図５ａを参照して説明した製造工程の第２の工程を説明するための基板の断面図である。
【図５ｃ】図５ａ、図５ｂを参照して説明した製造工程の第１、第２の工程を説明するための基板の平面図である。
【図６ａ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程を説明するための図である。
【図６ｂ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程を説明するための図である。
【図７ａ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における構造を説明するための図である。
【図７ｂ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における構造を説明するための図である。
【図８ａ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における該系統の構造を示す図である。
【図８ｂ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における該系統の構造を示す平面図である。
【図９ａ】凸形状または凹形状の膜を有する本発明のさらなる実施形態を示す図である。
【図９ｂ】凸形状または凹形状の膜を有する本発明のさらなる実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１００ 圧力センサ
１２０ 圧力調整器
１２２ 加圧環境
１３０ ＭＥＭＳデバイス
１３１ ダイ
１３２ 圧力
１４１ シリコンフレクチャ
１４２ エミッタウェハ；上部基板
１４３ ロータウェハ
１４４ ステータウェハ：下部基板
１５０ シリコン基板
１７０ ＡＲＳデバイス
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサの分野および圧力センサの製造分野に関する。本発明はまた、圧力センサを他のデバイスおよびシステムに組み込む分野にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧力センサは、特定圧力の維持が重要なデバイスまたはシステムにおける圧力を監視または制御するために、多種多様な用途に使用されている。しかし、従来の圧力センサは比較的大型である。
【０００３】
したがって、従来の圧力センサは他のデバイスと集積することが容易ではなかった。従来の圧力センサは、載置面積が小さいものであっても、たとえば超小型電子デバイスとの集積は難しい。さらに、従来の圧力センサは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）、すなわち超小型電子機器を備えた可動部を含む機械構造との集積も難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、他のデバイス、たとえば超小型電子デバイスとの集積が容易な圧力センサおよびその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態によれば、圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた参照空洞であって、内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接し参照空洞の内部にない第２の膜とを備えることができる。第１および第２の膜はコンデンサを形成し、その静電容量は第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、添付の図面は、本発明の実施形態を示し、本明細書の一部をなす。図面は、以下の説明を併せて、本発明の原理を具体的に説明する。示される実施形態は、本発明の例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【０００７】
図面を通して、同一の参照符号は、必ずしも同一とは限らないが等価な要素を指す。
【０００８】
一実施形態では、本発明は、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接した第２の膜とを備える圧力センサとなし得る。第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、加圧環境において圧力を調整する圧力調整器と、加圧環境に配置されるかまたは加圧環境に連通して、加圧環境における圧力の指示を出力する圧力センサとを備える圧力系統であって、圧力調整器は、圧力センサからの出力に応答して動作するように構成される圧力系統であることができる。上述した本発明の原理による圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接する第２の膜とを備え、第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積された圧力センサであることができる。この集積デバイスは、好ましくは、シリコン基板、基板上または基板に形成されたＭＥＭＳ、および基板に形成された圧力センサを備える。上述した本発明の原理による圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接する第２の膜とを備え、第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【００１１】
