KR20010041843A - 마이크로센서를 가지는 측정 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

마이크로센서를 가지는 측정 장치 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20010041843A
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 마이크로센서(5)를 가지는 측정 장치에 관한 것이다.
상기의 하나 이상의 마이크로센서(5)가 가스로 채워지는 2개 이상의 챔버(20, 30)를 갖는다. 상기 챔버(20, 30)가 하나 이상의 채널(40)을 통해 서로 연결되어 외부에 대해 기밀하게 폐쇄된다. 상기 챔버 안에 있는 압력이 다르기 때문에 야기되는, 하나 이상의 채널(40) 안을 흐르는 가스 흐름을 검출하기 위한 검출 장치(70)가 제공된다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 마이크로센서의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

마이크로센서를 가지는 측정 장치 및 그의 제조 방법{MEASURING DEVICE WITH A MICROSENSOR AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
압력 또는 가속도를 위한 마이크로센서 또는 특히 마이크로미케니컬 센서는 전자 집적 회로에서 중요한 기술적 의미를 얻고 있다. 종래의 상기 마이크로센서는 절대압 측정, 상대압 측정, 및 차압 측정을 위한 압전 저항성 또는 용량성 압력 센서로서 형성되어 있다. 이들은 반도체 소재로 이루어진 변형체가 힘을 받으면 변형될 수 있다는 원리에 기초하고 있다.
WO 95/09366에는 스프링 엘리먼트에 의해 서스펜션과 연결되어 있는 가동형 질량 부재를 가지는 가속도 센서가 공지되어 있다. 상기 가동형 질량 부재는 콘덴서의 가동판을 포함하고 있다. 상기 콘덴서의 다른 고정판은 하우징과 연결되어 있다. 상기 질량 부재에 작용하는 가속도는 상기 질량 부재의 편향을 야기시키며 그 결과 상기 콘덴서의 용량을 변화시킨다. 상기 용량 변화는 검출될 수 있다.
그 외에도, 반도체 소재로 이루어지는 변형체의 가장자리 영역이 본체와 연결되어 있는 압력 센서가 공지되어 있다. 이 경우에 상기 변형체는 바람직하게는 박막의 멤브레인으로서 형성되어 있다. 특히 높은 기계적 응력이 발생하는 상기 멤브레인의 영역에 하나 또는 다수의 압전 저항성 저항 통로가 배열된다. 이 때문에 상기 변형체의 편향은 검출 가능한 전압을 가져온다.
사실, 종래의 마이크로센서가 실제로 다양하다는 것은 증명되었지만, 상기 마이크로센서가 가지는 단점으로는 충분히 큰 전기 신호에 대해 그에 상응하는 크기의 팽창을 가지는 변형체와 그에 상응하는 크기의 치수를 가지는 센서가 필요하다는 점이다. 상기 집적 회로에서 집적물의 축소가 임의적으로 당장 가능한 것은 아닌데, 왜냐하면 한 편으로 마이크로미케니컬 한계가 상기 멤브레인 또는 캔틸레버의 형성 시에 존재하거나 상기 측정 정확성 또는 입력한 신호 크기의 제한이 받아들여 질 수 있기 때문이다.
본 발명은 마이크로센서를 가지는 측정 장치 및 그런 마이크로센서의 제조 방법에 관한 것이다.
하기에는 본 발명의 선호되는 실시예가 도면을 참고로 상술된다.
도 1 은 마이크로센서를 가지는 본 발명의 측정 장치의 개략적인 단면도;
도 2 는 도 1의 일부 영역 II의 확대도;
도 3A 내지 도 3C 는 본 발명의 마이크로센서의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도.
본 발명의 목적은 현재의 모노리식 반도체 회로에서 아무런 문제없는 집적을 가능하게 하며 특히 압력, 가속도 또는 온도와 같은 측정하려는 물리적 값을 검출할 때 높은 정밀성 또는 신호 해상도를 보장할 수 있는 크기가 작은 하나 또는 다수의 마이크로센서를 가지는 측정 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적은 제 1 항에 따른 측정 장치와 제 18 항에 따른 제조 방법을 통해 달성된다.
