(57)【要約】  ＣＭＵＴデバイスは、例えば、超音波撮像及び圧力測定といった多くの用途において用いられる。これらのデバイスは、メンブレンの超音波露出又はこれに印加される圧力によるメンブレンの屈折により生じる静電容量における変化を検出することにより作動する。このメンブレンは、このデバイスにおける電極のペアの１つを有する。ＣＭＵＴデバイスは、変化する温度の効果に影響されやすくなることができる。
2014518028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＵＴデバイスであって、
シリコン基板と、
空腔と、
メンブレンであって、前記メンブレン及び前記シリコン基板がそれぞれ、前記空腔の側面を形成するよう構成され、前記側面が、互いに対して反対側に配置される、メンブレンと、
前記空腔に隣接して平行に配置される第１の電極であって、前記シリコン基板に対して連続して構成される、第１の電極と、
前記空腔に隣接して平行に配置される第２の電極であって、前記第１の電極に対向し、前記メンブレンに埋め込まれる、第２の電極と、
温度補償手段であって、前記メンブレンの熱的に誘導された運動量を最小化することにより前記メンブレンの温度誘導された屈折を減らすよう構成される、温度補償手段とを有する、ＣＭＵＴデバイス。
【請求項２】
前記温度補償手段が、
2014518028.tif 000008
に基づき、前記メンブレンの温度誘導された屈折ｈを減らすように構成され、
ｈは、前記空腔の中央ポイントで前記基板に向かう前記メンブレンの前記温度誘導された屈折であり、
Ｍは、前記メンブレンの前記熱的に誘導された運動量であり、
Ｄは、プレートの曲げ剛性であり、
ｒｍは、前記空腔の中央ポイントから規定される前記メンブレンの半径であり、
ｒｂは、前記空腔の中央ポイントから規定される前記第２の電極の半径であり、
ｈ１、ｈ２及びｈ３はそれぞれ、前記空腔の側面を形成する前記メンブレンの側面から測定される、前記第２の電極の第１の側面の距離、前記第２の電極の第２の側面の距離及び前記メンブレンの厚みであり、
νは、ポアソン比であり、
Ｓは、前記メンブレンにおける熱応力であり、
Ｅは、前記メンブレンの物質に関するヤング率であり、Ｅ１及びＥ２はそれぞれ、前記メンブレン及び前記第２の電極に関し、
ΔＴは、温度変化であり、
αは、物質の拡張係数であり、α１及びα２はそれぞれ、前記メンブレン及び前記第２の電極に関する、請求項１に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項３】
前記第２の電極が、前記メンブレン高さに対して対称的に構成され、（ｈ１＋ｈ２）／２は、（１／２）ｈ３に等しいか又はほぼ等しく、これにより、Ｍが０に減らされ、
ｈ１、ｈ２及びｈ３はそれぞれ、前記空腔の側面を形成する前記メンブレンの側面から測定される、前記第２の電極の第１の側面の距離、前記第２の電極の第２の側面の距離及び前記メンブレンの厚みであり、
Ｍは、前記メンブレンの前記熱的に誘導された運動量である、請求項１又は２に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項４】
前記第２の電極の厚みが、減らされ、前記第２の電極の位置は、前記空腔に平行な前記メンブレンの中央軸に対してオフセットされる、請求項１又は２に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項５】
前記第２の電極が、前記空腔に平行な全体のメンブレンにわたり延在する、請求項１又は２に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項６】
ｒｂ＝ｒｍであり、ｒｍが、前記空腔の中央ポイントから規定される前記メンブレンの半径であり、ｒｂは、前記空腔の中央ポイントから規定される前記第２の電極の半径である、請求項５に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項７】
前記ＣＭＵＴデバイスが更に、第１の補償板を有し、前記第１の補償板は、前記第２の電極と同じ物質で作られ、前記空腔に平行な側面で、前記空腔に反対の前記メンブレンの外側表面に配置され、前記プレートが、
