KR102341344B1 - 변형 가능한 압력 용기(들)를 포함하는 압력 센서 - Google Patents

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찰스 더블유 블랙머
크리스틴 제이 린치
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키오닉스, 인크.
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Abstract

변형 가능한 압력 용기(들)를 포함하는 압력 센서(들)를 사용하여 압력 감지를 수행하는 기술이 본 명세서에서 설명된다. 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 물체이다. 변형 가능한 압력 용기는 압력 용기의 적어도 일부분이 현수되는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형(예를 들어, 굽힘, 전단, 연장 등)되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지는 압력 용기이다.

Description

변형 가능한 압력 용기(들)를 포함하는 압력 센서{PRESSURE SENSOR INCLUDING DEFORMABLE PRESSURE VESSEL(S)}
본 명세서에서 설명되는 요지는 압력 센서에 관한 것이다.
미세 기계 장치(micromechanical device)는 이에 한정되지 않지만, 압력 센서, 가속도계, 자이로스코프(gyroscope), 및 자력계(magnetometer)를 포함한, 많은 유형의 센서를 생성하는데 일반적으로 사용된다. 시간이 지남에 따라서, 고객은 센서들을 조합형 센서로의 통합을 통해서 그러한 센서의 크기, 비용, 및 전류 소모의 감소를 끊임없이 요구한다. 그러나, 상이한 유형의 센서를 제작하기 위해서 상이한 제작 공정이 종종 사용된다. 각각의 유형의 센서를 위한 상이한 제작 공정의 사용은 통합을 복잡하게 한다.
종래의 미세 기계 압력 센서는 통상적으로, 기판 내의 공동 위로 연장하여 기판과 공면(coplanar)을 이루는 (다이어프램(diaphragm)으로도 알려진) 박막을 가지는 전자 패키지로 형성된다. 박막 아래의 압력에 대한 박막 위의 압력의 상대적인 변화는 박막을 변형시키는 알짜 힘(net force)을 유발한다. 커패시턴스-기반 원리(capacitance-based principle)가 그러한 변화의 크기를 검출하는데 사용될 수 있음으로써, 더 큰 커패시턴스가 더 큰 크기에 대응하게 된다.
예를 들어, 변형 센서가 박막 내에 통합될 수 있다. 변형 센서는 압력 센서의 실리콘 기판으로부터 형성되는 압전 재료를 포함할 수 있으며, 그로부터 박막이 만들어질 수 있다. 다른 예에서, 전극이 캐비티(cavity) 내에 놓일 수 있으며, 박막이 박막의 변형으로 인해 전극에 더 가깝게 이동하면 커패시턴스는 증가한다. 이러한 예에 따라서, 전압이 박막과 전극 사이에 인가될 때 박막과 전극 상의 전하들 사이의 차이가 그들의 분리와 관련이 있다.
그러한 종래의 압력 센서에서, 박막용 지지대가 주변 전자 패키지에 부착된다. 전자 패키지가 회로판에 부착될 때, 온도와 응력 변화가 박막용 지지대로 전달될 수 있으며 그에 의해서 변화의 크기에 대한 오측(false reading)을 초래한다. 게다가, 압전 재료는 온도의 변화에 상대적으로 민감하다고 주지되어 있다.
온도와 응력 변화가 센서 내부 재료들 사이의 상이한 열 팽창 계수(CTE) 값으로부터 발생하는 것과 같은 센서 내부의 장력으로 인한 경우에 온도와 응력 변화에 기초한 판독의 부정확성을 제거하기 위해서 보정 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기준 감지 요소가 일차 감지 요소와 조합적으로 사용될 수 있어서 일차 감지 요소와 기준 감지 요소 사이의 차동 판독이 이루어질 수 있다. 그러나, 그런 보정 기술의 사용은 기판 상의 상당한 양의 면적을 소비하고, 센서의 비용을 증가시키고/시키거나 부정확성을 적절하게 제거할 수 없다. 게다가, 센서 외부에서의 응력 변화에 대한 보상이 불가능하다.
거시(macroscopic) 압력 센서는 종종, 다이얼 게이지(dial gauge)에 기계적으로 연결되는 부르동관(Bourdon tube)의 변형을 기초로 한다.
다른 것들 중에서도, 변형 가능한 압력 용기(들)를 포함하는 압력 센서(들)를 사용하여 압력 센서 기술을 수행하기 위한 다양한 접근법이 본 명세서에서 설명된다. 압력 용기는 공동(void)을 한정하는 횡단면을 갖는 물체이다. 변형 가능한 압력 용기는 압력 용기의 적어도 일부분이 현수되는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형(예를 들어, 굽힘, 전단, 연장 등)되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지는 압력 용기이다.
반도체 기판, 압력 용기, 및 변환기를 포함하는 예시적인 압력 센서가 설명된다. 반도체 기판은 캐비티를 포함한다. 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가진다. 압력 용기는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 제 1 부분이 캐비티 내에 현수된다. 변환기는 압력 용기의 제 1 부분에 커플링된다. 변환기는 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화하는 특성을 가진다.
예시적인 방법이 또한 설명된다. 예시적인 제 1 방법에서, 캐비티를 포함하는 반도체 기판이 제공된다. 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 압력 용기가 제작된다. 압력 용기는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분이 캐비티 내에 현수된다. 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기가 제작된다. 변환기는 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화하는 특성을 가진다.
예시적인 제 2 방법에서, 캐비티 압력은 압력 센서의 반도체 기판에 포함되는 캐비티에 수용된다. 용기 압력은 압력 센서의 압력 용기 내에 수용된다. 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가진다. 압력 용기는 캐비티 압력과 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분이 캐비티 내에 현수된다. 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기의 특성이 측정된다. 그 특성은 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화한다.
예시적인 시스템이 또한 설명된다. 예시적인 제 1 시스템은 캐비티 논리(logic), 용기 논리, 및 변환기 논리를 포함한다. 캐비티 논리는 캐비티를 포함하는 반도체 기판을 제공하도록 구성된다. 용기 논리는 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 압력 용기를 제작하도록 구성된다. 압력 용기는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분은 캐비티 내에 현수된다. 변환기 논리는 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기를 제작하도록 구성된다. 변환기는 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화하는 특성을 가진다.
예시적인 제 2 시스템은 측정 논리를 포함한다. 압력 센서의 반도체 기판에 포함되는 캐비티는 캐비티 압력을 수용한다. 압력 센서의 압력 용기는 용기 압력을 수용한다. 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가진다. 압력 용기는 캐비티 압력과 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분이 캐비티 내에 현수된다. 변환기는 압력 용기의 일부분에 커플링된다. 측정 논리는 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화하는 변환기의 특성을 측정한다.
예시적인 컴퓨터 프로그램 제품이 또한 설명된다. 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서-기반 시스템이 압력 센서의 제작을 가능하게 하기 위해서 그에 기록되는 컴퓨터 프로그램 논리를 갖는 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 논리는 제 1 프로그램 논리 모듈, 제 2 프로그램 논리 모듈, 및 제 3 프로그램 논리 모듈을 포함한다. 제 1 프로그램 논리 모듈은 프로세서-기반 시스템이 캐비티를 포함하는 반도체 기판의 제공을 가능하게 하기 위한 것이다. 제 2 프로그램 논리 모듈은 프로세서-기반 시스템이 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 압력 용기의 제작을 가능하게 하기 위한 것이다. 압력 용기는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분은 캐비티 내에 현수된다. 제 3 프로그램 논리 모듈은 프로세서-기반 시스템이 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기의 제작을 가능하게 하기 위한 것이다. 변환기는 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화하는 특성을 가진다.
이러한 요약은 상세한 설명에서 아래에서 추가로 설명되는 개념의 선택을 간단한 형태로 소개하기 위한 것이다. 이러한 요약은 청구 요지의 주요 특징 또는 필수적인 특징을 식별하고자 하는 것이 아니며, 청구 요지의 범주를 제한하려는 것도 아니다.
게다가, 본 문서의 상세한 설명 및/또는 다른 부분에서 설명되는 특정 실시예로 본 발명을 제한하려는 것이 아님에 주목해야 한다. 그러한 실시예는 본 발명에서 단지 예시의 목적으로 제시된다. 추가의 실시예는 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 당업자에게 자명해질 것이다.
본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 실시예의 원리를 설명하고 당업자가 개시된 기술을 실행 및 사용할 수 있게 하는 추가의 역할을 한다.
도 1 내지 도 3은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 용기의 제작을 예시하는 웨이퍼의 횡단면을 도시한다.
도 4는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 낫(sickle)의 형상을 가지는 예시적인 변형 가능한 압력 용기의 평면도이다.
도 5는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 도 4에 도시된 변형 가능한 압력 용기를 포함하는 예시적인 압력 센서를 도시한다.
도 6 및 도 7은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 두 개의 감지 요소를 포함하는 예시적인 압력 센서를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 각각의 커플링 배열을 가지는 예시적인 압력 센서를 도시한다.
도 9는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서의 측면도이다.
도 10은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 다중-캐비티 압력 센서의 간략화한 평면도이다.
도 11a 내지 도 11o는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서의 제작을 예시하는 웨이퍼의 횡단면도를 도시한다.
도 12는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 개구를 가지는 압력 용기를 도시한다.
도 13은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서를 제작하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 14는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 예시적인 제작 시스템의 블록 선도이다.
도 15는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서를 사용하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 16은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 예시적인 측정 시스템의 블록 선도이다.
도 17은 다양한 실시예를 실시하는데 사용될 수 있는 컴퓨팅 시스템의 블록 선도이다.
개시된 기술의 특징 및 장점은 동일한 도면 부호가 전반에 걸쳐서 대응하는 요소를 동일시하는 도면과 함께 취해질 때, 아래에서 기술되는 상세한 설명으로부터 더욱 자명해질 것이다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 일반적으로 동일한, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 나타낸다. 요소가 가장 먼저 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호에서 최좌측 숫자로 표시된다.
Ⅰ. 서론
다음의 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 그러나, 본 발명의 범주는 이들 실시예로 제한되지 않으며, 그 대신에 첨부된 청구범위에 의해 정해진다. 따라서, 도시된 실시예의 변형예와 같은 첨부 도면에 도시된 것 이외의 실시예도 도시되지 않았음에도 불구하고 본 발명에 포함될 수 있다.
명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예" 등에 대한 지칭은 설명되는 실시예가 특별한 특성, 구조, 또는 특징을 포함할 수 있으나, 모든 실시예가 반드시 특별한 특성, 구조, 또는 특징을 포함할 필요가 없을 수 있음을 나타낸다. 게다가, 그러한 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭할 필요가 없다. 게다가, 특별한 특성, 구조, 또는 특징이 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되든 않든 간에, 다른 실시예와 관련하여 그런 특성, 구조, 또는 특징을 실시하는 것이 당업자의 지식 내에 있다는 것을 제시한다.
Ⅱ. 예시적인 실시예
본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예는 변형 가능한 압력 용기(들)를 포함하는 압력 센서(들)를 사용하여 압력 센서 기술(예를 들어, 커패시턴스-기반 압력 센서 기술)을 수행할 수 있다. 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가지는 물체이다. 변형 가능한 압력 용기는 압력 용기의 적어도 일부분이 현수되는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형(예를 들어, 굽힘, 전단, 연장 등)되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지는 압력 용기이다.
압력 센서는 단결정 실리콘의 한 조각으로부터 성형되는 구조물을 포함할 수 있다. 단결정 실리콘의 한 조각으로부터 구조물의 성형은 예를 들어, 실리콘이 비교적 적은 결함(예를 들어, 무 결함)을 포함하고/하거나 실리콘이 비교적 잘 제어되는 재료일 수 있기 때문에, 기계적 관점에서 이득을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 몇몇 압력 센서는 이들 압력 센서가 압력차를 측정하기 위한 하나 이상의 커패시터를 포함함을 의미하는 용량성-기반(capacitive-based)이다. 함께 단락되지(shorted) 않는 판을 갖는 커패시터를 제작하기 위해서, 격리 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 구조물이 성형되기 이전에 절연 세그먼트가 웨이퍼 내부에 매립됨으로써, 절연 세그먼트가 전기적으로 절연되나 구조물의 조각들을 기계적으로 함께 커플링하는 트렌치 격리 공정이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 격리 기술이 용량성-기반 압력 센서에 사용되는 것으로 제한되지 않는다는 것이 인정될 것이다. 격리 기술은 임의의 적합한 유형의 압력 센서(예를 들어, 비-용량성-기반 압력 센서)에 사용될 수 있다. 웨이퍼의 내부에 절연 세그먼트를 매립하기 위한 몇몇 예시적인 기술은 발명의 명칭이 "강화된 미세-전자기계적 시스템 장치 및 그 형성 방법"인 미국 특허 출원 공개 제 2012/0205752 호에 설명되어 있다.
본 명세서에서 설명되는 예시적인 기술은 압력을 감지하기 위한 종래의 기술에 비해서 다양한 이득을 가진다. 예를 들어, 예시적인 기술은 비교적 낮은 응력/열 감도를 특징으로 할 수 있다. 따라서, 예시적인 기술은 종래의 압력 감지 기술보다 외부 패키지 응력(external package stress)에 의해 영향을 덜 받을 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 예시적인 압력 센서는 외부 장력이 압력 센서의 감지 구역 내부로 전달되는 방해하는 압력 용기(들)를 물리적으로 지지하도록 구성되는 지지 구조물을 가질 수 있다. 압력 센서의 감지 구역은 반도체 기판 내의 캐비티에 의해 한정된다. 따라서, 예시적인 기술은 온도-유도 외부 패키지 응력이 압력 센서에 내부적으로 커플링되는 것을 방해하면서 외부 압력 변화를 압력 센서에 내부적으로 커플링할 수 있다.