본 발명에 따르면 상기 측정 장치는 하나 이상의 채널과 연결되어 있는 2개 이상의 챔버를 가지는 하나 이상의 마이크로센서를 가지며, 상기 챔버는 가스로 채워지고 외부에 대해 기밀하게 폐쇄되어 있으며 채널 안의 압력이 다르기 때문에 야기되는, 하나 이상의 채널 안을 흐르는 가스 흐름을 검출하기 위한 검출 장치가 제공된다.
그러므로 본 발명에 따라서 마이크로센서의 구성은 상기 마이크로센서가 다수의 중공실을 가지도록 이루어지며, 상기 중공실들의 적어도 한 부분은, 상기 중공실 안에 들어 있는 가스가 중공실로부터 하나 또는 다수의 다른 중공실 안으로 흘러들어 갈 수 있도록, 서로 연결되어 있다. 이 경우 상기 중공실들은 예를 들어 반도체 소재 안에 위치한다.
본 발명의 원리에 따라서 충전 가스로서 질소와 같은 가스 또는 일반적인 공기가 이용된다. 분명한 압력 변화 및 충분한 가스 흐름을 얻기 위해(예를 들어 전체 마이크로센서의 가속을 통해), 고유 중량이 가능한 한 높고 열용량이 높은 가스를 이용하는 것이 합목적적이다.
본 발명의 특히 선호되는 실시예에서, 상기 검출 장치는 이것에 할당된 가열-냉각-요소를 통해 상기 챔버 안의 가스의 온도와 다른 측정 온도로 가열되거나 냉각될 수 있다.
본 발명의 특히 선호되는 실시예에서, 상기 챔버 사이에서 채널을 통해 흐르는 가스 흐름 때문에 발생하는 상기 검출 장치의 온도 변화가 검출되고 상기 검출 장치는 그에 대한 반응으로서 상기 검출 장치의 출력에서의 전기적인, 온도의 변화에 상응하는 측정 신호를 제공하게 된다.
본 발명의 특히 선호되는 실시예에서, 상기 검출 장치와 결합된 가열-냉각-요소는 전기 히트 저항, 히트 트랜지스터, 히트 다이오드 또는 펠티어 요소를 통해 형성된다.
이 때 본 발명의 유리한 구성에서, 상기 검출 장치는 상기 가열-냉각-요소 자체를 통해 형성되는 것이 합목적적이다.
본 발명에서 구조적으로 특히 간단하고 그 결과 선호되는 실시예의 특징으로는 상기 검출 장치가 서모 요소를 통해 형성되는 것이다.
본 발명의 특히 선호되는 실시예에서, 하나의 챔버에만 이어진 기준 채널이 제공되며, 설정된 전기 특성을 가지는 기준-검출 장치가 상기 기준 채널에 할당된다. 이 경우에서의 장점은 상기 검출 장치와 기준-검출 장치의 신호들의 비교를 통해 상기 마이크로센서 자체의 온도의 영향은 회로 기술적으로 제거될 수 있다는 것이다.
이 경우 본 발명의 특히 선호되는 실시예에서, 상기 검출 장치와 기준-검출 장치가 측정 브리지 회로 안에 와이어링되어 있다.
본 발명의 특히 선호되는 실시예에서, 설정된 전기 특성을 가지는 추가-검출 장치가 상기 검출 장치에 할당되어 있다. 이 때 상기 추가-검출 장치는 상기 측정 온도에 있는 검출 장치를 통해 온도가 변하는 가스 흐름의 가열 또는 냉각을 통해, 상기 검출 장치로부터 추가-검출 장치로의 가스 흐름 방향의 경우에, 가열되거나 냉각되며 그에 대한 반응으로서 출력에서의 전기 측정 신호를 출력하거나 상기 추가-검출 장치로부터 검출 장치로의 가스 흐름 방향의 경우에 출력에서 측정 신호를 출력하지 않는다. 이런 배열의 장점은 상기 가스 흐름 방향이 검출된다는데 있다.
상기 가스 흐름을 특히 양호하게 검출하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 검출 장치와 추가-검출 장치가 하나 이상의 채널 안에 형성되어 있다.
상기 검출 장치뿐만 아니라 상기 기준-검출 장치 또는 상기 추가-검출 장치가 본 발명의 유리한 구성에서 벽의 가장자리 영역 안에 또는 그 가장자리에 배열되거나 또는 상기 벽으로 이루어지도록 형성된다. 그에 따라 상기 벽은 본 발명의 특히 선호되는 구성에서 반도체 소재로 이루어진다.