2014518028.tif 000009
となるよう前記空腔の中央ポイントから測定される半径ｒｂ−ｔｏｐを持ち、ｒｂは、前記空腔の中央ポイントから規定される前記第２の電極の半径である、請求項１又は２に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項８】
前記ＣＭＵＴデバイスが更に、第２の補償板を有し、前記第２の補償板は、前記第２の電極の寸法及び構成に適合され、前記第２の補償板及び第２の電極が、前記メンブレンの中央軸に対して前記メンブレンにおいて対称的に配置され、前記空腔に対して平行である、請求項１又は２に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項９】
前記ＣＭＵＴデバイスの第２の電極が、前記第２の電極の内側部分を外側部分から分離し、及び電気的に非接続状態にする狭いリングを有する、請求項１又は２に記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項１０】
前記メンブレンが、窒化ケイ素を有し、前記第２の電極は、アルミニウム又はアルミニウム複合物を有する、請求項１乃至９のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項１１】
専用のＡＳＩＣを更に有し、前記ＡＳＩＣが、独立した要素であるか、又は前記ＣＭＵＴに一体化される、請求項１乃至１０のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイス。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイスを有する超音波撮像デバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイスを有する圧力検出デバイス。
【請求項１４】
閉塞又は血管における狭い部分の位置を有する医療用途における圧力測定のための請求項１乃至１１のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイスを有するデバイスの使用。
【請求項１５】
ステント配置手順に関する請求項１４に記載のデバイスの使用。
【請求項１６】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイスを製造する方法において、
請求項１乃至１１のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイスを製造するステップと、
前記ＣＭＵＴデバイスに関するテスト機能を提供するステップであって、前記テスト機能が、温度の範囲を通り駆動されることができる、ステップと、
前記ＣＭＵＴデバイスの温度依存性を測定するステップとを有する、方法。
【請求項１７】
第１の又は追加的な第１の補償板を加えるための追加的な製造により前記ＣＭＵＴデバイスの不十分な温度依存を修正するステップを更に有し、
前記補償板が、前記第２の電極と同じ物質で作られ、前記空腔に平行な側面で、前記空腔に対向する前記メンブレンの外側表面上に配置され、前記プレートは、
2014518028.tif 000010
となるよう前記空腔の中央ポイントから測定される半径ｒｂ−ｔｏｐを持ち、ｒｂが、前記空腔の中央ポイントから規定される前記第２の電極の半径である、請求項１６に記載のＣＭＵＴデバイスを製造する方法。
【請求項１８】
前記ＣＭＵＴデバイスの前記測定された温度依存性及び／又はユニークな識別子の永久記録を前記ＡＳＩＣに加えるステップを更に有する、請求項１１に記載のＣＭＵＴデバイスを製造する請求項１６又は１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＵＴデバイスの分野、ＣＭＵＴデバイスの使用、及びＣＭＵＴデバイスの製造方法に関する。本発明は更に、シリコン基板、空腔及びメンブレンを有するＣＭＵＴデバイスに関する。メンブレン及びシリコン基板はそれぞれ、空腔の側面を形成するよう構成される。この側面は、互いに対して対向するよう配置される。空腔に隣接して平行に構成される第１の電極が、シリコン基板に対して連続して構成され、空腔に隣接して平行に構成される第２の電極が、第１の電極に対して対向して、メンブレンに埋め込まれる。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）は、一種のＭＥＭＳ（微小電気機械システム）デバイスである。ＣＭＵＴは、トランスデューサ効果に関する電気力を利用する。構築は通常、シリコン基板上にＣＭＵＴを製造することによりなされる。空腔が、基板の領域において形成され、メンブレンを形成するため、薄い層が空腔にわたり懸架される。電極は、電極ペアを形成するよう、メンブレン及び基板に配置される。
