KR20090094809A - 고 감도 압저항 소자 - Google Patents

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Abstract

기계 대 전기 센싱 구조체는 핸들 층 내에 형성되는 제1 이동 가능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록을 갖는다. 제1 힌지는 제1 이동 가능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록에 커플링되고 제1 힌지의 만곡 이외에 하중을 견디도록 구성된다. 제1 게이지는 제1 힌지로부터 분리되고, 제1 블록 또는 제2 블록 중 하나의 블록을 제1 힌지를 중심으로 다른 블록에 대해 회전시키려는 경향이 있는 모멘트가 제1 게이지의 길이를 따라 인장력 또는 압축력을 인가하는 것을 제공하도록 정렬된다. 제1 게이지는 장치 층으로부터 형성되고, 장치 층과 핸들 층 사이에 산화물이 있고, 센싱 구조체는 SOI 웨이퍼로부터 제조된다.
기계 대 전기 센싱 구조체, 이동 가능한 블록, 장치 층, 핸들 층, 산화물 층

Description

고 감도 압저항 소자 {HIGHLY SENSITIVE PIEZORESISTIVE ELEMENT}
본 발명은 일반적으로 기계 대 전기 센싱 구조체(mechanical-to-electrical sensing structure)에 관한 것이고 더 구체적으로는, 장치 층과 핸들 층 사이의 산화물, 그리고 압저항 소자의 외부면들 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물에 의해 압저항 소자 아래의 핸들 층을 에칭하는 중에 보호되는 압저항 소자를 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체에 관한 것이다.
전기 기계 변환기에서, 변환 소자는 두 개의 부품의 상대 변위를 검출하고, 대응하는 전기 신호를 전개(develop)시키기 위해 활용된다. 일반적으로, 이러한 상대 변위는 종래에 다양한 종류의 변형계(strain gauge)로 측정되었다. 그러나, 이들은 상당히 무겁고, 이들 중 몇몇은 매우 부피가 크고 이들 중 몇몇은 감도가 떨어지는 경향이 있다. 이들은 매우 고가인 복잡한 설계를 갖는다.
압력형 센서 또는 게이지는 사이에 힘이 인가되는 두 개의 부품 사이에 장착되는 것으로 공지되어 있다. 따라서 게이지는 그 힘에 따른 양만큼 변형된다.
압저항 변환기가 수년간 사용되면서 발전함에 따라, 고 감도이고 부피가 작은 매우 작은 센서를 갖는 것을 점점 원하게 되었다. 그러나, 매우 작은 크기의 힘 게이지를 개발하기 위해서는, 이들이 개발되면 그 기판 상의 후속 장착을 위해 취급하는 것에 어려움이 있다. 이들이 작은 크기일 뿐 아니라 깨지기 쉽기 때문에 취급하는 것이 어렵다.
힘 변환기의 주요한 장점 중 하나는, 패드가 부착된 두 개의 부품의 상대 운동에 의해 생성되는 그 각각의 단부에서의 패드들 사이의 변위가, “현수”되어 집중된다는 점이고, 말하자면, 힘 게이지의 일부가 검지되거나 측정되는 변형을 기계적으로 증폭시킬 수 있다는 점이다. 또한, 단위 변위 당 소자의 저항 변화는 소자의 길이가 감소됨에 따라 증가된다. 짧은 게이지 길이와 적절한 레버리지의 사용에 의해, 매우 작은 변위로부터 매우 큰 저항 변화가 야기될 수 있다. 이러한 저항의 변화는 하나의 패드로부터 다른 패드로 흐르는 전류에 의해 결정되고, 저항의 변화로부터 야기되는 다른 전기적 특성 또는 전압의 변화를 측정한다. 그러나, 이러한 힘 게이지의 크기를 작게 감소시키도록 시도하면, 전술한 바와 같이 그 기판 상에 장착하기 위해 이를 취급하는 것에 대한 어려움이 발생할 뿐만 아니라, 매우 작은 물체를 취급하는 것에서 주로 야기되는 다른 문제점도 발생한다.
변형 센싱 소자(strain sensitive element)는 사용시 현수되는 기판으로부터 분기되는(derived) 힘 게이지의 형태로 제공된다. 즉, 게이지는 기판 상에 형성되거나 그 위에 표시되며, 그 다음에 기판의 재료로부터 에칭된다. 힘 게이지의 일 형태에서, 게이지는 기판의 미세부에 의해 기판에 적절하게 연결되어 유지되면서, 게이지는 그 아래에 작은 지지부 또는 메사(mesa)가 형성되도록 에칭된다. 이러한 바람직한 형태에서, 본 발명은 그 길이를 따라 기판으로부터 에칭되지만 그 단부에서는 연속되는 힘 게이지에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 게이지는 그 지지부 에 대해 결정질로(crystallinally) 연속된다.
즉, 실질적으로 작은 변형 체적을 갖는 힘 게이지는 과거의 힘 게이지의 방식 이후에, 기판 내에 또는 기판에 강성 본딩된 재료에 게이지를 형성하고, 그 다음에 인접한 재료를 에칭하여, 공간 내에 게이지가 자유롭게 남겨둠으로써 제조되지만, 기판의 원위부(remote portions)에 의한 원치 않는 교차 하중에 대해 지지된다. 이러한 게이지는, 변형 체적이 5 X 10-7㎤인 상업적으로 활용 가능한 힘 게이지와는 대조적으로, 변형 재료의 3 X 10-10 ㎤의 작은 체적을 가질 수 있다. 이들 게이지는 통상적으로 1/1000만큼 변형된다. 따라서 변형 에너지는 작은 게이지의 천배 미만이다.
이러한 형식의 게이지는 통상적으로 약 0.6E-4㎝ x 4E-4㎝ x 12E-4㎝, 3E-11㎤, 50ohm의 치수를 갖는다.
하나의 힘 게이지에서, 종래의 실리콘 결정 재료가 선택되고, 게이지의 윤곽(outline)은 기판을 형성하는 선택된 결정에서 에칭된다. 에칭은 이방성 및 도핑 선택적으로 선택된다. 원하는 결과에 따라 부식성이고 히드라진(hydrazine)이고 파이로카테콜(pyrocatechol)인 에칭제(etchant)가 선택될 수 있다. 이들은 [112] 방향으로 신속하게 실리콘을 공격하고, [110] 방향으로 적당하게 신속하게 공격하고, [111] 방향으로 매우 느리게 공격한다. 본 발명에서, 기판의 배향은 게이지가 연장되는 홈을 형성하기 위해 (110)면 및 게이지를 따른 [111]이다. 이러한 배향에서, 홈은 거의 수직인 벽과, 거의 편평한 플로어에 형성된다.
