(57)【要約】【課題】機械的移動を電気出力に変換するピエゾ抵抗性歪み集中器及びこの集中器を製作する方法を提供する。【解決手段】機械的移動を電気出力に変換するピエゾ抵抗性歪み集中器及びこの集中器を製作する方法。この装置は、基板内の間隙に渡されたピエゾ抵抗性歪み感応素子から成る歪み感知構造体を含む。歪み感知構造体は、間隙の基部で断面まで延びる垂直壁を有する、同じく間隙に渡された歪み集中構造体上に支持されており、両方の構造体は、基板からエッチングされる。歪み感応素子に対する歪み集中支持体の構造は、深反応性イオンエッチ（ＤＲＩＥ）によって製作される。歪み感知構造体は、以前の歪みゲージ構造体に比較して増大した感度、低いゲージ係数、及び座屈及び破壊に対する増大した抵抗性を有する。歪み感知構造体のいくつかは、ブリッジ回路内である一定のシーケンスに接続することができる。【選択図】図１Ａ
2008522193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的入力を感知して、少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を電気出力に変換するための装置であって、
シリコン基板と、
相対的に移動可能な部分を形成する前記基板の一部分を横切って延びる間隙、及びその間に延びる、該基板と同じ材料から得られる撓み断面と、
前記シリコン基板の表面上に設けられた少なくとも１つの歪み感応素子と、
を含み、
前記歪み感応素子は、中間ネック部分によって相互接続された２つの端部部分を有し、該ネック部分は、歪みを集中させる構造体上に支持され、該構造体は、前記間隙にわたって延び、かつ該間隙における前記断面まで延びる垂直壁を有し、かつ該構造体は、前記基板と同じ材料から得られ、
前記基板部分の前記相対的な移動から生じる前記歪み感応素子を通る電流の方向に前記ネック部分が応力を受ける時の前記端部部分間の電気抵抗の変化を検出するために該端部部分に電気的に接続した電極手段、
を更に含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記シリコン基板は、（１１０）平面内に配向され、かつｎ型不純物を含み、前記歪み感応素子は、［１１１］方向に整列し、かつｐ型不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シリコン基板は、（１００）平面内に配向され、かつｐ型不純物を含み、前記歪み感応素子は、［００１］方向に整列し、かつｎ型不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記断面は、前記基板に平行な弾性ヒンジを形成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つの相対的に移動可能な部分は、前記断面の前記弾性ヒンジ部分の回りに互いに対して傾斜することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記歪み感応素子は、約２ミクロンの深さまで弱くドープされたボロンを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
機械的入力を感知して、少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を電気出力に変換するための装置であって、
シリコン基板と、
相対的に移動可能な部分を形成する前記基板の一部分を横切って延びる間隙、及びその間に延びる、該基板と同じ材料から得られる撓み断面と、
前記シリコン基板の表面上に設けられ、かつ直列に接続した少なくとも２つの歪み感応素子と、
を含み、
前記歪み感応素子の各々は、中間ネック部分によって相互接続された２つの端部部分を有し、各ネック部分は、歪みを集中させる対応する構造体上に支持され、該構造体は、前記間隙にわたって延び、かつ該間隙における前記断面まで延びる垂直壁を有し、かつ該構造体は、前記基板と同じ材料から得られ、
前記基板部分の前記相対的な移動から生じる前記歪み感応素子を通る電流の方向に前記ネック部分が応力を受ける時の前記端部部分間の電気抵抗の変化を検出するために該端部部分に電気的に接続した電極手段、