그 외에도 상기 마이크로센서의 챔버 및 채널 및/또는 기준 채널이 반도체 기판 안에 또는 그 위에 형성되는 것이 선호된다. 이런 실시의 장점은 반도체 기판에 형성된 집적 회로에의 측정 장치의 집적성에 있다.
외부 압력 또는 변화 압력을 검출하기 위해 본 발명의 구성에서 외부에 대해 기밀하게 폐쇄되어 있는 탄성 멤브레인이 제공된다.
그 외에도 본 발명의 특히 선호되는 유리한 실시예의 특징은 다수의 상기 마이크로센서가 행과 열에 매트릭스의 형태로 배열되고 제어 회로를 이용해 개별적으로 제어될 수 있다는 것이다. 이 경우에서의 장점은 상기 센서를 이용해, 상기 마이크로센서의 소형화를 통해서 비로소 가능해지는 고해상도의 면(面)에 대한 데이터가 검출된다는 것이다.
그 외에도 본 발명은 모노리식으로 기판 안에 또는 그 위에 형성되는 마이크로센서의 제조 방법에 관한 것이다. 이 때 챔버를 연결시키는 하나 이상의 채널을 가지는 2개 이상의 챔버 및 하나의 챔버 안에만 이어진 기준 채널이 형성되어 있다. 그러므로 상기 챔버 안에 존재하는 압력이 다르기 때문에 야기되고 하나 이상의 채널 안을 흐르는 가스 흐름을 검출하기 위한 검출 장치가 형성되어 있다. 그 다음 단계에서, 상기 챔버, 상기 채널 및 상기 기준 채널은 가스로 채워지고 외부에 대해 기밀하게 폐쇄된다.
상기 챔버와 상기 챔버를 연결시키는 하나 이상의 채널의 폐쇄가 특히 선호되는 공정 단계에서 커버 소재의 용융을 통해 이루어진다. 이 때 상기 커버 소재는 상기 챔버와 상기 채널 및 상기 기준 채널은 채우지 않도록 되어 있다. 이 경우 선호되는 공정 단계에서 상기 챔버를 채우기 위해 규정된 가스의 존재 하에서 상기 커버 소재가 용융된다.
특히 선호되는 방법에서
- 기판을 특히 SiO2로 이루어지는 희생층으로 코팅하기,
- 특히 에칭 공정을 이용해 상기 희생층 위에 상기 검출 장치, 기준 검출 장치와 추가-검출 장치 및 그의 공급선을 구조화하기,
- 제 2 의 희생층을 도포하기,
- 예를 들어 다결정 실리콘으로 이루어지는 제 1 의 커버층을 도포하기,
- 적어도 부분적으로 상기 챔버 및/또는 채널을 형성하여야 하는 영역들에 상기 커버층에 호울을 제공하기,
- 상기 챔버 및/또는 채널의 제조를 위해 상기 커버층의 호울을 통해 상기 양 희생층을 에칭하기의 공정 단계를 통해 상기 기판 안에서 또는 그 위에서 상기 챔버 및 상기 챔버를 연결시키는 하나 이상의 채널 및 상기 기준 채널 및 검출 장치 및 기준 검출 장치 및 추가 검출 장치가 만들어진다.
상기 벽을 형성하는 반도체 소재 안으로의 상기 가스의 확산을 억제하기 위해, 선호되는 공정 단계에서 상기 챔버를 폐쇄하기 전에 상기 반도체 기판에서 상기 챔버 및/또는 상기 채널을 향한 면들의 적어도 일부에 차단층을 제공하는 것이 합목적적이다. 또한 이 경우의 장점은 상기 충전 가스의 반응은 상기 표면으로 억제된다는 것이다.
본 발명의 마이크로센서는 그의 유리한 특성 및 용이한 제조성 외에도 다양한 적용 가능성을 특징으로 한다.
그러므로 본 발명의 마이크로센서를 가속도 센서, 압력 센서 또는 온도 센서로서 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 장점, 특수성 및 합목적적인 다른 구성은 종속항으로부터 도출된다.