이방성인 동일한 에칭제는 붕소 농도가 5 X 1019/ cc를 초과하여 전개되는 실리콘을 이 에칭제가 매우 느리게 공격한다는 점에서 도핑 선택적이다. 본 발명의 프로세스에 따라, 게이지가 형성되고, 그 단자는 또한 대략 10X20 / cc인 붕소 농도로 산화물 마스크를 통한 편평 확산 또는 이온 주입에 의해 형성된다. 붕소는 게이지를 P형으로 만드는 한편, 기판은 N형이다. 확산 영역은 P-N 접합에 의해 기판으로부터 전기적으로 절연된다. 홈을 형성하는 에칭 절차 동안, 게이지는 에칭제에 노출되지만, 이에 대해서 저항성을 갖는다. 알 수 있는 바와 같이, 그리고 본원에서 보다 설명하는 바와 같이, 게이지가 연장되는 부분 위에 홈이 형성될 때, 힌지는 또한 센서에 의해 모니터되는 변형을 전개하기 위해 둘레에서 기판의 일단부가 타단부에 대해 이동하는 기판 내에 형성된다. 또한, 힌지는 횡방향 하중에 대해 게이지를 보호한다. 이방성 에칭제는 모두 도핑 선택적인 것은 아니다. 이방성 에칭제의 일부는 또한 도핑 선택적이다.
도핑 선택적 에칭에 의해 남겨진(spared) 게이지 재료는 반드시 고 농도로 도핑되고, 따라서 통상적으로 0.001ohm-㎝의 낮은 저항을 갖는다는 점에 주의한다. 이는 개별 게이지들이 종래의 회로 소자용으로는 불충분하게 낮은 저항을 갖게 한다. 예를 들어, "튼튼한(sturdy)" 게이지는 단지 13ohm의 저항을 가질 것이고, 가장 작은 종래 기술의 게이지는 50ohm을 가질 것이다. 일반적인 시장에서의 자유 직립 변환기는 100ohm을 초과하는 저항을 가질 것으로 기대되며, 1000ohm이 바람직하다. 따라서 몇몇개의 이들 게이지를 허용 가능한 저항을 얻기 위해 전기적으로 직렬이며 기계적으로 병렬로 설정하는 것이 필요하다. 각각의 추가된 게이지는 기계적 신호 공급원으로부터 동일한 변형 에너지를 필요로 하여, 저항을 높이기 위해 시스템 감도는 감소된다.
다른 힘 게이지에서, 두 개의 기판 웨이퍼가 서로 본딩된다. 홈은 웨이퍼의 본딩 전 또는 후에 형성된다. 게이지와 그 단자들은 웨이퍼를 본딩하기 전에 필요한 고 농도의 붕소를 이들에 도핑함으로써 게이지 웨이퍼에 형성되고, 그 다음에 게이지 웨이퍼의 도핑되지 않은 부분을 모두 에칭한다. 다른 방법으로는, 게이트 웨이퍼의 전체가 본딩된 표면이 붕소로 도핑되어, 게이지가 이후의 포토리소그래픽(photolithographic) 단계에 의해 에칭될 수 있는 연속 시트의 게이지 재료를 남겨두고 에칭된다.
일단 두 개의 웨이퍼가 함께 본딩되면, 웨이퍼에 형성된 적절한 홈 또는 개구 위에 게이지가 위치되고, 그 다음에 게이지와 그 단자들을 제외하고 게이지 웨이퍼 모두를 에칭함으로써 게이지는 자유롭게 된다.
본 발명의 목적은 개선된 압저항 장치와 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 향상된 감도를 갖는 압저항 장치와 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자가 보호 에지를 갖는 압저항 장치와 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 산화물에 의해 압저항 소자 아래의 핸들 재료를 에칭하는 중에 보호되는 압저항 소자를 갖는 압저항 장치와 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적들 및 다른 목적은 핸들 층 내에 형성되는 제1 이동 가능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록을 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체에서 달성된다. 제1 힌지는 제1 이동 가능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록에 커플링되고 제1 힌지의 만곡 이외에 하중을 견디도록 구성된다. 제1 힌지는 핸들 층 내에 형성된다. 제1 압저항 소자는 제1 힌지로부터 분리되고, 제1 블록 또는 제2 블록 중 하나의 블록이 제1 힌지를 중심으로 다른 블록에 대해 회전하려는 경향이 있는 모멘트가 제1 압저항 소자의 길이를 따라 인장력 또는 압축력을 인가하는 것을 제공하도록 정렬된다. 제1 압저항 소자는 장치 층으로부터 형성되고, 장치 층과 핸들 층 사이에 산화물이 있다. 센싱 구조체는 SOI 웨이퍼로부터 제조되고, 제1 압저항 소자는 장치 층과 핸들 층 사이의 산화물, 및 제1 압저항 소자의 외부면들 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물에 의해 제1 압저항 소자 아래의 핸들 재료를 에칭하는 중에 보호된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기계 대 전기 센싱 구조체를 제조하는 방법이 제공된다. 장치 층, 핸들 층 및 산화물 장벽을 갖는 SOI 웨이퍼가 사용된다. 장치 층 내에 적어도 하나의 압저항 소자의 패턴이 윤곽 형성된다(outlined). 보호 커버는 후속 에칭 작업으로부터 보호하도록 장치 층 위에 제공된다. 힌지들은 핸들 층 내로 스컬프처(sculpture)된다.
도 1a는 본 발명의 게이지와 같은 기계 대 전기 센싱 구조체의 일 실시예의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 기계 대 전기 센싱 구조체의 단면도이다.
도 2a는 구조체의 평면 외부의 감도를 갖는 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 실시예를 도시한다.
도 2b는 구조체의 평면 내에서의 감도를 갖는 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 실시예를 도시한다.
도 3은 재료의 제1 부가 층이 진동 질량체(seismic mass)의 운동을 제한하도록 SOI 웨이퍼에 대해 평행하고 SOI 웨이퍼로부터 이격되어 있는 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 또다른 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3과 유사하지만, 제2 부가층을 갖는 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 또다른 실시예를 도시한다.
도 5는 압력 센서의 림 블록을 갖는 본 발명의 일 실시예를 도시한다.
도 6a는 제2 게이지, 제3 이동 가능한 블록 및 제3 힌지를 갖는 본 발명의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 구조체의 하향식 도면(top down view)이다.
도 7a는 제3 블록 및 제4 힌지를 갖는 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 또다른 단면도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 구조체의 하향식 도면이다.
도8은 6개의 블록들을 갖는 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 또다른 실시예를 도시한다.