を更に含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記シリコン基板は、（１１０）平面内に配向され、かつｎ型不純物を含み、前記歪み感応素子は、［１１１］方向に整列し、かつｐ型不純物を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記シリコン基板は、（１００）平面内に配向され、かつｐ型不純物を含み、前記歪み感応素子は、［００１］方向に整列し、かつｎ型不純物を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記断面は、前記基板に平行な弾性ヒンジを形成することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの相対的に移動可能な部分は、前記断面の前記弾性ヒンジ部分の回りに互いに対して傾斜することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
各歪み感応素子は、約２ミクロンの深さまで弱くドープされたボロンを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
６つの歪み感応素子が、前記シリコン基板の前記表面上に設けられ、かつ直列に接続されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
各歪み感応素子は、約０．３ミクロンの深さまで強くドープされたボロンを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
各歪み感応素子は、約４ミクロンの小さな幅を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
機械的入力を感知して、少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を電気出力に変換するための装置であって、
（１１０）平面内に配向されたｎ型半導体材料から得られるシリコン基板と、
リムと、該リムを横切って延びるダイヤフラムと、中央突起と、該中央突起の両側及び該リムの内側の２つの外側突起とを含む、前記基板の片側上に彫刻された３点突起ダイヤフラムと、
相対的に移動可能な部分を形成する前記基板の一部分を横切って延びる４つの間隙、及び該間隙の２つが前記外側突起の外側に位置し、かつ該間隙の２つが前記中央突起の両側及びいずれかの外側突起の内側に位置するように対応する間隙の間に延びる撓み断面と、
前記間隙の回りの前記シリコン基板の表面上に設けられた４つ歪み感応素子対と、
を含み、
各対は、直列に接続した２つの歪み感応素子を含み、各歪み感応素子は、中間ネック部分によって相互接続された２つの端部部分を有し、該ネック部分は、歪みを集中させる対応する構造体上に支持され、該構造体は、前記間隙にわたって延び、かつ前記対応する間隙における前記断面まで延びる垂直壁を有し、該歪み感応素子は、ｐ型半導体材料から得られ、かつ［１１１］方向に配向され、前記４つの歪み感応素子対は、ブリッジ回路として接続されており、
前記基板部分の前記相対的な移動から生じる前記歪み感応素子を通る電流の方向に前記ネック部分が応力を受ける時の前記端部部分間の電気抵抗の変化を検出するために該歪み感応素子の該端部部分に電気的に接続した電極手段、
を更に含むことを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記断面は、前記基板に平行な弾性ヒンジを形成することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの相対的に移動可能な部分は、前記断面の前記弾性ヒンジ部分の回りに互いに対して傾斜することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記歪み感応素子が前記リムのコーナで端子にブリッジ回路シーケンスで接続され、そのために該ブリッジの隣接する脚が反対方向の歪みを有するように、前記基板上のゲージレベルに絶縁交差部を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
傾斜した突起から前記リム上の端子までのトーションバー導電路を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
基準圧力を捕捉するために熱圧着によって密封された端子ブロック内の基準空洞を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記歪み感応素子は、熱圧着によって表面装着端子に対して密封されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
各歪み感応素子は、約３ｘ１０１８／立方センチメートルのレベルまでドープされたボロンを含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