하나 이상의 마이크로센서를 가지는 본 발명의 측정 장치는 가속도 센서로서, 압력 센서로서 또는 온도 센서로서 형성될 수 있다. 이런 각각의 구성에 동일한 기본 컨셉트가 이용되고 있다. 상기 가속도 센서, 압력 센서 또는 온도 센서의 기본 원리는 본 발명의 측정 장치의 경우에 측정하려는 크기에 의해 발생된 가스 흐름의 검출에 근거하고 있다. 이를 위해 가스로 채워지고 기밀하게 폐쇄된 2개의 챔버가 하나의 채널을 통해 서로 연결되어 있다. 상기 채널을 통해 상기 양 챔버 안의 압력차가 가스 흐름의 조정 작용을 통해 보상된다. 이 경우 상기 압력차는 상기 측정 장치 안에 집적된 마이크로센서의 가속도 또는 챔버에서의 가스의 온도 변화를 통해 얻어진다. 상기 가스 흐름은 챔버를 연결시키는 채널 안에서 측정 장치로 직접 검출되며 전기 신호로 변환된다.
상기 도면들에 도시된 실시예의 본 발명의 마이크로센서는 가스로 채워진 2개의 챔버(20, 30)를 가지는 하나 이상의 마이크로센서를 포함하며, 상기 챔버(20, 30)는 채널(40)을 통해 서로 연결되어 있으며 상기 챔버(20, 30)는 외부에 대해 기밀하게 폐쇄되어 있고 상기 채널(40) 안을 흐르는 가스 흐름을 검출하기 위한 검출 장치가 제공되며, 이 경우 상기 가스 흐름은 상기 챔버 안의 압력 차이에 의해 발생한다. 상기 검출 장치(70)에 가열-냉각-요소가 할당되고, 상기 요소를 이용해 상기 검출 장치는 상기 챔버(20, 30) 안의 가스 온도와 다른 측정 온도로 가열되거나 냉각될 수 있다.
도면에 도시된 실시예의 경우에 상기 양 챔버(20, 30)는 반도체 기판(10) 안에 위치한다. 상기 챔버(20, 30)는 밀리미터 범위의 크기를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 챔버(20, 30)는 각각 1 밀리미터의 폭, 2 마이크로미터의 높이 및 3밀리미터 길이를 갖는다. 상기 챔버(20, 30)를 연결시키는 채널(40)은 마이크로미터 범위의, 예를 들어 1 내지 10㎛2의 면적을 갖는다. 바람직하게는 상기 채널의 길이가 폭보다 2 내지 10 팩터(factor)만큼 더 크다. 상기 실시예에서 상기 채널(40)의 길이는 약 10㎛이다.
상기 가스 흐름의 검출을 위해 저항을 통해 형성되는 검출 장치(70)가 채널(40) 안에 배열되어 있다. 여기에 도시되지 않은 히터를 통해 또는 그것을 통해 유도되는 전류를 통해 측정 온도로 가열되는 저항(70)이 상기 채널(40)을 통해 유도되는 가스 흐름을 통해 냉각된다.
상기 저항(70)은 가스 흐름의 이용 전에 일정한 측정 온도를 가지며 거기를 스치며 지나가는 가스 흐름을 통해 온도 계수에 상응하게 저항값을 변화시킨다; 이와 같이 가열을 위해 그것을 통해 유도되는 전류 또는 그것에서 강하하는 전압이 변하게 된다. 그에 상응하는 전기 신호는 상기 마이크로센서로부터 나오는 스트립 컨덕터(71, 73) 또는 출력(72, 74)에서 인출된다. 온도 계수가 선형인 경우 상기 저항 변화는 제 1 의 근사치에서 채널(40)을 지나는 가스 흐름에 비례한다. 상기 가스 흐름의 방향 및 측정하려는 값의 부호는 가열되지 않은 저항(80)을 통해 형성된 추가-검출 장치(80)를 통해 검출될 수 있다. 가열되지 않는 상기 저항(80)은 가열되는 저항(70)의 근처에 배열되며 저항(70)으로부터 저항(80)으로 유도되는 가스 흐름을 통해 가열을 감지하게되는데, 왜냐하면 상기 가스 흐름이 가열된 저항(70)에 의해 가열되었기 때문이다. 왜냐하면 이는 가열된 저항(70)으로부터 가열되지 않는 저항(80)으로의 가스 흐름 방향에서만 이루어지기 때문에, 가스 흐름 방향이 반대인 경우 상기 저항(80)의 온도 변화가 조정되지 않는다. 온도 계수에 상응하게 상기 저항(80)의 가열의 경우에 조정되는 변화 저항은 상기 마이크로센서로부터 나오는 스트립 컨덕터(81, 83) 또는 출력(82, 84)에 의해 인출된다.
