(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気からの圧力変動を受けるための少なくとも1つの第1の変形可能なキャビティ(20、20'、20''、20''')であって、センサーの平面と称される平面内に延在する少なくとも1つの第1の平面層または基板(100)内に作られ、前記センサーの平面内で移動可能であるか、または変形可能である少なくとも1つの壁(25、25'、25''、25''')、移動又は変形を可能にする前記壁の上方又は下方に配置された空隙および雰囲気からの圧力変動を前記キャビティに伝達するための手段(21、200、210)を備える、少なくとも1つの第1の変形可能なキャビティ(20、20'、20''、20''')と、
前記雰囲気の圧力変動の影響下で、前記移動可能な、または変形可能な壁の、前記センサーの前記平面内の、変位もしくは変形を検出するため、移動可能な、または変形可能な前記壁に機械的に接続されている、吊り下げられた検出手段(24、24'、241、24'1、66、66'、64、64'、および641、64'1)とを備えるMEMSおよび/またはNEMSタイプの圧力センサー。
【請求項２】
前記第1の変形可能なキャビティと部分的に連通する、少なくとも1つの二次キャビティ(28、28'、28''、280)、または緩衝キャビティをさらに有し、前記二次キャビティまたは前記緩衝キャビティは基準キャビティを形成する請求項1に記載のセンサー。
【請求項３】
少なくとも1つの二次キャビティが前記センサーの平面に平行な平面内で延在する第2の基板内に形成され、前記第2の基板は前記第1の基板と異なるか、または前記第1の基板の前記平面内に形成される請求項2に記載のセンサー。
【請求項４】
前記二次キャビティが前記センサーの平面に平行な平面内で延在する第2の基板の前記平面内に形成され、
前記第2の基板(102)は前記雰囲気の圧力変動を前記第1の変形可能なキャビティに伝達するための前記手段(21、200、210)をさらに備えるか、または
前記第2の基板(101)は前記第1の基板の、前記センサーの平面に平行な、片面に配置され、第3の基板(102)は前記第1の基板の、前記センサーの平面に平行な平面内に延在する、他方の面上に配置され、前記第3の基板は前記雰囲気からの圧力変動を前記第1の変形可能なキャビティに伝達するための手段(21、200、210)を備える請求項3に記載のセンサー。
【請求項５】
前記検出手段は静電容量またはひずみゲージ手段を備える請求項1から4のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項６】
前記検出手段は前記センサーの前記平面内で移動することができる少なくとも1つの第1のコームと静止している、少なくとも1つの第2のコームとを備え、前記第1のコームの歯と前記第2のコームの歯が交互している静電容量手段と、前記移動可能な、または変形可能な壁の、前記センサーの前記平面内の、前記第1のコームに変位または変形を伝達するための手段(40、40')とを備える請求項5に記載のセンサー。
【請求項７】
前記検出手段は空隙変動のある静電容量手段(25、240)を有する請求項5に記載のセンサー。
【請求項８】
前記検出手段はひずみゲージ手段(64、64'、641、64'1)を備える請求項5に記載のセンサー。
【請求項９】
前記センサーの前記平面内で移動することができるレバーアーム(66、66')と前記レバーアームおよび少なくとも1つのひずみゲージに、前記移動可能な、または変形可能な壁(25、25')の、前記センサーの前記平面内の、変位もしくは変形を伝達するための手段(40、40')をさらに有し、前記ひずみゲージ(64、64'、641、64'1)は前記センサーの前記平面内の前記レバーアームの変位を検出することを可能にする請求項1から8のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１０】
少なくとも1つの移動可能な、または変形可能な壁は2つの側端部を備え、
静止している壁(232)上のこれらの側端部のうちの1つに埋め込まれるか、もしくは固定され、他端では自由であるか、
または、その両方の側端部のところに埋め込まれるか、もしくは固定されるか、
または、剛性を有し、その両方の側端部のところに変形可能な要素(250、251)によって保持される請求項1から9のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１１】
示差測定を実行するように取り付けられている第1の検出手段および第2の検出手段を有する請求項1から10のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１２】
示差構造を有する請求項1から11のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記第1の変形可能なキャビティ内で、雰囲気からの圧力変動を伝達するための前記手段(21、200、210)は、前記第1の変形可能なキャビティの開口部の反対側に配置された単一の開口部(21)もしくは複数の開口部(210)および前記第1の変形可能なキャビティの開口部上に配置された膜(200)を備える請求項1から12のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１４】
それぞれのセンサーが他のセンサーのそれぞれの帯域幅とは異なる帯域幅を有する請求項1から13のいずれか一項に記載の複数のセンサーを備える、圧力変動を検出するためのデバイス。
【請求項１５】
請求項1から13のいずれか一項に記載のセンサーと前記圧力変動の結果生じる電気エネルギーを蓄積するための手段とを備える、音響エネルギーを回収するためのデバイス。
【請求項１６】
MEMSおよび/またはNEMS圧力センサーを製造するための方法であって、この順序で、または他の順序で、
雰囲気からの圧力変動を受けるための少なくとも1つの第1の変形可能なキャビティ(20、20'、20''、20''')を、センサー平面と称される、平面内で延在する、少なくとも1つの第1の平面層または基板(100)内で形成する段階であって、この変形可能なキャビティが前記センサー平面内において移動可能であるか、または変形可能である少なくとも1つの壁(25、25'、25''、25''')によって画成される、段階と、
圧力変動の影響下で、前記壁の、前記センサー平面内の、変位もしくは変形を検出するため、移動可能な、または変形可能な前記壁に機械的に接続されている、吊り下げられた検出手段(24、24'、241、24'1、66、66'、64、64'、および641、64'1)を製作する段階と、
雰囲気からの圧力パルスを前記キャビティに伝達するための手段(21、200、210)を製作する段階とを含み、
空隙が移動又は変形を可能にする前記壁の上方又は下方に配置されている方法。
【請求項１７】
前記第1の変形可能なキャビティと部分的に連通する、少なくとも1つの二次キャビティ(28、28、28、180)または緩衝キャビティを形成する段階をさらに含み、前記二次キャビティまたは前記緩衝キャビティが基準キャビティを形成する請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも1つの二次キャビティが、前記センサー平面に平行な平面内で延在する、第2の基板の平面内に形成され、前記第2の基板は前記第1の基板と異なるか、または前記第1の基板の前記平面内に形成される請求項16又は17に記載の方法。
【請求項１９】
前記第1の基板および前記第2の基板は、誘電体層(103)を介して組み立てられ、これによりSOI基板を形成する請求項16から18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記センサー平面に平行な平面内で延在する、第3の基板とともに第1の基板を組み立てて、前記圧力変動を前記第1の変形可能なキャビティに伝達するための手段(21、210)を形成する段階を含む請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記検出手段は少なくとも部分的に前記第1の基板内に形成される請求項16から20のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、特に関連するタイプのマイクロホンまたは圧力センサーを特に生産する、MEMSマイクロセンサー(MEMS micro-sensors)またはMEMS動的センサー(MEMS dynamic sensors)の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
MEMSマイクロホンは、民生機器用途(携帯電話、カムコーダー、カメラなど)におけるプレゼンスを次第に高めてきている。
【０００３】
これらのコンポーネントは、一般的に、検出される音によって与えられる圧力の関数として変形することができる膜、および前記膜に付随する静電容量手段を介してその振動を検出するための手段を使用する。
【０００４】
このセンサーの原理は、S. Chowdhuryらの論文、「Nonlinear Effects in MEMS Capacitive Microphone Design.」Proceedings of the International Conference on MEMS、NANO and Smart Systems(ICMENS 2003)において説明されている。
【０００５】
図1Aは、Matthias Winterらの、「Influence of a chip scale package on the frequency response of a MEMS microphone」- Microsystem Technologies、2009年12月、DOI 10.1007/s00542-009-0994-zで説明されているようなマイクロホン1の構造を示している。この刊行物では、図1Bに例示されている等価電気回路図も掲載している。
【０００６】
MEMSチップ12およびASIC 14が、コネクティングロッド18によって、スルーホール4を有するセラミック基板2に固定され、これにより圧力波をセンサーに到達させることが可能であり、このセンサーは厳密に言うと穿孔された対向電極6および円形膜8からなる。後者の部分は、静圧を補正することを可能にするベントを形成する小さな開口部を有する。膜の背後には、ポリマー層で閉じられ、銅メタライゼーションによって保護される空間10がある。
【０００７】
図1Bの図は、圧力波が膜8に力を及ぼすことができる前に通過しなければならない静止電極6内に、穴61の存在によってもたらされる(音響)抵抗Rpを示している。第2の音響抵抗(Rgap)は、膜と静止電極6との間の空隙19の変位による膜8の減衰から生じる。したがって、これら2つの抵抗は、センサーの感度を高めるために最小にする必要がある。
【０００８】
抵抗Rpの低減は、特に静止電極6内の穴61の個数を増やすことによって行われる。これらの穿孔は、A. Deheの論文「Silicon microphone development and application.」-Sensor and Actuators A 1333:283〜287頁で説明されているように電極の表面全体の20%近くに達しうる。
【０００９】
これらの穿孔によって、測定静電容量の有用な表面がそれに比例して減少し、したがって感度も低下する。したがって、妥協点を探らなければならない。