流体圧力を測定するためにカテーテル上に配置されるようになっていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
機械的入力を感知して少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を電気出力に変換するための装置を製作する方法であって、
センサウェーハ及びサポートウェーハを製作する段階と、
ダイヤフラム及び歪み感応素子がそこから製作される前記センサウェーハを、該センサの機械的剛性及びそれへの電気接続のために前記サポートウェーハに整列させる段階と、
前記整列したサポート及びセンサウェーハを結合する段階と、
前記ダイヤフラム及び歪み感応素子区域を深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記センサウェーハは、単一のシリコン結晶であり、これは、ｎ型不純物を含み、かつ［１１１］方向が特定された（１１０）配向を有する主面と、両表面上に酸化物を熱成長させた２つの平坦な研磨側面とを有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記センサウェーハを製作する段階は、
ｐ型ボロンをセンサ表面上の導電区域内に強く拡散させる段階と、
前記表面を光パターン化し、歪み感応素子へのリンクを開く段階と、
ｐ型ボロンを前記表面上に開かれた区域を通して前記歪み感応素子上に弱く拡散させる段階と、
光パターン化された区域を深反応性イオンエッチングして、前記ダイヤフラムと前記歪み感応素子を支える構造体とを形成する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ウェーハの全厚変動は、約２ミクロンであることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記歪み感応素子は、約３ｘ１０１８ボロンによって深さ約１．１ミクロン及び２６５オーム／平方まで拡散されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記シリコンは、前記ウェーハ厚の約２８パーセントである最終残留物までＤＲＩＥによってエッチングされることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
アルミニウムが、約０．７ミクロンの厚みで前記センサ表面上に堆積され、該表面は、電気トレース及び熱圧着部位になるように光パターン化されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的移動を電気出力に変換するピエゾ抵抗性歪み集中器及びこの集中器を製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサ及び加速度センサにおいては、媒体から吸収された比較的少量のエネルギから比較的大きな信号電力を生成することが望まれている。目標は、望ましい出力信号を生成するのに必要な機械的エネルギを最小にすることである。圧力センサにおいては、圧力によってダイヤフラムが撓むと、エネルギが媒体から吸収される。一般的に、ダイヤフラムにわたって、中心部とその両端が深く切り込まれたバーが設けられる。切り込んだ底面の反対側にある平面表面上に、ゲージが置かれる。曲げバーの歪みは、切り込みの底部に集中する。加速度センサにおいては、地震質量がその基準座標に対して偏向すると、エネルギが加速度場から吸収される。例えば、使用される構造体は、弾性ヒンジの上に基板から解放されてエッチングされたゲージ、いわゆる、「解放ゲージ」を特徴とする。横方向の荷重を担持するヒンジと、ヒンジ外面よりも曲げの中立軸から遥かに離れているゲージとを用いて、ゲージは、歪が最も大きい材料になる。加速度及び圧力センサのいずれにおいても、効率は、小さな物理的サイズを通じて高い感度を可能にしている。
【０００３】
変換器の製造業者が取っている一般的な手法は、従来的に、歪み面の大きな場を作り出し、この歪みがより大きい区域上に従来の大きさのゲージを置くというものである。代替的に、ピエゾ抵抗器に歪みを集中させる構造的手段が使用されている。ピエゾ抵抗センサにおいては、信号は、電流によって励起された１つ又はそれよりも多くの歪み感応抵抗器の抵抗を変えることによって生成される。従って、組込ゲージを有する単純な平面ダイヤフラム圧力センサにおいては、周縁部の大部分と中心部の広い区域が、ゲージに信号をもたらすのに必要な歪みの状態にされる。ゲージは、歪が最も大きい区域に置かれるが、歪みエネルギの大部分は、歪みゲージがない周縁区域と中心区域で消費される。