【０００３】
メンブレンの振動は、（例えば超音波を用いて）圧力を適用することにより起動されることができるか、又は電気的に誘導されることができる。しばしばＡＳＩＣ（特定用途集積回路）を用いるＣＭＵＴへの電気接続が、デバイスの送信及び受信モードを容易にする。受信モードでは、メンブレン位置における変化が、電気静電容量における変化をもたらし、これは、電子的に登録されることができる。送信モードでは、電気信号の印加が、メンブレンの振動を引き起こす。
【０００４】
ＣＭＵＴデバイスは一般に、印加されるバイアス電圧と共に作動する。ＣＭＵＴは、いわゆる圧壊モードにおいて作動されることができる。その場合、メンブレンを制限する及び基板に対してそれを制限するため、印加されるバイアス電圧が、圧壊電圧を超えるまで増加される。ＣＭＵＴデバイスの動作周波数は、例えば剛性といったメンブレンの物質的及び物理的特性及び空腔のサイズにより特徴づけられる。ＣＭＵＴデバイスのバイアス電圧及び用途も、動作モードに影響を与える。
【０００５】
ＣＭＵＴはしばしば、超音波撮像用途に関するデバイスにおいて及び流体又は空気圧力を検出するためにＣＭＵＴが用いられる他の用途において用いられる。圧力は、静電容量の変化として電子的に検出されるメンブレンの屈折をもたらす。すると、圧力読み出しが得られることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＭＵＴデバイスに伴う問題は、温度変化が、メンブレン屈折の根本原因でもある点にある。受信モードにおいて、これは、ＣＭＵＴデバイスから得られる情報の不正確な読み出しを与える。特に、斯かる問題は、医療デバイスにおいて使用されるＣＭＵＴベースの圧力センサを非常に限定する可能性がある。送信モードにおいて、これは、電気の圧力パワー（例えば超音波）への変換の効率を減らす。
【０００７】
本発明の目的は、ＣＭＵＴデバイスの温度感度の上記問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明によるＣＭＵＴデバイスを提供することにより実現される。このデバイスは、温度補償手段を更に有し、この手段は、上記メンブレンの熱的に誘導された運動量を最小化することにより上記メンブレンの温度誘導された屈折を減らすよう構成される。
【０００９】
ＣＭＵＴデバイスは、より高い温度においてより高い静電容量測定に向かう傾向を示す。従ってＣＭＵＴによる圧力測定の例において、測定される固定圧力は、同じデバイスがより高い温度レジームにおいて動作するより低い温度で上記デバイスにおけるより低い静電容量に対応するだろう。又は、別の言い方をすれば、ＣＭＵＴデバイスにおける静電容量は、より高い温度で明らかにより低い圧力読み出しとして登録する。
【００１０】
良好な近似のため、この物理的な関係は、
2014518028.tif 000003
に基づかれる線形効果として表されることができる。ここで、Ｐは、見かけの圧力であり、Ｐ０は、実際の圧力であり、Ｔは、温度であり、βは、温度変化が原因で圧力に生じる変化に関する係数である。
【００１１】
斯かる係数は、一旦分かれば、個別のＣＭＵＴデバイスに関して異なる温度での圧力データの特徴化及び修正を可能にする。
【００１２】
本願の発明者らは、温度変化効果の根本原因が、設計から及びメンブレンを形成する物質の特徴から生じることに気づいた。通常ＣＭＵＴデバイスは、電極（ここでは第２の電極とされる）をそのメンブレンに組み込む。電極は、メンブレン自体の物質と異なる電気伝導性物質から製造される。温度変化の影響を受けて、２つの物質は、異なるレートで及び異なる拡張特性で拡張又は伸縮する。これは、メンブレンにおける運動を起動させるメンブレン領域における応力及び運動量を作成する。これにより、静電容量における変化が刺激される。本発明を用いて、メンブレンに熱的に誘導される力の効果及び／又はメンブレンにおける運動量が、最小化される。その結果、メンブレンの熱誘導による屈折はかなり小さくなる。