別の実施形態では、本発明は、ＡＲＳ（atomic resolution storage）デバイスと集積された圧力センサであることができる。この集積デバイスは、好ましくは、第１の基板、第１の基板に形成されたＡＲＳデバイス、および第１の基板に形成された圧力センサを備える。上述した本発明の原理による圧力センサは、圧力に応答して撓む第１の膜と、第１の膜で覆われた内部が真空になった参照空洞と、第１の膜に隣接する第２の膜とを備え、第１および第２の膜は、第１の膜の撓みおよび圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成する。
【００１２】
本発明はまた、シリコン基板をエッチングして、参照空洞、第１の膜、および第２の膜を形成することによって圧力センサを製造る方法も包含する。より具体的には、本発明の原理による方法は、電気接続を備える第２の基板に第１の基板を接着することと、第１の基板をエッチングして第１の膜、第１の膜に隣接してそこから離間された第２の膜、および前記第１の膜によって接着された参照空洞を形成することであって、第１および第２の膜は第２の基板上の接続との電気接続に配置されることと、および第３の基板を第１の基板に接着して参照空洞内に真空を密閉することとによって圧力センサを製造る方法であることができる。
【００１３】
最後に、別の実施形態では、本発明は、電気接続を有する第２の基板に第１の基板を接着することと、第１の基板をエッチングして第１の膜、第１の膜に隣接してそこから離間された第２の膜、および前記第１の膜によって接着された参照空洞、およびＡＲＳデバイスのフレクチュア（flexture)を形成することであって、第１および第２の膜は第２の基板上の接続との電気接続に配置されることと、第３の基板を第１の基板に接着して参照空洞およびＡＲＳ装置に真空を密閉することと、ならびにＡＲＳデバイスにエミッタ空洞を設けること、によって圧力センサおよびＡＲＳ（Atomic Resolution Storage）デバイスを一体的に製造る方法であることができる。
【００１４】
本発明は、とりわけ、極微デバイスおよび超小型電子デバイスへとの集積がより容易な改良型圧力センサを提供する。図１ａは、本発明の一実施形態による圧力センサの断面図である。
【００１５】
図１ａに示すように、本発明の原理による圧力センサ１００は、第１のシリコン膜であるシリコン薄膜１０１（以下「第１の膜１０１」と称する。）を備える。第１の膜１０１の厚さは、第１の膜１０１がセンサ１００に加えられた圧力１１０に応答するとともに、この圧力に比例して撓むようなものである。第１の膜１０１の背後には、参照空洞１０３がある。密閉された参照空洞１０３の内部は真空である。
【００１６】
第２のシリコン膜１０２は、第１の膜１０１よりも厚く可撓性の低いことが好ましく、参照空洞１０３の外部で第１の膜１０１に隣接して形成される。第１、第２の膜１０１、１０２と参照空洞１０３を画定する壁とは、上部基板１０４と下部基板１０５の間に支持される。接着層１０６が第１、第２の膜１０１、１０２を上部基板１０４と下部基板１０５の間に固定する。
【００１７】
図１ｂは、圧力センサ１００の平面図である。図１ｂに示すように、第１の膜１０１は、ポリシリコンアンカ１０９を使用して側面に沿って固定される。ポリシリコン台座１０９により、第１の膜１０１の両側面を、参照空洞１０３を画定する壁に固定する。
【００１８】
図１ａに戻ると、接着層１０６と上部基板１０４および下部基板１０５との間に誘電体層１０８が配置される。誘電体層下において、いずれかの基板に電気相互接続１０７をパターニングすることができる。図１ａの実施形態では、接続１０７は下部基板１０５に設けられる。図１ａに示す接続１０７は、誘電体層１０８および接着層１０６を貫通して、第１、第２の膜１０１、１０２それぞれに接触する。
【００１９】
併せて、第１の膜１０１および第２の膜１０２は、たとえば、電気接続１０７を通して測定可能な特定の静電容量を有するコンデンサを形成する。様々な量の圧力１１０がセンサ１００に加えられると、第１の膜１０１は加えられた圧力の量に比例して撓む。
【００２０】
第１の膜１０１が撓むと、第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の空間が変化する。第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の空間の変化は、センサ１００に加えられる圧力１１０の量に対応する。また、第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の空間の変化により、第１、第２の膜１０１、１０２によって形成されるコンデンサの静電容量も変化する。この静電容量の変化は以下の式によって与えられる。
【００２１】
△Ｃ＝Ｃo−∫∫｛ε／（ｄ0−ｄ（ｘ、ｙ）｝ｄｘｄｙ