【０００４】
解放ゲージ構造においては、ピエゾ抵抗材料だけに完全なレベルの歪みが見られ、ヒンジ及び集力構造の方が、歪みは遥かに少ない。解放歪みゲージは、従来の歪みゲージに対する改良品であったが、それでも、歪みを検出するのに最適な構造体ではない。製造許容誤差により、解放ゲージに対して最小の断面が課せられ、従って、所要の信号電力を得るために、何らかの最小量の材料に歪みをかける必要がある。製造工程により、解放ゲージの抵抗性にも上限が課せられ、それによってゲージ係数、及び従ってゲージ感度が制限される。更に、熱の消散により、装置の長さが制限され、その結果、ゲージは、所要の抵抗を与えるのに十分な全長が得られるまでヒンジの上で間隙にわたって前後に縫い合わすことが必要である。すなわち、解放ゲージ構造の欠陥を克服する応力集中構造に対する必要性が依然として存在する。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を感知し、この移動を電気出力に変換する装置に使用される歪み感応素子に関連する。この装置は、シリコン結晶材料で構成された基板を含む。基板は、その一部分を横切って延びる間隙と、間隙にわたって延びる断面とを含み、相対的に移動可能な部分を形成する。シリコン基板上には、２つの端部部分と間隙にわたって延びるネック部分とを有する少なくとも１つの歪み感応素子が設けられる。歪み感応素子のネック部分は、同じく間隙にわたって延びる歪み集中構造体上に支持される。歪み集中構造体は、間隙の基部で断面まで延びる垂直壁を有し、かつ基板と同じ材料から得られる。基板部分の相対的な移動から生じる歪み感応素子を通る電流の方向にネック部分が応力を受けた時の端部部分間の電気抵抗の変化を検出するために、端部部分に電気的に接続された電極手段が設けられる。一実施形態では、シリコン基板は、（１１０）平面内に配向され、かつｎ型不純物を含み、歪み感応素子は、［１１１］方向に整列し、かつｐ型不純物を含む。別の実施形態では、シリコン基板は、（１００）平面内に配向され、かつｐ型不純物から成り、歪み感応素子は、［００１］方向に整列し、かつｎ型不純物から成る。
【０００６】
本発明の別の態様では、シリコン基板上に直列に接続した少なくとも２つの歪み感応素子が設けられ、かつ少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を感知してその移動を電気出力に変換する装置の対応する歪み集中構造体によって支持されている。更に別の実施形態では、シリコン基板上に直列に接続した６つの歪み感応素子が設けられ、かつ対応する歪み集中構造体によって支持されている。歪み感応素子は、強くドープされ、かつ小さな断面幅を有する。
【０００７】
別の実施形態では、本発明の装置は、（１１０）平面内に配向されたｎ型半導体材料から得られるシリコン基板で作られる。基板の一方の表面は、３点突起ダイヤフラムを含む。基板の他方の表面は、撓み断面と相対的に移動可能な部分とを形成する基板の一部にわたって延びる４つの間隙を含む。間隙の回りには、シリコン基板上に４つ歪み感応素子対が設けられ、各歪み感応素子は、間隙にわたって延びる中間ネック部分によって相互接続された２つの端部部分を有する。各ネック部分は、間隙の基部で断面まで延びる垂直壁を有して基板と同じ材料から得られる、間隙にわたって延びる対応する歪み集中構造体上に支持されている。ｐ型半導体材料から得られ、かつ［１１１］方向に配向された４つの歪み感応素子対は、ブリッジ回路として接続される。好ましい実施形態では、ブリッジ回路は、ホイートストンブリッジ回路である。基板部分の相対的な移動から生じる歪み感応素子を通る電流の方向にネック部分が応力を受けた時の端部部分間の電気抵抗の変化を検出するために、端部部分に電気的に接続した電極手段が設けられる。歪み感応素子のレベルで基板上にある絶縁交差部は、ブリッジの隣接する脚が反対方向の歪みを有するように、歪み感応素子をブリッジ回路シーケンスに接続する。
別の実施形態では、この装置は、基準圧力を捕捉するための基準空洞を含み、かつ流体圧力を測定するためにカテーテル上に配置されるようになっている。
【０００８】
