NO322331B1 - Trykktransduser og fremgangsmate for fremstilling av derav - Google Patents

Description

Det tekniske området for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en trykktransduser i likhet med en mikrofon som er utformet for å transformere statisk trykk eller dynamisk trykk (eksempelvis akustisk vibrasjon) til et tilsvarende elektrisk signal og en fremgangsmåte til fremstilling av denne.

Kjent teknikk

Japansk patentsøknad 9-257618 anviser en trykksensor av typen elektrostatisk kapasitans som er utformet for å konvertere det statiske eller dynamiske trykk til tilsvarende elektriske signaler. Figur 7(h) viser denne trykksensor. Figurene 7(a) til 7(g) viser en rekkefølge av fremstillingsprosesser.

For det første utgjøres substratet 30 av et monokrystallinsk silisiummateriale. Forurensinger diffunderes til en større ytre flate av substratet 30 til dannelse av den fikserte elektrode 40, den fikserte elektrodeleder 41, og den nedre fikserte elektrodeterminal 42. Dernest dannes det første isolerende lag 50, som vist i figur 7(a), over den større ytre flate av substratet 30. På det første isolerende lag 50, dannes offerlaget 60, som vist i figur 7(b), hvilket skal fjernes i en senere prosess.

Det første isolerende membranlag 70 dannes, som vist i figur 7(c), over offerlaget 60. Det andre ledende lag 80 dannes på det første isolerende membranlag 70. Forvalgte partier av det andre ledende lag 80 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrode 81, den bevegelige elektrodeleder 82, og den nedre bevegelige elektrodeterminalen 83.

Dernest dannes det andre isolerende membranlag 90, som vist i figur 7(d). Det dannes et antall hull 91 som strekker seg til offerlaget 60 gjennom perifere partier av det første og det andre isolerende membranlag 70 og 90. Hullene 91 benyttes som innløp for etsemiddel.

Etsevæske injiseres gjennom hullene 91 for isotropisk etsing av offerlaget 60 til fjerning av dette, som vist i figur 7(e), hvilket fører til dannelse av referansetrykk-kammeret 96 mellom det første isolerende lag 50 og det første isolerende membranlag 70. Den bevegelige elektrodes forbindelseshull 92 og den fikserte elektrodes forbindelseshull 94 dannes. Den bevegelige elektrodes forbindelseshull 92 strekker seg frem til den nedre bevegelige elektrodes terminal 83 gjennom det andre isolerende membranlag 90. Den fikserte elektrodes forbindelseshull 94 strekker seg frem til den nedre fikserte elektrodes terminal 42 gjennom det andre isolerende membranlag 90, det første isolerende membranlag 70 og det første isolerende lag 50.

Et ledende lag dannes på det andre isolerende membranlag 90, hvoretter forevalgte partier av det ledende lag fjernes, som vist i figur 7(f), til dannelse av den bevegelige elektrodes utgangsterminal 93 og den fikserte elektrodes utgangsterminal 95. Den bevegelige elektrodes utgangsterminal 93 forbindes med den nedre bevegelige elektrodes terminal 83 gjennom den bevegelig elektrodes forbindelseshull 92. Den fikserte elektrodes utgangsterminal 93 forbinder seg med den nedre fikserte elektrodes terminal 42 gjennom den fikserte elektrodes forbindelseshull 94.

Et tettende lag blir dannet på det andre isolerende membranlag 90 for å tette hullene 91 og blir deretter fjernet, som vist i figur 7(g), noe som etterlater partier rundt hullene 91 i form av tettende hetter 97.

Under drift vil trykket, når det påføres, bevirke at et membran som består av det første og det andre isolerende membranlag 70 og 90 deformeres. Nærmere bestemt virker både trykket i referansetrykkammeret 96 og det omgivende trykk på membranen i motsatte retninger, slik at membranen deformeres med en mengde som svarer til en forskjell mellom disse trykk. Dette vil bevirke at kapasitansen i en kondensator som består av den bevegelige elektrode 81 som er dannet på membranen og den fikserte elektrode 41 endrer seg som en funksjon av membranens deformasjon. Forskjellen mellom trykket i referansetrykk-kammeret 96 og det omgivende trykk som virker på membranen bestemmes således ved måling av kapasitansens verdi. Målingen av absolutt trykk kan gjennomføres ved å minske trykket i referansetrykk-kammeret 96 til et nivå som er mye lavere enn et trykkmålbart område for trykksensoren.

Den foregående konvensjonelle trykksensor har imidlertid følgende ulemper. Når den etsevæsken som benyttes for å etse offerlaget 60 og rengjøringsløsemiddelet for denne tørkes kan væskens overflatespenning forårsake skade på membranen. Unngåelsen av dette problem krever en ytterligere prosess med erstatning av etsevæsken og rengjøringsløsemidlet med væske hvis overflatespenning er mindre før de tørkes eller med tørking av etsevæsken og rengjøringsløsemiddelet ved anvendelse av en gass som er fortettet til væske ved at den er trykksatt og avkjølt.

Dannelsen av hullene 91 for mating av etsevæsken kan få membranen til å endre masse og svekke den mekaniske styrke. For å kunne minimalisere dette problem, kan hullene 91 dannes i membranens periferi, imidlertid påtreffes ulempen i og med at det tar meget tid å etse et sentralt parti av membranen langt borte fra hullene 91.

I et tilfelle hvor mange trykksensorer dannes på et enkelt substrat og separeres ved anvendelse av en oppskjæringssag i masseproduksjon, vil det vann som benyttes under oppskjæringen trenge inn i substratets hulrom, noe som kan bevirke at trykksensorene knekkes når de tørkes.

US 5,177,579 beskriver en kapasitiv halvledertransduktor eller aktuator. En membran er festet til et substrat via en rillet belganordning, noe som øker den vertikale lengden membranen kan forflytte seg.

EP 0727650 omtaler en symmetrisk kapasitiv differensial trykksensor deponert på et substrat. På substratet er det deponert lag som er isolert fra hverandre. En membran er plassert mellom en første ledende elektrode og en andre ledende elektrode.

GB 2189607 omtaler en kapasitiv trykksensor omfattende et hus med en belg som påtrykkes via en trykkinngang i huset. Trykket måles ved å bestemme kapasitansen mellom en bevegelig elektrode festet til belgen og en fast elektrode montert på undersiden av et kretskort.

US 4467656 gjelder en trykktransduktor med en bølget halvledermembran. Bølgene er konsentriske og kvadratiske og dannes på halvledersubstratet ved anisotropisk etsing.

Det er derfor et hovedmål ifølge den foreliggende oppfinnelse å unngå ulempene ved kjent teknikk.

Det er et annet mål ifølge den foreliggende oppfinnelse å frembringe en trykktransduser med den struktur som tillater at trykktransduseren med letthet kan dannes uten skade på komponentdeler slik som en membran etc.

Ifølge et aspekt ved oppfinnelsen, er det frembrakt en trykktransduser som er utformet for å omdanne et påført trykk til et tilsvarende elektrisk signal. Trykktransduseren omfatter: (a) et substrat med en første flate og en andre flate som er motstående til den første flate; (b) en fiksert elektrode som er dannet i substratets første flate; (c) en membran som er festet i et perifert parti derav til substratets første flate slik at det dannes et hulrom mellom et sentralt parti derav og den fikserte elektrode, idet membranen har en bevegelig elektrode som er motstående til den fikserte elektrode gjennom hulrommet og som deformeres som respons til et påført trykk slik at en avstand mellom den bevegelige elektrode og den fikserte elektrode endres som en funksjon av det påførte trykk; og (d) et hull som er dannet i det substrat som strekker seg fra den andre flate til hulrommet.

Alternative utførelser av trykktransduseren ifølge krav 1 er beskrevet i det uselvstendige krav 2-10.