【００１０】
前記の論文において、著者は、これらのマイクロホンの特徴的寸法を記載している。
【００１１】
センサーの帯域幅も、穿孔61と空隙19のサイズ変更に大きく依存することも明記されている。
【００１２】
空隙19および穿孔61も、M. Brauerらの、「Improved signal-to-noise ratio of Silicon microphones by a high-impedance resistor」J.Micromech. Microeng. 14 (2004年) 86〜89頁で示されているようにこれらのマイクロホンの雑音に決定的な役割を果たす。
【００１３】
知られている例すべてにおいて、以下の問題が見られる。
【００１４】
膜8は、機械的バネと移動電極の両方として働き、音響信号を復元し、そのまま検出電極6に相関する。その結果、電気測定部分とは別にセンサーの音響部分を最適化することは可能でない。これは、特に、
音響的な観点から音響抵抗を低減するために必要であるが、静電容量検出のための対向面を大幅に減らし、ほぼ20%までの対向面の減少も顕著である、膜6内の多数の穴の存在による感度の著しい喪失と、
とりわけ、膜8と静止検出電極6との間の空隙19によって決定される、粘性減衰とによって特徴付けられる。空隙それ自体は、測定すべき圧力範囲(膜が許容する最大の曲げ)および読取り電圧値(「プルイン」限界)に依存する。
【００１５】
知られているマイクロホン構造はすべて、その周囲に埋め込まれている柔軟な膜8を使用することに基づく。このことは、外圧の影響下で、膜は主に中心において変形するが、実際にはその周囲ではまったく変形しないことを意味する。その結果、静電容量検出には、その変形のごくわずかな部分しか使用できない。
【００１６】
さらに、測定する音響圧力の影響下で膜の変形の結果生じる静電容量変動を読み取るために、膜8と読取り電極6との間に電圧を印加する必要がある。測定ノイズを制限し、前記マイクロホンの感度を高めるために、この電圧を最大にしなければならない。しかし、この最大化は、いくつかのパラメータ、特に空隙のサイズおよび測定する最大圧力を考慮することを前提としているため確実に行うことが困難である(「プルイン」電圧、つまり、膜が制御電極上に付着する電圧の近くの動作が求められる)。
【００１７】
以下の他の問題も顕著であろう。
知られているコンポーネントは、生産方法の変動に対して非常に敏感である。マイクロホンの感度は、実際には、膜の厚さおよび材料中の応力の関数としてかなり変化する。
応答は音響圧力の関数として非線形であり、検出容量は電極6と膜8との間の距離の逆数に比例する。
圧力範囲および圧力衝撃に対する抵抗は、非常に制限され、この構造および生産方法では空隙内にストッパーを置くことは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許出願第2007/222011号
【特許文献２】仏国特許第09 57462号
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】S. Chowdhuryらの論文、「Nonlinear Effects in MEMS Capacitive Microphone Design.」Proceedings of the International Conference on MEMS、NANO and Smart Systems(ICMENS 2003)
【非特許文献２】Matthias Winterら、「Influence of a chip scale package on the frequency response of a MEMS microphone」- Microsystem Technologies、2009年12月、DOI 10.1007/s00542-009-0994-z
【非特許文献３】A. Deheの論文「Silicon microphone development and application.」-Sensor and Actuators A 1333:283〜287頁
【非特許文献４】M. Brauerら、「Improved signal-to-noise ratio of Silicon microphones by a high-impedance resistor」J.Micromech. Microeng. 14 (2004年) 86〜89頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、MEMSタイプの新しいセンサーもしくはマイクロセンサー構造または上記の欠点および制限を持たないMEMSタイプの動的センサーを見つけるという問題が提起される。
【００２１】
また、このような構造に対する新しい方法実施形態を見つけるという問題も提起される。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
例えばMEMSおよび/またはNEMSタイプの圧力センサーが、最初に開示されるが、これは、
雰囲気から圧力変動を受けるための少なくとも1つの変形可能なキャビティであって、第1の基板内に形成され、センサーの平面と称される第1の基板に平行な平面内に少なくとも一部は配置されている少なくとも1つの移動可能な、もしくは変形可能な壁と前記キャビティに雰囲気からの圧力変動を伝えるための手段とを備える、少なくとも1つの変形可能なキャビティと、
雰囲気の圧力変動の影響下で、前記移動可能な、または変形可能な壁の、センサーの平面内の、変位もしくは変形を検出するための検出手段、または少なくとも1つの検出器とを備える。
【００２３】
例えばMEMSタイプの圧力センサーまたはマイクロホン構造が開示され、検出キャビティの壁もしくは膜は、従来技術から知られている構造内の場合のように、基板の平面内において移動するが、平面を外れては移動しない。
【００２４】
そのため、検出部分は、音響圧力に曝される、検出壁または膜とは、例えば静電容量またはひずみゲージ測定などの電気的測定を通じて、無相関である。したがって、デバイスの感度は、従来技術のデバイスに関して増大する。
【００２５】
雰囲気からの圧力変動または圧力波は、センサーの平面に対して垂直にキャビティ20へ伝達される。
【００２６】
本明細書で開示されているようなデバイスは、第1のキャビティと部分的に連通する、少なくとも1つの二次キャビティ、または緩衝キャビティも備えることもできる。
【００２７】
主キャビティと二次キャビティまたは「背室容積(back volume)」との間のインピーダンス損失によって急速な変動のフィルター関数が実行されうる。より具体的には、このインピーダンス損失は、ビームまたは膜または移動可能な、もしくは変形可能な部分の「ギャップ」の結果生じる可能性があるが、ビームまたは膜または移動可能な、もしくは変形可能な部分の幅によっても生じる可能性がある。「ギャップ」(「空隙」とも称する)は、移動可能な部分と静止部分との間の小さな空間であってもよい。これは、例えば、基板と移動可能な、または変形可能な部分との間、または移動可能な、または変形可能な部分と上側基板との間に配置される。そのインピーダンス損失関数とは別に、この空間により、移動可能な、または変更可能な部分を平面内で移動させることができる。
【００２８】
少なくとも1つの二次キャビティは、第1の基板と異なる第2の基板の平面内に形成されうるか、または第1の基板の平面内に形成されうる。第1の場合(第2の基板の平面内の二次キャビティ):
この第2の基板は、雰囲気の圧力変動を第1のキャビティに伝達するための手段も備える。
または、この第2の基板は、第1の基板の片面に配置され、第3の基板が第1の基板の反対側の面に配置され、この第3の基板は雰囲気からの圧力変動を第1のキャビティに伝達するための手段を備える。
【００２９】
言い換えると、少なくとも1つの二次キャビティが、特に雰囲気からの圧力変動を第1のキャビティに伝達することを可能にする手段と同じ基板内に形成されていない場合に開いているか、または閉じているものとしてよく、この二次キャビティはデバイスの上面または底面に形成することができる。この二次キャビティが、雰囲気からの圧力変動を第1のキャビティに伝達することを可能にする手段と同じ基板内に配置されている場合、このキャビティは、好ましくは、剛体膜によって閉じられる。
【００３０】
検出手段は、静電容量またはひずみゲージ手段を備えることができる。
【００３１】
「ひずみゲージ」検出は、静電容量検出に比べて外部環境、特に水分に対しあまり敏感でないという利点を有する。
【００３２】
しかし、静電容量検出には、以下の利点がある。
数百ナノメートル、例えば、500nmにも達しうる移動可能な、または変形可能な壁もしくは膜の高変位振幅を有する可能性、
広範囲にわたる分極電圧(特に示差静電容量測定の場合)、例えば、最大30Vまでの電圧を有する可能性。
【００３３】
特定の一実施形態では、検出器は、センサーの平面内で移動することができる少なくとも1つのコームと静止している、少なくとも1つの第2のコームを備え、第1のコームの歯と第2のコームの歯が交互している、表面変動のある、静電容量手段と前記移動可能な、または変形可能な壁の、センサーの平面内の、第1のコームに変位または変形を伝達するための手段とを具備する。
【００３４】
他の特定の実施形態では、静電容量検出手段は、空隙変動を有する。
【００３５】
検出手段が、ひずみゲージタイプである場合、これは、センサーの平面内で移動することができる少なくとも1つのレバーアームと前記レバーアームおよび少なくとも1つのひずみゲージに、前記移動可能な、または変形可能な壁の、センサーの平面内の、変位もしくは変形を伝達するための手段とを有することもでき、前記ひずみゲージはセンサーの平面内のレバーアームの変位を検出することを可能にする。
【００３６】
少なくとも1つの移動可能な、または変形可能な壁は、2つの側端部を備えることができ、
静止している壁上のこれらの側端部のうちの1つに埋め込まれるか、もしくは固定され、他端では自由であるか、
または、その両方の側端部のところに埋め込まれるか、もしくは固定されるか、
または、剛性を有し、その両方の側端部のところに変形可能な要素によって保持されうる。
【００３７】
本明細書で開示されているようなデバイスでは、移動可能な部分(膜または壁またはピストンまたはこれらの要素のうちの1つおよび1つまたは複数のサスペンションアーム)の共振周波数は、インピーダンス損失試験とは無相関である(ギャップ、ピストン深さ、ベント開口部)。
【００３８】
本明細書で開示されているようなセンサーは、示差測定を実行するように取り付けられている第1の検出手段および第2の検出手段を備えることができる。
【００３９】
本明細書で開示されているようなセンサーは、示差構造(differential structure)を備えることができ、これにより、主キャビティ内の圧力変動のみを検出し、デバイスの外部の衝撃または加速度を検出しないようにすることが可能である。
【００４０】
異なる実施形態によれば、第1のキャビティ内で、雰囲気からの圧力変動を伝達するための手段は、前記第1の変形可能なキャビティの開口部の反対側に配置された単一の開口部もしくは複数の開口部および前記第1の変形可能なキャビティの開口部上に配置された膜を備えることができる。
【００４１】
少なくとも1つの検出器が、前記移動可能な、もしくは変形可能な壁に機械的に接続され、しかも前記壁上に、または被さる形で、または真上に配置されることはない。