도9는 게이지 아래에 개구가 형성된 본 발명의 기계 대 전기 센싱 구조체의 또다른 실시예를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 핸들 층(16) 내에 형성된 제1 이동 가능한 블록(12) 및 제2 이동 가능한 블록(14)을 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체(10)가 제공된다. 제1 힌지(18)는 제1 이동 가능한 블록(12) 및 제2 이동 가능한 블록(14)에 커플링되고 제1 힌지(18)의 만곡 이외에 하중을 견디도록 구성된다. 제1 힌지(18)는 핸들 층(16) 내에 형성된다. 제1 힌지(18)로부터 분리되고, 제1 블록(12) 또는 제2 블록(14) 중 하나의 블록을 제1 힌지(18)를 중심으로 다른 블록에 대해 회전시키려는 경향이 있는 모멘트가 제1 게이지(20)의 소정 길이를 따라 인장력 또는 압축력을 인가하는 것을 제공하도록 정렬되는, 제1 압저항 소자 또는 게이지(20)가 제공된다. 제1 게이지(20)는 장치 층(22)으로부터 형성되고, 장치 층(22)과 핸들 층(16) 사이에 산화물 층(24)이 있다.
센싱 구조체(10)는 일반적으로 26으로 표시된 SOI 웨이퍼로부터 제조된다. 제1 게이지(20)는 장치(10)와 핸들 층(18) 사이의 산화물에 의해, 그리고 제1 게이지(20)의 외부면 상의 일반적으로 28로 표시된(도 1b) 에칭 방지 산화물 또는 질화물에 의해 제1 게이지(20) 아래의 핸들 재료를 에칭하는 중에 보호된다.
제한되지 않고 예시를 위해, 본 발명의 일 실시예에서, 게이지(20)는 1E-9㎤의 체적을 생성하기 위해 두께가 3E-4㎝이고 폭이 8E-4㎝이고 길이가 32E-4㎝인 치 수를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 게이지는 1E-12㎤의 체적을 생성하기 위해 두께가 0.3E-4㎝이고 폭이 3E-4㎝이고 길이가 12E-4㎝인 치수를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 압저항 소자(20)의 외부면 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물(28), 및 산화물 모두는 제1 게이지(20)로부터 제거되고, 실질적으로 제1 게이지(20)만이 인장력 또는 압축력을 수반한다. 일 실시예에서, 제1 게이지(20)는 장치 층(22)의 인장 강도와 크기가 대략 동일한 압축 하중에 대한 버클링(buckling)에 실질적으로 저항하는 것에 비례한다. 버클링에 실질적으로 저항하는 것은 게이지(20)의 버클링이 구조체(10)의 초과 범위 능력에 대해 제한적이어서는 안된다는 것을 의미한다. 이는 버클링을 발생시키는 압축 응력이 파괴를 발생시키는 장력 응력보다 커야 한다는 것을 의미한다. 버클링에 실질적으로 저항하는 것은 동등하거나 보다 작은 압축 하중으로부터의 버클링이 아니라, 간단한 장력에서의 파손 파괴의 제1 모드를 가져야한다. 잘 지지된 실리콘 컬럼(silicon column)에 있어서, 이는 폭과 두께 중 작은 것이 예컨대 길이의 4%보다 클 것을 요구한다.
고정 단부 컬럼의 버클링에 대한 오일러 방정식(euler equation)은 이하와 같다:
Figure 112009026847448-PCT00001
제한되지 않고 예시를 위해, 150,000psi의 압축을 갖는 것을 필요로 하는 실리콘 컬럼에 있어서, 길이는 폭 또는 두께 중 작은 것의 43배보다 크지 않다. 일 표면에서 컬럼을 갖는 구조체에서, 컬럼은 완전히 고정된 단부를 갖지 않고, 이에 따라 허용 가능한 길이는 작다.
일 실시예에서, 제1 게이지(20)의 폭 및 두께는 제1 게이지(20)의 길이의 약 4%보다 크다. 제1 게이지(20)는 버클링에 저항하도록 사전 인장된(pre-tensioned) 재료로 제조될 수 있다. 사전 인장된 재료는 고농도로 붕소가 도핑된 실리콘(heavily boron doped silicon) 재료 등일 수 있다. 사전 인장된 재료는 인장을 제공하도록 충분히 도핑된다. 사전 인장된 재료는 인장을 제공하기 위해 충분히 도핑될 수 있다.
사전 인장은 도핑함으로써, 또는 실리콘 격자 작은 붕소 원자(silicon lattice smaller boron atom)로 치환함으로써, 또는 기계식 수단에 의해 달성될 수 있다. 핸들 층(20) 및 장치 층(22) 모두가 편평하지 않게 굽혀지는 동안, 기계식 수단은 SOI 웨이퍼(26)의 핸들 층(20) 및 장치 층(22)을 함께 접합한다. 장치 층(22) 표면이 인장 상태에 있도록, 그 표면은 접합부에서 볼록한 반면, 접합되는 핸들 층(16) 표면은 오목하다.
예시를 위해, SOI 웨이퍼(26)의 장치 층(22)은 장치 층(22)과 핸들 층(16) 모두가 굽혀질 때 장치 층(22)을 핸들 층(16)에 조립함으로써 사전 인장될 수 있다. 굽힘 력의 해제는 장치 층(22)을 핸들 층(16)에 의해 신장된 상태로 놓아둔다.
소형(undersize) 원자의 실리콘 격자로의 치환은 도핑된 결정을 소형이 되게 하고, 이는 기판에 치수적으로 고정된다. 붕소는 활성 전기 도핑제로서 치환하는 소형 원자의 널리 공지된 일례이다. 붕소는 실리콘을 강한 p-타입이 되게 한다.
일 실시예에서, SOI 웨이퍼(26)는 구조체(10)를 형성하기 전에 초기에 인장 상태에 있다. 제한되지 않고 예시를 위해, SOI 웨이퍼(26)는 소형 원자로 고농도로 도핑됨으로써 인장 상태에 놓일 수 있다. 소형 원자는 붕소 등일 수 있다.
구조체(10)로부터의 압축 하중은 사전 인장을 감소시킨다. 구조체(10)로부터의 인장 하중은 사전 인장을 증가시킨다.
일 실시예에서, 제1 게이지(20)의 저항은 약 0.01 내지 1.0ohm-㎝이다. 또 다른 실시예에서, 제1 게이지(20)의 도핑은 p-타입 실리콘에 있어서 약 6E15 내지 6E18 붕소/cc이다. 일 특정 실시예에서, 제1 게이지(20)의 저항은 약 0.002 내지 0.0007 ohm-㎝이다. 일 실시예에서, 제1 게이지(20)의 도핑은 p-타입 실리콘에 있어서 약 6E19 내지 2E20 붕소/cc이다. 또 다른 실시예에서, 제1 게이지(20)는 약 600ohm 내지 60,000ohm의 저항을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 제1 게이지(20)는 약 400ohm 내지 2000ohm의 저항을 갖는다.