【００１３】
本発明の更なる実施形態において、回転方向に対称なメンブレンの屈折は、
2014518028.tif 000004
に基づきモデル化される。ここで、ｈは、上記空腔の中央ポイントで上記基板に向かう上記メンブレンの温度誘導された屈折であり、
Ｍは、上記メンブレンの熱的に誘導された運動量であり、
Ｄは、プレートの曲げ剛性であり、
ｒｍは、上記空腔の中央ポイントから規定される上記メンブレンの半径であり、
ｒｂは、上記空腔の中央ポイントから規定される上記第２の電極の半径であり、
ｈ１、ｈ２及びｈ３はそれぞれ、上記空腔の側面を形成する上記メンブレンの側面から測定される、上記第２の電極の第１の側面の距離、上記第２の電極の第２の側面の距離及び上記メンブレンの厚みであり、
νは、ポアソン比であり、
Ｓは、上記メンブレンにおける熱応力であり、
Ｅは、上記メンブレンの物質に関するヤング率であり、Ｅ１及びＥ２はそれぞれ、上記第２の電極及び上記メンブレンに関連し、
ΔＴは、温度変化であり、
αは、物質の拡張係数であり、α１及びα２はそれぞれ、上記第２の電極及び上記メンブレンに関連する。
【００１４】
本発明の温度補償手段は、ＣＭＵＴの設計において、上記の関係に含まれる様々なパラメータを制御することによって、メンブレンの温度誘導された屈折ｈを減らすよう構成される。温度補償手段は、メンブレン屈折を起動させる特定のパラメータの操作から生じるＣＭＵＴデバイスの物理特性の観点で説明される、本発明の複数の異なる実施形態を有する。
【００１５】
以下にレイアウトされる本発明のデバイスの実施形態は、単独で又は組合わせで所望するように実現されることができる。
【００１６】
上記の式は、回転方向に対称なＣＭＵＴデバイスに関して記載される。特に、メンブレン及び第２の電極が、形状においておよそ円形であるＣＭＵＴデバイスに関して記載される。従って、メンブレン及び電極に関連付けられる寸法を表すのに半径が使用される。本発明の概念は、対称性は基本的に円形であるが、ＣＭＵＴ及び／又はＣＭＵＴ要素が完全には円形対称性を持たず、例えば八角形といったｎポリゴンの形の形状であるデバイスに適用されることもできる。
【００１７】
例えば長方形の形をしたメンブレン及び電極を持つＣＭＵＴの場合、本発明の概念は、半径パラメータｒを、例えば規定されたｘ方向といった長方形の長軸又は短軸に沿って規定される単一の軸方向のパラメータに変換することにより、適用されることができる。ｘパラメータは、上記の式１におけるｒパラメータの近似として置換されることができる。
【００１８】
本発明の更なる実施形態において、上記第２の電極が、上記メンブレン高さに対して対称的に構成され、（ｈ１＋ｈ２）／２は、（１／２）ｈ３に等しいか又はほぼ等しく、これにより、Ｍが０に減らされる。
【００１９】
第２の電極は、しばしばメンブレンの上部の近くではなく、メンブレンにおいて空腔の近くに配置される。これは、デバイスにおいてより大きな測定感度を与える。本発明の実施形態による第２の電極の配置は、メンブレンにおける第２の電極の位置に対称性を与える。これにより、構築される運動量及び力が均等化される。なぜなら、物質分布が均等化されるからである。
【００２０】
本発明の更なる実施形態において、第２の電極の厚みは減らされ、第２の電極の位置は、空腔に対して平行なメンブレンの中央軸に対してオフセットされる。
【００２１】
メンブレンにおける運動量は、
2014518028.tif 000005
として表されることができる。ここで、Ｍは、メンブレンの熱的に誘導された運動量であり、
Ｓは、メンブレンにおける熱応力であり、
δは、第２の電極の厚み（＝ｈ２−ｈ１）であり、
ｚは、空腔に平行なメンブレンの中央軸から第２の電極の隣接する表面への第２の電極の距離である。
【００２２】
第２の電極の厚みは、ＣＭＵＴの製造の間の処理考慮事項により継続的に減らされることができない。しかしながら、運動量に関する効果は、第２の電極の厚みと共に線形にスケール化され、温度効果の削減において有益である。