예를 들어, 압력 용기가 기판에 연결되는 지점과 압력 용기가 변환기에 연결되는 지점 사이의 거리는 비교적 작을 수 있다. 다른 예에서, 변환기가 기판에 연결되는 지점과 변환기가 압력 용기에 연결되는 지점 사이의 거리는 비교적 작을 수 있다. 또 다른 예에서, 압력 용기가 기판에 연결되는 지점과 변환기가 기판에 연결되는 지점 사이의 거리는 비교적 작을 수 있다. 전술한 비교적 작은 거리 중 임의의 하나 이상을 특징으로 하는 압력 센서를 제작하는 것은 종래 압력 센서에 비해서, 패키지 응력이 압력 센서로 진입할 비교적 낮은 가능성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 전술한 거리 중 임의의 하나 이상은 압력 용기의 적어도 일부분이 현수되는 캐비티를 둘러싸는 (압력 센서가 제작되는 웨이퍼의 평면에) 최소 면적을 갖는 직사각형인 주변 직사각형의 더 작은 변의 길이의 1/3보다 더 작거나 같을 수 있다. 설명되는 압력 센서는 온도의 변화에 둔감할 수 있다. 설명되는 압력 센서는 종래 압력 센서에 비해서 비교적 높은 신호-대-잡음비(SNR)를 특징으로 할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 예시적인 압력 센서는 비교적 낮은 제작 비용을 특징으로 한다. 예를 들어, 설명되는 압력 센서는 기존 제작 기술을 기초로 하여 제작될 수 있다. 설명되는 압력 센서는 가속도계 및/또는 자이로스코프와 같은 관성 센서를 제작하는데 사용되는 공정과 유사하거나 동일한 제작 공정을 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 그러한 가속도계 및/또는 자이로스코프와 동일한 웨이퍼 상에 압력 센서를 (예를 들어, 동시에) 구성하는 것은 압력 센서의 비용을 감소시킬 수 있다. 압력 센서는 가속도계 및/또는 자이로스코프와 공통 감지 원리(예를 들어, 가변 용량성-기반 모션 감지)를 공유할 수 있다. 따라서, 압력 센서, 가속도계, 및/또는 자이로스코프는 회로를 공유할 수 있어서, 동일한 웨이퍼 상의 이들의 제작은 웨이퍼 또는 그 위에 제작되는 장치의 비교적 작은 비용 증가를 초래한다.
도 1 내지 도 3은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 용기의 제작을 예시하기 위해서 웨이퍼의 횡단면(100, 200 및 300)을 도시한다. 그 제작은 발명의 명칭이 "미세 기계 장치용 트렌치 격리"인 미국 특허 제 6,239,473 호에 설명된 바와 같은 미세기계 장치를 구성하는데 사용되는 공정을 기초로 할 수 있지만, 예시적인 실시예의 범주는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 미국 특허 제 6,239,473 호에 설명되는 공정의 일부분이 도 1 내지 도 3에 도시된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 트렌치(104)가 웨이퍼(102) 내에 형성된다. 본 명세서에서 논의되는 웨이퍼는 예시의 목적으로 실리콘 웨이퍼로서 지칭될 수 있으며 이는 제한하려는 의도가 아님에 주목해야 한다. 각각의 웨이퍼(예를 들어, 웨이퍼(102))는 이에 한정되지 않지만, 실리콘, 갈륨 비소 등을 포함한, 임의의 적합한 유형의 재료를 포함할 수 있음이 인정될 것이다. 트랜치(104)는 예시적인 실시예의 범주가 이와 관련하여 제한되지 않지만, 높은 에칭률, 높은 선택 에칭을 사용하는 깊은(deep) 반응성 이온 에칭에 의해 형성될 수 있다. 트렌치(104)는 예를 들어, SF6 가스 혼합물을 사용하여 고밀도 플라즈마로 에칭될 수 있다. SF6 가스 혼합물을 사용하여 고밀도 플라즈마로 트렌치를 에칭하는 하나의 기술이, 발명의 명칭이 "실리콘의 이방성 에칭 방법"인 미국 특허 제 5,501,893 호에 설명된다.
트렌치(104)는 트렌치(104)의 횡단면에서, 웨이퍼(102)의 상부 표면(116)에 대해 수직인 축선(115)에 따른 각각의 지점에서 다양한 폭을 가질 수 있다. 트렌치(104)를 형성하는데 사용되는 에칭은 트렌치(104)의 프로파일이 오목하거나 테이퍼지도록, 즉 트렌치(104)의 개구(106)가 트렌치(104)의 바닥(108)의 폭(W2)보다 더 좁은 폭(W1)을 갖도록 제어될 수 있다. 그러한 테이퍼링은 전기 절연이 후속 처리에서 달성될 가능성을 증가시킬 수 있다. 프로파일 테이퍼링은 패시베이션(passivation) 정도를 전환하거나 에칭 중의 방출의 매개변수(들)(예를 들어, 전력, 가스 유동, 및/또는 압력)를 변경시킴으로써 반응성 이온 에칭으로 달성될 수 있다. 트렌치(104)가 유전체로 적어도 부분적으로 채워지기 때문에, 개구(106)의 폭(W1)은 비교적 작게(예를 들어, 2 ㎛ 미만) 선택될 수 있다. 트렌치(104)의 깊이(D)는 10 내지 50 ㎛ 범위일 수 있다. 트렌치(104)의 바닥(108)의 폭(W2)은 2 내지 3 ㎛ 범위일 수 있다. 전술한 예시적인 폭과 깊이 측정치는 예시의 목적으로 제공된 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 임의의 적합한 폭과 깊이 값이 사용될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
트렌치(104)의 최대 폭(WTR)은 축선(115)에 따른 임의의 다른 지점에서의 트렌치(104)의 폭보다 작지 않은 축선(115)에 따른 지점에서의 트렌치(104)의 폭으로서 정의된다. 트렌치(104)의 최대 폭(WTR)은 예시적 실시예의 범주가 이와 관련하여 제한되지 않지만, 트렌치(104)의 깊이(D)보다 실질적으로 더 작을 수 있다. 트렌치(104)의 종횡비는 D/WTR로서 정의된다(즉, 트렌치(104)의 깊이는 트렌치(104)의 최대 폭으로 나누어진다). 종횡비는 임의의 적합한 값(예를 들어, 3 초과, 3.5 초과, 4 초과, 5 초과 등)일 수 있다. 예를 들어, 트렌치(104)는 본 명세서에서 설명되는 예시적인 압력 센서의 제작성 및/또는 압력 감지 성능을 촉진시키도록 4 초과의 종횡비를 갖도록 구성될 수 있다.
트렌치(104)의 에칭은 포토레지스트(>50:1) 및 산화물(>100:1)에 대한 높은 선택도로 2 ㎛/분 초과의 에칭률을 달성하기 위해서 유도 결합 플라즈마(ICP)로 패시베이션 단계(아르곤을 갖는 프레온)와 에칭 단계(SF6와 아르곤의 혼합물)를 교대하는 단계를 포함할 수 있다. 에칭 사이클의 전력과 기간은 트렌치(104)가 테이퍼된 프로파일을 달성하도록 깊어짐에 따라서 증가될 수 있다. 트렌치(104)의 형상이 오목한 것으로 도시되었지만, 임의의 트렌치 프로파일은 미세구조 처리에 대한 조절로 제공될 수 있다. 적합한 격리 결과는 임의의 다양한 공지된 트렌치 에칭 화학물로 달성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(102)는 산화된다. 웨이퍼(102)를 산화시킴으로써, 이산화실리콘 층(210)(또는 다른 적합한 절연 유전체 재료)가 웨이퍼(102)의 상부 표면(116)에 그리고 트렌치(104)의 측벽(218)과 바닥(108)을 따라 제공된다. 예를 들어, 이산화실리콘 층(210)은 트렌치(104)의 측벽(218)과 바닥(108)에 따라서 이산화실리콘 라이닝을 형성할 수 있다. 이산화실리콘 층(210)의 두께는 예를 들어, 1 ㎛ 초과일 수 있다. 이산화실리콘 층(210)의 제공은 화학 기상 증착(CVD) 기술 또는 비교적 고온에서의 실리콘 산화를 사용하여 달성될 수 있다. 열 산화에서, 웨이퍼(102)는 900 내지 1150℃ 범위의 온도에서 산소 부화 환경에 노출될 수 있다. 이러한 예에서, 산화 공정은 이산화실리콘 층(210)을 형성하기 위해서 실리콘 표면을 소모한다. 웨이퍼가 임의의 적합한 유형의 반도체 재료로 형성될 수 있으며 그의 표면이 이산화실리콘과 다른 산화물 층을 형성하도록 소모될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 이러한 공정으로부터의 결과적인 용적 팽창은 트렌치(104)의 측벽(218)이 서로에 대해 침해되게 하며, 이산화실리콘 층(210)이 위치(214)에서 밀봉되며, 그에 의해서 개구(106)를 폐쇄한다.
트렌치(104)의 개구(106)의 폭(W1)이 트렌치(104)의 바닥(108)의 폭(W2)보다 더 좁기 때문에, 공동(212)이 형성된다. 공동(212)은 정상적으로는 제작시 바람직하지 못할 수 있으나, 본 명세서에서 설명되는 실시예에서 공동(212)은 압력 센서 디자인의 근간으로서 사용된다.
공동(212)은 공동(212)의 횡단면에서, 웨이퍼(102)의 상부 표면(116)에 수직한 축선(215)에 따른 각각의 지점에서 다양한 폭을 가질 수 있다. 공동(212)의 최대 폭(WMAX)은 축선(215)에 따른 임의의 다른 지점에서의 공동(212)의 폭보다 더 작지 않은 축선(215)에 따른 지점에서의 공동(212)의 폭으로서 정의된다. 공동(212)은 지정된 거리보다 더 작은 최대 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 공동은 2 ㎛ 미만, 1 ㎛ 미만, 0.3 ㎛ 미만, 또는 임의의 다른 적합한 거리 미만인 최대 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 웨이퍼(102)의 산화는 제 1 및 제 2 산화물 벽(217a 및 217b)들 사이에 공동(212)을 형성하도록 제 1 및 제 2 산화물 벽(217a 및 217b)이 축선(215)의 대향 측에 형성되게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 후속 패터닝 및 해제 단계를 통해서, 이산화실리콘 층(210)이 웨이퍼(102)와의 접촉으로부터 해제되어 압력 용기(320)를 제공한다. 공동(212) 내의 압력과 주변 구역(322) 내의 압력 사이의 차이는 압력 용기(320)가 구조적으로 변형(예를 들어, 굽힘, 전단, 연장 등)되게 한다. 그러한 차이는 공동(212)의 모양이 변화되게 할 수 있지만, 예시적인 실시예의 범주가 이와 관련하여 제한되지 않음이 인정될 것이다.
압력 용기(320)가 변형되는 정도는 공동(212)의 최대 폭에 비례하는 반면에, 압력 용기(320)의 강성은 공동(212)의 최대 폭의 세제곱으로 증가한다. 따라서, 비교적 작은 치수를 갖는 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 압력 용기(320)를 이용하는 것에 의해 바람직한 감지 기능을 제공할 수 있다는 것은 직관적인 것이 아니다. 예를 들어, 비교적 큰 구조물(예를 들어, 다수의 종래의 압력 센서의 다이어프램)이 비교적 작은 구조물에 비해서 더 큰 컴플라이언스(compliance)(즉, 더 작은 강성)를 제공한다는 것이 예측될 수 있다. 그러나, 압력 센서(320)의 크기 규모는 압력 센서(320)의 컴플라이언스의 결과적인 증가가 압력 센서(320)의 결과적인 변형의 감소보다 우세할 정도로 충분히 작을 수 있다. 압력 용기(320)는 50 ㎛ 미만, 40 ㎛ 미만, 30 ㎛ 미만, 20 ㎛ 미만의 높이(H1), 또는 임의의 다른 적합한 높이를 갖도록 구성될 수 있다. 공동(212)은 30 ㎛ 미만, 20 ㎛ 미만, 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 미만의 높이(H1), 또는 임의의 다른 적합한 높이를 갖도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 낫 모양을 갖는 예시적인 변형 가능한 압력 용기(420)의 평면도이다. 압력 용기(420)는 웨이퍼(458)로부터 에칭되는 캐비티(486) 내에 현수되어 있는 것으로 도시된다. 압력 용기(420)는 위치(407)에서 캐비티(486)에 의해 현수된다. 압력 용기(420)의 횡단면은 평면(403)에 한정될 수 있다. 평면(403)에 한정된 횡단면은 도 3에 도시된 횡단면(300)으로 도시될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 도 4의 실시예에서, 압력 용기(420) 내의 용기 압력이 캐비티(486) 내의 캐비티 압력과 동일할 때, 압력 용기(420)는 변형되지 않은 모양(401)을 가진다. 압력 용기가 캐비티 압력보다 더 커질 때, 압력 용기(42)는 구조적으로 변형되어서(화살표(405)로 나타낸 바와 같이), 압력 용기(420)가 변형된 모양(402)을 갖게 한다. 캐비티(486) 외부의 압력은 용기 압력 포트(404)에서 압력 용기(420) 내의 용기 압력을 설정한다.