【００４２】
上記のような複数のセンサーを備える、圧力変動を検出するためのデバイスも対象とし、それぞれのセンサーは他のセンサーのそれぞれの帯域幅とは異なる帯域幅を有する。
【００４３】
デバイスは、複数の平行な、変形可能な第1のキャビティを備えることができ、それらのキャビティのうちの少なくとも2つのキャビティは共有検出手段を有する。これにより、センサーの感度を高めることが可能になる。
【００４４】
したがって、移動可能な、または変形可能な壁を静電容量コームまたはひずみゲージタイプの検出要素に関連付けることが可能である。これにより、検出手段とは無関係に測定する圧力(1つまたは複数の移動可能な、または変形可能な壁の剛性および/または減衰および/またはキャビティの寸法)を受け入れるキャビティを構成し、最適化することが可能になる。特に、膜、および圧力を受け入れるキャビティは、
静電容量検出の場合にインターデジタルコームの寸法および個数、
ひずみゲージを使用する場合には、ゲージの寸法(ピエゾ抵抗の場合には抵抗測定または共振装置タイプのゲージの場合には共振周波数測定)とは無関係に構成される。
【００４５】
本出願において開示されているようなデバイスは、第1の面(前面と称される)または第2の面(後面と称される)上に、電気接点を形成する手段も備えることができる。
【００４６】
本出願で開示されているようなデバイスは、相対圧力センサーであり、測定される外部環境の「瞬間」圧力とその同じ外部環境の「平均」圧力(または別の基準圧力)との間の圧力変動測定が実行され、この平均圧力は、例えば、外部環境と接触する、「背室容積」(または二次キャビティ)によって得られる。
【００４７】
さらに、上記のようなセンサー、および前記圧力変動の結果生じる、またはそれらの圧力変動の後に発生する電気エネルギーを蓄積するための手段を備える、音響エネルギーを回収するためのデバイスについても説明する。
【００４８】
MEMSおよび/またはNEMS圧力センサーを製造するための方法も開示され、これは、この順序で、または他の順序で、
少なくとも1つの移動可能な、または変形可能な壁によって画成される、雰囲気からの圧力変動を受けるための少なくとも1つの第1の変形可能なキャビティを、第1の基板内に、形成する段階と、
圧力変動の影響下で、前記移動可能な、または変形可能な壁の、センサーの平面と称される、基板の平面内で、変位もしくは変形を検出するための検出手段を製作する段階と、
雰囲気からの圧力パルスを前記キャビティに伝達するための手段を製作する段階とを含む。
【００４９】
このような方法は、第1のキャビティと部分的に連通する、少なくとも1つの二次キャビティ、または緩衝キャビティを形成する段階を含むこともできる。
【００５０】
少なくとも1つの二次キャビティは、第1の基板と異なる、第2の基板の平面内に形成されうるか、または第1の基板の平面内に形成されうる。
【００５１】
前記方法において、誘電体層を介して第1の基板および第2の基板を組み立ててSOI基板を形成することができる。
【００５２】
前記方法は、第1の基板を第32の基板と一緒に組み立てて、前記圧力変動を第1のキャビティに伝達するための手段を形成する段階を含むこともできる。
【００５３】
検出手段は、少なくとも部分的に第1の基板内に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】従来技術のデバイスの例を示す図である。
【図１Ｂ】従来技術のデバイスの例を示す図である。
【図２Ａ】デバイスの一実施形態および代替的形態の側断面図である。
【図２Ｂ】デバイスの一実施形態および代替的形態の上面図である。
【図２Ｃ】デバイスの一実施形態および代替的形態の側断面図である。
【図３Ａ】デバイスの代替的形態の一実施形態の側断面図である。
【図３Ｂ】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図４】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図５Ａ】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図５Ｂ】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図５Ｃ】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図５Ｄ】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図５Ｅ】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図６】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図８】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図９】デバイスの代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図７Ａ】本発明によるデバイスの他の代替的形態の一実施形態の側断面図である。
【図７Ｂ】本発明によるデバイスの他の代替的形態の一実施形態の上面図である。
【図１０Ａ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１０Ｃ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１０Ｄ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１０Ｅ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１０Ｆ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１０Ｇ】デバイスを製作するための方法の一例を示す図である。
【図１１Ａ】デバイスを製作するための他の方法の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】デバイスを製作するための他の方法の一例を示す図である。
【図１１Ｃ】デバイスを製作するための他の方法の一例を示す図である。
【図１１Ｄ】デバイスを製作するための他の方法の一例を示す図である。
【図１１Ｅ】デバイスを製作するための他の方法の一例を示す図である。
【図１１Ｆ】デバイスを製作するための他の方法の一例を示す図である。
【図１２Ａ】デバイスを製作するための他の方法の代替的形態のステップを示す図である。
【図１２Ｂ】デバイスを製作するための他の方法の代替的形態のステップを示す図である。
【図１２Ｃ】デバイスを製作するための他の方法の代替的形態のステップを示す図である。
【図１３Ａ】デバイスの他の実施形態の上面図である。
【図１３Ｂ】デバイスの他の実施形態の上面図である。
【図１４】デバイスの他の実施形態の上面図である。
【図１５Ａ】デバイスの他の実施形態の上面図である。
【図１５Ｂ】デバイスの他の実施形態の上面図である。
【図１６Ａ】デバイスの二次キャビティ(または「背室容積」)の代替的形態を示す図である。
【図１６Ｂ】デバイスの二次キャビティ(または「背室容積」)の代替的形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
構造の第1の例は、図2Aに示されており、これは平面にそった断面図であり、そのアウトラインAA'は図2B(上面図)に示されている。
【００５６】
これ以降、「基板」100、101、102について言及する場合、これは「層」として理解してもよい。その結果、これら3つの要素に対し、これらの用語は両方とも入れ替えて使用することもできる。
【００５７】
このような構造は、互いに重ね合わされ、組み立てられている2または3つの基板100、101、102(図2Aの場合は3つの基板を使用する)内に形成することができ、基板100は基板101と基板102との間に配置される。基板100、102のそれぞれは、例えば数μmから数十μmまで、例えば1μmまたは5μmから10μmまたは50μmまでの範囲の厚さを有する。基板101は、例えば数十μmから数百μmまで、例えば100μmまたは500μmから1000μmまでの範囲、例えば、750μmに実質的に近い厚さを有する。これらの寸法は、後述のデバイスのすべてに対して使用することができる。
【００５８】
これらの基板のそれぞれは、平面xy内に延在し、z軸はx、y軸のそれぞれに垂直である。このz軸にそって測定したそれぞれの基板の厚さは、いくつかの場合において、デバイスの側方延長部の前、つまり、平面xy内で測定したデバイスの寸法pおよびlの前では非常に小さいものとしてよく、p(xz軸にそって測定した)は、例えば、100μmから1mmまでの範囲内であり、l(y軸にそって測定した)は、例えば、数百マイクロメートル程度、例えば、100μmから500μmまたは1mmまでの範囲内である。基板は、半導体材料からそれぞれ製作することができる(例えば、シリコンまたはSiGeから作られる)。これらは、後述のような移動性を有するゾーン内を除き、2つの基板の界面のところで、例えば、酸化ケイ素の層など、接着に都合のよい1つまたは複数の層を介して、接着ゾーンによって互いに接続される。これ以降、平面xyは、デバイスの平面と称する。この構造は、以下に示す他の実施形態において見られる。これらの態様は、後述のデバイスのすべてに対して使用することができる。
【００５９】
これ以降、デバイスの下側部分または下側は、基板101に面する部分であり、デバイスの上側部分または上側は、基板102に向かう、その反対側に面する部分である。
【００６０】
デバイスは、まず第一に、基板100内に形成されたキャビティ20を備え、このキャビティの上側部分は、開いている、つまり、基板100の上側部分に開口部を有する。開口部21は、基板100の開口部と連通しており、基板102内にも形成される。あるいは(その例は以下に示される)、この開口部は、例えば、キャビティ20内に、ほこりなどの異物が入り込むのを制限するために、グリッドを形成する複数のオリフィスを備える。したがって、これは、フィルターとしても働きうる。またあるいは、キャビティは、図7Aに示されている膜200などの、柔軟膜によって閉じられる。
【００６１】
雰囲気からの圧力変動または圧力波は、センサーの平面に対して垂直にキャビティ20へ伝達される。
【００６２】
基板100の平面内で、キャビティ20は、側壁23、231、232、25によって画成され、そのうちの一部(壁23、231、232)は静止しており、残りのうちの少なくとも1つ(ここでは壁または膜25)はデバイスの平面xy内で移動可能である。図2Aおよび2Bに示されている例では、キャビティ20は、デバイスの平面内で矩形であるが、他の形状にすることもできる。
【００６３】
本質的に移動可能な壁がデバイスのいくつかの静止部分のうちの1つに接続されている、他のキャビティ構造20を、図14および15に関して、以下で説明する。特に、図15の構造は、示差測定を実行するために取り付けられている静電容量コームタイプの同じ検出手段を備えるという点で、図2Aおよび2Bの構造の代替えである。
【００６４】
圧力を測定する必要のある雰囲気は、開口部21を通じてこのキャビティ20を貫通しうる。圧力変動の影響下で(平均圧力に関して)、移動可能な壁25は、平面xy内で変位または変形する。