【００２３】
本発明の追加的な実施形態において、第２の電極は、空腔に平行な全体のメンブレンにわたり延在する。特にｒｂ＝ｒｍとなる。
【００２４】
この実施形態において、電極は、全体のメンブレンを覆い、電極及びメンブレンは、アンカーポイントに固定される。これは、デバイスにおける高い感度がそれほど重要ではない用途に適している。
【００２５】
本発明の更なる実施形態において、上記ＣＭＵＴデバイスが更に、第１の補償板を有し、上記第１の補償板は、上記第２の電極と同じ物質で作られ、上記空腔に平行な側面で、上記空腔に対向する上記メンブレンの外側表面に配置され、上記プレートが、
2014518028.tif 000006
となるよう上記空腔の中央ポイントから測定される半径ｒｂ−ｔｏｐを持つ。
【００２６】
本発明の更なる実施形態において、上記ＣＭＵＴデバイスが更に、第２の補償板を有し、上記第２の補償板は、上記第２の電極の寸法及び構成に適合され、上記第２の補償板及び第２の電極が、上記メンブレンの中央軸に対して上記メンブレンにおいて対称的に配置され、上記空腔に対して平行である。
【００２７】
空腔に平行なメンブレンの中央軸は、様々な対称ライン又は対称軸として想定されることができる。このラインのいずれかの側に配置される電極又はプレートにおける温度効果が互いを補償する。なぜなら、それらの温度効果が反対だからである。
【００２８】
第１の補償板は、それが基本的に「上部」表面である空腔に反対のメンブレンの表面に配置されるとき、第２の電極の温度効果のバランスをとるために用いられることができる。斯かるプレートは、第２の電極距離と異なるメンブレンの中央軸から少し離れている。熱応力の下で２つの要素により生成されるモーメントは、効果において反対であるべきであり、均衡を保つべきである。これは、第２の電極に対する第１の補償板の半径の変動により実現される。第１の補償板の半径は、第２の電極の半径より小さく設計される。第１の補償板が、既存のＣＭＵＴデバイスに加えられることができるという点で、この実施形態は利点を持つ。第１の補償板は、ＣＭＵＴの再設計が実現されることを必要としない。更に、このソリューションは、他の処理ステップに対する容易さの観点からも比較的処理が容易である。
【００２９】
代替的に、第１の補償板の半径が第２の電極の半径に等しい場合、第１の補償板の厚みに対する変化を遂行することにより補償が実行されることができる。例えば、両方とも同じ半径値を持つとき、アルミニウムの第１の補償層は、同様にアルミニウムから製造される第２の電極より薄くされることができる。
【００３０】
追加的なステップにおいて、例えば１００ｎｍ窒化物の薄いパシベーション層が、第１の補償板を環境から保護するため、これを覆うことができる。
【００３１】
代替的に、第２の補償板が、実現されることができる。この第２のプレートは、第２の電極と同じ物質及び寸法であり、第２の補償板及び第２の電極がメンブレンの中央軸から対称的に距離を置かれるよう、ＣＭＵＴデバイスは設計される。
【００３２】
本発明の更なる実施形態において、上記ＣＭＵＴデバイスの第２の電極が、上記第２の電極の内側部を外側部から分離し、及び電気的に非接続状態にする狭いリングを有する。
【００３３】
本発明の実施形態は、メンブレンと共にアンカーポイントに延在する第２の電極を有する。第２の電極は、狭いリング（又は、矩形の、非円形状対称形電極の場合におけるギャップ）を有する。この狭いリング又はギャップは、第２の電極の内側部分を外側部分から電気的に非接続状態にする。リングｒ（又は、同等のギャップパラメータ）の最適位置の半径方向位置が
2014518028.tif 000007
により与えられるよう、リング又はギャップの位置は最適化されることができる。
【００３４】
本発明の追加的な特別な実施形態において、第１の補償板は、第２の電極の半径より大きな半径を持つことができる。これは、製造の間、第１の補償板の厚み（耐性）により、追加的な補償を可能にする。
【００３５】
このデバイスの追加的な実施形態において、メンブレンは、窒化ケイ素を有し、第２の電極は、アルミニウム又はアルミニウム複合物を有する。