本発明はまた、機械的入力を感知して少なくとも２つの相対的に移動可能な部分の機械的移動を電気出力に変換するための装置を製作する方法に関する。本方法は、ダイヤフラムと歪み感応素子がそこから製作されるセンサウェーハとセンサウェーハの機械的剛性のためのサポートウェーハとを製作する段階と、センサウェーハとサポートウェーハを整列させて結合する段階と、ダイヤフラム区域と歪み感応素子区域を深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）する段階とを含む。本発明の一実施形態では、センサウェーハは、（１１０）配向の主面を有するｎ型不純物の単一のシリコン結晶で作られ、［１１１］方向が特定され、２つの平坦な研磨側面は、両平面上に熱成長した酸化物を有する。
【０００９】
センサウェーハを製作する方法は、ｐ型ボロンをセンサ表面上の導電区域内に強く拡散させる段階と、この表面を光パターン化して、歪み感応素子へのリンクを開く段階と、表面上に開放された区域を通じてｐ型ボロンを歪み感応素子上に弱く拡散させる段階と、光パターン化された区域を深反応性イオンエッチングして、ダイヤフラムと歪み感応素子を支える構造体とを形成する段階とを含む。
本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、同じ参照文字が異なる図を通じて同じ部分を指す添付図面に例示するように、本発明の好ましい実施形態の以下のより特定的な説明から明らかになるであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を例示するに当って強調されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。図１Ａを参照すると、本発明を例示する相対的に移動可能な基板端部１２及び１３を分離する間隙２を有するピエゾ抵抗性装置１０がシリコン基板１と共に示されている。間隙２に渡された撓み断面３が間隙２内に構成されている。図１Ａで分るように、歪み感応素子１４のネック部分４は、間隙２の上に延び、歪み集中構造体５上に支持されている。歪み感応素子１４は、ｐ−ｎ接合部によって基板の大部分から絶縁される。歪み感応素子１４は、約２ミクロンのような適切な深さまで、例えばボロンで弱くドープすることができる。歪み感応素子１４のネック部分４は、各端部で電気パッド６及び９に接続される。代替的に、図１Ｂにおいては、両方の電気接続部は、この装置の固定端、すなわち、基板端部１２上にある。それぞれ間に基板の導電性を有する基板端部１２及び１３の端部近くにオーム接触７及び１１がある。基板の移動可能な端部つまり基板端部１３上に、ピエゾ抵抗器１４が隣接オーム接触８に接続される。従って、ピエゾ抵抗器１４の機能的接続部は、基板端部１３上のオーム接触１１及び８である。
【００１１】
認められるように、撓み断面３は、基板１に平行であって移動可能な基板端部１２及び１３の撓み性の方向を決める弾性ヒンジ１５を形成する。基板１に対して平面に力が印加されれば、基板端部１２及び１３が断面３のヒンジ１５まわりに互いに対して傾き、歪み感応素子１４のネック部分４に伝達されて電気パッド６及び９を通じて電気的に感知される歪みが歪み集中構造体５上に発生する。特に、ネック部分が各部分の相対的な移動になる歪み感応素子を通る電流の方向で応力を受けた時、電気抵抗の変化が検出される。
【００１２】
図２を参照すると、２つの歪み感応素子２３が上述のものと同様に配置された状態でピエゾ抵抗性装置１６が示されている。歪み感応素子２３が渡された間隙２０を有する基板１７は、弾性ヒンジ２５を形成する撓み断面２１に垂直である歪み集中構造体２４によって支持される。両方の歪み感応素子２３は、約２ミクロンの深さまで弱くドープすることができる。二重歪み感応素子２３は、個別の電気パッド２６を基板端部１８上に、電気パッド２９を基板端部１９上に有する。電気パッド２６には、電気接点端子２７がその上に位置決めされており、一方、電気パッド２９は、電気接点端子２８を含む。電気接点端子２８と２７は、金属で構成することができる。
【００１３】
図６は、６つの歪み感応素子７５と共に示されているピエゾ抵抗性装置７３の断面図を示している。各歪み感応素子は、対応する歪み集中構造体７４上に支持される。この実施形態では、歪み感応素子７５は、約０．３ミクロンの深さまで強くボロンでドープされることが好ましく、歪み感応素子は、例えば、約４ミクロンの非常に小さい断面幅Ｃ２を有することができる。
ピエゾ抵抗性装置１０、１６、及び７３においては、シリコン基板は、（１１０）平面内に配向させ、かつｎ型不純物で構成することができ、歪み感応素子は、［１１１］方向に整列してｐ型不純物から成る。代替的に、装置のシリコン基板は、（１００）平面内に配向させ、かつｐ型不純物で構成することができ、歪み感応素子は、［００１］方向に整列してｎ型不純物から成る。
【００１４】