【００６５】
示されている例では、移動可能な壁25の端部は、2つの静止している壁231、232に固定され、したがって、移動可能な壁の変形が生じる。したがって、壁は、ここでは、「埋込み-埋込み」型である、つまり、その側端部の両方が、デバイスの静止部分内に埋め込まれる。この壁は、ほぼ以下の幾何学的特性を有するものとしてよい。
高さ(z軸にそって測定した):基板100の厚さに実質的に等しい、したがって、数十μmから数百μmまでの範囲内であるが、いくつかの実施形態では、数μmから数十μmまでの範囲内(例えば、5μmから50μmまでの範囲内)とすることができる。
幅(y軸にそって測定した):例えば、0.5μmから10μmまでの範囲内であり、この幅は、壁25がキャビティ20内に生じる圧力変動に対する望ましい感度を有するのに十分小さい。
長さ(x軸にそって測定した):例えば、100μmから1mmまでの範囲内である。
【００６６】
あるいは、移動可能な壁は、図5Aおよび5Bに関して、以下に示すタイプのものとしてよい。そこで、これは、圧力の影響下で移動する剛体主要部分を備え、少なくとも1つまたは2つの側方部分250、251は静止している変形可能な部分に接続された「バネ」を形成する。
【００６７】
このようなデバイス内に実装されうる壁のさらに他の例として、「埋込み自由」タイプの壁構造が挙げられるが、これについては、図5Cおよび5Dに関して後で詳述する。
【００６８】
この実施形態では、以下の実施形態と同様に、提示されたばかりの、またはこの文章の続きの中に提示される、異なるタイプの変形可能な壁もしくは膜のうちの一方または他方を使用することが可能である。
【００６９】
あるいは、いくつかのキャビティを基板100内に形成することができ、その例については後の方で示す。
【００７０】
検出手段24は、移動可能な壁に関連付けられており、この手段は静電容量コームの形態をとる。これらの静電容量コームは、以下で説明する、特定の構成に従って配置され、コームの移動可能な部分はy軸とコームの歯の延在方向にそって変位する。しかし、コームの歯の延在方向がx軸にそっている(およびコームの部分がy軸にそって移動する)、図13Bの構成など、他の構成も可能である。静電容量検出では、図13Aに示されているように、変形可能な膜25の反対側に固定電極240を実装することもできる。あるいは、この検出手段は、1つまたは複数のひずみゲージ、例えば、1つまたは複数の吊り下げられたピエゾ抵抗ゲージを備えることができる。ここでもまた、以下で例を取りあげる。
【００７１】
検出手段の性質に関係なく、示差測定または検出を後で説明するように実行することができる。これは、特に、キャビティ20を画成する壁が反対方向に移動することができる2つの壁を備える場合である。手段24は、物理的パラメータの変動を引き起こし、このパラメータの変動により、キャビティ20の容積の変動を検出することが可能である。したがって、これは、検出手段24の物理的パラメータの変動を引き起こす、ここでは、コームの相対的位置が変動したときの静電容量変動を引き起こすことを可能にする手段26に関連付けられうる。移動可能な壁の1つが変位または変形すると、検出手段24、26は、対応する変位もしくは変形、または容積20の対応する変動を検出する。
【００７２】
この例では、以下の例と同様に、キャビティ20および手段24が中間基板100内に形成される。
【００７３】
キャビティ20は、測定する圧力変動を受ける。膜または壁25の他方の側は、「平均」周囲圧力、例えば大気圧と接する。そのために、デバイスは、下側基板101内に形成される、少なくとも1つの二次または下側キャビティ28、28'を備えることができる。このキャビティは、デバイスの下に開いている。またあるいは、後でさらに詳しく説明するが、閉じた二次キャビティをデバイスの上または下に形成するが、そのときに好ましくは十分な容積を持たせ(その容積はキャビティ20の容積の少なくとも数倍、例えば、その容積の少なくとも5倍、例えば、そのキャビティ20の容積の10倍とすることができる)、移動可能な構造が過剰な減衰を生じることなく外圧変動の影響下で移動できるようにすることが可能である。
【００７４】
さらに他の代替的形態によれば、1つまたは複数の二次キャビティ28、28'は、側部が開いていてもよく(または閉じられていてもよく)、例えば、このタイプの少なくとも1つのキャビティを中間基板100内に形成する。側方キャビティの例が図2C、16A〜16Bに示されている。
【００７５】
デバイス内の形状および位置に関係なく、この二次キャビティは、「背室容積」という表現でも指示される。これは、図2Aおよび2Bにおいて、また他の例示されている実施形態の大半において、キャビティ20および手段24と異なる平面または基板101もしくは102(図7Aの場合)内に置かれている。しかし、図2C、16A〜16Bの場合、これは、20の主キャビティの基板と同じ基板内に形成されている。
【００７６】
本発明の例では、この二次キャビティは、キャビティ20に関してその自平面内で、オフセットされる。言い換えると、主キャビティ20の、基板101の平面内における、突出部と二次キャビティ28のアウトラインとの間に交差はないということである。
【００７７】
しかし、壁25の上側部分250および/または下側部分25'0および基板101の上側表面101'および基板102の下側表面102'の間にかなり小さい空間が保持されるので、これら2つのキャビティ間に、またはより一般的には、主キャビティと二次キャビティのそれぞれとの間に連通もある。そのため、2つのキャビティ20と28との間の漏れが確実にある。このようにして、また圧力および移動可能な壁の位置に関係なく、開口部21を介して雰囲気と連通しているキャビティ20は、二次キャビティ28、28'のうちの1つとも連通する。これらの二次キャビティのうちの1つまたは複数により、膜の変位時にガスの圧縮効果を低減することが可能であるが、これは、そのような圧縮がデバイスの感度を低下させる傾向があるため、有利である。この、またはこれらのキャビティは、減衰キャビティまたは基準キャビティと称することもできる(これらが平均基準圧力を含み、外圧変動の測定は平均基準圧力に関して行われるため)。
【００７８】
したがって、変形可能なキャビティ20、および1つまたは複数の二次もしくは減衰キャビティ28、28'は、部分的に連通し、少なくとも壁または膜25によって部分的に隔てられ、それ自体キャビティ20とキャビティ28、28'との間の圧力変動の影響下で基板の平面内で移動する(または変形する)ことができる。
【００７９】
デバイスは、接触ゾーン30、30'、32も備える。これらの接触ゾーンにより、デバイスの移動可能な部分と静止部分との間に一定の電位差を設けることが可能であるが、またこれらによって、コームの1つが移動するときに、物理的パラメータの変動、ここでは静電容量変動を測定するための手段26、26'を接続することが可能である。示されている例では、デバイスの前面にこれらの接点が配置される、つまり、基板102内に形成された開口部を通してそれらの接点にアクセスすることが可能であるか、またはその開口部内に接点を形成することができる。しかし、その代わりに、以下の例に示されているように、接点を後面に形成することも可能である。
【００８０】
次に、上に提示した実施形態に対する検出手段として使用される静電容量コーム24の構造の少し詳しい説明を行うことにする。後で示されるように、他の静電容量検出手段も構成することができる。
【００８１】
実質的にy軸にそって延在するアーム40を介して第1のコームを移動可能な壁25に接続する。壁25が、キャビティ20内の圧力増大(またはそれぞれ減少)により、図2Bに示されている方向(および実際には方向yにそっても)移動されたときに、この壁は、アーム40を押し(それぞれ、引き)、次いで、コーム24を押す(それぞれ、引く)。壁25の移動の振幅は、壁の経路上に、例えば、アーム40のいずれかの側に配置された1つまたは複数の静止している機械的ストッパー43によって制限されうる。
【００８２】
コーム24は、互いに平行で、それぞれの歯が平面zy内に延在する、いくつかの歯を有する。これらの歯は、基板100内に形成される。これらはすべて、平面zyに実質的に垂直に配置された、アーム42に固定され、したがって、むしろ、x軸にそい、アーム40に垂直である。
【００８３】
アーム42に実質的に平行なアームの形態でも作られている、デバイスの静止部分52も、コーム24'に固定されるか、または接続され、またコームそれ自体も互いに平行な一列の歯を有し、それぞれの歯も方向zyの平面内に配置されている。静止部分のこれらの歯は、基板100内にも形成される。
【００８４】
コーム24、24'の2列の歯は、コーム24のそれぞれの歯の一部(潜在的に一列の歯の末端に配置されている歯を除く)がコーム24'の2つの隣接する歯の間に配置されるという形で交互する。そしてそれぞれのコームのそれぞれの歯の一部(潜在的に一列の歯の末端に配置されている歯を除く)が、互いの2つの隣接する歯の間に配置される。
【００８５】
それぞれの歯は、5から100μmまでの範囲の、x軸にそって測定した、厚さを有することができる。同じコームの2つの隣接する歯は、0.5μmから10μmまでの範囲の距離で隔てられている。
【００８６】
2つのコームの歯は、導電性を有する。
【００８７】
デバイスがアイドル状態である場合、また好適な電位差が2列の歯の間に確定された場合、一組の平行板コンデンサが形成される。壁25を移動すると、アーム40を介して、移動可能なコーム24の歯が静止しているコーム24'の歯に相対的に移動し、これにより、一組の静電容量の変動が引き起こされる。この変動は、手段26によって検出され、壁25の変位を変換する。
【００８８】
図2Bの実施形態は、アーム42が、実際に、キャビティ20を画成する壁23、231、232、25を囲む3つの他のアームまたは側部44、46、48を備える移動可能であるが、変形不可能なフレームの側部のうちの1つの側部を構成することを示している。したがって、キャビティ20内の圧力の変動によって壁25が変位または変形したときに移動させられるのはこのフレーム全体である。アーム42の反対側にある、側部もしくはアーム48も、x軸にそって配向されているアーム40'によって、移動可能なコーム241に接続することができ、したがって、この移動可能なコーム241も、壁25が移動すると、アーム40'と同じ方向に変位する。コーム241も、基板100内に形成される。その歯はすべて、平面zyに実質的に垂直に配置された、アーム42'に固定され、したがって、むしろ、x軸にそい、アーム40'に垂直である。移動可能なフレームは、特に、この移動を第2の移動可能なコーム241に伝達する機能を実行する。
【００８９】
最後に、このコーム241には静止しているコーム24'1が付随し、その歯はデバイスの静止部分52'に固定され、移動可能なコーム24が静止しているコーム24'と連携するのと同様にしてコーム241はコーム42'1と連携する。これら2つのコーム241、24'1の歯の交互に並ぶ相対的配置構成は、2つのコーム24、24'について上ですでに説明されているものと類似しているか、または同一である。静止部分52'は、アーム42'に実質的に平行なアームの形態でも形成される。この静止部分52'に、互いに平行な1列の歯として配置されている、コーム24'の歯が固定もしくは接続され、それぞれの歯も方向zyの平面内に配置される。アーム52'および静止しているコーム24'1の歯は、基板100内にも形成される。