측정하려는 신호에 대해 상기 마이크로센서(5)의 자체 온도에 의한 영향을 억제하기 위해, 저항(60)을 통해 형성되는 기준-검출 장치(60)가 제공된다. 이 경우 상기 저항(60)은 상기 채널(40)의 크기에 유사한 기준 채널(50) 안에 배열된다. 상기 기준 채널(50)은 상기 반도체 기판(10) 안에 있는 채널(40)에 대해 평행하게 배열되어 있으며 상기 챔버(30)와만 연결되어 있으므로, 그것 안에 가스 흐름이 형성되지 않는다. 상기 기준 채널(50)은 상기 채널(40)과 동일한 횡단면을 갖는다. 그러나 그의 길이는 약간 더 작으므로, 상기 기준 채널(50)은 다른 챔버(20) 앞에서 끝난다.
상기 마이크로센서의 온도 영향을 배제하기 위해, 상기 저항(70)은 상기 저항(60)과 함께 (여기에 도시되지 않은) 브리지 회로 안에 장치되므로, 상기 챔버들 사이의 가스 흐름만이 그에 상응하는 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 저항(60, 70, 80)은 기본적으로 각각 임의의 소재로 이루어질 수 있다. 특수 금속 또는 하이도핑된 반도체는 상기 저항을 위한 소재로서 고려될 수 있다. 상기 저항(60, 70, 80)에 대한 하이도핑된 반도체 소재의 이용에서의 장점은 상기 저항(60, 70, 80)이 상기 측정 장치를 포함하는 집적 회로의 제조 공정 안에서 용이하게 제조될 수 있다는 것이다.
또한, 상기 검출 장치(70) 및/또는 상기 기준 장치(60) 및 추가-검출 장치(80)를 상기 채널(40) 또는 기준 채널(50)의 개구 앞에 배열하거나 또는 형성할 수도 있다. 그 외에도 상기 검출 장치(70) 및/또는 상기 기준 장치(60) 및 추가 검출 장치(80)는 상기 채널(40) 또는 상기 기준 채널(50)의, 상기 벽을 형성하는 반도체 소재의 일부 영역을 통해 형성되거나 증명되거나 또는 상기 벽을 형성하는 반도체 소재의, 상기 채널(40)의 개구 앞에 있는 일부 영역을 통해 형성되거나 또는 증명된다.
상기 제조 방법은 도 3A 내지 도 3C에서 상세히 도시된 단계를 포함하고 있다:
도 3A에 따르면 바람직하게는 실리콘으로 이루어지는 캐리어 층(10A)이 SiO2로 이루어지는 제 1 의 희생층(11)으로 덮힌다. 상기 제 1 의 희생층(11)은 0.5㎛과 5㎛ 사이의 두께를 갖는다.
그 다음에, 도 3A에 따르면 전기 전도성 구조층(12)은 저항(60, 70, 80)의 형성을 위해 증착된다. 상기 층은 도핑된 다결정 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 구조층(12)의 구조화는 반도체 기술에서 이미 공지된 포토리소그래피 및 에칭 공정으로 이루어진다. 상기 구조화는 상기 저항(60, 70, 80)뿐만 아니라 그의 공급선(61, 63, 71, 73, 81, 83)의 형성을 통해 완성된다. 상기 저항(60, 70, 80) 및 상기 공급선(61, 63, 71, 73, 81, 83)의 형성 후에 제 2 의 희생층(13)이 도 3B에 따라 증착된다. 상기 제 2 의 희생층(13)은 제 1 의 희생층(11)과 동일한 두께를 가지는 것이 바람직하다.