I den foretrukne modus for oppfinnelsen, dannes det videre hull i det substrat som strekker seg fra den andre flate til hulrommet og hvilke er således arrangert av to og to tilstøtende hull er plassert med regelmessig avstand fra hverandre.

Membranen er korrugert. Nærmere bestemt har membranen et antall bølgeformede partier som er dannet koaksialt.

I den første flate på substratet innen hulrommet er det dannet en fordypning som fører til hullene.

Innen hulrommet i kontakt med en indre vegg av membranens perifere parti er det plassert et membranbæreorgan.

Substratet kan være utført av et halvledesubstrat med integrerte kretselementer som danner en detektor som er utformet for å måle en kapasitans mellom den fikserte og den bevegelige elektrode.

Membranen kan være utført av et uorganisk materiale slik som en forbindelse mellom silisium og et av oksygen og nitrogen.

Membranen kan ha en bølge som er dannet på det perifere parti derav. Bølgen projiserer mot substratets første flate for å øke membranens adhesjon til substratets første flate. Bølgen kan være dannet ved dannelse av en fordypning i substratets første flate slik at membranens perifere parti delvis projiserer ut fra fordypningen.

Ifølge det andre aspekt ved oppfinnelsen, er det frembrakt en fremgangsmåte til fremstilling av en trykktransduser som omfatter følgende trinn: (a) fremstille et substrat med en første flate og en andre flate som er motstående til den første flate; (b) danne en fiksert elektrode på substratets første flate; (c) danne et offerlag over den fikserte elektrode; (d) danne et membranlag som er utført av et isolerende materiale over offerlaget; (e) danne et hull som strekker seg fra substratets andre flate til offerlaget; og (f) injisere gasser inn i hullet for å fjerne offerlaget ved tørretsing til dannelse av et hulrom slik at membranlaget deformeres som respons til et påført trykk.

Alternative utførelser av fremgangsmåten ifølge krav 11 er beskrevet i de uselvstendige krav 12-18.

I den foretrukne modus av oppfinnelsen, kan trinnet med å danne i det minste et bølgeformet parti på substratets første flate dessuten tilveiebringes.

Det bølgeformede parti kan alternativt dannes på en av offerlagets flater.

Substratet utføres av et halvledersubstrat med integrerte kretseelementer hvilken danner en detektor som er utformet for å måle en kapasitans mellom den fikserte og den bevegelige elektrode.

Membranen er utført av et uorganisk materiale, og offerlaget er utført av et organisk materiale.

Membranen kan være utført fra en forbindelse mellom silisium og et av oksygen og nitrogen.

Offerlaget kan være utført av polyimid.

Fjerningen av offerlaget oppnås i tørretsingen ved anvendelse av oksygenplasma.

Gassinjiseringstrinnet fjerner offerlaget slik at det etterlates et perifert parti av offerlaget.

Ifølge det tredje aspekt ved oppfinnelsen, er det frembrakt en fremgangsmåte til fremstilling av en trykktransduser som omfatter følgende trinn: (a) fremstille et

substrat med en første flate og en andre flate som er motstående til den første flate; (b) danne en fiksert elektrode på substratets første flate; (c) danne et isolerende lag over den fikserte elektrode; (d) danne et offerlag på det isolerende lag; (e) danne et membranlag som er utført av et ledende materiale over offerlaget; (f) danne et hull som strekker seg fra substratets andre flate til offerlaget; og (g) injisere gasser inn i hullet til fjerning av offerlaget ved tørretsing til dannelse av et hulrom slik at membranlaget deformeres som respons til et påført trykk.

I den foretrukne modus ifølge oppfinnelsen, er dessuten trinnet med å danne i det minste et bølgeformet parti på substratets første flate tilveiebrakt.

Det bølgeformede parti kan alternativt dannes på en av offerlagets flater.

Substratet er utført av et halvledersubstrat med integrerte kretselementer hvilke danner en detektor som er utformet for å måle en kapasitans mellom den fikserte og den bevegelige elektrode.

Membranen er utført av et uorganisk materiale, og offerlaget er utført av et organisk materiale.

Membranen kan være utført av en forbindelse mellom silisium og et av oksygen og nitrogen.

Offerlaget er utført av polyimid.

Fjerningen av offerlaget oppnås i tørretsing ved anvendelse av oksygenplasma.

Gassinjiseringstrinnet fjerner offerlaget slik at et perifert parti av offerlaget gjenstår.

Ifølge det fjerde aspekt ved oppfinnelsen, er det frembrakt en fremgangsmåte til fremstilling av et antall trykktransdusere ved anvendelse av et signalsubstrat idet fremgangsmåten omfatter følgende trinn: (a) fremstille et enkelt substrat med en første flate og en andre flate som er motstående til den første flate; (b) danne fikserte elektroder i substratets første flate; (c) danne et offerlag på hver enkelt fiksert elektrode; (d) danne et membranlag som er utført av et isolerende materiale over hvert enkelt offerlag; e) danne et hull som strekker seg fra substratets andre flate til hvert enkelt offerlag; (f) danne en kuttespor mellom to og to trykktransdusere for å separere trykktransduserne fra hverandre; og (g) injisere gasser inn i hullet for å fjerne offerlaget ved tørretsing til dannelse av et hulrom slik at membranlaget dannes som respons til et påført trykk.

Den foreliggende oppfinnelse vil mer fullstendig kunne forstås ut i fra den detaljerte beskrivelse som gis i det følgende og fra de medfølgende tegninger av de fortrukne utførelsesformer av oppfinnelsen.

I tegningene:

Figurene 1(a), 1(b), 1(c), 1(d), 1(e), 1(f) og 1(g) er tverrsnitt tatt langs linjen av A-A i figur 1(h) hvilket viser en sekvens av framstillingsprosesser for en trykktransduser ifølge den første utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 1(h) er et planriss som viser en trykksensor ifølge den første utførelsesform; Figurene 2(a), 2(b), 2(c), 2(d), 2(e), 2(f) og 2(g) er tverrsnitt langs linjen A-A i figur 2(h) hvilken viser en sekvens av fremstillingsprosesser for en trykksensor ifølge den andre utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2(h) er et planriss som viser en trykksensor ifølge den andre utførelsesform; Figurene 3(a), 3(b), 3(c), 3(d), 3(e), 3(f) og 3(g) er tverrsnitt langs linjen A-A i figur 3(h) hvilken viser en sekvens for fremstillingsprosesser for en trykksensor ifølge den tredje utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3(h) er et planriss som viser en trykksensor ifølge den tredje utførelsesform; Figurene 4(a), 4(b), 4(c), 4(d), 4(e), 4(f) og 4(g) er tverrsnitt langs linjen A-A i figur 4(h) hvilket viser en sekvens av fremstillingsprosesser for en trykksensor ifølge den fjerde utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 4(h) er et planriss som viser en trykkfølger ifølge den fjerde utførelsesform; Figurene 5(a), 5(b), 5(c), 5(d), 5(e), 5(f) og 5(g) er tverrsnitt langs linjen A-A i figur 5(h) hvilket viser en sekvens av fremstillingsprosesser for en trykksensor ifølge den femte utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 5(h) er et planriss som viser en trykksensor ifølge den femte utførelsesform; Figurene 6(a), 6(b), 6(c), 6(d), 6(e), 6(f) og 6(g) er tverrsnitt langs linjen A-A i figur 6(h) hvilket viser en sekvens av fremstillingsprosesser for en modifikasjon av en trykksensor; Figur 6(h) er et planriss som viser den trykksensor som produseres i den prosess som er illustrert i figurene 6(a), 6(b), 6(c), 6(d), 6(e), 6(f) og 6(g); Figurene 7(a), 7(b), 7(c), 7(d), 7(e), 7(f) og 7(g) er tverrsnitt langs linjen A-A i figur 7(h) hvilket viser en sekvens for fremstillingsprosesser for en konvensjonell trykksensor; og Figur 7(h) er et planriss som viser en konvensjonell trykksensor som fremstilles i de prosesser som er registrert i figurene 7(a), 7(b), 7(c), 7(d), 7(e), 7(f) og 7(g).

Beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer.

Idet det nå henvises til tegningene, hvori like numre viser til like deler i flere tegninger, nærmere bestemt til figur 1(h), er det vist en trykksensor ifølge den første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Figurene 1 (a) til 1 (g) viser en sekvens for fremstillingsprosesser.

Trykksensoren er utformet for å omdanne statisk trykk eller dynamisk trykk som påføres til et membran til et tilsvarende elektrisk signal og inkluderer substratet 100 som er utført av et monokrystallinsk silisiummateriale, hulrommet 141, det første ledende lag 110 hvor den elektriske ledningsevne fremstilles ved at forurensninger defunderes inn i substratet 100, den fikserte elektrode 111 som dannes med et parti av det første ledende lag 110, det første isolerende lag 120, den bevegelige elektrode 161 som er dannet med et parti av det andre ledende lag 160, og hullet 190.

Trykksensoren inkluderer også det første membranlag 150, det andre membranlag 170, og det andre ledende lag 160. Det første membranlag 150 er utført av et isolerende materiale og dannet over hulrommet 141. Det andre ledende lag 160 er dannet på det første membranlag 150. Det andre membranlag 170 er utført av et isolerende materiale og dannet på det andre ledende lag 160. Det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160 utgjør en membran.

Den fikserte elektrode 111 leder til den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 gjennom den fikserte elektrodes leder 112, den nedre fikserte elektrodes terminal 113, og den fikserte elektrodes forbindelseshull 172. Den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 er dannet med et parti av det tredje ledende lag 180. Den fikserte elektrodes leder 112 og den nedre fikserte elektrodes terminal 113 er begge dannet med tilstøtende partier av det første ledende lag 110. Den fikserte elektrodes forbindelseshull 172 er dannet på den nedre fikserte elektrodes terminal 113.

Den bevegelige elektrode 161 leder til den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 gjennom den bevegelige elektrodes leder 182, den nedre bevegelige elektrodes terminal 163, og den bevegelige elektrodes forbindelseshull 171. Den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 er dannet med et parti av det tredje ledende lag 180. Den bevegelige elektrodes leder 162 og den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 er begge dannet med tilstøtende partier av det andre ledende lag 160. Den bevegelige elektrodes forbindelseshull 171 er dannet på den nedre bevegelige elektrodes terminal 163.

Under fremstilling av den i det ovenstående beskrevne trykksensor, blir den fikserte elektrode 111, den fikserte elektrodes leder 112 og den nedre fikserte elektrodes terminal 113, som vist i figur 1(a), først dannet ved å diffundere forurensninger inn i et forvalgt areal av en øvre flate av det monokrystallinske silisiumsubstrat 100, slik det sees i tegningen, hvoretter det første isolerende lag 120 som utføres av silisiumoksid dannes på det hele av substratet 100 øvre flate.

Et organisk lag som eksempelvis dannes av polyimid dannes, som vist i figur 1 (b), på det hele av det første isolerende lag 120, hvoretter det organiske lag periferi fjernes til dannelse av det sirkulære offerlag 140 som benyttes ved utformingen av hulrommet 141 i en senere prosess.

Det første membranlag 150 som utføres av silisiumnitrid dannes, som vist i figur 1 (c) over substratets 100 øvre flate. Det andre ledende lag 160 som er utført av krom dannes på det første membranlag 150. Forvalgte partier av det andre ledende lag 160 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrode 161, den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 og den bevegelige elektrodes leder 162 som forbinder den bevegelige elektrode 161 med den nedre bevegelige elektrodeterminal 163.

Deretter blir det andre membranlag 170 som er vist i figur 1(d) og er fremstilt av silisiumnitrid, dannet over substratets 100 øvre flate.

Slik det er vist i figur 1(e), dannes det hull som strekker seg frem til den nedre fikserte elektrodes terminal 113 og den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 gjennom det andre membranlag 170. Det tredje ledende lag 180 dannes over det andre membranlag 170, hvoretter forvalgte partier av det tredje ledende lag 180 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 og den fikserte elektrodes utgangsterminal 182. Den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 forbinder seg med den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 gjennom den bevegelige elektrodes forbindelseshull 171. Den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 forbinder seg med den nedre fikserte elektrodes terminal 113 gjennom den fikserte elektrodes forbindelseshull 172.

Det gjennomgående hull 190 er, som vist i figur 1(f), dannet i senteret for bunnen av substratet 100 og strekker seg vertikalt, slik det sees i tegningen, til offerlaget 140 gjennom det første ledende lag 110 og det første isolerende lag 120. Dannelsen av hullet 190 oppnås ved fjerning av silisiumet fra substratets 100 bunn ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som er eksitert ved hjelp av plasma, hvoretter silisiumoksidet fra et sentralt parti av det første isolerende lag 120 fjernes ved anvendelse av kjemisk væske slik som hydrofluorsyre.

Offerlaget 140 fjernes, slik det sees i figur 1(g), isotopisk i tørretsingen ved injisering av gasser hvis hovedkomponent er oksygen som er eksitert ved hjelp av plasma inn i hullet 190, hvorved hulrommet 141 dannes mellom det første isolerende lag 120 og det første membranlag 150.

De materialer og formingsmetoder som benyttes i prosessene i det foregående vil i det følgende diskuteres mer detaljert.

Substratet 100 er fremstilt av en silisiumskive hvilken med letthet er tilgjengelig som materiale til anvendelse ved forming av integrerte halvlederkretser. Det første ledende lag 110 inkluderer et diffundert parti på hvilket en strømførende bane dannes ved deponering av forurensninger slik som fosfor- og borsyre på et forvalgt areal på det første ledende lag 110 gjennom en maskering og ved å underlegge det første ledende lag 110 en varmebehandling til økning av forurensingskonsentra-sjonen pr. cm<3> opp til 1018 til 1020 til økning av det forvalgte areals elektriske ledningsrenne. Det første isolerende lag 120 dannes ved termisk oksidering ved anvendelse av en plasma-CVD-innretning ved lav temperatur. Det andre ledende lag 160 og det tredje ledende lag 180 dannes ved å forme et metallisk lag som er fremstilt av krom eller aluminium ved anvendelse av fordampnings- eller spruteteknikker og fjerning av umaskerte partier ved anvendelse av etsereagens.

Offerlaget 140 fremstilles av et organisk materiale som er enkelt å fjerne ved tørretsing og som motstår omgivelsestemperaturen i den påfølgende prosess med å danne det første og det andre membranlag 150 og 170 (eksempelvis plasma-CVD-prosessor). I denne utførelsesform er offerlaget 140 fremstilt av polyimid. Dannelsen av offerlaget 140 oppnås ved å forme en film med en polyimid-forløper ved hjelp av spinnebestrykning, etsing av filmen ved anvendelse av en resistmaskering og en kjemisk væske, og ved å underlegge denne en varmebehandling for å polymerisere eller ved å polymerisere filmen tidlig og avslutte den til en ønsket form ved anvendelse av en metallisk maskering under tørretsingen eller

den våte etsing med en sterk alkalisk væske.

Dannelsen av det gjennomgående hull 190 i substratet 100 oppnås i tørretsingen av anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som er eksitert ved hjelp av plasma og en metallisk maskering eller en silisiumoksidmaskering.

Trykksensorens mål i denne utførelsesform er som følger. Diameteren og tykkelsen av hulrommet 141 er hhv. 1800 |im og 5 (im. Diameteren av det gjennomgående hull 190 er 100 \ im. Tykkelsen av membranen inklusive det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160 er 2 jim.