静電容量の変化△Ｃは、センサ１００に加えられた圧力１１０の量に直接関連する。したがって、加えられた圧力１１０の指示値は、接続１０７を備え、第１の膜１０１と第２の膜１０２の間の静電容量を監視する回路によって出力することが可能である。所望により、静電容量の変化から、該圧力の読み値を計算することができる。
【００２２】
あるいは、第１の膜１０１は、圧力がかかった第１の膜１０１の撓みに伴って変化する圧電抵抗を有する。したがって、膜に加えられた圧力の指示値は、第１の膜１０１の圧電抵抗を測定することによっても得ることができる。この圧電抵抗測定値から、加えられた圧力を計算することが可能である。
【００２３】
図２は、図１の圧力センサが圧力制御回路に使用される本発明の別の実施形態を示すブロック図である。図２に示すように、特定圧力の維持、または指定された範囲内での圧力の維持が重要な加圧環境１２２が作り出される。
【００２４】
加圧環境１２２における圧力を変化させるために、圧力調整器１２０が設けられる。圧力調整器１２０は、環境１２２における圧力を変化させる任意の装置または手段であることができる。たとえば、圧力調整器１２０は、真空ポンプ、圧縮器、ゲッタ等であることができる。
【００２５】
本発明の原理による圧力センサ１００は、好ましくは、加圧環境１２２内に配置されるか、または加圧環境１２２と連通して配置される。したがって、圧力センサ１００は、加えられた圧力、すなわち加圧環境１２２における圧力の指示値を与える出力１２３を出力する。
【００２６】
図２に示すように、この出力１２３は、圧力調整器１２０に提供されることが好ましい。圧力調整器１２０は、圧力センサ１００からの入力に応答する。たとえば、圧力センサ１００が、加圧環境における圧力が最適なレベルまたは最適な範囲内にあることを示す場合、圧力調整器１２０は非活性化されるか、または反応しない。
【００２７】
しかし、圧力センサ１００が、環境１２２における圧力が最適なレベルまたは範囲を上回るか下回ることを示す場合、圧力調整器１２０は適宜応答して、環境１２２における圧力を最適なレベルかまたは最適な範囲内に戻す。所望の圧力が環境１２２内で元に戻ると、圧力センサ１００は圧力が戻ったことを圧力調整器１２０に通知する。次いで、調整器１２０は再び非活性化されるか、またはさらには反応せず、圧力が所望のレベルまたは所望の範囲内に留まるようにする。
【００２８】
図３は、図１の圧力センサを微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積した本発明の別の実施形態の図である。ＭＥＭＳは、機械的構造（可動部）と超小型電子機器を組み合わせたシステムである。ＭＥＭＳ１３０は、半導体ウェハまたはダイ１３１上に形成されることが多い。
【００２９】
図３に示すように、単一ダイ１３１上に形成された一つあるいは沢山のＭＥＭＳ１３０が、圧力下で空気、ガス、または液体等の入力を必要としうる。したがって、図３は、５個の異なる加圧入力１３２ａ〜１３２ｅを使用するＭＥＭＳ１３０を示す。
【００３０】
容易にわかるように、これら加圧入力１３２ａ〜１３２ｅそれぞれの圧力を監視する必要がありうる。ＭＥＭＳ１３０が適宜動作するには、最小圧力が求められる場合がある。あるいは、あまりに高い圧力はＭＥＭＳ１３０にダメージを与える恐れがある。
【００３１】
したがって、図３に示すように、本発明の原理による圧力センサ１００ａ〜１００ｅを加圧入力１３２ａ〜１３２ｅそれぞれに使用して入力の圧力を監視するのよい。次いで、圧力センサ１００ａ〜１００ｅからの出力を圧力調整器が使用して、加圧入力１３２ａ〜１３２ｅの圧力を制御することができる。
【００３２】
図４は、図１の圧力センサをＡＲＳ（Atomic Resolution Storage：原子レベルの解像度を有する高密度記憶装置）デバイスと集積した本発明の別の実施形態の図である。ＡＲＳは、たとえば、１平方インチあたり１テラビット（すなわち、１０００ギガビット）を越える記憶密度を有する親指サイズのデータ記憶装置の提供を目的とする新生技術である。この技術は、データが記憶される材料の表面を単一原子ほどの小さなプローブ先端で走査して、数ナノメートル以内までの精度でイメージを生成する原子プローブ顕微鏡の進歩に基づいている。プローブ記憶技術は、原子サイズのプローブ先端の配列を使用して、データを記憶媒体上のスポットに読み書きする。マイクロムーバが記憶媒体をプローブ先端に相対して位置決めする。
【００３３】
最適な動作のために、ＡＲＳデバイスは一般に、読み書きビームからの電子散乱の可能性を低減するため、またデータスポット間の熱の流れを低減するために、真空内もしくは少なくとも制御された雰囲気内に保持される。したがって、本発明の原理によれば、ＡＲＳデバイスが動作する真空または制御された雰囲気の圧力を継続的に監視することが可能なように、ＡＲＳデバイスを圧力センサと集積することが有利である。このような集積デバイスを図４に示す。
【００３４】
図４に示すように、ＡＲＳデバイスおよび圧力センサは、集積デバイスとして形成することができる。図４では、ＡＲＳデバイスは図面の左側にあるが、前の図面から馴染みのあるように、圧力センサ構造は図面の右側にある。
【００３５】