용기 압력 포트(404)는 압력 용기(420) 외부의 환경에 압력 용기(420) 내의 용기 압력을 노출시키는 압력 용기(420) 내의 개구이다. 압력 포트는 하나 이상의 환경을 하나 이상의 다른 환경에 노출시키는 개구이다. 따라서, 용기 압력 포트(404)는 압력 포트를 구성한다. 용기 압력 포트는 하나 이상의 환경을 하나 이상의 다른 환경에 노출시키는 압력 용기 내의 개구이다. 따라서, 용기 압력 포트(404)는 또한 용기 압력 포트를 구성한다.
압력 용기(420)는 예시 목적으로 낫 모양을 갖는 것으로 도시되며 이는 제한하려는 의도가 아니다. 압력 용기(420)는 임의의 적합한 모양을 가질 수 있다는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, 압력 용기는 사행(serpentine) 모양, 나선 모양, 반원 모양, 각각 반원 모양을 갖는 다중 동심 반원 부분, 연장될 수 있는 선형 모양 등, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 5는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 변형 가능한 압력 용기(520)를 포함하는 압력 센서(500)를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 압력 센서(500)는 (기계적 커플링으로도 알려진)중간 구조 요소(502)에 의해서 압력 센서(520)에 기계적으로 커플링되는 변환기(503)를 더 포함한다. 압력 용기(520), 변환기(503), 및 중간 구조 요소(502)(또는 그의 적어도 일부분)가 웨이퍼(558)로부터 에칭되는 캐비티(586) 내에 현수된다. 압력 용기(520)는 지점(507)에서 웨이퍼(558)의 반도체 기판(580)에 의해 지지된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 변환기(503)는 주로, 웨이퍼(558)로부터 에칭되는 실리콘 구조물이다. 변환기(503)는 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j), 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j), 및 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)을 포함한다. 커패시터 판(511a 및 512a)은 커패시터 판(509a 및 509b)들 사이에, 커패시터 판(511b 및 512b)은 커패시터 판(509b 및 509c)들 사이에, 커패시터 판(511c 및 512c)은 커패시터 판(509c 및 509d)들 사이에, 등등으로 위치된다. 커패시터 판(511a)은 커패시터 판(509a)과 커패시터 판(512a) 사이에, 커패시터 판(511b)은 커패시터 판(509b)과 커패시터 판(512b) 사이에, 등등으로 위치된다. 커패시터 판(512a)은 커패시터 판(511a)과 커패시터 판(509b) 사이에, 커패시터 판(512b)은 커패시터 판(511b)과 커패시터 판(509c) 사이에, 등등으로 위치된다.
제 1 세트 내의 커패시터 판(511a 내지 511j)은 전기 트레이스(513) 및 바이어스(523)를 사용하여 전기적으로 커플링된다. 예를 들어, 바이어스(523)는 전기 트레이스(513)를 각각의 커패시터 판(511a 내지 511j)에 전기적으로 커플링한다. 제 2 세트 내의 커패시터 판(512a 내지 512j)이 전기적으로 커플링된다. 예를 들어, 바이어스(524)는 전기 트레이스(514)를 각각의 커패시터 판(512a 내지 512j)에 전기적으로 커플링한다. 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)이 전기적으로 커플링된다.
제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)은 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j) 및 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)으로부터 전기적으로 격리된다. 예를 들어, 격리 세그먼트(519)는 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)으로부터 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)를 격리시키며, 격리 세그먼트(515a)는 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)을 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)로부터 격리시킨다. 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)은 또한, 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)으로부터 전기적으로 격리된다. 예를 들어, 격리 세그먼트(515b)는 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)을 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)로부터 격리시킨다. 따라서, 격리 세그먼트(예를 들어, 격리 세그먼트(515a, 515b 및 519)의 사용으로 변환기(503)의 다양한 영역이 기계적으로 연결되나 전기적으로 격리되게 할 수 있음을 알 수 있다.
제 1 커패시터는 제 3 세트의 각각의 커패시터 판(509a 내지 509j)에 대한 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)의 근접도에 기초하여 제공된다. 제 2 커패시터는 제 3 세트의 각각의 커패시터 판(509a 내지 509k)에 대한 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)의 근접도에 기초하여 제공된다. 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509j)은 제 3 세트의 제 1 서브세트로서 지칭될 수 있으며, 제 3 세트의 커패시턴스 판(509b 내지 509k)은 제 3 세트의 제 2 서브세트로 지칭될 수 있다. 각각의 제 1 서브세트 및 제 2 서브세트는 그 자체가 세트로서 지칭될 수 있다. 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)에는 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)가 끼워넣어질 예정이지만, 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)에는 또한 커패시터 판(509a 내지 509k)이 끼워넣어질 수 있음임에 주목해야 한다. 유사하게, 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)에는 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)이 끼워넣어질 예정이지만, 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)에는 또한 커패시터 판(509a 내지 509k)이 끼워넣어질 수 있다.
압력 용기(520) 내의 용기 압력과 캐비티(586) 내의 캐비티 압력 사이의 압력차가 변화됨에 따라서, 압력 용기(520)가 구조적으로 변형된다. 압력 용기(520)가 변형됨에 따라서, 압력 용기(520)의 구조적 변형이 중간 구조 요소(502)를 통해 변환기(503)에 커플링되며, 이는 화살표(521)로 나타낸 바와 같이, 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j) 및 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)이 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)에 대해 이동게 한다. 예를 들어, 스프링(525a 및 525b)은 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j) 및 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)이 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)에 대해 이동게 한다. 스프링(525a 및 525b)은 변환기(503)의 다른 부분에 비해서 비교적 가요성이 있다. 사행 가요성 리드(517a 및 517b)는 변환기(503)의 다른 부분에 비해서 또한 비교적 가요성이 있음에 주목해야 한다. 사행 가요성 리드(517a 및 517b)는 아래에서 더 상세히 논의된다.
화살표(521)의 방향으로(즉, 도 5의 좌측으로) 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j) 및 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)의 이동은 커패시터 판(511a 내지 511j) 및 각각의 커패시터 판(509a 내지 509j) 사이의 거리가 감소되게 하며, 이는 제 1 커패시턴스(즉, 커패시터 판(511a 내지 511j)과 각각의 커패시터 판(509a 내지 509j) 사이의 커패시턴스)가 증가되게 한다. 전술한 이동은 또한, 커패시터 판(512a 내지 512j)과 커패시터 판(509b 내지 509k) 사이의 거리가 증가되게 하며, 이는 제 2 커패시턴스(즉, 커패시터 판(512a 내지 512j)과 각각의 커패시터 판(509b 내지 509k) 사이의 커패시턴스)가 감소되게 한다. 따라서, 도 5의 실시예에서, 제 1 커패시턴스의 변화는 제 2 커패시턴스의 변화와 반대이다.
사행 가요성 리드(517a 및 517b)는 변환기(503)와 반도체 기판(580) 사이에 각각의 가요성 기계적 연결을 제공한다. 예를 들어, 사행 가요성 리드(517a 및 517b)의 사용은 패키지 응력이 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)에 대한 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j) 및 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)의 모션에 영향을 미치는 것을 방해할 수 있다. 사행 가요성 리드(517a)는 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)과 관련된 전기적 특징(예를 들어, 전하)을 제 1 트레이스(516a)에 전기적으로 커플링한다. 사행 가요성 리드(517b)는 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)과 관련된 전기적 특징(예를 들어, 전하)을 제 2 트레이스(516b)에 전기적으로 커플링한다. 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)과 관련된 전기적 특징(예를 들어, 전하)은 제 3 트레이스(516c)에 전기적으로 커플링된다.
측정 회로(예를 들어, 전기 회로)는 압력 용기(520) 내의 용기 압력과 캐비티(586) 내의 캐비티 압력 사이의 압력차를 나타내는 단일-접지 또는 차동 커패시턴스 측정을 수행하도록 제 1 트레이스(516a), 제 2 트레이스(516b), 및/또는 제 3 트레이스(516c)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 압력차의 단일-접지 표시 또는 차동 표시를 제공하기 위해서 임의의 다양한 공지된 커패시턴스 측정 기술이 사용될 수 있음이 인정될 것이다. 일 예에서, 다중(예를 들어, 2 개) 단일-접지 용량 측정값의 조합이 차동 용량 측정값을 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 예에 따라서, 그 조합은 압력차의 크기를 얻기 위해서 가산될 수 있으며, 그 조합은 가속도의 크기를 얻기 위해서 감산될 수 있다. 트레이스(516a 내지 516c)의 경로선택의 변경은 전술한 압력차의 크기 또는 가속도의 크기를 얻기 위해서 차이 또는 합산이 사용되는지에 따라서 변경될 수 있음이 인정될 것이다. 차동 용량 측정값은 주로 도 10과 관련하여 아래에서 더 상세히 논의된다.
변환기(503)는 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j) 및 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)이 제 3 세트의 커패시터 판(509a 내지 509k)에 대해서 이동하는 정도를 제한하도록 구성되는 범프-스톱(bump-stop)(526)을 포함하는 것으로 도시된다. 트레이스(527a 및 527b)가 범프-스톱(526)에 제공된다. 트레이스(527a)는 제 2 세트의 커패시터 판(512a 내지 512j)과 제 2 트레이스(516b)와 동일한 전기 전위(즉, 전압)를 가진다. 트레이스(527b)는 제 1 세트의 커패시터 판(511a 내지 511j)과 제 1 트레이스(516a)와 동일한 전기 전위를 가진다. 단일 범프-스톱(526)이 예시 목적으로 도 5에 도시되며 제한하려는 의도가 아니다. 변환기(503)가 임의의 적합한 수(예를 들어, 0, 1, 2, 3 등)의 범프-스톱을 포함할 수 있다는 것이 인정될 것이다.
변환기(503)는 예시의 목적으로 도 5에 변형 가능한 커패시터 구조물로서 도시되며 제한하려는 의도가 아니다. 변환기(503)는 임의의 적합한 유형의 변환기일 수 있다. 예를 들어, 당업자는 변환기(503)가 압력 용기(520)의 모션을 전기 신호로 변환하기 위한 압전 및/또는 압전저항 기술(들)을 사용하는 구조물을 포함할 수 있다는 것을 인정할 것이다. 예를 들어, 변환기(503)는 압력 용기(520)의 구조적 변형의 결과로서 압전 요소에 가해지는 힘(예를 들어, 기계적 응력)에 기초하여 전하(예를 들어, 전기 전하)를 발생하도록 구성되는 압전 요소를 포함할 수 있다. 이러한 예에 따라서, 그 힘은 압전 요소가 전하를 발생하게 하는 압전 요소의 변형을 유발할 수 있다. 다른 예에서, 변환기(503)는 압력 용기(520)의 변형의 결과로서 압전저항 요소에 가해지는 힘(예를 들어, 기계적 응력)에 기초하여 변화하는 저항(예를 들어, 전기 저항)을 갖는 압전저항 요소를 포함할 수 있다. 이러한 예에 따라서, 그 힘은 압전저항 요소의 저항이 변화되게 하는 압전저항 요소의 응력을 유발할 수 있다. 게다가, 광학 및/또는 자기 기술이 압력 용기(520)의 모션을 감지하는데 사용될 수 있다. 변환기(503)가 임의의 다양한 방식, 예를 들어 격리 세그먼트(515)를 갖거나 갖지 않는 방식으로 제작될 수 있음이 인정될 것이다. 변환기(503)가 절연체(SOI) 웨이퍼 상의 실리콘 또는 에피택셜 실리콘을 사용하여 제작될 수 있는 것이 또한 인정될 것이다.
예시적인 실시예에서, 변환기(503) 및 변형 가능한 압력 용기(520)는 동일한 공정을 사용하여 형성된다. 예를 들어, 그 공정은 임의의 적합한 수의 에칭 단계 및/또는 임의의 적합한 수의 리소그래피 단계를 포함할 수 있다. 이런 실시예의 하나의 양태에서, 동일한 에칭 단계(들)가 변환기(503) 및 변형 가능한 압력 용기(520)를 형성하는데 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 제 1 에칭 단계(들)가 변환기(503)를 형성하는데 사용될 수 있으며, 제 1 에칭 단계(들)와 상이한 제 2 에칭 단계(들)가 압력 용기(520)를 형성하는데 사용될 수 있다. 이런 양태에 따라서, 제 1 에칭 단계(들)는 변환기(503)의 의도된 기능을 위한 변환기(503)의 형상을 구성(최적화)할 수 있으며, 제 2 에칭 단계(들)는 압력 용기(520)의 의도된 기능을 위한 압력 용기(520)의 형상을 구성(최적화)할 수 있다. 변환기(503) 또는 압력 용기(520)의 형상은 내부의 유전체의 모양, 내부의 유전체의 두께 등, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압력 용기(520)의 형상은 압력 용기(520)가 내부에 형성되는 트렌치의 최대 폭, 압력 용기(520)가 내부에 형성되는 트렌치의 깊이, 압력 용기(520)를 형성하는 유전체에 의해 형성되는 공동의 최대 폭, 압력 용기(520)를 형성하는 유전체에 의해 형성되는 공동의 깊이 등, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
이러한 실시예의 또 다른 양태에서, 동일한 리소그래피 단계(들)가 변환기(503) 및 변형 가능한 압력 용기(520)를 형성하는데 사용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 제 1 리소그래피 단계(들)가 변환기(503)를 형성하는데 사용될 수 있으며, 제 1 리소그래피 단계(들)와 상이한 제 2 리소그래피 단계(들)가 압력 용기(520)를 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 양태에 따라서, 제 1 리소그래피 단계(들)는 변환기(503)의 의도된 기능을 위한 변환기(503)의 형상을 구성(예를 들어, 최적화)할 수 있으며, 제 2 리소그래피 단계(들)는 압력 용기(520)의 의도된 기능을 위한 압력 용기(520)의 형상을 구성(예를 들어, 최적화)할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 변환기(503) 및 변형 가능한 압력 용기(520)는 동일한 유전체를 공유한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 변환기(503)를 형성하는데 사용되는 유전체는 변형 가능한 압력 용기(520)를 형성하는데 사용되는 유전체와 상이하다.