도 3B에 따라 상기 제 2 의 희생층(13) 위에 커버층(14)이 제공된다. 상기 커버층(14)은 역시 반도체 기술에서 이미 공지된 포토리소그래피 및 에칭 공정으로 영역들에서 에칭 개구(15)를 가지며, 나중의 공정 단계에서 중공실(16)이 챔버 또는 채널의 형태로 상기 에칭 개구 아래 만들어진다.
상기 커버층(14) 안의 에칭 개구(15)를 통해 상기 양 희생층(11, 13)은 선택적으로 에칭되므로, 도 3C에 따라 상기 챔버(20, 30)와 채널(40) 및 상기 기준 채널(50)이 형성된다.
경우에 따라서는 상기 기판(10) 안에 만들어지고 2개의 챔버(20, 30) 및 상기 챔버를 연결시키는 채널(40) 및 상기 기준 채널(50)을 형성하는 표면들의 적어도 일부는 폐쇄 전에 그 둘레를 에워싸는 반도체 소재(10) 안으로의 충전 가스의 확산을 억제하거나 적어도 감소시키는 차단층(18)을 갖게 된다(도 3C).
상기 커버층(14)을 커버 소재(17)로 - 예를 들어 액상 유리(running glass)로 (바람직하게는 BPSG) - 코팅하고 용융함으로써 상기 커버층(14) 안의 에칭 개구(15)는 도 3C에 따라 폐쇄된다. BPSG의 경우에 약 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 상기 용융 공정을 실시하는 것이 합목적적이다.
상기 용융 공정은 원하는 가스로 상기 챔버를 채우기 위해 가스 중에서, 경우에 따라서는 더 높은 압력에서 이루어진다.
하기에는 가속도 센서로서 동작하는 본 발명의 측정 장치의 기능이 상술된다.
기압 고등식()에 따르면 가스 칼럼(gas column) 안의 압력은 상기 가스의 고유 중량(ρ0), 가속도(g0) 및 높이(h)와 함수 관계를 갖는다. 작은 치수의 폐쇄된 시스템에 대해 압력 p = pa+ ρ0gh0가 적용되고, 이 식에서 h0는 유효 높이차이고 p0는 내부 정압이다. 가속도(Δg)의 변화는 양 챔버 사이의 압력차 Δp = ρ0h0Δg를 야기한다. ρ0 10 kg/㎥ (예를 들어 SF6, 크세논)의 무거운 가스를 이용하면, Δg = 1 g0(중력 가속도) 및 h = 3 ㎜만큼의 변화에 대해 Δp0.3 Pa의 압력차가 발생한다. 1 at105Pa의 내부 정압의 경우에 이는의 챔버(20과 30) 사이의 압력 변화를 의미한다. V = 3 x 103x 103x 2 ㎛3의 챔버 체적과 a = 1 x 1 ㎛2의 채널 면적의 경우에, 이는의 길이를 가지는 가스 칼럼이 저항을 지나 흘러가며 상기 저항(70)의 그에 상응하는 전도성 변화가 그의 냉각을 통해 야기됨을 의미한다. 상기 시스템의 감도는 상기 파라미터(ρ0, V, h0)를 통해 조정될 수 있다. 상기 가속도의 도함수 dg/dt가 측정된다. 0 내지 50g의 측정 범위를 가지는 에어백 시스템에 대해 위에서 예시적으로 선택한 파라미터를 이용해 충분한 정밀성이 얻어질 수 있다. 가속이 없는 상기 시스템의 기능 테스트는, 동작 시에 상기 챔버들 사이의 채널 안에서의 가스 흐름을 야기하고 상기 양 챔버들 중 어느 하나 안에 설치된 히트 저항(heating resistance)을 통해, 가능해진다.
하기에는 어떻게 본 발명의 측정 장치가 압력 센서로서 작동하는지가 설명된다.
이를 위해 상기 도면에 상응하는 배열은 상기 챔버들 중 어느 하나가 탄성 멤브레인에 의해 한정되는 경우에 대해 설명되어 있다. 상기 챔버 두께(a)의 1%만큼 상기 멤브레인을 편향시킬 경우 다음의 길이를 가지는 가스 칼럼이 저항(70)을 스쳐지나간다:
V = 하나의 챔버의 체적
상기 챔버 안의 정압 pa= 105Pa
상기 챔버(20, 30)의 치수를 예를 들어 100 x 100 x 2 ㎛3로 줄이면, 200㎛의 길이를 가지는 가스 칼럼이 상기 저항을 지나간다. 이것이 의미하는 바는 단지 0.01㎟의 챔버 면적으로 감도가 매우 좋은 압력 측정 시스템이 형성될 수 있다는 것이다. 가속도 메터에서처럼 여기에서도 상기 압력의 도함수가 측정된다. 출력값으로서 압력을 얻기 위해, 전자 신호 평가 장치는 상기 적분 신호를 포함한다.