장치 층(22)과 핸들 층(16) 사이의 산화물 층(24)의 두께는 약 0.1마이크로미터 내지 2.0마이크로미터 범위 내에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 장치 층(22)은 약 2마이크로미터 내지 10마이크로미터의 두께, 더 양호하게는 약 2마이크로미터 내지 5마이크로미터의 두께, 더 양호하게는 약 3마이크로미터의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 핸들 층(16)은 약 125마이크로미터 내지 1㎜의 두께를 갖는 다. 장치 층(22) 및 핸들 층(16)은 동일한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 장치 층(22) 및 핸들 층(16)은 6H 실리콘 카바이드로 제조되고, 장치 층(22)은 (0001) 면으로 배향된다. 일 실시예에서, 장치 층(22)은 (110) 면으로 배향된 실리콘일 수 있고, 제1 게이지는 실리콘의 [111] 방향으로 정렬된다. 또 다른 실시예에서, 장치 층(22)은 (100) 면으로 배향된 실리콘이고, 제1 게이지는 [110] 방향으로 정렬된다.
일 실시예에서, 구조체(10)는 가속 센서이다. 이 실시예에서, 도 2a 및 도 2b에서, 제1 이동 가능한 블록(12) 또는 제2 이동 가능한 블록(14) 중 하나의 이동 가능한 블록은 프레임이고 가속을 감지하도록 구성되고, 다른 제1 이동 가능한 블록(12) 및 제2 이동 가능한 블록(14)은 가속 센서(10)의 진동 질량체이다. 도 2a에는 구조체(10)의 평면 외부의 감도가 있는 한편, 도 2b에는 구조체(10)의 면 내의 감도가 있다. 제1 힌지(18)는 진동 질량체의 허용된 운동이 SOI 웨이퍼(26)의 평면 내에서의 회전인 것을 제공하도록, SOI 웨이퍼(26)의 두께 내로 연장된다.
프레임, 예컨대 제1 이동 가능한 블록(12) 또는 제2 이동 가능한 블록(14)은 진동 질량체 주위로 연장될 수 있고, 제1 힌지(18)로부터 멀어지는 방향으로 진동 질량체의 단부에 대해 근접하여 이격될 수 있다. 이는 진동 질량체의 운동을 제한하고 제1 게이지(20)의 초과 변형(strain)을 최소화한다. 제1 힌지(18)는 SOI 웨이퍼(26)의 평면에 대해 평행할 수 있고, 제1 힌지(18)의 허용된 운동이 SOI 웨이퍼(26)의 평면 내로의 그리고 SOI 웨이퍼(26)의 평면 외부로의 회전인 것을 제공하도록 장치 층(22)으로부터 이격될 수 있다.
도 2(c)에 도시된 바와 같이, 장치 층(22)의 탭이 주변 프레임으로부터 진동 질량체를 분리시키는 갭을 가로질러 돌출하고 절연 산화물이 탭의 팁 아래로부터 에칭되는 경우에, 갭은 산화물 장벽(24)의 두께와 동일하게 남아있다. 부품들은 탭의 팁에 의한 이들의 이동 시에 방해되기 전에 이 갭의 공간에 의해 서로에 대해 이동할 수도 있다. 진동 질량체로부터 프레임으로 연장되는 탭은 장치 층(22)으로부터 멀어지는 운동을 방해한다. 프레임으로부터 진동 질량체로의 탭은 장치 층(22)을 향한 운동을 방해한다. 탭이 충분히 짧고 튼튼하고 다수개라면, 탭은 질량(mass)의 초과 운동에 대한 기계적 멈춤부로서 기능할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 재료의 제1 부가 층(29)이 제공되고, 진동 질량체의 운동을 제한하고 제1 게이지(20)의 초과 변형을 최소화하도록 SOI 웨이퍼(26)에 대해 평행하고 SOI 웨이퍼(26)로부터 이격된다. 제1 부가 층(29)은 SOI 웨이퍼(26)를 위한 멈춤부를 제공한다. 진동 질량체의 상향 및 하향 운동은 장치 층(22)과 핸들 층(16) 사이에 제거된 산화물 층(24)의 양과 대략 동일한 양일 때 실질적으로 정지된다. 진동 질량체는 장치 층(22) 아래에 연장될 수 있고, 이들 사이의 산화물 층(24)은 장치 층(22)에 의해 정지되기 전에 제거된 산화물 층(24)의 양만큼 진동 질량체가 장치 층(22) 쪽으로 이동하게 하도록 제거된다. 도4에 도시된 바와 같이 제2 부가 층(30)이 포함될 수 있다. 제2 부가 층(30)은 제1 부가 층(29)에 의해 정지된 방향과 반대인 방향으로의 초과 운동에 대한 핸들 층(16)의 운동을 위한 멈춤부를 제공한다.
게이지 구조체 센서의 일례는 여기에 참조로 합체된 미국 특허 제4,498,229 호에 개시되어 있다.
또 다른 실시예에서, 구조체(10)는 압력 센서이다. 구조체(10)가 압력 센서인 경우, 상대적으로 이동 가능한 블록들(12, 14) 중 하나는 압력 공급원에 대해 밀봉될 수도 있는 연속 림을 형성한다. 하나 이상의 상대적으로 이동 가능한 블록들(12, 14)은 이러한 림 내에 놓여있고 핸들 층(16)으로부터 유도되는 연속 얇은 층에 의해 그에 대해 밀봉된다. 이러한 얇은 층은 블록들이 인접하여 있는 곳에서 국부적으로 "힌지"로서, 그리고 압력을 힘으로 합치기 위한 압력 다이어프램으로서 기능을 한다.
압력 센서들의 복잡성의 다양한 레벨에서, 게이지를 갖는 1개의 힌지 및 1개의 내부 블록, 3개의 힌지를 사이에 갖는 2개의 내부 블록들, 4개의 힌지를 갖는 3개의 내부 블록, 8개의 힌지를 갖는 5개의 내부 블록 등이 내부에 있는 림을 고려한다.
2개의 내부 블록에 있어서, 각 블록은 림에 대해 힌지되고, 블록들의 내부 단부들은 일반적으로 블록들의 측부들 사이에서 서로에 대해 힌지되고, 림은 가요성을 위한 다이어프램의 넓은 구역이다.