도 5에서, 위치(507)는 압력 용기(520)가 반도체 기판(580)에 커플링되는 (지점으로서도 알려진)위치이다. 위치(528)는 압력 용기(520)가 변환기(503)에 커플링되는 위치이다. 위치(529)는 변환기(503)가 반도체 기판(580)에 커플링되는 위치이다. 위치(507)와 위치(528) 사이의 거리, 위치(507)와 위치(529) 사이의 거리, 및/또는 위치(528)와 위치(529) 사이의 거리의 감소는 패키지 응력이 압력 센서(500)로 진입할 비교적 작은 가능성을 초래할 수 있다. 게다가, 그러한 거리(들)의 감소는 압력 용기(520)를 제작하는데 사용되는 재료(들)(예를 들어, 이산화실리콘)과 변환기(503)를 제작하는데 사용되는 재료(예를 들어, 실리콘) 사이의 고유 열 팽창 계수(CTE) 불일치를 감소(최소화)시킬 수 있다.
패키지 응력이 압력 센서(500)로 진입할 가능성을 결정하기 위한 몇몇 지침은 전술한 거리 중 임의의 하나 이상을 캐비티(586)를 둘러싸는 직사각형의 적어도 하나의 변의 길이와 비교함으로써 확립될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 압력 센서(500)는 X-축선에 따른 길이(A)와 Y-축선에 따른 길이(B)에 의해 한정되는 주변 직사각형을 특징으로 한다. 주변 직사각형은 압력 센서를 제작하는 웨이퍼의 평면 내의 캐비티를 둘러싸는 최소 면적을 갖는 직사각형으로서 정의된다. 따라서, 주변 직사각형은 제 1 평행 변 및 제 1 평행 변에 수직한 제 2 평행 변을 가진다. 제 1 평행 변 각각은 제 1 길이를 가진다. 제 2 평행 변 각각은 제 1 길이보다 작거나 같은 제 2 길이를 가진다.
도 5의 X-축선과 Y-축선에 의해 한정되는 평면은 압력 센서(506)를 제작하는 웨이퍼(558)의 평면을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(558)의 평면 내의 캐비티(586)를 둘러싸는 최소 면적을 갖는 직사각형은 X-축선에 따른 길이(A)의 제 1 평행 변 및 Y-축선에 따른 길이(B)의 제 2 평행 변을 가진다. 따라서, 압력 센서(500)와 관련된 주변 직사각형은 A와 B의 곱(즉, B에 의해 곱해진 A)과 동일한 면적을 가진다.
이러한 실시예의 양태에서, 위치(507)와 위치(529) 사이의 거리는 길이(B)의 1/3보다 작거나 같을 수 있다. 다른 양태에서, 위치(507)와 위치(528) 사이의 거리는 길이(B)의 1/3보다 작거나 같을 수 있다. 또 다른 양태에서, 위치(528)와 위치(529) 사이의 거리는 길이(B)의 1/3보다 작거나 같을 수 있다.
각각의 트레이스(513, 514, 516a 내지 516c, 그리고 527a 및 527b)는 대략 350 nm의 깊이와 대략 2 ㎛의 폭을 갖는 금속배선(metallization)을 포함할 수 있지만, 예시적인 실시예의 범주가 이와 관련하여 제한되지 않는다. 각각의 트레이스(513, 514, 516a 내지 516c, 그리고 527a 및 527b)는 임의의 적합한 깊이와 폭을 갖는 금속배선을 포함할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 캐비티(586)는 대략 1 mm의 깊이(B) 및 대략 2 mm의 폭(A)를 가질 수 있지만, 예시적인 실시예의 범주가 이와 관련하여 제한되지 않는다. 캐비티(586)가 임의의 적합한 깊이와 폭을 가질 수 있다는 것이 인정될 것이다.
도 6은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 두 개의 감지 요소(688a 및 688b)를 포함하는 예시적인 압력 센서(600)를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 압력 센서(688a)는 중간 구조 요소(602a)에 의해 기계적으로 커플링되는 압력 용기(620a) 및 대응 변환기(603a)를 포함한다. 압력 센서(688b)는 중간 구조 요소(602b)에 의해 기계적으로 커플링되는 압력 용기(620b) 및 대응 변환기(603b)를 포함한다. 압력 용기(620a 및 620b), 변환기(603a 및 603b), 및 중간 구조 요소(602a 및 602b)(또는 이의 적어도 일부분)는 반도체 기판(680)으로부터 에칭되는 캐비티(686) 내에 현수된다. 예시의 목적으로, 압력 용기(620a)는 변환기(603a)의 적어도 일부분을 둘러싸는 것으로 도시되며, 압력 용기(620b)는 변환기(603b)의 적어도 일부분을 둘러싸는 것으로 도시된다. 압력 용기(620a)는 위치(607a)에서 반도체 기판(680)에 의해 현수되며, 압력 용기(620b)는 위치(607b)에서 반도체 기판(680)에 의해 현수된다.
감지 요소(688a)는 예시의 목적으로 감지 요소(688b)의 경면 대칭 이미지(mirror image)인 것으로 도 6에 도시되지만, 예시적인 실시예의 범주는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 예를 들어, 그런 대칭은 가속도의 효과에 대한 압력 센서(600)의 감도를 감소시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 압력 센서(600)는 각각의 압력 용기(620a 및 620b) 내의 용기 압력이 실질적으로 동일하도록 구성된다. 이러한 실시예에 따라서, 용기 압력이 캐비티(686) 내의 캐비티 압력보다 더 크게 되도록 압력 용기(620a, 620b) 내에서 증가함에 따라서, 압력 용기(620a 및 620b)는 서로를 향해(예를 들어, X-축선을 따라서) 변형된다. 추가로 이러한 실시예에 따라서, 변환기(603a 및 603b)는 변형에 따라서 변환기(603a)와 관련된 커패시턴스가 증가며 변환기(603b)와 관련된 커패시턴스가 감소하도록, 또는 거꾸로 구성된다. 커패시턴스들 사이의 차이를 고려함으로써, 용기 압력과 캐비티 압력 사이의 압력차가 결정될 수 있다. 커패시턴스의 합을 고려함으로써, X-축선에 따른 압력 센서(600)의 가속도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 변환기(603a 및 603b) 각각은 가속도계의 요소(즉, 스프링, 질량체, 및 질량체의 모션을 예를 들어, 전기 신호로 변환하는 변환기)를 포함한다.
도 7은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 두 개의 감지 요소(788a 및 788b)를 포함하는 다른 예시적인 압력 센서(700)를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 센서(788a)는 중간 구조 요소(702a)에 의해 기계적으로 커플링되는 압력 용기(720a) 및 대응 변환기(703a)를 포함한다. 압력 센서(788b)는 중간 구조 요소(702b)에 의해 기계적으로 커플링되는 압력 용기(720b) 및 대응 변환기(703b)를 포함한다. 압력 용기(720a 및 720b), 변환기(703a 및 703b) 및 중간 구조 요소(702a 및 702b)(또는 이의 적어도 일부분)는 반도체 기판(780)으로부터 에칭되는 캐비티(786) 내에 현수된다. 각각의 변환기(703a 및 703b)는 예시의 목적으로 두 개의 동심 반원 부분을 포함하는 것으로 도시되며 제한하려는 의도가 아니다. 각각의 반원 부분은 반원 모양을 가진다. 각각의 변환기(703a 및 703b)가 임의의 적합한 수(예를 들어, 1 개, 2 개, 3 개, 4 개, 등)의 반원 부분을 포함할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 게다가, 각각의 변환기(703a 및 703b)는 하나 이상의 반원 부분과 상이한 모양을 가질 수 있다.
감지 요소(788a)가 예시 목적으로 감지 요소(788b)의 경면 대칭 이미지인 것으로 도 7에 도시되지만, 예시적인 실시예의 범주는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 압력 센서(700)는 각각의 압력 용기(720a 및 720b) 내의 용기 압력이 실질적으로 동일하도록 구성된다. 이러한 실시예에 따라서, 용기 압력이 캐비티(786) 내의 캐비티 압력보다 더 크게 되도록 압력 용기(720a 및 720b) 내에서 증가함에 따라서, 압력 용기(720a 및 720b)는 서로부터 멀어지게(예를 들어, X-축선을 따라서) 변형된다. 추가로 이러한 실시예에 따라서, 변형에 따라서 변환기(703a 및 703b)는 변환기(703a)와 관련된 커패시터가 증가하고 변환기(703b)와 관련된 커패시터가 감소하도록, 또는 반대로 구성된다. 커패시턴스들 사이의 차이를 고려함으로써, 용기 압력과 캐비티 압력 사이의 압력차가 결정될 수 있다. 커패시턴스의 합을 고려함으로써, X-축선에 따른 압력 센서(700)의 가속도가 결정될 수 있다.
도 5에서 하나의 압력 용기(520)가 비-제한적인 예시 목적으로 캐비티(586) 내에 현수되어 있는 것으로 도시된다. 도 6에서, 두 개의 압력 용기(620a 및 620b)는 비-제한적인 예시 목적으로 캐비티(686) 내에 현수되어 있는 것으로 도시된다. 도 7에서, 두 개의 압력 용기(720a 및 720b)가 비-제한적인 예시 목적으로 캐비티(786) 내에 현수되어 있는 것으로 도시된다. 임의의 적합한 수의 압력 용기가 각각의 캐비티(586, 686 및 786) 내에 현수될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
몇몇 예시적인 실시예에서, 리드(lid)가 캐비티(586, 686 또는 786)를 덮고 있다. 리드는 다른 웨이퍼 또는 그의 일부분과 같은 임의의 적합한 재료일 수 있다. 예를 들어, 리드를 형성하는 웨이퍼 또는 그의 일부분이 격리 층에 의해서 각각의 압력 센서(500, 600 또는 700) 내의 다른 전기 전도성 요소로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 리드는 캐비티(586, 686 또는 786) 내에 지정된 압력을 제공하기 위해서 진공으로 캐비티(586, 686 또는 786)를 밀봉한다. 예를 들어, 지정된 압력은 대략 0 대기압일 수 있다. 이러한 예에 따라서, 지정된 압력은 0.0 내지 0.01 대기압, 0.0 내지 0.05 대기압, 0.0 내지 0.1 대기압 등의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 지정된 압력이 대략 0 대기압이면, 압력 센서(500, 600 또는 700)는 온도의 변화에 둔감할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 리드는 대략 1 대기압의 지정된 압력을 제공하기 위해서 캐비티(586, 686 또는 786)를 밀봉한다. 예를 들어, 지정된 압력은 0.99 내지 1.01 대기압, 0.95 내지 1.05 대기압, 0.9 내지 1.1 대기압 등의 범위 내에 있을 수 있다.
지정된 압력은 리드가 압력 용기(500, 600 또는 700)에 놓이는 시각에 결정될 수 있다. 리드의 접합은 비교적 높은 온도에서 수행될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 따라서, 냉각 중에, 지정된 압력의 값은 압력 대 온도 관계에 따라서 리드가 압력 용기(500, 600 또는 700)에 놓이는 시각의 값으로부터 감소될 수 있다. 리드가 진공으로 캐비티(586, 686 또는 786)를 밀봉하면, 지정된 압력은 냉각 중에 변화되지 않는다는 것이 또한 인정될 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 각각의 커플링 배열을 갖는 예시적인 압력 센서(830, 860 및 890)를 도시한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 압력 센서(830)는 캐비티(886) 내에 현수되는 압력 용기(820)를 포함한다. 압력 용기(820)는 중간 구조 요소(802a)에 의해서 변환기(803)에 기계적으로 커플링된다. 중간 구조 요소(802a)는 "V" 모양을 가진다. 압력 용기(820) 내의 용기 압력이 캐비티(886) 내의 캐비티 압력보다 더 클 때, 압력 용기는 변형되어서 양의 Y-방향으로 연장한다. 양의 Y-방향으로 압력 용기(820)의 연장은 연결 지점(829a)에서 중간 구조 요소(802a)에 대해 힘을 가한다. 연결 지점(829a)에서의 힘의 인가는 화살표(831)에 의해 나타낸 바와 같이, 중간 구조 요소(802a)가 압축되게(접히게) 한다. 중간 구조 요소(802a)의 압축은 연결 지점(829b)에서 변환기(803)에 대해 음의 X-방향으로 힘이 인가되게 한다.