ここで図３Ａから図３Ｃを参照すると、ピエゾ抵抗性応力集中器３０が示されており、シリコン基板３１から作られた装置によって例示されている。機能的には、応力集中器３０は、圧力センサに組み込まれる図２に示す形式の４つの応力集中器から成る。図３Ｂで分るように、基板３１の片側には、中央突起３３と外側突起３４及び３５で構成された３点突起ダイヤフラム５０が彫刻される。基板３１の一部分を横切って４つの間隙が延び、それによって外側間隙３６は、外側突起３５の外側にあり、内側間隙３７は、外側突起３５と中央突起３３の間にあり、内側間隙３８は、中央突起３３と外側突起３４の間にあり、外側間隙３９は、外側突起３４の外側にある。トーションバー導電路４８が、ダイヤフラム５０にわたって延びるリム３２上の端子４７まで外側突起３４及び３５に沿って延びている。１つの表面に印加された圧力に応答して、ダイヤフラム５０が撓み、中央突起３３は、リム３２に平行に平面移動し、外側突起３４及び３５は、リム３２に対して傾く。図３Ａを参照すると、各間隙内に撓み断面４０が形成されている。それぞれ、間隙３６、３７、３８、３９の回りに基板３１の表面上に４つの歪み感応素子対４１、４２、４３、及び４４が設けられ、対内の各歪み感応素子は、歪み集中構造体４５上に支持される。各歪み感応素子は、好ましくは約３ｘ１０１８／立方センチメートルのレベルまでドープすることができる。歪み感応素子対は、ホイートストンブリッジのような電子ブリッジ回路シーケンスに接続され、内側歪み感応素子４２及び４３は、トーションバー導電路４８を通じて基板３１のコーナの端子４７に配線され、それによってブリッジ部の隣接脚部に反対の歪み方向及び抵抗の変化が発生する。絶縁交差部４６は、ブリッジ回路の形成に関連するために、装置の物理的幾何学形状に適合するものである。図３Ａで分るように、図３Ｃに示す厚みＴ１を出す深さまで、溝４９が導電路４８の両側に切り込まれている。応力集中器は、支持体に接着して回路に配線することができ、又は支持及び接続機能を端子表面に付加された単一の複合構造によって達成することができる。
【００１５】
圧力が平面表面に印加された状態で、上述のように、ダイヤフラムの突起の撓みが発生し、外側歪み感応素子４１及び４４が圧縮され、内側歪み感応素子４２及び４３に応力が掛けられ、ピエゾ抵抗性歪み感応素子が抵抗の変化として検出する機械的な移動を引き起こす。釣り合いの取れたブリッジ回路においては、撓みによる抵抗の変化が発生すると、ブリッジ部の均衡が崩れて電気出力信号が得られる。
【００１６】
ここで図４Ａから図４Ｆを参照すると、ピエゾ抵抗性応力集中器３０のセンサウェーハ部分を製作する段階から成るシーケンスが示されている。図４Ａに示すように、単一のｎ型シリコン基板５１は、（１１０）配向の主面と、［１１１］方向の２つの平坦な研磨側面５４を有し、熱酸化層５２が上面に、酸化層５３が底面に形成されている。実施形態では、センサウェーハの総厚み変動は、約２ミクロンである。図４Ｂで分るように、センサ表面上の導体の役目をすることになる区域５３内にｐ型ボロンの予備的な強い拡散を行う。図４Ｃは、歪み感応素子５６上へのボロンの弱い拡散による酸化物表面及び開口部の光パターン化を示している。実施形態では、歪み感応素子５６は、少なくとも３ｘ１０１８ボロンで約１．１ミクロンの深さまで、かつ２６５オーム／平方で弱く拡散させることができる。図４Ｄにおいては、基板５１の表面は、スパッタしたアルミニウム６０で深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）に対してマスキングされ、ＤＲＩＥパターンが、アルミニウムに開口されてダイヤフラムを形成し、応力集中構造体５７が、歪み感応素子５６、撓み断面５８、及び溝５９を導電路５５の両側で支える。基板５１は、元のウェーハ厚みの約２８％である最終深さまでＤＲＩＥでエッチングする。図４Ｅに示すように、図４Ｄのスパッタしたアルミニウム６０を除去して、薄い酸化物６１を表面上に成長させる。導電路６２を光パターン化し、接触孔を酸化物を通して開口する。図４Ｆにおいては、アルミニウム６３を約０．７ミクロンの深さまで基板５１上に堆積させ、表面を光パターン化し、電気トレース６５及び熱圧着部位６４を形成する。
また、機械的剛性及び電気接続に必要なサポートウェーハを製作する。サポートウェーハは、ｎ型不純物の単一のシリコン結晶から成る。完全なピエゾ抵抗性装置を形成するために、センサウェーハをサポートウェーハに整列させて２つのウェーハを熱圧着する。