【００９０】
それぞれのコーム241、24'1のそれぞれの歯は、1μmから10μmまでの範囲の、x軸にそって測定した幅を有することができる。同じコームの2つの隣接する歯は、0.5μmから10μmまでの範囲の距離で隔てられている。
【００９１】
2つのコーム241、24'1の歯は、導電性を有する。
【００９２】
デバイスがアイドル状態である場合、また電圧の好適な差が2つのコーム241、24'1の2列の歯の間に確定された場合、一組の平行板コンデンサが形成される。壁25を移動すると、アーム40、42、44、46、48、40'を介して、移動可能なコーム241の歯が静止しているコーム24'1の歯に相対的に変位し、これにより、一組の静電容量の変動が引き起こされる。この変動は、手段26'によって検出され、壁25の変位を変換する。
【００９３】
このデバイスは、移動可能な、もしくは変形可能な壁の膜さらには検出手段が移動する平面xy内で、ガイド手段56、58も備えることができる。
【００９４】
この手段は、ここでは、平面xz内で、それぞれ実質的に方向xに配置された少なくとも1つのアーム56、58の形態、例えば、2つのアームの形態を取るが、方向yの幅(1μmから10μmまでの範囲とすることができる)はその同じ方向xにおいて壁25の変位の結果生じる移動の際に十分な柔軟性をアームのそれぞれに持たせられるよう十分に小さい。
【００９５】
アーム56は、図2Aに例示されているように、キャビティ20の周りに形成された移動可能なフレームの側部48と第2の移動可能なコーム241のアーム42'との間に配置されうる。デバイスの静止部分に機械的に接続されるので、基板100の平面内の移動可能な部分の変位を誘導すること、および、キャビティ20内の内部圧力がその初期値に戻った後、変動の前に、前記移動可能な部分をその開始位置に戻すことが可能になる。y軸に平行な軸に関してアーム56と対称的なものとすることができる、またデバイスの静止部分34にも接続される、第2のアーム58を使用することで、移動可能な部分を誘導するこの機能を実行することも可能になる。アーム58は、アーム56と同じ幾何学的特性および弾性特性を有するものとしてよい。
【００９６】
さらに、手段により、適当な電圧をデバイスの移動可能な部分に印加し、静電コームのそれぞれがその役割を果たすようにすることも可能である。
【００９７】
電圧を印加するためのこの手段は、アーム56、58のうちの少なくとも一方を使用するか、または組み合わせることができる。例えば、アーム56は、所望の電圧を印加できる接触スタッド32の1つにそれ自体機械的に、かつ電気的に接続される。スタッド30、30'も、デバイスの他の静止部分、例えば、部分52、52'内に備えられる。
【００９８】
デバイスが、上述のように、デバイスのそれぞれの側にコームの2つのシステムを有する場合、壁25が変位または変形すると、コームのこれら2つのシステムのうちの一方のシステムの静電容量の第1の方向の変化、およびこれら2つのシステムのうちの他方のシステムのコンデンサの、第1のものとは反対の符号を持つ、第2の方向の変化が引き起こされる。したがって、示差静電容量検出が行われる。
【００９９】
コーム手段、キャビティ20の壁の周りにフレームを形成するアーム42、44、46、48、アーム40、40'が、同じ基板100内に形成される。
【０１００】
本明細書で開示されているようなデバイスの他の例を、以下に提示する。
【０１０１】
図3Aおよび3Bに示されている、第2の例によれば、センサーは、示差静電容量検出を利用することもでき、その場合、手段は第1の例に関して上で説明されているものと同一であるか、類似のものである。しかし、第1の例の単一の開口部21は、実際には、基板102内に形成された一組の穿孔210で置き換えられる。そこで、上側開口部は、フィルター機能を持つように、例えば、濾過を行いほこりがキャビティ20内に侵入するのを制限することが可能なように形成される。
【０１０２】
この第2の例では、接続部または電気接点301、30'1、321は、キャビティ28、28'が出現する面である、コンポーネントの後面に形成される。これらの接点は、上述の第1の例の接点30、30'、32と同じ機能を有する。しかし、これらは、下側基板101の表面上に、またはこの下側基板101内に形成される。
【０１０３】
この例では、移動可能なフレームは、2つのアーム42、42'がそれぞれこの移動可能なフレームの一方の側を形成するのでより単純に形成されることがわかる。これらのアームにy方向で接続されるのは、2つの平行な横断するアーム44、46である。ガイドアーム56'、58'は、このときには、移動可能なフレームの内側に置かれており、これらは、一方では移動可能な部分に、より具体的には、アーム44、46に、また他方では、キャビティ20の静止している壁23に接続される。
【０１０４】
第1の例を修正して、そこの前部接点を後部接点で置き換え、上述の移動可能なフレーム構造を第2の例の構造で置き換えることが可能である。
【０１０５】
第3の例が、図4の上面図に示されている。これは、2つの移動可能な壁25、25'を備え、それぞれの壁は静電容量検出コームの自システムに接続されている。これら2つの壁は、システムがアイドル状態のときに互いに実質的に平行である。
【０１０６】
この例では、移動可能な壁25、25'のそれぞれの端部は、2つの平行な静止している壁231、232に固定され、したがって、これは、これから生じる移動可能な壁の同時変形である。これらの壁のそれぞれは、y軸にそって測定される、十分に小さな幅、およびキャビティ20内で生じる圧力変動に対する所望の感度を有する十分な、x軸にそって測定される長さを有する。
【０１０７】
この実施形態では、それぞれの検出アセンブリは、膜または異なる変形可能な壁に関連付けられる。
【０１０８】
このシステムでは、キャビティ20内の圧力変動は、2つの壁25、25'の同時変位または変形を、ただし反対方向に引き起こす。この結果、平面xzに平行なデバイスの、図4においてBB'でアウトラインが示されている、正中面に関して互いに対称的である、静電容量検出コームの2つのシステムの同じ方向に静電容量が変化し、これにより、デバイスに作用する外部加速度に由来しうる寄生信号を排除することが可能である。したがって、示差測定を行えないが、キャビティ20内の圧力変動の結果ではない加速度成分または力を排除することを可能にする、差動システムがある。示差測定を実行することも可能にする、差動システムの例を、上記の方向で、後から示す。
【０１０９】
軸BB'に関してキャビティ20のいずれかの側に、2つの移動可能な、または変形可能な壁25、25'を備える、この例では、壁25の移動または変位を第2の一組のコーム241、24'1に伝達するためにアーム42と図2Bのアームまたは壁44、46、48によって形成されるフレームなどの、移動可能なフレームを使用しないようにすることが可能である。
【０１１０】
この実施形態は、先行する実施形態のように、ガイドアーム56、58を備えることができる。
【０１１１】
図5Aおよび5Bに示されている(図5Cおよび5Dの代替的形態とともに)第4の例では、ピエゾ抵抗検出が使用される。図5Aは、平面にそった断面図であり、そのアウトラインA1A'1は図5B(上面図)に示されている。壁25の構造は、「バネ」を形成し、変形可能である、2つの部分250、251によって囲まれている剛体中心部を有するタイプである。圧力の作用の下で、剛体部分が移動し、部分250、251が変形する。これらの部分は、変動の後、圧力が初期値に戻るときに剛体部分も初期位置に戻す。これは、移動可能な部分のいわゆる「ピストン」効果または移動である。しかし、この実施形態では、先行する図に関して上で提示されている変形可能な膜または壁形状を使用することも可能である。
【０１１２】
検出手段は、少なくとも1つの吊り下げられたゲージを備える。図5Bは、示差測定において取り付けられている、2つの吊り下げられたゲージ64、64'を示しているが、単一のゲージを備えるシステムも、作って動作させることができる。それぞれのゲージの端部は、剛体レバーアーム66の一方の端部に取り付けられ、アーム40からゲージ64、64'に、アーム66の変位の結果発生するひずみを伝達し、それを増幅する。移動可能なアーム40は、ここでもまた、キャビティの移動可能な、もしくは変形可能な壁25に接続される。これはy軸にそっても配向される。ラグ400、401は、特にキャビティ20内に押圧もしくは不完全真空が生じる場合に、固定スタッド43と組み合わせて、ストッパー機能を果たすように、アーム40のいずれかの側に配置されうる。
【０１１３】
レバーアーム66は、アイドル位置において、アーム40に対して実質的に垂直である。このアーム66は、一方で、移動可能なアーム40に、他方のアーム上では、ピボットリンクによって、デバイスの静止している部分32に接続される(この静止している部分は、この例では、電気接続スタッド(electrical connecting stud)の役割も果たすが、これは必須というわけではない)。アーム40が、壁25の変位もしくは変形の影響下で、変位すると、基板100の平面内でアーム66が変位し、移動可能なアーム66がデバイスの静止している部分に接続されるか、またはちょうつがいで連結されている場所に力(圧縮力または牽引力)を発生する。このレバーアームが、ゲージの1つに圧縮力を及ぼすと、同時に他のゲージに牽引力を与える。手段261、26'1により、それぞれのゲージの抵抗変動を測定することが可能であり、それらのゲージのうちの1つのゲージの抵抗の正変動には他方のゲージの負抵抗変動が随伴する。アーム40がその初期位置に戻ると、ゲージ64、64'は、アーム66をその初期位置に戻す(これは、図5Bに示されている初期位置である)。アーム66の、枢軸または回り継手を形成する、ちょうつがいにより、アームの移動を誘導し、レバーアーム機能を実行することが可能である。
【０１１４】
図5Aに示されているように、2つのアーム40および66は、z方向に、基板100の厚さに実質的に等しい厚さEを有する。これにより、垂直軸zにそってアーム40および66のある程度の剛性を保証し、基板100の平面内にこのアセンブリを保持することが可能になる。
【０１１５】
それぞれのゲージ64、64'は、Eより実質的に小さい厚さe0を有することができる。そこで、例えば米国特許出願第2007/222011号または仏国特許第09 57462号において説明されている、ナノワイヤまたはNEMSゲージがある。あるいは、それぞれのゲージは、MEMSタイプのものとしてよく、厚さは機械構造の他の要素40、66の厚さ、および基板100の厚さに実質的に等しいか、または匹敵する。
【０１１６】
より正確には、それぞれの吊り下げられているひずみゲージは、一方で、10nmまたは数十nm(例えば、ナノワイヤタイプのひずみゲージに対して40nm、または結晶シリコンもしくは多結晶から作られる吊り下げられているひずみゲージに対しては200nm)から、他方で、数マイクロメートル、例えば、1μmまたは5μmもしくは10μmまでの範囲の厚さe0を有することができる。
【０１１７】