압력의 인가는 블록들이 림에 대해 기울어지게 한다. 압력이 지지(bearing) 게이지에 대향하는 구조체의 측부에 인가된다고 가정하면, 내부 블록과 림 사이의 게이지는 압축될 것이다. 2개의 내부 블록들 사이의 힌지는 2개의 블록들의 기울기의 합을 가질 것이다. 블록들이 동일한 길이를 갖는다면, 중앙 힌지에서의 기울기는 다른 8개의 힌지에서의 기울기의 2배일 것이다. 힌지 및 게이지가 에지 게이 지와 동일한 길이를 갖는다면, 이는 에지 게이지에 압축이 발생되는 장력 레벨의 2배를 가질 것이다.
응력 레벨의 차이는 별로 동일하지 않은 길이의 내부 블록들을 제조함으로써 최소화될 수 있어서, 보다 긴 블록이 보다 짧은 블록의 기울기에 약간 추가된다. 동등한 응력 레벨이 추구된다면, 2개의 동등한 블록들 사이의 게이지 및 힌지는 에지에서의 게이지 및 힌지보다 2배만큼 길다.
내부 게이지로의 전기 접속이 어렵기 때문에, 가장 용이하게 적용된 구조체는 3개의 내부 블록들, 이들 사이의 4개의 힌지 및 림을 갖는 것이다. 림에 인접한 블록이 동등한 길이를 갖는다면, 4개의 힌지를 가로지르는 게이지는 휘스톤 브리지(wheatstone bridge)에서의 선형성(linearity)에 바람직한 압력에 응답하여 동등하고 반대의 변형을 보여줄 수 있다. 또한, 중앙 블록은 프레임에 대해 평행한 그의 운동 평면을 가질 수 있다. 평행 평면 운동(plane paralle motion)은 여기에 참조로 합체되는 미국 특허 제4,737,473호에 개시된 바와 같이 게이지와 동일한 재료의 자유로운 링크(freed link)에 의해 중앙 블록으로부터 림으로의 전기 접속을 허용한다.
도5에 도시된 바와 같이, 제1 이동 가능한 블록(12) 또는 제2 이동 가능한 블록(14) 중 하나의 이동 가능한 블록은 압력 센서(10)의 림 블록이고, 다른 이동 가능한 블록(12 또는 14)는 림 블록(12 또는 14)로부터 멀어지는 내향 방향으로 연장되는 내향 연장 블록이다. 제1 힌지(18)는 림 블록(12 또는 14)와 내향 연장 블록(12 또는 14) 사이의 영역을 점유하는 다이어프램(32)의 일부이다.
또 다른 실시예에서, 구조체(10)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 제2 게이지(34)를 갖고, 제3 이동 가능한 블록(36) 및 제2 힌지(38)가 제공된다. 이 실시예에서, 제1 이동 가능한 블록(12)은 압력 센서(10) 주위에 있는 림 블록이고, 제2 이동 가능한 블록(14) 및 제3 이동 가능한 블록(36)은 서로를 향하는 방향으로 림 블록(12)으로부터 내향으로 연장하여서, 제2 이동 가능한 블록(14)과 제3 이동 가능한 블록(36) 사이에 제3 힌지(40)를 형성한다. 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)는, 제2 블록(14)과 제3 블록(36) 사이의 제2 게이지(34)에 인장이 발생되는 때와 실질적으로 동일한 때에 림 블록(12)과 제2 블록(14) 사이에 배치되는 제1 게이지(20)에 압축이 발생되는 것을 제공하기 위해 림 블록(12) 내에서 연속적인 다이어프램(32)의 일부이다.
림 블록(12), 제2 이동 가능한 블록(14) 및 제3 이동 가능한 블록(36) 모두는 림 블록(12)의 일 측부로부터 다른 측부로의 열로 정렬될 수 있다. 림 블록(12)에 인접한 블록들(14, 36)의 길이는 대략 동일할 수 있다. 동일한 길이는, 인가된 압력 하에서 중앙 블록이 림 블록(12)에 대해 평행한 평면으로 이동하는 것을 제공한다. 림 블록(12)에 인접한 블록들(14, 36)은 동등하게 기울어지고, 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)의 각도 편향은 대략 동등하고 서로 반대이다.
이 실시예에서, 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)는 실질적으로 동등하고 반대의 응력을 가질 수 있다. 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)는 림 블록(12) 내에서 연속적인 다이어프램(32)의 실질적으로 선형인 부분들일 수 있다. 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)는 힌지의 상이한 측부들에 위치 설정될 수 있다. 제1 게이지(20) 또는 제2 게이지(34) 중 하나의 게이지는 인장 상태에 있을 수 있는 한편, 다른 게이지(20 또는 34)는 압축 상태에 있다.
이 실시예에서, 적어도 제1 힌지(18), 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)는 제1 이동 가능한 블록(12), 제2 이동 가능한 블록(14) 및 제3 이동 가능한 블록(36)에 커플링된다. 제1 힌지(18), 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)는 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)의 만곡 이외에 하중을 견딘다. 제1 힌지(18) 및 제2 힌지(38)는 핸들 층(16) 내에 형성된다. 제3 힌지(40)는 제1 블록(12) 및 제3 블록(14)을 힌지시킨다.
적어도 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)는 제1 힌지(18), 제2 힌지(38) 및 제3 힌지(40)으로부터 분리된다. 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)는, 제1 블록(12), 제2 블록(14) 또는 제3 블록(36) 중 하나의 블록을 제1 힌지(18) 및 제2 힌지(38)를 중심으로 다른 블록에 대해 회전시키려는 경향이 있는 모멘트가 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)의 길이를 따라 인장력 또는 압축력을 인가한다는 것을 제공하는 방식으로 정렬된다. 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)는 각각 장치 층(22)으로부터 형성되고, 장치 층(22)과 핸들 층(16) 사이에 산화물 층(24)이 있다. 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34) 중 적어도 하나의 게이지는 인장 상태에 있고, 다른 게이지(20 또는 34)는 압축 상태에 있다.
도 7ab 도 7b에 도시된 바와 같이, 제3 블록(46) 및 제4 블록(48)이 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 기계 대 전기 센싱 구조체(10)는 SOI 웨이퍼(26)로부터 다시 제조된다. 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34)는 장치 층(22)와 핸들 층(16) 사이의 산화물, 그리고 제1 게이지(20)와 제2 게이지(34)의 외부면들 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물(28)에 의해, 제1 게이지(20) 및 제2 게이지(34) 아래의 핸들 재료를 에칭하는 중에 보호된다.
일 실시예에서, 제1 블록(12)은 림 블록이고, 제2 블록(14) 및 제3 블록(36)은 기울어진 블록들이다. 제3 게이지(42) 및 제4 게이지(44)가 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 게이지들(20, 34, 42, 44) 모두에서의 변형은 동등하고 반대이다.