양 챔버(20, 30)가 탄성 멤브레인에 의해 한정되면, 본 발명에 따른 장치와 함께 압력차 압력 센서 역시 형성될 수 있다.
상기 도면에 도시된 온도 센서로서의 마이크로센서를 달리 구성하기 위해, 예를 들어 상기 챔버들 중 어느 하나는 열 방사를 흡수하는 층을 가지는 반면, 다른 챔버는 열 방사를 반사하도록 구성된다. 그러므로 이런 배열로 매우 감도가 좋은 온도 측정 시스템이 형성될 수 있다. 챔버 안에서 전체 온도가 예를 들어 1℃만큼 상승하면, 다음의 길이를 가지는 가스 칼럼이 저항(70)을 흘러 지나가게 된다:
예를 들어 단지 0.01㎟의 챔버 면적과 0.1℃의 변화 온도의 경우에 7㎛ 길이의 가스 칼럼이 상기 저항(70)을 흘러 지나간다.
상기 측정 장치는 일차원 또는 이차원 어레이에서 전술한 다수의 온도 마이크로센서를 가질 수 있으며, 상기 마이크로센서는 평가 회로와 함께 모노리식으로 집적될 수 있으며 그것을 이용해 그것들은 개별적으로 동작할 수 있다. 그러한 장치는 예를 들어 적외선 카메라의 센서 요소로서 이용될 수 있다. 평가 회로를 이용한 적분은 다른 실시예에서도 가능하다.
가속도, 압력 또는 온도에 대한 측정 장치에서 동작 압력 pa이때문에 온도 의존적이고, 이는 수신된 신호(Δg, Δp, ΔT)의 경우에 상기 가스 칼럼의 길이가 상기 온도에 의존적으로 되는 결과를 가져온다는 것을 유의해야 한다. 상기 저항(70)의 가열에 의한 적절한 온도 보상을 통해 이는 수정될 수 있다.

Claims (23)

  1. - 하나 이상의 마이크로센서(5)가 가스로 채워지는 2개 이상의 챔버(20, 30)를 가지며,
    - 상기 챔버(20, 30)가 하나 이상의 채널(40)을 통해 서로 연결되며,
    - 상기 챔버(20, 30)가 외부에 대해 기밀하게 폐쇄되고,
    - 상기 챔버 안에 존재하는 압력이 다르기 때문에 야기되어 하나 이상의 채널(40) 안을 흐르는 가스 흐름을 검출하기 위한 검출 장치(70)가 제공되는 상기 마이크로센서(5)를 가지는 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)에 가열-냉각-요소가 할당되고, 상기 가열-냉각-요소를 이용해 상기 검출 장치는 상기 챔버(20, 30) 안의 가스 온도와 다른 측정 온도로 가열되거나 냉각될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(20, 30) 사이에서 채널(40)을 흐르는 가스 흐름 때문에 발생하는 상기 검출 장치(70)의 온도 변화가 검출되고 상기 검출 장치는 그에 대한 반응으로서 상기 검출 장치의 출력(72, 74)에서 전기 측정 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  4. 제 2 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)와 결합된 가열-냉각-요소는 전기 히트 저항, 히트 트랜지스터 또는 히트 다이오드를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)와 결합된 가열-냉각-요소는 펠티어 요소를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)는 서모 요소를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)는 상기 가열-냉각-요소 자체를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 챔버(30) 쪽으로만 이어진 기준 채널(50)이 제공되며, 설정된 전기 특성을 가지는 기준-검출 장치(60)가 상기 기준 채널에 할당되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 설정된 전기 특성을 가지는 추가-검출 장치(80)가 상기 검출 장치(70)에 할당되고, 상기 추가-검출 장치(80)는 상기 측정 온도에 있는 검출 장치(70)를 통해 온도가 변하는 가스 흐름의 가열 또는 냉각을 통해, 상기 검출 장치(70)로부터 추가-검출 장치(80)로의 가스 흐름 방향의 경우에, 가열되거나 냉각되며 그에 대한 반응으로서 출력(82, 84)에서 전기 측정 신호를 출력하거나 상기 추가-검출 장치(80)로부터 검출 장치(70)로의 가스 흐름 방향의 경우에 출력(82, 84)에서 측정 신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)와 기준-검출 장치(80)가 측정 브리지 회로 안에 함께 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)도 