Under drift, når trykket påføres til membranens ytre flate, vil det bevirke at membranen deformeres innover. Graden av deformasjon av membranen avhenger av en forskjell mellom trykket i hulrommet 141 som virker på det første membranlag 150 indre flate og det omgivende trykk som virker på det andre membranlags 170 ytre flate. Dette vil få kapasitansen til en kondensator som består av den bevegelige elektrode 161 som er dannet i det andre ledende lag 160 og den fikserte elektrode 111 til å endres som en funksjon av membranens deformasjon. Forskjellen mellom trykket i hulrommet 141 som virker på ryggsiden av membranen og det trykk som virker på membranens ytre flate bestemmes så ved måling av kapasitansens verdi. Målingen av absoluttrykket kan gjennomføres ved å holde trykket i hulrommet 141 på et nivå som er mye lavere enn ett trykkmålbart område for trykksensoren. Eksempelvis kan dette oppnås ved å plassere hele trykksensoren under et lavt trykk og forsegle hullet 190.

Slik det kommer frem av den foregående diskusjon, muliggjør fremgangsmåten for produksjon av trykksensoren i denne utførelsesform at offerlaget 140 kan fjernes uten anvendelse av noen kjemisk væske, slik at brudd eller deformasjon på membranen som forårsakes av den overflatespenning væsken danner når den tørkes unngås.

Vanligvis dannes et antall følere på et enkelt substrat i et matrisearrangement og disse separeres ved anvendelse av en kappsag, noe som gir praktisk og økonomisk fordelaktig produksjon. Dette gir imidlertid opphav til et problem med brudd eller deformasjon av membranen, noe som forårsakes av overflatespenningen av det vann som benyttes i kappingen og som oppstår under tørking. For å unngå dette problem, kapper denne utførelsesform et antall trykksensorer som dannes på et enkelt substrat fra hverandre på følgende måte uten anvendelse av væske slik som kjølevann.

Det antas at de samme trykksensorer er dannet på substratet 100 i et matrisearrangement. I den prosess som er vist i figur 1(f), etses et kuttespor inn i bunnen av substratet 100 mellom to tilstøtende trykkfølelser ved anvendelse av en maskering på samme tid som hullet 190 dannes. Etter prosessen i figur 1(g), er det frembrakt en ytterligere prosess til påføring av mekanisk trykk på substratet 100 for å knekke kuttesporet, slik at trykksensorene atskilles fra hverandre.

Den fikserte elektrode 111, den fikserte elektrodes leder 112 og den nedre fikserte elektrodes terminal 113 er, som beskrevet i det foregående, dannet med det første ledende lag 110 frembrakt på substratet 100 hvis dopemiddeldose er relativt lav. Anvendelse av et sterkt dopet substrat tillater imidlertid at den fikserte elektrode 111, den fikserte elektrodes leder 112, og den nedre fikserte elektrodes terminal 113 kan dannes direkte på substratet uten at det første ledende 110 dannes. I dette tilfellet økes imidlertid den fikserte elektrodes parasittiske kapasitet med en økning i areal for en parasittisk innretning, d.v.s. et ledende parti av substratet 100 i stedet for den fikserte elektrode 111. Dersom den fikserte elektrode 111 er frembrakt i en ende av en kapasitansmålende krets som har en høy impedans, vil dette resultere i en minsking i transduserens (d.v.s. trykksensorens) forsterkning. Dette kan imidlertid unngås ved å frembringe den bevegelige elektrode 161 i enden av den kapasitansmålende krets som har en høy impedans. I dette tilfellet, kommer den høye impedans til syne nær trykksensorens ytre flate, slik at elektriske kraftlinjer som frembringes av gjenstander som omgir trykksensoren faller på den bevegelige elektroden 161, noe som forårsaker at uønskede støysignaler påvises, men dette problem elimineres ved installasjon av et skjold som omgir trykksensoren.

Membranen ifølge denne utførelsesform består, som beskrevet i det foregående, av det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160 plasserte inn mellom dem. Denne struktur tilbyr de fordeler at det andre ledende lag 160 ikke eksponeres direkte til de gasser hvis trykk skal måles, og det er enkelt å justere membranens stress og temperaturutvidelseskoeffisient. Imidlertid kan membranen alternativt dannes med det andre ledende lag 160 og enten det første eller det andre membranlag 150 og 170. Dersom det første membranlag 150 utelates, tjener det første isolerende lag 120 som er dannet på den fikserte elektrode 111 til å forhindre den bevegelige elektrode 160 fra å bli kortsluttet til den fikserte elektrode 111.

Det andre membranlag 170 er fremstilt av et isolerende materiale, men kan alternativt være utført av et ledende materiale for å ha de samme funksjoner som de for det andre ledende lag 160 og det tredje ledende lag 180.1 dette tilfellet er det nødvendig å isolere den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 elektrisk fra den fikserte elektrodes utvalgsterminal 182.

Offerlaget 140 fjernes fullstendig ved den isotrope tørretsing i denne utførelsesform, men kan etterlates delvis på innersiden av veggen av hulrommet 141 til frem-bringelse av ensartet mekanisk styrke til en bærer for membranen langs omkretsen av membranen slik at graden av deformasjon kan være ensartet over hele membranen. Dette er lett å oppnå ved å danne det gjennomgående hull 190 på linje med senteret av offerlaget 140 og å styre tiden for tørretsingsprosessen.

Hullet 190 dannes slik at det penetrerer gjennom senteret av det første isolerende lag 120 i den prosess som er illustrert i figur 1(f), men slik penetrering av det første isolerende lag 130 kan utføres på samme tid som det første isolerende lag 120 dannes i prosessen i figur 1 (a).

Dannelsen av hullet 190 oppnås, som beskrevet i det foregående, ved å dekke senteret av substansen 100 med en metallisk maskering eller en silisiumoksi maskering og etse den ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som eksiteres ved hjelp av plasma. Denne etsing har retningen til dannelse av hullet 190 i en vertikal retning, men en annen tørretsing som kan danne hullet 190 isotropisk kan benyttes. Videre kan den våtetsing som kan danne hullet 190 ved anvendelse av en silisiumnitridmaskering og en sterk alkalisk væske eller en blanding av hydrofluorsyre og salpetersyre benyttes. Anvendelse av den sterkt alkaliske væske vil forårsake at et (111) plan av et krystallgitter av silisium fra substratet 100 blir igjen. Det er således nødvendig at et (100) plan eller et (110) plan kommer til syne på substratets 100 overflate bortsett fra når blandingen av hydrofluorsyre og salpetersyre benyttes slik at den isotropiske etsing muliggjøres.

Anvendelsen av isotropisk etsing vil få substratet 100 til å fjernes horisontalt så vel som vertikalt, noe som svekker kontrollerbarheten av diameteren av et parti av hullet 190 nær offerlaget 140 og som således er egnet for et tilfelle hvor hullet 190 har diameter større enn tykkelsen av substratet 100.1 krystallorienteringsetsingen, avhenger horisontal fjerning av substratet 100 sterkt av krystallorienteringen for silisium. Således, dersom krystallorienteringen av substratet 100 er definert i et (100) plan, vil den få et plan som strekker seg i en vinkel på ca. 55 ° i forhold til overflaten av substratet 100 til å bli igjen, noe som krever en større størrelse på en maskering til dannelse av hullet 190 med samme diameter som når hullet 190 dannes ved isotropisk etsing. Dette betyr at krystallorienteringsetsing ikke er egnet for følgende utførelsesformer hvori et antall gjennomgående hull dannes i et substrat. Figur 2(h) viser en trykksensor ifølge den andre utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 2(a) til 2(g) viser en sekvens for fremstillingsprosesser.