【００３６】
これらの物質は、ＣＭＵＴを生成するのに使用される製造プロセス及びデバイスの性能に関して非常に適していることが分かった。製造の容易さは、極めて重要である。しかしながら、熱拡張に関して、これらの物質は、温度変動の下で非常に異なる態様でふるまう。式１において、窒化ケイ素に関してＳ＝αＥの値は５７３であり、アルミニウムの値は１６１０である。これらの物質は、整合しない。温度性能を支援する代替案は、熱的により好適に整合するメンブレン及び電極に関する物質を用いることである。しかしながら、処理において一般的に用いられるＣｕ、Ｗ及びＭｏといった物質は、この点に関して利点を与えない。これらはそれぞれ、Ｓ値として、１９８０、１８５０及び１５７９を持つ。
【００３７】
本発明の実施形態は、専用のＡＳＩＣを持つＣＭＵＴデバイスの関連付けにより拡張されることができる。ＡＳＩＣは、ＣＭＵＴが用いられる用途に依存する。ＣＭＵＴのサイズが重要である用途において、例えば、体における血管内部の圧力センシング、例えば、心臓の周りの血管における血圧センシングにおいて、ＡＳＩＣが一体化されたＣＭＵＴは、空間をセーブし、デバイスに対して機能を加える。
【００３８】
本発明によるＣＭＵＴデバイスは、種々の用途において用いられることができる。特に適した用途は、超音波撮像及び圧力センシングである。そこでは、温度依存性が、ＣＭＵＴデバイスを介して得られる情報の信頼性において重要な要素であることができる。
【００３９】
本発明の別の側面は、本発明によるＣＭＵＴデバイスを製造する方法を有する。斯かる方法は、
請求項１乃至１１のいずれかに記載のＣＭＵＴデバイスを製造するステップと、
ＣＭＵＴデバイスにテスト機能を提供するステップであって、テスト機能が温度の範囲を通り駆動されることができる、ステップと、
ＣＭＵＴデバイスの温度依存性を測定するステップとを有する。
【００４０】
本発明によるＣＭＵＴデバイスを製造する製造プロセスは、標準的な製造プロセスとすることができる。特別な物質又は特別な処理要件は何ら必要とされない。例外は、デバイスにおいてパターン又は特定の層を製造する可能な追加的な（従来の）ステップである。本発明によるＣＭＵＴデバイスは、できるだけ温度センシティブでないよう意図される。この新しいパラメータは、デバイスの機能にとって重要であり、デバイスのターゲット用途にとって重要である。従って、ＣＭＵＴの温度感度が確認される製造プロセスにおけるテストステップは、本発明を利用する重要な側面である。ＣＭＵＴデバイスに関するターゲット用途に基づき、テストされる温度範囲は、決定されることができる。標準的な従来のテストベイは、少なくとも−５５℃〜＋２００℃の温度範囲を覆うことができる。しかしながら医療用途に関して、＋１０℃〜＋６０℃がより重要な臨界温度範囲である。これは、正常なボディ温度パラメータ周りの領域に含まれ、ＣＭＵＴデバイスが動作する領域における異なる温度での治療物質の体への導入を含むことができる手続き的なステップを組み込む。
【００４１】
本発明によるＣＭＵＴデバイスの温度依存性は、係数βにより特徴づけられることができる。これは、ＣＭＵＴデバイスに関する品質パラメータとして用いられることができる。追加的な第１の補償板は、追加的な処理により追加的な温度補償のためデバイスに加えられることができる。
【００４２】
ＡＳＩＣがＣＭＵＴデバイスに関連して存在する場合、既知のマーキング技術が、そのデバイスに関する識別子及び／又は温度依存性係数の記録でＡＳＩＣをマーキングするために用いられることができる。これは、トレーサビリティが非常に重要で時に必須である医療用途において、重要である。
【００４３】
ＡＳＩＣは、回路に温度センサを具備することもできる。この温度信号は、圧力読み出しの精細な較正及び修正のために用いられることができる。追加的なオプションは、例えば食塩水といった冷たい流体が心臓の近くで血管に注入される熱希釈技術に関する。血流の下流において、温度プロファイル（時間依存の温度）が測定される。時間における特定の温度プロファイルは、フローレートの尺度である。温度センサは、この測定を容易にするために用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術ＣＭＵＴデバイスを概略的に示す図である。