도8을 참조하면, 기계 대 전기 센싱 구조체(20)는 제4 블록(46), 제5 블록(50) 및 제6 블록(52)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 블록(12)은 림 블록이다. 다른 5개의 블록들은 다음과 같다: 블록들 중 1개는 중앙 블록이고, 블록들 중 2개는 기울어진 측정 블록들이고, 블록들 중 2개는 기울어진 비선형성 블록들이다.
일반적으로, 전술된 구조체들은 장치 층(22), 핸들 층(16) 및 산화물 장벽을 갖는 SOI 웨이퍼(26)를 제공하는 방식으로 형성될 수 있다. 패턴이 SOI 웨이퍼(26) 상에 윤곽 형성된다. 패턴은 장치 층(22) 내에 적어도 하나의 게이지를 갖는다. 보호 커버는 후속 에칭 작업으로부터 보호하기 위해 장치 층(22) 위에 위치된다. 힌지들은 핸들 층(16) 내에 스컬프처된다. 다양한 실시예에서, 힌지들은 SOI 웨이퍼(26) 내로 수직으로 연장되고 이 후에 SOI 웨이퍼(26)에 대해 수평으로 연장될 수 있다.
산화물 및 에칭 방지 산화물 또는 질화물은 제1 압저항 소자의 외부면들로부터 제거되고, 실질적으로 제1 게이지만이 인장력 또는 압축력을 수반한다. 딥 반 응 이온 에칭 건식 화학 작용(deep reactive ion etch dry chemistry)에 더하여 습식 화학 작용을 사용하여 구조체 아래의 재료가 제거된다.
또 다른 실시예에서, 도9에 도시된 바와 같이, 재료는 게이지(24) 아래로부터 제거되고, 개구(54)가 생성된다. 이는 게이지(20)의 가장 적은 작동으로 힌지(18) 및 게이지(20)를 생성한다. 에칭 보호 커버에 대한 필요성이 없어진다. 게이지(20) 아래의 재료는 핸들 층(16)을 통해 완전히 제거된다. 이 후, 개구(54)는 재산화된다. 게이지(20)는 패터닝함으로써 형성되고, 이 후 산화물 장벽 층(24)을 통하는 개구가 힌지(18)의 상부면에 플라즈마 에칭을 허용하도록 생성된다. 유사한 패턴은 핸들 층(16)의 표면 상에 생성되고, 이는 힌지(18)의 하부면에 에칭된다. 산화물 및 산화물 장벽 층(24)은 이 후 제거되어, 핸들 층(16) 내에 힌지(16) 및 게이지(20)만이 남아있다.
본 발명의 실시예들의 전술된 설명은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 이는 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하거나 소모적인 것으로 의도되지 않는다. 명백하게, 많은 변형 및 변경이 당해 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 본 발명의 범위가 이하의 청구의 범위 및 그의 동등물에 의해 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (58)

  1. 기계 대 전기 센싱 구조체이며,
    핸들 층 내에 형성된 제1 이동 가능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록과,
    제1 이동 가능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록에 커플링되고, 만곡 이외에 하중을 견디도록 구성되고, 핸들 층 내에 형성되는 제1 힌지와,
    제1 힌지로부터 분리되고, 제1 블록 또는 제2 블록 중 하나의 블록을 제1 힌지를 중심으로 다른 블록에 대해 회전시키려는 경향이 있는 모멘트가 제1 게이지의 길이를 따라 인장력 또는 압축력을 인가하는 것을 제공하도록 정렬되고, 장치 층으로부터 형성되고 산화물이 장치 층과 핸들 층 사이에 있는, 제1 게이지를 포함하고,
    센싱 구조체는 SOI 웨이퍼로부터 제조되고, 제1 게이지는 장치 층과 핸들 층 사이의 산화물에 의해 그리고 제1 게이지의 외부면들 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물에 의해 제1 게이지 아래의 핸들 재료를 에칭하는 중에 보호되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 제1 압저항 소자의 외부면들 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물, 및 산화물 모두는 제1 게이지로부터 제거되고, 실질적으로 제1 게이지만이 인장력 또는 압축력을 수반하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 제1 게이지는 압축 시의 버클링에 실질적으로 저항하는 것에 비례하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 제1 게이지는 장치 층의 인장 강도와 크기가 대략 동일한 압축 하중에 대한 버클링에 저항하는 것에 비례하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 제1 게이지의 폭 및 두께는 제1 게이지의 길이의 약 4%보다 큰 기계 대 전기 센싱 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 제1 게이지는 버클링에 저항하도록 사전 인장된 재료로 제조되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  7. 제6항에 있어서, 사전 인장된 재료는 고농도로 붕소가 도핑된 실리콘 재료인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  8. 제6항에 있어서, 사전 인장된 재료는 인장을 제공하도록 충분히 도핑되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  9. 제6항에 있어서, SOI 웨이퍼는 구조체를 형성하기 전에 초기에 인장 상태에 있는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  10. 제6항에 있어서, SOI 웨이퍼는 소형 원자로 고농도로 도핑됨으로써 인장 상태에 놓는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  11. 제10항에 있어서, 소형 원자는 붕소인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  12. 제6항에 있어서, 구조체로부터의 압축 하중은 사전 인장을 감소시키고, 구조체로부터의 인장 하중은 사전 인장을 증가시키는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  13. 제4항에 있어서, 제1 게이지의 저항은 약 0.01 내지 1.0ohm-㎝인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  14. 제4항에 있어서, 제1 게이지의 도핑은 p-타입 실리콘에 있어서 약 6E15 내지 6E18 붕소/cc인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  15. 제4항에 있어서, 제1 게이지의 저항은 약 0.002 내지 0.0007ohm-㎝인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  16. 제6항에 있어서, 제1 게이지의 도핑은 p-타입 실리콘에 있어서 약 6E19 내지 2E20 붕소/cc인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  17. 제4항에 있어서, 제1 게이지는 약 600ohm 내지 60,000ohm인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  18. 제6항에 있어서, 제1 게이지는 약 400ohm 내지 2000ohm의 저항을 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  19. 제1항에 있어서, 장치 층과 핸들 층 사이의 산화물 층의 두께는 약 0.1마이크로미터 내지 2.0마이크로미터의 범위에 있는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  20. 제19항에 있어서, 장치 층은 약 2 내지 10마이크로미터의 두께를 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  21. 제19항에 있어서, 장치 층은 약 2 내지 5마이크로미터의 두께를 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  22. 제19항에 있어서, 장치 층은 약 3마이크로미터의 두께를 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  23. 제1항에 있어서, 핸들 층은 약 125마이크로미터 내지 1㎜의 두께를 갖는 기 계 대 전기 센싱 구조체.