いわゆる「吊り下げられている」タイプのゲージは、端部と称される2つの部分の間に保持される。図5Bは、ゲージ64(64'、それぞれ)は、静止している接点30(それぞれ30')に接続または固定されている端部と力が加えられた結果それぞれのゲージにも力が加えられるようにアーム66に接続または固定されている第2の端部との間に保持されることを示している。2つの端部ゾーンは、例えば、埋め込まれた接続部を通じて、アーム66および静止スタッド30、30'に固定されるか、または接続されうる。これら2つの端部の間に配置されている、中央部と称される、ゲージの部分は、ゼロでない長さを有し、他の材料と接触していない(例えば、保護層、二酸化ケイ素、または窒化ケイ素でコーティングできるけれども)。一般に、このようなゲージは、一方の方向(ここでは、y軸に平行な方向)に長い形状であり、前記方向に垂直なセクションにおいて測定されたそれぞれの寸法にそった長さに比べて、この方向では、ゲージ長と称される、かなり大きな長さ(例えば、5倍から50倍ほど)を有する。これは、ゲージの長さ部分またはその中央部の前に短い、または非常に短い長さをそれぞれが有する2つの端部(または埋込みゾーン)内に保持される。
【０１１８】
したがって、それぞれのひずみゲージは、センサーの平面に平行な平面内に延在する。
【０１１９】
それぞれのゲージは、有利にはピエゾ抵抗材料、例えば、単結晶または多結晶シリコンから作られるか、またはカーボンナノチューブ、またはシリコンナノワイヤ、または金属などで構成される。
【０１２０】
このタイプのゲージに関して上で説明されているものはすべて、図6、7A〜7B、9の実施形態、または図14もしくは15の代替的形態に当てはまり、ひずみゲージによる検出が実行される。
【０１２１】
壁25の位置の変動または変形が生じた場合、それぞれのゲージの抵抗が変動し、この抵抗の変動は、手段261、26'1によって検出される。
【０１２２】
図5Aおよび5Bに関して説明されている例では、移動可能な壁25の両端が埋め込まれている。
【０１２３】
図5Cおよび5Dに例示されている、一代替的形態では、壁25は、剛体部分、つまり主要部分、および柔軟な部分252を備え、剛体部分のちょうつがいを形成し、剛体部分を静止している壁232aに接続する。このちょうつがいは任意の形状を有することができる。剛体部分は、可能静止している他方の壁231の近くの他端のところで自由に動く。しかし、図に示されているように、連通部257も、キャビティ20と潜在的二次キャビティ28との間に留まる。検出手段は、上述のものと同一であり、アーム40、アーム66、ゲージ64、64'、およびスタッド30、30'、32を備える。アーム40の一方の端部は、静止している壁232に最も近い壁25の側部に、このときには位置する。壁25の他方の端部は、自由である、つまり、キャビティ20内に圧力増大がある場合、壁25はちょうつがい252の周りで回転運動を受ける。したがって、これは、アーム40を圧迫し、次いで、アーム66を動かし、力が静止している端部に現れ、ゲージ64、64'の信号に変換される。壁25の移動は、ストッパー43によって制限され、図5Cに示されているように、壁25のそれぞれの側においてストッパーを位置決めすることが可能である。
【０１２４】
図5Dに例示されているデバイスは、同じ原理に基づいて動作するが、このときに、ひずみゲージ64は、アイドル位置にあり、ちょうつがい252の近くの壁25の一部分に直接接触している場合に壁25に実質的に垂直になるように配置される。したがって、キャビティ20内に過圧または真空がある場合にゲージ64上に直接力が加えられる。ゲージの他端は、静止しているスタッド30に接続される。静止している部分23上に他の接続スタッド32を配置することができる。
【０１２５】
図5Eに例示されているデバイスは、同じ原理に基づいて動作するが、このときに、アイドル位置にあり、ちょうつがい252の近くの壁25の一部分に直接接触している場合に壁25に実質的に垂直になるように配置される2つのひずみゲージ64、64'がある。これら2つのゲージは、示差測定を行うように配置されている。したがって、キャビティ20内に過圧または不完全真空がある場合にゲージ64、64'のそれぞれに直接力が加えられる。それぞれのゲージの他端は、静止しているスタッド30、30'に接続される。静止している部分23上に他の接続スタッド32を配置することができる。
【０１２６】
第5の実施形態が、図6の上面図に示されている。これは、もう一度、上ですでに説明されている意味の範囲内の差動システムを伴う。
【０１２７】
その差動システムは、2つの移動可能な、または変形可能な壁25、25'を備え、図5Aおよび5Bに示されているようにそれぞれが自レバーアームシステム66、66'ならびにピエゾ抵抗ゲージ64、64'および641、64'1に接続されている。アームおよびゲージのそれぞれのシステムに対し、一組の接続スタッドを設けることができる。この方法で、静止している接続スタッド301、30'1、321は、ゲージ641、64'1に対し備えられ、静止している接続スタッド30、30'、32はゲージ64、64'に対して備えられる。それぞれのシステムのアーム66、66'は、これらのアームのそれぞれの移動の結果、前記接続の場所に力が加わるようにこれらの静止しているスタッドのうちの1つのスタッドに機械的に接続される。
【０１２８】
アイドル状態の場合、2つのアーム66、66'は、実質的に平行である。
【０１２９】
このシステムでは、キャビティ20内の圧力変動が、2つの壁25、25'の変位または変形を、ただし反対方向に駆動する。この結果、アーム40はアーム40'と反対方向に移動し、アーム66の移動は平面BB'に関してアーム66'の移動に対称的なものとなる。また、この結果、
それ自体アーム40に接続されている、レバーアーム66に接続されている、ゲージ64、64'のそれぞれに、
および、それ自体アーム40'に接続されている、それ自体レバーアーム66'に接続されている、ゲージ641、64'1のそれぞれに、抵抗変動が生じる。
【０１３０】
ここでもまた、壁25、25'の変位または変形を測定するための2つのシステムは、平面xzに平行な、デバイスの、図6においてアウトラインBB'を持つ、正中面に関して互いに対称的であり、これにより、デバイスに作用する外部加速度に由来しうる寄生信号を排除することが可能である。
【０１３１】
この実施形態では、壁は、例えば図5Bに関して、上で説明されているような「ピストン」タイプであるが、図2Aおよび2Bに関して上で説明されているタイプの変形可能な壁または膜を使用することも可能である。
【０１３２】
図4、5A〜5B、6の例のそれぞれが、第2の例のように、一組の穿孔210の形態の上側開口部を有するものとして示されている。しかし、この第31の例では、第1の例のと同様に、広い開口部を実装することができる。あるいは、図7Aまたは7Bの膜200などの膜を使用することも可能である。
【０１３３】
これらの例はそれぞれ、前面に接点を有するものとしても示されているが、第2の例のように、後面上に接点を形成することもできる。
【０１３４】
上記の例のそれぞれにおいて、図2A〜2Bのように、少なくとも1つの二次キャビティ、例えば下側キャビティ、それだけでなく図2Cおよび16A〜16Bの例のように側方キャビティ、または図7A〜7Bの例のように上側キャビティを有することが可能である。
【０１３５】
図7Aおよび7Bに示されている第6の例では、図5Aおよび5Bのように、ここでもまた、ピエゾ抵抗検出が使用される。図7Aは、平面にそった断面図であり、そのアウトラインAA'は図7B(上面図)に示されている。検出手段に関して、図5Aおよび5Bについて、上記の説明を参照することが可能である。
【０１３６】
この実施形態では、キャビティ28は下側基板101内に形成されない。しかし、キャビティ280は、上側基板102内の前面に形成される。このキャビティは、先行する実施形態の下側キャビティ28と同じ機能を有する。これは、その目的に合わせた容積を持つように形成されうる。これは、壁によって閉じられており、したがって、移動可能な壁25からは、一方の側で、測定する圧力変動が見え(キャビティ20内で)、他の側で、測定する圧力変動の影響をほとんど、または全く受けない平均圧力が見える。
【０１３７】
さらに、第1のキャビティ20は、ここでは、柔軟な膜200によって閉じられるか、または部分的に閉じられている。この膜によって、測定する圧力変動を伝達し、ほこりまたは水分がキャビティ20内に進入するのを防ぐことが可能である。これは、先行する実施形態、例えば、図2A〜2Bの実施形態に適合させることができる。
【０１３８】
先行する実施形態のように、壁25の上側(下側、それぞれ)部分と上側(下側、それぞれ)基板の下側(上側、それぞれ)表面との間に空間があるため異なるキャビティ(一方では主キャビティと他方では1つまたは複数の二次キャビティ)の間に連通がある。
【０１３９】
さらに他の代替的例(図8の上面図)によれば、デバイスは、示差静電容量検出モード(図2Aおよび2Bのように)だけでなく、平行に配置されている複数のキャビティ20、20'、20''も使用することができ、これらのキャビティのうちの1つのキャビティ内の圧力で、駆動される静電容量検出システムに対する変動、および測定される移動可能な、または変形可能な壁のうちの1つ壁の移動もしくは変形が生じればよい。しかし、何にもまして、このデバイスでは効果を蓄積することが可能であり、したがってより敏感なコンポーネントを形成することが可能である。この例では、3つのキャビティを持つデバイスが説明されているが、2つのキャビティを持つ、または3つよりも多いキャビティを持つデバイスも作ることができる。
【０１４０】
基板100の平面内で、キャビティ20、20'、20''は、側壁23、231、232、25、23'、23'1、23'2、25'、23''1、23''2、23''、25''よって画成され、そのうちの一部(壁23、231、232、23'、23'1、23'2、23''、23''1、23''2)は静止しており、残りのうちの少なくとも1つ(ここでは壁25、25'、25'')はデバイスの平面xy内で移動可能である。示されている例では、それぞれのキャビティ20、20'、20''は、デバイスの平面内で矩形であるが、他の形状も考えられる。
【０１４１】
圧力波は、ここでは基板102内に形成された一組の穿孔210の形状をとる、上側開口部を通じてそれぞれのキャビティ20、20'、20''を貫通することができる。しかし、それぞれのキャビティに対する単一の開口部も形成することができる。
【０１４２】
検出手段24、24'、241、24'1は、静止しているか、またはより一般的に、移動可能な壁に関連付けられており、この手段はここでは図2Aおよび2Bにより上ですでに説明されているように静電容量コームの形態をとる。あるいは、この検出手段は、図9に関して以下で説明するように、1つまたは複数のひずみゲージ、例えば、1つまたは複数の吊り下げられたピエゾ抵抗ゲージを備えることができる。ここでもまた、この検出方法は、例えば、図5A、5B、または6に関して上ですでに説明されている。
【０１４３】
図8の実施形態は、アーム42が、実際に、一組のキャビティ20、20'、20''を囲む3つの他のアームまたは側部44、46、42'を備えるフレームの側部のうちの1つの側部を構成することを示している。したがって、このフレーム全体が、これらのキャビティのうちの少なくとも1つのキャビティの圧力変動によって壁25、25'、25''のうちの1つが移動したときに移動させられる。アーム42の反対側にある、側部もしくはアーム42'も、移動可能なコーム241に接続することができ、したがって、この移動可能なコーム241も、壁25、25'、25''のうちの1つの壁が移動すると、アーム42'と同じ方向に変位する。