중간 구조 요소(802a)로 들어오는 일은 중간 구조 요소(802a)에서 나가는 일과 동일하다. 따라서, Win = Fin*din = Wout = Fout*dout이며, 여기서 Win은 들어오는 일이며, Wout은 나가는 일이며, Fin은 연결 지점(829a)에서 압력 용기(820)에 의해 가해지는 힘이며, din은 연결 지점(829a)이 양의 Y-방향으로 이동하는 거리이며, Fout은 연결 지점(829b)에서 중간 구조 요소(802a)에 의해 가해지는 힘이며, dout은 연결 지점(829b)이 음의 X-방향으로 이동하는 거리이다. 예시적인 실시예에서, 압력 용기(820)의 강성 및 변환기(803)의 강성은 dout이 din보다 더 크게 되도록 설정된다. 이러한 실시예에 따라서, 연결 지점(829a)의 비교적 작은 이동은 연결 지점(829b)의 비교적 큰 이동을 초래함으로써, 중간 구조 요소(802a)가 모션 증폭기로서의 역할을 한다. 다른 예시적인 실시예에서, 압력 용기(820)의 강성 및 변환기(803)의 강성은 dout이 din보다 더 작게 되도록 설정된다. 이러한 실시예에 따라서, 연결 지점(829a)의 비교적 큰 이동은 연결 지점(829b)의 비교적 작은 이동을 초래함으로써, 중간 구조 요소(802a)가 모션 디(de)-증폭기로서의 역할을 한다.
중간 구조 요소(802b)는 예시 목적으로 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 다른 모션을 유발함으로써 제 1 방향으로 모션에 반응하는 것으로서 설명되며 제한하려는 의도가 아니다. 중간 구조 요소(예를 들어, 중간 구조 요소(802b))는 제 1 모션의 증폭된 상태인 특정 방향으로 제 2 모션을 유발함으로써 특정 방향으로 제 1 모션을 증폭 또는 감폭할 수 있다는 것이 인정될 것이다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 압력 센서(860)는 중간 구조 요소(802b)에 의해 변환기(803)에 기계적으로 커플링되는 압력 용기(820)를 포함한다. 중간 구조 요소(802b)는 X-방향으로 비교적으로 강성이 되게 Y-방향으로 비교적 유연하게 되도록 구성된다. 따라서, 중간 구조 요소(802b)는 이방성 강성(적어도 두 개의 직각 방향으로의 상이한 강성)을 가지며 압력 용기(820)를 변환기(803)에 이방성으로 커플링한다. 중간 구조 요소(802b)를 지정된 방향(예를 들어, 이러한 예에서 Y-방향)으로 유연하게 되도록 구성하는 것은 패키지 응력 문제 및/또는 효과가 압력 용기(820)를 제작하는데 사용되는 재료(들)와 변환기(803)를 제작하는데 사용되는 재료(들) 사이의 열 팽창 계수(CTE)가 불일치되는 것을 방해(예를 들어, 감소)할 수 있다.
지정된 방향으로의 중간 구조 요소(예를 들어, 중간 구조 요소(802b))의 강성은 임의의 다양한 이유로 감소될 수 있다. 예를 들어, 중간 구조 요소가 지정된 방향으로 떠밀리며, 중간 구조 요소가 그 방향으로 반응하는 것이 바람직하지 않다면, 그 방향으로의 중간 구조 요소의 강성은 감소될 수 있다. 다른 예에서, 비교적 큰 거리가 두 지점들 사이에 존재하면, 이들 지점들에 의해 한정되는 축선에 따른 중간 구조 요소의 강성은 감소될 수 있다. 또 다른 예에서, 열 효과가, 그 반응이 바람직하지 않은 특정 방향으로 압력 용기의 변형을 유발하면, 그 방향으로의 중간 구조 요소의 강성이 감소될 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 압력 센서(890)는 중간 구조 요소(802c)에 의해 변환기(803)에 기계적으로 커플링되는 압력 용기(820)를 포함한다. 중간 구조 요소(802c)는 압력 용기(820)를 변환기(803)에 직접적으로 커플링한다. 따라서, 변환기(803)는 압력 용기(820)의 변환에 따라서 직접적으로 이동한다.
측정될 압력은 임의의 다양한 방식으로 압력 센서로 진입할 수 있다. 예를 들어, 압력 용기는 웨이퍼의 한 쪽에 있는 용기 압력 포트로 경로 설정될 수 있으며, 그 압력은 용기 압력 포트를 통해 압력 센서로 진입할 수 있다. 예를 들어, 용기 압력 포트는 압력 센서가 웨이퍼에 형성되는 다른 압력 센서로부터 압력 센서를 물리적으로 분리하도록 싱귤레이트(singulated)(예를 들어, 소잉(sawed))될 때 형성될 수 있다. 다른 예에서, 압력 채널은 리드의 상부에 압력 포트를 제공하도록 (웨이퍼의 쪽에 있는 압력 포트로 압력 채널의 경로가 설정되는 것보다)웨이퍼에 놓이는 리드를 통해서 경로가 설정될 수 있다. 도 9는 압력 채널이 압력 센서의 리드를 통해서 리드의 상부에 있는 압력 포트로 경로 설정되는 하나의 예시적인 실시예를 도시한다.
특히, 도 9는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서(900)의 측면도이다. 압력 센서(900)는 기판(980)(예를 들어, 감지 웨이퍼) 및 기판(980)을 덮는 리드(990)(예를 들어, 캐핑 웨이퍼(capping wafer))를 포함한다. 기판(980)은 압력 용기(920)가 내부에 현수된 것으로 도시되는 캐비티(986)를 포함한다. 압력 용기(920)는 리드(990) 내에 매립된 압력 용기(983) 및 채널(984)을 통해서 주위 압력 포트(985)로 연결된다. 예를 들어, 주위 압력 포트(985)는 측정될 주위 압력에 연결되도록 생성될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같은 실리콘 채널(984)의 방향 변경은 두 개의 에칭된 웨이퍼를 함께 접합함으로써 달성될 수 있다. 방향 변경을 도시하는 목적은 주위 압력 포트(985)의 위치가 필요에 따라서 리드(990)에 놓일 수 있으며 매립된 압력 용기(983)에 대한 연결부 위의 수직으로의 위치로 제한되지 않음을 나타내기 위한 것이다. 게다가, 다중 압력 용기는 압력 센서의 어레이를 생성하기 위해서 다중 주변 포트로 구성될 수 있다.
도 10은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 다중-캐비티 압력 센서(1000)의 간략화한 평면도이다. 압력 센서(1000)는 제 1 감지 요소(1088a), 제 2 감지 요소(1088b), 제 3 감지 요소(1088c), 및 제 4 감지 요소(1088d)를 포함한다. 제 1 감지 요소(1088a)는 제 1 캐비티(1086a) 및 제 1 캐비티(1086a) 내에 현수되는 제 1 압력 용기(1020a)를 포함한다. 제 2 감지 요소(1088b)는 제 2 캐비티(1086b) 및 제 2 캐비티(1086b) 내에 현수되는 제 1 압력 용기(1020b)를 포함한다. 제 3 감지 요소(1088c)는 제 3 캐비티(1086c) 및 제 3 캐비티(1086c) 내에 현수되는 제 3 압력 용기(1020c)를 포함한다. 제 4 감지 요소(1088d)는 제 4 캐비티(1086d) 및 제 4 캐비티(1086d) 내에 현수되는 제 4 압력 용기(1020d)를 포함한다.
제 1 압력(P1)은 제 2 및 제 3 압력 용기(1020b 및 1020c) 내에 그리고 제 1 및 제 4 캐비티(1086a 및 1086d) 내에(그러나, 제 1 및 제 4 압력 용기(1020a 및 1020d)의 외부에) 있는 것으로 도시된다. 제 2 압력(P2)은 제 1 및 제 4 압력 용기(1020a 및 1020d) 내에 그리고 제 2 및 제 3 캐비티(1086b 및 1086c) 내에(그러나, 제 2 및 제 3 압력 용기(1020b 및 1020c)의 외부에) 있는 것으로 도시된다. 따라서, 제 1 감지 요소(1088a) 및 제 4 감지 요소(1088d)는 유사한 구성을 가진다. 제 2 감지 요소(1088b) 및 제 3 감지 요소(1088c)는 유사한 구성을 가진다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 감지 요소(1088a 내지 1088d)는 도 10에 도시된 바와 같이, X-방향 및 Y-방향으로 처리되는 성분을 보상(예를 들어, 삭제)하도록 전술한 바와 같이 구성된다. 예를 들어, 성분이 X-방향으로 존재하면(예를 들어, 비교적 작은 Y-값을 갖는 영역에 비해서 비교 큰 Y-값을 갖는 영역에서 단위 면적 당 조금 더 많은 금속이 증착되면), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 감지 요소(1088a 내지 1088d)의 전술한 구성은 그런 성분을 보상한다. 유사하게, 성분이 Y-방향으로 존재하면(예를 들어, 비교적 큰 X-값을 갖는 영역에 비해서 비교 작은 X-값을 갖는 영역에서 에칭이 더 크면), 전술한 구성은 그런 성분을 보상한다.
압력 센서(1000)는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 이송 용기(1092a, 1092b, 1092c, 1092d 및 1092e)를 포함하며, 그 각각은 예시 목적으로 압력 용기로서 구성된다. 이송 용기(1092a 내지 1092e)는 압력 감지 요소(1088a 내지 1088d)가 제작되는 웨이퍼의 평면에 구성된다. 웨이퍼의 평면은 도 10에 도시된 바와 같이 X-축선 및 Y-축선에 의해 한정된다. 제 1 이송 용기(1092a)는 제 1 압력 용기(1020a)와 제 3 캐비티(1086c) 사이에 연결된다. 제 1 이송 용기(1092a)의 일부분은 제 1 압력 용기(1020a) 내의 환경을 제 3 캐비티(1086c) 내의 환경에 노출시키는 개구(1094a)를 제 3 캐비티(1086c) 내에 제공하도록 제거된다. 제 2 이송 용기(1092b)는 제 2 압력 용기(1020b)와 매니폴드(1096) 사이에 연결된다. 제 2 이송 용기(1092b)의 일부분은 제 2 압력 용기(1020b) 내의 환경을 매니폴드(1096) 내의 환경에 노출시키는 개구(1094b)를 매니폴드(1096) 내에 제공하도록 제거된다.
제 3 이송 용기(1092c)는 제 3 압력 용기(1020c)와 매니폴드(1096) 사이에 연결된다. 제 3 이송 용기(1092c)의 일부분은 제 3 압력 용기(1020c) 내의 환경을 매니폴드(1096) 내의 환경에 노출시키는 개구(1094c)를 매니폴드(1096) 내에 제공하도록 제거된다. 제 4 이송 용기(1092d)는 제 4 압력 용기(1020b)와 제 2 캐비티(1086b) 사이에 연결된다. 제 4 이송 용기(1092d)의 일부분은 제 4 압력 용기(1020d) 내의 환경을 제 2 캐비티(1086b) 내의 환경에 노출시키는 개구(1094d)를 제 2 캐비티(1086b) 내에 제공하도록 제거된다.
제 5 이송 용기(1092e)는 제 1 캐비티(1086a), 제 4 캐비티(1086d) 및 매니폴드(1096) 사이에 연결된다. 제 5 이송 용기(1092e)의 제 1 부분은 매니폴드(1096) 내에 포함된다. 제 5 이송 용기(1092e)의 제 2 부분은 제 1 캐비티(1086a) 내에 포함된다. 제 5 이송 용기(1092e)의 제 3 부분은 제 4 캐비티(1086d) 내에 포함된다. 제 5 이송 용기(1092e)의 제 1 부분의 일부분은 매니폴드(1096) 내에 개구(1094e)를 제공하도록 제거된다. 제 5 이송 용기(1092e)의 제 2 부분의 일부분은 제 1 캐비티(1086a) 내에 개구(1094f)를 제공하도록 제거된다. 제 5 이송 용기(1092e)의 제 3 부분의 일부분은 제 4 캐비티(1086d) 내에 개구(1094g)를 제공하도록 제거된다. 개구(1094e, 1094f 및 1094g)는 매니폴드(1096) 내의 환경을 제 1 캐비티(1086a) 및 제 4 캐비티(1086d) 내의 환경에 노출시킨다. 개구를 갖는 예시적인 압력 용기가 도 12를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
압력 측정 포트(1098)는 매니폴드(1096)의 환경을 압력 센서(1000)의 외부의 환경(예를 들어, 주위 환경)에 노출시킨다. 예를 들어, 제 1 압력(P1)은 압력 측정 포트(1098)를 통해서 매니폴드(1096)로 진입할 수 있다. 제 1 압력(P1)은 매니폴드(1096)로부터 제 3 이송 용기(1092c)를 통해 제 3 압력 용기(1020c)로, 제 2 이송 용기(1092b)를 통해 제 2 압력 용기(1020b)로, 그리고 제 5 이송 용기(1020e)를 통해 제 1 캐비티(1086a) 및 제 4 캐비티(1086d)로 지향될 수 있다. 일 예에서, 제 1 압력(P1)은 측정될 압력일 수 있으며, 제 2 압력(P2)은 기준 압력일 수 있다. 다른 예에서, 제 1 압력(P1)은 기준 압력일 수 있으며, 제 2 압력(P2)은 측정될 압력일 수 있다. 개구(1094a 내지 1094g)는 각각의 용기 압력 포트를 구성할 수 있다는 것이 인정될 것이다.