  24. 제1항에 있어서, 장치 층은 (110) 면으로 배향된 실리콘이고, 제1 게이지는 실리콘의 [111] 방향으로 정렬되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  25. 제1항에 있어서, 장치 층은 (100) 면으로 배향된 실리콘이고, 제1 게이지는 실리콘의 [110] 방향으로 정렬되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  26. 제1항에 있어서, 장치 층 및 핸들 층은 동일한 재료로 제조되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  27. 제1항에 있어서, 장치 층 및 핸들 층은 6H 실리콘 카바이드로 제조되고, 장치 층은 (0001) 면으로 배향되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  28. 제1항에 있어서, 구조체는 가속 센서인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  29. 제28항에 있어서, 제2 게이지를 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  30. 제29항에 있어서, 제1 이동 가능한 블록 또는 제2 이동 가능한 블록 중 하나의 이동 가능한 블록은 프레임이고 가속을 감지하도록 구성되고, 다른 제1 이동 가 능한 블록 및 제2 이동 가능한 블록은 가속 센서의 진동 질량체인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  31. 제30항에 있어서, 제1 게이지 및 제2 게이지는 힌지의 상이한 측부들에 위치 설정되고, 제1 게이지 또는 제2 게이지 중 하나의 게이지는 인장 상태에 있고 다른 게이지는 압축 상태에 있는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  32. 제29항에 있어서, 제1 힌지는 진동 질량체의 허용된 운동이 SOI 웨이퍼의 평면 내에서 회전인 것을 제공하도록 웨이퍼의 두께 내로 연장되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  33. 제32항에 있어서, 프레임은 진동 질량체의 운동을 제한하고 제1 게이지의 초과 변형을 최소화하도록, 진동 질량체 주위로 연장되고 제1 힌지로부터 멀어지는 방향으로 진동 질량체의 단부에 근접하게 이격되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  34. 제29항에 있어서, 제1 힌지는 제1 힌지의 허용된 운동이 SOI 웨이퍼의 평면 내로 그리고 외부로의 회전인 것을 제공하도록, SOI 웨이퍼의 평면에 대해 평행하고 장치 층으로부터 이격되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  35. 제34항에 있어서, 진동 질량체의 운동을 제한하고 제1 게이지의 초과 변형을 최소화하기 위해 SOI 웨이퍼에 대해 평행하고 SOI 웨이퍼로부터 이격되는 재료의 제1 부가 층을 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  36. 제35항에 있어서, 제1 부가 층은 SOI 웨이퍼를 위한 멈춤부를 제공하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  37. 제36항에 있어서, 제1 부가 층에 의해 정지되는 방향과 반대인 방향으로의 초과 운동에 대항하는 핸들 층의 운동을 위한 멈춤부를 제공하는 제2 부가 층을 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  38. 제35항에 있어서, 진동 질량체의 하향 및 상향 운동은 장치 층과 핸들 층 사이에서 제거되는 산화물의 양과 대략 동일한 양일 때 정지되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  39. 제35항에 있어서, 진동 질량체는 장치 층 아래에 연장되고 이들 사이의 산화물 층은 제거되어 진동 질량체가 장치 층에 의해 정지되기 전에 제거된 산화물 층의 양만큼 장치 층을 향해 이동하게 만들 수 있는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  40. 제1항에 있어서, 구조체는 압력 센서인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  41. 제40항에 있어서, 제1 이동 가능한 블록 또는 제2 이동 가능한 블록 중 하나의 이동 가능한 블록은 압력 센서의 림 블록이고, 다른 이동 가능한 블록은 림으로부터 멀어지는 내향 방향으로 연장되는 내향 연장 블록이고, 제1 힌지는 림 블록과 내향 연장 블록 사이의 영역을 점유하는 다이어프램의 일부인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  42. 제41항에 있어서,
    제3 이동 가능한 블록과,
    제2 게이지를 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  43. 제41항에 있어서,
    제3 이동 가능한 블록과,
    제2 게이지와,
    제2 힌지를 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  44. 제43항에 있어서, 제1 이동 가능한 블록은 압력 센서 주위의 림 블록이고, 제2 이동 가능한 블록 및 제3 이동 가능한 블록은 제2 이동 가능한 블록과 제3 이동 가능한 블록 사이에 제3 힌지를 형성하도록 서로를 향하는 방향으로 림 블록으로부터 내향으로 연장되고, 제2 힌지 및 제3 힌지는 제2 블록과 제3 블록 사이의 제2 게이지에 인장이 발생되는 때와 실질적으로 동일한 때에 림 블록과 제2 블록 사이에 배치되는 제1 게이지에 압축이 발생되는 것을 제공하도록 림 블록 내에서 연속적인 다이어프램의 일부들인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  45. 제44항에 있어서, 림 블록, 제2 이동 가능한 블록 및 제3 이동 가능한 블록은 림 블록의 일 측부로부터 다른 측부로의 열로 정렬되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  46. 제45항에 있어서,
    제4 이동 가능한 블록을 더 포함하고,
    인가된 압력 하에서 이동 가능한 블록들 중 하나의 이동 가능한 블록이 림 블록에 대해 평행한 평면에서 이동하는 것을 제공하도록 림 블록에 인접한 블록들의 길이가 대략 동일하고, 림 블록에 인접한 2개의 블록들이 동일하게 기울어지고, 제2 힌지 및 제3 힌지의 각도 편향은 대략 동등하고 반대인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  47. 제46항에 있어서, 제1 게이지 및 제2 게이지는 실질적으로 동등하고 반대인 응력을 갖는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  48. 제47항에 있어서, 제2 힌지 및 제3 힌지는 림 블록 내에서 연속적인 다이어프램의 실질적으로 선형인 부분들인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  49. 기계 대 전기 센싱 구조체이며,
    핸들 층 내에 형성되는, 적어도 제1 이동 가능한 블록, 제2 이동 가능한 블록 및 제3 이동 가능한 블록과,
    제1 이동 가능한 블록, 제2 이동 가능한 블록 및 제3 이동 가능한 블록에 커플링되고 제1 힌지 및 제2 힌지의 만곡 이외에 하중을 견디도록 구성되는, 적어도 제1 힌지, 제2 힌지 및 제3 힌지와,
    제1 힌지, 제2 힌지 및 제3 힌지로부터 분리되고, 제1 블록, 제2 블록 또는 제3 블록 중 하나의 블록을 제1 힌지 및 제2 힌지를 중심으로 다른 블록에 대해 회전시키려는 경향이 있는 모멘트가 제1 게이지 및 제2 게이지의 길이를 따라 인장력 또는 압축력을 인가하는 것을 제공하도록 정렬되는, 적어도 제1 게이지 및 제2 게이지를 포함하고,
    제1 이동 가능한 블록은 림 블록이고,
    제1 힌지 및 제2 힌지는 핸들 층 내에 형성되고, 제3 힌지는 제1 블록 및 제3 블록을 힌지시키고,
    제1 게이지 및 제2 게이지는 장치 층으로부터 형성되고, 산화물 층이 장치 층과 핸들 층 사이에 있고, 제1 게이지 또는 제2 게이지 중 적어도 하나의 게이지는 인장 상태에 있고 다른 게이지는 압축 상태에 있고,
    센싱 구조체는 SOI 웨이퍼로 제조되고, 제1 게이지 및 제2 게이지는 장치 층과 핸들 층 사이의 산화물 그리고 제1 게이지 및 제2 게이지의 외부면들 상의 에칭 방지 산화물 또는 질화물에 의해 제1 게이지 및 제2 게이지 아래의 핸들 재료를 에칭하는 중에 보호되는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  50. 제49항에 있어서, 제1 블록은 림 블록이고, 제2 블록 및 제3 블록은 기울어진 블록들인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  51. 제49항에 있어서, 제3 게이지를 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체.