Trykksensoren ifølge denne utførelsesform er forskjellig fra den første utførelsesform idet at det første ledende lag 210 dannes ved deponering av et ledende materiale på det første isolerende lag 120 som er dannet på det hele av en øvre flate av substratet 200, og et antall gjennomgående hull 290 er formet i bunnen av substratet 200.

Trykksensoren inkluderer substratet 200 som er fremstilt av et monokrystallinsk silisiummateriale, hulrommet 141, det første isolerende lag 120, det første ledende lag 210 som er fremstilt av et metall med en høyere elektrisk ledningsevne, den fikserte elektrode 210 som er dannet med et parti av det første ledende lag 210 på et flatt areal innen hulrommet 141, den bevegelige elektrode 161 som er dannet med et parti av det andre ledende lag 160 på et flatt areal av det første membranlag 150 på hulrommet 141, de gjennomgående hull 290 som vertikalt strekker seg inn i hulrommet 141, og oppførerlaget 140.

Membranen består av det første membranlag 150 som er fremstilt av et isolerende materiale, det andre ledende lag 160 og det andre membranlag 170 som er fremstilt av et isolerende materiale.

Den fikserte elektrode 111 leder til den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 som er dannet med et parti av det tredje ledende lag 180 gjennom den fikserte elektrodes leder 212, den nedre fikserte elektrodes terminal 213 som er dannet med partier av det første ledende lag 210, og den fikserte elektrodes forbindelseshull 172. Den bevegelige elektrode 161 leder til den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 som er dannet med et parti av det tredje ledende lag 180 gjennom den bevegelige elektrodes leder 182 som er dannet med et parti av det andre ledende lag 160, den nedre bevegelige elektrodes terminal 163, og den bevegelige elektrodes forbindelseshull 171.

Under fremstilling av trykksensoren, blir det første isolerende lag, som vist i figur 2(a), utført av silisium oksid på en øvre flate av substratet 200. Deretter blir et ledende materiale deponert på det første isolerende lag 120 til dannelse av den fikserte elektrode 211, den fikserte elektrodes leder 212 og den nedre fikserte elektrodes terminal 213.

Et organisk lag som eksempelvis er fremstilt av polyimid blir, som vist i figur 2(b), som er dannet over det hele av substratets 200 øvre flate, hvoretter det organiske lags omkrets fjernes til dannelse av det sirkulære offerlag 140.

Det første membranlag 150 som er fremstilt av silisium nitrid blir, som vist i figur 2(c), dannet over substratets 100 øvre flate. Det andre ledende lag 160 som fremstilles av krom dannes på det første membranlag 150. Forvalgte partier av det andre ledende lag 160 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrode 161, den nedre bevegelige elektrodes terminal 163, og den bevegelige elektrodes leder 162 som forbinder den bevegelige elektrode 160 med den nedre bevegelige elektrodes terminal 163.

Deretter blir det andre membranlag 170 som er fremstilt av silisium nitrid, som vist i figur 2(d), dannet over substratets 200 øvre flate.

Som vist i figur 2(e), dannes det hull som strekker seg frem til hhv. den nedre fikserte elektrodes terminal 213 og den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 gjennom det andre membranlag 170. Det tredje ledende lag 180 dannes over det andre membranlag 170, hvoretter forvalgte partier av det tredje ledende lag 180 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 og den fikserte elektrodes utgangsterminal 182. Den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 forbindes med den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 gjennom den bevegelige elektrodes forbindelseshull 171. Den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 forbindes med den nedre fikserte elektrodes terminal 213 gjennom den fikserte elektrodes forbindelseshull 172.

Et antall gjennomgående hull 290 blir, som vist i figur 2(f), dannet i bunnen av substratet 200 i regelmessige intervaller bort fra hverandre idet disse, som vist i tegningen, strekker seg vertikalt inn i offerlaget 140 gjennom det første isolerende lag 120 og det første ledende lag 210. Dannelsen av hvert av hullene 290 oppnås ved fjerning av silisium fra substratet 200 ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som er eksitert ved hjelp av plasma, hvoretter silisium oksid fra det første isolerende lag 120 fjernes ved anvendelse av kjemisk væske slik som hydrofluorsyre, og materialet fra det første ledende lag etses.

Offerlaget 140 fjernes, som vist i figur 2(g), i tørretsing isotropisk ved injisering av gasser hvis hovedkomponent er oksygen som er eksitert ved hjelp av plasma inn i hullene 290, hvilket danner hulrommet 141 mellom det første ledende lag 210 og det første membranlag 150. Omkretsen av offerlaget 140 blir, slik det klart vises i tegningen, etterlatt ved styring av etsingstiden med sikte på å øke den mekaniske styrke av et omkretsparti i membranen.

De materialer og formingsmetoder som benyttes i prosessen i det foregående er i det vesentlige de samme som de i den første utførelsesform. Nærmere bestemt dannes det første isolerende lag 120 ved termisk oksidasjon eller ved anvendelse av en plasma-CVD-innretning ved lav temperatur. Det første ledende lag 210 blir, i likhet med det andre ledende lag 160 og det tredje ledende lag 180, dannes ved å forme et metallisk lag som er utført av krom eller aluminium ved anvendelse av fordampings- eller spruteteknikker og ved fjerning av umaskerte partier ved anvendelse av etsende reagens.

Offerlaget 140 er fremstilt av et organisk materiale som er enkelt å fjerne ved tørretsing og som motstår omgivelsestemperaturen i det påfølgende prosesser med å danne det første og det andre membranlag 150 og 170 (eksempelvis plasma-CVD-prosesser).

Den vertikale dannelse av hvert av de gjennomgående hull 290 i substratet 200 gjennomføres, som beskrevet i det foregående, ved tørretsing ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SFe) som er eksitert ved hjelp av plasma og en metallisk maskering eller en silisiumoksidmaskering. Fjerningen av offerlaget 140 fremskrider isotopisk eller radialt fra et parti av offerlaget 140 til hvilket oksygenradikaler som rommes i oksygenplasmaet påføres gjennom et av hullene 290. Det å øke farten på denne prosess krever økning i tettheten av de gjennomgående hull 290 pr. arealenhet. Det er således tilrådelig at to og to tilstøtende hull av de gjennomgående hull 290 arrangeres med avstand i et regelmessig intervall fra hverandre. Det gjennomgående hull 290 kan alternativt dannes i et kvadratisk matrisearrangement.

Vanligvis vil gass (eksempelvis gass som skal måles eller inert gass som benyttes i et tilfelle hvor trykksensoren benyttes til å måle en tidsforskjell) med hvilken hulrommet 141 er fylt frembringe et viskøst drag som kan resultere i uønsket forsinkelse i bevegelse av membranen, imidlertid kan det viskøse drag kontrolleres ved å endre antallet av gjennomgående hull 290. Strukturen for trykksensoren ifølge denne oppfinnelse øker således friheten i å regulere en vibrasjonsegenskap for membranen.

Målingene av trykksensoren i den andre utførelsesform er som følger. Diameteren og tykkelsen av hulrommet 141 er hhv. 1800 jim og 5 (im. Diameteren og antallet gjennomgående hull 290 er hhv. 100 nm og 50 nm. Membranens tykkelse består av det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160 er 2 |am.

Driften av trykksensoren ifølge denne utførelsesform er den samme som den i den første utførelsesform, og den detaljerte forklaringen derav vil bli utelatt heri.

Det andre membranlag 170 er, som beskrevet i det foregående, fremstilt av et isolerende materiale, men kan alternativt være fremstilt av et ledende materiale for å ha de samme funksjoner som de for det andre ledende lag 160 og det tredje ledende lag 180.1 dette tilfellet er det nødvendig å isolere den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 elektrisk fra den fikserte elektrodes utgangsterminal 182.