차동 측정은 제 1 압력(P1)과 제 2 압력(P2)을 비교함으로써(예를 들어, 제 2 압력으로부터 제 1 압력을, 또는 반대로 감산함으로써)수행될 수 있다. 제 1 압력(P1)과 제 2 압력(P2) 사이의 차이를 나타내는 신호의 진폭을 증가 및/또는 신호와 관련된 신호-대-잡음비(SNR)를 증가시키기 위해서 다중 감지 요소가 각각의 캐비티(1086a 내지 1086d) 내에 포함될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
제 1 감지 요소(1088a), 제 2 감지 요소(1088b), 제 3 감지 요소(1088c), 및 제 4 감지 요소(1088d)는 제 1 변환기(1003a), 제 2 변환기(1003b), 제 3 변환기(1003c), 및 제 4 변환기(1003d)를 각각 포함한다. 그들의 대응 변환기(1003a 내지 1003d)를 포함하는 감지 요소(1088a 내지 1088d)는 제 1 대각선과 제 2 대각선을 갖는 그리드(grid) 내에 구성되는 것으로 도 10에 도시된다. 예를 들어, 제 1 대각선은 변환기(1003a 내지 1003d)(예를 들어, 제 1 및 제 4 변환기(1003a 및 1003d)의 제 1 서브세트를 포함할 수 있다. 제 2 대각선은 변환기(1003a 내지 1003d)(예를 들어, 제 2 및 제 3 변환기(1003b 및 1003c)의 제 2 서브세트를 포함할 수 있다. 제 1 서브세트 내의 변환기는 (예를 들어, 제 2 압력(P2)에 대한)제 1 압력(P1)의 증가에 따라 증가하는 제 1 커패시턴스를 가질 수 있다. 제 2 서브세트 내의 변환기는 제 1 압력(P1)의 증가에 따라 감소하는 제 2 커패시턴스를 가질 수 있다. 변환기(1003a 내지 1003d)는 제 1 커패시턴스와 제 2 커패시턴스 사이의 차이에 기초하여 차동 커패시턴스를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 11a 내지 도 11o는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서(1100)의 제작을 예시하기 위한 웨이퍼의 횡단면을 도시한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 압력 센서(1100)의 제작은 실리콘 웨이퍼(1106)로 시작한다. 산화물 마스크와 포토리소그래피를 사용하여, 각각의 트렌치 개구(1101a 및 1101b)가 각각의 트렌치 바닥 폭(1104a 및 1104b)보다 더 작은 방식으로 트렌치(1102a 및 1102b)가 웨이퍼(1106) 내에서 에칭된다. 산화물 마스크는 임의의 적합한 두께(예를 들어, 0.5 미크론 정도)를 가질 수 있다. 산화물 마스크는 실리콘 에칭 이후에 버퍼(buffer) 산화물 에칭으로 벗겨져서, 도 11a에 도시된 실리콘 구조물이 초래된다.
이제 도 11b를 참조하면, 웨이퍼(1106)가 에칭된 이후에 웨이퍼(1106)는 열 산화물을 적합한 두께(예를 들어, 대략 2.2 미크론)로 성장시키기에 충분히 높은 비교적 고온(예를 들어, 1100℃)에서 열 산화로 내에 놓인다. 이러한 산화의 수행시, 각각의 트렌치(1102a 및 1102b)의 상부 부분은 핀치 오프(pinch off)되고 각각의 이음매(seam)(1116a 및 116b), 각각의 측벽 산화물(1121a 및 1121b), 및 상부 산화물(1114)을 형성한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 공동(1115a 및 1115b)이 각각의 트렌치(1102a 및 1102b) 내측에 형성된다. 트렌치의 상부가 각각의 이음매(1116a 및 116b)에 의해 밀봉되지만, 이음매(1116a 및 116b)는 구조물에서 약한 지점이다. 산화가 통상적인 석영로가 견딜 수 있는 것보다 더 높은 온도에서 수행되지 않는 한, 이음매는 용융되지 않는다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 적합한 두께(예를 들어, 대략 0.5 미크론의 두께)를 갖는 폴리실리콘(1130)의 층이 이음매(1116a 및 1116b)의 용융을 용이하게 하도록 증착될 수 있다. 폴리실리콘(1130)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 또는 다른 적합한 유형의 증착을 사용하여 언도프(undoped) 방식으로 증착될 수 있으며 그 결과는 실질적으로 등각일 수 있다. 추가의 폴리실리콘 층이 증착된다면, 측벽 산화물(1121a 및 1121b)의 성장 중에 반드시 용융되거나 심지어 완전 폐쇄될 필요가 없다는 것이 인정될 것이다. 폴리실리콘(1130)은 갭을 가교 연결하고 이음매(1116a 및 1116b)를 용융시킬 수 있다.
도 11d를 참조하면, 일단 웨이퍼가 제 2 산화에 노출되면, 폴리실리콘(1130)은 이산화실리콘(1131)으로 전환되며, 그에 의해서 이음매(1116a 및 1116b)를 밀봉한다. 필요하다면, 화학 기계적 연마 단계가 도 11e에 도시된 바와 같이, 이산화실리콘(1131)을 평탄화하고 평탄한 표면(1132)을 생성하는데 사용될 수 있다. 예시의 목적으로, 웨이퍼는 실리콘으로부터 형성되는 것으로서 설명되며, 그 결과적인 산화물은 이산화실리콘인 것으로서 설명된다. 웨이퍼는 임의의 적합한 반도체 재료로 형성될 수 있으며, 그 결과적인 산화물은 임의의 적합한 유전체일 수 있다는 것이 인정될 것이다.
도 11f에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피와 산화물 에칭의 조합이 비아(via)(1140)를 에칭하는데 사용될 수 있다. 표준 실리콘 접점(또는 다른 유형의 접점)이 그 후에, 얇은 스크린 산화, 이온 주입, 버퍼 산화물 에칭, 알루미늄 증착, 포토리소그래피, 및 금속 에칭의 후속 조합을 사용하여 만들어질 수 있다. 예를 들어, 전술한 제작 공정 단계는 금속(예를 들어, 알루미늄) 트레이스(1141)를 초래할 수 있다.
도 11g는 트레이스(1141) 및 인접한 이산화실리콘 층 위에 등각으로 증착되는 금속간 유전체(IMD)(1142)를 도시한다. 도 11h에 도시된 바와 같이, 다른 알루미늄 트레이스(1151) 및 비아(1156)가 형성된다. 이러한 경우에, 알루미늄-대-알루미늄 계면은 금속 증착 이전에 이온 빔 세정(ion beam clean)을 사용하여 간단히 준비된다. 도 11h에 또한 도시된 것은 예시 목적으로 상부 평탄 표면(1153)을 형성하기 위한 화학-기계적 평탄화(CMP)에 의해 평탄화되는 상부 산화물(1152)이다. 상부 산화물(1152)은 반드시 CMP로 평탄화될 필요가 없음이 인정될 것이다. 실제로, 상부 산화물(1152)은 반드시 모두 평탄화될 필요가 없다.
도 11i에, 현상된 포토레지스트 패턴(1160, 1161 및 1162)가 도시된다. 포토레지스트 패턴(1160, 1161 및 1162)은 실리콘 메사(silicon mesas), 압력 감지 요소, 및 실리콘 연결 지점을 한정함으로써 생성된다. 표면(1163)은 포토레지스트 패턴에 의해 보호되지 않음에 주목해야 한다. 포토레지스트 패턴(1160, 1161 및 1162)을 이산화실리콘 에칭과 깊은 실리콘 에칭의 조합을 사용하여 하부 실리콘으로 전사한 이후에, 도 11j에 도시된 구조물이 생긴다. 도 11j에 도시된 바와 같이, 압력 용기(1173)의 상부 부분은 압력 용기(1173)가 포토레지스트 패턴에 의해 보호되기 않기 때문에 에칭되어 제거된다. 포토레지스트 패턴(1160, 1161 및 1162)은 제조시 통상적인 오정렬을 허용하도록 이들이 노출되는 하부 구조물(예를 들어, 압력 용기(1172) 및 실리컨 커넥터(1170))보다 조금 더 크다. 따라서, 실리콘 스트링거(silicon stringer)(1171)가 압력 용기(1172 및 1173)의 측벽에 생길 수 있다. 습식 및/또는 건식 화학물을 사용하는 비교적 간단한 등방성 실리콘 에칭을 수행함으로써, 실리콘 스트링거(1171)가 제거될 수 있다. 실리콘 스트링거(1171)가 제거되지 않으면, 이들은 실리콘 스트링거(1171)와 하부 이산화실리콘 사이의 열 팽창 계수(CTE)의 불일치로 인해서 원하지 않는 비대칭 및/또는 원하지 않는 신호 변경을 생성할 수 있다. 등방성 실리콘 에칭의 결과는 도 11k에 도시된 바와 같은 깨끗한 측벽(1175 및 1176)이어야 한다.
도 11l에 도시된 바와 같이, 이산화실리콘(1177)의 등각 층은 스퍼터 증착 시스템을 사용하여 증착된다. 이산화실리콘(1177)은 예를 들어, 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD), 실란 기반 증착 또는 테트라에틸렌 오르토실리케이트(TEOS) 기반 증착을 사용하여 증착될 수 있다. 이산화실리콘의 모든 수평 표면을 제거하기 위해서 이산화실리콘의 후속 이방성 에칭을 수행함으로써, 도 11m에 도시된 장치가 생긴다. 남아 있는 이산화실리콘 측벽(1184)이 실리콘 커넥터(1170) 측면 및 압력 용기(1172 및 1173))를 피복한다.
도 11n은 등방성 실리콘 방출이 SF6 플라즈마로 수행된 이후의 웨이퍼의 횡단면을 도시한다. 격리 트렌치(1191)의 바닥(1195) 및 압력 용기(1172 및 1173)의 하부(1190)가 실리콘 제거되어 있음에 주목해야 한다. 에칭 흔적(1192)이 각각의 구조물(즉, 실리콘 빔(1185) 및 압력 용기(1172 및 1173)) 아래의 실리콘 기판 바닥(1196)에 생긴다. 유사한 흔적(1183)이 실리콘 빔(1185)의 하부에 생긴다.
도 11o에 도시된 바와 같이, 제작 시퀀스는 측벽 산화물을 제거하기 위한 비교적 간단한 Primaxx® 에칭으로 완료될 수 있다. 예를 들어, 측벽 산화물의 제거가 깨끗한 실리콘 측벽을 야기한다. 게다가, Primaxx® 에칭은 또한, 금속 층(1198)을 노출시키기에 충분하게 상부 산화물(1197)을 에칭한다. 금속 층(1198)의 에칭은 후속 웨이퍼 스케일 리드 접합 공정(wafer scale lid bonding process)을 위한 접합 패드와 시일 링 모두를 제공하는데 유용하다.
도 11a 내지 도 11o는 예시 목적으로 표준 실리콘 웨이퍼를 참조하여 설명되며 제한하려는 의도가 아니다. 당업자가 익히 알고 있듯이, 절연체 위의 실리콘 또는 산화물 위에 증착되는 에피택셜 실리콘을 사용하는 변형예는 본 명세서에서 설명되는 실시예의 범주 내에 있다. 표준 실리콘 웨이퍼로부터 압력 센서를 만드는 것이 비용 이유로 바람직할 수 있다는 것이 인정될 것이다.
압력 용기(들) 및 변환기(들) 모두가 본 명세서에서 설명되는 횡단면에 도시된 요소들을 사용하여 제작될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
도 12는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 개구(1294)를 갖춘 압력 용기(1200)를 도시한다. 압력 용기(1200)는 제 1 부분(1278a) 및 제 2 부분(1278b)을 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제 2 부분(1278b)의 상부는 에칭 단계에서 에칭 제거된다. 제 2 부분(1278b)의 상부는 도 12에 도시된 Y-축선을 따라서 지정된 Y-값(YD) 위에 있는 제 2 부분(1278b)의 일부가 되도록 한정된다. 예를 들어, 제 2 부분(1278b)의 상부는 단지, 제작 공정에 사용되는 마스크들 중의 하나를 변경함으로써 가속도계 또는 자이로스코프와 같은 관성 센서를 제작하는데 사용되는 제작 공정의 자연스런 부분으로서 에칭 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 11i를 다시 참조하면, 에칭될 패턴(예를 들어, 1160, 1161 및 1162)을 한정하기 위해서 포토레지스트가 사용될 수 있다. 패턴은 패턴 아래에 있는 층을 보호하기 위한 것이다. 패턴에 의해 보호되지 않는 구역에서, 도 11i 내지 도 11j에 변천 과정이 도시된 바와 같이, 비-보호 마스크 산화물을 통해서 웨이퍼 내측으로 에칭이 발생한다.
따라서, 포토레지스트가 압력 용기(예를 들어, 압력 용기(1200)) 위에 놓이면, 포토레지스트 아래의 산화물은 손상되지 않은 채로 머무르며, 압력 용기는 압력 용기의 측면에 남아 있는 몇몇 잔류물(예를 들어, 실리콘 스트링거(1171))를 남겨둔 채로 거칠게 깎여 나간다. 그러나, 포토레지스트가 (도 11i에서 압력 용기(1173)와 관련하여 도시된 바와 같이)압력 용기 위에 놓여 있지 않으면, 상부 마스크 산화물은 에칭 제거되나, 압력 용기는 (도 11j에서 압력 용기(1173)와 관련하여 도시된 바와 같이)상당한 양의 산화물이 남아 있을 정도로 많은 산화물을 포함한다. 따라서, 압력 용기(1200)의 제 1 부분(1278a) 위에 포토레지스트를 놓으나 압력 용기(1200)의 제 2 부분(1278b) 위에 포토레지스트를 놓지 않음으로써, 제 2 부분(1278b)의 상부가 에칭 제거될 수 있어서, 제 2 부분(1278b)에 개구(1294)를 남겨 놓는다. 에칭 단계는 압력 용기(1200) 주위의 웨이퍼도 또한 에칭할 수 있음이 인정될 것이다. 개구(1294)는 도 10에 도시된 임의의 하나 이상의 개구(1094a 내지 1094g)에 대한 예시적인 실시예이다. 개구(1294)는 압력 용기 포트로서 지칭될 수 있다.