【図２】圧力測定に関して使用されるＣＭＵＴデバイスに関して本発明による温度感度利点を示す図であり、図２ａは、従来技術ＣＭＵＴに関する容量対圧力を示し、図２ｂは、本発明によるＣＭＵＴに関する容量対圧力を示す、図である。
【図３ａ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｂ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｃ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｄ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｅ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｆ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｇ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｈ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図３ｉ】本発明によるＣＭＵＴデバイスの異なる側面及び特徴を示す図である。
【図４】本発明の側面によるＣＭＵＴデバイスを示し、図４ａは、追加的な補償層を加えるのに適したマスクレイアウトを示し、ＣＭＵＴデバイスパターニングが、追加的な組み合わされたＡＳＩＣの提供のオプションを持ち、図４ｂは、製造の後続の段階で斯かるマスクを用いてパターン化されるＣＭＵＴデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明が、図面を参照して以下更に説明される。
【００４６】
図１は、従来技術ＣＭＵＴデバイスの簡略化された例を示す。この例において、ＣＭＵＴは圧力センサとして機能している。しかし、本発明のＣＭＵＴデバイスは、この用途に限定されるものではない点に留意されたい。図面は、本発明の理解に最も関連する特徴を説明するために単純化されている。ＣＭＵＴデバイスが、デバイスの処理及び電気動作に関して、必要に応じて、他の特徴又は層又は層スタックを有することができる点に留意されたい。可能な関連付けられるＡＳＩＣへの外部接続又は外部環境への他の任意の接続は、図示省略されている。
【００４７】
基本的なＣＭＵＴは、シリコン基板１０上に設けられる。このシリコン基板１０は、一般に底部電極として知られる第１の電極１１を具備する。これは、直接シリコン基板１０と接触するか、又はシリコン基板１０の近くに構成されるが、いくつかの他のベース処理層により分離されることができる。空腔１２が提供される。この空腔は通常、真空に近い低圧に保たれ、シリコン基板１０及び窒化ケイ素メンブレン１３の間の空間を提供する。窒化ケイ素メンブレン１３は、いわゆる「圧壊」モードにバイアスされることもできる。このモードでは例えば、メンブレンが電圧の印加によりシリコン基板１０と接触することができる。窒化ケイ素メンブレン１３は、そこに埋め込まれる第２の電極１４を持つ。この第２の電極１４は、第１の電極１１と電極ペアを形成し、一般に「上部」電極として知られる。ＣＭＵＴの容量性効果は、これらの２つの電極１１及び１４の提供から生じる。矢印１５により示される電極１１及び１４の共通の長さ値は、２００ｎｍ〜２０μｍである。電極１１及び１４は一般に、類似する長さであるよう製造される。真空空腔１２の典型的な高さは、矢印１６により示されるように約０．５μｍである。窒化ケイ素メンブレン１３の典型的な高さは、矢印１７により示されるように約１μｍである。動作において、窒化ケイ素メンブレン１３は、矢印１８により示される圧力を経験する。これは、窒化ケイ素メンブレン１３が曲がることをもたらす。窒化ケイ素メンブレン１３の位置における変化は、第１及び第２の電極１１及び１４の間の距離における変化を引き起こす。これにより、それらの間の確立された静電容量が変化する。静電容量におけるこの変化は、検出され、圧力測定変化へと変換される。
【００４８】