ＡＲＳデバイスは、ロータウェハ（rotor wafer)１４３として知られているシリコン基板に形成されるシリコンフレクチャ１４１を備える。第１の膜１０１、第２の膜１０２、および参照空洞１０３を備える圧力センサは１００は、ロータウェハ１４３にも形成される。
【００３６】
ロータウェハ１４３は、ステータウェハ１４４およびエミッタウェハ１４２として知られる上部基板と下部基板の間に挟まれる。ＡＲＳデバイスは、ロータウェハ１４３をエミッタウェハ１４２に露出させるエミッタ空洞１４５を備える。
【００３７】
図５ａ〜図８ｂは、図４に示す集積された圧力センサおよびＡＲＳデバイスの製造工程を示す。図５ａ〜図８ｂでは、集積された装置が各種製造段階において示される。以下の文章で、これらステップおよび全体的な製造工程について説明する。
【００３８】
図５ａは、製造工程における第１工程を説明するための図である。図５ａに示すように、この製造工程はシリコン基板１５０から開始される。この基板１５０は最終的に、図４に示すロータ基板１４３になる。好ましくは、基板はＮ+基板である。図５ａは、基板１５０の断面を示す。
【００３９】
基板１５０を貫通して２つの穴１５１がエッチングされる。好ましくは、穴１５１のエッチングにはＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）が使用される。穴１５１の一方の断面を図５ａに示す。図５ｃは基板の平面図であり、図５ａに示す穴１５１の好ましい相対位置を見つけるためにも参照することができる。２つの穴は、基板１５０の相対する縁の付近にある。
【００４０】
図５ｂもまた基板１５０の断面である。図５ｂに示すように、図５ａにおいてエッチングされた穴１５１は、ポリシリコン１５２で埋め戻される。図５ｃは、２つの穴１５１がポリシリコン１５２で充填された基板１５０の平面図を示す。このポリシリコン１５２は、図１ｂに示すポリシリコンアンカの形成に使用される。
【００４１】
図６ａに示すように、穴１５１がエッチングされポリシリコン１５２で充填されたシリコン基板１５０、１４３は、下部基板１４４に接着される。この下部基板１４４は、図４に示すステータ基板１４４になる。下部基板１４４をロータ基板１５０、１４３に接着する前に、電気相互接続１０７が基板１４４上にパターニングされる。次いで、誘電体層１０８を基板１４４上に堆積することができる。接続１０７は誘電体層１０８を貫通して、圧力センサの薄膜および第２の膜が形成されることになるポイントでシリコン基板１５０、１４３に接触する。
【００４２】
接着層１０６が塗布される。次いで、図６ａに示すように、ロータ基板１５０、１４３およびステータ基板１４４が共に接着される。
【００４３】
図６ｂに示すように、次いで、接着された基板が研磨され薄膜化される。ロータ基板１５０、１４３は、好ましくは、約１００μｍ厚に研磨される。
【００４４】
図７ａに示すように、次に、ＡＲＳデバイス１７０のシリコンフレクチュア１４１および圧力センサの参照空洞１０３が、基板１５０、１４３に切り込まれる。ここでも、これら構造を基板１５０、１４３に切り込むにはＤＲＩＥが使用されることが好ましい。図７ａは、この製造段階にあるデバイスの断面図である。さらなるエッチングが行われて、圧力センサ１００のシリコン第１の膜１０１および第２の膜１０２が画定される。
【００４５】
図７ｂは、この製造段階にあるデバイスの上から下を見た図である。図７ｂの図から、第１の膜１０１、第２の膜１０２、および参照空洞１０３を備える圧力センサ１００の構造がより容易に観察される。図７ｂはまた、ＡＲＳデバイス１７０のシリコンフレクチュア１４１のもう一つの図も提供する。
【００４６】
図８ａに示すように、次に、上部基板すなわちエミッタ基板１４２が基板１５０、１４３に接着される。この接着工程は、好ましくは、圧力センサ１００の参照空洞１０３に真空封じするため真空内部で行われる。
【００４７】
ＡＲＳ１７０と圧力センサ１００の第１の膜１０１との間を連通させるるために、通路１８０が画定される。通路１８０は、上部基板１４２および下部基板１４４とロータ基板１５０、１４３との間、および第２の膜１０２の側面の周りにあることができる。したがって、圧力センサ１００は、ＡＲＳデバイス１７０の最適な動作のために、ＡＲＳデバイス１７０に維持すべき圧力、すなわち真空を監視することができる。図８ｂは、図８ａに示す完成したデバイスの平面図を提供する。
【００４８】
これは、本発明の原理による垂直圧力センサの製造に使用することができる可能な製造工程の一例にすぎない。本開示の恩恵を受けた当業者には他の工程が明白であろう。かかる製造工程は、ＡＲＳ、ＭＥＭＳ、または他のデバイスとの圧力センサの集積を含んでも含まなくてもよい。要するに、本発明の垂直圧力センサは、小型サイズにでき、また多くの他のタイプのデバイスも構築することができるシリコン基板上に構築できる。そのため、既存の圧力センサに比べはるかに良好に多くの異なるＭＥＭＳ、ＡＲＳ、または他の設計と集積することができる。
【００４９】
図９ａおよび図９ｂは、圧力センサの膜の１枚が凸形または凹形になるように湾曲を付けて形成される本発明のさらに可能な実施形態を示す。図９ａでは、第１の膜１００は、薄膜１０１ａとして変形実施され、第２の膜１０２に関して湾曲するとともに、第２の膜１０２に向かうように湾曲する。図９ｂでは、薄膜１０１ｂもまた第２の膜１０２に関して湾曲するが、第２の膜１０２から離れるように湾曲する。