Hullene 290 er dannet slik at de trenger gjennom det første isolerende lag 120 og det første ledende lag 210 i den prosess som er vist i figur 2(f), men slik gjennomtrengning kan utføres på samme tid som det første isolerende lag 120 og det første ledende lag 210 dannes i prosessen i figur 2(a).

Substratet 200 er fremstilt av silisium, men kan alternativt være fremstilt av hvilke som helst øvrige materialer som tillater at de gjennomgående hull 290 dannes vertikalt fordi det i motsetning til den første utførelsesform ikke har noe diffundert lag.

Figur 3(h) viser en trykksensor ifølge den tredje utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Figurene 3(a) til 3(g) viser en sekvens av fremstillingsprosesser.

Trykksensoren for denne utførelsesform er forskjellig fra den for den andre utførelsesform utelukkende idet at det andre isolerende lag 330 er dannet på det første ledende lag 210, og et membran består utelukkende av det første membranlag 350 som er utført av et ledende materiale.

Trykksensoren inkluderer substratet 200 som er fremstilt av et monokrystallinsk silisiummateriale, hulrommet 141, det første isolerende lag 120 som er dannet på en øvre flate av substratet 200, det første ledende lag 210 som er fremstilt av metall med en høyere elektrisk ledningsevne, det andre isolerende lag 330, den fikserte elektrode 211 som er dannet med et parti av det første ledende lag 210 innen hulrommet 141, det første membranlag 350, den bevegelige elektrode 351 som er dannet med et parti av det første membranlag 350 over hulrommet 141, de gjennomgående hull 290 som vertikalt strekker seg inn i hulrommet 141, og offerlaget 140.

Den fikserte elektrode 211 fører til den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 som er dannet med et parti av det tredje ledende lag 180 gjennom den fikserte elektrodeleder 212, den nedre fikserte elektrodes terminal 213 som begge er dannet med partier av det første ledende lag 210, og den fikserte elektrodes forbindelseshull 332. Den bevegelige elektrode 351 leder til den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 som er dannet med et parti av det tredje ledende lag 180 gjennom den bevegelige elektrodes leder 352 og den nedre bevegelige elektrodes terminal 353 som begge er dannet med partier av det første membranlag 350.

Under fremstilling av trykksensoren, utføres det første isolerende lag, som vist i figur 3(a), først av silisium oksid på den øvre flate av substratet 200. Deretter blir et ledende materiale deponert på det første isolerende lag 120 til dannelse av den fikserte elektrode 211, den fikserte elektrodes leder 212 og den nedre fikserte elektrodes terminal 213.

Det andre isolerende lag 330 er, som vist i figur 3(b), som er fremstilt av silisium oksid over den øvre flate av substratet 200.

Et organisk lag som eksempelvis er fremstilt av polyimid blir, som vist i figur 3(c), dannet over det hele av en øvre flate av det andre isolerende lag 330, hvoretter det organiske lags omkrets fjernes til dannelse av det sirkelformede offerlag 140.

Det første membranlag 350 er, som vist i figur 3(d), utført av en aluminiumslegering over offerlaget 140, hvoretter forvalgte partier av det første membranlag 350 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrode 350, den nedre bevegelige elektrodes terminal 353, og den bevegelige elektrodes leder 352 som forbinder den bevegelige elektrode 351 med den nedre bevegelige elektrodes terminal 353.

Som vist i figur 3(e), er det dannet en åpning som leder til den nedre fikserte elektrodes terminal 213 gjennom det andre isolerende lag 330. Det tredje ledende lag 180 er dannet over det hele av substratets 200 øvre flate, hvoretter forvalgte partier av det tredje ledende lag 180 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrodes utvalgsterminal 181 og den fikserte elektrodes utgangsterminal 182 over åpningen.

Et antall gjennomgående hull 290 er, som vist i figur 3(f), dannet i bunnen av substratet 200 og strekker seg vertikalt, slik det sees i tegningen, inn til offerlaget 140 gjennom det første isolerende lag 120, det første ledende lag 210 og det andre isolerende lag 330. Dannelsen av hvert av hullene 290 oppnås ved fjerning av silisium fra substratet 200 ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som er eksitert ved hjelp av plasma, hvoretter silisium oksid fra det første isolerende lag 120 fjernes ved anvendelse av kjemisk væske slik som hydrofluorsyre, det første ledende lag 210 fjernes ved anvendelse av en egnet etseteknikk, og silisium oksidet fra det andre isolerende lag 330 fjernes ved anvendelse av kjemisk væske slik som hydrofluorsyre.

Offerlaget 140 fjernes, som vist i figur 3(g) ved tørretsing isotropisk ved å injisere gasser hvis hovedkomponent er oksygen som er eksitert ved hjelp av plasma inn i hullene 290, hvorved hulrommet 141 dannes mellom det andre isolerende lag 330 og det første membranlag 350. Omkretsen av offerlaget 140 blir, slik det klart vises i tegningen, etterlatt ved å styre etsetiden med sikte på den mekaniske styrke av et omkretsparti (d.v.s. et vertikalt parti) av membranen.

Materialene og formingsmetodene som benyttes i prosessene i det foregående er i det vesentlige de samme som de i den foregående andre utførelsesform, og detaljert forklaring derav vil bli utelatt her.

Det andre isolerende lag 330 dannes på det første ledende lag 210, men kan alternativt plasseres direkte under det første membranlag 350.1 dette tilfellet blir det, etter at offerlaget 140 er dannet, deponert et isolerende lag, og deretter dannes det første membranlag 350. Det isolerende lag kan frembringes som det andre membranlag til dannelse av membranen sammen med det første membranlag 350. Det første membranlag 350 er utført av en aluminiumlegering, men kan utføres av et forurensingsdiffundert polykrystallinsk silisiummateriale hvis mekaniske egenskaper og elektrisk ledningsevne er tilstrekkelig for membranen.

Hullene 290 er dannet slik at de trenger gjennom det første isolerende lag 120, det første ledende lag 210 og det andre isolerende lag 330 i den prosess som er vist i figur 3(f), men slik gjennomtrengning kan utføres på samme tid som det første isolerende lag 120, det første ledende lag 210 og det andre isolerende lag 330 dannes i prosessene i figur 3(a) og 3{b).

Substratet 200 er fremstilt av silisium, men kan alternativt være utført av eventuelle andre materialer som muliggjør at de gjennomgående hull 290 kan dannes vertikalt.

Figur 4(h) viser en trykksensor ifølge den fjerde utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Figurene 4(a) og 4(g) viser en sekvens for fremstillingsprosesser.

Trykksensoren i denne utførelsesform er en modifikasjon av den fra den første utførelsesform og atskiller seg derfra utelukkende idet at et parti av hvert lag innen et område av offerlaget 140 er korrugert for å regulere en responskarakteristikk for trykksensoren til det påførte trykk, og idet at omkretsen av offerlaget 140 er etterlatt for å øke den mekaniske styrke av omkretspartiet (d.v.s. et vertikalt parti) av en membran som består av det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160. De andre arrangementer er identiske, og detaljert forklaring derav vil bli utelatt her. Offerlaget 140 kan alternativt fjernes fullstendig.

Under fremstilling av trykksensoren, underlegges en øvre flate av substratet 100 tørretsing til dannelse av grunnene riller 405 koaksialt i et sentralt område på hvilket offerlaget 140 skal plasseres. Dybden av rillene 450 er eksempelvis flere nm. Dannelsen av rillene 405 oppnås ved å dekke den øvre flate av substratet 100 med en metallisk maskering eller en silisiumoksidmaskering og etse den ved anvendelse av gasser som inneholder svovelheksafluorid (SF6) som er eksitert med plasma.