【０１４４】
2つの横木48、48'が、アーム42、42'と平行に配置され、移動可能なフレーム部分を画成し、それぞれの中にキャビティ20、20'、20''のうちの1つが配置されている。これらの横木のそれぞれに、アーム40'、40''の端部が接続され、その他方の端部はアーム25'、25''のうちの一方に接続される。
【０１４５】
デバイスは、それぞれのキャビティ20、20'、20''に関連付けられている少なくとも1つの下側キャビティ28、28'、28''を備える。それぞれの下側キャビティは、下側基板101内に形成され、デバイス上で開いている。デバイスの上または下で閉じているキャビティ、または横方向に配置されているキャビティを有する、上述の代替的方法をこの実施形態に適用することができる。
【０１４６】
デバイスは、接触ゾーン30、30'、32も備える。これらの接触ゾーンにより、コームの1つが移動するときに、物理的パラメータの変動、ここでは静電容量の変動を測定するための手段を接続することが可能になる。示されている例では、デバイスの前面にこれらの接点が配置される、つまり、基板102内に形成された開口部を通してそれらの接点にアクセスすることが可能であるか、またはその開口部内に接点を形成することができる。しかし、その代わりに、上ですでに示されているように、接点を後面に形成することも可能である。接点のうちの一方は、例えば、静止している部分52内に形成され、他方は静止している部分52'内に形成される。他の接点32は、複数の静止しているフレームのうちの1つのフレームの一部、例えば、壁23'内に形成されうる。
【０１４７】
ここでもまた、図2および3のアーム56、58、56'、58'などのガイドアームを作ることができるが、複数の移動可能な壁を持たせることで、そのようなガイド手段を実装しないことも可能になる。
【０１４８】
この図8の構造は、示差構造ではなく、衝撃、またはより一般的には、外部加速度は、圧力変動として検出される。
【０１４９】
他の代替的形態によれば(図9の上面図)、この出願で開示されているようなデバイスは、ひずみゲージ(図5A〜7Bのような)による検出モードを使用するが、複数のキャビティ20、20'、20''、20'''が平行に配置されている。特に、示差検出をキャビティ20'(20'''、それぞれ)で行うために、キャビティ20(20''、それぞれ)内に圧力変動が生じればよく、これにより、外部加速度を排除することが可能である。
【０１５０】
基板100の平面内で、それぞれのキャビティ20、20'、20''、20'''は、側壁23、25、231、232、23a、23b、25'、25''、25'''によって画成され、そのうちの一部(壁23、25、231、232、23a、23b)は静止しており、他の壁(ここでは壁25、25'、25''、25''')はデバイスのxy平面内で移動可能であるか、または変形可能である。示されている例では、それぞれのキャビティ20、20'、20''は、デバイスの平面内で矩形であるが、他の形状も考えられる。
【０１５１】
圧力を測定すべき雰囲気は、ここでは基板102内に形成された一組の穿孔210の形態である、上側開口部を通じてそれぞれのキャビティ20、20'、20''、20'''を貫通することができる。しかし、図7Aのように、それぞれのキャビティに対する単一の開口部も形成されうるか、または膜がそれぞれのキャビティを閉じることができる。
【０１５２】
検出手段66、66'、64、64'、641、64'1は、固定されているか、またはより一般的に、移動可能な壁に関連付けられており、これらの手段はここでは、図5A、5B、および6に関して上ですでに説明されているように、ひずみゲージ、例えば、1つまたは複数の吊り下げられたピエゾ抵抗ゲージの形態をとる。
【０１５３】
キャビティ20の形成、およびゲージの変形または変位を伝達するためのその手段40、66は、例えば図5Bに関して上ですでに説明されているものに非常に近い。
【０１５４】
相違点の1つは、移動可能な、または変形可能な壁25'を検出手段40、66、64、64'に接続するアーム40aの存在にある。このアームは、静止している壁23を通過し、壁25に固定され、これにより、壁25'の変形または変位を壁25に、したがって検出手段40、66、64、64'に伝達する。
【０１５５】
同様に、アーム40bは、移動可能な、または変形可能な壁25''を検出手段40'、66'、641、64'1に接続する。このアームは、静止している壁23bを通過し、壁25'''に固定され、これにより、壁25''の変形または変位を壁25'''に、したがって検出手段40'、66'、641、64'1に伝達する。
【０１５６】
ここで選択された検出手段は、図8の実施形態とは異なり、キャビティの周りに移動可能なフレームを形成する必要はない。このフレームの機能は、ここでは接続アーム40a、40bによって実行され、これにより、壁25、25'、および25''、25'''に加えられる力を平行にすることが可能になる。
【０１５７】
中央の壁23aは、どのアームによる通過もなされず、検出手段40、66、64、64'に接続されたチャンバー20、20'と検出手段40'、66'、641、64'1に接続されたチャンバー20''、20'''とを隔てる。
【０１５８】
デバイスは、それぞれのキャビティ20、20'、20''、20'''に関連付けられている少なくとも1つの下側キャビティ28、28'、28''、28'''を有する。それぞれのキャビティは、下側基板101内に形成され、デバイス下に開いている。デバイスの上または下に閉じられているキャビティ、または少なくとも1つの側方キャビティを備えている場合の、上述の変更形態は、この実施形態に適用されうる。
【０１５９】
デバイスは、接触ゾーン30、30'、32、301、30'1、321も備える。示されている例では、デバイスの前面にこれらの接点が配置される、つまり、基板102内に形成された開口部を通してそれらの接点にアクセスすることが可能であるか、またはその開口部内に接点を形成することができる。しかし、その代わりに、上ですでに示されているように、接点を後面に形成することも可能である。
【０１６０】
そのようなシステムは、測定する圧力信号と外部加速度とを区別することが可能であるという点で示差的である。言い換えると、後者は、圧力変動に似た崩壊とみなされない。これは、示差測定でも動作する、つまり、ある方向への移動可能な壁の移動は、他の方向への他の移動可能な壁の移動と同時に行われ、それらの壁の1つに関連付けられている検出手段から送られてくる信号の変動は、他方の壁に関連付けられている検出手段から送られてくる信号の変動とは反対である。
【０１６１】
説明されている実施形態のすべてにおいて、過圧の影響下で変形可能な、または移動可能な膜の変位を制限する機械式ストッパー43、43'を作製することが可能である。これらの実施形態のすべてにおいて、例えば図5Cなどにおける膜25のそれぞれの側にストッパーを配置するか、または図5Bの手段400、401のように、アーム40上にラグまたはピンを形成する手段を使用することすら可能である。ストッパーは、基板100内にも形成されうる。
【０１６２】
好ましくは、マイクロホンでは、数十Hzから20kHzまでの範囲の音響圧力を計測する。有利には、上述の実施形態では、異なる帯域幅を有するいくつかのマイクロホンを関連付けることが可能である。
【０１６３】
例えば、3つのマイクロホンを関連付けることが可能であり、第1のマイクロホンはもっぱら10Hz〜500Hzの範囲内の周波数に応答し、第2のマイクロホンは500Hz〜5000Hzの範囲内の周波数に応答し、第3のマイクロホンは5kHzから20kHzの範囲内の周波数に応答する。このようなシステムでは、それぞれのマイクロホンは、マイクロホン同士で明確に区別することができ、それぞれの膜25は、他の膜と異なる帯域幅を有する。膜の帯域幅は、その膜の共振周波数によって定められ、この共振周波数は、好ましくは、測定する圧力波の最高周波数より大きい。これは、測定された信号の電子フィルター処理手段によって完遂されうる。
【０１６４】
図13Aは、静電容量検出を行う他のデバイスを示しており、膜25は、静止電極240に面する、電極に接続される。後者とキャビティの静止している壁との間に、互いに面する2つの電極25、240によって引き起こされる静電容量の変動を検出することを可能にする電位差が確立されうる。電位差は、スタッド30、32の間に印加されうる。
【０１６５】
図13Bは、さらに他の実施形態を示しており、そこでは、これもまた静電容量タイプの検出が、コームのシステムによって行われ、その歯は、このときには、x軸にそって配向され、図2A〜2Bに示されているようにy軸にそって配向されない。壁25に実質的に垂直なアーム40は、コーム27の移動可能な部分の歯を支持し、コームの2つの静止している部分27'、27''は、歯のそれぞれの列に関して、図2Bに関してすでに上で説明されているように、配置される。
【０１６６】
図14は、本出願において開示されているようなデバイスの代替的形態の他の態様を示し、キャビティ20は、複数の移動可能な壁25、25a、25bによって画成され、壁25a、25bはここでは互いに実質的に平行に、またデバイスがアイドル状態のときには壁25に実質的に垂直に配置される。これらの移動可能な壁は、それらが接続されるデバイスの一部または静止している壁23によって完結する。これらの移動可能な壁およびこの静止している壁は、キャビティ20を画成する。図2Bに関連して上で説明されている、ここでは静電容量タイプの、より具体的にはコームのシステムの形態の、検出手段により、移動可能な壁25の変位または変形を検出することが可能になる。他の2つの変形可能な壁25a、25bは、検出する必要のない、壁25の変形の方向に垂直な、横方向の移動を有する。
【０１６７】
図15Aは、本出願で開示されているようなデバイスのさらに他の代替的形態を示しており、キャビティ20は、2つの変形可能な壁25、25'によって画成され、これら変形可能な壁の端部はデバイスの静止しているスタッド231、232に接続されている。言い換えると、キャビティ20は、変形可能な壁によって本質的に画成され、それらの壁の静止している部分は非常に小さな面積に縮小される。壁25、25'は、膨張するか、または萎むバルーンの移動と似た移動を、圧力変動の下で受けるキャビティ20の容積を画成する。ここでは静電容量タイプの、より具体的には図2Bに関して上で説明されているコームのシステムなどのコームのシステムの形態の、検出手段により、移動可能な壁25、25'の変位または変形を検出することが可能になる。したがって、システムは、示差測定システムである。したがって、追加の静止しているスタッドを有する、2つより多い変形可能な壁によって画成される、主キャビティ20を形成することが可能であろう。
【０１６８】
図15Bの構造は、図15Aの代替的構造であり、主キャビティ20の内側は、外側表面によって、デバイスの少なくとも1つの(ここでは2つの)静止しているスタッド231、232にも接続される変形可能な壁25、25'によってのみ画成される。変形可能な壁25、25'の1つまたは複数の部分は、図15Bにおいて点線でシンボル的に表されている、例えば静電容量もしくはひずみゲージタイプの検出手段に接続されうる(これらの検出手段は前の図に関してすでに説明されている)。
【０１６９】