【００５０】
本発明の１つの重大な利点は、第１、第２の膜１０１、１０２が形成される様式により、他方の膜に関して凸形または凹形になるように湾曲を付けて形成することが可能なことである。上述したように、第１、第２の膜１０１、１０２は、好ましくは、シリコンまたは他の基板をエッチングすることによって形成することができる。したがって、第１、第２の膜１０１、１０２の一方または他方に湾曲を与えるようにエッチングを行うことができる。
【００５１】
第１、第２の膜１０１、１０２の１枚が凸形状または凹形状を有する場合、圧力センサ１００はより広い範囲の圧力を感知することができる。加えて、第１、第２の膜１０１、１０２の１枚が凸形状または凹形状を有する場合、圧力センサ１００の感度をさらに高くする、すなわち、そうしない場合に検出可能な圧力変化よりも小さな圧力変化を記録することができる。
【００５２】
上記説明は、本発明を例示し説明するためにのみ提示された。網羅的である、すなわち本発明を開示したどの厳密な形態にも限定する意図はない。上記教示を鑑みて、多くの変更および変形が可能である。
【００５３】
実施形態は、本発明の原理および本発明の実際の適用を最もよく説明するために選択され説明された。上記説明は、意図する特定の使用に合うように各種実施形態で、また各種変更を行って当業者が本発明を最もよく利用できるようにすることを意図する。本発明の範囲は併記の特許請求の範囲によって定義されるものである。しかしながら、本発明の広範な実施の可能性に鑑み、本願発明の実施者への便宜をはかるため本願発明の実施態様の一部を下記して参考に供する。なお、各実施態様の理解を助けるために、図面の参照番号を付記するが、該付記は本願発明の範囲を限定するためのものではない。
（実施態様１）
圧力に応答して撓む第１の膜（１０１）と、
該第１の膜（１０１）で覆われ内部が真空になった参照空洞（１０３）と、
前記第１の膜（１０１）に隣接し、前記参照空洞（１０３）の前記内部以外に設けられた第２の膜（１０２）とを備え、前記第１、第２の膜（１０１、１０２）は、前記第１の膜（１０１）の撓みおよび前記圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成することを特徴とする圧力センサ。
【００５４】
（実施態様２）
前記第１、第２の膜（１０１、１０２）はシリコン製であることを特徴とする実施態様１に記載の圧力センサ。
【００５５】
（実施態様３）
上部基板（１０４）と、
下部基板（１０５）と、をさらに備え、
前記第１、第２の膜（１０１、１０２）は、前記上部および下部基板（１０４、１０５）の間に支持され、前記上部および下部基板（１０４、１０５）に接着されることを特徴とする実施態様１あるいは実施態様２のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５６】
（実施態様４）
前記第１または第２の膜（１０１ａ、１０１ｂ、１０２）が湾曲を有することを特徴とする実施態様１から実施態様３のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５７】
（実施態様５）
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積されることを特徴とする実施態様１から実施態様４のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５８】
（実施態様６）
ＡＲＳ（atomic resolution storage）デバイスと集積されることを特徴とする実施態様１から実施態様５のいずれかに記載の圧力センサ。
【００５９】
（実施態様７）
加圧環境（１２２）において圧力を調整する圧力調整器（１２０）と、
前記加圧環境（１２２）に配置されるか、または前記加圧環境（１２２）に連通して配置されて、前記加圧環境（１２２）における前記圧力の指示値を与える出力を供給する圧力センサ（１００）とを備える圧力系統であって、
前記圧力調整器（１２０）は、前記圧力センサ（１００）からの前記出力に応答して動作するように構成され、
前記圧力センサ（１００）は、
圧力に応答して撓む第１の膜（１０１）と、
該第１の膜（１０１）で覆われ内部が真空になった参照空洞（１０３）と、前記第１の膜（１０１）に隣接し、前記参照空洞（１０３）の前記内部以外に設けられた第２の膜（１０２）とを備え、前記第１、第２の膜（１０１、１０２）は、前記第１の膜（１０１）の撓みおよび前記圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成することを特徴とする圧力系統。
【００６０】
（実施態様８）
シリコン基板（１５０、１４３）をエッチングして、参照空洞（１０３）、第１の膜（１０１）、および第２の膜（１０２）を形成することを含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【００６１】
（実施態様９）
前記エッチングは、湾曲（１０１ａ、１０１ｂ）を有する前記第１または第２の膜（１０１、１０２）を形成することをさらに含むことを特徴とする実施態様８記載の圧力センサの製造方法。
【００６２】
（実施態様１０）