【００１７】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、ピエゾ抵抗性圧力センサ７２を採用するカテーテル６６は、本発明の実施形態を例示するものである。基準圧力管７１は、圧力センサ７２にエポキシ密封される。また、シリコーンエラストマー６９により、圧力センサ７２が基準管７１に密封される。圧力センサ７２の端子に銀メッキ銅線７０が接続される。圧力センサ７２の面６８は、タンタルの薄膜で被覆することができる。サポートウェーハは、端子に対する電気的バイアと基準管７１に対する配管バイアとを提供する圧力センサ７２に結合させることができる。カテーテルは、流体圧力の測定に使用することができる。
【００１８】
上述の内容から認められるように、本発明は、機械的移動を感知し、歪み感応素子を支持する歪み集中構造体を通じてその移動を電気出力に変換する装置及びその製作方法を提供する。本発明は、いくつかの点において従来のゲージ構造体を凌いで改善されている。例えば、歪み感応素子が歪み集中支持構造体上に支持されることにより、抵抗性に対する工程上の制約が排除され、その抵抗性が歪み感応素子の満足できる熱的挙動によってのみ制約されることを可能にする。支持された歪み感応素子は、解放ゲージ構造体のレベルの１／１０又はそれ未満でボロンを用いてドープすることができ、その結果、歪みに対する感度が高くなる。解放ゲージ構造体と異なり、支持された歪み感応素子上の材料は、エッチングに抗する必要がなく、すなわち、高いゲージ係数のようなより望ましい特性、及び適合する温度抵抗係数及びゲージ係数を得るように選択することができる。従って、支持された歪み感応素子は、その支持体によって放熱され、要素に発生する抵抗熱は、素子の長さに沿ってばかりでなく、支持体内へ下方にも運び去られる。最後に、歪み感応素子の歪み集中構造体は、圧縮負荷の下で座屈に対する抵抗性が解放ゲージ構造体よりも遥かに高く、その脆性を遥かに小さくする。
本発明は、特に、その好ましい実施形態を参照して示して説明したが、特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における様々な変更をそこに行うことができることを当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】単一の歪み感応素子及び歪み集中支持構造体を基板上に示す本発明によるピエゾ抵抗性装置の斜視図である。
【図１Ｂ】装置の固定側に両方の電気接続部を有する図１Ａの実施形態の斜視図である。
【図２】直列の２つの歪み感応素子及びそれらの対応する歪み集中支持構造体を基板上に示す本発明の第２の実施形態の斜視図である。
【図３Ａ】４対の歪み感応素子とそれらの対応する歪み集中支持構造体がそれぞれ基板に渡された４つの間隙にわたって延び、かつブリッジ回路に接続された本発明の第３の実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】線３Ｂに沿った図３Ａの実施形態の側面断面図である。
【図３Ｃ】線３Ｃに沿った図３Ａの実施形態の側面断面図である。
【図４Ａ】センサウェーハを製作する連続的工程を示す斜視図である。
【図４Ｂ】センサウェーハを製作する連続的工程を示す斜視図である。
【図４Ｃ】センサウェーハを製作する連続的工程を示す斜視図である。
【図４Ｄ】センサウェーハを製作する連続的工程を示す斜視図である。
【図４Ｅ】センサウェーハを製作する連続的工程を示す斜視図である。
【図４Ｆ】センサウェーハを製作する連続的工程を示す斜視図である。
【図５Ａ】流体圧力を測定する圧力センサを特徴とするカテーテルの本発明の第４の実施形態の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの実施形態の後端の図である。
【図６】直列の６つの歪み感応素子及びそれらの対応する歪み集中支持構造体を基板上に示す本発明の実施形態の側面断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  シリコン基板
２  間隙
５  歪み集中構造体
１０  ピエゾ抵抗性装置
１２、１３  基板端部
１４  歪み感応素子
【図１Ａ】
2008522193.tif 000003
【図１Ｂ】
2008522193.tif 000004
【図２】
2008522193.tif 000005
【図３Ａ】
2008522193.tif 000006
【図３Ｂ】
2008522193.tif 000007
【図３Ｃ】
2008522193.tif 000008
【図４Ａ】
2008522193.tif 000009
【図４Ｂ】
2008522193.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
2008522193.tif 000018