図２ａは、従来技術のＣＭＵＴデバイスの容量（静電容量）がどのように圧力の測定に関連付けられるかを示す。異なるグラフ線は、異なる温度での関係を示す。この温度は、矢印の方向に増加する。ＣＭＵＴの特定の静電容量が、温度に基づき異なる圧力を示すことは図から明白である。これにより、圧力読み出しが温度センシティブにされる。図２ｂは、同じ範囲の温度に関して本発明によるＣＭＵＴを用いて遂行される同じ検査を示す。ＣＭＵＴは、本発明による第１の補償板を用いて適合される。ここで、ＣＭＵＴのメンブレンに存在する第２の電極に類似する物質の層が、メンブレンの上部に適用される。その結果、ＣＭＵＴが温度における変化に従属するとき、この第１の補償板の熱及び機械的効果が、第２の電極の熱及び機械的な効果を調整するよう作用する。本発明によるＣＭＵＴは、温度センシティブではないように見られることができる。得られるデータは、コンピュータシュミレーションによりサポートされる。
【００４９】
図３は、本発明によるＣＭＵＴデバイス３０の断面を示す。本発明の異なる側面が、異なる図に示される。図３の異なる図は、明確さのため整合した番号付けを含む。矢印３１は、この特定のＣＭＵＴデバイスが円形対称性を持つことを示す。図３においてＣＭＵＴデバイスの断面は、メンブレン３２及び第２の電極３３に集中する。メンブレン３４に関するアンカーポイントも、示される。
【００５０】
基本的な図は、図３ａである。この図は、いくつかのパラメータを表すため明細書の式１に関連付けられる。図３ａは、ライン３５を用いて、メンブレンの屈折を示す。矢印３６は、式１における項ｈを示す。項ｈ１、ｈ２及びｈ３の絵画表現は、それぞれ、矢印３７、３８及び３９により与えられ、メンブレンの底部から第２の電極の底部までの距離、第２の電極の上部までの距離及びメンブレンの厚みを表す。メンブレン及び第２の電極の半径はそれぞれ、矢印４０及び４１により示される。半径は、回転及び対称の軸３１でメンブレンの中央ポイントから取られる。
【００５１】
図３ｂは、本発明の側面を示す。ここで、第２の電極３３は、メンブレンにおいて対称的に配置される。
【００５２】
図３ｃは、本発明の更なる側面を示す。この場合、第２の電極３３は、通常より薄くされ、中央横方向のメンブレン軸４２からオフセットされて配置される。
【００５３】
図３ｄは、本発明の更なる側面を示す。ここで、メンブレン３２の半径が第２の電極３３の半径と同じであるよう、第２の電極３３が、メンブレン３２の全体の直径を通り延在する。
【００５４】
図３ｅ〜図３ｇは、本発明の更なる側面を示す。このシナリオにおいて、第１の補償板４３は、メンブレン３２の上に配置される。第１の補償板４３の半径（ｒｂ−ｔｏｐ）並びに中央横方向のメンブレン軸４２に対する及び第２の電極３３の位置に対する第１の補償板４３の位置は、異なる補償効果を生成するために変化されることができる。図３ｇは、パシベーション層４４がこの環境に対する第１の補償板４３に関する保護として提供されることができる状態を示す。
【００５５】
図３ｈは、第２の電極３３を持つ第１の補償板４３の対称的な構成が、中央横方向のメンブレン軸４２の周りに構成される特別な例を示す。
【００５６】
図３ｉは、本発明の更なる側面を示す。ここで、第２の電極３３は、ギャップを具備する。ギャップは、半径４５における最適なギャップ位置に示される。
【００５７】
図４は、本発明の側面に関連付けられるマスク（図４ａ）及びデバイス（図４ｂ）の上部表示を示す。ここで、第１の補償板４３が、熱感度に対するソリューションとして提供される。図４ａにおいて、ＣＭＵＴデバイス層４６が、示される。ここで、いくつかの要素が関連付けられるＡＳＩＣ４７のオプションを持つ。図４ｂは、デバイスのトップダウン表示を示す。ここで、ＡＳＩＣ４９への関連付けられる接続が、外側５０及び内側５１部分を持つ分割された第２の電極３３を持つ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図３ｈ】
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【図３ｉ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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