Påfølgende prosesser er i det vesentlige de samme som i den første utførelsesform. Nærmere bestemt drffunderes forurensninger lett inn i et forvalgt areal på den øvre flate av det substrat 100 som skal formes, som vist i figur 4(a), den fikserte elektrode 111, den fikserte elektrodes leder 112 og den nedre fikserte elektrodes terminal 113. Det første isolerende lag 120 som utføres av silisium oksid dannes deretter på det hele av den øvre flate av substratet 100. Tykkelsen av det første isolerende lag 120 er 1 nm, slik at det første isolerende lag 120 er korrugert etter mønster av rillene 450.

Et organisk lag som eksempelvis er utført av polyimid blir, som vist i figur 4(b), dannet på det hele av det første isolerende lag 120, hvoretter det organiske lags omkrets fjernes til dannelse av offerlaget 140.1 løpet av denne prosess, flyter polyimid-forløperen, hvilket er materialet i offerlaget 140, inn i rillene 405 for å utjevne overflaten av det første isolerende lag 120, men det har minsket i volum med 50 til 70 % ved polymerisering under varmebehandlingen, slik at bølgene som er noe mindre enn rillene 405 dannes på en øvre flate av offerlaget 140.

Det første membranlag 150 blir, som vist i figur 4(c), utført av silisium nitrid over den øvre flate på substratet 100. Det andre ledende lag 160 utføres av krom på det første membranlag 150. Forvalgte partier av det andre ledende lag 160 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrode 161, den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 og den bevegelige elektrodes leder 162 som forbinder den bevegelige elektrode 160 med den nedre bevegelige elektrodes terminal 163. På det første membranlag 150 og det andre ledende lag 160, dannes det bølger etter mønster av de bølger som er dannet på overflaten av offerlaget 140.

Deretter blir det andre membranlag 170, som vist i figur 4(d), utført av silisium nitrid over substratets 100 øvre flate. Bølger med kontur som de bølger som er dannet i det andre ledende lag 160 dannes på overflaten av det andre membranlag 170.

Som vist i figur 4(e) blir det dannet åpninger som leder til hhv. den nedre fikserte elektrodes terminal 113 og den nedre bevegelige elektrodes terminal 163 gjennom det andre membranlag 170. Det tredje ledende lag 180 dannes over det andre membranlag 170, hvoretter forvalgte partier av det tredje ledende lag 180 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 og den fikserte elektrodes utgangsterminal 182.

Det gjennomgående hull 190 er, som vist i figur 4(f), dannet i et sentralt parti av bunnen av substratet 100 på samme måte som beskrevet i den første utførelses-form.

Offerlaget 140 fjernes, som vist i figur 4(g), ved tørretsing isotopisk ved å injisere gasser hvis hovedkomponent er oksygen som er eksitert ved hjelp av plasma i hullet 190, noe som danner hulrommet 141 mellom det første isolerende lag 120 og det andre membranlag 150. Omkretsen av offerlaget 140 etterlates på en indre omkrets-vegg av membranen ved å styre etsetiden.

Membranlaget som består av det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160 er, slik det kan ses i tegningene, korrugert etter mønsteret av rillene 405 som er dannet på substratets 100 øvre flate. Graden av deformasjon,

d.v.s. fleksibilitet av membranen som bidrar til en endring i kapasitansen for en kondensator som består av den bevegelige elektrode 161 og den fikserte elektrode 111 pr. enhet trykk som påføres membranen kan enkelt reguleres ved å endre antallet og/eller størrelsen på rillene 405.1 stedet for de koaksiale riller 405, kan et antall krusninger dannes i den øvre flate av substratet 100.

Figur 5{h) viser en trykksensor ifølge den femte utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Figurene 5(a) til 5(g) viser en sekvens for fremstillingsprosesser.

Trykksensoren ifølge denne utførelsesform er en modifikasjon av den for den tredje utførelsesform og avskiller seg derfra idet at membranen er korrugert i likhet med den fjerde utførelsesform. De øvrige er identiske, og detaljert forklaring derav vil bli utelatt her.

Under fremstilling av trykksensoren, blir det første isolerende lag, som vist i figur

5(a), først fremstilt av silisium oksid på en øvre flate av substratet 200. Deretter blir et ledende materiale deponert på det første isolerende lag 120 til dannelse av den fikserte elektrode 211, den fikserte elektrodes leder 212 og den nedre fikserte elektrodes terminal 213.

Det andre isolerende lag 330 blir, som vist i figur 5(b), utført av silisium oksid over den øvre flate av substratet 200.

Et organisk lag som eksempelvis utføres av polyamid blir, som vist i figur 5(c),

dannet over det hele av en øvre flate av det andre isolerende lag 330, hvoretter det organiske lag periferi fjernes til dannelse av offerlaget 140. Deretter blir en øvre flate på offerlaget 140 dekket med en metallisk maskering og underlagt tørretsing eller våt

etsing ved anvendelse av en sterk alkalisk væske til dannelse av koaksiale riller 545 med en dybde på eksempelvis flere mikrometer.

Det første membranlag 350 blir, som vist i figur 5(d), utført av en aluminiumlegering over offerlaget 140, hvoretter forvalgte partier av det første membranlag 350 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrode 351, den nedre bevegelige elektrodes terminal 353, og den bevegelige elektrodes leder 352 som forbinder den bevegelige elektrode 351 med den nedre bevegelige elektrodes terminal 353. Det første membranlag 350 er korrugert etter mønsteret av de riller 545 som er dannet i offerlaget 140.

Det ble dannet en åpning, som vist i figur 5(e), som leder til den nedre fikserte elektrodes terminal 213 gjennom det andre isolerende lag 330. Det tredje ledende lag 180 dannes over det hele av den øvre flate av substratet 200, hvoretter forvalgte partier av det tredje ledende lag 180 fjernes til dannelse av den bevegelige elektrodes utgangsterminal 181 og den fikserte elektrodes utgangsterminal 182.

Et antall gjennomgående hull 290 blir, som vist i figur 5(f), dannet i bunnen av substratet 200 og strekker seg vertikalt, slik det sees i tegningen, og når frem til offerlaget 140 gjennom det første isolerende lag 120, det første ledende lag 210 og det andre isolerende lag 330. Dannelsen av hvert av hullene 290 oppnås ved å fjerne silisium fra substratet 200 ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som eksiteres ved hjelp av plasma, hvoretter silisium oksidet fra det første isolerende lag 120 fjernes ved anvendelse av kjemisk væske slik som hydrofluorsyre, det første ledende lag 210 fjernes ved anvendelse av en egnet etsende væske, og silisium oksidet fra det andre isolerende lag 330 fjernes ved anvendelse av kjemisk væske slik som hydrofluorsyre.

Offerlaget 140 fjernes, som vist i figur 5(g), ved tørretsing isotropisk ved å injisere gasser hvis hovedkomponent er oksygen som eksiteres ved hjelp av plasma inn i hullene 290, noe som hulrommet 141 mellom det andre isolerende lag 330 og det første membranlag 350. Periferien av offerlaget 140 blir, slik det klart vises i tegningen, etterlatt ved å styre etsetiden med sikte på å øke den mekaniske styrke av et omkretsparti (d.v.s. et vertikalt parti) av membranen.

Dannelsen av rillene 545 i offerlaget 140 blir, slik det er beskrevet i det foregående, oppnådd ved tørr eller våt etsing, men kan utføres på samme måte som benyttet ved dannelse av offerlaget 140 i den første utførelsesform. I stedet for rillene 545, kan et antall krusninger eller koaksiale ringformede fremspring dannes i offerlaget 140. Dannelsen av de ringformede fremspring kan oppnås i følgende trinn. For det første dannes en film på offerlaget 140 ved hjelp av en polyimidforløper ved spinnebestrykning. Deretter tørkes løsningsmiddelet lett inn. Endelig blir en pressform hvori koaksiale riller er dannet presset mot filmen.