本出願において開示されているようなデバイスは、静止している部分、つまりその位置がキャビティ20の圧力変動の作用の下で変化しない部分、およびその位置がキャビティ20内の圧力変動の作用の下で変化するか、または修正される移動可能な部分を備える。移動可能な部分は、キャビティ20内の圧力が初期値に戻る場合、または弾性特性を有し初期値に戻すことができる場合に、移動可能な部分を移動可能な部分に関するその初期位置に戻すことを可能にする手段の静止している部分に接続される。
【０１７０】
本出願において開示されているようなデバイスまたはデバイスのシステムは、示差構造を有し、これにより、主キャビティ20内に生じる圧力変動のみを検出することができる。衝撃または外部加速度は、中和され、検出されない。このような示差構造の例は、上ですでに示されている。
【０１７１】
本出願で開示されているようなデバイスまたはデバイスのシステムでは、いくつかの構成において、示差測定を行うことができる、つまり、移動可能な、もしくは変形可能な壁に関連付けられている検出手段は、同じ振幅の、または実質的に同じ振幅であるが、異なる符号を持つ信号変動を有する。
【０１７２】
いくつかの構成では、示差構造を有するが、示差測定を行うことはできない。
【０１７３】
いくつかの他の構成では、静電容量検出の場合を含めて、示差構造を有するだけでなく、示差測定を行うこともできる。
【０１７４】
説明されている異なる実施形態では、移動可能な、もしくは変形可能な壁は、「埋込み-埋込み」タイプ(両端がデバイスの静止している部分に固定される)もしくは「埋込み-自由」タイプ(一方の端部がデバイスの静止している部分に固定され、他端が自由である)であるか、または例えば「バネ」タイプの、変形可能な側方部分によってこの移動に伴われている間に「ピストン」方式で移動する剛体部分を備えることができる。
【０１７５】
図10A〜10Gは、本出願において開示されているようなデバイスを製造する方法の第1の例を示している。この例では、前面に接点があり、後面にキャビティ28がある。
【０１７６】
この方法は、第2の基板を取り付けることを伴う。
【０１７７】
(図10Aにおいて)SOI基板から始める(例えば厚さ0.5μmの埋込み酸化物(BOX)103を使用して)。あるいは、犠牲層(酸化物)の蒸着103および半導体材料、例えば、シリコンまたは多結晶SiGeの蒸着100が実行される、標準基板101から始める。
【０１７８】
次いで、金属蒸着105(例:Ti/Au、またはAISi...)が実行され、さらには、接点30、30'のリソグラフィおよびエッチングが実行される。同じ技術を使用して後面に接点を形成することも可能である。
【０１７９】
次いで、表面シリコン層のリソグラフィおよびエッチングを実行して(図10B)、音響キャビティ20および機械構造を画成し、特に、これは少なくとも1つの移動可能な、または変形可能な壁25、場合によっては移動可能なフレーム、場合によっては1つまたは複数のストッパー、および検出要素(静電容量コームまたはひずみゲージ)を含むが、その詳細はここでは示さず、使用されるエッチングマスクは、実行される検出のタイプに応じて好適な手段を構成するように適合される。
【０１８０】
さらに、従来のSi基板102の基部に、例えば酸化ケイ素(SiO2)の蒸着104を厚さ約0.8μmで行う(図10C)。
【０１８１】
次いで、酸化物104およびシリコン102のリソグラフィおよびエッチング(部分的または完全)を実行して、圧力の入口および接点の開口部用に開口部106、106'、106''を形成する。
【０１８２】
次いで、2つの基板を整列し(図10D)、シールする(直接シール、共晶、またはポリマー、または陽極...により)することで、開口部106、106'、106''が接点30、30'およびキャビティ20と連通するようにする。
【０１８３】
次いで、後面(「背室容積」)上で、キャビティ28、28'の開口部のリソグラフィおよびエッチング(図10E)を実行する。
【０１８４】
前面を薄くすること(「裏面研削」)によって、キャビティ21の開口部および接点30、30'を形成する(図10F)。
【０１８５】
最後に、HFエッチング(例えば、蒸気)で酸化物犠牲層103、104の一部を除去することによって移動可能な構造(図10G)を解放する。
【０１８６】
図11A〜11Fは、絶縁基板が取り付けられている(またはポリマー薄膜がラミネート加工されている)、第2の実施形態を例示している。
【０１８７】
(図11Aにおいて)SOI基板から、例えば厚さ0.5μmの埋込み酸化物(BOX)103を使用して、始める。あるいは、犠牲層(酸化物)の蒸着103が行われる標準基板101、および半導体材料、例えば、シリコンまたは多結晶SiGeの蒸着100から始める。
【０１８８】
次いで、表面シリコン層100(例えば、約0.8μmの厚さの)上でリソグラフィおよびエッチングを実行し、前面において厚さブロックまたはシム107を画成する。
【０１８９】
後面(「背室容積」)上で、キャビティ28、28'の開口部のリソグラフィおよびエッチングを実行する(図11B)。
【０１９０】
次いで、金属蒸着(例えば、Ti/Au、またはAISi...)が実行され、さらには、接点30、30'のリソグラフィおよびエッチングが実行される(図11C)。同じ技術を使用して後面に接点を形成することも可能である。
【０１９１】
次いで、表面シリコン層のリソグラフィおよびエッチングを実行して(図11D)、音響キャビティ20および機械構造を画成し、特に、これは移動可能な、または変形可能な壁25、任意の移動可能なフレーム、および検出要素(静電容量コームまたはひずみゲージ)を含むが、その詳細はここでは示さず、使用されるエッチングマスクは、実行される検出のタイプに応じて適切な手段を構成するように適合される。
【０１９２】
次いで、HFエッチング(例えば、蒸気)で酸化物犠牲層103の一部を除去することによって移動可能な構造を解放する(図11E)。
【０１９３】
最後に、ドライフィルム(ポリマー、ポリアミド、...)の封止またはラミネート加工ならびに開口部210のリソグラフィおよびエッチングの後に薄くしてキャビティ20を雰囲気と連通させ、接点30、30'へのアクセス手段を形成することができる、例えばガラスの基板102を事前エッチングして、ちょうど得られたばかりの構造を接着または封止する(例えば、陽極封止(anodic sealing))作業を行う(図11F)。あるいは、図2Aのような単一開口部21も形成することができる。
【０１９４】
同じ手順の進行に従って、この方法は、例えば、シリコンなどの半導体材料から作られた、標準的な基板300(図12A)から始まる。
【０１９５】
その基板上に、犠牲層301の蒸着を実行するが(図12B)、例えば、ここでもまた一例にある酸化物層の厚さは約0.5μmに等しいものとしてよい。
【０１９６】
次いで、犠牲層301上に、ポリSiまたはポリSiGeの活性層302(図12C)を蒸着するが、その厚さは、例えば、約10μmとしてよい。次いで、図10Aまたは11Aの一方から前の方法に戻る。
【０１９７】
一般に、犠牲層103、104は、例えば数百nmから数ミクロンまで、例えば100nmまたは500nmから1μmまたは2μmまでの範囲内である。活性層100、101、102(それぞれ例えば、Si、またはSiGe、などから作られる)は、数μmから数十μm、さらには数百μmまで、例えば5μmから10μmまたは50μmまたは200μmまでの範囲である。
【０１９８】
本出願において開示されているデバイスでは、従来技術で形成された構造に比べてより優れた技術的監視を行うことが可能であるが、それは、デバイスの機械部品では蒸着された薄層を使用しないからであり、移動可能な部分(膜25)の機械的特性は、最初に、以前に最新技術の事例であったように、その厚さではなく、その要素の形状によって決定される。
【０１９９】
本出願で開示されているような構造は、以下の利点も有する。
測定する圧力に対して敏感な機械部品に穴がない(その結果、音響損失が制限される)。
ピストン効果を有する可能性がある。次いで、圧力により構造全体が変位する(埋め込まれている膜については当てはまらない)。
【０２００】
本出願の教示は、特に一般大衆向け用途(携帯電話、ゲーム機、MP3プレーヤー、テレビなど)のマイクロホンまたは動的圧力センサーコンポーネントの製造に応用される。
【０２０１】
特定の一応用において、上述の実施形態のうちの1つによるデバイスは、音響エネルギーを回収するための手段と組み合わせて使用することができる。例えば、スタッド30、30'を備える電気回路は、電気エネルギーを蓄積するための手段、例えば、1つまたは複数のバッテリを備える、つまり、力学的エネルギーは変形可能なキャビティの変形の結果生じ、雰囲気の圧力変動となり、電気エネルギーに変換されるが(このエネルギーにより検出手段の移動または変位を検出することが可能になるので、上の説明によりすでに明らかなことである)、この電気エネルギーも蓄積できる。
【符号の説明】
【０２０２】
1  マイクロホン
2  セラミック基板
4  スルーホール
6  穿孔された対向電極
8  円形膜
10  空間
12  MEMSチップ
14  ASIC
18  コネクティングロッド
19  空隙
20、20'、20''、20'''  キャビティ
21  開口部、キャビティ
23、231、232、25、23'、23'1、23'2、23a、23b、23''1、23''2、23''、25'、25''、25'''  側壁
23  静止している部分
232a  壁
24  静電容量コーム
24、26、26'  検出手段
24'  コーム
241、24'1  移動可能なコーム
250  上側部分
25'0  下側部分
25、25a、25b  壁
261、26'1  手段
27  コーム
27'、27''  静止している部分
28、28'、28''、28'''  二次または下側キャビティ
30、30'、32  接触ゾーン
30  スタッド
301、30'1、321  電気接点
32  接続スタッド
30、30'、32、301、30'1、321  接触ゾーン
40、40'  アーム
40a  アーム
40b  アーム
42  アーム
42'  アーム
43、43'  機械的ストッパー
44、46、48  側部
48、48'  横木
52、52'  静止部分
56、58  アーム
56'、58'  ガイドアーム
64、64'  吊り下げられたゲージ
ゲージ64、64'および641、64'1  ピエゾ抵抗
66  剛体レバーアーム
66、66'  レバーアームシステム
100、101、102  基板
100  蒸着
101'  上側表面
102'  下側表面
103  埋込み酸化物(BOX)、蒸着
103、104  酸化物犠牲層
105  金属蒸着
106、106'、106''  開口部
107  シム
200  膜
210  穿孔
240  静止電極
250、251  側方部分
252  柔軟な部分
280  キャビティ
300  標準的な基板
301  犠牲層
400、401  ラグ
【図１Ａ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
0005825899.tif 000009
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１Ｂ】
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