도 13은 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서를 제작하기 위한 예시적인 방법에 대한 흐름도(1300)를 도시한다. 예시 목적으로, 흐름도(1300)는 도 14에 도시된 제작 시스템(1400)과 관련하여 설명된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제작 시스템(1400)은 캐비티 논리(1402), 용기 논리(1404), 및 변환기 논리(1406)를 포함한다. 추가의 구조 및 작동 실시예는 흐름도(1300)에 관한 논의에 기초하여 당업자(들)에게 자명할 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 흐름도(1300)의 방법은 단계(1302)에서 시작한다. 단계(1302)에서, 캐비티를 포함하는 반도체 기판이 제공된다. 예시적인 실시예에서, 캐비티 논리(1402)는 캐비티를 포함하는 반도체 기판을 제공한다.
단계(1304)에서, 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 압력 용기가 제작된다. 압력 용기는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분이 캐비티 내에 현수된다. 예시적인 실시예에서, 용기 논리(1404)가 압력 용기를 제작한다.
예시적인 실시예에서, 단계(1304)는 캐비티 외부의 반도체 기판 내에 압력 용기의 적어도 지지 부분을 매립하는 것을 더 포함한다. 지지 부분은 압력 용기를 물리적으로 지지한다. 예를 들어, 지지 부분은 압력 용기가 캐비티 내에 현수될 수 있게 한다.
단계(1306)에서, 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기가 제작된다. 변환기는 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화하는 특성을 가진다. 예시적인 실시예에서, 변환기 논리(1406)는 변환기를 제작한다.
몇몇 예시적인 실시예에서, 흐름도(1300)의 하나 이상의 단계(1302, 1304 및/또는 1306)가 수행되지 않을 수 있다. 게다가, 단계(1302, 1304 및/또는 1306) 이외의 또는 대신의 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서 압력 용기는 반도체 기판의 처리 중에 형성되는 유전체(예를 들어, 유전체 라이닝)로부터 제작된다. 이러한 실시예에 따라서, 흐름도(1300)의 방법은 반도체 기판 상에 유전체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 반도체 처리 논리(예를 들어, 산화 논리)가 반도체 기판에 유전체를 형성하는데 사용될 수 있음이 인정될 것이다. 압력 용기가 유전체 이외의 재료(들)로 제작될 수 있다는 것이 또한 인정될 것이다. 예를 들어, 압력 용기는 유전체보다는 오히려 실리콘으로 제작될 수 있으나, 실리콘 내에 에칭되는 채널은 비교적 클 가능성이 있으며 실리콘에 대한 정렬이 어려울 수 있다.
제작 시스템(1400)은 도 14에 도시된 모든 논리를 포함하지 않을 수 있다는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, 제작 시스템(1400)은 캐비티 논리(1402), 용기 논리(1404), 및/또는 변환기 논리(1406) 중 하나 이상을 포함하지 않을 수 있다. 게다가, 제작 시스템(1400)은 캐비티 논리(1402), 용기 논리(1404), 및/또는 변환기 논리(1406) 이외의 또는 대신의 논리를 포함할 수 있다.
도 15는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 따른 압력 센서를 사용하는 예시적인 방법에 대한 흐름도(1500)를 도시한다. 예시 목적으로, 흐름도(1500)는 도 5에 도시된 압력 센서(500) 및 도 16에 도시된 측정 시스템(1600)과 관련하여 설명된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 측정 시스템(1600)은 측정 논리(1602)를 포함한다. 추가의 구조 및 작동 실시예는 흐름도(1500)에 관한 논의에 기초하여 당업자에게 자명할 것이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 흐름도(1500)의 방법은 단계(1502)에서 시작한다. 단계(1502)에서, 캐비티 압력은 압력 센서의 반도체 기판 내에 포함되는 캐비티에 수용된다. 예시적인 실시예에서, 압력 센서(500)의 반도체 기판(580)에 포함되는 캐비티(586)가 캐비티 압력을 수용한다.
단계(1504)에서, 용기 압력은 압력 센서의 압력 용기 내에 수용된다. 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가진다. 압력 용기는 캐비티 압력과 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가진다. 압력 용기의 적어도 일부분은 캐비티 내에 현수된다. 압력 용기는 반도체 기판의 처리 중에 형성되는 유전체(예를 들어, 유전체 라이닝)로 형성될 수 있지만, 예시적인 실시예의 범주는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 압력 용기(520)는 용기 압력을 수용한다.
단계(1506)에서, 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기의 특성이 측정된다. 그 특성은 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화한다. 예시적인 실시예에서, 측정 논리(1602)는 변환기(503)의 특성을 측정한다.
예시적인 실시예에서, 변환기는 변형 가능한 용량성 구조물을 포함한다. 이러한 실시예에 따라서, 특성은 용량성 구조물과 관련된 커패시턴스를 포함한다. 추가로 이러한 실시예에 따라서, 단계(1506)는 용량성 구조물과 관련된 커패시턴스를 측정하는 것을 포함한다.
다른 예시적인 실시예에서, 변환기는 압전 재료를 포함한다. 이러한 실시예에 따라서, 그 특성은 압전 재료에 의해 발생되는 전하를 포함한다. 추가로 이러한 실시예에 따라서, 단계(1506)는 압전 재료에 의해 발생되는 전하를 측정하는 것을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에 따라서, 변환기는 압전저항 재료를 포함한다. 이러한 실시예에 따라서, 그 특성은 압전저항 재료의 저항을 포함한다. 추가로 이러한 실시예에 따라서, 단계(1506)는 압전저항 재료의 저항을 측정하는 것을 포함한다.
몇몇 예시적인 실시예에서, 흐름도(1500)의 하나 이상의 단계(1502, 1504 및/또는 1506)가 수행되지 않을 수 있다. 게다가, 단계(1502, 1504 및/또는 1506) 이외의 또는 대신의 단계가 수행될 수 있다.
측정 시스템(1600)은 측정 논리(1602) 이외의 또는 대신의 논리를 포함할 수 있음이 인정될 것이다. 예를 들어, 측정 시스템(1600)은 압력 센서 또는 그의 일부분을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 재료, 그들의 각각의 모양과 치수, 및 도면에 도시되는 그들의 관련 위치는 사실상 예시적인 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 본 개시의 이득을 갖는 당업자에게 자명할 수 있기 때문에 변형예가 고려될 수 있다.
Ⅲ. 예시적인 컴퓨팅 시스템의 실시예
이에 한정되지 않지만, 제작 시스템(1400), 측정 시스템(1600), 흐름도(1300 및 1500)를 포함한, 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예, 시스템, 구성요소, 하위-구성요소, 장치, 방법, 흐름도, 단계 및/또는 등등은 하드웨어(예를 들어, 하드웨어 논리/전기 회로)로, 또는 소프트웨어(하나 이상의 프로세서 또는 처리 장치에서 실행되도록 구성되는 컴퓨터 프로그램 코드) 및/또는 펌웨어와 하드웨어의 임의의 조합으로 실시될 수 있다. 시스템, 방법/공정, 및/또는 장치를 포함한, 본 명세서에서 설명되는 실시예는 도 17에 도시된 컴퓨터(1700)와 같은 주지된 컴퓨팅 장치를 사용하여 실시될 수 있다. 예를 들어, 제작 시스템(1400), 측정 시스템(1600), 흐름도(1300)의 각각의 단계, 및 흐름도(1500)의 각각의 단계는 하나 이상의 컴퓨터(1700)를 사용하여 실시될 수 있다.
컴퓨터(1700)는 International Business Machines®, Apple®, HP®, Dell®, Cray®, Samsung®, Nokia®, 등으로부터 이용 가능한 장치/컴퓨터와 같은 본 명세서에서 설명되는 기능을 수행할 수 있는 임의의 상업적으로 이용 가능하고 주지된 통신 장치, 처리 장치, 및/또는 컴퓨터일 수 있다. 컴퓨터(1700)는 서버, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 시계 또는 머리-장착 컴퓨터와 같은 웨어러블 컴퓨터, 개인 휴대용 단말기, 휴대 전화 등을 포함한, 임의의 유형의 컴퓨터일 수 있다.
컴퓨터(1700)는 프로세서(1706)과 같은 (중앙 처리 유닛, 또는 CPU로도 또한 지칭되는)하나 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서(1706)는 통신 버스와 같은 통신 기반 시설(1702)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 프로세서(1706)는 다중 컴퓨팅 스레드(computing threads)와 동시에 작동할 수 있다. 컴퓨터(1700)는 또한, 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 1차 또는 주 메모리(1708)를 포함한다. 주 메모리(1708)의 내부에는 제어 논리(1704)(컴퓨터 소프트웨어), 및 데이터가 저장된다.
컴퓨터(1700)는 또한, 하나 이상의 2차 저장 장치(1710)를 포함한다. 2차 저장 장치(1710)는 예를 들어, 하드웨어 디스크 드라이브(1712) 및/또는 제거 가능한 저장 장치 또는 드라이브(1714)뿐만 아니라, 메모리 카드 및 메모리 스틱과 같은 다른 유형의 저장 장치를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터(1700)는 메모리 스틱과 같은 장치와 인터페이스 접속하기 위해서 범용 직렬 버스(USB) 인터페이스와 같은 산업 표준 인터페이스를 포함할 수 있다. 제거 가능한 저장 드라이브(1714)는 프로피 디스크 드라이브, 자기 테이프 드라이브, 콤팩트 디스크 드라이브, 광학 저장 장치, 테이프 백업 등을 나타낸다.
제거 가능한 저장 드라이브(1714)는 제거 가능한 저장 유닛(1716)과 상호작용한다. 제거 가능한 저장 유닛(1716)은 내부에 저장된 컴퓨터 소프트웨어(1726)(제어 논리) 및/또는 데이터를 갖는 컴퓨터 사용 가능하거나 판독 가능한 저장 매체(1718)를 포함한다. 제거 가능한 저장 유닛(1716)은 플로피 디스크, 자기 테이프, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD), 블루-레이 디스크, 광학 저장 디스크, 메모리 스틱, 메모리 카드, 또는 임의의 다른 컴퓨터 데이터 저장 장치를 나타낸다. 제거 가능한 저장 드라이브(1714)는 주지된 방식으로 제거 가능한 저장 유닛(1716)으로부터 판독되고/되거나 그에 기록된다.
컴퓨터(1700)는 또한, 터치스크린, LED 및 LCD 디스플레이, 키보드, 포인팅 장치(pointing device) 등과 같은 입력/출력/디스플레이 장치(1704)를 포함한다.
컴퓨터(1700)는 통신 또는 네트워크 인터페이스(1720)를 더 포함한다. 통신 인터페이스(1720)는 컴퓨터(1700)가 원격 장치와 통신하게 할 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1720)는 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 인터넷 등과 같은 (컴퓨터 사용 가능하거나 판독 가능한 매체의 형태를 나타내는)통신 망 또는 매체(1722)를 통해서 컴퓨터(1700)가 통신하게 한다. 네크워크 인터페이스(1720)는 유선 또는 무선 연결을 통해서 원격 장소 또는 네트워크와 인터페이스 접속할 수 있다. 통신 인터페이스(722)의 예는 이에 한정되지 않지만, (예를 들어, 3G 및/또는 4G 통신(들)을 위한)모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(예를 들어, 와이-파이 및/또는 다른 프로토콜을 위한 이더넷 카드), 통신 포트, 개인 컴퓨터 메모리 카드 국제 협회(PCMCIA) 카드, 유선 또는 무선 USB 포트 등을 포함한다. 제어 논리(1728)가 통신 매체(1722)를 통해 컴퓨터(1700)로 전송되거나 그로부터 전송된다.
내부에 저장되는 제어 논리(소프트웨어)를 갖는 컴퓨터 사용 가능하거나 판독 가능한 매체를 포함하는 임의의 장치 또는 제품은 컴퓨터 프로그램 제품 또는 프로그램 저장 장치로서 본 명세서에서 지칭된다. 컴퓨터 프로그램 제품의 예는 이에 한정되지 않지만, 주 메모리(1708), 2차 저장 장치(1710)(예를 들어, 하드 디스크 드라이브(1712), 및 제거 가능한 저장 유닛(1716)을 포함한다. 하나 이상의 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때, 그러한 데이터 처리 장치가 본 명세서에서 설명된 대로 작동되게 하는 내부에 저장된 제어 논리를 갖는 그러한 컴퓨터 프로그램 제품이 실시예를 나타낸다. 예를 들어, 그러한 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서(1706)에 의해 실행될 때 프로세서(1706)가 도 13의 흐름도(1300) 및/또는 도 15의 흐름도(1500)의 임의의 단계를 수행하게 할 수 있다.