그리고 상기 기준 검출 장치(60)도 또는 상기 추가-검출 장치(80)도 벽의 가장자리 안에 또는 그 가장자리에 배열되거나 벽으로 이루어져 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 벽이 반도체 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로센서(5)의 상기 챔버(20, 30)와 채널(40, 50) 및/또는 상기 기준 채널(50)이 반도체 기판(10) 안에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 장치(70)는 하나 이상의 채널(40) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가-검출 장치(80)는 하나 이상의 채널(40) 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(20, 30) 중 하나가 외부에 대해 기밀하게 폐쇄되는 탄성 멤브레인을 가지는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로센서(5)는 행과 열에 매트릭스의 형태로 배열되고 제어 회로를 이용해 개별적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  18. 하나 이상의 마이크로센서(5)를 가지며 기판에 모노리식으로 형성되는 측정 장치의 제조 방법에 있어서,
    - 2개 이상의 챔버(20, 30)를 연결시키는 하나 이상의 채널(40)을 가지는 상기 챔버(20, 30) 및 하나의 챔버(30) 쪽으로만 이어진 기준 채널(50)을 형성하기,
    - 상기 챔버(20, 30) 안에 존재하는 압력이 다르기 때문에 발생하는, 하나 이상의 채널(40) 안을 흐르는 가스 흐름을 검출하기 위한 검출 장치(70)를 형성하기,
    - 상기 챔버(20, 30), 상기 채널 및 기준 채널(50)을 가스로 채우기,
    - 상기 챔버(20, 30)를 외부에 대하여 기밀하게 폐쇄하기의 단계를 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 챔버(20, 30)와 상기 챔버를 연결시키는 하나 이상의 채널(40)의 폐쇄가 커버 소재(17)의 용융을 통해 이루어지고, 상기 커버 소재로 상기 챔버와 상기 채널 및 상기 기준 채널(50)이 채워지지 않도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 챔버(20, 30)를 채우기 위해 정해진 가스의 존재 하에서 상기 커버 소재(17)가 용융되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 커버 소재(17)가 BPSG인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    - 기판(10)을 희생층(11)으로 예를 들어 SiO2로 코팅하기,
    - 예를 들어 에칭 공정을 이용해 상기 희생층(11) 위에 상기 검출 장치(60), 기준 검출 장치와 추가-검출 장치(70, 80) 및 그의 공급선(61, 63, 71, 73, 81, 83)을 구조화하기,
    - 제 2 의 희생층(13)을 도포하기,
    - 예를 들어 다결정 실리콘으로 이루어지는 커버층(14)을 도포하기,
    - 적어도 부분적으로 상기 챔버(20, 30) 및/또는 채널(40, 50)을 형성하여야 하는 영역들에서 호울(15)을 상기 커버층(14)에 제공하기,
    - 상기 챔버(20, 30) 및/또는 채널(40, 50)의 제조를 위해 상기 커버층(14)의 호울(15)을 통해 상기 양 희생층(11, 13)을 에칭하기의 공정 단계를 통해 상기 기판(10)의 상기 챔버(20, 30) 및 상기 챔버를 연결시키는 하나 이상의 채널(40) 및 상기 기준 채널(50) 및 검출 장치(60) 및 기준 검출 장치 및 추가 검출 장치(70, 80)가 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(10) 안에 만들어지고 2개 이상의 챔버(20, 30) 및 상기 챔버를 연결시키는 하나 이상의 채널(40) 및 상기 기준 채널(50)을 형성하는 면들의 적어도 일부가 상기 커버 소재(17)를 이용해 폐쇄 전에 그를 에워싸는 반도체 소재(10) 안으로의 충전 가스의 확산을 억제하거나 적어도 감소시키는 차단층(18)을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
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