Idet den foreliggende oppfinnelse har vært beskrevet i form av de foretrukne utførelsesformer med sikte på å lette bedre forståelse derav, skal det bemerkes at oppfinnelsen kan utføres på forskjellige måter uten avvik fra prinsippet ifølge oppfinnelsen. Derfor skal oppfinnelsen oppfattes som å inkludere alle mulige utførelsesformer og modifikasjoner av de viste utførelsesformer som kan utføres uten avvik fra det prinsipp for oppfinnelsen som er fremlagt i det vedlagte krav.

I den første til den femte utførelsesform, kan en rille eller flere riller dannes i substratet 100 eller 200 og denne eller disse strekker seg radialt i forhold til hullet 190 eller hullene 290 innen hulrommet 140 med sikte på å minske det viskøse drag av luft innen hulrommet 140, noe som bedrer lettheten av strømningen av luften inn i hullet 190 eller hullene 290. Dette muliggjør at størrelsen av hullet 190 eller hullene 290 eller antallet av hull 290 kan minskes, noe som maksimaliserer arealet for den fikserte elektrode 111 eller 211. Eksempelvis kan det dannes åtte riller 400, som vist ved stiplede linjer i figur 6(h), idet disse strekker seg radikalt innen hulrommet 140 til hullet 190, ved å danne tilsvarende riller i substratet 100 i den første prosess som er vist i figur 6(a) på samme måte som benyttet i dannelsen av hullene 405 på samme tid som hullene 405 dannes. Figurene 6(a) til 6(h) viser i det vesentlige samme prosesser som i figur 4(a) til 6(h), og detaljert forklaring derav vil utelates her. Rillene 400 kan dannes i hver av den første til femte utførelsesform ved tørretsingen ved anvendelse av gasser hvis hovedkomponent er svovelheksafluorid (SF6) som er eksitert ved hjelp av plasma og en metallisk maskering eller en silisiumoksidmaskering eller våtetsingen ved anvendelse av en sterk alkalisk væske på en silisiumnitridmaskering. Anvendelsen av den sterke alkaliske væske i våtetsingen vil bevirke at et (111) plan av et krystallnett av silisium av substratet 100 eller 200 etterlates. Det er således nødvendig at et (100) plan eller et (110) plan fremkommer på overflaten av substratet 100 eller 200.

Sirkelformede riller eller bølger 406 kan, som vist i figur 6(g), formes i alle lag på substratet 100 rundt membranen som består av det første og det andre membranlag 150 og 170 og det andre ledende lag 160. Hver av bølgene 406 rager nedover, slik det sees i tegningene, og biter inn i en tilstøtende bølge, noe som øker den mekaniske styrke av en flens (d.v.s. perifere partier av alle lagene rundt membranen) som omgir membranen på substratet 100, noe som resulterer i en øking i membranens adhesjon til overflaten på substratet 100. Dette minimaliserer fjernbarhet av membranen som bevirkes av den skjærekraft som virker på omkretsen av membranen og overflaten av substansen 100 som frembringes når membranen presses. Dannelsen av bølgene 406 oppnås ved dannelse av en sirkulær rille 500, som vist i figur 6(a), i substratet 100 på samme måte som benyttet ved dannelse av rillene 405 på samme tid som rillene 405 dannes. Bølgene 406 kan også dannes i enhver av første til femte utførelsesform.

Substratet 100 og 200 er utført av et silisium substrat ved en konstant forurensings-konsentrasjon, men en substrat hvorpå kretselementer er integrert på forhånd og som inkluderer en detektor for å måle kapasitansen mellom den fikserte og den bevegelige elektrode kan benyttes. Dette muliggjør at et areal for det ledende lag som benyttes for forbindelsesledninger kan minimaliseres, noe som reduserer parasittkapasiteten til forbedring av detektorens følsomhet ovenfor en endring i kapasitans.

En inaktivt isolerende lag kan dannes slik at det dekker den fikserte og den bevegelige elektrode for å isolere dem fra omgivende gasser. Eksempelvis kan det plasseres innen membranen. I dette tilfellet er det imidlertid nødvendig å betrakte den mekaniske styrke av membranen som et hele. Det inaktivt isolerende lag kan alternativt dannes slik at det dekker trykksensoren under ett.

Claims (18)

1. Trykktransduser, karakterisert ved at den omfatter: et substrat med en første flate og en andre flate som er motstående til den første flate; en fastmontert elektrode som er dannet i substratets første flate; en membran som er festet til et perifert parti derav til substratets første flate slik at det dannes et hulrom mellom et sentralt parti derav og den fikserte elektrode, idet membranen har en bevegelig elektrode som er motstående til den fikserte elektrode gjennom hulrommet og blir deformert som respons til et påført trykk for å endre en avstand mellom den bevegelige elektrode og den fikserte elektrode som en funksjon av det påførte trykk; et hull som er dannet i substratet og som strekker seg fra den andre flate til hulrommet; og en rille som er dannet i substratets første flate innen hulrommet og som leder til hullet.

2. Trykktransduser i samsvar med krav 1, ytterligere karakterisert ved at den omfatter hull som er dannet i substratet og som strekker seg fra den andre flate til hulrommet og som er således arrangert at to og to tilstøtende hull er plassert med regelmessig avstand fra hverandre.

3. Trykktransduser i samsvar med krav 1, karakterisert ved at membranen er korrugert.

4. Trykktransduser i samsvar med krav 3, karakterisert ved at membranen har et antall bølgeformede partier som er dannet koaksialt.

5. Trykktransduser i samsvar med krav 1, ytterligere karakterisert ved at den omfatter et membranbæreorgan som er plassert innen hulrommet i kontakt med en innervegg på det perifere parti av membranen.

6. Trykktransduser i samsvar med krav 1, karakterisert ved at substratet er fremstilt av et halvledersubstrat med integrerte kretselementer som danner en detektor hvilken er utformet for å måle en kapasitans mellom den fikserte og den bevegelige elektrode.

7. Trykktransduser i samsvar med krav 1, karakterisert ved at membranen er utført i et uorganisk materiale.

8. Trykktransduser i samsvar med krav 7, karakterisert ved at det uorganiske materialet er en forbindelse mellom silisium og et av oksygen og nitrogen.

9. Trykktransduser i samsvar med krav 6, karakterisert ved at membranen har en bølge som er formet på det perifere parti derav, idet bølgen pulserer til den første flate på substratet for å øke membranens adhesjon til substratets første flate.

10. Trykktransduser i samsvar med krav 1, karakterisert ved at substratet har en rille som er dannet i den første flate, og hvori det perifere parti av membranen delvis projiserer til rillen for å øke membranens adhesjon til substratets første flate.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av en trykktransduser, karakterisert ved følgende trinn: å danne en fastmontert elektrode i en første overflate til et substrat; å danne minst én bølgeformet del på den første overflate til substratet; å danne et offerlag over den fikserte elektrode; å danne et membranlag over offerlaget; å danne et gjennomgående hull som strekker seg fra en andre overflate til substratet til den andre flate til substratet; og å fjerne et materiale av offerlaget ved tørretsing gjennom det gjennomgående hullet.

12. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, ytterligere karakterisert ved at den omfatter trinnet med å danne i det minste et bølgeformet parti på en overflate av offerlaget.

13. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at substratet er utført av et halvledersubstrat med integrerte kretselementer som danner en detektor som er utformet for å måle en kapasitans mellom den fikserte og den bevegelige elektrode.

14. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at membranen er utført i et uorganisk materiale, og offerlaget er utført i et organisk materiale.

15. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at membranen er fremstilt av en forbindelse av silisium og et av oksygen og nitrogen.

16. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at offerlaget er utført av polyamid.

17. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at fjerningen av offerlaget oppnås ved tørretsing ved anvendelse av oksygenplasma.

18. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at gassinjiseringstrinnet fjerner offerlaget slik at det etterlates et omkretsparti av offerlaget.