基板（１５０、１４３）をエッチングすることによって前記基板（１５０、１４３）に集積され、圧力に応答して撓む第１の膜（１０１）と、
該第１の膜（１０１）によって覆われ、内部が真空になった参照空洞（１０３）と、
前記第１の膜（１０１）の圧電抵抗を測定するための前記第１の膜（１０１）への電気接続（１０７）とを備え、
前記圧電抵抗は、前記第１の膜（１０１）の撓みおよび前記圧力に従って変化することを特徴とする圧力センサ。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の実施により、他のデバイス、たとえば超小型電子デバイスとの集積が容易な圧力センサおよびその製造方法が得られ、当業者に至便である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明の一実施形態による圧力センサの断面図である。
【図１ｂ】図１ａに示す圧力センサの上から下を見た平面図である。
【図２】図１ａ、図１ｂの圧力センサが圧力制御回路に使用される本発明の別の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図１の圧力センサをＭＥＭＳデバイスと集積した本発明の別の実施形態の図である。
【図４】図１ａ、図１ｂの圧力センサをＡＲＳ（Atomic Resolution Storage）デバイスと集積した本発明の別の実施形態の図である。
【図５ａ】図５ａは、製造工程のある段階における、図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程の第１工程を説明するための基板の断面図である。
【図５ｂ】図５ａを参照して説明した製造工程の第２の工程を説明するための基板の断面図である。
【図５ｃ】図５ａ、図５ｂを参照して説明した製造工程の第１、第２の工程を説明するための基板の平面図である。
【図６ａ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程を説明するための図である。
【図６ｂ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程を説明するための図である。
【図７ａ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における構造を説明するための図である。
【図７ｂ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における構造を説明するための図である。
【図８ａ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における該系統の構造を示す図である。
【図８ｂ】図４に示すようにＡＲＳデバイスと集積した圧力センサの製造工程のある段階における該系統の構造を示す平面図である。
【図９ａ】凸形状または凹形状の膜を有する本発明のさらなる実施形態を示す図である。
【図９ｂ】凸形状または凹形状の膜を有する本発明のさらなる実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１００ 圧力センサ
１２０ 圧力調整器
１２２ 加圧環境
１３０ ＭＥＭＳデバイス
１３１ ダイ
１３２ 圧力
１４１ シリコンフレクチャ
１４２ エミッタウェハ；上部基板
１４３ ロータウェハ
１４４ ステータウェハ：下部基板
１５０ シリコン基板
１７０ ＡＲＳデバイス
Claims (6)
- 圧力に応答して撓む第１の膜と、
該第１の膜で覆われ内部が真空になった参照空洞と、
前記第１の膜に隣接し、前記参照空洞の前記内部以外に設けられた第２の膜と、
を備え、前記第１、第２の膜は、前記第１の膜の撓みおよび前記圧力に従って変化する静電容量を有するコンデンサを形成し、前記第１、第２の膜がシリコン基板に形成され、前記第１の膜の両端にあるポリシリコンアンカで前記第１の膜が前記シリコン基板に固定されていることを特徴とする圧力センサ。 - 上部基板と、下部基板とをさらに備え、
前記第１、第２の膜は、前記上部および下部基板の間に支持され、前記上部および下部基板に接着されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。 - 前記第１または第２の膜が湾曲を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
- 前記第２の膜が前記参照空洞から離れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
- 微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）と集積されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧力センサ。
- ＡＲＳ（ atomic resolution storage ）デバイスと集積されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧力センサ。
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