  52. 제51항에 있어서, 제4 게이지를 더 포함하고, 모든 게이지들에서의 변형은 동등하고 반대인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  53. 제49항에 있어서,
    제3 블록, 제4 블록, 제5 블록 및 제6 블록과,
    제4 게이지를 더 포함하고,
    블록들 중 1개의 블록은 림 블록이고, 블록들 중 1개의 블록은 중앙 블록이고, 블록들 중 2개의 블록은 기울어진 측정 블록들이고, 블록들 중 2개의 블록은 기울어진 비선형 블록들인 기계 대 전기 센싱 구조체.
  54. 기계 대 전기 센싱 구조체를 제조하는 방법이며,
    장치 층, 핸들 층 및 산화물 장벽을 갖는 SOI 웨이퍼를 제공하는 단계와,
    장치 층 내에 적어도 하나의 게이지의 패턴을 윤곽 형성하는 단계와,
    후속 에칭 작업으로부터 보호하도록 장치 층 위에 보호 커버를 제공하는 단계와,
    힌지를 핸들 층 내에 스컬프처하는 단계를 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체 제조 방법.
  55. 제54항에 있어서, 힌지는 SOI 웨이퍼 내로 수직으로 연장되는 기계 대 전기 센싱 구조체 제조 방법.
  56. 제54항에 있어서, 힌지는 SOI 웨이퍼에 대해 실질적으로 수평으로 연장되는 기계 대 전기 센싱 구조체 제조 방법.
  57. 제54항에 있어서, 실질적으로 제1 게이지만이 인장력 또는 압축력을 수반하고 제1 압저항 소자의 외부면들로부터 에칭 방지 산화물 또는 질화물 및 산화물 을 제거하는 단계를 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체 제조 방법.
  58. 제54항에 있어서, 딥 반응 이온 에칭 건식 화학 작용에 더하여 습식 화학 작용을 사용하여 구조체 아래의 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는 기계 대 전기 센싱 구조체 제조 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8171804B2 (en) * 2006-12-22 2012-05-08 Texas Instruments Incorporated Motion conversion system
US9581511B2 (en) * 2013-10-15 2017-02-28 Meggitt (Orange County), Inc. Microelectromechanical pressure sensors
CN103712721B (zh) * 2013-12-23 2016-05-11 新会康宇测控仪器仪表工程有限公司 一种soi压力应变计及其制作方法
JP6430327B2 (ja) * 2015-04-22 2018-11-28 株式会社豊田中央研究所 力検知装置
JP6333208B2 (ja) * 2015-04-06 2018-05-30 株式会社豊田中央研究所 力検知装置
CN105091730B (zh) * 2015-07-03 2019-05-10 广东和宇传感器有限公司 一种dsoi应变计及其制作方法
WO2018148510A1 (en) 2017-02-09 2018-08-16 Nextinput, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
CN116907693A (zh) 2017-02-09 2023-10-20 触控解决方案股份有限公司 集成数字力传感器和相关制造方法
WO2019018641A1 (en) 2017-07-19 2019-01-24 Nextinput, Inc. STACK OF STRAIN TRANSFER IN A MEMS FORCE SENSOR
US11423686B2 (en) 2017-07-25 2022-08-23 Qorvo Us, Inc. Integrated fingerprint and force sensor
WO2019023552A1 (en) 2017-07-27 2019-01-31 Nextinput, Inc. PIEZORESISTIVE AND PIEZOELECTRIC FORCE SENSOR ON WAFER AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME
US11579028B2 (en) 2017-10-17 2023-02-14 Nextinput, Inc. Temperature coefficient of offset compensation for force sensor and strain gauge
WO2019099821A1 (en) 2017-11-16 2019-05-23 Nextinput, Inc. Force attenuator for force sensor

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4047144A (en) * 1971-06-30 1977-09-06 Becton, Dickinson Electronics Company Transducer
US4498229A (en) 1982-10-04 1985-02-12 Becton, Dickinson And Company Piezoresistive transducer
US4737473A (en) 1985-03-26 1988-04-12 Endevco Corporation Piezoresistive transducer
US4689600A (en) 1986-01-21 1987-08-25 Allied Corporation Piezoresistive transducer having frangible links
US5172205A (en) 1990-09-26 1992-12-15 Nissan Motor Co., Ltd. Piezoresistive semiconductor device suitable for use in a pressure sensor
US5412986A (en) 1990-12-21 1995-05-09 Texas Instruments Incorporated Accelerometer with improved strain gauge sensing means
US5408112A (en) * 1991-06-03 1995-04-18 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor strain sensor having improved resistance to bonding strain effects
US5425841A (en) * 1993-06-16 1995-06-20 Kulite Semiconductor Products, Inc. Piezoresistive accelerometer with enhanced performance
KR960024381A (ko) * 1994-12-12 1996-07-20 정몽원 반도체 가속도 감지센서
US6931982B1 (en) * 2000-06-05 2005-08-23 Theodore S. Zajac, Jr. Linear actuator
EP1423714B1 (en) 2001-09-04 2006-07-19 Tokyo Electron Limited Microstructure with movable mass
US6763719B2 (en) * 2002-03-25 2004-07-20 Hitachi Metals, Ltd. Acceleration sensor
US7104130B2 (en) 2003-04-11 2006-09-12 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Ultra-miniature accelerometers
WO2006039561A2 (en) * 2004-09-30 2006-04-13 University Of Southern California Silicon inertial sensors formed using mems
US6988412B1 (en) * 2004-11-30 2006-01-24 Endevco Corporation Piezoresistive strain concentrator

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