실시예를 실시할 수 있는 장치는 저장 드라이브, 메모리 장치, 및 추가 유형의 컴퓨터-판독 가능한 매체와 같은 저장장치를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체의 예는 하드 디스크, 제거 가능한 자기 디스크, 제거 가능한 광학 디스크, 플래시 메모리 카드, 디지털 비디오 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM) 등을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "컴퓨터 프로그램 매체" 및 "컴퓨터-판독 가능한 매체"는 하드 디스크 드라이브와 관련된 하드 디스크, 제거 가능한 자기 디스크, 제거 가능한 광학 디스크(예를 들어, CD ROM, DVD ROM 등), 집 디스크(zip disk), 테이프, 자기 저장 장치, 광학 저장 장치, MEMS-기반 저장 장치, 나노기술-기반 저장 장치뿐만 아니라, 플래시 메모리 카드, 디지털 비디오 디스크, RAM 장치, ROM 장치 등과 같은 다른 매체를 일반적으로 지칭하는데 사용된다. 그러한 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체는 예를 들어, (전술한 바와 같이)본 명세서에서 설명되는 실시예, 시스템, 구성요소, 하위-구성요소, 장치, 방법, 흐름도, 단계, 등 및/또는 본 명세서에서 설명된 추가의 실시예를 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램 논리를 포함하는 프로그램 모듈을 저장할 수 있다. 실시예는 임의의 컴퓨터 사용 가능한 매체에 저장되는 그러한 논리(예를 들어, 프로그램 코드, 명령어, 또는 소프트웨어의 형태)를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 그러한 프로그램 코드는 하나 이상의 프로세서에서 실행될 때, 장치가 본 명세서에서 설명된 대로 작동되게 한다.
그러한 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체는 (통신 매체를 포함하지 않는)통신 매체와 구별되고 그와 중복되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 통신 매체는 컴퓨터-판독 가능한 명명어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 반송파와 같은 변조 데이터 신호로 구현한다. 용어 "변조 데이터 신호(modulated data signal)"는 하나 이상의 그의 특징 세트를 갖거나 정보를 신호로 암호화하는 것과 같은 방식으로 변경되는 신호를 의미한다.
예로서 그리고 제한 없이, 통신 매체는 청각, RF, 적외선 및 다른 무선 매체와 같은 무선 매체뿐만 아니라, 유선 매체를 포함한다. 실시예는 또한, 그러한 통신 매체에 관한 것이다.
개시된 기술은 본 명세서에서 설명된 것과 상이한 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 하드웨어 실시예를 사용하여 실행될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 기능을 수행하는데 적합한 임의의 소프트웨어, 펌웨어, 및 하드웨어 실시예가 사용될 수 있다.
Ⅳ. 결론
다양한 실시예가 위에서 설명되었지만, 이들은 단지, 예로서 그리고 제한 없이 제시되었음을 이해해야 한다. 형태와 세부사항의 다양한 변경이 실시예의 사상과 범주로부터 이탈함이 없이 그 안에서 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 실시예의 폭과 범주는 임의의 전술한 예시적인 실시예에 의해서 제한되지 않아야 하며, 단지 다음의 청구범위와 그의 균등범위에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (27)

  1. 압력 센서에 있어서,
    제 1 캐비티를 포함하는 반도체 기판;
    4 초과의 종횡비를 가지는 트렌치 내에 형성되는 유전체 라이닝으로 만들어지는 압력 용기로서, 상기 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가지고, 상기 압력 용기는 제 1 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지고, 상기 압력 용기의 적어도 제 1 부분이 제 1 캐비티 내에 현수되는, 상기 압력 용기; 및
    상기 압력 용기의 제 1 부분에 커플링되고, 상기 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화하는 특성을 가지는 제 1 변환기를 포함하는
    압력 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변환기는 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화하는 제 1 커패시턴스를 제공하도록 구성되는 변형 가능한 용량성 구조물을 포함하는
    압력 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 용량성 구조물은 복수의 끼워넣어진 커패시터 판(interleaved capacitor plate)을 포함하는
    압력 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 용량성 구조물은,
    제 2 세트의 커패시터 판이 끼워넣어지는 제 1 세트의 커패시터 판을 포함하며;
    상기 제 1 세트의 커패시터 판은 제 1 커패시턴스를 변경시키기 위해 압력 용기의 구조적 변형에 기초하여 제 2 세트의 커패시터 판에 대해 이동하도록 구성되는
    압력 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 용량성 구조물은 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화하는 제 2 커패시턴스를 제공하도록 추가로 구성되며;
    상기 변형 가능한 용량성 구조물은 제 4 세트의 커패시터 판이 끼워넣어지는 제 3 세트의 커패시터 판을 더 포함하며;
    상기 제 3 세트의 커패시터 판은 제 2 커패시턴스를 변경시키기 위해 압력 용기의 구조적 변형에 기초하여 제 4 세트의 커패시터 판에 대해 이동하도록 구성되며;
    상기 제 1 커패시턴스의 변화는 제 2 커패시턴스의 변화와 반대인
    압력 센서.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변환기는 압전 요소를 포함하며, 상기 압전 요소는 압력 용기의 구조적 변형의 결과로서 압전 요소에 가해지는 힘에 기초하여 전하를 발생하도록 구성되는
    압력 센서.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변환기는 압전저항 요소를 포함하며, 상기 압전저항 요소는 압력 용기의 변형의 결과로서 압전저항 요소에 가해지는 힘에 기초하여 변화하는 저항을 갖는
    압력 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기의 제 2 부분은 제 1 캐비티의 외부에 있으며;
    상기 제 2 부분의 적어도 일부분은 압력 용기 내의 제 1 환경을 압력 용기 외부에 있는 제 2 환경에 노출시키는 용기 압력 포트를 제공하도록 제거되는
    압력 센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기의 제 2 부분은 제 1 캐비티의 외부에 있으며;
    상기 반도체 기판은 제 1 캐비티의 외부에 있는 제 2 캐비티를 포함하며;
    상기 압력 용기의 제 2 부분의 적어도 일부분은 제 2 캐비티 내에 포함되며;
    상기 제 2 부분의 일부분은 압력 용기 내의 제 1 환경을 제 2 캐비티 내의 제 2 환경에 노출시키는 개구를 가지는
    압력 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 1 환경 및 제 2 환경을 압력 센서의 외부에 있는 제 3 환경에 노출시키는 용기 압력 포트를 제공하기 위한 구멍을 포함하는 리드(lid)를 더 포함하는
    압력 센서.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서가 제작되는 웨이퍼의 평면에서 제 1 캐비티를 둘러싸는 최소 면적을 갖는 직사각형으로서 주변 직사각형이 정의되며, 상기 주변 직사각형은 제 1 평행 변 및 상기 제 1 평행 변과 수직한 제 2 평행 변을 가지며, 각각의 제 1 평행 변은 제 1 길이를 가지며, 각각의 제 2 평행 변은 제 1 길이보다 작거나 같은 제 2 길이를 가지며;
    상기 압력 용기가 기판에 커플링되는 제 1 지점과 상기 제 1 변환기가 기판에 커플링되는 제 2 지점 사이의 거리는 제 2 길이의 1/3보다 작거나 같은
    압력 센서.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서가 제작되는 웨이퍼의 평면에서 제 1 캐비티를 둘러싸는 최소 면적을 갖는 직사각형으로서 주변 직사각형이 정의되며, 상기 주변 직사각형은 제 1 평행 변 및 상기 제 1 평행 변과 수직한 제 2 평행 변을 가지며, 각각의 제 1 평행 변은 제 1 길이를 가지며, 각각의 제 2 평행 변은 제 1 길이보다 작거나 같은 제 2 길이를 가지며;
    상기 압력 용기가 기판에 커플링되는 제 1 지점과 상기 압력 용기가 제 1 변환기에 커플링되는 제 2 지점 사이의 거리는 제 2 길이의 1/3보다 작거나 같은
    압력 센서.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서가 제작되는 웨이퍼의 평면에서 제 1 캐비티를 둘러싸는 최소 면적을 갖는 직사각형으로서 주변 직사각형이 정의되며, 상기 주변 직사각형은 제 1 평행 변 및 상기 제 1 평행 변과 수직한 제 2 평행 변을 가지며, 각각의 제 1 평행 변은 제 1 길이를 가지며, 각각의 제 2 평행 변은 제 1 길이보다 작거나 같은 제 2 길이를 가지며;
    상기 제 1 변환기가 압력 용기에 커플링되는 제 1 지점과 상기 제 1 변환기가 기판에 커플링되는 제 2 지점 사이의 거리는 제 2 길이의 1/3보다 작거나 같은
    압력 센서.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 공동의 최대 폭은 2 미크론보다 작거나 같은
    압력 센서.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기의 적어도 하나의 곡선 부분은 사행 모양(serpentine shape)을 갖는 적어도 하나의 사행 부분을 포함하는
    압력 센서.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기의 적어도 하나의 곡선 부분은 나선형 모양을 갖는 적어도 하나의 나선형 부분을 포함하는
    압력 센서.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기의 적어도 하나의 곡선 부분은 반원 모양을 갖는 적어도 하나의 반원 부분을 포함하는
    압력 센서.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기의 적어도 하나의 곡선 부분은 복수의 동심 반원 부분을 포함하며, 각각의 반원 부분은 반원 모양을 가지는
    압력 센서.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    제 1 연결 지점에서 압력 용기에 커플링되고 제 2 연결 지점에서 제 1 변환기에 커플링되는 커넥터를 더 포함하며;
    상기 제 1 연결 지점은 압력 용기의 변형에 기인한 제 1 모션을 가지며;
    상기 커넥터는 제 2 연결 지점이 제 1 모션의 증폭된 형태(amplified version)인 제 2 모션을 갖게 하도록 구성되는
    압력 센서.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    제 1 연결 지점에서 압력 용기에 커플링되고 제 2 연결 지점에서 제 1 변환기에 커플링되는 커넥터를 더 포함하며;
    상기 제 1 연결 지점은 압력 용기의 변형에 기인한 제 1 모션을 가지며;
    상기 커넥터는 제 2 연결 지점이 제 1 모션의 감폭된 형태(de-amplified version)인 제 2 모션을 갖게 하도록 구성되는
    압력 센서.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 압력 용기와 제 1 변환기 사이에 커플링되고, 이방성 강성을 가지는 커넥터를 더 포함하는
    압력 센서.
  22. 제 1 항에 있어서,
    제 2 공동을 한정하는 횡단면을 갖는 제 2 압력 용기로서, 상기 제 2 압력 용기는 상기 반도체 기판 내에 포함되는 제 2 캐비티 내의 캐비티 압력과 상기 제 2 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지며, 상기 제 2 압력 용기의 적어도 제 1 부분은 제 2 캐비티 내에 현수되는, 상기 제 2 압력 용기; 및
    상기 제 2 압력 용기의 제 1 부분에 커플링되고, 제 2 압력 용기의 구조적 변형에 따라 변화하는 특성을 가지는 제 2 변환기를 더 포함하며;
    상기 제 1 변환기는 상기 압력 용기의 가속도 또는 제 1 캐비티 내의 캐비티 압력과 제 1 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차 중 적어도 하나에서 기인하는 제 1 변환기의 특성의 변화에 기초하여 제 1 신호를 제공하도록 구성되며;
    상기 제 2 변환기는 상기 압력 용기의 가속도 또는 제 2 캐비티 내의 캐비티 압력과 제 2 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차 중 적어도 하나에서 기인하는 제 2 변환기의 특성의 변화에 기초하여 제 2 신호를 제공하도록 구성되는
    압력 센서.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 차이가 압력 센서의 가속도의 크기를 제공하며 상기 제 1 신호와 제 2 신호의 합이 압력차의 크기를 제공하도록 구성되는
    압력 센서.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 제 1 신호와 제 2 신호의 합이 압력 센서의 가속도의 크기를 제공하며 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 차이가 압력차의 크기를 제공하도록 구성되는
    압력 센서.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 캐비티와 제 2 캐비티는 동일한
    압력 센서.
  26. 제 1 캐비티를 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계;
    4 초과의 종횡비를 가지는 트렌치 내에 형성되는 유전체 라이닝으로 압력 용기를 제작하는 단계로서, 상기 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가지고, 상기 압력 용기는 캐비티 내의 캐비티 압력과 압력 용기 내의 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지고, 압력 용기의 적어도 일부분이 캐비티 내에 현수되는, 압력 용기를 제작하는 단계; 및
    상기 압력 용기의 일부분에 커플링되고, 상기 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화하는 특성을 가지는 변환기를 제작하는 단계를 포함하는
    방법.
  27. 압력 센서의 반도체 기판 내에 포함되는 캐비티 내에 캐비티 압력을 수용하는 단계;
    4 초과의 종횡비를 가지는 트렌치 내에 형성되는 유전체 라이닝으로 만들어지는 압력 센서의 압력 용기 내에 용기 압력을 수용하는 단계로서, 상기 압력 용기는 공동을 한정하는 횡단면을 가지고 캐비티 압력과 용기 압력 사이의 압력차에 기초하여 구조적으로 변형되도록 구성되는 적어도 하나의 곡선 부분을 가지며, 상기 압력 용기의 적어도 일부분이 캐비티 내에 현수되는, 용기 압력을 수용하는 단계; 및
    상기 압력 용기의 일부분에 커플링되는 변환기의 특성을 측정하는 단계로서, 상기 특성은 상기 압력 용기의 구조적 변형에 따라서 변화하는, 변환기의 특성을 측정하는 단계를 포함하는
    방법.
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